KR20200108257A - 생체측정 대상체를 감지하는 방법 - Google Patents

생체측정 대상체를 감지하는 방법 Download PDF

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Abstract

전자 장치를 사용하여 생체측정 대상체(100)를 감지하는 방법은, (a) 디스플레이 표면(211) 상에서 감지 영역(212)에 접촉하는 생체측정 대상체에 대해 백라이트 유닛(24)으로부터 감지 광(L1)을 방출하고, 감지 광(L1)이 컬러 필터 유닛(214)을 통과한 후 생체측정 대상체(100)에 도달하고 이로부터 반사되어 반사 광(L2)으로 리턴하도록 하는 단계와, (b) 액정 층(23)의 제1 영역에 위치하는 액정 분자(231)의 배열을 제어하여 제1 광 경로를 규정하고, 미리 결정된 파장을 갖는 반사 광(L2)이 컬러 필터 유닛(214) 및 제1 광 경로를 통과하여 광학 감지 유닛(3)에 도달하고 이 광학 감지 유닛에 의해 검출될 수 있게 하는 단계를 포함한다.

Description

생체측정 대상체를 감지하는 방법{METHOD FOR SENSING BIOMETRIC OBJECT}
본 발명은 감지 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 생체측정 대상체를 감지하는 방법에 관한 것이다.
전자 장치에서는 개인 신원의 검증 또는 인증을 위해 흔히 지문이 사용된다. 지문을 신속하고 정확하게 인식하는 것이 바람직하다. 폭넓게 개발되고 있는 많은 감지 기술들 중에서, 지문 인식에 사용되는 유망한 기술 중 하나가 언더-디스플레이 감지(under-display sensing)이다. 이러한 기술을 이용하는 감지 장치는 터치 스크린 아래에 배치된 지문 감지 모듈을 포함한다. 그러나, 이러한 유형의 감지 장치에서 지문 감지 모듈의 위치는 감지 광이 터치 스크린에 의해 쉽게 간섭되거나 영향을 받게 해서, 결국 낮은 감도, 낮은 해상도 및 느린 인식 속도가 초래된다.
도 1을 참조하면, 3차원 지문 데이터를 생성하기 위한 종래의 언더-디스플레이 감지 장치가 미국 특허출원공개 제2018/0225498 A1호에 개시되어 있다. 이 감지 장치는, 광원으로서 기능하는 픽셀들(13)의 어레이, 픽셀들(13) 아래에 배치되는 광학 이미지 센서(12), 광학 이미지 센서(12) 위에 배치되는 제1 광학용 투명 접착제(OCA) 층(14), 제1 OCA 층(14) 위에 배치되는 투명 지지 부재(15), 투명 지지 부재(15)에 의해 광학 이미지 센서(12)로부터 이격되며 픽셀들(13)보다 아래에 배치되는 핀 홀 어레이 마스크 층(16), 픽셀들(13)을 덮는 디스플레이 캡슐화 층(17), 디스플레이 캡슐화 층(17) 위에 배치되는 제2 OCA 층(18), 제2 OCA 층(18) 위에 배치되며 손가락 배치 표면을 규정하는 투명 커버 층(19), 및 선택적으로 광을 사용자의 손가락(10)으로 지향시키기 위한 또는 광을 광학 이미지 센서(12)로 지향시키기 위한 광원(101)을 포함한다. 특히, 핀 홀 어레이 마스크 층(16)은 광이 통과할 수 있도록 복수의 개구(161)를 갖는다. 사용자의 손가락(10)이 손가락 배치 표면에 접촉하면, 픽셀들(13)로부터의 광이 손가락(10)에 의해 반사되고 나서, 핀 홀 어레이 마스크 층(16)의 개구(161)들을 통과하고, 최종적으로 감지를 위해 광학 이미지 센서(12)에 의해 캡처된다. 개구(161)들 사이의 간격, 각각의 개구(161)의 직경, 및 투명 지지 부재(15) 및 투명 커버 층(19)의 두께를 조정함으로써 이미지 해상도를 제어해서, 지문 데이터의 해상도를 높일 수 있다. 또한, 핀 홀 어레이 마스크 층(16)은 개구(161) 내에 렌즈(도 1에는 도시되지 않음)를 더 포함해서 이미지 품질 및 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.
지문 인식의 급속한 발전에도 불구하고, 여전히 지문 감지 장치의 감도를 더욱 향상시킬 필요가 있다.
따라서, 본 개시의 목적은 종래기술의 결점들 중 적어도 하나를 완화시킬 수 있는 생체측정 대상체를 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 생체측정 대상체 감지 방법은 전자 장치를 사용하여 수행된다. 전자 장치는 액정 디스플레이(LCD: liquid crystal display) 및 LCD 아래에 배치된 광학 감지 유닛을 포함한다. LCD는 생체측정 대상체를 위한 감지 영역을 갖는 디스플레이 표면과, 디스플레이 표면 아래에 컬러 필터 유닛, 다수의 액정 분자를 포함하는 액정 층 및 백라이트 유닛을 차례로 포함한다.
본 개시의 방법은, (a) 백라이트 유닛으로부터 디스플레이 표면 상의 감지 영역에 접촉하는 생체측정 대상체에 대해 감지 광을 방출하고, 감지 광이 컬러 필터 유닛을 통과한 후 생체측정 대상체에 의해 반사되어 반사 광으로 리턴하도록 하는 단계와, (b) 액정 층의 제1 영역에 위치하는 액정 분자의 배열을 제어하여 제1 광 경로를 규정하고, 미리 결정된 파장을 갖는 반사 광이 컬러 필터 유닛 및 제1 광 경로를 통과하여 광학 감지 유닛에 도달하고 이 광학 감지 유닛에 의해 검출될 수 있게 하는 단계를 포함한다. 제1 영역은 디스플레이 표면의 감지 영역 아래에 있으며 위치상 컬러 필터 유닛에 대응한다.
본 개시의 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 실시예들에 대한 하기의 상세한 설명에서 명백해질 것이다:
도 1은 종래의 언더-디스플레이 감지 장치를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 개시에 따른 전자 장치를 사용하여 생체측정 대상체를 감지하는 방법의 일 실시예의 단계 (a)를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 상기 실시예의 단계 (b)를 도시한 개략적인 단면도이다.
본 개시를 보다 상세하게 설명하기에 앞서, 고려되는 적절한 참조 번호들 또는 참조 번호들의 끝 부분들은 선택적으로 유사한 특성을 가질 수 있는 상응하거나 유사한 요소들을 나타내기 위해 도면들 사이에서 반복된다는 점에 유의해야 한다.
도 2 및 3을 참조하면, 전자 장치를 사용하여 생체측정 대상체(100)(예컨대, 손가락)를 감지하는 방법의 일실시예가 제시되어 있다. 전자 장치는 액정 디스플레이(LCD)(2) 및 LCD(2) 아래에 배치되어 있는 광학 감지 유닛(3) 및 하우징(도시되어 있지 않음)을 포함한다. 전자 장치의 LCD(2) 및 광학 감지 유닛(3)은 하우징에 통합된다.
LCD(2)는 제1 투명 기판(21), 제1 투명 기판(21)으로부터 이격되어 있는 제2 투명 기판(22), 제1 및 제2 투명 기판(21, 22) 사이에 위치하는 액정 층(23), 액정 층(23) 맞은편에 배치되어 감지 광을 방출하는 백라이트 유닛(24), 및 제어 유닛(25)을 포함한다. 제1 투명 기판(21)은 액정 층(23) 반대편에 디스플레이 표면(211)을 포함하고, 생체측정 대상체(100)를 인식하기 위한 감지 영역(212)을 구비한다. 휴대 전화를 예로 들면, 감지 영역(212)은 생체측정 대상체(100)의 지문 인식을 위한 홈 버튼 영역일 수 있다. 제1 및 제2 투명 기판(21, 22) 각각에 광을 편광시키도록 구성된 편광 필름이 형성될 수 있다(도 2 및 3에 도시되어 있지는 않다).
LCD(2)는 또한 제1 투명 기판(21)의 디스플레이 표면(211) 반대쪽 면에 컬러 필터 유닛(214)을 포함한다. 즉, 컬러 필터 유닛(214), 액정 층(23) 및 백라이트 유닛(24)은 이 순서대로 디스플레이 표면(211) 아래에 차례로 배치된다. 컬러 필터 유닛(214)은 상이한 컬러의 광을 필터링하기 위해 적어도 두 그룹의 컬러 필터를 포함하는 다수의 컬러 필터를 포함한다. 예를 들어, 컬러 필터 유닛(214)은 적색 광에 대해 투명한 제1 그룹의 컬러 필터(간단히 적색 광 필터(214R)라고 함), 녹색 광에 대해 투명한 제2 그룹의 컬러 필터(간단히 녹색 광 필터(214G)라고 함), 및 청색 광에 대해 투명한 제3 그룹의 컬러 필터(간단히 청색 광 필터(214B)라고 함)를 포함할 수 있다.
LCD(2)는 또한, 제1 투명 기판(21) 맞은편의 컬러 필터 유닛(214) 상에 형성된 공통 전극(215)과, 제2 투명 기판(22)의 상기 백라이트 유닛(24) 반대쪽 면에 형성된 복수의 픽셀 전극(222)을 포함한다. 액정 분자(231)의 배열은 공통 전극(215)과 픽셀 전극(222) 사이에 전압을 인가함으로써 제어될 수 있다. 또한, 제어 유닛(25)은 공통 전극(215)과 픽셀 전극(222) 사이에 접속되어 액정 분자(231)의 배열을 제어하는 제1 제어 회로(251)와, 감지 광(L1)을 방출하도록 백라이트 유닛(24)을 제어하는 제2 제어 회로(252)를 포함한다. LCD(2)의 각각의 컴포넌트의 구조, 재료 및 동작은 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 간결성을 위해 이에 대한 상세한 설명을 생략한다는 점에 유의하라.
광학 감지 유닛(3)은 회로 기판(31), 회로 기판(31) 상에 배치되는 복수의 광학 감지 칩(32), 및 광학 감지 칩(32)에 전기적으로 연결되는 복수의 필름 트랜지스터(도시되지 않음), 및 회로 기판(31)에 전기적으로 연결되는 제어 회로(33)를 포함한다. 필름 트랜지스터는 회로 기판(31)을 통해 제어 회로(33)에 통신 가능하게 연결되고 제어 회로(33)를 통해 광학 감지 칩(32)의 신호 전송을 제어할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 광학 감지 유닛(3)의 투영은 디스플레이 표면(211) 상의 감지 영역(212)에 위치한다. 광학 감지 칩(32)은 전하 결합 소자(CCD: charge-coupled device) 및 상보성 금속-산화물 반도체(CMOS: complementary metal-oxide semiconductor) 중 하나일 수 있다.
제어 회로(33) 및 제어 유닛(25)은 독립적으로 제공될 수도 있고, 제어 회로(33)가 LCD(2)의 제어 유닛(25)에 통합될 수도 있음에 유의해야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 회로(33) 및 LCD(2)의 제어 유닛(25)은 독립적으로 제공된다.
본 개시에 따르면, 전술한 전자 장치를 사용하여 생체측정 대상체(100)를 감지하는 방법의 실시예는 단계 (a) 및 (b)를 포함한다. 이 실시예에서, 전자 장치는 휴대 전화이고 생체측정 대상체(100)는 지문채취를 위한 사용자의 손가락이다.
먼저, 도 2를 참고하면, 단계 (a)에서, 생체측정 대상체(100)가 디스플레이 표면(211) 상의 감지 영역(212)에 접촉하면, 백라이트 유닛(24)으로부터 감지 광(L1)이 방출된다. 감지 광(L1)은 컬러 필터 유닛(214)을 통과한 다음 생체측정 대상체(100)에 도달하고, 이로부터 반사되어 반사광(L2)으로서 리턴할 수 있다.
도 3을 참고하면, 단계 (b)에서, 액정 층(23)의 제1 영역에 위치하는 액정 분자(231)의 배열은 제1 광 경로를 규정하도록 제어된다. 제1 영역은 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래에 있으며 위치상 컬러 필터 유닛(214)에 대응한다. 미리 결정된 파장을 갖는 반사된 광(L2)은 컬러 필터 유닛(214) 및 제1 광 경로를 통과하여 광학 감지 유닛(3)에 도달하고 이에 의해 검출될 수 있다. 구체적으로, 반사 광(L2)은 액정 층(23)의 제1 영역에 대응하는 위치에 위치하는 적어도 한 그룹의 컬러 필터(214R, 214G, 214B) 및 제1 광 경로를 통과한 다음, 광학 감지 유닛(3)에 도달하고 이에 의해 검출된다. 이 실시예에서, 컬러 필터 유닛(214)은 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 필터링하기 위한 세 그룹의 컬러 필터(214R, 214G, 214B)를 포함하고, (b) 제1 영역(즉, 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래의 녹색 광 필터(214G)에 대응하는 영역)에 위치하는 액정 분자(231)의 배열이 제1 제어 회로(251)에 의해 제어된다. 따라서, 480 nm 내지 570 nm 범위의 소정의 파장을 갖는 반사광(L2)(즉, 녹색광)이 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래의 녹색광 필터(214G) 및 제1 광 경로를 통과한 다음, 광학 감지 유닛(3)에 도달하여 검출될 수 있다.
특정 실시예에서, 제1 영역 이외의 액정 층(23)의 나머지 영역에 위치하는 액정 분자(231)의 배열 또한 제1 제어 회로(251)에 의해 제어된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 액정 층(23)의 나머지 영역은 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래의 미 검출 영역과, 위치상 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래의 청색광 필터(214B)에 대응하는 영역을 포함한다. 이러한 배열에 따르면, 소정의 파장을 갖지 않고 이들 컬러 필터(214R, 214G, 214B) 그룹 중 나머지(즉, 적색 광 필터(214R) 및 청색광 필터(214B)) 및 나머지 영역을 통과하는 반사광(L2)은 (예컨대, 편광 필름에 의해) 차단되며, 광학 감지 유닛(3)에 도달할 수 없고 이에 의해 검출될 수도 없다. 따라서, 녹색 광의 파장 범위를 갖는 반사광(L2)만 LCD(2)를 통과할 수 있고 광학 감지 유닛(3)에 의해 검출될 수 있으며, 따라서, 검출 감도가 높아진다.
특정 실시예에서, 단계 (a)는 액정 층(23)의 제2 영역에 위치하는 액정 분자(231)의 배열을 제어하여 제2 광 경로를 규정하는 것과, 백라이트 유닛(24)으로부터 방출된 감지 광(L1)이 제2 광 경로 및 액정 층(23)의 제2 영역에 대응하는 위치에 위치하는 컬러 필터(214R, 214G, 214B)를 통과하여 생체측정 대상체(100)에 도달할 수 있게 하는 것을 포함한다. 제2 영역은 제1 영역을 커버한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 영역은 위치상 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래의 녹색 광 필터(214G)에 대응하는 제1 영역과, 위치상 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래의 컬러 필터(즉, 청색 광 필터(214B))에 대응하는 영역을 포함한다. 즉, 디스플레이 표면(211)의 감지 영역(212) 아래의 녹색 광 필터(214G) 및 청색 광 필터(214B)를 통과하는 감지 광(L1)이 생체측정 대상체(100)에 도달한다. 또는, 제2 영역은 제1 영역과 동일할 수도 있으며, 따라서 제1 경로가 제2 경로와 동일하여, 생체측정 대상체(100)에 도달하는 감지 광(L1)이 광학 감지 유닛(3)에 의해 검출되는 반사 광(L2)과 유사한 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 녹색 광만이 생체측정 대상체(100)에 도달할 수 있고 광학 감지 유닛(3)에 의해 검출될 수 있으며, 따라서 원치 않는 파장을 갖는 광의 간섭이 감소하여 검출 감도가 더욱 향상될 수 있다.
특정 실시예에서, 단계 (a)에서, 제2 영역 외의 미 검출 영역에 위치하는 액정 분자(231)는 또한, 미 검출 영역을 통과하는 감지 광(L1)이 (예컨대, 편광 필름에 의해) 차단되어 LCD(2) 외부로 방출되지 않도록 제어된다.
요약하면, 컬러 필터 유닛(214)을 사용하는 것과 액정 분자(231)의 배열을 제어하는 것에 의해, 미리 결정된 파장의 필터링된 광만 감지용 광학 감지 유닛(3)에 도달하며, 미리 결정된 파장을 갖지 않는 반사 광(L2)의 간섭이 감소할 수 있다. 따라서, 전자 장치를 이용하여 수행되는 본 개시의 감지 방법의 감도가 향상된다.
위 설명에서, 설명의 목적으로, 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 세부내용이 제시되었다. 그러나, 하나 이상의 다른 실시예가 이들 특정한 세부내용의 일부 없이 실시될 수 있다는 점이 당업자에게는 명백할 것이다. 또한, 본 명세서 전체에서 "일 실시예", "실시예", 서수로 표시되는 실시예 등에 대한 참조는 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 개시의 실시에 포함될 수 있음을 의미한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 상세한 설명에서, 본 개시를 간소화하고 다양한 발명 양태들에 대한 이해를 돕기 위해 다양한 특징들이 때때로 단일의 실시예, 도면, 또는 그 설명에서 함께 그룹화되고, 본 개시의 실시에 있어서 적절한 경우, 일 실시예로부터의 하나 이상의 특징 또는 특정 세부내용들이 다른 실시예로부터의 하나 이상의 특징 또는 특정 세부내용들과 함께 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 개시가 실시예들로 간주된 것과 관련하여 설명되었지만, 본 개시는 개시된 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 이러한 모든 수정 및 균등한 배치구조를 포함하도록 가장 넓은 해석의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 배치구조를 포괄하기 위한 것임을 이해한다.

Claims (11)

  1. 전자 장치를 사용하여 생체측정 대상체(biometric object)를 감지하는 방법으로서,
    상기 전자 장치는 LCD(liquid crystal display) 및 상기 LCD 아래에 배치된 광학 감지 유닛을 포함하고, 상기 LCD는 생체측정 대상체를 위한 감지 영역을 갖는 디스플레이 표면과, 상기 디스플레이 표면 아래에 순차적으로 컬러 필터 유닛, 다수의 액정 분자를 포함하는 액정 층 및 백라이트 유닛을 순서대로 포함하며, 상기 방법은,
    (a) 상기 디스플레이 표면에서 상기 감지 영역에 접촉하는 상기 생체측정 대상체에 대해 상기 백라이트 유닛으로부터 감지 광을 방출하고, 상기 감지 광이 상기 컬러 필터 유닛을 통과한 후 상기 생체측정 대상체에 도달하고, 상기 생체측정 대상체에 의해 반사되어 반사 광으로 리턴하도록 하는 단계와,
    (b) 상기 액정 층의 제1 영역 - 상기 제1 영역은 상기 디스플레이 표면의 상기 감지 영역 아래에 있고 위치상 상기 컬러 필터 유닛에 대응함 - 에 위치하는 상기 액정 분자의 배열을 제어하여 제1 광 경로를 규정하고, 미리 결정된 파장을 갖는 반사 광이 상기 컬러 필터 유닛 및 상기 제1 광 경로를 통과하여 상기 광학 감지 유닛에 도달하고 상기 광학 감지 유닛에 의해 검출될 수 있게 하는 단계를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터 유닛은 상이한 색상의 광을 필터링하는 적어도 2개의 그룹의 컬러 필터를 포함하는 복수의 컬러 필터를 포함하고, 상기 단계 (b)에서, 상기 미리 결정된 파장을 갖는 상기 반사 광은 상기 적어도 2개의 그룹의 컬러 필터 중 상기 액정 층의 상기 제1 영역에 대응하는 위치에 위치하는 한 그룹의 컬러 필터와 상기 제1 광 경로를 통과하고, 상기 광학 감지 유닛에 도달하여 상기 광학 감지 유닛에 의해 검출되는,
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서, 상기 제1 영역 이외의 상기 액정 층의 나머지 영역에 위치하는 상기 액정 분자는, 상기 미리 결정된 파장 이외의 파장을 가지며 상기 적어도 2개의 그룹의 컬러 필터 중 나머지 그룹의 필터와 상기 나머지 영역을 통과하는 상기 반사 광이 상기 광학 감지 유닛에 도달하지 않고 상기 광학 감지 유닛에 의해 검출되지 않도록, 제어되는,
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 액정 층의 제2 영역 - 상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 커버함 - 에 위치하는 상기 액정 분자의 배열을 제어하여 제2 광 경로를 규정하는 단계와, 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 상기 감지 광이 상기 제2 광 경로 및 상기 컬러 필터 유닛을 통과해서 상기 생체측정 대상체에 도달할 수 있게 하는 단계를 포함하는,
    방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서, 상기 제2 영역 이외의 미 검출 영역(non-detected region)에 위치하는 상기 액정 분자는, 상기 미 검출 영역을 통과하는 상기 감지 광이 상기 LCD 외부로 방출되지 않게 되도록, 제어되는,
    방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 액정 층의 제2 영역 - 상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 커버함 - 에 위치하는 상기 액정 분자의 배열을 제어하여 제2 광 경로를 규정하는 단계와, 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 상기 감지 광이 상기 제2 광 경로 및 상기 액정 층의 상기 제2 영역에 대응하는 위치에 위치하는 상기 컬러 필터 유닛을 통과해서 상기 생체측정 대상체에 도달할 수 있게 하는 단계를 포함하는,
    방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 감지 유닛의 투영은 상기 디스플레이 표면 상의 상기 감지 영역에 위치하는,
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서, 상기 액정 층의 상기 제1 영역은 상기 광학 감지 유닛의 상기 투영에 대응하는 위치에 위치하는,
    방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 감지 유닛은 복수의 광학 감지 칩들을 포함하는,
    방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학 감지 칩들은 전하 결합 소자(CCD: charge-coupled device) 및 상보성 금속-산화물 반도체(CMOS: complementary metal-oxide semiconductor) 중 하나인,
    방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LCD는 상기 액정 분자의 배열을 제어하는 제1 제어 회로 및 상기 감지 광을 방출하도록 상기 백라이트 유닛을 제어하는 제2 제어 회로를 더 포함하는,
    방법.
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