WO2017119577A1

WO2017119577A1 - 지문인식 터치 스크린 장치

Info

Publication number: WO2017119577A1
Application number: PCT/KR2016/011542
Authority: WO
Inventors: 김홍채; 이광구
Original assignee: 주식회사 트레이스
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-07-13
Also published as: KR101719975B1

Abstract

본 발명은 화면상에서 지문을 인식하는 센서에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 지문인식 터치 스크린 장치는 상부 커버 및 그 배면에 배치되는 블랙매트릭스를 포함하는 상부 커버 윈도우와, 접착 필름을 통해 상부 커버 윈도우와 결합되는 하부 커버 윈도우와, 상부 커버 윈도우의 하면 및 하부 커버 윈도우의 상면 사이의 공간에 배치되어 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서 패턴과, 공간에 배치되는 터치 센서의 수신 패턴 및 하부 커버 윈도우의 하면에 배치되는 터치 센서의 송신 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지문인식 터치 스크린 장치

본 발명은 화면상에서 지문을 인식하는 센서를 포함하는 터치 스크린 장치에 관한 것이다.

스마트폰, 스마트 패드 등 스마트 기기가 보편화됨에 따라, 종래의 비밀번호 및 패턴인식 기술만으로는 보안성이 취약한 문제점이 제기되어, 터치 스크린에 지문 인식 기능을 부가하는 기술이 제안되고 있다.

이러한 지문인식 기능은 향후 모바일 결제, 은행 거래 등 높은 보안성을 요구하는 산업 분야에 적용되어, 향후 시장의 트렌드를 주도할 대표적인 기술로 주목을 받고 있다.

현재까지 국내외 수많은 연구소 및 기업체가 다양한 지문인식 방식을 개발하고 있고, 특히 인식률 개선에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 지문인식 기술을 실제 제품에 적용하기 위한 노력이 이루어지고 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 지문인식 터치센서는 광학 카메라를 필요로 하는 방식이거나 불투명한 형태로서, 종래 기술에 따른 스마트폰, 태블릿 PC 등에 적용된 지문인식 기술은 모두 터치스크린센서 모듈과 지문인식센서 모듈이 각각 별도로 구성되어 있는 구조이다.

지문인식 센서를 투명하게 만들어 디스플레이 상에 배치하기 위해서는, 지문과 센서 사이의 간격을 최소화하여야 하고, 투과율을 보장하여야 하나, 종래 기술에 따르면 이러한 기술적 과제를 해결하지 못하는 문제점이 있다.

지문과 센서 사이의 간격 측면에서 보면, 터치 스크린의 경우 일반적으로 센서와 터치되는 손가락 사이의 간격이 0.4mm 이상이면 터치를 충분히 감지할 수 있어, 커버 윈도우를 통상 0.4mm이상의 강화 유리를 사용하여 구성한다.

이는 도 1의 (a)에서 도시한 바와 같은데, 이러한 두께, 즉 커버 윈도우(20)로부터 OCA(30)를 통한 터치 스크린 센서(40)까지의 두께는 강화 유리가 터치스크린 하단부에 배치되는 LCD 등의 디스플레이를 보호하는 기능도 수행하기 위하여 일반적 요구되는 두께라 할 수 있다.

그러나, 도 1의 (a)와 달리, 도1 의 (b)에서 도시한 지문인식 센서의 경우에는 그 커버 윈도우의 두께(20)가 훨씬 얇게 구성되어야 한다.

그 이유는, 지문인식의 경우 지문의 산(Ridge) 및 골(Valley)의 차이를 인식하여야 하는데, 일반적으로 지문의 산의 넓이는 수백 마이크로미터 수준이고, 각각의 높이 및 폭 또한 100 내지 400 마이크로미터 정도이다.

따라서, 지문인식을 원활하게 하기 위해서는, 지문인식센서와 손가락 사이에 존재하는 커버 윈도우의 두께가 100 내지 200 마이크로미터를 넘지 않아야 한다.

그러나, 이러한 경우에는 커버 윈도우가 너무 얇아져, 터치스크린 하단부에 배치되는 LCD 등의 디스플레이를 보호하는 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 지문인식센서와 터치센서를 디스플레이 상에 동시에 형성하되, 지문인식 센서와 터치 센서의 상호 배치에 따라 센서의 투과율을 보장하고, 전체 센서에 대하여 터치센싱 모드로도 동작 가능하고, 지문인식 센서로도 구분 동작이 가능하도록 설계하여, 지문인식과 터치스크린을 일체화시키는 것이 가능한 지문인식 센서를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일면에 따른 지문인식 터치 스크린 장치는 상부 커버 및 그 배면에 배치되는 블랙매트릭스를 포함하는 상부 커버 윈도우와, 접착 필름을 통해 상부 커버 윈도우와 결합되는 하부 커버 윈도우와, 상부 커버 윈도우의 하면 및 하부 커버 윈도우의 상면 사이의 공간에 배치되어 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서 패턴과, 공간에 배치되는 터치 센서의 수신 패턴 및 하부 커버 윈도우의 하면에 배치되는 터치 센서의 송신 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지문인식 센서는 지문인식 센서와 터치센서의 상호 배치를 통하여, 센서의 투과율을 보장하여 화면의 빛을 최대한 사용자에게 투과시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 구성에 부가하여, 화면의 영역을 터치영역과 지문 및 터치 영역으로 구획함으로써, 터치 동작 모드 및 지문인식 모드에 따라 터치인식 및 지문인식을 구분하여 수행하는 것이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 터치스크린의 구성 및 지문인식센서의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 센서를 포함하는 지문인식 일체형 터치스크린을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 센서의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 일체형 터치스크린의 배치도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 일체형 터치스크린을 레이어별로 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 센서, 터치 센서 및 FPC의 결합 구성을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지문인식 일체형 터치스크린의 배치도를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 지문인식 일체형 터치스크린의 배치도를 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구분 동작을 위한 화면 영역 구획을 나타내는 예시도이다.

도 10은 도 9에 도시한 실시예의 센서부를 도시한 도면이다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터치 동작 모드에서의 그룹핑된 지문인식 센서 채널을 나타내는 예시도이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 커버 윈도우 하단에 터치스크린 및 지문인식센서가 통합된 형태의 모듈을 제공하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 LCD 창이 보이는 투명부에 지문 인식 영역(120)과 터치 영역(100)이 동시에 형성되며, 해당 영역의 구획에 대하여는 이하 도 9에 대한 설명에서 보다 자세히 서술하기로 한다.

도 2 및 도 3에서 도시한 지문인식 영역은 전술한 바와 같이, 산의 넓이가 수백 마이크로 미터 수준이고 각각의 높이 및 폭 또한 100 내지 400 마이크로 미터 수준인 미세한 지문을 인식하여야 하는 바, 기설정된 영역(예: 10mm x 10mm)에 기설정된 ppi(예: 300ppi) 이상의 센서 채널을 형성하여 수십 내지 수백 개의 채널이 형성되어, 일반 터치센서와 비교하여 볼 때 매우 많은 센서 채널 및 트레이스(trace)를 형성하게 된다.

예컨대 500ppi의 경우, Tx(송신) 및 Rx(수신) 각각 200 채널씩이 필요하며, 그 수량만큼의 메탈 트레이스(metal trace)가 배치된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 센서를 포함하는 일체형 터치스크린의 배치 구성도를 3가지 실시예로 나누어 설명하기로 한다.

제1실시예로서, 도 4를 참조하면, 상부 커버(210)를 포함하는 상부 커버 윈도우(200)와, 그 배면의 일부에 배치되는 불투명한 블랙 매트릭스(220)와, 하부 커버 윈도우(400) 및 상/하부 커버 윈도우 사이에 배치되는 지문 인식 센서(500) 및 터치 수신 패턴(710)을 포함하여 구성된다.

상부 커버(210)는 유리 또는 사파이어와 같은 투명 재질로 이루어지며, 지문 인식을 원활하게 하고 커버로서의 기능 또한 만족시킬 수 있도록, 기설정된 두께(예: 0.2mm) 이하의 커버인 것이 바람직하다.

하단에 배치되는 하부 커버 윈도우(400)는 상부 커버 윈도우(200)와 대비할 때 비교적 두꺼운 두께로 구성되고, 그 재질은 유리, 플라스틱 또는 PET와 같은 투명 필름으로 제작되며, 상부 및 하부 커버 윈도우는 샌드위치와 같이 겹쳐져 하나의 센서 모듈을 형성하게 된다.

이 때, 상부 및 하부 커버 윈도우는 접착되는데, OCA(300)를 이용하여 접착되는 것이 바람직하다.

OCA 필름은 이형필름에 광학용 아크릴 접착제를 코팅한 제품으로, 터치 패널 등의 부품 고정용 테이프로 사용되는 접착 필름을 말한다.

본 발명의 실시예는 이러한 OCA 필름으로 접착됨에 한정되지 아니하고, OCR(광접착레진)을 적용하는 등 여타의 다른 접착 방식을 채택하는 것 역시 가능하다.

하부 커버 윈도우(400)의 상면에는 지문 인식 센서(500) 및 터치센서의 수신 패턴(710)이 배치되며, 하부 커버 윈도우(400)의 하면에는 터치센서의 송신 패턴(720)이 배치된다.

하부 커버 윈도우(400)를 기준으로 상면에 배치되는 터치센서의 수신 패턴(710) 및 지문 인식 센서(500)로부터의 센싱된 신호를 읽어 내기 위하여, ACF(550, Anisotropic Conductive Film)를 이용하여 FPC(600)가 부착된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 일체형 터치스크린을 레이어별로 도시한 도면으로, 블랙 매트릭스를 포함하는 상부 커버 윈도우(200), OCA(300), 센서(지문 인식 센서, 터치 센서)가 배치되는 하부 커버 윈도우(400)를 도시한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 하부 커버 윈도우(400)에는 FPC(600)가 배치되는데, 지문 인식 센서 및 터치 센서의 수신 패턴과의 연결을 위하여 FPC(600)는 도 6에 도시한 바와 같이 절곡 처리된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 FPC(600)는 하부 커버 윈도우(400)에 형성된 홈(410)을 통해 절곡되어 하부 커버 윈도우(400)의 하면으로 연장되며, 이는 LCD 및 메인보드 등과의 연결을 구성하게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 지문 인식 센서(500)의 센서 패턴은 본 발명의 제1 실시예와는 달리 상부 커버 윈도우(200)의 하면에 배치된다.

이러한 본 발명의 제2실시예에 따르면, 지문 인식 센서(500)의 센서 패턴이 실제 사용자가 지문을 입력하는 영역과 물리적으로 더욱 가까워지는 장점이 있다.

이 때 FPC(600)는 ACF(550)를 통해 지문 인식 센서(500)와 연결되는데, 전술한 바와 같이 특정 영역에 홈(410)을 배치하여, 이를 LCD 또는 메인보드와 연결시키게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 경우 상부 커버 (210)는 그 배면의 일부 영역에 블랙 매트릭스(220)를 포함하고, 이는 OCA(300a)를 통하여 지문 인식 센서(500) 및 터치 수신 패턴(710)을 포함하는 하부 커버 윈도우(400)와 결합되며, 터치 센서의 송신 패턴(720)은 별도의 필름 형태 레이어로 형성되어 부착된다.

터치 센서의 송신 패턴(720)은 예컨대 PET 필름(800)에 전사되어, OCA(300b)를 통하여 하부 커버 윈도우(400)의 배면과 접착된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 터치스크린 센서와 지문인식 센서를 일체화함에 있어서, 터치스크린과 지문인식 센서가 오버랩(overlap)되는 상태에서 설계되지 않는다.

왜냐하면, 터치스크린 센서와 지문인식 센서는 모두 정전용량 방식으로 동작을 하므로, 오버랩되는 경우 상호 동작을 방해하며, 오버랩에 따라 원하는 투과율을 획득할 수 없기 때문이다.

또한, 터치스크린 화면은 기본적으로 터치 동작 모드에서는 화면의 전 영역에 대한 터치 동작 인식이 가능하여야 하고, 지문 인식 모드에서는 해당 영역에 인가되는 지문의 정보를 판별하도록 지문인식을 수행하여야 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구분 동작을 위한 화면 영역 구획을 나타내는 예시도이고, 도 10은 도 9에 도시한 실시예의 센서부를 도시한 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 화면은 터치 영역(100) 및 터치와 지문인식을 모두 수행하는 영역(130)으로 분할되며, 이는 지문인식 센서의 경우 전술한 바와 같이 지문 인식의 특성상 많은 채널 수에 의하여 Tx 트레이스 라인이 많아지는데, 이러한 부분이 터치센서의 상부에 존재하는 경우 오버랩에 의하여 터치 동작이 원활해지지 않기 때문이다.

즉, 순수 터치만을 인식하는 영역인 터치 영역(100)과, 터치 인식과 지문 인식을 함께 수행하는 것이 가능한 영역(130)으로 분할하여 구획하는 경우, 상호 오버랩이 발생되지 않으므로 투과율 문제를 해결하는 것이 가능한 효과가 있다.

단, 본 발명의 실시예에 따르면 터치 인식 및 지문 인식을 함께 수행되는 영역은 그 동작이 상단의 터치 영역과 연동되어야 한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 센서부만을 도시한 도면으로서, 터치 인식 및 지문 인식 기능이 공존하는 영역(130)에서는 지문인식 센서의 송신 채널(Tx, 520), 수신 채널(Rx, 510)이 존재하는 영역을 제외한 여백의 공간에는 셀프 캡(self cap.) 형태의 싱글 레이어(single layer) 센서(730)가 탑 레이어(top layer)로 구성된다.

또한, 지문인식 센서의 송신 채널(520)의 트레이스는 바텀 레이어(bottom layer)로 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 지문인식 센서가 적용된 스마트 폰 등의 디바이스의 모드가 터치 인식 모드인 경우, 상단의 터치 영역(100)은 터치 인식을 수행하는 영역이 되고, 하단의 터치 인식 및 지문 인식 영역(130) 역시 터치 인식을 수행하는 영역이 된다.

이 때, 전술한 셀프 캡 형태의 싱글 레이어 센서(730)가 터치 센서로 동작하면서, 사용자의 손가락의 터치 여부를 감지하게 된다.

또한, 지문 인식 센서는 송신 센서 채널(520) 및 수신 센서 채널(510)이 전체로서 하나의 셀(cell)을 이루어, 또는 일부 그룹으로 그룹핑되어 사용자의 손가락의 터치를 감지하게 된다.

즉, 미세한 지문 인식 센서 채널을 여러 개 묶어 그룹핑시키는 경우, 전기적으로 하나의 센서 셀을 형성하게 되므로, 이를 통하여 손가락과 같은 지문과 대비하여 볼 때 비교적 큰 영역의 터치에 대한 인식을 수행하는 것이 가능하며, 도 11은 이러한 터치 인식 모드에서의 지문인식 센서 채널의 그룹핑 상황을 예시적으로 도시한 도면이다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 센서가 적용된 스마트 폰 등의 디바이스의 모드가 지문 인식 모드인 경우, 셀프 탭 형태의 싱글 레이어 센서(터치 센서, 710)는 그 역할이 중요하지 않고, 중앙에 배치된 지문 인식 센서의 각각의 송수신 채널(510, 520)들은 지문 인식을 위한 본연의 기능을 수행하여 미세한 지문을 인식하게 된다.

전술한 구조 및 모드에 따른 구분 동작을 통해, 화면상에서 투과율을 보장하는 투명한 형태의 지문 인식 구현이 가능하며, 센서의 상, 하 배치 및 모드에 따른 구분 동작 인식이 가능한 효과가 있다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

상부 커버 및 그 배면에 배치되는 블랙매트릭스를 포함하는 상부 커버 윈도우;

접착 필름을 통해 상기 상부 커버 윈도우와 결합되는 하부 커버 윈도우;

상기 상부 커버 윈도우의 하면 및 하부 커버 윈도우의 상면 사이의 공간에 배치되어 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서 패턴;

상기 공간에 배치되는 터치 센서의 수신 패턴; 및

상기 하부 커버 윈도우의 하면에 배치되는 터치 센서의 송신 패턴

을 포함하는 지문인식 터치 스크린 장치.
제1항에 있어서,

상기 지문 인식 센서 패턴 및 터치 센서의 수신 패턴으로부터 신호를 읽는 연성회로기판을 더 포함하되, 상기 연성회로기판은 상기 하부 커버 윈도우에 형성된 홈을 통과하여 상기 하부 커버 윈도우의 하부로 연장되는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제1항에 있어서,

상기 접착 필름은 OCA 필름인 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제2항에 있어서,

상기 지문 인식 센서 패턴 및 터치 센서의 수신 패턴은 상기 하부 커버 윈도우의 상면에 배치되고, 상기 연성회로기판은 상기 지문 인식 센서 패턴의 상면에 접착부를 이용하여 부착되는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제2항에 있어서,

상기 지문 인식 센서 패턴은 상기 상부 커버의 하면에 부착되고, 상기 연성회로기판은 상기 지문 인식 센서 패턴의 하면에 접착부를 이용하여 부착되는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 접착부는 ACF 필름인 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제2항에 있어서,

상기 상부 커버 윈도우, 하부 커버 윈도우 및 터치 센서의 송신 패턴을 포함하는 층이 각각 별도의 필름 형태의 레이어로 형성되어 상호 부착되는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제7항에 있어서,

상기 터치 센서의 송신 패턴은 PET 필름 상에 배치되는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제1항에 있어서,

사용자의 터치 또는 지문인식이 수행되는 전체 영역은 터치 인식이 수행되는 제1영역과, 터치 인식 및 지문 인식이 함께 수행되는 제2 영역으로 구획되는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제9항에 있어서,

상기 제2 영역 중 지문 인식 송수신 채널이 존재하는 영역 이외의 영역에는 셀프 캡 형태의 싱글 레이어 센서가 탑 레이어로 배치되는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제10항에 있어서,

터치 동작 모드의 경우, 상기 셀프 캡 형태의 싱글 레이어 센서는 터치 센서로 동작하여 사용자의 손가락 터치를 감지하는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제10항에 있어서,

상기 터치 동작 모드의 경우, 상기 지문인식 센서의 송신 채널 및 수신 채널은 적어도 하나 이상의 그룹으로 그룹핑되어, 전기적으로 센서 셀을 형성하여 손가락 터치를 인식하는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.
제10항에 있어서,

지문 인식 모드의 경우, 상기 지문인식 센서의 송신 채널 및 수신 채널은 상기 사용자의 지문 인식을 수행하는 것

인 지문인식 터치 스크린 장치.