KR102406943B1 - 광학 이미지 센서 및 그를 구비한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세한 지문을 인식할 수 광학식 이미지 센서 및 그를 구비하는 표시장치를 제공하기 위한 것으로, 광원; 상기 광원을 수용하는 제 1 관통공을 구비하는 제 1 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB); 상기 광원으로부터 공급되는 광을 전반사를 통해 진행시키며, 미리 정해진 영역에서 생체정보를 갖는 객체에 의해 전반사로부터 벗어난 광을 집광하여 출사하는 지향성 광 유닛; 및 상기 광원 PCB와 상기 지향성 광 유닛 사이에 배치되어 상기 지향성 광 유닛으로부터 출사된 광을 수신하는 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광학 이미지 센서 및 그를 구비한 표시장치{Optical Image Sensor and Display Device having the Same}
본 발명은 광학 이미지 센서 및 그를 구비한 표시장치에 관한 것으로, 특히, 지향성 광을 이용하여 지문을 인식할 수 있는 광학 이미지 센서 및 그를 구비한 표시장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발달에 따라 노트북 컴퓨터, 태블릿 피시(Tablet PC), 스마트폰(Smart Phone), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant), 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine), 검색 안내 시스템 등과 같은 다양한 용도의 정보통신 기반 시스템(Information and Communication Based System)이 개발되어 왔다. 이들 시스템에는 통상적으로 개인 사생활과 관련된 개인정보는 물론 영업정보나 영업기밀 등과 같이 비밀을 요하는 많은 데이터가 저장되어 있기 때문에, 이들 데이터를 보호하기 위해서는 보안을 강화해야 할 필요성이 있다.
이를 위해 사용자의 생체 정보를 인식할 수 있는 이미지 센서를 이용하여, 보안성을 강화하는 방법이 제안된 바 있다. 예를 들어, 사용자의 손가락의 지문을 이용하여 시스템의 등록이나 인증을 수행함으로써 보안성을 강화할 수 있는 지문센서가 알려져 있다. 지문 센서는 사용자의 손가락 지문을 감지하기 위한 것이다. 지문 센서는 광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)와 정전용량식 지문 센서(Capacitive Fingerprint Sensor)로 분류될 수 있다.
광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)는 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 이용하여 빛을 조사하고, 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 통해 감지하는 원리를 이용한 것이다. 광학식 지문 센서는 LED를 이용해서 스캔을 해야 하기 때문에 스캔을 위한 부가 장비가 필요하다. 이러한 부가장비는 광학식 지문센서의 크기를 증가시키므로 표시 장치와 결합하는 등 다양한 응용에는 한계가 있다.
종래의 광학식 지문센서로는 2006년 7월 26일자로 등록된 "지문인식 센서를 구비한 영상 표시장치"란 명칭의 대한민국 등록특허 제10-0608171호와, 2016년 4월 21일자로 공개된 "지문 인식 소자를 포함한 표시장치"란 명칭의 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0043216호가 알려져 있다.
상기 대한민국 공개공보에 기재된 표시장치는, 표시장치의 표시 영역을 터치 영역 및 지문 인식 영역으로 동시에 사용할 수 있도록 구성하고 있다. 그러나, 이 광학식 지문센서는 지문 인식을 위한 센싱용 빛으로서 지향성(혹은, Directivity)이 현저히 낮은 확산광을 사용한다. 따라서, 정확한 지문의 패턴을 인식하는 데에는 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 지향성이 높은 레이저 적외선과 같은 시준광(Collimated Light)을 사용하는 경우, 넓은 면적에 걸쳐 센싱용 빛을 조사하기 어렵기 때문에, 지문 인식 영역의 크기가 극히 한정된다. 또한, 지향성이 높은 시준광을 넓은 스캔 면적에 적용하기 위해서는 스캔 기능이 부가되어야 하므로, 휴대형 표시장치에 적용하기 곤란하다는 문제점이 있었다.
이러한 광학식 지문센서의 문제점을 해소시키기 위해 정전 용량식 지문센서가 개발되어 왔다.
정전 용량식 지문 센서(Capacitive Fingerprint Sensor)는 지문 센서와 접촉되는 융선(Ridge)과 골(Valley) 사이에 대전되는 전기량의 차를 이용한 것이다. 종래의 정전 용량식 지문 센서로는 2013년 11월 21일자로 공개된 "정전 용량식 센서 패키징(Capacitive Sensor Packaging)"이란 명칭의 미국 공개특허 공보 US 2013/0307818가 알려져 있다.
상기 미국 공보에 기재된 정전 용량식 지문센서는 특정 푸시 버튼(Push Button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 일반적으로 인간 지문의 융선과 골은 대략 300㎛~500㎛의 크기로 매우 미세하기 때문에, 상기 미국 공보의 정전 용량식 지문 센서는 고해상도 센서 어레이와 지문인식 처리를 위한 IC(Integrated Chip)가 필요하다. 이를 위해 센서 어레이와 IC을 일체로 형성할 수 있는 실리콘 웨이퍼가 이용되었다.
그러나, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 고해상도의 센서 어레이와 IC를 함께 형성할 경우, 푸시 버튼과 함께 지문 센서를 결합하기 위한 어셈블리 구조가 필요하게 되므로 구성이 복잡해 질 뿐 아니라 비 표시 영역(베젤영역)이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 푸시 버튼(예를 들면, 스마트폰의 홈키)과 지문센서가 중첩되게 형성되므로, 그 두께가 증가할 뿐 아니라 지문 센싱 영역이 푸시 버튼의 크기에 좌우되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 터치 센서 스크린의 영역을 지문식별 영역으로 이용하는 기술 등이 개발되고 있다. 이러한 기술로서는 "지문식별용 용량성 터치센서(capacitive touch sensor for identifying a fingerprint)"란 명칭으로 2013년 10월 22일 등록된 미국 등록특허 제 US8,564,314호와, "지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린"이란 명칭으로 2014년 8월 18일 등록된 대한민국 등록특허 제10-1432988호가 알려져 있다.
스마트 폰과 같은 개인 휴대용 표시장치에는 표시 패널의 보호를 위한 보호 필름을 추가로 부착하는 경우가 많다. 상기와 같은 기술을 개인 휴대용 표시장치의 표시 영역을 지문 인식별 영역으로 적용하는 경우, 보호 필름을 부착하면, 그 두께 때문에 정전용량 방식 지문 인식 기능이 현저히 저하될 수 있다. 일반적으로, 보호 필름을 부착하더라도 터치 기능은 그대로 사용할 수 있다. 그러나, 지문 인식의 경우에는 아주 미세한 지문을 인식하여야 하기 때문에, 정전 용량의 미세한 변화를 감지해야 한다. 보호 필름의 두께를 얇게 하는 것을 고려할 수 있으나, 보호 필름의 두께가 너무 얇으면 표시 패널의 보호 목적을 달성할 수 없기 때문에 보호 필름의 두께를 얇게 하는 것에는 한계가 존재한다. 따라서, 정전용량식 지문센서를 이용하여 미세한 지문을 인식하는 데 필요한 정전 용량의 변화를 정확하게 감지하는 것에는 한계가 있었다.
상술한 바와 같이, 종래의 광학식 지문 센서를 구비하는 표시 장치에서는, 정확한 지문 인식이 곤란하거나, 복잡하고 부피가 큰 광학 기구의 필요하므로 휴대성이 높은 표시 장치와 결합하기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 정전용량식 지문 센서를 구비하는 표시장치에서는 보호 필름 때문에 정확한 지문인식이 곤란하다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 커버 기판의 두께를 줄이지 않고도 미세한 지문을 인식할 수 광학식 이미지 센서 및 그를 구비하는 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 광원을 포함한 제 1 PCB와 표시장치의 구동회로를 실장한 제 2 PCB를 한쪽에 배치하도록 함으로써 제 1 PCB와 제 2 PCB를 접속성을 개선할 수 있는 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 광학 이미지 센서는 광원;상기 광원을 수용하는 제 1 관통공을 구비하는 제 1 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB); 상기 광원으로부터 공급되는 광을 전반사를 통해 진행시키며, 미리 정해진 영역에서 생체정보를 갖는 객체에 의해 전반사로부터 벗어난 광을 집광하여 출사하는 지향성 광 유닛; 및 상기 제 1 PCB와 상기 지향성 광 유닛 사이에 배치되어 상기 지향성 광 유닛으로부터 출사된 광을 수신하는 광 센서를 포함한다.
상기 광학 이미지 센서는 광원을 수용하도록 상기 제 1 관통공과 정합하는 제 2 관통공을 가지며, 상기 제 1 PCB의 제 1 면 상에 배치되는 보강판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 인쇄회로기판은 외부로부터의 전원을 상기 광원에 공급하도록 상기 제 1 PCB의 제 1 면과 반대측의 제 2 면 상에 배치되는 패드부를 구비하며, 상기 광원은 상기 제 1 PCB의 제 2 면에서 리드선을 통해 상기 패드부에 연결될 수 있다.
또한, 상기 지향성 광 유닛은, 상기 미리 정해진 영역을 구비하는 커버기판; 상기 광원측에 인접하여 배치되는 저 굴절층; 상기 커버기판과 상기 저 굴절층 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터의 광을 굴절시켜 상기 커버기판으로 공급하는 입광소자와, 상기 커버기판에 접촉한 상기 객체에 의해 굴절된 광을 집광하여 상기 커버기판 외측으로 출사하는 집광소자를 갖는 광학필름를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입광소자는 상기 광원과 대응하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 집광소자는 상기 미리 정해진 영역에 대응하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 광 센서는 상기 집광소자에 대응하여 배치될 수 있다.
또한, 광학 이미지 센서는 상기 커버기판의 일측 단부에 배치되며, 상기 광원에 대응하는 위치에 개구부를 구비하는 블랙 매트릭스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 센서는 상기 미리 정해진 영역에 대응하는 상기 지향성 광 유닛의 광 출사측 외면, 또는 상기 지향성 광 유닛을 향한 상기 제 1 PCB의 표면 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원은 시준광(collimated light)을 공급하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 표시장치는 상술한 광학 이미지 센서들 중 어느 하나와, 상기 제 1 PCB와 상기 지향성 광 유닛 사이에 위치하는 표시 패널을 포함한다.
또한, 상술한 표시장치는 상기 광 센서에 연결되는 제 1 일단부를 갖는 광 센서 연결부; 및 상기 표시 패널의 일측 단부에 연결되는 제 2 일단부와, 상기 제 2 일단부로부터 연장되어 상기 광 센서 연결부의 타단부에 접속되는 제 1 연장부와, 상기 제 1 연장부로부터 연장되어 상기 표시 패널 외측의 호스트 시스템에 연결되는 제 2 연장부를 구비하며, 상기 표시 패널을 구동하기 위한 구동IC가 실장된 제 2 PCB를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 PCB는 상기 호스트 시스템에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 1 PCB와 상기 제 2 PCB는 상기 표시 패널에 대응하는 위치에서는 분리되나, 상기 호스트 시스템을 통해 서로 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 PCB와 상기 제 2 PCB는 상기 표시 패널에 대응하는 위치에서 서로 연결되며, 상기 제 2 PCB가 상기 호스트 시스템에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 1 PCB는 상기 제 2 PCB에 인접하여 배치될 수 있다.
본 발명에 따르는 광학 이미지 센서에 의하면, 지향성 광 유닛을 이용하여 미세한 지문을 인식하는데 필요한 정전용량의 변화를 인식할 수 있기 때문에 커버 기판의 두께를 줄이지 않고도 미세한 지문을 인식할 수 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 광학 이미지 센서가 표시장치에 적용될 경우 광원을 포함한 제 1 PCB가 표시장치의 구동회로를 실장한 제 2 PCB와 동일한 쪽에 배치될 수 있게 되어, 제 1 PCB와 제 2 PCB를 접속성을 양호하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 도시한 단면도,
도 1b는 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서의 광원으로부터 출사된 광의 진행경로에 의해 정의되는 이미지 센싱영역을 설명하기 위한 평면도,
도 2는 도 1의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치를 도시한 단면도,
도 3은 도 1의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 1 예를 도시한 평면도,
도 4는 도 1의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 2 예를 도시한 평면도,
도 5는 도 1의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 3 예를 도시한 평면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
이하, 도 1a 및 도 1b를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서에 대해 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 도시한 단면도이고, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서의 광원으로부터 출사된 광의 진행경로에 따른 이미지 센싱영역을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서는 광원(LS)이 실장된 제 1 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB), 광원으로부터의 광을 진행 및 출사하는 지향성 광 유닛(DLU), 및 지향성 광 유닛으로부터 출사되는 광을 센싱 또는 검출하는 광 센서(SE)를 포함한다.
광원(LS)은 적외선 레이저와 같이 시준성이 높은 빛을 제공할 수 있는, 시준광(collimated light)을 공급하는 광원인 것이 바람직하다.
제 1 PCB(LPCB)는 일측 단부에 광원(LS)을 수용하기 위한 제 1 관통공(TH1)을 포함한다. 제 1 PCB(LPCB)는 또한 보강판(RP)과 패드부(PAD)를 포함한다. 보강판(RP)은 광원(LS)을 수용하도록 제 1 관통공(TH1)과 정합하는 제 2 관통공(TH2) 구비한다. 보강판(RP)은 제 1 PCB(LPCB)의 제 1 면 상에 배치된다. 보강판(RP)은 두께 조절을 통해 광원(LS)과 지향성 광 유닛(DLU) 사이의 간격을 안정적으로 제어할 수 있다. 보강판(RP)은 또한 광원(LS)으로부터 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있는 방열판으로서의 기능을 수행할 수도 있다. 패드부(PAD)는 외부로부터의 공급되는 전기 에너지를 광원(LS)에 공급하도록 제 1 PCB(LPCB)의 제 1 면과 반대측의 제 2 면 상에 배치된다. 광원(LS)은 제 1 PCB(LPCB)의 제 2 면에서 리드 배선(LW)을 통해 패드부(PAD)에 연결된다.
지향성 광 유닛(DLU)은 광원(LS)으로부터 공급되는 광을 전반사를 통해 진행시키며, 미리 정해진 영역에서 생체정보(biometric information)를 갖는 객체(object)에 의해 전반사로부터 벗어난 광을 집광하여 출사한다.
지향성 광 유닛(DLU)은 커버기판(CS), 저굴절층(LR) 및 광학필름(OF)을 포함한다.
커버기판(CS)은 생체정보를 갖는 객체를 인식할 수 있는 미리 정해진 영역을 포함한다. 상기 미리 정해진 영역은 도 1b에 도시된 바와 같이 이미지 센싱영역을 포함할 수 있다. 커버 기판(CS)은 굴절률이 1.5인 투명한 강화 유리로 만들 수 있다. 커버기판(CS)의 일측 단부에는 광원(LS)에 대응하는 위치에 개구부가 형성된 블랙 매트릭스(BM)가 부착된다. 생체정보를 갖는 객체는 지문을 갖는 손가락을 포함할 수 있다.
저굴절층(LR)은 광원(LS) 측에 인접하도록 제 1 PCB(LPCB)의 제 1 면에 대향하여 배치된다. 저굴절층(LR)은 커버 기판(CS) 및 후술하는 집광소자보다 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 저굴절층(LR)의 굴절률은 또한 인지하고자 하는 객체의 굴절률과 비슷한 것이 좋다. 예를 들어, 광학 이미지 센서를 지문 인식에 적용하고자 하는 경우, 저굴절층(LR)은 사람의 피부가 갖는 굴절률인 1.39와 유사한 1.4 정도의 굴절률을 가질 수 있다.
광학필름(OF)은 커버기판(CS)과 저굴절층(LR) 사이에 배치되는, 입광소자(CHOE)와 집광소자(COL)를 포함한다. 입광소자(CHOE)와 집광소자(COL)는 투명한 홀로그래피 기록 필름으로서 굴절률이 커버 기판(CS)과 동일하거나 조금 더 큰 값을 가질 수 있다.
입광소자(CHOE)는 광원(LS)으로부터 공급되는 광을 진행광으로 변환한다. 진행광은 길이 방향 축과 폭 방향 축으로 이루어진 수평 평면에서 일정한 확산각(θ)을 가지도록 변환된다. 또한, 진행광은 길이 방향 축과 두께 방향 축으로 이루어진 수직 평면에서는 원래의 시준 상태(collimated state)를 유지한다. 여기에서, 확산각(θ)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 광이 입사되는 입사점과 기판(CS)의 타측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 이보다 크게 설정할 수 있다. 진행광은 확산각(θ)을 갖는 삼각형 형상으로 퍼지면서 진행하며, 진행광이 확산하여 점유하는 삼각형 영역은 이미지 인식 영역(ISA)으로 된다.
진행광(100)은 커버 기판(CS)의 표면에 아무 물체도 없는 경우에는, 커버 기판(CS) 내에서 전반사되어 커버 기판(CS)의 내부를 진행한다. 그러나, 커버 기판(CS)의 표면에 어떤 물체가 있는 경우, 진행광(100)의 일부는 물체에 의해 굴절되어 커버 기판(CS) 외부로 출사된다. 예를 들어, 커버 기판(CS)의 이미지 인식 영역(ISA)에 손가락이 접촉되면, 손가락의 지문이 갖는 산(ridge) 부분으로 진행하는 진행광은 지문의 산에 의해 굴절되어 커버 기판(CS)의 외측(즉, 하면 외측)으로 출사된다. 반면, 지문의 골(valley) 부분으로 진행하는 진행광은 커버 기판 내에서 전반사 되어 계속 진행한다.
집광소자(COL)는 커버 기판(CS)의 내부에서 진행하는 진행광(100)의 일부를 집광하여 출사시킨다. 집광소자(COL)는 커버 기판(CS)의 상부 표면에 이미지를 갖는 객체(예를 들면, 지문을 갖는 인간의 손가락)가 접촉하는 경우, 손가락에 의해 굴절된 진행광의 일부를 집광하여 지향성 광 유닛(DLU) 외부로 출사시킨다.
광 센서(SE)는 제 1 PCB(LPCB)와 지향성 광 유닛(DLU) 사이에 배치된다. 예를 들어, 광 센서(SE)는 제 1 PCB(LPCB)의 제 1 면 또는 지향성 광 유닛(DLU)의 저굴절층(LR)의 하면에 배치될 수 있다. 광 센서(SE)는 지향성 광 유닛(DLU)의 저굴절층(LR)을 통해 출사된 광을 수신하여 호스트 시스템(도시 생략)으로 송신한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서에 의하면, 지향성 광 유닛(DLU)을 이용하여 미세한 지문을 인식하는데 필요한 정전용량의 변화를 인식할 수 있기 때문에 커버 기판(CS)의 두께를 줄이지 않고도 미세한 지문을 인식할 수 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 광학 이미지 센서에서는, 제 1 PCB(LPCB)를 관통하는 제 1 관통공(TH1)에 광원(LS)을 수용되기 때문에 광원(LS)이 제 1 PCB(LPCB)의 전면(제 1 면)으로부터 지향성 광 유닛(DLU)으로 광을 공급하고, 제 1 PCB(LPCB)가 지향성 광 유닛(DLU) 하부에 배치된다. 따라서, 광학 이미지 센서가 표시장치에 적용될 경우 제 1 PCB(LPCB)가 표시장치의 구동회로를 실장한 제 2 PCB와 동일한 쪽에 배치될 수 있게 되어, 제 1 PCB와 제 2 PCB를 용이하게 연결할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 도 1a의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비한 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따르는 광학 이미지 센서를 구비한 표시장치는 광학 이미지 센서와 표시 패널(DP)을 포함한다.
광학 이미지 센서는 제 1 PCB(LPCB), 지향성 광 유닛(DLU), 및 광 센서(SE)를 포함한다. 광학 이미지 센서는 도 1과 관련된 발명의 상세한 설명에서 충분히 설명하였으므로 중복 설명을 피하기 위해 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
표시 패널(DP)은 광학 이미지 센서의 지향성 광 유닛(DLU)과 제 1 PCB(LPCB) 사이에 배치된다.
광 센서(SE)는 표시 패널(DP)과 제 1 PCB(LPCB) 사이에 배치된다. 예를 들어, 광 센서(SE)는 제 1 PCB(LPCB)를 향한 표시 패널(DP)의 하면, 또는 지향성 광 유닛(DLU)을 향한 제 1 PCB(LPCB)의 제 1 면 상에 배치될 수 있다.
표시 패널(DP)로는 액정 표시 패널(Liquid Crystal Display: LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출 표시 패널(Field Emission Display: FED), 전계발광 표시 패널(Electroluminescence Display) 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비한 표시장치는 표시 패널(DP)이 제 1 PCB(LPCB)와 지향성 광 유닛(DLU) 사이에 배치되기 때문에, 제 1 PCB(LPCB)가 표시장치의 구동회로가 실장된 제 2 PCB와 동일한 쪽에 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 PCB와 제 2 PCB를 용이하게 연결할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 5를 참조하여 표시장치의 구동 IC가 실장된 제 2 PCB와 광원이 실장된 제 1 PCB를 연결하기 위한 구성을 갖는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 예들에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 1 예를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 2 예를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 3 예를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 1 예는 광원(LS)이 수용된 제 1 PCB(LPCB), 표시 패널(DP)을 구동하기 위한 디스플레이 구동IC(D_IC)가 실장된 제 2 PCB(DPCB), 표시 패널의 터치센서를 구동 및 센싱하기 위한 터치 IC(T_IC)가 실장된 제 3 PCB(TPCB), 및 광 센서(SE)를 포함한다.
제 1 PCB(LPCB)와 제 3 PCB(TPCB)는 표시장치의 제 1 일측(예를 들면, 도면의 상측)에서 서로 이격되어 배치된다. 제 1 PCB(LPCB)와 제 3 PCB(TPCB)는 또한 제 1 연결위치(CP1)에서 필름 온 필름 방식(film on film type)로 서로 연결된다. 제 3 PCB(TPCB)는 외부 호스트 시스템(HS)에 접속된다.
제 2 PCB(DPCB)는 표시장치의 상기 제 1 측과 반대 쪽의 제 2 측(예를 들면, 도면의 하측)에 배치된다. 제 2 PCB(DPCB)는 또한 제 2 연결위치(CP2)에서, 광 센서(SE)가 연결된 접속부(CON1)에 접속된다.
따라서, 제 1 PCB(LPCB)는 제 3 PCB(TPCB)와 호스트 시스템(HS)을 통해 제 2 PCB(DPCB)에 연결될 수 있고, 광 센서(SE)는 제 2 PCB(DPCB)를 통해 호스트 시스템(HS)에 연결될 수 있다.
호스트 시스템(HS)은 광원(LS), 터치 IC(T_IC), 및 디스플레이 IC(D_IC) 및 광학 센서(SE)를 구동하기 위한 신호들을 공급할 수 있다.
이하에서는, 제 1 PCB(LPCB), 제 2 PCB(DPCB) 및 제 3 PCB(TPCB)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
제 1 PCB(LPCB)는 표시장치의 제 1 측에서 광원(LS)을 수용하기 위한 제 1 관통공을 갖는 일단부와, 상기 일단부로부터 상기 제 1 측과 대향하는 제 2 측을 향해 연장되는 제 1 연장부, 및 상기 제 1 연장부에서 제 3 측(예를 들면, 도면의 우측)을 향해 연장되는 제 2 연장부를 포함한다.
제 3 PCB(TPCB)는 상기 표시장치의 제 1 측에서 터치센서와 신호를 주고받기 위한 패드들을 구비한 일단부와, 표시장치의 상기 제 1 측으로부터 제 2 측으로 연장되는 제 1 연장부, 및 상기 제 1 연장부에서 제 3 측으로 연장되는 제 2 연장부를 포함한다. 제 3 PCB(TPCB)의 제 2 연장부는 표시장치 외측으로 연장되어 호스트 시스템(HS)에 연결된다. 제 1 PCB(LPCB)의 제 2 연장부는 제 1 터치위치(CP1)에서 제 3 PCB(TPCB)의 제 1 연장부와 연결된다.
제 2 PCB(DPCB)는 상기 표시장치의 제 2 측에서 디스플레이 구동소자들과 신호를 주고받기 위한 패드들을 구비한 일단부와, 제 2 측에서 제 1 측을 향해 연장되는 제 1 연장부와, 제 1 연장부로부터 제 3 측으로 연장되는 제 2 연장부를 갖는다. 제 2 PCB(DPCB)의 제 2 연장부는 표시장치 외측의 호스트 시스템(HS)에 연결된다.
연결부(CON)는 광 센서(SE)에 연결되는 일단부와 제 2 콘택위치(CP2)에서 제 2 PCB(DPCB)에 연결되는 타단부를 구비한다.
도 3의 예에서, 터치 IC 및 터치 IC가 실장된 제 3 터치 PCB는 생략될 수 있다. 이 경우, 제 1 PCB(LPCB)의 제 2 연장부는 호스트 시스템(HS)에 연결되어야 하므로, 제 2 PCB(DPCB)의 제 2 연장부는 호스트 시스템(HS)를 통해 제 1 PCB(LPCB)의 제 2 연장부에 연결된다.
도 4을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 2 예는 광원(LS)이 수용된 제 1 PCB(LPCB), 표시 패널(DP)의 터치센서와 표시소자를 구동하기 위한 디스플레이-터치 구동IC(DT_IC)가 실장된 제 2 PCB(DTPCB), 및 광 센서(SE)를 포함한다.
제 1 PCB(LPCB)는 표시장치의 제 1 측(예를 들면, 도면의 상측)으로부터, 상기 제 1 측과 반대 쪽의 제 2 측(예를 들면, 도면의 하측)으로 연장되도록 배치된다. 제 1 PCB(LPCB)는 표시장치의 제 1측에서 광원(LS)을 수용하기 위한 제 1 관통공을 갖는 일단부와, 상기 일단부로부터 상기 제 2 측으로 연장되는 제 1 연장부를 포함한다.
제 2 PCB(DTPCB)는 표시장치의 상기 제 1 측과 반대 쪽의 제 2 측에 배치된다. 제 2 PCB(DTPCB)는 상기 표시장치의 제 2 측에서 디스플레이 구동소자들과 신호를 주고받기 위한 패드들을 구비한 일단부와, 제 2 측에서 제 1 측을 향해 연장되는 제 1 연장부와, 제 1 연장부로부터 제 3 측(예를 들면, 도면의 우측)으로 연장되는 제 2 연장부를 갖는다. 제 2 PCB(DPCB)의 제 1 연장부 또는 제 2 연장부는 제 2 연결위치(CP2)에서 광 센서(SE)에 연결된 연장부(CON)에 연결되고, 제 2 PCB(DPCB)의 제 2 연장부는 표시장치 외측의 호스트 시스템(HS)에 연결된다.
광 센서(SE)는 연결부를 통해 제 2 PCB(DTPCB)에 접속된다. 연결부(CON)는 광 센서(SE)에 연결되는 일단부와 제 2 PCB(DTPCB)의 제 2 연장부에 접속되는 타단부를 포함한다.
호스트 시스템(HS)은 광원(LS), 터치 IC(T_IC), 및 디스플레이 IC(D_IC) 및 광학 센서(SE)를 구동하기 위한 신호들을 공급할 수 있다.
도 4의 예에서, 디스플레이-터치 IC(DT_IC)는 터치기능이 필요하지 않다면 디스플레이 IC로 대체될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치의 제 3 예는 광원(LS)이 수용된 제 1 PCB(LPCB), 표시 패널(DP)의 터치센서와 표시소자를 구동하기 위한 디스플레이-터치 구동IC(DT_IC)가 실장된 제 2 PCB(DTPCB), 및 광 센서(SE)를 포함한다.
제 1 PCB(LPCB)는 표시장치의 제 1 측(예를 들면, 도면의 상측)으로부터, 상기 제 1 측과 반대 쪽의 제 2 측(예를 들면, 도면의 하측)으로 연장되도록 배치된다. 제 1 PCB(LPCB)는 표시장치의 제 1측에서 광원(LS)을 수용하기 위한 제 1 관통공을 갖는 일단부와, 상기 일단부로부터 상기 제 2 측으로 연장되는 제 1 연장부를 포함한다.
제 2 PCB(DTPCB)는 제 1 PCB(LPCB)에 인접한 제 1 측에 배치된다. 제 2 PCB(DPCB)는 상기 표시장치의 제 1 측에서 디스플레이 구동소자들과 신호를 주고받기 위한 패드들을 구비한 일단부와, 제 1 측에서 제 2 측을 향해 연장되는 제 1 연장부와, 제 1 연장부로부터 제 3 측(예를 들면, 도면의 우측)으로 연장되는 제 2 연장부를 갖는다. 제 2 PCB(DPCB)의 일단부는 제 1 연결위치(CP1)에서 필름 온 필름 방식으로 제 1 PCB의 제 1 연장부에 접속된다. 제 2 PCB(DPCB)의 제 1 연장부 또는 제 2 연장부는 제 2 연결위치(CP2)에서 광 센서(SE)에 연결된 연장부(CON)에 연결된다. 또한, 제 2 PCB(DPCB)의 제 2 연장부는 표시장치 외측의 호스트 시스템(HS)에 연결된다.
광 센서(SE)는 연결부(CON)를 통해 제 2 PCB(DTPCB)에 연결된다. 연결부(CON)는 광 센서(SE)에 연결된 일단부와 제 2 PCB(DTPCB)의 제 2 연장부에 접속되는 타단부를 포함한다.
호스트 시스템(HS)은 광원(LS), 터치 IC(T_IC), 및 디스플레이 IC(D_IC) 및 광학 센서(SE)를 구동하기 위한 신호들을 공급할 수 있다.
도 5의 예에서, 디스플레이-터치 IC(DT_IC)는 터치기능이 필요하지 않다면 도 3에 도시된 디스플레이 IC(D_IC)로 대체될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따르는 광학 이미지 센서를 구비하는 표시장치에 따르면, 광원을 포함한 제 1 PCB가 표시장치의 구동회로를 실장한 제 2 PCB와 동일한 쪽에 배치될 수 있게 되어, 제 1 PCB와 제 2 PCB를 용이하게 연결할 수 있으므로 제 1 PCB와 제 2 PCB를 접속성을 양호하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
DP: 표시 패널 LS: 광원
DLU: 지향성 광 유닛 LR: 저굴절층
SE: 광 센서 OF: 광학필름
CHOE: 입광 소자 COL: 집광소자
ISA: 이미지 인식 영역 LPCB: 제 1 PCB
DPCB, DTPCB: 제 2 PCB T_PCB: 제 3 PCB
CON: 연결부, 광 센서 연결부

Claims (16)

  1. 광원;
    일측에 상기 광원을 수용하는 제 1 관통공을 구비하는 제 1 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB);
    상기 광원과 중첩되도록 상기 제 1 인쇄회로기판과 대향 배치되어 상기 광원으로부터 공급되는 광을 일정한 확산각을 갖는 진행광으로 변환하고, 상기 진행광을 전반사를 통해 진행시키며, 미리 정해진 영역에서 생체정보를 갖는 객체에 의해 상기 전반사로부터 벗어난 광을 집광하여 출사하는 지향성 광 유닛; 및
    상기 제 1 PCB와 상기 지향성 광 유닛 사이에 배치되어 상기 지향성 광 유닛으로부터 출사된 광을 수신하는 광 센서를 포함하는 광학 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원을 수용하도록 상기 제 1 관통공과 정합하는 제 2 관통공을 가지며, 상기 제 1 PCB의 제 1 면 상에 배치되는 보강판을 더 포함하는 광학 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 인쇄회로기판은 전기 에너지를 상기 광원에 공급하도록 상기 제 1 PCB의 제 1 면과 반대측의 제 2 면 상에 배치되는 패드부를 구비하며,
    상기 광원은 상기 제 1 PCB의 제 2 면에서 리드선을 통해 상기 패드부에 연결되는 광학 이미지 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향성 광 유닛은,
    상기 미리 정해진 영역을 구비하며, 상기 전반사를 통해 상기 진행광이 진행하는 커버기판;
    상기 광원측에 인접하여 배치되는 저 굴절층;
    상기 커버기판과 상기 저 굴절층 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터의 광을 상기 진행광으로 변환하는 입광소자와, 상기 전반사로부터 벗어난 광을 집광하여 상기 커버기판 외측으로 출사하는 집광소자를 갖는 광학필름를 포함하는 광학 이미지 센서
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입광소자는 상기 광원과 대응하여 배치되는 광학 이미지 센서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 집광소자는 상기 미리 정해진 영역에 대응하여 배치되는 광학 이미지 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 센서는 상기 집광소자에 대응하여 배치되는 광학 이미지 센서.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버기판의 일측 단부에 배치되며, 상기 광원에 대응하는 위치에 개구부를 구비하는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 광학 이미지 센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 센서는 상기 미리 정해진 영역에 대응하는 상기 지향성 광 유닛의 광 출사측 외면, 또는 상기 지향성 광 유닛을 향한 상기 제 1 PCB의 표면 상에 배치되는 광학 이미지 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 시준광(collimated light)을 공급하는 광학 이미지 센서.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항 기재의 광학 이미지 센서; 및
    상기 제 1 PCB와 상기 지향성 광 유닛 사이에 위치하는 표시 패널을 포함하는 표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 센서에 연결되는 제 1 일단부를 갖는 광 센서 연결부; 및
    상기 표시 패널의 일측 단부에 연결되는 제 2 일단부와, 상기 제 2 일단부로부터 연장되어 상기 광 센서 연결부의 타단부에 접속되는 제 1 연장부와, 상기 제 1 연장부로부터 연장되어 상기 표시 패널 외측의 호스트 시스템에 연결되는 제 2 연장부를 구비하며, 상기 표시 패널을 구동하기 위한 구동IC가 실장된 제 2 PCB를 더 포함하는 표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 PCB는 상기 호스트 시스템에 연결되는 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 PCB와 상기 제 2 PCB는 상기 표시 패널에 대응하는 위치에서는 분리되나, 상기 호스트 시스템을 통해 서로 연결되는 표시장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 PCB와 상기 제 2 PCB는 상기 표시 패널에 대응하는 위치에서 서로 연결되며, 상기 제 2 PCB가 상기 호스트 시스템에 연결되는 표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 PCB는 상기 제 2 PCB에 인접하여 배치되는 표시장치.
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