KR-20260060964-A - Sensor Apparatus

Abstract

본 발명의 센서 장치는 일 방향으로 배열된 복수의 개별 전극을 포함하는 상부 전극, 상기 상부 전극의 하부에 위치하고 상기 복수의 개별 전극 중 적어도 하나와 대향하는 하부 전극, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 위치하고 외력에 의해 형태가 변형될 수 있는 가요성 부재, 상기 상부 전극의 상부에 위치하고 비전도성 재질로 형성되는 하우징 구조물, 및 상기 복수의 개별 전극 각각에 대응되고 적어도 일부가 상기 하우징 구조물의 내부에 위치하고 전도성 재질로 형성되는 복수의 연장 전극을 포함할 수 있다.

Inventors

• 오상현
• 윤상영
• 신주섭

Assignees

• (주)파트론

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241213

Priority Date

20241024

Claims (19)

1. 일 방향으로 배열된 복수의 개별 전극을 포함하는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부에 위치하고, 상기 복수의 개별 전극 중 적어도 하나와 대향하는 하부 전극; 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 위치하고, 외력에 의해 형태가 변형될 수 있는 가요성 부재; 상기 상부 전극의 상부에 위치하고, 비전도성 재질로 형성되는 커버 구조물; 및 상기 복수의 개별 전극 각각에 대응되고, 적어도 일부가 상기 커버 구조물의 내부에 위치하고, 전도성 재질로 형성되는 복수의 연장 전극을 포함하는 센서 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 연장 전극은, 상기 하우징 구조물의 내부에 위치하고, 상기 일 방향으로 연장된 내부 전극; 및 상기 내부 전극에서 해당 연장 전극이 대응하는 개별 전극을 향해 연장되는 연장부를 포함하는 센서 장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 내부 전극은, 상기 하우징 구조물의 하면보다 상면에 더 근접하게 위치하는 센서 장치.
4. 제2 항에 있어서, 상기 연장부는 상기 하우징의 하면을 통해 하방으로 노출되는 센서 장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 하우징 구조물은 하면에서 하방으로 돌출된 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 연장부는 상기 돌출부를 통해 하방으로 노출되는 센서 장치.
6. 제1 항에 있어서, 상기 연장 전극은, 해당 연장 전극이 대응하는 개별 전극과 전기적으로 연결되는 센서 장치.
7. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 개별 전극 각각에 대응되고, 대응하는 개별 전극과 상기 하우징 구조물 사이에 위치하는 복수의 상부 보강판을 더 포함하는 센서 장치.
8. 제7 항에 있어서, 상기 상부 보강판은 도전성 재질로 형성되고, 해당 상부 보강판과 대응하는 개별 전극과 해당 상부 보강판과 대응하는 연장 전극 사이의 전기적 연결을 제공하는 센서 장치.
9. 제7 항에 있어서, 상기 상부 보강판은 비도전성 재질로 형성되고, 상기 하우징 구조물의 상부이고, 해당 상부 보강판과 대응하는 개별 전극의 상부에 피감지물이 위치하는 경우, 해당 상부 보강판과 대응하는 개별 전극과 해당 상부 보강판과 대응하는 연장 전극 사이에 커패시턴스가 변화되는 센서 장치.
10. 제1 항에 있어서, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극은 벤딩부가 휘어져서 서로 마주보는 연성 회로기판의 상부 기판 및 하부 기판에 각각 형성되는 센서 장치.
11. 제10 항에 있어서, 상기 상부 기판의 하면 및 상기 하부 기판의 상면 중 적어도 하나에 결합되고, 상기 가요성 부재보다 얇은 두께로 형성되는 스토퍼를 더 포함하는 센서 장치.
12. 제10 항에 있어서, 상기 하부 기판의 하면에 결합되고, 상기 하부 전극과 전기적으로 연결되는 하부 보강판을 더 포함하는 센서 장치.
13. 제1 항에 있어서, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 사이에 위치하는 중간 전극을 더 포함하고, 상기 상부 전극은 피감지물의 상기 일 방향에 대한 위치를 감지하고, 상기 중간 전극 및 상기 하부 전극은 상기 피감지물이 상기 일 방향에 수직한 방향으로 누르는 외력을 감지하는 센서 장치.
14. 제13 항에 있어서, 상기 피감지물의 상기 일 방향에 대한 위치는 상기 상부 전극과 상기 피감지물 사이의 커패시턴스 정보에 기반하여 판단되고, 상기 피감지물이 상기 일 방향에 수직한 방향으로 누르는 외력은 상기 중간 전극과 상기 하부 전극 사이의 커패시턴스 정보에 기반하여 판단되는 센서 장치.
15. 제1 항에 있어서, 상기 커버 구조물과 결합되는 커버 기판; 및 상부 기판, 상기 상부 기판의 하부에 위치하고, 상기 상부 기판과 대향하는 하부 기판 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 연결하고, 휘어진 형태로 형성되는 벤딩부를 포함하는 대향 회로기판 - 상기 대향 회로기판은 상기 커버 기판의 하부에 위치함 - 을 더 포함하고, 상기 상부 전극은 상기 커버 기판의 상면에 형성되고, 상기 중간 전극은 상기 상부 기판에 형성되고, 상기 하부 전극은 상기 하부 기판에 형성되는 센서 장치.
16. 제15 항에 있어서, 상기 연장 전극은 상기 커버 기판과 결합되는 센서 장치.
17. 제15 항에 있어서, 상기 커버 기판에 실장되는 지문인식센서를 더 포함하는 센서 장치.
18. 제17 항에 있어서, 상기 연장 전극은 상기 커버 기판과 결합되고, 상기 지문인식센서의 상면은 상기 연장 전극의 상면보다 상기 커버 구조물의 상면과 더 인접하게 위치하는 센서 장치.
19. 제17 항에 있어서, 상기 상부 전극과 상기 지문인식센서는 상기 커버 기판의 상면에서 서로 다른 영역에 결합되는 센서 장치.

Description

센서 장치{Sensor Apparatus} 본 발명은 전자 장치에 설치되는 센서 장치에 관한 것으로, 사용자의 동작 등을 감지할 수 있는 센서 장치에 관한 것이다. 최근 다양한 전자 기기들이 터치 및 감압 센서 기능을 갖춘 형태로 개발되고 있으며, 이러한 기기들은 사용자 입력을 감지하여 다양한 작업을 수행할 수 있도록 설계되고 있다. 특히, 스마트폰, 태블릿과 같은 휴대용 전자 기기에서 사용자의 터치 또는 누름 동작을 정밀하게 감지하는 센서 장치가 널리 사용되고 있다. 이러한 센서 장치는 터치에 따른 위치 입력뿐만 아니라, 누르는 압력에 따라 다양한 명령을 수행할 수 있는 기능을 제공하며, 사용자의 편의성을 크게 향상시키고 있다. 종래의 센서 장치는 주로 단일 평면 상에서 작동하는 단순한 터치 감지 기술을 중심으로 발전해왔다. 그러나 사용자의 동작을 보다 정확하게 인식하고, 다양한 입력 유형에 반응할 수 있는 기술에 대한 필요성이 커지고 있다. 특히, 상하 방향의 외력뿐만 아니라 측 방향의 스와이프 동작을 감지하는 기능은 사용자 인터페이스에서 중요한 역할을 하고 있으며, 이를 구현하기 위한 적층 구조 기반의 센서 장치가 연구되고 있다. 이러한 기술은 보다 다양한 입력 동작을 감지하고, 기기의 응답성을 높일 수 있다. 또한, 센서 장치의 유연성과 내구성은 사용자 경험에 중요한 요소로 작용하고 있다. 이에 따라 다양한 각도의 힘과 변형에 대처할 수 있는 센서 장치를 개발하려는 노력이 계속되고 있으며, 이러한 구조적 설계가 적용된 센서 장치는 외부 충격에도 강하고 다양한 입력 동작을 처리할 수 있는 장점이 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치가 탑재된 전자 장치의 외부 일부의 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치의 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 센서 장치의 일부분을 확대하여 도시한 것이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 장치의 일부분을 확대한 도시한 단면도이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, 설명되는 각 단계들은 특별한 인과관계에 의해 나열된 순서에 따라 수행되어야 하는 경우를 제외하고, 나열된 순서와 상관없이 수행될 수 있다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치가 탑재된 전자 장치의 외부 일부의 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치의 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 센서 장치의 일부분을 확대하여 도시한 것이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치에 대해 설명하도록 한다. 이 실시예의 센서 장치는 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기와 같은 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 본 발명의 센서 장치는 사용자가 특정 부위를 누르거나 스와이프(swipe)하는 동작을 감지하는 기능을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 센서 장치는 전자 장치(10)에 탑재될 수 있다. 도 1은 본 발명의 센서 장치가 설치된 부분의 하우징 구조물(500)을 도시한 것이다. 도 1에서 점선으로 표시된 것과 같이, 하우징 구조물(500)의 내부에 연장 전극(600)이 위치할 수 있다. 사용자가 하부에 연장 전극(600)이 위치하는 부분의 하우징 구조물(500)에 압력을 가해서 누르는 동작 또는 일 방향으로 스와이프하는 동작을 입력하면, 본 발명의 센서 장치는 이러한 사용자의 동작을 감지할 수 있다. 센서 장치의 내부 구조는 상부 전극(100)과 하부 전극(200)이 서로 대향하는 형태로 배치될 수 있다. 두 전극 사이의 거리에 따라 신호가 감지될 수 있다. 연장 전극(600)은 하우징 구조물(500) 내부에 위치하며, 본 발명의 센서 장치가 사용자의 동작을 더욱 정밀하게 감지할 수 있게 한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 센서 장치는 상부 전극(100), 하부 전극(200), 연장 전극(600), 가요성 부재(300) 및 하우징 구조를 포함한다. 상부 전극(100)은 일 방향으로 배열된 복수의 개별 전극을 포함한다. 첨부한 도면에서 상부 전극(100)은 일 방향으로 배열된 3개의 개별 전극을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 개별 전극의 개수는 변경될 수 있다. 복수의 개별 전극은 일 방향으로 배열되어, 사용자의 일 방향의 스와이프 동작을 감지할 수 있다. 구체적으로, 사용자가 손가락을 상부 전극(100)에 형성된 하우징 구조물(500) 부분에 접촉하여, 손가락을 일 방향으로 이동시키면, 상부 전극(100)은 그에 따른 전기적 변화를 감지하고 신호를 처리할 수 있다. 상부 전극(100)은 하부 전극(200)과 대향하게 위치한다. 이를 통해, 본 발명의 센서 장치는 사용자의 누름 동작을 감지할 수 있다. 구체적으로, 사용자가 손가락을 상부 전극(100)에 형성된 하우징 구조물(500) 부분을 상하 방향(전자 장치의 외부에서 내부 방향)으로 누르면, 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이의 거리가 변화할 수 있다. 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이의 거리가 변할 때, 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이의 커패시턴스 변화가 발생할 수 있다. 본 발명의 센서 장치는 이러한 커패시턴스 변화를 감지하여 사용자의 누름 동작을 감지할 수 있다. 하부 전극(200)은 상부 전극(100)과 대향하는 위치에 배치된다. 하부 전극(200)은 단일 전극으로 구성되며, 복수의 개별 전극으로 이루어진 상부 전극(100)과 대응할 수 있다. 하부 전극(200)은 복수의 개별 전극 중 적어도 하나와 대향하거나, 복수의 개별 전극 모두와 대향할 수 있다. 하부 전극(200)은 대향하는 상부 전극(100)과의 거리 변화를 통해 사용자의 누름 동작을 감지할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(100)이 제1, 제2 및 제3 개별 전극을 포함하고, 하부 전극(200)이 이 중 제1 개별 전극과만 대향하도록 형성된 경우, 본 발명의 센서 장치는 사용자가 제3 개별 전극 부분을 누른 동작만을 감지할 수 있다. 그러나 하부 전극(200)이 제1, 제2 및 제3 개별 전극 모두와 대향하도록 형성된 경우, 본 발명의 센서 장치는 사용자가 제1, 제2 및 제3 개별 전극 중 어느 부분을 누르더라도, 그러한 누름 동작을 감지할 수 있다. 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이의 간격 변화는 커패시턴스의 변화를 유발할 수 있다. 이러한 커패시턴스의 변화는 사용자의 누름 동작과 스와이프 동작을 구분하여 처리할 수 있게 한다. 상부 전극(100)과 하부 전극(200)은 하나의 연성 회로기판(FPCB)(400)에 형성될 수 있다. 구체적으로, 연성 회로기판(400)은 상부 기판(410)과 하부 기판(420)에 형성될 수 있다. 상부 기판(410)과 하부 기판(420)은 벤딩된 연결 기판(430)에 의해 연결될 수 있다. 상부 기판(410)과 하부 기판(420)은 벤딩된 형태로 연결될 수 있다. 연성 회로기판(400)은 이러한 상부 기판(410)과 하부 기판(420)이 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 상부 기판(410)과 하부 기판(420)은 유연한 구조로 설계되어 외부에서 가해지는 힘에 따라 자유롭게 변형될 수 있다. 이로 인해 본 발명의 센서 장치는 다양한 전자 기기에 통합될 수 있으며, 좁은 공간에서도 정확하게 작동할 수 있다. 가요성 부재(300)는 상부 기판(410)과 하부 기판(420) 사이에 위치한다. 가요성 부재(300)는 유연한 재질로 형성될 수 있으며, 사용자가 입력하는 힘에 따라 압축되거나 변형될 수 있다. 이를 통해, 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이의 간격 변화를 유발하여 커패시턴스 변화가 발생할 수 있다. 이러한 커패시턴스의 변화는 전기적 신호로 변환되어 사용자의 입력 동작을 정밀하게 감지하는 데 사용될 수 있다. 가요성 부재(300)는 엘라스토머, 스폰지, 폼 테이프와 같은 재질로 형성될 수 있다. 이러한 재질들은 외력이 가해졌을 때 쉽게 변형되며, 외력이 제거되면 원래의 형태로 복원될 수 있는 특성을 가질 수 있다. 이와 같은 유연성은 반복적인 외력에도 안정적인 감지 기능을 제공하며, 센서 장치의 내구성을 높이는 데 기여할 수 있다. 가요성 부재(300)는 또한 외부 충격이나 진동을 흡수하여, 기기 내부의 다른 구성 요소를 보호하는 역할을 할 수 있다. 가요성 부재(300)는 특정한 설계에 따라 클로즈 셀(closed cell) 구조로 형성될 수 있다. 클로즈 셀 구조는 내부에 독립적인 공극을 포함하며, 공기나 액체의 침투를 차단할 수 있다. 또한, 클로즈 셀 구조는 외부 환경의 변화에 영향을 받지 않도록 보호할 수 있으며, 다양한 사용 조건에서 센서 장치의 감지 성능이 일관되게 유지될 수 있도록 한다. 가요성 부재(300)는 상부와 하부에 결합된 접착 부재(310, 320)를 통해 상부 기판(410)과 하부 기판(420)과 결합될 수 있다. 접착 부재(310, 320)는 양면 테이프와 같은 접착성 소재가 사용될 수 있다. 하우징 구조물(50