KR20180062538A - 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, 배리어 기판, 그리고 광 센서를 포함한다. 표시 패널은, 표시 영역과, 표시 영역 내에 센싱 영역이 정의되어 있다. 배리어 기판은, 센싱 영역에 대응하여 배치된 투광 영역을 구비하며, 표시 패널 배면에 부착된다. 광 센서는, 배리어 기판의 배면에서 투광 영역에 대응하여 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 광학식 이미지 센서를 표시 패널의 배면에 부착한 유기발광 다이오드 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 사생활과 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 내부에서 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 이용하여 빛을 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 통해 감지하는 원리를 이용한 것이다. 광학식 지문 센서는 LED를 이용해서 스캔을 해야 하기 때문에 스캔을 위한 부가 장비가 필요하다. 광학적 부가 장비를 구성해야 하므로, 스캔 가능한 크기를 크게 하는 데에 한계가 있다. 따라서, 표시 장치와 결합하는 등 다양한 응용에는 한계가 있다.
종래의 광학식 지문센서로는 2006년 7월 26일자로 등록된 "지문인식 센서를 구비한 영상 표시장치"란 명칭의 대한민국 등록특허 10-0608171과, 2016년 4월 21일자로 공개된 "지문 인식 소자를 포함한 표시장치"란 명칭의 대한민국 공개특허공보 10-2016-0043216이 알려져 있다.
상기 대한민국 공개공보에 기재된 광학식 지문 센서를 구비하는 표시장치는, 표시장치의 표시 영역을 터치 영역 및 지문 인식 영역으로 동시에 사용할 수 있도록 구성하고 있다. 하지만, 지문 인식을 위한 센싱용 빛이 지향성(혹은, Directivity)이 현저히 낮은 확산광을 사용한다. 따라서, 정확한 지문의 패턴을 인식하는 데에는 한계가 있다. 지향성이 높은 레이저 적외선과 같은 시준광(Collimated Light)을 사용하는 경우, 넓은 면적에 걸쳐 센싱용 빛을 조사하기 어렵기 때문에, 지문 인식 영역의 크기가 극히 한정된다. 또한, 지향성이 높은 시준광을 넓은 스캔 면적에 적용하기 위해서는, 스캔 기능을 부가하여야 하므로, 휴대용 평판 표시장치에 적용하기가 어렵다.
따라서, 지문 인식 센서를 내장하는 표시 장치에서는 주로 정전 용량식 지문센서를 적용하는 예가 많다. 하지만, 정전 용량식 지문 센서도 많은 문제점이 있다.
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 센서로는 2013년 11월 21일자로 공개된 "정전 용량식 센서 패키징(Capacitive Sensor Packaging)"이란 명칭의 미국 공개특허 공보 US 2013/0307818가 알려져 있다.
상기 미국 공보에 기재된 정전 용량식 지문센서는 특정 푸시 버튼(Push Button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 일반적으로 인간 지문의 융선과 골은 대략 300㎛~500㎛의 크기로 매우 미세하기 때문에, 상기 미국 공보의 정전 용량식 지문 센서는 고해상도 센서 어레이와 지문인식 처리를 위한 IC(Integrated Chip) 제작이 필요하고, 이를 위해 센서 어레이와 IC을 일체로 형성할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다.
그러나, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 고해상도의 센서 어레이와 IC를 함께 형성할 경우, 푸시 버튼과 함께 지문 센서를 결합하기 위한 어셈블리 구조가 필요하게 되므로 구성이 복잡해 질 뿐 아니라 비 표시 영역(베젤영역)이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 푸시 버튼(예를 들면, 스마트폰의 홈키)과 지문센서가 중첩되게 형성되므로, 그 두께가 증가할 뿐 아니라 지문 센싱 영역이 푸시 버튼의 크기에 좌우되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 터치 센서 스크린의 영역을 지문식별 영역으로 이용하는 기술 등이 개발된 바 있다. 이러한 기술로서는 "지문식별용 용량성 터치센서(capacitive touch sensor for identifying a fingerprint)"란 명칭으로 2013년 10월 22일 등록된 미국 등록특허 제 US8,564,314호와, "지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린"이란 명칭으로 2014년 8월 18일 등록된 대한민국 등록특허 제10-1432988호가 알려져 있다.
스마트 폰과 같은 개인 휴대용 표시장치에는 표시 패널 보호를 위한 보호 필름을 추가로 부착하는 경우가 많다. 상기와 같은 기술을 개인 휴대용 표시장치의 표시 영역을 지문 인식별 영역으로 적용하는 경우, 보호 필름을 부착하면, 지문 인식 기능이 현저히 저하될 수 있다. 일반적으로, 보호 필름을 부착하더라도 터치 기능은 그대로 사용할 수 있다. 하지만, 지문 인식은 아주 미세한 지문을 인식하여야 하기 때문에, 정전 용량의 미세한 변화를 감지해야 한다. 보호 필름의 두께가 아무리 얇더라도, 미세한 지문을 인식하는 데 필요한 정전 용량의 변화를 정확하게 감지하도록 하는 데에는 심각한 장애를 유발할 수 있다.
정전 용량식 지문센서를 내장한 표시 장치에서는 표시 장치의 겉 표면에 보호 필름 혹은 강화 유리를 부착하는 경우가 많은데, 이 경우 인식 능력이 현저히 저하될 수 있다. 따라서, 정전 용량식 지문 센서의 경우, 표시 기판의 두께에 대한 문제가 발생할 수 있다. 반면에, 광학식 지문 센서를 내장한 표시 장치에서는, 복잡하고 부피가 큰 광학 기구가 필요하므로 휴대성이 높은 평판용 표시 장치와 결합하기 어렵다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 표시 패널의 배면에 이미지를 인식할 수 있는 광학식 이미지 인식 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치는, 표시 패널, 배리어 기판, 그리고 광 센서를 포함한다. 표시 패널은, 표시 영역과, 표시 영역 내에 이미지 센싱 영역이 정의되어 있다. 배리어 기판은, 이미지 센싱 영역에 대응하여 배치된 투광 영역을 구비하며, 표시 패널 배면에 부착된다. 광 센서는, 배리어 기판의 배면에서 투광 영역에 대응하여 배치된다.
일례로, 투광 영역은, 배리어 기판에서 이미지 센싱 영역에 대응하는 영역이 제거된 우물 형상을 갖는다.
일례로, 이미지 센싱 영역에 대응하여 배치된 집광 렌즈를 구비하며, 상기 표시 패널과 상기 배리어 기판 사이에 부착된 렌즈 필름을 더 포함한다.
일례로, 광 센서는, 상부 면에 집광 렌즈를 구비한 그릇 형상을 갖는 센서 하우징의 하면에 배치된다.
일례로, 표시 패널의 일측변에 일측부가 부착되어 신호를 전달하는 유연성 회로 기판을 더 구비한다. 광 센서는, 유연성 회로 기판에 부착되어 투광 영역에 대응하도록 배치된다.
일례로, 표시 패널의 상부 표면에 배치된 투명 커버 기판을 더 포함한다.
일례로, 투명 커버 기판의 일측 단면에 배치된 이미지 센싱 광원을 더 포함한다.
일례로, 투광 영역은, 배리어 기판보다 굴절율이 낮은 매질로 채워진다.
일례로, 표시 패널은, 유기발광 다이오드 표시 패널 및 무기전계발광 다이오드 표시 패널 중 어느 하나를 포함한다.
일례로, 센싱 영역은, 제1 센싱 영역 및 제2 센싱 영역을 포함한다. 투광 영역은, 제1 센싱 영역에 대응하는 제1 투광 영역, 그리고 제2 센싱 영역에 대응하는 제2 투광 영역을 포함한다. 광 센서는, 제1 투광 영역에 대응하여 배치된 제1 광 센서, 그리고 제2 투광 영역에 대응하여 배치된 제2 광 센서를 포함한다.
일례로, 표시 패널과 배리어 기판 사이에 부착된 렌즈 필름을 더 포함한다. 렌즈 필름은, 제1 센싱 영역에 대응하여 배치된 제1 집광 렌즈, 그리고 제2 센싱 영역에 대응하여 배치된 제2 집광 렌즈를 구비한다.
본 발명은 평판 표시 패널과 평판 표시 패널의 배면에 배치된 광 센서를 구비한 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공한다. 자발광 표시 패널의 상부면에 배치된 이미지에서 반사된, 빛을 표시 패널의 하면에 배치된 광 센서에서 인지하여 이미지를 복원한다. 본 발명은, 표시 패널 내부에 광 센서를 구비하지 않고도, 표시 영역을 이미지 검출 영역으로 사용할 수 있다. 또한, 표시 패널 자체를 이미지 인식을 위한 센싱 영역으로 설정할 수 있어 설계의 자유도가 매우 높다. 또한, 광 센서를 표시 패널의 배면에 부착함으로써, 광 센서의 배치에 대한 자유도도 매우 높다. 초박막형 광 센서를 사용함으로써, 평판 표시장치의 크기나 두께 및 무게에 영향을 주지않으면서, 이미지 인식 기능을 더 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치에서 지문을 인식하는 메카니즘을 설명하는 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 복수 개의 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 사시도.
도 6은 도 5에서 절취선 I-I'으로 자른, 본 발명의 제4 실시 예에 의한 복수 개의 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 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 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
<제1 실시 예>
이하, 도 1 및 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 평판 표시장치는, 표시 패널(DP)과 표시 패널(DP) 배면에 배치된 광 센서(SE)를 구비한다. 표시 패널(DP)은 유기발광 다이오드 표시장치 혹은 무기전계발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시 패널인 것이 바람직하다.
좀 더 상세히 설명하면, 표시 패널(DP)은 센싱 영역(혹은, 이미지 센싱 영역) (SA)이 정의되어 있다. 센싱 영역(SA)은 이미지를 인식하기 위한 영역이다. 예를 들어, 지문 인식을 위해, 사용자의 손가락 지문을 터치하는 영역이다.
표시 패널(DP)의 상부 표면 위에는 커버 기판(CG)이 배치되어 있다. 표시 패널(DP)의 배면에는 배리어 필름(BF)이 부착되어 있다. 배리어 필름(BF)은 표시 패널(DP)보다 약간 더 큰 크기를 가지며, 표시 패널(DP)보다 돌출된 부분에는 외부 신호를 인가받을 수 있는 패드들이 배치될 수 있다.
배리어 필름(BF)의 배면에는 렌즈 필름(LF)이 배치되어 있다. 렌즈 필름(LF)은 박막형 필름 형상을 갖는다. 또한, 렌즈 필름(LF) 중에서 센싱 영역(SA)에 대응하는 영역에는 집광 렌즈(LE)가 형성된다. 집광 렌즈(LE)는 여러 개의 마이크로 렌즈들이 배열된 구조를 가질 수 있다. 또는, 하나의 볼록 렌즈에 대응하는 프레즈넬 렌즈가 형성되어 있을 수도 있다.
렌즈 필름(LF) 배면에는 배리어 기판(BP)이 합착되어 있다. 배리어 기판(BP)은 표시 패널(DP)을 지지하기 위한 기판이다. 표시 패널(DP)이 일반적인 표시 장치인 경우 배리어 기판(BP)은 단단한 지지 기판일 수 있다. 또한, 표시 패널(DP)이 유연성이 매우 뛰어난 플렉서블 표시장치에 사용할 것이라며, 배리어 기판(BP)은 유연성이 높은 얇으면서도 어느 정도의 강도를 갖는 필름일 수 있다.
특히, 배리어 기판(BP)에서 센싱 영역(SA)에 대응하는 부분에는 투광 영역(LT)이 배치된다. 투광 영역(LT)은 배리어 기판(BP)의 일부를 제거한 우물 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 투광 영역(LT)은 공기가 채워진다. 공기는 집광 렌즈(LE) 혹은 배리어 기판(BP)보다 낮은 굴절율을 가지므로, 굴절율 차이에 의해 센싱광의 집광 효율을 높여주는 공간이다. 또는, 투광 영역(LT)은 투명 레진 물질로 채워질 수 있다. 이 경우, 투광 영역(LT)을 채우는 투명 레진 물질은 집광 렌즈(LE) 혹은 배리어 기판(BP)보다 낮은 굴절율을 갖는 것이 바람직하다.
배리어 기판(BP)의 배면에는 투광 영역(LT)에 대응하여 광 센서(SE)가 배치된다. 특히, 센싱 영역(SA)에 대응하는 투광 영역(LT)과 대향하도록 광 센서(SE)를 배치하는 것이 바람직하다. 광 센서(SE)는, 광 신호를 전기 신호로 바꾸어 전달하여야 하므로, 회로 기판 위에 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서는, 표시 패널(DP)에 연결되는 플렉서블 회로 기판(COF)의 배면에 광 센서(SE)를 배치한다. 이를 위해, 플렉서블 회로 기판(COF)에는 광 센서(SE)에서 변환된 전기 신호를 전달할 수 있는 회로가 배치되는 것이 바람직하다.
커버 기판(CG), 표시 패널(DP), 렌즈 필름(LF), 배리어 기판(BP) 및 광 센서(SE)들은 커버 버텀(CB) 내에 배치된다. 커버 버텀(CB)은 표시 장치를 구성하는 모든 구성 요소들을 담는 그릇 형상을 갖는 것이 바람직하다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 평판 표시장치에서 이미지를 인식하는 구조를 설명한다. 도 2는 도 1에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치에서 지문을 인식하는 메카니즘을 설명하는 단면도이다.
표시 패널(DP)은 유기발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시장치이므로, 커버 기판(CG)에 대해 대략 수직 방향으로 빛을 방출하면서 비디오 정보를 제공한다. 이 때, 커버 기판(CG)의 센싱 영역(SA) 상부 표면에 이미지 객체(IM)가 배치된 경우, 이미지 객체(IM)에서 반사된 빛은 표시 패널(DP)을 투과하여 배면으로 반사된다.
예를 들어, 이미지 객체(IM)가 지문인 경우, 융선부(R)는 커버 기판(CG)의 표면과 밀착한다. 반면에, 골부(V)는 커버 기판(CG)과 밀착하지 않는다. 따라서, 융선부(R)에서는 빛들이 반사되는 반면, 골부(V)에서는 빛들이 커버 기판(CG)을 투과하여 손실된다. 융선부(R)에서 반사된 빛은 센싱 영역(SA)에 대응하여 배치된 집광 렌즈(LE)에 의해 집광된다. 그 후, 집광 렌즈(LE)와 대향하도록 배치된 광 센서(SE)로 전달된다. 광 센서(SE)는 융선부(R)에서 반사된 빛들을 모아서, 지문의 이미지를 복원하고, 이를 전기 신호로 변환하여 외부로 전달한다.
여기서, 커버 기판(CG)과 표시 패널(DP)은 투광 특성이 우수한 접착제(OCA)에 의해 합착되는 것이 바람직하다. 이는, 커버 기판(CG)의 표면에 배치된 이미지 객체(IM)에서 반사된 빛이 손실 없이 표시 패널(DP)의 배면으로 전달되도록 하기 위함이다.
<제2 실시 예>
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 평판 표시장치는, 표시 패널(DP)과 표시 패널(DP) 배면에 배치된 광 센서(SE)를 구비한다. 표시 패널(DP)은 유기발광 다이오드 표시장치 혹은 무기전계발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시 패널인 것이 바람직하다.
좀 더 상세히 설명하면, 표시 패널(DP)은 센싱 영역(SA)이 정의되어 있다. 센싱 영역(SA)은 이미지를 인식하기 위한 영역이다. 예를 들어, 지문 인식을 위해, 사용자의 손가락 지문을 터치하는 영역이다.
표시 패널(DP)의 상부 표면 위에는 커버 기판(CG)이 배치되어 있다. 표시 패널(DP)의 배면에는 배리어 필름(BF)이 부착되어 있다. 배리어 필름(BF)은 표시 패널(DP)보다 약간 더 큰 크기를 가지며, 표시 패널(DP)보다 돌출된 부분에는 외부 신호를 인가받을 수 있는 패드들이 배치될 수 있다.
배리어 필름(BF)의 배면에는 배리어 기판(BP)이 합착되어 있다. 배리어 기판(BP)는 표시 패널(DP)을 지지하기 위한 기판이다. 제1 실시 예와의 차이점은, 제2 실시 예에서는 배리어 필름(BF)의 배면에 렌즈 필름(LF)가 직접 부착되어 있지 않다. 즉, 집광 렌즈(LE)는 광 센서(SE)와 함께 광 센서 유닛을 구성한다.
특히, 배리어 기판(BP)에서 센싱 영역(SA)에 대응하는 부분에는 투광 영역(LT)이 배치된다. 투광 영역(LT)은 배리어 기판(BP)의 일부를 제거한 우물 형상을 가질 수 있다.
배리어 기판(BP)의 배면에는 투광 영역(LT)에 대응하도록 광 센서 유닛(SU)이 배치된다. 특히, 센싱 영역(SA)에 대응하는 투광 영역(LT) 내부로 광 센서 유닛(SU) 전부 혹은 일부를 삽입하는 것이 바람직하다. 광 센서 유닛(SU)은, 센서 하우징(CS), 집광 렌즈(LE) 및 광 센서(SE)를 포함한다.
센서 하우징(CS)은 상부면이 개방된 그릇 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상면이 개방된 육면체 형상을 갖거나, 상면이 개반된 원통형상을 가질 수 있다. 센서 하우징(CS)의 개방된 상면에는 집광 렌즈(LE)가 배치되어 있다. 센서 하우징(CS)의 내측의 바닥면에는 광 센서(SE)가 배치되어 있다.
센서 하우징(CS)은 배리어 기판(BP)에 형성된 투광 영역(LT) 내부로 삽입되는 것이 바람직하다. 센서 하우징(CS)의 높이가 배리어 기판(BP)의 두께보다 얇으면, 센서 하우징(CS)의 전체가 투광 영역(LT) 내부로 삽입된다. 센서 하우징(CS)의 높이가 배리어 기판(BP)의 두께보다 두꺼우면, 센서 하우징(CS)의 일부가 투광 영역(LT) 내부로 삽입된다.
집광 렌즈(LE)와 광 센서(SE) 사이에는 일정 거리 이격되고, 이 내부는 공기가 채워져 있다. 공기는 집광 렌즈(LE)보다 굴절율이 낮아, 집광 효율을 향상할 수 있다. 경우에 따라서는, 집광 렌즈(LE)보다 낮은 굴절율을 갖는 투명 레진 물질이 채워져 있을 수도 있다.
제2 실시 예에서도, 표시 패널(DP)에 연결되는 플렉서블 회로 기판(COF)의 배면에 광 센서 유닛(SU)을 배치한다. 이를 위해, 플렉서블 회로 기판(COF)에는 광 센서 유닛(SU)을 실장할 수 있는 패드와, 광 센서 유닛(SU)에서 변환된 전기 신호를 전달할 수 있는 회로가 배치되는 것이 바람직하다.
커버 기판(CG), 표시 패널(DP), 렌즈 필름(LF), 배리어 기판(BP) 및 광 센서(SE)들은 커버 버텀(CB) 내에 배치된다. 커버 버텀(CB)은 표시 장치를 구성하는 모든 구성 요소들을 담는 그릇 형상을 갖는 것이 바람직하다.
<제3 실시 예>
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제3 실시 예를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
지금까지 설명한 제1 및 제2 실시 예에서는, 자발광 소자인 유기발광 다이오드 표시장치 혹은 무기전계발광 다이오드 표시장치로 구성된 표시 패널(DP)에서 발생하는 빛을 이미지 센싱용 광으로 사용하였다. 경우에 따라서, 표시 패널(DP)에서 제공하는 빛의 강도가 약해서 이미지 검출에 부족할 수 있다. 이미지 검출 성능을 보완하기 위한 추가적인 이미지 센싱 광원(LS)을 더 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 평판 표시장치는, 표시 패널(DP), 표시 패널(DP) 배면에 배치된 광 센서(SE), 표시 패널(DP) 상부면에 부착된 커버 기판(CG) 및 이미지 센싱 광원(LS)을 구비한다. 표시 패널(DP)은 유기발광 다이오드 표시장치 혹은 무기전계발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시 패널인 것이 바람직하다.
좀 더 상세히 설명하면, 표시 패널(DP)은 센싱 영역(SA)이 정의되어 있다. 센싱 영역(SA)은 이미지를 인식하기 위한 영역이다. 예를 들어, 지문 인식을 위해, 사용자의 손가락 지문을 터치하는 영역이다.
표시 패널(DP)의 상부 표면 위에는 커버 기판(CG)이 배치되어 있다. 커버 기판(CG)의 일측면에는 이미지 센싱 광원(LS)이 배치되어 있다. 이미지 센싱 광원(LS)은 자외선을 제공하는 것이 바람직하다. 표시 패널(DP)에서 가시 영역 대의 빛을 제공한다. 이는, 이미지 센싱 광원(LS)에서 가시 광역대 빛을 제공하면, 표시 기능을 방해할 수 있기 때문이다. 또한, 이미지 센싱 광원(LS)은 커버 버텀 내부에 삽입되는 구조를 가질 수도 있다.
표시 패널(DP)의 배면에는 배리어 필름(BF)가 부착되어 있다. 배리어 필름(BF)은 표시 패널(DP)보다 약간 더 큰 크기를 가지며, 표시 패널(DP)보다 돌출된 부분에는 외부 신호를 인가받을 수 있는 패드들이 배치될 수 있다.
배리어 필름(BF)의 배면에는 렌즈 필름(LF)이 배치되어 있다. 렌즈 필름(LF)은 박막형 필름 형상을 갖는다. 또한, 렌즈 필름(LF) 중에서 센싱 영역(SA)에 대응하는 영역에는 집광 렌즈(LE)가 형성된다. 집광 렌즈(LE)는 여러 개의 마이크로 렌즈들이 배열된 구조를 가질 수 있다. 또는, 하나의 볼록 렌즈에 대응하는 프레즈넬 렌즈가 형성되어 있을 수도 있다.
렌즈 필름(LF) 배면에는 배리어 기판(BP)이 합착되어 있다. 배리어 기판(BP)는 표시 패널(DP)을 지지하기 위한 기판이다. 표시 패널(DP)이 일반적인 표시 장치인 경우 배리어 기판(BP)은 단단한 지지 기판일 수 있다. 또한, 표시 패널(DP)이 유연성이 매우 뛰어난 플렉서블 표시장치에 사용할 것이라며, 배리어 기판(BP)은 유연성이 높은 얇으면서도 어느 정도의 강도를 갖는 필름일 수 있다.
특히, 배리어 기판(BP)에서 센싱 영역(SA)에 대응하는 부분에는 투광 영역(LT)이 배치된다. 투광 영역(LT)은 배리어 기판(BP)의 일부를 제거한 우물 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 투광 영역(LT)은 공기가 채워진다. 공기는 집광 렌즈(LE) 혹은 배리어 기판(BP)보다 낮은 굴절율을 가지므로, 굴절율 차이에 의해 센싱광의 집광 효율을 높여주는 공간이다. 또는, 투광 영역(LT)은 투명 레진 물질로 채워질 수 있다. 이 경우, 투광 영역(LT)을 채우는 투명 레진 물질은 집광 렌즈(LE) 혹은 배리어 기판(BP)보다 낮은 굴절율을 갖는 것이 바람직하다.
배리어 기판(BP)의 배면에는 투광 영역(LT)에 대응하여 광 센서(SE)가 배치된다. 특히, 센싱 영역(SA)에 대응하는 투광 영역(LT)과 대향하도록 광 센서(SE)를 배치하는 것이 바람직하다. 광 센서(SE)는, 광 신호를 전기 신호로 바꾸어 전달하여야 하므로, 회로 기판 위에 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서는, 표시 패널(DP)에 연결되는 플렉서블 회로 기판(COF)의 배면에 광 센서(SE)를 배치한다. 이를 위해, 플렉서블 회로 기판(COF)에는 광 센서(SE)에서 변환된 전기 신호를 전달할 수 있는 회로가 배치되는 것이 바람직하다.
커버 기판(CG), 표시 패널(DP), 렌즈 필름(LF), 배리어 기판(BP) 및 광 센서(SE)들은 커버 버텀(CB) 내에 배치된다. 커버 버텀(CB)은 표시 장치를 구성하는 모든 구성 요소들을 담는 그릇 형상을 갖는 것이 바람직하다.
이상의 제3 실시 예에서는 제1 실시 예에 의한 구조에서 이미지 센싱 광원(LS)을 더 구비한 경우로 설명하였다. 하지만, 제2 실시 예에 의한 구조에서 이미지 센싱 광원(LS)을 더 구비할 수도 있다.
<제4 실시 예>
이하, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명의 제4 실시 예를 설명한다. 제4 실시 예에서는 복수 개의 광학식 이미지 센서들을 구비한 평판 표시장치에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 의한 복수 개의 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 5에서 절취선 I-I'으로 자른, 본 발명의 제4 실시 예에 의한 복수 개의 광학식 이미지 센서를 구비한 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 여기서는, 휴대폰과 같은 개인 휴대용 정보 처리 장치에서 본 발명에 의한 광학식 이미지 센서를 구비하여 지문 인식 기능을 구비한 경우를 설명한다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서를 구비한 표시장치는, 표시 패널(DP)과 표시 패널(DP) 배면에 배치된 다수 개의 광 센서들(SE1, SE2)을 포함한다.
표시 패널(DP)은 센싱 영역(SA)이 정의되어 있다. 센싱 영역(SA)은 이미지를 인식하기 위한 영역이다. 예를 들어, 지문 인식을 위해, 사용자의 손가락 지문을 터치하는 영역이다. 여기서, 지문 인식의 정확도를 높이기 위해 혹은 지문 인식 면적을 더 넓게 확보하기 위해, 센싱 영역(SA)을 네 개의 서브 센싱 영역들(SA1 내지 SA4)로 나누어 구성할 수 있다.
표시 패널(DP)의 상부 표면 위에는 커버 기판(CG)이 배치되어 있다. 표시 패널(DP)의 배면에는 배리어 필름(BF)이 부착되어 있다. 배리어 필름(BF)은 표시 패널(DP)보다 약간 더 큰 크기를 가지며, 표시 패널(DP)보다 돌출된 부분에는 외부 신호를 인가받을 수 있는 패드들이 배치될 수 있다.
배리어 필름(BF)의 배면에는 렌즈 필름(LF)이 배치되어 있다. 렌즈 필름(LF)은 박막형 필름 형상을 갖는다. 또한, 렌즈 필름(LF) 중에서 센싱 영역(SA)에 대응하는 영역에는 집광 렌즈가 형성된다. 집광 렌즈는 여러 개의 마이크로 렌즈들이 배열된 구조를 가질 수 있다. 또는, 하나의 볼록 렌즈에 대응하는 프레즈넬 렌즈가 형성되어 있을 수도 있다.
여기서, 집광 렌즈는, 다수 개의 집광 렌즈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 센싱 영역(SA1)에는 제1 집광 렌즈(LE1)가 배치되고, 제2 센싱 영역(SA2)에는 제2 집광 렌즈(LE2)가 배치될 수 있다. 도 6에는 도시하지 않았지만, 제3 센싱 영역(SA3)에는 제3 집광 렌즈가 배치되고, 제4 센싱 영역(SA4)에는 제4 집광 렌즈가 배치될 수 있다.
렌즈 필름(LF) 배면에는 배리어 기판(BP)이 합착되어 있다. 배리어 기판(BP)은 표시 패널(DP)을 지지하기 위한 기판이다. 배리어 기판(BP)에서 각 센싱 영역들(SA1 내지 SA4)에 대응하는 부분에는 투광 영역이 배치된다. 투광 영역은 배리어 기판(BP)의 일부를 제거한 우물 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 센싱 영역(SA1)에 대응하는 위치에는 제1 투광 영역(LT1)이 배치되고, 제2 센싱 영역(SA2)에 대응하는 위치에는 제2 투광 영역(LT2)이 배치될 수 있다. 도 6에는 도시하지 않았지만, 제3 센싱 영역(SA3)에는 제3 투광 영역이 배치되고, 제4 센싱 영역(SA4)에는 제4 투광 영역이 배치될 수 있다. 투광 영역들(LT1 및 LT2)에는 공기가 채워진다. 공기는 집광 렌즈들(LE1 및 LE2) 혹은 배리어 기판(BP)보다 낮은 굴절율을 가지므로, 굴절율 차이에 의해 센싱광의 집광 효율을 높여주는 공간이다. 또는, 투광 영역들(LT1 및 LT2)은 투명 레진 물질로 채워질 수 있다. 이 경우, 투광 영역들(LT1 및 LT2)을 채우는 투명 레진 물질은 집광 렌즈들(LE1 및 LE2) 혹은 배리어 기판(BP)보다 낮은 굴절율을 갖는 것이 바람직하다.
배리어 기판(BP)의 배면에는 각 투광 영역들(LT1 및 LT2)에 대응하여 각 광 센서들(SE1 및 SE2)이 배치된다. 특히, 제1 센싱 영역(SA1)에 대응하는 제1 투광 영역(LT1)과 대향하도록 제1 광 센서(SE1)를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 센싱 영역(SA2)에 대응하는 제2 투광 영역(LT2)과 대향하도록 제2 광 센서(SE2)를 배치하는 것이 바람직하다. 도 6에 도시하지 않았지만, 제3 센싱 영역(SA3)에 대응하는 제3 투광 영역과 대향하도록 제3 광 센서를 배치하고, 제4 센싱 영역(SA4)에 대응하는 제4 투광 영역과 대향하도록 제4 광 센서를 배치하는 것이 바람직하다.
광 센서들(SE1 및 SE2)은, 광 신호를 전기 신호로 바꾸어 전달하여야 하므로, 회로 기판 위에 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서는, 표시 패널(DP)에 연결되는 플렉서블 회로 기판(COF)의 배면에 광 센서들(SE1 및 SE2)을 배치한다. 이를 위해, 플렉서블 회로 기판(COF)에는 광 센서들(SE1 및 SE2)에서 변환된 전기 신호를 전달할 수 있는 회로가 배치되는 것이 바람직하다. 네 개의 광 센서들에서 각각 인식한 지문 영상은 표시 장치에 내장된 알고리즘에 의해 조합하여, 전체 지문 영상을 복원할 수 있다.
커버 기판(CG), 표시 패널(DP), 렌즈 필름(LF), 배리어 기판(BP) 및 광 센서(SE)들은 커버 버텀(CB) 내에 배치된다. 커버 버텀(CB)은 표시 장치를 구성하는 모든 구성 요소들을 담는 그릇 형상을 갖는 것이 바람직하다.
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 CG: 커버 기판
LF: 렌즈 필름 BP: 배리어 기판
SE: 광 센서 LE: 집광 렌즈
LT: 투광 영역 CB: 커버 버텀
SA: (이미지) 센싱 영역 COF: (플렉서블) 회로 기판
IM: 이미지 객체 R: 융선부
V: 골부 LS: 이미지 센싱 광원

Claims (11)

  1. 표시 영역과, 상기 표시 영역 내에 센싱 영역이 정의된 표시 패널;
    상기 센싱 영역에 대응하여 배치된 투광 영역을 구비하며, 상기 표시 패널 배면에 부착된 배리어 기판; 그리고
    상기 배리어 기판의 배면에서 상기 투광 영역에 대응하여 배치된 광 센서를 포함하는 평판 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투광 영역은,
    상기 배리어 기판에서 상기 센싱 영역에 대응하는 영역이 제거된 우물 형상을 갖는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱 영역에 대응하여 배치된 집광 렌즈를 구비하며, 상기 표시 패널과 상기 배리어 기판 사이에 부착된 렌즈 필름을 더 포함하는 평판 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 센서는,
    상부 면에 집광 렌즈를 구비한 그릇 형상을 갖는 센서 하우징의 하면에 배치된 평판 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 패널의 일측변에 일측부가 부착되어 신호를 전달하는 유연성 회로 기판을 더 구비하고,
    상기 광 센서는, 상기 유연성 회로 기판에 부착되어 상기 투광 영역에 대응하도록 배치된 평판 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 패널의 상부 표면에 배치된 투명 커버 기판을 더 포함하는 평판 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투명 커버 기판의 일측 단면에 배치된 이미지 센싱 광원을 더 포함하는 평판 표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 투광 영역은,
    상기 배리어 기판보다 굴절율이 낮은 매질로 채워진 평판 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 패널은,
    유기발광 다이오드 표시 패널 및 무기전계발광 다이오드 표시 패널 중 어느 하나를 포함하는 평판 표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱 영역은, 제1 센싱 영역 및 제2 센싱 영역을 포함하고,
    상기 투광 영역은, 상기 제1 센싱 영역에 대응하는 제1 투광 영역, 그리고 상기 제2 센싱 영역에 대응하는 제2 투광 영역을 포함하고,
    상기 광 센서는, 상기 제1 투광 영역에 대응하여 배치된 제1 광 센서, 그리고 상기 제2 투광 영역에 대응하여 배치된 제2 광 센서를 포함하는 평판 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 센싱 영역에 대응하여 배치된 제1 집광 렌즈; 그리고
    상기 제2 센싱 영역에 대응하여 배치된 제2 집광 렌즈를 구비하며, 상기 표시 패널과 상기 배리어 기판 사이에 부착된 렌즈 필름을 더 포함하는 평판 표시장치.
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