(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状を裏面に転写させて指紋を検出する指紋検出センサであって、
前記可撓性フィルムの裏面に転写された凸部を検出するための基板と、
前記基板の周縁部内側に沿って枠状に形成されたスペーサと
を備え、
前記可撓性フィルムは、それぞれ１〜１５μｍの厚さを有する第１と第２のフィルムを、当該第１と第２のフィルムよりも柔らかな素材からなる緩衝層を介して貼り合わせてなると共に、前記スペーサに当該可撓性フィルムの周縁部が貼着されて、前記基板の検出面と所定間隔をおいて対向配置されていることを特徴とする指紋検出センサ。
【請求項２】
前記スペーサは、粘着剤もしくは接着剤からなることを特徴とする請求項１記載の指紋検出センサ。
【請求項３】
前記スペーサの厚さは、５〜５００μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の指紋検出センサ。
【請求項４】
前記可撓性フィルムは、所定の張力を有した状態で前記スペーサにより保持されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の指紋検出センサ。
【請求項５】
前記緩衝層の厚さは、１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の指紋検出センサ。
【請求項６】
前記緩衝層は、粘着剤からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の指紋検出センサ。
【請求項７】
前記検出用基板の前記可撓性フィルムと対向する側の主面には、複数のスイッチング素子がマトリクス状に設けられる共に、前記可撓性フィルムの前記緩衝層と反対側の面には、導電膜が形成されており、
指紋の稜線により押圧された凸部の導電膜が前記スッチング素子に接触することにより、指紋を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の指紋検出センサ。
【請求項８】
可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状を裏面に転写させて、検出用基板にて当該裏面に転写された指紋を検出する指紋検出センサの製造方法であって、
検出用基板を用意する第１の工程と、
可撓性フィルムを用意する第２の工程と、
前記検出用基板の周縁部内側に沿って枠状にスペーサを設ける第３の工程と、
前記スペーサに可撓性フィルムを貼着する第４の工程と、
前記可撓性フィルムが貼着された基板を所定温度で加熱する第５の工程と
を含み、
前記可撓性フィルムを用意する第２の工程は、当該可撓性フィルムの前記スペーサの枠内となる位置に通気孔を設ける工程を含む
ことを特徴とする指紋検出センサの製造方法。
【請求項９】
可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状を裏面に転写させて、検出用基板にて当該裏面に転写された指紋を検出する指紋検出センサの製造方法であって、
検出用基板を用意する第１の工程と、
可撓性フィルムを用意する第２の工程と、
前記検出用基板の周縁部内側に沿って枠状にスペーサを設ける第３の工程と、
前記スペーサに可撓性フィルムを貼着する第４の工程と、
前記可撓性フィルムが貼着された基板を所定温度で加熱する第５の工程と
を含み、
前記第３の工程で設けられる枠状のスペーサは、その一部に切除部もしくは溝が形成され、当該切除部もしくは溝が、通気孔となるように構成されている
ことを特徴とする指紋検出センサの製造方法。
【請求項１０】
前記第５の工程以降に、前記通気孔を封止する第６の工程を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の指紋検出センサの製造方法。
【請求項１１】
可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状をその裏面に転写させ、これを検出用基板に形成された検出部にて検出する指紋検出センサの製造方法であって、
複数の検出部が形成された大判の基板を用意する第１の工程と、
前記大判の基板とほぼ同じかそれよりも大きな可撓性フィルムを用意する第２の工程と、
前記大判の基板における各検出部の周囲に枠状のスペーサを形成する第３の工程と、
前記スペーサに前記可撓性フィルムを貼着する第４の工程と、
前記可撓性フィルムが貼着された大判の基板を所定温度で加熱する第５の工程と
前記大判の基板を各検出用基板単位に切断する第６の工程と
を含むことを特徴とする指紋検出センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋を検出するための指紋検出センサおよびその製造方法に関し、特に指紋検出センサを小型化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータなどにおける個人の認証装置として、指紋検出装置が注目をあびている。世界に全く同一の指紋は存在しないため、指紋検出装置によってユーザの指紋パターンを検出して、これを装置内部に予め登録された指紋パターンと照合することにより本人であることを確実に確認でき、従来問題となっていた他人によるパスワードの悪用などの不都合な事態を解消することができる。
【０００３】
図１０は、従来の指紋検出装置に使用される指紋検出センサ９００の一例を示す斜視図であり、内部の構成が分かりやすいように上面の一部を切り欠いて示してある。
同図に示すように従来の指紋検出センサ９００は、樹脂製のホールダ９３０の底部９３１にセンサ基板９２０を接着剤などで固定し、その上の段部９３２に、厚さ０．２ｍｍ程度のステンレス製のフレーム９１１に可撓性フィルム９１０の周縁部を張り合わせたものを載置してなる。なお、フレーム９１１は、粘着テープなどでホルダー９３０に固定される。
【０００４】
段部９３２の高さは、底部９３１に固定されたセンサ基板９２０の表面より若干高くなるように設計されており、これにより可撓性フィルムの表面とセンサ基板の表面との間に１００μｍ程度の隙間ができるように構成されている。
センサ基板９２０の表面には、ＴＦＴ（薄膜トランジスター）からなる公知のセンサ部９２１（例えば、特開平８−６８７０４号公報参照）が形成されており、これにより指紋の凹凸による面圧力分布を検出するようになっている。
【０００５】
すなわち、センサ部９２１は、基板上に無数のＴＦＴをマトリクス状に形成すると共に、各ＴＦＴのソース電極に微小な導電接触板を接続してなり、各ＴＦＴのゲート電極、ドレイン電極に接続された走査用の電極線は、ケーブル９４０のフレキシブルワイヤ９４１、コネクター９４２を介して、不図示の指紋検出装置本体に接続される。
【０００６】
一方、センサ基板９２０に対向配置された可撓性フィルム９１０は、厚さ１０μｍ前後の１枚の樹脂フィルムからなり、その基板側の面には、ＩＴＯ（indium tin oxide：インジウム−すず酸化物）膜などの導電膜が形成されている。当該導電膜は、抵抗を介して接地されており、ユーザが指の先を当該フィルムの表面に押し当てると、その指紋の山の部分（以下、「隆線」という。）がフィルムを押し込んで、その隆線に沿って、裏側の導電膜が押し出されて上記導電接触板に接触し、これにより対応するＴＦＴのドレイン電極とソース電極間に電流が通じるように構成されている。そして、各ＴＦＴの通電状態を走査していくことにより、上記指紋の隆線が検出される。
【０００７】
なお、上述の指紋検出センサに使用されるような可撓性フィルムは、一方の面に当接した物体の凹凸形状をその裏面にほぼ忠実に転写させるという意味で、「形状転写フィルム」と呼ぶことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
最近の携帯端末、特に携帯電話の普及は著しいものがあり、これらにおける情報セキュリティの必要性も向上しており、携帯端末にも指紋センサを搭載する要請が増大してきている。
ところが、上述したように従来の指紋検出センサ９００は、ホルダー９３０に、センサ基板９２０、形状転写フィルム９１０のフレーム９１１などを組み込む構成となっているため、サイズがどうしても大きくならざるを得ず、特に小型携帯端末への搭載を困難にしていた。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、必要最小限の大きさで、指紋を検出することが可能な指紋検出センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状を裏面に転写させて指紋を検出する指紋検出センサであって、前記可撓性フィルムの裏面に転写された凸部を検出するための基板と、前記基板の周縁部内側に沿って枠状に形成されたスペーサとを備え、前記可撓性フィルムは、それぞれ１〜１５μｍの厚さを有する第１と第２のフィルムを、当該第１と第２のフィルムよりも柔らかな素材からなる緩衝層を介して貼り合わせてなると共に、前記スペーサに当該可撓性フィルムの周縁部が貼着されて、前記基板の検出面と所定間隔をおいて対向配置されていることを特徴としている。
【００１１】
ここで、前記スペーサは、粘着剤もしくは接着剤からなることが望ましい。
また、前記スペーサの厚さは、５〜５００μｍであることが望ましい。
さらに、前記可撓性フィルムは、所定の張力を有した状態で前記スペーサにより保持されている。
【００１２】
ここで、前記緩衝層の厚さは、１〜５０μｍであることが望ましい。
また、前記緩衝層は、粘着剤からなることが望ましい。
さらに、前記検出用基板の前記可撓性フィルムと対向する側の主面には、複数のスイッチング素子がマトリクス状に設けられる共に、前記可撓性フィルムの前記緩衝層と反対側の面には、導電膜が形成されており、指紋の稜線により押圧された凸部の導電膜が前記スッチング素子に接触することにより、指紋を検出するように構成してもよい。
【００１３】
また、本発明は、可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状を裏面に転写させて、検出用基板にて当該裏面に転写された指紋を検出する指紋検出センサの製造方法であって、検出用基板を用意する第１の工程と、可撓性フィルムを用意する第２の工程と、前記検出用基板の周縁部内側に沿って枠状にスペーサを設ける第３の工程と、前記スペーサに可撓性フィルムを貼着する第４の工程と、前記可撓性フィルムが貼着された基板を所定温度で加熱する第５の工程とを含み、前記可撓性フィルムを用意する第２の工程は、当該可撓性フィルムの前記スペーサの枠内となる位置に通気孔を設ける工程を含むことを特徴としている。
【００１４】
また、さらに本発明は、可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状を裏面に転写させて、検出用基板にて当該裏面に転写された指紋を検出する指紋検出センサの製造方法であって、検出用基板を用意する第１の工程と、可撓性フィルムを用意する第２の工程と、前記検出用基板の周縁部内側に沿って枠状にスペーサを設ける第３の工程と、前記スペーサに可撓性フィルムを貼着する第４の工程と、前記可撓性フィルムが貼着された基板を所定温度で加熱する第５の工程とを含み、前記第３の工程で設けられる枠状のスペーサは、その一部に切除部もしくは溝が形成され、当該切除部もしくは溝が、通気孔となるように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
さらに、ここで、前記第５の工程以降に、前記通気孔を封止する第６の工程を含むことが望ましい。
また、本発明は、可撓性フィルムの表面に押圧された指先表面の凹凸形状をその裏面に転写させ、これを検出用基板に形成された検出部にて検出する指紋検出センサの製造方法であって、複数の検出部が形成された大判の基板を用意する第１の工程と、前記大判の基板とほぼ同じかそれよりも大きな可撓性フィルムを用意する第２の工程と、前記大判の基板における各検出部の周囲に枠状のスペーサを形成する第３の工程と、前記大判の基板に前記スペーサを介して前記可撓性フィルムを貼着する第４の工程と、前記可撓性フィルムが貼着された大判の基板を所定温度で所定時間加熱する第５の工程と、前記大判の基板を各検出用基板単位に切断する第６の工程とを含むことを特徴としている。
【００１６】
なお、本明細書において、例えば「ａ〜ｂ」として数値範囲を表す場合には、その下限ａ、上限ｂの値も当該範囲に含まれるものとする。
【００１７】
【実施の形態】
以下、本発明に係る指紋検出センサおよびその製造方法の実施の形態について説明する。
（指紋検出センサの全体構成）
図１は、本発明に係る指紋検出センサ１の外観斜視図であり、内部構造が理解しやすいように形状転写フィルム１０の一部を切り欠いて示してある。
【００１８】
同図に示すように指紋検出センサ１は、センサ基板２０に、スペーサ３０を介して形状転写フィルム１０を対向配置すると共にセンサ基板２０にケーブル４０を接続して構成される。
ケーブル４０は、樹脂フィルムに、銅を素材とするフレキシブルワイヤ４１を挟み込んで形成されると共に、各フレキシブルワイヤ４１は、ケーブル４０先端に取り付けられたコネクター４２のピン４３にそれぞれ接続され、コネクター４２は、不図示の指紋検出装置本体に接続される。
【００１９】
また、図２は、当該指紋検出センサ１の分解図である。同図に示すように、センサ基板２０の周縁部内側に沿って枠状のスペーサ３０が設けられており、その内側には、センサ部６０が形成されている。
本実施の形態では、センサ基板２０は、３１ｍｍ×２０ｍｍで厚さ０．７ｍｍのガラス基板が使用されており、また、センサ部６０のサイズは、２３ｍｍ×１５ｍｍである。
【００２０】
センサ部６０の各走査電極線には、センサ基板２０上にパターン印刷された配線パターン（簡易化のため図示を省略。）が接続され、当該配線パターンは、ケーブル４０との接合部まで延設される。一方、ケーブル４０は、上記配線パターンとの接続部においてフレキシブルワイヤ４１が露出されており、対応する配線パターンと異方導電接着剤などを介して接続される。なお、この異方導電接着剤は、樹脂材料に金属粉を混入させ、圧着方向のみ導電性を有するように構成されている公知の接着剤である。
【００２１】
また、センサ基板２０には、接地用の配線パターン（不図示）が上記センサ部６０に接続される配線パターンと並んで形成されており、この接地用配線パターンが不図示の銀ペーストを介して形状転写フィルム１０内側に形成される導電膜１４（図４参照）に接続される。この配線パターンは、ケーブル４０の１本のフレキシブルワイヤ４１に接続され、コネクター４２を介し指紋検出装置本体において接地される。
【００２２】
また、センサ基板２０の周縁部内側に沿って、外形２８ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ５０μｍ、枠の幅２ｍｍの枠形状のスペーサ３０が形成されている。このようなスペーサの素材として粘着剤もしくは接着剤が使用され、その後の形状転写フィルム１０の貼着が容易なようになっている。本実施の形態においては、当該スペーサの素材として耐熱性の高いアクリル系粘着剤を使用しているがこれに限定されるものではない。但し、粘着剤の場合には型崩れのしない程度に粘度が高い必要があるし、接着剤の場合には硬化する場合に体積変化が少ないものが望ましい。さらに、後述のように形状転写フィルム１０を加熱して熱収縮させる際に接着性が低下しないものが望ましい。
【００２３】
このような粘着剤として上記アクリル系粘着剤のほか、シリコーン系粘着剤などがあり、また接着剤としては、エポキシ樹脂などが好適である。
スペーサの形成方法としては、公知のスクリーン印刷法を用いて、粘着剤や接着剤を上記枠形状で５０μｍの厚さにセンサ基板２０上に印刷する方法や、離型紙に厚さ５０μｍの粘着剤もしくは接着剤の層を形成した後、その表面に別の離型紙を貼り付け、型抜きプレスにより他方の離型紙を残した状態で、枠形状に打ち抜き、打ち抜かれた方の離型紙を剥がして枠状の粘着剤もしくは接着剤をセンサ基板２０に貼り付けた後、反対側の離型紙を剥がす方法（以下、「離型紙法」という）などが利用できる。
【００２４】
このように形成されたスペーサ３０の上面に形状転写フィルム１０の周縁部を接着させて固定される。この形状転写フィルム１０の裏面には、導電膜が形成されており、形状転写フィルム１０表面に指先を押し当てると、その指紋の隆線の部分の導電膜１４がセンサ部６０の検出面に接触し、これにより指紋が検出される。
【００２５】
なお、形状転写フィルム１０は、押圧後もとの位置に復元しやすいように一定の張力を持ってスペーサ３０に保持されている。また、１０１は、製造工程において形状転写フィルム１０に設けられた通気孔であり、５０はこれを塞ぐための接着剤である。これらの意味については、後述する。
図３は、センサ基板２０に形成されているセンサ部６０の構成を示す概略図である。このセンサ部６０の構成については公知であり、既述の特開平８−６８７０４号公報に詳しく述べられているので、ここでは概略を述べるにとどめる。
【００２６】
図３に示すように基板上の直交する方向に複数の走査電極線６１０、６２０が形成されており、この電極線の交差する位置にＴＦＴ（薄膜トランジスター）６３０が形成される。走査電極線６１０と走査電極線６２０の交差位置では両者が導通しないように絶縁層が設けられており、ＴＦＴ６３０のゲート電極が走査電極線６２０に、ドレイン電極が走査電極線６１０接続されている。また、ＴＦＴ６３０のソース電極は導電接触板６３１に接続される。
【００２７】
走査電極線６１０、６２０は、それぞれの引き出し部６１１，６２１において上述した不図示の配線パターンに接続され、ケーブル４０を介して外部に引き出される。
（形状転写フィルム１０の構成）
図４は、形状転写フィルム１０の積層構造を示す断面拡大図である。
【００２８】
同図に示すように形状転写フィルム１０は、第１フィルム１１と緩衝層１２と第２フィルム１３と導電膜１４とからなる。第１フィルム１１と第２フィルム１３は、それぞれ可撓性を有する薄くて破れにくいフィルムが用いられる。このような条件を満たす素材として、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等が使用される。それぞれのフィルムの厚さは、１μｍ〜１５μｍの範囲に設定され、より望ましくは、２μｍ〜８μｍの厚さに設定される。１μｍ未満であると破れやすく、反対に１５μｍを超えると指紋の微細な凹凸を検出することができなくなるからである。
【００２９】
なお、上記厚さの範囲内であるなら、第１と第２のフィルムの厚さが異なっても構わないし、素材も上述したものであれば必ずしも同一である必要はない。
緩衝層１２は、本実施の形態においては、樹脂フィルム用粘着剤を使用している。この粘着剤として、乾いた後も、第１フィルム１１，第２フィルム１３よりも柔らかいものが使用される必要があり、具体的には、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ウレタン系粘着剤のいずれかが用いられる。
【００３０】
また、第２フィルム１３の裏面（センサ基板２０側の面）に形成された導電膜１４は、その表面抵抗が、１ｋΩ／□以下であればよく、金、パラジウム、白金、銅、クロム、ニッケル、チタン、モリブデンなどの金属や、酸化インジウムスズ、酸化スズなどの金属酸化物を用い、真空蒸着法もしくはスパッタ法など公知の方法により形成される。
【００３１】
図５は、指紋検出センサ１の形状転写フィルム１０表面を、指先８０で押圧したときの様子を示す断面図である。指紋の隆線８１に応じて形状転写フィルム１０が変形し、導電膜１４が導電接触板６３１に接触する。上述したようにこの導電接触板６３１は、対応するＴＦＴ６３０のソース電極に接続されていると共に、当該ＴＦＴ６３０のドレイン電極とゲート電極は、それぞれ走査電極線６１０、６２０を介して外部装置から所定の電圧が印加されており、他方、導電膜１４は抵抗Ｒを介して接地されているため、上記導電膜１４と導電接触板６３１の接触により、ドレイン電極とソース電極間に電流が流れ、スイッチｏｎの状態となる。
【００３２】
不図示の指紋検出装置本体により、走査電極線６１０，６２０を順に走査して通電状態となったＴＦＴ６３０を検出し、指紋パターンを再現する。なお、このようなデータ処理の内容については既に公知であり、本発明の要旨とするところではないので、説明を省略する。
（形状転写フィルム１０の実施例）
以下、形状転写フィルム１０の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
▲１▼構成
第１フィルム１１      厚さ４．５μｍのＰＥＮフィルム
緩衝層１２            厚さ５μｍのアクリル系粘着剤
第２フィルム１３      厚さ４．５μｍのＰＥＮフィルム
導電膜１４            厚さ０．２μｍのパラジウム層
▲２▼製造方法
４．５μｍのＰＥＮフィルムの一方の面に、補強材として、表面に微粘着剤を有する厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムを貼り合わせた後、スパッタ法によりＰＥＮフィルムの表面全体に厚さ０．２μｍにパラジウムを堆積して導電膜を形成する。このスパッタリングは、Ａｒ雰囲気中の動作圧０．２５Ｐａで投入電圧３Ｗ／ｃｍ２の条件で行った。次にパラジウムの導電膜を保護するため、当該面に自己粘着層を有するポリエチレンフィルムを貼り付けた後、反対側の面に貼り付けていたＰＥＴフィルムを剥離した。
【００３３】
一方、他の４．５μｍのＰＥＮフィルムの一方の面に、同じく、補強材として、表面に微粘着剤を有する厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムを貼り合わせた後、公知のコーティング処理によりＰＥＮフィルム表面に厚さ５μｍのアクリル系粘着剤を塗布し、上記導電膜を形成したＰＥＮフィルムの当該導電膜と反対側の面に貼り付けた。
【００３４】
その後、導電膜１４を保護していたポリエチレンフィルムを剥離し、スペーサ３０に貼り付けた後、表面の補強材のＰＥＴフィルムを剥離した。
なお、フィルムの厚さなどを除き上記製造方法は、各実施例に共通なので、以下の実施例２〜４においては構成のみ記する。
（実施例２）
第１フィルム１１      厚さ４．５μｍのＰＥＮフィルム
緩衝層１２            厚さ１０μｍのアクリル系粘着剤
第２フィルム１３      厚さ４．５μｍのＰＥＮフィルム
導電膜１４            厚さ０．２μｍのパラジウム層
（実施例３）
第１フィルム１１      厚さ６．０μｍのＰＥＮフィルム
緩衝層１２            厚さ１５μｍのアクリル系粘着剤
第２フィルム１３      厚さ６．０μｍのＰＥＮフィルム
導電膜１４            厚さ０．２μｍのパラジウム層
（実施例４）
第１フィルム１１      厚さ６．０μｍのＰＥＮフィルム
緩衝層１２            厚さ２５μｍのアクリル系粘着剤
第２フィルム１３      厚さ６．０μｍのＰＥＮフィルム
導電膜１４            厚さ０．２μｍのパラジウム層
また、本発明の実施例の効果を示すため以下に示す比較例１〜４の形状転写フィルムを作成した。なお、比較例１〜３は、従来通り１枚のフィルムだけを使用したものであり、比較例４は、２枚のフィルムを粘着剤を使用せずにそのまま重ねただけのものである。
（比較例１）
▲１▼構成
フィルム              厚さ４．５μｍのＰＥＮフィルム
導電膜                厚さ０．２μｍのパラジウム層
▲２▼製造方法
４．５μｍのＰＥＮフィルムの一方の面に、補強材として、表面に微粘着剤を有する厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムを貼り合わせた後、スパッタ法によりＰＥＮフィルムの表面全体に厚さ０．２μｍにパラジウムを堆積して導電膜を形成する。このスパッタリングは、Ａｒ雰囲気中の動作圧０．２５Ｐａで投入電圧３Ｗ／ｃｍ２の条件で行った。
【００３５】
その後、導電膜１４側を、スペーサ３０に貼り付け、表面の補強材のＰＥＴフィルムを剥離した。
この製造方法は、次の比較例２，３も同じである。
（比較例２）
フィルム              厚さ６μｍのＰＥＮフィルム
導電膜                厚さ０．２μｍのパラジウム層
（比較例３）
フィルム              厚さ１２μｍのＰＥＮフィルム
導電膜                厚さ０．２μｍのパラジウム層
（比較例４）
フィルム▲１▼            厚さ４．５μｍのＰＥＮフィルム
導電膜                厚さ０．２μｍのパラジウム層
フィルム▲２▼            厚さ４．５μｍのＰＥＮフィルム
フィルム▲１▼に比較例１と同様な方法で導電膜を形成した後、フィルム▲２▼を
導電膜と反対の面に重ねた。粘着剤不使用
そして、上記実施例１〜４および比較例１〜４について、腰の強さと指紋検出精度について評価を行ったところ、次の表１のような結果を得た。
【００３６】
【表１】
0004627612.tif 000002
【００３７】
ここで、腰の強さの評価は、株式会社東洋精機製作所製の「ループステフネステスタ」（商品名・登録商標）を使用してなされた。この測定器の測定原理は、所定幅のフィルムで一定長さループを形成し、そのループの直径方向にロッドを押し込んでいって、どのぐらいの力を加えれば、当該ループを規定の距離だけ押し込めるかを測定するものである。したがって、ループを潰すために加えた力（ｍｇｆ）が大きいほど腰が強いと言える。本実験では、測定条件を、ループ長６０ｍｍ、押し込み速度３．５ｍｍ／ｓｅｃ、押し込み距離１５ｍｍとした。
【００３８】
また、指紋の検出精度は視認により確認し、検出された指紋パターンをモニターで再生し、その指紋の隆線が明確なものを良好（○）と判断し、隣接する隆線との境界が分かりにくいものを（×）と評価している。
表１を見ても分かるように、実施例１〜４の全てにおいて指紋検出精度が良好で、腰の強さが従来の構成における比較例１，２に比べてほぼ２０倍以上となる好結果が得られた。
【００３９】
また、１枚のフィルムでは指紋検出の限界に近い厚さ１２μｍのフィルムを使用した比較例３に対しても、実施例１〜４の腰の強さは２倍以上となっている。特に、２枚の厚さ６μｍのＰＥＮフィルムを厚さ２５μｍの粘着剤で張り合わせた実施例４の例に到っては、２枚のＰＥＮフィルムを合わせた厚さが、比較例３の１枚のＰＥＮフィルムの厚さ１２μｍと同じなのにも関わらず、その腰の強さが当該比較例３の実に１０倍を超えている。
【００４０】
その一方で、２枚の４．５μｍのＰＥＮフィルムを重ねただけの比較例４は、指紋検出精度が不良であるのみならず、同じ厚さのＰＥＮフィルムを粘着剤を介して貼り付けた実施例１に比べ腰の強さが圧倒的に低い。
以上の実験結果から、２枚のフィルムの間に介在する粘着層が腰の強さと検出精度に大きく貢献していることが分かる。
【００４１】
これは、次のような理由によるものと思われる。
▲１▼腰の強さについて
実施例１〜４の場合、粘着剤により２枚のフィルムが相互に補強し合うことができるので、腰が強くなる。単に２枚重ねただけでは、重ねあった表面で相互に滑るので補強効果が弱い。また、粘着剤を介して貼り合わされた２枚のフィルム方が、そのフィルムの厚さの和と同じ厚さの１枚のフィルムに対して腰が強くなるのは、もちろん粘着剤自身の腰の強さも加わることにも起因するが、それ以上に２枚のフィルム間の距離が大きくなるため、一方のフィルムに加えられた曲げモーメントに対する他方のフィルムによる反力のモーメントが増すためであると考えられる。
【００４２】
▲２▼指紋検出精度について
本実施の形態のように粘着剤を介して２枚重ねした形状転写フィルム１０の全体の厚さはかなり大きくなるが、それでも指紋を良好に検出できるのは、緩衝層１２が、第１フィルム１１より柔らかく、かつ、第１と第２のフィルムに固着されているために、第１フィルム１１の変形に追従して自己も変形し、その変形分を下の第２フィルム１３に有効に伝えるためであると考えられる。厚い１枚のフィルムでは、指紋の隆線の押圧に対してそもそも変形が生じにくいし、２枚のフィルムを重ねただけのものは、両フィルム間に介在する空気層が緩衝層とはなり得ても、双方のフィルムを貼り合わせるような粘着性を有しておらず、また、十分な弾性もないので第１フィルム１１の変形を第２フィルム１３に伝えにくい。
液体などの流体を緩衝層として用いた場合も同様である。
【００４３】
この原理から、本発明によれば、１枚のフィルムでは指紋検出の限界の厚さ（１５μｍ）であっても、それらを粘着剤を介して重ねることによりある程度の指紋検出が可能とするものである。また、２枚のフィルムより柔らかい素材で、かつそれらのフィルムを密着させる機能を有する素材であれば、上記アクリル系粘着剤やその他の粘着剤に限られず、例えば、ウレタンゴム製の薄いフィルムを２枚のＰＥＮフィルムで挟んで圧着しても同じように良好な結果が得られるものである。
【００４４】
このように本実施の形態に係る形状転写フィルム１０は、第１と第２の可撓性フィルムを、緩衝層を介して貼り合わせて構成しているため、第１と第２の可撓性フィルムが相互に補助しあって腰が強くなって耐久性・寿命が延びると共に、第１の可撓性フィルムに生じた変形に追従して緩衝層が容易に変形し、当該緩衝層の変形がさらに第２の可撓性フィルムに伝わって変形させるため、第１の可撓性フィルムに加えられた微細な凹凸形状の変形を第２の可撓性フィルムに効果的に伝えることが可能となり、良好な形状転写性を得ることができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態に係る指紋検出センサ１は、センサ基板２０の周縁部内側に形成された枠状のスペーサに形状転写フィルム１０を直接貼着して構成されるため、従来のような大サイズのホールダ９３０が不要となり、検出面よりほぼスペーサ３０の幅だけ大きなサイズで形成することができるので、従来に比較して非常に小型化することができる。
【００４６】
そして、形状転写フィルム１０を上述のように緩衝材を２枚の樹脂フィルムで挟んで形成することにより、その耐久性および寿命を飛躍的に延ばすことが可能となり、このように形状転写フィルム１０をスペーサ３０を介して直接センサ基板２０に貼り付けても、指紋検出センサ１全体としての寿命面での不都合は生じなくなった。
【００４７】
のみならず、次に述べるような製造方法を採用することにより、製造コストの点でも大きなメリットがある。
（指紋検出センサの製造方法）
図６、図７は、指紋検出センサ１の製造工程を示す概略図である。
まず、公知のＴＦＴ製造方法により、大判のガラス基板（以下。「マスターガラス」という。）２００の表面に複数のセンサ部６０および配線パターン（不図示）を所定のピッチで形成する（図６（ａ）：本実施の形態では、例として４個のセンサ部６０が形成されている。）。
【００４８】
そして、各センサ部６０の周囲を囲むような形状に、粘着剤により厚さ５０μｍのスペーサ３００を形成する（図６（ｂ））。この形成方法としては、上述のスクリーン印刷法もしくは離型紙法が用いられる。
別途、上記大判のマスターガラス２００と同じかこれよりも大きなサイズの形状転写フィルム１００を用意し、各センサ部６０の外側であって、スペーサ３００の枠内に該当する位置に通気孔１０１を設けておく。
【００４９】
そして、導電膜１４を接地するための適量の銀ペーストを接地用の配線パターン上に載置し（不図示）、その後、形状転写フィルム１００をマスターガラス２００のスペーサ３００に当てて位置決めし、その上をローラ７００で押しながら形状転写フィルム１００をスペーサ３００表面にしっかりと貼着させる。
ローラを押し当てる際に、その部分の形状転写フィルム１０とセンサ基板２０間の容積が減少し、形状転写フィルム１０の一部が、センサ部６０に接触した状態になるが、ローラ通過後に通気孔１０１を介して内部に外気が流入するため、形状転写フィルム１０が元の状態に戻り、センサ部６０との接触状態が直ぐに解消される。もし、この通気孔１０１がなければ、内部が負圧のまま、密閉されてしまうことになり、形状転写フィルム１０の導電膜１４とセンサ部６０のセンサ面が接触が解除されず、不良品となってしまうので、通気孔は本発明に係る指紋検出センサの製造工程において不可欠である。
【００５０】
押圧時の空気の抜けやすさを考慮すれば、図６（ｃ）に示すように通気孔１０１は、スペーサ３００のそれぞれの枠内であってローラの移動方向の下流側の隅に設ける方が好ましいであろう。
なお、図６（ｃ）ではローラによる圧接の様子を極めて模式的に示しているが、実際にはフィルムを基板に貼り付けるための専用装置が利用される。この装置は、フィルムを背後から吸引保持する本体と、この本体に対し蝶番を介して開閉可能に取り付けられた蓋部材とを有し、この蓋部材の内側にもマスターガラス２００を吸引保持することができるように構成されている。そして、当該蓋を閉じることにより形状転写フィルム１００とマスターガラス２００を対面させ、本体内に収納されたローラをガイドに沿って移動させることにより、形状転写フィルム１００をマスターガラス２００に押圧するように構成されるものである。
【００５１】
上記形状転写フィルム１００の貼着後、図７（ａ）に移り、マスターガラス２００を加熱器７１０に入れて加熱する。加熱器７１０内部には温度センサ７１２とヒータ７１３があり、電源装置７１１は、温度センサ７１２の検出結果をモニターしながらヒータ７１３への通電を制御することにより、室内をほぼ１２０°Ｃ前後に維持するように構成されている。
【００５２】
マスターガラス２００は、この加熱器７１０により当該１２０°Ｃの温度で９０分間加熱される。約１５分経過すると形状転写フィルム１００に熱収縮が生ずるが、当該形状転写フィルム１００は、その周縁部がスペーサ３００に貼着されているため、適度の張力が生じ、これにより指で押圧した後の復元力が増し、操作性を向上させることができる。
【００５３】
さらに７５分程度加熱することにより、接地用の銀ペーストが硬化して形状転写フィルム１００の導電膜とマスターガラス上に形成された各センサ部６０における接地用配線パターンとの接続を確実にする。
なお、この加熱温度は、使用する形状転写フィルム１０の材質により、その材質が熱収縮を生じる温度以上の適当な温度が適宜設定されるものであり、１２０°Ｃに限定されない。
【００５４】
また、熱収縮の際、形状転写フィルム１０がスペーサ３００から剥離してしまっては、張力を発生させるため加熱した意味がなくなるので、熱収縮時に発生する形状転写フィルム１００の張力に抗して、形状転写フィルム１００を接着する力を有するものが選択される。
上記加熱後、マスターガラス２００を加熱器７１０から取り出し、ファンなどで冷却して常温に戻し、その後、各通気孔１０１にノズル７２０から接着剤５０を供給して封止する。このときに使用される接着剤５０として、次の要件が具備される必要がある。
【００５５】
▲１▼毛細管現象が生じて接着剤が内部に流入しない程度の粘度が必要である。
内部に接着剤が流入してしまえば、センサ部６０表面に絶縁膜が形成され、指紋の検出が不能になるからである。
▲２▼硬化時にあまり収縮しないこと。
収縮すると、形状転写フィルム１０表面に皺が発生し、見栄えが悪いだけでなく、指紋の検出制度が劣化するためのである。
【００５６】
このような２つの要件を満たす接着剤として、本実施の形態では、粘度が１００ＰａＳ（パスカル秒）、もしくは６０ＰａＳのシリコーン系接着剤、より具体的には液状シリコーンゴムを使用したところ大変良好な結果が得られた。
これらのシリコーン系接着剤は常温で硬化するので、取り扱いも容易である。
本実施の形態のように枠状のスペーサ３０に形状転写フィルム１０を密着させると共に通気孔１０１を封止することにより、内部が完全な密閉状態となり次のような優れた効果を得ることができる。
【００５７】
（１）空気中の塵埃などが指紋検出センサ１内部に混入することを防止でき、、従来問題となっていた塵埃に起因する検出不良を防止することができる。
（２）形状転写フィルム１０の復元性が向上する。すなわち、内部が密閉されているため、形状転写フィルム１０を指先で押圧すると内部圧が高くなり、指先を離した瞬間に空気圧により形状転写フィルム１０が押圧する前の元の状態に復帰する。
【００５８】
（３）また、押圧時における内部圧の上昇により、形状転写フィルム１０が指紋の凹部に押し付けられ、導電膜１４上に指紋の凹凸状態をより鮮明に浮かびあがらすことができる。これにより、指紋の検出精度が向上する。
なお、この封止工程は、形状転写フィルム１００をＸＹテーブルに載置し、これを予め決められたプログラムにより所定量Ｘ、Ｙ方向に移動させると共に、この移動動作に同期させてノズル７２０から所定量の接着剤を供給することにより自動的に実行されるように構成されている。
【００５９】
その後、ダイヤモンドカッターなどを備えた公知のガラス切断装置により、大判のマスターガラス２００を、４つのセンサ基板２０に切断し（図７（ｃ））、その後ケーブル４０を銀ペーストなどを介して接続し、図１のような完成品を得ることができる。
従来の構成では、ホルダー９３０にセンサ基板９２０を固定した後にステンレスフレーム９１１に貼着された可撓性フィルム９１０を載置するという構成をとっていたため、マスターガラスの切断時に生じたガラスの切り屑が、センサ基板９２０のセンサ部９２１表面に付着して製品不良となるおそれがあったが、本実施の形態では、マスターガラス２００の表面を覆うように予め形状転写フィルム１００が貼着され、しかも通気孔１０１が封止された後に切断するので、ガラスの切り屑が、内部に混入してセンサ部６０に付着するような問題が生じない。
【００６０】
さらに、図１０に示すような従来の指紋検出センサ９００の製造に比べて各種の点で合理化もしくは省略でき、製造コストを低減させることができる。
すなわち、従来の指紋検出センサ９００では、ホルダー９３０を設ける工程、可撓性フィルム９１０をフレーム９１１に貼り付ける工程、センサ基板９２０をホルダー９３０に取り付ける工程、フレーム９１１をホルダー９３０に取り付ける工程など多数の工程が必要となるが、本実施の形態における指紋検出センサ１では、センサ基板２０の周縁部に粘着性を有するスペーサ３０を設けてこれに、形状転写フィルム１０を直接貼着するので、上記従来の工程のほとんどが不要となる。また、複数個のセンサ部６０を１枚の基板上に形成して、形状転写フィルム１００を貼着後、最終的な段階で切断するようにしているので、大量生産に資する。これらにより従来製品に比較して、サイズを小さくできるだけでなく大幅なコストダウンが可能となる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、説明の便宜上、４個分のセンサ基板２０を１枚のマスターガラスに形成する例を示したが、実際には更に大きなマスターガラスを使用し多くの個数のセンサ基板２０が一度に形成される。
反対に、小さなガラス基板に１個ずつ製造するようにしても構わない。この場合には、もちろ製造の効率化は低下するが、小型で性能のよい指紋検出センサを形成できる点には変わりはない。
【００６２】
＜変形例＞
なお、本発明の内容は、上記実施の形態に限定されないのは言うまでもなく、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上記実施の形態においては、スペーサ３０の厚さを５０μｍとしたが、この値に限られない。但し、５μｍ未満では、押圧時に形状転写フィルム１０の導電膜１４がセンサ部６０に接触させたときに、形状転写フィルム１０の変形量（伸び量）がほとんどないので、元に復元する力が小さく、そのままセンサ部６０に密着した状態になるおそれがあり、反対に５００μｍを超えると、押圧して導電膜１４をセンサ部６０に接触させたときの形状転写フィルム１０の変形量が大きくなり過ぎ、塑性変形が生じて元の位置に復元しないおそれがある。したがって、スペーサ３０の厚さは、５〜５００μｍの範囲内で設定されるのが望ましい。
【００６３】
（２）上記実施の形態においては、通気孔１０１は、形状転写フィルム１０に設けているが、この場所に限定されず、例えば、図８に示すように枠状の一部が幅ｗ（およそ１ｍｍ）だけ切除されたスペーサ３１をセンサ基板２０に形成し、これに形状転写フィルム１０を貼着した後、図９に示すようにノズル７３０先端から当該切除部３２に接着剤５１を充填して封止する。この際の接着剤も毛細管現象によりセンサ部６０方向に流れ込まないような粘度を有するものを使用することが望ましい。
【００６４】
なお、スペーサ３０がより厚い場合には、上記切除部３２のようにスペーサ３０の一部を完全に除去するのではなく、スペーサ３０に通気用の溝を形成してもよい。
（３）上記実施の形態においては、通気孔を封止するために接着剤を使用したが、粘着剤であっても構わない。もちろんこの場合でも、毛細管現象により内部に浸透しない適度の粘度が要求されることはいうまでもない。
【００６５】
（４）指紋検出センサの形状転写フィルム１０に指を押し当てると、指先の皮脂により指先とシートが密着してべたついたような感触になることがあり、大変不快である。また、他人の指紋が形状転写フィルム１０の表面に残っているのが見えると、心理的な抵抗感が生じる。
これらを避けるため、形状転写フィルム１０の表面をある程度の粗面に仕上げることが望ましい。
【００６６】
一般的にフィルム表面に粗面を形成するためには、エンボス加工やブラスト加工などの方法が公知であるが、本発明のように極めて薄いフィルムに対しては公知のマットコート処理が有効である。
このマットコート処理は、アクリル樹脂などのコーティング材に、アクリル樹脂やポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂、シリカなどを素材とするフィラーと呼ばれる粒状物を添加し、これがコーティング材中で均一に分散するように攪拌した後、ローラなどを用いてフィルム表面に均一に塗布して乾燥させる。この際、樹脂層の厚さをフィラー粒状物質の径よりも小さくなるように塗布量を調整すれば、フィラーの一部分がコーティング材の層（樹脂層）よりも突出することになり、これにより一定の粗面が形成される。
【００６７】
したがって、添加するフィラーの径や添加量および樹脂層の厚さを適宜調整することにより所望の表面粗さおよび光沢を得ることができる。
但し、樹脂層をあまり厚くすると指紋の転写性が劣化することになるので、２〜８μｍ程度が望ましく、これに対応してフィラーの径は、３〜１０μｍのものが選択される。もちろん、転写性を良好に維持するため、樹脂層８０と第１フィルム１１の合計の厚さが１５μｍを超えないようにしなければならないのはいうまでもない。
【００６８】
また、図３に示したようにＴＦＴ６３０は、一定のピッチでマトリクス状に形成されており、フィラー８１は、各検出ブロック（走査電極線６１０、６２０で囲まれ、１個のＴＦＴ６３０の配された四角いエリア）に対して少なくとも１個が配される必要がある。
もし、１の検出ブロックに対応してフィラーが１個も配されていなければ、その部分に指紋の隆線が位置しても、指先の表面がその周囲のフィラーに先に触れてしまうので、当該隆線の部分で形状転写フィルム１０を下方に押し下げることができず、導電膜１４への指紋の転写が不良になるからである。
【００６９】
なお、上述の条件を満たしながら、指先を形状転写フィルム１０表面で滑らしたときのざらつき感をできるだけ少なくするためには、フィラーはほぼ球状であり、しかもその粒の大きさが揃っている方が望ましい。そのためフィラー径の粒度分布（粒径のばらつき）が、±２μｍ以下のものを使用する方が望ましい。粒度分布がそれを超える場合には、指先に引っかかりを感じてしまうため触感がよくない。
【００７０】
（５）上記実施の形態においては、２枚のフィルムを緩衝層を介して貼り合わせることにより形状転写フィルム１０を形成したため、指紋の形状転写制度を維持しながら、その腰を十分に向上させることができ、形状転写フィルム１０の使用寿命を延ばすことを可能としたが、指紋検出センサ１のサイズを小さくするという観点のみからすれば、この形状転写フィルム１０は、従来通りの１枚の可撓性フィルムを使用しても構わないのはいうまでもない。
【００７１】
（６）上記実施の形態では、いわゆる面圧力分布検出型の指紋検出センサについて説明したが、本発明に係る形状転写フィルムは、光学式の指紋検出センサや静電容量型の指紋検出センサにも適用可能である。前者の構成は、例えば、特開平１０−２６９３４２号公報に開示されており、後者の構成は、例えば、特開平１１−１５５８３７号公報に開示されている。なお、光学式の場合は、センサ基板２０の代わりに通常の透明なガラス基板が用いられ、その背後に光学センサが配されることになる。
【００７２】
いずれもフィルムに転写された指紋の凹凸による光反射量もしくは静電容量の変動を検出して指紋パターンを得るものであり、本発明における形状転写フィルム１０を有効に利用できるものである。従来、これらの検出方式においては、指先表面の汗や、屋外での天候（特に雨）などにより誤検出の生じるおそれが高かったが、形状転写フィルム１０をセンサ面と指先との間に介在させることにより使い勝手がよく高い精度で指紋を検出することが可能となる。
【００７３】
但し、光学式の場合には光源が必要となるので、上記ＴＦＴを利用した面圧力分布検出型のものに比べ若干検出部の奥行きのサイズが大きくなる傾向にあるが、それでも上記のように形状転写フィルム１０を基板に直接貼り付けることにより表面部の面積は小さくできるため、従来に比較して携帯端末などの小型装置に搭載しやすくなる。
【００７４】
また、光学式の指紋検出センサに用いられる場合には、導電性を有する必要がないので、導電膜１４は不要である。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る指紋検出センサによれば、可撓性フィルムの裏面に転写された凸部を検出するための基板と、前記基板の周縁部内側に沿って枠状に形成されたスペーサとを備え、前記可撓性フィルムは、前記スペーサにその周縁部が貼着されて、前記基板の検出面と所定間隔をおいて対向配置するように構成しているので、従来のように基板とフィルムを保持するためのホルダー部材が一切不要となり、指紋検出に必要なサイズより枠状のスペーサの幅だけ大きくするだけの極めて小型な指紋検出センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る指紋検出センサの斜視図である。
【図２】上記指紋検出センサの分解図である。
【図３】上記指紋検出センサにおけるセンサ部の回路構成の概略を示す図である。
【図４】上記指紋検出センサの押圧部に使用される形状転写フィルムの積層構造を示す縦断面図である。
【図５】形状転写フィルムを指紋の隆線部で押圧した状態を示す指紋検出センサの概略断面図である。
【図６】本発明に係る指紋検出センサの製造工程を説明するための図である。
【図７】  図６の製造工程の続きを説明するための図である。
【図８】枠状のスペーサの一部を切除して通気孔とする場合の説明図である。
【図９】上記スペーサに設けられた通気孔を接着剤で封止する様子を示す図である。
【図１０】従来の指紋検出センサの構成を示す図である。
【符合の説明】
１    指紋検出センサ
１０    形状転写フィルム
２０    センサ基板
３０，３１    スペーサ
３２    切除部
４０    ケーブル
４１    フレキシブルワイヤ
５０，５１    接着剤
５０    通気孔
６０    センサ部
１００    形状転写フィルム
１０１    通気孔
２００    マスターガラス
３００    スペーサ
６１０，６２０  走査電極線
６３０    ＴＦＴ
７００    ローラ
７１０    加熱室
７１１    電源装置
７１２    温度センサ
７１３    ヒータ
７２０，７３０    ノズル
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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