KR20190079289A - display device and mobile terminal using the same - Google Patents

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KR20190079289A
KR20190079289A KR1020170181383A KR20170181383A KR20190079289A KR 20190079289 A KR20190079289 A KR 20190079289A KR 1020170181383 A KR1020170181383 A KR 1020170181383A KR 20170181383 A KR20170181383 A KR 20170181383A KR 20190079289 A KR20190079289 A KR 20190079289A
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추교섭
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황종희
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Abstract

The present invention relates to a display apparatus, and to a mobile terminal using the same. The display apparatus comprises: a touch sensor sensing touch input on a screen of the display panel; a force sensor sensing pressure of the touch input when the touch input is positioned in a predetermined fingerprint sensing region; and a fingerprint sensor driven when the pressure of the touch input sensed by the force sensor is equal to or greater than a predetermined pressure to sense a fingerprint at the touch input position.

Description

표시장치와 이를 이용한 모바일 단말기{display device and mobile terminal using the same}The present invention relates to a display device and a mobile terminal using the same,

본 발명은 지문 센서(fingerprint sensor)와 포스 센서(force sensor)를 포함한 표시장치와 이를 이용한 모바일 단말기에 관한 것이다. The present invention relates to a display device including a fingerprint sensor and a force sensor, and a mobile terminal using the same.

생체 인식 기술(Biometrics)은 신원 확인 또는 등록된 사용자를 확인하기 위해 지문, 음성과 같이 사람의 변하지 않는 신체적 특징을 인식한다. 생체 인식 기술에서 사용되는 생체 정보는 지문(Fingerprint), 얼굴(Face), 홍채(Iris) 등이 있다. 최근, 다양한 정보 기기에서 정보 보안을 위해 다양한 생체 인식 기술이 적용되고 있다. 고사양 스마트 폰의 경우, 경쟁적으로 생체 인식 기술이 적용되고 있다. Biometrics recognizes a person's unchanging physical characteristics, such as fingerprints and voices, to identify or identify registered users. Biometric information used in biometrics technology includes fingerprint, face, and iris. Recently, various biometric technologies have been applied to information security in various information devices. In the case of high-end smart phones, biometrics technology is being applied competitively.

지문 인식 장치는 대부분의 정보 기기에서 사용되고 있는 대표적인 생체 인식 시스템이다. 지문 인식 장치에 이용되는 지문 센서는 정전 용량 방식, 초음파 방식, 광학식 등이 있다. 초음파 방식 지문 센서와 광학식 지문 센서는 사용자의 지문 상태나 환경에 따라 지문 인식률에서 차이가 큰 단점이 있다.The fingerprint recognition system is a typical biometric system used in most information devices. Background Art [0002] A fingerprint sensor used in a fingerprint recognition device includes a capacitive type, an ultrasonic type, and an optical type. Ultrasonic fingerprint sensors and optical fingerprint sensors have a disadvantage in that the fingerprint recognition rate differs greatly depending on the fingerprint state or environment of the user.

모바일 단말기는 미리 설정된 시간 동안 입력 신호가 없으면 슬립 모드(sleep mode, 또는 대기 모드)로 전환되어 소비 전력을 줄인다. 그런데 지문 인식 장치는 대기 모드에서 동작하고 있기 때문에 대기 모드에서 소비 전력을 발생한다. If there is no input signal for a predetermined period of time, the mobile terminal is switched to a sleep mode (sleep mode or standby mode) to reduce power consumption. However, since the fingerprint recognition apparatus operates in the standby mode, power consumption is generated in the standby mode.

본 발명은 사용자의 지문 상태나 환경에 영향을 받지 않고 지문 인식률을 개선할 수 있는 지문 인식 장치와 이를 이용한 표시장치와 모바일 단말기를 제공한다. The present invention provides a fingerprint recognition device capable of improving a fingerprint recognition rate without being affected by a fingerprint state or environment of a user, a display device using the fingerprint recognition device, and a mobile terminal.

본 발명의 표시장치는 화면 상에 영상을 표시하는 표시패널, 상기 표시패널의 화면 상에서 터치 입력을 센싱하는 터치 센서, 상기 터치 입력이 미리 설정된 지문 센싱 영역에 위치할 때 상기 터치 입력의 압력을 센싱하는 포스 센서, 및 상기 포스 센서에 의해 센싱된 상기 터치 입력의 압력이 소정 압력 이상일 때 구동되어 상기 터치 입력 위치의 지문을 센싱하는 지문 센서를 구비한다. A display device of the present invention includes a display panel for displaying an image on a screen, a touch sensor for sensing a touch input on a screen of the display panel, a sensor for sensing a pressure of the touch input when the touch input is located in a preset fingerprint sensing area, And a fingerprint sensor that is driven when the pressure of the touch input sensed by the force sensor is equal to or higher than a predetermined pressure to sense a fingerprint of the touch input position.

본 발명의 모바일 단말기는 화면 상에 영상을 표시하는 표시패널, 입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 표시패널 구동부, 상기 표시패널의 화면 상에서 터치 입력을 센싱하는 터치 센서, 상기 터치 입력이 미리 설정된 지문 센싱 영역에 위치할 때 상기 터치 입력의 압력을 센싱하는 포스 센서, 상기 포스 센서에 의해 센싱된 상기 터치 입력의 압력이 소정 압력 이상일 때 구동되어 상기 터치 입력 위치의 지문을 센싱하는 지문 센서, 및 상기 표시패널에 표시될 입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 표시패널 구동부로 전송하고, 터치 센서로부터 얻어진 터치 데이터, 상기 포스 센서로부터 얻어진 포스 데이터 및 상기 지문 센서로부터 얻어진 지문 센서 데이터를 수신하는 호스트 시스템을 구비한다. 상기 호스트 시스템은 상기 터치 데이터와 상기 포스 데이터가 수신된 후에 수신되는 상기 지문 데이터에 대하여 지문 인증을 실시한다.The mobile terminal includes a display panel for displaying an image on a screen, a display panel driver for writing pixel data of the input image to pixels of the display panel, a touch sensor for sensing a touch input on a screen of the display panel, A force sensor which senses the pressure of the touch input when the touch input is located in a preset fingerprint sensing area, a sensor which is driven when the pressure of the touch input sensed by the force sensor is equal to or higher than a predetermined pressure, And fingerprint sensor data obtained from the fingerprint sensor are transmitted to the display panel drive unit, and the fingerprint sensor data received from the fingerprint sensor and the fingerprint sensor data received from the fingerprint sensor are transmitted to the display panel drive unit And a host system. The host system performs fingerprint authentication on the fingerprint data received after the touch data and the force data are received.

본 발명은 포스 센서를 이용하여 지문의 압력이 소정 압력 이상일 때만 지문을 센싱함으로써 지문의 접촉 면적 증대를 유도한다. 그 결과, 본 발명은 사용자의 지문 상태나 환경에 영향을 받지 않고 지문 인식률을 향상시킬 수 있다. The present invention uses a force sensor to sense the fingerprint only when the pressure of the fingerprint is higher than a predetermined pressure, thereby inducing an increase in the contact area of the fingerprint. As a result, the present invention can improve the fingerprint recognition rate without being affected by the fingerprint state or environment of the user.

또한, 본 발명은 지문 센싱 영역 상에서 터치 입력이 확인될 때에만 포스 센서를 구동하고, 터치 입력(지문)의 압력이 소정의 압력 이상일 때에만 지문 센서를 구동함으로써 오동작을 방지하고 슬립 모드에서 소비 전력을 개선할 수 있다.In addition, the present invention drives the force sensor only when the touch input is confirmed on the fingerprint sensing area and prevents the malfunction by driving the fingerprint sensor only when the pressure of the touch input (fingerprint) is equal to or higher than a predetermined pressure, Can be improved.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 단말기의 전면을 개략적으로 보여 주는 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 단말기를 보여 주는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 단말기의 외관과 내부 구조를 개략적으로 보여 주는 도면들이다.
도 5a 내지 도 5c는 표시장치에 연결되는 가요성 인쇄 회로들을 보여 주는 도면들이다.
도 7a 내지 도 7d는 터치 및 포스 센서 구동부를 상세히 보여 주는 회로도들이다.
도 8은 FSR 방식 포스 센서의 상판과 하판 구조를 상세히 보여 주는 도면이다.
도 9는 도 8의 선 “Ⅰ-Ⅰ'”를 따라 절취하여 포스 센서의 단면 구조를 보여 주는 도면이다.
도 10은 FSR 방식 포스 센서의 동작 원리를 보여 주는 도면이다.
도 11은 일반 지문에서 지문 센서를 통해 획득된 지문 이미지를 보여 주는 도면이다.
도 12는 건조 지문에서 지문 센서를 통해 획득된 지문 이미지를 보여 주는 도면이다.
도 13은 건조 지문의 압력을 높일 때 지문 센서로부터 획득된 지문 이미지의 변화를 보여 주는 도면이다.
도 14는 슬립 모드에서 지문 센싱 및 인증 과정을 보여 주는 흐름도이다.
도 15는 노멀 구동 모드에서 지문 센싱 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예에 따른 지향성 광원 장치를 보여 주는 도면들이다.
도 17은 도 16a 및 도 16b에 도시된 투명 기판 내에서의 광 경로를 나타내는 단면도이다.
도 18a 및 도 18b는 표시 패널 상에 배치된 지향성 광원 장치를 보여 주는 도면들이다.
도 19는 표시 패널에 지향성 광원 장치, 지문 센서 및 포스 센서가 배치된 예를 보여 주는 도면이다.
1A is a plan view schematically illustrating a front surface of a mobile terminal according to an exemplary embodiment of the present invention.
1B is a view illustrating a display device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a mobile terminal according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views schematically showing the external appearance and internal structure of the mobile terminal according to the embodiment of the present invention.
5A to 5C are views showing flexible printed circuits connected to a display device.
7A to 7D are circuit diagrams showing the touch and force sensor driving unit in detail.
8 is a detailed view showing a top plate and a bottom plate structure of the FSR type force sensor.
9 is a cross-sectional view of the force sensor taken along the line " I-I " in Fig.
10 is a view showing an operation principle of the FSR type force sensor.
11 is a view showing a fingerprint image obtained through a fingerprint sensor in a general fingerprint.
12 is a view showing a fingerprint image obtained through a fingerprint sensor in a dry fingerprint.
13 is a view showing a change in the fingerprint image obtained from the fingerprint sensor when the pressure of the dried fingerprint is increased.
14 is a flowchart illustrating fingerprint sensing and authentication in a sleep mode.
15 is a flowchart showing a fingerprint sensing method in the normal drive mode.
16A and 16B are views showing a directional light source device according to an embodiment of the present invention.
17 is a cross-sectional view showing a light path in the transparent substrate shown in Figs. 16A and 16B.
18A and 18B are views showing a directional light source device disposed on a display panel.
19 is a diagram showing an example in which a directional light source device, a fingerprint sensor, and a force sensor are arranged on a display panel.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 이하의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은 특허청구범위에 의해 정의된다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms. The following embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention. The invention is defined by the claims.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. The shapes, sizes, ratios, angles, numbers, and the like disclosed in the drawings for describing the embodiments of the present invention are illustrative, and thus the present invention is not limited thereto. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다. Where the terms "comprises", "having", "done", and the like are used in this specification, other portions may be added unless "only" is used. Unless the context clearly dictates otherwise, including the plural unless the context clearly dictates otherwise.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the constituent elements, it is construed to include the error range even if there is no separate description.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. In the case of a description of the positional relationship, for example, if the positional relationship between two parts is described as 'on', 'on top', 'under', and 'next to' Or " direct " is not used, one or more other portions may be located between the two portions.

실시에 설명에서, 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되지만, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. In the description of the embodiments, the first, second, etc. are used to describe various components, but these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.It is to be understood that each of the features of the various embodiments of the present invention may be combined or combined with each other partially or wholly and technically various interlocking and driving are possible and that the embodiments may be practiced independently of each other, It is possible.

본 발명의 표시장치는 영상이 표시되는 화면 상에 접촉된 사용자의 지문을 센싱하되, 지문의 압력이 소정의 압력 이상일 때에 지문 센서가 구동한다. A display device of the present invention senses a fingerprint of a user who touches a screen on which an image is displayed, and the fingerprint sensor is driven when the pressure of the fingerprint is equal to or higher than a predetermined pressure.

본 발명의 표시장치는 지문 센서와 포스 센서가 배치될 수 있다면 제약이 없다. 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 발광 표시장치(Electroluminescence Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel, PDP) 등의 평판 표시장치에 적용될 수 있다. 전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기 발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 대별된다. The display device of the present invention is not limited as long as the fingerprint sensor and the force sensor can be disposed. The display device may be a flat panel display device such as a liquid crystal display (LCD), an electroluminescence display, a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP) Lt; / RTI > An electroluminescent display device is classified into an inorganic light emitting display device and an organic light emitting display device depending on the material of the light emitting layer.

액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기 발광 표시장치의 픽셀들은 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함한다. 유기 발광 표시장치는 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도, 시야각 등이 우수할 뿐 아니라, 블랙 계조를 완전한 블랙으로 표현할 수 있기 때문에 명암비(contrast ratio)와 색재현율이 우수하다. 이하에서, 본 발명의 표시장치를 유기 발광 표시장치를 중심으로 설명하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The pixels of an active matrix type organic light emitting display include organic light emitting diodes (OLEDs) that emit light by themselves. The organic light emitting display device has a high response speed and excellent luminous efficiency, luminance, viewing angle and the like, as well as excellent contrast ratios and color reproducibility since black gradations can be expressed entirely in black. Hereinafter, the display device of the present invention will be described mainly with reference to the organic light emitting display device, but the present invention is not limited thereto.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 실시예들에서, 전계 발광 표시장치는 유기 발광 물질을 포함한 유기 발광 표시장치를 중심으로 설명한다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상은 유기 발광 표시장치에 국한되지 않고, 무기발광 물질을 포함한 무기발광 표시장치에 적용될 수 있음에 주의하여야 한다. Various embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following embodiments, an electroluminescent display device will be described mainly with respect to an organic light emitting display device including an organic light emitting material. However, it should be noted that the technical idea of the present invention is not limited to the organic light emitting display, but can be applied to an inorganic light emitting display device including an inorganic light emitting material.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 단말기의 전면을 개략적으로 보여 주는 평면도이다. 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 도면이다. 도 1b는 도 1a에서 선 A-A'을 따라 절취한 표시장치의 단면도를 구동 회로부의 블록도와 함께 보여 준다. 1A is a plan view schematically illustrating a front surface of a mobile terminal according to an exemplary embodiment of the present invention. 1B is a view illustrating a display device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of a display device taken along line A-A 'in FIG. 1A along with a block diagram of a driving circuit.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 터치 스크린을 포함한 표시패널(50), 표시패널(50)을 구동하는 표시패널 구동부(12), 표시패널(50) 아래에 배치된 지문 센서(32), 및 지문 센서(32)와 가깝게 배치된 포스 센서(24)를 포함한다. 본 발명의 표시장치는 터치 및 포스 센서 구동부(20), 지문 센서 구동부(30) 및 센서 신호 처리부(40)를 더 포함한다. 1A and 1B, a display device according to the present invention includes a display panel 50 including a touch screen, a display panel driver 12 for driving the display panel 50, a fingerprint disposed under the display panel 50, A sensor 32 and a force sensor 24 disposed close to the fingerprint sensor 32. [ The display device of the present invention further includes a touch and force sensor driving unit 20, a fingerprint sensor driving unit 30, and a sensor signal processing unit 40.

표시패널(50)의 화면은 입력 영상을 표시하는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 다수의 데이터 라인들, 데이터 라인들과 교차되는 다수의 게이트 라인들(또는 스캔 라인들), 및 매트릭스 형태로 배치되는 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 컬러 구현을 위하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀로 나뉘어질 수 있다. 픽셀들 각각은 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 서브 픽셀들 각각은 OLED와 같은 발광 소자를 포함한다. The screen of the display panel 50 includes a pixel array for displaying an input image. The pixel array includes a plurality of data lines, a plurality of gate lines (or scan lines) intersecting the data lines, and pixels arranged in a matrix form. Each of the pixels may be divided into a red subpixel, a green subpixel, and a blue subpixel for color implementation. Each of the pixels may further include a white subpixel. Each of the subpixels includes a light emitting element such as an OLED.

표시패널(50)의 화면 상에 터치 스크린을 구현하기 위한 터치 센서들(22)이 배치될 수 있다. 터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시패널(50)의 화면 상에 배치되거나 픽셀 어레이에 내장되는 인-셀(In-cell type) 터치 센서들로 구현될 수 있다. Touch sensors 22 for implementing a touch screen may be disposed on the screen of the display panel 50. [ The touch sensors may be in-cell type touch sensors disposed on the screen of the display panel 50 in an on-cell type or an add-on type or embedded in a pixel array . ≪ / RTI >

표시패널(50)의 전면에 투명 기판(60)이 접착될 수 있다. 투명 기판(60)은 모바일 단말기의 커버 글라스(cover glass)로 이용될 수 있다. 표시패널(50)의 후면에 폼 패드(foam pad, 52)와 금속층(54)이 적층될 수 있다. A transparent substrate 60 may be adhered to the entire surface of the display panel 50. The transparent substrate 60 may be used as a cover glass of a mobile terminal. A foam pad 52 and a metal layer 54 may be laminated on the rear surface of the display panel 50.

표시패널(50)의 후면에 지문 센서(32)와 포스 센서(24)가 배치된다. 지문 센서(32)는 폼 패드(52)와 금속층(54)을 관통하여 표시패널(50)을 노출하는 개구공을 통해 표시패널(50)에 접착된다. 지문 센서(32)는 초음파 방식 또는 광학식 센서로 구현될 수 있다. 지문 센서(32)는 표시패널(50)을 사이에 두고 지문 접촉면의 반대면에서 지문으로부터 반사된 초음과 또는 광을 수신하여 지문 패턴을 센싱한다. 포스 센서(24)는 지문 센서(32)와 가깝게 배치되어 지문 센싱 영역에 가해지는 압력을 센싱한다. A fingerprint sensor 32 and a force sensor 24 are disposed on the rear surface of the display panel 50. The fingerprint sensor 32 is bonded to the display panel 50 through the opening hole penetrating the foam pad 52 and the metal layer 54 and exposing the display panel 50. [ The fingerprint sensor 32 may be implemented as an ultrasonic sensor or an optical sensor. The fingerprint sensor 32 receives the ultrasonic sound or light reflected from the fingerprint on the opposite side of the fingerprint contact surface with the display panel 50 therebetween to sense the fingerprint pattern. The force sensor 24 is disposed close to the fingerprint sensor 32 to sense the pressure applied to the fingerprint sensing area.

표시패널 구동부(12)는 타이밍 콘트롤러(Timing controller, 10)의 제어 하에 표시패널(50)의 픽셀들에 입력 영상의 픽셀 데이터를 기입하여 표시패널(50)의 화면 상에 입력 영상을 표시한다. 표시패널 구동부(12)는 모바일 단말기의 노멀 구동 모드(normal driving mode)에서 표시패널(50)의 화면 전체의 픽셀 어레이 상에 입력 영상을 표시한다. 반면, 표시패널 구동부(12)는 모바일 단말기의 슬립 모드(sleep mode)에서 표시패널(50)의 화면 중 일부 픽셀 영역만 저휘도로 구동하여 미리 설정된 정보 혹은 이미지를 화면의 일부에 저휘도로 표시할 수 있다. The display panel driving unit 12 writes the pixel data of the input image on the pixels of the display panel 50 under the control of the timing controller 10 and displays the input image on the screen of the display panel 50. The display panel driving unit 12 displays an input image on a pixel array of the entire screen of the display panel 50 in the normal driving mode of the mobile terminal. On the other hand, in the sleep mode of the mobile terminal, the display panel driving unit 12 drives only some pixel regions of the screen of the display panel 50 at a low luminance, and displays predetermined information or images on a part of the screen at low luminance can do.

표시패널 구동부(12)는 데이터 구동부와 게이트 구동부를 포함한다. 데이터 구동부는 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog converter, 이하 DAC라 함)를 이용하여 매 프레임 기간마다 타이밍 콘트롤러(10)로부터 수신되는 입력 영상의 픽셀 데이터(디지털 데이터)를 아날로그 감마 보상 전압으로 변환하여 데이터 전압을 출력한다. 게이트 구동부는 시프트 레지스터(Shift register)를 이용하여 타이밍 콘트롤러(10)의 제어 하에 데이터 전압에 동기되는 게이트 신호를 게이트 라인들에 순차적으로 공급한다. The display panel driver 12 includes a data driver and a gate driver. The data driver converts the pixel data (digital data) of the input image received from the timing controller 10 to the analog gamma compensation voltage every frame period using a digital-to-analog converter (DAC) And outputs the data voltage. The gate driver sequentially supplies a gate signal synchronized with the data voltage to the gate lines under the control of the timing controller 10 by using a shift register.

타이밍 콘트롤러(10)는 호스트 시스템으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터와, 그와 동기되는 타이밍 신호를 수신한다. 타이밍 콘트롤러(10)는 입력 영상의 픽셀 데이터를 데이터 구동부로 전송하고, 데이터 구동부와 게이트 구동부의 동작 타이밍을 제어한다. The timing controller 10 receives pixel data of an input image from the host system and a timing signal synchronized with the pixel data. The timing controller 10 transmits the pixel data of the input image to the data driver, and controls the operation timing of the data driver and the gate driver.

터치 및 포스 센서 구동부(20)는 터치 센서(22)와 포스 센서(24)를 구동한다. 터치 및 포스 센서 구동부(20)는 터치 센서(22)로부터 수신된 터치 센서 신호를 증폭하고 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)를 통해 디지털 데이터로 변환하고, 이 데이터를 미리 설정된 기준값과 비교하여 기준값 이상의 데이터를 터치 입력으로 판단한다. 터치 및 포스 센서 구동부(20)는 터치 입력 위치의 좌표 정보를 포함한 터치 데이터를 센서 신호 처리부(40)로 전송한다. The touch and force sensor driving unit 20 drives the touch sensor 22 and the force sensor 24. The touch and force sensor driving unit 20 amplifies the touch sensor signal received from the touch sensor 22, converts the touch sensor signal into digital data through an analog to digital converter (ADC), compares the data with a preset reference value And determines that the data exceeding the reference value is a touch input. The touch and force sensor driving unit 20 transmits touch data including coordinate information of the touch input position to the sensor signal processing unit 40.

터치 및 포스 센서 구동부(20)는 포스 센서(24)로부터 수신된 포스 센서 신호를 증폭하고 ADC를 통해 디지털 데이터로 변환하여 포스 데이터를 발생하여 센서 신호 처리부(40)로 전송한다. The touch and force sensor driving unit 20 amplifies the force sensor signal received from the force sensor 24, converts the force sensor signal into digital data through the ADC, generates force data, and transmits the force data to the sensor signal processing unit 40.

본 발명에서 터치 센서(22)와 포스 센서(24)는 도 7d에 도시된 바와 같이 터치 및 포스 센서 구동부(20)의 센싱부를 공유할 수 있다. 센싱부는 반전 증폭기와 ADC를 포함한다. 한편, 터치 및 포스 센서 구동부(20)는 터치 센서(22)를 구동하기 위한 터치 센서 구동부와, 포스 센서(24)를 구동하기 위한 포스 센서 구동부로 분리될 수 있다. In the present invention, the touch sensor 22 and the force sensor 24 may share the sensing portion of the touch and force sensor driver 20 as shown in FIG. 7D. The sensing section includes an inverting amplifier and an ADC. The touch and force sensor driving unit 20 may be divided into a touch sensor driving unit for driving the touch sensor 22 and a force sensor driving unit for driving the force sensor 24. [

지문 센서 구동부(30)는 지문 센서(32)를 구동한다. 지문 센서(32)는 지문으로부터 얻어진 신호를 증폭하고 ADC를 통해 디지털 데이터로 변환하여 지문 패턴 정보를 포함한 지문 데이터를 발생한다. 지문 센서 구동부(30)는 지문 센서(32)로부터 출력된 지문 데이터를 센서 신호 처리부(40)로 전송한다. The fingerprint sensor driving unit 30 drives the fingerprint sensor 32. [ The fingerprint sensor 32 amplifies the signal obtained from the fingerprint and converts it into digital data through the ADC to generate fingerprint data including the fingerprint pattern information. The fingerprint sensor driving unit 30 transmits the fingerprint data output from the fingerprint sensor 32 to the sensor signal processing unit 40.

센서 신호 처리부(40)는 터치 데이터를 수신하여 지문 센싱 영역 상에서 터치 입력이 센싱되면, 포스 데이터에 따라 지문 센싱 영역의 압력이 미리 설정된 문턱값 이상일 때 지문 센서 구동부(30)를 인에이블하여 지문을 센싱한다. 센서 신호 처리부(40)는 표시장치(100)에 배치되거나 도 2에 도시된 모바일 단말기의 호스트 시스템(200)에 내장될 수 있다. When the touch input is sensed on the fingerprint sensing area upon receipt of the touch data, the sensor signal processor 40 enables the fingerprint sensor driver 30 when the pressure of the fingerprint sensing area is equal to or greater than a preset threshold value according to the force data, Sensing. The sensor signal processing unit 40 may be disposed in the display device 100 or may be embedded in the host system 200 of the mobile terminal shown in Fig.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 단말기를 보여 주는 블록도이다. 2 is a block diagram illustrating a mobile terminal according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 모바일 단말기는 표시장치(100)에 연결된 호스트 시스템(200)을 포함한다. Referring to FIG. 2, the mobile terminal of the present invention includes a host system 200 connected to a display device 100.

호스트 시스템(200)은 모바일 기기의 전체 기능을 제어한다. 호스트 시스템(200)은 AP(Application Processor)로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(200)은 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)를 통해 표시장치(100)를 포함한 주변 기기들에 연결되어 주변 기기들 간의 입/출력을 제어한다.The host system 200 controls the entire function of the mobile device. The host system 200 may be implemented as an AP (Application Processor). The host system 200 is connected to peripheral devices including the display device 100 through a Mobile Industry Processor Interface (MIPI) to control input / output between peripheral devices.

호스트 시스템(200)이 실장된 메인 보드는 센서부, 입력부, 출력부, 통신부, 인터페이스부, 메모리, 및 전원 공급부 등에 연결된다. 센서부는 표시패널(50) 상에 배치된 센서들(22, 24, 32), 지문 센서, 심박 센서, 근접센서(proximity sensor), 조도 센서(illumination sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문 센서 이외의 다른 생체 인식 센서(홍채 인식 센서, 안면 인식 센서) 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서는 카메라를 포함할 수 있다. The main board on which the host system 200 is mounted is connected to a sensor unit, an input unit, an output unit, a communication unit, an interface unit, a memory, and a power supply unit. The sensor unit includes sensors 22, 24 and 32 disposed on the display panel 50, a fingerprint sensor, a heart rate sensor, a proximity sensor, an illumination sensor, an acceleration sensor, a sensor such as a magnetic sensor, a G-sensor, a gyroscope sensor, a motion sensor, an RGB sensor, an infrared sensor, or a fingerprint sensor Iris recognition sensor, facial recognition sensor), and the like. The image sensor may include a camera.

입력부는 마이크. 터치 센서, 및 키패드 등을 포함한다. 출력부는 표시장치(50), 음향 출력 모듈, 햅팁 모듈, 및 광 출력 모듈 등을 포함할 수 있다. 통신부는 방송 수신 모듈, 이동통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 및 위치정보 모듈 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The input section is a microphone. A touch sensor, a keypad, and the like. The output unit may include a display device 50, an acoustic output module, a haptrip module, and an optical output module. The communication unit may include at least one of a broadcast receiving module, a mobile communication module, a wireless Internet module, a short distance communication module, and a location information module.

인터페이스부는 호스트 시스템(200)과 외부 기기와의 인터페이스를 제공한다. 인터페이스부는 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O 포트, 및 이어폰 포트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The interface unit provides an interface between the host system 200 and an external device. The interface unit includes a wired / wireless headset port, an external charger port, a wired / wireless data port, a memory card port, a port for connecting a device having an identification module, an audio I / O port , A video I / O port, and an earphone port.

메모리는 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application), 모바일 단말기의 제반 동작을 제어하기 위하여 미리 설정된 데이터, 명령어들을 저장할 수 있다. 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드될 수 있다. 또한 응용 프로그램 중 적어도 기본 기능을 실행하는 프로그램은 모바일 기기나 웨어러블 기기의 출고 당시에 기본적으로 메모리에 저장되어 있다. 기본 기능은 예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 및 발신 기능 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. The memory may store an application program (an application program, an application, preset data and commands for controlling all operations of the mobile terminal). At least a part of the application program may be downloaded from an external server via wireless communication At least at the time of shipment of a mobile device or a wearable device, a program that executes at least a basic function is basically stored in a memory, and the basic functions include, for example, a phone call reception function, a message reception function, a message reception function, But are not limited thereto.

호스트 시스템(200)에 연결된 메인 전원 공급부는 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 모바일 기기의 구동에 필요한 전원을 발생한다. 메인 전원 공급부는 배터리를 포함한다. 디스플레이 모듈 전원 모듈은 메인 전원 공급부로부터의 입력 전압을 표시장치(50)의 구동에 필요한 전원을 발생한다.The main power supply unit connected to the host system 200 receives power from an external power source and generates power necessary for driving the mobile equipment. The main power supply unit includes a battery. The display module power module generates a power source necessary for driving the display device 50 as an input voltage from the main power supply unit.

호스트 시스템(200)은 비디오 소스로부터 수신된 영상 신호의 해상도를 표시패널(50)의 해상도에 맞는 영상 신호의 픽셀 데이터로 변환하여 타이밍 콘트롤러(10)로 전송한다. 호스트 시스템(200)은 도 1에 도시된 센서 신호 처리부(40)를 포함할 수 있다. The host system 200 converts the resolution of the video signal received from the video source into pixel data of the video signal matching the resolution of the display panel 50 and transmits the pixel data to the timing controller 10. The host system 200 may include the sensor signal processing unit 40 shown in FIG.

본 발명의 모바일 단말기는 노멀 구동 모드(normal driving mode)와 슬립 모드(sleep mode)로 구동될 수 있다. 호스트 시스템은 소정 시간 동안 입력 신호가 없을 때 모바일 단말기를 제어하고, 소정 시간 내에서 입력 신호가 발생될 때 노멀 구동 모드로 전환한다. 노멀 구동 모드에서 모든 회로들이 정상적으로 구동되는 반면, 슬립 모드에서 최소한의 회로만 구동되어 소비 전력이 낮아진다. 표시장치는 노멀 구동 모드에서 화면 전체에서 높은 휘도로 데이터를 표시하는 반면, 슬립 모드에서 표시패널의 일부가 저휘도로 구동될 수 있다. The mobile terminal of the present invention can be driven in a normal driving mode and a sleep mode. The host system controls the mobile terminal when there is no input signal for a predetermined time, and switches to the normal drive mode when an input signal is generated within a predetermined time. In normal drive mode, all circuits operate normally, while in sleep mode only minimal circuitry is driven, resulting in lower power consumption. The display device displays data at a high luminance throughout the screen in the normal drive mode, while a part of the display panel in the sleep mode can be driven at a low luminance.

호스트 시스템(200)은 슬립 모드에서 도 14에 도시된 지문 인증 과정을 통해 등록 사용자의 지문으로 확인될 때 웨이크업(wake-up) 신호를 표시장치(100)를 비롯한 주변 기기들에 전송하여 노멀 구동 모드로 전환할 수 있다. 또한, 호스트 시스템(200)은 노멀 구동 모드에서 도 15와 같은 과정을 거쳐 수신된 터치 데이터(2D)와 포스 데이터(3D)와 관련한 어플리케이션을 실행하고, 지문 데이터에 대하여 인증 절차를 수행한다. The host system 200 transmits a wake-up signal to the peripheral devices including the display device 100 when the fingerprint is authenticated through the fingerprint authentication process shown in FIG. 14 in the sleep mode, It is possible to switch to the drive mode. In addition, the host system 200 executes an application related to the touch data 2D and force data 3D received through the process as shown in FIG. 15 in the normal drive mode, and performs the authentication procedure for the fingerprint data.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 단말기의 외관과 내부 구조를 개략적으로 보여 주는 도면들이다. 도 3 및 도 4에서 풀 터치 스크린(Full touch screen) 구조의 모바일 정보 단말기를 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 3 and 4 are views schematically showing the external appearance and internal structure of the mobile terminal according to the embodiment of the present invention. 3 and 4 illustrate a mobile information terminal having a full touch screen structure, but the present invention is not limited thereto.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 모바일 단말기는 표시패널(50), 프론트 커버(front cover, 211), 백 커버(back cover, 213), 미드 프레임(mid frame, 212), 배터리(214) 등을 더 포함한다. 여기서, "커버"는 케이스(case), 하우징(housing)으로 표현될 수 있다. 3 and 4, the mobile terminal of the present invention includes a display panel 50, a front cover 211, a back cover 213, a mid frame 212, a battery 214, and the like. Here, the "cover" may be represented by a case and a housing.

표시패널(50)의 전면은 투명 기판(60)에 의해 덮여질 수 있다. 투명 기판(60)은 강화 유리로 구현될 수 있다. 프론트 커버(211)는 표시패널(50)과 투명 기판(60)의 가장자리를 덮는다. 모바일 정보 단말기의 전면에 전면 카메라와 각종 센서들이 배치될 수 있다. 모바일 단말기의 배면에는 후방 카메라와 각종 센서들이 배치될 수 있다. The front surface of the display panel 50 can be covered by the transparent substrate 60. The transparent substrate 60 may be embodied as tempered glass. The front cover 211 covers the edges of the display panel 50 and the transparent substrate 60. A front camera and various sensors may be disposed on a front surface of the mobile information terminal. A back camera and various sensors may be disposed on the back of the mobile terminal.

프론트 커버(211)와 백 커버(213) 사이의 공간에 표시패널(50), 미드 프레임(212), 호스트 시스템(200)이 실장된 메인 보드, 배터리(214) 등이 배치된다. 미드 프레임(212)은 표시패널(50)을 지지하고, 표시패널(50)과 메인 보드를 공간적으로 분리한다. 표시패널(50) 상에 드라이브 IC(110)와 가요성 인쇄 회로(Flexible Printed Circuit, FPC)(120)가 접착된다. 드라이브 IC(110)는 도 1에 도시된 표시패널 구동부(12)와 타이밍 콘트롤러(10)를 포함할 수 있다. 가요성 인쇄 회로(120)는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 다수의 가요성 인쇄 회로들을 포함할 수 있다. A display panel 50, a mid frame 212, a main board on which the host system 200 is mounted, a battery 214, and the like are disposed in a space between the front cover 211 and the back cover 213. The mid frame 212 supports the display panel 50 and spatially separates the display panel 50 from the main board. The drive IC 110 and the flexible printed circuit (FPC) 120 are bonded to the display panel 50. The drive IC 110 may include the display panel driver 12 and the timing controller 10 shown in FIG. The flexible printed circuit 120 may include a plurality of flexible printed circuits as shown in Figures 5A-5C.

메인 보드는 호스트 시스템(200)과 메인 전원 공급부를 포함한다. 메인 보드는 각종 주변 기기들과 배터리(214)에 연결된다. 메인 보드는 가요성 인쇄 회로(120)를 통해 표시장치(100) 에 연결된다. The main board includes a host system 200 and a main power supply unit. The main board is connected to various peripheral devices and the battery 214. The main board is connected to the display device 100 through the flexible printed circuit 120.

도 5a 내지 도 5c는 백 커버(213)와 배터리(214)를 분리한 상태에서 표시장치(100)에 연결되는 가요성 인쇄 회로들(121, 122, 33)을 보여 주는 도면들이다. 5A to 5C are views showing flexible printed circuits 121, 122 and 33 connected to the display device 100 with the back cover 213 and the battery 214 separated from each other.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 제1 가요성 인쇄 회로(121)는 드라이브 IC(110)를 호스트 시스템(200)이 실장된 메인 보드에 연결한다. 제2 가요성 인쇄 회로(122)는 터치 및 포스 센서 구동부(20)가 실장된 IC를 포함한다. 제2 가요성 인쇄 회로(122)는 표시패널(50) 상의 터치 센서(22)를 터치 및 포스 센서 구동부(20)에 연결하고 또한, 터치 및 포스 센서 구동부(20)를 호스트 시스템(200)에 연결한다. 제3 가요성 인쇄 회로(33)는 지문 센서(32)를 포함한다. 제3 가요성 인쇄 회로(33)는 지문 센서(32)를 제1 가요성 인쇄 회로(121) 상의 커넥터에 연결되어 제1 가요성 인쇄 회로(121)를 통해 지문 센서(32)를 호스트 시스템(200)에 연결한다. 5A to 5C, the first flexible printed circuit 121 connects the drive IC 110 to the main board on which the host system 200 is mounted. The second flexible printed circuit 122 includes an IC on which the touch and force sensor driver 20 is mounted. The second flexible printed circuit 122 connects the touch sensor 22 on the display panel 50 to the touch and force sensor driver 20 and the touch and force sensor driver 20 to the host system 200 Connect. The third flexible printed circuit 33 includes a fingerprint sensor 32. The third flexible printed circuit 33 is connected to the connector on the first flexible printed circuit 121 to connect the fingerprint sensor 32 to the host system (not shown) via the first flexible printed circuit 121 200).

포스 센서(24)는 도 5a에 도시된 바와 같이 제2 가요성 인쇄 회로(122) 상의 커넥터에 연결되어 호스트 시스템(200)에 연결될 수 있다. 포스 센서(24)는 도 5b에 도시된 바와 같이 제3 가요성 인쇄 회로(33) 상의 커넥터에 연결되어 호스트 시스템(200)에 연결될 수 있다. 포스 센서(24)는 도 5c에 도시된 바와 같이 가요성 인쇄 회로들(121, 122, 33)과 분리되어 호스트 시스템(200)이 실장된 메인 보드 상의 커넥터에 직접 연결될 수도 있다. 이러한 포스 센서(24)는 도 6에 도시된 바와 같이 모바일 단말기 내에서 주변 구성 요소들의 배치를 고려하여 다양한 구조로 제작될 수 있다. 포스 센서(24)는 도 6에 도시된 바와 같이 지문 센서(32)의 적어도 두 변을 에워 싸는 형태 예를 들어, 사각띠 형태 또는, L자 형태로 제작될 수 있다. L자 형태의 포스 센서(24)는 지문 센서(32)의 일측 코너를 포함한 두 변을 감싼다. 포스 센서(24)의 일측으로부터 길게 신장된 테일부(tail, 24a)가 메인 보드의 커넥터에 연결된다. 포스 센서(24)의 테일부 길이와 방향은 주변 구성 요소들을 고려하여 적절히 설계될 수 있다. The force sensor 24 may be connected to the host system 200 by being connected to a connector on the second flexible printed circuit 122 as shown in FIG. 5A. The force sensor 24 may be connected to the host system 200 by being connected to a connector on the third flexible printed circuit 33 as shown in FIG. 5B. The force sensor 24 may be directly connected to the connector on the main board on which the host system 200 is mounted, separated from the flexible printed circuits 121, 122, 33 as shown in Fig. 5C. Such a force sensor 24 may be manufactured in various structures in consideration of the arrangement of peripheral components in the mobile terminal as shown in FIG. 6, the force sensor 24 may be formed in a shape that surrounds at least two sides of the fingerprint sensor 32, for example, a rectangular band shape or an L shape. The L-shaped force sensor 24 surrounds two sides including one corner of the fingerprint sensor 32. A tail portion 24a extended from one side of the force sensor 24 is connected to the connector of the main board. The length and direction of the boss portion of the force sensor 24 may be suitably designed in consideration of peripheral components.

도 7a 내니 도 7d는 터치 및 포스 센서 구동부(20)를 상세히 보여 주는 회로도들이다. 7A is a circuit diagram showing the touch and force sensor driving unit 20 in detail.

도 7a를 참조하면, 터치 및 포스 센서 구동부(20)는 터치 센서(22)에 연결된 제1 채널의 센싱부와, 포스 센서(24)에 연결된 제2 채널의 센싱부를 포함한다. 이 터치 및 포스 센서 구동부(20)는 기존의 터치 IC에서 터치 센서에 연결된 채널들 이외의 남는 채널들을 포스 센서(24)에 연결하는 방법으로 구현될 수 있다. 7A, the touch and force sensor driving unit 20 includes a sensing unit of a first channel connected to the touch sensor 22 and a sensing unit of a second channel connected to the force sensor 24. [ The touch and force sensor driving unit 20 may be realized by connecting remaining channels other than the channels connected to the touch sensor to the force sensor 24 in the conventional touch IC.

제1 채널의 센싱부는 증폭기(73)와, 증폭기(73)의 출력 전압(Vout)을 디지털 데이터로 변환하는 ADC(74)를 구비한다. 터치 센서(22)는 터치 전후 정전 용량의 변화를 바탕으로 터치를 센싱하는 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식은 상호 용량(mutual capacitance)과 자기 용량(Self capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 상호 용량 방식의 터치 센서(22)의 경우, 도 7b와 같은 전하 센싱 방법(Charge sensing)과 도 7c와 같은 전압 센싱 방법(voltage sen으로 터치 입력을 센싱할 수 있다. The sensing unit of the first channel includes an amplifier 73 and an ADC 74 for converting the output voltage Vout of the amplifier 73 into digital data. The touch sensor 22 may be implemented as a capacitive sensing method that senses a touch based on a change in capacitance before and after the touch. The capacitance type can be divided into mutual capacitance and self capacitance. In the case of the mutual capacitance type touch sensor 22, the charge sensing method as shown in FIG. 7B and the voltage sensing method as shown in FIG. 7C can sense the touch input.

도 7b에서, CP2는 Vref로 충전된다. 증폭기(73)의 게인은 CM/Cf이다. 증폭기의 출력 전압 Vout은

Figure pat00001
이다. 상호 용량(CM)에 의해 터치 센서(22)의 감도가 결정된다. In Fig. 7B, C P2 is charged to Vref. The gain of the amplifier 73 is C M / C f . The output voltage Vout of the amplifier
Figure pat00001
to be. The sensitivity of the touch sensor 22 is determined by the mutual capacitance C M.

도 7c은 다음과 같다. 상호 용량(CM)에 의해 터치 센서(22)의 감도가 결정된다. 7C is as follows. The sensitivity of the touch sensor 22 is determined by the mutual capacitance C M.

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Cs/Cf는 증폭기(73)의 게인이다. Where C s / C f is the gain of the amplifier 73.

ADC(74)는 증폭기(73)의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환하여 터치 데이터(2D)를 출력한다.The ADC 74 converts the output signal of the amplifier 73 into digital data and outputs the touch data 2D.

제2 채널의 센싱부는 증폭기(71)와, 증폭기(71)의 출력 전압(Vout)을 디지털 데이터로 변환하는 ADC(72)를 구비한다.The sensing unit of the second channel includes an amplifier 71 and an ADC 72 for converting the output voltage Vout of the amplifier 71 into digital data.

포스 센서(24)는 FSR(Force Sensing Resistor) 방식 또는 Strain-Gage 방식으로 구현될 수 있다. 포스 센서(24)는 압력에 따라 저항값이 변하는 가변 저항(Rforce)으로 나타낼 수 있다. The force sensor 24 may be implemented by a force sensing resistor (FSR) method or a strain-gage method. The force sensor 24 may be represented by a variable resistance (R force ) whose resistance value changes according to the pressure.

포스 센서(24)에 연결된 증폭기(71)는 포스 센서 신호를 증폭하여 ADC(72)의 입력 신호로서 출력한다. 반전 증폭기(71)에서 포스 센서 신호를 출력할 때, 증폭기(25)의 출력 전압 Vout은 Vout = -(R2/(Rforce+ R0))Vin 이다. ADC(72)는 증폭기(71)의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환하여 포스 데이터(3D)를 출력한다. The amplifier 71 connected to the force sensor 24 amplifies the force sensor signal and outputs it as an input signal to the ADC 72. When the force sensor signal is outputted from the inverting amplifier 71, the output voltage Vout of the amplifier 25 becomes Vout = - (R 2 / (R force + R 0)) Vin to be. The ADC 72 converts the output signal of the amplifier 71 into digital data and outputs the force data 3D.

도 7d를 참조하면, 터치 및 포스 센서 구동부(20)는 멀티플렉서(80)를 통해 터치 센서(22)와 포스 센서(24)에 연결된 센싱부를 포함한다. 센싱부는 증폭기(75)와 ADC(76)를 포함한다. 이 실시예는 터치 센서(22)와 포스 센서(24)에서 센싱부를 공유한다. 멀티플렉서(80)는 센서 신호 처리부(40) 또는 호스트 시스템(20)으로부터 수신된 선택 신호(M0)에 응답하여 터치 센서(22)를 센싱부에 연결한 후에 포스 센서(24)를 센싱부에 연결한다. 7D, the touch and force sensor driving unit 20 includes a sensing unit connected to the touch sensor 22 and the force sensor 24 through a multiplexer 80. [ The sensing unit includes an amplifier 75 and an ADC 76. This embodiment shares the sensing portion in the touch sensor 22 and the force sensor 24. Multiplexer 80 is a sensor signal processing section 40 or the host computer 20, the selection signal (M 0) Force sensor 24 response after connecting the touch sensor 22, the sensing unit to receive from the sensing unit Connect.

증폭기(75)는 터치 센서(22)의 신호를 증폭하여 ADCC(76)로 출력한 후에, 포스 센서(24)의 신호를 증폭하여 ADC(76)로 출력한다. ADC(76)는 증폭기(75)의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환하여 터치 데이터(2D)와 포스 데이터(3D)를 연속으로 출력한다. The amplifier 75 amplifies the signal of the touch sensor 22 and outputs it to the ADCC 76 and then amplifies the signal of the force sensor 24 and outputs the amplified signal to the ADC 76. The ADC 76 converts the output signal of the amplifier 75 into digital data and continuously outputs the touch data 2D and the force data 3D.

도 8은 FSR 방식 포스 센서(24)의 상판과 하판 구조를 상세히 보여 주는 도면이다. 도 9는 FSR 방식 포스 센서(24)의 상판과 하판이 접합된 상태에서 도 8의 선 "Ⅰ-Ⅰ'"를 따라 절취하여 포스 센서(24)의 단면 구조를 보여 주는 도면이다. 도 10은 FSR 방식 포스 센서(24)의 동작 원리를 보여 주는 도면이다.8 is a detailed view showing an upper plate and a lower plate structure of the FSR-type force sensor 24. As shown in FIG. 9 is a view showing a sectional structure of the force sensor 24 by cutting along the line "I-I" in Fig. 8 in a state where the upper plate and the lower plate of the FSR type force sensor 24 are joined. 10 is a view showing the operation principle of the FSR type force sensor 24. As shown in FIG.

도 8 및 도 9를 참조하면, FSR 방식의 포스 센서(24)의 상판은 압력 센싱 물질 패턴들(241)과 접착제(242)가 형성된 상부 기판(240)을 포함한다. 포스 센서(24)의 하판은 압력 센싱 물질 패턴들(241)과 대향하는 전극들(244)과, 절연막 패턴(245)이 형성된 하부 기판(243)을 포함한다. 압력 센싱 물질 패턴들(241)은 고저항성 물질로 제작된다. 상부 기판(240)과 하부 기판(234)은 PET (Polyethylene Terepthalate) 기판일 수 있다. 상부 기판(240)과 하부 기판(243)은 테일부(240a, 243a)를 포함한다. 상판과 하판은 공기층(air gap, 246)을 사이에 두고 접착제(242)로 접합된다. 8 and 9, an upper plate of the FSR type force sensor 24 includes an upper substrate 240 on which pressure sensing material patterns 241 and an adhesive 242 are formed. The lower plate of the force sensor 24 includes electrodes 244 opposed to the pressure sensing material patterns 241 and a lower substrate 243 on which an insulating film pattern 245 is formed. The pressure sensing material patterns 241 are made of a highly resistive material. The upper substrate 240 and the lower substrate 234 may be a PET (polyethylene terephthalate) substrate. The upper substrate 240 and the lower substrate 243 include frame portions 240a and 243a. The upper and lower plates are bonded with an adhesive 242 with an air gap 246 therebetween.

이러한 FSR 방식의 포스 센서(24)는 도 10에 도시된 바와 같이 동작하여 지문의 압력을 센싱한다. FSR 방식의 포스 센서(24)에서 지문 압력에 따라 상판의 압력 센싱 물질 패턴(241)과 전극(244) 간의 접촉 면적이 달라진다. 지문 압력(Force(gf))이 클수록 압력 센싱 물질 패턴(241)과 전극(244) 간의 접촉 면적이 증가하여 접촉 저항값이 감소된다. 접촉 저항값(kΩ)이 감소되면 ADC의 입력 신호 전압이 커져 ADC로부터 출력되는 포스 데이터(3D)의 데이터값이 커진다. The FSR type force sensor 24 operates as shown in FIG. 10 to sense the pressure of the fingerprint. The contact area between the pressure sensing material pattern 241 of the upper plate and the electrode 244 varies depending on the fingerprint pressure in the FSR type force sensor 24. As the fingerprint pressure Force (gf) is increased, the contact area between the pressure sensing material pattern 241 and the electrode 244 increases and the contact resistance value decreases. When the contact resistance value (k [Omega]) is reduced, the input signal voltage of the ADC becomes larger and the data value of the force data (3D) output from the ADC becomes larger.

지문 상태나 환경에 따라 지문의 인식률이 달라질 수 있다. 본 발명은 포스 센서(24)를 이용하여 표시장치의 화면 상에서 지문의 압력이 일정 수준 높을 때 지문을 센싱함으로써 지문 인식률이 낮은 지문(이하, "불량 이미지 지문"이라 함)에 대한 지문 인식률을 높인다. 여기서, 불량 이미지 지문은 낮은 압력에서 지문 센서(32)로부터 획득된 지문 이미지에서 볼 때 선명도가 높은 일반 지문과 대비되는 용어이다. 지문 이미지의 선명도는 지문 센서(32)로부터 획득된 지문 이미지의 융선(Ridge, R)과 골(Valley, V) 간 명암비(Ridge-Valley contrast)로 판단될 수 있다. 불량 이미지 지문은 일반 지문에 비하여 지문 센서(32)에 의해 획득된 지문 이미지에서 볼 때 지문의 융선(R)과 골(V)의 명암비(contrast ration)가 작아 선명도가 낮다. 이로 인하여, 불량 이미지 지문은 일반 지문과 같은 압력에서 지문 인식률이 낮다. 이하에서, 불량 이미지 지문의 일 예로, 지문이 건조한 지문(이하, "건조"지문)을 중심으로 설명되지만 불량 이미지 지문은 건조 지문에 한정되지 않는다. 일반 지문의 경우에도, 건조한 환경에 노출되면 건조 지문과 같이 지문 이미지의 선명도가 낮아질 수 있다. The recognition rate of the fingerprint can be changed depending on the fingerprint state or environment. According to the present invention, when the pressure of the fingerprint is high on the screen of the display device using the force sensor 24, the fingerprint is sensed to raise the fingerprint recognition rate for the fingerprint with a low fingerprint recognition rate (hereinafter referred to as a "bad image fingerprint") . Here, the defective image fingerprint is a term to be compared with a general fingerprint having high sharpness in a fingerprint image obtained from the fingerprint sensor 32 at a low pressure. The sharpness of the fingerprint image can be determined by the ridge-valley contrast between the ridge R and the valley V of the fingerprint image obtained from the fingerprint sensor 32. The bad image fingerprint has low contrast ratios of the ridges R and the valleys of the fingerprint in the fingerprint image obtained by the fingerprint sensor 32 as compared with the general fingerprint image. As a result, the bad image fingerprint has a low fingerprint recognition rate at the same pressure as the ordinary fingerprint. Hereinafter, an example of the defective image fingerprint will be described mainly with respect to a fingerprint that is a dry fingerprint (hereinafter referred to as a "dry" fingerprint), but the defective image fingerprint is not limited to a dry fingerprint. Even in the case of general fingerprints, the sharpness of the fingerprint images may be lowered, such as in the case of dry fingerprints, when exposed to a dry environment.

도 11과 도 12는 화면 상에서 같은 압력으로 일반 지문과 건조 지문이 접촉될 때 지문 센서(32)로부터 획득된 지문 이미지의 차이를 보여 주는 도면들이다. 도 11은 일반 지문에서 지문 센서를 통해 획득된 지문 이미지를 보여 주는 도면이다. 도 12는 건조 지문에서 지문 센서를 통해 획득된 지문 이미지를 보여 주는 도면이다. 11 and 12 are views showing differences in fingerprint images obtained from the fingerprint sensor 32 when the general fingerprint and the dry fingerprint are in contact with each other on the screen under the same pressure. 11 is a view showing a fingerprint image obtained through a fingerprint sensor in a general fingerprint. 12 is a view showing a fingerprint image obtained through a fingerprint sensor in a dry fingerprint.

도 11 및 도 12를 참조하면, 건조 지문은 일반 지문에 비하여 지문의 접촉 면적이 충분히 넓지 않거나 유지(油脂) 성분이 부족하다. 일반 지문의 경우 융선(R)에 흡수되는 빛이 건조 지문의 경우에, 융선(R)에서 빛이 반사되어 투명 기판(CP)에서 전반사된다. 그 결과, 지문 센서(ISS)로부터 출력되는 데이터를 이미지로 표시하면, 건조 지문의 경우에 융선 패턴이 끊기기 때문에 일반 지문에 비하여 융선과 골의 명암비(contrast ration)가 작아지고, 동일한 지문의 접촉 면적에서 융선 패턴의 비율이 작아진다. 지문 센서(ISS)의 출력 이미지에서 볼 때 건조 지문은 융선(R)이 그레이 레벨(gray level)의 계조 값으로 출력되기 때문에 융선(R)과 골(R)의 계조 차이가 일반 지문을 100%라 할 때 30% 이하이다. 지문 센서(ISS)의 출력 이미지에서 볼 때 건조 지문은 융선(R)이 끊게 융선이 차지하는 면적이 일반 지문의 융선에 비하여 50% 이하이다. Referring to FIGS. 11 and 12, the dry fingerprint has insufficient contact areas of fingerprints and insufficient oil and fat components as compared with general fingerprints. In the case of a general fingerprint, when the light absorbed in the ridge R is a dried fingerprint, light is reflected at the ridge R and is totally reflected on the transparent substrate CP. As a result, if the data output from the fingerprint sensor ISS is displayed as an image, the ridge pattern is cut off in the case of the dry fingerprint, so that the contrast ratio of ridges and valleys is smaller than that of a general fingerprint. The ratio of the ridge pattern becomes smaller. In the output image of the fingerprint sensor (ISS), since the ridge (R) is outputted as the gray level of the dry fingerprint, the difference in the gradation between the ridge (R) and the ridge (R) Is less than 30%. In the output image of the fingerprint sensor (ISS), the area occupied by the ridges is less than 50% of the ridge of the general fingerprint.

도 13에 도시된 바와 같이 건조 지문이라 할지라도 지문의 압력을 높이면 화면 상에서 지문의 접촉 면적이 증가하여 지문 센서(32)로부터 획득된 지문 이미지의 선명도를 높일 수 있다. 본 발명은 포스 센서(24)로 화면 상에 가해지는 지문의 압력을 센싱하여 지문의 압력이 미리 설정된 소정의 압력 이상일 때에만 지문 센서(32)를 구동하여 지문의 인식률을 높일 뿐 아니라 지문 센서(32)의 불필요한 구동을 최소화하여 소비 전력을 줄일 수 있다. As shown in FIG. 13, when the pressure of the fingerprint is increased, the contact area of the fingerprint is increased on the screen, so that the sharpness of the fingerprint image obtained from the fingerprint sensor 32 can be increased. The present invention detects the pressure of the fingerprint applied on the screen by the force sensor 24 and drives the fingerprint sensor 32 only when the pressure of the fingerprint is equal to or higher than a predetermined pressure preset to increase the recognition rate of the fingerprint, 32 are minimized and power consumption can be reduced.

도 14는 슬립 모드에서 지문 센싱 및 인증 과정을 보여 주는 흐름도이다. 14 is a flowchart illustrating fingerprint sensing and authentication in a sleep mode.

표시패널(50)은 슬립 모드에서 파셜 모드(Partial Mode)로 동작할 수 있다. 파셜 모드는 표시패널(50)의 화면 상에서 일부 영역의 픽셀들만 구동되고 나머지 픽셀들이 오프 상태를 유지하는 구동 모드이다. 파셜 모드의 일 예로, 올웨이즈 온 모드(Always on mode)와 가상 현실 모드(VR)가 있다. 본 발명은 슬립 모드에서 파셜 모드로 표시패널(50)을 구동하여 도 1a에 도시된 바와 같이 화면의 지문 센싱 영역을 지시하는 이미지를 표시하고 나마지 픽셀들을 구동하지 않을 수 있다. The display panel 50 may operate in a partial mode in a sleep mode. The partial mode is a driving mode in which only pixels of a certain area are driven on the screen of the display panel 50 and the remaining pixels are kept off. One example of the partial mode is an always on mode and a virtual reality mode (VR). The present invention drives the display panel 50 in the partial mode in the sleep mode to display an image indicating the fingerprint sensing area of the screen as shown in FIG. 1A, and may not drive the other pixels.

도 14를 참조하면, 슬립 모드에서 터치 센서(22)는 터치 입력을 센싱한다. 사용자가 화면 상에서 지문 센싱 영역에 지문을 접촉하면 터치 센서(22)에 의해 터치 입력이 센싱된다(S1). 슬립 모드에서 소비 전력을 줄이기 위하여, 터치 센서(22)의 센싱 주기는 노멀 구동 모드에 비하여 더 길게 제어될 수 있다. 예를 들어, 슬립 모드에서 터치 센서(22)는 30Hz 이하의 주파수로 화면 상의 터치 입력을 감지할 수 있다.Referring to FIG. 14, in the sleep mode, the touch sensor 22 senses a touch input. When the user touches the fingerprint sensing area on the screen, the touch sensor 22 senses the touch input (S1). In order to reduce the power consumption in the sleep mode, the sensing period of the touch sensor 22 can be controlled longer than the normal driving mode. For example, in the sleep mode, the touch sensor 22 can detect a touch input on the screen at a frequency of 30 Hz or less.

한편, 표시패널(50)은 슬립 모드에서 파셜 모드(Partial Mode)로 동작할 수 있다. 파셜 모드는 표시패널(50)의 화면 상에서 일부 영역의 픽셀들만 구동되고 나머지 픽셀들이 오프 상태를 유지하는 구동 모드이다. 파셜 모드의 일 예로, 올웨이즈 온 모드(Always on mode)와 가상 현실 모드(VR)가 있다. 본 발명은 슬립 모드에서 파셜 모드로 표시패널(50)을 구동하여 도 1a에 도시된 바와 같이 미리 정해진 화면의 지문 센싱 영역을 지시하는 이미지를 표시하고 나마지 픽셀들을 구동하지 않을 수 있다. 슬립 모드에서 사용자는 화면 상에 표시된 이미지의 안내를 받아 지문 센싱 영역 상에 지문을 접촉할 수 있다. 지문 센싱 영역은 도 18a 및 도 18b에서 후술하는 바와 같이 지문 인식률이 가장 높은 영역으로 선정될 수 있고, 이 지문 센싱 영역 내에 지문 센서(32)와 포스 센서(24)가 배치되어야 한다. Meanwhile, the display panel 50 may operate in a partial mode in a sleep mode. The partial mode is a driving mode in which only pixels of a certain area are driven on the screen of the display panel 50 and the remaining pixels are kept off. One example of the partial mode is an always on mode and a virtual reality mode (VR). The present invention drives the display panel 50 in the partial mode in the sleep mode to display an image indicating a fingerprint sensing area of a predetermined screen as shown in FIG. 1A, and may not drive the other pixels. In the sleep mode, the user can receive the guidance of the image displayed on the screen and touch the fingerprint on the fingerprint sensing area. The fingerprint sensing area can be selected as the area with the highest fingerprint recognition rate as described later in FIGS. 18A and 18B, and the fingerprint sensor 32 and the force sensor 24 must be disposed in the fingerprint sensing area.

S1 단계에서 센싱된 터치 입력 위치가 지문 센싱 영역이면, 포스 센서(24)가 구동된다(S2 및 S3). 터치 입력을 판단하지 않고 압력 만으로 포스 센서(24)가 구동되면 사용자의 주머니나 가방에서 모바일 단말기의 화면을 누르는 임의의 물체에 의해서도 포스 센서(24)와 지문 센서(32)가 구동하여 불필요한 소비 전력이 발생될 수 있다. 본 발명은 화면 상에서 미리 정해진 지문 센싱 영역에 터치 입력이 센싱될 때에만 포스 센서(24)가 구동된다. If the touch input position sensed in step S1 is the fingerprint sensing area, the force sensor 24 is driven (S2 and S3). When the force sensor 24 is driven only by pressure without judging a touch input, the force sensor 24 and the fingerprint sensor 32 are driven by an arbitrary object pressing the screen of the mobile terminal in the bag or bag of the user, May occur. The force sensor 24 is driven only when the touch input is sensed in a predetermined fingerprint sensing area on the screen.

지문 센싱 영역 상에 가해진 지문의 압력이 소정 압력 이상일 때에만 지문 센서(32)가 구동된다. 이를 위하여, 포스 센서(24)로부터 출력된 포스 데이터(3D)가 미리 설정된 문턱값(TH) 이상일 때 트리거(trigger) 신호를 발생하여 터치 데이터(2D)와 포스 데이터(3D)가 호스트 시스템(200)으로 전송되고, 지문 센서(32)가 구동된다(S4 내지 S6). The fingerprint sensor 32 is driven only when the pressure of the fingerprint applied on the fingerprint sensing area is equal to or higher than a predetermined pressure. For this, a trigger signal is generated when the force data 3D output from the force sensor 24 is equal to or higher than a predetermined threshold value TH and the touch data 2D and the force data 3D are transmitted to the host system 200 , And the fingerprint sensor 32 is driven (S4 to S6).

지문 센서(32)는 지문 영역 상의 지문을 센싱하여 그 지문의 융선(R)과 골(V)의 특징 정보에 관한 지문 데이터를 생성하여 호스트 시스템(200)으로 전송한다(S7 및 S8). 호스트 시스템(200)은 지문 인증을 실시하여 지문 센서(32)로부터 수신된 지문 데이터를 기 등록된 지문 패턴과 비교하고 현재 센싱된 지문이 등록 지문일 때 웨이크업(wake-up) 신호를 발생하여 노멀 구동 모드로 전환한다(S9 내지 S11). 반면에, 호스트 시스템(200)은 현재 센싱된 지문 이미지가 등록 지문 패턴이 아니면 슬립 모드를 유지한다(S10 및 S12). The fingerprint sensor 32 senses fingerprints on the fingerprint area and generates fingerprint data on the ridge R and feature information of the fingerprint V and transmits them to the host system 200 (S7 and S8). The host system 200 performs fingerprint authentication to compare the fingerprint data received from the fingerprint sensor 32 with the previously registered fingerprint pattern and generates a wake-up signal when the currently sensed fingerprint is the registration fingerprint The mode is switched to the normal drive mode (S9 to S11). On the other hand, if the fingerprint image currently sensed is not the registered fingerprint pattern, the host system 200 maintains the sleep mode (S10 and S12).

도 15는 노멀 구동 모드에서 지문 센싱 방법을 보여 주는 흐름도이다. 15 is a flowchart showing a fingerprint sensing method in the normal drive mode.

도 15를 참조하면, 노멀 구동 모드에서 터치 센서(22)는 터치 입력을 센싱한다. 사용자가 화면 상에서 지문 센싱 영역에 지문을 접촉하면 터치 센서(22)에 의해 터치 입력이 센싱된다(S11). Referring to FIG. 15, in the normal drive mode, the touch sensor 22 senses a touch input. When the user touches the fingerprint sensing area on the screen, the touch sensor 22 senses the touch input (S11).

S11 단계에서 센싱된 터치 입력 위치가 지문 센싱 영역이면, 터치 데이터(2D)가 호스트 시스템(200)으로 전송되고 포스 센서(24)가 구동된다(S12 내지 S14). 터치 입력을 판단하지 않고 압력 만으로 포스 센서(24)가 구동되면 사용자의 주머니나 가방에서 모바일 단말기의 화면을 누르는 임의의 물체에 의해서도 포스 센서(24)와 지문 센서(32)가 구동하여 불필요한 소비 전력이 발생될 수 있다. 본 발명은 화면 상에서 미리 정해진 지문 센싱 영역에 터치 입력이 센싱될 때에만 포스 센서(24)가 구동된다. If the touch input position sensed in step S11 is the fingerprint sensing area, the touch data 2D is transmitted to the host system 200 and the force sensor 24 is driven (S12 to S14). When the force sensor 24 is driven only by pressure without judging a touch input, the force sensor 24 and the fingerprint sensor 32 are driven by an arbitrary object pressing the screen of the mobile terminal in the bag or bag of the user, May occur. The force sensor 24 is driven only when the touch input is sensed in a predetermined fingerprint sensing area on the screen.

지문 센싱 영역 상에 가해진 지문의 압력이 소정 압력 이상일 때에만 지문 센서(32)가 구동된다. 이를 위하여, 포스 센서(24)로부터 출력된 포스 데이터(3D)가 미리 설정된 문턱값(TH) 이상일 때 터치 데이터(2D)와 포스 데이터(3D)가 호스트 시스템(200)으로 전송되고, 지문 센서(32)가 구동된다(S15 내지 S17). S15 단계는 지문 영역 상에서 지문의 접촉 면적 증가를 유도하여 건조 지문과 같은 불량 이미지 지문에서도 지문 인식률을 높이고 지문 인식률이 높은 조건 하에서만 지문 센서(32)를 구동되게 함으로써 소비 전력을 줄일 수 있다. The fingerprint sensor 32 is driven only when the pressure of the fingerprint applied on the fingerprint sensing area is equal to or higher than a predetermined pressure. The touch data 2D and the force data 3D are transmitted to the host system 200 when the force data 3D output from the force sensor 24 is equal to or greater than a predetermined threshold value TH, 32 are driven (S15 to S17). In step S15, it is possible to reduce the power consumption by increasing the contact area of the fingerprint in the fingerprint area, thereby increasing the fingerprint recognition rate even in the bad image fingerprint such as the dry fingerprint and driving the fingerprint sensor 32 only under the condition of high fingerprint recognition rate.

지문 센서(32)는 지문 영역 상의 지문을 센싱하여 그 지문의 융선(R)과 골(V)의 특징 정보에 관한 지문 데이터를 생성하여 호스트 시스템(200)으로 전송한다(S18 및 S19). 호스트 시스템(200)은 지문 인증을 실시하여 지문 센서(32)로부터 수신된 지문 데이터를 기 등록된 지문 패턴과 비교하고 현재 센싱된 지문이 등록 지문일 때 사용자가 원하는 어플리케이션을 실행한다. The fingerprint sensor 32 senses the fingerprint on the fingerprint area and generates fingerprint data on the characteristic information of the ridge R and the goal V of the fingerprint and transmits the generated fingerprint data to the host system 200 (S18 and S19). The host system 200 performs fingerprint authentication, compares the fingerprint data received from the fingerprint sensor 32 with the previously registered fingerprint pattern, and executes the application desired by the user when the currently sensed fingerprint is the registration fingerprint.

지문 센서(32)는 초음파 방식 또는 광학식 센서로 구현될 수 있다. 광학식 센서의 경우, 화면 상에 빛을 조사하는 지향성 광원 장치가 필요하다. 도 16a 내지 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 지향성 광원 장치(SLS)를 보여 준다. The fingerprint sensor 32 may be implemented as an ultrasonic sensor or an optical sensor. In the case of an optical sensor, a directional light source device for irradiating light on a screen is required. 16A to 19 show a directional light source device (SLS) according to an embodiment of the present invention.

도 16a 내지 도 19를 참조하면, 본 발명의 지향성 광원 장치(SLS)는 투명 기판(CP), 광원(LS), 입광 소자(CHOE), 출광 소자(EHOE), 및 저굴절층(LR)을 구비한다. 투명 기판(CP)은 표시장치에서 화면이 구현된 표시패널의 기판 또는 도 16b에 도시된 바와 같이 표시패널 위에 덮여진 커버 글라스일 수 있다.16A to 19, the directivity light source device SLS of the present invention includes a transparent substrate CP, a light source LS, an incident element CHOE, an outgoing element EHOE, and a low refractive layer LR Respectively. The transparent substrate CP may be a substrate of a display panel in which a screen is implemented in the display device, or a cover glass covered on the display panel as shown in Fig. 16B.

지향성 광원 장치(SLS)는 시준된(collimated) 빛을 투명 기판(CP) 내에서 대면적으로 확산하는 광학 장치이다. 광원(LS)은 시준된 빛을 제공하는 것이 바람직하다. 광원(LS)은 적외선(IR) 대역 또는 가시광 대역의 레이저 빛을 입광 소자(CHOE)로 조사한다. A directional light source device (SLS) is an optical device that diffuses collimated light into a large area in a transparent substrate (CP). The light source LS preferably provides collimated light. The light source LS irradiates the laser light of the infrared (IR) band or the visible light band to the light-incident element (CHOE).

입광 소자(CHOE)는 광원(LS)과 투명 기판(CP) 사이에 배치되어 투명 기판(CP) 내에서 빛이 전반사될 수 있는 각도로 광원(LS)으로부터의 빛을 굴절한다. 출광 소자(EHOE)는 표시패널의 화면 상에서 표시패널과 투명 기판(CP) 사이에 배치되어 투명 기판(CP) 내에서 진행하는 빛의 일부가 투명 기판의 하면을 통해 표시패널 쪽으로 진행할 수 있도록 투명 기판(CP) 내에서 진행하는 빛의 일부를 굴절 시킨다. 저굴절층(LR)은 출광 소자(EHOE)와 표시패널 사이에 배치되고 출광 소자(EHOE) 보다 낮은 굴절율을 갖는다. The light incident element CHOE is disposed between the light source LS and the transparent substrate CP and refracts light from the light source LS at an angle at which light can be totally reflected in the transparent substrate CP. The light-outgoing element EHOE is disposed between the display panel and the transparent substrate CP on the screen of the display panel so that a part of light traveling in the transparent substrate CP can travel toward the display panel through the lower surface of the transparent substrate. Thereby refracting a portion of the light traveling in the CP. The low refraction layer LR is disposed between the light exiting element EHOE and the display panel and has a lower refractive index than the light exiting element EHOE.

투명 기판(CP)의 하부 표면에는 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)가 접착되어 있다. 출광 소자(EHOE)는 출사광(L3)을 제공하는 광학 소자이다. 출광 소자(EHOE) 아래에 표시패널(DP)의 픽셀 어레이가 표시된다. 표시장치의 화면은 입력 영상이 표시되는 표시패널(DP)의 픽셀 어레이 영역을 의미한다. 사용자의 자면 화면 상에서 투명 기판(CP) 상에 접착되고 사용자의 지문에 빛이 반사된 빛을 지문 센서(ISS)로 광전 변환하여 지문 이미지가 얻어진다. On the lower surface of the transparent substrate CP, an outgoing element EHOE and an incident element CHOE are bonded. The light-outgoing element (EHOE) is an optical element that provides the emitted light L3. A pixel array of the display panel DP is displayed below the light exiting element EHOE. The screen of the display device means a pixel array area of the display panel DP on which the input image is displayed. A fingerprint image is obtained by photoelectrically converting light, which is glued on a transparent substrate (CP) on a user's self-image plane and light is reflected on a user's fingerprint, to a fingerprint sensor (ISS).

입광 소자(CHOE)는 광원(LS)으로부터의 시준된 빛을 투명 기판(CP)으로 확산하면서 시준성을 갖도록 전환하는 광학 소자이다. 입광 소자(CHOE)는 광원(LS)과 대향하여야 한다. 광원(LS)으로부터의 시준된 빛은 입광 소자(CHOE)에 수직으로 입사될 수 있다. 입광 소자는(CHOE) 이미지 인식과는 직접 관련이 없으므로, 표시패널의 가장자리에 배치될 수 있다. The light-incident element CHOE is an optical element that converts collimated light from the light source LS into a collimator while diffusing the collimated light into the transparent substrate CP. The light-incident element (CHOE) must face the light source (LS). The collimated light from the light source LS may be incident perpendicularly to the incident element CHOE. The light-incident element is not directly related to (CHOE) image recognition, and therefore can be disposed at the edge of the display panel.

출광 소자(EHOE) 및 입광 소자(CHOE)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 제조 공정을 고려하면, 하나의 필름 위에 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)의 영역을 나누어서 형성하는 것이 바람직하다. 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)는 홀로그램 소자(Hologram Element)일 수 있다. 입광 소자(CHOE)와 출광 소자(EHOE)는 홀로그램 기록 공정에서 동시에 제작될 수 있다. 홀로그램 기록 공정에서, 출광 소자(EHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름과 입광 소자(CHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름이 인접되게 배치된 상태에서 한 매의 필름 상에 출광 소자용 홀로그램 패턴과 입광 소자용 홀로그램 패턴이 동시에 기록될 수 있다.The light-emitting element (EHOE) and the light-receiving element (CHOE) can be arranged on the same plane. Considering the manufacturing process, it is preferable to form the regions of the light-emitting element (EHOE) and the light-receiving element (CHOE) separately on one film. The light-emitting element (EHOE) and the light-receiving element (CHOE) may be a hologram element. The light-incident element (CHOE) and the light-outgoing element (EHOE) can be manufactured simultaneously in the hologram recording process. In a hologram recording process, a master film having a pattern of an outgoing element (EHOE) and a master film having a pattern of an incident element (CHOE) are arranged adjacently, and on one film, a hologram pattern for an outgoing element, The hologram pattern can be recorded at the same time.

홀로그램 기록 방법은 투과형 기록 방법과 반사형 기록 방법으로 나뉘어질 수 있다. 투과형 기록 방법은 홀로그램 필름의 일면을 향해 참조광(reference light)과 물체광(object light)을 조사하여 홀로그램 필름의 기록면에 간섭 무늬를 기록한다. 투과형 기록 방법으로 정보가 기록된 홀로그램 필름의 일면을 향해 참조광을 조사하면 홀로그램 필름 상의 간섭 무늬에 의해 발생되는 1차 회절광으로 물체광 정보가 재생된다. 이와 동시에, 홀로그램 필름을 그대로 통과하는 0차 회절광이 발생된다.The hologram recording method can be divided into a transmissive recording method and a reflective recording method. The transmission type recording method irradiates a reference light and an object light toward one side of a holographic film to record an interference pattern on a recording surface of the holographic film. When reference light is irradiated toward one surface of the holographic film on which information is recorded by the transmission type recording method, object optical information is reproduced by first order diffracted light generated by the interference fringes on the holographic film. At the same time, 0th-order diffracted light passing through the holographic film is generated.

반사형 기록 방법은 홀로그램 필름을 사이에 두고 참조광과 물체광을 홀로그램 필름에 조사한다. 반사형 기록 방법에서 참조광은 홀로그램 필름의 일면을 향해 조사되고, 물체광은 홀로그램 필름의 타면을 향해 조사된다. 홀로그램 필름의 타면은 일면의 반대면이다. 이렇게 홀로그램 필름의 기록면에 참조광과 물체광의 간섭 무늬가 기록된다. 반사형 기록 방법으로 정보가 기록된 홀로그램 필름의 일면을 향해 참조광을 조사하면 홀로그램 필름 상의 간섭 무늬에 의해 발생되는 1차 회절광으로 물체광 정보가 재생된다. 이와 동시에, 홀로그램 필름을 그대로 통과하는 0차 회절광이 발생된다. The reflection type recording method irradiates the reference light and the object light to the holographic film with the holographic film interposed therebetween. In the reflective recording method, the reference light is irradiated toward one surface of the holographic film, and the object light is irradiated toward the other surface of the holographic film. The other side of the holographic film is the opposite side of the one side. Thus, the interference pattern of the reference light and the object light is recorded on the recording surface of the holographic film. When reference light is irradiated toward one surface of a holographic film on which information is recorded by a reflection type recording method, object optical information is reproduced by 1st order diffracted light generated by an interference fringe on the holographic film. At the same time, 0th-order diffracted light passing through the holographic film is generated.

입광 소자용 홀로그램 필름을 통과한 1차 회절광은 투명 기판(CP) 내에서 전반사되고, 0차 회절광은 홀로그램 필름을 투과하여 투명 기판(CP) 쪽으로 진행한다. 지문 인식 장치는 홀로그램 필름에서 굴절되어 투명 기판(CP)으로 입사된 1차 회절광을 이용하여 사용자의 지문 패턴을 센싱한다. 홀로그램 필름을 투과하는 0차 회절광은 사용자에게 광원(LS)이 보이지 않도록 하는 데코 필름 또는 블랙 매트릭스(Black matrix, BM)에 의해 차단될 수 있다. The first-order diffracted light having passed through the hologram film for the light-receiving element is totally reflected in the transparent substrate CP, and the zeroth-order diffracted light is transmitted through the holographic film to the transparent substrate CP. The fingerprint recognition device detects a fingerprint pattern of a user by using first order diffracted light refracted in the holographic film and incident on the transparent substrate CP. The 0th-order diffracted light transmitted through the holographic film can be blocked by a decolor film or a black matrix (BM) that prevents the user from seeing the light source LS.

홀로그램 필름(CHOE, EHOE)과 표시패널(DP) 사이에는 저굴절층(LR)이 배치된다. 저굴절층(LR)은 투명 기판(CP) 및 홀로그램 필름 보다 낮은 굴절율을 갖는다. A low refraction layer (LR) is disposed between the holographic films (CHOE, EHOE) and the display panel (DP). The low refraction layer (LR) has a lower refractive index than the transparent substrate (CP) and the hologram film.

투명 기판(CP)은 굴절율이 1.5인 투명 기판으로 제작할 수 있다. 출광 소자(EHOE)와 입광 소자(CHOE)가 형성된 홀로그램 필름의 굴절율은 투명 기판(CP)과 같거나 조금 더 큰 값을 가질 수 있다. 이하에서, 홀로그램 필름(CHOE, EHOE)의 굴절율이 투명 기판(CP)의 그 것과 동일한 예를 들어 설명한다. 저굴절층(LR)의 굴절율은 인지하고자 하는 지문(IM) 즉, 피부의 굴절율과 비슷한 것이 좋다. 예를 들어, 사람의 피부가 갖는 굴절율인 1.39와 유사한 1.4 정도의 굴절율을 가질 수 있다.The transparent substrate CP may be made of a transparent substrate having a refractive index of 1.5. The refractive index of the hologram film having the light-emitting element (EHOE) and the light-receiving element (CHOE) may have a value equal to or slightly larger than that of the transparent substrate (CP). Hereinafter, the refractive index of the holographic film (CHOE, EHOE) is the same as that of the transparent substrate CP. The refractive index of the low refractive layer LR is preferably similar to the fingerprint IM to be recognized, that is, the refractive index of the skin. For example, it can have a refractive index of about 1.4, which is similar to the refractive index of human skin, 1.39.

입광 소자(CHOE)와 대향하도록 광원(LS)이 배치되어 있다. 광원(LS)은 레이저와 같이 시준성이 높은 빛을 제공하는 것이 바람직하다. And a light source LS is disposed so as to face the light incident element CHOE. It is desirable that the light source LS provide high collimation light such as a laser.

광원(LS)에서 제공된 적외선(IR) 대역의 시준광(Collimated Light)은 입사광(L1)으로서 일정한 단면적을 갖고 입광 소자(CHOE)에 정의된 입사점(IP)으로 제공된다. 입사광(L1)은 입사점(IP)의 표면에 대해 법선 방향으로 입사하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 입사점(IP) 표면의 법선에 대해 기울어진 각도로 입사할 수도 있다.The collimated light of the infrared (IR) band provided by the light source LS is provided as an incident point IP defined by the light incident element CHOE and having a constant cross sectional area as the incident light L1. It is preferable that the incident light L1 is incident in the normal direction with respect to the surface of the incident point IP. However, the present invention is not limited to this, and it may be incident at an inclined angle with respect to the normal line of the surface of the incident point IP, if necessary.

입광 소자(CHOE)는 입사광(L1)을 진행광(L2)의 입사각으로 굴절시켜 투명 기판(CP)의 내부로 보낸다. 여기서, 진행광(L2)의 입사각은 투명 기판(CP)의 내부 전반사 임계각(Internal Total Reflection Critical Angle)보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 그 결과, 진행광(L2)은 투명 기판(CP)의 내부에서 전반사를 하면서, 투명 기판(CP)의 길이 방향인 X축으로 진행한다. 광원(LS)으로부터의 빛은 사용자에게 보이지 않는 적외선(IR) 파장으로 발생된다. The light incident element CHOE refracts the incident light L1 at the incidence angle of the traveling light L2 and sends it to the inside of the transparent substrate CP. Here, it is preferable that the incident angle of the proceeding light L2 has a value larger than an internal total reflection critical angle of the transparent substrate CP. As a result, the progressed light L2 travels in the X-axis, which is the longitudinal direction of the transparent substrate CP, while totally reflecting within the transparent substrate CP. Light from the light source LS is generated at an infrared (IR) wavelength that is invisible to the user.

출광 소자(EHOE)는 진행광(L2)의 일부 광량을 출사광(L3)으로 전환하여 투명 기판(CP)의 상부 표면 쪽으로 굴절 시킨다. 진행광(L2)의 나머지 광량은 투명 기판(CP) 내부에서 전반사되어 진행한다. 출사광(L3)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서는 전반사되지만, 하부 표면에서는 저굴절층(LR)을 투과한다. 즉, 출사광(L3)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사되어, 하부 표면을 투과하는 검출광(혹은, '센싱광')(L4)이 된다.The outgoing light element EHOE converts some light amount of the proceeding light L2 into outgoing light L3 and refracts it toward the upper surface of the transparent substrate CP. The remaining light amount of the proceeding light L2 is totally reflected in the transparent substrate CP. The emitted light L3 is totally reflected on the upper surface of the transparent substrate CP, but is transmitted through the low refractive layer LR on the lower surface. That is, the emitted light L3 is totally reflected on the upper surface of the transparent substrate CP, and becomes the detection light (or 'sensing light') L4 transmitted through the lower surface.

출사광(L3)의 광량은 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율에 의해 결정된다. 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율이 3% 일 때, 진행광(L2)이 출광 소자(EHOE)에 가장 먼저 닿은 첫 번째 영역에서는 초기 입사광(L1)의 3%에 해당하는 광량이 출사광(L3)의 각도로 진행한다. 97%의 진행광(L2)은 계속 전반사되어 진행하여 두 번째 영역에서 97%의 3%인 초기 입사광(L1) 광량의 2.91%에 해당하는 광량이 출사광(L3)의 각도로 진행한다. 이와 같이, 광원(LS)의 반대측인 투명 기판(CP)의 끝 변에 도달할 때까지 출사광(L3)이 발생된다. 진행광(L2)이 투명 기판(CP) 내에서 진행하면서 일정한 광량을 갖는 출사광(L3)을 제공하기 위해서, 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율이 지수함수적으로 점차 증가하는 값을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.The light amount of the emitted light L3 is determined by the light extraction efficiency of the light-emitting element EHOE. When the light extraction efficiency of the outgoing element EHOE is 3%, the amount of light corresponding to 3% of the initial incident light L1 in the first region in which the progressed light L2 is first contacted to the outgoing element EHOE, L3). 97% of the proceeding light L2 continues to be totally reflected, and the amount of light corresponding to 2.91% of the initial incident light (L1) of 3% of 97% in the second region proceeds at an angle of the outgoing light L3. Thus, outgoing light L3 is generated until reaching the end of the transparent substrate CP, which is the opposite side of the light source LS. The light extraction efficiency of the light exiting element EHOE is designed to have a value that gradually increases exponentially in order to provide the emergent light L3 having a constant amount of light while the progressed light L2 travels in the transparent substrate CP .

진행광(L2)을 길이 방향 축과 두께 방향 축으로 이루어진 XZ 평면(혹은, '수직 평면') 상에서 보면, 입사광(L1)의 시준된 상태를 그대로 유지한다. 반면에, 폭 방향 축과 길이 방향 축으로 이루어진 XY 평면(혹은, '수평 평면')에서는 도 17에 도시된 확산각(Φ)을 갖는 것이 바람직하다. 이는 이미지 검출 면적을 투명 기판(CP)의 면적에 대응하도록 설정하기 위함이다. 예를 들어, 출광 소자(EHOE)는 가급적, 광 출사부(LOT) 면적 전체에 대응하도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 확산각(Φ)은 입사점(IP)에서 입광 소자(CHOE)와 대향하는 투명 기판(CP)의 타측변의 두 끝점(P1, P2)을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 큰 것이 바람직하다.The collimated state of the incident light L1 is maintained when the traveling light L2 is viewed on the XZ plane (or the 'vertical plane') consisting of the longitudinal axis and the thickness direction axis. On the other hand, it is preferable to have the diffusion angle [phi] shown in Fig. 17 in the XY plane (or 'horizontal plane') consisting of the width direction axis and the longitudinal direction axis. This is to set the image detection area so as to correspond to the area of the transparent substrate CP. For example, it is preferable that the light exiting element (EHOE) is arranged so as to correspond to the entire light output portion (LOT) area. The diffusion angle PHI is equal to the inner angle formed by the two line segments connecting the two end points P1 and P2 of the other side of the transparent substrate CP opposed to the light incident element CHOE at the incident point IP Or larger.

입광 소자(CHOE)가 배치된 영역을 도 16b에 도시된 광 입사부(LIN)로 정의할 수 있다. 또한, 출광 소자(EHOE)가 배치된 영역을 광 출사부(LOT)로 정의할 수 있다. 한편, 광 출사부(LOT)는 진행광(L2)이 전파되는 전 반사부이기도 하다.The region where the light-incident element CHOE is disposed can be defined as the light incident portion LIN shown in Fig. 16B. Further, a region where the light-outgoing element (EHOE) is disposed can be defined as a light outputting portion (LOT). On the other hand, the light outputting section LOT is also a front reflector in which the propagating light L2 propagates.

광원(LS)에서 제공하는 시준된 빛의 단면적이 0.5mm x 0.5mm인 정원인 경우, 입광 소자(CHOE)는 투명 기판(CP)의 폭에 대응하는 길이와 3mm ~ 5mm정도의 폭을 가질 수 있다. 입광 소자(CHOE)는 투명 기판(CP)의 폭 방향으로 가로 질로 배치될 수 있다.When the cross-sectional area of the collimated light provided by the light source LS is in the garden of 0.5 mm x 0.5 mm, the incident light element CHOE may have a length corresponding to the width of the transparent substrate CP and a width of about 3 mm to 5 mm have. The light-incident element CHOE may be arranged to transverse the width direction of the transparent substrate CP.

도 17을 결부하여, 광원(LS)에서 제공된 시준된 빛이 투명 기판(CP) 내에서 어떠한 경로를 거쳐, 지문 이미지 센싱에 사용하는 지향성(Directional) 빛으로 전환되는지 설명하기로 한다. Referring to FIG. 17, it will be described how the collimated light provided by the light source LS is converted into a directional light used for sensing the fingerprint image through a certain path in the transparent substrate CP.

광원(LS)에서 제공된 입사광(L1)은 입광 소자(CHOE)의 입사점(IP)의 표면에 대해 법선 방향으로 입사한다. 입광 소자(CHOE)는 입사광(L1)을 입사각(θ)을 갖도록 굴절시킨 진행광(L2)으로 전환하여 투명 기판(CP)의 내부로 보낸다.The incident light L1 provided by the light source LS is incident on the surface of the incident point IP of the light incident element CHOE in the normal direction. The light-incident element CHOE converts incident light L1 into progressed light L2 refracted so as to have an incident angle [theta], and sends it to the inside of the transparent substrate CP.

진행광(L2)의 입사각(θ)은 출광 소자(EHOE)와 저굴절층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(TEHOE _ LR)보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명 기판(CP) 및 출광 소자(EHOE)의 굴절율이 1.5이고, 저굴절층(LR)의 굴절율이 1.4일 경우, 출광 소자(EHOE)와 저굴절층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(TEHOE _ LR)은 약 69도로 계산된다. 따라서, 입사각(θ)은 69도보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 입사각(θ)은 70도 내지 75 중 어느 한 값을 갖도록 설정할 수 있다.The incident angle of the propagating light (L2) (θ) preferably has a value larger than the total reflection critical angle (_ EHOE T LR) of the interface device of the outgoing light (EHOE) and the low refractive index layer (LR). For example, when the refractive index of the transparent substrate CP and the light exit element EHOE are 1.5 and the refractive index of the low refractive layer LR is 1.4, the refractive index of the low refractive index layer LR at the interface between the light exit element EHOE and the low refractive layer LR the total reflection critical angle (T EHOE _ LR) is calculated about 69 degrees. Therefore, it is preferable that the incident angle [theta] has a value larger than 69 degrees. For example, the incident angle? May be set to have a value between 70 degrees and 75 degrees.

투명 기판(CP)의 상부 표면은 공기층(AIR)과 접촉하고 있으므로, 진행광(L2)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 역시 전반사된다. 이는, 투명 기판(CP)과 공기층(AIR)의 계면에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)은 약 41.4도이기 때문이다. 즉, 입사각(θ)이 출광 소자(EHOE)와 저굴절층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(TEHOE _ LR)보다 큰 값을 가지면, 이는 항상 투명 기판(CP)과 공기층(AIR)의 계면에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)보다 큰 값이다.Since the upper surface of the transparent substrate CP is in contact with the air layer AIR, the progressed light L2 is also totally reflected at the upper surface of the transparent substrate CP. This is because the total reflection critical angle T CP_AIR at the interface between the transparent substrate CP and the air layer AIR is about 41.4 degrees. That is, the angle of incidence (θ) of the outgoing light element (EHOE) and the low refractive index layer (LR) the total reflection critical angle (T EHOE _ LR) than has the largest value, which is always transparent substrate (CP) and the layer of air (AIR) at the interface Is greater than the total reflection critical angle (TCP_AIR) at the interface.

출광 소자(EHOE)는 진행광(L2)의 일정 광량을 반사각(α)을 갖는 출사광(L3)으로 전환시켜 투명 기판(CP)의 내부로 되돌려 보낸다. 출사광(L3)은 투명 기판(CP)의 상면에 접촉된 지문(IM)의 패턴을 인지하기 위한 광이다. 출사광(L3)은 투명 기판(CP)의 표면 상에 지문이 없는 경우에 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사되어 지향성 광원 장치(SLS)의 아래에 배치된 지문 센서로 전파되어야 한다. 출사광(L3)은 투명 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사된 후에, 검출광(L4)으로서 지향성 광원 장치(SLS)의 아래로 전파된다.The outgoing light element EHOE converts the constant light amount of the proceeding light L2 into the outgoing light L3 having the reflection angle alpha and returns it to the inside of the transparent substrate CP. The outgoing light L3 is light for recognizing the pattern of the fingerprint IM touched on the upper surface of the transparent substrate CP. The outgoing light L3 is totally reflected on the upper surface of the transparent substrate CP and propagated to the fingerprint sensor disposed under the directional light source device SLS in the absence of a fingerprint on the surface of the transparent substrate CP. The outgoing light L3 is totally reflected on the upper surface of the transparent substrate CP and then propagates downwardly of the directional light source device SLS as the detection light L4.

저굴절층은 도 18a 및 도 19에 도시된 바와 같이 홀로그램 필름(CHOE, EHOE)의 위와 아래에 배치될 수 있다. 제1 저굴절층(LR1)은 투명 기판(CP)과 홀로그램 필름(CHOE, EHOE) 사이에 배치된다. 제2 저굴절층(LR2)은 홀로그램 필름(CHOE, EHOE)과 표시패널(DP) 사이에 배치된다. 저굴절층(LR1,LR2)의 굴절율은 1.4 정도일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 저굴절층(LR1, LR2)은 광학 접착제 예를 들어, OCA(Optical Clear Adhesive)로 구현될 수 있다.The low refraction layer can be disposed above and below the holographic film (CHOE, EHOE) as shown in Figs. 18A and 19. The first low refractive index layer LR1 is disposed between the transparent substrate CP and the hologram films CHOE and EHOE. The second low refractive index layer LR2 is disposed between the hologram films CHOE and EHOE and the display panel DP. The refractive index of the low refractive layers LR1 and LR2 may be about 1.4, but is not limited thereto. The low refraction layers LR1 and LR2 may be implemented with optical adhesives, for example, OCA (Optical Clear Adhesive).

도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이 지향성 광원 장치(SLS) 아래에 표시패널(DP)이 배치될 수 있다. The display panel DP may be disposed under the directional light source device SLS as shown in Figs. 18A and 18B.

지문 센서(ISS)는 표시패널(DP)에 내장되거나 도 19에 도시된 바와 같이 표시패널(DP) 아래에 배치되어 투명 기판(CP) 상에 접촉된 지문 이미지를 획득한다. 광학식 지문 센서는 수광된 빛을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서로 구현될 수 있다. 지문 센서(ISS)의 픽셀들(SS)은 표시패널(DP)의 디스플레이 픽셀들(PIX)과 함께 표시패널(DP)에 내장될 수 있다. 지문 센서(ISS)는 광학 접착제(OCA), 감압 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA) 등의 접착제로 표시패널(DP)의 기판에 접착될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The fingerprint sensor ISS acquires a fingerprint image embedded in the display panel DP or disposed under the display panel DP as shown in Fig. 19 to be touched on the transparent substrate CP. The optical fingerprint sensor may be implemented as an image sensor that converts received light into an electrical signal. The pixels SS of the fingerprint sensor ISS may be embedded in the display panel DP together with the display pixels PIX of the display panel DP. The fingerprint sensor ISS may be adhered to the substrate of the display panel DP with an adhesive such as optical adhesive (OCA), pressure sensitive adhesive (PSA) or the like, but is not limited thereto.

도 18a 내지 도 19를 참조하면, 입사광(L1)은 입광 소자(CHOE)에 의해 진행광(L2)으로 변환된다. 진행광(L2)은 길이 방향 축인 X축과 폭 방향 축인 Y축으로 이루어진 수평 평면인 XY 평면에서는 확산각(Φ)을 가지도록 변환된다. 또한, 길이 방향 축인 X과 두께 방향 축인 Z축으로 이루어진 수직 평면인 XZ 평면에서는 원래의 시준된 상태를 유지한다.18A to 19, incident light L1 is converted into progressed light L2 by the light incident element CHOE. The traveling light L2 is converted so as to have a diffusing angle? In the XY plane, which is a horizontal plane consisting of an X axis which is a longitudinal axis and a Y axis which is a width axis. In addition, the original collimated state is maintained in the XZ plane, which is a vertical plane consisting of the longitudinal axis X and the thickness direction axis Z axis.

확산각(Φ)은 입사점(IP)에서 입광 소자(CHOE)와 대향하는 투명 기판(CP)의 타측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 이보다 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 진행광(L2)은 확산각(Φ)을 갖는 삼각형 형상으로 확산되면서 투명 기판(CP) 내에서 전파된다. 출사광(L3) 역시 진행광(L2)과 동일한 범위에 걸쳐 제공된다. 그 결과, 지문 센싱 영역은 입사점(IP)으로부터 확산각(Φ)으로 넓어지는 삼각형 영역 내에서 선택될 수 있다. 도 18b에서 빗금친 원형으로 표시한 부분이 지문 센싱 영역(SA)으로 지정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. It is preferable that the diffusing angle PHI is equal to or greater than the inner angle formed by the two line segments connecting the two ends of the other side of the transparent substrate CP opposite to the light incident element CHOE at the incident point IP. In this case, the propagating light L2 is diffused in the triangular shape having the diffusion angle?, And propagated in the transparent substrate CP. The outgoing light L3 is also provided over the same range as the progressed light L2. As a result, the fingerprint sensing area can be selected within the triangular area that widens from the entry point IP to the diffusion angle?. In FIG. 18B, a portion indicated by a hatched circle may be designated as the fingerprint sensing area SA, but is not limited thereto.

표시패널(DP)의 중앙부 혹은 입광 소자(CHOE)와 대향하는 상단변의 일부에 센싱 영역(SA)을 설정할 경우, 센싱 영역(SA)에서 출사광(L3)의 광량이 최대 값을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 출광 소자(EHOE)의 광 추출 효율이 센싱 영역(SA)에 대응하는 부분에서 최대 값을 갖고, 다른 부분에서는 최소 값 혹은 '0'에 가까운 값을 갖도록 위치에 따른 함수 관계로 설계할 수 있다. 센싱 영역(SA)에서 지문(IM)으로부터 반사되어 지문 센서(ISS)로 향하는 광량이 높기 때문에 지문 인식률이 높다. When the sensing area SA is set in the central part of the display panel DP or in a part of the upper side opposite to the light-incoming element CHOE, the light amount of the outgoing light L3 in the sensing area SA is designed to have the maximum value desirable. In order to achieve this, the light extraction efficiency of the EHOE may have a maximum value at a portion corresponding to the sensing area SA and a minimum value or a value close to '0' at other portions. have. The fingerprint recognition rate is high because the amount of light reflected from the fingerprint IM to the fingerprint sensor ISS in the sensing area SA is high.

투명 기판(CP) 상에 지문(IM)이 접촉되면, 지문의 융선(Ridge, R)과 골(Valley, V) 중에서 골 위치의 투명 기판(CP)의 상부 표면으로부터 빛이 반사되고, 그 빛은 출광 소자(EHOE)와 저굴절층(LR)을 통과하여 표시패널(DP) 쪽으로 진행하기 때문에 지문 센서(ISS)에 도달할 수 있다. 투명 기판(CP)과 접촉된 지문의 융선(R)에서, 빛은 피부에 흡수되기 때문에 지문 센서(ISS)에 도달되지 않는다. When the fingerprint IM is brought into contact with the transparent substrate CP, light is reflected from the upper surface of the transparent substrate CP in the ridge position among ridges R and valleys of the fingerprint, Passes through the light exiting element (EHOE) and the low refractive layer (LR) and travels toward the display panel (DP), so that it can reach the fingerprint sensor (ISS). In the ridge R of the fingerprint that is in contact with the transparent substrate CP, light is not absorbed by the skin, and therefore, does not reach the fingerprint sensor ISS.

지문 센서(ISS)는 수신된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 지문 패턴을 검출한다. 지문 센서(ISS)의 픽셀들은 광전 변환 소자 예를 들어, 포토 다이오드(Photo diode)를 포함한다. 지문 센서(ISS)는 픽셀들의 광전 변환 소자로부터 얻어진 신호를 증폭하고, ADC(Analog to Digital Converter)를 통해 디지털 데이터로 변환하여 지문 데이터를 출력한다. 지문 센서(ISS)는 8 bit 데이터로 지문 이미지 데이터를 출력할 수 있다. 지문 센서(ISS)는 지문의 융선 패턴을 어두운 계조값의 데이터로 출력하는 반면, 지문의 골 패턴을 밝은 계조값의 데이터로 출력한다. The fingerprint sensor (ISS) detects the fingerprint pattern by converting the received light into an electrical signal. The pixels of the fingerprint sensor ISS include a photoelectric conversion element, for example, a photodiode. The fingerprint sensor ISS amplifies the signal obtained from the photoelectric conversion element of the pixels, converts the signal into digital data through an ADC (Analog to Digital Converter), and outputs the fingerprint data. The fingerprint sensor (ISS) can output fingerprint image data with 8 bit data. The fingerprint sensor (ISS) outputs the ridge pattern of the fingerprint as data of dark grayscale values, while outputting the bone pattern of the fingerprint as data of bright grayscale values.

본 발명은 도 18b에서 센싱 영역(SA) 아래에 지문 센서(ISS)를 배치하여 지문 센서(ISS)에 수광되는 광 효율을 높이고, 사용자가 그 위치를 쉽게 알 수 있도록 화면 상에 그 위치를 지시하는 이미지를 표시할 수 있다. 지문 센서(ISS)는 센싱 영역(SA)을 향하도록 표시패널(DP) 내에 내장되거나 표시패널 아래에 배치될 수 있다. 지문 센서(ISS)의 픽셀들(SS)은 지향성 광원 장치(SLS)의 투명 기판(CP), 출광 소자(EHOE) 및 저굴절층(LR)과 대향한다.In the present invention, a fingerprint sensor (ISS) is disposed under the sensing area SA in FIG. 18B to increase the efficiency of light received by the fingerprint sensor ISS and to indicate the position on the screen Can be displayed. The fingerprint sensor ISS may be embedded in the display panel DP or disposed below the display panel so as to face the sensing area SA. The pixels SS of the fingerprint sensor ISS face the transparent substrate CP, the light exiting element EHOE and the low refractive layer LR of the directional light source device SLS.

표시패널(DP)의 화면은 입력 영상을 재현하는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 다수의 데이터 라인들과, 데이터 라인들과 교차되는 다수의 게이트 라인들, 및 매트릭스 형태로 배치되는 디스플레이 픽셀들(PIX)을 포함한다. 디스플레이 픽셀들(PIX) 각각은 컬러 구현을 위하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀로 나뉘어질 수 있고, 백색 서브 필터를 더 포함할 수 있다. 서브 픽셀들 각각은 OLED와 같은 발광 소자를 포함할 수 있다.The screen of the display panel DP includes a pixel array for reproducing an input image. The pixel array includes a plurality of data lines, a plurality of gate lines intersecting with the data lines, and display pixels PIX arranged in a matrix form. Each of the display pixels PIX may be divided into a red subpixel, a green subpixel, and a blue subpixel for color implementation, and may further include a white subfilter. Each of the subpixels may include a light emitting device such as an OLED.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

10 : 타이밍 콘트롤러 12 : 표시패널 구동부
20 : 터치 및 포스 센서 구동부 22 : 터치 센서
24 : 포스 센서 30 : 지문 센서 구동부
32, ISS : 지문 센서 40 : 센서 신호 처리부
50, DP : 표시패널 52 : 폼 패드(foam PAD)
54 : 금속층 60, CP : 투명 기판
62 : 미드 프레임(mid-frame) 100 : 표시장치
200 : 호스트 시스템(host system) SLS : 지향성 광원 장치
CHOE : 입광 소자 EHOE : 출광 소자
LR, LR1, LR2 : 저굴절층 LS : 광원
PXL : 표시패널의 픽셀 SS : 지문 센서의 픽셀
10: timing controller 12: display panel driver
20: touch and force sensor driving unit 22: touch sensor
24: Force sensor 30: Fingerprint sensor driving unit
32, ISS: fingerprint sensor 40: sensor signal processor
50, DP: display panel 52: foam pad (PAD)
54: metal layer 60, CP: transparent substrate
62: mid-frame 100: display device
200: host system SLS: directional light source device
CHOE: Light-incident element EHOE: Exposure element
LR, LR1, LR2: low refractive layer LS: light source
PXL: pixel on the display panel SS: pixel on the fingerprint sensor

Claims (15)

화면 상에 영상을 표시하는 표시패널;
상기 표시패널의 화면 상에서 터치 입력을 센싱하는 터치 센서;
상기 터치 입력이 미리 설정된 지문 센싱 영역에 위치할 때 상기 터치 입력의 압력을 센싱하는 포스 센서; 및
상기 포스 센서에 의해 센싱된 상기 터치 입력의 압력이 소정 압력 이상일 때 구동되어 상기 터치 입력 위치의 지문을 센싱하는 지문 센서를 구비하는 표시장치.
A display panel for displaying an image on a screen;
A touch sensor for sensing a touch input on a screen of the display panel;
A force sensor for sensing a pressure of the touch input when the touch input is located in a preset fingerprint sensing area; And
And a fingerprint sensor that is driven when the pressure of the touch input sensed by the force sensor is equal to or higher than a predetermined pressure to sense a fingerprint at the touch input position.
제 1 항에 있어서,
상기 표시패널을 구동하여 입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 표시패널 구동부;
상기 터치 센서와 상기 터치 센서를 구동하는 터치 및 포스 센서 구동부; 및
상기 지문 센서를 구동하는 지문 센서 구동부를 더 구비하는 표시장치.
The method according to claim 1,
A display panel driver for driving the display panel to write pixel data of an input image to pixels of the display panel;
A touch and force sensor driver for driving the touch sensor and the touch sensor; And
And a fingerprint sensor driver for driving the fingerprint sensor.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 및 포스 센서 구동부의 센싱부는
상기 터치 센서와 상기 포스 센서에 연결된 증폭기; 및
상기 증폭기에 연결된 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 표시장치.
3. The method of claim 2,
The sensing unit of the touch and force sensor driver
An amplifier connected to the touch sensor and the force sensor; And
And an analog-to-digital converter coupled to the amplifier.
제 1 항에 있어서,
노멀 구동 모드에서 상기 표시패널의 화면 전체에 입력 영상이 표시되고,
슬립 모드에서 상기 표시패널의 화면 상의 일부 픽셀 영역이 구동되고,
상기 슬립 모드에서 구동되는 상기 일부 픽셀 영역은 지문 센싱 영역을 포함하는 표시장치.
The method according to claim 1,
An input image is displayed on the entire screen of the display panel in the normal drive mode,
In the sleep mode, some pixel areas on the screen of the display panel are driven,
Wherein the portion of the pixel region driven in the sleep mode includes a fingerprint sensing region.
제 4 항에 있어서,
상기 슬립 모드에서,
상기 터치 센서에 의해 상기 지문 센싱 영역이 터치될 때에 상기 포스 센서가 구동되는 표시장치.
5. The method of claim 4,
In the sleep mode,
Wherein the force sensor is driven when the fingerprint sensing area is touched by the touch sensor.
제 5 항에 있어서,
상기 슬립 모드에서 상기 포스 센서에 의해 상기 지문 센싱 영역 상의 터치 입력의 압력이 상기 소정 압력 이상일 때에 상기 지문 센서가 구동되는 표시장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the fingerprint sensor is driven when the pressure of the touch input on the fingerprint sensing area is equal to or higher than the predetermined pressure by the force sensor in the sleep mode.
제 6 항에 있어서,
상기 슬립 모드에서 상기 지문 센서에 의해 센싱된 지문 패턴이 기 등록된 지문일 때 상기 노멀 구동 모드로 전환되는 표시장치.
The method according to claim 6,
And switches to the normal drive mode when the fingerprint pattern sensed by the fingerprint sensor in the sleep mode is a pre-registered fingerprint.
제 1 항에 있어서,
상기 포스 센서는 상기 지문 센서의 적어도 두 변을 감싸는 표시장치.
The method according to claim 1,
Wherein the force sensor surrounds at least two sides of the fingerprint sensor.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포스 센서는
압력 센싱 물질 패턴이 형성된 상부 기판; 및
상기 압력 센싱 물질 패턴과 대향하는 전극이 형성된 하부 기판을 포함하고,
상기 압력 센싱 물질 패턴과 상기 전극이 공기층을 사이에 두고 대향되도록 상기 상부 기판과 상기 하부 기판이 접합되고,
상기 상부 기판에 가해지는 압력이 커질수록 상기 전극 압력 센싱 물질 패턴과 상기 전극 간의 접촉 저항이 감소되는 표시장치.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
The force sensor
An upper substrate on which a pressure sensing material pattern is formed; And
And a lower substrate on which an electrode facing the pressure sensing material pattern is formed,
The upper substrate and the lower substrate are bonded so that the pressure sensing material pattern and the electrode face each other with an air layer therebetween,
And the contact resistance between the electrode pressure sensing material pattern and the electrode decreases as the pressure applied to the upper substrate increases.
화면 상에 영상을 표시하는 표시패널;
입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 표시패널 구동부;
상기 표시패널의 화면 상에서 터치 입력을 센싱하는 터치 센서;
상기 터치 입력이 미리 설정된 지문 센싱 영역에 위치할 때 상기 터치 입력의 압력을 센싱하는 포스 센서;
상기 포스 센서에 의해 센싱된 상기 터치 입력의 압력이 소정 압력 이상일 때 구동되어 상기 터치 입력 위치의 지문을 센싱하는 지문 센서; 및
상기 표시패널에 표시될 입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 표시패널 구동부로 전송하고, 터치 센서로부터 얻어진 터치 데이터, 상기 포스 센서로부터 얻어진 포스 데이터 및 상기 지문 센서로부터 얻어진 지문 센서 데이터를 수신하는 호스트 시스템을 구비하고,
상기 호스트 시스템은 상기 터치 데이터와 상기 포스 데이터가 수신된 후에 수신되는 상기 지문 데이터에 대하여 지문 인증을 실시하는 모바일 단말기.
A display panel for displaying an image on a screen;
A display panel driver for writing pixel data of an input image to pixels of the display panel;
A touch sensor for sensing a touch input on a screen of the display panel;
A force sensor for sensing a pressure of the touch input when the touch input is located in a preset fingerprint sensing area;
A fingerprint sensor that is driven when the pressure of the touch input sensed by the force sensor is equal to or higher than a predetermined pressure and senses a fingerprint at the touch input position; And
A host system for transmitting pixel data of an input image to be displayed on the display panel to the display panel driving unit and receiving touch data obtained from the touch sensor, force data obtained from the force sensor, and fingerprint sensor data obtained from the fingerprint sensor and,
Wherein the host system performs fingerprint authentication on the fingerprint data received after the touch data and the force data are received.
제 10 항에 있어서,
상기 터치 센서와 상기 터치 센서를 구동하는 터치 및 포스 센서 구동부; 및
상기 지문 센서를 구동하는 지문 센서 구동부를 더 구비하고,
상기 호스트 시스템은 상기 터치 및 포스 센서 구동부로부터 상기 터치 데이터와 상기 포스 데이터를 수신하고, 상기 지문 센서 구동부로부터 상기 지문 데이터를 수신하는 모바일 단말기.
11. The method of claim 10,
A touch and force sensor driver for driving the touch sensor and the touch sensor; And
Further comprising a fingerprint sensor driver for driving the fingerprint sensor,
Wherein the host system receives the touch data and the force data from the touch and force sensor driver and receives the fingerprint data from the fingerprint sensor driver.
제 11 항에 있어서,
노멀 구동 모드에서 상기 표시패널의 화면 전체에 입력 영상이 표시되고,
슬립 모드에서 상기 표시패널의 화면 상의 일부 픽셀 영역이 구동되고,
상기 슬립 모드에서 구동되는 상기 일부 픽셀 영역은 지문 센싱 영역을 포함하는 모바일 단말기.
12. The method of claim 11,
An input image is displayed on the entire screen of the display panel in the normal drive mode,
In the sleep mode, some pixel areas on the screen of the display panel are driven,
Wherein the partial pixel region driven in the sleep mode includes a fingerprint sensing region.
제 12 항에 있어서,
상기 슬립 모드에서,
상기 터치 센서에 의해 상기 지문 센싱 영역이 터치될 때에 상기 포스 센서가 구동되는 모바일 단말기.
13. The method of claim 12,
In the sleep mode,
And the force sensor is driven when the fingerprint sensing area is touched by the touch sensor.
제 13 항에 있어서,
상기 슬립 모드에서 상기 포스 센서에 의해 상기 지문 센싱 영역 상의 터치 입력의 압력이 상기 소정 압력 이상일 때에 상기 지문 센서가 구동되는 모바일 단말기.
14. The method of claim 13,
Wherein the finger sensor is driven when the pressure of the touch input on the fingerprint sensing area is equal to or higher than the predetermined pressure by the force sensor in the sleep mode.
제 14 항에 있어서,
상기 호스트 시스템은
상기 슬립 모드에서 상기 지문 센서에 의해 센싱된 지문 패턴이 기 등록된 지문일 때 상기 노멀 구동 모드로 전환하는 모바일 단말기.
15. The method of claim 14,
The host system
And switches to the normal drive mode when the fingerprint pattern sensed by the fingerprint sensor in the sleep mode is a pre-registered fingerprint.
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