KR20180107440A - 지문 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 지문 센서는 센서 기판; 사용자의 터치에 대응한 정전 용량 변화를 감지하고, 각각이 센서 전극을 포함하는 복수의 센서 화소들; 상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들 상에 위치한 접착 부재; 및 상기 접착 부재에 의해 상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들과 결합되는 센서 보호층을 포함하고, 상기 센서 보호층은 제1 유전율을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 유전율 보다 작은 제2 유전율을 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다.

Description

지문 센서 및 이의 제조 방법{FINGERPRINT SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 지문 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 기술이 발달함에 따라, 표시장치의 전면(全面)으로 지문을 감지할 수 있는 지문 센서가 개발되고 있다.
이러한 지문 센서의 한 예로는 액티브 셀프-정전용량(active self-capacitive) 방식의 지문 센서가 있다. 액티브 셀프-정전용량 지문 센서는 사용자의 손과 형성되는 커패시터의 정전 용량 변화를 기초로 지문을 감지한다.
따라서, 액티브 셀프-정전용량 지문 센서는 기존의 상호-정전용량(mutual-capacitive) 방식의 지문 센서 보다 두꺼운 센싱 거리(window sensing distance)가 요구된다.
여기서, 센싱 거리란 지문 센서의 센서 전극과 사용자의 손 사이에 요구되는 최소 거리를 의미한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 요구되는 센싱 거리의 조건을 만족하면서, 향상된 센싱 감도를 갖는 지문 센서 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 지문 센서는 센서 기판; 사용자의 터치에 대응한 정전 용량 변화를 감지하고, 각각이 센서 전극을 포함하는 복수의 센서 화소들; 상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들 상에 위치한 접착 부재; 및 상기 접착 부재에 의해 상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들과 결합되는 센서 보호층을 포함하고, 상기 센서 보호층은 제1 유전율을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 유전율 보다 작은 제2 유전율을 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은 상기 센서 전극 상에 위치하고, 상기 제2 영역은 상기 센서 전극의 주변부 상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 복수의 센서 화소들과 연결되는 센서 주사선들 및 출력선들을 더 포함하고, 상기 복수의 센서 화소들 중 제i(i는 2이상의 정수) 센서 주사선 및 제j(j는 자연수) 출력선과 연결되는 센서 화소는, 게이트 전극이 상기 센서 전극에 연결되며, 상기 제j 출력선을 통해 출력되는 전류를 제어하는 제1 트랜지스터; 게이트 전극이 상기 제i 센서 주사선에 연결되며, 기준 전압선과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 트랜지스터; 및 상기 센서 전극과 제1 커패시터를 형성하며, 상기 제i 센서 주사선에 연결되는 커패시터 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 화소는, 게이트 전극이 제i-1 주사선에 연결되며, 상기 기준 전압선과 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제3 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 전극은, 상기 터치가 발생한 경우, 상기 사용자의 손가락과 제2 커패시터를 형성할 수 있다.
또한, 상기 터치에 대응한 상기 제2 커패시터의 정전 용량 변화를 이용하여, 상기 사용자의 지문 또는 장문을 인식할 수 있다.
또한, 상기 센서 주사선들로 센서 주사 신호를 순차적으로 공급하는 센서 주사 구동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력선들을 통해 출력되는 전류를 이용하여 지문 또는 장문을 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 유전율은 7 이상 범위의 비유전율이고, 상기 제2 유전율은 1 이상 7 미만 범위의 비유전율일 수 있다.
또한, 상기 제2 영역의 일부는 상기 센서 전극과 중첩될 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은 무기 충전제를 제1 비율만큼 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 무기 충전제를 상기 제1 비율보다 낮은 제2 비율만큼 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기 충전제는, 티타늄산바륨(BaTiO3), 알루미나(Al2O3) 및 산화티타늄(TiO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지문센서의 제조방법은 센서 전극을 각각 포함하는 복수의 센서 화소들이 센서 기판 상에 형성되는 단계; 상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들 상에 접착 부재가 형성되는 단계; 센서 보호층이 생성되는 단계; 및 상기 센서 보호층이 상기 접착 부재 상에 부착되는 단계를 포함하고, 상기 센서 보호층은 제1 유전율을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 유전율 보다 작은 제2 유전율을 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은 상기 센서 전극 상측에 위치하고, 상기 제2 영역은 상기 센서 전극의 주변부 상측에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은 무기 충전제를 제1 비율만큼 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 무기 충전제를 상기 제1 비율보다 낮은 제2 비율만큼 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기 충전제는, 티타늄산바륨(BaTiO3), 알루미나(Al2O3) 및 산화티타늄(TiO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 보호층이 생성되는 단계는, 제2 유전율을 갖는 유전층이 생성되는 단계; 상기 유전층에 복수의 관통공들이 형성되는 단계; 및 상기 복수의 관통공들에 제1 유전율을 갖는 유전 용액이 채워지고, 경화되어, 상기 센서 보호층이 생성되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 관통공 어레이는 복수의 관통공들을 포함하고, 상기 복수의 관통공들 각각은 상기 센서 전극 상측에 위치할 수 있다.
또한, 상기 복수의 관통공들은 원기둥, 타원기둥 및 직육면체 중 어느 하나의 모양을 가질 수 있다.
또한, 상기 센서 보호층이 생성되는 단계는, 상기 제1 유전율을 갖는 제1 계층 및 상기 제2 유전율을 갖는 제2 계층이 순차적으로 적층되는 단계; 제1 적층체가 절단됨으로써, 제3 계층이 생성되는 단계; 상기 제2 계층 및 상기 제3 계층이 순차적으로 적층되는 단계; 및 제2 적층체가 절단됨으로써, 상기 센서 보호층이 생성되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 계층은 130μm 내지 150μm 범위의 두께를 갖고, 상기 제2 계층은 20μm 내지 30μm 범위의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지문 센서는 요구되는 센싱 거리 조건을 만족하면서, 개선된 센싱 감도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 제조 방법은 공정을 단순화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 일부 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서 화소를 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 센서 보호층을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 센서 전극과 관련된 제2 커패시터의 정전 용량이 지문의 융선 및 골에 따라 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 센서 화소의 등가 회로의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서의 제조 방법의 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 센서의 제조 방법의 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 11은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 지문 센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 9a 내지 도 9c에 도시된 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이다.
도 13은 도 10a 내지 도 10d에 도시된 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성요소의 스케일을 과장하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 유사한 참조 부호는 유사한 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 어떤 층이 다른 층의 '상에' 형성된다(배치된다)는 것은, 두 층이 접해 있는 경우뿐만 아니라 두 층 사이에 다른 층이 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 어떤 층의 일면이 평평하게 도시되었지만, 반드시 평평할 것을 요구하지 않으며, 적층 공정에서 하부층의 표면 형상에 의해 상부층의 표면에 단차가 발생할 수도 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 지문 센서의 일부 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 지문 센서(100)는 사용자에 의한 터치를 인식할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 지문 센서(100)는 센서부(110)를 포함할 수 있다.
센서부(110)는 센서 기판(SS), 복수의 센서 화소들(SP) 및 센서 보호층(200)을 포함할 수 있다.
센서 기판(SS)은 유리, 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 센서 기판(SS)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 센서 기판(SS)은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose), 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다만, 센서 기판(SS)을 구성하는 재료는 다양하게 변화될 수 있으며, 유리 섬유 강화플라스틱(FRP, Fiber glass reinforced plastic) 등으로도 이루어질 수 있다.
센서 화소들(SP)은 센서 기판(SS) 상에 위치할 수 있다. 또한, 센서 화소들(SP)은 센서 주사선들(SS0~SSn) 및 출력선들(O1~Om)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 센서 화소들(SP)은 기준 전압선들(P1~Pm)과 센서 주사선들(SS1~SSn)의 교차 영역에 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
센서 화소들(SP)은 센서 주사선들(SS0~SSn)을 통해 센서 주사 신호를 입력받을 수 있으며, 센서 화소들(SP)은 터치 상태에 대응하는 소정의 전류를 센서 주사 신호의 공급 기간 동안 출력선들(O1~Om)로 출력할 수 있다.
센서 주사선들(SS0~SSn)은 센서 기판(SS) 상에 위치할 수 있으며, 제1 방향(예를 들어, X축 방향)으로 길게 연장되어 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
출력선들(O1~Om)은 센서 기판(SS) 상에 위치할 수 있으며, 제2 방향(예를 들어, Y축 방항)으로 길게 연장되고 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
또한, 센서 화소들(SP)은 기준 전압선들(P1~Pm)과 연결될 수 있으며, 이를 통해 기준 전압(Vcom)을 공급받을 수 있다.
기준 전압선들(P1~Pm)은 제2 방향(예를 들어, Y축 방항)으로 길게 연장되고 라인 단위로 센서 화소들(SP)과 연결될 수 있다.
예를 들어, 기준 전압선들(P1~Pm)은 출력선들(O1~Om)과 평행하게 배치될 수 있다.
다만, 기준 전압선들(P1~Pm)의 배치 방향은 다양하게 변경될 수 있으며, 일례로 센서 주사선들(SS0~SSn)과 평행하게 배치될 수도 있다.
기준 전압선들(P1~Pm)은 서로 동일한 전위를 유지하기 위하여, 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 기준 전압선들(P1~Pm)은 센서 기판(SS)의 외곽부에서 별도의 배선(Pa)을 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
접착 부재(AM)는 센서 기판(SS) 및 센서 화소들(SP)의 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 접착 부재(AM)는 광학용 투명 접착 부재(Optically Clear Adhesive member)일 수 있다.
센서 보호층(200)은 센서 기판(SS) 및 센서 화소들(SP)을 보호하기 위한 것으로, 접착 부재(AM) 상에 부착될 수 있다. 즉, 센서 보호층(200)과 센서 기판(SS) 및 센서 화소들(SP)은 접착 부재(AM)에 의해 결합될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 접착 부재(AM)는 생략되고, 센서 보호층(200)은 센서 기판(SS) 및 센서 화소들(SP)에 직접 결합될 수 있다.
센서 보호층(200)은 사용자의 터치를 입력받는 면으로 설정될 수 있으며, 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 센서 보호층(200)은 유리, 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 센서 보호층(200)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 센서 보호층(200)은 상술한 센서 기판(SS)을 구성할 수 있는 재료 중에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.
센서 보호층(200)에 대한 상세한 내용은 도 4a 및 도 4b에서 설명된다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 지문 센서(100)는 센서 구동부(120)를 더 포함할 수 있다.
센서 구동부(120)는 지문 센서(100)의 구동을 위한 센서 주사 구동부(130), 리드 아웃(read-out) 회로(140), 및 전원 공급부(150)를 더 포함할 수 있다.
센서 주사 구동부(130)는 센서 주사선들(SS0~SSn)을 통해 센서 화소들(SP)로 센서 주사 신호들을 공급할 수 있다. 예를 들어, 센서 주사 구동부(130)는 순차적으로 센서 주사 신호를 센서 주사선들(SS0~SSn)로 출력할 수 있다.
센서 주사 신호는 상기 센서 주사 신호를 공급받는 트랜지스터를 턴-온시킬 수 있는 전압 레벨을 가질 수 있다.
센서 주사 구동부(130)는, 센서 주사선들(SS0~SSn)과의 연결을 위하여, 센서 기판(SS) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board) 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 센서 기판(SS)과 연결될 수 있다.
리드 아웃 회로(140)는 출력선들(O1~Om)을 통해 센서 화소들(SP)로부터 출력되는 신호(예를 들어, 전류)를 입력받을 수 있다.
예를 들어, 센서 주사 구동부(130)가 순차적으로 센서 주사 신호를 공급하는 경우 센서 화소들(SP)은 라인 단위로 선택되고, 리드 아웃 회로(140)는 라인 단위의 센서 화소들(SP)로부터 출력되는 전류를 출력선들(O1~Om)을 통하여 차례대로 입력받을 수 있다.
이때, 리드 아웃 회로(140)는 전류의 변화량을 센싱함으로써, 현재 터치 정보를 인식할 수 있다.
예를 들어, 터치 정보는 지문 센서(100)에 발생된 터치의 위치, 및 지문 이나 장문에 포함된 골(valley)과 융선(ridge) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
리드 아웃 회로(140)는, 출력선들(O1~Om)과의 연결을 위하여, 센서 기판(SS) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 센서 기판(SS)과 연결될 수 있다.
전원 공급부(150)는 기준 전압선들(P1~Pm)을 통해 센서 화소들(SP)로 기준 전압(Vcom)을 공급할 수 있다.
전원 공급부(150)는, 기준 전압선들(P1~Pm)과의 연결을 위하여, 센서 기판(SS) 상에 직접 실장되거나, 연성 회로 기판 등과 같은 별도의 구성 요소를 통해 센서 기판(SS)과 연결될 수 있다.
도 1에서는 센서 주사 구동부(130), 리드 아웃 회로(140), 및 전원 공급부(150)를 개별적으로 도시하였으나, 상기 구성 요소들 중 적어도 일부는 필요에 따라 통합될 수 있다.
또한, 센서 주사 구동부(130), 리드 아웃 회로(140), 및 전원 공급부(150)는 칩 온 글래스(Chip On Glass), 칩 온 플라스틱(Chip On Plastic), 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package), 칩 온 필름(Chip On Film) 등과 다양한 방식에 의하여 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서 화소를 나타내는 평면도이다. 특히, 도 3에서는 설명의 편의를 위하여 제i 센서 주사선(SSi) 및 제j 출력선(Oj)과 연결된 화소를 도시하기로 한다. (여기서, i는 2이상의 정수이며, j는 자연수이다.)
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 센서 화소(SP)는 센서 전극(300), 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 제3 트랜지스터(T3), 및 커패시터 전극(350)을 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 제j 출력선(Oj)으로 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 이를 위하여, 제1 트랜지스터(T1)는 제j 출력선(Oj)과 제2 트랜지스터(T2) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극(323)과 연결되는 제1 전극(312), 제j 출력선(Oj)과 연결되는 제2 전극(313), 센서 전극(300)과 연결되는 게이트 전극(314), 및 상기 제1 전극(312) 및 상기 제2 전극(313) 사이에 연결되는 반도체층(311)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극(314), 제1 전극(312), 및 제2 전극(313)은 각각 컨택홀(CH1, CH2, CH3)을 통하여 다른 구성요소와 연결될 수 있다.
따라서, 제1 트랜지스터(T1)는 센서 전극(300)의 전위에 대응하여 제j 출력선(Oj)으로 출력되는 출력 전류(Io)를 제어할 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 제j 기준 전압선(Pj)과 제1 트랜지스터(T1) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제2 트랜지스터(T2)는 제j 기준 전압선(Pj)과 연결되는 제1 전극(322), 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극(312)과 연결되는 제2 전극(323), 제i 센서 주사선(SSi)과 연결되는 게이트 전극(324), 및 상기 제1 전극(322)과 상기 제2 전극(323) 사이에 연결되는 반도체층(321)을 포함할 수 있다.
또한, 제2 트랜지스터(T2)의 제1 전극(322) 및 제2 전극(323)은 각각 컨택홀(CH4, CH5)을 통하여 다른 구성요소와 연결될 수 있다.
따라서, 제2 트랜지스터(T2)는 제i 센서 주사선(SSi)으로 센서 주사 신호가 공급되는 경우 턴-온될 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되는 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극(312)으로는 기준 전압(Vcom)이 인가될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 제j 기준 전압선(Pj)과 센서 전극(300) 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제3 트랜지스터(T3)는 제j 기준 전압선(Pj)에 연결되는 제1 전극(332), 센서 전극(300)에 연결되는 제2 전극(333), 제i-1 센서 주사선(SSi-1)에 연결되는 게이트 전극(334), 및 상기 제1 전극(332)과 상기 제2 전극(333) 사이에 연결되는 반도체층(331)을 포함할 수 있다.
또한, 제3 트랜지스터(T3)의 제1 전극(332) 및 제2 전극(333)은 각각 컨택홀(CH6, CH7)을 통하여 다른 구성요소와 연결될 수 있다.
따라서, 제3 트랜지스터(T3)는 제i-1 센서 주사선(SSi-1)으로 센서 주사 신호가 공급되는 경우 턴-온될 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온되는 경우, 센서 전극(300)의 전압은 기준 전압(Vcom)으로 초기화될 수 있다.
커패시터 전극(350)은 센서 전극(300)과 중첩하여 위치할 수 있으며, 이에 따라 센서 전극(300)과 함께 커패시터를 형성할 수 있다.
또한, 커패시터 전극(350)은 제i 센서 주사선(SSi)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 전극(350)은 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극(324)을 통해 제i 센서 주사선(SSi)과 연결될 수 있다.
이때, 커패시터 전극(350)과 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극(324)은 제i 센서 주사선(SSi)과 동일 물질로 형성될 수 있다.
센서 전극(300)은 커패시터 전극(350) 및 사용자의 손가락 등과 커패시터를 형성할 수 있다.
또한, 센서 전극(300)은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 재료로는 금속, 이들의 합금, 도전성 고분자, 투명 도전성 물질 등이 사용될 수 있다.
상기 금속으로는 구리, 은, 금, 백금, 팔라듐, 니켈, 주석, 알루미늄, 코발트, 로듐, 이리듐, 철, 루테늄, 오스뮴, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 니오브, 탄탈, 타이타늄, 비스머스, 안티몬, 납 등을 예로 들 수 있다.
또한, 상기 도전성 고분자로는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리페닐렌계 화합물 및 이들의 혼합물 등을 예로 들 수 있으며, 특히 폴리티오펜계 중에서도 PEDOT/PSS 화합물을 사용할 수 있다.
상기 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀 (graphene) 등을 예로 들 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 센서 보호층을 상세하게 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 4a는 센서 화소(SP), 센서 기판(SS)의 상측에 형성된 접착 부재(AM) 및 센서 보호층(200)을 도시한다. 도 4b는 도 4a에 도시된 센서 보호층(200)의 I1-I1' 선에 따른 단면도이다.
도 4a에는 설명의 편의를 위하여 센서 기판(SS)과 센서 보호층(200)이 서로 이격된 것으로 도시된다.
또한, 도 4b에는 설명의 편의를 위하여 도 3에 도시된 센서 화소(SP)의 구성 요소들 중 센서 전극(300)만이 도시되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 센서 보호층(200)은 제1 영역(R1) 및 제1 영역(R1)의 가장자리 방향으로 연장된 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(R1)은 센서 전극(300) 상에 위치한 영역이고, 제2 영역(R2)은 센서 전극(300)의 주변부 상에 위치한 영역일 수 있다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라, 제2 영역(R2)의 일부는 센서 전극(300)과 중첩될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제1 영역(R1)의 일부는 센서 전극(300)의 주변부와 중첩될 수 있다.
센서 보호층(200)은 고경도의 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 센서 보호층(200)의 경도(hardness)는 8H 이상 10H 이하일 수 있다. 상술한 경도는 모스(Mohs) 경도계에 따른 경도를 의미한다.
또한, 센서 보호층(200)은 고투과율 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 센서 보호층(200)의 투과율은 90% 이상, 100% 이하일 수 있다.
아래에서는 유전율에 대하여 간략히 설명한다.
[수학식 1]
C = E*A/d,
C는 정전 용량(capacitance), E는 유전율(permittivity), A는 전극 판의 넓이(area), d는 전극 판 사이의 거리(distance)를 의미한다.
[수학식 2]
Er=E/E0,
Er은 비유전율(dielectric　constant), E는 유전율, E0는 진공의 유전율로서, 8.854185×10^(-12)F/m(상온, 1kHz 주파수)을 갖는다.
구체적으로, 유전율은 온도 또는 주파수에 따라 변하나, 그에 대한 상세한 내용은 생략한다.
예컨대, 다결정질 질화 실리콘(Silicon nitride)은 상온, 1MHz 주파수 조건에서, 7 내지 8 범위의 비유전율을 가질 수 있다.
예컨대, 티타늄산바륨(BaTiO3)은 상온, 1kHz 주파수 조건에서, 1200 이상의 비유전율을 가질 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 유전율을 가질 수 있다. 제1 유전율은 제2 유전율 대비 고유전율을 의미할 수 있다. 예컨대, 제1 유전율은 상온, 1MHz 주파수 조건에서, 7 이상 범위의 비유전율일 수 있다.
제2 영역(R2)은 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있다. 제2 유전율은 제1 유전율 대비 저유전율을 의미할 수 있다. 예컨대, 제2 유전율은 상온, 1MHz 주파수 조건에서, 1 이상 7 미만 범위의 비유전율일 수 있다.
제1 영역(R1)은 무기 충전제를 제1 비율만큼 포함할 수 있다. 제1 비율은 센서 보호층(200)의 제1 영역(R1)을 형성하는 수지(resin) 대비 무기 충전제의 부피비 또는 질량비를 의미할 수 있다. 제1 비율은 제1 영역(R1)이 제1 유전율을 갖도록 하기 위해 적절한 값으로 설정될 수 있다.
제2 영역(R2)은 무기 충전제를 상기 제1 비율보다 낮은 제2 비율만큼 포함할 수 있다. 제2 비율은 센서 보호층(200)의 제2 영역(R2)을 형성하는 수지(resin) 대비 무기 충전제의 부피비 또는 질량비를 의미할 수 있다. 제2 비율은 제2 영역(R2)이 제2 유전율을 갖도록 하기 위해 적절한 값으로 설정될 수 있다.
예컨대, 무기 충전제는 티타늄산바륨(BaTiO3), 알루미나(Al2O3), 산화티타늄(TiO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 센서 화소의 단면도이다. 도 5a 및 도 5b는 센서 전극과 관련된 제2 커패시터의 정전 용량이 지문의 융선 및 골에 따라 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
특히, 도 5a에서는 센서 화소(SP) 상에 손가락(400)의 융선(410)이 위치한 경우를 도시하였고, 도 5b에서는 센서 화소(SP) 상에 손가락(400)의 골(420)이 위치한 경우를 도시하였다.
도 4a 내지 도 5b를 참고하면, 센서 전극(300) 상에는 센서 보호층(200)의 제1 영역(R1)이 위치할 수 있으며, 센서 보호층(200)은 사용자의 터치를 입력받는 면으로써 사용될 수 있다.
또한, 설명의 편의를 위하여, 도 5a 및 도 5b에는 인접한 센서 전극(300')도 같이 도시된다.
센서 전극(300)과 커패시터 전극(350)은 제1 커패시터(C1)를 형성할 수 있다. 센서 전극(300)과 커패시터 전극(350)은 서로 이격되어 위치할 수 있으며, 그 사이에는 적어도 하나의 절연층(미도시)이 위치할 수 있다.
또한, 지문 인식을 위해 사용자의 손가락(400)이 센서 화소(SP) 상에 위치하는 경우, 센서 전극(300)과 손가락(400)은 제2 커패시터(C2)를 형성할 수 있다.
이때, 제2 커패시터(C2)는 가변 커패시터로서, 제2 커패시터(C2)의 정전 용량은 센서 전극(300) 상에 지문의 융선(410) 또는 골(420)이 위치하는지 여부에 따라 변화될 수 있다.
즉, 융선(410)과 센서 전극(300)의 거리는 골(420)과 센서 전극(300) 사이의 거리보다 짧으므로, 도 5a와 같이 융선(410)이 센서 전극(300) 상에 위치한 경우의 제2 커패시터(C2)의 정전 용량과, 도 5b와 같이 골(420)이 센서 전극(300) 상에 위치한 경우의 제2 커패시터(C2)의 정전 용량은 서로 차이가 나게 된다.
도 1 내지 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제2 커패시터(C2)의 정전 용량의 변화는 센서 화소(SP)의 출력 전류(Io)에도 영향을 미치게 되므로, 리드 아웃 회로(140)는 출력 전류(Io)의 변화량을 감지하여 사용자의 지문 또는 장문을 인식할 수 있다.
한편, 인접한 센서 전극(300')과 손가락(400)은 제3 커패시터(C3)를 형성할 수 있다. 이때, 제3 커패시터(C3)는 가변 커패시터로서, 의도하지 않게 발생한 커패시터일 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 인접한 센서 전극(300')은 제3 커패시터(C3)로 인하여, 손가락(400)의 융선(410) 또는 골(420)을 감지하지 못할 수 있다. 이는 지문 센서(100)의 감지 불량을 초래할 수 있다.
이러한 현상을 방지하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서(100)는 센서 전극(300) 상에 고유전율을 갖는 제1 영역(R1)을 위치시킬 수 있고, 센서 전극(300) 및 인접한 센서 전극(300')의 사이의 상에 저유전율을 갖는 제2 영역(R2)을 위치시킬 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 융선(410) 또는 골(420)과 센서 전극(300) 사이에 고유전율을 갖는 제1 영역(R1)이 위치하는 경우, 수학식 1에 의해 계산되는 제2 커패시터(C2)의 정전 용량은 커질 수 있다.
마찬가지로, 융선(410) 또는 골(420)과 인접한 센서 전극(300') 사이에 저유전율을 갖는 제2 영역(R2)이 위치하는 경우, 수학식 1에 의해 계산되는 제3 커패시터(C3)의 정전 용량은 작아질 수 있다.
따라서, 제2 커패시터(C2)의 정전 용량의 제3 커패시터(C3)의 정전 용량에 대한 비율이 상대적으로 증가할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서(100)는 향상된 센싱 감도를 가질 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 센서 화소의 등가 회로의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
특히, 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 제i 센서 주사선(SSi), 제i-1 센서 주사선(SSi-1) 및 제j 출력선(Oj)과 연결된 센서 화소(SP)를 도시하기로 한다. 또한, 도 7에서는 제i-1 센서 주사선(SSi-1)에 공급되는 센서 주사 신호와 제i 센서 주사선(SSi)에 공급되는 센서 주사 신호를 도시하였다.
도 6을 참조하면, 센서 화소(SP)는 센서 전극(300), 커패시터 전극(350), 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 및 제3 트랜지스터(T3)를 포함할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 센서 전극(300)과 커패시터 전극(350)은 제1 커패시터(C1)를 구성할 수 있으며, 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 및 제3 트랜지스터(T3)는 센서 회로(SC)를 구성할 수 있다.
또한, 제2 커패시터(C2)는 가변 커패시터로서, 앞서 살펴본 바와 같이 센서 전극(300)과 손가락(400)으로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 커패시터(C2)의 정전용량은 센서 전극(300)과 손가락(400) 사이의 거리, 센서 전극(300) 상에 지문의 골 또는 융선이 위치하는지 여부, 터치에 의한 압력의 세기 등에 따라 변화될 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 제j 출력선(Oj)으로 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 이를 위하여, 제1 트랜지스터(T1)는 제j 출력선(Oj)과 제2 트랜지스터(T2) 사이에 연결될 수 있다.
다시 말해, 제1 트랜지스터(T1)는 제j 출력선(Oj)과 제1 노드(N1) 사이에 연결되며, 게이트 전극이 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1 트랜지스터(T1)는 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극과 연결되는 제1 전극, 제j 출력선(Oj)과 연결되는 제2 전극, 및 센서 전극(300)과 연결되는 게이트 전극을 포함할 수 있다.
제2 트랜지스터(T2)는 제j 기준 전압선(Pj)과 제1 트랜지스터(T1) 사이에 연결될 수 있다.
다시 말해, 제2 트랜지스터(T2)는 제j 기준 전압선(Pj)과 제1 노드(N1) 사이에 연결되며, 게이트 전극이 제i 센서 주사선(SSi)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제2 트랜지스터(T2)는 제j 기준 전압선(Pj)과 연결되는 제1 전극, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 연결되는 제2 전극, 및 제i 센서 주사선(SSi)과 연결되는 게이트 전극을 포함할 수 있다.
따라서, 제2 트랜지스터(T2)는 제i 센서 주사선(SSi)으로 센서 주사 신호가 공급되는 경우 턴-온될 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되는 경우, 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극으로는 기준 전압(Vcom)이 인가될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 제j 기준 전압선(Pj)과 센서 전극(300) 사이에 연결될 수 있다.
다시 말해, 제3 트랜지스터(T3)는 제2 노드(N2)와 제j 기준 전압선(Pj) 사이에 연결되며, 게이트 전극이 제i-1 센서 주사선(SSi-1)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제3 트랜지스터(T3)는 제j 기준 전압선(Pj)에 연결되는 제1 전극, 센서 전극(300)에 연결되는 제2 전극, 및 제i-1 센서 주사선(SSi-1)에 연결되는 게이트 전극을 포함할 수 있다.
따라서, 제3 트랜지스터(T3)는 제i-1 센서 주사선(SSi-1)으로 센서 주사 신호가 공급되는 경우 턴-온될 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온되는 경우, 센서 전극(300)의 전압은 기준 전압(Vcom)으로 초기화될 수 있다.
커패시터 전극(350)은 센서 전극(300)과 중첩하여 위치할 수 있으며, 이에 따라 센서 전극(300)과 함께 제1 커패시터(C1)를 형성할 수 있다.
또한, 커패시터 전극(350)은 제i 센서 주사선(SSi)과 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 커패시터(C1)는 제2 노드(N2)와 제i 센서 주사선(SSi) 사이에 연결될 수 있다.
또한, 제2 커패시터(C2)는 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다.
제1 노드(N1)는 제1 트랜지스터(T1)의 제1 전극과 제2 트랜지스터(T2)의 제2 전극이 공통적으로 접속되는 노드이며, 제2 노드(N2)는 센서 전극(300), 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전극, 및 제3 트랜지스터(T3)의 제2 전극이 공통적으로 접속되는 노드이다.
여기서, 트랜지스터들(T1, T2, T3)의 제1 전극은 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나로 설정되고, 트랜지스터들(T1, T2, T3)의 제2 전극은 제1 전극과 다른 전극으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극이 소스 전극으로 설정되면 제2 전극은 드레인 전극으로 설정될 수 있다.
또한, 도 6에서는 예시적으로 트랜지스터들(T1, T2, T3)이 PMOS 트랜지스터인 것으로 도시하였으나, 다른 실시예에서는 트랜지스터들(T1, T2, T3)이 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 센서 화소의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 7을 참조하면, 제1 기간(P1) 동안 제i-1 센서 주사선(SSi-1)으로 센서 주사 신호가 공급될 수 있다.
따라서, 제1 기간(P1)에서는 제3 트랜지스터(T3)가 온 상태를 유지할 수 있으며, 제2 노드(N2)는 제j 기준 전압선(Pj)으로부터 인가되는 기준 전압(Vcom)으로 초기화될 수 있다.
그 후, 제2 기간(P2) 동안 제i 센서 주사선(SSi)으로 센서 주사 신호가 공급될 수 있다.
따라서, 제2 기간(P2)에서는 제2 트랜지스터(T2)가 온 상태를 유지할 수 있으며, 제j 기준 전압선(Pj)으로부터 제2 트랜지스터(T2)와 제1 트랜지스터(T1)를 통해 제j 출력선(Oj)으로 출력 전류(Io)가 흐를 수 있다.
이때, 제1 트랜지스터(T1)는 게이트 전압(제2 노드(N2)의 전압)에 대응하여 출력 전류(Io)의 양을 제어할 수 있다.
예를 들어, 출력 전류(Io)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전압(Vg)에 따라 변화될 수 있으며, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 전압(Vg)은 하기와 같은 수식에 따라 결정될 수 있다.
Vg = Vcom +{Vc1/(Vc1+Vc2)}*Vs (Vcom은 기준 전압, Vc1은 제1 커패시터(C1)의 정전 용량, Vc2는 제2 커패시터(C2)의 정전 용량, Vs는 제i 센서 주사선(SSi)에 공급된 센서 주사 신호의 전압 변화량)
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c에는 설명의 편의를 위하여 도 3에 도시된 센서 화소(SP)의 구성 요소들 중 센서 전극(300)만이 도시되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8a를 참조하면, 복수의 센서 화소들(SP)은 센서 기판(SS)의 상에 형성될 수 있다. 복수의 센서 화소들(SP) 각각은 센서 전극(300)을 포함할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 접착 부재(AM)는 센서 기판(SS) 및 복수의 센서 화소들(SP) 상에 형성될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 센서 보호층(200)이 생성되고, 접착 부재(AM)에 부착될 수 있다. 즉, 센서 보호층(200)은 센서 기판(SS) 및 복수의 센서 화소들(SP)과 접착 부재(AM)에 의해 결합될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이, 센서 보호층(200)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(R1)은 센서 전극(300) 상에 위치한 영역이고, 제2 영역(R2)은 센서 전극(300)의 주변부 상에 위치한 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 유전율을 가질 수 있다. 제1 유전율은 제2 유전율 대비 고유전율을 의미할 수 있다. 예컨대, 제1 유전율은 상온, 1MHz 주파수 조건에서, 7 이상 범위의 비유전율일 수 있다.
제2 영역(R2)은 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있다. 제2 유전율은 제1 유전율 대비 저유전율을 의미할 수 있다. 예컨대, 제2 유전율은 상온, 1MHz 주파수 조건에서, 1 이상 7 미만 범위의 비유전율일 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서의 제조 방법의 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 9a를 참조하면, 제2 유전율을 갖는 유전층(DL)이 생성 될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 복수의 관통공들(BK)은 유전층(DL)에 형성될 수 있다. 복수의 관통공들(BK)은 유전층(DL)의 적어도 일 영역에 형성될 수 있으며, 각각이 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 관통공들(BK)은 서로 다른 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
복수의 관통공들(BK)이 센서 화소(SP)에 포함된 센서 전극(300) 상에 위치하도록, 유전층(DL)에 복수의 관통공들(BK)이 형성될 수 있다.
예컨대, 복수의 관통공들(BK)은 유전층(DL)이 식각됨으로써 형성된 빈 구멍을 의미할 수 있다. 복수의 관통공들(BK)은 어레이(array) 구조로 배열될 수 있다.
실시예에 따라, 복수의 관통공들(BK)은 빈 구멍의 모양에 따라, 원기둥, 타원기둥 및 직육면체 중 어느 하나의 모양을 가질 수 있다.
실시 예에 따라, 복수의 관통공들(BK)은 모두 동일한 모양을 가질 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 복수의 관통공들(BK)은 서로 다른 모양을 가질 수 있다. 예컨대, 복수의 관통공들(BK) 중 일부는 원기둥 모양으로 형성되고, 나머지는 타원기둥 모양을 가질 수 있으나, 이는 본 발명의 일 예를 설명한 것으로서, 이에 한정되지 않는다.
도 9c를 참조하면, 제1 유전율을 갖는 유전 용액이 복수에 관통공들(BK)에 채워지고, 경화됨으로써, 센서 보호층(200)이 생성될 수 있다.
예컨대, 유전 용액은 광경화 또는 열경화 방식으로 경화될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이, 센서 보호층(200)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(R1)은 센서 전극(300) 상에 위치한 영역이고, 제2 영역(R2)은 센서 전극(300)의 주변부 상에 위치한 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 유전율을 가질 수 있다. 제1 유전율은 제2 유전율 대비 고유전율을 의미할 수 있다.
제2 영역(R2)은 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있다. 제2 유전율은 제1 유전율 대비 저유전율을 의미할 수 있다.
유전 용액 및 제1 영역(R1)은 무기 충전제를 제1 비율만큼 포함할 수 있다. 제1 비율은 센서 보호층(200)의 제1 영역(R1)을 형성하는 수지(resin) 대비 무기 충전제의 부피비 또는 질량비를 의미할 수 있다. 제1 비율은 제1 영역(R1)이 제1 유전율을 갖도록 하기 위해 적절한 값으로 설정될 수 있다.
유전층(DL) 및 제2 영역(R2)은 무기 충전제를 상기 제1 비율보다 낮은 제2 비율만큼 포함할 수 있다. 제2 비율은 센서 보호층(200)의 제2 영역(R2)을 형성하는 수지(resin) 대비 무기 충전제의 부피비 또는 질량비를 의미할 수 있다. 제2 비율은 제2 영역(R2)이 제2 유전율을 갖도록 하기 위해 적절한 값으로 설정될 수 있다.
예컨대, 무기 충전제는 티타늄산바륨(BaTiO3), 알루미나(Al2O3), 산화티타늄(TiO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 센서의 제조 방법의 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 10a를 참조하면, 제1 유전율을 갖는 제1 계층(L1) 및 제2 유전율을 갖는 제2 계층(L2)은 순차적으로 적층될 수 있다. 적층 결과, 제1 적층체(CB1)가 생성될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 제1 적층체(CB1)가 절단됨으로써, 제3 계층(L3)이 생성될 수 있다. 구체적으로, 제1 적층체(CB1)가 적층 방향에 따라 절단됨으로써, 제3 계층(L3)이 생성될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 제2 계층(L2)과 제3 계층(L3)은 순차적으로 적층될 수 있다. 적층 결과, 제2 적층체(CB2)가 생성될 수 있다.
도 10d를 참조하면, 제2 적층체(CB2)가 절단됨으로써, 센서 보호층(200)이 생성될 수 있다. 구체적으로, 제2 적층체(CB2)가 적층 방향에 따라 절단됨으로써, 센서 보호층(200)이 생성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이, 센서 보호층(200)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(R1)은 센서 전극(300) 상에 위치한 영역이고, 제2 영역(R2)은 센서 전극(300)의 주변부 상에 위치한 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 유전율을 가질 수 있다. 제1 유전율은 제2 유전율 대비 고유전율을 의미할 수 있다.
제2 영역(R2)은 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있다. 제2 유전율은 제1 유전율 대비 저유전율을 의미할 수 있다.
제1 계층(L1) 및 제1 영역(R1)은 무기 충전제를 제1 비율만큼 포함할 수 있다. 제1 비율은 센서 보호층(200)의 제1 영역(R1)을 형성하는 수지(resin) 대비 무기 충전제의 부피비 또는 질량비를 의미할 수 있다. 제1 비율은 제1 영역(R1)이 제1 유전율을 갖도록 하기 위해 적절한 값으로 설정될 수 있다.
제2 계층(L2) 및 제2 영역(R2)은 무기 충전제를 상기 제1 비율보다 낮은 제2 비율만큼 포함할 수 있다. 제2 비율은 센서 보호층(200)의 제2 영역(R2)을 형성하는 수지(resin) 대비 무기 충전제의 부피비 또는 질량비를 의미할 수 있다. 제2 비율은 제2 영역(R2)이 제2 유전율을 갖도록 하기 위해 적절한 값으로 설정될 수 있다.
예컨대, 무기 충전제는 티타늄산바륨(BaTiO3), 알루미나(Al2O3), 산화티타늄(TiO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 센서 전극(300)과 센서 보호층(200)의 제1 영역(R1)이 정렬되기 위하여, 도 10d에 도시된 제1 영역(R1)의 면적은 센서 전극(300)의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다.
예컨대, 상기와 같은 크기 조건을 달성하기 위하여, 상기 제1 계층(L1)은 130μm 내지 150μm 범위의 두께를 갖고, 상기 제2 계층(L2)은 20μm 내지 30μm 범위의 두께를 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 지문 센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 10d을 참조하면, 복수의 센서 화소들(SP)은 센서 기판(SS) 상에 형성될 수 있다(S10).
복수의 센서 화소들(SP) 각각은 센서 전극(300)을 포함할 수 있다.
접착 부재(AM)는 센서 기판(SS) 및 복수의 센서 화소들(SP) 상에 형성될 수 있다(S20).
센서 보호층(200)이 생성될 수 있다(S30).
도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이, 센서 보호층(200)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(R1)은 센서 전극(300) 상에 위치한 영역이고, 제2 영역(R2)은 센서 전극(300)의 주변부 상에 위치한 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 유전율을 가질 수 있다. 제1 유전율은 제2 유전율 대비 고유전율을 의미할 수 있다. 예컨대, 제1 유전율은 상온, 1MHz 주파수 조건에서, 7 이상 범위의 비유전율일 수 있다.
제2 영역(R2)은 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있다. 제2 유전율은 제1 유전율 대비 저유전율을 의미할 수 있다. 예컨대, 제2 유전율은 상온, 1MHz 주파수 조건에서, 1 이상 7 미만 범위의 비유전율일 수 있다.
센서 보호층(200)은 접착 부재(AM)에 부착될 수 있다(S40). 즉, 센서 보호층(200)은 센서 기판(SS) 및 복수의 센서 화소들(SP)과 접착 부재(AM)에 의해 결합될 수 있다.
도 12는 도 9a 내지 도 9c에 도시된 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이다.
도 9a 내지 도 9c 및 도 12를 참조하면, 제2 유전율을 갖는 유전층(DL)이 생성 될 수 있다(S110).
복수의 관통공들(BK)은 유전층(DL)에 형성될 수 있다(S120). 복수의 관통공들(BK)이 센서 화소(SP)에 포함된 센서 전극(300) 상에 위치하도록, 유전층(DL)에 복수의 관통공들(BK)이 형성될 수 있다.
예컨대, 복수의 관통공들(BK)은 유전층(DL)이 식각됨으로써 형성된 빈 구멍을 의미할 수 있다.
실시예에 따라, 복수의 관통공들(BK)은 빈 구멍의 모양에 따라, 원기둥, 타원기둥 및 직육면체 중 어느 하나의 모양을 가질 수 있다.
제1 유전율을 갖는 유전 용액이 복수에 관통공들(BK)에 채워지고, 경화됨으로써, 센서 보호층(200)이 생성될 수 있다(S130).
예컨대, 유전 용액은 광경화 또는 열경화 방식으로 경화될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이, 센서 보호층(200)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(R1)은 센서 전극(300) 상에 위치한 영역이고, 제2 영역(R2)은 센서 전극(300)의 주변부 상에 위치한 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 유전율을 가질 수 있다. 제1 유전율은 제2 유전율 대비 고유전율을 의미할 수 있다.
제2 영역(R2)은 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있다. 제2 유전율은 제1 유전율 대비 저유전율을 의미할 수 있다.
도 13은 도 10a 내지 도 10d에 도시된 센서 보호층을 생성하는 단계를 상세하게 나타내는 순서도이다.
도 10a 내지 도 10d 및 도 13을 참조하면, 제1 유전율을 갖는 제1 계층(L1) 및 제2 유전율을 갖는 제2 계층(L2)은 순차적으로 적층될 수 있다. 적층 결과, 제1 적층체(CB1)가 생성될 수 있다(S210).
제1 적층체(CB1)가 절단됨으로써, 제3 계층(L3)이 생성될 수 있다(S220). 구체적으로, 제1 적층체(CB1)가 적층 방향에 따라 절단됨으로써, 제3 계층(L3)이 생성될 수 있다.
제2 계층(L2)과 제3 계층(L3)은 순차적으로 적층될 수 있다(S230). 적층 결과, 제2 적층체(CB2)가 생성될 수 있다.
제2 적층체(CB2)가 절단됨으로써, 센서 보호층(200)이 생성될 수 있다(S240). 구체적으로, 제2 적층체(CB2)가 적층 방향에 따라 절단됨으로써, 센서 보호층(200)이 생성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이, 센서 보호층(200)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.
제1 영역(R1)은 센서 전극(300) 상에 위치한 영역이고, 제2 영역(R2)은 센서 전극(300)의 주변부 상에 위치한 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 유전율을 가질 수 있다. 제1 유전율은 제2 유전율 대비 고유전율을 의미할 수 있다.
제2 영역(R2)은 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있다. 제2 유전율은 제1 유전율 대비 저유전율을 의미할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 지문 센서
110: 센서부
120: 센서 구동부
200: 센서 보호층
300: 센서 전극
400: 손가락
SS: 센서 기판
SP: 센서 화소
AM: 접착 부재

Claims (20)

  1. 센서 기판;
    사용자의 터치에 대응한 정전 용량 변화를 감지하고, 각각이 센서 전극을 포함하는 복수의 센서 화소들;
    상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들 상에 위치한 접착 부재; 및
    상기 접착 부재에 의해 상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들과 결합되는 센서 보호층을 포함하고,
    상기 센서 보호층은 제1 유전율을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 유전율 보다 작은 제2 유전율을 갖는 제2 영역을 포함하는 갖는 지문 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 센서 전극 상에 위치하고,
    상기 제2 영역은 상기 센서 전극의 주변부 상에 위치하는 지문 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 센서 화소들과 연결되는 센서 주사선들 및 출력선들을 더 포함하고,
    상기 복수의 센서 화소들 중 제i(i는 2이상의 정수) 센서 주사선 및 제j(j는 자연수) 출력선과 연결되는 센서 화소는,
    게이트 전극이 상기 센서 전극에 연결되며, 상기 제j 출력선을 통해 출력되는 전류를 제어하는 제1 트랜지스터;
    게이트 전극이 상기 제i 센서 주사선에 연결되며, 기준 전압선과 상기 제1 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 트랜지스터; 및
    상기 센서 전극과 제1 커패시터를 형성하며, 상기 제i 센서 주사선에 연결되는 커패시터 전극을 포함하는 지문 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서 화소는, 게이트 전극이 제i-1 주사선에 연결되며, 상기 기준 전압선과 상기 센서 전극 사이에 연결되는 제3 트랜지스터를 더 포함하는 지문 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센서 전극은, 상기 터치가 발생한 경우, 상기 사용자의 손가락과 제2 커패시터를 형성하는 지문 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 터치에 대응한 상기 제2 커패시터의 정전 용량 변화를 이용하여, 상기 사용자의 지문 또는 장문을 인식하는 지문 센서.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 센서 주사선들로 센서 주사 신호를 순차적으로 공급하는 센서 주사 구동부; 및
    상기 출력선들을 통해 출력되는 전류를 이용하여 지문 또는 장문을 검출하는 리드 아웃 회로를 더 포함하는 지문 센서.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2 영역의 일부는 상기 센서 전극과 중첩되는 지문 센서.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유전율은 7 이상 범위의 비유전율이고,
    상기 제2 유전율은 1 이상 7 미만 범위의 비유전율인 지문 센서.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역은 무기 충전제를 제1 비율만큼 포함하고,
    상기 제2 영역은 상기 무기 충전제를 상기 제1 비율보다 낮은 제2 비율만큼 포함하는 지문 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 무기 충전제는, 티타늄산바륨(BaTiO3), 알루미나(Al2O3) 및 산화티타늄(TiO) 중 적어도 하나를 포함하는 지문 센서.
  12. 센서 전극을 각각 포함하는 복수의 센서 화소들이 센서 기판 상에 형성되는 단계;
    상기 센서 기판 및 상기 복수의 센서 화소들 상에 접착 부재가 형성되는 단계;
    센서 보호층이 생성되는 단계; 및
    상기 센서 보호층이 상기 접착 부재 상에 부착되는 단계를 포함하고,
    상기 센서 보호층은 제1 유전율을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 유전율 보다 작은 제2 유전율을 갖는 제2 영역을 포함하는 지문 센서의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 센서 전극 상측에 위치하고,
    상기 제2 영역은 상기 센서 전극의 주변부 상측에 위치하는 지문 센서의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 영역은 무기 충전제를 제1 비율만큼 포함하고,
    상기 제2 영역은 상기 무기 충전제를 상기 제1 비율보다 낮은 제2 비율만큼 포함하는 지문 센서의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무기 충전제는, 티타늄산바륨(BaTiO3), 알루미나(Al2O3) 및 산화티타늄(TiO) 중 적어도 하나를 포함하는 지문 센서의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 센서 보호층이 생성되는 단계는,
    제2 유전율을 갖는 유전층이 생성되는 단계;
    상기 유전층에 복수의 관통공들이 형성되는 단계; 및
    상기 복수의 관통공들에 제1 유전율을 갖는 유전 용액이 채워지고, 경화되어, 상기 센서 보호층이 생성되는 단계를 포함하는 지문 센서의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 관통공 어레이는 복수의 관통공들을 포함하고,
    상기 복수의 관통공들 각각은 상기 센서 전극 상측에 위치하는 지문 센서의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 복수의 관통공들은 원기둥, 타원기둥 및 직육면체 중 어느 하나의 모양을 갖는 지문 센서의 제조 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 센서 보호층이 생성되는 단계는,
    상기 제1 유전율을 갖는 제1 계층 및 상기 제2 유전율을 갖는 제2 계층이 순차적으로 적층되는 단계;
    제1 적층체가 절단됨으로써, 제3 계층이 생성되는 단계;
    상기 제2 계층 및 상기 제3 계층이 순차적으로 적층되는 단계; 및
    제2 적층체가 절단됨으로써, 상기 센서 보호층이 생성되는 단계를 포함하는 지문 센서의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 계층은 130μm 내지 150μm 범위의 두께를 갖고,
    상기 제2 계층은 20μm 내지 30μm 범위의 두께를 갖는 지문 센서의 제조 방법.
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