KR20170104909A

KR20170104909A - 지문 센서

Info

Publication number: KR20170104909A
Application number: KR1020160070515A
Authority: KR
Inventors: 황상훈; 박타준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-09-18

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서는 일 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 일 방향과 교차하는 타 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 구비하는 센서 어레이를 포함하는 패널; 및 상기 복수의 제1, 2 전국 중 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극의 일부인 제1 전극 그룹과 다른 일부인 제2 전극 그룹에 서로 다른 주파수를 가지는 신호를 제공하고, 상기 제1 전극 그룹 및 상기 제2 전극 그룹 간의 임피던스를 측정하여 위조 지문 여부를 판단하는 위조 지문 판단 모듈; 을 포함할 수 있다.

Description

지문 센서{FINGERPRINT SENSOR}

본 발명은 지문 센서에 관한 것이다.

모바일 기기를 통하여 핀테크(FinTech) 등의 다양한 서비스가 제공됨에 따라 기기 내에 저장된 개인 정보 보호를 위한 필요성이 확산되고 있고, 이러한 필요에 맞추어 모바일 기기의 보안 강화를 위해 지문 센서가 채용되고 있다.

지문 센서는 손가락의 지문을 감지하여 사용자를 인증하는 센서로서, 동작 원리에 따라 초음파 방식, 적외선 방식, 정전용량 방식 등으로 구분할 수 있고, 이 중 정전용량 방식은 정전용량의 변화를 감지하여 지문의 골과 마루를 검출한다.

이러한 지문 센서는 비 인증된 사용자의 지문과 인증된 사용자의 지문을 정밀하게 검출할 수 있으나, 인증된 사용자의 지문을 원본으로 하여 실리콘, 젤라틴 등의 재료로 제작된 위조 지문을 명확히 검출할 수 없는 문제점이 있다.

일본 공개특허공보 제2002-162204호

본 발명의 과제는 지문을 감지하고, 감지된 지문의 위조 여부를 판단할 수 있는 지문 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서는 센서 어레이에 배치되는 복수의 전극 중 일부 및 다른 일부에 주파수가 변동되는 신호를 제공하여 지문의 위조 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 매트릭스 형태로 배치되는 복수의 전극을 지문 감지 및 위조 지문 판단의 공용 전극으로 이용하여, 공간 효율성 및 제품 단가를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 도이다.
도 2은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널에 포함되는 센서 어레이를 나타낸 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널에 포함되는 센서 어레이를 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이에 구비되는 복수의 전극의 그룹화 방식을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 신호 및 저주파 신호가 생체에 제공될 시의 경로를 도시한 도면이다.
도 8a은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변화에 따른 임피던스의 크기를 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변화에 따른 임피던스의 위상을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지문 센서를 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패널의 단면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널의 배치 및 구현예를 설명하기 위하여 제공되는 도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 도이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 기기(1)는 디스플레이부(11), 제1 보조 입력부(12), 및 제2 보조 입력부(13)를 포함할 수 있다.

디스플레이부(11)는 LCD, OLED 등의 출력 장치를 구비하여 화면을 출력할 수 있고, LCD, OLED 등의 출력 장치의 상부에는 투명한 터치 패널이 마련되어 사용자의 메인 터치 입력을 인식할 수 있다.

제1 보조 입력부(12) 및 제2 보조 입력부(13)는 투명한 디스플레이부(11)의 배선을 차폐하기 위한 베젤 영역에 형성되어, 터치 패널로 입력되는 메인 터치 입력 이외의 사용자의 입력을 인식할 수 있다. 제1 보조 입력부(12)는 사용자의 물리적인 입력을 제공받기 위한 홈 버튼을 포함할 수 있고, 제2 보조 입력부(13)는 전자 기기의 설정된 제어를 위한 터치 키를 포함하여, 보조 터치 입력을 인식할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위조 지문 센서는 디스플레이부(11)가 마련되는 영역 및 제1 보조 입력부(12)와 제2 보조 입력부(13)가 마련되는 베젤 영역 중 적어도 하나의 영역의 하부에 형성되어, 전자 기기(1)의 슬립 모드의 해제 및 전원의 온/오프 여부를 결정할 수 있다.

도 2은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서(10)는 패널(100), 지문 감지 모듈(200), 위조 지문 판단 모듈(300), 호스트(400)를 포함할 수 있다.

패널(100)은 기판 및 기판에 마련되는 복수의 전극을 포함하는 센서 어레이(110)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이(110)의 복수의 전극은 지문 감지 모듈(200)의 지문 감지 동작 및 위조 지문 판단 모듈(300)의 위조 지문 판단 동작 수행을 위해 이용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널에 포함되는 센서 어레이를 나타낸 상면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널에 포함되는 센서 어레이를 나타낸 단면도이다. 도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시한 센서 어레이(110)를 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도에 해당한다.

도 3a 및 도 3b을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이(110)는 기판(111) 및 복수의 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113)을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 센서 어레이(110)는 기판(111), 복수의 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113) 이외에 접촉을 인가받는 커버 렌즈(114, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다.

기판(111)은 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PMMA(PolymethlymethAcrylate), COP (Cyclo-Olefin Polymers) 등의 필름, 소다 글라스(Soda glass), 또는 강화 글라스(tempered glass)와 같은 재질로 형성되어 높은 빛 투과율을 가질 수 있다.

복수의 전극(112, 113)은 복수의 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극(112)은 제1 방향 - X축 방향 - 으로 연장될 수 있고, 복수의 제2 전극(113)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향 - Y축 방향 - 으로 연장될 수 있다. 복수의 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113)은 기판(111)의 일면 또는 서로 다른 면에 마련될 수 있으며, 기판(111)의 일면에 복수의 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113)이 모두 형성되는 경우, 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113) 사이에는 소정의 절연층이 형성될 수 있다.

복수의 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113)은 도 3a에 도시된 바와 같이 소정의 폭을 가지고 연장되는 형상으로 형성될 수 있고, 감도 향상을 위하여 도 3b에 도시된 바와 같이 사각형 형상의 패턴을 가질 수 있고, 이 외에도, 마름모, 다이아몬드, 원형, 삼각형 등의 다양한 형상의 패턴을 가질 수 있다.

도 3a, 도 3b, 및 도 4에서 설명의 편의를 위해 복수의 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)의 수를 제한하여 도시하였으나 전극의 수는 변경될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 모듈(200)은 구동 회로부(210), 감지 회로부(220), 신호 변환부(230) 및 지문 감지부(240)를 포함하여, 구동 회로부(210), 감지 회로부(220), 신호 변환부(230) 및 지문 감지부(240)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 모듈(200)은 도 3a 및 3b의 복수의 제1 전극(112)에 구동 신호를 인가하고, 복수의 제2 전극(113)으로부터 복수의 노드에서 생성되는 정전용량을 검출하여 지문을 감지할 수 있다.

구동 회로부(210)는 센서 어레이(110)의 복수의 제1 전극(112)에 소정의 구동 신호를 인가할 수 있다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 및 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있다. 구동 회로부(210)는 복수의 제1 전극(112) 각각에 개별적으로 연결되어 구동 신호를 인가할 수 있고, 스위칭 회로를 이용하여 선택적으로 복수의 제1 전극(112)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 일 예로, 구동 회로부(210)는 복수의 제1 전극(112)에 순차적으로 구동 신호를 인가할 수 있다.

감지 회로부(220)는 복수의 제2 전극(112)으로부터 정전용량을 검출할 수 있다. 구동 회로부(210)로부터 복수의 제1 전극(112)에 구동 신호가 인가되면, 복수의 제1 전극(112)과 복수의 제2 전극(113)이 서로 교차하는 지점인 복수의 노드에서 정전용량이 생성되는데, 센서 어레이(110)에 근접한 손가락의 지문의 골과 마루의 거리 차에 따라 의해 정전용량의 변화가 발생한다.

감지 회로부(220)는 적어도 하나의 연산 증폭기와 적어도 하나의 커패시터를 각각 구비하는 복수의 C-V 변환 회로를 포함하여, 복수의 노드에서 생성되는 정전용량을 전압 신호로 변경할 수 있다. 복수의 C-V 변환 회로 각각은 복수의 제2 전극(113)과 연결될 수 있고, 일 예로, 복수의 C-V 변환 회로는 정전용량을 적분하여 소정의 전압 신호로 변경하여 출력할 수 있다.

일 예로, 감지 회로부(220)는 복수의 제2 전극(113)으로부터 정전용량을 동시에 검출할 수 있고, 정전용량의 동시 검출을 위하여 C-V 변환 회로는 복수의 제2 전극(113)의 개수만큼 구비될 수 있다.

신호 변환부(230)는 감지 회로부(220)로부터 출력되는 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 지문 감지부(240)로 전달할 수 있다.

일 예로, 신호 변환부(230)는 감지 회로부(220)로부터 출력되는 전압 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하고, 측정된 시간을 디지털 신호로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(220)로부터 출력되는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하고, 변화량을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.

지문 감지부(240)는 신호 변환부(230)로부터 전달되는 디지털 신호로부터 이미지 형태의 지문 정보를 생성할 수 있다. 지문 감지부(240)는 감지된 지문 정보를 이전에 저장된 지문 정보와 비교하여 사용자를 인증할 수 있다.

도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위조 지문 판단 모듈(300)은 주파수 신호 제공부(310), 임피던스 측정부(320), 및 위조 지문 판단부(330)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 위조 지문 판단 모듈(300)은 임피던스(Impedance)를 측정하고, 측정된 임피던스의 크기 및 위상을 이용하여 지문의 위조 여부를 판단할 수 있다.

주파수 신호 제공부(310)는 센서 어레이(110)의 복수의 제1, 2 전극(112, 113) 중 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극의 일부에 해당하는 임피던스 측정 전극부에 주파수 신호를 제공하고, 임피던스 측정부(320)는 임피던스 측정 전극부로부터 임피던스를 측정하고, 위조 지문 판단부(330)는 측정된 임피던스에 따라 지문의 위조 여부를 결정할 수 있다.

임피던스 측정 전극부는 복수의 전극 그룹을 포함할 수 있다. 복수의 전극 그룹은 복수의 제1 전극(112) 및 복수의 제2 전극(113) 중 어느 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극의 일부 전극일 수 있다.

복수의 전극 그룹이 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹을 포함하는 것으로 가정하면, 도 3a 및 도 3b의 복수의 제1 전극(112) 중 적어도 하나의 제1 전극이 제1 전극 그룹에 포함되고, 제1 전극 그룹에 해당하는 적어도 하나의 제1 전극과 다른 적어도 하나의 제1 전극이 제2 전극 그룹에 포함될 수 있다. 또한, 이와 달리, 도 3a 및 도 3b의 복수의 제2 전극(113) 중 적어도 하나의 제2 전극이 제1 전극 그룹에 포함되고, 제1 전극 그룹에 해당하는 적어도 하나의 제2 전극과 다른 적어도 하나의 제2 전극이 제2 전극 그룹에 포함될 수 있다.

제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹은 복수의 제1 전극(112) 또는 복수의 제2 전극(113)에서 적어도 하나의 전극을 사이에 두고 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹은 복수의 제1 전극 또는 복수의 제2 전극에서 최장 거리 이격되어 배치될 수 있다.

제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹이 각각 하나의 전극을 구비하는 경우를 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹이 복수의 제1 전극(112)의 일부 전극을 포함하고, 복수의 제1 전극(112)이 X(3이상의 자연수)개 구비되는 것으로 가정하여 설명하면, Y(1≤Y<X, Y: 자연수)번째 배치되는 제1 전극이 제1 전극 그룹에 해당할 수 있고, Z(Y<Z≤X, Z: 자연수)번째 배치되는 제1 전극이 제2 전극 그룹에 해당할 수 있다.

제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹이 각각 복수의 전극을 구비하는 경우를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이에 구비되는 복수의 전극의 그룹화 방식을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.

도 5을 참조하면, 센서 어레이(110)의 복수의 제1 전극(112) 중 인접하여 연속적으로 배치되는 전극 S1-S3이 제1 전극 그룹(G1)에 해당할 수 있고, 복수의 제1 전극(112) 중 인접하여 연속적으로 배치되는 전극 S4-S6이 제2 전극 그룹(G2)에 해당할 수 있다.

도 6을 참고하면, 센서 어레이(110)의 복수의 제1 전극(112) 중 인접하여 연속적으로 배치되는 전극 S1-S2이 제1 전극 그룹(G1)으로 그룹화될 수 있고, 복수의 제1 전극(112) 중 인접하여 연속적으로 배치되는 전극 S5-S6이 제2 전극 그룹(G2)으로 그룹화될 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극(112) 중 인접하여 연속적으로 배치되는 전극 S3-S4이 제3 전극 그룹(G3)으로 그룹화될 수 있다.

후술할 바와 같이, 주파수 신호 제공부(310)는 복수의 전극 그룹 중 제1 전극 그룹(G1)에 고/저주파 신호를 제공하고, 제2 전극 그룹(G2)에 기준 신호를 제공하는데, 이 때, 제3 전극 그룹(G3)은 플로팅되어 제1 전극 그룹(G1) 및 제2 전극 그룹(G2) 사이에서 발생할 수 있는 노이즈를 저감하기 위한 공핍 영역으로 이용될 수 있다.

도 5 및 도 6에서, 복수의 제1 전극(112)을 제1 내지 제3 전극 그룹(G1-G3)으로 그룹화하는 것으로 도시되어 있으나, 이와 달리, 복수의 제2 전극(113)을 복수의 그룹으로 그룹화하여 제1 내지 제3 전극 그룹(G1-G3)을 설정할 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, 주파수 신호 제공부(310)는 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹에 주파수 신호를 제공할 수 있다. 주파수 신호는 고/저주파 신호 및 기준 신호를 포함할 수 있고, 일 예로, 기준 신호는 접지 전압에 해당할 수 있다. 주파수 신호 제공부(310)는 전류원(Constant current source)을 구비하여, 정현파 전류 형태의 고주파 신호 및 저주파 신호를 제공할 수 있다.

주파수 신호 제공부(310)는 제1 전극 그룹에 고/저주파 신호를 제공할 수 있고, 제2 전극 그룹에 기준 신호를 제공할 수 있다.

주파수 신호 제공부(310)는 일 타이밍에서, 제1 전극 그룹에 고주파 신호를 제공하고, 제2 전극 그룹에 기준 신호를 제공할 수 있다. 또한, 일 타이밍 이 후의 다음의 타이밍에서, 주파수 신호 제공부(310)는 제1 전극 그룹에 저주파 신호를 제공하고, 제2 전극 그룹에 기준 신호를 제공할 수 있다.

임피던스 측정부(320)는 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 간의 임피던스를 측정할 수 있다. 임피던스 측정부(320)는 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹으로부터 출력되는 신호를 서로 직교하는 위상 신호를 이용하여 두 개의 신호로 샘플링하고, 샘플링된 두 개의 신호로부터 임피던스의 크기 및 위상을 측정할 수 있다.

임피던스 측정부(320)는 일 타이밍에서 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 간의 임피던스의 크기 및 위상을 측정하고, 일 타이밍 이 후의 다음 타이밍에서 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 간의 임피던스의 크기 및 위상을 측정할 수 있다.

위조 지문 판단부(330)는 임피던스 측정부(320)로부터 전달되는 임피던스로부터 지문의 위조 여부를 판단할 수 있다. 위조 지문 판단부(330)는 일 타이밍에서 측정된 임피던스의 크기 및 위상과 다음 타이밍에서 측정된 임피던스의 크기 및 위상을 비교하여 지문의 위조 여부를 판별할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 신호 및 저주파 신호가 생체에 제공될 시의 경로를 도시한 도면이다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 신호가 생체에 제공될 시의 경로를 도시한 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 신호가 생체에 제공될 시의 경로를 도시한 도면이다.

도 7a를 참조하면, 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 상에 손가락과 같은 생체 물질이 배치될 시에, 주파수 신호 제공부에서 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹으로 각각 고주파 신호 및 기준 신호를 제공하는 경우, 고주파 신호는 손가락의 세포막(Cell membrane)을 투과하여 화살표와 같이, 세포 외액(Extra-Cellular Fluid), 세포 내액(Inner-Cellular Fluid), 및 세포막(Cell membrane)을 가로지르는 고주파 신호의 경로가 형성된다.

또한, 도 7b를 참조하면, 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 상에 손가락과 같은 생체 물질이 배치될 시에, 주파수 신호 제공부에서 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹으로 각각 저주파 신호 및 기준 신호를 제공하는 경우, 저주파 신호는 손가락의 세포막(Cell membrane)을 투과하지 못하고, 세포 외액(Extra-Cellular Fluid)에서의 저주파 신호의 경로가 형성된다.

도 8a은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변화에 따른 임피던스의 크기를 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 변화에 따른 임피던스의 위상을 나타낸 그래프이다.

도 8a 및 도 8b을 참조하면, 생체의 경우, 전술한 바와 같이, 고주파 신호와 저주파 신호의 경로가 상이하여, 고주파수 영역과 저주파수 영역에서 임피던스의 크기 및 위상이 현저히 차이가 나는 반면에, 젤라틴 및 고무와 같은 비생체의 경우 저주파수 영역과 고주파수 영역에서 임피던스의 크기 및 위상의 차이가 극히 미비한 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 위조 지문 판단 모듈은 임피던스의 크기 및 위상의 변화를 기초로 지문의 위조 여부를 판별할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 호스트(400)는 지문 센서(10)가 장착되는 전자 기기의 어플리케이션 프로세서(AP) 또는 연산 처리 장치(CPU)일 수 있다. 호스트(400)는 지문 감지 모듈(200)과 위조 지문 판단 모듈(300)의 동작을 제어하고, 지문 감지 모듈(200)로부터 지문 감지 결과와 위조 지문 판단 모듈(300)의 위조 지문 판단 결과를 수신하여 설정된 동작을 수행할 수 있다.

호스트(400)는 일 순위로 위조 지문 판단을 수행하도록 위조 지문 판단 모듈(300)을 제어하고, 후 순위로 지문 감지를 수행하도록 지문 감지 모듈(200)을 제어할 수 있다.

호스트(400)는 위조 지문 판단 모듈(300)의 판단 결과 손가락과 같은 생체라고 판단되는 경우, 지문 감지 모듈(200)을 제어하여 지문 감지 동작을 수행할 수 있다. 이와 달리, 위조 지문 판단 모듈(300)의 판단 결과 젤라틴과 같은 비생체라고 판단되는 경우, 비생체 판단의 횟수가 제한 횟수 미만일 경우에는 전자 기기의 디스플레이부 또는 오디오부 등을 통하여 경고 메시지를 출력하고, 비생체 판단의 횟수가 제한 횟수 이상인 경우에는 위조 지문 판단 동작을 종료하고, 전자 기기를 잠금 상태로 유지할 수 있다.

또한, 호스트(400)는 일 순위로 지문 감지를 수행하도록 지문 감지 모듈(200)을 제어하고, 후 순위로 위조 지문 판단을 수행하도록 위조 지문 판단 모듈(300)을 제어할 수 있다.

호스트(400)는 지문 감지 모듈(200)의 판단 결과 인증된 사용자의 지문과 일치하는 경우, 위조 지문 판단 모듈(300)을 제어하여 위조 지문 판단 동작을 수행할 수 있다. 이와 달리, 지문 감지 모듈(200)의 판단 결과 인증된 사용자의 지문과 일치하지 않는 경우, 불일치 판단의 비생체 판단의 횟수가 제한 횟수 미만일 경우에는 전자 기기의 디스플레이부 또는 오디오부 등을 통하여 경고 메시지를 출력하고, 불일치 판단의 횟수가 제한 횟수 이상인 경우에는 지문 감지 동작을 종료하고, 전자 기기를 잠금 상태로 유지할 수 있다.

다시, 도 4를 참조하면, 센서 어레이(110)의 복수의 제1 전극(S1-S6) 중 전극 S1 및 전극 S6 각각이 상술한 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹에 해당할 수 있다. 다만, 전극 S1 및 전극 S6은 사용자의 손가락을 임피던스를 측정해야 하는데, 전극 S1 및 전극 S6와 손가락 사이에 통상 절연 물질로 형성되어 사용자의 손가락과 직접 접촉하는 커버 렌즈(114)가 배치되어, 사용자의 손가락의 임피던스를 정밀하게 측정할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지문 센서(10`)를 나타낸 블록도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패널(100)의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서(101)의 패널(100)은 센서 어레이(110) 외에 보조 전극부(120)를 더 포함하고, 보조 전극부(120)의 상부에 전도성 레이어(115)를 형성하여, 임피던스를 정밀하게 측정할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서(10`)는 패널(100), 지문 감지 모듈(200), 위조 지문 판단 모듈(300) 및 호스트(400)를 포함할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서(10`)는 전술한 도 2의 실시예에 따른 지문 센서(10)와 유사하므로, 동일하거나 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

보조 전극부(120)는 적어도 두 개의 보조 전극(121, 122)를 포함할 수 있고, 적어도 두 개의 보조 전극(121, 122)은 센서 어레이(110)를 사이에 두고 반대편에 배치될 수 있다. 도 9에서 적어도 두 개의 보조 전극(121, 122) 사각형으로 도시되어 있으나, 삼각형, 마름모 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 도 9에 두 개의 보조 전극(121, 122)이 도시되어 있으나, 두 개 이상의 보조 전극이 센서 어레이(110)의 주변에 배치될 수 있고, 두 개 이상의 보조 전극은 센서 어레이(110)와 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다.

이하 설명의 편의상, 보조 전극부(120)가 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)을 포함하는 것으로 설명하도록 한다.

주파수 신호 제공부(310)는 보조 전극부(120)의 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)에 주파수 신호를 제공하고, 임피던스 측정부(320)는 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)을 측정하고, 위조 지문 판단부(330)는 측정된 임피던스에 따라 지문의 위조 여부를 결정할 수 있다.

즉, 전술한 도 2의 실시예의 임피던스 측정 전극부의 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹이 도 9의 실시예의 보조 전극부(120)의 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)에 대응될 수 있다.

도 10를 참조하면, 패널(100)은 센서 어레이(110) 및 보조 전극부(120)를 포함할 수 있고, 보조 전극부(120)의 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)의 상부에 형성되는 전도성 레이어(115)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 임피던스 측정을 위한 제1, 2 보조 전극(121, 122)의 상부에 전도성 레이어(115)를 형성하여, 임피던스를 정밀하게 측정할 수 있다.

도 10을 참조하면, 사용자의 손가락이 센서 어레이(110)와 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)의 상부에 위치하는 경우, 지문 감지 모듈(200)을 통한 지문 감지 동작 및 위조 지문 판단 모듈(300)을 통한 위조 지문 판단 동작이 수행될 수 있다.

다만, 젤라틴 등으로 제작되는 위조 지문이 센서 어레이(110) 상부에 위치하고, 인증 사용자가 아닌 비인증 사용자의 손가락이 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)의 상부에 위치하는 경우, 지문 센서(10)가 사용자의 지문으로 오판할 우려가 있다.

위조 지문의 크기와 센서 어레이의 일 방향의 길이를 비교하여 설명하면, 위조 지문의 크기가 지문 센서 어레이(110)의 일 방향의 길이보다 긴 경우, 위조 지문의 일부는 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122) 상에 배치되므로, 위조 지문 판단 모듈(300)은 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)을 통해 지문의 위조 여부를 판단할 수 있다.

이 때, 위조 지문 판단 모듈(300)의 지문의 위조 여부 판단의 정확도를 향상하기 위하여, 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122)은 센서 어레이(110)와 근접하게 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122) 각각은 센서 어레이(110)와 3mm 미만으로 이격되어 배치될 수 있다.

다만, 위와 달리, 위조 지문의 크기가 센서 어레이(110)의 일 방향의 길이보다 작은 경우, 위조 지문의 전부가 제1 보조 전극(121) 및 제2 보조 전극(122) 상에 배치되지 않을 수 있으므로, 지문 센서(10)가 사용자의 지문으로 오판할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서(10`)는 지문의 위조 여부를 보다 면밀히 검출하기 위하여 하기의 보완 동작을 수행할 수 있다.

1. 제1 보완 동작

도 9를 참조하면, 위조 지문 판단 모듈(300)의 주파수 신호 제공부(310)는 제1 보조 전극(121), 및 제2 보조 전극(122) 중 적어도 하나에 고주파 신호를 제공하고, 지문 감지 모듈(200)의 감지 회로부(220)는 복수의 제2 전극(112)과 제1 보조 전극(121), 및 제2 보조 전극(122) 중 적어도 하나 사이에서 형성되는 정전용량을 전압 신호로 변경하여 출력할 수 있다. 신호 변환부(230)는 전압 신호를 디지털 신호로 변경하고, 지문 감지부(240)는 신호 변환부(230)로부터 전달되는 디지털 신호로부터 지문의 위조 여부를 판별할 수 있다.

센서 어레이(110)의 상부에 손가락과 같은 생체가 배치되는 경우에는 복수의 제2 전극(112)과 제1 보조 전극(121), 및 제2 보조 전극(122) 중 적어도 하나 사이에서 형성되는 정전용량이 감소하여 전압 신호의 레벨이 감소하는데 반하여, 센서 어레이(110)의 상부에 젤라틴 등으로 제작되는 위조 지문이 배치되는 경우에는 제2 전극(112)과 제1 보조 전극(121), 및 제2 보조 전극(122) 중 적어도 하나 사이에서 형성되는 정전용량이 증가하므로 전압 신호의 레벨이 증가하게 된다. 따라서, 지문 감지부(240)는 디지털 신호로부터 획득되는 전압 신호의 레벨의 증감 레벨에 따라 지문의 위조 여부를 판별할 수 있다.

2. 제2 보완 동작

위조 지문과 같은 접촉 물체의 크기가 지문 센서 어레이(110)의 일 방향의 거리 보다 작은 경우, 접촉 물체가 센서 어레이(110) 내에 배치되므로, 지문 감지 모듈(200)의 지문 감지부(240)는 센서 어레이(110)에 배치되는 접촉 물체와 지문 센서 어레이(110)의 가장자리 영역과의 이격 거리로부터 지문의 위조 여부를 판단할 수 있다.

접촉 물체가 위조 지문이 아닌 손가락의 지문인 경우에는 이격 거리가 존재하지 않으나, 접촉 물체가 위조 지문인 경우 이격 거리가 존재하므로, 지문 감지 모듈(200)은 이격 거리의 존재 여부에 따라 지문의 위조 여부를 검출할 수 있다.

도 1과 관련한 설명에서 상술한 바와 같이, 지문 센서(10)는 디스플레이부(11), 제1 보조 입력부(12) 및 제2 보조 입력부(13)가 배치되는 영역 중 적어도 하나의 영역의 하부에 형성될 수 있다. 이하, 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서의 구현 방식에 대해서 상술하도록 한다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 패널의 배치 및 구현예를 설명하기 위하여 제공되는 도이다.

도 11(a)를 참조하면, 제1 보조 입력부(12)는 사용자의 물리적인 입력을 제공받기 위한 홈 버튼(12A) 및 홈 버튼(12A)의 외곽에 형성되는 메탈 링(12B)을 포함할 수 있다. 센서 어레이(110)는 홈 버튼(12A)의 중앙부에 위치할 수 있고, 보조 전극부(120)의 복수의 보조 전극은 홈 버튼(12A)의 외곽에 형성되는 메탈 링(12B)을 복수 개로 분할하여 형성될 수 있다.

도 11(b)를 참조하면, 보조 전극부(120)의 2개의 보조 전극(121, 122)은 메탈 링(12B)을 2개로 분할하여 형성될 수 있고, 도 11(c)를 참조하면, 보조 전극부(120)의 4개의 보조 전극(121, 122, 123, 124)은 메탈 링(12B)을 4개로 분할하여 형성될 수 있고, 도 11(d)를 참조하면, 보조 전극부(120)의 3개의 보조 전극(121, 122, 123)은 메탈 링(12B)을 3개로 분할하여 형성될 수 있다.

또한, 도 11(e)와 같이, 보조 전극부(120)의 2개의 보조 전극(121, 122)은 메탈 링(12B)을 2개로 분할하여 형성될 수 있고, 다른 보조 전극(123)은 전자 기기의 금속 프레임(Metal Frame)을 이용하여 형성될 수 있다.

도 12(a)를 참조하면, 제1 보조 입력부(12)는 사용자의 물리적인 입력을 제공받기 위한 홈 버튼(12A) 및 홈 버튼(12A)의 외곽에는 메탈 링(12B)을 포함할 수 있다. 센서 어레이(110)는 홈 버튼(12A)의 중앙부에 위치할 수 있고, 보조 전극부(120)의 복수의 보조 전극은 홈 버튼(12A)의 외곽에 형성되는 메탈 링(12B)을 복수 개로 분할하여 형성되거나, 센서 어레이(110)와 메탈 링(12B) 사이의 가장자리 영역에 전극을 배치하여 형성될 수 있다.

도 12(b)를 참조하면, 보조 전극부(120)의 2개의 보조 전극(121, 122)은 가장자리 영역에 2 개의 전극을 배치하여 형성될 수 있고, 도 12(c)를 참조하면, 보조 전극부(120)의 4개의 보조 전극(121, 122, 123, 124)은 가장자리 영역에 4개의 전극을 배치하여 형성될 수 있고, 도 12(d)를 참조하면, 보조 전극부(120)의 3개의 보조 전극(121, 122, 123)은 가장자리 영역에 2개의 전극을 배치하고, 메탈 링(12B)을 하나의 전극으로 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 도 12(e)를 참조하면, 보조 전극부(120)의 4개의 보조 전극(121, 122, 123, 124)은 더미 영역에 2개의 더미 전극을 배치하고, 메탈 링(12B)을 2개로 분할하여 형성될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능 하다는 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1: 전자 기기
10: 지문 센서
11: 디스플레이부
12: 제1 보조 입력부
13: 제2 보조 입력부
100: 패널
110: 센서 어레이
120: 보조 전극부
200: 지문 감지 모듈
210: 구동 회로부
220: 감지 회로부
230: 신호 변환부
240: 지문 감지부
300: 위조 지문 판단 모듈
310: 주파수 신호 제공부
320: 임피던스 측정부
330: 위조 지문 판단부

Claims

일 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 일 방향과 교차하는 타 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 구비하는 센서 어레이를 포함하는 패널; 및
상기 복수의 제1, 2 전국 중 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극의 일부인 제1 전극 그룹과 다른 일부인 제2 전극 그룹에 서로 다른 주파수를 가지는 신호를 제공하고, 상기 제1 전극 그룹 및 상기 제2 전극 그룹 간의 임피던스를 측정하여 위조 지문 여부를 판단하는 위조 지문 판단 모듈; 을 포함하는 지문 센서.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 그룹 및 상기 제2 전극 그룹은 적어도 하나의 전극을 사이에 두고 이격되어 배치되고, 상기 제1 전극 그룹 및 상기 제2 전극 그룹 사이의 상기 적어도 하나의 전극은 플로팅되는 지문 센서.
제2항에 있어서,
상기 제1 전극 그룹 및 상기 제2 전극 그룹에 각각 구비되는 일부 전극은 인접하여 연속적으로 배치되는 지문 센서.
제1항에 있어서, 상기 위조 지문 판단 모듈은,
상기 제1 전극 그룹 및 상기 제2 전극 그룹에 고주파 신호, 저주파 신호 및 기준 신호를 제공하는 주파수 신호 제공부; 를 포함하는 지문 센서.
제4항에 있어서, 상기 주파수 신호 제공부는,
일 타이밍에서 상기 제1 전극 그룹에 상기 고주파 신호를 제공하고, 상기 제2 전극 그룹에 상기 기준 신호를 제공하고,
일 타이밍 이후의 다음 타이밍에서 상기 제1 전극 그룹에 상기 저주파 신호를 제공하고, 상기 제2 전극 그룹에 상기 기준 신호를 제공하는 지문 센서.
제5항에 있어서, 상기 위조 지문 판단 모듈은,
일 타이밍 및 상기 다음 타이밍 각각에서 상기 제1 전극 그룹 및 상기 제2 전극 그룹 간의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 를 더 포함하는 지문 센서.
제6항에 있어서, 상기 위조 지문 판단 모듈은,
상기 일 타이밍에서 측정된 임피던스와 상기 다음 타이밍에서 측정된 임피던스를 비교하여 지문의 위조 여부를 판단하는 상기 위조 지문 판단부; 를 더 포함하는 지문 센서.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에서 생성되는 정전용량을 상기 복수의 제2 전극으로부터 검출하여 지문을 감지하는 지문 감지 모듈; 를 더 포함하는 지문 센서.
복수의 제1 전극과 상기 복수의 제1 전극의 상부에 마련되는 복수의 제2 전극을 구비하는 센서 어레이 및 상기 센서 어레이와 인접하여 배치되는 적어도 두 개의 보조 전극을 포함하는 보조 전극부를 포함하는 패널;
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에서 생성되는 정전용량으로부터 지문을 감지하는 지문 감지 모듈; 및
상기 적어도 두 개의 보조 전극에 서로 다른 주파수를 가지는 신호를 제공하고, 상기 적어도 두 개의 보조 전극 간의 임피던스에 따라 지문의 위조 여부를 판단하는 위조 지문 판단 모듈; 을 포함하는 지문 센서.
제9항에 있어서,
상기 위조 지문 판단 모듈은 상기 적어도 두 개의 보조 전극 중 적어도 하나에 고주파 신호를 제공하고, 상기 지문 감지 모듈은 상기 복수의 제2 전극과 상기 적어도 두 개의 보조 전극 중 적어도 하나 사이에서 형성되는 정전용량으로부터 지문의 위조 여부를 판단하는 지문 센서.
제9항에 있어서,
상기 지문 감지 모듈은 상기 센서 어레이에 배치되는 접촉 물체와 상기 센서 어레이의 가장자리 영역과의 이격 거리의 존재 여부에 따라 지문의 위조 여부를 검출하는 지문 센서.
제9항에 있어서,
상기 패널은 상기 보조 전극 상부에 형성되는 전도성 레이어; 를 더 포함하는 지문 센서.
제9항에 있어서,
상기 센서 어레이는 전자 기기의 물리적 입력을 제공하기 위한 홈 버튼의 중앙 영역에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 보조 전극은 상기 홈 버튼의 외곽에 형성되는 메탈 링을 적어도 두 개 분할하여 형성되는 지문 센서.
제9항에 있어서,
상기 센서 어레이는 전자 기기의 물리적 입력을 제공하기 위한 홈 버튼의 중앙 영역에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 보조 전극은 상기 홈 버튼의 중앙 영역 외의 가장자리 영역에 배치되는 지문 센서.
제9항에 있어서,
상기 패널은 전자 기기의 디스플레이 영역 및 베젤 영역 중 적어도 하나에 형성되는 지문 센서.
제9항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 보조 전극 각각은 상기 센서 어레이와 3㎛ 이하로 이격되어 배치되는 지문 센서.