KR20220005739A - 터치 센싱 장치 및 이를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치는, 도전성을 갖는 제1 센싱 코일; 도전성을 갖는 제2 센싱 코일; 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 중 적어도 하나의 배치공간을 갖고, 적어도 일부분이 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 사이에 배치되는 기판; 및 외부 압력이 전달되어 상기 기판이 하강함에 따라 압축되도록 배치되는 탄성 부재를 포함할 수 있다.

Description

터치 센싱 장치 및 이를 구비하는 전자 기기{TOUCH SENSOR MODULE AND ELECTRONIC DEVICE WITH THE SAME}
본 발명은 터치 센싱 장치 및 이를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
일반적으로, 웨어러블 기기는 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 선호되고 있으며 이에 따라 기존 기계식 스위치가 사라지고 있다. 이는 방진, 방수 기술의 구현이 이루어짐과 더불어, 매끄러운 디자인의 일체감 있는 모델의 개발이 이루어짐에 따라 가능해지고 있다.
현재 메탈 위를 터치하는 ToM(touch On Metal) 기술, 터치 패널을 이용한 커패시터 센싱 기법, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System), 마이크로 스트레인 게이지(Micro Strain Gauge) 기술 등이 개발되고 있으며 이에 더 나아가 포스 터치기능까지 개발되는 추세이다.
기존의 기계식 스위치의 경우, 스위치 기능 구현을 위해 내부적으로 큰 사이즈와 공간이 필요하고, 외관상으로도 외부로 튀어나오는 형태나 외부 케이스와 일체를 이루지 않는 구조를 가짐으로써, 깔끔하지 못한 디자인과 많은 공간을 차지하는 단점이 있다.
또한 전기적으로 연결되는 기계식 스위치의 직접적인 접촉으로 인하여 사용자가 감전될 위험이 있으며, 특히 기계적 스위치의 구조상 방진·방수가 곤란하다는 단점이 있다.
본 발명은 터치 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 터치 센싱 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제안한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 도전성을 갖는 제1 센싱 코일; 도전성을 갖는 제2 센싱 코일; 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 중 적어도 하나의 배치공간을 갖고, 적어도 일부분이 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 사이에 배치되는 기판; 및 외부 압력이 전달되어 상기 기판이 하강함에 따라 압축되도록 배치되는 탄성 부재를 포함하는 터치 센싱 장치가 제안된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 상부의 적어도 일부 영역에 터치 스위치부를 포함하는 하우징; 상기 하우징의 하부면으로부터 이격 배치되는 하부 프레임; 및 상기 하우징 및 상기 하부 프레임 사이에 배치되며, 상기 터치 스위치부에 가해지는 외부 압력을 센싱하는 터치 센싱 장치를 포함하고, 상기 터치 센싱 장치는, 도전성을 갖는 제1 센싱 코일; 도전성을 갖는 제2 센싱 코일; 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 중 적어도 하나의 배치공간을 갖고, 적어도 일부분이 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 사이에 배치되는 기판; 및 상기 터치 스위치부로 외부 압력이 전달되어 상기 기판이 하강하도록 상기 하우징을 지지하는 지지 연결부를 포함하는 전자 기기가 제안된다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 센싱 장치 및 전자 기기는, 전자 기기의 외부로 돌출되는 기계식 스위치 없이도 전자 기기의 외부 압력을 감지할 수 있다. 이에 따라 외부 케이스와 일체를 이루는 터치 스위치가 구비될 수 있으며, 전자 기기의 내구성을 향상시킬 수 있고, 공간 활용 및 방진·방수 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 메탈이나 글래스와 같은 하우징과 센싱 코일 사이의 단위 간격 변화 대비 센싱 코일에 발생하는 인덕턴스의 변화량을 증대시킬 수 있으며, 터치 센서의 센싱 감도를 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기의 외관의 일 예시도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치에서, 제2 센싱 코일이 구비되지 않은 구조의 일 예시도이고, 도 2의 (b)는 제2 센싱 코일(112)이 구비된 구조의 일 예시도이다.
도 3은 도 2의 (b)의 하우징에 외부 압력이 가해진 상태의 일 예시도이다.
도 4는 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일이 하나의 센싱 회로부에 연결되는 일 예시도이다.
도 5은 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일이 각각 별개의 센싱 회로부에 연결되는 일 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 연결부가 터치 센싱 장치에 구비되는 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일이 기판의 엇갈린 위치에 배치되는 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 적어도 일부 영역이 플렉서블한 기판이 이용되는 일 예시도이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형 유도 축이 터치 센싱 장치에 구비되는 일 예시도이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 하우징에 외부 압력이 가해진 상태의 일 예시도이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기의 외관의 일 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 기기(10)는 하우징(51), 전면 디스플레이 글래스(52), 후면 커버(53) 및 터치 스위치부(TSW)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(51)은 전자 기기(10)의 적어도 일부 영역을 커버하는 수단에 해당하고, 또한 이와 동시에 전자 기기(10)의 중심 골격을 형성하는 수단과 일체로 형성될 수도 있다. 여기서, 하우징(51)은 전자 기기(10)의 종류 및 구성에 따라 다양한 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(10)가 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 스마트폰에 해당되는 경우, 하우징(51)은 메탈 프레임의 소재로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(51)이 글래스와 같은 비전도성 소재로 형성되는 것도 가능하다.
상기 전면 디스플레이 글래스(52)는 하우징(51)의 일 측에 배치될 수 있으며, 상기 후면 커버(53)는 상기 하우징(51)의 타 측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 전자 기기(10)는 전면 디스플레이 글래스(52), 하우징(51) 및 후면 커버(53)로 이루어지는 2층 내지 3층 구조의 사이드면을 포함할 수 있다.
상기 터치 스위치부(TSW)는 기계식 버튼을 대체하기 위해 상기 전자 기기(10)의 사이드면에 형성된 부분일 수 있다. 여기서, 터치 스위치부(TSW)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 터치 입력이 전달되는 부분, 즉 사용자 손에 의해 압력이 가해지는 접촉면에 해당될 수 있다. 또한, 도 1을 참조하면, 상기 터치 스위치부(TSW)는 하우징(51)의 적어도 일부 영역에 해당될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전자 기기(10)는 스마트폰 등과 같이 휴대 가능한 기기가 될 수 있고, 스마트 와치(Watch)와 같이 웨어러블 기기가 될 수 있으며, 특정한 기기에 한정되지 않고, 휴대 가능하거나 착용 가능한 전자 기기, 또는 동작 제어를 위한 스위치를 갖는 전자 기기가 될 수 있다.
예를 들어, 전자 기기(10)는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 일반적인 휴대폰 등의 전자 기기의 경우, 그 사이드면에 볼륨 버튼이나 전원 버튼이 물리적인 버튼(키)(Button(Key))으로 형성될 수 있다. 이때, 물리 버튼은 외부로 돌출되어 사용자의 손으로 누를 수 있게 되어 있다. 그러나 물리 버튼을 사용할 경우 마모 등의 원인으로 인해 내구연한이 있으며, 방수 처리가 어렵다는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 터치 센싱 스위치가 개발되었으나, 종래의 터치 센싱 스위치는 사용자가 가하는 압력에 비하여 인덕턴스 변화가 크지 않아, 센서의 감도가 떨어진다는 한계점을 가지고 있다. 또한, 사용자가 의도하지 않은 터치와, 포스 터치 입력을 위해 의도적으로 가한 압력을 명확히 구별하지 못하여 오작동이 발생하는 한계가 있다.
이러한 한계점을 해결하기 위해 제안하는 본 발명의 각 실시 예에 따른 터치 센싱 장치 및 전자 기기에 대해 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포스 센싱 장치에서, 제2 센싱 코일이 구비되지 않은 구조의 일 예시도이고, 도 2의 (b)는 제2 센싱 코일(112)이 구비된 구조의 일 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기본 개념은 사용자 손(1)으로 터치 스위치부(TSW)에 압력을 가하였을 때 하우징(51)이 내측으로 휘어지는 정도를 센싱하여, 전자 기기(10)의 사이드면에서 물리 버튼 없이 터치 입력이 가능하도록 하는 것이다.
그 상부에는 전면 디스플레이 글래스(52)(Front Display Glass)가 배치되고, 그 하부에는 후면 커버(53)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 후면 커버(53)는 예를 들어 백 글라스(Back Glass)에 해당될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기(10)는 하우징(51)을 포함할 수 있고, 상기 하우징(51)의 적어도 일부 영역에 터치 스위치부(TSW)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 기기(10)는 하부 프레임(60)을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 프레임(60)은 전도성 또는 비전도성 소재로 구성될 수 있으며, 특별한 형태나 구조에 구애 받지 않는다. 하부 프레임(60)은 상기 하우징(51)의 하부면과 평행한 일 면을 가지면서 이격 배치될 수 있다. 즉, 하우징(51)) 및 하부 프레임(60)은 서로 평행한 일 면을 각각 가지고 있으며, 그 평행한 양면 사이에 내부 공간을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기(10)는 터치 센싱 장치(100)를 포함할 수 있고, 상기 터치 센싱 장치(100)는 하우징(51) 및 하부 프레임(60)) 사이에 배치될 수 있다. 터치 센싱 장치(100)는 상기 하우징(51)의 터치 스위치부(TSW)에 가해지는 외부 압력을 센싱할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 하우징(51) 및 하부 프레임(60)은 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)을 우회하여 서로 연결될 수 있다. 즉, 하우징(51) 및 하부 프레임(60)이 서로 접촉된 영역이 형성됨으로써, 전체로서 전자 기기(10)의 골격을 형성하는 것도 가능할 수 있다.
터치 센싱 장치(100)는 터치 입력을 검출할 수 있는 장치이다. 참고로 본 서류에서, 터치, 터치 입력, 터치 인가는, 힘을 수반하지 않고 접촉하는 접촉 터치와, 힘(압력)으로 누르는 포스를 수반하는 포스 터치를 포함하는 개념이다. 특히, 본 발명은 인덕티브 센싱에 의한 포스 터치 입력에 관하여 중점적으로 기술한다. 또한 이하, 본 명세서에서의 포스 입력이란, 터치 입력 중에서 압력이 인가되는 포스 터치에 의한 입력을 의미한다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 사용자 손(1)에 의하여 하우징(51)의 터치 스위치부(TSW)에 힘이 가해질 수 있다. 이에 따라, 하우징(51)은 터치 스위치부(TSW)의 위치를 중심으로 내측으로 휘어질 수 있고, 터치 센싱 장치(100)와 하우징(51)이 이루는 에어 갭(Air gap)의 크기에 변화가 초래될 수 있다.
이때, 에어 갭의 크기가 변화하면 인덕턴스의 변화가 수반된다. 따라서 터치 센싱 장치(100)는 기준값 이상의 인덕턴스 변화가 감지되면, 터치 스위치부(TSW)에 포스 입력이 인가되었음을 검출할 수 있다.
도 2를 계속 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치(100)는, 센싱 코일(110), 기판(120), 지지부(130), 탄성 부재(150) 및 지지 연결부(160)를 포함할 수 있다. 특히 본 발명은, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)을 포함하는 터치 센싱 장치(100) 및 전자 기기(10)에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 터치 센싱 장치(100)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 센싱 코일(110)을 구비할 수 있는데, 여기서 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 센싱 코일(111, 112)이 구비됨으로써 센서의 감도가 향상될 수 있다. 즉, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 장치(100)에 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 동시에 구비되도록 할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 장치(100)가 전자 기기(10)에 삽입되면, 제1 센싱 코일(111), 제2 센싱 코일(112), 기판(120) 및 지지부(130)는 하우징(51)의 내측면과 평행하게 배치될 수 있다. 이때 터치 센싱 장치(100)의 제1 센싱 코일(111)은 하우징(51)으로부터 이격되어 설치되며, 제1 센싱 코일(111)과 하우징(51) 사이에 에어 갭(d2)이 형성될 수 있다. 또한, 터치 센싱 장치(100)의 제2 센싱 코일(112)은 하부 프레임(60)으로부터 이격되어 설치되며, 제2 센싱 코일(112)과 하부 프레임(60) 사이에 에어 갭(d3)이 형성될 수 있다.
즉, 도 2의 (a) 및 (b)을 대비하면, 단일의 센싱 코일(110)이 구비될 때 에어 갭(d1)이 단일하게 형성되는 것에 반하여, 복수의 센싱 코일(111, 112)이 구비되면 에어 갭(d2, d3) 또한 복수로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)은 도전성을 가지며, 제2 센싱 코일(112)은 제1 센싱 코일(111)과 반대 방향을 대면하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 센싱 코일(111)은 하우징(51)의 하부면을 대면하도록 배치되고, 제2 센싱 코일(112)은 하부 프레임(60)의 상부면을 대면하도록 배치될 수 있다.
제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)의 형태는 특별히 규정되지 않으며, 원 또는 사각 등 다양한 형태로 코일 패턴이 형성될 수 있다. 또한, PCB나 FPCB에 배선 패턴의 형태로 각각의 센싱 코일(111, 112)을 형성하거나, 칩 인덕터의 형태로 이들을 구성하는 것도 가능하다.
터치 센싱 장치(100)는 사용자 손(1)이 터치 스위치부(TSW)를 누르는 힘에 의해 하우징(51)이 변형되는 것을 감지할 수 있다. 즉, 사용자 손(1)이 터치 스위치부(TSW)를 가압하면 하우징(51)은 제1 센싱 코일(111)과 가까워지는 형태로 휘어지고, 이에 따라 제1 센싱 코일(111)과 하우징(51) 사이의 거리인 d2가 변하게 된다.
이때, 터치 센싱 장치(100)의 최하부에 위치한 탄성 부재(150)에도 압력이 전달되어 압축될 수 있다. 탄성 부재(150)가 압축됨에 따라, 제1 센싱 코일(111), 제2 센싱 코일(112), 기판(120) 및 지지부(130)를 포함하는 구조가 함께 하강할 수 있다. 그러면, 제2 센싱 코일(112)과 하부 프레임(60) 사이의 거리인 d3가 변하게 된다. 즉, 하우징(51)에 압력이 가해짐에 따라, d2 및 d3가 동시에 감소하는 방향으로 변화될 수 있다.
참고로, 사용자에 의해 외부 압력이 가해진 결과, d2 및 d3가 변화된 상태의 구조 및 그에 따른 효과는 이후 도 4에서 보다 자세히 후술하기로 한다.
한편, 하우징(51) 및 하부 프레임(60)은 동일한 소재로 구성될 수도 있고, 서로 상이한 소재로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 하우징(51) 및 하부 프레임(60)은 알루미늄 또는 메탈로 이루어질 수 있다. 일 예로써, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)에 전류가 흐르는 동안, 주위의 도체인 메탈 소재의 하우징(51) 및 하부 프레임(60)과 각각의 센싱 코일(111, 112) 사이의 거리가 변하여 와전류가 생성될 수 있다. 그리고 거리 변화에 따라 생성된 와전류에 의하여, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)의 인덕턴스에 변화가 발생하게 된다.
또한, 인덕턴스의 변화에 따라 공진 주파수가 변화할 수 있다. 터치 센싱 장치(100)는 상기한 공진 주파수의 변화를 기반으로 하여 터치 스위치부(TSW)에 가해진 압력의 변화를 감지하고, 이를 포스 입력으로 인지할 수 있다. 다시 말해, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 각각 인덕터로서의 기능을 수행함으로써, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치(100)가 외부 압력을 전자 기기(10)에 전달되는 입력으로 센싱할 수 있게 된다.
도 2의 (b)를 참조하면, 기판(120)은 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112) 중 적어도 하나의 배치공간을 갖고, 적어도 일부분이 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112) 사이에 배치될 수 있다. 기판(120)은 FPCB에 해당될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, FPCB 외의 적어도 하나의 금속층과 적어도 하나의 배선층이 교대로 적층된 구조를 가지는 여러 가지 종류의 기판(120)이 모두 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판(120)의 일 면에는 제1 센싱 코일(111)이 배치되고, 타 면에는 제2 센싱 코일(112)이 배치될 수 있다. 즉, 기판(120)의 양면에 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 동시에 구비될 수 있다.
참고로, 본 명세서의 도면에는 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 각각 하나씩 구비된 실시 예만을 도시하고 있으나, 복수의 제1 센싱 코일(111) 및 복수의 제2 센싱 코일(112)이 함께 구비되는 것도 가능하다. 즉, 전자 기기(10)에 복수의 터치 스위치부(TSW)가 구비됨에 따라, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)을 포함하는 센싱 구조가 반복적으로 나열되어 배치될 수도 있다.
지지부(130)는 터치 센싱 장치(100)가 전자 기기(10)의 내부에 삽입될 수 있도록, 터치 센싱 장치(100)의 골격을 형성할 수 있다. 이때, 지지부(130)는 상기 기판(120)과 평행하도록 배치되며, 기판(120)을 고정시킬 수 있다. 즉, 지지부(130)가 하우징(51)의 내측에 고정되고, 지지부(130)의 상부면에 기판(120)이 배치됨으로써, 하우징(51)의 내측에 기판(120)이 설치되도록 할 수 있다.
지지부(130)는 적용되는 전자 기기(10)의 종류 및 내부 구조물의 형태에 따라 다양하게 구현될 수 있고, 특별한 형태 또는 구조에 한정되지 않는다. 즉, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(120)이 하우징(51) 및 하부 프레임(60)과 평행하게 배치될 수 있도록, 적어도 일부 영역에 균일하게 평평한 구조를 포함하면 된다.
여기서, 지지부(130)를 포함하는 터치 센싱 장치(100)는 전자 기기(10)의 내측에 삽입될 수 있다. 따라서, 지지부(130)는 하우징(51), 하부 프레임(60)과 같은 전자 기기(10)의 내부 구조물로부터 탈착 가능하게 구현됨이 바람직하다.
한편 도 2 의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지부(130)는 함몰부(131)를 포함할 수 있다. 즉, 지지부(130)의 적어도 일부 영역이 함몰될 수 있다.
기판(120)은 상기 함몰부(131)를 포함하는 위치에 고정될 수 있다. 이때, 기판(120)의 일 면에는 제1 센싱 코일(111)이 배치되며, 타 면에는 지지부(130) 및 제2 센싱 코일(112)이 함께 배치될 수 있다. 즉, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 센싱 코일(112)이 지지부(130)의 함몰된 공간에 해당하는 함몰부(131)에 배치될 수 있다. 이와 같이 배치됨으로써, 기판(120)의 일 면이 지지부(130)에 접해 있더라도, 제2 센싱 코일(112)이 기판(120) 위에 직접 실장될 수 있다.
탄성 부재(150)는 외부 압력이 전달되어 기판(120)이 하강함에 따라 압축되도록 배치될 수 있다. 즉, 도 2의 (b)를 참조하면, 탄성 부재(150)는 포스 센싱 장치(100)의 최하부에 구비될 수 있고, 이에 따라 하부 프레임(60)에 접합되도록 배치될 수 있다. 상기 탄성 부재(150)는 하우징(51)에 외부 압력이 가해지면, 상하 방향의 길이가 감소하도록 압축될 수 있다.
탄성 부재(150)는 압력에 의하여 압축될 수 있는 다양한 소재로 형성될 수 있다. 도 2의 (b)를 참조하면, 지지부(130) 및 하우징(51)이 지지 연결부(160)를 통해 연결되어 있으므로, 하우징(51)에 압력이 가해지면 지지부(130)의 하부에 위치한 탄성 부재(150)에 압력이 전달될 수 있다. 따라서 바람직하게는, 탄성 부재(150)의 적어도 일부분은, 적어도 한 쌍의 지지 연결부(160)의 적어도 일부분에 상하방향으로 오버랩(overlap)되도록 배치될 수 있다.
지지부(130)의 하부에 탄성 부재(150)가 구비됨으로써, 탄성 부재(150)가 압축되어 하우징(51)의 휘어지는 정도를 증대시킬 수 있다. 그러면, 하우징(51) 및 제1 센싱 코일(111) 사이의 거리 d2는, 탄성 부재(150)가 구비되지 않은 경우보다 더 높은 비율로 감소될 수 있다.
또한, 탄성 부재(150)가 압축됨에 따라 제1 센싱 코일(111), 제2 센싱 코일(112), 기판(120) 및 지지부(130)를 포함하는 구조가 함께 하강하도록 함으로써, 제2 센싱 코일(112) 및 하부 프레임(60) 사이의 거리 d3 또한 감소할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치(100)에 상기 탄성 부재(150)가 구비됨으로써, 제1 센싱 코일(111)에 발생하는 인덕턴스의 변화량이 증대되고, 그와 동시에 제2 센싱 코일(112)에도 인덕턴스의 변화가 생길 수 있다. 즉, 하우징(51)에 압력이 가해짐에 따라, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)에서 동시에 증대된 인덕턴스의 변화가 감지되므로, 센서의 감도가 향상될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치(100)는 적어도 한 쌍의 지지 연결부(160)를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 지지 연결부(160)는 각각 지지부(130)에 일 단이 접합되고, 하우징(51)에 타 단이 접합되어, 지지부(130)와 수직하도록 설치될 수 있다.
이때, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)은 상기 한 쌍의 지지 연결부(160) 사이에 배치될 수 있다. 다시 말해, 한 쌍의 지지 연결부(160)는 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 배치된 기판(120)의 양 측에 각각 설치되어, 기둥 또는 벽의 형태로 공간을 구획할 수 있다.
참고로, 지지 연결부(160)는 사용자가 하우징(51)의 터치 스위치부(TSW)에 압력을 가했을 때, 하우징(51)의 일부 영역이 내측으로 용이하게 휘어지도록 할 수 있다. 즉, 지지 연결부(160)는, 하우징(51)이 사용자 손(1)에 의해 압력이 가해진 지점을 중심으로 휘어질 수 있도록, 양 측의 변형 경계점을 설정하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(150)의 적어도 일부분은, 지지 연결부(160)의 적어도 일부분에 상하방향으로 오버랩(overlap)되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 하우징(51)에 가해지는 압력은 지지 연결부(160)를 통해 탄성 부재(150)에 집중되어 전달될 수 있다. 즉, 지지 연결부(160)는 탄성 부재(150)의 압축이 용이하게 이루어지도록 보조하는 기능을 수행할 수 있다.
참고로, 지지 연결부(160)는 전도성 또는 비전도성 소재를 불문하는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 즉, 사용자가 하우징(51)에 압력을 가함에 따라 기둥 또는 벽 형태로 변형 경계점의 기능을 수행하면 충분하므로, 절연체로 이루어지더라도 무관하다. 다만, 가해지는 압력 및 하우징(51)의 변형에도 불구하고 그 구조를 유지해야 하므로, 보다 바람직하게는 강도가 높은 소재가 이용될 수 있을 것이다. 또한, 전자 기기(10)에 설치되는 부품이므로, 보다 바람직하게는 경량의 소재가 이용될 수 있을 것이다.
도 3은 도 2의 (b)의 하우징에 외부 압력이 가해진 상태의 일 예시도이다.
도 2의 (b) 및 도 3을 함께 참조하면, 하우징(51)에 외부 압력(F)이 가해지면 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(51)의 변형이 일어날 수 있다. 즉, 압력이 직접 가해진 지점인 터치 스위치부(TSW)를 중심으로 내측(도 3에서 하측)으로 휘어지게 된다.
참고로, 하우징(51)은 연성을 갖는 소재로 구성됨으로써, 사용자가 압력을 가함에 따라 용이하게 변형을 일으킬 수 있다. 또한, 탄성을 갖는 소재로 구성됨으로써, 변형 후 제자리로 용이하게 복귀할 수 있다. 예를 들어, 하우징(51)이 메탈 소재로 이루어지는 경우, 다양한 메탈이 이용될 수 있으나, 특히 연한 철, 텅스텐, 인청동, 크로몰리 등의 금속 소재를 첨가한 합금이 이용될 수 있을 것이다.
변형 전 상태를 도시한 도 2의 (b) 및 변형 후 상태를 도시한 도 3을 대비하여 보면, 하우징(51)이 외부 압력(F)에 의하여 변형됨으로써 하우징(51) 및 제1 센싱 코일(111) 사이의 에어 갭이 d2에서 d21로 감소된 것을 확인할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 탄성 부재(150)가 더 구비됨으로써, 탄성 부재(150)가 구비되지 않는 경우보다 더 높은 비율로 에어 갭이 감소될 수 있다.
한편, 하우징(51)이 도 3과 같이 변형됨으로써 탄성 부재(150)가 압축되고, 그에 따라 하부 프레임(60) 및 제2 센싱 코일(112) 사이의 에어 갭 또한 d3에서 d31로 감소된 것을 확인할 수 있다. 즉, 복수의 센싱 코일(111, 112)이 함께 구비됨으로써, 각각의 센싱 코일(111, 112)에 인덕턴스의 변화가 동시에 일어날 수 있게 된다. 그리고, 이로써 전체 인덕턴스 변화량이 극대화되어 터치 센싱 장치(100)의 센싱 감도가 향상될 수 있다.
메탈 소재의 하우징(51)을 예로 들면, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)에 동시에 전류가 흐르는 동안, 각각의 센싱 코일(111, 112)과 하우징(51) 및 하부 프레임(60) 사이의 거리 d2 및 d3가 모두 감소되어 와전류가 생성될 수 있다. 그리고 거리 변화에 따라 생성된 와전류에 의하여, 제1 센싱 코일(111)과 제2 센싱 코일(112)의 인덕턴스 변화 및 공진 주파수 변화가 발생하게 된다.
이때 본 발명에 따른 센싱 회로부(200)는 인덕턴스 변화 및 공진 주파수 변화에 기초하여, 해당 가압 동작이 정상적인 포스 입력인지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 인덕턴스 변화 및 공진 주파수 변화가 에어 갭이 급격히 감소한 결과에 따른 변화인 경우, 이를 터치 스위치부(TSW)에 가해진 포스 입력으로 인지할 수 있다.
부연하여, 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(51)의 터치 스위치부(TSW)에 압력이 가해졌다고 하더라도, 그 크기가 미리 설정된 기준값을 초과하여야만 정상적인 포스 입력으로 검출될 수 있다. 즉, 사용자가 전자 기기(10)를 휴대하면서 의도치 않게 터치 스위치부(TSW)를 건드리는 경우가 생길 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 센싱 회로부(200)는 각각의 센싱 코일(111, 112)과 하우징(51) 및 하부 프레임(60) 사이의 거리가 미리 설정된 변화량의 기준값을 초과하는 만큼 감소할 때, 터치 스위치부(TSW)에 정상적으로 외부 압력이 인가된 것으로 판단할 수 있다.
도 4는 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일이 하나의 센싱 회로부에 연결되는 일 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 포스 센싱 장치(100)는 센싱 회로부(200)를 포함할 수 있다. 센싱 회로부(200)는 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)과 연결되어, 외부 압력의 인가를 검출할 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 센싱 코일(111)과 센싱 회로부(200)는 제1 회로 연결부(301)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 센싱 코일(112)과 센싱 회로부(200)는 제2 회로 연결부(302)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 센싱 회로부(200)는 센서 IC(집적 회로)에 해당될 수 있다. 센싱 회로부(200)는 복수의 센싱 코일(111, 112)의 인덕턴스 변화에 기초하여 외부 압력의 인가를 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 하우징(51)에 압력이 가해지면, 하우징(51)과 제1 센싱 코일(111) 사이의 거리 및 하부 프레임(60)과 제2 센싱 코일(112) 사이의 거리가 각각 변하여 와전류가 생성될 수 있다. 그리고 이에 따라 각각의 센싱 코일(111, 112)의 인덕턴스에 변화가 발생할 수 있다. 센싱 회로부(200)는 상기한 인덕턴스의 변화로부터 공진 주파수의 변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 터치 스위치부(TSW)에 포스 입력이 가해진 것으로 인지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 회로부(200)는, 제1 센싱 코일(111)의 인덕턴스의 변화와 제2 센싱 코일(112)의 인덕턴스의 변화의 합에 기반하여, 터치 스위치부(TSW)의 외부 압력 정보를 생성할 수 있다.
한편, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)은 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 센싱 회로부(200)에 연결될 수도 있으나, 이와 달리 각각 별개의 센싱 회로부(201, 202)에 연결될 수도 있다.
도 5는 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일이 각각 별개의 센싱 회로부에 연결되는 일 예시도이다.
도 5를 참조하면, 제1 센싱 코일(111)은 제1 회로 연결부(301)를 통해 제1 센싱 회로부(201)에 연결되고, 제2 센싱 코일(112)은 제2 회로 연결부(302)를 통해 제2 센싱 회로부(202)에 연결될 수 있다. 이와 같이 각각의 센싱 코일(111, 112)이 별개의 센싱 회로부(201, 202)에 연결됨으로써, 각각 별개의 터치 센싱 장치(100)로서 기능을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 센싱 회로부(201)는 제1 센싱 코일(111) 및 하우징(51) 사이의 거리가 변화함에 따른 인덕턴스의 변화만을 감지할 수 있다. 또한, 제2 센싱 회로부(202)는 제2 센싱 코일(112) 및 하부 프레임(60) 사이의 거리가 변화함에 따른 인덕턴스의 변화만을 감지할 수 있다.
이러한 구조는, 제1 센싱 회로부(201) 및 제2 센싱 회로부(202)가 서로 상이한 방식으로 압력의 인가를 검출하도록 할 때 용이하게 활용될 수 있다. 특히 도 9에 도시된 바와 같이, 변형 유도 축(140)의 구성이 더 부가된 실시 예를 구현할 때 활용될 수 있다. 이와 관련하여서는, 도 9에서 보다 자세히 후술하기로 한다.
도 6 내지 도 8는, 본 발명에 따라 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)을 함께 구비하는 포스 센싱 장치(100)에 있어서, 각각의 센싱 코일(111, 112)의 구체적인 배치를 다양하게 변경할 수 있는 추가적인 실시 예들을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 연결부가 터치 센싱 장치에 구비되는 일 예시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일이 기판의 엇갈린 위치에 배치되는 일 예시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 적어도 일부 영역이 플렉서블한 기판이 이용되는 일 예시도이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판(120)의 일 면에는 제1 센싱 코일(111)이 배치되고, 타 면에는 제2 센싱 코일(112)이 배치되되, 상기 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)은 기판(120)을 통해 서로 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치(100)는 코일 연결부(170)를 더 포함할 수 있다.
코일 연결부(170)는 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)을 서로 전기적으로 연결시키는 구성으로서, 양 센싱 코일(111, 112) 간의 직렬 또는 병렬 연결이 가능하도록 한다. 즉, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 마치 하나의 센싱 코일(110)처럼 활용되도록 할 수 있다. 이에 따라, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112) 중 어느 하나에 대하여만 센싱 회로부(200)와 연결이 이루어지더라도, 양 센싱 코일(111, 112)에 발생하는 인덕턴스의 변화가 해당 센싱 회로부(200)에 동시에 검출될 수 있다.
또한, 이와 같이 코일 연결부(170)를 통하여 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)을 서로 연결함으로써, 넓은 공간을 차지하는 인덕터를 사용하지 않더라도 인덕턴스의 변화량을 증대시킬 수 있다. 즉, 센싱 코일(110)이 차지하는 공간에 대비하여 센서의 효율을 더욱 높일 수 있도록 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판(120)의 일 면에는 제1 센싱 코일(111)이 배치되고, 타 면에는 제2 센싱 코일(112)이 배치되되, 상기 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)은 서로 권선축이 엇갈리도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 기판(120)의 양면에 각각 배치되되, 상하로 중첩되지 않고 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 센싱 코일(111, 112)을 배치함으로써, 동일한 기판(120) 위에 배치되는 다른 부품들과의 위치 관계를 보다 유동적으로 조정할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)은 기판(120)의 동일한 일 면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 기판(120)은 적어도 일부 영역이 플렉서블(flexible)하도록 구성되어, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)이 서로 반대 방향을 대면하도록 벤딩(bending)될 수 있다.
전술한 바와 같이 기판(120)은 PCB, FPCB 등 다양한 기판(120)이 이용될 수 있는데, 그 중에서 플렉서블 기판(120)이 선택될 수도 있다. 이때 플렉서블 기판(120)은, 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 이중 겹 구조를 갖도록 벤딩될 수 있다. 즉, 하나의 기판(120)이 일체로서 지지부(130)의 양면을 감싸도록 할 수 있다.
이와 같이 플렉서블 기판(120)을 이용함으로써, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)을 기판(120)의 동일한 면에 배치시키면서, 각각 서로 다른 방향을 대면하도록 구현할 수 있다. 즉, 복수의 센싱 코일(111, 112)을 기판(120)의 동일한 면에 실장 또는 패턴화할 수 있게 되므로, 기판(120)의 양면에 대하여 각각 별도의 공정을 거치지 않게 되어 제조 공정을 단순화시킬 수 있게 된다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형 유도 축이 터치 센싱 장치에 구비되는 일 예시도이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 제1 커버 부재에 외부 압력이 가해진 상태의 일 예시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치(100)는 변형 유도 축(140)을 포함할 수 있다. 이때, 변형 유도 축(140)은 제1 센싱 코일(111)로부터 이격되어 설치될 수 있고, 제1 센싱 코일(111)의 일 측을 막도록 기둥 또는 벽의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 변형 유도 축(140)은, 사용자가 하우징(51)에 압력을 가하였을 때 지렛대의 역할을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자 손(1)이 특정 지점의 하우징(51)을 누르면, 압력이 가해진 지점의 하우징(51)은 내측 방향으로 휘어지게 된다. 이때 변형 유도 축(140)은, 지렛대의 역할을 수행하여, 변형 유도 축(140)을 기준으로 사용자가 가압한 지점과 대칭되는 반대 지점의 하우징(51)이 외측 방향으로 휘어지도록 할 수 있다.
한편, 변형 유도 축(140)은 제1 센싱 코일(111)이 갖는 양 측면의 공간을 비대칭적으로 구획할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 센싱 코일(111)의 우측에 변형 유도 축(140)이 설치되면 그 우측 공간은 막히게 된다. 이에 반해, 변형 유도 축(140)이 설치되지 않은 제1 센싱 코일(111)의 좌측 공간은 막히지 않는다. 따라서 상기 변형 유도 축(140)에 의하여, 제1 센싱 코일(111)의 일 방향 일 측은 막고, 일 방향 타 측은 개방할 수 있다.
여기서, 제2 센싱 코일(112)의 측면에는 변형 유도 축(140)이 구비되지 않을 수 있다. 즉, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 변형 유도 축(140)이 하우징(51) 및 지지부(130) 사이에 수직으로 배치되도록 함으로써, 지지부(130)의 하부면에 접합된 탄성 부재(150)가 용이하게 압축될 수 있도록 한다. 탄성 부재(150)가 압축됨에 따라 제2 센싱 코일(112)의 인덕턴스에 변화가 발생하는 것이므로, 변형 유도 축(140)은 지지부(130)의 하측으로 연장 형성되지 않도록 함이 바람직하다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이 변형 유도 축(140)이 구비되는 실시 예에 있어서는, 지지 연결부(160)가 구비되지 않을 수 있다. 전술한 바와 같이, 지지 연결부(160)는, 사용자가 압력을 가했을 때 하우징(51)의 변형이 압력이 가해진 지점을 중심으로 용이하게 일어나도록 보조한다. 이와 같은 기능은 변형 유도 축(140)에 의해서도 수행될 수 있으므로, 지지 연결부(160) 및 변형 유도 축(140)은 반드시 함께 구비될 필요가 없다.
추가적으로, 지지 연결부(160)와 마찬가지로, 변형 유도 축(140)은 전도성 또는 비전도성 소재를 불문하는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 즉, 사용자가 하우징(51)에 압력을 가함에 따라 기둥 또는 벽 형태로 지렛대의 역할을 수행하면 충분하므로, 절연체로 이루어지더라도 무관하다. 다만, 가해지는 압력 및 하우징(51)의 변형에도 불구하고 그 구조를 유지해야 하므로, 보다 바람직하게는 강도가 높은 소재가 이용될 수 있을 것이다. 또한, 전자 기기(10)에 설치되는 부품이므로, 보다 바람직하게는 경량의 소재가 이용될 수 있을 것이다.
한편 도 9를 참조하면, 하우징(51)은 변형 유도 축(140)과의 접점을 기준으로 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)으로 구획될 수 있다. 여기서, 제1 영역(R1)은 제1 센싱 코일(111)이 설치된 내부 영역과 상응하는 하우징(51)의 일 영역을 의미한다. 즉, 하우징(51)의 제1 영역(R1) 하부에는 제1 센싱 코일(111)이 존재한다. 이때, 제1 영역(R1)과 제1 센싱 코일(111)은 d4의 에어 갭을 갖도록 이격될 수 있다.
또한 제2 영역(R2)은, 변형 유도 축(140)을 기준으로, 제1 센싱 코일(111)이 설치되지 않은 내부 영역과 상응하는 하우징(51)의 일 영역을 의미한다. 즉, 하우징(51)의 제2 영역(R2) 하부에는 제1 센싱 코일(111)이 존재하지 않는다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 제2 영역(R2)이 터치 스위치부(TSW)로 결정될 수 있다. 즉, 터치 센싱 장치(100)는 제2 영역(R2)에 기준값보다 큰 압력이 가해졌을 때, 정상적으로 포스 입력이 인가된 것으로 검출할 수 있다. 이와 같이 제2 영역(R2)이 터치 스위치부(TSW)로 결정되는 것은, 도 9에 따른 본 발명의 추가 실시 예가 역-검출 알고리즘(Reverse Sensing Algorithm)을 이용하는 것과 연관되므로 이를 설명하기로 한다.
본 발명의 추가 실시 예에 따른 터치 센싱 장치(100)는, 하우징(51) 및 터치 센싱 장치(100)의 거리가 증가할 때, 터치 스위치부(TSW)에 정상적으로 외부 압력이 인가된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 일반적인 터치 센서가 하우징(51) 및 터치 센싱 장치(100)의 거리가 가까워지는 것을 검출하는 방식과는 상반된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 센싱 회로부(200)는, 제1 센싱 코일(111) 및 하우징(51) 사이의 거리가 미리 설정된 기준값을 초과할 때, 터치 스위치부(TSW)에 정상적으로 외부 압력이 인가된 것으로 판단할 수 있다. 참고로, 이와 같은 역-검출 알고리즘(Reverse Sensing Algorithm)에 의하면, 터치 센서에 오작동이 빈번하게 발생하는 문제점이 보완될 수 있다.
여기서, 도 9에 도시된 실시 예에 따라 본 발명이 적용되는 전자 기기(10)는, 제1 영역(R1)을 오동작부로 하고, 제1 영역(R1)을 제외한 상기 제2 영역(R2)을 터치 스위치부(TSW)로 할 수 있다. 따라서, 사용자가 제1 영역(R1)에 기준값을 초과하는 압력을 가하는 경우, 이는 터치 센싱 장치(100)에 의하여 오동작으로 판별될 수 있다. 반대로, 사용자가 제2 영역(R2)에 기준값을 초과하는 압력을 가하는 경우, 이는 터치 센싱 장치(100)에 의하여 정상적인 포스 터치 입력으로 판별되어, 정상적인 동작 신호를 발생시킬 수 있다.
도 9의 (a) 및 (b)를 함께 참조하면, 하우징(51)의 제2 영역(R2)에 외부 압력(F)이 가해지면 하우징(51)의 변형이 일어날 수 있다. 즉, 압력이 직접 가해진 지점인 제2 영역(R2)이 내측(도 9의 (b)에서 하측)으로 휘어지게 된다.
이때, 변형 유도 축(140)이 지렛대의 역할을 수행하므로, 변형 유도 축(140)을 기준으로 압력이 가해진 지점과 대칭되는 반대 지점은 외측(도 9의 (b)에서 상측)으로 휘어지게 된다. 이에 따라, 하우징(51)의 제1 영역(R1)은 변형 전보다 제1 센싱 코일(111)로부터 멀어지게 된다.
변형 전 상태를 도시한 도 9의 (a) 및 변형 후 상태를 도시한 도 9의 (b)를 대비하여 보면, 하우징(51)의 제2 영역(R2)은 외부 압력(F)에 의하여 변형됨으로써 에어 갭이 d6에서 d61로 감소한 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 하우징(51)의 제1 영역(R1)은 변형 유도 축(140)에 의하여 외측으로 휘어짐으로써, 제1 센싱 코일(111)과 이루는 에어 갭이 d4에서 d41로 증가한 것을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 추가 실시 예에 따르면 제2 영역(R2)이 터치 스위치부(TSW)로 결정되므로, 도 9의 (b)는 사용자가 터치 스위치부(TSW)에 압력을 가한 경우에 해당한다. 즉, 사용자가 제2 영역(R2)에 압력을 가함으로써 제1 영역(R1)과 제1 센싱 코일(111) 사이의 거리가 증가하므로, 터치 스위치부(TSW)에 외부 압력이 가해지면, 하우징(51)이 센싱 코일(111)로부터 이격된 수직 거리가 증가할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치(100)는 하우징(51) 및 터치 센싱 장치(100)의 거리가 증가할 때, 터치 스위치부(TSW)에 정상적으로 외부 압력이 인가된 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 터치 센싱 장치(100)는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 영역(R1)의 에어 갭이 증가하면, 정상적인 포스 입력 신호를 발생시킬 수 있다.
부연하여, 도 9와 같은 실시 예에서 하우징(51)의 제1 영역(R1)에 외부 압력(F)이 가해지면, 제1 영역(R1)이 내측(도 9에서 하측)으로 휘어지게 된다. 이에 따라, 하우징(51)의 제1 영역(R1)은 변형 전보다 제1 센싱 코일(111)로부터 더 가까워지게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 추가 실시 예에 따르면 제1 영역(R1)은 오동작부로 결정되므로, 터치 센싱 장치(100)는 제1 영역(R1)의 에어 갭이 감소하면, 해당 압력이 터치 스위치부(TSW)에 가하여진 정상적인 포스 입력이 아닌 것으로 판단할 수 있다. 즉, 이는 사용자가 의도하지 않은 오작동으로 판별될 수 있다. 따라서, 변형 유도 축(140)의 구성이 추가됨으로써 센서의 오작동을 최소화할 수 있다.
한편, 도 9의 (b)를 참조하면, 하우징(51)의 제2 영역(R2)에 압력이 가해짐에 따라 탄성 부재(150)가 압축될 수 있다. 그리고, 이에 따라 제2 센싱 코일(112)이 지지부(130)와 함께 하강하게 되고, 제2 센싱 코일(112) 및 하부 프레임(60)사이의 거리가 d5에서 d51로 감소될 수 있다.
제2 센싱 코일(112) 및 하부 프레임(60) 사이의 거리 감소는 제2 센싱 코일(112)의 인덕턴스 변화를 유발하므로, 이로써 외부 압력의 인가가 검출될 수 있다. 다만, 도 9에 도시된 실시 예는, 변형 유도 축(140)의 구성이 추가됨에 따라 제1 센싱 코일(111) 및 하우징(51) 사이의 거리가 멀어지는 것을 정상적인 포스 입력으로 검출하도록 하는 실시 예이다.
따라서, 이러한 역-검출 방식이 일관되게 적용된다면, 터치 센싱 장치(100)는 제2 센싱 코일(112) 및 하부 프레임(60) 사이의 거리가 감소되는 것을 오작동으로 인식하게 된다. 즉, 동일한 포스 입력에 대하여 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)에 따른 센싱 결과가 서로 모순되는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 변형 유도 축(140)이 부가되는 구조에 있어서는, 제1 센싱 코일(111)과 제2 센싱 코일(112)이 각각 별개의 센싱 회로부(200)에 연결되도록 함이 바람직하다. 즉, 앞서 본 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 센싱 코일(111)은 제1 센싱 회로부(201)에 연결되고, 제2 센싱 코일(112)은 제2 센싱 회로부(202)에 연결되도록 할 수 있다.
여기서, 제1 센싱 회로부(201)는 전술한 역-검출 알고리즘에 따라 터치 센싱을 수행하도록 하고, 제2 센싱 회로부(202)는 통상적인 알고리즘, 즉 센싱 코일(110)과 하우징(51) 사이의 거리가 좁아지는 것을 검출하도록 구현할 수 있다. 그러면, 터치 스위치부(TSW)에 압력이 가해지는 동일한 동작에 의하여, 제1 센싱 코일(111) 및 제2 센싱 코일(112)에 따른 인덕턴스 변화가 서로 일관된 센싱 결과를 나타낼 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
1: 사용자 손
10: 전자 기기
51: 하우징
52: 전면 디스플레이 글래스
53: 후면 커버
60: 하부 프레임
100: 터치 센싱 장치
110: 센싱 코일
111: 제1 센싱 코일
112: 제2 센싱 코일
120: 기판
130: 지지부
140: 변형 유도 축
150: 탄성 부재
160: 지지 연결부
170: 코일 연결부
200: 센싱 회로부
300: 회로 연결부
TSW: 터치 스위치부

Claims (18)

  1. 도전성을 갖는 제1 센싱 코일;
    도전성을 갖는 제2 센싱 코일;
    상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 중 적어도 하나의 배치공간을 갖고, 적어도 일부분이 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 사이에 배치되는 기판; 및
    외부 압력이 전달되어 상기 기판이 하강함에 따라 압축되도록 배치되는 탄성 부재를 포함하는
    터치 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 평행하도록 배치되며, 상기 기판을 고정시키는 지지부를 더 포함하는
    터치 센싱 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지부의 적어도 일부 영역이 함몰되고, 상기 함몰된 영역을 포함하는 위치에 상기 기판이 고정되며,
    상기 제2 센싱 코일은 상기 기판의 일 면에 배치되되, 상기 지지부의 함몰된 공간에 배치되는
    터치 센싱 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지지부에 일 단이 접합되어 상기 지지부와 수직하도록 설치되는 적어도 한 쌍의 지지 연결부를 더 포함하고,
    상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은, 상기 적어도 한 쌍의 지지 연결부 사이에 배치되는
    터치 센싱 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄성 부재의 적어도 일부분은, 상기 적어도 한 쌍의 지지 연결부의 적어도 일부분에 상하방향으로 오버랩(overlap)되도록 배치된
    터치 센싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 일 면에는 상기 제1 센싱 코일이 배치되고, 타 면에는 상기 제2 센싱 코일이 배치되되, 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은 상기 기판을 통해 서로 전기적으로 연결되는
    터치 센싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 일 면에는 상기 제1 센싱 코일이 배치되고, 타 면에는 상기 제2 센싱 코일이 배치되되, 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은 서로 권선축이 엇갈리도록 배치되는
    터치 센싱 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은, 상기 기판의 동일한 일 면에 배치되고,
    상기 기판은 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일이 서로 반대 방향을 대면하도록 벤딩된
    터치 센싱 장치.
  9. 상부의 적어도 일부 영역에 터치 스위치부를 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 하부면으로부터 이격 배치되는 하부 프레임; 및
    상기 하우징 및 상기 하부 프레임 사이에 배치되며, 상기 터치 스위치부에 가해지는 외부 압력을 센싱하는 터치 센싱 장치를 포함하고,
    상기 터치 센싱 장치는,
    도전성을 갖는 제1 센싱 코일;
    도전성을 갖는 제2 센싱 코일;
    상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 중 적어도 하나의 배치공간을 갖고, 적어도 일부분이 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일 사이에 배치되는 기판; 및
    상기 터치 스위치부로 외부 압력이 전달되어 상기 기판이 하강하도록 상기 하우징을 지지하는 지지 연결부를 포함하는
    전자 기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 센싱 코일의 인덕턴스의 변화와 제2 센싱 코일의 인덕턴스의 변화의 합에 기반하여 상기 터치 스위치부의 외부 압력 정보를 생성하는 센싱 회로부를 더 포함하는
    전자 기기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하우징 및 상기 하부 프레임은, 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일을 우회하여 서로 연결되는
    전자 기기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 터치 센싱 장치는,
    상기 기판과 평행하도록 배치되며, 상기 기판을 고정시키는 지지부를 더 포함하는
    전자 기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 지지부의 적어도 일부 영역이 함몰되고, 상기 함몰된 영역을 포함하는 위치에 상기 기판이 고정되며,
    상기 제2 센싱 코일은 상기 기판의 일 면에 배치되되, 상기 지지부의 함몰된 공간에 배치되는
    전자 기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지지 연결부는
    상기 지지부에 일 단이 접합되고, 상기 하우징에 타 단이 접합되어, 상기 지지부와 수직하도록 설치되는 적어도 한 쌍의 지지 연결부를 포함하고,
    상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은, 상기 적어도 한 쌍의 지지 연결부 사이에 배치되는
    전자 기기.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 하부 프레임과 상기 기판의 사이에 배치되는 탄성 부재를 더 포함하는
    전자 기기.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 기판의 일 면에는 상기 제1 센싱 코일이 배치되고, 타 면에는 상기 제2 센싱 코일이 배치되되, 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은 상기 기판을 통해 서로 전기적으로 연결되는
    전자 기기.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 기판의 일 면에는 상기 제1 센싱 코일이 배치되고, 타 면에는 상기 제2 센싱 코일이 배치되되, 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은 서로 권선축이 엇갈리도록 배치되는
    전자 기기.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일은, 상기 기판의 동일한 일 면에 배치되고,
    상기 기판은 적어도 일부 영역이 상기 제2 커버 부재보다 더 플렉서블(flexible)하도록 구성되어 벤딩된
    전자 기기.
KR1020200083284A 2020-07-07 2020-07-07 터치 센싱 장치 및 이를 구비하는 전자 기기 KR102414832B1 (ko)

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