KR102432041B1 - 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이 - Google Patents

지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이 Download PDF

Info

Publication number
KR102432041B1
KR102432041B1 KR1020180075346A KR20180075346A KR102432041B1 KR 102432041 B1 KR102432041 B1 KR 102432041B1 KR 1020180075346 A KR1020180075346 A KR 1020180075346A KR 20180075346 A KR20180075346 A KR 20180075346A KR 102432041 B1 KR102432041 B1 KR 102432041B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
lens
layer
light receiving
receiving unit
Prior art date
Application number
KR1020180075346A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200002155A (ko
Inventor
남동욱
민병일
박광수
김봉석
Original Assignee
아크소프트 코포레이션 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아크소프트 코포레이션 리미티드 filed Critical 아크소프트 코포레이션 리미티드
Priority to KR1020180075346A priority Critical patent/KR102432041B1/ko
Publication of KR20200002155A publication Critical patent/KR20200002155A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102432041B1 publication Critical patent/KR102432041B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14678—Contact-type imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 지문센서에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 커버 글라스 및 상기 커버 글라스 하부에 배치된 디스플레이 패널에서 상기 커버 글라스에 접촉한 손가락의 지문 이미지를 생성하는 지문센서 패키지가 제공된다. 지문센서 패키지는, 수광부를 구비한 이미지 센서, 상기 수광부에 대응하도록 상기 이미지 센서의 상면에 배치된 렌즈 및 상기 이미지 센서의 상면으로부터 이격되도록 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널이 생성한 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 손가락에 의해 반사된 수직 입사각 범위에 속한 빛이 통과하는 광 경로를 제공하는 광 경로층을 포함하되, 상기 광 경로층의 굴절율과 상이한 매질이 상기 광 경로층과 상기 이미지 센서 사이에 개재되고, 상기 수직 입사각 범위에 속한 빛은, 상기 광 경로층의 하면으로부터 상기 렌즈를 향해 수직으로 진행하며, 수직 입사각 범위 밖의 빛은, 상기 광 경로층의 하면으로부터 상기 렌즈를 향해 굴절되어 입사하며, 상기 렌즈는, 상기 수직 입사각 범위에 속한 빛은 상기 수광부에 포커싱하며, 상기 수직 입사각 범위 밖의 빛은 상기 수광부 이외의 지점에 포커싱할 수 있다.

Description

지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이{Finger-print sensor package and display capable of detecting finger-print}
본 발명은 지문센서에 관한 것이다.
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.
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.
영상이 표시되는 영역에서 지문이미지를 생성할 수 있는 디스플레이를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 커버 글라스 및 상기 커버 글라스 하부에 배치된 디스플레이 패널에서 상기 커버 글라스에 접촉한 손가락의 지문 이미지를 생성하는 지문센서 패키지가 제공된다. 지문센서 패키지는, 수광부를 구비한 이미지 센서, 상기 수광부에 대응하도록 상기 이미지 센서의 상면에 배치된 렌즈 및 상기 이미지 센서의 상면으로부터 이격되도록 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널이 생성한 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 손가락에 의해 반사된 수직 입사각 범위에 속한 빛이 통과하는 광 경로를 제공하는 광 경로층을 포함하되, 상기 광 경로층의 굴절율과 상이한 매질이 상기 광 경로층과 상기 이미지 센서 사이에 개재되고, 상기 수직 입사각 범위에 속한 빛은, 상기 광 경로층의 하면으로부터 상기 렌즈를 향해 수직으로 진행하며, 수직 입사각 범위 밖의 빛은, 상기 광 경로층의 하면으로부터 상기 렌즈를 향해 굴절되어 입사하며, 상기 렌즈는, 상기 수직 입사각 범위에 속한 빛은 상기 수광부에 포커싱하며, 상기 수직 입사각 범위 밖의 빛은 상기 수광부 이외의 지점에 포커싱할 수 있다.
일 실시예로, 상기 빛은 상기 디스플레이 패널이 조사한 패널광에 의해 생성되며 손가락에 의해 반사될 수 있다.
일 실시예로, 상기 광 경로층과 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상면부터 하면까지 수직으로 연장된 관통홀이 형성된 경사광 차단 구조를 더 포함하되, 상기 렌즈는 상기 관통홀 내에 수용될 수 있다.
일 실시예로, 상기 이미지 센서는, 상기 이미지 센서의 상면과 상기 수광부 사이에 위치하며, 수평 방향으로 연장된 복수의 층을 포함하되, 상기 복수의 층은, 상기 수광부의 상부에 개구가 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 층에 형성된 개구의 직경은, 상기 렌즈에 가까울수록 증가할 수 있다.
일 실시예로, 지문센서 패키지는, 상기 광 경로층의 하면에 형성되며, 상기 렌즈의 수직 상부에 대응되는 위치에 개구가 형성된 제1 층 및 상기 렌즈의 주변 영역에 형성되어 상기 이미지 센서 내부로 입사하는 빛을 차단하는 제2 층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 지문센서 패키지는, 상기 광 경로층의 하면에 형성되며, 상기 렌즈의 수직 상부에 대응되는 위치에 제1 개구가 형성된 제1 층, 상기 렌즈의 주변 영역에 형성되어 상기 이미지 센서 내부로 입사하는 빛을 차단하는 제2 층, 상기 제1 층의 하면에 형성된 제1 중간층 및 상기 중간층의 하면에 형성되어 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 배치되며, 상기 렌즈의 수직 상부에 대응되는 위치에 제2 개구가 형성된 제3층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구의 직경은 상기 렌즈의 직경보다 작을 수 있다.
일 실시예로, 지문센서 패키지는, 상기 제1 중간층의 하면에 형성된 제2 중간층 및 상기 제2 중간층의 하면에 형성되어 상기 제3 층과 상기 제2 층 사이에 배치되며, 상기 렌즈의 수직 상부에 대응되는 위치에 제2 개구가 형성된 제4 층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 렌즈는, 동일한 평면에 배치된 복수의 수광부에 대응하며, 복수의 광 경로를 통과한 상기 수직 입사각 범위에 속한 빛을 상기 복수의 수광부 각각에 포커싱할 수 있다.
일 실시예로, 상기 렌즈는, 핀홀 역할을 할 수 있다.
일 실시예로, 상기 렌즈의 직경은, 상기 디스플레이 패널의 디스플레이 화소 피치보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이는, 영상이 표시되는 영역에서 지문이미지를 생성할 수 있다.
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 전자장치에 결합된 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 패널광을 이용한 지문이미지 생성 개념을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 지문센서 패키지를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 지문센서 패키지를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8은 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 경사광 차단 구조의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 11은 도 9에 도시된 지문센서 패키지를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12는 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 13은 복수의 지점을 검출하는 원리를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 지문센서 패키지의 광 선택 방식이 적용된 구조를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 15 및 도 16은 렌즈와 디스플레이의 단위 화소의 크기에 따른 검출 가능 범위를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17은 이미지 센서의 화소 배열을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18은 이미지 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
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 기능, 특징, 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.
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.
한편, 특별한 언급이 없는 한, “측면”, 또는 “수평”은 도면의 좌우 방향을 언급하기 위한 것이며, “수직”은 도면의 상하 방향을 언급하기 위한 것이다. 또한, 특별히 정의되지 않는 한, 각도, 입사각 등은 도면에 표시된 수평면에 수직한 가상의 직선을 기준으로 한다.
첨부된 도면 전체에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 인용된다.
도 1은 전자장치에 결합된 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 개략적으로 도시한 예시도이다.
지문인식 기능을 구비한 디스플레이는 디스플레이 패널(20), 터치 센서(미도시) 및 지문센서 패키지(10) 등을 포함한다. 지문센서 패키지(10)는 상부의 커버 글라스(30)에 위치한 손가락(40)의 지문을 촬영하여 지문이미지를 생성한다. 지문센서 패키지(10)는 디스플레이 패널(20) 하부에 배치되어 지문이미지를 생성할 수 있다. 도시되진 않았으나, 지문센서 패키지(10)와 동일 구조를 갖는 지문 센서층은 디스플레이 패널(20)의 하면의 적어도 일부 또는 전체에 배치되며, 임의의 위치에서 지문이미지를 생성할 수 있다. 지문센서 패키지(10)와 지문 센서층은 디스플레이 패널(20)의 하면에서 차지하는 면적 및/또는 지문이미지를 생성할 수 있는 위치만 상이할 뿐 동일한 원리와 구조를 가지므로, 이하에서는 지문센서 패키지(10)를 중심으로 설명한다.
도 1은 전자장치의 일 예로, 전면에 커버 글라스(30)가 부착된 스마트폰을 예시하고 있다. 커버 글라스(30)의 하면에는 디스플레이 패널(20)을 노출하기 위한 영역을 정의하는 상부 및 하부 코팅 영역(32a, 32b)이 형성된다. 한편, 전자장치의 종류에 따라 좌우 코팅 영역(미도시)이 상부 및 하부 코팅 영역(32a, 32b)의 양단에 각각 연결될 수 있다. 전자장치의 전면은 상대적으로 큰 면적을 차지하는 디스플레이 패널(20) 및 상대적으로 작은 면적을 차지하는 스피커, 카메라, 및/또는 조도 센서(12)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(30)는 디스플레이 패널(20) 전체를 덮으며, 전자장치의 종류에 따라 전자장치의 전면 일부 또는 전체를 덮을 수도 있다. 디스플레이 패널(20)은 커버 글라스(30)의 하부에 위치되며, 지문센서 패키지(10)는 디스플레이 패널(20)의 하부에 위치된다.
도 2는 패널광을 이용한 지문이미지 생성 개념을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 지문센서 패키지(10)는, 디스플레이 패널(20)이 생성한 빛(이하 패널광이라 함)을 이용하여 지문이미지를 생성할 수 있다. 디스플레이 패널(20)이 생성한 빛(33) 중 적어도 일부는, 커버 글라스(30)를 향해 수직으로 진행한다. 지문의 융선이 커버 글라스(30)에 접촉할 때, 커버 글라스-융선의 접촉 지점에 도달한 빛은, 융선에 흡수된다. 반면에, 지문의 골에 해당하는 지점에 도달한 빛은, 디스플레이 패널(20)을 향해 반사된다. 여기서, 반사된 빛은 디스플레이 패널(20)을 통과하여 지문센서 패키지(10)에 도달한다. 다양한 각도로 반사된 빛은, 다양한 각도로 지문센서 패키지(10)에 도달하게 된다. 지문센서 패키지(10)는, 다양한 각도로 반사된 빛 중에서, 디스플레이 패널(20)을 수직으로 통과한 빛(34)을 이용하여 지문이미지를 생성한다. 지문의 골에 대응하는 지점에서 반사된 빛을 검출하기 때문에, 지문이미지에서 지문의 골은 상대적으로 밝게 나타나며, 지문의 융선은 상대적으로 어둡게 나타난다.
지문이미지를 생성하는데 필요한 패널광(34)을 생성하는 광원은 디스플레이 패널(20)일 수 있다. 디스플레이 패널(20)은 R, G, B 화소의 조합을 턴온하여 손가락을 향해 조사되는 패널광(34)을 생성할 수 있다. 여기서, 패널광(34)은, 예를 들어, 가시광선이며, 백색광 또는 적색광일 수 있다. 손가락(40)이 커버 글라스(30) 상의 지문 획득 영역(31)에 위치하면, 지문 획득 영역(31)의 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합 및/또는 지문 획득 영역(31) 이외의 영역 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합이 턴온될 수 있다.
도 3은 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 지문인식 기능을 구비한 디스플레이는, 디스플레이 패널(20) 및 디스플레이 패널(20)의 하면에 배치된 지문센서 패키지(10)를 포함한다. 지문센서 패키지(10)는, 광학적으로 투명한 광 경로층(100), 광 경로층(100)으로부터 이격되어 배치된 렌즈(200) 및 렌즈(200) 하부에 위치한 이미지 센서(300)를 포함한다.
광 경로층(100)과 렌즈(200) 사이의 공간은, 광 경로층(100)의 제1 굴절율과 다른 제2 굴절율을 가진 매질, 예를 들어, 공기로 충진된다. 광 경로층(100)의 하면(101)은, 굴절율이 상이한 두 매질간의 계면이다. 제1 굴절율이 제2 굴절율보다 큰 경우, 광 경로층(100) 내에서 하면(101)을 향하는 빛은, 입사각보다 큰 굴절각으로 굴절된다. 광 경로층(100)의 하면(101)에 의해서, 빛은 약 -90도 내지 약 90도로 굴절될 수 있다. 하면(101)상의 지점 a로의 입사각이 실질적으로 90도인 빛 I90은, 굴절되지 않는다. 이에 반해, 지점 a으로의 입사각이 90도보다 작거나 큰 빛 Iθ는 입사각보다 큰 각도로 굴절된다. 입사각이 전반사각도에 가까운 빛은, 하면(101)에서 거의 90도로 굴절될 수 있다. 굴절된 빛 Iθ'의 일부는 렌즈(200)에 도달하며, 나머지 일부는 렌즈(200) 사이로 노출된 이미지 센서(300)의 상면(301)에 도달한다.
렌즈 어레이는, 실질적으로 수평인 평면상에 배열된 복수의 렌즈(200a, 200b, 200c)를 포함한다. 렌즈(200a, 200b, 200c)의 하면은 실질적으로 평면이며, 상면은 곡면이다. 즉, 렌즈(200a, 200b, 200c)의 수평 단면은 원형이며, 중심에서 수직 방향으로 멀어질수록 수평 단면의 직경은 감소한다. 렌즈 어레이에서, 렌즈(200a, 200b, 200c)는 이미지 센서(300)의 수광부에 대응하도록 배열된다. 일 실시예로, 1개의 렌즈는 1개의 수광부에 대응된다. 다른 실시예로, 1개의 렌즈는 복수의 수광부에 대응될 수 있다.
렌즈 어레이의 렌즈(200a, 200b, 200c)는, 곡면에 실질적으로 수직으로 입사한 빛 I90을 초점 f에 집중시키며, 그외의 각도로 입사한 빛 Iθ'은 초점 f 이외의 지점으로 굴절시킨다. 초점 f는, 렌즈의 직경, 곡률 등에 의해 결정되며, 렌즈 중심의 아래쪽에 위치한다. 일반적으로, CIS(CMOS Image Sensor) 모듈은, 초점을 조절하는 광학 렌즈 및 수광부에 입사하는 빛의 광량을 증가시키기 위한 마이크로 렌즈를 포함한다. 광학 렌즈는, 이미지 센서 전체에 대응되며, 마이크로 렌즈는 이미지 센서의 각 수광부에 대응된다. 렌즈(200a, 200b, 200c)는, 이미지 센서(300)의 수광부에 1:1 대응하도록 배열되지만, 입사되는 빛을 초점에 집중시킨다는 측면에서 볼 때, CIS 모듈의 광학 렌즈에 가깝다. CIS 모듈의 마이크로 렌즈는, 일정 범위의 입사각을 갖는 빛이 수광부를 향하도록 하여 광량을 집중시키지만, 렌즈(200a, 200b, 200c)는, 실질적으로 수직인 빛 I90만 초점 f에 집중시키며 그 외의 입사각을 갖는 Iθ'은 초점에서 벗어나도록 한다. 여기서, 실질적으로 수직인 빛 I90은, 수직 및 거의 수직한 입사각을 가져서 렌즈(200a, 200b, 200c)에 1:1 대응하는 각 수광부에 도달할 수 있는 빛이다.
굴절율이 다른 매질과의 계면인 광 경로층(100)의 하면(101)과 렌즈의 조합에 의해서, 이미지 센서(300)는 실질적으로 수직으로 입사하는 빛 I90만을 검출할 수 있다. 빛 I90과 빛 Iθ는 하면(101)상의 동일 지점 a에 입사했다. 빛 I90는 굴절없이 렌즈(200a)의 곡면에 도달한다. 이에 반해, 굴절된 빛 Iθ'의 일부는 굴절되어 렌즈(200a)의 곡면에 도달하며, 나머지 일부는 인접한 다른 렌즈(200b, 200c)의 곡면에 도달한다. 렌즈(200a)의 곡면에 실질적으로 수직으로 입사한 빛 I90은, 입사 지점에 상관없이, 렌즈(200a)의 초점 f를 향해 굴절된다. 이에 반해, 렌즈(200a)의 곡면에 수직 이외의 각도로 입사한 빛 Iθ'은, 입사한 렌즈(200a)의 초점 f에는 적어도 도달할 수 없다. 한편, 렌즈(200b)의 곡면에 수직 이외의 각도로 입사한 빛 Iθ'은, 입사 지점 및/또는 입사각에 따라 달라지지만, 렌즈(200b)의 우측에 위치한 다른 렌즈의 초점에 도달할 수는 있지만, 렌즈(200a)의 초점 f에는 적어도 도달할 수 없다.
이미지 센서(300)의 상면(301) 중 렌즈 어레이가 형성되지 않은 영역(평면 영역)에 입사한 빛은, 초점 f를 벗어날 수 있다. 평면 영역에 수직으로 입사한 빛 I90은, 굴절되지 않으므로 초점 f에 도달하지 않는다. 한편, 평면 영역에 수직 이외의 각도로 입사한 빛 Iθ는, 상면(301)에서 굴절되며 초점 f에 도달하지 않을 수 있다. 이미지 센서(300)의 상면으로부터 수광부까지의 광 경로는 제3 굴절율을 갖는 물질로 충진된다. 즉, 이미지 센서(300)의 상면(301)은 굴절율이 상이한 두 매질간의 계면이다. 제3 굴절율이 제2 굴절율보다 큰 경우, 이미지 센서(300)를 향해 입사하는 빛의 굴절각은 입사각보다 작다. 평면 영역에 입사한 빛 Iθ'은, 렌즈(200a)의 초점 f에는 도달할 수 없지만, 일부는 인접한 렌즈(200b, 200c)의 초점에 도달할 수도 있다.
일부 디스플레이 패널은, 내부에 공기로 채워진 공간을 가지고 있다. 따라서 경사지게 입사하는 빛을 이용하여 지문이미지를 생성하는 방식은 내부에 빈 공간을 가진 디스플레이 패널에는 적용되기 어렵다. 광 경로층(100)과 렌즈 어레이 사이에 굴절율이 다른 매질을 배치한 구조는, 직진하는 빛을 검출하는데 효과적이지만, 적정 수준 이상으로 굴절된 빛이 주변의 수광부에 도달할 수 있다. 따라서, 이하에서는, 상술한 원리를 이용하면서도 주변 수광부에 빛이 도달하지 않는 구조를 갖는 실시예들을 설명한다.
도 4는 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 지문센서 패키지를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5의 (d)를 함께 참조하면, 지문센서 패키지는, 광 경로층(100)과 이미지 센서(300) 사이에 배치된 경사광 차단 구조(400)를 포함한다. 경사광 차단 구조(400)는, 그 내부로 빛을 통과시키지 않는, 예를 들어, 흡광 물질로 형성되며, 상면부터 하면까지 실질적으로 수직으로 연장된 복수의 관통홀(405)이 형성되어 있다. 복수의 관통홀(405)은, 렌즈(200)에 대응하는 위치에 형성되며, 관통홀(405)의 단면은, 예를 들어, 원형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 단면이 원형이 경우, 관통홀(405)의 직경은, 렌즈의 직경과 실질적으로 동일하거나 크다. 즉, 경사광 차단 구조(400)가 이미지 센서(300)의 상면에 배치되면, 렌즈(200)는 관통홀(405) 내에 수용될 수 있다.
관통홀(405)을 향해 실질적으로 수직으로 입사한 빛 I90은, 굴절없이 렌즈의 곡면에 도달할 수 있다. 관통홀(405)을 향해 수직 이외의 각도로 입사한 빛 Iθ은, 광 경로층(100)의 하면(101)에서 굴절된다. 굴절된 빛 Iθ'의 일부는 관통홀(405)의 측면에 의해 차단된다. 관통홀(405)의 측면에 의해 차단되지 않은 굴절된 빛 Iθ'의 나머지 일부는, 렌즈의 곡면에 경사지게 입사한다. 렌즈의 곡면에 경사지게 입사한 빛 Iθ'은, 도 3에서 상술한 바와 같이, 이미지 센서(300) 내부로 굴절되지만, 입사한 렌즈의 초점 f에 도달하지 못한다. 수광부(310)는, 렌즈의 초점 f에 배치된다. 관통홀(405) 이외의 영역으로 입사한 빛 I90과 Iθ는, 경사광 차단 구조(400)의 상면에 의해 차단되어 렌즈(200)를 향하지 못한다.
경사광 차단 구조(400)는, 광 경로층(100)의 하면(101)에 형성될 수 있다. 도 5를 참조하면, (a)에서, 몰드(40)가 광 경로층(100)의 하면(101) 상에 배치된다. 몰드(40)는, 평판으로부터 수직 방향으로 연장된 복수의 기둥(41)을 포함한다. 기둥(41)의 단면은 관통홀(405)의 단면과 동일한 형태이다. (b)에서, 흡광 물질(400')이 몰드(40)와 광 경로층(100) 사이 공간으로 주입된다. 예를 들어, 흡광 물질(400')은, 스핀 코팅 등에 의해 광 경로층(100)의 하면(101) 전체에 걸쳐 일정한 두께를 가질 수 있다. 흡광 물질이 일정 두께로 주입되면, 예를 들어, UV 또는 열을 인가하여 흡광 물질을 경화시킨다. (c)에서, 흡광 물질이 충분히 경화되면, 몰드(40)가 제거된다. 광 경로층(100)의 하면(101)에 형성된 경사광 차단 구조(400)는 (d)에 예시되어 있다.
도 6은 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 다른 실시예를 도시한 도면이며, 도 7은 도 6에 도시된 지문센서 패키지를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7의 (d2)를 함께 참조하면, 지문센서 패키지는, 이미지 센서(300)에 형성된 경사광 차단 구조(320)를 포함한다. 경사광 차단 구조(320)는, 렌즈 어레이와 수광부(310) 사이에 위치된다. 경사광 차단 구조(320)는, 그 내부로 빛을 통과시키지 않는, 예를 들어, 흡광 물질로 형성된 복수의 층을 포함한다. 경사광 차단 구조(320)는, 실질적으로 수직으로 입사된 빛 I90이 렌즈에 의해 굴절되어 수광부(310)에 도달하는 광 경로(325)를 정의한다. 이를 위해, 각 층에는, 광 경로(325)에 대응하는 위치에 개구가 형성된다. 개구는, 예를 들어, 원형이며, 광 경로(325)를 따라 각 층마다 형성된 개구의 직경이 상이할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(200)에 가장 가까운 층에 형성된 개구의 직경이 가장 크며, 수광부(310)에 가까워질수록 개구의 직경이 작아질 수 있다.
복수의 개구에 의해 정의된 광 경로는, 굴절된 빛 Iθ'을 차단한다. 단면을 기준으로, 실질적으로 수직으로 입사한 빛 I90은, 렌즈(200)에 의해 굴절될 때만 역삼각형상의 광 경로를 통과할 수 있다. 수직 이외의 각도로 입사한 빛 Iθ은, 광 경로를 구성하는 각 층에 의해 차단되어, 수광부(310)에 도달하지 못한다.
경사광 차단 구조(320)는, 이미지 센서(300) 내부에 형성된다. 도 7을 참조하면, (a)에서, 복수의 수광부(310)는 기판(330)에 형성된다. 수광부(310)는, 예를 들어, 빛을 감지하면 화소 전류를 생성하는 포토 다이오드일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
(b)에서, 수광부(310) 상에 광학적으로 투명한 물질, 예를 들어, IMD(Inter metal dielectric)이 적층되며, 그 상부에 경사광 차단 구조(320)의 제1 층(320a)이 적층된다. 제1 층(320a)에서, 광 경로를 정의하기 위한 영역은 제거되어 제1 개구(325a)이 된다.
(c)에서, 제1 층(320a) 상에 광학적으로 투명한 물질이 적층되며, 그 상부에 경사광 차단 구조(320)의 제2 층(320b)이 적층된다. 제2 층(320b)에서, 광 경로를 정의하기 위한 영역은 제거되어 제2 개구(325b)이 된다.
(d1) 및 (d2)에서, 경사광 차단 구조(320)는, 위 (b) 또는 (c)와 같은 단계를 반복하여 형성된다. 경사광 차단 구조(320)를 구성하는 층이 4개로 예시되어 있으나, 이는 단지 예시일 뿐이다.
(e)에서, 경사광 차단 구조(320) 상에 광학적으로 투명한 물질이 적층되며, 그 상부에 렌즈 어레이가 배치된다.
도 8은 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 지문센서 패키지는, 광 경로층(100)의 하면(101)에 형성된 제1 층(102) 및 이미지 센서(300)의 상면(301)에 형성된 제2 층(302)으로 구성된 경사광 차단 구조(330)를 포함한다. 제1 층(102) 및 제2 층(302)은, 그 내부로 빛을 통과시키지 않는, 예를 들어, 흡광 물질로 형성된다. 제1 층(102)에서, 렌즈(200)에 대응하는 영역에는 개구(103)가 위치된다. 개구(103)는, 예를 들어, 원형이며, 그 직경은 렌즈의 직경과 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다. 제2 층(302)은, 이미지 센서(300)의 상면(301) 중 렌즈(200)가 위치하지 않는 평면 영역에 형성된다. 도 4에 도시된 구조와 유사하게, 제1 층(102) 및 제2 층(302)에 의해서, 실질적으로 수직으로 입사된 빛 I90은 렌즈(200)에 도달하며, 수직 이외의 각도로 입사한 빛 Iθ은, 차단될 수 있다.
도 9는 주변 수광부로 입사하는 빛을 차단하는 구조가 적용된 지문센서 패키지의 또 다른 실시예를 도시한 도면이며, 도 10은 도 9에 도시된 경사광 차단 구조의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 지문센서 패키지는, 광 경로층(100)의 하면(101)에 형성된 제1 층(102), 이미지 센서(300)의 상면(301)에 형성된 제2 층(302) 및 제1 층(102)과 제2 층(302) 사이에 배치된 제3 층(104)으로 구성된 경사광 차단 구조(340)를 포함한다. 제1 층(102), 제2 층(302) 및 제3 층(104)은, 그 내부로 빛을 통과시키지 않는, 예를 들어, 흡광 물질로 형성된다. 제1 층(102) 및 제3 층(104)에서, 렌즈(200)에 대응하는 영역에는 개구(103, 105)가 각각 위치된다. 개구(103, 105)는, 예를 들어, 원형이며, 그 직경은 렌즈의 직경과 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다. 한편, 개구(103, 105)의 중심은, 렌즈의 중심과 실질적으로 동일한 수직선상에 위치할 수 있다. 제2 층(302)은, 이미지 센서(300)의 상면(301) 중 렌즈(200)가 위치하지 않는 평면 영역에 형성된다. 도 4에 도시된 구조와 유사하게, 제1 층(102) 및 제2 층(302)에 의해서, 실질적으로 수직으로 입사된 빛 I90은 렌즈(200)에 도달하며, 수직 이외의 각도로 입사한 빛 Iθ은, 차단될 수 있다.
제1 층(102) 및 제3 층(104)은, 광학적으로 투명한 물질로 형성된 중간층(110)의 두께 t 만큼 이격된다. 예를 들어, 중간층(110)은, 광 경로층(100)의 굴절율과 유사한 물질로 형성될 수 있다. 중간층(110)의 하면(101')은, 굴절율이 다른 매질간 계면이다. 제1 층(102)에 형성된 개구(103)의 직경 w1, 제3 층(104)에 형성된 개구(105)의 직경 w2, 및 중간층(110)의 두께 t 중 적어도 어느 하나는, 제1층(102)과 제3층(104) 사이를 통과할 수 있는 빛의 최소 입사각 θlimit을 결정한다. 여기서, 직경 w1과 직경 w2는 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 상세하게, 제1 층(102) 중 개구(103)이 형성되지 않은 영역 및 제3 층(104) 중 개구(105)가 형성되지 않은 영역은, 수직으로 볼 때, 적어도 일부가 중첩한다. 이 두 영역 사이에 개재된 중간층(110)의 중첩 영역(111)을 통과할 수 있는 빛 Iθ의 최소 입사각 θlimit는, 중간층(110) 하면(101')에서의 전반사각과 실질적으로 동일하거나 그보다 클 수 있다. 따라서, 중첩 영역(111)을 통과하는 빛 Iθ은, 중간층(110)의 하면(101')에서 전반사된다.
최소 입사각보다 큰 입사각을 갖는 빛 Iθ만 중간층(110)의 중첩 영역(111)을 통과하게 하는 경사광 차단 구조(340)는, 주변 수광부로 입사하는 빛을 효과적으로 차단할 수 있다. 경사광 차단 구조(340)의 다양한 변형 예는 도 10의 (a) 내지 (d)에 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10의 (a)에서, 최소 입사각 입사각 θlimit 및 개구 (103', 105')를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각은, 제1 층(102)에 형성된 개구(103)의 직경 w1 및 제3 층(104)에 형성된 개구(105)의 직경 w2에 의해 조절될 수 있다. 도 9에 도시된 구조와 비교할 때, 개구(103', 105')의 직경은 w1'으로 감소되었다. 이로 인해, 중간층(110)의 중첩 영역(111)을 통과할 수 있는 빛 Iθ의 최소 입사각 θlimit는 증가되었으며, 동시에 개구(103', 105')에 의해 정의된 광 경로를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각은 감소되었다. 개구(103', 105')를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각은, 단면을 기준으로, 제1 층(102)의 좌측단 P1과 제3 층(104)의 우측단 P2에 의해 결정된다. 도 9에 도시된 구조와 비교할 때, 중간층(110)의 두께 t는 동일한 반면, 좌측단 P1과 우측단 P2 사이의 수평 거리가 감소되었으므로, 광 경로를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각은 감소된다.
도 10의 (b)에서, 렌즈(200)의 직경 WL2는, 도 9에 도시된 렌즈(200)의 직경 WL1에 비해 상대적으로 감소될 수 있다. 추가적으로, 중간층(110)의 하면(101')과 이미지 센서(200)의 상면(301) 사이 높이가 h에서 h'로 감소될 수 있다. 도 9에 도시된 구조와 비교할 때, 중간층(110)의 두께 t 및 개구(103, 105)의 직경이 동일하므로, 개구(103, 105)에 의해 정의된 광 경로를 지날 수 있는 빛 Iθ의 입사각 θlimit 및 중첩 영역(111)을 통과할 수 있는 빛 Iθ의 최소 입사각 θlimit는 동일하다. 반면, 렌즈(200)의 직경이 WL1에서 WL2로 감소함으로써, 제2 층(302)의 면적이 증가하게 된다. 증가된 제2 층(302)은, 중간층(110)의 하면(101')에서 굴절된 빛을 실질적으로 차단함으로써, 빛 Iθ이 주변 수광부로 입사하지 못하게 한다.
도 10의 (c)에서, 경사광 차단 구조(340)는 제2 층(302)과 제3 층(104) 사이에 배치된 제4 층(106)을 더 포함한다. 제4 층(106)은, 그 내부로 빛을 통과시키지 않는 흡광 물질로 형성된다. 제4 층(106)에서, 개구(107)는 렌즈(200)에 대응하는 영역에 위치한다. 개구(107)는, 예를 들어, 원형일 수 있다. 개구(107)의 중심은, 렌즈의 중심과 실질적으로 동일한 수직선상에 위치할 수 있다. 한편, 제4 층(106)은, 광학적으로 투명한 물질로 형성된 제2 중간층(110')의 두께만큼 제3 층(104)으로부터 이격된다. 제2 중간층(110')의 하면(101'')은, 굴절율이 다른 매질간 계면이다.
제4 층(106)에 의해서, 개구(103, 105, 107)를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각이 감소된다. 개구(103, 105, 107)를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각은, 단면을 기준으로, 제1 층(102)의 좌측단 P1과 제4 층(106)의 우측단 P2에 의해 결정된다. (b)에 도시된 구조와 비교할 때, 제2 중간층(110')으로 인해 좌측단 P1과 우측단 P2 사이의 수직 거리가 증가되었으므로, 광 경로를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각은 감소된다.
도 10의 (d)에서, 개구의 직경이 각 층별로 상이할 수 있다. (d)에 도시된 구조는, 제1 층(102)에 형성된 개구(103')의 직경을 제외하면, (c)에 도시된 구조와 동일하다. 개구(103')의 직경은, W1에서 W2'로 감소하였으며, 이로 인해, 개구(103', 105, 107)에 의해 정의된 광 경로를 통과할 수 있는 빛 Iθ의 입사각이 감소된다. 한편, 실질적으로 동일한 효과는, 제4 층(106)에 형성된 개구(107)의 직경을 감소시켜도 얻을 수 있다.
도 11은 도 9에 도시된 지문센서 패키지를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
경사광 차단 구조(340)는, 광 경로층(100)의 하면(101)에 형성될 수 있다. (a)에서, 광 경로층(100)의 하면에 제1 층(102)이 형성된다. 제1 층(102)은, 흡광 물질로 형성되며, 렌즈(200)를 향하는 영역에 위치한 흡광 물질은 제거되어 개구(103)가 형성된다.
(b)에서, 중간층(110)은, 제1 층(102)이 형성된 하면(101)의 상부에 형성된다. 중간층(110)은, 광학적으로 투명한 물질을 두께 t만큼 적층하여 형성된다. 중간층(110)의 하면(101')은, 평탄화 공정을 통해 실질적으로 수평하게 처리될 수 있다.
(c)에서, 제3 층(104)은 중간층(110)의 하면(101')에 형성된다. 제3 층(104)는, 흡광 물질로 형성되며, 렌즈(200)를 향하는 영역에 위치한 흡광 물질은 제거되어 개구(105)가 형성된다. 선택적으로, 제4 층(106)이 더 형성될 수 있다. 이를 위해서, 제2 중간층(110')이, 중간층(110)의 하면(101') 상에 형성된다. 이후, 제4 층(106)이 제2 중간층(110')의 하면(101'') 상에 형성될 수 있다.
(d)에서, 광 경로층(100)은 이미지 센서(300)의 상부에 배치된다. 제3 층(104)이 형성된 상태에서, 광 경로층(100)은, 중간층(110)의 하면(101')이 이미지 센서(300)를 향하도록 뒤집어진 상태로 이미지 센서(300)에 결합된다.
도 12는 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
지문인식 기능을 구비한 디스플레이는, 지문센서 패키지(10) 및 디스플레이 패널(20)을 포함하며, 디스플레이 패널(20)은 커버 글라스(30)에 의해 보호된다. 지문센서 패키지(10)는 디스플레이 패널(20)의 하부에 배치되며, 커버 글라스(30)는 디스플레이 패널(20)의 상부에 배치된다. 디스플레이 패널(20)은, 손가락의 지문으로부터 나온 빛 및/또는 손가락의 지문에 반사된 빛이 통과할 수 있는 영역(21)을 가질 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(20)은, 빛을 차단하는 구조가 하면에 배치되지 않은 OLED 디스플레이일 수 있다.
디스플레이 패널(20)은, 빛을 생성하는 복수의 디스플레이 화소(21)로 구성된다. 디스플레이 화소(21)가 차지하는 면적의 대부분은, 광학적으로 불투명한 소재로 형성된다. 외부로부터 전기 신호를 공급받기 위한 배선, 공급된 전기 신호를 저장하는 커패시터, 저장된 전기 신호에 의해 빛을 생성하기 위한 전극 등은, 광학적으로 불투명한 소재, 예를 들어, 금속 등으로 형성된, 광학적으로 불투명한 영역(22)이다. 한편, 배선, 커패시터, 전극 등과 같은 구성부들은, 전기적으로 단락되지 않도록 소정 거리만큼 분리되어 있다. 구성부들 사이에 위치한 광학적으로 투명한 영역(23)은, 광학적으로 투명한 절연 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 광학적으로 투명한 영역(23)이, 하나의 디스플레이 화소(21)에서 차지하는 면적은, 광학적으로 불투명한 영역(22)에 비해 상대적으로 작다.
지문센서 패키지(10)는, 디스플레이 패널(20)의 광학적으로 투명한 영역(23)을 통과하는 빛을 이용하여 지문 이미지를 생성한다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 지문센서 패키지(10)는, 다양한 각도로 광학적으로 투명한 영역(23)을 통과하는 빛 중에서, 실질적으로 수직인 빛을 이용하여 지문 이미지를 생성한다. 수직 이외의 각도로 입사된 빛은, 지문센서 패키지(10)의 경사광 차단 구조(320, 330, 340, 400)에 의해 차단 또는 이미지 센서(300)의 수광부에 도달할 수 없는 각도로 굴절된다.
도 13은 복수의 지점을 검출하는 원리를 개략적으로 도시한 예시도이다.
하나의 렌즈(200)는, n(여기서, n은 2 이상의 자연수) 개의 광 경로를 통해 실질적으로 수직으로 입사하는 빛 I90을, n개의 상이한 수광부를 향하도록 할 수 있다. 즉, n개의 광 경로를 이용하면, 지문 획득 영역(31) 상의 복수의 지점이 하나의 렌즈(200)로 검출될 수 있다. 일 실시예로, n개의 광 경로의 전체 구간 중 일부는, 서로 중첩될 수 있다. 렌즈(200)는, 수직으로 입사하는 빛뿐만 아니라, 거의 수직에 가깝게 입사하는 빛도 수광부를 향하도록 할 수 있다. 다시 말해, 지문 획득 영역(31)으로부터 렌즈(200)를 향해 실질적으로 수직으로 입사하는 빛 I90은, 입사각이 수직인 빛뿐 아니라, 입사각이 거의 수직인 빛을 포함한다. 따라서, 이하에서는, 수직 및 거의 수직한 입사각을 가져서 렌즈(200)에 의해 동일한 수광부에 도달할 수 있는 빛을 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'이라고 지칭한다. n개의 광 경로를 각각 통과한 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은, 렌즈(200)의 표면 상의 동일 지점에 상이한 각도로 도달할 수 있다. 따라서 렌즈(200)에 의해 굴절되는 각도 역시 상이할 수 있다. 이로 인해, 이미지 센서(300) 내부로 진행할 때, 상이한 광 경로를 통과한 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은, 상이한 지점에 포커싱된다. 이미지 센서(300)는, 상이한 광 경로를 통과한 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'이 렌즈(200)에 의해 굴절되어 입사할 때 도달할 수 있는 위치에 배치된, n개의 수광부를 포함한다. 한편, 다른 실시예로, n개의 광 경로는 서로 중첩하지 않을 수 있다.
도 13을 참조하면, 지문 획득 영역(31)은 복수의 단위 영역들, 예를 들어, 도시된 바와 같이 4 개의 단위 영역들(31a, 31b, 31c, 31d)로 구성될 수 있다. 이해를 돕기 위해, 지문 획득 영역(31)은, 하나의 렌즈(200)에 대응하는 위치에 있는 유효 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d) 및 렌즈(200)에 대응하지 않는 위치에 있는 무효 단위 영역으로 구분될 수 있다. 유효 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d) 및 무효 단위 영역은, 예를 들어, 렌즈의 직경, 렌즈-커버 글라스 사이 거리, 또는 렌즈의 곡률, 및/또는 검출 대상 입사각 등과 같은 다양한 변수에 의해 결정된다. 다시 말해, 유효 또는 무효 단위 영역의 위치는 절대적인 것이 아니라, 다양한 변수의 조합에 의해 결정되는 상대적인 것으로 이해되어야 한다. 무효 단위 영역으로부터 나온 빛 중 적어도 일부는 렌즈(200)에 도달할 수 있지만, 렌즈(200)에 의해 굴절되어 수광부(310)에 도달할 수 없다. 한편, 본 명세서에 첨부된 도면은, 네 개의 원형 단위 영역이 서로 접한 것처럼 도시하고 있다. 그러나, 단위 영역의 개수나 형상, 또는 배치 위치는, 예시된 형태에 한정되는 것이 아님은 이해할 수 있을 것이다. 즉, 예를 들어, 단위 영역의 개수는 증가 또는 감소할 수 있으며, 단위 영역들은 가깝지만 접하지 않을 수 있다. 또한, 첨부된 도면에서, 커버 글라스(30) 및 디스플레이 패널(20)의 높이 및 렌즈(200)부터 수광부(310)까지의 거리는, 렌즈(200)의 높이와는 상이한 비율로 확대되어 있으며, 동일 비율로 확대될 경우, 지문 획득 영역(31)으로부터 렌즈(200)까지의 거리 및 렌즈(200)부터 수광부(310)까지의 거리는, 첨부된 도면에 예시된 거리보다 훨씬 멀다. 즉, 표시된 각도들은 실제 각도보다 상대적으로 클 수 있으며, 표시된 거리들은 실제 거리들보다 상대적으로 작을 수 있다.
<단면에서 본 빛의 진행 방향>을 참조하면, 좌측은 제1 내지 제4 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d) 중 제3 단위 영역(31c) 및 우측은 제2 단위 영역(31b)에서 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'의 광 경로이다. 렌즈(200)의 중심은, 제1 내지 제4 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)으로 구성된 지문 획득 영역(31)의 중심과 실질적으로 동일한 수직선상에 위치한다. 참고로, 지문 획득 영역(31)에서 나온 빛은, 굴절율이 상이한 두 매질간의 계면에서, 1차 굴절된다. 여기서, 두 매질간 계면은, 도 4 내지 8에 도시된 광 경로층(100)의 하면(101) 또는 도 9 내지 11에 도시된 중간층(110)의 하면(101')이다. 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은 렌즈(200)에 의해 2차 굴절되어 수광부(310)에 포커싱된다. 반면, 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'은 제2 층(302)에 의해 차단되거나, 렌즈(200)에 의해 굴절되어 수광부(120)에 포커싱되지 않는다. 도 13에서, 본 발명의 원리를 명확하게 설명하기 위해서, 계면에서 발생하는 1차 굴절은 도시되어 있지 않다.
n개의 광 경로를 통과한 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'이 렌즈(200)에 의해 n개의 수광부에 각각 포커싱될 때, 핀홀 현상이 발생한다. 즉, 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'이 나온 지문 획득 영역(31)과 그 빛이 도달한 수광부(310)는 렌즈(200)를 중심으로 대칭된다. 제3 단위 영역(31c) 및 제2 단위 영역(31b)에서 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'의 광 경로의 상당 부분은 중첩된다. 하지만, 두 광 경로를 통과한 빛은, 렌즈(200)의 표면상의 동일 지점에 도달할 수 있지만, 렌즈(200) 표면에 대한 입사각은 서로 상이하다. 도시된 바와 같이, 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은, 렌즈(200)의 실질적으로 전체 표면에 도달할 수 있다. 이는 수광부(310)에 포커싱되는 빛의 광량을 증가시킬 뿐 아니라, 단위 영역의 위치에 따른 초점을 분리하는 효과를 유발한다. 제3 단위 영역(31c)에서 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은, 렌즈(200)에 의해 제2 수광부(120b)에 포커싱되며, 제2 단위 영역(31b)에서 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은, 렌즈(200)에 의해 제3 수광부(120b)에 포커싱된다.
도 14는 도 13에 도시된 지문센서 패키지의 광 선택 방식이 적용된 구조를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
지문센서 패키지(10)는, 광 경로층(100), 렌즈(200), 및 이미지 센서(300)를 포함한다. 경사광 차단 구조(340)는, 광 경로층(100) 또는 이미지 센서(300) 중 어느 하나에 포함된다. 경사광 차단 구조(340)는, 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'이 주변 수광부(310)에 도달하지 않도록 한다. 일 실시예로, 지문센서 패키지(10)는, 디스플레이 패널(20)의 하부에 배치될 수 있다. 다른 실시예로, 경사광 차단 구조(340)를 포함하는 광 경로층(100)은, 디스플레이 패널(20)의 하면에 형성 또는 결합되며, 렌즈(200)가 형성된 이미지 센서(300)가 광 경로층(100)에 결합될 수도 있다. 이하에서는, 도 9에 예시된 경사광 차단 구조(340)가 형성된 광 경로층(100)을 예를 들어 설명한다.
광 경로층(100)은, 디스플레이 패널(200)의 하부에 배치된다. 광 경로층(100)은, 광 경로층(100)의 하면(101)에 배치된 제1 층(102), 제1 층(102)의 하부에 배치된 중간층(110), 및 중간층(110)의 하면(101')에 배치된 제3 층(104)을 포함한다. 제1 층(102) 및 제3 층(104)은, 흡광 물질로 형성되며, 렌즈(200)에 대응하는 영역에 위치한 흡광 물질은 제거된다. 흡광 물질이 제거된 개구(103, 105)는, 복수의 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)으로부터 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'이 통과하는 광 경로를 정의한다.
개구(105)에 의해 노출된 중간층(110)의 하면(101')은, 굴절율이 다른 매질, 예를 들어, 공기와간 계면이다. 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은, 계면에서 거의 굴절되지 않은 채 렌즈(200)에 도달한다. 이에 반해, 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'은 계면에서 상당한 각도로 굴절된다. 계면에 의한 굴절 효과는, 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'을 렌즈(200)에 의해 포커싱되지 않는 방향으로 향하게 하여, 렌즈(200)가 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'만 포커싱할 수 있게 한다.
렌즈(200)는, 이미지 센서(300)의 상면에 배치된다. 렌즈(200)의 하면은 실질적으로 평면이며, 상면은 곡면이다. 즉, 렌즈(200)의 수평 단면은 원형이며, 중심에서 수직 방향으로 멀어질수록 수평 단면의 직경은 감소한다. 렌즈(200)의 하면의 면적은, 디스플레이 패널(20)의 디스플레이 화소(21)의 면적보다 클 수 있다. 예를 들어, 렌즈(200)의 면적은, 디스플레이 화소(21)의 면적의 2배 또는 그 이상일 수 있다. 이미지 센서(300)의 상면(301)에서, 제2 층(302)은 렌즈(200)가 형성되지 않은 영역에 형성된다. 제2 층(302)은, 예를 들어, 흡광 물질로 형성된다.
렌즈(200)에 의한 입사각 선택성을 높이기 위해서, 렌즈(200)와 광 경로 연장층(100) 사이에 굴절율이 다른 물질, 예를 들어, 공기가 개재될 수 있다. 경사광 차단 구조(340)는, 개구(103)가 형성된 제1 층(102), 제2 층(302), 및 개구(105)가 형성된 제3 층(104)을 포함하며, 제3 층(104)의 개구(105)에 의해 공기에 노출된 중간층(110)의 하면(101')은 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'과 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'을 분리하는 역할을 한다.
렌즈(200)는 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)의 아래쪽에 배치되며, 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는 렌즈(200)의 아래쪽에 배치된다. 렌즈(200)의 상면 중 적어도 일부는, 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)에서 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'을 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)를 향해 굴절시키는 광 선택면이다. 광 선택면의 면적은, 단위 영역(31a)의 면적과 같거나 이보다 클 수 있다. 광 선택면은 렌즈(200)의 상면에 투영된 단위 영역(31a)으로 볼 수 있다. 단위 영역(31a)을 수평한 평면으로, 광 선택면을 단위 영역(31a)에 대해 경사진 평면으로 단순화하면, 광 선택면의 면적은 단위 영역(31a)의 면적보다 커진다. 광 선택면은, 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'의 입사각 및/또는 위치에 따라, 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'을 수광부(310a, 310b, 310c, 310d) 중 어느 하나로 굴절시킬 수 있다. 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'은, 광 선택면에 의해 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)를 벗어나도록 굴절된다.
이미지 센서(300)는, 기판에 형성된 수광부(310a, 310b, 310c, 310d) 및 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)의 상부 또는 하부에 형성되는 메탈층(미도시)을 포함한다. 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는 렌즈(200)의 하부에 위치하며, 입사한 빛을 검출하여 화소 전류를 생성한다. 생성된 화소 전류는 메탈층에 의해 외부로 출력될 수 있다.
복수의 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31c)에서 나와 동일한 렌즈(200)를 통과한 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'을 독립적으로 검출하기 위해서, 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)가 기판에 형성된다. 하나의 렌즈(200)에 대응하는 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는, 다른 렌즈에 대응하는 복수의 수광부로부터 이격된다. 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)의 위치는, 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'의 초점 위치에 의해 결정될 수 있다. 첨부된 도면에서, 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)가 서로 접하고 있는 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시일 뿐이다.
한편, 입사각 선택성을 향상시키기 위해서, 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)의 폭은 렌즈(200)의 폭에 비해 상대적으로 좁게 형성될 수 있다. 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)의 폭이 큰 경우에, 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'도 검출될 수 있다. 따라서, 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'이 렌즈(200)에 의해 굴절될 때 도달할 수 있는 지점에 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)가 형성되면, 수직 입사각 범위 밖의 빛 Iθ'은 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)가 형성되지 않은 기판의 하면에 도달하게 된다.
광 경로를 형성하며 전기 배선을 위한 메탈층은, 렌즈(200)와 수광부(310a, 310b, 310c, 310d) 사이에 형성(BSI(Back Surface Illumination) 구조)될 수 있다. 한편, 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)의 하부에 형성된 메탈층은 전기 배선의 역할(FSI(Front Surface Illumination) 구조)만을 할 수 있다. 메탈층을 구성하는 복수의 메탈 라인은 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)에 제어 신호를 전달하거나 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)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, 렌즈(200)에 의해 선택된 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'은 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)의 표면에 경사지게 입사하므로, 광 경로 역시 경사지게 형성될 수 있다.
도 15 및 도 16은 렌즈와 디스플레이의 단위 화소의 크기에 따른 검출 가능 범위를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12에서 설명한 바와 같이, 이미지 센서(300)는, 예를 들어, 디스플레이 패널(20)의 디스플레이 화소(21) 사이에 존재하는, 광학적으로 투명한 영역(23)을 통과한 빛을 검출한다. 도 15의 (a)는, 렌즈(200, 200a)와 디스플레이 화소(21)의 크기를 비교하고 있다. 렌즈(200a)의 직경과 디스플레이 화소(21)의 가로 또는 세로 길이(이하 피치)와의 차이가 작으면, 렌즈(200a)를 정밀하게 배치하여야 한다.
도 15의 (b)는, 렌즈(200a)가 디스플레이 화소(21) 사이의 광학적으로 투명한 영역(23)에 대응되게 배치된 경우를 예시하고 있다. 도 14를 참조하면, A로 표시된 영역은 커버 글라스(30) 상의 지문 획득 영역(31)이고, B로 표시된 영역은 디스플레이 패널(20)의 디스플레이 화소(21)가 형성된 평면상의 영역이고, C로 표시된 영역은 렌즈(200a) 상의 광 선택면이며, D로 표시된 영역은 수광부를 나타낸다. 렌즈(200a)는, 광학적으로 투명한 영역(23)을 통과한 빛 중에서, 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 굴절시킨다. 따라서 수광부에 도달하는 빛의 광량은, 일반적인 이미지 센서에서 수광부에 도달하는 빛의 광량보다 적다. 따라서 렌즈(200a)의 직경이 작을수록, 렌즈(200a)의 위치를 광학적으로 투명한 영역(23)에 대응시켜야 한다.
도 15의 (c)는, 렌즈(200a)가 디스플레이 화소(21) 사이의 광학적으로 불투명한 영역(22)에 대응되게 배치된 경우를 예시하고 있다. 이 경우, A 영역에서 나온 빛은, 광학적으로 불투명한 영역(22)에 의해 차단된다. 따라서 렌즈(200a)에 도달하는 빛은 실질적으로 없으며, 수광부도 빛을 검출할 수 없게 된다.
한편, 렌즈(200)의 직경이 디스플레이 화소(21)의 피치보다 커지면, 렌즈(200a)를 정밀하게 배치할 필요가 제거된다. 도 16의 (a)는, 렌즈(200)가 이상적인 위치에 배치된 경우이고, (b)는 렌즈(200)가 (a)의 위치로부터 수직 방향으로 이동한 경우이며, (c)는 렌즈(200)가 (a)의 위치로부터 수평 방향으로 이동한 경우이다. 도 14와 마찬가지로, A로 표시된 영역은 커버 글라스(30) 상의 지문 획득 영역(31)을 구성하는 복수의 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)이고, B로 표시된 영역은 디스플레이 패널(20)의 디스플레이 화소(21)가 형성된 평면상의 영역이고, C로 표시된 영역은 렌즈(200) 상의 광 선택면이며, D로 표시된 영역은 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)를 나타낸다.
도 16의 (a)에서, 복수의 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)에서 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'(영역 A)은, 디스플레이 화소(21)의 광학적으로 투명한 영역(23)이 교차하는 지점을 모두 통과하여(영역 B), 렌즈(200)의 광 선택면에 도달할 수 있다(영역 C). 따라서 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d) 각각은 대응하는 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)으로부터 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'을 검출할 수 있다.
도 16의 (b)에서, 복수의 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)에서 나온 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'(영역 A)은, 영역 B의 중심 부근에 수직 방향 및 영역 B의 상단/하단 부근에 수평 방향으로 위치한 광학적으로 투명한 영역(23)을 통과하여, 렌즈(200)의 광 선택면에 도달할 수 있다. 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d) 별로 검출하는 광량의 차이는 발생할 수 있지만, 이 차이는, 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)가 지문과 커버 글라스(30) 사이의 접촉 유무를 검출하는데 거의 영향을 미치지 않는다. 마찬가지로, 도 16의 (c)에서, 수직 입사각 범위에 속한 빛 I90'이 영역 B를 통과하는 위치와 면적은 달라지지만, 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는 복수의 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)에서 나온 빛을 모두 검출할 수 있다.
렌즈(200)의 직경을 디스플레이 화소(21)의 피치보다 크게 하면, 정렬 오류로 인한 문제를 해결할 수 있는 반면, 지문 이미지의 해상도가 감소한다. 해상도의 감소는, 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)에 의해 극복될 수 있다. 1개의 렌즈(200)에 1개의 수광부가 대응되는 경우, 렌즈(200)의 직경이 디스플레이 화소(21)의 피치의 약 2배가 되면, 해상도는 약 1/4로 감소된다. 1/4 해상도로 생성된 지문 이미지가 여전히 지문을 인식하는데 충분하다면, 1개의 수광부를 이용할 수 있다. 렌즈(200)의 직경을 디스플레이 화소(21)의 피치보다 크게 함으로써, 렌즈(200)를 광학적으로 투명한 영역(23)에 대응시킬 필요가 없는 얼라인 프리(Align free) 구조가 구현된다. 해상도를 증가시키는 방법은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어를 이용하여 감소된 해상도를 원래의 해상도로 복원할 수 있다.
하나의 렌즈(200)에 대응하는 복수의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는, 소프트웨어적인 처리 없이, 해상도의 감소를 방지하거나 최소화할 수 있다. 렌즈(200)의 직경이 디스플레이 화소(21)의 피치의 약 2배가 되더라도, 4개의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는 4개의 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)으로부터 나온 빛을 검출한다. 따라서, 1개의 렌즈(200)에 1개의 수광부가 대응될 때와 동일한 해상도가 유지될 수 있다.
도 17은 이미지 센서의 화소 배열을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17의 (a)를 참조하면, 1개의 렌즈(2001)에 대응하는 복수의 센서 화소들은 서로 가깝게 배치되며, 주변의 다른 렌즈(2002)에 대응하는 복수의 센서 화소들로부터는 이격된다. 일 실시예로, 제1 렌즈(2001)에 대응하는 4개의 센서 화소(3101)는, 전기적으로 분리될 수 있는 최소 거리 또는 그 이상으로 이격될 수 있다. 제1 렌즈(2001)에 대응하는 센서 화소(3101)는, 제2 렌즈(2002)에 대응하는 센서 화소(3102)로부터 렌즈(2001)의 피치 PMLA와 실질적으로 동일한 피치 Ppixel를 갖도록 배치될 수 있다. 제1 렌즈(2001)에 대응하는 센서 화소(3101)와 제2 렌즈(2002)에 대응하는 센서 화소(3102) 사이 영역은, 센서 화소가 배치되지 않은 빈 영역이다. 다른 실시예로, 4개의 센서 화소는 이미지 센서(300) 전체에 형성될 수 있다. 즉, 제1 렌즈(2001)에 대응하는 센서 화소(3101)와 제2 렌즈(2002)에 대응하는 센서 화소(3102) 사이 영역은, 센서 화소가 배치된 영역이며, 이 영역에 포함된 센서 화소들이 출력하는 화소 전류는 지문 이미지 생성에 이용되지 않는다.
도 17의 (b)는 4개의 센서 화소(3101a, 3101b, 3101c, 3101d)의 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)를 예시하고 있다. 센서 화소(3101a)는, 예를 들어, 포토 다이오드와 같은 수광부(310a) 및 수광부(310a)를 제어하거나 화소 전류를 출력하기 위한 트랜지스터, 커패시터 등과 같은 회로가 형성된 주변 영역(311a)으로 구분될 수 있다. 일 실시예로, 센서 화소(3101a, 3101b, 3101c, 3101d)에서, 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는, 가능한 서로 분리되도록 분산 배열된다. 예를 들어, 제1 센서 화소(3101a)의 수광부(310a)는 좌측 상부에, 제2 센서 화소(3101b)의 수광부(310b)는 우측 상부에, 제3 센서 화소(3101c)의 수광부(310c)는 좌측 하부에, 제4 센서 화소(3101d)의 수광부(310d)는 우측 하부에 각각 배치된다. 즉, 4개의 센서 화소는, 수평 방향 또는 수직 방향으로 가까운 센서 화소와 대칭이 되도록 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 센서 화소는, 수광부의 위치 및/또는 형상이 모두 동일하게 형성될 수 있다.
도 18은 이미지 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
핀홀의 역할을 하는 렌즈(200)로 인해서, 단위 영역(31a, 31b, 31c, 31d)과 수광부(310a, 310b, 310c, 310d)는 렌즈(200)를 중심으로 대칭하게 대응된다. 즉, 제1 단위 영역(31a)에서 나온 빛은 제4 수광부(310d)에 의해 검출되고, 제2 단위 영역(31b)에서 나온 빛은 제3 수광부(310c)에 의해 검출되고, 제3 단위 영역(31c)에서 나온 빛은 제2 수광부(310b)에 의해 검출되며, 제4 단위 영역(31d)에서 나온 빛은 제1 수광부(310a)에 의해 검출된다. 따라서 이미지 센서(300)가 생성한 지문 이미지는, 2x2 화소마다 위치를 수정하는 작업이 요구된다. 화소의 위치 수정을 위한 작업 부담을 제거하기 위해서, 화소 전류를 출력하는 데이터 라인 Col. 0~Col. 5 및 셀렉트 라인 Row 0 ~ Row 5을 도시된 형태로 4개의 화소에 연결한다. 상세하게, 셀렉트 라인 Row 0는 제3 화소 및 제4 화소에 연결되며, 셀렉트 라인 Row 1은 제1 화소 및 제2 화소에 연결된다. 한편 데이터 라인 Col. 0은 제2 화소 및 제4 화소에 연결되며, 데이터 라인 Col. 1은 제1 화소 및 제3 화소에 연결된다. 이와 같이 셀렉트 라인과 데이터 라인을 배선하면, 이미지 센서의 나머지 구성부, 예를 들어, 열 디코더(Row decoder)나 리드 아웃 회로를 변경 없이 이용할 수 있으며, 특히, 지문 이미지의 2x2 화소마다 위치를 수정하는 후처리 작업이 필요 없어지게 된다.
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.
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.

Claims (12)

  1. 커버 글라스 및 상기 커버 글라스 하부에 배치된 디스플레이 패널에서 상기 커버 글라스에 접촉한 손가락의 지문 이미지를 생성하는 지문센서 패키지에 있어서,
    수광부를 구비한 이미지 센서;
    상기 수광부에 대응하도록 상기 이미지 센서의 상면에 배치된 렌즈; 및
    상기 이미지 센서의 상면으로부터 이격되도록 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널이 생성한 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 손가락에 의해 반사된 수직 입사각 범위에 속한 빛이 통과하는 광 경로를 제공하는 광 경로층;
    상기 광 경로층의 하면에 형성되며, 상기 렌즈의 수직 상부에 대응되는 위치에 개구가 형성된 제1 층;
    상기 렌즈의 주변 영역에 형성되어 상기 이미지 센서 내부로 입사하는 빛을 차단하는 제2 층;
    상기 제1 층의 하면에 형성된 제1 중간층; 및
    상기 제1 중간층의 하면에 형성되어 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 배치되며, 상기 렌즈의 수직 상부에 대응되는 위치에 제2 개구가 형성된 제3층을 포함하되,
    상기 수직 입사각 범위에 속한 빛은, 상기 제1 중간층의 하면으로부터 상기 렌즈를 향해 수직으로 진행하며, 수직 입사각 범위 밖의 빛은, 상기 제1 중간층의 하면으로부터 상기 렌즈를 향해 굴절되어 입사하며,
    상기 렌즈는, 상기 수직 입사각 범위에 속한 빛은 상기 수광부에 포커싱하며, 상기 수직 입사각 범위 밖의 빛은 상기 수광부 이외의 지점에 포커싱하는 지문센서 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 빛은 상기 디스플레이 패널이 조사한 패널광에 의해 생성되며 손가락의 피부에 의해 반사되는 지문센서 패키지.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 이미지 센서는,
    상기 이미지 센서의 상면과 상기 수광부 사이에 위치하며, 수평 방향으로 연장된 복수의 층을 포함하되,
    상기 복수의 층은, 상기 수광부의 상부에 개구가 형성되는 지문센서 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 복수의 층에 형성된 개구의 직경은, 상기 렌즈에 가까울수록 증가하는 지문센서 패키지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 개구 및 상기 제2 개구의 직경은 상기 렌즈의 직경보다 작은 지문센서 패키지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 중간층의 하면에 형성된 제2 중간층; 및
    상기 제2 중간층의 하면에 형성되어 상기 제3 층과 상기 제2 층 사이에 배치되며, 상기 렌즈의 수직 상부에 대응되는 위치에 제2 개구가 형성된 제4 층을 더 포함하는 지문센서 패키지.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈는,
    동일한 평면에 배치된 복수의 수광부에 대응하며,
    복수의 광 경로를 통과한 상기 수직 입사각 범위에 속한 빛을 상기 복수의 수광부 각각에 포커싱하는 지문센서 패키지.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 렌즈는, 핀홀 역할을 하는 지문센서 패키지.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 렌즈의 직경은, 상기 디스플레이 패널의 디스플레이 화소 피치보다 큰 지문인식 지문센서 패키지.
KR1020180075346A 2018-06-29 2018-06-29 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이 KR102432041B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180075346A KR102432041B1 (ko) 2018-06-29 2018-06-29 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180075346A KR102432041B1 (ko) 2018-06-29 2018-06-29 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200002155A KR20200002155A (ko) 2020-01-08
KR102432041B1 true KR102432041B1 (ko) 2022-08-12

Family

ID=69154230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180075346A KR102432041B1 (ko) 2018-06-29 2018-06-29 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102432041B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210112767A (ko) * 2020-03-06 2021-09-15 삼성전자주식회사 전자 장치 및 전자 장치의 지문 인식 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102043921B1 (ko) * 2016-06-28 2019-11-12 주식회사 비욘드아이즈 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 전자장치
KR20180005588A (ko) * 2016-07-06 2018-01-16 삼성전자주식회사 디스플레이 패널의 광원들을 이용한 지문 센서, 지문 센서 패키지 및 지문 센싱 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200002155A (ko) 2020-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102043921B1 (ko) 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 전자장치
TWI765237B (zh) 積體化光學指紋感測器及其製造方法
CN109416732B (zh) 能够检测指纹的显示器
KR102419872B1 (ko) 지문인식 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이
CN111448652B (zh) 能够检测指纹的显示器
KR102412975B1 (ko) 지문인식 기능을 구비한 디스플레이
KR102427041B1 (ko) 지문인식 기능을 구비한 디스플레이
KR101895841B1 (ko) 디스플레이 패널을 광원으로 사용하는 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 전자장치
KR101855464B1 (ko) 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 전자장치
CN110945527B (zh) 指纹识别装置和电子设备
KR102433168B1 (ko) 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이
KR102432041B1 (ko) 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이
CN112364797A (zh) 指纹传感器及利用其提升指纹图像的对比度的方法
KR102199100B1 (ko) 지문센서 패키지 및 지문인식 기능을 구비한 전자장치
KR102393910B1 (ko) 타일형 이미지 센서
KR102300366B1 (ko) 디스플레이 패널을 광원으로 사용하는 지문센서 패키지
US11776298B2 (en) Under display fingerprint sensor with improved contrast ratio
KR102446370B1 (ko) 지문인식 기능을 구비한 디스플레이
TW202209138A (zh) 生物特徵感測裝置以及生物特徵感測群體
CN114008688A (zh) 生物识别成像装置和电子装置
JP6259044B2 (ja) カメラモジュール
WO2021147097A1 (zh) 相机模块
CN112257636A (zh) 指纹传感器
CN211787124U (zh) 生物识别成像装置和电子装置
KR20230123356A (ko) 렌즈 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant