KR101396452B1

KR101396452B1 - 광학식 지문센서

Info

Publication number: KR101396452B1
Application number: KR1020130139980A
Authority: KR
Inventors: 유진형; 허지호; 박종범
Original assignee: 실리콘 디스플레이 (주)
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2014-05-20
Also published as: WO2015072821A1

Abstract

본 발명은 광학식 지문센서에 관한 것으로, 빛을 조사하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터의 빛이 조사되는 요철 표면층; 상기 백라이트 유닛과 상기 요철 표면층의 사이에 배치되며, 상기 백라이트 유닛으로부터 조사되어 상기 요철 표면층에 접촉하는 사용자의 지문에 반사되는 빛을 감지하는 포토 센서부;를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

광학식 지문센서{OPTICAL FINGERPRINT SENSOR}

본 발명의 실시예는 광학식 지문센서에 관한 것이다.

최근에는 지문센서에는 정전용량방식과 광학식이 널리 사용되고 있다.

일반적으로 정전용량방식의 지문센서는 전압 및 전류에 민감한 반도체소자를 이용하여 인체의 지문에 의한 정전기를 감지하여 지문을 인식한다.

이에 반해, 광학식 지문센서는 내구성이 좋은 장점을 지니고 있으며, 광원과 광학센서를 포함하는 구조로 구성되어 상기 광학센서가 광원으로부터 출사되는 빛을 감지함으로써 사용자의 지문을 감지하는 구성을 가지고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광학식 지문센서의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광학식 지문센서는 광원(110)과 광학센서(120)가 일정한 거리와 각도를 두고 배치되며, 상기 광원(120)으로부터의 빛(111)이 사용자의 지문(130)에 반사되면 광학센서(120)가 상기 지문(130)에 반사되는 빛(111)을 감지하여 지문(130)의 형태를 얻을 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 광학식 지문센서는 태양광 등의 외부광이 유입되어 광학센서(120)가 선명한 지문(130)의 이미지를 얻지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 태양광 등의 외부광이 요철 표면층 상의 요철 패턴에 난반사되어 광학식 지문센서 내로 유입되지 않도록 하여 보다 선명한 지문 이미지를 획득할 수 있도록 하고자 한다.

전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 광학식 지문센서는, 빛을 조사하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터의 빛이 조사되는 요철 표면층; 상기 백라이트 유닛과 상기 요철 표면층의 사이에 배치되며, 상기 백라이트 유닛으로부터 조사되어 상기 요철 표면층에 접촉하는 사용자의 지문에 반사되는 빛을 감지하는 포토 센서부;를 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철 표면층은 필름, 유리 및 플라스틱 재료로 구성되어, 표면에 요철이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철 표면층은 5 내지 200 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철 표면층은 기재층; 상기 기재층의 표면에 형성되는 요철 패턴;을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철 패턴은 0.1 내지 10 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철 표면층은 상기 포토 센서부 상에 점착 물질층에 의해 부착될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 점착 물질층은 투과율이 90 내지 100%로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛은 300nm 내지 900 nm의 파장의 빛을 조사할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛은 상기 광학식 지문센서의 하면 또는 측면에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 지문의 접촉을 감지하는 상기 포토 센서부의 신호를 데이터 라인으로 전달해주는 박막 트랜지스터;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 박막 트랜지스터는 코플라나, 스태거드, 인버티드 코플라나 및 인버티드 스태거드 구조의 박막 트랜지스터 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 박막 트랜지스터는 절연 기판; 상기 절연 기판 상에 형성되는 반도체 활성층; 상기 반도체 활성층 상에 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성되는 층간 절연막; 상기 게이트 절연막과 상기 층간 절연막에 형성되는 비아홀에 형성되는 소스 전극과 드레인 전극; 을 포함 하여 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 포토 센서부는 반도체층; 상기 반도체층 상에 형성되는 투명 전극; 상기 반도체층과 상기 투명 전극 상에 형성되는 보호층; 상기 보호층에 형성되는 비아홀에 형성되어 상기 투명 전극과 연결되는 바이어스 전극; 을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반도체층은 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극으로부터 연장된 전극 상에 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반도체 활성층은 저온 다결정 실리콘 반도체, 비정질 실리콘 반도체 및 산화물 반도체 중에서 어느 하로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 요철 표면층은 다수의 반구 패턴을 포함하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에 따르면 태양광 등의 외부광이 요철 표면층 상의 요철 패턴에 난반사되어 광학식 지문센서 내로 유입되지 않도록 하여 보다 선명한 지문 이미지를 획득할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광학식 지문센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 지문센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 지문센서의 동작 방법을 설명하기 위한 광학식 지문센서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 광학식 지문센서의 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 지문센서의 단면도이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 지문센서를 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 지문센서는, 백라이트 유닛(210), 포토 센서부(240), 요철 표면층(250)를 포함하고, 박막 트랜지스터(230)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

백라이트 유닛(210)은 빛을 상부로 조사한다.

상기 백라이트 유닛(210)은 광학식 지문센서의 하면에 배치되거나 또는 측면에 배치될 수 있으며, 300nm 내지 900 nm의 파장의 빛을 조사하도록 구성될 수 있다.

박막 트랜지스터(230)는 포토 센서부(240)에서 생성된 신호를 스위칭하며, 기판(220), 버퍼층(231), 반도체 활성층(232), 게이트 절연막(233), 게이트 전극(234), 층간 절연막(235), 소스 전극(236) 및 드레인 전극(237)을 포함하여 구성되어, 상기 백라이트 유닛(210)의 상부에 구성된다.

상기 박막 트랜지스터(230)는 코플라나, 스태거드, 인버티드 코플라나 및 인버티드 스태거드 박막 트랜지스터 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 박막 트랜지스터(230)의 기판(220)은 상기 백라이트 유닛(210) 상에 구성되고, 버퍼층(231)은 상기 기판(220) 상에 구성되며, 상기 버퍼층(231) 상에는 반도체 활성층(232)이 구성된다.

이때, 상기 기판(220)은 절연 기판, 유리 기판 및 금속 기판 중에서 어느 하나로 구성될 수 있으며, 상기 반도체 활성층(232)은 저온 다결성 실리콘 반도체, 비정질 실리콘 반도체 및 산화물 반도체 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.

또한, 상기 반도체 활성층(232) 상에는 게이트 절연막(233)이 구성되고, 상기 게이트 절연막(233) 상에는 게이트 전극(234)이 구성되며, 상기 게이트 전극(234) 상에는 층간 절연막(235)이 구성되며, 이때 상기 게이트 절연막(233)과 층간 절연막(235)에는 비아홀이 구성되어 상기 비아홀에 소스 전극(236) 및 드레인 전극(237)이 구성된다.

포토 센서부(240)는 상기 요철 표면층(250)의 하부에 배치된다.

즉, 포토 센서부(240)는 상기 백라이트 유닛(210)과 상기 요철 표면층(250)의 사이에 배치되며, 포토 센서부(240)는 상기 백라이트 유닛(210)으로부터 조사되어 상기 요철 표면층(250)에 접촉하는 사용자의 지문에 반사되는 빛을 감지한다.

상기 포토 센서부(240)는 포토 센서(242), 투명 전극(243), 보호층(244), 바이어스 전극(245), 제2 보호층(246)을 포함하여 구성된다.

보다 상세하게 설명하면, 포토 센서(242)는 상기 박막 트랜지스터(230)의 드레인 전극(237)으로부터 연장된 전극(241) 상에 구성되고, 투명 전극(243)은 상기 포토 센서(242) 상에 구성되며, 보호층(244)은 상기 투명 전극(243) 상에 구성되고, 바이어스 전극(245)은 상기 보호층(244)에 형성되는 비아홀에 구성되어 상기 투명 전극(243)과 연결되며, 제2 보호층(246)은 상기 보호층(244)과 바이어스 전극(245)의 상부에 구성된다.

이때, 상기 포토 센서(242)는 비정질 실리콘 포토 다이오드, 유기물 광센서 및 퀀텀닷 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다.

요철 표면층(250)은 제2 보호층(246) 상에 구성되며, 기재층(251) 및 상기 기재층(251)의 표면에 형성되는 요철 패턴(252)을 포함하여 구성되어, 표면에 요철이 형성될 수 있다.

상기 요철 표면층(250)은 필름, 유리 및 플라스틱 재료로 구성될 수 있다.

또한, 상기 요철 표면층(250)은 5 내지 200 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.

이때, 상기 요철 패턴(252)은 0.1 내지 10 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.

상기 요철 표면층(250)을 상기 포토 센서부(240)의 제2 보호층(246) 상에 부착시에는 점착 물질층(미도시)를 이용해 부착할 수 있으며, 이때 상기 점착 물질층은 투광율이 90 내지 100%인 물질을 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 지문센서의 동작 방법을 설명하기 위한 광학식 지문센서의 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 태양광 등의 외부광(400)은 상기 외부광이 요철 표면층(250) 상의 요철 패턴(252)에 난반사되어 광학식 지문센서 내로 유입되지 않는다.

즉, 상기 요철 표면층(250)의 표면이 상기 요철 표면층(250)에 접촉되는 사용자의 지문(300)에 의해 평면을 이루므로, 백라이트 유닛(210)으로부터 출사된 빛(211)은 사용자의 지문(300)에 반사되어 포토 센서부(240)로 유입되나, 외부광(400)은 광학식 지문센서의 포토 센서부(240)로 유입되지 않으므로 포토 센서부(240)의 포토 센서(242)가 선명한 지문 이미지를 획득할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 광학식 지문센서의 단면도이다.

도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 광학식 지문센서를 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 지문센서는, 백라이트 유닛(210), 포토 센서부(240), 요철 표면층(250)를 포함하고, 박막 트랜지스터(230)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

백라이트 유닛(210)은 빛을 상부로 조사한다.

포토 센서부(240)는 상기 백라이트 유닛(210)과 상기 요철 표면층(250)의 사이에 배치되며, 상기 백라이트 유닛(210)으로부터 조사되어 상기 요철 표면층(250)에 접촉하는 사용자의 지문에 반사되는 빛을 감지한다.

이때, 도 4의 실시예에서는 상기 요철 표면층(250)의 요철 패턴(252)이 다수의 반구 패턴을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 요철 표면층(250)의 요철 패턴(252)을 다수의 반구 패턴형으로 구성하는 경우에는 다양한 각도로 입사되는 외부광(400)을 보다 효과적으로 난반사 시킬 수 있다.

한편, 상기 요철 표면층(250)은 필름, 유리 및 플라스틱 재료로 구성될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

210: 백라이트 유닛
220: 기판
230: 박막 트랜지스터
231: 버퍼층
232: 반도체 활성층
233: 게이트 절연막
234: 게이트 전극
235: 층간 절연막
236: 소스 전극
237: 드레인 전극
240: 포토 센서부
241: 전극
242: 포토 센서
243: 투명 전극
244: 보호층
245: 바이어스 전극
246: 제2 보호층
250: 요철 표면층
300: 사용자 지문

Claims

빛을 조사하는 백라이트 유닛;
상기 백라이트 유닛으로부터의 빛이 조사되는 요철 표면층;
상기 백라이트 유닛과 상기 요철 표면층의 사이에 배치되며, 상기 백라이트 유닛으로부터 조사되어 상기 요철 표면층에 접촉하는 사용자의 지문에 반사되는 빛을 감지하는 포토 센서부;
를 포함하고,
상기 포토 센서부는,
반도체층;
상기 반도체층 상에 형성되는 투명 전극;
상기 반도체층과 상기 투명 전극 상에 형성되는 보호층;
상기 보호층에 형성되는 비아홀에 형성되어 상기 투명 전극과 연결되는 바이어스 전극;
을 포함하는 광학식 지문센서.
청구항 1에 있어서,
상기 요철 표면층은,
필름, 유리 및 플라스틱 재료로 구성되어, 표면에 요철이 형성되는 광학식 지문센서.
청구항 1에 있어서,
상기 요철 표면층은,
5 내지 200 ㎛의 두께로 형성되는 광학식 지문센서.
청구항 1에 있어서,
상기 요철 표면층은,
기재층;
상기 기재층의 표면에 형성되는 요철 패턴;
을 포함하는 광학식 지문센서.
청구항 4에 있어서,
상기 요철 패턴은,
0.1 내지 10 ㎛의 두께로 형성되는 광학식 지문센서.
청구항 4에 있어서,
상기 요철 표면층은,
상기 포토 센서부 상에 점착 물질층에 의해 부착되는 광학식 지문센서.
청구항 6에 있어서,
상기 점착 물질층은,
투과율이 90 내지 100%의 투과율인 광학식 지문센서.
청구항 1에 있어서,
상기 백라이트 유닛은,
300nm 내지 900 nm의 파장의 빛을 조사하는 광학식 지문센서.
청구항 1에 있어서,
상기 백라이트 유닛은,
상기 광학식 지문센서의 하면 또는 측면에 배치되는 광학식 지문센서.
청구항 1에 있어서,
상기 지문의 접촉을 감지하는 상기 포토 센서부의 신호를 데이터 라인으로 전달해주는 박막 트랜지스터;
를 더 포함하는 광학식 지문센서.
청구항 10에 있어서,
상기 박막 트랜지스터는,
코플라나, 스태거드, 인버티드 코플라나 및 인버티드 스태거드 구조의 박막 트랜지스터 중에서 어느 하나로 구성되는 광학식 지문센서.
청구항 10에 있어서,
상기 박막 트랜지스터는,
절연 기판;
상기 절연 기판 상에 형성되는 반도체 활성층;
상기 반도체 활성층 상에 형성되는 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 형성되는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성되는 층간 절연막;
상기 게이트 절연막과 상기 층간 절연막에 형성되는 비아홀에 형성되는 소스 전극과 드레인 전극;
을 포함하는 광학식 지문센서.
삭제
청구항 12에 있어서,
상기 반도체층은,
상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극으로부터 연장된 전극 상에 형성되는 광학식 지문센서.
청구항 12에 있어서,
상기 반도체 활성층은,
저온 다결정 실리콘 반도체, 비정질 실리콘 반도체 및 산화물 반도체 중에서 어느 하로 형성되는 광학식 지문센서.
청구항 4에 있어서,
상기 요철 표면층은,
다수의 반구 패턴을 포함하는 광학식 지문센서.