WO2019245196A1 - 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 - Google Patents

압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 Download PDF

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WO2019245196A1
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WO
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signal terminal
electrodes
electronic device
sensor module
switches
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PCT/KR2019/006727
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French (fr)
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이봉재
조치현
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삼성전자 주식회사
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    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing

Definitions

  • Various embodiments of the present disclosure relate to an electronic device including a sensor module that transmits and receives a pressure sensing and ultrasonic signal by using a piezoelectric element.
  • the electronic device may include various sensors to perform various functions.
  • the electronic device may include at least one of a fingerprint sensor, a pressure sensor, and a touch sensor.
  • the electronic device In order to wake up the fingerprint sensor, the electronic device needs to be assisted by a pressure sensor and a touch sensor or periodically operate the fingerprint sensor itself.
  • the above-described activation method of the fingerprint sensor may not only be difficult for instant fingerprint sensing but also consume a lot of power of the electronic device.
  • Various embodiments of the present disclosure may provide an electronic device including a sensor module configured to transmit and receive pressure sensing and ultrasonic signals by using a piezoelectric element.
  • An electronic device may include a plurality of piezoelectric elements including a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes, a first signal terminal connected to the plurality of first electrodes, and a second signal.
  • a sensor module including a terminal and a plurality of switches for selectively connecting at least some of the plurality of second electrodes with the second signal terminal; And a control circuit, wherein the control circuit is connected to the sensor module using at least some of the plurality of piezoelectric elements while the second signal terminal is connected using the at least some electrodes and the plurality of switches.
  • the second signal terminal Detects an input pressure through the first signal terminal, and based on the pressure at least, the second signal terminal is connected with the at least some electrodes using the plurality of switches, through the first signal terminal Outputting an ultrasonic signal using at least some of the plurality of piezoelectric elements, and in a state in which the second signal terminal is opened using the at least some electrodes and the plurality of switches, at least one of the plurality of piezoelectric elements Receive an ultrasonic signal reflected from an external object using a portion, and at least in accordance with the received ultrasonic signal And it may be set to produce a bio-information of the external object.
  • an electronic device may include a plurality of piezoelectric elements including a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes, a first signal terminal connected with the plurality of first electrodes, and a first signal terminal.
  • a sensor module including a second signal terminal and a plurality of switches for selectively connecting at least some of the plurality of second electrodes and the second signal terminal; While the second signal terminal is connected to the at least some electrodes using the plurality of switches, the pressure input to the sensor module using at least some of the plurality of piezoelectric elements is sensed through the first signal terminal.
  • a pressure sensing circuit configured to be; And an ultrasonic sensing circuit configured to acquire an ultrasonic signal reflected from an external object using at least some of the plurality of piezoelectric elements, with the second signal terminal being opened using the at least some electrodes and the plurality of switches. It may include.
  • an electronic device may include a plurality of piezoelectric elements including a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes, a first signal terminal connected with the plurality of first electrodes, and a first signal terminal.
  • a sensor module including a second signal terminal and a plurality of switches for selectively connecting at least some of the plurality of second electrodes and the second signal terminal; And a control circuit, wherein the control circuit is connected to the sensor module using at least some of the plurality of piezoelectric elements while the second signal terminal is connected using the at least some electrodes and the plurality of switches.
  • the input pressure is sensed through the first signal terminal, and the second signal terminal is opened by using the at least some electrodes and the plurality of switches, and externally using at least some of the plurality of piezoelectric elements.
  • the apparatus may be configured to receive an ultrasound signal reflected from an object and generate biometric information about the external object based at least on the received ultrasound signal.
  • the sensor module operates as a pressure sensor while waiting for a user's fingerprint input, and operates as a fingerprint sensor when a predetermined pressure due to the user's fingerprint input is detected. Since the sensor module does not need to be operated periodically or the sensor module itself is performed, instantaneous fingerprint sensing can be performed and the current consumption of the electronic device can be minimized.
  • FIG. 1 is a perspective view of a front side of a mobile electronic device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a rear side of the electronic device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the electronic device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an operation of switching an electronic device from a pressure sensor function to a fingerprint sensor function according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a transmission mode when an electronic device operates as a fingerprint sensor according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a reception mode when an electronic device operates as a fingerprint sensor according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating another configuration of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating still another configuration of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of using an entire area of a sensor module of an electronic device as a pressure sensing area and a fingerprint sensing area according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of using a partial region of a sensor module of an electronic device as a pressure sensing region and a fingerprint sensing region according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration in which a support unit is added to a lower portion of a sensor module of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an extension example of a sensing area of a sensor module of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • Electronic devices may be various types of devices.
  • the electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smartphone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device.
  • a portable communication device eg, a smartphone
  • a computer device e.g., a tablet, or a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch, or a smart watch
  • a or B at least one of A and B”, “at least one of A or B,” “A, B or C,” “at least one of A, B and C,” and “A And phrases such as “at least one of B, or C” may include all possible combinations of items listed together in the corresponding one of the phrases.
  • Terms such as “first”, “second”, or “first” or “second” may be used merely to distinguish a component from other corresponding components, and to separate the components from other aspects (e.g. Order).
  • FIG. 1 is a perspective view of a front side of a mobile electronic device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a rear side of the electronic device of FIG. 1.
  • an electronic device 100 may include a first surface (or front surface) 110A, a second surface (or rear surface) 110B, a first surface 110A, and It may include a housing 110 including a side (110C) surrounding the space between the second surface (110B).
  • the housing may refer to a structure that forms some of the first surface 110A, second surface 110B, and side surfaces 110C of FIG. 1.
  • the first face 110A may be formed by a front plate 102 (eg, a glass plate comprising various coating layers, or a polymer plate) that is at least partially substantially transparent.
  • the second surface 110B may be formed by the substantially opaque back plate 111.
  • the back plate 111 is formed by, for example, coated or colored glass, ceramic, polymer, metal (eg, aluminum, stainless steel (STS), or magnesium), or a combination of at least two of the above materials. Can be.
  • the side 110C may be formed by a side bezel structure (or “side member”) 118 that engages the front plate 102 and the back plate 111 and includes metal and / or polymer.
  • back plate 111 and side bezel structure 118 may be integrally formed and include the same material (eg, a metal material such as aluminum).
  • the front plate 102 includes two first regions 110D extending seamlessly from the first surface 110A toward the rear plate 111 and extending seamlessly. It may be included at both ends of the long edge (102).
  • the back plate 111 has a long edge between two second regions 110E extending seamlessly from the second face 110B toward the front plate 102. It can be included at both ends.
  • the front plate 102 (or the back plate 111) may include only one of the first regions 110D (or the second regions 110E). In another embodiment, some of the first regions 110D or the second regions 110E may not be included.
  • the side bezel structure 118 when viewed from the side of the electronic device 100, may have a side surface where the first regions 110D or the second regions 110E are not included. It may have a first thickness (or width), and may have a second thickness thinner than the first thickness on the side surface including the first regions 110D or the second regions 110E.
  • the electronic device 100 may include a display 101, an audio module 103, 107, 114, a sensor module 104, 116, 119, a camera module 105, 112, 113, and a key input. And at least one of the device 117, the light emitting element 106, and the connector holes 108, 109. In some embodiments, the electronic device 100 may omit at least one of the components (for example, the key input device 117 or the light emitting element 106) or may further include other components.
  • the display 101 may be exposed through, for example, a substantial portion of the front plate 102. In some embodiments, at least a portion of the display 101 may be exposed through the front plate 102 forming the first surface 110A and the first regions 110D of the side surface 110C. In some embodiments, the corners of the display 101 may be formed approximately the same as the adjacent outer shape of the front plate 102. In another embodiment (not shown), the distance between the outer side of the display 101 and the outer side of the front plate 102 may be substantially the same in order to expand the area where the display 101 is exposed.
  • an audio module 114 and a sensor are formed in a portion of the screen display area of the display 101 and are aligned with the recess or opening. At least one of the module 104, the camera module 105, and the light emitting device 106 may be included. In another embodiment (not shown), the audio module 114, the sensor module 104, the camera module 105, the fingerprint sensor 116, and the light emitting element 106 are located behind the screen display area of the display 101. It may include at least one of). In another embodiment (not shown), the display 101 is coupled or adjacent to a touch sensing circuit, a pressure sensor capable of measuring the intensity (pressure) of the touch, and / or a digitizer for detecting a magnetic field stylus pen. Can be arranged.
  • At least a portion of the sensor module 104, 119, and / or at least a portion of the key input device 117 may be configured such that the first regions 110D, and / or the second regions 110E. Can be placed in the field.
  • the audio module 103, 107, 114 may include a microphone hole 103 and a speaker hole 107, 114.
  • the microphone hole 103 may include a microphone for acquiring an external sound, and in some embodiments, a plurality of microphones may be disposed to detect a direction of the sound.
  • the speaker holes 107 and 114 may include an external speaker hole 107 and a receiver receiver hole 114 for a call.
  • the speaker holes 107 and 114 and the microphone hole 103 may be implemented as one hole, or a speaker may be included without the speaker holes 107 and 114 (eg, piezo speaker).
  • the sensor modules 104, 116, and 119 may generate an electrical signal or data value corresponding to an operating state inside the electronic device 100 or an external environment state.
  • the sensor modules 104, 116, 119 may comprise, for example, a first sensor module 104 (eg, proximity sensor) and / or a second sensor module (eg, disposed on the first surface 110A of the housing 110). Not shown) (eg, fingerprint sensor), and / or third sensor module 119 (eg, HRM sensor) and / or fourth sensor module 116 disposed on the second side 110B of the housing 110. ) (Eg, fingerprint sensor).
  • the fingerprint sensor may be disposed on the first surface 110A (eg, the display 101 as well as the second surface 110B) of the housing 110.
  • the electronic device 100 may be a sensor module (not shown), for example.
  • a sensor module for example, at least one of a gesture sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a color sensor, an infrared (IR) sensor, a biometric sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, or an illuminance sensor 104 may be used. It may include.
  • the camera modules 105, 112, and 113 are the first camera device 105 disposed on the first surface 110A of the electronic device 100, and the second camera device 112 disposed on the second surface 110B. ) And / or flash 113.
  • the camera devices 105, 112 may include one or a plurality of lenses, an image sensor, and / or an image signal processor.
  • the flash 113 may include, for example, a light emitting diode or a xenon lamp. In some embodiments, two or more lenses (infrared cameras, wide angle and telephoto lenses) and image sensors may be disposed on one side of the electronic device 100.
  • the key input device 117 may be disposed on the side surface 110C of the housing 110.
  • the electronic device 100 may not include some or all of the above-mentioned key input device 117 and the non-included key input device 117 may include other soft keys or the like on the display 101. It may be implemented in the form.
  • the key input device may include a sensor module 116 disposed on the second surface 110B of the housing 110.
  • the light emitting element 106 may be disposed, for example, on the first surface 110A of the housing 110.
  • the light emitting element 106 may provide, for example, state information of the electronic device 100 in the form of light.
  • the light emitting element 106 may provide a light source that is interlocked with, for example, the operation of the camera module 105.
  • the light emitting element 106 may include, for example, an LED, an IR LED, and a xenon lamp.
  • the connector holes 108 and 109 may include a first connector hole 108 capable of receiving a connector (eg, a USB connector) for transmitting and receiving power and / or data with an external electronic device, and / or an external electronic device. And a second connector hole (eg, an earphone jack) 109 that can accommodate a connector for transmitting and receiving audio signals.
  • a connector eg, a USB connector
  • a second connector hole eg, an earphone jack
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the electronic device of FIG. 1.
  • the electronic device 300 may include a side bezel structure 310, a first support member 311 (eg, a bracket), a front plate 320, a display 330, and a printed circuit board 340.
  • the battery 350 may include a second support member 360 (eg, a rear case), an antenna 370, and a rear plate 380.
  • the electronic device 300 may omit at least one of the components (eg, the first support member 311 or the second support member 360) or further include other components. .
  • At least one of the components of the electronic device 300 may be the same as or similar to at least one of the components of the electronic device 100 of FIG. 1 or 2, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
  • the first support member 311 may be disposed in the electronic device 300 to be connected to the side bezel structure 310 or may be integrally formed with the side bezel structure 310.
  • the first support member 311 may be formed of, for example, a metal material and / or a non-metal (eg polymer) material.
  • the display 330 may be coupled to one surface thereof, and the printed circuit board 340 may be coupled to the other surface thereof.
  • the printed circuit board 340 may be equipped with a processor, a memory, and / or an interface.
  • the processor may include, for example, one or more of a central processing unit, an application processor, a graphics processing unit, an image signal processor, a sensor hub processor, or a communication processor.
  • the memory may include, for example, volatile memory or nonvolatile memory.
  • the interface may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, and / or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • the interface may electrically or physically connect the electronic device 300 to an external electronic device, and may include a USB connector, an SD card / MMC connector, or an audio connector.
  • the battery 350 is a device for supplying power to at least one component of the electronic device 300, and may include, for example, a non-rechargeable primary battery, a rechargeable secondary battery, or a fuel cell. . At least a portion of the battery 350 may be disposed substantially coplanar with, for example, the printed circuit board 340. The battery 350 may be integrally disposed in the electronic device 300, or may be detachably attached to the electronic device 300.
  • the antenna 370 may be disposed between the rear plate 380 and the battery 350.
  • the antenna 370 may include, for example, a near field communication (NFC) antenna, a wireless charging antenna, and / or a magnetic secure transmission (MST) antenna.
  • the antenna 370 may, for example, perform short-range communication with an external device or wirelessly transmit and receive power required for charging.
  • the antenna structure may be formed by some or a combination of the side bezel structure 310 and / or the first support member 311.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 400 of FIG. 4 may include, for example, all or some components of the electronic device 100 of FIG. 1 or the electronic device 300 of FIG. 3.
  • the display 410 of FIG. 4 may include, for example, the display 101 of FIG. 1 or the display 330 of FIG. 3.
  • the sensor module 420 of FIG. 4 may include at least one of the sensor modules 104, 116, and 119 of FIGS. 1 and 2.
  • an electronic device 400 may include a display 410, a sensor module 420, and a control circuit 460 (eg, a processor).
  • a control circuit 460 eg, a processor
  • the display 410 may display various contents (eg, text, images, videos, icons, and / or symbols, etc.) to the user.
  • the display 410 may include a touch screen, and may receive, for example, a touch, gesture, proximity, or hovering input using an electronic pen or a part of a user's body.
  • the display 410 may be, for example, a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) display, an organic light emitting diode (OLED) display, an active organic light emitting diode (active) and at least one of a matrix organic light emitting diode (AMOLED) display, a micro electro mechanical systems (MEMS) display, or an electronic paper display.
  • LCD liquid crystal display
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • active active
  • AMOLED matrix organic light emitting diode
  • MEMS micro electro mechanical systems
  • the sensor module 420 may be disposed under the display 410.
  • the sensor module 420 may operate as a pressure sensor while waiting for a fingerprint input of the user of the electronic device 400.
  • the sensor module 420 may operate as an ultrasonic fingerprint sensor when a predetermined pressure is detected through the display 410.
  • the sensor module 420 may include a substrate 425, a piezoelectric element 430, a plurality of switches 440, a first signal terminal 451, and a second signal terminal 452. Can be.
  • the substrate 425 may be a glass substrate.
  • the substrate 425 may be a plastic substrate made of at least one of polyimide, polymethylmethacrylate, polyamide, polypropylene, or polyurethane.
  • the substrate 425 may include a thin-film transistor (TFT) substrate.
  • TFT thin-film transistor
  • the piezoelectric element 430 may be disposed on the substrate 425. When a predetermined pressure is applied through the display 410, the piezoelectric element 430 may generate a potential difference according to the pressure.
  • the piezoelectric element 430 may include a first electrode 431, a piezoelectric layer 433, and a second electrode 435.
  • the first electrode 431 may be disposed under the piezoelectric layer 433.
  • the second electrode 435 may be disposed on the piezoelectric layer 433.
  • the piezoelectric layer 433 may be disposed between the first electrode 431 and the second electrode 435.
  • the first electrode 431 may include a common electrode.
  • the first electrode 431 may include a plurality of signal lines.
  • the first electrode 431 may be formed of a gold (Au), silver (Ag) or copper (Cu) layer to minimize the resistance.
  • the piezoelectric layer 433 may generate a voltage according to a predetermined pressure.
  • the piezoelectric layer 433 may generate ultrasonic vibrations.
  • the piezoelectric layer 433 comprises polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-co-trifluoroethylen (PVDF-TrFE) and lead zirconate titanate (PZT). It may be composed of at least one material.
  • the second electrode 435 may include a pixel electrode configured in pixel units.
  • the second electrode 435 may include a plurality of signal lines.
  • the plurality of switches 440 may be configured as a thin-film transistor (TFT) array.
  • the plurality of switches 440 may turn on / off respective pixels of the second electrode.
  • the first signal terminal 451 may be connected to the first electrode.
  • the second signal terminal 452 may be connected to the plurality of switches 440.
  • the second signal terminal 452 may be selectively connected to pixel electrodes of at least some of the second electrodes 435 using the switches 440.
  • control circuit 460 may be connected to the first signal terminal 451.
  • the first signal terminal 451 may sense a pressure input to the sensor module using at least some of the first electrode 431 and the second electrode 435 of the piezoelectric element 430.
  • the control circuit 460 may control the sensor module 420 to perform a pressure sensor function and a fingerprint sensor function.
  • the control circuit 460 may include the piezoelectric element in a state in which a second signal terminal 452 is connected to at least some of the second electrodes 435 by using the switches 440.
  • a second signal terminal 452 By using at least some of the first electrode 431 and the second electrode 435 of 430, the pressure of the user's finger that is input to the sensor module 420 through the display 410 is input to the first signal terminal. It may be set to detect through 451.
  • the second signal terminal 452 may be connected to a ground (not shown) of the electronic device 400.
  • control circuit 460, the second signal terminal 452 is based on at least the pressure of the user's finger input to the sensor module 420 through the display 410, the second signal The first electrode 431 and the second electrode of the piezoelectric element 430 through the first signal terminal 451 in a state of being connected to at least some of the electrodes 435 by using the switches 440.
  • the ultrasound signal may be set to output an ultrasonic signal using at least some of the reference numeral 435.
  • the control circuit 460, the second signal terminal 452 is opened using at least some of the second electrode 435 and the plurality of switches 440, At least some of the first electrode 431 and the second electrode 435 of the piezoelectric element 430 may be set to receive an ultrasonic signal reflected from an external object (eg, a finger) on the display 410. have.
  • the first signal terminal 451. May be connected to a ground (not shown) of the electronic device 400.
  • control circuit 460 may generate biometric information (eg, fingerprint information) about an external object (eg, a finger) on the display 410 based at least on the received ultrasound signal. Can be set. According to an embodiment, the control circuit 460 may be configured to sequentially connect the plurality of switches 440 to acquire the received ultrasonic signal.
  • biometric information eg, fingerprint information
  • an external object eg, a finger
  • the control circuit 460 may be configured to sequentially connect the plurality of switches 440 to acquire the received ultrasonic signal.
  • the first electrode 431 The electronic device 400 may be connected to the first signal terminal 451 to receive an analog output, and the second electrode 435 may be connected to the ground of the electronic device 400 using the plurality of switches 440.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an operation of switching an electronic device from a pressure sensor function to a fingerprint sensor function according to various embodiments of the present disclosure.
  • the sensor module 420 of the electronic device 400 may operate in a standby mode waiting for a user's fingerprint input.
  • the user of the electronic device 400 may touch and apply pressure to the display 410 located on the sensor module 420 through a finger.
  • a potential difference of about 0.1 V to 2 V may occur according to the bending of the piezoelectric layer 433.
  • the control circuit 460 senses the potential difference, and when it is determined that a voltage greater than or equal to a threshold is generated, the control circuit 460 may control the sensor module 420 to perform the fingerprint sensor function in the pressure sensor function.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a transmission mode when an electronic device operates as a fingerprint sensor according to various embodiments of the present disclosure.
  • the sensor module 420 of the electronic device 400 changes from a pressure sensor function to a fingerprint sensor function, the sensor module 420 operates in a transmission mode (Tx mode) for transmitting ultrasonic waves. can do.
  • Tx mode transmission mode
  • the first electrode 431 connected to the first signal terminal 451 may operate as an oscillator that may receive an analog output.
  • the second electrode 435 may be connected to the two signal terminals 452 using the switches 440.
  • the second signal terminal 452 may be connected to the ground of the electronic device 400.
  • the piezoelectric array 433 may generate ultrasonic vibrations.
  • the piezoelectric array 433 generates an ultrasonic wave according to a potential difference generated between the first electrode 431 and the piezoelectric array 433, and the generated ultrasonic wave may be transmitted toward the display 410. Can be.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a reception mode when an electronic device operates as a fingerprint sensor according to various embodiments of the present disclosure.
  • the sensor module 420 of the electronic device 400 is switched from a pressure sensor function to a fingerprint sensor function according to various embodiments of the present disclosure, the sensor module 420 operates in a reception mode for receiving ultrasonic waves. can do.
  • the first electrode 431 connected to the first signal terminal 451 may be connected to the ground of the electronic device 400.
  • the second electrode 435 of the sensor module 420 is connected to the plurality of switches 440, and can sense the voltage applied through the display 410 for each pixel.
  • the ultrasound transmitted to the display 410 may be reflected by an external object (eg, a finger).
  • the piezoelectric array 433 of the sensor module 420 may convert the intensity of ultrasonic vibration reflected by each pixel of the second electrode 435 into a voltage.
  • the control circuit 460 may acquire an image (eg, a fingerprint image) corresponding to the external object by using the ultrasonic waves received for each pixel through the second electrode 435.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating another configuration of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 400 in addition to the display 410, the sensor module 420, and the control circuit 460 illustrated in FIG. 4, the electronic device 400 according to various embodiments of the present disclosure may include a pressure and a pressure switch.
  • the sensing circuit 457 and the ultrasonic transmitting and receiving circuit 459 may be further included.
  • the switch circuit 455 may be connected to the first electrode 431 through the first signal terminal 451.
  • the switch circuit 455 may selectively connect the first signal terminal 451 to the pressure sensing circuit 457 or the ultrasonic transmitting and receiving circuit 459.
  • the pressure sensing circuit 457 may detect a voltage corresponding to the pressure generated through the display 410.
  • the pressure sensing circuit 457 may be configured as a filter or an amplifier to increase the signal to noise ratio (SNR).
  • the ultrasonic transmitting and receiving circuit 459 may transmit ultrasonic waves to the display 410 and receive ultrasonic signals reflected from the display 410.
  • the first electrode 431 may include a first signal terminal 451 and a switch circuit 455. It is connected to the pressure sensing circuit 457 through the), it can detect the voltage generated by the pressure applied to the sensor module 420 through the display 410.
  • the first electrode 431 may be connected to the first signal terminal 451 and the switch circuit 455. Connected to the ultrasonic transmission and reception circuit 459, an analog signal for generating an ultrasonic signal required for fingerprint sensing of an external object (eg, a finger) on the display 410 may be applied.
  • Tx mode transmission mode
  • an analog signal for generating an ultrasonic signal required for fingerprint sensing of an external object (eg, a finger) on the display 410 may be applied.
  • the pressure sensing circuit 457 is a piezoelectric element 430 in a state in which the second signal terminal 452 is connected to at least some of the second electrodes 435 using the plurality of switches 440. Pressure of a user's finger input to the sensor module 420 through the display 410 by using at least some of the first electrode 431 and the second electrode 435 of the first signal terminal 451. It can be set to detect through).
  • the second signal terminal 452 may be connected to a ground (not shown) of the electronic device 400.
  • the ultrasonic transmitting and receiving circuit 459 is a state in which the second signal terminal 452 is opened using at least some of the second electrode 435 and the plurality of switches 440, An external object (for example, a finger) touching the display 410 using at least some of the first electrode 431 and the second electrode 435 of the piezoelectric element 430 through the first signal terminal 451. It may be set to obtain the ultrasonic signal reflected from.
  • the second signal terminal 452 when the second signal terminal 452 is opened using at least some of the second electrodes 435 and the plurality of switches 440, the second electrode 435
  • the ultrasound signal reflected from an external object (for example, a finger) touched by the display may be set by using a voltage induced between the other part and the first signal terminal.
  • the first signal terminal 451. May be connected to a ground (not shown) of the electronic device 400.
  • the control circuit 460 based on at least the ultrasonic signal detected by the ultrasonic transmitting and receiving circuit 459, the biometric information for the external object (for example, finger) on the display 410. (Eg, fingerprint information) may be set.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating still another configuration of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 400 further includes a first selector 441, a second selector 442, and an image processor 465 in addition to the configuration illustrated in FIG. 8. can do.
  • the plurality of switches 440 may include a first selector 441 and a second selector 442.
  • the first selector 441 and the second selector 442 may recognize a voltage applied to each pixel of the second electrode 435 configured in pixel units.
  • the first selector 441 may include the row selectors 1-1 to 1-n.
  • the second selector 442 may include a column selector of 2-1 to 2-n.
  • the first selector 441 and the second selector 442 may be integrated with the pressure sensing circuit 457.
  • the image processor 465 may be configured in the control circuit 465.
  • the image processor 465 may receive a voltage for each pixel through the second electrode 435 of the sensor module 420 and generate a fingerprint image of an external object (eg, a finger).
  • the image processor 465 may be configured with the pressure sensing circuit 457 as one firmware or logic.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of using an entire area of a sensor module of an electronic device as a pressure sensing area and a fingerprint sensing area according to various embodiments of the present disclosure.
  • the sensor module 420 of the electronic device may utilize the entire area as the pressure sensing and fingerprint sensing regions 405 for pressure sensing and fingerprint sensing.
  • the first electrode 431 may be integrally formed.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of using a partial region of a sensor module of an electronic device as a pressure sensing region and a fingerprint sensing region according to various embodiments of the present disclosure.
  • the sensor module 420 of the electronic device may utilize a partial region (eg, a first region) as a pressure sensing region and a fingerprint sensing region 405.
  • a partial region eg, a first region
  • the first electrode 431 when the partial region of the sensor module 420 is utilized as the pressure sensing region and the fingerprint sensing region 405, the first electrode 431 may be separated.
  • the first electrode 431 may be divided into a first portion 431a, a second portion 431b, and a third portion 431c.
  • the second portion 431b may be utilized as the pressure sensing and fingerprint sensing region 405.
  • the first portion 431a and the third portion 431c, which are different from the partial region (eg, the first region) and the second region (eg, the second region) may be used as the pressure sensing region 407.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration in which a support unit is added to a lower portion of a sensor module of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • At least a portion of the support part 401 may be located under the sensor module 420 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the support 401 may be disposed between the first electrode 431 and the first support member (eg, the first support member 311 of FIG. 3, the bracket) of the sensor module 420. have.
  • the piezoelectric layer 433 corresponds to the support 401 of the piezoelectric layer 433 according to the degree to which the piezoelectric layer 433 is pressed by the support 401.
  • An additional potential difference may be generated in the region.
  • the greater the voltage is generated as the greater the bending to the piezoelectric layer 433 by the support portion 401, so that the sensor module 420 is applied to the pressure through the display 410 Can be detected more easily.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an extension example of a sensing area of a sensor module of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • the pressure sensing and fingerprint sensing region 405 of the sensor module 420 is formed in a circular shape at the bottom of the electronic device 400 to be used as an area for pressure sensing and fingerprint sensing. Can be. In the vicinity of the circular edge of the pressure sensing and fingerprint sensing region 405, a pressure sensing region 407 for sensing pressure due to a user's fingerprint input may be extended.
  • the pressure sensing and fingerprint sensing region 405 of the sensor module 420 is formed in a quadrangle under the electronic device 400 to be used as an area for pressure sensing and fingerprint sensing. Can be.
  • a pressure sensing region 407 may be formed on the left and right sides of the quadrangle of the pressure sensing and fingerprint sensing region 405 to expand the pressure sensing region 407 for sensing pressure due to a user's fingerprint input.
  • the pressure sensing and fingerprint sensing region 405 of the sensor module 420 is formed in a quadrangle under the electronic device 400 to be used as an area for pressure sensing and fingerprint sensing.
  • An upper side, a lower side, a left side, and a right side of the quadrangle of the pressure sensing and fingerprint sensing region 405 may be formed by expanding a pressure sensing region 407 for sensing pressure due to a user's fingerprint input.
  • the pressure sensing and fingerprint sensing region 405 of the sensor module 420 is formed in the entire area of the front surface of the electronic device 400 and used as an area for pressure sensing and fingerprint sensing. Can be.
  • the pressure sensing and fingerprint sensing regions 405 may be used as regions for the pressure sensing region 407 and the fingerprint sensing region 409 over the entire region.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation of an electronic device including a sensor module that performs a plurality of functions according to various embodiments of the present disclosure.
  • the sensor module 420 and the control circuit 460 of the electronic device 400 may operate in a standby mode waiting for a user's fingerprint input.
  • control circuit 460 may determine whether a predetermined pressure is sensed by the sensor module 420 using an external object (eg, a finger) through the display 410.
  • an external object eg, a finger
  • the control circuit 460 may control the sensor module 420 to perform the fingerprint sensor function in the pressure sensor function.
  • the sensor module 420 may simultaneously perform a pressure sensor function and a fingerprint sensor function.
  • the control circuit 460 transmits an ultrasound to an external object (for example, a finger) that applies pressure to the display 410 and a transmission mode (Tx mode) for receiving an ultrasound from the external object.
  • the sensor module 420 may be controlled to operate in a Rx mode.
  • control circuit 460 may receive the ultrasound reflected from the external object in the reception mode to obtain a fingerprint image of the user of the electronic device 400.

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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

압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치
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.
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.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.
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)를 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)를 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 송수신할 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.

Claims (15)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파 신호의 수신 시, 상기 제 1 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 복수의 스위치들을 순차적으로 연결하여, 상기 수신된 초음파 신호를 획득하도록 설정된 전자 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 박막트랜지스터(TFT) 어레이를 포함하는 전자 장치.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 신호 단자를 상기 압력 감지 회로 또는 상기 초음파 감지 회로와 선택적으로 연결하기 위한 스위치 회로를 더 포함하는 전자 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 신호 단자를 통해 압력 감지 시, 상기 제 2 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있고,
    상기 초음파 신호 획득 시, 상기 제 1 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치.
  10. 제 7항에 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.
  11. 제 7항에 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.
  12. 제 7항에 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.
  13. 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.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 신호 단자를 통해 압력 감지 시, 상기 제 2 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있고,
    상기 초음파 신호 수신 시, 상기 제 1 신호 단자는 상기 전자 장치의 접지부에 연결되어 있는 전자 장치.
  15. 제 13항에 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.
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