KR101613061B1 - 지문 인식의 센싱 감도를 향상 시키기 위한 지문 인식 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 매트릭스 형태로 배치되는 복수개의 센싱 셀을 갖는 지문 인식 장치로서, 구동 신호를 인가하며 상기 센싱 셀 각각에 배치되는 복수개의 구동 전극; 상기 구동 신호 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 상기 구동 전극 각각으로부터 수신하며, 상기 복수개의 구동 전극과 동일한 전극층에 배치되는 복수개의 감지 전극; 상기 구동 전극 각각에 구동 신호를 전달하는 복수개의 구동 신호 트레이스; 상기 감지 전극 각각으로부터의 응답 신호를 감지 회로로 전달하는 응답 신호 트레이스; 및 각각이 상기 매트릭스 형태로 배치되는 복수개의 센싱 셀로 구성되는 복수개의 센싱 그룹을 포함하며, 상기 구동 신호 트레이스들은 상기 응답 신호 트레이스들과 다른 층에 분리되어 배치되고, 상기 복수개의 센싱 그룹 각각에서 대응되는 위치에 배치되는 구동 전극들로부터 연장되는 구동 신호 트레이스들은 하나의 채널로 묶여 상기 구동 신호를 인가하는 구동 회로와 연결되는, 지문 인식 장치가 제공 된다.

Description

지문 인식의 센싱 감도를 향상 시키기 위한 지문 인식 장치{FINGERPRINT RECOGNITION DEVICE FOR IMPROVING SENSITIVITY}

본 발명은 지문 인식 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 구동 전극과 감지 전극을 하나의 평면 상에 배치하면서도 상호간의 간섭이 방지되고, 센싱 감도가 향상된 지문 인식 장치에 관한 것이다.

지문의 무늬는 사람마다 다르기 때문에, 개인 식별 분야에 많이 이용되고 있다. 특히, 지문은 개인 인증 수단으로서 금융, 범죄수사, 보안 등의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

이러한 지문을 인식하여 개인을 식별하기 위해 지문 인식 센서가 개발되었다. 지문 인식 센서는 사람의 손가락을 접촉하고 손가락 지문을 인식하는 장치로서, 정당한 사용자인지 여부를 판단할 수 있는 수단으로 활용되고 있다.

지문 인식 센서를 구현하는 방식으로는 광학방식, 열감지 방식 및 정전용량 방식 등의 다양한 인식 방식이 알려져 있다. 이 중 정전용량 방식의 지문 인식 센서는 사람의 손가락 표면이 도전성 감지 패턴에 접촉될 때 지문의 골과 융선 형상에 따른 정전용량의 변화를 검출함으로써 지문의 모양(지문 패턴)을 획득한다.

최근에는 휴대용 장치를 통해, 전화, 문자 메시지 전송 서비스와 같은 통신 기능뿐 아니라, 금융, 보안 등 개인 정보가 활용되는 다양한 부가 기능이 제공되고 있으며, 휴대용 장치의 잠금 장치에 대한 필요성이 더욱 중요하게 부각되고 있다. 이러한 휴대용 장치의 잠금 효과를 향상시키기 위하여, 지문 인식을 통한 잠금 장치가 장착된 단말기를 본격적으로 개발하고 있다.

도 1은 일반적인 상호 정전용량 방식의 지문 인식 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면 일반적인 상호 정전용량 방식의 지문 인식 장치는 제1 방향으로 평행하게 배열된 복수개의 구동 전극(10), 상기 제1 방향과 수직 방향인 제2 방향으로 평행하게 배열된 복수개의 감지 전극(20)으로 구성된다.

구동 회로(11)는 구동 전극(10) 중 일 이상을 선택하여 구동 신호를 인가하며, 구동 전극(10)에 인가된 구동 신호는 손가락으로 전달된다. 구동 신호가 인가됨으로 손가락으로부터는 응답 신호가 전달되는데, 이러한 응답 신호는 감지 전극(20)을 통해 수신된다. 감지 회로(21)는 복수개의 감지 전극(20)들 중 일 이상을 선택하여 선택된 감지 전극(20)으로부터 수신되는 응답 신호를 처리한다.

구동 전극(10)과 감지 전극(20)이 교차하는 지점은 지문 인식의 가장 작은 단위인 센싱 노드(30)로서 기능하는데, 센싱 노드(30) 상에 지문의 융선(ridge)이 닿는지 또는 골(valley)이 닿는지 여부에 따라 감지 전극(20)을 통해 수신되는 응답 신호의 특성이 달라진다. 상호 정전용량 방식의 지문 인식 장치는 각 센싱 노드(30)에서의 응답 신호의 특성을 이용하여, 해당 부분에 지문의 융선이 닿았는지 또는 골이 닿았는지를 판단하고, 전체 센싱 노드(30)로부터의 정보를 종합하여 지문 이미지를 획득하게 된다.

도 2는 도 1의 센싱 노드(30)의 구성을 상세히 설명하기 위한 단면도이다.

도 2에서는 GFF(GLASS-FILM-FILM) 방식으로 구현된 지문 인식 장치가 예시되었다.

도 2를 참조하면, 각각의 센싱 노드(30)는 제1 박막층(31) 상에 적층되는 구동 전극층(32), 상기 제1 박막층(31)보다 상부에 배치되는 제2 박막층(34) 상에 적층되는 감지 전극층(35)을 포함한다. 감지 전극층(35) 상부에는 유리 기판(37)이 적층되며, 구동 전극층(32)과 제2 박막층(34) 사이, 감지 전극층(35)과 유리 기판(37) 사이에는 접착층(33, 36)이 형성된다.

구동 전극층(32) 및 감지 전극층(35)에는 도 1을 참조하여 설명한 구동 전극(10) 및 감지 전극(20)이 각각 배치된다.

구동 전극(10)과 감지 전극(20) 간의 단락(short)이 생기는 것을 방지하고, 그 구현의 용이성을 확보하기 위해 일반적인 상호 정전용량 방식의 지문 인식 장치에 있어서는 구동 전극층(32)과 감지 전극층(35)을 서로 다른 층으로 구현하였었다.

그러나, 이러한 구조에 따르면, 구동 전극(10)과 유리 기판(37) 상면에 접촉되는 손가락 사이의 거리가 멀어지고, 그 사이에 여러가지 층들이 개재됨으로써, 구동 신호 인가의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 여러 층이 형성됨으로 인해 응답 신호의 변화가 손가락 지문의 고유 특성 때문인지 또는 다양한 층의 개재로 인한 환경적인 요인인지에 대한 판단이 어려웠고 이에 따라 지문 인식의 정확성이 저하되는 문제점이 존재하였다.

한편, 구동 전극층(32)과 감지 전극층(35)의 분리 형성으로 인해 구성상 층의 개수가 증가하였고, 이에 따라, 최근 다소 경박화되는 전자 기기에 적용 시 그 두께에 한계가 있을 수밖에 없었다.

본 발명의 목적은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 구동 전극과 감지 전극을 동일 평면상에 배치함으로써 지문 인식 장치가 정전용량 변화를 감지하는 센싱 감도를 향상시키고, 그에 따라 신호 간섭을 발생시킬 수 있는 구동 신호 트레이스와 응답 신호 트레이스를 분리 배치함으로써, 구동 신호와 응답 신호간의 신호 간섭을 감소시켜 지문 인식 장치의 센싱 감도 저하를 방지하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구동 전극과 감지 전극을 동일 평면상에 배치함으로써 지문 인식 장치를 탑재하는 전자 기기의 두께를 감소시키기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매트릭스 형태로 배치되는 복수개의 센싱 셀을 갖는 지문 인식 장치로서, 구동 신호를 인가하며 상기 센싱 셀 각각에 배치되는 복수개의 구동 전극; 상기 구동 신호 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 상기 구동 전극 각각으로부터 수신하며, 상기 복수개의 구동 전극과 동일한 전극층에 배치되는 복수개의 감지 전극; 상기 구동 전극 각각에 구동 신호를 전달하는 복수개의 구동 신호 트레이스; 상기 감지 전극 각각으로부터의 응답 신호를 감지 회로로 전달하는 응답 신호 트레이스; 및 각각이 상기 매트릭스 형태로 배치되는 복수개의 센싱 셀로 구성되는 복수개의 센싱 그룹을 포함하며, 상기 구동 신호 트레이스들은 상기 응답 신호 트레이스들과 다른 층에 분리되어 배치되고, 상기 복수개의 센싱 그룹 각각에서 대응되는 위치에 배치되는 구동 전극들로부터 연장되는 구동 신호 트레이스들은 하나의 채널로 묶여 상기 구동 신호를 인가하는 구동 회로와 연결되는, 지문 인식 장치가 제공될 수 있다.

상기 구동 전극은 일측이 내측 방향으로 함몰된 함몰부를 가지고, 상기 감지 전극의 적어도 일부는 상기 함몰부에 삽입되는 형태로 형성될 수 있다.

상기 감지 전극은 상기 매트릭스의 행방향 또는 열방향으로 복수개의 센싱 셀에 걸쳐 연장될 수 있고, 적어도 일부분에 상기 연장 방향과 수직 방향으로 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 돌출부는 상기 구동 전극의 함몰부에 삽입될 수 있다.

상기 응답 신호 트레이스는 상기 감지 전극과 동일한 전극층에 배치되고, 상기 구동 신호 트레이스는 상기 전극층 하부에 형성되는 트레이스층에 배치될 수 있다.

상기 전극층과 상기 트레이스층 사이에는 박막층이 개재되고, 상기 박막층에는, 상기 구동 신호 트레이스의 연장 통로인 비아홀이 형성될 수 있다.

상기 센싱 그룹에 포함되는 복수개의 구동 전극과 연결되는 구동 신호 트레이스는 하나의 비아홀을 통해 트레이스층으로 연장될 수 있다.

상기 센싱 그룹 내에서 서로 다른 상기 감지 전극과 센싱 셀을 이루는 적어도 2개의 구동 전극으로부터 연장되는 구동 신호 트레이스들은 하나의 채널로 묶여 상기 구동 회로와 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 전극과 감지 전극이 동일 평면상에 배치되므로, 지문 인식 장치의 센싱 감도가 향상될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 전극과 감지 전극이 동일 평면상에 배치됨에 따라, 간섭을 일으킬 수 있는 구동 신호 트레이스와 응답 신호 트레이스를 분리 배치하여 구동 신호와 응답 신호 간의 신호 간섭을 감소시키고, 그에 따라 지문 인식 장치의 센싱 감도 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 전극과 감지 전극을 동일 평면상에 배치함으로써, 지문 인식 장치의 두께를 감소시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 상호 정전용량 방식의 지문 인식 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 센싱 노드의 구성을 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 장치의 터치 센싱 영역을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 그룹의 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 하나의 센싱 그룹에서 두 개의 구동 전극이 하나로 묶이는 경우의 동작 방법을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 셀의 구성을 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 셀의 구성을 나타내는 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 전자 기기는 적어도 일부분에 지문 인식 장치(100)를 구비할 수 있다. 도면에서는 지문 인식 장치(100)가 전자 기기의 하측 가장자리에 형성되는 것으로 도시되었으나, 어느 위치에 형성되어도 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 지문 인식 장치(100)가 직사각형의 형태로 구성되어 있으나, 다각형, 원형 등 다른 형태를 취할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 지문 인식 장치(100)는 복수의 센싱 그룹(200)로 구성될 수 있으며, 각 센싱 그룹(200)은 행과 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 센싱 그룹(200)의 형태에 대해서는 추후에 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지문 인식 장치(100)가 터치 스크린 방식으로 구현되는 전자 기기의 표시부(110)와 분리되어 배치됨에 따라, 터치 스크린에서 사용되는 신호와 지문 인식 장치(100)에서 사용되는 신호의 간섭이 최소화 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기는 소정의 데이터 처리를 수행하여 사용자가 원하는 동작을 수행하는 디지털 기기일 수 있다. 전자 기기는 입력부와 표시부(110)를 구비할 수 있으며, 입력부를 통한 사용자의 소정 동작 명령에 의해 이루어지는 동작에 대한 상태를 표시부(110)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 전자 기기는 표시부(110)를 보호하며, 전자 기기의 전면(前面)을 형성하는 커버유리(120)를 포함할 수 있다.

도 3에서는 전자 기기의 표시부(110)가 터치 스크린 방식으로 구현되어 그 자체로서 입력부의 역할을 동시에 하는 것으로 도시되었으나, 입력부는 예를 들면, 키보드 또는 키패드 방식으로 구현되어 표시부(110)와 별도로 구비될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기는 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘, 태블릿 PC, 스마트폰, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, PDA, 웹 패드, 이동 전화기, 내비게이션 등과 같은 디지털 기기를 포괄하는 용어로서 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 장치(100)는 센서 상에 손가락을 대면 지문이 읽히는 에어리어(area) 방식 등으로 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 장치(100)는 이에 제한되지 않으며 슬라이드 형으로 구현될 수 있다. 슬라이드 형 지문 인식 장치(100)는 슬라이딩 방식으로 움직이는 손가락의 지문을 센싱하여 단편적인 지문 영상들을 읽어 들인 후, 이 단편 지문 영상을 하나의 영상으로 정합하여 온전한 지문 영상을 구현하는 방식으로 지문 인식을 수행한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 인식 장치(100)는 평균적인 지문 크기보다 작은 인식 범위를 가질 수 있으며, 이에 따라 지문 인식 장치(100)는 센싱이 가능한 영역의 지문 영상을 부분적으로 읽어 들인 후, 여러 번 터치 되는 손가락의 지문의 일부분들을 정합하여 온전한 지문 영상을 구현하는 에어리어 방식으로 구현될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 지문 인식 장치(100)는 복수개의 센싱 그룹(200)을 포함한다. 센싱 그룹(200)은 복수개의 센싱 셀(210)로 구성될 수 있다. 센싱 그룹(200)과 센싱 셀(210)에 대한 상세한 설명은 추후에 도 6을 참조하여 하기로 한다.

지문 인식 장치(100)는 상기 복수의 센싱 셀(210)을 구동하는 구동 회로(213) 및 상기 복수의 센싱 셀(210)으로부터의 출력 신호가 입력되는 감지 회로(216)를 포함한다. 감지 회로(216)는 각 센싱 셀(210) 당 하나씩 구비될 수도 있고, 복수의 센싱 셀(210)당 하나씩 구비될 수도 있으며, 다른 실시예에 따라 센싱 그룹(200)마다 하나씩 구비될 수도 있다.

감지 회로(216)는 기설정된 패턴에 따라 적어도 하나의 센싱 그룹(200)을 활성화할 수 있다. 일 실시예에 따라 모든 센싱 그룹(200)을 활성화할 수도 있고, 다른 실시예에 따라 적어도 둘 이상의 일부 센싱 그룹(200)들을 활성화할 수도 있다. 지문 인식 장치(100)는 감지 회로(216)에 의해 활성화되는 센싱 그룹(200)의 패턴에 따라, 손가락 전체 영역 중 상기 패턴에 대응하는 영역들에 대해서만 감지 전극(214)을 통해 지문을 검출할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 추후 도 5를 참조하여 실시하도록 한다.

일 실시예에 따른 지문 인식 장치(100)는 필터부(102), 샘플 앤 홀드부(103), RDC(Related Data Calibration)(104), PGA(Programmable Gain Amplifier)(105), DSG(Differential Signal Generator)(106), ADC(Analog to Digital Converter)(107)를 포함할 수 있다.

필터부(102)는 센싱 셀(210)으로부터의 출력 데이터의 노이즈를 제거하는 기능을 한다. 지문 인식 장치(100)는 복수개의 센싱 셀(210)으로부터 출력되는 데이터를 분석하여 지문 이미지를 획득하게 되는 것인데, 센싱 셀(210)의 출력 데이터에는 외부 노이즈 등에 의한 데이터 성분이 포함되어 있을 수 밖에 없다. 따라서, 필터부(102)는 로우 패스 필터 등을 구비하여 이러한 노이즈를 제거하는 기능을 한다.

샘플 앤 홀드부(103)는 필터부(102)에 의해 노이즈가 제거된 데이터를 샘플링하여 이를 유지하고, 그 값을 저장하는 기능을 한다. 샘플 앤 홀드부(103)의 샘플링 주기는 소정의 클록 신호에 의해 제어된다.

RDC(104)는 샘플 앤 홀드부(142)의 출력 데이터, 즉, 노이즈의 영향이 제거된 후 일정 주기로 샘플링된 센싱 셀(210)으로부터의 출력 데이터에 대해 오프셋을 조절하는 기능을 한다.

PGA(105)는 센싱 데이터를 일정 비율로 증폭하는 기능을 한다. 사람의 손가락 지문은 융선과 골로 이루어지기 때문에, 센싱 셀(210)에 융선이 닿는지, 아니면 골이 닿는지에 따라 다른 출력 데이터가 생성되게 된다. 즉, 센싱 셀(210)에 융선이 닿았을 경우와 골이 닿았을 때 서로 다른 크기의 출력 데이터가 생성되는데, 그 크기의 차이를 크게 하기 위해서는 PGA(105)의 이득을 높이고, 반대로 그 크기의 차이를 좁히기 위해서는 PGA(105)의 이득을 낮추어 제어할 수 있다.

ADC(107)는 아날로그 형태의 센싱 데이터를 디지털화하는 기능을 한다. 디지털 형태로 변환된 데이터는 입출력부(108)에 입력된다.

입출력부(108)에 입력된 데이터들은 지문 인식 장치(100)의 전체 데이터 형태로 출력되고, 입출력부(108)로부터 출력된 값은 추후 호스트 장치(예를 들면, 모바일 장치 또는 모바일 장치 내 특정 지능소자나 특정 어플리케이션 등)로 전달되며, 취합을 통해 지문 이미지 생성이 가능해진다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 장치(100)의 터치 센싱 영역을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 지문 인식 장치(100)의 터치 센싱 영역은 복수개의 센싱 그룹(200)을 포함할 수 있다. 도 5에서는 센싱 그룹의 숫자가 9개로 나타나 있으나, 센싱 그룹의 숫자는 이에 제한되지 않음은 물론이다.

지문 인식 장치(100)가 지문 영상을 처리하는 방법은 지문 인식 장치(100) 내에 존재하는 전체 센싱 그룹(200)에서 한꺼번에 지문 영상을 획득하여 정합하지 않고, 일부의 센싱 그룹(200)에서만 지문 영상을 획득하는 단계를 여러 번 거쳐 정합하는 방법일 수 있다.

예를 들어, 도 5에서와 같이 센싱 그룹(200)의 숫자가 9개라고 한다면, 왼쪽 상단에 위치한 센싱 그룹(200-1), 정가운데에 위치한 센싱 그룹(200-2), 오른쪽 하단에 위치한 센싱 그룹(200-3)이 선택되어, 감지 회로(216)가 선택된 3개의 센싱 그룹(200)을 활성화하여 해당하는 센싱 그룹(200)들에 대해서만 지문 센싱이 수행될 수 있다.

그 다음으로, 상기 단계에서 선택된 3개의 센싱 그룹(200)을 제외한 나머지 센싱 그룹(200) 중 3개가 선택되어 지문 센싱이 수행될 수 있으며, 이와 같은 단계가 반복됨에 따라 획득된 손가락 지문의 일부분들이 정합되어 온전한 지문 영상이 구현될 수 있다.

상기와 같은 방식으로 지문 센싱이 수행됨에 따라 획득된 지문 영상이 지문 인식 장치 상에 등록될 수 있으며, 추후 지문 인식을 통한 인증시에도, 전체 센싱 그룹(200)으로부터 지문 영상을 획득하지 않고, 일부의 센싱 그룹(200) 만을 선택하여 이로부터 획득되는 지문 영상과 기등록된 지문 영상의 일부분을 비교하여 사용자 인증 등을 수행할 수 있다.

예를 들면, 감지 회로(216)는 기설정된 패턴에 따라 두 개의 센싱 그룹(200-1, 200-3) 만을 활성화 하여, 두 개의 센싱 그룹(200-1, 200-3)에 대해서만 감지 전극(214)을 통해 지문을 검출하여, 사용자 인증 등을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지문 센싱시에 센싱 그룹(200)이 선택되는 개수는 달라질 수 있으며, 센싱시마다 선택되는 센싱 그룹(200)의 조합이 달라질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지문 영상의 등록 단계 또는 인증 단계에서, 함께 선택되는 센싱 그룹(200)은 서로 근접하지 않고 일정 거리 떨어져 있을 수 있다. 센싱 그룹(200)들 간의 일정 거리라 함은 구동 신호 인가에 대한 응답 신호를 수신할 때 선택된 센싱 그룹(200) 간에 응답 신호의 간섭이 일어나지 않는 최소한의 거리를 의미할 수 있다. 이에 따라 지문 센싱을 수행하는 센싱 그룹(200)간의 거리가 증가하여 커플링(Coupling) 현상에 따른 신호 간섭을 감소시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 그룹(200)의 형태를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 센싱 그룹(200)은 복수개의 센싱 셀(210)로 구성될 수 있으며, 도 3에서 살펴본 바와 같이, 각 센싱 셀(210)은 지문 인식 장치(100)를 구성하는 일 단위로 기능할 수 있다. 복수개의 센싱 셀(210)은 복수의 행과 열을 이루며 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 도 6에서는 하나의 센싱 그룹(200) 내에서 센싱 셀(210)이 2×4의 매트릭스 형태로 배치된 경우가 예시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 '센싱 셀(210)'이라 함은 손가락으로부터의 응답 신호를 수신하는 영역의 최소 단위이며, 하나의 구동 전극(211: 211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 감지 전극(214: 214_1, 214_2)의 일부로 구성된다. 센싱 셀(210)의 크기가 작을수록 수신되는 지문 이미지의 레졸루션(resolution)이 커지기 때문에 더욱 세밀한 지문 센싱이 가능하다.

하나의 센싱 셀(210) 내에는 하나의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 하나의 감지 전극(214_1, 214_2)의 일부분이 배치되는데, 하나의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)으로부터 인가되는 구동 신호에 대한 응답 신호를 감지 전극(214_1, 214_2)이 수신하여 해당 영역에서의 지문 형태가 판별될 수 있다. 즉, 센싱 셀(210)별로 구동 신호 인가 및 이에 따른 응답 신호의 수신이 이루어지는데, 이러한 지문 인식 방식을 상호 정전용량 방식이라고 한다.

구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)은 센싱 셀(210) 별로 하나씩 구비되지만, 감지 전극(214_1, 214_2)은 복수의 센싱 셀(210)에 걸쳐서 배치되어, 복수의 센싱 셀(210)으로부터의 응답 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 하나의 감지 전극(214_1, 214_2 중 어느 하나)이 배치되어 있는 복수개의 센싱 셀(210) 중에서는 하나씩의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 중 어느 하나 또는 211_5, 211_6, 211_7, 211_8 중 어느 하나)만이 선택되어 구동 신호가 인가되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 센싱 그룹(200) 내에서 두 개의 감지 전극(214_1, 214_2)도 동시에 활성화되지 않는 것이 바람직하다. 이는, 두 개의 감지 전극(214_1, 214_2)이 대향하는 면의 면적이 크기 때문에, 두 개의 감지 전극(214_1, 214_2)을 동시에 활성화하는 경우에 일어날 수 있는 커플링 현상에 의한 신호 간섭을 방지하기 위함이다.

하나의 구동 전극(211_1)에 구동 신호가 인가된 후, 감지 전극(214_1, 214_2)은 상기 구동 신호 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 수신하여 감지 회로(216)로 전달할 수 있다. 그 후, 각 센싱 그룹(200)의 나머지 구동 전극(211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)들에 대해서도 차례대로 구동 신호가 인가 되어 그에 따른 응답 신호가 수집될 수 있다.

감지 회로(216)는 감지 전극(214_1, 214_2)으로부터의 출력 신호를 증폭하는 기능을 수행할 수 있다. 지문 인식 장치(100)는 감지 회로(216)로부터의 출력 신호에 대해 도 4에 도시된 바와 같이 노이즈 제거, 오프셋 조절, 아날로그 신호에서 디지털 신호로의 변환 등의 처리를 수행할 수 있다. 지문 인식 장치(100)는 상기 처리가 된 신호를 통해 각 센싱 셀(210)에 지문의 골이 닿았는지 융선이 닿았는지 판단할 수 있다.

일 실시예에 따른 센싱 셀(210)의 형태를 살펴보면 다음과 같다.

도 6에 도시되는 바와 같이 하나의 센싱 그룹(200)을 구성하는 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 감지 전극(214_1, 214_2)이 동일 평면 상에 배치된다.

하나의 센싱 셀(210)에는 하나의 구동 전극(211)이 배치되며, 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 일측은 내측 방향으로 함몰된 함몰부를 가질 수 있다. 도 6에서는 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)이 하나의 센싱 셀(210)마다 직사각형의 형태를 가지고, 직사각형의 일변의 중심이 내측, 즉, 상기 직사각형의 중심부 방향으로 함몰되며, 함몰부 역시 상기 일변과 평행한 제1 변, 상기 제1 변의 양단과 상기 일변을 연결하는 두 개의 제2 변을 갖는 형태로 예시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하나의 센싱 셀(210) 내에서 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)은 원형 또는 다른 다각형의 형태를 가질 수 있고, 함몰부 역시 곡선을 포함하는 형태로 형성될 수도 있으며, 복수개의 함몰부가 하나의 센싱 셀(210)상에 존재할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 감지 전극(214_1, 214_2)은 복수개의 센싱 셀(210)이 이루는 매트릭스 형태에서, 매트릭스의 행방향 또는 열방향으로 연장되는 형태로 구성되며, 하나의 감지 전극(214_1, 214_2)이 복수개의 센싱 셀(210)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 즉, 하나의 감지 전극(214_1, 214_2)의 일부와 하나의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)이 하나의 센싱 셀(210)을 이룰 수 있다. 감지 전극(214_1, 214_2)의 일부는 각각의 센싱 셀(210) 내에서 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 함몰부에 삽입되는 형태로 배치될 수 있다. 즉, 감지 전극(214_1, 214_2)의 적어도 일부는 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 함몰부에 삽입되는 형태일 수 있다. 이를 위해 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 함몰부는 감지 전극(214_1, 214_2)과 인접한 부분에 형성되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 6에 도시되는 바와 같이 감지 전극(214_1, 214_2)이 제1 방향(행방향)으로 연장되면서 복수의 센싱 셀(210)을 지날 때 그 일부분은 각 센싱 셀(210)의 위치에서 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향(열방향)으로 돌출된 돌출부를 가질 수 있고, 상기 돌출부가 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 함몰부에 대응되도록 삽입될 수 있다. 이러한 구성에 따라 감지 전극(214_1, 214_2)은 해당 함몰부를 갖는 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)으로부터의 구동 신호에 의해 발생하는 응답 신호를 수신할 수 있게 된다.

구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 함몰부와 감지 전극(214_1, 214_2)의 돌출부가 상기와 같이 배치됨에 따라, 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 감지 전극(214_1, 214_2)이 대향하는 면이 더 늘어나기 때문에, 상호 커패시턴스 변화 측정의 효율이 향상되므로, 그에 따라 지문 인식 장치(100)의 센싱 성능이 향상될 수 있다.

그러나, 도 6의 예시는 본 발명의 일 실시예에 따른 것이며, 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)이 형성하는 센싱 셀(210)의 형태에 따라 감지 전극(214_1, 214_2)의 형태도 상이할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱 셀(210)의 너비는 지문의 골과 융선 사이를 구별할 수 있을 정도인 50μm 이상 300μm 이하로 설계될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 센싱 셀(210)이 형성하는 센싱 그룹(200)은 행과 열의 개수가 모두 2의 배수인 매트릭스 형태를 가질 수 있다. 센싱 그룹(200)이 행과 열의 개수가 모두 2의 배수인 매트릭스 형태를 함으로써, 상기 매트릭스내에서 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 감지 전극(214_1, 214_2)의 배치 형태는 상기 매트릭스의 중심을 지나는 행방향 및 열방향 직선을 기준으로 상하 대칭 및 좌우 대칭인 형태로 구성될 수 있다. 다만, 센싱 그룹(200)이 형성하는 매트릭스의 행과 열의 개수는 이에 제한되는 것은 아니다.

이와 같이, 센싱 그룹(200)이 상하 또는 좌우 방향 대칭으로 구성됨으로써, 센싱 그룹(200)을 제조하는 공정이 단순화되고 신속화될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)는 전기적 신호의 전달 통로로서 기능하며, 일 예로, 구리 또는 알루미늄 등의 전기 전도성이 높은 불투명 물질로 구성될 수 있다. 다른 예로, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)는 ITO, ATO, PEDOT, CNT, Ag-NW 등의 무기 및 유기 전도성 물질로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 구동 신호 트레이스(212)는 센싱 그룹(200)의 제1 가장자리로 배열될 수 있으며, 복수개의 응답 신호 트레이스(215)는 상기 센싱 그룹(200)의 제1 가장자리와 이격된 제2 가장자리로 배열될 수 있다. 구동 신호 트레이스(212)는 구동 회로(213)로부터 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)으로 구동 신호를 전달하며, 응답 신호 트레이스(215)는 감지 전극(214_1, 214_2)으로부터 응답 신호를 수신하여 감지 회로(216)로 전달하는데, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)가 서로 다른 종류의 신호를 전달함에 따라 서로 간의 전기적 간섭은 최소화되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)는 최대한 이격되어 배치되는 것이 바람직하며, 따라서 상기 제1 가장자리와 제2 가장자리는 상기 센싱 그룹(200)의 반대편에 각각 위치하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)은 하나씩의 구동 신호 트레이스(212)를 통해 구동 회로(213)와 연결되며, 각각의 감지 전극(214_1, 214_2)은 하나씩의 응답 신호 트레이스(215)를 통해 감지 회로(216)와 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시되는 바와 같이 구동 신호 트레이스(212) 들은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)(217) 상에서 묶인 후 구동회로와 연결될 수 있다.

도 6에 도시된 것과 같이, 하나의 센싱 그룹(200) 내의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 감지 전극(214_1, 214_2)을 각각 구동 회로(213)와 감지 회로(216)로 연결하려면, 구동 신호 트레이스(212)가 8개, 응답 신호 트레이스(215)가 2개 필요하며, 도 5에 도시된 것과 같이 전체 센싱 그룹(200)의 개수가 9개 존재한다면, 구동 신호 트레이스(212)가 총 72개, 응답 신호 트레이스(215)는 총 18개가 필요하게 된다.

이 때, 각각의 센싱 그룹(200)에서 하나씩의 구동 전극(211_1)과 연결되는 구동 신호 트레이스(212)는 FPCB(217) 상에서 하나의 채널로 묶일 수 있다. 하나의 채널로 묶이는 구동 신호 트레이스(212)는 각 센싱 그룹(200)에서 대응되는 위치에 배치되는 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)으로부터 연장되는 구동 신호 트레이스(212)들일 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 센싱 그룹(200)의 제1 구동 전극(211_1)으로부터 연장되는 구동 신호 트레이스(212)는 다른 센싱 그룹(200)의 대응되는 위치에 배치된 제1 구동 전극(211_1)으로부터 연장되는 구동 신호 트레이스(212)와 FPCB(217)에서 하나의 채널로 묶여 구동 회로(213)와 연결될 수 있다.

이렇게 함으로써, FPCB(217)와 구동 회로(213) 간 연결을 위한 트레이스의 개수는 하나의 센싱 그룹(200) 내에 존재하는 구동 전극(211)의 개수로 줄어들 수 있다.

도 5와 도 6에 도시된 바에 따르면, 구동 회로(213)로부터 FPCB(217)로 연결되며, 구동 신호를 전달하는 트레이스는 하나의 센싱 그룹(200)에 속하는 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 개수, 즉, 8개일 수 있다. 8개의 트레이스 각각은 FPCB(217) 상에서 9개의 구동 신호 트레이스(212)와 연결되며, 구동 회로(213)로부터 전달되는 구동 신호를 9개의 구동 신호 트레이스(212)로 전달하여, 각 센싱 그룹(200) 별로 하나씩의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)에 인가될 수 있도록 한다. 상기 9개의 구동 신호 트레이스(212)는 각각 다른 센싱 그룹(200)의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8) 중 하나와 연결될 수 있으며, 전술한 바와 같이 센싱 그룹(200) 내에서 각각 동일한 위치의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 연결되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나의 센싱 그룹(200) 내에 속하는 복수개의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 연결된 구동 신호 트레이스(212) 또한 FPCB(217) 상에서 하나의 채널로 함께 묶일 수 있다.

도 6을 예로 들면, 각각의 센싱 그룹(200) 내의 감지 전극(214_1, 214_2)은 두 개가 존재하며 각각의 감지 전극(214_1, 214_2)은 4개씩의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4 및 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 대응되어 4개의 센싱 셀(210)을 구성하고 있다. 이 때, 두 개의 감지 전극(214)이 동시에 동작하지 않고, 시간차를 두고 하나씩 동작한다면, 제1 감지 전극(214_1)과 센싱 셀(210)을 구성하는 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4) 중 하나와 제2 감지 전극(214_2)과 센싱 셀(210)을 구성하는 구동 전극(211_5, 211_6, 211_7, 211_8) 중 하나와 연결된 구동 신호 트레이스(212)들이 FPCB(217) 상에서 하나의 채널로 묶일 수 있다.

이러한 실시예에 따르면, 도 5 및 도 6의 실시예에서, 구동 회로(213)로부터 FPCB(217)로 연결되며 구동 신호를 전달하는 트레이스의 개수는 4개로 줄어들 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여 도 6을 참조하여 설명한 센싱 그룹(200)을 복수개 포함하는 지문 인식 장치(100)의 지문 인식 동작에 대해 설명한다.

도 7은 하나의 센싱 그룹(200)에서 두 개의 구동 전극(211)이 하나로 묶이는 경우, 즉, 상기에서 설명한 실시예 중 FPCB(217)와 구동 회로(213) 간 연결을 위한 트레이스가 4개인 경우의 동작 방법을 예시한다.

도 7에서 “Tx1”은 제1 구동 전극(211_1)과 제5 구동 전극(211_5)으로 연장되는 구동 신호 트레이스(212)들을 구동 회로(213)와 연결하는 트레이스를 지칭한다. “Tx2”는 제2 구동 전극(211_2)과 제6 구동 전극(211_6)으로 연장되는 구동 신호 트레이스(212)들을 구동 회로(213)와 연결하는 트레이스를 지칭한다. “Tx3”은 제3 구동 전극(211_3)과 제7 구동 전극(211_7)으로 연장되는 구동 신호 트레이스(212)들을 구동 회로(213)와 연결하는 트레이스를 지칭하며, “Tx4”는 제4 구동 전극(211_4)과 제8 구동 전극(211_8)으로 연장되는 구동 신호 트레이스(212)들을 구동 회로(213)와 연결하는 트레이스를 지칭한다.

“Rx1”은 제1 감지 전극(214_1)으로 연장되는 응답 신호 트레이스(215)를 감지 회로(216)로 연결하는 트레이스를 지칭하며, “Rx2”는 제2 감지 전극(214_2)으로 연장되는 응답 신호 트레이스(215)를 감지 회로(216)로 연결하는 트레이스를 지칭한다.

도 7에서 Tx1, Tx2, Tx3, Tx4가 “하이(High)”라는 것은 해당하는 구동 신호 트레이스(212)에 구동 신호가 인가되는 상태를 나타내며, “로우(Low)”라는 것은 해당하는 구동 신호 트레이스(212)에 구동 신호가 인가되지 않는 상태를 나타낸다.

Rx1, Rx2가 “하이”라는 것은, 감지 회로(216)가 해당하는 트레이스로부터 응답 신호를 수신하는 상태(이하, “인에이블 상태”라 함)를 나타내며, “로우”라는 것은 감지 회로(216)가 해당하는 응답 신호 트레이스(215)로부터 응답 신호를 수신하지 않는 상태임을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 감지 전극(214_1)이 인에이블 상태일 때에는, 제1 감지 전극(214_1)과 함께 센싱 셀(210)을 구성하는 제1 내지 제4 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4)에 순차적으로 구동 신호가 인가된다.

마찬가지로 제2 감지 전극(214_2)이 인에이블 상태일 때에는, 제2 감지 전극(214_2)과 함께 센싱 셀(210)을 구성하는 제5 내지 제8 구동 전극(211_5, 211_6, 211_7, 211_8)에 순차적으로 구동 신호가 인가된다.

도 7을 참조하여 시간의 흐름에 따른 지문 인식 장치(100)의 동작방법을 예시하여 보면, T₁ 구간에서는 Rx1과 연결된 제1 감지 전극(214_1)만이 응답 신호를 감지 회로(216)로 전달할 수 있게 된다. T₁ 구간에서 제1 내지 제4 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4)으로 순차적으로 구동 신호가 인가되며, 인가된 구동 신호에 따른 응답 신호가 제1 감지 전극(214_1)에 의해 수신되어 응답 신호 트레이스(215) 및 Rx1을 통해 감지 회로(216)로 전달된다.

T₂ 구간에서는 Rx2와 연결된 제2 감지 전극(214_2)만이 응답 신호를 감지 회로(216)로 전달할 수 있게 된다. T₂ 구간에서는 제5 내지 제8 구동 전극(211_5, 211_6, 211_7, 211_8)으로 순차적으로 구동 신호가 인가되며, 인가된 구동 신호에 따른 응답 신호가 제2 감지 전극(214_2)에 의해 수신되어 감지 회로(216)로 전달된다.

이렇게 함으로써, 센싱 셀(210) 각각에 대한 구동 신호 인가 및 이에 따른 응답 신호 검출이 완료되고, 이에 따라 각 센싱 셀(210)에서의 터치 여부 판별이 가능해진다.

상기의 각 단계에서, Tx1, Tx2, Tx3, Tx4는 각각 두 개씩의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)과 연결되어 있지만, T₁ 구간에서는 제1 감지 전극(214_1)만이 응답 신호를 수신하게 되므로, 제2 감지 전극(214_2)과 연결된 구동 전극들(211_5, 211_6, 211_7, 211_8)에 구동 신호가 인가되더라도 제2 감지 전극(214_2)이 응답 신호를 수신하지 않는다. 마찬가지로, T₂ 구간에서는 제2 감지 전극(214_2)만이 응답 신호를 수신하게 되므로, 제1 감지 전극(214_1)과 연결된 구동 전극들(211_1, 211_2, 211_3, 211_4)에 구동 신호가 인가되더라도 제1 감지 전극(214_1)이 응답 신호를 수신하지 않는다.

이와 같이, 감지 전극(214_1, 214_2)이 순차적으로 구동 신호에 따른 응답 신호를 수신함에 따라, 하나의 센싱 그룹(200) 내의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8)의 개수보다 Tx 신호의 총 개수가 줄어들 수 있다. 상기와 같은 실시예에 따르면, Tx의 개수는 센싱 그룹(200)내의 구동 전극(211)를 개수를 감지 전극(214)의 개수로 나눈 4개가 될 수 있다.

또한, 하나의 센싱 그룹(200) 내의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8) 및 감지 전극(214_1, 214_2)들이 동시에 동작하지 않고, 시간차를 두고 동작함으로써, 센싱 그룹(200) 내에서 커플링 현상에 의한 신호 간섭을 감소시킬 수 있다.

이 과정에서 구동 회로(213)는 복수개의 구동 전극(211_1, 211_2, 211_3, 211_4, 211_5, 211_6, 211_7, 211_8) 중 적어도 일부를 선택하여 구동 신호가 인가될 수 있도록 제어하고, 감지 회로(216)는 복수개의 감지 전극(214_1, 214_2) 중 적어도 일부를 선택하여 해당 감지 전극(214)으로부터 응답 신호가 수신될 수 있도록 제어한다.

이하, 센싱 그룹(200)을 구성하는 센싱 셀(210)의 구성에 대해 더욱 상세히 살펴보도록 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 셀(210)의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 센싱 셀(210)는 박막층(221) 상에 배치되는 전극층(222)을 포함한다. 전극층(222) 상에는 유리 기판(224)이 형성될 수 있고, 전극층(222)과 유리 기판(224)은 접착층(223)에 의해 접착될 수 있다.

전극층(222)에는 손가락에 구동 신호를 인가하는 복수개의 구동 전극(211; 도 6 참조) 및 구동 신호 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 수신하는 복수개의 감지 전극(214; 도 6 참조)이 배치된다. 구동 전극(211)과 감지 전극(214)은 도 6을 참조하여 설명한 바와 같다.

박막층(221)은 복수개의 구동 전극(211)과 감지 전극(214)이 배치되는 평면으로, 구동 전극(211)과 감지 전극(214)은 박막층(221)에 패터닝 되어 있을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 박막층은 PET(PolyEthylene Terephthalate)로 구성되는 필름으로 이루어지는 층일 수 있다.

종래에는 상호 정전용량 방식의 지문 인식 장치에서 구동 전극과 감지 전극이 서로 다른 층에 배치되었다. 구동 전극과 감지 전극이 각기 다른 평면에 분리 되어 있어, 그 구조가 다층화될 수 밖에 없었고, 이에 따라 구동 전극이 손가락에 구동 신호를 인가할 때의 장애 요인으로 작용하였다. 또한, 상기의 이유로 정전용량의 변화에 따른 응답 신호에도 감도 저하의 문제가 발생하였고, 지문 인식 장치의 두께 또한 일정 두께 이하로 감소시키지 못하는 한계가 있었다.

그러나, 본 발명에서는 동일한 전극층(222)에 구동 전극(211)과 감지 전극(214)을 함께 배치함으로써, 종래의 지문 인식 장치가 가지고 있는 상기 문제점들을 해결하였다. 상세하게는, 구동 전극(211)과 감지 전극(214)이 동일한 층에 배치됨으로써, 구동 전극(211)이 손가락에 구동 신호를 인가하는데 있어 장애가 되던 층들의 개수가 감소함에 따라, 지문 인식 장치(100)의 센싱 감도 저하를 방지할 수 있게 되었다. 또한, 본 발명은 이에 따라, 지문 인식 장치(100)의 두께를 감소시킬 수 있다. 즉, 구동 전극(211)과 감지 전극(214)을 동일한 층에 배치함에 따라 종래 문제점을 해결할 수 있게 되었다.

한편, 유리 기판(224)은 지문 인식 장치(100)의 최상층에 위치하며, 지문 인식 장치(100) 전체를 보호하는 기능을 수행한다. 유리 기판(224) 상에 손가락이 접촉될 때, 전극층(222)에 배치되는 구동 전극(211)으로부터의 구동 신호가 유리 기판(224)을 통해 손가락에 인가되고, 그에 따른 응답 신호 또한 유리 기판(224)을 통해 전극층(222)의 감지 전극(214)으로 전달된다. 실시예에 따르면, 유리 기판(224)은 PMMA(PolyMethyMethAcrylate)로 대체될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

접착층(223)은 전극층(222)과 유리 기판(224)을 결합시키는 기능을 수행한다. 접착층(223)은 구동 전극(211)이 손가락에 구동 신호를 인가할 때와, 감지 전극(214)이 손가락으로부터 상기 구동 신호에 인가에 따른 응답 신호를 수신할 때에 각각의 신호에 미치는 영향을 최소화 하기 위한 두께로 형성될 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 셀(210)의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 6과 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 장치(100)에 있어서는 구동 전극(211)과 감지 전극(214)이 동일한 층에 형성된다.

그러나, 이에 따르면 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)가 동일 층에 배치됨에 따라 구동 신호와 응답 신호의 신호 간섭이 발생할 수 있는 문제점이 따를 수 있다.

이를 방지하기 위해, 전술한 바와 같이, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)는 최대한 이격되도록 배치하는 것이 바람직하며, 도 9 및 도 10에 도시되는 실시예에서는 구동 신호 트레이스(212)만을 다른 층에 배치함으로써 이러한 문제를 해결하였다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 인식 장치에 있어서, 박막층(221)부터 유리 기판(224)까지의 구성은 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일하다. 구체적으로, 박막층(221) 상에는 전극층(222)이 배치되고, 전극층(222) 상에는 유리 기판(224)이 형성되며, 전극층(222)과 유리 기판은 접착층(223)에 의해 접착될 수 있다.

도 9 및 도 10의 실시예에서는 박막층(221) 하부에 트레이스층(225)이 더 형성된다. 한편, 트레이스층(225)의 하부에는 절연층(226)이 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 전극층(222)에는 구동 전극(211)과 감지 전극(214)이 배치되는데, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215) 간의 간섭을 최소화하기 위해 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215) 중 하나를 박막층(221) 하부의 트레이스층(225)에 형성시킨다. 즉, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)를 서로 다른 층에 형성함으로써, 트레이스 간의 간섭을 최소화한다.

지문 인식 장치(100) 상에서 구동 신호 트레이스(212)의 개수가 응답 신호 트레이스(215)의 개수보다 많기 때문에, 이로 인한 신호 간섭이 응답 신호 트레이스(215)에 의한 신호 간섭보다 클 수 있다.

상세하게는, 구동 전극(211)은 각 센싱 셀(210; 도 6 참조)마다 배치되는 반면, 감지 전극(214)은 복수개의 센싱 셀(210)에 걸쳐 하나씩 배치되기 때문에, 각각의 감지 전극(214)과 연결되는 응답 신호 트레이스(215)의 개수가 구동 신호 트레이스(212)의 개수보다 적을 수 밖에 없다.

또한, 구동 신호 트레이스(212)로 전달되는 구동 신호들의 상호 간섭으로 인해 지문 인식 장치(100)상에서 터치가 감지되지 않는 데드 존(dead zone)이 발생할 수도 있다.

따라서, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215) 중 그 개수가 보다 많은 구동 신호 트레이스(212)를 다른 층, 구체적으로는 트레이스층(225)에 형성하는 것이 바람직하며, 도 9 및 도 10에서는 그러한 실시예를 예시한다. 응답 신호 트레이스(215)는 전극층(222)에 감지 전극(214)과 함께 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 후술할 비아홀의 개수를 줄이기 위해, 구동 신호 트레이스(212) 보다 그 개수가 적은 응답 신호 트레이스(215)가 트레이스층(225)에 형성될 수도 있다.

한편, 도 10을 참조하면, 구동 신호 트레이스(212)는 전극층(222)에서부터 연장되어 트레이스층(225)에 패터닝되어야 하기 때문에, 전극층(222)과 트레이스층(225)의 사이에 개재되는 박막층(221)에는 구동 신호 트레이스(212)가 연장되는 통로인 비아홀(230)이 형성될 수 있다.

즉, 전극층(222)에 형성된 구동 전극(211)과 각각 연결되는 구동 신호 트레이스(212)가 박막층(221)의 비아홀(230)을 통해 트레이스층(225)으로 연장될 수 있다.

구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215) 간의 신호 간섭을 최소화하기 위해 구동 신호 트레이스(212)가 전극층(222)에 형성되는 부분은 최소화시키는 것이 바람직하다.

이를 위해, 박막층(221)의 비아홀(230)은 하나의 센싱 그룹(200)에서 전극층(222)에 형성된 구동 신호 트레이스(212)가 집중되는 부분에 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 박막층(221)에는 복수개의 센싱 그룹(200)이 형성되는데, 상기 구조에 따르면, 박막층(221)에서 하나의 센싱 그룹(200)의 일 가장자리와 대응되는 부분마다 비아홀(230)이 형성될 수 있다.

이에 따라 비아홀(230)은 박막층(221)에 형성된 센싱 그룹(200)의 개수와 동일하게 형성될 수 있으며, 비아홀(230) 간의 간격은 센싱 그룹(200)의 너비에 대응되도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 비아홀(230) 간의 간격을 일정하게 배치함으로써, 제조 공정의 신속성과 정확성을 향상시킬 수 있으며, 제조 단가를 낮추는 효과도 기대할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각의 센싱 그룹(200)이 도 6과 같은 구조를 갖고, 비아홀은 도면 상에서 상단 4개의 구동 전극(211)과 연결되는 4개의 구동 신호 트레이스(212)가 모이는 부분에 하나, 하단 4개의 구동 전극(211)과 연결되는 4개의 구동 신호 트레이스(212)가 모이는 부분에 하나가 형성되어, 각 센싱 그룹(200) 당 두 개의 비아홀이 형성될 수도 있다.

비아홀(230)은 하나의 센싱 그룹(200)내에 포함되는 복수개의 구동 신호 트레이스(212)가 통과할 수 있는 최소의 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 하나의 센싱 그룹(200)내의 모든 구동 신호 트레이스(212)가 하나의 비아홀(230)을 통해 트레이스층(225)으로 연장됨에 따라, 각각의 비아홀(230)을 통과할 트레이스의 개수가 일정해지고, 각각의 비아홀(230)의 크기도 일정해질 수 있다.

이와 같이, 구동 신호 트레이스(212)와 응답 신호 트레이스(215)를 최대한 멀리 이격시킴과 동시에, 응답 신호 트레이스(215)를 구동 신호 트레이스(212)와 서로 다른 층에 배치함으로써 신호 간섭으로 인한 동작 오류가 더욱 방지될 수 있다.

한편, 절연층(226)은 지문 인식 장치(100)의 최하부에 위치하며, 지문 인식 장치(100)가 탑재되는 전자 기기의 구성 요소 및 지문 인식 장치(100)의 구성 요소들간의 상호 작용을 방지하는 역할을 수행한다. 예를 들면, 절연층(226)은 구동 신호 트레이스(212)가 지문 인식 장치(100) 내부의 칩에 영향을 주지 않도록 하거나, 구동 신호가 전자 기기의 터치 스크린 패널에 이용되는 신호와 간섭이 발생하지 않도록 하는 역할을 수행할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 지문 인식 장치
110: 표시부
120: 커버 유리
200: 센싱 그룹
210: 센싱 셀
211: 구동 전극
212: 구동 신호 트레이스
213: 구동 회로
214: 감지 전극
215: 응답 신호 트레이스
216: 감지 회로
217: FPCB
221: 박막층
222: 전극층
223: 접착층
224: 유리 기판
225: 트레이스층
226: 절연층
230: 비아홀

Claims (7)

1. 매트릭스 형태로 배치되는 복수개의 센싱 셀을 갖는 지문 인식 장치로서,
   구동 신호를 인가하며 상기 센싱 셀 각각에 배치되는 복수개의 구동 전극;
   상기 구동 신호 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 상기 구동 전극 각각으로부터 수신하며, 상기 복수개의 구동 전극과 동일한 전극층에 배치되는 복수개의 감지 전극;
   상기 구동 전극 각각에 구동 신호를 전달하며 상기 전극층 하부에 형성되는 트레이스층에 배치되는 복수개의 구동 신호 트레이스;
   상기 감지 전극 각각으로부터의 응답 신호를 감지 회로로 전달하며, 상기 감지 전극과 동일한 전극층에 배치되는 복수개의 응답 신호 트레이스; 및
   각각이 상기 매트릭스 형태로 배치되는 복수개의 센싱 셀로 구성되는 복수개의 센싱 그룹을 포함하며,
   상기 전극층과 상기 트레이스층 사이에는 박막층이 개재되고, 상기 박막층에는 상기 구동 신호 트레이스의 연장 통로인 비아홀이 형성되며,
   상기 복수개의 센싱 그룹 각각에서 대응되는 위치에 배치되는 구동 전극들로부터 연장되는 구동 신호 트레이스들은 하나의 채널로 묶여 상기 구동 신호를 인가하는 구동 회로와 연결되는, 지문 인식 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동 전극은 일측이 내측 방향으로 함몰된 함몰부를 가지고, 상기 감지 전극의 적어도 일부는 상기 함몰부에 삽입되는 형태로 형성되는, 지문 인식 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 감지 전극은 상기 매트릭스의 행방향 또는 열방향으로 복수개의 센싱 셀에 걸쳐 연장되고, 적어도 일부분에 상기 연장 방향과 수직 방향으로 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 돌출부가 상기 구동 전극의 함몰부에 삽입되는, 지문 인식 장치.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   하나의 상기 센싱 그룹에 포함되는 복수개의 구동 전극과 연결되는 구동 신호 트레이스는 하나의 비아홀을 통해 트레이스층으로 연장되는, 지문 인식 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 매트릭스의 행과 열의 개수는 모두 2의 배수이며, 상기 매트릭스 내에서 상기 구동 전극과 상기 감지 전극의 배치 형태는 상기 매트릭스의 중심을 지나는 행방향의 직선 및 열방향의 직선을 기준으로 각각 상하 대칭 및 좌우 대칭인, 지문 인식 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 센싱 그룹 내에서 서로 다른 감지 전극과 센싱 셀을 이루는 적어도 2개의 구동 전극으로부터 연장되는 구동 신호 트레이스들은 하나의 채널로 묶여 상기 구동 회로와 연결되는, 지문 인식 장치.

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