CN107561754B - 嵌入有光学图像传感器的平板显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种嵌入有诸如指纹图像传感器之类的光学图像传感器的平板显示器。本发明提供了一种嵌入有图像传感器的平板显示器，包括：具有显示区域和非显示区域的显示面板，所述显示面板具有顶表面；和贴附到所述显示面板的顶表面的定向光学单元，所述定向光学单元具有沿所述显示面板的长度轴的长度、沿所述显示面板的宽度轴的宽度、以及沿所述显示面板的厚度轴的厚度，其中所述定向光学单元给所述显示区域提供感测光，并且其中所述感测光沿预定方向被准直和定向。

Description

嵌入有光学图像传感器的平板显示器
技术领域
本发明涉及一种嵌入有诸如指纹图像传感器之类的光学图像传感器的平板显示器。特别是，本发明涉及一种嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其包括提供定向光(directional light)的超薄基板和光学传感器。
背景技术
已开发了包括笔记本电脑、平板个人电脑(或PC)、智能电话、个人数字助理、自动柜员机和/或检索信息系统在内的基于计算机的系统。由于这些装置使用并存储各种个人信息以及商业信息和商业秘密，所以希望加强安全性以防止这些重要数据泄露。
为此，提出了一种使用用于识别授权用户的生物信息的图像传感器来加强安全性的方法。例如，当进行注册和认证时一般使用指纹来加强安全性。指纹传感器用于感测用户的指纹。指纹传感器可分为光学指纹传感器和电容指纹传感器。
光学指纹传感器使用诸如发光二极管(或LED)之类的光源照射光并且使用CMOS(或互补金属氧化物半导体)图像传感器检测被指纹的隆起反射的光。由于光学指纹传感器可使用LED光扫描指纹，所以需要给传感器装配用于执行扫描步骤的额外装置。对用于扫描图像的对象的尺寸增加存在限制。因此，将光学指纹传感器应用于各种设备，诸如与显示装置组合存在限制。
对于常规的光学指纹传感器来说，已知的是2006年6月26日登记的名称为“具有指纹识别传感器的显示设备”的韩国专利10-060817和2016年4月21日公开的名称为“包括指纹装置的显示装置”的韩国专利申请10-2016-0043216。
上述光学指纹传感器配置成使用显示区域作为用于输入用户选择的触摸区域以及用于感测指纹的感测区域。然而，该光学指纹传感器使用具有非常低方向性的漫射(或发散)光。因此，对于识别精确的指纹图案来说存在限制。当使用诸如红外激光之类的具有较高方向性的准直光时，很难产生覆盖较宽区域的感测光。因此，指纹感测区域被限制在较小区域中。为了在较宽的扫描区域上照射准直光，需要特定的扫描结构，使得该系统不适于便携或个人显示设备。
因此，对于嵌入有指纹传感器的便携装置来说，主要使用电容指纹传感器。然而，电容指纹传感器也具有一些问题。
电容指纹传感器配置成检测在指纹传感器上接触的指纹的隆起与沟谷之间的电差异。对于常规的电容指纹传感器来说，已知的是2013年11月21日公开的名称为“电容传感器封装”的US专利申请2013/0307818。
上述电容指纹传感器配置为嵌入有特定按钮的组件类型。其包括电容板和硅晶片，硅晶片具有用于检测指纹的隆起与沟谷之间的电容存储的电路。一般来说，由于指纹的隆起和沟谷的尺寸非常微小，大约为300～500μm(微米)，所以电容指纹传感器需要高分辨率传感器阵列和用于处理指纹检测的集成芯片(或IC)。为此，硅晶片配置成在一个基板上包括传感器阵列和IC。
然而，当在相同的硅晶片上形成高分辨率传感器阵列和IC时，需要组件结构将按钮与指纹传感器结合。因此，该结构将非常复杂并且进一步增加了非显示区域(或边框区域)。在一些情形中，按钮(即，智能电话的home键)与指纹传感器重叠，使得整个装置的厚度较厚。此外，用于指纹的感测区域依赖于按钮的尺寸。
为解决上述问题和限制，提出了触摸传感器区域用于感测指纹的一些技术。例如，已知的是2013年10月22日发布的名称为“用于识别指纹的电容触摸传感器”的US专利No.8,564,314和2014年8月18日登记的名称为“整合指纹识别的电容触摸屏”的韩国专利10-1432988。
一般在诸如智能电话之类的个人便携装置的情形中，为了保护显示玻璃板而贴附额外的透明膜。当上述技术应用于个人便携装置时，由于在其上贴附保护膜，所以精确感测或识别指纹的性能显著劣化。一般来说，即使贴附保护膜，触摸功能仍可正确操作。然而，即使保护膜的厚度非常薄，保护膜仍可劣化用以感测指纹的电容存储量的差别的检测能力。
对于嵌入有电容指纹传感器的显示器来说，一般在显示器的玻璃盖上可进一步贴附保护膜或硬化玻璃。在该情形中，识别能力可劣化。就是说，玻璃盖的总厚度可影响电容指纹传感器的灵敏度。与此同时，感测光源中使用的漫射光可影响光学指纹传感器的灵敏度。当使用准直光来提高光学指纹传感器的灵敏度时，需要笨重和/或复杂的光学装置，使得其非常难以应用于个人移动装置的显示器。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的一个目的是提供一种嵌入有超薄光学图像传感器(或光学图像识别设备)的平板显示器。本发明的另一个目的是提供一种具有光学图像传感器的平板显示器，其中显示面板的表面的大部分或全部可用于感测区域。本发明的再一个目的是提供一种嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其中使用定向光作为覆盖较大表面区域的感测光。本发明的又一个目的是提供一种嵌入有超薄且大面积光学图像传感器的平板显示器，光学图像传感器的分辨率和灵敏度非常高和/或出色。
为了实现上述目的的一个或多个，本发明提供了一种嵌入有图像传感器的平板显示器，包括：包括显示区域和非显示区域的显示面板，所述显示面板具有顶表面；和贴附到所述显示面板的顶表面的定向光学单元，所述定向光学单元具有沿所述显示面板的长度轴的长度、沿所述显示面板的宽度轴的宽度、以及沿所述显示面板的厚度轴的厚度，其中所述定向光学单元给所述显示区域提供感测光，并且其中所述感测光沿预定方向被准直和定向。
在一个实施方式中，所述定向光学单元包括：导光光学板，所述导光光学板具有与所述定向光学单元的长度和宽度对应的尺寸；对应于所述显示区域的光照射膜，所述光照射膜位于所述导光光学板下方；光入射膜，所述光入射膜位于所述导光光学板下方并且与所述光照射膜的侧面相邻设置在所述显示区域外部；设置在所述光照射膜和所述光入射膜下方的第一低折射率层，所述第一低折射率层贴附在所述显示面板的顶表面上，并且所述第一低折射率层具有低于所述导光光学板和所述光照射膜的第一折射率；第二低折射率层，所述第二低折射率层设置在所述导光光学板上并且具有低于所述导光光学板的第二折射率；和位于所述光入射膜下方的光源。
在一个实施方式中，所述光源给所述光入射膜的表面上的入射点提供具有准直状态的入射光；所述光入射膜包括第一全息图案，所述第一全息图案将所述入射光转换为全反射光并且将所述全反射光传输到所述导光光学板中，所述全反射光具有满足所述导光光学板的全内反射条件的全反射角。
在一个实施方式中，所述光照射膜包括第二全息图案，所述第二全息图案将一部分全反射光转换为所述感测光，所述感测光具有反射角，所述反射角满足在所述第二低折射率层的顶表面处的全反射条件并且满足穿过所述第一低折射率层传输的条件。
在一个实施方式中，所述光照射膜包括第二全息图案，所述第二全息图案使全部的全反射光通过并且将一部分传播光转换为所述感测光，所述传播光具有满足所述导光光学板的全内反射条件且小于所述全反射角的入射角，所述感测光具有反射角，所述反射角满足在所述第二低折射率层的顶表面处的全反射条件并且满足穿过所述第一低折射率层传输的条件。
在一个实施方式中，所述全反射光在包括所述长度轴和所述宽度轴的水平面上具有扩展角，并且所述全反射光在包括所述长度轴和所述厚度轴的垂直平面上保持准直状态。
在一个实施方式中，所述全反射角或所述入射角大于所述光照射膜与所述第一低折射率层之间的第一界面处的第一全内反射临界角、以及所述导光光学板与所述第二低折射率层之间的第二界面处的第二全内反射临界角；所述反射角大于所述第二低折射率层与空气层之间的第三界面处的第三全反射临界角，并且小于所述第一低折射率层与所述显示面板之间的第四界面处的第四全反射临界角。
在一个实施方式中，所述扩展角等于或大于第一线与第二线之间的内部角，所述第一线是所述入射点和所述导光光学板的与所述光入射膜相对的一侧的第一端之间的直线，所述第二线是所述入射点和所述导光光学板的与所述光入射膜相对的所述一侧的第二端之间的直线。
在一个实施方式中，所述定向光学单元进一步包括：在所述光入射膜与所述光照射膜之间的水平准直膜，所述水平准直膜具有与所述定向光学单元的宽度对应的宽度，所述扩展角等于或大于第一线与第二线之间的内部角，所述第一线是所述入射点和所述水平准直膜的与所述光入射膜相对的一侧的第一端之间的直线，所述第二线是所述入射点和所述水平准直膜的与所述光入射膜相对的所述一侧的第二端之间的直线，所述水平准直膜包括第三全息图案，所述第三全息图案将具有所述扩展角的传播光在所述水平面上与所述宽度对应地水平准直。
在一个实施方式中，所述定向光学单元进一步包括：水平准直膜，所述水平准直膜在所述导光光学板的与所述光入射膜相对的相对侧处设置在所述非显示区域中，所述第二全息图案使全部的全反射光通过且传输至所述水平准直膜；所述扩展角等于或大于第一线与第二线之间的内部角，所述第一线是所述入射点与所述水平准直膜的一侧的第一端之间的直线，所述第二线是所述入射点与所述水平准直膜的所述一侧的第二端之间的直线，所述第二端与所述第一端相对，所述水平准直膜包括第三全息图案，所述第三全息图案将具有所述扩展角的所述全反射光在所述水平面上与所述宽度对应地水平准直，并且将所述全反射光转换为所述传播光并将所述传播光传输到所述光入射膜。
在一个实施方式中，所述水平准直膜设置在所述导光光学板的底表面和上表面中的至少一个上。
在一个实施方式中，所述光源提供具有圆形剖面形状的准直光。
在一个实施方式中，所述光源包括至少两个单位光源，沿所述长度方向在所述至少两个单位光源之间具有预定距离。
在一个实施方式中，所述光源包括椭圆剖面形状，所述椭圆剖面形状具有对应于所述宽度方向的第一轴和对应于所述长度方向的第二轴，所述椭圆沿第一轴的第一尺寸与所述椭圆沿第二轴的第二尺寸的比率在1:2到1:4的范围内，包括1:2和1:4。
在一个实施方式中，所述导光光学板是所述显示面板的盖板。
在一个实施方式中，所述嵌入有图像传感器的平板显示器进一步包括：贴附在所述第一低折射率层上的盖板。
本发明提供了一种嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其通过提供定向光(或“定位光”)作为感测光而具有高分辨率识别能力或灵敏度。与指纹传感器的常规技术中使用的漫射光相比，因为根据本发明的定向光用于感测图像而没有任何光损耗，所以本发明具有高分辨率和出色灵敏度的优点。本发明提供了一种嵌入有大面积光学图像传感器的平板显示器，其中使用全息技术在对应于显示面板的较大区域上将准直的红外激光束扩展为感测光。本发明提供了一种具有超薄光学图像传感器的平板显示器，其中在较薄厚度内在显示表面上提供定向光。此外，根据本发明，设置在最顶部表面上的保护基板用作定向光学基板的覆盖基板。通过使用全息膜，准直光被提供为覆盖与显示表面对应的较大区域，从而本发明提供了一种超薄定向光学基板。当将光学图像传感器结合至显示装置时，显示装置的整体厚度不会变厚。由于可在显示装置的显示区域内自由设定图像感测区域，所以根据本发明的嵌入有光学图像传感器的平板显示器可应用于各种应用。
附图说明
被包括用来给本发明提供进一步理解并并入本申请构成本申请一部分的附图图解了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是图解根据本发明第一实施方式的应用于嵌入有光学图像传感器的平板显示器的定向光学基板的结构的示图。
图2是图解图1中所示的定向光学基板内部的光路的剖面图。
图3是图解根据本发明第一实施方式的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的平板显示器的结构的示图。
图4是图解根据本发明第二实施方式的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的平板显示器的结构的示图。
图5是图解根据本发明第三实施方式的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的平板显示器的结构的示图。
图6A和6B是图解根据第三实施方式的定向光学基板内部的光路的剖面图。
图7A和7B是图解在根据本发明第四实施方式的定向光学单元中，鉴于盖板和光源的关系，如何提供光的剖面图。
图8是图解根据本发明第五实施方式的定向光学单元内部的光的轮廓的剖面图。
图9是图解根据本发明第六实施方式的定向光学单元内部的光的轮廓的剖面图。
图10是图解按照本发明的实施方式，根据第一应用例的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的液晶显示器的结构的剖面图。
图11是图解按照本发明的实施方式，根据第二应用例的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的有机发光二极管显示器的结构的剖面图。
图12是图解按照本发明的实施方式，根据第三应用例的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的有机发光二极管显示器的结构的剖面图。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的一个或多个优选实施方式。在整个详细描述中相似的参考标记指代相似的要素。然而，本发明不被这些实施方式限制，而是在不改变本发明的技术精神的情况下能够应用于各种变化或修改。在下面的实施方式中，考虑到便于解释而选取了要素的名称，从而它们可能不同于实际名称。
<第一实施方式>
下文中，将参照图1和2描述本发明的第一实施方式。图1是图解根据本发明第一实施方式的应用于嵌入有光学图像传感器的平板显示器的定向光学基板(directionaloptical substrate)的结构的示图。在图1中，上面的图是XZ平面上的侧视图，下面的图是XY平面上的平面图。
参照图1，根据第一实施方式的定向光学单元包括定向光学基板SLS和光源LS。定向光学基板SLS包括盖板CP、光照射膜VHOE、光入射膜CHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。盖板CP可具有长度、宽度和厚度的矩形板形状。在图1中，长度沿X轴，宽度沿Y轴，厚度沿Z轴。
定向光学单元是一种光学装置，其用于提供被扩展以覆盖与显示器的表面对应的较大区域的准直光。因此，优选的是光源LS提供准直光。
光照射膜VHOE和光入射膜CHOE贴附在盖板CP的底表面上。光照射膜VHOE是用于提供照射光300的光学元件。优选的是光照射膜VHOE设置为对应于用于检测和/或感测图像的区域。
光入射膜CHOE是用于将从光源提供的准直光转换为在盖板CP的区域上扩展的光的光学元件。优选的是光入射膜CHOE设置在光照射膜VHOE外部并且与光照射膜VHOE相邻。具体地说，光入射膜CHOE设置为面对光源LS。
优选的是光照射膜VHOE和光入射膜CHOE可设置在同一水平面上。考虑到制造工艺，进一步优选的是光照射膜VHOE和光入射膜CHOE在同一膜上形成为彼此分离。光照射膜VHOE和光入射膜CHOE可以是具有全息图案的光学元件。在该情形中，在彼此靠近设置用于光照射膜VHOE的底片(master film)和用于光入射膜CHOE的底片之后，这两个全息图案可同时复制在一个全息记录膜上。
在光照射膜VHOE和光入射膜CHOE的底表面下方，设置第一低折射率层LR1。优选的是第一低折射率层LR1具有比盖板CP和光照射膜VHOE的折射率低的折射率。例如，盖板CP可由具有1.5折射率的透明强化玻璃形成。光照射膜VHOE和光入射膜CHOE可以是透明全息记录膜并且可具有与盖板CP相同或稍大于盖板CP的折射率。在此，采用光照射膜VHOE和光入射膜CHOE的折射率与盖板CP的折射率相同的情形。优选的是第一低折射率层LR1的折射率等于或小于扫描物体的折射率。
此外，第二低折射率层LR2层叠在盖板CP的上表面上。优选的是第二低折射率层LR2具有低于盖板CP和/或光照射膜VHOE的折射率。此外，优选的是第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2具有相同的折射率。例如，当应用于指纹传感器时，第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2可具有1.4的折射率，其与人皮肤的折射率1.39相似。
结果，具有1.5折射率的盖板CP和光照射膜VHOE插入在第一低折射率层LR1与第二低折射率层LR2之间。换句话说，层叠结构是低折射率层设置在高折射率层的上表面和下表面上。该结构满足随着光全反射，光能够在高折射率层内传播的条件。
在光入射膜CHOE下方的空间处，光源LS设置为面对光入射膜CHOE。优选的是光源LS提供诸如激光束之类的高准直光。具体地说，当应用于其中指纹传感器嵌入到便携显示器的系统时，优选的是光源LS提供不能被人眼识别到的红外激光束。
来自光源LS的具有预定剖面区域的准直光作为入射光100被提供到定义在光入射膜CHOE上的光入射点IP。优选的是入射光100进入到相对于入射点IP的表面来说的法线方向上。然而，本发明提供的实施方式不限于此。例如，在一个或多个实施方式中，入射光100可相对于法线方向来说以倾斜角度入射到入射点IP上。
光入射膜CHOE将入射光100转换为具有入射角的传播光200并将其发送到盖板CP中。在此，优选的是入射角大于盖板CP的全内反射临界角。结果，随着传播光200重复全反射，传播光200沿X轴(盖板CP的长度方向)在盖板CP内部传播。
光照射膜VHOE将一定量的传播光200转换为照射光300并且将照射光300折射到盖板CP的上表面。其他部分的传播光200会继续在盖板CP内部传播。在盖板CP的上表面处，照射光300越界进入第二低折射率层LR2。然而，在第二低折射率层LR2的上表面处，照射光300被全反射，因为第二低折射率层LR2的上表面与具有1.0折射率的空气层接触。此外，其会突破位于底板CP的底表面处的第一低折射率层LR1。由于第一低折射率层LR1与显示面板DP的上基板接触，显示面板具有大于第一低折射率层LR1的折射率，所以照射光300离开定向光学基板SLS。换句话说，在第二低折射率层LR2的上表面处被全反射的照射光300由于穿过盖板CP的底表面而成为感测光400。
随着传播光200从光入射膜CHOE行进到相对侧，预定部分的传播光200被光照射膜VHOE提取为照射光300。照射光300的量(或“亮度”或“发光度(luminance)”)由光照射膜VHOE的光提取效率确定。例如，当光照射膜VHOE的光提取效率是3％时，在其中传播光200首次碰撞光照射膜VHOE的第一照射点处，传播光200的初始光量的3％将被提取。然后，传播光200的97％将在第一照射点处全反射并继续行进。之后，在第二照射点处，传播光200的初始光量的97％的3％，即2.91％被提取为照射光300。
通过重复该操作，从设置光入射膜CHOE的第一侧起到相对侧提取出多个照射光300。当光照射膜VHOE在所有区域上具有相同的光提取效率时，随着传播光200从第一侧传播到相对侧，传播光200的量逐渐降低。为了在光照射区域的整个区域上获得均匀分布的光量，优选的是光照射膜VHOE的光提取效率从第一侧到相对侧以指数方式增加。
在具有长度轴和厚度轴的XZ平面(或“垂直平面”)上观察传播光200时，入射光100的准直条件被保持。相反，在具有长度轴和宽度轴的XY平面(或“水平平面”)上，优选的是传播光200是具有扩展角φ的分散(或扩展)光。扩展传播光200的原因是图像感测区域设置为覆盖盖板CP的大部分区域。例如，优选的是光照射膜VHOE具有与光离开部LOT的整个区域对应的区域。此外，优选的是扩展角φ是两条线之间的内部角，一条线连接入射点IP和盖板CP的相对侧的一个端点PI，另一条线连接入射点IP和盖板CP的相对侧的另一个端点P2。
设置光入射膜CHOE的区域定义为光进入部LIN。设置光照射膜VHOE的区域定义为光离开部LOT。光离开部LOT是光经过的光传播部。在图1中，为方便起见，光入射膜CHOE覆盖光进入部LIN的整个区域。然而，光入射膜CHOE具有稍大于光入射点IP尺寸的尺寸就足够了。
例如，从光源LS产生的准直光的剖面尺寸可以是半径为0.5mm的正圆形状。光入射膜CHOE具有与盖板CP的宽度对应的长度以及3mm～5mm的宽度。光入射膜CHOE可设置为与盖板CP的宽度交叉。
下文中，将参照图2解释从光源提供的准直红外光在定向光学基板SLS内部如何转换为用于图像感测的定向红外光。图2是图解根据图1的定向光学基板内部的光路的剖面图。
从光源LS提供的入射光100进入到相对于光入射膜CHOE的入射点IP的表面来说的法线方向上。光入射膜CHOE将入射光100转换为传播光200，传播光200被折射为与相对于入射点IP的表面来说的法线方向具有入射角θ。然后，光入射膜CHOE将传播光200提供到盖板CP的内部空间(或“介质”)。
优选的是传播光200的入射角θ大于光照射膜VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR1。此外，优选的是传播光200的入射角θ大于盖板CP与第二低折射率层LR2之间的界面处的全反射临界角TCP_LR2。例如，当盖板CP和光照射膜VHOE的折射率是1.5，并且第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2的折射率是1.4时，优选的是光照射膜VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR1和盖板CP与第二低折射率层LR2之间的界面处的全反射临界角TCP_LR2大于69°(度)。因此，优选的是入射角θ大于69°。例如，入射角θ可在70°到75°(包括70°和75°)的范围内。
光照射膜VHOE将预定量的传播光200转换为具有反射角α的照射光300并将照射光300发送返回到盖板CP的内部空间。当物体接触在第二低折射率层LR2的上表面上时，照射光300用于检测物体的图像。当在第二低折射率层LR2的外表面上没有物体时，照射光300在第二低折射率层LR2的上表面处全反射并且之后提供到设置在定向光学基板SLS的底表面外部的光传感器(或光学传感器)。就是说，在第二低折射率层LR2的上表面处全反射之后，照射光300通过盖板CP的底表面离开定向光学基板SLS。所有的感测光400具有相同的反射角，使得感测光400定位到(或“定向到”)预定方向。
通过检测从设置在定向光学基板SLS的底表面下方的第一低折射率层LR1照射出的感测光400，可识别接触在第二低折射率层LR2的上表面上的物体的图像。下文中，将解释应用图1中所示的定向光学单元的图像感测装置。具体地说，将聚焦于嵌入有指纹识别传感器的平板显示器。图3是图解根据本发明第一实施方式的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的平板显示器的结构的示图。
参照图3，根据本发明第一实施方式的嵌入有光学图像传感器的平板显示器包括显示面板DP、定向光学基板SLS和光源LS。显示面板DP包括显示区域AA和非显示区域NA。显示区域AA可设置在显示面板DP的中部。非显示区域NA可围绕显示区域AA。显示区域AA可具有用于呈现显示在显示面板DP上的视频图像的多个显示元件。非显示区域NA可具有用于操作排列在显示区域AA中的显示元件的多个驱动元件。
详细地说，用于呈现视频图像的多个像素区域可以以矩阵方式排列在显示区域AA中。至少一个像素区域可包括用于检测物体的图像的一个光传感器。在一些情形中，可在一组像素区域处设置一个光传感器。例如，可在包括2×2、3×3或4×4个像素的每一像素组处设置一个光传感器。
定向光学基板SLS可以是具有预定长度、宽度和厚度的薄板。优选的是定向光学基板SLS的长度和宽度具有与显示面板DP的尺寸对应的尺寸。具体地说，优选的是定向光学基板SLS具有稍大于显示面板DP的尺寸的尺寸。至少优选的是定向光学基板SLS具有在显示面板DP的一侧上延伸的(扩展的)的区域。可在显示面板DP上方的该延伸的侧部区域处设置光源LS。
由于定向光学基板SLS贴附在显示面板DP的上表面上，所以定向光学基板SLS可与显示面板DP结合。如上所述，定向光学基板SLS包括盖板CP、光入射膜CHOE、光照射膜VHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。优选的是第一低折射率层LR1贴附在显示面板DP的上表面上以使第一低折射率层LR1与显示面板DP的上表面彼此面对。在此，显示面板DP的上表面是从显示面板DP提供视频图像的正面。就是说，用户在观看显示面板DP的上表面时观察到视频图像。
如上所述，定向光学基板SLS可将图像感测光400提供到与显示面板DP的上表面面对的底表面。因此，设置在位于定向光学基板SLS下方的显示面板DP中的光传感器可检测图像感测光400。结果，可识别接触在定向光学基板SLS的上表面上的物体的图像(例如，指纹的隆起的形状)。
详细地说，由定向光学基板SLS的光照射膜VHOE产生的照射光300到达第二低折射率层LR2的上表面。当物体IM设置在第二低折射率层LR2上时，与其中物体IM不接触盖板CP的上表面的区域碰撞的照射光300被全反射并作为感测光400提供至显示面板DP。相反，与其中物体IM(例如在隆起R处)接触盖板CP的上表面的区域碰撞的照射光300被折射并离开盖板CP。在其中具有比第二低折射率层LR2的折射率大的折射率的物体IM接触第二低折射率层LR2的上表面的点处，照射光300不被全反射，而是折射到物体IM中。就是说，在接触物体IM的区域处，照射光300成为吸收光500，从而不提供至显示面板DP的光传感器。
结果，显示面板DP的光传感器仅检测照射光300之中的除吸收光500之外的感测光400。通过检测在第二低折射率层LR2的顶表面处反射的感测光400的反射图案，显示面板DP的光传感器再现物体IM的图案或图像。
当将定向光学单元应用于指纹传感器时，物体IM可以是人的手指。指纹的隆起R接触在盖板CP的顶表面上，但指纹的沟谷V不与盖板CP的顶表面接触。在沟谷V处与第二低折射率层LR2的上表面碰撞的照射光300被全反射而成为感测光400。与此同时，在隆起R处与第二低折射率层LR2的上表面碰撞的照射光300被折射，从而成为离开盖板CP的吸收光500。
进一步参照图3下面的图，将解释XY平面上的图像感测的过程。入射光100可包括具有预定剖面区域的准直红外光。光源LS可以是红外激光二极管(或“IR LD”)。
入射光100被光入射膜CHOE转换为传播光200。在此，传播光200在XY平面上扩展为具有扩展角φ，XY平面包括X轴上的长度轴和Y轴上的宽度轴。与此同时，在XZ平面上保持初始准直条件，XZ平面包括X轴上的长度轴和Z轴上的厚度轴。
在此，优选的是扩展角φ等于或稍大于两条线的内部角，所述两条线从光入射点IP分别连接至与光入射膜CHOE面对的盖板CP的两个端点(即，相对侧处的两个角)。在该情形中，传播光200可扩展为具有三角形形状。结果，照射光300可覆盖与传播光200扩展覆盖的区域相同的区域。就是说，图像感测区域可定义在三角形形状内部。当应用于指纹传感器时，指纹感测区域SA可定义为图3中划出的圆形区域。
当感测区域SA设置在中部上或者设置在与光入射膜CHOE面对的偏上侧部分上时，优选的是照射光300的量(或发光度或亮度)在与感测区域SA对应的区域处具有最大值。为此，光照射膜VHOE可设计为根据位置的函数关系而具有变化的光提取效率(即，光照射膜VHOE可具有根据沿光照射膜VHOE位置的函数而变化的光提取效率)，以在与感测区域SA对应的区域处具有最大值并且在其他区域处(即，感测区域SA外部的区域处)具有最小值或零值。
<第二实施方式>
下文中，将参照图4解释本发明的第二实施方式。图4是图解根据本发明第二实施方式的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的平板显示器的结构的示图。
在本发明的第二实施方式中，将解释图像感测区域SA比第一实施方式更宽的情形。具体地说，显示区域AA的大部分可定义为图像感测区域SA。
嵌入有光学图像传感器的平板显示器基本与第一实施方式相似。不同点在于根据第二实施方式的嵌入有光学图像传感器的平板显示器进一步包括水平准直膜PHOE，水平准直膜PHOE用于将XY平面上的扩展的传播光200准直为具有与盖板CP的宽度对应的准直宽度。
水平准直膜PHOE设置为沿X轴在传播光200的方向上与光入射膜CHOE分隔开并且设置为覆盖盖板CP的宽度。在此，从光入射膜CHOE到水平准直膜PHOE的距离可根据感测区域SA的期望位置和/或形状而不同地设定。例如，当图像感测区域SA覆盖盖板CP的2/3部分时，水平准直膜PHOE可放置自光入射膜CHOE起盖板CP的1/3长度位置处。
在该情形中，扩展角φ可对应于两条线之间的内部角，所述两条线将光入射点IP分别连接至水平准直膜PHOE的两个长度端点的每一个。具有扩展角φ的传播光200被水平准直膜PHOE转换为水平准直传播光201。在此，照射光300均匀分布在覆盖盖板CP的区域的2/3的区域上。水平准直膜PHOE可以是具有全息图案的光学元件，全息图案配置成在与盖板CP的宽度对应的水平面上将具有扩展角φ的传播光200准直。
进一步参照图4的下部中显示的透视图，水平准直膜PHOE可设置在光覆盖部LCO处，光覆盖部LCO定义在与光进入部LIN分隔开预定距离的位置处。在第二实施方式中，图像感测区域SA大致与光离开部LOT相同。
<第三实施方式>
下文中，将参照图5解释本发明的第三实施方式。图5是图解根据本发明第三实施方式的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的平板显示器的结构的示图。
在第三实施方式中，显示面板DP的整个显示区域AA用于图像感测区域SA。嵌入有光学图像传感器的平板显示器与第二实施方式非常相似。不同在于水平准直膜PHOE设置在与光入射膜CHOE相对的盖板CP的相对端非显示区域NA处。此外，在传播光200从水平准直膜PHOE返回光入射膜CHOE时，提供照射光300。
根据本发明第三实施方式的嵌入有光学图像传感器的平板显示器包括定向光学基板SLS、显示面板DP和光源LS。定向光学基板SLS结合在显示面板DP的上表面上。光源LS在显示面板DP的一侧处设置在定向光学基板SLS下方。
定向光学基板SLS包括盖板CP、光入射膜CHOE、光照射膜VHOE、水平准直膜PHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。光照射膜VHOE可设置为对应于显示面板DP的显示区域AA。光入射膜CHOE设置在显示面板DP的非显示区域NA的一侧并且在横向上靠近光照射膜VHOE。水平准直膜PHOE设置在非显示区域NA的另一侧并且在横向上靠近光照射膜VHOE。光入射膜CHOE和水平准直膜PHOE分别设置在盖板CP的两个侧端处，相对于光照射膜VHOE来说彼此面对。
具体地说，光入射膜CHOE可设置在显示面板DP的非显示区域NA之外的外部区域处。在该情形中，光源LS可设置在显示面板DP外部而与光入射膜CHOE面对。
光入射膜CHOE可将入射光100转换为全反射光210并且将其提供到盖板CP内部。随着全反射光210在盖板CP内重复全反射，全反射光210传播到水平准直膜PHOE。在该过程中，全反射光210不被光照射膜VHOE转换为照射光300。就是说，优选的是光照射膜VHOE包括用于使第三实施方式的全反射光210越过的全息图案。因此，所有全反射光210越过光照射膜VHOE并被光照射膜VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面全反射。
水平准直膜PHOE将全反射光210转换为传播光200并将其发送到盖板CP内部。结果，传播光200从水平准直膜PHOE发送到光入射膜CHOE。在该过程中，与第一和第二实施方式类似，一些传播光200被光照射膜VHOE转换为照射光300并发送到盖板CP内部。就是说，优选的是根据第三实施方式的光照射膜VHOE包括将一些传播光200转换为照射光300的全息图案。
照射光300在第二低折射率层LR2的上表面(即，第二低折射率层LR2与空气层之间的界面)处全反射，并且穿过设置在盖板CP下方的光照射膜VHOE和第一低折射率层LR1。此外，显示面板DP的上基板贴附在第一低折射率层LR1下方。优选的是显示面板DP的上基板具有1.5的折射率，类似于玻璃。结果，照射光300在第一低折射率层LR1与显示面板DP之间的界面处不被反射，而是传输到显示面板DP中。就是说，照射光300离开定向光学基板SLS。
由根据本发明第三实施方式的定向光学单元提供的照射光300与第一实施方式和第二实施方式的照射光不同。将进一步参照图6A和6B详细解释用于提供根据第三实施方式被水平准直的照射光300的过程。图6A和6B是图解根据第三实施方式的定向光学基板内部的光路的剖面图。
从光源LS提供的具有预定剖面区域的入射光100进入到光入射膜CHOE的光入射点IP上。具体地说，入射光100进入相对于光入射点IP的表面来说的法线方向。入射光100被光入射膜CHOE转换为全反射光210。在此，全反射光210具有满足盖板CP内部的全内反射条件的入射角δ。
具体地说，优选的是全反射光210的入射角满足其中全反射光210根本不受光照射膜VHOE影响而是通过光照射膜VHOE的条件。为此，优选的是光照射膜VHOE是具有全息图案的光学元件，通过该全息图案，具有入射角θ的光的一部分被转换为照射光300。此外，优选的是全反射光210的入射角是与传播光200的入射角θ不同的全反射角δ。就是说，全反射角δ可大于或小于入射角θ，但不相等。在此，为方便起见，全反射角δ大于入射角θ。
在第三实施方式中，光入射膜CHOE优选是具有全息图案的透明膜，通过该全息图案，入射光100被转换为具有与入射角θ不同的全反射角δ的全反射光210并将全反射光210发送到盖板CP中。全反射光210沿长度轴(X轴)从光入射膜CHOE传播到水平准直膜PHOE。
全反射光210被水平准直膜PHOE转换为传播光200。传播光200具有与在第一和第二实施方式中解释的传播光200非常相似的光学特性。一个不同在于传播方向是相反的。例如，第三实施方式的传播光200从水平准直膜PHOE传播到光入射膜CHOE。
在图6B中，水平准直膜PHOE设置在盖板CP的底表面下方并且靠近光照射膜VHOE。然而，不限于该结构。在一些情形中，水平准直膜PHOE可设置在盖板CP的顶表面上(详细地说，设置在盖板CP与第二低折射率层LR2之间)。可选择地，两个水平准直膜PHOE可设置在盖板CP上，分别设置在盖板CP的顶表面上和底表面下方，这两个水平准直膜PHOE彼此面对。
传播光200在盖板CP与第二低折射率层LR2之间的界面处全反射，然后被光照射膜VHOE转换为照射光300。在此，照射光300可具有与第一和第二实施方式非常相似的光学特性。不同在于传播方向是相反的。
概括来说，入射光100被光入射膜CHOE转换为具有全反射角δ的全反射光210。随着全反射光210在盖板CP内重复全内反射，全反射光210从光入射膜CHOE传播到水平准直膜PHOE。通过水平准直膜PHOE，全反射光210转换为具有入射角θ的传播光200。随着传播光200在盖板CP内重复全内反射，传播光200从水平准直膜PHOE行进到光入射膜CHOE。通过光照射膜VHOE，一些传播光200转换为具有反射角α的照射光300。其他部分的传播光200在光照射膜VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面处全反射到盖板CP的顶表面。
优选的是传播光200的入射角θ大于光照射膜VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面处的全内反射临界角TVHOE_LR1，并且大于盖板CP与第二低折射率层LR2之间的界面处的全内反射临界角TCP_LR2。此外，优选的是全反射光210的全反射角δ大于传播光200的入射角θ。例如，当盖板CP和光照射膜VHOE具有1.5的折射率，并且第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2具有1.4的折射率时，光照射膜VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面处的全内反射临界角TVHOE_LR1和盖板CP与第二低折射率层LR2之间的界面处的全内反射临界角TCP_LR2大约为69°。因此，优选的是传播光200的入射角θ大于69°。
例如，优选的是入射角θ可在70°到75°(包括70°和75°)的范围内。此外，优选的是全反射角δ可大于入射角θ，即75°。例如，全反射角δ可在75°到80°(包括75°和80°)的范围内。此外，照射光300的反射角α可在45°到55°(包括45°和55°)的范围内。
将参照图5的下部所示的透视图解释图像感测区域SA。在第三实施方式中，具有扩展角φ的全反射光210从入射点IP行进到水平准直膜PHOE。当通过水平准直膜PHOE从全反射光210转换为传播光200时，传播光200相对于传播方向来说在XY平面上对应于盖板CP的宽度被水平准直。
对于根据本发明第三实施方式的嵌入有光学图像传感器的平板显示器来说，设置在光入射膜CHOE与水平准直膜PHOE之间的光照射膜VHOE的整个区域对应于图像感测区域SA。具体地说，光照射膜VHOE可设置为与显示面板DP的显示区域AA对齐并重叠。在该情形中，显示区域AA的整个区域可用于图像感测区域SA。
为了使定向光学基板SLS在覆盖显示面板DP的整个表面时提供定向感测光400，优选的是传播光200配置成在满足盖板CP内部的全内反射条件的同时进行传播。定向光学基板SLS贴附在显示面板DP的顶表面上。因此，优选的是第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2分别设置在最下层和最上层。当省略这两个低折射率层LR1和LR2时，传播光200不会通过在盖板CP内部重复全反射过程进行传播。在此，低折射率层LR中的术语“低”用于代表其具有比盖板CP和显示面板DP的折射率低的折射率的条件。
<第四实施方式>
目前为止已聚焦于定向光学基板SLS解释了定向光学单元。下文中，将详细解释光源LS的构造。图7A和7B是图解在根据第四实施方式的定向光学单元中，鉴于盖板和光源的关系，如何提供光的剖面图。为了显示光路，之后的图是放大图。为方便起见，未示出光照射膜VHOE、光入射膜CHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。然而，参照上述的图，将很容易理解整体结构包括光照射膜VHOE、光入射膜CHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。
参照图7A，盖板CP是具有大约0.5mm厚度的透明玻璃板。光源LS可提供红外激光束，红外激光束的剖面是具有0.5mm直径的圆形。图7A是图解当盖板是0.5mm厚度时用于提供照射光的区域的剖面图。在该情形中，入射光100被转换为具有70°入射角的传播光200并发送到盖板CP中。
随着传播光200在盖板CP内重复全反射过程，传播光200行进。结果，与光照射膜碰撞的传播光200不连续分布而是离散地分布。对于70°入射角的情形来说，如图7A中所示，在传播光200与光照射膜的第一碰撞区域(或照射区域)和传播光200与光照射膜的第二碰撞区域之间具有2.24mm的距离。由于入射光100的直径是0.5mm，所以在0.5mm直径的每个碰撞区域之间具有2.24mm的距离。就是说，在以2.24mm距离(或间隙)排列的0.5mm碰撞区域处提供照射光300。
在相同条件下，碰撞区域的距离(或间隙)可根据盖板CP的厚度而变化。例如，盖板CP可具有0.3mm的厚度。图7B是图解当盖板是0.3mm厚度时用于提供照射光的区域的剖面图。对于70°入射角的情形来说，如图7B中所示，到达光照射膜的传播光200的第一碰撞区域和传播光200的第二碰撞区域之间具有1.14mm的距离。由于入射光100的直径是0.5mm，所以在0.5mm直径的每个碰撞区域之间具有1.14mm的距离。就是说，在以1.14mm距离(或间隙)排列的0.5mm碰撞区域处提供照射光300。
<第五实施方式>
现在，将解释通过减小用于产生照射光300的每个碰撞区域之间的距离来提高图像感测分辨率的结构。在第五实施方式中，提供了一种设置两个光源来减小用于提供照射光的每个碰撞区域之间的距离或间隙的结构。图8是图解根据第五实施方式的定向光学单元内部的光的轮廓的剖面图。
参照图8，根据本发明第五实施方式的定向光学单元包括定向光学基板SLS以及两个光源LS1和LS2。定向光学基板SLS可包括盖板CP、光照射膜VHOE、光入射膜CHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。盖板CP可以是厚度为0.3mm的透明玻璃基板。
第一光源LS1和第二光源LS2设置为面对光入射膜CHOE并且沿X轴(盖板CP的长度方向)相邻。具体地说，第一光源LS1和第二光源LS2可分别提供具有0.5mm直径圆形形状的红外激光束。光源LS1和LS2可彼此分隔开0.32mm的距离。
当入射角为70°时，如图8中所示，来自第一光源LS1的传播光200的第一碰撞区域与第二碰撞区域之间具有1.14mm的距离。此外，来自第二光源LS2的传播光200的第一碰撞区域与第二碰撞区域之间也具有1.14mm的距离。
结果，在具有0.5mm直径的传播光200的每个碰撞区域之间具有0.32mm间隙。就是说，可从以0.32mm间隙排列的0.5mm碰撞区域提供照射光300。
<第六实施方式>
在第六实施方式中，提供了一种使用用于产生具有不对称剖面形状的入射光100的光源来减小提供照射光的相邻碰撞区域之间的间隙的结构。图9是图解根据第六实施方式的定向光学单元内部的光的轮廓的剖面图。
参照图9，根据本发明第六实施方式的定向光学单元包括定向光学基板SLS和光源LS。定向光学基板SLS可包括盖板CP、光照射膜VHOE、光入射膜CHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。盖板CP可以是厚度为0.3mm的透明玻璃基板。
光源LS可产生剖面区域是不对称形状，诸如椭圆形的红外激光束。例如，从光源LS提供的激光束的椭圆形状可具有彼此垂直的第一轴和第二轴。在一个或多个实施方式中，第一轴和第二轴的长度比率可在1:2到1:4(包括1:2和1:4)的范围内。此外，第一轴可沿Y轴(盖板CP的宽度方向)设置，第二轴可沿X轴(盖板CP的长度方向)设置。例如，从光源提供的入射光100的剖面形状可以是长度轴为1.0mm且宽度轴为0.5mm的椭圆形。
当入射角为70°时，如图9中所示，光源LS至光照射膜VHOE的传播光200的第一碰撞区域和第二碰撞区域之间具有0.64mm的距离。
入射光100的不对称剖面形状沿长度方向可具有1.0mm。在具有1.0mm剖面区域的每个碰撞区域之间，具有0.64mm间隙。就是说，在以0.64mm间隙排列的具有1.0mm长度的碰撞区域处提供照射光300。
尽管未示出，但对于另一示例，从光源LS提供的入射光100的剖面形状可具有长度轴为1.5mm且宽度轴为0.5mm的椭圆形。当入射角为70°时，在以0.14mm间隙排列的具有1.5mm长度的碰撞区域处提供照射光300。
尽管未示出，但对于另一示例，从光源LS提供的入射光100的剖面形状可具有长度轴为2.0mm且宽度轴为0.5mm的椭圆形。当入射角为70°时，在彼此重叠的碰撞区域处提供照射光300。因此，在传播光200的碰撞区域之间不具有间隙。结果，照射光300可覆盖在光照射膜的所有区域上。在重叠区域处，光亮度或强度可强于非重叠区域，但对于检测图像来说不会导致任何问题。
<第一应用例>
到目前为止，基于用于在嵌入有光学图像传感器的平板显示器中提供定向光的定向光学单元解释了本发明的特征。下文中，将解释通过将平板显示器与根据本发明实施方式的定向光学单元结合而形成的嵌入有光学图像传感器的平板显示器的整体结构的应用实施方式。
将参照图10解释根据第一应用例的嵌入有光学图像传感器的平板显示器。图10是图解根据第一应用例的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的液晶显示器的结构的剖面图。
根据第一应用例的嵌入有光学图像传感器的液晶显示器包括液晶显示面板LCP、定向光学基板SLS和光源LS。液晶显示面板LCP包括彼此结合的下基板SL和上基板SU以及设置在两个基板SL和SU之间的液晶层LC。在下基板SL上，以矩阵方式设置有多个像素区域。在上基板SU处，设置有多个滤色器，每个滤色器对应于每个像素区域。亦或，上基板SU可具有可能已知的任何额外元件。在此，图10中所示的液晶显示面板LCP是水平电场型的液晶显示面板。然而，在此提供的实施方式不限于该类型的液晶显示面板，而是可使用各种类型的液晶显示面板。
在每个像素区域内，设置有像素电极PXL和公共电极COM来呈现视频图像。此外，设置有薄膜晶体管T来选择性地给像素电极PXL提供视频信号。光传感器TS可设置在薄膜晶体管T附近。可在每个像素区域处设置至少一个光传感器TS。在一个或多个实施方式中，可在相应一组像素区域处设置一个光传感器TS。
在液晶显示面板LCP的上基板SU的顶表面上，以面对面的方式贴附根据本发明实施方式的定向光学基板SLS。定向光学基板SLS包括盖板CP、光入射膜CHOE、光照射膜VHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。定向光学基板SLS的第一低折射率层LR1与上基板SU的顶表面贴附。
液晶显示面板LCP是不能照射光的非自发光显示面板。因此，在下基板SL的底表面下方需要背光单元BLU。在一个侧面处，光源LS可设置为与光入射膜CHOE面对。光源LS可与背光单元BLU配置为一体系统。亦或，光源LS可与背光单元BLU分隔开而设置在背光单元BLU附近。
液晶显示面板LCP包括显示区域AA和非显示区域NA。定向光学基板SLS的光照射膜VHOE可设置为对应于显示区域AA。光源LS可设置在非显示区域NA中与光入射膜CHOE面对。
<第二应用例>
将参照图11解释根据第二应用例的嵌入有光学图像传感器的平板显示器。图11是图解根据第二应用例的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的有机发光二极管显示器的结构的剖面图。
根据第二应用例的嵌入有光学图像传感器的有机发光二极管显示器包括有机发光二极管显示面板OLP、定向光学基板SLS和光源LS。有机发光二极管显示面板OLP包括以面对面的方式彼此贴附的具有显示元件的基板SUB和封装(en-cap)ENC。在基板SUB上，以矩阵方式设置有多个像素区域。在封装ENC处，可设置多个滤色器，每个滤色器对应于每个像素区域。亦或，封装ENC可以是不具有任何具体元件的透明基板。在此，图中所示的有机发光二极管显示面板OLP是顶部发光型的有机发光二极管显示面板。然而，在此提供的实施方式不限于顶部发光型，而是可使用包括底部发光型或两侧发光型在内的各种类型。
在每个像素区域内，设置有用于呈现视频图像的有机发光二极管OLE和用于选择性地给有机发光二极管OLE提供视频数据的薄膜晶体管T。有机发光二极管OLE包括阳极电极ANO、有机发光层OL和阴极电极CAT。光传感器TS可设置在薄膜晶体管T附近。可在每个像素区域处设置至少一个光传感器TS。亦或，可在一组像素区域处设置一个光传感器TS。
在有机发光二极管显示面板OLP的封装ENC的顶表面上，以面对面的方式贴附根据本发明实施方式的定向光学基板SLS。定向光学基板SLS包括盖板CP、光入射膜CHOE、光照射膜VHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。定向光学基板SLS的第一低折射率层LR1与封装ENC的顶表面贴附。
有机发光二极管显示面板OLP是能够照射光的自发光显示面板型的显示面板。因此，其不需要背光单元BLU。因此，优选的是光源LS设置在有机发光二极管显示面板OLP的一个侧面处与光入射膜CHOE面对。
详细地说，有机发光二极管显示面板OLP包括显示区域AA和非显示区域NA。优选的是定向光学基板SLS具有稍大于有机发光二极管显示面板OLP的尺寸。定向光学基板SLS的光照射膜VHOE可设置为对应于显示区域AA。光入射膜CHOE可设置为覆盖从有机发光二极管显示面板OLP的一个侧面延伸出的外部空间。光源LS可设置在该外部空间下方与光入射膜CHOE面对。
如上所述，嵌入有光学图像传感器的显示器包括设置在最外侧表面处的盖板以及贴附在盖板的一侧处并具有最多几百μm厚度的超薄膜型全息膜。因此，显示面板能够配置根据本发明的光学图像传感器，总厚度几乎没有变厚。此外，通过在显示面板的大部分表面上均匀地分布高准直感测光，可获得图像感测的超高分辨率。因此，对于在一个较大区域上精确检测诸如指纹或掌纹之类的微小图像图案来说非常有效。
<第三应用例>
将参照图12解释根据第三应用例的嵌入有光学图像传感器的平板显示器。图12是图解根据第三应用例的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的有机发光二极管显示器的结构的剖面图。
在该第三应用例中，将解释给平板显示器应用本发明的定向光学单元的另一结构。在上述实施方式和示例中，通过使用平板显示器的盖板CP构成定向光学单元。第三应用例提出了定向光学单元与盖板分离的结构。
根据第三应用例的嵌入有光学图像传感器的有机发光二极管显示器包括有机发光二极管显示面板OLP、定向光学基板SLS和光源LS。有机发光二极管显示面板OLP包括以面对面的方式彼此贴附的具有显示元件的基板SUB和用于保护显示元件的封装ENC。在基板SUB上，以矩阵方式设置有多个像素区域。有机发光二极管显示面板OLP可具有与每个像素区域对应的多个滤色器。封装ENC可包括有机层和/或无机层的单层或多层。在此，图中所示的有机发光二极管显示面板OLP是顶部发光型的有机发光二极管显示面板。然而，在此提供的实施方式不限于顶部发光型，而是可使用包括底部发光型或两侧发光型在内的各种类型。
在每个像素区域内，设置有用于呈现视频图像的有机发光二极管OLE和用于选择性地给有机发光二极管OLE提供视频数据的薄膜晶体管T。有机发光二极管OLE包括阳极电极ANO、有机发光层OL和阴极电极CAT。光传感器TS可设置在薄膜晶体管T附近。可在每个像素区域处设置至少一个光传感器TS。亦或，可在一组像素区域处设置一个光传感器TS。
在有机发光二极管显示面板OLP的封装ENC的顶表面上，以面对面的方式贴附根据本发明实施方式的定向光学基板SLS。在此，定向光学基板SLS包括与盖板CP不同的导光光学板LGP。此外，在定向光学基板SLS的上表面上贴附用于保护显示元件的盖板CP。
定向光学基板SLS包括起光导作用的导光光学板LGP、光入射膜CHOE、光照射膜VHOE、第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2。定向光学基板SLS的第一低折射率层LR1与封装ENC的顶表面贴附。
优选的是导光光学板LGP包括具有与盖板CP的折射率相同的1.5折射率的透明薄基板或透明膜。例如，导光光学板LGP可包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃材料等。光照射膜VHOE和光入射膜CHOE贴附在导光光学板LGP的下表面下方。优选的是导光光学板LGP、光照射膜VHOE和光入射膜CHOE具有1.5的折射率。
优选的是导光光学板LGP、光照射膜VHOE和光入射膜CHOE插入在第一低折射率层LR1与第二低折射率层LR2之间。优选的是第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2可以是具有1.4折射率的透明膜或透明层。就是说，层叠结构是两个层叠的高折射率层(折射率＝1.5)插入在两个低折射率层(折射率＝1.4)之间。因此，该层叠结构满足光通过第一低折射率层LR1与第二低折射率层LR2之间的全反射从一侧传播到相对侧的条件。
优选的是光入射膜CHOE具有将入射光转换为传播光的全息图案。入射光垂直进入光入射膜CHOE。传播光具有满足第一低折射率层LR1与第二低折射率层LR2之间的全反射条件的入射角。此外，优选的是光照射膜VHOE具有全息图案，该全息图案将一些传播光转换为具有另一入射角，以打破全反射条件，使得一些传播光进入第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2中，但其他传播光保持满足第一低折射率层LR1与第二低折射率层LR2之间的全反射条件的入射角。
有机发光二极管显示面板OLP是能够照射光的自发光显示面板型的显示面板。因此，其不需要背光单元BLU。因此，优选的是光源LS设置在有机发光二极管显示面板OLP的一个侧面处与光入射膜CHOE面对。
详细地说，有机发光二极管显示面板OLP包括显示区域AA和非显示区域NA。优选的是定向光学基板SLS具有稍大于有机发光二极管显示面板OLP的尺寸。定向光学基板SLS的光照射膜VHOE可设置为对应于显示区域AA。光入射膜CHOE可设置为覆盖从有机发光二极管显示面板OLP的一个侧面延伸出的外部空间。光源LS可设置在该外部空间下方与光入射膜CHOE面对。
与其中通过使用盖板作为导光板来制造定向光学单元SLS的第一和第二应用例不同，在第三应用例中可单独制造定向光学单元SLS。第三应用例的定向光学单元SLS设置在盖板CP与显示面板之间。盖板CP贴附在定向光学单元SLS的第二低折射率层LR2的上表面上。
除盖板CP用于导光光学板之外，根据第三应用例的定向光学单元SLS具有与第一和第二应用例相似的结构。通过采用盖板CP作为第三应用例的导光光学板LGP，其可成为根据第二应用例的嵌入有光学图像传感器的、包括定向光学单元和光学传感器的有机发光二极管显示器。
尽管参照附图详细描述了本发明的实施方式，但本领域技术人员将理解到，在不改变本发明的技术精神或实质特征的情况下，能够以其他特定形式实现本发明。因此，应当注意，前述实施方式仅仅是举例说明性的，不应解释为限制本发明。本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由本发明的详细描述限定。在权利要求的含义和范围内做的所有变化或修改或其等同物应当解释为落入本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种嵌入有图像传感器的平板显示器，包括：
具有显示区域和非显示区域的显示面板，所述显示面板具有顶表面；和
贴附到所述显示面板的顶表面的定向光学单元，所述定向光学单元具有沿所述显示面板的长度轴的长度、沿所述显示面板的宽度轴的宽度、以及沿所述显示面板的厚度轴的厚度，
其中所述定向光学单元给所述显示区域提供感测光，并且
其中所述感测光沿预定方向被准直和定向，
其中所述定向光学单元包括：
导光光学板，所述导光光学板具有与所述定向光学单元的长度和宽度对应的尺寸；
光入射膜，所述光入射膜位于所述导光光学板下方并且包括第一全息图案，所述第一全息图案将入射光转换为传播光或全反射光并且将所述传播光或所述全反射光传输到所述导光光学板中；
水平准直膜，所述水平准直膜具有与所述定向光学单元的宽度对应的宽度，用于在包括所述长度轴和所述宽度轴的水平面上将所述传播光准直为具有与所述定向光学单元的宽度对应的准直宽度，或用于在包括所述长度轴和所述宽度轴的水平面上将所述全反射光准直为具有与所述定向光学单元的宽度对应的准直宽度，并将所述全反射光转换为传播光和将所述传播光传输到所述导光光学板内；
对应于所述显示区域的光照射膜，所述光照射膜位于所述导光光学板下方；
设置在所述光照射膜和所述光入射膜下方的第一低折射率层，并且所述第一低折射率层具有低于所述导光光学板和所述光照射膜的第一折射率；和
第二低折射率层，所述第二低折射率层设置在所述导光光学板上并且具有低于所述导光光学板的第二折射率，
其中所述光照射膜包括第二全息图案，所述第二全息图案将一部分所述传播光转换为所述感测光，所述传播光具有满足所述导光光学板的全内反射条件的入射角，所述感测光具有满足在所述第二低折射率层的顶表面处的全反射条件并且满足穿过所述第一低折射率层传输的条件的反射角，
其中随着所述传播光从所述光照射膜的一侧传播到相对侧，提取出多个感测光。
2.根据权利要求1所述的平板显示器，其中所述定向光学单元进一步包括位于所述光入射膜下方的光源，
其中所述光入射膜与所述光照射膜的侧面相邻设置在所述显示区域外部。
3.根据权利要求2所述的平板显示器，其中所述光源给所述光入射膜的表面上的入射点提供具有准直状态的入射光；
其中所述全反射光具有满足所述导光光学板的全内反射条件的全反射角，且所述全反射角大于所述传播光的所述入射角。
4.根据权利要求3所述的平板显示器，其中所述第二全息图案使全部的全反射光通过且传输至所述水平准直膜，并且
其中所述水平准直膜包括第三全息图案，所述第三全息图案将所述全反射光转换为所述传播光并将所述传播光传输到所述光入射膜。
5.根据权利要求3所述的平板显示器，其中由所述第一全息图案转换而来的所述传播光或所述全反射光在所述水平面上具有扩展角，并且由所述第一全息图案转换而来的所述传播光或所述全反射光在包括所述长度轴和所述厚度轴的垂直平面上保持准直状态。
6.根据权利要求3所述的平板显示器，其中所述全反射角和所述入射角的每一个大于所述光照射膜与所述第一低折射率层之间的第一界面处的第一全内反射临界角、以及所述导光光学板与所述第二低折射率层之间的第二界面处的第二全内反射临界角；并且
其中所述反射角大于所述第二低折射率层与空气层之间的第三界面处的第三全反射临界角，并且小于所述第一低折射率层与所述显示面板之间的第四界面处的第四全反射临界角。
7.根据权利要求5所述的平板显示器，其中所述扩展角等于或大于第一线与第二线之间的内部角，所述第一线是所述入射点和所述导光光学板的与所述光入射膜相对的一侧的第一端之间的直线，所述第二线是所述入射点和所述导光光学板的与所述光入射膜相对的所述一侧的第二端之间的直线。
8.根据权利要求3所述的平板显示器，其中，当所述第一全息图案将所述入射光转换为所述传播光时，所述水平准直膜设置在所述光入射膜与所述光照射膜之间，
其中所述传播光在所述水平面上具有扩展角，并且所述传播光在包括所述长度轴和所述厚度轴的垂直平面上保持准直状态，
其中所述扩展角等于或大于第一线与第二线之间的内部角，所述第一线是所述入射点和所述水平准直膜的与所述光入射膜相对的一侧的第一端之间的直线，所述第二线是所述入射点和所述水平准直膜的与所述光入射膜相对的所述一侧的第二端之间的直线，并且
其中所述水平准直膜包括第三全息图案，所述第三全息图案将具有所述扩展角的所述传播光在所述水平面上与所述宽度对应地水平准直。
9.根据权利要求5所述的平板显示器，其中，当所述第一全息图案将所述入射光转换为所述全反射光时，所述水平准直膜在所述导光光学板的与所述光入射膜相对的相对侧处设置在所述非显示区域中，
其中所述全反射光在所述水平面上具有扩展角，并且所述全反射光在包括所述长度轴和所述厚度轴的垂直平面上保持准直状态
其中所述扩展角等于或大于第一线与第二线之间的内部角，所述第一线是所述入射点与所述水平准直膜的一侧的第一端之间的直线，所述第二线是所述入射点与所述水平准直膜的所述一侧的第二端之间的直线，所述第二端与所述第一端相对，
其中所述水平准直膜包括第三全息图案，所述第三全息图案将具有所述扩展角的所述全反射光在所述水平面上与所述宽度对应地水平准直。
10.根据权利要求9所述的平板显示器，其中所述水平准直膜设置在所述导光光学板的底表面和上表面中的至少一个上。
11.根据权利要求2所述的平板显示器，其中所述光源提供具有圆形剖面形状的准直光。
12.根据权利要求11所述的平板显示器，其中所述光源包括至少两个单位光源，沿所述长度方向在所述至少两个单位光源之间具有预定距离。
13.根据权利要求2所述的平板显示器，其中所述光源包括椭圆剖面形状，所述椭圆剖面形状具有对应于所述宽度方向的第一轴和对应于所述长度方向的第二轴，
其中所述椭圆沿第一轴的第一尺寸与所述椭圆沿第二轴的第二尺寸的比率在1:2到1:4的范围内，包括1:2和1:4。
14.根据权利要求1所述的平板显示器，其中所述导光光学板是所述显示面板的盖板。
15.根据权利要求1所述的平板显示器，进一步包括：
贴附在所述第一低折射率层上的盖板。
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