JP2020144368A - ディスプレイ内感知表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】精度が高いディスプレイ内感知表示装置を提供する。【解決手段】外部の方に面する表示面２１１と、表示面２１１と内部の方へ所定の距離を開けて設置されているバックライト２２と、を有する液晶表示モジュール２と、バックライト２２の表示面２１１の方に向かう側の反対側に設置されており、且つ、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタユニット３１と、フィルタユニット３１の前記バックライト２２に向かう側の反対側において、フィルタユニット３１を通過した前記特定の波長範囲の光を感知できる位置に設置されている光感知ユニット３２と、を有するセンサモジュール３と、を備えていることを特徴とするディスプレイ内感知表示装置。【選択図】図２

Description

本発明は、感知表示装置に関し、特にディスプレイ内感知表示装置に関する。
指紋認証は、スマートフォンなどの電子製品に広く使用されている個人認証の認証方法であり、正確且つ迅速に指紋を認証する方法が、業界において鋭意研究されている。
その中に、スマートフォンなどディスプレイを有する電子製品においてディスプレイ内感知を使用する指紋認証方法は、指紋認証モジュールをタッチパネルの下に設置することにより達成される。
特許文献１には、３次元の指紋データを生成するためのセンサーが開示されている。図１に示されるように、該センサーは、ディスプレイパネルに組み込まれているものであり、ディスプレイパネルは、感知用光を提供できる画素１３と、画素１３の下に設置されている光学イメージセンサ１２と、光学イメージセンサ１２を固定するための光学接着剤１４と、光学接着剤１４の上方にある透明支持部１５と、画素１３と透明支持部１５との間に設置されているピンホール層１６と、画素１３を覆う封入層１７と、透明カバー１９と、封入層１７と透明カバー１９との間にある光学接着剤１８と、を有する。また、感知用光源１０１を設けることもできる。
透明カバー１９には、認証用ゾーンが区画されている。使用者の指先１００が認証用ゾーンに触れると、画素１３からの感知用光が指先１００で反射されて、ピンホール層１６に空けられた複数の開口１６１を通過して光学イメージセンサ１２に感知される。これは、ピンホール層１６をレンズとして、そして、複数の開口１６１の互いの距離、開口１６１の口径、及び透明支持部１５と透明カバー１９との厚さを調整することにより反射光の解像度を制御し、指紋認証の解像度及び精度を上げる。
米国特許出願公開第２０１８／０２２５４９８号明細書
しかし、通常の光学イメージセンサは、全ての可視光を感知できるので、大量の光に影響されやすく、また、認証用の反射光は、タッチパネルまたは表示パネルにも影響され、従って、認証の精度、解像度及び速度が劣るという欠点を有する。
上記問題点に鑑みて、本発明は、精度が高いディスプレイ内感知表示装置の提供を目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明は、外部の方に面する表示面と、前記表示面と内部の方へ所定の距離を開けて設置されているバックライトと、を有する液晶表示モジュールと、
前記バックライトの前記表示面の方に向かう側の反対側に設置されており、且つ、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタユニットと、前記フィルタユニットの前記バックライトに向かう側の反対側において、前記フィルタユニットを通過した前記特定の波長範囲の光を感知できる位置に設置されている光感知ユニットと、を有するセンサモジュールと、を備えていることを特徴とするディスプレイ内感知表示装置を提供する。
本発明のディスプレイ内感知表示装置は、フィルタユニットで光を特定の波長範囲の光が通過できるように濾波して、濾波した光を光感知ユニットに入射させて感知させることができるので、感知に影響する光が減少し、感知の精度を上げることができる。
特許文献１のセンサーを示す部分断面図である。 本発明のディスプレイ内感知表示装置の第１の実施形態を示す部分断面図である。 本発明のディスプレイ内感知表示装置の第２の実施形態を示す部分断面図である。 本発明のディスプレイ内感知表示装置の第３の実施形態を示す部分断面図である。 本発明のディスプレイ内感知表示装置の第４の実施形態を示す部分断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明のディスプレイ内感知表示装置の各実施形態について詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
本発明のディスプレイ内感知表示装置は、図２に示されるように、液晶表示モジュール２と、センサモジュール３と、回路制御モジュール４と、回路基板５と、液晶表示モジュール２、センサモジュール３、回路制御モジュール４及び回路基板５を収容するハウジング（図示せず）とを備えているものである。
液晶表示モジュール２は、図２に示されるように、外部の方に面する表示面２１１を有する液晶表示ユニット２１と、前記表示面２１１と内部の方へ所定の距離を開けて設置されていて表示用光の光源として機能するバックライト２２とを有する。
表示面２１１には、認証ゾーン２１２が区画されている。
認証ゾーン２１２として、例えばスマートフォンのディスプレイにおける指紋認証用のＨＯＭＥボタンとするゾーンが挙げられる。
液晶表示モジュール２は、一般の周知技術の液晶バネルであり、その詳細構成や作動の仕組みと原理などは、この技術分野の周知技術であるので、より詳しい説明を省略する。
センサモジュール３は、図２に示されるように、フィルタユニット３１と、光感知ユニット３２と、を有する。
フィルタユニット３１は、バックライト２２の表示面２１１の方に向かう側の反対側に設置されており、且つ、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波する。
光感知ユニット３２は、フィルタユニット３１のバックライト２２に向かう側の反対側において、フィルタユニット３１を通過した前記特定の波長範囲の光を感知できる位置に設置されている。
回路制御モジュール４は、光感知ユニット３２の信号の伝送を制御するために、光感知ユニット３２と信号的に接続されている第１の制御回路（図示せず）を有する。なお、回路制御モジュール４は、更にバックライト２２を制御できるよう設けられてもよく、または、光感知ユニット３２のみを制御するよう独立して設けられてもよい。この実施形態において、図２に示されるように、回路制御モジュール４は、バックライト２２及び光感知ユニット３２を制御するものである。
より詳しく説明すると、フィルタユニット３１は、図２に示されるように、透明な基板３１１と、少なくとも基板３１１の内外両表面のいずれかに形成されている機能層３１２と、を備えている。この実施形態において、基板３１１は、透明な板体または回路付きの透明な板体であり、機能層３１２は、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタ膜３１３であって、基板３１１の光感知ユニット３２の方に向かう面である内表面に形成されている。
光感知ユニット３２の感知に支障が生じないために、この実施形態においては、フィルタユニット３１の光の透過率を６０％以上としており、フィルタユニット３１の光の通過に対する影響を減らした。
機能層３１２は、本実施形態においてバンドパスフィルタであり、所望の光の通過帯域、阻止帯域及びスペクトルに基づいて、所定の波長範囲を吸収する材料の組み合わせを選択することにより得ることができ、また、屈折率、厚さ、積層方などが相異する光学膜を組み合わせることにより得ることもでき、更には両方の組み合わせにより得ることもできる。
バンドパスフィルタの詳細構成や作動の仕組みと原理などは、この技術分野の周知技術であるので、より詳しい説明を省略する。
この実施形態において、機能層３１２は、波長範囲が５７０〜４８０ｎｍにある緑の光が通過できるように構成されている。
また、フィルタユニット３１は、表示面２１１の方に向かう面の面積が、バックライト２２のフィルタユニット３１に向かう面の面積を超えないように、言い換えれば、全体がバックライト２２の前記内部への正投影範囲内にあるように形成されている。即ち、必要に応じて、フィルタユニット３１は、バックライト２２と同じ面積を有するように形成されてもよく、または、バックライト２２の該反対面の一部（例えば認証ゾーン２１２に対応する部分）の面積を有するように形成されてもよい。この実施形態において、フィルタユニット３１は、バックライト２２と同じ面積を有するように形成されている。
光感知ユニット３２は、図２に示されるように、フィルタユニット３１と回路基板５との間で回路基板５と連接されるように設けられており、回路基板５の表示面２１１の方に向かう面に設置されている複数の光感知素子３２１と、複数の光感知素子３２１のそれぞれに電気的に接続されている複数の薄膜トランジスタ（図示せず）と、を備えている。
光感知素子３２１は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。
薄膜トランジスタは、回路基板５を介して回路制御モジュール４に信号的に接続されて、回路制御モジュール４で光感知素子３２１の信号の伝送を制御できる。
また、光感知ユニット３２は、必要に応じて、フィルタユニット３１と同じ面積を有するように形成されてもよく、または、フィルタユニット３１の該反対面の一部の面積（例えば認証ゾーン２１２に対応する部分）を有するように形成されてもよい。
この実施形態において、光感知ユニット３２は表示面２１１の方に向かう面の面積がバックライト２２の面積より小さい上、全体がバックライト２２の正投影範囲内にあるように（即ち、認証ゾーン２１２に対応する部分の面積を有するように形成され）フィルタ膜３１３のバックライト２２に向かう側の反対側に設置されており、それにより、使用者の指１００が認証ゾーン２１２（ＨＯＭＥボタン）に接近または接触すると指１００で反射された光を感知できる。
また、この実施形態において、図２に示されるように、使用者がスマートフォンのディスプレイで指紋認証を行うことを例として、使用者の指１００が認証ゾーン２１２に接近または接触すると、バックライト２４から発射された感知用光が指１００で反射され、ディスプレイへ入射して光感知ユニット３２で感知できる入射光になる。
そして、該入射光は、フィルタユニット３１により、特定の波長範囲の光のみフィルタユニット３１を通過できるように濾波されて、光感知ユニット３２で該特定の波長範囲の入射光を感知する。
図２に示されるように、この実施形態において、指１００で反射された光は、液晶表示モジュール２にあるカラーフィルタに濾波されるので、一部の光がフィルタユニット３１を通過できる特定の波長範囲を有するようになって、該特定の波長範囲にある光がフィルタユニット３１を通過でき、他の光が該特定の波長範囲の波長を有しないようになって、フィルタユニット３１を通過できない。上記の構成によれば、特定の波長範囲の光のみを光感知ユニット３に入射させることにより、大量の特定の波長範囲外の光による影響が大幅に減少し、感知の精度が遥かに向上でき、指紋認証に使用する際に、認証の精度、解像度及び速度が向上する。
また、他の実施形態として、フィルタユニット３１は、基板３１１を備えず、機能層３１２が直接にバックライト２２の表示面２１１の方に向かう面の反対面に形成されるように構成することができ、この構成によっても特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波することができる。
＜第２の実施形態＞
本発明のディスプレイ内感知表示装置の第２の実施形態は、上記第１の実施形態と多くの構成が共通するので、ここでは詳しい説明を省略し、その相違点のみを説明する。
第２の実施形態において、フィルタユニット３１は、図３に示されるように、基板を備えず、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタ膜３１３である機能層３１２が複数の光感知素子３２１の表示面２１１の方へ突出する表面を被覆しているように形成されている。
それにより、特定の波長範囲の光が通過できるように濾波されて、光感知ユニット３２で特定の波長範囲の入射光を感知する上、濾波された光が直ぐ光感知素子３２１に到達するので濾波された光の損失も大幅に抑えられる。
＜第３の実施形態＞
本発明のディスプレイ内感知表示装置の第３の実施形態は、上記第１の実施形態と多くの構成が共通するので、ここでは詳しい説明を省略し、その相違点のみを説明する。
第３の実施形態において、フィルタユニット３１の機能層３１２は、図４に示されるように、フィルタ膜３１３の光感知ユニット３２の方に向かう面に、光を光感知ユニット３２に集中させるように屈折率分布を有するよう構成された集光膜３１４を更に備えている。
より詳しく説明すると、集光膜３１４は、光を特定の区域に集中できる屈折率分布を有する光学構成であり、屈折率、膜の厚さ、角度が異なる複数の光学膜の積層及び設計構成であって、相異する光学膜を組み合わせることにより、集光膜３１４を透過した入射光が、特定の区域である光感知ユニット３２が位置する区域に集中されることで、感知範囲の拡大に寄与する。
集光膜３１４は、一般の周知技術のものであり、その詳細構成や作動の仕組みと原理などは、この技術分野の周知技術であるので、より詳しい説明を省略する。
なお、集光膜３１４は、必要に応じて、基板３１１とフィルタ膜３１３との間に形成されることもでき、または、独立に基板３１１の表示面２１１の方に向かう面に形成されることもできる。また、フィルタ膜３１３と集光膜３１４との外部から内部への順序も限らず、光を集中させてから濾波してもよく、光を濾波してから集中させてもよい。
また、集光膜３１４は、必要に応じて、バックライト２２と同じ面積を有するように形成されることができ、または、バックライト２２の該反対面の一部（例えば認証ゾーン２１２に対応する部分）の面積を有するように形成されることもできる。
また、集光膜３１４を基板３１１の表示面２１１の方に向かう面とその反対面とのいずれかに形成し、且つ、フィルタ膜３１３が複数の光感知素子３２１の表示面２１１の方へ突出する表面を被覆しているように形成することもできる。
＜第４の実施形態＞
本発明のディスプレイ内感知表示装置の第４の実施形態は、上記第１の実施形態と多くの構成が共通するので、ここでは詳しい説明を省略し、その相違点のみを説明する。
この実施形態において、センサモジュール３は、図５に示されるように、感知用光を提供する感知光源ユニット３３を備えていて、感知光源ユニット３３とバックライト２２とを同時に使用して感知用光を提供する。感知光源ユニット３３とバックライト２２とを同時に使用すると、特定の波長範囲外の光が大幅に減少する上、特定の波長範囲の光の量が増えて、感知の精度が向上できる。
感知光源ユニット３３として、可視光の波長範囲の光または特定の波長範囲の光を発するものを使用することができる。
また、感知光源ユニット３３のみを使用して感知用光を提供することができる。
上記においては、説明のため、本発明の全体的な理解を促すべく多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また、本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において、序数などの表示を伴う説明は全て、特定の態様、構造、特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に、本説明において、時には複数の変化例が一つの実施形態、図面、またはこれらの説明に組み込まれているが、これは本説明を合理化させるためのもので、また、本発明の多面性が理解されることを目的としたものであり、また、一実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例は、適切な場合には、本開示の実施において、他の実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例と共に実施され得る。
以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。
本発明のディスプレイ内感知表示装置は、光学式の感知に適用でき、特にスマートフォンのディスプレイで指紋認証を行うことに好適である。
２ 液晶表示モジュール
３ センサモジュール
４ 回路制御モジュール
５ 回路基板
２１ 液晶表示ユニット
２１１ 表示面
２１２ 認証ゾーン
２２ バックライト
３１ フィルタユニット
３１１ 基板
３１２ 機能層
３１３ フィルタ膜
３１４ 集光膜
３２ 光感知ユニット
３２１ 光感知素子
３３ 感知光源ユニット

Claims (10)

  1. 外部の方に面する表示面と、前記表示面と内部の方へ所定の距離を開けて設置されているバックライトと、を有する液晶表示モジュールと、
    前記バックライトの前記表示面の方に向かう側の反対側に設置されており、且つ、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタユニットと、前記フィルタユニットの前記バックライトに向かう側の反対側において、前記フィルタユニットを通過した前記特定の波長範囲の光を感知できる位置に設置されている光感知ユニットと、を有するセンサモジュールと、を備えていることを特徴とするディスプレイ内感知表示装置。
  2. 前記フィルタユニットの光の透過率は、６０％以上にあることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  3. 前記フィルタユニットは、透明な基板と、少なくとも前記基板の内外両表面のいずれかに形成されており、且つ、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタ膜を有する機能層と、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  4. 前記フィルタユニットは、前記バックライトの前記表示面の方に向かう面の反対面に形成されており、また、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタ膜を有する機能層を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  5. 前記光感知ユニットは、複数の光感知素子を備えており、
    前記フィルタユニットは、特定の波長範囲の光が通過できるように光を濾波するフィルタ膜を有する機能層が前記複数の光感知素子の前記表示面の方へ突出する表面を被覆しているように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  6. 前記フィルタユニットの前記機能層は、光を前記光感知ユニットに集中させるように屈折率分布を有するよう構成された集光膜を更に備えていることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  7. 前記フィルタユニットは、前記表示面の方に向かう面の面積が、前記バックライトの前記フィルタユニットに向かう面の面積を越えず、全体が前記バックライトの前記内部への正投影範囲内にあるように形成されており、
    前記光感知ユニットは、前記表示面の方に向かう面の面積が前記バックライトの前記面積より小さく、全体が前記バックライトの前記正投影範囲内にあるように前記フィルタ膜の前記バックライトに向かう側の反対側に設置されていることを特徴とする請求項６に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  8. 前記センサモジュールは、感知用光を提供する感知光源ユニットを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  9. 前記光感知ユニットと信号的に接続されている回路制御モジュールを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のディスプレイ内感知表示装置。
  10. 前記光感知素子は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ内感知表示装置。
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