KR20210106122A - 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법 - Google Patents

디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법 Download PDF

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Abstract

디스플레이 장치는 디스플레이 픽셀들을 구비하는 디스플레이 패널, 지문 인식 센서 및 메인 프로세서를 포함한다. 상기 지문 인식 센서는 상기 디스플레이 패널 상의 일부 영역인 지문 인식 윈도우에 공간적으로 대응하도록 상기 디스플레이 패널의 일면의 하부에 배치되는 이미지 센서를 구비한다. 상기 메인 센서는 상기 디스플레이 패널과 상기 지문 인식 센서를 제어한다. 상기 디스플레이 패널은 지문 인식 모드에서 상기 지문 인식 윈도우에 대응되도록 배치되는 일부 디스플레이 픽셀들을 발광시킨다. 상기 이미지 센서는 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 위상 검출 픽셀들로 이용되는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 디스플레이 픽셀들이 발광된 상태에서, 상기 지문 인식 윈도우를 통하여 수신되는 지문의 반사광에 응답하여 지문 이미지 신호 및 지문 위상 신호를 생성한다. 상기 메인 프로세서는 상기 지문 이미지 신호 및 상기 지문 위상 신호에 기초하여 상기 지문의 위조 여부를 판단하는 안티-스푸핑(anti-spoofing) 및 상기 지문의 인증 중 적어도 하나를 수행한다.

Description

디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD OF ANTI-SPOOFING IN THE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법에 관한 것이다.
전자 장치의 개인 인증에 있어서 불변성(invariability)과 유일성(uniqueness)이 뛰어난 사용자의 생체 정보를 이용하는 것이 일반화되고 있다. 생체 정보의 이용 중에서도 지문 인식은 간단한 구현 방법 및 탁월한 식별력 때문에 다른 수단에 비해 가장 주목되고 일반화된 인증 수단이 되고 있다.
광학적 지문 인식은 손가락의 지문에 의해 반사되는 광에 기초하여 지문 이미지를 획득하는 방식이다. 지문의 융(ridge)에서의 반사광과 지문의 골(valley)에서의 반사광의 차이에 기초하여 손가락의 지문 이미지를 획득한다.
최근에는 사용자의 지문을 위조한 스푸핑 공격(spoofing attack)이 증가하고 있다.
본 발명의 일 목적은 위상 검출 픽셀을 이용하여 안티-스푸핑 및 지문 인증을 수행하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 위상 검출 픽셀을 이용하는 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법을 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 픽셀들을 구비하는 디스플레이 패널, 지문 인식 센서 및 메인 프로세서를 포함한다. 상기 지문 인식 센서는 상기 디스플레이 패널 상의 일부 영역인 지문 인식 윈도우에 공간적으로 대응하도록 상기 디스플레이 패널의 일면의 하부에 배치되는 이미지 센서를 구비한다. 상기 메인 센서는 상기 디스플레이 패널과 상기 지문 인식 센서를 제어한다. 상기 디스플레이 패널은 지문 인식 모드에서 상기 지문 인식 윈도우에 대응되도록 배치되는 일부 디스플레이 픽셀들을 발광시킨다. 상기 이미지 센서는 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 위상 검출 픽셀들로 이용되는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 디스플레이 픽셀들이 발광된 상태에서, 상기 지문 인식 윈도우를 통하여 수신되는 지문의 반사광에 응답하여 지문 이미지 신호 및 지문 위상 신호를 생성한다. 상기 메인 프로세서는 상기 지문 이미지 신호 및 상기 지문 위상 신호에 기초하여 상기 지문의 위조 여부를 판단하는 안티-스푸핑(anti-spoofing) 및 상기 지문의 인증 중 적어도 하나를 수행한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀 어레이를 구비하는 지문 인식 센서를 포함하는 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법에서는 상기 디스플레이 패널 상의 일부 영역인 지문 인식 윈도우에 공간적으로 대응하도록 배치되는 일부 디스플레이 픽셀들이 발광된 상태에서 상기 지문 인식 센서에 사용자의 지문과 위조 지문을 순차적으로 입력하여 상기 지문 인식 센서를 제어하는 메인 프로세서를 트레이닝하고, 상기 트레이닝에 기초하여 상기 메인 프로세서에서 지문 이미지 신호와 지문 위상 신호를 포함하는 학습 데이터를 생성하고, 입력 지문에 응답하여 상기 지문 인식 센서에서 입력 지문 이미지 신호와 입력 지문 위상 신호를 생성하고, 상기 메인 프로세서에서 상기 학습 데이터와 상기 입력 지문 이미지 신호와 상기 입력 지문 위상 신호의 비교에 기초하여 상기 입력 지문의 위조 여부를 판단한다.
상기 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 픽셀들을 구비하는 디스플레이 패널, 지문 인식 센서 및 메인 프로세서를 포함한다. 상기 지문 인식 센서는 상기 디스플레이 패널 상의 일부 영역인 지문 인식 윈도우에 공간적으로 대응하도록 상기 디스플레이 패널의 일면의 하부에 배치되는 이미지 센서를 구비한다. 상기 메인 센서는 상기 디스플레이 패널과 상기 지문 인식 센서를 제어한다. 상기 디스플레이 패널은 지문 인식 모드에서 상기 지문 인식 윈도우에 대응되도록 배치되는 일부 디스플레이 픽셀들을 발광시킨다. 상기 이미지 센서는 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 위상 검출 픽셀들로 이용되는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 디스플레이 픽셀들이 발광된 상태에서, 상기 지문 인식 윈도우를 통하여 수신되는 지문의 반사광에 응답하여 지문 이미지 신호 및 지문 위상 신호를 생성한다. 상기 메인 프로세서는 상기 지문 이미지 신호 및 상기 지문 위상 신호에 기초하여 상기 지문의 위조 여부를 판단하는 안티-스푸핑(anti-spoofing) 및 상기 지문의 인증 중 적어도 하나를 수행한다. 상기 메인 프로세서는 사용자의 지문에 응답하여 상기 이미지 센서에서 생성되는 제1 지문 이미지 신호 및 제1 지문 위상 신호와 위조 지문에 응답하여 상기 이미지 센서에서 생성되는 제2 지문 이미지 신호 및 제2 지문 위상 신호에 기초하여 기계 학습을 수행하여 트레이닝 데이터를 생성하고, 상기 지문에 응답한 상기 지문 이미지 신호와 상기 지문 위상 신호를 상기 트레이닝 데이터와 비교하여 상기 안티-스푸핑을 수행한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면 지문 인식 센서에 포함되는 픽셀 어레이는 픽셀들 중 적어도 일부를 위상 검출 픽셀들로 이용하여 지문에 응답하여 지문 이미지 신호 및 지문 위상 신호를 생성하고, 지문 인식 센서를 제어하는 메인 프로세서는 상기 지문 이미지 신호 및 지문 위상 신호를 이용하여 위조 지문을 판별하는 안티-스푸핑 및 지문 인증을 수행할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치는 지문 위상 신호를 이용하여 2차원의 위조 지문을 판별함으로써 안티-스푸핑 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 안티 스푸핑 및 지문 검출의 기능을 수행하는 디스플레이 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치가 A-A'에 의해 절단된 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 디스플레이 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 구체적인 동작을 좀 더 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 디스플레이 장치에서 픽셀 어레이의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 서브 픽셀 그룹에 포함된 픽셀들의 단면도를 나타낸다.
도 8은 도 4에 도시된 픽셀 어레이의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 서브 픽셀 그룹에 포함된 픽셀들의 단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 픽셀 어레이의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 10에 도시된 하나의 픽셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 10의 픽셀 어레이에서 Ⅱ-Ⅱ'방향으로 절단된 광전 변환 소자들을 포함하는 픽셀들의 단면도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 픽셀 어레이의 일부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 도 13의 제1 위상 검출 픽셀 쌍 및 제2 위상 검출 픽셀 쌍의 구체적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 따른 위상 검출 공유 픽셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 픽셀 어레이의 다른 예를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 도 18의 픽셀 어레이의 동작 방식을 나타내는 평면도이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 예를 나타내는 블록도이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀 어레이를 구비하는 지문 인식 센서를 포함하는 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법을 나타낸다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 안티 스푸핑 및 지문 검출의 기능을 수행하는 디스플레이 장치를 나타낸다.
실시예에 있어서, 디스플레이 장치(100)는 스마트폰, 태블릿 컴퓨터 등과 같은 이동식 전자 장치로 구현될 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 사용자와 인터페이싱하기 위해 패널(110)을 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(100)의 사용자는 패널(110)을 통해 디스플레이 장치(100)로부터 출력되는 정보를 볼 수 있다. 디스플레이 장치(100)의 사용자는 패널(110)을 통해 디스플레이 장치(100)로 신호를 입력할 수 있다. 이를 위해, 패널(110)은 사용자에게 시각 정보를 출력하기 위한 디스플레이 패널, 사용자의 터치 입력을 감지하기 위한 터치 센서 패널 등을 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 지문 인식 윈도우(FRW)가 패널(110) 상에 제공될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하여 후술되는 바와 같이, 지문 검출에 이용되는 이미지 센서를 포함하는 지문 인식 센서가 패널(110)의 하부에 배치될 수 있다. 지문 검출에 이용되는 지문 인식 센서는 디스플레이 장치(100)의 위치에 공간적으로(Spatially) 대응하도록 배치될 수 있다.
디스플레이 장치(100)의 위치 및 이지미 센서의 배치는 다양하게 변경 또는 수정될 수 있다. 도 1 지문 인식 윈도우(FRW)가 패널(110) 상의 아래쪽(Lower) 영역에 제공되는 것을 보여준다. 그러나, 실시예에 있어서 지문 인식 윈도우(FRW)는 패널(110) 상의 중간 영역 또는 위쪽(Upper) 영역에 포함될 수 있다. 지문 인식 윈도우(FRW)의 위치 및 크기는 이미지 센서의 배치에 의존하여 변경될 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 인증된 사용자에게 서비스를 제공하기 위해 지문 검출의 기능 및 안티-스푸핑(anti-spoofing) 기능을 수행할 수 있다. 안티-스푸핑(anti-spoofing)은 입력되는 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 것을 의미한다.
디스플레이 장치(100)는 사용자의 지문에 관한 정보를 수집 및 저장할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 저장된 지문 정보에 기초하여 인증되는 사용자에게만 서비스를 제공하며 위조 지문을 판별할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 사용자의 지문을 검출하기 위해, 패널(110)의 하부에 배치되는 이미지 센서를 이용할 수 있다.
디스플레이 장치(100)의 사용자는 객체(10)를 통해 디스플레이 장치(100)에 접촉할 수 있다. 예로서, 객체(10)는 사용자의 손가락을 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 패널(110) 상의 객체(10)의 접촉(Contact) 또는 근접(Proximity)에 응답하여, 객체(10)를 인식할 수 있다.
예를 들어, 사용자의 손가락이 지문 인식 윈도우(FRW)으로 접촉 또는 근접할 수 있다. 지문 검출에 이용되는 이미지 센서가 지문 인식 윈도우(FRW)의 위치에 공간적으로 대응하도록 배치되기 때문에, 이미지 센서는 지문 인식 윈도우(FRW)로 접촉 또는 근접한 손가락의 지문과 관련되는 이미지를 획득할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 획득된 이미지에 기초하여, 지문 인식 윈도우(FRW)으로 접촉 또는 근접한 손가락의 지문이 인증된 사용자의 지문인지 여부를 판별할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 지문 검출에 이용되는 인터페이스 및 지문 인식 센서(200)가 디스플레이 장치(100) 상의 면적을 패널(110)과 공유할 수 있기 때문에, 디스플레이 장치(100) 상에서 추가의 면적을 요구하지 않을 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(100)의 크기가 감소하거나, 남는 면적이 다른 목적에 이용될 수 있다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치가 A-A'에 의해 절단된 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 패널(110)은 디스플레이 패널(150) 및 터치 패널(120)을 포함할 수 있다. 지문 인식 모드에서 패널(110)의 일부 영역에 지문 인식 윈도우(FRW)가 디스플레이될 수 있다. 디스플레이 패널(150)은 복수의 광원들(172)을 포함할 수 있다. 복수의 광원들(172)은 디스플레이 패널(150)에 포함되는 복수의 픽셀들에 포함될 수 있다.
복수의 광원들(172) 중 지문 인식 윈도우(FRW)에 대응하도록 배치되는 일부 광원들(174a, 174b)만이 지문 인식 모드에서 실질적으로 동시에 구동될 수 있다. 도 2에서는 구동되어 발광 중인 광원들(174a, 174b)을 빗금 표시하였다.
지문 인식 센서(200)는 지문 인식 윈도우(FRW)와 수직 방향으로 중첩되도록 디스플레이 패널(150)의 하부에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 디스플레이 패널(150)은 영상이 표시되는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하고, 지문 인식 센서(200)는 디스플레이 패널(150)의 상기 제2 면의 하부에 배치될 수 있다.
지문 인식 센서(200)는 렌즈(210) 및 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다.
렌즈(210)는 디스플레이 패널(150)의 하부에(즉, 디스플레이 패널(150)과 이미지 센서(300) 사이에) 배치되며, 지문 인식 윈도우(FRW)를 통하여 수신되는 상기 반사광을 집광할 수 있다. 이미지 센서(300)는 렌즈(210)의 하부에 배치되며, 렌즈(210)에 의해 집광된 상기 반사광에 기초하여 상기 일부 영역 상의 객체에 대한 영상 신호를 발생할 수 있다. 지문 인식 센서(200)는 렌즈(210) 및 이미지 센서(300)를 포함하는 CCM(Compact Camera Module)의 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼 사용자가 지문 인식 윈도우(FRW)에 손가락(10)을 대면, 지문 인식 윈도우(FRW) 내의 광원들(114a, 114b)로부터 생성된 광이 지문에 의해 반사되고 지문의 반사광이 지문 인식 센서(200)로 제공된다. 지문 인식 센서(200)는 이러한 지문의 반사광에 기초하여 상기 지문에 대한 영상 신호(즉, 지문 이미지)를 캡쳐할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 지문 인식 센서(200)는 이미지 센서(300)로 제공되는 상기 반사광의 주파수 특성 및/또는 편광 특성을 조절하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 디스플레이 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 패널(110) 및 지문 인식 센서(200)를 포함한다. 패널(110)은 터치 패널(120) 및 디스플레이 패널(150)을 포함하고, 디스플레이 장치(100)는 터치 프로세서(130), 디스플레이 드라이버(160), 메인 프로세서(180) 및 메모리(195)를 더 포함할 수 있다. 메인 프로세서(180)는 인공 신경망 엔진(ANN, 190)을 포함할 수 있다.
터치 패널(120)은 객체(예컨대, 사용자의 손가락)의 접촉 또는 근접을 감지할 수 있다. 예로서, 터치 패널(120)은 객체의 접촉 또는 근접에 응답하여, 감지 신호를 생성할 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 터치 패널(120)은 열(Row)들 및 행(Column)들을 따라 형성되는 복수의 감지 커패시터를 포함할 수 있다. 도 3은 하나의 예시적인 감지 커패시터(CS)를 보여준다. 감지 커패시터(CS)의 커패시턴스 값은 객체의 접촉 또는 근접에 응답하여 가변(Vary)할 수 있다.
터치 프로세서(130)는 터치 패널(120)의 동작을 제어할 수 있다. 터치 프로세서(130)는 터치 패널(120)로부터 출력되는 감지 신호에 기초하여, 객체의 접촉 또는 근접에 관한 동작을 처리할 수 있다.
예를 들어, 터치 프로세서(130)는 감지 커패시터(CS)의 커패시턴스 값의 가변에 기초하여, 객체의 접촉 또는 근접을 인식할 수 있다. 예를 들어, 감지 신호가 특정 어플리케이션의 실행 또는 동작과 관련되는 경우, 터치 프로세서(130)는 그 특정 어플리케이션이 실행되거나 동작하도록 메인 프로세서(180)로 명령을 출력할 수 있다.
디스플레이 패널(150)은 사용자를 위해 시각 정보를 출력한다. 디스플레이 패널(150)은 영상을 표시하기 위해, 열들 및 행들을 따라 배열되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 픽셀들(PX)은 디스플레이 픽셀들로 호칭될 수 있다. 각 픽셀은 영상을 형성하는 특정 색상의 빛을 방출(emit)할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX)이 함께 빛을 방출함에 따라, 디스플레이 패널(150)은 의도된 이미지를 표시할 수 있다.
실시예에 있어서, 디스플레이 패널(150)은 전계발광 디스플레이 패널일 수 있다. 전계발광 디스플레이 패널은 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발생하는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)를 이용하여 빠른 응답 속도와 낮은 소비전력으로 구동될 수 있다.
일반적으로 백라이트 유닛으로부터 광을 공급받는 액정 디스플레이 장치와는 다르게, 전계발광 디스플레이 장치는 픽셀들(PX)이 자체 발광하며, 지문 인식 윈도우(FRW)를 통하여 수신되는 반사광이 픽셀들(PX) 사이의 공간(이격 또는 틈)을 통하여 디스플레이 패널(150) 하부의 지문 인식 센서(200)에 제공될 수 있다.
이에 따라, 픽셀들(PX)에 포함되는 발광 다이오드들 또는 유기 발광 다이오드들이 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 패널에 포함되는 광원들에 대응할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 디스플레이 패널(110)은 지문 인식 윈도우(FRW)를 통하여 수신되는 반사광이 지문 인식 센서(130)에 제공될 수 있는 구조를 가지는 임의의 디스플레이 패널일 수 있다.
디스플레이 드라이버(160)는 디스플레이 패널(150)의 동작을 제어하고 디스플레이 패널(150)을 구동할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 드라이버(160)는 메인 프로세서(180)의 명령에 응답하여, 의도된 이미지가 표시되도록 디스플레이 패널(150)의 각 픽셀을 적절하게 구동할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 드라이버(160)는 지문 인식 윈도우(FRW)에 대응하는 픽셀들이 빛을 방출하도록, 디스플레이 패널(150)을 부분적으로(partially) 구동할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 디스플레이 드라이버(160)는 데이터 드라이버, 스캔 드라이버, 타이밍 컨트롤러, 감마 회로 등을 포함할 수 있다.
지문 인식 센서(200)는 지문 검출에 이용될 수 있다. 지문 인식 센서(200)는 지문 인식 윈도우(FRW) 상의 객체에 관한 영상 신호를 생성/출력할 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 센서(200)는 지문 인식 윈도우(FRW)로 접촉 또는 근접하는 손가락의 지문과 관련되는 영상 신호를 획득하기 위해 동작할 수 있다.
도 2를 참조하여 상술한 것처럼, 지문 인식 센서(200)는 렌즈(210) 및 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다. 또한 이미지 센서(300)는 복수의 픽셀들을 구비하는 픽셀 어레이를 포함할 수 있고, 복수의 픽셀들 중 적어도 일부를 위상 검출 픽셀로 이용하여 손가락의 지문과 관련되는 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 생성하고, 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 메인 프로세서(190)에 제공할 수 있다.
지문 인식 센서(200)는 광학적 지문 인식 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 센서(200)에 포함되는 이미지 센서(300)는 빛에 응답하여 전류를 생성할 수 있는 포토다이오드(photodiode)와 같은 광전 변환 소자를 포함할 수 있다.
메인 프로세서(180)는 디스플레이 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 메인 프로세서(180)는 디스플레이 장치(100)의 기능들을 제공하기 위해 다양한 산술/논리 연산을 수행/처리할 수 있다.
메인 프로세서(180)는 터치 프로세서(130), 디스플레이 드라이버(160), 지문 인식 센서(200) 및 메모리(150)와 통신하고 동작을 제어하며 동작들과 관련되는 명령, 요청, 응답 등을 처리할 수 있다.
예를 들어, 메인 프로세서(180)는 디스플레이 패널(150) 상에 의도된 이미지를 표시하기 위해 디스플레이 드라이버(160)로 다양한 정보를 제공하고, 지문 인식 센서(200)가 지문에 관한 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 생성하도록 디스플레이 패널(150) 및 지문 인식 센서(200)의 동작 타이밍/시퀀스를 제어하고, 지문 인식 센서(200)로부터 출력된 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)에 기초하여 입력 지문에 대한 안티-스푸핑 및/또는 지문 인증을 수행하고 관련 데이터를 메모리(195)에 저장하거나 메모리(195)로부터 로딩할 수 있다.
실시예에 있어서, 메인 프로세서(180)의 인공 신경망 엔진(190)은 트레이닝 모드에서 사용자의 지문에 응답하여 지문 인식 센서(200)가 생성하는 제1 지문 이미지 신호 및 제1 지문 위상 신호와 위조 지문에 응답하여 지문 인식 센서(200)가 생성하는 지문 인식 센서(200)가 생성하는 제2 지문 이미지 신호 및 제2 지문 위상 신호에 기초하여 트레이닝(기계 학습)을 수행하고, 상기 트레이닝의 결과에 기초하여 학습 데이터(LDTA)를 수행하고, 학습 데이터(LDTA)를 메모리(195)에 저장할 수 있다. 여기서 제1 지문 위상 신호는 사용자의 지문에 대한 위상 정보 및/또는 깊이 정보와 같은 3차원 정보를 포함할 수 있다.
메인 프로세서(180)는 지문 인증 모드에서 입력 지문에 응답하여 지문 인식 센서(200)가 생성하는 입력 지문 이미지 신호와 입력 지문 위상 신호를 학습 데이터(LDTA)와 비교하여 입력 지문의 위조 여부 및/또는 입력 지문의 인증을 수행할 수 있다.
실시예에 있어서, 메인 프로세서(180)는 지문 인식 윈도우(FRW)에 상기 사용자의 지문을 기준 시간 동안 접촉시켜 지문 인식 센서(200)가 생성하는 제1 지문 이미지 신호와 제1 지문 위상 신호를 연속적으로 메모리(195)에 저장하고, 제1 지문 이미지 신호와 제1 지문 위상 신호의 변화에 기초하여 상기 학습 데이터(LDTA)를 생성하고 학습 데이터(LDTA)를 메모리(195)에 저장할 수 있다. 이후 지문 인증 모드에서, 지문 인식 윈도우(FRW)에 입력 지문을 기준 시간 동안 접촉시켜 입력 지문 이미지 신호와 입력 지문 위상 신호의 변화와 제1 지문 이미지 신호와 제1 지문 위상 신호의 변화에 기초하여 입력 지문의 위조 여부 및/또는 입력 지문의 인증을 수행할 수 있다. 즉 메인 프로세서(180)는 지문 인식 윈도우(FEW)에 상기 사용자의 지문을 기준 시간 동안 접촉시켜 제1 지문 이미지 신호와 제1 지문 위상 신호의 변화에 기초하여 안티-스푸핑을 수행할 수 있다.
이러한 지문 신호의 변화에 기초하여 안티-스푸핑을 수행하는 것은, 모조 지문의 경우에 기준 시간 동안 지문 인식 윈도우(FEW)에 모조 지문을 접촉시켜도 모조 지문에서의 골(valley)과 융(ridge)의 변화가 없거나 매우 작기 때문에 실제 사용자의 지문의 변화와는 상당한 차이가 있기 때문이다.
일 실시예에서, 메인 프로세서(180)는 다양한 연산을 수행하기 위해 하나 이상의 전용 회로(Special-purpose Circuit)들(예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASICs(Application Specific Integrated Circuits) 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 다양한 연산을 수행할 수 있는 하나 이상의 프로세서 코어들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 범용 프로세서, 전용 프로세서 또는 어플리케이션 프로세서(Application Processor)로 구현될 수 있다.
메모리(195)는 디스플레이 장치(100)의 동작과 관련된 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(195)는 안티-스푸핑을 위한 학습 데이터 등을 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 메모리(195)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 휘발성 메모리, 및 플래시 메모리(flash memory), PRAM(phase change random access memory), RRAM(resistance random access memory), NFGM(nano floating gate memory), PoRAM(polymer random access memory), MRAM(magnetic random access memory), FRAM(ferroelectric random access memory) 등과 같은 비휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 터치 프로세서(130), 디스플레이 드라이버(160), 지문 인식 센서(200), 메인 프로세서(180) 및 메모리(195) 각각은 별개의 회로들/모듈들/칩들로 구현될 수도 있고, 터치 프로세서(130), 디스플레이 드라이버(160), 지문 인식 센서(200), 메인 프로세서(180) 및 메모리(195) 중 몇몇은 기능에 따라 하나의 회로/모듈/칩으로 결합되거나 여러 회로/모듈/칩들로 더 분리될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
디스플레이 장치(100)의 사용자는 객체(10, 예를 들어 손가락)를 통해, 터치 패널(120) 상의 지문 인식 윈도우(FRW)으로 접촉 또는 근접할 수 있다. 터치 프로세서(130)는 지문 인식 윈도우(FRW)에 대응하는 감지 커패시터들의 커패시턴스 값들의 가변에 기초하여, 지문 인식 윈도우(FRW)로의 객체(10)의 접촉 또는 근접을 인식할 수 있다.
터치 프로세서(130)는, 지문 인식 윈도우(FRW)로의 객체(10)의 접촉 또는 근접을 인식한 경우, 디스플레이 드라이버(160)를 구동하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 프로세서(130)는 제어 신호를 디스플레이 드라이버(160)로 직접 제공할 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 프로세서(130)로부터 출력되는 제어 신호는 도 3의 메인 프로세서(180)를 통해 간접적으로 디스플레이 드라이버(160)로 제공될 수 있다.
디스플레이 드라이버(160)는 터치 프로세서(130)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여 디스플레이 패널(150)을 구동할 수 있다. 디스플레이 드라이버(160)의 제어에 따라, 디스플레이 패널(150)에 포함되는 픽셀들이 발광할 수 있다.
디스플레이 드라이버(160)는 터치 프로세서(130)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여, 디스플레이 패널(150) 상의 부분 영역(PA)에 대응하는 픽셀들이 발광하도록, 디스플레이 패널(150)을 부분적으로 구동할 수 있다. 즉, 디스플레이 드라이버(160)의 제어에 따라, 디스플레이 패널(150)은 이미지 센서(300)가 배치된 위치에 공간적으로 대응하는 픽셀들을 통해 빛을 방출할 수 있다. 이미지 센서(300)는 픽셀 어레이(310)를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(150)로부터 방출된 빛은 지문 인식 윈도우(FRW) 상의 객체(10)로 조사(Project)될 수 있다. 조사된 빛은 객체(10)로부터 반사될 수 있다. 반사된 빛은 렌즈(210)를 통하여 이미지 센서(300)로 제공될 수 있고, 이미지 센서(300)는 반사된 빛에 기초하여 이미지 신호를 생성/출력할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(300)는 디스플레이 패널(150)로부터 방출된 빛에 기초하여, 지문 인식 윈도우(FRW) 상의 객체(10)에 관한 이미지 신호를 출력할 수 있다. 예로서, 객체(10)가 손가락인 경우, 이미지 신호는 지문의 형상과 위상에 관한 정보를 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 구체적인 동작을 좀 더 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 객체(10)가 터치 패널(120) 상의 지문 인식 윈도우(FRW)으로 접촉 또는 근접함에 따라, 지문(10a)이 지문 인식 윈도우(FRW)로 접촉 또는 근접할 수 있다. 접촉 또는 근접이 감지되는 경우, 지문(10a)에 관한 이미지 신호를 생성하기 위해 디스플레이 패널(150)이 픽셀들을 통해 빛을 방출할 수 있다. 방출된 빛은 지문(10a)으로부터 반사될 수 있고, 이미지 센서(300)는 반사된 빛을 수신하여 이미지 신호를 출력할 수 있다. 이미지 신호는 지문(10a)에 관한 이미지를 생성하거나 지문(10a)에 관한 정보를 분석하기 위해 이용될 수 있다.
실시예에 있어서, 디스플레이 패널(150)은 부분 영역(PA)에 대응하는 픽셀들(114)을 통해 빛을 방출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 도 5의 디스플레이 장치에서 픽셀 어레이의 일 예를 나타내는 블록도이다. 도 7은 도 6에 도시된 서브 픽셀 그룹에 포함된 픽셀들의 단면도를 나타낸다.
도 6에서는 설명의 편의를 위하여 픽셀 어레이(310a)와 아날로그-디지털 변환기(ADC) 블록(330)를 함께 도시한다.
도 6을 참조하면, 픽셀 어레이(310a)는 복수의 로우 라인들(Row1, Row2, Row3, Row4, …)에 대응하는 복수의 픽셀들(PX)을 포함한다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 복수의 포토다이오드들(photodiodes)을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(310a)에 포함된 포토다이오드들 각각은 광전 변환 소자의 일 예로서, 상기 포토다이오드들 각각은 포토트랜지스터(phototransistor), 포토게이트(photogate), 또는 핀드 포토다이오드(pinned-photodiode)로 대체될 수 있다.
각 픽셀들(PX)에 포함된 복수의 포토다이오드들 각각은 독립적으로 빛 또는 이미지를 캡쳐(capture)할 수 있다.
실시예에 있어서, 픽셀 어레이(310a)는, 복수의 로우 라인에 대응하는 복수의 픽셀들(PX) 중 적어도 둘 이상의 픽셀을 포함하는 복수의 서브 픽셀 그룹을 포함한다. 복수의 서브 픽셀 그룹들 각각은, 각 로우 라인에 대응하는 두개의 픽셀을 포함하거나 인접하는 로우 라인 각각에 대응하는 두 개의 픽셀을 포함할 수 있다.
도 6에서는 제1 서브 픽셀 그룹(311a)을 예로 들어 설명한다. 도 6에서는 제1 서브 픽셀 그룹(311a)이 제1 로우 라인(Row1)에 대응하는 픽셀들을 포함하는 예를 도시하고 있으나 이에 한정되지 않으며, 인접하는 제1 로우 라인(Row1) 및 제2 로우 라인(Row2) 각각에 대응하는 픽셀들을 포함할 수도 있다.
제1 서브 픽셀 그룹(311a)은 제1 픽셀(313a) 및 제2 픽셀(315a)을 포함한다. 제1 픽셀(313a) 및 제2 픽셀(313a)은 서로 다른 포화(saturation) 시간을 가질 수 있다. 이를 위해, 제1 픽셀(313a) 및 제2 픽셀(315a) 각각에 차광막이 형성될 수 있으며, 이러한 예가 도 7에 도시되어 있다.
도 7은 이미지 센서(300)가 전면 조사형 이미지 센서로 구현되는 경우의 제1 서브 픽셀 그룹(311a)의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 서브 픽셀 그룹(311a)에 포함된 제1 픽셀(313a) 및 제2 픽셀(315a) 각각은, 실리콘 기판(silicon substrate, SUB)상에 포토다이오드들(PD1, PD2)이 형성되고, 포토다이오드들(PD1, PD2) 상에 컬러 필터(CF11, CF12)가 형성될 수 있다.
포토다이오드들(PD1, PD2) 사이에는 분리물질(ISM, isolation material)이 형성될 수 있다. 컬러 필터들(CF11, CF12) 상부에 마이크로렌즈들(321a, 323a)가 형성될 수 있다. 마이크로렌즈들(321a, 323a)과 컬러 필터들(CF11, CF12) 사이에는 렌즈 버퍼(lens buffer) 또는 평탄화 레이어(planarization layer)가 형성될 수 있다.
이때, 제1 픽실(313a)는 제2 픽셀(315a)은 컬러 필터(CF1)와 포토다이오드(PD1) 사이에 차광막(20)을 더 포함할 수 있고, 제2 픽셀(315a)은 컬러 필터(CF2)와 포토다이오드(PD2) 사이에 차광막(21)을 더 포함할 수 있다. 도 7에서는 차광막(20)이 컬러 필터(CF1)의 좌측 하부에 형성되고, 차광막(21)이 컬러 필터(CF2)의 우측 하부에 형성된 것으로 나타나있으나, 차광막(20)은 포토다이오드(PD1)의 50%에 해당하는 면적을 갖도록 컬러 필터의 우측 하부 또는 중앙 하부에 형성될 수 있고, 차광막(21)은 포토다이오드(PD2)의 50%에 해당하는 면적을 갖도록 컬러 필터의 좌측 하부 또는 중앙 하부에 형성될 수 있다. 이때, 차광막(20)과 차광막(21)은 메탈 레이어(metal layer)를 사용하여 형성될 수 있다.
차광막(20)과 차광막(21)은 제1 픽셀(313a)과 제2 픽셀(315a)이 서로 인접하는 경계를 기준으로 서로 대칭일 수 있다.
ADC 블록(330)은 제1 서브 픽셀 그룹(111a)으로부터 출력되는 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환하고, 디지털 픽셀 신호들을 이미지 신호 처리기로 출력할 수 있다.
도 8은 도 4에 도시된 픽셀 어레이의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8에서는 제1 서브 픽셀 그룹(311b)을 예로 들어 설명한다.
제1 서브 픽셀 그룹(311b)은 제1 픽셀(313b) 내지 및 제2 픽셀(315b)를 포함한다. 제1 픽셀(313b) 및 제2 픽셀(315b)은 서로 다른 포화 시간을 가질 수 있다.
이를 위해, 제1 픽셀(313b)에는 제1 차광막이 형성될 수 있고, 제2 픽셀(315b)에는 제2 차광막이 형성될 수 있다. 제1 픽셀(313b)에서 제1 차광막이 형성되는 영역과 제2 픽셀(313b)에서 제2 차광막이 형성되는 영역은 서로 다를 수 있다.
도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 픽셀(313b)과 제2 픽셀(315b) 각각에서는 실리콘 기판 상에 포토다이오드가 형성될 수 있고, 포토 다이오드 사이에 컬러 필터가 형성되고, 컬러 필터 상부에 마이크로 렌즈가 형성될 수 있다.
이때, 제1 픽셀(313b)은 컬러 필터와 포토다이오드 사이에 제1 차광막을 더 포함할 수 있고, 제2 픽셀(315b)도 컬러 필터와 포토 다이오드 사이에 제2 차광막을 더 포함할 수 있다. 제1 차광막은 컬러 필터의 상측 하부에 형성될 수 있고, 제2 차광막은 컬러 필터의 하측 하부에 형성될 수 있다. 도 8에서의 제1 차광막 및 제2 차광막은, 메탈 레이어를 사용하여 형성될 수 있다.
도 9는 도 4에 도시된 픽셀 어레이의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 픽셀 어레이(310ba)는 복수의 로우 라인들(Row1, Row2, Row3, Row4, …)에 대응하는 복수의 픽셀들(PX)을 포함한다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 복수의 포토다이오드들(photodiodes)을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(310ba)는 복수의 로우 라인들(Row1, Row2, Row3, Row4, …)에 대응하는 복수의 픽셀들(PX)을 포함한다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 복수의 포토다이오드들(photodiodes)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX) 중 일부는 차광막을 포함하는 위상 검출 픽셀들(319)이고, 위상 검출 픽셀들(319)은 픽셀 어레이(310ba) 내에서 랜덤하게 배치될 수 있다.
도 6 내지 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 픽셀 어레이(310a, 310b)의 픽셀들 중 적어도 일부는 차광막을 포함하여 다른 픽셀들과 다른 포화 시간을 가질 수 있다. 따라서 일부의 픽셀들은 지문 위상 신호를 출력하는 위상 검출 픽셀들로 이용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 픽셀 어레이의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 10에서는 간결한 설명을 위하여, 8*8(*는 본 명세서에서 곱하기임) 구조의 픽셀 어레이가 예시적으로 설명된다. 하지만 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이(310c)의 배열 또는 컬러 필터 어레이의 배열은 다양하게 변형될 수 있다.
도 10을 참조하면, 픽셀 어레이(310c)는 복수의 픽셀들(PX11~PX22)을 포함한다.
예를 들어, 픽셀(PX11)은 제1 컬러 필터(예시적으로, 제1 그린(Gb) 컬러 필터)를 포함할 수 있다. 픽셀(PX11)은 제1 컬러(예시적으로 녹색)의 빛에 반응하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 픽셀(PX12)은 제2 컬러 필터(예시적으로, 블루(B) 컬러 필터)를 포함할 수 있다. 픽셀(PX12)은 제2 컬러(예시적으로, 청색)의 빛에 반응하여 전기 신호를 생성할 수 있다.
픽셀(PX21)은 제3 컬러 필터(예시적으로, 레드(R) 컬러 필터)를 포함할 수 있다. 픽셀(PX21)은 적색의 빛에 반응하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 픽셀(PX22)은 제4 컬러 필터(예시적으로, 제2 그린(Gr) 컬러 필터)를 포함할 수 있다. 픽셀(PX22)은 제4 컬러(예시적으로, 녹색)의 빛에 반응하여 전기 신호를 생성할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 4개의 픽셀들(PX11~PX22)은 Bayer 패턴을 구성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 10에 도시된 하나의 픽셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하여, 5TR 구조의 픽셀이 설명되나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀은 다양한 픽셀 구조로 변형될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 픽셀(PX11)은 2개의 포토다이오드들(PD1과 PD2), 2개의 전송 트랜지스터들(TX1과 TX2), 리셋 트랜지스터 (reset transistor; RX), 소스 팔로워(source follower; SF), 및 선택 트랜지스터 (selection transistor; SX)를 포함한다.
제1 전송 트랜지스터(TX1)의 일단은 제1 포토 다이오드(PD1(LP))과 접속되고, 타단은 플로팅 디퓨전 영역(floating diffusion region; FD)에 접속되고, 제어 전극은 제어 신호(TG1)를 수신한다. 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 일단은 제2 포토 다이오드(PD2(RP))와 접속되고, 타단은 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 접속되고, 제어 전극은 제어 신호(TG2)를 수신한다.
리셋 트래지스터(RX)의 일단은 전원 전압(VDD)을 수신하고, 타단은 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 접속되고, 제어 전극은 제어 신호(RS)를 수신한다. 소스 팔로워(SF)의 일단은 전원 전압(VDD)을 수신하고, 타단은 선택 트랜지스터(SX)의 일단과 접속되고, 제어 전극은 플로팅 디퓨전 영역(FD)와 접속된다. 선택 트랜지스터(SX)의 타단은 컬럼 라인(CL)과 연결되고, 제어 전극은 제어 신호(SEL)를 수신한다.
각 트랜지스터(TX1, TX2, RX, 및 SX)를 제어할 수 있는 각 제어 신호(TG1, TG2, RS, 및 SEL)는 로우 드라이버(120)로부터 출력될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)의 출력 신호는 컬럼 라인(CL)으로 공급된다.
도 11에서는 설명의 편의를 위해 플로팅 디퓨전 영역(FD)이 공유되는 형태의 픽셀이 도시되어 있으나, 설계자의 의도에 따라 픽셀들이 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 각 포토다이오드(PD1과 PD2)에 의해 공유되지 않을 수도 있다.
도 12는 도 10의 픽셀 어레이에서 Ⅱ-Ⅱ'방향으로 절단된 광전 변환 소자들을 포함하는 픽셀들의 단면도를 나타낸다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 제1 픽셀(PX11)은 제1 및 제2 포토다이오드들 (PD1, PD2), 각 포토다이오드(PD1~PD2)의 위에 배치된 제1 컬러 필터들(CF1), 제1 컬러 필터(CF1)의 위에 배치된 제1 마이크로렌즈(ML1) 및 제1 마이크로 렌즈 (ML1)의 위에 배치된 마이크로렌즈(113a)를 포함할 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1)는 그린 컬러 필터일 수 있다. 실시예에 따라, 제1 마이크로렌즈(ML1)는 제1 픽셀(PX11)에 포함되지 않을 수 있다.
제2 픽셀(PX12)은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2), 포토 다이오드들(PD1, PD2) 위에 배치된 제2 컬러 필터(CF2), 제2 컬러 필터(CF2)의 위에 배치된 제2 마이크로렌즈(ML2) 및 제2 마이크로렌즈 (ML2)의 위에 배치된 마이크로렌즈(113b)를 포함할 수 있다. 제2 컬러 필터(CF2)는 블루 컬러 필터일 수 있다. 실시예에 따라, 제2 마이크로렌즈 (ML2)는 제2 픽셀(PX12)에 포함되지 않을 수 있다.
제1 분리 물질(isolation material; ISM1)은 제1 픽셀(PX11)과 제2 픽셀(PX12)의 사이에 구현될 수 있다. 또한, 제2 분리 물질들(ISM2)은 각 픽셀(PX11 또는 PX12)에 구현된 2개의 포토다이오드들(PD1, PD2) 사이에 구현될 수 있다. 제1 분리 물질(ISM1)과 제2 분리 물질(ISM2) 각각은 DTI(deep trench isolation)로 형성될 수 있다.
도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 픽셀 어레이(310c)에서는 픽셀들 각각이 두 개의 포토 다이오드를 포함하여 픽셀 어레이(310c)는 제1 포토 다이오드에 의한 데이터와 제2 포토 다이오드에 의한 데이터의 차이를 나타내는 디스패리티 데이터를 생성할 수 있고 상기 디스패리티 데이터는 깊이 정보를 포함할 수 있다. 따라서 픽셀 어레이(310c)는 지문 이미지 신호와 지문 위상 신호를 출력할 수 있다. 신호를 출력할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 픽셀 어레이의 일부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 픽셀 어레이(310d)는 제1 픽셀 그룹(PXG_1a) 및 제2 픽셀 그룹(PXG_2a)을 포함할 수 있다. 이하에서의 픽셀 그룹은 복수의 이미지 픽셀(IPX)들 및 하나의 위상 검출 픽셀 쌍을 포함하는 단위임을 전제한다. 복수의 이미지 픽셀(IPX)은 지문 이미지 신호(FIS)를 생성하고, 위상 검출 픽셀 쌍은 지문 위상 신호(FPS)를 생성할 수 있다.
제2 픽셀 그룹(PXG_2a)은 제1 픽셀 그룹(PXG_1a)과 아래 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 제1 픽셀 그룹(PXG_1a)은 복수의 이미지 픽셀(IPX)들과 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)을 포함하고, 제2 픽셀 그룹(PXG_2a)은 복수의 이미지 픽셀(IPX)들과 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)을 포함할 수 있다.
제1 위상 검출픽셀 쌍(PDPX_P1a)은 제1 위상 검출 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_2a)을 포함하고, 제2 위상 검출 픽셀들(PDPX_3a, PDPX_4a)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)에서 제1 위상 검출 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_2a)은 수평 방향으로 인접하게 배치될 수 있고, 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)에서 제2 위상검출 픽셀들(PDPX_3a, PDPX_4a)은 수직 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)의 감도는 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)의 감도와 다를 수 있다.
도 13에 도시된 제1 픽셀 그룹(PXG_1a) 및 제2 픽셀 그룹(PXG_2a)의 구성은 예시적 실시예에 불과한 바, 이에 국한되지 않으며, 제1 픽셀 그룹(PXG_1a) 및 제2 픽셀 그룹(PXG_2a)은 더 많거나, 더 적은 개수의 이미지 픽셀(IPX)들을 포함할 수 있고, 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a) 및 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)의 배치가 다양하게 구현될 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 도 13의 제1 위상 검출 픽셀 쌍 및 제2 위상 검출 픽셀 쌍의 구체적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)의 감도와 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)의 감도가 상이하도록 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)의 제1 위상 검출 픽셀들에 포함된 컬러 필터의 종류와 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)의 제2 위상 검출 픽셀들에 포함된 컬러 필터의 종류가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 위상검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)의 제1 위상 검출 픽셀들은 그린 컬러 필터를 각각 포함할 수 있으며, 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)의 제2 위상 검출 픽셀들은 화이트 컬러 필터(또는, 컬러 필터를 포함하지 않음)를 각각 포함할 수 있다. 또한, 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)에는 하나의 수평 마이크로 렌즈(ML_H)에 덮히고, 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)에는 하나의 수직 마이크로 렌즈(ML_V)에 덮힐 수 있다.
도 15를 더 참조하면, 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)은 제1 위상 검출 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_2a)을 포함할 수 있다. 기판(SUB)에 'PDPX_1a' 픽셀의 제1 포토 다이오드(PD1) 및 'PDPX_2a' 픽셀의 제2 포토 다이오드(PD2)가 배치될 수 있다. 기판(SUB) 상에는 소정의 컬러 필터(CF)(예를 들면, 그린 컬러 필터)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)에는 하나의 마이크로 렌즈(ML)가 배치될 수 있다. 도 15에 도시된 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)의 구조는 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)에도 적용될 수 있다. 다만, 제2 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P2a)에 포함된 컬러 필터의 종류는 제1 위상 검출 픽셀 쌍(PDPX_P1a)에 포함된 컬러 필터의 종류와 상이할 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 따른 위상 검출 공유 픽셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPDPX1)은 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b) 및 제1 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_1a, IPX_1b)을 포함할 수 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b)은 제1 위상 검출 서브 픽셀 쌍으로 정의될 수 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b)은 수평 방향으로 인접하게 배치될 수 있으며, 하나의 수평 마이크로 렌즈(ML_H)에 덮힐 수 있다. 또한, 제1 이미지 센싱 서브픽셀들(IPX_1a, IPX_1b) 각각은 개별적으로 마이크로 렌즈(ML_I)로 덮힐 수 있다.
실시예에 있어서, 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b)에 포함된 컬러 필터의 종류와 제1 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_1a, IPX_1b)에 포함된 컬러 필터의 종류는 동일 또는 상이할 수 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b)의 구조는 도 14, 도 15 등에서 서술된 위상 검출 픽셀의 구조와 동일, 유사한 바 구체적인 설명은 생략한다.
도 17을 더 참조하면, 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPDPX2)은 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b) 및 제2 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_2a, IPX_2b)을 포함할 수 있다. 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b)은 제2 위상 검출 서브 픽셀 쌍으로 정의될 수 있다. 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b)은 수직 방향으로 인접하게 배치될 수 있으며, 하나의 수직 마이크로 렌즈(ML_H)에 덮힐 수 있다. 또한, 제2 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_2a, IPX_2b) 각각은 개별적으로 마이크로 렌즈(ML_I)로 덮힐 수 있다.
실시예에 있어서, 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b)에 포함된 컬러 필터의 종류와 제2 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_2a, IPX_2b)에 포함된 컬러 필터의 종류는 동일 또는 상이할 수 있다. 또한, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPDPX1)의 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b)의 감도와 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPDPX2)의 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b)의 감도는 상이할 수 있으며, 더 나아가, 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b)의 감도는 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b)의 감도보다 낮을 수 있다.
즉, 제1 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_1a, PDPX_1b)에 포함된 컬러 필터의 종류와 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b)에 포함된 컬러 필터의 종류는 상이할 수 있다. 제2 위상 검출 서브 픽셀들(PDPX_2a, PDPX_2b)의 구조는 도 14, 도 15 등에서 서술된 위상 검출 픽셀의 구조와 동일, 유사한바 구체적인 설명은 생략한다.
도 13 내지 도 17을 참조하여 설명한 바와 같이 픽셀 어레이(310d)의 복수의 픽셀들은 픽셀 그룹 단위로 위상 검출 픽셀 쌍을 포함하여 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 생성할 수 있다. 여기서 지문 이미지 신호(FIS)는 이미지 (서브) 픽셀들에서 생성되고, 지문 위상 신호(FPS)는 위상 검출 픽셀 쌍들 또는 위상 검출 서브 픽셀들에서 생성될 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 픽셀 어레이의 다른 예를 나타낸다.
도 18을 참조하면, 픽셀 어레이(310e)는 2차원 배열된 포토 다이오드들(PD)를 포함하는 포토 다이오드 어레이(340) 및 2차원 배열된 복수의 마이크로 렌즈(351)들을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(350)를 포함할 수 있다.
포토다이오드 어레이(340)는 2차원 배열된 복수의 포토 다이오드(PD)들을 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(350)는 포토다이오드 어레이(340)에 평행하게 대향하여 배치되어 있으며, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈(351)를 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(351)는 포토다이오드(PD)보다 큰 직경을 가지며 하나의 마이크로 렌즈(351)에 대해 다수의 포토다이오드(PD)들이 배치될 수 있다. 도 18에는 예시적으로 하나의 마이크로 렌즈(351)에 대해 5개의 포토다이오드(PD)들의 행이 배치된 것으로 도시되어 있지만, 이는 단순한 예일 뿐이며, 실시예에 따라 하나의 마이크로 렌즈(151)에 더 많은 수의 포토다이오드(PD)들이 배치될 수도 있고 또는 더 적은 수의 포토다이오드(PD)들이 배치될 수도 있다.
이하에서는 하나의 동일한 마이크로 렌즈(351)에 대향하여 배치된 다수의 포토다이오드들(PD)들의 집합을 '포토다이오드 블록'이라고 부른다. 포토다이오드 어레이(340)는 복수의 포토다이오드 블록을 갖는다. 예를 들어, 포토다이오드 어레이(340)는 마이크로 렌즈(351)의 개수에 해당하는 만큼의 포토다이오드 블록을 포함할 수 있다. 따라서 각각의 포토다이오드 블록은 다수의 마이크로 렌즈(351) 중 어느 하나와 각각 대응할 수 있다. 각각의 포토다이오드 블록에는 복수의 포토다이오드(PD)들이 2차원 배열될 수 있다.
마이크로 렌즈(351)는 도 4의 렌즈(210)로부터 수신되는 빛을 포토다이오드 블록의 포토다이오드(PD)들에 제공한다. 따라서 하나의 포토다이오드 블록에서의 포토 다이오드의 위치에 따라 포토 다이오드에 축적되는 빛의 양이 달라지고, 이에 따라 위상 차이가 발생할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 도 18의 픽셀 어레이의 동작 방식을 나타내는 평면도이다.
도 19를 참조하면, 복수의 마이크로 렌즈(351)에 각각 일대일로 대응하는 복수의 포토다이오드 블록들(341, 342, 343, 344)들이 2차원 배열되어 있으며, 포토다이오드 블록들(341, 342, 343, 344) 각각에 복수의 포토다이오드(PD)들이 2차원 배열되어 있다. 도 19에는 예시적으로 2*2로 배열된 마이크로 렌즈(351)들과 포토다이오드 블록들이 도시되어 있지만, 실제로는 훨씬 많은 수의 마이크로 렌즈(351)들과 포토다이오드 블록들이 배열될 수 있다. 하나의 마이크로 렌즈(351)에 대하여 n*n(n은 2이상의 자연수)로 배열된 포토다이오드(PD)들이 배치될 수 있다. 도 19에서 n은 5일수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 예를 나타내는 블록도이다.
설명의 편의를 위하여 도 20에서는 메인 프로세서(180)와 지문 인식 센서(300)를 도시하고 나머지 구성 요소들은 도시하지 않는다.
도 20을 참조하면, 디스플레이 장치(100a)는 메인 프로세서(180) 및 지문 인식 센서(300)를 포함하고, 지문 인식 센서(300)는 픽셀 어레이(310) 및 센서 드라이버(360)를 포함한다. 센서 드라이버(360)는 지문 인증 유닛(FAU; Fingerprint Authentication Unit) 및 생기 인증 유닛(LAU; Liveness Authentication Unit)을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(310)는 복수의 픽셀들을 포함하고, 복수의 픽셀들 중 적어도 일부를 위상 검출 픽셀들로 이용하여 지문에 응답하여 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 생성하고, 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 센서 드라이버(360)에 제공한다.
지문 인증 유닛(FAU)는 지문 이미지 신호(FIS)를 기초로 지문 매칭 동작을 수행한다. 예를 들어, 지문 인증 유닛(FAU)은 지문 이미지 신호(FIS) 및 미리 설정된 지문 이미지 정보를 비교하여 지문 매칭 동작을 수행할 수 있다. 실시예에 있어서, 미리 설정된 지문 이미지 정보는 사전에 별도의 등록 과정을 통해 사용자에 의해 설정된 정보일 수 있다.
생기 인증 유닛(LAU)은 지문 위상 신호(FPS)를 기초로 생기 검출 동작을 수행할 수 있다. 지문 위상 신호(FPS)은 지문이 인간의 것인 경우에, 지문에 대한 위상 정보 및/또는 깊이 정보를 포함할 수 있다. 생기 인증 유닛(LAU)은 지문 위상 신호(FPS)에 포함된 위상 정보 및/또는 깊이 정보를 미리 설정된 지문 위상 정보와 비교하여 지문이 위조인지 여부를 판별하는 생기 검출 동작을 수행할 수 있다. 상기 생기 검출 동작은 안티-스푸핑 동작에 해당할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 생기 검출 동작을 통해 실제 사람의 손가락인지 또는 위조된 지문(즉, 인쇄된 사진에 의한 지문 또는 인조 손가락에 의한 지문)인지를 판별할 수 있다.
상술된 바와 같이, 센서 드라이버(360)는 지문 인증 유닛(FAU) 및 생기 인증 유닛(LAU)의 동작 결과에 따라 인증 결과(AR)를 메인 프로세서(180)로 전송할 수 있다. 즉, 센서 드라이버(360)가 자체적으로 지문 매칭 동작 및 생기 검출 동작을 수행할 수 있다. 지문 인증 유닛(FAU) 및 생기 인증 유닛(LAU) 모두에서 인증이 성공한 경우, 인증 결과(AR)는 인증 성공에 대한 정보를 포함할 것이다. 반면에, 지문 인증 유닛(FAU) 및 생기 인증 유닛(LAU) 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 인증이 실패한 경우, 인증 결과(AR)는 인증 실패에 대한 정보를 포함할 것이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 21을 참조하면, 디스플레이 장치(100b)는 메인 프로세서(180a) 및 지문 인식 센서(300a)를 포함하고, 지문 인식 센서(300a)는 픽셀 어레이(310) 및 센서 드라이버(360)를 포함한다. 메인 프로세서(180a) 지문 인증 유닛(FAU) 및 생기 인증 유닛(LAU)을 포함할 수 있다.
도 20의 디스플레이 장치(100a)와 달리, 도 21의 디스플레이 장치(100b)에서는 지문 인증 유닛(FAU) 및 생기 인증 유닛(LAU)은 메인 프로세서(180a)에 포함된다. 즉 메인 프로세서(180a)는 픽셀 어레이(310)로부터 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 직접 수신할 수 있다. 메인 프로세서(180a)에 포함된 지문 인증 유닛(FAU) 및 생기 인증 유닛(LAU)이 지문 이미지 신호(FIS)와 지문 위상 신호(FPS)를 기초로 지문 매칭 동작 및 생기 검출 동작을 수행할 수 있다.
도 22 및 도 23는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀 어레이를 구비하는 지문 인식 센서를 포함하는 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 내지 도 23을 참조하면, 복수의 픽셀들을 구비하는 지문 인식 센서(300)에 사용자의 지문(UFG)과 위조 지문(FFG)를 순차적으로 입력하여 지문 인식 센서(200)를 제어하는 메인 프로세서(180)를 트레이닝한다(S500). 사용자의 지문(UFG)에 응답하여 지문 인식 센서(300)는 지문 이미지 신호(UFIS)와 지문 위상 신호(UFPS)를 메인 프로세서(180)이 출력할 수 있다. 위조 지문(UFG)에 응답하여 지문 인식 센서(200)는 지문 이미지 신호(FFIS)와 지문 위상 신호(FFPS)를 메인 프로세서(180)에 출력할 수 있다.
메인 프로세서(180)은 인공 신경망 엔진(190)은 지문 이미지 신호(UFIS)와 지문 위상 신호(UFPS) 및 지문 이미지 신호(FFIS)와 지문 위상 신호(FFPS)를 기초로 기계 학습(트레이닝)을 수행한다(S500). 메인 프로세서(180)는 수행된 트레이닝에 기초하여 학습 데이터(LDTA)를 생성하고(S550) 학습 데이터(LDTA)를 메모리(195)에 저장할 수 있다. 학습 데이터(LDTA)는 위조 지문(FFG)을 판별하는데 사용되는 위상 정보 및/또는 이미지 정보를 포함할 수 있다.
입력 지문(IFG)이 지문 인식 윈도우(FRW)에 접촉 및/또는 근접되면 지문 인식 센서(200)는 입력 지문(IFG)에 응답하여 입력 지문 이미지 신호(IFIS) 및 입력 지문 위상 신호(IFPS)를 생성한다(S570).
메인 프로세서(180)는 입력 지문 이미지 신호(IFIS) 및 입력 지문 위상 신호(IFPS)와 메모리(195)에 저장된 학습 데이터(LDTA)의 비교에 기초하여 입력 지문(IFG)이 위조 지문인지 여부를 판단하는 안티-스푸핑 동작(S600) 및/또는 입력 지문(IFG)이 사용자의 지문과 일치하는지 여부를 판단하는 지문 인증 동작을 수행할 수 있다.
상기 안티-스푸핑 동작은 입력 지문(IFG)에 대한 생기 검출을 통하여 입력 지문(IFG)이 생기(liveness)를 가지는지 판단하고, 생기를 가지는 경우(YES), 입력 지문을 받아들이고(S610), 생기를 가지지 않는 경우(NO), 입력 지문을 거부할 수 있다(S630).
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법을 나타낸다.
도 24를 참조하면, 학습 데이터가 저장된 이후에, 미리 정해진 요청이 발생하여 상기 지문 인식 모드에 진입할 수 있다(단계 S710). 예를 들어, 상기 요청은 객체(10)의 패널(110) 상의 어떤 영역으로의 접촉 또는 근접에 응답하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 요청은 패널(110)이 대기 모드에 있는 동안(예를 들어, 디스플레이 패널(110)이 현재 시각과 같은 최소한의 정보를 표시하는 동안) 발생할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 지문 인식 센서(200)가 배치된 위치를 알지 못할 수 있다. 따라서, 사용자는 객체(10)를 통해 지문 인식 윈도우(FRW) 외의 영역으로 접촉 또는 근접할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 터치된 영역이 지문 인식 윈도우(FRW)와 일치하지 않는 것으로 판단하고, 디스플레이 드라이버(160)에 의해 패널(110)을 부분적으로 구동하여 참조 이미지(RI)를 표시할 수 있다(S720). 참조 이미지(RI)는 지문 인식 센서(200)가 배치된 위치를 사용자에게 알리기 위해 표시될 수 있다. 참조 이미지(RI)는 지문 인식 윈도우(FRW)의 일부 또는 전부 상에 표시될 수 있다.
이후에, 사용자는 객체(10)를 통해, 참조 이미지(RI)가 표시된 지문 인식 윈도우(FRW)로 접촉 또는 근접할 수 있다(S730).
디스플레이 장치(100)는 터치된 영역이 지문 인식 윈도우(FRW)와 일치하는 것으로 판단하고, 디스플레이 드라이버(160)에 의해 패널(110)을 부분적으로 구동하여 빛을 방출할 수 있다(S740). 디스플레이 장치(100)는 방출된 빛에 기초하여 지문 인식 윈도우(FRW) 상의 객체(10)에 관한 영상 신호를 생성할 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 지문 인식 윈도우(FRW)를 통하여 수신되는 반사광에 기초하여 지문을 인식할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 검출된 지문이 위조 지문인지 여부 및 인증된 사용자의 지문인지 여부를 판별할 수 있다(S750).
일 실시예에서, 참조 이미지(RI)는 지문 검출의 기능과 관련하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 지문 검출의 기능은 사용자 인증 및 보안의 이슈와 관련되기 때문에, 높은 우선순위로 처리될 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 참조 이미지(RI)와 관련되는 인터페이스(예를 들어, 객체(10)의 접촉 또는 근접)가 대기 모드와 관련되는 인터페이스(예를 들어, 시각 설정)보다 먼저 처리되도록, 디스플레이 드라이버(160)에 의해 디스플레이 패널(110)을 적절히 구동할 수 있다. 한편, 사용자는 참조 이미지(RI)의 표시에도 불구하고 지문 인식 윈도우(FRW) 외의 영역으로 접촉 또는 근접할 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치(100)는 터치된 영역이 지문 인식 윈도우(FRW)와 일치하지 않음을 사용자에게 알리기 위해 오류 응답을 표시할 수도 있다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 25를 참조하면, 전자 장치(1000)는 프로세서(1010), 메모리 장치(1020), 지문 인식 센서(1030), 입출력 장치(1040), 파워 서플라이(1050) 및 디스플레이 장치(1060)를 포함할 수 있다. 전자 장치(1000)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 시스템들과 통신할 수 있는 여러 포트(port)들을 더 포함할 수 있다.
프로세서(1010)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어하고, 운영 체제, 어플리케이션 등을 실행할 수 있다. 메모리 장치(1020)는 전자 장치(1000)의 동작에 필요한 데이터들을 저장할 수 있다. 입출력 장치(1040)는 키보드, 키패드, 터치패드, 터치스크린, 마우스, 리모트 컨트롤러 등과 같은 입력 수단, 및 스피커, 프린터 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1050)는 전자 장치(1000)의 동작에 필요한 파워를 공급할 수 있다.
디스플레이 장치(1060)는 디스플레이 패널을 포함한다. 상기 디스플레이 패널, 지문 인식 센서(1030), 프로세서(1010) 및 메모리 장치(1020)는 각각 도 3의 디스플레이 패널(150), 지문 인식 센서(200), 메인 프로세서(190) 및 메모리(195)에 대응하며, 본 발명의 실시예들에 따른 안티-스푸핑 동작 및 지문 인증 동작을 수행할
본 발명의 실시예들은 디스플레이 패널 및 지문 인식 센서를 포함하고 광학적 지문 인식 기능을 수행하는 임의의 전자 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터, 노트북, 핸드폰, 스마트폰, MP3 플레이어, PDA, PMP, 디지털 TV, 디지털 카메라, 휴대용 게임 콘솔, 네비게이션 기기, 웨어러블 기기, 사물 인터넷 기기, VR 기기, AR 기기 등과 같은 다양한 전자 기기에 유용하게 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 디스플레이 픽셀들을 구비하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 상의 일부 영역인 지문 인식 윈도우에 공간적으로 대응하도록 상기 디스플레이 패널의 일면의 하부에 배치되는 이미지 센서를 구비하는 지문 인식 센서; 및
    상기 디스플레이 패널과 상기 지문 인식 센서를 제어하는 메인 프로세서를 포함하고,
    상기 디스플레이 패널은 지문 인식 모드에서 상기 지문 인식 윈도우에 대응되도록 배치되는 일부 디스플레이 픽셀들을 발광시키고,
    상기 이미지 센서는 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 위상 검출 픽셀들로 이용되는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 디스플레이 픽셀들이 발광된 상태에서, 상기 지문 인식 윈도우를 통하여 수신되는 지문의 반사광에 응답하여 지문 이미지 신호 및 지문 위상 신호를 생성하고,
    상기 메인 프로세서는 상기 지문 이미지 신호 및 상기 지문 위상 신호에 기초하여 상기 지문의 위조 여부를 판단하는 안티-스푸핑(anti-spoofing) 및 상기 지문의 인증 중 적어도 하나를 수행하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 프로세서는 사용자의 지문에 응답하여 상기 이미지 센서에서 생성되는 제1 지문 이미지 신호 및 제1 지문 위상 신호와 위조 지문에 응답하여 상기 이미지 센서에서 생성되는 제2 지문 이미지 신호 및 제2 지문 위상 신호에 기초하여 트레이닝을 수행하여 학습 데이터를 생성하고, 상기 지문에 응답한 상기 지문 이미지 신호와 상기 지문 위상 신호를 상기 학습 데이터와 비교하여 상기 안티-스푸핑을 수행하고,
    상기 메인 프로세서는 상기 제1 지문 이미지 신호 및 상기 제1 지문 위상 신호와 상기 제2 지문 이미지 신호 및 상기 제2 지문 위상 신호에 기초하여 기계 학습을 수행하여 상기 학습 데이터를 생성하는 인공 신경망 엔진을 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 프로세서는 상기 지문 인식 윈도우에 상기 사용자의 지문을 기준 시간 동안 접촉시켜 상기 이미지 센서에서 생성되는 상기 제1 지문 이미지 신호 및 상기 제1 지문 위상 신호의 변화에 기초하여 상기 안티-스푸핑을 수행하는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 복수의 픽셀들 각각은,
    기판 위에 형성되는 광전 변환 소자;
    상기 광전 변환 소자 상부에 형성되는 컬러 필터; 및
    상기 컬러 필터 상부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 위상 검출 픽셀들 각각은
    상기 광전 변환 소자와 상기 컬러 필터 사이의 영역의 일부에 형성되는 차광막을 더 포함하고,
    상기 복수의 픽셀들 중 로우 방향 또는 컬럼 방향으로 인접한 제1 픽셀과 제2 픽셀은 하나의 서브 픽셀 그룹을 구성하고, 상기 제1 픽셀은 제1 차광막을 포함하고, 상기 제2 픽셀은 제2 차광막을 포함하고, 상기 제1 픽셀에서 상기 제1 차광막이 형성되는 영역과 상기 제2 픽셀에서 상기 제2 차광막이 형성되는 영역은 서로 다른 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 픽셀들 각각은
    기판 위에 형성되는 제1 광전 변환 소자 및 제2 광전 변환 소자;
    상기 제1 광전 변환 소자 및 상기 제2 광전 변환 소자 상부에 형성되는 컬러 필터; 및
    상기 컬러 필터 상부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는
    상기 지문 이미지 신호를 생성하는 복수의 이미지 픽셀들을 각각 구비하는 제1 픽셀 그룹 및 제2 픽셀 그룹을 포함하고,
    상기 제1 픽셀 그룹은, 제1 방향으로 서로 인접하게 배치되고, 하나의 제1 마이크로 렌즈로 덮힌 제1 위상 검출 픽셀들을 구비하는 제1 위상 검출 픽셀 쌍을 포함하고,
    상기 제2픽셀 그룹은, 상기 제1 방향과는 다른 제2 향으로 서로 인접하게 배치되고, 하나의 제2 마이크로 렌즈로 덮힌 제2 위상 검출 픽셀들을 구비하는 제2 위상 검출 픽셀 쌍을 포함하고,
    상기 제1 위상 검출 픽셀 쌍 및 상기 제2 위상 검출 픽셀 쌍은 상기 지문 위상 신호를 생성하고,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교하고,
    상기 이미지 픽셀들은 각각 하나의 마이크로 렌즈로 덮이는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고,
    상기 픽셀 그룹들 각각은
    제1 방향으로 배치되는 n 픽셀들;
    상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배치되는 n 픽셀들; 및
    상기 n*n 픽셀들을 덥는 하나의 싱글 마이크로 렌즈를 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 지문 인식 센서는
    상기 지문 인식 윈도우를 통하여 수신되는 상기 반사광을 집광하는 렌즈를 더 포함하고,
    상기 이미지 센서는 상기 픽셀 어레이를 제어하고, 상기 픽셀 어레이에서 제공되는 상기 지문 이미지 신호 및 상기 지문 위상 신호에 기초하여 상기 지문의 인증을 수행하고 인증 결과를 상기 메인 프로세서에 제공하는 센서 드라이버를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 픽셀 어레이를 구비하는 지문 인식 센서를 포함하는 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법으로서,
    상기 디스플레이 패널 상의 일부 영역인 지문 인식 윈도우에 공간적으로 대응하도록 배치되는 일부 디스플레이 픽셀들이 발광된 상태에서 상기 지문 인식 센서에 사용자의 지문과 위조 지문을 순차적으로 입력하여 상기 지문 인식 센서를 제어하는 메인 프로세서를 트레이닝하는 단계;
    상기 트레이닝에 기초하여 상기 메인 프로세서에서 지문 이미지 신호와 지문 위상 신호를 포함하는 학습 데이터를 생성하는 단계;
    입력 지문에 응답하여 상기 지문 인식 센서에서 입력 지문 이미지 신호와 입력 지문 위상 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 메인 프로세서에서 상기 학습 데이터와 상기 입력 지문 이미지 신호와 상기 입력 지문 위상 신호의 비교에 기초하여 상기 입력 지문의 위조 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 픽셀 어레이는 상기 복수의 픽셀들 중 적어도 일부를 위상 검출 픽셀로 이용하여 상기 지문 위상 신호와 상기 입력 지문 위상 신호를 생성하는 디스플레이 장치의 안티-스푸핑 방법.
  10. 디스플레이 픽셀들을 구비하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 상의 일부 영역인 지문 인식 윈도우에 공간적으로 대응하도록 상기 디스플레이 패널의 일면의 하부에 배치되는 이미지 센서를 구비하는 지문 인식 센서; 및
    상기 디스플레이 패널과 상기 지문 인식 센서를 제어하는 메인 프로세서를 포함하고,
    상기 디스플레이 패널은 지문 인식 모드에서 상기 지문 인식 윈도우에 대응되도록 배치되는 일부 디스플레이 픽셀들을 발광시키고,
    상기 이미지 센서는 복수의 픽셀들 중 적어도 일부가 위상 검출 픽셀들로 이용되는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 디스플레이 픽셀들이 발광된 상태에서, 상기 지문 인식 윈도우를 통하여 수신되는 지문의 반사광에 응답하여 지문 이미지 신호 및 지문 위상 신호를 생성하고,
    상기 메인 프로세서는 상기 지문 이미지 신호 및 상기 지문 위상 신호에 기초하여 상기 지문의 위조 여부를 판단하는 안티-스푸핑(anti-spoofing) 및 상기 지문의 인증 중 적어도 하나를 수행하고, 사용자의 지문에 응답하여 상기 이미지 센서에서 생성되는 제1 지문 이미지 신호 및 제1 지문 위상 신호와 위조 지문에 응답하여 상기 이미지 센서에서 생성되는 제2 지문 이미지 신호 및 제2 지문 위상 신호에 기초하여 기계 학습을 수행하여 트레이닝 데이터를 생성하고, 상기 지문에 응답한 상기 지문 이미지 신호와 상기 지문 위상 신호를 상기 트레이닝 데이터와 비교하여 상기 안티-스푸핑을 수행하는 디스플레이 장치.
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