KR20120138886A

KR20120138886A - 터치 센서

Info

Publication number: KR20120138886A
Application number: KR1020110058297A
Authority: KR
Inventors: 정진화
Original assignee: 솔렌시스 주식회사
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-27

Abstract

본 발명은 터치 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 매트릭스 형태로 배치되는 복수 개의 제1 센서 노드로 구성되는 제1 센서 어레이 영역과, 상기 제1 센서 노드보다 작은 크기의 복수 개의 제2 센서 노드로 구성되는 제2 센서 어레이 영역 및 상기 제1 센서 노드 및 상기 제2 센서 노드로부터 정전용량 변화를 감지하여 접촉 대상체의 접촉 위치를 판별하는 제어부를 구비하여, 상기 제2 센서 어레이 영역으로부터 지문을 인식할 수 있도록 하는 터치 센서에 관한 것이다.

Description

터치 센서{TOUCH SENSOR}

최근 컴퓨터 기술의 발달에 따라 다양한 용도의 Computer Based System이 개발되고 있으며 또한 key 입력은 사람 손의 조작 범위 내에서 어느 정도 개수의 key를 누르거나 접촉하는 것에 의해 그 key에 맞는 명령을 기기에 의해 행한다. 그러나 컴퓨터를 사용하는 본래의 목적인 정확신속편리 등을 위해서 사용자가 편리하게 사용할 수 있는 장치가 필요해지며, 이것은 key를 쳐서 선택하는 것보다 디스플레이화면을 손가락으로 직접 눌러 선택 터치패널은 컴퓨팅의 입력장치이다. 그 컴퓨터는 근년 급속히 고속화와 저가격화가 진행되고 보급되고 있다. 또 user 인터페이스에 관해서는 키보드 입력 중심의 CUI에서 마우스를 중심으로 한 포인팅디바이스에 의한 GUI로 이행했다. User needs는 컴퓨터에 대해서 고속성과 저가격과 함께 사용이 간편한 것을 추구하고 있다. 터치패널은 디스플레이에 표시되어 있는 버튼을 손가락으로 접촉하는 것만으로 컴퓨터를 대화적, 직감적으로 조작함으로써 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있는 입력장치이다. 고속정보화 사회에 돌입한 요즘에 있어서 거의 매일 사람들은 무슨 일이던 간에 컴퓨터와 접하고 있다. 최근 스마트폰 및 태블릿의 보급과 네트워크의 발달에 의해 데이터베이스에 간단하게 엑세스를 할 수 있게 되고 점점 다양한 인간들이 여러 곳에서 컴퓨터에 접속하는 필요성이 증가하고 있다. 컴퓨터를 누구라도 간단하게 사용할 수 있기 위해서 인터페이스로서 터치패널은 상당히 유용한 디바이스이다. 수 년동안 년 30%이상의 급격한 신장을 계속하고 있고 몇 년 전부터는 가속경향을 보인다. 은행 등의 ATM은 물론 가두의 검색안내시스템, 무인계약단말, POS, 게임기 등 폭 넓은 분야에서 시작하여, 최근에는 대부분의 디스플레이 장치에 사용되고 있다.

Touch 방식의 ITO유리는 전기 저항식 Touch Pannal과 전용식 Touch Pannel 2종류로 구분되는데, 이는 전도율이 있는 투명 ITO박막 및 ITO유리의 부착으로 이루어 지며, 전도성 면과 상대적으로, 중간에 정제 배열된 투명한 간격 부분을 두고 그 거리를 둔다.

이는 터치패널의 주요한 재료로써, 저항막식 방식(4line 또는5line방식), 표면식 정전용량 방식 등의 TP는 핸드폰, GPS, AIO PC, NB, 공업용(예 ATM), 의료용 등에 응용된다. TN/STN LCD ITO의 주요 응용되는 곳은 액정 모니터로 이미 일상 생활에서 보편적으로 응용되고 있으며, 각종 휴대용 전자제품, 사무설비, 가정용품 등: 새로운 것을 추구하는 시장에 부합하기 위해서 반짝임을 추구하는 다변화된 소비 패턴 및 제품 제조업자 역시 디스플레이 패널의 생동감 있고 시각적인 효과 등으로 상품의 부가가치 요구를 상승시키고자 하며, 이러한 종류의 상품은 액정 칼라 텔레비전, 노트북, 플라스마 모니터 (PDP), 액정 모니터(LCD), 전극 등을 응용할 수 있다.낮은 전기 소모, 수명 연장으로 인해 정전용량 방식 Touch Screen역시 ITO 재료를 사용하여야 하지만, 비교적 높은 원가로 인해 종전에는 관심을 받지 못하였다.

최근 들어서는 각종 정전용량 방식 Touch Screen상품이 속속들이 세상에 선을 보이게 되었다. 이에 가공 작업 진도가 대량화 되었고, 원가도 지속적으로 하락하여 점차적으로 정전용량 방식 Touch Screen이 일반화 되었다.

표면 정전용량 방식 Touch Screen은 단층의 ITO 를 적용하고 있으며, 손가락으로 Touch Screen 표면을 접촉할 경우, 일정양의 전하가 인체로 옮겨진다. 이러한 전하 손실을 회복하기 위해서 전하는 Screen의 사각으로 보충되어 들어가고 각 방향으로 보충해서 들어온 전하량과 touch지점의 거리를 비례로 나누어, touch지점의 위치를 추산할 수 있게 한다.

본 발명은 정전용량방식의 터치 센서를 이용하여 지문을 인식할 수 있도록 하는 장치를 제공하고자 한다. 특히 종래의 단순한 입력장치 수준의 터치 센서가 아닌 ITO 미세패턴 설계를 바탕으로 지문인식이 가능하도록 하여, 그 신뢰성 및 편의성을 향상시키고, 이를 터치폰 및 태블릿 PC로 적용할 수 있는 터치 센서를 제공하고자 한다.

특히, 터치 센서의 터치 영역을 일반적인 터치 기능을 수행하는 제1 어레이 영역과, 일반적인 터치 기능 이외의 지문 인식 기능을 수행하는 제2 어레이 영역으로 구분하고, 사용자의 설정에 의하여 잠금 해지를 하고자 할 때 화면의 일부분에 지문 인식장치로 기능할 수 있는 터치 센서를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.

본 발명에 따른 터치 센서의 일실시예로서, 매트릭스 형태로 배치되는 복수 개의 제1 센서 노드로 구성되는 제1 센서 어레이 영역; 상기 제1 센서 노드보다 작은 크기의 복수 개의 제2 센서 노드로 구성되는 제2 센서 어레이 영역; 및 상기 제1 센서 노드 및 상기 제2 센서 노드로부터 정전용량 변화를 감지하여 접촉 대상체의 접촉 위치를 판별하는 제어부를 구비하는 터치 센서를 제공한다.

이때, 상기 제2 센서 어레이 영역은 상기 제1 센서 어레이 영역 내의 지정된 영역에 제공되고, 상기 제2 센서 노드는 상기 제1 센서 노드에 대응하는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제2 센서 노드는, 각각의 제2 센서 노드에서 높낮이 패턴을 가지는 대상체 표면과의 수직 거리를 계산하고 조합하여 상기 대상체 표면의 높낮이 패턴을 생성하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 높낮이 패턴은 사람의 지문(fingerprint)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 사람의 지문을 형성하는 골부(203)의 폭 방향으로 적어도 3개 이상의 제2 센서 노드가 위치하는 것이 바람직하다.

상기 제2 센서 노드는 ITO 셀인 것이 바람직하다.

본 발명은 정전용량방식의 터치 센서를 이용하여 지문을 인식할 수 있도록 하는 장치를 제공할 수 있다. 특히 종래의 단순한 입력장치 수준의 터치 센서가 아닌 ITO 미세패턴 설계를 바탕으로 지문인식이 가능하도록 하여, 그 신뢰성 및 편의성을 향상시키고, 이를 터치폰 및 태블릿 PC로 적용할 수 있는 터치 센서를 제공할 수 있다.

특히, 터치 센서의 터치 영역을 일반적인 터치 기능을 수행하는 제1 어레이 영역과, 일반적인 터치 기능 이외의 지문 인식 기능을 수행하는 제2 어레이 영역으로 구분하고, 사용자의 설정에 의하여 잠금 해지를 하고자 할 때 화면의 일부분에 지문 인식장치로 기능할 수 있는 터치 센서를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복수 개의 센서 어레이 영역을 구비하여, 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 지문의 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 동작원리를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 동작 실시도.
도 5는 본 발명에 따른 터치 센서의 일실시예.
도 6은 본 발명에 따른 터치 센서의 동작 설명 도면.
도 7은 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 다른 실시예.
도 8은 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 다른 실시예의 동작 원리를 설명하는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "포함되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 포함되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 포함되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

지문 인식을 위한 기술로서는 광학식 지문인식 방식이 주로 사용되고 있다. 이는 강한 빛을 플래이튼(platen)에 쏘아 플래이튼에 얹혀진 손끝의 지문 형태를 반사하게 되고, 이 반사된 지문 이미지는 고굴절 렌즈를 통과하여 CCD에 입력된다. 입력된 지문 이미지는 특수한 알고리즘에 의하여 디지털화 되어지게 된다. 이러한 광학식은 정밀도가 좋고 기계적 안정성이 높은 대신 광원, 렌즈, CCD 카메라가 필요하여 비싸며 크기가 커서 소형화에 불리한 특징이 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 평상시에는 균일한 정전용량을 가지는 복수 개의 미세패턴의 센서 노드를 배열하여 어레이를 형성하고, 전하를 포함하고 표면에 산부(볼록부)와 골부(오목부)를 가지는 대상체가 접촉하는 경우 각 센서 노드에서 정전용량의 변화를 감지하여 표면의 산부와 골부가 형성하는 패턴을 인식하는 터치 센서를 제공하고 있다. 특히 이러한 터치 센서는 사람의 지문을 인식하는 데에 이용될 수 있다.

즉, 본 발명은 터치부(100)에 놓여지는 손가락의 지문을 형성하는 산부와 골부의 센서 어레이를 형성하는 각 센서 노드와의 수직 거리의 차이에 따른 전하량의 변화를 읽어서 지문 정보를 얻는 방식을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 복수 개의 센서 어레이를 구비하고, 일부 센서 어레이에서 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 구성도를 도시하고 있다.

먼저 본 발명에 따른 터치 센서에서 지문과 같은 높낮이를 가지는 패턴을 검출하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 각 센서 노드(121)에서 높낮이 패턴을 가지는 대상체 표면과의 거리에 따른 정전용량 변화를 인식하는 단계와, 상기 정전용량 변화에 따라 각 센서 노드(121)와 상기 대상체 표면의 수직 거리를 계산하는 단계와, 각 센서 노드(121)의 상기 수직 거리를 조합하여 상기 대상체 표면의 높낮이 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 터치 센서는 매트릭스 형태로 배치되는 복수 개의 제1 센서 노드(120)로 구성되는 제1 센서 어레이 영역과, 상기 제1 센서 노드(120)보다 작은 크기의 복수 개의 제2 센서 노드(121)로 구성되는 제2 센서 어레이 영역 및 상기 제1 센서 노드 및 상기 제2 센서 노드로부터 정전용량 변화를 감지하여 접촉 대상체의 접촉 위치를 판별하는 제어부(130)를 구비한다. 제어부(130)는 센서 칩 등의 용어로도 사용될 수 있다. 각 센서 노드는 제어부(130)와 전기적으로 연결되어 있고, 제어부(130)에서는 각 센서 노드의 정전용량 변화값을 측정하게 되고, 이를 조합하여 대상체의 표면 패턴을 생성하게 된다.

제1 센서 어레이 영역은 일반적인 터치 센서 영역이다. 본 발명의 핵심은 센서 화면의 일부분에 패턴설계를 지문이 인식 가능하도록 설계하여 제작하고, 일반적인 사용시에는 터치 센서로 작동하게 하고, 사용자의 설정에 의하여 잠금 해지를 하거나 보안상 인증이 필요한 경우에는 화면의 일부분(제2 센서 어레이 영역)에 지문 인식장치로 작동하게 할 수 있는 구성이다.

제2 센서 어레이 영역을 제작하는 방법에 대해 설명한다. 기판에는 전기 전도성을 가진 투명전도막이 제공된다. 일반적으로는 ITO(Indium Tin Oxide)인 것이 바람직하다. 이러한 ITO 층은 미세패턴 제조방법에 의해 형성된다. 즉, 센서 노드는 ITO 셀인 것이 바람직하다.

일반적으로 지문융선의 크기는 0.5mm 정도이고, 지문융선간의 골의 폭은 0.05~0.2mm 정도이다. 도 2를 참조하면, 지문융선(202)과 지문융선간의 골(203)이 표현되어 있다. 본 명세서에서는 지문융선은 지문의 산부, 지문융선간의 골은 지문의 골부라고 표현하기도 한다.

본 발명에서 사용하는 센서 노드의 크기는 이보다 훨씬 작게 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 해상도를 높이기 위해서는 적어도 지문융선간의 골(본 명세서에서는 골부라고 표현하기도 한다)의 폭에 적어도 3개 이상의 센서 노드가 제공되는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 동작원리를 설명하는 도면이 도시되어 있다. 손가락(200)이 터치부(100)에 접촉하는 경우, 터치부(100)에는 지문융선(202)을 형성하는 지문의 산부가 접촉하게 되고, 지문의 골부(203)는 이격되어 있다. 즉, 지문의 산부가 각 센서 노드와 이루는 수직 거리와 지문의 골부(203)가 각 센서 노드와 이루는 수직 거리는 차이가 발생하게 되고, 이는 각 센서 노드에서의 정전용량의 차이로 나타나게 된다.

이러한 각 센서 노드에서의 정전용량 값을 조합하여 이를 잇는다면 지문의 융선을 획득할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 핵심은 지문을 형성하는 산부와 골부의 높이(또는 깊이) 차이에 의해 평행한 터치부(100)에 접촉시 접촉하는 부분과 이격되는 부분이 구분되고, 이를 인식하는 미세패턴을 형성하는 센서 노드를 통해 지문 패턴을 획득하는 것에 있다.

도 4는 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 동작 실시도이다. 본 발명의 특징은 이러한 터치 센서를 소형화시킨 것에 있다. 이러한 터치 센서는 지문 인식을 통한 보안 장치에 응용될 수 있으며, 스마트폰이나 태블릿 PC에도 장착이 가능할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 터치 센서의 일실시예이고, 도 6은 본 발명에 따른 터치 센서의 동작 설명 도면이다. 상기 제2 센서 어레이 영역은 상기 제1 센서 어레이 영역 내의 지정된 영역에 제공되고, 상기 제2 센서 노드는 상기 제1 센서 노드에 대응하는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

앞에서 설명한 방식은 셀 방식 또는 Self capacitive panel 방식을 이용하는 정전용량 방식의 터치 센서를 설명한 것이다.

다만, 이외에도 mutual capacitive panel 방식을 이용하는 것도 가능하다. 도 7은 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 다른 실시예를 나타내고, 도 8은 본 발명에 따른 지문 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 센서의 다른 실시예의 동작 원리를 설명하고 있다.

각각 x축의 센싱 라인(141)과 y축의 센싱 라인(142)을 ITO 미세패턴 설계를 바탕으로 하여 제작하는 것이다. 다만, 이를 이용하는 경우, 수많은 터치 위치를 정확하게 인식할 수 있어야 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

100 : 터치부, 110 : 기판, 120 : 제1 센서 노드, 121 : 제2 센서 노드, 130 : IC, 200 : 손가락, 201 : 지문, 202 : 지문의 산부, 203 : 지문의 골부

Claims

매트릭스 형태로 배치되는 복수 개의 제1 센서 노드로 구성되는 제1 센서 어레이 영역;
상기 제1 센서 노드보다 작은 크기의 복수 개의 제2 센서 노드로 구성되는 제2 센서 어레이 영역; 및
상기 제1 센서 노드 및 상기 제2 센서 노드로부터 정전용량 변화를 감지하여 접촉 대상체의 접촉 위치를 판별하는 제어부를 구비하는,
터치 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 센서 어레이 영역은 상기 제1 센서 어레이 영역 내의 지정된 영역에 제공되고,
상기 제2 센서 노드는 상기 제1 센서 노드에 대응하는 형태로 배치되는,
터치 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 센서 노드는,
각각의 제2 센서 노드에서 높낮이 패턴을 가지는 대상체 표면과의 수직 거리를 계산하고 조합하여 상기 대상체 표면의 높낮이 패턴을 생성하는,
터치 센서.
청구항 3에 있어서,
상기 높낮이 패턴은 사람의 지문(fingerprint)인,
터치 센서.
청구항 4에 있어서,
상기 사람의 지문을 형성하는 골부(203)의 폭 방향으로 적어도 3개 이상의 제2 센서 노드가 위치하는,
터치 센서.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 센서 노드는 ITO 셀인,
터치 센서.