KR102503747B1 - 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지문 인식 센서와 같은 이미지 센서를 내장한 평판 표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치는, 표시 패널, 커버 기판, 저 굴절층, 입광 소자, 광원 및 광 검출 소자를 포함한다. 표시 패널은, 표시 영역과 비 표시 영역이 정의되어 있다. 커버 기판은, 표시 패널을 수용하는 길이와 폭 그리고 일정한 두께를 갖고, 표시 패널의 상부에 배치된다. 저 굴절층은, 커버 기판의 하부 표면에서, 표시 영역에 배치된다. 입광 소자는, 커버 기판의 하부 표면에서, 비 표시 영역에 배치된다.

Description

광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치{Flat Panel Display Embedding Optical Imaging Sensor}
본 발명은 지문 인식 센서와 같은 이미지 센서를 내장한 평판 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 지향성 광을 제공하는 초박막형 기판과 광 이미지 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치에 관한 것이다.
컴퓨터 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 컴퓨터 기반 시스템(Computer Based System)이 개발되어 왔다. 이들 시스템에는 통상적으로 개인 생활과 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 종래부터 생체 정보를 인식할 수 있는 이미지 센서를 이용하여, 보안성을 강화하는 방법이 제안된 바 있다. 예를 들어, 손가락의 지문을 이용하여 시스템의 등록이나 인증을 수행함으로써 보안성을 강화할 수 있는 지문센서가 알려져 있다. 지문 센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서이다. 지문 센서는 광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)와 정전용량식 지문 센서(Capacitive Fingerprint Sensor)로 크게 나누어진다.
광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)는 광원을 이용하여 빛을 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 통해 감지한다. 광학식 지문 센서는 빛을 이용해서 스캔을 하기 위한 부가 장비가 필요하다. 지금까지 알려진 광학적 스캔 장비로는, 스캔 면적을 크게 하는 데에 한계가 있다. 따라서, 표시 장치와 결합하는 등 다양한 응용이 어렵다.
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 센서는 특정 누름 버튼(Push Button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다.
실리콘 웨이퍼를 이용한 고해상도의 센서 어레이와 IC를 함께 형성할 경우, 복잡한 어셈블리 구조가 필요하게 되므로 비 표시 영역(베젤 영역)이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 누름 버튼(예를 들면, 스마트폰의 홈 키)과 지문센서가 중첩되므로, 그 두께가 증가할 뿐 아니라 지문 센싱 영역이 누름 버튼의 크기에 좌우되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 터치 센서 스크린의 영역을 지문식별 영역으로 이용하는 기술 등이 개발된 바 있다. 스마트폰과 같은 개인 휴대용 표시장치에는 표시 패널 보호를 위한 보호 필름을 추가로 부착하는 경우가 많다. 개인 휴대용 표시장치의 표시 영역을 지문 인식을 위한 영역으로 적용하는 경우, 보호 필름을 부착하면, 지문 인식 기능이 현저히 저하될 수 있다.
표시 장치와 결합이 용이하고, 초박막 구조를 갖는 지문 인식 센서에 대한 요구가 증가하고 있다. 하지만, 상기와 같은 문제들로 인해, 기존의 구조에서 탈피한 완전히 새로운 광학식 이미지 인식 센서 및 이를 내장한 평판 표시장치의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 초박막형 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 표시 영역에 대응하는 대면적에 걸쳐 이미지 인식을 수행할 수 있는 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 표시 영역에서 원하는 일정 영역에 이미지 인식 영역을 설정할 수 있는 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치는, 표시 패널, 커버 기판, 저 굴절층, 입광 소자, 광원 및 광 검출 소자를 포함한다. 표시 패널은, 표시 영역과 비 표시 영역이 정의되어 있다. 커버 기판은, 표시 패널을 수용하는 길이와 폭 그리고 일정한 두께를 갖고, 표시 패널의 상부에 배치된다. 저 굴절층은, 커버 기판의 하부 표면에서, 표시 영역에 배치된다. 입광 소자는, 커버 기판의 하부 표면에서, 비 표시 영역에 배치된다. 광원은, 표시 패널의 일측변에서 입광 소자와 대향하도록 배치되어, 입광 소자의 표면에 정의된 입사점으로 입사광을 제공한다. 광 검출 소자는, 저 굴절층 하부에 배치된다.
일례로, 저 굴절층 하부 표면과 표시 패널 사이에 배치된 광 시준 필터 층을 더 포함한다. 광 검출 소자는, 표시 패널 내부에 배치되어, 커버 기판의 상부 표면에서 하부 방향으로 난반사되고, 광 시준 필터 층에 의해 집광된 광을 검출한다.
일례로, 표시 패널의 하부 표면에 배치된 광 시준 필터 층을 더 포함한다. 광 검출 소자는, 광 시준 필터 층 하부에 배치되어, 커버 기판의 상부 표면에서 하부 방향으로 난반사되고, 광 시준 필터 층에 의해 집광된 광을 검출한다.
일례로, 입광 소자는, 입사광을 커버 기판과 저 굴절층 사이의 계면에서 전반사되는 진행광으로 전환하는 홀로그래피 패턴을 구비한다.
일례로, 진행광은, 커버 기판의 길이 방향 및 폭 방향으로 이루어진 수평 평면상에서, 커버 기판의 폭에 대응하는 수평 확산각으로 확산된다.
일례로, 수평 확산각은, 입사점과 커버 기판의 대향 측변의 양 끝점을 각각 연장한 두 선분들의 사이각에 대응한다.
일례로, 진행광은, 커버 기판의 길이 방향 및 두께 방향으로 이루어진 수직면 상에서 확산하는 각도인 수직 확산각이 2도보다 작은 높은 시준성을 갖는다.
일례로, 진행광은, 커버 기판의 길이 방향 및 두께 방향으로 이루어진 수직면 상에서, 제1 입사각과 제2 입사각 사이의 각에 대응하는 수직 확산각을 갖는다. 제1 입사각은, 커버 기판과 저 굴절층 사이의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 값을 갖는다. 제2 입사각은, 제1 입사각보다 큰 값을 갖는다.
일례로, 광원은, 단면 형상이 일정 직경을 갖는 정원이며, 진행 거리에 따라 단면 형상의 크기가 실질적으로 거의 동일한 높은 시준성을 갖는 레이저 광을 입사점으로 제공한다.
일례로, 광원은, 단면 형상이 정원 형상을 갖되, 진행 거리에 따라 단면의 크기가 일정한 비율로 증가하는 확산광을 입사점으로 제공한다.
일례로, 광원은, 단면 형상이, 길이 방향으로 장축이 배치되고 폭 방향으로 단축이 배치된 타원 형상이며, 진행 거리에 따라 단면 형상의 크기가 실질적으로 거의 동일한 높은 시준성을 갖는 레이저 광을 입사점으로 제공한다.
일례로, 광원은, 단면 형상이, 길이 방향으로 장축이 배치되고, 폭 방향으로 단축이 배치된, 타원 형상이며, 진행 거리에 따라 단면 형상의 크기가 일정한 비율로 증가하는 확산광을 입사점으로 제공한다.
본 발명은 고 분해능의 이미지 인식 능력을 갖는 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 홀로그래피 기술을 이용하여 점 광원에서 제공된 점상의 단면적을 갖는 적외선 레이저를 표시 패널의 전체 및/또는 대부분의 영역으로 확산시켜 제공함으로써 대면적에 걸쳐 이미지 인식이 가능한 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 표시 장치의 제일 겉면에 부착되는 보호 기판 자체를 본 발명에 의한 지향성 광 기판의 커버 기판으로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 광학식 이미지 인식 장치를 표시 장치와 결합해도 표시 장치의 두께가 두꺼워지지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 커버 기판 내부에서의 진행광의 경로를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 커버 기판 내부에서 진행광의 분포를 나타내는 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 커버 기판 내부에서 진행광의 경로를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 확대 단면도.
도 8은 본 발명의 제5 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 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 구성 요소의 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
<제1 실시 예>
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에서 상부 도면은 XZ 평면에서 바라본 측면도이고, 하부 도면은 위에서 XY 평면에서 바라본 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치는, 커버 기판(CP), 저 굴절층(LR), 입광 소자(CHOE), 광 시준 필터층(LCF) 및 표시 패널(DP)을 포함한다. 도면으로 도시하지 않았으나, 표시 패널(DP)의 내부에는 광 검출 소자를 더 포함한다.
표시 패널(DP)은 표시 영역(AA)과 비 표시 영역(NA)을 포함한다. 표시 영역(AA)은 비디오 정보를 표현하는 영역으로 표시 패널(DP)의 중앙부 대부분을 차지한다. 비 표시 영역(NA)은 표시 영역(AA)을 구동하기 위한 소자들이 배치될 수 있다. 비 표시 영역(NA)은 표시 영역(AA)의 일측변에 배치되거나, 표시 영역(AA)을 둘러싸며 배치될 수 있다.
커버 기판(CP)은 대략 장방형의 사각 판상 모양으로, 표시 패널(DP)을 수용하는 길이와 폭을 갖는다. 또한, 커버 기판(CP)은 표시 패널(DP)을 보호할 목적으로 일정 두께를 갖는다. 도 1에서는 길이는 X축, 폭은 Y축 그리고 두께는 Z축에 대응하여 표시한다.
커버 기판(CP)의 하부 표면에는 저 굴절층(LR)과 입광 소자(CHOE)가 면 부착되어 있다. 입광 소자(CHOE)는 광원(LS)에서 제공하는 점상의 단면적을 갖는 입사광(100)을 커버 기판(CP) 내부로 제공하는 광학 소자이다. 입광 소자는(CHOE)는 입사광(100)을 진행광(200)으로 변환하여 커버 기판(CP) 내부로 입사시킨다. 진행광(200)은 커버 기판(CP) 내부에서 전반사를 반복하면서, 커버 기판(CP)의 일측변에서 타측변까지 진행하는 것이 바람직하다.
입광 소자(CHOE)는 입사광(100)을 진행광(200)으로 전환하는 홀로그래피 패턴을 구비한 필름인 것이 바람직하다. 입광 소자(CHOE)는 커버 기판(CP)과 동일하거나 조금 더 큰 굴절율을 갖는 홀로그래피 기록 필름일 수 있다.
입광 소자(CHOE)는 표시 패널(DP)의 외부 또는 비 표시 영역에 배치될 수 있다. 도면에서는 편의상 표시 패널(DP)의 외부 커버 기판(CP)의 일측변 하부에 배치된 경우로 도시하였다.
이하, 도 2를 더 참조하여, 입광 소자(CHOE)에 의해 입사광(100)이 진행광(200)으로 전환되어 커버 기판(CP) 내부에서 진행하는 과정을 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 커버 기판 내부에서의 진행광의 경로를 나타내는 단면도이다.
커버 기판(CP)의 상부 표면은 공기층(AIR)과 접촉한다. 또한, 커버 기판(CP)의 하부 표면은 저 굴절층(LR)과 접촉한다. 커버 기판(CP)은 유리와 같은 물질을 사용하는 경우, 굴절율이 1.5이다. 따라서, 커버 기판(CP) 상부 표면에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)은 41.8도이다.
저 굴절층(LR)은 커버 기판(CP)보다 낮은 굴절율을 갖는 층이라는 의미이다. 예를 들어, 저 굴절층(LR)은 굴절율이 1.0보다 크고 1.4보다 작거나 같을 수 있다. 저 굴절층(LR)의 굴절율에 따라서, 커버 기판(CP)의 하부 표면에서의 전반사 임계각(TCP_LR)은 다음 표 1과 같다.
저 굴절층(LR)의 굴절율, n 커버 기판(CP) 하면에서의 전반사 임계각, TCP_ LR
1.4 68.96° (약 70°)
1.3 60.07° (약 61°)
1.2 53.13° (약 54°)
1.1 47.16° (약 48°)
진행광(200)이 커버 기판(CP) 내부에서 전반사하면서 커버 기판(CP)의 일측변에서 타측변으로 진행하도록 하기 위해서는, 진행광(200)의 입사각(θ)은, 커버 기판(CP)의 하부 표면에서의 전반사 임계각(TCP_ LR)보다 큰 것이 바람직하다. 이 조건을 만족하면, 당연히 진행광(200)의 입사각(θ)이 커버 기판(CP) 상부 표면에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)보다 크다. 따라서, 진행광(200)은 커버 기판(CP) 내부에서 전반사하면서 진행한다.
즉, 진행광(200)이 전반사 조건을 만족하기 위한 입사각(θ)은 저 굴절층(LR)의 굴절율에 의해 결정된다. 여기서 편의상 저 굴절층(LR)의 굴절율이, 가장 큰 굴절율을 갖는 1.4인 경우로 설명한다. 이 경우, 진행광(200)의 입사각(θ)은 70도 이상 80도 이하의 어느 한 값을 갖도록 설정하는 것이 바람직하다.
다시 도 1을 참조하면, 저 굴절층(LR) 하부 표면에는 광 시준 필터층(LCF)이 적층되어 있다. 광 시준 필터층(LCF)은 저 굴절층(LR)과 동일하거나 작은 크기를 가질 수 있다. 또는, 광 시준 필터층(LCF)은 표시 패널(DP)의 표시 영역(AA) 중에서 임의의 영역에만 국한되어 배치될 수도 있다.
광 시준 필터층(LCF)은 표시 패널(DP)의 상부 표면 위에 부착된다. 이 경우, 표시 패널(DP)의 내부에는 광 검출 소자가 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(DP)이 액정 표시 장치인 경우, 박막 트랜지스터와 화소 전극이 배치된 하부 기판과 칼라 필터가 배치된 상부 기판이 액정층을 사이에 두고 면 합착될 수 있다. 이 경우, 광 검출 소자를 수 개의 박막 트랜지스터 그룹당 한 개씩 배치할 수 있다.
이제, 다시 도 1을 참조하여, 진행광(200)이 커버 기판(CP) 내부에서 진행하는 경로 및 이미지 인식하는 과정에 대해 설명한다. 먼저, XZ 평면인 수직 평면 상에서의 광 경로에 대해 설명한다.
진행광(200)은 커버 기판(CP)의 일측변, 즉 입사점(IP)에 근접한 측변에서 시작하여, 반대측변을 향해 진행한다. 커버 기판(CP)의 상부 표면에 이미지 객체(IM)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 센서에 적용하는 경우, 이미지 객체(IM)는 사람의 손가락 지문일 수 있다. 지문에는 융기(R) 부분과 골(V) 부분이 있다. 융기(R) 부분은 커버 기판(CP)의 표면과 직접 접촉하는 반면, 골(V) 부분은 커버 기판(CP)의 표면과 접촉하지 않는다.
진행광(200) 중에서 골(V) 부분에 닿은 진행광(200)은 전반사 조건에 따라 계속 진행한다. 반면에 융기(R) 부분에 닿은 진행광(200)은 굴절광(500), 전반사광(200) 및 난반사광(300)으로 나뉜다. 융기(R) 부분은 사람의 피부에 해당하는 것으로 굴절율은 1.41 정도 된다. 즉, 저 굴절층(LR)보다 약간 더 큰 크기를 갖는다. 그 결과, 진행광(200)은 모든 광량이 전반사되지 않고, 일부는 융기(R) 부분으로 굴절된다. 또한, 다른 일부는 전반사되어 진행광(200)으로 진행한다. 그리고 또 다른 일부는 융기(R) 부분에서 하부 방향으로 난반사된다.
난반사광(300)은 거의 수직 방향으로 하부 방향으로 진행하여, 저 굴절층(LR)을 통과하고, 표시 패널(DP)로 진입한다. 그 결과, 난반사광(300)들은 표시 패널(DP)에 내장된 광 검출 소자에 의해 인식될 수 있다. 광 검출 소자에서 인식한 난반사광(300)의 광량을 분석하여, 융기(R)의 형상을 재현할 수 있다.
여기서, 난반사광(300)들은 표시 패널(DP)의 상부 표면에 대해 거의 수직 방향으로 입사되지만, 흩어진 광이므로, 광량이 낮을 수 있다. 이 경우, 융기(R)의 형상을 올바르게 재현하는데 문제가 있을 수 있다. 따라서, 난반사광(300)들을 집광 시킬 수 있는 광 시준 필터(LCF)를 표시 패널(DP)의 상부 표면에 배치하는 것이 바람직하다. 특히 광 시준 필터(LCF)는 얇은 필름 형상으로 형성하여, 표시 패널(DP) 상부 표면 전체에 배치할 수 있다. 다른 방법으로, 표시 패널(DP) 상부 표면의 특정 영역에만 배치할 수도 있다. 이 경우에는 광 시준 필터(LCF)가 배치된 영역만을 지문 인식 영역으로 설정할 수도 있다.
광 시준 필터(LCF)는, 마이크로 렌즈들을 구비한 필름 형상을 가질 수 있다. 또는, 굴절율이 다른 마이크로 격벽들이 배치된 필름 형상을 가질 수 있다. 또 다른 방법으로, 확산광을 시준광으로 변환하는 홀로그래피 패턴을 구비한 필름일 수 있다.
다음으로, XY 평면인 수평 평면 상에서의 광 경로에 대해 설명한다. 제1 실시 예에서, 진행광(200)을 길이 방향 축과 두께 방향 축으로 이루어진 XZ 평면(혹은, '수직 평면') 상에서 보면, 입사광(100)의 시준된 상태를 그대로 유지한다. 반면에, 폭 방향 축과 길이 방향 축으로 이루어진 XY 평면(혹은, '수평 평면')에서는 수평 확산각(φ)을 갖는 것이 바람직하다. 이는 이미지 검출 면적을 커버 기판(CP)의 면적에 대응하도록 설정하기 위함이다.
XZ 평면 상에서는, 진행광(200)이 커버 기판(CP)의 폭에 대응하도록 넓게 확산되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수평 확산각(φ)은 입사점(IP)에서 입광 소자(CHOE)와 대향하는 커버 기판(CP)의 타측변의 두 끝점(P1, P2)을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같을 수 있다. 다른 예로, 수평 확산각(φ)은 입사점(IP)에서 커버 기판(CP)의 중앙부 폭의 양 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도에 대응할 수 있다.
광 시준 필터(LCF)를 표시 패널(DP)의 표시 영역(AA) 전체에 배치된 경우, 도 1에서는, 수평 확산각(φ)을 갖는 삼각형 영역이 지문 인식 센싱 영역으로 정의될 수 있다. 일부 영역에만 지문 인식 센싱 영역을 설정하고 싶을 경우에는, 삼각형 영역 내에서 일부 영역만을 설정할 수 있다.
지금까지 편의상 진행광(200)을 너비가 없는 선분으로 설명하였다. 실질적으로 광원(LS)에서 제공하는 입사광(100)은 단면을 가지고 있다. 즉, 진행광(200)도 단면을 갖는 광으로 커버 기판(CP) 내에서 분포 영역을 갖는다. 도 3을 참조하여, 커버 기판(CP) 내부에서 진행광(200)의 분포 조건을 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 커버 기판 내부에서 진행광의 분포를 나타내는 확대 단면도이다.
예를 들어, 광원(LS)이 제공하는 입사광(100)은 단면 형상이 직경 0.5mm의 정원 형상을 갖는 레이저 적외선을 제공할 수 있다. 레이저 적외선의 경우, 빛의 진행 거리에 따라 그 단면 형상의 크기가 실질적으로 거의 동일한 높은 시준성을 갖는다. 여기서, 시준성이 높다는 것은, 확산 각도가 2도보다 작은 것을 의미한다.
이 경우, 입광 소자(CHOE)에 의해 진행광(200)은 입사각(θ)이 70°로 변환된다. 다만, 단면은 입사광(100)과 동일하게 직경 0.5mm의 정원 형상을 갖는 레이저 적외선이다. 커버 기판(CP)의 두께가 0.5mm인 경우, 진행광(200)은 입사점에서 1.37mm 이격된 위치에 처음으로 커버 기판(CP)의 상부 표면에 닿는다. 커버 기판(CP)의 상부 표면에서는 전반사되어 진행광(200)은 다시 커버 기판(CP) 내부로 되돌아 간다. 진행광(200)은 1.37mm 더 진행한 커버 기판(CP)의 하부 표면에서 전 반사된다.
이와 같은 방식으로 진행광(200)이 진행할 때, 커버 기판(CP) 상부 표면에 닿는 진행광(200)의 면적부에 이미지 검출 영역이 정의된다. 도 3과 같은 경우, 1.37mm 간격을 두고 0.5mm 폭을 갖는 띠 형상들이 이미지 검출 영역으로 결정된다. 이 경우, 이미지 검출 영역이 상당히 먼 거리를 두고 분할되어 있으므로, 이미지 인식의 해상도가 매우 떨어지거나, 제대로 인식하지 못할 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해서, 광원(LS)의 단면 크기를 크게 할 수도 있고, 커버 기판(CP)의 두께를 얇게 할 수도 있다. 커버 기판(CP)의 두께를 얇게 하는 것은 기술적으로 어려움이 많고, 여러 조건을 고려해야 하므로, 광원(LS) 단면 크기를 크게 하는 것이 더 용이하다. 도 3을 참조하면, 광원(LS)의 단면 크기가 적어도 2.74mm가 되면, 커버 기판(CP) 상부 표면에 빈 공간 없이 진행광(200)을 조사할 수 있다.
다른 방법으로, 광원(LS)의 단면 형상을 비 대칭 구조를 갖도록 구성함으로써, 커버 기판(CP) 상부 표면에 빈 공간 없이 진행광(200)을 조사할 수 있다. 예를 들어, 단면 형상이, X축 즉, 길이 방향으로 장축이 배치되고 Y축 즉, 폭 방향으로 단축이 배치된 타원 형상일 수 있다. 이 경우, 광원(LS)은 진행 거리에 따라 그 단면 형상의 크기가 실질적으로 거의 동일한 높은 시준성을 갖는 레이저 적외선을 제공할 수 있다.
<제2 실시 예>
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치는, 커버 기판(CP), 저 굴절층(LR), 입광 소자(CHOE), 표시 패널(DP), 광 시준 필터층(LCF) 및 광 검출 센서(SEP)를 포함한다. 제1 실시 예의 경우와 비교했을 때, 제2 실시 예에서는, 광 검출 센서(SEP)가 별도의 구성 요소로 구비되며, 특히 표시 패널(DP) 하부 표면 외부에 부착되는 특징이 있다.
커버 기판(CP)의 하부 표면에는 저 굴절층(LR)과 입광 소자(CHOE)가 면 부착되어 있다. 저 굴절층(LR)은 표시 패널(DP)의 상부 표면과 면 합착되어 있다. 입광 소자(CHOE)는 표시 패널(DP)의 일측변 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 광원(LS)은 표시 패널(DP)의 일측변에서 입광 소자(CHOE)와 대향하도록 배치될 수 있다.
표시 패널(DP)의 하부 표면에는 광 시준 필터(LCF)가 배치되어 있다. 광 시준 필터(LCF)는 필름 형상으로 표시 패널(DP)의 표시 영역(AA)을 덮도록 배치되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 표시 패널(DP)의 일부 영역에만 배치될 수도 있다.
광 시준 필터(LCF) 하부에는 광 검출 소자(SEP)가 배치되어 있다. 광 검출 소자(SEP)는 필름 형상으로 광 시준 필터(LCF)와 동일한 면적을 갖고 면 부착될 수 있다. 광 시준 필터(LCF)가 표시 패널(DP)의 일부 영역에만 배치되는 경우, 광 검출 소자(SEP)도 광 시준 필터(LCF)와 동일한 크기로 적층될 수 있다.
제1 실시 예 및 제2 실시 예에서 알 수 있듯이, 커버 기판(CP), 저 굴절층(LR) 및 입광 소자(CHOE)는 표시 패널(DP)의 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 반면, 광 검출 소자(SEP)는 저 굴절층(LR)의 하부에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 광 시준 필터(LCF)는 광 검출 소자(SEP) 바로 위에 적층되는 것이 바람직하다.
광 검출 소자가 표시 패널(DP) 내부에 내장된 경우에는 광 시준 필터(LCF)는 표시 패널(DP)과 저 굴절층(LR) 사이에 개재되는 것이 바람직하다. 한편, 광 검출 소자(SEP)가 표시 패널(DP)과 별개로 구성되어 표시 패널(DP)의 하부 표면에 배치되는 경우, 광 시준 필터(LCF)는 표시 패널(DP)과 광 검출 소자(SEP) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
<제3 실시 예>
제1 실시 예에서, 진행광(200)이 커버 기판(CP) 상부 표면에서 빈 공간 없이 고르게 조사되도록 하기 위해 광원(LS)의 크기를 키우는 방법을 제안하였다. 제3 실시 예에서는, 도 5를 참조하여, 광원의 크기를 키우지 않고도, 진행광이 커버 기판 상부 표면에서 빈 공간 없이 고르게 조사되도록 구성하는 경우에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치는, 커버 기판(CP), 저 굴절층(LR), 입광 소자(CHOE), 광 시준 필터층(LCF) 및 표시 패널(DP)을 포함한다. 도면으로 도시하지 않았으나, 표시 패널(DP)의 내부에는 광 검출 소자를 더 포함한다.
표시 패널(DP)은 표시 영역(AA)과 비 표시 영역(NA)을 포함한다. 표시 영역(AA)은 비디오 정보를 표현하는 영역으로 표시 패널(DP)의 중앙부 대부분을 차지한다. 비 표시 영역(NA)은 표시 영역(AA)을 구동하기 위한 소자들이 배치될 수 있다. 비 표시 영역(NA)은 표시 영역(AA)의 일측변에 배치되거나, 표시 영역(AA)을 둘러싸며 배치될 수 있다.
커버 기판(CP)은 대략 장방형의 사각 판상 모양으로, 표시 패널(DP)을 수용하는 길이와 폭을 갖는다. 또한, 커버 기판(CP)은 표시 패널(DP)을 보호할 목적으로 일정 두께를 갖는다. 도 5에서는 길이는 X축, 폭은 Y축 그리고 두께는 Z축에 대응하여 표시한다.
커버 기판(CP)의 하부 표면에는 저 굴절층(LR)과 입광 소자(CHOE)가 면 부착되어 있다. 입광 소자(CHOE)는 광원(LS)에서 제공하는 점상의 단면적을 갖는 입사광(100)을 커버 기판(CP) 내부로 제공하는 광학 소자이다. 입광 소자는(CHOE)는 입사광(100)을 수직 확산 진행광(201)으로 변환하여 커버 기판(CP) 내부로 입사시킨다. 수직 확산 진행광(201)은 커버 기판(CP) 내부에서 전반사를 반복하면서, 커버 기판(CP)의 일측변에서 타측변까지 진행하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1의 하부에 도시하였듯이, 수직 확산 진행광(201)은 수평 평면상에서도 수평 확산각(φ)을 갖고 확산되는 것이 바람직하다. 따라서, 입광 소자(CHOE)는 입사광(100)을 수직 평면상에서 수직 확산각을 가짐과 동시에, 수평 평면상에서 수평 확산각(φ)을 갖는 수직 확산 진행광(201)으로 전환하는 홀로그래피 패턴을 구비한 필름인 것이 바람직하다. 입광 소자(CHOE)는 커버 기판(CP)과 동일하거나 조금 더 큰 굴절율을 갖는 홀로그래피 기록 필름일 수 있다.
입광 소자(CHOE)는 표시 패널(DP)의 외부 또는 비 표시 영역에 배치될 수 있다. 도면에서는 편의상 표시 패널(DP)의 외부 커버 기판(CP)의 일측변 하부에 배치된 경우로 도시하였다.
이하, 도 6을 더 참조하여, 입광 소자(CHOE)에 의해 입사광(100)이 수직 확산 진행광(201)으로 전환되어 커버 기판(CP) 내부에서 진행하는 과정을 설명한다. 도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 커버 기판 내부에서의 진행광의 경로를 나타내는 단면도이다.
수직 확산 진행광(201)은 XZ 평면 즉, 수직 평면 상에서 수직 확산각(θ')으로 확산되는 광이다. 예를 들어, 수직 확산 진행광(201)은 제1 진행광(200)과 제2 진행광(210) 사이에서 확산되는 빛들중 어느 하나이다. 수직 확산각(θ')은, 제1 진행광(200)의 제1 입사각(θ1)과 제2 진행광(210)의 제2 입사각(θ2) 사이의 각도이다. 제1 진행광(200)과 제2 진행광(210) 모두는 커버 기판(CP) 내부에서 전반사 조건을 만족한다.
따라서, 제1 입사각(θ1)과 제2 입사각(θ2) 모두는 커버 기판(CP)의 하부 표면에서의 전반사 임계각(TCP_ LR)보다 큰 것이 바람직하다. 제1 입사각(θ1)보다 제2 입사각(θ2)이 더 큰 값을 가질 수 있다. 이 조건을 만족하면, 당연히 제1 입사각(θ1)과 제2 입사각(θ2)들이 커버 기판(CP) 상부 표면에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)보다 크다. 따라서, 수직 확산 진행광(201)은 커버 기판(CP) 내부에서 전반사하면서 진행한다.
즉, 제1 진행광(200)과 제2 진행광(210)들이 전반사 조건을 만족하기 위한 제1 입사각(θ1)과 제2 입사각(θ2) 모두는 저 굴절층(LR)의 굴절율에 의해 결정된다. 여기서 편의상 저 굴절층(LR)의 굴절율이, 가장 큰 굴절율을 갖는 1.4인 경우로 설명한다. 예를 들어, 제1 입사각(θ1)은 70도이고, 제2 입사각(θ2)은 78도로 설정할 수 있다. 이 경우, 수직 확산각(θ')은 8°의 값을 갖는다.
하지만, 제1 입사각(θ1)과 제2 입사각(θ2)들은 이 값에만 한정하는 것이 아니고, 저 굴절층(LR)의 굴절율에 따라 다양하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 표 1을 참조하여, 저 굴절층(LR)의 굴절율이 1.2인 경우, 제1 입사각(θ1)은 55도이고, 제2 입사각(θ2)은 75도로 설정할 수 있다. 이 경우, 수직 확산각(θ')은은 20도로 더 큰 값을 가질 수 있다.
다시 도 5를 참조하여, 수직 확산 진행광(201)이 커버 기판(CP) 내부에서 진행하는 경로 및 이미지 인식하는 과정에 대해 설명한다. 편의상, XZ 평면인 수직 평면 상에서의 광 경로에 대해서만 설명한다.
수직 확산 진행광(201)은 커버 기판(CP)의 일측변, 즉 입사점(IP)에 근접한 측변에서 시작하여, 반대측변을 향해 진행한다. 커버 기판(CP)의 상부 표면에 이미지 객체(IM)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 지문 인식 센서에 적용하는 경우, 이미지 객체(IM)는 사람의 손가락 지문일 수 있다. 지문에는 융기(R) 부분과 골(V) 부분이 있다. 융기(R) 부분은 커버 기판(CP)의 표면과 직접 접촉하는 반면, 골(V) 부분은 커버 기판(CP)의 표면과 접촉하지 않는다.
수직 확산 진행광(201) 중에서 골(V) 부분에 닿은 수직 확산 진행광(201)은 전반사 조건에 따라 계속 진행한다. 반면에 융기(R) 부분에 닿은 수직 확산 진행광(201)은 굴절광(501), 전반사광(201) 및 난반사광(301)으로 나뉜다. 융기(R) 부분의 굴절율은 1.41 정도 된다. 즉, 저 굴절층(LR)보다 약간 더 큰 크기를 갖는다. 그 결과, 수직 확산 진행광(201)은 모든 광량이 전반사되지 않고, 일부는 융기(R) 부분으로 굴절된다. 또한, 다른 일부는 전반사되어 수직 확산 진행광(201)으로 진행한다. 그리고 또 다른 일부는 융기(R) 부분에서 하부 방향으로 난반사된 난반사광(301)이 된다.
난반사광(301)은 거의 수직 방향으로 하부 방향으로 진행하여, 저 굴절층(LR)을 통과하고, 표시 패널(DP)로 진입한다. 그 결과, 난반사광(301)들은 표시 패널(DP)에 내장된 광 검출 소자에 의해 인식될 수 있다. 광 검출 소자에서 인식한 난반사광(301)의 광량을 분석하여, 융기(R)의 형상을 재현할 수 있다.
여기서, 난반사광(301)들은 표시 패널(DP)의 상부 표면에 대해 거의 수직 방향으로 입사되지만, 흩어진 광이므로, 광량이 낮을 수 있다. 이 경우, 융기(R)의 형상을 올바르게 재현하는데 문제가 있을 수 있다. 따라서, 난반사광(301)들을 집광 시킬 수 있는 광 시준 필터(LCF)를 표시 패널(DP)의 상부 표면에 배치하는 것이 바람직하다. 특히 광 시준 필터(LCF)는 얇은 필름 형상으로 형성하여, 표시 패널(DP) 상부 표면 전체에 배치할 수 있다. 다른 방법으로, 표시 패널(DP) 상부 표면의 특정 영역에만 배치할 수도 있다. 이 경우에는 광 시준 필터(LCF)가 배치된 영역만을 지문 인식 영역으로 설정할 수도 있다.
광 시준 필터(LCF)는, 마이크로 렌즈들을 구비한 필름 형상을 가질 수 있다. 또는, 굴절율이 다른 마이크로 격벽들이 배치된 필름 형상을 가질 수 있다. 또 다른 방법으로, 확산광을 시준광으로 변환하는 홀로그래피 패턴을 구비한 필름일 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 제1 진행광(200) 및 제2 진행광(210)이 커버 기판(CP) 내부에서 전반사를 반복하며 진행하면서, 수직 확산각(θ')으로 확산된다. 따라서, 제1 진행광(200) 및 제2 진행광(210)이 커버 기판(CP)과 만나는 면적은 점차 증가한다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 2-3회 전반사된 후에는 커버 기판(CP) 상부 표면 전체에 조사되는 결과를 얻을 수 있다.
제3 실시 예에서는, 광원(LS)은, 단면 형상이 일정 직경을 갖는 정원이며, 진행 거리에 따라 그 단면 형상의 크기가 실질적으로 거의 동일한 높은 시준성을 갖는 레이저 적외선을 입사광(100)으로 제공한다. 반면에, 입광 소자(CHOE)에서는 입사광(100)을 수직 확산각(θ')을 갖는 수직 진행광(201)으로 변환하여 제공한다. 그 결과, 수직 진행광(201)은 수회 전반사된 후에는 커버 기판(CP) 상부 표면에서 빈 영역 없이 고르게 조사할 수 있다.
또한, 입광 소자(CHOE)는 입사광(100)을 XY 평면인 수평 평면 상에서는 제1 실시 예와 동일하게 수평 확산각(φ)을 갖도록 확산시키는 것이 바람직하다.
<제4 실시 예>
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제4 실시 예를 설명한다. 제4 실시 예에서는, 제1 실시 예와 동일한 입광 소자를 사용하되, 확산광을 제공하는 광원을 사용함으로써, 진행광이 커버 기판 상부 표면에서 빈 공간 없이 고르게 조사되도록 구성하는 경우에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
제4 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시 장치는 제1 실시 예에 의한 것과 거의 동일하다. 차이가 있다면, 광원(LS)은 단면 형상이 정원 형상을 갖되, 진행 거리에 따라 단면의 크기가 일정한 비율로 증가하는 확산 적외선인 입사광(101)을 입사점(IP)으로 제공한다. 동일한 다른 구성들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
확산 입사광(101)은 제1 입사광(100)과 제2 입사광(110) 사이의 광을 의미한다. 제1 입사광(100)과 제2 입사광(110)은 사이 각도가 8도로 확산되며, 중심선을 기준으로 좌우 대칭 구조를 갖는다. 즉, 제1 입사광(100)은 +4도의 입사각을, 또한 제2 입사광(110)은 -4도의 입사각을 가질 수 있다. 확산 입사광(101)은 단면적 0.5mm의 정원 형상을 가질 수 있다. 확산 입사광(101)은 빛이 진행함에 따라 단면적은 비례적으로 커진다.
입광 소자(CHOE)는 제1 실시 예의 것과 동일한 것이다. 예를 들어, 입광 소자(CHOE)는, 확산 입사광(101) 중에서 입사각이 0도인 중심선을 지나는 빛을 74도의 입사각을 갖는 수직 확산 진행광(201)으로 변환하는 홀로그래피 소자일 수 있다. 이 경우, 입광 소자(CHOE)는 제1 입사광(100)을 제1 입사각(θ1)을 갖는 제1 진행광(200)으로, 제2 입사광(110)을 제2 입사각(θ2)을 갖는 제2 진행광(210)으로 변환한다. 그 결과, 제1 입사각(θ1)은 70도로 변환되며, 제2 입사각(θ2)은 78도로 변환된다.
또한, 광원(LS)에서 제공하는 확산광의 확산 각도가 대칭형 8°인 경우, 도 1의 하부 도면에서와 같이 수평 확산 각도(φ)가 8°이다. 이 경우, 커버 기판(CP)의 상부 표면에서 넓게 확산되어야 하므로, 제1 실시 예에서와 같이 수평 평면상에서는 커버 기판(CP)의 폭에 대응하도록 더 넓게 확산되는 것이 바람직하다. 따라서, 입광 소자(CHOE)는 수직 평면상에는 0도 입사각을 74도의 입사각을 갖도록 변환함과 동시에, 수평 평면 상에서는 커버 기판(CP)의 폭에 대응하는 수평 확산 각도(φ)를 갖도록 변환하는 홀로그래피 소자인 것이 바람직하다.
한편, 저 굴절층(LR)의 굴절율이 1.1 혹은 1.2의 값을 갖는 물질을 적용할 경우, 더 넓은 확산각을 갖는 확산광을 제공하는 광원(LS)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 저 굴절층(LR)의 굴절율이 1.1인 경우, 커버 기판(CP) 내부에서의 전반사될 수 있는 입사각(θ)은 50도 이상이면 충분하다. 예를 들어, 제1 입사각(θ1)을 50도로 제2 입사각(θ2)을 88도로 설정할 수 있으므로, 약 38도의 확산각을 갖는 확산광을 제공하는 광원(LS)을 사용할 수 있다.
이 경우, 입광 소자(CHOE)는 0도 입사각을 갖는 중심광이 69도의 입사각을 갖도록 변환하는 것만을 고려한 홀로그래피 패턴을 구비할 수 있다. 이 때, 수평 평면 상에서의 수평 확산 각도(φ)를 고려하지 않더라도, 광원(LS)에서 제공되는 빛이 이미 38도의 수평 확산각을 갖는다. 이 정도로 넓은 경우에는 수평 평면상에서 커버 기판(CP)의 폭에 대응하도록 확산시키지 않아도, 표시 패널(DP)의 전체 표시 영역을 지문 인식 영역으로 사용하지는 못하더라도, 충분한 지문 인식 영역을 확보할 수 있다.
입광 소자(CHOE)에 의해 입사 각도가 변환된 수직 확산 진행광(201)은 전반사되면서 그 단면적이 점차 증가한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 수직 확산 진행광(201)이 커버 기판(CP)의 상부 표면에 처음으로 닿는 부분에서는 직경 1.48mm의 크기를 갖는다. 그 후에 커버 기판(CP)의 하부 표면에서 전반사되고, 커버 기판(CP)의 상부 표면에 두 번째로 닿는 부분에서는 직경 3.44mm의 크기를 갖는다. 그 후, 세 번째로 닿는 부분은 두 번째 닿는 부분과 중첩된다. 즉, 수직 확산 진행광(201)은 2번째 전반사된 후에는 커버 기판(CP)의 상부 표면 전체 면적에서 빈 영역 없이 고르게 조사된다.
제4 실시 예에서 광원(LS)은 단면이 정원인 확산광을 제공하는 경우로 설명하였다. 하지만, 광원(LS)은 비 대칭 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 광원(LS)은, 단면 형상이, X축 즉, 길이 방향으로 장축이 배치되고, Y축 즉, 폭 방향으로 단축이 배치된, 타원 형상을 가질 수 있다. 또한, 빛이 진행하는 거리에 따라 타원의 크기가 일정한 비율로 증가하는 확산광을 입사점(IP)으로 제공할 수 있다.
<제5 실시 예>
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제5 실시 예에 대해 설명한다. 제5 실시 예는, 수직 확산 진행광을 사용하는 구조에서 광 검출 소자가 표시 패널과 별도로 구성된 경우를 설명한다. 도 8은 본 발명의 제5 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
제5 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치는, 기본적인 구성은 도 4에 도시한 제2 실시 예의 것과 거의 동일하다. 차이가 있다면, 광원은 제2 실시 예의 경우와 동일하되, 입광 소자에서 변환하는 진행광이 수직 평면 상에서도 확산되는 수직 확산 진행광을 제공한다. 또는, 입광 소자는 제2 실시 예의 경우와 동일하되, 광원이 일정 각도로 확산하는 적외선을 제공한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 표시장치는, 커버 기판(CP), 저 굴절층(LR), 입광 소자(CHOE), 표시 패널(DP), 광 시준 필터층(LCF) 및 광 검출 센서(SEP)를 포함한다. 제2 실시 예에서와 마찬가지로, 광 검출 센서(SEP)가 별도의 구성 요소로 구비되며, 특히 표시 패널(DP) 하부 표면 외부에 부착되는 특징이 있다.
커버 기판(CP)의 하부 표면에는 저 굴절층(LR)과 입광 소자(CHOE)가 면 부착되어 있다. 저 굴절층(LR)은 표시 패널(DP)의 상부 표면과 면 합착되어 있다. 입광 소자(CHOE)는 표시 패널(DP)의 일측변 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 광원(LS)은 표시 패널(DP)의 일측변에서 입광 소자(CHOE)와 대향하도록 배치될 수 있다.
표시 패널(DP)의 하부 표면에는 광 시준 필터(LCF)가 배치되어 있다. 광 시준 필터(LCF)는 필름 형상으로 표시 패널(DP)의 표시 영역(AA)을 덮도록 배치되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 표시 패널(DP)의 일부 영역에만 배치될 수도 있다.
광 시준 필터(LCF) 하부에는 광 검출 소자(SEP)가 배치되어 있다. 광 검출 소자(SEP)는 필름 형상으로 광 시준 필터(LCF)와 동일한 면적을 갖고 면 부착될 수 있다. 광 시준 필터(LCF)가 표시 패널(DP)의 일부 영역에만 배치되는 경우, 광 검출 소자(SEP)도 광 시준 필터(LCF)와 동일한 크기로 적층될 수 있다.
지금까지 제1 내지 제5 실시 예들에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광학식 이미지 인식 센서를 내장한 표시 장치에서는, 표시 장치의 겉면에 부착하는 커버 기판과 커버 기판의 일측 표면에 부착된 수백 ㎛ 정도에 불과한 초박형 홀로그래피 필름 및 저 굴절층을 구비한다. 따라서, 표시 장치의 두께에는 영향을 주지 않고 광학식 이미지 인식 센서를 내장할 수 있다. 또한, 진행광을 표시 장치의 표시 패널 전체 면적에 고르게 분포하도록 하여(또는 스캔하여) 이미지를 인식할 수 있으므로, 이미지 인식 분해능이 매우 우수하여, 지문 인식과 같이 미세 이미지를 정확하게 인식할 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 CP: 커버 기판
LR: 저 굴절층 CHOE: 입광 소자
LS: 광원 LCF: 광 시준 필터층
SEP: 광 검출 소자 100: 입사광
200: 진행광 201: 수직 확산 진행광
300, 301: 난반사광 500, 501: 굴절광

Claims (14)

  1. 표시 영역과 비 표시 영역이 정의된 표시 패널;
    상기 표시 패널을 수용하는 길이와 폭 그리고 일정한 두께를 갖고, 상기 표시 패널의 상부에 배치된 커버 기판;
    상기 커버 기판의 하부 표면에서, 상기 표시 영역에 배치되고 상기 커버 기판과 상기 표시 패널 사이에 위치하는 저 굴절층;
    상기 커버 기판의 하부 표면에서, 상기 비 표시 영역에 배치된 입광 소자;
    상기 표시 패널의 일측변에서 상기 입광 소자와 대향하도록 배치되어, 상기 입광 소자의 표면에 정의된 입사점으로 입사광을 제공하는 광원; 그리고
    상기 저 굴절층 하부에 배치된 광 검출 소자를 포함하며,
    상기 저 굴절층 하부 표면과 상기 광 검출 소자 사이에 배치되어, 난반사광들을 집광시키는 광 시준 필터 층을 더 포함하고,
    상기 광 검출 소자는 상기 커버 기판의 상부 표면에서 하부 방향으로 난반사되고, 상기 광 시준 필터 층에 의해 집광된 광을 검출하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 시준 필터 층은 상기 저 굴절층 하부 표면과 상기 표시 패널 사이에 배치되고,
    상기 광 검출 소자는, 상기 표시 패널 내부에 배치되는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 시준 필터 층은 상기 표시 패널의 하부 표면에 배치되고,
    상기 광 검출 소자는, 상기 광 시준 필터 층 하부에 배치되는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입광 소자는,
    상기 입사광을 상기 커버 기판과 상기 저 굴절층 사이의 계면에서 전반사되는 진행광으로 전환하는 홀로그래피 패턴을 구비한 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 진행광은,
    상기 커버 기판의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향으로 이루어진 수평 평면상에서, 상기 커버 기판의 상기 폭에 대응하는 수평 확산각으로 확산되는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수평 확산각은, 상기 입사점과 상기 커버 기판의 대향 측변의 양 끝점을 각각 연장한 두 선분들의 사이각에 대응하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 진행광은,
    상기 커버 기판의 상기 길이 방향 및 상기 두께 방향으로 이루어진 수직면 상에서 확산하는 각도인 수직 확산각이 2도보다 작은 높은 시준성을 갖는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 진행광은,
    상기 커버 기판의 상기 길이 방향 및 상기 두께 방향으로 이루어진 수직면 상에서,
    상기 커버 기판과 상기 저 굴절층 사이의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 값을 갖는 제1 입사각; 그리고
    상기 제1 입사각보다 큰 제2 입사각 사이의 각에 대응하는 수직 확산각을 갖는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원은,
    단면 형상이 일정 직경을 갖는 정원이며, 진행 거리에 따라 상기 단면 형상의 크기가 실질적으로 거의 동일한 높은 시준성을 갖는 레이저 광을 상기 입사점으로 제공하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원은,
    단면 형상이 정원 형상을 갖되, 진행 거리에 따라 상기 단면의 크기가 일정한 비율로 증가하는 확산광을 상기 입사점으로 제공하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원은,
    단면 형상이, 상기 길이 방향으로 장축이 배치되고 상기 폭 방향으로 단축이 배치된 타원 형상이며, 진행 거리에 따라 상기 단면 형상의 크기가 실질적으로 거의 동일한 높은 시준성을 갖는 레이저 광을 상기 입사점으로 제공하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원은,
    단면 형상이, 상기 길이 방향으로 장축이 배치되고, 상기 폭 방향으로 단축이 배치된, 타원 형상이며, 진행 거리에 따라 상기 단면의 크기가 일정한 비율로 증가하는 확산광을 상기 입사점으로 제공하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.

  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 검출 소자와 상기 광원은 수평 평면 상에서 이격되는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
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