KR20190060315A - 지문 인식 장치 및 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 출원의 지문 인식 장치는 화면에 표시되는 이미지 또는 영상의 품질에 영향을 주지 않으면서도, 대면적의 화면에서 지문을 인식할 수 있다. 또한, 노이즈를 최소화하여 지문 인식률이 높으면서도 얇은 두께의 지문 인식 장치를 제공할 수 있다.

Description

지문 인식 장치 및 디스플레이 장치{FINGERPRINT IDENTIFICATION DEVICE AND DISPLAY DEVICE}

본 출원은 지문 인식 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

스마트폰이나 태블릿 PC 등 휴대용 모바일 기기의 보편화와 사용 빈도 증가에 따라, 이들 기기의 보안성이 중요시 되고 있다. 특히, 이들 기기를 이용한 전자 상거래나 뱅킹 분야에서의 보안 유지는 더욱 그러하다. 보안 유지를 위해 기기 사용자를 식별하거나 인증하는 데에는, 사용자의 생체 정보, 예를 들어, 지문, 홍채, 안면 또는 음성 등의 사용자 정보가 사용될 수 있다. 그 중 가장 보편적으로 사용되고 있는 기술은 지문을 통한 사용자 인증 기술이며, 최근에는 해당 기술이 적용된 휴대용 모바일 기기가 상업적으로 흥행하고 있다.

한편, 지문을 인식하는 방법은 광학식, 초음파식, 정전용량방식, 전기장 측정방식, 및 열감지 방식 등으로 분류해 볼 수 있다. 이 중 광학식은 간단한 구조와 우수한 성능으로 인해 다른 방식 보다 선호된다. 종래의 광학식 지문 인식 장치는, 예를 들어, 지문 인식용 광을 조사하는 광원, 손가락으로 접촉하는 프리즘, 프리즘에서 출사되는 지문 영상을 결상하기 위한 렌즈, 및 렌즈에 결상된 지문 영상을 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 구성된다. 그러나 상기와 같은 종래의 광학식 지문 인식 장치는 센서나 프리즘 등의 별도 장착으로 인한 기기의 크기 증가로 휴대용 모바일 기기로서의 적합성이 좋지 못하거나, 광량이 부족하여 지문 인식력이 충분치 못하다는 문제가 있다.

본 출원의 일 목적은, 광학식 지문 인식이 가능한 지문 인식 장치를 제공하는 것이다.

본 출원의 다른 목적은, 상기 지문 인식 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 출원의 상기 목적 및 기타 그 밖의 목적은 하기 상세히 설명되는 본 출원에 의해 모두 해결될 수 있다.

본 출원에서 용어 투과율, 위상차값, 반사율 및 굴절률 등의 광학적 물성의 기준 파장은 지문 인식 장치에 사용하고자 하는 광에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 장치에서 가시광 영역의 광을 사용하는 경우에 상기 투과율, 굴절률 등의 기준 파장은, 예를 들면, 400 nm 내지 700 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 589 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치이며, 적외선 영역의 광을 사용하는 경우에 상기 투과율 등은 예를 들면, 700 nm 내지 1000 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 850 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치일 수 있고, 자외선 영역의 광을 사용하는 경우에는 상기 투과율, 굴절률 등은 예를 들면, 100 nm 내지 400 nm의 범위 내의 어느 한 파장 또는 약 300 nm 파장의 광을 기준으로 한 수치일 수 있다.

본 출원에서 용어 입사각, 출사각 및/또는 수광각 등의 각도의 기준은, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 입광면의 법선을 기준으로 측정된 각도이고, 상기 법선을 기준으로 시계 방향으로 측정된 각도는 양수로 반시계 방향으로 측정된 각도는 음수로 표시한다. 본 출원에서, 각도를 나타내는 값은 오차 범위를 고려한 값일 수 있다. 상기 각도를 나타내는 값은 예를들어, 수직, 평행, 입사각 및/또는 출사각 등을 의미할 수 있으며, 상기 오차 범위는 ±1도, ±2도, ±3도, ±4도 또는 ±5도의 범위 내일 수 있다.

본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다.

본 출원은 지문 인식 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 출원은 지문 인식이 가능한 지문 인식 장치에 관한 것이다.

본 출원의 지문 인식 장치는 지문이 닿는 표면인 제 1 주표면과 상기 제 1 주표면과는 반대측 표면인 제 2 주표면을 가지는 제 1 층; 상기 제 1 층에 비해서 낮은 굴절률을 가지는 제 2 층; 광 제어 소자, 광원 및 센서를 포함할 수 있다. 본 출원에서 주표면은 상기 제 1 층 및/또는 제 2층에 있어서 가장 면적이 넓은 면을 의미할 수 있다.

상기 제 2 층 및 광 제어 소자는 상기 제 1 층의 제 2 주표면측에 배치되어 있을 수 있다. 상기 광원은 상기 제 1 층의 하부에서 제 1 층을 향하여 광을 조사할 수 있도록 배치되어 있으며, 상기 제 1 층은 상기 광원에서 조사된 광이 지문과 접한 상태의 상기 제 1 층의 제 1 주표면에 입사되면, 상기 광이 적어도 상기 제 1 층의 전반사각으로 반사되는 광을 포함하는 반사광을 생성하도록 형성되어 있을 수 있다.

상기 광 제어 소자는, 상기 제 2 주표면측을 향한 면인 입광면과 상기 입광면과는 다른 면인 출광면을 가지고, 상기 광 제어 소자의 입광면은 상기 제 1 층 내의 전반사각 중 적어도 일부의 각도와 동일한 입사각의 광만을 수광하여 상기 출광면측으로 출사시킬 수 있도록 형성되어 있을 수 있다. 상기 광 제어 소자의 출광면은, 입광면의 반대측 표면일 수 있다. 상기 센서는 상기 광 제어 소자의 출광면으로 출광되는 광을 센싱할 수 있는 위치에 배치되어 있을 수 있다.

도 1은 본 출원의 지문 인식 장치를 나타내는 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 출원의 지문 인식 장치(1)는 제 1 층(10), 제 2 층(20), 광 제어 소자(30), 광원(40) 및 센서(50)를 포함하고, 상기 제 1 층(10)의 제 2 주표면측에 제 2 층(20) 및 광 제어 소자(30)가 배치된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 광원(40)은 상기 제 1 층(10)의 하부에 배치될 수 있으며, 상기 센서(50)는 ?기 제 2 층(20)의 하부에 배치되어 있을 수 있다.

상기 광원에서 조사된 광이 지문과 접한 상태의 상기 제 1 층의 제 1 주표면에 입사되는 경우, 상기 광이 상기 제 1 층의 전반사각으로 반사되도록 형성하는 것은, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 굴절률의 제어를 통해 가능할 수 있다. 상기 제 1 층의 전반사각(θ_A)으로 반사되는 광은 하기 관계식 1 및 2를 만족하여, 상기 제 1 층의 제 1 주표면과 제 2 주표면 모두에서 전반사 될 수 있다.

[관계식 1]

θ_A > (180°/π) x sin^-1(n₀/n₁)

[관계식 2]

θ_A > (180°/π) x sin^-1(n₂/n₁)

상기 관계식 1 및 2에서, n₀는 공기의 굴절률로서 1 이고, n₁은 제 1 층의 굴절률이고, n₂는 제 2 층의 굴절률이다.

본 출원의 일례에서, 제 1 층 및 제 2 층은 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 층들은, 각 층의 굴절률 차이가 0.0001 이상, 0.0010 이상, 0.01 이상, 0.1 이상 또는 0.5 이상일 수 있고, 상기 굴절률 차이의 상한은 2.5 이하, 2.3 이하 또는 2.0 이하일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제 1 층은, 제 2 층 보다 굴절률이 높을 수 있으며, 상기 제 2 층은, 제 1 층 보다 굴절률이 낮은 저굴절층일 수 있다. 상기 굴절률 범위 및 상대적인 굴절률 관계를 만족한다면, 제 1 층과 제 2 층이 갖는 구체적인 굴절률의 수치는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제 2 층의 굴절률은 1.25 이상, 1.26 이상, 1.27 이상, 1.28 이상, 1.29 이상 또는 1.30 이상일 수 있으며, 1.50 이하, 1.49 이하, 1.48 이하, 1.47 이하, 1.46 이하 또는 1.45 이하일 수 있다. 또한, 제 1 층의 굴절률은 1.40 이상, 1.41 이상, 1.42 이상, 1.43 이상, 1.44 이상 또는 1.45 이상일 수 있으며, 1.60 이하, 1.59 이하, 1.58 이하, 1.57 이하, 1.56 이하 또는 1.55 이하일 수 있다. 상기 제 1 층과 제 2 층의 굴절률이 상기 범위를 만족하면서 전술한 관계식 1 및 2 의 상대적인 굴절률의 관계를 만족하는 경우, 전술한 지문과 접한 상태의 제 1 층의 제 1 주표면에서 전반사각으로 반사되는 광을 포함하는 반사광을 형성할 수 있다.

본 출원의 일례에서 광 제어 소자가 수광하는 광의 입사각은 50도 내지 85도 또는 -85도 내지 -50도의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 광 제어 소자가 수광하는 광의 입사각은, 예를들어 상기 광 제어 소자의 입광면의 법선을 기준으로 시계 반대 방향으로부터 입사되는 경우 입사각이 -85도 내지 -50도의 범위 일 수 있으며, 상기 광 제어 소자의 입광면의 법선을 기준으로 시계방향으로부터 입사되는 경우 입사각이 50도 내지 85도의 범위 내일 수 있다. 상기 입사각은, 50도 이상, 52 도 이상, 54 도 이상, 56 도 이상, 58 도 이상 또는 60 도 이상일 수 있으며, 85도 이하, 84 도 이하, 83 도 이하, 82 도 이하, 81 도 이하 또는 80도 이하일 수 있다. 또한 상기 입사각은 -85도 이상, -84 도 이상, -83 도 이상, -82 도 이상, -81 도 이상 또는 -80도 이상일 수 있으며, -50도 이하, -52 도 이하, -54 도 이하, -56 도 이하, -58 도 이하 또는 -60도 이하일 수 있다. 상기 각도 범위에서 전술한 제 1 층 및 제 2 층의 굴절률을 가지는 지문 인식 장치의 제 1 층 내의 전반사 되는 광을 상기 광 제어 소자로부터 센서로 출광시킬 수 있으며, 광량의 손실을 최소화할 수 있어 우수한 효율로 지문을 인식할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 광 제어 소자가 수광하는 입사각의 최대값과 최소값의 차이는 5도 이내일 수 있다. 상기 입사각은 전술한 -85도 내지 -50도 또는 50도 내지 85도의 범위 내의 각도일 수 있으며, 오차 범위를 고려한 각도일 수 있다. 도 3은 본 출원의 지문 인식 장치에 지문이 접촉하는 경우, 광의 경로를 나타내는 모식도이다. 도 3을 참조하면, 지문 인식 장치(1)의 제 1 층(10)에 지문이 접촉하는 경우, 광원으로부터 출사되는 광(1001)은 지문과 제 1 층(10)의 경계, 구체적으로는 제 1 층(10)에 접촉하는 지문의 릿지(ridge) 부분에서 램버시안(Lambertian) 반사된다. 상기 지문의 릿지 부분에서 램버시안 반사된 광(1002, 1003)은 제 1 층(10)과 공기의 계면 및 제 1 층(10)과 제 2 층(20)의 계면에서 전반사되며, 이 중 전술한 광 제어 소자(30)의 입광면에 소정의 각도에 해당하는 입사각의 광(1003) 만을 수광할 수 있다. 상기 광 제어 소자가 수광하는 입사각은 상기 입광면에 소정의 각도로 입사되는 입사광(1003)의 입사각일 수 있으며, 전술한 각도 범위 내의 어느 한 각도일 수 있다. 상기 입사각의 최대값과 최소값의 차이는, 5도 이하, 4.5 도 이하, 4.0 도 이하, 3.5 도 이하, 3.0 도 이하, 2.5 도 이하, 2.0 도 이하 또는 1.5도 이하일 수 있으며, 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를들어 0도 이상 또는 0도 초과일 수 있다. 상기 광 제어 소자가 수광하는 입사각의 최대값과 최소값의 차이를 상기 범위를 만족하도록 함으로써 지문으로부터 반사되는 광 만을 선택적으로 출사시켜, 노이즈를 감소 시키고 지문의 인식률을 향상시킬 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제 1 층은 투명 기재층일 수 있다. 본 출원에서 층의 성질과 관련하여 사용되는 용어 「투명」이란, 380 nm 내지 780 nm 파장, 구체적으로는 589 nm 파장의 가시광선에 대한 투과율이 65 % 내지 99 % 범위인 경우를 의미할 수 있다. 투명 기재층의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 필름 등의 고분자 수지를 포함할 수 있다. 상기 기재층으로는 유리, 결정성 또는 비결정성 실리콘, 석영 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 무기계 기재 또는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 필름으로는 TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 사용할 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 일례에서, 본 출원의 광 제어 소자는 회절 광학 소자일 수 있다. 본 출원에서 회절광학소자(diffractive optical elements)는 일정한 패턴을 가지는 소자로, 패턴의 모양과 패턴 사이의 간격에 의한 빛의 회절 간섭 현상을 이용하여 빛의 진행방향, 각도, 파면의 위상 및/또는 진폭을 조절할 수 있는 특성의 소자를 의미할 수 있다. 회절 광학 소자는 파장에 대한 선택성이 높은 특성을 가지므로, 프리즘 등의 일반적인 굴절 광학 소자에 비하여 특정 파장의 광에 대하여만 광로 등을 조절할 수 있다. 본 발명자는 광 제어 소자로 회절 광학 소자를 사용하는 경우, 소정의 파장 영역에 속하는 광에 대하여만 출사각을 변경하도록 하여 지문으로부터 반사되는 광의 노이즈를 크게 감소시킬 수 있음을 발견하였다. 상기 회절 광학 소자를 이용하여 본 출원의 지문 인식 장치는 지문의 인식률을 개선할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 광 제어 소자는 홀로그래픽 소자일 수 있다. 본 출원에서 용어 홀로그래픽이란, 홀로그램이라 불리는 3차원 상을 재생하기 위해 감광 매질에 간섭 패턴을 형성하는 기술을 의미할 수 있다. 또한, 용어 홀로그래픽 소자란 상기 홀로그래픽 기록이 기록된 소자를 뜻할 수 있으며, 감광 입자가 매우 작은 필름 상에 기록광을 이용하여 간섭무늬를 기록하고, 이를 재생광을 이용하여 재현할 수 있는 소자를 의미할 수 있다. 상기 간섭 무늬는 2 이상의 간섭 무늬가 주기적으로 형성된 패턴을 형성하고 있을 수 있으며, 회절 격자를 형성하고 있을 수 있다.

상기 홀로그래픽 소자는, 기록 매질로서 감광 재료를 포함할 수 있다. 상기 감광 재료로는 포토폴리머(photopolymer), 포토레지스트(photoresist), 실버 팔라이드 에멀젼(silver halide emulsion), 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin), 포토그래픽 에멀젼(photographic emulsion), 포토써모플라스틱(photothermoplastic) 또는 광회절(photorefractive) 재료가 사용될 수 있다. 상기 홀로그래픽 소자의 예시로, 포로폴리머 만으로 이루어진 필름, 또는 포토폴리머층(photopolymer layer) 및 기재(substrate)을 포함하는 중층 구조의 필름을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 홀로그래픽 소자의 간섭 패턴 또는 회절 격자는 기록광의 각도, 파장 등의 정보가 기록되어 있을 수 있으며, 상기 정보를 재생할 수 있다. 이에 따라 상기 홀로그래픽 소자는 파장 및/또는 입사 각도에 대한 선택성이 우수하며, 소정의 각도로 입사하는 소정의 파장의 광에 대하여만 기록광의 정보를 재생할 수 있다. 본 출원의 광 제어 소자로 상기 홀로그래픽 소자를 이용하는 경우, 전술한 제 1 층 내에서 전반사되는 광 중 지문으로부터 반사되는 광 만을 출사시킬 수 있어 지문 인식 효율을 크게 개선할 수 있다.

하나의 예시에서, 본 출원의 홀로그래픽 소자는 기록광의 각도와 동일한 각도의 입사광 만을 회절시킬 수 있다. 상기 기록광의 각도와 동일한 각도는 오차 범위를 포함하는 각도일 수 있으며, 오차 범위를 포함할 때 기록광의 각도와 실질적으로 동일한 각도를 의미할 수 있다. 상기 오차 범위는 ±1도, ±2도 또는 ±3도일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 기록광의 각도는 전술한 광 제어 소자의 입광면에 대한 각도 중 어느 한 각도 일 수 있으며, -85 도 내지 -50 도 또는 50도 내지 85도의 범위 내일 수 있다. 상기 홀로그래픽 소자가 기록광의 각도와 실질적으로 동일한 각도의 입사광 만을 회절시키는 것은, 전술한 홀로그래픽 소자의 입사 각도에 대한 선택성에 기인한 것으로, 이를 통해 지문에서 반사되는 광 만을 광 제어 소자의 출광면으로 출사시킬 수 있다. 지문에서 반사되는 광 만을 광 제어 소자의 출광면으로 출사시킴으로써 지문에서 반사되지 않은 광 등의 노이즈를 크게 줄일 수 있어 지문의 인식률을 높일 수 있다.

상기 홀로그래픽 소자의 회절 효율, 즉, 상기 홀로그래픽 소자로 기록광의 각도로 입사되어 0도의 각도로 출사되는 광의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 0% 초과 내지 100% 미만일 수 있다.

본 출원의 일례에서, 제 2 층은 점착제 층일 수 있으며, 실리콘계 점착층 또는 아크릴계 점착층일 수 있다. 상기 실리콘계 점착층은 부가반응형 실리콘계 수지와 가교제의 반응 결과물일 수 있다. 상기 부가반응형 실리콘계 수지는 직쇄 실록산으로서, 직쇄의 양 말단에 하나 이상의 탄소원자를 갖는 유기기를 함유하고, 적어도 둘 이상의 히드록시기 및 규소가 결합된 알킬기를 포함할 수 있다. 상기 부가반응형 실리콘계 수지의 예시로 폴리하이드록시메틸실록산 또는 폴리디메틸실록세인(PDMS, polydimethylsiloxane)을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 하나 이상의 탄소원자를 갖는 유기기를 비제한적인 예시로는 메틸, 에틸, 프로필, 에테닐, 프로페닐, 페닐기 등의 알킬기, 알케닐기 또는 아릴기 등을 들 수 있다.

상기 가교제는 이에 한정되는 것은 아니지만 폴리오카노하이드로겐실록산, 구체적으로는 디메틸하이드로겐실록신 그룹 말단 봉쇄 디메틸실록산메틸하이드로겐실록산 공중합체, 트리메틸실록시 그룹 말단 봉쇄 디메틸실록산메틸하이드로겐실록산 공중합체, 트리메틸실록시 그룹 말단 봉쇄 폴리(메틸하이드로겐실록산), 폴리(하이드로겐실세스퀴옥산) 등을 사용할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 가교제는 실리콘계 수지 100 중량부에 대해서 0.001 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.

상기 아크릴계 점착층은 (메타)아크릴산 에스테르 화합물과 가교제의 반응 결과물일 수 있다. 상기 (메타)아크릴산 에스테르 화합물은 선형, 분지형, 단일 고리식 또는 다중 고리식 알킬기를 포함하는 (메타) 아크릴레이트 화합물일 수 있으며, 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 20 또는 탄소수 3 내지 20의 알킬기일 수 있다, 상기 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 분지형 알킬기를 포함하는 (메타)아크릴레이트의 예시로, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, 펜틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소노닐(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트 또는 테트라데실(메타)아크릴레이트를 들 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 탄소수 3 내지 20의 단일 고리식(monocyclic) 또는 다중 고리식(polycylic) 지환족 알킬기를 포함하는 (메타)아크릴레이트의 예시로, 이소보닐아크릴레이트(IBOA), 이소보닐메타크릴레이트(IBOMA), 시클로헥실아크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 디시클로펜타디엔아크릴레이트 또는 디시클로펜타디엔메타크릴레이트를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 (메타)아크릴레이트에는 하나 이상의 친수성 관능기가 치환되어 있을 수 있으며, 상기 친수성 관능기는 히드록시기, 카르복실기 또는 아민기를 포함할 수 있다. 상기 (메타)아크릴레이트 화합물은 1종 또는 2 종이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 가교제로는 관능기를 2개 이상 갖는 다관능성 가교제를 사용할 수 있다. 이러한 가교제의 비제한적인 일례로는, 이소시아네이트 가교제, 에폭시 가교제, 아지리딘 가교제 또는 금속 킬레이트 가교제를 들 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 가교제는 상기 (메타)아크릴레이트 화합물 100 중량부에 대해서 0.001 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.

본 출원의 일례에서, 광 제어 소자의 하부에 센서가 배치될 수 있다. 상기 센서는 지문의 이미지를 인식할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를들어 광학 센서일 수 있다. 상기 광학 센서는 예를들어, 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD) 이미지 센서 또는 상보성 금속 산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS) 이미지 센서일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 본 출원의 지문 인식 장치의 광 제어 소자와 센서 사이에 렌즈가 존재하지 않을 수 있다. 일반적인 광학식 지문 인식 장치는 프리즘 등을 이용하여 광로를 변경하기 때문에, 넓은 면적으로 입사되는 광을 센서로 수광하기 위해, 렌즈 등을 필수 구성으로 하지만, 본 출원의 지문 인식 장치는, 전술한 광 제어 소자를 이용하여 광로를 변경함으로써, 지문에서 반사되는 광 만을 선택적으로 출사시킴으로써, 렌즈를 포함하지 않을 수 있다. 따라서 상기 광 제어 소자와 센서 사이에 렌즈가 존재하지 않고, 상기 광 제어 소자로부터 출사되는 출사광을 바로 센서에 입사시킬 수 있다. 이를 통해 얇은 두께의 지문 인식 장치의 구현이 가능하며, 생산 비용의 절감이 가능할 수 있다.

본 출원은 또한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 출원의 디스플레이 장치는 전술한 지문 인식 장치를 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 본 출원의 지문 인식 장치의 제 2 층의 하부에 디스플레이 패널이 배치되어 있을 수 있다. 상기 디스플레이 패널은 이미지 및/또는 영상을 표시할 수 있는 패널을 의미할 수 있다. 상기 디스플레이 패널은 예를들어, 액정 패널(Liquid Crystal Display Device, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, P에), 전계 방출 표시 패널(Field Emission Display, FED) 또는 유기 표시 패널(Organic Light Emitting Diode, OLED)일 수 있으며, 바람직하게는 액정 패널(Liquid Crystal Display Device, LCD) 또는 유기 표시 패널(Organic Light Emitting Diode, OLED)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 디스플레이 패널은 터치 센서를 구비할 수 있으며, 상기 터치 센서는 정전식 또는 압력식일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 일례에서, 상기 디스플레이 패널은 본 출원의 디스플레이 장치에서 광원으로 기능할 수 있다. 상기 디스플레이 패널은 예를들어, 투명 기재층에 높이가 상이한 패턴을 가지는 물체가 접촉시, 상기 투명 기재층의 접촉 위치에 대응되는 위치의 디스플레이 패널이 광을 출사할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 높이가 상이한 패턴을 가지는 물체는 사람의 지문일 수 있다. 도 2는 본 출원의 디스플레이 장치를 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 제 1 층(10)에 지문이 접촉하는 경우, 디스플레이 패널(40)에서 상기 제 1 층(10)의 접촉 위치에 대응되는 위치(100, 200, 300)의 디스플레이 패널(40)이 광을 출사할 수 있다. 상기 제 1 층(10)의 접촉 위치에 대응되는 디스플레이 패널의 위치(100, 200, 300)에서 출사되는 광을 이용하여 지문을 인식하는 경우, 지문과 근접한 광원으로부터 출사되는 광을 이용할 수 있다. 지문과 근접한 광원으로부터 출사되는 광을 이용함으로써, 지문에서 반사되는 광량을 높일 수 있어 지문의 인식률을 높일 수 있다.

본 출원은 또한 보안 기기에 관한 것이다. 본 출원의 보안 기기는 전술한 지문 인식 장치를 포함할 수 있다. 상기 보안 기기는, 전술한 지문 인식 장치를 포함하여, 우수한 지문 인식률을 가지면서도, 동시에 복수개의 지문을 인식할 수 있어, 더욱 강화된 보안성을 가질 수 있다.

본 출원의 지문 인식 장치는 화면에 표시되는 이미지 또는 영상의 품질에 영향을 주지 않으면서도, 대면적의 화면에서 지문을 인식할 수 있다. 또한, 노이즈를 최소화하여 지문 인식률이 높으면서도 얇은 두께의 지문 인식 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 출원의 지문 인식 장치를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 출원의 지문 인식 장치에 지문이 접촉한 경우를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 출원의 지문 인식 장치에 지문이 접촉하는 경우, 광의 경로를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 출원의 지문 인식 장치에서 지문의 위치를 변경하는 경우 센서로 수광되는 지문 정보를 나타내는 이미지이다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원의 광고립 소자를 상세히 설명한다. 그러나, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

본 실시예의 지문 인식 장치는 도 2에 나타난 바와 같은 구조의 소자를 모델링하여 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션은 Synopsys 사의 광선 추적 시뮬레이션 소프트웨어 light tools를 사용하였다.

도 2에 나타난 바와 같이, 지문 인식 장치(1)는 제 1 층(10), 제 2 층(20), 광 제어 소자(30), 디스플레이 패널(40) 및 센서(50)를 구비한 구조를 모델링하였다.

상기 모델링에 사용된 구조는 파장 589 ㎚의 광에 대한 굴절률이 1.5이고, 두께가1 ㎜인 제 1층(10), 파장 589 ㎚의 광에 대한 굴절률이 1.4이고, 두께가 50 ㎛인 제 2 층(20) 및 파장 589 ㎚의 광에 대한 굴절률이 약 1.480 내지 1.495이고 두께가 50㎛인인 광 제어 소자(30)가 도 1의 구조로 구성된 적층체를 사용하였다. 상기 광 제어 소자(30)은 입광면의 법선을 기준으로 약 -70도의 기록광으로 기록한 홀로그래픽 필름을 모델링 하였으며, 기록광의 각도를 기준으로 ±1 도 내의 광 만을 회절시킬 수 있는 홀로그래픽 필름을 모델링하였다.

디스플레이 패널(40)을 광원으로 사용하고, 상기 디스플레이의 광은 램버시안 광원을 적용하였다. 또한, 투명 기재층(10)에 접촉하는 지문은 굴절률이 1.4인 완전 산란체인 지문을 사용하였다.

도 4는 상기 시뮬레이션의 지문 인식 장치에서 지문의 위치를 변경하는 경우 센서로 수광되는 지문 정보를 나타내는 이미지이다. 도 4에서 확인할 수 있듯이, 본 출원의 지문 인식 장치는 소정 각도의 광 만을 출광면으로 출광시킴으로써 노이즈를 감소시켜 선명한 지문의 이미지를 얻을 수 있으며, 이를 통해 지문의 인식률을 개선할 수 있다. 또한, 광 제어 소자의 하부에 렌즈 등의 광학 소자를 사용하지 않을 수 있어, 지문 인식 장치의 두께를 감소시킬 수 있으며, 생산 비용 또한 절감할 수 있다.

1: 지문 인식 장치
10: 제 1 층
20: 제 2 층
30: 광 제어 소자
40: 디스플레이 패널
50: 센서
100, 200, 300: 지문의 접촉 위치에 대응되는 디스플레이 패널의 위치
1001: 디스플레이 패널로부터 출사되는 광
1002: 광 제어 소자로 입사되지 않는 광
1003: 광 제어 소자로 입사되는 광

Claims (13)

1. 지문이 닿는 표면인 제 1 주표면과 상기 제 1 주표면과는 반대측 표면인 제 2 주표면을 가지는 제 1 층; 상기 제 1 층에 비해서 낮은 굴절률을 가지는 제 2 층; 광 제어 소자, 광원 및 센서를 포함하고,
   상기 제 2 층 및 광 제어 소자는 상기 제 1 층의 제 2 주표면측에 배치되어 있고,
   상기 광원은 상기 제 2 층의 하부에서 제 1 층을 향하여 광을 조사할 수 있도록 배치되어 있으며,
   상기 제 1 층은 상기 광원에서 조사된 광이 지문과 접한 상태의 상기 제 1 층의 제 1 주표면에 입사되면, 상기 광이 적어도 상기 제 1 층의 전반사각으로 반사되는 광을 포함하는 반사광을 생성하도록 형성되어 있고,
   상기 광 제어 소자는, 상기 제 2 주표면측을 향한 면인 입광면과 상기 입광면과는 다른 면인 출광면을 가지고,
   상기 광 제어 소자의 입광면은 상기 제 1 층 내의 전반사각 중 적어도 일부의 각도와 동일한 입사각의 광만을 수광하여 상기 출광면측으로 출사시킬 수 있도록 형성되어 있으며,
   상기 센서는 상기 광 제어 소자의 출광면으로 출광되는 광을 센싱할 수 있는 위치에 배치되어 있는 지문 인식 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 층은 589 nm 파장의 광에 대한 굴절률이 1.35 내지 1.65 이고, 제 2 층은 589 nm 파장의 광에 대한 굴절률이 1.25 내지 1.50 이며, 제 1 층과 제 2 층의 굴절률의 차이는 0.0001 내지 2.5 의 범위 내인 지문 인식 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 광 제어 소자가 수광하는 광의 입사각은, 50도 내지 85도 또는 -85도 내지 -50도의 범위 내에 있는 지문 인식 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 광 제어 소자의 출광면은 입광면의 반대측 표면인 지문 인식 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 광 제어 소자가 수광하는 입사각의 최대값과 최소값의 차이는 5도 이내인 지문 인식 장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 광 제어 소자는 회절 광학 소자인 지문 인식 장치.
   
7. 제 1항에 있어서, 광 제어 소자는 홀로그래픽 소자인 지문 인식 장치.
   
8. 제 1항에 있어서, 제 2 층은 점착제층인 지문 인식 장치.
   
9. 제 1 항에 있어서, 센서는 전하 결합 소자 이미지 센서 또는 상보성 금속 산화물 반도체 이미지 센서인 지문 인식 장치.
   
10. 제 1 항에 있어서, 광 제어 소자와 센서 사이에 렌즈가 존재하지 않는 지문 인식 장치.
    
11. 제 1항의 지문 인식 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
    
12. 제 11항에 있어서, 디스플레이 패널을 추가로 포함하고, 상기 디스플레이 패널은 지문 인식 장치의 제 2층 및 광 제어 소자의 하부에 배치된 디스플레이 장치.
    
13. 제 1항의 지문 인식 장치를 포함하는 보안 기기.

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