JP2020187752A - 指紋センサ及び指紋センサアレイ並びにこれらを含む装置 - Google Patents

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啓 滉 李
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敬 培 朴
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Abstract

【課題】シンプルな構造及び工程により改善した性能を実現できる指紋センサを提供する。【解決手段】本発明による指紋センサは、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極にそれぞれ離隔して配置される光吸収層と、前記第１電極と前記光吸収層との間、及び前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される絶縁層と、を有する。【選択図】 図２

Description

指紋センサ及び指紋センサアレイ並びにこれらを含む装置に関し、特に、シンプルな構造及び工程により改善した性能を実現できる指紋センサ及び指紋センサアレイ並びにこれらを含む装置に関する。
近年、電子装置のセキュリティが重要になるにつれ、電子装置は、認証されたユーザにサービスを提供するための多様なユーザ認証機能を含む。
このようなユーザ認証機能の一つとして、指紋認証機能が挙げられる。
指紋認証機能は指紋センサを使用して行われ、指紋センサはユーザの指紋とあらかじめ保存されている指紋との間の一致性を判別することができる。
そして、指紋センサにおいては、構造や性能の改善、向上がつねに課題となっている。
特開２００１−５６２０４号公報
本発明は上記従来の指紋センサにおける課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、シンプルな構造及び工程により改善した性能を実現できる指紋センサを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記指紋センサを含む指紋センサアレイ、及び上記指紋センサ又は前記指紋センサアレイを含む装置を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による指紋センサは、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極にそれぞれ離隔して配置される光吸収層と、前記第１電極と前記光吸収層との間、及び前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される絶縁層と、を有することを特徴とする。
前記光吸収層は、ｐ型半導体とｎ型半導体と、を含み、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体の内の少なくとも一つは、可視光線波長領域の内の少なくとも一部の光を吸収する吸光物質であることが好ましい。
前記吸光物質は、有機物質を含むことが好ましい。
前記光吸収層の下部に配置される反射層をさらに有することが好ましい。
前記第１電極と前記第２電極は、互いに対向するように配置され、前記絶縁層は、前記第１電極と前記光吸収層との間に配置される第１絶縁層、及び前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される第２絶縁層を含むことが好ましい。
前記第１電極と前記第２電極は、並列して配置され、前記絶縁層と前記光吸収層は、前記第１電極と前記第２電極の上部に配置されることが好ましい。
前記指紋センサは、前記光吸収層に吸収された光量に応じた電気容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の変化を感知することが好ましい。
前記光吸収層に吸収された光量に応じた電流変化は、実質的にはないことが好ましい。
上記目的を達成するためになされた本発明による指紋センサアレイは、本発明の指紋センサを有することを特徴とする。
上記目的を達成するためになされた本発明による装置は、本発明の指紋センサを有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するためになされた本発明による装置は、映像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの上部に配置され、複数の指紋センサを含む指紋センサアレイと、を有し、前記指紋センサは、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極にそれぞれ離隔して配置される光吸収層と、前記第１電極と前記光吸収層との間、及び前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される絶縁層と、を有することを特徴とする。
前記指紋センサは、前記表示パネルの表示領域内の一部又は全部に配置されることが好ましい。
前記表示領域は、色を表示する複数のサブ画素からなる活性領域と、前記活性領域以外の非活性領域と、を含み、前記指紋センサは、前記非活性領域に配置されることが好ましい。
前記指紋センサは、前記隣接するサブ画素の間の領域に配置されることが好ましい。
前記指紋センサは、前記光吸収層の下部に配置される反射層をさらに有することが好ましい。
前記第１電極は、第１方向に延長され、前記第２電極は、前記第１方向に交差する第２方向に延長され、前記光吸収層は、前記第１電極と前記第２電極の交差地点で前記第１電極と前記第２電極との間に配置されることが好ましい。
前記絶縁層は、前記第１電極と前記光吸収層との間に配置される第１絶縁層と、前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される第２絶縁層と、を含むことが好ましい。
前記第１電極と前記第２電極は、並列して配置され、前記絶縁層と前記光吸収層は、前記第１電極と前記第２電極の上部に配置されることが好ましい。
前記光吸収層は、ｐ型半導体とｎ型半導体と、を含み、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体の内の少なくとも一つは、可視光線波長領域の内の少なくとも一部の光を吸収する吸光物質であることが好ましい。
前記指紋センサは、前記光吸収層に吸収された光量に応じた電気容量の変化を感知し、前記光吸収層に吸収された光量に応じた電流変化は、実質的にはないことが好ましい。
本発明に係る指紋センサ及び指紋センサアレイ並びにこれらを含む装置によれば、２つの電極と、これら電極とそれぞれ離隔して配置される光吸収層を有することで、光吸収層に吸収される光量の差による静電容量の変化から指紋の形状を感知することができ、サンプルな構造及び工程により改善した指紋感知性能を実現することができる。
本発明の一実施形態による指紋センサの配列の一例を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による指紋センサの一例を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による指紋センサの他の例を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による指紋センサのまた他の例を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による指紋センサのまた他の例を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による指紋センサの原理を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態による表示装置の概略を示す断面図である。 図７の表示装置の配置を示す概略断面図である。 図７の表示装置の配置の一例を示す概略斜視図である。 図７の表示装置の配置の他の例を示す概略平面図である。 図１０のＸ部分を拡大して示す概略平面図である。 図７の表示装置の配置のまた他の例を示す概略平面図である。 本発明の実施例による指紋センサ用サンプルの光量に応じた静電容量の変化を示すグラフである。 本発明の実施例による指紋センサ用サンプルの光量に応じた電流特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態による表示装置の一例を示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態による表示装置の他の例を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態による表示パネルを含む電子装置の概略構成を示すブロック図である。
次に、本発明に係る指紋センサ及び指紋センサアレイ並びにこれらを含む装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
以下、実施形態について該当技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
しかし、実際適用される構造は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
図面で複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるという時、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。
逆にある部分が他の部分の「真上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。
以下、本発明の一実施形態による指紋センサを説明する。
図１は、本発明の一実施形態による指紋センサの配列の一例を示す概略断面図であり、図２は、本発明の一実施形態による指紋センサの一例を示す概略断面図である。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態による指紋センサ１０は、第１電極１１と第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２との間に配置される光吸収層１３、第１電極１１と光吸収層１３との間、及び第２電極１２と光吸収層１３との間に配置される絶縁層１４を含む。
指紋センサ１０は、下部基板３１により支持されて上部基板３２により覆われているが、下部基板３１と上部基板３２の少なくとも一つは省略することができる。
下部基板３１と上部基板３２は、例えばガラスのような無機物質、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、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、ポリアミド、ポリエーテルサルホン、又はこれらの組み合わせのような有機物質又はシリコンウェハなどで作成される。
第１電極１１の主面と第２電極１２の主面は互いに対向している。
第１電極１１と第２電極１２のいずれか一つはアノード（ａｎｏｄｅ）であり、他の一つはカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）である。
例えば、第１電極１１はカソードで、第２電極１２はアノードでありうる。
例えば、第１電極１１はアノードで、第２電極はカソードでありうる。
第１電極１１と第２電極１２の少なくとも一つは、透明電極である。
ここで透明電極は、光透過度約８０％以上、約８５％以上、約８８％以上、又は約９０％以上の高い透過率を有することができ、例えば、酸化物導電体、炭素導電体及び／又は金属箔膜を含み得る。
酸化物導電体は、例えば、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）、亜鉛スズ酸化物（ｚｉｎｃ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＺＴＯ）、アルミニウムスズ酸化物（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ：ＡｌＴＯ）及びアルミニウム亜鉛酸化物（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ：ＡＺＯ）より選ばれた一つ以上でありうる。
炭素導電体は、例えば、グラフェン及び炭素ナノ体より選ばれた一つ以上でありうる。
金属箔膜は、例えば、数ナノメートル〜数十ナノメートルの薄い厚さで形成された金属箔膜又は金属酸化物がドーピングされた数ナノメートル〜数十ナノメートルの薄い厚さで形成された単一層又は複数層の金属箔膜でありうる。
第１電極１１と第２電極１２のいずれか一つは反射電極である。
反射電極は、例えば、光透過度約１０％未満又は約５％以下の高い反射率を有し、例えば、金属のような反射導電体を含み得、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又はこれらの合金を含み得る。
一例として、第１電極１１と第２電極１２は、それぞれ透明電極であり得る。
一例として、第１電極１１は反射電極で、第２電極１２は透明電極であり得る。
一例として、第１電極１１は透明電極で、第２電極１２は反射電極であり得る。
第１電極１１と第２電極１２は多様な形状を有することができ、例えば、それぞれ独立して一方向に延長した棒の形状、板形状、又はダイヤモンド（ひし形）形状を有することができるが、これに限定されるものではない。
光吸収層１３は、第１電極１１と第２電極１２との間に配置され、第１電極１１及び第２電極１２とそれぞれ離隔している。
光吸収層１３は、光を吸収して電荷を生成する層であり、例えば、可視光線波長領域の内の少なくとも一部の光を吸収することができ、例えば、緑色波長領域の光（以下「緑色光」という）、青色波長領域の光（以下「青色光」という）、及び赤色波長領域の光（以下「赤色光」という）の少なくとも一つを吸収することができる。
光吸収層１３は、１種以上の吸光物質を含み得、吸光物質は光を吸収して電荷を生成できれば特に限定されない。
一例として、吸光物質は、有機吸光物質、無機吸光物質及び／又は有機／無機吸光物質であり得、例えば吸光物質の内の少なくとも一つは有機吸光物質でありうる。
光吸収層１３は、ｐｎ接合（ｐｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する少なくとも一つのｐ型半導体と、少なくとも一つのｎ型半導体を含み、外部からの光を受けてエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成する。
ｐ型半導体とｎ型半導体の内の少なくとも一つは、可視光線波長領域の内の少なくとも一部の光を吸収する吸光物質であり、例えば、ｐ型半導体とｎ型半導体それぞれは吸光物質である。
一例として、ｐ型半導体とｎ型半導体は、それぞれ独立して有機吸光物質、無機吸光物質及び／又は有機／無機吸光物質であり得る。
一例として、ｐ型半導体とｎ型半導体の内の少なくとも一つは有機吸光物質であり得る。
光吸収層１３は、ｐ型半導体を含むｐ型層とｎ型半導体を含むｎ型層を含む二重層を含む。
この時、ｐ型層とｎ型層の厚さ比は、約１：９〜９：１であり、上記範囲内で例えば約２：８〜８：２、約３：７〜７：３、約４：６〜６：４又は約５：５であり得る。
光 吸収層１３は、ｐ型半導体とｎ型半導体がバルクヘテロ接合（ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）形態で混合された真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌａｙｅｒ：Ｉ層）を含む。
この時、ｐ型半導体とｎ型半導体は、約１：９〜９：１の体積比で混合され、上記範囲内で例えば約２：８〜８：２の体積比で混合され、上記範囲内で例えば約３：７〜７：３の体積比で混合され、上記範囲内で例えば約４：６〜６：４の体積比で混合され、上記範囲内で例えば約５：５の体積比で混合され得る。
光吸収層１３は、真性層の他にｐ型層及び／又はｎ型層をさらに含む。
ｐ型層は、前述したｐ型半導体を含み、ｎ型層は前述したｎ型半導体を含む。
例えば、ｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層など多様な組み合わせが含まれ得る。
絶縁層１４は、第１電極１１と光吸収層１３との間に配置される第１絶縁層１４ａと第２電極１２と光吸収層１３との間に配置される第２絶縁層１４ｂを含む。
第１絶縁層１４ａと第２絶縁層１４ｂは、それぞれ絶縁物質を含み、例えば、有機絶縁物質、無機絶縁物質及び／又は有機／無機絶縁物質を含み得る。
有機絶縁物質は、例えば、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、又はこれらの組み合わせであり得、無機絶縁物質は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、又はこれらの組み合わせであり得るが、これに限定されるものではない。
第１絶縁層１４ａは、第１電極１１と光吸収層１３との間で第１電極１１と光吸収層１３を離隔させ、そのため光吸収層１３で光によって生成された電荷が第１電極１１に移動することを遮断することができる。
第２絶縁層１４ｂは、第２電極１２と光吸収層１３との間で第２電極１２と光吸収層１３を離隔させ、そのため光吸収層１３で光によって生成された電荷が第２電極１２に移動することを遮断することができる。
したがって、第１電極１１と光吸収層１３との間、及び第２電極１２と光吸収層１３との間に電流が流れず、光吸収層１３により吸収された光量に応じた電流変化は、実質的にはない。
一方、第１電極１１と第２電極１２に所定の電圧を印加する時、光吸収層１３で生成されたエキシトンから分離した正孔と電子は、第１電極１１と第２電極１２の正又は負の電圧に応じて垂直に分極化して電場を生成し、そのため、所定の静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を変化させる。
この時、光吸収層１３で吸収された光量が多い場合、多くの電子と正孔が生成されて高い静電容量を示し、光吸収層１３で吸収された光量が少ない場合、少ない電子と正孔が生成されて低い静電容量を示す。
すなわち、本発明の一実施形態による指紋センサ１０は、光量に応じた静電容量の変化を用いて指紋を感知することができる。
図６は、本発明の一実施形態による指紋センサの原理を説明するための概略図である。
図６を参照すると、指紋ＦＰは、突出した部分である隆線（ｒｉｄｇｅ）（ＦＰ−１）と凹んだ部分である谷（ｖａｌｌｅｙ）（ＦＰ−２）との間に高低差があり、このような高低差によって指紋ＦＰから反射する光の量が変わる。
例えば、指紋ＦＰの隆線（ＦＰ−１）は、上部基板３２に密着して指紋ＦＰで反射する光が少ないか、又はなく、指紋ＦＰの谷（ＦＰ−２）は、上部基板３２に密着することができず、その間に空気が含まれており、指紋ＦＰで反射する光が相対的に多い。
そのため、指紋ＦＰの隆線（ＦＰ−１）に対応する指紋センサ１０と指紋ＦＰの谷（ＦＰ−２）に対応する指紋センサ１０との間に反射する光量の差によって光吸収層１３で吸収される光量が変わり、このような光量の差による静電容量の変化から指紋ＦＰの形状を感知することができる。
感知された指紋ＦＰの形状をあらかじめ保存されている指紋と比較して一致性を判断することができる。
図３は、本発明の一実施形態による指紋センサの他の例を概略的に示す断面図である。
図３を参照すると、本実施形態による指紋センサ１０は、前述した実施形態と同様に第１電極１１と第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２との間に配置される光吸収層１３、第１電極１１と光吸収層１３との間、及び第２電極１２と光吸収層１３との間に配置される絶縁層１４を含む。
絶縁層１４は、前述したように第１絶縁層１４ａと第２絶縁層１４ｂを含む。
しかし、本実施形態による指紋センサ１０は、前述した実施形態とは相違し、反射層１５をさらに含む。
反射層１５は、光吸収層１３の下部に配置され、例えば、第１電極１１と光吸収層１３との間、例えば第１電極１１と第１絶縁層１４ａとの間に配置される。
反射層１５は、例えば、下部から光吸収層１３に不要な光が流入することを防止することによって指紋感知性能を改善させることができる。
図４は、本発明の一実施形態による指紋センサのまた他の例を概略的に示す断面図である。
図４を参照すると、本実施形態による指紋センサ１０は、前述した実施形態と同様に第１電極１１、第２電極１２、光吸収層１３、及び絶縁層１４を含む。
しかし、前述した実施形態とは相違し、第１電極１１と第２電極１２は、並列して配置されており、第１電極１１の側面と第２電極の側面が対向している。
そのため第１電極１１と第２電極１２に所定の電圧を印加する時、光吸収層１３で生成されたエキシトンから分離した電子と正孔は、第１電極１１と第２電極１２の正又は負の電圧に応じて水平方向に分極化されて電場を生成させることができる。
また、前述した実施形態とは相違し、絶縁層１４は、第１電極１１と光吸収層１３との間及び第２電極１２と光吸収層１３との間に共通して配置することができる。
絶縁層１４は、第１電極１１と光吸収層１３、及び第２電極１２と光吸収層１３をそれぞれ離隔させることによって、光吸収層１３で光によって生成された電荷が第１電極１１及び第２電極１２に移動することを遮断することができる。
図５は、本発明の一実施形態による指紋センサのまた他の例を概略的に示す断面図である。
図５を参照すると、本実施形態による指紋センサ１０は、前述した実施形態と同様に並列して配置された第１電極１１、第２電極１２、光吸収層１３及び絶縁層１４を含む。
しかし、前述した実施形態とは相違し、本実施形態による指紋センサ１０は、反射層１５をさらに含む。
反射層１５は、光吸収層１３の下部に延長され得、例えば、第１電極１１及び第２電極１２と光吸収層１３との間に配置され得、例えば、第１電極１１及び第２電極１２と絶縁層１４との間に配置され得る。
反射層１５は、例えば、下部から光吸収層１３に不要な光が流入することを防止して指紋感知性能を改善させることができる。
上述した指紋センサ１０は、行及び／又は列に沿って繰り返し配置されて指紋センサアレイ（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ａｒｒａｙ）をなす。
指紋センサアレイは、指紋センサ１０で感知される静電容量の変化から指紋形状を感知することができ、これを保存されている指紋形状と比較して一致性を判断することができる。
指紋センサ１０は、別途の光源（図示せず）を備えることができる。
指紋センサは、指紋認証機能が求められる多様な装置に適用することができ、例えば、スマートフォン、移動電話機、タブレット、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＥＤＡ（ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＰＭＰ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｐｌａｙｅｒ）、ＰＮＤ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）、ウェアラブルコンピュータ、モノのインターネット（ＩｏＴ）、全てのインターネット（ＩｏＥ）、ドローン（ｄｒｏｎｅ）、デジタルカメラ、電子ブック、ドアロック、金庫、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、又は自動車などに効果的に適用することができる。
以下、上述した指紋センサを適用した装置の一例を説明する。
ここでは装置の一例として、指紋センサ内蔵型表示装置を図面を参照して説明する。
図７は、本発明の一実施形態による表示装置の概略を示す断面図であり、図８は、図７の表示装置の配置を示す概略断面図であり、図９は、図７の表示装置の配置の一例を示す概略斜視図であり、図１０は、図７の表示装置の配置の他の例を示す概略平面図であり、図１１は、図１０のＸ部分を拡大して示す概略平面図であり、図１２は、図７の表示装置の配置のまた他の例を示す概略平面図である。
図７を参照すると、本発明の一実施形態による表示装置３００は、表示パネル２００と指紋センサアレイ１００を含む。
表示パネル２００は、映像を表示するパネルであれば特に限定されず、例えば、液晶表示パネル、有機発光表示パネル、マイクロ発光ダイオード表示パネル、又は量子ドット表示パネルであり得るが、これに限定されるものではない。
表示パネル２００は、マトリックス形状に配列された複数のサブ画素（ｓｕｂｐｉｘｅｌｓ）を含む。
サブ画素は、赤色を表示する赤色サブ画素Ｒ、緑色を表示する緑色サブ画素Ｇ、及び青色を表示する青色サブ画素Ｂを含み、一つの赤色サブ画素Ｒ、一つの緑色サブ画素Ｇ、及び一つの青色サブ画素Ｂは、画素（ｐｉｘｅｌ）をなす。
複数のサブ画素は、マトリックス形状に繰り返し配列されており、例えば、行及び／又は列に沿って繰り返し配列されている。
図８を参照すると、表示パネル２００は、映像を表示する領域、すなわち表示領域ＤＡを含み、表示領域ＤＡは、複数のサブ画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）からなる活性領域ａ１と、活性領域ａ１以外の非活性領域ａ２を含む。
非活性領域ａ２は、複数のサブ画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の間の領域を含み、例えば、配線や遮光幕が配置されている。
指紋センサアレイ１００は、表示パネル２００の上部に配置され、例えば、ユーザ側に配置され得る。
指紋センサアレイ１００は、表示パネル２００の表示領域ＤＡ内の一部又は全部に配置することができる。
指紋センサアレイ１００は、複数の指紋センサ１０を含む。
複数の指紋センサ１０は、例えば、行及び／又は列に沿って配列されている。
指紋センサ１０は、表示パネル２００の表示領域ＤＡの内の非活性領域ａ２、すなわち表示パネル２００のサブ画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が配置されていない領域に配置され得、そのため指紋センサ１０による表示品質の低下を防止することができる。
例えば、指紋センサ１０は、隣接するサブ画素の間の領域に配置することができる。
指紋センサ１０の具体的な説明は前述したとおりである。
一例として、図９を図２、７及び８と共に参照すると、表示パネル２００は、マトリックス形状に配列された複数のサブ画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）からなる活性領域ａ１とその以外の領域である非活性領域ａ２を含み、指紋センサアレイ１００は、非活性領域ａ２に配置されている。
指紋センサアレイ１００は、行及び列に沿って配列された複数の指紋センサ１０を含み、指紋センサ１０は、第１方向（ｘ方向）に延長した第１電極１１、第１方向と異なる第２方向（ｙ方向）に延長した第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２の交差地点で第１電極１１と第２電極１２との間に位置する光吸収層１３、第１電極１１と光吸収層１３との間に位置する第１絶縁層１４ａ、及び第２電極１２と光吸収層１３との間に位置する第２絶縁層１４ｂを含む。
一例として、図９を図３、７及び８と共に参照すると、指紋センサアレイ１００は、行及び列に沿って配列された複数の指紋センサ１０を含み、指紋センサ１０は、第１方向に延長した第１電極１１、第１方向と異なる第２方向に延長した第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２の交差地点で第１電極１１と第２電極１２との間に位置する光吸収層１３、第１電極１１と光吸収層１３との間に位置する第１絶縁層１４ａ、第２電極１２と光吸収層１３との間に位置する第２絶縁層１４ｂ、及び光吸収層１３の下部に位置する反射層１５を含む。
反射層１５は、表示パネル２００から出る光が直接光吸収層１３に流入することを防止することによって表示パネル２００から直接出る光による静電容量の変化を減らしたり、防止することができる。
一例として、図１０及び図１１を図２、７及び８と共に参照すると、指紋センサアレイ１００は、行及び列に沿って配列された複数の指紋センサ１０を含み、指紋センサ１０は、第１方向に沿って配列されており、ダイヤモンド（ひし形）形状を有する複数の電極パターンがブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）に接続されている第１電極１１、第１方向と異なる第２方向に沿って配列されており、ダイヤモンド形状を有する複数の電極パターンがブリッジに接続されている第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２の交差地点１０００（ブリッジ）で第１電極１１と第２電極１２との間に位置する光吸収層１３、第１電極１１と光吸収層１３との間に位置する第１絶縁層１４ａ、そして第２電極１２と光吸収層１３との間に位置する第２絶縁層１４ｂを含む。
一例として、図１０及び図１１を図３、７及び８と共に参照すると、指紋センサアレイ１００は、行及び列に沿って配列された複数の指紋センサ１０を含み、指紋センサ１０は第１方向に沿って配列されており、ダイヤモンド形状を有する複数の電極パターンがブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）に接続されている第１電極１１、第１方向と異なる第２方向に沿って配列されており、ダイヤモンド形状を有する複数の電極パターンがブリッジに接続されている第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２の交差地点１０００（ブリッジ）で第１電極１１と第２電極１２との間に位置する光吸収層１３、第１電極１１と光吸収層１３との間に位置する第１絶縁層１４ａ、第２電極１２と光吸収層１３との間に位置する第２絶縁層１４ｂ、及び光吸収層１３の下部に位置する反射層１５を含む。
反射層１５は、表示パネル２００から出る光が直接光吸収層１３に流入することを防止することによって表示パネル２００から直接出る光による静電容量の変化を減らしたり、防止することができる。
一例として、図１２を図４と共に参照すると、一例による指紋センサ１０は、行又は列に沿って配列され、行又は列に沿って並んで配置された第１電極１１と第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２の上部に位置する絶縁層１４、及び絶縁層１４の上に位置する光吸収層１３を含む。
一例として、図１２を図５と共に参照すると、一例による指紋センサ１０は、行又は列に沿って配列され、行又は列に沿って並んで配置された第１電極１１と第２電極１２、第１電極１１と第２電極１２の上部に位置する絶縁層１４、絶縁層１４の上に位置する光吸収層１３、及び光吸収層１３の下部に位置する反射層１５を含む。
反射層１５は、表示パネル２００から出る光が光吸収層１３に直接流入することを防止することによって表示パネル２００から直接出る光による静電容量の変化を減らしたり、防止することができる。
表示装置３００は、駆動回路（図示せず）をさらに含み得、表示装置３００がモバイル機器である場合、アプリケーションプロセッサをさらに含み得る。
図１５は、本発明の一実施形態による表示装置の一例を示す概略斜視図である。
図１５を参照すると、表示装置３００は、表示パネル２００と表示パネル２００の上に位置する指紋センサアレイ１００を含み、指紋センサアレイ１００は、一つ以上の指紋センサの少なくとも二つの個別セット（１５０４−１、１５０４−２）をさらに含む複数の指紋センサ１５０２（各指紋センサ１０は前述したとおりである）を含む。
一例として、指紋センサ（１５０４−１、１５０４−２）の個別セットは、互いに異なる指紋センサ構造を有することができる。
例えば、図１５において、一つ以上の指紋センサ（１５０４−２）のセットは、図３に示す指紋センサ構造を有する指紋センサ１０を含み得、一つ以上の指紋センサ（１５０４−１）のセットは、図２に示す指紋センサ構造を有する指紋センサ１０を含み得る。
一例として、少なくとも一つの指紋センサ（１５０４−１、１５０４−２）のセットは、表示パネル２００の上にパターンを定義する。
例えば、図１５に示すように、複数の指紋センサ１５０２は、表示パネルの上に配置される場合、一つ以上の指紋センサのセット（１５０４−２）は、一つ以上の指紋センサのセット（１５０４−１）の周囲に延長することができ、セット（１５０４−２）を定義することができる。
したがって、指紋センサのセット（１５０４−２）は、表示パネル２００の上に環状パターンを定義することができる。
しかし、パターンは、環状パターンに限定されず多様なパターンでありうる。
図１６は、本発明の一実施形態による表示装置の他の例を示す概略平面図である。
図１６を参照すると、表示パネル２００の少なくとも一部分は、曲面（ｃｕｒｖｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）を有する。
例えば、表示パネル２００の上部表面２００Ｓは曲面を定義する。
曲面のカーブは三次元カーブでありうる。
図１６に示すように、指紋センサアレイ１００の複数の指紋センサの少なくとも一つの指紋センサ１０は、表示パネル２００のカーブ部分の上に配置され得る。
指紋センサアレイ１００の各指紋センサ１０は、少なくとも部分的に表示パネル２００の一つ以上の非活性領域の個別部分１６１０と重畳し得る。
図１７は、本発明の一実施形態による表示パネルを含む電子装置の概略構成を示すブロック図である。
図１７を参照すると、電子装置１７００は、バス１７１０、プロセッサ１７２０、メモリ１７３０、ユーザインターフェース１７５０、及び一つ以上の表示装置１７４０を含む。
プロセッサ１７２０、メモリ１７３０、ユーザインターフェース１７５０、及び一つ以上の表示装置１７４０は、バス（ｂｕｓ）１７１０を介して電気的に接続されている。
ユーザインターフェース１７５０は、例えば、キーパッド、タッチスクリーンインターフェースなどでありうる。
表示装置１７４０は、前述した表示装置３００でありうる。
プロセッサ１７２０は、一つ以上の機能を遂行するために保存された指示プログラムを実行することができる。
本実施形態による指紋センサ１０は、光吸収層１３に吸収される光量の差による静電容量の変化から指紋の形状を感知することができ、簡単でかつ効果的に指紋感知性能を改善することができる。
また、本実施形態による指紋センサ１０は、表示領域内に位置することによって指紋センサ１０のための別途の空間を必要とせず、広い表示領域を確保することができる。
また、本実施形態による指紋センサ１０は、表示領域内の非活性領域、すなわちサブ画素が配置されていない領域に位置することによって指紋センサ１０による表示品質の影響を減らしたり、防止することができる。
また、本実施形態による指紋センサ１０は、前述したように指紋センサアレイの形状に搭載され、表示領域内の特定位置でない表示領域のどこにでも位置されうるので、ユーザの便宜性を高めることができる。
また、本実施形態による指紋センサ１０は、表示パネル２００の上部に位置して表示パネル２００から出る光を利用するので、別途の光源を要求しない。
また、本実施形態による指紋センサ１０は、表示パネル２００から出る光を利用した静電容量の変化から指紋を感知するので、従来の光学式指紋センサとは異なり、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような別途の駆動素子を要求しない。そのため構造及び工程をシンプル化することができる。
また、本実施形態による指紋センサ１０は、表示パネル２００から出る光を利用した静電容量の変化から指紋を感知するので、従来の静電式指紋センサとは異なり、上部基板による指紋解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）の低下を防止することができる。
以下、実施例により上述した本発明の実施形態をより詳細に説明する。
ただし、下記に示す実施例は、単に説明することを目的とするものであり、権利範囲を制限するものではない。
≪実施例：指紋センササンプルの製造≫
ガラス基板の上に２ｍｍ×２ｍｍ面積でＩＴＯをスパッタリングで積層して１５０ｎｍ厚さの下部電極を形成する。
次いで、下部電極の上にアルミニウム酸化物（Ａ２Ｏｘ、０＜ｘ≦３）を熱蒸着して４０ｎｍ厚さの下部絶縁層を形成する。
次いで、下部絶縁層上に下記に示す化学式Ａで表される化合物（ｐ型半導体）とＣ６０（ｎ型半導体）を１：１体積比で共蒸着して１００ｎｍ厚さの光吸収層を形成する。
次いで、光吸収層上にアルミニウム酸化物（Ａ２Ｏｘ、０＜ｘ≦３）を熱蒸着して４０ｎｍ厚さの上部絶縁層を形成する。
次いで上部絶縁層上に２ｍｍ×２ｍｍ面積でＩＴＯをスパッタリングで積層して上部電極を形成する。
次いでガラス板で封止して指紋センサ用サンプルを製作する。
Figure 2020187752
≪評価Ｉ≫
本発明の実施例による指紋センサ用サンプルの光量に応じた静電容量を評価する。
光量に応じた静電容量は、発光ダイオードとインピーダンス分析機（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で構成された光−インピーダンス測定装置（ＴＮＥ ｔｅｃｈ社）により評価する。
実施例による指紋センサ用サンプルに発光ダイオード（λｍａｘ＝５１０ｎｍ）から出る直径１ｍｍ大きさの光を垂直照射して光量に応じた静電容量の変化を確認する。
その結果は、図１３のとおりである。
図１３は、本発明の実施例による指紋センサ用サンプルの光量に応じた静電容量の変化を示すグラフである。
図１３を参照すると、本発明の実施例による指紋センサ用サンプルは、光量が多くなることにより静電容量が高まることを確認することができる。
これにより本発明の実施例による指紋センサ用サンプルは、指紋によって反射する光の光量に応じて静電容量の変化を確認することができ、これにより指紋を効果的に感知できることが予想され得る。
≪評価ＩＩ≫
本発明の実施例による指紋センサ用サンプルの光量に応じた電流特性を評価する。
光量に応じた電流特性は、発光ダイオードとインピーダンス分析装置（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で構成された光−インピーダンス測定装置（ＴＮＥ ｔｅｃｈ社）により評価する。
実施例による指紋センサ用サンプルに発光ダイオード（λｍａｘ＝５１０ｎｍ）から出る直径１ｍｍ大きさの光を垂直照射して光量に応じた電流の変化を確認する。
その結果は、図１４のとおりである。
図１４は、本発明の実施例による指紋センサ用サンプルの光量に応じた電流特性を示すグラフである。
図１４を参照すると、本発明の実施例による指紋センサ用サンプルは、光量に応じた電流変化はないことを確認することができる。
これにより実施例による指紋センサ用サンプルは電流変化によるノイズがないので、静電容量の変化だけで指紋形状を感知するのに効果的に使用できることが予想され得る。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
１０、 指紋センサ
１１ 第１電極
１２ 第２電極
１３ 光吸収層
１４ 絶縁層
１４ａ 第１絶縁層
１４ｂ 第２絶縁層、
１５ 反射層
３１ 下部基板
３２ 上部基板
１００ 指紋センサアレイ
２００ 表示パネル
２００Ｓ 上部表面
３００ 表示装置
１０００ 交差地点
１５０２ 複数の指紋センサ
１５０４−１、１５０４−２ 指紋センサの個別セット
１６１０ 非活性領域の個別部分
１７００ 電子装置
１７１０ バス
１７２０ プロセッサ
１７３０ メモリ
１７４０ 一つ以上の表示装置
１７５０ ユーザインターフェース

Claims (20)

  1. 指紋センサであって、
    第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極にそれぞれ離隔して配置される光吸収層と、
    前記第１電極と前記光吸収層との間、及び前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される絶縁層と、を有することを特徴とする指紋センサ。
  2. 前記光吸収層は、ｐ型半導体とｎ型半導体と、を含み、
    前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体の内の少なくとも一つは、可視光線波長領域の内の少なくとも一部の光を吸収する吸光物質であることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
  3. 前記吸光物質は、有機物質を含むことを特徴とする請求項２に記載の指紋センサ。
  4. 前記光吸収層の下部に配置される反射層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
  5. 前記第１電極と前記第２電極は、互いに対向するように配置され、
    前記絶縁層は、前記第１電極と前記光吸収層との間に配置される第１絶縁層、及び
    前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される第２絶縁層を含むことを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
  6. 前記第１電極と前記第２電極は、並列して配置され、
    前記絶縁層と前記光吸収層は、前記第１電極と前記第２電極の上部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
  7. 前記指紋センサは、前記光吸収層に吸収された光量に応じた電気容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の変化を感知することを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
  8. 前記光吸収層に吸収された光量に応じた電流変化は、実質的にはないことを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の指紋センサを有することを特徴とする指紋センサアレイ。
  10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の指紋センサを有することを特徴とする装置。
  11. 映像を表示する表示パネルと、
    前記表示パネルの上部に配置され、複数の指紋センサを含む指紋センサアレイと、を有し、
    前記指紋センサは、第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極にそれぞれ離隔して配置される光吸収層と、
    前記第１電極と前記光吸収層との間、及び前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される絶縁層と、を有することを特徴とする装置。
  12. 前記指紋センサは、前記表示パネルの表示領域内の一部又は全部に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  13. 前記表示領域は、色を表示する複数のサブ画素からなる活性領域と、
    前記活性領域以外の非活性領域と、を含み、
    前記指紋センサは、前記非活性領域に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  14. 前記指紋センサは、前記隣接するサブ画素の間の領域に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  15. 前記指紋センサは、前記光吸収層の下部に配置される反射層をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  16. 前記第１電極は、第１方向に延長され、
    前記第２電極は、前記第１方向に交差する第２方向に延長され、
    前記光吸収層は、前記第１電極と前記第２電極の交差地点で前記第１電極と前記第２電極との間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  17. 前記絶縁層は、前記第１電極と前記光吸収層との間に配置される第１絶縁層と、
    前記第２電極と前記光吸収層との間に配置される第２絶縁層と、を含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
  18. 前記第１電極と前記第２電極は、並列して配置され、
    前記絶縁層と前記光吸収層は、前記第１電極と前記第２電極の上部に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  19. 前記光吸収層は、ｐ型半導体とｎ型半導体と、を含み、
    前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体の内の少なくとも一つは、可視光線波長領域の内の少なくとも一部の光を吸収する吸光物質であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  20. 前記指紋センサは、前記光吸収層に吸収された光量に応じた電気容量の変化を感知し、
    前記光吸収層に吸収された光量に応じた電流変化は、実質的にはないことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
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