KR101863818B1 - Transparent electrode structure using for finger print sensor and finger print sensor having the same - Google Patents

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박장웅
안현석
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울산과학기술원
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Abstract

The present invention provides a transparent electrode structure for a fingerprint sensor with high transmittance and high electric conductivity. According to one embodiment of the present invention, the transparent electrode structure for a fingerprint sensor comprises a first electrode including a plurality of first conductive lines extended in a first direction; a second electrode including a plurality of second conductive lines extended in a second direction forming a predetermined angle with the first direction; and a dielectric layer disposed between the first and second electrodes to electrically insulate the same. The first conductive lines of the first electrode have a width of greater than zero but not greater than 150 μm, an interval of not less than 2 μm but not greater than 50 μm, a transmittance of not less than 70% but less than 100% with respect to a light of 550 nm, a surface resistance of greater than zero but not greater than 20 Ω/□, and a capacitance of not less than 10fF but not greater than 500fF; and exhibit a capacitance decrease of not less than 0.01% but not greater than 50% upon a contact of a fingerprint.

Description

지문 센서용 투명 전극 구조체 및 이를 포함하는 지문 센서{Transparent electrode structure using for finger print sensor and finger print sensor having the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a transparent electrode structure for a fingerprint sensor and a fingerprint sensor including the transparent electrode structure,

본 발명의 기술적 사상은 지문 센서용 투명 전극 구조체 및 이를 포함하는 지문 센서에 관한 것이다.Technical aspects of the present invention relate to a transparent electrode structure for a fingerprint sensor and a fingerprint sensor including the transparent electrode structure.

최근의 모바일 기기들은 화면 대형화의 추세를 보이고 있고, 이에 따라 홈 버튼과 같은 물리적 버튼을 최소화하거나 또는 제거하는 방식으로 발전되고 있다. 이러한 물리적 버튼의 제거 경향에 따라 디스플레이에 일체화된 버튼의 개발이 가속되고 있다. 또한, 지문을 이용한 버튼이 등장하고 있는 경향에 따라 디스플레이와 일체화된 지문센서의 개발이 요구되고 있다.Recent mobile devices are showing a tendency to enlarge the screen size, and accordingly, they are being developed to minimize or eliminate physical buttons such as a home button. With the tendency of such physical buttons to be removed, the development of integrated buttons in the display is accelerating. In addition, development of a fingerprint sensor integrated with a display has been demanded due to the tendency that a button using a fingerprint appears.

지문센서는 일반적으로 캐패시턴스 방식을 채용하고 있으며, 크게 단위 셀 구동방식과 매트릭스 구동 방식으로 구분될 수 있다. 단위 셀 구동방식은 지문을 인식하는 센서를 개별적으로 구동하는 복수의 단위 셀들로 구성하는 것으로서, 인듐 주석 산화물이나 실리콘 등 다양한 물질을 사용할 수 있고, 노이즈가 작은 장점이 있으나, 공정이 복잡하고 많은 층들을 포함하게 되므로 투명성이 저하되는 단점이 있으므로 투명 전극으로서 적용에 한계가 있다.The fingerprint sensor generally employs a capacitance method, and can be roughly divided into a unit cell driving method and a matrix driving method. The unit cell driving method is composed of a plurality of unit cells that individually drive a sensor for recognizing a fingerprint, and can use various materials such as indium tin oxide and silicon, and has a small noise. However, There is a disadvantage in that the transparency is lowered. Therefore, application as a transparent electrode is limited.

매트릭스 구동 방식은 x축으로 연장되는 상부 전극과 y축으로 연장되는 하부 전극을 이격 교차시켜 라인-바이-라인(line-by-line) 형상으로 구성하는 것으로서, 소자 구조가 단순하고 상부 전극 및 하부 전극 만으로 소자 제작이 가능하여 투과도가 높은 장점이 있는 반면, 노이즈가 큰 단점이 있어 10 kHz 이상의 고주파수 구동이 요구된다. 투명 전극에 많이 사용되는 인듐 주석 산화물은 저항값이 높아 10 kHz 이상의 고주파수 대역에서는 구동이 어려운 한계가 있다. 또한, 인듐 주석 산화물은 유연성이 부적하여 신축성 디스플레이에 적용되기 어려운 한계가 있다. 따라서, 지문 센서를 위하여 높은 투과도 및 높은 전기 전도도를 가지는 투명 전극이 요구된다.In the matrix driving method, an upper electrode extending in the x-axis and a lower electrode extending in the y-axis are alternately arranged in a line-by-line shape, and the device structure is simple, It is possible to fabricate a device with only an electrode, which has a high transmittance. On the other hand, high frequency operation of 10 kHz or more is required because of a disadvantage that noise is large. Indium tin oxide, which is often used for transparent electrodes, has a high resistance, which makes it difficult to drive in a high frequency band of 10 kHz or more. In addition, indium tin oxide has a limitation in that it is difficult to apply to a flexible display due to poor flexibility. Therefore, a transparent electrode having high transmittance and high electrical conductivity is required for a fingerprint sensor.

한국등록실용신안 제20-0392690호Korean Registered Utility Model No. 20-0392690

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 투과도 및 높은 전기 전도도를 가지는 지문 센서용 투명 전극 구조체를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a transparent electrode structure for a fingerprint sensor having high transmittance and high electrical conductivity.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 높은 투과도 및 높은 전기 전도도를 가지는 지문 센서용 투명 전극 구조체를 포함하는 지문센서를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a fingerprint sensor including a transparent electrode structure for a fingerprint sensor having high transmittance and high electrical conductivity.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체는, 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 도전 라인들을 포함하는 제1 전극; 상기 제1 방향에 대하여 일정한 각도를 가지는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 도전 라인들을 포함하는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치여 전기적으로 절연하는 유전층;을 포함하고, 상기 제1 전극의 상기 제1 도전 라인들은 0 ㎛ 초과 내지 150 ㎛ 이하 범위의 폭을 가지고, 2 ㎛ 이상 내지 50 ㎛ 이하 범위의 간격을 가지고, 550 nm의 광에 대하여 70% 이상 내지 100 % 미만 범위의 투과도를 가지고, 0 Ω/□ 초과 내지 20 Ω/□ 이하 범위의 면저항을 가지고, 10 fF 이상 내지 500 μF 이하 범위의 캐패시턴스를 가지고, 지문 접촉 시 상기 캐패시턴스가 0.01% 이상 내지 50% 이하 범위의 감소를 나타낸다.According to an aspect of the present invention, there is provided a transparent electrode structure for a fingerprint sensor, including: a first electrode including a plurality of first conductive lines extending in a first direction; A second electrode including a plurality of second conductive lines extending in a second direction having an angle with respect to the first direction; Wherein the first conductive lines of the first electrode have a width in the range of more than 0 탆 and not more than 150 탆 and have a width of not less than 2 탆 Having a transmittance in a range of 70% or more to less than 100% with respect to light of 550 nm and a sheet resistance in a range of 0? /? To 20? /? 500 F or less, and the capacitance exhibits a reduction in the range of 0.01% or more to 50% or less when the fingerprint is contacted.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 전극의 상기 제2 도전 라인들은 0 ㎛ 초과 내지 150 ㎛ 이하 범위의 폭을 가지고, 2 ㎛ 이상 내지 50 ㎛ 이하 범위의 간격을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the second conductive lines of the second electrode have a width in the range of more than 0 탆 and not more than 150 탆, and may have an interval in the range of not less than 2 탆 and not more than 50 탆.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차되어 구성되는 단위 셀은 각각 10 fF 이상 내지 500 μF 이하의 범위의 캐패시턴스를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the unit cells formed by crossing the first electrode and the second electrode may have capacitances in the range of 10 fF or more and 500 F or less, respectively.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 유전층은 10 nm 이상 내지 50 ㎛ 이하의 범위의 두께를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the dielectric layer may have a thickness in the range of 10 nm or more to 50 μm or less.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 유전층은 2 이상 내지 15 이하의 범위의 유전 상수를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the dielectric layer may have a dielectric constant ranging from 2 to 15 or less.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극 상에 배치된 덮개층을 더 포함하고, 상기 덮개층은 4 이상 내지 15 이하의 범위의 유전 상수를 가지고, 70% 이상 내지 100% 미만의 투과도를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the cover layer further comprises a cover layer disposed on the first electrode, wherein the cover layer has a dielectric constant in the range of 4 or more and 15 or less, and 70% or more to less than 100% It can have transparency.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극 또는 제2 전극은 제1 직경을 가지는 제1 나노 구조체와 상기 제1 직경에 비하여 작은 제2 직경을 가지는 제2 나노 구조체가 서로 결합하여 형성한 하이브리드 구조체를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first electrode or the second electrode is formed by bonding a first nanostructure having a first diameter and a second nanostructure having a second diameter smaller than the first diameter to each other A hybrid structure may be included.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 나노 구조체는, 100 nm 이상 내지 10 ㎛ 이하의 범위의 상기 제1 직경을 가질 수 있고, 상기 제2 나노 구조체는, 10 nm 이상 내지 100 nm 이하의 범위의 상기 제2 직경을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first nanostructure may have the first diameter in a range of 100 nm or more and 10 m or less, and the second nanostructure may have a diameter of 10 nm or more and 100 nm or less Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI >

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 나노 구조체는 주 전도 경로를 형성하고, 상기 제2 나노 구조체는 상기 제1 나노 구조체가 이루는 빈 공간에 배치되어 상기 제1 나노 구조체를 전기적으로 연결시켜 보조 전도 경로를 제공할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first nanostructure forms a main conduction path, and the second nanostructure is disposed in an empty space formed by the first nanostructure to electrically connect the first nanostructure To provide an auxiliary conduction path.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 나노 구조체의 전도 경로가 단락되는 경우에, 상기 제2 나노 구조체에 의하여 전도 경로를 제공할 수 있다.In some embodiments of the present invention, when the conduction path of the first nanostructure is short-circuited, the second nanostructure may provide a conduction path.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 나노 구조체와 상기 제2 나노 구조체의 비율은 10:90 내지 90:10의 범위를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the ratio of the first nanostructure to the second nanostructure may range from 10:90 to 90:10.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 지문 센서는 상술한 지문 센서용 투명 전극 구조체를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fingerprint sensor including a transparent electrode structure for a fingerprint sensor.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 10 kHz 이상 내지 1 MHZ 이하 범위의 구동 주파수를 가질 수 있다.In some embodiments of the invention, it may have a driving frequency in the range of 10 kHz to 1 MHZ.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 지문의 리지와 밸리에 따른 캐패시턴스 변화가 0.01% 이상 내지 50% 이하 범위를 가질 수 있다.In some embodiments of the invention, the ridge and valley capacitance variation of the fingerprint can range from greater than 0.01% to less than 50%.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 1 V 이상 내지 100 V 이하 범위의 구동 전압을 가질 수 있다.In some embodiments of the invention, it may have a drive voltage in the range of 1 V to 100 V or less.

본 발명의 기술적 사상에 따른 지문 센서는 선형의 제1 전극과 선형의 제2 전극이 서로 교차하는 매트릭스 방식으로 구성된 지문 센서용 투명 전극 구조체를 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극은 각각 서로 다른 직경의 제1 나노 구조체와 제2 나노 구조체로 구성된다. 상기 제1 나노 구조체는 주 전도 경로를 형성하고, 상기 제2 나노 구조체는 상기 제1 나노 구조체가 이루는 빈 공간에 배치되어 상기 제1 나노 구조체를 전기적으로 연결시켜 보조 전도 경로를 제공함에 따라, 종래의 메쉬 구조의 전극의 단락 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 균일하고 향상된 전기적 특성을 제공할 수 있다.The fingerprint sensor according to the technical idea of the present invention includes a transparent electrode structure for a fingerprint sensor in which a linear first electrode and a linear second electrode intersect each other in a matrix manner and the first electrode and the second electrode are connected to each other And is composed of a first nanostructure and a second nanostructure of different diameters. The first nanostructure forms a main conduction path and the second nanostructure is disposed in an empty space formed by the first nanostructure to electrically connect the first nanostructure to provide an auxiliary conduction path, It is possible to prevent a short-circuiting phenomenon of the electrode of the mesh structure of the electrode assembly, thereby providing uniform and improved electrical characteristics.

또한, 상기 지문 센서는 매트릭스 형상에 따른 노이즈 감소를 위한 고주파 범위에서 사용제한에 대하여 프린징 캐패시턴스를 향상시킴에 따라 지문 감지의 민감도를 형성할 수 있다.In addition, the fingerprint sensor improves the fringing capacitance with respect to the use restriction in the high frequency range for noise reduction according to the shape of the matrix, and thus, the sensitivity of the fingerprint sensing can be formed.

또한, 상기 지문 센서는 나노 구조체를 이용함에 따라 종래의 인듐 주석 산화물이 제공하기 어려운 유연성을 가질 수 있으므로, 다양한 모바일 기기에 보안방식으로써 사용이 가능하여 웨어러블 전자기기등에 적용될 수 있다.In addition, since the fingerprint sensor uses a nanostructure, the conventional indium tin oxide can have flexibility that is difficult to provide. Therefore, the fingerprint sensor can be used as a security method for various mobile devices and can be applied to wearable electronic devices and the like.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서에서 감지되는 인체의 지문을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서의 구동방법을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체에 대한 지문 접촉 시의 캐패시턴스 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체에 포함된 전극을 형성하는 방식을 설명하는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 전기 방사(electro-spinning) 시간에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 전기 방사 시간에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 사진이다.
도 11은 도 10의 지문 센서를 이용하여 측정한 지문 접촉 시의 캐패시턴스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서에 대하여 지문 접촉 시의 캐패시턴스 변화를 지문 센서의 전체 면적에 대하여 도시한다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서의 덮개층의 두께에 따른 캐패시턴스의 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic view showing a fingerprint of a human body detected by a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a method of driving a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating a change in capacitance of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an exemplary embodiment of the present invention when the fingerprint is contacted.
6 is a schematic view illustrating a method of forming an electrode included in a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a scanning electron micrograph of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a change in sheet resistance according to an electro-spinning time of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a change in transmittance according to an electrospinning time of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
10 is a photograph showing a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the change in capacitance at the time of fingerprint contact measured using the fingerprint sensor of FIG.
FIG. 12 is a graph showing a change in capacitance at the time of fingerprint contact with respect to the fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention with respect to the total area of the fingerprint sensor.
FIG. 13 is a graph showing a change in capacitance according to a thickness of a cover layer of a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals denote the same elements. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서에서 감지되는 인체의 지문을 도시하는 개략도이다.1 is a schematic view showing a fingerprint of a human body detected by a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 인체의 지문은 사람마다 다른 독창적인 지문 패턴을 가지고 있으나, 그 형상에 따라 분류하면, 아치형(arch), 소용돌이형(whorl), 단일 루프형(simple loop) 및 이중 루프형(double loops)으로 분류될 수 있다. 이러한 지문들은 돌출된 부분인 리지(ridge, 1)와 함몰된 부분인 밸리(valley, 2)로 구성되어 상기 지문 패턴을 형성한다. 일반적으로, 리지(1)는 100 ㎛ 이상 내지 400 ㎛ 이하 범위의 폭을 가지고, 밸리(2)는 60 ㎛ 이상 내지 220 ㎛ 이하 범위의 폭을 가진다. 밸리(2)의 폭의 평균은 약 109 ㎛이다.Referring to FIG. 1, fingerprints of the human body have unique fingerprint patterns that vary from person to person. However, the fingerprints can be divided into arches, whorls, simple loops, and double-looped (double loops). These fingerprints are formed by a ridge 1, which is a protruding part, and a valley 2, which is a part depressed to form the fingerprint pattern. Generally, the ridge 1 has a width in the range of not less than 100 μm and not more than 400 μm, and the valley 2 has a width in the range of not less than 60 μm and not more than 220 μm. The average of the width of the valley 2 is about 109 탆.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서의 구동방법을 도시하는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a method of driving a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 지문의 리지(1)가 지문 센서의 전극(3)에 접촉하거나 또는 전극(3) 상에 위치한 보호막(4)에 접촉하면, 지문의 밸리(2)와 전극(3) 사이에 공간이 생기게 되고 이러한 공간은 캐패시터(5)의 기능을 수행하게 된다. 따라서, 캐패시터(5)에 의하여 반응 신호를 생성하며, 즉, 캐패시터(5)가 생성된 영역이 반응 신호 발생 영역이 된다. 구체적으로, 지문센서로부터의 리지(1)와 밸리(2)의 거리차로부터 야기되는 캐패시턴스 차이를 이용하여 리지(1)와 밸리(2)를 감지하게 된다.2, when the ridge 1 of the fingerprint comes into contact with the electrode 3 of the fingerprint sensor or comes into contact with the protective film 4 located on the electrode 3, the valley 2 of the fingerprint and the electrode 3, A space is formed between the electrodes 5 and 6 and the space 5 functions as the capacitor 5. Therefore, the reaction signal is generated by the capacitor 5, that is, the region where the capacitor 5 is generated becomes the reaction signal generation region. Specifically, the ridge 1 and the valley 2 are sensed using the difference in capacitance caused by the difference in distance between the ridge 1 and the valley 2 from the fingerprint sensor.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)의 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)의 단면도이다.3 is a plan view of a transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of a transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 및 유전층(130)을 포함한다. 또한, 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는 제1 전극(110) 상에 위치한 덮개층(140)을 더 포함할 수 있다. 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는 그 용도가 지문 센서에 한정되는 것이 아니고 다양한 분야에 적용될 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor includes a first electrode 110, a second electrode 120, and a dielectric layer 130. In addition, the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor may further include a cover layer 140 positioned on the first electrode 110. The use of the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor is not limited to a fingerprint sensor and can be applied to various fields.

제1 전극(110)은 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 도전 라인들(111, 112)을 포함한다. 제2 전극(120)은 상기 제1 방향에 대하여 일정한 각도를 가지는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 도전 라인들(121, 122)을 포함한다. 상기 일정한 각도는 0도 초과 내지 90도 이하일 수 있고, 예를 들어 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은 서로 수직일 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은 매트릭스 형상을 형성할 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(120)이 교차되어 구성되는 적색 원형 영역에서는 단위 셀(190)이 형성된다.The first electrode 110 includes a plurality of first conductive lines 111 and 112 extending in a first direction. The second electrode 120 includes a plurality of second conductive lines 121 and 122 extending in a second direction having an angle with respect to the first direction. The predetermined angle may be more than 0 degrees and less than 90 degrees, for example, the first electrode 110 and the second electrode 120 may be perpendicular to each other. The first electrode 110 and the second electrode 120 may form a matrix. A unit cell 190 is formed in a red circular region formed by intersecting the first electrode 110 and the second electrode 120.

제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 중 적어도 어느 하나는 하기와 같은 치수를 만족하여야 한다. 지문의 리지와 밸리의 주기가 최대 150 ㎛ 수준이므로, 제1 전극(110)의 제1 도전 라인들(111, 112)의 폭(W)은 0 ㎛ 초과 내지 150 ㎛ 이하 범위를 가질 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전극(120)의 제2 도전 라인들(121, 122)은 0 ㎛ 초과 내지 150 ㎛ 이하 범위의 폭을 가질 수 있다. 지문의 리지와 밸리 사이의 평균 주기에 따라 제1 전극(110)의 제1 도전 라인들(111, 112) 사이의 간격(S)이 정해질 수 있고, 이에 따라 제1 도전 라인들(111, 112) 사이의 간격(S)은 2 ㎛ 이상 내지 50 ㎛ 이하 범위일 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전극(120)의 제2 도전 라인들(121, 122) 사이의 간격은 2 ㎛ 이상 내지 50 ㎛ 이하 범위일 수 있다. 제1 전극(110)은 상대적으로 상측에 배치될 수 있으므로 상측 전극으로 지칭될 수 있고, 제2 전극(120)은 상대적으로 하측에 배치될 수 있으므로 하측 전극으로 지칭될 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(120)을 구성하는 물질은 하기에 상세하게 설명하기로 한다.At least one of the first electrode 110 and the second electrode 120 should satisfy the following dimensions. The width W of the first conductive lines 111 and 112 of the first electrode 110 may range from more than 0 μm to less than 150 μm since the period of the ridge and valley of the fingerprint is at most 150 μm. Similarly, the second conductive lines 121, 122 of the second electrode 120 may have a width in the range of more than 0 탆 and not more than 150 탆. The interval S between the first conductive lines 111 and 112 of the first electrode 110 can be determined according to the average period between the ridges and the valleys of the fingerprint, 112 may range from 2 탆 or more to 50 탆 or less. Similarly, the distance between the second conductive lines 121 and 122 of the second electrode 120 may range from 2 탆 or more to 50 탆 or less. The first electrode 110 may be referred to as an upper electrode because the first electrode 110 may be disposed on the upper side and the lower electrode may be disposed on the lower side. The materials constituting the first electrode 110 and the second electrode 120 will be described in detail below.

유전층(130)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하고, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)을 전기적으로 절연할 수 있다. 유전층(130)은 광을 통과시키는 투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 유전층(130)은 원하는 파장의 광을 선별적으로 통과시키는 물질을 포함할 수 있다. 유전층(130)은 예를 들어 유리, 석영, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물, 또는 폴리머를 포함할 수 있고, 예를 들어, SU-8과 같은 에폭시계 포토레지스트, 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA), 또는 폴리디메틸실록산(PDMS) 등을 포함할 수 있다.The dielectric layer 130 may be disposed between the first electrode 110 and the second electrode 120 to electrically isolate the first electrode 110 and the second electrode 120 from each other. The dielectric layer 130 may comprise a transparent material that transmits light. In addition, the dielectric layer 130 may comprise a material that selectively passes light of a desired wavelength. The dielectric layer 130 may include, for example, glass, quartz, silicon oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, or a polymer, and may include, for example, an epoxy-based photoresist such as SU-8, polyvinyl alcohol PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyimide, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), or polydimethyl Siloxane (PDMS), and the like.

덮개층(140)은 제1 전극(110) 상에 위치하여, 제1 전극(110)을 지문 접촉이나 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 덮개층(140)은 광을 통과시키는 투명한 물질을 포함할 수 있고, 유전층(130)에 적용되는 물질과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.The cover layer 140 may be disposed on the first electrode 110 to protect the first electrode 110 from fingerprint contact or external environment. The cover layer 140 may comprise a transparent material that transmits light and may include a material that is substantially the same as the material applied to the dielectric layer 130.

지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는 광에 대하여 일정 수준 이상의, 예를 들어 60% 이상 내지 100 % 미만 범위의 투과도를 가질 수 있고, 예를 들어 550 nm의 광에 대하여 70% 이상 내지 100 % 미만 범위의 투과도를 가질 수 있다. 이러한 투과도는 디스플레이에 통합된 지문 센서를 구현할 수 있다.The transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor may have a transmittance in a range of more than a predetermined level, for example, 60% or more and less than 100% with respect to light. For example, the transmittance may be 70% Lt; RTI ID = 0.0 > transmissivity. ≪ / RTI > This transparency can implement a fingerprint sensor integrated into the display.

또한, 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는, 예를 들어 0 Ω/□ 초과 내지 20 Ω/□ 이하 범위의 면저항을 가질 수 있고, 예를 들어 0 Ω/□ 초과 내지 10 Ω/□ 이하 범위의 면저항을 가질 수 있다. 여기에서 "□"는 "square"를 의미한다. 이러한 범위의 면저항은 고해상도 패턴에서 교류 구동을 가능하게 한다.The transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor may have a sheet resistance of, for example, in the range of more than 0 Ω / □ and 20 Ω / □ or less, for example, in a range of more than 0 Ω / □ to 10 Ω / Lt; / RTI > Here, "□" means "square". This range of sheet resistance allows AC drive in high resolution patterns.

이하에서는, 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)에 의하여 발생하는 캐패시턴스 변화에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a capacitance change caused by the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor will be described in detail.

지문 센서용 투명 전극 구조체(100)와 같은 박막 캐패시터 어레이의 경우에는 하기와 같은 두 가지 종류의 캐패시턴스를 고려하여야 하며, 이는 병렬 캐패시턴스(Parallel capacitance)와 프린징 캐패시턴스(fringing capacitance)이다. 상기 병렬 캐패시턴스는 전극이 교차하는 영역(도 3의 190)의 캐패시턴스이고, 상기 프린징 캐패시턴스는 전극의 에지(edge)와 에지 사이의 캐패시턴스이다. 따라서, 전체 캐패시턴스는 하기의 식과 같이 상기 병렬 캐패시턴스와 상기 프린징 캐패시턴스의 합으로 나타난다. In the case of a thin film capacitor array such as the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor, the following two kinds of capacitances should be taken into account, namely, a parallel capacitance and a fringing capacitance. The parallel capacitance is the capacitance of the region where the electrodes cross (190 in FIG. 3), and the fringing capacitance is the capacitance between the edge and the edge of the electrode. Therefore, the total capacitance is expressed by the sum of the parallel capacitance and the fringing capacitance as expressed by the following equation.

Figure 112017047318623-pat00001
Figure 112017047318623-pat00001

(여기에서, ε는 전극 사이 공간의 유전율, w는 전극의 폭, l은 전극의 길이, d는 상측 전극과 하측 전극 사이의 거리, h는 전극의 두께임)W is the width of the electrode, l is the length of the electrode, d is the distance between the upper electrode and the lower electrode, and h is the thickness of the electrode)

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)에 대한 지문 접촉 시의 캐패시턴스 변화를 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph for explaining a change in capacitance at the time of fingerprint contact with the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 지문 센서용 투명 전극 구조체에 지문 접촉시 캐패시턴스가 감소되는 변화를 나타낸다. 지문의 리지(ridge) 또는 밸리(valley)가 접촉되는 경우 캐패시턴스의 감소가 나타나며, 그 감소 정도는 0.01% 이상 내지 50 % 이하의 범위일 수 있다. 도 5에서는 리지가 접촉되는 경우 캐패시턴스의 저하가 밸리 접촉시에 비하여 큰 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며 밸리가 접촉되는 경우의 캐패시턴스 저하가 더 큰 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.Referring to FIG. 5, the capacitance of the transparent electrode structure for the fingerprint sensor decreases when the fingerprint is contacted. When a ridge or valley of the fingerprint is brought into contact, a decrease in capacitance appears, and the degree of decrease may range from 0.01% or more to 50% or less. 5, the lowering of the capacitance when the ridge is contacted is shown to be larger than that when the contact is made to the valley, but this is merely an example, and the case where the capacitance is lowered when the valley is contacted is also included in the technical idea of the present invention.

다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는 하기와 같은 특성을 가질 수 있다.Referring again to FIG. 3, the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor according to the technical idea of the present invention may have the following characteristics.

지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는, 예를 들어 10 fF 이상 내지 500 μF 이하 범위의 수치의 전체 캐패시턴스를 가질 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(120)이 교차되어 구성되는 단위 셀(190)은 각각, 예를 들어 10 fF 이상 내지 500 μF 이하의 범위의 캐패시턴스를 가질 수 있다. 상기 캐패시턴스의 수치가 상기 범위에 비하여 큰 경우에는 고주파 구동이 어려울 수 있다. 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)는 지문 접촉 시 상기 캐패시턴스가 0.01% 이상 내지 50% 이하 범위의 감소를 나타낼 수 있다. 이 때, 상기 감소의 범위는 시간 등에 따른 평균값일 수도 있다.The transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor may have a total capacitance of, for example, a value in the range of 10 fF or more and 500 F or less. The unit cells 190 formed by crossing the first electrode 110 and the second electrode 120 may have capacitances ranging from 10 fF to 500 FF, for example. If the capacitance is larger than the above range, high-frequency driving may be difficult. The transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor may exhibit a reduction in the range of 0.01% or more to 50% or less when the fingerprint is contacted. In this case, the range of the reduction may be an average value according to time or the like.

유전층(130)은 상기 캐패시턴스 수치를 나타내는 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 10 nm 이상 내지 50 ㎛ 이하의 범위의 두께를 가질 수 있다. 유전층(130)은, 예를 들어 2 이상 내지 15 이하의 범위의 유전 상수를 가질 수 있다.The dielectric layer 130 may have a thickness representing the capacitance value, and may have a thickness ranging from, for example, 10 nm or more to 50 μm or less. The dielectric layer 130 may have a dielectric constant ranging, for example, from 2 to 15, inclusive.

덮개층(140)은 민감도의 증가를 위하여 유전 상수가 중요하다. 덮개층(140)은, 예를 들어 4 이상 내지 15 이하의 범위의 유전 상수를 가질 수 있다. 덮개층(140)은, 예를 들어 70% 이상 내지 100% 미만의 투과도를 가질 수 있다. 덮개층(140)은 상술한 바와 같은 유전층(130)과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다.The dielectric constant of the cover layer 140 is important for increased sensitivity. The cover layer 140 may have a dielectric constant in the range of, for example, greater than or equal to 4 and less than or equal to 15. The cover layer 140 may have a transmittance of, for example, 70% or more and less than 100%. The cover layer 140 may be composed of the same or similar material as the dielectric layer 130 as described above.

지문 센서용 투명 전극 구조체(100)를 이용하여 지문 센서를 형성한 경우에는, 상기 지문 센서를 구동하기 위하여는, 노이즈 감소를 위하여 고주파 구동이 필요하며, 예를 들어 10 kHz 이상 내지 1 MHZ 이하 범위, 예를 들어 100 kHz 이상 내지 1 MHZ 이하 범위의 구동 주파수를 가질 수 있다. 상기 지문 센서는 지문의 리지와 밸리에 따른 캐패시턴스 변화가 0.01% 이상 내지 50% 이하 범위를 가질 수 있다. 상기 지문 센서는 1 V 이상 내지 100 V 이하 범위의 구동 전압을 가질 수 있다. 상기 구동 전압 범위는 웨어러블 기기 및 스마트 기기에 사용되기에 적합하다.When a fingerprint sensor is formed using the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor, in order to drive the fingerprint sensor, high-frequency driving is required to reduce noise. For example, a range of 10 kHz to 1 MHZ , For example, a driving frequency in the range of 100 kHz or more to 1 MHZ or less. The fingerprint sensor may have a capacitance variation ranging from 0.01% or more to 50% or less depending on the ridge and valley of the fingerprint. The fingerprint sensor may have a driving voltage in a range of 1 V to 100 V. The driving voltage range is suitable for use in a wearable device and a smart device.

이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체(100)의 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120)을 구성하는 구조 및 물질에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the structure and materials of the first electrode 110 or the second electrode 120 of the transparent electrode structure 100 for a fingerprint sensor according to the technical idea of the present invention will be described in detail.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체에 포함된 전극을 형성하는 방식을 설명하는 모식도이다.6 is a schematic view illustrating a method of forming an electrode included in a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 제1 전극(110) 또는 상기 제2 전극(120)은 제1 직경을 가지는 제1 나노 구조체와 상기 제1 직경에 비하여 작은 제2 직경을 가지는 제2 나노 구조체가 서로 결합하여 형성한 하이브리드 구조체를 포함한다. 상기 제1 나노 구조체는 주 전도 경로를 형성하고, 상기 제2 나노 구조체는 상기 제1 나노 구조체가 이루는 빈 공간에 배치되어 상기 제1 나노 구조체를 전기적으로 연결시켜 보조 전도 경로를 제공할 수 있다. 또한, 미세 패턴을 형성하게 되어 상기 제1 나노 구조체의 전도 경로가 단락되는 경우에, 상기 제2 나노 구조체에 의하여 전도 경로가 제공될 수 있다. Referring to FIG. 6, the first electrode 110 or the second electrode 120 includes a first nanostructure having a first diameter and a second nanostructure having a second diameter smaller than the first diameter. And a hybrid structure formed by bonding. The first nanostructure may form a main conduction path and the second nanostructure may be disposed in an empty space formed by the first nanostructure to electrically connect the first nanostructure to provide an auxiliary conduction path. In addition, when the conduction path of the first nanostructure is short-circuited due to the formation of the fine pattern, the conduction path can be provided by the second nanostructure.

상기 제1 나노 구조체는, 예를 들어 100 nm 이상 내지 10 ㎛ 이하의 범위의 상기 제1 직경을 가질 수 있다. 상기 제1 나노 구조체는 전도성을 가지는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe) 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 나노 구조체는 동축 전기방사 방법을 이용하거나 또는 나노 트롯 방법을 이용하여 형성할 수 있다.The first nanostructure may have the first diameter, for example, in the range of 100 nm or more to 10 m or less. The first nanostructure may include a conductive material, and may include, for example, a metal such as silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu) (Cr), nickel (Ni), iron (Fe), and the like. The first nanostructure may be formed using a coaxial electrospinning method or a nanotrott method.

상기 제2 나노 구조체는, 예를 들어 10 nm 이상 내지 100 nm 이하의 범위의 상기 제2 직경을 가질 수 있다. 상기 제2 나노 구조체는 전도성을 가지는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe) 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 나노 구조체와 상기 제2 나노 구조체는 동일하거나 다른 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 나노 구조체는 전기 방사, 에어 스프레이, 전기적 스프레이, 바 코팅 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.The second nanostructure may have the second diameter, for example, in the range of 10 nm or more and 100 nm or less. The second nanostructure may include a conductive material and may include, for example, a metal such as silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu) (Cr), nickel (Ni), iron (Fe), and the like. The first nanostructure and the second nanostructure may comprise the same or different materials. The second nanostructure may be formed by a method such as electrospinning, air spraying, electric spraying or bar coating.

금속 전극이나 인듐 주석 산화물 투명전극과 같은 2차원 전극의 경우에는 프린징 캐패시턴스에 비하여 병렬 캐패시턴스가 더 크므로, 접촉 민감도를 증가시키기 위하여 전극 패턴의 형상을 다양하게 형성시키는 한계가 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체는 제1 전극과 제2 전극으로 구성된 1차원 전극(즉, 선형 전극)을 형성하면 프린징 캐패시턴스를 최대화할 수 있으므로, 종래의 복잡한 패턴을 형성하는 대신에 단순한 선형 패턴을 이용하여 높은 접촉 민감도를 구현할 수 있다. In the case of a two-dimensional electrode such as a metal electrode or an indium tin oxide transparent electrode, since the parallel capacitance is larger than the fringing capacitance, there is a limit in forming the shape of the electrode pattern in order to increase the contact sensitivity. However, since the transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to the technical idea of the present invention can maximize the fringing capacitance by forming a one-dimensional electrode (i.e., a linear electrode) composed of the first electrode and the second electrode, A high contact sensitivity can be realized by using a simple linear pattern instead of forming the contact pattern.

상기 제1 나노 구조체로만 전극을 구성하는 경우에는 고해상도의 패턴을 형성하기 어렵고, 상기 제2 나노 구조체로만 전극을 구성하는 경우에는 높은 저항을 가지므로, 예를 들어 10 kHz 이상의 고주파에서, 예를 들어 100 kHz 이상의 고주파에서 구동하기 어렵다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체는 상기 제1 나노 구조체와 제2 나노 구조체를 가짐에 따라 프린징 캐패시턴스를 증가시킬 수 있고, 고주파 구동을 가능하게 할 수 있다. 또한, 상기 제1 나노 구조체와 상기 제2 나노 구조체의 비율을 조절하여 메쉬 구조를 형성할 수 있고, 이에 따라 프린징 캐패시턴스를 최대화할 수 있다.When the electrode is composed of only the first nanostructure, it is difficult to form a high-resolution pattern. When the electrode is composed of only the second nanostructure, the nanostructure has a high resistance. For example, at a high frequency of 10 kHz or more, It is difficult to drive at a high frequency of 100 kHz or more. According to the technical idea of the present invention, the transparent electrode structure for a fingerprint sensor can increase the fringing capacitance and enable high-frequency driving by having the first nanostructure and the second nanostructure. Also, the ratio of the first nanostructure to the second nanostructure can be adjusted to form a mesh structure, thereby maximizing the fringing capacitance.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 주사전자현미경 사진이다.7 is a scanning electron micrograph of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 지문 센서용 투명 전극 구조체는 도 6의 모식도에서 설명한 바와 같은 상기 제1 나노 구조체와 상기 제2 나노 구조체가 나타나 있다. 상기 제1 나노 구조체 및 상기 제2 나노 구조체는 은으로 구성되어 있다. 상기 지문 센서용 투명 전극 구조체는 550 nm에서 88%의 투과도를 가지고, 1.61 ± 0.1 Ω/□의 면저항을 가진다.Referring to FIG. 7, the transparent electrode structure for a fingerprint sensor includes the first nanostructure and the second nanostructure as illustrated in the schematic view of FIG. The first nanostructure and the second nanostructure are composed of silver. The transparent electrode structure for the fingerprint sensor has a sheet resistance of 1.61 ± 0.1 Ω / □ with a transmittance of 88% at 550 nm.

이하에서는, 상기 지문 센서용 투명 전극 구조체를 제조함에 있어서, 제1 나노 구조체를 먼저 형성하고, 이후 제2 나노 구조체를 전기 방사에 의하여 형성하는 경우에 전기 방사 시간에 따른 특성 변화를 분석하였다. 전기 방사 시간이 증가됨에 따라 제2 나노 구조체의 양이 증가된다.Hereinafter, in the case of forming the first nanostructure first and then forming the second nanostructure by electrospinning, the characteristics of the transparent electrode structure for the fingerprint sensor are analyzed according to the electrospinning time. As the electrospinning time is increased, the amount of the second nanostructure is increased.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 전기 방사 시간에 따른 면저항의 변화를 나타내는 그래프이다.8 is a graph illustrating a change in sheet resistance according to an electrospinning time of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 40초의 전기 방사에서 1.61 ± 0.1 Ω/□의 면저항을 나타내며, 이후 전기 방사 시간이 증가됨에 따라 면저항이 감소되었다. 대략 100초 이내의 전기 방사 시간의 범위에서는 면저항의 감소가 급격하게 나타났고, 100초 이후의 전기 방사 시간에서는 면저항의 감소가 완만하게 나타났다.Referring to Fig. 8, the sheet resistance of 1.61 + - 0.1 [Omega] / □ was shown in 40 seconds of electrospinning, and the sheet resistance was decreased as the electrospinning time was increased thereafter. In the range of the electrospinning time within about 100 seconds, the decrease of the sheet resistance was abruptly appeared, and in the electrospinning time after 100 seconds, the decrease of the sheet resistance was gentle.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 전기 방사 시간에 따른 투과도의 변화를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing a change in transmittance according to an electrospinning time of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 40초의 전기 방사에서 550nm 광에 대하여 88%의 투과도를 나타내며, 이후 전기 방사 시간이 증가됨에 따라 투과도가 감소되었다. 대략 100초 이내의 전기 방사 시간의 범위에서는 면저항의 감소가 급격하게 나타났고, 100초 이후의 전기 방사 시간에서는 면저항의 감소가 완만하게 나타났다.Referring to FIG. 9, in the case of 40 seconds of electrospinning, it shows a transmittance of 88% with respect to 550 nm light, after which the transmittance was decreased as the electrospinning time was increased. In the range of the electrospinning time within about 100 seconds, the decrease of the sheet resistance was abruptly appeared, and in the electrospinning time after 100 seconds, the decrease of the sheet resistance was gentle.

표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체의 특성을 나타내는 표이다.Table 1 is a table showing the characteristics of a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.

면저항
(Ω/□)
Sheet resistance
(Ω / □)
투과도
(%)
Permeability
(%)
최대 선폭
(㎛)
Maximum line width
(탆)
고주파구동
가능여부
High frequency drive
Availability
지문 접촉시
캐패시턴스 변화
When touching the fingerprint
Capacitance change
제1나노구조체The first nanostructure 33 9090 200200 XX XX 제2나노구조체The second nanostructure 3030 9090 2020 XX XX 하이브리드구조체Hybrid structure 3030 9898 5050 XX XX 하이브리드구조체Hybrid structure 2020 9494 5050 OO 8%8% 하이브리드구조체Hybrid structure 1010 9393 5050 OO 9%9% 하이브리드구조체Hybrid structure 1.21.2 8888 5050 OO 15%15% 하이브리드구조체Hybrid structure 1.11.1 8585 5050 OO 15%15% 하이브리드구조체Hybrid structure 0.90.9 7373 5050 OO 16%16% 하이브리드구조체Hybrid structure 0.80.8 6565 5050 OO 12%12% 하이브리드구조체Hybrid structure 0.70.7 5555 5050 OO 9%9% 하이브리드구조체Hybrid structure 0.50.5 4949 5050 OO 6%6% 하이브리드구조체Hybrid structure 0.050.05 3838 5050 OO 4%4% 하이브리드구조체Hybrid structure 0.0120.012 2121 5050 OO 3%3%

표 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따라 하이브리드 구조체를 형성하는 경우에, 면저항을 제2 나노구조체 만을 포함하는 경우의 30 Ω/□에 비하여 감소시킬 수 있고, 심지어는 제1 나노구조체 만을 포함하는 경우의 3 Ω/□에 비하여도 감소시킬 수 있다. 이는, 상기 제2 나노 구조체의 함량이 증가되어 제1 나노 구조체가 이루는 빈 공간에 상기 제2 나노 구조체가 배치되어 확장된 전도 경로를 제공하는 것이기 때문으로 분석된다. 그러나, 상기 제2 나노 구조체가 증가됨에 따라 투과도의 감소를 가져오게 됨을 유의한다.Referring to Table 1, in the case of forming the hybrid structure according to the technical idea of the present invention, the sheet resistance can be reduced as compared with 30 Ω / □ when only the second nanostructure is contained, and even if only the first nanostructure Can be reduced as compared with 3 Ω / □ in case of including. This is because the content of the second nanostructure is increased and the second nanostructure is disposed in an empty space formed by the first nanostructure to provide an extended conduction path. However, it is noted that as the second nanostructure is increased, the permeability is decreased.

따라서, 투과도 60% 이상, 면저항 20 Ω/□ 이하, 지문 접촉에 따른 캐패시턴스 변화 7% 이상을 기준으로 최적 조건을 도출할 수 있다. 따라서, 상기 제1 나노 구조체와 상기 제2 나노 구조체의 비율은, 예를 들어 10:90 내지 90:10의 범위에서, 예를 들어 30:70 내지 90: 10의 범위에서 지문 센서의 구동이 가능할 것으로 분석된다. 상기 범위는 지문 센서용 투명 전극 구조체를 현미경을 이용하여 제1 나노 구조체와 제2 나노 구조체의 형상 분포를 분석함에 의하여 도출될 수 있다.Therefore, optimum conditions can be derived based on permeability of 60% or more, sheet resistance of 20 Ω / □ or less, and capacitance change of 7% or more due to fingerprint contact. Accordingly, the ratio of the first nanostructure to the second nanostructure can be set to be, for example, in the range of 10:90 to 90:10, for example, in the range of 30:70 to 90:10 Respectively. The range may be derived by analyzing the shape distribution of the first nanostructure and the second nanostructure using a microscope for a transparent electrode structure for a fingerprint sensor.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 사진이다. 도 9는 도 10의 지문 센서를 이용하여 측정한 지문 접촉 시의 캐패시턴스 변화를 나타내는 그래프이다.10 is a photograph showing a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a graph showing a change in capacitance at the time of fingerprint contact measured using the fingerprint sensor of FIG.

도 10 및 도 11을 참조하면, 투명한 선형 전극들이 서로 교차된 형태의 투명 지문센서 제작하였다. 150 kHz의 주파수에서 3V의 전압에서 손가락을 이동하면서 리지와 밸리가 접촉되는 경우의 캐패시턴스의 변화를 확인하였다. 지문의 리지와 밸리의 접촉 시 캐패시턴스 수치가 변화됨에 따라, 상기 지문 센서는 높은 민감도를 가짐을 확인할 수 있다.10 and 11, a transparent fingerprint sensor in which transparent linear electrodes are intersected with each other is manufactured. The change in capacitance when the ridge and the valley are in contact with each other is confirmed by moving the finger at a voltage of 3 V at a frequency of 150 kHz. As the capacitance value changes upon contact between the ridge and the valley of the fingerprint, the fingerprint sensor has high sensitivity.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서에 대하여 지문 접촉 시의 캐패시턴스 변화를 지문 센서의 전체 면적에 대하여 도시한다.FIG. 12 is a graph showing a change in capacitance at the time of fingerprint contact with respect to the fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention with respect to the total area of the fingerprint sensor.

도 12를 참조하면, 지문의 리지와 밸리의 형상이 다른 캐패시턴스 수치를 나타내는 다른 색상으로 명확하게 나타나 있으므로, 상기 지문 센서는 높은 민감도를 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, the shape of the ridge and the valley of the fingerprint are clearly shown in different colors representing different capacitance values, and thus it can be confirmed that the fingerprint sensor has high sensitivity.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서의 덮개층의 두께에 따른 캐패시턴스의 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing a change in capacitance according to a thickness of a cover layer of a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 13을 참조하면, 덮개층의 두께가 두꺼워짐에 따라 캐패시턴스의 변화가 감소됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, it can be seen that the change in capacitance is reduced as the thickness of the cover layer is increased.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

1: 리지, 2: 벨리, 3: 전극, 4: 보호막, 5: 캐패시터
100: 지문 센서용 투명 전극 구조체,
110: 제1 전극, 111, 112: 제1 도전 라인들,
120: 제2 전극, 121, 122: 제2 도전 라인들, 130: 유전층,
140: 덮개층, 190: 단위 셀,
1: ridge, 2: valley, 3: electrode, 4: protective film, 5: capacitor
100: transparent electrode structure for fingerprint sensor,
110: first electrode, 111, 112: first conductive lines,
120: second electrode, 121, 122: second conductive lines, 130: dielectric layer,
140: cover layer, 190: unit cell,

Claims (15)

제1 방향으로 연장된 복수의 제1 도전 라인들을 포함하는 제1 전극;
상기 제1 방향에 대하여 일정한 각도를 가지는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 도전 라인들을 포함하는 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치여 전기적으로 절연하는 유전층;을 포함하고,
상기 제1 전극은, 제1 직경을 가지는 제1 나노 구조체와 상기 제1 직경에 비하여 작은 제2 직경을 가지는 제2 나노 구조체가 서로 결합하여 형성한 하이브리드 구조체를 포함하며,
상기 제1 나노 구조체는, 100 nm 이상 내지 10 ㎛ 이하의 범위의 상기 제1 직경을 가지고, 상기 제2 나노 구조체는, 10 nm 이상 내지 100 nm 이하의 범위의 상기 제2 직경을 가지며,
상기 제1 나노 구조체는 주 전도 경로를 형성하고,
상기 제2 나노 구조체는 상기 제1 나노 구조체가 이루는 빈 공간에 배치되어 상기 제1 나노 구조체를 전기적으로 연결시켜 보조 전도 경로를 제공하여, 상기 제1 나노 구조체의 전도 경로가 단락되는 경우에, 상기 제2 나노 구조체에 의하여 전도 경로를 제공하고,
상기 제1 나노 구조체와 상기 제2 나노 구조체의 비율은 10:90 내지 90:10의 범위를 가지고,
상기 제1 전극의 상기 제1 도전 라인들은 0 ㎛ 초과 내지 50 ㎛ 이하 범위의 폭을 가지고, 2 ㎛ 이상 내지 50 ㎛ 이하 범위의 간격을 가지고,
550 nm의 광에 대하여 55% 초과 내지 93 % 미만 범위의 투과도를 가지고,
0.7 Ω/□ 초과 내지 10 Ω/□ 미만 범위의 면저항을 가지고,
10 fF 이상 내지 500 μF 이하 범위의 캐패시턴스를 가지고,
지문 접촉 시, 상기 지문 접촉에 따른 캐패시턴스 변화가 9% 초과 내지 50% 이하 범위의 감소를 나타내는, 지문 센서용 투명 전극 구조체.
A first electrode comprising a plurality of first conductive lines extending in a first direction;
A second electrode including a plurality of second conductive lines extending in a second direction having an angle with respect to the first direction;
And a dielectric layer disposed between the first electrode and the second electrode to electrically isolate the first electrode and the second electrode,
Wherein the first electrode includes a hybrid structure formed by combining a first nanostructure having a first diameter and a second nanostructure having a second diameter smaller than the first diameter,
Wherein the first nanostructure has the first diameter in a range of 100 nm or more and 10 m or less and the second nanostructure has the second diameter in a range of 10 nm or more and 100 nm or less,
The first nanostructure forms a main conduction path,
Wherein the second nanostructure is disposed in an empty space formed by the first nanostructure and electrically connects the first nanostructure to provide an auxiliary conduction path so that when the conduction path of the first nanostructure is short- Providing a conduction path by the second nanostructure,
Wherein the ratio of the first nanostructure to the second nanostructure ranges from 10:90 to 90:10,
Wherein the first conductive lines of the first electrode have a width in the range of more than 0 占 퐉 to 50 占 퐉 and have an interval in the range of 2 占 퐉 to 50 占 퐉,
Has a transmittance in the range of more than 55% to less than 93% with respect to 550 nm light,
Having a sheet resistance in the range of more than 0.7? /? To less than 10? /?
With capacitances in the range from 10 fF to 500 F,
Wherein a change in capacitance due to fingerprint contact when the fingerprint is contacted shows a decrease in the range of more than 9% to less than 50%.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 전극의 상기 제2 도전 라인들은 0 ㎛ 초과 내지 150 ㎛ 이하 범위의 폭을 가지고, 2 ㎛ 이상 내지 50 ㎛ 이하 범위의 간격을 가지는, 지문 센서용 투명 전극 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the second conductive lines of the second electrode have a width in the range of more than 0 占 퐉 to 150 占 퐉 and have an interval in the range of 2 占 퐉 to 50 占 퐉.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 교차되어 구성되는 단위 셀은 각각 10 fF 이상 내지 500 μF 이하의 범위의 캐패시턴스를 가지는, 지문 센서용 투명 전극 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein a unit cell formed by intersecting the first electrode and the second electrode has a capacitance in a range of 10 fF or more and 500 F or less, respectively.
청구항 1에 있어서,
상기 유전층은 10 nm 이상 내지 50 ㎛ 이하의 범위의 두께를 가지는, 지문 센서용 투명 전극 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the dielectric layer has a thickness in the range of 10 nm or more to 50 占 퐉 or less.
청구항 1에 있어서,
상기 유전층은 2 이상 내지 15 이하의 범위의 유전 상수를 가지는, 지문 센서용 투명 전극 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the dielectric layer has a dielectric constant in the range of 2 or more to 15 or less.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극 상에 배치된 덮개층을 더 포함하고, 상기 덮개층은 4 이상 내지 15 이하의 범위의 유전 상수를 가지고, 70% 이상 내지 100% 미만의 투과도를 가지는, 지문 센서용 투명 전극 구조체.
The method according to claim 1,
And a cover layer disposed on the first electrode, wherein the cover layer has a dielectric constant in a range of 4 or more and 15 or less, and has a transmittance of 70% or more to less than 100% .
청구항 1에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 제1 나노 구조체와 상기 제2 나노 구조체가 서로 결합하여 형성한 하이브리드 구조체를 포함하는, 지문 센서용 투명 전극 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the second electrode comprises a hybrid structure formed by bonding the first nanostructure and the second nanostructure to each other.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 지문 센서용 투명 전극 구조체를 포함하는 지문 센서.A fingerprint sensor comprising a transparent electrode structure for a fingerprint sensor according to any one of claims 1 to 6. 청구항 12에 있어서,
10 kHz 이상 내지 1 MHZ 이하 범위의 구동 주파수를 가지는, 지문 센서.
The method of claim 12,
A fingerprint sensor having a driving frequency in the range of 10 kHz to 1 MHZ.
삭제delete 청구항 12에 있어서,
1 V 이상 내지 100 V 이하 범위의 구동 전압을 가지는, 지문 센서.
The method of claim 12,
Wherein the fingerprint sensor has a driving voltage in a range of 1 V to 100 V inclusive.
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