JP7481813B2 - タッチ・指紋複合センサ、及びそれを含む電子装置 - Google Patents

タッチ・指紋複合センサ、及びそれを含む電子装置 Download PDF

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Description

本発明は、タッチ・指紋複合センサ、及びそれを含む電子装置に関する。
タッチスクリーン（touch screen）は、ユーザが指などでスクリーンを接触したり押したりすれば、その位置や関連情報を認知し、システムに伝達する入力装置であり、単純であり、使用が便利であるという長所がある。特に、静電容量方式のタッチスクリーンは、高透過率、及び優秀な耐久性を有し、タッチ解像度にすぐれ、マルチタッチが可能であるという長所がある。タッチスクリーンパネルは、スマートフォン、タブレットＰＣ（personal computer）のようなモバイル機器だけではなく、現金自動支払機（ＡＴＭ）、自動発券機、ナビゲーションのように、非常に多様な電子機器に適用されている。
最近では、多様なモバイル機器及び電子機器に係わる個人認証の必要性がだんだんと高くなっている。指紋、音声、顔、虹彩のような個人の固有特徴を利用した個人認証機能は、モバイル機器、出入り統制機、金融機器などで重要に使用される。既存方式によるスマートフォン、タブレットＰＣなどの指紋認識技術は、タッチスクリーンモジュールと別途に指紋認識モジュールを構成する構造である。
本発明が解決しようとする課題は、タッチと指紋とをいずれもセンシングすることができるセンサであり、センシング性能を改善することができるタッチ・指紋複合センサを提供する。
本発明が解決しようとする課題は、また、大面積化及び高速駆動に有利であり、視認性特性を改善させることができるタッチ・指紋複合センサを提供する。
本発明が解決しようとする課題は、また、指紋認識のセンシング深さを増大させることができるタッチ・指紋複合センサを具現することができる。
本発明が解決しようとする課題は、また、前記タッチ・指紋複合センサを含む電子装置を提供することである。
一側面（aspect）によれば、指紋認識領域を含むタッチパッドを利用し、ユーザのタッチ及び指紋を感知するタッチ・指紋複合センサにおいて、基板上に第１方向に並んで配置された複数の第１電極と、前記基板上に前記複数の第１電極と交差する第２方向に並んで配置された複数の第２電極と、前記複数の第１電極と、前記複数の第２電極との間の絶縁層と、を含み、前記タッチパッドの前記指紋認識領域を除いたタッチ領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部でのそれらの距離は、前記指紋認識領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部でのそれらの距離より長いタッチ・指紋複合センサが提供される。
前記タッチ領域において、前記交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差は、前記タッチ領域において、前記交差部周辺の非交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差よりも大きくなる。
前記タッチ領域の前記交差部周辺の非交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差は、前記指紋認識領域の前記交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差と実質的に同一である。
前記タッチ領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量（mutual capacitance）は、前記指紋認識領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量よりも小さい。
前記タッチ・指紋複合センサは、段差調節層をさらに含み、前記段差調節層は、前記絶縁層と別個に具備されるか、あるいは前記絶縁層の一部としても具備される。
前記段差調節層の形態及び寸法により、前記複数の第１電極と、複数の第２電極との距離が、前記タッチパッドの領域により、異なるようにも調節される。
前記段差調節層は、複数のビアホールが形成された層構造を有することができ、前記複数のビアホールは、前記タッチ領域の前記複数の第１電極と第２電極との複数の交差部に対応する位置にも具備される。
前記複数のビアホールそれぞれは、約１００μｍ以下の直径または幅を有することができる。
前記基板上に、前記段差調節層が具備され、前記基板及び前記段差調節層の上に、前記複数の第１電極が具備され、前記段差調節層、及び前記複数の第１電極を覆う前記絶縁層が具備され、前記絶縁層上に、前記複数の第２電極が具備されてもよい。
前記段差調節層は、複数のアイランドパターン層を含み、前記複数のアイランドパターン層は、前記タッチ領域の前記複数の第１電極と第２電極との複数の交差部に対応する位置にも具備される。
前記複数の第１電極と、前記複数の第２電極の一部は、同一レベルにも具備され、前記複数の第２電極の他の一部は、前記レベルと異なるレベルに具備されてもよい。
前記基板上に、前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極の一部に該当する複数の第１パターン部が具備され、前記基板上に、前記複数の第１パターン部の一部を露出させる複数の開口部を有する前記絶縁層が具備され、前記指紋認識領域を除いた前記タッチ領域の前記絶縁層部分上に、複数のパターン層を含む前記段差調節層が具備され、前記絶縁層及び前記段差調節層の上に、前記複数の第２電極の他の一部に該当する複数の第２パターン部が具備され、前記第２パターン部それぞれは、前記第２方向に延長された形態を有することができ、前記開口部を介して、それに対応する前記第１パターン部に連結され、前記第１パターン部を相互連結するブリッジ構造を有することができる。
前記複数の第１パターン部それぞれに対応し、１つの前記開口部が設けられもする。
前記複数の第１パターン部それぞれに対応し、２個の前記開口部が設けられ、前記第１パターン部それぞれの中央部は、前記２つの開口部の間に位置することができる。
前記絶縁層は、有機物質を含んでもよい。
前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極は、いずれも複数の菱形パターン部、及びそれらの間の連結部を含んでもよい。
前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極のうち一つは、複数の菱形パターン部、及びそれらの間の連結部を含み、他の一つは、複数の電極ラインを含んでもよい。
前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極は、いずれも複数の電極ラインを含んでもよい。
前記複数の第１電極は、複数の第１タッチ電極、及びそれらの間に配置された複数の第１サブ電極を含み、前記複数の第２電極は、複数の第２タッチ電極、及びそれらの間に配置された複数の第２サブ電極を含み、前記複数の第１タッチ電極、及び前記複数の第２タッチ電極は、それぞれ規則的にも配列される。
前記複数の第１タッチ電極は、電気的にグルーピングされた第１単位グループの電極を含み、前記複数の第２タッチ電極は、電気的にグルーピングされた第２単位グループの電極を含んでもよい。
前記タッチパッドは、２電極構造を有することができる。
前記基板の一面側に、前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極が配置されてもよい。
他の側面によれば、前述のタッチ・指紋複合センサを含む電子装置が提供される。
他の側面によれば、指紋認識領域を含むタッチパッドを利用し、ユーザのタッチ及び指紋を感知するタッチ・指紋複合センサにおいて、基板上に第１方向に並んで配置された複数の第１電極と、前記基板上に、前記複数の第１電極と交差する第２方向に並んで配置された複数の第２電極と、前記複数の第１電極と、前記複数の第２電極との間に配置された絶縁層と、前記絶縁層と隣接して具備された段差調節層と、を含み、前記段差調節層により、前記指紋認識領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量と、前記指紋認識領域を除いたタッチ領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量とが互いに異なるように制御されたタッチ・指紋複合センサが提供される。
前記タッチ領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量は、前記指紋認識領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量よりも小さい。
前記タッチ領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部でのそれらの距離は、前記指紋認識領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部でのそれらの距離よりも長くなる。
前記タッチ領域において、前記交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差は、前記タッチ領域において、前記交差部周辺の非交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差よりも大きくなる。
前記タッチ領域の前記交差部周辺の非交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差は、前記指紋認識領域の前記交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差と実質的に同一である。
前記段差調節層は、複数のビアホールが形成された層構造を有することができ、前記複数のビアホールは、前記タッチ領域の前記複数の第１電極と第２電極との複数の交差部に対応する位置にも具備される。
前記段差調節層は、複数のアイランドパターン層を含み、前記複数のアイランドパターン層は、前記タッチ領域の前記複数の第１電極と第２電極との複数の交差部に対応する位置にも具備される。
前記複数の第１電極と、前記複数の第２電極の一部は、同一レベルにも具備され、前記複数の第２電極の他の一部は、前記レベルと異なるレベルに具備されてもよい。
他の側面によれば、前述のタッチ・指紋複合センサを含む電子装置が提供される。
本発明によれば、同一スクリーン内において、タッチと指紋とをいずれもセンシングすることができるセンサであり、センシング性能を改善させることができるタッチ・指紋複合センサを具現することができる。また、大面積化及び高速駆動に有利であり、視認性特性を改善させることができるタッチ・指紋複合センサを具現することができる。また、指紋認識のセンシング深さを増大させることができ、センシング特性を改善させることができるタッチ・指紋複合センサを具現することができる。また、そのような複合センサを適用し、優秀な性能を有する多様な電子装置を製造することができる。
一実施形態によるタッチ・指紋複合センサを概略的に示す平面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの指紋認識領域の一部を示す平面図である。 図２ＡのＩ－Ｉ’線による断面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの指紋認識領域を除いたタッチ領域の一部を示す平面図である。 図３ＡのＩＩ－ＩＩ’線による断面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 図４Ａの段階に対応する平面図の一例である。 図４Ｂの段階に対応する平面図の一例である。 図４Ｄの段階に対応する平面図の一例である。 他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。 図６ＥのＡ領域の平面構造を例示的に示す平面図である。 図７の変形例を示す平面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造時、絶縁層形成にも適用されるスロット・ダイコーティング（slot－die coating）工程について例示的に説明するための図面である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサにも適用される複数の第１電極、及び複数の第２電極の構成について説明するための平面図である。 他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサにも適用される複数の第１電極、及び複数の第２電極の構成について説明するための平面図である。 他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサにも適用される複数の第１電極、及び複数の第２電極の構成について説明するための平面図である。 一実施形態のタッチ・指紋複合センサについて説明するための平面図である。 他の実施形態のタッチ・指紋複合センサについて説明するための平面図である。 他の実施形態のタッチ・指紋複合センサについて説明するための平面図である。 一実施形態によるタッチ・指紋複合センサを適用した電子装置について説明するための分解四時図である。
以下、本発明の実施形態によるタッチ・指紋複合センサ、及びそれを含む電子装置について、添付された図面を参照して詳細に説明する。添付された図面に図示された層や領域の幅及び厚みは、明細書の明確性、及び説明の便宜性のために、若干誇張されてもいる。詳細な説明全体にわたり、同一参照番号は、同一構成要素を示す。
図１は、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサを概略的に示す平面図である。
図１を参照すれば、指紋認識領域Ｒ１０を含むタッチパッド（touch pad）Ｐ１０が具備されてもよい。タッチパッドＰ１０において、指紋認識領域Ｒ１０ではないタッチ領域Ｒ２０が存在する。指紋認識モードにおいては、指紋認識領域Ｒ１０を介して、ユーザの指紋を認識し、タッチ感知モードにおいては、タッチ領域Ｒ２０及び指紋認識領域Ｒ１０を利用し、ユーザのタッチを感知することができる。言い換えれば、タッチ感知モードにおいては、指紋認識領域Ｒ１０も、タッチ領域として使用される。
タッチパッドＰ１０内に、第１方向、例えば、Ｘ軸方向に並んで配置された複数の第１電極１００Ａが具備され、複数の第１電極１００Ａと交差する第２方向、例えば、Ｙ軸方向に並んで配置された複数の第２電極２００Ａが具備されてもよい。複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａは、相互直交することができる。複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａとの間には、所定絶縁層が介在される。言い換えれば、複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａは、絶縁層を挟み、相互離隔されもする。複数の第１電極１００Ａ上に、複数の第２電極２００Ａが位置するか、あるいはその反対でもある。複数の第１電極１００Ａは、駆動電極であり、複数の第２電極２００Ａは、感知電極でもあり、その反対でもある。複数の第１電極１００Ａは、実質的に等間隔にも配置され、複数の第２電極２００Ａも、実質的に等間隔に配置されてもよい。複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａとの間に、相互静電容量（mutual capacitance）が形成される。従って、タッチ・指紋複合センサは、静電容量方式のセンサでもある。
本実施形態によれば、タッチ領域Ｒ２０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部でのそれらの距離（間隔）は、指紋認識領域Ｒ１０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部でのそれらの距離（間隔）と異なる。タッチ領域Ｒ２０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部でのそれらの距離は、指紋認識領域Ｒ１０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部でのそれらの距離よりも長くなる。それと係わり、タッチ領域Ｒ２０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部の相互静電容量Ｃｍは、指紋認識領域Ｒ１０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部の相互静電容量Ｃｍとも異なる。タッチ領域Ｒ２０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部の相互静電容量Ｃｍは、指紋認識領域Ｒ１０において、第１電極１００Ａと第２電極２００Ａとの交差部の相互静電容量Ｃｍよりも小さい。
図２Ａは、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの指紋認識領域の一部を示す平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩ－Ｉ’線による断面図である。
図３Ａは、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの指紋認識領域を除いたタッチ領域の一部を示す平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩ－ＩＩ’線による断面図である。
図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、指紋認識領域Ｒ１０（図１）においては、基板１０上に、段差調節層５０が具備され、段差調節層５０上に、第１電極１００が具備され、第１電極１００を覆う絶縁層１５０が具備され、絶縁層１５０上に、第２電極２００が具備されてもよい。第２電極２００は、第１電極１００と交差する方向にも延長される。絶縁層１５０上に、第２電極２００を覆う保護層（passivation layer）２５０が具備されてもよい。
図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、指紋認識領域Ｒ１０（図１）を除いたタッチ領域Ｒ２０（図１）においては、基板１０上に段差調節層５０が具備され、段差調節層５０上に、第１電極１００が具備され、第１電極１００を覆う絶縁層１５０が具備され、絶縁層１５０上に、第２電極２００が具備されてもよい。絶縁層１５０の上面は、平坦であるか、あるいは概して平坦でもある。段差調節層５０は、第１電極１００と第２電極２００との交差部に対応する位置に形成されたビアホールＶ１０を含んでもよい。ビアホールＶ１０により、第１電極１００の一部がリセス（recess）され、結果として、第１電極１００と第２電極２００との交差部において、それらの間の距離（間隔）が増大する。
図２Ｂ及び図３Ｂを比較すれば、タッチ領域（図３Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部でのそれらの距離は、指紋認識領域（図２Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部でのそれらの距離よりも長くなる。言い換えれば、タッチ領域（図３Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部において、絶縁層１５０の厚みは、指紋認識領域（図２Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部において、絶縁層１５０の厚みよりも厚くなる。タッチ領域（図３Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部でのそれらの距離は、指紋認識領域（図２Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部でのそれらの距離より、約１．５倍以上、または約２倍以上長くもなる。それと係わり、タッチ領域（図３Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部の相互静電容量は、指紋認識領域（図２Ｂ）において、第１電極１００と第２電極２００との交差部の相互静電容量より、実質的に、あるいははるかに小さくなる。
一方、タッチ領域（図３Ａ及び図３Ｂ）において、前記交差部での第１電極１００と第２電極２００との高さ差は、タッチ領域（図３Ａ及び図３Ｂ）において、前記交差部周辺の非交差部での第１電極１００と第２電極２００との高さ差よりも大きくなる。また、タッチ領域（図３Ａ及び図３Ｂ）の前記非交差部での第１電極１００と第２電極２００との高さ差は、指紋認識領域（図２Ａ及び図２Ｂ）の前記交差部において、第１電極１００と第２電極２００との高さ差と実質的に同一である。段差調節層５０を使用し、タッチ領域（図３Ａ及び図３Ｂ）の前記交差部での第１電極１００と第２電極２００との間隔を選択的に調節することができる。
図４Ａないし図４Ｅは、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。
図４Ａを参照すれば、基板１０上に、段差調節層５０を形成することができる。段差調節層５０は、所定絶縁物質から形成することができ、透明でもある。段差調節層５０は、指紋認識領域Ｒ１１と、その外のタッチ領域Ｒ２１とにおいて、互いに異なるパターン形状を有することができる。例えば、段差調節層５０は、指紋認識領域Ｒ１１を除いたタッチ領域Ｒ２１に形成された複数のビアホールＶ１０を含んでもよい。複数のビアホールＶ１０それぞれは、約１００μｍ以下の直径または幅を有することができる。指紋認識領域Ｒ１１においては、段差調節層５０にビアホールが形成されない。段差調節層５０の厚みは、例えば、約２０μｍ以下でもあるが、それに限定されるものではない。
段差調節層５０は、有機絶縁物質を含んでもよい。段差調節層５０を有機絶縁物質から形成する場合、一例として、段差調節層５０は、感光性（ＰＲ）物質を利用して形成することができる。その場合、感光性（ＰＲ）物質層を形成した後、露光（exposure）工程を遂行することができ、ＰＥＢ（post exposure bake）工程をさらに遂行することができる。前記ＰＥＢ工程において、ビアホールＶ１０周囲の段差調節層５０領域、または段差調節層５０のエッジ部（edge portion）が若干リフロー（reflow）されながら、後続工程において、step-coverage関連問題が発生しないことにもなる。しかし、ここで提示した段差調節層５０の物質及び形成方法は、例示的なものであり、本実施形態は、それに限定されるものではない。場合により、段差調節層５０は、無機絶縁物質を含んでもよい。または、別途の段差調節層５０を使用せず、基板１０自体を加工し、基板１０の一部を「段差調節層」として使用することもできる。
図４Ｂを参照すれば、基板１０及び段差調節層５０の上に、複数の第１電極１００を形成することができる。複数の第１電極１００は、例えば、Ｘ軸方向に延長された構造を有することができる。ビアホールＶ１０部分において、第１電極１００は、基板１０側にリセスされもする。指紋認識領域Ｒ１１においては、第１電極１００がリセスされた部分を含まない。
図４Ｃを参照すれば、段差調節層５０、及び複数の第１電極１００を覆う絶縁層１５０を形成することができる。絶縁層１５０は、所定有機物質を含んでもよい。絶縁層１５０は、例えば、スロット・ダイコーティング（slot－die coating）方式で形成することができる。スロット・ダイコーティング方式で有機絶縁膜を形成した後、前記有機絶縁膜に対するリフロー工程または平坦化（planarization）工程を遂行することができる。それを介して、上面が概して平坦な絶縁層１５０を形成することができる。前述の絶縁層１５０の形成工程及びその物質は、前述のところに限定されるものではなく、異なりもする。場合により、絶縁層１５０は、無機物質を含んでもよい。絶縁層１５０の厚みは、約１５μｍ以下または約１０μｍ以下でもあるが、それに限定されるものではない。
図４Ｄを参照すれば、絶縁層１５０上に、複数の第２電極２００を形成することができる。ここでは、１つの第２電極２００が図示されるものの、実際は、Ｘ軸方向に離隔された複数の第２電極２００が形成されてもよい。複数の第２電極２００は、複数の第１電極１００と交差するように配置されてもよい。複数のビアホールＶ１０は、指紋認識領域Ｒ１１を除いたタッチ領域Ｒ２１において、複数の第１電極１００と第２電極２００との複数の交差部に対応する位置にも具備される。
図４Ｅを参照すれば、絶縁層１５０上に、複数の第２電極２００を覆う保護層２５０を形成することができる。保護層２５０は、所定絶縁物質から形成することができ、有機物質及び／または無機物質を含んでもよい。
段差調節層５０により、指紋認識領域Ｒ１１とタッチ領域Ｒ２１とにおいて、第１電極１００と第２電極２００との間隔が互いに異なるようにも調節される。タッチ領域Ｒ２１において、第１電極１００と第２電極２００との交差部において、それらの間隔が指紋認識領域Ｒ１１において、第１電極１００と第２電極２００との交差部において、それらの間隔よりも広くなる。それと係わり、タッチ領域Ｒ２１において、第１電極１００と第２電極２００との交差部において、それら間の相互静電容量は、指紋認識領域Ｒ１１において、第１電極１００と第２電極２００との交差部において、それら間の相互静電容量よりも小さい。
図５Ａは、図４Ａの段階に対応する平面図の一例である。
図５Ａを参照すれば、基板１０上に、複数のビアホールＶ１０を有する段差調節層５０が形成されてもよい。複数のビアホールＶ１０は、タッチ領域Ｒ２１に規則的にも形成され、指紋認識領域Ｒ１１には、形成されない。
図５Ｂは、図４Ｂの段階に対応する平面図の一例である。
図５Ｂを参照すれば、段差調節層５０上に、複数の第１電極１００が形成されてもよい。複数の第１電極１００は、例えば、Ｘ軸方向にも延長され、Ｙ軸方向に相互離隔されもする。
図５Ｃは、図４Ｄの段階に対応する平面図の一例である。
図５Ｃを参照すれば、複数の第１電極１００に交差する方向に延長された複数の第２電極２００が形成されてもよい。複数の第２電極２００は、例えば、Ｙ軸方向にも延長され、Ｘ軸方向に相互離隔されもする。複数のビアホールＶ１０は、タッチ領域Ｒ２１の複数の第１電極１００と第２電極２００との交差部に対応するように位置することができる。
本実施形態によれば、同一スクリーン内において、タッチと指紋とをいずれもセンシングすることができるセンサとして、センシング性能を改善させることができるタッチ・指紋複合センサを具現することができる。大面積化及び高速駆動に有利であり、視認性及びモアレ（moire）問題を改善させることができるタッチ・指紋複合センサを具現することができる。また、指紋認識のセンシング深さを増大させることができ、センシング特性を改善させることができるタッチ・指紋複合センサを具現することができる。
既存の静電式オンスクリーン（on-screen)タッチ・指紋センサの場合、大面積化が困難であり、駆動速度に限界があり、指紋認識時、センシング深さに限界があるという問題がある。透明電極を使用する場合、透明電極が比較的高い抵抗値Ｒを有するために、大面積化及び駆動速度改善に限界がある。また、視認性及びモアレ改善のために、微細電極パターンを使用する場合、タッチ領域において、ノード増加（ノード個数の増加）により、て静電容量Ｃ値が増加する。従って、タッチパッドの大面積化及び駆動速度改善が困難であるという問題がある。一方、指紋認識側面としては、センシング深さを増大させるために、高い入力値及びインピーダンス値が要求されるが、そのような要求条件を満足させる場合、タッチ感知時、ＲＣ delayが大きくなるという問題がある。
本実施形態によるタッチ・指紋複合センサにおいては、指紋認識領域と、それを除いたタッチ領域とにおいて、第１電極と第２電極との間隔を異なるようにし、指紋認識領域においては、相対的に高いキャパシタンス値を、タッチ領域においては、相対的に低いキャパシタンス値を形成することができる。段差調節層を利用し、所望位置において、第１電極と第２電極との間隔を調節することができ、それを介して、キャパシタンス値を調節することができる。特に、タッチ領域において、第１電極と第２電極との交差部の相互静電容量Ｃｍを、指紋認識領域において、第１電極と第２電極との交差部の相互静電容量Ｃｍより小さくすることができる。タッチ感知時には、低いＣｍ値を使用するので、大面積具現が可能であり、駆動速度を向上させることができる。タッチ感知側面においては、Ｃｍが小さいほど、長い長さのタッチセンサの作製が容易になる。指紋認識時には、高いＣｍ値を使用し、指紋認識の深さ（センシング距離）を増大させることができ、センシング特性を向上させることができる。交差部でのＣｍが大きいほど、指紋認識時、指紋によるΔＣｍ値も、大きくなる。従って、指紋認証率を改善させることができ、大面積素子のアンダーガラス（under glass）指紋センサとして使用することができる。また、本実施形態によるタッチ・指紋複合センサにおいては、全体的に概して均一な微細電極パターンを使用するために、視認性の変化を最小化させることができ、モアレ形成を抑制することができる。また、本実施形態によれば、段差調節層のパターン、大きさ、位置などを調節し、第１電極と第２電極との交差部での間隔だけ選択的に制御することができるので、指紋認識領域とタッチ領域との視認性（透過度及び反射度）差を減らし、第１電極と第２電極とのフリンジキャパシタンス（fringe capacitance）を最小化させる。
図４Ａないし図４Ｅの実施形態においては、基板１０上に、別途の段差調節層５０を形成した後、後続工程を進める場合を図示して説明したが、基板１０の上面部をパターニングし、基板１０のパターニングされた上面部を「段差調節層」として使用することもできる。言い換えれば、基板１０の上面部に、所定凹凸部を形成した後、前記凹凸部を段差調節層として使用することもできる。
また、図４Ｅの実施形態においては、複数の第１電極１００と、複数の第２電極２００とが互いに異なるレベルに具備された場合について説明したが、他の実施形態によれば、複数の第１電極と、複数の第２電極の一部は、同一レベルに具備され、前記複数の第２電極の他の一部は、前記レベルと異なるレベルに具備されてもよい。それについては、図６Ａないし図６Ｅの実施形態を参照して説明する。
図６Ａないし図６Ｅは、他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造方法について説明するための断面図である。
図６Ａを参照すれば、基板１１上に、複数の第１電極１０１、及び複数の第２電極の一部に該当する複数の第１パターン部２０１ａを形成することができる。複数の第１電極１０１は、例えば、Ｘ軸方向に並んで配置されてもよい。複数の第１パターン部２０１ａは、複数の第１電極１０１の間、及びその両側に配置されてもよい。複数の第１電極１０１、及び複数の第１パターン部２０１ａは、同一レベルに形成され、単一層（single layer）構造をなすことができる。
図６Ｂを参照すれば、基板１１上に、複数の第１電極１０１、及び複数の第１パターン部２０１ａを覆う絶縁層１５１を形成することができる。絶縁層１５１は、複数の第１パターン部２０１ａの一部を露出させる複数の開口部ｈ１０を含んでもよい。それぞれの第１パターン部２０１ａに対応する開口部ｈ１０が形成されてもよい。絶縁層１５１は、有機物質を含み、所定コーティング工程及び硬化工程を介しても形成される。場合により、絶縁層１５１は、無機物質を含んでもよい。
図６Ｃを参照すれば、指紋認識領域Ｒ１２を除いたタッチ領域Ｒ２２の絶縁層１５１部分上に、複数のパターン層５を含む段差調節層５１を形成することができる。複数のパターン層５は、アイランドタイプのパターン層でもある。複数のパターン層５それぞれは、約１５０μｍ以下の幅を有することができ、上から見るとき、長方形や正方形の形態を有してもよく、円形でもある。指紋認識領域Ｒ１２には、パターン層５が形成されない。段差調節層５１は、絶縁層１５１と同一物質から形成されるか、あるいは、他の物質から形成されてもよい。
図６Ｄを参照すれば、絶縁層１５１及び段差調節層５１の上に、複数の第２電極の他の一部に該当する複数の第２パターン部２０１ｂを形成することができる。ここには、１つの第２パターン部２０１ｂが図示されているが、Ｘ軸方向に相互離隔された複数の第２パターン部２０１ｂが具備されてもよい。第２パターン部２０１ｂそれぞれは、例えば、Ｙ軸方向に延長された形態を有することができる。第２パターン部２０１ｂそれぞれは、ラインパターンでもある。また、第２パターン部２０１ｂそれぞれは、開口部ｈ１０を介して、それに対応する第１パターン部２０１ａに連結されて第１パターン部２０１ａを相互連結するブリッジ構造を有することができる。複数の第１パターン部２０１ａ、及び複数の第２パターン部２０１ｂは、Ｙ軸方向に延長された「複数の第２電極２０１」を構成することができる。
図６Ｅを参照すれば、基板１１上に、複数の第２パターン部２０１ｂを覆う保護層２５１を形成することができる。保護層２５１は、所定絶縁物質から形成することができる。
段差調節層５１の複数のパターン層５は、タッチ領域Ｒ２２の複数の第１電極１０１と第２電極２０１との複数の交差部に対応する位置に選択的に具備されてもよい。タッチ領域Ｒ２２に形成された複数のパターン層５、すなわち、段差調節層５１により、タッチ領域Ｒ２２において、第１電極１０１と第２電極２０１との交差点において、それら間の距離（間隔）が増大することができる。従って、タッチ領域Ｒ２２において、第１電極１０１と第２電極２０１との交差点において、それら間の距離（間隔）は、指紋認識領域Ｒ１２において、第１電極１０１と第２電極２０１との交差点において、それら間の距離（間隔）よりも長くなる。また、タッチ領域Ｒ２２において、第１電極１０１と第２電極２０１との交差点において、それら間の相互静電容量は、指紋認識領域Ｒ１２において、第１電極１０１と第２電極２０１との交差点において、それら間の相互静電容量よりも小さい。
図７は、図６ＥのＡ領域の平面構造を例示的に示す平面図である。
図７を参照すれば、基板１１（図６Ｅ）上に、第１電極１０１及び第２電極２０１の第１パターン層２０１ａが設けられもする。第１電極１０１及び第１パターン層２０１ａを覆う絶縁層１５１（図６Ｅ）が形成されることができ、前記絶縁層に第１パターン部２０１ａの一部を露出させる開口部ｈ１０が形成されてもよい。それぞれの第１パターン部２０１ａに対応する１つの開口部ｈ１０が形成されてもよい。前記絶縁層上に、段差調節層５１（図６Ｅ）のパターン層５が具備されてもよい。パターン層５は、アイランドタイプでもある。前記絶縁層及びパターン層５上に、第２電極２０１の第２パターン層２０１ｂが具備されてもよい。第２パターン層２０１ｂは、開口部ｈ１０を介して、第１パターン層２０１ａにも電気的に連結される。開口部ｈ１０内に、導電体（プラグ）が具備されてもよい。段差調節層のパターン層５は、タッチ領域の第１電極１０１と第２電極２０１との交差部に対応する位置に選択的に具備されてもよい。
図８は、図７の変形例を示す平面図である。図８の実施形態は、図７において、開口部ｈ１０の個数及び位置が異なった場合である。
図８を参照すれば、複数の第１パターン部２０１ａそれぞれに対応し、２個の開口部ｈ１１が設けられもする。このとき、第１パターン部２０１ａそれぞれの中央部は、それに対応する２つの開口部ｈ１１の間に位置することができる。第１パターン部２０１ａそれぞれの中央部が、開口部ｈ１１の導電体（プラグ）で隠されないために、それと係わり、センシング特性がさらに向上することができる。
図４Ｅ及び図６Ｅの実施形態によるタッチ・指紋複合センサは、基板１０，１１の一側（上面側）に具備された２種の電極１００，２００または１０１，２０１を使用する２電極構造のセンサでもある。図４Ｅにおいては、基板１０の同一面（上面）上に、複数の第１電極１００、及び複数の第２電極２００が配置され、図６Ｅにおいては、基板１１の同一面（上面）上に、複数の第１電極１０１、及び複数の第２電極２０１が配置される。従って、３電極構造を使用するか、あるいは基板の背面にさらなる電極を形成する場合に比べ、本実施形態によるタッチ・指紋複合センサは、製造が容易であり、回路構成及び駆動方式において有利である。
また、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサは、フレキシブル（flexible）センサ及び／またはフォールダブル（foldable）センサでもある。基板１０，１１、段差調節層５０、絶縁層１５０，１５１などを有機物質から構成することができ、その場合、タッチ・指紋複合センサは、フレキシブルであったり、フォールダブルであったりするセンサにも製造される。従って、タッチ・指紋複合センサは、フレキシブル素子及びフォールダブル素子にも適用される。タッチ・指紋複合センサは、指紋認証が必要なフレキシブル／フォールダブル、モバイル／大面積タッチディスプレイに容易に適用される。しかし、本実施形態によるタッチ・指紋複合センサは、フレキシブルでなくともよい。
図９は、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造時、絶縁層形成にも適用されるスロット・ダイコーティング工程について例示的に説明するための図面である。
図９を参照すれば、スロット・ダイヘッド（slot-die head）７４に、有機物質を含むコーティング用溶液７６を供給しながら、基底部７０に固定された基板構造体７２上において、スロット・ダイヘッド７４を移動し、溶液７６を基板構造体７２上にコーティングすることができる。このとき、基板構造体７２とスロット・ダイヘッド７４は、所定間隔ほど垂直方向に離隔されもする。この間隔をダイ高（die height）という。
そのようなスロット・ダイコーティング方式を利用し、基板構造体７２上に、有機絶縁膜７８を形成することができ、有機絶縁膜７８に対するリフロー工程または平坦化工程をさらに遂行することができる。本実施形態によるタッチ・指紋複合センサの製造時、例えば、図４Ｃの絶縁層１５０を形成するのに、前述のスロット・ダイコーティング方式を適用することができる。
図１０は、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサにも適用される複数の第１電極、及び複数の第２電極の構成について説明するための平面図である。
図１０を参照すれば、タッチ・指紋複合センサは、第１方向、例えば、Ｘ軸方向に延長された複数の第１電極１００Ａを含み、第２方向、例えば、Ｙ軸方向に延長された複数の第２電極２００Ａを含んでもよい。第１電極１００Ａは、複数の菱形パターン部１、及びそれら間の連結部２を含んでもよい。それと類似し、第２電極２００Ａは、複数の菱形パターン部３、及びそれら間の連結部４を含んでもよい。第１電極１００Ａの連結部２に対応するように、第２電極２００Ａの連結部４が配置されてもよい。複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａとの間には、絶縁層が具備されてもよい。複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａとの間に、キャパシタンス、すなわち、相互静電容量が形成されてもよい。第１電極１００Ａ及び第２電極２００Ｂは、例えば、ＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＡＺＯ（aluminum doped zinc oxide）、ＧＺＯ（gallium zinc oxide）、ＡＧＺＯ（aluminum gallium zinc oxide）、ＧＩＺＯ（gallium indium zinc oxide）のような透明伝導性酸化物ＴＣＯ：transparent conductive oxide）によっても形成される。ここでは、複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａとが、いずれも菱形パターン部３と、それら間の連結部２，４とを有する場合を図示して説明したが、それは、例示的なものであり、電極１００Ａ，２００Ａの形態は多様にも変化される。複数の第１電極１００Ａと、複数の第２電極２００Ａは、菱形ではない多角形のパターン部を有することができ、電極１００Ａ，２００Ａのうち少なくとも一つは、ラインパターンでもある。
図１１は、他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサにも適用される複数の第１電極、及び複数の第２電極の構成について説明するための平面図である。
図１１を参照すれば、Ｘ軸方向に延長された複数の第１電極１００Ｂが具備され、それらと交差するように、Ｙ軸方向に延長された複数の第２電極２００Ａが具備されてもよい。複数の第１電極１００Ｂは、ラインパターンでもあり、複数の第２電極２００Ａは、複数の菱形パターン部３、及びそれら間の連結部４を含んでもよい。
複数の第１電極１００Ｂは、所定金属やその合金、または金属化合物によって形成することができる。第１電極１００Ｂは、例えば、数μｍほどの幅を有することができるために、金属で形成しても、肉眼ではほとんど透明に見える。場合により、第１電極１００Ｂは、透明な電極物質から形成することもできる。複数の第２電極２００Ａは、図１０の第２電極２００Ａと類似し、透明伝導性酸化物などによって形成することができる。
本実施形態においては、ラインパターンの第１電極１００Ｂにより、優秀な電気伝導性を確保することができ、菱形パターン部３を有する第２電極２００Ａにより、優秀な透明性を確保することができる。従って、優秀な電気伝導性、及び優秀な透明性をいずれも確保するのに有利である。
図１２は、他の実施形態によるタッチ・指紋複合センサにも適用される複数の第１電極、及び複数の第２電極の構成について説明するための平面図である。
図１２を参照すれば、Ｘ軸方向に延長された複数の第１電極１００Ｂが具備され、それらと交差するように、Ｙ軸方向に延長された複数の第２電極２００Ｂが具備されてもよい。複数の第１電極１００Ｂ及び第２電極２００Ｂは、いずれもラインパターンでもある。
図１３は一実施形態のタッチ・指紋複合センサについて説明するための平面図である。
図１３を参照すれば、Ｘ軸方向に延長された複数の第１電極１０３が配列され、それらと交差するようにＹ軸方向に延長された複数の第２電極２０３が配列されてもよい。複数の第１電極１０３は、等間隔に離隔された複数の第１タッチ電極１１３と、それらの間及びその両側に具備された複数の第１サブ電極１２３と、を含んでもよい。それと類似し、複数の第２電極２０３は、等間隔に離隔された複数の第２タッチ電極２１３と、それらの間及びその両側に具備された複数の第２サブ電極２２３と、を含んでもよい。参照番号Ｒ１３は、指紋認識領域を示す。
複数の第１タッチ電極１１３は、電気的にグループ化されず、独立して配置されてもよい。言い換えれば、複数の第１タッチ電極１１３は、その端部が、電気的／物理的に相互直接的に連結されないのである。それと類似し、複数の第２タッチ電極２１３は、電気的にグループ化されず、独立して配置されてもよい。言い換えれば、複数の第２タッチ電極２１３は、その端部が、電気的／物理的に相互直接的に連結されないのである。
図１４は、他の実施形態のタッチ・指紋複合センサについて説明するための平面図である。
図１４を参照すれば、Ｘ軸方向に延長された複数の第１電極１０４が配列され、それらと交差するように、Ｙ軸方向に延長された複数の第２電極２０４が配列されてもよい。複数の第１電極１０４は、複数の第１タッチ電極１１４、及び複数の第１サブ電極１２４を含んでもよい。それと類似し、複数の第２電極２０４は、複数の第２タッチ電極２１４、及び複数の第２サブ電極２２４を含んでもよい。参照番号Ｒ１４は、指紋認識領域を示す。
複数の第１タッチ電極１１４は、電気的にグループ化された複数の電極を含む単位グループＧ１が規則的に配列された構造を有することができる。各単位グループＧ１の第１タッチ電極は、相互隣接するように配置されてもよい。単位グループＧ１と、他の単位グループＧ１との間には、複数の第１サブ電極１２４が配置されてもよい。
複数の第２タッチ電極２１４は、電気的にグループ化された複数の電極を含む単位グループＧ２が規則的に配列された構造を有することができる。各単位グループＧ２の第２タッチ電極は、相互隣接するように配置されてもよい。単位グループＧ２と、他の単位グループＧ２との間には、複数の第２サブ電極２２４が配置されてもよい。
指紋認識領域Ｒ１４の第１電極１０４は、独立して駆動され、指紋認識領域Ｒ１４の第２電極２０４も、独立して駆動される。
図１５は、他の実施形態のタッチ・指紋複合センサについて説明するための平面図である。
図１５を参照すれば、複数の第１電極１０５は、実質的に等間隔に配置された複数の第１タッチ電極１１５、及び第１タッチ電極１１５の間及び／またはその両側に配置された複数の第１サブ電極１２５を含んでもよい。それと類似し、複数の第２電極２０５は、実質的に等間隔に配置された複数の第２タッチ電極２１５、及び第２タッチ電極２１５の間及び／またはその両側に配置された複数の第２サブ電極２２５を含んでもよい。
複数の第１タッチ電極１１５は、電気的に相互連結された第１単位グループＧ１０の電極を含み、第１単位グループＧ１０の電極間に、少なくとも１つの第１サブ電極１２５が配置されてもよい。言い換えれば、複数の第１タッチ電極１１５の一部は、所定単位で電気的にグループ化され、グループ化された第１タッチ電極１１５間に、少なくとも１つの第１サブ電極１２５が配置されてもよい。
複数の第２タッチ電極２１５は、電気的に相互連結された第２単位グループＧ２０の電極を含み、第２単位グループＧ２０の電極間に、少なくとも１つの第２サブ電極２２５が配置されてもよい。言い換えれば、複数の第２タッチ電極２１５の一部は、所定単位で電気的にグループ化され、グループ化された第２タッチ電極２１５間に、少なくとも１つの第２サブ電極２２５が配置されてもよい。
複数の第１タッチ電極１１５は、全体的に均一に配置され、複数の第２タッチ電極２１５も、全体的に均一に配置されてもよい。指紋認識領域Ｒ１５の第１電極１０５は、独立しても駆動され、指紋認識領域Ｒ１５の第２電極２０５も、独立しても駆動される。
指紋認識モードにおいて、複数の第１電極１０５において、指紋認識領域Ｒ１５に対応する第１電極１０５と、複数の第２電極２０５において、指紋認識領域Ｒ１５に対応する第２電極２０５とを選択的に活性化させ、残り第１電極及び残り第２電極には、固定バイアス電圧を印加することができる。指紋認識領域Ｒ１５において、電極パターン（すなわち、前述の第１電極及び第２電極）は、数十μｍほど、例えば、約２０～１２０μｍほどの間隔に配置されてもよい。
タッチ感知モードにおいて、タッチパッドの全体領域において、複数の第１タッチ電極１１５、及び複数の第２タッチ電極２１５を選択的に活性化させることができ、複数の第１サブ電極１２５、及び複数の第２サブ電極２２５には、固定バイアス電圧を印加することができる。該タッチ感知モードにおいて、複数の第１サブ電極１２５、及び複数の第２サブ電極２２５は、ダミー（dummy）電極としても使用される。複数の第１タッチ電極１１５は、例えば、約０．５～５ｍｍほどの間隔に配置され、複数の第２タッチ電極２１５も、例えば、約０．５～５ｍｍほどの間隔に配置されてもよい。複数の第１タッチ電極１１５は、伝送電極（transmit electrode）（Ｔｘ電極）であり、複数の第２タッチ電極２１５は、受信電極（receive electrode）（Ｒｘ電極）でもあり、その反対でもある。
指紋認識及びタッチ感知の基本的な方式は、図１３及び図１４の実施形態においても、同様である。また、第１電極１０５間の間隔、及び第２電極２０５間の間隔は、図１３及び図１４の実施形態においても、類似している。便宜上、図１５において、指紋認識領域Ｒ１５のＹ軸方向での両側それぞれに、第１単位グループＧ１０が一つずつ存在する場合を図示したが、実際は、さらに多数の第１単位グループが存在することができる。それと類似し、図１５において、指紋認識領域Ｒ１５のＸ軸方向での両側それぞれに、第２単位グループＧ２０が一つずつ存在する場合を図示したが、実際は、さらに多数の第２単位グループが存在することができる。それは、図１３及び図１４についても、類似している。
タッチ感知時、指紋認識領域を含んだタッチパネル全体において、第１タッチ電極及び第２タッチ電極をいずれも活性化させて使用することができる。このとき、指紋認識領域のタッチ電極において測定される静電容量は、指紋認識領域を除いたタッチ領域の電極で測定される静電容量よりも大きくなるが、それは、回路的に補正（補償）することができる。常時同一位置、すなわち、指紋認識領域において、出力値が大きくなることを事前に知っている場合、タッチの線形性（linearity）補正を、回路的に困難ではないように遂行することができる。すなわち、回路的に出力値を低くしたり、利得（gain）値を調節したりすることにより、指紋認識領域での出力値を、残りタッチ領域と同一に補正することができる。指紋認識領域のサイズが小さいために、前記補正のための回路（補正回路）を容易に構成することができる。
図１３ないし図１５を参照して説明した電極の配置構造は、図１０ないし図１２を参照して説明した多様な電極構成を有するタッチ・指紋複合センサにも適用される。一実施形態によれば、タッチ領域の交差部の２つの電極間の間隔を増大させることにより、約５インチ以上または約７インチ以上の面積を有するタッチ・指紋複合センサを容易に製造することができる。図１０のような透明電極構造を利用する場合、約５インチ以上のタッチ・指紋複合センサを製造することができ、図１１のようなハイブリッド（hybrid）電極構造を利用する場合、約７インチ以上のタッチ・指紋複合センサを製造することができる。しかし、それは、例示的なものであり、電極間の絶縁層の厚みや、電極の配置構造により、実現可能なタッチ・指紋複合センサの面積は、異なりもする。前記透明電極構造やハイブリッド電極構造を利用する場合、メタルメッシュ（metal mesh）電極構造を利用する場合より、透過度が高いオンスクリーンタッチ・指紋センサを具現することができる。
さらに、本実施形態によれば、段差調節層を使用することと係わり、接続（interconnection）用パッド部（pad portion）の高さを容易に調節することができる。すなわち、少なくとも１つの第１電極に連結された第１パッド部と、少なくとも１つの第２電極に連結された第２パッド部との形成において、段差調節層を使用することと係わり、前記第１パッド部と第２パッド部との高さを容易に調節することができる。従って、別途のキャッピング層（capping layer）を追加しないとしても、信頼性を確保することができるセンサの製造が可能である。
図１６は、一実施形態によるタッチ・指紋複合センサを適用した電子装置について説明するための分解斜視図である。
図１６を参照すれば、ディスプレイパネル１０００が具備され、ディスプレイパネル１０００上に、タッチ・指紋複合センサ２０００が配置されてもよい。ディスプレイパネル１０００は、例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）パネルでもあるが、それに限定されるものではなく、多様に変化されもする。ＯＬＥＤ（organic light emitting diode）パネルなど多様なディスプレイ素子が、パネル１０００にも適用される。
タッチ・指紋複合センサ２０００は、指紋認識領域Ｒ１を含んでもよい。タッチ・指紋複合センサ２０００から延長された連結部材（connector）２１００が具備されてもよい。連結部材２１００は、複数の配線を含んでもよい。連結部材２１００は、所定回路部（図示せず）にも連結される。前記回路部は、検出回路、及び前述の補正回路などを含んでもよい。タッチ・指紋複合センサ２０００は、複数の第１電極、及びそれらと交差する複数の第２電極を含んでもよい。前記複数の第１電極と、複数の第２電極との間に、相互静電容量が形成されてもよい。前記複数の第１電極と、複数の第２電極との間には、絶縁層が具備されてもよい。該絶縁層は、透明でもある。タッチ・指紋複合センサ２０００は、所定サブ基板上にも形成される。
タッチ・指紋複合センサ２０００上には、それを覆う透明膜３０００が具備されてもよい。透明膜３０００は、ガラス膜のような透明な絶縁物質によっても形成される。
多様な実施形態によるタッチ・指紋複合センサは、既存のタッチディスプレイを含む電子装置にいずれも適用することができる。前記タッチ・指紋複合センサは、オンスクリーン静電容量方式の素子として、指紋認識が可能なタッチスクリーン装置（fingerprint recognizable touch screen apparatus）にも適用される。例えば、前記タッチ・指紋複合センサは、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートウォッチ（smart watch）などのモバイル機器、及びウェアラブル（wearable）機器にも適用される。また、多様なフレキシブル機器及びフォールダブル機器にも適用される。また、家電製品、現金自動支払機（ＡＴＭ）、自動発券機、ナビゲーションなど多様な電子機器にも適用される。指紋認識を介した個人認証機能が要求されるモバイル機器、出入り統制機、金融機器などに多様な方式にも適用される。
前述の説明により、多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するとするより、具体的な実施形態の例示として解釈されなければならない。例えば、本発明が属する技術分野において当業者であるならば、図１ないし図１６を参照して説明したタッチ・指紋複合センサ、タッチ・指紋複合センサを含んだ電子装置、タッチ・指紋複合センサの製造方法及び動作方法は、多様に変形されるということを理解することができるであろう。例えば、別途の段差調節層なしにも、電極間距離（間隔）や電極間キャパシタンスを選択的に調節することができ、段差調節層を使用する場合、段差調節層の形態、パターン、位置、サイズ、厚みなどは、領域によって多様に変形されるということを理解することができるであろう。また、指紋認識領域ではないタッチ領域内においても、段差調節層のパターン、サイズなどを調節し、前記タッチ領域内の互いに異なる複数の領域において、電極間距離や電極間キャパシタンスを互いに異なるように調節することができるということを理解することができるであろう。それ以外にも多様な変形が可能である。従って、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決められるものである。
本発明の、タッチ・指紋複合センサ、及びそれを含む電子装置は、例えば、個人認証関連の技術分野に効果的に適用可能である。
５ 段差調節層のパターン層
１０，１１ 基板
５０，５１ 段差調節層
１００，１０１，１０３ 第１電極
１５０，１５１ 絶縁層
２００，２０１，２０３ 第２電極
２０１ａ 第１パターン部
２０１ｂ 第２パターン部
２５０，２５１ 保護層
１０００ ディスプレイパネル
２０００ タッチ・指紋複合センサ
２１００ 連結部材
３０００ 透明膜
Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２ 指紋認識領域
Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２ タッチ領域
Ｐ１０ タッチパネル

Claims (19)

  1. 指紋認識領域を含むタッチパッドを利用し、ユーザのタッチ及び指紋を感知するタッチ・指紋複合センサにおいて、
    基板上に、第１方向に並んで配置された複数の第１電極と、
    前記基板上に、前記複数の第１電極と交差する第２方向に並んで配置された複数の第２電極と、
    前記複数の第１電極と、前記複数の第２電極との絶縁層と、を含み、
    前記タッチパッドの前記指紋認識領域を除いたタッチ領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部でのそれらの距離は、前記指紋認識領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部でのそれらの距離より長く、
    前記タッチ・指紋複合センサは、段差調節層をさらに含み、前記段差調節層は、前記絶縁層と別個に具備されるか、あるいは前記絶縁層の一部に具備され、
    前記段差調節層の形態及び寸法により、前記複数の第１電極と、前記複数の第２電極との距離が、前記タッチパッドの領域によって異なるように調節され、
    前記段差調節層は、複数のビアホールが形成された層構造を有し、
    前記複数のビアホールは、前記タッチ領域の前記複数の第１電極と第２電極との複数の交差部に対応する位置に具備されたことを特徴とするタッチ・指紋複合センサ。
  2. 前記タッチ領域において、前記交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差は、前記タッチ領域において、前記交差部周辺の非交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差より大きいことを特徴とする請求項１に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  3. 前記タッチ領域の前記交差部周辺の非交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差は、前記指紋認識領域の前記交差部において、前記第１電極と前記第２電極との高さ差と実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  4. 前記タッチ領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量は、前記指紋認識領域において、前記第１電極と前記第２電極との交差部の相互静電容量より小さいことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサ。
  5. 前記複数のビアホールそれぞれは、１００μｍ以下の直径または幅を有することを特徴とする請求項１に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  6. 前記基板上に、前記段差調節層が具備され、
    前記基板及び前記段差調節層の上に、前記複数の第１電極が具備され、
    前記段差調節層、及び前記複数の第１電極を覆う前記絶縁層が具備され、
    前記絶縁層上に、前記複数の第２電極が具備されることを特徴とする請求項１に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  7. 前記段差調節層は、所定の厚さおよび形状を有する複数のアイランドパターン層を複数含み、
    前記複数のアイランドパターン層は、前記タッチ領域の前記複数の第１電極と第２電極との複数の交差部に対応する位置に具備されたことを特徴とする請求項１に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  8. 前記複数の第２電極は、前記複数の第１電極と同一の高さに具備された第１パターン部と、
    前記高さと異なる高さに具備された第２パターン部とをそれぞれ備え、前記第１パターン部と前記第２パターン部とは開口部を介して連結されたことを特徴とする請求項７に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  9. 前記基板上に、前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極の一部に該当する複数の第１パターン部が具備され、
    前記基板上に、前記複数の第１パターン部の一部を露出させる複数の開口部を有する前記絶縁層が具備され、
    前記指紋認識領域を除いた前記タッチ領域の前記絶縁層部分上に、複数のパターン層を含む前記段差調節層が具備され、
    前記絶縁層及び前記段差調節層の上に、前記複数の第２電極の他の一部に該当する複数の第２パターン部が具備され、
    前記第２パターン部それぞれは、前記第２方向に延長された形態を有し、前記開口部を介して、それに対応する前記第１パターン部に連結され、前記第１パターン部を相互連結するブリッジ構造を有することを特徴とする請求項７に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  10. 前記複数の第１パターン部それぞれに対応し、１つの前記開口部が設けられることを特徴とする請求項９に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  11. 前記複数の第１パターン部それぞれに対応し、２個の前記開口部が設けられ、
    前記第１パターン部それぞれの中央部は、前記２つの開口部の間に位置することを特徴とする請求項９に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  12. 前記絶縁層は、有機物質を含むことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサ。
  13. 前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極は、いずれも複数の菱形パターン部、及びそれら間の連結部を含むことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサ。
  14. 前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極のうち一つは、複数の菱形パターン部、及びそれら間の連結部を含み、他の一つは、複数の電極ラインを含むか、あるいは
    前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極は、いずれも複数の電極ラインを含むことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサ。
  15. 前記複数の第１電極は、複数の第１タッチ電極、及びそれらの間に配置された複数の第１サブ電極を含み、
    前記複数の第２電極は、複数の第２タッチ電極、及びそれらの間に配置された複数の第２サブ電極を含み、
    前記複数の第１タッチ電極、及び前記複数の第２タッチ電極は、それぞれ規則的に配列されたことを特徴とする請求項１～１４のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサ。
  16. 前記複数の第１タッチ電極は、電気的にグルーピングされた第１単位グループの電極を含み、
    前記複数の第２タッチ電極は、電気的にグルーピングされた第２単位グループの電極を含むことを特徴とする請求項１５に記載のタッチ・指紋複合センサ。
  17. 前記タッチパッドは、２電極構造を有することを特徴とする請求項１～１６のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサ。
  18. 前記基板の一面側に、前記複数の第１電極、及び前記複数の第２電極が配置されたことを特徴とする請求項１～１７のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサ。
  19. 請求項１～１８のいずれか１つに記載のタッチ・指紋複合センサを含む電子装置。
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