[스마트폰 센서 파헤치기] 지문인식 센서

최근 출시되는 스마트폰에는 플래그십이나 보급형을 가리지 않고 지문인식 센서가 탑재되는게 보편적입니다.

화면 잠금을 해제하거나 각종 결제 프로세스의 인증 수단으로 보안성과 편의성이 상당히 높기 때문이죠. 

 

지문인식이란 사람의 손에 있는 지문(융선)을 읽어 신원을 확인하는 보안 시스템입니다.

 

한 사람 손엔 10개의 서로 다른 지문이 있습니다.

그리고 지구엔 이와 같은 사람이 약 80억 명 정도 있습니다.

 

지문은 개인마다 모두 다른 형태(패턴)를 가지고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 다수의 사람 사이에서 특정인을 

식별하는 것을 굉장히 편리하게 해줍니다.

 

언제나 가지고 있기 때문에 분실의 위험도 적고요.

2011년 모토로라의 '아트릭스'를 시작으로 현재까지 많은 모바일 기기에 지문인식 기능이 탑재되고 있답니다.

 

그럼 지금까지 지문인식에 대해 알아봤으니 이제지문을 스캔하는 방식에 대해 알아보겠습니다.

스와이프 방식

 

출처 : 삼성전자

 

전기식 인식 방식 중 하나인 '일렬 정전센서식'을 이용한 지문인식 시스템입니다.

 

길다란 센서에 지문을 대고 아래로 밀거나 당기면 지문의 융선 부분이 센서의 충전부에 닿게 되고, 이때 전기가 빠져나가는데, 이 위치(지문 융선 부분)를  파악하는 방식으로 지문 구조를 스캔합니다.

 

이물질이 있거나 습기가 많은 환경에서는 정상작동하지 않는 경우가 대부분입니다.

 

최초의 지문인식 탑재 스마트폰인 모토로라 '아트릭스', 갤럭시 최초 지문인식 탑재 스마트폰인 '갤럭시 S5',

그 외에도 '갤럭시 노트4', '베가 시크릿 노트' 등 2014년 까지의 많은 기기들에 탑재되어 왔습니다.

 

현재 스마트폰 시장에선 보기 어려운 방식입니다.

에어리어 방식

출처 : PhoneArena

위 '일렬 정전센서식'과 비슷한 원리로 구동되지만, 이 시스템은 정전센서 대신 온도센서를 이용합니다.

 

지문의 융선 부분이 열을 흡수하거나 방출할 수 있기 때문에

센서에 지문이 닿았을 시 열이 흡수되거나 방출되는 위치를 파악하는 방식으로 지문 구조를 스캔합니다.

 

우연찮게 지문과 온도센서의 온도가 동일할 시엔 인식을 하지 못합니다.

온도를 인식하는 센서이기에 정전센서보다는 이물질에 있어서는 강하지만 습기엔 취약합니다.

 

애플의 Touch ID 솔루션으로 첫선을 보였으며,

삼성도 S5의 스와이프 방식의 인식률이 매우 떨어지자 S6부터 해당 방식을 채택하게 되었습니다.

그 이후로 현재까지 대부분의 스마트폰에서 에어리어 방식의 센서가 탑재되게 되었습니다.

 

화면 내장 지문인식이 대세가 되면서 점차 줄어들고 있습니다.

 

 

 

아래부터는 화면 내장 지문인식에 관한 내용입니다.

정전용량 인식 방식

출처 : 삼성디스플레이

지문의 융선과 골의 정전용량의 차이로 지문을 스캔하는 방식입니다. 

 

센서에서 지문의 패턴마다 서로 다른 전기량을 감지해 형태를 인식하는 것입니다.

 

RGB 소자 위에 투명하게 센서를 비치하여 다른 방식보다 인식 정확도는 뛰어나지만, 내구성이나 센서 생산 수율에 있어서 타 방식들에 비해 매우 떨어집니다.

광학 인식 방식

출처 : 삼성디스플레이

 

광학식은 빛에 반사된 지문 영상을 획득해 기존 등록된 지문 정보와 비교하는 방식입니다.

 

카메라와 광학 스캐너를 이용해 지문이 닿는 곳의 아래쪽에서 위로 강한 빛을 쏘면 지문 형태가 그대로 반사되며 광학 스캐너에서 이미지를 추출할 수 있습니다. 그 후 이를 디지털화하여 원본 데이터와 같은지를 판별합니다.

 

출처 : PhoneArena

내구성이나 생산수율 면에서는 타 방식들보다 좋지만, 

빛을 사용하는 방식이기에 정확도 면에서 떨어지며, 인식을 하지 못하는 경우가 자주 발생합니다.

 

최근 중국의 Fortsense가 LCD에서도 적용하는 기술을 개발하였다 하지만 LCD 패널 자체의 두꺼운 두께로 인해 빛을 투과시키는 것이 어렵기 때문에 LCD에는 적용하기 어렵습니다(OLED에는 가능).

 

최초의 화면 내장 지문인식 탑재 스마트폰인 vivo의 X20 Plus를 시작으로 갤럭시 A50, A70 등등 외에도 다양한 회사들의 기기에 해당 방식이 이용되고 있습니다.

초음파 인식 방식

출처 : 삼성디스플레이

초음파 방식은 초음파를 발사하여 돌아오는 시간을 측정하고, 지문의 높이차를 측정해 지문을 인식합니다.

 

이 방식은 기존 지문인식보다 보안성이 높습니다. 지문 이미지가 아닌 사용자의 지문 굴곡을 인식하기 때문입니다.

물체를 투과할 수 있다는 특별한 장점을 지니고 있습니다.손가락에 물 등 일부 이물질이 묻은 상태에서도 인식률이 높아, 정확도와 보안성이 우수합니다.

 

출처 : Wikipedia

타 방식들에 비해 정확성과 내구성이 좋지만, 제작이 까다로워 생산수율이 낮고 상대적으로 단가가 꽤나 높습니다.

또한 리지드 OLED나 LCD에선 사용이 불가하며 현재로써는 다른 디스플레이에 비해 얇은 플렉시블 OLED에서만 사용 가능합니다.

 

출처 : 삼성전자

디스플레이 아래에 센서가 있다지만 초음파를 통과시키기 위해 센서 부근의 디스플레이가 얇게 되어있어

직사광선 아래에선 센서가 눈에 띄게 보이는 경우가 있습니다. 이는 불량 현상은 아닙니다.

 

갤럭시 S10 시리즈에 최초로 탑재되었으며 최근 출시된 S20 시리즈, 그리고 앞으로 출시될 다양한 기기에 탑재될 예정입니다.