KR102300366B1

KR102300366B1 - Image sensor package for finger-print using display panel as light source

Info

Publication number: KR102300366B1
Application number: KR1020180074691A
Authority: KR
Inventors: 남동욱; 박광수; 민병일
Original assignee: 아크소프트 코포레이션 리미티드
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2021-09-08
Also published as: KR20180098187A

Abstract

본 발명은 지문센서에 관한 것이다. 본 발명의 일측면에 따른 실시예는 지문센서 패키지를 제공한다. 지문센서 패키지는 지문의 융선 및 골을 나타내는 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 선택하는 광 선택 구조, 및 상기 광 선택 구조의 하부에 위치하며, 상기 광 선택 구조에 의해 선택된 빛을 이용하여 지문 이미지를 생성하는 이미지 센서를 포함하되, 상기 지문센서 패키지는 디스플레이 패널의 하부에 위치하며, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛은 상기 디스플레이 패널에 의해 생성된다.The present invention relates to a fingerprint sensor. An embodiment according to one aspect of the present invention provides a fingerprint sensor package. The fingerprint sensor package includes a light selection structure that selects light having an incident angle to be detected from light having various incident angles representing ridges and valleys of the fingerprint, and is located below the light selection structure, and selects the light selected by the light selection structure. An image sensor generating a fingerprint image by using the image sensor, wherein the fingerprint sensor package is located below the display panel, and the light having the various incident angles is generated by the display panel.

Description

Image sensor package for finger-print using display panel as light source }

본 발명은 지문센서에 관한 것이다.The present invention relates to a fingerprint sensor.

지문센서는 지문의 이미지를 촬영하여 전기 신호로 변환한다. 지문이미지 촬영을 위해서, 종래의 광학식 지문센서는 지문에 빛을 조사하여 반사시키는 광학계를 구비한다. 그러나, 프리즘, 반사 미러, 렌즈와 같은 광학계는 일반적으로 상당한 체적을 가지기 때문에, 광학식 지문센서를 구비한 전자장치는 소형화가 어렵다. The fingerprint sensor takes an image of the fingerprint and converts it into an electrical signal. For photographing a fingerprint image, a conventional optical fingerprint sensor includes an optical system for irradiating and reflecting light on a fingerprint. However, since optical systems such as prisms, reflection mirrors, and lenses generally have a considerable volume, it is difficult to miniaturize an electronic device having an optical fingerprint sensor.

한편, 휴대 전화나 태블릿 등과 같은 휴대용 전자장치를 중심으로 지문센서를 장착한 전자장치의 종류와 수가 증가하고 있다. 전자장치의 전면에 지문센서를 장착하기 위해서는 지문과 접촉하는 지문센서의 센싱부가 외부로 노출되어야 한다. 따라서 디자인 또는 디스플레이 패널을 보호하기 위해서 전자장치의 전면 전체를 보호 매체, 예를 들어, 커버 글라스나 투명 필름 등으로 덮는 경우에는 정전용량 변화를 감지하는 커패시티브 방식과 같은 지문센서를 전자장치의 전면에 장착하기 어렵다. 또한, 디스플레이 패널 하부에 지문센서를 위치시키기도 어렵다.On the other hand, the types and number of electronic devices equipped with fingerprint sensors, mainly portable electronic devices such as mobile phones and tablets, are increasing. In order to mount the fingerprint sensor on the front of the electronic device, the sensing part of the fingerprint sensor in contact with the fingerprint must be exposed to the outside. Therefore, when the entire front surface of the electronic device is covered with a protective medium, for example, a cover glass or a transparent film, in order to protect the design or the display panel, a fingerprint sensor such as a capacitive type that detects a change in capacitance is applied to the electronic device. Difficult to mount on the front. In addition, it is difficult to position the fingerprint sensor under the display panel.

소형화가 가능하면서도 디스플레이 패널 아래에서 지문이미지를 생성할 수 있는 광학식 지문센서 패키지를 제공하고자 한다.It is intended to provide an optical fingerprint sensor package that can create a fingerprint image under the display panel while being miniaturized.

본 발명의 일측면에 따른 실시예는 지문센서 패키지를 제공한다. 지문센서 패키지는 지문의 융선 및 골을 나타내는 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 선택하는 광 선택 구조, 및 상기 광 선택 구조의 하부에 위치하며, 상기 광 선택 구조에 의해 선택된 빛을 이용하여 지문 이미지를 생성하는 이미지 센서를 포함한다.
일 실시예로, 상기 광 선택 구조는, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 제1 각도로 굴절시키는 프리즘 시트 및 상기 프리즘 시트의 하부에 위치하며, 제1 각도로 굴절된 빛을 제2 각도로 굴절시키는 복수의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 프리즘 시트는, 프리즘 산과 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하되, 상기 제1 경사면은 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 상기 제1 각도로 굴절시킬 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 경사면의 경사각은 상기 제2 경사면의 경사각은 상이할 수 있다.
일 실시예로, 지문센서 패키지는, 두 개의 마이크로 렌즈 사이에 형성되며, 입사된 빛을 흡수하는 흡광층을 더 포함할 수 있다.An embodiment according to one aspect of the present invention provides a fingerprint sensor package. The fingerprint sensor package includes a light selection structure that selects light having an incident angle to be detected from light having various incident angles representing ridges and valleys of the fingerprint, and is located below the light selection structure, and selects the light selected by the light selection structure. and an image sensor that generates a fingerprint image by using it.
In an embodiment, the light selection structure includes a prism sheet that refracts light having the detection target incident angle from among the light having various incident angles at a first angle, and is located under the prism sheet and is refracted at the first angle. It may include a plurality of micro lenses that refract light at a second angle.
In one embodiment, the prism sheet includes a plurality of first inclined surfaces and a plurality of second inclined surfaces alternately arranged to form a prism mountain and a prism valley, wherein the first inclined surface is the detection of the light having the various incident angles. Light having a target incident angle may be refracted at the first angle.
In an embodiment, the inclination angle of the first inclined surface may be different from the inclination angle of the second inclined surface.
In an embodiment, the fingerprint sensor package may further include a light absorbing layer formed between two micro lenses and absorbing incident light.

본 발명의 실시예에 따른 지문센서 패키지는 소형화가 가능하면서도 디스플레이 패널 아래에서 지문이미지를 생성할 수 있다.The fingerprint sensor package according to an embodiment of the present invention can generate a fingerprint image under the display panel while being miniaturized.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다. 도면은 발명을 이해하기 위한 수단이므로, 도면에 표현된 구성 요소의 폭이나 두께 등은 실제 구현시 달라질 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 지문센서 패키지가 결합된 전자장치의 디스플레이 일부를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이에 결합된 지문센서 패키지의 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 지문센서 패키지의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 지문센서 패키지의 일 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2에서 지문센서 패키지의 다른 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2에서 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 도 2에서 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 광 경로의 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention is described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. For ease of understanding, like elements have been assigned like reference numerals throughout the accompanying drawings. The configuration shown in the accompanying drawings is merely an exemplary embodiment for explaining the present invention, and is not intended to limit the scope of the present invention. In particular, the accompanying drawings, in order to help the understanding of the invention, some components are expressed somewhat exaggerated. Since the drawings are a means for understanding the invention, it should be understood that the width or thickness of the components represented in the drawings may vary in actual implementation.
1 is an exemplary diagram schematically illustrating a part of a display of an electronic device to which a fingerprint sensor package is coupled.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a fingerprint sensor package coupled to the display shown in FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view for exemplarily explaining the operation of the fingerprint sensor package shown in FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the fingerprint sensor package shown in FIG. 2 .
5 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the fingerprint sensor package in FIG. 2 .
6 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the fingerprint sensor package in FIG. 2 .
7 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the fingerprint sensor package in FIG. 2 .
8 is a cross-sectional view exemplarily illustrating a structure of an optical path.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail through the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In particular, embodiments to be described below with reference to the accompanying drawings may be implemented alone or in combination with other embodiments. Therefore, it should be noted that the scope of the present invention is not limited to the forms shown in the accompanying drawings.

한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 중 “실질적으로”, “거의”, “약” 등과 같은 표현은 실제 구현시 적용되는 마진이나 발생가능한 오차를 고려하기 위한 표현이다. 예를 들어, “실질적으로 90도”는 90도일 때의 효과와 동일한 효과를 기대할 수 있는 각도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 다른 예로, “거의 없는”은 무엇인가가 미미하게 존재하더라도 무시할 수 있는 정도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다.Meanwhile, expressions such as “substantially”, “almost”, and “about” among terms used in this specification are expressions to consider margins applied in actual implementation or possible errors. For example, “substantially 90 degrees” should be interpreted to include an angle from which the same effect as the effect at 90 degrees can be expected. As another example, “rarely” should be construed to include the negligible amount of something, even if it is insignificant.

또한, 특별한 언급이 없는 한, “측면”, 또는 “수평”은 도면의 좌우 방향을 언급하기 위한 것이며, “수직”은 도면의 상하 방향을 언급하기 위한 것이다. 한편, 경사진 선에 수직한 선 또는 원의 표면에 수직한 법선은 점선으로 표시된다. In addition, unless otherwise specified, "side" or "horizontal" is intended to refer to the left-right direction of the drawing, and "vertical" is intended to refer to the up-down direction of the drawing. On the other hand, a line perpendicular to the inclined line or a normal line perpendicular to the surface of the circle is indicated by a dotted line.

도 1은 지문센서 패키지가 결합된 전자장치의 디스플레이 일부를 개략적으로 도시한 예시도이다.1 is an exemplary diagram schematically illustrating a part of a display of an electronic device to which a fingerprint sensor package is coupled.

도 1을 참조하면, 손가락(10)이 전자장치의 디스플레이(20) 상의 지문 획득 영역(30)에 위치한다. 지문을 검출하기 위해 필요한 빛은 디스플레이(20) 내부에서 생성된다. 지문을 검출하기 위한 빛은 디스플레이(20)를 구성하는 디스플레이 패널(도 2의 300)에 의해 생성된다. 디스플레이(20)의 지문 획득 영역(30) 하부에는 지문이미지를 생성하는 지문센서 패키지가 위치한다. 디스플레이 패널이 지문 획득 영역에 빛을 조사하는 방식은 다양하게 구현될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a finger 10 is positioned on the fingerprint acquisition area 30 on the display 20 of the electronic device. The light required to detect the fingerprint is generated inside the display 20 . Light for detecting a fingerprint is generated by a display panel (300 in FIG. 2 ) constituting the display 20 . A fingerprint sensor package for generating a fingerprint image is located below the fingerprint acquisition area 30 of the display 20 . A method in which the display panel irradiates light to the fingerprint acquisition area may be implemented in various ways.

일 실시예로, 디스플레이 패널은 지문 획득 영역(30)에 대응하는 화소들을 한 방향으로 순차적으로 턴온시켜 빛을 생성할 수 있다. 도 1의 (a)는, 화소들이 우측 방향으로 순차적으로 턴온됨으로써, 빛을 조사하는 화소 턴온 영역(32)이 좌측에서 우측으로 이동하는 경우를 도시하고 있다. 화소 턴온 영역(32)의 우측에 위치한 화소들은 턴 오프되며, 지문이미지의 일부는 화소 턴오프 영역(33)에서 생성된다. 화소 턴오프 영역(33)에서는, 화소 턴온 영역(32)의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 갖는 띠 형태의 부분 지문이미지가 이미지 센서(도 2의 500)에 의해 생성된다. 화소 턴온 영역(32)이 이동함에 따라, 띠 형태의 부분 지문이미지가 생성되는 위치도 이동한다. 따라서 복수의 띠 형태의 부분 지문이미지는 후속 처리를 통해 하나의 완성된 지문이미지를 생성하는데 이용된다. 한편, 화소 턴온 영역(32)의 좌측 영역(31)에 위치한 화소는 턴온 또는 턴 오프될 수 있다. 본 실시예는, 턴온된 화소의 하부로도 빛이 통과하는 구조를 갖는 디스플레이 패널에 적용될 수 있다. 즉, 지문이미지가 생성될 영역에 위치한 화소가 턴온되면 그 영역 아래에 위치한 지문센서 패키지에 빛이 입사할 수 있게 된다. 물론, 이하에서 상세히 설명하겠지만, 지문센서 패키지는 특정한 입사각을 가진 빛만이 이미지 센서의 수광부에 도달하는 구조를 가진다. 그렇더라도 빛간의 간섭 등으로 인해 지문이미지의 품질에 영향을 미칠 수 있으므로, 지문이미지가 생성될 영역에 위치한 화소는 턴 오프되는 것이 바람직하다.In an embodiment, the display panel may generate light by sequentially turning on pixels corresponding to the fingerprint acquisition area 30 in one direction. FIG. 1A illustrates a case in which the pixel turn-on region 32 irradiating light moves from left to right as the pixels are sequentially turned on in the right direction. Pixels located on the right side of the pixel turn-on region 32 are turned off, and a part of the fingerprint image is generated in the pixel turn-off region 33 . In the pixel turn-off region 33 , a band-shaped partial fingerprint image having substantially the same width as that of the pixel turn-on region 32 is generated by the image sensor ( 500 in FIG. 2 ). As the pixel turn-on region 32 moves, the position where the band-shaped partial fingerprint image is generated also moves. Accordingly, a plurality of band-shaped partial fingerprint images are used to generate one completed fingerprint image through subsequent processing. Meanwhile, the pixel located in the left region 31 of the pixel turn-on region 32 may be turned on or off. The present embodiment may be applied to a display panel having a structure in which light passes even under a turned-on pixel. That is, when the pixel located in the region where the fingerprint image is to be generated is turned on, light can be incident on the fingerprint sensor package located below the region. Of course, as will be described in detail below, the fingerprint sensor package has a structure in which only light having a specific incident angle reaches the light receiving unit of the image sensor. Even so, since the quality of the fingerprint image may be affected due to interference between lights, it is preferable that the pixel located in the region where the fingerprint image is to be generated is turned off.

한편, 도 1은 하나의 화소 턴온 영역(32)을 예시하고 있으나, 화소 턴온 영역(32)은 복수일 수 있다. 즉, 복수의 화소 턴온 영역(32)는 일정 거리 이상으로 이격될 수 있다. 여기서, 일정 거리는, 화소 턴온 영역(32)의 폭과 실질적으로 동일하거나 그 이상일 수 있다. 화소 턴온 영역(32)이 복수가 되면, 지문이미지 생성에 소요되는 시간이 단축될 수 있다.Meanwhile, although FIG. 1 illustrates one pixel turn-on region 32 , there may be a plurality of pixel turn-on regions 32 . That is, the plurality of pixel turn-on regions 32 may be spaced apart from each other by a predetermined distance or more. Here, the predetermined distance may be substantially equal to or greater than the width of the pixel turn-on region 32 . When the pixel turn-on region 32 is plural, the time required for generating a fingerprint image may be reduced.

다른 실시예로, 디스플레이 패널은 지문 획득 영역(35)에 대응하는 화소들을 동시에 턴온시켜 빛을 생성할 수 있다. 도 1의 (b)는 화소들이 동시에 턴온되어 빛을 조사하는 경우를 도시하고 있다. 본 실시예는, 턴온된 화소의 하부로 빛이 통과할 수 없는 구조를 갖는 디스플레이 패널에 적용될 수 있다. 즉, 디스플레이 패널의 화소 하부에 차광 구조가 형성되어 있으면, 디스플레이 패널의 하부를 통과해서 지문센서 패키지에 입사하는 빛이 존재하지 않게 된다. 따라서 지문 획득 영역(35)에 대응하는 전체 화소들을 동시에 턴온시켜서 하나의 전체 지문이미지가 생성될 수 있다. In another embodiment, the display panel may generate light by simultaneously turning on pixels corresponding to the fingerprint acquisition area 35 . 1B illustrates a case in which pixels are simultaneously turned on and irradiated with light. The present embodiment may be applied to a display panel having a structure in which light cannot pass under a turned-on pixel. That is, when the light blocking structure is formed under the pixel of the display panel, light passing through the lower portion of the display panel and incident on the fingerprint sensor package does not exist. Accordingly, one entire fingerprint image may be generated by simultaneously turning on all pixels corresponding to the fingerprint acquisition area 35 .

도 2는 도 1에 도시된 디스플레이에 결합된 지문센서 패키지의 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a fingerprint sensor package coupled to the display shown in FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 지문센서 패키지(100)는, 전자장치의 디스플레이의 하부에 위치, 예를 들어, 디스플레이 패널의 하면에 밀착될 수 있다. 전자장치의 디스플레이는 보호 매체, 터치 센서, 편광 필름(이하 커버 글라스(200)로 총칭함), 및 디스플레이 패널(300)이 적층된 구조를 갖는다. 커버 글라스(200)는 디스플레이 패널(300)에 의해 생성된 빛이 외부로 나갈 수 있어야 하므로, 광학적으로 투명하게 생성된다. 한편, 디스플레이 패널(300)의 하면에 백라이트, 반사판 등과 같이 빛을 생성하기 위한 추가 구조가 필요한 LCD와 달리, AMOLED 또는 양자점 디스플레이 등은 단위 화소가 빛을 직접 생성하기 때문에 추가 구조를 필요로 하지 않는다. 한편, 이러한 디스플레이 패널(300)에서, 단위 화소 면적의 상당 부분을 차지하는 전극 및/또는 배선은 ITO와 같은 광학적으로 투명한 재질로 형성된다. 따라서, 커버 글라스(200)와 지문센서 패키지(100) 사이에 개재된 디스플레이 패널(300)은 커버 글라스(200)로부터 입사한 빛이 통과할 수 있는 연장된 광 경로를 제공할 수 있다. 이하에서 상세히 설명되겠지만, 지문센서 패키지는 특정한 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 선택할 수 있는 구조를 가지고 있다. 따라서, 개재된 디스플레이 패널에 의해 입사한 빛이 어느 정도 굴절되는 현상이 발생하더라도 빛의 입사각을 선택하는 하나 이상의 조건을 조정함으로써 디스플레이 패널(300) 하부에서도 검출 대상 빛을 검출할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the fingerprint sensor package 100 may be positioned under the display of the electronic device, for example, in close contact with the lower surface of the display panel. The display of the electronic device has a structure in which a protective medium, a touch sensor, a polarizing film (hereinafter, collectively referred to as a cover glass 200 ), and a display panel 300 are stacked. The cover glass 200 is optically transparent because light generated by the display panel 300 must be able to go out. On the other hand, unlike LCD, which requires an additional structure for generating light, such as a backlight and a reflector, on the lower surface of the display panel 300 , an AMOLED or quantum dot display does not require an additional structure because the unit pixel directly generates light. . Meanwhile, in the display panel 300 , electrodes and/or wirings occupying a significant portion of a unit pixel area are formed of an optically transparent material such as ITO. Accordingly, the display panel 300 interposed between the cover glass 200 and the fingerprint sensor package 100 may provide an extended optical path through which light incident from the cover glass 200 may pass. As will be described in detail below, the fingerprint sensor package has a structure that can select light having a specific detection target incident angle. Therefore, even when the light incident by the intervening display panel is refracted to some extent, the detection target light can be detected even under the display panel 300 by adjusting one or more conditions for selecting the incident angle of the light.

지문센서 패키지(100)는 광 선택 구조(400) 및 이미지 센서(500)를 포함한다. 광 선택 구조(400)는, 소정의 검출 대상 입사각을 갖는 빛(이하에서는 검출 대상 빛이라 함)은 이미지 센서(500)에 도달할 수 있게 하는 반면 그 외의 입사각을 갖는 빛은 이미지 센서(500)에 도달할 수 없거나 도달하더라도 검출되지 않도록 한다. 이미지 센서(500)는, 광 선택 구조(400)의 하부에 위치하며, 광 선택 구조(400)를 경유하여 도달한 검출 대상 빛을 화소 전류로 변환하여 출력한다. 이하에서는, 검출 대상 입사각 및 검출 대상 빛을 설명한다.The fingerprint sensor package 100 includes a light selection structure 400 and an image sensor 500 . The light selection structure 400 allows light having a predetermined detection target incidence angle (hereinafter, referred to as detection target light) to reach the image sensor 500 , while light having other incidence angles is transmitted to the image sensor 500 . It cannot be reached, or even if it is reached, it must not be detected. The image sensor 500 is located below the light selection structure 400 , and converts the detection target light that has arrived through the light selection structure 400 into a pixel current and outputs the converted light. Hereinafter, the detection target incident angle and the detection target light will be described.

디스플레이 패널(300) 상의 제1 화소(310)는 턴온되어 커버 글라스(200)의 상면을 향해 빛(311, 312, 313, 314)을 조사한다. 커버 글라스(200)를 향해 조사된 빛(311, 312, 313, 314)은, 커버 글라스(200)의 상면에 수직한 직선에 대해 디스플레이 패널(300)의 화소 구조에 의해 결정되는 최대 각도 θ_P _{_angle} 이하의 각도 θ(≥0도)를 가질 수 있다. 커버 글라스(200)를 향해 조사된 빛(311, 312, 313, 314)의 일부는 커버 글라스(200)의 상면을 통과하거나 굴절되어 외부로 진행하며, 빛(311, 312, 313, 314)의 나머지 일부는 커버 글라스(200)의 상면에서 반사되어 디스플레이 패널(300)에 입사할 수 있다. 여기서, 커버 글라스(200) 상면에서의 반사각은 θ로 표현될 수 있으며, 반사각 θ는 지문센서 패키지(100)로의 입사각과 실질적으로 동일하다. 따라서 이하에서는 지문센서 패키지(100)로의 입사각 역시 θ로 표현하도록 한다. 커버 글라스(200)의 상면은, 커버 글라스-공기간 계면으로서, 각각의 굴절율 차이로 인해 전반사각 θ_fr 전후로 외부로 진행하는 빛의 양과 반사되어 되돌아오는 빛의 양이 달라질 수 있다. The first pixel 310 on the display panel 300 is turned on to irradiate the light 311 , 312 , 313 , and 314 toward the top surface of the cover glass 200 . _{The light 311 , 312 , 313 , and 314 irradiated toward the cover glass 200 has a maximum angle θ P} determined by the pixel structure of the display panel 300 with respect to a straight line perpendicular to the top surface of the cover glass 200 . _It may have an angle θ (≥0 degrees) equal to or less than _angle. A portion of the light 311 , 312 , 313 , 314 irradiated toward the cover glass 200 passes through the upper surface of the cover glass 200 or is refracted and proceeds to the outside, The remaining portion may be reflected from the upper surface of the cover glass 200 to be incident on the display panel 300 . Here, the reflection angle on the upper surface of the cover glass 200 may be expressed as θ, and the reflection angle θ is substantially the same as the angle of incidence to the fingerprint sensor package 100 . Therefore, hereinafter, the angle of incidence to the fingerprint sensor package 100 is also expressed as θ. The upper surface of the cover glass 200 is an interface between the cover glass and air, and the amount of light propagating to the outside around the total reflection _{angle θ fr and the amount of light reflected back may be different due to a difference in refractive index of each.}

제1 화소(310)와 디스플레이 패널(300)로 되돌아오는 빛의 위치간 거리는, 커버 글라스(200)의 두께 및 디스플레이 패널(300)의 두께를 합친 총 두께 T_total과 빛의 커버 글라스 반사각 θ에 의해 결정될 수 있다. 즉, 총 두께 T_total가 증가하거나, 커버 글라스 반사각 θ이 증가하면, 제1 화소(310)와 디스플레이 패널(300)로 되돌아오는 빛의 위치간 거리가 증가할 수 있다. 일 실시예로, 검출 대상 입사각은, 전반사각 θ_fr과 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 실시예로, 검출 대상 입사각은, 전반사각 θ_fr보다 크거나 작을 수 있다. The distance between the position of the light returning to the first pixel 310 and the display panel 300 is determined by the total thickness T _total that is the sum of the thickness of the cover glass 200 and the thickness of the display panel 300 and the cover glass reflection angle θ of the light. can be determined by That is, when the total thickness T _total increases or the cover glass reflection angle θ increases, the distance between the first pixel 310 and the position of the light returning to the display panel 300 may increase. In an embodiment, the detection target incident angle may be substantially equal to the total _{reflection angle θ fr .} In another embodiment, the detection target incident angle may be greater or less than the total _{reflection angle θ fr .}

서로 다른 광경로를 갖는 빛(321, 322, 323, 324)이 제2 화소(320)를 통과하여 지문센서 패키지(100)에 입사한다. 빛(321, 322, 323, 324)은 서로 다른 화소에 의해 생성되어 상이한 커버 글라스 반사각 θ로 반사되어 제2 화소(320)에 도달하였다. 여기서, 검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 검출 대상 빛(323)은 광 선택 구조(400)에 의해 입사각 θ₂를 갖도록 조절되어 이미지 센서(500)의 수광부에 입사하게 된다. 반면, 상이한 지문센서 패키지 입사각 θ(≠θ)를 갖는 빛(321, 322, 324)은 광 선택 구조(400)에 의해 입사각 θ₃ 또는 θ₄를 갖도록 조절되어, 이미지 센서(500)의 수광부에 도달하지 못하게 된다.Lights 321 , 322 , 323 , and 324 having different optical paths pass through the second pixel 320 and are incident on the fingerprint sensor package 100 . Lights 321 , 322 , 323 , and 324 are generated by different pixels and reflected at different cover glass reflection angles θ to reach the second pixel 320 . Here, the detection target _{light 323 having the detection target incident angle θ 1} _{is adjusted to have the incidence angle θ 2} by the light selection structure 400 to be incident on the light receiving unit of the image sensor 500 . On the other hand, the light 321 , 322 , and 324 having different fingerprint sensor package incident angles θ (≠ θ) _{is adjusted to have an incident angle θ 3} or θ ₄ by the light selection structure 400 , so that the image sensor 500 has an incident angle θ 3 or θ 4 . unable to reach

도 3은 도 2에 도시된 지문센서 패키지의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view for exemplarily explaining the operation of the fingerprint sensor package shown in FIG. 2 .

도 1에서 상술한 바와 같이, 디스플레이 패널(300)은 지문 획득 영역(30)에 대응하는 화소들을 한 방향으로 순차적으로 턴온시키거나 동시에 턴온시켜서 지문이미지 생성에 필요한 빛을 제공할 수 있다. 여기서, 지문 획득 영역(30), 지문 획득 영역(30)에 대응하는 화소 영역, 및 지문센서 패키지(100)는 실질적으로 동일한 평면 형상을 가질 수는 있으나, 상호간에 완전히 중첩하지는 않는다. 상세하게, 디스플레이 패널(300)에서 생성된 빛은, 커버 글라스(200)의 상면에서 반사된 후 지문센서 패키지(100)에 입사한다. 이로 인해, 도 3에서, 측면상에서, 빛의 생성 지점-반사 지점-입사 지점이 달라지게 된다. 각 지점간 거리는 선택된 검출 대상 입사각 θ₁ 및/또는 총 두께 T_total에 의해 결정될 수 있다.As described above in FIG. 1 , the display panel 300 may provide light necessary for generating a fingerprint image by sequentially turning on or simultaneously turning on pixels corresponding to the fingerprint acquisition area 30 in one direction. Here, the fingerprint acquisition region 30 , the pixel region corresponding to the fingerprint acquisition region 30 , and the fingerprint sensor package 100 may have substantially the same planar shape, but do not completely overlap each other. In detail, the light generated by the display panel 300 is incident on the fingerprint sensor package 100 after being reflected from the upper surface of the cover glass 200 . Due to this, in FIG. 3 , in the side view, the light generation point-reflection point-incident point is different. The distance between each point may be determined by the selected detection target incident angle θ ₁ and/or the total thickness T _{total .}

지문의 골과 융선의 컨트라스트(Contrast)를 높이기 위해서, 지문센서 패키지(100)는 커버 글라스(200)의 상면에서 실질적으로 전반사된 빛을 검출한다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널(200)의 화소는 다양한 각도로 빛을 조사한다. 다양한 각도의 빛 중에서, 커버 글라스(200)에 수직으로 입사한 빛은 지문에 의해 대부분 반사되어 지문센서 패키지(100)에 수직으로 입사하게 된다. 그러나 지문센서 패키지에 수직으로 입사한 빛을 이용하는 경우, 지문의 골에 대응하는 빛의 광량과 융선에 대응하는 빛의 광량간 상대적인 차이가 크지 않아서 선명한 지문 이미지를 얻기가 어렵다. 이에 반해, 전반사각과 실질적으로 동일한 검출 대상 입사각으로 반사된 빛을 이용하는 경우, 지문에 의해 흡수된 빛의 광량과 지문에 의해 흡수되지 않은 빛의 광량간 상대적인 차이가 커지므로, 선명한 지문 이미지 획득이 가능해진다. 지문에 의해 반사된 빛의 컨트라스트를 높이고 또한 수직으로 입사하는 빛이 지문 이미지 획득에 영향을 미치지 않도록 하기 위해서, 반사된 빛이 입사하는 구간 화소 영역은 턴 오프된다.In order to increase the contrast of the valleys and ridges of the fingerprint, the fingerprint sensor package 100 detects light substantially totally reflected from the upper surface of the cover glass 200 . As described in FIG. 2 , the pixels of the display panel 200 irradiate light at various angles. Among the light of various angles, most of the light incident perpendicularly to the cover glass 200 is reflected by the fingerprint and is incident perpendicularly to the fingerprint sensor package 100 . However, when the light incident perpendicularly to the fingerprint sensor package is used, it is difficult to obtain a clear fingerprint image because the relative difference between the amount of light corresponding to the valley of the fingerprint and the amount of light corresponding to the ridge is not large. On the other hand, when the light reflected at the detection target incident angle is substantially equal to the total reflection angle, the relative difference between the amount of light absorbed by the fingerprint and the amount of light not absorbed by the fingerprint becomes large, so it is difficult to obtain a clear fingerprint image. it becomes possible In order to increase the contrast of the light reflected by the fingerprint and to prevent the vertically incident light from affecting the fingerprint image acquisition, the pixel region in which the reflected light is incident is turned off.

이제, 도 3을 참조하면, 지문센서 패키지(100)는, 지문의 융선과 골을 나타내는 빛 중에서 검출 대상 빛만이 이미지 센서(500)의 수광부에 도달하며, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 이미지 센서(500)의 수광부에 도달하지 못하는 구조를 가진다. 손가락이 커버 글라스(200)의 상면에 위치하게 되면, 지문의 융선이 커버 글라스(200) 상면에 접촉하는 부분과, 접촉하지 않는 부분이 생긴다. 커버 글라스(200)의 하부에서 조사된 검출 대상 빛은, 융선이 접촉한 커버 글라스(200) 상면의 일부 영역에서, 광량의 일부가 융선에 흡수된 후 전반사된다. 이와 반대로, 커버 글라스(200)의 하부에서 조사된 검출 대상 빛은, 융선이 접촉하지 않은 커버 글라스(200) 상면의 일부 영역에서, 전반사된다. 따라서, 지문센서 패키지(100)의 하부에 위치한 이미지 센서(500)는 전반사된 검출 대상 빛을 이용하여 지문이미지를 생성한다. 지문이미지에서, 융선은 어두운 영역으로 표시되며, 골은 융선에 비해 상대적으로 밝은 영역으로 표시된다.Now, referring to FIG. 3 , in the fingerprint sensor package 100, only the detection target light reaches the light receiving unit of the image sensor 500 among the lights representing the ridges and valleys of the fingerprint, and the light having an angle other than the detection target incident angle is It has a structure that does not reach the light receiving unit of the image sensor 500 . When the finger is positioned on the upper surface of the cover glass 200 , a portion in which the ridge of the fingerprint is in contact with the upper surface of the cover glass 200 and a portion not in contact are generated. The detection target light irradiated from the lower portion of the cover glass 200 is totally reflected after a portion of the amount of light is absorbed by the ridge in a partial region of the upper surface of the cover glass 200 in contact with the ridge. Conversely, the detection target light irradiated from the lower portion of the cover glass 200 is totally reflected in a partial region of the upper surface of the cover glass 200 that is not in contact with the ridges. Accordingly, the image sensor 500 located under the fingerprint sensor package 100 generates a fingerprint image using the totally reflected detection target light. In the fingerprint image, the ridges are indicated as dark areas, and the valleys are indicated as relatively bright areas compared to the ridges.

디스플레이 패널(300)은 지문 획득 영역(30)에 대응하는 화소들을 한 방향으로 순차적으로 턴온시켜 빛을 생성할 수 있다. 도 3에서, 커버 글라스(200) 상면에 정의된 지문 획득 영역(30)은, 복수의 구간 지문 획득 영역(330c, 330d, 330e)을 포함하며, 지문 획득 영역(30)에 대응하는 화소 영역은, 복수의 구간 화소 영역(300b, 300c, 300d)을 포함한다. 각 구간 화소 영역(300b, 300c, 300d)에 위치한 화소들은, 동시에 턴온되거나, 좌측에서 우측으로 순차적으로 턴온될 수 있다. 각 구간 화소 영역(300b, 300c, 300d)의 턴온 또는 턴 오프는, 예를 들어, 전자장치의 AP(Application processor) 또는 디스플레이 패널의 TCON(Timing controller)에 의해 직접 또는 간접적으로 제어될 수 있다.The display panel 300 may generate light by sequentially turning on pixels corresponding to the fingerprint acquisition area 30 in one direction. In FIG. 3 , the fingerprint acquisition region 30 defined on the upper surface of the cover glass 200 includes a plurality of section fingerprint acquisition regions 330c, 330d, and 330e, and the pixel region corresponding to the fingerprint acquisition region 30 is , and a plurality of section pixel areas 300b, 300c, and 300d. Pixels located in each of the pixel areas 300b, 300c, and 300d may be turned on simultaneously or sequentially from left to right. The turn-on or turn-off of each of the pixel regions 300b, 300c, and 300d may be directly or indirectly controlled by, for example, an application processor (AP) of an electronic device or a timing controller (TCON) of a display panel.

일 실시예로, 도 3의 아래쪽에는 띠 형태의 부분 지문이미지 a, b, c가 예시되어 있다. 참고로, 상대적으로 밝게 표현하여 지문이미지를 표시하지 않은 영역은, 이해를 돕기 위한 것으로, 지문센서 패키지(100)를 향해 빛을 조사하는 디스플레이 패널(300)에 의해 지문이미지에 왜곡이 발생할 수 있기 때문에 이용되지 않는 영역을 나타낸다.In one embodiment, the partial fingerprint images a, b, and c in the form of a band are exemplified in the lower part of FIG. 3 . For reference, the area in which the fingerprint image is not displayed by expressing it relatively brightly is intended to help understanding, and distortion may occur in the fingerprint image by the display panel 300 irradiating light toward the fingerprint sensor package 100 . This indicates an unused area.

먼저, 구간 화소 영역(300b)에 속한 화소가 동시에 또는 좌측에서 우측 방향으로 순차적으로 턴온되면, 검출 대상 빛은 구간 화소 영역(300b)에 대응하는 구간 지문 획득 영역(330c)에서 전반사된다. 전반사된 검출 대상 빛은 구간 화소 영역(300c)에 도달하여 지문센서 패키지(100)에 입사한다. 이 때, 턴온된 구간 화소 영역(300b)의 우측에 위치한 다른 구간 화소 영역(300c, 300d, 300e, 300f)은 턴오프될 수 있으며, 예를 들어, 턴온된 구간 화소 영역(300b)과 접하는 구간 화소 영역(300c)은 적어도 턴오프되어야 한다. 한편, 턴온된 구간 화소 영역(300b)의 좌측에 위치한 구간 화소 영역(300a)은 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 구간 화소 영역(300b)이 턴온되고, 우측의 구간 화소 영역(300c, 300d, 300e, 300f)이 턴오프될 때 생성된 부분 지문이미지 a가 예시되어 있다. 부분 지문이미지 a에서, 구간 지문 획득 영역(330c)에 위치한 지문의 골과 융선은 표시되는 반면, 우측의 구간 지문 획득 영역(330d, 330e)은 어둡게 표시된다. First, when pixels belonging to the section pixel area 300b are turned on simultaneously or sequentially from left to right, the detection target light is totally reflected in the section fingerprint acquisition area 330c corresponding to the section pixel area 300b. The totally reflected detection target light reaches the section pixel area 300c and is incident on the fingerprint sensor package 100 . In this case, the pixel areas 300c, 300d, 300e, and 300f located on the right side of the turned-on section pixel area 300b may be turned off, for example, a section in contact with the turned-on section pixel area 300b. The pixel region 300c should be turned off at least. Meanwhile, the section pixel area 300a located to the left of the turned-on section pixel area 300b may be turned on or off. The partial fingerprint image a generated when the section pixel area 300b is turned on and the section pixel areas 300c, 300d, 300e, and 300f on the right is turned off is illustrated. In the partial fingerprint image a, the valleys and ridges of the fingerprint located in the section fingerprint acquisition region 330c are displayed, while the section fingerprint acquisition regions 330d and 330e on the right are displayed darkly.

다음으로, 구간 화소 영역(300c)에 속한 화소가 동시에 또는 좌측에서 우측 방향으로 순차적으로 턴온되면, 검출 대상 빛은 구간 화소 영역(300c)에 대응하는 구간 지문 획득 영역(330d)에서 전반사된다. 전반사된 검출 대상 빛은 구간 화소 영역(300d)에 도달하여 지문센서 패키지(100)에 입사한다. 이 때, 턴온된 구간 화소 영역(300c)의 우측에 위치한 다른 구간 화소 영역(300d, 300e, 300f)은 턴오프될 수 있으며, 예를 들어, 턴온된 구간 화소 영역(300c)과 접하는 구간 화소 영역(300d)은 적어도 턴오프되어야 한다. 한편, 턴온된 구간 화소 영역(300c)의 좌측에 위치한 구간 화소 영역(300a, 300b)은 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 구간 화소 영역(300c)이 턴온되고, 우측의 구간 화소 영역(300d, 300e, 300f)이 턴오프될 때 생성된 부분 지문이미지 b가 예시되어 있다. 부분 지문이미지 b에서, 구간 지문 획득 영역(330c)은 상대적으로 밝게 표시되고 구간 지문 획득 영역(330e)는 상대적으로 어둡게 표시되는 반면, 구간 지문 획득 영역(330d)에 위치한 구간 지문 획득 영역(330c)에 위치한 지문의 골과 융선은 표시된다. Next, when the pixels belonging to the section pixel region 300c are turned on simultaneously or sequentially from left to right, the detection target light is totally reflected in the section fingerprint acquisition region 330d corresponding to the section pixel region 300c. The total reflected detection target light reaches the section pixel area 300d and is incident on the fingerprint sensor package 100 . In this case, the pixel regions 300d, 300e, and 300f located on the right side of the turned-on pixel region 300c may be turned off, for example, a pixel region in a section that is in contact with the turned-on pixel region 300c. (300d) should be turned off at least. Meanwhile, the section pixel areas 300a and 300b located on the left side of the turned-on section pixel area 300c may be turned on or off. The partial fingerprint image b generated when the section pixel region 300c is turned on and the section pixel regions 300d, 300e, and 300f on the right is turned off is illustrated. In the partial fingerprint image b, the segment fingerprint acquisition area 330c is displayed relatively brightly and the segment fingerprint acquisition area 330e is displayed relatively dark, whereas the segment fingerprint acquisition area 330c located in the segment fingerprint acquisition area 330d is displayed relatively brightly. The valleys and ridges of the fingerprint located at

같은 방식으로, 구간 화소 영역(300d)에 속한 화소가 턴온될 때 부분 지문이미지 c가 생성된다. 부분 지문이미지 c에서, 구간 지문 획득 영역(330c, 330d)은 상대적으로 밝게 표시되는 반면, 구간 지문 획득 영역(330e)에 위치한 지문의 골과 융선은 표시된다. In the same manner, a partial fingerprint image c is generated when a pixel belonging to the section pixel region 300d is turned on. In the partial fingerprint image c, the region fingerprint acquisition regions 330c and 330d are displayed relatively brightly, while the valleys and ridges of the fingerprint located in the region fingerprint acquisition region 330e are displayed.

상술한 순서로 생성된 3개의 띠 형태의 부분 지문이미지 a, b, c는 이미지 센서 또는 전자장치에서 하나의 완성된 지문이미지를 생성하는데 이용될 수 있다. The three band-shaped partial fingerprint images a, b, and c generated in the above order may be used in an image sensor or electronic device to generate one complete fingerprint image.

다른 실시예로, 디스플레이 패널(300)이 지문센서 패키지(100)를 향해 빛을 조사하더라도 화소 하부의 차광 구조에 의해 지문센서 패키지(100)로 입사하는 빛이 존재하지 않는 경우에, 구간 화소 영역(300b, 300c, 300d)에 속한 화소가 동시에 또는 좌측에서 우측 방향으로 순차적으로 턴온되면, 검출 대상 빛은 구간 화소 영역(300b, 300c, 300d)에 대응하는 구간 지문 획득 영역(330c, 330d, 330e)에서 전반사된다. 전반사된 검출 대상 빛은 구간 화소 영역(300c, 300d, 300e)에 도달하여 지문센서 패키지(100)에 입사한다. 이 때, 생성된 지문이미지는 3개의 구간 지문 획득 영역(330c, 330d, 330e)에 위치한 지문의 융선과 골을 모두 나타낼 수 있다.In another embodiment, even if the display panel 300 irradiates light toward the fingerprint sensor package 100 , when there is no light incident on the fingerprint sensor package 100 due to the light blocking structure under the pixel, the section pixel area When the pixels belonging to (300b, 300c, 300d) are turned on at the same time or sequentially from left to right, the light to be detected is the section fingerprint acquisition areas 330c, 330d, and 330e corresponding to the section pixel areas 300b, 300c, and 300d. ) is totally reflected in The totally reflected detection target light reaches the pixel regions 300c, 300d, and 300e in the section and is incident on the fingerprint sensor package 100 . In this case, the generated fingerprint image may represent both the ridges and valleys of the fingerprint located in the three-section fingerprint acquisition areas 330c, 330d, and 330e.

지문센서 패키지(100)의 두께 T_sesnor는 광 선택 구조(400)에 따라 달라질 수 있다. 이하에서 도 4 내지 도 19를 참조하여 설명된 광 선택 구조(400)는, 검출 대상 빛이 이미지 센서(500)의 수광부에 어떤 각도로 입사하도록 하는지에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 한편, 이미지 센서(500)의 수광부간 거리 P는 이미지 센서(500)의 해상도 및/또는 입사각 선택성을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 입사각 선택성을 높이기 위해서, 수광부는 일반적인 이미지 센서의 수광부보다 좁은 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 이 경우, 수광부간 거리 P는 증가될 수 있다. _{The thickness T sesnor} of the fingerprint sensor package 100 may vary depending on the light selection structure 400 . The light selection structure 400 described below with reference to FIGS. 4 to 19 may be configured in various ways depending on the angle at which the detection target light is incident on the light receiving unit of the image sensor 500 . Meanwhile, the distance P between the light receiving units of the image sensor 500 may be determined in consideration of the resolution and/or incident angle selectivity of the image sensor 500 . For example, in order to increase the incident angle selectivity, the light receiving unit may be formed to have a narrower width than the light receiving unit of a general image sensor. In this case, the distance P between the light receiving units may be increased.

한편, 약 600nm 이상의 파장을 갖는 빛은 융선에 의해 커버 글라스(200) 내부로 확산될 수 있다. 이 경우, 검출 대상 빛의 광량 일부가 융선에 의해 흡수되었음에도 불구하고, 확산된 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛이 이미지 센서(500)에 도달할 수 있다. 이로 인해, 융선과 골간 컨트라스트가 감소되어 이미지 센서(500)가 생성한 지문이미지의 품질이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 일 실시예로, 특정 파장, 예를 들어, 600nm 이하의 단파장 빛만 투과하는 대역 통과 필터층(미도시)이, 예를 들어, 커버 글라스(200)의 상면, 디스플레이 패널(300)의 상면, 또는 지문센서 패키지(100)의 상면에 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 디스플레이 패널(200)의 복수의 화소 중, 특정 파장 이하의 빛을 생성하는 화소, 예를 들어, 녹색(G) 및/또는 청색(B) 화소만을 턴온하여 지문이미지를 생성할 수 있다.Meanwhile, light having a wavelength of about 600 nm or more may be diffused into the cover glass 200 by ridges. In this case, even though a portion of the amount of light to be detected is absorbed by the ridge, light having an incident angle to be detected among the diffused light may reach the image sensor 500 . Due to this, the contrast between the ridges and the valleys is reduced, and thus the quality of the fingerprint image generated by the image sensor 500 may be deteriorated. In order to prevent this, in one embodiment, a band-pass filter layer (not shown) that transmits only short-wavelength light of a specific wavelength, for example, 600 nm or less, for example, the upper surface of the cover glass 200, the display panel 300 may be formed on the upper surface of the , or the upper surface of the fingerprint sensor package 100 . In another embodiment, among the plurality of pixels of the display panel 200, only pixels that generate light of a specific wavelength or less, for example, only green (G) and/or blue (B) pixels are turned on to generate a fingerprint image. can

도 4는 도 2에 도시된 지문센서 패키지의 일 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the fingerprint sensor package shown in FIG. 2 .

도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 지문센서 패키지(100)는 광 선택 구조(400) 및 이미지 센서(500)를 포함한다. 광 선택 구조(400)는 전자장치의 디스플레이 하부에 위치하며, 광 선택 구조(400)는 프리즘 시트(410) 및 마이크로 렌즈(430)를 포함한다. 프리즘 시트(410) 및 마이크로 렌즈(430)는 다양한 입사각으로 입사한 빛 중에서 검출 대상 빛을 선택한다.Referring to FIGS. 4A and 4B , the fingerprint sensor package 100 includes a light selection structure 400 and an image sensor 500 . The light selection structure 400 is located under the display of the electronic device, and the light selection structure 400 includes a prism sheet 410 and a micro lens 430 . The prism sheet 410 and the micro lens 430 select a detection target light from among the light incident at various angles of incidence.

도 4의 (a)에 도시된 일 실시예에서, 프리즘 시트(410)는 입사한 빛을 굴절시키는 제1 경사면(411)과 입사한 빛을 흡수하는 제2 경사면(412)을 포함한다. 교번하게 배치된 제1 경사면(411)과 제2 경사면(412)은 교번하게 프리즘 산과 프리즘 골을 형성한다. 프리즘 산은 마이크로 렌즈(430)를 향하며, 프리즘 골은 디스플레이를 향한다.In the embodiment shown in FIG. 4A , the prism sheet 410 includes a first inclined surface 411 for refracting incident light and a second inclined surface 412 for absorbing the incident light. The first inclined surface 411 and the second inclined surface 412 which are alternately arranged form a prism mountain and a prism valley alternately. The prism mountain faces the micro lens 430 and the prism valley faces the display.

프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411)은 좌측 상부에서 우측 하부 방향으로 입사한 빛(322, 323, 324)을 굴절시키며, 제2 경사면(412)은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 차단한다. 이를 위해, 제1 경사면(411)은 프리즘 산(413a)과 프리즘 골(414b) 사이에 경사지게 형성되며, 제2 경사면(412)는 프리즘 산(413a)과 프리즘 골(414a) 사이에 경사지게 형성된다. 도 4의 (a)에서, 지문센서 패키지(100)의 상면에 수직한 직선에 대한 제1 경사면(411)의 경사각은 θ_P1이며, 지문센서 패키지(100)의 상면에 수직한 직선에 대한 제2 경사면(412)의 경사각은 θ_P2이다. 첨부된 도면에 도시된 실시예는 θ_P1과 θ_P2가 상이하게 표현되어 있으나, θ_P1과 θ_P2은 실질적으로 동일할 수 있다. 첨부된 도면에 도시된 실시예에서, θ_P1은 약 15도 내지 약 20도이며, θ_P2는 약 30도 내지 50도인 것으로 가정한다. θ_P2가 클수록 수광부(520)로 입사하는 검출 대상 빛의 광량이 증가할 수 있다. 제1 경사면(411)과 제2 경사면(412)에 의해 형성된 프리즘 산과 프리즘 골의 내각은 θ_P1+θ_P2이며, 내각 θ_P1+θ_P2 또는 프리즘 피치(즉, 프리즘 산(413a)-프리즘 산(413b) 간격 또는 프리즘 골(414a)-프리즘 골(414b) 간격)에 따라 수광부(520)에 입사할 수 있는 검출 대상 입사각이 결정될 수 있다.The first inclined surface 411 of the prism sheet 410 refracts light 322 , 323 , 324 incident from the upper left to the lower right, and the second inclined surface 412 is incident from the upper right to the lower left. block the light To this end, the first inclined surface 411 is formed to be inclined between the prism mountain 413a and the prism valley 414b, and the second inclined surface 412 is formed to be inclined between the prism mountain 413a and the prism valley 414a. . In Figure 4 (a), the angle of inclination of the first inclined surface 411 with respect to the straight line perpendicular to the upper surface of the fingerprint sensor package 100 is θ _P1 , the first for a straight line perpendicular to the upper surface of the fingerprint sensor package 100 2 The inclination angle of the inclined surface 412 is θ _P2 . In the embodiment illustrated in the accompanying drawings, θ _P1 and θ _P2 are expressed differently, but θ _P1 and θ _P2 may be substantially the same. In the embodiment shown in the accompanying drawings, _{it is assumed that θ P1} is about 15 degrees to about 20 degrees, and θ _P2 is about 30 degrees to 50 degrees. As θ _P2 increases, the amount of detection target light incident on the light receiving unit 520 may increase. The interior angle of the prism mountain and the prism valley formed by the first inclined surface 411 and the second inclined surface 412 is θ _P1 +θ _P2 , and the interior angle θ _P1 +θ _P2 or the prism pitch (ie, the prism mountain 413a - the prism mountain) A detection target incident angle that may be incident on the light receiving unit 520 may be determined according to the interval 413b or the prism valley 414a-prism valley 414b interval).

한편, 제2 경사면(412)의 표면에는 흡광 물질을 포함하는 흡광층이 형성될 수 있다. 제2 경사면(412)의 표면에 형성된 흡광층은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 흡수한다. 그 결과, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 수광부(520)에 도달하지 못한다.Meanwhile, a light absorption layer including a light absorption material may be formed on the surface of the second inclined surface 412 . The light absorption layer formed on the surface of the second inclined surface 412 absorbs light incident from the upper right to the lower left. As a result, light having an angle other than the detection target incident angle does not reach the light receiving unit 520 .

마이크로 렌즈(430)는 프리즘 시트(410)를 통과한 빛 중 검출 대상 빛을 굴절시켜 수광부(520)를 향하게 한다. 마이크로 렌즈(430)에 의한 입사각 선택성을 높이기 위해서, 마이크로 렌즈(430)와 이미지 센서(500) 사이에 광 경로 연장층(420)이 개재될 수 있다. 광 경로 연장층(420)의 두께는, 예를 들어, 마이크로 렌즈(430)의 중심부 두께의 약 5배 이상일 수 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 마이크로 렌즈(430)의 구면 수차, 검출 대상 입사각 등 다양한 요인에 의해 증가하거나 감소할 수 있다. 여기서, 마이크로 렌즈(430)와 광 경로 연장층(420)의 굴절률은 실질적으로 동일할 수 있다. 한편, 광 경로 연장층(420) 상면 중 마이크로 렌즈(430)가 형성되지 않은 일부 영역에는 흡광 물질을 포함하는 흡광층(440)이 형성될 수 있다. 흡광층(440)은 검출 대상 입사각 이외의 입사각을 갖는 빛이 광 경로 연장층(420) 내부를 통과하여 이미지 센서(500)로 입사하는 것을 차단한다. The micro lens 430 refracts the detection target light among the light passing through the prism sheet 410 and directs it toward the light receiving unit 520 . In order to increase the incident angle selectivity by the micro lens 430 , the optical path extension layer 420 may be interposed between the micro lens 430 and the image sensor 500 . The thickness of the optical path extension layer 420 may be, for example, about 5 times or more than the thickness of the center of the micro lens 430 , but this is only an example, and various It may increase or decrease depending on factors. Here, the refractive indices of the microlens 430 and the optical path extension layer 420 may be substantially the same. Meanwhile, a light absorption layer 440 including a light absorption material may be formed on a portion of the upper surface of the light path extension layer 420 where the microlenses 430 are not formed. The light absorption layer 440 blocks light having an incident angle other than the detection target incident angle from passing through the light path extension layer 420 and incident on the image sensor 500 .

수광부(520)로 입사하는 빛의 광량을 증가시키기 위한 마이크로 렌즈의 일반적인 용도 대신에, 본 지문센서 패키지(100)에서는 특정각의 빛만 수광부(520)에 입사시키기 위한 용도로 마이크로 렌즈(430)를 이용한다. 이를 위해서, 마이크로 렌즈(430)는 복수의 메탈 라인에 의해 정의된 광 경로(525)에 대응하도록 메탈층(530)이 구비된 이미지 센서(500)의 수광부(520)의 상부에 형성된다. 즉, 마이크로 렌즈(430)는 프리즘 시트(410)의 하부에 위치하여 프리즘 시트(410)으로부터 이격된다. 이로 인해서, 공기가 프리즘 시트(410)와 마이크로 렌즈(430) 사이에 개재된다. 프리즘 시트-공기간 굴절률의 차이 및 공기-마이크로 렌즈간 굴절률의 차이를 이용하여, 커버 글라스(200)의 상면에서 전반사된 검출 대상 빛이 선택될 수 있다.Instead of the general use of the micro lens to increase the amount of light incident on the light receiving unit 520 , in the fingerprint sensor package 100 , the micro lens 430 is used for the purpose of injecting only light of a specific angle to the light receiving unit 520 . use it To this end, the microlens 430 is formed on the light receiving part 520 of the image sensor 500 provided with the metal layer 530 to correspond to the optical path 525 defined by the plurality of metal lines. That is, the micro lens 430 is positioned below the prism sheet 410 and is spaced apart from the prism sheet 410 . Due to this, air is interposed between the prism sheet 410 and the micro lens 430 . By using the difference in refractive index between the prism sheet and air and the difference in refractive index between the air and micro lenses, the detection target light that is totally reflected from the upper surface of the cover glass 200 may be selected.

이미지 센서(500)는 기판(510), 기판(510)에 형성된 수광부(520), 및 수광부(520)의 상부에 형성되며 광 경로(535)를 정의하는 메탈층(530)을 포함한다.The image sensor 500 includes a substrate 510 , a light receiving unit 520 formed on the substrate 510 , and a metal layer 530 formed on the light receiving unit 520 and defining a light path 535 .

수광부(520)는 마이크로 렌즈(430)의 하부에 위치하며, 입사한 빛을 검출하여 화소 전류를 생성한다. 광 경로를 형성하며 전기 배선을 위한 메탈층(530)이 마이크로 렌즈(430)와 수광부(520) 사이에 개재된다.The light receiving unit 520 is located under the microlens 430 and detects incident light to generate a pixel current. A metal layer 530 for forming an optical path and for electrical wiring is interposed between the micro lens 430 and the light receiving unit 520 .

입사각 선택성을 향상시키기 위해서, 수광부(520)의 중심과 마이크로 렌즈(430)의 중심은 일치하지 않을 수 있다. 도 4에서, 수광부(520)는 마이크로 렌즈(430)의 우측 하부에 위치한다. 여기서, 수광부(520)의 위치는 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 검출 대상 빛이 도달할 수 있는 위치이며, 검출 대상 입사각, 마이크로 렌즈(430)의 굴절률, 마이크로 렌즈(430)-수광부(520)간 거리 등과 같은 다양한 요인에 의해 결정될 수 있다. 이러한 배치를 통해서, 지문센서 패키지(100)의 입사각 선택성이 향상될 수 있다.In order to improve the incident angle selectivity, the center of the light receiving unit 520 and the center of the micro lens 430 may not coincide. In FIG. 4 , the light receiving unit 520 is located at the lower right side of the micro lens 430 . Here, the position of the light receiving unit 520 is a position to which the detection target light refracted by the micro lens 430 can reach, the detection target incident angle, the refractive index of the micro lens 430 , and the micro lens 430 - the light receiving unit 520 . ) can be determined by various factors such as the distance between Through this arrangement, the incident angle selectivity of the fingerprint sensor package 100 may be improved.

입사각 선택성을 향상시키기 위해서, 수광부(520)의 폭은 마이크로 렌즈(430)의 폭에 비해 상대적으로 좁게 형성될 수 있다. 수광부(520)의 폭이 큰 경우에, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛도 검출될 수 있다. 따라서, 검출 대상 빛이 광 선택 구조(400) 및 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절될 때 도달할 수 있는 지점에 수광부(520)가 형성되면, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 수광부(520)가 형성되지 않은 기판(510)의 상면에 도달하게 된다. 일 실시예로, 수광부(520)의 폭은, 예를 들어, 마이크로 렌즈(430)의 폭의 약 50% 이하일 수 있다. In order to improve the incident angle selectivity, the width of the light receiving unit 520 may be formed to be relatively narrow compared to the width of the micro lens 430 . When the width of the light receiving unit 520 is large, light having an angle other than the detection target incident angle may be detected. Accordingly, when the light receiving unit 520 is formed at a point that can be reached when the detection target light is refracted by the light selection structure 400 and the microlens 430 , the light having an angle other than the detection target incident angle is transmitted to the light receiving unit 520 . ) reaches the top surface of the substrate 510 on which it is not formed. In an embodiment, the width of the light receiving unit 520 may be, for example, about 50% or less of the width of the microlens 430 .

메탈층(530)은 마이크로 렌즈(430)의 하부에 형성될 수 있다. 메탈층(530)을 구성하는 복수의 메탈 라인은 수광부(520)에 제어 신호를 전달하거나 수광부(520)가 생성한 화소 전류를 외부로 인출하기 위한 전기 배선을 형성한다. 복수의 메탈 라인은 IMD(Inter Metal Dielectric) 등에 의해 상호간에 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 복수의 메탈 라인에 의해 정의된 광 경로도 IMD로 형성될 수 있다. 일 예로, 마이크로 렌즈(430)에 의해 선택된 빛은 수광부(520)의 표면에 경사지게 입사하므로, 광 경로 역시 경사지게 형성될 수 있다. 한편, 광 경로는 일반적인 CIS(CMOS Image Sensor)의 광 경로보다 상대적으로 좁은 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 복수의 메탈 라인에 의해 정의된 광 경로는 수광부(520)의 상면에 수직으로 형성될 수도 있다. 참고로, 상대적으로 좁은 단면적을 가진 광 경로는 한국 특허공개공보 제10-2016-0048646호에 개시되어 있으며, 여기에 일체로서 참조된다.The metal layer 530 may be formed under the micro lens 430 . A plurality of metal lines constituting the metal layer 530 forms electrical wirings for transmitting a control signal to the light receiving unit 520 or for drawing out the pixel current generated by the light receiving unit 520 to the outside. The plurality of metal lines may be electrically insulated from each other by an inter metal dielectric (IMD) or the like. Also, an optical path defined by a plurality of metal lines may be formed by the IMD. For example, since the light selected by the microlens 430 is inclinedly incident on the surface of the light receiving unit 520 , the light path may also be inclined. On the other hand, the optical path may be formed to have a relatively narrow cross-sectional area than the optical path of a general CMOS image sensor (CIS). As another example, the light path defined by the plurality of metal lines may be formed perpendicular to the upper surface of the light receiving unit 520 . For reference, an optical path having a relatively narrow cross-sectional area is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0048646, which is incorporated herein by reference.

한편, 도시되지 않았으나, 메탈층(530)은 수광부(520) 하부의 기판(510)에 형성될 수도 있다. 즉, 도 4에 도시된 BSI(Back Surface Illumination) 구조의 CIS 뿐 아니라, FSI(Front Surface Illumination) 구조의 CIS로도 지문센서 패키지를 구현할 수 있다. Meanwhile, although not shown, the metal layer 530 may be formed on the substrate 510 under the light receiving unit 520 . That is, the fingerprint sensor package can be implemented not only with the CIS of the BSI (Back Surface Illumination) structure shown in FIG. 4 but also the CIS of the FSI (Front Surface Illumination) structure.

이하에서는, 지문센서 패키지(100)로의 입사각에 따라 검출 대상 빛이 선택되는 방식을 설명한다.Hereinafter, a method in which a detection target light is selected according to an incident angle to the fingerprint sensor package 100 will be described.

도 4의 (b)는 지문센서 패키지(100)로의 입사각 θ에 따라 측면상에서 상이한 위치에 도달하게 되는 빛(323, 323, 324)을 예시하고 있다. 이하에서, 입사각은, 커버 글라스(200)의 상면에서 반사 또는 전반사되어 지문센서 패키지(100)에 입사될 때의 빛의 진행 방향과 프리즘 시트(410)의 상면(415)에 수직한 직선 사이의 각도를 의미한다. 먼저, 검출 대상 입사각 θ₁보다 큰 입사각 θ를 갖는 빛(322)은 프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411) 및 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절되어 수광부(520)의 좌측 지점 f₄를 향하게 되며, 검출 대상 입사각 θ₁보다 작은 입사각 θ를 갖는 빛(324)은 프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411) 및 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절되어 수광부(520)의 우측 지점 f₃을 향하게 된다. 그러나 빛(322, 324)은 메탈층(530)에 의해 차단되어 수광부(520)의 좌측 지점 f₄ 또는 우측 지점 f₃에 도달하지 못한다. 한편, 검출 대상 입사각 θ₁과 실질적으로 동일한 입사각 θ를 갖는 빛(323)은 프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411) 및 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 후 메탈층(530)에 의해 정의된 광 경로(535)를 통과하여 수광부(520)에 도달하게 된다. 여기서, 검출 대상 입사각 θ₁은 커버 글라스(200)에서 전반사될 때의 전반사각 θ_fr과 실질적으로 동일하다. FIG. 4B illustrates light 323 , 323 , and 324 arriving at different positions on the side according to the incident angle θ to the fingerprint sensor package 100 . Hereinafter, the angle of incidence is between a straight line perpendicular to the upper surface 415 of the prism sheet 410 and the traveling direction of light when it is reflected or totally reflected from the upper surface of the cover glass 200 and is incident on the fingerprint sensor package 100 . means angle. First, the light 322 having an incident angle θ greater than the detection target incident angle θ ₁ is refracted by the first inclined surface 411 and the micro lens 430 of the prism sheet 410 to obtain a left point f ₄ of the light receiving unit 520 . The light 324 having an incident angle θ smaller than the detection target incident angle θ ₁ is refracted by the first inclined surface 411 and the microlens 430 of the prism sheet 410 to the right point f _{3 of the light receiving unit 520 .} will be directed towards However, the lights 322 and 324 are blocked by the metal layer 530 and do not reach _{the left point f 4} or the right point f _{3 of the light receiving unit 520 .} On the other hand, the _{light 323 having an incident angle θ substantially equal to the detection target incident angle θ 1} is refracted by the first inclined surface 411 and the micro lens 430 of the prism sheet 410 and then by the metal layer 530 . It passes through the defined light path 535 and arrives at the light receiving unit 520 . Here, the detection target incident angle θ ₁ is substantially the same as the _{total reflection angle θ fr} when the cover glass 200 is totally reflected.

검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛(323)은 제1 경사면(411)에서 마이크로 렌즈(430)를 향해 굴절된다. 제1 경사면(411)에 수직한 직선과 빛(323) 사이의 각도는 θ_1PI이며 굴절된 빛(3231) 사이의 각도는 θ_1PO이다. 즉, 제1 경사면(411)에 대한 빛(323)의 입사각은 θ_1PI이며, 굴절각은 θ_1PO이다. 여기서, 프리즘 시트(410)의 굴절률이 공기의 굴절률보다 상대적으로 크기 때문에, 스넬의 법칙에 따라 θ_1PO는 θ_1PI보다 크다. Light 323 having a detection target incident angle θ ₁ is refracted from the first inclined surface 411 toward the micro lens 430 . The angle between the normal to the straight lines and the light 323 in the first inclined surface 411 is the angle between θ _1PI and refracted light 3231 is θ _1PO. That is, the incident angle of the light 323 with respect to the first inclined surface 411 is θ _1PI, the refractive angle θ is _1PO. Here, since the refractive index of the prism sheet 410 is relatively larger than the refractive index of air, θ _1PO according to Snell's law is greater than θ _1PI.

제1 경사면(411)에서 굴절된 빛(3231)은 마이크로 렌즈(430)에서 수광부(520)를 향해 굴절된다. 마이크로 렌즈(430)의 구면 수차는, 검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛(323)이 제1 경사면(411)에 의해 굴절되어 입사될 때, 수광부(520)를 향할 수 있도록 결정된다. 이 때, 굴절된 빛(3231)의 마이크로 렌즈(430)에 대한 입사각은 실질적으로 20도 이하일 수 있다. 마이크로 렌즈(430)의 지점 a에서의 법선은 굴절된 빛(3231)의 입사각과 실질적으로 동일하므로, 빛(3231)은 굴절되지 않은 채로 수광부(520)를 향하게 된다. 지점 a로부터 지점 b로 갈수록 법선과 빛(3231) 사이 각은 법선의 좌측 방향, 즉, 반시계 방향으로 증가하며, 지점 a로부터 지점 c로 갈수록 법선과 빛(3231) 사이 각은 법선의 우측 방향, 즉, 시계 방향으로 증가한다. 따라서 빛(3231)은 지점 b에서 시계 방향으로 굴절되어 수광부(520)를 향하게 되며, 빛(3231)은 지점 c에서 반시계 방향으로 굴절되어 수광부(520)를 향하게 된다. 여기서, 빛(3231)은 공기를 통해 마이크로 렌즈(430)로 입사하며 공기의 굴절률이 마이크로 렌즈의 굴절률보다 상대적으로 작기 때문에, 마이크로 렌즈(430)에 의한 굴절각은 마이크로 렌즈(430)에 대한 입사각보다 상대적으로 작다. 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 빛(3232)은 입사각 θ₂로 수광부(520)에 도달한다.The light 3231 refracted by the first inclined surface 411 is refracted from the micro lens 430 toward the light receiving unit 520 . The spherical aberration of the microlens 430 is _{determined so that when light 323 having a detection target incident angle θ 1} is refracted and incident by the first inclined surface 411 , it can be directed toward the light receiving unit 520 . In this case, the incident angle of the refracted light 3231 to the microlens 430 may be substantially less than 20 degrees. Since the normal at the point a of the microlens 430 is substantially the same as the incident angle of the refracted light 3231 , the light 3231 is directed toward the light receiving unit 520 without being refracted. From point a to point b, the angle between the normal and the light 3231 increases in the left direction of the normal, that is, counterclockwise, and from point a to point c, the angle between the normal and the light 3231 increases in the right direction of the normal. , that is, increasing in a clockwise direction. Accordingly, the light 3231 is refracted clockwise at the point b to be directed toward the light receiving unit 520 , and the light 3231 is refracted counterclockwise at the point c to be directed toward the light receiving unit 520 . Here, the light 3231 is incident on the microlens 430 through the air, and since the refractive index of air is relatively smaller than the refractive index of the microlens, the angle of refraction by the microlens 430 is greater than the angle of incidence for the microlens 430 . relatively small The light 3232 refracted by the micro lens 430 arrives at the light receiving unit 520 _{at an incident angle θ 2 .}

검출 대상 입사각 θ₁보다 큰 입사각 θ를 갖는 빛(322)의 일부는 제1 경사면(411)에서 마이크로 렌즈(430)를 향해 굴절된다. 제1 경사면(411)에 수직한 직선과 빛(322) 사이의 각도는 θ_PI이며 굴절된 빛(3221) 사이의 각도는 θ_PO이다. 입사각 θ가 검출 대상 입사각 θ₁보다 크기 때문에, 제1 경사면(411)에 의한 굴절각 θ_PO는 θ_1PO보다 작다. 따라서 마이크로 렌즈(430) 상의 동일 지점에 입사하더라도, 굴절된 빛(3221)의 마이크로 렌즈(430)에 대한 입사각이 굴절된 빛(3231)에 비해 상대적으로 커지게 된다. 이로 인해, 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 빛(3222)은 입사각 θ₄로 수광부(520)의 좌측을 향하게 된다. 좌측 지점 f₄를 향하는 굴절된 빛(3222)은 메탈층(530)에 의해 정의된 광 경로(535)를 통과하지 못하게 된다. 한편, 제1 경사면(411)의 지점 d에서 굴절된 빛(3221)은 두 개의 마이크로 렌즈(430) 사이에 형성된 흡광층에 의해 흡수되어 이미지 센서(500)에 입사하지 못한다. A portion of the light 322 having an incident angle θ greater than the detection target incident angle θ _{1 is refracted from the first inclined surface 411 toward the micro lens 430 .} The angle between the straight line perpendicular to the first inclined surface 411 and the light 322 is θ _{PI ,} and the angle between the refracted light 3221 is θ _PO . Since the incident angle θ is _{greater than the detection target incident angle θ 1} _{, the refraction angle θ PO} by the first inclined surface 411 is smaller than θ _{1PO .} Accordingly, even when incident on the same point on the microlens 430 , the angle of incidence of the refracted light 3221 to the microlens 430 is relatively larger than that of the refracted light 3231 . Accordingly, the light 3222 refracted by the micro lens 430 is directed toward the left side of the light receiving unit 520 _{at an incident angle θ 4 .} The refracted light 3222 directed to the left point f ₄ does not pass through the light path 535 defined by the metal layer 530 . Meanwhile, the light 3221 refracted at the point d of the first inclined surface 411 is absorbed by the light absorption layer formed between the two microlenses 430 and does not enter the image sensor 500 .

검출 대상 입사각 θ₁보다 작은 입사각 θ를 갖는 빛(324)은 제1 경사면(411)에서 마이크로 렌즈(430)를 향해 굴절된다. 제1 경사면(411)에 수직한 직선과 빛(324) 사이의 각도는 θ_PI이며 굴절된 빛(3221) 사이의 각도는 θ_PO이다. 입사각 θ가 검출 대상 입사각 θ₁보다 작기 때문에, 제1 경사면(411)에 의한 굴절각 θ_PO는 θ_1PO보다 크다. 따라서 마이크로 렌즈(430) 상의 동일 지점에 입사하더라도, 굴절된 빛(3241)의 마이크로 렌즈(430)에 대한 입사각이 굴절된 빛(3231)에 비해 상대적으로 작아지게 된다. 이로 인해, 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 빛(3242)은 입사각 θ₃으로 수광부(520)의 우측을 향하게 된다. 우측 지점 f₃을 향하는 굴절된 빛(3242)은 메탈층(530)에 의해 정의된 광 경로(535)를 통과하지 못하게 된다.The light 324 having an incident angle θ smaller than the detection target incident angle θ ₁ is refracted from the first inclined surface 411 toward the microlens 430 . The angle between the straight line perpendicular to the first inclined surface 411 and the light 324 is θ _{PI ,} and the angle between the refracted light 3221 is θ _PO . Since the incident angle θ is _{smaller than the detection target incident angle θ 1} _{, the refraction angle θ PO} by the first inclined surface 411 is greater than θ _{1PO .} Therefore, even if it is incident on the same point on the microlens 430 , the angle of incidence of the refracted light 3241 to the microlens 430 is relatively smaller than that of the refracted light 3231 . Accordingly, the light 3242 refracted by the micro lens 430 is directed toward the right side of the light receiving unit 520 _{at an incident angle θ 3 .} The refracted light 3242 directed to the right point f ₃ does not pass through the light path 535 defined by the metal layer 530 .

도 5는 도 2에서 지문센서 패키지의 다른 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 4와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 4와의 차이점을 위주로 설명한다.5 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the fingerprint sensor package in FIG. 2 . A description of components substantially the same as or similar to those of FIG. 4 will be omitted, and differences from FIG. 4 will be mainly described.

도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 지문센서 패키지(100)는 광 선택 구조(400) 및 이미지 센서(500)를 포함한다. 광 선택 구조(400)는 전자장치의 디스플레이 하부에 위치하며, 광 선택 구조(400)는 프리즘 시트(410a) 및 마이크로 렌즈(430)를 포함한다. 프리즘 시트(410a) 및 마이크로 렌즈(430)는 다양한 입사각으로 입사한 빛 중에서 검출 대상 빛을 선택한다.Referring to FIGS. 5A and 5B , the fingerprint sensor package 100 includes a light selection structure 400 and an image sensor 500 . The light selection structure 400 is located under the display of the electronic device, and the light selection structure 400 includes a prism sheet 410a and a micro lens 430 . The prism sheet 410a and the microlens 430 select a detection target light from among the light incident at various angles of incidence.

도 5의 (a)에 도시된 프리즘 시트(410a)는 자기 정렬(self-align) 및 자기 지지(self-support) 구조를 가진다. 도 4의 프리즘 시트(410)와 비교할 때, 프리즘 시트(410a)는 프리즘 산의 첨단부가 제거된 구조이다. 상세하게, 제1 경사면(411)의 상단(411a)은 제2 경사면(412)의 상단(412a)에 결합되어 프리즘 골을 형성하며, 프리즘 시트(410a)의 상면(415)과 실질적으로 평행하게 측면 방향으로 연장된 하면(416)의 양단이 제1 경사면(411)의 하단(411b)과 제2 경사면(412)의 하단(412b)을 연결한다. 하면(416)의 폭은 마이크로 렌즈(430)간 거리와 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다. 따라서 프리즘 시트(410a)의 하면(416)을 마이크로 렌즈(430) 사이에 배치하는 것만으로 프리즘 시트(410a)와 마이크로 렌즈(430)가 정렬될 수 있다. 또한, 실질적으로 수평한 하면(416)에 의해 프리즘 시트(410a)가 지지될 수 있으므로, 프리즘 시트(410a)를 지지 또는 고정하기 위한 별도의 구조가 요구되지 않는다. The prism sheet 410a shown in FIG. 5A has a self-aligning and self-supporting structure. Compared with the prism sheet 410 of FIG. 4 , the prism sheet 410a has a structure in which the tip of the prism mountain is removed. In detail, the upper end 411a of the first inclined surface 411 is coupled to the upper end 412a of the second inclined surface 412 to form a prism valley, and is substantially parallel to the upper surface 415 of the prism sheet 410a. Both ends of the lower surface 416 extending in the lateral direction connect the lower end 411b of the first inclined surface 411 and the lower end 412b of the second inclined surface 412 . The width of the lower surface 416 may be substantially equal to or smaller than the distance between the microlenses 430 . Therefore, only by arranging the lower surface 416 of the prism sheet 410a between the micro lenses 430 , the prism sheet 410a and the micro lenses 430 may be aligned. In addition, since the prism sheet 410a may be supported by the substantially horizontal lower surface 416 , a separate structure for supporting or fixing the prism sheet 410a is not required.

도 6은 도 2에서 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 4 및 5와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 4 및 5와의 차이점을 위주로 설명한다.6 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the fingerprint sensor package in FIG. 2 . A description of components substantially the same as or similar to those of FIGS. 4 and 5 will be omitted, and differences from FIGS. 4 and 5 will be mainly described.

도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 지문센서 패키지(100)는 광 선택 구조(400) 및 이미지 센서(500)를 포함한다. 광 선택 구조(400)는 전자장치의 디스플레이 하부에 위치하며, 광 선택 구조(400)는 프리즘 시트(410b) 및 마이크로 렌즈(430)를 포함한다. 프리즘 시트(410b) 및 마이크로 렌즈(430)는 다양한 입사각으로 입사한 빛 중에서 검출 대상 빛을 선택한다.Referring to FIGS. 6A and 6B , the fingerprint sensor package 100 includes a light selection structure 400 and an image sensor 500 . The light selection structure 400 is located under the display of the electronic device, and the light selection structure 400 includes a prism sheet 410b and a micro lens 430 . The prism sheet 410b and the microlens 430 select a detection target light from among the light incident at various angles of incidence.

도 6의 (a)에 도시된 프리즘 시트(410a)는 자기 정렬(self-align) 및 자기 지지(self-support) 구조를 가진다. 도 4 또는 5의 프리즘 시트(410a)와 비교할 때, 흡광층이 프리즘 시트(410b)의 제2 경사면(417)에 형성되어 있지 않다. 상술한 바와 같이, 도 4 또는 도 5의 제2 경사면(412)에 형성된 흡광층은, 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛(350)을 흡수하여 이 방향의 빛이 이미지 센서(500)에 입사하지 않도록 한다. 상세하게, 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 지문센서 패키지(100)에 입사한 빛(350)의 일부는 프리즘 시트(410b)의 제2 경사면(417)에 의해 굴절되어 마이크로 렌즈(430)에 입사한다. 굴절된 빛(351)은 흡광층(450b)에 의해 흡수되어 이미지 센서(500)로 입사하지 못한다.The prism sheet 410a shown in FIG. 6A has a self-aligning and self-supporting structure. Compared with the prism sheet 410a of FIG. 4 or 5 , the light absorption layer is not formed on the second inclined surface 417 of the prism sheet 410b. As described above, the light absorption layer formed on the second inclined surface 412 of FIG. 4 or 5 absorbs the light 350 incident from the upper right to the lower left, and the light in this direction is transmitted to the image sensor 500 . avoid entering. In detail, a portion of the light 350 incident on the fingerprint sensor package 100 from the upper right to the lower left is refracted by the second inclined surface 417 of the prism sheet 410b and is incident on the microlens 430 . . The refracted light 351 is absorbed by the light absorption layer 450b and does not enter the image sensor 500 .

우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛(350)을 차단하기 위해서, 적어도 하나의 흡광층(450a, 450b)이 광 경로 연장층(420) 내부에 형성된다. 흡광층(450a, 450b)은 흡광 물질로 형성되며, 측면 방향으로 연장된다. 흡광층(450a, 450b)은, 광 경로 연장층(420)을, 예를 들어, 목표 두께의 소정 비율만큼 형성한 후, 그 표면에 형성된다. 이후 광 경로 연장층(420)이 흡광층(450a, 450b)의 상부에 목표 두께까지 형성된다. 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 복수의 흡광층(450a, 450b)은, 광 경로 연장층-흡광층을 반복적으로 형성하여 구현할 수 있다. In order to block the light 350 incident from the upper right to the lower left, at least one light absorption layer 450a and 450b is formed in the light path extension layer 420 . The light absorption layers 450a and 450b are formed of a light absorption material and extend in a lateral direction. The light absorption layers 450a and 450b are formed on the surface of the light path extension layer 420 after, for example, a predetermined ratio of the target thickness is formed. Thereafter, the light path extension layer 420 is formed on the light absorption layers 450a and 450b to a target thickness. The plurality of light absorbing layers 450a and 450b as shown in FIG. 6B may be implemented by repeatedly forming the light path extension layer-light absorbing layer.

광 경로 연장층(420)에 형성된 흡광층(450a, 450b)는 검출 대상 빛을 위한 광 경로를 정의할 수 있다. 흡광층(450a, 450b)의 일부 영역에는 광 경로를 정의하기 위한 개구(451)가 형성된다. 개구(451)의 폭은 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 검출 대상 빛이 통과할 수 있는 크기로 결정된다. 따라서 흡광층(450a, 450b)에 의해 광 경로가 정의되는 구조에서는, 메탈층(530)에 의한 광 경로(535)를 이미지 센서(500) 내에 정의하지 않아도 된다. 다시 말해, 광 경로가 수직으로 형성된 이미지 센서를 이용하더라도 충분한 입사각 선택성을 광 경로 연장층(420)에 의해 확보할 수 있다.The light absorption layers 450a and 450b formed on the light path extension layer 420 may define an optical path for the light to be detected. An opening 451 for defining an optical path is formed in some regions of the light absorption layers 450a and 450b. The width of the opening 451 is determined to be a size through which the detection target light refracted by the micro lens 430 can pass. Accordingly, in the structure in which the light path is defined by the light absorption layers 450a and 450b , the light path 535 by the metal layer 530 does not need to be defined in the image sensor 500 . In other words, even if an image sensor in which the optical path is formed vertically is used, sufficient incident angle selectivity may be secured by the optical path extension layer 420 .

도 7은 도 2에서 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 4 내지 6과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 4 내지 6과의 차이점을 위주로 설명한다.7 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the fingerprint sensor package in FIG. 2 . A description of components substantially the same as or similar to those of FIGS. 4 to 6 will be omitted, and differences from FIGS. 4 to 6 will be mainly described.

도 7을 참조하면, 지문센서 패키지(100)는 광 선택 구조(400) 및 이미지 센서(500)를 포함한다. 광 선택 구조(400)는 전자장치의 디스플레이 하부에 위치하며, 광 선택 구조(400)는 프리즘 시트(410a 또는 410b) 및 마이크로 렌즈(430)를 포함한다. 프리즘 시트(410a 또는 410b) 및 마이크로 렌즈(430)는 다양한 입사각으로 입사한 빛 중에서 검출 대상 빛을 선택한다. Referring to FIG. 7 , the fingerprint sensor package 100 includes a light selection structure 400 and an image sensor 500 . The light selection structure 400 is located under the display of the electronic device, and the light selection structure 400 includes a prism sheet 410a or 410b and a micro lens 430 . The prism sheet 410a or 410b and the microlens 430 select a detection target light from light incident at various angles of incidence.

입사각 선택성을 높이기 위해서, 이미지 센서(500)의 상면에 마이크로 렌즈(540)가 형성된다. 마이크로 렌즈(540)는 이미지 센서(500)의 광 경로(535) 상부에 형성될 수 있다. 광 선택 구조(400)의 마이크로 렌즈(430)와 유사하게, 마이크로 렌즈(540)는 이미지 센서(500)로 입사하는 검출 대상 빛을 굴절시켜 수광부(520)를 향하게 한다. 마이크로 렌즈(540)를 포함한 이미지 센서(500)의 상부에 광 경로 연장층(420)이 형성되어 마이크로 렌즈(540)의 표면은 광 경로 연장층(420)에 접한다. 따라서, 마이크로 렌즈(540)에 입사한 검출 대상 빛이 굴절되기 위해서는, 광 경로 연장층(420)의 굴절률과 마이크로 렌즈(540)의 굴절률이 상이해야 한다. 예를 들어, 광 경로 연장층(420)의 굴절률과 마이크로 렌즈(540)의 굴절률의 차이는 0.2 이상일 수 있다.In order to increase the incident angle selectivity, a micro lens 540 is formed on the upper surface of the image sensor 500 . The micro lens 540 may be formed on the optical path 535 of the image sensor 500 . Similar to the micro lens 430 of the light selection structure 400 , the micro lens 540 refracts the detection target light incident on the image sensor 500 to direct the light receiving unit 520 . The optical path extending layer 420 is formed on the image sensor 500 including the micro lens 540 , so that the surface of the micro lens 540 is in contact with the optical path extending layer 420 . Accordingly, in order for the detection target light incident on the microlens 540 to be refracted, the refractive index of the optical path extension layer 420 and the refractive index of the microlens 540 must be different. For example, the difference between the refractive index of the optical path extension layer 420 and the refractive index of the micro lens 540 may be 0.2 or more.

도 8은 광 경로의 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.8 is a cross-sectional view exemplarily illustrating a structure of an optical path.

상술한 광 선택 구조(400)뿐 아니라, FSI 또는 BIS 이미지 센서(500)도 입사각 선택성을 높일 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 검출 대상 입사각 이외의 각도로 입사한 빛(이하 무효광)은, 지문 이미지의 품질을 저하시킬 수 있다. 예를 들어, 지문의 융선에 의해 검출 대상 빛이 흡수되면, 수광부로 입사하는 빛은 실질적으로 존재하지 않는다. 그러나 무효광이 입사하게 되면, 수광부는 이를 검출하여 화소 전류를 출력하여 지문의 골로 인식되게 된다. 도 8의 (a) 및 (b)는 무효 광이 지문 이미지 생성에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 이미지 센서의 구조를 나타내고 있다.In addition to the above-described light selection structure 400 , the FSI or BIS image sensor 500 may be formed in a structure capable of increasing incident angle selectivity. Light incident at an angle other than the detection target incident angle (hereinafter, invalid light) may deteriorate the quality of the fingerprint image. For example, when the detection target light is absorbed by the ridge of the fingerprint, the light incident on the light receiving unit is substantially absent. However, when the ineffective light is incident, the light receiving unit detects it and outputs a pixel current to be recognized as a valley of the fingerprint. 8 (a) and (b) show the structure of an image sensor capable of minimizing the effect of the ineffective light on generating a fingerprint image.

도 8의 (a)및 (b)를 참조하면, FIS 이미지 센서에 구현된 차광 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 이미지 센서(500)는 반도체 기판(510), 반도체 기판(510)의 상면에 형성된 수광부(520), 수광부(520)의 상부에 위치하며 수광부(520)와 외부 연결 단자(미도시)간 전기 배선을 형성하며 일정 각도로 기울어진 광 경로를 형성하는 메탈층(530)을 포함한다.Referring to FIGS. 8A and 8B , a light blocking structure implemented in an FIS image sensor is illustrated by way of example. The image sensor 500 is located on the semiconductor substrate 510 , the light receiving unit 520 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 510 , and the light receiving unit 520 , and an electrical wiring between the light receiving unit 520 and an external connection terminal (not shown) and a metal layer 530 forming a light path inclined at a predetermined angle.

M1 내지 M4 메탈 라인을 포함하는 메탈층(530)은 수광 소자(510)를 향해 입사하는 무효 광을 차단한다. 이를 위해서, M1 내지 M4 메탈 라인은 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 검출 대상 빛이 수광부(430)에 입사할 때의 각도 범위 내로 경사진 광 경로(535)를 정의한다. 여기서, 도 8의 (a)및 (b)는 동일한 두께를 갖는 4개의 메탈 라인을 예시하고 있으나, 메탈 라인의 수는 증가 또는 감소될 수 있으며, 메탈 라인의 두께 또한 증가 또는 감소될 수 있다. 즉, 입사각 선택성을 향상시키기 위해서는, 광 경로의 높이(예를 들어, M1 내지 M4 메탈 라인이 적층된 높이)가 광 경로의 폭(예를 들어, W1 또는 W2)에 비해 수 내지 수십 배일 수 있다. 이와 같이 광 경로의 높이를 증가시키면, 마이크로 렌즈(430)에 의해 굴절된 검출 대상 빛의 입사각과 다른 입사각을 갖는 빛은 M1 내지 M4 메탈 라인에 의해 거의 차단되게 된다. The metal layer 530 including the M1 to M4 metal lines blocks the ineffective light incident toward the light receiving element 510 . To this end, the M1 to M4 metal lines define a light path 535 inclined within an angle range when the detection target light refracted by the micro lens 430 is incident on the light receiving unit 430 . Here, although 4 (a) and (b) of FIG. 8 illustrate four metal lines having the same thickness, the number of metal lines may be increased or decreased, and the thickness of the metal lines may also be increased or decreased. That is, in order to improve the incident angle selectivity, the height of the optical path (for example, the height at which M1 to M4 metal lines are stacked) may be several to several tens of times compared to the width of the optical path (for example, W1 or W2). . When the height of the light path is increased in this way, light having an incident angle different from that of the detection target light refracted by the microlens 430 is almost blocked by the M1 to M4 metal lines.

한편, 이미지 센서(500)의 광 경로(535)는 광 경로 연장층(420)에 형성된 하나 이상의 흡광층(450a, 450b)에 의해 마이크로 렌즈(430)까지 연장될 수 있다. 여기서, 이미지 센서(500)의 광 경로(535)의 폭 또는 마이크로 렌즈(430)까지 연장된 광 경로의 폭은, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 감소(W1에서 W2로 감소)하거나, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상부와 하부의 폭이 일정(W1)할 수 있다. Meanwhile, the light path 535 of the image sensor 500 may extend to the microlens 430 by one or more light absorption layers 450a and 450b formed on the light path extension layer 420 . Here, the width of the optical path 535 of the image sensor 500 or the width of the optical path extending to the microlens 430 decreases from the top to the bottom as shown in FIG. 8A . (decreased from W1 to W2) or, as shown in (b) of FIG. 8 , the widths of the upper and lower portions may be constant (W1).

도시되진 않았으나, BSI 이미지 센서는 수광부의 상부에 형성된 쉴드층(545)을 포함할 수 있다. 쉴드층은 수광부를 향해 입사하는 무효광을 차단한다. 쉴드층은, 예를 들어, 금속 또는 흡광 물질로 형성될 수 있다. 이를 위해서, 복수의 쉴드층이 복수의 수광부 각각의 수직 상부에 형성되며, 복수의 쉴드층간은 일정 거리로 이격될 수 있다. 가로 길이와 세로 길이로 정의되는 쉴드층의 넓이는 수광부의 넓이와 같거나 커서 수광부의 수직 상방으로 입사되는 빛을 차단할 수 있다. Although not shown, the BSI image sensor may include a shield layer 545 formed on the light receiving part. The shield layer blocks the ineffective light incident toward the light receiving unit. The shield layer may be formed of, for example, a metal or a light absorbing material. To this end, a plurality of shield layers may be formed vertically on each of the plurality of light receiving units, and the plurality of shield layers may be spaced apart from each other by a predetermined distance. The width of the shield layer defined by the horizontal and vertical lengths is equal to or greater than the width of the light receiving unit, so that light incident vertically upward of the light receiving unit may be blocked.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .

Claims

It is located under the display panel and passes through the display panel. a light selection structure for selecting a light having an incident angle to be detected from among lights having various incident angles representing ridges and valleys of the fingerprint; and
an image sensor positioned under the light selection structure and generating a fingerprint image using light having the detection target incident angle;
In the light selection structure, light having an incident angle to be detected is refracted toward the light receiving unit of the image sensor, and light having an incident angle other than the incident angle to be detected is refracted to escape the light receiving unit,
The detection target incident angle is the same throughout the image sensor, fingerprint sensor package.

The method according to claim 1, The light selection structure,
a prism sheet for refracting the light having the detection target incident angle at a first angle among the light having the various incident angles; and
A plurality of micro lenses positioned under the prism sheet and refracting light refracted at a first angle at a second angle,
A fingerprint sensor package in which the tip of the prism sheet faces the image sensor.

The method according to claim 2, The prism sheet,
Comprising a plurality of first inclined surfaces and a plurality of second inclined surfaces alternately arranged to form a prism mountain and a prism valley,
The first inclined surface refracts the light having the detection target incident angle among the light having the various incident angles to the first angle, the fingerprint sensor package.

The fingerprint sensor package of claim 3 , wherein an inclination angle of the first inclined surface is different from an inclination angle of the second inclined surface.

The fingerprint sensor package according to claim 2, further comprising a light absorption layer formed between two micro lenses and absorbing incident light.