KR100564915B1 - 정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법 - Google Patents

정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법 Download PDF

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Abstract

정전용량방식 지문센서에 관하여 개시한다. 본 발명의 장치는, 결합전극과, 감지전극과, 검출회로를 포함하는 픽셀들의 그룹으로 이루어지되, 자신에 속하는 감지전극들 각각은 서로 전기적으로 연결되며 각각의 결합전극들은 서로 전기적으로 연결되는 픽셀 그룹들과; 픽셀 그룹들에 속하는 감지전극을 외부에 마련된 전압원과 연결하는 제1 감지전극용 스위치들과, 픽셀 그룹들에 속하는 감지전극을 서로 전기적으로 연결하는 제2 감지전극용 스위치들과, 모든 픽셀 그룹에 속하는 감지전극들이 전기적으로 연결되도록 픽셀 그룹과 픽셀 그룹을 연결하는 제3 감지전극용 스위치들과, 모든 픽셀 그룹에 속하는 결합전극들을 전기적으로 연결시켜주는 결합전극용 스위치들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래의 지문센서 내부의 구성요소에 의하여 발생되는 정전용량들을 2단 전극을 사용하여 차단하거나 보정하여 줌으로써 불필요한 신호를 제거하여 더욱 명확한 지문 영상을 얻을 수 있으며, 손가락의 건습 상태 등에 따른 영향을 보정하여 줌으로써 지역적으로 다르게 나타나는 지문의 영상을 보다 균일하게 표시할 수 있다.
지문센서, 정전용량, 기생 정전용량, 건습 상태, 픽셀, 전극, 스위치

Description

정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법{Capacitive-type fingerprint sensor method for sensing fingerprint using the same}
도 1a 내지 도 1c는 종래의 정전용량방식 지문 감지 장치를 설명하기 위한 개략도들;
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량방식 지문센서를 설명하기 위한 도면들;
도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3에 따른 정전용량방식 지문센서를 이용하여 지문 영상을 강화하는 방법을 도시한 도면들; 및
도 6은 도 2에 따른 정전용량방식 지문센서의 검출회로에 대한 평면도이다.
＊ 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 ＊
100 : 기판 210, 220 : 픽셀 그룹
211, 221, 231, 241 : 결합전극
212, 222, 232, 242 : 감지전극
310 : 제1 감지전극용 스위치
321, 322 : 제2 감지전극용 스위치
331, 332 : 제3 감지전극용 스위치
본 발명은 정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법에 관한 것으로, 특히 2단의 전극을 사용하는 정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법에 관한 것이다.
지문 인식은 모든 사람이 가지고 있는 지문이 제각기 다르게 생겼다는 특징을 이용하여 지문 영상을 얻고 저장되어 있는 지문 영상과 비교함으로써 특정 사람을 인식하는 것이다. 이러한 지문 인식은 보안 및 인증 시스템에서 널리 사용되며, 이를 위한 시스템은 지문 영상을 얻기 위한 감지부와 얻어진 지문 영상과 저장되어 있는 지문 영상을 비교 판단하기 위한 영상처리부로 구성된다. 이 중 감지부는 일반적으로 영상센서와 지문의 광학적 영상을 만들기 위한 광원 및 렌즈 등의 부가장치로 구성된다. 최근 지문 인식 시스템을 핸드폰이나 스마트 카드와 같은 휴대형 기기에 응용하기 위해서 기존의 광학 방식에 요구되는 부가장치없이도 하나의 칩으로 지문을 습득하기 위한 반도체식 센서가 연구되고 있다.
이러한 반도체식 센서 중에서 정전용량방식 지문센서는 감지전극에 지문이 접촉함으로써 생기는 커패시터의 정전용량의 차이로 지문을 감지해 내는 방법으로 특별히 추가되는 별도의 공정 없이 기존의 CMOS 회로공정으로 구현할 수 있는 장점 등으로 인해 가장 널리 사용되고 있다.
기본적인 정전용량 방식 지문센서의 구조는 독일의 지멘스(Siemens)에서 특 허를 등록 한 바 있으며(US4,353,056), 1999년 IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 34, no.7, pp.978∼984에 게재된 S. Jung의 논문에서는 지문센서 영상 강화 및 특징점 추출을 위한 구조에 대해 기술하고 있다. 또한 2002년 IEEE International Solid-State Circuit Conference에서 발표된 K. Lee의 논문에서는 정전용량방식 지문센서의 기생성분 제거 방법 및 영상 강화 방법에 대해 기술하고 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 정전용량방식 지문 감지 장치의 감지부를 설명하기 위한 개략도들이다.
도 1a를 참조하면, 정전용량방식 지문 감지 장치는 손가락 피부 표면과 감지전극으로 사용되는 최상위 금속배선(10) 사이에 형성되는 커패시터의 정전용량을 검출함으로써 지문 영상을 습득한다. 감지전극으로 사용되는 금속배선(10)은 이차원으로 배열되어 있으며, 금속배선(10)의 하단에는 커패시터의 정전용량을 검출하는 검출회로(20)가 화소마다 구성되어 있다. 각 화소의 검출회로의 출력은 행방향 선택구동부(21)에 의해 열방향 선택구동부(22)에 접속되며 열방향 선택구동부에 의해 배열된 화소의 출력신호는 순차적으로 출력된다.
도 1b를 참조하면, 감지전극으로 사용되는 금속배선(10)과 연결되는 검출회로(20)는 기판(30)상에 형성된 절연층(40) 내부에 형성되어 외부와는 절연된다. 그런데, 손가락과 감지전극 사이의 지문 영상을 구성하는 정전용량외에 감지전극과 기판 및 검출회로 사이에도 기생 정전용량이 형성되므로, 그 기생 정전용량은 지문 영상과는 관계없는 고정된 신호로 작용하게 된다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b에 따른 지문 감지 장치를 사용함에 있어서 손가락 표면의 습기 상태에 따라 지문 영상이 다르게 표현되는 것을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1c를 참조하면, 손가락 표면이 특별히 건조하거나 습하지 않은 경우에는 손가락 표면의 피부가 전극으로 작용하게 되어 실제 지문대로 지문 영상이 표현되지만, 손가락 표면이 습한 경우에는 손가락 표면의 물기가 전극으로 작용하고 손가락 표면이 건조한 경우에는 손가락 내부의 진피가 전극으로 작용하게 됨으로써 실제의 지문과는 상이한 형태의 지문 영상으로 표현된다.
상술한 바와 같이, 감지전극과 손가락 표면이 접촉함에 의해 형성되는 커패시터의 정전용량이 손가락 표면의 건습(乾濕) 상태나 커패시터의 정전용량을 읽어내기 위한 회로 내부의 기생 정전용량으로 인해서 양질의 지문 영상을 얻기가 어렵게 되므로 지문 인식 시스템이 오동작을 일으키는 원인이 되고 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 기생 정전용량에 의한 영향과 손가락의 건습 상태에 따른 영향을 줄임으로써 양질의 영상을 얻을 수 있는 정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전용량방식 지문센서: 기판과, 상기 기판 상에 어레이형으로 배치되는 복수 개의 픽셀들로 이루어지는 픽셀 그룹들과, 스위치들이 포함되되,
상기 픽셀들 각각은: 절연층으로 둘러싸이며, 상기 기판 상에 위치되는 결합전극과; 절연층으로 둘러싸이며, 상기 결합전극과 대응되도록 상기 결합전극의 상측에 위치되는 감지전극과; 상기 감지전극을 둘러싼 절연층에 사용자의 손가락이 접촉되면 상기 감지전극과 손가락 사이의 가변 정전용량을 각각 검출하는 검출회로를 포함하여 이루어지고,
상기 픽셀 그룹 각각은: 복수 개의 픽셀들로 이루어지되, 하나의 픽셀 그룹에 속하는 각각의 감지전극들은 서로 전기적으로 연결되며 외부에 마련된 제1 전압원과 연결되고, 하나의 픽셀 그룹에 속하는 각각의 결합전극들은 서로 전기적으로 연결되며 외부에 마련된 제2 전압원과 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 스위치들은: 각각의 픽셀 그룹에 속하는 어느 하나의 감지전극 각각을 외부에 마련된 상기 제1 전압원과 각각 연결하는 제1 감지전극용 스위치들과, 각각의 픽셀 그룹에 속하는 모든 감지전극들을 서로 전기적으로 연결하는 제2 감지전극용 스위치들과, 모든 픽셀 그룹에 속하는 감지전극들이 전기적으로 연결되도록 어느 하나의 픽셀 그룹에 속하는 선택된 감지전극과 다른 하나의 픽셀 그룹에 속하는 선택된 감지전극을 각각 연결하는 제3 감지전극용 스위치들과, 모든 픽셀 그룹에 속하는 결합전극들을 전기적으로 연결시켜주는 결합전극용 스위치들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기의 정전용량방식 지문센서를 이용한 지문 센싱방법은: 상기 제1 감지전극용 스위치들, 제2 감지전극용 스위치들, 제3 감지전극용 스위치들 및 결합전극용 스위치들은 모두 온시키고, 상기 제1 전압원 및 제2 전압원에 V1의 전압을 인가하는 제1 단계와; 각각의 상기 픽셀 그룹들이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 상기 제3 감지전극용 스위치들을 오프시키며, 상기 제1 전압원이 차단되도록 상기 제1 감지전극용 스위치들을 오프시킨 다음, 상기 제2 전압원에 V2의 전압을 인가하여 각각의 상기 픽셀 그룹들에 대하여 픽셀 그룹별 정전용량 평균값을 각각 산출하는 제2 단계와; 각각의 상기 픽셀 그룹 내의 픽셀들이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 상기 제2 감지전극용 스위치들을 오프시키며, 상기 제2 전압원에 V1의 전압을 인가하여 변화된 상기 감지전극별의 정전용량을 각각 산출하는 제3 단계와; 상기 2단계에서 산출된 픽셀 그룹별 정전용량 평균값과 상기 제3 단계에서 산출된 정전용량의 차이에 따른 전압을 검출함으로써, 상기 감지전극을 둘러싼 절연층에 접촉된 손가락의 건습 상태에 따른 지문영상의 왜곡을 보정하여 주는 것을 특징으로 한다.
나아가, 인가된 상기 전압(V1, V2)들과, 하나의 픽셀 그룹별 정전용량 평균값(Cfavg)과, 각각의 감지전극별의 정전용량(Cfi)과, 상기 결합전극과 상기 감지전극 사이의 정전용량(C)과, 상기 제 3단계에서의 감지전극별 전압(V0')은 하기의 수학식과 같이 표현되고,
임의의 기준전압(VR)과 상기 감지전극별 전압(V0')을 비교하여 상기 감지전극별 전압(V0')이 상기 기준전압(VR)보다 클 때와 작을 때 각각 다른 신호를 출력하 는 비교기를 구비하여, 상기 감지전극별 전압(V0')이 상기 기준전압(VR)보다 클 때의 신호가 출력될 때의 기준전압(VR)에 해당하는 그레이 레벨의 값을 지문의 영상으로 하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112004005509333-pat00001
더 나아가, 상기 기준전압(VR)은, 상기 기준선에 해당하는 전압(VR')을 기준으로 하여, 상기 기준선 전압(VR')보다 작도록 또는 상기 기준선 전압(VR')보다 크도록 서서히 변화시키는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 각각의 도면 및 후술되는 실시예는 예시한 것으로서, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량방식 지문센서를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 정전용량방식 지문센서는, 기판(100)과, 기판 상에 어레이형으로 배치되는 복수 개의 픽셀들로 이루어지는 픽셀 그룹(210, 220)들과, 스위치(310, 321, 322, 331, 332)들을 포함하여 이루어진다.
픽셀들은 기판(100) 상에 형성되며, 정전용량이 발생되도록 절연층(미도시) 에 둘러싸여 있고, 결합전극(211, 221, 231, 241)과 감지전극(212, 222, 232, 242)과 검출회로(미도시)를 포함하여 이루어진다. 결합전극들(211, 221, 231, 241)은 절연층으로 둘러싸이며 기판(100)의 상측에 위치되되, 열방향(列方向) 및 횡방향(橫方向)으로 위치되어 2차원적 배열된다. 감지전극(212, 222, 232, 242)들은 절연층으로 둘러싸이며, 결합전극(211, 221, 231, 241)과 일대일 대응되도록 결합전극(211, 221, 231, 241)의 상측에 각각 위치된다. 검출회로는 감지전극(212, 222, 232, 242)을 둘러싼 절연층에 사용자의 손가락이 접촉되면 감지전극(212, 222, 232, 242)과 손가락 사이의 가변 정전용량을 각각 검출한다.
하나의 픽셀 그룹(210 또는 220)은, 복수 개의 픽셀들로 이루어지되, 각각의 픽셀 그룹(210, 220)내에서 감지전극들은 감지전극들끼리 그리고 결합전극들은 결합전극들끼리 전기적으로 연결되도록 형성된다. 그리고, 하나의 픽셀 그룹에 속하는 각각의 감지전극들은 외부에 마련된 제1 전압원과 연결되고, 하나의 픽셀 그룹에 속하는 각각의 결합전극들은 마련된 제2 전압원과 연결되도록 형성된다. 감지전극들끼리 또는 결합전극들끼리의 연결은 필요에 따라 스위치를 이용하여도 좋다.
스위치들은 감지전극용 스위치들(310, 321, 322, 331, 332)과 결합전극용 스위치들(미도시)로 분류된다. 감지전극용 스위치들은 제1 감지전극용 스위치들(310)과 제2 감지전극용 스위치들(321, 322), 제3 감지전극용 스위치들(331, 332)로 분류된다. 이 때, 결합전극용 스위치는 감지전극용 스위치들과는 달리결합전극용 스위치들 모두가 같은 상태로 작동, 즉 모두 온(on)되거나 또는 모두 오프(off)된다. 따라서 감지전극용 스위치들과는 달리 결합전극들 모두가 전기적으로 연결되도록 통상적인 방법으로 결합전극용 스위치들을 설치하여 주면 되므로 결합전극용 스위치들은 미도시되었다.
제1 감지전극용 스위치들(310)은 각각의 픽셀 그룹(210, 220)에 속하는 선택된 어느 하나의 감지전극들 각각을 외부에 마련된 제1 전압원과 각각 연결한다.
제3 감지전극용 스위치들(331, 332)은 모든 픽셀 그룹(210, 220)에 속하는 감지전극들을 전기적으로 연결시켜 준다. 즉, 제1 픽셀 그룹(210)에 속하는 선택된 어느 하나의 감지전극(222)과 제2 픽셀 그룹(220)에 속하는 선택된 어느 하나의 감지전극(232)을 연결하는 방식으로 모든 픽셀 그룹에 대하여 설치된다.
결합전극용 스위치들(미도시)은 모든 픽셀 그룹에 속하는 결합전극들을 상기 감지전극과 같은 방식으로 전기적으로 연결시켜준다.
한편, 픽셀 그룹(210, 220)의 모든 결합전극들은 외부에 마련된 제2 전압원과 연결된다.
상술한, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량방식 지문센서에서는 감지전극(212, 222, 232, 242)과 손가락 사이의 가변 정전용량외에도 기판(100)과 결합전극(211, 221, 231, 241) 사이의 기생 정전용량과, 결합전극(211, 221, 231, 241)과 감지전극(212, 222, 232, 242) 사이의 정전용량(이하에서, 고정 정전용량이라 한다.)이 발생한다. 이 때, 결합전극은 외부에서 임의의 전압으로 충전되어 조정되므로 기생 정전용량은 감지전극에 영향을 주지 못하고, 고정 정전용량은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량방식 지문센서의 설계시에 계산되어진다. 따라서, 측정된 가변 정전용량에서 고정 정전용량을 보정하여 줌으로써 기생 정전용량 및 고정 정전용량의 영향이 없는 양질의 신호를 얻을 수 있다.
이하에서는 사용자의 손가락 상태(건조한 상태인지 아니면 물기가 묻어 있는 습한 상태인지)를 검출하고, 손가락 상태와 고정 정전용량을 보정하여 양질의 지문 영상을 구현하는 방법과 고정 정전용량과 가변 정전용량의 관계에 대하여 도 2를 결부시켜 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저 도 3의 (1)과 같이, 제1 감지전극용 스위치(310)들, 제2 감지전극용 스위치들(321, 322) 및 제3 감지전극용 스위치들(331, 332) 및 결합전극용 스위치들은 모두 온(on)시키고, 제1 전압원 및 제2 전압원에 V1의 전압을 인가한다. 이것은, 전압원에 의하여 고정 커패시터(감지전극과 결합전극에 의한 커패시터)들에 전압을 인가함으로써 커패시터들에 충전된 전하량을 초기화시켜주기 위한 단계로서, 이하에서는 제1 단계라 한다. 이 때, 고정 커패시터 'C'에 충전된 전하량은 '0'이고, 가변 커패시터(감지전극과 사용자의 접촉에 의한 커패시터) 'Cf'에 충전된 전하량은 'Cfi(V1-Vf)'이다. 여기서, Vf는 손가락 표면의 전압으로 검출 회로가 동작하는 시간 동안은 일정한 전압으로 변하지 않는다.
다음에 도 3의 (2)와 같이, 어느 하나의 픽셀 그룹들 서로 간에는 전기적으로 연결되지 않도록 제3 감지전극용 스위치들(331, 332)을 오프(off)시키며, 제1 전압원이 차단되도록 제1 감지전극용 스위치(310)들을 오프시킨다. 그리고, 제2 전압원에 V2의 전압을 인가하여 그에 따른 픽셀 그룹별 정전용량 평균값을 산출한다. 이하에서, 제2 단계라 한다.
예를 들어, 상술한 제1 단계에서 8x8개 픽셀로 이루어진 하나의 픽셀 그룹(210, 220)에 의한 고정 정전용량은 256xC가 되고, 가변 정전용량은
Figure 112006000785145-pat00016
가 된다. 그 상태에서 상술한 제2 단계처럼 제1 및 제3 감지전극용 스위치들(310, 331, 332)을 오프시켜 고정 커패시터의 감지전극(212, 222, 232, 242)들을 부동 상태(floating)로 만든 후, 결합전극(211, 221, 231, 241)들의 전압을 V2로 바꿔주면 전하량이 '0'이던 고정 정전용량에 전하가 유기되나 픽셀 내의 총 전하량은 변화가 없으므로 전하가 고정 정전용량 값과 가변 정전용량 값에 따라 재분포하여 감지전극(212, 222, 232, 242)의 전압이 바뀌게 되는데, 이렇게 바뀌게 되는 하나의 픽셀 그룹(210, 220)에 속하는 감지전극들의 전압은 제2 감지전극용 스위치들(321,322)가 온(on)되어 있으므로 같게 되며 그 때의 전압은 하기의 수학식 1과 같은 관계가 성립된다.
Figure 112004005509333-pat00003
여기서, Cfi는 하나의 감지전극(212, 222, 232, 242)과 손가락 표면 사이에 형성되는 정전용량이다.
이 때,
Figure 112004005509333-pat00004
라 하고, 상기의 수학식 1을 에 V0에 대해서 풀면, 하기의 수학식 2가 성립한다. 여기서, Cfavg는 픽셀 그룹(210, 220)별 정전용량 평균값이다.
Figure 112004005509333-pat00005
이어서 도 3의 (3)과 같이, 픽셀 그룹에 속해 있는 각 픽셀들 서로 간에 전 기적으로 연결되지 않도록 제2 감지전극용 스위치들(321, 322)을 오프(off)시키며, 제2 전압원에 V1의 전압을 인가하면 상술한 제2 단계에서와 같이 픽셀의 가변 커패시터의 정전용량에 의해서 하나의 픽셀 그룹(210, 220)에 속하는 각각의 감지전극들의 전압이 바뀌게 된다. 이하에서, 제3 단계라 한다. 이렇게 바뀐 하나의 픽셀 그룹에 속하는 각각의 감지전극들의 전압을 V0'라 하면, 하기의 수학식 3이 성립한다.
Figure 112004005509333-pat00006
상기의 수식 3에 나타난 감지전극의 전압(VO')은 일정 지역의 손가락 표면과 하나의 픽셀 그룹 내의 감지전극들에 의해 형성되는 가변 커패시터의 정전용량 평균값(Cfavg)과, 손가락 표면과 각 픽셀 내의 감지전극에 의해 형성되는 가변 커패시터의 정전용량(Cfi)에 의존함을 알 수 있다. 따라서, 손가락 표면의 건습(乾濕) 차이 등의 요인으로 인해 지역적으로 지문형태가 서로 다를 수 있기 때문에, 각 픽셀 주변 인접 지역의 가변 커패시터의 정전용량 평균값을 고려해 줌으로써 손가락 표면 상태에 대한 영향을 줄일 수 있다. 또한, VO'는 고정 정전용량(C)의 함수이기도 하므로 측정된 가변 정전용량(Cfi)에서 고정 정전용량(C)을 보정하여 줌으로써 기생 정전용량의 영향이 없는 양질의 신호를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 방법으로 얻어진 픽셀 그룹별 가변 커패시터의 평균 정전용량을 생성하여 지문 영상을 강화하는 방법을 개념적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 손가락 표면의 부분적인 상태 차이로 인하여 골과 마루가 형성하는 픽셀 각각의 가변 정전용량이 지역적으로 다르게 분포함으로써 얻어진 신호(S1)와 픽셀 그룹의 가변 커패시터의 정전용량 평균값에 의한 신호(S2)를 생성하고, 그 두 신호(S1, S2)의 차이에 발생하는 신호(S3)를 생성하여 기준선(S 0)에 대입하면 강화된 지문 영상으로 골과 마루를 판단할 수 있다.
즉, 도 4의 상측 그래프에서, 픽셀 각각의 가변 정전용량에 의한 신호(S1)와 픽셀 그룹의 가변 커패시터의 정전용량 평균값에 의한 신호(S2)가 기준선(S0)보다 상측에 위치되는 영역 A는 특별히 건조하거나 습하지 않은 보통의 상태이고 기준선(S0)보다 하측에 위치되는 영역 B는 습기가 있는 상태인데, 도 5의 하측 그래프와 같이 이들 신호(S1, S2)의 평균값에 의한 신호(S3)를 기준선(S0 )에 대응시키면 손가락 상태와 무관하게 지문의 골과 마루로 표현된 강화된 영상을 얻을 수 있다. 도 4의 하측 그래프에서, 기준선보다 상측에 위치되는 영역이 지문의 골이고 기준선보다 하측에 위치되는 영역이 지문의 마루이다.
도 5는 본 발명에 의하여 산출되는 상술한 각각의 감지전극의 전압을 그레이 레벨로 변환하기 위한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 비교기는 감지전극의 전압(VO')을 외부에서 인가되는 기준 전압(VR)과 비교하여 감지전극의 전압(VO')이 기준전압(VR)보다 작으면 0를 출력하고, 감지전극의 전압(VO')이 기준전압(VR)보다 크면 1을 출력한다. 도 5과 같은 회로를 이용하는 경우에는 출력이 1로 바뀔 때의 기준전압에 해당하는 그레이 레벨 값이 지문 영상이 된다.
도 4와 결부시켜 도 5를 참조하면, 하나의 픽셀 그룹의 가변 커패시터의 정전용량 평균값(Cfavg)과 각 픽셀의 감지전극의 가변 커패시터의 정전용량(Cfi)을 뺀 신호(S3)들은 기준선(S0) 근처에 형성되므로, 비교기에 들어오는 기준전압(VR ) 신호를 기준선(S0)에 해당하는 전압(VR')보다 작거나 크도록 서서히 변화시키면 지문 영상이 더욱 향상되게 된다.
도 6은 도 2에 따른 정전용량방식 지문센서의 검출회로에 대한 평면도로 픽셀 그룹은 편의상 2x2로 도시하였다.
도 2와 결부하여 도 6을 참조하면, 제1 및 제2, 제3 감지전극용 스위치들(310, 321, 322, 323, 324, 331, 332, 333, 334, 335)을 트랜지스터로 구현하고 그 트랜지스터를 조정함으로써 각각의 픽셀 그룹 내의 감지전극들 모두를 서로 연결하거나 제1 전압원(Va)에 연결할 수 있는데, 도시된 상태는 제1 전압원과 차단되고, 픽셀 그룹의 감지전극들은 연결된 상태이다. 즉, 제2 단계이다. 도시된 검출회로에서 각각의 스위치들(310, 321, 322, 323, 324, 331, 332, 333, 334, 335)을 임의로 조정함으로써, 연결되는 화소들의 개수를 바꿀 수 있도록 하여 여러 다른 해상도의 지문 영상을 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정전용량방식 지문센서에 의하면, 종래의 지문센서 내부의 구성요소에 의하여 발생되는 정전용량들을 2단 전극을 사용하여 차단하거나 보정하여 줌으로써 지문 형상과 관계없는 불필요한 신호를 제거하여 더욱 명확한 지문 영상을 얻을 수 있다.
또한, 손가락의 건습 상태 등에 따른 영향을 보정하여 줌으로써 지역적으로 다르게 나타나는 지문의 영상을 보다 균일하게 표시할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (4)

  1. 기판과, 상기 기판 상에 어레이형으로 배치되는 복수 개의 픽셀들로 이루어지는 픽셀 그룹들과, 스위치들이 포함되되,
    상기 픽셀들 각각은: 절연층으로 둘러싸이며, 상기 기판 상에 위치되는 결합전극과; 절연층으로 둘러싸이며, 상기 결합전극과 대응되도록 상기 결합전극의 상측에 위치되는 감지전극과; 상기 감지전극을 둘러싼 절연층에 사용자의 손가락이 접촉되면 상기 감지전극과 손가락 사이의 가변 정전용량을 각각 검출하는 검출회로를 포함하여 이루어지고,
    상기 픽셀 그룹 각각은: 복수 개의 픽셀들로 이루어지되, 하나의 픽셀 그룹에 속하는 각각의 감지전극들은 서로 전기적으로 연결되며 외부에 마련된 제1 전압원과 연결되고, 하나의 픽셀 그룹에 속하는 각각의 결합전극들은 서로 전기적으로 연결되며 외부에 마련된 제2 전압원과 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 스위치들은: 각각의 픽셀 그룹에 속하는 어느 하나의 감지전극 각각을 외부에 마련된 상기 제1 전압원과 각각 연결하는 제1 감지전극용 스위치들과, 각각의 픽셀 그룹에 속하는 모든 감지전극들을 서로 전기적으로 연결하는 제2 감지전극용 스위치들과, 모든 픽셀 그룹에 속하는 감지전극들이 전기적으로 연결되도록 어느 하나의 픽셀 그룹에 속하는 선택된 감지전극과 다른 하나의 픽셀 그룹에 속하는 선택된 감지전극을 각각 연결하는 제3 감지전극용 스위치들과, 모든 픽셀 그룹에 속하는 결합전극들을 전기적으로 연결시켜주는 결합전극용 스위치들을 포함하여 이 루어지는 것
    을 특징으로 하는 정전용량방식 지문센서.
  2. 제 1항에 따른 정전용량방식 지문센서를 이용한 지문 센싱방법은,
    상기 제1 감지전극용 스위치들, 제2 감지전극용 스위치들, 제3 감지전극용 스위치들 및 결합전극용 스위치들은 모두 온시키고, 상기 제1 전압원 및 제2 전압원에 V1의 전압을 인가하는 제1 단계와;
    각각의 상기 픽셀 그룹들이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 상기 제3 감지전극용 스위치들을 오프시키며, 상기 제1 전압원이 차단되도록 상기 제1 감지전극용 스위치들을 오프시킨 다음, 상기 제2 전압원에 V2의 전압을 인가하여 각각의 상기 픽셀 그룹들에 대하여 픽셀 그룹별 정전용량 평균값을 각각 산출하는 제2 단계와;
    각각의 상기 픽셀 그룹 내의 픽셀들이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 상기 제2 감지전극용 스위치들을 오프시키며, 상기 제2 전압원에 V1의 전압을 인가하여 변화된 상기 감지전극별의 정전용량을 각각 산출하는 제3 단계와;
    상기 2단계에서 산출된 픽셀 그룹별 정전용량 평균값과 상기 제3 단계에서 산출된 정전용량의 차이에 따른 전압을 검출함으로써, 상기 감지전극을 둘러싼 절연층에 접촉된 손가락의 건습 상태에 따른 지문영상의 왜곡을 보정하여 주는 것을 특징으로 하는
    정전용량방식 지문 센싱방법.
  3. 제 2항에 있어서, 인가된 상기 전압(V1, V2)들과, 하나의 픽셀 그룹별 정전용량 평균값(Cfavg)과, 각각의 감지전극별의 정전용량(Cfi)과, 상기 결합전극과 상기 감지전극 사이의 정전용량(C)과, 상기 제 3단계에서의 감지전극별 전압(V0')은 하기의 수학식과 같이 표현되고,
    임의의 기준전압(VR)과 상기 감지전극별 전압(V0')을 비교하여 상기 감지전극별 전압(V0')이 상기 기준전압(VR)보다 클 때와 작을 때 각각 다른 신호를 출력하는 비교기를 구비하여, 상기 감지전극별 전압(V0')이 상기 기준전압(VR)보다 클 때의 신호가 출력될 때의 기준전압(VR)에 해당하는 그레이 레벨의 값을 지문의 영상으로 하는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 지문 센싱방법.
    [수학식]
    Figure 112006000785145-pat00007
  4. 제 3항에 있어서, 상기 기준전압(VR)은, 상기 기준선에 해당하는 전압(VR')을 기준으로 하여, 상기 기준선 전압(VR')보다 작도록 또는 상기 기준선 전압(VR')보다 크도록 서서히 변화시키는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 지문 센싱방법.
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