KR20050038024A - 개선된 촬상 표면을 갖는 ｔｆｔ 센서 - Google Patents

개선된 촬상 표면을 갖는 ｔｆｔ 센서 Download PDF

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KR20050038024A
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김지훈
시게타카 아키바
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시큐젠 코포레이션
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Abstract

소정량의 광검출에 응답하여 전기를 도통시키는 광감층을 갖는 광검출 트랜지스터 및 광검출 트랜지스터와 내부접속되고 광검출 트랜지스터에 의한 광검출에 응답하는 스위치를 포함하는 이미지 캡처 센서가 공개되어 있다. 상기 광검출 트랜지스터 및 스위치 위에는 유리 기판이 적층되어 있다. 상기 유리 기판은 촬상될 패터닝된 물체가 놓여지는, 견고하고 스무스한 표면을 제공한다.

Description

개선된 촬상 표면을 갖는 ＴＦＴ 센서{TFT SENSOR HAVING IMPROVED IMAGING SURFACE}
본 발명은 일반적으로 지문과 같은 패터닝된 물체의 촬상에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 박막 트랜지스터를 포함하는 패터닝된 물체의 캡처 센서에 관한 것이다.
당업자에게 알려진 바와 같이, 지문 인식은 컴퓨터, 액세스 제어 시스템, 뱅킹 시스템 등과 같은 시스템으로의 접근 권한을 승인하는 기술의 한 종류이다. 지문 인식 시스템은 일반적으로 두 종류: 렌즈 및 프리즘을 사용하는 광학 타입 시스템과, 렌즈가 아닌 반도체나 박막 트랜지스터(TFT)를 사용하는 비광학 타입 시스템으로 분류된다. TFT 지문 캡처 소자는 a-Si:H의 감광도를 이용하는 접촉 이미지 센서의 한 종류이며, 상대적으로 박형 구조로 인해 고감광도를 갖는다.
상기 지문 캡처 센서의 구조를 도1에 나타내었다. 도1은 종래의 지문 캡처 센서의 단위 셀을 나타내는 수직 단면도이다. 도1은 신분 확인을 제공하는 소프트웨어 및 장치를 사용하여 지문 촬상에 이용될 수 있는 종래의 박막 트랜지스터(TFT) 촬상 센서를 나타낸다. 이러한 촬상 소자는 2001년 12월 10일에 출원된 동시 계속 U.S 특허출원 No.10/014,290에 공개되어 있으며, 그대로 참조문헌으로 통합되어 있다. 도1은 종래의 지문 캡처 센서의 단위 셀을 나타내는 단면도이다. 상기 지문 캡처 센서(10a)에 있어서, 투명기판(11)상에는 광감지 유닛(12) 및 스위칭 유닛(13)이 수평으로 배치되어 있다. 상기 투명기판(11) 아래에 있어서, 백라이트(도시하지 않음)는 상방향으로 광을 조사하여 지문 캡처 센서(10)를 통과하게 된다. 상기 광감지 유닛(12)의 소스 전극(12-S) 및 상기 스위칭 유닛(13)의 드레인 전극(13-D)은 제1 전극(14)을 통해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 상기 광감지 유닛(12)의 게이트 전극(12-G)은 제2 전극(15)에 접속되어 있다.
상기 구조에 있어서, 상기 광감지 유닛(12)의 드레인 전극(12-D)과 소스 전극(12-S) 사이에는 비정질 실리콘(a-Si:H)과 같은 감광층(12-P)이 형성되어 있다. 다음, 소정의 양보다 더 많은 광을 수광하면, 드레인 전극(12-D) 및 소스 전극(12-S)을 통해 전류가 흐른다. 도2는, 지문(20)의 리지(22)를 캡처하는 센서(10)의 동작 방법을 나타낸다. 투명기판(11) 아래의 백라이트로부터 생성된 광(24)은 지문 패턴상에서 반사되고 광감지 유닛(12)의 감광층(12-P)에 의해 수광되어, 광감지 유닛(12)에 전기를 발생시킨다. 도1을 다시 참조하면, 드레인 전극(13-D)으로부터 소스 전극(13-S)까지에 걸친 영역의 상면은, 스위칭 유닛(13)에 의해 외광이 수광될 수 없도록 차광층(13-sh)으로 피복되어 있다. 바람직하게는, 절연층(17)은 제1 전극(14) 위에 형성되고, 패시베이션층(18)은 절연층(17) 위에 형성된다. 패시베이션층(18)은 질화실리콘(SiNx)으로 형성될 수 있으며, 캡처 센서(10)의 잔여부분을 전기적으로 또한 물리적으로 보호하기 위해 제공된다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 캡처 센서(10)와 같은 캡처 센서들의 어레이는 전체 지문을 촬상하도록 형성될 수 있다.
그러나, 캡처 센서(10)에 있어서, 패시베이션층(18)은 센서(10)의 많은 반복적 사용을 견딜만큼 충분히 견고하지 않을 수 있다. 또한, 패시베이션층(18)의 표면을 비교적 평탄하게 만들기 어려울 수도 있다. 또한, 패시베이션층(18)의 표면 불균일성은 센서(10)가 획득하는 지문 이미지를 왜곡시킬 수 있다.
도1은, 광감지 트랜지스터 및 스위치를 포함하고 지문과 같은 패터닝된 물체를 검출하는 데 사용될 수 있는, 종래 기술의 박막 트랜지스터 물체 캡처 센서의 단면도이다.
도2는, 도1에 나타낸 물체 캡처 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도3은, 본 발명에 따른, 패터닝될 물체가 놓여지는 유리 기판을 포함하는 물체 캡처 센서의 단면도이다.
도4a는, 도3에 나타낸 물체 캡처 센서의 동작을 나타내는 도면이다.
도4b는, 도3 및 도4a에 나타낸 물체 캡처 센서의 상세 동작을 나타내는 도면이다.
도5는, 본 발명에 따른, 패터닝될 물체가 놓여지는 유리 기판에 인접한 도전층을 포함하는 물체 캡처 센서의 제2 실시예의 단면도이다.
도6은, 본 발명에 따른, 패터닝될 물체가 놓여지는 유리 기판에 있어서의 광섬유 가닥을 포함하는 물체 캡처 센서의 제3 실시예의 단면도이다.
본 발명에 따른 이미지 캡처 센서는, 촬상될 물체가 놓여지는 유리층을 포함한다. 상기 배경기술에서 설명한 패시베이션층과는 달리, 비교적 견고할만큼 두껍게 유리층을 만들 수 있으며, 종래 기술에 있어서의 패시베이션층보다 비교적 스무스하다. 따라서, 본 발명에 따른 이미지 캡처 센서는, 소정량의 광검출에 응답하여 전기를 도통시키는 광감층을 갖는 광검출 트랜지스터와, 광검출 트랜지스터와 상호접속하고 상기 광검출 트랜지스터에 의한 광검출에 응답하는 스위치를 포함한다. 유리 기판은 상기 광검출 트랜지스터 및 스위치의 양자 모두의 위에 층을 이룬다. 상기 유리 기판은, 촬상될 패터닝된 물체가 놓여지는 표면이다.
본 발명의 타 국면에 있어서, 상기 유리 기판은 광섬유 가닥을 포함하며, 이는 상기 유리 기판이 더 두꺼워지는 것을 허용하여, 바람직하게 더 견고해진다.
본 발명에 따른 이미지 캡처 센서를 도3에 나타내었다. 캡처 센서(100)는 패시베이션층(118)을 포함하는데, 이는 SiNx로 형성할 수 있다. 패시베이션층(118)의 상면에는, 제1 전극(115)을 포함하는 축적용량층이 형성되어 있다. 상기 축적용량층은, 도전성의 투명한 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 형성하는 것이 바람직하다. 제1 전극(115)의 상면에는, 절연층(117)을 SiNx로 형성하는 것이 바람직하다. 절연층(117) 위에는, 제2 전극층(114)을 틴 옥사이드로 형성하는 것이 바람직하다. 제1 전극(115), 절연층(117), 및 제2 전극(114)은 함께 축적용량을 형성한다. 제2 전극(114) 위에는, 또 다른 절연층(116)을 형성하는데, 이는 SiNx로 형성될 수 있다. 유리층(111)의 한 층은 절연층(116) 위에 놓여진다. 촬상될 지문은 유리층(111)상에 놓여지는데, 여기서는 촬상 표면으로서 언급될 수 있다.
바람직하게는 박막트랜지스터인 광감지 유닛(112) 및 바람직하게는 박막 트랜지스터인 스위칭 유닛(113)은 패시베이션층(118)상에 수평으로 배치되어 있다. 패시베이션층(118) 아래에서, 백라이트(120)는 지문 캡처 센서(100)를 통과하도록 광을 상방향으로 조사된다. 도3에 나타낸 바와 같이, 백라이트(120)는 패시베이션층(118)의 하부 노출면으로부터 분리되어 있다. 그러나, 백라이트(120)는 패시베이션층(118)의 하부면에 대면하도록 고려될 수도 있다. 상기 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 백라이트(120)는 LED 또는 어떠한 타입의 광원일 수도 있다. 상기 광감지 유닛(112)의 소스 전극(112-S) 및 상기 스위칭 유닛(113)의 드레인 전극(113-D)은 제2 전극(114)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 상기 광감지 유닛(112)의 게이트 전극(112-G)은 제1 전극(115)에 접속되어 있다. 또한, 스위칭 유닛(113)에는, 제1 차광층(113-sh)이 절연층(117)과 패시베이션층(118) 사이에 놓여져 있다. 하기와 같이, 제1 차광층(113-sh)은 백라이트(120)로부터의 광을 스위칭 유닛(113)에 도달하지 못하도록 차단한다. 또한, 스위칭 유닛(113)에는, 제2 차광층(122)이 유리층(111)과 절연층(116) 사이에 위치하여, 유리층(111)으로부터 반사되거나 통과하는 광으로부터 스위칭 유닛(113)을 차단한다.
상기 구조에 있어서, 광감지 유닛(112)의 소스 전극(112-S)과 드레인 전극(112-D) 사이에는, 비정질 실리콘(a-Si:H)과 같은 광감층(112-P)이 형성되어 있다. 종래 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 광감층(112-P)은, 광감층(112-P)의 표면에 부딪히는 소정량의 광에 응답하여 전류를 흐르게 한다. 상기 방식으로, 광감층(112-P)의 표면에 소정량보다 많은 광이 수광될 경우, 드레인 전극(112-D) 및 소스 전극(112-S)을 통해 전류가 흐른다.
도4a 및 4b는 상기 센서(100)의 동작을 나타낸다. 도4a는 유리층(111)에 대면하여 놓여진 지문(130)을 나타낸다. 도4b는, 센서(100)의 유리층(111)에 대면하는 지문(130a)의 단일 리지를 나타내는 도4a의 일부 상세도이다. 패시베이션층(118) 아래의 백라이트(120)로부터 생성되는 광(150)은, 지문 리지(130a)로부터 반사되고 광감지 유닛(112)의 광감층(112-P)에 의해 수광되어, 광감지 유닛(112)에 전기를 발생시킨다. 광감지 유닛(112)의 게이트 전극(112-G)은, 광원(120)에 의해 직접 방출된 광(150)이 그 하부면을 통해 광감지 유닛(112)에 도달하는 것을 차단하는 데 기여한다. 또한, 상기한 바와 같이, 외광이 스위칭 유닛(113)에 의해 수광될 수 없도록 드레인 전극(113-D)으로부터 소스 전극(113-S)까지의 스위칭 유닛(113)의 일부는 차광층(113-sh)으로 피복되어 있다.
광감지 유닛(112)의 광감층(112-P)이 전류를 흐르게 하면, 전극(114)을 통해 스위칭 유닛(113)의 드레인 전극(113-D)으로 전류가 흐른다. 이로 인해 스위칭 유닛(113)이 활성화되어, 지문 리지의 일부가 지문 센서 어레이(도시하지 않음)에 있어서의 센서(100) 위치의 위에 존재함을 나타내게 된다. 지문 밸리(valley)가 센서(100) 위치의 위에 존재하면, 백라이트(120)로부터의 입사광은 센서(100) 위치의 위에 리지가 존재할 경우보다 훨씬 적은 양이 센서(100)로 반사된다. 따라서, 광감층(112-P)은 스위칭 유닛(113)을 활성화시키기 위해 충분한 전류 유도를 개시할 만큼 충분한 광을 수광하지 못한다. 상기 방식으로, 이미지 캡처 센서(100)와 같은 이미지 캡처 센서들의 어레이는, 상기 어레이의 촬상 표면상에 놓여진 지문의 리지 및 밸리의 윤곽을 결정하는 데 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 비교적 견고한, 유리 표면은 캡처 센서(100)용 촬상 표면으로서 사용된다. 그 자체로 캡처 센서(100)의 잔여부분에 비교적 고도의 보호가 제공된다. 또한, 상기 유리 촬상 표면은 비교적 스무스하여, 캡처된 이미지에 있어서의 왜곡을 상대적으로 작게 일으킨다. 또한, 본 발명에 따른 캡처 센서의 표면 위에는 별도의 코팅이 요구되지 않는다.
도3을 다시 참조하면, 캡처 센서(100)를 제조하는 방법에 있어서, 먼저, 증착, 스퍼터링 또는 기타 방법을 통해 유리층(111)상에 제2 차광층(122)을 위치시킨다. 유리층(111)은 더 두껍거나 더 얇을 수 있지만, 약 5 ㎛와 10 ㎛ 사이의 값이 바람직하다. 차광층(122)은 알루미늄과 같은 금속으로 형성하는 것이 바람직하지만, 다른 적절한 광차단 재료로 형성할 수도 있다. 다음, 유리층(111)의 상부 및 제2 차광층(122)상에 절연층(116)을 형성한다. 상기한 바와 같이, 절연층(116)은 SiNx로 형성하는 것이 바람직하다. 다음, 절연층(116) 위에 광감층(112-P)을 형성한다. 상기한 바와 같이, 광감층(112-P)은 a-Si:H로 형성하는 것이 바람직하다. 다음, 광감지 유닛(112)의 소스 전극(112-D), 제2 전극(114) 및 스위칭 유닛(113)의 드레인 전극(113-D)을 절연층(116) 위에 형성한다. 소스 전극(112-D), 제2 전극(114) 및 드레인 전극(113-D)은 각각 ITO로 형성하는 것이 바람직하지만, 다른 적절한 도전체로 형성할 수도 있다. 다음, 절연층(117)을 형성하고 절연층(117) 위에 제1 전극(115)을 형성한다. 절연층(117)은 SiNx로 형성하는 것이 바람직하고 제1 전극(115)은 ITO로 형성하는 것이 바람직하지만, 다른 적절한 도전체로 형성할 수도 있다. 다음, 광감지 유닛(112)의 게이트 전극(112-G) 및 차광층(113-sh)을 형성한다. 게이트 전극(112-G) 및 차광층(113-sh)은 각각 ITO로 형성하는 것이 바람직하지만, 다른 적절한 재료로 형성할 수도 있고, 차광층(113-sh)은 게이트 전극(112-G)과 동일한 재료로 형성할 필요는 없다. 다음, 제1 전극(115), 게이트 전극(112-G) 및 차광층(113-sh) 위에 패시베이션층(118)을 형성하는데, 이는 SiNx로 형성하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 백라이트(120)는 패시베이션층(118)의 하부 노출면에 부착할 수도 있고, 공지의 방법으로 분리하여 지지할 수도 있다.
본 발명에 따른 이미지 캡처 센서의 제2 실시예를 도5에 나타내었다. 유리층(211) 밑에 도전성 ITO층(230)이 위치하고, ITO층(230) 아래에, SiNx로 형성될 수 있는, 절연층(232)이 위치하고 있는 점을 제외하면, 이미지 캡처 센서(200)는 캡처 센서(100)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. ITO층(230)이 도전성을 갖기 때문에, 유리층(211)상에 형성된 정전하는, 공지의 방식으로 접속하는 ITO층에 의해 그라운드로 방전될 수 있다. 이로써, 캡처 센서(200)에 대한 데미지를 효과적으로 방지할 수 있다. 절연층(232) 위에 차광층(222)을 형성하기 이전에 ITO층(230) 위에 절연층(232)을 형성하고, 유리층(211) 위에 ITO층(230)을 형성하는 것을 제외하면, 이미지 캡처 센서는 이미지 캡처 센서(100)와 실질적으로 동일한 방식으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 캡처 센서의 제3 실시예를 도6에 나타내었다. 이미지 캡처 센서(300)는 캡처 센서(100)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 구체적으로, 캡처 센서(300)는, 절연층(316)과 패시베이션층(318) 사이에 형성된, 스위칭 유닛(113)과 실질적으로 동일한 스위칭 유닛(313) 및 광감지 유닛(112)과 실질적으로 동일한 광감지 유닛(312)을 포함한다. 그러나, 상기 캡처 센서(300)의 절연층(316)은 기판층(330)의 표면에 수직으로 향하는 복수의 광섬유 가닥을 갖는 기판층(330)을 포함한다. 기판층(330)을 형성하는 광섬유 가닥(330a)의 직경은, 더 크거나 더 작은 직경도 사용될 수 있지만, 약 4㎛ 내지 약 8 ㎛인 것이 바람직하며, 약 6 ㎛ 라면 더 바람직하다. 기판층(330)은 유리 광섬유 가닥(330a) 또는 폴리머를 포함하는 실질적으로 투명한 타 재료들의 광섬유 가닥으로부터 형성될 수 있다. 기판층(330)을 형성하는 데 사용될 수 있는 광섬유 시트는 당해 기술분야에 알려져 있으며, 예컨대, Southbridge MA의 Schott Fiber Optics로부터 입수가능하다.
동작에 있어서, 도6에 나타낸 바와 같이, 광섬유층(330)의 노출면상에는 촬상될 지문 리지(322)를 포함하는 지문(320)이 위치한다. 캡처 센서(100)의 백라이트(120)와 실질적으로 동일할 수 있는, 백라이트(320)로부터의 입사광은 광섬유층(330)을 통과하며, 화살표(340)로 나타낸 바와 같이 광섬유층(330)을 직접 통과할 수도 있고, 화살표(342)로 나타낸 바와 같이 광섬유 가닥(330a)의 측면들로부터 내부 전반사(TIR)를 통해 광섬유층(330)을 통과할 수도 있다. 어느 경우에 있어서도, 백라이트(320)로부터의 입사광이 지문 리지(322)와 충돌할 경우, 직접적으로 또는 화살표(344)로 나타낸 바와 같이 TIR를 겪으면서 광섬유층(330)을 통해 후방으로 분산되어, 광감지 유닛(312)의 광감층(312-P)에 도달한다. 지문 리지(322)로부터 분산된 광은 내부 전반사를 통해 광섬유층(330)을 통과할 수 있기 때문에, 캡처 센서(300)의 성능을 저하시키지 않은 채, 광섬유층(330)을 유리층(111)과 같은 유리층보다 상대적으로 더 두껍게 할 수 있다. 이 경우, 광섬유층은 0.8mm 내지 1.0mm인 것이 바람직하지만, 더 두껍거나 더 얇을 수도 있다. 상기한 바와 같이, 광섬유층은 비교적 두꺼울 수 있기 때문에, 광섬유층(330)과 같은 광섬유층은 이미지 캡처 센서(300)와 같은 이미지 캡처 센서에 대해 비교적 더 많은 보호를 제공할 수 있다. 유리층(111)을 대신하여 광섬유층(330)을 사용하는 점을 제외하면, 이미지 캡처 센서(300)는 이미지 캡처 센서(100)와 실질적으로 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 이미지 캡처 센서(200)의 유리층(211)은 광섬유층(330)과 같은 광섬유층으로 교체하는 것도 고려될 수 있다.

Claims (19)

  1. 소정량의 광검출에 응답하여 전기를 도통시키는 광감층을 포함하는 광검출 트랜지스터;
    광검출 트랜지스터에 내부접속되고, 광검출 트랜지스터에 의한 광검출에 응답하는 스위치; 및
    광검출 트랜지스터 및 스위치 위에 적층되고, 촬상될 패터닝된 물체가 놓여지는 유리 기판을 포함하는 이미지 캡처 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광검출 트랜지스터와 상기 스위치를 내부접속하는 커패시터를 더 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치는 트랜지스터 스위치인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    광감층의 제1 표면이 노출되는 광의 양을 감소시키는 제1 차광층을 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유리 기판은, 촬상될 물체가 놓여지는 광섬유층의 표면에 수직으로 형성된 광섬유 가닥들을 갖는 광섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 촬상될 물체는 지문인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유리 기판과 백라이트 사이에 광감지 트랜지스터 및 스위치가 위치하도록 놓여진 백라이트를 포함하는 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 유리 기판과 광감지 트랜지스터 사이에 상기 도전층 및 절연층 모두가 존재하도록 상기 유리 기판 위에 도전층을 형성하고, 상기 도전층 위에 절연층을 형성한, 도전층 및 절연층을 포함하는 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 촬상될 물체는 지문인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 소정량의 광검출에 응답하여 전기를 도통시키는 광감층을 포함하는 광검출 트랜지스터;
    상기 광검출 트랜지스터에 내부접속되고 상기 광검출 트랜지스터에 의한 광검출에 응답하는 스위치; 및
    상기 광검출 트랜지스터 및 스위치 위에 적층된 유리 기판을 갖는 이미지 캡처 센서를 제공하고:
    상기 유리 기판상에 촬상될 물체를 위치시키는 것을 포함하는, 패터닝된 물체를 촬상하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유리 기판상에 촬상될 물체를 위치시키는 것은 상기 유리 기판상에 촬상될 지문을 위치시키는 것을 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    이미지 캡처 센서를 제공하는 것은, 광섬유 가닥들을 포함하는 유리 기판을 갖는 이미지 캡처 센서를 제공하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    이미지 캡처 센서를 제공하는 것은, 상기 유리 기판 위에 형성된 도전층 및 상기 도전층 위에 형성된 절연층을 갖는 이미지 캡처 센서를 제공하는 것을 포함하는 방법.
  14. 소정량의 광검출에 응답하여 전기를 도통시키는 광감층을 포함하는 광검출 트랜지스터;
    상기 광검출 트랜지스터에 내부접속되고, 상기 광검출 트랜지스터에 의한 광검출에 응답하는 스위치; 및
    상기 광검출 트랜지스터 위에 적층되고 촬상될 패터닝된 물체가 놓여지는, 광섬유 가닥들을 포함하는 기판을 포함하는 이미지 캡처 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광검출 트랜지스터와 상기 스위치를 내부접속하는 커패시터를 더 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스위치는 트랜지스터 스위치인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광감층의 제1 표면이 노출되는 광의 양을 감소시키는 제1 차광층을 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광섬유 가닥들은 상기 기판의 표면에 수직으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 촬상될 물체는 지문인 것을 특징으로 하는 장치.
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