KR20190143737A - 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 다양한 실시예들은, 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치로서, 복수의 제 1 전극들 및 복수의 제 2 전극들을 포함하는 복수의 압전 소자들, 상기 복수의 제 1 전극들과 연결된 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자, 및 상기 복수의 제 2 전극들 중 적어도 일부 전극과 상기 제 2 신호 단자를 선택적으로 연결할 수 있는 복수의 스위치들을 포함하는 센서 모듈; 및 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 상기 제 1 신호 단자를 통해 감지하고, 상기 압력에 적어도 기반하여, 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 제 1 신호 단자를 통해 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 초음파 신호를 출력하고, 및 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 개방된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 외부 객체에 반사된 초음파 신호를 수신하고, 및 상기 수신된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 외부 객체에 대한 생체 정보를 생성하도록 설정됨으로써, 센서 모듈이 사용자의 지문 터치를 대기하는 중에는 압력 센서로 동작하고 있다가, 사용자의 지문 터치로 인한 소정의 압력이 감지되면 지문 센서로 동작하게 할 수 있다. 다른 다양한 실시예가 가능하다.
Description
본 발명의 다양한 실시예들은, 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
휴대용 단말기와 같은 전자 장치의 사용이 증가하면서, 다양한 기능들이 전자 장치에 제공되고 있다.
상기 전자 장치는 다양한 기능을 수행하기 위해, 다양한 센서들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 전자 장치는 지문 센서, 압력 센서 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전자 장치가 지문 센서를 활성화(wake up)하기 위해서는, 압력 센서 및 터치 센서의 도움을 받거나, 지문 센서 자체를 주기적 동작시켜야 한다.
그러나, 상기와 같은 지문 센서의 활성화 방식은, 즉각적인 지문 센싱이 어려울 뿐만 아니라, 전자 장치의 전력이 많이 소비될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 복수의 제 1 전극들 및 복수의 제 2 전극들을 포함하는 복수의 압전 소자들, 상기 복수의 제 1 전극들과 연결된 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자, 및 상기 복수의 제 2 전극들 중 적어도 일부 전극과 상기 제 2 신호 단자를 선택적으로 연결할 수 있는 복수의 스위치들을 포함하는 센서 모듈; 및 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 상기 제 1 신호 단자를 통해 감지하고, 상기 압력에 적어도 기반하여, 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 제 1 신호 단자를 통해 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 초음파 신호를 출력하고, 및 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 개방된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 외부 객체에서 반사된 초음파 신호를 수신하고, 및 상기 수신된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 외부 객체에 대한 생체 정보를 생성하도록 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 복수의 제 1 전극들 및 복수의 제 2 전극들을 포함하는 복수의 압전 소자들, 상기 복수의 제 1 전극들과 연결된 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자, 및 상기 복수의 제 2 전극들 중 적어도 일부 전극과 상기 제 2 신호 단자를 선택적으로 연결할 수 있는 복수의 스위치들을 포함하는 센서 모듈; 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 상기 제 1 신호 단자를 통해 감지하도록 설정된 압력 감지 회로; 및 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 개방된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 외부 객체에서 반사된 초음파 신호를 획득하도록 설정된 초음파 감지 회로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 복수의 제 1 전극들 및 복수의 제 2 전극들을 포함하는 복수의 압전 소자들, 상기 복수의 제 1 전극들과 연결된 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자, 및 상기 복수의 제 2 전극들 중 적어도 일부 전극과 상기 제 2 신호 단자를 선택적으로 연결할 수 있는 복수의 스위치들을 포함하는 센서 모듈; 및
제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 상기 제 1 신호 단자를 통해 감지하고, 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 개방된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 외부 객체에서 반사된 초음파 신호를 수신하고, 및 상기 수신된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 외부 객체에 대한 생체 정보를 생성하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 센서 모듈이 사용자의 지문 입력을 대기하는 중에는 압력 센서로 동작하고 있다가, 사용자의 지문 입력으로 인한 소정의 압력이 감지되면 지문 센서로 동작하게 함으로써, 외부 장치의 도움이나 센서 모듈 자체를 주기적으로 동작시키지 않아도 되므로, 즉각적인 지문 센싱을 수행하고 전자 장치의 소모 전류를 최소화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 모바일 전자 장치의 전면의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전자 장치의 후면의 사시도이다.
도 3은 도 1의 전자 장치의 전개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 압력 센서 기능에서 지문 센서 기능으로 전환하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 지문 센서로 동작할 때의 송신 모드를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 지문 센서로 동작할 때의 수신 모드를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 또 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 전체 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역으로 사용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 일부 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역으로 사용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 하부에 지지부를 추가한 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 센싱 영역에 대한 확장 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 전자 장치의 후면의 사시도이다.
도 3은 도 1의 전자 장치의 전개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 압력 센서 기능에서 지문 센서 기능으로 전환하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 지문 센서로 동작할 때의 송신 모드를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 지문 센서로 동작할 때의 수신 모드를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 또 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 전체 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역으로 사용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 일부 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역으로 사용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 하부에 지지부를 추가한 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 센싱 영역에 대한 확장 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
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본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나," 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 모바일 전자 장치의 전면의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전자 장치의 후면의 사시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(100)는, 제 1 면(또는 전면)(110A), 제 2 면(또는 후면)(110B), 및 제 1 면(110A) 및 제 2 면(110B) 사이의 공간을 둘러싸는 측면(110C)을 포함하는 하우징(110)을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 하우징은, 도 1의 제 1 면(110A), 제 2 면(110B) 및 측면(110C)들 중 일부를 형성하는 구조를 지칭할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 면(110A)은 적어도 일부분이 실질적으로 투명한 전면 플레이트(102)(예: 다양한 코팅 레이어들을 포함하는 글라스 플레이트, 또는 폴리머 플레이트)에 의하여 형성될 수 있다. 제 2 면(110B)은 실질적으로 불투명한 후면 플레이트(111)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 후면 플레이트(111)는, 예를 들어, 코팅 또는 착색된 유리, 세라믹, 폴리머, 금속(예: 알루미늄, 스테인레스 스틸(STS), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 상기 측면(110C)은, 전면 플레이트(102) 및 후면 플레이트(111)와 결합하며, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 측면 베젤 구조 (또는 "측면 부재")(118)에 의하여 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 후면 플레이트(111) 및 측면 베젤 구조(118)는 일체로 형성되고 동일한 물질(예: 알루미늄과 같은 금속 물질)을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서는, 상기 전면 플레이트(102)는, 상기 제 1 면(110A)으로부터 상기 후면 플레이트(111) 쪽으로 휘어져 심리스하게(seamless) 연장된 2개의 제 1 영역(110D)들을, 상기 전면 플레이트(102)의 긴 엣지(long edge) 양단에 포함할 수 있다. 도시된 실시예(도 2 참조)에서, 상기 후면 플레이트(111)는, 상기 제 2 면(110B)으로부터 상기 전면 플레이트(102) 쪽으로 휘어져 심리스하게 연장된 2개의 제 2 영역(110E)들을 긴 엣지 양단에 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 전면 플레이트(102)(또는 상기 후면 플레이트(111))가 상기 제 1 영역(110D)들(또는 상기 제 2 영역(110E)들) 중 하나 만을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는, 상기 제 1 영역(110D)들 또는 제 2 영역(110E)들 중 일부가 포함되지 않을 수 있다. 상기 실시예들에서, 상기 전자 장치(100)의 측면에서 볼 때, 측면 베젤 구조(118)는, 상기와 같은 제 1 영역(110D)들 또는 제 2 영역(110E)들이 포함되지 않는 측면 쪽에서는 제 1 두께(또는 폭)을 가지고, 상기 제 1 영역(110D)들 또는 제 2 영역(110E)들을 포함한 측면 쪽에서는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(100)는, 디스플레이(101), 오디오 모듈(103, 107, 114), 센서 모듈(104, 116, 119), 카메라 모듈(105, 112, 113), 키 입력 장치(117), 발광 소자(106), 및 커넥터 홀(108, 109) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(100)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 키 입력 장치(117), 또는 발광 소자(106))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
디스플레이(101)는, 예를 들어, 전면 플레이트(102)의 상당 부분을 통하여 노출될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 제 1 면(110A), 및 상기 측면(110C)의 제 1 영역(110D)들을 형성하는 전면 플레이트(102)를 통하여 상기 디스플레이(101)의 적어도 일부가 노출될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 디스플레이(101)의 모서리를 상기 전면 플레이트(102)의 인접한 외곽 형상과 대체로 동일하게 형성할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)가 노출되는 면적을 확장하기 위하여, 디스플레이(101)의 외곽과 전면 플레이트(102)의 외곽간의 간격이 대체로 동일하게 형성될 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)의 화면 표시 영역의 일부에 리세스 또는 개구부(opening)을 형성하고, 상기 리세스 또는 상기 개구부(opening)와 정렬되는 오디오 모듈(114), 센서 모듈(104), 카메라 모듈(105), 및 발광 소자(106) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)의 화면 표시 영역의 배면에, 오디오 모듈(114), 센서 모듈(104), 카메라 모듈(105), 지문 센서(116), 및 발광 소자(106) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(101)는, 터치 감지 회로, 터치의 세기(압력)를 측정할 수 있는 압력 센서, 및/또는 자기장 방식의 스타일러스 펜을 검출하는 디지타이저와 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 센서 모듈(104, 119)의 적어도 일부, 및/또는 키 입력 장치(117)의 적어도 일부가, 상기 제 1 영역(110D)들, 및/또는 상기 제 2 영역(110E)들에 배치될 수 있다.
오디오 모듈(103, 107, 114)은, 마이크 홀(103) 및 스피커 홀(107, 114)을 포함할 수 있다. 마이크 홀(103)은 외부의 소리를 획득하기 위한 마이크가 내부에 배치될 수 있고, 어떤 실시예에서는 소리의 방향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크가 배치될 수 있다. 스피커 홀(107, 114)은, 외부 스피커 홀(107) 및 통화용 리시버 홀(114)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는 스피커 홀(107, 114)과 마이크 홀(103)이 하나의 홀로 구현 되거나, 스피커 홀(107, 114) 없이 스피커가 포함될 수 있다(예: 피에조 스피커).
센서 모듈(104, 116, 119)은, 전자 장치(100)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(104, 116, 119)은, 예를 들어, 하우징(110)의 제 1 면(110A)에 배치된 제 1 센서 모듈(104)(예: 근접 센서) 및/또는 제 2 센서 모듈(미도시)(예: 지문 센서), 및/또는 상기 하우징(110)의 제 2 면(110B)에 배치된 제 3 센서 모듈(119)(예: HRM 센서) 및/또는 제 4 센서 모듈(116) (예: 지문 센서)을 포함할 수 있다. 상기 지문 센서는 하우징(110)의 제 1면(110A)(예: 디스플레이(101)뿐만 아니라 제 2면(110B)에 배치될 수 있다. 전자 장치(100)는, 도시되지 않은 센서 모듈, 예를 들어, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서(104) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
카메라 모듈(105, 112, 113)은, 전자 장치(100)의 제 1 면(110A)에 배치된 제 1 카메라 장치(105), 및 제 2 면(110B)에 배치된 제 2 카메라 장치(112), 및/또는 플래시(113)를 포함할 수 있다. 상기 카메라 장치들(105, 112)은, 하나 또는 복수의 렌즈들, 이미지 센서, 및/또는 이미지 시그널 프로세서를 포함할 수 있다. 플래시(113)는, 예를 들어, 발광 다이오드 또는 제논 램프(xenon lamp)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 2개 이상의 렌즈들(적외선 카메라, 광각 및 망원 렌즈) 및 이미지 센서들이 전자 장치(100)의 한 면에 배치될 수 있다.
키 입력 장치(117)는, 하우징(110)의 측면(110C)에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서는, 전자 장치(100)는 상기 언급된 키 입력 장치(117) 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함되지 않은 키 입력 장치(117)는 디스플레이(101) 상에 소프트 키 등 다른 형태로 구현될 수 있다. 어떤 실시예에서, 키 입력 장치는 하우징(110)의 제 2면(110B)에 배치된 센서 모듈(116)을 포함할 수 있다.
발광 소자(106)는, 예를 들어, 하우징(110)의 제 1 면(110A)에 배치될 수 있다. 발광 소자(106)는, 예를 들어, 전자 장치(100)의 상태 정보를 광 형태로 제공할 수 있다. 다른 실시예에서는, 발광 소자(106)는, 예를 들어, 카메라 모듈(105)의 동작과 연동되는 광원을 제공할 수 있다. 발광 소자(106)는, 예를 들어, LED, IR LED 및 제논 램프를 포함할 수 있다.
커넥터 홀(108, 109)은, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예를 들어, USB 커넥터)를 수용할 수 있는 제 1 커넥터 홀(108), 및/또는 외부 전자 장치와 오디오 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 수용할 수 있는 제 2 커넥터 홀(예를 들어, 이어폰 잭)(109)을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 전자 장치의 전개 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(300)는, 측면 베젤 구조(310), 제 1 지지부재(311)(예: 브라켓), 전면 플레이트(320), 디스플레이(330), 인쇄 회로 기판(340), 배터리(350), 제 2 지지부재(360)(예: 리어 케이스), 안테나(370), 및 후면 플레이트(380)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(300)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 제 1 지지부재(311), 또는 제 2 지지부재(360))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다. 전자 장치(300)의 구성요소들 중 적어도 하나는, 도 1, 또는 도 2의 전자 장치(100)의 구성요소들 중 적어도 하나와 동일, 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
제 1 지지부재(311)는, 전자 장치(300) 내부에 배치되어 측면 베젤 구조(310)와 연결될 수 있거나, 측면 베젤 구조(310)와 일체로 형성될 수 있다. 제 1 지지부재(311)는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속 (예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 제 1 지지부재(311)는, 일면에 디스플레이(330)가 결합되고 타면에 인쇄 회로 기판(340)이 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판(340)에는, 프로세서, 메모리, 및/또는 인터페이스가 장착될 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 전자 장치(300)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다.
배터리(350)는 전자 장치(300)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 또는 재충전 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리(350)의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(340)과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리(350)는 전자 장치(300) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 전자 장치(300)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다.
안테나(370)는, 후면 플레이트(380)와 배터리(350) 사이에 배치될 수 있다. 안테나(370)는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 안테나(370)는, 예를 들어, 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있다. 다른 실시예에서는, 측면 베젤 구조(310) 및/또는 상기 제 1 지지부재(311)의 일부 또는 그 조합에 의하여 안테나 구조가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
다양한 실시예에 따르면, 도 4의 전자 장치(400)는, 예를 들면, 도 1의 전자 장치(100) 또는 도 3의 전자 장치(300)의 전체 또는 일부 구성을 포함할 수 있다. 도 4의 디스플레이(410)는, 예를 들면, 도 1의 디스플레이(101) 또는 도 3의 디스플레이(330)를 포함할 수 있다. 도 4의 센서 모듈(420)은, 예를 들면, 도 1 및 도 2의 센서 모듈(104, 116, 119) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(400)는, 디스플레이(410), 센서 모듈(420) 및 제어 회로(460)(예: 프로세서)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 디스플레이(410)는, 사용자에게 각종 콘텐츠(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 및/또는 심볼 등)를 표시할 수 있다. 디스플레이(410)는 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치, 제스쳐, 근접, 또는 호버링 입력을 수신할 수 있다. 디스플레이(410)는, 예를 들면, 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 디스플레이, 능동형 유기 발광 다이오드(active matrix organic light emitting diode; AMOLED) 디스플레이 또는 마이크로 전자기계 시스템 (micro electro mechanical systems; MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(420)은 디스플레이(410)의 하부에 배치될 수 있다. 센서 모듈(420)은 전자 장치(400) 사용자의 지문 입력을 대기하는 중에는 압력 센서로 동작할 수 있다. 센서 모듈(420)은 상기 디스플레이(410)를 통해 소정의 압력이 감지되면 초음파 지문 센서로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(420)은 기판(425), 압전 소자(430), 복수의 스위치들(440), 제 1 신호 단자(451) 및 제 2 신호 단자(452)를 포함할 수 있다.
상기 기판(425)은 유리(glass) 기판일 수 있다. 기판(425)은 폴리이미드(polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아미드(polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 폴리우레탄(polyurethane) 중 적어도 하나로 이루어진 플라스틱 기판일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기판(425)은 박막트랜지스터(thin-film transistor; TFT) 기판을 포함할 수 있다.
상기 압전 소자(430)는 기판(425) 상에 배치될 수 있다. 압전 소자(430)는 상기 디스플레이(410)를 통해 소정의 압력이 인가되면, 상기 압력에 따른 전위차를 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 압전 소자(430)는 제 1 전극(431), 압전 레이어(433) 및 제 2 전극(435)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(431)은 압전 레이어(433)의 하부에 배치될 수 있다. 제 2 전극(435)은 압전 레이어(433)의 상부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 압전 레이어(433)는 제 1 전극(431) 및 제 2 전극(435) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 전극(431)은 공통 전극을 포함할 수 있다. 제 1 전극(431)은 복수의 신호 라인들을 포함할 수 있다. 제 1 전극(431)은 저항을 최소화하기 위기 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 레이어로 구성될 수 있다. 상기 압전 레이어(433)는 소정의 압력에 따라 전압을 발생시킬 수 있다. 압전 레이어(433)는 초음파 진동을 발생시킬 수 있다. 압전 레이어(433)는 폴리플루오린화비닐리덴(polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리플루오린화비닐리덴-트리플루오르에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trifluoroethylen; PVDF-TrFE) 및 티탄산지르콘산연(lead zirconate titanate; PZT) 중 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다. 제 2 전극(435)은 픽셀 단위로 구성된 픽셀 전극을 포함할 수 있다. 제 2 전극(435)은 복수의 신호 라인들을 포함할 수 있다.
상기 복수의 스위치들(440)은 박막트랜지스터(thin-film transistor; TFT) 어레이로 구성될 수 있다. 복수의 스위치들(440)은 제 2 전극의 각 픽셀들을 온/오프할 수 있다.
상기 제 1 신호 단자(451)는 제 1 전극과 연결될 수 있다. 제 2 신호 단자(452)는 상기 복수의 스위치들(440)과 연결될 수 있다. 제 2 신호 단자(452)는 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 상기 제 2 전극(435) 중 적어도 일부의 픽셀 전극과 선택적으로 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(460)는 상기 제 1 신호 단자(451)와 연결될 수 있다. 제 1 신호 단자(451)는 상기 압전 소자(430)의 제 1 전극(431) 및 제 2 전극(435) 중 적어도 일부를 이용하여, 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 감지할 수 있다. 제어 회로(460)는 상기 센서 모듈(420)이 압력 센서 기능 및 지문 센서 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(460)는 제 2 신호 단자(452)가 상기 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 연결된 상태로, 상기 압전 소자(430)의 제 1 전극(431) 및 제 2 전극(435) 중 적어도 일부를 이용하여, 상기 디스플레이(410)를 통해 상기 센서 모듈(420)에 입력되는 사용자 손가락의 압력을 상기 제 1 신호 단자(451)를 통해 감지하도록 설정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 신호 단자(452)는 전자 장치(400)의 접지부(미도시)에 연결되어 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(460)는, 디스플레이(410)를 통해 상기 센서 모듈(420)에 입력되는 사용자 손가락의 압력에 적어도 기반하여, 상기 제 2 신호 단자(452)가 상기 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 연결된 상태로, 상기 제 1 신호 단자(451)를 통해 상기 압전 소자(430)의 제 1 전극(431) 및 제 2 전극(435) 중 적어도 일부를 이용하여 초음파 신호를 출력하도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(460)는, 상기 제 2 신호 단자(452)가 상기 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 개방된 상태로, 상기 압전 소자(430)의 제 1 전극(431) 및 제 2 전극(435) 중 적어도 일부를 이용하여 상기 디스플레이(410) 상의 외부 객체(예: 손가락)에서 반사된 초음파 신호를 수신하도록 설정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 신호 단자(452)가 상기 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 개방된 상태일 때, 상기 제 1 신호 단자(451)는 전자 장치(400)의 접지부(미도시)에 연결되어 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(460)는, 상기 수신된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 디스플레이(410) 상의 외부 객체(예: 손가락)에 대한 생체 정보(예: 지문 정보)를 생성하도록 설정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(460)는, 상기 복수의 스위치들(440)을 순차적으로 연결하여, 상기 수신된 초음파 신호를 획득하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(400)의 센서 모듈(420)은 사용자의 지문 입력을 대기하는 대기 모드(standby mode)일 때, 상기 제 1 전극(431)은 제 1 신호 단자(451)와 연결되어 아날로그 출력을 입력 받을 수 있도록 구성되고, 제 2 전극(435)은 복수의 스위치들(440)을 이용하여 전자 장치(400)의 접지부와 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 압력 센서 기능에서 지문 센서 기능으로 전환하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(400)의 센서 모듈(420)은 사용자의 지문 입력을 대기하는 대기 모드(standby mode)로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(400)의 사용자는 손가락을 통해 센서 모듈(420) 상에 위치된 디스플레이(410)를 터치하고 압력을 가할 수 있다. 상기 압력이 인가되면, 압전 레이어(433)의 휨에 따라 약 0.1V~2V의 전위차가 발생될 수 있다. 제어 회로(460)는 상기 전위차를 센싱하여, 임계값(threshold) 이상의 전압이 발생된 것으로 판단되면, 상기 센서 모듈(420)을 압력 센서 기능에서 지문 센서 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 지문 센서로 동작할 때의 송신 모드를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(400)의 센서 모듈(420)은 압력 센서 기능에서 지문 센서 기능으로 전환됨에 따라, 초음파를 송신하는 송신 모드(Tx mode)로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(420)이 송신 모드로 동작하는 경우, 제 1 신호 단자(451)와 연결된 제 1 전극(431)은 아날로그 출력을 입력 받을 수 있는 발진부로 동작할 수 있다. 제 2 전극(435)은 복수의 스위치들(440)을 이용하여 2 신호 단자(452)와 연결될 수 있다. 상기 제 2 신호 단자(452)는 전자 장치(400)의 접지부와 연결될 수 있다. 상기 제 1 전극(431)의 발진에 따라 압전 어레이(433)는 초음파 진동을 발생할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 전극(431) 및 압전 어레이(433) 간에 발생되는 전위차에 따라, 상기 압전 어레이(433)가 초음파를 발생시키며, 상기 발생된 초음파는 디스플레이(410)를 향하여 전달될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치가 지문 센서로 동작할 때의 수신 모드를 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(400)의 센서 모듈(420)은 압력 센서 기능에서 지문 센서 기능으로 전환됨에 따라, 초음파를 수신하는 수신 모드(Rx mode)로 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(420)이 수신 모드로 동작하는 경우, 제 1 신호 단자(451)와 연결된 제 1 전극(431)은 전자 장치(400)의 접지부와 연결될 수 있다. 상기 센서 모듈(420)의 제 2 전극(435)은 복수의 스위치들(440)과 연결되며, 디스플레이(410)를 통해 인가되는 전압을 픽셀 별로 감지할 수 있다. 상술한 송신 모드에서 디스플레이(410)에 전달된 초음파는 외부 객체(예: 손가락)에 의해 반사될 수 있다. 센서 모듈(420)의 압전 어레이(433)는 상기 제 2 전극(435)의 각 픽셀 별로 반사되는 초음파 진동의 세기를 전압으로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어 회로(460)는 상기 제 2 전극(435)을 통해 각 픽셀 별로 수신된 초음파를 이용하여, 상기 외부 객체에 대응하는 이미지(예: 지문 이미지)를 획득할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(400)는 도 4에 도시된 디스플레이(410), 센서 모듈(420) 및 제어 회로(460) 이외에, 스위치 회로(455), 압력 감지회로(457) 및 초음파 발신 및 수신 회로(459)를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 회로(455)는 제 1 신호 단자(451)를 통해 제 1 전극(431)과 연결될 수 있다. 스위치 회로(455)는 상기 제 1 신호 단자(451)를 압력 감지회로(457) 또는 초음파 발신 및 수신회로(459)와 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 압력 감지회로(457)는 상기 디스플레이(410)를 통해 발생되는 압력에 대응하는 전압을 감지할 수 있다. 압력 감지회로(457)는 신호대 잡음비(signal to noise ratio;SNR)를 높이기 위한 필터 또는 증폭기 등으로 구성될 수 있다.
상기 초음파 발신 및 수신회로(459)는 상기 디스플레이(410)에 초음파를 발신하고, 디스플레이(410)에서 반사되는 초음파 신호를 수신할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서 모듈(420)이 사용자의 지문 입력을 대기하는 대기 모드(standby mode)로 동작하는 경우, 상기 제 1 전극(431)은 제 1 신호 단자(451) 및 스위치 회로(455)를 통해 압력 감지회로(457)와 연결되어, 상기 디스플레이(410)를 통해 센서 모듈(420)에 인가되는 압력에 의해 발생된 전압을 감지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서 모듈(420)이 초음파를 송신하는 송신 모드(Tx mode)로 동작하는 경우, 상기 제 1 전극(431)은 제 1 신호 단자(451) 및 스위치 회로(455)를 통해 초음파 발신 및 수신회로(459)와 연결되어, 상기 디스플레이(410) 상의 외부 객체(예: 손가락)의 지문 센싱에 필요한 초음파 신호를 발생시키기 위한 아날로그 신호를 인가 받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 압력 감지회로(457)는 제 2 신호 단자(452)가 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 복수의 스위치들(440)을 이용하여 연결된 상태로, 압전 소자(430)의 제 1 전극(431) 및 제 2 전극(435) 중 적어도 일부를 이용하여, 상기 디스플레이(410)를 통해 상기 센서 모듈(420)에 입력되는 사용자 손가락의 압력을 상기 제 1 신호 단자(451)를 통해 감지하도록 설정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 신호 단자(452)는 전자 장치(400)의 접지부(미도시)에 연결되어 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 초음파 발신 및 수신회로(459)는 제 2 신호 단자(452)가 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 개방된 상태로, 상기 제 1 신호 단자(451)를 통해 압전 소자(430)의 제 1 전극(431) 및 제 2 전극(435) 중 적어도 일부를 이용하여 상기 디스플레이(410)에 터치되는 외부 객체(예: 손가락)에서 반사된 초음파 신호를 획득하도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 신호 단자(452)가 상기 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 개방된 상태일 때, 상기 제 2 전극(435) 중 다른 일부와 상기 제 1 신호 단자 사이에 유도되는 전압을 이용하여 상기 디스플레이에 터치되는 외부 객체(예: 손가락)에서 반사된 초음파 신호를 획득하도록 설정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 신호 단자(452)가 상기 제 2 전극(435) 중 적어도 일부와 상기 복수의 스위치들(440)을 이용하여 개방된 상태일 때, 상기 제 1 신호 단자(451)는 전자 장치(400)의 접지부(미도시)에 연결되어 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어 회로(460)는, 상기 초음파 발신 및 수신회로(459)를 통해 감지된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 디스플레이(410) 상의 외부 객체(예: 손가락)에 대한 생체 정보(예: 지문 정보)를 생성하도록 설정될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 또 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(400)는 도 8에 도시된 구성 이외에, 제 1 셀렉터(441), 제 2 셀렉터(442) 및 이미지 처리부(465)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 스위치들(440)은 제 1 셀렉터(441) 및 제 2 셀렉터(442)를 포함할 수 있다. 제 1 셀렉터(441) 및 제 2 셀렉터(442)는 픽셀 단위로 구성된 제 2 전극(435)의 각 픽셀에 걸리는 전압을 인식할 수 있다. 제 1 셀렉터(441)는 제 1-1 내지 제 1-n의 행(row) 셀렉터를 포함할 수 있다. 제 2 셀렉터(442)는 제 2-1 내지 제 2-n의 열(column) 셀렉터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 셀렉터(441) 및 제 2 셀렉터(442)는 압력 감지회로(457)와 일체로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이미지 처리부(465)는 제어 회로(465) 내에 구성될 수 있다. 이미지 처리부(465)는 센서 모듈(420)의 제 2 전극(435)을 통해 각 픽셀 별 전압을 입력 받아, 외부 객체(예: 손가락)에 대한 지문 이미지를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이미지 처리부(465)는 상기 압력 감지회로(457)와 하나의 펌웨어 또는 로직으로 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 전체 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역으로 사용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈(420)은 압력 센싱 및 지문 센싱을 위해 전체 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)으로 활용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(420)의 전체 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역 (405)으로 활용하는 경우, 제 1 전극(431)은 일체로 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 일부 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역으로 사용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈(420)은 일부 영역(예1: 제 1 영역)을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)으로 활용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(420)의 일부 영역을 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)으로 활용하는 경우, 제 1 전극(431)은 분리되어 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 전극(431)은 제 1 부분(431a), 제 2 부분(431b) 및 제 3 부분(431c)으로 분리되어 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 부분(431b)은 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)으로 활용될 수 있다. 상기 일부 영역(예: 제 1 영역)과 다른 일부(예: 제 2 영역)인 상기 제 1 부분(431a) 및 제 3 부분(431c)은 압력 센싱 영역(407)으로 활용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 하부에 지지부를 추가한 구성을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 센서 모듈(420)의 하부에는 적어도 일부의 지지부(401)가 위치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지지부(401)는 센서 모듈(420)의 제 1 전극(431) 및 제 1 지지부재(예: 도 3의 제 1 지지부재(311), 브라켓) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(410) 상에 인가되는 압력 센싱을 위해, 상기 압전 레이어(433)가 상기 지지부(401)에 의해 눌려지는 정도에 따라, 압전 레이어(433)의 상기 지지부(401)에 대응하는 영역에는 추가적인 전위차가 발생될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 지지부(401)에 의해 상기 압전 레이어(433)에 더 큰 휨이 발생됨에 따라 더 큰 전압이 발생되므로, 센서 모듈(420)은 상기 디스플레이(410)를 통해 인가되는 압력을 더 용이하게 감지할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 센싱 영역에 대한 확장 예를 나타내는 도면이다.
도 13의 (a)를 참조하면, 센서 모듈(420)의 압력 센싱 및 지문 센싱 영역 (405)은 전자 장치(400)의 하부에 원형으로 형성되어, 압력 센싱 및 지문 센싱을 위한 영역으로 활용될 수 있다. 상기 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)의 상기 원형의 테두리 부근에는 사용자의 지문 입력으로 인한 압력을 센싱하는 압력 센싱 영역(407)이 확장되어 형성될 수 있다.
도 13의 (b)를 참조하면, 센서 모듈(420)의 압력 센싱 및 지문 센싱 영역 (405)은 전자 장치(400)의 하부에 사각형으로 형성되어, 압력 센싱 및 지문 센싱을 위한 영역으로 활용될 수 있다. 상기 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)의 상기 사각형의 좌측 및 우측에는 사용자의 지문 입력으로 인한 압력을 센싱하는 압력 센싱 영역(407)이 확장되어 형성될 수 있다.
도 13의 (c)를 참조하면, 센서 모듈(420)의 압력 센싱 및 지문 센싱 영역 (405)은 전자 장치(400)의 하부에 사각형으로 형성되어, 압력 센싱 및 지문 센싱을 위한 영역으로 활용될 수 있다. 상기 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)의 상기 사각형의 상측, 하측, 좌측 및 우측에는 사용자의 지문 입력으로 인한 압력을 센싱하는 압력 센싱 영역(407)이 확장되어 형성될 수 있다.
도 13의 (d)를 참조하면, 센서 모듈(420)의 압력 센싱 및 지문 센싱 영역 (405)은 전자 장치(400)의 전면의 전체 영역에 형성되어, 압력 센싱 및 지문 센싱을 위한 영역으로 활용될 수 있다. 상기 압력 센싱 및 지문 센싱 영역(405)은 상기 전체 영역에 걸쳐 압력 센싱 영역(407) 및 지문 센싱 영역(409)을 위한 영역으로 활용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수의 기능을 수행하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
동작 510에서, 전자 장치(400)의 센서 모듈(420) 및 제어 회로(460)는 사용자의 지문 입력을 대기하는 대기 모드로 동작할 수 있다.
동작 520에서, 제어 회로(460)는 디스플레이(410)를 통해 외부 객체(예: 손가락)를 이용하여 센서 모듈(420)에 소정의 압력이 감지되는지의 여부를 판단할 수 있다.
동작 530에서, 제어 회로(460)는 상기 소정의 압력이 감지되면, 상기 센서 모듈(420)이 압력 센서 기능에서 지문 센서 기능을 수행하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(420)은 압력 센서 기능 및 지문 센서 기능을 동시에 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제어 회로(460)는 상기 디스플레이(410)에 압력을 인가하는 외부 객체(예: 손가락)에 초음파를 송신하는 송신 모드(Tx mode) 및 상기 외부 객체로부터 초음파를 수신하는 수신 모드(Rx mode)로 동작하도록, 상기 센서 모듈(420)을 제어할 수 있다.
동작 540에서, 제어 회로(460)는 상기 수신 모드에서 외부 객체로부터 반사된 초음파를 수신하여, 전자 장치(400) 사용자의 지문 이미지를 획득할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
410: 디스플레이
420: 센서 모듈
430: 압전 소자 431: 제 1 전극
433: 압전 어레이 435: 제 2 전극
440: 복수의 스위치 451: 제 1 신호 단자
452: 제 2 신호 단자 460: 제어 회로
430: 압전 소자 431: 제 1 전극
433: 압전 어레이 435: 제 2 전극
440: 복수의 스위치 451: 제 1 신호 단자
452: 제 2 신호 단자 460: 제어 회로
Claims (20)
- 전자 장치에 있어서,
복수의 제 1 전극들 및 복수의 제 2 전극들을 포함하는 복수의 압전 소자들, 상기 복수의 제 1 전극들과 연결된 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자, 및 상기 복수의 제 2 전극들 중 적어도 일부 전극과 상기 제 2 신호 단자를 선택적으로 연결할 수 있는 복수의 스위치들을 포함하는 센서 모듈; 및
제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 상기 제 1 신호 단자를 통해 감지하고,
상기 압력에 적어도 기반하여, 상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 제 1 신호 단자를 통해 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 초음파 신호를 출력하고, 및
상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 개방된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 외부 객체에 반사된 초음파 신호를 수신하고, 및
상기 수신된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 외부 객체에 대한 생체 정보를 생성하도록 설정된 전자 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 신호 단자를 통해 압력 감지 시, 상기 제 2 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 초음파 신호의 수신 시, 상기 제 1 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 복수의 스위치들을 순차적으로 연결하여, 상기 수신된 초음파 신호를 획득하도록 설정된 전자 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 스위치들은 박막트랜지스터(TFT) 어레이를 포함하는 전자 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 압전 소자들 중 상기 센서 모듈의 제 1 영역에 대응하는 일부는 압력 감지 및 상기 초음파 신호를 수신 또는 송신하고, 상기 복수의 압전 소자들 중 상기 센서 모듈의 제 2 영역에 대응하는 다른 일부는 상기 압력을 감지하는 전자 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 센서 모듈이 배치되는 지지부재를 더 포함하고,
상기 지지부재와 상기 센서 모듈 사이의 상기 제 2 영역에 대응하는 적어도 일부에 지지부(supporter)가 배치된 전자 장치. - 전자 장치에 있어서,
복수의 제 1 전극들 및 복수의 제 2 전극들을 포함하는 복수의 압전 소자들, 상기 복수의 제 1 전극들과 연결된 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자, 및 상기 복수의 제 2 전극들 중 적어도 일부 전극과 상기 제 2 신호 단자를 선택적으로 연결할 수 있는 복수의 스위치들을 포함하는 센서 모듈;
상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 상기 제 1 신호 단자를 통해 감지하도록 설정된 압력 감지 회로; 및
상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 개방된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 외부 객체에 반사된 초음파 신호를 획득하도록 설정된 초음파 감지 회로를 포함하는 전자 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 신호 단자를 상기 압력 감지 회로 또는 상기 초음파 감지 회로와 선택적으로 연결하기 위한 스위치 회로를 더 포함하는 전자 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 신호 단자를 통해 압력 감지 시, 상기 제 2 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 초음파 신호 획득 시, 상기 제 1 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치. - 제 8항에 있어서,
제어 회로를 더 포함하고, 상기 제어 회로는,
상기 초음파 감지 회로를 통해 획득된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 외부 객체에 대한 생체 정보를 생성하도록 설정된 전자 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 복수의 스위치들은, 상기 복수의 제 2 전극들의 각 픽셀에 인가되는 전압을 선택적으로 검출하기 위한 제 1 셀렉터 및 제 2 셀렉터를 포함하는 전자 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 복수의 압전 소자들 중 상기 센서 모듈의 제 1 영역에 대응하는 일부는 압력 감지 및 상기 초음파 신호를 수신 또는 송신하고, 상기 복수의 압전 소자들 중 상기 센서 모듈의 제 2 영역에 대응하는 다른 일부는 상기 압력을 감지하는 전자 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 센서 모듈이 배치되는 지지부재를 더 포함하고,
상기 지지부재와 상기 센서 모듈 사이의 상기 제 2 영역에 대응하는 적어도 일부에 지지부(supporter)가 배치된 전자 장치. - 전자 장치에 있어서,
복수의 제 1 전극들 및 복수의 제 2 전극들을 포함하는 복수의 압전 소자들, 상기 복수의 제 1 전극들과 연결된 제 1 신호 단자, 제 2 신호 단자, 및 상기 복수의 제 2 전극들 중 적어도 일부 전극과 상기 제 2 신호 단자를 선택적으로 연결할 수 있는 복수의 스위치들을 포함하는 센서 모듈; 및
제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 연결된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 상기 센서 모듈에 입력되는 압력을 상기 제 1 신호 단자를 통해 감지하고,
상기 제 2 신호 단자가 상기 적어도 일부 전극과 상기 복수의 스위치들을 이용하여 개방된 상태로, 상기 복수의 압전 소자들 중 적어도 일부를 이용하여 외부 객체에 반사된 초음파 신호를 수신하고, 및
상기 수신된 초음파 신호에 적어도 기반하여, 상기 외부 객체에 대한 생체 정보를 생성하도록 설정된 전자 장치. - 제 16항에 있어서,
상기 제 1 신호 단자를 통해 압력 감지 시, 상기 제 2 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치. - 제 16항에 있어서,
상기 초음파 신호 수신 시, 상기 제 1 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치. - 제 16항에 있어서,
상기 복수의 압전 소자들 중 상기 센서 모듈의 제 1 영역에 대응하는 일부는 압력 감지 및 상기 초음파 신호를 수신 또는 송신하고, 상기 복수의 압전 소자들 중 상기 센서 모듈의 제 2 영역에 대응하는 다른 일부는 상기 압력을 감지하는 전자 장치. - 제 16항에 있어서,
상기 센서 모듈이 배치되는 지지부재를 더 포함하고,
상기 지지부재와 상기 센서 모듈 사이의 상기 제 2 영역에 대응하는 적어도 일부에 지지부(supporter)가 배치된 전자 장치.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| KR1020180071634A KR102471819B1 (ko) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 |
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| US17/056,461 US11341765B2 (en) | 2018-06-21 | 2019-06-04 | Electronic device comprising sensor module for sensing pressure and transmitting and receiving ultrasound signal by using piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180071634A KR102471819B1 (ko) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 |
Publications (2)
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