WO2020017858A1 - 광학식 지문인식 시스템 및 이를 포함하는 모바일 기기 - Google Patents

광학식 지문인식 시스템 및 이를 포함하는 모바일 기기 Download PDF

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WO2020017858A1
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light control
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fingerprint
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PCT/KR2019/008753
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김재진
서대한
송민수
신부건
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주식회사 엘지화학
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    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation

Definitions

  • a mobile device equipped with a fingerprint recognition unit in the bezel portion of the front of the device has been a great commercial success.
  • the configuration in which the bezel part includes the fingerprint recognition part is inconsistent with the large area of the display or the bezel-less trend.
  • Mobile devices equipped with fingerprint readers on the back of the device meet the trend of large area or bezelless, but fingerprint authentication through these devices requires more unnatural or additional user behavior than fingerprint readers on the front of the device. This is inconvenient.
  • the light control layer of the present application may be divided into two parts that can control the angle or the path of the light differently from each other, the light control layer may provide the light path as shown in FIG.
  • the intermediate layer may be a transparent layer.
  • transparent as used in connection with the properties of a layer in the present application means that the transmittance of visible light at a wavelength of 380 nm to 780 nm is 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% Or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more.
  • the upper limit of transmittance is about 100%, which may be less than 100%.
  • the system may further include a sensor unit located below the second light control unit.
  • the sensor unit may refer to a configuration for detecting and / or identifying light transmitted through the second light control unit after total reflection at the display panel. That is, the second light control unit may emit light incident on the upper surface of the second light control unit at a fourth angle ⁇ B ' to the sensor unit.
  • the refractive index of the adhesive layer may also be adjusted at the refractive index level of each of the above-described components.
  • the kind or composition of the pressure-sensitive adhesive layer is not particularly limited, and may be, for example, an acrylic pressure-sensitive adhesive layer or a silicone pressure-sensitive adhesive layer.

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Abstract

본 출원은 광학식 지문 인식 시스템 및 이를 포함하는 모바일 기기에 관한 것이다. 본 출원의 일례에 따르면, 구조가 간단하고 콤팩트한 크기를 갖기 때문에 모바일 기기 본래의 구조나 구성을 변경시키지 않고도 사용될 수 있고, 지문을 통한 사용자 식별 또는 인증 능력이 우수한 시스템과 모바일 기기가 제공된다.

Description

광학식 지문인식 시스템 및 이를 포함하는 모바일 기기
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2018년 7월 17일 자 한국 특허 출원 제10-2018-0082701호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 출원은 광학식 지문인식 시스템 및 이를 포함하는 모바일 기기에 관한 것이다.
스마트폰이나 태블릿 PC 등 모바일 기기의 보편화와 사용 빈도 증가에 따라, 이들 기기의 보안성이 중요시되고 있다. 보안 유지를 위해 기기 사용자를 식별하거나 인증하는 데에는 사용자의 생체 정보, 예를 들어, 지문, 홍채, 안면 또는 음성과 같은 정보가 이용될 수 있다.
생체 정보로서 지문을 사용하는 경우, 대표적인 지문 인식 방법으로는 광학 방식과 정전용량 방식을 들 수 있다. 이 중 광학식 지문 인식은 산란 방식과 전반사 방식으로 나누어 볼 수 있다. 전자는 장치의 투명한 지문 접촉부와 직접 접촉하는 지문의 릿지(ridge) 부분에서 산란되는 광을 검출하는 방식이고, 후자는 지문의 밸리(valley) 부분에 대응하는 지문 접촉부 표면에서 전반사되는 광을 검출하는 방식이다. 산란 방식의 경우, 산란되는 광을 검출해야 하므로 지문 패턴 식별에 충분한 광량이 센서에 제공되기 어려울 수 있고, 산란광의 경로가 본래 광원의 광경로와 겹칠 수 있어서 콘트라스트가 저하되는 문제가 있다. 전반사 방식의 경우 산란 방식 보다는 상대적으로 더 많은 광량을 확보할 수는 있지만, 전반사 경로가 길어질 경우 전반사된 광들이 서로 간섭하면서 콘트라스트가 저하될 수 있는 문제가 있다.
최근에는 기기 전면(사용자 화면 시인측)의 베젤부에 지문인식부가 설치된 모바일 기기가 상업적으로 큰 성공을 거둔바 있다. 그러나, 베젤부에 지문인식부를 포함하는 구성은 디스플레이의 대면적화나 베젤리스(bezel-less) 추세에 부합하지 않는 측면이 있다. 기기 후면부에 지문인식부가 설치된 모바일 기기의 경우에는 대면적화나 베젤리스 추세에 부합하기는 하지만, 이러한 기기를 통해 지문 인증을 하기 위해서는 기기 전면부에 지문인식부가 설치된 경우보다 부자연스럽거나 추가적인 사용자 행동이 요구된다는 점에서 불편이 따른다.
한편, 모바일 기기의 경우 콤팩트한 크기와 휴대성 확보가 중요하다. 따라서, 광학식 지문인식 방법을 도입하는 경우에도 광 경로 확보를 위한 구성이 전체 장치의 부피를 지나치게 증가시키지 않을 필요가 있다. 또한, 지문인식에 사용되는 구성의 추가로 인해 모바일 기기 본래의 구조나 구성이 변경되면서 기기의 제조 비용이 증가하는 것은 바람직하지 않다.
본 출원의 일 목적은 전반사 방식에 따라 지문 정보를 인식 또는 검출할 수 있는 광학식 지문인식 시스템을 제공하는 것이다.
본 출원의 다른 목적은 디스플레이의 화질을 저하시키지 않으면서도, 디스플레이 패널의 표시부 영역에서 지문인식이 가능한 광학식 지문인식 시스템을 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 목적은 구조가 간단하고 콤팩트한 크기를 갖기 때문에 모바일 기기 본래의 구조나 구성을 변경시키지 않고도 사용될 수 있는 광학식 지문인식 시스템을 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 목적은 콘트라스트가 높은 지문 정보를 인식 또는 검출할 수 있는 광학식 지문인식 시스템을 제공하는 것이다
본 출원의 또 다른 목적은 상기 지문인식 시스템을 포함하는 베젤리스 타입의 모바일 기기를 제공하는 것이다.
본 출원의 상기 목적 및 기타 그 밖의 목적은 하기 상세히 설명되는 본 출원에 의해 모두 해결될 수 있다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고, 상기 목적을 달성하고자 본 출원은 지문접촉부를 갖는 디스플레이 패널, 및 상기 디스플레이 패널에 부착되는 지문인식 칩을 포함하는 지문인식 시스템을 제공한다. 상기 지문접촉부는 디스플레이패널의 표시부 측에 형성된다. 상기 지문인식칩은 광제어층과 중간층을 포함한다. 그리고, 상기 광제어층은 외부로부터 입사되는 광을 디스플레이 패널의 지문 접촉부에 대하여 전반사될 수 있는 광으로 변환하는 제 1 광제어부, 및 상기 전반사된 광을 센서부로 전달하는 제 2 광제어부를 포함한다.
본 출원의 일례에 따르면, 구조가 간단하고 콤팩트한 크기를 갖기 때문에 모바일 기기 본래의 구조나 구성을 변경시키지 않고도 모바일 기기에 적용될 수 있는 광학식 지문인식 시스템이 제공될 수 있다. 또한, 상기 시스템은 디스플레이의 화질을 저하시키지 않으면서도, 화면 표시부에 접하는 지문을 인식할 수 있다. 그에 따라, 상기 시스템을 포함하는 모바일 기기는 종래 지문 인식 기능을 갖는 모바일 기기와 비교할 때 제조비용의 증가 없이도 우수한 사용자 식별 또는 인증 능력을 갖는다.
도 1은 전반사를 이용한 광학식 지문인식 방법을 개략적으로 도시한다. 도 1에서와 같이 전반사를 이용한 광학식 지문인식의 경우, 디스플레이 패널의 표시부 상에 지문이 접촉하면 지문의 밸리 부분에 대응하는 디스플레이 패널의 계면에서 광이 전반사되고, 상기 전반사된 광이 센서에 의해 검출될 수 있다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 광학식 지문 인식용 칩과 이를 포함하는 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 2(a)는 본 출원 시스템 및 장치의 단면을 개략적으로 도시하고, 도 2(b)는 비표시부가 아닌 표시부 상에 형성된 지문인식 영역을 예시적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 시스템을 이용하여 촬영된 지문의 이미지이다.
이하, 본 출원의 일례에 따른 지문인식 시스템 및 이를 포함하는 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 도시된 각 구성의 크기나 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
100: 디스플레이 패널
110: 지문접촉부
120: 표시부
120': 표시부 내의 지문인식영역
130: 비표시부
200: 지문인식칩
210: 중간층
220: 광제어층
221: 제 1 광제어부
222: 제2 광제어부
300: 광원부
400: 센서부
본 출원에 관한 일례에서, 본 출원은 광학식 지문 인식 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 전반사 방식을 이용하여 광학식 지문인식을 수행할 수 있도록, 소정의 구성을 갖는다. 예를 들어, 하기 설명되는 바와 같이, 본 출원의 시스템은 광원으로부터 제공되는 광이 디스플레이 패널의 지문 접촉부로 전달될 수 있고, 상기 지문 접촉부에서 전반사되는 광이 센서로 전달될 수 있도록 구성된다.
이와 관련하여 도 1은 디스플레이 패널의 표시부 상에 지문이 접촉하는 경우, 지문의 밸리 부분에 대응하는 디스플레이 패널의 계면에서 전반사되는 광을 검출하는 전반사 방식을 개략적으로 설명하고, 도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 광학식 지문 인식용(또는 입력용) 칩과 이를 포함하는 장치의 단면을 개략적으로 도시한다. 도 1 및 2를 참고하여 본 출원의 발명을 설명하면 아래와 같다.
본 출원의 시스템은, 지문접촉부를 포함하는 디스플레이 패널, 및 상기 디스플레이 패널에 부착되는 지문인식 칩을 포함한다.
본 출원의 시스템에 사용되는 지문인식 칩은 완성된 디스플레이 패널의 후면에 부착되는 구성이다. 본 출원의 발명자는 지문인식 장치와 관련된 한국 특허출원 제 10-2017-0147008호 및 10-2017-0147033에서, 디스플레이 패널과 지문접촉부인 화면부 (표시부) 사이에 지문인식에 사용되는 필수 광경로 제공 구성이 위치하는 발명을 제안한 바 있다. 상기 출원 발명의 경우 지문인식이 대면적에서 이루어질 수 있는 이점이 있지만, 화면부를 포함하는 디스플레이 패널의 제조 과정에 지문인식을 위한 구성들이 개입하게 되면서 제조공정이 복잡해지고, 제조비용이 증가하며, 예기치 못한 디스플레이의 화질 변화가 발생하는 문제가 있다. 이러한 점을 고려하여 본 출원은, 지문인식에 사용되는 상기 칩 구성이 디스플레이 패널의 제조 과정에 관여하지 않기 때문에, 제조공정이 간단하고, 디스플레이의 화질 변화가 발생하지 않으며, 완성된 디스플레이 패널에 완성된 지문인식 칩을 붙여 제조되므로 양산이 용이한 지문인식 시스템을 제공한다.
상기 디스플레이 패널의 지문접촉부는 디스플레이 패널에서 사용자가 화면을 시인할 수 있는 화면부 또는 표시부 측에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 지문접촉부의 일부 영역에는 실제로 사용자 지문이 접촉되어 지문인식과 관련된 광경로 제공에 관여할 수 있는 지문인식 영역이 존재할 수 있다. 즉, 본 출원에서 상기 지문 접촉부는 표시부일 수 있고, 상기 지문 접촉부의 일부 영역인 지문인식 영역은 표시부의 한 영역일 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 출원의 시스템은 베젤 영역 내에 지문인식과 관련된 영역을 갖는 것이 아니라, 디스플레이 패널을 통해 구현되는 형상이나 모양이 표시되고 있는 디스플레이 패널의 표시부 영역으로서 상기 지문접촉부를 포함한다.
상기 지문인식칩은 광제어층 및 중간층을 포함한다.
상기 광제어층은 지문인식에 필요한 광경로를 제공하는 2개의 영역, 즉, 제 1 광제어부와 제 2 광제어부를 포함한다. 상기 광제어부들은 특정 각도로 입사되는 광에 대해서만 소정의 기능을 수행하도록 마련된 구성일 수 있다. 즉, 상기 광제어부는 입사되는 광의 일부 또는 전부를 입사광과 상이한 각도의 출사광으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 광제어부는 하기 설명되는 바와 같이, 제 1 광제어부 하면으로 입사되는 광을 그대로 또는 다른 각도의 광으로 변환하여 제 1 광제어부 상면에 제공할 수 있다. 또한, 상기 제 2 광제어부는 하기 설명되는 바와 같이, 제 2 광제어부 상면에 입사하는 특정 각도의 광을 그대로 또는 다른 각도의 광으로 변환하여 제 2 광제어부 하면에 제공할 수 있다. 본 출원에서 「상면」이란 특정 층 구성이 갖는 면 중에서 두께 방향을 기준으로 디스플레이 패널의 지문 접촉부와 가까운 면을 의미할 수 있고, 「하면」이란 특정 층 구성이 갖는 면 구성 중에서 상면이라고 호칭되는 면과 반대방향에 위치하는 면을 의미할 수 있다. 상기 하면 또는 상면은 광의 진행 경로에 따라 입광면이나 입사면 그리고 출광면이나 출사면으로 호칭될 수 있다.
구체적으로, 도 2(a)에서와 같이, 제 1 광제어부는 제 1 광제어부 하면으로부터 제 1 각도(θ0)로 입사된 광(L0)을 중간층을 향하여 제 1 각도(θ0)와 동일하거나 상이한 제 2 각도(θA)의 광(LA)으로 출사하도록 마련될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 2 각도(θA)의 광이 출사되는 제 1 광제어부의 출사면은, 제 1 광제어부의 하면을 제외한 다른 일면 또는 내부 어느 영역 일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 출원의 시스템은, 제 1 광제어부의 측면 및/또는 상면이나, 제 1 광제어부 내부의 어느 영역 및/또는 지점에서 제 2 각도(θA)의 광이 출사할 수 있도록 구성될 수 있다. 본 출원에서, 각도는 수평면에 놓인 층(또는 입광층이나 입광면)에 대한 법선으로부터 광의 진행 방향이 이루는 각도로서, 그 단위는 ° (degree)이고, 0 ° 초과 내지 90 ° 미만의 크기를 가질 수 있다. 또한, 광이 갖는 각도는, 광의 진행방향에 따른 각 구성의 상대적인 위치에 따라, 입사각 또는 출사각으로 호칭될 수 있다. 상기 제 2 각도(θA)의 광은, 제 1 광제어부에 의하여, 광제어층 상에 위치하는 디스플레이 패널을 향하여, 구체적으로는 중간층을 향하여, 보다 구체적으로는 중간층의 하면에 대하여 제공될 수 있다.
도 2(a)에서와 같이, 상기 제 2 광제어부는 제 2 광제어부 상면에 제 4 각도(θB')로 입사된 광(LB ')을 상기 제 2 광제어부의 하면으로 출사하도록 마련될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 4 각도(θB')로 입사된 광이 출사되는 제 2 광제어부의 출사면은, 제 2 광제어부의 상면을 제외한 다른 일면 또는 내부 어느 영역 일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 출원의 시스템은, 제 4 각도(θB')로 제 2 광제어부에 입사된 광이 제 2 광제어부의 측면 및/또는 하면이나, 제 2 광제어부 내부의 어느 영역 및/또는 지점에서 출사될 수 있도록 구성될 수 있다. 하기 설명되는 바와 같이, 지문접촉부 계면에서 전반사되어 제 2 광제어부 상면에 도달한 광은, 상기 제 2 광제어부에 의하여, 센서부에 전달되고, 지문식별에 사용될 수 있다.
상기와 같이, 본 출원의 광제어층은 광의 각도나 경로 등을 서로 달리 제어할 수 있는 2개 부분으로 구획될 수 있기 때문에 도 2(a)에서와 같은 광 경로를 제공할 수 있다.
본 출원에서, 상기 제 1 광제어부에 의해 생성되는 제 2 각도(θA)의 광은 하기 설명되는 광경로를 거친 후에 지문인식에 사용될 수 있다. 지문인식에 사용되기 위해서는 제 1 광제어부에서 출사된 제 2 각도(θA)의 광이 중간층과 광제어층의 계면에서 전반사되지 않고, 중간층을 투과하여 지문이 접하는 디스플레이 패널의 표층(지문접촉부)에 도달하여야 한다. 즉, 본 출원의 시스템은 상기 제 2 각도(θA)의 광이 중간층을 투과할 수 있도록 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 광제어층과 중간층의 굴절률이 상이한 경우, 보다 구체적으로, 광제어층의 굴절률이 중간층 보다 큰 경우에, 본 출원의 시스템은 제 2 각도(θA)의 광은 하기 관계식 2를 만족할 수 있다. 보다 구체적으로, 제 2 각도(θA)와 관련하여, 본 출원의 시스템은 제 1 광제어부에서 출사되는 제 2 각도(θA)의 광이 하기 관계식 2를 만족하여 상기 중간층의 하면과 중간층을 투과하도록 마련될 수 있다. 하기 관계식은 스넬의 법칙을 이용하여 얻을 수 있다.
[관계식 2]
θA < (180°/π) x sin-1(n2/n3)
상기 관계식 2는 광제어층의 제 1 광제어부에서 중간층을 향하는 제 2 각도(θA)의 광이 중간층의 하면(또는 중간층과 광제어층의 계면)에서 전반사하지 않는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 즉 상기 관계식 2는 제 1 광제어부에서 출사된 각도(θA)의 광이 중간층의 하면 또는 중간층을 투과할 수 있는 조건을 의미한다. 상기 관계식 2에서, n2는 중간층의 굴절률이고, n3는 광제어층 중 제 1 광제어부 또는 제 2 광제어부의 굴절률이다. 이때, n3 와 n2 의 크기는 동일 또는 상이할 수 있으며, 하나의 예시에서, n3 는 n2 보다 클 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는 하나의 층을 형성하면서 칩 내에 포함될 수 있다.
상기 지문인식 시스템은 중간층을 더 포함한다. 구체적으로, 상기 시스템은 디스플레이패널의 지문 접촉부 반대면 상에서 중간층 및 광제어층을 순차로 포함할 수 있다. 본 출원에서, 층간 적층 위치와 관련하여 사용되는 「상」 또는 「상에」라는 용어는, 어떤 구성이 다른 구성 바로 위에 형성되는 경우뿐 아니라 이들 구성 사이에 제 3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 중간층은 투명층일 수 있다. 특별히 달리 정의하지 않는 이상, 본 출원에서 층의 성질과 관련하여 사용되는 용어 「투명」이란, 380 nm 내지 780 nm 파장의 가시광에 대한 투과율이 65 % 이상, 70 % 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 투과율의 상한은 약 100% 로서, 100% 미만일 수 있다.
상기 중간층은 상기 지문접촉부 상에서 지문이 인식되는 영역을 확보할 수 있도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 본 출원 시스템에서, 상기 중간층은 하기 관계식 1을 만족하는 두께를 갖는다.
[관계식 1]
W = (D1 + D2) x tan(θA)
상기 관계식 1에서, W는 상기 시스템에서 지문인식이 이루어지는 영역의 일방향 길이이고, D1은 상기 디스플레이 패널의 두께이고, D2는 상기 중간층의 두께이다.
상기 관계식 1과 관련하여, 기호 「 = 」는, 근사값에 관한 기호「 ≒ 」 또는 도 2a에 W 등에 관하여 기재된 물결무늬 기호를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
상기 관계식 1과 관련하여, W는 지문인식이 이루어지는 영역, 즉 지문인식 영역이 갖게되는 면적을 형성하는 적어도 일 방향에서의 길이이다.
상기 관계식 1을 만족하는 중간층은 지문인식에 필요한 광경로 제공에 관여하는 지문접촉부 영역, 보다 구체적으로는 지문인식 영역의 일방향 길이를 확대시킬 수 있다. 예를 들어, 중간층이 없는 경우에는(D2=0), 도 1에서 지문 인식에 사용되는 지문접촉부의 일방향 길이인 W의 값이 디스플레이 패널에만 의존하게 되고, 그 결과 지문인식이 이루어지는 영역의 일방향 길이 W(= D1 x tan(θA))는 중간층이 있는 경우 보다 감소하게 된다. 박형 디스플레이 패널에 대한 수요가 증가하는 점을 고려하면, 중간층의 부존재(D2=0)와 디스플레이 패널의 두께(D1) 감소는 지문인식 영역의 감소를 가져오고, 결과적으로 지문인식을 수행할 수 있을 만큼의 충분한 광학 정보가 센서에 전달되지 못하는 문제가 발생한다.
하기 설명되는 각 층의 현실적인 두께와 굴절률 등을 고려하면, tan(θA)의 크기는 1 초과 내지 4미만 일 수 있고, W는 약 2 mm 내지 10 mm 수준일 수 있다. 보다 구체적으로, 기기 전면부의 길이가 약 10 내지 15 cm 가량인 휴대폰(cellular phone)을 예로 들면, 지문 인식에 필요한 지문 접촉부의 최소 일방향 길이 W가 5 mm일 수 있는데, 디스플레이 패널의 두께(D1)가 1.5 mm 이고, tan(θA)가 약 2.5 정도라면 중간층의 두께(D2)는 약 0.5 mm 정도가 되는 것이 바람직하다.
상기 설명한 바와 같이, 본 출원의 지문인식 시스템은 완성된 디스플레이 패널에 칩을 부착함으로써 제조되는 것이기 때문에, 박형 디스플레이 패널을 제공하면서도 충분한 지문인식 영역을 확보할 수 있는 이점이 있다.
상기 설명된 중간층과 제 1 광제어부의 계면을 투과하는 제 2 각도(θA)의 광은 중간층을 투과하여 디스플레이 패널에 입사하면서 상기 제 2 각도(θA)와 동일하거나 상이한 제 3 각도(θB)의 광(LB)으로 디스플레이 패널에 입사될 수 있다. 그리고 상기 제 3 각도(θB)의 광이 디스플레이 패널과 지문의 접촉부인 지문의 릿지에서는 투과되고, 디스플레이 패널과 지문의 비접촉부인 지문의 밸리에서는 전반사되도록 상기 시스템이 구성될 수 있다. 지문의 밸리 부분에서 전반사된 광은 다시 중간층과 광제어층(제 2 광제어부)을 거쳐 센서에 도달할 수 있도록 본 출원의 시스템이 구성될 수 있다. 이때, 지문의 릿지에서 또는 지문의 릿지와 지문 접촉부의 계면에서의 상기 제 3 각도(θB)의 광은, 투과되는 것뿐 아니라 산란 및/또는 반사될 수 있다.
구체적으로, 디스플레이 패널에 입사하는 제 3 각도(θB)의 광은 디스플레이 패널의 지문접촉부 상에 접촉하는 지문 패턴에 따라, 디스플레이 패널 상면에서의 전반사 여부가 결정된다. 예를 들어, 상기 시스템은 디스플레이 패널로 입사하는 제 3 각도(θB)의 광이 하기 관계식 3 및 4를 만족하도록 마련될 수 있다.
[관계식 3]
θB > (180°/π) x sin-1(n0/n1)
상기 관계식 3은 제 3 각도(θB)의 광이 공기와 접하는 디스플레이 패널의 상면(공기와 디스플레이 패널 지문접촉부의 계면, 또는 지문의 밸리부분과 디스플레이 패널 지문접촉부의 계면)에서 전반사되는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 3에서, n0는 공기의 굴절률로서 1 이고, n1은 디스플레이 패널의 굴절률이다.
[관계식 4]
θB < (180°/π) x sin-1(nh/n1)
상기 관계식 4는 지문이 디스플레이 패널과 접촉하는 경우에 디스플레이 패널이 지문과 직접 접촉하는 디스플레이 패널의 상면(지문의 릿지와 지문접촉부의 계면)에서 제 3 각도(θB)의 광이 전반사하지 않고, 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)하는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 4에서, n1은 디스플레이 패널(또는 지문접촉부를 포함하는 디스플레이 패널)의 굴절률이고, nh는 지문이 상기 디스플레이 패널에 접촉하는 경우에 디스플레이 패널과 직접 접촉하는 지문 부분의 굴절률이다. 이때, 디스플레이 패널에 직접 접촉하는 지문 영역은 도 1에서와 같이 릿지일 수 있다. 한편, 지문의 밸리 부분은 공기가 차지하고 있기 때문에, 밸리 부분의 굴절률은 1(=n0)로 볼 수 있다. 이처럼, 상기 제 3 각도(θB)의 광은, 디스플레이 패널 상에 지문이 존재하지 않는 경우에는 투명 기재층과 공기의 계면에서 전반사하지만, 지문이 디스플레이 패널에 접촉하는 경우에는 지문의 직접 접촉부인 릿지에서는 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)되고, 지문의 밸리에서 전반사되는 광은 지문 인식에 사용될 수 있도록 본 출원의 시스템 내에 제공될 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 예시에서, 본 출원에서, 상기 시스템은 공기와 접하는 디스플레이 패널 상면(지문접촉부)에서 전반사된 상기 제 3 각도(θB)의 광이, 중간층을 투과할 수 있도록 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 디스플레이 패널의 굴절률이 중간층의 굴절률 보다 큰 경우에는, 중간층의 상면, 즉 디스플레이 패널과 중간층의 계면에서 전반사가 일어나지 않아야 하므로 상기 제 3 각도(θB)의 광은 하기 관계식 5를 만족할 수 있다.
[관계식 5]
θB < (180°/π) x sin-1(n2/n1)
상기 관계식 5는 디스플레이 패널의 굴절률이 중간층의 굴절률 보다 큰 경우에, 디스플레이 패널과 중간층의 계면에서 전반사가 일어나지 않고, 제 3 각도(θB)의 광이 중간층의 상면을 투과할 수 있는 조건을 예시적으로 규정한 것이다. 상기 관계식 5에서, n1은 디스플레이 패널의 굴절률이고, n2는 중간층의 굴절률이다.
상기 설명된 광 경로를 따라 중간층에 입사한 광은 상기 제 3 각도(θB)와는 동일 또는 상이한 제 4 각도(θB')의 광으로 제 2 광제어부에 입사될 수 있다. 그리고, 제 4 각도(θB')의 광은 제 2 광제어부에 의해 제 2 광제어부의 하면으로 출사되고, 상기 출사된 광(Lout)은 제 2 광제어부 하부 상에 위치하는 센서에서 인식될 수 있다.
이처럼, 본 출원의 시스템은, 상기 제 1 광제어부가 출사하는 제 2 각도(θA)의 광에서 기인하는 제 3 각도(θB)의 광 중에서, '공기와 접촉하는 디스플레이 패널의 계면(즉, 디스플레이 패널의 지문접촉부)에서 전반사되어 센서로 입사되는 광'과 '디스플레이 패널 및 지문의 직접 접촉부에서 투과(또는 투과와 산란, 및 반사가 동시에 일어날 수 있다)하기 때문에 센서로 입사되는 양이 극히 적은 광' 사이의 광량 차이를 식별하는 방식으로 사용자의 지문을 인식할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 시스템은 제 1 광제어부 하부에 위치한 광원부를 더 포함할 수 있다. 상기 광원부는 제 1 광제어부를 향하여 광을 조사할 수 있는 구성을 의미한다. 즉, 상기 제 1 광제어부는 광원부로부터 제 1 각도(θ0)로 입사된 광을 상기 중간층을 향하여 제 1 각도(θ0)와 상이한 제 2 각도(θA)의 광으로 변환하여 출사할 수 있다.
광원부의 구체적인 구성은 특별히 제한되지 않는다.
하나의 예시에서, 가시광원은 디스플레이 화질에 변화를 줄 수 있고, 자외선 광원은 디스플레이 패널에 대한 투과도가 지나치게 낮을 수 있는 점을 고려하여, 상기 광원부는 적외선을 조사할 수 있는 구성일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광원부는 4 내지 25 mm2 크기일 수 있다. 또한, 상기 광원은 1 내지 500 mW 범위 내의 적외선을 조사할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광원부가 적외선을 조사하는 경우, 상기 중간층은 자외선 또는 가시광 차단 필터가 코팅된 구성일 수 있다. 상기 차단 필터가 코팅될 경우, 디스플레이 패널에서 디스플레이 후면 쪽으로 미세하게 새어나오는 빛이나 외부 태양광 등을 차단할 수 있기 때문에, 중간층 하부에 위치하는 필터에 인식되는 지문 이미지의 콘트라스트비를 높일 수 있다.
제 1 광제어부 하부에 위치하는 경우라면, 상기 제 1 광제어부와 광원부 사이에 제 3 구성의 존재 여부는 문제되지 않는다. 예를 들어, 상기 제 1 광제어부와 광원부 사이에는 별도의 구성이 존재할 수도 있고, 별도의 구성이 존재하지 않은 채 이들 구성이 이격되어 위치할 수도 있다. 또는, 상기 제 1 광제어부와 광원부는 직접 접촉하여, 상기 제 1 광제어부 하면에 광원부가 직접 위치할 수도 있다.
하나의 예시에서, 광원으로부터 제 1 광제어부로 입사되는 광은 제 1 광제어부 하면에 대하여 수직일 수 있다. 본 출원에서 「수직」이란, 목적하는 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 의미로 사용된다. 이 때, 오차나 편차는 ± 10° 이내, ± 8° 이내, ± 6° 이내, ± 4° 이내, ± 2° 이내, ± 1° 이내, ± 0.5° 이내, ± 0.2° 이내, 또는 ± 0.1° 이내 일 수 있다. 상기와 같이, 광원으로부터 제 1 광제어부 하면에 대하여 수직인 광(즉, 디스플레이 패널에 대한 법선 기준 각도 θ0=0°)이 제 1 광제어부에 입사되는 경우, 현실적인 각층의 굴절률이나 각 층의 두께를 고려하면, 제 1 광제어부가 출사하는 광이 갖는 제 2 각도(θA)는 42 ° 초과 90 ° 미만, 또는 45 ° 내지 75 ° 범위 일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광제어층과 중간층의 면적은 동일 동일 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 광제어층의 면적과 중간층의 면적과 동일할 수 있고, 그 보다 작거나 클 수 있다. 본 출원에서 「면적」은 층을 형성하는 시스템 각 구성의 표면에 대한 법선 방향과 평행한 방향의 상부 또는 하부에서 관찰할 때, 해당 구성이 시인되는 면적, 예를 들어 정사영 면적을 의미할 수 있다. 따라서, 면적 비교의 대상이 되는 구성이 갖는 요철 등에 의한 실제 면적의 증감은 고려되지 않는다.
하나의 예시에서, 제 1 광제어부와 광원부의 면적은 동일 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 광제어부의 면적은 광원부의 면적과 동일할 수 있고, 또는 그보다 작거나 클 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 광제어부는 광원부 면적 이상의 면적을 가질 수 있다. 상기 면적 관계를 만족하는 경우, 광원으로부터 제 1 광제어부 하면에 입사하는 광을 효율적으로 지문인식에 이용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 시스템은 제 2 광제어부 하부에 위치한 센서부를 더 포함할 수 있다. 상기 센서부는 디스플레이 패널에서 전반사된 후에 제 2 광제어부를 투과한 광을 감지 및/또는 식별하는 구성을 의미할 수 있다. 즉, 상기 제 2 광제어부는 제 2 광제어부 상면에 제 4 각도(θB ')로 입사된 광을 상기 센서부로 출사할 수 있다.
상기 기능을 수행할 수 있다면 다양한 종류의 공지된 센서가 제한없이 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 광원부가 적외선 광원인 경우, 상기 센서부는 자외선 또는 가시광 차단 필터가 코팅된 센서일 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널 후면으로 미세하게 새어나오는 빛이나 외부 태양광을 차단하여, 센서에서 인식되는 지문이미지의 콘트라스트 비를 높일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 센서부는 그 유효면적이 5 내지 100 mm2 크기일 수 있다.
제 2 광제어부 하부에 위치하는 경우라면, 상기 제 2 광제어부와 센서부 사이에 제 3 구성의 존재 여부는 문제되지 않는다. 예를 들어, 상기 제 2 광제어부와 센서부 사이에는 별도의 구성이 존재할 수도 있고, 별도의 구성이 존재하지 않은채 이들 구성이 이격되어 위치할 수도 있다. 또는, 상기 제 2 광제어부와 센서부는 직접 접촉하여, 상기 제 2 광제어부 하면에 센서부가 직접 위치할 수도 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 광제어부는 그 상면에 입사된 광을 수직광으로 변환하여 센서부에 출사하는 구성일 수 있다.
하나의 예시에서, 제 2 광제어부와 센서부의 면적은 동일 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 광제어부의 면적은 센서부의 면적과 동일할 수 있고, 또는 그보다 작거나 클 수 있다.
하나의 예시에서, 센서부는 제 2 광제어부 면적 이상의 면적을 가질 수 있다. 상기 면적 관계를 만족하는 경우, 제 2 광제어부를 투과한 광이 효율적으로 지문인식에 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 칩은 중간층, 광제어층, 및 광원부를 포함할 수 있다. 상기 광원부는 예를 들어, 상기 설명한 바와 같이 제 1 광제어부 하면 상에 위치할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 칩은 중간층, 광제어층, 및 센서부를 포함할 수 있다. 상기 센서부는 예를 들어, 상기 설명한 바와 같이 제 2 광제어부 하면 상에 위치할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 칩은 중간층, 광제어층, 광원부 및 센서부를 포함할 수 있다. 광원부와 센서부는, 예를 들어, 상기 설명한 바와 같이 각 광제어부 하면 상에 위치할 수 있고, 예를 들어, 함께 하나의 층을 형성할 수 있다.
본 출원의 일 구체예에 따르면, 상기와 같은 광경로를 제공하기 위해, 본 출원의 시스템은 아래와 같이 구성 또는 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는 회절광학소자 또는 굴절광학소자를 포함할 수 있다.
굴절광학소자(refractive optical elements)는 인접 매질과의 굴절률 차이에 의해 진행하는 광의 방향이나 각도가 결정되는 특성의 소자를 의미할 수 있다. 본 출원의 광제어부가 굴절광학소자인 경우에는 본 출원에서 설명되는 광경로를 만족하도록 각 층간 굴절률이 고려되어 광제어부가 구성될 수 있다.
회절광학소자(diffractive optical elements)는 패턴의 모양과 패턴 사이의 간격에 의해 빛의 진행 방향이나 각도가 결정되는 특성의 소자를 의미할 수 있다. 본 출원의 광제어부가 회절광학소자인 경우에는 본 출원에서 설명되는 광경로를 만족하도록 각 층간 굴절률과 회절 패턴이 고려되어 광제어부가 구성될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광제어층은 회절광학소자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는 서로 상이한 기능의 회절광학소자를 포함할 수 있고, 상기 회절광학소자는 필름 형태의 홀로그래픽 광학소자(HOE: holographic optical elements)일 수 있다. 홀로그래픽이란, 홀로그램이라 불리는 3차원 상을 재생하기 위해 감광 매질에 간섭 패턴을 기록하는 기술이다. 또한, 홀로그래픽 필름은, 홀로그래픽 기록이 기록된 필름을 의미하며, 감광 입자가 매우 작은 필름 상에 기록광을 이용하여 간섭무늬를 기록하고, 재생광을 이용하여 이를 재현할 수 있는 필름을 의미할 수 있다. 홀로그래픽 필름은 기록된 광에 대해서만 기능을 수행하고, 기록된 광 외의 광에 대해서는 요구되는 기능을 수행하지 않을 수 있으므로, 상기 제 1 광제어부 및 상기 제 2 광제어부에 홀로그래픽 필름을 사용하는 경우, 본 출원에서 요구되는 광의 각도, 광로 및/또는 광량을 조절하는데 특히 유리하다.
상기 홀로그래픽 필름은, 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) 재료 등이 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 홀로그래픽 필름은 감광재료로서 포토폴리머를 포함할 수 있으며, 구체적으로는 포로폴리머 만으로 이루어진 필름이거나, 또는 포토폴리머층(photopolymer layer) 및 상기 층에 대한 기재(substrate)를 함께 포함하는 중층 구조의 필름일 수 있다. 이 경우, 포토폴리머와 함께 사용되는 기재는 투명 기재일 수 있고, 예를 들어, 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌 테르프탈레이트(PET), 또는 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 등을 포함하는 기재일 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부의 회절효율은 서로 동일 또는 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 광제어부는 그 전체 면적에서 동일한 회절 효율을 가질 수 있으며, 상기 제 2 광제어부 역시 그 전체 면적에서 동일한 회절 효율을 가질 수 있고, 이때 각 광제어부가 갖는 회절 효율은 서로 동일 또는 상이할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는, 하나의 층 상에서 기록광의 각도 또는 회절 패턴만을 달리하여 각각 형성된 일부 영역일 수 있다. 또는, 별도로 제작된 제 1 광제어부와 제 2 광제어부가 단일층을 형성할 수 있도록, 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부를 직접 부착하거나 또는 다른 매체를 매개로 부착하여 광제어층이 형성될 수도 있다.
상기 설명된 투과율을 만족하는 경우라면, 투명성을 갖는 중간층의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 유리 또는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 고분자 수지로는, PC(Polycarbonate), PEN(poly(ethylene naphthalate)) 또는 PET(poly(ethylene terephthalate))와 같은 폴리에스테르 필름, PMMA(poly(methyl methacrylate))와 같은 아크릴 필름, 또는 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene)와 같은 폴리올레핀 필름 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 예시에서, 상기 중간층은 상기 복수의 유리 또는 고분자 수지가 적층된 구성일 수 있다. 이러한 적층 구성을 갖는 경우에도, 본 출원에서 요구되는 기능을 수행하고, 설명된 관계식을 만족하도록 중간층이 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 디스플레이 패널, 중간층, 광제어층 및 이들의 세부적인 구성들 각각은 서로 동일하거나 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 층들은 각각 독립적으로 1 초과 내지 3 이하 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 다양한 물질을 포함하고 있는 디스플레이 패널의 경우 표면 또는 내부의 영역에 따라서도 굴절률이 상이하지만, 개략적으로 상기 범위 내의 굴절률을 가질 수 있다. 본 출원에서 굴절률은, 자외선, 가시광선 또는 적외선에 대한 굴절률을 의미할 수 있다. 가시광은 약 380 nm 내지 780 nm 범위의 파장이고, 자외선이나 적외선은 상기 범위 외의 파장일 수 있다. 예를 들어, 자외선은 약 1 내지 380 nm 범위의 파장일 수 있고, 적외선은 780 nm 내지 1 mm 범위의 파장일 수 있다.
광에 따라 굴절률이 변화될 수 있지만, 굴절률의 변화 정도는 크지 않다. 하나의 예시에서, 상기 층들은 1.4 내지 1.75, 1.4 내지 1.70, 또는 1.45 내지 1.65 범위의 굴절률을 가질 수 있다. 특별히 제한되지는 않으나, 층 간 굴절률 차이는 0.0001 내지 1.5 이하 또는 0.0001 내지 1 이하일 수 있다. 광제어층의 경우, 본 출원에서 요구되는 기능을 수행할 수 있는 범위에서, 제 1 광제어부와 제 2 광제어부의 굴절률은 동일 또는 상이하게 조절될 수 있다. 디스플레이 패널에 포함되는 지문접촉부가 하기 설명되는 필름의 형태를 갖는 경우에도, 상기 설명된 굴절률을 가질 수 있다.
상기 관계식 1 등을 만족하는 이상, 디스플레이 패널, 중간층, 및 광제어층의 구체적인 두께는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 디스플레이 패널은 약 3.0 mm 이하, 약 2.5 mm 이하, 약 2.0 mm 이하 또는 약 1.5 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 이때, 상기 디스플레이 패널의 두께는 약 1.5 mm 이하, 약 1.0 mm 이하, 약 0.5 mm 이하, 또는 약 0.3 mm 이하의 두께를 갖는 지문접촉부를 포함한 상태에서의 두께일 수 있고, 상기 두께를 갖는 지문접촉부는 하기 설명되는 경도 강화 필름과 같은 기능성 필름일 수 있다. 상기 두께의 하한은, 예를 들어, 디스플레이 패널로서의 기능을 수행할 수 있도록 구성된 최소의 크기일 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.
또한, 예를 들어, 상기 중간층은 약 3.0 mm 이하, 약 2.5 mm 이하, 약 2.0 mm 이하 또는 약 1.5 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 상기 중간층의 두께 하한은앞서 설명된 각 구성의 기능을 제한하지 않는다면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 0.01 mm 이상 또는 0.1 mm 이상일 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 광제어층의 경우, 약 2.0 mm 이하, 또는 약 1.5 mm 이하의 두께, 예를 들어, 1,000 um 이하, 500 um 이하, 300 um 이하, 300 um 이하, 또는 100 um 이하의 두께를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 지문접촉부는 본건 시스템 중에서 외부 환경에 노출되는 영역으로서, 기능성 필름으로 형성된 부분일 수 있다. 예를 들어, 상기 디스플레이 패널의 지문접촉부는 경도 강화 필름, 방오 필름, 데코 필름 및 반사 방지 필름으로 구성된 기능성 필름 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널의 표층에는 유리와 같은 경도 강화 필름이 위치할 수 있다. 상기와 같은 기능성 필름이 포함하는 경우에도 상기 지문접촉부는 본 출원에서 요구되는 광 경로에 장애가 되지 않도록 선택되고, 그에 따라 본 출원의 시스템은 본 출원의 시스템은 상기 설명된 목적을 수행할 수 있다.
본 출원에서, 디스플레이 패널의 구성이나 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 공지된 LCD (liquid crystal display), OLED (organic light emitting diodes), 또는 IGZO (indium gallium zing oxide)가 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 디스플레이 패널, 중간층 및 광제어층은 소정의 점착층을 통해 접착상태를 유지할 수 있다. 이러한 점착 구성을 갖는 경우에도, 본 출원에서 요구되는 기능을 수행하고, 하기 관계식을 만족하도록 디스플레이 패널, 중간층 및 광제어층이 마련될 수 있다. 참고로, 디스플레이 패널, 중간층 및 광제어층의 두께와 비교할 때, 상기 점착층이 갖는 두께는 약 1/10 내지 1/1,000 수준 또는 1/50 내지 1/150 수준, 1/80 내지 1/120 수준 또는 1/100 수준으로 매우 미미하기 때문에, 상기 설명된 광경로를 제한하는 요인으로 작용하지 않는다. 또한, 상기 설명된 광경로를 제한하지 않도록, 상기 점착층의 굴절률 역시 상기 설명된 각 구성의 굴절률 수준에서 조절될 수 있다. 점착층의 종류나 조성은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 아크릴계 점착층 또는 실리콘계 점착층일 수 있다.
본 출원에 관한 다른 일례에서 본 출원은 상기 지문인식 시스템을 포함하는 모바일 기기에 관한 것이다. 모바일 기기의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 디스플레이 패널을 포함한 기기의 두께가 5 cm 미만, 4 cm 미만 또는 3 cm 미만인 스마트폰, 태블릿 PC, PDA기기, 또는 노트북일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 기기는 소위 베젤리스(bezel-less) 기기일 수 있다. 본 출원에서 베젤리스란, 사용자가 화면을 인식할 수 있는 기기 전면에서 비표시부인 베젤이 차지하는 면적이 극히 적은 경우를 의미한다. 예를 들어, 상기 기기의 전면에서 표시부의 면적은 90% 이상 또는 95% 이상일 수 있다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 시스템을 이용하여 촬영된 지문의 이미지이다. 구체적으로, 제 1 광제어부와 제 2 광제어부를 포함하고, 약 850 nm의 적외선 파장에 대한 굴절률이 약 1.5 인 홀로그래픽 필름을 포함하는 광제어층(두께 약 70 um); 및 약 850 nm의 적외선 파장에 대한 굴절률이 약 1.5 인 투명 아크릴 기판(중간층)(두께가 약 1 mm)을 포함하는 지문인식칩을 준비하였다. 커버 글라스(지문접촉부)를 포함한 상태에서 총 두께가 1.5 mm 인 디스플레이 패널(가시광에 대한 투과율이 약 1%)의 하부에 상기 지문인식칩을 부착하고, 도 2(a)에서와 같은 적층 구성의 지문인식 시스템을 제조하였다. 그리고, 광원부가 약 850 nm 파장의 광을 광제어층에 조사할 수 있도록 하였다. 이때, 상기 제 1 광제어부로는 디스플레이 패널에 대한 법선을 기준으로 제 1 광제어부 하면에 0° 로 입사된 광원부의 상기 입사광을 65°로 출사할 수 있도록 회절 무늬가 기록된 회절광학필름을 사용하였고, 상기 제 2 광제어부로는 그 상면에서의 입사광을 디스플레이 패널에 대한 법선을 기준으로 0 °의 각도(즉, 제 2 광제어부 하면에 대하여 수직인 각도)로 출사할 수 있도록 회절 무늬가 기록된 회절광학필름을 사용하였다. 도 3은 상기 구성의 장치에서, 커버글라스에 지문을 접촉하고, 제 2 광제어부 하부에 나타나는 상을 CCD(charge-coupled device)로 촬영한 이미지이다.
상기와 같이, 본 출원에 관한 예시적인 실시예인 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 출원의 발명을 설명하였지만, 본 출원 발명의 보호 범위는 상기 특정된 실시예와 도면에 한정되지 않는다. 또한, 본 기술 분야가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 출원된 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서, 특허청구범위에 기재된 발명이 다양하게 변경 또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (21)

  1. 지문접촉부를 포함하는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널에 부착되는 지문인식 칩을 포함하고,
    상기 지문인식칩은 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부를 포함하는 광제어층; 및 중간층을 포함하고,
    상기 제 1 광제어부는 제 1 광제어부 하면으로부터 제 1 각도(θ0)로 입사된 광을 상기 중간층을 향하여 제 1 각도(θ0)와 상이한 제 2 각도(θA)의 광으로 출사하도록 마련되고,
    상기 제 2 광제어부는 제 2 광제어부 상면에 제 4 각도(θB')로 입사된 광을 상기 제 2 광제어부의 하면으로 출사하도록 마련되고,
    상기 중간층은 상기 지문접촉부 상에서 지문이 인식되는 영역을 확보할 수 있도록 마련되는 지문인식 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 디스 플레이 패널의 지문 접촉부 반대면 상에 중간층 및 광제어층을 순차로 포함하는 지문인식 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지문접촉부는 경도 강화 필름, 방오 필름, 데코 필름 및 반사 방지 필름으로 구성된 기능성 필름 중 하나 이상을 포함하는 지문인식 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 디스플레이패널 표시부의 일부 영역에 지문인식 영역을 갖는 지문인식 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광제어부에서 출사되는 제 2 각도(θA)의 광이 상기 중간층의 하면을 투과하도록 마련되는 지문인식 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 광제어부에서 출사되는 제 2 각도(θA)의 광이, 하기 관계식 2를 만족하여, 상기 중간층의 하면을 투과하도록 마련되는 지문인식 시스템:
    [관계식 2]
    θA < (180°/π) x sin-1(n2/n3)
    (단, 상기 관계식 2에서, n2는 중간층의 굴절률이고, n3는 광제어층 중 제 1 광제어부 또는 제 2 광제어부의 굴절률이고, n3는 n2 보다 크다.)
  7. 제 5 항에 있어서, 제 2 각도(θA)로 상기 중간층 하면에 입사된 광이 상기 제 2 각도(θA)와 동일하거나 상이한 제 3 각도(θB)로 디스플레이 패널에 입사하게 되고,
    상기 제 3 각도(θB)의 광이 하기 관계식 3을 만족하여 공기와 접하는 지문접촉부 계면에서 전반사될 수 있도록, 그리고 상기 제 3 각도(θB)의 광이 하기 관계식 4를 만족하여 지문과 디스플레이 패널이 직접 접촉하는 지문접촉부 계면에서 투과될 수 있도록 마련되는 지문인식 시스템:
    [관계식 3]
    θB > (180°/π) x sin-1(n0/n1)
    [관계식 4]
    θB < (180°/π) x sin-1(nh/n1)
    (단, 상기 관계식 3 및 4에서, n0는 공기의 굴절률로서 1 이고, n1은 디스플레이 패널의 굴절률이고, nh는 지문접촉부와 직접 접하는 지문부분의 굴절률이다.)
  8. 제 7 항에 있어서, 공기와 접하는 지문접촉부 계면에서 전반사된 상기 제 3 각도(θB)의 광이 상기 중간층의 상면을 투과하도록 마련되는 지문인식 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 공기와 접하는 지문접촉부 계면에서 전반사된 상기 제 3 각도(θB)의 광이 하기 관계식 5를 만족하여 상기 중간층의 상면을 투과하도록 마련되는 지문인식 시스템:
    [관계식 5]
    θB < (180°/π) x sin-1(n2/n1)
    (단, 상기 관계식 5에서, n1은 디스플레이 패널의 굴절률이고, n2는 중간층의 굴절률이고, n1은 n2 보다 크다.)
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광제어부 하부에 위치한 광원부를 더 포함하고, 상기 제 1 광제어부는 광원부로부터 제 1 각도(θ0)으로 입사된 광을 상기 중간층을 향하여 제 1 각도(θ0)와 상이한 제 2 각도(θA)의 광으로 출사하도록 마련되는 지문인식 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 광원부는 수직의 광을 상기 제 1 광제어부로 출사하도록 마련되는 지문인식 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 광제어부 하부에 위치한 센서부를 더 포함하고, 상기 제 2 광제어부는 제 2 광제어부 상면에 제 4 각도(θB ')로 입사된 광을 상기 센서부로 출사하도록 마련되는 지문인식 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 광제어부는 그 상면에 입사된 광을 수직광으로 변환하여 센서부에 출사하는 지문인식 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는 회절광학소자 또는 굴절광학소자를 포함하는 지문인식 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 광제어부 및 제 2 광제어부는 홀로그래픽 필름을 포함하는 지문인식 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 광원부는 적외선을 조사하는 지문인식 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 중간층은 자외선 또는 가시광 차단 필터가 코팅된 지문인식 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 센서부는 자외선 또는 가시광 차단 필터가 코팅된 지문인식 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 중간층의 두께는 하기 관계식을 만족하는 지문인식 시스템:
    [관계식 1]
    W = (D1 + D2) x tan(θA)
    상기 관계식 1에서, W는 상기 시스템에서 지문인식 영역의 일방향 길이이고, D1은 상기 디스플레이 패널의 두께이고, D2는 상기 중간층의 두께이다.
  20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 지문인식 시스템을 포함하는 모바일 기기.
  21. 제 19 항에 있어서, 기기 전면에서 표시부의 면적이 90% 이상인 베젤리스(bezel-less) 특징을 갖는 모바일 기기.
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