JP6698617B2 - 指紋センサを含む表示装置 - Google Patents

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。

コンピュータ技術の発達に応じてノートブックコンピュータ、タブレットＰＣ（Ｔａｂｌｅｔ ＰＣ）、スマートフォン（Ｓｍａｒｔ Ｐｈｏｎｅ）、個人携帯情報端末機（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、現金自動預払い機（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）、検索案内システムなどのようなさまざまな用途のコンピュータベースのシステム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｂａｓｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ）が開発されてきた。これらのシステムには、通常的に、個人のプライバシーに関する情報はもちろん、営業情報や営業機密などのように秘密を要する多くのデータが著蔵されているので、これらのデータを保護するためには、保安を強化する必要性がある。

このため、従来から生体情報を認識することができるセンサを用いて、保安性を強化する方法が提案されている。例えば、指の指紋を利用して、システムの登録や認証を行うことにより、保安性を強化することができる指紋センサが知られている。指紋センサは、人間の指の指紋を感知するセンサである。指紋センサは光学式指紋センサ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ）、静電容量式指紋センサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ）、超音波指紋センサ（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｅｎｓｏｒ）などと分類することができる。

一般的に、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ている。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るが、この場合に、ベゼル領域が大きくなる。表示パネルに指紋センサを配置するために、表示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が、画面領域で、表示パネルとバックライトユニット（Ｂａｃｋ ｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ、ＢＬＵ）の間に指紋センサを配置すると、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、空気層（ａｉｒ ｇａｐ）がたくさんあるので、表示パネルの下に指紋センサ、特に超音波指紋センサを配置することは難しい。

本発明の目的は、ベゼル大きさの増加と表示パネルの構造を変更せずに、画面上で指紋を検出することができる指紋センサを含む表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、透明基板と、前記透明基板の下に配置されて前記透明基板に向かう画面上に映像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの下に配置されて指紋を感知する指紋センサと、前記表示パネルを駆動するドライブＩＣを備える。

本発明の表示装置は、発光素子を有するピクセル（ｐｉｘｅｌ：画素）アレイの下に指紋センサを配置し、指紋センサを表示パネルに接着することにより、ベゼル大きさの増加と表示パネルの構造を変更せずに、画面上で指紋を感知することができる。また、本発明は、電磁波（ＥＭＩ）遮蔽のための金属層にホールを形成し、そのホール内に指紋センサを挿入することにより、指紋が接触する透明基板と、指紋センサ間の超音波または光の経路を確保し、表示装置をスリムにすることができる。

本発明は、フォームパッド、及び／または金属層に形成されたホール内に指紋センサが埋め立てされるため、透明基板上の指紋と指紋センサとの間の距離を減らすことができる。指紋センサの埋立構造は、指紋センサの超音波または光受信効率を高め、指紋センシング性能を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る表示装置を示す断面図である 本発明の第２実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 図１及び図２に示された第１フレキシブル基板にビアホールが形成された例を示して断面図である。 本発明の第３実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 本発明の第７実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 本発明の第８実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 図８及び図９に示された第１フレキシブル基板にビアホールなしで、ホストシステムのメインボードに接続された例を示して断面図である。 画面上に配置された指紋センサを示す一例と指紋センサの位置を指示するユーザインタフェース方法の一例を示すスマートフォンの平面図である。 指向性光源装置を示す断面図及び平面図である。 図１２に示された透明基板内での光経路を示す断面図である。 表示パネル上に配置された指向性光源装置を示す断面図及び平面図である。 媒質と超音波指紋センサとの間の空気層の有無により異なるようになる超音波経路を示す図である。 光学式指紋センサの受光効率を高めるレンズを示す図である。 指向性光源装置において透明基板媒質と光学式指紋センサとの間の空気層の有無により異なるようになる光の経路を示す図である。 非透明フィルムを示す図である。 非透明フィルムを示す図である。 非透明フィルムを示す図である。 非透明フィルムを示す図である。

本発明の表示装置は、電界発光表示装置のような自発光素子をベースに実現される。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のピクセルは、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、「ＯＬＥＤ」と称する）を利用して発光する。

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、特に明示的な記載事項がない限り、複数を含む。

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を可能とすることもあり、互いに関連つけられ、共に実施可能とすることもある。

本発明の表示装置は、映像が表示される画面、つまり、表示領域上に指紋が接触され、画面の反対側に配置された指紋センサによって指紋が感知される。表示パネルを挟んで、ユーザの指紋が接触する面と指紋センサの配置面が互いに反対に位置する。指紋センサは、指紋センサの受光面や超音波受信面が指紋接触面を向くように表示パネル上に配置される。

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の一つとして、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あることに注意しなければならない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置を示す断面図である。

図１を参照すると、本発明の表示装置は、表示領域上に映像を表示する表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）上に配置されて表示領域上で指紋をセンシングする指紋センサ２３、及び表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）を駆動するドライブ集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下「ＩＣ」と称する）２５を備える。表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）上に表示領域を覆って、指紋が接触する透明基板１１が配置される。指紋センサ２３は、表示領域上に配置されて表示領域上で指紋パターンを検出する。指紋センサ２３は、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）と対向する。

表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）は、プラスチックＯＬＥＤ表示装置のようなフレキシブル表示装置（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）のフレキシブル表示パネルで有り得るが、これに限定されない。プラスチックＯＬＥＤ表示装置の場合、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）は、バックプレート１９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上に形成された表示領域１６、表示領域１６上に配置されたタッチセンサアレイ１５、及びタッチセンサアレイ１５上に接着された偏光フィルム１４を含む。表示領域１６は、映像を表示するピクセルアレイを含む画面である。

偏光フィルム１４は、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）上で、外部光の反射を遮断して、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）を含むことができる。偏光フィルム１４は、接着剤１３例えば、光学接着剤（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌｅａｒ ａｄｈｅｓｉｖｅ、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）基板で有り得る。バックプレート１９は、表示領域１６が、湿度にさらされないように透湿を遮断し、表示領域１６を支持する。有機薄膜フィルム１７は、薄いＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）フィルム基板で有り得る。有機薄膜フィルム１７上に図示しない絶縁物質で多層のバッファ膜が形成されることができる。有機薄膜フィルム１７上に表示領域１６とタッチセンサアレイ１５に印加される電源や信号を供給するための配線を形成してもよい。

表示領域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、マトリックスタイプで配置されたピクセルを含み入力映像を再現する画面を実現する。ピクセルの各々は、発光素子を含む。一例として、ピクセルのそれぞれは、ＯＬＥＤと、そのＯＬＥＤの駆動回路を含むことができる。表示領域１６のデータラインは、ドライブＩＣ２５に接続されて、ドライブＩＣ２５からのデータ信号の供給を受ける。タッチセンサアレイ１５は、タッチセンサ駆動部によって駆動され、タッチ入力を感知し、タッチ入力のそれぞれの座標と識別コード（ＩＤ）をホストシステムに伝送する。

指紋センサ２３は、第１フレキシブル基板２４上に実装される。指紋センサ２３は、指紋から反射された光を受光する指紋の隆線（Ｒｉｄｇｅ）とくぼみ（Ｖａｌｌｅｙ）から反射された光量の違いを利用して、指紋パターンを検出する光学式指紋センサで実現される。指紋センサ２３の受光面や超音波受信面は表示領域上に接触された指紋と向き合う。

光学式指紋センサは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＩＳ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）などのイメージセンサを含むことができる。光学式指紋センサは、指紋認識モードで表示領域１６から発生した光が透明基板１１の方向に照射され、指紋から反射した光から指紋パターンを検出することができる。光学式指紋センサは、ピクセルを光源として使用することによってではなく、透明基板１１を含む指向性光源装置（ＳＬＳ）から受光した光を使用することによって指紋パターンを検出する。

指紋センサ２３は、超音波指紋センサを利用して、指紋パターンを検出することができる。超音波指紋センサは、超音波伝送機を利用して、透明基板１１の方向に超音波を送り、指紋の隆線（Ｒｉｄｇｅ）とくぼみ（Ｖａｌｌｅｙ）で反射した超音波を分析して、指紋パターンを検出する。

このような指紋センサ２３は、表示パネルの構造を変更せずに表示領域１６の下に配置されるので、ベゼル大きさに影響を与えずに、指紋パターンを感知することができる。

指紋センサ２３の受信部は、透明基板１１を向くように表示パネルと対向する。受信部は、指紋パターンを検出する検出面を含む。指紋センサ２３と表示パネルの間に空気層（ａｉｒ ｇａｐ）が存在すると、センサ性能が著しく低下し、指紋のセンシングが不可能となることがある。したがって、指紋センサ２３の受信部は、接着剤２２で表示パネルのバックプレート１９に接着される。接着剤２２は、光学接着剤（ＯＣＡ）、減圧接着剤（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ、ＰＳＡ）などの接着剤を選択することができる。

表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）のバックプレート１９にフォームパッド（Ｆｏａｍ ｐａｄ）２０と金属層２１を積層することができる。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、電磁波（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＥＭＩ）を遮蔽する金属、例えば、Ｃｕ層である。

指紋センサ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（ｈｏｌｅ）３０が形成される。指紋センサ２３は、ホール３０内に配置され、その受信部がバックプレート１９に接着される。ミッドフレーム２７は、指紋センサ２３が挿入されるホールを露出するホール（ｈｏｌｅ）を備えてもよい。

フォームパッド２０と金属層２１に形成されたホール３０内に指紋センサ２３が埋設されるため、透明基板１１上の指紋と指紋センサ２３との間の距離を減らすことができる。指紋センサ２３の埋設構造は、指紋センサ２３の超音波または光受信効率を高め、指紋センシング性能を向上させる。

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、ピクセルアレイのデータラインに出力することにより、ピクセルを駆動する。ドライブＩＣ２５は、タッチセンサ駆動部を含められる。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の一側は、ミッドフレーム（Ｍｉｄ−ｆｒａｍｅ）２７の底部の内側面上で指紋センサ２３と接続する。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（ｈｏｌｅ）を介して、ミッドフレーム２７の底部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）で実現できる。第１及び第２フレキシブル基板（２４、２６）は、同期される必要がない場合に、図８及び図９に示すように分離できる。

ミッドフレーム２７は、プラスチックのような樹脂で製作できる。ミッドフレーム２７は、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）、指紋センサ２３、ドライブＩＣ２５などを収容する。ミッドフレーム２７の側壁上段では、両面テープ３４で、透明基板１１に接着することができる。透明基板１１には、デコフィルム（Ｄｅｃｏ．Ｆｉｌｍ）１２が接着されることができる。デコフィルム１２には、絵、文字などを印刷することができる。

有機薄膜フィルム１７の一側は、表示パネルの背面側に曲げ（ｂｅｎｄｉｎｇ）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（Ｍａｎｄｒｅｌ）１８は、バックプレート１９とフォームパッド２０の側面に接着されて、有機薄膜フィルム１７の曲げ部を支持（ｓｕｐｐｏｒｔ）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（ｈｏｌｅ）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、ミッドフレーム２７の底部を介して公開された第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は、図３に示すように、複数のビアホール（Ｖｉａ ｈｏｌｅ）が形成されることができる。第１フレキシブル基板２４の第１面（２４ａ）に指紋センサ２３が実装され、その反対面である第２面（２４ｂ）にドライブＩＣ２５及び／またはホストシステムのメインボードに接続される配線（２４ｄ）が形成される。ビアホールに充填された金属充填剤（２４ｃ）は、指紋センサ２３を配線（２４ｄ）に接続することにより、指紋センサ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を介して指紋センサ２３に接続されて指紋センサ２３とデータを交換し、指紋センサ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内、いずれか１つで有り得る。ホストシステムは、ドライブＩＣ２５に入力映像のピクセルデータを伝送する。ホストシステムは、タッチセンサ駆動部からの座標に接続されたアプリケーションを実行し、指紋センサ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。

表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）は、ガラス基板上に形成されるＯＬＥＤ表示装置で実現できる。この場合、バックプレート１９と、有機薄膜フィルム１７は、一つのガラス基板に置き換えられる。

指紋センサは、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）の変形なしで表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）の下に接着される。指紋センサ２３は、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）のピクセルアレイに配置される。表示領域１６は、ＯＬＥＤの発光で入力映像を表示するために映像が表示される時、指紋センサ２３が見えない。

図２は、本発明の第２実施形態に係る表示装置を示す断面図である。図１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２を参照すると、本発明の表示装置は、透明基板１１と表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）との間に配置された指向性光制御装置（３１、３２、３３）をさらに備える。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、光源３３、入光素子３１、及び出光素子３２を備える。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、図で省略された低屈折率層をさらに備えることができる。

光源３３は、透明基板１１の一端部の下に配置される。入光素子３１と出光素子３２は、透明基板１１と表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）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、表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）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内で全反射して、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る光の一部の角度を調節する。出光素子３２により角度が狭くなった光は、透明基板１１の上面で反射し、低屈折率層を通過して表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）を通過して、光学式指紋センサの受光部に照射される。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で実現されることができる。

指向性光制御装置（３１、３２、３３）以外の他の構成要素は、前述した図１の実施形態と実質的に同一である。

図４は、本発明の第３実施形態に係る表示装置を示す断面図である。図１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４を参照すると、指紋センサ２３がフォームパッド２０に接着されることを除外すれば、前述した第１実施形態と実質的に同一である。金属層２１に指紋センサ２３が挿入されるホール（ｈｏｌｅ）を設ける。フォームパッド２０は、指紋センサ２３が挿入されるホールがない。

フォームパッド２０は、有機材料であるため、指紋センサ２３が超音波指紋センサで実現されたとき、超音波伝播を妨害しない。指紋センサ２３が光学式指紋センサで実現される場合、フォームパッド２０は、指紋センサ２３に受光される光を吸収しないように透明度の高い有機材料で使用されることが望ましい。

図５は本発明の第４実施形態に係る表示装置を示す断面図である。図４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５を参照すると、本発明の表示装置は、透明基板１１と表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）との間に配置された指向性光制御装置（３１、３２、３３）をさらに備える。光制御装置（３１、３２、３３）は、指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、光源３３、入光素子３１、及び出光素子３２を備える。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、図から省略された低屈折率層をさらに備えることができる。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、図２に示されたそのものと実質的に同一である。

図６は、本発明の第５実施形態に係る表示装置を示す断面図である。前述した実施形態と実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６を参照すると、ミッドフレーム２７に指紋センサ２３の配置位置を露出するホール（ｈｏｌｅ）が形成されたことを除外すれば、前述した第１実施形態と実質的に同一である。金属層２１に、指紋センサ２３を挿入するホール（ｈｏｌｅ）が用意される。

図７は本発明の第６実施形態に係る表示装置を示す断面図である。前述した実施形態と実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図７を参照すると、本発明の表示装置は、透明基板１１と表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）との間に配置された指向性光制御装置（３１、３２、３３）をさらに備える。光制御装置（３１、３２、３３）は、指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、光源３３、入光素子３１、及び出光素子３２を備える。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、図から省略された低屈折率層をさらに備えることができる。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、図２及び図５に示されたそのものと実質的に同一である。

図８は本発明の第７実施形態に係る表示装置を示す断面図である。前述した実施形態と実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図８を参照すると、第１フレキシブル基板２４と第２フレキシブル基板２６が分離されたことを除外すれば、前述した図６の実施形態と実質的に同一である。

指紋センサ２３は、ドライブＩＣ２５と接続されなくてもよい。この場合、指紋センサ２３が実装される第１フレキシブル基板２４は、図１０のようにビアホールなくて、ホストシステムのメインボードに接続することができる。

図９は、本発明の第８実施形態に係る表示装置を示す断面図である。前述した実施形態と実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９を参照すると、本発明の表示装置は、透明基板１１と表示パネル（１４、１５、１６、１７、１９）との間に配置された指向性光制御装置（３１、３２、３３）をさらに備える。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、光源３３、入光素子３１、及び出光素子３２を備える。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、図から省略された低屈折率層をさらに備えることができる。指向性光制御装置（３１、３２、３３）は、図２及び図５に示されたそのものと実質的に同一である。

図１１は、画面上に配置された指紋センサを示す一例と指紋センサの位置を指示するユーザインタフェース方法の一例を示すスマートフォンの画面の一例を示す平面図である。

図１１を参照すると、本発明の表示装置は、表示領域１６上に指紋センサ２３を配置する。（Ａ）において点線１１１は、画面上で指紋センサの位置を示す。ユーザが指紋認識を通じたスマートフォンのロックを解除しようとする場合に、表示装置は、図面符号「１１２」のように、画面上に指紋センサの位置を表示する。ユーザが指紋センサ２３の周辺１１３をタッチすると、表示装置は、ユーザが指紋センサ上の画面をタッチすることができるよう、指紋センサの位置１１２を指示するイメージを表示する。

図１２〜図１４は、図２、図５、図７、及び図９等に適用された指向性光源装置の動作を詳細に示す図である。

図１２は、指向性光源装置（ＳＬＳ）を示す断面図及び平面図である。図１３は、図１２に示された透明基板（ＣＰ）内での光経路を示す断面図である。図１４は、表示パネル（ＤＰ）上に配置された指向性光源装置（ＳＬＳ）を示す断面図及び平面図である。

図１２を参照すると、指向性光源装置（ＳＬＳ）は、透明基板（ＣＰ）と、透明基板（ＣＰ）に指向性光を照射する指向性光制御装置（ＬＳ、ＣＨＯＥ、ＶＨＯＥ）を備える。
透明基板（ＣＰ）は、前述した実施形態において、透明基板１１に実現されることができるが、これに限定されない。指向性光制御装置（ＬＳ、ＣＨＯＥ、ＶＨＯＥ）は、前述した実施形態において、光源３３、入光素子３１、及び出光素子３２で実現されることができるが、これに限定されない。指向性光制御装置（ＬＳ、ＣＨＯＥ、ＶＨＯＥ）は低屈折率層（ＬＲ）をさらに備えることができる。

指向性光源装置（ＳＬＳ）は、コリメート（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）光を透明基板（ＣＰ）内で大面積に拡散する光学デバイスである。光源（ＬＳ）は、コリメート光を提供することが望ましい。

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。出光素子（ＶＨＯＥ）の下に光学式指紋センサの受信部（または受光部）が配置される。

入光素子（ＣＨＯＥ）は、光源（ＬＳ）からのコリメート光を透明基板（ＣＰ）に拡散しながら指向性を持たせる光学素子である。入光素子（ＣＨＯＥ）はイメージ認識とは直接関係がないので、表示パネルの端に配置されることができる。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）は同一平面上に配置される。製造工程を考慮すると、一つのフィルム上に出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）の領域を分けて形成することが望ましい。出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）はホログラフィ・パターン（ｈｏｌｏｇｒａｐｈ ｐａｔｔｅｒｎ）を含む光学素子であってもよい。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つのホログラフィー記録フィルムに２つのホログラフィ・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、表示パネルの間には、低屈折率層（ＬＲ）が配置される。低屈折率層（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である透明基板に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として屈折率が透明基板（ＣＰ）と同じか少し大きい値を有することができる。ここには、便宜上出光素子（ＶＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）の屈折率は、透明基板（ＣＰ）の屈折率と同一のものと説明する。低屈折率層（ＬＲ）の屈折率は、認知しようとする指紋（ＩＭ）の屈折率と類似なものがよい。例えば、人の肌が有する屈折率である１．３９と類似な１．４程度の屈折率を有することがある。

入光素子（ＣＨＯＥ）と対向するように光源（ＬＳ）が配置されている。光源（ＬＳ）は、レーザーのようにコリメート性の高い光を提供することが望ましい。表示装置に指紋認識機能を内蔵するシステムに適用する場合、光源（ＬＳ）は、ユーザに見えない赤外線レーザーを提供することができる。

光源（ＬＳ）から提供されたコリメート光（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｌｉｇｈｔ）は、入射光１００として、一定の断面積を有し、入光素子（ＣＨＯＥ）に定義された入射点（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、必要に応じては入射点（ＩＰ）表面の法線に対して傾いた角度で入射することもできる。

入光素子（ＣＨＯＥ）は入射光１００を入射角を有する進行光２００に転換して、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）より大きい値を有することが望ましい。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）の長さ方向であるＸ軸に進行する。

出光素子（ＶＨＯＥ）は進行光２００の一部光量を出射光３００に転換して、透明基板（ＣＰ）の上部表面においては屈折させる。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）の上部表面において全反射されるが、下部表面には低屈折率層（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て、下部表面を透過する検出光（あるいは、「センシング光」）４００となる。

入光素子（ＣＨＯＥ）で進行しながら、出光素子（ＶＨＯＥ）によって徐々に出射光３００が放出される。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最初の発光領域では、初期入射光１００の３％に該当する光量が出射光３００で抽出される。９７％の進行光２００は、引き続き全反射されて進行する。その後、第二の発光領域においては、９７％の３％である初期入射光１００光量の２．９１％に相当する光量が出射光３００で抽出される。

このような方式で、透明基板（ＣＰ）の末辺に到達するまで出射光３００が抽出される。このように均一な出光効率を有する場合、進行光２００が進行するほど抽出される光量が徐々に減少する。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徐々に増加する値を有するように設計することが望ましい。

進行光２００を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、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、拡散角（φ）を有することが望ましい。これは、イメージ検出面積を透明基板（ＣＰ）の面積に対応するように設定するためである。たとえば、出光素子（ＶＨＯＥ）は、光出射部（ＬＯＴ）の面積全体に対応するように配置することが望ましい。また、拡散角（φ）は、入射点（ＩＰ）で入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する透明基板（ＣＰ）の他側辺の両端（Ｐ１、Ｐ２）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大きいことが望ましい。

入光素子（ＣＨＯＥ）が配置された領域を光入射部（ＬＩＮ）と定義することができる。また、出光素子（ＶＨＯＥ）が配置された領域を光出射部（ＬＯＴ）と定義することができる。一方、光出射部（ＬＯＴ）は、光が進行する光進行部でもある。

例えば、光源（ＬＳ）から提供されるコリメート光の断面積が０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正円である場合、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配置することができる。

図１３を参照して、光源から提供されたコリメートされた（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）赤外線が透明基板（ＣＰ）内でどのような経路を経て、イメージ検出に使用する指向性（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）赤外線に転換されるか説明する。

光源（ＬＳ）から提供された入射光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を入射角（θ）を有するように屈折させた進行光２００に転換して、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）と低屈折率層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ）より大きい値を有することが望ましい。例えば、透明基板（ＣＰ）と出光素子（ＶＨＯＥ）の屈折率が１．５であり、低屈折率層（ＬＲ）の屈折率が１．４である場合、出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折率層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ）は、約６９度で計算される。したがって、入射角（θ）は、６９度より大きな値を有することが望ましい。例えば、入射角（θ）は、７０度乃至７５の内、いずれか１つの値を有するように設定することができる。

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）の上部表面からもまた全反射される。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）が出光素子（ＶＨＯＥ）と低屈折率層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ）より大きい値を有すると、これは常に透明基板（ＣＰ）と空気層（ＡＩＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＣＰ＿ＡＩＲ）より大きい値である。

出光素子（ＶＨＯＥ）は進行光２００の一定の光量を反射角（α）を有する出射光３００に転換し、透明基板（ＣＰ）の内部に送り返す。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）の表面になにもない場合には、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、検出光４００として指向性光源装置（ＳＬＳ）の下に伝播される。

表示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。

本発明の表示装置は、図１４に示すように指向性光源装置（ＳＬＳ）と、その下に配置された表示パネル（ＤＰ）を含む。このような表示装置は、具体的に、図２、図５、図７、図９のような構造に実現されることができる。

図１４を参照すると、入射光１００は、入光素子（ＣＨＯＥ）によって進行光２００に変換される。 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平面においては、拡散角（φ）を有するように変換される。また、長さ方向の軸であるＸと厚み方向の軸であるＺ軸からなる垂直平面であるＸＺ平面においては、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）で入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する透明基板（ＣＰ）のＸ軸方向の他端部のＹ軸方向の両端の２点をそれぞれ接続する２つの線分がなす内角と同じかこれより大きなことが望ましい。
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と同じ範囲に渡って提供される。その結果、イメージセンシング領域は、三角形の内部領域になる。したがって、指紋認識装置に適用する場合、斜線の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。

表示パネル（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）を設定する場合、センシング領域（ＳＡ）で出射光３００の光量が最大値を有するように設計することが望ましい。そのためには、出光素子（ＶＨＯＥ）の光抽出効率がセンシング領域（ＳＡ）に対応する部分で最大値を有し、他の部分では、最小値あるいは「０」に近い値を有するように位置に応じた関数関係に設計することができる。

図１５は、媒質と超音波指紋センサとの間の空気層の有無に従って変わる超音波経路を示す図である。図１５において媒質１５０は、透明基板、出光素子、低屈折率層、及び表示パネルを含む媒質である。（Ａ）に示すように、超音波指紋センサが媒質１５０に空気層１５２がない場合に、超音波が媒質１５０を通過して、指紋（ＩＭ）から反射されて超音波指紋センサの受光部で受信することができる。一方、超音波指紋センサと媒質１５０との間に空気層１５２が存在すると（Ｂ）、超音波指紋センサからの超音波が指紋（ＩＭ）まで到達せず、媒質１５０の表面から反射されて、指紋のパターンをセンシングすることができない。

光学式指紋センサ２３の場合にも、光学式指紋センサ２３と媒質１５０との間の空気層がある場合、光学式指紋センサ２３の受光効率が低下するため、センシング性能が落ちる。一方、図１６の（Ａ）に示すように、光学式指紋センサ２３の受信部の前にレンズ（２３ａ）を配置すると、レンズ（２３ａ）によって受信部に光がコリメートすることができるから、受信部の前に空気層があっても、指紋センシングが可能である。レンズ（２３ａ）は、図１６の（Ｂ）に示すように、光学式指紋センサ２３で円筒形側壁（２３ｃ）によって用意された空間内で受信部（２３ｂ）に対向するように配置されることができる。側壁（２３ｃ）の上端が接着剤２２で表示パネルに接着される。

図１７は、透明基板内で光が全反射される指向性光源装置（ＳＬＳ）で透明基板媒質と光学式指紋センサとの間の空気層の有無に従って変わる光の経路を示す図である。（Ａ）に示すように媒質１５０内で光が全反射されるとき、その媒質１５０と光学式指紋センサ２３との間に空気層１５２が存在すれば、光学式指紋センサに向かう光がないため、指紋センシングが不可能である。もちろん、前述した低屈折率層を用いると、空気層があって、光学式指紋センサ２３に向かう光が有り得るが、空気層１５２により光学式指紋センサ２３の受光効率が低くなることができる。（Ｂ）に示されるように、媒質１５０内で光が全反射されるとき、その媒質１５０と光学式指紋センサ２３との間に空気層１５２がなければ光学式指紋センサに光が向かうため指紋センシングが可能である。

本発明は、図１〜図９に示すように、指紋センサ２３を空気層なしで表示パネルに接着し、指紋センサ２３を表示パネルのフォームパッド２０及び／または金属層２１のホール内に埋設する。したがって、本発明は、透明基板１１上の指紋と指紋センサ２３との間に空気層がなく、その距離を減らすことができるので、指紋センサ２３で指紋を精密にセンシングすることができる。

指紋センサ２３を表示パネルに埋設するために、フォームパッド２０と金属層２１の打ち抜き工程での公差により、図１８に示すようにフォームパッド２０と金属層２１内に形成されホールと指紋センサ２３との間で隙間２９が存在することがある。この隙間２９が、映像を表示する画面上で見えることがある。このような隙間２９が見えないように、図１８〜図２０に示すように、非透明フィルム５０で指紋センサ２３とその周辺の隙間２９を覆ってもよい。非透明フィルム５０は、一面に接着剤が塗布されたブラックまたはダークカラーのフィルムを選択することができるが、これに限定されない。

図１８〜図２０は、図１及び図２に示された指紋センサ２３の埋設構造で指紋センサ２３とその周辺の隙間２９を覆う非透明フィルム５０を示している。図２１は、図４及び図５に示された指紋センサ２３の埋立構造で指紋センサ２３とその周辺の隙間２９を覆う非透明フィルム５０を示している。

図１８〜図２１を参照すると、非透明フィルム５０は、指紋センサ２３とその周辺の隙間２９を覆うように金属層２１と指紋センサ２３上に接着される。非透明フィルム５０は、黒色または暗い色の接着フィルムまたは樹脂で有り得る。

指紋センサ２３を表示パネルのバックプレート１９上に接着する接着剤２２は、透明接着剤または非透明接着剤で有り得る。非透明接着剤は、着色された有色着色剤で有り得る。透明接着剤の一例として、透明ＯＣＲを選択することができ、有色接着剤の一例として、暗い色または黒色の有色ＯＣＲを選択することができるが、これに限定されない。非透明接着剤の場合に非透明フィルムの機能を代替することができるので、接着剤２２が非透明接着剤を使用することにより、図１９に示すように、非透明フィルム５０を省略することができる。

フォームパッド２０は、ＯＣＡのような接着剤２８をバックプレート１９に接着することができる。指紋センサ２３は、図２０に示すように、別の接着剤２２を追加せずにフォームパッド２０と同じ接着剤２８を共有してバックプレート１９に接着することができる。

指紋センサ２３の受信部と対向する接着剤（２２、２８）には、可視光の波長の光を遮断し、紫外線を通過させる紫外線通過フィルタ物質が混合することができる。この場合、光学式指紋センサに別の紫外線通過フィルタを追加する必要がない。

前述したように、本発明の表示装置は、発光素子を有するピクセルアレイの下に指紋センサを配置し、指紋センサを表示パネルに接着することにより、ベゼル大きさの増加と表示パネルの構造を変更せずに、画面上で指紋を感知することができる。また、本発明は、電磁波（ＥＭＩ）遮蔽のための金属層にホールを形成し、そのホール内に指紋センサを挿入することにより、指紋が接触する透明基板と、指紋センサ間の超音波または光の経路を確保し、表示装置をスリム化することができる。

本発明は、フォームパッド、及び／または金属層に形成されたホール内に指紋センサが埋め立てされるため、透明基板上の指紋と指紋センサとの間の距離を減らすことができる。指紋センサの埋設構造は、指紋センサの超音波または光受信効率を高め、指紋センシング性能を向上することができる。

以上説明した内容を通じて当業者であれば、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。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 (18)

1. 透明基板と、
   前記透明基板の下に配置されて前記透明基板に向かう画面上に映像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルの前記透明基板とは反対側の面に配置されたフォームパッドと、
   前記フォームパッドを配置する前記表示パネルの前記面に、前記フォームパッドを間に挟んで配置された金属層と、
   前記透明基板に接触する指紋を感知する指紋センサであって前記金属層に形成された第１ホールおよび前記フォームパッドに形成された第２ホールを介して前記表示パネルの前記面に接着される、または、前記金属層の前記第１ホールを介して前記フォームパッドの表面に接着される指紋センサと、
   前記表示パネルを駆動するドライブＩＣを備える表示装置。
2. 前記指紋センサの下に配置された非透明フィルムをさらに備える、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記指紋センサは、前記透明基板と前記表示パネルを挟んで前記指紋の接触面の反対側に位置するように、前記表示パネル上に配置される、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記指紋センサが超音波指紋センサと光学式指紋センサの内、いずれか１つを含む、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記金属層の前記第１ホールは、前記フォームパッドを露出し、
   前記指紋センサは、前記第１ホール内で前記フォームパッドの前記表面に接着される、請求項２に記載の表示装置。
6. 前記非透明フィルムが、前記指紋センサの下で、前記第１ホールを覆う、請求項５に記載の表示装置。
7. 前記フォームパッドは前記表示パネルの下に配置され、
   前記金属層は前記フォームパッドの下に配置され、
   前記フォームパッドの前記第１ホールと前記金属層の前記第２ホールは、前記表示パネルを露出し、
   前記指紋センサは、前記第１および第２ホール内で前記表示パネルの前記面に接着される、請求項２に記載の表示装置。
8. 前記非透明フィルムが、前記指紋センサの下で、前記第１および第２ホールを覆う、請求項７に記載の表示装置。
9. 前記表示パネルの一端部に配置された入光素子と、
   前記表示パネルの表示領域に配置された出光素子と、
   前記入光素子と対向するように配置され、前記入光素子に光を照射する光源をさらに備える、請求項１に記載の表示装置。
10. 前記入光素子と前記出光素子のそれぞれがホログラフィ・パターンを含む、請求項９に記載の表示装置。
11. 有機薄膜フィルム上に配置され、発光素子をそれぞれ含む複数のピクセルが配置されたピクセルアレイと、
    前記ピクセルアレイ上に配置されたタッチセンサアレイと、
    前記タッチセンサアレイ上に配置された偏光フィルムと、
    前記有機薄膜フィルムの下に配置されたバックプレートを備える、請求項１に記載の表示装置。
12. 前記指紋センサが実装された第１フレキシブル基板と、
    前記ドライブＩＣが実装された第２フレキシブル基板をさらに備える、請求項１１に記載の表示装置。
13. マンドレルをさらに備え、
    前記有機薄膜フィルムの一端が曲げられ、前記第２フレキシブル基板に接続され、
    前記マンドレルが前記有機薄膜フィルムの曲げ部を支持する、請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記指紋センサの前記表示パネルの画面内に配置される、請求項１に記載の表示装置。
15. 前記指紋センサの受光部の前に配置されたレンズをさらに備える、請求項１に記載の表示装置。
16. 前記表示パネル、前記指紋センサ、及び前記ドライブＩＣを収容し側壁が前記透明基板に接着されるフレームをさらに備える、請求項１に記載の表示装置。
17. 前記指紋センサが接着剤で前記表示パネルの前記面に接着される、請求項１に記載の表示装置。
18. 前記接着剤が透明でない、請求項１７に記載の表示装置。

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