KR20180116013A

KR20180116013A - 지문센서모듈 및 이를 갖는 지문인식장치

Info

Publication number: KR20180116013A
Application number: KR1020170048663A
Authority: KR
Inventors: 한상현
Original assignee: 주식회사 리딩유아이; 한상현
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2018-10-24
Also published as: US20200218869A1; KR102016932B1; US11010579B2; WO2018190494A1

Abstract

플렉시블 디스플레이를 제조하는 공정을 사용하여 얇은 필름 위에 TFT 어레이를 구성하여 구현된 지문센서모듈 및 이를 갖는 지문인식장치가 개시된다. 지문센서모듈은, 지문센싱 영역, 상기 지문센싱 영역을 둘러싸는 날개 영역, 상기 지문센싱 영역에 인접한 제1 신호연결 영역, 상기 제1 신호연결 영역에 인접한 부품실장 영역 및 상기 부품실장 영역에 인접한 제2 신호연결 영역을 갖는 베이스 필름; 상기 지문센싱 영역에 형성된 TFT 센서 어레이; 상기 제1 신호연결 영역에 형성되고, 일단이 상기 TFT 센서 어레이에 연결된 복수의 제1 신호라인들; 상기 부품실장 영역에 실장되고, 일단이 상기 제1 신호라인들 각각에 연결된 외장부품; 및 상기 제2 신호연결 영역에 형성되고, 일단이 상기 외장부품에 연결된 복수의 제2 신호라인들을 포함한다.

Description

지문센서모듈 및 이를 갖는 지문인식장치{FINGERPRINTER SENSOR MODULE AND FINGERPRINTER RECOGNITION DEVICE}

본 발명은 지문센서모듈 및 이를 갖는 지문인식장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉시블 디스플레이를 제조하는 공정을 사용하여 얇은 필름 위에 TFT 어레이를 구성하여 구현된 지문센서모듈 및 이를 갖는 지문인식장치에 관한 것이다.

컴퓨터 기술의 발달에 따라 노트북 컴퓨터, 태블릿 피시(tablet PC), 스마트폰(smart phone), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant), 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine), 검색 안내 시스템 등과 같은 다양한 용도의 컴퓨터 기반 시스템(computer based system)이 개발되어 왔다. 이들 시스템에는 통상적으로 개인 사생활과 관련된 개인정보는 물론 영업정보나 영업기밀과 같이 비밀을 요하는 많은 데이터가 저장되어 있기 때문에, 이들 데이터를 보호하기 위해서는 보안을 강화해야 할 필요성이 있다.

이를 위해 종래부터 핑거의 지문을 이용하여 시스템의 등록이나 인증을 수행함으로써 보안성을 강화할 수 있는 지문센서가 알려져 있다.

지문센서는 인간의 핑거 지문을 감지하는 센서로서, 광학식 지문센서(optical fingerprint sensor)와 정전용량식 지문센서(capacitive fingerprint sensor)로 크게 나누어진다.

광학식 지문센서는 내부에서 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS 이미지 센서를 통해 감지하는 원리를 이용한 것이다. 광학식 지문센서는 LED를 이용해서 스캔을 해야 하기 때문에 크기를 줄이는 데에 한계가 있고 광원 자체가 고가이기 때문에 제조비용이 증가한다는 문제점이 있다.

정전용량식 지문센서는 지문센서와 접촉되는 융선(ridge)과 골(valley) 사이 에 대전되는 전기량의 차를 이용한 것이다. 일반적인 정전용량식 지문센서는 특정 푸시버튼(push button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 지문의 융선과 골은 대략 300㎛~500㎛의 크기로 매우 미세하기 때문에, 정전용량식 지문센서는 고해상도 센서 어레이와 지문인식 처리를 위한 IC(Integrated Chip) 제작이 필요하고, 이를 위해 센서 어레이와 IC을 일체로 형성할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다.

최근들어, 스마트폰에 반도체 방식의 지문인식 센서가 채용됨에 따라, 막대한 실리콘 웨이퍼의 수요가 유발되고 있고, 개별 원가 또한 매우 높은 편이다.

또한, 반도체 방식의 지문인식 센서를 모듈화하는 제조 공정도 매우 복잡하여 제조 원가를 절감하는데 한계가 있다.

한국공개특허 제2017-0016556호 (2017. 02. 14.) (발명의 명칭: 지문센서 일체형 터치 스크린 장치와 그 구동방법) 한국공개특허 제2015-0115607호 (2015. 10. 14.) (발명의 명칭: TFT 지문 센서를 위한 장치 및 방법) 한국등록특허 제10-1295110호 (2013. 08. 09.) (발명의 명칭: 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널) 한국등록특허 제10-1343821호 (2013. 12. 20.) (발명의 명칭: 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 플렉시블 디스플레이를 제조하는 공정을 사용하여 얇은 필름 위에 TFT 어레이를 구성하여 구현된 지문센서모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 지문센서모듈을 갖는 지문인식장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 지문센서모듈은, 지문센싱 영역, 상기 지문센싱 영역을 둘러싸는 날개 영역, 상기 지문센싱 영역에 인접한 제1 신호연결 영역, 상기 제1 신호연결 영역에 인접한 부품실장 영역 및 상기 부품실장 영역에 인접한 제2 신호연결 영역을 갖는 베이스 필름; 상기 지문센싱 영역에 형성된 TFT 센서 어레이; 상기 제1 신호연결 영역에 형성되고, 일단이 상기 TFT 센서 어레이에 연결된 복수의 제1 신호라인들; 상기 부품실장 영역에 실장되고, 일단이 상기 제1 신호라인들 각각에 연결된 외장부품; 및 상기 제2 신호연결 영역에 형성되고, 일단이 상기 외장부품에 연결된 복수의 제2 신호라인들을 포함한다.

일실시예에서, 상기 베이스 필름은, 쉴드 신호 또는 제어신호의 연결을 위해 상기 날개 영역의 일부 영역에 형성된 제1 도전성 패턴을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 서로 인접하는 상기 날개 영역과 상기 부품실장 영역에는 커팅 라인에 의해 정의되는 절단부와 상기 절단부에 인접하는 연결부가 형성되고, 상기 제1 도전성 패턴에서 연결된 제1 배선은 상기 연결부를 경유하여 상기 부품실장 영역까지 연장될 수 있다.

일실시예에서, 상기 베이스 필름은, 외부의 금속링의 하단부에 쉴드 신호의 연결을 위해 상기 날개 영역의 다른 일부 영역에 형성된 제2 도전성 패턴을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 서로 인접하는 상기 날개 영역과 상기 부품실장 영역에는 커팅 라인에 의해 정의되는 절단부와 상기 절단부에 인접하는 연결부가 형성되고, 상기 제2 도전성 패턴에서 연결된 제2 배선은 상기 연결부를 경유하여 상기 부품실장 영역까지 연장될 수 있다.

일실시예에서, 상기 베이스 필름은 상기 제2 신호연결 영역에 인접한 커넥팅 영역을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 지문센서모듈은 상기 커넥팅 영역에 배치된 커넥터부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 TFT 센서 어레이는, 복수의 게이트 라인들과, 복수의 소스 라인들과, 게이트 라인과 소스 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 복수의 지문인식패턴을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 복수의 게이트 라인들과, 복수의 소스 라인들과, 게이트 라인과 소스 라인에 연결된 복수의 TFT들을 포함하고, 상기 TFT들 각각의 드레인 전극은 확장되어 지문인식패턴을 정의할 수 있다.

일실시예에서, 상기 TFT 센서 어레이에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부; 상기 TFT 센서 어레이의 일측에 연결되고, 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 상부 스위치; 및 상기 TFT 센서 어레이의 타측에 연결되고, 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 하부 스위치를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 게이트 구동부, 상기 상부 스위치 및 상기 하부 스위치는 상기 지문센싱 영역에 형성될 수 있다.

일실시예에서, 제1 시간 동안, 상기 상부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 TFT 센서 어레이의 일단에 제공하고, 상기 하부 스위치는 상기 TFT 센서 어레이의 타단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공하고, 제2 시간 동안, 상기 하부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 TFT 센서 어레이의 타단에 제공하고, 상기 상부 스위치는 상기 TFT 센서 어레이의 일단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공할 수 있다.

일실시예에서, 상기 지문센서모듈은 상기 제1 신호라인들과 상기 제2 신호라인들을 커버하는 코팅층을 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 지문인식장치는, 지문센싱 영역과, 상기 지문센싱 영역을 둘러싸는 날개 영역과, 상기 지문센싱 영역에 인접한 제1 신호연결 영역과, 상기 제1 신호연결 영역에 인접한 부품실장 영역과, 상기 부품실장 영역에 인접한 제2 신호연결 영역을 갖는 베이스 필름을 포함하고, U-자형상으로 굴곡된 지문센서모듈; U-자 형상으로 굴곡되어 마주하는 상기 부품실장 영역과 상기 지문센싱 영역 사이에 배치된 제1 보강판; 상기 부품실장 영역에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센서모듈을 지지하는 제2 보강판; 및 상기 부품실장 영역에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센서모듈을 가압하고 상기 지문센싱 영역에 형성된 TFT 센서 어레이를 노출하는 금속링을 포함한다.

일실시예에서, 상기 지문인식장치는 상기 부품실장 영역의 배면에 대응하여 상기 제1 보강판 아래에 배치된 공간보충필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.

일실시예에서, 상기 베이스 필름은 상기 제2 신호연결 영역에 인접한 커넥팅 영역을 더 포함하고, 상기 지문센서모듈은 상기 커넥팅 영역에 배치된 커넥터부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 지문인식장치는 기구적 안정성과 커넥터 접촉에 필요한 기구적 안정성을 위해 커넥터부가 형성된 커넥팅 연결부의 반대편에 배치된 제3 보강판를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 지문인식을 위한 접촉면으로 상기 TFT 센서 어레이가 사용될 때 사용상의 스크래치로 인한 상기 TFT 센서 어레이 및 주변 회로의 손상을 방지하기 위해, 상기 지문센서모듈은 비전도성 특성을 갖고서 상기 TFT 센서 어레이 위에 형성된 손상방지층을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 지문인식을 위한 접촉면으로 상기 TFT 센서 어레이가 사용될 때 사용상 모듈의 디자인 컨셉에 맞도록 무늬, 색상, 광택 및 질감을 표현하기 위해, 상기 지문센서모듈은 비전도성 특성을 갖고서 상기 TFT 센서 어레이 위에 형성된 디자인 인쇄층을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 보강판의 배면에는 쉴드전극층이 형성되고, 상기 제1 보강판이 중첩되는 상기 날개 영역에 상기 쉴드전극층에 전기적 접점이 이루는 제1 도전성 패턴이 형성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 날개 영역에는 상기 금속링과의 전기적 접점을 위한 제2 도전성 패턴이 형성될 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 지문인식장치는, 지문센싱 영역과, 상기 지문센싱 영역을 둘러싸는 날개 영역과, 상기 지문센싱 영역에 인접한 제1 신호연결 영역과, 상기 제1 신호연결 영역에 인접한 부품실장 영역과, 상기 부품실장 영역에 인접한 제2 신호연결 영역을 갖는 베이스 필름을 포함하고, 계단형상으로 굴곡된 지문센서모듈; 상기 지문센싱 영역의 하부에 배치된 제1 보강판; 상기 부품실장 영역의 하부에 배치된 제1 지지판; 상기 지문센싱 영역의 하부에 배치된 제2 지지판; 및 상기 지문센싱 영역을 커버하는 크기를 갖고서 상기 지문센싱 영역 위에 배치되고, 상기 지문센싱 영역에 형성된 TFT 센서 어레이를 노출하는 금속링을 포함한다.

일실시예에서, 상기 베이스 필름은 상기 제2 신호연결 영역에 인접한 커넥팅 영역을 더 포함하고, 상기 지문센서모듈지문센서모듈은 상기 커넥팅 영역에 배치된 커넥터부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 지문인식장치는 기구적 안정성과 커넥터 접촉에 필요한 기구적 안정성을 위해 커넥터부가 형성된 커넥팅 연결부의 반대편에 배치된 제3 지지판를 더 포함할 수 있다.

이러한 지문센서모듈 및 이를 갖는 지문인식장치에 의하면, 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)의 제조를 위해 사용되는 LTPS(Low-Temperature Poly Silicon) 기반의 TFT 센서 어레이 제조 기술과, 플렉시블 디스플레이 제조를 위해 사용되는 플렉시블 필름 기반의 TFT 센서 어레이 제조 기술을 이용하여 정전용량 방식의 지문인식용 센서를 구현하므로써, 실리콘 웨이퍼 기반 TFT 센서 어레이를 통해 지문인식용 센서를 구현할 때 발생되는 실리콘 웨이퍼의 공급 부족 현상을 해결할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서모듈을 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 지문센서모듈을 개략적으로 설명하기 위한 배면도이다.
도 2는 도 1a에 도시된 지문센싱 영역 및 제1 신호연결 영역을 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 보강판과 지문센서모듈 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 금속링과 지문센서모듈 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제1 보강판과 지문센서모듈 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 금속링과 지문센서모듈 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 1에 도시된 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 10a는 도 9a 및 도 9b에 도시된 지문인식장치에서 게이트신호들을 개략적으로 설명하기 위한 파형도들이고, 도 10b는 제1 게이트신호에 대응하여 센싱신호들을 순차적으로 센싱하기 위한 제4 제어신호들을 개략적으로 설명하기 위한 피형도들이고, 도 10c는 첫번째 소스 라인에 센싱신호 검출을 위한 제4 제어신호에 대응하는 신호들을 개략적으로 설명하기 위한 파형도들이다.
도 11는 도 9a 및 도 9b에 도시된 제어부의 입력신호 및 출력신호를 개략적으로 설명하기 위한 테이블이다.
도 12a 및 도 12b는 도 9a 및 도 9b에 도시된 지문인식장치에서 구동신호와 센싱신호의 경로를 개략적으로 설명하기 위한 개념도들이다.
도 13은 도 9a 및 도 9b에 도시된 TFT 센서 어레이를 통한 정전용량 감지 원리를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 14은 도 13에 도시된 제1 감지 방향 및 제2 감지 방향에 따른 감지 신호의 지연 현상을 개략적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 15은 핑거의 골 및 핑거의 융선 각각에 대응하는 타이밍도들이다.
도 16a는 지문센서의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 16b는 도 16a의 지문센서를 라인 I-I'으로 절단한 단면도이다.
도 17a는 지문센서의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 17b는 도 17a의 지문센서를 라인 II-II'으로 절단한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 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. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 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.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서모듈(500)을 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 지문센서모듈(500)을 개략적으로 설명하기 위한 배면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서모듈(500)은, 베이스 필름(510), 박막 트랜지스터(thin-film transistor, 이하, TFT) 센서 어레이(110), 복수의 제1 신호라인들(520), 외장부품(530) 및 복수의 제2 신호라인들(540)을 포함한다.

베이스 필름(510)은 지문센싱 영역(511), 지문센싱 영역(511)을 둘러싸는 날개 영역(512), 지문센싱 영역(511)에 인접한 제1 신호연결 영역(513), 제1 신호연결 영역(513)에 인접한 부품실장 영역(514), 부품실장 영역(514)에 인접한 제2 신호연결 영역(515) 및 제2 신호연결 영역(515)에 인접한 커넥팅 영역(516)을 갖는다.

날개 영역(512)은 지문센싱 영역(511)을 둘러싸는 형상을 갖는다. 날개 영역(512)과 지문센싱 영역(511)은 커팅라인에 의해 분리될 수 있다. 도 1에서, 평면상에서 관찰할 때, 지문센싱 영역(511)의 상측에 제1 날개부(512a)가 배치되고, 지문센싱 영역(511)의 하측에 제2 날개부(512b)가 배치된다. 제1 날개부(512a)는 역-L-자 형상(reverse L-shape)을 갖고, 제2 날개부(512b)는 L-자 형상(L-shape)을 갖는다.

제1 신호연결 영역(513)은 지문센싱 영역(511)에 인접한다. 지문센싱 영역(511)에서 제1 방향으로 연장되고, 제1 신호연결 영역(513)의 폭은 지문센싱 영역(511)의 폭보다 좁을 수 있다. 본 실시예에서, 지문센서모듈(500)은 XY-평면상에 배치되고, 제1 신호연결 영역(513)은 X-축을 따라 연장된 예가 도시된다.

부품실장 영역(514)은 제1 신호연결 영역(513)에 인접한다. 부품실장 영역(514)은 제1 신호연결 영역(513)에서 제1 방향으로 연장되고, 부품실장 영역(514)의 폭은 지문센싱 영역(511)의 폭보다 넓을 수 있다. 부품실장 영역(514)에는 전극과 배선이 형성되어 TFT 센서 어레이(110)를 통해 지문인식을 위한 정전 터치 신호의 변화량을 읽어내는 ROIC(Read Out IC)와 ROIC의 동작에 필요한 저항과 캐패시터 등의 수동소자들이 실장될 수 있다. 실장의 방법으로서 ACF 본딩, 와이어 본딩(wire bonding), 골드 범프(Gold Bump), SMT 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.

제2 신호연결 영역(515)은 부품실장 영역(514)에 인접한다. 제2 신호연결 영역(515)은 부품실장 영역(514)에서 제1 방향으로 연장되고, 제2 신호연결 영역(515)의 폭은 부품실장 영역(514)의 폭보다 좁을 수 있다.

커넥팅 영역(516)은 제2 신호연결 영역(515)에서 제1 방향으로 연장되고, 커넥팅 영역(516)의 폭은 제2 신호연결 영역(515)보다 넓을 수 있다.

TFT 센서 어레이(110)는 지문센싱 영역(511)에 형성된다. 상기한 TFT 센서 어레이(110)에 대한 설명은 후술하기로 한다.

외장부품(530)은 ROIC를 포함하고, 부품실장 영역(514)에 실장된다. 외장부품(530)은 캐패시터나 저항과 같은 하나 이상의 수동소자들을 더 포함할 수 있다.

커넥터부(미도시)는 커넥팅 영역(516)에 배치된다. 상기한 커넥터부는 소켓 형태로 구성될 수도 있고, 신호 배선이 확장된 패드 형태로 구성될 수도 있다.

제1 신호라인들(520)은 제1 신호연결 영역(513)에 형성되고, TFT 센서들과 외장부품(530) 간의 신호가 송수신되는 신호경로의 역할을 수행한다.

제2 신호라인들(540)은 제2 신호연결 영역(515)에 형성되고, 외장부품(530)과 커넥터부 간의 신호가 송수신되는 신호경로의 역할을 수행한다.

본 실시예에 따른 지문센서모듈(500)은 LTPS(Low-Temperature Poly Silicon) 공정을 통해 제조된다. 통상적으로 LTPS 공정은 섭씨 450도 이하의 공정 온도에서 이루어진다. 본 실시예에 따른 베이스 필름(510)이 폴리이미드(Polyimide)로 구성되는 경우, 섭씨 380도 내외의 공정 온도에서 이루어질 수 있다.

도 2는 도 1a에 도시된 지문센싱 영역(511) 및 제1 신호연결 영역(513)을 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.

도 1a 및 도 2를 참조하면, 지문센싱 영역(511)은 TFT 센서 영역(511a) 및 상기 TFT 센서 영역(511a)을 둘러싸는 TFT 더미 영역(511b)을 포함한다. 지문센싱 영역(511)에는 복수의 게이트 라인(GL)들, 복수의 소스 라인(SL)들 및 복수의 TFT들이 배치된다. TFT 센서 영역(511a)과 TFT 더미 영역(511b)간의 구분은 게이트 라인(GL)의 생략 및 소스 라인(SL)의 생략을 통해 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, TFT 센서 영역(511a)에 배열된 TFT들은 TFT 센서 어레이(110)로 정의하고, TFT 더미 영역(511b)에 배열된 TFT들은 TFT 더미 어레이로 정의한다. 도 2에서, TFT 더미 영역(511b)에 TFT들이 배열된 것을 설명하였으나, TFT 더미 영역(511b)에 TFT들이 생략될 수도 있다.

TFT 센서 영역(511a)에는 게이트 구동부(120), 상부 스위치(A-MUX), 하부 스위치(B-MUX) 및 TFT 센서 어레이(110)가 배치된다. 게이트 구동부(120), 상부 스위치(A-MUX) 및 하부 스위치(B-MUX)는 TFT 센서 어레이(110)를 형성하는 공정에서 제조될 수 있다.

게이트 구동부(120)는 TFT 센서 어레이(110)의 우측 영역에 배치되어 지문인식을 위한 게이트신호들을 TFT 센서 어레이(110)에 제공한다.

상부 스위치(A-MUX)는 TFT 센서 어레이(110)의 상부 영역에 배치되어, 제1 시간 동안 구동신호들을 TFT 센서 어레이(110)에 제공하고 제2 시간 동안 센싱신호들을 TFT 센서 어레이(110)로부터 수신한다.

하부 스위치(B-MUX)는 TFT 센서 어레이(110)의 하부 영역에 배치되어, 제1 시간 동안 센싱신호들을 TFT 센서 어레이(110)로부터 수신하고 제2 시간 동안 구동신호들을 TFT 센서 어레이(110)에 제공한다.

TFT 센서 어레이(110)는, 복수의 게이트 라인(GL)들, 복수의 소스 라인(SL)들과, 상기 게이트 라인(GL)과 상기 소스 라인(SL)에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴(FR)을 포함한다.

게이트 라인(GL)들 각각은 게이트 구동부(120)에서 제공되는 게이트신호들을 상기 TFT들의 게이트 전극에 인가한다.

소스 라인(SL)들 각각의 일측은 상부 스위치(A-MUX)에 연결되고, 소스 라인(SL)들 각각의 타측은 하부 스위치(B-MUX)에 연결된다. 상부 스위치(A-MUX)에서 구동신호가 제공되면 소스 라인(SL)들 각각의 일측은 구동신호를 TFT들 각각에 인가하고, 소스 라인(SL)들 각각의 타측은 TFT들을 통해 센싱되는 센싱신호를 하부 스위치(B-MUX)에 전달한다. 한편, 하부 스위치(B-MUX)에서 구동신호가 제공되면 소스 라인(SL)들 각각의 타측은 구동신호를 TFT들 각각에 인가하고, 소스 라인(SL)들 각각의 일측은 TFT들을 통해 센싱되는 센싱신호를 상부 스위치(A-MUX)에 전달한다.

TFT들 각각은 게이트 라인(GL)에 연결된 게이트 전극, 소스 라인(SL)에 연결된 센싱전극, 지문인식패턴(FR)에 연결된 드레인 전극을 포함한다.

지문인식패턴(FR)은 TFT의 드레인 전극에 연결되어 핑거의 융선 또는 골의 접촉에 따른 정전용량값을 TFT를 통해 소스 라인(SL)에 제공한다. 지문인식패턴(FR)은 TFT의 드레인 전극이 연장되어 정의될 수도 있고, ITO와 같은 투명 전극이 별도로 형성되어 정의될 수도 있다. TFT의 드레인 전극이 연장되어 지문인식패턴(FR)이 정의되는 경우, 드레인 전극은 셀 영역으로 확장된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 분해 사시도이다. 특히, U-자로 절곡된 지문센서모듈(500)을 포함하는 지문인식장치가 도시된다.

도 1a, 도 1b 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치는 지문센서모듈(500), 제1 보강판(610), 제2 보강판(620), 금속링(630), 공간보충필름(640) 및 제3 보강판(650)을 포함한다.

지문센서모듈(500)은 U-자 형상으로 절곡된다. 지문센서모듈(500)은 도 1a, 도 1b 및 도 2에서 설명되었으므로 그 상세한 설명은 생략한다. 지문센서모듈(500)이 U-자 형상으로 절곡됨에 따라, 부품실장 영역(514)의 배면과 지문센싱 영역(511)의 배면은 서로 마주할 수 있다. 또한, 지문센서모듈(500)이 U-자 형상으로 절곡됨에 따라, 부품실장 영역(514)의 배면과 날개 영역(512)의 배면은 면접촉할 수 있다.

제1 보강판(610)은 U자 형상으로 절곡되어 마주하는 부품실장 영역(514)과 지문센싱 영역(511) 사이에 배치된다.

제2 보강판(620)은 상기 부품실장 영역(514)에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센서모듈(500)을 지지한다.

금속링(630)은 상기 부품실장 영역(514)에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센서모듈(500)을 가압하고 상기 지문센싱 영역(511)에 형성된 TFT 센서들을 노출한다.

공간보충필름(640)은 상기 부품실장 영역(514)의 배면에 대응하여 상기 제1 보강판(610) 아래에 배치된다.

제3 보강판(650)은 기구적 안정성과 커넥터 접촉에 필요한 기구적 안정성을 위해 커넥터부가 형성된 커넥팅 연결부(516)의 반대편에 배치된다.

지문인식을 위한 접촉면으로 지문센서모듈(500)에 형성된 TFT 센서들이 사용될 때 사용상의 스크래치로 인한 상기 TFT 센서들 및 주변 회로의 손상을 방지하기 위해, 상기 TFT 센서들 위에 코팅 처리된 손상방지층(660)이 더 형성될 수 있다. 상기 손상방지층(660)은 300um 이하의 두께와 비전도성 특성을 가질 수 있다.

한편, 지문인식을 위한 접촉면으로 지문센서모듈(500)에 형성된 TFT 센서들이 사용될 때 사용상 모듈의 디자인 컨셉에 맞도록 무늬, 색상, 광택 및 질감을 표현하기 위해, 상기 TFT 센서들 위에 디자인 인쇄층이 더 형성될 수 있다. 상기 디자인 인쇄층은 300um 이하의 두께와 비전도성 특성을 가질 수 있다.

상기 손상방지층(660)과 상기 디자인 인쇄층은 단독으로 형성될 수도 있고, 2층 모두 형성될 수도 있다. 2층으로 형성되는 경우 디자인 인쇄층 위에 손상방지층(660)이 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 TFT 센서들 위에 상기 손상방지층(660) 및/또는 상기 디자인 인쇄층이 형성되므로, 별도의 글래스 커버 윈도우 공정을 생략할 수 있고, 대량 생산이 가능하다.

도 4는 도 3에 도시된 제1 보강판(610)과 지문센서모듈(500) 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 1a, 도 1b, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 보강판(610)의 바닥면에는 쉴드전극층(612)이 형성된다.

지문센서모듈(500)의 경우, 부품실장 영역(514)이 XY-평면에 접하는 상태에서 날개 영역(512)은 +Z-축으로 절곡된 후 +X-축 방향으로 따라 배치된다. 이에 따라, 부품실장 영역(514)의 배면과 날개 영역(512)의 배면은 서로 면접촉한다. 도면에서 부품실장 영역(514)의 배면과 날개 영역(512)의 배면은 일정 간격 이격된 것으로 도시하였으나, 다른 물체에 의한 가압이나 접착제 등에 의해 면접촉할 수 있다.

날개 영역(512)은 평면상에서 관찰할 때 제1 보강판(610)의 측면을 둘러싸는 형상을 갖는다. 즉, 도 4를 관찰할 때, 제1 날개부(512a)는 제1 보강판(610)의 하부 변과 좌하변 일부를 둘러싸는 형상을 갖는다. 제2 날개부(512b)는 제1 보강판(610)의 상부 변과 좌상변 일부를 둘러싸는 형상을 갖는다.

날개 영역(512) 중 부품실장 영역(514)에 가까운 영역의 일부에는 제1 도전성 패턴(550)이 형성되고, 제1 보강판(610)의 바닥면에 접한다. 즉, 도 4를 관찰할 때, 제1 보강판(610)의 좌하변 일부에 중첩하는 제1 날개부(512a)의 일부 영역에 제1 도전성 패턴(550)이 형성되고, 제1 보강판(610)의 좌상변 일부에 중첩하는 제2 날개부(512b)의 일부 영역에 제1 도전성 패턴(550)이 형성된다. 이에 따라, 제1 날개부(512a) 및 제2 날개부(512b) 각각에 형성된 제1 도전성 패턴(550)과 제1 보강판(610)의 바닥면에 형성된 쉴드전극층(612)은 면접촉하여 서로 전기적으로 연결된다.

도 5는 도 3에 도시된 금속링(630)과 지문센서모듈(500) 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 1a, 도 1b, 도 3 및 도 5를 참조하면, 금속링(630)은 사각 프레임(632), 상기 사각 프레임(632)에서 상향으로 연장된 돌출벽들(634) 및 상기 돌출벽들(634)에서 연장된 단턱부들(636)에 의해 정의되는 사각 프레임(632) 형상을 갖는다.

사각 프레임(632)은 일정한 폭을 갖고서 XY-평면에 평행한 면에 배치된다. 사각 프레임(632)의 4개의 변들 각각의 폭은 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 사각 프레임(632)의 변들의 폭은 지문센서모듈(500)의 절곡 영역의 폭과 동일할 수 있다. 돌출벽들(634)은 상기 사각 프레임(632)의 내측변들 각각에서 +Z_축 방향으로 돌출된다. 단턱부들(636)은 상기 돌출벽들(634) 각각의 종단부에서 수직하게 내측 방향으로 연장된다.

본 실시예에서, 금속링(630)은 사각 프레임(632) 형상을 갖는 것을 도시하였으나, 원 형상, 타원 형상, 다각형 형상 등과 같은 다양한 형상으로 구현될 수도 있다.

지문센서모듈(500)의 경우, 부품실장 영역(514)이 XY-평면에 접하는 상태에서 날개 영역(512)은 +Z-축으로 절곡되고 +X-축으로 다시 절곡된 후 +X-축 방향으로 따라 배치된다. 이에 따라, 부품실장 영역(514)의 배면과 날개 영역(512)의 배면은 서로 면접촉한다.

날개 영역(512)은 평면상에서 관찰할 때 금속링(630)의 서로 마주하는 변에 중첩된다. 제1 날개부(512a)는 금속링(630)의 사각 프레임(632)의 일변에 중첩되고, 제2 날개부(512b)는 금속링(630)의 사각 프레임(632)의 타변에 중첩된다. 제1 날개부(512a) 및 제2 날개부(512b) 중 사각 프레임(632)의 서로 마주하는 변에 중첩되는 영역에는 제2 도전성 패턴(560)이 형성된다. 이에 따라, 제2 도전성 패턴(560)과 금속링(630)은 면접촉하여 서로 전기적으로 연결된다.

부가적으로 제2 도전성 패턴(560)은 제1 신호연결 영역(513)까지 확장될 수도 있다. 이에 따라, 역-L-자 형상을 갖는 제1 날개부(512a)에 형성된 제2 도전성 패턴(560)은 역-L-자 형상을 가질 수 있고, L-자 형상을 갖는 제2 날개부(512b)에 형성된 제2 도전성 패턴(560)은 L-자 형상을 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 분해 사시도이다. 특히, 계단형상으로 절곡된 지문센서모듈(500)을 포함하는 지문인식장치가 도시된다.

도 1a, 도 1b 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치는 지문센서모듈(500), 제1 보강판(710), 제1 지지판(720), 제2 지지판(730), 금속링(740), 공간보충필름(750) 및 제3 지지판(760)을 포함한다.

지문센서모듈(500)은 XY-평면 상에 배치된다. 즉, Z-축에서 지문센서모듈(500)을 관찰할 때, 베이스 필름 상에 배치되는 TFT 센서들, 제1 신호라인들, 외장부품 및 제2 신호라인들이 노출되도록 배치된다. 지문센서모듈(500)은 도 1a, 도 1b 및 도 2에서 설명되었으므로 그 상세한 설명은 생략한다. 지문센싱 영역(511)은 제1 보강판(710) 위에 배치되어 부품실장 영역(514)에 비해 높은 위치에 배치된다. 이에 따라, 지문센서모듈(500)은 계단형상으로 절곡된다.

제1 보강판(710)은 상기 지문센싱 영역(511)에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센싱 영역(511)의 하부에 배치된다. 제1 보강판(710)의 높이에 따라 제1 신호연결 영역(513)의 길이가 달라질 수 있다.

제1 지지판(720)은 상기 부품실장 영역(514)에 대응하는 크기를 갖고서 상기 부품실장 영역(514)의 하부에 배치된다.

제2 지지판(730)은 상기 지문센싱 영역(511)에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센싱 영역(511)의 하부에 배치된다.

금속링(740)은 상기 지문센싱 영역(511)을 커버하는 크기를 갖고서 상기 지문센싱 영역(511) 위에 배치되고, 상기 지문센싱 영역(511)에 형성된 TFT 센서들을 노출한다.

제3 지지판(760)은 기구적 안정성과 커넥터 접촉에 필요한 기구적 안정성을 위해 커넥터부가 형성된 커넥팅 연결부(516)의 반대면에 배치된다.

지문인식을 위한 접촉면으로 지문센서모듈(500)에 형성된 TFT 센서들이 사용될 때 사용상의 스크래치로 인한 상기 TFT 센서들 및 주변 회로의 손상을 방지하기 위해, 상기 TFT 센서들 위에 코팅 처리된 손상방지층(770)이 더 형성될 수 있다. 상기 손상방지층(770)은 300um 이하의 두께와 비전도성 특성을 가질 수 있다.

상기 손상방지층(770)과 상기 디자인 인쇄층은 단독으로 형성될 수도 있고, 2층 모두 형성될 수도 있다. 2층으로 형성되는 경우 디자인 인쇄층 위에 손상방지층(770)이 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 TFT 센서들 위에 상기 손상방지층(770) 및/또는 상기 디자인 인쇄층이 형성되므로, 별도의 글래스 커버 윈도우 공정을 생략할 수 있고, 대량 생산이 가능하다.

도 7은 도 6에 도시된 제1 보강판(710)과 지문센서모듈(500) 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 1a, 도 1b, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 보강판(710)의 바닥면에는 쉴드전극층(712)이 형성된다.

지문센서모듈(500)의 베이스 필름에 구비되는 날개 영역(512)은 평면상에서 관찰할 때 제1 보강판(710)의 측면을 둘러싸는 형상을 갖는다. 즉, 도 7을 관찰할 때, 제1 날개부(512a)는 제1 보강판(710)의 우상변 일부와 상부 변을 둘러싸는 형상을 갖는다. 제2 날개부(512b)는 제1 보강판(710)의 하부 변과 우하변 일부를 둘러싸는 형상을 갖는다.

날개 영역(512) 중 부품실장 영역(514)에 가까운 영역의 일부에는 제1 도전성 패턴(550)이 형성되고, 제1 보강판(710)의 바닥면에 접한다. 즉, 도 7를 관찰할 때, 제1 보강판(710)의 하상변 일부에 중첩하는 제1 날개부(512a)의 일부 영역에 제1 도전성 패턴(550)이 형성되고, 제1 보강판(710)의 우하변 일부에 중첩하는 제2 날개부(512b)의 일부 영역에 제1 도전성 패턴(550)이 형성된다. 이에 따라, 제1 날개부(512a) 및 제2 날개부(512b) 각각에 형성된 제1 도전성 패턴(550)과 제1 보강판(710)의 바닥면에 형성된 쉴드전극층(712)은 면접촉하여 서로 전기적으로 연결된다.

도 8은 도 6에 도시된 금속링(740)과 지문센서모듈(500) 간의 전기적 접촉을 개략적으로 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 1a, 도 1b, 도 6 및 도 8을 참조하면, 금속링(740)은 사각 프레임(742), 상기 사각 프레임(742)에서 상향으로 연장된 돌출벽들(744) 및 상기 돌출벽들(744)에서 연장된 단턱부들(746)에 의해 정의되는 사각 프레임(742) 형상을 갖는다.

사각 프레임(742)은 일정한 폭을 갖고서 XY-평면에 평행한 면에 배치된다. 사각 프레임(742)의 4개의 변들 각각의 폭은 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 사각 프레임(742)의 변들의 폭은 지문센서모듈(500)의 절곡 영역의 폭과 동일할 수 있다. 돌출벽들(744)은 상기 사각 프레임(742)의 내측변들 각각에서 +Z_축 방향으로 돌출된다. 단턱부들(746)은 상기 돌출벽들(744) 각각의 종단부에서 수직하게 내측 방향으로 연장된다.

본 실시예에서, 금속링(740)은 사각 프레임(742) 형상을 갖는 것을 도시하였으나, 원 형상, 타원 형상, 다각형 형상 등과 같은 다양한 형상으로 구현될 수도 있다.

본 실실시예에서, 베이스 필름 상에 배치되는 TFT 센서들, 제1 신호라인들, 외장부품 및 제2 신호라인들이 노출되도록 지문센서모듈(500)은 XY-평면 상에 배치된다.

부품실장 영역(514)에서 연장된 날개 영역(512)은 +Z-축 방향으로 절곡되고 -X-축 방향으로 절곡된 후 -X-축 방향으로 따라 배치된다. 이에 따라, 부품실장 영역(514)의 높이와 날개 영역(512)의 높이는 다르다. 즉, 날개 영역(512)과 부품실장 영역(514)간에는 단차가 존재한다. 상기한 단차는 제1 보강판(710)의 높이에 대응할 수 있다.

날개 영역(512)은 평면상에서 관찰할 때 금속링(740)의 서로 마주하는 변에 중첩된다. 제1 날개부(512a)는 금속링(740)의 사각 프레임(742)의 일변에 중첩되고, 제2 날개부(512b)는 금속링(740)의 사각 프레임(742)의 타변에 중첩된다. 제1 날개부(512a) 및 제2 날개부(512b) 중 사각 프레임(742)의 서로 마주하는 변에 중첩되는 영역에는 제2 도전성 패턴(560)이 형성된다. 이에 따라, 제2 도전성 패턴(560)과 금속링(740)은 면접촉하여 서로 전기적으로 연결된다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다. 도 10a는 도 9a 및 도 9b에 도시된 지문인식장치에서 게이트신호들을 개략적으로 설명하기 위한 파형도들이고, 도 10b는 제1 게이트신호에 대응하여 센싱신호들을 순차적으로 센싱하기 위한 제4 제어신호들을 개략적으로 설명하기 위한 피형도들이고, 도 10c는 첫번째 소스 라인에 센싱신호 검출을 위한 제4 제어신호(CON3)에 대응하는 신호들을 개략적으로 설명하기 위한 파형도들이다.

도 9a 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치는 TFT 센서 어레이(110) 및 정전용량 측정회로(200)를 포함한다. 본 실시예에서, TFT 센서 어레이(110)는 도 2에서 설명된 TFT 센서 영역에 형성된 TFT 센서 어레이에 대응할 수 있고, 정전용량 측정회로(200)는 도 2에서 설명된 TFT 센서 영역에 형성된 게이트 구동부, 상부 스위치(A-MUX), 하부 스위치(B-MUX) 및 외장부품에 대응할 수 있다.

TFT 센서 어레이(110)는 복수의 게이트 라인들(GL)과, 복수의 소스 라인들(SL)과, 상기 게이트 라인과 상기 소스 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함한다.

상기 정전용량 측정회로(200)는 게이트 구동부(120), 상부 스위치(130), 하부 스위치(140), 센싱 구동부(150) 및 타이밍 제어부(160)를 포함한다. 본 실시예에서, 게이트 구동부(120), 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140) 각각은 도 2에 도시된 게이트 구동부, 상부 스위치(A-MUX) 및 하부 스위치(B-MUX)에 대응할 수 있다. 또한, 센싱 구동부(150) 및 타이밍 제어부(160)는 도 1 내지 도 8에서 설명된 외장부품에 탑재될 수 있다.

게이트 구동부(120)는 게이트 라인들(GL)에 게이트신호를 순차적으로 제공한다.

상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 소스 라인들(SL) 각각에 구동신호(TX)가 순차적으로 제공될 수 있도록 소스 라인들(SL)을 선택하고, 소스 라인들(SL) 각각에서 센싱신호(RX)가 순차적으로 수신될 수 있도록 소스 라인들을 선택한다.

예를들어, 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 소스 라인들(SL)의 일단, 즉 A0, A1, A2,... AN와 같은 순서로 구동신호(TX)를 순차적으로 제공하고, 소스 라인들(SL)의 타단, 즉 B0, B1, B2,..., BN와 같은 순서로 센싱신호(RX)를 순차적으로 수신하도록 스위칭 경로를 설정할 수 있다. 한편, 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 소스 라인들(SL)의 일단, 즉 AN, AN-1, ..., A1, A0의 순서로 구동신호(TX)를 순차적으로 제공하고, 소스 라인들(SL)의 타단, 즉 BN, BN-1, ..., B1, B0의 순서로 센싱신호(RX)를 순차적으로 수신하도록 스위칭 경로를 설정할 수 있다.

센싱 구동부(150)는 기준전압발생부(410), 전압비교부(420), 제어부(430), 충/방전회로부(450), 송/수신스위칭부(460)를 포함한다. 센싱 구동부(150)는, 제1 시간 동안, 소스 라인들(SL) 각각의 일단에 지문인식을 위한 구동신호(TX)를 제공하고 소스 라인들(SL) 각각의 타단을 통해 지문인식에 따른 제1 방향 센싱신호를 수신하고, 제2 시간 동안, 소스 라인들(SL) 각각의 타단에 구동신호(TX)를 제공하고 소스 라인들(SL) 각각의 일단을 통해 지문인식에 따른 제2 방향 센싱신호를 수신한다.

센싱 구동부(150)는 복수의 지문인식패턴들에 연결되어 지문인식패턴들 각각에 정전류를 인가하고, 핑거의 융선 또는 골와 지문인식패턴에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시턴스를 기준전압까지 방전되는데 소요되는 시간을 측정하여 해당 지문인식패턴의 정전용량을 측정한다. 구체적으로, 충/방전회로부(450)는 일정주기의 충/방전을 N회 계속적으로 수행하되, 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)에 연결된 지문인식패턴으로부터 정전용량이 입력되면 상기 일정주기에 시간차가 발생되어 N회 주기 동안의 누적된 시간차를 카운터(164)가 측정함으로써 정전용량 입력여부를 결정하며, 상기 충/방전 횟수가 증가할수록 상기 지문인식패턴을 통해 정전용량이 측정되면 충/방전에 소요되는 시간은 비례적으로 증가한다.

기준전압발생부(410)는 직렬 연결된 제1 저항(R_UP) 및 제2 저항(R_DN)을 포함하고, 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)을 생성하여 전압비교부(20)에 제공한다. 본 실시예에서, 제1 저항(R_UP) 및 제2 저항(R_DN)은 가변 저항이다. 상기한 가변 저항의 저항값은 프로그램으로 변경될 수 있다. 따라서, 상기 제1 기준전압(VREF-H) 및 상기 제2 기준전압(VREF-L) 역시 가변 전압이다.

이처럼, 정전용량 측정회로(200)에 인가되는 전원의 노이즈가 많거나 외부에서 유입되는 노이즈가 많을 경우, 각각 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)을 프로그램으로 변경하여 노이즈에 영향을 받지 않는 기준전압을 설정할 수 있다. 특히, 정전용량을 감지하기 위해 형성된 지문인식패턴의 면적이 넓을수록 외부 환경에 의한 영향으로 노이즈가 많이 유입되어 정전용량 감지특성이 저하된다. 하지만, 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)간의 차이를 작게 제어하면, 보다 노이즈 특성을 줄일 수 있다. 다만, 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)의 전압의 차이를 작게 설정한 경우, 동일한 시간 동안의 정전용량 측정 결과가 SNR(신호 대 잡음비)는 좋아지지만, 일정 부분 정전용량 감지신호의 감소도 발생하게 됨으로 응용에 따라 적절한 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)의 전압값을 선택하게 된다.

전압비교부(420)는 외부로부터 제공되는 제1 제어신호(CON0)에 응답하여 기준전압발생부(410)에서 생성된 전압들과 상기 지문인식패턴으로부터 입력되는 감지전압을 비교한다. 예를들어, 전압비교부(420)는 제1 전압비교기(COMP_UP) 및 제2 전압비교기(COMP_DN)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 제1 제어신호(CON0)는 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN)을 인에이블 또는 디스에이블한다. 즉, H 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)는 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN)을 인에이블하고, L 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)는 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN)을 디스에이블한다.

제1 전압비교기(COMP_UP)는 H 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)에 응답하여 기준전압발생부(410)에서 생성된 제1 기준전압(VREF-H)과 상기 지문인식패턴으로부터 입력되는 감지전압을 비교하여 제1 비교신호(OUT-H)를 출력한다. 제1 비교신호(OUT-H)는 제1 전압비교기(COMP_UP)에서 비교한 신호의 전압이 제1 기준전압(VREF-H)의 전압과 같거나 높을 때 소정의 H 레벨의 출력을 발생하며, 그렇지 않은 경우는 L 레벨의 출력을 발생시킨다. H 레벨의 제1 비교신호(OUT-H)가 출력되면, 제어부(430)에서 출력되는 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)가 제어되어 정상 동작 기간(제2 제어신호(CON1)가 H인 구간) 중에는 회로내에 존재하는 소정의 지연 시간 내에 즉시 H 레벨에서 L 레벨로 변화된다.

제2 전압비교기(COMP_DN)는 H 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)에 응답하여 기준전압발생부(410)에서 생성된 제2 기준전압(VREF-L)과 상기 지문인식패턴으로부터 입력되는 감지전압을 비교하여, 제2 비교신호(OUT-L)를 출력한다. 제2 비교신호(OUT-L)는 제2 전압비교기(COMP_DN)에서 비교한 신호의 전압이 제2 기준전압(VREF-L)의 전압과 같거나 낮을 때 H 레벨의 출력을 발생하며, 그렇지 않은 경우는 L 레벨의 출력을 발생시킨다. H 레벨의 제2 비교신호(OUT-L)가 출력되면, 제어부(430)에서 출력되는 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)가 제어되어 정상 동작 기간(제2 제어신호(CON1)가 H인 구간) 중에는 회로내에 존재하는 소정의 지연 시간 내에 즉시 L 레벨에서 H 레벨로 변화된다.

본 실시예에서, 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN) 각각은 히스테리시스를 갖는 전압비교기를 포함할 수 있다. 히스테리시스를 갖는 전압비교기들은 쉬미트 트리거(Schmitt trigger)를 갖는 비교기라고도 불리며, 이를 사용함으로써, 정전용량 측정회로(200)에 인가되는 VDD 공급 전압의 노이즈나 GND 레벨의 전압에 대한 노이즈가 인가될 경우 너무 민감하게 비교기가 동작하게 하는 것을 방지하여 실제 본 명세서를 기반으로 개발된 반도체가 응용회로에서 동작하게 될 경우 공급 전원에 의한 노이즈로부터 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.

제어부(430)는 전압비교부(420)의 제1 전압비교기(COMP_UP) 및 제2 전압비교기(COMP_DN) 각각의 출력신호인 제1 비교신호(OUT-H) 및 제2 비교신호(OUT-L)와 외부로부터 제공되는 제2 제어신호(CON1)를 입력받아, 충/방전회로부(450)의 동작과 타이밍 제어부(160)의 동작을 제어한다.

제어부(430)는 도 11에 도시된 테이블로 동작하며 비교기의 출력값과 제어신호(CON1)을 사용하여 충전 제어신호(SW-H), 방전 제어신호(SW-L) 및 CYC를 생성한다.

도 11는 도 9a 및 도 9b에 도시된 제어부(430)의 입력신호 및 출력신호를 개략적으로 설명하기 위한 테이블이다.

도 9a 내지 도 11을 참조하면, 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)는 상측 커런트 소스(I_UP)로부터 생성되는 전류(iup)와 하측 커런트 소스(I_DN)로부터 생성되는 전류(idn)를 각각 온/오프하여 출력 신호(DRV)를 발생시킨다.

CYC는 타이밍 제어부(160)의 제어신호 발생기(162)와 타이밍 제어부(160)의 카운터(164)로 각각 전달되어 센싱 감도를 측정하기 위해 사용된다.

제어부(430)의 기능은 초기 1번 스테이지에서 동작을 시작한 후 2번 스테이지, 3번 스테이지, 4번 스테이지, 5번 스테이지, 6번 스테이지, 2번 스테이지, 3번 스테이지 등과 같은 순서로(2->3->4->5->6->2->3...) 순차적으로 동작하며, 제어신호 발생기(162)에서 정의한 센싱 사이클의 숫자와 CYC) 주기부터 판단하는 주기의 숫자에 도달할 때까지 지속적으로 반복이 되며 센싱을 진행한다.

도 9a 및 도 9b를 다시 참조하면, 충/방전회로부(450)는 제어부(430) 및 송/수신스위칭부(460)에 연결되고, 제어부(430)에서 제공되는 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)에 응답하여 상부 스위치(130)를 통해 입력된 센싱전압(RX) 또는 하부 스위치(140)를 통해 입력된 센싱전압(RX)을 상기 제1 기준전압(VREF-H)에서 상기 제2 기준전압(VREF-L)까지 충전하거나 상기 제2 기준전압(VREF-L)에서 상기 제1 기준전압(VREF-H)까지 방전시킨다. 즉, 제1 스위치(SW_H)가 턴온되고 제2 스위치(SW_L)가 턴오프되면 전원전압단자의 전원전압(VDD)을 근거로 생성된 충전전류(iup)를 송/수신스위칭부(460)에 제공하여 지문인식패턴을 충전시키고, 제1 스위치(SW_H)가 턴오프되고 제2 스위치(SW_L)가 턴온되면 지문인식패턴의 충전전압에 대응하는 방전전류(idn)는 접지단자를 통해 방전시킨다.

송/수신스위칭부(460)는 송신스위치(462) 및 수신스위치(464)를 포함하고, 외부로부터 제공되는 제3 제어신호(CON2)에 응답하여 구동신호(TX)를 위한 송신신호(DRV)의 출력 방향과 센싱신호(RX)에 대응하는 수신신호(RCV)의 출력 방향을 스위칭한다.

본 실시예에서, 상기 제3 제어신호(CON2)는 송/수신스위칭부(460)의 신호 전달 경로를 결정하는 역할을 수행한다. 즉, 송/수신스위칭부(460)는 제3 제어신호(CON2)의 제어를 받아 지문인식을 위한 구동신호(TX)를 소스 라인의 일측에 공급할 것인지 소스 라인의 타측에 공급할 것인지를 설정한다.

또한, 송/수신스위칭부(460)는 제3 제어신호(CON2)의 제어를 받아 지문인식에 따른 센싱신호(RX)를 소스 라인의 타측을 통해 수신하 것인지 소스 라인의 일측을 통해 수신할 것인지를 설정한다. 이에 따라, 구동신호(TX)는 소스 라인을 기준으로 제1 방향(예를들어, 순방향)으로 공급될 수도 있고 제2 방향(예를들어, 역방향)으로 공급될 수도 있다. 또한 센싱신호(RX)는 소스 라인을 기준으로 제1 방향으로 수신될 수도 있고 제2 방향으로 수신될 수도 있다.

타이밍 제어부(160)는 제어신호 발생기(162) 및 카운터(164)를 포함하고, 게이트 구동부(120) 및 센싱 구동부(150)의 동작을 제어하되, 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 근거로 터치의 감도를 결정하여 특정 픽셀 위에 사용자 핑거의 융선이 놓이는지 골이 놓이는지를 측정한다.

구체적으로, 제어신호 발생기(162)는 카운터(164)에서 제공되는 클럭(CLOCK)을 근거로 게이트 구동부(120)의 동작을 제어하는 게이트 스위칭 신호(GS), 상기 제1 제어신호(CON0), 상기 제2 제어신호(CON1), 상기 충전 제어신호(SW-H), 상기 방전 제어신호(SW-L), 상기 제3 제어신호(CON2), 상기 제4 제어신호(CON3)를 생성한다.

카운터(164)는 상기 제1 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력하고, 상기 제2 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력한다. 카운터(164)는 외부로부터 제공되는 제4 제어신호(CON3)에 응답하여 충/방전회로부(450)에 의해 이루어지는 충전시간 및 방전시간 그리고 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고 이에 따른 측정결과에 대응하는 측정신호를 출력한다.

본 실시예에서, 상기 제4 제어신호(CON3)는 카운터(164)의 동작을 제어한다. 예컨대, 상기 제4 제어신호(CON3)가 첫번째로 H 레벨의 에지인 구간에서는 카운터(164)를 초기화함과 동시에 카운터(164)가 동작을 개시하여 감지신호(signal)의 정해진 주기만큼 카운터(164)를 동작시켜 클럭의 숫자를 계산한다. 첫번째 H 레벨의 에지 구간 이후에 발생하는 L 레벨의 에지 구간에서는 카운터(164)의 동작을 정지하고, 그때까지 계산된 카운터(164)의 값을 유지하여 측정 결과를 전송하는 역할을 수행한다.

제2 제어신호(CON1)가 H 레벨인 구간에서 상술된 동작을 지속적으로 반복한다. 출력되는 카운터(164)의 값은 제3 제어신호(CON2)에 의해 각각의 패드의 정전용량값으로 인식한다.

최초 시작은 충/방전회로부(450)의 출력신호, 즉 정전용량 감지신호가 0V의 접지 레벨에서 시작한다. 이때 신호는 제1 기준전압(VREF-H) 및 제2 기준전압(VREF-L) 보다 낮은 값을 갖는다. 상기 제2 기준전압(VREF-L)은 통상적으로 GND 0V보다 조금 높은 전압이다. 예를들어, 상기 제2 기준전압(VREF-L)은 300mV로 설정될 수 있다. 상기 제1 기준전압(VREF-H)은 1/2 VDD 내지 VDD-300mV로 설정될 수 있다.

정상상태에서 정전용량 측정회로(200)가 동작하면, 비교기(420)와 제어부(430)는, 신호의 전압이 제2 기준전압(VREF-L)보다 낮은 경우, 센싱신호가 제2 기준전압(VREF-L)부터 제1 기준전압(VREF-H)까지 삼각파의 형태로 상승하는 기울기가 있는 직선 형태의 모양을 갖도록 동작한다.

한편, 신호의 전압이 제1 기준 전압(VREF-H)에 도달하게 되면 스위치(SW)를 연결하여 정전용량 감지신호가 삼각형 형태에서 하강하는 기울기 있는 직선 형태의 모양을 갖도록 동작한다.

도 12a 및 도 12b는 도 9a 및 도 9b에 도시된 지문인식장치에서 구동신호와 센싱신호의 경로를 개략적으로 설명하기 위한 개념도들이다. 특히, 도 12a에는 소스 라인의 일측을 통해 구동신호가 인가되고 소스 라인의 타측을 통해 센싱신호를 수신하는 경로가 도시되고, 도 12b에는 소스 라인의 타측을 통해 구동신호가 인가되고 소스 라인의 일측을 통해 센싱신호를 수신하는 경로가 도시된다.

도 12a를 참조하면, TFT 센서 어레이(110)의 상측에서 하측, 즉 소스 라인의 일측을 통해 구동신호가 전송하고, 소스 라인의 타측을 통해 센싱신호가 출력되어 정전용량의 변화량이 감지된다.

제3 제어신호(CON2)가 0인 경우, 구동신호(DRV)는 송/수신스위칭부(460)의 송신스위치(462) 및 상부 스위치(130)를 경유하여 소스 라인의 일단에 인가되고, 소스 라인을 통과한 센싱신호(RCV)는 소스 라인의 타단을 통해 하부 스위치(140) 및 송/수신스위칭부(460)의 수신스위치(464)를 경유하여 입력되는 제1 감지경로를 갖는다.

도 12b를 참조하면, TFT 센서 어레이(110)의 하측에서 상측, 즉 소스 라인의 타측을 통해 구동신호가 전송하고, 소스 라인의 일측을 통해 센싱신호가 출력되어 정전용량의 변화량이 감지된다.

제3 제어신호(CON2)가 1인 경우, 구동신호(DRV)는 송/수신스위칭부(460)의 송신스위치(462) 및 하부 스위치(140)를 경유하여 소스 라인의 타단에 인가되고, 소스 라인을 통과한 센싱신호(RCV)는 소스 라인의 일단을 통해 상부 스위치(130) 및 송/수신스위칭부(460)의 수신스위치(464)를 경유하여 입력되는 제2 감지경로를 갖는다.

본 발명에 따르면, 제1 감지경로와 제2 감지경로는 그 신호의 흐름만 정반대로 이루어지므로 동일한 측정회로 하나를 이용하여 복합스위치(460)를 통해 감지경로를 조정함으로써, 그 측정값을 얻게 됨으로 반도체의 내부 회로간의 편차에 의한 오차율을 줄일 수 있다.

도 13은 도 9a 및 도 9b에 도시된 TFT 센서 어레이(110)를 통한 정전용량 감지 원리를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다. 도 14은 도 13에 도시된 제1 감지 방향 및 제2 감지 방향에 따른 감지 신호의 지연 현상을 개략적으로 설명하기 위한 그래프이다.

도 13 및 도 14을 참조하면, 설명의 편의를 위해 하나의 소스 라인에 8개의 지문센서들이 연결된 예가 도시된다. 하나의 지문센서는 병렬 연결된 저항과 캐패시터로 정의될 수 있다. 저항들(R) 각각의 저항값은 서로 동일하고 캐패시터들(C) 각각의 정전용량값은 서로 동일하다고 가정한다. 8개의 지문센서들이 배치되므로 9개의 노드들(G0, G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8, G9)이 형성된다.

각 노드(G0~G9)별 기생 캐패시턴스(C)는 무시할 수 있는 작은 값으로 가정하고, 핑거의 융선과 골에 의해 발생하는 터치 값의 변화를 측정한다. 여기서, 융선은 터치에 따른 캐패시턴스로서 Cf로 가정하고, 골은 언터치에 따른 캐패시턴스로서 0으로 가정한다.

G0 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*0*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*8*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다. 즉, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 (R*0*Cf)+(R*8*Cf)=R*8*Cf와 같이 계산된다.

G1 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*1*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*7*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다.

G6 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*5*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*3*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다.

G9 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*8*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*0*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다.

이상에서 설명된 바와 같이, 각 노드별 어느 부분에서도 결국 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수와 제2 감지 방향에 대응하는 TX 시상수 지연 시상수의 합은 동일한 것을 확인할 수 있다.

도 15은 핑거의 골 및 핑거의 융선 각각에 대응하는 타이밍도들이다. 도 15의 상부 도면은 지문센서가 핑거의 골을 만났을 때 이를 언터치(untouch) 상태로 가정한 타이밍도이고, 도 15의 하부 도면은 지문센서가 핑거의 융선을 만났을 때 이를 터치(touch) 상태로 가정한 타이밍도이다.

전극에 핑거의 융선으로 인해 인가되는 터치 캐패시턴스(Cf)가 증가하여 구동신호(TX)와 센싱신호(RX)는 시상수의 지연 현상이 발생한다. CYC 이후에 지연된 시간의 값을 고속의 클럭으로 측정하면 융선(T2)의 경우와 골(T1)의 경우에 대해서 측정 차이값(T0)을 얻게 된다. 이러한 정보의 조합으로 각각의 지문센서 배열에서 융선과 골 값의 이미지는 지문의 이미지가 된다.

도 16a는 지문센서의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 16b는 도 16a의 지문센서를 라인 I-I'으로 절단한 단면도이다.

도 16a 및 도 16b를 참조하면, 지문센서는 베이스 필름, 상기 베이스 필름 위에서 제1 방향으로 형성된 게이트 라인, 상기 게이트 라인에서 돌출된 게이트 전극, 상기 게이트 라인과 상기 게이트 전극을 커버하는 제1 절연층, TFT의 채널 영역에 형성된 반도체층을 포함한다.

지문센서는 상기 제1 절연층 위에서 제2 방향으로 형성된 소스 라인, 상기 소스 라인에서 돌출되고 상기 반도체층의 일부 영역을 커버하는 소스 전극, 상기 소스 전극에서 일정 간격 이격되고 상기 반도체층의 일부 영역을 커버하는 드레인 전극, 상기 소스 라인, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 커버하는 제2 절연층을 포함한다.

지문센서는 서로 인접하는 게이트 라인들과 서로 인접하는 소스 라인들에 의해 정의되는 영역에 형성되고 상기 제2 절연층에 형성된 비어홀들을 통해 상기 드레인 전극에 연결된 지문인식패턴을 포함한다.

도 16a 및 도 16b에 도시된 지문센서는 LTPS(Low-Temperature Poly Silicon) 공정을 통해 제조된다. 통상적으로 LTPS 공정은 섭씨 450도 이하의 공정 온도에서 이루어진다. 본 실시예에 따른 베이스 필름이 폴리이미드(Polyimide)로 구성되는 경우, 섭씨 380도 내외의 공정 온도에서 이루어질 수 있다.

도 17a는 지문센서의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 17b는 도 17a의 지문센서를 라인 II-II'으로 절단한 단면도이다.

도 17a 및 도 17b를 참조하면, 지문센서는 베이스 필름, 상기 베이스 필름 위에서 제1 방향으로 형성된 게이트 라인, 상기 게이트 라인에서 돌출된 게이트 전극, 상기 게이트 라인과 상기 게이트 전극을 커버하는 제1 절연층, TFT의 채널 영역에 형성된 반도체층을 포함한다.

본 실시예에서, 상기 드레인 전극은 서로 인접하는 게이트 라인들과 서로 인접하는 소스 라인들에 의해 정의되는 영역을 커버하도록 확장되어 지문인식패턴을 정의한다.

도 17a 및 도 17b에 도시된 지문센서는 LTPS(Low-Temperature Poly Silicon) 공정을 통해 제조된다. 통상적으로 LTPS 공정은 섭씨 450도 이하의 공정 온도에서 이루어진다. 본 실시예에 따른 베이스 필름이 폴리이미드(Polyimide)로 구성되는 경우, 섭씨 380도 내외의 공정 온도에서 이루어질 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 실리콘 웨이퍼 기반 TFT 센서 어레이가 아닌 플렉시블 필름 기반 TFT 센서 어레이를 통해 정전용량 방식의 지문인식용 센서를 구현한다. 즉, 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)의 제조를 위해 사용되는 LTPS 기반의 TFT 센서 어레이 제조 기술과, 플렉시블 디스플레이 제조를 위해 사용되는 플렉시블 필름 기반의 TFT 센서 어레이 제조 기술을 이용하여 정전용량 방식의 지문인식용 센서를 구현하므로써, 실리콘 웨이퍼 기반 TFT 센서 어레이를 통해 지문인식용 센서를 구현할 때 발생되는 실리콘 웨이퍼의 공급 부족 현상을 해결할 수 있다.

또한, TFT 센서 어레이가 형성된 플렉시블 필름의 배면이나 상면에 하드 코팅 처리 및/또는 디자인 인쇄 처리를 수행함으로써, 별도의 글래스 커버 윈도우 공정을 생략할 수 있고, 대량 생산이 가능하다.

또한, 실리콘 웨이퍼 기반 TFT 센서 어레이를 통한 정전용량 방식의 지문인식용 센서를 구현하는 기술에서 필요했던 와이어 본딩 공정, 몰딩 공정, 커버 윈도우 공정을 생략할 수 있으므로 제조 비용을 줄일 수 있다.

한편, 실리콘 웨이퍼로부터 지문인식 터치면까지의 거리는 약 300um 이상이 요구되어 지문인식 센서 전극과 손가락까지의 거리가 멀어 지문인식의 감도 도출이 매우 어렵다. 이에 반해, 플렉시블 필름의 두께는 수십 um 정도이므로 정전용량 방식의 지문인식센서와 지문까지의 거리가 100um 이내로 단축이 되어 터치 감도가 비약적으로 향상된다.

또한, 실리콘 웨이퍼 기반 지문인식 센서 공정에서 필요한 센서 다이(sensor die)의 볼 그리드 배열(Ball Grid Array, BGA)과 같은 패키징(packaging) 공정(예를들어, PCB상에 와이어 본딩 및 몰딩 공정)을 생략할 수 있으므로, 수율을 향상시킬 수 있고, 원가를 절감할 수 있다.

또한, 시스템과 지문인식 BGA 패키지간의 신호 연결을 위한 플렉시블 PCB(Flexible PCB, FPCB)를 생략할 수 있으므로, 공정 간소화를 달성할 수 있고, 수율을 향상시킬 수 있고, 제조 원가를 절감할 수 있다.

한편, 실리콘 기반의 8-인치 실리콘 웨이퍼가 사용될 경우, 직경이 약 200mm 인 원형 웨이퍼가 고가이면서 면적이 협소해 제조 물량이 적다. 이에 반해, 본 발명에서 사용되는 플렉시블 TFT 필름 제조 공정이 사용되므로, 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조 원가를 절감할 수 있다.

즉, 디스플레이 제조 공정은 5세대 공정(즉, 1300 mm X 1100mm의 크기를 갖는 기판 제조 공정)을 사용한다고 하더라도 8-인치 실리콘 웨이퍼 보다 매우 저렴하다. 또한, 면적이 넓은 1300mm X 1100mm의 직사각형의 TFT 원판을 사용할 수 있다. 따라서, 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조 원가를 절감할 수 있다.

이상에서는 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.

110 : TFT 센서 어레이 120 : 게이트 구동부
130 : 상부 스위치 140 : 하부 스위치
150 : 센싱 구동부 160 : 타이밍 제어부
200 : 정전용량 측정회로 410 : 기준전압발생부
420 : 전압비교부 430 : 제어부
450 : 충/방전회로부 460 : 송/수신스위칭부
COMP_UP : 제1 전압비교기 COMP_DN : 제2 전압비교기
500 : 지문센서모듈 510 : 베이스 필름
511 : 지문센싱 영역 512 : 날개 영역
513 : 제1 신호연결 영역 514 : 부품실장 영역
515 : 제2 신호연결 영역 516 : 커넥팅 영역
512a : 제1 날개부 512b : 제2 날개부
520 : 제1 신호라인들 530 : 외장부품
540 : 제2 신호라인들 610, 710 : 제1 보강판
612, 712 : 쉴드전극층 620 : 제2 보강판
630, 740 : 금속링 640, 750 : 공간보충필름
650 : 제3 보강판 660, 770 : 손상방지층
720 : 제1 지지판 730 : 제2 지지판
760 : 제3 지지판

Claims

지문센싱 영역, 상기 지문센싱 영역을 둘러싸는 날개 영역, 상기 지문센싱 영역에 인접한 제1 신호연결 영역, 상기 제1 신호연결 영역에 인접한 부품실장 영역 및 상기 부품실장 영역에 인접한 제2 신호연결 영역을 갖는 베이스 필름;
상기 지문센싱 영역에 형성된 TFT 센서 어레이;
상기 제1 신호연결 영역에 형성되고, 일단이 상기 TFT 센서 어레이에 연결된 복수의 제1 신호라인들;
상기 부품실장 영역에 실장되고, 일단이 상기 제1 신호라인들 각각에 연결된 외장부품; 및
상기 제2 신호연결 영역에 형성되고, 일단이 상기 외장부품에 연결된 복수의 제2 신호라인들을 포함하는 지문센서모듈.
제1항에 있어서, 상기 베이스 필름은,
쉴드 신호 또는 제어신호의 연결을 위해 상기 날개 영역의 일부 영역에 형성된 제1 도전성 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제2항에 있어서, 서로 인접하는 상기 날개 영역과 상기 부품실장 영역에는 커팅 라인에 의해 정의되는 절단부와 상기 절단부에 인접하는 연결부가 형성되고,
상기 제1 도전성 패턴에서 연결된 제1 배선은 상기 연결부를 경유하여 상기 부품실장 영역까지 연장되는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제2항에 있어서, 상기 베이스 필름은,
외부의 금속링의 하단부에 쉴드 신호의 연결을 위해 상기 날개 영역의 다른 일부 영역에 형성된 제2 도전성 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제4항에 있어서, 서로 인접하는 상기 날개 영역과 상기 부품실장 영역에는 커팅 라인에 의해 정의되는 절단부와 상기 절단부에 인접하는 연결부가 형성되고,
상기 제2 도전성 패턴에서 연결된 제2 배선은 상기 연결부를 경유하여 상기 부품실장 영역까지 연장되는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제1항에 있어서, 상기 베이스 필름은 상기 제2 신호연결 영역에 인접한 커넥팅 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제6항에 있어서, 상기 커넥팅 영역에 배치된 커넥터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제1항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이는, 복수의 게이트 라인들과, 복수의 소스 라인들과, 게이트 라인과 소스 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 복수의 지문인식패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제1항에 있어서, 복수의 게이트 라인들과, 복수의 소스 라인들과, 게이트 라인과 소스 라인에 연결된 복수의 TFT들을 포함하고,
상기 TFT들 각각의 드레인 전극은 확장되어 지문인식패턴을 정의하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제1항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부;
상기 TFT 센서 어레이의 일측에 연결되고, 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 상부 스위치; 및
상기 TFT 센서 어레이의 타측에 연결되고, 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 하부 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제10항에 있어서, 상기 게이트 구동부, 상기 상부 스위치 및 상기 하부 스위치는 상기 지문센싱 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제10항에 있어서,
제1 시간 동안, 상기 상부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 TFT 센서 어레이의 일단에 제공하고, 상기 하부 스위치는 상기 TFT 센서 어레이의 타단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공하고,
제2 시간 동안, 상기 하부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 TFT 센서 어레이의 타단에 제공하고, 상기 상부 스위치는 상기 TFT 센서 어레이의 일단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
제1항에 있어서, 상기 제1 신호라인들과 상기 제2 신호라인들을 커버하는 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서모듈.
지문센싱 영역과, 상기 지문센싱 영역을 둘러싸는 날개 영역과, 상기 지문센싱 영역에 인접한 제1 신호연결 영역과, 상기 제1 신호연결 영역에 인접한 부품실장 영역과, 상기 부품실장 영역에 인접한 제2 신호연결 영역을 갖는 베이스 필름을 포함하고, U-자형상으로 굴곡된 지문센서모듈;
U-자 형상으로 굴곡되어 마주하는 상기 부품실장 영역과 상기 지문센싱 영역 사이에 배치된 제1 보강판;
상기 부품실장 영역에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센서모듈을 지지하는 제2 보강판; 및
상기 부품실장 영역에 대응하는 크기를 갖고서 상기 지문센서모듈을 가압하고 상기 지문센싱 영역에 형성된 TFT 센서 어레이를 노출하는 금속링을 포함하는 지문인식장치.
제14항에 있어서, 상기 부품실장 영역의 배면에 대응하여 상기 제1 보강판 아래에 배치된 공간보충필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제14항에 있어서, 상기 베이스 필름은 상기 제2 신호연결 영역에 인접한 커넥팅 영역을 더 포함하고,
상기 지문센서모듈은 상기 커넥팅 영역에 배치된 커넥터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제16항에 있어서, 기구적 안정성과 커넥터 접촉에 필요한 기구적 안정성을 위해 커넥터부가 형성된 커넥팅 연결부의 반대편에 배치된 제3 보강판를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제14항에 있어서, 지문인식을 위한 접촉면으로 상기 TFT 센서 어레이가 사용될 때 사용상의 스크래치로 인한 상기 TFT 센서 어레이 및 주변 회로의 손상을 방지하기 위해,
상기 지문센서모듈은 비전도성 특성을 갖고서 상기 TFT 센서 어레이 위에 형성된 손상방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제14항에 있어서, 지문인식을 위한 접촉면으로 상기 TFT 센서 어레이가 사용될 때 사용상 모듈의 디자인 컨셉에 맞도록 무늬, 색상, 광택 및 질감을 표현하기 위해,
상기 지문센서모듈은 비전도성 특성을 갖고서 상기 TFT 센서 어레이 위에 형성된 디자인 인쇄층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제14항에 있어서, 상기 제1 보강판의 배면에는 쉴드전극층이 형성되고, 상기 제1 보강판이 중첩되는 상기 날개 영역에 상기 쉴드전극층에 전기적 접점이 이루는 제1 도전성 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제20항에 있어서, 상기 날개 영역에는 상기 금속링과의 전기적 접점을 위한 제2 도전성 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
지문센싱 영역과, 상기 지문센싱 영역을 둘러싸는 날개 영역과, 상기 지문센싱 영역에 인접한 제1 신호연결 영역과, 상기 제1 신호연결 영역에 인접한 부품실장 영역과, 상기 부품실장 영역에 인접한 제2 신호연결 영역을 갖는 베이스 필름을 포함하고, 계단형상으로 굴곡된 지문센서모듈;
상기 지문센싱 영역의 하부에 배치된 제1 보강판;
상기 부품실장 영역의 하부에 배치된 제1 지지판;
상기 지문센싱 영역의 하부에 배치된 제2 지지판; 및
상기 지문센싱 영역을 커버하는 크기를 갖고서 상기 지문센싱 영역 위에 배치되고, 상기 지문센싱 영역에 형성된 TFT 센서 어레이를 노출하는 금속링을 포함하는 지문인식장치.
제22항에 있어서, 상기 베이스 필름은 상기 제2 신호연결 영역에 인접한 커넥팅 영역을 더 포함하고, 상기 지문센서모듈지문센서모듈은 상기 커넥팅 영역에 배치된 커넥터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제23항에 있어서, 기구적 안정성과 커넥터 접촉에 필요한 기구적 안정성을 위해 커넥터부가 형성된 커넥팅 연결부의 반대편에 배치된 제3 지지판를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제22항에 있어서, 지문인식을 위한 접촉면으로 상기 TFT 센서 어레이가 사용될 때 사용상의 스크래치로 인한 상기 TFT 센서 어레이 및 주변 회로의 손상을 방지하기 위해,
상기 지문센서모듈은 비전도성 특성을 갖고서 상기 TFT 센서 어레이 위에 형성된 손상방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제22항에 있어서, 지문인식을 위한 접촉면으로 상기 TFT 센서 어레이가 사용될 때 사용상 모듈의 디자인 컨셉에 맞도록 무늬, 색상, 광택 및 질감을 표현하기 위해,
상기 지문센서모듈은 비전도성 특성을 갖고서 상기 TFT 센서 어레이 위에 형성된 디자인 인쇄층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제22항에 있어서, 상기 제1 보강판의 배면에는 쉴드전극층이 형성되고,
상기 제1 보강판이 중첩되는 상기 날개 영역에 상기 쉴드전극층에 전기적 접점이 이루는 제1 도전성 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
제27항에 있어서, 상기 날개 영역에는 상기 금속링과의 전기적 접점을 위한 제2 도전성 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 지문인식장치.