JP6501853B2 - 指紋センサ一体型電界発光表示装置 - Google Patents

指紋センサ一体型電界発光表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、指紋センサ一体型電界発光表示装置に関する。
電界発光表示装置は、発光層の材料に応じて無機発光表示装置と有機発光表示装置に大別される。アクティブマトリックスタイプ（active matrix type）の有機発光表示装置は、自ら発光する有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：以下、「ＯＬＥＤ」と称する）を含み、応答速度が速く、発光効率、輝度及び視野角が大きい長所がある。
有機発光表示装置のＯＬＥＤは、アノードとカソード及び、これらの間に形成された有機化合物層を含む。有機化合物層は、正孔注入層（Hole Injection layer、ＨＩＬ）、正孔輸送層（Hole transport layer、ＨＴＬ）、発光層（Emission layer、ＥＭＬ）、電子輸送層（Electron transport layer、ＥＴＬ）及び電子注入層（Electron Injection layer、ＥＩＬ）を含む。アノードとカソードに電源が印加されると、正孔輸送層（ＨＴＬ）を通過した正孔と電子輸送層（ＥＴＬ）を通過した電子が発光層（ＥＭＬ）に移動されて励起子を形成し、その結果、発光層（ＥＭＬ）が可視光を発生する。
指紋センサは、ホームボタン（Home button）のような画面外の特定の位置に配置される。指紋センサは、画面外のベゼル（bezel）の領域に配置されることがあり、この場合には、ベゼル領域が大きくなる。ディスプレイパネルに指紋センサを配置するために、ディスプレイパネルの構造が変更されることがある。
液晶表示装置（Liquid Crystal Display Device：ＬＣＤ）に指紋センサが配置されることがある。画面領域で、ディスプレイパネルとバックライトユニット（Back light Unit、ＢＬＵ）の間に指紋センサが位置すると、指紋センサが見えるようになる。バックライトユニット（ＢＬＵ）のプリズムシート（prism sheet）は、その構造上、空隙（air gap）が多いため、ディスプレイパネルの下に指紋センサを配置することは困難である。
本発明の目的は、入力映像が表示される画面上において指紋をセンシングすることができる指紋センサを一体化した電界発光表示装置を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る電界発光表示装置は、複数のディスプレイ画素（ＰＩＸＥＬ）を含むディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルの上面に接着された透明基板と、前記ディスプレイパネルの下面に接着されたイメージセンサとを備える。前記ディプレイパネルの画素アレイにおいて少なくとも一部の領域に配置されたディスプレイ画素の各々は、光透過領域を含む。前記イメージセンサは、複数のフォトセンサを含む。１つ以上のフォトセンサは、前記光透過領域内に露出される。前記イメージセンサの解像度は、前記ディスプレイパネルの解像度以上である。
前記電界発光表示装置は、前記透明基板の一端の下に配置された光源と、前記光源と前記透明基板との間に配置され、前記光源からの光を前記透明基板内で光が全反射する角度で屈折させる入光素子と、前記ディスプレイパネルの画面上で、前記ディスプレイパネルと前記透明基板との間に配置され、前記透明基板内を進行する光の一部が前記透明基板の下面を介して前記ディスプレイパネルの方向に進行するように、前記透明基板内を進行する光の一部を屈折させる出光素子と、前記出光素子と前記ディスプレイパネルとの間に配置され、前記出光素子より低い屈折率を有する低屈折層とをさらに備える。
前記ディスプレイ画素のうちの少なくともいくつかは、センサモードで発光する。前記ディスプレイ画素からの光は、前記透明基板上の指紋から反射され、前記光透過領域を介して前記イメージセンサの方向に進行する。
前記電界発光表示装置は、前記ディスプレイパネルの下面に接着された１つ以上の光源と、前記光源と前記透明基板との間に配置され、前記光源からの光を前記透明基板内で光が全反射する角度で屈折させる入光素子とをさらに備える。
前記電界発光表示装置は、前記ディスプレイパネルと前記イメージセンサの間に配置され、前記イメージセンサの方向に進行する光を集束させる光集束素子をさらに備える。
本発明の一実施形態に係る電界発光表示装置は、複数のディスプレイ画素を含むディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルの上面に接着された透明基板と、前記ディスプレイパネルの下面に接着されたイメージセンサとを備える。前記ディスプレイ画素のうちの少なくともいくつかがセンサモードでフォトセンサとして駆動されるか、またはフォトセンサが前記ディスプレイパネルに埋め込まれる。前記ディプレイパネルの画素アレイにおいて少なくとも一部の領域に配置された前記ディスプレイ画素の各々は、光透過領域を含む。前記イメージセンサは、複数のフォトセンサを含む。１つ以上の前記フォトセンサは、前記光透過領域内に露出される。前記イメージセンサの解像度は、前記ディスプレイパネルの解像度以上である。
本発明は、ディスプレイパネルに埋め込まれるか、またはディスプレイパネルの下に配置されたセンサ画素（ＰＩＸＥＬ）を用いて、画面上で指紋をセンシングすることができる。光源は、ディスプレイパネル上に配置された指向性光源装置またはディスプレイパネルの画素で実現することができる。映像が表示される画面上で指紋をセンシングすることができるので、指紋認証が必要なアプリケーション、コンテンツ、または実行／再生ファイルのアイコンがユーザの指により画面上でタッチされると、ユーザ認証が行われ、その後、アプリケーション、コンテンツ、ファイルに対するアクセス権限をユーザに付与することができる。
本発明は、ユーザの指紋と指静脈を同時にセンシングすることにより、ユーザのマルチ生体認証（multi-biometric authentication）の結果に基づいて、コンテンツアクセスのセキュリティを強化することができる。
本発明は、ディスプレイパネルの下面にイメージセンサを配置することで、ディスプレイパネルの構造や製造工程を変更せずに、指紋センサと一体化された電界発光表示装置を実現することができる。本発明は、画面外のベゼル領域やホームボタンに指紋センサを設置する必要がないので、電界発光表示装置に対する狭いベゼル設計、防水設計及び設計自由度の点で有利である。
本発明の実施形態に係る指向性光源装置の断面図である。 図１ａに示された指向性光源装置の平面図である。 図１ａに示された透明基板内の光経路を示す断面図である。 ディスプレイパネル上に位置する指向性光源装置の断面図である。 図３ａに示された指向性光源装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 ディスプレイパネルのディスプレイ画素内に形成された光透過領域を示す図である。 図５のライン“Ｉ−Ｉ′”に沿ったディスプレイパネルの断面図である。 図５及び図６に示されるディスプレイ画素内の光透過領域を介してイメージセンサにより光が受光されたときに得られる指紋パターンイメージを概略的に示す図である。 イメージセンサのすべてのセンサ画素が指紋の下に位置する例を示す図である。 図８のイメージセンサから得られた指紋パターンのイメージを概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 本発明の第６実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 本発明の第７実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 本発明の第８実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 本発明の第９実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。 図１７に示された光集束素子を詳細に示す断面図である。 図１７に示された光集束素子を詳細に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る電界発光表示装置のディスプレイパネルをフレキシブル基板上に実現した例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る電界発光表示装置のディスプレイパネルをフレキシブル基板上に実現した例を示す断面図である。 センサ画素の一例を示す回路図である。 図２１のセンサ画素の製造工程を段階的に示す断面図である。 図２１のセンサ画素の製造工程を段階的に示す断面図である。 図２１のセンサ画素の製造工程を段階的に示す断面図である。 センサ素子がＰｉＮダイオードとして実現された例を示す断面図である。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すると明確になる。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形で実現されるものであり、単に本実施形態は、本発明の開示が完全するようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。
本発明の実施形態を説明するための図に開示された形状、大きさ、比率、角度、数などは例示的なものであるから、本発明が示された事項に限定されるものではない。明細書全体にわたって同一参照符号は同一の構成要素を指す。また、本発明を説明するにおいて、関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができると判断された場合、その詳細な説明は省略する。本明細書上で言及された「含む」、「有する」、「なる」などが用いる場合は、「〜だけ」が用いられない限り、他の部分が追加されることができる。構成要素を単数で表現した場合に特な明示的な記載事項がない限り、複数を含む場合を含む。
構成要素を解釈するに当たり、別の明示的な記載がなくても誤差の範囲を含むものと解釈する。
位置関系の説明である場合、例えば、「〜の上に」、「〜の上部に」、「〜の下部に」、「〜の隣に」などで２部分の位置関連が説明される場合、「すぐに」または「直接」が使用されない限り、２部分の間に１つ以上の他の部分が位置することもできる。
実施形態の説明において、第１、第２などがさまざまな構成要素を記述するために使用されるが、これらの構成要素はこれらの用語によって制限されない。これらの用語は、ただ一つの構成要素を他の構成要素と区別するために用いるものである。したがって、以下に記載される第１構成要素は、本発明の技術的思想内で第２構成要素であることもある。
明細書全体にわたって同一参照符号は同一の構成要素を指す。
本発明の多様な実施形態のそれぞれの特徴が部分的または全体的に互いに結合または組み合わせ可能であり、技術的に様々な連動と駆動が可能であり、各実施形態が互いに独立して実施可能することもあり関連の関連で共に実施可能することもある。
以下、添付された図面を参照して、本発明の様々な実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態において、電界発光表示装置は、有機発光物質を含む有機発光表示装置を中心に説明する。しかし、本発明の技術的思想は、有機発光表示装置に限定されず、無機発光物質を含む無機発光表示装置に適用することができることに注意しなければならない。
本発明は、ディスプレイパネル上に図１〜図３に示される指向性光源装置（ＳＬＳ）を配置し、ディスプレイパネルの下にイメージセンサを配置することにより、入力映像が表示される画面上で指紋をセンシングすることができる。指向性光源装置（ＳＬＳ）にユーザの指紋が接触すると、その指紋から反射された光がイメージセンサにより電気的信号に変換され、指紋パターンが検出される。
図１ａ及び図１ｂは、それぞれ本発明の実施形態に係る指向性光源装置（ＳＬＳ）の断面図及び平面図である。図２は、図１ａに示された透明基板（ＣＰ）内の光経路を示す断面図である。図３は、ディスプレイパネル（ＤＰ）上に位置する指向性光源装置（ＳＬＳ）の断面図及び平面図である。
図１ａ及び図１ｂを参照すると、指向性光源装置（ＳＬＳ）は、透明基板（ＣＰ）、光源（ＬＳ）、入光素子（ＣＨＯＥ）、出光素子（ＶＨＯＥ）、及び低屈折層（ＬＲ）を備える。
指向性光源装置（ＳＬＳ）は、コリメート光を透明基板（ＣＰ）内で大面積に拡散する光デバイスである。光源（ＬＳ）は、コリメート光を提供することが望ましい。光源（ＬＳ）は、赤外線（ＩＲ）帯域のレーザ光を入光素子（ＣＨＯＥ）に照射する。
入光素子（ＣＨＯＥ）は、光源（ＬＳ）と透明基板（ＣＰ）との間に配置され、透明基板（ＣＰ）内で光が全反射することができる角度で光源（ＬＳ）からの光を屈折させる。出光素子（ＶＨＯＥ）は、ディスプレイパネルの画面上でディスプレイパネルと透明基板（ＣＰ）との間に配置され、透明基板（ＣＰ）内を進行する光の一部が透明基板の下面を介してディスプレイパネルの方向に進むことができるように透明基板（ＣＰ）内を進行する光の一部を屈折させる。低屈折層（ＬＲ）は、出光素子（ＶＨＯＥ）とディスプレイパネルとの間に配置され、出光素子（ＶＨＯＥ）より低い屈折率を有する。
透明基板（ＣＰ）の下部表面には、出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）が接着されている。出光素子（ＶＨＯＥ）は出射光３００を提供する光学素子である。映像が表示されるディスプレイパネルの画面上において、画素アレイは出光素子（ＶＨＯＥ）の下に位置する。
入光素子（ＣＨＯＥ）は、光源（ＬＳ）からのコリメート光を透明基板（ＣＰ）に拡散しながら、コリメート光に指向性を持たせる光学素子である。入光素子は（ＣＨＯＥ）イメージ認識とは直接関連がないので、ディスプレイパネルの端に位置することができる。入光素子（ＣＨＯＥ）は、光源（ＬＳ）と対向しなければならない。
出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）とは同一平面上に位置する。製造工程を考慮すると、出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）は、１つのフィルム上の分離された領域に形成されることが望ましい。出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）は、ホログラフィパターンを含む光学素子であり得る。この場合、出光素子（ＶＨＯＥ）のパターンを有するマスターフィルムと入光素子（ＣＨＯＥ）のパターンを有するマスターフィルムを隣接して配置した後、１つのホログラフ記録フィルムに２つのホログラフパターンを同時にコピーすることができる。
出光素子（ＶＨＯＥ）及び入光素子（ＣＨＯＥ）と、ディスプレイパネル（ＤＰ）との間には、低屈折層（ＬＲ）が配置される。低屈折層（ＬＲ）は、透明基板（ＣＰ）と出光素子（ＶＨＯＥ）より低い屈折率を有する。
透明基板（ＣＰ）は、屈折率が１．５である透明基板で製作することができる。出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）は、透明なホログラフィ記録フィルムであって、その屈折率は透明基板（ＣＰ）の屈折率と同等または少し大きい値であり得る。ここでは、説明の便宜上、出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）の屈折率は、透明基板（ＣＰ）の屈折率に等しいものとする。低屈折層（ＬＲ）の屈折率は、対象となる指紋（ＩＭ）即ち、皮膚の屈折率と類似であるとよい。例えば、低屈折層（ＬＲ）は、人の肌の屈折率である１．３９に近い１．４程度の屈折率を有することができる。
光源（ＬＳ）は、入光素子（ＣＨＯＥ）と対向して配置される。光源（ＬＳ）は、レーザのように高度にコリメートされた光を提供することが望ましい。
光源（ＬＳ）からのコリメート光の入射光１００は、所定の断面積を有し、入光素子（ＣＨＯＥ）上に定められた入射点（ＩＰ）に提供される。入射光１００は、入射点（ＩＰ）の表面に対して法線方向に入射することが望ましい。しかし、これに限定されるわけではなく、必要に応じて、入射光１００は、入射点（ＩＰ）表面の法線に対して傾いた角度で入射してもよい。
入光素子（ＣＨＯＥ）は入射光１００を屈折させて入射角を有する進行光２００に転換し、透明基板（ＣＰ）の内部に送る。ここで、入射角は、透明基板（ＣＰ）の内部全反射臨界角（Internal Total Reflection Critical Angle）より大きいことが望ましい。その結果、進行光２００は、透明基板（ＣＰ）の内部で全反射をしながら、透明基板（ＣＰ）の長さ方向に対応するＸ軸に沿って進行する。
出光素子（ＶＨＯＥ）は、進行光２００の一部の光量を出射光３００に転換して、透明基板（ＣＰ）の下部表面に屈折させる。進行光２００の残りの光量は、透明基板（ＣＰ）の内部で全反射されて進行する。出射光３００は、透明基板（ＣＰ）の上部表面では全反射されるが、下部表面では低屈折層（ＬＲ）を透過する。つまり、出射光３００は、透明基板（ＣＰ）の上部表面で全反射され、下部表面を透過する検出光（或いは、「センシング光」）４００として機能する。
出射光３００は、入光素子（ＣＨＯＥ）から進行しながら、出光素子（ＶＨＯＥ）によって徐々に放出される。このとき、出射光３００の光量は、出光素子（ＶＨＯＥ）の光抽出効率によって決定される。たとえば、出光素子（ＶＨＯＥ）の光抽出効率が３％とすると、最初に進行光２００が出光素子（ＶＨＯＥ）に触れた地点である第１の発光領域においては、初期入射光１００の３％に該当する光量が出射光３００として抽出される。９７％の進行光２００は、引き続き全反射されて進行する。その後、第２の発光領域においては、残りの９７％の３％に等しい初期入射光１００の光量の２．９１％に該当する光量が出射光３００として抽出される。
このようにして、透明基板（ＣＰ）の端辺に到達するまで出射光３００が抽出される。進行光２００が進行しつつ、一定の光量を有する出射光３００を提供するためには、出光素子（ＶＨＯＥ）の光抽出効率が指数関数的に増加するように設計することが望ましい。
長さ方向の軸と厚み方向の軸からなるＸＺ平面（あるいは、「垂直平面」）上で見ると、進行光２００は、入射光１００のコリメートされた状態をそのまま維持する。一方、幅方向の軸と長さ方向の軸からなるＸＹ平面（あるいは、「水平平面」）においては、進行光２００は拡散角（φ）を有することが望ましい。これは、透明基板（ＣＰ）の領域に対応する画像検出領域を提供するためである。たとえば、出光素子（ＶＨＯＥ）は出来るだけ、光出射部（ＬＯＴ）の領域全体に対応するように位置することが望ましい。また、拡散角（φ）は、入射点（ＩＰ）から、入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する透明基板（ＣＰ）の他側辺の両端（Ｐ１、Ｐ２）までをそれぞれ接続する２つの線分がなす内側の角度と同じか該角度よりも大きいことが望ましい。
入光素子（ＣＨＯＥ）が位置する領域を光入射部（ＬＩＮ）として定義することができる。また、出光素子（ＶＨＯＥ）が位置する領域を光出射部（ＬＯＴ）として定義することができる。光出射部（ＬＯＴ）は、光が進行する光進行部であり得る。
例えば、光源（ＬＳ）からのコリメート光の断面が０．５ｍｍ×０．５ｍｍである真円である場合、入光素子（ＣＨＯＥ）は、透明基板（ＣＰ）の幅に対応する長さと、３ｍｍ〜５ｍｍ程度の幅を有することができる。入光素子（ＣＨＯＥ）は、透明基板（ＣＰ）の幅方向に横切って位置することができる。
図２を参照して、光源（ＬＳ）からのコリメート光が透明基板（ＣＰ）内でどのような経路を経て、画像検出に用いる指向性（Directional）光に転換されるのかを説明する。
光源（ＬＳ）からの入射光１００は、入光素子（ＣＨＯＥ）の入射点（ＩＰ）の表面に対して法線方向に入射する。入光素子（ＣＨＯＥ）は、入射光１００を屈折させて入射角（θ）を有する進行光２００に転換し、透明基板（ＣＰ）の内部に送る。
進行光２００の入射角（θ）は、出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ）より大きいことが望ましい。例えば、透明基板（ＣＰ）と出光素子（ＶＨＯＥ）の屈折率が１．５であり、低屈折層（ＬＲ）の屈折率が１．４である場合、出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ）は、約６９度である。したがって、入射角（θ）は、６９度より大きいことが望ましい。例えば、入射角（θ）は、７０度から７５度までの範囲に設定され得る。
透明基板（ＣＰ）の上部表面は、空気層（ＡＩＲ）と接触しているので、進行光２００は、透明基板（ＣＰ）の上部表面で全反射される。これは、透明基板（ＣＰ）と空気層（ＡＩＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＣＰ＿ＡＩＲ）は、約４１．４度であるからである。つまり、入射角（θ）は、出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ）より大きい限り、常に透明基板（ＣＰ）と空気層（ＡＩＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＣＰ＿ＡＩＲ）より大きくなる。
出光素子（ＶＨＯＥ）は、進行光２００のある程度の光量を、反射角（α）を有する出射光３００に転換して、透明基板（ＣＰ）の内部に戻す。出射光３００は、透明基板（ＣＰ）の上面に接触された指紋（ＩＭ）のパターンを認識するための光である。出射光３００は、透明基板（ＣＰ）の表面に何もない場合には、全反射されて指向性光源装置（ＳＬＳ）の下に配置された光学式指紋センサに送りなければならない。出射光３００は、透明基板（ＣＰ）の上部表面で全反射された後には、検出光４００として機能し、指向性光源装置（ＳＬＳ）の下に伝播する。
ディスプレイパネルの下に接着された光学式指紋センサは、検出光４００を受光することにより、透明基板（ＣＰ）上の指紋パターンのイメージを判別することができる。
図３ａ及び図３ｂは、指向性光源装置（ＳＬＳ）の下にディスプレイパネル（ＤＰ）が位置する状態で、光経路を示す図である。
図３ａ及び図３ｂを参照すると、入射光１００は、入光素子（ＣＨＯＥ）によって進行光２００に転換される。進行光２００は、長さ方向の軸であるＸ軸と幅方向の軸であるＹ軸からなる水平平面であるＸＹ平面でおいては、拡散角（φ）を有するように転換される。また、長さ方向の軸であるＸ軸と厚み方向の軸であるＺ軸からなる垂直面であるＸＺ平面でおいては、元のコリメートされた状態を維持する。
ここで、拡散角（φ）は、入射点（ＩＰ）から、入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する透明基板（ＣＰ）の他側辺の両端の点までをそれぞれ接続する２つの線分がなす内側の角度と同じか該角度より大きいことが望ましい。この場合、進行光２００は、拡散角（φ）を有する三角形の形状で広がりながら、進行する。出射光３００もまた進行光２００と同じ領域に渡って提供される。その結果、画像センシング領域は、三角形内の領域になる。したがって、指紋認識装置に適用する場合には、斜線を引いた円形で表示した部分にセンシング領域（ＳＡ）を設定することができる。
ディスプレイパネル（ＤＰ）の中央部もしくは入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する上端辺の一部にセンシング領域（ＳＡ）を形成する場合、センシング領域（ＳＡ）において出射光３００の光量が最大となることが望ましい。そのために、出光素子（ＶＨＯＥ）の光抽出効率は、センシング領域（ＳＡ）に対応する部分で最大となり、他の部分では最小あるいは「０」に近くなるように、位置の関数として設計され得る。
透明基板（ＣＰ）上に指紋が接触すると、指紋の隆線（Ridge）と谷（Valley）のうち、谷位置の透明基板（ＣＰ）の表面から光が反射され、その光は出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折層（ＬＲ）を通過して、ディスプレイパネル（ＣＰ）の方向に進行する。透明基板（ＣＰ）と接触された指紋の隆線（Ridge）で、光は皮膚を介して外部に透過される。
本発明では、図３ａ及び図３ｂに示されるように、センシング領域（ＳＡ）の下にイメージセンサを配置して、イメージセンサの受光率を高め、ユーザがその位置を容易に知ることができるよう、画面上にイメージセンサの位置を指示する画像を表示する。イメージセンサは、センシング領域（ＳＡ）と対向するように、ディスプレイパネルに埋め込まれていてもよく、ディスプレイパネルの下に配置されていてもよい。また、イメージセンサは、ディスプレイパネルの下に配置されていてもよい。
図４は、本発明の第１実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図５は、ディスプレイパネルのディスプレイ画素内に形成された光透過領域を示す図である。図６は、図５のラインＩ−Ｉ’に沿ったディスプレイパネルの断面図である。
図４〜図６を参照すると、指向性光源装置（ＳＬＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に配置される。出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折層（ＬＲ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に配置される。低屈折層（ＬＲ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に光学接着剤（Optical clear adhesive、ＯＣＡ）で接着され得る。
イメージセンサ（ＩＳＳ）は、光学接着剤（ＯＣＡ）、減圧接着剤（Pressure sensitive adhesive、ＰＳＡ）などの接着剤で、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の基板に接着される。イメージセンサ（ＩＳＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を間に置いて、透明基板（ＣＰ）、出光素子（ＶＨＯＥ）及び低屈折層（ＬＲ）と対向する。したがって、指紋から反射された光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を介してイメージセンサ（ＩＳＳ）により受光される。イメージセンサ（ＩＳＳ）は、複数のフォトセンサ画素（以下、「センサ画素」と称する）を含む。センサ画素（ＳＳ）のそれぞれは、光を電気信号に変換するフォトダイオードを用いて、指紋から反射された光を電圧に変換し、その電圧を増幅してデジタルデータに変換する。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を通過してイメージセンサ（ＩＳＳ）に進行する光の経路を確保するために、図５及び図６に示すように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）のディスプレイ画素（ＰＩＸ）内に光透過領域（Ａ）が形成される。光透過領域（Ａ）は、画面の少なくとも一部の領域、例えば、センシング領域（ＳＡ）において、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）のそれぞれに形成され得る。光透過領域（Ａ）は、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）内で金属やブラックマトリックスがない領域である。光投光領域（Ａ）内には、１つ以上のセンサ画素（ＳＳ）が配置される。センサ画素（ＳＳ）のいくつかは、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）の光遮断または光吸収媒質によって遮られ、指紋から反射された光に露出されない。センサ画素（ＳＳ）のいくつかは、光透過領域（Ａ）に配置されたときと同様に、光透過領域（Ａ）の周辺に配置されると、ミスアライメントに効果的に対処することができる。
イメージセンサ（ＩＳＳ）の解像度は、指紋認証の過程で指紋認識ができるように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の画面解像度以上であることが要求される。光透過領域（Ａ）内に１つ以上のセンサ画素（ＳＳ）が配置されるように、センサ画素（ＳＳ）の光露出面積は、光透過領域以下である。１つのディスプレイ画素（ＰＩＸ）内で、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）の長さを「ＰＤ」、センサ画素（ＳＳ）の長さを「ＰＳ」、光透過領域（Ａ）の長さを「ＰＡ」とすると、それらの間の関係は、図５及び図６に示すようにＰＤ≧ＰＳ、かつＰＡ≧ＰＳとなる。ここで、長さはＹ軸方向またはＸ軸方向の長さであり得る。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の画面は、入力映像を再生する画素アレイを含む。画素アレイは、複数のデータラインと、データラインと交差する複数のゲートライン、及びマトリックス状に配置されるディスプレイ画素（ＰＩＸ）を含む。ディスプレイ画素の各々は、カラー実現のために、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素に分割され、また、白サブ画素をさらに含み得る。サブ画素の各々は、ＯＬＥＤを含む。画面の少なくとも一部の領域、例えば、センシング領域（ＳＡ）において、各ディスプレイ画素（ＰＩＸ）は、光が受光されるセンサ画素（ＳＳ）を有する。指紋認識が可能なように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の解像度は、３００ＤＰＩ（dots per inch）以上、好ましくは４００ＤＰＩ以上であることが要求される。
電界発光表示装置において、画素間の駆動特性の差を補償するための補償回路は、内部補償回路と外部補償回路に分けることができる。画素回路は、画素のそれぞれに配置された内部補償回路を用いて、駆動素子のしきい値電圧をサンプリングし、画素を駆動するための画素データのデータ電圧にしきい値電圧を加えることにより、駆動素子間のしきい値電圧偏差を画素回路内部で自動的に補償する。外部補償回路は、駆動素子の電気的特性をセンシングし、そのセンシング結果に基づいて入力映像の画素データを変調することにより、各画素の駆動特性の変化を補償する。ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）は、内部補償回路または外部補償回路を含み得る。
透明基板（ＣＰ）上に指紋が接触したときに、イメージセンサ（ＩＳＳ）から変換されたデータを画像で再生すると、光透過領域（Ａ）が、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）ごとに分離されているので、図７に示すように断続的な指紋パターンが得られる。この指紋パターンは、ユーザの実際の指紋よりも不明瞭であるが、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の解像度は、指紋認識のために要求される最小解像度３００ＤＰＩより大きいため、指紋認識に問題はない。
図８の例のように、指紋（ＩＭ）の下にすべてのセンサ画素（ＳＳ）が位置すると、図９に示されるように、途切れのない明瞭な指紋パターンを得ることができる。しかし、図８のような場合には、指紋が接触する領域にディスプレイ画素がないため、画面上で指紋をセンシングすることができない。反面、本発明では、ディプレイ画素内に小さな光透過領域を介して、センサ画素が光露出されるため、入力映像が表示される画面上で指紋センシングを行うことができる。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図１０における構成要素のうち、上述した実施形態と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１０を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の上面に、透明基板（ＣＰ）、出光素子（ＶＨＯＥ２）、及び低屈折層（ＬＲ）が積層される。低屈折層（ＬＲ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に接着される。この実施形態では、図４に示された実施形態と異なり、光源（ＬＳ）と入光素子（ＣＨＯＥ）が削除された表示装置の断面構造が示されている。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）のセンシング領域（ＳＡ）に配置されたディスプレイ画素（ＰＩＸ）は、センサモードで光源として動作し、あらかじめ設定された輝度で発光する。センシング領域（ＳＡ）に配置されたディスプレイ画素（ＰＩＸ）は、ディスプレイモードで、他の画素（ＰＩＸ）と同様に、入力映像の画素データの階調に応じた輝度で発光して、入力映像を再生する。
出光素子（ＶＨＯＥ２）はホログラフパターンを用いて、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）からの光を透明基板（ＣＰ）の全反射臨界角より大きな角度で屈折させて、透明基板（ＣＰ）内で全反射を誘導し、そのうちの一部の光をイメージセンサ（ＩＳＳ）の方向に屈折させる。
イメージセンサ（ＩＳＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の下面に接着される。イメージセンサ（ＩＳＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を間に置いて、透明基板（ＣＰ）、出光素子（ＶＨＯＥ２）及低屈折層（ＬＲ）と対向する。指紋から反射された光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を介してイメージセンサ（ＩＳＳ）により受光される。イメージセンサ（ＩＳＳ）のセンサ画素（ＳＳ）のそれぞれは、光を電気信号に変換するフォトセンサを含み、指紋から反射された光を電圧に変換し、その電圧を増幅してデジタルデータに変換する。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を通過してイメージセンサ（ＩＳＳ）に進行する光の経路を確保するために、図５及び図６に示すように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）のディスプレイ画素（ＰＩＸ）内に光透過領域（Ａ）が形成される。光透過領域（Ａ）は、画面の少なくとも一部の領域、例えば、センシング領域（ＳＡ）において、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）のそれぞれに形成され得る。指紋認識が可能なように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の解像度は、３００ＤＰＩ（dots per inch）以上、好ましくは４００ＤＰＩ以上であることが要求される。
イメージセンサ（ＩＳＳ）の解像度は、指紋認証の過程で指紋認識ができるように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の画面解像度以上であることが要求される。光透過領域（Ａ）内に１つ以上のセンサ画素（ＳＳ）が配置されるように、センサ画素（ＳＳ）の光露出面積は、光透過領域以下である。１つのディスプレイ画素（ＰＩＸ）内で、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）の長さを「ＰＤ」、センサ画素（ＳＳ）の長さを「ＰＳ」、光透過領域（Ａ）の長さを「ＰＡ」とすると、それらの間の関係は、図５及び図６に示すようにＰＤ≧ＰＳ、かつＰＡ≧ＰＳとなる。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図１１における構成要素のうち、上述した実施形態と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１１を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に透明基板（ＣＰ）が接着される。この実施形態では、図１０に示された実施形態と異なり、出光素子（ＶＨＯＥ２）と低屈折層（ＬＲ）が除去される。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）のセンシング領域（ＳＡ）に配置されたディスプレイ画素（ＰＩＸ）は、センサモードで光源として動作し、あらかじめ設定された輝度で発光する。センシング領域（ＳＡ）に配置されたディスプレイ画素（ＰＩＸ）は、ディスプレイモードで、他の画素（ＰＩＸ）と同様に、入力映像の画素データの階調に応じた輝度で発光して、入力映像を再生する。
イメージセンサ（ＩＳＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の基板に接着される。指紋から反射された光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を介してイメージセンサ（ＩＳＳ）により受光される。イメージセンサ（ＩＳＳ）のセンサ画素（ＳＳ）のそれぞれは、光を電気信号に変換するフォトセンサを含み、指紋から反射された光を電圧に変換し、その電圧を増幅してデジタルデータに変換する。
この実施形態においては、出光素子（ＶＨＯＥ２）が設けられていないので、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）からの光は、透明基板（ＣＰ）内で全反射されず、透明基板（ＣＰ）を介して、指紋から反射される。指紋から反射された光は、イメージセンサ（ＩＳＳ）に入射する。指紋の隆線（Ridge）から反射されてイメージセンサ（ＩＳＳ）に受光された光量は、指紋の谷（Valley）から反射された光量よりも大きい。イメージセンサ（ＩＳＳ）は、指紋の隆線（Ridge）と谷（Valley）と間における光の反射率の差によって指紋パターンをセンシングすることができる。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を通過してイメージセンサ（ＩＳＳ）に進行する光の経路を確保するために、図５及び図６に示すように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）のディスプレイ画素（ＰＩＸ）内に光透過領域（Ａ）が形成される。光透過領域（Ａ）は、画面の少なくとも一部の領域、例えば、センシング領域（ＳＡ）において、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）のそれぞれに形成され得る。指紋認識が可能なように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の解像度は、３００ＤＰＩ（dots per inch）以上、好ましくは４００ＤＰＩ以上であることが要求される。
イメージセンサ（ＩＳＳ）の解像度は、指紋認証の過程で指紋認識ができるように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の画面解像度以上であることが要求される。光透過領域（Ａ）内に１つ以上のセンサ画素（ＳＳ）が配置されるように、センサ画素（ＳＳ）の光露出面積は、光透過領域以下である。１つのディスプレイ画素（ＰＩＸ）内で、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）の長さを「ＰＤ」、センサ画素（ＳＳ）の長さを「ＰＳ」、光透過領域（Ａ）の長さを「ＰＡ」とすると、それらの間の関系は、図５及び図６に示すようにＰＤ≧ＰＳ、かつＰＡ≧ＰＳとなる。
図１２は、本発明の第４実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図１２における構成要素のうち、上述した実施形態と実質的に同一の構成については同一の図面符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１２を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の上面に、透明基板（ＣＰ）が接着される。ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の下面には、１つ以上の光源（ＬＳ２）とイメージセンサ（ＩＳＳ）が配置される。
光源（ＬＳ２）とディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の基板の間に、入光素子（ＣＨＯＥ２）が接着される。入光素子（ＣＨＯＥ２）は、光源（ＬＳ２）と透明基板（ＣＰ）との間に配置され、透明基板（ＣＰ）内で光が全反射する角度で光源（ＬＳ２）からの光を屈折させる。入光素子（ＣＨＯＥ２）を通過した光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を透過し、透明基板（ＣＰ）内で全反射され、指紋の谷（Valley）で反射される一方で、指紋の隆線（Ridge）で外部に透過する。
イメージセンサ（ＩＳＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の下面に接着される。指紋から反射された光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を介してイメージセンサ（ＩＳＳ）により受光される。イメージセンサ（ＩＳＳ）のセンサ画素（ＳＳ）のそれぞれは、光を電気信号に変換するフォトセンサを含み、指紋から反射された光を電圧に変換し、その電圧を増幅してデジタルデータに変換する。
図１３は、本発明の第５実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図１３における構成要素のうち、上述した実施形態と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１３を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の上面に透明基板（ＣＰ）が接着される。ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の下面には、１つ以上の光源（ＬＳ３）が配置される。
光源（ＬＳ３）とディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の基板の間には、入光素子（ＣＨＯＥ３）が接着される。入光素子（ＣＨＯＥ３）は、光源（ＬＳ３）と透明基板（ＣＰ）との間に配置され、透明基板（ＣＰ）内で光が全反射する角度で光源（ＬＳ３）からの光を屈折させる。入光素子（ＣＨＯＥ３）を通過した光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を透過し、透明基板（ＣＰ）内で全反射され、指紋の谷（Valley）で反射される一方で、指紋の隆線（Ridge）から外部に透過する。
ディスプレイ画素（ＰＩＸ）のＯＬＥＤは、ＯＬＥＤに印加される逆方向バイアスによって光に露出されると、光電流（photo current）を発生させる。センサモードでＯＬＥＤに逆バイアスが印加されると、ディスプレイ画素のＯＬＥＤはフォトセンサとして動作する。これを用いて、センサモードにおいて、指紋から反射された光は、逆方向バイアスが印加されるＯＬＥＤ、すなわちフォトセンサにより光電変換される。他の実施形態では、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の画素アレイ内において光透過領域（Ａ）のそれぞれに、１つ以上のフォトセンサが配置され得る。したがって、この実施形態では、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に、イメージセンサを接着するのではなく、ディスプレイ画素を用いることにより、または画素アレイ内にフォトセンサを埋め込むことにより、画面上の何れの位置でも指紋センシングが可能になる。映像が表示される画面上で指紋をセンシングすることができるので、指紋認証が必要なアプリケーション、コンテンツ、または実行／再生ファイルのアイコンがユーザの指により画面上でタッチされると、ユーザ認証が行われ、その後、ユーザはそのアプリケーション、コンテンツ、またはファイルにアクセスすることが可能となる。
図１４は、本発明の第６実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図１４における構成要素のうち、上述した実施形態と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１４を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の上面に透明基板（ＣＰ）が接着される。ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の下面には、イメージセンサ（ＩＳＳ４）と１以上の光源（ＬＳ４）が配置される。
光源（ＬＳ４）とディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の基板の間には、入光素子（ＣＨＯＥ４）が接着される。入光素子（ＣＨＯＥ４）は、光源（ＬＳ３）と透明基板（ＣＰ）との間に配置され、透明基板（ＣＰ）内で光が全反射する角度で光源（ＬＳ４）からの光を屈折させる。入光素子（ＣＨＯＥ３）を通過した光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を透過して透明基板（ＣＰ）内で全反射され、指紋の谷（Valley）で反射される一方で、指紋の隆線（Ridge）から外部に透過する。
イメージセンサ（ＩＳＳ４）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の下面に接着される。指紋から反射された光は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を介してイメージセンサ（ＩＳＳ4）により受光される。イメージセンサ（ＩＳＳ4）のセンサ画素（ＳＳ）のそれぞれは、光を電気信号に変換するフォトセンサを含み、指紋から反射された光を電圧に変換し、その電圧を増幅してデジタルデータに変換する。
上述した図１３における実施形態と同様に、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の画素アレイにおけるディスプレイ画素（ＰＩＸ）のＯＬＥＤに対して、逆方向バイアスを印加することができ、また、画素のアレイにフォトセンサを埋め込むことができる。この実施形態では、画面上のどの位置でも指紋センシングが可能である。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の画素アレイに埋め込まれたセンサ画素（ＳＳ）を用いて、指紋パターンをセンシングし、イメージセンサ（ＩＳＳ４）を用いて、指静脈を感センシングすることができる。この場合、同時にセンシングされた指紋パターン及び指静脈パターンをあらかじめ格納されたユーザの指紋パターン及び指静脈パターンとそれぞれ比較することにより、指紋パターンを指静脈認証の結果に基づいて検証することができるので、さらに安全なユーザ認証を行うことができる。イメージセンサ（ＩＳＳ４）を用いて指紋パターンをセンシングし、画素アレイに埋め込まれたたセンサ画素（ＳＳ）で指静脈をセンシングすることもできる。
イメージセンサ（ＩＳＳ〜ＩＳＳ４）は、任意の周知のイメージセンサとして、または図１５乃至図１７のようなセンサパネルとして実現され得る。
図１５〜図１７に示されたセンサパネル（ＳＰＮＬ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）のＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイ工程により実現され得る。したがって、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の製造工程ラインで、センサパネル（ＳＰＮＬ）を製作することができる。ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）とセンサパネル（ＳＰＮＬ）のＴＦＴアレイにおけるＴＦＴは、酸化物半導体を含むＴＦＴ（Oxide ＴＦＴ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を含むＴＦＴ（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ）、低温ポリシリコン（Low Temperature Poly Silicon、ＬＴＰＳ）を含むＴＦＴ（ＬＴＰＳ ＴＦＴ）のうち、いずれか１つ以上で実現され得る。ＴＦＴは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）として実現され得る。ＴＦＴは、ｎ型トランジスタ（ＮＭＯＳ）またはｐ型トランジスタ（ＰＭＯＳ）のいずれか、またはそれらの組み合わせとして実現され得る。
図１５は、本発明の第７実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。
図１５を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）は、基板（ＳＵＢ２）上に形成された画素アレイ、画素アレイを覆う封止基板（ＥＮＣＡＰ）、封止基板（ＥＮＣＡＰ）上に配置されたタッチセンサパネル（ＴＳＰ）、及びタッチセンサパネル（ＴＳＰ）上に接着された偏光フィルム（ＰＯＬ）を含む。画素アレイは、ＴＦＴアレイと、そのＴＦＴアレイに接続されたＯＬＥＤアレイを含む。ＴＦＴアレイは、データライン、ゲートライン、及びＴＦＴを含む。ＯＬＥＤアレイは、ＴＦＴに接続された画素のＯＬＥＤを含む。基板（ＳＵＢ２）の前面には画素アレイが形成され、その基板（ＳＵＢ２）の背面にはセンサパネル（ＳＰＮＬ）が接着剤（ＧＬＵＥ）で接着され得る。
ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上には、指向性光源装置（ＳＬＳ）が配置される。出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折層（ＬＲ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に配置される。低屈折層（ＬＲ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に接着剤（ＯＣＡ）で接着され得る。光源（ＬＳ）が赤外線の波長の光を発生するとき、赤外線の波長の選択性を高めるために、センサパネル（ＳＰＮＬ）とユーザの指紋の間に赤外線フィルタが追加され得る。例えば、赤外線フィルタは、図５及び図６に示されるように、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）に配置され得る。
センサパネル（ＳＰＮＬ）には、センサ画素が配置される。センサ画素は、図２１に示すようにフォトダイオード、スイッチ素子、キャパシタなどを含み得る。フォトダイオードは、ＴＦＴとして実現されるかＰｉＮダイオードとして実現され得る。
センサパネル（ＳＰＮＬ）は、基板（ＳＵＢ１）上に形成された複数のセンサ画素（ＳＳ）と、センサ画素（ＳＳ）を間に置いて、基板（ＳＵＢ１）のバックプレート（ＢＰ）を備える。バックプレート（ＢＰ）は、接着剤（ＧＬＵＥ）で基板（ＳＵＢ１）に接着され得る。センサ画素（ＳＳ）は、基板（ＳＵＢ１）の前面上に形成され得る。基板（ＳＵＢ１）の背面は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の基板（ＳＵＢ２）の背面に接着される。
センサパネル（ＳＰＮＬ）の基板（ＳＵＢ１）としてＰＩ（Polyimide）フィルム基板のようなフレキシブル基板を用いる場合に、フレキシブル基板を支持するキャリア基板がセンサ画素の製造工程中に必要である。センサ画素の製造工程を終了した後、キャリア基板からフレキシブル基板を取り外す前に、バックプレート（ＢＰ）をセンサ画素が生成されたフレキシブル基板面に接着することにより、キャリア基板分離後にセンサパネル（ＳＰＮＬ）をディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）に容易に接着することができる。基板（ＳＵＢ１）にバックプレート（ＢＰ）を接着するために用いられる接着剤（ＧＬＵＥ）と基板（ＳＵＢ１）にディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を接着するために用いられる接着剤（ＧＬＵＥ）としてＦＳＡ（Face Seal Adhesive）を用いることにより、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）への水分の浸透を効果的に防止することができる。
図１６は、本発明の第８実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図１６における構成要素のうち、図１５の実施形態と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１６を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に接着剤（ＯＣＡ）で透明基板（ＣＰ）が接着される。透明基板（ＣＰ）を除く指向性光源装置（ＳＬＳ）の構成要素は除去され得る。
ディスプレイ画素（ＰＩＸ）は、センサモードで光源として動作し、あらかじめ設定された輝度で発光する。ディスプレイ画素（ＰＩＸ）は、ディスプレイモードで、他の画素（ＰＩＸ）と同様に、入力映像の画素データの階調に応じた輝度で、印加された順方向バイアスにより発光し、入力映像を再生する。
ディスプレイ画素（ＰＩＸ）からの光は、透明基板（ＣＰ）内で全反射されず、透明基板（ＣＰ）を介して指紋から反射される。指紋から反射された光は、センサパネル（ＳＰＮＬ）のセンサ画素（ＳＳ）に入射する。指紋の隆線（Ridge）から反射され、光透過領域（Ａ）を介してセンサ画素（ＳＳ）により受光された光量は、指紋の谷（Valley）で反射された光量よりも大きい。センサパネル（ＳＰＮＬ）は、指紋の隆線（Ridge）と谷（Valley）との間の光の反射率の差により指紋パターンをセンシングすることができる。
図１７は、本発明の第９実施形態に係る電界発光表示装置の断面図である。図１７における構成要素のうち、図１５及び図１６の実施形態と実質的に同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１７を参照すると、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）上に接着剤（ＯＣＡ）で透明基板（ＣＰ）が接着される。透明基板（ＣＰ）を除く指向性光源装置（ＳＬＳ）の構成要素は除去され得る。ディスプレイ画素（ＰＩＸ）の少なくともいくつかが、センサモードで光源として動作する。したがって、この実施形態における光源の実現方法と指紋センシング原理は、図１６における実施形態のものと実質的に同一である。
この実施形態において、電界発光表示装置は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）とセンサパネル（ＳＰＮＬ）との間に配置された光集束素子（ＬＥＮＳ）をさらに備える。光集束素子（ＬＥＮＳ）は、接着剤で、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）とセンサパネル（ＳＰＮＬ）の間に接着され得る。光集束素子（ＬＥＮＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）の光透過領域（Ａ）を介して入射した光をセンサ画素（ＳＳ）に集束させることにより、センサ画素（ＳＳ）の受光効率を向上させることができる。光集束素子（ＬＥＮＳ）は、図１８ａのようなレンズ、または図１８ｂのようなピンホールアレイとして実現され得る。
図１９及び図２０は、本発明の実施形態に係る電界発光表示装置のディスプレイパネルをフレキシブル基板上に実現した例を示す断面図である。
図１９は、指向性光源装置（ＳＬＳ）がない例である。図１９を参照すると、ディスプレイパネル上に接着された透明基板１１と、ディスプレイパネルの下に配置されたイメージセンサ２３、ディスプレイパネルを駆動するためのドライブ集積回路（以下「ＩＣ」と称する）２５を備える。
ディスプレイパネルは、バックプレート１９上に接着された有機薄膜フィルム１７、有機薄膜フィルム１７上に形成された画素アレイ１６、画素アレイ１６上に配置されたタッチセンサパネル１５、及びタッチセンサパネル１５上に接着された偏光フィルム１４を含む。上述した光透過領域（Ａ）は、ディスプレイ画素（ＰＩＸ）に形成される。
偏光フィルム１４は、ディスプレイパネル上で外部光の反射を遮断することにより、屋外視認性を改善する。偏光フィルム１４は、円偏光子（またはλ／４板）を含み得る。偏光フィルム１４は、接着剤１３、例えばＯＣＡで透明基板１１上に接着される。
バックプレート１９は、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）基板であり得る。バックプレート１９は、画素アレイ１６が湿気に曝されないように透湿を防止するとともに、画素アレイ１６を支持する。有機薄膜フィルム１７は、薄いＰＩ（Polyimide）フィルム基板であり得る。有機薄膜フィルム１７上には、図示しない絶縁物質で多層のバッファ膜が形成され得る。有機薄膜フィルム１７上には、画素アレイ１６とタッチセンサパネル１５に印加される電力または信号を供給するための配線が形成され得る。
画素アレイ１６は、データライン、データラインと交差するゲートライン、マトリックス状に配置された画素を含み、入力映像を再生する画面を構成する。画素の各々は、発光素子を含む。一例として、画素のそれぞれは、ＯＬＥＤと、そのＯＬＥＤのための駆動回路とを含むことができる。画素アレイ１６のデータラインは、ドライブＩＣ２５に接続され、ドライブＩＣ２５からのデータ信号の供給を受ける。タッチセンサパネル１５は、タッチ入力をセンシングするためにタッチセンサ駆動部によって駆動され、各タッチ入力の座標と識別コード（ＩＤ）をホストシステムに伝送する。
イメージセンサ２３は、ディスプレイパネルの光透過領域を介して入射された光を電気信号に変換して指紋データまたは指静脈データを出力する。イメージセンサ２３は、ディスプレイパネルの構造変更せずに、画素アレイ１６の下に接着されてベゼルサイズに影響を与えない。イメージセンサ２３の受信部が透明基板１１を向くように、イメージセンサ２３は、ディスプレイパネルに接着される。イメージセンサ２３とディスプレイパネルとの間に空隙（air gap）が存在する場合、センサの性能が著しく低下したり、指紋センシングが不可能になることがある。したがって、イメージセンサ２３の受信部は、接着剤２２で、ディスプレイパネルのバックプレート１９に接着される。イメージセンサの受光部には、受光効率を高めるためのレンズが設置され得る。
バックプレート１９には、フォームパッド２０と金属層２１が積層され得る。フォームパッド２０は、発泡樹脂（foamed resin）で製作され、振動や衝撃を吸収する。金属層２１は、電磁干渉（electro-magnetic interference、ＥＭＩ）を遮蔽する金属層、例えば、Ｃｕ層である。バックプレート１９上にセンサパネル（ＳＰＮＬ）が積層され得る。
イメージセンサ２３がバックプレート１９に接着されるように、フォームパッド２０と金属層２１にバックプレート１９を露出するホール３０が形成される。イメージセンサ２３はホール３０内に配置され、イメージセンサ２３の受信部はバックプレート１９に接着される。ミッドフレーム２７は、イメージセンサ２３が挿入されるホールを露出するホールを備え得る。バックプレート１９とフォームパッド２０のホールにイメージセンサ２３が挿入された状態で、イメージセンサ２３がバックプレート１９に接着されているため、指紋とイメージセンサ２３との間に光の経路を確保して表示装置の構造をスリム化することができる。
ドライブＩＣ２５は、入力映像のデータをデータ信号に変換して、画素アレイのデータラインに出力することにより、画素を駆動する。ドライブＩＣ２５は、タッチセンサ駆動部を含み得る。ドライブＩＣ２５は、第２フレキシブル基板２６上に実装される。
第１フレキシブル基板２４の一端は、ミッドフレーム２７の底部の内側面上でイメージセンサ２３に接続される。第１フレキシブル基板２４の他端は、ミッドフレーム２７の第１ホールを介して、ミッドフレーム２７の底部の外側面に露出される。第１フレキシブル基板２４の他端は、第２フレキシブル基板２６と接続される。第１及び第２フレキシブル基板（２４、２６）のそれぞれは、ＦＰＣＢ（Flexible Printed Circuit Board）に実現され得る。第１及び第２フレキシブル基板（２４、２６）は、同期させる必要がない場合には、互いに分離されていてもよい。
ミッドフレーム２７は、プラスチックのような樹脂で製作され得る。ミッドフレーム２７は、ディスプレイパネル（１４、１５、１６、１７、１９）、イメージセンサ２３、ドライブＩＣ２５などを収容する。ミッドフレーム２７の側壁上部は、両面テープ２０で、透明基板１１に接着され得る。透明基板１１には、 装飾フィルム（Decorative Film）１２が接着され得る。装飾フィルム１２には、画像、ロゴ、文字などが印刷され得る。
有機薄膜フィルム１７の一端は、ディスプレイパネルの背面の方向に曲げられ、第２フレキシブル基板２６の一端に接続される。マンドレル１８は、バックプレート１９とフォームパッド２０の側面に接着され、有機薄膜フィルム１７の曲げ部を支持する。
第２フレキシブル基板２６の他端は、ミッドフレーム２７の第２ホールを介して、ミッドフレーム２７の底部外側面に露出され、第１フレキシブル基板２４の他端に接続される。ドライブＩＣ２５は、第２フレキシブル基板２６上でミッドフレーム２７の底部外側面に露出された部分に実装される。
第１フレキシブル基板２４は、イメージセンサ２３をホストシステムのメインボード及び／またはドライブＩＣ２５に接続する。ホストシステムは、第１フレキシブル基板２４を介してイメージセンサ２３に接続され、イメージセンサ２３とデータを交換し、イメージセンサ２３を制御する。
ホストシステムは、テレビシステム、セットトップボックス、ナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ホームシアターシステム、モバイルシステム、ウェアラブルシステム、仮想現実システムのうちのいずれか１つであり得る。ホストシステムは、ドライブＩＣ２５に入力映像の画素データを伝送する。ホストシステムは、タッチセンサ駆動部からの座標にリンクされたアプリケーションを実行し、イメージセンサ２３から受信された指紋情報に基づいてユーザ認証を実行する。
図２０は、指向性光源装置（ＳＬＳ）がディスプレイパネル上に接着された例を示している。図２０において、図１９の実施形態と実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図２０を参照すると、本発明の表示装置は、ディスプレイパネル上に配置された指向性光源装置をさらに備える。指向性光源装置は、光源３３、入光素子３１、透明基板１１、出光素子３２を備える。指向性光源装置は、図示しない低屈折層をさらに備え得る。
光源３３は、透明基板１１の一端の下に配置される。入光素子３１と出光素子３２は、透明基板１１とディスプレイパネルとの間に配置される。入光素子３１と出光素子３２は、透明基板１１に接着され、ディスプレイパネルの偏光フィルム１４は、出光素子３２に接着される。
光源３３からの光は、入光素子３１によって、透明基板１１内で全反射される角度で屈折され、透明基板１１内を伝播する。出光素子３２は、基板内で全反射された光の一部の角度を調節する。出光素子３２によって全反射角が狭くなった光は、透明基板１１の上面で反射され、低屈折層を通過し、ディスプレイパネルの光透過領域（Ａ）を通過し、イメージセンサ２３の受光部に照射され得る。入光素子３１と出光素子３２は、ホログラフィパターンを含む光学素子として実現され得る。
図２１は、センサ画素（ＳＳ）の一例を示す回路図である。
図２１を参照すると、センサ画素（ＳＳ）は、センサ素子（Ｔ１）、スイッチ素子（Ｔ２）、キャパシタ（Ｃｓｔ）を含む。センサ素子（Ｔ１）とスイッチ素子（Ｔ２）は、図２２〜図２４に示すように、トランジスタとして実現され得る。
センサ素子（Ｔ１）がオフであるとき、センサ素子（Ｔ１）は、光に露出されると、光電流（photo current）を発生し、この電流でキャパシタ（Ｃｓｔ）が充電される。ゲート信号（Ｇａｔｅ）が印加されると、スイッチ素子（Ｔ２）がオンとなり、キャパシタ（Ｃｓｔ）に蓄積されたセンサ信号の電圧が配線（ＲＬ）を介してセンサ信号処理回路（ＲＯＩＣ）に供給される。センサ信号処理回路（ＲＯＩＣ）は、センサ信号を増幅してデジタルデータに変換し、ホストシステムに伝送する。
図２２〜図２４は、図２１のセンサ画素の製造工程を段階的に示す断面図である。
図２２〜図２４を参照すると、キャリア基板（ＣＡＲＧ）上にセンサ素子（Ｔ１）とスイッチ素子（Ｔ２）が形成される。センサ素子（Ｔ１）とスイッチ素子（Ｔ２）は、トランジスタとして実現される。キャリア基板（ＣＡＲＧ）上には、有機薄膜フィルム（ＰＩ）と犠牲層（ＢＵＦ）が積層される。犠牲層（ＢＵＦ）上には光遮断膜（ＬＳ）が形成され、その上に半導体パターン（ＡＣＴ）、ゲート絶縁膜（ＧＩ）、ゲート金属パターン（ＧＥ）、ソース−ドレイン金属パターン（ＳＤＥ）などが積層される。トランジスタのゲートは、ゲート金属パターン（ＧＥ）で形成され、ソース及びドレインは、ソース−ドレイン金属パターン（ＳＤＥ）で形成される。層間絶縁膜（ＩＬＯ）は、ゲート金属パターン（ＧＥ）とソース−ドレイン金属パターン（ＳＤＥ）を絶縁する。センサ素子（Ｔ１）とスイッチ素子（Ｔ２）は、平坦化層（ＯＣ）によって覆われる。平坦化層（ＯＣ）は省略され得る。
バックプレート（ＢＣ）は、図２３に示すように、接着剤（ＧＬＵＥ）で平坦化層（ＯＣ）に接着される。次に、レーザ剥離（Laser Release）工程でキャリア基板（ＣＡＲＧ）と有機薄膜フィルム（ＰＩ）が分離され、このとき犠牲層（ＢＵＦ）が除去される。続いて、図２４に示すように、バックプレート（ＢＣ）が下に位置するように、センサパネルを裏返した後、有機薄膜フィルム（ＰＩ）上に接着剤（ＧＬＵＥ）でディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）を接着する。ラミネート工程でセンサパネル（ＳＰＮＬ）上にディスプレイパネル（ＤＰＮＬ）が接着されてもよい。
図２５は、センサ素子（Ｔ１）がＰｉＮダイオードで実現された例を示す断面図である。
図２５を参照すると、ＰｉＮダイオードの半導体層（ＰＩＮ）は、ｐ＋層、真性半導体層（Intrinsic semiconductor）、ｎ＋層が積層された構造を有する。 ＰｉＮダイオードの一方の電極は、スイッチ素子（Ｔ２）に接続される。
スイッチ素子（Ｔ２）は、基板（ＳＵＢ１）上にボトムゲート構造のトランジスタとして形成することができる。スイッチ素子（Ｔ２）は、ゲート金属パターン（ＧＥ）で形成されたゲートと、ゲート絶縁膜（ＧＩ）を間に置いてゲート金属パターン（ＧＥ）と重なる半導体パターンと、半導体パターンと接するソース−ドレイン金属パターン（ＳＤＥ）で形成されたソース及びドレインとを含む。第１保護膜（ＰＡＳ１）は、スイッチ素子（Ｔ２）を覆い、第２保護膜（ＰＡＳ２）は、ＰｉＮダイオード（ＰＩＮ）を覆う。
以上説明した内容から、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で様々な変更及び修正が可能であることが分かる。したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定めるべきである。

Claims (9)

  1. 複数のディスプレイ画素を含むディスプレイパネルと、
    前記ディスプレイパネルの上面に接着された透明基板と、
    前記ディスプレイパネルの下面に接着されたイメージセンサと、
    前記透明基板の一端の下に配置された光源と、
    前記光源と前記透明基板との間に配置され、前記光源からの光を前記透明基板内で光が全反射する角度で屈折させる入光素子と、
    前記ディスプレイパネルの画面上で、前記ディスプレイパネルと前記透明基板との間に配置され、前記透明基板内を進行する光の一部が前記透明基板の下面を介して前記ディスプレイパネルの方向に進行するように、前記透明基板内を進行する光の一部を屈折させる出光素子と、
    前記出光素子と前記ディスプレイパネルとの間に配置され、前記出光素子より低い屈折率を有する低屈折層とを備え、
    前記ディスプレイパネルの画素アレイにおいて少なくとも一部の領域に配置された前記ディスプレイ画素の各々は、光透過領域を含み、
    前記イメージセンサは、複数のフォトセンサを含み、
    １つ以上の前記フォトセンサは、前記光透過領域内に露出され、
    前記イメージセンサの解像度は、前記ディスプレイパネルの解像度以上である、指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  2. 前記ディスプレイ画素のうちの少なくともいくつかは、センサモードで発光し、前記ディスプレイ画素からの光は、前記透明基板上の指紋から反射され、前記光透過領域を介して前記イメージセンサの方向に進行する、請求項１に記載の指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  3. 前記ディスプレイパネルの下面に接着された１つ以上の光源と、
    前記光源と前記透明基板との間に配置され、前記光源からの光を前記透明基板内で光が全反射する角度で屈折させる入光素子とをさらに備える、請求項１に記載の指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  4. 前記ディスプレイパネルと前記イメージセンサの間に配置され、前記イメージセンサの方向に進行する光を集束させる光集束素子をさらに備える、請求項１に記載の指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  5. 複数のディスプレイ画素を含むディスプレイパネルと、
    前記ディスプレイパネルの上面に接着された透明基板と、
    前記ディスプレイパネルの下面に接着されたイメージセンサとを備え、
    前記ディスプレイ画素のうちの少なくともいくつかがセンサモードでフォトセンサとして駆動されるか、またはフォトセンサが前記ディスプレイパネルに埋め込まれ、
    前記ディスプレイパネルの画素アレイにおいて少なくとも一部の領域に配置された前記ディスプレイ画素の各々は、光透過領域を含み、
    前記イメージセンサは、複数のフォトセンサを含み、
    １つ以上の前記フォトセンサは、前記光透過領域内に露出され、
    前記イメージセンサの解像度は、前記ディスプレイパネルの解像度以上である、指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  6. センサモードにおいて、前記ディスプレイパネルの画面において少なくとも一部の領域に配置された前記ディスプレイ画素の有機発光ダイオードは、前記有機発光ダイオードに印加される逆方向バイアスによりフォトセンサとして動作し、
    ディスプレイモードにおいて、前記ディスプレイパネルの画面における少なくとも一部の領域に配置された前記ディスプレイ画素の有機発光ダイオードは、前記有機発光ダイオードに印加される順方向バイアスにより入力映像の画素データを表示する、請求項５に記載の指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  7. 前記逆方向バイアスが印加される前記ディスプレイ画素を介して指紋のパターンがセンシングされ、
    前記イメージセンサを介して指静脈パターンがセンシングされる、請求項６に記載の指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  8. 前記逆方向バイアスが印加される前記ディスプレイ画素を介して指静脈パターンがセンシングされ、
    前記イメージセンサを介して指紋パターンがセンシングされる、請求項６に記載の指紋センサ一体型電界発光表示装置。
  9. 前記ディスプレイパネルと前記イメージセンサの間に配置され、前記イメージセンサの方向に進行する光を集束させる光集束素子をさらに備える、請求項５に記載の指紋センサ一体型電界発光表示装置。
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