KR20170033125A - 지문 센서 - Google Patents

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KR20170033125A
KR20170033125A KR1020150131055A KR20150131055A KR20170033125A KR 20170033125 A KR20170033125 A KR 20170033125A KR 1020150131055 A KR1020150131055 A KR 1020150131055A KR 20150131055 A KR20150131055 A KR 20150131055A KR 20170033125 A KR20170033125 A KR 20170033125A
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김재흥
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삼성전자주식회사
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Abstract

전기장을 강화시키고, 인접 전극의 전기 간섭을 방지하는 지문 센서를 개시한다. 본 지문센서는 기판 상에 마련되는 복수의 센서 전극과 절연층 및 절연층에 형성되는 불연속 그리드를 포함한다. 이러한 불연속 그리드는 2차원 배열되는 복수의 벽을 포함할 수 있다. 복수의 벽은 서로 전기적으로 절연되도록 배치될 수 있다.

Description

지문 센서{fingerprint sensor}
본 개시는 정전용량 방식의 지문 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지문 센서의 복수의 센서 전극의 상부 구조에 관한 것이다.
경제 및 사회가 발전함에 따라, 대금 결제 방식이 점차 발달하였으며 신용 카드 결제나 오프 라인 상에서의 이-머니(e-money) 등의 전자 화폐 결제 등의 새로운 거래 방식이 등장하였다. 이와 함께, 개인 정보의 관리 문제가 사회적 이슈로 떠오르고 있다. 개인의 아이디와 비밀 번호를 입력하는 통상적인 보안 방식으로는 개인 정보를 확인 및 보완을 유지하는데 불충분하다.
따라서, 개인 정보가 필요한 상황에서 보안을 유지하면서 개인의 신원의 확인할 수 있도록 특정 신호를 감지하고, 이를 해독할 필요성이 대두된다. 보안 시스템에서는 개인의 생체적인 특징을 인식하여 미리 저장된 데이타와 비교하는 인증 방법이 주로 사용되고 있다. 개인의 생체적인 특징을 이용한 인증 방법 중 가장 보편적으로 사용되는 것이 지문 센서를 통한 개인 인증 방법이다. 지문 센서는 사용상의 용이성, 정확도, 가격, 효과성 등의 다양한 장점을 지니고 있다.
이러한 지문 센서는 정전용량식, 전파식, 광학식 등으로 구분된다. 그 중 정전용량식 지문 센서는 피검체의 지문 영역의 정전용량 차이를 이용해 피검체의 지문을 검출한다.
본 개시는 정전용량 방식의 지문 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지문 센서의 복수의 센서 전극의 상부 구조에 관한 것이다.
본 개시에 따른 지문 센서는 기판 상에 마련되는 복수의 센서 전극; 상기 복수의 센서 전극 상에 마련되는 패시베이션층; 상기 복수의 센서 전극과 상기 패시베이션층 사이에 마련되는 절연층; 및 전도성 물질로 형성되며, 상기 절연층의 상기 복수의 센서 전극 상의 영역 각각을 둘러싸도록 배치되며, 상기 복수의 센서 전극으로부터 전기적으로 절연된 불연속 그리드;를 포함할 수 있다.
상기 불연속 그리드는, 서로 간에 전기적으로 절연되는 복수의 플로팅 도체벽을 포함할 수 있다.
상기 복수의 센서 전극은 2차원 배열되며, 상기 불연속 그리드는 상기 복수의 센서 전극의 2차원 배열에 일대일 대응되게 배치될 수 있다.
상기 불연속 그리드는, 상기 불연속 그리드의 교차점 마다 절연될 수 있다.
상기 불연속 그리드의 높이와 폭의 비율이 10:1 이하일 수 있다.
상기 불연속 그리드는, 상기 불연속 그리드와 상기 복수의 센서 전극이 서로 겹치지 않도록 배치될 수 있다.
상기 불연속 그리드는 상기 절연층을 관통하도록 배치될 수 있다.
상기 불연속 그리드는 상기 불연속 그리드와 상기 복수의 센서 전극이 서로 일부가 겹치도록 배치될 수 있다.
상기 불연속 그리드의 상단은 상기 절연층의 상부면에 노출되며, 상기 불연속 그리드의 하단은 상기 절연층의 내부에 있을 수 있다.
상기 절연층은 Si₃N₄, EMC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 플로팅 도체벽은 상기 전도성 물질은 Au, Ag, Cu, Pb, In, Sn, Cd, Al, ITO, IZO, AZO, GZO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 패시베이션층은 복수의 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 불연속 그리드가 상기 복수의 유전체층의 전부 또는 일부를 관통 할 수 있다.
다른 개시에 따른 지문 센서는 기판 상에 마련되는 복수의 센서 전극; 상기 복수의 센서 전극들의 상방에 각각 위치하는 복수의 절연체; 상기 복수의 절연체 상에 마련되는 패시베이션층; 상기 복수의 절연체 각각을 둘러싸며, 서로 간에 전기적으로 절연되는 복수의 플로팅 도체벽;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 플로팅 도체벽은 그리드 배열될 수 있다.
상기 그리드 배열의 교차점 마다 복수 개의 플로팅 도체벽이 서로 이격되도록 배열될 수 있다.
지문 센서의 제조 방법에 있어서, 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 상에 복수 개의 복수의 센서 전극을 마련하는 단계; 상기 복수의 센서 전극 상에 절연층을 마련하는 단계; 상기 절연층에 불연속 그리드를 상기 절연층의 상기 복수의 센서 전극 상의 영역 각각을 둘러싸며 상기 복수의 센서 전극에 직접적으로 맞닿지 않도록 형성하는 단계; 및 상기 불연속 그리드가 형성된 상기 절연층 상에 패시베이션층을 마련하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 불연속 그리드를 형성하는 단계는, 상기 절연층을 식각하여 그리드 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 그리드 패턴에 전도성 물질을 증착하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 개시에 의한 지문 센서에서는 센서 전극 상부에 절연층 및 전도성 물질로 구성되는 불연속 그리드를 마련할 수 있다. 불연속 그리드는 센서 전극에서 형성되는 전기장을 강화시켜 정전용량식 지문 센서의 측정 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 인접하는 센서 전극의 전기장과의 간섭을 방지하는 실드 기능을 가질 수 있다.
도 1a 및 도1b는 일 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 지문 센서의 원리를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 지문 센서의 불연속 그리드에 관한 조건을 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 4b는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 단면도이다.
도 10은 도 1에 따른 지문 센서의 성능을 나타내는 도표이다.
도 11a 내지 11g는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 12a 내지 12d는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 지문 센서에 대해 상세하게 설명한다. 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1a 및 1b는 일 실시예에 따른 지문 센서(100)를 나타내는 개략적인 도면이다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(100)는 기판(110) 상에 마련되는 복수의 센서 전극(120), 복수의 센서 전극(120) 상에 마련되는 절연층(130), 절연층(130)의 상기 복수의 센서 전극(120) 상의 영역 각각을 둘러싸도록 배치되며, 상기 복수의 센서 전극으로부터 전기적으로 절연된 불연속 그리드(140)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 재질의 기판일 수 있다. 또한 기판(110) 상에 각 복수의 센서 전극(120)에 인가되는 전압을 제어하고, 정전 용량을 측정하고, 지문 인식의 기능을 수행하는 집적회로가 마련될 수 있다. 예컨대, 기판(110) 상에는 각 복수의 센서 전극(120)을 개별적으로 스위칭하는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)로 이루어진 회로가 마련될 수 있다. 기판(110) 상에는 지문 센서(100)를 구동하기 위한 일체의 집적회로를 포함할 수 있다. 이러한 집적회로의 자세한 구성은 공지공용의 것으로 자세한 내용은 생략한다.
복수의 센서 전극(120)은 예컨대, ITO(indium tin oxide)를 포함하거나, IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide)와 같은 ZnO 계열의 산화물이나 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 카드뮨(Cd) 등과 같은 금속 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 복수의 센서 전극(120)은 기판(110)에 2차원 배열될 수 있다. 예를 들어, 2차원 배열은 일 방향으로 주기적인 배열과 일 방향과 수직한 방향의 주기적 배열을 포함할 수 있다. 복수의 센서 전극(120)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 센서 전극(120)은 도 1b에 도시된 듯이 사각형 형태를 가질 수 있으며, 원형, 타원형, 다각형을 가질 수 있다. 복수의 센서 전극(120) 각각은 기판(110) 상에 마련되는 직접회로에 의해 개별적으로 컨트롤 될 수 있다. 상술한 바와 같이 이러한 직접회로는 박막트랜지스터를 포함할 수 있다.
절연층(130)은 복수의 센서 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 절연층(130)은 복수의 센서 전극(120)과 지문 영역 사이에 형성되는 전기장의 세기를 강화할 수 있다. 피검체의 지문 영역에 도달하는 전기장의 세기가 강화되면, 리지 영역과 밸리 영역 간의 정전용량 차이가 커지게 되어 더 정확한 지문 인식이 가능하다. 이러한 절연층(130)은 Si₃N₄, EMC(Epoxy molding compound)를 비롯한 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 말하는 고유전율 물질은, 예를 들어, 유전율이 4 이상인 것을 의미할 수 있다. 절연층(130)이 고유전율 물질을 포함할 때, 전기장의 세기를 강화하는 효과가 상대적으로 더 우수할 수 있다. 그러나, 절연층(130)은 저유전율 물질로도 형성될 수 있으며, 반드시 고유전율 물질에 한정되는 것은 아니다. 절연층(130)은 복수 개의 절연체를 포함할 수 있다. 이러한 절연체는 각각 복수의 센서 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 절연체 간에는 빈 공간이 있을 수 있다.
불연속 그리드(140)는 절연층(130)에 형성될 수 있다. 불연속 그리드(140)는 절연층(130)의 복수의 센서 전극(120) 상의 영역 각각을 감싸도록 배치될 수 있다. 또는, 절연층(130)이 복수의 절연체를 포함하는 경우, 불연속 그리드(140)는 상기 복수의 절연체 각각을 둘러 쌀 수 있다. 이러한 불연속 그리드(140)의 배열은 복수의 센서 전극(120)의 배열에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 센서 전극(120)이 2차원 배열을 가질 때, 불연속 그리드(140)도 2차원 배열을 가질 수 있다. 불연속 그리드(140)는 복수의 센서 전극(120)의 2차원 배열과 일대일 대응되도록 배치될 수 있다. 불연속 그리드(140)가 복수의 센서 전극(120)의 2차원 배열과 일대다로 배치될 경우, 불연속 그리드(140)의 기능이 저하될 수 있다. 불연속 그리드(140)는 복수의 플로팅 도체벽을 포함할 수 있다. 이러한 플로팅 도체벽은 서로 간에 전기적으로 절연되도록 이격될 수 있다. 불연속 그리드(140)는 불연속 그리드(140)의 교차점 마다 절연되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 2차원 배열을 가지는 불연속 그리드(140)에 있어서, 불연속 그리드(140)의 교차점마다 복수의 플로팅 도체벽은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 복수의 센서 전극(120)과 지문 영역 사이에서 형성되는 전기장은 불연속 그리드(140)가 둘러싸고 있는 절연층(130)을 통과할 수 있다. 이때 불연속 그리드(140)는 전기장을 포커싱(focusing)하는 기능과 전기장 간섭을 방지하는 실드(shield) 기능을 가질 수 있다. 이러한 포커싱, 실드의 기능은 각 플로팅 도체벽이 전기적으로 절연된, 즉 플로팅 상태인 것에서 기인하는 것이다. 모든 벽이 전기적으로 연결되어 등전위면을 형성하는 경우, 전기장의 세기를 오히려 약화시킬 수 있다. 다만, 이러한 플로팅 도체벽의 단위는 각 복수의 센서 전극(120)을 둘러 싸는 변마다 단절되어야만 하는 것은 아니며, 각 복수의 센서 전극(120) 단위로 독립된 전위를 가질 수 있는 것으로 족하다. 만약, 수 개의 복수의 센서 전극(120)을 하나의 패턴으로 활용하고자 하는 지문 센서(100)의 경우, 그러한 패턴 전체를 둘러싸는 하나의 플로팅 도체벽이 마련될 수 있다. 요컨대, 불연속 그리드(140) 전체가 전기적으로 등전위면을 가지지 않는 것으로 족하며, 지문 센서(100)에 따라, 플로팅 도체벽의 단위는 달라질 수 있다. 불연속 그리드(140)는 예컨대, ITO를 포함하거나, IZO, AZO, GZO와 같은 ZnO 계열의 산화물 등을 포함할 수 있다.　또한 전도성 불연속 드리드(112)는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 카드뮨(Cd) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
패시베이션층(150)은 지문 센서(100)의 보호를 위해 절연층(130) 상에 형성될 수 있다. 이러한 패시베이션층(150)은 복수의 유전체층으로 구성될 수 있다. 패시베이션층은 심미적 효과를 위해 컬러필터층을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 지문 센서의 원리를 살피겠다. 피검체의 지문 영역은 패시베이션층(150) 표면에 닿을 수 있으며, 지문 영역은 주변의 다른 피부 영역보다 상대적으로 돌출된 피부 영역인 리지 영역(ridge region) 및 상기 리지 영역들 사이의 영역인 밸리 영역(valley region)으로 나뉠 수 있다. 복수의 센서 전극(120) 각각이 화소(pixel)로써, 각 복수의 센서 전극(120)에서부터 지문 영역까지의 정전용량을 측정할 수 있다. 정전용량은 다음과 같은 수학식에 의해 결정된다.
Figure pat00001
정전용량(C)은 병렬형 축전기의 두 전극 사이의 거리(d)에 반비례 하며, 단면적(A)에 비례한다. 복수의 센서 전극(120)이 축전기의 일 전극일 때, 패시베이션층에 맞닿는 지문 영역의 피부가 또 다른 일 전극으로 기능한다. 따라서 피부에서 복수의 센서 전극(120)까지의 거리가 상기 수학식의 d가 된다. 지문영역은 리지 영역과 밸리 영역에 따라 각 복수의 센서 전극(120)부터 피부까지의 거리 d가 변화하므로, 각 복수의 센서 전극(120)이 측정하는 정전용량은 d에 따라 다르게 나타난다. 이러한 정전용량의 차이를 이용하여 지문을 인식하는 것이 가능하다. 리지 영역이 패시베이션층(150)과 접촉하는 경우 밸리 영역은 패시베이션층(150)과 직접 접촉하지 않을 수 있으며, 밸리 영역이 패시베이션층(150)과 이격될 수 있다. 리지 영역이 패시베이션층(150)과 접촉한 상태에서 밸리 영역과 패시베이션층(150) 사이 공간은 빈 공간(air)일 수 있다. 리지 영역이 패시베이션층(150)과 접촉하는 경우 복수의 센서 전극(120)부터 피부까지의 거리 d가 작으므로, 정전용량이 크게 나타날 수 있다. 밸리 영역이 패시베이션층(150)과 이격되는 경우, 피부까지의 거리 d가 크므로, 정전용량이 작게 나타날 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 지문 센서(100)의 원리를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도2를 참조하면, 상술한 바와 같이 불연속 그리드(140)는 복수의 센서 전극(120)에서 형성되는 전기장(E)을 포커싱하는 기능을 가질 수 있다. 또한, 불연속 그리드(140)는 인접한 센서 전극의 전기장(E)으로부터의 간섭을 방지하는 실드 기능을 가질 수 있다. 도 2를 참조하면, 복수의 센서 전극(120)에서 형성된 전기장(E)이 화살표로 도시되어 있다. 전기적으로 플로팅 된 불연속 그리드(140)는 전기장(E)이 새어나가지 못하도록 전자기 차폐의 기능을 가지며, 이를 통해 전기장이 누설되지 않고 바로 지문 영역으로 집중되도록 할 수 있다.
도 3은 도 1에 따른 지문 센서(100)의 불연속 그리드(140)에 관한 조건을 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 불연속 그리드(140)는 절연층(130)을 관통할 수 있다. 불연속 그리드(140)가 절연층(130)을 관통하도록 마련될 때, 불연속 그리드(140)의 높이(h1)는 절연층(130)의 높이보다 같거나 더 클 수 있다. 높이는 한 층의 두께를 의미하는 것으로, 하면에서 상면까지의 수직선의 길이를 나타낸다. 불연속 그리드(140)가 절연층(130)을 관통하도록 마련될 때, 불연속 그리드(140)의 일 끝단은 복수의 센서 전극(120)과 직접 맞닿지 않도록 배치될 수 있다. 불연속 그리드(140)가 복수의 센서 전극(120)과 직접 맞닿을 경우 전기적으로 쇼트될 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 불연속 그리드의 높이(h1)와 폭(w1)의 비율은 10:1 이하일 수 있다. 높이(h1)와 폭(w1)의 비율이 10:1 이상일 때는 높이(h1) 대비 폭(w1)이 얇으므로 불연속 그리드를 형성하기 힘들고, 동시에 전자기 차폐 효과가 감소할 수 있기 때문이다.
도 4a 내지 4b는 다른 실시예에 따른 지문 센서(400)를 나타내는 단면도 및 평면도이다. 도 4a를 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(400)는 불연속 그리드(440)의 폭(w1)이 인접하는 복수의 센서 전극(420)의 끝단 거리(w2)보다 클 수 있다. 이 경우, 불연속 그리드(440)가 복수의 센서 전극(420)과 직접 맞닿는 것을 방지 하기 위해, 불연속 그리드(440)의 높이(h1)는 절연층(430)의 높이(h2) 보다 작을 수 있다. 도 4a를 참조하면, 불연속 그리드(440)의 상단은 상기 절연층(430)의 상부면에 노출되며, 상기 불연속 그리드(440)의 하단은 상기 절연층(430)의 내부에 있을 수 있다. 따라서, 불연속 그리드(440)를 구성하는 복수의 플로팅 도체벽은 절연층(430)을 관통하지 않을 수 있다. 불연속 그리드(440)는 기판(410)과 일정 길이(h2-h1) 만큼 이격되어 전기적 쇼트를 방지할 수 있다. 도 4b를 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(400)는 불연속 그리드(440)의 일부가 복수의 센서 전극(420)의 일부가 서로 겹칠 수 있다. 두 층이 겹친다는 것은 지문 센서(400)의 상부 또는 하부에서 보았을 때, 어느 한층이 다른 한층을 가리는 위치 관계를 나타낸다. 불연속 그리드(440)의 폭(w1)이 복수의 센서 전극(420)의 끝단 간의 거리(w2)보다 크므로, 불연속 그리드(440)의 w1-w2 에 해당하는 부분은 복수의 센서 전극(420) 상에 위치할 수 있다. 복수의 센서 전극(420)의 일부가 불연속 그리드(440)에 의해 겹쳐져도, 전기장의 세기는 감소하지 않을 수 있다. 따라서, 불연속 그리드(440)의 폭(w1)은 전기장의 세기에 큰 영향을 미치지 않는 범위 내에서 자유롭게 설정할 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서(500)를 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 불연속 그리드의 위치가 점선(540)으로 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 지문센서(500)의 불연속 그리드의 위치(541)는 실선으로 도시되어 있다. 점선으로 도시된 불연속 그리드의 위치(540)는 불연속 그리드가 복수의 센서 전극의 배열과 바르게 얼라인(align) 되어있을 때의 위치를 나타낸다. 이에 반해, 실선으로 도시된 불연속 그리드의 위치(541)는 복수의 센서 전극의 배열과 이격되게 배치된 미스얼라인(mis-align) 상태의 위치이다. 이러한 미스얼라인(mis-align)은 각각의 복수의 센서 전극(520)의 넓이가 50% 이상 가려지지 않는 범위 내에서 허용될 수 있다. 복수의 센서 전극(520)의 일부가 가려져도 전기장의 세기는 감소하지 않을 수 있으므로, 불연속 그리드의 위치(541)가 비교적 자유롭게 복수의 센서 전극(520) 상에 마련될 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 지문 센서(600)를 나타내는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(600)의 패시베이션층(650)은 복수의 유전체층(651, 652)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지문 센서(600)의 가장 상부에 지문 센서(600)의 보호를 위한 유전체층(651)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 유전체층(651)은 유리를 포함할 수 있다. 또, 유전체층(651)의 하부에 심미적 기능을 위한 컬러필터층(652)이 추가로 마련될 수 있다. 그 외의 지문 센서(600)의 구성은 도 1에 도시된 지문 센서(100)의 구성과 같은 바 설명은 생략한다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 지문 센서(700)를 나타내는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(700)의 불연속 그리드(740)는 패시베이션층(750)을 관통할 수 있다. 패시베이션층(750)이 복수의 유전체층(751,752)을 포함하는 경우, 불연속 그리드(740)는 복수의 유전체층(751,752)의 전부 또는 일부를 관통할 수 있다. 피검체의 지문영역이 패시베이션층(750)에 접하므로, 불연속 그리드(740)가 패시베이션층(750)까지 형성되면 전기장 포커싱 효과와 실드 효과가 패시베이션층(750)까지 이루어질 수 있다. 따라서 정전용량 측정의 효율이 증가할 수 있다. 도 7을 참조하면, 불연속 그리드(740)의 일 끝단은 패시베이션층(750)의 표면에 노출될 수 있다. 피검체의 지문 영역의 일부인 리지 영역만이 패시베이션층(750)과 직접 접촉하므로, 노출된 불연속 그리드(740)의 일끝단과 접촉하는 피검체의 지문 영역은 리지 영역에서도 일부에 불과할 수 있다. 따라서, 불연속 그리드(740)의 매우 일부가 전기적으로 연결되더라도, 지문 센서(700) 전체로서는 기능 저하가 없을 수 있다. 그 외의 지문 센서(700)의 구성은 도 1에 도시된 지문 센서(100)의 구성과 같은 바 설명은 생략한다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 지문 센서(800)를 나타내는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 불연속 그리드(840)는 복수의 유전체층(851, 852)의 일부만 관통할 수 있다. 예를 들어, 불연속 그리드(840)는 지문 센서(800)의 가장 상부에 위치한 유전체층(851)은 관통하지 않고, 유전체층(851)의 하부에 위치한 컬러필터층(852)만을 관통할 수 있다. 이 경우, 전기장 포커싱 효과와 실드 효과를 향상시키면서도, 불연속 그리드(840)의 전기적 절연성을 유지할 수 있다. 이러한 실시예는 어디 까지나 예시에 불과하며, 불연속 그리드(840)의 상부는 유전체층(851)의 내부에 위치하거나, 컬러필터층(852)의 내부에 위치할 수 있다. 그 외의 지문 센서(800)의 구성은 도 1에 도시된 지문 센서(100)의 구성과 같은 바 설명은 생략한다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서(900)를 나타내는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(900)는 복수의 센서 전극(920) 각각을 감싸는 사각형 형태의 플로팅 도체벽을 포함하는 불연속 그리드(942)를 포함할 수 있다. 각각의 플로팅 도체벽은 전기적으로 절연되며, 2차원 배열될 수 있다. 이러한 불연속 그리드(942)의 구조 또는 배열은 하나의 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 복수의 센서 전극(920)을 둘러싸는 플로팅 도체벽의 형태는 삼각형, 사각형, 다각형, 원형, 타원형의 형태일 수 있다. 또한 하나의 센서 전극(920)을 둘러싸는 플로팅 도체벽은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 불연속 플로팅 도체벽일 수 있으며, 본 실시예와 같이 단일의 플로팅 도체벽일 수 있다. 예컨대, 불연속 그리드(942)는 복수의 센서 전극(920)의 전기장을 포커싱하고, 인접 복수의 센서 전극(920)의 전기장을 실드 할 수 있는 형상과 배열을 만족하면 된다.
도 10은 도 1에 따른 지문 센서의 성능을 나타내는 도표이다. 도 10을 참조하면, y축은 리지 영역과 밸리 영역 간의 정전용량 차이로 단위는 패럿(F)이다. x축은 절연층이 마련되지 않은 기본구조, 절연층만 마련된 구조, 불연속 그리드가 마련된 구조를 가지는 각각의 지문 센서를 나타낸다. 기본구조에 대한 정전용량 차이는 대략 2*10-7F로 나타났다. 절연층만 마련된 구조에서 정전용량 차이는 대략 5*10-7F로 나타났다. 전도성 불연속 그리다가 마련된 구조에서 정전용량 차이는 대략 8*10-7F로 나타났다. 따라서, 기본구조를 기준으로 절연층이 마련되면 정전용량 차이가 2.5배 가량 상승되며, 불연속 그리드가 마련되면 정전용량 차이가 4배 가량 상승될 수 있다. 예를 들어, 절연층의 높이는 10㎛내외이며, 지문 센서 전체의 높이가 150㎛내외 임을 고려할 때, 이러한 절연층 및 불연속 그리드는 지문 센서의 성능을 향상시키는 데 효율적일 수 있다.
도 11a 내지 11g는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서(1100)의 제조 방법을 나타내는 단면도이다. 도 11a를 참조하면, 복수의 센서 전극(1120)이 마련된 기판(1110)이 마련될 수 있다. 기판(1110)은 지문 센서의 구동을 위한 집적 회로일 수 있다. 복수의 센서 전극(1120)은 기판(1110) 상에 2차원으로 배열될 수 있다. 복수의 센서 전극(1120)은 서로 간의 간격이 균일하도록 배열될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 11b를 참조하면, 복수의 센서 전극(1120) 상에 절연층(1130)을 마련할 수 있다. 절연층(1130)의 형성은 스핀 코팅, CVD 공법에 의할 수 있다. 도 11c를 참조하면, 절연층(1130) 상에 포토레지스트 패턴(PR1)을 마련할 수 있다. 도 11d를 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR1)을 마스크로 하여 절연층(1130)을 식각하여 그리드 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 식각은 기판(1120)이 노출되도록, 절연층(1130)을 관통할 수 있다. 절연층(1130)이 관통되도록 식각을 할 때에는, 식각된 부분이 센서전극(1120)과 접촉되지 않아야 한다. 또 다른 예로는, 식각은 기판(1120)이 노출되지 않도록, 절연층(1130)의 일부를 식각할 수 있다. 식각의 방법은 한정되지 않으며 예를 들어 드라이 에칭에 의할 수 있다. 도 11e를 참조하면, 전도성 물질을 절연층(1130)의 그리드 패턴에 증착할 수 있다. 절연층(1130)의 식각된 부분에 증착된 전도성 물질은 불연속 그리드(1140)를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 불연속 그리드(1140)는 절연층(1130)의 상기 복수의 센서 전극(1120) 상의 영역 각각을 둘러 쌀 수 있다. 또한 불연속 그리드(1140)는 복수의 센서 전극(1120)에 직접적으로 맞닿지 않을 수 있다. 도 11f를 참조하면, 불연속 그리드(1140)의 불필요한 부분을 제거할 수 있다. 도 11g를 참조하면, 절연층(1130) 및 불연속 그리드(1140) 상에 패시베이션층(1150)을 형성할 수 있다. 패시베이션층(1150)은 복수의 유전체층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(1150)은 유전체층(1151)과 컬러필터층(1152)을 포함할 수 있다. 절연층(1130) 상에 컬러필터층(1152)을 마련하고, 컬러필터층(1152) 상에 유전체층(1151)을 마련할 수 있다.
도 12a 내지 12d는 또 다른 실시예에 따른 지문 센서(1200)의 제조 방법을 나타내는 단면도이다. 도 11a 내지 11g에 도시된 제조 방법과의 차이점 위주로 기술하며 중복되는 내용은 생략하겠다. 본 실시예에 따른 지문 센서(1200)의 불연속 그리드(1240)는 패시베이션층(1240)을 관통할 수 있다. 도 12a를 참조하면, 복수의 지문 센서(1220)가 마련된 기판(1210)을 마련하고, 기판 상에 절연층(1230) 및 패시베이션층(1250)을 차례로 마련할 수 있다. 패시베이션층(1250)은 복수의 유전체층(1251, 1252)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연층(1230) 상에 컬러필터층(1252), 컬러필터층(1252) 상에 유전체층(1251)을 마련할 수 있다. 도 12b를 참조하면, 유전체층(1251) 상에 포토레지스트 패턴(PR2)을 형성할 수 있다. 도 12c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR2)을 마스크로 하여 패시베이션층(1250) 및 절연층(1230)을 식각하여 그리드 패턴을 형성할 수 있다. 도 12d를 참조하면, 전도성 물질을 상기 그리드 패턴에 증착하여, 불연속 그리드(1240)를 형성할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 지문 센서에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100 : 지문 센서
110 : 기판
120 : 센서 전극
130 : 절연층
140 : 불연속 그리드
150 : 패시베이션층

Claims (18)

  1. 기판 상에 마련되는 복수의 센서 전극;
    상기 복수의 센서 전극 상에 마련되는 패시베이션층;
    상기 복수의 센서 전극과 상기 패시베이션층 사이에 마련되는 절연층; 및
    전도성 물질로 형성되며, 상기 절연층의 상기 복수의 센서 전극 상의 영역 각각을 둘러싸도록 배치되며, 상기 복수의 센서 전극으로부터 전기적으로 절연된 불연속 그리드;를 포함하는 지문 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드는,
    서로 간에 전기적으로 절연되는 복수의 플로팅 도체벽을 포함하는 지문 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 전극은 2차원 배열되며, 상기 불연속 그리드는 상기 복수의 센서 전극의 2차원 배열에 일대일 대응되게 배치되는 지문 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드는,
    상기 불연속 그리드의 교차점 마다 절연된 지문 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드의 높이와 폭의 비율이 10:1 이하인 지문 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드는 상기 복수의 센서 전극과 서로 겹치지 않도록 배치되는 지문 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드는 상기 절연층을 관통하도록 배치되는 지문 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드는 상기 복수의 센서 전극과 서로 일부가 겹치도록 배치되는 지문 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드의 상단은 상기 절연층의 상부면에 노출되며, 상기 불연속 그리드의 하단은 상기 절연층의 내부에 있는 지문 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 Si₃N₄, EMC 중 적어도 하나를 포함하는 지문 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 Au, Ag, Cu, Pb, In, Sn, Cd, Al, ITO, IZO, AZO, GZO 중 적어도 하나를 포함하는 지문 센서.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 복수의 유전체층을 포함하는 지문 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드는 상기 복수의 유전체층의 전부 또는 일부를 관통하는 지문 센서.
  14. 기판 상에 마련되는 복수의 센서 전극;
    상기 복수의 센서 전극의 상방에 각각 위치하는 복수의 절연체; 및
    상기 복수의 절연체 각각을 둘러싸며, 서로 간에 전기적으로 절연되는 복수의 플로팅 도체벽;을 포함하는 지문 센서.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 플로팅 도체벽은 그리드 배열되는 지문센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 플로팅 도체벽이 상기 그리드 배열의 교차점 마다 서로 이격되도록 배열되는 지문 센서.
  17. 지문 센서의 제조 방법에 있어서,
    기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 복수의 센서 전극을 마련하는 단계;
    상기 복수의 센서 전극 상에 절연층을 마련하는 단계;
    상기 절연층에 불연속 그리드를 상기 절연층의 상기 복수의 센서 전극 상의 영역 각각을 둘러싸며 상기 복수의 센서 전극에 직접적으로 맞닿지 않도록 형성하는 단계; 및
    상기 절연층 상에 패시베이션층을 마련하는 단계;를 포함하는 지문 센서 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 불연속 그리드를 형성하는 단계는,
    상기 절연층을 식각하여 그리드 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 그리드 패턴에 전도성 물질을 증착하는 단계;를 포함하는 지문 센서 제조 방법.
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