KR20150087811A - 지문 인식 가능한 터치 검출 장치 - Google Patents

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성승규
이준석
윤주안
최가원
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Abstract

본 발명의 터치 검출 장치는 제1 방향에 대해 나란히 배열되어,각각이 구동 신호가 인가되는 복수 개의 구동 전극들, 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 나란히 배열되어, 각각이 상기 구동 신호에 대한 터치 발생 수단으로부터의 응답 신호를 수신하는 복수 개의 감지 전극들, 및 상기 구동 전극들과 상기 감지 전극들 사이에 위치하는 절연층을 포함하고, 상기 각 구동 전극과 상기 감지 전극은 서로 오버랩되는 면적이 최소화되도록 형성된다.

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.
생체 인식 산업은 지문, 음성, 얼굴, 손 또는 홍채와 같은 개인의 고유한 특징을 이용한 개인 인증 시스템에 관한 것이다. 이때 비용, 사용의 편의성 및 정확성의 측면에서 개인의 고유한 특징 중 지문을 이용한 개인 인증 방법이 널리 사용되고 있다.
지문 인식 장치는 금융 기기, 출입 통제기,모바일 장치, 노트북 등에서 단독으로 사용되기도 하지만, 최근 태블릿 PC, 스마트폰과 같은 모바일 장치가 널리 보급됨에 따라 사용자들의 편의를 위해 지문 인식 장치를 터치 패널과 함께 사용할 수 있는 기술이 개발되고 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.
종래의 지문 인식 센서는 디스플레이와 별개의 하드웨어 구조를 가지기 때문에 별도의 공간을 필요로 하는데, 모바일 장치가 점점 소형화되고 슬림화 되면서 지문 인식 센서의 위치 및 공간의 제약이 생기게 되었다.
또한 종래의 터치 센싱 기술 및 지문 인식 기술은 개별적으로 구현되어 사용시의 특정 상황에 대하여 개별 기능을 목적으로 하고 있다. 터치 센싱 기능과 지문 인식 기능이 모두 포함된 모바일 장치의 경우 이를 개별적으로 개발 및 제작하기 위해서는 각각 별도의 비용 및 노력이 필요한 문제가 있다.
본 발명의 목적은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모바일 장치에 대한 위치 및 공간의 제약이 없이 터치 센싱 기능과 지문 센싱 기능을 모두 갖는 터치 검출 장치를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 센싱 모드에서 터치 객체와 터치 정전용량을 생성하며, 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력하는 복수의 제1 센서 전극들; 지문 센싱 모드에서 사용자의 지문의 형상에 따른 지문 센싱 신호를 출력하는 복수의 제2 센서 전극들; 및 상기 제1 센서 전극들 및 상기 제2 센서 전극들 하부에 위치하여 화면을 표시하는 디스플레이 장치; 및 상기 터치 센싱 모드에서는 상기 제1 센서 전극들의 구동 및 감지 동작을 제어하고, 상기 지문 센싱 모드에서는 상기 제2 센서 전극들의 구동 및 감지 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 센서 전극 또는 상기 제2 센서 전극 각각은 서로 독립된 전극으로서 다른 제1 센서 전극 또는 다른 제2 센서 전극과 행 방향 또는 열 방향으로 서로 연결되어 있지 아니하며, 각각 별도의 제1 센싱 트레이스 또는 제2 센싱 트레이스를 통해 각각 구동회로와 연결된다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 검출 장치는 제1 방향에 대해 나란히 배열되어,각각이 구동 신호가 인가되는 복수 개의 구동 전극들, 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 나란히 배열되어, 각각이 상기 구동 신호에 대한 터치 발생 수단으로부터의 응답 신호를 수신하는 복수 개의 감지 전극들, 및 상기 구동 전극들과 상기 감지 전극들 사이에 위치하는 절연층을 포함하고, 상기 각 구동 전극과 상기 감지 전극은 서로 오버랩되는 면적이 최소화되도록 형성된다.
상기 구동 전극은 상기 감지 전극에 오버랩되는 영역은 제1 면적으로 형성하고, 상기 감지 전극과 오버랩되지 않는 영역은 상기 제1 면적보다 넓은 제2 면적으로 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 구동 전극과 감지 전극의 오버랩되는 영역이 최소화되도록 형성함으로써, 기생 커패시턴스에 의한 영향을 최소화하고, 지문 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치는 디스플레이 위에서 멀티 터치 인식 및 지문 인식이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치는 터치 센서 공정을 이용하여 지문 센서를 구현할 수 있어 제조 공정의 단순화, 비용 절감의 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자 장치의 시스템 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전자 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 지문 센싱 영역을 확대한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 그림이다.
도 7은 비교 예에 따른 전극 패턴을 나타낸 상면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 패턴을 나타낸 상면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 패턴을 나타낸 상면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 6의 전극 배열을 나타내기 위한 단면도이다.
도 11은 도 7의 전극 패턴과 도 8의 전극 패턴의 성능 비교 결과를 나타낸 표이다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 평면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 보다 자세히 나타낸 평면도이다.
도 14는 도 13의 X영역을 나타낸 확대도이다.
도 15는 본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 사시도이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 구동IC의 결합을 설명하기 위한 상태도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치의 사용상태도이다.
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 전자 장치를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 전자 장치의 시스템 블럭도이다.
전자 장치(1)는 이미지를 디스플레이 하는 표시 영역, 비표시 영역, 및 홈 버튼 등을 포함한다. 전자 장치(1)는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 전자 장치를 포함할 수 있으며, 이 외에도 데스크탑 PC, 태블릿 PC, 랩탑 PC도 포함할 수 있다.
비표시 영역 중 홈 버튼에 인접한 영역에는 전자 장치의 기능을 활성화/비활성화시키기 위한 터치 버튼이 더 포함될 수 있다.
표시 영역은 터치 검출 장치(20) 및 디스플레이 장치(30)를 포함한다. 일 실시예에 따라 표시 영역은 디스플레이 장치 위에 터치 검출 장치를 장착하여, 전자 장치(1)는 데이터를 디스플레이 장치를 통해 표시하고, 터치 검출 장치를 통해 터치 발생 수단의 터치 입력을 검출하여 입력 신호로 인지한다. 다른 실시예에 따라 터치 검출 장치는 디스플레이 장치 내에 결합되어 구현될 수도 있다.
터치 검출 장치(20)는 사용자 또는 도전체를 접촉하거나 일정 거리에 근접한 경우(이하, 터치라 한다) 이를 인식하여 터치 센싱 신호를 출력한다.
지문 센서는 사용자 손가락 표면의 지문 형상을 센싱하여 지문 센싱 신호를 출력한다.
지문 센서를 정전용량 방식으로 구현할 경우 터치 검출 장치의 터치 검출 센싱과 유사하나, 지문 형상을 센싱하기 위해서는 최소 300DPI 이상의 높은 해상도가 필요하다.
제어부(10)는 터치 센싱 신호 또는 지문 센싱 신호에 따라 전자 장치(1)의 동작을 제어한다. 예를 들면, 지도 어플리케이션이나 게임 어플리케이션에서, 터치 센싱 신호에 따라 포인팅 지점을 이동하도록 제어한다. 다른 예를 들면, 지문 센싱 신호는 지문 인식 어플리케이션에 따라 사용자 식별 정보로 변환하여, 결제 어플리케이션, 잠금/해제 어플리케이션 실행에 이용하도록 제어한다.
도 3은 도 1에 도시된 전자 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
제어부(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 동작 및 지문 센싱 동작을 제어한다. 사용자가 전자 기기(1)의 표시 영역을 터치할 경우, 제어부(10)는 먼저 지문 센싱 모드(BTP mode)인지 여부를 판단한다(S11).
사용자의 터치가 지문 센싱 모드가 아닌 경우(off) 터치 센싱 모드(TSP mode)로 동작(on)하고(S21), 지문 인증이 되지 않았으므로 일부 정보가 숨김 상태로 표시되는 게스트 모드(Guest mode)로 동작한다(S22).
사용자의 터치가 지문 센싱 모드인 경우(on) 터치된 적어도 하나 이상의 손가락에 대해 지문 인식을 시도한다(S12). 인식된 상기 손가락의 지문이 기 등록된 지문과 일치하는지 여부를 판단하는데(S13), 일치하지 않으면 지문 센싱을 다시 시도하고(S14), 다시 인식된 지문도 일치하지 않으면 오프 모드(off mode), 즉 인증이 되지 않은 게스트 모드로 동작한다.
사용자의 손가락으로부터 인식된 지문이 기등록된 지문과 일치하면(S13), 지문 센싱 모드(BTP mode)를 오프하고(S15), 터치 센싱 모드로 진입한다(S16).이후 전자장치(100)는 사용자의 터치를 인식하여 어플리케이션 실행 등의 동작을 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4의 지문 센싱 영역을 확대한 확대도이다.
도 4를 참고하면,터치 검출 장치(100)는 복수의 터치 센서 송신 전극(Tx_sT)들과 복수의 수신 전극(Rx)들을 포함한다. 일 예로 터치 센서 송신 전극(Tx_sT)들 각각과 수신 전극(Rx)들 각각은 서로 직교하며 교차하도록 도시하였으나, 다양한 실시예에 따라 상기 송신 전극과 수신 전극은 다른 형태로 배열될 수 있다.
터치 검출 장치(100)는 터치 모드에서 상호 정전용량 방식으로 터치 센서 송신 전극(Tx_sT)들의 구동신호에 응답하는 수신 전극(Rx)에서의 신호를 센싱하여 터치 센싱 신호를 검출한다. 설명의 편의를 위하여, 상호 정전용량 방식으로 터치 센싱 하는 기술은 기 공지된 기술에 따른다.
터치 센서 송신 전극(Tx_sT)들 각각은 복수의 지문 센서 송신 전극(Tx_fp)들을 포함한다. 도 4에서 일 실시예로 하나의 터치 센서 송신 전극(Tx_sT)당 두 개의 지문 센서 송신 전극(Tx_fp)들이 포함되어 배열되나, 이에 한정되지 아니하고 지문 해상도에 따라 터치 센서 송신 전극에 복수 개의 지문 센서 송신 전극이 포함될 수 있다.
지문 센서(110)는 지문 센서 송신 전극(Tx_fp)과 수신 전극(Rx)을 포함한다. 도 5를 참고하면, 지문 센서 송신 전극(Tx_fp,13)과 터치 센서 송신 전극(Tx_sT,11)은 기설정된 간격(15)으로 떨어져서 평행하게 배열된다.터치 모드에서는 터치 센서 송신 전극(11)은 복수 개의 지문 센서 송신 전극(13)과 함께 활성화 되어 동작하고, 지문 센싱 모드에서는 터치 센서 송신 전극(11)은 비활성화 되고, 복수 개의 지문 센서 송신 전극(13)만 활성화 되어 동작한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 그림이다.
터치 검출 장치(300)는 도 6과 같이 터치 송신 전극(21)과 터치 수신 전극(23), 구동회로(25) 및 감지회로(26)를 포함한다. 터치 검출 장치(300)는 터치 모드에서 상호 정전용량 방식으로 터치 송신 전극(21)들의 구동신호에 응답하는 터치 수신 전극(23)에서의 신호를 센싱하여 터치 센싱 신호를 검출한다. 설명의 편의를 위하여, 상호 정전용량 방식으로 터치 센싱 하는 기술은 기 공지된 기술에 따른다.
본 실시예에 따른 터치 검출 장치(300)는, 지문을 센싱하기 위하여 적어도 하나의 터치 송신 전극(21)은 복수의 지문 송신 전극(22)을 포함하고, 적어도 하나의 터치 수신 전극(22)은 복수의 지문 수신 전극(24)을 포함한다. 터치 검출 장치(300)는 복수의 지문 송신 전극(24)과 복수의 지문 수신 전극(24)이 교차하는 영역(X, 이하 지문 센싱 영역)에서 지문을 센싱한다. 터치 검출 장치(300)는 지문 센싱 모드에서 상호 정전용량 방식으로 지문 송신 전극(22)을 수신한 손가락으로부터 응답신호를 지문 수신 전극(24)에서 수신하여 지문 센싱 신호를 검출한다. 구동회로(25) 및 감지회로(26)는 지문 센싱 모드에서는 지문 센싱 영역(X)의 터치 송신/수신 전극으로서 액세스하는 것이 아니라 지문 송신/수신 전극으로서 액세스한다.
도 7 내지 도 9는 지문의 융선 및 골 사이를 구분가능한지에 대한 시뮬레이션 모델이다. 사용자에 따라 지문 융선은 100 내지 300 마이크로미터(um), 골은 200 내지 400 마이크로미터(um), 융선과 골 사이의 깊이는 50 내지 120 마이크로미터(um)로 각각 다르다. 도 7 내지 도 9의 시뮬레이션 모델은 지문 융선과 골의 최소값을 기준으로 가정하자.
도 7은 비교 예에 따른 전극 패턴을 나타낸 상면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 패턴을 나타낸 상면도이다.도 11은 도 7의 전극 패턴과 도 8의 전극 패턴의 성능 비교 결과를 나타낸 표이다.
도 7(a) 및 도 8(a)를 참고하면, 지문센싱 영역(X)은 기판 위에 구동 전극층(Tx), 절연층 및 감지 전극층(Rx)을 포함하여, 터치 검출 장치의 적어도 일부 영역에 구현된다.
지문 검출시 감지 전극은 감지 전극 전체 면적에서 응답 신호를 센싱하는데, 전체 면적 중 구동 전극과 감지 전극이 오버랩되는 영역은 커플링에 의하여 기생 커패시턴스가 발생할 수 있다. 이때 기생 커패시턴스는 구동 전극과 감지 전극이 오버랩되는 영역의 면적에 비례하여 생성된다.
도 7(a)의 경우, 구동 전극들(Tx)은 바(Bar) 형태로 제1 방향으로 나란히 배열되고, 감지 전극들(Rx)도 바(Bar) 형태로 제2 방향으로 나란히 배열된다. 이때 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교한다.
설명의 편의를 위해, 도시된 각 구동 전극 및 각 감지 전극은 약 70 마이크로미터(um)의 폭으로 구현되고, 구동 전극들 간 및 각 감지 전극들 간에 약 30 마이크로미터(um)의 간격으로 이격되어 나란히 배열된 경우를 예시한 것이다. 이 경우 구동 전극과 감지 전극이 서로 직교하면서 오버랩(overlap)되는 영역은 70 um x 70 um = 1400 um2 의 면적을 가진다.
만약, 지문의 융선과 골, 융선과 골의 깊이를 최소값을 기준으로 하여 센싱할 경우 도 7(b)에 도시된 바와 같이 지문 센싱 영역에 접촉된다.
그 결과, 구동 전극과 감지 전극 간 교차 지점의 1400 um2 의 면적에서 도 11에 도시되는 바와 같이, 171.46fF의 기생 커패시턴스가 생성된다. 그 결과, 기생 커패시턴스는 손가락을 지문 센싱 패널에 접촉할 경우 융선 접촉에 대한 커패시턴스 차이(0.4fF), 골 접촉에 대한 커패시턴스 차이(0.16fF)를 둔감하게 하여, 융선과 골 간의 커패시턴스 변화율(ridge to valley ratio)가 낮게 측정되게 한다. 즉, 융선과 골 간의 커패시턴스 변화율(ridge to valley ratio)이 낮을수록 노이즈에 의한 영향이 커지므로 지문 검출이 어려워질 수 있다.
한편, 도 8(a)의 경우, 구동 전극들(22)은 브릿지 형태로 제1 방향으로 나란히 배열된다. 감지 전극들(24)은 바(Bar) 형태로 제2 방향으로 나란히 배열된다. 이때 구동 전극(22)은 감지 전극(24)과 오버랩되는 영역의 폭이 오버랩되지 않는 영역의 폭보다 좁게 형성되는데, 이를 브릿지(Bridge) 형태라고 한다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교한다.
설명의 편의를 위해, 도시된 각 구동 전극(Tx,22)은 오버랩되지 않는 영역에서 약 90 마이크로미터(um)의 폭으로 구현되고, 오버랩되지 않는 영역에서 약 30 마이크로미터(um)의 폭으로 구현되며, 구동 전극들 간에 오버랩되지 않는 영역 기준으로 30 마이크로미터(um) 간격으로 이격된다. 감지 전극(Rx,24)은 30 마이크로미터의 폭으로 구현되고, 감지 전극들 간에 160 마이크로미터(um)의 거리만큼 이격되어 나란히 배열된다. 이에 따라 구동 전극과 감지 전극간 오버랩되는 영역은 30 um x 30 um = 900 um2의 면적을 가진다.
만약, 지문의 융선과 골, 융선과 골의 깊이를 최소값을 기준으로 하여 센싱할 경우 도 8(b)에 도시된 바와 같이 지문 센싱 영역에 접촉된다.
그 결과, 구동 전극과 감지 전극 간 교차 지점의 면적이 500 um2 만큼 감소되어 도 11에 도시되는 바와 같이, 45.5fF의 기생 커패시턴스가 생성된다. 또한 도 8(a)에 도시된 지문 센싱 영역은, 구동신호를 인가하는 구동 전극의 비오버랩 영역을 더 확장하여 손가락과의 접촉 커패시턴스를 향상시키므로, 손가락을 지문 센싱 영역(X1)에 접촉할 경우 융선 접촉에 대한 커패시턴스 차이(1.07F)가 더 커지게 된다.
즉, 본 발명의 실시예의 지문 센싱 패널은 기생 커패시턴스에 의한 영향력을 줄이고 손가락과의 접촉 커패시턴스를 키움으로써, 융선과 골 간의 커패시턴스 변화율(ridge to valley ratio)을 2.05%로 향상시킨다. 즉, 브릿지 패턴의 구동 전극으로 인해 융선과 골 간의 커패시턴스 변화율(ridge to valley ratio)을 키워 낮을수록 노이즈에 의한 영향이 커지므로 지문 검출 성능이 향상된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 패턴을 나타낸 상면도이다. 설명의 편의를 위해, 도 8과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 9에 도시된 응용 브릿지 패턴은 도 8의 감지 전극(24)을 바(Bar)형태가 아닌 브릿지 형태로 구현한다.
즉, 구동전극(22)과 감지전극(24)을 모두 브릿지 패턴으로 형성하여, 구동 전극과 감지 전극 간 교차 지점, 즉 오버랩 영역이 최소면적이 되도록 배열한다.
예를 들어, 도시된 각 구동 전극 및 각 감지 전극은 약 70 마이크로미터(um)의 폭으로 구현되고, 구동 전극들 간 및 각 감지 전극들 간에 약 30 마이크로미터(um)의 간격으로 이격되어 나란히 배열된 경우를 예시한 것이다. 이 경우 구동 전극과 감지 전극이 서로 직교하면서 오버랩(overlap)되는 영역은 30 um x 30 um = 900 um2 의 면적을 가지는 점은 동일하나, 감지전극(24)의 면적이 도 8에 도시된 것보다 커지므로 손가락으로부터 수신되는 응답신호를 보다 잘 수신할 수 있다. 그 결과 지문 센싱 해상도가 더 커지는 효과가 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 6의 전극 배열을 나타내기 위한 단면도이다.
도 10(a)를 참고하면, 터치 검출 장치에서 적어도 일부 영역에 형성되는 지문 센싱 영역(a)은 제1 패시베이션(Passivation) 또는 기판층, 구동 전극층(Tx electrode), 제2 패시베이션(Passivation) 또는 절연층, 감지 전극층(Rx electrode), 커버층 순으로 적층되어 형성된다. 도시되지 아니하였으나 각 층간에는 서로 접합하기 위한 접착층(Adhesive)이 더 포함될 수 있다.
복수의 구동 전극들 및 감지 전극들은 일 실시예에 따라 금, 은, 구리, 알루미늄 등의 불투명 전도성 물질로 구현될 수도 있고, 다른 실시예에 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 형성될 수 있다.
커버층은 Glass, PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PI(Polymide), PMMA , 아크릴 등의 투명 물질로 형성될 수 있다. 이때 사파이어 글라스 또는 PET, PMMA 등에 고유전율을 가진 물질을 결합한 화합물 등 고유전율을 가진 투명 물질로 형성될 수 있다.
도 10(b)를 참고하면, 터치 검출 장치에서 적어도 일부 영역에 형성되는 지문 센싱 영역(X1)은 기판층, 구동 전극층(Fp_Tx electrode), 패시베이션(Passivation) 또는 절연층, 감지 전극층(Fp_Rx electrode), 서로 접합하기 위한 접착층(Adhesive) 및 극초박형 박막층(Ultra Thin Glass) 순으로 적층되어 형성된다.
지문 검출시, 손가락과 감지 전극 간의 거리, 즉 커버층의 두께가 얇을수록 접촉 커패시턴스는 증가한다. 즉, 극 초박형 박막층(Cover)은 도 10(a)의 커버층(약 100 마이크로미터)에 비해 훨씬 더 얇은 두께로 형성된 것으로 약 50 마이크로미터(um) 내지 70 마이크로미터(um)의 두께를 가진 글라스일 수 있다. 그 결과 도 10(a)의 실시예에 비해 지문 센싱 감도가 보다 향상될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 평면도이고, 도 13은 도 12에 도시된 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 보다 자세히 나타낸 평면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 터치 검출 장치(400)는 복수의 독립된 터치 센싱 전극(41)들을 포함한다. 각 터치 센싱 전극(41)은 다른 터치 센싱 전극과 행 방향 또는 열 방향으로 서로 연결되어 있지 아니하며, 각각 별도의 터치 센싱 트레이스(42)로 연결된다. 각 터치 센싱 전극은 일 실시예에 따라 금, 은, 구리, 알루미늄 등의 불투명 전도성 물질로 구현될 수도 있고, 다른 실시예에 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), 메탈 메쉬(Metal Mesh) 등의 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다.
터치 구동 및 감지 회로(43)는 각 터치 센싱 트레이스(42)를 통해 터치 센싱 전극(41)으로 기설정된 주기로 구동 신호를 인가하여, 연결된 각 터치 센싱 전극을 충전하여 플로팅 상태로 만든다. 터치 구동 및 감지 회로(43)는 각 터치 센싱 전극(41)의 플로팅 상태에서 손가락 또는 도전체로 빠져나간 전하량을 측정하여 터치 센싱을 측정한다.
적어도 하나의 터치 센싱 전극(41)는 복수의 지문 센싱 전극(44)를 포함한다. 지문의 골과 골 사이의 간격은 약 50마이크로미터 정도이므로 지문 센싱 전극들(44)은 터치 센싱 전극(41)보다 더 많은 전극들로 구성된다. 각 지문 센싱 전극은 일 실시예에 따라 금, 은, 구리, 알루미늄 등의 불투명 전도성 물질로 구현될 수도 있고, 다른 실시예에 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), 메탈 메쉬(Metal Mesh) 등의 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다.
이때 각 지문 센싱 전극(44)은 서로 독립된 전극으로서 다른 지문 센싱 전극과 행 방향 또는 열 방향으로 서로 연결되어 있지 아니하며, 각각 별도의 지문 센싱 트레이스(45)를 통해 지문 센싱 회로(46)와 연결된다.
지문 센싱 회로(46)는 터치 모드에서는 터치 센싱 전극으로 동작하기 위하여, 터치 구동 및 감지 회로(43)와 동일한 주기 및 전압으로 구동신호를 인가하여, 전체 지문 센싱 전극을 충전하여 플로팅 상태로 만든다. 지문 센싱 회로(46)는 각 지문 센싱 전극(44)의 플로팅 상태에서 손가락 또는 도전체로 빠져나간 전하량을 측정하여 터치 센싱을 측정한다.
지문 센싱 회로(46)는 지문 센싱 모드에서는 터치 구동 및 감지 회로(43)와 다른 주기 및 다른 전압으로 지문 인식 구동전압을 인가하여, 전체 지문 센싱 전극을 충전하여 플로팅 상태로 만든다. 지문 센싱 회로(46)는 각 지문 센싱 전극(44)에 접촉한 융선과 골에 의한 커패시턴스 차이에 따라 도전체로 빠져나간 전하량을 측정하여 지문을 센싱한다.
도 14는 도 13의 Y영역을 나타낸 확대도이다.
일 실시예로 지문 센싱 영역(Y)에서 복수의 지문 센싱 전극(44) 및 각각 연결된 지문 센싱 트레이스(45)는 하나의 터치 센싱 전극(41)보다 작은 영역에 포함될 수 있다. 지문 센싱 영역(Y)에서 복수의 지문 센싱 전극(44)은 터치 구동 신호와 다른 주기의 지문 구동 신호가 인가되어, 전체 지문 센싱 전극(44)을 플로팅 상태로 만든 후 손가락의 융선과 골에 의한 커패시턴스 차이에 따라 각 지문 센싱 전극(44)에서의 응답신호를 측정하여 지문을 센싱한다. 이때 복수의 지문 센싱 전극을 포함하는 터치 센싱 전극에는 별도의 터치 센싱 트레이스(42,47)를 통해 접지 전압(GND)을 인가하여 지문 센싱 전극(44)에 인접한 터치 센싱 전극(41)으로 응답신호가 분산되지 않도록 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 지문 센서가 일체화된 터치 검출 장치를 나타낸 사시도이다.
다른 실시예로, 터치 센싱 트레이스와 지문 센싱 트레이스의 배열 복잡도를 고려하여, 지문 센싱 전극 및 지문 센싱 트레이스를 포함한 지문 센싱 패널은 터치 전극 및 터치 센싱 트레이스를 포함한 터치 센싱 패널과 절연체를 사이에 두고 형성할 수 있다.
이때 지문 센싱 패널은 도 10(b)에 도시된 바와 같이 커버층 바로 아래 형성할 수 있다. 이때 커버층은 극 초박형 박막층(Cover)으로써 약 50 마이크로미터(um) 내지 70 마이크로미터(um)의 두께를 가진 글라스일 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 구동IC의 결합을 설명하기 위한 상태도이다.
일 실시예로 도 6에 도시된 감지회로 또는 도 13에 도시된 지문 센싱 회로는 커버 글라스에 COG로 접합할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 투명한 글라스에 전극 패드를 형성하고, 도 6의 감지 회로 또는 도 13의 지문 센싱 회로에는 범프(Bump)를 형성하여 ACF(Anisotropic Conductive Films ) 또는 NCP( non-conductive film) 등을 이용하여 컨택시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치의 사용상태도이다.
도 17을 참고하면, 지문 센싱 영역(X 또는 Y)은 전자기기의 화면 표시부에 디스플레이되는 아이콘(Z)의 면적과 거의 동일한 면적일 수 있다.
사용자가 임의의 아이콘을 터치하는 동안 지문 센싱 동작을 수행하여, 지문 인식 기능과 연계된 동작을 활성화 할 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.
1 : 전자 장치
10 : 제어부
20, 100, 200, 300, 400 : 터치 검출 장치
30 : 디스플레이 장치

Claims (3)

  1. 터치 센싱 모드에서 터치 객체와 터치 정전용량을 생성하며, 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력하는 복수의 제1 센서 전극들;
    지문 센싱 모드에서 사용자의 지문의 형상에 따른 지문 센싱 신호를 출력하는 복수의 제2 센서 전극들; 및
    상기 제1 센서 전극들 및 상기 제2 센서 전극들 하부에 위치하여 화면을 표시하는 디스플레이 장치; 및
    상기 터치 센싱 모드에서는 상기 제1 센서 전극들의 구동 및 감지 동작을 제어하고, 상기 지문 센싱 모드에서는 상기 제2 센서 전극들의 구동 및 감지 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 센서 전극 또는 상기 제2 센서 전극 각각은
    서로 독립된 전극으로서 다른 제1 센서 전극 또는 다른 제2 센서 전극과 행 방향 또는 열 방향으로 서로 연결되어 있지 아니하며, 각각 별도의 제1 센싱 트레이스 또는 제2 센싱 트레이스를 통해 각각 구동회로와 연결되는 터치 검출 장치.
  2. 제1 방향에 대해 나란히 배열되어,각각이 구동 신호가 인가되는 복수 개의 구동 전극들;
    제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해 나란히 배열되어, 각각이 상기 구동 신호에 대한 터치 발생 수단으로부터의 응답 신호를 수신하는 복수 개의 감지 전극들; 및
    상기 구동 전극들과 상기 감지 전극들 사이에 위치하는 절연층을 포함하고,
    상기 각 구동 전극과 상기 감지 전극은 서로 오버랩되는 면적이 최소화되도록 형성된 터치 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동 전극은
    상기 감지 전극에 오버랩되는 영역은 제1 면적으로 형성하고, 상기 감지 전극과 오버랩되지 않는 영역은 상기 제1 면적보다 넓은 제2 면적으로 형성하는 것인, 터치 검출 장치.
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