KR102530893B1 - 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수분에 대한 감지를 전자 장치의 내부 공간의 복수의 위치들에서 수행하여 보다 신속하게 수분에 의한 손상 및 오동작을 방지할 수 있는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치에 관한 것이다.
본 발명인 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치는 내부 공간이 형성된 케이스와, 전원을 배터리에 인가하여 충전시키는 충전부와, 배터리와 충전부 사이에 연결된 제 1 스위치와, 배터리로부터 전원을 공급 받는 히팅부와, 배터리와 히팅부 사이에 연결된 제 2 스위치와, 케이스의 내부 공간에 설치되어 수분과의 접촉이 가능한 적어도 하나 이상의 감지 전극부와, 감지 전극부에서의 수분 접촉에 의해 변화된 전기적 특성을 감지하는 터치 감지 제어부를 구비하고, 충전부 및 제 1 스위치 중의 적어도 하나 이상을 제어하여 배터리로의 충전 기능을 수행하거나, 제 2 스위치를 제어하여 히팅부에 의한 히팅 기능을 수행하며, 터치 감지 제어부에서의 감지값을 이용하여 수분 감지 여부를 판단하여 수분 감지인 경우 충전부나 제 1 스위치 또는 제 2 스위치를 제어하여 충전 기능이나 히팅 기능을 동작 차단시키는 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

Description

수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치{ELECTRIC DEVICE WITH SAFETY PROTECTION AGAINST MOISTURE}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로서, 특히 수분에 대한 감지를 전자 장치의 내부 공간의 복수의 위치들에서 수행하여 보다 신속하게 수분에 의한 손상 및 오동작을 방지할 수 있는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치에 관한 것이다.
스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), PMP(portable multimedia player), PDA(personal digital assistant), 랩탑 PC(laptop personal computer) 및 웨어러블 기기(wearable device) 등의 다양한 전자 장치들이 보급되고 있다.
다양한 전자 장치들은 배터리에서 전원을 공급받고, 공급된 전원을 이용하여 전자 장치 내부의 부품을 동작시키고 있다.
전자 장치의 내부의 부품은 전기적으로 동작하는데, 전도성 액체가 전자 장치의 내부로 유입된 경우, 유입된 전도성 액체에 의한 과전류(overcurrent) 현상이 발생하는 등으로 인해, 회로 기판 및 전자 장치의 내부의 부품이 손상될 수 있다. 회로 기판 및 전자 장치 내부의 부품의 손상은 전자 장치의 오동작을 발생시킬 수 있다.
전도성 액체가 유입됨으로써 발생하는 전자 장치의 고장으로 인한 수리 비용은 일반적으로 전자 장치의 제조사가 아닌 전자 장치의 사용자가 부담하게 된다. 이를 위해, 전자 장치의 제조사는 전도성 액체가 유입되기 쉬운 영역에 침수 라벨을 부착하고, 침수 라벨이 변색되는 경우, 전자 장치의 고장으로 인한 수리 비용을 사용자에게 청구할 수 있다.
본 발명은 수분에 대한 감지를 전자 장치의 내부 공간의 복수의 위치들에서 수행하며 마이크로 컨트롤러(MCU)의 터치 감지 제어부(TSC: touch sensing controller)를 이용하여 보다 신속하게 수분 판단을 수행하여 수분에 의한 손상 및 오동작을 방지할 수 있는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치는 내부 공간이 형성된 케이스와, 전원을 배터리에 인가하여 충전시키는 충전부와, 배터리와 충전부 사이에 연결된 제 1 스위치와, 배터리로부터 전원을 공급 받는 히팅부와, 배터리와 히팅부 사이에 연결된 제 2 스위치와, 케이스의 내부 공간에 설치되어 수분과의 접촉이 가능한 적어도 하나 이상의 감지 전극부와, 감지 전극부에서의 수분 접촉에 의해 변화된 전기적 특성을 감지하는 터치 감지 제어부를 구비하고, 충전부 및 제 1 스위치 중의 적어도 하나 이상을 제어하여 배터리로의 충전 기능을 수행하거나, 제 2 스위치를 제어하여 히팅부에 의한 히팅 기능을 수행하며, 터치 감지 제어부에서의 감지값을 이용하여 수분 감지 여부를 판단하여 수분 감지인 경우 충전부나 제 1 스위치 또는 제 2 스위치를 제어하여 충전 기능이나 히팅 기능을 동작 차단시키는 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구성된다.
또한, 감지 전극부는 기판과, 외부에 노출되며 기판에 형성되어 터치 감지 제어부의 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴과, 전극 패턴을 둘러 감싸거나 전극 패턴의 외측에 수평 방향으로 일정 간격으로 이격되어 기판에 형성되며 터치 감지 제어부의 쉴드 라인이나 접지에 연결된 전도성의 쉴드 패턴을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 감지 전극부는 제 1 기판층과, 제 1 기판층과 일정 간격만큼 수직 방향으로 이격되어 적층 구조를 이루는 제 2 기판층으로 구성되며, 제 1 기판층에는 외부에 노출되며 터치 감지 제어부의 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴과, 전극 패턴을 둘러 감싸거나 전극 패턴의 외측에 일정 간격으로 이격되어 형성되며 전도성의 제 1 쉴드 패턴이 형성되고, 제 2 기판층에는 제 1 쉴드 패턴과 동일한 형상과 면적을 지닌 전도성의 제 2 쉴드 패턴가 형성되며, 제 1 및 제 2 쉴드 패턴에는 터치 감지 제어부로부터 동작 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
또한, 감지 전극부는 제 1 기판층과, 제 1 기판층과 일정 간격만큼 수직 방향으로 이격되어 적층 구조를 이루는 제 2 기판층으로 구성되고, 제 1 기판층에는 외부에 노출되며 터치 감지 제어부의 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴과, 전극 패턴을 둘러 감싸거나 전극 패턴의 외측에 일정 간격으로 형성된 전도성의 쉴드 패턴이 형성되고, 제 2 기판층에는 터치 감지 제어부의 접지에 연결되는 GND 또는 GND 패턴이 전체 면에 형성된 것이 바람직하다.
또한, 터치 감지 제어부는 캐패시터와, 캐패시터의 충전 및 방전을 위한 스위치부와, 스위치부에 의해 캐패시터의 방전 시에 전극 패턴에 연결되는 전극 라인과, 캐패시터의 방전 시에 캐패시터의 전기적 특성을 측정하는 IO 저항을 구비하고, 마이크로 컨트롤러는 측정된 전기적 특성을 이용하여 수분 감지 여부를 판단하고, 수분이 감지된 것으로 판단하는 경우, 현재 수행 중인 충전 기능 또는 히팅 기능을 동작 차단시키는 것이 바람직하다.
또한, 감지 전극부를 각각 포함하는 복수의 FPCB들 각각이 케이스의 내부 공간에 설치되며, 터치 감지 제어부는 커텍터를 통하여 복수의 FPCB들 각각의 감지 전극부와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 전자 장치는 터치 패널과, 감지 전극부와 터치 패널 중에서의 어느 하나와 터치 감지 제어부 간의 전기적 연결을 위한 스위치를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 마이크로 컨트롤러가 수분 감지로 판단한 경우 스위치를 제어하여 터치 감지 제어부가 터치 패널과 전기적으로 연결되도록 하여 터치 감지부가 터치 패널로부터의 터치 입력을 감지하도록 하는 것이 바람직하다.
본원 발명은 종래 기술에서, 침수 시 회로 보호가 어려운 전자 장치에서, 별도의 수분 감지 센서나 습도 센서 등을 사용하여 PCBA 내부 침수를 감지하기에 비용, 부품 실장 공간, 회로 설계에 제약이 많은 단점 없이, 마이크로 컨트롤러 내의 터치 감지 제어부 기능을 응용하여 PCBA 침수 검출이 용이하기에, 안전 회로 설계가 가능하며, 핵심 부품을 보호함으로써 비용 절약 및 시스템 안전을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치의 제어 구성도이다.
도 2는 도 1의 감지 전극부의 예시들이다.
도 3은 도 1의 터치 감지 제어부와 감지 전극부 간의 전기적 흐름들에 대한 모식도들이다.
이하에서, 본 발명은 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치의 제어 구성도이다.
전자 장치는 케이스의 외측면에 장착되어 사용자로부터의 입력(예를 들면, 전원 온/오프, 히팅 명령 등)을 획득하여 마이크로 컨트롤러(MCU: micro controller unit)(30)로 인가하는 입력부(1)와, 케이스의 외측면에 장착되어 마이크로 컨트롤러(30)로부터 표시 정보(예를 들면, 전원 상태, 히팅 동작 상태, 안전 보호 기능의 수행 등)를 수신하여 표시하는 표시부(3)와, 마이크로 컨트롤러(30)에 의해 제어되며 전원을 공급 받아 제 1 스위치(7)를 제어하여 배터리(9)에 대한 충전 동작을 수행하는 충전부(7)와, 충전부(5)와 배터리(9) 사이에서 충전부(7)의 제어에 의해 전원을 배터리(9)로 공급하거나 공급 차단하는 제 1 스위치(7)(예를 들면, FET 소자 등)와, 전원을 충전하며 충전된 전원을 히팅부(11), 입력부(1), 표시부(3), 감지부(15), 감지 전극부(20) 및 마이크로 컨트롤러(30) 등으로 공급하는 배터리(9)(예를 들면, 충전 전지 등)와, 배터리(9)로부터의 전원에 의해 가열 동작을 수행하는 히팅부(11)와, 배터리(9)와 히팅부(11) 사이에서 마이크로 컨트롤러(30)의 제어에 의해 배터리(9)의 충전된 전원을 히팅부(11)로 공급하거나 공급 차단하는 제 2 스위치(13)(예를 들면, FET 소자 등)와, 히팅부(11)의 온도나 배터리의 온도 또는 전압 또는 전류 등을 감지하여 마이크로 컨트롤러(30)로 인가하는 감지부(15)와, 전자 장치의 케이스 내의 내부 공간에 각각 설치되는 적어도 하나 이상의 제 1 또는 제 2 전극부(21 또는 23)를 포함하여 수분과의 접촉이 가능한 감지 전극부(20)와, 상술된 구성요소를 제어하여, 충전 기능과 히팅 기능 등을 수행하며, 감지 전극부(20)에서의 수분 접촉에 의한 전기적 특성이나 전기적 특성의 변화를 감지하여 전자 장치의 케이스 내부 공간으로의 수분 감지 여부를 판단하여 수분 감지인 경우 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 수행하는 마이크로 컨트롤러(30) 등을 포함하여 구성된다. 다만, 입력부(1), 표시부(3), 충전부(5), 제 1 및 제 2 스위치(7), (13), 배터리(9), 히팅부(11) 및 감지부(15) 등은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 당연히 인식되는 기술에 불과하여, 그 상세한 설명이 생략된다. 케이스에 형성된 내부 공간에 충전부(5), 제 1 및 제 2 스위치(7), (13), 배터리(9), 히팅부(11), 감지부(15), 감지 전극부(20) 및 마이크로 컨트롤러(30) 각각이 설치된다.
감지 전극부(20)는 전극 패턴과 쉴드(shield) 패턴 또는 GND(접지층)가 서로 기설정된 간격만큼 수평 방향으로 이격되면서 단일층 구조로 구성된 제 1 감지 전극부(21)나, 서로 기설정된 간격만큼 이격된 전극 패턴과 쉴드(shield) 패턴을 포함하는 제 1 기판층(23a)과 쉬드 패턴 또는 GND(접지층)을 포함하며 제 1 기판층(23a)과 기설정된 간격만큼 수직 방향으로 이격된 제 2 기판층(23b)으로 구성된 제 2 감지 전극부(23) 중의 적어도 하나 이상을 포함한다. 감지 전극부(20)의 전극 패턴, 쉴드 패턴 또는 GND는 마이크로 컨트롤러(30)(또는 터치 감지 제어부)의 전극 라인, 쉴드 라인 또는 GND에 전기적으로 연결된다. 도 1에서의 감지 전극부(20)와 마이크로 컨트롤러(30) 간의 전기적 연결 배선은 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 감지 전극부(20)의 전극 패턴이 수분에 접촉하게 되면, 터치 감지 제어부의 전기적 특성이 변화되며, 마이크로 컨트롤러(30)는 위의 전기적 연결을 통하여 전기적 특성 변화를 인지할 수 있다. 감지 전극부(20)에 대해서는 도 2에서 상세하게 기재된다.
마이크로 컨트롤러(30)는 감지 전극부(20)에 전기적으로 연결되어 전기적 특성(예를 들면, 캐패시턴스, 전류, 전압 등))을 측정하거나 감지하는 터치 감지 제어부(TSC: touch sensing controller)와, 수분 감지 여부의 판단(수분 감지 또는 수분 미감지)을 위한 판단 기준 데이터 등을 저장하는 메모리, 터치 감지 제어부로부터의 전기적 특성을 이용하여 사용자의 터치 감지나 수분 감지를 판단하고, 수분 감지 판단에 따라서 안전 보호 기능을 수행하는 프로세서 등을 포함하는 전기적 및/또는 전자적 회로로 구성된다.
터치 감지 제어부가 감지 전극부(20)와 전기적으로 연결되어, 수분 감지를 판단하는 과정에 대해서는 하기의 도 3에서 상세하게 기재된다.
또한, 터치 감지 제어부는 추가적으로 터치 패널(미도시)과 전기적으로 연결되어 사용자의 터치 입력을 획득하여 프로세서에 인가하고, 프로세서는 인가된 터치 입력에 따른 제어(예를 들면, 히팅 동작 등)을 수행할 수도 있다.
메모리에 저장되는 판단 기준 데이터는 전자 장치의 케이스 내에 수분이 존재하는지 또는 감지되는지를 판단하기 위한 기준값들을 포함하여, 예를 들면, 기준 캐패시턴스, 기준 캐패시턴스 변화량, 기준 전류, 충전 초기값, 방전 초기값 등을 포함한다. 즉, 감지된 캐패시턴스가 기준 캐패시턴스보다 낮아지거나, 감지된 전류가 기준 전류보다 큰 경우에는, 수분이 존재하거나 감지된 것으로 판단될 수 있다.
마이크로 컨트롤러(30)는 제 2 스위치(13)를 제어하여 히팅부(11)에 배터리(9)의 전원이 공급되도록 하여 히팅 기능을 수행하며, 충전부(5)를 제어하여 충전부(5)가 제 1 스위치(7)를 제어하여 배터리(9)로의 충전 기능을 수행할 수 있다. 마이크로 컨트롤러(30)에 의해 수행되는 안전 보호 기능은 하기에서 상세하게 기재된다.
도 2는 도 1의 감지 전극부의 예시들이다.
도 2의 (a)는 감지 전극부(21)가 단일층(단일 패드)으로 구성된 경우이다. 감지 전극부(21)는 기판(PCBA)(21a)과, 외부에 노출되며 기판(21a)에 형성되어 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴(21b)과, 전극 패턴(21b)을 둘러 감싸거나 전극 패턴(21b)의 외측에 수평 방향으로 일정 간격으로 이격되어 기판(21a)에 형성된 전도성의 쉴드 패턴(21c)을 포함하여 구성된다. 쉴드 패턴(21c)은 전극 패턴(21b)으로 외부의 노이즈 등이 영향을 미치는 것을 방지하는 것으로, 터치 감지 제어부의 쉴드 라인이나 GND에 전기적으로 연결된다. 쉴드 라인이 전극과 동일한 동작 전압 또는 전원(VDD)(예를 들면, 3V)을 쉴드 패턴(21c)에 인가하는 경우는 쉴드 패턴(21c)이 GND나 GND인 쉴드 라인에 연결된 경우보다, 감지 또는 센싱 민감도가 향상된다. 즉, 쉴드 패턴(21c)에 동작 전압이 인가된 경우, 전극 패턴(21b)에 의해 변화되는 전기적 특성의 값들은 현저하게 커지게 되어, 마이크로 컨트롤러(30)가 보다 정확하게 수분 존재나 수분 감지 여부를 판단할 수 있다.
다음으로, 도 2의 (b)는 감지 전극부(23)가 제 1 기판층(23a)과, 제 1 기판층(23a)과 일정 간격만큼 수직 방향으로 이격되어 적층 구조를 이루는 제 2 기판층(23b)으로 구성된다. 도 2의 (b)에서는, 제 1 및 제 2 기판층(23a), (23b)가 나란히 배치되고 있으나, 이는 각 제 1 및 제 2 기판층(23a), (23b)의 설명을 위한 것이며, 제 2 기판층(23b)의 상측에 제 1 기판층(23a)이 수직 방향으로 적층 구조를 이룬다. 제 1 기판층(23a)에는 외부에 노출되며 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴(24a)과, 전극 패턴(24a)을 둘러 감싸거나 전극 패턴(24a)의 외측에 일정 간격으로 이격되어 형성된 전도성의 제 1 쉴드 패턴(24b)이 형성된다. 제 2 기판층(23b)에는 제 1 쉴드 패턴(24b)과 동일한 형상과 면적을 지닌 전도성의 제 2 쉴드 패턴(24c)가 형성된다. 제 1 쉴드 패턴(24b)은 전극 패턴(24a)을 둘러싸는 선형 배선 구조이나, 제 2 쉴드 패턴(24c)의 외곽선은 제 1 쉴드 패턴(24b)과 동일하나, 제 1 쉴드 패턴(24)이 일정 영역을 둘러싸는 도선 형태이나 제 2 쉴드 패턴(24c)의 외곽선 내부는 전도성 물질로 채워진 구조이다. 제 1 및 제 2 쉴드 패턴(24b), (24c)는 동작 전압을 인가하는 쉴드 라인에 전기적으로 연결된다. 이러한 구조는 다른 IC 및 외부 노이즈에 대한 차폐가 가능하여 전극 패턴(21b)에 의해 변화되는 전기적 특성에 대한 민감도가 극대화된다.
다음으로, 도 2의 (c)는 감지 전극부(23)가 제 1 기판층(23a)과, 제 1 기판층(23a)와 일정 간격만큼 수직 방향으로 이격되어 적층 구조를 이루는 제 2 기판층(23b)으로 구성된다. 도 2의 (c)에서는, 제 1 및 제 2 기판층(23a), (23b)가 나란히 배치되고 있으나, 이는 각 제 1 및 제 2 기판층(23a), (23b)의 설명을 위한 것이며, 제 2 기판층(23b)의 상측에 제 1 기판층(23a)이 수직 방향으로 적층 구조를 이룬다. 제 1 기판층(23a)에는 외부에 노출되며 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴(24a)과, 전극 패턴(24a)을 둘러감싸거나 전극 패턴(24a)의 외측에 일정 간격으로 형성된 전도성의 쉴드 패턴(24b)가 형성된다. 제 2 기판층(23b)에는 GND 또는 GND 패턴(24d)이 전체 면에 형성된다. 쉴드 패턴(24b) 및 GND 패턴(24d)은 터치 감지 제어부의 GND에 연결되거나 GND인 쉴드 라인에 전기적으로 연결된다. 도 2의 (c) 구조는 도 2의 (b) 구조에 비하여 민감도가 다소 저하되나, 부품 실장이나 선로 설계에 용이하며, 상술된 판단 기준 데이터의 값들의 설정을 통한 침수 감지가 가능하다. 도 2의 (b) 및 (c)에서의 제 1 및 제 2 기판층(23a), (23b)은 서로 이격되며, 예를 들면 0.1mm 간격으로 이격될 수 있다.
본 발명인 전자 장치는 상술된 도 2의 (a), (b) 및 (c) 중의 적어도 하나 이상의 감지 전극부를 구비하며, 복수의 위치들에 복수의 감지 전극부들이 구비될 수 있다. 특히, 감지 전극부와 터치 감지 제어부(또는 마이크로 컨트롤러(30))가 동일한 PCB에 장착되며, 도 2의 (a), (b) 및 (c) 중의 어느 하나를 각각 포함하는 하나 이상의 FPCB가 케이스의 내부 공간에 설치되고, 터치 감지 제어부가 FPCB(또는 감지 전극부) 각각과 전기적으로 연결된 커넥터를 구비할 수도 있다. 터치 감지 제어부는 FPCB(또는 감지 전극부)와 커넥터를 통하여 전기적으로 연결되되, 전극 라인, 쉴드 라인 및/또는 GND를 포함하는 전기적 도선들을 통하여 전기적 연결된다.
감지 전극부(20)는 마이크로 컨트롤러(30)와 전기적 도선에 의해 전기적으로 연결될 수 있기에, 전자 장치의 케이스 내의 내부 공간에 다른 부품에 전기적 영향을 미치지 않으며, 감지 전극부(20)는 도 2의 (a), (b) 및 (c)와 같은 단순화된 구조로 이루어지기에, 주변 소자나 케이스의 기구물 높이 등을 고려하지 않아도 되는 잇점이 있다.
도 3은 도 1의 터치 감지 제어부와 감지 전극부 간의 전기적 흐름들에 대한 모식도들이다. 도 3의 (a)는 캐패시터(Cs)가 충전되는 과정이고, 도 3의 (b)는 캐패시터(Cs)가 방전하는 과정이다.
도 3의 (a) 및 (b)에서, 터치 감지 제어부는 동작 전압 또는 전원(VDD)과 캐패시터(Cs) 간의 전기적 연결 및 차단을 수행하며 동작 전원(VDD)으로부터 캐패시터(Cs)로의 동작 전압(또는 전류)의 인가 및 차단을 수행하는 제 1 스위치(S1)와, 제 1 스위치(S1)와 캐패시터(Cs) 사이의 도선에 연결되는 IO 저항과, 일단은 제 1 스위치(S1)에 연결되고 타단은 접지(GND)에 연결되는 캐패시터(Cs)와, 제 1 스위치(S1)와 캐패시터(Cs) 사이의 도선과 전극 패턴(21a 또는 24a) 간의 전기적 연결 및 차단을 수행하며 캐패시터(Cs)에 충전된 전압 또는 전원을 전극 패턴(21a 또는 24a)에 인가하는 제 2 스위치(S2) 등을 포함하여 구성된다. 제 2 스위치(S2)는 전극 라인을 통하여 전극 패턴(21a 또는 24a)에 연결된다.
터치 감지 제어부는 기준 시간(예를 들면, 1 ns)마다 제 1 및 제 2 스위치(S1), (S2)를 교번하여 온(on) 동작과 오프(off) 동작을 수행하도록 캐패시터(Cs)의 충전 및 방전이 교번하여 수행되도록 한다.
먼저, 도 3의 (a)에 대해서 설명된다. 터치 감지 제어부가 제 1 스위치(S1)를 온 동작시키고 제 2 스위치(S2)를 오프 동작시킨 경우로, 동작 전원(VDD)가 제 1 스위치(S1)를 통하여 캐패시터(Cs)에 인가되어, 캐패시터(Cs)가 충전되는 과정이다. 터치 감지 제어부는 캐패시터(Cs)의 전하 충전량을 IO 저항에서 측정하여 충전 초기값(또는 기준값)으로 메모리에 저장하며, 이 충전 초기값은 캐패시터(Cs)의 전하 충전량(또는 전압, 전위)과 동일하다. 충전 초기값은 전류나 전위 또는 캐패시턴스 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 3의 (b)에 대해서 설명된다. 터치 감지 제어부가 제 1 스위치(S1)를 오프 동작시키고 제 2 스위치(S2)를 온 동작시킨 경우로, 캐패시터(Cs)가 충전된 전하를 방전하는 과정이다. 터치 감지 제어부는 캐패시터(Cs)의 전하 충전량을 IO 저항에서 측정하여 방전 초기값(또는 기준값)으로 저장하며, 이 방전 초기값은 캐패시터(Cs)의 전하 충전량(또는 전압, 전위)과 동일하다. 방전 초기값은 전류나 전위 또는 캐패시턴스 등을 포함할 수 있다.
터치 감지 제어부는 이러한 충전 및 방전 동작을 교번하여 수행 중에, 전극 패턴(21a, 24a)에 유전체 물질이 닿거나 접촉되는 경우 즉 전기적 특성(예를 들면, 캐패시턴스, 전류, 전압, 전위 등)이 변화된 경우, 방전 동작 중에 캐패시터(Cs)에 충전된 전하가 전극 패턴(21a, 24a)으로 인가된다. 이러한 전하의 인가(전류의 흐름)에 의해, IO 저항에서 측정되는 캐패시터(Cs)의 전위가 낮아지게 된다. 예를 들면, 유전율이 큰 수분(또는 물)이나 유전체일 경우 방전되는 전하량이 크고, 유전율이 더 작은 유전체일 경우 방전된 전하량이 작다. 이러한 전극 패턴(21a, 24a)와 유전체의 접촉에 의해 캐패시턴스도 변화하게 되며, 터치 감지 제어부는 IO 저항에서 측정되는 전하 충전량(또는 전위)을 이용하여 이러한 캐패시턴스의 변화 또는 변화량을 산정하거나 감지하며, 마이크로 컨트롤러(30)는 이러한 전기적 특성(전위, 전하 충전량, 캐패시턴스의 변화 또는 변화량 등)과 방전 초기값을 비교하여 전극 패턴(21a, 24a)에 수분과 같은 유전체가 접촉되거나 침수된 상태 여부를 확인할 수 있다. 또한, 유전체의 유전율에 따라서 캐패시터(Cs)에서 방전되는 전위나 전류가 상이하게 되므로, 마이크로 컨트롤러(30)는 유전체의 종류(유전율이 큰 물질, 유전율이 작은 물질 등)도 구별될 수도 있다.
터치 감지 제어부는 감지된 전기적 특성(예를 들면, 전류, 전위, 전하 충전량, 캐패시턴스, 캐패시턴스의 변화량 등)을 메모리에 저장한다.
다음으로, 마이크로 컨트롤러(30)에 의해 수행되는 안전 보호 기능이 설명된다.
마이크로 컨트롤러(30)는 충전부(5) 및/또는 제 1 스위치(7)를 제어하여 배터리(9)에 대한 충전 기능을 수행하거나, 제 2 스위치(13)를 제어하여 배터리(9)의 전원이 히팅부(11)에 인가되도록 하여 히팅 기능을 수행한다.
위 충전 기능 및/또는 히팅 기능을 수행하는 중에, 마이크로 컨트롤러(30)는 전기적 특성을 감지하여 전자 장치의 케이스 내부 공간으로의 침수를 판단하여 침수 상태(수분 감지 상태)인 경우 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 수행한다.
마이크로 컨트롤러(30)는 터치 감지 제어부에 의해 감지되어 메모리에 저장된 전기적 특성과, 판단 기준 데이터를 판독하고, 감지된 전기적 특성과 판단 기준 데이터를 비교하여, 수분의 존재나 유전체와의 접촉이나 침수 여부(본 실시예에서는 수분 감지 여부로 통칭됨)를 판단한다.
만약 마이크로 컨트롤러(30)가 수분 감지로 판단하면, 마이크로 컨트롤러(30)는 현재의 동작 기능(충전 기능 또는 히팅 기능)에 따라서 충전부(5) 및/또는 제 1 스위치(7)를 제어하거나 제 2 스위치(13)를 제어하여 현재의 동작 기능을 중단시킨다. 예를 들면, 현재의 동작 기능이 충전 기능인 경우, 마이크로 컨트롤러(30)는 충전부(5)를 제어하여 제 1 스위치(7)를 오프 동작시키거나, 제 1 스위치(7)를 직접적으로 오프 동작시켜서, 전원이 배터리(9)로 인가되어 충전되는 것을 차단하는 안전 보호 기능(충전 중단 또는 차단)을 수행한다. 다른 예로, 현재의 동작 기능이 히팅 기능인 경우, 마이크로 컨트롤러(30)는 제 2 스위치(13)를 오프 동작시켜서, 배터리(9)의 전원이 히팅부(11)에 인가되는 것을 차단하는 안전 보호 기능(히팅 중단 또는 차단)을 수행한다. 마이크로 컨트롤러(30)는 현재의 동작 기능의 수행을 표시부(3)에 표시하는 것과 같이, 안전 보호 기능이 수행 중임을 표시부(3)에 표시할 수 있다.
만약 마이크로 컨트롤러(30)가 수분 미감지로 판단하면, 마이크로 컨트롤러(30)는 현재 수행 중인 동작 기능을 수행하되, 수분 감지 여부를 주기적으로 또는 반복적으로 판단한다.
또한, 마이크로 컨트롤러(30)는 안전 보호 기능을 수행하는 중에도, 수분 감지 여부를 주기적으로 또는 반복적으로 판단한다. 만약 마이크로 컨트롤러(30)가 안전 보호 기능의 수행 중에 수분 미감지인 것으로 판단하면, 마이크로 컨트롤러(30)는 안전 보호 기능의 수행을 중단하고 안전 보호 기능의 수행 직전에 수행하고 있었던 동작 기능을 수행하거나, 대기 상태(입력부(1)로부터의 동작 기능 입력(충전 기능 또는 히팅 기능)을 기다리는 상태)를 수행할 수 있다. 다만, 안전 보호 기능의 수행 직전의 동작 기능이 히팅 기능인 경우, 수분이 제거되더라도(수분 미감지로 판단되면) 마이크로 컨트롤러(30)는 히팅 기능을 즉시 수행하지 않고 일정 시간이 경과된 이후에 히팅 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 안전 보호 기능의 수행 직전의 동작 기능이 충전 기능인 경우, 수분이 제거되면 마이크로 컨트롤러(30)는 충전 기능을 즉시 수행한다.
마이크로 컨트롤러(30)가 1개의 터치 감지 제어부만을 구비한 경우, 감지 전극부(20)와 터치 패널 중에서의 어느 하나와 터치 감지 제어부 간의 전기적 연결을 위한 스위치가 구비될 수 있다. 이러한 전기적 연결에서, 마이크로 컨트롤러(30)가 감지 전극부(20)에서 수분 감지로 판단한 경우 스위치를 제어하여 터치 감지 제어부가 터치 패널과 전기적으로 연결되도록 하여 터치 감지부가 터치 패널로부터의 터치 입력을 감지하도록 한다. 터치 패널로부터의 입력이 기설정된 시간 동안 없을 경우, 스위치를 제어하여 감지 전극부(20)와 전기적으로 연결되어 수분 감지 여부를 판단한다.
다른 실시예로, 마이크로 컨트롤러(30)가 2개 이상의 터치 감지 제어부들을 구비한 경우, 터치 감지 제어부들 각각은 감지 전극부(20)와 터치 패널에 전기적으로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 장치(예: 프로세서 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리가 될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM, DVD(Digital Versatile Disc), 자기-광 매체(magnetoopticalmedia)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM, RAM, 또는 플래시 메모리 등)등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시 예에 따른 프로세서 또는 프로세서에 의한 기능들은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 입력부 3: 표시부
5: 충전부 9: 배터리
11: 히팅부 20: 감지 전극부
30: 마이크로 컨트롤러

Claims (8)

  1. 내부 공간이 형성된 케이스와;
    전원을 배터리에 인가하여 충전시키는 충전부와;
    배터리와 충전부 사이에 연결된 제 1 스위치와;
    배터리로부터 전원을 공급 받는 히팅부와;
    배터리와 히팅부 사이에 연결된 제 2 스위치와;
    전도성의 전극 패턴을 구비하며 케이스의 내부 공간에 설치되어 수분과의 접촉이 가능한 적어도 하나 이상의 감지 전극부와;
    감지 전극부에서의 수분 접촉에 의해 변화된 전기적 특성을 감지하는 터치 감지 제어부를 구비하고, 충전부 및 제 1 스위치 중의 적어도 하나 이상을 제어하여 배터리로의 충전 기능을 수행하거나, 제 2 스위치를 제어하여 히팅부에 의한 히팅 기능을 수행하며, 터치 감지 제어부에서의 감지값을 이용하여 수분 감지 여부를 판단하여 수분 감지인 경우 충전부나 제 1 스위치 또는 제 2 스위치를 제어하여 충전 기능이나 히팅 기능을 동작 차단시키는 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구성되고,
    터치 감지 제어부는 캐패시터와, 캐패시터의 충전 및 방전을 위한 스위치부와, 스위치부에 의해 캐패시터의 방전 시에 감지 전극부의 전극 패턴에 연결되는 전극 라인과, 캐패시터의 방전 시에 캐패시터의 전기적 특성을 측정하는 IO 저항을 구비하고,
    마이크로 컨트롤러는 측정된 전기적 특성을 이용하여 수분 감지 여부를 판단하고, 수분이 감지된 것으로 판단하는 경우, 현재 수행 중인 충전 기능 또는 히팅 기능을 동작 차단시키는 것을 특징으로 하는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    감지 전극부는 기판과, 외부에 노출되며 기판에 형성되어 터치 감지 제어부의 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴과, 전극 패턴을 둘러 감싸거나 전극 패턴의 외측에 수평 방향으로 일정 간격으로 이격되어 기판에 형성되며 터치 감지 제어부의 쉴드 라인이나 접지에 연결된 전도성의 쉴드 패턴을 포함하는 것을 특징으로 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    감지 전극부는 제 1 기판층과, 제 1 기판층과 일정 간격만큼 수직 방향으로 이격되어 적층 구조를 이루는 제 2 기판층으로 구성되며,
    제 1 기판층에는 외부에 노출되며 터치 감지 제어부의 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴과, 전극 패턴을 둘러 감싸거나 전극 패턴의 외측에 일정 간격으로 이격되어 형성되며 전도성의 제 1 쉴드 패턴이 형성되고,
    제 2 기판층에는 제 1 쉴드 패턴과 동일한 형상과 면적을 지닌 전도성의 제 2 쉴드 패턴가 형성되며,
    제 1 및 제 2 쉴드 패턴에는 터치 감지 제어부로부터 동작 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    감지 전극부는 제 1 기판층과, 제 1 기판층과 일정 간격만큼 수직 방향으로 이격되어 적층 구조를 이루는 제 2 기판층으로 구성되고,
    제 1 기판층에는 외부에 노출되며 터치 감지 제어부의 전극 라인에 연결되는 전도성의 전극 패턴과, 전극 패턴을 둘러 감싸거나 전극 패턴의 외측에 일정 간격으로 형성된 전도성의 쉴드 패턴이 형성되고,
    제 2 기판층에는 터치 감지 제어부의 접지에 연결되는 GND 또는 GND 패턴이 전체 면에 형성된 것을 특징으로 하는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치.
  5. 삭제
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    감지 전극부를 각각 포함하는 복수의 FPCB들 각각이 케이스의 내부 공간에 설치되며, 터치 감지 제어부는 커텍터를 통하여 복수의 FPCB들 각각의 감지 전극부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전자 장치는 터치 패널과, 감지 전극부와 터치 패널 중에서의 어느 하나와 터치 감지 제어부 간의 전기적 연결을 위한 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    마이크로 컨트롤러가 수분 감지로 판단한 경우 스위치를 제어하여 터치 감지 제어부가 터치 패널과 전기적으로 연결되도록 하여 터치 감지부가 터치 패널로부터의 터치 입력을 감지하도록 하는 것을 특징으로 하는 수분에 대응하는 안전 보호 기능을 구비한 전자 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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