KR20180062305A - Protective layer for enhancing sensitivity of capacitive fingerprint sensor - Google Patents

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KR20180062305A
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electrostatic
fingerprint sensor
protective film
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sensitivity
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KR1020160179290A
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박상희
강일석
전국진
이승희
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a fingerprint sensor, and more specifically, to an electrostatic fingerprint sensor. The present invention provides an electrostatic fingerprint recognition sensor having a protective layer for enhancing electrostatic sensitivity and formed on the uppermost part, in which the protective layer contains a high dielectric material having a permittivity of 10 to 100. According to an embodiment of the present invention, biometrics can be accurately recognized while reducing a recognition error by clearly securing a fingerprint sensor image since there is a big difference in the change of electrostatic capacity between a valley and a ridge of a fingerprint when a finger touches the fingerprint sensor.

Description

정전 감도 향상 보호막을 가진 정전방식 지문센서{Protective layer for enhancing sensitivity of capacitive fingerprint sensor}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrostatic fingerprint sensor having a protective film for improving electrostatic sensitivity,

본 발명은 지문 센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 정전방식 지문 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a fingerprint sensor, and more particularly, to an electrostatic fingerprint sensor.

다양한 생체신호의 확인방법은 보안의 중요성이 강조됨에 따라 관련기술의 중요성 및 발달도 함께 증가하고 있다. 예를 들어, 지문인식은 이미 휴대폰에 본인 인증용으로 널리 사용되고 있는 기술로, 광학방식, 정전방식 등이 가장 널리 사용되고 있다. As the significance of security is emphasized, the importance and development of related technologies are increasing along with various methods of verifying bio - signals. For example, fingerprint recognition is already widely used for authentication of a person in a mobile phone, and an optical system and an electrostatic system are most widely used.

광학방식의 지문 센서는 미리 등록된 지문과 스캔을 실시간 지문을 비교하여 인증을 하는 방법이다. 프랑스의 ISORG사는 유기물 포토다이오드와 유기 트랜지스터를 이용한 500ppi 지문 센서를 개발했다고 보고되었다. 포토다이오드 어레이를 이용한 고해상도 이미지 획득 기술은 이미 카메라 이미지센서(CCD) 등에서 높은 기술발전을 이루어왔으며, 특히 CCD 의 경우 전면부에 외부 이미지 획득을 위한 렌즈가 반드시 필요한 기술이다. 지문 센서 기술은 사용자 지문의 접촉 시에만 정보를 획득해야 하므로 지문의 크기와 1:1 매칭을 통해 이미지를 획득해야 하는 기술이 필요하다. 따라서 광학방식의 지문 센서는 투명도 확보가 어렵고, 손가락의 얼룩 등으로 인한 불확실한 이미지 확보 가능성이 높으며, 가짜 지문 식별률이 낮은 단점이 있다. The optical fingerprint sensor is a method of comparing the registered fingerprint with the real time fingerprint to perform authentication. ISORG of France has reportedly developed a 500ppi fingerprint sensor using organic photodiodes and organic transistors. High-resolution image acquisition technology using a photodiode array has already been developed in a camera image sensor (CCD), and in particular, a lens for acquiring an external image on a front surface is indispensable for a CCD. Since the fingerprint sensor technology needs to acquire information only when the user's fingerprint is touched, it is necessary to acquire the image through 1: 1 matching with the size of the fingerprint. Therefore, the optical type fingerprint sensor has a disadvantage in that it is difficult to secure transparency, the uncertain image is likely to be secured due to finger stains, and the false fingerprint identification rate is low.

정전 용량방식의 지문 센서는 손가락과 정전센서 사이의 정전기량을 측정해 센싱에 이용하는 방식으로 현재 사용되고 있는 모바일기기에 대부분 사용되고 있다. 애플은 어센텍(Authentec)을 인수하여 아이폰 5S부터 반도체방식의 지문인식 모듈을 채택하여 모바일 기기에 적용하였고 삼성전자는 갤럭시4부터 시냅틱스(Synaptics)의 반도체방식의 지문인식 모듈을 공급받아 제품에 적용하기 시작하고 있다. The capacitive fingerprint sensor is used for sensing by measuring the electrostatic charge between the finger and the electrostatic sensor, and is used mostly in the mobile devices currently in use. Apple acquired Authentec, adopted the fingerprint recognition module of the semiconductor type from the iPhone 5S and applied it to the mobile device, and Samsung Electronics supplied the Synaptics semiconductor type fingerprint recognition module from the Galaxy 4 to the product It is beginning to apply.

그러나 현재 널리 사용되고 있는 지문 센서 기술은 Si 웨이퍼 기반의 정전 용량 방식으로서 이미 센서 하나의 단가가 높을 뿐만 아니라, 특히 센싱 영역의 크기가 커지면 가격 경쟁력이 현저하게 줄어들 뿐만 아니라 특히 플렉시블화를 하는데 심각한 문제를 가지고 있다. 특히, 이런한 지문 센서의 견고성을 높이면서 디스플레이 장치에 적용하기 위해서 강화유리 등이 사용되어야 하거나, 그 외 내구성이 우수한 보호층이 필요하다. 이러한 물질들은 센싱 전극상에 형성되는 물질로서, 대부분 보호막의 경우 두께가 두껍고, 유전상수값이 낮아서 보호층의 전체 정전 용량이 매우 작아지기 때문에 손가락이 닿았을 때의 정전 용량의 미미한 (femto-F 수준 혹은ato-F 수준의) 변화량의 읽는데 매우 어려움이 있다. However, the widely used fingerprint sensor technology is a Si wafer-based capacitive sensor. In addition to the high price of one sensor, especially when the sensing area is large, the price competitiveness is significantly reduced. Especially, Have. Particularly, in order to enhance the robustness of such a fingerprint sensor and to apply it to a display device, a tempered glass or the like must be used, or a protective layer excellent in durability is required. These materials are materials formed on the sensing electrode. In most cases, the thickness of the protective film is thick and the dielectric constant is low. As a result, the total capacitance of the protective layer becomes very small. Therefore, the femto-F Level or ato-F level) is very difficult to read.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명은 고해상도 지문 센서를 개발함에 있어 상기 언급한 반도체 기판의 기반이 아닌, 유리, 플라스틱, 그 외 매우 ??은 두께 구현이 가능한 절연성의 기판상에 형성하는 정전 용량 방식의 지문 센서를 구현함에 있어 센서의 민감도를 높일 수 있는 보호막에 대한 기술과 이 보호막을 포함하는 고성능 지문 센서를 제공하고자 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made in order to develop a high-resolution fingerprint sensor, and it is an object of the present invention to provide a fingerprint sensor, The present invention provides a protective film for enhancing the sensitivity of a sensor and a high-performance fingerprint sensor including the protective film. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따른 정전방식 지문 센서를 제공한다. 상기 정전방식 지문 센서는 유전율이 10 내지 100인 고유전물질을 포함하는 정전감도 향상 보호막이 최상부에 형성된 것을 특징으로 한다. An electrostatic fingerprint sensor according to one aspect of the present invention is provided. The electrostatic fingerprint sensor is characterized in that an electrostatic sensitive protection film including a high dielectric constant material having a dielectric constant of 10 to 100 is formed at the top.

상기 정전방식 지문 센서에서, 상기 정전감도 향상 보호막은, 상기 정전방식 지문 센서를 구성하는 기판, 트랜지스터, 절연층 및 전극을 봉지하되, 지문을 가지는 인체의 적어도 일부와 직접 접촉할 수 있도록 최상부에 배치될 수 있다. In the electrostatic-type fingerprint sensor, the electrostatic-sensitivity-enhancing protective film is disposed at the uppermost position so as to directly contact at least a part of a human body having a fingerprint, the substrate, the transistor, the insulating layer and the electrode constituting the electrostatic- .

상기 정전방식 지문 센서에서, 상기 정전감도 향상 보호막은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중의 어느 하나로 이루어진 단일층 구조를 가질 수 있다. In the electrostatic-type fingerprint sensor, the electrostatic-sensitivity-enhancing protective layer may have a single-layer structure composed of any one of AlO x , TiO x , HfO x, and ZrO x .

상기 정전방식 지문 센서에서, 상기 정전감도 향상 보호막은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중에서 선택된 적어도 둘 이상의 복합층 구조를 가질 수 있다. In the electrostatic-type fingerprint sensor, the electrostatic-sensitivity-enhancing protective layer may have at least two or more composite layer structures selected from AlO x , TiO x , HfO x, and ZrO x .

상기 정전방식 지문 센서에서, 상술한 상기 정전감도 향상 보호막은 전자빔(e-beam) 증착, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 또는 ALD(atomic layer deposition) 방법으로 형성될 수 있다. In the electrostatic-type fingerprint sensor, the electrostatic-sensitivity-enhancing protective layer may be formed by e-beam deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), or atomic layer deposition .

상기 정전방식 지문 센서에서, 상기 정전감도 향상 보호막은 유-무기 폴리머 구조를 가질 수 있다. In the electrostatic-type fingerprint sensor, the electrostatic-sensitivity-enhancing protective layer may have an organic-inorganic polymer structure.

상기 정전방식 지문 센서에서, 상기 정전감도 향상 보호막은 Si을 함유하는 유무기 폴리머 구조를 가질 수 있다. In the electrostatic-type fingerprint sensor, the electrostatic-sensitivity-enhancing protective film may have an organic-inorganic polymer structure containing Si.

상기 정전방식 지문 센서에서, 상기 정전감도 향상 보호막은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중의 적어도 하나를 포함하는 제 1 층과 유-무기 폴리머 구조를 가지는 제 2 층을 구비하는 복합 구조막일 수 있다. In the electrostatic-type fingerprint sensor, the electrostatic-sensitivity-enhancing protective film may be a composite structure film having a first layer containing at least one of AlO x , TiO x , HfO x and ZrO x , and a second layer having a organic- .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 손가락이 지문 센서에 닿았을 때, 지문에서의 밸리(valley)와 릿지(ridge) 간의 정전 용량 변화차가 커서 지문 센서 이미지를 선명하게 확보함으로써 인식의 오류는 낮추고 정확하게 생체 인식을 할 수 있는 장점이 있다. According to one embodiment of the present invention, when the finger touches the fingerprint sensor, the difference in the capacitance change between the valley and the ridge in the fingerprint is large, thereby ensuring a clear image of the fingerprint sensor. There is an advantage of biometrics.

특히, 고이동도 산화물 TFT를 기반으로 하는 지문 센서를 제작하는 경우 동작 속도가 매우 높아지므로, CMOS 기반의 지문 센서와 비교 시, 속도와 정확도 면에서 그 특성이 낮지 않으면서도 저가 제작이 가능할 수 있다. Particularly, when a fingerprint sensor based on a high mobility oxide TFT is manufactured, the operation speed becomes very high. Therefore, compared with a CMOS-based fingerprint sensor, low-cost manufacturing can be possible without lowering its speed and accuracy .

나아가, 플렉시블 지문 센서의 내구성을 높이면서도 인식도를 높일 수 있으므로 단순히 휴대폰 모바일 기기 뿐만이 아니라, 본인 인증이 필요한 모든 제품, 예를 들어 신용 카드, 의약품 복용, 기타 중요 물건의 개폐 확인 등을 필요로 하는 모든 물건에 확대 적용이 가능하다. Furthermore, since the flexible fingerprint sensor can enhance the durability and the recognition level, it is possible to improve not only the mobile phone mobile device but also all the products requiring authentication by themselves, such as credit card, medicine, It is possible to apply it to objects.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상대적으로 낮은 제조비용으로 대면적 제작이 가능하므로 멀티 센싱(multi-sensing)이 빠르고 정밀하게 이루어지므로 출입국 등의 수속에 사용하는 센서로의 대체가 가능하며 특히 면적이 커져야 하는 손바닥 등의 인식을 할 경우 정전 용량의 상호 간섭이 매우 작으면서도 그 변화량이 커져야 하는 센싱 소자에도 적용이 가능한 장점을 가지고 있다. According to one embodiment of the present invention, since it is possible to fabricate a large area at a relatively low manufacturing cost, multi-sensing can be performed quickly and precisely, so that the sensor can be replaced with a sensor used in the procedures of immigration, It is possible to apply the present invention to a sensing device in which the mutual interference of capacitances is very small and the amount of change must be large.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전방식의 지문인식 센서를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an electrostatic fingertip sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that throughout the specification, when an element such as a film, region or substrate is referred to as being "on", "connected to", "laminated" or "coupled to" another element, It is to be understood that elements may be directly "on", "connected", "laminated" or "coupled" to another element, or there may be other elements intervening therebetween. On the other hand, when one element is referred to as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another element, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween do. Like numbers refer to like elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.Also, relative terms such as "top" or "above" and "under" or "below" can be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device in addition to those depicted in the Figures. For example, in the figures the elements are turned over so that the elements depicted as being on the top surface of the other elements are oriented on the bottom surface of the other elements. Thus, the example "top" may include both "under" and "top" directions depending on the particular orientation of the figure. If the elements are oriented in different directions (rotated 90 degrees with respect to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

이하, 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings schematically showing an ideal embodiment of the present invention. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the regions shown herein, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전방식의 지문인식 센서를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an electrostatic fingertip sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전방식의 지문인식 센서(100)는 정전감도 향상 보호막(70)이 최상부에 배치된다. Referring to FIG. 1, in the electrostatic fingerprint sensor 100 according to the embodiment of the present invention, the electrostatic sensitivity enhancement protective film 70 is disposed at the top.

정전감도 향상 보호막(70)은 정전방식의 지문인식 센서(100)를 구성하는 기판(10), 트랜지스터(30), 절연층(20, 40), 비아패턴(45), 데이타 라인(60) 및 전극(50)을 봉지(encapsulation)하되, 지문을 가지는 인체의 적어도 일부(200)와 직접 접촉할 수 있도록 최상부에 배치될 수 있다. 정전감도 향상 보호막(70)은 데이타 라인(60) 및 전극(50)에 형성될 수 있다. The electrostatic sensitivity enhancement protective film 70 is formed on the substrate 10, the transistor 30, the insulating layers 20 and 40, the via patterns 45, the data lines 60, The electrodes 50 may be encapsulated and disposed at the top so as to be in direct contact with at least a portion 200 of the human body having the fingerprint. The electrostatic sensitivity enhancement protective film 70 may be formed on the data line 60 and the electrode 50. [

정전감도 향상 보호막(70)은 유전율이 10 내지 100인 고유전물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 손가락이 정전방식의 지문인식 센서(100)에 닿았을 때, 지문에서의 밸리(valley)와 릿지(ridge) 간의 정전 용량 변화차가 커서 지문 센서 이미지를 선명하게 확보함으로써 인식의 오류는 낮추고 정확하게 생체 인식을 할 수 있는 장점이 있다. The electrostatic sensitivity enhancement protective film 70 may include a high dielectric constant material having a dielectric constant of 10 to 100. In this case, when the finger touches the electrostatic-type fingerprint recognition sensor 100, the difference in the capacitance change between the valley and the ridge in the fingerprint is large, thereby ensuring a clear image of the fingerprint sensor, There is an advantage that biometrics can be accurately performed.

일 예로서, 정전감도 향상 보호막(70)은 유전율이 10 내지 100인 고유전물질로서, AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중의 어느 하나로 이루어진 단일층 구조를 가질 수 있다. 또는, 정전감도 향상 보호막(70)은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중에서 선택된 적어도 둘 이상의 복합층 구조를 가질 수도 있다. 복합층 구조의 복합 유전율은 10 내지 100의 범위를 가질 수 있다. 이러한 정전감도 향상 보호막(70)은 전자빔(e-beam) 증착, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 또는 ALD(atomic layer deposition) 방법으로 형성될 수 있다. As one example, the electrostatic sensitive protection film 70 may have a single layer structure composed of any one of AlO x , TiO x , HfO x, and ZrO x as a high dielectric material having a dielectric constant of 10 to 100. Alternatively, the electrostatic sensitivity enhancement protective film 70 may have at least two or more composite layer structures selected from AlO x , TiO x , HfO x, and ZrO x . The complex permittivity of the multiple layer structure may range from 10 to 100. The ESD protection film 70 may be formed by e-beam deposition, plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), or atomic layer deposition (ALD).

다른 예로서, 정전감도 향상 보호막(70)은 유전율이 10 내지 100인 고유전물질로서,유-무기 폴리머 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 정전감도 향상 보호막(70)은 Si을 함유하는 유무기 폴리머 구조를 가질 수 있다. 이러한 정전감도 향상 보호막(70)은 용액공정으로 형성된 하드코팅층의 적어도 일부일 수 있다. As another example, the electrostatic sensitive enhancement protecting film 70 may be a high dielectric constant material having a dielectric constant of 10 to 100, and may have a organic-inorganic polymer structure. For example, the electrostatic sensitive enhancement protecting film 70 may have an organic polymer structure containing Si. This electrostatic sensitive enhancement protecting film 70 may be at least a part of the hard coat layer formed by the solution process.

또 다른 예로서, 정전감도 향상 보호막(70)은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중의 적어도 하나를 포함하는 제 1 층과 유-무기 폴리머 구조를 가지는 제 2 층을 구비하는 복합 구조막일 수 있다. 상기 복합 구조막의 복합 유전율은 10 내지 100의 범위를 가질 수 있다. As another example, the electrostatic sensitive enhancement protecting film 70 may be a composite structure film having a first layer including at least one of AlO x , TiO x , HfO x and ZrO x , and a second layer having a organic-inorganic polymer structure . The complex permittivity of the composite structure film may be in the range of 10 to 100.

상술한 본 발명의 기술적 사상은 정전방식의 지문인식 센서(100)에 적용될 수 있으나, 손가락 외에도 인체의 생체식별정보를 가지는 손바닥 인식 센서에도 적용될 수 있다. 이 경우, 정전감도 향상 보호막(70)과 직접 접촉할 수 있는 인체의 적어도 일부(200)는 손가락 외에도 손바닥, 발바닥, 발가락 등을 포함할 수도 있다. The technical idea of the present invention described above can be applied to the fingerprint recognition sensor 100 of the electrostatic type, but it can be applied to a palm recognition sensor having biometric identification information of the human body in addition to the finger. In this case, at least a portion 200 of the human body which can directly contact the electrostatic sensitivity enhancement protective film 70 may include a palm, a sole, a toe, etc. in addition to the finger.

본 발명은 유전상수 10 이상의 고유전상수를 갖는 단층, 혹은 다층 구조의 절연 특성의 보호막을 정전 용량방식의 지문 센서의 보호막으로 사용하여 정전센서의 감도를 개선한다. The present invention improves the sensitivity of an electrostatic sensor by using a protective film of insulating property of a single layer or a multilayer structure having a dielectric constant of 10 or more as a protective film of a capacitance type fingerprint sensor.

고유전상수의 절연막은 스퍼터링, e-beam evaoporation 법, 표면화학반응을 이용한 원자층 증착법(thermal atomic layer deposition, plasma enhanced atomic layer deposition) 등으로 형성한다. The high dielectric constant insulating layer is formed by sputtering, e-beam evaoporation, or thermal atomic layer deposition (thermal atomic layer deposition) using a surface chemical reaction.

절연막은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 및 그 외의 유전상수 10 이상의 절연막을 단층 혹은 이들의 다층 구조, 혹은 이들 중 하나를 포함하고 그 외 진공공정, 용액공정으로 형성된 하드코팅층을 포함하는 보호막을 포함한다. The insulating film includes a hard coating layer formed by a single layer or multilayer structure of AlO x , TiO x , HfO x, and ZrO x, and other dielectric constant of 10 or more, And a protective film.

지문 센서는 두 개의 투명전극(투명전극은 저저항 산화물로 이루어질 수도 있고 산화물/얇은 금속/산화물(OMO)로 구성된 저저항 투명전극일 수도 있음)과 그리고 전극층간의 절연막으로 형성된 지문 센서, 이때 전극의 구조(다이아몬드형, bar 형, 벌집형 등등)는 어떠한 구조여도 무방하다. The fingerprint sensor is composed of two transparent electrodes (a transparent electrode may be a low-resistance oxide or a low-resistance transparent electrode made of oxide / thin metal / oxide (OMO)) and a fingerprint sensor formed of an insulating film between the electrode layers, The structure (diamond type, bar type, honeycomb type, etc.) may be any structure.

한 개의 투명전극과 한개의 저저항 금속전극, 그리고 전극층간의 절연막으로 형성된 지문 센서, 이때 전극의 구조(다이아몬드형, bar 형, 벌집형 등등) 는 어떠한 구조여도 무방하다. A fingerprint sensor formed of an insulating film between one transparent electrode and one low-resistance metal electrode, and an electrode layer, and the structure of the electrode (diamond shape, bar shape, honeycomb shape, etc.) may be any structure.

두 개의 저저항 금속전극, 그리고 전극층간의 절연막으로 형성된 지문 센서, 이때 전극의 구조(다이아몬드형, bar 형, 벌집형 등등) 는 어떠한 구조여도 무방하다. Two low-resistance metal electrodes, and a fingerprint sensor formed of an insulating film between the electrode layers, and the electrode structure (diamond shape, bar shape, honeycomb shape, etc.) may be any structure.

소스 및 드레인(32, 34)과 게이트(36)를 포함하는 트랜지스터(30)는 예를 들어 산화물 박막 트랜지스터일 수 있다. 산화물 박막 트랜지스터가 스위칭 소자로서 작동하는 지문 센서에서, 산화물 트랜지스터의 구조는 바텀 게이트(bottom gate), 탑 게이트(top gate) 중 선택될 수 있으며, RC 딜레이를 최소화하기 위해 TFT 내의 오버랩 커패시턴스(overlap capacitance)가 작고 이동도가 클수록 센서 동작 속도는 더 높아지므로 지문 센서의 정확도를 높일 수 있다. The transistor 30 including the source and drain 32, 34 and the gate 36 may be, for example, an oxide thin film transistor. In a fingerprint sensor in which an oxide thin film transistor operates as a switching element, the structure of the oxide transistor may be selected from among a bottom gate and a top gate. In order to minimize the RC delay, an overlap capacitance ) Is smaller and the mobility is higher, the sensor operation speed becomes higher, so that the accuracy of the fingerprint sensor can be increased.

고속 동작 투명 지문 센서를 위해서는 산화물 TFT를 투명하게 제작하여 구현된 투명 지문 센서에서, ITO 등의 산화물 기반의 전극이 시용할 수도 있다. 산화물/얇은 금속/산화물(OMO)을 이용한 TFT 의 전극은 저저항으로 형성되어 구동 속도를 높일 수 있는 효과가 있다. For a high-speed transparent fingerprint sensor, an oxide-based electrode such as ITO may be used in a transparent fingerprint sensor implemented by transparently fabricating an oxide TFT. The electrode of the TFT using the oxide / thin metal / oxide (OMO) is formed with a low resistance, so that the driving speed can be increased.

본 발명은 상기 지문 센서 상부에 본 발명에 의한 고유전율 박막을 센서 전극상에 증착하는 것이다. 혹은 상기 지문 센서 상에 본 발명에 의한 고유전율 박막과 하드코팅용 용액공정 보호막의 이중, 혹은 다층막을 센서 전극상에 증착한다. 이때 하드코팅용 용액은 Si 기반의 유기물 폴리머를 포함한다. The present invention deposits a high dielectric constant thin film according to the present invention on a sensor electrode on the fingerprint sensor. Alternatively, a double or multilayer film of the high dielectric constant thin film of the present invention and the solution process protective film for hard coating is deposited on the fingerprint sensor. Wherein the hard coating solution comprises an Si-based organic polymer.

도 1에 개시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정전방식의 지문인식 센서(100)는, 예를 들어, 고이동도 산화물 박막 트랜지스터를 포함하는 고속동작 지문 센서 어레이에서 반복되면서 존재하는 센싱 소자 하나일 수 있다. 지문 센서는 이들의 어레이로 구성되며, 그 해상도는 센서 면적에 따라 다르나 300 ppi 이상이어야 좋은 이미지를 얻을 수 있다. The electrostatic fingerprint sensor 100 according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. 1 can be used in a high-speed fingerprint sensor array including, for example, a high mobility oxide thin film transistor, . The fingerprint sensor is composed of these arrays, and the resolution depends on the area of the sensor, but it must be 300 ppi or higher to obtain a good image.

본 발명의 일 실시예에 따른 정전방식의 지문인식 센서(100)를 구성하는 기판(10)은 유리 뿐만이 아니고 투명 플라스틱, 불투명 플라스틱, 종이 등 절연특성을 가지는 것으로서 기판(10) 상에 보호막을 별도로 형성할 수도 있다. 도 1에서 도식화된 산화물 박막 트랜지스터(30)의 구조는 bottom gate top contact (staggered type, back channel etch type) 구조, bottom gate bottom contact (coplanar type) 구조, bottom gate self-aligned 구조, top gate self-aligned 구조, top gate staggered 구조 등으로 형성 가능한 것으로 산화물 TFT의 구조에 의해 본 발명의 기술적 사상이 영향을 받지는 않는다. The substrate 10 constituting the electrostatic fingertip sensor 100 according to an embodiment of the present invention has insulating properties such as transparent plastic, opaque plastic and paper as well as glass, and a protective film is separately formed on the substrate 10 . The structure of the oxide thin film transistor 30 illustrated in FIG. 1 includes a bottom gate top contact (staggered type, back channel etch type) structure, a bottom gate bottom contact (coplanar type) structure, a bottom gate self- an aligned structure, a top gate staggered structure, and the like, and the technical idea of the present invention is not affected by the structure of the oxide TFT.

절연층(20, 40) 중에서 제 1 층간절연층은 산화물 TFT의 게이트 절연막에 의한 층으로서 이는 TFT의 특성을 최적화하고 센서구동 속도에 영향을 미치지 않도록 RC 딜레이를 최소화하는 두께와 유전상수를 갖는 절연막으로 커패시턴스(capacitance)를 최적화 하도록 설계한다. TFT에 사용하는 전극은 RC 딜레이의 최소화에 맞도록 저항을 낮은 것과 산화물 TFT 의 특성을 최적화 하는 전극을 사용해야 하는데, 통상 투명한 지문 센서의 경우는 ITO 등과 같은 산화물 전극 혹은 산화물/얇은 금속전극/산화물(OMO)로 형성되는 삼층구조의 전극으로 형성함으로써 전체 지문 센서를 투명하게 제작 할 수 있다. OMO 전극의 경우 ITO/Ag/ITO 구조로 500 ppi 지문 센서에서 MHz 동작속도의 구동이 가능하다. Among the insulating layers 20 and 40, the first interlayer insulating layer is a layer formed of a gate insulating film of an oxide TFT, which is an insulating film having a thickness and a dielectric constant that minimizes the RC delay so as not to affect the sensor driving speed, To optimize the capacitance. The electrode used for the TFT should be an electrode that optimizes the characteristics of the oxide TFT with low resistance to meet the RC delay minimum. Usually, in the case of a transparent fingerprint sensor, an oxide electrode such as ITO or an oxide / thin metal electrode / oxide OMO), so that the entire fingerprint sensor can be made transparent. For OMO electrodes, the ITO / Ag / ITO structure enables the operation of a 500 ppi fingerprint sensor at a MHz operating speed.

제 2 층간절연층(40)은 패시베이션층(passivation layer)으로서, PECVD 로 증착한 SiO2 등 유전상수가 낮은 것을 사용할 수 있고 혹은 이보다 더 유전상수가 낮은 유기물 절연막을 사용함으로써 센싱 전극에서의 정전 용량 변화량이 잘 인식될 수 있도록 그 두께와 유전상수를 조정하여 다양한 구조로 사용가능하다. 특히 유기물로써 제 2 층간절연층(40)을 형성 시 평탄도가 우수하므로 센싱 전극의 형성에 유리하다. 유기물을 사용 시에는 산화물 TFT 는 미리 사전 열처리를 하여 전기적 신뢰성을 확보 할 수 있다. 또한, 지문 센서가 빛에 노출 될 가능성이 많은 제품에 적용 시에는 블랙(black) 유기물질을 사용하여 제 2 층간절연층(40)을 형성하면 산화물 TFT 를 빛으로부터 보호할 수 있으므로 더욱 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있다. The second interlayer insulating layer 40 may be a passivation layer having a low dielectric constant such as SiO 2 deposited by PECVD or an organic insulating film having a dielectric constant lower than that, It can be used in various structures by adjusting the thickness and dielectric constant so that the change amount can be well recognized. In particular, when the second interlayer insulating layer 40 is formed of an organic material, the flatness is excellent, which is advantageous for forming a sensing electrode. When an organic material is used, the oxide TFT can be pre-heat-treated in advance to secure electrical reliability. In addition, when the fingerprint sensor is applied to a product which is likely to be exposed to light, forming the second interlayer insulating layer 40 using a black organic material can protect the oxide TFT from light, There are advantages to be able to.

센싱 전극(50)은 투명 센서의 경우는 투명 전극으로, 그러하지 않은 경우는 TFT 의 드레인 전극과 접촉 저항을 불러일으키지 않고 FPCB 본딩에 유리한 전극을 선택해서 사용한다. 센싱 전극(50) 상에 형성할 보호막(70)은 전술한 바와 같이 고유전상수를 갖고 누설 전류가 낮은 단층 절연막, 혹은 이들간의 다층 구조의 절연막, 혹은 이들과 유기물 다층 구조의 절연막을 형성하여 사용한다. 특히 유-무기 복합 폴리머를 사용할 경우 센서 표면을 보호할 수 있도록 하드코팅(hard coating) 물질과 다층 구조를 형성하며 센서의 내구성을 높일 수 있다. 이때 하드코팅 물질로서는 Si 은 포함하는 유-무기 폴리머를 사용할 수 있다. The sensing electrode 50 is a transparent electrode in the case of a transparent sensor, and if not, an electrode favorable for FPCB bonding is selected and used without causing contact resistance with the drain electrode of the TFT. As described above, the protective film 70 to be formed on the sensing electrode 50 is a single-layer insulating film having a high dielectric constant and low leakage current, or an insulating film having a multilayer structure therebetween, or an insulating film having an organic multilayer structure formed therebetween . In particular, when an organic-inorganic hybrid polymer is used, a hard coating material and a multi-layer structure are formed to protect the surface of the sensor, thereby enhancing the durability of the sensor. As the hard coating material, an organic-inorganic polymer containing Si may be used.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 유리기판
20, 40 : 절연층
30 : 트랜지스터
50 : 전극
60 : 데이타 라인
70 : 정전감도 향상 보호막
100 : 정전방식의 지문인식 센서
200 : 인체 10: glass substrate
20, 40: Insulating layer
30: transistor
50: Electrode
60: Data line
70: Protection film for improving electrostatic sensitivity
100: Electrostatic Fingerprint Sensor
200: human body

Claims (8)

유전율이 10 내지 100인 고유전물질을 포함하는 정전감도 향상 보호막이 최상부에 형성된, 정전방식 지문 센서.An electrostatic-type fingerprint sensor in which an electrostatic-sensitivity-enhancing protective film containing a high-dielectric material having a dielectric constant of 10 to 100 is formed on the top. 제 1 항에 있어서,
상기 정전감도 향상 보호막은, 상기 정전방식 지문 센서를 구성하는 기판, 트랜지스터, 절연층 및 전극을 봉지하되, 지문을 가지는 인체의 적어도 일부와 직접 접촉할 수 있도록 최상부에 배치된, 정전방식 지문 센서.The method according to claim 1,
Wherein the electrostatic sensitivity enhancing protective film is disposed at the top portion so as to seal the substrate, the transistor, the insulating layer, and the electrodes constituting the electrostatic type fingerprint sensor, and to directly contact at least part of the human body having the fingerprint. 제 1 항에 있어서,
상기 정전감도 향상 보호막은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중의 어느 하나로 이루어진 단일층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 정전방식 지문 센서.The method according to claim 1,
Wherein the electrostatic sensitivity enhancing protective film has a single layer structure composed of any one of AlO x , TiO x , HfO x, and ZrO x . 제 1 항에 있어서,
상기 정전감도 향상 보호막은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중에서 선택된 적어도 둘 이상의 복합층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 정전방식 지문 센서.The method according to claim 1,
Wherein the electrostatic sensitivity enhancement protective film has at least two or more composite layer structures selected from AlO x , TiO x , HfO x, and ZrO x . 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 정전감도 향상 보호막은 전자빔(e-beam) 증착, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition), LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 또는 ALD(atomic layer deposition) 방법으로 형성된, 정전방식 지문 센서.The method according to claim 3 or 4,
The electrostatic-sensitive-enhancement protective film is formed by an e-beam deposition, a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), or an atomic layer deposition (ALD) method. 제 1 항에 있어서,
상기 정전감도 향상 보호막은 유-무기 폴리머 구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 정전방식 지문 센서.The method according to claim 1,
Wherein the electrostatic sensitivity enhancing protective film has an organic-inorganic polymer structure. 제 1 항에 있어서,
상기 정전감도 향상 보호막은 Si을 함유하는 유무기 폴리머 구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 정전방식 지문 센서.The method according to claim 1,
Wherein the electrostatic-sensitivity-enhancing protective film has an organic-inorganic polymer structure containing Si. 제 1 항에 있어서,
상기 정전감도 향상 보호막은 AlOx, TiOx, HfOx 및 ZrOx 중의 적어도 하나를 포함하는 제 1 층과 유-무기 폴리머 구조를 가지는 제 2 층을 구비하는 복합 구조막인 것을 특징으로 하는, 정전방식 지문 센서.


The method according to claim 1,
The electrostatic sensitivity up protective film is AlO x, TiO x, HfO x, and the first layer and the oil containing at least one of ZrO x - characterized in that the composite structure layer comprising a first layer having the inorganic polymer structure, electrostatic Way fingerprint sensor.


KR1020160179290A 2016-11-30 2016-12-26 Protective layer for enhancing sensitivity of capacitive fingerprint sensor KR20180062305A (en)

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