WO2018151414A1 - 정전용량식 지문인식유닛, 지문센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 지문인식장치 - Google Patents

정전용량식 지문인식유닛, 지문센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 지문인식장치 Download PDF

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한상현
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    • H03K17/96—Touch switches
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    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches

Definitions

  • the present invention relates to a capacitive fingerprint recognition unit, a capacitance measuring circuit of a fingerprint sensor, and a fingerprint recognition device having the same, and more particularly, to a user using a thin-film transistor (TFT) sensor array.
  • the present invention relates to a capacitive fingerprint recognition unit for detecting a fingerprint in a capacitive manner, a capacitance measuring circuit of a fingerprint sensor, and a fingerprint recognition device having the same.
  • a fingerprint sensor that can enhance security by performing the registration or authentication of the system using the fingerprint of the finger is known.
  • the fingerprint sensor is a sensor that detects a human finger fingerprint, and is largely divided into an optical fingerprint sensor and a capacitive fingerprint sensor.
  • the optical fingerprint sensor uses a principle of irradiating a light source such as a light emitting diode (LED) from the inside and detecting light reflected by a ridge of a fingerprint through a CMOS image sensor.
  • a light source such as a light emitting diode (LED)
  • LED light emitting diode
  • Optical fingerprint sensor has a limitation in reducing the size because it has to scan using the LED and there is a problem that the manufacturing cost increases because the light source itself is expensive.
  • the capacitive fingerprint sensor uses a difference in the amount of electricity charged between the ridge and the valley in contact with the fingerprint sensor.
  • a typical capacitive fingerprint sensor is an assembly type combined with a specific push button, and a silicon wafer printed with a circuit for measuring the capacitance between the capacitive plate and the user's fingerprint (ridges and valleys) is printed. Include. Since the ridges and valleys of the fingerprint are very fine with a size of about 300 ⁇ m to 500 ⁇ m, the capacitive fingerprint sensor requires the production of a high resolution sensor array and an integrated chip (IC) for fingerprint recognition processing. Silicon wafers in which ICs can be formed integrally are used.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2017-0016556 (2017. 02. 14.) (fingerprint sensor integrated touch screen device and its driving method)
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 2015-0115607 (2015. 10. 14.) (Apparatus and Method for TFT Fingerprint Sensor)
  • Patent Document 3 Korean Registered Patent No. 10-1295110 (2013. 08. 09.) (Capacitive measurement circuit of touch sensor and capacitive touch panel having the same)
  • Patent Document 4 Korean Registered Patent No. 10-1343821 (December 20, 2013) (Capacitive Measurement Circuit of Touch Sensor and Capacitive Touch Panel Having the Same)
  • an object of the present invention to provide a capacitive fingerprint recognition unit for detecting a user's fingerprint in a capacitive manner using a TFT sensor array.
  • Another object of the present invention is to provide a capacitance measuring circuit of a fingerprint sensor for reducing the error rate of the measured value by changing the path of the sensing signal via the TFT sensor array from one side to the other side or the other side of the TFT sensor array.
  • Still another object of the present invention is to provide a fingerprint recognition device including the capacitance measuring circuit of the fingerprint sensor.
  • a capacitive fingerprint recognition unit includes a plurality of gate lines, a plurality of sensing lines, and a plurality of TFTs connected to the gate line and the sensing line. And a TFT sensor array including a fingerprint recognition pattern connected to each of the TFTs.
  • a gate driver sequentially providing a gate signal to the gate line; An upper switch connected to one end of each of the sensing lines to switch a driving signal for fingerprint recognition and an output path of a sensing signal according to fingerprint recognition; And a lower switch connected to the other end of each of the sensing lines to switch a driving signal for fingerprint recognition and an output path of a sensing signal according to fingerprint recognition.
  • the upper switch provides an externally provided driving signal for fingerprint recognition to one end of each of the sensing lines, and the lower switch is received through the other end of each of the sensing lines.
  • the sensing signal according to the fingerprint recognition is provided to the outside
  • the lower switch provides a drive signal for fingerprint recognition provided from the outside to the other end of each of the sensing lines, the upper switch is the sensing
  • the sensing signal according to the fingerprint recognition received through one end of each of the lines may be provided to the outside.
  • the first time and the second time may exist within an active period of a gate signal applied to the gate line.
  • a driving signal for fingerprint recognition is sequentially applied to one end of each of the sensing lines during one gate line being activated, and a sensing signal according to fingerprint recognition through the other end of each of the sensing lines.
  • the driving signals are sequentially applied to the other ends of each of the sensing lines, and the sensing signals are sequentially output through one end of each of the sensing lines.
  • the gate driver, the upper switch, and the lower switch may be formed in an area surrounding the TFT sensor array.
  • a capacitance measuring circuit of a fingerprint sensor includes a plurality of gate lines, a plurality of sensing lines, a plurality of gate lines and a plurality of sensing lines connected to the sensing line. Fingerprints are connected to a TFT sensor array including TFTs and a fingerprint recognition pattern connected to each of the TFTs.
  • the capacitance measuring circuit of the fingerprint sensor may include a gate driver sequentially providing gate signals to the gate lines; An upper switch connected to one end of each of the sensing lines; A lower switch connected to the other end of each of the sensing lines; During the first time, a first driving signal for fingerprint recognition is provided to the upper switch, and a first direction sensing signal according to fingerprint recognition is received through the lower switch, and for a second time, a second driving for fingerprint recognition A sensing driver configured to provide a signal to the lower switch and receive a second direction sensing signal based on fingerprint recognition through the upper switch; And a timing controller configured to control the gate driver and the sensing driver, and determine the sensitivity of the touch based on the first direction sensing signal and the second direction sensing signal.
  • the upper switch sequentially provides the first driving signal to each of the sensing lines
  • the lower switch sequentially supplies the first direction sensing signal from each of the sensing lines. Can be received.
  • the lower switch sequentially provides the second driving signal to each of the sensing lines
  • the upper switch sequentially supplies the second direction sensing signal from each of the sensing lines. Can be received.
  • the sensing driver in response to the first control signal, a first comparison signal comparing the first reference voltage and the detection voltage by the fingerprint recognition pattern, and compares the second reference voltage and the detection voltage.
  • a voltage comparator for outputting a second comparison signal;
  • a controller configured to output a charge control signal and a discharge control signal based on the first and second comparison signals in response to a second control signal;
  • Receiving a sensing signal connected to both ends of the sensing lines in response to a third control signal, a path for transmitting a driving signal to the sensing line, and a sensing signal for sensing an amount of change in capacitance of the fingerprint recognition pattern via the sensing line;
  • a transmission / reception switching unit designed to set a path; In response to the charge control signal and the discharge control signal, the fingerprint recognition pattern connected to the sensing line selected by the transmission / reception switching unit is charged from the first reference voltage to the second reference voltage, or the second reference voltage.
  • a charge / discharge circuit unit configured to discharge from the first reference voltage; And in response to the third control signal and the fourth control signal, respectively measure charge and discharge time made by the charge / discharge circuit part and time required for total charge and discharge, and output an output signal according to the measurement. It may include a timer unit.
  • the timing controller may include a gate switching signal GS, the first control signal, the second control signal, the charge control signal, and the discharge control signal to control an operation of the gate driver based on a clock.
  • a control signal generator configured to generate the third control signal and the fourth control signal;
  • a counter for providing the clock to the control signal generator, counting the number of pulses according to the first direction sensing signal to an external device, and counting the number of pulses according to the second direction sensing signal to an external device. It may include.
  • a fingerprint recognition device including: a plurality of gate lines, a plurality of sensing lines, a plurality of TFTs connected to the gate line and the sensing line; A TFT sensor array including a fingerprint recognition pattern connected to each of the TFTs; A gate driver sequentially providing gate signals to the gate lines; An upper switch connected to one end of each of the sensing lines; A lower switch connected to the other end of each of the sensing lines; During the first time, a first driving signal for fingerprint recognition is provided to the upper switch, and a first direction sensing signal according to fingerprint recognition is received through the lower switch, and for a second time, a second driving for fingerprint recognition A sensing driver configured to provide a signal to the lower switch and receive a second direction sensing signal based on fingerprint recognition through the upper switch; And controlling the gate driver and the sensing driver to determine whether a touch is sensitized based on the first direction sensing signal and the second direction sensing signal to determine whether a ridge or valley of
  • the drain electrode of the TFT may extend to define the fingerprint recognition pattern.
  • the TFT sensor array may further include a transparent electrode connected to the drain electrode of the TFT to define the fingerprint recognition pattern.
  • the TFT sensor array may be formed on a glass substrate or a flexible substrate.
  • the capacitance measuring circuit may determine the sensitivity of the touch based on the arithmetical sum of the first direction sensing signal and the second direction sensing signal.
  • the capacitance measuring circuit may determine the sensitivity of the touch based on an arithmetic average value of the first direction sensing signal and the second direction sensing signal.
  • the TFT sensor array is formed on the front surface of the base substrate, and the rear surface of the base substrate may contact the printed circuit board.
  • the fingerprint recognition device comprises a filler disposed on the TFT sensor array; And a cover window disposed on the filler.
  • the fingerprint recognition device may further include a bonding wire for electrically connecting the TFT sensor array and the printed circuit board.
  • the sensing driver and the timing controller may be implemented in an IC form and mounted on the printed circuit board.
  • the TFT sensor array is formed on a front surface of the base substrate, and the front surface of the base substrate may contact a printed circuit board or a flexible printed circuit board.
  • the front surface of the base substrate and the printed circuit board or the flexible printed circuit board may be electrically connected by conductive bumps or conductive balls.
  • a sensing of a sensing signal via a TFT sensor array is performed by capacitive sensing of a user's fingerprint using a TFT sensor array.
  • FIG. 1A is a block diagram schematically illustrating a fingerprint recognition device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is an example of an image of a fingerprint recognized by FIG. 1B.
  • FIG. 2A and 2B are block diagrams illustrating the fingerprint recognition device shown in FIG. 1A.
  • FIG. 3A is a waveform diagram illustrating gate signals in the fingerprint recognition apparatus illustrated in FIGS. 2A and 2B, and FIG. 3B illustrates fourth control signals for sequentially sensing sensing signals in response to a first gate signal.
  • 3C are waveform diagrams for describing signals corresponding to a fourth control signal for sensing a sensing signal in a first sensing line.
  • FIGS. 2A and 2B are tables for explaining an input signal and an output signal of the controller shown in FIGS. 2A and 2B.
  • 5A and 5B are conceptual views for schematically explaining a path of a driving signal and a sensing signal in the fingerprint recognition device shown in FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram schematically illustrating a capacitance sensing principle through the TFT sensor array illustrated in FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 7 is a graph for schematically describing a delay phenomenon of a sensing signal according to a first sensing direction and a second sensing direction illustrated in FIG. 6.
  • FIG. 9 is a circuit diagram schematically illustrating the TFT sensor array shown in FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 10A is a plan view schematically illustrating an example of the fingerprint sensor illustrated in FIG. 8, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of the fingerprint sensor of FIG. 10A.
  • FIG. 11A is a plan view schematically illustrating another example of the fingerprint sensor illustrated in FIG. 9, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of the fingerprint sensor of FIG. 11A.
  • FIG. 12A is a perspective view schematically illustrating a fingerprint recognition module assembled according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12B is a side view of the fingerprint recognition module illustrated in FIG. 12A.
  • FIG. 13A is a perspective view for schematically illustrating a fingerprint recognition module assembled according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 13B is a side view of the fingerprint recognition module illustrated in FIG. 13A.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
  • FIG. 1A is a block diagram schematically illustrating a fingerprint recognition device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is an example of an image of a fingerprint recognized by FIG. 1B.
  • a fingerprint recognition device may include a TFT sensor array 110, a gate driver 120, an upper switch 130, a lower switch 140, a sensing driver 150, and a timing.
  • the controller 160 is included.
  • the gate driver 120, the upper switch 130, and the lower switch 140 may be formed in the peripheral region surrounding the TFT sensor array 110.
  • the gate driver 120, the upper switch 130, and the lower switch 140 may be formed when manufacturing the TFT sensor array 110.
  • the TFT sensor array 110 includes a plurality of gate lines GL, a plurality of sensing lines SL, a plurality of TFTs (not shown) connected to the gate line and the sensing line, and each of the TFTs. It includes a fingerprint recognition pattern (not shown).
  • each of the TFTs may be an n-channel MOSFET transistor.
  • the gate driver 120 sequentially provides gate signals to the gate lines GL.
  • the gate driver 120 may be formed in the peripheral area of the TFT sensor array 110.
  • the upper switch 130 is connected to one end of each of the sensing lines SL to switch the driving signal for fingerprint recognition and the output path of the sensing signal according to the fingerprint recognition.
  • the upper switch 130 may be formed in the peripheral area of the TFT sensor array 110.
  • the lower switch 140 is connected to the other end of each of the sensing lines SL to switch the driving signal for fingerprint recognition and the output path of the sensing signal according to the fingerprint recognition.
  • the lower switch 140 may be formed in the peripheral area of the TFT sensor array 110.
  • the sensing driver 150 sequentially provides a driving signal for fingerprint recognition to one end of each of the sensing lines SL through the upper switch 130 for the first time, and senses the first direction according to the fingerprint recognition.
  • the signal is sequentially received via the lower switch 140 and provided to the timing controller 160.
  • the sensing driver 150 sequentially provides the driving signal to the other end of each of the sensing lines SL via the lower switch 140 for a second time, and detects the second direction sensing signal based on fingerprint recognition.
  • the first time and the second time are present in an active section of the gate signal applied to the gate line.
  • the timing controller 160 controls the gate driver 120 and the sensing driver 150 and hosts a measurement result for determining the sensitivity of the touch based on the first direction sensing signal and the second direction sensing signal.
  • the external device may measure whether the ridge or the valley of the user's finger is placed on a specific pixel based on the measurement result, and may display an image as shown in FIG. 1B.
  • the fingerprint sensor is detected by capacitively detecting a user's fingerprint using the TFT sensor array, but changing the path of the sensing signal via the TFT sensor array from one side to the other side or the other side to the one side of the TFT sensor array. It is possible to reduce the error rate of the measured value obtained through.
  • FIGS. 2A and 2B are block diagrams illustrating the fingerprint recognition device shown in FIG. 1A.
  • 3A is a waveform diagram illustrating gate signals in the fingerprint recognition apparatus illustrated in FIGS. 2A and 2B, and FIG. 3B illustrates fourth control signals for sequentially sensing sensing signals in response to a first gate signal.
  • 3C are waveform diagrams illustrating signals corresponding to a fourth control signal CON3 for detecting a sensing signal in a first sensing line.
  • a fingerprint recognition device includes a TFT sensor array 110 and a capacitance measuring circuit 200.
  • the TFT sensor array 110 includes a plurality of gate lines GL, a plurality of sensing lines SL, a plurality of TFTs connected to the gate line and the sensing line, and a fingerprint recognition connected to each of the TFTs. Contains a pattern.
  • the capacitance measuring circuit 200 includes a gate driver 120, an upper switch 130, a lower switch 140, a sensing driver 150, and a timing controller 160.
  • the gate driver 120 sequentially provides gate signals to the gate lines GL.
  • the upper switch 130 and the lower switch 140 select the sensing lines SL so that the driving signal TX may be sequentially provided to each of the sensing lines SL, and in each of the sensing lines SL.
  • the sensing lines are selected to sequentially receive the sensing signal RX.
  • the upper switch 130 and the lower switch 140 sequentially provide the driving signals TX in order of one end of the sensing lines SL, that is, A0, A1, A2, and AN.
  • the switching path may be configured to sequentially receive the sensing signals RX at the other ends of the lines SL, that is, B0, B1, B2, and BN.
  • the upper switch 130 and the lower switch 140 sequentially provide the driving signals TX in order of one end of the sensing lines SL, that is, AN, AN-1, A1, and A0, and the sensing line.
  • the switching path may be configured to sequentially receive the sensing signals RX in the order of the other end of the fields SL, that is, BN, BN-1, B1, and B0.
  • the sensing driver 150 includes a reference voltage generator 410, a voltage comparator 420, a controller 430, a charge / discharge circuit unit 450, and a transmit / receive switching unit 460.
  • the sensing driver 150 provides a driving signal TX for fingerprint recognition to one end of each of the sensing lines SL and outputs the fingerprint signal through the other end of each of the sensing lines SL for the first time.
  • the sensing driver 150 is connected to a plurality of fingerprint recognition patterns to apply a constant current to each of the fingerprint recognition patterns, and is required to discharge the capacitance of the capacitance generated by the ridge or valley of the finger and the fingerprint recognition pattern to a reference voltage. Measure the time to measure the capacitance of the fingerprint pattern.
  • the charge / discharge circuit unit 450 continuously performs N times of charging / discharging at a predetermined cycle, and when the capacitance is input from the fingerprint recognition patterns connected to the upper switch 130 and the lower switch 140, the predetermined cycle is performed.
  • the counter 164 determines whether to input capacitance by measuring a time difference accumulated in N cycles due to a time difference, and if the capacitance is measured through the fingerprint recognition pattern as the number of charge / discharge cycles increases, The time taken for discharging increases proportionally.
  • the reference voltage generator 410 includes a first resistor R_UP and a second resistor R_DN connected in series, and generates a voltage ratio by generating a first reference voltage VREF-H and a second reference voltage VREF-L. It is provided to grant 20.
  • the first resistor R_UP and the second resistor R_DN are variable resistors. The resistance value of the variable resistor may be changed by a program. Therefore, the first reference voltage VREF-H and the second reference voltage VREF-L are also variable voltages.
  • the first reference voltage VREF-H and the second reference voltage VREF-L are programmed. By changing it, you can set a reference voltage that is not affected by noise. In particular, the larger the area of the fingerprint recognition pattern formed to detect the capacitance, the more noise is introduced due to the influence of the external environment, the capacitance detection characteristics are reduced. However, if the difference between the first reference voltage VREF-H and the second reference voltage VREF-L is controlled to be small, the noise characteristic can be further reduced.
  • the voltage comparator 420 compares the voltages generated by the reference voltage generator 410 with the sensed voltage input from the fingerprint recognition pattern in response to the first control signal CON0 provided from the outside.
  • the voltage comparator 420 includes a first voltage comparator COMP_UP and a second voltage comparator COMP_DN.
  • the first control signal CON0 enables or disables the first and second voltage comparators COMP_UP and COMP_DN. That is, the first control signal CON0 having the H level enables the first and second voltage comparators COMP_UP and COMP_DN, and the first control signal CON0 having the L level has the first and second voltages. Disable the comparators COMP_UP and COMP_DN.
  • the first voltage comparator COMP_UP detects an input from the first reference voltage VREF-H generated by the reference voltage generator 410 and the fingerprint recognition pattern in response to the first control signal CON0 having the H level. The voltage is compared and the first comparison signal OUT-H is output. The first comparison signal OUT-H generates an output of a predetermined H level when the voltage of the signal compared by the first voltage comparator COMP_UP is equal to or higher than the voltage of the first reference voltage VREF-H. Otherwise, it generates L level output.
  • the charge control signal SW-H and the discharge control signal SW-L output from the controller 430 are controlled to operate in the normal operation period (second control). During the period in which the signal CON1 is H, it immediately changes from the H level to the L level within a predetermined delay time present in the circuit.
  • the second voltage comparator COMP_DN detects an input from the second reference voltage VREF-L generated by the reference voltage generator 410 and the fingerprint recognition pattern in response to the first control signal CON0 having the H level. The voltages are compared and the second comparison signal OUT-L is output. The second comparison signal OUT-L generates an H level output when the voltage of the signal compared by the second voltage comparator COMP_DN is equal to or lower than the voltage of the second reference voltage VREF-L. The case produces an L level output.
  • the charge control signal SW-H and the discharge control signal SW-L output from the controller 430 are controlled to operate in the normal operation period (second control). During the period where the signal CON1 is H, it immediately changes from the L level to the H level within a predetermined delay time present in the circuit.
  • each of the first and second voltage comparators COMP_UP and COMP_DN may include a voltage comparator having hysteresis.
  • Voltage comparators with hysteresis are also referred to as comparators with Schmitt triggers, and by using them, when the noise of the VDD supply voltage or the GND level voltage is applied to the capacitance measuring circuit 200 is applied.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the control unit 430 is the first comparison signal OUT-H and the second comparison signal OUT-L which are output signals of the first voltage comparator COMP_UP and the second voltage comparator COMP_DN of the voltage comparator 420. And a second control signal CON1 provided from the outside to control the operation of the charge / discharge circuit unit 450 and the operation of the timing controller 160.
  • the controller 430 operates as a table shown in FIG. 3 and generates the charge control signal SW-H, the discharge control signal SW-L, and the CYC using the output value of the comparator and the control signal CON1.
  • FIGS. 2A and 2B are tables for explaining an input signal and an output signal of the controller 430 illustrated in FIGS. 2A and 2B.
  • the charge control signal SW-H and the discharge control signal SW-L are generated from the current iup generated from the upper current source I_UP and the lower current source I_DN.
  • the current idn is turned on and off, respectively, to generate the output signal DRV.
  • the CYC is transmitted to the control signal generator 162 of the timing controller 160 and the counter 164 of the timing controller 160, respectively, and used to measure sensing sensitivity.
  • the function of the controller 430 starts in the initial stage 1 and then in the same order as stage 2, stage 3, stage 4, stage 5, stage 6, stage 2, stage 3, etc. (2- > 3-> 4-> 5-> 6-> 2-> 3) Sequentially operated until the number of sensing cycles and CYC) cycles defined by the control signal generator 162 is reached. It is continuously repeated and sensing is performed.
  • the charge / discharge circuit unit 450 is connected to the control unit 430 and the transmission / reception switching unit 460, and the charge control signal SW-H provided by the control unit 430. And the sensing voltage RX input through the upper switch 130 or the sensing voltage RX input through the lower switch 140 in response to the discharge control signal SW-L.
  • the battery is charged to the second reference voltage VREF-L or discharged from the second reference voltage VREF-L to the first reference voltage VREF-H. That is, when the first switch SW_H is turned on and the second switch SW_L is turned off, the charging current iup generated based on the power supply voltage VDD of the power supply voltage terminal is transmitted to the transmission / reception switching unit 460.
  • the discharge current idn corresponding to the charging voltage of the fingerprint recognition pattern is discharged through the ground terminal.
  • the transmission / reception switching unit 460 includes a transmission switch 462 and a reception switch 464, and transmits a DRV for the driving signal TX in response to a third control signal CON2 provided from the outside. Switch the output direction of and the output direction of the received signal (RCV) corresponding to the sensing signal (RX).
  • the third control signal CON2 serves to determine a signal transmission path of the transmission / reception switching unit 460. That is, the transmission / reception switching unit 460 sets whether to supply the driving signal TX for fingerprint recognition to one side of the sensing line or the other side of the sensing line under the control of the third control signal CON2.
  • the transmission / reception switching unit 460 receives the sensing signal RX according to the fingerprint recognition through the other side of the sensing line or the one side of the sensing line under the control of the third control signal CON2.
  • the driving signal TX may be supplied in a first direction (eg, forward direction) or in a second direction (eg, reverse direction) based on the sensing line.
  • the sensing signal RX may be received in the first direction or the second direction based on the sensing line.
  • the timing controller 160 includes a control signal generator 162 and a counter 164, and controls the operations of the gate driver 120 and the sensing driver 150, wherein the first direction sensing signal and the second direction sensing are controlled.
  • the sensitivity of the touch is determined based on the signal to measure whether the ridge or valley of the user's finger is placed on a specific pixel.
  • control signal generator 162 may include a gate switching signal GS for controlling the operation of the gate driver 120 based on a clock CLOCK provided by the counter 164, the first control signal CON0, The second control signal CON1, the charge control signal SW-H, the discharge control signal SW-L, the third control signal CON2, and the fourth control signal CON3 are generated.
  • the counter 164 counts the number of pulses according to the first direction sensing signal and outputs the number of pulses according to the second direction sensing signal to the external device.
  • the counter 164 measures the charging and discharging time and the time required for total charging and discharging by the charging / discharging circuit unit 450 in response to the fourth control signal CON3 provided from the outside, and measures accordingly. Output the measurement signal corresponding to the result.
  • the fourth control signal CON3 controls the operation of the counter 164.
  • the counter 164 is initialized and the counter 164 starts operation, and the counter 164 starts for a predetermined period of the detection signal.
  • the operation of the counter 164 is stopped, and the value of the counter 164 calculated until then is maintained to transmit a measurement result.
  • the above-described operation is continuously repeated in the section in which the second control signal CON1 is at the H level.
  • the output value of the counter 164 is recognized as the capacitance value of each pad by the third control signal CON2.
  • the output signal of the charge / discharge circuit unit 450 starts at the ground level of 0V.
  • the signal has a lower value than the first reference voltage VREF-H and the second reference voltage VREF-L.
  • the second reference voltage VREF-L is typically a voltage slightly higher than GND 0V.
  • the second reference voltage VREF-L may be set to 300 mV.
  • the first reference voltage VREF-H may be set to 1/2 VDD to VDD-300mV.
  • the comparator 420 and the control unit 430 determine that the sensing signal is the second reference voltage when the voltage of the signal is lower than the second reference voltage VREF-L.
  • VREF-L) to a first reference voltage (VREF-H) is operated to have a linear shape with a slope rising in the form of a triangular wave.
  • FIGS. 5A and 5B are conceptual views for schematically explaining a path of a driving signal and a sensing signal in the fingerprint recognition device shown in FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 5A illustrates a path through which a driving signal is applied through one side of the sensing line and receives a sensing signal through the other side of the sensing line
  • FIG. 5B illustrates a path through which the driving signal is applied through the other side of the sensing line and one side of the sensing line. The path for receiving the sensing signal is shown.
  • the driving signal is transmitted from the upper side of the TFT sensor array 110 to the lower side, that is, one side of the sensing line, and the sensing signal is output through the other side of the sensing line to detect the amount of change in capacitance.
  • the driving signal DRV is applied to one end of the sensing line via the transmission switch 462 and the upper switch 130 of the transmission / reception switching unit 460 and sensing
  • the sensing signal RCV passing through the line has a first sensing path input through the other end of the sensing line via the lower switch 140 and the receiving switch 464 of the transmitting / receiving switching unit 460.
  • the driving signal is transmitted from the lower side of the TFT sensor array 110 through the upper side, that is, the other side of the sensing line, and the sensing signal is output through one side of the sensing line to detect a change in capacitance.
  • the driving signal DRV is applied to the other end of the sensing line via the transmission switch 462 and the lower switch 140 of the transmission / reception switching unit 460 and sensing
  • the sensing signal RCV passing through the line has a second sensing path input through one end of the sensing line via the receiving switch 464 of the upper switch 130 and the transmitting / receiving switching unit 460.
  • the measured value is obtained by adjusting the sensing path through the multiple switch 460 using the same measuring circuit.
  • the error rate due to the deviation between the internal circuits of the semiconductor can be reduced.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for schematically explaining a principle of capacitive sensing through the TFT sensor array 110 illustrated in FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 7 is a graph for schematically describing a delay phenomenon of a sensing signal according to a first sensing direction and a second sensing direction illustrated in FIG. 6.
  • FIG. 6 and 7 illustrate an example in which eight fingerprint sensors are connected to one sensing line for convenience of description.
  • One fingerprint sensor may be defined as a resistor and a capacitor connected in parallel. It is assumed that the resistance value of each of the resistors R is the same and the capacitance value of each of the capacitors C is the same. Since eight fingerprint sensors are arranged, nine nodes G0, G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8, and G9 are formed.
  • the parasitic capacitance C for each node G0 to G9 is assumed to be a negligible small value, and the change in the touch value generated by the ridge and the valley of the finger is measured.
  • the ridge is assumed to be Cf as the capacitance according to the touch, and the goal is assumed to be 0 as the capacitance according to the untouch.
  • the TX delay time constant corresponding to the first sensing direction is R * 1 * Cf and the TX delay time constant corresponding to the second sensing direction is R * 7 * Cf. Therefore, the sum of the TX delay time constants corresponding to the two directions is R * 8 * Cf.
  • the TX delay time constant corresponding to the first sensing direction is R * 5 * Cf and the TX delay time constant corresponding to the second sensing direction is R * 3 * Cf. Therefore, the sum of the TX delay time constants corresponding to the two directions is R * 8 * Cf.
  • the TX delay time constant corresponding to the first sensing direction is R * 8 * Cf and the TX delay time constant corresponding to the second sensing direction is R * 0 * Cf. Therefore, the sum of the TX delay time constants corresponding to the two directions is R * 8 * Cf.
  • the sum of the TX delay time constant corresponding to the first sensing direction and the TX time constant delay time constant corresponding to the second sensing direction may be identical in any part of each node.
  • FIG. 8 are timing diagrams corresponding to each of the valley of the finger and the ridge of the finger. 8 is a timing diagram in which the fingerprint sensor assumes an untouch state when the finger meets the valley of the finger, and the lower view of FIG. 8 shows the touch state when the fingerprint sensor meets the ridge of the finger. This is a timing diagram assumed.
  • FIG. 9 is a circuit diagram schematically illustrating the TFT sensor array 110 shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the TFT sensor array 110 may include a plurality of gate lines GL1, GL2, GL3, and GL4, a plurality of sensing lines SL1, SL2, SL3, and SL4, the gate line, and the A plurality of TFTs SW connected to a sensing line and a fingerprint recognition pattern FS connected to each of the TFTs SW are included.
  • the present embodiment for convenience of description, four gate lines and four sensing lines are illustrated, but embodiments are not limited thereto.
  • Each of the gate lines GL1, GL2, GL3, and GL4 applies an externally provided gate signal to the gate electrodes of the TFTs.
  • each of the sensing lines SL1, SL2, SL3, SL4 applies a driving signal to the TFTs, and the other side of each of the sensing lines SL1, SL2, SL3, SL4 receives an external sensing signal sensed through the TFTs. To pass.
  • Each of the TFTs SW includes a gate electrode connected to a gate line, a sensing electrode connected to a sensing line, and a drain electrode connected to a fingerprint recognition pattern FS.
  • the fingerprint recognition pattern FS is connected to the drain electrode of the TFT SW to provide a capacitance value according to the ridge or valley contact of the finger to the sensing line through the TFT SW.
  • the fingerprint recognition pattern FS may be defined by extending the drain electrode of the TFT SW, or may be defined by forming a transparent electrode such as ITO separately.
  • FIG. 10A is a plan view schematically illustrating an example of the fingerprint sensor illustrated in FIG. 8, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of the fingerprint sensor of FIG. 10A.
  • the fingerprint sensor may include a base substrate, a gate line formed in a first direction on the base substrate, a gate electrode protruding from the gate line, and a first insulating layer covering the gate line and the gate electrode.
  • a drain electrode covering a portion of the semiconductor layer the sensing line, a second insulating layer covering the source electrode and the drain electrode, gate lines adjacent to each other, and sensing lines adjacent to each other.
  • a fingerprint recognition pattern formed on the second insulating layer and connected to the drain electrode through via holes formed in the second insulating layer. do.
  • FIG. 11A is a plan view schematically illustrating another example of the fingerprint sensor illustrated in FIG. 9, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of the fingerprint sensor of FIG. 11A.
  • a fingerprint sensor includes a base substrate, a gate line formed in a first direction on the base substrate, a gate electrode protruding from the gate line, and a first insulating layer covering the gate line and the gate electrode.
  • a semiconductor layer formed in a channel region of the TFT, a sensing line formed in a second direction over the first insulating layer, a source electrode protruding from the sensing line and covering a portion of the semiconductor layer, and spaced apart from the source electrode at a predetermined interval;
  • the semiconductor device may include a drain electrode covering a portion of the semiconductor layer, a second insulating layer covering the sensing line, the source electrode, and the drain electrode.
  • the drain electrode is extended to cover an area defined by gate lines adjacent to each other and sensing lines adjacent to each other to define a fingerprint recognition pattern.
  • FIG. 12A is a perspective view schematically illustrating a fingerprint recognition module assembled according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12B is a side view of the fingerprint recognition module illustrated in FIG. 12A.
  • a TFT sensor array is disposed on a printed circuit board (PCB) or a flexible printed circuit board (FPCB) in a normal direction to manufacture a fingerprint recognition module. That is, the TFT sensor array is formed on the front surface of the base substrate, and the rear surface of the base substrate contacts the printed circuit board.
  • PCB printed circuit board
  • FPCB flexible printed circuit board
  • a filler that is, a filler
  • a cover window are sequentially disposed on the front surface of the TFT sensor array to manufacture a fingerprint recognition module.
  • the connection between the electrodes of the TFT sensor array and the electrodes of the PCB or FPCB is connected via a bonding wire.
  • FIG. 13A is a perspective view for schematically illustrating a fingerprint recognition module assembled according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 13B is a side view of the fingerprint recognition module illustrated in FIG. 13A.
  • the TFT sensor array is disposed on the printed circuit board (PCB) or the flexible printed circuit board (FPCB) in the reverse direction (ie, upside down) to manufacture the fingerprint recognition module. That is, the TFT sensor array is formed on the front surface of the base substrate, and the TFT sensor array formed on the front surface of the base substrate contacts the printed circuit board (PCB) or the flexible printed circuit board (FPCB). Is arranged to.
  • connection between the electrode of the TFT sensor array and the printed circuit board (PCB) or the electrode of the TFT sensor array and the electrode of the flexible printed circuit board (FPCB) is electrically connected by conductive bumps or conductive balls.
  • a filler (that is, a filler) is disposed in the gap where no conductive bumps or conductive balls are disposed.
  • connection between the electrode of the TFT and the electrode of the PCB or the connection between the electrode of the TFT and the electrode of the FPCB can be made by conductive bumps or conductive balls.
  • This method can reduce the thickness of the longitudinal direction of the fingerprint recognition module can implement a fingerprint recognition module having the advantage of light and thin.
  • the thickness of the glass on which the TFT is not formed can be reduced by etching in the post-process, such as the process used in general TFT glass processing.
  • the distance between the fingerprint sensor (TFT sensor array) and the fingerprint can be adjusted only by the glass thickness. This advantage can not only maintain the touch sensitivity uniformly, but also increase the thickness of the etching to make the thickness of the glass even thinner to increase the recognition sensitivity of the fingerprint.
  • a non-conductive material may be used on the etched surface of the glass used as the base of the TFT sensor array to impart a decoration or the like on a cover window by using a process such as printing, deposition, coating, lamination, or the like. This feature facilitates the commercialization of the final modular design and saves manufacturing and processing costs.
  • TFT sensor array 120 gate driver
  • sensing driver 160 timing controller
  • COMP_UP first voltage comparator
  • COMP_DN second voltage comparator

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Abstract

TFT 센서 어레이를 사용하여 사용자의 지문을 정전용량 방식으로 감지하는 정전용량식 지문인식유닛, 지문센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 지문인식장치가 개시된다. 정전용량식 지문인식유닛은, 복수의 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함하는 TFT 센서 어레이; 게이트 라인에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부; 센싱 라인들 각각의 일단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 상부 스위치; 및 센싱 라인들 각각의 타단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 하부 스위치를 포함한다. 이에 따라, TFT 센서 어레이를 사용하여 사용자의 지문을 정전용량 방식으로 감지하되, TFT 센서 어레이를 경유하는 센싱신호의 경로를 TFT 센서 어레이의 일측에서 타측 또는 타측에서 일측으로 변경하므로써 지문센서를 통해 획득되는 측정값의 오차율을 줄일 수 있다.

Description

정전용량식 지문인식유닛, 지문센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 지문인식장치
본 발명은 정전용량식 지문인식유닛, 지문센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 지문인식장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 트랜지스터(thin-film transistor, 이하, TFT) 센서 어레이를 사용하여 사용자의 지문을 정전용량 방식으로 감지하는 정전용량식 지문인식유닛, 지문센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 지문인식장치에 관한 것이다.
컴퓨터 기술의 발달에 따라 노트북 컴퓨터, 태블릿 피시(tablet PC), 스마트폰(smart phone), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant), 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine), 검색 안내 시스템 등과 같은 다양한 용도의 컴퓨터 기반 시스템(computer based system)이 개발되어 왔다. 이들 시스템에는 통상적으로 개인 사생활과 관련된 개인정보는 물론 영업정보나 영업기밀과 같이 비밀을 요하는 많은 데이터가 저장되어 있기 때문에, 이들 데이터를 보호하기 위해서는 보안을 강화해야 할 필요성이 있다.
이를 위해 종래부터 핑거의 지문을 이용하여 시스템의 등록이나 인증을 수행함으로써 보안성을 강화할 수 있는 지문센서가 알려져 있다.
지문센서는 인간의 핑거 지문을 감지하는 센서로서, 광학식 지문센서(optical fingerprint sensor)와 정전용량식 지문센서(capacitive fingerprint sensor)로 크게 나누어진다.
광학식 지문센서는 내부에서 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS 이미지 센서를 통해 감지하는 원리를 이용한 것이다. 광학식 지문센서는 LED를 이용해서 스캔을 해야 하기 때문에 크기를 줄이는 데에 한계가 있고 광원 자체가 고가이기 때문에 제조비용이 증가한다는 문제점이 있다.
정전용량식 지문센서는 지문센서와 접촉되는 융선(ridge)과 골(valley) 사이 에 대전되는 전기량의 차를 이용한 것이다. 일반적인 정전용량식 지문센서는 특정 푸시버튼(push button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 지문의 융선과 골은 대략 300㎛~500㎛의 크기로 매우 미세하기 때문에, 정전용량식 지문센서는 고해상도 센서 어레이와 지문인식 처리를 위한 IC(Integrated Chip) 제작이 필요하고, 이를 위해 센서 어레이와 IC을 일체로 형성할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다.
하지만, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 고해상도의 센서 어레이와 IC를 함께 형성할 경우, 푸시버튼과 함께 지문센서를 결합하기 위한 어셈블리 구조가 필요하게 되므로 구성이 복잡해 질뿐 아니라 비표시 영역(베젤 영역)이 증가한다. 또한, 푸시버튼(예를 들면, 스마트폰의 홈키)과 지문센서가 중첩되게 형성되므로, 그 두께가 증가할 뿐 아니라 지문센싱 영역이 푸시버튼의 크기에 좌우되는 문제점이 있었다.
<선행기술문헌>
<특허문헌>
(특허문헌 1) 한국공개특허 제2017-0016556호 (2017. 02. 14.) (지문센서 일체형 터치 스크린 장치와 그 구동방법)
(특허문헌 2) 한국공개특허 제2015-0115607호 (2015. 10. 14.) (TFT 지문 센서를 위한 장치 및 방법)
(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-1295110호 (2013. 08. 09.) (터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널)
(특허문헌 4) 한국등록특허 제10-1343821호 (2013. 12. 20.) (터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 TFT 센서 어레이를 사용하여 사용자의 지문을 정전용량 방식으로 감지하는 정전용량식 지문인식유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 TFT 센서 어레이를 경유하는 센싱신호의 경로를 TFT 센서 어레이의 일측에서 타측 또는 타측에서 일측으로 변경하여 측정값의 오차율을 줄이기 위한 지문센서의 정전용량 측정회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 지문센서의 정전용량 측정회로를 포함하는 지문인식장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 정전용량식 지문인식유닛은, 복수의 게이트 라인들과, 복수의 센싱 라인들과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함하는 TFT 센서 어레이; 상기 게이트 라인에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부; 상기 센싱 라인들 각각의 일단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 상부 스위치; 및 상기 센싱 라인들 각각의 타단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 하부 스위치를 포함한다.
일실시예에서, 제1 시간 동안, 상기 상부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각의 일단에 제공하고, 상기 하부 스위치는 상기 센싱 라인들 각각의 타단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공하고, 제2 시간 동안, 상기 하부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각의 타단에 제공하고, 상기 상부 스위치는 상기 센싱 라인들 각각의 일단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간은 상기 게이트 라인에 인가되는 게이트신호의 액티브 구간 내에 존재할 수 있다.
일실시예에서, 하나의 게이트 라인이 액티브되는 구간 동안, 상기 센싱 라인들 각각의 일단에 지문인식을 위한 구동신호가 순차적으로 인가되고, 상기 센싱 라인들 각각의 타단을 통해 지문인식에 따른 센싱신호가 순차적으로 출력되고, 상기 센싱 라인들 각각의 타단에 상기 구동신호가 순차적으로 인가되고, 상기 센싱 라인들 각각의 일단을 통해 상기 센싱신호가 순차적으로 출력될 수 있다.
일실시예에서, 상기 게이트 구동부, 상기 상부 스위치 및 상기 하부 스위치는 상기 TFT 센서 어레이를 둘러싸는 영역에 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 지문센서의 정전용량 측정회로는, 복수의 게이트 라인들과, 복수의 센싱 라인들과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함하는 TFT 센서 어레이에 연결되어 지문을 인식한다. 지문센서의 정전용량 측정회로는, 상기 게이트 라인들에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부; 상기 센싱 라인들 각각의 일단에 연결된 상부 스위치; 상기 센싱 라인들 각각의 타단에 연결된 하부 스위치; 제1 시간 동안, 지문인식을 위한 제1 구동신호를 상기 상부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제1 방향 센싱신호를 상기 하부 스위치를 통해 수신하고, 제2 시간 동안, 지문인식을 위한 제2 구동신호를 상기 하부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제2 방향 센싱신호를 상기 상부 스위치를 통해 수신하는 센싱 구동부; 및 상기 게이트 구동부 및 상기 센싱 구동부를 제어하고, 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 근거로 터치의 감도를 결정하는 타이밍 제어부를 포함한다.
일실시예에서, 상기 제1 시간 동안, 상기 상부 스위치는 상기 제1 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각에 순차적으로 제공하고, 상기 하부 스위치는 상기 제1 방향 센싱신호를 상기 센싱 라인들 각각으로부터 순차적으로 수신할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제2 시간 동안, 상기 하부 스위치는 상기 제2 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각에 순차적으로 제공하고, 상기 상부 스위치는 상기 제2 방향 센싱신호를 상기 센싱 라인들 각각으로부터 순차적으로 수신할 수 있다.
일실시예에서, 상기 센싱 구동부는, 제1 제어신호에 응답하여, 제1 기준전압과 상기 지문인식패턴에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와, 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력하는 전압비교부; 제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 충전 제어신호 및 방전 제어신호를 출력하는 제어부; 상기 센싱 라인들 양단과 연결되고, 제3 제어신호에 응답하여, 구동신호를 상기 센싱 라인에 전송하는 경로와 상기 센싱 라인을 경유하여 상기 지문인식패턴의 정전용량 변화량을 감지하는 센싱신호를 수신하는 경로를 설정하도록 설계된 송/수신스위칭부; 상기 충전 제어신호 및 상기 방전 제어신호에 응답하여, 상기 송/수신스위칭부에 의해 선택된 센싱 라인에 연결된 지문인식패턴을 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 제2 기준전압부터 상기 제1 기준전압으로 방전시키는 충/방전회로부; 및 상기 제3 제어신호 및 제4 제어신호에 응답하여, 상기 충/방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력하는 타이머부를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 타이밍 제어부는, 클럭을 근거로 상기 게이트 구동부의 동작을 제어하는 게이트 스위칭 신호(GS), 상기 제1 제어신호, 상기 제2 제어신호, 상기 충전 제어신호, 상기 방전 제어신호, 상기 제3 제어신호, 상기 제4 제어신호를 생성하는 제어신호 발생기; 및 상기 클럭을 상기 제어신호 발생기에 제공하고, 상기 제1 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력하고, 상기 제2 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력하는 카운터를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 지문인식장치는, 복수의 게이트 라인들과, 복수의 센싱 라인들과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함하는 TFT 센서 어레이; 상기 게이트 라인들에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부; 상기 센싱 라인들 각각의 일단에 연결된 상부 스위치; 상기 센싱 라인들 각각의 타단에 연결된 하부 스위치; 제1 시간 동안, 지문인식을 위한 제1 구동신호를 상기 상부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제1 방향 센싱신호를 상기 하부 스위치를 통해 수신하고, 제2 시간 동안, 지문인식을 위한 제2 구동신호를 상기 하부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제2 방향 센싱신호를 상기 상부 스위치를 통해 수신하는 센싱 구동부; 및 상기 게이트 구동부 및 상기 센싱 구동부를 제어하고, 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 근거로 터치의 감도를 결정하여 특정 픽셀 위에 사용자 핑거의 융선이 놓이는지 골이 놓이는지를 측정하는 타이밍 제어부를 포함한다.
일실시예에서, 상기 TFT의 드레인 전극은 연장되어 상기 지문인식패턴을 정의할 수 있다.
일실시예에서, 상기 TFT 센서 어레이는 상기 TFT의 드레인 전극에 연결되어 상기 지문인식패턴을 정의하는 투명전극을 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 TFT 센서 어레이는 유리기판 또는 플렉서블 기판 상에 형성될 수 있다.
일실시예에서, 상기 정전용량 측정회로는 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 산술적으로 합산한 값을 근거로 터치의 감도를 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 정전용량 측정회로는 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 산술 평균한 값을 근거로 터치의 감도를 결정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 TFT 센서 어레이는 베이스 기판의 전면(front surface)에 형성되고, 상기 베이스 기판의 배면(rear surface)은 인쇄회로기판에 접촉할 수 있다.
일실시예에서, 상기 지문인식장치는 상기 TFT 센서 어레이 위에 배치된 충진재; 및 상기 충진재 위에 배치된 커버 윈도우를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 지문인식장치는 상기 TFT 센서 어레이와 상기 인쇄회로기판를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 센싱 구동부 및 상기 타이밍 제어부는 IC 형태로 구현되고 상기 인쇄회로기판에 탑재될 수 있다.
일실시예에서, 상기 TFT 센서 어레이는 베이스 기판의 전면(front surface)에 형성되고, 상기 베이스 기판의 전면(front surface)은 인쇄회로기판 또는 연성인쇄회로기판에 접촉할 수 있다.
일실시예에서, 상기 베이스 기판의 전면과 상기 인쇄회로기판 또는 상기 연성인쇄회로기판은 도전성 범프 또는 도전볼에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 정전용량식 지문인식유닛, 지문센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 지문인식장치에 의하면, TFT 센서 어레이를 사용하여 사용자의 지문을 정전용량 방식으로 감지하되, TFT 센서 어레이를 경유하는 센싱신호의 경로를 TFT 센서 어레이의 일측에서 타측 또는 타측에서 일측으로 변경하므로써 지문센서를 통해 획득되는 측정값의 오차율을 줄일 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b는 도 1b에 의해 인식된 지문의 이미지 일례가 도시된다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시된 지문인식장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3a는 도 2a 및 도 2b에 도시된 지문인식장치에서 게이트신호들을 설명하기 위한 파형도들이고, 도 3b는 제1 게이트신호에 대응하여 센싱신호들을 순차적으로 센싱하기 위한 제4 제어신호들을 설명하기 위한 피형도들이고, 도 3c는 첫번째 센싱 라인에 센싱신호 검출을 위한 제4 제어신호에 대응하는 신호들을 설명하기 위한 파형도들이다.
도 4는 도 2a 및 도 2b에 도시된 제어부의 입력신호 및 출력신호를 설명하기 위한 테이블이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 지문인식장치에서 구동신호와 센싱신호의 경로를 개략적으로 설명하기 위한 개념도들이다.
도 6은 도 2a 및 도 2b에 도시된 TFT 센서 어레이를 통한 정전용량 감지 원리를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제1 감지 방향 및 제2 감지 방향에 따른 감지 신호의 지연 현상을 개략적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 핑거의 골 및 핑거의 융선 각각에 대응하는 타이밍도들이다.
도 9는 도 2a 및 도 2b에 도시된 TFT 센서 어레이를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 10a는 도 8에 도시된 지문센서의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 10b는 도 10a의 지문센서를 라인 I-I'으로 절단한 단면도이다.
도 11a는 도 9에 도시된 지문센서의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 11b는 도 11a의 지문센서를 라인 II-II'으로 절단한 단면도이다.
도 12a는 본 발명의 일실시예에 따라 조립된 지문인식모듈을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 12b는 도 12a에 도시된 지문인식모듈의 측면도이다.
도 13a는 본 발명의 다른 실시예에 따라 조립된 지문인식모듈을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 13b는 도 13a에 도시된 지문인식모듈의 측면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b는 도 1b에 의해 인식된 지문의 이미지 일례가 도시된다.
도 1a을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치는 TFT 센서 어레이(110), 게이트 구동부(120), 상부 스위치(130), 하부 스위치(140), 센싱 구동부(150) 및 타이밍 제어부(160)를 포함한다. 본 실시예에서, 게이트 구동부(120), 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 TFT 센서 어레이(110)를 둘러싸는 주변 영역에 형성될 수 있다. 게이트 구동부(120), 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 TFT 센서 어레이(110)를 제조할 때 형성될 수 있다.
TFT 센서 어레이(110)는 복수의 게이트 라인들(GL), 복수의 센싱 라인들(SL), 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들(미도시), 및 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴(미도시)을 포함한다. 본 실시예에서, TFT들 각각은 n-채널 MOSFET 트랜지스터일 수 있다.
게이트 구동부(120)는 게이트 라인들(GL)에 게이트신호를 순차적으로 제공한다. 게이트 구동부(120)는 TFT 센서 어레이(110)의 주변 영역에 형성될 수 있다.
상부 스위치(130)는 센싱 라인들(SL) 각각의 일단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭한다. 상부 스위치(130)는 TFT 센서 어레이(110)의 주변 영역에 형성될 수 있다.
하부 스위치(140)는 센싱 라인들(SL) 각각의 타단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력경로를 스위칭한다. 하부 스위치(140)는 TFT 센서 어레이(110)의 주변 영역에 형성될 수 있다.
센싱 구동부(150)는, 제1 시간 동안, 지문인식을 위한 구동신호를 상부 스위치(130)를 경유하여 센싱 라인들(SL) 각각의 일단에 순차적으로 제공하고, 지문인식에 따른 제1 방향 센싱신호를 하부 스위치(140)를 경유하여 순차적으로 수신하여 타이밍 제어부(160)에 제공한다. 또한, 센싱 구동부(150)는, 제2 시간 동안, 상기 구동신호를 하부 스위치(140)를 경유하여 센싱 라인들(SL) 각각의 타단에 순차적으로 제공하고, 지문인식에 따른 제2 방향 센싱신호를 상부 스위치(130)를 경유하여 순차적으로 수신하여 타이밍 제어부(160)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간은 상기 게이트 라인에 인가되는 게이트신호의 액티브 구간 내에 존재한다.
타이밍 제어부(160)는 게이트 구동부(120) 및 센싱 구동부(150)를 제어하고, 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 근거로 터치의 감도 결정을 위한 측정 결과를 호스트(host)와 같은 외부 장치에 제공한다. 이에 따라, 외부 장치는 상기한 측정 결과를 근거로 특정 픽셀 위에 사용자 핑거의 융선이 놓이는지 골이 놓이는지를 측정할 수 있고, 도 1b와 같은 이미지를 표시할 수도 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, TFT 센서 어레이를 사용하여 사용자의 지문을 용량성으로 감지하되, TFT 센서 어레이를 경유하는 센싱신호의 경로를 TFT 센서 어레이의 일측에서 타측 또는 타측에서 일측으로 변경하므로써 지문센서를 통해 획득되는 측정값의 오차율을 줄일 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시된 지문인식장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3a는 도 2a 및 도 2b에 도시된 지문인식장치에서 게이트신호들을 설명하기 위한 파형도들이고, 도 3b는 제1 게이트신호에 대응하여 센싱신호들을 순차적으로 센싱하기 위한 제4 제어신호들을 설명하기 위한 피형도들이고, 도 3c는 첫번째 센싱 라인에 센싱신호 검출을 위한 제4 제어신호(CON3)에 대응하는 신호들을 설명하기 위한 파형도들이다.
도 2a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치는 TFT 센서 어레이(110) 및 정전용량 측정회로(200)를 포함한다.
TFT 센서 어레이(110)는 복수의 게이트 라인들(GL)과, 복수의 센싱 라인들(SL)과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함한다.
상기 정전용량 측정회로(200)는 게이트 구동부(120), 상부 스위치(130), 하부 스위치(140), 센싱 구동부(150) 및 타이밍 제어부(160)를 포함한다.
게이트 구동부(120)는 게이트 라인들(GL)에 게이트신호를 순차적으로 제공한다.
상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 센싱 라인들(SL) 각각에 구동신호(TX)가 순차적으로 제공될 수 있도록 센싱 라인들(SL)을 선택하고, 센싱 라인들(SL) 각각에서 센싱신호(RX)가 순차적으로 수신될 수 있도록 센싱 라인들을 선택한다.
예를들어, 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 센싱 라인들(SL)의 일단, 즉 A0, A1, A2, , AN와 같은 순서로 구동신호(TX)를 순차적으로 제공하고, 센싱 라인들(SL)의 타단, 즉 B0, B1, B2, , BN와 같은 순서로 센싱신호(RX)를 순차적으로 수신하도록 스위칭 경로를 설정할 수 있다. 한편, 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)는 센싱 라인들(SL)의 일단, 즉 AN, AN-1, , A1, A0의 순서로 구동신호(TX)를 순차적으로 제공하고, 센싱 라인들(SL)의 타단, 즉 BN, BN-1, , B1, B0의 순서로 센싱신호(RX)를 순차적으로 수신하도록 스위칭 경로를 설정할 수 있다.
센싱 구동부(150)는 기준전압발생부(410), 전압비교부(420), 제어부(430), 충/방전회로부(450), 송/수신스위칭부(460)를 포함한다. 센싱 구동부(150)는, 제1 시간 동안, 센싱 라인들(SL) 각각의 일단에 지문인식을 위한 구동신호(TX)를 제공하고 센싱 라인들(SL) 각각의 타단을 통해 지문인식에 따른 제1 방향 센싱신호를 수신하고, 제2 시간 동안, 센싱 라인들(SL) 각각의 타단에 구동신호(TX)를 제공하고 센싱 라인들(SL) 각각의 일단을 통해 지문인식에 따른 제2 방향 센싱신호를 수신한다.
센싱 구동부(150)는 복수의 지문인식패턴들에 연결되어 지문인식패턴들 각각에 정전류를 인가하고, 핑거의 융선 또는 골와 지문인식패턴에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시턴스를 기준전압까지 방전되는데 소요되는 시간을 측정하여 해당 지문인식패턴의 정전용량을 측정한다. 구체적으로, 충/방전회로부(450)는 일정주기의 충/방전을 N회 계속적으로 수행하되, 상부 스위치(130) 및 하부 스위치(140)에 연결된 지문인식패턴으로부터 정전용량이 입력되면 상기 일정주기에 시간차가 발생되어 N회 주기 동안의 누적된 시간차를 카운터(164)가 측정함으로써 정전용량 입력여부를 결정하며, 상기 충/방전 횟수가 증가할수록 상기 지문인식패턴을 통해 정전용량이 측정되면 충/방전에 소요되는 시간은 비례적으로 증가한다.
기준전압발생부(410)는 직렬 연결된 제1 저항(R_UP) 및 제2 저항(R_DN)을 포함하고, 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)을 생성하여 전압비교부(20)에 제공한다. 본 실시예에서, 제1 저항(R_UP) 및 제2 저항(R_DN)은 가변 저항이다. 상기한 가변 저항의 저항값은 프로그램으로 변경될 수 있다. 따라서, 상기 제1 기준전압(VREF-H) 및 상기 제2 기준전압(VREF-L) 역시 가변 전압이다.
이처럼, 정전용량 측정회로(200)에 인가되는 전원의 노이즈가 많거나 외부에서 유입되는 노이즈가 많을 경우, 각각 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)을 프로그램으로 변경하여 노이즈에 영향을 받지 않는 기준전압을 설정할 수 있다. 특히, 정전용량을 감지하기 위해 형성된 지문인식패턴의 면적이 넓을수록 외부 환경에 의한 영향으로 노이즈가 많이 유입되어 정전용량 감지특성이 저하된다. 하지만, 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)간의 차이를 작게 제어하면, 보다 노이즈 특성을 줄일 수 있다. 다만, 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)의 전압의 차이를 작게 설정한 경우, 동일한 시간 동안의 정전용량 측정 결과가 SNR(신호 대 잡음비)는 좋아지지만, 일정 부분 정전용량 감지신호의 감소도 발생하게 됨으로 응용에 따라 적절한 제1 기준전압(VREF-H)과 제2 기준전압(VREF-L)의 전압값을 선택하게 된다.
전압비교부(420)는 외부로부터 제공되는 제1 제어신호(CON0)에 응답하여 기준전압발생부(410)에서 생성된 전압들과 상기 지문인식패턴으로부터 입력되는 감지전압을 비교한다. 예를들어, 전압비교부(420)는 제1 전압비교기(COMP_UP) 및 제2 전압비교기(COMP_DN)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 제1 제어신호(CON0)는 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN)을 인에이블 또는 디스에이블한다. 즉, H 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)는 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN)을 인에이블하고, L 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)는 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN)을 디스에이블한다.
제1 전압비교기(COMP_UP)는 H 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)에 응답하여 기준전압발생부(410)에서 생성된 제1 기준전압(VREF-H)과 상기 지문인식패턴으로부터 입력되는 감지전압을 비교하여 제1 비교신호(OUT-H)를 출력한다. 제1 비교신호(OUT-H)는 제1 전압비교기(COMP_UP)에서 비교한 신호의 전압이 제1 기준전압(VREF-H)의 전압과 같거나 높을 때 소정의 H 레벨의 출력을 발생하며, 그렇지 않은 경우는 L 레벨의 출력을 발생시킨다. H 레벨의 제1 비교신호(OUT-H)가 출력되면, 제어부(430)에서 출력되는 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)가 제어되어 정상 동작 기간(제2 제어신호(CON1)가 H인 구간) 중에는 회로내에 존재하는 소정의 지연 시간 내에 즉시 H 레벨에서 L 레벨로 변화된다.
제2 전압비교기(COMP_DN)는 H 레벨을 갖는 제1 제어신호(CON0)에 응답하여 기준전압발생부(410)에서 생성된 제2 기준전압(VREF-L)과 상기 지문인식패턴으로부터 입력되는 감지전압을 비교하여, 제2 비교신호(OUT-L)를 출력한다. 제2 비교신호(OUT-L)는 제2 전압비교기(COMP_DN)에서 비교한 신호의 전압이 제2 기준전압(VREF-L)의 전압과 같거나 낮을 때 H 레벨의 출력을 발생하며, 그렇지 않은 경우는 L 레벨의 출력을 발생시킨다. H 레벨의 제2 비교신호(OUT-L)가 출력되면, 제어부(430)에서 출력되는 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)가 제어되어 정상 동작 기간(제2 제어신호(CON1)가 H인 구간) 중에는 회로내에 존재하는 소정의 지연 시간 내에 즉시 L 레벨에서 H 레벨로 변화된다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 전압비교기들(COMP_UP, COMP_DN) 각각은 히스테리시스를 갖는 전압비교기를 포함할 수 있다. 히스테리시스를 갖는 전압비교기들은 쉬미트 트리거(Schmitt trigger)를 갖는 비교기라고도 불리며, 이를 사용함으로써, 정전용량 측정회로(200)에 인가되는 VDD 공급 전압의 노이즈나 GND 레벨의 전압에 대한 노이즈가 인가될 경우 너무 민감하게 비교기가 동작하게 하는 것을 방지하여 실제 본 명세서를 기반으로 개발된 반도체가 응용회로에서 동작하게 될 경우 공급 전원에 의한 노이즈로부터 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.
제어부(430)는 전압비교부(420)의 제1 전압비교기(COMP_UP) 및 제2 전압비교기(COMP_DN) 각각의 출력신호인 제1 비교신호(OUT-H) 및 제2 비교신호(OUT-L)와 외부로부터 제공되는 제2 제어신호(CON1)를 입력받아, 충/방전회로부(450)의 동작과 타이밍 제어부(160)의 동작을 제어한다.
제어부(430)는 도 3에 도시된 테이블로 동작하며 비교기의 출력값과 제어신호(CON1)을 사용하여 충전 제어신호(SW-H), 방전 제어신호(SW-L) 및 CYC를 생성한다.
도 4는 도 2a 및 도 2b에 도시된 제어부(430)의 입력신호 및 출력신호를 설명하기 위한 테이블이다.
도 2a 내지 도 4을 참조하면, 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)는 상측 커런트 소스(I_UP)로부터 생성되는 전류(iup)와 하측 커런트 소스(I_DN)로부터 생성되는 전류(idn)를 각각 온/오프하여 출력 신호(DRV)를 발생시킨다.
CYC는 타이밍 제어부(160)의 제어신호 발생기(162)와 타이밍 제어부(160)의 카운터(164)로 각각 전달되어 센싱 감도를 측정하기 위해 사용된다.
제어부(430)의 기능은 초기 1번 스테이지에서 동작을 시작한 후 2번 스테이지, 3번 스테이지, 4번 스테이지, 5번 스테이지, 6번 스테이지, 2번 스테이지, 3번 스테이지 등과 같은 순서로(2->3->4->5->6->2->3) 순차적으로 동작하며, 제어신호 발생기(162)에서 정의한 센싱 사이클의 숫자와 CYC) 주기부터 판단하는 주기의 숫자에 도달할 때까지 지속적으로 반복이 되며 센싱을 진행한다.
도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 충/방전회로부(450)는 제어부(430) 및 송/수신스위칭부(460)에 연결되고, 제어부(430)에서 제공되는 충전 제어신호(SW-H) 및 방전 제어신호(SW-L)에 응답하여 상부 스위치(130)를 통해 입력된 센싱전압(RX) 또는 하부 스위치(140)를 통해 입력된 센싱전압(RX)을 상기 제1 기준전압(VREF-H)에서 상기 제2 기준전압(VREF-L)까지 충전하거나 상기 제2 기준전압(VREF-L)에서 상기 제1 기준전압(VREF-H)까지 방전시킨다. 즉, 제1 스위치(SW_H)가 턴온되고 제2 스위치(SW_L)가 턴오프되면 전원전압단자의 전원전압(VDD)을 근거로 생성된 충전전류(iup)를 송/수신스위칭부(460)에 제공하여 지문인식패턴을 충전시키고, 제1 스위치(SW_H)가 턴오프되고 제2 스위치(SW_L)가 턴온되면 지문인식패턴의 충전전압에 대응하는 방전전류(idn)는 접지단자를 통해 방전시킨다.
송/수신스위칭부(460)는 송신스위치(462) 및 수신스위치(464)를 포함하고, 외부로부터 제공되는 제3 제어신호(CON2)에 응답하여 구동신호(TX)를 위한 송신신호(DRV)의 출력 방향과 센싱신호(RX)에 대응하는 수신신호(RCV)의 출력 방향을 스위칭한다.
본 실시예에서, 상기 제3 제어신호(CON2)는 송/수신스위칭부(460)의 신호 전달 경로를 결정하는 역할을 수행한다. 즉, 송/수신스위칭부(460)는 제3 제어신호(CON2)의 제어를 받아 지문인식을 위한 구동신호(TX)를 센싱 라인의 일측에 공급할 것인지 센싱 라인의 타측에 공급할 것인지를 설정한다.
또한, 송/수신스위칭부(460)는 제3 제어신호(CON2)의 제어를 받아 지문인식에 따른 센싱신호(RX)를 센싱 라인의 타측을 통해 수신하 것인지 센싱 라인의 일측을 통해 수신할 것인지를 설정한다. 이에 따라, 구동신호(TX)는 센싱 라인을 기준으로 제1 방향(예를들어, 순방향)으로 공급될 수도 있고 제2 방향(예를들어, 역방향)으로 공급될 수도 있다. 또한 센싱신호(RX)는 센싱 라인을 기준으로 제1 방향으로 수신될 수도 있고 제2 방향으로 수신될 수도 있다.
타이밍 제어부(160)는 제어신호 발생기(162) 및 카운터(164)를 포함하고, 게이트 구동부(120) 및 센싱 구동부(150)의 동작을 제어하되, 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 근거로 터치의 감도를 결정하여 특정 픽셀 위에 사용자 핑거의 융선이 놓이는지 골이 놓이는지를 측정한다.
구체적으로, 제어신호 발생기(162)는 카운터(164)에서 제공되는 클럭(CLOCK)을 근거로 게이트 구동부(120)의 동작을 제어하는 게이트 스위칭 신호(GS), 상기 제1 제어신호(CON0), 상기 제2 제어신호(CON1), 상기 충전 제어신호(SW-H), 상기 방전 제어신호(SW-L), 상기 제3 제어신호(CON2), 상기 제4 제어신호(CON3)를 생성한다.
카운터(164)는 상기 제1 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력하고, 상기 제2 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력한다. 카운터(164)는 외부로부터 제공되는 제4 제어신호(CON3)에 응답하여 충/방전회로부(450)에 의해 이루어지는 충전시간 및 방전시간 그리고 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고 이에 따른 측정결과에 대응하는 측정신호를 출력한다.
본 실시예에서, 상기 제4 제어신호(CON3)는 카운터(164)의 동작을 제어한다. 예컨대, 상기 제4 제어신호(CON3)가 첫번째로 H 레벨의 에지인 구간에서는 카운터(164)를 초기화함과 동시에 카운터(164)가 동작을 개시하여 감지신호(signal)의 정해진 주기만큼 카운터(164)를 동작시켜 클럭의 숫자를 계산한다. 첫번째 H 레벨의 에지 구간 이후에 발생하는 L 레벨의 에지 구간에서는 카운터(164)의 동작을 정지하고, 그때까지 계산된 카운터(164)의 값을 유지하여 측정 결과를 전송하는 역할을 수행한다.
제2 제어신호(CON1)가 H 레벨인 구간에서 상술된 동작을 지속적으로 반복한다. 출력되는 카운터(164)의 값은 제3 제어신호(CON2)에 의해 각각의 패드의 정전용량값으로 인식한다.
최초 시작은 충/방전회로부(450)의 출력신호, 즉 정전용량 감지신호가 0V의 접지 레벨에서 시작한다. 이때 신호는 제1 기준전압(VREF-H) 및 제2 기준전압(VREF-L) 보다 낮은 값을 갖는다. 상기 제2 기준전압(VREF-L)은 통상적으로 GND 0V보다 조금 높은 전압이다. 예를들어, 상기 제2 기준전압(VREF-L)은 300mV로 설정될 수 있다. 상기 제1 기준전압(VREF-H)은 1/2 VDD 내지 VDD-300mV로 설정될 수 있다.
정상상태에서 정전용량 측정회로(200)가 동작하면, 비교기(420)와 제어부(430)는, 신호의 전압이 제2 기준전압(VREF-L)보다 낮은 경우, 센싱신호가 제2 기준전압(VREF-L)부터 제1 기준전압(VREF-H)까지 삼각파의 형태로 상승하는 기울기가 있는 직선 형태의 모양을 갖도록 동작한다.
한편, 신호의 전압이 제1 기준 전압(VREF-H)에 도달하게 되면 스위치(SW)를 연결하여 정전용량 감지신호가 삼각형 형태에서 하강하는 기울기 있는 직선 형태의 모양을 갖도록 동작한다.
도 5a 및 도 5b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 지문인식장치에서 구동신호와 센싱신호의 경로를 개략적으로 설명하기 위한 개념도들이다. 특히, 도 5a에는 센싱 라인의 일측을 통해 구동신호가 인가되고 센싱 라인의 타측을 통해 센싱신호를 수신하는 경로가 도시되고, 도 5b에는 센싱 라인의 타측을 통해 구동신호가 인가되고 센싱 라인의 일측을 통해 센싱신호를 수신하는 경로가 도시된다.
도 5a를 참조하면, TFT 센서 어레이(110)의 상측에서 하측, 즉 센싱 라인의 일측을 통해 구동신호가 전송하고, 센싱 라인의 타측을 통해 센싱신호가 출력되어 정전용량의 변화량이 감지된다.
제3 제어신호(CON2)가 0인 경우, 구동신호(DRV)는 송/수신스위칭부(460)의 송신스위치(462) 및 상부 스위치(130)를 경유하여 센싱 라인의 일단에 인가되고, 센싱 라인을 통과한 센싱신호(RCV)는 센싱 라인의 타단을 통해 하부 스위치(140) 및 송/수신스위칭부(460)의 수신스위치(464)를 경유하여 입력되는 제1 감지경로를 갖는다.
도 5b를 참조하면, TFT 센서 어레이(110)의 하측에서 상측, 즉 센싱 라인의 타측을 통해 구동신호가 전송하고, 센싱 라인의 일측을 통해 센싱신호가 출력되어 정전용량의 변화량이 감지된다.
제3 제어신호(CON2)가 1인 경우, 구동신호(DRV)는 송/수신스위칭부(460)의 송신스위치(462) 및 하부 스위치(140)를 경유하여 센싱 라인의 타단에 인가되고, 센싱 라인을 통과한 센싱신호(RCV)는 센싱 라인의 일단을 통해 상부 스위치(130) 및 송/수신스위칭부(460)의 수신스위치(464)를 경유하여 입력되는 제2 감지경로를 갖는다.
본 발명에 따르면, 제1 감지경로와 제2 감지경로는 그 신호의 흐름만 정반대로 이루어지므로 동일한 측정회로 하나를 이용하여 복합스위치(460)를 통해 감지경로를 조정함으로써, 그 측정값을 얻게 됨으로 반도체의 내부 회로간의 편차에 의한 오차율을 줄일 수 있다.
도 6은 도 2a 및 도 2b에 도시된 TFT 센서 어레이(110)를 통한 정전용량 감지 원리를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다. 도 7은 도 6에 도시된 제1 감지 방향 및 제2 감지 방향에 따른 감지 신호의 지연 현상을 개략적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 설명의 편의를 위해 하나의 센싱 라인에 8개의 지문센서들이 연결된 예가 도시된다. 하나의 지문센서는 병렬 연결된 저항과 캐패시터로 정의될 수 있다. 저항들(R) 각각의 저항값은 서로 동일하고 캐패시터들(C) 각각의 정전용량값은 서로 동일하다고 가정한다. 8개의 지문센서들이 배치되므로 9개의 노드들(G0, G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8, G9)이 형성된다.
각 노드(G0~G9)별 기생 캐패시턴스(C)는 무시할 수 있는 작은 값으로 가정하고, 핑거의 융선과 골에 의해 발생하는 터치 값의 변화를 측정한다. 여기서, 융선은 터치에 따른 캐패시턴스로서 Cf로 가정하고, 골은 언터치에 따른 캐패시턴스로서 0으로 가정한다.
G0 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*0*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*8*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다. 즉, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 (R*0*Cf)+(R*8*Cf)=R*8*Cf와 같이 계산된다.
G1 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*1*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*7*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다.
G6 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*5*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*3*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다.
G9 노드에 터치(Cf)가 발생하였을 경우, 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*8*Cf이고, 제2 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수는 R*0*Cf이다. 따라서, 두 방향에 대응하는 TX 지연 시상수의 합은 R*8*Cf이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 각 노드별 어느 부분에서도 결국 제1 감지 방향에 대응하는 TX 지연 시상수와 제2 감지 방향에 대응하는 TX 시상수 지연 시상수의 합은 동일한 것을 확인할 수 있다.
도 8은 핑거의 골 및 핑거의 융선 각각에 대응하는 타이밍도들이다. 도 8의 상부 도면은 지문센서가 핑거의 골을 만났을 때 이를 언터치(untouch) 상태로 가정한 타이밍도이고, 도 8의 하부 도면은 지문센서가 핑거의 융선을 만났을 때 이를 터치(touch) 상태로 가정한 타이밍도이다.
전극에 핑거의 융선으로 인해 인가되는 터치 캐패시턴스(Cf)가 증가하여 구동신호(TX)와 센싱신호(RX)는 시상수의 지연 현상이 발생한다. CYC 이후에 지연된 시간의 값을 고속의 클럭으로 측정하면 융선(T2)의 경우와 골(T1)의 경우에 대해서 측정 차이값(T0)을 얻게 된다. 이러한 정보의 조합으로 각각의 지문센서 배열에서 융선과 골 값의 이미지는 지문의 이미지가 된다.
도 9는 도 2a 및 도 2b에 도시된 TFT 센서 어레이(110)를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 9를 참조하면, TFT 센서 어레이(110)는, 복수의 게이트 라인들(GL1, GL2, GL3, GL4), 복수의 센싱 라인들(SL1, SL2, SL3, SL4)과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들(SW)과, 상기 TFT들(SW) 각각에 연결된 지문인식패턴(FS)을 포함한다. 본 실시예에서, 설명의 편의를 위해 게이트 라인이 4개이고 센싱 라인이 4개인 것을 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
게이트 라인들(GL1, GL2, GL3, GL4) 각각은 외부에서 제공되는 게이트신호를 상기 TFT들의 게이트 전극에 인가한다.
센싱 라인들(SL1, SL2, SL3, SL4) 각각의 일측은 구동신호를 TFT들에 인가하고, 센싱 라인들(SL1, SL2, SL3, SL4) 각각의 타측은 TFT들을 통해 센싱되는 센싱신호를 외부로 전달한다.
TFT들(SW) 각각은 게이트 라인에 연결된 게이트 전극, 센싱 라인에 연결된 센싱전극, 지문인식패턴(FS)에 연결된 드레인 전극을 포함한다.
지문인식패턴(FS)은 TFT(SW)의 드레인 전극에 연결되어 핑거의 융선 또는 골의 접촉에 따른 정전용량값을 TFT(SW)를 통해 센싱 라인에 제공한다.
지문인식패턴(FS)은 TFT(SW)의 드레인 전극이 연장되어 정의될 수도 있고, ITO와 같은 투명 전극이 별도로 형성되어 정의될 수도 있다.
도 10a는 도 8에 도시된 지문센서의 일례를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 10b는 도 10a의 지문센서를 라인 I-I'으로 절단한 단면도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 지문센서는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 위에서 제1 방향으로 형성된 게이트 라인, 상기 게이트 라인에서 돌출된 게이트 전극, 상기 게이트 라인과 상기 게이트 전극을 커버하는 제1 절연층, TFT의 채널 영역에 형성된 반도체층, 상기 제1 절연층 위에서 제2 방향으로 형성된 센싱 라인, 상기 센싱 라인에서 돌출되고 상기 반도체층의 일부 영역을 커버하는 소스 전극, 상기 소스 전극에서 일정 간격 이격되고 상기 반도체층의 일부 영역을 커버하는 드레인 전극, 상기 센싱 라인, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 커버하는 제2 절연층, 서로 인접하는 게이트 라인들과 서로 인접하는 센싱 라인들에 의해 정의되는 영역에 형성되고 상기 제2 절연층에 형성된 비어홀들을 통해 상기 드레인 전극에 연결된 지문인식패턴을 포함한다.
도 11a는 도 9에 도시된 지문센서의 다른 예를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 11b는 도 11a의 지문센서를 라인 II-II'으로 절단한 단면도이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 지문센서는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 위에서 제1 방향으로 형성된 게이트 라인, 상기 게이트 라인에서 돌출된 게이트 전극, 상기 게이트 라인과 상기 게이트 전극을 커버하는 제1 절연층, TFT의 채널 영역에 형성된 반도체층, 상기 제1 절연층 위에서 제2 방향으로 형성된 센싱 라인, 상기 센싱 라인에서 돌출되고 상기 반도체층의 일부 영역을 커버하는 소스 전극, 상기 소스 전극에서 일정 간격 이격되고 상기 반도체층의 일부 영역을 커버하는 드레인 전극, 상기 센싱 라인, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 커버하는 제2 절연층을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 드레인 전극은 서로 인접하는 게이트 라인들과 서로 인접하는 센싱 라인들에 의해 정의되는 영역을 커버하도록 확장되어 지문인식패턴을 정의한다.
도 12a는 본 발명의 일실시예에 따라 조립된 지문인식모듈을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 12b는 도 12a에 도시된 지문인식모듈의 측면도이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, TFT 센서 어레이는 인쇄회로기판(PCB) 또는 연성인쇄회로기판(FPCB) 위에 정상 방향으로 배치되어 지문인식모듈이 제조된다. 즉, 상기 TFT 센서 어레이는 베이스 기판의 전면(front surface)에 형성되고, 상기 베이스 기판의 배면(rear surface)은 인쇄회로기판에 접촉한다.
상기 TFT 센서 어레이의 전면부에 필러(즉, 충진재) 및 커버 윈도우가 순차적으로 배치되어 지문인식모듈이 제작된다. 여기서, TFT 센서 어레이의 전극과 PCB 또는 FPCB의 전극간의 연결은 본딩 와이어를 통해 연결된다.
도 13a는 본 발명의 다른 실시예에 따라 조립된 지문인식모듈을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 13b는 도 13a에 도시된 지문인식모듈의 측면도이다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, TFT 센서 어레이는 인쇄회로기판(PCB) 또는 연성인쇄회로기판(FPCB) 위에 역방향으로(즉, 뒤집어서) 배치되어 지문인식모듈이 제조된다. 즉, 상기 TFT 센서 어레이는 베이스 기판의 전면(front surface)에 형성되고, 상기 베이스 기판의 전면(front surface)에 형성된 TFT 센서 어레이는 인쇄회로기판(PCB) 또는 연성인쇄회로기판(FPCB)에 접촉하도록 배치된다.
상기 TFT 센서 어레이의 전극과 인쇄회로기판(PCB) 또는 상기 TFT 센서 어레이의 전극과 연성인쇄회로기판(FPCB)의 전극간의 연결은 도전성 범프 또는 도전볼에 의해 전기적으로 연결된다. 도전성 범프나 도전볼이 배치되지 않은 공극에는 필러(즉, 충진재)가 배치된다.
이런 경우 TFT의 전극과 PCB의 전극간의 연결 또는 TFT의 전극과 FPCB의 전극간의 연결은 도전성 범프나 도전볼 등에 의해 이루어질 수 있다.
이러한 방식은 지문인식모듈의 세로방향의 두께를 줄일 수 있으므로 경박 단소의 장점을 갖는 지문인식모듈을 구현할 수 있다.
또한, 본딩 와이어 대신 도전성 범프나 도전볼을 이용하여 인쇄회로기판(PCB) 또는 연성인쇄회로기판(FPCB)에 배선을 연결함으로써, 제조 원가를 낮출 수 있고, 생산성을 증대시킬 수 있으며, 양품 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, TFT 센서 어레이의 베이스를 글래스로 만들 경우, 후공정에서 일반적인 TFT 글래스 가공에서 사용되는 공정과 같이 TFT가 형성되지 않은 글래스의 면(즉, TFT의 반대쪽 글래스 표면)을 식각하여 두께를 줄일 수 있음으로 지문센서(TFT 센서 어레이)와 지문까지의 거리를 글래스 두께만으로 조정할 수 있다. 이러한 장점은 터치 감도를 균일하게 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 식각의 두께를 증가시켜 글래스의 두께를 더욱더 얇게하여 지문의 인식 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, TFT 센서 어레이의 베이스로 이용되는 글래스의 식각된 면에 비전도 물질을 이용하여 인쇄나 증착, 코팅, 합지 등의 공정을 사용하여 커버 윈도우 상에 장식 등을 부여할 수 있다. 이러한 기능은 최종 모듈 제품의 디자인적인 부분에 상품성을 높이는 작업을 용이하게 하고, 제조 및 가공 비용을 절약 할 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
<부호의 설명>
110 : TFT 센서 어레이 120 : 게이트 구동부
130 : 상부 스위치 140 : 하부 스위치
150 : 센싱 구동부 160 : 타이밍 제어부
200 : 정전용량 측정회로 410 : 기준전압발생부
420 : 전압비교부 430 : 제어부
450 : 충/방전회로부 460 : 송/수신스위칭부
COMP_UP : 제1 전압비교기 COMP_DN : 제2 전압비교기

Claims (22)

  1. 복수의 게이트 라인들과, 복수의 센싱 라인들과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함하는 TFT 센서 어레이;
    상기 게이트 라인에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부;
    상기 센싱 라인들 각각의 일단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 상부 스위치; 및
    상기 센싱 라인들 각각의 타단에 연결되어 지문인식을 위한 구동신호와 지문인식에 따른 센싱신호의 출력 경로를 스위칭하는 하부 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문인식유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 시간 동안, 상기 상부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각의 일단에 제공하고, 상기 하부 스위치는 상기 센싱 라인들 각각의 타단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공하고,
    제2 시간 동안, 상기 하부 스위치는 외부에서 제공되는 지문인식을 위한 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각의 타단에 제공하고, 상기 상부 스위치는 상기 센싱 라인들 각각의 일단을 통해 수신되는 지문인식에 따른 센싱신호를 외부에 제공하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문인식유닛.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간은 상기 게이트 라인에 인가되는 게이트신호의 액티브 구간 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문인식유닛.
  4. 제1항에 있어서, 하나의 게이트 라인이 액티브되는 구간 동안,
    상기 센싱 라인들 각각의 일단에 지문인식을 위한 구동신호가 순차적으로 인가되고, 상기 센싱 라인들 각각의 타단을 통해 지문인식에 따른 센싱신호가 순차적으로 출력되고,
    상기 센싱 라인들 각각의 타단에 상기 구동신호가 순차적으로 인가되고, 상기 센싱 라인들 각각의 일단을 통해 상기 센싱신호가 순차적으로 출력되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문인식유닛.
  5. 제1항에 있어서, 상기 게이트 구동부, 상기 상부 스위치 및 상기 하부 스위치는 상기 TFT 센서 어레이를 둘러싸는 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 정전용량식 지문인식유닛.
  6. 복수의 게이트 라인들과, 복수의 센싱 라인들과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함하는 TFT 센서 어레이에 연결되어 지문을 인식하는 지문센서의 정전용량 측정회로에서,
    상기 게이트 라인들에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부;
    상기 센싱 라인들 각각의 일단에 연결된 상부 스위치;
    상기 센싱 라인들 각각의 타단에 연결된 하부 스위치;
    제1 시간 동안, 지문인식을 위한 제1 구동신호를 상기 상부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제1 방향 센싱신호를 상기 하부 스위치를 통해 수신하고, 제2 시간 동안, 지문인식을 위한 제2 구동신호를 상기 하부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제2 방향 센싱신호를 상기 상부 스위치를 통해 수신하는 센싱 구동부; 및
    상기 게이트 구동부 및 상기 센싱 구동부를 제어하고, 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 근거로 터치의 감도를 결정하는 타이밍 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서의 정전용량 측정회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 시간 동안, 상기 상부 스위치는 상기 제1 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각에 순차적으로 제공하고, 상기 하부 스위치는 상기 제1 방향 센싱신호를 상기 센싱 라인들 각각으로부터 순차적으로 수신하는 것을 특징으로 하는 지문센서의 정전용량 측정회로.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 시간 동안, 상기 하부 스위치는 상기 제2 구동신호를 상기 센싱 라인들 각각에 순차적으로 제공하고, 상기 상부 스위치는 상기 제2 방향 센싱신호를 상기 센싱 라인들 각각으로부터 순차적으로 수신하는 것을 특징으로 하는 지문센서의 정전용량 측정회로.
  9. 제6항에 있어서, 상기 센싱 구동부는,
    제1 제어신호에 응답하여, 제1 기준전압과 상기 지문인식패턴에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와, 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력하는 전압비교부;
    제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 충전 제어신호 및 방전 제어신호를 출력하는 제어부;
    상기 센싱 라인들 양단과 연결되고, 제3 제어신호에 응답하여, 구동신호를 상기 센싱 라인에 전송하는 경로와 상기 센싱 라인을 경유하여 상기 지문인식패턴의 정전용량 변화량을 감지하는 센싱신호를 수신하는 경로를 설정하도록 설계된 송/수신스위칭부;
    상기 충전 제어신호 및 상기 방전 제어신호에 응답하여, 상기 송/수신스위칭부에 의해 선택된 센싱 라인에 연결된 지문인식패턴을 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 제2 기준전압부터 상기 제1 기준전압으로 방전시키는 충/방전회로부; 및
    상기 제3 제어신호 및 제4 제어신호에 응답하여, 상기 충/방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력하는 타이머부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서의 정전용량 측정회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 타이밍 제어부는,
    클럭을 근거로 상기 게이트 구동부의 동작을 제어하는 게이트 스위칭 신호(GS), 상기 제1 제어신호, 상기 제2 제어신호, 상기 충전 제어신호, 상기 방전 제어신호, 상기 제3 제어신호, 상기 제4 제어신호를 생성하는 제어신호 발생기; 및
    상기 클럭을 상기 제어신호 발생기에 제공하고, 상기 제1 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력하고, 상기 제2 방향 센싱신호에 따른 펄스수를 카운트하여 외부 장치에 출력하는 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문센서의 정전용량 측정회로.
  11. 복수의 게이트 라인들과, 복수의 센싱 라인들과, 상기 게이트 라인과 상기 센싱 라인에 연결된 복수의 TFT들과, 상기 TFT들 각각에 연결된 지문인식패턴을 포함하는 TFT 센서 어레이;
    상기 게이트 라인들에 게이트신호를 순차적으로 제공하는 게이트 구동부;
    상기 센싱 라인들 각각의 일단에 연결된 상부 스위치;
    상기 센싱 라인들 각각의 타단에 연결된 하부 스위치;
    제1 시간 동안, 지문인식을 위한 제1 구동신호를 상기 상부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제1 방향 센싱신호를 상기 하부 스위치를 통해 수신하고, 제2 시간 동안, 지문인식을 위한 제2 구동신호를 상기 하부 스위치에 제공하고 지문인식에 따른 제2 방향 센싱신호를 상기 상부 스위치를 통해 수신하는 센싱 구동부; 및
    상기 게이트 구동부 및 상기 센싱 구동부를 제어하고, 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 근거로 터치의 감도를 결정하여 특정 픽셀 위에 사용자 핑거의 융선이 놓이는지 골이 놓이는지를 측정하는 타이밍 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 TFT의 드레인 전극은 연장되어 상기 지문인식패턴을 정의하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이는 상기 TFT의 드레인 전극에 연결되어 상기 지문인식패턴을 정의하는 투명전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이는 유리기판 또는 플렉서블 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 정전용량 측정회로는 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 산술적으로 합산한 값을 근거로 터치의 감도를 결정하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 정전용량 측정회로는 상기 제1 방향 센싱신호와 상기 제2 방향 센싱신호를 산술 평균한 값을 근거로 터치의 감도를 결정하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이는 베이스 기판의 전면(front surface)에 형성되고, 상기 베이스 기판의 배면(rear surface)은 인쇄회로기판에 접촉하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이 위에 배치된 충진재; 및
    상기 충진재 위에 배치된 커버 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이와 상기 인쇄회로기판를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 센싱 구동부 및 상기 타이밍 제어부는 IC 형태로 구현되고 상기 인쇄회로기판에 탑재된 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  21. 제11항에 있어서, 상기 TFT 센서 어레이는 베이스 기판의 전면(front surface)에 형성되고, 상기 베이스 기판의 전면(front surface)은 인쇄회로기판 또는 연성인쇄회로기판에 접촉하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 베이스 기판의 전면과 상기 인쇄회로기판 또는 상기 연성인쇄회로기판은 도전성 범프 또는 도전볼에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
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