KR20230049780A - 생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드 - Google Patents

생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드 Download PDF

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KR20230049780A
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Abstract

본 발명은 생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드에 관한 것이다.
본 발명에서는 복수 개 지문감지전극으로 이루어지는 지문감지전극어레이와, 지문감지전극어레이 외측 테두리를 따라 전기적으로 이격되도록 형성되는 생체인증용전극들과, 생체인증용전극들은 상호 D2 이격거리를 두고 형성되는 생체인증용제1전극 및 생체인증용제2전극으로 구성되며, 생체인증용전극 상부에는 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질이 D1 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 생체및지문인식센서 구조체가 개시된다.
본 발명에 따른 생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드에 의하면 종래에는 생체인증용전극을 지문감지전극과 별도 공정을 통해 형성하여야 하였으나 적절한 설계에 따라 형성하면 지문감지전극과 동일한 공정을 통해 형성할 수 있게 되었다.

Description

생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드{FINGERPRINT RECOGNITION SENSOR STRUCTURE CAPABLE OF BIOMETRIC AUTHENTICATION AND ELECTRONIC CARD USING THE SAME}
본 발명은 생체인증이 가능한 생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생체인증 전극 상부에 부도체를 구비하는 생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드에 관한 것이다.
신용카드는 많은 금액의 현금소지에 따른 불편함을 해소하기 위하여 사용된다. 신용카드는 등록시 본인만이 사용 가능하도록 비밀번호를 부여하고, 신용카드에는 서명을 날인하여 사용한다. 신용카드는 간편히 소지하고 다니다가 현금이 필요할 시에는 현금지급기에 신용카드를 넣은 후 비밀번호를 입력하여 현금을 인출받을 수 있다. 온라인 상에서 신용카드를 이용하여 결제를 진행할 경우에도 비밀번호를 입력하여야 하므로 비교적 안전하게 결제를 진행할 수 있다. 이와는 달리 오프라인에서 물품을 구입할 시에는 매장에 설치된 단말기의 카드삽입구에 삽입하면 정상적으로 사용할 수 있는 카드이면 결제가 완료된다.
신용카드는 간편하게 사용할 수 있다는 장점이 있으나 분실시에는 많은 손실을 초래할 수 있다. 신용카드를 분실하고 분실 신고가 되지 않은 경우라면, 이를 습득한 사람은 타인의 분실된 신용카드를 이용하여 오프라인 매장에서 물건을 구매하고 대중 교통비를 결제할 수 있으므로 신용카드 원 소유자는 많은 금전적 손해를 입게 된다. 비밀번호가 노출된 상태로 분실 또는 탈취되는 경우에는 현금 인출까지 가능하므로 더 큰 금전적 손해를 보게 된다.
이와 같은 문제로 인하여 신용카드의 보안성을 높이기 위해 신용카드에 지문센서를 장착시키려는 시도가 있다. 지문센서는 구동 방식에 따라 정전식 지문센서, 초음파식 지문센서 및 광학식 지문센서로 분류할 수 있는데 이중에서 신용카드에 구현할 수 있는 두께를 고려하면 신용카드에 적용하기 적합한 방식은 정전식 지문센서라 할 수 있다. 한편 지문센서는 실리콘 등으로 만들어진 위조지문에 의해서 쉽게 인증이 통과되는 문제가 있으므로 이를 보완하기 위한 기술이 필요하게 되었다.
한국등록특허 제10-1972318호
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 대두된 것으로서, 위조지문을 이용하여 인증을 시도할 경우 인증을 거부할 수 있는 생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 복수 개 지문감지전극으로 이루어지는 지문감지전극어레이와, 지문감지전극어레이 외측 테두리를 따라 전기적으로 이격되도록 형성되는 생체인증용전극들과, 생체인증용전극들은 상호 D2 이격거리를 두고 형성되는 생체인증용제1전극 및 생체인증용제2전극으로 구성되며, 생체인증용전극 상부에는 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질이 D1 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 생체및지문인식센서 구조체에 의해 달성 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적은 생체및지문인식센서 구조체와, 생체및지문인식센서 구조체에서 센싱된 출력값을 이용하여 생체인지 여부 및 지문이 일치하는지 여부를 인증하는 생체및지문인증칩 및 소지자의 주요 정보를 저장하는 작은 용량의 메모리를 갖는 IC칩을 포함하고, 생체및지문인식센서 구조체는 복수 개 지문감지전극으로 이루어지는 지문감지전극어레이와, 지문감지전극어레이 외측 테두리를 따라 전기적으로 이격되도록 형성되는 생체인증용전극들과, 생체인증용전극들은 상호 D2 이격거리를 두고 형성되는 생체인증용제1전극 및 생체인증용제2전극으로 구성되며, 생체인증용전극 상부에는 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질이 D1 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자카드에 의해서 달성 가능하다.
본 발명에 따른 생체및지문인식센서 구조체 및 이를 이용한 전자카드에 의하면 종래에는 생체인증용전극을 지문감지전극과 별도 공정을 통해 형성하여야 하였으나 적절한 설계에 따라 형성하면 지문감지전극과 동일한 공정을 통해 형성할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 전자카드 구성도.
도 2는 커버필름 라미네이션이 완료된 상태의 전자카드에 설치되는 생체지문인식센서의 평면도 및 해당 평면도에서 A-A' 방향 절단면도.
도 3은 커버필름 라미네이션이 완료된 상태의 전자카드에 설치되는 생체지문인식센서의 평면도 및 해당 평면도에서 B-B' 방향 절단면도.
도 4는 본 발명에 따른 생체및지문인식센서에서 생체인증과 관련된 소자의 등가 회로도.
도 5는 구동부에 구형파를 인가한 경우 도 2 및 도 3에 제시된 생체및지문인식센서에서 센싱 출력되는 전압 파형도.
도 6은 생체인증용제1전극에 전압이 인가될 때 생체 지문에 전하가 분극되는 과정을 설명하는 개념도.
도 7은 생체인증전극 사이에 터치하는 물체가 없는 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프.
도 8은 생체인증전극 사이에 두꺼운 전도성 고무를 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프.
도 9는 생체인증전극 사이에 얇은 전도성 고무를 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프.
도 10은 생체인증전극 사이에 젖은 clay로 제조된 위조지문을 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프.
도 11은 생체인증전극 사이에 마른 clay로 제조된 위조지문을 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프.
도 12는 생체인증전극 사이에 실리콘으로 제조된 위조지문을 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프.
도 13은 생체지문인식센서에서 생체인식용전극을 고리형으로 형성한 생체지문인식센서의 평면도 및 해당 평면도에서 C-C' 방향 절단면도.
본 발명에서 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 "가지다" 등의 용어는 명세서 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 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 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 경우뿐 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.
본 발명에 의미하는 전자카드는 내부에 IC(Intergrated Circuit)칩을 포함하는 얇은 두께를 갖는 카드를 의미한다. 종래에는 신용카드 결제에 필요한 정보가 마그네틱 스트립(magnetic strip)에 저장된 카드가 많이 사용되었는데 이러한 마그네틱 스트립은 복제가 용이하여 보안에 취약하기 때문에 보안을 요하는 정보를 IC칩에 저장하여 사용하는 전자카드로 대체되고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 전자카드 구성도이다. 본 발명에 따른 전자카드(300)는 베이스기판(200) 상에 IC칩(60), 디스플레이부(80), 입력버튼(70), 배터리(90), 생체및지문인증칩(110) 및 생체및지문인식센서(100)가 구비되고 그 위에 커버필름(210)이 라미네이션 접합되는 적층 구조를 갖는다. 도 1에 제시된 전자카드에서 디스플레이부(80), 배터리(90) 및 입력버튼(70)은 반드시 구비될 필요는 없다.
베이스기판(200)은 메인베이스필름상에 인쇄회로기판이 적층된 구조를 갖는다. 메인베이스필름은 강경화성 수지를 이용하여 구현할 수 있다. 도 1에서는 메인베이스필름과 인쇄회로기판을 별도 구분없이 하나의 기판으로 도시하였다. IC칩(60)은 카드 소지자의 주요 정보를 저장하는 작은 용량의 메모리를 갖는 반도체 칩이다. 통상 IC칩은 육안으로 확인 가능한 황금색의 접촉단자와 접촉단자 하부에 구비되는 반도체 칩으로 구성된다. 디스플레이부(80)는 지문 인증 여부 등을 표시하는 표시소자로서 얇은 두께를 갖는 유기 EL 또는 전기 연동 디스플레이 등으로 구현 가능하다. 입력버튼(70)은 전원을 온/오프하거나 동작 모드를 선택하기 위한 사용자 입력을 받기 위한 스위치로서 토글 버튼 또는 돔 스위치 등으로 구현할 수 있다. 배터리(90)는 각 회로소자에 전원을 인가하기 위한 모듈로서 충방전이 가능한 2차 전지, 얇은 두께의 수은전지 또는 태양전지 등으로 구현 가능하다. 안테나 등을 구비하고, 안테나를 통해 유도기전력을 이용하여 무선 에너지를 받아서 각 회로소자를 동작시키는 경우 배터리(90)는 생략할 수 있다. 생체및지문인식센서(100)는 사용자의 지문 및 생체 여부를 감지하는 센서이며 본 발명에서는 지문인증센서로 정전식 지문센서를 사용하였다. 생체및지문인증칩(110)은 생체및지문인식센서(100)에서 센싱된 출력값을 이용하여 생체인지 여부 및 지문이 일치하는지 여부를 인증하는 칩입니다.
커버필름(210)은 베이스기판(200)에 실장되는 회로소자를 보호하기 위한 필름으로서, 베이스기판(200) 및 회로소자 상부에 라미네이션으로 적층된다. 커버필름(210)에는 IC칩의 접촉단자를 외부로 노출시키기 위한 윈도우(211)가 형성될 수 있음은 물론이다.
도 2는 커버필름 라미네이션이 완료된 상태의 전자카드에 설치되는 생체지문인식센서의 평면도 및 해당 평면도에서 A-A' 방향 절단면도를 도시하며, 도 3은 커버필름 라미네이션이 완료된 상태의 전자카드에 설치되는 생체지문인식센서의 평면도 및 해당 평면도에서 B-B' 방향 절단면도를 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 생체및지문인식센서(100)는 지문을 감지하는 정전용량방식의 지문감지전극(101) 및 생체인증용전극(107, 109)으로 구성된다. 복수개 지문감지전극(101)은 어레이 형태로 배열되어 지문감지전극어레이(105)를 형성한다. 생체인증용전극(107, 109)은 지문감지전극어레이(105) 외곽에 둘레를 따라 배치되는 생체인증용제1전극(107) 및 생체인증용제2전극(109)으로 구성된다. 도 2(b) 단면도에 도시된 바와 같이 지문감지전극어레이(105)는 지문감지전극(101)과 지문감지검출회로전극(103)이 쌍으로 설치되는 구조를 갖는다. 이러한 지문감진전극어레이(105)의 전극 형상 및 배치는 종래 지문을 감지하는 센서를 통해 공지된 다양한 기술이 있으므로 어느 것을 적용해도 무방하다.
본 발명 출원인은 생체와 접촉시키는 두 개의 전극(생체인증용제1전극, 생체인증용제2전극)을 이용하여 생체 여부를 인증하는 기술을 제안하고 등록 받은 바 있다(한국등록특허 10-1972318).
그런데 한국등록특허 10-1972318에서는 생체인증을 위한 두 개의 전극이 생체와 직접 접촉될 수 있도록 노출되도록 형성되어야 하는 제약이 있었다. 이렇게 노출된 형태로 생체인증용전극을 형성하기 위해서는 지문감지센서용 전극을 형성하는 공정과는 달리 별도 공정을 이용하여 생체인증전극을 구현하여야 하므로 생체 인증이 가능한 지문인식센서를 제조하는데 많이 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 제조 비용 상승 문제를 해결하고자 도 2(b)에 도시된 바와 같이 생체인증용전극(107, 109)도 지문감지전극(101)과 유사하게 몰드(104) 내에 함몰 형성되도록 형성하는 생체인증이 가능한 지문인식센서 구조체를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 생체인증이 가능한 생체및지문인식센서(100)는 반도체 웨이퍼(102)상에 형성되는 지문센서어레이(105), 생체인증용제1전극(107) 및 생체인증용제2전극(109)으로 구성되며, 지문센서어레이(105), 생체인증용제1전극(107) 및 생체인증용제2전극(109)는 상부까지 몰드(104)에 덮여지도록 구성된다. 생체인증용제1전극(107) 및 생체인증용제2전극(109)은 지문센서어레이(105) 외곽 둘레를 따라 각각 형성되면서 서로 'D2' 만큼의 최소 이격거리를 유지하도록 배치된다. 여기서 최소 이격거리란 생체인증용제1전극(107) 및 생체인증용제2전극(109) 사이의 이격거리 중에서 가장 가깝게 측정되는 위치상의 거리를 의미한다. 생체및지문인식센서(100)는 각 전극에 센싱되는 전기신호를 증폭하는 증폭기(106) 및 A/D 변환기를 구비한다. 생체및지문인식센서(100) 및 이를 구성하는 몰드(104) 상부에 라미네이트 방식으로 커버필름(210)을 형성하여 생체및지문인식센서 구조체(300)를 형성한다.
본 발명에 따른 생체및지문인식센서(100)에서 생체인증용전극(107, 109)을 이용하여 생체인증을 하는 방식에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명에 따른 생체및지문인식센서에서 생체인증과 관련된 소자의 등가 회로도이다. 참조기호 'Z'는 생체의 등가회로를 나타내었다. 생체인증과 관련된 소자의 등가 회로는 생체인증용제2전극(109)은 접지와 연결하고, 생체인증용제1전극(107)의 일 단은 저항(Re) 및 구동부(121)를 통하여 접지와 연결되며, 또한 생체인증용제1전극(107)은 센싱부(123)와도 연결된다. 센싱부(123)는 증폭기와 D/A변환기로 구성되어 생체인증용제1전극(107)에서 센싱되는 전압값을 디지털값으로 출력한다. 생체및지문인증칩(110)은 출력된 전압값을 이용하여 생체인증을 수행한다.
도 4를 이용하여 생체 인증을 수행하는 동작 원리에 대해 간략히 설명한다. 생체인증용제1전극(107) 및 생체인증용제2전극(109)을 생체(Z)에 가깝게 위치시킨 상태에서 구동부(121)는 단일 주기를 갖는 구형파를 생체인증용제1전극(107)에 인가하고, 생체인증용제1전극(107)에서 측정되는 전압이 안정화된 상태에서 생체인증용제1전극(107)에서 센싱된 전압값이 생체및지문인증칩(110)으로 출력된다. 생체및지문인증칩(110)에는 신호처리부(111)와 제어부(113)를 포함하는데, 신호처리부(111)는 센싱된 전압값으로부터 센싱된 전압값의 최고치인 측정전압최고치와 센싱된 전압의 최저치인 측정전압최저치를 검출하고, 측정전압최고치와 측정전압최저치의 차로 구해지는 측정전압폭(Vw) 및 검출된 전압이 측정전압최저치에서 측정전압최고치의 특정 범위까지 도달하는 데까지 소요되는 시간(Tm)을 신호처리한다. 제어부(113)은 구동부(121), 센싱부(123), 신호처리부(111)에 필요한 동작 제어신호를 인가한다. 생체및지문인증칩(110)은 생체신호처리부(111)로 검출되는 측정전압폭(Vw)과 소요시간(Tm)을 이용하여 생체 여부를 인증하는 것이다..
도 4에서 생체및지문인식센서(100)에는 생체인증제1전극(107), 생체인증제2전극(109) 및 센싱부(123)가 구비되는 것으로 도시하였으나, 저항(Re) 및 구동부(Vi)도 생체및지문인식센서(100)에 포함되는 구성 소자로 구현할 수 있음은 물론이다. 또한, 생체및지문인증칩(110)에는 신호처리부(111) 및 제어부(113)로만 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 작은 크기의 메모리가 포함되며 생체를 인증하기 위한 다양한 구성소자를 포함하도록 구현할 수 있음은 물론이다.
그런데 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 생체및지문인식센서(100)를 제작할 때 지문감지전극(101)과 동일한 제조 공정을 이용하여 생체인증용전극(107, 109)을 제작하기 때문에 생체인증용전극(107, 109)이 몰드(104) 내에 함몰되도록 형성된다. 또한, 전자카드를 제작하기 위해서는 몰드(104) 상부에 커버필름(210)이 적층되므로 생체인증용전극(107, 109)이 직접 생체와 닿지 못하고 몰드9104) 및 커버필름(210)을 통해서 생체와 접촉되어야 하는 실정이다.
본원 발명자의 실험에 의하면 몰드(104) 및 커버필름(210)을 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질로 형성하면 생체와 대전 후 짧은 시간 동안만 전하 분극 현상이 일어나고 이러한 짧은 시간에 발생하는 전하 분극 현상을 생체인증용전극(107, 109)을 통해 측정하면 생체 인증을 할 수 있음을 파악하게 되었다. 도 5는 구동부에 구형파를 인가한 경우 도 2 및 도 3에 제시된 생체및지문인식센서에서 센싱 출력되는 전압 파형도이다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이 구동부를 통해 순간적으로 변화되는 전압을 가지며 t1 듀레이션을 갖는 구형파를 인가하면 생체및지문인식센서(100)에는 도 5(b)와 같은 센싱전압이 출력된다. 구간(t0)는 전기 분극이 시작되는 딜레이 시간을 표시한다. 대전구간(t1)은 구동부의 인간전압에 의해 몰드 및 커버필름에 대전되는 전압이 생성되는 구간이며, 급속감쇄구간(t2)은 대전된 전하가 비교적 짧은 시간에 감쇄하는 구간이며, 완만감쇄구간(t3)은 대전 후 남아있는 전하가 상대적으로 긴 시간동안 서서히 감쇄하는 구간을 의미한다.
본 발명에서는 몰드(104) 및 커버필름(210)을 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질로 형성할 경우 급속감쇄구간(t2)에서 대전된 전하가 감쇄하는 특성을 비교함으로써 생체 여부를 판별할 수 있음을 파악하였다. 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질로 몰드(104) 및 커버필름(210)을 형성할 경우 생체 여부를 판별하기 위한 감도를 유지하기 위해서 저항(Re)은 150KΩ ~ 500KΩ의 것을 사용하는 것이 좋다.
몰드(104) 및 커버필름(210)을 표면고유저항(Ω/㎠)이 1013 을 초과하는 재로로 형성하면 부도체 특성을 지니므로 대전 현상이 나타나지 않아 생체 여부를 인증할 수 없었다. 또한, 몰드(104) 및 커버필름(210)을 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 보다 작은 재로로 형성하면 도체에 가까운 특성을 보이므로 대전 현상이 너무 짧은 기간에 발생하여 생체 인증 여부를 확인하기 어려웠다.
표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 커버필름은 에폭시 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리이미지(Polyimide) 필름 및 비닐 계열 등에서 선택된 어느 하나를 사용하거나 선택된 두 개 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 발명자에 의하면 생체인증전극이 몰드 내 함몰되도록 형성되는 생체및지문인식센서 구조체에서 생체 인증이 가능하도록 구성하기 위해서는 몰드(104) 및 커버필름(210)을 형성하는 재질의 표면고유저항(Ω/㎠) 외에도 생체인증전극 사이의 최소이격거리(D2) 및 생체인증전극 상부에 적층되는 몰드(104) 및 커버필름(210)의 두께(D1)는 최소이격거리(D2)가 300㎛이하일 경우에는 수학식 1과 같은 특성을 가져야 한다. 수학식 1을 만족하는 관계라도 최소이격거리(D2)가 300㎛를 넘는 경우에는 측정되는 Capacitance가 너무 작게 나와서 측정 정확도가 90%보다 떨어져서 사용하기 어려웠다. 따라서 최소이격거리(D2)의 최대값은 300㎛이다.
수학식 1에 의하면 D2는 D1의 두 배보다는 크고 세 배보다는 작도록 형성하여야 한다. 최소이격거리(D2)가 D1의 두 배보다 작게 될 경우에는 생체까지 대전이 일어나지 않고 커버필름과 몰드 사이에서만 대전이 나타났다 사라지는 것으로 파악되었다(후술하는 도 6과 같은 유전분극 현상이 생체에서 나타나지 않았음). 이는 +전극에서 발생된 전하가 생체에까지 분극을 시키지 못하고 접지로 흘러나가기 때문일 것으로 예상한다. 최소이격거리(D2)가 D1의 세 배보다 크게 될 경우에는 생체인증제1전극(107)과 생체인증제2전극(109) 사이에 발생되는 대전을 측정하기 어려웠다.
Figure pat00001
수학식 1에서 D1은 생체인증전극의 상부면부터 생체 사이의 거리(생체 인증을 하기 위해 생체를 생체인증전극 상부에 놓은 상태에서 측정함)를 나타내며, D2는 생체인증제1전극과 생체인증제2전극 사이의 최소 이격거리를 나타낸다. 결국 D1은 생체인증전극의 상부면에 놓여지는 몰드(104) 및 커버필름의 전체 두께를 나타낸다. 수학식 1에서 D2는 300㎛를 넘을 수 없으므로 D1의 최대값은 150㎛로 산출된다. D1은 생체전극 상부면에 쌓이는 몰드 및 커버필름의 두께이므로 현재 기술로는 20㎛로 미만으로 형성하는 것은 어렵다. 따라서 수학식 1에서 D1은 20㎛ 이상이면서 150㎛ 이하의 범위를 만족하게 된다.
도 6은 생체인증용제1전극에 전압이 인가될 때 생체 지문에 전하가 분극되는 과정을 설명하는 개념도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 생체인증용제1전극(107)에 공급되는 전하에 의해 전하 및 전자가 발생되고( 도 6(a) ), 이렇게 발생된 전하 및 전자는 상부에 위치하는 손가락(F)에 반대 극성으로 전하 및 전자를 유도하au 이렇게 유도된 전하는 전지전극(109) 상부에 위치하는 손가락에는 반대 극성의 전하가 유도되고( 도 6(b) ), 이후 접지전극(109)에도 전하가 유도되는 것이다( 도 6(c) 및 도 6(d) ). 전술한 바와 같이 최소이격거리(D2)가 D1의 두 배보다 작게 될 경우에는 생체까지 대전이 일어나지 않고 커버필름과 몰드 사이에서만 대전이 나타났다 사라지는 현상이 발생되었다.
본 발명의 발명자는 생체인증전극의 폭을 1.2㎜, 최소 이격거리(D2)는 0.15㎜이며, 생체인증전극 상부면에 표면고유저항(Ω/㎠)이 1.1*1013인 몰드 0.02㎜를 적층하고 몰드 상부에 표면고유저항(Ω/㎠)이 1.1*1012인 폴리염화비닐을 0.05㎜ 두께로 형성한 상태(D1은 0.07㎜)에서 제1두께 및 제2두께를 갖는 전도성 고무로 형성된 위조지문, 수분이 있는 상태와 마른 상태의 clay로 형성한 위조지문, 실리콘으로 형성한 위조지문 및 생체 지문을 이용하여 테스트하였다. 구동신호는 30Hz~75Hz 사이에서 5Hz씩 증가시키면서 생체인증제1전극에 인가하였고, 측정전압최저치에서 측정전압폭(Vw)의 63.2%까지 도달하는 데까지 소요되는 시간(Tm)을 측정하였다. 위조지문별로 총 1,000회를 측정하여 10개씩 샘플링한 후 평균값을 추출하여 100개 포인터로 주파수와 소요시간(Tm)을 표시하였다.
도 7은 생체인증전극 사이에 터치하는 물체가 없는 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이 노터치(삼각형 점)와 생체 지문이 터치한 경우(원형 점) 소요시간(Tm)이 명확하게 구분됨을 알 수 있다. 구체적으로 생체 지문의 경우 소요시간(Tm)이 350~550 범위의 값을 갖는 반면, 노터치는 320 이하의 값을 가지므로 양자는 전체 주파수 범위에서 명확히 구분됨을 알 수 있다. 양자는 주파수가 40Hz, 45Hz일 때 가장 변별력이 큼을 파악할 수 있었다.
도 8은 생체인증전극 사이에 두꺼운 전도성 고무를 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이 두께가 두꺼운 전도성 고무로 이루어진 위조지문(x 표시 점)의 경우 소요시간(Tm) 450 이하값을 가지지 않는 반면 생체지문(원형 점)의 경우는 450 이하값을 모든 주파수 범위에서 가지므로 양자는 구분할 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 생체인증전극 사이에 얇은 전도성 고무를 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이 두께가 얇은 전도성 고무로 이루어진 위조지문(x 표시 점)의 경우 소요시간(Tm) 220 정도로 나타나거나 1,000 이상으로 예측을 벗어나는 값들이 측정되었지만 생체 지문(원형 점)의 경우는 360~560 사이의 안정된 범위에 존재함을 알 수 있다.
도 10은 생체인증전극 사이에 젖은 clay로 제조된 위조지문을 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이 양자는 확연히 구분되는 소요시간(Tm) 특성을 보임을 알 수 있다. 젖은 clay로 제조된 위조지문(x 표시 점)의 경우 소요시간(Tm) 측정값이 220 근처에서 나타나는 경우가 종종 발생되었다.
도 11은 생체인증전극 사이에 마른 clay로 제조된 위조지문을 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 11에 도시된 바와 같이 마른 clay로 제작된 위조지문(x 표시 점)과 생체 지문(원형 점)은 확연히 구분되는 소요시간(Tm) 특성을 보임을 알 수 있다. 70Hz 측정 주파수에서 제일 잘 구분할 수 있었다.
도 12는 생체인증전극 사이에 실리콘으로 제조된 위조지문을 놓은 상태와 생체 지문이 터치한 상태의 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이 양자는 일부 중첩되는 범위를 갖는 것을 알 수 있다. 실리콘 지문(x 표시 점)의 경우는 대략 600 이사의 소요시간(Tm) 특성을 보이는 반면 생체지문(원형 점)은 600 이하의 특성을 보임을 알 수 있으며, 생체지문의 경우 소요시간(Tm)이 450 이하의 값이 분포되는 반면 실리콘 지문은 450 이하의 값이 분포되지 않음을 알 수 있다.
도 7 내지 도 12에 제시된 실험 그래프로부터 확인할 수 있는 바와 같이 하나의 고정된 주파수의 구형파를 사용해서는 다양한 위조지문을 생체지문과 명확하게 구분할 수 없음을 알 수 있다. 따라서 복수 개 주파수의 구형파를 인가하고, 각 주파수에 대한 소요시간(Tm)을 측정하면 양자의 구분이 가능함을 알 수 있다.
도 13은 생체지문인식센서에서 생체인식용전극을 고리형으로 형성한 생체지문인식센서의 평면도 및 해당 평면도에서 C-C' 방향 절단면도를 도시한 것이다. 평면에서 보았을 때, 지문감지전극어레이(105) 외측 테두를 전체를 따라 생체인증용제1전극(107)을 형성하고, D2 간격을 이격시킨 상태로 생체인증용제1전극(107) 외곽 테두리 전체를 따라 생체인증용제2전극(109)을 형성하는 것이다.
도 2에 도시된 생체인증용전극 형상의 경우 생체인증용제1전극(107)과 생체인증용제2전극(109)이 좁게 마주보고 있는 끝부분에서 양쪽 생체인증용전극에 충분히 접촉했을 때 제대로 생체 여부를 감지할 수 있는 성능의 신호가 출력되지만 그렇지 않고 좁은 끝 부분을 접촉하지 않고 양쪽 생체인증용전극 가운데를 길게 접촉하고 있거나 한 쪽 생체인증용전극만 치우쳐 접촉했을 경우 충분한 크기의 신호가 출력되지 않는 경우가 발생한다. 이에 비하여 도 13에 제시된 바와 같이 고리형으로 생체인증용전극을 형성하면 어느 부분에서 터치를 하더라도 생체인증용제1전극(107)과 생체인증용제2전극(109)이 서로 맞하는 부분을 접촉할 수 있기 때문에 안정적인 생체인증 신호를 얻을 수 있음을 확인하였다.
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.
A/D: 아날로그/디지털 변환기
60: IC칩
70: 입력버튼
80: 디스플레이부
90: 배터리
100: 생체및지문인식센서
101: 지문감지전극
102: 반도체 웨이퍼
103: 지문감지검출회로전극
104: 몰드
105: 지문센서어레이
106: 증폭기
107: 생체인증용제1전극
109: 생체인증용제2전극
110: 생체및지문인증칩
111: 신호처리부
113: 제어부
200: 베이스기판
210: 커버필름
300: 전자카드

Claims (10)

  1. 복수 개 지문감지전극으로 이루어지는 지문감지전극어레이;
    상기 지문감지전극어레이 외측 테두리를 따라 전기적으로 이격되도록 형성되는 생체인증용전극들;
    상기 생체인증용전극들은 상호 D2 이격거리를 두고 형성되는 생체인증용제1전극 및 생체인증용제2전극으로 구성되며,
    상기 생체인증용전극 상부에는 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질이 D1 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 생체및지문인식센서 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 D2는 300㎛ 이하의 값을 가지며, 상기 D1 및 상기 D2는 관계식 1을 만족하는 것
    - D1의 최소값은 20㎛ 임 -
    을 특징으로 하는 생체및지문인식센서 구조체.
    관계식 1
    Figure pat00002

  3. 제2항에 있어서,
    표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질은 에폭시 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리이미지(Polyimide) 필름 및 비닐 계열 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생체및지문인식센서 구조체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상기 생체인증용전극들은 상호 D2 이격거리를 두고 상기 지문감지전극어레이 외측 테두리를 따라 서로 대향되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 생체및지문인식센서 구조체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상기 생체인증용전극들은
    상기 지문감지전극어레이외측 테두리 전체를 따라 형성되는 생체인증용제1전극 및
    상기 생체인증용제1전극의 외측 테두리 전체를 따라 최소 이격 거리 D2를 유지하면서 형성되는 생체인증용제2전극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 생체및지문인식센서 구조체.
  6. 생체및지문인식센서 구조체와,
    상기 생체및지문인식센서 구조체에서 센싱된 출력값을 이용하여 생체인지 여부 및 지문이 일치하는지 여부를 인증하는 생체및지문인증칩 및
    소지자의 주요 정보를 저장하는 작은 용량의 메모리를 갖는 IC칩을 포함하고,
    상기 생체및지문인식센서 구조체는
    복수 개 지문감지전극으로 이루어지는 지문감지전극어레이와,
    상기 지문감지전극어레이 외측 테두리를 따라 전기적으로 이격되도록 형성되는 생체인증용전극들과,
    상기 생체인증용전극들은 상호 D2 이격거리를 두고 형성되는 생체인증용제1전극 및 생체인증용제2전극으로 구성되며,
    상기 생체인증용전극 상부에는 표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질이 D1 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자카드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 D2는 300㎛ 이하의 값을 가지며, 상기 D1 및 상기 D2는 관계식 1을 만족하는 것
    - D1의 최소값은 20㎛ 임 -
    을 특징으로 하는 전자카드.
    관계식 1
    Figure pat00003

  8. 제7항에 있어서,
    표면고유저항(Ω/㎠)이 1012 ~ 1013인 물질은 에폭시 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리이미지(Polyimide) 필름 및 비닐 계열 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자카드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상기 생체인증용전극들은 상호 D2 이격거리를 두고 상기 지문감지전극어레이 외측 테두리를 따라 서로 대향되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자카드.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상기 생체인증용전극들은
    상기 지문감지전극어레이외측 테두리 전체를 따라 형성되는 생체인증용제1전극 및
    상기 생체인증용제1전극의 외측 테두리 전체를 따라 최소 이격 거리 D2를 유지하면서 형성되는 생체인증용제2전극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자카드.

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