KR20180005588A - Fingerprint Sensor, Fingerprint Sensor Package and Fingerprint Sensing System using light sources of display panel - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시의 기술적 사상은 지문 센서에 관한 것으로서, 구체적으로는 디스플레이 패널의 광원들을 이용한 광학 지문 센서 및 지문 센서 패키지에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD [0002] The present invention relates to a fingerprint sensor, and more particularly, to an optical fingerprint sensor and a fingerprint sensor package using light sources of a display panel.
지문 센서 또는 지문 인식 센서는 사용자의 지문을 감지하는 센서이다. 최근에는 지문 센서가 장착된 스마트 폰 및 웨어러블(wearable) 기기가 널리 사용되고 있다. 이러한 스마트 폰 및 웨어러블 기기에 장착된 지문 센서는 전기적 측정 방식 또는 광학적 측정 방식을 이용하여 사용자의 지문을 센싱할 수 있다.A fingerprint sensor or a fingerprint recognition sensor is a sensor that detects a fingerprint of a user. Recently, smart phones and wearable devices equipped with fingerprint sensors are widely used. The fingerprint sensor mounted on the smartphone and the wearable device can sense the fingerprint of the user by using an electrical measurement method or an optical measurement method.
광학적 측정 방식을 이용한 광학 지문 센서의 경우, 지문의 융선(ridge)과 융선 사이의 골(valley)에 의해 반사된 빛을 이미지 센서를 통해 감지하는 원리로서 지문 영상을 얻어낼 수 있다. 이와 같은 지문 센서를 스마트 폰 및 웨이러블 기기에 적용하기 위해서는, 지문 센서의 사이즈를 감소함과 함께 지문 인식의 성능을 향상할 필요가 있다. In the case of an optical fingerprint sensor using an optical measurement method, a fingerprint image can be obtained as a principle of detecting light reflected by a valley between ridges and ridges of a fingerprint through an image sensor. In order to apply such a fingerprint sensor to a smart phone and a waferable device, it is necessary to reduce the size of the fingerprint sensor and improve the performance of the fingerprint recognition.
본 개시의 기술적 사상은 화면 내장형(On-Display) 지문 센서 및 지문 센서 패키지, 그리고 지문 센서를 포함하는 지문 센싱 시스템을 제공한다.The technical idea of the present disclosure provides a fingerprint sensing system including an on-display fingerprint sensor and a fingerprint sensor package, and a fingerprint sensor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 지문 센서는, 다수 개의 센서 픽셀들을 포함하고, 지문에 의해 반사된 빛을 센싱함으로써 상기 지문 입력에 대응하는 이미지 정보를 생성하는 이미지 센서 및 다수 개의 핀 홀들을 포함하고, 각각의 핀 홀은 상기 지문에 의해 반사되는 빛을 상기 이미지 센서로 전달하기 위한 초점을 형성하는 핀 홀 마스크를 구비하며, 상기 다수 개의 핀 홀들은, 디스플레이 패널 내에 위치하는 하나 또는 다수의 칼라들을 갖는 다수의 OLED들에서 발광되어 상기 지문에 반사되어 전달되는 빛에 대한 초점을 형성하는것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, a fingerprint sensor includes a plurality of sensor pixels, and generates image information corresponding to the fingerprint input by sensing light reflected by the fingerprint Wherein each of the plurality of pin holes has a pinhole mask forming a focus for transmitting light reflected by the fingerprint to the image sensor, A plurality of OLEDs having one or a plurality of colors located in the display panel emit light to form a focus for light reflected and transmitted to the fingerprint.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 지문 센서 패키지에 있어서, 상기 지문 센서 패키지는 다수의 OLED들을 포함하는 디스플레이 패널의 일 면에 부착되고, 패키지 기판과, 상기 패키지 기판 상에 적층되고, 상기 OLED들에 의해 생성되어 지문에 의해 반사된 빛을 센싱하여 전기 신호를 출력하는 수광 영역과 상기 전기 신호에 대한 신호 처리를 통해 지문 입력에 대응하는 이미지 데이터를 생성하는 이미지 센서 및 상기 다수의 OLED들과 상기 이미지 센서 사이에 위치하고, 다수 개의 핀 홀들을 포함하며, 상기 다수의 OLED들에 의해 생성되어 상기 지문에 의해 반사된 빛을 상기 이미지 센서로 전달하기 위한 초점을 형성하는 핀 홀 마스크를 구비하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the fingerprint sensor package according to one aspect of the technical idea of the present disclosure, the fingerprint sensor package is attached to one surface of a display panel including a plurality of OLEDs and includes a package substrate, An image sensor for generating image data corresponding to a fingerprint input through signal processing on the electric signal, and an image sensor for generating image data corresponding to the fingerprint input by sensing the light reflected by the OLEDs and outputting an electric signal, And a pinhole mask positioned between the image sensor and a plurality of pinholes, the pinhole mask being formed by the plurality of OLEDs and forming a focus for transmitting light reflected by the fingerprint to the image sensor .
한편, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 지문 센싱 시스템은, 디스플레이 동작과 관련하여 하나 또는 다수의 칼라들을 갖는 빛을 발광하는 광원들을 포함하는 디스플레이 패널과, 상기 디스플레이 패널의 일 면에 부착되고, 상기 광원들로부터의 빛이 상기 디스플레이 패널의 다른 일 면에 위치한 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛을 센싱하며, 센싱 결과에 따른 이미지 정보를 생성하는 이미지 센서 및 상기 디스플레이 패널과 상기 이미지 센서 사이에 위치하고, 상기 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛의 초점을 형성하기 위한 다수의 핀 홀들이 형성된 핀 홀 마스크를 구비하며, 지문 센싱 동작 시, 상기 이미지 센서는 상기 다수의 칼라들 중 일부의 칼라를 갖는 빛을 센싱함으로써 상기 이미지 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fingerprint sensing system comprising: a display panel including light sources emitting light having one or a plurality of colors in association with a display operation; An image sensor for sensing light transmitted from the light sources by being reflected by a fingerprint placed on the other surface of the display panel and generating image information according to the sensing result, And a pinhole mask on which a plurality of pinholes are formed to form a focus of light reflected by the fingerprint. In the fingerprint sensing operation, the image sensor has a color of a part of the plurality of colors And the image information is generated by sensing light.
본 개시의 기술적 사상에 따른 광학 지문 센서, 지문 센서 패키지 및 지문 센싱 시스템은, 지문 센서 패키지의 두께를 최소화하여 구현할 수 있으므로 초박형 지문 센싱 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.The optical fingerprint sensor, the fingerprint sensor package, and the fingerprint sensing system according to the technical idea of the present invention can be realized by minimizing the thickness of the fingerprint sensor package, thereby providing an ultra-thin fingerprint sensing system.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 광학 지문 센서, 지문 센서 패키지 및 지문 센싱 시스템은, 디스플레이 패널에 구비되는 디스플레이 동작 용 광원들을 광학 방식의 지문 센싱을 위한 광원들로 이용하므로, 별도의 광원들이 추가될 필요가 없으므로 제조 단가를 감소할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the optical fingerprint sensor, the fingerprint sensor package, and the fingerprint sensing system according to the technical idea of the present disclosure use the light sources for the display operation provided in the display panel as the light sources for sensing the fingerprint of the optical system, There is an effect that the manufacturing cost can be reduced.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 지문 센서를 포함하는 지문 센싱 시스템의 일 예를 나타내는 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시된 센서 픽셀 및 광학 센싱 영역의 개념을 나타내는 도면이다.
도 3은 지문 픽셀, 핀 홀 및 센서 픽셀 사이에서의 빛의 전달 경로의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 지문 센서가 디스플레이 패널에 부착된 예를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 일 구현 예에 따른 지문 센서를 포함하는 지문 센싱 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 핀 홀 마스크의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 구조를 나타내는 도면이다.
도 10a,b는 지문 센싱 시스템에서 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11a,b는 지문 센싱 시스템에서 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 지문 센싱 시스템에서 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13a,b는 지문 센싱 시스템의 다른 구현 예를 나타내는 구조도이다.
도 14 및 도 15는 핀 홀 마스크가 이미지 센서 내에 내장된 형태의 지문 센서의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 내장 구조의 핀 홀 레이어를 포함하는 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17 내지 도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센서 패키지의 다양한 구조를 나타내는 도면이다.
도 25은 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 구조를 나타내는 도면이다.
도 27은 본 발명의 다른 변형 가능한 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 구조를 나타내는 도면이다.
도 28a,b,c는 마이크로 렌즈 어레이가 적용된 지문 센서 패키지를 포함하는 지문 센싱 시스템을 나타내는 도면이다.
도 29는 마이크로 렌즈 어레이가 적용된 지문 센서 패키지가 필름에 실장된 예를 나타내는 도면이다.
도 30 내지 도 32는 본 발명의 변형 가능한 실시예들에 따른 지문 센싱 시스템을 나타내는 도면이다.
도 33은 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센서 또는 지문 센서 패키지를 포함하는 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a structural diagram showing an example of a fingerprint sensing system including a fingerprint sensor according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a view showing the concept of the sensor pixel and the optical sensing area shown in Fig.
3 is a diagram showing an example of light propagation paths between a fingerprint pixel, a pinhole and a sensor pixel.
4 is a view showing an example in which a fingerprint sensor according to an embodiment of the present disclosure is attached to a display panel.
5 and 6 are perspective views illustrating a fingerprint sensing system including a fingerprint sensor according to one embodiment.
7 and 8 are views showing one embodiment of a pinhole mask according to an embodiment of the present disclosure.
9 is a view showing the structure of a fingerprint sensor package according to an embodiment of the present invention.
10A and 10B are views showing an example in which a fingerprint sensor package is attached to a display panel in a fingerprint sensing system.
11A and 11B are views showing another example in which the fingerprint sensor package is attached to the display panel in the fingerprint sensing system.
12 is a view showing another example in which the fingerprint sensor package is attached to the display panel in the fingerprint sensing system.
13A and 13B are structural diagrams showing another embodiment of the fingerprint sensing system.
Figs. 14 and 15 are views showing an embodiment of a fingerprint sensor in a form in which a pinhole mask is embedded in an image sensor. Fig.
16 is a view showing an example in which a fingerprint sensor package including a pinhole layer of a built-in structure is attached to a display panel.
17 to 24 are views showing various structures of the fingerprint sensor package according to the embodiments of the present invention.
25 is a view of a fingerprint sensor according to a variant embodiment of the present invention.
26 is a view showing the structure of a fingerprint sensor package according to a variant embodiment of the present invention.
27 is a view showing a structure of a fingerprint sensor package according to another variant embodiment of the present invention.
28A, 28B and 28C are views showing a fingerprint sensing system including a fingerprint sensor package to which a microlens array is applied.
29 is a view showing an example in which a fingerprint sensor package to which a microlens array is applied is mounted on a film.
Figures 30-32 illustrate a fingerprint sensing system in accordance with variant embodiments of the present invention.
33 is a block diagram illustrating a processing system including a fingerprint sensor or fingerprint sensor package in accordance with embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 지문 센서를 포함하는 지문 센싱 시스템의 일 예를 나타내는 구조도이다. 1 is a structural diagram showing an example of a fingerprint sensing system including a fingerprint sensor according to an embodiment of the present disclosure.
도 1을 참조하면, 지문 센싱 시스템(10)은 디스플레이 패널(11) 및 지문 센서(12)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 지문 센서(12)는 지문의 융선(ridge)과 융선 사이의 골(valley)에 의해 반사된 빛을 이미지 센서를 통해 센싱함으로써 지문을 인식하는 광학적 방식의 지문 센서일 수 있다. 일 실시예에 따라, 지문 센서(12)는 지문에 의해 반사된 빛을 통과시키는 핀 홀 마스크(12_1)와 핀 홀 마스크(12_1)를 통과한 빛을 센싱하여 전기 신호를 발생하는 이미지 센서(12_2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(12_1)는 핀 홀을 통해 빛을 통과시키는 반면, 핀 홀이 형성되지 않은 영역으로는 빛이 통과되는 것이 차단되도록 불투명한 재료로 구현될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(12_1)는 반사율이 적은 재료로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
디스플레이 패널(11)은 다양한 종류의 디스플레이 패널이 적용될 수 있다. 일 실시예에 따라, 디스플레이 패널(11)은 하나 또는 다수의 칼라들을 갖는 빛을 발광하여 디스플레이 동작을 수행하는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)가 형성된 OLED 레이어를 포함하는 OLED 디스플레이 패널일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없으며, 본 발명의 실시예에 따른 지문 센싱 시스템(10)은 일반 백라이트나 OLED를 이용하여 디스플레이 동작을 수행하는 LCD 디스플레이 패널 등 다양한 종류의 디스플레이 패널에 해당할 수 있다. 또는, 상기한 OLED 디스플레이 패널 및 LCD 디스플레이 패널 이외에도, 디스플레이 패널의 광원으로부터의 빛이 지문에 반사되어 디스플레이 패널의 백 플레인(back plane) 방향(또는, 지문 센서(12) 방향)으로 전달되는 경우, 해당 디스플레이 패널이 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널(11)로 적용될 수도 있다. The
한편, 지문 센서(12)는 반도체 칩 또는 반도체 패키지로 구현되어 디스플레이 패널(11)의 일 면에 부착될 수 있다. 일 실시예에 따라, 이미지 센서(12_2)는 다수의 광전 변환 소자(예컨대, 포토 다이오드, 포토트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드 등)들이 형성된 반도체 층(Layer) 또는 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따라, 이미지 센서(12_2)는 CIS(CMOS Image Sensor) 또는 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 이미지 센서가 구현된 반도체 레이어일 수 있다. 이하의 설명에서는, 이미지 센서(12_2) 내의 광전 변환 소자는 포토 다이오드로 구현되는 것으로 가정한다. The
일 실시예에 따라, 지문 센서(12)를 구현함에 있어서 이미지 센서(12_2)에 대한 패키징 과정에서 핀 홀 마스크(12_1)가 이미지 센서(12_2)에 적층될 수 있다. 또는, 이미지 센서(12_2)를 구현하기 위한 공정 과정에서, 이미지 센서(12_2)를 구성하는 하나 이상의 레이어에 핀 홀 마스크(12_1)가 레이어 형태로 이미지 센서(12_2)에 적층될 수 있다. 즉, 핀 홀 마스크(12_1)가 이미지 센서(12_2)에 내장된 형태로 지문 센서(12)가 구현될 수 있으며, 핀 홀 마스크(12_1)가 내장된 이미지 센서(12_2)에 대해 패키지 과정이 수행될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(12_1)와 이미지 센서(12_2)는 일체형으로 형성될 수 있다.According to one embodiment, in implementing the
핀 홀 마스크(12_1)는 빛 투과율 및 반사율이 낮은 재료를 이용하여 다양한 방식에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 핀 홀 마스크(12_1)는 빛을 차단하면서 반사율이 낮은(또는, 흡수율이 높은) 특성을 가짐과 함께, 온도 또는 습도 변화에도 그 경도(hardness)가 유지될 수 있는 재료를 이용하여 구현될 수 있다. 일 예로, 실리콘 소재 상에 TiN(Titanium Nitride) 물질을 도포한 후 핀 홀을 형성함으로써 핀 홀 마스크(12_1)가 구현될 수 있다. 또는, 실리콘이 아닌 다른 물질들로서 Black Nikel이나 Anodized Aluminium 등의 물질이 핀 홀의 재질이 될 수도 있을 것이다.The pinhole mask 12_1 can be implemented by various methods using a material having a low light transmittance and a low reflectance. For example, the pinhole mask 12_1 may be implemented using a material that has a characteristic of blocking light and having a low reflectivity (or high absorption rate) and maintaining its hardness even with temperature or humidity change . For example, a pinhole mask 12_1 can be realized by forming a pinhole after applying a TiN (Titanium Nitride) material on a silicon material. Alternatively, non-silicon materials such as Black Nickel or Anodized Aluminum may be materials for pinholes.
일 실시예에 따라, OLED 디스플레이 패널에 구비되는 OLED 레이어와 핀 홀 마스크(12_1)는 대략 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, OLED 레이어 내의 다수의 OLED들로부터의 빛이 커버글라스에 위치한 지문 방향으로 전달될 수 있으며, 지문에 의해 반사된 빛이 핀 홀 마스크(12_1) 내의 핀 홀에 의해 형성되는 화각(Angle of View) 내에서 핀 홀 마스크(12_1)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센서에서, 지문 센싱을 위해 빛이 전달되는 경로를 제어하기 위한 별도의 빛 가이드 수단이 구비될 필요가 없다. According to one embodiment, the OLED layer and the pinhole mask 12_1 provided in the OLED display panel may be arranged substantially in parallel. Accordingly, the light from the plurality of OLEDs in the OLED layer can be transmitted in the direction of the fingerprint located in the cover glass, and the light reflected by the fingerprint can be transmitted through the pinhole in the pinhole mask 12_1, View can be transferred to the pinhole mask 12_1. Accordingly, in the fingerprint sensor according to the embodiments of the present invention, it is not necessary to provide a separate light guide means for controlling the path through which light is transmitted for fingerprint sensing.
지문 센서(12)는 디스플레이 패널(11) 상에 접촉하거나 가까이 위치한 지문을 센싱한다. 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센싱 시스템(10)에서, 지문 인식을 위한 별도의 버튼이 탑재될 필요 없이 스마트 폰 등의 웨이러블 기기의 디스플레이 상에 접촉된 지문이 인식될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 패널(11)이 OLED 디스플레이 패널에 해당하고, 사용자의 지문이 디스플레이 패널(11)의 커버글라스 상에 놓여질 때, 디스플레이 패널(11) 내의 OLED 로부터의 빛이 광원이 되어 사용자의 지문으로 전달 및 반사되고, 반사된 빛은 패널 백 플레인(back plane)을 투과하여 핀 홀 마스크(12_1)를 통해 이미지 센서(12_2)로 전달될 수 있다. The
이미지 센서(12_2)는 다수의 센서 픽셀들을 포함하고, 각각의 센서 픽셀은 지문의 서로 다른 영역에 의해 반사된 빛을 센싱하며, 센싱된 빛에 대응하는 전기 신호를 발생한다. 각각의 센서 픽셀은 지문의 융선(ridge)에 반사된 빛에 대응하는 전기 신호를 발생하거나, 융선 사이의 골(valley)에 반사된 빛에 대응하는 전기 신호를 발생할 수 있다. 빛이 반사된 지문의 형태에 따라 포토 다이오드에서 센싱된 빛의 양은 달라질 수 있으며, 센싱된 빛의 양에 따라 서로 다른 레벨을 갖는 전기 신호가 생성될 수 있다. 즉, 다수의 센서 픽셀들로부터의 전기 신호는 각각 명암 정보(또는, 이미지 정보)를 포함할 수 있으며, 상기 전기 신호에 대한 처리 동작을 통해 각 센서 픽셀에 대응하는 영역이 융선인지 또는 골인지가 판단될 수 있으며, 판단된 정보를 조합함으로써 전체적인 지문 이미지가 구성될 수 있다. The image sensor 12_2 includes a plurality of sensor pixels, and each sensor pixel senses light reflected by different areas of the fingerprint and generates an electrical signal corresponding to the sensed light. Each sensor pixel may generate an electrical signal corresponding to light reflected on a ridge of a fingerprint or an electrical signal corresponding to light reflected on a valley between ridges. The amount of light sensed by the photodiode may vary depending on the type of the fingerprint reflected by the light and an electric signal having different levels may be generated depending on the amount of sensed light. That is, the electric signals from the plurality of sensor pixels may include lightness information (or image information), respectively, and a region corresponding to each sensor pixel may be ridged or scored through processing operations on the electric signal And the entire fingerprint image can be constructed by combining the judged information.
지문 센싱 시스템(10)에서 광학적으로 샘플링되는 지문의 영역들이 정의될 수 있다. 일 예로서, 이미지 센서(12_2)의 다수의 센서 픽셀들에 대응하여 다수의 지문 픽셀(WFP)들이 정의될 수 있으며, 각각의 지문 픽셀(WFP)은 하나의 핀 홀과 하나의 센서 픽셀에 의해 보여지는 피사체 영역에 해당할 수 있다. 다양한 요인들로서, 디스플레이 패널(11)과 핀 홀 마스크(12_1) 사이의 거리, 핀 홀 마스크(12_1)와 이미지 센서(12_2) 사이의 거리, 핀 홀 마스크(12_1)의 두께, 핀 홀의 지름 및 형태 등에 따라 각각의 핀 홀에 대응하는 지문 픽셀(WFP)의 형태 및 사이즈가 결정될 수 있다. Areas of the fingerprint that are optically sampled in the
지문 픽셀(WFP) 각각은 핀 홀 마스크(12_1) 내의 하나의 핀 홀에 대응할 수 있다. 각각의 지문 픽셀(WFP) 내에서 하나의 핀 홀에 통과될 수 있는 빛을 반사하는 영역이 포함될 수 있으며, 해당 영역은 광학 샘플링 영역(Optical Sampling Region)으로 정의될 수 있다. 광학 샘플링 영역에 따라, 이미지 센서(12_2) 내에서도 이에 대응하는 광학 센싱 영역(Optical Sensing Region)이 정의될 수 있다. 일 예로서, 광학 센싱 영역은 센서 픽셀을 포함할 수 있다.Each of the fingerprint pixels W FP may correspond to one pin hole in the pin hole mask 12_1. An area that reflects light that can pass through one pinhole in each fingerprint pixel W FP may be included and the area may be defined as an optical sampling area. Depending on the optical sampling region, an optical sensing region corresponding to the optical sampling region can also be defined in the image sensor 12_2. As an example, the optical sensing region may comprise sensor pixels.
한편, 도 1에서는 디스플레이 패널(11) 전체 영역에 대해 지문 픽셀(WFP)이 위치하는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 일 예로서, 디스플레이 패널(11)의 일부의 영역에 대해서만 지문 픽셀(WFP)이 위치할 수도 있으며, 이에 따라 디스플레이 패널(11)의 특정 영역에 사용자의 지문이 위치한 경우 상기 지문이 센싱될 수도 있을 것이다. In FIG. 1, the fingerprint pixels W FP are positioned on the entire area of the
또한, 핀 홀 마스크(12_1) 내의 다수의 핀 홀들 각각은 이미지 센서(12_2) 내의 다수의 센서 픽셀들 각각에 대응할 수 있다. 예컨대, 하나의 핀 홀에 대응하는 하나의 센서 픽셀은 하나의 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다. 또는, 하나의 핀 홀에 대응하는 하나의 센서 픽셀은 두 개 이상의 포토 다이오드(PD)을 포함할 수 있다. 도 1에서는, 하나의 센서 픽셀이 다수 개의 포토 다이오드(PD)들을 포함하고, 또한 광학 센싱 영역 내의 센서 픽셀이 다수 개의 포토 다이오드(PD)들을 포함하는 예가 도시된다. 즉, 이미지 센서(12_2)의 다수의 픽셀들에 맵핑되도록 핀 홀 마스크(12_1)의 다수의 핀 홀들이 형성되고, 광학 샘플링 영역 내의 지문 픽셀에서 반사된 빛이 센서 픽셀 내의 하나 이상의 포토 다이오드들에 의해 센싱되며, 다수의 센서 픽셀들로부터의 전기 신호를 처리함으로써 지문의 전체 이미지가 재구성될 수 있다.Further, each of the plurality of pin holes in the pinhole mask 12_1 may correspond to each of a plurality of sensor pixels in the image sensor 12_2. For example, one sensor pixel corresponding to one pinhole may include one photodiode PD. Alternatively, one sensor pixel corresponding to one pinhole may include two or more photodiodes (PD). In Fig. 1, an example is shown in which one sensor pixel includes a plurality of photodiodes (PD), and a sensor pixel in the optical sensing region includes a plurality of photodiodes (PD). That is, a plurality of pin holes of the pinhole mask 12_1 are formed so as to be mapped to a plurality of pixels of the image sensor 12_2, and the light reflected from the fingerprint pixels in the optical sampling area is incident on one or more photodiodes And the entire image of the fingerprint can be reconstructed by processing the electrical signals from the plurality of sensor pixels.
일 실시예에 따라, 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하여 이미지 센서(12_2) 내의 영역이 정의될 수 있으며, 상기 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하는 영역은 다수 개의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다. 또한, 센서 픽셀은 지문 픽셀(WFP)에 대응하는 다수 개의 포토 다이오드들 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 해당할 수 있다. 즉, 하나의 센서 픽셀은 이에 대응하는 지문 픽셀(WFP)에 대응하는 빛을 센싱할 필요가 있으며, 다른 지문 픽셀(WFP)에 대응하는 빛이 오버랩되는 것이 방지될 필요가 있다. 도 1의 예에서는, 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하는 영역이 5*5 개의 포토 다이오드들을 포함하고, 센서 픽셀은 그 일부로서 3*3 개의 포토 다이오드들을 포함하는 예가 도시되며, 지문 픽셀(WFP) 각각에 대응하는 영역에 대해 3*3 개의 포토 다이오드들로부터의 전기 신호에 기반하여 지문 이미지(또는, 부분 지문 이미지)가 구성될 수 있다. According to one embodiment, there is a region in the fingerprint-pixel (W FP) image sensor (12_2) corresponding to each can be defined, the region corresponding to the fingerprint-pixel (W FP), each of which may comprise a plurality of photodiodes have. Further, the sensor pixel may correspond to an area including at least a part of a plurality of photodiodes corresponding to the fingerprint pixel W FP . That is, one sensor pixel needs to sense the light corresponding to the corresponding fingerprint pixel W FP , and the light corresponding to the other fingerprint pixel W FP needs to be prevented from overlapping. In the example of Fig. 1, an area corresponding to each of the fingerprint pixels W FP includes 5 * 5 photodiodes, and the sensor pixel includes 3 * 3 photodiodes as a part thereof, and the fingerprint pixels A fingerprint image (or partial fingerprint image) can be constructed based on the electrical signals from the 3 * 3 photodiodes for the area corresponding to each of the pixels W FP .
한편, 상기 실시예에서는 지문 센싱 시스템(10)이 사용자의 지문을 센싱하는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 한정될 필요가 없다. 예컨대, 소정의 물체가 디스플레이 패널(11) 상에 위치하면, 지문 센서(12)는 상기 소정의 물체에 반사된 빛을 센싱하여 그 센싱 결과를 발생할 수 있다. 지문 센서(12)의 각각의 지문 픽셀이 이미지 데이터를 센싱 결과로서 발생하는 경우, 지문 센서(12)의 각각의 지문 픽셀로부터의 이미지 데이터를 이용하여 디스플레이 패널(11) 상에 위치한 물체의 이미지가 재구성될 수 있을 것이다. In the above embodiment, the
도 2는 도 1에 도시된 센서 픽셀 및 광학 센싱 영역의 개념을 나타내는 도면이다. 도 2에서는 하나의 지문 픽셀에 대응하는 센서 픽셀이 도시되며, 각각의 센서 픽셀은 다수 개의 포토 다이오드들을 포함하는 것으로 가정된다. 2 is a view showing the concept of the sensor pixel and the optical sensing area shown in Fig. In Fig. 2, a sensor pixel corresponding to one fingerprint pixel is shown, and it is assumed that each sensor pixel includes a plurality of photodiodes.
도 2의 (a)의 예에서는 하나의 센서 픽셀이 3*3 개의 포토 다이오드를 포함하고, 도 2의 (b)의 예에서는 하나의 센서 픽셀이 2*2 개의 포토 다이오드를 포함하는 예가 도시된다. 일 예로, 다수 개의 포토 다이오드들이 하나의 센서 픽셀을 구성하는 것으로 가정할 때, 각각의 포토 다이오드에 대응하는 영역은 센서 서브 픽셀로 지칭될 수 있다.In the example of FIG. 2 (a), one sensor pixel includes 3 * 3 photodiodes, and in the example of FIG. 2 (b), one sensor pixel includes 2 * 2 photodiodes . Assuming, for example, that a plurality of photodiodes constitute one sensor pixel, the region corresponding to each photodiode may be referred to as a sensor subpixel.
본 발명의 일 실시예에 따라 센서 픽셀의 중심 또는 광학 센싱 영역의 중심은 핀 홀의 중심에 얼라인될 수 있다. 또한, 지문 픽셀의 광학 샘플링 영역에서 반사된 빛이 전달되는 광학 센싱 영역은 다수 개의 포토 다이오드들에 걸쳐 위치할 수 있다. 예컨대, 광학 센싱 영역의 직경은 Fd에 해당하는 값을 가질 수 있다. 광학 센싱 영역의 직경(Fd)은 디스플레이 패널과 핀 홀 마스크 사이의 거리, 핀 홀 마스크와 이미지 센서 사이의 거리 및 핀 홀의 형태 등 다양한 파라미터를 통해 조절될 수 있다. 전술한 바와 같이, 각각의 센서 픽셀에 두 개 이상의 지문 픽셀로부터의 빛이 오버랩되지 않도록 광학 센싱 영역의 직경(Fd)이 결정될 필요가 있다.According to an embodiment of the present invention, the center of the sensor pixel or the center of the optical sensing area may be aligned to the center of the pinhole. In addition, the optical sensing area where the reflected light is transmitted in the optical sampling area of the fingerprint pixel may be located over a plurality of photodiodes. For example, the diameter of the optical sensing region may have a value corresponding to Fd. The diameter Fd of the optical sensing area can be controlled through various parameters such as the distance between the display panel and the pinhole mask, the distance between the pinhole mask and the image sensor, and the shape of the pinhole. As described above, the diameter Fd of the optical sensing area needs to be determined such that light from two or more fingerprint pixels is not overlapped on each sensor pixel.
광학 센싱 영역의 직경(Fd)에 따라, 하나의 센서 픽셀 내에서 실제 빛이 센싱되는 포토 다이오드들의 개수가 결정될 수 있다. 다수의 포토 다이오드들로부터의 센싱 결과에 따라 하나의 지문 픽셀에 대응하는 전기 신호가 생성될 수 있으며, 일 실시예에 따라 하나의 센서 픽셀에 포함되는 다수 개의 포토 다이오드들에 대한 데이터 값을 머징(merging)하는 과정을 통해 상기 전기 신호가 생성될 수 있다. Depending on the diameter Fd of the optical sensing area, the number of photodiodes in which the actual light is sensed in a sensor pixel can be determined. An electrical signal corresponding to one fingerprint pixel may be generated according to a result of sensing from the plurality of photodiodes, and in accordance with an embodiment, a data value for a plurality of photodiodes included in one sensor pixel may be merged the electric signal may be generated through a merging process.
도 3a,b은 지문 픽셀(또는, 광학 샘플링 영역), 핀 홀 및 센서 픽셀(또는, 광학 센싱 영역) 사이에서의 빛의 전달 경로의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 3a는 하나의 센서 픽셀이 하나의 포토 다이오드(PD)를 포함하는 예를 나타내며, 도 3b는 하나의 센서 픽셀이 다수 개의 포토 다이오드들(PD)을 포함하는 예를 나타낸다. FIGS. 3A and 3B are views showing an example of a light propagation path between a fingerprint pixel (or an optical sampling region), a pinhole, and a sensor pixel (or an optical sensing region). Fig. 3A shows an example in which one sensor pixel includes one photodiode PD, and Fig. 3B shows an example in which one sensor pixel includes a plurality of photodiodes PD.
도 3a,b를 참조하면, 디스플레이 패널 상의 지문 픽셀과 이미지 센서 상의 센서 픽셀 사이에 하나의 핀 홀이 위치하고, 핀 홀은 지문 픽셀과 센서 픽셀 사이에서 전달되는 빛의 초점을 형성할 수 있다. 광원으로부터의 빛은 지문 픽셀에 위치한 지문의 일부 영역(예컨대, 광학 샘플링 영역)에 반사되어 핀 홀을 통과하며, 핀 홀을 통과한 빛은 지문 픽셀에 대응하는 센서 픽셀로 제공된다. 센서 픽셀에 포함된 포토 다이오드는 핀 홀을 통과한 빛을 센싱하고, 센싱된 빛에 대응하는 전기 신호를 발생한다. 도 3a의 경우, 하나의 센서 픽셀에 하나의 포토 다이오드(PD)가 형성됨에 따라, 하나의 포토 다이오드(PD)로부터의 전기 신호에 대한 처리 동작을 통해 상기 지문 픽셀에 대응하는 명암 데이터가 생성될 수 있다. 3a and 3b, one pinhole is located between a fingerprint pixel on the display panel and a sensor pixel on the image sensor, and the pinhole can form a focus of light transmitted between the fingerprint pixel and the sensor pixel. The light from the light source is reflected to some area (e.g., an optical sampling area) of the fingerprint located in the fingerprint pixel, passes through the pin hole, and light passing through the pin hole is provided to the sensor pixel corresponding to the fingerprint pixel. The photodiode included in the sensor pixel senses light passing through the pinhole and generates an electrical signal corresponding to the sensed light. In the case of FIG. 3A, one photodiode PD is formed in one sensor pixel, and contrast data corresponding to the fingerprint pixel is generated through a processing operation on an electrical signal from one photodiode PD .
포토 다이오드(PD)의 사이즈가 고정된 것으로 가정할 때, 지문 픽셀, 핀 홀 및 센서 픽셀의 배치에 따라 하나의 센서 픽셀에 포함되는 포토 다이오드(PD)의 개수는 변동될 수 있다. 예컨대, 핀 홀이 센서 픽셀에 가까이 위치하는 경우 하나의 지문 픽셀에 대응하는 센서 픽셀의 사이즈가 감소하게 되고, 경우에 따라 하나의 센서 픽셀에는 하나의 포토 다이오드(PD)가 배치될 수 있다. 반면에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 핀 홀과 센서 픽셀과의 거리가 멀어질 경우 센서 픽셀의 사이즈가 증가하게 되고, 이에 따라 하나의 센서 픽셀에는 다수 개의 포토 다이오드들(PD)이 배치될 수 있다. 일 예로, 도 3b에는 하나의 센서 픽셀에 4 개의 포토 다이오드들(PD)이 포함되는 예가 도시된다. 하나의 센서 픽셀은 하나의 지문 픽셀에 대응하는 이미지 정보를 포함하는 전기 신호를 생성할 수 있으며, 일 예로서 4 개의 포토 다이오드들(PDs)에 의한 각각의 센싱 결과를 머징(merging)함에 의해 하나의 지문 픽셀에 대응하는 전기 신호가 생성될 수 있다. 이와 같이 생성된 전기 신호에 대한 처리 동작을 통해 각 지문 픽셀에 대응되는 명암 또는 이미지 데이터가 생성될 수 있다.Assuming that the size of the photodiode PD is fixed, the number of photodiodes (PD) included in one sensor pixel may vary depending on the arrangement of fingerprint pixels, pinholes, and sensor pixels. For example, when the pinhole is located close to the sensor pixel, the size of the sensor pixel corresponding to one fingerprint pixel is reduced, and in some cases, one photodiode PD may be disposed in one sensor pixel. On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the distance between the pinhole and the sensor pixel is increased, the size of the sensor pixel is increased. Accordingly, a plurality of photodiodes (PD) are arranged in one sensor pixel . As an example, FIG. 3B shows an example in which one sensor pixel includes four photodiodes (PD). One sensor pixel may generate an electrical signal that includes image information corresponding to one fingerprint pixel, for example, by merging the respective sensing results by four photodiodes (PDs) An electric signal corresponding to the fingerprint pixel of the fingerprint image can be generated. Brightness or image data corresponding to each fingerprint pixel can be generated through a processing operation on the electric signal thus generated.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 지문 센서가 디스플레이 패널에 부착된 예를 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이 지문 센서(12)는 핀 홀 마스크(12_1) 및 이미지 센서(12_2)를 포함할 수 있으며, 핀 홀 마스크(12_1) 및 이미지 센서(12_2)가 반도체 공정에 의해 제조되는 경우 지문 센서(12)는 반도체 장치에 해당할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 지문의 형태로서, 디스플레이 패널(11) 상에 접촉되는 부분은 지문의 융선에 해당하고, 접촉되지 않는 부분은 지문의 골에 해당할 수 있다.4 is a view showing an example in which a fingerprint sensor according to an embodiment of the present disclosure is attached to a display panel. As described above, the
이하의 실시예들 중 일부에서는, 빛의 전달 경로의 설명의 편의를 위해 지문 픽셀들 사이에 소정의 간격이 도시될 것이나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 지문의 전체 이미지가 구성될 수 있도록 지문 픽셀들은 서로 그 경계면이 접하는 것으로 정의될 수 있다.In some of the following embodiments, a predetermined spacing between fingerprint pixels will be shown for ease of illustration of the light propagation path, but embodiments of the invention need not be so limited. For example, fingerprint pixels may be defined such that their interface faces each other so that the entire image of the fingerprint can be constructed as shown in FIG.
도 4를 참조하면, 지문 센서(12)는 디스플레이 패널(11)의 백 플레인에 부착될 수 있으며, 일 예로서 지문 센서(12)는 CIS(CMOS Image Sensor)와 같은 이미지 센서(12_2)가 구현된 반도체 레이어일 수 있다. 이미지 센서(12_2)에는 다수 개의 포토 다이오드(PD)들을 포함하는 다수 개의 센서 픽셀들이 형성되고, 일 예로서 포토 다이오드들(PD)은 반도체 기판(Sub)에 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 도 4의 예에서는, 하나의 지문 픽셀에 대응하는 광학 샘플링 영역과 하나의 포토 다이오드(PD)로 구성된 센서 픽셀 영역에 대응하는 광학 센싱 영역에 대한 예가 도시된다.4, the
한편, 핀 홀 마스크(12_1)는 디스플레이 패널(11)과 이미지 센서(12_2) 사이에 위치할 수 있다. 핀 홀 마스크(12_1)는 별도의 레이어로 구현됨에 따라 핀 홀 마스크 레이어로 지칭될 수 있다. 도 4의 예에서는, 도시의 편의상 5*5 구조의 핀 홀들이 형성된 핀 홀 마스크(12_1)가 도시되나, 실질적으로 보다 많은 개수의 핀 홀들이 어레이 구조로서 핀 홀 마스크(12_1)에 형성될 수 있을 것이다. 일 예로서, 지문의 사이즈를 고려하여, 대략 200*200 개의 어레이 구조의 핀 홀들을 포함하는 핀 홀 마스크(12_1)가 이용될 수 있을 것이다. On the other hand, the pinhole mask 12_1 may be positioned between the
일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(12_1)가 이미지 센서(12_2) 구현을 위한 공정 내에서 이미지 센서(12_2) 상에 적층될 수 있으며, 이 때 핀 홀 마스크(12_1)와 이미지 센서(12_2) 사이에는 빛이 투과될 수 있는 투명한 패시베이션층, 산화층과 같은 중간 층이 개재될 수 있다. 즉, 핀 홀 마스크(12_1)가 이미지 센서(12_2) 내에 내장되는 형태로 구현될 때, 이미지 센서(12_2)는 핀 홀 마스크(12_1)를 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 또한, 전술한 내장 구조에서 중간 층의 두께에 기반하여 핀 홀과 센서 픽셀 사이의 거리가 정의될 수 있으며, 이에 기반하여 하나의 지문 픽셀에 대응하는 센서 픽셀의 사이즈가 정의될 수 있다. According to one embodiment, a pinhole mask 12_1 may be deposited on the image sensor 12_2 within a process for implementing the image sensor 12_2, wherein the pinhole mask 12_1 and the image sensor 12_2 A transparent passivation layer through which light can be transmitted, and an intermediate layer such as an oxide layer may be interposed. That is, when the pinhole mask 12_1 is embodied as being embedded in the image sensor 12_2, the image sensor 12_2 can be described as including the pinhole mask 12_1. Further, the distance between the pinhole and the sensor pixel can be defined based on the thickness of the intermediate layer in the above-described built-in structure, and based on this, the size of the sensor pixel corresponding to one fingerprint pixel can be defined.
디스플레이 패널(11)은 지문을 향하는 빛을 생성하고, 지문에 의해 반사된 빛이 디스플레이 패널(11)의 백플레인 방향(또는, 지문 센서 방향)으로 전달될 수 있는 다양한 종류의 디스플레이 패널에 해당할 수 있다. 일 실시예에 따라 디스플레이 패널(11)은 OLED 패널일 수 있으며, 다수 개의 OLED들을 광원들로서 포함할 수 있다. 예컨대, 다수 개의 OLED들은 자체적으로 다양한 칼라로서 발광하는 발광 소자로서, 레드 칼라(R), 그린 칼라(G) 및 블루 칼라(B)를 발광하는 다수 개의 OLED들이 디스플레이 패널(11)에 포함될 수 있다. 디스플레이 패널(11)에 포함되는 다수 개의 OLED들 중 적어도 일부가 지문 센싱을 위한 광원으로 이용될 수 있다.The
도 4에는 도시되지 않았으나, RGB OLED들이 지문 센싱에 모두 이용되는 경우 디스플레이 패널(11)로부터 백색(white)을 갖는 빛이 발생되고, 포토 다이오드들(PD) 각각이 특정 칼라에 해당하는 빛을 센싱할 수 있도록 이미지 센서(12_2)에는 칼라 필터들(미도시)이 더 구현될 수 있다. 예컨대, 레드, 그린 및 블루 필터들이 다수의 포토 다이오드들(PD)에 대응하여 구현될 수 있다.Although not shown in FIG. 4, when RGB OLEDs are all used for fingerprint sensing, white light is generated from the
일 실시예에 따라, 핀 홀 마스크(12_1)에 형성되는 다수의 핀 홀들은 이미지 센서(12_2)의 다수의 센서 픽셀들에 얼라인된다. 또한, 핀 홀 마스크(12_1)와 지문 사이의 거리, 즉, 핀홀-투-지문(Pinhole-to-fingerprint) 거리(D1)와 핀 홀 마스크(12_1)와 이미지 센서(12_2) 사이의 거리, 즉, 핀홀-투-센서(Pinhole-to- sensor) 거리(D2) 및 핀 홀의 직경과 핀 홀 마스크의 두께에 의해, 지문 픽셀의 사이즈를 포함하는 광학 샘플링 영역의 직경(W1) 및 센서 픽셀의 사이즈를 포함하는 광학 센싱 영역의 직경(W2)이 결정될 수 있다. 또한, 지문 픽셀들 사이의 피치(Wpitch)는 광학 샘플링 영역의 직경(W1)을 결정할 때 같이 고려될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 이미지 센서(12_2)에서 초점 형성 수단으로서 렌즈를 적용하지 않고, 그 대신에 다수의 핀 홀들을 포함하는 핀 홀 마스크(12_1)를 초점 형성을 위해 이미지 센서(12_2) 위에 배치시킬 수 있다.According to one embodiment, a plurality of pinholes formed in the pinhole mask 12_1 are aligned to a plurality of sensor pixels of the image sensor 12_2. The distance between the pinhole mask 12_1 and the fingerprint, that is, the pinhole-to-fingerprint distance D1 and the distance between the pinhole mask 12_1 and the image sensor 12_2, The pinhole-to-sensor distance D2 and the diameter of the pinhole and the thickness of the pinhole mask, the diameter W1 of the optical sampling area including the size of the fingerprint pixels and the size The diameter W2 of the optical sensing area including the diameter of the optical sensing area can be determined. In addition, the pitch Wpitch between the fingerprint pixels can also be considered when determining the diameter Wl of the optical sampling area. According to one embodiment of the present disclosure, a pinhole mask 12_1 including a plurality of pinholes is used instead of the lens as the focus forming means in the image sensor 12_2, and the image sensor 12_2 ).
구체적으로, 사용자의 지문이 디스플레이 패널(11) 위에 위치한 상태에서 디스플레이 패널(11) 내의 OLED 광원으로부터의 빛이 디스플레이 패널(11)의 커버글라스 방향으로 방사되고, 방사된 빛은 커버글라스 상에 위치한 지문의 융선 및 골에 의해 반사되어 디스플레이 패널(11)의 후면(Backplane) 쪽으로 전달되며, 이미지 센서(12_2)는 디스플레이 패널(11)의 후면 및 핀 홀들을 통과하여 전달된 빛을 센싱한다. 이에 따라 이미지 센서(12_2)에 의해 지문의 이미지가 캡쳐될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 지문 센서(12)가 매우 얇은 초박형 광학 센서로서 구현이 가능하고, 이에 따라 초점을 모아주는 렌즈가 없는 상태에서 지문 센서(12)에 의해 지문 이미지의 캡쳐(Image Capture)가 가능하다. Specifically, when the user's fingerprint is placed on the
한편, 지문 픽셀들, 핀 홀들 및 센서 픽셀들을 얼라인함에 있어서, 핀 홀의 직경(d) 및 두께(T)는 핀 홀을 기준으로 하여 윗 면 및 아랫 면에 대한 화각(θ, Angle of View)을 결정하는 파라미터에 해당한다. 또한, 결정된 화각과 함께, 전술한 핀 홀 마스크(12_1)와 지문 사이의 거리(D1) 및 핀 홀 마스크(12_1)와 이미지 센서(12_2) 사이의 거리(D2)가 지문 픽셀의 사이즈를 포함하는 광학 샘플링 영역의 직경(W1) 및 센서 픽셀의 사이즈를 포함하는 광학 센싱 영역의 직경(W2)을 결정하는 파라미터에 해당할 수 있다. 또한, 전술한 화각(θ), 지문 픽셀의 사이즈에 대응되는 광학 샘플링 영역의 직경(W1) 및 센서 픽셀의 사이즈에 대응되는 광학 센싱 영역의 직경(W2)은 도 4에 도시된 수식과 같이 산출될 수 있으며, 이 때 M은 배율(Magnification)로서 D2/D1으로 정의될 수 있다.On the other hand, in aligning the fingerprint pixels, the pinholes, and the sensor pixels, the diameter d and the thickness T of the pinhole are determined based on the angles of view of the upper and lower surfaces with respect to the pinhole, And the like. The distance D1 between the pinhole mask 12_1 and the fingerprint and the distance D2 between the pinhole mask 12_1 and the image sensor 12_2 together with the determined angle of view include the size of the fingerprint pixel And may correspond to a parameter that determines the diameter W2 of the optical sensing area including the diameter W1 of the optical sampling area and the size of the sensor pixel. The diameter W1 of the optical sampling area corresponding to the size of the fingerprint pixel and the diameter W2 of the optical sensing area corresponding to the sensor pixel size are calculated as shown in the equation , Where M can be defined as D2 / D1 as Magnification.
전술한 실시예들에 도시된 지문 센서 및 지문 센싱 시스템은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 본 개시의 응용 분야는 디스플레이 패널을 포함하는 시스템에 적용이 가능하며, 일 예로서 디스플레이 패널에 포함되는 광원으로부터의 빛이 패널의 후면 방향으로의 투과율을 갖는 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 응용 분야의 일 예로서, 스마트 폰(태블릿(Tablet) 형태 포함) 또는 웨어러블 기기(예를 들어, 스마트 와치(Smart Watch))에 대해 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있을 것이다. 또는, 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센서 및 지문 센서 패키지는, IoT(Internet of Things) 향의 초박형 카메라 분야에 적용될 수 있을 것이다. The fingerprint sensor and the fingerprint sensing system shown in the above embodiments can be applied to various fields. The application field of the present disclosure is applicable to a system including a display panel, and as an example, light from a light source included in the display panel can be applied to a system having a transmittance in the back direction of the panel. In addition, embodiments of the present invention may be applied to a smart phone (including a tablet) or a wearable device (e.g., a Smart Watch) as an example of an application field. Alternatively, the fingerprint sensor and the fingerprint sensor package according to embodiments of the present invention may be applied to an ultra-thin camera field of the Internet of Things (IOT).
도 5 및 도 6은 일 구현 예에 따른 지문 센서를 포함하는 지문 센싱 시스템을 나타내는 사시도이다. 5 and 6 are perspective views illustrating a fingerprint sensing system including a fingerprint sensor according to one embodiment.
도 5를 참조하면, 지문 센싱 시스템(100)은 디스플레이 패널(110) 및 지문 센서를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(110)은 화상을 구현하기 위한 복수의 픽셀들(111)을 포함할 수 있으며, 픽셀들(111) 각각은 전술한 실시예에서의 광원을 포함할 수 있다. 예컨대, 픽셀들(111) 각각에 포함되는 광원은 소정의 칼라를 표현하기 위한 OLED일 수 있다.Referring to FIG. 5, the
한편, 지문 센서는 반도체 웨이퍼를 이용하여 구현될 수 있고, 도 5에 예시된 바와 같이, 지문 센서는 각종 신호를 전달하기 위한 금속 배선들이 형성된 하나 이상의 레이어들(예컨대, 제1 및 제2 레이어들(120a, 120b))과 포토 다이오드가 형성되어 있는 디바이스 레이어(130)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 제1 및 제2 레이어들(120a, 120b) 각각은 빛을 통과시키지 않는 물질로 구현된 금속 배선들(121a, 121b)을 포함할 수 있으며, 상기 금속 배선들(121a, 121b)이 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛을 차단하는 용도로 이용될 수 있다. 한편, 전술한 실시예에 따라 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛의 초점을 형성하기 위한 다수 개의 핀 홀(122)들이 제1 및 제2 레이어들(120a, 120b)을 관통하도록 형성될 수 있다.Meanwhile, the fingerprint sensor may be implemented using a semiconductor wafer. As illustrated in FIG. 5, the fingerprint sensor may include one or more layers (for example, first and second layers (120a, 120b) and a
일 구현 예로서, 제1 및 제2 레이어들(120a, 120b)에 다양한 형태로 금속 배선들(121a, 121b)을 형성함으로써 핀 홀(122)들을 제외한 영역에서는 빛이 통과되지 않도록 한다. 예컨대, 제1 레이어(120a)에 형성된 금속 배선(121a)은 제1 방향으로 평행하게 배치되고, 제2 레이어(120b)에 형성된 금속 배선(121b)은 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 지문 센서(120)에서 핀 홀 마스크가 별도의 레이어로 형성되지 않고 상기 금속 배선(121)이 형성된 다수 개의 레이어들에 핀 홀(122)들이 형성될 수 있다. In one embodiment, the
일 예로서, 금속 배선들(121a, 121b)은 이미지 센서의 실제 동작을 위해 전기 신호를 전달하기 위한 배선과는 무관하게 추가로 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 레이어들(120a, 120b)은 이미지 센서의 실제 동작을 위한 배선들이 형성된 레이어 이외에 추가로 구비될 수 있다. 또한, 핀 홀(122)들의 하부에는 포토 다이오드가 형성되어 있는 디바이스 레이어(130)가 배치될 수 있다. 이 때, 핀 홀(122)들은 지문 센서를 구현하기 위한 반도체 공정 과정에서 구현됨에 따라, 핀 홀(122)들은 지문 센서에 내장되는 것으로 정의될 수 있다. As an example, the
한편, 도 6을 참조하면, 지문 센싱 시스템(200)은 디스플레이 패널(210), 핀 홀 마스크 레이어(220) 및 디바이스 레이어(230)를 포함할 수 있으며, 이 때 핀 홀 마스크 레이어(220) 및 디바이스 레이어(230)는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서를 구성할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(210)은 전술한 실시예와 유사하게 다수 개의 광원들을 포함할 수 있으며, 일 예로 각각의 광원은 OLED일 수 있다.6, the
일 예로서, 핀 홀 마스크 레이어(220)는 실리콘 웨이퍼, 금속층 또는 빛을 통과하지 않는 임의의 물질층으로 구현될 수 있고, 복수의 핀 홀들(221)을 포함할 수 있다. 또한, 디바이스 레이어(230)는 포토 다이오드가 형성된 이미지 센서 레이어로서, 복수의 핀 홀들(221)을 통과한 빛을 센싱하여 전기 신호를 생성하는 구성에 해당할 수 있다. 이와 같이, 핀 홀 마스크 레이어(220)와 디바이스 레이어(230)는 서로 다른 레이어들로 구성될 수 있고, 일 실시예에 따라 핀 홀 마스크 레이어(220)는 디바이스 레이어(230)를 구현하기 위한 반도체 공정 과정에서 디바이스 레이어(230) 상에 적층될 수 있다. 일 실시예들에서, 핀 홀 마스크 레이어(220)는 디바이스 레이어(230)와 정렬되도록 위치할 수 있다.As an example, the
도 7 및 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 핀 홀 마스크의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.7 and 8 are views showing one embodiment of a pinhole mask according to an embodiment of the present disclosure.
도 7을 참조하면, 핀 홀 마스크는 어레이 형상으로 배열된 복수의 핀 홀들을 포함할 수 있고, 각 핀 홀의 단면은 원형일 수 있다. 각 핀 홀의 직경(d1) 및 핀 홀 마스크의 두께(T1)는 결정 화각에 따라 다양하게 변경될 수 있다.Referring to FIG. 7, the pinhole mask may include a plurality of pinholes arranged in an array, and the cross-section of each pinhole may be circular. The diameter d1 of each pinhole and the thickness T1 of the pinhole mask can be variously changed depending on the crystal angle of view.
도 8은 핀 홀 마스크의 다른 구현 예를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 핀 홀 마스크는 어레이 형상으로 배열된 복수의 핀 홀들을 포함할 수 있고, 각 핀 홀의 단면은 사각형일 수 있다. 각 핀 홀의 대각선(d2) 및 핀 홀 마스크의 두께(T2)는 결정 화각에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 도 7 및 도 8의 예시에 한정되지 않으며, 핀 홀 마스크에 형성되는 각 핀 홀의 배치는 한 개의 핀 홀 기준으로 상하좌우 동일 거리에 인접 핀 홀을 위치시키는 정사각형 영상 이외에도, 마름모 또는 임의의 다각형 형상으로 구현될 수도 있을 것이며, 단면 또한 원, 정사각형 이외에도 육각형 또는 임의의 다각형으로 구현되거나 타원형으로 구현될 수도 있을 것이다. Figure 8 shows another embodiment of a pinhole mask. Referring to FIG. 8, the pinhole mask may include a plurality of pinholes arranged in an array, and the cross-section of each pinhole may be a square. The diagonal line d2 of each pinhole and the thickness T2 of the pinhole mask can be variously changed depending on the crystal angle of view. The embodiments of the present invention are not limited to the examples shown in Figs. 7 and 8, and the arrangement of the pinholes formed in the pinhole mask is not limited to the square image in which the adjacent pinholes are positioned at the same distance in the vertical, In addition, it may be formed in a rhombus or an arbitrary polygonal shape, and a cross section may be formed in a hexagonal shape or an arbitrary polygonal shape in addition to a circle, a square, or an elliptical shape.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 구조를 나타내는 도면이다. 지문 센서 패키지는 전술한 실시예들에서의 지문 센서에 대한 패키징 과정을 통해 생성될 수 있다. 도 9에 도시된 지문 센서 패키지(300)가 디스플레이 패널에 부착됨에 따라 화면 내장형 지문 센서가 구현될 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(300)는 센서 IC로서 보드(Board, 미도시) 상에 실장될 수 있으며, 지문 센서 패키지(300)로부터 생성된 지문 센싱 결과에 해당하는 이미지 데이터는 외부의 장치 또는 시스템으로 제공될 수 있다.9 is a view showing the structure of a fingerprint sensor package according to an embodiment of the present invention. The fingerprint sensor package can be generated through a packaging process for the fingerprint sensor in the above-described embodiments. The
도 9를 참조하면, 지문 센서 패키지(300)는 패키지 기판(310), 패키지 기판(310) 상에 실장된 이미지 센서(320), 이미지 센서(320) 상에 위치하는 핀 홀 마스크(340)를 포함할 수 있다. 핀 홀 마스크(340)는 전술한 실시예들에 따라 구현될 수 있으며, 예컨대 핀 홀 마스크(340)는 핀 홀을 제외한 영역이 빛을 통과하지 않는 임의의 물질층으로 구현되고, 지문에 의해 반사된 빛을 통과시키기 위한 다수의 핀 홀들이 형성될 수 있다. 또한, 핀 홀 마스크(340)를 지지하기 위한 지지대(330)가 이미지 센서(320) 상에 형성될 수 있으며, 핀 홀 마스크(340)는 지지대(330) 상에 적층되어 지지될 수 있다. 9, the
상기와 같은 구조에 따라, 지문 센서 패키지(300) 내에서 지지대(330)의 높이에 상응하는 길이의 에어갭(air gap)이 형성될 수 있다. 에어갭(air gap)의 높이에 따라 이미지 센서(320)와 핀 홀 마스크(340) 사이의 거리가 조절될 수 있으며, 이에 따라 지지대(330)의 높이는 센서 픽셀의 사이즈에 대응되는 광학 센싱 영역의 직경을 결정하는 파라미터에 해당할 수 있다.According to the above structure, an air gap having a length corresponding to the height of the
이미지 센서(320)는 핀 홀 마스크(340)의 다수의 핀 홀들을 통해 전달되는 빛을 센싱하는 수광 영역(321)과, 수광부로부터의 전기 신호에 대한 로직 처리를 통해 이미지 데이터를 생성하는 로직 영역(322)을 포함할 수 있다. 수광 영역(321)과 로직 영역(322)은 서로 다른 별개의 웨이퍼(또는, 반도체 기판) 상에 형성될 수 있으며, 이 때 수광 영역(321)과 로직 영역(322)은 별개의 칩으로 분류될 수 있다. 또는, 다른 실시예로서, 수광 영역(321)과 로직 영역(322)은 하나의 반도체 칩 내에 구현될 수도 있다.The
수광 영역(321)은 전술한 실시예에서 언급된 다수의 센서 픽셀들을 포함할 수 있으며, 각각의 센서 픽셀은 하나 이상의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다. 빛이 융선 또는 골에 의해 반사됨에 따라 센서 픽셀들에서 센싱하는 빛의 양에 차이가 발생되고, 수광 영역(321)은 센서 픽셀 별로 다르게 발생되는 전기 신호를 로직 영역(322)으로 제공한다. 로직 영역(322)에 구비되는 로직 회로들은 전기 신호에 대해 아날로그-디지털 변환 등의 처리 동작을 수행함으로써 전체적인 지문 이미지를 구성하는 데 이용되는 지문 픽셀 단위의 명암 또는 부분 이미지 데이터를 생성하고, 이를 이용하여 지문 이미지를 구성할 수 있다. 또한, 이와 같이 생성된 지문 이미지는 패키지 기판(310)을 통해 외부의 장치 또는 시스템으로 제공될 수 있다.The
한편, 도 9에 도시된 실시예에서는, 핀 홀 마스크(340)가 이미지 센서(320)에 대한 패키징 과정에서 이미지 센서(320) 상에 적층되는 외장 형태의 구조가 예시된다. 이에 따라, 핀 홀 마스크(340)와 이미지 센서(320)는 별개의 공정을 통해 제조되고, 핀 홀 마스크(340)와 이미지 센서(320)를 하나의 패키지로 조립하는 과정이 수행될 수 있다. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 9, an external structure in which the
도 10a,b는 지문 센싱 시스템에서 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 일 예를 나타낸다. 또한, 도 10b는 도 10a에 도시된 지문 센서 패키지와 디스플레이 패널을 결합하기 위한 접착 소자의 일 구현 예를 나타낸다. 본 실시예를 포함하여 이하의 일부 실시예들에서는 지문 센서 패키지가 도 9에 도시된 패키지의 형태로 구현되는 것으로 가정될 것이다.10A and 10B show an example in which a fingerprint sensor package is attached to a display panel in a fingerprint sensing system. Fig. 10B shows an embodiment of an adhesive element for combining the fingerprint sensor package and the display panel shown in Fig. 10A. It is assumed that the fingerprint sensor package is implemented in the form of the package shown in Fig. 9 in the following embodiments, including the present embodiment.
도 10a를 참조하면, 지문 센싱 시스템(400A)은 지문 센서 패키지(410A)를 포함하며, 또한 지문 센서 패키지(410A)가 부착되는 디스플레이 패널(420) 및 지문 센서 패키지(410A)를 실장하기 위한 보드(430)를 포함할 수 있다.10A, the
지문 센서 패키지(410A)는, 패키지 기판(411), 패키지 기판(411) 상에 실장된 이미지 센서(412), 이미지 센서(412) 상에 형성되는 지지대(413) 및 다수의 핀 홀들을 포함하는 핀 홀 마스크(414)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 동일 또는 유사하게, 이미지 센서(412)와 핀 홀 마스크(414) 사이에는 에어갭이 형성될 수 있다. 보드(430)는 스마트 폰 등의 PCB와 같은 마더 보드(mother board)에 해당할 수 있으며, 지문 센서 패키지(410A)가 보드(430)와 연결됨에 따라 지문 센서 패키지(410A)는 칩 온 보드(chip on board) 형태로 실장될 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(410A)의 일 면에 형성된 연결 단자들을 통해 이미지 데이터가 보드(430)로 제공될 수 있으며, 일 실시예에 따라 이미지 데이터는 지문 센서 패키지(410A)의 일 면에 형성된 다수의 솔더볼들을 통해 보드(430)로 이미지 데이터를 제공할 수 있다.The
지문 센서 패키지(410A)는 몰딩(416A)을 더 포함할 수 있으며, 또한, 지문 센서 패키지(410A)는 접착 소자(415A)를 통해 디스플레이 패널(420)에 부착될 수 있다. 접착 소자(415A)는 접착 필름이나 액상(또는, 레진)의 형태의 접착제로서 온도, 습도 등의 변동에도 접착력이 유지될 수 있는 소자가 적용될 수 있으며, 일 예로서 접착 소자(415A)는 광접착 필름(Optical Clear Adhesive, OCA)으로 구현될 수 있다.The
일 예로서, 지문 센서 패키지(410A)의 상부 면에 접착 소자(415A)가 배치될 수 있다. 또는, 지문 센서에 대한 패키징 과정에서 접착 소자(415A)가 지문 센서 패키지(410A)의 일 면에 배치될 수 있으며, 이 때, 지문 센서 패키지(410A)는 접착 소자(415A) 층을 더 포함하는 것으로 정의되어도 무방하다. 접착 소자(415A)는 지문 센서 패키지(410A)를 디스플레이 패널(420)에 부착할 때 완충 지지대 역할을 수행할 수 있으며, 또한 접착 소자(415A)의 두께는 지문 픽셀과 핀 홀 사이의 거리에 영향을 줄 수 있다. 접착 소자(415A)의 두께가 두꺼울 수록 핀 홀에 의해 보여지는 지문 픽셀의 면적이 증가할 수 있으며, 서로 다른 지문 픽셀이 서로 오버랩되지 않는 한도에서 접착 소자(415A)의 두께가 조절될 수 있다.As an example, an
한편, 도 10b를 참조하면, 광접착 필름 등의 접착 소자(415A)는 투명 또는 반투명한 소자를 이용하여 구현될 수 있으며, 일 실시예에 따라 접착 소자(415A)는 지문 센서 패키지(410A)의 상부를 덮은 면 형태로 구현될 수 있다. 즉, 접착 소자(415A)는 지문 센서 패키지(410A)에서 핀 홀 마스크(414)의 핀 홀들이 위치하는 영역을 덮은 형태로 구현되어 지문 센서 패키지(410A)와 디스플레이 패널(420)을 접착시킬 수 있다. 또한, 접착 소자(415A)의 두께에 따라 핀 홀 마스크(414)와 지문 픽셀 사이의 거리가 조절될 수 있으며, 이에 따라 접착 소자(415A)의 두께는 지문 픽셀 사이즈에 대응되는 광학 샘플링 영역의 직경을 결정하는 파라미터에 포함될 수 있다.10B, the
도 11a,b는 지문 센싱 시스템에서 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 다른 예를 나타낸다. 또한, 도 11b는 도 11a에 도시된 지문 센서 패키지와 디스플레이 패널을 결합하기 위한 접착 소자의 다른 구현 예를 나타낸다. 도 11a,b에 도시된 지문 센서 패키지를 포함하는 지문 센싱 시스템의 구성을 설명함에 있어서, 전술한 도 10a,b에 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명이 생략된다. 11A and 11B show another example in which a fingerprint sensor package is attached to a display panel in a fingerprint sensing system. 11B shows another embodiment of the adhesive element for bonding the display panel to the fingerprint sensor package shown in Fig. 11A. In describing the configuration of the fingerprint sensing system including the fingerprint sensor package shown in Figs. 11A and 11B, the same components as those shown in Figs. 10A and 10B will not be described in detail.
지문 센싱 시스템(400B)은 지문 센서 패키지(410B)를 포함하며, 또한 지문 센싱 시스템(400B)은 지문 센서 패키지(410B)가 부착되는 디스플레이 패널(420) 및 지문 센서 패키지(410B)를 실장하기 위한 보드(430)를 더 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(410B)는 패키지 기판(411), 이미지 센서(412), 지지대(413) 및 핀 홀 마스크(414)를 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(410B)는 접착 소자(415B) 및 몰딩(416B)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 접착 소자(415B)는 지문 센서 패키지(410B)의 상부 면의 외곽 영역, 즉 에지 영역에 따라 배치됨으로써 지문 센서 패키지(410B)와 디스플레이 패널(420)를 접착시킬 수 있다. 또한, 도 11a에 도시된 각종 구성 요소들로서, 핀 홀 마스크(414), 지지대(413) 및 접착 소자(415B) 등의 두께는 도 10a에 도시된 구성과 동일 또는 유사하게 구현될 수 있다. The
도 11b를 참조하면, 광접착 필름(OCA) 등의 접착 소자(415B)는 투명 또는 반투명한 소자 또는 불투명한 소자를 이용하여 구현될 수 있으며, 일 실시예에 따라 접착 소자(415B)는 창틀 형태로 구현됨에 따라 핀 홀들이 위치하는 영역에 대응하여 홀이 형성될 수 있다. 이에 따라, 지문에 의해 반사된 빛은 접착 소자(415B)를 통하지 않고 에어 갭(또는, 공기 층)을 통해 이미지 센서(412)로 제공될 수 있으며, 접착 소자(415B)는 불투명한 소자를 이용하여 구현되어도 무방하다. 또한, 투명 또는 반투명한 재료로 구현된 접착 소자를 통과하는 경우에 비해 공기를 통한 빛의 투과율이 더 높으므로, 이미지 센서(412)가 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛을 센싱하기 위한 감도를 더 높일 수 있다.11B, an
도 12는 지문 센싱 시스템에서 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 또 다른 예를 나타낸다. 도 12에 도시된 지문 센서 패키지를 포함하는 지문 센싱 시스템의 구성을 설명함에 있어서, 전술한 도 10a 및 11a에 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명이 생략된다. 12 shows another example in which the fingerprint sensor package is attached to the display panel in the fingerprint sensing system. In describing the configuration of the fingerprint sensing system including the fingerprint sensor package shown in FIG. 12, detailed description of the same configuration as that shown in FIGS. 10A and 11A will be omitted.
지문 센싱 시스템(400C)은 지문 센서 패키지(410C)를 포함하며, 또한 지문 센싱 시스템(400C)은 지문 센서 패키지(410C)가 부착되는 디스플레이 패널(420) 및 지문 센서 패키지(410C)를 실장하기 위한 보드(430)를 더 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(410C)는 패키지 기판(411), 이미지 센서(412), 지지대(413), 핀 홀 마스크(414) 및 몰딩(416C)을 포함할 수 있다. 또한, 도 12에 도시된 각종 구성 요소들로서, 핀 홀 마스크(414) 및 지지대(413) 등의 두께는 도 10a 및 도 11a에 도시된 구성과 동일 또는 유사하게 구현될 수 있다.The
본 실시예의 경우, 지문 센싱 시스템(400C)에서 전술한 실시예에서의 접착 소자가 제거될 수 있다. 이 때, 지문 센서 패키지(410C)에 구비되는 몰딩(416C)의 높이는 도 10a 및 도 11a에 도시된 실시예에 비해 더 클 수 있다. 이에 따라, 지문 센서 패키지(410C)의 에지 측의 높이가 커지게 되므로, 지문 센서 패키지(410C)의 에지 영역에 위치한 몰딩(416C)이 디스플레이 패널(420)의 일 면에 접촉될 수 있다. 또한, 몰딩(416C)의 높이가 더 커짐에 따라 디스플레이 패널(420)의 일 면과 핀 홀 마스크(414) 사이에 에어 갭(417)이 형성될 수 있으며, 지문에 의해 반사된 빛은 에어 갭(417) 및 핀 홀을 거쳐 이미지 센서(412)로 전달될 수 있다.In the case of this embodiment, the adhesive element in the above-described embodiment in the
도 13a,b는 지문 센싱 시스템의 다른 구현 예를 나타내는 구조도이다. 도 13a,b에서는 지문 센서 패키지가 COF(chip on film) 형태로 필름에 실장되는 예가 도시된다. 13A and 13B are structural diagrams showing another embodiment of the fingerprint sensing system. 13A and 13B show an example in which the fingerprint sensor package is mounted on a film in the form of a chip on film (COF).
도 13a,b를 참조하면, 지문 센싱 시스템(500)은 지문 센서 패키지(510)를 포함하며, 또한 지문 센싱 시스템(500)은 지문 센서 패키지(510)가 부착되는 디스플레이 패널(520) 및 지문 센서 패키지(510)를 실장하기 위한 필름(530)을 더 포함할 수 있다. 필름(530)에는 인터페이스 용 배선이 포함될 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(510)는 이미지 센서(511), 지지대(512), 핀 홀 마스크(513) 및 접착 소자(514)를 포함할 수 있다. 도 13a에는 도시되지 않았으나, 지문 센서 패키지(510)는 몰딩을 더 포함할 수도 있다.The
필름(530)은 플렉서블한 소자를 이용하여 구현될 수 있으며, 필름(530)의 적어도 일면에는 신호의 전기적 전달을 위한 배선이 형성될 수 있다. 또한, 필름(530)의 일면에서 다른 일면으로 신호를 전달하기 위해 필름(530)을 관통하는 배선이 상기 필름(530) 내에 더 형성될 수 있다. 일 예로서, 지문 센서 패키지(510)가 디스플레이 패널(520)에 부착될 때, 디스플레이 패널(520)를 향하는 필름(530)의 면은 제1 면으로 지칭되고, 그 반대 면은 제2 면으로 지칭될 수 있다. The
일 예로서, 지문 센서 패키지(510)는 전술한 실시예에서 도시된 지문 센서 패키지와 동일 또는 유사하게 구현될 수 있다. 또한, 전술한 실시예들에서는 패키지 기판의 일 면에 이미지 센서가 실장되고, 패키지 기판의 다른 일 면에 솔더볼이 형성되어 이미지 데이터가 솔더볼을 통해 보드로 제공되는 예가 설명되었으나, 도 13a에 도시된 실시예에서는 이미지 데이터가 패키지 기판 대신에 인터페이스 용 배선이 포함된 필름(530)으로 제공되는 예가 도시된다. 또한, 도 13a에서는 도시의 편의 상 지문 센서 패키지(510) 내의 핀 홀 마스크(513)와 필름(530)의 두께가 동일하게 도시되었으나, 핀 홀 마스크(513)의 두께는 필름(530) 보다 얇게 구현되어도 무방하며, 또는 핀 홀 마스크(513)의 두께는 필름(530) 보다 두껍게 구현되어도 무방하다.As one example, the
한편, 도 13b를 참조하면, 필름(530)에는 지문 센서 패키지(510)가 통과될 수 있는 사이즈의 홀(531)이 형성될 수 있으며, 지문 센서 패키지(510)는 필름(530)에 형성된 홀(531)을 통해 디스플레이 패널(520)에 부착될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필름(530)에는 지문 센서 패키지(510)의 상부(예컨대, 핀 홀 마스크(513)가 위치하는 영역)가 통과할 수 있을 정도의 홀(531)이 형성되고, 지문 센서 패키지(510)의 상부가 필름(530)의 홀(531)을 통과하여 디스플레이 패널(520)에 부착될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 지문 센서 패키지(510)는 접착 소자(514)를 통해 디스플레이 패널(520)에 부착될 수 있으며, 접착 소자(514)는 전술한 실시예들에 따라 다양한 형태(예컨대, 면 형태, 창틀 형태)로 구현될 수 있다. 또한, 접착 소자(514)는 투명 또는 반투명한 소자로 구현될 수 있다.13B, the
도 13a에는 도시의 편의상 접착 소자(514)와 지문 센서 패키지(510)의 윗 면의 사이즈가 대략 동일하게 도시되었으나 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 예컨대, 일 실시예에 따라, 접착 소자(514)는 홀(531) 보다 크게 구현되고, 접착 소자(514)의 에지 영역이 필름(530)의 홀(531) 주변에 부착된 상태에서 디스플레이 패널(520)에 부착될 수도 있을 것이다.13A, the upper surface of the
한편, 지문 센서 패키지(510)에서 생성된 신호들은, 필름(530) 내의 다수의 배선들을 통해 외부의 장치 또는 시스템으로 전달될 수 있다. 일 예로서, 지문 센서 패키지(510)로부터의 신호들(예컨대, 이미지 데이터)은 필름(530)의 제2 면으로 전달될 수 있다. 일 구현 예로서, 이미지 센서(511)의 로직 영역 상에 연결 단자(ct)가 배치되고, 연결 단자(ct)가 필름(530)의 제2 면에 형성된 배선에 전기적으로 연결될 수 있다. 필름(530)에는 다른 장치 또는 시스템과의 전기적 연결을 위한 커넥터(532)가 구비될 수 있으며, 일 예로서 지문 센서 패키지(510)로부터의 이미지 데이터는 커넥터(532)를 통해 메인 보드(미도시) 상에 장착된 외부의 장치 또는 시스템으로 전달될 수 있을 것이다. On the other hand, the signals generated in the
전술한 실시예에 따르면, 지문 센서 패키지(510)로부터의 이미지 데이터의 전달 경로가 필름(530)을 통해 플렉서블하게 구현될 수 있으므로, 지문 센싱 시스템(500) 내의 장치들의 배치 용이성이 향상될 수 있다. 또한, 필름(530)에 COF(Chip On Film) 형태로 실장된 지문 센서 패키지(510)의 전체 두께가 감소될 수 있다.According to the above-described embodiment, the transfer path of the image data from the
도 14 및 도 15는 핀 홀 마스크가 이미지 센서 내에 내장된 형태의 지문 센서의 일 구현 예를 나타내는 도면이다. 일 예로서, 이미지 센서 구현을 위한 반도체 공정 시, 적어도 하나의 레이어에 전술한 실시예에서의 핀 홀과 동일 또는 유사한 형태로 홀들이 형성되고, 홀들이 형성된 레이어가 포토 다이오드가 형성된 레이어의 상부에 적층될 수 있다. 예컨대, 다수의 홀들이 형성된 서스테인(sustain) 웨이퍼가 전술한 실시예에서의 핀 홀 마스크의 기능을 수행할 수 있으므로, 이하의 실시예들에서 서스테인 웨이퍼는 핀 홀 마스크로 지칭되어도 무방하다.Figs. 14 and 15 are views showing an embodiment of a fingerprint sensor in a form in which a pinhole mask is embedded in an image sensor. Fig. As an example, in a semiconductor process for implementing an image sensor, holes are formed in at least one layer in the same or similar form as the pinholes in the above-described embodiment, and a layer in which holes are formed is formed on the upper portion of the layer on which the photodiode is formed Can be stacked. For example, a sustain wafer in which a plurality of holes are formed can perform the function of the pinhole mask in the above-described embodiment, so that in the following embodiments, the sustain wafer may be referred to as a pinhole mask.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 FSI(Front Side Illumination) 방식의 지문 센서를 나타내는 단면도이다.FIG. 14 is a sectional view showing a fingerprint sensor of an FSI (Front Side Illumination) method according to an embodiment of the present disclosure.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(600A)는 FSI 방식으로 구현될 수 있다. 구체적으로, 지문 센서(600A)는 이미지 센서 및 핀 홀 마스크를 구현하기 위한 다수의 웨이퍼들을 포함할 수 있으며, 일 예로서 이미지 센서가 구현된 디바이스 웨이퍼(610A) 및 디바이스 웨이퍼(610A)의 상부에 위치하는 서스테인 웨이퍼(620A)를 포함할 수 있다. 서스테인 웨이퍼(620A)에는 디바이스 웨이퍼(610A)에서 센서 픽셀들(또는, 포토 다이오드들)이 형성된 영역에 대응하여 다수의 핀 홀들이 형성될 수 있으며, 일 예로 다수의 핀 홀들 각각은 디바이스 웨이퍼(610A)에 구현되는 각각의 센서 픽셀의 중앙에 얼라인되도록 배치될 수 있다.Referring to FIG. 14, the
일 구현 예로서, 디바이스 웨이퍼(610A)는 반도체 기판(예컨대, P- Sub)과 그 위에 형성된 하나 이상의 레이어들을 포함할 수 있으며, 일 예로서 반도체 기판과 동일한 결정 구조로서 성장(grow)되는 하나 이상의 에피택셜(epitaxial) 레이어가 형성될 수 있다. In one embodiment, the
이미지 센서에서 지문에 반사된 빛을 센싱하기 위한 하나 이상의 광전 변환 영역들이 에피택셜 레이어에 형성될 수 있다. 일 예로서, 광전 변환 영역들에는 전술한 실시예에서의 포토 다이오드들(PD)이 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있다. 변형 가능한 예로서, 광전 변환 영역들에는 포토트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드 등 다양한 종류의 광전 변환 소자가 형성될 수도 있다.One or more photoelectric conversion regions for sensing the light reflected from the fingerprint in the image sensor may be formed in the epitaxial layer. As one example, photodiodes PD in the above-described embodiments may be formed in the photoelectric conversion regions through an ion implantation process. As a possible modification, various kinds of photoelectric conversion elements such as a phototransistor, a photogate, and a pinned photodiode may be formed in the photoelectric conversion regions.
한편, FSI(Front Side Illumination) 방식에 의해 지문 센서가 구현됨에 따라, 포토 다이오드들(PD)이 형성된 에피택셜 레이어의 상부에 하나 이상의 메탈 레이어들이 형성될 수 있다. 도 14의 예에서는 5 개의 메탈 레이어들(M1 ~ M5)이 형성된 예가 도시되며, 메탈 레이어들(M1 ~ M5) 사이의 전기적 절연을 위한 유전체가 구현될 수 있다. 일 구현 예로서, 유전체는 ILD(inter-layer dielectric or inter level dielectric) 또는 IMD(intermetal dielectric) 형태로 형성될 수 있으며, 유전체의 재료로서 산화물(Oxide) 또는 질화물(Nitride) 계열의 절연 소자가 이용될 수 있다. 또한 메탈 레이어들(M1 ~ M5) 각각에는 메탈 라인들 및 컨택(contact)이 형성될 수 있다.Meanwhile, as the fingerprint sensor is implemented by the FSI (Front Side Illumination) method, one or more metal layers may be formed on the epitaxial layer on which the photodiodes PD are formed. 14 shows an example in which five metal layers M1 to M5 are formed, and a dielectric for electrical insulation between the metal layers M1 to M5 may be implemented. In one embodiment, the dielectric may be formed in the form of an inter-layer dielectric or inter level dielectric (ILD) or an intermetal dielectric (IMD), and an oxide or nitride- . In addition, metal lines and contacts may be formed in each of the metal layers M1 to M5.
한편, 서스테인 웨이퍼(620A)는 메탈 레이어들(M1 ~ M5)의 상부에 배치될 수 있다. 서스테인 웨이퍼(620A)는 에피택셜(epitaxial) 레이어를 유지 또는 지지하기 위해 이용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따라 서스테인 웨이퍼(620A)에 형성된 핀 홀들은 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛의 초점을 형성할 수 있다. 디바이스 웨이퍼(610A) 및 디바이스 웨이퍼(610A)를 포함하는 지문 센서(600A)는 패키징되어 디스플레이 패널의 일 면에 부착될 수 있으며, 지문 센서(600A)에 대한 패키징 과정은 전술한 실시예들에서 도시된 패키징 과정과 동일하게 수행될 수 있다. 또한, 패키징된 지문 센서(600A)에 대해 다양한 방식의 실장이 적용될 수 있으며, 일 예로서 패키징된 지문 센서(600A)는 보드 상에 COB 형태로 실장될 수 있으며, 또는 패키징된 지문 센서(600A)는 필름 상에 COF 형태로 실장될 수 있다. 도 14에서는 도시의 편의상 서스테인 웨이퍼(620A)의 상부에 디스플레이 패널이 도시되었으나, 실질적으로 패키징된 지문 센서(600A)가 전술한 실시예들에서의 접착 소자를 통해 디스플레이 패널에 부착될 수 있을 것이다. Meanwhile, the sustain
또한, 도 14에는 메탈 레이어들(M1 ~ M5)와 서스테인 웨이퍼(620A) 사이에 적어도 하나의 레이어가 더 배치된 예가 도시되며, 일 예로서 실리콘카본나이트라이드(SiCN) 등으로 구현된 하나 이상의 레이어가 배치됨에 따라, 서스테인 웨이퍼(620A)는 그 상부에 적층될 수 있다. 또한, 일 예로서, 서스테인 웨이퍼(620A)의 투명도는 다양하게 조절될 수 있으며, 전술한 실시예에 따라 빛 투과율을 감소하기 위한 물질이 실리콘 소재의 웨이퍼에 도포되어 상기 서스테인 웨이퍼(620A)가 구현될 수 있을 것이다.14 shows an example in which at least one layer is further disposed between the metal layers M1 to M5 and the sustain
상기와 같이 구현되는 지문 센서(600A)에 따르면, 핀 홀 마스크에 해당하는 서스테인 웨이퍼(620A)가 이미지 센서를 구현하기 위한 공정 내에서 디바이스 웨이퍼(610A) 상에 적층될 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서에 대한 패키징 과정에서, 별도의 핀 홀 레이어를 이미지 센서 상에 적층하는 과정이 생략될 수 있다. 또한, 패키징된 지문 센서 패키지에서, 별도의 핀 홀 레이어를 고정하기 위한 홀더가 구비될 필요가 없으므로, 지문 센서 패키지의 전체적인 두께가 감소될 수 있다. According to the
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 BSI(Back Side Illumination) 방식의 지문 센서를 나타내는 단면도이다. 도 15에 도시된 지문 센서(600B)의 구조를 설명함에 있어서, 전술한 도 14의 실시예에서 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명이 생략된다.15 is a cross-sectional view showing a back side illumination (BSI) type fingerprint sensor according to an embodiment of the present disclosure. In explaining the structure of the
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 센서(600B)는 BSI 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로서, 지문 센서(600B)는 이미지 센서가 구현된 디바이스 웨이퍼(610B) 및 디바이스 웨이퍼(610B)의 상부에 위치하는 서스테인 웨이퍼(620B)를 포함할 수 있다. 또한, 서스테인 웨이퍼(620B)에는 다수의 핀 홀들이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 15, the
일 구현 예로서, 지문 센서(600B) 내의 이미지 센서가 BSI 방식으로 구현됨에 따라, 이미지 센서 내에서 포토 다이오드들(PD)이 형성되는 레이어(예컨대, 에피택셜 레이어)는 서스테인 웨이퍼(620B)와 메탈 레이어들(M1 ~ M5) 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 지문에 의해 반사되어 서스테인 웨이퍼(620B)의 핀 홀들을 통과한 빛은, 메탈 레이어들(M1 ~ M5)을 거치지 않고 포토 다이오드들(PD)로 제공될 수 있다. 또한, 도면 상에서 메탈 레이어들(M1 ~ M5)의 아래에는 전술한 서스테인 웨이퍼의 지지 또는 유지 기능과 동일 또는 유사한 기능을 위한 별도의 웨이퍼가 배치될 수 있다. In one embodiment, the image sensor in the
전술한 실시예에서와 유사하게, 서스테인 웨이퍼(620B)의 다수의 핀 홀들은 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛의 초점을 형성할 수 있다. 도 15에 도시된 실시예에서, 이미지 센서가 BSI 방식으로 구현됨에 따라 서스테인 웨이퍼(620B)의 핀 홀들과 포토 다이오드들(PD) 사이의 거리가 도 14에 도시된 실시예에서에 비해 짧을 수 있으며, 이에 따라 FSI 또는 BSI 등의 이미지 센서의 구현 방식은 센서 픽셀의 사이즈에 영향을 작용할 수 있다.Similar to the above-described embodiment, the plurality of pin holes of the sustain
도 16은 내장 구조의 핀 홀 레이어를 포함하는 지문 센서 패키지가 디스플레이 패널에 부착된 일 예를 나타내는 도면이다. 도 16에서는 면 형태의 접착 소자 및 COB 형태의 실장 예가 도시되었으나, 앞서 언급한 바와 같이 내장 구조의 핀 홀 레이어가 적용된 지문 센싱 시스템은 다른 다양한 방식들에 의해 구현이 가능하다.16 is a view showing an example in which a fingerprint sensor package including a pinhole layer of a built-in structure is attached to a display panel. In FIG. 16, a surface type adhesive element and a COB type mounting example are shown. However, as mentioned above, the fingerprint sensing system to which the pinhole layer of the built-in structure is applied can be implemented by various other methods.
도 16을 참조하면, 지문 센싱 시스템(700)은 지문 센서 패키지(710), 디스플레이 패널(720) 및 보드(730)를 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(710)는 패키지 기판(711), 패키지 기판(711) 상에 실장된 이미지 센서(712) 및 몰딩(713)을 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(710)는 접착 소자(714)를 통해 디스플레이 패널(720)에 부착될 수 있다. Referring to FIG. 16, the
이미지 센서(712)는 수광 영역(712_1) 및 로직 영역(712_2)을 포함할 수 있다. 수광 영역(712_1)은 전술한 도 14 또는 도 15에 도시된 실시예들에 따라 구현될 수 있으며, 이에 따라 수광 영역(712_1)은 이미지 센서 공정 내에서 포토 다이오드들의 상부에 적층되고 다수의 핀 홀들이 형성된 서스테인 웨이퍼(sustain W/F)를 포함할 수 있다. 또한, 로직 영역(712_2)은 수광 영역(712_1)으로부터의 전기 신호에 대한 로직 처리를 통해 이미지 데이터를 생성하고, 생성된 이미지 데이터를 패키지 기판(711)을 통해 보드(730)로 제공할 수 있다. 상기와 같은 구조에 따라, 본 실시예에 따르면 패키징 과정에서 핀 홀 마스크를 이미지 센서(712) 상에 적층하기 위한 과정이 생략될 수 있다. The
도 17 내지 도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센서 패키지의 다양한 구조를 나타내는 도면이다. 도 17 내지 도 24에서는 설명의 편의상 도시되지 않았으나, 전술한 실시예들에 따른 핀 홀 마스크가 지문 센서 패키지 내에서 이미지 센서 상에 외장 형태로 배치될 수 있으며, 또는 전술한 서스테인 웨이퍼 등으로 구현될 수 있는 핀 홀 마스크 기능을 수행하는 레이어가 이미지 센서 내에 내장될 수 있다.17 to 24 are views showing various structures of the fingerprint sensor package according to the embodiments of the present invention. 17 to 24, the pinhole mask according to the above-described embodiments may be arranged externally on the image sensor in the fingerprint sensor package, or may be embodied as the above-mentioned sustain wafer or the like A layer capable of performing a pinhole mask function can be embedded in the image sensor.
지문 센서에 구비되는 이미지 센서는, 지문에 의해 반사되는 빛을 센싱하고 이에 따른 전기 신호를 발생하는 수광 영역과, 수광 영역으로부터의 전기 신호에 대한 로직 처리를 통해 이미지 데이터를 발생하는 로직 영역을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광 영역과 로직 영역은 서로 다른 반도체 기판 상에 별개의 칩(예컨대, 다이 단위의 칩)으로 제조되고, 수광 영역을 포함하는 센서 칩과 로직 영역을 포함하는 로직 칩은 하나의 반도체 패키지로 패키징될 수 있다. 또는, 수광 영역과 로직 영역이 하나의 반도체 기판 상에 제조되어 이미지 센서 칩으로 패키징될 수도 있다. 전술한 실시예들에 따라, 별개의 핀 홀 마스크(미도시)가 패키징 과정에서 센서 칩의 상부에 적층될 수 있다. 또는, 전술한 실시예들에 따라, 센서 칩의 제조를 위한 반도체 공정에서 핀 홀들이 형성된 서스테인 웨이퍼가 포토 다이오드의 상부에 적층될 수 있다. The image sensor included in the fingerprint sensor includes a light receiving area for sensing light reflected by the fingerprint and generating an electric signal corresponding thereto, and a logic area for generating image data through logic processing on the electrical signal from the light receiving area can do. According to one embodiment, the light receiving region and the logic region are fabricated as separate chips (e.g., chips in a die unit) on different semiconductor substrates, and the sensor chip including the light receiving region and the logic chip including the logic region are one Of the semiconductor package. Alternatively, the light receiving region and the logic region may be fabricated on one semiconductor substrate and packaged in an image sensor chip. According to the above-described embodiments, a separate pinhole mask (not shown) can be laminated on top of the sensor chip in the packaging process. Alternatively, according to the above-described embodiments, a sustain wafer in which pin holes are formed in a semiconductor process for manufacturing a sensor chip may be stacked on top of the photodiode.
이하에서는, 설명의 편의상 본 발명의 실시예들의 특징을 설명함에 있어서 수광 영역과 로직 영역이 동일한 기판 상에 제조되는 예가 참조될 것이다. 이에 따라, 센서 영역과 로직 영역이 동일한 반도체 기판 상에 제조된 칩은 이미지 센서 칩으로 지칭될 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이와 같은 용어에 한정될 필요는 없으며, 일 예로서 센서 영역과 로직 영역이 모두 포함된 칩은 센서 칩으로 지칭되어도 무방할 것이다. Hereinafter, for the sake of convenience of description, in explaining the features of the embodiments of the present invention, an example in which the light receiving region and the logic region are manufactured on the same substrate will be referred to. Accordingly, a chip manufactured on the same semiconductor substrate as the sensor region and the logic region will be referred to as an image sensor chip. However, the embodiments of the present invention need not be limited to such a term. For example, a chip including both a sensor region and a logic region may be referred to as a sensor chip.
도 17의 지문 센서 패키지(800)를 참조하면, 이미지 센서 칩(801)은 패키지 기판(Package PCB)에 실장될 수 있다. 이미지 센서 칩(801)에 포함되는 센서 영역(810) 및 로직 영역(850)은 적층 구조를 갖지 않음에 따라 하나 이상의 레이어들이 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 또는, 센서 영역(810) 및 로직 영역(850)이 별개의 칩들로 제조되는 경우에는, 상기 칩들은 동일한 평면 상에 패키지 기판(Package PCB)에 실장될 수 있다. 또한, 도 17의 실시예에서는, 센서 영역(810) 및 로직 영역(850)이 본딩 와이어(830)를 통해 패키지 기판에 전기적으로 연결되는 예가 도시된다. Referring to the
한편, 도 17의 예에서는 센서 영역(810)이 전술한 실시예에서의 FSI 방식에 의해 구현되는 예가 도시되었으며, 이에 따라 센서 영역(810)은 반도체 기판(811)에 형성되는 다수의 포토 다이오드들(PD)과, 그 상부에 메탈 라인들(812_1)이 형성된 하나 이상의 메탈 레이어들(812)을 포함할 수 있다. 또한, 지문에 의해 반사된 빛은 핀 홀 레이어(미도시) 및 메탈 레이어들(812)을 통해 포토 다이오드들(PD)로 전달될 수 있다. In the example of FIG. 17, an example in which the
지문 센서 패키지(800)는 전술한 실시예에 따라 칩 온 보드(chip on board) 형태로 실장될 수 있다. 패키지 기판의 일 면에는 지문 센서 패키지(800) 내의 센서 영역(810) 및 로직 영역(850)과 보드(820, board) 사이의 신호 전달을 위한 연결 단자가 형성될 수 있으며, 도 17의 예에서는 다수 개의 솔더볼들(840)이 패키지 기판의 일 면에 부착된 예가 도시된다. The
한편, 센서 영역(810)이 FSI 방식에 의해 구현됨에 따라 외부와의 전기적 연결을 위한 패드(pad)는 센서 영역(810)의 최상위에 존재하게 되고, 센서 영역(810)은 패드(pad)를 통해 상부에 위치하는 메탈 라인(812_1)과 패키지 기판이 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로서 센서 영역(810)의 패드(pad)와 패키지 기판은 본딩 와이어(830)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 지문 센서 패키지(800) 내의 센서 영역(810)으로부터의 전기 신호는 로직 영역(850)으로 제공될 수 있으며, 로직 영역(850)으로부터의 이미지 데이터는 솔더볼들(840) 및 보드(820)를 통해 외부의 시스템으로 제공될 수 있다.As the
도 18은 이미지 센서 칩이 패키지 기판에 실장되는 다른 예를 나타낸다. 도 18에 도시된 이미지 센서 칩(901)에서 센서 영역(910)은 BSI 방식에 의해 구현되고, 지문 센서 패키지(900)는 전술한 실시예에 따라 칩 온 보드(chip on board) 형태로 실장되는 예가 도시된다.18 shows another example in which the image sensor chip is mounted on the package substrate. The
도 18을 참조하면, 지문 센서 패키지(900)의 이미지 센서 칩(901)는 센서 영역(910)과 로직 영역(950)을 포함하고, 센서 영역(910)이 BSI 방식에 의해 구현됨에 따라, 다수의 포토 다이오드들(PD)이 형성된 반도체 기판(911)이 센서 영역(910)에서 상부에 위치하고, 포토 다이오드들(PD) 아래에 메탈 라인들(912_1)이 형성된 하나 이상의 메탈 레이어들(912)이 위치할 수 있다. 또한, 패드(pad)는 센서 영역(910)의 최하단에 위치할 수 있으며, 일 예로 센서 영역(910)은 패드(pad) 및 연결 단자(예컨대, 범프(930))를 통해 패키지 기판의 일 면에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 센서 영역(910)으로부터의 전기 신호는 범프(930) 및 패키지 기판의 다른 일 면에 부착된 연결 단자(예컨대, 솔더볼(940))를 통해 보드(920)로 전달될 수 있다.18, the
전술한 실시예들에 따르면, 지문 센서 패키지 내에서 센서 영역과 로직 영역이 적층 구조를 갖지 않으므로 지문 센서 패키지의 두께가 감소될 수 있다. 또한, 도 18에 도시된 BSI 방식이 적용된 실시예에서, 센서 영역(910)은 와이어 본딩을 이용함이 없이 범프(930)를 통해 패키지 기판에 연결될 수 있으므로, 센서 영역(910)에 기인하여 지문 센서 패키지(900)의 두께가 증가되는 것이 방지될 수 있을 것이다.According to the above-described embodiments, the thickness of the fingerprint sensor package can be reduced since the sensor region and the logic region do not have a laminated structure in the fingerprint sensor package. 18, since the
도 19 및 도 20은 센서 칩과 로직 칩이 적층 구조를 갖는 지문 센서 패키지의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다. 상기 도 19 및 도 20에서는 센서 칩과 로직 칩이 별개의 반도체 기판 상에 제조되는 예가 도시된다. 또한, 도 19에서는 센서 칩이 FSI 방식에 의해 구현되는 반면에, 도 20에서는 센서 칩이 BSI 방식에 의해 구현되는 예가 도시된다. 또한, 전술한 바와 같이, 도 19 및 도 20에서는 본 발명의 실시예에 따른 핀 홀 마스크의 도시가 편의상 생략되었으나, 핀 홀 마스크가 전술한 실시예들에 따른 외장 방식 또는 내장 방식으로 구현되어 지문 센서 패키지에 구비될 수 있다. 19 and 20 are block diagrams showing one embodiment of a fingerprint sensor package having a stacked structure of a sensor chip and a logic chip. 19 and 20 show an example in which the sensor chip and the logic chip are fabricated on separate semiconductor substrates. In Fig. 19, the sensor chip is implemented by the FSI method, while in Fig. 20, the sensor chip is implemented by the BSI method. 19 and 20, the pinhole mask according to the embodiment of the present invention is omitted for the sake of convenience. However, the pinhole mask may be embodied or embodied in the above-described embodiments, May be provided in the sensor package.
도 19를 참조하면, 지문 센서 패키지(1000)는 포토 다이오드(PD)가 형성된 센서 칩(1010)과 로직 회로가 형성된 로직 칩(1020)을 포함할 수 있으며, 센서 칩(1010)과 로직 칩(1020)은 지문 센서 패키지(1000) 내에서 적층 구조를 가질 수 있다. 도 19에서는 센서 칩(1010)이 FSI 방식에 의해 구현되는 예가 도시되며, 이에 따라 다수의 포토 다이오드들(PD)이 형성된 반도체 기판(1011)은 센서 칩(1010) 내의 하부에 위치하고, 하나 이상의 메탈 레이어들(1012)은 센서 칩(1010)의 상부에 위치할 수 있다. 19, the
일 실시예에 따라, 지문 센서 패키지(1000) 내에서 센서 칩(1010)은 로직 칩(1020)의 상부에 적층될 수 있다. 센서 칩(1010)은 지문에 의해 반사된 빛을 센싱하여 전기 신호를 생성할 수 있으며, 상기 전기 신호는 센서 칩(1010) 내의 하나 이상의 메탈 레이어들(1012) 중 상위 메탈 레이어에 형성된 메탈 라인을 통해 로직 칩(1020)으로 제공될 수 있다. 일 실시예에 따라, 센서 칩(1010)의 적어도 하나의 메탈 레이어로부터 센서 칩(1010)의 반도체 기판(1011)을 관통하는 BVS(Back Via Stack, 1060)가 센서 칩(1010)에 형성되고, 상기 센서 칩(1010)으로부터의 전기 신호는 BVS(1060)를 통해 로직 칩(1020)으로 제공될 수 있다.According to one embodiment, within the
한편, 로직 칩(1020)은 상기 전기 신호를 로직 처리하여 이미지 데이터를 생성하기 위한 다양한 회로들을 포함할 수 있으며, 다양한 로직 회로들을 구현하기 위한 다수의 메탈 레이어들을 포함할 수 있다. BVS(1060)를 통해 전달되는 상기 전기 신호는 로직 칩(1020) 내의 적어도 하나의 메탈 레이어로 제공될 수 있다. Meanwhile, the
로직 칩(1020)은 패키지 기판(Package PCB) 상에 실장되고 패키지 기판에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 로직 칩(1020)의 반도체 기판 상에 하나 이상의 메탈 레이어들이 적층되고, 이에 따라 로직 칩(1020)의 최상위에 존재하는 패드(pad)를 통해 패키지 기판에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로서, 로직 칩(1020)은 패드(pad) 및 본딩 와이어(1040)를 통해 패키지 기판에 전기적으로 연결될 수 있다. The
지문 센서 패키지(1000)가 칩 온 보드(Chip on Board) 형태로서 보드(1030)에 실장되며, 일 예로서 로직 칩(1020)은 솔더볼들(1050)을 통해 보드(1030)에 연결될 수 있다. 또한, 로직 칩(1020)은 패키지 기판, 솔더볼들(1050) 및 보드(1030)를 통해 이미지 데이터를 외부의 시스템(예컨대, 지문을 재구성하는 장치)으로 제공할 수 있다.The
도 19에 도시된 실시예에 따르면, 포토 다이오드(PD)가 형성된 센서 칩(1010)과 로직 회로가 형성된 로직 칩(1020)이 적층 구조를 가지며 센서 칩(1010)이 FSI 방식에 의해 구현된 경우, 센서 칩(1010)과 로직 칩(1020)이 BVS(1060)를 통해 연결될 수 있으므로, 센서 칩(1010)과 로직 칩(1020)의 적층 구조에서 지문 센서 패키지(1000)의 두께 증가를 최소화할 수 있다. 한편, 로직 칩(1020)이 본딩 와이어(1040)를 통해 패키지 기판에 연결되더라도, 센서 칩(1010)이 로직 칩(1020) 상에 적층되므로 본딩 와이어(1040) 자체에 기인한 두께 증가가 발생되지 않을 수 있다. 19, when the
또한, 센서 칩(1010)과 로직 칩(1020)의 적층 구조에 따르면, 지문 센서 패키지(1000)는 손가락의 전체 지문을 인식할 필요가 있으므로 지문에 의해 반사되는 빛을 센싱하여야 하는 센서 칩(1010)의 면적이 상대적으로 클 수 있으나, 센서 칩(1010) 이외의 다른 로직 회로들에 기인하여 지문 센서 패키지(1000)의 면적이 증가되는 것이 방지될 수 있다.According to the laminated structure of the
한편, 도 20을 참조하면, 지문 센서 패키지(1100)는 적층 구조를 갖는 센서 칩(1110)과 로직 회로가 형성된 로직 칩(1120)을 포함할 수 있으며, 센서 칩(1110)은 BSI 방식에 의해 구현될 수 있다. 이에 따라, 다수의 포토 다이오드들(PD)이 형성된 반도체 기판(1111)은 센서 칩(1110)의 상부에 위치하고, 메탈 라인들이 형성된 하나 이상의 메탈 레이어들(1112)이 반도체 기판(1111)의 아래에 위치할 수 있다.20, the
한편, 로직 칩(1120)은 상기 센서 칩(1110)으로부터의 전기 신호를 로직 처리하여 이미지 데이터를 생성하기 위한 다양한 회로들을 포함할 수 있으며, 반도체 기판 상에 다양한 회로들을 구현하기 위한 다수의 메탈 레이어들이 적층될 수 있다. 또한, 로직 칩(1120)은 패키지 기판 상에 실장되고, 지문 센서 패키지(1100)는 솔더볼(1150)을 통해 보드(1130)에 연결될 수 있다. 또한, 로직 칩(1120)의 패드(pad)는 최상위에 존재할 수 있으며, 로직 칩(1120)과 패키지 기판은 본딩 와이어(1140)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.The
한편, BSI 방식에 의해 센서 칩(1110)이 구현되는 경우, 센서 칩(1110)의 메탈 레이어들(1112)은 하부에 위치하게 되며, 반면에 로직 칩(1120)의 메탈 레이어들은 상부에 위치하게 된다. 이 경우, 센서 칩(1110)의 메탈 라인(예컨대, 최하위의 메탈 레이어의 메탈 라인)과 로직 칩(1120)의 메탈 라인(예컨대, 최상위의 메탈 레이어의 메탈 라인)은 TSV(Through Silicon Via, 1160)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 센서 칩(1110)과 로직 칩(1120) 사이에는 인터포저 등의 별도의 레이어(1170)가 배치되고, 센서 칩(1110)에서 생성된 전기 신호는 별도의 레이어(1170)를 관통하는 TSV(1160)를 통해 로직 칩(1120) 내의 적어도 하나의 메탈 레이어로 제공될 수 있다. On the other hand, when the
도 20에 도시된 실시예에 따르면, 본딩 와이어를 이용함이 없이 센서 칩(1110)과 로직 칩(1120)이 TSV(1160)를 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라 센서 칩(1110)과 로직 칩(1120)의 적층 구조에서 그 두께 증가를 최소화할 수 있다. 20, the
도 21 내지 도 24는 지문 센서 패키지가 COF 형태로 실장되는 구현 예들을 나타내는 블록도이다. COF 방식이 적용되는 경우, 지문 센서 패키지는 범프(bump) 등의 연결 단자를 통해 필름 상에 바로 연결될 수 있다. 즉, 도 21 내지 도 24에 도시된 실시예들에서, 센서 칩이나 로직 칩들은 별도의 패키지 기판에 실장될 필요 없이 하나 이상의 연결 단자들을 통해 필름 상에 바로 연결될 수 있다.Figs. 21 to 24 are block diagrams showing implementations in which the fingerprint sensor package is mounted in a COF form. Fig. When the COF method is applied, the fingerprint sensor package can be directly connected to the film through a connection terminal such as a bump. That is, in the embodiments shown in FIGS. 21 to 24, the sensor chips or logic chips may be directly connected to the film through one or more connection terminals without having to be mounted on a separate package substrate.
한편, 도 21 및 도 22에서는 센서 영역과 로직 영역이 동일한 반도체 기판 상에 제조되는 경우가 예시되며, 도 23 및 도 24에서는 센서 칩과 로직 칩이 반도체 패키지 내에서 적층 구조를 갖는 경우가 예시된다. 21 and 22 illustrate a case where the sensor region and the logic region are fabricated on the same semiconductor substrate, and FIGS. 23 and 24 illustrate a case where the sensor chip and the logic chip have a stacked structure in the semiconductor package .
도 21의 (a)를 참조하면, 지문 센서 패키지(1200)의 이미지 센서 칩(1201)은 센서 영역(1210)과 로직 영역(1250)을 포함할 수 있으며, 센서 영역(1210)은 FSI 방식에 의해 구현될 수 있다. 센서 영역(1210)은 반도체 기판(1211)에 형성된 다수의 포토 다이오드들(PD)과, 그 상부에 적층되는 하나 이상의 메탈 레이어들(1212)을 포함할 수 있다. 또한, 이미지 센서 칩(1201)의 최상위에 패드(pad)가 형성되고, 이에 따라 센서 영역(1210)은 범프(bump) 등의 연결 단자를 통해 필름(1220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 센서 영역(1210)은 메탈 레이어들(1212)을 통해 전달되는 빛을 센싱하고, 센싱 결과에 기반하는 전기 신호를 필름(1220)으로 제공할 수 있다.21A, the
상기와 같은 실시예에서, 센서 영역(1210)이 필름(1220)의 아래에 위치한 상태에서 디스플레이 패널(미도시)에 부착될 수 있으며, 이에 따라 지문에 의해 반사된 빛은 필름(1220) 및 하나 이상의 메탈 레이어들(1212)을 거쳐 포토 다이오드들(PD)로 제공될 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 필름(1220)에서 포토 다이오드들(PD)에 대응하는 영역(또는, 빛이 통과하는 영역)에는 홀(1221)이 형성될 수 있다. 반도체 기판(1211)에 형성된 포토 다이오드들(PD)이 필름(1220)에 형성된 홀(1221)에 대응하는 영역에 위치하도록 지문 센서 패키지(1200)가 필름(1220)에 연결될 수 있다. 또한, 필름(1220)을 통한 신호 전달을 위하여, 필름(1220)의 적어도 일 면에 배선(1222)이 형성될 수 있으며, 또한 필름(1220)의 양 면을 관통하는 배선 라인이 형성될 수 있다. 또한, 다른 장치 또는 시스템과의 연결을 위해 필름(1220)은 커넥터(1223)를 포함할 수 있다.In such an embodiment, the
한편, 도 22를 참조하면, 지문 센서 패키지(1300)의 이미지 센서 칩(1301)은 센서 영역(1310)과 로직 영역(1350)을 포함할 수 있으며, 센서 영역(1310)은 BSI 방식에 의해 구현될 수 있다.22, the
센서 영역(1310)이 BSI 방식에 의해 구현됨에 따라, 다수의 포토 다이오드들(PD)이 형성된 반도체 기판(1311)은 이미지 센서 칩(1301)의 상부에 위치하고, 메탈 라인들이 형성된 하나 이상의 메탈 레이어들(1312)이 반도체 기판(1311)의 아래에 위치할 수 있다. 또한, 이미지 센서 칩(1301)의 패드(pad)는 최하단에 위치하게 되고, 이에 따라 센서 영역(1310)의 하위의 하나 이상의 메탈 라인들이 패드(pad) 및 연결 단자(예컨대, 범프(1330))를 통해 필름(1320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 센서 영역(1310)이 필름(1320)의 상부에 위치한 상태에서 디스플레이 패널(미도시)에 부착될 수 있으며, 이에 따라 지문에 의해 반사된 빛은 필름(1320)이나 메탈 레이어들(1312)을 통과함이 없이 포토 다이오드들(PD)로 직접 제공될 수 있다.The
도 22에 도시된 실시예에 따르면, 지문에 의해 반사된 빛이 필름(1320)을 통과하지 않고 포토 다이오드들(PD)로 제공되므로, 필름(1320)에 빛의 전달 경로를 위한 별도의 홀이 형성될 필요가 없다. 22, since the light reflected by the fingerprint is provided to the photodiodes PD without passing through the
도 23 및 도 24에서는 센서 칩과 로직 칩이 적층 구조를 가지며, 또한 COF 방식이 적용된 지문 센서 패키지의 구현 예가 도시된다. 23 and 24 illustrate an example of a fingerprint sensor package having a stacked structure of a sensor chip and a logic chip, and a COF method.
도 23을 참조하면, 지문 센서 패키지(1400)는 센서 칩(1410)과 로직 칩(1420)을 포함할 수 있으며, 센서 칩(1410)은 FSI 방식에 의해 구현될 수 있다. 또한, 로직 칩(1420)은 센서 칩(1410)으로부터의 전기 신호를 로직 처리하여 이미지 데이터를 생성하기 위한 로직 회로를 구현하기 위해 다수의 메탈 레이어들을 포함할 수 있으며, 상기와 같은 구조에 따라 센서 칩(1410)과 로직 칩(1420)은 BVS(1440)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 23, the
한편, 지문 센서 패키지(1400)에서 로직 칩(1420)은 필름(1430)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라 로직 칩(1420)은 센서 칩(1410)으로부터의 전기 신호에 기반하여 이미지 데이터를 생성하고, 생성된 이미지 데이터를 필름(1430)으로 전달할 수 있다. 일 예로서, 로직 칩(1420)의 다수의 메탈 레이어들은 반도체 기판 상에 적층될 수 있으며, 로직 칩(1420)의 최상위에 패드(pad)가 위치함에 따라 적어도 하나의 메탈 레이어(예컨대, 최상위 메탈 레이어)에 형성된 메탈 라인이 연결 단자(예컨대, 범프(1450))을 통해 필름(1430)에 연결될 수 있다. 즉, 로직 칩(1420)은 BVS(1440) 및 최상위 메탈 레이어에 형성된 메탈 라인을 통해 센서 칩(1410)으로부터 전기 신호를 수신하고 이를 하위의 메탈 레이어들로 제공할 수 있으며, 전기 신호를 처리함에 의해 생성된 이미지 데이터가 최상위 메탈 레이어에 형성된 메탈 라인 및 본딩(1450)을 통해 필름(1430)으로 전달될 수 있다. The
도 23에 도시된 실시예에 따르면, 필름(1430)에 센서 칩(1410)이 통과할 수 있을 정도의 면적을 갖는 홀이 형성되고, 센서 칩(1410)이 필름(1430)의 홀 내부에 삽입되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 센서 칩(1410)과 로직 칩(1420)이 적층된 구조의 지문 센서 패키지(1400)를 필름(1430) 상에 실장함에 있어서, 전체 두께가 감소될 수 있다. According to the embodiment shown in Fig. 23, a hole having an area enough for the
한편, 도 24를 참조하면, 지문 센서 패키지(1500)는 센서 칩(1510)과 로직 칩(1520)을 포함할 수 있으며, 센서 칩(1510)은 BSI 방식에 의해 구현될 수 있다. 또한, 로직 칩(1520)은 센서 칩(1510)으로부터의 전기 신호를 로직 처리하여 이미지 데이터를 생성하기 위한 다수의 메탈 레이어들을 포함할 수 있으며, 상기와 같은 구조에 따라 센서 칩(1510)과 로직 칩(1520)은 TSV(1540)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 도 24에는 도시되지 않았으나, 센서 칩(1510)과 로직 칩(1520) 사이에는 TSV(1540)가 형성되는 인터포저 등의 별도의 레이어(미도시)가 배치될 수 있다.Referring to FIG. 24, the
한편, 전술한 실시예에서와 같이, 로직 칩(1520)의 적어도 하나의 메탈 레이어(예컨대, 최상위 메탈 레이어)에 형성된 메탈 라인이 범프(1550)을 통해 필름(1530)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 필름(1530)에는 센서 칩(1510)이 통과할 수 있을 정도의 면적을 갖는 홀이 형성되고, 센서 칩(1510)이 필름(1530)의 홀 내부에 삽입되는 구조를 가질 수 있다.The metal lines formed on at least one metal layer (e.g., the topmost metal layer) of the
한편, 전술한 실시예들에서는, 적층 구조의 지문 센서 패키지가 필름에 연결됨에 있어서 필름에 홀이 형성되는 예가 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 예컨대, 전술한 도 22에 도시된 바와 같이 홀이 형성되지 않은 필름에 전술한 적층 구조의 지문 센서 패키지가 연결될 수도 있다. 이 때, 센서 칩이 위치하는 영역이 지문 센서 패키지의 상부 영역에 해당할 때, 지문 센서 패키지의 상부 영역이 디스플레이 패널의 일 면에 부착될 수 있을 것이다.In the above-described embodiments, a hole is formed in the film when the fingerprint sensor package having a laminated structure is connected to the film, but the embodiment of the present invention need not be limited thereto. For example, a fingerprint sensor package having the above-described laminated structure may be connected to a film on which a hole is not formed as shown in Fig. 22 described above. At this time, when the area where the sensor chip is located corresponds to the upper area of the fingerprint sensor package, the upper area of the fingerprint sensor package may be attached to one side of the display panel.
도 25은 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 도면이다. 도 25에는 지문 센서(1600)에 구비되는 구성으로서, 센서 칩을 구현하기 위한 다수의 레이어들을 포함하는 칩이 도시된다. 전술한 실시예들에 따라, 로직 회로가 형성된 로직 칩(미도시)이 지문 센서(1600)에 더 구비될 수 있다.25 is a view of a fingerprint sensor according to a variant embodiment of the present invention. Fig. 25 shows a configuration of the
지문 센서(1600)는 포토 다이오드(PD)가 형성되는 반도체 기판(1610) 및 이에 적층되는 하나 이상의 메탈 레이어들(1620)을 포함할 수 있다. 또한, 메탈 레이어들(1620) 사이에는 ILD 또는 IMD 형태로 형성되는 유전체가 배치될 수 있으며, 또한 메탈 레이어들 각각은 메탈 라인들 및 컨택(contact)을 포함할 수 있다. 또한, 유전체는 빛을 투과할 수 있는 투명 또는 반투명한 재료로 구현될 수 있다.The
일 실시예에 따라, 지문 센서(1600)에 별도로 형성되는 핀 홀 레이어가 구비될 필요 없이, 메탈 레이어들(1620) 내에서의 메탈 라인들의 배치를 통해 핀 홀의 기능이 구현될 수 있다. 예컨대, 지문 센서(1600)의 센서 칩이 FSI 방식에 의해 구현되는 경우, 지문에 의해 반사되는 빛은 메탈 레이어들을 통해 포토 다이오드(PD)로 전달될 수 있다. 이 때, 메탈 레이어들에 형성되는 메탈 라인들은 빛을 통과시키지 않는 재료로 구현되므로, 메탈 라인들 사이의 공간을 통해 빛이 전달될 수 있다. 전술한 실시예에 따라, 핀 홀의 직경 및 높이는 지문 픽셀 및 센서 픽셀의 사이즈를 결정하는 파라미터로 작용할 수 있으며, 메탈 라인들 사이의 공간에 의해 전술한 실시예들에서의 핀 홀과 유사한 기능(예컨대, 반사되는 빛의 밝기를 포토 다이오드에 전달하는 기능)이 수행되도록 메탈 라인들이 형성될 수 있을 것이다. According to one embodiment, the function of the pinhole can be realized through the arrangement of the metal lines in the
도 26은 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 구조를 나타내는 도면이다.26 is a view showing the structure of a fingerprint sensor package according to a variant embodiment of the present invention.
도 26을 참조하면, 지문 센서 패키지(1700)는 패키지 기판(1710), 패키지 기판(1710) 상에 실장된 이미지 센서(1720) 및 패키지 커버에 해당하는 몰딩(1730)을 포함할 수 있다. 또한, 이미지 센서(1720)는 센서 칩과 로직 칩을 포함할 수 있으며, 이미지 센서(1720)는 본딩 와이어 등의 연결 소자를 통해 패키지 기판(1710)에 전기적으로 연결될 수 있다. Referring to Fig. 26, the
일 실시예에 따라, 지문 센서 패키지(1700)의 몰딩(1730)에서 이미지 센서(1720)의 상부에 위치하는 영역에는 하나 이상의 홀들(1731)이 형성될 수 있다. 예컨대, 지문 센서 패키지(1700)의 상부의 몰딩(1730)의 두께는 전술한 실시예들에 따라 빛의 초점을 형성하기에 적절한 값을 가질 수 있으며, 몰딩(1730)에서 홀들(1731)이 형성되는 영역은 이미지 센서(1720)에서 포토 다이오드들(미도시)이 형성되는 영역에 대응할 수 있다. 일 실시예에 따라, 몰딩(1730)은 빛 투과율이 낮은 소자를 이용하여 구현될 수 있으며, 예컨대 몰딩(1730)은 EMC(epoxy molding compound)와 같은 에폭시 수지로 구현될 수 있다.According to one embodiment, one or
도 26에서와 같이 구현되는 지문 센서 패키지(1700)는 다양한 방식에 따라 디스플레이 패널에 부착될 수 있다. 일 예로서, 지문 센서 패키지(1700)는 면 형태를 갖는 투명 또는 반투명한 접착 소자를 통해 디스플레이 패널에 부착될 수 있다. 또는, 일 예로서, 지문 센서 패키지(1700)는 창틀 형태를 갖는 투명, 반투명, 또는 불투명한 접착 소자를 통해 디스플레이 패널에 부착될 수 있다. 또는, 일 예로서, 지문 센서 패키지(1700)의 몰딩(1730)에서 에지 영역의 높이는 홀들(1731)이 형성되는 영역의 높이보다 높을 수 있으며, 이에 따라 지문 센서 패키지(1700)의 몰딩(1730)의 에지 영역이 디스플레이 패널에 부착될 수도 있다.The
도 27은 본 발명의 다른 변형 가능한 실시예에 따른 지문 센서 패키지의 구조를 나타내는 도면이다.27 is a view showing a structure of a fingerprint sensor package according to another variant embodiment of the present invention.
도 27을 참조하면, 지문 센서 패키지(1800)는 패키지 기판(1810), 패키지 기판(1810) 상에 실장된 이미지 센서(1820) 및 이미지 센서(1820) 상에 위치하는 핀 홀 마스크(1840)를 포함할 수 있다. 또한, 핀 홀 마스크(1840)를 지지하기 위해 지지대(1830)가 이미지 센서(1820) 상에 형성될 수 있다. 전술한 바와 동일 또는 유사하게, 이미지 센서(1820)는 센서 칩과 로직 칩을 포함할 수 있으며, 패키지 커버에 해당하는 몰딩이 지문 센서 패키지(1800)에 형성될 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(1800)는 OLED 등의 광원을 포함하는 디스플레이 패널에 부착될 수 있다. 27, the
일 실시예에 따라, 지문 센서 패키지(1800)는 광량 증폭을 위한 마이크로 렌즈 어레이(Light-Intensity Boosting Micro Lens Array, 1850)를 더 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(1850)는 지문 센서 패키지(1800) 상의 상부에 위치하고, 또한 핀 홀 마스크(1840)에 포함되는 다수 개의 핀 홀들에 대응하여 다수 개의 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 마이크로 렌즈 어레이(1850)에 포함되는 다수 개의 마이크로 렌즈들은 핀 홀들에 얼라인될 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(1800)에서 에지 영역에 위치하는 몰딩이 마이크로 렌즈 어레이(1850)를 지지하기 위한 수단으로 이용될 수 있으며, 일 예로서 마이크로 렌즈 어레이(1850)는 에지 영역에 위치하는 몰딩에 부착될 수 있다.According to one embodiment, the
도 27에 도시된 구조에 따라, 디스플레이 패널의 광원(예컨대, OLED)으로부터의 빛은 지문에 의해 반사되어 마이크로 렌즈 어레이(1850) 및 핀 홀 마스크(1840)를 통해 이미지 센서(1820)로 전달될 수 있다. 이 때, 이미지 센서(1820)로 전달되는 빛의 경로에서, 마이크로 렌즈 어레이(1850)에 의한 초점이 형성됨과 함께, 핀 홀 마스크(1840)에 의한 초점이 형성될 수 있다. 즉, 상기와 같은 구조에 의해, 마이크로 렌즈 어레이(1850)에 의해 모아진 빛이 핀 홀 마스크(1840)로 전달되고, 이미지 센서(1820)에 의해 센싱되는 광량이 증대될 수 있다. 27, light from a light source (e.g., an OLED) of the display panel is reflected by the fingerprint and transmitted to the
또한, 이미지 센서(1820)로의 빛의 전달 경로에서 두 개의 초점이 형성되므로, 초점을 통과할 때 발생되는 이미지 반전이 두 번 발생되며, 이에 따라 이미지 센서(1820)에 의해 센싱되는 이미지는 원래의 지문 이미지에 상응할 수 있다. 또한, 지문 픽셀과 핀 홀 마스크(1840) 사이의 거리가 먼 경우에는 핀 홀의 두께 대비 직경의 비가 작을 필요가 있으나, 상기 실시예에 따르면 마이크로 렌즈 어레이(1850)에 의해 집광 효과가 발생되고, 핀 홀 마스크(1840)는 가까이 위치하는 마이크로 렌즈 어레이(1850)로부터의 빛을 통과시키면 되므로 핀 홀의 화각을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 실시예에 따라 핀 홀의 직경 대비 두께의 비가 완화될 수 있으므로 핀 홀 마스크(1840)의 두께를 줄일 수 있다. 이로 인해, 핀 홀 마스크(1840)의 제조 공정이 보다 용이해질 수 있다.In addition, since two focal points are formed in the path of light propagation to the
한편, 핀 홀 마스크(1840)가 불투명한 소자로 구현되는 경우, 핀 홀 마스크(1840)는 마이크로 렌즈 어레이(1850) 이외의 영역을 통해 전달되는 다른 빛들(지문 센싱에 무관한 빛들)을 차단하는 기능을 함께 수행할 수 있다.On the other hand, when the
또한, 일 실시예에 따라, 마이크로 렌즈 어레이(1850)의 마이크로 렌즈들은 핀 홀 마스크(1840)의 핀 홀들과 함께, 이미지 센서(1820)의 센서 픽셀과도 얼라인되도록 위치할 수 있다. 일 실시예에 따라, 마이크로 렌즈 어레이(1850)의 마이크로 렌즈들이 센서 픽셀에 얼라인되지 않는 경우, 이미지 센서(1820)는 마이크로 렌즈들과 센서 픽셀 사이의 오프셋에 대한 보상 동작을 소프트웨어적으로 수행할 수 있다. 예컨대, 센서 픽셀이 다수 개의 포토 다이오드들(또는, 다수 개의 서브 픽셀들)을 포함하고, 센서 픽셀로 제공되는 빛을 감지함에 의해 핀 홀 중심이 판단될 수 있으며, 소프트웨어적으로 오프셋 보상 동작을 수행함으로써 센서 픽셀이 핀 홀 중심에 얼라인된 경우에 상응하는 전기 신호(또는, 이미지 데이터)가 생성될 수 있다.In addition, according to one embodiment, the microlenses of the
전술한 실시예에서는 핀 홀 마스크(1840)가 외장 방식으로서 패키징 과정 시 이미지 센서(1820) 상에 부착되는 예가 도시되었으나, 상기 실시예는 다양하게 변형이 가능하다. 일 예로서, 전술한 마이크로 렌즈 어레이(1850)를 이용하는 실시예에서, 핀 홀 마스크(1840)는 이미지 센서(1820)의 구현을 위한 공정 과정에서 이미지 센서(1820) 내에 내장될 수 있으며, 전술한 실시예에 따라 내장 방식으로서 다수의 홀들을 갖는 서스테인 웨이퍼가 핀 홀 마스크(1840)의 기능을 수행할 수 있다.In the above-described embodiment, the
또한, 도 26 및 도 27의 지문 센서 패키지(1700, 1800)는 전술한 실시예들에 따라 COB(Chip On Board) 형태로 보드에 실장될 수 있다. 또는, 지문 센서 패키지(1700, 1800)는 센서 면에 빛이 투과될 수 있도록 임의의 형태(예컨대, 큰 사각형)의 홀이 형성되고 배선이 내장된 필름에 COF(Chip On Film)형태로 실장될 수 있다.In addition, the
도 28a,b,c는 마이크로 렌즈 어레이가 적용된 지문 센서 패키지를 포함하는 지문 센싱 시스템을 나타내는 도면이다. 28A, 28B and 28C are views showing a fingerprint sensing system including a fingerprint sensor package to which a microlens array is applied.
도 28a를 참조하면, 지문 센싱 시스템은 전술한 실시예에서의 지문 센서 패키지(1800)를 포함할 수 있다. 또한, 지문 센싱 시스템은 지문 센서 패키지(1800)가 부착되는 디스플레이 패널(1801) 및 지문 센서 패키지(1800)를 실장하기 위한 보드(1802)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(1850)가 지문 센서 패키지(1800) 상의 상부에 위치하므로, 마이크로 렌즈 어레이(1850)가 디스플레이 패널(1801)의 일 면에 부착될 수 있다. 도 28a에는 도시되지 않았으나, 마이크로 렌즈 어레이(1850)는 면 형태 또는 창틀 형태를 갖는 접착 소자를 통해 디스플레이 패널(1801)의 일 면에 부착될 수 있다.Referring to FIG. 28A, the fingerprint sensing system may include the
한편, 도 28b,c는 지문 센싱 시스템의 지문 센서 패키지(1800) 내에서의 빛의 전달 경로를 예시한다. 도 28b에서는 마이크로 렌즈와 핀 홀 및 센서 픽셀의 위치가 얼라인되는 예가 도시된다. 도 28b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(1801)의 광원으로서 OLED로부터 방사된 빛은 사용자의 지문에 의해 반사되어 백플레인 방향으로 전달되어 마이크로 렌즈 어레이(1850)로 제공된다. 또한, 지문 센서 패키지(1800) 내에 마이크로 렌즈 어레이(1850) 및 핀 홀 마스크(1840)가 배치됨에 따라, 마이크로 렌즈 어레이(1850)에 의해 형성되는 빛의 초점과 핀 홀 마스크(1840)에 의해 형성되는 빛의 초점이 존재한다. 또한, 핀 홀과 사용자의 지문과의 거리에 관계 없이, 마이크로 렌즈 어레이(1850)와의 상대적으로 짧은 거리를 고려하여 핀 홀의 직경 및 높이가 결정될 수 있으며, 본 실시예에서 핀 홀의 직경 대비 두께가 매우 클 필요가 없으므로 핀 홀 마스크(1840)의 구현이 용이해진다. 또는, 도 28c에 도시된 바와 같이 핀 홀은 마이크로 렌즈가 만드는 초점 높이에 위치하도록 배치될 수도 있으며, 이 경우 도 28b의 구현 예에 비하여 마이크로 렌즈에서 센서 픽셀까지의 전체적인 높이가 감소될 수 있다.On the other hand, FIGS. 28B and 28C illustrate a light transmission path in the
도 29는 마이크로 렌즈 어레이가 적용된 지문 센서 패키지가 배선이 내장되어 있는 필름에 실장된 예를 나타내는 도면이다. 29 is a diagram showing an example in which a fingerprint sensor package to which a microlens array is applied is mounted on a film in which wiring lines are embedded.
도 29를 참조하면, 지문 센싱 시스템(1900)은 지문 센서 패키지(1910), 디스플레이 패널(1920) 및 지문 센서 패키지(1910)를 실장하기 위한 필름(1930)을 포함할 수 있다. 지문 센서 패키지(1910)는 이미지 센서(1911), 핀 홀 마스크(1912) 및 마이크로 렌즈 어레이(1913)를 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서 패키지(1910)가 실장되는 필름(1930)에는 지문 센서 패키지(1910)가 통과할 수 있을 정도의 사이즈를 갖는 홀이 형성되며, 또한 필름(1930)의 적어도 일 면에는 신호의 전기적 전달을 위한 배선이 형성될 수 있다.29, the
일 실시예에 따라, 지문 센서 패키지(1910)는 필름(1930)의 홀을 통해 디스플레이 패널(1920)에 부착될 수 있다. 또한, 도 29에는 도시되지 않았으나, 지문 센서 패키지(1910)와 디스플레이 패널(1920)의 부착을 위한 면 형태 또는 창틀 형태의 접착 소자가 지문 센싱 시스템(1900)에 더 구비될 수 있다. 또한, 이미지 센서(1911)는 수광 영역과 로직 영역을 포함할 수 있으며, 수광 영역과 로직 영역이 별개의 칩으로 구현되는 경우 이미지 센서(1911)는 수광 영역을 포함하는 센서 칩과 로직 영역을 포함하는 로직 칩을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1911)는 본딩을 통해 필름(1930)의 일 면에 전기적으로 연결될 수 있다. According to one embodiment, the
도 30 내지 도 32는 본 발명의 변형 가능한 실시예들에 따른 지문 센싱 시스템을 나타내는 도면이다. Figures 30-32 illustrate a fingerprint sensing system in accordance with variant embodiments of the present invention.
도 30을 참조하면, 지문 센싱 시스템(2000)은 다수의 OLED들을 포함하는 디스플레이 패널(2010), 다수의 핀 홀들이 형성된 핀 홀 마스크(2020) 및 다수의 센서 픽셀들을 포함하는 이미지 센서(2030)를 포함할 수 있다. 센서 픽셀들 각각은 하나 이상의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다. 또한, 다수의 OLED들은 디스플레이 패널(2010)의 OLED 레이어에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 30, the
디스플레이 패널(2010)의 다수의 OLED들은 서로 다른 색상 및 파장 대역을 갖는 빛을 자체적으로 발광하는 소자일 수 있다. 예컨대, 디스플레이 패널(2010)은 레드(R) 칼라를 발광하는 OLED와 블루(B) 칼라를 발광하는 OLED와 그린(G) 칼라를 발광하는 OLED를 포함할 수 있다. OLED들이 서로 다른 칼라를 갖는 빛을 방사할 때, 각 칼라의 빛의 파장은 서로 다른 값을 가질 수 있다. The plurality of OLEDs of the
일 실시예에 따라, 다수의 칼라들을 발광하는 OLED들 중 어느 하나의 칼라를 발광하는 OLED들이 지문 센싱 동작과 관련하여 선택적으로 이용될 수 있다. 예컨대, 레드(R) 칼라를 발광하는 OLED로부터의 빛이 지문에 의해 반사되어 핀 홀 마스크(2020)를 통해 이미지 센서(2030)로 제공될 수 있다. 이 때, 지문 센서와 관련하여 레드(R) 칼라를 발광하는 OLED 만이 선택적으로 활성화되는 경우, 이미지 센서(2030) 내에는 별도의 칼라 필터가 배치될 필요가 없다. 또는, 다수의 포토 다이오드들에 대응하여 하나의 칼라만 필터링하기 위한 모노 필터로서, 선택적으로 레드(R) 칼라만 활성화되어 발광하는 OLED에 대응하여 레드 칼라 필터만 이미지 센서(2030)에 구현될 수도 있다. 즉, 선택되는 광원의 칼라에 따라 같은 칼라만 통과시키는 칼라 필터가 이용되거나, 또는 이미지 센서(2030) 내에 필터가 배치되지 않을 수 있다.According to one embodiment, OLEDs emitting any one of the OLEDs emitting a plurality of colors can be selectively used in conjunction with the fingerprint sensing operation. For example, light from an OLED that emits a red (R) color may be reflected by the fingerprint and provided to the
다수의 칼라들을 발광하는 OLED들을 사용하는 경우, 각 빛의 파장 별로 색수차(Chromatic Aberration)에 의한 초점 거리에 차이가 발생되고, 이 경우 초점이 하나로 모아지지 못함에 따라 센싱 결과에서 선명도가 열화될 수 있다. 반면에, 상기와 같은 실시예에 따르면 다수의 OLED들 중 동일한 파장을 갖는 빛을 방사하는 OLED만을 선택적으로 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 지문 센싱 동작이 수행되므로, 하나의 핀 홀 마스크 내에서 다수의 핀 홀들에 균일한 초점이 형성되고, 이로부터 지문 센싱 결과의 선명도가 향상될 수 있다. When OLEDs emitting a plurality of colors are used, a difference in focal distance due to chromatic aberration occurs for each wavelength of light. In this case, sharpness may deteriorate in the sensing result as the focus can not be converged have. On the other hand, according to the embodiment, since the fingerprint sensing operation according to the exemplary embodiment of the present invention is performed by selectively using only the OLED that emits light having the same wavelength among the plurality of OLEDs, A uniform focus is formed on the plurality of pinholes, and the sharpness of the fingerprint sensing result can be improved.
한편, 도 31a,b은 전술한 실시예에서와 같이 센싱 선명도를 향상한 다른 예를 나타낸다. 31A and 31B show another example in which the sensing sharpness is improved as in the above-described embodiment.
도 31a를 참조하면, 지문 센싱 시스템(2100)은 디스플레이 패널(2110) 및 지문 센서(2120)를 포함하고, 지문 센서(2120)는 핀 홀 마스크(2121) 및 이미지 센서(2122)를 포함할 수 있다. 전술한 실시예들에 따라, 지문 센서(2120)는 패키지화되어 디스플레이 패널(2110)의 일 면에 부착될 수 있다. 31A, the
핀 홀 마스크(2121)는 다수의 핀 홀들을 포함하고, 각각의 핀 홀은 지문에 의해 반사되어 전달되는 빛의 초점을 형성할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(2110)은 다수의 칼라의 빛을 백라이트 없이 자체적으로 발광하는 OLED들을 포함하고, OLED들 중 상기 다수의 칼라들 중 적어도 일부의 빛을 발광하는 OLED들이 지문 센싱 동작에 이용될 수 있다. The
이미지 센서(2122)는 다수의 핀 홀들에 대응하여 다수의 센서 픽셀들을 포함하고, 각각의 센서 픽셀은 하나 이상의 포토 다이오드들(PD)을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 다수의 센서 픽셀들 각각에 대응하여 칼라 필터가 형성될 수 있으며, 센서 픽셀들에 대응하여 서로 동일한 칼라 필터(또는, 동일한 파장의 빛을 통과시키는 필터)가 형성될 수 있다. 도 31a의 실시예에서는 센서 픽셀들에 대응하여 레드 칼라 필터(CF_R)가 이미지 센서 내의 포토 다이오드의 위 쪽에 형성되는 예가 도시된다. The
도 31a에 도시된 실시예에 따르면, 디스플레이 패널(2110)의 모든 OLED 들로부터의 빛을 지문에 반사시키더라도, 이미지 센서(2122) 내에서 동일한 칼라를 필터링하는 모노 필터를 통해 동일한 칼라(또는, 파장)의 빛들만 선택적으로 센서 픽셀 내의 포토 다이오드들(PD)로 제공될 수 있으므로, 전술한 실시예에서와 유사하게 지문 센싱 결과의 선명도가 향상될 수 있다. 31A, even though light from all the OLEDs of the
한편, 도 31b에는, 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따라 칼라 필터를 포토 다이오드의 위 쪽 뿐만 아니라 센서 영역 전면에 형성하는 공정을 사용한 예가 도시된다. On the other hand, Fig. 31B shows an example using a process of forming a color filter on the entire surface of the sensor region as well as on the upper side of the photodiode according to the modified embodiment of the present invention.
한편, 전술한 실시예들에서는 핀 홀 마스크가 외장 형태로 구비되는 예가 도시되었으나, 전술한 실시예에서의 내장 구조의 핀 홀 마스크가 구비될 수도 있다. 예컨대, 도 31a,b의 실시예에서 서스테인 웨이퍼가 이미지 센서(2122) 공정에서 포토 다이오드들(PD) 상부에 적층되어 핀 홀 마스크 기능을 수행하는 경우, 핀 홀은 레드 칼라 필터(CF_R)와 포토 다이오드(PD) 사이에 위치하여도 무방할 것이다. Meanwhile, in the above-described embodiments, an example in which the pinhole mask is provided in an external form is shown, but a pinhole mask having an internal structure in the above-described embodiment may be provided. For example, in the embodiment of FIGS. 31A and 31B, when a sustain wafer is stacked on the photodiodes PD in the
한편, 도 32에서는 지문 센서에서 공간 해상도를 증가하는 예가 도시된다. 32, an example of increasing the spatial resolution in the fingerprint sensor is shown.
도 32를 참조하면, 하나의 핀 홀에 대응하는 센서 픽셀은 다수 개의 서브 픽셀들로 분할될 수 있다. 도 32 (a)의 예에서는 하나의 센서 픽셀이 4 개의 서브 픽셀들(SP1 ~ SP4)로 분할되고, (b)의 예에서는 하나의 센서 픽셀이 9 개의 서브 픽셀들(SP1 ~ SP9)로 분할되는 예가 도시된다. 또한, 도 32의 센서 픽셀에서 원으로 도시된 부분은 각 센서 픽셀의 광학 센싱 영역에 해당할 수 있다. 또한, 서브 픽셀들 각각은 빛을 센싱한 결과에 따른 전기 신호를 발생할 수 있다. Referring to FIG. 32, a sensor pixel corresponding to one pinhole may be divided into a plurality of subpixels. In the example of FIG. 32 (a), one sensor pixel is divided into four sub-pixels SP1 to SP4, and in the example of FIG. 32, one sensor pixel is divided into nine sub-pixels SP1 to SP9 Is shown. In addition, the portion indicated by a circle in the sensor pixel of Fig. 32 may correspond to the optical sensing region of each sensor pixel. In addition, each of the subpixels may generate an electrical signal according to the result of sensing the light.
지문 이미지의 추가적 해상도 확보를 위해서는 지문 픽셀의 피치(pitch)를 줄일 필요가 있다. 이를 위해, 각 핀 홀의 직경을 줄여 화각을 줄이고 핀 홀간 피치를 줄일 필요가 있다. 그러나, 핀 홀의 직경이나 피치를 줄임으로써 해상도를 증가시키는 데는 제조 공정상 한계가 발생할 수 있다. In order to obtain additional resolution of the fingerprint image, it is necessary to reduce the pitch of the fingerprint pixels. To do this, it is necessary to reduce the diameter of each pin hole to reduce the angle of view and reduce the pitch between the pin holes. However, there may be a manufacturing process limitation in increasing the resolution by reducing the diameter or pitch of the pinholes.
도 32에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 지문 센싱 결과의 해상도가 증가될 수 있으며, 이에 따라 고해상도 지문 이미지의 획득이 가능하다. 예컨대, 2N 개의 핀 홀들에 대응하여 2N 개의 센서 픽셀들이 이미지 센서에 배치되고, 각 센서 픽셀이 2M 개의 서브 픽셀들로 분할될 때, 전체 2N+M 개의 서브 픽셀들로부터 센싱 결과에 따른 전기 신호가 발생될 수 있다. 즉, 2N 개의 핀 홀들이 배치되더라도, 센싱 결과에 따른 전체 이미지 데이터의 해상도가 N+M 비트에 해당하므로, 핀 홀 개수의 증가없이 M 비트만큼 그 해상도가 증가할 수 있다.According to the embodiment of the present invention shown in FIG. 32, the resolution of the result of the fingerprint sensing can be increased, thereby obtaining a high-resolution fingerprint image. For example, the sensing results from when the 2 N of corresponding to the pin holes 2 N of sensor pixels are arranged on the image sensor, each sensor pixel be divided into one 2 M sub-pixels, the total 2 N + M subpixels An electric signal can be generated. That is, even if 2 N pinholes are arranged, since the resolution of the entire image data according to the sensing result corresponds to N + M bits, the resolution can be increased by M bits without increasing the number of pinholes.
도 33은 본 발명의 실시예들에 따른 지문 센서 또는 지문 센서 패키지를 포함하는 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 33 is a block diagram illustrating a processing system including a fingerprint sensor or fingerprint sensor package in accordance with embodiments of the present invention.
도 33을 참조하면, 지문 센싱 시스템(2200)은 디스플레이 패널(2210) 및 처리 시스템(2220)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(2210)은 커버 글라스(CG), 다수의 센싱 유닛들을 포함하는 터치 패널(TP), 다수의 OLED들을 포함하는 디스플레이 영역 및 백플레인(BP)을 포함할 수 있다. 터치 패널(TP)은 사용자의 터치 동작을 센싱하기 위해 배치되며, 일 예로서 커패시턴스 방식의 터치 패널(TP)이 적용되는 경우 터치 패널(TP)은 사용자의 터치에 기반하여 그 커패시턴스 값이 변동되는 센싱 유닛들을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 33, the
처리 시스템(2220)은 디스플레이 구동회로(2221), 터치 스크린 컨트롤러(2222) 및 지문 센서(2223)를 포함할 수 있다. 디스플레이 구동회로(2221)는 디스플레이 패널(2210)에 화상을 구현하기 위한 각종 제어동작을 수행할 수 있으며, 일 예로서 디스플레이 패널(2210)에 화상 구현에 관련된 계조 데이터를 제공할 수 있다. 또한, 터치 스크린 컨트롤러(2222)는 터치 패널(TP)의 센싱 유닛들의 커패시턴스 변화를 감지하여 터치 센싱 결과를 발생할 수 있다. 일 예로서, 터치 스크린 컨트롤러(2222)는 터치 패널(TP)의 구동을 위한 구동 신호를 제공하고, 터치 패널(TP) 내의 센싱 유닛들의 커패시턴스 변동에 따른 전기 신호를 수신하고 이를 처리할 수 있다. 또한, 지문 센서(2223)는 전술한 다양한 실시예들 중 어느 하나에 해당할 수 있으며, OLED들을 광원으로 이용하고 사용자의 지문에 의해 반사된 빛을 센싱함으로써 지문 이미지를 생성할 수 있다. The
한편, 일 실시예에 따라, 처리 시스템(2220)은 하나의 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 일 예로서, 디스플레이 구동회로(2221), 터치 스크린 컨트롤러(2222) 및 지문 센서(2223)의 기능들이 하나의 반도체 기판 상에 집적될 수 있다. 일 실시예에 따라, 지문 센서(2223)는 전술한 실시예들에서 언급된 다양한 기능들 중 적어도 일부를 포함하도록 구현될 수 있다. 예컨대, 지문 센서(2223)는 포토 다이오드를 포함함에 따라 수광 영역을 포함할 수 있으며, 또는 전술한 실시예에서 설명된 이미지 데이터를 생성하기 위한 로직 영역을 더 포함할 수 있다. On the other hand, according to one embodiment, the
일 실시예에 따라, 디스플레이 구동회로(2221), 터치 스크린 컨트롤러(2222) 및 지문 센서(2223)는 동일한 반도체 칩 내에 형성되어 각종 정보나 신호들을 송수신할 수 있다. 예컨대, 지문 센서(2223)의 동작은 디스플레이 구동회로(2221) 및/또는 터치 스크린 컨트롤러(2222)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 지문 센서(2223)의 센싱 타이밍이나 센싱 동작에 필요한 파워 및 제어 신호 등은 디스플레이 구동회로(2221)및/또는 터치 스크린 컨트롤러(2222)에 의해 생성될 수 있을 것이다. According to one embodiment, the
도 33에 도시된 실시예에서는 디스플레이 구동회로(2221), 터치 스크린 컨트롤러(2222) 및 지문 센서(2223)가 하나의 반도체 칩에 집적되는 예가 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 본 발명의 실시예들에서, 지문 센서(2223)는 디스플레이 구동회로(2221)와 동일한 반도체 칩에 구현될 수도 있으며, 또는 지문 센서(2223)는 터치 스크린 컨트롤러(2222)와 동일한 반도체 칩에 구현되거나 별개의 반도체 칩으로 구현될 수도 있을 것이다. In the embodiment shown in FIG. 33, the
한편, 본원발명에 적용된 각각의 실시예가 별도의 도면을 통해 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서, 지문 센서 패키지 또는 지문 센싱 시스템은 두 개 이상의 실시예가 서로 결합되어 구성될 수도 있다. While the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the fingerprint sensor, the fingerprint sensor package, or the fingerprint sensing system according to the embodiment of the present invention may be constructed by combining two or more embodiments.
본 개시의 기술적 사상은 시장 수요가 증가되는 생체 인식(Biometrics) 분야 중에 가장 많이 사용되고 있는 지문 인식 분야를 위한 것으로, 스마트 폰 또는 웨어러블 기기 향 화면 내장형(On-Display) 지문 센서 구조를 제공한다. 예를 들어, 현재 스마트 폰의 경우 폰 하단 중앙 홈 버튼에 또는 뒷면에 지문 센서가 탑재되어 있는 경우가 대부분이다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 폰 하단 중앙 홈 버튼 또는 뒷면에 탑재된 지문 센서를 없애고, 스마트 폰의 디스플레이 상에서 지문을 바로 인식하기 위한 광학(Optical) 방식의 센서 구조를 제공할 수 있다.The technical idea of the present disclosure is for a fingerprint recognition field which is one of the most widely used biometrics fields where market demand is increasing, and provides an on-display fingerprint sensor structure for a smartphone or a wearable device. For example, most smartphones currently have a fingerprint sensor on the bottom center button or on the back of the phone. According to the embodiments of the present disclosure, it is possible to provide an optical type sensor structure for eliminating a finger bottom sensor mounted on the lower bottom center home button or the back face and directly recognizing the fingerprint on the display of the smart phone.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. As described above, exemplary embodiments have been disclosed in the drawings and specification. Although the embodiments have been described herein with reference to specific terms, it should be understood that they have been used only for the purpose of describing the technical idea of the present disclosure and not for limiting the scope of the present disclosure as defined in the claims . Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present disclosure should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (20)
다수 개의 핀 홀들을 포함하고, 각각의 핀 홀은 상기 지문에 의해 반사되는 빛을 상기 이미지 센서로 전달하기 위한 초점을 형성하는 핀 홀 마스크를 구비하며,
상기 다수 개의 핀 홀들은, 디스플레이 패널 내에 위치하는 하나 또는 다수의 칼라들을 갖는 다수의 OLED들에서 발광되어 상기 지문에 반사되어 전달되는 빛에 대한 초점을 형성하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.An image sensor that includes a plurality of sensor pixels and generates image information corresponding to the fingerprint input by sensing light reflected by the fingerprint; And
And a plurality of pinholes, each pinhole having a pinhole mask forming a focus for transmitting light reflected by the fingerprint to the image sensor,
Wherein the plurality of pinholes emit light from a plurality of OLEDs having one or a plurality of colors located in the display panel to form a focus for light reflected and transmitted to the fingerprint.
상기 다수 개의 센서 픽셀들에 형성된 포토 다이오드들에 의해 빛을 센싱하여 상기 이미지 정보를 갖는 전기 신호를 출력하는 수광 영역; 및
상기 전기 신호에 대한 신호 처리를 통해 이미지 데이터를 생성하고, 생성된 이미지 데이터를 통해 지문 이미지를 구성하여 출력하는 로직 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.2. The image sensor according to claim 1,
A light receiving region for sensing light by photodiodes formed on the plurality of sensor pixels and outputting an electric signal having the image information; And
A logic area for generating image data through signal processing for the electrical signal, and for composing and outputting a fingerprint image through the generated image data.
상기 지문 센서는, 커버글라스와 백플레인 사이에 상기 다수의 OLED들이 형성된 OLED 디스플레이 패널의 일 면에 부착되며, 상기 다수의 OLED들로부터 상기 커버글라스 방향으로 방사되고 상기 지문에 의해 상기 커버글라스로부터 상기 백플레인 방향으로 반사된 빛을 센싱하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.The method according to claim 1,
The fingerprint sensor is attached to one surface of an OLED display panel in which the plurality of OLEDs are formed between a cover glass and a backplane and is irradiated from the plurality of OLEDs in the direction of the cover glass, Sensing the light reflected in the direction of the fingerprint sensor.
상기 이미지 센서는, 다수의 칼라들을 갖는 상기 다수의 OLED에서 생성되어상기 지문에 의해 반사된 빛을 센싱함으로써 상기 이미지 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.The method of claim 3,
Wherein the image sensor generates the image information by sensing light generated in the plurality of OLEDs having a plurality of colors and reflected by the fingerprint.
상기 핀 홀 마스크는 상기 OLED 디스플레이 패널과 상기 이미지 센서 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.The method of claim 3,
Wherein the pinhole mask is positioned between the OLED display panel and the image sensor.
상기 이미지 센서는, 상기 다수의 OLED들 중 동일한 칼라 및 파장 대역을 갖는 빛을 선택적으로 센싱하기 위해, 상기 다수 개의 센서 픽셀들에 대응하여 동일한 칼라의 빛을 선택적으로 통과시키는 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.The method of claim 3,
The image sensor may include a color filter for selectively passing light of the same color corresponding to the plurality of sensor pixels to selectively sense light having the same color and wavelength band among the plurality of OLEDs Features fingerprint sensor.
상기 핀 홀 마스크는 상기 이미지 센서의 제조 공정 시에 생성되어 상기 이미지 센서에 내장되고,
상기 이미지 센서는 다수 개의 포토 다이오드들이 형성되는 반도체 기판과 그 상부에 적층되는 하나 이상의 메탈 레이어들을 포함하며,
상기 핀 홀 마스크는 하나 이상의 메탈 레이어에 해당하고, 상기 다수 개의 핀 홀들은 상기 메탈 레이어들에서 메탈 라인이 위치하지 않는 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 지문 센서.The method according to claim 1,
Wherein the pinhole mask is created in the process of manufacturing the image sensor and embedded in the image sensor,
The image sensor includes a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed, and one or more metal layers stacked on the semiconductor substrate,
Wherein the pinhole mask corresponds to one or more metal layers, and the plurality of pinholes are formed in a region where the metal lines are not located in the metal layers.
상기 핀 홀 마스크는 상기 이미지 센서의 제조 공정 시에 생성되어 상기 이미지 센서에 내장되고,
상기 이미지 센서는 다수 개의 포토 다이오드들이 형성되는 반도체 기판과 하나 이상의 메탈 레이어들을 포함하며,
상기 핀 홀 마스크는 상기 반도체 기판 또는 상기 메탈 레이어들 상에 적층되는 다수 개의 핀 홀들이 형성된 서스테인 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 지문 센서.The method according to claim 1,
Wherein the pinhole mask is created in the process of manufacturing the image sensor and embedded in the image sensor,
Wherein the image sensor comprises a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed and one or more metal layers,
Wherein the pinhole mask is a sustain wafer having a plurality of pinholes stacked on the semiconductor substrate or the metal layers.
상기 지문 센서는, 패키징 과정에서 상기 핀 홀 마스크가 상기 이미지 센서가 구현된 반도체 칩 상에 적층되는 반도체 패키지이고, 상기 반도체 칩 상에 형성되어 상기 핀 홀 마스크를 지지하기 위한 지지대를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.The method according to claim 1,
The fingerprint sensor may be a semiconductor package in which the pinhole mask is stacked on a semiconductor chip on which the image sensor is implemented in a packaging process and further includes a support for supporting the pinhole mask on the semiconductor chip Features fingerprint sensor.
패키지 기판;
상기 패키지 기판 상에 적층되고, 상기 OLED들에 의해 생성되어 지문에 의해 반사된 빛을 센싱하여 전기 신호를 출력하는 수광 영역과 상기 전기 신호에 대한 신호 처리를 통해 지문 입력에 대응하는 이미지 데이터를 생성하는 이미지 센서; 및
상기 다수의 OLED들과 상기 이미지 센서 사이에 위치하고, 다수 개의 핀 홀들을 포함하며, 상기 다수의 OLED들에 의해 생성되어 상기 지문에 의해 반사된 빛을 상기 이미지 센서로 전달하기 위한 초점을 형성하는 핀 홀 마스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.A fingerprint sensor package, wherein the fingerprint sensor package is attached to one side of a display panel including a plurality of OLEDs,
A package substrate;
A light receiving region which is stacked on the package substrate and is generated by the OLEDs and senses the light reflected by the fingerprint to output an electric signal and generates image data corresponding to the fingerprint input through signal processing for the electric signal An image sensor; And
A pin that is positioned between the plurality of OLEDs and the image sensor and includes a plurality of pinholes and forms a focus for transmitting light reflected by the plurality of OLEDs to the image sensor, And a hole mask is provided on the fingerprint sensor package.
상기 이미지 센서 상에 형성되어 상기 핀 홀 마스크 층을 지지하는 지지대; 및
상기 지문 센서 패키지의 외곽을 형성하는 몰딩을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.11. The method of claim 10,
A support formed on the image sensor and supporting the pinhole mask layer; And
Further comprising a molding for forming an outer edge of the fingerprint sensor package.
상기 지지대의 높이에 기반하여, 상기 지문 센서 패키지 내부에서 상기 이미지 센서와 상기 핀 홀 마스크 층 사이에 에어 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.12. The method of claim 11,
Wherein an air gap is formed between the image sensor and the pinhole mask layer inside the fingerprint sensor package, based on the height of the support.
상기 지문 센서 패키지와 상기 디스플레이 패널과의 부착을 위해, 상기 핀 홀 마스크의 상부에 형성되는 접착 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.12. The method of claim 11,
Further comprising an adhesive element formed on the pinhole mask for attaching the fingerprint sensor package to the display panel.
상기 접착 소자는 면 형태를 가짐에 따라 상기 지문에 의해 반사된 빛이 상기 접착 소자를 통해 상기 이미지 센서로 제공되고,
상기 접착 소자는 투명 재질로 구현되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.14. The method of claim 13,
Wherein the adhesive element has a surface shape so that light reflected by the fingerprint is provided to the image sensor through the adhesive element,
Wherein the adhesive element is embodied as a transparent material.
상기 접착 소자는 상기 핀 홀들이 형성된 영역에 대응하는 부분에 홀이 형성된 창틀 형태를 가짐에 따라 상기 지문에 의해 반사된 빛이 상기 접착 소자를 통함이 없이 상기 이미지 센서로 제공되고,
상기 접착 소자는 투명 또는 불투명 재질로 구현되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.14. The method of claim 13,
Wherein the adhesive element has a window frame shape in which a hole is formed in a portion corresponding to an area where the pinholes are formed, so that light reflected by the fingerprint is provided to the image sensor without passing through the adhesive element,
Wherein the adhesive element is embodied as a transparent or opaque material.
상기 지문 센서 패키지는 보드 상에 칩 온 보드(chip on board, COB) 형태로 실장되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.11. The method of claim 10,
Wherein the fingerprint sensor package is mounted on a board in the form of a chip on board (COB).
상기 지문 센서 패키지는 배선이 내장된 필름 상에 칩 온 필름(chip on film, COF) 형태로 실장되고,
상기 지문 센서 패키지의 상부 면은 상기 필름에 형성된 홀을 통과하여 상기 디스플레이 패널에 부착되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.11. The method of claim 10,
The fingerprint sensor package is mounted on a film with wiring embedded therein in the form of a chip on film (COF)
Wherein the upper surface of the fingerprint sensor package is attached to the display panel through a hole formed in the film.
상기 수광 영역을 포함하는 센서 칩; 및
상기 센서 칩과 적층 구조를 가지며, 상기 센서 칩으로부터의 전기 신호를 처리하여 상기 이미지 데이터를 생성하는 로직 칩을 포함하고,
상기 센서 칩이 FSI(Front Side Illumination) 방식에 의해 구현될 때, 상기 센서 칩과 상기 로직 칩은 BVS(Back Via Stack)을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.11. The image sensor according to claim 10,
A sensor chip including the light receiving region; And
And a logic chip having a laminated structure with the sensor chip, the logic chip processing the electrical signal from the sensor chip to generate the image data,
Wherein when the sensor chip is implemented by an FSI (Front Side Illumination) method, the sensor chip and the logic chip are electrically connected through BVS (Back Via Stack).
상기 수광 영역을 포함하는 센서 칩; 및
상기 센서 칩과 적층 구조를 가지며, 상기 센서 칩으로부터의 전기 신호를 처리하여 상기 이미지 데이터를 생성하는 로직 칩을 포함하고,
상기 센서 칩이 BSI(Back Side Illumination) 방식에 의해 구현될 때, 상기 센서 칩과 상기 로직 칩은 TSV(Through Silicon Via)를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지. 11. The image sensor according to claim 10,
A sensor chip including the light receiving region; And
And a logic chip having a laminated structure with the sensor chip, the logic chip processing the electrical signal from the sensor chip to generate the image data,
Wherein the sensor chip and the logic chip are electrically connected through a through silicon via (TSV) when the sensor chip is implemented by a BSI (Back Side Illumination) method.
상기 핀 홀 마스크의 상부에 배치되고, 상기 다수의 핀 홀들에 대응하여 다수 개의 마이크로 렌즈가 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 더 구비하며,
상기 지문에 의해 반사된 빛은 상기 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 핀 홀 마스크 중 적어도 하나에 의해 형성되는 초점을 통해 상기 이미지 센서로 전달되는 것을 특징으로 하는 지문 센서 패키지.11. The method of claim 10,
Further comprising a microlens array disposed on the pinhole mask and having a plurality of microlenses corresponding to the plurality of pinholes,
Wherein the light reflected by the fingerprint is transmitted to the image sensor through a focus formed by at least one of the microlens array and the pinhole mask.
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