KR20200045844A - 변형가능한 지문 인식 소자, 이를 이용한 지문 인증 방법 및 전자 장치 - Google Patents

변형가능한 지문 인식 소자, 이를 이용한 지문 인증 방법 및 전자 장치 Download PDF

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Abstract

변형가능한 지문 인식 소자, 이를 이용한 지문 인증 방법 및 전자 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 변형가능한 지문 인식 소자는 형상을 변형할 수 있도록 구성된 변형가능한 지문 센서 및 상기 지문 센서의 일면에 구비된 것으로 상기 지문 센서의 변형 분포를 측정하도록 구성된 스트레인 센서를 포함할 수 있다. 상기 스트레인 센서에 의해 측정된 상기 지문 센서의 변형 분포를 반영하여 사용자의 지문을 인식할 수 있다. 상기 지문 센서는 상기 사용자의 지문을 감지하기 위한 복수의 제1 픽셀영역을 포함할 수 있고, 상기 스트레인 센서는 상기 변형 분포를 측정하기 위한 복수의 제2 픽셀영역을 포함할 수 있다.

Description

변형가능한 지문 인식 소자, 이를 이용한 지문 인증 방법 및 전자 장치{Deformable fingerprint recognition device, fingerprint authentication method using the same and electronic apparatus}
개시된 실시예들은 지문 인식 소자와 지문 인증 방법 및 지문 인식 소자를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
최근, 플렉서블(flexible) 전자 장치 및 스트레처블(stretchable) 전자 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 플렉서블 일렉트로닉스(flexible electronics)는 플라스틱과 같이 휘어지는 기판에 전자소자를 실장하여 구부리거나 접을 수 있는 전자회로/장치를 구현하는 기술이다. 스트레처블 전자 장치는 휘어질 뿐 아니라 길이가 늘어날 수 있는 장치로, 스트레처블 일렉트로닉스(stretchable electronics)는 전자 기기의 새로운 적용분야를 가능하게 하는 기술로 기대되고 있다.
각종 센서와 전자 기기가 피부에 부착할 수 있거나 자유로운 변형이 가능하도록 유연성/신축성이 있는 형태로 연구/개발되고 있다. 한편, 다양한 모바일 기기 및 전자 기기에서 지문, 음성, 얼굴, 홍채와 같은 개인의 고유 특징을 이용한 개인 인증 기능이 중요하게 사용될 수 있다. 전자 기기 자체가 플렉서블 또는 스트레처블하게 만들어지는 경우, 이와 관련해서, 개인 인증 방법도 연구될 필요가 있다.
유연성/신축성이 있는 장치에서도 사용자의 지문을 용이하게/정확하게 인식할 수 있는 변형가능한 지문 인식 소자를 제공한다.
전자 기기가 변형된 상태에서도 사용자의 지문을 용이하게/정확하게 인식할 수 있는 변형가능한 지문 인식 소자를 제공한다.
유연성/신축성이 있는 지문 인식 소자를 이용한 지문 인증 방법을 제공한다.
상기 변형가능한 지문 인식 소자를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 측면(aspect)에 따르면, 형상을 변형할 수 있도록 구성된 변형가능한 지문 센서; 및 상기 지문 센서의 일면에 구비된 것으로, 상기 지문 센서의 변형 분포를 측정하도록 구성된 스트레인(strain) 센서;를 포함하고, 상기 스트레인 센서에 의해 측정된 상기 지문 센서의 변형 분포를 반영하여 사용자의 지문을 인식하도록 구성된, 변형가능한 지문 인식 소자가 제공된다.
상기 지문 센서는 상기 사용자의 지문을 감지하기 위한 복수의 제1 픽셀영역을 포함할 수 있고, 상기 스트레인 센서는 상기 변형 분포를 측정하기 위한 복수의 제2 픽셀영역을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 n×m 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응할 수 있고, 여기서, n은 1 이상의 정수일 수 있고, m은 1 이상의 정수일 수 있다.
상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 적어도 두 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 전체를 커버하도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 중 일부의 영역들만 선택적으로 대응하도록 배치될 수 있고, 상기 복수의 제2 픽셀영역 중 적어도 일부는 상호 이격하여 배치될 수 있다.
상기 지문 센서는 정전용량(capacitive) 방식의 지문 센서일 수 있다.
상기 스트레인 센서는 정전용량 방식의 스트레인 센서, 저항변화 방식의 스트레인 센서 및 압전변화 방식의 스트레인 센서 중 어느 하나일 수 있다.
상기 지문 센서는 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극을 포함할 수 있고, 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이의 교차점들에 의해 복수의 제1 픽셀영역이 정의될 수 있다.
상기 스트레인 센서는 복수의 제3 전극 및 상기 복수의 제3 전극과 교차하는 복수의 제4 전극을 포함할 수 있고, 상기 복수의 제3 전극과 복수의 제4 전극 사이의 교차점들에 의해 복수의 제2 픽셀영역이 정의될 수 있다.
상기 복수의 제1 전극은 제1 전송 전극(Tx 전극)일 수 있고, 상기 복수의 제3 전극은 제2 전송 전극(Tx 전극)일 수 있으며, 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나와 상기 복수의 제3 전극 중 적어도 하나는 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극은 제1 간격으로 배치될 수 있고, 상기 복수의 제3 전극 또는 상기 복수의 제4 전극은 제2 간격으로 배치될 수 있으며, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격보다 크거나 같을 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 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나는 구불구불한 형상을 가질 수 있다.
상기 지문 센서와 상기 스트레인 센서 사이에 배치된 쉴드층(shield layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 스트레인 센서 상에 상기 지문 센서가 배치될 수 있고, 상기 지문 센서를 덮는 커버 필름이 더 구비될 수 있으며, 상기 커버 필름에 접촉된 사용자의 지문을 인식하도록 구성될 수 있다.
상기 변형가능한 지문 인식 소자는 스트레처블 소자(stretchable device)일 수 있다.
상기 변형가능한 지문 인식 소자는 플렉서블 소자(flexible device) 또는 벤더블 소자(bendable device)일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전술한 변형가능한 지문 인식 소자를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
다른 측면에 따르면, 복수의 제1 전극과 이와 교차하는 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이의 교차점들에 의해 정의된 것으로 사용자의 지문을 감지하기 위한 복수의 제1 픽셀영역을 구비하는 변형가능한 지문 센서; 및 상기 지문 센서의 일면에 구비된 것으로, 상기 지문 센서의 변형 분포를 측정하기 위한 복수의 제2 픽셀영역을 구비하는 스트레인 센서;를 포함하고, 상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 n×m 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응하고, 여기서, n은 1 이상의 정수이고, m은 1 이상의 정수이며, 상기 스트레인 센서에 의해 측정된 상기 지문 센서의 변형 분포를 반영하여 사용자의 지문을 인식하도록 구성된, 변형가능한 지문 인식 소자가 제공된다.
상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 적어도 두 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 전체를 커버하도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 중 일부의 영역들만 선택적으로 대응하도록 배치될 수 있다.
상기 스트레인 센서는 정전용량 방식의 스트레인 센서, 저항변화 방식의 스트레인 센서 및 압전변화 방식의 스트레인 센서 중 어느 하나일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 변형가능한 지문 인식 소자를 이용한 지문 인증 방법에 있어서, 지문 센서로부터 사용자의 지문 정보를 획득하고, 스트레인 센서를 이용해서 상기 지문 센서의 변형 분포를 측정하는 단계; 및 상기 지문 센서의 변형 분포에 기반하여 상기 사용자의 지문 정보를 보정하는 단계;를 포함하는, 지문 인증 방법이 제공된다.
유연성/신축성이 있는 장치에서도 사용자의 지문을 용이하게/정확하게 인식할 수 있는 변형가능한 지문 인식 소자를 구현할 수 있다. 전자 기기가 변형된 상태에서도 사용자의 지문을 용이하게/정확하게 인식할 수 있는 변형가능한 지문 인식 소자를 구현할 수 있다. 상기한 지문 인식 소자를 포함하는 다양한 전자 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 변형가능한(스트레처블) 지문 센서의 변형 전/후의 상태를 보여주는 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 변형가능한(스트레처블) 지문 센서의 변형 전/후의 상태를 보여주는 평면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자의 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자의 단면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 스트레인 센서를 보여주는 평면도이다.
도 10a 및 도 10b는 스트레인 센서의 변형 전/후에 스트레인 센서에 의해 측정된 변형 분포를 보여주는 그래프이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 스트레인 센서를 보여주는 사시도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 스트레인 센서를 설명하기 위한 사시도이다.
도 13a 내지 도 13d는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 다양한 스트레인 센서를 보여주는 평면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 이용한 지문 인증 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 15의 (A)도면은 실제 지문의 이미지를 보여주고, (B)도면은 변형된 지문 센서에서 얻어진 지문 이미지를 보여준다.
도 16의 (A)도면은 스트레인 센서의 픽셀 어레이에서 얻어진 지문 센서의 변형 분포를 보여주고, (B)도면은 지문 센서의 변형 분포를 반영하여 무변형 지문 센서에서 얻어진 것과 같은 형태로 복구한(보정한) 지문 이미지를 보여준다.
도 17은 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 19는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 21은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 22 내지 도 24는 신축성이 있는 전자 장치 및 센서들을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 25는 예시적인 실시예에 따른 것으로, 신축성이 있는 전자 장치에 지문을 인증하는 과정을 보여주는 단면도이다.
이하, 실시예들에 따른 변형가능한 지문 인식 소자, 이를 이용한 지문 인증 방법 및 상기 변형가능한 지문 인식 소자를 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 변형가능한 지문 인식 소자를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자는 형상을 변형할 수 있도록 구성된 변형가능한 지문 센서(F10) 및 지문 센서(F10)의 변형 분포를 측정하도록 구성된 스트레인(strain) 센서(S10)를 포함할 수 있다. 스트레인 센서(S10)는 지문 센서(F10)의 일면(도 1에서는 하면)에 구비될 수 있다. 스트레인 센서(S10)는 스트레인 센서(S10) 자체의 변형 분포에 기반하여 지문 센서(F10)의 변형 분포를 측정할 수 있다. 스트레인 센서(S10)의 변형 분포는 지문 센서(F10)의 변형 분포와 일치하거나 대체로 일치할 수 있다. 따라서, 스트레인 센서(S10)의 변형 분포는 지문 센서(F10)의 변형 분포에 대응된다고 할 수 있다. 본 실시예의 지문 인식 소자는 스트레인 센서(S10)에 의해 측정된 지문 센서(F10)의 변형 분포를 반영하여 사용자의 지문을 인식하도록 구성될 수 있다.
지문 센서(F10)는 사용자의 지문을 감지하기 위한 복수의 제1 픽셀영역(P10)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 픽셀영역(P10)은 제1 단위센싱영역이라고 할 수 있다. 지문 센서(F10)는 정전용량(capacitive) 방식의 지문 센서일 수 있다. 이 경우, 지문 센서(F10)는 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 전극(100) 및 복수의 제1 전극(100)과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극(200)을 포함할 수 있고, 복수의 제1 전극(100)과 복수의 제2 전극(200) 사이의 교차점들에 의해 복수의 제1 픽셀영역(P10)이 정의될 수 있다. 여기서는, 하나의 제1 전극(100)만 도시되어 있지만, 실제는, 복수의 제1 전극(100)이 상호 이격하여 나란하게 배열될 수 있다. 복수의 제1 전극(100) 위에 이들과 교차하는 복수의 제2 전극(200)이 상호 이격하여 나란하게 배치될 수 있다. 지문 센서(F10)에 포함된 층들의 참조번호 N1, N2, N3은 각각 제1, 제2, 제3 유전체층을 나타낸다. 제1 내지 제3 유전체층(N1, N2, N3)은 절연층일 수 있다.
스트레인 센서(S10)는 상기 변형 분포를 측정하기 위한 복수의 제2 픽셀영역(P20)을 포함할 수 있다. 제2 픽셀영역(P20)은 제2 단위센싱영역이라 할 수 있다. 복수의 제2 픽셀영역(P20)이 이차원적으로 어레이를 이룰 수 있다. 복수의 제2 픽셀영역(P20) 각각은 n×m 개의 제1 픽셀영역(P10)에 대응할 수 있고, 여기서, n은 1 이상의 정수이고, m은 1 이상의 정수이다. 복수의 제2 픽셀영역(P20) 각각은 적어도 두 개의 제1 픽셀영역(P10)에 대응하도록 구비될 수 있다. 복수의 제2 픽셀영역(P20) 각각이 두 개 이상의 제1 픽셀영역(P10)에 대응하도록 구비될 경우, 제2 픽셀영역들(P20)을 구성/형성하기가 더 용이할 수 있다.
실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자는 지문 센서(F10)와 스트레인 센서(S10) 사이에 배치된 쉴드층(shield layer)(SD1)을 더 포함할 수 있다. 쉴드층(SD1)은 전기적 차폐 효과를 갖는 층으로, 사용자의 지문에 의한 지문 센서(F10)의 전기적 특성 변화가 스트레인 센서(S10)에 영향을 주는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 스트레인 센서(S10)의 구성에 따라, 쉴드층(SD1)은 구비되지 않을 수도 있다. 스트레인 센서(S10) 상에 지문 센서(F10)가 배치될 수 있고, 지문 센서(F10)를 덮는 커버 필름(cover film)(CF1)이 더 구비될 수 있다. 커버 필름(CF1)은 폴리머를 포함할 수 있다. 커버 필름(CF1)에 접촉된 사용자의 지문이 지문 인식 소자에 의해 인식될 수 있다.
실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자는 스트레인 센서(S10) 및 지문 센서(F10)에 연결된 데이터 처리부(500)를 더 포함할 수 있다. 데이터 처리부(500)는 스트레인 센서(S10)의 복수의 제2 픽셀영역(P20)에 연결될 수 있다. 또한, 데이터 처리부(500)는 지문 센서(F10)의 복수의 제1 전극(100) 및 복수의 제2 전극(200)에 연결될 수 있다. 데이터 처리부(500)는 스트레인 센서(S10)에서 측정된 변형 분포 및 변형 정도에 대한 데이터에 기초하여, 지문 센서(F10)에서 측정된 지문 정보를 보정 또는 표준화하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 데이터 처리부(500)에는 변형 분포에 기초해서 지문 이미지를 보정하기 위한 알고리즘이 적용될 수 있다.
실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자는 스트레처블 소자(stretchable device)일 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 소자는 약 5% 이상 또는 약 10% 이상의 변형률을 갖는 스트레처블 소자일 수 있다. 지문 인식 소자가 스트레처블 소자인 경우, 스트레인 센서(S10)를 이용한 보정 효과가 매우 유용하게 적용될 수 있다. 그러나, 실시예에 따른 지문 인식 소자는 플렉서블 소자(flexible device) 또는 벤더블 소자(bendable device)일 수도 있다.
실시예에 따르면, 복수의 제2 픽셀영역(P20)은 복수의 제1 픽셀영역(P10) 전체를 커버(하부에서 커버)하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 복수의 제2 픽셀영역(P20)은 복수의 제1 픽셀영역(P10) 중 일부의 영역들만 선택적으로 대응(하부에서 커버)하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 픽셀영역(P20) 중 적어도 일부는 상호 이격하여 배치될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 변형가능한 지문 인식 소자는 지문 센서(F10a)를 포함할 수 있고, 지문 센서(F10a)는 복수의 제1 전극(100A) 및 이와 교차하는 복수의 제2 전극(200A)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극(100A)과 복수의 제2 전극(200A)의 교차점들에 의해 복수의 제1 픽셀영역이 정의될 수 있다. 또한, 변형가능한 지문 인식 소자는 지문 센서(F10a)의 일면에 구비된 스트레인 센서(S10a)를 포함할 수 있다. 스트레인 센서(S10a)는 복수의 제2 픽셀영역(P20a)을 포함할 수 있다. 복수의 제2 픽셀영역(P20a)은 상기 복수의 제1 픽셀영역(교차점들) 전체를 커버하도록 배치될 수 있다. 하나의 제2 픽셀영역(P20a)은 4개의 제1 픽셀영역에 대응하도록 도시되었지만, 제2 픽셀영역(P20a) 하나에 대응하는 제1 픽셀영역의 개수는 달라질 수 있다. 여기서는, 편의상, 지문 센서(F10a) 위에 스트레인 센서(S10a)가 배치된 것으로 도시하였지만, 실제는, 스트레인 센서(S10a) 위에 지문 센서(F10a)가 배치될 수 있다. 이는 도 3 및 도 4에서도 마찬가지이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 스트레인 센서(S10b)는 복수의 제2 픽셀영역(P20b)을 포함할 수 있다. 복수의 제2 픽셀영역(P20b)은 지문 센서(F10a)의 복수의 제1 픽셀영역(교차점들) 중 일부의 영역들만 선택적으로 대응하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 픽셀영역(P20b) 중 적어도 일부는 상호 이격하여 배치될 수 있다. 또한, 인접한 두 개의 제2 픽셀영역(P20b) 사이에 적어도 하나의 제1 픽셀영역이 노출될 수 있다. 도 3에서 복수의 제2 픽셀영역(P20b)의 배열 방식은 도 4에 도시된 바와 같이 변형될 수 있다.
도 4를 참조하면, 스트레인 센서(S10c)는 복수의 제2 픽셀영역(P20c)을 포함할 수 있고, 복수의 제2 픽셀영역(P20c)은 지문 센서(F10a)의 복수의 제1 픽셀영역(교차점들) 중 일부의 영역들만 선택적으로 대응하도록 배치될 수 있다. 복수의 제2 픽셀영역(P20c)은 상호 이격하여 배치될 수 있다.
도 3 및 도 4와 같이, 복수의 제2 픽셀영역(P20b, P20c)을 드문드문 배치하는 경우, 이들 사이의 공간 확보가 용이하기 때문에, 스트레인 센서(S10b, S10c)를 구성하기가 보다 용이할 수 있다. 또한, 이 경우, 인접한 제2 픽셀영역들(P20b, P20c) 사이의 영역에 대해서는, 적절한 보간법(interpolation)을 사용해서 변형 분포 및 변형 정도를 추정할 수 있다. 따라서, 제2 픽셀영역들(P20b, P20c)을 드문드문 배치하더라도, 소자 전체의 변형 분포를 측정할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 변형가능한(스트레처블) 지문 센서의 변형 전/후의 상태를 보여주는 평면도이다. 도 5a는 변형 전의 전극 패턴을 보여주고, 도 5b는 변형된 상태의 전극 패턴을 보여준다. 또한, 도 5a 및 도 5b에는 사용자 지문의 마루(ridge)에 해당하는 지문 패턴도 도시되어 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 지문 센서는 복수의 제1 전극(100B)과 이와 교차하는 복수의 제2 전극(200B)을 포함한다. 지문 센서가 변형될 경우, 전극들 사이의 간격이 일정하지 않게 변화되기 때문에, 인식되는 지문 이미지에 왜곡이 발생한다. 예컨대, A1 지점에 해당하는 픽셀의 경우, 변형 전의 도 5a에서는 검은색으로 인식되지만, 변형된 도 5b에서는 흰색 또는 그에 가깝게 인식될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 변형가능한(스트레처블) 지문 센서의 변형 전/후의 상태를 보여주는 평면도이다. 도 6a는 변형 전의 전극 패턴을 보여주고, 도 6b는 변형된 전극 패턴을 보여준다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 지문 센서가 변형될 경우, 전극간 간격이 변하기 때문에, 교차점(픽셀)에서 검출되는 신호의 세기가 달라질 수 있다.
도 5a 내지 도 6b를 참조하여 설명한 바와 같이, 지문 센서가 변형될 경우, 그로 인해, 인식되는 지문 이미지가 크게 왜곡될 수 있다. 본원의 실시예에서는 스트레인 센서를 사용해서 복수의 픽셀영역으로 구획된 지문 센서의 변형 분포 및 변형 정도를 측정하고, 이를 반영하여, 측정된 지문 정보(지문 이미지)를 보정 또는 표준화함으로써, 정확한 지문 인식이 가능할 수 있다. 따라서, 지문 센서가 변형된 상태에서도, 저장된 지문 이미지와 측정된 지문 이미지의 비교 및 인증이 가능할 수 있다. 지문 센서의 변형 정도나 상태와 상관없이, 표준화된(보정된) 지문 이미지로 효과적인 인증이 가능할 수 있다.
본원의 실시예에서 사용하는 스트레인 센서는, 예컨대, 정전용량 방식의 스트레인 센서, 저항변화 방식의 스트레인 센서 및 압전변화 방식의 스트레인 센서 중 어느 하나일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 도 7은 정전용량 방식의 스트레인 센서를 적용한 경우에 대해 보다 구체적으로 보여준다.
도 7은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 변형가능한 지문 센서(F11)가 마련될 수 있고, 그 하면에 스트레인 센서(S11)가 마련될 수 있다. 지문 센서(F11)와 스트레인 센서(S11) 사이에 쉴드층(SD10)이 구비될 수 있고, 지문 센서(F11) 상에 커버 필름(CF10)이 구비될 수 있다. 커버 필름(CF10)에 접촉된 사용자의 손가락(5)으로부터 지문을 인식할 수 있다.
지문 센서(F11)는 복수의 제1 전극(100) 및 이와 교차하는 복수의 제2 전극(200)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극(100)이 상호 이격하여 나란히 배치될 수 있고, 그 위에 복수의 제2 전극(200)이 상호 이격하여 나란히 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(100)과 복수의 제2 전극(200)의 교차점들에 의해 복수의 제1 픽셀영역이 정의될 수 있다. 손가락(5) 지문의 골(valley)과 마루(ridge) 영역에서 발생하는 정전용량의 변화가 서로 다르기 때문에, 이에 기초하여 지문 정보(이미지)를 획득할 수 있다. 즉, 마루(ridge) 영역에서는 -△CRIDGE 만큼 정전용량이 감소하고, 골(valley) 영역에서는 -△CVALLEY 만큼 정전용량이 감소하며, -△CRIDGE와 -△CVALLEY는 서로 다르기 때문에, 골(valley)과 마루(ridge)의 정보를 얻을 수 있다. 한편, 제1 전극(100)과 제2 전극(200) 사이의 상호 정전용량(mutual capacitance)은 CM으로 표시하였다.
스트레인 센서(S11)는 복수의 제3 전극(300) 및 이와 교차하는 복수의 제4 전극(400)을 포함할 수 있다. 복수의 제3 전극(300)이 상호 이격하여 나란히 배치될 수 있고, 그 위에 복수의 제4 전극(400)이 상호 이격하여 나란히 배치될 수 있다. 복수의 제3 전극(300)과 복수의 제4 전극(400)의 교차점들에 의해 복수의 제2 픽셀영역이 정의될 수 있다. 소자의 변형 분포 및 변형 정도에 따라서, 복수의 제3 전극(300)과 복수의 제4 전극(400) 사이의 간격이 픽셀에 따라 달라질 수 있고, 결과적으로, 이들 사이의 정전용량(C1, C2)이 달라질 수 있다. 정전용량의 변화에 기반하여 소자의 변형 분포 및 변형 정도를 측정할 수 있다.
여기서는, 복수의 제2 전극(200)의 간격이 복수의 제4 전극(400)의 간격과 같은 경우가 도시된다. 또한, 복수의 제1 전극(100)의 간격도 복수의 제3 전극(300)의 간격과 같을 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 복수의 제3 전극(300)의 간격은 복수의 제1 전극(100)의 간격보다 클 수 있고, 또한, 복수의 제4 전극(400)의 간격은 복수의 제2 전극(200)의 간격보다 클 수 있다. 이 경우, 스트레인 센서(S11)를 구성하기가 보다 용이할 수 있다.
도 7에서 미설명된 도면번호 N10 및 N20은 각각 제1 유전체 및 제2 유전체를 나타낸다. 제1 유전체(N10) 및 제2 유전체(N20)는 그 내부에 층 구분없이 단순화하여 도시하였지만, 실제는 다층 구조를 가질 수 있다.
제1 전극(100)과 제2 전극(200) 사이의 거리, 제3 전극(300)과 제4 전극(400) 사이의 거리 및 쉴드층(SD10)의 두께는 모두 수 ㎛ 이하로 얇기 때문에, 지문 센서(F11)와 스트레인 센서(S11)는 거시적으로 하나의 레이어(동일 레이어)로 여길 수 있다. 따라서, 지문 센서(F11)의 변형과 스트레인 센서(S11)의 변형은 거의 동일할 수 있다. 만약, 지문 센서(F11)의 변형과 스트레인 센서(S11)의 변형 사이에 약간의 차이가 있더라도, 데이터 처리 방식으로 이를 보상할 수 있다.
복수의 제1 전극(100)은 제1 전송 전극(transmit electrode)(Tx 전극)일 수 있고 복수의 제2 전극(200)은 제1 수신 전극(receive electrode)(Rx 전극)일 수 있다. 또한, 복수의 제3 전극(300)은 제2 전송 전극(Tx 전극)일 수 있고 복수의 제4 전극(400)은 제2 수신 전극(Rx 전극)일 수 있다. 이 경우, 복수의 제1 전극(Tx 전극)(100) 중 적어도 하나와 그에 대응하는 복수의 제3 전극(Tx 전극)(300) 중 적어도 하나를 상호 전기적으로 연결하여 동시 구동할 수 있다. 그 예가 도 8에 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 제1 전극(Tx 전극)(100)과 그에 대응하는 제3 전극(Tx 전극)(300)을 연결배선(W1)을 이용해서 상호 전기적으로 연결할 수 있고, 이들을 동시 구동할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 스트레인 센서를 보여주는 평면도이다. 도 9는 정전용량 방식의 스트레인 센서의 전극들의 평면 구조를 예시적으로 보여준다.
도 9를 참조하면, 복수의 제3 전극(300A)이 제1 방향으로 연장될 수 있고, 상호 이격하여 나란히 배열될 수 있다. 복수의 제3 전극(300A) 상에 복수의 제4 전극(400A)이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있고, 상호 이격하여 나란히 배열될 수 있다. 복수의 제3 전극(300A)과 복수의 제4 전극(400A) 사이에 복수의 교차부가 존재할 수 있다. 제3 전극(300A)은 교차부에서 확장된 원형의 확장부(6)를 가질 수 있고, 제4 전극(400A)은 교차부에서 확장부(6)를 둘러싸는 환형부(7)를 가질 수 있다. 제3 전극(300A)과 제4 전극(400A)이 이러한 형상을 가질 때, 정전용량 변화에 의한 변형 분포를 측정하기가 더 용이할 수 있다. 그러나, 제3 전극(300A)과 제4 전극(400A)의 형상은 예시적인 것에 불과하고, 다양하게 변화될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 스트레인 센서의 변형 전/후에 스트레인 센서에 의해 측정된 변형 분포를 보여주는 그래프이다. 이는 도 9와 같은 전극 구성을 갖는 스트레인 센서에 대한 결과이다.
도 10a를 참조하면, 스트레인 센서가 변형되지 않거나 실질적으로 변형되지 않은 상태에서, 스트레인 센서의 다수의 픽셀영역에서 정전용량의 변화는 거의 발생하지 않을 수 있다.
도 10b를 참조하면, 스트레인 센서가 변형된 경우, 그에 따라, 픽셀영역별로 정전용량의 변화가 다르게 나타날 수 있다. 따라서, 이러한 정전용량의 분포를 기초해서 센서의 변형 분포를 알 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 스트레인 센서를 보여주는 사시도이다. 도 11은 압전변화 방식의 스트레인 센서를 예시적으로 보여준다.
도 11을 참조하면, 스트레인 센서의 하나의 셀은 소오스라인(SL1), 드레인라인(DL1) 및 이들 사이에 채널부(CH1)를 갖는 패턴층을 포함할 수 있고, 소오스라인(SL1)에 연결된 소오스전극(SE1) 및 드레인라인(DL1)에 연결된 드레인전극(DE1)을 포함할 수 있다. 또한, 채널부(CH1)에서 이격된 게이트전극(GE1)이 채널부(CH1)와 동일한 높이로 구비될 수 있고, 채널부(CH1)와 게이트전극(GE1)의 일단을 연결하는 게이트절연층(GI1)이 구비될 수 있다. 게이트절연층(GI1)과 이격하여 게이트전극(GE1)의 일부 상에 압전물질층(PE1)이 배치될 수 있고, 압전물질층(PE1) 상에 상부전극(TE1)이 배치될 수 있다. 압전물질층(PE1)과 그 상하부에 존재하는 상부전극(TE1) 및 게이트전극(GE1)은 일종의 나노발전기(nanogenerator)와 같은 역할을 할 수 있다. 또한, 소오스라인(SL1), 드레인라인(DL1), 채널부(CH1), 게이트전극(GE1) 및 게이트절연층(GI1)은 하나의 트랜지스터를 구성한다고 할 수 있다. 따라서, 스트레인 센서의 하나의 셀은 트랜지스터와 압전물질 기반의 나노발전기가 결합된 구성을 가질 수 있다. 이러한 셀들이 어레이를 이루도록 배열될 수 있다. 스트레인 센서의 변형에 의해 압전물질층(PE1)이 변형되면, 압전 효과에 의해 트랜지스터의 출력 신호가 달라질 수 있다. 따라서, 스트레인 센서 전체에서 트랜지스터들의 출력 신호를 검출함으로써, 스트레인 센서의 변형 분포를 알 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 스트레인 센서를 설명하기 위한 사시도이다. 도 12는 저항변화 방식의 스트레인 센서의 기본 구조를 보여준다.
도 12의 (A)도면을 참조하면, 기판(SUB10) 상에 배선 패턴(W10)이 마련될 수 있고, 그 양단에 제1 및 제2 단자부(T10, T20)가 구비될 수 있다. 도 12의 (B)도면을 참조하면, 스트레인 센서를 인장 변형한 경우, 제1 및 제2 단자부(T10, T20) 사이에 걸리는 저항이 증가할 수 있다. 도 12의 (C)도면을 참조하면, 스트레인 센서를 압축 변형한 경우, 제1 및 제2 단자부(T10, T20) 사이에 걸리는 저항이 감소할 수 있다. 따라서, 도 12와 같은 저항변화 방식의 스트레인 센서를 사용해서, 소자의 변형 정도를 측정할 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자에 적용될 수 있는 다양한 스트레인 센서를 보여주는 평면도이다.
도 13a를 참조하면, 하나의 셀 영역에 X축 방향으로 연장된 제1 배선 패턴(W11)과 Y축 방향으로 연장된 제2 배선 패턴(W21)을 상호 교차하도록 배치할 수 있다. 이들(W11, W21) 사이에는 소정의 절연층이 배치될 수 있다. 이러한 단위 스트레인 센서부를 사용해서 X축 및 Y축 방향으로의 변형을 측정할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 하나의 셀 영역에 X축 방향으로 연장된 제1 배선 패턴(W12)과 Y축 방향으로 연장된 제2 배선 패턴(W22)을 서로 오버랩(overlap) 되지 않도록 배치할 수 있다. 이 경우, 이들(W12, W22)을 동일 레벨에 배치할 수 있다.
도 13c를 참조하면, 세 개의 배선 패턴(W13, W23, W33)을 약 60° 각도 차이를 두고 배치할 수 있다.
도 13d를 참조하면, 서로 다른 방향으로 연장된 복수의 배선 패턴(W14, W24, W34)을 상호 오버랩되도록 배치할 수 있다.
도 13a 내지 도 13d와 같은 다양한 방식의 단위 스트레인 센서를 사용해서 X축 및 Y축 방향으로의 소자의 변형 정도를 용이하게 측정할 수 있다. 이와 같은 방향성이 없이 변형 정도가 측정되는 경우라도, 복수의 픽셀영역(제2 픽셀영역)으로 구획된 스트레인 센서에서 복수의 픽셀영역 전체의 정보를 조합하여 변형의 방향성을 알 수 있다.
복수의 픽셀영역(제2 픽셀영역)으로부터 스트레인 분포를 센싱하는 센서를 다양하게 구성할 수 있다. 투명하거나 신축성이 있는 형태로 스트레인 센서를 구성할 수 있다. 또한, 제1 방식의 스트레인 센서와 제2 방식의 스트레인 센서를 조합하여 사용할 수도 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자를 이용한 지문 인증 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 14의 (A)도면은 변형된 지문 센서에서 지문 정보를 측정하는 경우를 보여준다. 여기서, 점들은 지문 정보에 대응하는 특징점들로 이해할 수 있다.
변형된 지문 센서에서 지문을 인식하면, 변형된 센서의 형태에 따라 변형된 지문 패턴이 얻어진다. 도 14의 (B)도면의 점들은 변형된 지문 패턴에 해당하는 특징점들로 이해할 수 있다.
본 실시예에서는 스트레인 센서를 이용해서 지문 센서의 변형 분포를 측정하고, 이 정보를 반영하여, 변형된 지문 패턴을 실제 지문 패턴과 실질적으로 동일하게 만들 수 있다. 도 14의 (C)도면의 점들은 실제 지문 패턴과 실질적으로 대응되는 특징점들로 이해할 수 있다. 지문 센서가 변형된 정보를 알기 때문에, 변형된 상태에서 검출된 신호를 변형 전의 상태에서 검출된 것과 같은 신호(동일 해상도 및 동일 신호 크기)로 캘리브레이션(calibration)할 수 있다. 따라서, 지문 센서의 변형 정도나 상태와 상관없이, 정확한 지문 인증이 가능할 수 있다.
도 15의 (A)도면은 실제 지문의 이미지를 보여주고, (B)도면은 변형된 지문 센서에서 얻어진 지문 이미지를 보여준다. 지문 센서가 변형됨에 따라, 지문의 이미지가 변형된 것을 알 수 있다.
도 16의 (A)도면은 스트레인 센서의 픽셀 어레이에서 얻어진 지문 센서의 변형 분포를 보여주고, (B)도면은 지문 센서의 변형 분포를 반영하여 무변형 지문 센서에서 얻어진 것과 같은 형태로 복구한(보정한) 지문 이미지를 보여준다. 복구된(보정된) 지문 이미지(도 16의 B)는 실제 지문의 이미지(도 15의 A)와 동일하거나 거의 동일할 수 있다.
기존의 리지드(rigid)한 지문 소자에서 소프트웨어를 이용해서 손가락의 변형을 예측하고 이를 이용해서 지문 이미지 왜곡을 보정하는 방법이 있으나, 이는 단단한 지문 소자에 대한 것이고, 상당히 많은 양의 계산 수행이 요구되며, 모바일(mobile) 소자나 웨어러블(wearable) 소자에 적용하기는 어려움이 있다. 본원의 실시예는 변형가능한 지문 인식 소자에 유용하게 적용될 수 있고, 계산 수행량이 크게 감소하기 때문에, 모바일/웨어러블 소자에 적용하기가 용이할 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 제1 기판 상에 복수의 제1 픽셀영역을 포함하는 변형가능한 지문 센서(1000)를 형성할 수 있다. 제2 기판 상에 복수의 제2 픽셀영역을 포함하는 스트레인 센서(2000)를 형성할 수 있다. 다음, 지문 센서(1000)와 스트레인 센서(2000)를 결합(본딩)하여, 변형가능한 지문 인식 소자(3000)를 제조할 수 있다. 여기에 도시된 지문 센서(1000), 스트레인 센서(2000) 및 지문 인식 소자(3000)의 구조는 예시적인 것이고, 달라질 수 있다.
또한, 도 17에서는 지문 센서(1000)와 스트레인 센서(2000)를 별도로 형성한 후, 이들을 결합하여 지문 인식 소자(3000)를 제조하는 경우를 도시하고 설명하였지만, 다른 실시예에서는, 하나의 기판 상에 스트레인 센서 어레이와 지문 센서 어레이를 순차로 적층(집적)하는 방법으로 지문 인식 소자를 제조할 수도 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 18을 참조하면, 변형가능한 지문 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 절연층(유전층)이 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 19는 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 19를 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 ㎛ 정도 혹은 그 이하의 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 18의 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 20은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 20을 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. 복수의 제1 전극(100B)은 수십 ㎛ 정도, 예컨대, 약 20 ∼ 120 ㎛ 정도의 간격으로 배치될 수 있고, 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(200B)도 수십 ㎛ 정도, 예컨대, 약 20 ∼ 120 ㎛ 정도의 간격으로 배치될 수 있다.
도 18 내지 도 20에서 제1 전극(100A, 100B) 및 제2 전극(200A, 200B)은 유연성 또는 신축성을 가질 수 있다. 즉, 제1 전극(100A, 100B) 및 제2 전극(200A, 200B)은 플렉서블하거나 스트레처블할 수 있다. 이들이 형성되는 기판(미도시)도 유연성 또는 신축성을 가질 수 있다.
도 21은 다른 실시예에 따른 변형가능한 지문 센서에 적용될 수 있는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 21을 참조하면, 복수의 제1 전극(100C)은 제1 방향으로 연장될 수 있고, 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 복수의 제2 전극(200C)은 제2 방향으로 연장될 수 있고, 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 복수의 제1 전극(100C)과 복수의 제2 전극(200C)이 구불구불한 형상을 갖는 경우, 이들을 구부리거나 인장 변형하는데 더욱 유리할 수 있다.
도 22 내지 도 24는 신축성이 있는 전자 장치 및 센서들을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 22는 손목에 착용할 수 있는 밴드 형태의 전자 장치이고, 이로부터 사용자의 피부 위에 이미지가 투영될 수 있다. 이러한 밴드 형태의 전자 장치는 플렉서블/스트레처블하게 제작될 수 있고, 사용자 인증시 지문 인식이 요구될 수 있다. 따라서, 지문 인식 소자에도 신축성이 요구될 수 있다.
도 23은 늘어나는 형태의 매우 얇은 전자 장치를 보여주고, 도 24는 손가락에 착용할 수 있는 전자 장치(센서)를 보여준다. 그 밖에도 다양한 플렉서블/스트레처블 전자 장치가 있을 수 있고, 이러한 장치들에 본원의 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자가 적용될 수 있다. 또한, 부분적으로 플렉서블/스트레처블하거나, 부분적으로 리지드(rigid)한 전자 장치에도 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자가 적용될 수 있다.
도 25는 예시적인 실시예에 따른 것으로, 신축성이 있는 전자 장치에 지문을 인증하는 과정을 보여주는 단면도이다.
도 25를 참조하면, 실시예에 따른 신축성이 있는 전자 장치(5000)에 손가락(5)을 접촉시켜 지문을 인증할 수 있다. 이때, 전자 장치(5000)가 손가락(5)의 형상에 맞게 컨포멀하게(conformally) 변형될 수 있다. 이 경우, 3차원 형태로 지문을 인식할 수 있기 때문에, anti-spoofing (속임수 방지/위조 방지) 측면에서나 인증의 정확성 측면에서 유리할 수 있다. 지문 센서가 손가락(5) 표면에 따라 변형되어 지문을 인식하고 그때의 곡률(curvature)을 스트레인 센서로 인식할 경우, 3차원(3D) 형태로 지문 이미지를 재구성할 수 있다. 기존의 단단한 소자에 손가락(5)을 터치하여 지문을 인식하는 경우, 손가락(5) 표면에 변형이 발생된다. 그러나 실시예에 따른 신축성이 있는 전자 장치(5000)를 사용하면, 손가락(5) 변형을 최소화하면서 3차원적인 지문 이미지를 획득할 수 있다.
본원의 실시예에 따른 사상들은 지문 인식 소자(지문 센서)뿐 아니라 복수의 픽셀을 기반으로 정보를 얻는 다른 종류의 플렉서블/스트레처블 소자나 센서에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 지문 센서가 아닌 이미지 센서나 압력 센서 등 다른 종류의 센서에도 본원의 사상들을 적용할 수 있다. 이미지 센서에 본원의 사상을 적용할 경우에는, 이미지 센서의 곡률(curvature) 정보를 더 측정할 수도 있다. 또한, 본원의 실시예에 따른 변형가능한 지문 인식 소자는 사용자의 지문과 터치를 모두 센싱할 수 있는 터치-지문 복합 센서(touch-fingerprint complex sensor)에 적용할 수도 있고, 온-스크린(on-screen) 센서에 적용할 수도 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 25를 참조하여 설명한 변형가능한 지문 인식 소자, 지문 인증 방법 및 전자 장치는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 변형가능한 지문 인식 소자에 적용되는 지문 센서의 구성은 다양하게 변화될 수 있고, 스트레인 센서의 구성도 다양하게 변화될 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 : 손가락 100 : 제1 전극
200 : 제2 전극 300 : 제3 전극
400 : 제4 전극 500 : 데이터 처리부
CF1, CF10 : 커버 필름 F10 : 지문 센서
N1, N2, N3 : 유전체층 N10, N20 : 유전체
P10 : 제1 픽셀영역 P20 : 제2 픽셀영역
S10 : 스트레인 센서 SD1, SD10 : 쉴드층

Claims (25)

  1. 형상을 변형할 수 있도록 구성된 변형가능한 지문 센서; 및
    상기 지문 센서의 일면에 구비된 것으로, 상기 지문 센서의 변형 분포를 측정하도록 구성된 스트레인(strain) 센서;를 포함하고,
    상기 스트레인 센서에 의해 측정된 상기 지문 센서의 변형 분포를 반영하여 사용자의 지문을 인식하도록 구성된, 변형가능한 지문 인식 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지문 센서는 상기 사용자의 지문을 감지하기 위한 복수의 제1 픽셀영역을 포함하고, 상기 스트레인 센서는 상기 변형 분포를 측정하기 위한 복수의 제2 픽셀영역을 포함하며,
    상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 n×m 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응하고, 여기서, n은 1 이상의 정수이고, m은 1 이상의 정수인 변형가능한 지문 인식 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 적어도 두 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응하도록 구비된 변형가능한 지문 인식 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 전체를 커버하도록 배치된 변형가능한 지문 인식 소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 중 일부의 영역들만 선택적으로 대응하도록 배치되고,
    상기 복수의 제2 픽셀영역 중 적어도 일부는 상호 이격하여 배치된 변형가능한 지문 인식 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지문 센서는 정전용량(capacitive) 방식의 지문 센서인 변형가능한 지문 인식 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레인 센서는 정전용량 방식의 스트레인 센서, 저항변화 방식의 스트레인 센서 및 압전변화 방식의 스트레인 센서 중 어느 하나인 변형가능한 지문 인식 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지문 센서는 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이의 교차점들에 의해 복수의 제1 픽셀영역이 정의되는 변형가능한 지문 인식 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스트레인 센서는 복수의 제3 전극 및 상기 복수의 제3 전극과 교차하는 복수의 제4 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제3 전극과 복수의 제4 전극 사이의 교차점들에 의해 복수의 제2 픽셀영역이 정의되는 변형가능한 지문 인식 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극은 제1 전송 전극(Tx 전극)이고,
    상기 복수의 제3 전극은 제2 전송 전극(Tx 전극)이며,
    상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나와 상기 복수의 제3 전극 중 적어도 하나는 전기적으로 상호 연결된 변형가능한 지문 인식 소자.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극은 제1 간격으로 배치되고,
    상기 복수의 제3 전극 또는 상기 복수의 제4 전극은 제2 간격으로 배치되며,
    상기 제2 간격은 상기 제1 간격보다 크거나 같은 변형가능한 지문 인식 소자.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 모두 복수의 마름모형 패턴부 및 이들 사이에 연결부를 포함하는 변형가능한 지문 인식 소자.
  13. 제 8 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 변형가능한 지문 인식 소자.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나는 구불구불한 형상을 갖는 변형가능한 지문 인식 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 지문 센서와 상기 스트레인 센서 사이에 배치된 쉴드층(shield layer)을 더 포함하는 변형가능한 지문 인식 소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레인 센서 상에 상기 지문 센서가 배치되고,
    상기 지문 센서를 덮는 커버 필름이 더 구비되며, 상기 커버 필름에 접촉된 사용자의 지문을 인식하도록 구성된 변형가능한 지문 인식 소자.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형가능한 지문 인식 소자는 스트레처블 소자(stretchable device)인 변형가능한 지문 인식 소자.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형가능한 지문 인식 소자는 플렉서블 소자(flexible device) 또는 벤더블 소자(bendable device)인 변형가능한 지문 인식 소자.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 하나에 기재된 변형가능한 지문 인식 소자를 포함하는 전자 장치.
  20. 복수의 제1 전극과 이와 교차하는 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이의 교차점들에 의해 정의된 것으로 사용자의 지문을 감지하기 위한 복수의 제1 픽셀영역을 구비하는 변형가능한 지문 센서; 및
    상기 지문 센서의 일면에 구비된 것으로, 상기 지문 센서의 변형 분포를 측정하기 위한 복수의 제2 픽셀영역을 구비하는 스트레인 센서;를 포함하고,
    상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 n×m 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응하고, 여기서, n은 1 이상의 정수이고, m은 1 이상의 정수이며, 상기 스트레인 센서에 의해 측정된 상기 지문 센서의 변형 분포를 반영하여 사용자의 지문을 인식하도록 구성된, 변형가능한 지문 인식 소자.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 픽셀영역 각각은 적어도 두 개의 상기 제1 픽셀영역에 대응하도록 구비된 변형가능한 지문 인식 소자.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 전체를 커버하도록 배치된 변형가능한 지문 인식 소자.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 픽셀영역은 상기 복수의 제1 픽셀영역 중 일부의 영역들만 선택적으로 대응하도록 배치된 변형가능한 지문 인식 소자.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 스트레인 센서는 정전용량 방식의 스트레인 센서, 저항변화 방식의 스트레인 센서 및 압전변화 방식의 스트레인 센서 중 어느 하나인 변형가능한 지문 인식 소자.
  25. 청구항 1 내지 18 중 어느 하나에 기재된 변형가능한 지문 인식 소자를 이용한 지문 인증 방법에 있어서,
    상기 지문 센서로부터 사용자의 지문 정보를 획득하고, 상기 스트레인 센서를 이용해서 상기 지문 센서의 변형 분포를 측정하는 단계; 및
    상기 지문 센서의 변형 분포에 기반하여 상기 사용자의 지문 정보를 보정하는 단계;를 포함하는, 지문 인증 방법.
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