KR20190108289A - 지문 인식 필름 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 플렉서블 구조나 벤딩 구조와 같이 굴곡이 있는 구조에 적용되는 경우에도 들뜸 현상과 같은 불량이 발생하지 않고, 회절 광학 소자의 중심 회절 파장의 변화 등과 같이 성능에 영향을 줄 수 있는 현상이 방지되면서, 내구성과 지문 인식 기능 등이 우수한 지문 인식 필름을 제공할 수 있다.

Description

지문 인식 필름{Fingerprint Recognition Film}
본 출원은 지문 인식 필름 및 그를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
지문 인식 기능은, 각종 모바일 기기, 전자 상거래 또는 인터넷 뱅킹 등과 같이 보안이 요구되는 분야에서 다양하게 사용되고 있다.
지문 인식 방식은, 광학식, 초음파식, 정전용량방식, 전기장 측정방식 또는 열감지 방식 등으로 다양하고, 예를 들면, 광학식 지문 인식 방법은, 지문의 릿지(ridge) 부분에서 산란되는 광을 검출하는 소위 산란 방식 및 지문의 밸리(valley) 부분에 대응하는 지문 접촉부 표면에서 전반사되는 광을 검출하는 소위 전반사 방식 등이 있다.
디스플레이 장치에 적용되어 지문의 인식을 가능하게 하는 각종 광학식 지문 인식 필름이 연구되고 있는데, 이러한 필름이 플렉서블 디스플레이 등에 적용되면, 굴곡이 있는 부분에서 들뜸 현상 등이 발생하여 기능이 떨어지는 문제가 있고, 지문 인식에 중요한 역할을 하는 회절 광학 소자 등의 광학 소자에 중심 파장 시프팅(shifting)과 같은 기능 변화 등이 생기는 문제점이 있다.
본 출원은 지문 인식 필름을 제공한다. 본 출원에서는 지문 인식 기능과 내구 신뢰성이 우수하고, 플렉서블 디스플레이 장치에 적용되는 경우에도 들뜸 등의 불량이 발생하지 않으며, 중심 파장의 시프팅(shifting) 등의 기능 변화 등도 방지되는 지문 인식 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 지문 인식 필름은, 제 1 점착제층; 투명 필름층; 제 2 점착제층; 및 회절 광학 소자를 상기 순서로 포함할 수 있다.
상기 적층 구조의 채용을 통해 목적하는 지문 인식 필름이 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 구조의 채용을 통해 상기 필름에 포함되는 회절 광학 소자의 중심 회절 파장의 시프팅(shifting)을 방지하면서, 내구성과 지문 인식 기능이 좋고, 플렉서블 장치에 적용되는 경우에도 들뜸 등의 발생이 없는 필름을 제공할 수 있다. 일반적으로 회절 광학 소자는 회절 격자를 구성하는 소재의 종류, 제조 방법 및 굴절률 등에 따라 회절시키는 광에 대한 선택성을 가지는데, 상기 중심 회절 파장은, 상기 회절 광학 소자의 회절 효율이 최대인 지점의 파장을 의미할 수 있다. 이러한 중심 회절 파장은, 회절 광학 소자의 수축 또는 팽창이나, 외부 물질의 영향 등에 의해 변화할 수 있는데, 최초에 설계된 중심 회절 파장이 변화하게 되면, 지문 인식 기능이 저하될 수 있다. 그렇지만, 본 출원의 지문 인식 필름은 회절 광학 소자의 중심 회절 파장의 변화를 최소한으로 억제하여, 우수한 내구성을 나타낼 수 있다.
일 예시에서 상기 지문 인식 필름에 포함되는 제 1 및 제 2 점착제층 중의 적어도 하나는 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 점착제층이고, 다른 하나는 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 점착제층일 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 점착제층은, 굴절률이 1.42를 초과하고, 제 2 점착제층은, 굴절률이 1.42 이하일 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 굴절률은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 기준 파장 589 nm에 대해서 측정한 상온에서의 굴절률이다. 용어 상온은, 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도를 의미하고, 예를 들면, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 25℃ 또는 약 23℃ 정도의 온도일 수 있다. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 언급하는 온도의 단위는 ℃이다.
제 1 점착제층의 굴절률은, 다른 예시에서 약 1.45 내지 1.50의 범위 내일 수 있고, 제 2 점착제층의 굴절률은 다른 예시에서 약 1.32 내지 1.42의 범위 내, 약 1.35 내지 1.42의 범위 내 또는 약 1.40 내지 약 1.42의 범위 내일 수 있다.
제 1 및 제 2 점착제층으로는, 상기와 같은 범위의 굴절률을 가지는 것이라면, 특별한 제한 없이 통상의 광학적으로 투명한 점착제층이 적용될 수 있다. 광학적으로 투명한 점착제는 소위 OCA(Optically Clear Adhesive)라는 명칭으로 알려져 있다.
예를 들면, 상기 제 1 점착제층으로는 아크릴계 OCA, 즉 광학적으로 투명한 아크릴계 점착제층을 사용할 수 있다. 아크릴계 점착제층은, 통상 탄소수가 1 내지 12의 범위 내인 알킬기를 가지는 알킬 (메타)아크릴레이트 단위와 가교성 관능기로서, 히드록시기 또는 카복실기 등을 가지는 공중합성 단량체 단위를 가지는 중합체를 이소시아네이트계 가교제, 에폭시계 가교제, 아지리딘계 가교제 또는 금속 킬레이트 가교제 등으로 가교시켜 얻어지는데, 이러한 통상의 아크릴계 OCA는 굴절률이 약 1.47 정도이다. 또한, 2-페닐에틸 아크릴레이트 등의 방향족기를 가지는 단량체 단위, 바이페닐기를 가지는 단량체 단위를 상기 중합체에 도입하거나, 무기물인 지르코늄 카복시에틸 아크릴레이트 등을 도입 또는 블렌딩함으로써 그 굴절률을 증가시키거나, 반대로 불소 계열의 관능기나 첨가제를 도입함으로써 그 굴절률을 낮춘 아크릴 OCA도 알려져 있다. 본 출원에서는 상기와 같은 공지의 아크릴계 OCA 중에서 목적하는 굴절률을 가지는 적정한 종류를 선택하여 사용할 수 있다.
본 출원에서 상기 제 1 점착제층의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 약 20㎛ 내지 300㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 제 1 점착제층의 두꼐는, 다른 예시에서 30㎛ 이상, 40㎛ 이상, 50㎛ 이상, 60㎛ 이상, 70㎛ 이상, 80㎛ 이상, 90㎛ 이상, 100㎛ 이상, 110㎛ 이상, 120㎛ 이상, 130㎛ 이상 또는 140㎛ 이상이거나, 300㎛ 이하, 280㎛ 이하, 260㎛ 이하, 240㎛ 이하, 220㎛ 이하 또는 200㎛ 이하일 수 있다. 이러한 범위는 후술하는 지문 인식 필름의 적용 상태에서 상기 제 1 점착제층의 상부에 데코 필름이나 유리 기판 등의 다른 요소들이 부착될 때에, 상기 다른 요소의 안정적인 부착을 가능하게 할 수 있다.
제 2 점착제층으로도, 소위 OCA(Optically Clear Adhesive)라는 명칭으로 알려져 있는 광학적으로 투명한 점착제층 중에서 상기 언급된 범위의 굴절률을 나타내는 것을 선택하여 사용할 수 있다.
통상적으로 알려진 실리콘계 OCA, 즉 광학적으로 투명한 실리콘계 점착제층은, 상기 언급된 범위의 굴절률을 나타낼 수 있는 OCA이다. 일반적으로 실리콘계 OCA의 굴절률은 약 1.41 정도의 범위에서 설정되어 있다. 따라서, 본 출원에서 상기 제 2 점착제층으로는 실리콘계 점착제를 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 출원에서는 광학적으로 투명하고, 상기 언급된 범위의 굴절률을 나타내는 것이라면 어떤 종류도 적용할 수 있다.
일 예시에서 제 2 점착제층의 두께는 10 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내 일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 두께는, 다른 예시에서 약 10 ㎛ 이상, 12 ㎛ 이상, 14 ㎛ 이상, 16 ㎛ 이상, 18 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 22 ㎛ 이상, 24 ㎛ 이상 또는 25 ㎛ 이상일 수 있으며, 200 ㎛ 이하, 190 ㎛ 이하, 180 ㎛ 이하, 170 ㎛ 이하, 160 ㎛ 이하 또는 150 ㎛ 이하일 수 있다.
본 출원에서 상기 제 1 및 제 2 점착제층의 사이에 위치하는 투명 필름층은, 상대적으로 굴절률이 높은 제 1 점착제층의 영향으로 회절 광학 소자의 중심 회절 파장의 변화 등이 발생하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 상기 투명 필름층의 굴절률은 특별하게 제한되지는 않지만, 가급적 상기 제 1 점착제층과 동등하거나, 그 이상이면서, 제 2 점착제층에 비해서 지나치게 많이 크지 않은 정도가 적절할 수 있다. 이에 의해 지문 인식 성능이 개선될 수 있다. 상기 투명 필름층으로는, 예를 들면, 굴절률이 약 1.41 내지 1.60의 범위 내인 것을 사용할 수 있다. 투명 필름층으로는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리부틸렌테레프탈레이트 필름 또는 폴리카보네이트 필름 등의 폴리에스테르 필름, 폴리테트라플로오루에틸렌 필름 등의 불소 고분자 필름, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 아크릴 필름, 폴리부텐 필름, 폴리부타디엔 필름, 염화비닐 공중합체 필름, 폴리우레탄 필름, 에틸렌-비닐 아세테이트 필름, 에틸렌-프로필렌 공중합체 필름, 에틸렌-아크릴산 에틸 공중합체 필름, 에틸렌-아크릴산 메틸 공중합체 필름, 폴리아미드 필름 또는 폴리이미드 필름 등이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 투명 필름층의 두께는, 예를 들면, 약 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위 내 일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 지문 인식 필름의 성능 등을 고려하여 적절하게 변경될 수 있다.
지문 인식 필름은 상기 회절 광학 소자의 하부에 저굴절층을 추가로 포함할 수 있다. 상기에서 회절 광학 소자의 하부는 상기 제 2 점착제층이 존재하는 회절 광학 소자의 면과는 반대측의 면 방향을 의미하고, 따라서 상기 저굴절층이 포함되면, 상기 제 2 점착제층과 상기 저굴절층 사이에 상기 회절 광학 소자가 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의해서 광학식 지문 인식이 가능할 수 있다. 상기 저굴절층은, 상기 제 2 점착제층과 동일한 점착제층일 수 있다.
본 출원의 지문 인식 필름 내에서는 외부 광원으로부터 유래하는 광이 서로 다른 각도의 2개 광선으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 광선 중 하나는 상기 지문 인식 필름 내에서 항상 전반사되고 있을 수 있으며(이하, 이러한 광선을 제 1 광선 또는 광 A로 호칭할 수 있다.), 다른 하나의 광선은 상기 지문 인식 필름 내에서 전반사되지 않도록 설계될 수 있다(이하, 이러한 광선을 제 2 광선 또는 광 B로 호칭할 수 있다.). 도 1은, 본 출원의 일 예시에 따라서 상기 지문 인식 필름이 디스플레이 장치 또는 센서와 조합되어 지문 인식 기능을 나타내는 경우를 보여주는 도면이고, 도 1에서 제 1 광선은 광 A로 표시되고, 제 2 광선은 광 B로 표시되어 있다. 도 1과 같이 제 1 광선(광 A)는, 회절 광학 소자 내에서 전반사될 수 있으며, 제 2 광선(광 B)은, 지문 인식 필름 외부에서 접촉하는 물질(지문)의 패턴에 따라 지문 인식 필름 표층에서 전반사 여부가 결정되고, 전반사된 후에는 지문 인식 필름 하부에 도달하거나 이를 투과하여, 지문 인식 필름 하부에 위치하는 센서에서 식별될 수 있다. 또한, 본 출원에서 지문 인식 필름의 표층은, 공기와 접하는 필름의 상면이거나, 지문과 같이 패턴을 갖는 물체와 직접 또는 간접적으로 접하는 필름의 상면일 수 있다.
도면과 같이 일 에시에서 회절 광학 소자는 제 1 및 제 2 광제어부를 포함할 수 있다. 상기 광제어부들은 특정 각도로 입사되는 광에 대해서만 소정의 기능을 수행하도록 마련된 구성이다.
그에 따라, 하기 설명되는 바와 같이, 제 1 광제어부는, 상기 제 1 광선을 생성하도록 구성될 수 있고, 제 2 광제어부는, 제 2 광선을 생성하도록 구성될 수 있다.
도면에서와 같이 제 1 광제어부는, 상기 저굴절층을 거쳐서 제 1 광제어부 하면으로 제 1 각도(θ0)로 입사된 광을 상기 제 1 각도(θ0)와 상이한 제 2 각도(θA)를 가지며, 상기 제 2 점착제층을 향하는 광(A)으로 변환할 수 있는 소자일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 2 각도(θA)의 광이 출사되는 제 1 광제어부의 출사면은, 제 1 광제어부의 하면을 제외한 다른 일면 또는 내부 어느 영역 일 수 있다. 본 출원의 지문 인식 필름은, 제 1 광제어부의 측면 및/또는 상면이나, 제 1 광제어부 내부의 어느 영역 및/또는 지점에서 제 2 각도(θA)의 광이 출사할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 2 각도(θA)의 광은, 예를 들어 제 2 점착제층과 회절 광학 소자의 계면과 같은 제 2 점착제층의 하면에서, 그리고 예를 들어 저굴절층과 회절 광학 소자의 계면과 같은 저굴절층의 상면에서 각각 전반사되는 광일 수 있다. 본 출원에서 「계면」이란, 인접한 두 개층 사이의 경계면, 또는 광이 지나가는 경로에 놓인 이종의 매질 간 경계면을 의미할 수 있다. 본 출원에서, 각도는, 수평면에 놓인 지문 인식 필름(또는 입광층이나 입광면)에 대한 법선으로부터 광의 진행 방향이 이루는 각도로서, 그 단위는 도(degree)이고, 0도 초과 내지 90도 미만의 크기를 가질 수 있다. 또한, 광이 갖는 각도는, 광의 진행방향에 따른 각 구성의 상대적인 위치에 따라, 입사각 또는 출사각으로 호칭될 수 있다.
제 2 광제어부는, 예를 들어 제 2 점착제층의 하면에서 전반사되어 제 2 광제어부에 제 2 각도(θA)로 입사된 광을, 제 2 각도(θA)의 광(A) 및 제 2 각도(θA)와 상이한 제 3 각도(θB)의 광(B)로 제 2 점착제층 하면에 출사할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 2 각도(θA)의 광 및 제 3 각도(θB)의 광이 출사되는 제 2 광제어부의 출사면은, 제 2 광제어부의 하면을 제외한 다른 일면 또는 내부 어느 영역 일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 출원의 지문 인식 필름은, 제 2 광제어부의 측면 및/또는 상면이나, 제 1 광제어부 내부의 어느 영역 및/또는 지점에서 제 2 각도(θA)의 광 및 제 3 각도(θB)의 광(B)이 출사될 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 3 각도(θB)의 광은 제 2 점착제층의 하면, 예를 들어 제 2 점착제층과 회절 광학 소자의 계면에서 전반사되지 않고, 제 2 점착제층의 하면 또는 제 2 점착제층을 투과하는 광일 수 있다.
본 출원의 회절 광학 소자는, 광의 각도나 경로 등을 서로 달리 제어할 수 있는 2개 부분으로 구획될 수 있기 때문에, 회절 광학 소자 상에 위치하는 제 2 점착제층을 향하여, 구체적으로는 제 2 점착제층에 대하여, 보다 구체적으로는 제 2 점착제층의 하면에 대하여, 각도가 서로 상이한 2개의 광(A 및 B)을 제공(출사)할 수 있다.
일 예시에서 본 출원의 지문 인식 필름은, 제 1 광제어부로부터 제 2 점착제층을 향하여 출사된 제 1 각도(θA)의 광이, 하기 관계식 1 및 2를 만족하여, 제 2 점착제층의 하면 및 저굴절층의 상면 모두에서 전반사될 수 있도록 마련될 수 있다. 상기 제 1 광제어부는, 그 하면에 대하여 제 1 각도(θ0)로 입사된 광을 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 제 2 각도(θA)의 광으로 변환하여, 회절 광학 소자의 상면 또는 제 2 점착제층 하면을 향하여 출사할 수 있다. 하기 설명되는 관계식은 스넬의 법칙을 이용하여 얻을 수 있다.
[관계식 1]
θA > (180도/π) × sin-1(n2/n3)
관계식 1은, 회절 광학 소자에서 제 2 점착제층으로 진행하는 제 1 각도(θA)의 광이, 제 2 점착제층의 하면, 예를 들어, 회절 광학 소자와 제 2 점착제층의 계면에서 전반사하는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 1에서, n2는 제 2 점착제층의 굴절률이고, n3는 회절 광학 소자 중 제 1 광제어부 또는 제 2 광제어부의 굴절률이며, n3는 n2 보다 크다.
[관계식 2]
θA > (180도/π) × sin-1(n4/n3)
관계식 2는, 관계식 1을 만족하는 광이 제 2 점착제층의 하면에서 전반사되어 회절 광학 소자에 입사된 후 저굴절층을 향하는 경우에, 저굴절층의 상면, 예를 들어 저굴절층과 회절 광학 소자의 계면에서 전반사하는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 관계식 2에서, n3는 회절 광학 소자 중 제 1 광제어부 또는 제 2 광제어부의 굴절률이고, n4는 제 2 점착제층의 굴절률이고, n3는 n4 보다 크다.
본 출원의 지문 인식 필름은, 소정의 적층 구조 내에서 항상 전반사하는 전반사광이 존재할 수 있도록 마련될 수 있다. 본 출원에서, 제 2 각도(θA)의 광은 지문의 접촉 여부와는 무관하게 항상 전반사가 이루어지는 광이므로, 지문 인식 필름 내에서 그 광량이 일정 수준으로 유지될 수 있다. 그리고, 하기 설명되는 바와 같이 지문인식에 사용되는 각도(θB ')의 광(제 2 광선)은, 각도(θA)인 전반사광이 변환된 각도(θB)의 광에서 기인하므로, 지문 이미지를 생성하기 위한 각도(θB ')의 광 역시 지문 접촉 유무에 관계 없이 지문 인식 필름 내에서 그 광량이 일정하게 유지될 수 있다.
제 2 광제어부는, 제 2 점착제층의 하면과 저굴절층의 상면에서 전반사되어 제 2 광제어부에 제 2 각도(θA)로 입사된 광을, 제 2 광제어부의 상면 또는 제 2 점착제층의 하면을 향해, 제 2 각도(θA)의 광(A) 및 제 2 각도(θA)와 상이한 제 3 각도(θB)의 광(B)로 출사할 수 있다. 즉, 상기 제 2 광제어부는 각도(θA)인 광(A)의 일부를 각도 (θB)인 광(B)로 변환시킬 수 있다. 상기 변환의 정도, 즉, θA로 입사된 광(A)가 θB인 광(B)로 변환되어 출사되는 비율은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 0% 초과 내지 100% 미만 범위에서 적절히 조절될 수 있다. 이때, θA 및 θB 는, 제 1 광제어부에서 출사된 광 및 제 2 광제어부에서 출사된 광 각각이, 입사면인 제 2 점착제층 하면에 대해서 갖는 (입사)각도일 수 있다. 본 출원에서, 제 3 각도(θB)의 광은, 지문의 접촉 여부와는 무관하게 상기 제 2 광제어부에 의해 생성된다.
본 출원에서, 상기 제 2 광제어부에 의해 생성되는 제 3 각도(θB)의 광은, 하기 설명되는 바와 같이, 지문인식에 사용될 수 있다. 지문인식에 사용되기 위해서는 제 2 광제어부에서 출사된 제 3 각도(θB)의 광이 상기 지문 인식 필름 내에서 전반사되지 않고, 제 2 점착제층을 투과하여 지문이 접하는 지문 인식 필름의 표층에 도달하여야 한다.
제 3 각도(θB)와 관련하여, 본 출원의 지문 인식 필름은, 제 2 광제어부에서 출사되는 제 3 각도(θB)의 광이, 하기 관계식 3을 만족하여, 상기 제 2 점착제층을 투과하도록 마련될 수 있다.
[관계식 3]
θB < (180도/π) × sin-1(n2/n3)
관계식 3은, 회절 광학 소자의 제 2 광제어부에서 제 2 점착제층을 향하는 제 3 각도(θB)의 광이, 제 2 점착제층의 하면에서 전반사하지 않는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 관계식 3은, 제 2 광제어부에서 출사된 각도(θB)의 광이 제 2 점착제층의 하면 또는 제 2 점착제층을 투과할 수 있는 조건을 의미한다. 관계식 3에서, n2는 제 2 점착제층의 굴절률이고, n3는 회절 광학 소자 중 제 1 광제어부 또는 제 2 광제어부의 굴절률이고, n3는 n2 보다 크다.
하나의 예시에서, 본 출원의 지문 인식 필름은, 지문이 직접 또는 간접적으로 접촉할 수 있는 투명 필름층을 더 포함할 수 있다. 지문 인식 필름이 투명 필름층을 포함하는 경우, 상기 투명 필름층은 제 1 점착제층 상에 위치할 수 있다. 상기 지문 인식 필름은 투명 필름층, 제 1 점착제층, 투명 필름층, 제 2 점착제층, 회절 광학 소자, 및 저굴절층을 순차로 포함할 수 있다. 특별히 달리 정의하지 않는 이상, 본 출원에서 층의 성질과 관련하여 사용되는 용어 투명은, 380 nm 내지 780 nm 파장의 가시광 영역의 광 중에서 적어도 어느 하나의 광에 대한 투과율 또는 상기 영역에서의 평균 투과율이 65 % 이상, 70 % 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상이고, 약 100% 이하 또는 약 100 % 미만 범위인 경우를 의미할 수 있다.
본 출원은 또한 상기 지문 인식 필름을 포함하는 지문 인식 디바이스에 대한 것이다. 상기 디바이스는, 상기 지문 인식 필름과 광원과 센서를 포함할 수 있다. 상기 디바이스는, 지문 인식 필름과 접하는 지문의 정보가 상기 센서로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 디바이스 내에서 상기 지문 인식 필름은, 상기 광원으로부터의 광이 상기 지문 인식 필름의 저굴절층을 거쳐서 일단 회절 광학 소자의 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부를 상기 순서로 입사될 수 있도록 배치될 수 있다. 상기 구성에 의해서 저굴절층을 거쳐서 상기 제 1 광제어부로 입사된 광은 상기 제 2 점착제층과 회절 광학 소자의 계면과 상기 저굴절층과 회절 광학 소자의 계면에서 항상 전반사될 수 있는 각도(상기 각도 θA)의 광으로 제 2 광제어부로 입사하고, 이러한 광은 지문과 지문 인식 필름의 접촉 유무와는 무관하게 회절 광학 소자 내에서 전반사된다. 그리고 상기 제 2 광제어부는, 입사된 광 중에서 일부의 광은 제 2 광선으로 변환되어 회절 광학 소자에서 제 2 점착제층을 향하여 출사한다. 제 2 광제어부에서 각도 θB 의 광으로 변환되지 않은 θA 의 광은 저굴절층과 회절 광학 소자의 계면에서 전반사된다. 또한, 각도 θB 로 제 2 점착제층 하면에 입사된 광은, 제 2 점착제층을 투과하여 투명 필름층에 입사하면서, 각도 θB 와 상이한 제 4 각도(θB ')의 광으로 변환(굴절)되어 투명 필름층에 입사될 수 있다. 본 출원에서는, 상기 제 4 각도(θB ')의 광이 투명 필름층과 지문의 접촉부인 지문의 릿지(ridge)에서는 투과되고, 투명 필름층과 지문의 비접촉부인 지문의 밸리(valley)에서는 전반사되도록 지문 인식 필름이 구성될 수 있다. 그리고, 지문의 밸리(valley) 부분에서 전반사된 광은, 제 2 점착제층과 회절 광학 소자를 거쳐, 저굴절층에 도달하거나 저굴절층을 투과하여 센서에 인식될 수 있도록 본 출원의 지문 인식 필름이 구성될 수 있다. 지문의 릿지(ridge)에서 상기 제 4 각도(θB')의 광이 투명 필름층의 상면을 투과하는 경우, 투과와 함께 산란 및/또는 반사가 이루어질 수 있다.
본 출원의 발명자는, 지문 인식용 또는 입력용 시트 및 장치와 관련하여, 한국 특허출원 제 10-2017-0147008호에서, 항상 전반사하는 광이 전반사 될 수 있는 계면 중 하나가 지문이 접촉하는 시트의 최상층면, 즉 투명 필름층의 상면이 되는 발명을 제안한 바 있다. 상기 출원에서 제안된 시트 및 장치 역시 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것이지만, 다양한 원인에 의해 전반사하는 광 중 일부가 손실될 수 있다는 문제를 발견하였다. 전반사광을 손실시키는 원인으로는, 투명 필름층의 오염, 투명 필름층과 수분의 접촉, 또는 지문에서 가해지는 압력의 크기 차이를 들 수 있다. 그러나 본 출원에서는, 지문의 접촉 여부와는 무관하게 항상 소정의 적층 구조 내에서 전반사하고, 소정의 경로를 거치면서 지문 식별에 사용되는 각도의 광(θB ')으로 변환될 수 있는 각도(θA)의 전반사광이 전반사하는 계면을 시트의 표층면이 아닌 시트의 내부에 위치시키기 때문에, 투명 필름층의 오염이나 지문의 상태와 같은 외부 요인에 덜 민감한 장점이 있다.
본 출원의 일 구체예에 따르면, 상기와 같은 기능을 수행하기 위해, 본 출원의 지문 인식 필름은 아래와 같이 구성 또는 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 회절 광학 소자는 전술한 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부를포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는 서로 상이한 기능의 회절광학소자를 포함할 수 있고, 상기 회절광학소자는 필름 형태의 홀로그래픽 광학소자(HOE: holographic optical elements)일 수 있다. 홀로그래픽이란, 홀로그램이라 불리는 3차원 상을 재생하기 위해 감광 매질에 간섭 패턴을 기록하는 기술이다. 또한, 홀로그래픽 필름은, 홀로그래픽 기록이 기록된 필름을 의미하며, 감광 입자가 매우 작은 필름 상에 기록광을 이용하여 간섭무늬를 기록하고, 재생광을 이용하여 이를 재현할 수 있는 필름을 의미할 수 있다. 홀로그래픽 필름은 기록된 광에 대해서만 기능을 수행하고, 기록된 광 외의 광에 대해서는 요구되는 기능을 수행하지 않을 수 있으므로, 상기 제 1 광제어부 및 상기 제 2 광제어부에 홀로그래픽 필름을 사용하는 경우, 본 출원에서 요구되는 광의 각도, 광로 및/또는 광량을 조절하는데 특히 유리하다.
상기 홀로그래픽 필름은, 기록 매질로서 감광 재료를 포함할 수 있다. 상기 감광 재료로는 포토폴리머(photopolymer), 포토레지스트(photoresist), 실버 팔라이드 에멀젼(silver halide emulsion), 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin), 포토그래픽 에멀젼(photographic emulsion), 포토써모플라스틱(photothermoplastic) 또는 광회절(photorefractive) 재료 등이 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 홀로그래픽 필름은 감광재료로서 포토폴리머를 포함할 수 있으며, 구체적으로는 포로폴리머 만으로 이루어진 필름이거나, 또는 포토폴리머층(photopolymer layer) 및 상기 층에 대한 기재(substrate)를 함께 포함하는 중층 구조의 필름일 수 있다. 이 경우, 포토폴리머와 함께 사용되는 기재는 투명 기재일 수 있고, 예를 들어, 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌 테르프탈레이트(PET), 또는 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 등을 포함하는 기재일 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 광제어부의 회절효율은 서로 동일 또는 상이할 수 있다. 상기 제 1 광제어부는 그 전체 면적에서 동일한 회절 효율을 가질 수 있으며, 상기 제 2 광제어부 역시 그 전체 면적에서 동일한 회절 효율을 가질 수 있고, 이때 각 광제어부가 갖는 회절 효율은 서로 동일 또는 상이할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는, 하나의 층 상에서 기록광의 각도 또는 회절 패턴만을 달리하여 각각 형성된 일부 영역일 수 있다. 또는, 별도로 제작된 제 1 광제어부와 제 2 광제어부가 단일층을 형성할 수 있도록, 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부를 직접 부착하거나 또는 다른 매체를 매개로 부착하여 회절 광학 소자가 형성될 수도 있다.
상기 설명된 투과율을 만족하는 경우라면, 상기 투명 필름층의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 유리 또는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 고분자 수지로는, PC(Polycarbonate), PEN(poly(ethylene naphthalate)) 또는 PET(poly(ethylene terephthalate))와 같은 폴리에스테르 필름, PMMA(poly(methyl methacrylate))와 같은 아크릴 필름, 또는 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene)와 같은 폴리올레핀 필름 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 예시에서, 상기 투명 필름층은 상기 복수의 유리 또는 고분자 수지가 적층된 구성을 가질 수 있다. 이러한 적층 구성을 갖는 경우에도, 본 출원에서 요구되는 기능을 수행하고, 하기 관계식을 만족하도록 투명 필름층이 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 투명 필름층은 경도 강화 필름, 방오 필름, 반사 방지 필름 및 데코 필름으로 구성된 기능성 필름 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명 필름층이 유리와 기능성 필름을 포함하는 경우, 유리가 소위 커버 글라스로서 지문과 접촉하는 지문 인식 필름의 표층에 위치할 수 있고, 상기 기능성 필름은 유리와 제 2 점착제층 사이에 개재될 수 있다. 또는 유리 상부에 상기 기능성 필름 중 어느 하나 이상이 위치할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 경우에도, 상기 투명 필름층은 본 출원에서 설명된 기능을 수행하고, 본 출원에서 규정되는 관계식을 만족하도록 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 저굴절층은, 본 출원에서 규정되는 굴절률과 관계식을 만족하는 점착제층(pressure sensitive adhesive layer)일 수 있다. 구체적으로 상기 저굴절층은, 전술한 제 2 점착제층과 동일한 종류의 저굴절의 OCA일 수 있다.
본 출원에서, 저굴절층, 회절 광학 소자, 제 2 점착제층, 및 투명 필름층 각각은 서로 동일하거나 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 층들은 각각 독립적으로 1 초과 내지 5 이하, 또는 1 초과 내지 3 이하 범위의 굴절률을 가질 수 있으며, 층 간 굴절률 차이는 0.0001 내지 2 이하일 수 있다. 회절 광학 소자의 경우, 본 출원에서 요구되는 기능을 수행할 수 있는 범위에서, 제 1 및 제 2 광제어부의 굴절률은 동일 또는 상이하게 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 2 점착제층의 굴절률은, 상기 회절 광학 소자의 굴절률 및 투명 필름층의 굴절률 보다 작을 수 있다. 마찬가지로, 저굴절층의 굴절률은, 상기 회절 광학 소자의 굴절률 및 투명 필름층의 굴절률 보다 작을 수 있다. 특별히 제한되지는 않으나, 상기 굴절률 관계를 만족하는 경우, 저굴절층과 회절 광학 소자, 또는 저굴절층과 투명 필름층의 굴절률 차이는 0.1 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 투명 필름층은, 회절 광학 소자 보다 굴절률이 높을 수 있다. 특별히 제한되지는 않으나, 상기 굴절률 관계를 만족하는 경우, 투명 필름층과 회절 광학 소자의 굴절률 차이는 0.05 이하일 수 있다.
본 출원에서, 제 2 점착제층, 저굴절층, 회절 광학 소자, 투명 필름층, 또는 그 외 포함될 수 있는 구성의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 출원에서 설명되는 지문 인식 필름의 기능이 발휘되는 경우라면, 상기 구성들의 두께는 제한되지 않으며, 예시적으로는 그 하한이 0.1 ㎛ 이상 또는 1 ㎛ 이상일 수 있고, 그 상한은 1,000 ㎛ 이하 또는 500 ㎛ 이하일 수 있다.
본 출원의 지문 인식 필름에서, 제 2 광제어부에서 제 3 각도(θB)로 출사되어 제 2 점착제층을 투과한 광은, 투명 필름층 상에 높낮이가 상이한 물체가 존재하는지 또는 그 물체의 패턴이 어떠한지에 따라, 투명 필름층 상면에서의 전반사 여부가 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 투명 필름층의 굴절률이 제 2 점착제층의 굴절률 보다 높고, 제 3 각도(θB)로 제 2 점착제층 하면에 입사된 광이 제 2 점착제층을 투과하면서 제 3 각도(θB)와 상이한 제 4 각도(θB ')로 투명 필름층에 입사하는 경우에, 제 4 각도(θB ')의 광이 하기 관계식 4 및 5를 만족하도록 본 출원의 지문 인식 필름이 마련될 수 있다.
[관계식 4]
θB ' > (180도/π) × sin-1(n0/n1)
관계식 4는, 제 4 각도(θB ')의 광이 공기와 접하는 투명 필름층의 상면에서 전반사되는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 4에서, n0는 공기의 굴절률로서 1 이고, n1은 투명 필름층의 굴절률이다.
[관계식 5]
θB ' < (180도/π) ×sin-1(nh/n1)
관계식 5는, 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체가 투명 필름층과 접촉하는 경우, 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체와 투명 필름층이 직접 접촉하는 투명 필름층의 상면에서 제 4 각도(θB ')의 광이 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)하는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 5에서, n1은 투명 필름층의 굴절률이고, nh는 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체 중 투명 필름층과 직접 접촉하는 부분의 굴절률이다. 이때, 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체는 지문(finger print)일 수 있으며, 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체 중 투명 필름층과 직접 접촉하는 부분은 지문의 릿지(ridge)일 수 있다. 한편, 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체 중 투명 필름층과 직접 접촉하지 않는 부분은 지문의 밸리(valley)일 수 있으며, 밸리 부분은 공기가 차지하고 있기 때문에, 밸리 부분의 굴절률은 1(=n0)로 볼 수 있다. 이처럼, 상기 각도(θB ')의 광은 투명 필름층 상에 물체가 존재하지 않는 경우에는 투명 필름층과 공기의 계면에서 전반사하지만, 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체가 투명 필름층에 접촉하는 경우에는 투명 필름층에 대한 물체의 직접 접촉부(ridge)에서 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)되는 광일 수 있다.
또한, 본 출원에서, 상기 지문 인식 필름은, 공기와 접하는 투명 필름층의 상면에서 전반사된 상기 제 4 각도(θB ')의 광이, 제 2 점착제층의 상면을 투과할 수 있도록 마련될 수 있다. 투명 필름층의 굴절률이 제 2 점착제층 보다 큰 경우에는, 제 2 점착제층의 상면, 즉 제 2 점착제층과 투명 필름층의 게면에서 전반사가 일어나지 않아야 하므로 상기 제 4 각도(θB ')의 광은 하기 관계식 6을 만족할 수 있다.
[관계식 6]
θB ' < (180도/π) × sin-1(n2/n1)
관계식 6은, 투명 필름층의 굴절률이 제 2 점착제층의 굴절률 보다 큰 경우에, 투명 필름층과 제 2 점착제층의 계면에서 전반사가 일어나지 않고, 제 4 각도(θB')의 광이 제 2 점착제층 상면을 투과할 수 있는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 6에서, n1은 투명 필름층의 굴절률이고, n2는 제 2 점착제층의 굴절률이고, n1 은 n2 보다 크다.
또한, 본 출원의 지문 인식 필름은, 제 4 각도(θB ')의 광 중 투명 필름층과 공기의 계면에서 전반사된 광이, 제 2 점착제층 및 회절 광학 소자를 지나, 저굴절층의 하면에 도달하거나 저굴절층을 투과할 수 있도록 마련될 수 있다. 저굴절층에 도달하거나 저굴절층을 투과한 광은, 저굴절층의 아래에 위치한 센서에서 인식될 수 있다. 이를 위해서는 제 2 점착제층을 투과한 광이 저굴절층의 상면, 즉 회절 광학 소자와 저굴절층의 계면에서 전반사되지 않아야 한다. 이와 관련하여, 상기 제 4 각도(θB')의 광은 하기 관계식 7을 만족할 수 있다.
[관계식 7]
θB ' < (180도/π) × sin-1(n4/n1)
관계식 7은, 제 4 각도(θB ')의 광이, 투명 필름층과 공기의 계면에서 전반사된 후 제 2 점착제층 및 회절 광학 소자를 거쳐, 저굴절층(하면)에 도달하거나 저굴절층을 투과할 수 있는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 7에서, n1은 투명 필름층의 굴절률이고, n4는 저굴절층의 굴절률이다.
상기와 같이 투명 필름층의 표층에서 전반사되는 광의 각도 θB '가 상기 관계식 6 및 7을 만족하는 경우, 지문 인식 필름의 하부에 존재하는 센서는 저굴절층(하면)에 도달하거나 저굴절층을 투과하는 광을 인식할 수 있다. 즉, 본 출원의 지문 인식 필름은, 상기 제 2 광제어부가 출사하는 제 3 각도(θB)의 광에서 기인하는 제 4 각도(θB ')의 광 중에서, 공기와 접촉하는 투명 필름층의 상면(지문 인식 필름의 표층)에서 전반사되는 광과 투명 필름층 및 물체의 직접 접촉부에서 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)되는 광의 광량 차이를 식별하는 방식을 이용하여 사용자의 지문이 인식될 수 있게 한다.
본 출원은 지문 인식 필름 내에서 항상 전반사되는 광을 지문 식별에 직접 이용하는 것이 아니다. 구체적으로, 본 출원에서는, 제 1 광제어부에서 제공되어 지문 접촉 여부와 무관하게 항상 전반사되는 제 2 각도(θA)의 광 중 일부가, 제 2 광제어부에 의해 θA와 상이한 제 3 각도(θB)의 광으로 변환되어 투명 필름층을 향해 출사되고, 투명 필름층 표층에 도달하는 제 4 각도(θB ')의 광이 외부 물체가 접촉하는 투명 필름층의 표면에서 지문 인식 필름 내부로 전반사 및 지문 인식 필름 외부로 투과 (또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)되는 경우에, 이들 광의 광량 차이를 지문 식별에 이용하는 것이다. 즉, 상기 θB ' 각도의 광 중에서, 지문과의 비접촉부에서 전반사되어 센서로 진행하는 광의 광량과 지문과의 접촉부에서 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)되어 감소된 광의 광량 차이가 지문 식별에 이용된다.
또한, 본 출원에서, 상기 각도 θB '의 광은, 지문 유무와 무관하게 지문 인식 필름 내에서 항상 전반사하는 광에서 기인한다. 따라서, 본 출원에서는, 항상 지문 인식 필름 내부를 전반사하는 광을 이용하여 상기 지문 식별에 이용되는 광의 광량 역시 일정하게 유지될 수 있고, 결과적으로 각도(θB ')의 광 중 투명 필름층과 공기의 계면에서 전반사되는 광과 투명 필름층과 물체의 직접 접촉부에서 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)되는 광의 광량 차이가 보다 명확하게 센서에서 인식될 수 있다. 나아가, 본 출원에서는, 지문 유무와 무관하게 생성되는 상기 각도(θB 또는 θB ')의 광 중에서 투명 필름층과 공기의 계면에서 전반사되는 광과 투명 필름층과 물체의 직접 접촉부에서 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)되는 광을 지문 식별에 이용하기 때문에, 복수의 지문 패턴이 투명 필름층에 접촉하더라도 서로 영향을 받지 않고 식별될 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 광제어부의 투영 면적(S1)은 상기 제 2 광제어부의 투영 면적(S2) 보다 작을 수 있다. 본 출원에서 「투영 면적」이란, 지문 인식 필름을 그 표면의 법선 방향과 평행한 방향의 상부 또는 하부에서 관찰할 때, 해당 구성이 시인되는 면적, 예를 들어 정사영 면적을 의미할 수 있다. 따라서, 면적 비교 대상 구성이 갖는 요철 등에 의한 실제 면적의 증감은 고려되지 않는다. 특별히 제한되지는 않으나, S1 : S2는 5 내지 40 : 60 내지 95 범위일 수 있다.
본 출원에 관한 다른 일례에서, 본 출원은 광학식 지문 인식 장치 또는 지문 입력 장치에 관한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 장치는, 광원부를 더 포함할 수 있다. 상기 광원부는, 전술한 지문 인식 필름을 향하여 광을 조사할 수 있는 구성을 의미한다. 상기 기능을 수행할 수 있다면, 광원부의 구체적인 구성은 특별히 제한되지 않는다. 상기 광원부는, 상기 지문 인식 필름 저굴절층의 일면, 보다 구체적으로는 제 1 광제어부가 접하는 상기 저굴절층 일면의 반대 일면 상에 위치할 수 있다. 광원부로부터 입사된 광은 저굴절층을 거쳐 상기 회절 광학 소자의 제 1 광제어부로 입사되고, 지문 인식 필름 내에서 항상 전반사할 수 있는 광이 지문 인식 필름에 제공될 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 광제어부로 입사되는 광은 제 1 광제어부 하면에 대하여 수직일 수 있다. 본 출원에서 「수직」이란, 목적하는 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 의미로 사용된다. 이 때, 오차나 편차는 ± 10도 이내, ± 8도 이내, ± 6도 이내, ± 4도 이내, ± 2도 이내, ± 1도 이내, ± 0.5도 이내, ± 0.2도 이내, 또는 ± 0.1도 이내 일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 장치는 센서부를 더 포함할 수 있다. 센서부란, 저굴절층에 도달하거나 저굴절층을 투과하는 광을 감지하는 구성을 의미할 수 있다. 상기 기능을 수행할 수 있다면 센서부의 구성은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 센서가 사용될 수 있다. 상기 센서부는, 상기 지문 인식 필름의 저굴절층의 일면, 보다 구체적으로는 상기 제 2 광제어부가 접하는 상기 저굴절층 일면의 반대 일면 상에 위치할 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 저굴절층 계면에서의 전반사광을 제외하고, 지문과 직접 접촉하는 투명 필름층 부분에서 전반사되는 광은 저굴절층에 도달하거나 저굴절층을 투과하여 센서부에서 감지될 수 있고, 상기 센서부는 이를 통해 투명 필름층에 접촉한 물체의 패턴, 즉 지문을 인식할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 센서부는 투명일 수 있다.
본 출원은 또한 광학식 지문 인식 장치를 포함하는 디스플레이 패널에 관한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 패널은, 전술한 지문 인식 필름 및 화면 표시부를 포함할 수 있다. 화면 표시부는, 예를 들어, 기기에서 재생된 이미지나 동영상이 사용자에게 시인될 수 있도록 하는 구성일 수 있다. 상기 화면 표시부는, 상기 지문 인식 필름 저굴절층의 일면, 보다 구체적으로는 상기 제 2 광제어부가 접하는 상기 저굴절층 일면의 반대 일면 상에 위치할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 장치는 화면 표시부와 센서부를 동시에 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 장치는 화면 표시부, 센서부 및 지문 인식 필름을 순차로 포함하거나 센서부, 화면 표시부 및 지문 인식 필름을 순차로 포함할 수 있다. 또한, 화면 표시부와 센서부 중 어느 하나는 광원부와 하나의 층을 형성할 수도 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 장치는 화면표시기능과 센서 기능을 동시에 수행하는 하나의 부(part)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 하나의 부(part)는 광원부와 하나의 층을 형성할 수도 있다.
본 출원은, 플렉서블 구조나 벤딩 구조와 같이 굴곡이 있는 구조에 적용되는 경우에도 들뜸 현상과 같은 불량이 발생하지 않고, 회절 광학 소자의 중심 회절 파장의 변화 등과 같이 성능에 영향을 줄 수 있는 현상이 방지되면서, 내구성과 지문 인식 기능 등이 우수한 지문 인식 필름을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 출원의 일 예시에 따라서 지문 인식 필름이 디스플레이 장치 또는 센서와 조합되어 지문 인식 기능을 나타내는 경우를 보여주는 도면이다.
도 2는, 실시예의 지문 인식 결과를 보여주는 도면이다.
도 3은, 지문 인식 필름을 밴딩시켜 디바이스를 제조한 경우를 보여주는 도면이다.
이하 본 출원을 실시예를 통하여 설명하나, 본 출원의 지문 인식 필름의 범위가 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
1. 중심 회절 파장 변화 평가
포토폴리머로 제조된 회절 광학 소자(홀로그래픽 필름)의 중심 회절 파장의 시프팅(shifting) 여부는, Radiant Imaging社의 측정 장비(IS-SA-13-1-220V)를 이용하여 측정하였다. 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 지문 인식 필름 내에서 회절 광학 소자에 대해서 설계된 중심 회절 파장의 변화 여부를 상기 광학 소자의 회절 효율을 상기 측정 장비를 사용하여 평가하였으며, 지문 인식 필름을 제조한 직후(초기)와 상기 제조된 필름을 25℃ 및 50%의 절대 습도에서 24시간 유지한 후(후기)에 회절 효율이 최대인 지점의 파장을 각각 측정하여, 상기 초기 및 후기의 중심 회절 파장의 변화를 비교하였다.
<중심 회절 파장 변화 평가 기준>
Pass: 초기 및 후기의 중심 회절 파장의 변화가 10nm 이하
NG: 초기 및 후기의 중심 회절 파장의 변화가 10nm 초과
2. 고온 신뢰성 평가
고온 신뢰성을 지문 인식 필름의 제 1 점착제층의 상부에 소다라임 글라스를 부착하고, 제 1 점착제층이 형성된 면과 반대측 면에 금속 호일(Metal foil)을 부착한 후에 50℃의 온도 및 5 기압 조건의 오토클레이브에서 20분 동안 처리한 후에 60의 온도와 90%의 상대 습도에서 240시간 정도 유지하여 고온/고습 내구성을 평가하였고, 또한 상기 오토클레이브 처리 후의 적층체를 80의 온도에서 240 정도 유지하여 고온 내구성을 평가하였다. 이 때 평가 기준은 하기와 같다
<평가 기준>
Pass: 고온/고습 내구성 평가와 고온 내구성 평가 시에 기포 및 들뜸이 발생되지 않음
NG: 고온/고습 내구성 평가 및/또는 고온 내구성 평가 시에 기포 및/또는 들뜸이 발생
3. 밴딩 특성 평가
실시예 또는 비교예에서 제조된 지문 인식 필름의 가장자리부를 도면 3에 나타난 것과 같이 밴딩시킨 후에 밴딩 부위에 들뜸이 발생하는 것인지를 관찰하여 평가하였으며, 하기 기준에 따라서 평가하였다.
<평가 기준>
Pass: 밴딩 부위에 들뜸이 발생되지 않음
NG: 밴딩 부위에 들뜸이 발생됨
4. 지문 인식 기능의 평가
지문 인식 필름의 지문 인식 기능은, 제조된 지문 인식 필름의 커버 글래스면에 지문을 접촉시킨 상태에서 회절 광학 소자의 제 1 광제어부에 저굴절층(하부에 부착된 실리콘 점착제층)을 경유하여 지문 인식 필름의 법선 방향으로 광이 입사하도록 광을 입사시킨 후에 상기 저굴절층에서 확인되는 상을 CCD(charge-coupled device)로 확인하여 평가하였다. 도 2의 결과(실시예 1의 결과)와 같이 지문이 잘 인식되는 경우를 Pass, 그렇지 않은 경우를 NG로 평가하였다. 상기 지문 인식 기능은, 지문 인식 필름의 제조 직후에 측정한 결과이다.
제조예 1. 회절 광학 소자의 제조
두께가 약 30㎛ 정도이고, 가로 및 세로의 길이가 각각 4 cm 정도인 포토폴리머 필름(코베스트社, Bayfol HX)에 공지의 방식으로 회절 무늬를 기록하여 제 1 광제어부와 제 2 광제어부가 형성된 홀로그래픽 필름을 제조하였다. 상기 회절 무늬의 기록은, 파장이 약 532 nm 정도인 레이저광을 700 ㎼의 세기로 약 250초 정도로 조사하면서, 동시에 빔 스플리터(Beam splitter)로 동일 레이저에서 출사된 700 ㎼의 세기의 간섭광을 포토폴리머 필름 상에 조사하여 수행하였다. 제 1 광제어부는 회절 광학 소자 표면의 법선 방향으로의 입사광을 상기 법선을 기준으로 73도로 기울여서 제 2 광제어부측으로 출사하도록 형성하였고, 제 2 광제어부는 제 1 광제어부로부터의 입사광 중 일부를 상기 법선을 기준으로 약 45도의 각도로 출사할 수 있도록 구성하였다. 상기 회절 광학 소자는 상기 홀로그래픽 필름을 두께가 약 60 ㎛ 정도인 폴리아미드(PA, Polyamide) 필름에 부착하여 제조하였다.
실시예 1
제조예 1에서 제조된 회절 광학 소자의 상부 및 하부에 굴절률이 약 1.41 정도인 실리콘 점착제층(두께: 25㎛, Shin-etsu社, KR-3700)을 부착하였다. 이어서 상부에 부착된 실리콘 점착제층의 상부에 다시 투명 필름(PET(poly(ethylene terephthalate)) 필름, 두께: 23㎛, 굴절률: 약 1.575, 종류: Mitsubishi社 T604E23)을 부착하고, 그 상부에 다시 굴절률이 약 1.47 정도인 아크릴 점착제층(두께: 150㎛, LG화학社, OC1152A 제품)을 부착하고, 상기 아크릴 점착제층의 상부에 공지의 데코 필름과 커버 글래스를 부착하여 지문 인식 필름을 제조하였다. 도 2는 상기와 같이 제조한 지문 인식 필름의 지문 인식 기능을 평가한 결과이다.
비교예 1
실시예 1과 비교하여, 회절 광학 소자의 상부의 실리콘 점착제층에 투명 필름과 아크릴 점착제를 부착하지 않고, 상기 상부의 실리콘 점착제층의 두께를 약 25㎛ 정도로 하여 지문 인식 필름을 제조하였다.
비교예 2
비교예 1과 비교하여, 회절 광학 소자의 상부의 실리콘 점착제층 대신에 반경화 타입의 점착제(굴절률: 1.42, 두께: 150㎛, 불소계 단량체(다이킨, C6SFA 첨가 제품)를 부착하여 지문 인식 필름을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1의 구조와 비교하여, 회절 광학 소자의 상부에 실리콘 점착제와 투명 필름을 형성하지 않고, 상기 회절 광학 소자와 아크릴 점착제층의 사이에 굴절률이 약 1.41 정도인 코팅층(BPO 타입 실리콘 프라이머)을 3㎛의 두께로 형성하여 지문 인식 필름을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1의 구조와 비교하여, 회절 광학 소자의 상부의 실리콘 점착제의 상부에 투명 필름을 형성하지 않고, 아크릴 점착제층을 형성하여 지문 인식 필름을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예의 지문 인식 필름에 대한 평가 결과를 비교하여 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
회절 중심 파장 변화 Pass Pass NG NG NG
고온 신뢰성 Pass Pass Pass NG Pass
밴딩 특성 Pass NG NG NG Pass
지문인식 기능 Pass Pass Pass Pass Pass
표 1 에서 기재된 것과 같이 초기에는 실시예 및 비교예의 지문 인식 필름 모두 적절한 지문 인식 기능을 나타내었다. 그렇지만, 비교예 1의 경우, 밴딩 구조에 적용하게 되면, 들뜸 현상 등이 발생하여 지문 인식 기능이 훼손될 것이 예상되었고, 비교예 2 및 4의 경우는, 중심 회절 파장의 시프팅이 관찰되었으며, 비교예 3의 경우, 중심 회절 파장이 시프팅되면서 고온 신뢰성과 밴딩 특성도 열악하였다.

Claims (17)

  1. 굴절률이 1.42를 초과하는 제 1 점착제층; 투명 필름층; 굴절률이 1.42 이하인 제 2 점착제층; 및 회절 광학 소자를 상기 순서로 포함하는 지문 인식 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 점착제층은, 굴절률이 1.45 내지 1.50의 범위 내에 있는 지문 인식 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 점착제층은 아크릴계 점착제층인 지문 인식 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 투명 필름층은, 굴절률이 1.41 내지 1.60의 범위 내에 있는 지문 인식 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 투명 필름층은, 폴리에스테르 필름, 불소 고분자 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리우레탄 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리아미드 필름 또는 폴리이미드 필름인 지문 인식 필름.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 2 점착제층은, 굴절률이 1.35 내지 1.42의 범위 내인 지문 인식 필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 2 점착제층은 실리콘계 점착제층인 지문 인식 필름.
  8. 제 1 항에 있어서, 회절 광학 소자는 홀로그래픽 포토폴리머 필름인 지문 인식 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 회절 광학 소자의 제 2 점착제층을 향하는 면과는 반대측의 면 방향에 존재하고, 굴절률이 1.35 내지 1.42의 범위 내인 저굴절층을 추가로 포함하는 지문 인식 필름.
  10. 제 9 항에 있어서, 회절 광학 소자에는 제 1 및 제 2 광제어부가 형성되어 있고,
    상기 제 1 광제어부는, 저굴절층을 거쳐서 제 1 각도(θ0)로 제 1 광제어부로 입사된 광을 제 2 점착제층과 회절 광학 소자의 계면과 저굴절층과 회절 광학 소자의 계면에서 전반사되는 제 2 각도(θA)의 광으로 제 2 광제어부로 출사하도록 설계된 홀로그래픽 포토폴리머 영역이며,
    상기 제 2 광제어부는, 상기 제 2 각도(θA)로 상기 제 2 광제어부에 입사된 광을 상기 제 2 각도(θA)의 광과 상기 제 2 각도와 상이한 제 3 각도(θB)의 광으로 분할할 수 있도록 설계된 홀로그래픽 포토폴리머 필름인 지문 인식 필름.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 2 각도(θA)의 광이 하기 관계식 1 및 2를 만족하도록 설계된 지문 인식 필름:
    [관계식 1]
    θA > (180도/π) × sin-1(n2/n3)
    [관계식 2]
    θA > (180도/π) × sin-1(n4/n3)
    관계식 1 및 2에서, n2는 제 2 점착제층의 굴절률이고, n3는 회절 광학 소자의 제 1 광제어부 또는 제 2 광제어부의 굴절률이며, n4는 저굴절층의 굴절률이고, n3는 n2 및 n4 각각 보다 크다.
  12. 제 10 항에 있어서, 제 3 각도(θB)의 광이, 하기 관계식 3을 만족하면서 제 2 점착제층을 투과하도록 설계된 지문 인식 필름:
    [관계식 3]
    θB < (180도/π) × sin-1(n2/n3)
    관계식 3에서, n2는 제 2 점착제층의 굴절률이고, n3는 회절 광학 소자 중 제 1 광제어부 또는 제 2 광제어부의 굴절률이며, n3는 n2 보다 크다.
  13. 제 10 항에 있어서, 제 1 점착제층의 투명 필름을 향하는 면과는 반대측 면 방향에 형성된 투명 필름층을 추가로 포함하고,
    제 3 각도(θB)로 제 2 점착제층을 투과한 광이 상기 제 2 점착제층을 투과하면서 상기 제 3 각도(θB)와는 상이한 제 4 각도(θB ')로 상기 투명 필름층에 입사하고,
    상기 제 4 각도(θB ')의 광이 하기 관계식 4를 만족하여 공기와 접하는 투명 필름층의 면에서 전반사되고, 상기 제 4 각도(θB ')의 광이 하기 관계식 5를 만족하여 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체와 투명 필름층이 직접 접촉하는 투명 필름층의 상면에서 투과될 수 있도록 마련되는 지문 인식 필름:
    [관계식 4]
    θB ' > (180도/π) × sin-1(n0/n1)
    [관계식 5]
    θB ' < (180도/π) × sin-1(nh/n1)
    관계식 4 및 5에서, n0는 공기의 굴절률로서 1 이고, n1은 투명 필름층의 굴절률이며, nh는 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체가 상기 투명 필름층에 접촉하는 경우에 높이가 상이한 패턴을 갖는 물체 중 투명 필름층과 직접 접촉하는 부분의 굴절률이다.
  14. 제 13 항에 있어서, 공기와 접하는 투명 필름층의 상면에서 전반사된 상기 제 4 각도(θB ')의 광이, 하기 관계식 6을 만족하여, 제 2 점착제층을 투과할 수 있도록 설계되어 있는 지문 인식 필름:
    [관계식 6]
    θB ' < (180도/π) × sin-1(n2/n1)
    관계식 6에서, n1은 투명 필름층의 굴절률이고, n2는 제 2 점착제층의 굴절률이며, n1 은 n2 보다 크다.
  15. 제 13 항에 있어서, 공기와 접하는 투명 필름층의 상면에서 전반사된 상기 제 4 각도(θB ')의 광이, 하기 관계식 7을 만족하여, 제 2 점착제층 및 회절 광학 소자를 지나 저굴절층에 도달할 수 있도록 설계되어 있는 지문 인식 필름:
    [관계식 7]
    θB ' < (180도/π) × sin-1(n4/n1)
    관계식 7에서, n1은 투명 필름층의 굴절률이고, n4는 저굴절층의 굴절률이다.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 지문 인식 필름을 포함하는 광학식 지문 인식 디바이스.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 지문 인식 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
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