KR101727453B1 - 지문 인식 가능한 터치 검출 장치 - Google Patents

지문 인식 가능한 터치 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치 센서 패널 상에 배치되는 지문 센서를 포함하는 터치 검출 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 가능한 터치 검출 장치는 제1 방향으로 배열된 복수의 터치 구동 전극들을 포함하는 터치 구동 전극층, 및 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열된 복수의 감지 전극들을 포함하는 감지 전극층을 포함하고, 상기 터치 구동 전극층과 상기 감지 전극층은 서로 다른 층에 개별적으로 터치 구동 전극들 및 감지 전극들을 형성하고, 상기 복수의 감지 전극들 중 어느 하나의 감지 전극은, 일부 영역에 복수의 지문 구동 전극들을 포함하여 터치 입력 또는 지문 입력을 선택적으로 감지하는 공통 감지 전극이며, 상기 복수의 지문 구동 전극들은 상기 공통 감지 전극의 일부 영역 내에서 상기 제1 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 별도의 물리적 버튼 없이 터치스크린 상에 지문 인식 센서를 위치시킴으로써, 위치 및 공간의 제약이 없이 터치 인식 기능과 지문 인식 기능을 모두 갖는 터치 검출 장치를 구현할 수 있다.

Description

지문 인식 가능한 터치 검출 장치{TOUCH DETECTING APPARATUS INCLUDING FINGERPRINT SENSOR}
본 발명은 터치 검출 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 터치 센서 패널 상에 배치되는 지문 센서를 포함하는 터치 검출 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 휴대 단말기를 본격적으로 개발하고 있다.
종래의 지문 인식 센서는 디스플레이와 별개의 하드웨어로 구현되어 별도의 공간을 필요로 하는데, 휴대용 장치가 점점 소형화되고 슬림화 되면서 지문 인식 센서의 위치 및 공간의 제약이 생기게 되었다. 특히, 터치스크린 기반의 휴대용 장치의 경우, 터치 인식 기술 및 지문 인식 기술이 모두 정전용량 방식을 이용함에도 불구하고, 개별적으로 구현되어 개발 및 제작에 각각 별도의 비용 및 노력이 필요한 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 위치 및 공간의 제약이 없이 터치 인식 기능과 지문 인식 기능을 모두 갖는 터치 검출 장치를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인식 가능한 터치 검출 장치는 제1 방향으로 배열된 복수의 터치 구동 전극들을 포함하는 터치 구동 전극층, 및 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열된 복수의 감지 전극들을 포함하는 감지 전극층을 포함하고, 상기 터치 구동 전극층과 상기 감지 전극층은 서로 다른 층에 개별적으로 터치 구동 전극들 및 감지 전극들을 형성하고, 상기 복수의 감지 전극들 중 어느 하나의 감지 전극은, 일부 영역에 복수의 지문 구동 전극들을 포함하여 터치 입력 또는 지문 입력을 선택적으로 감지하는 공통 감지 전극이며, 상기 복수의 지문 구동 전극들은 상기 공통 감지 전극의 일부 영역 내에서 상기 제1 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 공통 감지 전극은 상기 감지 전극들 중 최외곽에 배치되는 감지 전극일 수 있다.
상기 공통 감지 전극은 상기 제2 방향으로의 배열의 시작점 또는 끝점에 위치하는 감지 전극일 수 있다.
본 발명의 지문 인식 가능한 터치 검출 터치 구동 전압을 인가하는 터치 신호 구동부, 지문 구동 전압을 인가하는 지문 신호 구동부, 터치 센싱 신호 또는 지문 센싱 신호를 검출하는 센싱부; 및 터치 검출 모드 시, 상기 지문 신호 구동부를 오프(off)하고 상기 터치 신호 구동부를 통해 상기 터치 구동 전극들에 터치 구동 전압을 순차적으로 인가하며 상기 센싱부를 통해 상기 감지 전극으로부터 터치 센싱 신호를 검출하고, 지문 검출 모드 시, 상기 터치 신호 구동부를 오프(off)하고, 상기 지문 신호 구동부를 통해 상기 지문 구동 전극들에 지문 구동 전압을 순차적으로 인가하며 상기 센싱부를 통해 상기 공통 감지 전극으로부터 지문 센싱 신호를 검출하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 공통 감지 전극은 일부 영역에 기 설정된 간격으로 복수의 함몰부가 형성되며, 상기 복수의 함몰부에 각각 지문 구동 전극들이 삽입 형성될 수 있다
본 발명의 지문 인식 가능한 터치 검출 장치는 상기 복수의 터치 구동 전극들과 연결되어 터치 구동 신호를 인가하거나 상기 복수의 감지 전극들과 연결되어 터치 센싱 신호 또는 지문 센싱 신호를 검출하는 제1집적회로; 및 상기 복수의 지문 구동 전극들과 연결되어 지문 구동 신호를 인가하는 제2집적회로를 더 포함하고, 상기 제1집적회로와 제2집적회로는 동일 또는 별개의 기판으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 별도의 물리적 버튼 없이 터치스크린 상에 지문 인식 센서를 위치시킴으로써, 위치 및 공간의 제약이 없이 터치 인식 기능과 지문 인식 기능을 모두 갖는 터치 검출 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 터치 검출 장치는 지문 구동 전극을 터치 감지 전극에 포함되도록 형성함으로써, 터치 검출 회로와 지문 검출 회로를 하나의 공정으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 검출 장치(10)를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 검출 장치(10)의 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120)을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 (b)에서 감지 전극층(120)의 최외곽에 위치한 감지 전극(121a)을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서 지문 이미지를 획득하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120)을 포함하여 터치 검출 장치(10)의 전극 배치를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 검출 장치(10)의 터치 구동 전극층(130)과 감지 전극층(140)을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 검출 장치(10)에서 지문 이미지를 획득하는 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 검출 장치(10)의 내부 구성도를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서의 지문 인증 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서 지문 인증 동작 시의 동작 타이밍도이다.
도 11은 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서 터치 센싱 동작 시의 동작 타이밍도이다.
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 1은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 검출 장치(10)를 도시한 도면이다.
터치 검출 장치(10)는 유무선 통신 기능 또는 이와는 다른 기능을 포함하는 디지털 기기 일 수 있다. 예를 들면, 이동 전화기, 네비게이션, 웹 패드, PDA, 워크스테이션, 개인용 컴퓨터 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기로서, 바람직하게는 스마트폰을 예로서 설명할 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 터치 검출 장치(10)는 터치 구동 전극과 감지 전극이 별개로 구성되는 상호 정전용량(Mutual-Capacitance) 방식의 터치 검출 장치에 해당한다. 도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명의 터치 검출 장치(10)는 터치 센싱 영역(100), 지문 센싱 영역(200) 및 터치지문 검출부(300)를 포함한다.
터치 센싱 영역(100)은 복수의 터치 구동 전극들로 구성된 터치 구동 전극층, 복수의 감지 전극들로 구성된 감지 전극층, 상기 터치 구동 전극들과 연결된 터치 구동 신호 배선 및 감지 전극들과 연결된 감지 신호 배선을 포함한다.
지문 센싱 영역(200)은 감지 전극층을 구성하는 복수의 감지 전극들 중 어느 하나의 감지 전극, 상기 하나의 감지 전극의 일부 영역에 형성된 복수의 지문 구동 전극들, 상기 복수의 지문 구동 전극들과 연결된 지문 구동 신호 배선 및 상기 하나의 감지 전극과 연결된 감지 신호 배선을 포함한다. 본 발명에서 지문 센싱 영역(200)은 터치 센싱 영역(100) 내에 위치한다.
도 1의 (a)의 터치 검출 장치(10)는 터치지문 검출부(300)에 터치 구동 신호 배선, 지문 구동 신호 배선 및 감지 신호 배선이 모두 연결되어 하나의 집적회로(IC) 칩에 의해 터치 검출과 지문 검출이 제어되는 일 실시예에 해당한다.
터치지문 검출부(300)는 터치 검출, 지문 검출, 터치 정보 처리, 지문 정보 처리 등을 수행하는 구성요소로서, 집적회로(IC) 칩으로 구현될 수 있다. 집적회로(IC) 칩은 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board)(301)에 실장되는데, ACF(Anisotropic Conductive Film)를 이용하여 집적회로(IC) 칩을 연성회로기판(301)에 본딩하여 연결할 수 있다.
도 1의 (b)는 본 발명의 다른 실시예의 터치 검출 장치(10)를 도시하는 도면으로서, 터치 구동 신호 배선 및 감지 신호 배선과 연결된 터치지문 검출부(400)와 지문 구동 신호 배선과 연결된 지문 신호 구동부(500)가 별개로 형성되고, 각각 서로 다른 연성회로기판(401, 501)에 연결된 형태를 도시한다. 터치 센싱 영역(101)의 복수의 터치 구동 전극들과 복수의 감지 전극들은 터치지문 검출부(400)와 연결되고, 지문 센싱 영역(201)의 복수의 지문 구동 전극들은 지문 신호 구동부(500)와 연결된다. 터치지문 검출부(400)는 복수의 터치 구동 전극들에 터치 구동 신호를 인가하고 복수의 감지 전극들로부터 터치 센싱 신호 또는 지문 센싱 신호를 검출하며, 지문 신호 구동부(500)는 복수의 지문 구동 전극들에 지문 구동 신호를 인가하는 역할을 수행한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 검출 장치(10)의 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120)을 도시한 도면이다. 도 2의 (a)는 터치 구동 전극층(Tsp_Tx electrode layer)(110)을 도시하며, 도 2의 (b)는 감지 전극층(Tsp_Rx electrode layer)(120)을 도시하고 있다.
터치 구동 전극층(110)은 복수의 터치 구동 전극(111)들과 복수의 터치 구동 신호 배선(112)들을 포함한다. 각각의 터치 구동 전극(111)은 좌우 폭이 상하 길이보다 상대적으로 짧은 기다란 막대 형태의 전극으로 구성된다. 복수의 터치 구동 전극(111)들은 열 방향(좌우방향)으로 배열되어 터치 센싱 영역(100, 101)을 구성한다. 각각의 터치 구동 신호 배선(112)은 이에 대응하는 터치 구동 전극(111)으로부터 연장되어 터치지문 검출부(300, 400)와 연결되며, 터치지문 검출부(300, 400)는 복수의 터치 구동 전극(111)들에 소정의 터치 구동 전압을 순차적으로 인가하게 된다.
감지 전극층(120)은 복수의 감지 전극(121)들과 복수의 감지 신호 배선(122)들을 포함한다. 각각의 감지 전극(121)은 좌우 폭이 상하 길이보다 상대적으로 긴 기다란 막대 형태의 전극으로 구성된다. 복수의 감지 전극(121)들은 행 방향(상하방향)으로 배열되어 터치 센싱 영역(100, 101)을 구성한다. 각각의 감지 신호 배선(122)은 이에 대응하는 감지 전극(121)으로부터 연장되어 터치지문 검출부(300, 400)와 연결되며, 터치지문 검출부(300, 400)는 터치 구동 전압에 대한 손가락으로부터의 응답신호를 수신하여 응답신호에 따라 터치 여부를 검출하게 된다.
본 발명에서 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120)은 서로 다른 층에 개별적으로 터치 구동 전극(111)들 및 감지 전극(121)들을 형성한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 실시예에 따라 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120)은 다른 다각형 형태의 전극으로써 동일층에 형성될 수 있다.
도 2의 (b)는 감지 전극층(120)의 최외곽에 위치한 감지 전극(121a)의 일부 영역에 지문 센싱 영역(200)이 형성된 형태를 도시하고 있으며, 이에 대해서는 도 3에서 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 (b)에서 감지 전극층(120)의 최외곽에 위치한 감지 전극(121a)을 확대한 도면이다.
도 3의 (a)는 최외곽에 위치한 감지 전극(121a)(행 방향으로 배열된 감지 전극들 중 가장 아래에 위치하는 감지 전극)을 위에서 바라본 평면도로서, 감지 전극(121a)의 일부 영역에 복수의 함몰부(123)가 형성되고 함몰부(123)에 각각 지문 구동 전극(211)이 형성된 형태를 도시한다. 본 발명에서 지문 구동 전극(211)이 형성된 감지 전극(121a)은 터치 입력과 지문 입력을 선택적으로 감지하는 감지 전극으로서, 이하에서는 ‘공통 감지 전극’(121a)라 지칭한다. 각각의 지문 구동 전극(211)은 기 설정된 거리만큼 이격되고 함몰부(123)에 삽입되어 형성된다. 지문 구동 전극(211)의 개수와 함몰부(123)의 개수는 대응되며, 복수의 지문 구동 전극(211)들은 지문 구동 전극층(210)을 구성한다. 함몰부(123)는 도시된 바와 같이 사각형 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 다각형 또는 유선형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 지문 구동 전극(211)들 또한 함몰부(123)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 원하는 해상도의 지문 데이터를 획득할 수 있도록 함몰부(123)들 간의 간격을 변경하여 형성할 수 있다.
지문 구동 전극(211)은 각각 지문 구동 신호 배선(220)과 연결되어 있으며, 공통 감지 전극(121a)은 감지 신호 배선(122)과 연결되어 있다. 본 발명의 터치 검출 장치(10)는 터치 검출 모드와 지문 검출 모드로 구분되는데, 지문 검출 모드 시, 각 지문 구동 전극(211)은 지문 구동 전압을 인가받고, 공통 감지 전극(121a)은 응답신호를 수신하여 지문을 검출한다.
도 2 및 도 3은 공통 감지 전극(121a)이 감지 전극층(120)의 최외곽에 위치하는 감지 전극인 실시예를 도시하고 있다. 지문 구동 전극(211)들이 최외곽(최하단)의 감지 전극에 위치할 경우, 집적회로(IC) 칩과의 거리로 인해 지문 구동 전극(211)들과 각각에 연결된 지문 구동 신호 배선(220)의 길이가 짧아질 수 있는 이점이 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되지 아니하며, 설계에 따라 공통 감지 전극은 감지 전극층(120)의 중간에 위치하는 감지 전극일 수 있다.
또한 도 2 및 도 3은 복수의 지문 구동 전극(211)들이 공통 감지 전극(121a)의 일부 영역에만 형성된 형태를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 지문 구동 전극(211)들은 공통 감지 전극(121a)의 양 단부까지 확장되어 형성될 수 있다.
도 3의 (b)는 공통 감지 전극(121a)을 옆에서 바라본 측면도로서, 공통 감지 전극(121a)의 중심부 영역에 복수의 지문 구동 전극(211)이 형성된 형태를 도시한다. 도 3의 (b)는 지문 구동 전극(211)의 높이가 공통 감지 전극(121a)의 높이와 동일하게 형성된 형태를 도시하고 있다. 즉, 지문 구동 전극층(210)과 감지 전극층(120)이 동일한 층으로 형성되는 형태에 해당한다.
터치 구동 전극(111)과 감지 전극(121)은 전도성 물질층 상에 터치 구동 전극(Tx) 패턴 또는 감지 전극(Rx) 패턴을 형성한 후, 에칭(etching) 및 마스크 제거를 통해 형성된다. 본 발명에서 공통 감지 전극(121a)의 경우, 복수의 함몰부(123) 및 지문 구동 전극(211)의 패턴이 포함된 감지 전극(Rx) 패턴을 형성한 후, 에칭 및 마스크 제거를 통해 공통 감지 전극(121a)을 형성하게 된다. 지문 구동 전극을 터치 감지 전극과 동시에 형성하기 때문에, 터치 검출 회로와 지문 검출 회로를 하나의 공정으로 구현할 수 있게 된다.
이 때 터치 구동 전극(1110), 지문 구동 전극(211) 및 감지 전극(121)들 각각은 일실시예에 따라 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), Ag-NW(Ag-Nano Wire), 전도성 고분자(PEDOT;poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene) 등의 투명 전도성 물질로 형성할 수도 있고, 다른 실시에에 따라 금, 은, 구리, 알루미늄 등의 불투명 전도성 물질로 형성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서 지문 이미지를 획득하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 사용자가 터치 검출 장치(10)에 포함된 지문 센싱 영역(200)에 손가락을 대고 상하 방향으로 슬라이딩하는 모습을 도시하고 있다. 지문 센싱 영역(200)에 손가락이 슬라이딩되면, 터치 검출 장치(10)는 도시된 바와 같이, 지문을 센싱하여 순차적으로 연속된 복수의 지문 슬라이스를 얻을 수 있다. 터치 검출 장치(10)는 복수의 지문 슬라이스를 지문 이미지 합성 알고리즘에 따라 하나의 지문 이미지로 형성하고, 형성된 지문 이미지를 기 등록된 지문 이미지와 비교함으로써 지문 인증 동작을 수행할 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120)을 포함하여 터치 검출 장치(10)의 전극 배치를 나타낸 단면도이다.
도 5의 (a)의 터치 검출 장치(10)는 복수의 레이어들을 포함한다. 터치 검출 장치(10)는 제1 기판(substrate)(501), 제1 기판(501) 위에 터치 구동 전극층(Tsp_Tx Electrode)(110), 터치 구동 전극층(110) 위에 제1 절연층(502), 제1 절연층(502) 위에 제2 기판(503)이 형성된다. 터치 구동 전극층(110)을 이루는 복수의 터치 구동 전극들은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 제1 절연층(502)은 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120) 간의 신호 간섭을 차단하기 위해 형성되며, 제1 절연층(502)과 터치 구동 전극층(110) 사이, 제1절연층(502)과 제2기판(503) 사이는 접착 물질에 의해 고정될 수 있다.
제2 기판(503) 위에는 감지 전극(Tsp_Rx Electrode)층(120)과 지문 구동 전극(Fp_Tx Electrode)층(210)이 형성된다. 이 때 지문 구동 전극은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 감지 전극층(120)을 이루는 복수의 감지 전극들 중 어느 하나의 감지 전극에 형성되며, 감지 전극층(120)과 동일한 층에 배치된다. 복수 개의 감지 전극들은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 터치 구동 전극과 직교하는 제2 방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 지문 구동 전극과 감지 전극 간의 신호 간섭을 차단하기 위해, 지문 구동 전극과 감지 전극 사이의 공간, 또는 지문 구동 전극이 형성되는 감지 전극과 인접하는 감지 전극 사이의 공간에 절연 물질이 형성될 수 있다.
제1 기판(501) 및 제2 기판(503)은 유리, PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PI(Polymide), PMMA(Poly Methylmethacrylate) 등의 투명한 재질로 형성될 수 있다.
감지 전극층(120)과 지문 구동 전극층(210) 위에는 제2절연층(504)과 커버층(505)이 순차적으로 형성되며, 제2절연층(504)과 감지 전극층(120) 및 지문 구동 전극층(210) 사이, 제2절연층(504)과 커버층(505) 사이는 접착 물질에 의해 고정될 수 있다.
커버층(505)은 소다라임 글라스(Sodalime Glass), 알루미노실리카 글라스(Aluminosilicate Glass), 리튬 알루미노실리카 글라스(Lithium Aluminosilicate Glass), 사파이어 글라스(Sapphire Glass) 등의 유리 또는 PMMA 등과 같은 투명한 재질로 형성될 수 있다.
도 5의 (b)는 터치 검출 장치(10)의 전극 배치의 다른 실시예를 나타낸 단면도로서, 설명의 편의를 위해 도 5의 (a)와의 차이점을 위주로 설명한다. 터치 검출 장치(10)는 기판(601), 기판(601) 위에 터치 구동 전극층(110), 터치 구동 전극층(110) 위에 절연층(602)이 배치된다. 절연층(602)은 도 5의 (a)의 제1절연층(502)와 마찬가지로 터치 구동 전극층(110)과 감지 전극층(120) 간의 신호 간섭을 차단하는 역할을 수행한다. 복수의 터치 구동 전극들은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 평행하게 배열되며 접착물질을 도포하여 절연층(602) 일면에 접착될 수 있다.
절연층(602)의 타면에는 감지 전극층(120) 및 지문 구동 전극층(210)이 배치되며, 감지 전극층(120) 및 지문 구동 전극층(210)도 접착물질에 의해 절연층(602)에 접착되어 고정될 수 있다. 감지 전극층(120)을 이루는 복수 개의 감지 전극들은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 터치 구동 전극과 직교하는 제2 방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 지문 구동 전극은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 감지 전극층(120)의 일부 영역에 형성되어, 감지 전극층(120)과 동일한 층에 배치된다. 본 발명의 실시예에 따라 지문 구동 전극과 감지 전극 간의 신호 간섭을 차단하기 위해, 지문 구동 전극과 감지 전극 사이의 공간, 또는 지문 구동 전극이 형성되는 감지 전극과 인접하는 감지 전극 사이의 공간에 절연 물질이 형성될 수 있다. 감지 전극층(120) 및 지문 구동 전극층(210) 위에는 유리 또는 PMMA 등의 재료로 구현되는 커버층(603)이 배치된다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 검출 장치(10)의 터치 구동 전극층(130)과 감지 전극층(140)을 도시한 도면이다. 도 6의 (a)는 터치 구동 전극층(130)을 도시하며, 도 6의 (b)는 감지 전극층(140)을 도시하고 있다.
제2실시예에 따른 터치 구동 전극층(130)은 복수의 터치 구동 전극(131)들과 복수의 터치 구동 신호 배선(132)들을 포함한다. 각각의 터치 구동 전극(131)은 좌우 폭이 상하 길이보다 상대적으로 긴 기다란 막대 형태의 전극으로 구성되며, 터치 구동 전극(131)들은 행 방향(상하방향)으로 배열된다.
감지 전극층(140)은 복수의 감지 전극(141)들과 복수의 감지 신호 배선(142)들을 포함한다. 각각의 감지 전극(141)은 좌우 폭이 상하 길이보다 상대적으로 짧은 기다란 막대 형태의 전극으로 구성되며, 감지 전극(141)들은 열 방향(좌우방향)으로 배열된다.
도 6의 (b)는 감지 전극(141)들 중 최외곽(우측단)에 위치하는 감지 전극(공통 감지 전극)(141a)에 복수의 지문 구동 전극(241)들이 형성된 형태를 도시한다. 도 6의 (b)에는 공통 감지 전극(141a)의 일부 영역에 복수의 함몰부(243)가 형성되고 함몰부(243)에 각각 지문 구동 전극(241)이 형성되어 있다. 복수의 지문 구동 전극(241)들은 상하방향으로 배열되며 지문 구동 전극층(240)을 구성한다. 각각의 지문 구동 전극(241)들은 지문 구동 신호 배선(242)와 연결되어 있다. 본 발명의 터치 검출 장치(10)는 지문 검출 모드 시, 지문 구동 전극(241)은 지문 구동 전압을 인가받고, 지문 구동 전극(241)의 형성된 우측단에 위치한 감지 전극(141a)은 응답신호를 수신하여 지문을 검출한다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 검출 장치(10)에서 지문 이미지를 획득하는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 사용자가 터치 검출 장치(10)에 포함된 지문 센싱 영역(200)에 손가락을 대고 좌우 방향으로 슬라이딩하는 모습을 도시하고 있다. 지문 센싱 영역(200)에 손가락이 슬라이딩되면, 터치 검출 장치(10)는 도시된 바와 같이, 지문을 센싱하여 순차적으로 연속된 복수의 지문 슬라이스를 얻을 수 있다. 터치 검출 장치(10)는 복수의 지문 슬라이스를 지문 이미지 합성 알고리즘에 따라 하나의 지문 이미지로 형성하고, 형성된 지문 이미지를 기 등록된 지문 이미지와 비교함으로써 지문 인증 동작을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 검출 장치(10)의 내부 구성도를 도시하는 도면이다.
터치 검출 장치(10)는 터치 센싱 영역(102), 지문 센싱 영역(202) 및 터치지문 검출부(302)를 포함한다. 도 1을 함께 참조하면, 터치 센싱 영역(102)은 도 1의 (a) 또는 (b)의 터치 센싱 영역(100, 101)에, 지문 센싱 영역(202)은 도 1의 (a) 또는 (b)의 지문 센싱 영역(200, 201)에 대응하는 구성요소이다.
터치지문 검출부(302)는 세부 구성요소로서 터치 신호 구동부(310), 지문 신호 구동부(320) 및 센싱부(330)를 포함한다. 도 1을 함께 참조하면, 터치지문 검출부(302)는 도 1의 (a)의 터치 지문 검출부(300)에 대응하는 구성요소이다. 도 1의 (b)의 실시예에서는 터치지문 검출부(302) 중 터치 신호 구동부(310)와 센싱부(330)의 결합이 도 1의 (b)의 터치지문 검출부(400)에 대응하고, 지문 신호 구동부(320)가 도 1의 (b)의 지문 신호 구동부(500)에 대응한다.
터치 신호 구동부(310)는 터치 구동 신호 배선을 통해 터치 구동 전압을 터치 구동 전극들에 인가하는 구성요소이다. 이때, 터치 신호 구동부(310)는 터치 구동 전극들에 순차적으로 터치 구동 전압을 인가하게 된다.
지문 신호 구동부(320)는 지문 구동 신호 배선을 통해 지문 구동 전압을 지문 구동 전극들에 인가하는 구성요소이다. 지문 신호 구동부(320)도 터치 신호 구동부(310)와 마찬가지로 지문 구동 전극들에 순차적으로 지문 구동 전압을 인가한다.
센싱부(330)는 감지 신호 배선을 통해 터치 구동 전극들과 지문 구동 전극들로부터 발생하는 터치 센싱 신호 또는 지문 센싱 신호를 검출하는 구성요소이다.
터치 검출 장치(10)는 터치지문 검출부(302)와 연결된 제어부(600) 및 제어부(600)와 연결된 저장부(700)를 더 포함한다.
제어부(600)는 터치 검출 장치(10)의 전반적인 기능을 제어하는 구성요소 구성요소로서, 사용자의 입력에 따라 터치 검출 장치(10)를 터치 검출 모드와 지문 검출 모드로 설정하는 기능을 수행한다. 제어부(600)는 터치 검출 모드 시, 지문 신호 구동부(320)를 오프(off)하고, 터치 신호 구동부(310)를 통해 터치 구동 전극들에 터치 구동 전압을 순차적으로 인가하고, 센싱부(330)를 통해 감지 전극으로부터 터치 센싱 신호를 검출한다. 제어부(600)는 지문 검출 모드 시, 터치 신호 구동부(310)를 오프(off)하고, 지문 신호 구동부(320)를 통해 지문 구동 전극들에 지문 구동 전압을 순차적으로 인가하고, 센싱부(330)를 통해 감지 전극으로부터 지문 센싱 신호를 검출한다. 사용자가 지문 센싱 영역(202)에 손가락을 접촉하면, 제어부(600)는 사용자의 지문 데이터를 저장부(700)에 기저장된 지문 데이터와 비교하고, 일치하는 경우 접속을 허여하거나 기설정된 어플리케이션을 실행하게 된다.
저장부(700)는 터치 검출 장치(10)에서 생성되는 데이터를 저장하는 저장소로서, 검출 모드(터치 검출 모드, 지문 검출 모드)에 관한 정보와 사용자의 지문 데이터를 저장한다.
도 9는 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서의 지문 인증 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하면, 제어부(600)는 먼저 지문 검출 모드인지 확인한다(S10). 지문 검출 모드가 아닌 경우(No), 지문 신호 구동부(320)를 비활성화(off)하고(S17), 터치 구동 전극 및 모든 감지 전극을 활성화(on) 시킨다(S18). 그리고 센싱부(330)는 터치 입력 도구의 터치 여부를 센싱한다(S19).
지문 인식 모드인 경우(S10, Yes), 먼저 제어부(600)는 터치 신호 구동부(310)를 비활성화(off)한다(S11). 터치 신호 구동부(310)의 비활성화를 통해 터치 구동 전극들은 오프(off)된다. 그리고 제어부(600)는 지문 신호 구동부(320)를 활성화(on)시키고, 지문 검출을 위한 감지 전극(공통 감지 전극)을 활성화(on)시킨다(S12). 도 2를 참조하면, 감지 전극층(120)을 구성하는 복수의 감지 전극(121)들 중 공통 감지 전극(121a)만이 활성화 된다.
지문 센싱에 관련된 전극들이 활성화되면, 제어부(600)는 지문 인증 동작을 시작한다(S13). 지문 인증 동작은 새로운 지문을 등록하는 과정, 기등록된 지문의 지문 정보를 학습하는 과정 등을 모두 포함한다.
S14에서 인증용 지문과 저장부(700)에 기등록된 지문을 비교하여 지문이 동일하다고 판단되면(Yes), 제어부(600)는 애플리케이션에 대한 접근을 허용한다(S16). S14에서 지문이 동일하지 않다고 판단되면(No), 제어부(600)는 애플리케이션에 대한 접근을 거부한다(S15). 이 경우, 지문 검출이 다시 수행될 수 있도록 S13단계로 복귀한다. 터치 검출 장치(10)는 지문 재검출을 통하여 보다 향상된 지문 정보를 얻어 기등록된 지문과 비교하는 지문 인증을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 S16에서 어플리케이션에 대한 접근을 허용한 후, 제어부(600)는 S17로 진입하여 지문 신호 구동부(320)를 비활성화(off)하고, 터치 구동 전극 및 모든 감지 전극 활성화(on)한 후(S18), 센싱부(330)를 통해 터치 입력 도구의 터치 여부를 센싱할 수 있다(S19). 즉, 제어부(600)는 지문 검출 모드에서 지문 인증이 완료되면, 지문 검출 모드를 해제하고 터치 검출 모드로 검출 모드를 전환할 수 있다.
도 10은 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서 지문 인증 동작 시의 동작 타이밍도이고, 도 11은 본 발명의 터치 검출 장치(10)에서 터치 센싱 동작 시의 동작 타이밍도이다. 감지 전극(Tsp_Rx)에 대한 신호는 감지 전극의 센싱 신호가 아닌 활성화/비활성화를 나타내는 신호이다.
지문 검출 모드 시 터치 검출 장치(10)는 도 10에 도시된 바와 같이, 터치 구동 전극들(Tsp_Tx electrode)을 비활성화하고, 지문 구동 전극(Fp_Tx)들을 활성화한다. 또한, 터치 검출 장치(10)는 지문 구동 전극들이 형성된 감지전극(Tsp_Rx1)(공통 감지 전극)만 활성화시키고, 나머지 감지 전극들(Tsp_Rx2,....Tsp_Rxm)은 비활성화한다.
터치 검출 장치는 복수의 지문 구동 전극(Fp_Tx1, Fp_Tx2,...,Fp_Txn)들 각각에 지문 구동 전압(Vdrv_Finger)을 순차적으로 인가한다.
활성화된 감지 전극(Tsp_Rx1)은 순차적으로 인가되는 지문 구동 전압에 대하여 손가락 지문으로부터 응답되는 지문 검출 신호를 감지한다.
한편, 터치 검출 모드 시, 터치 검출 장치(10)는 도 11에 도시된 바와 같이, 터치 구동 전극들(Tsp_Tx electrode)을 활성화하고, 지문 구동 전극(Fp_Tx)들은 비활성화한다. 또한 터치 검출 장치(10)는 모든 감지 전극(Tsp_Rx1 내지 Tsp_Rx n)들을 활성화한다.
터치 검출 장치(10)는 복수의 터치 구동 전극(Tsp_Tx1, Tsp_Tx2,...Tsp_Txn)들 각각에 터치 구동 전압(Vdrv_Touch)을 순차적으로 인가한다.
활성화된 감지 전극은 순차적으로 인가되는 터치 구동 전압에 대하여 손가락지문으로부터 응답되는 터치 검출 신호를 감지한다.
본 발명에 따르면 별도의 물리적 버튼 없이 터치스크린 상에 지문 인식 센서를 위치시킴으로써, 위치 및 공간의 제약이 없이 터치 인식 기능과 지문 인식 기능을 모두 갖는 터치 검출 장치를 구현할 수 있는 효과가 발생하게 된다.
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.
10 : 터치 검출 장치
100, 101 : 터치 센싱 영역
200, 201 : 지문 센싱 영역
300, 400 : 터치지문 검출부
500 : 지문 신호 구동부
301, 401, 501 : 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board)
110, 130 : 터치 구동 전극층
111, 131 : 터치 구동 전극
112, 132 : 터치 구동 신호 배선
120, 140 : 감지 전극층
121, 141 : 감지 전극
121a. 141a : 공통 감지 전극
122, 142 : 감지 신호 배선
123, 243 : 함몰부
210, 240 : 지문 구동 전극층
211, 241 : 지문 구동 전극
220, 242 : 지문 구동 신호 배선
102 : 터치 센싱 영역
202 : 지문 센싱 영역
302 : 터치지문 검출부
310 : 터치 신호 구동부
320 : 지문 신호 구동부
330 : 센싱부
600 : 제어부
700 : 저장부

Claims (6)

  1. 제1 방향으로 배열된 복수의 터치 구동 전극들을 포함하는 터치 구동 전극층; 및
    상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열된 복수의 감지 전극들을 포함하는 감지 전극층을 포함하고,
    상기 터치 구동 전극층과 상기 감지 전극층은 서로 다른 층에 개별적으로 터치 구동 전극들 및 감지 전극들을 형성하고,
    상기 복수의 감지 전극들 중 어느 하나의 감지 전극은, 일부 영역에 복수의 지문 구동 전극들을 포함하여 터치 입력 또는 지문 입력을 선택적으로 감지하는 공통 감지 전극이며,
    상기 복수의 지문 구동 전극들은 상기 공통 감지 전극의 일부 영역 내에서 상기 제1 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 가능한 터치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공통 감지 전극은
    상기 감지 전극들 중 최외곽에 배치되는 감지 전극인 것을 특징으로 하는 지문 인식 가능한 터치 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공통 감지 전극은 상기 제2 방향으로의 배열의 시작점 또는 끝점에 위치하는 감지 전극인 것을 특징으로 하는 지문 인식 가능한 터치 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    터치 구동 전압을 인가하는 터치 신호 구동부;
    지문 구동 전압을 인가하는 지문 신호 구동부;
    터치 센싱 신호 또는 지문 센싱 신호를 검출하는 센싱부; 및
    터치 검출 모드 시, 상기 지문 신호 구동부를 오프(off)하고 상기 터치 신호 구동부를 통해 상기 터치 구동 전극들에 터치 구동 전압을 순차적으로 인가하며 상기 센싱부를 통해 상기 감지 전극으로부터 터치 센싱 신호를 검출하고, 지문 검출 모드 시, 상기 터치 신호 구동부를 오프(off)하고, 상기 지문 신호 구동부를 통해 상기 지문 구동 전극들에 지문 구동 전압을 순차적으로 인가하며 상기 센싱부를 통해 상기 공통 감지 전극으로부터 지문 센싱 신호를 검출하는 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 인식 가능한 터치 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공통 감지 전극은
    일부 영역에 기 설정된 간격으로 복수의 함몰부가 형성되며, 상기 복수의 함몰부에 각각 지문 구동 전극들이 삽입 형성되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 가능한 터치 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 터치 구동 전극들과 연결되어 터치 구동 신호를 인가하거나 상기 복수의 감지 전극들과 연결되어 터치 센싱 신호 또는 지문 센싱 신호를 검출하는 제1집적회로; 및
    상기 복수의 지문 구동 전극들과 연결되어 지문 구동 신호를 인가하는 제2집적회로
    를 더 포함하고,
    상기 제1집적회로와 제2집적회로는 동일 또는 별개의 기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 가능한 터치 검출 장치.
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