KR20110055119A - 압력식 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력식센서에 관한 것으로, 구체적으로 전도성보호필름으로 일정한 체적을 구비하도록 형성되는 에어층과 상기 에어층 내에 형성되는 전하를 충전하는 충전절연층, 그리고 상기 충전절연층 하부에 형성되어 충전된 전하를 출력하는 스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전도성보호필름으로 일정한 체적을 형성하며, 유전성을 구비하는 에어층의 내부 정전용량의 변화를 박막트랜지스터를 통해 출력구동하는 압력식센서를 제공하여 방수 및 방진기능을 구현한 지문인식센서를 제공하는 효과가 있다.

압력식센서, 전도성보호필름

Description

압력식 센서{Fingerprint Recognition Sensor}

본 발명은 인간의 손가락의 지문을 인식하여 인증 등을 수행할 수 있는 압력식 지문인식 센서에 관한 것이다.

인터넷 확산에 의한 정보화시대의 도래로 원하는 정보를 수집 및 가공하는 일이 쉬어진 만큼이나, 개인의 중요한 정보가 타인에 의해 쉽게 도용되거나 파괴되는 심각한 문제가 제기되었다. 또한 전자상거래 등의 발전과 모바일(mobile) 전자기기의 이용은 기밀 관련 및 개인 데이터에 대한 접속 제한의 필요성을 크게 부각시키고 있다. 이에 기존에 사용되어 온 PIN(Personal Identification Number)이나 비밀번호 입력 그리고 주민등록증과 운전면허증 등의 토큰기반 인식 방법에 대한 대안으로 생체인식 기술 즉, 생리적 또는 행동상의 특징을 기반으로 신원을 인식하는 기술이 커다란 관심을 불러일으키고 있다.

생체인식은 크게 얼굴, 지문, 홍채 , 체취, 망막, 정맥 분기모양 등을 측정하는 물리적/생리적 생체인식(physiological biometrics)과 서명인증 등의 학습 특성을 인식기준으로 삼는 행동적 생체인식(behavioral biometrics)으로 나눌 수 있다. 이중 대중적인 방법으로는 지문인식이 있으며, 최근 기술의 발달로 소형의 지 문인식 센서가 제품화되고 있다.

지문 인식 센서는 지문의 측정 방식에 따라 광학식(optical type), 정전용량식(capacitive type), 열감지식(thermal type), 저항 방식(resistive type), 초음파식 등의 기술로 구분할 수 있다. 특히 주로 이용되는 것은 광학식 또는 정전용량식(capacitive type), 열감지식(thermal type)으로 대표되는 반도체 센서가 이용되고 있다.

도 1은 종래의 광학식센서의 구동방식을 도시한 것이다.

구체적으로는, 일정한 방향으로 소정의 밝기로 빛을 투사하는 광원(52)과, 이 광원(52)에서 나오는 빛을 입사면(54)으로 입사시켜 평면에 놓여진 손가락(56)의 지문융선(58)과 접촉된 부분에서 산란시키고, 나머지 부분에서 상기 입사면(54)과 직각 방향으로 이루어진 출사면(60)으로 전반사시켜 지문의 영상을 발생하는 프리즘(62)과, 상기 전반사된 빛을 결상시키는 결상렌즈(64)와, 결상된 광속으로부터 영상을 검출하는 영상검출 수단(66)을 구비한다. 상기 영상검출수단(66)에서 검출된 지문융선(58) 이미지 데이터는 도시되지 않은 메모리부에 저장되고, 저장된 지문데이터는 신원을 확인하려는 지문 이미지와 비교하여 입력된 데이터와 동일할 경우 개인이 확인되도록 하고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 지문인식기는 손가락(56)과 접촉되어 실질적으로 지문을 스캔하는 프리즘(62)이 노출된 상태로 위치하기 때문에, 각종 이물질에 접촉되거나 오염되면 프리즘(62)의 투명성이 저하되고, 이로 인하여 지문인식기가 제대로 작동하지 않는 경우가 발생한다.

또한, 노출된 프리즘(62)에 어린이들의 장난에 의하여 껌과 같은 것이 접착되면 지문을 인식할 수 없음은 물론이고,이를 제거하는데 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 프리즘(62)이 손상되어 지문인식기를 사용치 못하게 된다.

그리고 이러한 프리즘(62) 표면에 모래나 날카로운 금속 등으로 인하여 흠집이 생길 경우에도 지문인식기는 제대로 기능을 발휘할 수 없게 되는 단점이 있다.

또한, 이러한 광학식센서는 그 자체로 제품이 무거울 뿐만아니라, 두께도 수십 mm로 두꺼우며, 소비전류가 높아 전력소모가 많고, 특히 건지문의 감지에는 취약한 문제를 드러내고 있다.

도 1b에 도시된 구조는 종래의 반도체 센서를 도시한 것으로, 특히 압전체를 이용하는 방식에 해당한다.

구체적으로는, 압전체후막(11)를 손가락으로 누르게 되면 그 지문(12)에 따른 압력(13)에 의해 접촉 부위의 전류 밀도값이 변화한다. 이러한 전류 밀도 값을 센싱 소자(14)를 통해 아웃풋 라인(15)으로 읽어 내어 지문(12)을 인식하는 원리를 채용하고 있다.

그러나, 이는 박막 형태가 아닌 후(厚)막을 사용하여 정보를 읽어내게 되므로, 정밀한 측정이 어렵고 또한, one-chip 형태로 제조하여 이용하는데 한계가 있어, 개인 휴대용 등의 보다 간편한 응용이 어려운 문제점이 있다. 또한, 표면처리의 한계가 존재하며, 정전이나 열등의 외부환경에 민감하고, 충격에 약해 신뢰성을 보장할 수 없는 단점이 존재한다. 아울러 습지문의 인식에 취약한 문제가 아울러 발생하고 있다.

또한, 상술한 광학식 또는 반도체식 모두 건지문이나 습지문 대응에 효율적이지 못하며, 방수가 필요한 환경에서는 보호막의 코팅제를 별도로 개발하여야 하나, 빛을 이용하는 구조에서는 일정한 투명성이 확보되어야 하며, 지문인식시 손에 형성된 유분(Oil)에 의한 오염으로 인해 이미지 영상이 열악해지며, 이러한 오염물질 중에 수분이 존재하는 경우에는 NaCl 성분에 의한 반도체 소자의 에러가 발생하게 되어 신뢰성을 더욱 떨어뜨리게 되는 문제가 아울러 발생하고 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전도성보호필름으로 일정한 체적을 형성하며, 유전성을 구비하는 에어층의 내부 정전용량의 변화를 박막트랜지스터를 통해 출력구동하는 압력식센서를 제공하여 방수 및 방진기능을 구현한 지문인식센서를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 구성은 전도성보호필름으로 일정한 체적을 구비하도록 형성되는 에어층; 상기 에어층내에 형성되는 전하를 충전하는 충전절연층; 상기 충전절연층 하부에 형성되어 충전된 전하를 출력하는 스위칭소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력식센서를 제공할 수 있다.

특히, 상기 에어층은 일정한 유전성을 가지는 공기층으로 형성되거나 불활성가스가 충진되는 구성으로 구현할 수도 있다.

본 발명에 따른 압력식센서는, 상기 전도성보호필름 상에 가해지는 외부압력에 의해 굴곡을 형성하여 상기 에어층 내부의 전하량의 변화를 발생시키며, 상기 충전절연층에서 상기 전하량의 변화에 따른 전하를 저장하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전도성보호필름은 절연필름상에 금속층이 적층된 구조인 것을 활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 스위칭소자는 기판상에 형성되는 박막트랜지스터로 구성할 수 있으며, 특히 상기 박막트랜지스터는, 게이트전극과 소스/드레인전극 및 활성반도체층을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전도성보호필름으로 일정한 체적을 형성하며, 유전성을 구비하는 에어층의 내부 정전용량의 변화를 박막트랜지스터를 통해 출력구동하는 압력식센서를 제공하여 방수 및 방진기능을 구현한 지문인식센서를 제공하는 효과가 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 유전성을 가지는 에어층의 이른바 '풍선효과' 즉, 일정한 체적을 가지는 유전층에 전도성보호필름을 통해 밀봉되며, 상기 전도성보호필름을 손가락으로 가압하는경우 발생하는 막의 굴곡현상으로 인해 상기 에어층의 전하량의 변화가 발생하는 경우, 이를 박막트랜지스터 등의 스위칭소자로 출력하여 감지하는 압력식 센서를 제공하는 것을 그 요지로 한다.

도 2a는 본 발명에 따른 압력식센서의 구성을 도시한 개략적인 개념도이다.

본 발명은 크게 전도성보호필름(110)으로 일정한 체적을 구비하도록 형성되 는 에어층(130)과 상기 에어층내에 형성되는 전하를 충전하는 충전절연층(140), 그리고 상기 충전절연층 하부에 형성되어 충전된 전하를 출력하는 스위칭소자(T)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전도성보호필름(110)은 절연필름 상에 금속박막층의 형성된 구조의 필름으로, 상기 에어층(130)의 외형을 밀페하여 일정한 체적을 가지도록 하는 기능을 수행한다. 특히 상기 전도성보호필름(110)의 사용으로 인해 방수, 방진의 기능을 구현할 수 있게 된다. 상기 전도성 보호필름(110)에 사용되는 절연필름은 폴리이미드등의 연성의 필름을 사용할 수 있으며, 상기 금속박막층(120)은 Cu 등의 전도성물질 또는 투명전도성물질을 성막하여 구현될 수 있다.

상기 에어층(130)은 유전성을 가지는 공기층을 형성한 공간으로 구성되며, 일반적으로 상기 전도성보호필름(110)과 후술하는 충전절연층(140)과의 이격공간으로 형성된다. 또한, 상기 에어층은 단순한 공기층으로 구성할 수 있으나, 이는 Ar, He, Ne, Xe 등의 불활성 가스가 충진되도록 형성할 수 있다. 상기 에어층은 지문을 가지하기 위한 손가락(F)이 상기 전도성 보호필름면을 가압하는 경우, "풍선효과"처럼 가압된 부분과 가압되지 않는 부분간에 막의 굴곡이 형성되며, 이는 에어층 내부의 정전용량의 변화를 가져와 전하가 변동되며, 이러한 전하가 상기 충전절연층(140)으로 충전될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 충전절연층(140)은 에어층의 하부에 접하여 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 에어층이 형성되는 전도성보호필름(110)과 층간절연층(140)의 이격공간에는 볼패턴 또는 스페이서부재 등의 이격부재(170)가 형성되어 상기 에어칭이 형성되는 이격공간의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있도록 함이 바람직하다. 아울러 상기 전도성보호필름(110)과 기판사이의 이격공간을 형성하기 위해서 소정의 밀폐부재(sealant;180)가 더 형성될 수 있다.

상기 충전절연층(140)의 하부에는 스위칭소자(T)가 배치되어, 충전절연층에 충전된 전하를 외부로 출력하는 기능을 수행할 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 본 바람직한 일 실시예에서는 상기 스위칭 소자(T)로 박막트랜지스터가 이용될 수 있다. 상기 박막트랜지스터는 투명기판(160)상에 형성되는 게이트전극(G)와 게이트절연막(150), 상기 게이트절연막(150)의 상부에 형성되는 소오스(S) 및 드레인(D) 전극과 산화물 반도체층인 활성반도체층(P)이 형성된 구조로, 도시된 구조는 역스테거드형으로 구현한 예를 도시한 것이다. 물론 이와는 달리, 소오스 드레인전극이 기판 위에 형성되고, 활성화층, 절연층, 게이트전극 순으로 형성되는 스테거드(staggered type)형이라던가, 활성화층 위에 소오스-드레인 전극, 절연층, 게이트전극 순으로 제작되는 코플라나(coplanar)형, 코플라나 형과 역 순서로 제조되는 역코플라나형(Invert coplanar)이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 역스테거드 형의 박막트랜지스터는 비정실질리콘 박막트랜지스터로 구현할 수 있다.

도 2b는 상술한 구조의 압력식센서의 구동원리를 설명한 흐름도이다.

본 발명은 우선, 전도성보호필름 상에 손가락지문을 입력하기 위해 가압을 하게 되면(S 1), 전도성보포필름의 후막에 굴곡현상이 발생하게 되고(S 2), 이 경우 정전용량(cp)의 변화량이 생성되며(S 3), 이에 따라 충전절연층에 변화된 전하량이 저장되게 된다(S 4). 외부제어신호에 의해 박막트랜지스터의 기작에 의해 외부로 전하가 출력되게 된다(S 5). 추후, 출력되는 전하를 리드아웃하여 손가락지문 의 이미지를 영상으로 구현할 수 있게 된다.

도 3은 종래기술에서 상술한 광학식센서와 반도체식 센서 및 본 발명에 따른 압력식 센서를 이용하여 구현한 손가락 지문의 이미지를 비교한 실제 결과를 도시한 것이다.

도시된 것처럼, 본 발명에 따른 압력식 센서가 광학식이나 반도체식 보다 훨씬 선명하고 높은 해상도로서 구현되는 것을 확인할 수 있다. 특히 실제 제품으로 구현하는 경우, 본 발명에 따른 압력식 센서는 매우 가볍고 두께도 1.5mm로 얇게 구현하는 것이 가능하며, 그 해상도도 800 dpi 정도로 매우 우수하며, 전도성 필름처리로 방수, 방진의 기능이 구현되는 장점이 있다. 아울러 소비전류도 매우 낮으며, 건식 또는 습식지문에 취약한 종래 방식과는 달리 매우 우수한 신뢰성으로 인식할 수 있는 장점이 구현된다.

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

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 지문인식센서의 구조를 도시한 개념도이다.

도 2a는 본 발명에 따른 압력식센서의 요부를 개략적으로 도시한 일실시예로서의 도면이며, 도 2b는 본 발명에 따른 압력식 센서의 구동원리를 설명하는 흐름도이다.

도 3은 종래의 광학식과 반도체식 센서와 본 발명에 따른 압력식센서를 이용하여 지문을 인식한 결과를 나타낸 비교도면이다.

Claims (5)

1. 전도성보호필름으로 일정한 체적을 구비하도록 형성되는 에어층;

   상기 에어층내에 형성되는 전하를 충전하는 충전절연층;

   상기 충전절연층 하부에 형성되어 충전된 전하를 출력하는 스위칭소자;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력식센서.
2. 청구항 1에 이어서,

   상기 에어층은 공기 또는 불활성가스가 충진되는 것을 특징으로 하는 압력식센서.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 압력식센서는,

   상기 전도성보호필름 상에 가해지는 외부압력에 의해 굴곡을 형성하여 상기 에어층 내부의 전하량의 변화를 발생시키며,

   상기 충전절연층에서 상기 전하량의 변화에 따른 전하를 저장하는 것을 특징으로 하는 압력식센서.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 전도성보호필름은 절연필름상에 금속층이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 압력식 센서.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 스위칭소자는 기판상에 형성되는 박막트랜지스터인 것을 특징으로 하는 압력식센서.

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