KR102581472B1

KR102581472B1 - 터치-지문 복합 센서 및 이를 포함하는 전자 장치

Info

Publication number: KR102581472B1
Application number: KR1020180093991A
Authority: KR
Inventors: 홍석우; 김진명
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2023-09-21
Also published as: US20200050815A1; CN110825276A; EP3608763A1; US11455815B2; EP3608763B1; KR20200018131A; JP7481813B2; JP2020027661A; CN110825276B

Abstract

터치-지문 복합 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 터치-지문 복합 센서는 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극 및 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이에 구비된 절연층을 포함할 수 있고, 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 사이의 거리는 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 사이의 거리와 다를 수 있다. 상기 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량은 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량과 다를 수 있다. 상기 터치-지문 복합 센서는 단차 조절층을 더 포함할 수 있다.

Description

터치-지문 복합 센서 및 이를 포함하는 전자 장치{Touch-fingerprint complex sensor and electronic apparatus including the same}

개시된 실시예들은 터치-지문 복합 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.

터치스크린(touch screen)은 사용자가 손가락 등으로 스크린을 접촉하거나 누르면 그 위치나 관련 정보를 인지하여 시스템에 전달하는 입력장치로서, 단순하면서 사용이 편리한 장점이 있다. 특히, 정전용량(capacitive) 방식의 터치스크린은 높은 투과율 및 우수한 내구성을 갖고, 터치 해상도가 뛰어나며, 멀티 터치가 가능하다는 장점이 있다. 터치스크린 패널은 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 기기뿐 아니라 현금자동인출기(ATM), 자동발권기, 네비게이션 등 매우 다양한 전자 기기에 적용되고 있다.

최근에는, 다양한 모바일 기기 및 전자 기기에 대한 개인 인증의 필요성이 점차 확대되고 있다. 지문, 음성, 얼굴, 홍채와 같은 개인의 고유한 특징을 이용한 개인 인증 기능은 모바일 기기, 출입 통제기, 금융 기기 등에서 중요하게 사용될 수 있다. 기존 방식에 따른 스마트폰, 태블릿 PC 등의 지문 인식 기술은 터치스크린 모듈과 별도로 지문 인식 모듈을 구성하는 구조이다.

터치와 지문을 모두 센싱할 수 있는 센서로서, 센싱 성능을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 제공한다. 대면적화 및 고속 구동에 유리하고 시인성 특성을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 제공한다. 지문 인식의 센싱 깊이를 증가시킬 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다.

상기 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.

일 측면(aspect)에 따르면, 지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드를 이용해서 사용자의 터치 및 지문을 감지하는 터치-지문 복합 센서에 있어서, 기판 상에 제1 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제1 전극; 상기 기판 상에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제2 전극; 및 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 절연층;을 포함하고, 상기 터치 패드의 상기 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리는 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리보다 큰, 터치-지문 복합 센서가 제공된다.

상기 터치 영역에서 상기 교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이는 상기 터치 영역에서 상기 교차부 주변의 비교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이보다 클 수 있다.

상기 터치 영역의 상기 교차부 주변의 비교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이는 상기 지문 인식 영역의 상기 교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이와 실질적으로 동일할 수 있다.

상기 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량(mutual capacitance)은 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량보다 작을 수 있다.

상기 터치-지문 복합 센서는 단차 조절층을 더 포함할 수 있고, 상기 단차 조절층은 상기 절연층과 별개로 구비되거나 상기 절연층의 일부로 구비될 수 있다.

상기 단차 조절층의 형태 및 치수에 따라, 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이의 거리가 상기 터치 패드의 영역에 따라 다르게 조절될 수 있다.

상기 단차 조절층은 복수의 비아홀(via hole)이 형성된 층 구조를 가질 수 있고, 상기 복수의 비아홀은 상기 터치 영역의 상기 복수의 제1 및 제2 전극 사이의 복수의 교차부에 대응하는 위치에 구비될 수 있다.

상기 복수의 비아홀 각각은 약 100 ㎛ 이하의 지름 또는 폭을 가질 수 있다.

상기 기판 상에 상기 단차 조절층이 구비될 수 있고, 상기 기판 및 상기 단차 조절층 상에 상기 복수의 제1 전극이 구비될 수 있고, 상기 단차 조절층 및 상기 복수의 제1 전극을 덮는 상기 절연층이 구비될 수 있고, 상기 절연층 상에 상기 복수의 제2 전극이 구비될 수 있다.

상기 단차 조절층은 복수의 아일랜드(island) 패턴층을 포함할 수 있고, 상기 복수의 아일랜드 패턴층은 상기 터치 영역의 상기 복수의 제1 및 제2 전극 사이의 복수의 교차부에 대응하는 위치에 구비될 수 있다.

상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극의 일부는 동일한 레벨에 구비될 수 있고, 상기 복수의 제2 전극의 다른 일부는 상기 레벨과 다른 레벨에 구비될 수 있다.

상기 기판 상에 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극의 일부에 해당하는 복수의 제1 패턴부가 구비될 수 있고, 상기 기판 상에 상기 복수의 제1 패턴부의 일부를 노출하는 복수의 개구부를 갖는 상기 절연층이 구비될 수 있고, 상기 지문 인식 영역을 제외한 상기 터치 영역의 상기 절연층 부분 상에 복수의 패턴층을 포함하는 상기 단차 조절층이 구비될 수 있고, 상기 절연층 및 상기 단차 조절층 상에 상기 복수의 제2 전극의 다른 일부에 해당하는 복수의 제2 패턴부가 구비될 수 있으며, 상기 제2 패턴부 각각은 상기 제2 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있고, 상기 개구부들을 통해 그에 대응하는 상기 제1 패턴부들에 연결되어 상기 제1 패턴부들을 상호 연결하는 브릿지(bridge) 구조를 가질 수 있다.

상기 복수의 제1 패턴부 각각에 대응하여 하나의 상기 개구부가 마련될 수 있다.

상기 복수의 제1 패턴부 각각에 대응하여 두 개의 상기 개구부가 마련될 수 있고, 상기 제1 패턴부 각각의 중앙부는 상기 두 개구부 사이에 위치할 수 있다.

상기 절연층은 유기 물질을 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 모두 복수의 마름모형 패턴부 및 이들 사이에 연결부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 하나는 복수의 마름모형 패턴부 및 이들 사이에 연결부를 포함할 수 있고, 다른 하나는 복수의 전극 라인을 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 모두 복수의 전극 라인을 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 전극은 복수의 제1 터치 전극 및 이들 사이에 배치된 복수의 제1 서브 전극을 포함할 수 있고, 상기 복수의 제2 전극은 복수의 제2 터치 전극 및 이들 사이에 배치된 복수의 제2 서브 전극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 제1 터치 전극 및 상기 복수의 제2 터치 전극은 각각 규칙적으로 배열될 수 있다.

상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 그룹핑된 제1 단위그룹의 전극들을 포함할 수 있고, 상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 그룹핑된 제2 단위그룹의 전극들을 포함할 수 있다.

상기 터치 패드는 2전극 구조를 가질 수 있다.

상기 기판의 일면 측에 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극이 배치될 수 있다.

다른 측면에 따르면, 전술한 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치가 제공된다.

다른 측면에 따르면, 지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드를 이용해서 사용자의 터치 및 지문을 감지하는 터치-지문 복합 센서에 있어서, 기판 상에 제1 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제1 전극; 상기 기판 상에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제2 전극; 및 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 배치된 절연층; 및 상기 절연층과 인접하여 구비된 단차 조절층;을 포함하고, 상기 단차 조절층에 의해 상기 지문 인식 영역에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량(mutual capacitance)과 상기 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량이 서로 다르게 제어된, 터치-지문 복합 센서가 제공된다.

상기 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량은 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량보다 작을 수 있다.

상기 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리는 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리보다 클 수 있다.

동일 스크린 내에서 터치와 지문을 모두 센싱할 수 있는 센서로서, 센싱 성능을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다. 대면적화 및 고속 구동에 유리하고 시인성 특성을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다. 지문 인식의 센싱 깊이를 증가시킬 수 있고, 센싱 특성을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다. 이러한 복합 센서를 적용하여 우수한 성능을 갖는 다양한 전자 장치를 제조할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2의 (A)도면은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 지문 인식 영역의 일부를 보여주는 평면도이고, (B)도면은 (A)도면의 I-I' 선에 따른 단면도이다.
도 3의 (A)도면은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역의 일부를 보여주는 평면도이고, (B)도면은 (A)도면의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a는 도 4a의 단계에 대응하는 평면도의 일례이다.
도 5b는 도 4b의 단계에 대응하는 평면도의 일례이다.
도 5c는 도 4d의 단계에 대응하는 평면도의 일례이다.
도 6a 내지 도 6e는 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 6e의 A 영역의 평면 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 7의 변형예를 보여주는 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 제조시 절연층 형성에 적용될 수 있는 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 공정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 13은 일 실시예의 터치-지문 복합 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 14는 다른 실시예의 터치-지문 복합 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15는 다른 실시예의 터치-지문 복합 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 16은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 적용한 전자 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

이하, 실시예들에 따른 터치-지문 복합 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 개략적으로 보여주는 평면도이다.

도 1을 참조하면, 지문 인식 영역(R10)을 포함하는 터치 패드(touch pad)(P10)가 구비될 수 있다. 터치 패드(P10)에서 지문 인식 영역(R10)이 아닌 터치 영역(R20)이 존재한다. 지문 인식 모드에서는 지문 인식 영역(R10)을 통해 사용자의 지문을 인식하고, 터치 감지 모드에서는 터치 영역(R20) 및 지문 인식 영역(R10)을 이용해서 사용자의 터치를 감지할 수 있다. 다시 말해, 터치 감지 모드에서는 지문 인식 영역(R10)도 터치 영역으로 사용될 수 있다.

터치 패드(P10) 내에 제1 방향, 예컨대, X축 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제1 전극(100A)이 구비될 수 있고, 복수의 제1 전극(100A)과 교차하는 제2 방향, 예컨대, Y축 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제2 전극(200A)이 구비될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A)은 상호 직교할 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A) 사이에는 소정의 절연층이 개재될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A)은 절연층을 사이에 두고 상호 이격될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A) 상에 복수의 제2 전극(200A)이 위치하거나, 그 반대일 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)은 구동 전극이고 복수의 제2 전극(200A)은 감지 전극이거나, 그 반대일 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)은 실질적으로 등간격으로 배치될 수 있고, 복수의 제2 전극(200A)도 실질적으로 등간격으로 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A) 사이에 상호 정전용량(mutual capacitance)이 형성될 수 있다. 따라서, 터치-지문 복합 센서는 정전용량 방식의 센서일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 터치 영역(R20)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리(간격)는 지문 인식 영역(R10)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리(간격)와 다를 수 있다. 터치 영역(R20)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리는 지문 인식 영역(R10)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리보다 클 수 있다. 이와 관련해서, 터치 영역(R20)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부의 상호 정전용량(mutual capacitance)(Cm)은 지문 인식 영역(R10)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부의 상호 정전용량(Cm)과 다를 수 있다. 터치 영역(R20)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부의 상호 정전용량(Cm)은 지문 인식 영역(R10)에서 제1 및 제2 전극(100A, 200A) 간 교차부의 상호 정전용량(Cm)보다 작을 수 있다.

도 2의 (A)도면은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 지문 인식 영역의 일부를 보여주는 평면도이고, (B)도면은 (A)도면의 I-I' 선에 따른 단면도이다.

도 3의 (A)도면은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역의 일부를 보여주는 평면도이고, (B)도면은 (A)도면의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 단면도이다.

도 2의 (A) 및 (B)를 참조하면, 지문 인식 영역(도 1의 R10)에서는 기판(10) 상에 단차 조절층(50)이 구비될 수 있고, 단차 조절층(50) 상에 제1 전극(100)이 구비될 수 있으며, 제1 전극(100)을 덮는 절연층(150)이 구비될 수 있고, 절연층(150) 상에 제2 전극(200)이 구비될 수 있다. 제2 전극(200)은 제1 전극(100)과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 절연층(150) 상에 제2 전극(200)을 덮는 보호층(passivation layer)(250)이 구비될 수 있다.

도 3의 (A) 및 (B)를 참조하면, 지문 인식 영역(도 1의 R10)을 제외한 터치 영역(도 1의 R20)에서는 기판(10) 상에 단차 조절층(50)이 구비될 수 있고, 단차 조절층(50) 상에 제1 전극(100)이 구비될 수 있으며, 제1 전극(100)을 덮는 절연층(150)이 구비될 수 있고, 절연층(150) 상에 제2 전극(200)이 구비될 수 있다. 절연층(150)의 상면은 평탄하거나 대체로 평탄할 수 있다. 단차 조절층(50)은 제1 전극(100)과 제2 전극(200)의 교차부에 대응하는 위치에 형성된 비아홀(via hole)(V10)을 포함할 수 있다. 비아홀(V10)에 의해 제1 전극(100)의 일부가 리세스(recess)될 수 있고, 결과적으로, 제1 전극(100)과 제2 전극(200)의 교차부에서 이들 사이의 거리(간격)가 증가할 수 있다.

도 2의 (B) 및 도 3의 (B)를 비교하면, 터치 영역(도 3(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리는 지문 인식 영역(도 2(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리보다 클 수 있다. 다시 말해, 터치 영역(도 3(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부에서 절연층(150)의 두께는 지문 인식 영역(도 2(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부에서 절연층(150)의 두께보다 클 수 있다. 터치 영역(도 3(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리는 지문 인식 영역(도 2(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부에서의 이들 사이의 거리보다 약 1.5배 이상 또는 약 2배 이상 클 수 있다. 이와 관련해서, 터치 영역(도 3(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부의 상호 정전용량은 지문 인식 영역(도 2(B))에서 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 교차부의 상호 정전용량보다 실질적으로 혹은 상당히 작을 수 있다.

한편, 터치 영역(도 3)에서 상기 교차부에서의 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 높이 차이는 터치 영역(도 3)에서 상기 교차부 주변의 비교차부에서의 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 높이 차이보다 클 수 있다. 또한, 터치 영역(도 3)의 상기 비교차부에서의 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 높이 차이는 지문 인식 영역(도 2)의 상기 교차부에서의 제1 및 제2 전극(100, 200) 간 높이 차이와 실질적으로 동일할 수 있다. 단차 조절층(50)을 사용해서, 터치 영역(도 3)의 상기 교차부에서의 제1 및 제2 전극(100, 200) 사이의 간격을 선택적으로 조절할 수 있다.

도 4a 내지 도 4e는 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 4a를 참조하면, 기판(10) 상에 단차 조절층(50)을 형성할 수 있다. 단차 조절층(50)은 소정의 절연 물질로 형성할 수 있고, 투명할 수 있다. 단차 조절층(50)은 지문 인식 영역(R11)과 그 외에 터치 영역(R21)에서 서로 다른 패턴 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 단차 조절층(50)은 지문 인식 영역(R11)을 제외한 터치 영역(R21)에 형성된 복수의 비아홀(V10)을 포함할 수 있다. 복수의 비아홀(V10) 각각은 약 100 ㎛ 이하의 지름 또는 폭을 가질 수 있다. 지문 인식 영역(R11)에서는 단차 조절층(50)에 비아홀이 형성되지 않을 수 있다. 단차 조절층(50)의 두께는, 예컨대, 약 20 ㎛ 이하일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

단차 조절층(50)은 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 단차 조절층(50)을 유기 절연 물질로 형성하는 경우, 일례로, 단차 조절층(50)은 감광성(PR) 물질을 이용해서 형성할 수 있다. 이 경우, 감광성(PR) 물질층을 형성한 후, 노광(exposure) 공정을 수행할 수 있고, PEB(post exposure bake) 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 PEB 공정에서 비아홀(V10) 주위의 단차 조절층(50) 영역 또는 단차 조절층(50)의 에지부(edge portion)가 다소 리플로우(reflow) 되면서, 후속 공정에서, step-coverage 관련 문제가 발생하지 않을 수 있다. 그러나 여기서 제시한 단차 조절층(50)의 물질 및 형성 방법은 예시적인 것이고, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 경우에 따라, 단차 조절층(50)은 무기 절연 물질을 포함할 수도 있다. 또는, 별도의 단차 조절층(50)을 사용하지 않고, 기판(10) 자체를 가공하여 기판(10)의 일부를 '단차 조절층'으로 사용할 수도 있다.

도 4b를 참조하면, 기판(10) 및 단차 조절층(50) 상에 복수의 제1 전극(100)을 형성할 수 있다. 복수의 제1 전극(100)은, 예컨대, X축 방향으로 연장된 구조를 가질 수 있다. 비아홀(V10) 부분에서 제1 전극(100)은 기판(10) 쪽으로 리세스될 수 있다. 지문 인식 영역(R11)에서는 제1 전극(100)이 리세스된 부분을 포함하지 않을 수 있다.

도 4c를 참조하면, 단차 조절층(50) 및 복수의 제1 전극(100)을 덮는 절연층(150)을 형성할 수 있다. 절연층(150)은 소정의 유기 물질을 포함할 수 있다. 절연층(150)은, 예컨대, 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 방식으로 형성할 수 있다. 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 방식으로 유기 절연막을 형성한 후, 상기 유기 절연막에 대한 리플로우(reflow) 공정 또는 평탄화(planarization) 공정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 상면이 대체로 평탄한 절연층(150)을 형성할 수 있다. 전술한 절연층(150)의 형성 공정 및 그 물질은 전술한 바에 한정되지 않고 달라질 수 있다. 경우에 따라, 절연층(150)은 무기 물질을 포함할 수도 있다. 절연층(150)의 두께는 약 15 ㎛ 이하 또는 약 10 ㎛ 이하일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

도 4d를 참조하면, 절연층(150) 상에 복수의 제2 전극(200)을 형성할 수 있다. 여기서는, 하나의 제2 전극(200)이 도시되지만, 실제는, X축 방향으로 이격된 복수의 제2 전극(200)이 형성될 수 있다. 복수의 제2 전극(200)은 복수의 제1 전극(100)과 교차하도록 배치될 수 있다. 복수의 비아홀(V10)은 지문 인식 영역(R11)을 제외한 터치 영역(R21)에서 복수의 제1 및 제2 전극(100, 200) 사이의 복수의 교차부에 대응하는 위치에 구비될 수 있다.

도 4e를 참조하면, 절연층(150) 상에 복수의 제2 전극(200)을 덮는 보호층(250)을 형성할 수 있다. 보호층(250)은 소정의 절연 물질로 형성할 수 있고, 유기 물질 및/또는 무기 물질을 포함할 수 있다.

단차 조절층(50)에 의해 지문 인식 영역(R11)과 터치 영역(R21)에서 제1 전극(100)과 제2 전극(200) 사이의 간격이 서로 다르게 조절될 수 있다. 터치 영역(R21)에서 제1 및 제2 전극(100, 200)의 교차부에서 이들의 간격이 지문 인식 영역(R11)에서 제1 및 제2 전극(100, 200)의 교차부에서 이들의 간격보다 클 수 있다. 이와 관련해서, 터치 영역(R21)에서 제1 및 제2 전극(100, 200)의 교차부에서 이들 사이의 상호 정전용량은 지문 인식 영역(R11)에서 제1 및 제2 전극(100, 200)의 교차부에서 이들 사이의 상호 정전용량보다 작을 수 있다.

도 5a는 도 4a의 단계에 대응하는 평면도의 일례이다.

도 5a를 참조하면, 기판(10) 상에 복수의 비아홀(V10)을 갖는 단차 조절층(50)이 형성될 수 있다. 복수의 비아홀(V10)은 터치 영역(R21)에 규칙적으로 형성될 수 있고, 지문 인식 영역(R11)에는 형성되지 않을 수 있다.

도 5b는 도 4b의 단계에 대응하는 평면도의 일례이다.

도 5b를 참조하면, 단차 조절층(50) 상에 복수의 제1 전극(100)이 형성될 수 있다. 복수의 제1 전극(100)은, 예컨대, X축 방향으로 연장될 수 있고, Y축 방향으로 상호 이격될 수 있다.

도 5c는 도 4d의 단계에 대응하는 평면도의 일례이다.

도 5c를 참조하면, 복수의 제1 전극(100)에 교차하는 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200)이 형성될 수 있다. 복수의 제2 전극(200)은, 예컨대, Y축 방향으로 연장될 수 있고, X축 방향으로 상호 이격될 수 있다. 복수의 비아홀(V10)은 터치 영역(R21)의 복수의 제1 및 제2 전극(100, 200) 사이의 교차부들에 대응하도록 위치할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 동일 스크린 내에서 터치와 지문을 모두 센싱할 수 있는 센서로서, 센싱 성능을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다. 대면적화 및 고속 구동에 유리하고 시인성 및 모아레(moire) 문제를 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다. 또한, 지문 인식의 센싱 깊이를 증가시킬 수 있고, 센싱 특성을 개선할 수 있는 터치-지문 복합 센서를 구현할 수 있다.

기존의 정전식 온-스크린(on-screen) 터치-지문 센서의 경우, 대면적화가 어렵고 구동 속도에 한계가 있으며, 지문 인식시 센싱 깊이에 한계가 있는 문제가 있다. 투명 전극을 사용하는 경우, 투명 전극이 비교적 높은 저항값(R)을 가지기 때문에, 대면적화 및 구동 속도 개선에 한계가 있다. 또한, 시인성 및 모아레(moire) 개선을 위해서 미세 전극 패턴을 사용하는 경우, 터치 영역에서 노드(node) 증가(노드 개수의 증가)에 따라 정전용량(capacitance)(C) 값이 증가한다. 따라서, 터치 패드의 대면적화 및 구동 속도 개선이 어려운 문제가 있다. 한편, 지문 인식 측면에서는, 센싱 깊이를 증가시키기 위해, 높은 입력 값 및 임피던스 값이 요구되는데, 이러한 요구 조건을 만족시킬 경우, 터치 감지 시에 RC delay가 커지는 문제가 있다.

본 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에서는 지문 인식 영역과 이를 제외한 터치 영역에서 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격을 다르게 하여, 지문 인식 영역에서는 상대적으로 높은 커패시턴스 값을, 터치 영역에서는 상대적으로 낮은 커패시턴스 값을 형성할 수 있다. 단차 조절층을 이용해서 원하는 위치에서 제1 및 제2 전극 사이의 간격을 조절할 수 있고, 이를 통해, 커패시턴스 값을 조절할 수 있다. 특히, 터치 영역에서 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량(mutual capacitance)(Cm)을 지문 인식 영역에서 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량(Cm)보다 작게 만들 수 있다. 터치 감지 시에는 낮은 Cm 값을 사용하므로, 대면적 구현이 가능하고 구동 속도를 향상시킬 수 있다. 터치 감지 측면에서는 Cm이 작을수록 긴 길이의 터치 센서를 제작하기가 용이할 수 있다. 지문 인식 시에는, 높은 Cm 값을 사용하여, 지문 인식의 깊이(센싱 거리)를 증가시킬 수 있고, 센싱 특성을 향상시킬 수 있다. 교차부에서의 Cm이 클수록, 지문 인식시 지문에 의한 ΔCm 값도 커질 수 있다. 따라서, 지문 인증률을 개선할 수 있고, 대면적 소자의 언더 글라스(under glass) 지문 센서로 사용할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에서는 전체적으로 대체로 균일한 미세 전극 패턴을 사용하기 때문에, 시인성의 변화를 최소화할 수 있고 모아레(moire) 형성을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 단차 조절층의 패턴, 크기, 위치 등을 조절하여 제1 전극과 제2 전극의 교차부에서의 간격만 선택적으로 제어할 수 있으므로, 지문 인식 영역과 터치 영역 사이의 시인성(투과도 및 반사도) 차이를 줄이고, 제1 및 제2 전극 간 프린지 커패시턴스(fringe capacitance)를 최소화할 수 있다.

도 4a 내지 도 4e의 실시예에서는 기판(10) 상에 별도의 단차 조절층(50)을 형성한 후, 후속 공정을 진행하는 경우를 도시하고 설명하였지만, 기판(10)의 상면부를 패터닝하여, 기판(10)의 패터닝된 상면부를 '단차 조절층'으로 사용할 수도 있다. 다시 말해, 기판(10)의 상면부에 소정의 요철부를 형성한 후, 상기 요철부를 단차 조절층으로 사용할 수도 있다.

또한, 도 4e의 실시예에서는 복수의 제1 전극(100)과 복수의 제2 전극(200)이 서로 다른 레벨이 구비된 경우를 설명하였지만, 다른 실시예에 따르면, 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극의 일부는 동일한 레벨에 구비되고, 상기 복수의 제2 전극의 다른 일부는 상기 레벨과 다른 레벨에 구비될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6a 내지 도 6e의 실시예를 참조하여 설명한다.

도 6a 내지 도 6e는 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 6a를 참조하면, 기판(11) 상에 복수의 제1 전극(101) 및 복수의 제2 전극의 일부에 해당하는 복수의 제1 패턴부(201a)를 형성할 수 있다. 복수의 제1 전극(101)은, 예컨대, X축 방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 복수의 제1 패턴부(201a)는 복수의 제1 전극(101) 사이 및 양측에 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(101) 및 복수의 제1 패턴부(201a)는 동일한 레벨에 형성되어 단일층(single layer) 구조를 이룰 수 있다.

도 6b를 참조하면, 기판(11) 상에 복수의 제1 전극(101) 및 복수의 제1 패턴부(201a)를 덮는 절연층(151)을 형성할 수 있다. 절연층(151)은 복수의 제1 패턴부(201a)의 일부를 노출시키는 복수의 개구부(h10)를 포함할 수 있다. 각각의 제1 패턴부(201a)에 대응하는 개구부(h10)가 형성될 수 있다. 절연층(151)은 유기 물질을 포함할 수 있고, 소정의 코팅 공정 및 경화 공정을 통해 형성될 수 있다. 경우에 따라, 절연층(151)은 무기 물질을 포함할 수도 있다.

도 6c를 참조하면, 지문 인식 영역(R12)을 제외한 터치 영역(R22)의 절연층(151) 부분 상에 복수의 패턴층(5)을 포함하는 단차 조절층(51)을 형성할 수 있다. 복수의 패턴층(5)은 아일랜드(island) 타입의 패턴층일 수 있다. 복수의 패턴층(5) 각각은 약 150 ㎛ 이하의 폭을 가질 수 있고, 위에서 볼 때, 직사각형이나 정사각형 모양을 갖거나 원형일 수도 있다. 지문 인식 영역(R12)에는 패턴층(5)이 형성되지 않을 수 있다. 단차 조절층(51)은 절연층(151)과 동일한 물질로 형성되거나, 다른 물질로 형성될 수 있다.

도 6d를 참조하면, 절연층(151) 및 단차 조절층(51) 상에 복수의 제2 전극의 다른 일부에 해당하는 복수의 제2 패턴부(201b)를 형성할 수 있다. 여기에는 하나의 제2 패턴부(201b)가 도시되어 있지만, X축 방향으로 상호 이격된 복수의 제2 패턴부(201b)가 구비될 수 있다. 제2 패턴부(201b) 각각은, 예컨대, Y축 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 제2 패턴부(201b) 각각은 라인 패턴일 수 있다. 또한, 제2 패턴부(201b) 각각은 개구부들(h10)을 통해 그에 대응하는 제1 패턴부들(201a)에 연결되어 제1 패턴부들(201a)을 상호 연결하는 브릿지(bridge) 구조를 가질 수 있다. 복수의 제1 패턴부들(201a) 및 복수의 제2 패턴부(201b)는 Y축 방향으로 연장된 '복수의 제2 전극(201)'을 구성할 수 있다.

도 6e를 참조하면, 기판(11) 상에 복수의 제2 패턴부(201b)를 덮는 보호층(251)을 형성할 수 있다. 보호층(251)은 소정의 절연 물질로 형성할 수 있다.

단차 조절층(51)의 복수의 패턴층(5)은 터치 영역(R22)의 복수의 제1 및 제2 전극(101, 201) 사이의 복수의 교차부에 대응하는 위치에 선택적으로 구비될 수 있다. 터치 영역(R22)에 형성된 복수의 패턴층(5), 즉, 단차 조절층(51)에 의해 터치 영역(R22)에서 제1 전극(101)과 제2 전극(201)의 교차점에서 이들 사이의 거리(간격)가 증가할 수 있다. 따라서, 터치 영역(R22)에서 제1 전극(101)과 제2 전극(201)의 교차점에서 이들 사이의 거리(간격)는 지문 인식 영역(R12)에서 제1 전극(101)과 제2 전극(201)의 교차점에서 이들 사이의 거리(간격)보다 클 수 있다. 또한, 터치 영역(R22)에서 제1 전극(101)과 제2 전극(201)의 교차점에서 이들 사이의 상호 정전용량은 지문 인식 영역(R12)에서 제1 전극(101)과 제2 전극(201)의 교차점에서 이들 사이의 상호 정전용량보다 작을 수 있다.

도 7은 도 6e의 A 영역의 평면 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.

도 7을 참조하면, 기판(도 6e의 11) 상에 제1 전극(101) 및 제2 전극(201)의 제1 패턴층들(201a)이 마련될 수 있다. 제1 전극(101) 및 제1 패턴층들(201a)을 덮는 절연층(도 6e의 151)이 형성될 수 있고, 상기 절연층에 제1 패턴부(201a)의 일부를 노출시키는 개구부(h10)가 형성될 수 있다. 각각의 제1 패턴부(201a)에 대응하는 하나의 개구부(h10)가 형성될 수 있다. 상기 절연층 상에 단차 조절층(도 6e의 51)의 패턴층(5)이 구비될 수 있다. 패턴층(5)은 아일랜드 타입일 수 있다. 상기 절연층 및 패턴층(5) 상에 제2 전극(201)의 제2 패턴층(201b)이 구비될 수 있다. 제2 패턴층(201b)은 개구부들(h10)을 통해 제1 패턴층들(201a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 개구부들(h10) 내에 도전체(플러그)가 구비될 수 있다. 단차 조절층의 패턴층(5)은 터치 영역의 제1 및 제2 전극(101, 201) 사이의 교차부에 대응하는 위치에 선택적으로 구비될 수 있다.

도 8은 도 7의 변형예를 보여주는 평면도이다. 도 8의 실시예는 도 7에서 개구부(h10)의 개수 및 위치가 달라진 경우이다.

도 8을 참조하면, 복수의 제1 패턴부(201a) 각각에 대응하여 두 개의 개구부(h11)가 마련될 수 있다. 이때, 제1 패턴부(201a) 각각의 중앙부는 그에 대응하는 두 개의 개구부(h11) 사이에 위치할 수 있다. 제1 패턴부(201a) 각각의 중앙부가 개구부(h11)의 도전체(플러그)로 가려지지 않기 때문에, 이와 관련해서, 센싱 특성이 더 향상될 수 있다.

도 4e 및 도 6e의 실시예들에 따른 터치-지문 복합 센서는 기판(10, 11)의 일측(상면측)에 구비된 두 종류의 전극(100/200 or 101/201)을 사용하는 2전극 구조의 센서일 수 있다. 도 4e에서는 기판(10)의 동일한 면(상면) 상에 복수의 제1 전극(100) 및 복수의 제2 전극(200)이 배치되고, 도 6e에서는 기판(11)의 동일한 면(상면) 상에 복수의 제1 전극(101) 및 복수의 제2 전극(201)이 배치된다. 따라서, 3전극 구조를 사용하거나, 기판의 배면에 추가적인 전극을 형성하는 경우에 비하여, 실시예들에 따른 터치-지문 복합 센서는 제조가 용이하고, 회로 구성 및 구동 방식에 있어서 유리할 수 있다.

또한, 실시예들에 따른 터치-지문 복합 센서는 플렉서블(flexible) 센서 및/또는 폴더블(foldable) 센서일 수 있다. 기판(10, 11), 단차 조절층(50), 절연층(150, 151) 등을 유기 물질로 구성할 수 있고, 이 경우, 터치-지문 복합 센서는 플렉서블(flexible)하거나 폴더블(foldable)한 센서로 제조될 수 있다. 따라서, 터치-지문 복합 센서는 플렉서블(flexible) 소자 및 폴더블(foldable) 소자에 적용될 수 있다. 터치-지문 복합 센서는 지문 인증이 필요한 플렉서블/폴더블, 모바일/대면적 터치 디스플레이에 용이하게 적용될 수 있다. 그러나 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서는 플렉서블하지 않을 수도 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 제조시 절연층 형성에 적용될 수 있는 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 공정을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 슬롯-다이 헤드(slot-die head)(74)에 유기 물질을 포함하는 코팅용 용액(76)을 공급하면서, 기저부(70)에 고정된 기판 구조체(72) 상에서 슬롯-다이 헤드(74)를 이동하여, 용액(76)을 기판 구조체(72) 상에 코팅할 수 있다. 이때, 기판 구조체(72)와 슬롯-다이 헤드(74)는 소정 간격만큼 수직 방향으로 이격될 수 있다. 이 간격을 다이 높이(die height)라 한다.

이와 같은 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 방식을 이용해서, 기판 구조체(72) 상에 유기 절연막(78)을 형성할 수 있고, 유기 절연막(78)에 대한 리플로우(reflow) 공정 또는 평탄화(planarization) 공정을 더 수행할 수 있다. 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서의 제조시, 예를 들어, 도 4c의 절연층(150)을 형성하는데 전술한 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 방식을 적용할 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.

도 10을 참조하면, 터치-지문 복합 센서는 제1 방향, 예컨대, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(100A)을 포함할 수 있고, 제2 방향, 예컨대, Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200A)을 포함할 수 있다. 제1 전극(100A)은 복수의 마름모형 패턴부(1) 및 이들 사이에 연결부(2)를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전극(200A)은 복수의 마름모형 패턴부(3) 및 이들 사이에 연결부(4)를 포함할 수 있다. 제1 전극(100A)의 연결부(2)에 대응하도록 제2 전극(200A)의 연결부(4)가 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A) 사이에는 절연층이 구비될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A) 사이에 커패시턴스, 즉, 상호 정전용량(mutual capacitance)이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(100A, 200B)은, 예컨대, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), GZO(gallium zinc oxide), AGZO(aluminum gallium zinc oxide), GIZO(gallium indium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)(TCO)로 형성될 수 있다. 여기서는, 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A)이 모두 마름모형 패턴부들(3, 4)과 이들 사이에 연결부(2, 4)를 갖는 경우를 도시하고 설명하였지만, 이는 예시적인 것이고, 전극들(100A, 200A)의 형태는 다양하게 변화될 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A)은 마름모가 아닌 다각형의 패턴부를 가질 수 있고, 이들(100A, 200A) 중 적어도 하나는 라인 패턴일 수도 있다.

도 11은 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.

도 11을 참조하면, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(100B)이 구비될 수 있고, 이들과 교차하도록 Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200A)이 구비될 수 있다. 복수의 제1 전극(100B)은 라인 패턴일 수 있고, 복수의 제2 전극(200A)은 복수의 마름모형 패턴부(3) 및 이들 사이에 연결부(4)를 포함할 수 있다.

복수의 제1 전극(100B)은 소정의 금속이나 합금 또는 금속화합물로 형성할 수 있다. 제1 전극(100B)은, 예컨대, 수 ㎛ 정도의 폭을 가질 수 있기 때문에, 금속으로 형성하더라도, 육안으로는 거의 투명하게 보일 수 있다. 경우에 따라서, 제1 전극(100B)은 투명한 전극 물질로 형성할 수도 있다. 복수의 제2 전극(200A)은 도 10의 제2 전극(200A)과 유사하게 투명 전도성 산화물 등으로 형성할 수 있다.

본 실시예에서는 라인 패턴의 제1 전극(100B)으로 우수한 전기전도성을 확보할 수 있고, 마름모형 패턴부(3)를 갖는 제2 전극(200A)으로 우수한 투명성을 확보할 수 있다. 따라서, 우수한 전기전도성 및 우수한 투명성을 모두 확보하는데 유리할 수 있다.

도 12는 다른 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.

도 12를 참조하면, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(100B)이 구비될 수 있고, 이들과 교차하도록 Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200B)이 구비될 수 있다. 복수의 제1 전극(100B) 및 제2 전극(200B)은 모두 라인 패턴일 수 있다.

도 13은 일 실시예의 터치-지문 복합 센서를 설명하기 위한 평면도이다.

도 13을 참조하면, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(103)이 배열되고, 이들과 교차하도록 Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(203)이 배열될 수 있다. 복수의 제1 전극(103)은 등간격으로 이격된 복수의 제1 터치 전극(113)과 이들 사이 및 양측에 구비된 복수의 제1 서브 전극(123)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(203)은 등간격으로 이격된 복수의 제2 터치 전극(213)과 이들 사이 및 양측에 구비된 복수의 제2 서브 전극(223)을 포함할 수 있다. 참조번호 R13은 지문 인식 영역을 나타낸다.

복수의 제1 터치 전극(113)은 전기적으로 그룹화되지 않고, 독립적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제1 터치 전극(113)은 그 단부가 전기적/물리적으로 상호 직접적으로 연결되지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 터치 전극(213)은 전기적으로 그룹화되지 않고, 독립적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제2 터치 전극(213)은 그 단부가 전기적/물리적으로 상호 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.

도 14는 다른 실시예의 터치-지문 복합 센서를 설명하기 위한 평면도이다.

도 14를 참조하면, X축 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(104)이 배열되고, 이들과 교차하도록 Y축 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(204)이 배열될 수 있다. 복수의 제1 전극(104)은 복수의 제1 터치 전극(114) 및 복수의 제1 서브 전극(124)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(204)은 복수의 제2 터치 전극(214) 및 복수의 제2 서브 전극(224)을 포함할 수 있다. 참조번호 R14는 지문 인식 영역을 나타낸다.

복수의 제1 터치 전극(114)은 전기적으로 그룹화된 복수의 전극을 포함하는 단위그룹(G1)이 규칙적으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 각 단위그룹(G1)의 제1 터치 전극들은 상호 인접하게 배치될 수 있다. 단위그룹(G1)과 다른 단위그룹(G1) 사이에는 복수의 제1 서브 전극(124)이 배치될 수 있다.

복수의 제2 터치 전극(214)은 전기적으로 그룹화된 복수의 전극을 포함하는 단위그룹(G2)이 규칙적으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 각 단위그룹(G2)의 제2 터치 전극들은 상호 인접하게 배치될 수 있다. 단위그룹(G2)과 다른 단위그룹(G2) 사이에는 복수의 제2 서브 전극(224)이 배치될 수 있다.

지문 인식 영역(R14)의 제1 전극들(104)은 독립적으로 구동될 수 있고, 지문 인식 영역(R14)의 제2 전극들(204)도 독립적으로 구동될 수 있다.

도 15는 다른 실시예의 터치-지문 복합 센서를 설명하기 위한 평면도이다.

도 15를 참조하면, 복수의 제1 전극(105)은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제1 터치 전극(115) 및 제1 터치 전극들(115) 사이 및/또는 양측에 배치된 복수의 제1 서브 전극(125)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(205)은 실질적으로 등간격으로 배치된 복수의 제2 터치 전극(215) 및 제2 터치 전극들(215) 사이 및/또는 양측에 배치된 복수의 제2 서브 전극(225)을 포함할 수 있다.

복수의 제1 터치 전극(115)은 전기적으로 상호 연결된 제1 단위그룹(G10)의 전극들을 포함할 수 있고, 제1 단위그룹(G10)의 전극들 사이에 적어도 하나의 제1 서브 전극(125)이 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제1 터치 전극(115)의 일부는 소정의 단위로 전기적으로 그룹화될 수 있고, 그룹화된 제1 터치 전극(115)들 사이에 적어도 하나의 제1 서브 전극(125)이 배치될 수 있다.

복수의 제2 터치 전극(215)은 전기적으로 상호 연결된 제2 단위그룹(G20)의 전극들을 포함할 수 있고, 제2 단위그룹(G20)의 전극들 사이에 적어도 하나의 제2 서브 전극(225)이 배치될 수 있다. 다시 말해, 복수의 제2 터치 전극(215)의 일부는 소정의 단위로 전기적으로 그룹화될 수 있고, 그룹화된 제2 터치 전극(215)들 사이에 적어도 하나의 제2 서브 전극(225)이 배치될 수 있다.

복수의 제1 터치 전극(115)은 전체적으로 균일하게 배치될 수 있고, 복수의 제2 터치 전극(215)도 전체적으로 균일하게 배치될 수 있다. 지문 인식 영역(R15)의 제1 전극들(105)은 독립적으로 구동될 수 있고, 지문 인식 영역(R15)의 제2 전극들(205)도 독립적으로 구동될 수 있다.

지문 인식 모드에서, 복수의 제1 전극(105) 중 지문 인식 영역(R15)에 대응하는 제1 전극들(105)과 복수의 제2 전극(205) 중 지문 인식 영역(R15)에 대응하는 제2 전극들(205)을 선택적으로 활성화하고, 나머지 제1 전극들과 나머지 제2 전극들에는 고정 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 지문 인식 영역(R15)에서 전극 패턴들(즉, 상기 제1 전극들 및 제2 전극들)은 수십 ㎛ 정도, 예컨대, 약 20 ∼ 120 ㎛ 정도의 간격으로 배치될 수 있다.

터치 감지 모드에서, 터치 패드의 전체 영역에서 복수의 제1 터치 전극(115) 및 복수의 제2 터치 전극(215)을 선택적으로 활성화할 수 있고, 복수의 제1 서브 전극(125) 및 복수의 제2 서브 전극(225)에는 고정 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 터치 감지 모드에서 복수의 제1 서브 전극(125) 및 복수의 제2 서브 전극(225)은 더미(dummy) 전극으로 사용될 수 있다. 복수의 제1 터치 전극(115)은, 예컨대, 약 0.5 ∼ 5 mm 정도의 간격으로 배치될 수 있고, 복수의 제2 터치 전극(215)도, 예컨대, 약 0.5 ∼ 5 mm 정도의 간격으로 배치될 수 있다. 복수의 제1 터치 전극(115)은 전송 전극(transmit electrode)(Tx 전극)이고 복수의 제2 터치 전극(215)은 수신 전극(receive electrode)(Rx 전극)이거나, 그 반대일 수 있다.

지문 인식 및 터치 감지의 기본적인 방식은 도 13 및 도 14의 실시예에서도 마찬가지일 수 있다. 또한, 제1 전극들(105) 사이의 간격 및 제2 전극들(205) 사이의 간격은 도 13 및 도 14의 실시예에서도 유사할 수 있다. 편의상, 도 15에서 지문 인식 영역(R15)의 Y축 방향으로의 양측 각각에 제1 단위그룹(G10)이 하나씩 존재하는 경우를 도시하였지만, 실제는 더 많은 수의 제1 단위그룹이 존재할 수 있다. 이와 유사하게, 도 15에서 지문 인식 영역(R15)의 X축 방향으로의 양측 각각에 제2 단위그룹(G20)이 하나씩 존재하는 경우를 도시하였지만, 실제는 더 많은 수의 제2 단위그룹이 존재할 수 있다. 이는 도 13 및 도 14에 대해서도 유사할 수 있다.

터치 감지 시에, 지문 인식 영역을 포함한 터치 패널 전체에서 제1 및 제2 터치 전극들을 모두 활성화하여 사용할 수 있다. 이때, 지문 인식 영역의 터치 전극들에서 측정되는 정전용량은 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역의 전극들에서 측정되는 정전용량보다 클 수 있는데, 이는 회로적으로 보정(보상)할 수 있다. 항상 동일한 위치, 즉, 지문 인식 영역에서 출력 값이 커질 것을 미리 알고 있는 경우, 터치의 선형성(linearity) 보정을 회로적으로 어렵지 않게 수행할 수 있다. 즉, 회로적으로 출력 값을 낮추거나 이득(gain) 값을 조절함으로써, 지문 인식 영역에서의 출력 값을 나머지 터치 영역과 동일하게 보정할 수 있다. 지문 인식 영역의 사이즈가 작기 때문에, 상기 보정을 위한 회로(보정 회로)를 용이하게 구성할 수 있다.

도 13 내지 도 15를 참조하여 설명한 전극들의 배치 구조는 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 다양한 전극 구성을 갖는 터치-지문 복합 센서에 적용될 수 있다. 실시예에 따르면, 터치 영역의 교차부의 두 전극 사이의 간격을 증가시킴으로써, 약 5 인치 이상 또는 약 7 인치 이상의 면적을 갖는 터치-지문 복합 센서를 용이하게 제조할 수 있다. 도 10과 같은 투명 전극 구조를 이용할 경우, 약 5 인치 이상의 터치-지문 복합 센서를 제조할 수 있고, 도 11과 같은 하이브리드(hybrid) 전극 구조를 이용할 경우, 약 7 인치 이상의 터치-지문 복합 센서를 제조할 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 전극들 사이의 절연층의 두께나 전극들의 배치 구조에 따라서, 실현 가능한 터치-지문 복합 센서의 면적은 달라질 수 있다. 상기 투명 전극 구조나 하이브리드 전극 구조를 이용할 경우, 메탈 메쉬(metal mesh) 전극 구조를 이용하는 경우보다 투과도가 높은 온-스크린(on-screen) 터치-지문 센서를 구현할 수 있다.

부가해서, 실시예들에 따르면, 단차 조절층을 사용하는 것과 관련해서, 접속(interconnection)용 패드부(pad portion)의 높이를 용이하게 조절할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 제1 전극에 연결된 제1 패드부와 적어도 하나의 제2 전극에 연결된 제2 패드부를 형성함에 있어서, 단차 조절층을 사용하는 것과 관련해서, 상기 제1 패드부와 제2 패드부의 높이를 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 별도의 캡핑층(capping layer)을 추가하지 않더라도, 신뢰성을 확보할 수 있는 센서의 제조가 가능하다.

도 16은 일 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서를 적용한 전자 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 16을 참조하면, 디스플레이 패널(1000)이 구비되고, 디스플레이 패널(1000) 상에 터치-지문 복합 센서(2000)가 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(1000)은, 예컨대, LCD(liquid crystal display) 패널일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다. OLED(organic light emitting diode) 패널 등 다양한 디스플레이 소자가 패널(1000)에 적용될 수 있다.

터치-지문 복합 센서(2000)는 지문 인식 영역(R1)을 포함할 수 있다. 터치-지문 복합 센서(2000)로부터 연장된 연결부재(connector)(2100)가 구비될 수 있다. 연결부재(2100)는 복수의 배선을 포함할 수 있다. 연결부재(2100)는 소정의 회로부(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 회로부는 검출 회로 및 앞서 설명한 보정 회로 등을 포함할 수 있다. 터치-지문 복합 센서(2000)는 복수의 제1 전극 및 이들과 교차하는 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이에 상호 정전용량이 형성될 수 있다. 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이에는 절연층이 구비될 수 있다. 절연층은 투명할 수 있다. 터치-지문 복합 센서(2000)는 소정의 서브 기판 상에 형성될 수 있다.

터치-지문 복합 센서(2000) 상에는 이를 덮는 투명막(3000)이 구비될 수 있다. 투명막(3000)은 유리막과 같은 투명한 절연 물질로 형성될 수 있다.

다양한 실시예에 따른 터치-지문 복합 센서는 기존의 터치 디스플레이를 포함하는 전자 장치에 모두 적용할 수 있다. 상기 터치-지문 복합 센서는 온-스크린(on-screen) 정전용량 방식의 소자로, 지문인식이 가능한 터치스크린 장치(fingerprint recognizable touch screen apparatus)에 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 터치-지문 복합 센서는 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트워치(smart watch) 등의 모바일 기기 및 웨어러블(wearable) 기기에 적용될 수 있다. 또한, 다양한 플렉서블 기기 및 폴더블 기기에 적용될 수 있다. 또한, 가전제품, 현금자동인출기(ATM), 자동발권기, 네비게이션 등 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 지문 인식을 통한 개인 인증 기능이 요구되는 모바일 기기, 출입 통제기, 금융 기기 등에 다양한 방식으로 적용될 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 터치-지문 복합 센서, 터치-지문 복합 센서를 포함한 전자 장치, 터치-지문 복합 센서의 제조방법 및 동작방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 별도의 단차 조절층 없이도 전극간 거리(간격)나 전극간 커패시턴스를 선택적으로 조절할 수 있고, 단차 조절층을 사용하는 경우, 단차 조절층의 형태, 패턴, 위치, 사이즈, 두께 등은 영역에 따라 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 지문 인식 영역이 아닌 터치 영역 내에서도 단차 조절층의 패턴, 사이즈 등을 조절하여, 상기 터치 영역 내 서로 다른 복수의 영역에서 전극간 거리나 전극간 커패시턴스를 서로 다르게 조절할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그 밖에도 다양한 변형이 가능할 수 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
5 : 단차 조절층의 패턴층 10, 11 : 기판
50, 51 : 단차 조절층 100, 101, 103 : 제1 전극
150, 151 : 절연층 200, 201, 203 : 제2 전극
201a : 제1 패턴부 201b : 제2 패턴부
250, 251 : 보호층 R10, R11, R12 : 지문 인식 영역
R20, R21, R22 : 터치 영역 P10 : 터치 패널
1000 : 디스플레이 패널 2000 : 터치-지문 복합 센서
2100 : 연결부재 3000 : 투명막

Claims

지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드를 이용해서 사용자의 터치 및 지문을 감지하는 터치-지문 복합 센서에 있어서,
기판 상에 제1 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제1 전극;
상기 기판 상에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제2 전극;
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 절연층; 및
단차 조절층;을 포함하고,
상기 단차 조절층은 상기 제1 전극과 제2 전극의 교차부에 대응하는 위치에 형성된 복수의 비아홀이 형성된 층 구조를 갖고, 상기 비아홀에 의해 상기 제1 전극의 일부가 리세스 됨으로써,
상기 터치 패드의 상기 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리는 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리보다 큰, 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 영역에서 상기 교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이는 상기 터치 영역에서 상기 교차부 주변의 비교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이보다 큰 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 영역의 상기 교차부 주변의 비교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이는 상기 지문 인식 영역의 상기 교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이와 실질적으로 동일한 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량(mutual capacitance)은 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량보다 작은 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 단차 조절층은 상기 절연층과 별개로 구비되거나 상기 절연층의 일부로 구비되고,
상기 단차 조절층의 형태 및 치수에 따라, 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이의 거리가 상기 터치 패드의 영역에 따라 다르게 조절된 터치-지문 복합 센서.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 비아홀 각각은 100 ㎛ 이하의 지름 또는 폭을 갖는 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 단차 조절층이 구비되고,
상기 기판 및 상기 단차 조절층 상에 상기 복수의 제1 전극이 구비되고,
상기 단차 조절층 및 상기 복수의 제1 전극을 덮는 상기 절연층이 구비되고,
상기 절연층 상에 상기 복수의 제2 전극이 구비되는 터치-지문 복합 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 단차 조절층은 복수의 아일랜드(island) 패턴층을 포함하고,
상기 복수의 아일랜드 패턴층은 상기 터치 영역의 상기 복수의 제1 및 제2 전극 사이의 복수의 교차부에 대응하는 위치에 구비된 터치-지문 복합 센서.
제 9 항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극의 일부는 동일한 레벨에 구비되고,
상기 복수의 제2 전극의 다른 일부는 상기 레벨과 다른 레벨에 구비된 터치-지문 복합 센서.
제 9 항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극의 일부에 해당하는 복수의 제1 패턴부가 구비되고,
상기 기판 상에 상기 복수의 제1 패턴부의 일부를 노출하는 복수의 개구부를 갖는 상기 절연층이 구비되고,
상기 지문 인식 영역을 제외한 상기 터치 영역의 상기 절연층 부분 상에 복수의 패턴층을 포함하는 상기 단차 조절층이 구비되고,
상기 절연층 및 상기 단차 조절층 상에 상기 복수의 제2 전극의 다른 일부에 해당하는 복수의 제2 패턴부가 구비되며,
상기 제2 패턴부 각각은 상기 제2 방향으로 연장된 형태를 갖고, 상기 개구부들을 통해 그에 대응하는 상기 제1 패턴부들에 연결되어 상기 제1 패턴부들을 상호 연결하는 브릿지(bridge) 구조를 갖는 터치-지문 복합 센서.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 제1 패턴부 각각에 대응하여 하나의 상기 개구부가 마련되는 터치-지문 복합 센서.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 제1 패턴부 각각에 대응하여 두 개의 상기 개구부가 마련되고,
상기 제1 패턴부 각각의 중앙부는 상기 두 개의 개구부 사이에 위치하는 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 절연층은 유기 물질을 포함하는 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 모두 복수의 마름모형 패턴부 및 이들 사이에 연결부를 포함하는 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 하나는 복수의 마름모형 패턴부 및 이들 사이에 연결부를 포함하고, 다른 하나는 복수의 전극 라인을 포함하거나, 또는,
상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 모두 복수의 전극 라인을 포함하는 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극은 복수의 제1 터치 전극 및 이들 사이에 배치된 복수의 제1 서브 전극을 포함하고,
상기 복수의 제2 전극은 복수의 제2 터치 전극 및 이들 사이에 배치된 복수의 제2 서브 전극을 포함하며,
상기 복수의 제1 터치 전극 및 상기 복수의 제2 터치 전극은 각각 규칙적으로 배열된 터치-지문 복합 센서.
제 17 항에 있어서,
상기 복수의 제1 터치 전극은 전기적으로 그룹핑된 제1 단위그룹의 전극들을 포함하고,
상기 복수의 제2 터치 전극은 전기적으로 그룹핑된 제2 단위그룹의 전극들을 포함하고 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 패드는 2전극 구조를 갖는 터치-지문 복합 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 기판의 일면 측에 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극이 배치된 터치-지문 복합 센서.
청구항 1 내지 5 및 7 내지 20 중 어느 하나에 기재된 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치.
지문 인식 영역을 포함하는 터치 패드를 이용해서 사용자의 터치 및 지문을 감지하는 터치-지문 복합 센서에 있어서,
기판 상에 제1 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제1 전극;
상기 기판 상에 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 제2 방향으로 나란하게 배치된 복수의 제2 전극;
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 배치된 절연층; 및
상기 절연층과 인접하여 구비된 단차 조절층;을 포함하고,
상기 단차 조절층은 상기 제1 전극과 제2 전극의 교차부에 대응하는 위치에 형성된 복수의 비아홀이 형성된 층 구조를 갖고, 상기 비아홀에 의해 상기 제1 전극의 일부가 리세스 됨으로써, 상기 지문 인식 영역에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리와 상기 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리가 서로 다르게 제어되고, 이에 따라 상기 지문 인식 영역에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량(mutual capacitance)과 상기 지문 인식 영역을 제외한 터치 영역에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량이 서로 다르게 제어된, 터치-지문 복합 센서.
제 22 항에 있어서,
상기 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량은 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부의 상호 정전용량보다 작은 터치-지문 복합 센서.
제 22 항에 있어서,
상기 터치 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리는 상기 지문 인식 영역에서 상기 제1 및 제2 전극 간 교차부에서의 이들 사이의 거리보다 큰 터치-지문 복합 센서.
제 22 항에 있어서,
상기 터치 영역에서 상기 교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이는 상기 터치 영역에서 상기 교차부 주변의 비교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이보다 큰 터치-지문 복합 센서.
제 22 항에 있어서,
상기 터치 영역의 상기 교차부 주변의 비교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이는 상기 지문 인식 영역의 상기 교차부에서의 상기 제1 및 제2 전극 간 높이 차이와 실질적으로 동일한 터치-지문 복합 센서.
제 22 항에 있어서,
상기 단차 조절층은 복수의 비아홀(via hole)이 형성된 층 구조를 갖고,
상기 복수의 비아홀은 상기 터치 영역의 상기 복수의 제1 및 제2 전극 사이의 복수의 교차부에 대응하는 위치에 구비된 터치-지문 복합 센서.
제 22 항에 있어서,
상기 단차 조절층은 복수의 아일랜드(island) 패턴층을 포함하고,
상기 복수의 아일랜드 패턴층은 상기 터치 영역의 상기 복수의 제1 및 제2 전극 사이의 복수의 교차부에 대응하는 위치에 구비된 터치-지문 복합 센서.
제 28 항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극의 일부는 동일한 레벨에 구비되고,
상기 복수의 제2 전극의 다른 일부는 상기 레벨과 다른 레벨에 구비된 터치-지문 복합 센서.
청구항 22 내지 29 중 어느 하나에 기재된 터치-지문 복합 센서를 포함하는 전자 장치.