KR102504609B1 - 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛 및 이를 구비하는 전자 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소요픽셀을 증가시키거나 포토센서의 크기를 감소시키지 않고도, 광학신호에 혼합되어 있는 지문신호와 노이즈를 분리하여 순수 지문정보만을 추출할 수 있는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛 및 이를 구비하는 전자 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 지문 인식 유닛은, 투명 커버와; 상기 투명 커버 아래에 구비되는 편광부와; 상기 편광부 아래에 구비되어 빛을 내는 발광부와; 상기 발광부 아래에 구비되는 포토 센서부; 및 상기 발광부와 상기 포토 센서부 사이에 구비되는 가변형 리타더를 포함한다.
상기 가변형 리타더는, 제1 전압 및 제2 전압이 선택적으로 인가되고, 상기 제1 전압 또는 제2 전압에 따른 전계를 형성하는 전극부; 및 상기 전계가 미치는 영역에 구비되고 액정을 포함하는 액정층을 포함한다.

Description

가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛 및 이를 구비하는 전자 장치{FINGERPRINT SENSING UNIT USING VARIABLE RETARDER AND ELECTRONIC DEVICE WITH THE SAME}

본 발명은 지문 인식 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지문에 반사되는 빛을 이용하여 지문정보를 검출하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛 및 이를 구비하는 전자 장치에 관한 것이다.

스마트폰 등의 모바일 기기와 같이 사용자의 필수적 소지품이 되고 있는 전자 장치의 경우, 개인 정보 보호를 위한 사용자 인증이 중요한 기능으로 자리잡고 있으며, 사용자 인증과 관련된 기술들의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

사용자 인증 기술에 있어서 가장 보편적으로 사용되고 있는 기술 중에는 지문 인식 기술이 포함된다. 지문 인식 기술이 적용된 지문 센서를 구비한 전자 장치는 사용자 인증 시 수집된 지문 정보를 지문 등록 과정을 통해 등록된 지문 정보와 비교하여 사용자를 인증할 수 있다.

한편, 최근 들어 큰 화면을 선호하는 사용자가 늘어나면서 스마트 폰 등과 같은 전자 장치에서 화면의 크기를 크게 하기 위한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 예컨대, 전자 장치는 전면 대부분의 영역을 디스플레이가 점유하는 인피니티 디스플레이(infinity display)를 구비할 수 있다.

인피니티 디스플레이를 구비한 전자 장치는 베젤 등과 같은 비표시 영역이 없거나 작기 때문에 통상적으로 화면의 비표시 영역에 배치되는 광학 지문 센서가 화면의 표시 영역 내에 배치될 수 있다. 또한, 광학 지문 센서를 배치함으로써, 광학 지문 센서를 위한 별도의 광원을 배치할 필요 없이 디스플레이에 포함된 광원(예: 백 라이트 유닛(BLU), 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED) 등)이 이용될 수 있다.

이러한, 광학 지문 센서는 투명 커버에 접촉된 손가락의 지문에 반사되는 빛이 유입되고, 이렇게 유입되는 빛(즉, 광학신호)을 검출하는 포토 센서(Photo Sensor)를 포함한다.

그런데, 포토 센서부에 유입되는 광학신호는 지문정보에 대한 신호뿐만 아니라 노이즈도 섞여서 들어오게 된다. 즉, 발광부에서 발산된 후 지문에 반사되는 빛은 지문정보에 부합하는 광학신호에 해당하나, 발광부에서 발산된 후 편광부에 반사된 빛은 포토 센서부에 노이즈 성분으로 들어가게 된다. 따라서, 포토 센서부에 의해 검출되는 광학신호 중 이러한 노이즈 성분을 제거할 수 있어야 지문을 정확히 인식할 수 있게 된다.

이러한 노이즈 혼입 문제를 해결하기 위해, +45도로 편광된 필름편 다수 개와 -45도로 편광된 필름편 다수 개를 교호로 배치하여 노이즈를 제거하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 종래 방법에 따르면, +45도 편광필름편 하나에 대응하는 포토센서와 -45도로 편광필름편 하나에 대응하는 포토센서 즉, 한 쌍의 포토센서가 하나의 픽셀(Pixel)과 짝을 이루는 구조로 설계해야 하기 때문에, 기존 대비 픽셀이 2배가 소요가 되며, 포토센서의 크기가 더 작아져야 하기 때문에 감도가 저하되고 비용은 증가되는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제10-2019-0036194호 (2019.04.04.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래방법에 따를 경우 수반되는 소요픽셀 증가 및 포토센서 크기감소 없이, 포토 센서에 혼입되는 노이즈 성분을 측정할 수 있는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛 및 이를 구비하는 전자 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지문 인식 유닛은, 투명 커버와; 상기 투명 커버 아래에 구비되는 편광부와; 상기 편광부 아래에 구비되어 빛을 내는 발광부와; 상기 발광부 아래에 구비되는 포토 센서부; 및 상기 발광부와 상기 포토 센서부 사이에 구비되는 가변형 리타더;를 포함한다.

상기 가변형 리타더는, 제1 전압 및 제2 전압이 선택적으로 인가되고, 상기 제1 전압 또는 제2 전압에 따른 전계를 형성하는 전극부; 및 상기 전계가 미치는 영역에 구비되고 액정을 포함하는 액정층을 포함한다.

상기 액정층은, 상기 제1 전압의 인가시, 상기 제1 전압 인가에 따른 액정 배열상태로 변환되어, 상기 액정층으로 입사되는 빛 중 제1 편광성분의 빛만 상기 포토 센서부 측으로 내보내도록 구성된다.

그리고, 상기 액정층은, 상기 제2 전압의 인가시, 상기 제2 전압의 인가에 따른 액정 배열상태로 변환되어, 상기 액정층으로 입사되는 빛 중 제2 편광성분의 빛만 상기 포토 센서부 측으로 내보내도록 구성된다.

본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛 및 이를 구비하는 전자 장치에 의하면, 광학 지문 센서의 노이즈 제거를 위한 유닛을 설계함에 있어서, 종래와 같이 소요픽셀을 증가시키거나 포토센서의 크기를 감소시키지 않고도, 광학신호에 혼합되어 있는 지문신호와 노이즈를 분리하여 순수 지문정보만을 추출할 수 있게 되었다.

이에 따라, 포토센서의 크기를 줄이지 않고도 S/N비를 높일 수 있어 종래 방식의 감도저하 및 비용증가 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 포토 센서별로 리타더를 제작하지 않고 전체적으로 하나의 전압 가변식 리타더를 만들기 때문에 제작 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 세트(Set) 제품에 따른 편향 각도의 차이 등을 전압으로 조절 가능한 바, 제품 제조 과정에서 발생할 수 있는 제품별 미세 편차를 손쉽게 보정할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 리타더의 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 리타더의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛의 제1 전압(V1) 인가시 동작을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛의 제2 전압(V2) 인가시 동작을 설명하기 위한 도면.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "갖다" 등의 용어는 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것인데, 이는 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 즉, 본 명세서에서 지칭하는 "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우뿐만 아니라 대상 부분의 앞 또는 뒤에 위치하는 경우도 포함한다.

또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛은 하우징, 투명 커버(10), 편광부(20), 발광부(30), 포토 센서부(60), 가변형 리타더(100), 전압 인가부(50) 및 제어부(미도시)를 포함한다.

하우징은 다수의 구성요소들을 내부에 수용할 수 있는 공간이 마련되는 케이스이다.

투명 커버(10)는 지문인증을 시도하는 사람의 손가락이 접촉되는 투명하고 얇은 판체이다.

투명 커버(10)는 하우징 내부에 지문 인식 유닛의 구성요소들이 수용될 수 있는 공간을 두고 하우징과 결합될 수 있다.

일 예로, 투명 커버(10)는 지문 인식 유닛의 전면(前面)의 적어도 일부 또는 전부를 형성할 수 있다.

다른 예로, 투명 커버(10)는 지문 인식 유닛의 측면의 일부, 또는 전면 및 측면의 일부를 형성할 수도 있다. 또 다른 예로, 투명 커버(10)는 지문 인식 유닛의 후면의 일부를 형성할 수도 있다.

투명 커버(10)는 실질적으로 평면으로 형성될 수 있고, 상단, 하단, 좌측단 및/또는 우측단 중 적어도 일부가 휘어진 곡면으로 형성될 수도 있다.

투명 커버(10)는 적어도 일부 영역이 투명한 재질로 형성되고, 발광부(30)를 통해 출력되는 영상이 투명 커버(10)의 투명 영역을 투과하여 외부로 표시될 수 있다.

이러한 투명 커버(10)는 예컨대 강화 유리, 플라스틱 또는 강화 플라스틱 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 지문 인식 유닛은 스마트폰과 같은 전자 장치에 탑재될 수 있는데, 상기 경우 투명 커버(10)는 전자 장치의 전면(前面)의 적어도 일부 또는 전부를 형성할 수 있다. 다른 예로, 투명 커버(10)는 전자 장치의 전면 및 측면의 일부를 형성할 수도 있다.

편광부(20)는 투명 커버(10)의 일면 상에 구비되어 반사방지 기능을 하는 필름 형태의 부재이다.

지문 인식 유닛은 발광소자패널에 형성된 금속전극 및 금속배선에 의해 외부광을 반사시킬 수 있고, 이러한 반사 외부광에 의해 시인성과 대비비가 저하되어 표시 품질이 떨어질 수 있다.

편광부(20)는 투명 커버(10)의 일면 상에 배치되어 전술한 반사 외부광이 투명 커버(10) 바깥으로 새어 나오는 것을 막는 역할을 한다.

일 예로, 편광부(20)는 원편광판으로 이루어질 수 있고, 투명 커버(10)의 하면에 부착될 수 있다.

다른 예로, 편광부(20)는 편광자, 제1 위상차 필름, 및 제2 위상차 필름을 포함할 수 있다. 편광자는 입사광을 선편광으로 변환시키는 선형 편광자일 수 있다.

상기 경우, 제1 위상차 필름은 편광자의 일면 상에 배치되어 역파장 분산 위상 지연을 갖는다. 예컨대, 제1 위상차 필름은 λ/4 위상차를 갖는 위상차 필름일 수 있다.

제2 위상차 필름은 제1 위상차 필름의 적어도 하나의 일면에 배치되는 고분자 필름일 수 있다.

상기와 같은 편광부(20)에 따르면, 외부광이 편광자에 입사되면 두 개의 편광성분 중 제1 편광성분만 통과하고, 이어서 제1 위상차 필름과 제2 위상차 필름을 통과하면서 원편광으로 바뀔 수 있다. 상기 원편광된 광은 기판, 전극 등을 포함한 표시 패널에서 반사되면서 원편광 방향이 바뀌게 되고, 상기 원편광된 광이 제2 위상차 필름과 제1 위상차 필름을 다시 통과하면서 제2 편광성분만 편광자 측으로 내보내게 된다. 그런데, 제2 편광성분은 편광자를 통과하지 못하여 외부로 방출되지 않으므로 결국 외부광 반사방지 기능을 구현할 수 있게 된다.

발광부(30)는 하우징 내부의 편광부(20) 아래에 구비되고, 빛을 내는 소자를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 발광부(30)는 영상 등을 표시할 수 있는 표시패널 형태로 구성될 수 있다.

상기 경우, 발광부(30)는 다수의 표시소자와 도전성 라인을 포함하고, 다수의 표시소자는 기판(40) 상에 매트릭스 형태로 배열되어 픽셀(Pixel)을 형성할 수 있다.

일 예로, 표시소자는 유기발광다이오드(OLED)를 포함할 수 있다. 도전성 라인은 적어도 하나의 게이트신호라인 또는 적어도 하나의 데이터신호라인을 포함할 수 있다. 상기 경우, 복수 개의 게이트신호라인과 복수 개의 데이터신호라인은 매트릭스 형태로 배열되고 라인이 교차되는 지점과 인접하게 표시소자들이 정렬되어 전기적으로 연결될 수 있다.

포토 센서부(60)는 투명 커버(10)에 접촉된 손가락의 지문에 반사되는 빛이 유입되고, 이렇게 유입되는 빛(즉, 광학신호)을 검출하는 포토 센서(Photo Sensor)를 포함한다.

포터 센서부(60)는 이와 같이 지문 반사광을 검출하여 지문을 인식할 수 있도록 기능한다. 따라서, 포토 센서부(60)는 투명 커버(10) 아래 영역에 배치되고, 구체적으로는 발광부(30)의 적어도 일부 영역 아래에 배치되게 구성된다.

그런데, 포토 센서부(60)에 유입되는 광학신호는 지문정보에 대한 신호뿐만 아니라 노이즈도 섞여서 들어오게 된다. 즉, 발광부(30)에서 발산된 후 지문에 반사되는 빛은 지문정보에 부합하는 광학신호에 해당하나, 발광부(30)에서 발산된 후 편광부(20)에 반사된 빛은 포토 센서부(60)에 노이즈 성분으로 들어가게 된다. 따라서, 포토 센서부(60)에 의해 검출되는 광학신호 중 이러한 노이즈 성분을 제거할 수 있어야 지문을 정확히 인식할 수 있게 된다.

이러한 노이즈 혼입 문제를 해결하기 위해, +45도로 편광된 필름편 다수 개와 -45도로 편광된 필름편 다수 개를 교호로 배치하여 노이즈를 제거하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 종래 방법에 따르면, +45도 편광필름편 하나에 대응하는 포토센서와 -45도로 편광필름편 하나에 대응하는 포토센서 즉, 한 쌍의 포토센서가 하나의 픽셀(Pixel)과 짝을 이루는 구조로 설계해야 하기 때문에, 기존 대비 픽셀이 2배가 소요가 되며, 픽셀 사이즈(Size)가 작아지기 때문에 감도가 저하되고 비용은 증가되는 문제점이 있었다.

본원 발명자는 이러한 종래방법의 소요픽셀 증가 및 포토센서 크기감소에 따른 감도저하 및 비용증가 문제를 해결하기 위해 가변형 리타더(100)를 개발하였다. 즉, 본 발명의 가변형 리타더(100)를 사용하면, 종래방법과 같은 소요픽셀 증가 및 포토센서 크기감소 없이 포토 센서부(60)에 혼입되는 노이즈 성분을 제거할 수 있게 된다.

가변형 리타더(100)는 발광부(30)과 포토 센서 사이에 구비된다. 따라서, 지문 인식 유닛은 포토 센서의 수직 상부에 가변형 리타더(100)가 배치되고, 가변형 리타더(100)의 수직 상부에 발광부(30)의 적어도 일부 영역이 배치되게 구성될 수 있다. 이러한 가변형 리타더(100)는 전극부(120,121') 및 액정층(130)을 포함한다.

가변형 리타더(100)의 전극부(120,121')는 전압이 인가될 시 전계를 형성하는 구성이다. 즉, 전극부(120,121')는 액정층(130)에 전계를 인가하여 액정(131)을 응답시킴으로써 제1 편광성분 및 제2 편광성분이 선택적으로 통과하도록 한다.

일 실시예에 따르면, 전극부(120)는 수직전계 방식의 전극층으로 구성될 수 있다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 리타더의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직전계 방식의 전극부(120)는 상부전극(121) 및 하부전극(123)을 포함하고, 수직전계를 형성하기 위해 하부전극(123)의 수직 상부에 상부전극(121)이 위치하고, 하부전극(123)과 상부전극(121) 사이에 액정층(130)이 개재된 구조로 구성된다.

하부전극(123)은 하부기판(140)의 상면에 형성되고, 상부전극(121)은 상부기판(110)의 하면에 형성된다. 하부전극(123) 위에는 액정층(130)이 구비되며, 액정층(130) 위에 상부전극(121)이 배치된다. 그리고, 상부전극(121)과 하부전극(123)은 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 전도성물질로 형성될 수 있다.

수직전계 방식의 전극부(120)는 제1 전압(V1)의 인가시 제1 방향으로 전계가 형성되어 액정층(130)의 액정(131)을 응답시킴으로써 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제1 편광성분의 빛만 포토 센서부(60) 측으로 출사되도록 하는 역할을 한다.

수직전계 방식의 전극부(120)는 제2 전압(V2)의 인가시 제2 방향의 전계가 형성되어 액정층(130)의 액정(131)을 응답시킴으로써 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제2 편광성분의 빛만 포토 센서부(60) 측으로 출사되도록 하는 역할을 한다. 여기서, 상기 제1 전계방향과 상기 제2 전계방향은 상호 직교하도록 구성될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 전극부(120')는 횡전계 방식의 전극층으로 구성될 수도 있다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 리타더의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 횡전계 방식의 전극부(120')는 제1 전극(125), 제2 전극(127) 및 공통전극(129)을 포함하고, 횡전계를 형성하기 위해 제1 전극(125) 패턴과 공통전극(129) 패턴을 서로 다른 층에 배치하고 그 사이에 절연층을 개재시킨 FFS(Fringe-Field Switching) 구조로 구성될 수 있다.

횡전계 방식 전극부(120')는 제1 전계방향, 그리고 상기 제1 전계방향과 상이한 제2 전계방향으로 횡전계를 선택적으로 발생시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하며, 이를 실현하기 위해 공통전극(129), 제1 절연층(160), 제1 전극(125), 제2 절연층(161) 및 제2 전극(127)이 차례로 적층 형성된 구조로 이루어져 있다.

공통전극(129)은 기판(170)의 상면 상에 형성되고, 제1 전극(125)은 공통전극(129)보다 상위층에 패턴 형성되고, 제1 절연층(160)은 공통전극(129)과 제1 전극(125) 사이에 개재되어 있다. 그리고, 제1 전극(125) 위에는 다시 제2 절연층(161)이 형성되고, 제2 절연층(161) 상에는 제2 전극(127)이 패턴 형성되어 있다.

제1 전압의 인가시, 제1 전극(125)과 공통전극(129) 간에 제1 방향으로 횡전계를 발생시켜 액정층(130)의 액정(131)을 응답시킴으로써, 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제1 편광성분의 빛만 포토 센서부(60) 측으로 출사되도록 하는 역할을 한다.

제2 전압의 인가시, 제2 전극(127)과 공통전극(129) 간에 제2 방향으로 횡전계를 발생시켜 액정층(130)의 액정(131)을 응답시킴으로써 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제2 편광성분의 빛만 포토 센서부(60) 측으로 출사되도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제2 전압인가시의 상기 제2 방향은 제1 전압인가시의 상기 제1 방향과 직교하는 방향일 수 있다.

보호층(150)은 액정층(130)의 외면을 스크래치(Scratch) 등과 같은 손상으로부터 보호하기 위한 구성부로서, 광투과율이 우수한 투명한 수지 소재의 코팅층으로 이루어져 액정층(130)의 바깥면에 부착된다.

액정층(130)은 상부 배향막과 하부 배향막, 그리고 한 쌍의 배향막 사이에 구비되는 액정(131)을 포함한다.

액정층(130)은 전극부(120,120')의 전계가 미치는 영역에 구비되고, 반사광이 입사될 수 있게 구성되며, 빛의 두 개의 편광성분 중 어느 하나의 성분만 선택적으로 포토 센서부(60) 측으로 내보내도록 기능한다. 참고로, 상기 '반사광'은 발광부(30)에서 발산된 후 지문에 반사된 빛, 그리고 발광부(30)에서 발산된 후 편광부(20)에 반사된 빛을 포함한다.

이러한 액정층(130)은 전극부(120,120')에 제1 전압(V1)이 인가되면, 이때 형성되는 제1 전계의 영향으로 액정(131)의 배열상태가 변화되고, 이에 의해 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제1 편광성분의 빛만 상기 포토 센서부(60) 측으로 내보내도록 작용한다.

또한, 액정층(130)은 전극부(120,120')에 제2 전압(V2)이 인가되면, 이때 형성되는 제2 전계의 영향으로 액정(131)의 배열상태가 변화되고, 이에 의해 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제2 편광성분의 빛만 상기 포토 센서부(60) 측으로 내보내도록 작용한다.

바람직하게는, 액정층(130)이 인가전압(V1,V2)에 따라 선택적으로 내보내는 상기 제1 편광성분은 좌원편광이고, 상기 제2 편광성분은 우원편광일 수 있다.

바람직하게는, 액정층(130)은 전극부(120,120')에 제1 전압(V1)의 인가시, 이에 의해 형성되는 전계방향(이하, '제1 전계방향'이라 함)을 따라 배열되고, 전극부(120,120')에 제2 전압의 인가시, 이에 의해 형성되는 전계방향(이하, '제2 전계방향'이라 함)을 따라 배열되며, 이때 상기 제1 전계방향과 상기 제2 전계방향은 상호 직교하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 액정층(130)은 제1 전압(V1) 인가에 따른 액정(131)의 제1 배열상태로 변화시 입사광에 대해 45°방향으로 위상지연 효과가 발생되고, 제2 전압(V2) 인가에 따른 액정(131)의 제2 배열상태로 변화시 입사광에 대해 -45°방향으로 위상지연 효과가 발생되게 구성될 수 있다. 여기서, 액정(131)의 제2 배열상태는 제1 배열상태와 배열방향이 상이한 상태일 수 있다.

전압 인가부(50)는 전극부(120,120')에 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)을 선택적으로 인가하는 구성이다. 구체적으로, 전압 인가부(50)는 사용자가 지문 인식을 시도시 제1 전압과 제2 전압을 순차적으로 적어도 한 번씩 인가하도록 구성된다.

제어부는 지문정보를 추출하는 중앙처리장치로서, 제1 광학신호와 제2 광학신호를 비교하여 입력신호에 혼입된 노이즈를 제거하도록 구성된다. 여기서, 제1 광학신호는 전극부(120,120')에 제1 전압(V1)의 인가시 포토 센서부(60)에 검출되는 신호로서 지문에 반사된 빛(즉, 지문신호)는 포함되어 있지 않고, 편광부(20)에 반사된 빛(즉, 노이즈)만 포함되어 있다. 그리고, 제2 광학신호는 전극부(120,120')에 제2 전압(V2)의 인가시 포토 센서부(60)에 검출되는 신호로서 지문신호와 노이즈를 모두 포함하고 있다.

따라서, 제어부는 제1 광학신호와 제2 광학신호를 비교함으로써 지문정보에 혼입된 노이즈 성분 및 그 양을 측정하여 제거할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 지문 인식 유닛이 전술한 가변형 리타더(100)를 이용하여 노이즈가 제거된 지문정보를 추출하는 동작에 대하여 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛의 제1 전압(V1) 인가시 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛의 제2 전압(V2) 인가시 동작을 설명하기 위한 도면이다.

사용자가 투명 커버(10)에 손가락을 접촉하면, 발광부(30)에서 출사되는 빛은 지문에 반사된 후 액정층(130)으로 향하게 된다. 액정층(130)으로 향하는 광학신호는 지문정보에 대한 신호뿐만 아니라 편광부(20)에 반사된 빛 즉, 노이즈 성분(K2)도 섞여서 들어오게 된다.

이때, 전극부(120,120')에 제1 전압(V1)을 인가하면, 액정(131)이 제1 배열상태로 변화되어, 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제1 편광성분(예로, 좌원편광)의 빛만 포토 센서부(60) 측으로 내보내게 된다.

그런데, 순수 지문신호(K1)에 해당하는 빛은 편광부(20)를 통과하면서 제2 편광성분만 존재하게 되어 액정층(130)을 통과하지 못하게 된다. 반면, 노이즈 성분(K2)은 제1,2 편광성분이 모두 존재하여 제1 편광성분이 액정층(130)을 통과하게 된다(도 4 참조). 따라서, 포토 센서에 검출되는 광학신호(이하, 제1 광학신호)는 순수한 노이즈 성분(K2)에 해당하게 된다.

제1 전압을 인가하여 순수 노이즈 성분(K2)을 측정한 후, 바로 이어서 전극부(120,120')에 제2 전압(V2)을 인가하면, 액정(131)이 제2 배열상태로 변화되어, 액정층(130)으로 입사되는 빛 중 제2 편광성분(예로, 우원편광)의 빛만 포토 센서부(60) 측으로 내보내게 된다. 여기서, 액정(131)의 제2 배열상태는 제1 배열상태와 배열방향이 상이한 상태일 수 있다.

상기 경우, 지문신호(K1)에 해당하는 빛은 제2 편광성분으로 이루어져 있고, 노이즈 성분(K2) 역시 제1,2 편광성분이 모두 존재하는 바, 지문신호(K1)와 노이즈(K2) 모두 액정층(130)을 통과하게 된다(도 5 참조). 따라서, 포토 센서에 검출되는 광학신호(이하, 제2 광학신호)에는 지문신호(K1)와 노이즈 성분(K2)이 혼합되어 있게 된다.

전술한 제1,2 광학신호의 검출이 완료되면, 제어부는 제1,2 광학신호를 비교함으로써 지문정보에 혼입되는 노이즈를 제거할 수 있고, 이로써 순수한 지문신호만을 추출하여 지문 인식을 수행할 수 있게 된다.

전술한 지문 인식 유닛은 전자 장치에 탑재될 수 있다. 상기 경우, 전자 장치는 예컨대, 스마트폰, 스마트패드와 같은 휴대 단말기, 노트북, 데스크탑 등의 컴퓨터, 또는 이들과 연결되어 본인인증 등의 보안용도로 사용되는 별도의 지문인식장치 등일 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: 투명 커버 20: 편광부
30: 발광부 40: 기판
50: 전압 인가부 60: 포토 센서부
100: 가변형 리타더 110: 상부기판
120,120': 전극부 121: 상부전극
123: 하부전극 125: 제1 전극
127: 제2 전극 129: 공통전극
130: 액정층 131: 액정
140: 하부기판 150: 보호층
160: 제1 절연층 161: 제2 절연층

Claims (11)

1. 투명 커버; 상기 투명 커버 아래에 구비되는 편광부; 상기 편광부 아래에 구비되어 빛을 내는 발광부; 상기 발광부 아래에 구비되는 포토 센서부; 및 상기 발광부와 상기 포토 센서부 사이에 구비되는 가변형 리타더;를 포함하고,
   상기 편광부는 편광자 및 위상차 필름을 포함하도록 구성되며,
   상기 가변형 리타더는,
   제1 전압 및 제2 전압이 선택적으로 인가되고, 상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압에 따른 전계를 형성하는 전극부; 및 상기 전계가 미치는 영역에 구비되는 액정을 포함하는 액정층;을 포함하며,
   상기 액정층은,
   상기 제1 전압의 인가시, 상기 제1 전압 인가에 따른 액정 배열상태로 변환되어, 상기 액정층으로 입사되는 빛 중 제1 편광성분의 빛만을 상기 포토 센서부 측으로 내보내도록 구성되고,
   상기 제2 전압의 인가시, 상기 제2 전압 인가에 따른 액정 배열상태로 변환되어, 상기 액정층으로 입사되는 빛 중 제2 편광성분의 빛만을 상기 포토 센서부 측으로 내보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
2. 제1 항에 있어서,
   제1 광학신호와 제2 광학신호를 비교하여 노이즈가 제거된 지문정보를 추출하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제1 광학신호는 상기 제1 전압 인가시 상기 포토 센서부에 검출되는 신호이고, 노이즈 성분에 해당하는 신호이며,
   상기 제2 광학신호는 상기 제2 전압 인가시 상기 포토 센서부에 검출되는 신호이고, 지문신호와 노이즈 성분이 혼합되어 있는 신호인 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 액정층은,
   상기 제1 전압의 인가시 형성되는 전계방향(이하, '제1 전계방향'이라 함)을 따라 상기 액정이 배열되고,
   상기 제2 전압의 인가시 형성되는 전계방향(이하, '제2 전계방향'이라 함)을 따라 상기 액정이 배열되며,
   상기 제1 전계방향과 상기 제2 전계방향은 상호 직교하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 편광성분은 좌원편광이고,
   상기 제2 편광성분은 우원편광인 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
5. 제1 항에 있어서,
   제1 절연층; 및 상기 제1 절연층보다 상층에 형성되는 제2 절연층을 더 포함하고,
   상기 전극부는,
   상기 제1 절연층 아래에 형성되는 공통전극; 상기 제1 절연층 상에 패턴 형성되는 제1 전극; 및 상기 제2 절연층 상에 패턴 형성되는 제2 전극을 포함하고,
   상기 제1 전압의 인가시,
   상기 제1 전극과 상기 공통전극 간에 횡전계를 발생시켜, 상기 액정을 제1 배열상태로 변환시키고,
   상기 제2 전압의 인가시,
   상기 제2 전극과 상기 공통전극 간에 횡전계를 발생시켜, 상기 액정을 제2 배열상태로 변환시키며,
   상기 제2 배열상태는 상기 제1 배열상태와 배열방향이 상이한 상태인 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 전극부는,
   하부전극; 및 상기 하부전극과 대향하는 상부전극을 포함하고,
   상기 액정층은,
   상기 하부전극과 상기 상부전극 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 액정층은,
   상기 제1 전압의 인가시 입사광에 대해 45°방향으로 위상지연 효과가 발생되고,
   상기 제2 전압의 인가시 입사광에 대해 -45°방향으로 위상지연 효과가 발생되게 구성되는 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
8. 제1 항에 있어서,
   상기 발광부는,
   다수의 픽셀을 포함하는 표시소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛.
   
9. 삭제
10. 전자 장치로서,
    제1 항 내지 제8 항 중에서 선택된 어느 한 항의 가변형 리타더를 이용한 지문 인식 유닛이 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 전자 장치는 스마트폰, 스마트패드 또는 노트북인 것을 특징으로 하는 전자 장치.

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