KR20180046961A - 지문 이미지 스캐닝 장치 및 이를 포함하는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치 - Google Patents

지문 이미지 스캐닝 장치 및 이를 포함하는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치 Download PDF

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크루셜텍 (주)
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Abstract

본 발명에 따른 지문 이미지 스캐닝 장치는, 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 감지광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부; 및, 상기 접촉 패턴 발광부의 상기 표면 반대편에 배치되고, 상기 감지광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고, 상기 접촉 패턴 발광부는, 상기 표면 반대편에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층; 및, 상기 하부 투명 전극층 위에 배치되고, 상기 표면에 접촉된 사용자의 지문 중 융선에 대응되는 부분에서 부분적으로 광을 생성하여 상기 감지광 패턴을 형성하는 투명한 전계 발광층; 을 포함한다. 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 전술한 접촉 패턴 발광부와 디스플레이 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 사이에 배치된 광센서 어레이로 상기 감지광 패턴을 센싱하도록 구성된다.

Description

지문 이미지 스캐닝 장치 및 이를 포함하는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치 {Apparatus For Fingerprint Image Scanning and Display Apparatus Having Image Scanning Function}
본 발명은 지문을 높은 정확도로 스캐닝할 수 있는 장치 및 디스플레이 화면상에서 피사체의 표면 이미지를 스캐닝할 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 지문 패턴에 따른 감지광을 발생시키고 이를 수광하여 높은 정확도로 지문을 검출하는 지문 이미지 스캐닝 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신상의 보안 문제가 이슈화되면서 스마트폰, 태블릿 PC 등 개인휴대기기 분야에서도 보안 관련 기술이 화두가 되고 있다. 특히, 사용자들의 휴대기기를 통한 전자상거래 등이 늘어나면서 개인 정보에 대한 보안이 요구되고 있는데, 이러한 요구에 따라 지문, 홍채, 안면, 음성, 혈관 등의 생체 정보를 이용하여 개인을 식별하고 인증하는 기술들이 활용되고 있다. 다양한 생체 정보 인증 기술 중 가장 보편적으로 사용되고 있는 기술은 지문을 통한 인증 기술이다. 최근에는, 스마트폰 및 태블릿 PC 등에 지문 인식 및 이를 통한 인증 기술이 적용된 제품이 출시되었다. 그러나, 지문 인식을 위한 센서 장치가 휴대 기기에 접목되기 위해서는 디스플레이 장치 외에 지문 인식을 위한 장치를 함께 장착시켜야 하는데, 이에 따라 휴대기기의 크기나 두께가 늘어나는 등의 문제점이 있었다.
한편, 평판형 디스플레이 장치상에 광센서 어레이를 탑재하여 지문 이미지 등 디스플레이 화면 외부의 표면 이미지를 스캐닝하는 장치가 제안된 바 있다. 이 경우 주로 디스플레이 내부 광원으로부터 방출된 광이 지문의 융선(Ridge)과 골(Valley)에 의해 반사된 이미지 패턴을 검출하는데, 이 과정에서 외부 광의 영향을 받기 쉽다. 지문의 융선에서 반사된 광에 의한 신호와 골에서 반사된 광에 의한 신호의 차이가 충분하지 않을 경우, 지문 인식의 정확도가 떨어지는 요인이 될 수 있다. 또한, 지문 인식을 위해 내부 광원을 구동하는 것이 디스플레이 화면에 드러나서 시각적으로 사용자를 불편하게 할 수도 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 평판형 디스플레이 장치의 디스플레이 표면 측에 배치되어, 추가적으로 설치 공간을 차지하지 않으면서도 높은 정확도로 지문 이미지를 스캐닝할 수 있고, 다양한 환경에서 사용되는 모바일기기에 적합한 내구성과 신뢰성을 가진 지문 이미지 스캐닝 장치 및 이를 포함하는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명에 따른 지문 이미지 스캐닝 장치는, 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 감지광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부; 및, 상기 접촉 패턴 발광부의 상기 표면 반대편에 배치되고, 상기 감지광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고, 상기 접촉 패턴 발광부는, 상기 표면 반대편에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층; 및, 상기 하부 투명 전극층 위에 배치되고, 상기 표면에 접촉된 사용자의 지문 중 융선에 대응되는 부분에서 부분적으로 광을 생성하여 상기 감지광 패턴을 형성하는 투명한 전계 발광층; 을 포함한다.
상기 투명한 전계 발광층은, 유기 전계 발광 소재 또는 양자점 발광 소재로 형성된 광 생성층을 포함할 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부에서 상기 표면을 구성하는 최외곽층은 투명 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부에서 상기 표면을 구성하는 최외곽층은 좀 더 구체적으로 투명한 상기 전계 발광층의 일부를 구성하는 전자 주입층 또는 전하 주입층으로서 투명 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부는, 투명한 상기 전계 발광층 위에 투명 반도체 물질로 이루어져 상기 표면을 형성하는 보호막을 더 포함할 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부는, 투명한 상기 전계 발광층 상부에 배치되어 그 표면으로부터 깊이 방향으로 도전성을 띠는 이방성 도전체 막을 더 포함할 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부는, 투명한 상기 전계 발광층의 상부에 배치되고, 적어도 일부가 사용자의 지문이 접촉되는 감지 영역에 중첩되도록 형성된 투명 그리드 전극층을 더 포함할 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부는, 투명한 상기 전계 발광층 상부의 일부 영역에 형성되어 나머지 부분에서 상기 전계 발광층을 노출시키고, 전기적으로 플로팅(floating)된, 부분 전극층을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 부분 전극층은 사용자의 지문이 접촉되는 감지영역을 회피하여 그 주변부에 배치될 수 있다. 상기 부분 전극층은 그 가운데에 상기 감지영역을 두고, 그 둘레를 연속 또는 불연속적으로 둘러싸도록 형성될 수 있다.
이 경우에도 투명한 상기 전계 발광층 및 상기 부분 전극층을 덮어 상기 표면을 이루는 보호막을 더 포함할 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부는, 투명한 상기 전계 발광층의 상부에 배치되고, 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할되어 전기적으로 플로팅(floating)된, 아일랜드형 상부 투명 전극층을 더 포함할 수 있다.
이때, 투명한 상기 전계 발광층은 상기 아일랜드형 상부 투명 전극층과 같이 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할될 수 있다. 상기 전계 발광층은, 서로 절연된 다수의 단위 영역 사이에 배치되어, 상기 단위 영역 간의 광 간섭을 차단하는 차폐부를 더 포함할 수 있다.
상기 아일랜드형 상부 투명 전극층 상에 배치되어 사용자의 지문 패턴과 직접 접촉하는 보호막을 더 포함할 수 있다.
한편, 전술한 과제의 해결을 위하여 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 감지광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부; 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및, 상기 접촉 패턴 발광부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 접촉 패턴 발광부에서 발생한 감지광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고, 상기 접촉 패턴 발광부는, 상기 표면 반대편에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층; 및, 상기 하부 투명 전극층 위에 배치되고, 상기 표면에 접촉된 사용자의 지문 중 융선에 대응되는 부분에서 부분적으로 광을 생성하여 상기 감지광 패턴을 형성하는 투명한 전계 발광층; 을 포함한다.
상기 접촉 패턴 발광부에서 상기 표면을 구성하는 최외곽층은 투명 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부는, 투명한 상기 전계 발광층 상부의 일부 영역에 형성되어 나머지 부분에서 상기 전계 발광층을 노출시키고, 전기적으로 플로팅(floating)된, 부분 전극층을 더 포함할 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부는, 투명한 상기 전계 발광층의 상부에 배치되고, 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할되어 전기적으로 플로팅(floating)된, 아일랜드형 상부 투명 전극층을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전계 발광층은 상기 아일랜드형 상부 투명 전극층과 같이 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할될 수 있다.
전술한 본 발명의 구성에 따르면, 평판형 디스플레이 장치의 디스플레이 표면 측에 배치되어, 추가적으로 설치 공간을 차지하지 않으면서도 높은 정확도로 지문 이미지의 스캐닝이 가능하고, 다양한 환경에서 사용되는 모바일기기에 적합한 내구성과 신뢰성을 가진 지문 이미지 스캐닝 장치가 제공되고, 평판형 디스플레이 패널과 통합된 것으로 이를 포함하는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치가 탑재된 휴대기기의 사용예를 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보인다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면을 보인다.
도 4는 상기 도 3의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면을 보인다.
도 6은 상기 도 3 또는 도 5의 실시예에서 접촉 패턴 발광부의 구성 예를 보인다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 패턴 발광부의 구성 예를 보인다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 아일랜드형 상부 투명 전극층을 갖는 지문 이미지 스캐닝 장치를 개략적으로 보인다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 투명 그리드 전극을 갖는 지문 이미지 스캐닝 장치를 개략적으로 보인다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 11은 상기 도 10의 II - II 선도에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 12는 상기 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보여주는 도면이다.
도 13은 상기 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉되지 않은 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다.
도 14는 상기 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 17은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 19는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 평면도이다.
도 20은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.
도 21은 상기 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.
도 23은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 접촉 패턴 발광부의 작동 상태를 보인다.
도 24는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.
도 25는 상기 도 20 내지 도 24의 실시예에서 부분 전극층의 평면적 형상의 다양한 예를 보인다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 그 성격이 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
참고로 상부, 하부, 상면 및 하면 등과 같이 상하의 개념을 포함하는 표현은 특별한 언급이 없으면 도면에 도시된 방향을 기준으로 한 것이며, 첨부된 도면들에서는 층상의 구조를 표현할 때 화상이 표시되는 디스플레이 표면에 가까운 쪽이 상측에 배치되고, 그 반대쪽이 하측에 배치되도록 도시하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분의 "위에", "상부에", 또는 "상위 계층에" 배치된다고 할 때, 이는 직접적으로 접촉하는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 그 위에 배치된 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치가 탑재된 휴대기기의 사용예를 보인다.
예를 들어 휴대기기(MD)는 스마트폰, 태블릿PC, 전자책 또는 네비게이션 장치와 같이 유무선 통신 기능, 정보처리 연산 기능 및 미디어 플레이 등 디스플레이 기능을 갖는 디지털 기기일 수 있다. 이러한 휴대기기에는 액정 디스플레이(LCD), 유기발광소자 디스플레이(OLED) 뿐만 아니라 전자종이(E-Paper) 디스플레이, 전계방출소자 디스플레이(FED), 양자점(Quantum-dot) 디스플레이, 등 다양한 종류의 평판형 디스플레이 장치가 채용될 수 있다. 여기서는 주로 스마트폰의 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 전술한 다양한 방식의 평판형 디스플레이를 기반으로 하여 구현될 수 있으며, 디스플레이 기능 및 지문 센싱 기능을 필요로 하는 어떠한 기기에도 채용될 수 있다.
이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 휴대기기(MD)의 일면에 형성되며, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 휴대기기(MD)의 전면에 형성되어 디스플레이 장치로서의 기능과 터치 인터페이스와 같은 입력 장치로서의 기능을 겸할 수도 있다. 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 그 디스플레이 표면 중 일부 영역(SA)에 접촉된 사용자의 손가락(F)으로부터 지문 패턴(FP)을 검출한다. 손가락(F)이 접촉된 위치를 먼저 감지하여 그 위치에 따라 상기 일부 영역(SA)을 설정하고, 해당 영역에서 지문 패턴(FP)을 검출하도록 구현될 수도 있다.
후술하겠지만, 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 손가락이 디스플레이 표면에 접촉되었을 때, 그 지문의 융선(ridge)과 골(valley)의 형태에 따라 발생하는 감지광 패턴을 감지하여 지문을 검출한다. 이를 위해 본 발명에 따른 지문 이미지 스캐닝 장치는, 지문의 융선이 접촉된 부분에서만 부분적으로 발광하여 지문과 동일한 형태의 감지광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부를 포함한다. 또한, 손가락 지문의 융선과 골을 구분할 수 있을 정도의 해상도를 갖도록 배열된 다수의 광센서를 갖는 광센서 어레이를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)에서 광센서 어레이는 가시광을 감지하는 것일 수도 있고, 적외선과 같은 비가시광을 감지하는 것일 수도 있다. 비가시광을 감지함으로써 디스플레이 화상을 구성하는 가시광이 지문 센싱에 영향을 미치지 않도록 할 수 있기 때문이다. 상기 광센서 어레이에 의해 감지되는 광의 파장 영역은 상기 접촉 패턴 발광부에서 감지광 패턴을 형성하는 광의 파장 영역과 중첩되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보인다.
본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는 크게 세 부분으로 구성될 수 있다. 위에서부터 보면, 사용자의 지문이 접촉되는 표면을 포함하고 접촉된 지문 패턴에 따른 감지광 패턴(FR)을 발생시키는 접촉 패턴 발광부(20)와, 상기 감지광 패턴(FR)으로부터 손가락 지문의 융선과 골을 구분할 수 있을 정도의 해상도를 갖도록 배열된 다수의 광센서를 갖는 광센서 어레이(30), 그리고 화상을 구성하는 디스플레이 패널(40)로 구성된다.
다만, 여기 언급된 이들 세 부분은 그 기능에 따라 구분된 것일 뿐 반드시 서로 분리 가능하게 구비되는 것은 아니다. 각각이 독립된 기판 가지는 구조물일 필요도 없다. 예를 들어, 상기 접촉 패턴 발광부(20)와 상기 광센서 어레이(30)는 서로 통합되어 지문 이미지 스캐닝 모듈(TLS)을 구성할 수 있고, 상기 광센서 어레이(30)와 상기 디스플레이 패널(40)도 서로 하나의 모듈로 통합되어 센서 통합 디스플레이 패널(SID)을 구성할 수 있다. 상기 접촉 패턴 발광부(20), 상기 광센서 어레이(30), 및 상기 디스플레이 패널(40)이 모두 하나의 모듈로 통합될 수도 있음은 물론이다. 여기서, 통합이란 각각의 기판을 가지는 구조물을 서로 접합한 것은 물로, 별도의 기판 없이 연속적으로 적층 형성된 것을 모두 포함한다.
다시 말해서, 상기 광센서 어레이(30)와 상기 디스플레이 패널(40)의 통합 방식에는, 그 자체로 완성된 디스플레이 패널(40) 위에 광센서 어레이(30)가 접합된 애드온(Add-On) 방식과, 디스플레이 패널(40)의 셀(Cell)을 구성하는 상부 기판 또는 최상층 상에 광센서 어레이(30)가 형성된 온셀(On-Cell) 방식, 그리고 디스플레이 패널(40)의 셀(Cell)을 구성하는 상부 기판 내에 광센서 어레이(30)가 형성된 인셀(In-Cell) 방식이 모두 포함된다. 이와 같이 다양한 방식의 통합이 가능하다는 점은 상기 접촉 패턴 발광부(20)가 상기 광센서 어레이(30) 위에 통합됨에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 이하에서도 센서 통합 디스플레이 패널(SID)은 지문 패턴 이미지의 스캐닝이 가능한 수준의 해상도를 갖도록 다수의 광센서 소자가 배열된 광센서 어레이가 평판형 디스플레이 패널에 통합된 것을 일컫는 것으로, 그 디스플레이 구현 방식이나 광센서 어레이와 디스플레이 장치의 배치 유형 등에 의해 한정되지 않는다.
한편, 여기서 상기 광센서 어레이(30)는 평면상에 배열된 다수의 광센서를 포함하는데, 광센서는 특정 유형의 센서로 한정되지 않고 인가된 광의 세기에 따라 전기적 신호를 제공하는 센서 소자를 의미한다. 센서 소자의 관점에서는 포토 트랜지스터(포토 TFT), 포토 다이오드 등 다양한 유형의 소자로 구성될 수 있고, 감지 대상 파장 대역의 관점에서는 가시광 센서뿐만 아니라 적외선 센서 등을 포함할 수 있다. 가시광 중에서도 특정 파장 대역에 대해 높은 감도를 가지는 것일 수 있는데, 높은 감도의 파장 대역과 상기 접촉 패턴 발광부(20)에서 발생하는 감지광의 파장 대역을 서로 맞춤으로써 지문 인식의 정확성을 높일 수 있다.
이하에서는 전술한 접촉 패턴 발광부(20)의 다양한 실시예를 중심으로 본 발명에 따른 지문 이미지 스캐닝 장치 및 이를 포함하는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 관하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면을 보인다.
본 실시예는 광센서 어레이(30)가 내재된 인셀 타입의 센서 통합 디스플레이 패널(SID)를 포함하는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 한 예이다. 다만, 여기서 상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID) 대신 광센서 어레이(30)가 독립적으로 존재하는 경우라면 본 실시예는 지문 이미지 스캐닝 장치에 관한 것으로 볼 수도 있다. 이점은 이하의 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부(20)를 포함한다. 본 실시예에 따르면 상기 접촉 패턴 발광부(20)는 상기 디스플레이 표면의 반대 측에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층(21)과, 상기 하부 투명 전극층(21) 상에 배치된 전계 발광층(22) 포함하여 구성된다. 상기 하부 투명 전극층(21)은 투명 절연성 기판(11) 상에 형성될 수 있다.
상기 전계 발광층(22)은 그 두께 방향으로 흐르는 전류에 의해 빛을 생성하는 것으로서, 광학적으로 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전계 발광층(22)은 여러 가지 소재가 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있는데, 그에 관해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다. 상기 전계 발광층(22)은 전하와 전자가 결합하며 빛을 생성하는 광 생성층을 포함하는데, 상기 광 생성층을 구성하는 소재의 종류에 대해서도 후술하기로 한다.
상기 광센서 어레이(30)는 디스플레이 패널의 일부를 구성하는, 혹은 광센서 어레이 자체의 기판(12)과 상기 기판(12)의 일면 측에 평면적으로 배열된 다수의 광센서(32)를 포함한다. 상기 광센서 어레이(30)의 기판(12) 역시 유리 또는 합성수지 등으로 이루어진 투명 절연성 기판일 수 있다. 상기 광센서 어레이(30)의 기판(12)과 상기 접촉 패턴 발광부(20)의 투명 절연성 기판(11)은 접착층(15) 또는 점착층 등을 매개로 서로 접합될 수 있다.
상기 하부 투명 전극층(21)을 구성하는 투명 전극 소재로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 IZTO(Indium Zinc Tin Oxide) 등이 채용될 수 있다. 카본나노튜브(CNT)나 실버나노와이어(SNW) 등 나노 소재를 이용하여 형성될 수도 있다.
도 4는 상기 도 3의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.
도시된 바와 같이, 디스플레이 표면 또는 지문 이미지 스캐닝 장치의 표면을 이루는 상기 전계 발광층(22)의 상면에 지문(FP)이 접촉되면, 구체적으로는 지문(FP)의 융선(R)이 상기 전계 발광층(22)의 상면에 직접적으로 접촉하여 제1 영역(R11)을 이루고, 지문(FP)의 골(V)은 상기 제1 영역(R11)들 사이에서 접촉되지 않은 제2 영역(R12)을 이룬다. 이때, 상기 전계 발광층(22)에서 상기 제1 영역(R11)에 대응되는 부분에서는 부분적으로 발광이 이루어져, 감지광 패턴이 형성된다. 이러한 감지광은 투명 절연성 기판(11)을 통해 전술한 광센서 어레이(30) 쪽으로 진행하여 다수의 광센서 소자(32)들에 의해 센싱된다. 여기서, 제 1 영역(R11)에서 생성된 감지광은 화살표로 표시된 바와 같이 바로 아래에 있는 광센서들(32a)에 전달된다. 그 결과 상기 제 1 영역(R11)에 대응되는 광센서들(32a)은 상기 제 2 영역(R12)에 대응되는 광센서들(32b)에 비해 상대적으로 큰 값의 신호를 출력하게 된다.
이러한 원리로, 본 발명에 따른 지문 이미지 스캐닝 장치는 외부광 또는 상기 광센서 어레이(30) 아래에서 발생한 디스플레이 광의 유무와 무관하게 우수한 감도로 지문 이미지 패턴을 검출할 수 있다.
상기 감지광 패턴의 형성을 위해 상기 하부 투명 전극층(21)에는 바이어스 전압으로 수 내지 수십 볼트(V)의 음 또는 양의 전압이 인가되고, 상기 지문(FP)이 접촉된 상태에서 상기 제 1 영역(R11)에 부분적으로 상기 전계 발광층(22)을 관통하는 전류 경로(current path)가 형성된다. 상기 바이어스 전압은, 상기 하부 투명 전극층(21)이 애노드(Anode) 전극으로서 기능 하는 경우 양의 값으로, 캐소드(Cathode) 전극으로서 기능 하는 경우 음의 값으로 인가될 수 있으며, 그 절대값은 수 내지 수십 볼트의 범위에서 상기 접촉 패턴 발광부(20)의 발광 효율 등에 따라 달라질 수 있다.
사용자의 지문이 상기 표면에 접촉된 상태에서 사용자의 신체는 전기적으로 싱크(sink)로 작용한다. 사용자의 손가락 피부와 상기 하부 투명 전극층(21) 사이의 전위차에 의해 일시적으로 전류가 흐르게 되며, 손가락의 충전 또는 방전이 완료되면 전류는 더 이상 흐르지 않게 된다. 상기 감지광 패턴은 전류가 일정 값 이상 유지되는 동안 일시적으로 생성되다가 사라지는데, 그 시간이 1초 미만이라도 광센서 어레이(30)가 지문 패턴을 검출하는 데에 충분한 시간이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면을 보인다.
본 실시예는 접촉 패턴 발광부(20)의 구성은 전술한 도 3의 실시예와 동일하며, 광센서 어레이(30N)가 그 자체의 기판 또는 디스플레이 패널의 일부를 구성하는 기판(12)의 상부에 형성된 다수의 광센서(32)를 포함하여 구성된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는 광센서 어레이(30N)가 디스플레이 패널에 이른바 온셀(On-Cell) 타입으로 통합된 센서 통합 디스플레이 패널(SID)을 포함하는 것이다.
도 6은 상기 도 3 또는 도 5의 실시예에서 접촉 패턴 발광부의 구성 예를 보인다.
접촉 패턴 발광부(20A, 20B)는 전술한 바와 같이 유기 발광 다이오드(OLED) 또는 양자점 발광 다이오드(QD-LED) 등의 전계 발광 소자에서 애노드와 캐소드 중 어느 한 전극이 생략된 구조로 형성될 수 있다. 도 6의 (a)는 접촉 패턴 발광부(20A)가 그 하부 투명 전극층(21A)이 애노드 전극의 역할을 하는 이른바 컨벤셔널 구조(Conventional Structure)를 갖는 경우를 보이고, 도 6의 (b)는 이와 달리 접촉 패턴 발광부(20B)가 그 하부 투명 전극층(21B)이 캐소드 전극의 역할을 하는 이른바 인버티드 구조(Inverted Structure)를 갖는 경우를 보인다.
먼저 (a)를 좀 더 자세히 보면, 투명 절연성 기판(11) 상에 애노드 전극으로서의 하부 투명 전극층(21A)이 배치되고, 그 위에 차례로 전하 주입층(22HI), 전하 수송층(22HT), 광 생성층(22EM), 전자 수송층(22ET), 그리고 전자 주입층(22EI)이 배치되어 전계 발광층(22A)을 구성할 수 있다. 여기서 각 층은 서로 다른 물질로 형성되는 것이 일반적이나, 전하 주입층(22HI)과 전하 수송층(22HT)이 단일 층으로 이루어지거나, 전자 주입층(22EI)과 전자 수송층(22ET)이 단일 층으로 이루어질 수도 있다.
다음으로 (b)를 좀 더 자세히 보면, 투명 절연성 기판(11) 상에 캐소드 전극으로서의 하부 투명 전극층(21B)이 배치되고, 그 위에 차례로 전자 주입층(22EI), 전자 수송층(22ET), 광 생성층(22EM), 전하 수송층(22HT), 그리고 전하 주입층(22HI)이 배치되어 전계 발광층(22B)를 구성할 수 있다. 인접한 두 개의 층이 단일 층으로 이루어질 수도 있음은 위에서 언급한 바와 같다.
이들 각 층을 이루는 소재에 관해서는 유기 발광 다이오드 또는 양자점 발광 다이오드 분야에서 이미 알려진 기술을 차용할 수 있다. 다만, 본 발명의 한 측면에 따르면, 상기 접촉 패턴 발광부(20A, 20B)에서 그 표면(22AS, 22BS)을 이루는 최외곽층은 투명 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, (a)와 같이 컨벤셔널 구조의 접촉 패턴 발광부(20A)에서 사용자의 지문이 접촉되는 표면(22AS)을 갖는 그 최외곽층(22EI)은 반도체 성질을 갖는 티타늄 산화물(TiO2)층으로 이루어질 수 있다. 또한 (b)와 같이 인버티드 구조의 접촉 패턴 발광부(20B)에서 그 표면(22BS)을 갖는 최외곽층(22HI) 역시 반도체 성질을 갖는 몰리브덴 산화물(MoOx)층으로 이루어질 수 있다. 투명 반도체 물질로 최외곽층을 구성하는 경우, 특히 그 두께를 지문의 융선과 융선 사이의 간격보다 얇게 형성할 경우, 그 표면에 지문이 접촉되었을때 전류 경로가 상기 표면에 평행하게 형성되지 않고 그에 수직으로 형성되는 경향이 있어 지문 패턴과 일치하는 감지광 패턴을 형성하는 데에 유리하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 패턴 발광부의 구성 예를 보인다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 접촉 패턴 발광부(20C)는 전계 발광층(22) 위에 투명 반도체 물질로 이루어져 상기 표면을 형성하는 보호막(23)을 더 포함한다. 상기 보호막(23)은 예컨대 반도체 성질을 띠는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 물질로 형성될 수 있다.
한편, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 접촉 패턴 발광부(20D)는 상기 전계 발광층(22) 위에 배치되어 그 표면으로부터 깊이 방향으로 도전성을 띠는 이방성 도전체 막(24)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 이방성 도전체 막(24)은 예컨대 전기 절연성의 매트릭스(241) 내에 막 두께 방향으로 배열된 도전성 미세 구조(242)를 포함하여, 막 두께 방향으로만 도전성을 띄도록 마련될 수 있다.
이들과 같은 구성은 상기 전계 발광층(22)의 열화를 방지하는 데에 도움이 되고, 아울러 지문 패턴과 일치하는 감지광 패턴을 형성하는 데에도 도움이 된다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 아일랜드형 상부 투명 전극층을 갖는 지문 이미지 스캐닝 장치를 개략적으로 보인다.
본 실시예에 따르면, 접촉 패턴 발광부(20E)는 전계 발광층(22) 위에 배치되고, 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할되어 전기적으로 플로팅(floating)된, 아일랜드형 상부 투명 전극층(25)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 아일랜드형 상부 투명 전극층(25)은 사용자 지문과의 접촉 저항을 낮추는 역할을 한다. 아일랜드 형상의 단위 전극 패턴 내에서는 도전성이 강하므로 감지광 패턴의 해상도를 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수도 있으나, 상기 아일랜드형 상부 투명 전극층(25)의 각 단위 영역의 크기를 충분히 작게 하여 이들이 광센서 어레이를 구성하는 다수의 광센서에 매칭되도록 하면 지문 패턴의 식별이 가능한 수준의 해상도를 유지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 투명 그리드 전극을 갖는 지문 이미지 스캐닝 장치를 개략적으로 보인다.
본 실시예에 따르면, 접촉 패턴 발광부(20F)는 전계 발광층(22) 위에 배치되고, 적어도 일부가 사용자의 지문이 접촉되는 감지 영역(SA)에 중첩되도록 형성된 투명 그리드 전극층(26)을 더 포함할 수 있다. 상기 투명 그리드 전극층(26)은 투명 전극 소재로, 격자형, 벌집형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 투명 그리드 전극층(26)은 접지되거나, 상기 하부 투명 전극층(21)에 바이어스 전압을 인가하는 구동 회로와 폐회로를 구성하도록 연결될 수 있다. 상기 투명 그리드 전극층(26)은 상기 감지 영역(SA)에 접촉되는 사용자의 손가락에 접촉되어, 그 지문과 상기 하부 투명 전극층(21) 사이에 전위차를 형성한다. 그 전위차로 인해 지문의 융선 부분과 상기 하부 투명 전극 사이에 전류가 흐르며 감지광 패턴이 형성된다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 사용자가 지문(FP)을 접촉시켰을 때, 지문(FP)을 인식하는 감지영역(SR) 및 감지영역(SR)을 감싸는 주변영역(NR)을 포함한다. 이때, 주변영역(NR)은 지문(FP) 이미지를 인식하지 않는 영역으로서, 일례로 감지 영역(SR)을 둘러싸며, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 테두리 영역을 형성하는 프레임 부재 또는 감지 영역(SR)에 구동신호를 제공하기 위한 주변 회로일 수 있다. 한편, 상기 감지 영역(SR)은 화상이 표시되는 디스플레이 영역의 전부 또는 일부와 중첩될 수 있다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 감지영역(SR)에 접촉된 지문(FP)의 패턴에, 좀 더 상세하게는 지문의 융선 패턴에 대응되는 감지광을 형성한 다음, 상기 감지광을 감지하여 접촉된 지문(FP)의 이미지를 센싱할 수 있다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)에는 감지영역(SR) 및 주변영역(NR)이 모두 형성되는 구성으로 설명되고 있으나, 주변영역(NR)이 형성되지 않고 감지영역(SR)만이 형성되거나, 주변영역(NR)이 감지영역(SR)의 배면 측에 형성되는 구성도 가능하다.
이하에서는 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 구성을 상세하게 설명한다.
도 11은 상기 도 10의 II - II 선도에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 보호막(1110)과, 접촉 패턴 발광부(1120)와, 광센서 어레이(1130)와, 제1 기판(1141)을 포함한다. 이때, 보호막(1110)과, 접촉 패턴 발광부(1120)와, 광센서 어레이(1130)와, 제1 기판(1141)은 감지영역(SR)에 위치된다.
제1 기판(1141)은 투명한 재질로 형성되며, 예시적으로 유리와 같은 취성 재질로 형성되거나 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(poly carbonate), 폴리에스테르설폰(PES)와 같은 연성 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1 기판(1141)은 접촉 패턴 발광부(1120)를 지지하며 일 예로 그 아래에 배치된 광센서 어레이(1130)의 상면에 접착층을 매개로 접착될 수 있다.
광센서 어레이(1130)는 전술한 여러 실시예와 마찬가지로 평판형 디스플레이 패널과 통합된 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 일부분일 수 있다. 일 예로서, 상기 광센서 어레이(1130)는 투명 기판인 제2 기판(1142)을 포함하고, 그 저면에 다수의 광센서 소자(1132)가 지문 패턴의 식별이 가능한 수준의 해상도를 갖는 매트릭스 형태로 배치된 구성을 가질 수 있다. 이때, 상기 제2 기판(1142)은 LCD 패널의 상부기판이나 OLED 패널의 TFT기판과 공통된 것일 수 있다. 이와 같은 인셀(In-Cell) 방식 뿐만 아니라 상기 광센서 어레이(1130)가 평판형 디스플레이 패널의 화상 표시면 위에 이른바 애드온(Add-On) 형태로 설치될 수도 있음은 물론이다.
접촉 패턴 발광부(1120)는 제1 기판(1141)의 상측, 예시적으로 제1 기판(1141)의 상면에 배치되며, 사용자의 지문(FP) 패턴에 대응되는 감지광(L)을 생성한다.
보호막(1110)은 제1 기판(1141)과 이격되어 배치되며, 접촉 패턴 발광부(1120)의 상면에 배치되어 접촉 패턴 발광부(1120)를 덮는다. 그리고 보호막(1110)의 상면에는 사용자 지문(FP)의 융선이 선택적으로 접촉된다. 보호막(1110)의 상면에 상기 융선이 접촉하게 되면, 접촉 패턴 발광부(1120) 측으로부터 보호막(1110)을 통하여 누설전류가 발생하게 되어 상기 융선과 중첩되는 접촉 패턴 발광부(1120)의 일부 영역은 지문(FP)에 대응되는 감지광(L)을 생성한다. 이때, 사용자 지문(FP)의 상기 융선은 접지 전압을 제공할 수 있다. 이때, 사용자 지문(FP)의 융선(隆線, Ridge)이 접촉되는 부분을 제1 영역(R11, 도 12 참조), 상기 융선이 접촉되지 않고 지문(FP)의 골(Valley)이 위치되거나 사용자 지문(FP)이 위치되지 않는 부분을 제2 영역(R12, 도 12 참조)라고 할 수 있다. 즉, 제1 영역(R11)은 사용자의 신체 일부와 접촉이 이루어지는 부분이며, 제2 영역(R11)은 사용자의 신체 일부와 접촉이 이루어지지 않는 부분이라고 할 수 있다. 제1 영역(R11) 및 제2 영역(R12)은 보호막(1110)에 한정되지 아니하며, 보호막(1110)의 하부에 위치되는 접촉 패턴 발광부(1120) 및 광센서 어레이(1130)의 일부 영역에도 대응될 수 있다.
좀 더 상세하게는, 접촉 패턴 발광부(1120)에 소정의 바이어스 전압이 인가된 상태에서, 보호막(1110)의 상면에 사용자의 지문(FP)이 접촉되는 경우, 사용자 지문(FP)의 상기 융선과 접촉된 부분을 통하여 접촉 패턴 발광부(1120)로부터 보호막(1110)을 통하여 상기 융선 측으로 기설정된 크기의 누설전류(Leakage current)가 흐르게 된다. 이때, 보호막(1110)은 접촉 패턴 발광부(1120)를 보호하며 선택적으로 누설전류가 흐를 수 있도록 박막의 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 보호막(1110)의 두께는 상기 누설전류가 발생될 수 있도록, 예시적으로 500 옹스트롬(angstrom) 내지 1500 옹스트롬의 범위에 포함된다.
또한, 보호막(1110)이 실리콘 산화막으로 형성되지 않고, 압력이 가해지는 경우 상기 압력이 가해진 부분의 도전율이 증가되어 전류가 흐를 수 있는 투명한 재질의 감압 고무(Pressure Sensitive Rubber, PSR)로 형성될 수 있으며, 상기 감압 고무는 접촉 패턴 발광부(1120)의 상면에 라미네이트되어 형성될 수 있다.
한편, 광센서 어레이(1130)는 접촉 패턴 발광부(1120)에서 생성되는 감지광(L)을 센싱한다. 광센서 어레이(1130)는 제1 기판(1141)의 하면 측, 즉 접촉 패턴 발광부(1120)의 하방에 위치된다.
이하에서는 접촉 패턴 발광부(1120)의 구성을 상세하게 설명한다.
접촉 패턴 발광부(1120)는, 제 1 투명 전극층(1121), 제 1 투명 전극층(1121)과 인접한 전계 발광층(1122) 및, 상기 전계 발광층(1122)과 인접한 제 2 투명 전극층(1123)을 포함한다. 제 1 투명 전극층(1121)은 제1 기판(1141)의 상면에 형성되며, 광투과성 도전 물질로 패터닝되어 형성될 수 있다. 예시적으로, 제 1 투명 전극(1121)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 주석 산화물(AlTO) 및 불소 도핑된 주석 산화물(FTO)등 메탈옥사이드와 같은 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 상기 전계 발광층(1122)은, 제 1 투명 전극층(1121)의 상측에 형성된다.
상기 제2 투명 전극층(1123)과 상기 전계 발광층(1122)은 복수의 발광소자를 이루도록 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할될 수 있다. 이를 위해, 상기 제 2 투명 전극층(1123)의 단위 영역 및 상기 전계 발광층(1122)의 단위 영역들 사이에는 전기적으로 절연성인 제1 이격부(1124)와, 상기 제1 이격부(1124)에 배치되는 제1 차폐부(1125)를 포함한다. 상기 제 1 차폐부(1125)는 상기 전계 발광층(1122)의 각 단위 영역에서 발생한 감지광(L)이 그 아래쪽에 있는 광센서 소자에 의해 센싱될 때 상기 다수의 단위 영역 간의 광 간섭을 차단하는 기능을 수행한다. 이를 위해 상기 감지광의 파장 영역에 대해 광 투과율이 낮은 소재로 형성될 수 있다.
제1 이격부(1124)는 예시적으로 레진(Resin)과 같은 절연물질로 형성될 수 있다. 제1 차폐부(1125)는 제1 이격부(1124) 내에 배치되며, 상기 전계 발광층(1122)의 단위 영역들 사이에 블랙 매트릭스(Black matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 검은 색을 띠는 광 차폐 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 차폐부(1125)는 예시적으로 하측에서 상측, 즉 제 1 투명 전극(121) 측으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부(1130)는 그 발광 메커니즘의 측면에서 예시적으로 양자점 발광다이오드(Quantom-dot Light Emitting Diode, QLED) 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)로 구성될 수 있다. 이때, 제 1 투명 전극(1121)은 복수의 발광 단위 영역들과 동시에 연결될 수 있다.
상기 전계 발광층(1122)은 전하 주입층(hole injecting layer, HIL), 전하 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자 저지층(electron blocking layer, EBL), 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자 수송층(electron transporting layer, ETL), 전하 저지층(hole blocking layer, HBL) 중 적어도 하나를 포함하는 전하 보조층과, 상기 전하 보조층과 연결되며 상기 전계 발광층(1122)의 양단에 인가되는 전류에 의하여 광을 생성하는 광생성층(Electro luminance layer, EL layer)을 포함할 수 있다.
제 2 투명 전극(1123)은 복수 개의 분할된 단위 영역을 이루며, 복수의 제 2 투명 전극(1123)들은 상기 전계 발광층(1122)의 단위 영역들에 각각 대응되게 배치된다. 이때, 제 2 투명 전극층(1123)의 상면은 보호막(1110)의 하면과 접촉된다. 제 2 투명 전극층(1123)은 제 1 투명 전극층(1121)과 마찬가지로, 광투과성 도전 물질로 패터닝되어 형성될 수 있다. 이때, 접촉 패턴 발광부(1120)의 상면이 평탄한 평면으로 형성되도록, 제2 투명 전극층(1123)의 상면과 제1 이격부(1124)의 상면은 동일한 평면을 이룰 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 접촉 패턴 발광부(1120)에 형성되는 하나의 발광 단위 영역은, 그 폭이 5 um 내지 200 um의 범위로 형성될 수 있다. 간격이 대략 200 um 크기로 형성되는 지문(FP)의 융선(R) 및 골(V)을 구분할 수 있도록 하기 위해, 상기 발광 단위 영역은 융선(R)과 융선 사이의 거리보다 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 광센서 어레이(1130)를 구성하는 광센서 소자(1132)들은, 전술한 접촉 패턴 발광부(1120)에서 생성된 감지광(L)을 수광하여 입사된 광량에 따른 전압 및/또는 전류를 생성하며, 포토 다이오드(Photo Diode), 포토 트랜지스터(Photo Transistor), 포토 레지스터(Photho-Resistor)와 같은 소자로 이루어진다.
이하에서는 도 12 내지 도 14을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)가 사용자의 지문(FP)의 이미지를 센싱하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 12는 상기 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보여주는 도면이다. 도 13은 상기 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉되지 않은 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다. 도 14는 상기 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다.
도 12를 참조하면, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 보호막(1110)에 사용자가 지문(FP)을 접촉시키면, 지문(FP)의 융선(R)은 보호막(1110)의 상면에 접촉되며 지문(FP)의 골(V)은 보호막(1110)의 상면에 접촉되지 않는다. 융선(R)이 보호막(1110)의 상면에 접촉된 부분을 보호막(1110)의 제1 영역(R11)이라하며, 골(V)이 위치되어 보호막(1110)의 상면에 지문(FP)이 접촉되지 않은 부분을 보호막(1110)의 제2 영역(R12)이라 할 수 있다.
그리고 접촉 패턴 발광부(1120)의 제 1 투명 전극(1121)에는 발광전압(VD)(도 14 참조)이 인가되며, 제 1 투명 전극(1121)으로부터 제1 영역(R11)에 대응되는 단위 전계 발광층(1122) 및 보호막(1110)의 제1 영역(R11)을 통하여 사용자 지문(FP)의 융선(R) 측으로 누설전류 즉, 발광전류(ID)가 흐르게 되며, 발광전류(ID)가 흐르는 단위 전계 발광층(1122)은 감지광(L)을 생성한다. 즉, 단위 전계 발광층(1122)의 제 2 투명 전극(1123)과 접촉되는 제1 영역(R11)이 통전 상태가 되며, 보호막(1110)의 제1 영역(R11)과 접촉되는 지문(FP)이 접지 전압(Ground Voltage)를 제공함으로써, 제1 영역(R11)에 대응되는 단위 전계 발광층(1122)은 턴-온(Turn-On)된다.
한편, 제2 영역(R12)에 대응되는 제2 투명 전극층(1123)은 절연 상태로 유지, 즉 플로팅(floating) 상태로 유지됨으로써, 제2 영역(R12)에 대응되는 단위 전계 발광층(1122)은 턴-오프(Turn off) 상태로 유지된다. 즉, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 센싱 영역(SR) 중 지문(FP)의 융선(R)이 접촉된 부분에서는 감지광(L)이 생성되며, 지문(FP)의 골(V)이 위치되거나 지문(FP)이 위치되지 않는 부분에서는 감지광(L)이 생성되지 않는다.
접촉 패턴 발광부(1120)의 하방에 위치되는 광센서 어레이(1130)는 접촉 패턴 발광부(1120)에서 생성된 감지광(L)을 수광하며, 감지광(L)을 수광한 광센서 소자(1132)들이 전압 또는 전류를 생성함으로써, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 사용자의(FP)의 지문 이미지를 높은 감도로 스캐닝할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 접촉 패턴 발광부(1120)에는 트랜지스터와 같은 스위칭 소자가 배치되지 않는 것으로 설명되고 있으나, 제 1 투명 전극(1121)의 입력단 측에 상기 스위칭 소자가 배치되고 상기 스위칭 소자에 스위칭 전압 및 구동전압이 인가되는 구성도 가능하다.
제안되는 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 이용하면, 사용자가 디스플레이 표면에 지문을 접촉시키는 경우, 접촉된 영역에서 생성되는 감지광을 바탕으로 지문 패턴을 센싱함으로써, 지문에 반사된 반사광 패턴만을 센싱하는 방식에 비해 상대적으로 높은 감도로 지문 패턴 이미지를 스캔할 수 있다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 단면도이다.
본 실시예에서 접촉 패턴 발광부(1320)의 구성은 전술한 도 11 및 도 12의 실시예에서의 접촉 패턴 발광부(1120)와 동일하다. 바이어스 전압이 인가되는 투명 전극층인 제1 투명 전극층(1321)과 기본적으로 플로팅된 투명 전극층인 제2 투명 전극층(1323)의 사이에 전계 발광층(1322)이 배치된다. 상기 제 2 투명 전극층(1323) 및 상기 전계 발광층(1322)은 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할된다. 이를 위해 상기 다수의 단위 영역들 사이에는 전기적으로 절연성인 이격부(1324)가 배치되고, 상기 이격부(1324) 내에 상기 단위 영역들 사이의 광 투과를 차단하는 차폐부(1325)가 마련된다.
전술한 실시예와 구별되는 점으로서, 본 실시예에 따르면, 전술한 접촉 패턴 발광부(1320)의 제1 투명 전극층(1321)이 광센서 어레이(1230)의 상부에 마련된 절연층(1250) 상에 적층될 수 있다. 상기 절연층(1250)은 광센서 어레이 기판(1242) 상에 형성된 다수의 광센서 소자(1232)를 덮는 것으로서, 적어도 상기 다수의 광센서 소자(1232)의 상부를 투명하게 덮도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면 하나의 투명 기판인 광센서 어레이 기판(1242)에 상에 전술한 접촉 패턴 발광부(1320)까지 배치할 수 있어 전체적인 두께를 감소시킬 수 있다. 한편, 본 실시예의 구성을 센서 통합 디스플레이 패널(SID)에 적용하는 경우, 상기 광센서 어레이 기판(1242)이 디스플레이 패널의 상부기판(예컨대, LCD 패널의 컬러필터 기판) 또는 화소 구동을 위한 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판을 겸할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
본 실시예는, 접촉 패턴 발광부(1420)의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 11 내지 도 14의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1400)는, 투명 기판인 제1 기판(1441)과, 상기 제1 기판(1441) 상에 형성되는 접촉 패턴 발광부(1420)를 갖는데, 상기 접촉 패턴 발광부(1420)는 그 하부의 제1 투명 전극층(1421)이 단일 전극층으로 이루어지고, 그 상부의 제2 투명 전극층(1424)은 절연성의 이격부(1424)에 의해 다수의 단위 영역으로 분할된다는 점에서는 전술한 도 20의 실시예에 따른 장치(1000)와 공통되나, 그 전계 발광층(1422)이 다수의 영역으로 분할되지 않는다는 점에서 차이가 있다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1400)의 전계 발광층(1422)은 하나의 층으로 형성되었지만, 전계 발광층(1422) 중 제1 영역(R11)에 대응되는 부분에서만 감지광(L)이 형성되며, 제2 영역(R12)에 대응되는 부분에서는 감지광(L)이 생성되지 않는다. 본 실시예에 의하면, 전계 발광층(1422)이 별도의 패터닝 공정을 거치지 않고 형성됨으로써, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 제조 공정이 단순해질 수 있는 이점이 있다.
도 17은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1500)는, 별도의 보호막이 없다는 점에서 구성상의 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 구성과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
도 17을 참조하면, 제 2 투명 전극(1523)의 상면에는 사용자 지문(FP)이 직접 접촉될 수 있다. 즉, 제 2 투명 전극(1523)의 상면에 사용자 지문(FP)의 융선(R)이 접촉되어 접지전압을 제공하고, 융선(R)과 중첩되는 제1 영역(R11)에 대응되는 전계 발광층(1522)의 단위 영역들에는 작동전류(ID)가 흘러 감지광(L)이 생성된다. 이때, 제 2 투명 전극(1523)은 산화인듐주석(Indium tin oxide, ITO)과 같은 산화 투명전극으로 형성될 수 있으며, 제 2 투명 전극(1523)들 사이에 배치되는 제1 이격부(1524)는 실리콘 산화물로 형성될 수 있다. 즉, 디스플레이 표면을 이루는 제 2 투명 전극(1523) 및 제1 이격부(1524)는 산화물로 형성된다. 따라서, 이들은 그 상면이 외부로 노출된 상태에서 상기 전계 발광층(1522)을 보호할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 별도의 보호막이 형성되지 않음으로써, 사용자 지문(FP) 접촉에 따른 전류 흐름이 보다 원활하게 이루어질 수 있는 이점이 있다.
도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1600) 역시 디스플레이 표면을 이루는 보호막 층의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 11의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 구성과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1600)는, 투명한 재질로 형성되며 상호 이격되는 제1 기판(1641)과, 제1 기판(1641) 상에 형성되는 접촉 패턴 발광부(1620)와, 상기 접촉 패턴 발광부(1620)를 덮는 보호막(1610)을 포함한다.
접촉 패턴 발광부(1620)는 제 1 투명 전극(1621)과, 전계 발광층(622)과, 제 2 전극층(1623)를 포함한다. 전계 발광층(1622)은 상호 간에 이격된 복수의 단위 영역들과, 이들 사이에 배치되는 제1 이격부(1624) 및 제1 이격부(1624)에 배치되는 차폐부(1625)를 포함한다. 이때, 제 2 전극(1623)은 알루미늄, 구리, 텅스텐과 같은 불투명한 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다.
상기 보호막(1610)은, 제 2 전극(1623)들을 덮으며 산화인듐주석(Indium tin oxide, ITO)과 같은 투명한 도전성 물질로 형성되는 도체층(1611)과, 제 2 전극(1623)과 중첩되지 않는 부분에 상기 도체층(1611)의 일부만을 덮도록 그 상면에 패터닝되어 형성되는 절연 마스크(1612)를 포함한다. 이때, 절연 마스크(1612)는 실리콘 산화물과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다.
도 19는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 평면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치 역시 사용자가 지문(FR)을 접촉시켰을 때, 지문(FR)을 인식하는 감지영역(SR2) 및 감지영역(SR2)을 둘러싸는 주변영역(NR2)을 포함한다. 이때, 상기 감지 영역(SR2)은 화상이 표시되는 디스플레이 영역의 전부 또는 일부와 중첩될 수 있다. 또한, 상기 주변영역(NR2)은 화상이 표시되지도 않고, 지문(FR) 이미지를 인식하지도 않는 영역으로서, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널의 테두리 영역을 형성하는 프레임 부재 또는 구동신호를 제공하기 위한 주변 회로부와 중첩되게 배치될 수 있다. 다시 말해, 상기 감지 영역(SR2)은 화상이 최종적으로 표시되는 디스플레이 표면을 이루는 반면, 상기 주변영역(NR2)은 디스플레이 화면 외부의 영역으로서 불투명한 금속막으로 덮일 수 있다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는 상기 감지영역(SR2)에 직접 접촉된 지문(FR)의 패턴에, 좀 더 상세하게는 지문의 융선 패턴에 대응되는 감지광을 형성한 다음, 상기 감지광을 감지하여 접촉된 지문(FR)의 패턴 이미지를 높은 감도로 스캔할 수 있다. 이하에서는 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성을 상세하게 설명한다.
도 20은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.
본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부(2120)를 포함한다. 본 실시 형태에 따르면 상기 접촉 패턴 발광부(2120)는 상기 디스플레이 표면 반대 측에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층(2121)과, 상기 하부 투명 전극층(2121) 상에 배치된 전계 발광층(2122) 및, 상기 전계 발광층(2122)의 상의 일부 영역에 형성되고, 전기적으로 플로팅(floating)된 금속 전극층(2123)을 포함하여 구성된다. 여기서 상기 금속 전극층(2123)은 전술한 도 19에서 주변영역(NR2)으로 표시된 부분에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 전극층(2123)은 상기 디스플레이 표면에서 상기 사용자의 지문이 접촉되는 투명한 접촉 부분을 노출시키며 그 주변부에 소정의 면적비를 차지하도록 배치된 것일 수 있다.
상기 접촉 패턴 발광부(2120)는 일 예로서, 투명한 절연성 기판(2141) 위에 형성될 수 있는데, 이는 광센서 어레이(2130)의 기판과 별도로 마련된 것일 수 있음은 물론이고, 상기 광센서 어레이(2130)의 상부에 마련된 절연층 위에 형성될 수도 있다. 상기 광센서 어레이(2130)는 상기 접촉 패턴 발광부에서 발생한 광 패턴을 센싱하는데, 상기 광센서 어레이(2130)는 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이보다는 상기 디스플레이 표면에 가깝게 배치되는 것이 바람직하고, 전술한 접촉 패턴 발광부(2120)를 상기 디스플레이 표면과의 사이에 두고 배치되는 것이 바람직하다.
도 20의 부분 확대도를 통해 본 실시예에 따른 접촉 패턴 발광부(2120)의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴본다. 투명한 절연성 기판(2141) 위에 하부 투명 전극층(2121)이 배치되고, 그 위에 전계 발광층(2122)이 배치되고, 그 위에 부분적으로 금속 전극층(2123)이 배치된다. 상기 전계 발광층(2122)은 유기전계발광소자(OLED)의 전계 발광층과 유사한 구조를 가질 수 있는데, 일 예로 상기 하부 투명 전극층(2121)으로부터 상기 금속 전극층(2123)쪽으로 정공 주입층(2122HI), 정공 수송층(2122HT), 광 생성층(2122EM), 전자 수송층(2122ET) 및, 전자 주입층(2122EI)의 순서로 적층될 수 있다. 이들을 구성하는 물질이나 적층 공정 등은 유기전계발광소자 분야에서 이미 알려진 바와 같다. 한편, 이들을 대신하여 양자점 발광 다이오드 기술이 적용될 수도 있다. 또한, 상기 전계 발광층(2122)의 일부분, 특히 상기 전자 주입층(2122EI)이나 전자 수송층(2122ET) 또는 전자 주입 및 수송 기능을 겸하는 층과 같이 지문이 접촉되는 표면 또는 그에 가까운 부분에는 유기물 베이스에 아연 산화물 등의 무기물의 나노 파티클이 분산된 재료를 채용할 수도 있다.
여기서, 상기 부분 전극층(2123)은 상기 전계 발광층(2122)의 상면 중 일부의 면적을 차지하도록 배치될 수 있다. 다시 말해서 상기 부분 전극층(2123)은 상기 전계 발광층(2122)의 상면 중 일부분을 덮고, 나머지 부분을 노출시킨다. 상기 부분 전극층(2123)의 평면적인 형상에는 제한이 없다. 다만, 사용자의 지문이 접촉되는 감지영역을 회피하여 배치될 필요가 있고, 접촉 패턴 발광부(2120)의 하부에 배치되는 디스플레이 장치에서 출력된 화상이 그 상면을 통해 보여지는 데에 지장을 주지 않는 것이 바람직하다. 또한, 상기 부분 전극층(2123)이 상기 전계 발광층(2122) 상면에서 차지하는 면적비는 비제한적인 예로서 10% 내지 40%일 수 있다.
소재 측면에서, 상기 부분 전극층(2123)은 투명 전극 소재 또는 금속 전극 소재로 형성될 수 있다. 투명 전극 소재로 형성되는 경우는 그 아래에서 출력된 디스플레이 화상의 투과에 미치는 영향이 크지 않으므로 그 평면적인 형상이나 위치, 및 면적비의 측면에서 설계 자유도가 높다. 투명 전극 소재로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 IZTO(Indium Zinc Tin Oxide) 등이 채용될 수 있다. 금속 전극 소재로는 알루미늄(Al)과 같은 단일 금속 박막이나 LiF-Al, Li-Al 또는 Ca-Ag 등의 적층 금속 박막, Mg:Ag 과 같은 함금 소재도 채용될 수 있다. 한편, ITO-Ag-ITO와 같은 metal-oxide-metal 적층 구조도 상기 부분 전극층(2123)의 소재로서 채용될 수 있다. 여기에 언급된 소재 이외에도 기존의 OLED 또는 QD-LED(Quantum-dot Light Emitting Diode)에서 캐소드(Cathode) 전극 소재로 적용되는 소재는 대부분 전술한 부분 전극층(2123)의 소재로 채용될 수 있다.
전술한 부분 전극층(2123)의 일 예로서, 일함수(workfunction)가 낮은 금속이 채택될 수 있다. 일함수과 낮은 금속으로 알루미늄(Al), 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 등이 있다. 특히 알루미늄은 공기 중에서 안정적인 금속이면서도 일함수가 낮아 상기 전계 발광층(2122)에 대한 전자 주입이 쉽게 이루어지도록 하는 역할을 한다.
한편, 전술한 각각의 박막 층을 형성하는 공정으로는 진공 증착 공정이나 용액 공정 어느 것이든 적용될 수 있다. 상기 부분 전극층(2123)을 패터닝 하는 공정에 있어서도 특별한 제약은 없다.
도 21은 상기 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.
도시된 바와 같이, 디스플레이 표면을 이루는 상기 전계 발광층(2122)의 상면에 지문(FP)이 접촉되면, 구체적으로는 지문(FP)의 융선(R)이 상기 전계 발광층(2122)의 상면에 직접적으로 접촉하여 제1 영역(R11)을 이루고, 지문(FP)의 골(V)은 상기 제1 영역(R11)들 사이에서 미세하게 접촉되지 않은 제2 영역(R12)을 이룬다. 이때, 상기 전계 발광층(2122)에서 상기 제1 영역(R11)에 대응되는 부분에서는 부분적으로 발광이 이루어져, 감지광(L) 패턴이 형성된다. 이러한 감지광(L)은 투명 절연성 기판(2141)을 통해 전술한 광센서 어레이(2130) 쪽으로 진행하여 다수의 광센서 소자들에 의해 센싱된다. 여기서, 사용자의 지문(FP)이 상기 부분 전극층(2123)에 접촉할 필요는 없다.
상기 감지광(L) 패턴의 형성을 위해 상기 하부 투명 전극층(2121)에는 바이어스 전압으로 수 내지 수십 볼트(V)의 전압이 인가되고, 상기 부분 전극층(2123)은 플로팅(floating) 상태로 유지되도록 한다. 또한, 지문 접촉 시에 상기 하부 투명 전극층(2121)을 통해 공급되는 전류는 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 다만, 상기의 전류값 및 상기 바이어스 전압은 접촉 패턴 발광부의 전체 면적이나 상기 부분 전극층(2123)이 차지하는 면적에 따라 달라질 수 있고, 지문 패턴의 센싱에 필요한 광량에 따라서도 달라질 수 있다.
예를 들어, 접촉 패턴 발광부가 5cm*5cm 크기로 형성되고, 상기 부분 전극층이 폭 1.2cm, 길이 5.5cm의 1자형 패턴으로 한쪽 가장자리에 배치된 경우의 실험에서는 바이어스 전압이 20V일 때, 약 0.5mA의 전류로 식별 가능한 접촉 패턴 발광을 얻을 수 있었다. 참고로, 동일한 조건하에서 바이어스 전압이 15V일 때는 1mA의 전류로 식별 가능한 접촉 패턴 발광을 얻을 수 있었다.
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.
본 실시예에서 투명 절연성 기판(2241) 상에 하부 투명 전극(2221), 전계 발광층(2222) 및 상기 전계 발광층(2222) 상면의 일부, 예컨대 그 테두리 부분만 덮는 금속 전극층(2223)의 적층 구조는 전술한 도 20 및 도 21의 실시예와 동일하며, 상기 전계 발광층(2222)의 상면에 보호막(2224)이 추가된 점에 차이가 있다. 상기 보호막(2224)은 상기 금속 전극층(2223) 상부까지 덮도록 형성될 수 있다. 상기 보호막(2224)은 전술한 도 11의 실시예에서 최상층에 배치되는 보호막(1110, 도 11 참조)과 마찬가지로 실리콘 산화물 등의 소재로 형성될 수 있다. 상기 보호막(2224)은 반도체 또는 부도체의 성질을 띤 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)과 같은 무기 박막일 수도 있고, PMMA와 같은 투명한 유기질 막일 수도 있다. 투명한 유기질 베이스 내에 아연산화물 등의 무기물 나노 파티클이 분산된 재료로 형성될 수도 있다. 여기에 언급된 건 외에도 다양한 유기물, 무기물로 형성될 수 있다.
도 23은 상기 도 21의 실시예에 따른 지문 이미지 스캐닝 장치에서 접촉 패턴 발광부의 작동 상태를 보인다.
도 21을 함께 참조하여 살펴보면, 사진에 보이는 바와 같이 테이블 쪽에 지문과 유사한 패턴이 새겨진 검정색의 실리콘 모형을 두고, 그 위에 전술한 도 21의 실시예와 같은 접촉 패턴 발광부(2120)를 덮고, 접촉 패턴 발광부(2120)의 하부 투명 전극(2121)에 30V의 바이어스 전압으로 약 1mA의 전류를 공급한 것이다. 악어 클립이 물고 있는 부분은 부분 전극층(2123) 패턴이 삭제된 곳으로, 상기 부분 전극층(2123)은 플로팅(floating) 상태로 유지되도록 하였다. 그 결과 사진에 보이는 것처럼 실리콘 모형 지문의 융선이 접촉된 패턴에 따라 상대적으로 밝은 감지광(L) 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 24는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.
본 실시예는 센서 통합 디스플레이 패널(SID) 내에 소위 인셀(In-Cell) 방식으로 광센서 어레이(2330)가 배치되고, 상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 디스플레이 표면 측에 배치된 기판(2250) 상에 하부 투명 전극(2321), 전계 발광층(2322) 및 부분 전극층인 부분 전극층(2323)으로 구성된 접촉 패턴 발광부가 배치된 모습을 보인다. 이와 같이, 광센서 어레이(2330)는 평판형 디스플레이 패널과 통합되어 센서 통합 디스플레이 패널(SID)를 구성할 수 있다. 다만, 상기 광센서 어레이(2330)는 금속 전극 패턴 및 반도체 박막 등 불투광성 재료를 많이 포함하는 픽셀 구동 박막트랜지스터(TFT) 어레이보다는 상대적으로 상기 접촉 패턴 발광부 쪽에 가깝게 배치되는 것이 전술한 감지광(L)의 수광에 유리하다.
상기 전계 발광층(2322)에는 유기 발광 다이오드 기술을 통해 알려진 다양한 물질이 적용될 수 있으며, 양자점 소재도 적용될 수 있다. 주로 가시광선 내지 근적외선 영역의 빛을 내는 물질이 사용될 수 있다. 상기 전계 발광층(2322)의 발광 파장은 광센서 어레이(2330)에서 검출 감도가 높은 파장 영역에 맞게 선택될 수 있다. 또한, 다수의 광센서 소자가 적외선 센싱 소자인 경우, 상기 전계 발광층(2322) 역시 그에 대응되는 파장 영역의 빛을 내도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 점은 전계 발광층을 이용한 접촉 패턴 발광부를 갖는 다른 실시예의 경우에도 마찬가지이다.
도 25는 상기 도 20 내지 도 24의 실시예에서 부분 전극층의 평면적 형상의 다양한 예를 보인다.
(a)는 부분 전극층(2423a)이 일측에 1자형으로 배치된 예를 보이고, (b)는 부분 전극층(2423b)이 양측에 11자형으로 배치된 예를 보이고, (c)는 부분 전극층(2423c)이 가장자리를 따라 ㅁ자 형태로 배치된 예를 보인다. 이 경우, 상기 부분 전극층(2423c)은 가운데의 감지영역을 연속적으로 둘러싸게 된다. 한편, (d)는 부분 전극층(2423d)이 ㅁ자에서 일부가 끊긴 형태로 배치된 예를 보인다. 즉, 가운데의 감지영역을 불연속적으로 둘러싸게 된다. 이와 같이, 상기 부분 전극층은 평면적으로 다양한 모양으로 다양한 위치에 배치될 수 있다. 사용자의 손가락 지문이 접촉되는 감지 영역을 회피해야 하는 점과, 디스플레이 장치와 결합될 경우 디스플레이 화면 표시에 장애가 되지 않도록 해야 하는 점만 고려된다면, 여기에 제시되지 않은 어떠한 모양으로도 형성될 수 있다.
여기서는, 전계 발광층(2422)이 상기 부분 전극층(2423a, 2423b, 2423c, 2423d)의 외부로 노출되어 이루어진 감지 영역과 대비하여 상기 부분 전극층의 평면적 형상이 드러나도록, 상기 부분 전극층을 빗금으로 표시하였으나, 이러한 빗금 표시가 불투명함을 나타내는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
SID: 센서 통합 디스플레이 패널
20, 1120, 1320, 1420, 1520, 1620, 2120, 2220: 접촉 패턴 발광부
21, 1121, 1321, 1421, 1521, 1621, 2121: 투명 하부 전극층
22, 1122, 1322, 1422, 1522, 1622, 2122: 전계 발광층
25: 아일랜드형 상부 투명 전극층
26: 투명 그리드 전극층
1123, 1323, 1423, 1523, 1623: 상부 투명 전극층
2123, 2223, 2323: 부분 전극층
30, 1130, 1230, 2130, 2330: 광센서 어레이
23, 1110, 1310, 1410, 1610, 2224: 보호막

Claims (20)

  1. 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 감지광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부; 및,
    상기 접촉 패턴 발광부의 상기 표면 반대편에 배치되고, 상기 감지광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 표면 반대편에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층; 및,
    상기 하부 투명 전극층 위에 배치되고, 상기 표면에 접촉된 사용자의 지문 중 융선에 대응되는 부분에서 부분적으로 광을 생성하여 상기 감지광 패턴을 형성하는 투명 소재의 전계 발광층; 을 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계 발광층의 투명 소재는, 유기 전계 발광 소재 또는 양자점 발광 소재로 형성된 광 생성층을 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부에서 상기 표면을 구성하는 최외곽층은 투명 반도체 물질로 형성된,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부에서 상기 표면을 구성하는 최외곽층은 상기 전계 발광층의 일부를 구성하는 전자 주입층 또는 전하 주입층으로서 투명 반도체 물질로 형성된,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 전계 발광층 위에 투명 반도체 물질로 이루어져 상기 표면을 형성하는 보호막을 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 전계 발광층보다 상위 계층에 배치되어 그 표면으로부터 깊이 방향으로 도전성을 띠는 이방성 도전체 막을 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 전계 발광층보다 상위 계층에 배치되고, 적어도 일부가 사용자의 지문이 접촉되는 감지 영역에 중첩되도록 형성된 투명 그리드 전극층을 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 전계 발광층의 상위 계층의 일부 영역에 형성되어 나머지 부분에서 상기 전계 발광층을 노출시키고, 전기적으로 플로팅(floating)된, 부분 전극층을 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 부분 전극층은 사용자의 지문이 접촉되는 감지영역을 회피하여 그 주변부에 배치된,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 부분 전극층은 그 가운데에 상기 감지영역을 두고, 그 둘레를 연속 또는 불연속적으로 둘러싸도록 형성된,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전계 발광층 및 상기 부분 전극층을 덮어 상기 표면을 이루는 보호막을 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 전계 발광층보다 상위 계층에 배치되고, 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할되어 전기적으로 플로팅(floating)된, 아일랜드형 상부 투명 전극층을 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전계 발광층은 상기 아일랜드형 상부 투명 전극층과 같이 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할된,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전계 발광층은, 서로 절연된 다수의 단위 영역 사이에 배치되어, 상기 단위 영역 간의 광 간섭을 차단하는 차폐부를 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 아일랜드형 상부 투명 전극층 상에 배치되어 사용자의 지문 패턴과 직접 접촉하는 보호막을 더 포함하는,
    지문 이미지 스캐닝 장치.
  16. 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 감지광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부;
    화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및
    상기 접촉 패턴 발광부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 접촉 패턴 발광부에서 발생한 감지광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 표면 반대편에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층; 및,
    상기 하부 투명 전극층 위에 배치되고, 상기 표면에 접촉된 사용자의 지문 중 융선에 대응되는 부분에서 부분적으로 광을 생성하여 상기 감지광 패턴을 형성하는 투명 소재의 전계 발광층; 을 포함하는,
    이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부에서 상기 표면을 구성하는 최외곽층은 투명 반도체 물질로 형성된,
    이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 전계 발광층보다 상위 계층의 일부 영역에 형성되어 나머지 부분에서 상기 전계 발광층을 노출시키고, 전기적으로 플로팅(floating)된, 부분 전극층을 더 포함하는,
    이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 접촉 패턴 발광부는,
    상기 전계 발광층보다 상위 계층에 배치되고, 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할되어 전기적으로 플로팅(floating)된, 아일랜드형 상부 투명 전극층을 더 포함하는,
    이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전계 발광층은 상기 아일랜드형 상부 투명 전극층과 같이 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할된,
    이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.


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