KR102420020B1 - 터치-지문 복합 센서와 그 동작방법 및 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

터치-지문 복합 센서와 그 동작방법 및 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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Abstract

터치-지문 복합 센서와 그 동작방법 및 상기 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 터치-지문 복합 센서는 터치 패드 내에 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극 및 이들과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제1 터치 전극 및 이들 사이에 배치된 복수의 제1 서브 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제2 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제2 터치 전극 및 이들 사이에 배치된 복수의 제2 서브 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함할 수 있고, 상기 제1 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제1 서브 전극이 배치될 수 있다.

Description

터치-지문 복합 센서와 그 동작방법 및 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치{Touch-fingerprint complex sensor, method of operating the same and electronic apparatus including touch-fingerprint complex sensor}
개시된 실시예들은 터치-지문 복합 센서와 그 동작방법 및 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
터치스크린(touch screen)은 사용자가 손가락 등으로 스크린을 접촉하거나 누르면 그 위치나 관련 정보를 인지하여 시스템에 전달하는 입력장치로서, 단순하면서 사용이 편리한 장점이 있다. 특히, 정전용량(capacitive) 방식의 터치스크린은 높은 투과율 및 우수한 내구성을 갖고, 터치 해상도가 뛰어나며, 멀티 터치가 가능하다는 장점이 있다. 터치스크린 패널은 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 기기뿐 아니라 현금자동인출기(ATM), 자동발권기, 네비게이션 등 매우 다양한 전자 기기에 적용되고 있다.
최근에는, 다양한 모바일 기기 및 전자 기기에 대한 개인 인증의 필요성이 점차 확대되고 있다. 지문, 음성, 얼굴, 홍채와 같은 개인의 고유한 특징을 이용한 개인 인증 기능은 모바일 기기, 출입 통제기, 금융 기기 등에서 중요하게 사용될 수 있다. 기존 방식에 따른 스마트폰, 태블릿 PC 등의 지문 인식 기술은 터치스크린 모듈과 별도로 지문 인식 모듈을 구성하는 구조이다.
터치와 지문을 모두 센싱할 수 있는 센서로서, 센싱 성능을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 제공한다. 터치 센싱의 선형성(linearity)을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 제공한다.
상기 터치-지문 복합 센서의 동작방법을 제공한다.
상기 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 측면(aspect)에 따르면, 지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드; 상기 터치 패드 내에 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극; 및 상기 터치 패드 내에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극;을 포함하고, 상기 복수의 제1 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제1 터치 전극 및 상기 제1 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제1 서브 전극을 포함하고, 상기 복수의 제2 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제2 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제2 서브 전극을 포함하고, 상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제1 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제1 서브 전극이 배치되고, 상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제2 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제2 서브 전극이 배치된 터치-지문 복합 센서가 제공된다.
상기 제1 단위그룹의 전극들 중 어느 하나의 전극 일측에 제1 그룹의 제1 서브 전극이 배치될 수 있고, 타측에 제2 그룹의 제1 서브 전극이 배치될 수 있으며, 상기 제1 그룹의 제1 서브 전극과 상기 제2 그룹의 제1 서브 전극은 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
상기 제1 단위그룹의 전극들 중 다른 하나의 전극 일측에 제3 그룹의 제1 서브 전극이 배치될 수 있고, 타측에 제4 그룹의 제1 서브 전극이 배치될 수 있으며, 상기 제3 그룹의 제1 서브 전극과 상기 제4 그룹의 제1 서브 전극은 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
상기 제1 단위그룹의 전극들의 단부를 연결하는 제1 연결배선이 구비될 수 있고, 상기 제1 그룹의 제1 서브 전극의 단부와 상기 제2 그룹의 제1 서브 전극의 단부를 상호 연결하는 제2 연결배선이 구비될 수 있으며, 상기 제1 연결배선과 상기 제2 연결배선은, 위에서 볼 때, 상호 교차할 수 있다.
상기 제1 및 제2 연결배선 중 어느 하나는 비아(via) 구조 및 상기 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함할 수 있다.
상기 제2 단위그룹의 전극들 중 어느 하나의 전극 일측에 제1 그룹의 제2 서브 전극이 배치될 수 있고, 타측에 제2 그룹의 제2 서브 전극이 배치될 수 있으며, 상기 제1 그룹의 제2 서브 전극과 상기 제2 그룹의 제2 서브 전극은 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
상기 제2 단위그룹의 전극들 중 다른 하나의 전극 일측에 제3 그룹의 제2 서브 전극이 배치될 수 있고, 타측에 제4 그룹의 제2 서브 전극이 배치될 수 있으며, 상기 제3 그룹의 제2 서브 전극과 상기 제4 그룹의 제2 서브 전극은 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
상기 제2 단위그룹의 전극들의 단부를 연결하는 제3 연결배선이 구비될 수 있고, 상기 제1 그룹의 제2 서브 전극의 단부와 상기 제2 그룹의 제2 서브 전극의 단부를 상호 연결하는 제4 연결배선이 구비될 수 있으며, 상기 제3 연결배선과 상기 제4 연결배선은, 위에서 볼 때, 상호 교차할 수 있다.
상기 제3 및 제4 연결배선 중 어느 하나는 비아(via) 구조 및 상기 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 터치 전극의 상기 제1 단위그룹은 상기 지문 인식 영역에 대하여 상기 제2 방향에 따른 일측 또는 양측에 복수 개로 배치될 수 있고, 상기 복수의 제2 터치 전극의 상기 제2 단위그룹은 상기 지문 인식 영역에 대하여 상기 제1 방향에 따른 일측 또는 양측에 복수 개로 배치될 수 있다.
상기 제1 단위그룹 각각은 세 개 혹은 그보다 많은 제1 터치 전극으로 구성될 수 있고, 상기 제2 단위그룹 각각은 세 개 혹은 그보다 많은 제2 터치 전극으로 구성될 수 있다.
상기 터치 패드는 상기 지문 인식 영역을 포함하는 액티브 영역 및 상기 액티브 영역 주위에 구비된 주변 영역을 포함할 수 있고, 상기 주변 영역은 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 회로부에 연결하는 배선들을 포함할 수 있으며, 상기 주변 영역에서 상기 복수의 제1 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑될 수 있고, 상기 복수의 제2 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑될 수 있다.
상기 터치 패드는 원형 또는 타원형 구조를 가질 수 있다.
상기 터치 패드는 액티브 영역 및 그 주위에 베젤(bezel) 영역을 포함할 수 있고, 상기 베젤 영역에서 상기 복수의 제1 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑될 수 있고, 상기 복수의 제2 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑될 수 있다.
상기 터치 패드는 사각형 구조를 가질 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서를 이용한 터치 감지 모드에서, 상기 복수의 제1 터치 전극 및 상기 복수의 제2 터치 전극을 선택적으로 활성화할 수 있고, 상기 복수의 제1 서브 전극 및 상기 복수의 제2 서브 전극에는 고정 바이어스 전압을 인가하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 제1 터치 전극은 전송 전극(transmit electrode)(Tx 전극)일 수 있고, 상기 복수의 제2 터치 전극은 수신 전극(receive electrode)(Rx 전극)일 수 있으며, 상기 터치 감지 모드에서 상기 복수의 제1 서브 전극에는 접지 전압을 인가할 수 있고, 상기 복수의 제2 서브 전극에는 접지 전압이 아닌 제1 바이어스 전압을 인가할 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서는 상기 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극과 연결된 회로부를 더 포함할 수 있고, 상기 회로부는 AFE(analog front-end) 증폭기를 포함할 수 있으며, 상기 제1 바이어스 전압은 상기 AFE 증폭기의 입력 바이어스와 동일한 전압일 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제1 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비될 수 있고, 상기 복수의 제2 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제2 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비될 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서를 이용한 지문 인식 모드에서, 상기 복수의 제1 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제1 전극들과 상기 복수의 제2 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제2 전극들을 선택적으로 활성화할 수 있고, 나머지 제1 전극들과 나머지 제2 전극들에는 고정 바이어스 전압을 인가하도록 구성될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전술한 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
다른 측면에 따르면, 사용자의 터치 및 지문을 감지하는 터치-지문 복합 센서에 있어서, 복수의 제1 터치 전극; 상기 복수의 제1 터치 전극 사이에 복수의 제1 서브 전극; 상기 복수의 제1 터치 전극과 교차하는 복수의 제2 터치 전극; 및 상기 복수의 제2 터치 전극 사이에 복수의 제2 서브 전극;을 포함하고, 상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제1 단위그룹의 두 전극 사이에 적어도 하나의 상기 제1 서브 전극이 배치되고, 상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제2 단위그룹의 두 전극 사이에 적어도 하나의 상기 제2 서브 전극이 배치되며, 터치 감지 모드에서, 상기 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제2 터치 전극을 선택적으로 구동하고, 상기 복수의 제1 서브 전극 및 복수의 제2 서브 전극에 고정 바이어스 전압을 인가하는 터치-지문 복합 센서가 제공된다.
상기 복수의 제1 터치 전극은 전송 전극(Tx 전극)일 수 있고, 상기 복수의 제2 터치 전극은 수신 전극(Rx 전극)일 수 있으며, 상기 터치 감지 모드에서 상기 복수의 제1 서브 전극에는 접지 전압을 인가하고, 상기 복수의 제2 서브 전극에는 접지 전압이 아닌 제1 바이어스 전압을 인가하도록 구성될 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서는 회로부를 더 포함할 수 있고, 상기 회로부는 AFE(analog front-end) 증폭기를 포함할 수 있으며, 상기 제1 바이어스 전압은 상기 AFE 증폭기의 입력 바이어스와 동일할 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서는 지문 인식 영역을 포함하는 액티브 영역; 및 상기 액티브 영역 주위에 구비된 주변 영역;을 포함할 수 있다.
상기 주변 영역은 상기 복수의 제1 터치 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제1 연결구조체; 상기 복수의 제1 서브 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제2 연결구조체; 상기 복수의 제2 터치 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제3 연결구조체; 및 상기 복수의 제2 서브 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제4 연결구조체; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 연결구조체 중 적어도 하나는 비아(via) 구조 및 상기 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함할 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서는 지문 인식 영역을 정의할 수 있고, 상기 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제1 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비될 수 있고, 상기 복수의 제2 터치 전극 및 복수의 제2 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비될 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서는 지문 인식 영역을 정의할 수 있고, 지문 인식 모드에서, 상기 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제1 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들과 상기 복수의 제2 전극 및 복수의 제2 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들을 선택적으로 활성화하고, 나머지 전극들에는 고정 바이어스 전압을 인가할 수 있다.
상기 터치-지문 복합 센서는 원형, 타원형, 사각형 구조 등을 가질 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전술한 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
동일 스크린 내에서 터치와 지문을 모두 센싱할 수 있는 센서로서, 센싱 성능을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다. 터치 센싱의 선형성(linearity)을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다. 이러한 복합 센서를 적용하여 우수한 성능을 갖는 다양한 전자 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1에서 복수의 제1 전극의 일부를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에서 복수의 제2 전극의 일부를 도시한 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 비아(via)를 통한 연결구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 제1 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 6은 제2 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 실시예에 따라 예시적으로 설계된 터치-지문 복합 센서의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 보여주는 평면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 회로 구성을 보여주는 회로도이다.
도 12는 도 11의 일부 영역의 회로 구성 및 경로에 따른 전하량을 보여주는 회로도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 적용한 전자 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 적용한 전자 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 15는 실시예 및 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서에 대한 터치 센싱 성능 평가를 수행한 결과를 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 18은 실시예 및 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서에 대한 터치 센싱 성능 평가를 다른 방식으로 수행한 결과를 보여주는 도면이다.
도 19는 비교예에 따른 센서에 대한 시뮬레이션 결과로, RX 전극 라인에 따른 컷팅 프레인(cutting plane)에서 TX 전극 라인 및 더미 라인들의 전기적 포텐셜을 보여주는 그래프이다.
도 20은 도 19의 시뮬레이션에 대응하는 것으로, TX 전극면에서 RX 전극 라인에 따른 전기적 포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 21은 다른 비교예에 따른 센서에 대한 시뮬레이션 결과로, RX 전극 라인에 따른 컷팅 프레인(cutting plane)에서 TX 전극 라인들 및 더미 라인들의 전기적 포텐셜을 보여주는 그래프이다.
도 22는 도 21의 시뮬레이션에 대응하는 것으로, TX 전극면에서 RX 전극 라인에 따른 전기적 포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 23은 실시예에 따른 센서에 대한 시뮬레이션 결과로, RX 전극 라인에 따른 컷팅 프레인(cutting plane)에서 TX 전극 라인들 및 더미 라인들의 전기적 포텐셜을 보여주는 그래프이다.
도 24는 도 23의 시뮬레이션에 대응하는 것으로, TX 전극면에서 RX 전극 라인에 따른 전기적 포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 25는 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서를 이용한 지문 감지시, 지문 감지 영역에서의 센싱 이미지를 보여주는 도면이다.
도 26은 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 이용한 지문 감지시, 지문 감지 영역에서의 센싱 이미지를 보여주는 도면이다.
이하, 실시예들에 따른 터치-지문 복합 센서와 그 동작방법 및 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 지문 인식 영역(R10)을 포함하는 터치 패드(touch pad)(P10)가 구비될 수 있다. 터치 패드(P10) 내에 제1 방향, 예컨대, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(100)이 구비될 수 있고, 복수의 제1 전극(100)과 교차하는 제2 방향, 예컨대, Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200)이 구비될 수 있다. 복수의 제1 전극(100)과 복수의 제2 전극(200)은 상호 직교할 수 있다. 복수의 제1 전극(100)과 복수의 제2 전극(200) 사이에는 소정의 절연층이 개재될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제1 전극(100)과 복수의 제2 전극(200)은 절연층을 사이에 두고 상호 이격될 수 있다. 복수의 제1 전극(100) 상에 복수의 제2 전극(200)이 위치하거나, 그 반대일 수 있다. 복수의 제1 전극(100)은 실질적으로 등간격으로 배치될 수 있고, 복수의 제2 전극(200)도 실질적으로 등간격으로 배치될 수 있다.
복수의 제1 전극(100)은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제1 터치 전극(110) 및 제1 터치 전극들(110) 사이 및/또는 양측에 배치된 복수의 제1 서브 전극(120)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(200)은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제2 터치 전극(210) 및 제2 터치 전극들(210) 사이 및/또는 양측에 배치된 복수의 제2 서브 전극(220)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 터치 전극(110)은 전송 전극(transmit electrode)(Tx 전극)이고 복수의 제2 터치 전극(210)은 수신 전극(receive electrode)(Rx 전극)이거나, 그 반대일 수 있다.
복수의 제1 터치 전극(110)은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함할 수 있고, 상기 제1 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 제1 서브 전극(120)이 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제1 터치 전극(110)의 일부는 소정의 단위로 전기적으로 그룹화될 수 있고, 그룹화된 제1 터치 전극(110)들 사이에 적어도 하나의 제1 서브 전극(120)이 배치될 수 있다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
복수의 제2 터치 전극(210)은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹의 전극들을 포함할 수 있고, 상기 제2 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 제2 서브 전극(220)이 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제2 터치 전극(210)의 일부는 소정의 단위로 전기적으로 그룹화될 수 있고, 그룹화된 제2 터치 전극(210)들 사이에 적어도 하나의 제2 서브 전극(220)이 배치될 수 있다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에서 복수의 제1 전극(100)의 일부를 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 복수의 제1 전극은 복수의 제1 터치 전극(110) 및 복수의 제1 서브 전극(120)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 터치 전극(110)은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹(G10)의 전극들(110)(110a, 110b, 110c)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제1 단위그룹(G10)의 제1 터치 전극들(110)(110a, 110b, 110c)은 그 단부가 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서는, 세 개의 제1 터치 전극(110a, 110b, 110c)이 제1 단위그룹(G10)을 구성하는 경우가 도시되어 있다. 제1 단위그룹(G10)의 두 개의 전극(110) 사이에 적어도 하나의 제1 서브 전극(120)이 배치될 수 있다.
제1 단위그룹(G10)의 전극들(110) 중 어느 하나의 전극(110a) 일측에 제1 그룹의 제1 서브 전극(S11)이 배치될 수 있고, 타측에 제2 그룹의 제1 서브 전극(S12)이 배치될 수 있으며, 제1 그룹의 제1 서브 전극(S11)과 제2 그룹의 제1 서브 전극(S12)은 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 제1 단위그룹(G10)의 전극들(110) 중 다른 하나의 전극(110c) 일측에 제3 그룹의 제1 서브 전극(S13)이 배치될 수 있고, 타측에 제4 그룹의 제1 서브 전극(S14)이 배치될 수 있으며, 제3 그룹의 제1 서브 전극(S13)과 제4 그룹의 제1 서브 전극(S14)은 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 제1 단위그룹(G10)의 전극들(110)은 상기 전극(110a)과 상기 다른 전극(110c) 사이에 또 다른 전극(110b)을 포함할 수 있다. 전극(110b)의 일측에 제2 그룹의 제1 서브 전극(S12)이 배치될 수 있고, 타측에 제3 그룹의 제1 서브 전극(S13)이 배치될 수 있다. 제1 그룹의 제1 서브 전극(S11)에 포함된 서브 전극(120)의 개수는 2개로 도시하였지만, 이는 예시적인 것이고, 또한 설명의 편의를 위한 것일 수 있다. 상기 제1 그룹의 제1 서브 전극(S11)에는 1개 내지 약 15개 정도의 제1 서브 전극(120)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 그룹의 제1 서브 전극(S11)에는 약 2∼12개 또는 약 4∼10개 정도의 제1 서브 전극(120)이 포함될 수 있다. 이는 제2 그룹의 제1 서브 전극(S12), 제3 그룹의 제1 서브 전극(S13) 및 제4 그룹의 제1 서브 전극(S14)에 대해서도 마찬가지이다. 그러나, 각 그룹에 포함된 서브 전극의 개수는 전술한 바에 한정되지 않는다.
제1 단위그룹(G10)의 전극들(110)의 단부를 연결하는 제1 연결배선(제1 연결구조체)(C10)이 구비될 수 있다. 제1 그룹의 제1 서브 전극(S11)의 단부와 제2 그룹의 제1 서브 전극(S12)의 단부를 상호 연결하는 제2-1 연결배선(제2-1 연결구조체)(C21)이 구비될 수 있다. 제3 그룹의 제1 서브 전극(S13)의 단부와 제4 그룹의 제1 서브 전극(S14)의 단부를 상호 연결하는 제2-2 연결배선(제2-2 연결구조체)(C22)이 구비될 수 있다. 제1 연결배선(C10)과 제2-1 연결배선(C21)은, 위에서 볼 때, 상호 교차할 수 있다. 또한, 제1 연결배선(C10)과 제2-2 연결배선(C22)은, 위에서 볼 때, 상호 교차할 수 있다. 제2-1 연결배선(C21)과 제2-2 연결배선(C22)은 통칭하여 '제2 연결배선'이라 할 수 있다. 제1 연결배선(C10) 및 제2 연결배선(C21, C22) 중 어느 하나는 비아(via) 구조 및 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함할 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 도 1에서 복수의 제2 전극(200)의 일부를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 복수의 제2 전극은 복수의 제2 터치 전극(210) 및 복수의 제2 서브 전극(220)을 포함할 수 있다. 복수의 제2 터치 전극(210)은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹(G20)의 전극들(210)(210a, 210b, 210c)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제2 단위그룹(G20)의 제2 터치 전극들(210)(210a, 210b, 210c)은 그 단부가 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서는, 세 개의 제2 터치 전극(210a, 210b, 210c)이 제2 단위그룹(G20)을 구성하는 경우가 도시되어 있다. 제2 단위그룹(G20)의 두 개의 전극(210) 사이에 적어도 하나의 제2 서브 전극(220)이 배치될 수 있다.
제2 단위그룹(G20)의 전극들(210) 중 어느 하나의 전극(210a) 일측에 제1 그룹의 제2 서브 전극(S21)이 배치될 수 있고, 타측에 제2 그룹의 제2 서브 전극(S22)이 배치될 수 있으며, 제1 그룹의 제2 서브 전극(S21)과 제2 그룹의 제2 서브 전극(S22)은 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 제2 단위그룹(G20)의 전극들(210) 중 다른 하나의 전극(210c) 일측에 제3 그룹의 제2 서브 전극(S23)이 배치될 수 있고, 타측에 제4 그룹의 제2 서브 전극(S24)이 배치될 수 있으며, 제3 그룹의 제2 서브 전극(S23)과 제4 그룹의 제2 서브 전극(S24)은 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 제2 단위그룹(G20)의 전극들(210)은 상기 전극(210a)과 상기 다른 전극(210c) 사이에 또 다른 전극(210b)을 포함할 수 있다. 전극(210b)의 일측에 제2 그룹의 제2 서브 전극(S22)이 배치될 수 있고, 타측에 제3 그룹의 제2 서브 전극(S23)이 배치될 수 있다. 제1 그룹의 제2 서브 전극(S21)에 포함된 서브 전극(220)의 개수는 2개로 도시하였지만, 이는 예시적인 것이고, 또한 설명의 편의를 위한 것일 수 있다. 상기 제1 그룹의 제2 서브 전극(S21)에는 1개 내지 약 15개 정도의 제2 서브 전극(220)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 그룹의 제2 서브 전극(S21)에는 약 2∼12개 또는 약 4∼10개 정도의 제2 서브 전극(220)이 포함될 수 있다. 이는 제2 그룹의 제2 서브 전극(S22), 제3 그룹의 제2 서브 전극(S23) 및 제4 그룹의 제2 서브 전극(S24)에 대해서도 마찬가지이다. 그러나, 각 그룹에 포함된 서브 전극의 개수는 전술한 바에 한정되지 않는다.
제2 단위그룹(G20)의 전극들(210)의 단부를 연결하는 제3 연결배선(제3 연결구조체)(C30)이 구비될 수 있다. 제1 그룹의 제2 서브 전극(S21)의 단부와 제2 그룹의 제2 서브 전극(S22)의 단부를 상호 연결하는 제4-1 연결배선(제4-1 연결구조체)(C41)이 구비될 수 있다. 제3 그룹의 제2 서브 전극(S23)의 단부와 제4 그룹의 제2 서브 전극(S24)의 단부를 상호 연결하는 제4-2 연결배선(제4-2 연결구조체)(C42)이 구비될 수 있다. 제3 연결배선(C30)과 제4-1 연결배선(C41)은, 위에서 볼 때, 상호 교차할 수 있다. 또한, 제3 연결배선(C30)과 제4-2 연결배선(C42)은, 위에서 볼 때, 상호 교차할 수 있다. 제4-1 연결배선(C41)과 제4-2 연결배선(C42)은 통칭하여 '제4 연결배선'이라 할 수 있다. 제3 연결배선(C30) 및 제4 연결배선(C41, C42) 중 어느 하나는 비아(via) 구조 및 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 비아(via)를 통한 연결구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 기판(SUB10) 상에 제1 터치 전극(110)이 구비될 수 있고, 그 양측에 제1 서브 전극(120a, 120b)이 구비될 수 있다. 여기서, 제1 터치 전극(110)은 도 2의 제1 단위그룹(G10)에 속한 전극들(110a, 110b, 110c) 중 하나일 수 있다. 제1 서브 전극(120a)은 제1-1 서브 전극(120a)이라 할 수 있고, 제1 서브 전극(120b)은 제1-2 서브 전극(120b)이라 할 수 있다. 기판(SUB10) 상에 제1 터치 전극(110) 및 제1 서브 전극(120a, 120b)을 덮는 절연층(150)이 구비될 수 있고, 절연층(150)에는 제1 서브 전극(120a, 120b)을 노출시키는 비아홀(via hole)(V1, V2)이 형성될 수 있다. 제1 비아홀(V1)은 제1-1 서브 전극(120a)에 대응될 수 있고, 제2 비아홀(V2)은 제1-2 서브 전극(120b)에 대응될 수 있다. 제1 비아홀(V1)은 제1 도전성 플러그(170a)로 채워질 수 있고, 제2 비아홀(V2)은 제2 도전성 플러그(170b)로 채워질 수 있다. 절연층(150) 상에 제1 도전성 플러그(170a) 및 제2 도전성 플러그(170b)에 연결된(콘택된) 연결배선(250)이 구비될 수 있다. 따라서, 연결배선(250) 및 도전성 플러그(170a, 170b)에 의해 제1-1 서브 전극(120a)과 제1-2 서브 전극(120b)이 전기적으로 연결될 수 있다. 연결배선(250) 및 도전성 플러그(170a, 170b)는 하나의 '연결구조체'를 구성한다고 할 수 있다. 이러한 비아(via)를 통한 연결구조는 도 2의 제2 연결배선(C21, C22)에 적용되거나, 제1 연결배선(C10)에 적용될 수 있다. 또한, 비아(via)를 통한 연결구조는 도 3의 제4 연결배선(C41, C42)에 적용되거나, 제3 연결배선(C30)에 적용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 터치 패드(P10)는 액티브 영역(A10) 및 액티브 영역(A10) 주위에 구비된 주변 영역(B10)을 포함할 수 있다. 지문 인식 영역(R10)은 액티브 영역(A10) 내에 구비될 수 있다.
주변 영역(B10)은 복수의 제1 전극(100)과 복수의 제2 전극(200)을 회로부(미도시)에 연결하는 배선들을 포함할 수 있다. 따라서, 주변 영역(B10)은 트레이스(trace) 영역 또는 트레이서(tracer) 영역이라고 할 수 있다. 주변 영역(B10) 내에서 복수의 제1 전극(100) 중 일부가 전기적으로 그룹핑될 수 있고, 복수의 제2 전극(200) 중 일부가 전기적으로 그룹핑될 수 있다. 주변 영역(B10)은 복수의 제1 터치 전극(110) 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제1 연결구조체(예컨대, 도 2의 C10), 복수의 제1 서브 전극(120) 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제2 연결구조체(예컨대, 도 2의 C21, C22), 복수의 제2 터치 전극(210) 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제3 연결구조체(예컨대, 도 3의 C30) 및 복수의 제2 서브 전극(220) 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제4 연결구조체(예컨대, 도 3의 C41, 42) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제4 연결구조체 중 적어도 하나는 비아(via) 구조 및 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함할 수 있다(도 4 참조). 도 1에서 참조번호 W10은 주변 영역(B10)의 트레이서들을 회로부(미도시)에 연결하기 위한 배선부 또는 연결부라고 할 수 있다.
주변 영역(B10) 내에서 복수의 제1 전극(100) 중 일부가 전기적으로 그룹핑되고, 복수의 제2 전극(200) 중 일부가 전기적으로 그룹핑되면, 주변 영역(B10) 내에서 배선들의 구성이 단순화되고 배선의 밀도가 낮아질 수 있다. 결과적으로, 주변 영역(B10)의 사이즈를 작게 유지할 수 있다.
복수의 제1 전극(100) 중 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제1 전극들(100)은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비될 수 있다. 또한, 복수의 제2 전극(200) 중 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제2 전극들(200)은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비될 수 있다. 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제1 전극들(100)(110, 120)과 제2 전극들(200)(210, 220)은 모두 독립적으로 구동될 수 있다. 터치-지문 복합 센서를 이용한 지문 인식 모드에서, 복수의 제1 전극(100) 중 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제1 전극들(100)(110, 120)과 복수의 제2 전극(200) 중 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제2 전극들(200)(210, 220)을 선택적으로 활성화하고, 나머지 제1 전극들과 나머지 제2 전극들에는 고정 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 지문 인식 영역(R10)에서 전극 패턴들(즉, 상기 제1 전극들 및 제2 전극들)은 수십 ㎛ 정도, 예컨대, 약 30 ∼ 90 ㎛ 정도 혹은 약 50 ∼ 70 ㎛ 정도의 간격으로 배치될 수 있다. 지문 인식시에는 터치 인식시 보다 미세한 전극 패턴이 사용될 수 있다.
복수의 제1 터치 전극(110)의 전기적 그룹화 및 복수의 제2 터치 전극(210)의 전기적 그룹화는 지문 인식 영역(R10) 외측에서 이루어질 수 있다. 복수의 제1 터치 전극(110)에서 전기적으로 그룹화된 제1 단위그룹(예컨대, 도 2의 G10)은 지문 인식 영역(R10)에 대하여 제2 방향(Y축 방향)에 따른 일측 또는 양측에 복수 개로 배치될 수 있다. 복수의 제2 터치 전극(210)에서 전기적으로 그룹화된 제2 단위그룹(예컨대, 도 3의 G20)은 지문 인식 영역(R10)에 대하여 제1 방향(X축 방향)에 따른 일측 또는 양측에 복수 개로 배치될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는 제1 단위그룹(G10) 각각이 세 개의 제1 터치 전극(110)으로 구성되고, 제2 단위그룹(G20) 각각이 세 개의 제2 터치 전극(210)으로 구성된 경우를 도시하고 설명하였지만, 이는 예시적인 것이고, 각각의 단위그룹(G10, G20)을 구성하는 전극의 개수는 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 단위그룹(G10) 및 제2 단위그룹(G20) 각각은 두 개의 전극으로 구성되거나, 세 개보다 많은 전극으로 구성될 수도 있다. 또한, 도 1에서는 지문 인식 영역(R10)의 Y축 방향으로의 양측 각각에 제1 단위그룹(도 2의 G10)이 하나씩 존재하는 경우를 도시하였지만, 실제는 더 많은 수의 제1 단위그룹이 존재할 수 있다. 이와 유사하게, 도 1에서는 지문 인식 영역(R10)의 X축 방향으로의 양측 각각에 제2 단위그룹(도 3의 G20)이 하나씩 존재하는 경우를 도시하였지만, 실제는 더 많은 수의 제2 단위그룹이 존재할 수 있다. 따라서, 터치 감지 시에, 사용자의 손가락 등이 터치하는 영역에서 복수의 제1 단위그룹이 동시에 터치될 수 있고, 이와 유사하게, 복수의 제2 단위그룹이 동시에 터치될 수 있다.
터치-지문 복합 센서를 이용한 터치 감지 모드에서, 터치 패드(P10)의 전체 영역에서 복수의 제1 터치 전극(110) 및 복수의 제2 터치 전극(210)을 선택적으로 활성화할 수 있고, 복수의 제1 서브 전극(120) 및 복수의 제2 서브 전극(220)에는 고정 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 터치 감지 모드에서 복수의 제1 서브 전극(120) 및 복수의 제2 서브 전극(220)은 더미(dummy) 전극으로 사용될 수 있다. 복수의 제1 터치 전극(110)은, 예컨대, 약 0.5 ∼ 5 mm 정도의 간격으로 배치될 수 있고, 복수의 제2 터치 전극(210)도, 예컨대, 약 0.5 ∼ 5 mm 정도의 간격으로 배치될 수 있다.
복수의 제1 터치 전극(110)이 전송 전극(transmit electrode)(Tx 전극)이고, 복수의 제2 터치 전극(210)이 수신 전극(receive electrode)(Rx 전극)인 경우, 상기 터치 감지 모드에서 복수의 제1 서브 전극(120)에는 접지 전압을 인가하고, 복수의 제2 서브 전극(220)에는 접지 전압이 아닌 제1 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 여기서, 상기 제1 바이어스 전압은 회로부(미도시)의 AFE(analog front-end) 증폭기의 입력 바이어스와 동일한 혹은 실질적으로 동일한 전압일 수 있다. 이와 같이, 터치 인식 모드에서 복수의 제1 서브 전극(120) 및 복수의 제2 서브 전극(220)에 고정 바이어스 전압을 인가하면, 노이즈를 줄일 수 있고 터치 감지 성능을 개선할 수 있다. 복수의 제1 서브 전극(120) 및 복수의 제2 서브 전극(220)은 터치 패드(P10)의 전면에서 복수의 제1 터치 전극(110) 및 복수의 제2 터치 전극(210)과 함께 균일한 전극 패턴을 구성하기 때문에, 시인성의 변화를 최소화할 수 있고 모아레(moire) 형성을 억제할 수 있다. 또한, 복수의 제1 서브 전극(120) 및 복수의 제2 서브 전극(220)은 터치 인식시에는 고정 바이어스 전극으로 사용될 수 있고, 지문 인식시에는 그 일부가 지문 인식용 전극으로 사용될 수 있다.
지문 인식의 경우, 낮은 상호 정전용량(mutual capacitance)(Cm)으로 인해 외부 잡음에 취약할 수 있으므로, 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제1 터치 전극(110)과 제1 서브 전극(120)이 상호 교차하지 않고, 또한, 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제2 터치 전극(210)과 제2 서브 전극(220)이 상호 교차하지 않도록 설계할 필요가 있다. 본 실시예에서는 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제1 터치 전극(110)과 제1 서브 전극(120)이 주변 영역(B10)에서도 상호 교차하지 않고, 지문 인식 영역(R10)에 대응하는 제2 터치 전극(210)과 제2 서브 전극(220)도 상호 교차하지 않을 수 있다. 따라서, 지문 인식시, 전극들의 교차로 인한 문제는 발생하지 않을 수 있다. 한편, 지문 인식 영역(R10) 외측의 터치 영역에 대응하는 주변 영역(B10)에서 제1 터치 전극(110)과 제1 서브 전극(120)이 비아(via)를 통한 연결로 교차하는데, 이러한 전극들의 교차는 주변 영역(B10)에서 이루어지고, 또한, 터치 인식의 경우, 전극들의 교차로 인한 영향이 상대적으로 적기 때문에, 전체 신호에는 거의 영향을 주지 않을 수 있다.
본 실시예에서 터치 패드(P10)는 원형 또는 타원형 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 주변 영역(B10)은 베젤(bezel) 영역일 수 있다. 원형 터치 패드(센서)의 경우, 터치 패드(센서)의 전극패턴(채널)을 촘촘하게 배치할 경우, 활성 영역(디스플레이 영역) 외부로 연결/연장되는 배선 개수가 늘어나고, 결과적으로, 베젤 영역의 사이즈가 증가하는 문제가 있다. 디스플레이 영역 대비 베젤 영역의 사이즈가 커지고, 이를 구동하기 위한 구동 IC(integrated circuit)도 추가적인 채널을 확보해야 하므로, 가격 및 실장성 면에서 불리할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 주변 영역(즉, 베젤 영역)(B10)에서 전극들을 그룹화하고 비아(via)를 통해 연결할 수 있으므로, 위와 같은 문제들을 극복할 수 있다. 따라서, 실시예에 따르면, 주변 영역(즉, 베젤 영역)(B10)의 사이즈를 줄일 수 있고, 구동 IC의 설계 부담을 줄일 수 있으며, 가격 및 실장성 측면 등에서 유리할 수 있다. 도 1 등에서는 터치 패드(P10)가 원형인 경우에 대해서 주로 설명하였지만, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 터치 패드(P10)는 사각형 구조를 갖거나, 다른 다각형 구조 또는 그 밖에 다른 변형 구조를 가질 수도 있다.
도 5는 제1 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 5를 참조하면, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(101)이 배열되고, 이들과 교차하도록 Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(201)이 배열될 수 있다. 복수의 제1 전극(101)은 등간격으로 이격된 복수의 제1 터치 전극(111)과 이들 사이 및 양측에 구비된 복수의 제1 서브 전극(121)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(201)은 등간격으로 이격된 복수의 제2 터치 전극(211)과 이들 사이 및 양측에 구비된 복수의 제2 서브 전극(221)을 포함할 수 있다.
복수의 제1 터치 전극(111)은 전기적으로 그룹화되지 않고, 독립적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제1 터치 전극(111)은 그 단부가 전기적/물리적으로 연결되지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 터치 전극(211)은 전기적으로 그룹화되지 않고, 독립적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제2 터치 전극(211)은 그 단부가 전기적/물리적으로 연결되지 않을 수 있다.
도 5에서 참조번호 A11, B11, R11, W11은 각각 액티브 영역, 주변 영역, 지문 인식 영역 및 배선부를 나타낸다.
도 6은 제2 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 6을 참조하면, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(102)이 배열되고, 이들과 교차하도록 Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(202)이 배열될 수 있다. 복수의 제1 전극(102)은 복수의 제1 터치 전극(112) 및 복수의 제1 서브 전극(122)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(202)은 복수의 제2 터치 전극(212) 및 복수의 제2 서브 전극(222)을 포함할 수 있다.
복수의 제1 터치 전극(112)은 전기적으로 그룹화된 복수의 전극을 포함하는 단위그룹(G1)이 규칙적으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 각 단위그룹(G1)의 제1 터치 전극들은 상호 인접하게 배치될 수 있고, 이들 사이에 제1 서브 전극(122)은 배치되지 않을 수 있다. 단위그룹(G1)과 다른 단위그룹(G1) 사이에는 복수의 제1 서브 전극(122)이 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 제1 터치 전극(112)은 전체적으로 균일한 간격으로 배치되지 않는다.
복수의 제2 터치 전극(212)은 전기적으로 그룹화된 복수의 전극을 포함하는 단위그룹(G2)이 규칙적으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 각 단위그룹(G2)의 제2 터치 전극들은 상호 인접하게 배치될 수 있고, 이들 사이에 제2 서브 전극(222)은 배치되지 않을 수 있다. 단위그룹(G2)과 다른 단위그룹(G2) 사이에는 복수의 제2 서브 전극(222)이 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 제2 터치 전극(212)은 전체적으로 균일한 간격으로 배치되지 않는다.
도 6에서 참조번호 A12, B12, R12, W12는 각각 액티브 영역, 주변 영역, 지문 인식 영역 및 배선부를 나타낸다.
터치 라인의 배치/배열 측면에서, 도 5와 같은 제1 비교예에 따른 센서의 구성은 "단일 균등 배치"라고 할 수 있고, 도 6과 같은 제2 비교예에 따른 센서의 구성은 "묶음 비균등 배치"라고 할 수 있다. 한편, 도 1과 같은 실시예에 따른 센서의 구성은 "묶음/분산 균등 배치"라고 할 수 있다. 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것이고, 실시예를 한정하거나 제한하지 않는다.
도 5와 같은 제1 비교예에서 하나의 제1 터치 전극(111)과 이와 교차하는 하나의 제2 터치 전극(211) 사이의 상호 정전용량(Cm)은 약 0.5 pF 정도일 수 있고, 도 6과 같은 제2 비교예에서 한 그룹을 이루는 세 개의 제1 터치 전극(112)과 이와 교차하는 한 그룹을 이루는 세 개의 제2 터치 전극(212) 사이의 상호 정전용량(Cm)은 약 1.5 pF 정도일 수 있다. 도 1과 같은 실시예에서 한 그룹을 이루는 세 개의 제1 터치 전극(110)과 이와 교차하는 한 그룹을 이루는 세 개의 제2 터치 전극(210) 사이의 상호 정전용량(Cm)은 약 1.5 pF 정도일 수 있다. 즉, 실시예와 같이 터치 라인들을 "묶음/분산 균등 배치"하더라도, 상호 정전용량(Cm)을 제2 비교예와 동일하게(혹은, 유사하게) 유지하면서, 균등 분산 배치에 의한 터치 선형성 개선 효과를 얻을 수 있다. 제한된 개수의 터치 라인들을 이용하면서도, 이들을 균등 분산할 수 있고, 터치 선형성 등 성능을 개선할 수 있다.
도 5의 제1 비교예에서와 같이 하나의 라인으로 TX 및 RX 라인을 구현하는 경우, 낮은 정전용량(Cm) 및 넓은 간격으로 인하여 감도와 선형성이 저하되고, 연속적인 터치 동작을 감지하기가 어려울 수 있다. 도 6의 제2 비교예와 같이 복수의 TX 및 RX 라인을 그룹화하는 경우, 감도 개선은 가능하지만 우수한 선형성을 확보하는데는 한계가 있다. 그러나 실시예와 같이 터치 라인들을 "묶음/분산 균등 배치"하는 경우, 감도 및 선형성을 개선할 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 15 내지 도 18을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 7은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 터치-지문 복합 센서는 제1 방향, 예컨대, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(100A)을 포함할 수 있고, 제2 방향, 예컨대, Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200A)을 포함할 수 있다. 제1 전극(100A)은 복수의 마름모형 패턴부(1) 및 이들 사이에 연결부(2)를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전극(200A)은 복수의 마름모형 패턴부(3) 및 이들 사이에 연결부(4)를 포함할 수 있다. 제1 전극(100A)의 연결부(2)에 대응하도록 제2 전극(200A)의 연결부(4)가 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A) 사이에는 절연층이 구비될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A) 사이에 커패시턴스, 즉, 상호 정전용량(mutual capacitance)이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(100A, 200B)은, 예컨대, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), AGZO(aluminum gallium zinc oxide), GIZO(gallium indium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)(TCO)로 형성될 수 있다. 여기서는, 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A)이 모두 마름모형 패턴부들(3, 4)과 이들 사이에 연결부(2, 4)를 갖는 경우를 도시하고 설명하였지만, 이는 예시적인 것이고, 전극들(100A, 200B)의 형태는 다양하게 변화될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A)은 마름모가 아닌 다각형의 패턴부를 가질 수 있고, 이들(100A, 200B) 중 적어도 하나는 라인 패턴일 수도 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 8을 참조하면, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(100B)이 구비될 수 있고, 이들과 교차하도록 Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200A)이 구비될 수 있다. 복수의 제1 전극(100B)은 라인 패턴일 수 있고, 복수의 제2 전극(200A)은 복수의 마름모형 패턴부(3) 및 이들 사이에 연결부(4)를 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극(100B)은 소정의 금속이나 합금 또는 금속화합물로 형성할 수 있다. 제1 전극(100B)은, 예컨대, 수 ㎛ 정도의 폭을 가질 수 있기 때문에, 금속으로 형성하더라도, 육안으로는 거의 투명하게 보일 수 있다. 경우에 따라서, 제1 전극(100B)은 투명한 전극 물질로 형성할 수도 있다. 복수의 제2 전극(200A)은 도 7의 제2 전극(200A)과 유사하게 투명 전도성 산화물 등으로 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 라인 패턴의 제1 전극(100B)으로 우수한 전기전도성을 확보할 수 있고, 마름모형 패턴부(3)를 갖는 제2 전극(200A)으로 우수한 투명성을 확보할 수 있다. 따라서, 우수한 전기전도성 및 우수한 투명성을 모두 확보하는데 유리할 수 있다. 그러나 도 8을 참조하여 설명한 전극들(100B, 200A)의 구성은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다.
도 9는 실시예에 따라 예시적으로 설계된 터치-지문 복합 센서의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 9를 참조하면, 복수의 터치 전극(제1 터치 전극)이 균등 분산 배치될 수 있고, 이들 중 일부가 전기적으로 그룹화될 수 있다. 복수의 터치 전극(제1 터치 전극) 사이 및 양측에 복수의 서브 전극(제1 서브 전극)이 배치될 수 있다. 복수의 서브 전극(제1 서브 전극)은 베젤 영역에서 비아(via)를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 터치 인식 동작시, 복수의 서브 전극(제1 서브 전극)에는 접지(GND) 전압이 인가될 수 있다. 한편, 지문 인식 영역에 대응하는 터치 전극(제1 터치 전극)들은 독립적으로 구비될 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 보여주는 평면도이다.
도 10을 참조하면, 도 1을 참조하여 설명한 터치-지문 복합 센서의 배선부(W10)에 연결된 회로부(CP10)가 더 구비될 수 있다. 회로부(CP10)는 구동 IC 및 리드아웃(readout) IC 등을 포함할 수 있다. 회로부(CP10)에는 AFE(analog front-end) 증폭기가 포함될 수 있다. 복수의 제1 터치 전극(110)이 전송 전극(Tx 전극)이고, 복수의 제2 터치 전극(210)이 수신 전극(Rx 전극)인 경우, 터치 감지 모드에서 복수의 제1 서브 전극(120)에는 접지 전압을 인가하고, 복수의 제2 서브 전극(220)에는 접지 전압이 아닌 제1 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 여기서, 상기 제1 바이어스 전압은 상기 AFE 증폭기의 입력 바이어스와 동일한 혹은 실질적으로 동일한 전압일 수 있다. 이와 같이, 터치 인식 모드에서 복수의 제1 서브 전극(120) 및 복수의 제2 서브 전극(220)에 고정 바이어스 전압을 인가하면, 노이즈를 줄일 수 있고 터치 감지 성능을 개선할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 회로 구성을 보여주는 회로도이다.
도 11을 참조하면, 전송 전극(TX 전극)은 n번째 전송 전극(TXn 전극)과 n+1번째 전송 전극(TXn +1 전극)을 포함하고, 수신 전극(RX 전극)은 n번째 수신 전극(RXn 전극)과 n+1번째 수신 전극(RXn +1 전극)을 포함한다. 디스플레이 패널 상에 TX 전극과 RX 전극에 의한 상호 정전용량(CM)이 형성된다. 또한, 기생 커패시턴스(parastic capacitance)(Cptx)와 TX 전극간 커패시턴스(Ctx -tx), RX 전극간 커패시턴스(Crx - rx), TX 전극의 저항(Rtx), RX 전극의 저항(Rrx)이 형성될 수 있다. 디스플레이 패널에 제1 전압원(VND)이 연결되고, 이와 별도로, 제2 전압원(VNF)이 센서부에 연결될 수 있다. 제2 전압원(VNF)과 센서부 사이에 피드백(feedback) 커패시턴스(CF)가 발생할 수 있다. 또한, 센서부에 연결된 AFE 증폭기(Amp)가 구비될 수 있다. AFE 증폭기(Amp)는 출력 터미널(Vout)에 연결될 수 있다. AFE 증폭기(Amp) 주위에 피드백 커패시턴스(CFB)와 피드백 저항(RFB)이 발생할 수 있다.
제1 전압원(VND)에 연결된 접지 단자(GND1)가 존재할 수 있고, AFE 증폭기(Amp)의 입력단에 소정의 입력 전압이 인가될 수 있다. 터치 감지 모드에서 TX 전극에 해당하는 복수의 제1 전극 중 복수의 제1 서브 전극에는 접지 전압이 인가될 수 있고, RX 전극에 해당하는 복수의 제2 전극 중 복수의 제2 서브 전극에는 제1 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 상기 접지 전압은 접지 단자(GND1)의 전압에 해당될 수 있고, 상기 제1 바이어스 전압은 AFE 증폭기(Amp)의 입력 바이어스 전압에 해당될 수 있다. 이를 통해, 인접한 채널들(전극들) 간의 기생 커패시턴스 영향을 최소화하고, 노이즈를 줄일 수 있으며, 센싱 성능을 개선할 수 있다.
도 12는 도 11의 일부 영역의 회로 구성 및 경로에 따른 전하량을 보여주는 회로도이다.
도 12를 참조하면, ΔQ 만큼의 전하가 CM 이전 단계에서 인접 채널로 흐를 수 있고, 따라서, 출력 터미널(Vout) 측으로 Q-ΔQ 만큼의 전하가 흐를 수 있다. 만약, 터치 감지시, 복수의 제2 서브 전극에 AFE 증폭기(Amp)의 입력 바이어스 전압과 동일한 제1 바이어스 전압이 인가되지 않는다면, 출력 터미널(Vout) 측으로 Q-Δ2Q 만큼의 전하가 흐를 수 있고, 결과적으로, 센싱 성능을 저하될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 출력 터미널(Vout) 측으로 Q-ΔQ 만큼의 전하가 흐르도록 만들기 때문에, 센싱 성능이 개선될 수 있다. 도 11 및 도 12의 회로 구성은 예시적이고 개략적인 것이고, 경우에 따라, 이 구성은 다양하게 변회될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 적용한 전자 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 본 실시예는 터치-지문 복합 센서가 원형인 경우를 보여준다.
도 13을 참조하면, 디스플레이 패널(1000)이 구비되고, 디스플레이 패널(1000) 상에 터치-지문 복합 센서(2000)가 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(1000)은, 예컨대, LCD(liquid crystal display) 패널일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다. OLED(organic light emitting diode) 패널 등 다양한 디스플레이 소자가 패널(1000)에 적용될 수 있다.
터치-지문 복합 센서(2000)는 지문 인식 영역(R1)을 포함할 수 있다. 터치-지문 복합 센서(2000)로부터 연장된 연결부재(connector)(2100)가 구비될 수 있다. 연결부재(2100)는 복수의 배선을 포함할 수 있다. 연결부재(2100)는 소정의 검출회로(미도시)에 연결될 수 있다. 터치-지문 복합 센서(2000)는 복수의 제1 전극 및 이들과 교차하는 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이에 상호 정전용량(mutual capacitance)이 형성될 수 있다. 따라서, 복합 센서(2000)는 정전용량 방식의 센서일 수 있다. 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이에는 절연층이 구비될 수 있다. 절연층은 투명할 수 있다. 터치-지문 복합 센서(2000)는 소정의 서브 기판 상에 형성될 수 있다.
터치-지문 복합 센서(2000) 상에는 이를 덮는 투명막(3000)이 구비될 수 있다. 투명막(3000)은 유리막과 같은 투명한 절연 물질로 형성될 수 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 적용한 전자 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 본 실시예는 터치-지문 복합 센서가 사각형인 경우를 보여준다.
도 14를 참조하면, 디스플레이 패널(1001) 상에 터치-지문 복합 센서(2001)가 배치될 수 있고, 터치-지문 복합 센서(2001) 상에 투명막(3001)이 구비될 수 있다. 터치-지문 복합 센서(2001)는 지문 인식 영역(R2)을 포함할 수 있고, 복합 센서(2001)로부터 연장된 연결부재(2101)가 더 구비될 수 있다. 본 실시예에서 터치-지문 복합 센서(2001)는 사각형 구조를 가질 수 있고, 이를 포함하는 전자 장치도 사각형 구조를 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서는 기존의 터치 디스플레이를 포함하는 전자 장치에 모두 적용할 수 있다. 상기 터치-지문 복합 센서는 온-스크린(on-screen) 정전용량 방식의 소자로, 지문인식이 가능한 터치스크린 장치(fingerprint recognizable touch screen apparatus)에 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 터치-지문 복합 센서는 스마트워치(smart watch), 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 기기 및 웨어러블(wearable) 기기에 적용될 수 있다. 또한, 가전제품, 현금자동인출기(ATM), 자동발권기, 네비게이션 등 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 지문 인식을 통한 개인 인증 기능이 요구되는 모바일 기기, 출입 통제기, 금융 기기 등에 다양한 방식으로 적용될 수 있다.
도 15는 실시예 및 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서에 대한 터치 센싱 성능 평가를 수행한 결과를 보여주는 도면이다. 도 15의 (A)도면은 도 5의 제1 비교예의 사상에 대응하는 센서에 대한 결과이고, (B)도면은 도 6의 제2 비교예의 사상에 대응하는 센서에 대한 결과이고, (C)도면은 도 1의 실시예의 사상에 대응하는 센서에 대한 결과이다. (A), (B), (C)도면은 모두 32개 RX 라인 및 32개 TX 라인으로 구성한 경우에 해당한다.
도 15를 참조하면, 제1 비교예(A)와 같이 터치 라인을 "단일 균등 배치"한 경우, 낮은 Cm으로 인한 감도 저하와 TX 터치 라인 간 간격이 넓은 관계로 터치 입력시 센싱 선형성이 잘 확보되지 않는 것을 알 수 있다. 제2 비교예(B)와 같이 터치 라인을 "묶음 비균등 배치"한 경우, 제1 비교예(A)보다는 선형성이 우수하지만, 부분적으로는 선형성이 잘 확보되지 않았다. 한편, 실시예(C)와 같이 터치 라인을 "묶음/분산 균등 배치"한 경우, 터치 입력 신호에 대해서, 가중 우수한 선형성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 이용하면 비교예들에 따른 센서보다 우수한 터치 선형성을 확보할 수 있다.
도 16 내지 도 18은 실시예 및 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서에 대한 터치 센싱 성능 평가를 다른 방식으로 수행한 결과를 보여주는 도면이다. 도 16은 원형으로 움직이면서 터치한 경우이고, 도 17 및 도 18은 대각선 방향으로 직선적으로 터치한 경우이다. 도 17은 상대적으로 느린 속도로, 도 18은 상대적으로 빠른 속도로 터치한 경우이다. 도 16 내지 도 18 각각에서 (A)도면은 도 15의 제1 비교예에 대응되고, (B)도면은 도 15의 제2 비교예에 대응되고, (C)도면은 도 15의 실시예에 대응된다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서(C)는 모든 경우에 있어서 우수한 터치 센싱 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다. 한편, 제1 비교예나 제2 비교예에 따른 센서(A, B)의 경우, 대체로 혹은 일부 경우에서 선형성 및 감지 성능이 떨어지는 것을 알 수 있다.
도 19는 비교예에 따른 센서에 대한 시뮬레이션 결과로, RX 전극 라인에 따른 컷팅 프레인(cutting plane)에서 TX 전극 라인 및 더미 라인들의 전기적 포텐셜을 보여주는 그래프이다. 하나의 TX 전극 라인이 중앙에 위치하고 그 양측으로 복수의 더미 라인(서브 라인)이 배열된다. 이때, 상기 복수의 더미 라인(서브 라인)은 전기적으로 플로팅(floating) 되어 있다.
도 20은 도 19의 시뮬레이션에 대응하는 것으로, TX 전극면에서 RX 전극 라인에 따른 전기적 포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 20을 참조하면, 하나의 TX 전극 라인에 대응하는 중앙부에서 스파이크 피크가 발생하고 그 양측으로 복수의 더미 라인(서브 라인)에 의한 작은 피크들이 발생한 것을 알 수 있다. 더미 라인(서브 라인)들에 의한 피크들은 노이즈에 해당된다.
도 21은 다른 비교예에 따른 센서에 대한 시뮬레이션 결과로, RX 전극 라인에 따른 컷팅 프레인(cutting plane)에서 TX 전극 라인들 및 더미 라인들의 전기적 포텐셜을 보여주는 그래프이다. 세 개의 TX 전극 라인이 배치되고 이들 사이 및 양측으로 복수의 더미 라인(서브 라인)이 배열된다. 이때, 상기 복수의 더미 라인(서브 라인)은 전기적으로 플로팅(floating) 되어 있다.
도 22는 도 21의 시뮬레이션에 대응하는 것으로, TX 전극면에서 RX 전극 라인에 따른 전기적 포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 22를 참조하면, 세 개의 TX 전극 라인에 대응하는 영역에서 스파이크 피크가 발생하고 이들 사이 및 양측으로 더미 라인(서브 라인)들에 의한 작은 피크들이 발생한 것을 알 수 있다. 더미 라인(서브 라인)들에 의한 피크들은 노이즈에 해당된다.
도 23은 실시예에 따른 센서에 대한 시뮬레이션 결과로, RX 전극 라인에 따른 컷팅 프레인(cutting plane)에서 TX 전극 라인들 및 더미 라인들의 전기적 포텐셜을 보여주는 그래프이다. 세 개의 TX 전극 라인이 배치되고 이들 사이 및 양측으로 복수의 더미 라인(서브 라인)이 배열된다. 이때, 상기 복수의 더미 라인(서브 라인)은 접지되어 있다.
도 24는 도 23의 시뮬레이션에 대응하는 것으로, TX 전극면에서 RX 전극 라인에 따른 전기적 포텐셜의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 24를 참조하면, 세 개의 TX 전극 라인에 대응하는 영역에서 스파이크 피크가 발생하고 이들 사이 및 양측으로 더미 라인(서브 라인)들에 의한 피크들이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 더미 라인(서브 라인)들에 의한 노이즈 없이 우수한 감도로 센싱을 수행할 수 있다.
도 25는 비교예에 따른 터치-지문 복합 센서를 이용한 지문 감지시, 지문 감지 영역에서의 센싱 이미지를 보여주는 도면이다. 도 25의 비교예는, 지문 감지시, 지문 감지 영역 외측의 더미 라인(서브 라인)들에 고정 바이어스를 입력하지 않은 경우이다.
도 26은 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 이용한 지문 감지시, 지문 감지 영역에서의 센싱 이미지를 보여주는 도면이다. 도 26의 실시예는, 지문 감지시, 지문 감지 영역 외측의 더미 라인(서브 라인)들에 앞서 설명한 방식으로 고정 바이어스를 입력한 경우이다.
도 25 및 도 26을 비교하면, 도 25의 비교예의 경우, 측정 영역의 에지부(edge portion)에서 이미지 질이 떨어지지만, 도 26의 실시예에서는 에지부를 포함한 전체 영역에서 이미지 질이 균일하고 측정 성능이 개선된 것을 알 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 4 및 도 7 내지 도 14를 참조하여 설명한 터치-지문 복합 센서, 터치-지문 복합 센서를 포함한 전자 장치, 터치-지문 복합 센서의 동작방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술한 실시예에서는 하나의 층구조체 내에 복수의 터치 감지 전극들과 복수의 지문 감지 전극들을 함께 실장하였지만, 다른 경우에는, 제1 층구조체(기판구조체) 내에 복수의 터치 감지 전극들을 형성하고, 제2 층구조체(기판구조체) 내에 복수의 지문 감지 전극들을 형성하여, 이들을 합착하여 사용할 수도 있다. 그 밖에도 다양한 변형이 가능할 수 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
100, 101, 102 : 제1 전극 200, 201, 202 : 제2 전극
110, 111, 112 : 제1 터치 전극 120, 121, 122 : 제1 서브 전극
210, 211, 212 : 제2 터치 전극 220, 221, 222 : 제2 서브 전극
250 : 연결배선 A10, A11, A12 : 액티브 영역
B10, B11, B12 : 주변 영역 R10, R11, R12 : 지문 인식 영역
G10 : 제1 단위그룹 G20 : 제2 단위그룹
C10 : 제1 연결배선 C21, C22 : 제2 연결배선
C30 : 제3 연결배선 C41, C42 : 제4 연결배선
V1, V2 : 비아홀 CP10 : 회로부
1000 : 디스플레이 패널 2000 : 터치-지문 복합 센서
2100 : 연결부재 3000 : 투명막

Claims (30)

  1. 지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드;
    상기 터치 패드 내에 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극; 및
    상기 터치 패드 내에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제1 터치 전극 및 상기 제1 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제1 서브 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제2 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제2 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제2 서브 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제1 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제1 서브 전극이 배치되고,
    상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제2 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제2 서브 전극이 배치되고,
    상기 제1 단위그룹의 전극들 중 어느 하나의 전극 일측에 제1 그룹의 제1 서브 전극이 배치되고, 타측에 제2 그룹의 제1 서브 전극이 배치되며,
    상기 제1 그룹의 제1 서브 전극과 상기 제2 그룹의 제1 서브 전극은 전기적으로 상호 연결된, 터치-지문 복합 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단위그룹의 전극들 중 다른 하나의 전극 일측에 제3 그룹의 제1 서브 전극이 배치되고, 타측에 제4 그룹의 제1 서브 전극이 배치되며,
    상기 제3 그룹의 제1 서브 전극과 상기 제4 그룹의 제1 서브 전극은 전기적으로 상호 연결된 터치-지문 복합 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단위그룹의 전극들의 단부를 연결하는 제1 연결배선이 구비되고,
    상기 제1 그룹의 제1 서브 전극의 단부와 상기 제2 그룹의 제1 서브 전극의 단부를 상호 연결하는 제2 연결배선이 구비되며,
    상기 제1 연결배선과 상기 제2 연결배선은, 위에서 볼 때, 상호 교차하는 터치-지문 복합 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연결배선 중 어느 하나는 비아(via) 구조 및 상기 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함하는 터치-지문 복합 센서.
  6. 지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드;
    상기 터치 패드 내에 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극; 및
    상기 터치 패드 내에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제1 터치 전극 및 상기 제1 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제1 서브 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제2 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제2 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제2 서브 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제1 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제1 서브 전극이 배치되고,
    상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제2 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제2 서브 전극이 배치되고,
    상기 제2 단위그룹의 전극들 중 어느 하나의 전극 일측에 제1 그룹의 제2 서브 전극이 배치되고, 타측에 제2 그룹의 제2 서브 전극이 배치되며,
    상기 제1 그룹의 제2 서브 전극과 상기 제2 그룹의 제2 서브 전극은 전기적으로 상호 연결된 터치-지문 복합 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 단위그룹의 전극들 중 다른 하나의 전극 일측에 제3 그룹의 제2 서브 전극이 배치되고, 타측에 제4 그룹의 제2 서브 전극이 배치되며,
    상기 제3 그룹의 제2 서브 전극과 상기 제4 그룹의 제2 서브 전극은 전기적으로 상호 연결된 터치-지문 복합 센서.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 단위그룹의 전극들의 단부를 연결하는 제3 연결배선이 구비되고,
    상기 제1 그룹의 제2 서브 전극의 단부와 상기 제2 그룹의 제2 서브 전극의 단부를 상호 연결하는 제4 연결배선이 구비되며,
    상기 제3 연결배선과 상기 제4 연결배선은, 위에서 볼 때, 상호 교차하는 터치-지문 복합 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 연결배선 중 어느 하나는 비아(via) 구조 및 상기 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함하는 터치-지문 복합 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 터치 전극의 상기 제1 단위그룹은 상기 지문 인식 영역에 대하여 상기 제2 방향에 따른 일측 또는 양측에 복수 개로 배치되고,
    상기 복수의 제2 터치 전극의 상기 제2 단위그룹은 상기 지문 인식 영역에 대하여 상기 제1 방향에 따른 일측 또는 양측에 복수 개로 배치된 터치-지문 복합 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단위그룹 각각은 세 개 혹은 그보다 많은 제1 터치 전극으로 구성되고,
    상기 제2 단위그룹 각각은 세 개 혹은 그보다 많은 제2 터치 전극으로 구성되는 터치-지문 복합 센서.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패드는 상기 지문 인식 영역을 포함하는 액티브 영역 및 상기 액티브 영역 주위에 구비된 주변 영역을 포함하고,
    상기 주변 영역은 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 회로부에 연결하는 배선들을 포함하며,
    상기 주변 영역에서 상기 복수의 제1 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑되고, 상기 복수의 제2 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑되는 터치-지문 복합 센서.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패드는 원형 또는 타원형 구조를 갖는 터치-지문 복합 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 터치 패드는 액티브 영역 및 그 주위에 베젤(bezel) 영역을 포함하고,
    상기 베젤 영역에서 상기 복수의 제1 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑되고, 상기 복수의 제2 전극 중 일부가 전기적으로 그룹핑되는 터치-지문 복합 센서.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패드는 사각형 구조를 갖는 터치-지문 복합 센서.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 터치-지문 복합 센서를 이용한 터치 감지 모드에서,
    상기 복수의 제1 터치 전극 및 상기 복수의 제2 터치 전극을 선택적으로 활성화하고,
    상기 복수의 제1 서브 전극 및 상기 복수의 제2 서브 전극에는 고정 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 터치-지문 복합 센서.
  17. 지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드;
    상기 터치 패드 내에 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극; 및
    상기 터치 패드 내에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제1 터치 전극 및 상기 제1 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제1 서브 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제2 전극은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제2 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극들 사이에 배치된 복수의 제2 서브 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제1 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제1 서브 전극이 배치되고,
    상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제2 단위그룹의 전극들 사이에 적어도 하나의 상기 제2 서브 전극이 배치되고,
    터치-지문 복합 센서를 이용한 터치 감지 모드에서,
    상기 복수의 제1 터치 전극 및 상기 복수의 제2 터치 전극을 선택적으로 활성화하고,
    상기 복수의 제1 서브 전극 및 상기 복수의 제2 서브 전극에는 고정 바이어스 전압을 인가하도록 구성되고,
    상기 복수의 제1 터치 전극은 전송 전극(transmit electrode)(Tx 전극)이고,
    상기 복수의 제2 터치 전극은 수신 전극(receive electrode)(Rx 전극)이며,
    상기 터치 감지 모드에서 상기 복수의 제1 서브 전극에는 접지 전압을 인가하고, 상기 복수의 제2 서브 전극에는 접지 전압이 아닌 제1 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 터치-지문 복합 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 터치-지문 복합 센서는 상기 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극과 연결된 회로부를 더 포함하고, 상기 회로부는 AFE(analog front-end) 증폭기를 포함하며,
    상기 제1 바이어스 전압은 상기 AFE 증폭기의 입력 바이어스와 동일한 전압인 터치-지문 복합 센서.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제1 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비되고,
    상기 복수의 제2 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제2 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비된 터치-지문 복합 센서.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 터치-지문 복합 센서를 이용한 지문 인식 모드에서,
    상기 복수의 제1 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제1 전극들과 상기 복수의 제2 전극 중 상기 지문 인식 영역에 대응하는 제2 전극들을 선택적으로 활성화하고, 나머지 제1 전극들과 나머지 제2 전극들에는 고정 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 터치-지문 복합 센서.
  21. 제1항, 제3항 내지 제20항 중 어느 하나에 기재된 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치.
  22. 사용자의 터치 및 지문을 감지하는 터치-지문 복합 센서에 있어서,
    복수의 제1 터치 전극;
    상기 복수의 제1 터치 전극 사이에 복수의 제1 서브 전극;
    상기 복수의 제1 터치 전극과 교차하는 복수의 제2 터치 전극; 및
    상기 복수의 제2 터치 전극 사이에 복수의 제2 서브 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제1 단위그룹의 두 전극 사이에 적어도 하나의 상기 제1 서브 전극이 배치되고,
    상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹의 전극들을 포함하고, 상기 제2 단위그룹의 두 전극 사이에 적어도 하나의 상기 제2 서브 전극이 배치되며,
    터치 감지 모드에서, 상기 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제2 터치 전극을 선택적으로 구동하고, 상기 복수의 제1 서브 전극 및 복수의 제2 서브 전극에 고정 바이어스 전압을 인가하며,
    상기 복수의 제1 터치 전극은 전송 전극(Tx 전극)이고,
    상기 복수의 제2 터치 전극은 수신 전극(Rx 전극)이며,
    상기 터치 감지 모드에서 상기 복수의 제1 서브 전극에는 접지 전압을 인가하고, 상기 복수의 제2 서브 전극에는 접지 전압이 아닌 제1 바이어스 전압을 인가하도록 구성된, 터치-지문 복합 센서.
  23. 삭제
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 터치-지문 복합 센서는 회로부를 더 포함하고,
    상기 회로부는 AFE(analog front-end) 증폭기를 포함하며,
    상기 제1 바이어스 전압은 상기 AFE 증폭기의 입력 바이어스와 동일한 터치-지문 복합 센서.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 터치-지문 복합 센서는 지문 인식 영역을 포함하는 액티브 영역; 및 상기 액티브 영역 주위에 구비된 주변 영역;을 포함하고,
    상기 주변 영역은 상기 복수의 제1 터치 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제1 연결구조체; 상기 복수의 제1 서브 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제2 연결구조체; 상기 복수의 제2 터치 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제3 연결구조체; 및 상기 복수의 제2 서브 전극 중 일부를 전기적으로 그룹핑하는 제4 연결구조체; 중 적어도 하나를 포함하는 터치-지문 복합 센서.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 연결구조체 중 적어도 하나는 비아(via) 구조 및 상기 비아(via) 구조 내에 구비된 도전성 플러그를 포함하는 터치-지문 복합 센서.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 터치-지문 복합 센서는 지문 인식 영역을 정의하고,
    상기 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제1 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비되고,
    상기 복수의 제2 터치 전극 및 복수의 제2 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들은 단부가 상호 연결됨이 없이 독립적으로 구비된 터치-지문 복합 센서.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 터치-지문 복합 센서는 지문 인식 영역을 정의하고,
    지문 인식 모드에서, 상기 복수의 제1 터치 전극 및 복수의 제1 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들과 상기 복수의 제2 전극 및 복수의 제2 서브 전극 중에서 상기 지문 인식 영역에 대응하는 전극들을 선택적으로 활성화하고, 나머지 전극들에는 고정 바이어스 전압을 인가하는 터치-지문 복합 센서.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 터치-지문 복합 센서는 원형, 타원형 또는 사각형 구조를 갖는 터치-지문 복합 센서.
  30. 제22항, 제24항 내지 제29항 중 어느 하나에 기재된 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치.
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