KR20170123797A - 지문 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

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KR20170123797A
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엄준필
박청용
안명수
장신애
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시 예의 지문 센싱 장치는 베이스 기판과, 베이스 기판 위에 배치된 지문 센서부 및 지문 센서부 위에 배치되며, 가열 건조형 도료 또는 우레탄 도료 중 적어도 하나를 포함하는 보호층을 포함한다.

Description

지문 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기{Fingerprint sensing apparatus and electric device including the apparatus}
지문 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기
지문 센싱 기술은 생체 인식 또는 인증 프로세스 등에 널리 이용되고 있다. 예를 들어, 스마트폰(smartphone) 등과 같은 전자 기기에 사용되는 지문 센싱 장치에 포함되는 지문 센서(또는, 지문 인식 센서)는 사람의 지문을 감지하기 위해 사용되고 있다. 이러한 지문 센서를 포함하는 지문 센싱 장치는 일반적으로 기판(미도시), 센싱부(미도시) 및 기능층(미도시)을 포함한다. 여기서, 기능층은 센싱부 위에 순차적으로 배치된 컬러층(미도시) 및 보호층(미도시)을 포함할 수 있다.
컬러층은 보호층과 센싱부 사이에 배치되며, 지문 센싱 장치의 색상을 그 주변과 일치시키거나 유사하게 만드는 역할을 한다. 컬러층은 유색 도료를 이용한 도장 또는 증착법에 의해 형성될 수 있다. 이때, 컬러층이 원하는 색상을 구현하기 위해서, 일정한 두께 이상의 도막을 도장할 수 있다. 만일, 컬러층 도막의 두께가 충분히 형성되지 않을 경우 원하는 색상 구현이 어려울 뿐만 아니라, 컬러층 표면에 스크래치나 찍힘 등 물리적인 손상이 발생할 가능성이 높다. 또한, 이러한 손상은 지문을 센싱한 이미지에 영향을 미쳐 감지 감도를 저하시키거나 심지어는 지문 센싱을 어렵게 할 수 있는 문제가 있어, 컬러층 위에 보호층이 배치된다. 기존의 보호층은 단단하지 않고 황변이 심하며 두께가 두꺼운 문제점을 갖는다.
실시 예는 얇고 황변이 적으며 단단한 보호층을 갖는 지문 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공한다.
실시 예에 의한 지문 센싱 장치는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 위에 배치된 지문 센서부; 및 상기 지문 센서부 위에 배치되며, 가열 건조형 도료 또는 우레탄 도료 중 적어도 하나를 포함하는 보호층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 지문 센싱 장치는 상기 보호층과 상기 지문 센서부 사이에 배치된 컬러층; 또는 상기 컬러층과 상기 지문 센서부 사이에 배치된 프라이머층 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 지문 센서부는 상기 베이스 기판 위에 배치된 지문 센서; 상기 지문 센서를 상기 베이스 기판에 고정시키는 접착부; 상기 지문 센서를 상기 베이스 기판에 전기적으로 연결하는 와이어; 및 상기 지문 센서와 상기 와이어를 감싸며 배치된 몰딩부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 지문 센서부는 상기 베이스 기판과 마주하는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측 제2 면을 포함하는 센서 기판; 상기 센서 기판의 상기 제1 면 위에 배치된 지문 센서; 상기 지문 센서와 상기 센서 기판의 상기 제1 면을 전기적으로 연결하는 패드; 및 상기 센서 기판의 상기 제1 면과 상기 베이스 기판 사이에 배치된 솔더부를 포함하고, 상기 보호층은 상기 센서 기판의 상기 제2 면 위에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 지문 센서부는 상기 지문 센서와 상기 센서 기판의 연결 부위를 감싸며 배치된 제1 하부층을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 지문 센서부는 상기 센서 기판의 상기 제1 면과 상기 베이스 기판 사이에 배치되어, 상기 솔더부, 상기 지문 센서 및 상기 제1 하부층을 감싸도록 배치된 제2 하부층을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 보호층은 8 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 갖고, 상기 보호층의 황변값은 2 이하이고, 상기 보호층의 경도는 3H 이상일 수 있다.
다른 실시 예에 의한 전자 기기는, 상기 지문 센싱 장치를 포함할 수 있다.
실시 예에 의한 지문 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기는 얇고 황변이 적고 단단한 보호층을 포함함으로써, 지문 센싱의 감도가 향상되고 컬러층이나 프라이머층의 두께를 더 두껍게 형성할 수 있도록 도울 수 있다.
도 1은 실시 예에 의한 지문 센싱 장치를 포함하는 전자 기기의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 지문 센싱 장치를 I-I'선을 따라 절개한 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 지문 센싱 장치를 I-I'선을 따라 절개한 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 지문 센싱 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 지문 센싱 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B) 및 이 장치(200, 200A, 200B)를 포함하는 전자 기기(1000)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B) 및 이를 포함하는 전자 기기(1000)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에 의할 경우, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지 않고 교차할 수도 있다.
이하에서 설명되는 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)란, 지문 센서와 같은 지문 센서부(230, 240) 상부에 배치되는 보호층(256)을 포함하는 어느 장치도 해당할 수 있다. 또한, 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)는 사용자의 손가락의 지문을 감지하는 것으로 설명하지만, 사용자의 지문 대신에 스타일러스 펜의 터치를 센싱할 수도 있으며, 그 센싱 대상에 국한되지 않는다.
또한, 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)는 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)는 사용자 인증이 필요한 분야에서 이용될 수 있다. 사용자 인증이 필요한 경우는 예를 들어, 언로킹(unlocking), 온라인 거래를 인정하거나 부인을 방지(Non-repudiation), 웹 사이트들 및 이메일을 포함한 디바이스 시스템들 및 서비스들에 대한 액세스, 패스워드 및 PIN들의 교체, 도어락(door lock) 등과 같은 물리적 액세스, 시간 및 출석관리 시스템들에서 각종 증명, 모바일 폰들 및 게이밍(gaming)을 위한 손가락 기반 입력 디바이스들/내비게이션, 또는 손가락 기반 단축키(shortcuts)의 사용 등이 있다. 이와 같이, 사용자 인증, 등록, 결재 또는 보안 등 다양한 분야에서 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)가 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이 다양한 분야에 적용될 수 있는 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)를 포함하는 전자 기기는 예를 들어 휴대폰, 스마트폰, 휴대 정보 단말기(PDA:Personal Digital Assistant), 휴대용 멀티미디어 플레이어(PMP:Portable Multimedia Player), 노트북 또는 테블릿(tablet) 개인용 컴퓨터(PC:Personal Computer) 등과 같은 휴대용 단말기일 수 있으나, 실시 예는 특정한 전자 기기에 국한되지 않는다.
또한, 실시 예에 의한 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)는 패키지화 또는 모듈화되어 전자 기기(1000)에 포함될 수 있으나, 실시 예는 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)가 전자 기기(1000)에 포함되는 특정한 형태에 국한되지 않는다.
또한, 실시 예에 의한 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)의 이해를 돕기 위해, 도 1에 도시된 바와 같은 전자 기기(1000)를 예를 들어 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 실시 예에 의한 지문 센싱 장치(200, 200A, 200B)는 도 1에 도시된 전자 기기(1000)와 다른 다양한 형태의 전자 기기에 포함될 수 있음은 물론이다.
도 1은 실시 예에 의한 지문 센싱 장치(200)를 포함하는 전자 기기(1000)의 평면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 의한 전자 기기(1000)는 커버 유리(100), 지문 센싱 장치(200) 및 디스플레이부(300)를 포함할 수 있다.
커버 유리(100)는 디스플레이부(300)를 보호하며 전자 기기(1000)의 전면(front surface)에 배치된다. 디스플레이부(300)는 터치 스크린의 역할을 수행할 수 있다.
지문 센싱 장치(200)는 사용자의 지문을 센싱하거나 사용자의 손가락의 움직임을 센싱하거나 스타일러스의 접촉을 센싱하여 포인터를 조작할 수 있도록 할 수 있다. 도 1의 경우, 지문 센싱 장치(200)는 전자 기기(1000)에서 디스플레이부(300)의 아래쪽에 배치된 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 도 1에 도시된 바와 달리, 지문 센싱 장치(200)는 디스플레이부(300)의 위쪽이나 측부쪽에 배치될 수도 있다. 즉, 실시 예는 지문 센싱 장치(200)가 전자 기기(1000)에서 배치되는 위치에 국한되지 않는다.
도 2는 도 1에 도시된 지문 센싱 장치(200)를 I-I'선을 따라 절개한 일 실시 예(200A)에 의한 단면도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 지문 센싱 장치(200)를 I-I'선을 따라 절개한 다른 실시 예(200B)에 의한 단면도를 나타낸다.
도 2 및 도 3에 도시된 지문 센싱 장치(200A, 200B)는 베이스 기판(210A, 210B), 지문 센서부(230, 240) 및 기능층(250)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 지문 센싱 장치(200B)는 지문 센서부(240)의 구성이 다르고 베이스 기판(210B)과 지문 센서부(240)의 연결 형태가 다를 뿐, 도 2에 도시된 지문 센싱 장치(200A)와 동일하다.
베이스 기판(210A, 210B)은 인쇄 회로 기판(PCB:Printed Circuit Board) 예를 들어 전체가 유연한 특성을 갖는 연성(flexible) PCB 또는 비연성(rigid) PCB일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
베이스 기판(210A, 210B)은 지문 센서부(230, 240)를 외부 장치와 연결시키거나 통신하도록 돕는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 베이스 기판(210A, 210B)은 지문 센서부(230, 240)를 구동하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 전기 신호나 이와 관련된 정보를 지문 센서부(230, 240)로 전달하기 위해, 베이스 기판(210A, 210B)은 지문 센서부(230, 240)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 지문 센서부(230)는 베이스 기판(210A)과 와어어(239)에 의해 전기적으로 연결될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 와이어(239)를 사용하지 않고 지문 센서부(230)는 베이스 기판(210A)과 다양한 방법으로 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시 예에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이 지문 센서부(240)는 솔더부(247)에 의해 베이스 기판(210B)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시 예는 지문 센서부(230, 240)와 베이스 기판(210A, 210B)이 서로 전기적으로 연결되는 특정한 형태에 국한되지 않는다.
또한, 도시되지는 않았지만, 베이스 기판(210A, 210B)의 아래에 리드 프레임(미도시)이 더 배치될 수 있다. 리드 프레임은 베이스 기판(210A, 210B)의 하부에 표면 실장 기술(SMT:Surface Mounting Technology)에 의거하여 부착될 수 있다.
한편, 지문 센서부(230, 240)는 반도체 칩(chip) 형태로 베이스 기판(210A, 210B) 위에 배치되어 지문을 센싱하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 지문 센서부(230)는 표면 실장 기술(SMT)에 의해 베이스 기판(210A) 위에 배치될 수 있다.
또한, 지문 센서부(230, 240)는 픽셀이 어레이 형태로 배치된 센싱 영역을 갖는 지문 센서를 포함할 수 있다. 지문 센서부(230, 240)는 손가락 지문의 산(ridge)과 골(valley)의 형상에 따른 높이 차에 의한 정전 용량의 차이를 찾을 수 있으며, 이를 위해 손가락이 이동함에 따른 지문의 이미지를 스캐닝하여 지문 이미지를 만들어낼 수 있다. 예를 들어, 지문 센서부(230, 240)는 지문을 센싱하여 단편적인 지문 영상들을 읽어들인 후, 단편 지문 영상을 하나의 영상으로 정합하여 온전한 지문 영상을 구현할 수 있다.
또한, 이러한 지문 센서부(230, 240)는 지문의 특징점(예를 들어, Y지점과 같이 지문이 갈라지는 부분 등)에 대한 정보를 사전에 미리 저장해 두고, 지문 영상으로부터 획득한 특징점을 기 저장된 정보와 비교하여 지문의 일치 여부 등을 감지할 수도 있다.
또한, 지문 센서부(230, 240)는 지문 감지의 기능뿐만 아니라 손가락의 존재 여부나 손가락의 움직임을 추적할 수 있으며, 이를 통해 커서와 같은 포인터를 움직이거나 사용자로부터 원하는 정보 또는 명령을 제공받을 수도 있다.
전술한 동작을 위해, 지문 센서부(230, 240)는 구동 신호를 사용자의 지문을 향해 송출하는 구동 전극(미도시) 및 사용자의 지문을 거친 신호를 수신하는 수신 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 구동 전극은 도전성 폴리머로 이루어져서 구동 신호의 송출의 역할을 달성함과 동시에 다양한 형상과 색상으로 구현될 수 있다.
실시 예는 지문 센서부(230, 240)에서 지문을 센싱하는 방식에 국한되지 않는다. 즉, 지문 센서부(230, 240)는 동작 원리에 따라 구분되는 초음파 방식, 적외선 방식 또는 정전용량 방식 지문 센서일 수 있다.
또한, 실시 예는 지문 센서부(230, 240)의 특정한 구조에 국한되지 않는다. 지문 센서부(230, 240)의 예시적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.
일 실시 예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 지문 센서부(230)는 몰딩부(231), 접착부(233), 지문 센서(235), 보호 필름(237) 및 와이어(239)를 포함할 수 있다.
접착부(233)는 지문 센서(235)와 베이스 기판(210A) 사이에 배치될 수 있다. 접착부(233)는 지문 센서(235)를 베이스 기판(210A)에 접착시켜 고정하는 에폭시 접착제일 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 지문 센서부(230)는 접착부(233)를 포함하지 않을 수 있으며, 이 경우 예를 들어 지문 센서(235)와 베이스 기판(210A)은 끼워 맞춤식으로 서로 결합 또는 체결될 수도 있다.
지문 센서(235)는 사용자의 지문을 거친 신호를 수신하며, 어레이 형태로 배치된 픽셀을 포함할 수 있다. 지문 센서(235)는 사용자의 손가락의 지문의 골과 산의 형상에 따른 높이 차에 의한 정전 용량의 차이를 찾을 수 있으며, 손가락이 이동함에 따른 지문의 전기 신호의 차이를 수신하는 부분으로서, 구동 전극 및 수신 전극을 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서(235)는 지문 이미지를 센싱하고 처리하는 역할을 하며, 집적화된 IC일 수 있다.
보호 필름(237)은 몰딩부(231)로부터 지문 센서(235)를 보호하는 역할을 수행하기 위해, 지문 센서(235)의 상부면과 몰딩부(231) 사이에 배치될 수 있다. 경우에 따라, 지문 센서부(230)에서 보호 필름(237)은 생략될 수 있다.
와이어(239)는 지문 센서(235)를 베이스 기판(210A)에 전기적으로 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 와이어(239)는 금(Au)을 포함할 수 있다.
몰딩부(231)는 지문 센서(235)와 와이어(239)를 감싸면서 베이스 기판(210A) 상부에 배치될 수 있다. 몰딩부(231)는 사출 또는 몰드(mold)로 만들어질 수 있다. 몰딩부(231)는 액상의 폴리머를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(231)는 에폭시 몰드 컴파운드(EMC:Epoxy mold compound), 에폭시 수지, 퍼티(putty) 또는 PPA(Polyphthalamide) 레진 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 몰딩부(231)를 제조할 때 열 경화 시에 플라스틱 수축을 줄이거나 없애기 위해, 몰딩부(231)는 실리카겔을 포함할 수 있다. 몰딩부(231)로서 사용되는 EMC는 일반 사출로 형성된 PC 계열보다 단단하여 공차를 미연에 방지할 수 있고, 평탄도를 더 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고열의 공정을 거친 후에도 일반 사출에서 나타난 칩 마크(chip mark)를 줄일 수 있다. 또한, 몰딩부(231)는 지문 센서부(230)를 베이스 기판(210A)의 바닥면에 밀착시킴으로써, 지문 센서부(230)의 신뢰성을 높이는 데 기여할 수도 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이 지문 센서부(240)는 센서 기판(241), 지문 센서(243), 패드(245), 솔더부(247), 제1 및 제2 하부층(또는, underfill layer)(248, 249)를 포함할 수 있다.
센서 기판(241)은 제1 및 제2 면(241A, 241B)을 포함할 수 있다. 센서 기판(241)의 제1 면(241A)은 베이스 기판(210B)과 마주하는 면에 해당하고, 제2 면(241B)은 제1 면(241A)의 반대측 면에 해당한다.
센서 기판(241)은 사용자의 손가락의 지문의 골과 산의 전기 신호의 차이를 수신하는 부분으로서, 구동 전극 및 수신 전극을 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 센서 기판(241)에 구동 전극과 수신 전극이 반드시 동시에 포함되지 않을 수 있다.
지문 센서(243)는 지문 이미지를 센싱하고 처리하는 역할을 하며, 집적화된 IC일 수 있다.
도 2에 도시된 지문 센서부(230)의 지문 센서(235)는 도 3에 도시된 센서 기판(241)과 지문 센서(243)의 역할을 모두 수행한다. 반면에, 도 3에 도시된 센서 기판(241) 및 지문 센서(243)는 도 2에 도시된 지문 센서(235)의 역할을 서로 분담하여 수행할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 지문 센싱 장치(200A)를 일체형 지문 센싱 장치라 칭하고, 도 3에 도시된 지문 센싱 장치(200B)를 분리형 지문 센싱 장치라고 칭할 수 있다.
패드(245)는 지문 센서(243)와 센서 기판(241)의 제1 면(241A)을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 이를 위해, 패드(245)는 지문 센서(243)와 센서 기판(241)의 제1 면(241A) 사이에 배치된다. 패드(245)는 도전형 물질로 구현될 수 있으며, 실시 예는 패드(245)의 특정 재질에 국한되지 않는다.
솔더부(247)는 센서 기판(241)의 제1 면(241A)과 베이스 기판(210B) 사이에 배치되어, 센서 기판(241)과 베이스 기판(210B)을 서로 전기적으로 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 솔더부(247)는 도전형 물질로 구현될 수 있으며, 실시 예는 솔더부(247)의 특정 재질에 국한되지 않는다.
제1 하부층(248)은 지문 센서(243)와 센서 기판(241)의 연결 부위를 감싸며 배치될 수 있다. 따라서, 패드(245)는 제1 하부층(248)에 의해 감싸져서 외부로부터 보호될 수 있다.
제2 하부층(249)은 센서 기판(241)의 제1 면(241A)과 베이스 기판(210B) 사이에 배치되어, 솔더부(247), 지문 센서(243) 및 제1 하부층(248)을 감싸도록 배치될 수 있다.
제1 및 제2 하부층(248, 249)의 재질은 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 제1 및 제2 하부층(248, 249) 각각은 액상 EMC를 경화시켜 제조될 수 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 하부층(248, 249) 각각의 특정한 재질에 국한되지 않는다. 또한, 제1 또는 제2 하부층(248, 249) 중 적어도 하나는 생략될 수도 있다.
한편, 기능층(250)은 지문 센서부(230, 240) 위에 배치된다. 도 2의 경우 기능층(250)은 지문 센서부(230)의 몰딩부(231) 위에 배치되고, 도 3의 경우 기능층(250)은 센서 기판(241)의 제2 면(241B) 위에 배치된다.
기능층(250)은 보호층(256)을 포함할 수 있다. 또한, 기능층(250)은 프라이머(primer)층(252) 또는 컬러층(254) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 기능층(250)은 보호층(256)과 프라이머층(252) 및 컬러층(254)을 포함할 수 있다.
또는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 달리 기능층(250)은 보호층(256) 및 프라이머층(252)을 포함하지만 컬러층(254)을 포함하지 않을 수도 있다. 또는, 기능층(250)은 보호층(256) 및 컬러층(254)을 포함하지만 프라이머층(252)을 포함하지 않을 수도 있다. 또는, 기능층(250)은 보호층(256)만을 포함하고, 프라이머층(252)과 컬러층(254)을 포함하지 않을 수도 있다.
만일, 기능층(250)이 컬러층(254)을 더 포함할 경우, 보호층(256)은 컬러층(254) 위에 배치되어 컬러층(254)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 또는, 기능층(250)이 컬러층(254)을 포함하지 않고 프라이머층(252)을 더 포함할 경우, 보호층(256)은 프라이머층(252) 위에 배치되어 프라이머층(252)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
또는, 기능층(250)이 프라이머층(252)과 컬러층(254)을 포함하지 않을 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 보호층(256)은 몰딩부(231) 위에 배치되어 몰딩부(231)를 보호하거나 도 3에 도시된 바와 같이 보호층(256)은 센서 기판(241) 위에 배치되어 센서 기판(241)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 보호층(256)은 구현하고자 하는 질감에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 보호층(256)에는 헤어 라인(hairline)이 패터닝될 수 있다. 헤어 라인은 가는 실선의 형태일 수 있으며, 일정한 간격으로 패터닝될 수 있다. 그 밖에 보호층(256)은 다양한 패턴을 가질 수도 있다.
또한, 보호층(256)의 코팅 시에 펄(pearl) 소재 등과 같은 질감을 나타낼 수 있도록 별도의 소재가 더 추가될 수 있다.
실시 예에 의하면, 보호층(256)은 지문 센서부(230, 240) 위에 배치되며, 열 경화 방식으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 보호층(256)은 가열 건조형 도료(또는, 소부 건조형 도료)를 이용하여 열 경화 방식으로 형성될 수 있다. 가열 건조형 도료는 고온 반응형 도료로서, 일반적으로 용제를 증발시킨 후 100 ℃ 또는 150 ℃에서 반응시켜 도막을 경화함으로써, 경도, 접착성, 내용제성, 내유성, 내오염성, 내수 및 내염수성, 내산 및 내알칼리성 등이 비교적 균형있게 갖추어진 성능 좋은 도막을 얻을 수 있다. 수지는 무색 투명의 불변색이기 때문에 정상적인 가열 건조 도막은 변색하지 않은 선명한 도막이 될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 보호층(256)은 우레탄 도료를 이용하여 열 경화 방식으로 형성될 수 있다. 우레탄 결합을 포함하는 도료로서 -NCO기(Isocyanate Group)를 가진 성분과 -OH기(Hydroxy Group)를 가진 성분이 반응하여 -NHCOO-구조(우레탄결합)를 도막 속에 포함할 수 있는 도료 또는 -NCO기와 -OH기가 이미 반응하여 -NHCOO-구조를 가진 수지(우레탄 수지)를 바인더로 하여 또는 바인더의 일부로 하여 만든 도료이다. 이러한 보호층(256)은 경금속, 아연, 플라스틱, 고무, 유리, 목재, 콘크리트 등 다양한 기재에 대한 부착성이 우수하다. 우레탄 도료는 실온에서 경화 건조될 수 있으며, 약간의 가열로 경화는 더욱 빨라질 수 있다. 도막 경도가 높고, 탄성이 있으며, 내마모성, 내충격성이 우수한 데 도막은 아주 경도가 높은 것부터 고무줄 같이 늘어나는 것까지 자유로이 설계할 수 있다. 그 외, 내구성(내후성), 내수성, 내약품성이 우수하나 화학 구조에 따라 황변이 발생하는 경우도 있다.
이하, 실시 예 및 비교 례에 의한 보호층을 다음과 같이 살펴본다. 이때, 실시 예에 의한 보호층(256)이 가열 건조형 도료 또는 우레탄 도료를 이용하여 열 경화 방식으로 형성되는 반면, 비교 례에 의한 보호층은 자외선(UV) 경화 도료를 이용하여 형성될 수 있다.
UV 경화 도료는 열 경화가 아닌 UV에 의해 경화되는 도료로서 수지 또는 저중합체(oligomer)를 주 골격 수지로 하고, UV 경화성 모너머(주로 아크릴), 광개시제, 기타 첨가제로 구성된다. 여기서, 광개시제는 자외선를 받아 중합을 할 수 있는 상태로 만들어 주는 역할을 한다. 안료를 넣을 경우, UV 통과가 어려워 투명으로 쓰는 경우가 대부분이며 안료를 가미한 경우는 매우 얇은 도장에만 국한된다. UV 경화 도료는 단시간에 경화됨으로써 모든 면에서 경제적이고, 저온 경화가 가능하다. 또한, UV 경화 도료는 실온보다 10℃ 정도 높은 온도에서 조절되므로, 열이 약한 제품에도 적합하며, 경도가 높고 내마찰성이 우수하다. UV 경화 도료는 무용제형, 용제형 모두 가능하고 광택이 높아 평판 도장에 적합하다.
그러나, 비교 례에 의한 보호층을 UV 경화 도료를 이용하여 형성할 경우, 전술한 바와 같이 UV 광이 닿기 어려운 구조에서는 경화가 어렵고, 전술한 실시 예에 의한 보호층(256)을 열 경화 방식으로 형성할 때보다 보호층의 황변이 심하다. 또한, 보호층을 제조하는 코팅 작업시에 UV 수지가 정전기에 의해 주변의 이물을 끌어당기기 때문에 설비나 공정이 받쳐주지 않을 경우 이물 불량이 많이 발생할 수 있다.
실시 예 및 비교 례에 의해 형성된 보호층(256)의 경도 및 황변은 다음 표 1과 같이 비교될 수 있다.
구 분 제1 실시 예 제2 실시 예 비교 례
표면경도(연필경도) 약 5H 약 3H 2H이하
황변값(ΔE) 1.5이하 1이하 약 4
두께(㎛) 8 내지 10 8 내지 10 10보다 크고 15이하
여기서, 제1 실시 예는 가열 건조형 도료를 이용하여 열 경화 방식으로 형성된 보호층(256)에 해당하고, 제2 실시 예는 우레탄 도료를 이용하여 열 경화 방식으로 형성된 보호층(256)에 해당하고, 비교 례는 UV 경화 도료를 이용하여 UV 방식으로 형성된 보호층에 해당한다.
표 1을 참조하면, 제1 및 제2 실시 예에 의한 보호층(256)은 8 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께(T1)를 가지며, 10 ㎛보다 크고 15 ㎛ 이하의 두께를 갖는 비교 례에 의한 보호층보다 더 얇음을 알 수 있다. 이와 같이, 보호층(256)이 얇게 형성될 경우 손가락의 지문과 지문 센서부(230, 240) 간의 이격 거리(도 2에서 d라고 표기되고, 도 3에서 d 또는 T2라 표기됨)가 감소되어, 지문 감도가 개선될 수 있다.
기능층(250)의 전체 두께(T2)는 15 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 이때, 보호층(256)의 두께가 얇아질 경우, 얇아진 보호층(256)의 두께만큼, 다른 층(252 또는 254)의 두께를 두껍게 형성할 수 있다. 예를 들어, 전체 두께(T2)의 변동없이, 보호층(256)의 두께가 얇아진 만큼 컬러층(254)의 두께를 두껍게 형성할 경우, 컬러층(254)이 구현하고자 하는 컬러 성분은 충실히 구현할 수 있어, 컬러층(254)의 역할이 보강될 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 비교 례에 의한 보호층의 황변값은 대략 4로서 제1 및 제2 실시 예에서 보다 상대적으로 매우 큰 반면, 제1 및 제2 실시 예에 의한 보호층(256)의 황변값은 2 이하 예를 들어 1 또는 1.5 이하로서 상대적으로 작음을 알 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 비교 례에 의한 보호층의 경도는 2H 이하인 반면, 제1 및 제2 실시 예에 의한 보호층(256)의 경도는 3H 이상으로서 상대적으로 매우 단단함을 알 수 있다.
한편, 기능층(250)이 컬러층(254)을 더 포함할 경우, 프라이머층(252)은 컬러층(254)과 지문 센서부(230, 240) 사이에 배치될 수 있다. 또는, 기능층(250)이 컬러층(254)을 포함하지 않을 경우, 프라이머층(252)은 보호층(256)과 지문 센서부(230, 240) 사이에 배치될 수 있다.
먼저, 프라이머층(252)은 베이스층의 역할을 수행하며, 반사 소재의 코팅일 수 있으며, 실버 코팅으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 베이스층은 나노 분자로 분쇄된 도료와 은(Ag) 입자를 포함하여 구현될 수 있다. 베이스층은 지문 센서부(230, 240)의 상부에서 빛을 반사함으로써 지문 센서부(230, 240)의 색상이 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 베이스층(252)은 몰딩부(231)의 색상이 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다. 이와 같이, 베이스층은 몰딩부(231)에 대한 은폐력을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 베이스층은 몰딩부(231)의 제작시 몰드 금형의 공차 등으로 인하여 간혹 발생될 수 있는 칩 마크도 외관적으로 표시되지 않도록 할 수 있어, 칩 마크 불량에 대한 은폐 효과도 제공할 수 있다.
또한, 프라이머층(252)은 컬러층(254)의 안정적인 도포를 돕는 일종의 접착제의 역할을 수행할 수도 있다.
컬러층(254)은 보호층(256)과 지문 센서부(230, 240) 사이에 배치될 수 있다. 만일, 기능층(250)이 프라이머층(252)을 포함하지 않을 경우, 컬러층(254)은 보호층(256)과 지문 센서부(230, 240) 사이에 배치될 수 있다. 또는, 기능층(250)이 프라이머층(252)을 포함할 경우, 컬러층(254)은 보호층(256)과 프라이머층(252) 사이에 배치될 수 있다.
컬러층(254)은 지문 센싱 장치(200A, 200B)의 색상을 그(200A, 200B) 주변과 일치시키거나 유사하게 만드는 역할을 한다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 컬러층(254)은 몰딩부(231)의 색상이 보통 검정색이므로 이를 은폐하기 위해 별도의 색상을 재현하는 역할을 한다.
컬러층(254)은 나노 분자로 분쇄된 도료와 컬러 피그먼트(pigment)를 포함하여 이루어질 수 있다. 컬러층(254)을 구성하는 나노 분자로 분쇄된 도료는 프라이머층(252)을 구성하는 나노 분자로 분쇄된 실리콘 도료와 동일한 물질일 수 있으며, 실리콘 계열의 소재일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 컬러층(254)은 나노 분자로 분쇄된 도료와 나노 크기의 컬러 피그먼트가 혼입되어 조색됨으로써, 이를 통해 색상을 가질 수 있다. 여기서, 컬러 피그먼트는 티타늄 산화물(TiO2) 또는 니켈 산화물(NiO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 컬러층(254)에서 구현하고자 하는 색상에 따라 컬러 피그먼트를 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 기능층(250)은 코팅된 형태를 가질 수 있지만, 실시 예는 기능층의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
한편, 전술한 지문 센싱 장치(200A, 200B)에서 지문이 터치되는 부분은 손가락의 형상에 유사한 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 오목한 형상을 가질 경우, 지문과 터치되는 부분의 면적이 넓어져서 많은 지문 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 기능층(250)이 생략될 경우, 몰딩부(231)의 상부면이 손가락과 접촉 면적이 넓어지도록 오목한 형상을 가질 수 있다. 또는 기능층(250)이 생략되지 않을 경우, 기능층(250), 또는 기능층(250)과 몰딩부(231)가 모두 오목한 형상을 가질 수도 있다. 그러나, 실시 예는 기능층(250)과 몰딩부(231)의 특정한 형상에 국한되지 않는다.
이하, 도 2 및 도 3에 도시된 지문 센싱 장치(200A, 200B) 각각의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 지문 센싱 장치(200A)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 베이스 기판(210A) 위에 지문 센서부(230)를 형성한다. 구체적으로 살펴보면, 접착부(233)를 이용하여 지문 센서(235)를 고정시킨다. 접착부(233)는 에폭시 접착제일 수 있으나, 실시 예는 접착부(233)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
지문 센서(235)는 반도체 칩 형태로 베이스 기판(210A) 위에 형성될 수 있다. 이후, 지문 센서(235) 위에 보호 필름(237)을 형성한다. 보호 필름(237)의 형성은 생략될 수 있다. 이후, 지문 센서(235)와 베이스 기판(210A)을 와이어(239)에 의해 전기적으로 서로 연결시킨다.
이때, 와이어(239)가 형성된 이후에 보호 필름(237)이 형성될 수도 있고, 보호 필름(237)의 형성은 생략될 수도 있다.
이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 지문 센서(235)와 와이어(239)를 감싸면서 베이스 기판(210A)의 상부에 몰딩부(231)를 형성한다. 몰딩부(231)는 사출 또는 몰드(mold)로 만들어질 수 있다. 몰딩부(231)는 액상의 폴리머를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(231)는 에폭시 몰드 컴파운드(EMC), 에폭시 수지, 퍼티(putty) 또는 PPA 레진 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 몰딩부(231)를 제조할 때 열 경화 시에 플라스틱 수축을 줄이거나 없애기 위해, 몰딩부(231)는 실리카겔을 포함할 수 있다.
이후, 도 4c를 참조하면, 몰딩부(231) 위에 기능층(250)을 형성한다. 구체적으로 살펴보면, 몰딩부(231) 위에 프라이머층(252)을 형성하고, 프라이머층(252) 위에 컬러층(254)을 형성하고, 컬러층(254) 위에 보호층(256)을 형성한다. 이러한 기능층(250)의 코팅은 도장 및 인쇄 등의 공법에 의해 실현될 수 있으나, 실시 예는 기능층(250)의 특정한 형성 방법에 국한되지 않는다.
실시 예에 의하면, 보호층(256)은 가열 건조형 도료(또는, 소부 건조형 도료) 또는 우레탄 도료를 이용하여 열 경화 방식으로 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 지문 센싱 장치(200B)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 센서 기판(241)의 제1 면(241A) 위에 지문 센서(243)를 형성한다. 이때, 지문 센서(243)와 센서 기판(241)을 서로 전기적으로 연결하는 패드(245)를 센서 기판(241)과 지문 센서(243) 사이에 형성할 수 있다. 지문 센서(243)는 반도체 칩 형태로 센서 기판(241) 위에 형성될 수 있다. 이후, 지문 센서(243)와 센서 기판(241)의 연결 부위에 제1 하부층(248)을 형성한다.
이후, 도 5a에 도시된 결과물을 뒤집은 후, 도 5b에 도시된 바와 같이 솔더부(247)를 이용하여 센서 기판(241)을 베이스 기판(210B)에 전기적으로 연결시킨다. 예를 들어, SMT를 이용하여 솔더부(247)를 베이스 기판(210B) 위에 형성할 수 있다.
이후, 도 5c를 참조하면, 센서 기판(241)과 베이스 기판(210B) 사이에서 제1 하부층(248), 지문 센서(243) 및 솔더부(247)를 감싸도록 제2 하부층(249)을 형성한다.
제1 및 제2 하부층(248, 249) 각각은 액상 EMC를 경화시켜 제조될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 하부층(248, 249)은 서로 다른 물질이나 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다.
이후, 도 5d를 참조하면, 센서 기판(241)의 제2 면(241B) 위에 기능층(250)을 형성한다. 여기서, 기능층(250)의 형성은 도 4c에 도시된 기능층(250)의 형성과 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 커버 유리 200, 200A, 200B: 지문 센싱 장치
210A, 210B: 베이스 기판 230, 240: 지문 센서부
250: 기능층 231: 몰딩부
233: 접착부 235: 지문 센서
237: 보호 필름 239: 와이어
241: 센서 기판 243: 지문 센서
245: 패드 247: 솔더부
248, 249: 제1 및 제2 하부층 300: 디스플레이부
1000: 전자 기기

Claims (10)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 위에 배치된 지문 센서부; 및
    상기 지문 센서부 위에 배치되며, 가열 건조형 도료 또는 우레탄 도료 중 적어도 하나를 포함하는 보호층을 포함하는 지문 센싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 지문 센싱 장치는
    상기 보호층과 상기 지문 센서부 사이에 배치된 컬러층; 또는
    상기 컬러층과 상기 지문 센서부 사이에 배치된 프라이머층 중 적어도 하나를 더 포함하는 지문 센싱 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 지문 센서부는
    상기 베이스 기판 위에 배치된 지문 센서;
    상기 지문 센서를 상기 베이스 기판에 고정시키는 접착부;
    상기 지문 센서를 상기 베이스 기판에 전기적으로 연결하는 와이어; 및
    상기 지문 센서와 상기 와이어를 감싸며 배치된 몰딩부를 포함하는 지문 센싱 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 지문 센서부는
    상기 베이스 기판과 마주하는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측 제2 면을 포함하는 센서 기판;
    상기 센서 기판의 상기 제1 면 위에 배치된 지문 센서;
    상기 지문 센서와 상기 센서 기판의 상기 제1 면을 전기적으로 연결하는 패드; 및
    상기 센서 기판의 상기 제1 면과 상기 베이스 기판 사이에 배치된 솔더부를 포함하고,
    상기 보호층은 상기 센서 기판의 상기 제2 면 위에 배치된 지문 센싱 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 지문 센서부는
    상기 지문 센서와 상기 센서 기판의 연결 부위를 감싸며 배치된 제1 하부층을 더 포함하는 지문 센싱 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 지문 센서부는
    상기 센서 기판의 상기 제1 면과 상기 베이스 기판 사이에 배치되어, 상기 솔더부, 상기 지문 센서 및 상기 제1 하부층을 감싸도록 배치된 제2 하부층을 더 포함하는 지문 센싱 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 보호층은 8 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 지문 센싱 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 보호층의 황변값은 2 이하인 지문 센싱 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 보호층의 경도는 3H 이상인 지문 센싱 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 기재된 지문 센싱 장치를 포함하는 전자 기기.
KR1020160052792A 2016-04-29 2016-04-29 지문 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기 KR20170123797A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111989638A (zh) * 2018-04-17 2020-11-24 三星电子株式会社 包括用于将生物传感器固定到显示器的多个固定构件的电子设备及其制造方法

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