KR20120083246A - 지문 판독기를 구비한 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 - Google Patents

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KR20120083246A
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마이클 존 브로스난
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아바고 테크놀로지스 이씨비유 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
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Abstract

이중 손가락 또는 손 네비게이션 및 지문 판독 능력을 갖는 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널의 다양한 실시예들이 개시되어 있다. 일 실시예에서, 터치 스크린 또는 터치 패널을 통해 행해지는 정전용량 방식으로 감지된 손가락 또는 손 터치들을 판독하고 프로세싱하는 동일한 정전용량 방식 터치 스크린 제어기에 의해 지문들이 판독되고 프로세싱된다. 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널의 작은 부분이 인가된 사용자의 지문을 판독하는데 전용되며, 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널의 큰 또는 주요 부분들은 터치 스크린 또는 터치 패널을 통해 사용자의 손가락 또는 손 네비게이션을 감지하는데 전용된다.

Description

지문 판독기를 구비한 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널{CAPACITIVE TOUCHSCREEN OR TOUCH PANEL WITH FINGERPRINT READER}
본원에 설명된 다양한 발명의 실시예들은 일반적으로 정전용량 방식 감지 입력 장치 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널의 일부에서 터치 및 유사 터치를 탐지하며 정전용량 방식 터치 스크린 및 터치 패널의 다른 일부에서 지문을 판독하도록 구성된 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템, 장치, 컴포넌트 및 방법들에 관한 것이다.
2개의 주요한 정전용량 방식 감지 및 측정 기술이 현재 대부분의 터치 패드 및 터치 스크린 장치에 사용되고 있다. 이러한 첫 번째 기술은 자기-정전용량(self-capacitance) 기술이다. CYPRESS PSOCTM와 같은 집적회로(IC) 장치들이 하는 바와 같이, SYNAPTICSTM에 의해 제조되는 다수의 장치들은 자기-정전용량 측정 기술을 사용한다. 자기-정전용량은 1996년 8월 6일자에 “터치 패드 구동 핸드헬드 컴퓨팅 장치(Touch Pad Driven Handheld Computing Device)”라는 명칭으로 Bisset 등에게 허여된 미국 특허 제5,543,588호에 기재되어 있는 바와 같은 기법들을 사용하여 일련의 전극 패드들의 자기-정전용량을 측정하는 것을 포함한다.
자기-정전용량은 소정의 전압으로 유지되는 객체에 축적된 전하량(Q = CV)의 탐지를 통해 측정될 수 있다. 통상적으로, 자기-정전용량은 공지의 전압을 전극에 인가한 후 회로를 사용하여 동일한 전극에 얼마나 많은 전하가 흐르는지를 측정함으로써 측정된다. 외부 객체들을 전극에 가깝게 가져간 경우, 추가적인 전하가 전극으로 끌어당겨 진다. 결과적으로, 전극의 자기-정전용량은 증가한다. 많은 터치 센서들은 접지된 객체가 인체를 통해 접지된 손가락이 되도록 구성되며, 여기서 신체는 전기장이 사라진 표면에 대해 필수적으로 캐패시터가 되며, 통상적으로 약 100 pF의 정전용량을 갖는다.
자기-정전용량 터치 패드 내의 전극들은 통상적으로 행과 열로 배열된다. 먼저 행들을 스캐닝하고 열들을 스캐닝함으로써, 예를 들어, 손가락의 존재로 인해 유도되는 개별적인 상호 정전용량 변화들의 위치가 결정될 수 있다. 그러나, 결과적으로 터치패드에서 멀티-터치를 정확하게 측정하기 위해, 여러 손가락 터치들이 동시에 측정될 수 있어야 한다. 이러한 경우, 자기-정전용량 측정을 위한 행렬 기법은 확정적이지 않은 결과를 초래할 수 있다.
자기-정전용량 시스템에서 전극의 개수를 감소시킬 수 있는 하나의 방법은 톱니 패턴으로 전극을 인터리빙(interleaving)하는 것이다. 이러한 인터리빙은 제한된 개수의 인접 전극들에 의해 손가락이 감지되는 큰 영역을 생성하는데, 이는 더 우수한 보간(interpolation) 및 이로 인한 더 적은 전극들을 가능하게 한다. 이러한 패턴들은 IPOD 클릭-휠(IPOD click-wheel)에 사용되는 바와 같이, 특히 1 차원 센서에 효과적일 수 있다. 예컨대 2005년 4월 12일자에 "정전용량 터치 슬라이더(Capacitance touch slider)"라는 제목으로 Sinclair에게 허여된 미국 특허 제6,879,930호가 참조된다.
터치 패드 및 터치 스크린 장치에 채택된 두 번째로 주요한 정전용량 방식 감지 및 측정 기술은 상호 정전용량에 관한 기술이며, 여기서 측정은 전극의 교차 그리드(crossed grid)를 사용하여 수행된다. 예를 들어, 1999년 1월 19일자에 "데이터 입력을 위한 방법 및 장치(Methods and Apparatus for Data Input)"라는 제목으로 Gerpheide에게 허여된 미국 특허 제5,861,875호가 참조된다. 상호 정전용량 기술은 CIRQUETM에 의해 제조된 터치패드 장치에 사용된다. 단일 전도체의 정전용량이 측정되는 자기-정전용량 측정과 달리, 상호 정전용량 측정에서는 정전용량이 2개의 전도체 사이에서 측정되며, 이는 근접한 다른 객체들에 의해 영향을 받을 수 있다.
수많은 컴퓨터, 전자 장치, 및 모바일 전자 장치에서, 손가락 또는 손 터치를 감지하도록 구성된 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 및 관련 터치 스크린 제어기와 별도로 떨어져 있는 지문 판독기 및 관련 지문 제어기에 의해 지문이 판독된다.
단일 터치 스크린 또는 터치 패널 및/또는 단일 터치 스크린 제어기를 사용하며 손가락 또는 손 터치 탐지와 지문 판독 기능들을 결합한 정전용량 방식 측정 또는 감지 회로 또는 시스템이 필요하다.
일 실시예에서, 행 또는 열로 배열된 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극들, 및 상기 제1 복수의 전극들의 행 또는 열에 일정한 각도로 기울어져서 배열되는 행 또는 열로 배열된 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극들을 포함하며, 상기 제1 복수의 전극과 상기 제2 복수의 전극들이 교차하여, 각각 제1 셀 치수 및 제2 셀 치수를 갖는 제1 개별 셀 그룹 및 제2 개별 셀 그룹을 형성하는 위치에서 상기 제1 복수의 전극 및 상기 제2 복수의 전극들 사이에 상호 정전용량이 존재하며, 상기 상호 정전용량은 근접하는 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치들의 존재로 인해 변하는 터치 스크린과 상기 제1 복수의 구동 전극들에 동작 가능하게 연결된 구동 회로와 상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹의 상기 제2 복수의 감지 전극들에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 감지 회로를 포함하며, 상기 제1 그룹 및 상기 제1 셀 치수들은 상기 제1 감지 회로에 의해 상기 근접하는 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치들의 존재의 탐지를 허용하도록 구성되며, 상기 제2 그룹 및 상기 제2 셀 치수들은 상기 사용자의 손가락으로부터의 적어도 하나의 지문이 관련 상기 제1 감지 회로에 의해 판독되도록 허용하도록 구성되는 지문 판독기를 형성하는 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널이 제공된다.
다른 실시예에서, 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템 상에서 터치 또는 터치와 유사한 움직임들 및 인가된 사용자 지문을 탐지하는 방법으로서, 상기 시스템은 행 또는 열로 배열된 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극들, 및 상기 제1 복수의 전극들의 행 또는 열에 일정한 각도로 기울어져서 배열되는 행 또는 열로 배열된 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극들을 포함하며, 상기 제1 복수의 전극과 상기 제2 복수의 전극들이 교차하여, 각각 제1 셀 치수 및 제2 셀 치수를 갖는 제1 개별 셀 그룹 및 제2 개별 셀 그룹을 형성하는 위치에서 상기 제1 복수의 전극 및 상기 제2 복수의 전극들 사이에 상호 정전용량이 존재하며, 상기 상호 정전용량은 근접하는 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치들의 존재로 인해 변하는 터치 스크린과 상기 제1 복수의 구동 전극들에 동작 가능하게 연결된 구동 회로와 상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹의 상기 제2 복수의 감지 전극들에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 감지 회로를 포함하며, 상기 제1 그룹 및 상기 제1 셀 치수들은 상기 제1 감지 회로에 의해 상기 근접하는 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치들의 존재의 탐지를 허용하도록 구성되며, 상기 제2 그룹 및 상기 제2 셀 치수들은 상기 사용자의 손가락으로부터의 적어도 하나의 지문이 관련 상기 제1 감지 회로에 의해 판독되도록 허용하도록 구성되는 지문 판독기를 형성하며, 상기 터치 스크린 또는 터치 패널 상의 상기 제1 그룹으로 근접하는 손가락, 손가락 일부, 손 또는 손 일부의 적어도 하나의 터치 또는 터치와 유사한 움직임을 감지하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 터치 스크린 또는 터치 패널 상에 상기 제2 그룹의 적어도 일부와 접촉하는 상기 사용자 손가락의 지문 프레임을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들은 여기에 개시되어 있으며, 또는 본 명세서 및 도면들을 읽고 이해한 후 당업자에게 명백할 것이다.
다양한 실시예들의 서로 다른 양태들은 다음의 명세서, 도면, 및 청구항으로부터 명확해 질 것이다.
도 1은 정전용량 방식 터치 스크린 시스템의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2는 정전용량 방식 터치 스크린 제어기의 블록도를 도시한다.
도 3은 정전용량 방식 터치 스크린 시스템 및 호스트 제어기의 블록도의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 정전용량 방식 터치 스크린 시스템의 일 실시예의 블록도를 도시한다.
도 5는 네비게이션 영역 또는 부분(150)을 포함하는 터치 스크린 또는 터치 패널의 일 실시예를 도시한다.
도 6은 네비게이션 영역 또는 부분(150) 및 지문 판독 또는 감지 영역(160)을 포함하는 터치 스크린 또는 터치 패널의 일 실시예를 도시한다.
도 7은 지문 판독 또는 감지 영역(160)의 일 실시예를 도시한다.
도 8은 인가 또는 검증된 사용자의 지문을 등록하는 방법의 일 실시예를 도시한다.
도 9는 인가 또는 검증된 사용자의 지문을 검증하는 방법의 일 실시예를 도시한다.
도면들은 반드시 축적에 따르지 않을 수 있다. 도면들 전체에 걸쳐 동일한 도면 번호는 동일한 부품 또는 단계들을 지칭한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로, 정전용량 방식 터치 스크린 시스템(110)은 기저의 LCD 또는 OLED 디스플레이(112), 기저의 터치-감지 패널 또는 터치 스크린(90), 상기 터치 스크린(90) 상에 배치되는 보호 덮개 또는 유전체 판(95), 및 마이크로-프로세서, 주문형 집적회로(application specific integrated circuit (ASIC)) 또는 CPU인 터치 스크린 제어기(100)로 구성된다. LCD 또는 OLED 이외의 이미지 디스플레이가 터치 스크린(90)의 아래에 배치될 수 있다.
도 2는 터치 스크린 제어기(100)의 일 실시예의 블록도를 도시한다. 일 실시예에서, 터치 스크린 제어기(100)는 여기에 제시된 교시에 따라 변형된 Avago TechnoloqiesTM의 AMRI-5000 ASIC 또는 칩(100)일 수 있다. 일 실시예에서, 터치 스크린 제어기는 높은 정확도를 갖는 터치 스크린 시스템인 온-스크린 네비게이션(on-screen navigation)을 제공하도록 설계된 저전력 정전용량 방식 터치 패널 제어기이다.
도 3 및 도 4에 도시된 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널(90)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide (ITO))과 같은 전도성 물질을 유전체 판의 표면에 인가함으로써 형성될 수 있는데, 통상적으로, 유리, 플라스틱 또는 다른 적절한 전기 절연성 물질로서 바람직하게는 광투과성 물질을 포함하며, 대개 전극 그리드의 형상으로 구성된다. 그리드의 정전용량은 전하를 보유하며, 패널을 손가락으로 터치하면 사용자 신체에 회로 경로를 제공하는데, 이로 인해 정전용량의 변화가 일어난다.
터치 스크린 제어기(100)는 정전용량에서의 이들 변화들의 좌표를 감지 및 분석한다. 터치 스크린(90)이 그래픽 사용자 인터페이스를 갖는 디스플레이에 부착되어 있는 경우, 터치 좌표들을 추적함으로써 온-스크린 네비게이션이 가능하다. 다수의 터치들이 탐지되어야 하는 경우가 있다. 그리드의 사이즈는 터치들의 원하는 해상도에 의해 주로 정해진다. 통상적으로, 터치 스크린(90)의 최상 ITO 층을 보호하여 완벽한 터치 스크린 솔루션을 형성하는 추가 덮개 판(95)이 있다(예를 들어, 도 1 참조).
터치 스크린(90)을 생성하는 하나의 방식은 유전체 판 또는 기판의 단지 하나의 측면에만 ITO 그리드를 적용하는 것이다. 터치 스크린(90)이 디스플레이와 잘 맞는 경우, 추가적인 보호 덮개가 필요 없다. 이는 투과성(transmissivity (>90%))이 개선된 더 얇은 디스플레이 시스템을 생성하는 이점을 갖는데, 이로 인해 더 밝고 가벼운 핸드헬드 장치가 가능하다. 터치 스크린 제어기(100)를 위한 응용형태에는 스마트폰, 휴대용 미디어 플레이어, 모바일 인터넷 장치(mobile internet devices (MID)), 및 GPS 장치가 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 터치 스크린 제어기(100)는 9개의 구동 신호 라인 및 16개의 감지 라인이 터치 스크린 상의 ITO 그리드에 연결되어 있는 아날로그 전단(analog front end)을 포함한다. 터치 스크린 제어기(100)는 약 40kHz와 약 200kHz 사이의 범위에서 선택된 주파수를 가질 수 있는 구동 전극에 구형파, 미앤더(meander) 신호, 또는 다른 적절한 타입의 구동 신호와 같은 여기(excitation)를 인가한다. AC 신호는 상호 정전용량을 통해 감지 라인들에 커플링된다. 터치 스크린 또는 터치 패널(90)을 손가락으로 터치하는 것은 터치 지점의 정전용량을 변화시킨다. 터치 스크린 제어기(100)는 다수의 터치를 동시에 분석하고 추적할 수 있다. 높은 리프레시 율(refresh rate)은 호스트가 상당한 지연 없이 빠르게 터치 및 임의의 추가적인 움직임을 추적하게 한다. 임베디드된 프로세서는 데이터를 필터링하고, 터치 좌표를 식별하며, 호스트에 보고한다. 임베디드 펌웨어는 패치 로딩(patch loading)을 통해 업데이트될 수 있다. 당연히, 8 x 12 및 12 x 20 어레이와 같은 다른 개수의 구동 및 감지 라인들이 고려될 수 있다.
터치 스크린 제어기(100)는 다양한 레벨의 소비 전력을 갖는 다수의 동작 모드를 특징으로 한다. 휴식 모드에서, 제어기(100)는 휴식 레이트 레지스터(rest rate resister)들에 의해 프로그래밍된 속도로 터치들을 검색한다. 다수의 휴식 모드(rest mode)가 있으며, 이들 각각은 지속적으로 더 낮은 소비 전력을 갖는다. 일정한 시간 간격 동안 터치가 없는 경우, 제어기(100)는 다음 최저 소비 전력 모드로 자동으로 빠르게 바뀐다. 그러나, 소비 전력이 감소할수록, 터치에 대한 반응 시간은 증가한다.
일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(90) 상의 ITO 그리드 또는 다른 전극 구성에는 감지 열들(20a-20p) 및 구동 행들(10a-10i)을 포함하며, 감지 열들(20a-20p)은 대응하는 감지 회로에 동작 가능하게 연결되어 있으며, 행들(10a-10i)은 대응하는 구동 회로에 동작 가능하게 연결되어 있다. ITO 또는 다른 구동 및 감지 전극들을 터치 스크린 제어기(100)로의 라인들에 라우팅하기 위한 하나의 구성이 도 4에 도시되어 있다.
당업자는 변형 AMRI-5000 칩 또는 터치 스크린 제어기(100) 이외의 터치 스크린 제어기, 마이크로-프로세서, ASIC 또는 CPU가 터치 스크린 시스템(110)에 채택될 수 있으며, 여기에서 명확히 설명한 것 이외의 상이한 개수의 구동 및 감지 라인들 및 상이한 개수와 구성의 구동 및 감지 전극들이 본 발명의 다양한 실시예의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않는 한 채택될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
여기에 개시되어 설명된 다양한 실시예에서는 터치 스크린 전체에 대해 손가락 또는 손의 위치의 네비게이션 추적을 위한 종래의 정전용량 방식 터치 스크린 기능에 추가하여, 터치 스크린 또는 터치 패널(90) 상의 상대적으로 작은 부분이 사용자로부터 지문을 판독하는데 전용된다. 이는 별도의 지문 판독기와 관련된 추가 비용 및 회로들 및 이와 관련된 전용 지문 제어기 없이 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템(100)에서 지문 인식 능력을 손가락 또는 손 위치 네비게이션 추적 기능에 추가한다.
종래의 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널(90)에서는 투명 ITO 그리드들이 유리 또는 플라스틱 기판 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 손가락 위치들은 그리드의 행과 열 사이의 상호 정전용량의 변화에 기초하여 판단된다. 이러한 그리드 또는 셀에 관한 통상적인 셀 피치 또는 제1 그룹 셀 치수는 약 5mm인데, 이는 일반적으로 약 1 펨토 패럿(fF)의 상호 정전용량의 변화를 해결하기에 적합하다. 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 네비게이션 부분에 채택된 이러한 감지 그리드 또는 셀들(또는 제1 셀 그룹들)에 관해 다른 피치 또는 치수들이 채택되는 것이 고려될 수 있으며, 여기에는 약 4mm와 6mm 사이 범위, 약 3mm와 7mm 사이 범위, 약 2mm와 8mm 사이 범위, 및 약 1mm와 10mm 사이 범위에 있는 피치를 갖는 제1 그룹의 그리드 또는 셀들이 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
한편, 신뢰할 수 있고 정확한 지문 탐지는 예를 들어, 약 50 마이크로미터와 같이, 훨씬 더 작은 셀 피치 또는 제2 셀 치수를 갖는 ITO 그리드를 요구할 수 있다. 다른 그리드 또는 셀 피치(또는 제2 셀 치수)들 또한 고려되며, 여기에는 약 5 마이크로미터와 200 마이크로미터 사이, 약 10 마이크로미터와 100 마이크로미터 사이, 약 20 마이크로미터와 80 마이크로미터 사이, 및 약 30 마이크로미터와 70 마이크로미터 사이를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
그러나, 전도성 있는 ITO 트레이스(trace)들을 주요 터치 스크린 또는 터치 패널(90) 상에 더 작은 그리드 또는 공간적 배치로 배열하거나 구성함으로써, 지문들을 탐지하고 분석하도록 구성된 부분이 형성될 수 있다. 사용자가 주요 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 이러한 전용 지문 판독 영역 또는 부분을 통해 자신의 손가락을 갖다 댐으로써, 일례로, 동시 또는 순차적으로 얻어진 이미지, 크기(measurements), 또는 지문 프레임(frame)구조의 시퀀스로부터 지문 이미지가 구성될 수 있다.
획득된 크기, 이미지, 또는 프레임들은 프로세싱되어, 이들로부터 데이터가 추출되며, 추출된 데이터는 인증된 사용자 지문에 대응하는 데이터와 비교된다. 2개의 데이터 세트 사이의 충분히 우수한 일치가 획득되면, 사용자는 인증 사용자로 검증된다.
일 실시예에서, 상대적으로 작은 정전용량 방식 지문 감지 측정 또는 판독 영역 또는 부분은 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 주요 네비게이션 부분와 항상 전기적으로 병렬 연결되거나, 액정 디스플레이(“LCD”)와 결합되어 사용되는 유기 가판 상에 보통 채택되는 형태와 같은 박막 트랜지스터(“TFT”) 또는 스위치들을 사용함으로써 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 주요 네비게이션 부분와 별도로 전기적으로 연결 또는 연결 해제될 수 있다.
이러한 별도의 또는 연결 해제 가능한 구성들은, 작은 지문 감지 부분, 부분, 또는 영역(160)(도 6 및 도 7 참조)의 상호 정전용량이 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 네비게이션 부분보다 훨씬 더 작은 그리드 피치를 가지며, 이로 인해 이와 함께 채택되는 아날로그 감지 회로가 지문 이미지, 크기, 또는 프레임들을 신뢰할 수 있고 정확하게 탐지하기 위해 요구되는 고해상도의 더 작은 상호 정전용량 신호들을 분석할 수 있기 때문에 유리할 수 있으며, 네비게이션과 관련된 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 그리드 부분와 병렬 연결되는 경우보다 더 우수한 잡음 내성을 보일 수 있다.
TFT 스위치들은 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 더 큰 네비게이션 부분에 사용되어 터치 스크린(90)의 더 크고 더 작은 정전용량 방식 감지 부분들을 구분함으로써 결과적으로 전력을 절감시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 구동 라인 또는 전극들(S1-S16)(20a-20p) 및 구동 라인 또는 전극들(D1-D9)(10a-10p)을 포함하는 터치 스크린(90)의 일 실시예가 도시되어 있다. 감지 및 구동 라인 또는 전극들 간의 교차점은 큰 부분 또는 영역(150) 상의 종래의 손가락 또는 손 네비게이션에 적합하고 각각의 셀들이 이와 관련된 제1 셀 치수들을 갖는 제1 셀 그룹들을 형성한다. 도 5에 추가적으로 도시된 바와 같이, 구동 라인 또는 전극들(D1-D9)은 간격(172)을 가지며, 감지 라인 또는 전극들(S1-S16)은 간격(174)을 갖는데, 간격(172 및 174)은 손가락 또는 손이 이들 사이를 네비게이션함에 따라 터치 스크린 또는 터치 패널(90) 상에서 탐지, 감지, 또는 추적하는데 적합한 제1 셀 그룹의 그리드 간격에 대응한다.
도 6은 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서는 작은 고해상도의 정전용량 방식 감지 부분 또는 영역(160)이 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 오른쪽 하부 코너로 통합되어 부분 또는 영역(160) 상의 지문 탐지 또는 감지에 적합하고 이와 관련된 제2 셀 치수들을 갖는 제2 셀 그룹을 형성한다. 도 6에 추가적으로 도시된 바와 같이, 구동 라인 또는 전극들(D1-D9)은 간격(172)을 가지며, 감지 라인 또는 전극들(S1-S16)은 간격(174)을 갖는데, 간격들(172 및 174)은 제1 셀 그룹의 그리드 간격에 대응한다.
또한, 작은 고해상도 정전용량 방식 감지 부분 또는 영역(160)을 위해, 도 6의 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 나머지 3개의 코너 중 하나 이상, 도 6의 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 중심, 도 6의 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 모서리들 중 하나를 따라, 또는 임의의 다른 적절한 위치와 같은 다른 위치가 고려된다. 전술한 바와 같이, 도 6에 도시된 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 구성에서, 구성들을 연결시키며/시키거나 전환시키는 다른 감지 라인 또는 전극 또한 고려될 수 있는 경우에도, 감지 라인(S16)은 전기적으로 작은 고해상도 정전용량 방식 감지 부분 또는 영역(192)에 전기적으로 연결되어 있다.
도 6에서, 둘레(190)는 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 주요 네비게이션 부분(150) 및 이에 대응하는 제1 셀 그룹을 대략적으로 기술하고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 지문 탐지 또는 감지 부분 또는 영역(160)은 주요 네비게이션 영역 또는 부분(150)와 나란히 배치되거나 이에 인접하게 배치된다. 도면에 도시되지 않은 다른 실시예들에서, 지문 탐지 또는 감지 부분 또는 영역(160)은 주요 네비게이션 영역 또는 부분(150)의 일부와 나란히 배치되거나 이에 인접하게 배치되지 않고, 터치 스크린 또는 터치 패널(90)의 정전용량 방식 비활성 부분에 의해 이와 구분될 수 있다.
도 7은 제2 셀 그룹(160)에 대응하는 지문 탐지 또는 감지 부분 또는 영역(160)에서 구동 및 감지 라인 또는 전극들의 배열에 관한 일 실시예를 도시하는데, 이는 도 5 및 도 6에 도시된 제1 셀 그룹(150)에 대응하는 것보다 더 미세한 피치 또는 간격을 갖는다. 도 7에 도시된 지문 탐지 또는 감지 부분 또는 영역(160)의 실시예에서, 제2 셀 그룹의 그리드 또는 셀 간격(176)은 적어도 하나의 치수를 따라 50 마이크로미터이며, 반면에 다른 셀 피치 또는 간격들은 전술한 바와 같이 고려된다. 제1 셀 그룹 및 제2 셀 그룹 내의 셀들의 x축 치수 및 y축 치수는 서로 균일, 동일, 또는 일치하지 않을 수 있으며, 특정 설계 및 응용분야 요구사항들에 따라 쉽게 변경될 수 있다.
도 7을 계속 참조하면, 지문 탐지 또는 감지 부분 또는 영역(160)은 3개의 상이한 서브-부분들(60a, 160b, 및 160c)로 분할되는데, 그 각각은 구동 라인들(D7, D8, 및 D9)과 전기적으로 연결되어 있다. 서브 부분들(160a, 160b, 및 160c)의 각각에 있는 감지 라인들(S1 내지 S16)은 지문 또는 지문의 일부를 판독하거나 감지하는데 적합한 고해상도 이미지화 영역들을 형성한다. 전술한 바와 같이, 지문 감지는 서브 부분들(160a 내지 160c) 각각에서 부분(150) 상의 네비게이션 감지와 병렬적이거나 동시에 발생되거나, 적절한 다중화 또는 스위칭 회로를 사용함으로써 별도로 달성될 수 있다.
일부 실시예에서, 터치 스크린 제어기(100)에 의한 정전용량 방식 지문 프레임을 프로세싱하는 것은 발명자가 마치다(Machida)이고, 발명의 명칭이 “지문 검증 장치”인 미국 특허 제7,116,805호, 발명자가 바하라브(Baharav) 등이고 발명의 명칭이 “손가락 인식 및 손가락 네비게이션을 결합하기 위한 이미지화 시스템 및 장치”인 미국 특허 제7,274,808호, 발명자가 사파이(Safai) 등이고 발명의 명칭이 “네비게이션 및 지문 센서”인 미국 특허 제7,460,109호, 및 발명자가 마치다(Machida)이고 발명의 명칭이 “지문 검증 장치”인 미국 특허 제7,853,055호에 개시된 교시들의 일부에 따라 수행될 수 있으며, 이들 특허 전부는 아바고 테크놀로지(Avago Technologies) ECBU IP에 양도되었으며, 여기에 참조로서 전부 통합되어 있다. 이전 특허들이 광학적으로 탐지되는 지문에 관한 것이라면, 특허 출원의 명세서 및 도면을 읽고 이해할 때 당업자가 인식하는 바와 같이, 프레임 프로세싱 기법들은 여기에 설명되고 개시된 정전용량 방식 기반 프레임에 사용되는데 적합할 수 있다.
일 실시예에서, 부분(160) 상에 배치된 덮개 유리 또는 플라스틱 층은 부분(150) 상에 배치된 이러한 덮개 유리 층의 다른 부분보다 더 얇을 수 있으며, 그 목적은 지문 감지 부분(160)에서 지문 해상도를 증가시키기 위한 것이다.
도 8을 참조하면, 터치 스크린 또는 터치 패널(90)이 동작 가능하게 연결된 장치의 인가되거나 검증된 사용자를 등록하는 방법의 일 실시예가 도시되어 있으며, 여기에는 LCD, 컴퓨터 디스플레이, 랩탑 컴퓨터, 개인용 휴대 단말기(PDA), 모바일 전화기, 라디오, MP3 플레이어, 휴대용 음악 플레이어, 고정 장치, 텔레비전, 스테레오, 운동 기구, 산업 제어, 제어 패널, 외부 제어 장치, 가전 기구, 또는 임의의 다른 적절한 전자 장치가 있다. 일 실시예에서, 이러한 전자 장치는 인가된 사용자 및 터치 스크린 제어기(100)에 의해 등록 프로세스를 통해 초기에 설정되는데, 여기서 터치 스크린 제어기(100)는 인가된 사용자의 지문에 대응하는 적어도 하나의 인가 이미지 또는 프레임으로부터 특성 또는 파라미터들을 추출한다.
도 8에서, 방법(200)은 인가된 사용자가 자신의 손가락을 지문 탐지 부분(160)에 위치시키거나 갖다 대는 것을 단계 204에서 요청함으로써 시작된다. 신호 프레임 또는 이미지는 정전용량 방식 터치 스크린 시스템(110) 및 제어기(100)에 의해 단계 206에서 획득된다. 이미지 또는 프레임이 획득된 후에, 일 실시예에서, 단계 208에 도시된 바와 같이, 터치 스크린 제어기(100)는 획득된 지문 이미지 또는 프레임을 검사하고, 예를 들어, 중요한 피크(peak) 및 밸리(valley) 즉, 획득된 이미지 또는 프레임 내의 이들의 서로에 대한 위치를 식별함으로써 지문 이미지 또는 프레임과 관련된 파라미터 또는 특성들, 또는 다른 관련 특성들을 추출한다. 인가된 사용자의 지문 이미지 또는 프레임의 경우, 피크, 밸리, 지문 접촉 사이즈, 신호 피크 강도, 지문 접촉 형상, 및/또는 임의의 다른 적절한 파라미터들의 상대적인 행과 열의 위치들이 터치 스크린 제어기(100)에 의해 이미지 또는 프레임으로부터 추출된다. 단계 208에서 계산되는 지문 파라미터 또는 특성들의 최종 세트는 단계 210에서 터치 스크린 제어기(100)의 일부를 형성하거나 이에 동작 가능하게 연결될 수 있는 저장 장치 또는 메모리, 펌웨어, 하드웨어 회로에 저장되거나 저장된다. 단계 212에서, 인가된 사용자는 성명 또는 ID를 제공하도록 요청받으며, 단계 214에서, 저장되거나 저장된 지문 파라미터 또는 특성 세트가 인가된 사용자와 관련된다. 다수의 지문 파라미터 또는 특성 세트들은 전자 장치의 인가되거나 검증된 상이한 사용자에 대응하여 생성되고 저장될 수 있다. 도 8에 도시된 단계 216에서 방법(200)의 단계들을 종료하는 것은 일반적인 등록 절차를 완료시킨다. 자신의 손가락을 부분(160)에 실제로 위치시키거나 갖다 대지 않은 사용자 또는 등록을 위해 적절하지 않은 방식으로 자신의 손가락을 부분(160)에 위치시키거나 갖다 대는 사용자와 같이 바람직하지 않거나 부정적인 조건들을 탐지함으로써 방법(200) 내의 임의의 스테이지에서 비정상적인 등록이 탐지될 수 있다.
도 9를 참조하면, 여기에 개시된 사용자 인가 또는 검증 기법 및 장치들의 일부에 대응하는 방법의 일 실시예가 도시되어 있다. 방법(300)은 사용자가 자신의 손가락을 지문 판독 또는 감지 부분(160)에 위치시키거나 갖다 대라고 단계 304에서 요청함으로써 시작된다. 신호 프레임 또는 이미지는 정전용량 방식 터치 스크린 시스템(110) 및 터치 스크린 제어기(100)에 의해 단계 306에서 획득된다. 이미지 또는 프레임이 획득된 후에, 일 실시예에서, 단계 308에 도시된 바와 같이, 터치 스크린 제어기(100)는 획득된 지문 이미지 또는 프레임을 검사하고, 예를 들어, 중요한 피크 및 밸리 즉, 획득된 이미지 또는 프레임 내의 서로에 대한 이들의 위치 또는 다른 특성들을 식별함으로써 지문 이미지 또는 프레임과 관련된 파라미터 또는 특성들을 추출한다. 인가된 사용자의 지문 이미지 또는 프레임의 경우, 피크, 밸리, 지문 접촉 사이즈, 신호 피크 강도, 지문 접촉 형상, 및/또는 임의의 다른 적절한 파라미터들의 상대적인 행과 열의 위치들이 터치 스크린 제어기(100)에 의해 이미지 또는 프레임으로부터 추출된다. 터치 스크린 제어기(100)에 의해 획득된 이미지 또는 프레임으로부터 추출된 이러한 제1 지문 파라미터 또는 특성 세트는 단계 310에서 이전의 인가 또는 검증된 사용자에 대응하는 제2 지문 파라미터 또는 특성 세트와 비교된다. 단계 312에서 제1 특성 세트와 제2 특성 세트 사이의 우수한 일치가 획득되면, 사용자는 검증 사용자로 인가된다.
본 발명의 다양한 실시예들은 여기에 개시된 실시예들과 함께 고려된다. 전술한 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아닌 본 발명의 예시로서 고려되어야 한다. 본 발명의 앞선 실시예들에 더하여, 상세한 설명 및 첨부 도면들을 검토하면 본 발명의 다른 실시예들이 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 여기에 명확하게 개시되어 있지 않은 본 발명의 이전 실시예들의 수많은 조합, 치환, 변화, 및 변형예들도 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (30)

  1. 행 또는 열로 배열된 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극과, 상기 제1 복수의 전극의 행 또는 열에 일정한 각도로 기울어져서 행 또는 열로 배열된 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극을 포함하는 터치스크린?상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극과 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극이 교차하여 각각 서로 연관된 제1 셀 치수 및 제2 셀 치수를 갖는 제1 개별 셀 그룹 및 제2 개별 셀 그룹을 형성하는 위치에서 상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극과 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극 사이에 상호 정전용량이 존재하며, 상기 상호 정전용량은 터치 스크린에 근접하는 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치의 존재로 인해 변경됨?과,
    상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극에 동작 가능하게 연결된 구동 회로와,
    상기 제1 개별 셀 그룹 및 상기 제2 개별 셀 그룹의 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극에 동작 가능하게 연결된 적어도 제 1 감지 회로를 포함하며,
    상기 제1 개별 셀 그룹 및 상기 제1 셀 치수(dimension)는 근접하게 놓여진 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치의 존재의 탐지를 상기 제1 감지 회로에 의해 가능하게 하도록 구성되며, 상기 제2 개별 셀 그룹 및 상기 제2 셀 치수는 상기 사용자의 손가락으로부터의 적어도 하나의 지문이 그와 관련된 상기 제1 감지 회로에 의해 판독되는 것이 가능하도록 구성된 지문 판독기를 형성하는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극의 상기 제1 개별 셀 그룹 및 상기 제2 개별 셀 그룹은 동시에 상기 제1 감지 회로에 동작 가능하게 연결되는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 개별 셀 그룹 및 상기 제2 개별 셀 그룹 중 적어도 하나는 임의의 소정의 시간에 상기 제1 감지 회로에 동작 가능하게 연결되는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 개별 셀 그룹 또는 상기 제2 개별 셀 그룹은 제어 가능 스위치를 통해 상기 제1 감지 회로에 동작 가능하게 연결되는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 스위치는 상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극과 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극 중 적어도 하나에 동작 가능하게 연결되는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 가능 스위치는 박막 트랜지스터인
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극 및 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극은 유리 기판 상에 배치되는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 개별 셀 그룹은 상기 제1 개별 셀 그룹과 떨어진 상기 터치 스크린의 분리된 개별 영역에 위치되는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 개별 셀 그룹은 외부 둘레(perimeter)에 의해 한정되는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 외부 둘레의 적어도 일부는 상기 제1 개별 셀 그룹의 적어도 일부와 인접하는(adjoin)
    전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 개별 셀 그룹은 상기 터치 스크린의 근처 또는 코너(corner)에 위치하는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 개별 셀 그룹은 직사각형, 정사각형, 원 또는 타원을 형성하는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 감지 회로는 상기 제1 개별 셀 그룹의 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극에 동작 가능하게 연결된 제1 감지 회로 및 상기 제2 개별 셀 그룹의 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극에 동작 가능하게 연결된 제2 감지 회로를 더 포함하는
    정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 또는 터치 패널에 근접하게 놓여진 상기 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치와 관련된 제1 데이터 및 상기 적어도 하나의 지문과 관련된 제2 데이터는 단일 터치 스크린 제어기에 의해 프로세싱되는
    터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 개별 셀 그룹은 약 4mm와 약 6mm 사이 범위, 약 3mm와 약 7mm 사이 범위, 약 2mm와 약 8mm 사이 범위, 및 약 1mm와 약 10mm 사이 범위에 걸쳐진 관련 셀 치수들을 갖는
    터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 개별 셀 그룹은 약 5 마이크로미터와 약 200 마이크로미터 사이 범위, 약 10 마이크로미터와 약 100 마이크로미터 사이 범위, 약 20 마이크로미터와 약 80 마이크로미터, 및 약 30 마이크로미터와 약 70 마이크로미터 사이 범위의 걸쳐진 관련된 셀 치수들을 갖는
    터치 스크린 또는 터치 패널 시스템.
  17. 정전용량 방식 터치 스크린 또는 터치 패널 시스템에서 터치 또는 터치와 유사한 움직임 및 인증된 사용자 지문을 탐지하는 방법으로서,
    상기 시스템은 행 또는 열로 배열된 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극과, 상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극의 행 또는 열에 일정한 각도로 기울어져서 행 또는 열로 배열된 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극을 포함한 터치 스크린?상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극과 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극이 교차하여, 각각 관련된 제1 셀 치수 및 제2 셀 치수를 갖는 제1 개별 셀 그룹 및 제2 개별 셀 그룹을 형성하는 위치에서 상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극 및 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극 사이에 상호 정전용량이 존재하며, 상기 상호 정전용량은 터치 스크린에 근접하는 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치들의 존재로 인해 변경됨?과, 상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극에 동작 가능하게 연결된 구동 회로와, 상기 제1 개별 셀 그룹 및 상기 제2 개별 셀 그룹의 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 제1 감지 회로를 포함하며, 상기 제1 개별 셀 그룹 및 상기 제1 셀 치수들은 상기 근접하는 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치의 존재의 탐지를 상기 제1 감지 회로에 의해 가능하게 하도록 구성되며, 상기 제2 개별 셀 그룹 및 상기 제2 셀 치수들은 상기 사용자의 손가락으로부터의 적어도 하나의 지문이 그와 관련된 상기 제1 감지 회로에 의해 판독되는 것이 가능하도록 구성되는 지문 판독기를 형성하며, 상기 방법은, 상기 터치 스크린 또는 상기 터치 패널 상의 상기 제1 개별 셀 그룹으로 근접하는 손가락, 손가락 일부, 손 또는 손 일부의 적어도 하나의 터치 또는 유사 터치를 감지하는 단계를 포함하는
    방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 또는 상기 터치 패널 상의 제2 개별 셀 그룹의 적어도 일부와 접촉하도록 놓여진 상기 사용자 손가락의 지문 프레임을 획득하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 지문 프레임과 관련된 지문 파라미터들을 추출하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 추출된 지문 파라미터들을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 획득 단계, 상기 추출 단계, 및 상기 저장 단계는 상기 사용자의 등록 절차와 관련되는
    방법.

  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 등록 절차의 일부로서 상기 사용자의 성명 또는 ID를 요청하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 획득 단계 및 상기 추출 단계는 상기 사용자를 위한 인증 절차와 관련되는
    방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 추출된 지문 파라미터를 메모리 내에 저장되어 있는 인증된 사용자 지문 파라미터들과 비교하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 추출된 지문 파라미터 및 상기 인증된 사용자 지문 파라미터가 충분히 매치(match)하는지 여부를 판단하여 상기 추출된 지문 파라미터들이 상기 인증된 사용자와 관련되어 있다고 판단하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 개별 셀 그룹 또는 상기 제2 개별 셀 그룹을 제어 가능 스위치를 통해 상기 제1 감지 회로에 동작 가능하게 연결하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 스위치를 상기 제1 복수의 전기 전도성 구동 전극과 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극 중 적어도 하나에 동작 가능하게 연결하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 감지 회로를 상기 제1 개별 셀 그룹의 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극에 동작 가능하게 연결하며, 제2 감지 회로를 상기 제2 개별 셀 그룹의 상기 제2 복수의 전기 전도성 감지 전극에 동작 가능하게 연결하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 또는 상기 터치 패널에 근접하게 놓여지는 상기 사용자의 하나 이상의 손가락 또는 터치 장치와 관련된 제1 데이터를 프로세싱하는 단계와 상기 적어도 하나의 지문을 판독하는 것과 제2 데이터를 관련시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  30. 제 17 항에 있어서,
    단일 터치 스크린 제어기를 사용하여 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터를 프로세싱하는 단계를 더 포함하는
    방법.
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