스마트폰 화면 전체를 지문 인식기로 쓰는 기술 나왔다

UNIST팀 <네이처 커뮤니케이션스> 논문
디스플레이 지문 인식 기술 개발
기존 불투명한 정전식 방식 한계
은 나노섬유·와이어 결합해 해결
온도·압력 동시 인식해 보안 강화

울산과학기술원 연구팀이 스마트폰 화면 전체를 지문 인식기로 쓸 수 있는 지문센서 기술을 개발했다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구진이 스마트폰 화면 전체를 지문 인식기처럼 사용할 수 있는 지문센서 기술를 개발했다. 온도·압력도 동시에 인식해 보안성을 강화할 수 있어 차세대 지문인식 기술로 활용될 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)은 3일 “신소재공학부 박장웅 교수와 전기전자컴퓨터공학부 변영재 교수 공동연구팀이 디스플레이 전면부에 붙여 지문과 온도, 압력을 한번에 측정할 수 있는 투명 센서를 개발했다”고 밝혔다. 연구팀은 “기존 지문센서보다 민감도가 17배 가량 좋아지고 압력과 온도 측정으로 위조지문을 걸러내는 가능성까지 갖춰 보안성을 한층 높일 수 있다”고 말했다. 연구팀의 논문은 과학저널 <네이처 커뮤니케이션스> 3일(현지시각)치 온라인판에 실렸다.

휴대전화가 단순한 통화 도구를 넘어 인터넷과 금융 등 일상생활을 하는 수단으로 되면서 잠금이나 결제 보안 장치로 지문을 활용하는 경우가 많다. 가장 널리 쓰이는 방식은 홈 버튼에 지문 인식 기능을 추가하는 것인데, 홈 버튼 지문 센서는 불투명한 전극을 사용하기 때문에 본 화면(디스플레이)에 적용할 수 없고 별도의 공간이 필요하다는 한계가 있다. 최근 스마트폰 화면을 크게 활용하려는 시도가 늘면서 홈 버튼을 없애고 디스플레이 전체에서 지문을 인식하는 기술에 관심이 높아지고 있다.

지문 인식 기술에는 광학식, 초음파식, 정전식 등이 있다. 광학식은 광원을 쏘아 지문 표면 굴곡에 따른 빛의 반사 정도를 측정하는 방식으로 현재 대부분의 스마트폰이 적용하고 있는 기술이다. 내구성이 뛰어나지만 인식률이 낮다는 한계가 있다. 초음파식은 초음파 반사 정도를 파악해 지문 굴곡을 수집하는 방식으로 정확성과 내구성이 좋지만 비싸고 제작이 까다롭다는 것이 단점이다. 정전식은 지문 표면 굴곡에 따라 달라지는 전하량의 차이를 측정해 지문을 읽는 방식으로 정확도가 높다. 최신 스마트폰의 지문 인식 방식은 대부분 정전식인데 사용할 수 있는 주파수 대역과 전압의 한계로 화면 전체를 사용하지 못하고 별도의 지문 인식 장치를 둬야 하는 한계가 있었다.

온도와 압력, 지문을 동시에 감지할 수 있는 유연한 투명 지문센서. 울산과학기술원 제공

연구팀은 “새로 개발한 정전식 지문 센서는 정확도가 높고 화면 전체에서 지문 인식 기능을 구현할 수 있는 데다 광학식에 비해 얇고 초음파식보다 간단한 구조로 싸게 만들 수 있다는 장점이 있다”고 밝혔다. 기존 정전식 지문 센서는 투명전극의 전도도가 낮아 수백㎑ 이하의 낮은 주파수 대역과 몇 볼트(V) 이상의 높은 전압에서만 구동이 됐다.

논문 제1저자인 안병완 울산과기원 신소재공학부 석·박사통합과정 연구원은 “200㎑ 이하의 낮은 주파수 대역에서는 디스플레이에서 나오는 잡음(노이즈)도 존재한다. 이런 신호들이 뒤섞이면 지문 인식의 정확도가 떨어지기 때문에 정전식 지문 센서의 상용화가 어려웠다”고 설명했다.

연구팀은 투명전극의 전도도를 높이기 위해 투명전극 재료로 각각 쓰이던 은 나노섬유와 은 나노와이어를 결합했다. 은 나노섬유는 듬성듬성하지만 전도성이 좋고 은 나노와이어는 전도성이 낮지만 촘촘하다는 장점이 있다. 둘의 장점을 결합한 ‘은 나노섬유-은 나노와이어 하이브리드 투명전극’은 전도도가 높으면서 잘 유지되는 특성을 보였다. 기존 터치글라스나 터치필름(ITO)에 견줘 10배 가량 전도도가 높고 50마이크로미터(㎛·1㎛는 100만분의 1m) 수준의 패턴을 만들어도 끊어지지 않아 전도도가 유지됐다.

투명 지문 센서를 개발한 울산과학기술원 연구팀. 왼쪽부터 변영재 교수, 지상윤 연구원, 안병완 연구원, 박장웅 교수. 울산과기대 제공

연구팀이 하이브리드 투명전극으로 지문 센서를 제작해 측정해보니 기존 센서에 비해 민감도가 17배 가량 높아졌다. 또 1㎒의 고주파수 대역에서, 1V 정도의 낮은 전압에서도 구동이 됐다.

연구팀은 여기에 온도와 압력을 측정하는 센서를 추가해 세 측정값을 동시에 처리하는 측정 시스템을 개발했다. 세 가지 측정값의 결합으로 센서에 접촉할 때 압력과 체온으로 위조지문과 실제 사람의 지문을 구별할 수 있었다.

박장웅 교수는 “상용화된 디스플레이뿐 아니라 유연한 차세대 디스플레이가 쓰이는 다양한 기기의 보안성 강화에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이근영 선임기자 [e-mail]