KR20230135351A - 지문 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 - Google Patents

지문 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 Download PDF

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권도형
이철훈
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예들에 따르면 지문 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치가 제공된다. 지문 센서는 제1 센싱 라인들을 포함하는 제1 전극층, 층간 절연층, 및 층간 절연층을 사이에 두고 제1 전극층과 대향하고 제1 센싱 라인들과 평면 방향에서 교차하는 제2 센싱 라인들을 포함하는 제2 전극층을 포함한다. 층간 절연층의 두께는 55㎛ 이하, 제1 전극층 및 제2 전극층 각각의 두께는 15㎛이하이다.

Description

지문 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치{FINGERPRINT SENSOR AND IMAGE DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 지문 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 패턴화된 센싱 전극들을 포함하는 지문 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 기술이 발전함에 따라 디스플레이 분야에 대한 요구도 다양한 형태로 제시되고 있다. 예를 들면, 박형화, 경량화, 저소비 전력화 등의 특징을 지닌 여러 평판 표시 장치(Flat Panel Display device), 예를 들어, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device), 전계발광표시장치(Electro Luminescent Display device), 유기발광다이오드표시장치(Organic Light-Emitting Diode Display device) 등이 연구되고 있다.
한편, 상기 표시 장치 상에 부착되어 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치인 터치 패널 또는 터치 센서가 디스플레이 장치와 결합되어 화상 표시 기능 및 정보 입력 기능이 함께 구현된 전자 기기들이 개발되고 있다. 예를 들면, 한국공개특허 제2014-0092366호에서와 같이 다양한 화상 표시 장치에 터치 센서가 결합된 터치 스크린 패널이 개발되고 있다.
또한, 최근 디스플레이 장치에 예를 들면, 지문 센서와 같은 다양한 센서가 확장 적용됨에 따라, 지문 센싱이 구현될 수 있는 터치 센서에서는 보다 고해상도의 센싱이 가능한 센서 설계가 필요하다. 이에 따라 센싱 전극들의 간격 혹은 피치가 일반적인 터치 센서 대비 감소할 수 있다.
예를 들면, 지문 센서의 경우 지문의 융과 골의 정전 용량 차이에 의해 신호 인식 또는 해석이 구현될 수 있다. 따라서, 감소된 전극 피치에서 보다 고해상도로 지문 센싱을 증가시키기 위해 상기 정전 용량 차이를 증가시킬 수 있는 전극 설계가 필요하다.
한국공개특허 제2014-0092366호
본 발명의 일 과제는 향상된 해상도 및 전기적 특성을 갖는 지문 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 향상된 해상도 및 전기적 특성을 갖는 지문 센서를 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.
1. 제1 센싱 라인들을 포함하는 제1 전극층; 층간 절연층; 및 상기 층간 절연층을 사이에 두고 상기 제1 전극층과 대향하고 상기 제1 센싱 라인들과 평면 방향에서 교차하는 제2 센싱 라인들을 포함하는 제2 전극층을 포함하고, 상기 층간 절연층의 두께는 55㎛ 이하, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각의 두께는 15㎛이하인, 지문 센서.
2. 위 1에 있어서, 상기 층간 절연층의 두께는 10㎛ 내지 45㎛, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각의 두께는 2㎛ 내지 15㎛인, 지문 센서.
3. 위 1에 있어서, 상기 층간 절연층의 두께는 10㎛ 내지 35㎛, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각의 두께는 2㎛ 내지 8㎛인, 지문 센서.
4. 위 1에 있어서, 지문의 골(valley) 및 지문의 융선(ridge)에서의 정전용량 차이가 0.35 fF 이상인, 지문 센서.
5. 위 1에 있어서, 지문의 골(valley) 및 지문의 융선(ridge)에서의 정전용량 차이가 0.5 fF 이상인, 지문 센서.
6. 위 1에 있어서, 상기 제2 전극층은 상기 평면 방향에서 상기 제2 센싱 라인들 사이에 배열된 플로팅 전극들을 더 포함하는, 지문 센서.
7. 위 6에 있어서, 상기 제1 센싱 라인의 선폭은 상기 제2 센싱 라인의 선폭보다 큰, 지문 센서.
8. 위 7에 있어서, 상기 플로팅 전극의 너비는 상기 제2 센싱 라인의 선폭보다 큰, 지문 센서.
9. 위 8에 있어서, 상기 플로팅 전극의 너비는 상기 제1 센싱 라인의 선폭보다 작은, 지문 센서.
10. 위 6에 있어서, 복수의 상기 플로팅 전극들이 플로팅 전극 열을 형성하고, 복수의 상기 플로팅 전극 열들이 각각 이웃하는 상기 제2 센싱 라인들 사이에 배치된, 지문 센서.
11. 위 6에 있어서, 상기 제2 전극층이 지문 입력면을 향해 배치된, 지문 센서.
12. 위 1에 있어서, 상기 층간 절연층은 폴리이미드(PI)를 포함하는, 지문 센서.
13. 윈도우 기판; 및 상기 윈도우 기판의 일면 상에 적층된 상술한 실시예들에 따른 지문 센서를 포함하는, 윈도우 적층체.
14. 표시 패널; 및 상기 표시 패널 상에 적층되며 상술한 실시예들에 따른 지문 센서를 포함하는, 화상 표시 장치.
본 발명의 실시예들에 따르는 지문 센서는 층간 절연층을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 전극층 및 제2 전극층을 포함하며, 상기 층간 절연층의 두께 및 상기 제1 및 제2 전극층의 두께를 소정의 범위 내로 조절할 수 있다. 상기 범위 내에서 지문의 골 및 융선에서의 정전 용량 차이가 증가되어 지문 센싱이 가능한 충분한 해상도 및 감도가 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극층은 제1 센싱 라인들을 포함하고, 상기 제2 전극층은 상기 제1 센싱 라인들과 교차하는 제2 센싱 라인들을 포함하며, 상기 제2 센싱 라인들 사이에 플로팅 전극들이 배열될 수 있다. 상기 플로팅 전극들에 의해 지문 센서의 표면 쪽으로 프린지 필드가 유도되며, 지문 센서 내에서의 지문의 골 및 융선에서의 정전 용량 차이를 보다 증가시킬 수 있다. 따라서, 지문 센서의 해상도를 추가적으로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 센싱 라인의 선폭은 상기 제1 센싱 라인의 선폭보다 작으며, 상기 플로팅 전극의 너비는 상기 제2 센싱 라인의 선폭보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 플로팅 전극을 통한 상기 제2 센싱 라인으로의 프린지 필드 유도를 촉진할 수 있으며, 제2 센싱 라인 측면을 통한 커패시턴스/전하 손실도 감소시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 지문 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 일부 예시적인 실시예들에 따른 지문 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 일부 예시적인 실시예들에 따른 제1 전극층 및 제2 전극층을 나타내는 개략적인 평면도들이다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 지문 센서에서의 필드 형성을 나태내는 개략적인 단면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 윈도우 적층체 및 화상 표시 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 7은 실험예 1의 층간 절연층 두께 변화에 따른 정전 용량 차이의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실험예 2의 전극층 두께 변화에 따른 정전 용량 차이의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 층간 절연층을 사이에 두고 대향하는 제1 및 제2 전극층을 포함하며, 고해상도 지문 인식이 가능한 지문 센서를 제공한다. 또한, 상기 지문 센서를 포함하는 화상 표시 장치가 제공된다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 지문 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 지문 센서(100)는 층간 절연층(105)을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)을 포함할 수 있다.
층간 절연층(105)은 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120) 사이에서 상호 정전용량(Mutual Capacitance: Cm)을 생성시키는 유전층으로 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 층간 절연층(105)은 유전율 및 화상 표시 장치에 적용되기 위한 유연성을 고려하여 유기 고분자 물질을 포함할 수 있다.
예를 들면, 층간 절연층(105)은 환형올레핀중합체(COP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(PI), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 폴리에테르술폰(PES), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 폴리카보네이트(PC), 환형올레핀공중합체(COC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 상술한 유전율 및 유연성 측면에서, 층간 절연층(105)은 폴리이미드(PI) 층으로 형성될 수 있다.
제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)은 각각 서로 교차하는 방향으로 연장하는 제1 센싱 라인들 및 제2 센싱 라인들을 포함할 수 있다. 상기 제1 센싱 라인들은 층간 절연층(105) 상면에 평행한 제1 방향으로 연장할 수 있다. 복수의 상기 제1 센싱 라인들이 상기 제1 방향과 교차하며 층간 절연층(105)의 상기 상면에 평행한 제2 방향을 따라 배열될 수 있다. 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 수직할 수 있다.
상기 제2 센싱 라인들은 상기 제2 방향으로 연장할 수 있다. 복수의 제2 센싱 라인들이 상기 제1 방향을 따라 배열될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 센싱 라인들 및 제2 센싱 라인들은 층간 절연층(105)을 사이에 두고 서로 교차하며, 입력 위치의 좌표 정보를 생성할 수 있다.
상기 제1 센싱 라인들 및 상기 제2 센싱 라인들 각각의 선폭은 지문 센싱이 가능한 해상도를 제공하도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 선폭은 5㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 75㎛, 보다 바람직하게는 5 ㎛ 내지 50㎛ 범위에서 조절될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120) 사이에서 생성되는 지문의 골(valley) 및 융선(ridge)에서의 상호 정전 용량(Cm)에 의해 지문 센싱이 구현될 수 있다.
상기 골 및 융선에서의 정전 용량의 차이가 증가되는 경우, 지문 센싱의 해상도가 증가하며, 신호 및 노이즈의 분별력이 증가될 수 있다. 상기 정전용량 차이는 하기의 식 1로 표시될 수 있다.
[식 1]
△Cm = |Cm(valley) - Cm(ridge)|
예시적인 실시예들에 따르면, 층간 절연층(105)의 두께(Td), 제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(120)의 두께(T2)를 조절하여, 상기 정전 용량의 차이를 소정의 값 이상으로 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 층간 절연층(105)의 두께는 55㎛ 이하로 조절될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 층간 절연층(105)의 두께는 10㎛ 내지 55㎛ 일 수 있다.
예를 들면, 층간 절연층(105)의 두께가 55㎛를 초과하는 경우 충분한 정전 용량 차이가 유도되지 않을 수 있다. 층간 절연층(105)의 두께가 10㎛ 미만인 경우, 제1 및 제2 전극층(110, 120) 형성을 위한 도금 또는 증착 공정, 전극층(110, 120) 형성후 후처리(열처리, 세정 등) 공정 등의 안정성이 저하될 수 있다. 또한, 지문 센서(100)의 기계적 안정성, 내충격성 등을 고려하여 층간 절연층(105)의 두께는 10㎛ 이상으로 조절될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 층간 절연층(105)의 두께는 45㎛ 이하, 보다 바람직하게는 35㎛이하일 수 있다. 예를 들면, 층간 절연층(105)의 두께는 10 ㎛ 내지 45㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 내지 35㎛이하일 수 있다.
상술한 층간 절연층(105)의 두께 범위에서 층간 절연층(105) 내에서 생성되는 상호 정전용량(Cm)의 총량을 지나치게 감소시키지 않으면서 지문 센서(100) 표면으로 유도되는 프린지 필드(fringe field)의 양도 적절히 유지될 수 있다. 상기 프린지 필드는 지문의 골 및 융선에 해당하는 지점에서의 방전량을 증가시키고, 이에 따라 상기 골 및 융선에서의 정전용량 차이를 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2) 각각은 15㎛ 이하로 조절될 수 있다. 제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2)는 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2)가 15㎛를 초과하는 경우, 전극층 또는 센싱 라인 측면으로 배출 또는 손실되는 전하량이 증가되어 충분한 양의 상기 프린지 필드가 생성되지 않을 수 있다.
제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2)가 지나치게 감소하는 경우, 저항이 증가하여 지문 센서(100)의 감응 속도가 저하되고 RC 딜레이 등이 초래될 수도 있다. 이에 따라, 일 실시예에 있어서, 제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2) 각각은 2㎛ 내지 15㎛, 또는 4 ㎛ 내지 15㎛ 일 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2)는 10㎛ 이하, 보다 바람직하게는 8㎛이하일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2)는 2 ㎛ 내지 10㎛ 또는 2 ㎛ 내지 8㎛일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 전극층(110)의 두께(T1) 및 제2 전극층(130)의 두께(T2)는 4 ㎛ 내지 10 ㎛ 또는 4 ㎛ 내지 8 ㎛일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 지문 센서(100)를 식 1에서 정의한 지문의 골(valley) 및 지문의 융선(ridge)에서의 정전용량 차이(△Cm)는 0.35 fF 이상일 수 있다. 상기 범위에서, 충분한 고해상도의 지문 센싱 해상도 및 신뢰성이 구현될 수 있다.
바람작하게는, 지문 센서(100)의 타겟 정전용량 차이(△Cm)는 0.4 fF 이상, 보다 바람직하게는 0.5 fF 이상의 설정될 수 있다.
제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)은 고해상도 지문 센싱을 고려하여 저저항 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca) 또는 이들 중 적어도 하나를 함유하는 합금(예를 들면, 은-팔라듐-구리(APC) 또는 구리-칼슘(CuCa)) 을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 지문 센서(100)는 기재층(90)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 기재층(90) 상에 제1 전극층(110), 층간 절연층(105) 및 제2 전극층(120)이 순차적으로 배치될 수 있다.
기재층(90)은 층간 절연층(105)에서 언급한 고분자 물질과 실질적으로 동일하거나 유사한 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 기재층(90)은 글래스, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수도 있다.
층간 절연층(105) 상에는 제2 전극층(120)을 덮는 패시베이션 층(130)이 형성될 수 있다. 패시베이션 층(130)은 예를 들면, 지문 센서(100)의 보호층 또는 지문 입력이 인가되는 표면층으로 제공될 수 있다. 패시베이션 층(130)은 아크릴계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 실록산계 고분자, 에폭시계 고분자 등과 같은 유기 고분자 물질, 또는 실리콘 산화물, 신리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 금속 산화물 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
도 2는 일부 예시적인 실시예들에 따른 지문 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 3 및 도 4는 각각 일부 예시적인 실시예들에 따른 제1 전극층 및 제2 전극층을 나타내는 개략적인 평면도들이다. 도 1을 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조, 재질 등에 대한 설명은 생략된다.
상술한 바와 같이, 지문 센서(100)는 층간 절연층(105)을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)을 포함하며, 제1 전극층(110)은 복수의 제1 센싱 라인들(115)을 포함하고, 제2 전극층(120)은 복수의 제2 센싱 라인들(125)을 포함할 수 있다.
제2 전극층(120)은 제2 센싱 라인들(125) 사이에 배열된 플로팅 전극들(127)을 포함할 수 있다.
플로팅 전극들(127)은 층간 절연층(105)의 상면 상에 배열되며, 제2 센싱 라인들(125)과 동일 층 또는 동일 레벨에 위치할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 플로팅 전극들(127)은 평면 방향에서 제2 센싱 라인들(125) 사이에 배열될 수 있다.
예를 들면, 복수의 플로팅 전극들(127)이 상기 제2 방향으로 배열되어 플로팅 전극 열을 형성할 수 있다. 복수의 상기 플로팅 전극 열들이 각각 이웃하는 제2 센싱 라인들(125) 사이에 배치될 수 있다.
플로팅 전극들(127)은 제2 센싱 라인(125)과 물리적으로 이격되며, 이웃하는 제2 센싱 라인들(125) 사이의 섬(island) 패턴 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 플로팅 전극(127)은 사각형 형상을 가질 수 있으며, 예를 들면 정사각형 패턴으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플로팅 전극(127)의 형상은 5각형, 6각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등으로 적절히 변경될 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 센싱 라인(115)의 선폭(예를 들면, 상기 제2 방향으로의 너비)(W1)은 25㎛ 내지 75㎛ 범위일 수 있다. 바람직하게는, 제1 센싱 라인(115)의 선폭(W1)은 30㎛ 내지 50㎛ 범위일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 센싱 라인(125)의 선폭(W2)(예를 들면, 상기 제1 방향으로의 너비)은 제1 센싱 라인(115)의 선폭(W1) 보다 작을 수 있다. 예를 들면, 제2 센싱 라인(125)의 선폭(W2)은 5㎛ 내지 20㎛ 범위일 수 있다. 바람직하게는, 제2 센싱 라인(125)의 선폭(W2)은 5㎛ 내지 15㎛ 범위일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 플로팅 전극(127)의 너비(W3)(예를 들면, 상기 제1 방향으로의 너비)는 제2 센싱 라인(125)의 선폭(W2) 보다 클 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플로팅 전극(127)의 너비(W3)는 제2 센싱 라인(125)의 선폭(W2) 보다 크며, 제1 센싱 라인(115)의 선폭(W1) 보다 작을 수 있다.
예를 들면, 플로팅 전극(127)의 너비(W3)는 5㎛ 내지 50㎛ 범위일 수 있다. 바람직하게는, 플로팅 전극(127)의 너비(W3)는 10㎛ 내지 50㎛, 15㎛ 내지 30㎛, 또는 15 ㎛ 내지 25 ㎛ 범위일 수 있다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 지문 센서에서의 필드 형성을 나태내는 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 직선형의 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)에서 직접적인 상호 정전용량(Cm)이 생성되며, 굵은 휘어진 화살표로 표시된 바와 같이, 일부 전계가 지문 센서의 표면쪽으로 프린지 필드(fringe field)를 형성할 수 있다.
표면쪽으로 유도된 프린지 필드는 제2 전극층(120)에 인접하여 손가락 터치가 입력되는 경우 신속하게 방전될 수 있다. 이에 따라, 상기 프린지 필드는 지문 센서의 감응 속도 및 감도를 증진시킬 수 있다.
도 1을 참조로 설명한 바와 같이, 층간 절연층(105) 및 전극층(110, 120)의 두께를 함께 조절하여 프린지 필드의 생성을 촉진하고, 상술한 식 1에 따른 정전용량 차이를 증가시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조로 설명한 실시예들에 따르면, 플로팅 전극들(127)이 제2 센싱 라인(125) 주변에 배열될 수 있다. 플로팅 전극(127) 및 제1 센싱 라인(115) 사이에서도 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 다이렉트 Cm이 생성될 수 있다.
또한, 플로팅 전극(127)은 동일 레벨의 제2 센싱 라인(125)과 상호 작용/전하량 차이를 통해 굵은 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 지문 센서 표면과 인접한 프린지 필드를 제2 센싱 라인(125)을 향해 유도할 수 있다.
이에 따라, 지문 센서 전체적으로 손가락 터치 표면으로 향하는 프린지 필드의 총량이 증가될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 프린지 필드는 지문의 골(valley) 및 융선(ridge)에 해당하는 지점에서의 방전량을 증가시키고, 이에 따라 상기 골 및 융선에서의 상술한 식 1에 따른 정전용량 차이를 증가시킬 수 있다.
따라서, 지문 형상을 고해상도로 인식 가능한 지문 센서를 보다 효과적으로 구현할 수 있다. 또한, 상기 정전용량 차이 증가에 따라, 신호 및 노이즈의 분별력 역시 증가되어 고해상도/고신뢰성의 지문 인식 센서가 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제2 센싱 라인(125)의 선폭은 상대적으로 좁히고, 플로팅 전극(127)의 너비는 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 손실 전하를 야기하는 제2 센싱 라인(125) 측면으로의 필드 생성(곡선형의 점선 화살표 참조)은 억제하면서, 프린지 필드 생성을 보다 촉진할 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 윈도우 적층체 및 화상 표시 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 6을 참조하면, 윈도우 적층체(250)는 윈도우 기판(230), 편광층(210) 및 상술한 예시적인 실시예들에 따른 지문 센서(200)를 포함할 수 있다.
윈도우 기판(230)은 예를 들면, 박형 글래스(예를 들면, UTG) 또는 하드 코팅 필름을 포함하며, 일 실시예에 있어서, 윈도우 기판(230)의 일면의 주변부 상에 차광 패턴(235)이 형성될 수 있다. 차광 패턴(235)은 예를 들면 컬러 인쇄 패턴을 포함할 수 있으며, 단층 또는 복층 구조를 가질 수 있다. 차광 패턴(235)에 의해 화상 표시 장치의 베젤부 혹은 비표시 영역이 정의될 수 있다.
편광층(210)은 코팅형 편광자 또는 편광판을 포함할 수 있다. 상기 코팅형 편광자는 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 액정 코팅층을 포함할 수 있다. 이 경우, 편광층(210)은 상기 액정 코팅층에 배향성을 부여하기 위한 배향막을 더 포함할 수 있다
예를 들면, 상기 편광판은 폴리비닐알코올계 편광자 및 상기 폴리비닐알코올계 편광자의 적어도 일면에 부착된 보호필름을 포함할 수 있다.
편광층(210)은 윈도우 기판(230)의 상기 일면과 직접 접합되거나, 제1 점접착층(220)을 통해 부착될 수도 있다.
지문 센서(200)는 필름 또는 패널 형태로 윈도우 적층체(250)에 포함될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 지문 센서(200)는 제2 점접착층(225)를 통해 편광층(210)과 결합될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 사용자의 시인측으로부터 윈도우 기판(230), 편광층(210) 및 지문 센서(200) 순으로 배치될 수 있다. 이 경우, 지문 센서(200)의 전극층이 편광층(210) 아래에 배치되므로 전극 시인 현상을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 지문 센서(200)는 윈도우 기판(230) 또는 편광층(210) 상에 직접 전사될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 사용자의 시인측으로부터 윈도우 기판(230), 지문 센서(200) 및 편광층(210) 순으로 배치될 수도 있다.
지문 센서(200)는 상술한 예시적인 실시예들에 따른 고해상도 지문 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 지문 센서(200)는 일반적인 터치 입력 유무에 따른 좌표 정보를 인식하는 저해상도 터치 센서를 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 저해상도 터치 센서는 센싱 단위 전극들을 포함하며, 상기 센싱 단위 전극의 너비는 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상 또는 4 mm 이상일 수 있다.
센싱 상기 고해상도 지문 센서 및 상기 저해상도 터치 센서는 동일 레벨에 함께 배치될 수 있으며, 다른 층에 분리되어 배치될 수도 있다.
상기 화상 표시 장치는 표시 패널(360) 및 표시 패널(360) 상에 결합된 상술한 윈도우 적층체(250)를 포함할 수 있다.
표시 패널(360)은 패널 기판(300) 상에 배치된 화소 전극(310), 화소 정의막(320), 표시층(330), 대향 전극(340) 및 인캡슐레이션 층(350)을 포함할 수 있다.
패널 기판(300) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 화소 회로가 형성되며, 상기 화소 회로를 덮는 절연막이 형성될 수 있다. 화소 전극(310)은 상기 절연막 상에서 예를 들면 TFT의 드레인 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
화소 정의막(320)은 상기 절연막 상에 형성되어 화소 전극(310)을 노출시켜 화소 영역을 정의할 수 있다. 화소 전극(310) 상에는 표시층(330)이 형성되며, 표시 층(330)은 예를 들면, 액정층 또는 유기 발광층을 포함할 수 있다.
화소 정의막(320) 및 표시층(330) 상에는 대향 전극(340)이 배치될 수 있다. 대향 전극(340)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 공통 전극 또는 캐소드로 제공될 수 있다. 대향 전극(340) 상에 표시 패널(360) 보호를 위한 인캡슐레이션 층(350)이 적층될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 표시 패널(360) 및 윈도우 적층체(250)는 점접착층(260)을 통해 결합될 수도 있다. 예를 들면, 점접착층(260)의 두께는 제1 및 제2 점접착층(220, 225) 각각의 두께보다 클 수 있으며, -20 내지 80oC에서의 점탄성이 약 0.2MPa 이하일 수 있다. 이 경우, 표시 패널(360)로부터의 노이즈를 차폐할 수 있고, 굴곡 시에 계면 응력을 완화하여 윈도우 적층체(250)의 손상을 억제할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 점탄성은 약 0.01 내지 0.15MPa일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 포함하는 실험예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실험예 1: 층간 절연층 두께 변화에 따른 정전 용량 차이 측정
폴리이미드(PI) 층간 절연층의 저면 및 상면 상에 각각 도 2 내지 도 3에 도시된 구조의 제1 전극층 및 제2 전극층을 형성하여 지문 센서 샘플을 제조하였다.
구체적으로, 제1 전극층은 선폭 40㎛의 구리 라인들(제1 센싱 라인들)로 형성되었다. 제2 전극층은 선폭 10㎛의 구리 라인들(제2 센싱 라인들) 및 너비 20㎛의 정사각형 플로팅 전극들을 포함하도록 형성되었다.
제1 전극층 및 제2 전극층의 두께는 각각 8㎛로 고정하고, PI 층간절연층의 두께를 변경하면서 분석 툴로서 Q3D Extractor를 이용하여 소정의 전압 인가시 발생되는 시뮬레이션 결과를 통해 상술한 식 1의 △Cm을 획득하였다.
실험예 2: 전극층 두께 변화에 따른 정전 용량 차이의 측정
실험예 1의 지문 센서 구조에서 PI 층간절연층의 두께를 35㎛로 고정하고, 제1 전극층 및 제2 전극층의 두께를 변경하면서, 분석 툴로서 Q3D Extractor를 이용하여 소정의 전압 인가시 발생되는 시뮬레이션 결과를 통해 상술한 식 1의 △Cm을 획득하였다.
평가 결과는 아래 표 1 및 표 2에 함께 나타낸다.
실험예 1 실험예 2
층간절연층 두께(㎛)
(전극층 두께 8㎛ 고정)		 △Cm
(fF)		 전극층 두께(㎛)
(층간절연층 두께 35㎛ 고정)		 △Cm
(fF)
10 1.003 2 0.677
15 0.817 4 0.611
25 0.592 6 0.553
35 0.504 8 0.504
45 0.410 10 0.422
55 0.351 12 0.395
60 0.332 14 0.367
80 0.251 15 0.353
100 0.204 16 0.342
120 0.174 18 0.318
150 0.143 20 0.303
200 0.113 30 0.241
250 0.093 40 0.204
300 0.082
도 7은 실험예 1의 층간 절연층 두께 변화에 따른 정전 용량 차이의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8은 실험예 2의 전극층 두께 변화에 따른 정전 용량 차이의 변화를 나타내는 그래프이다.
표 1 및 도 7을 참조하면, 층간 절연층의 두께를 55㎛ 이하로 조절하여 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고해상도 지문센싱이 가능한 타겟 △Cm 35fF를 획득하였다. 또한, 층간 절연층의 두께를 55㎛ 이하로 조절하여 0.5fF 이상의 △Cm을 획득하였다
표 1 및 도 8을 참조하면, 전극층 각각의 두께를 15㎛ 이하로 감소시켜 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고해상도 지문센싱이 가능한 타겟 △Cm 35fF를 획득하였다. 또한, 전극층 각각의 두께를 8㎛ 이하로 감소시켜 0.5fF 이상의 △Cm을 획득하였다.
90: 기재층 105: 층간 절연층
110: 제1 전극층 115: 제1 센싱 라인
120: 제2 전극층 125: 제2 센싱 라인
127: 플로팅 전극 130: 패시베이션 층

Claims (14)

  1. 제1 센싱 라인들을 포함하는 제1 전극층;
    층간 절연층; 및
    상기 층간 절연층을 사이에 두고 상기 제1 전극층과 대향하고 상기 제1 센싱 라인들과 평면 방향에서 교차하는 제2 센싱 라인들을 포함하는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 층간 절연층의 두께는 55㎛ 이하, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각의 두께는 15㎛이하인, 지문 센서.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 층간 절연층의 두께는 10㎛ 내지 45㎛, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각의 두께는 2㎛ 내지 15㎛인, 지문 센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 층간 절연층의 두께는 10㎛ 내지 35㎛, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각의 두께는 2㎛ 내지 8㎛인, 지문 센서.
  4. 청구항 1에 있어서, 지문의 골(valley) 및 지문의 융선(ridge)에서의 정전용량 차이가 0.35 fF 이상인, 지문 센서.
  5. 청구항 1에 있어서, 지문의 골(valley) 및 지문의 융선(ridge)에서의 정전용량 차이가 0.5 fF 이상인, 지문 센서.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 전극층은 상기 평면 방향에서 상기 제2 센싱 라인들 사이에 배열된 플로팅 전극들을 더 포함하는, 지문 센서.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 센싱 라인의 선폭은 상기 제2 센싱 라인의 선폭보다 큰, 지문 센서.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 플로팅 전극의 너비는 상기 제2 센싱 라인의 선폭보다 큰, 지문 센서.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 플로팅 전극의 너비는 상기 제1 센싱 라인의 선폭보다 작은, 지문 센서.
  10. 청구항 6에 있어서, 복수의 상기 플로팅 전극들이 플로팅 전극 열을 형성하고, 복수의 상기 플로팅 전극 열들이 각각 이웃하는 상기 제2 센싱 라인들 사이에 배치된, 지문 센서.
  11. 청구항 6에 있어서, 상기 제2 전극층이 지문 입력면을 향해 배치된, 지문 센서.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 층간 절연층은 폴리이미드(PI)를 포함하는, 지문 센서.
  13. 윈도우 기판; 및
    상기 윈도우 기판의 일면 상에 적층된 청구항 1에 따른 지문 센서를 포함하는, 윈도우 적층체.
  14. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널 상에 적층되며 청구항 1에 따른 지문 센서를 포함하는, 화상 표시 장치.
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