KR20160097567A - 베젤이 없는 지문 인식 센서 장치 - Google Patents

베젤이 없는 지문 인식 센서 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베젤이 없는 지문 인식 센서 장치로서, 지문 인식 센서, 상기 지문 인식 센서의 측면에 절연되어 배치되며, 상기 지문 인식 센서 장치에 공급되는 구동전압이 인가되는 전도성 부재, 상기 지문 인식 센서 및 상기 전도성 부재의 상면에 형성되는 센서보호 코팅막을 포함하고, 상기 전도성 부재는, 상기 지문 인식 센서 장치의 기판과 절연되어 배치될 수 있다.

Description

베젤이 없는 지문 인식 센서 장치 {Bezel-less Fingerprint Sensor Device}
본 발명은 지문 인식 센서 장치로서, 특히, 센서보호 코팅막(coverglass) 하부에 전도성 부재가 위치하여 전도성 부재과 손가락 사이의 센서보호 코팅막에 형성된 정전용량(capacitance)에 유기된 전하를 구동 신호(drive signal)로 손가락에 전달하는 지문 인식 센서 장치에 관한 것이다.
지문센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서로서, 최근에는 휴대폰(mobile terminal)이나 태블릿 피씨(tablet PC) 등의 휴대용 전자기기에서 보안성을 강화하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다. 즉, 지문센서를 통해 사용자등록이나 인증 절차를 거치도록 함으로써, 휴대용 전자기기에 저장된 데이터를 보호하고, 보안사고를 미연에 방지하게 된다. 이러한 지문센서는 지문센서와 IC, 베젤(bezel) 등을 통합한 형태의 모듈로 제조되어 전자 기기에 장착된다.
도 1은 종래의 지문 인식 센서 장치(100)의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 지문 인식 센서 장치(100)는 반도체 지문 인식 센서(110), 센서보호 코팅막(120), 베젤(130)을 포함할 수 있다.
지문 인식 센서 장치(100)는 전자 기기의 본체(200)에 위치하여, 인증 대상인 손가락(300)과 직접 접촉하는 베젤(130)을 통해 구동신호(drive signal)를 손가락(300)에 전달한다. 즉, 베젤(130)은 사용자의 인증 대상인 손가락 피부로 직접 구동신호(drive signal)를 가하여 전하를 공급할 수 있다. 따라서, 센서보호 코팅막(120) 두께가 100um 내외라도, 지문 이미지는 용이하고 간단한 아날로그 센싱 회로(analog sensing circuit)로써, 얻어질 수 있다.
그러나, 주로 금속 단자인 베젤(130)이 표면에 반드시 노출되어 있어야 하므로, 외관상 디자인 측면과 향후 기술 트랜드인 메탈 커버(metal cover)를 적용하는 경우, 신호처리가 문제될 수 있다.
그러므로, 베젤이 없이도 반도체 지문 인식 센서(110)의 센싱 영역으로부터 사용자의 손가락과 접하는 최종 센서보호 코팅막(120)까지의 두께에 무관하게 지문 센싱 감도에 영향을 미치지 않는 지문 인식 센서 장치가 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해, 센서보호 코팅막 하부에 전도성 부재가 위치하여 전도성 부재와 손가락 사이의 센서보호 코팅막에 형성된 정전용량에 유기된 전하를 구동 신호로 손가락에 전달하는 지문 인식 센서 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 지문 인식 센서 장치는 지문 인식 센서, 상기 지문 인식 센서의 측면에 절연되어 배치되며, 상기 지문 인식 센서 장치에 공급되는 구동전압이 인가되는 전도성 부재, 상기 지문 인식 센서 및 상기 전도성 부재의 상면에 형성되는 센서보호 코팅막을 포함하고, 상기 전도성 부재는, 상기 지문 인식 센서 장치의 기판과 절연되어 배치될 수 있다.
실시 예로서, 상기 전도성 부재는, 상기 지문 인식 센서에 공급되는 구동 전압과 동일한 전압을 공급받을 수 있다.
실시 예로서, 상기 전도성 부재와 전기적으로 연결되는 최상층 메탈(top metal layer)을 포함하고, 상기 최상층 메탈로 지문 인식 센서에 공급되는 구동전원이 연결될 수 있다.
실시 예로서, 상기 전도성 부재는, 표면에 규칙적 또는 불규칙적인 패턴이 형성될 수 있다.
실시 예로서, 상기 전도성 부재는, 표면 또는 내부에 다공이 형성될 수 있다.
본 발명의 지문 인식 센서 장치는 센서보호 코팅막 표면에 노출되는 베젤이 없어도, 센서보호 코팅막의 두께에 무관하게 지문 센싱 감도에 영향을 미치지 않는다.
또한, 본 발명의 지문 인식 센서 장치는 센서보호 코팅막 표면에 노출되는 베젤을 제거하여, 외관상 디자인이 향상되고, 메탈커버 적용시에도 신호처리문제가 없다.
도 1은 종래의 지문 인식 센서 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치에 대한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 베젤이 없는 지문 인식 센서 장치를 설명하면 다음과 같다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치(10a)에 대한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치(10a)는 전자기기 본체(200)에 위치하고, 전도성 부재(13a)가 사용자 인증의 대상인 손가락(300)과 센서보호 코팅막(12)을 통해 간접적으로 접촉한다.
지문 인식 센서 장치(10a)는 반도체 지문 인식 센서(11), 센서보호 코팅막(12), 전도성 부재(13a)를 포함할 수 있다. 여기서, 전자기기 본체(200)는 지문 인식 센서 장치(10a)를 구비한 전자기기를 말하는 것으로, 지문의 감지를 위한 구동신호(drive signal)의 송출 및 손가락으로부터의 지문 센싱 신호의 수신이 가능한 것이라면 모두 포함하는 것으로 해석해야 한다. 즉, 전자기기 본체(200)는 휴대용 전자기기에 구비되는 것일 수 있다. 여기서, 휴대용 전자기기는 스마트폰, PDA, 태블릿 피씨, 노트북 컴퓨터, 휴대용 음원재생기 등, 이와 유사한 형태의 모든 전자기기를 포함하는 것이다. 전자기기 본체(200)는 반도체 지문 인식 센서(11)를 실장하고, 전기신호 정보가 전달되는 기판(substrate)일 수 있다. 예를 들면, 투명한 소재의 유리 또는 플라스틱 필름이나 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있다. 기판(substrate)은 일반적으로 접지(ground)로 연결될 수 있다.
반도체 지문 인식 센서(11)는 전자기기 본체(200)상에 구비되어 지문을 감지할 수 있다. 한편, 반도체 지문 인식 센서(11)는 지문 감지 기능과 포인터 조작 기능을 동시에 가지는 바이오매트릭 트랙패드(BTP)일 수 있다. 반도체 지문 인식 센서(11)는 지문의 특징점(예를 들면, 'Y' 지점과 같이 지문이 갈라지는 부분 등)에 대한 정보를 따로 저장해두고, 이러한 특징점을 비교하여 지문의 일치여부를 감지할 수 있다. 한편, 반도체 지문 인식 센서(11)는 에폭시 접합에 의해 전자기기 본체(200)에 실장될 수 있다.
반도체 지문 인식 센서(11)는 복수개로 구비된 센서 셀(sensor cell)의 센서 어레이(sensor array)를 이룰 수 있다. 손가락(300)이 접촉할 때, 어떠한 센서 셀 위에는 손가락(300) 지문의 융선(ridge)이 위치하게 되고, 어떠한 센서 셀 위에는 손가락(300) 지문의 골(valley)이 위치하게 된다. 반도체 지문 인식 센서(11)는 지문의 융선과 골을 감지하고, 융선과 골의 정전용량에 따른 전압과 기준전압을 비교하여 인증대상인 지문과 일치하는지 판단한다.
센서보호 코팅막(12)은 전도성 부재(13a)와 반도체 지문 인식 센서(11)의 상면에 형성될 수 있다. 센서보호 코팅막(12)은 반도체 지문 인식 센서(11)와 전도성 부재(13a)를 덮는 구성요소로서, 전기적 부품들을 보호할 수 있다. 센서보호 코팅막(12)은 외부로 노출되며, 수지 또는 유리일 수 있으나, 이러한 재료로 한정되는 것은 아니다. 적절한 지문 센싱이 가능하도록 하기 위하여 센서보호 코팅막(12)의 두께는 100 ~ 120 ㎛가 적용될 수 있다.
전도성 부재(13a)는 반도체 지문 인식 센서(11)의 테두리를 둘러 감싸는 모양으로서 반도체 지문 인식 센서(11)와 별도로 구비되고, 반도체 지문 인식 센서(11)와 절연되도록 이격되거나, 절연물질에 싸여 배치될 수 있다. 전도성 부재(13a)는 구동신호를 손가락(300)에 전달하므로, 주로 금속재질로 이루어지나, 도전성 물질이라면, 특별히 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 전도성 부재(13a)는 스테인리스 강 또는 스테인리스 강에 주석 도금이 이루어진 형태로 제공될 수 있다.
전도성 부재(13a)는 종래의 베젤(130)이 하던 안테나의 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 전도성 부재(13a)는 센서보호 코팅막(12)와 손가락(300) 사이에 유기된 전하를 구동신호로서 손가락(300)으로 송출하는 안테나 기능을 할 수 있다.
종래에는 구동신호를 송출하기 위한 전극부를 베젤(130)의 형태로서 손가락(300)과 직접 접촉하는 형태이었다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 전도성 부재(13a)가 손가락(300)과 직접 접촉하는 것이 아니라, 센서보호 코팅막(12)의 하부에 위치하여, 손가락(300) 사이의 센서보호 코팅막(12)에 유기된 전하를 사용자의 손가락(300)으로 송출하는 안테나 기능을 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 센서보호 코팅막(12)의 하부에 위치한 전도성 부재(13a)를 통해 구동신호가 손가락으로 전달된다.
전도성 부재(13a)의 일단부 부분은 반도체 지문 인식 센서(11)와 인접하고, 절연되도록 이격되어 배치되고, 평행하게 연장 형성될 수 있다. 즉, 전자기기 본체(200) 상에 반도체 지문 인식 센서(11)를 장착한 후, 반도체 지문 인식 센서(11)의 테두리에 별도로 절연되거나, 절연되도록 이격된 전도성 부재(13a)를 형성할 수 있다.
만약, 지문 인식 센서 장치(10a)가 전자기기 본체(200)의 기판에서 접지(ground)로 전기적 연결되는 경우, 반도체 지문 인식 센서(11)의 하부부분의 전도성 부재(13a)가 없을 수 있다. 이 경우, 전도성 부재(13a)는 반도체 지문 인식 센서(11)의 측면 테두리에만 절연되어 배치될 수 있다.
따라서, 종래 베젤(130)과 달리, 전도성 부재(13a)는 지문 인식 센서 장치(10a)의 외부로 노출되지 않으므로, 외관 디자인상 미관이 향상되고, 전자기기 본체(200)에 메탈 커버(metal cover)가 적용되는 경우에도 신호 처리에 대한 문제가 발생하지 않는다.
더욱 상술하면, 전도성 부재(13a)는 지문 인식 센서 장치(10a) 또는 전자기기 본체(200)로부터 구동 전압을 인가받을 수 있다. 전도성 부재(13a)에 인가되는 구동전압은 구형파 신호일 수 있다. 이 경우, 구동전압은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나, 듀티비가 상이할 수도 있다. 구동전압은 전자기기 본체(200)의 전원 전압일 수도 있고, 전자기기 본체(200)에서 지문 인식 센서 장치(10a)에 공급되는 전원 전압일 수도 있다.
전도성 부재(13a)는 손가락(300) 사이에 형성된 제1 정전용량(Cperi; 14)에 유기된 전하를 구동신호로서 손가락(300)에 전달할 수 있다. 전도성 부재(13a)에서 송신된 구동신호는 손가락(300)을 거쳐 반도체 지문 인식 센서(11)에서 수신된다. 여기서, 반도체 지문 인식 센서(11)는 손가락(300)의 지문의 융선(ridge) 또는 골(valley)의 유무에 따른 전계 변화를 신호로서 측정하여 지문을 인식할 수 있다.
전도성 부재(13a)는 사용자의 손가락(300)을 구동하기 위한 구동신호를 출력하는 구동전극의 역할을 하기 위하여 전자기기 본체(200)의 회로에 결합될 수 있다. 또한, 전도성 부재(13a)가 구동 전극을 정의하도록 적어도 하나의 구동회로를 더 포함할 수 있다. 또한, 전도성 부재(13a)가 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD) 전극을 정의하도록 결합되는 적어도 하나의 구동회로를 더 포함할 수 있다.
제1 정전용량(Cperi; 14)은 손가락(300)과 전도성 부재(13a) 사이의 센서보호 코팅막(12)에 형성될 수 있다. 여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 정전용량(Cperi; 14)은 손가락(300)과 반도체 지문 인식 센서(11) 사이의 제2 캐퍼시터(Cfinger)와 직렬형태로 연결이 될 수 있다. 따라서, 총 정전용량(Ctotal) 값은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.
Figure pat00001
만약, 제1 정전용량(Cperi; 14)의 값이 제2 정전용량(Cfinger)에 비하여 크다고 가정하면, 총 정전용량(Ctotal)은 대략 제2 정전용량(Cfinger)를 따른다는 것을 알 수 있다. 즉, 전도성 부재(13a)에 의한 정전용량의 크기가 반도체 지문 인식 센서(11)의 센서 셀(fingerprint sensor cell)에 의한 정전용량의 크기에 비해 충분히 크다면, 제1 정전용량(Cperi; 14)에 의한 제2 정전용량(Cfinger) 변화의 영향을 충분히 무시할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 부재(13a)는 특정 형태에 한정되지 않는다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치(10b)에 대한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 지문 인식 장치(10b)는 도 2에 도시된 지문 인식 장치(10a)에서, 구동전압이 공급되는 반도체 지문 인식 센서(11)의 최상층 금속층(top metal layer; 15)이 전도성 부재(13a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 제1 정전용량(Cperi; 14) 값이 도 2에 도시된 지문 인식 장치(10a)의 제1 정전용량(Cperi; 14)에 비해서 더욱 증가할 수 있다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치(10c)에 대한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 지문 인식 장치(10c)는 도 2에 도시된 지문 인식 장치(10a)에서, 구동전압이 공급되는 반도체 지문 인식 센서(11)의 최상층 금속층(top metal layer; 15)이 전도성 부재(13b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 전도성 부재(13b)의 표면은, 도 2에 도시한 매끈한 표면을 가지는 전도성 부재(13a)의 표면과 달리, 규칙적 또는 불규칙적인 패턴이나 주름이 형성될 수 있다. 이 경우, 전도성 부재(13b)의 부피가 도 2에 도시한 매끈한 표면을 가지는 전도성 부재(13a)에 비해 늘어날 수 있으므로, 제1 정전용량(Cperi; 14)를 통해 손가락(300)으로 전달하는 전하를 증가시킬 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지문 인식 센서 장치(10d)에 대한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 지문 인식 장치(10d)는 도 2에 도시된 지문 인식 장치(10a)에서, 구동전압이 공급되는 반도체 지문 인식 센서(11)의 최상층 금속층(top metal layer; 15)이 전도성 부재(13c)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 전도성 부재(13c)는 표면 또는 내부에 다공이 형성되어, 도 2에 도시한 매끈한 표면을 가지는 전도성 부재(13a)에 비해 더욱 큰 제1 정전용량(Cperi; 14)를 형성할 수 있다.
전도성 부재(13c)의 표면 또는 내부에 형성된 다공은 전극의 비표면적을 증가시켜 커패시터의 충방전 용량, 에너지 밀도, 출력 밀도 등을 향상시킬 수 있다. 전도성 부재(13c)의 표면 또는 내부에 형성된 다공은 전해도금으로 발생하는 수소를 주형(template)으로 사용하여 제조할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서는 베젤이 없는 지문 인식 센서 장치에 대한 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 종래의 지문 인식 기술에 본 발명의 실시예가 적용 가능한 것으로 이해해야 한다.
상술한 바와 같은 전기적 연결 구성에 의하여, 사용자의 손가락을 향하여 구동신호를 송출하고, 송출된 구동신호에 응답하여 사용자의 손가락의 지문 정보가 수신될 수 있게 된다.

10a, 10b, 10c, 10d, 100: 지문 인식 센서 장치
11, 110: 지문 인식 센서
12, 120: 센서보호 코팅막
13a, 13b, 13c, 130: 전도성 소재
14: 제1 정전용량(Cperi)
15: 최상층 메탈(top metal layer)
200: 전자기기 본체
300: 손가락

Claims (5)

  1. 지문 인식 센서 장치에 있어서,
    지문 인식 센서;
    상기 지문 인식 센서의 측면에 절연되어 배치되며, 상기 지문 인식 센서 장치에 공급되는 구동전압이 인가되는 전도성 부재;
    상기 지문 인식 센서 및 상기 전도성 부재의 상면에 형성되는 센서보호 코팅막;
    을 포함하고, 상기 전도성 부재는,
    상기 지문 인식 센서 장치의 기판과 절연되어 배치되는 지문 인식 센서 장치
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 부재는,
    상기 지문 인식 센서에 공급되는 구동 전압과 동일한 전압을 공급받는 지문 인식 센서 장치
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전도성 부재와 전기적으로 연결되는 최상층 메탈(top metal layer)을 포함하고, 상기 최상층 메탈로 지문 인식 센서에 공급되는 구동전원이 연결되는 지문 인식 센서 장치
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 부재는,
    표면에 규칙적 또는 불규칙적인 패턴이 형성된 지문 인식 센서 장치
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 부재는,
    표면 또는 내부에 다공이 형성된 지문 인식 센서 장치


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