(57)【要約】【課題】  表面電極の剥がれを防止することにより、静電容量の検出精度の低下を抑制することが可能な静電容量検出装置を提供すること。【解決手段】  表面電極１７が側面にテーパー部２０を有し、当該テーパー部２０に保護層１８の押さえ部分２１が重なっているため、表面電極１７が剥がれようとするのを保護層１８により押さえることができる。これにより、表面電極１７の剥がれを防止することができ、静電容量の検出精度の低下を抑制することが可能となる。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置表面に設けられ対象物との間の静電容量を検出可能な表面電極と、前記表面電極の周囲に設けられた保護層とを有する静電容量検出装置であって、
前記表面電極が側面に突出部を有し、前記保護層の一部が前記突出部の表面側に重なっていることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項２】
前記突出部が、前記表面電極の表面側から裏面側に至るにつれて突出するテーパー部であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出装置。
【請求項３】
前記テーパー部が、前記表面電極を構成する導電材料のウエットエッチングにより形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の静電容量検出装置。
【請求項４】
前記突出部が、前記表面電極の表面側から裏面側に至るにつれて階段状に突出していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出装置。
【請求項５】
前記保護層が、前記表面電極の表面と前記保護層の表面とを面一状態にするように前記突出部に重なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の静電容量検出装置。
【請求項６】
前記表面電極に平面的に重なるように装置内部に設けられ、前記表面電極との間の静電容量を検出可能な内部電極を更に具備することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の静電容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＩＣカードに搭載される指紋センサ等に適用可能な静電容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指紋センサ等に用いられる静電容量検出装置は、例えば装置表面に表面電極がマトリクス状に配置され、当該表面電極の周囲に保護層が設けられた構成になっている（例えば、特許文献１参照。）。表面電極上に指を当接させると、指と電極との距離に応じて、当該指と電極との間に静電容量が発生する。例えば静電容量検出装置とは別に設けられる演算部等で、静電容量検出装置で発生した静電容量の値から指と電極との距離が算出され、当該距離に基づいて指紋パターンが生成されるようになっている。  
【特許文献１】特許第３００７７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、静電容量検出装置に指を何度も当接させるうちに、表面電極が磨耗したり指で引っかかれたりして、装置表面から剥がれてしまうおそれがある。表面電極が剥がれてしまうと、剥がれた部分では静電容量を検出することができず、生成される指紋パターンの精度が低下してしまう。
【０００４】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、表面電極の剥がれを防止することにより、静電容量の検出精度の低下を抑制することが可能な静電容量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る静電容量検出装置は、装置表面に設けられ対象物との間の静電容量を検出可能な表面電極と、前記表面電極の周囲に設けられた保護層とを有する静電容量検出装置であって、前記表面電極が側面に突出部を有し、前記保護層の一部が前記突出部の表面側に重なっていることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、表面電極が側面に突出部を有し、当該突出部に保護層の一部が重なっているため、表面電極が剥がれようとするのを保護層により押さえることができる。これにより、表面電極の剥がれを防止することができ、静電容量の検出精度の低下を抑制することが可能となる。
【０００７】
また、前記突出部が、前記表面電極の表面側から裏面側に至るにつれて突出するテーパー部であることが好ましい。  
ここで、「表面側」「裏面側」とあるのは、テーパー部が表面電極の「表面」から「裏面」にかけて突出する場合に限られず、側面の途中から突出している形態を含む意である。  
本発明では、保護層がテーパー部に重なっているため、表面電極を広い接触面積で押さえる事ができる。これにより、表面電極が剥がれようとするのを押さえる効果が一層向上する。
【０００８】
また、前記テーパー部が、前記表面電極を構成する導電材料のウエットエッチングにより形成されてなることが好ましい。  
静電容量検出装置が例えば指紋センサに用いられる場合、指紋のパターンに応じて表面電極を微細に形成する必要がある。例えばテーパー部の傾きが表面電極によって異なった場合、表面電極からの距離が同一であっても発生する静電容量が異なる可能性があり、検出精度の低下を招くことになる。本発明によれば、微細な表面電極のテーパー部がウエットエッチングにより均一に形成されているため、高い検出精度を維持することができる。
【０００９】
また、前記突出部が、前記表面電極の表面側から裏面側に至るにつれて階段状に突出していることが好ましい。  
これにより、表面電極が剥がれようとしても、階段状になっている突出部の各段が保護層に引っかかることになるため、表面電極の剥がれを抑制することができる。
【００１０】
また、前記保護層が、前記表面電極の表面と前記保護層の表面とを面一状態にするように前記突出部に重なっていることが好ましい。  
表面電極と保護層との段差がある場合、例えば表面電極が保護層の表面から飛び出している場合では、指等を装置表面に当接させる際に指と表面電極との摩擦等によって表面電極の飛び出した部分に力が加わり、当該表面電極を引き剥がしてしまうおそれがある。また、保護層が表面電極から飛び出している場合では、指と表面電極との摩擦によって保護層が磨耗し、表面電極の周りに例えば窪み等が形成されてしまうことがある。この場合、窪み部分から表面電極に力が加わって、表面電極を引き剥がしてしまうおそれがある。本発明では、表面電極の表面と保護層の表面とを平坦にすることによって、表面電極と保護層との間の段差が無くなるので、指等により表面電極が引き剥がされるのを防ぐことができる。
【００１１】
また、前記表面電極に平面的に重なるように装置内部に設けられ、前記表面電極との間の静電容量を検出可能な内部電極を更に具備することが好ましい。  
本発明では、静電容量を検出可能な電極を装置表面と装置内部とに設ける場合であっても、その表面電極の剥がれを抑制することができる。
【００１２】
静電容量を検出可能な電極を装置表面と装置内部とに設ける場合、当該電極をいずれかに設ける場合と比べて検出精度が格段に向上する。一方、表面電極が剥がれることにより検出精度が低下したのでは、わざわざ装置表面と装置内部とに電極を設ける意義が薄れてしまう。したがって、静電容量を検出可能な電極を装置表面と装置内部とに設ける場合には、表面電極の剥がれを抑制できる意義は特に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。  
（第１実施形態）  
図１は、本発明に係る静電容量検出装置を適用した指紋センサが搭載されているＩＣカード１の構成を示す斜視図である。  
ＩＣカード１は、カード基板２と、機能部３と、電源部４と、外部端子５と、スイッチ６とを主体として構成されている。当該ＩＣカード１は、例えばクレジットカードやキャッシュカード、社員証カード等、所有者の個人情報が記録され使用時に認証を行う必要があるカード等が挙げられる。スイッチ６をＯＮにすることで、電源部４から機能部３に電力を供給できるようになっている。当該ＩＣカード１では、例えばこのスイッチ６が押された場合に、機能部３へ供給する電力のＯＮとＯＦＦとが切り替えられるように設定されている。
【００１４】
カード基板２は、例えばプラスチック等の基材２ａ、２ｂが貼り合わされてなり、機能部３、電源部４、外部端子５及びスイッチ６のそれぞれを保持している。基材２ａ、２ｂには、外部端子５及びスイッチ６を露出させるための開口部等が形成されている。
【００１５】
機能部３は、例えば人間の指に形成されている指紋を生体情報として取得し、取得された生体情報を認証し、認証が完了したときにカード外部との通信を行うように機能する。当該機能部３は、生体情報を取得する指紋センサ（生体情報取得部）７と、生体情報の認証等を行う制御部８と、カード端末等の外部装置（図示しない）と通信するための外部端子５とを主体として構成されている。
【００１６】
指紋センサ７は、指紋を生体情報として取得する際に当該指紋の形状（指紋パターン）を検出する静電容量検出装置であり、カード基板２の表面に露出するように設けられている。  
図２は指紋センサ７の構成を示す断面図であり、図３は指紋センサ７の表面７ａを拡大した平面図である。
【００１７】
図２に示すように、指紋センサ７は、センサ基板１０と、スイッチング素子１１と、層間絶縁層１２、１４及び１６と、ゲート電極１３と、内部電極１５と、表面電極１７と、保護層１８とを有している。  
センサ基板１０は、ガラス等の絶縁材料又はシリコン等の半導体材料からなる基板である。スイッチング素子１１は、例えばＴＦＴ素子であり、センサ基板１０上に形成されている。ゲート電極１３は、層間絶縁層１２を介してスイッチング素子１１に設けられている。
【００１８】
内部電極１５は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や、アルミニウム、モリブデン、タンタル等の導電材料からなる電極であり、層間絶縁層１４上に例えばマトリクス状に配置されており、当該層間絶縁層１４を介してゲート電極１３に接続されている。層間絶縁層１２、１４及び１６は、例えばＳｉＮ等の絶縁材料からなり、層間絶縁層１６の層厚ｔ１は、例えば２５０ｎｍとなっている。
【００１９】
表面電極１７は、内部電極と同様に、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や、アルミニウム、モリブデン、タンタル等の導電材料からなる電極であり、層間絶縁層１６上にマトリクス上に配置されている。当該表面電極１７の厚さｔ２は、例えば１００ｎｍとなっている。表面電極１７の側面には、当該表面電極１７の表面１７ａ側から裏面１７ｂ側にかけて突出したテーパー部（突出部）２０が設けられている。
【００２０】
図３に示すように、表面電極１７と内部電極１５とは、平面的に重なるように配置されている。また、表面電極１７の表面１７ａの面積Ｓ１は、内部電極１５の表面１５ａの面積Ｓ３とほぼ等しくなっており、その形状はほぼ同一形状（例えば、正方形）になっている。なお、表面電極１７の裏面１７ｂの面積Ｓ２が内部電極１５の表面１５ａの面積Ｓ３と等しくなるように構成しても良い。この場合、表面電極１７の裏面１７ｂの形状と、内部電極１５の表面１５ａの形状とをほぼ同一形状（例えば、正方形）に構成することが好ましい。
【００２１】
図３では、表面電極１７の各辺についてテーパー部２０が設けられているが、例えば対向する２辺だけについてテーパー部２０を設ける構成であっても良く、１辺だけについてテーパー部２０を設ける構成であっても構わない。また、表面電極１７及び内部電極１５の形状は、正方形に限られることは無く、円形や楕円形、長方形等、他の形状であっても構わない。ただし、この場合であっても、表面電極１７及び内部電極１５の形状は、ほぼ同一形状であることが好ましい。
【００２２】
図２に戻って、保護層１８は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮ等の比誘電率が低い絶縁材料や、ＴｉＯ２やＴａ２Ｏ５等の誘電率が高い絶縁材料、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等の塗布成膜が可能な絶縁材料からなり、マトリクス状に配置された表面電極１７の間を埋めるように当該表面電極１７の周囲に敷き詰められている。保護層１８の厚さは、表面電極１７の厚さｔ２と同様、約１００ｎｍとなっている。この保護層１８の一部分２１は、表面電極１７のテーパー部２０に重なっている。この一部分２１は、テーパー部２０の斜面に密接するように、テーパー部２０を表面電極１７の表面１７ａ側から裏面１７ｂへ向けて押さえている（以下、この一部分２１を「押さえ部分２１」という。）。
【００２３】
押さえ部分２１は、保護層１８の裏面１８ｂ側から表面１８ａ側にかけて徐々に薄くなるように形成されている。押さえ部分２１の形状とテーパー部２０の形状とをこのように対応して形成することで、当該押さえ部分２１が表面電極１７を押さえつつ、表面電極１７の表面１７ａと保護層１８の表面１８ａとが平坦化されるようになっている。
【００２４】
図４は、指紋センサ７に指Ｆを当接させたときの様子を示す図である。  
同図に示すように、表面に微細な凹凸形状の指紋を持つ指Ｆを当該指紋センサ７の面７ａに接触させたとき、指Ｆと各表面電極１７との間、及び、各表面電極１７と各内部電極１５との間には静電容量が発生する（例えばＣ１〜Ｃ４）。当該静電容量Ｃ１〜Ｃ４は、指Ｆに形成された指紋と各表面電極１７との距離に応じた値となる。検出された各静電容量Ｃ１〜Ｃ４は、制御部８に送信されるようになっている。
【００２５】
制御部８は、図５に示すように、処理を行うためのＣＰＵ２５、ＲＯＭ２６及びＲＡＭ２７と、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）からなりユーザが予め登録した指紋パターンのデータ（登録指紋パターン３９等）を格納するデータ格納部２８と、各種演算を行う演算部２９とを有している。
【００２６】
演算部２９は、指紋センサ７で検出された静電容量Ｃ１〜Ｃ４の値から指Ｆと表面電極１７との距離の分布を算出し、当該距離の分布に基づいて指紋パターンを生成する指紋パターン生成部３０と、この指紋パターン生成部３０で生成された指紋パターンとデータ格納部２８に格納された登録指紋パターンとを比較して一致するかどうかを判断する比較判断部３１と、ＩＣカード１の通信の可否を制御する通信制御部３２とを有している。
【００２７】
当該制御部８が機能することにより、指紋センサ７の面７ａに当接した指Ｆの指紋パターンが生成され、この指紋パターンとデータ格納部２８に格納された登録指紋パターン３９とが一致するかどうかの認証が行われ、認証された場合に外部と通信できるようになっている。
【００２８】
図１に戻って、外部端子５は、接触型ＩＣ端子３３と、非接触型ＩＣアンテナ３４とを有している。  
接触型ＩＣ端子３３は、情報交換を行うインターフェイスとして外部装置と直接接触して電気信号を送信・受信する端子である。非接触型ＩＣアンテナ３４は、外部装置との間で一定周波数の電波を受信・送信するアンテナである。
【００２９】
次に、表面電極１７を形成する工程について簡単に説明する。  
図６は、表面電極１７を形成する様子を示す図である。  
例えばセンサ基板１０、スイッチング素子１１、層間絶縁層１２、ゲート電極１３、層間絶縁層１４、内部電極１５及び層間絶縁層１６を順に形成した後、当該層間絶縁層１６上にＩＴＯ電極３６を成膜する（図６（ａ））。成膜されたＩＴＯ電極３６上のうち表面電極１７を形成する部分にレジストＲを塗布し（図６（ｂ））、例えばフッ酸溶液等のエッチング液に浸して一定時間ウエットエッチングすると、テーパー部２０を有する表面電極１７が形成される（図６（ｃ））。
【００３０】
ここで、表面電極がテーパー部等の突出部を有さず、保護層が表面電極を押さえることのない指紋センサの例について、図７を参照して説明する。  
当該指紋センサ５６の面５６ａに指Ｆを何度も当接させるうちに、表面電極５７が磨耗したり指で引っかかれたりすることが多くなる。また、指Ｆを当接した状態から離すときに、指Ｆと表面電極５７とがくっついてしまう可能性もある。これを繰り返す結果、図７に示すように表面電極５７が剥がされてしまう。保護層５８は表面電極５７に重なってはおらず、表面電極５７を押さえるものが無いため、表面電極５７は容易に剥がされてしまうのである。表面電極５７が剥がれてしまうと、剥がれた部分の静電容量を検出することができない。このため、例えば制御部８の指紋パターン生成部３０で生成される指紋パターンの精度が低下し、本人の指紋であるにもかかわらず認証されない等といった不具合が生じる可能性がある。
【００３１】
これに対して、本実施形態によれば、表面電極１７が側面にテーパー部２０を有し、当該テーパー部２０に保護層１８の押さえ部分２１が重なっているため、図８に示すように表面電極１７が剥がれようとするのを保護層１８により押さえることができる。これにより、表面電極１７の剥がれを防止することができ、静電容量の検出精度の低下を抑制することが可能となる。  
加えて、本実施形態では、保護層１８の押さえ部分２１がテーパー部２０に重なっているため、表面電極１７を広い接触面積で押さえる事ができる。これにより、表面電極１７が剥がれようとするのを押さえる効果が一層向上する。
【００３２】
（第２実施形態）  
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、第１実施形態とは表面電極の形状が異なっており、これに伴い、保護層の形状も異なっているので、かかる点を中心に説明する。
【００３３】
図９は、指紋センサ１０７の構成を示す断面図である。  
図９に示すように、表面電極１１７の側面に、当該表面電極１１７の表面１１７ａ側から裏面１１７ｂ側にかけて階段状に突出した突出部１２０が設けられた構成になっている。図９では、階段が例えば１段になっているが、細かく複数段設けるようにしても良い。表面電極１１７の各辺について階段状の突出部１２０を設けても良いし、例えば対向する２辺だけについて突出部１２０を設けても良いし、１辺だけについて突出部１２０を設けても良い。
【００３４】
表面電極１１７の突出部１２０に重なる保護層１１８の押さえ部分１２１は、突出部１２０に係合するように当該突出部１２０を押さえている。押さえ部分１２１の形状を突出部１２０に係合させて形成することで、当該押さえ部分１２１が表面電極１１７を押さえつつ、表面電極１１７の表面１１７ａと保護層１１８の表面１１８ａとが平坦化されるようになっている。
【００３５】
このように、保護層１１８の押さえ部分１２１が突出部１２０に係合するように当該突出部１２０を押さえているので、表面電極１１７が剥がれようとしても、突出部１２０が係合する押さえ部分１２１に押さえられる。これにより、表面電極１１７の剥がれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＣカードの構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る指紋センサの構成を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る指紋センサの構成を示す平面図である。
【図４】指紋センサに指を当接させたときの様子を示す図である。
【図５】ＩＣカードの制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】表面電極を形成する様子を示す図である。
【図７】表面電極にテーパー部が無い場合に指紋センサを使用する様子を示す図である。
【図８】本実施形態に係る指紋センサを使用する様子を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る指紋センサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ＩＣカード  ７、１０７…指紋センサ  ７ａ…表面  ７ａ…面  １５…内部電極  １７、１１７…表面電極  １７ａ、１１７ａ…表面  １７ｂ、１１７ｂ…裏面  １８、１１８…保護層  １８ａ、１１８ａ…表面  １８ｂ…裏面  ２０…テーパー部  ２１、１２１…押さえ部分  １２０…突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006194667.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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