JP2002228410A - 圧力式指紋センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出部分に指を押し付けた際のべた付き感を
なくし、圧力検出の感度を落とさずに可撓性フィルムの
寿命を延長することができる圧力式指紋センサーを提供
する。 【解決手段】 マトリックス電極Ｂを設けた基板Ａ上
に、導電膜Ｃを設けた可撓性フィルムＤからなる指紋検
出部を、マトリックス電極と導電膜が対向するように配
置してなる圧力式指紋センサーであって、可撓性フィル
ムＤに設けた導電膜とは反対面に、粉末粒子Ｅを単粒子
層の状態に敷き詰め固定して形成された粉体単層皮膜Ｆ
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指の腹を押し付け
た際にかかる圧力から指紋の紋様を検出する装置にかか
るものであり、詳しくは、圧力検出感度を低下させず
に、圧力検出部のべたつき防止の効果や指紋の跡が見え
なくなる効果を付与し、さらにはべた付きに起因するセ
ンサーの劣化を抑えることができる圧力式指紋センサー
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、クレジットカードや電子マネーを
用いた電子商取引が大いに普及しつつある。これら電子
商取引における本人照合の手段としては、暗証番号が主
に用いられているが、暗証番号では本人照合をその暗証
番号を知っているかいないかのみによって行っているた
め、暗証番号を不正な手段によって知り得た他の人間が
本人になりすまして使用しても、何等問題なく使用でき
てしまうため、犯罪が起きる可能性が高くなっている。
それに対し、指紋は個人により異なり、同一のものは存
在しないために、指紋による本人照合は暗証番号より遥
かにセキュリティが高い手段であるといえる。

【０００３】この指紋による本人照合を行うためには、
指紋の紋様を検出する指紋センサーが必要である。指紋
センサーは、指紋の検出方法により、光学式、静電容量
式、圧力式、感熱式等の種類が存在する。このうち、圧
力式指紋センサーは、指の腹を押し付けた際に、指紋の
凹凸による圧力分布を検出する方式であり、図１は、そ
の一例であって、指紋の凹凸の検出プロセスを模式的に
示した図である。この圧力式指紋センサーにおいては、
指の腹１を可撓性フィルム２を介してマトリックス電極
３に押し付けると、指紋の凹凸により可撓性フィルムに
設けた導電膜との接触、非接触が生じ、それに応じて指
紋の凹凸による圧力分布に対応する信号がマトリックス
電極により外部機器４に出力されて指紋の凹凸を検出す
る。

【０００４】上記圧力式指紋センサーにおいて、圧力の
検出方法としては、例えば、特許第２０４８０４３号公
報には、圧力の強さに応じて抵抗値が変化する感圧シー
トを用いて面圧力分布による抵抗値の変化を電気的に操
作して取り出すようにした検出装置が開示され、また、
特許第２０３０２７９号公報には、半導体基板上でマト
リックス状に面分布形成した半導体スイッチング素子と
導電膜を有する可撓性フィルムを対向するように重ねて
配置したものであって、面圧力を受けると可撓性フィル
ムのその部分が撓んで半導体スイッチング素子と接触し
て導通するその電圧を測定することにより面圧力分布を
検出する装置が開示され、さらに特許第２５２０８４８
号公報には、可撓性の磁気シートとマトリックス状に配
置した磁気抵抗素子を積層させて、面圧力による磁気シ
ートの撓みにより変化する抵抗値から面圧力分布を検出
する装置が開示されている。これら圧力式指紋センサー
は、他の方式による指紋センサーと比較して、小型化、
薄型化が容易であり、かつ安価であることから、ＩＣカ
ードや形態電話等に組み込んで使用することが可能であ
る等の長所を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の圧力式指紋センサーは、指紋検出部を構成する可撓性
フィルムを通して、その下に設けられた導電膜をマトリ
ックス電極に押し付けるため、指紋の凹凸を正確に検出
するためには可撓性フィルムをできる限り薄くしなけれ
ばならない。また、可撓性フィルムには、直接指が押し
付けられることにより、局所的に大きな力が加わること
から、その機械的強度は高くなければならない。

【０００６】一方、可撓性フィルムに押し付けられる指
の腹には、非常に多くの汗腺が存在しており、気候や体
調等の具合により、極めて頻繁に発汗を行っている。ま
た、指は日常生活において様々なものに触れるため、汚
れていることが多い。そのため、圧力式指紋センサーの
使用に際して、可撓性フィルムに指を押し付ける場合、
この汗や汚れが指の腹と可撓性フィルムとの間に存在す
ることにより、使用者にべた付き感等の不快感を与え
る。また、指を離した後も、汗や汚れが可撓性フィルム
上に残るため、使用者に不快感を与えることがあると共
に、感度の低下を生じる場合もある。さらに、べた付く
ことにより指が離れる際に、可撓性フィルムが引っ張ら
れるために、可撓性フィルムに対して指を押し付ける場
合とは逆の力が加わり、その結果可撓性フィルムの寿命
が短くなり、ひいては圧力式指紋センサー自体の寿命が
短くなるという問題点を有している。

【０００７】本発明は、従来の圧力式指紋センサーが有
している上記のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、検出部分に指を押し付けた際のべた付
き感をなくし、圧力検出の感度を落とさずに可撓性フィ
ルムの寿命を延長することができる圧力式指紋センサー
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、可撓性フィ
ルムの導電膜を設けた面とは反対の面に、粉末粒子を用
いて、指を押し付けた際のべた付きを防止する層を設け
ることによって、上記の目的が達成されることを見出
し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
マトリックス電極を設けた基板上に、導電膜を設けた可
撓性フィルムからなる指紋検出部を、マトリックス電極
と導電膜が対向するように配置してなる圧力式指紋セン
サーにおいて、該可撓性フィルムに設けた導電膜とは反
対面に、粉末粒子を単粒子層の状態に敷き詰め固定して
形成された粉体単層皮膜を設けたことを特徴とする。本
発明の圧力式指紋センサーにおいて、粉末粒子の粒径が
３〜１００μｍの範囲のものが好ましく、また、上記の
粉体単層皮膜は、撥水性を付与させたものであるのがよ
り好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。図２は、本発明の圧力式指紋センサーの一例の模式
的断面図である。マトリックス電極Ｂを設けた基板Ａ上
に、導電層Ｃを設けた可撓性フィルムＤを、マトリック
ス電極Ｂと導電膜Ｃを適度な距離をあけて対向するよう
に配置し、さらに可撓性フィルムＤに設けた導電層Ｃと
は反対面に、多数の粉末粒子Ｅが単粒子層の状態に敷き
詰めて固定され、粉体単層皮膜Ｆが形成されている。な
お、図２（ａ）においては、粉末粒子Ｅが接着剤Ｇによ
って可撓性フィルムＤに固定されており、図２（ｂ）に
おいては、粉末粒子Ｅが、可撓性フィルムＤの表面に埋
め込まれて固定されている。

【００１０】この様に多数の粉末粒子が敷き詰められ、
新たに指紋との接触面を形成することにより、指の腹が
指紋検出部に接触する面積を極限化して、汗や汚れ等の
べた付きの原因物質が指紋検出部に付着するのを最小限
に抑えることができる。また、粉体単層皮膜を構成する
粉体は、それぞれの粒子が単粒子層の状態で互いに独立
して存在して、表面が凹凸状となっているために、指か
ら受けた力を直接各粒子単位で可撓性フィルムに伝える
ことができ、その結果、指紋検出部の厚さが厚くなるこ
とによる感度の低下が認められず、指との接触面積を極
限化したことにより、むしろ感度が向上する。なお、こ
こでいう単粒子層とは、粉末粒子が圧力式指紋センサー
の厚さ方向で重ならないで、均一に並んで敷き詰められ
ている状態をいう。

【００１１】本発明の圧力式指紋センサーにおいて、基
板としては、セラミックス、Ｓｉおよびガラス等の絶縁
材料が使用されるが、特に限定されるものではない。そ
して、指の押圧により変形することのないものが使用さ
れ、その厚さは適宜決定される。

【００１２】また、マトリックス電極としては、上記基
板上に、例えば２０〜１００μｍの間隔で設けられ、例
えば、銅等、通常電極に使用されている金属材料を、例
えば、エッチング等によって処理することによって形成
することができる。可撓性フィルムに設ける導電層は、
例えば、銅、アルミニウム等をスパッタリングすること
によって形成することができる。可撓性フィルムとして
は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタ
レート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、
ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リカーボネート、セルロースアセテート、ポリスルホ
ン、ポリアリレート等よりなるものが使用され、それら
の厚さは、良好な耐久性と感度を得るために３〜２０μ
ｍ、特に３〜１０μｍが好ましい。

【００１３】また、粉体単層皮膜を形成する粉体として
は、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂、ユ
リア樹脂、メラミン樹脂等の合成樹脂微粒子、及びシリ
カ、セラミック、アルミナ、鉄、銅等の微粉末が使用さ
れる。これら粉末粒子は、粒径３〜１００μｍ、特に３
〜３０μｍであることが好適である。一般に指紋の凹凸
のピッチは、２００〜３００μｍであり、マトリックス
電極もそれを基準としたピッチで配置されている。その
ため、粒径が１００μｍよりも大きいと、センサーに圧
力がかかる部位が減少してマトリックス電極との接点も
減少するため、感度が低下するおそれがある。また、粒
径が３μｍよりも小さいと、べた付き感が残り、好まし
くない。なお、本発明における粉末粒子の粒径とは、コ
ールターカウンター（ＴＡII型、コールター社製）によ
り測定した体積粒度分布から求められる体積平均粒子径
の値である。また、粉体の粒度分布は単分散に近い程好
ましく、その体積粒度分布において８０％が３〜１００
μｍ、好ましくは３〜３０μｍに収まるものが好適であ
る。

【００１４】また、上記粉末粒子は、固定されていなけ
ればならないが、その固定は如何なる方法で行ってもよ
い。例えば、可撓性フィルム及び粉末粒子の両方に対し
て接着力を有する接着剤を用いて、可撓性フィルム上に
粉末粒子を固定したり、粉末粒子を可撓性フィルムに埋
め込む等、如何なる方法で行なってもよい。接着剤を用
いる場合は、例えば可撓性フィルム上に塗布等によって
接着剤層を形成し、その上に粉末粒子を適用すればよ
い。接着剤としては、例えば粘着剤等、熱硬化型接着
剤、ＥＢ硬化型およびＵＶ硬化型等の電離放射線硬化型
の接着剤等、如何なるものでも使用することができる。
特に、多官能アクリレート等、ハードコート性を有する
接着剤を使用することにより、硬化後に機械的強度の高
い塗膜を得ることができる。また、粉末粒子を可撓性フ
ィルムに埋め込むためには、例えば、可撓性フィルム表
面を加熱或いは溶剤等によって溶融或いは軟化させた状
態にしておき、粉末粒子を適用すればよい。

【００１５】本発明において、上記の粉体単層皮膜の表
面には撥水性を付与することが好ましい。それにより、
指からでる汗、雨等の外部から付着する水分をはじくよ
うになり、さらにべた付きをなくすことが可能である。
撥水剤としては、ハイドロカーボン、ポリシロキサン、
ポリフルオロカーボン等が好適に用いられる。なお、撥
水性を付与する方法としては、例えば、粉体単層皮膜上
に撥水剤を塗布したり、あらかじめ撥水処理を施した粒
子を使用して粉体単層皮膜を形成したり、撥水性を有す
る材料からなる粒子を使用して粉体単層皮膜を形成する
等の方法がある。

【００１６】

【実施例】以下、本発明について実施例を示すことによ
り更に具体的に説明する。 実施例１ １）指紋検出部の作製 厚さ１０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
フィルムの一面に、スパッタリング法により銅よりなる
厚さ約１０ｎｍの導電層を設けた。次に、導電層を設け
た側とは反対側の表面にアクリル系粘着剤（商品名：ア
ロンタックＳ−１５１１Ｘ、東亜合成社製）を塗布した
後、粒径１０μｍのアクリル樹脂粒子（商品名：ＭＸ−
１０００、綜研化学社製）をまんべんなくまぶし、その
後、余剰の粉体を除去して、粉体単層皮膜を形成し、指
紋検出部を作製した。

【００１７】２）圧力式指紋センサーの作製 厚さ０．５ｍｍのガラス基板上に、５０μｍの間隔でマ
トリックス状に複数の銅からなる電極が形成されている
マトリックス電極の上に、上記１）で得られた指紋検出
部をマトリックス電極と指紋検出部の導電層が微小間隔
を隔てて対向するように取り付け、圧力式指紋センサー
を得た。

【００１８】実施例２ 厚さ１０μｍのＰＥＴフィルムの片側の表面上に、スパ
ッタリング法により導電層を設けた。次に、導電層を設
けた側とは反対側の表面に、ジペンタエリスリトールヘ
キサアクリレート８０部、ＵＶラジカル開始剤（商品
名：ダロキュア１１７３、メルク社製）２部を混合して
調製したＵＶ硬化型接着剤を塗布した後、粒径１０μｍ
のアクリル樹脂粒子（商品名：ＭＸ−１０００、綜研化
学社製）をまんべんなくまぶし、余剰の粉体を除去した
後に、紫外線照射による硬化を行い、指紋検出部を作製
した。この指紋検出部を使用した以外は、実施例１と同
様にして圧力指紋センサーを作製した。 実施例３ 実施例１で作製した指紋検出部を用いて、さらに、粉体
単層皮膜の表面にフッ素系の撥水剤（フルオロリンク
Ｓ：アウジモント社製のパーフルオロポリエーテル）
を、乾燥後の厚さが０．１μｍとなるように塗布した
後、乾燥し、指紋検出部を作製した。この指紋検出部を
使用して、上記実施例１の場合と同様にして圧力式指紋
センサーを作製した。

【００１９】実施例４ 実施例３の指紋検出部に用いた粒径１０μｍのアクリル
樹脂粒子に代えて、粒径２０μｍのアクリル樹脂粒子
（商品名：テクポリマーＭＢ−２０、積水化成品社製）
を使用した以外は、実施例３の場合と同様にして圧力式
指紋センサーを作製した。 比較例１ 厚さ１０μｍのＰＥＴフィルムの一面に、スパッタリン
グ法により銅よりなる膜厚約１０ｎｍの導電層を設け、
指紋検出部を作製した。この指紋検出部を使用して、上
記実施例１の場合と同様にして圧力式指紋センサーを作
製した。

【００２０】（圧力式指紋センサーの指触試験）実施例
１〜４及び比較例１の圧力式指紋センサーに対して、指
を押し付けて離す作業を５０回繰り返し、その際の感触
を評価した。その結果を表１に示す。なお、評価基準は
次の通りである。 ○：指を押し付けた際、離した際のどちらでもべた付き
が全く感じられない。 △：指を押し付けた際にべた付きが感じられるが、離し
た際には全く感じられない。 ×：指を押し付けた際、離した際のどちらでもべた付き
が感じられる。

【００２１】（圧力式指紋センサーの感度試験）実施例
１〜４及び比較例１の圧力式指紋センサーに対して、指
を押し付けて指紋の検出を行い、検出感度を評価した。
その結果を表１に示す。なお、評価基準は次の通りであ
る。 ○：べた付き防止処理を行わない圧力式指紋センター
（比較例１）と同等の検出率を示す。 ×：べた付き防止処理を行わない圧力式指紋センサー
（比較例１）と比べて検出率が低下する。

【００２２】（圧力式指紋センサーの撥水性試験）実施
例１〜４及び比較例１の圧力式指紋センサーについて、
上記指触試験で５０回繰り返して指を押し付けた指紋検
出部にスポイトで水を一滴（約０．０２ｇ）滴下し、指
でよく擦った後、ティッシュペーパーで指紋検出部を拭
きとって、汚れの観察を行った。その結果を表１に示
す。なお、評価基準は次の通りである。 ○：汚れが全く認められない。 △：汚れがほとんど認められない。 ×：汚れが指紋検出部全体に広がっている。

【００２３】（圧力式指紋センサーの耐擦傷性試験）実
施例１〜４および比較例１の圧力式指紋センサーについ
て、フィルム表面を親指の爪で強く擦った後、フィルム
表面の傷付きの観察を行った。その結果を表１に示す。
なお、評価基準は次の通りである。 ○：塗膜に傷がつかない。 △：塗膜に傷がつくが、フィルムには傷がつかない。 ×：フィルムに傷がつく。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかな通り、本発明の実施例１
〜４の圧力式指紋センサーは、感度を落とさずにべた付
き防止性能が向上していた。また、撥水性を付与したこ
とにより、指を押し付けた際に付着する汚れを容易に除
去でき、さらに耐擦傷性を付与したことにより、フィル
ムに傷がつきにくくすることができた。一方、指紋検出
部に何等処理を施さなかった比較例１の場合は、べた付
きがはっきりと感じられ、不快である上に、汚れが除去
できず、更にはフィルムが容易に傷ついた。

【００２６】

【発明の効果】本発明の圧力式指紋センサーは、上記の
ように可撓性フィルムに設けた導電層とは反対の面に、
指を押し付けた際のべた付きを防止する粉体単層皮膜を
設けたから、センサーとしての感度が損なわれることが
なく、優れた感度を有すると共に、指を指紋検出部に押
し付け、離すときに感じるべた付きを解消することがで
きる。それにより、べた付きにより使用者が感じる不快
感がなくなる。また、汚れの付着が減少し、容易に拭き
取ることができるようになる。さらに、指を離す際に可
撓性フィルムが引っ張られることがなくなり、無理な力
がかからなくなるために可撓性フィルムの寿命が延び、
またフィルムに傷がつきにくくなることから、圧力式指
紋センサーは耐久性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の圧力式指紋センサーの一例であって、
指紋の凹凸の検出プロセスを模式的に示す図である。

【図２】 本発明の圧力式指紋センサーの一例の模式的
断面図である。

【符号の説明】

１…人の指、２…導電膜を設けた可撓性フィルム、３…
基板上に配置されたマトリックス電極、４…指紋検出用
外部機器、Ａ…基板、Ｂ…マトリックス電極、Ｃ…導電
膜、Ｄ…可撓性フィルム、Ｅ…粉末粒子、Ｆ…粉体単層
皮膜、Ｇ…接着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 健策 静岡県静岡市用宗巴町３番１号 株式会社 巴川製紙所技術研究所内 (72)発明者 田森 照彦 埼玉県入間市小谷田３−９−31 Ｆターム(参考） 2F063 AA43 BA29 BD11 CA21 CA29 DA02 DC08 DD07 FA08 FA11 4C038 FF01 FG00 5B047 AA25

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリックス電極を設けた基板上に、導
   電膜を設けた可撓性フィルムからなる指紋検出部を、マ
   トリックス電極と導電膜が対向するように配置してなる
   圧力式指紋センサーにおいて、該可撓性フィルムに設け
   た導電膜とは反対面に、粉末粒子を単粒子層の状態に敷
   き詰め固定して形成された粉体単層皮膜を設けたことを
   特徴とする圧力式指紋センサー。
2. 【請求項２】 前記粉末粒子の粒径が３〜１００μｍで
   あることを特徴とする請求項１記載の圧力式指紋センサ
   ー。
3. 【請求項３】 前記粉体単層皮膜が、撥水性を付与させ
   たものであることを特徴とする請求項１または２に記載
   の圧力式指紋センサー。