KR20180081096A - 디스플레이에서의 통합을 위한 광학 센서 - Google Patents

디스플레이에서의 통합을 위한 광학 센서 Download PDF

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폴 윅볼트
패트릭 스미스
아라쉬 아카반 포마니
마렉 미엔코
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시냅틱스 인코포레이티드
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Abstract

광학 이미징을 위한 시스템들 및 방법들이 개시된다. 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브겐트를 이미징하기 위한 광학 센서는, 제 1 측 및 제 1 측에 대향하는 제 2 측을 갖는 투명층; 투명층의 제 1 측 위에 배치된 애퍼처들의 제 1 세트; 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 광을 수신하고 수신된 광을 반사하도록 구성된, 투명층의 제 2 측 아래에 배치된 반사층; 및 반사된 광을 검출하도록 위치된 복수의 검출기 엘리먼트들을 포함한다.

Description

디스플레이에서의 통합을 위한 광학 센서
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2015 년 12 월 3 일자로 출원된 "Display Integrated Optical Fingerprint Sensor with Transparent Layer" 라는 명칭의 미국 특허 가출원 제 62/262,863 호의 이점을 청구하며, 그 전체 내용은 참조에 의해 명확히 통합된다.
본 출원은 또한, 양자가 2016 년 3 월 31 일자로 출원된 "Display Integrated Optical Fingerprint Sensor with Angle Limiting Reflector" 라는 명칭의 미국 특허 출원 제 15/087,785 호 및 "Optical Sensor for Integration Over a Display Backplane" 라는 명칭의 미국 특허 출원 제 15/087,971 호와 관련되며, 그 전체 내용은 참조에 의해 명확히 통합된다.
본 개시물은 일반적으로 광학 센서들에 관한 것이고, 더 구체적으로, 디스플레이 스택 내로 통합될 수도 있는 광학 센서에 관한 것이다.
오브젝트 이미징은 다양한 애플리케이션들에서 유용하다. 예로서, 바이오메트릭 인식 시스템들은 그 인식 시스템들을 통합하는 디바이스들의 사용자들을 인증 및/또는 검증하기 위한 바이오메트릭 오브젝트들을 이미징한다. 바이오메트릭 이미징은 인식 목적들로 개인 아이덴티티를 검증하는 신뢰할 수 있고 방해가 되지 않는 방법을 제공한다. 다양한 유형의 센서들이 바이오메트릭 이미징을 위해 사용될 수도 있다.
지문은, 다양한 다른 바이오메트릭 특성들과 마찬가지로, 차별되는 개인 특성들을 기반으로 하며, 따라서 개인을 인식하기 위해 신뢰할 수 있는 메커니즘을 제공한다. 따라서 지문 센서들은 많은 잠재적 애플리케이션들을 가지고 있다. 예를 들어, 지문 센서들은 보안 검색대 (security checkpoints) 와 같은 고정된 애플리케이션들에서 액세스 제어를 제공하는데 사용될 수도 있다. 지문 센서들은 또한, 셀 폰들, 웨어러블 스마트 디바이스들 (예컨대, 스마트 워치들 및 액티비티 추적기들), 태블릿 컴퓨터들, 개인 정보 단말기 (PDA), 내비게이션 디바이스들, 및 휴대용 게임 디바이스들과 같은 모바일 디바이스들에서 액세스 제어를 제공하는데 사용될 수도 있다. 따라서, 일부 애플리케이션들, 특히 모바일 디바이스들에 관련된 특정 애플리케이션들은, 양자가 사이즈가 작고 고도로 신뢰가능한 인식 시스템들을 요구할 수도 있다.
대부분의 상업적으로 입수가능한 지문 센서들은 광학 또는 용량성 감지 기술들을 기반으로 한다. 광학 지문 센서들을 사용하는 솔루션들은 통상적으로 광이 센서 엘리먼트들에 도달하기 전에 광을 컨디셔닝하기 위해 광학 엘리먼트를 요구한다. 불행하게도, 전자 디바이스의 디스플레이 스택에서 발견되는 것과 같이, 비교적 작은 공간들에서 이용 가능한 제한된 높이에 종래의 광학 엘리먼트들을 피팅하는 것은 여전히 어려움이 있다. 또한, 능동 디스플레이 매트릭스에서 또는 그 위에서 광 컨디셔닝 구조들을 갖는 구현들은, 실제 제품 구현을 방해하는 커버 층 두께, 이미지 블러링 (image blurring) 및 이미지 품질 간의 트레이드-오프 (trade-off) 를 수반한다.
결과적으로, 대부분의 모바일 디바이스들에서의 지문 센서들은 지문의 융선 및 골 특징들을 감지하도록 구성된 감지 어레이를 갖는 용량성 센서들이다. 통상적으로, 이들 지문 센서들은 절대 커패시턴스 (때때로 "자기 커패시턴스" 로 알려짐) 또는 트랜스-커패시턴스 (때때로 "상호 커패시턴스" 로 알려짐) 를 검출한다. 이 경우, 어레이에서 각 감지 엘리먼트에서의 커패시턴스는 융선 또는 골이 존재하는지 여부에 의존하여 변화하며, 이들 변화들은 전기적으로 검출되어 지문의 이미지를 형성한다.
용량성 지문 센서들이 특정 이점들을 제공하지만, 대부분의 상업적으로 입수가능한 용량성 지문 센서들은 먼 거리들에서 미세한 융선 및 골 특징들을 감지하는데 어려움이 있고, 이는 지문이 감지 어레이에 가까운 감지 표면에 접촉할 것을 요구한다. 용량성 센서가 다수의 스마트 폰들 및 다른 모바일 디바이스들의 디스플레이를 보호하는 두꺼운 커버 유리 (때때로 본원에서 "커버 렌즈" 로 참조됨) 와 같이 두꺼운 층들을 통해 지문들을 검출하는 것은 여전히 중요한 과제이다. 이 문제를 해결하기 위해, 디스플레이 옆의 영역에서 커버 유리에 컷아웃이 종종 형성되고, 분리된 용량성 지문 센서 (종종 기계식 버튼과 통합됨) 가 컷아웃 영역에 배치되어, 지문을 커버 유리를 통해 감지할 필요 없이 검출할 수 있다. 컷 아웃에 대한 요구는 디바이스 면 상에 매끄러운 표면을 형성하는 것을 어렵게 하고, 이는 사용자 경험을 저하시키고 제조를 복잡하게 한다. 기계식 버튼들의 존재는 또한, 귀중한 디바이스의 부동산을 차지한다.
본 개시의 일 실시형태는 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서를 제공한다. 광학 센서는, 제 1 측 및 제 1 측에 대향하는 제 2 측을 갖는 투명층; 투명층의 제 1 측 위에 배치된 애퍼처들의 제 1 세트; 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 광을 수신하고 수신된 광을 반사하도록 구성된, 투명층의 제 2 측 아래에 배치된 반사층; 및 반사된 광을 검출하도록 위치된 복수의 검출기 엘리먼트들을 포함한다.
본 개시의 다른 실시형태는 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 디스플레이를 제공한다. 디스플레이는, 디스플레이 픽셀들의 세트; 애퍼처들의 제 1 세트를 갖는 광 차단층; 디스플레이 픽셀들 및 애퍼처들의 제 1 세트 아래에 위치된 투명층; 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 광을 수신하고 수신된 광을 반사하도록 구성된, 투명층의 아래에 위치된 반사층; 및 반사된 광을 검출하도록 위치된 검출기 엘리먼트들의 세트를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태는 광학 지문 센서를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은, 제 1 투명층의 제 1 측 위에 광 차단층을 형성하는 단계로서, 상기 광 차단층은 광의 투과를 허용하도록 구성된 애퍼처들의 제 1 세트를 가지는, 상기 광 차단층을 형성하는 단계; 제 1 투명층의 제 1 측에 대향하는 제 1 투명층의 제 2 측 아래에 반사층을 형성하는 단계로서, 상기 반사층은 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 광을 반사하도록 위치되는, 반사층을 형성하는 단계; 및 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과되고 반사층으로부터 반사되는 광을 수신하도록 위치된 복수의 검출기 엘리먼트들을 갖는 검출기 층을 형성하는 단계를 포함한다.
도 1a 는 감지 시스템의 일 예의 블록 다이어그램이다.
도 1b 는 일 실시형태에 따라, 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 센서의 개략도이다.
도 2 는 일 실시형태에 따라, 입력 오브젝트를 이미징하기 위해 디스플레이에 통합된 센서의 일 예를 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 일 실시형태에 따라, 입력 오브젝트를 이미징하기 위해 디스플레이에 통합된 센서의 일 예를 도시한다.
도 4a 및 도 4b 는 일 실시형태에 따라, 센서 스택을 형성하는 방법 및 센서 스택의 배열을 도시한다.
도 5a 및 도 5b 는 일 실시형태에 따라, 센서 스택을 형성하는 방법 및 센서 스택의 배열을 도시한다.
도 6a 및 도 6b 는 일 실시형태에 따라, 센서 스택을 형성하는 방법 및 센서 스택의 배열을 도시한다.
도 7a 및 도 7b 는 일 실시형태에 따라, 센서 스택을 형성하는 방법 및 센서 스택의 배열을 도시한다.
도 8a 및 도 8b 는 일 실시형태에 따라, 센서 스택을 형성하는 방법 및 센서 스택의 배열을 도시한다.
도 9a 및 도 9b 는 상이한 실시형태들에 따른 반사층들의 예들을 도시한다.
다음의 상세한 설명은 그 특성이 예시적이고, 본 개시물 또는 본 개시물의 응용 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 추가로, 선행하는 기술분야, 배경, 개요, 도면들의 간단한 설명 또는 이하 상세한 설명에서 제시된, 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 의해 속박되도록 하려는 의도는 없다.
도면들에 의존하여, 그리고 본원에서 더 상세히 설명되는 것과 같이, 본 개시물의 실시형태들은 지문과 같은 입력 오브젝트를 광학적으로 이미징하는 시스템들 및 방법들을 제공한다. 특히, 광학 센서가 각각의 검출기 엘리먼트들에 도달하는 광의 각도를 제한하여 각각의 검출기 엘리먼트에 도달하는 광이 이미징되는 오브젝트 상의 상대적으로 작은 영역에 대응하도록 하는 하나 이상의 반사면들 및 애퍼처들 포함하는, 시스템 및 방법이 설명된다. 애퍼처들과 반사면들의 조합은 디스플레이에서 검출기의 두께를 최소화하는 폴딩된 콜리메이터 (folded collimator) 로서 작용한다. 개시된 실시형태들은 커버 층 두께, 이미지 블러링 및 디스플레이 이미지 품질 간의 트레이드-오프를 회피한다.
도 1a 는 본 발명의 실시형태들에 따라, 센서 (100) 를 갖는 예시적인 감지 시스템의 블록 다이어그램이다. 센서 (100) 는 전자 시스템 (또한 "전자 디바이스") 에 입력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 전자 시스템들의 일부 비-제한적인 예들은 데스크탑 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, 넷북 컴퓨터들, 태블릿들, e-book 리더기들, 개인 휴대 정보 단말기들 (PDA들) 및 웨어러블 컴퓨터들 (예컨대, 스마트 워치 및 액티비티 추적기 디바이스들) 과 같은 모든 사이즈들 및 형상들의 퍼스널 컴퓨터들을 포함한다. 추가의 예시적인 전자 시스템들은 복합 입력 디바이스들, 이를 테면 입력 디바이스 (100) 를 포함하는 물리적 키보드들 및 별개의 조이스틱들 또는 키 스위치들을 포함한다. 추가의 예시적인 전자 시스템들은 데이터 입력 디바이스들 (원격 제어들 및 마우스들을 포함함), 및 데이터 출력 디바이스들 (디스플레이 스크린들 및 프린터들을 포함함) 과 같은 주변장치들을 포함한다. 다른 예들은 원격 단말기들, 키오스크들, 및 비디오 게임 머신들 (예를 들어, 비디오 게임 콘솔들, 휴대용 게이밍 디바이스들 등) 을 포함한다. 다른 예들은 통신 디바이스들 (셀룰러 폰들, 이를 테면 스마트 폰들을 포함함), 및 미디어 디바이스들 (레코더들, 에디터들, 및 플레이어들, 이를 테면 텔레비전들, 셋톱 박스들, 뮤직 플레이어들, 디지털 포토 프레임들, 및 디지털 카메라들을 포함함) 을 포함한다. 추가적으로, 전자 시스템은 입력 디바이스에 대해 호스트이거나 슬레이브일 수 있다.
센서 (100) 는 전자 시스템의 물리적 부분으로서 구현될 수 있거나, 또는 전자 시스템과 물리적으로 분리될 수 있다. 본 개시물에 따라, 센서 (100) 는 전자 디바이스의 디스플레이의 부분으로서 통합될 수도 있다. 적절하게, 센서 (100) 는 다음: 버스들, 네트워크들, 및 다른 유선 또는 무선 상호접속들 중 임의의 하나 이상을 이용하여 전자 시스템의 부분들과 통신할 수도 있다. 예들은 I2C, SPI, PS/2, USB (Universal Serial Bus), 블루투스, RF 및 IRDA 를 포함한다.
센서 (100) 는 감지 영역 (120) 에서 하나 이상의 입력 오브젝트들 (140) 에 의해 제공된 입력을 감지하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 입력 오브젝트 (140) 는 손가락이고, 센서 (100) 는 입력 오브젝트 (140) 의 지문 특징들을 검출하도록 구성된 지문 센서 (또한 "지문 스캐너") 로서 구현된다. 다른 실시형태들에서, 센서 (100) 는 (예를 들어, 손가락 정맥 인식을 위한) 혈관 센서, 손 형상 센서, 또는 (터치 패드, 터치 스크린, 및/또는 다른 터치 센서 디바이스와 같은) 근접도 센서로서 구현될 수도 있다.
감지 영역 (120) 은 센서 (100) 가 입력 (예를 들어, 하나 이상의 입력 오브젝트 (140) 에 의해 제공되는 사용자 입력) 을 검출할 수 있는, 센서 (100) 위, 주위, 내부, 및/또는 근처의 임의의 공간을 포함한다. 특정 감지 영역들의 사이즈들, 형상들, 및 위치들은 실시형태마다 상당히 다를 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 감지 영역 (120) 은, 센서 (100) 의 표면으로부터 하나 이상의 방향들에서 공간으로 연장한다. 다양한 실시형태들에서, 입력 표면들은, 센서 엘리먼트들이 내부에 상주하는 케이싱들의 표면들에 의해, 센서 엘리먼트들 상에 적용된 페이스 시트 (face sheet) 들 또는 임의의 케이싱들 등에 의해 제공될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 감지 영역 (120) 은 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 상으로 돌출될 때 직사각형 형상을 갖는다.
센서 (100) 는 감지 영역 (120) 에서 사용자 입력을 검출하기 위해 센서 컴포넌트들 및 감지 기술들의 임의의 조합을 활용할 수도 있다. 센서 (100) 는 사용자 입력을 검출하기 위한 하나 이상의 검출기 엘리먼트들 (또는 "감지 엘리먼트들") 을 포함한다. 일부 구현들은 입력 오브젝트 (140) 를 검출하기 위해 감지 엘리먼트들의 어레이들 또는 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 패턴들을 활용한다.
본 개시물에 기재된 입력 디바이스 (100) 의 광학 구현들에서, 하나 이상의 검출기 엘리먼트들은 감지 영역으로부터 광을 검출한다. 다양한 실시형태들에서, 검출된 광은 감지 영역에서의 입력 오브젝트들로부터 반사되거나, 감지 영역에서의 입력 오브젝트들에 의해 방사되거나, 또는 이들의 일부 조합일 수도 있다. 예시적인 광 검출기 (photo detector) 엘리먼트들은 포토다이오드들, CMOS 어레이들, CCD 어레이들, 포토다이오드들, 및 가시적이거나 비가시적인 스펙트럼 (예컨대, 적외선 또는 자외선 광) 에서 광을 검출하도록 구성된 다른 타입의 광 센서들을 포함한다. 광 센서들은 박막 트랜지스터들 (TFT들) 또는 박막 다이오드들과 같은 박막 광 검출기들일 수도 있다.
일부 광학 구현들은 감지 영역에 조명을 제공한다. 조명 파장(들)에서 감지 영역으로부터의 반사들은 입력 오브젝트에 대응하는 입력 정보를 결정하기 위해 검출된다.
일부 광학 구현들은 그 구성에 의존하여 감지 영역의 입력 표면과 접촉할 수도 있거나 접촉하지 않을 수도 있는, 입력 오브젝트의 직접적인 조명의 원리들에 의존한다. 하나 이상의 광원들 및/또는 광 가이드 구조들이 광을 감지 영역으로 지향하는데 사용될 수도 있다. 입력 오브젝트가 존재할 때, 이 광은 입력 오브젝트의 표면들로부터 반사되며, 이 반사들은 광학 감지 엘리먼트들에 의해 검출되고, 입력 오브젝트에 관한 정보를 결정하는 데 사용될 수 있다.
일부 광학 구현들은 감지 영역의 입력 표면과 접촉하는 입력 오브젝트들을 검출하기 위해 내부 반사의 원리들에 의존한다. 하나 이상의 광원들은, 감지 표면에 의해 정의된 경계의 대향 측면들에서 상이한 굴절률들로 인해, 감지 영역의 입력 표면에서 내부적으로 반사되는 각도로 전파 매질 (transmitting medium) 에서 광을 지향시키는데 사용될 수도 있다. 입력 오브젝트에 의한 입력 표면의 접촉은, 굴절률이 이 경계에 걸쳐 변화하게 하며, 이는 입력 표면에서의 내부 반사 특성들을 변경시킨다. FTIR (frustrated total internal reflection) 의 원리들이 입력 오브젝트를 검출하는데 사용될 경우, 더 높은 콘트라스트 신호들이 종종 달성될 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 광은 입력 오브젝트가 입력 표면과 접촉하고 광이 이 인터페이스를 통해 부분적으로 투과하게 하는 경우를 제외하고, 완전히 내부적으로 반사되는 입사각으로 입력 표면에 지향될 수도 있다. 이에 대한 일 예가 유리 대 공기 (glass to air) 인터페이스에 의해 정의된 입력 표면에 도입된 손가락의 존재이다. 공기와 비교하여 인간의 피부의 굴절률이 높을수록, 공기에 대한 인터페이스의 임계 각도로 입력 표면에 입사하는 광이 손가락을 통해 부분적으로 전파되게 하며, 그렇지 않으면 유리 대 공기 인터페이스에서 완전히 내부적으로 반사될 것이다. 이러한 광학적 반응은 시스템에 의해 검출되어 공간 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이는 작은 스케일의 지문 특징들을 이미징하는데 사용될 수 있고, 여기서 입사광의 내부 반사율은 융선 또는 골이 입력 표면의 그 부분과 접촉하는지 여부에 의존하여 달라진다.
일부 구현들은 1, 2, 3, 또는 더 고차원 공간들에 걸친 이미지들을 제공하도록 구성된다. 입력 디바이스는 수반되는 특정 감지 기술 및/또는 관심있는 정보의 스케일과 같은 인자들에 의존하여, 실시형태들마다 변화하는 센서 분해능을 가질 수도 있다. 예를 들어, 일부 바이오메트릭 감지 구현들은 (손가락의 지문 융선 특징들, 또는 눈의 혈관 패턴들과 같은) 입력 오브젝트의 생리학적 특징들을 검출하도록 구성될 수도 있으며, 이는 더 높은 센서 분해능들을 활용할 수도 있고, (입력 표면에 대한 손가락의 터치 위치와 같은) 감지 영역에 대한 입력 오브젝트의 위치를 검출하도록 구성되는 일부 근접도 센서 구현들로부터 상이한 기술적 고려사항들을 제시한다. 일부 실시형태들에서, 센서 분해능은 감지 엘리먼트들의 어레이의 물리적 배열에 의해 결정되며, 여기서 더 작은 감지 엘리먼트들 및/또는 더 작은 피치가 더 높은 센서 분해능을 정의하는데 사용될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 센서 (100) 는 지문의 특징들을 캡처하기에 충분히 높은 센서 분해능을 갖는 지문 센서로서 구현된다. 일부 구현들에서, 지문 센서는 미세관 (융선 단점 (ending) 들 및 분기점 (bifurcation) 들을 포함함), 배향 필드들 (때때로, "융선 흐름"으로 지칭됨), 및/또는 융선 골격을 캡처하기에 충분한 분해능을 갖는다. 이들은 때때로 레벨 1 및 레벨 2 특징들로 지칭되고, 예시적인 실시형태에서, 적어도 250 ppi (인치당 픽셀들) 의 분해능은 이들 특징들을 신뢰할 수 있게 캡처할 수 있다. 일부 구현들에서, 지문 센서는 땀 구멍들 또는 에지 윤곽들 (즉, 개별 융선들의 에지들의 형상들) 과 같은, 더 높은 레벨의 특징들을 캡처하는데 충분한 분해능을 갖는다. 이들은 때때로 레벨 3 특징들로 지칭되고, 예시적인 실시형태에서, 적어도 750 ppi (인치당 픽셀들) 의 분해능은 이들 더 높은 레벨의 특징들을 신뢰할 수 있게 캡처할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 지문 센서는 배치 센서 (또한 "영역" 센서 또는 "정적" 센서) 또는 스와이프 센서 (또한 "슬라이드" 센서 또는 "스윕" 센서) 로서 구현된다. 배치 센서 구현에서, 센서는 사용자의 손가락이 감지 영역 위에 고정될 때, 지문 입력을 캡처하도록 구성된다. 통상적으로, 배치 센서는 단일 프레임에서 지문의 원하는 영역을 캡처할 수 있는 감지 엘리먼트들의 2 차원 어레이를 포함한다. 스와이프 센서 구현에서, 센서는 사용자 손가락과 감지 영역 사이의 상대적 움직임에 기초하여 손가락 입력에 대해 캡처하도록 구성된다. 통상적으로, 스와이프 센서는 사용자 손가락이 센서 영역 상에서 스와이프될 때 다수의 프레임들을 캡처하도록 구성된 감지 엘리먼트들의 선형 어레이 또는 얇은 2 차원 어레이를 포함한다. 이후, 다수의 프레임들은 지문 입력에 대응하는 지문의 이미지를 형성하도록 재구성될 수도 있다. 일부 구현들에서, 센서는 배치 및 스와이프 입력들 양쪽을 캡처하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 지문 센서는 단일 사용자 입력에서 사용자의 지문의 전체 영역 미만을 캡처하도록 구성된다 (본원에서는 "부분" 지문 센서로서 지칭된다). 통상적으로, 부분 지문 센서에 의해 캡처된 지문의 결과적인 부분 영역은 시스템이 지문의 단일 사용자 입력 (즉, 단일 손가락 배치 또는 단일 손가락 스와이프) 으로부터 지문 매칭을 수행하기에 충분하다. 부분 배치 센서들에 대한 일부 예시의 이미징 영역들은 100 ㎟ 이하의 이미징 영역을 포함한다. 다른 예시적 실시형태에서, 부분 배치 센서는 20 - 50 ㎟ 의 범위에서 이미징 영역을 갖는다. 일부 구현들에서, 부분 지문 센서는 이미징 영역과 동일한 사이즈인 입력 표면을 갖는다.
입력 디바이스가 일반적으로 도 1a 의 지문 센서의 환경에서 설명되어 있지만, 본 개시의 실시형태들은 다른 바이오메트릭 센서 디바이스들을 포함한다. 여러 실시형태들에서, 바이오메트릭 센서 디바이스는 사용자의 생리학적 바이오메트릭 특징들을 캡처하도록 구성될 수도 있다. 일부 예시의 생리학적 바이오메트릭 특징들은 지문 패턴들, 혈관 패턴들 (종종 "정맥 패턴들"로 알려짐), 손바닥 프린트들 및 장문 인식 (hand geometry) 을 포함한다.
도 1a 에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 와 통신 중인 것으로 도시된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 집적 회로들 (IC들) 및/또는 다른 회로부 컴포넌트들의 부분들 또는 전부를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템은 입력 데이터를 캡처하도록 입력 디바이스의 하드웨어를 동작시키고/시키거나 센서 (100) 에 의해 캡처된 입력 데이터에 기초하여 바이오메트릭 프로세스 또는 다른 프로세스를 구현하도록 구성될 수도 있다.
일부 구현들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 감지 영역 (120) 에서 입력을 검출하도록 센서 (100) 의 센서 하드웨어를 동작시키도록 구성된다. 일부 구현들에서, 프로세싱 시스템은 입력 디바이스의 감지 하드웨어로 신호들을 구동하도록 구성된 드라이버 회로부 및/또는 감지 하드웨어로 신호들을 수신하도록 구성된 수신기 회로부를 포함한다.
예를 들어, 광학 센서 디바이스에 대한 프로세싱 시스템은 하나 이상의 LED들, LCD 백라이트 또는 다른 광원들에 조명 신호들을 구동시키도록 구성된 드라이버 회로부 및/또는 광학 수신 엘리먼트들로 신호들을 수신하도록 구성된 수신기 회로부를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한 전자적 판독가능 명령들, 이를 테면, 펌웨어 코드, 소프트웨어 코드 등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 전자적 판독가능 명령들 및/또는 다른 데이터, 이를 테면, 바이오메트릭 인식을 위한 기준 템플릿들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 (100) 의 물리적 부분으로서 구현될 수 있거나 또는 센서 (100) 로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 프로세싱 시스템 (110) 은 버스들, 네트워크들 및/또는 다른 유선 또는 무선 상호접속들을 이용하여 센서 (100) 의 부분들과 통신할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 을 구성하는 컴포넌트들은 이를 테면, 센서 (100) 의 감지 엘리먼트(들) 근방에 함께 위치된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 의 컴포넌트들은 센서 (100) 의 감지 엘리먼트(들)에 가까이 있는 하나 이상의 컴포넌트들과 그리고 하나 이상의 그 밖의 컴포넌트들과 물리적으로 분리된다. 예를 들어, 센서 (100) 는 컴퓨팅 디바이스에 커플링된 주변기기일 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 컴퓨팅 디바이스의 중앙 프로세싱 유닛 상에서 실행하도록 구성되는 소프트웨어, 및 중앙 프로세싱 유닛으로부터 분리된 하나 이상의 IC들 (대개 연관된 펌웨어를 가짐) 을 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 센서 (100) 는 물리적으로, 모바일 디바이스에 통합될 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 모바일 디바이스의 중앙 프로세싱 유닛 또는 다른 메인 프로세서의 부분인 회로들 및/또는 펌웨어를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 (100) 를 구현하는데 전용된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서와 연관된 기능들을 수행하고 그리고 또한 다른 기능들, 이를 테면, 디스플레이 스크린들을 동작시키는 것, 햅틱 액추에이터들을 구동시키는 것, 전자 시스템을 위한 오퍼레이팅 시스템 (OS) 을 실행하는 것 등을 수행한다.
프로세싱 시스템 (110) 은 프로세싱 시스템 (110) 의 상이한 기능들을 핸들링하는 모듈들의 세트로서 구현될 수도 있다. 각각의 모듈은 프로세싱 시스템 (110) 의 부분인 회로부, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 모듈들의 상이한 조합들이 이용될 수도 있다. 예시적인 모듈들은 센서 전극들 및 디스플레이 스크린들과 같은 하드웨어를 동작시키기 위한 하드웨어 동작 모듈들, 센서 신호들 및 포지션 정보와 같은 데이터를 프로세싱하기 위한 데이터 프로세싱 모듈들, 및 정보를 보고하기 위한 보고 모듈들을 포함한다. 추가 예는 입력을 검출하기 위해 감지 엘리먼트(들) 를 동작시키도록 구성된 센서 동작 모듈들, 모드 변화 제스처들과 같은 제스처들을 식별하도록 구성된 식별 모듈들, 및 동작 모드들을 변화시키기 위한 모드 변화 모듈들을 포함한다. 하나 이상의 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 모듈은 별도의 집적 회로들에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 모듈은 제 1 집적 회로 내에 적어도 부분적으로 포함될 수도 있고, 별도의 모듈은 제 2 집적 회로 내에 적어도 부분적으로 포함될 수도 있다. 추가로, 단일 모듈의 부분들은 다수의 집적 회로들의 범위에 있을 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 액션들을 야기함으로써 직접 감지 영역 (120) 에서의 사용자 입력 (또는 사용자 입력의 부족) 에 응답한다. 예시적인 액션들은 디바이스를 언로크하는 것 또는 그 외에, GUI 액션들, 이를 테면, 커서 움직임, 선택, 메뉴 내비게이션, 및 다른 기능들을 변경하는 것을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 (또는 입력의 부족) 에 관한 정보를 전자 시스템의 일부 부분에 (예를 들어, 별개의 중앙 프로세싱 시스템이 존재한다면, 프로세싱 시스템 (110) 과 별개인 전자 시스템의 이러한 중앙 프로세싱 시스템에) 제공한다. 일부 실시형태들에서, 전자 시스템의 일부 부분은 사용자 입력에 대해 작용하기 위해, 이를 테면 모드 변화 액션들 및 GUI 액션들을 포함하는 전체 범위의 액션들을 용이하게 하기 위해, 프로세싱 시스템 (110) 으로부터 수신된 정보를 프로세싱한다.
예를 들어, 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 (100) 의 감지 엘리먼트(들)을 동작시켜, 감지 영역 (120) 에서의 입력 (또는 입력 부재) 를 표시하는 전기 신호들을 생성한다. 프로세싱 시스템 (110) 은 전자 시스템에 제공된 정보를 생성하는데 있어서 전기 신호들에 대해 임의의 적절한 양의 프로세싱을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들로부터 획득된 아날로그 전기 신호들을 디지털화할 수도 있다. 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 필터링 또는 다른 신호 컨디셔닝을 수행할 수도 있다. 또 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 베이스라인을 제하거나 다르게는 베이스라인의 소재를 확인 (account for) 할 수도 있어, 정보가 전기 신호들과 베이스라인 간의 차이를 반영한다. 또 다른 예들로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 위치 정보를 결정하고, 입력들을 커맨드들로서 인식하고, 사용자를 인증하는 것 등을 행할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 이를 테면, 센서 (100) 가 터치 스크린 인터페이스를 포함하는 실시형태들, 및/또는 활성 디스플레이 영역을 통하여 바이오메트릭 입력 데이터를 검출하도록 구성된 바이오메트릭 감지 실시형태들에서 감지 영역 (120) 은 디스플레이 스크린의 활성 영역의 적어도 일부분을 오버랩한다. 예를 들어, 센서 (100) 는 실질적으로 투명한 센서 전극들을 포함할 수도 있다. 디스플레이 스크린은 사용자에게 시각적 인터페이스를 디스플레이하는 것이 가능한 임의의 타입의 동적 디스플레이일 수도 있으며, 임의의 타입의 발포토다이오드 (LED), 유기 LED (OLED), 음극선관 (CRT), 액정 디스플레이 (LCD), 플라즈마, 전계발광 (electroluminescence; EL), 또는 다른 디스플레이 기술을 포함할 수도 있다. 디스플레이 스크린은 또한 가요성이거나 강성일 수도 있고, 플랫하거나 곡면이거나 또는 다른 기하학적 구조를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 디스플레이 스크린은 비주얼들을 제공하고/하거나 다른 기능을 제공하는데 이용될 수도 있는 TFT 회로부 및/또는 다른 회로부에 대한 유리 또는 플라스틱 기판을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 디스플레이 디바이스는 또한 입력 디바이스에 대한 입력 표면을 제공할 수도 있는 디스플레이 회로부 위에 배치된 커버 렌즈 (종종 "커버 유리"라고 지칭된다) 를 포함한다. 예시의 커버 렌즈 재료들은 광학적으로 투명한 비정질 고체들, 이를 테면, 화학적 경화 유리, 뿐만 아니라 광학적으로 투명한 결정질 구조들, 이를 테면, 사파이어를 포함한다. 본 개시에 따르면, 센서 (100) 및 디스플레이 스크린은 물리적 엘리먼트들을 공유할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들은 비주얼들을 디스플레이하고 입력 감지를 위하여 동일한 전기 컴포넌트들의 일부를 이용할 수도 있다. 일 실시형태에서, 디스플레이 디바이스의 하나 이상의 디스플레이 전극들은 디스플레이 업데이트 및 입력 감지 양쪽을 위해 구성될 수도 있다. 다른 예로서, 디스플레이 스크린은 입력 디바이스와 통신하는 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 동작될 수도 있다.
도 1b 는 디스플레이에 통합될 수도 있는, 광학 센서 디바이스 (150) 의 일 예를 도시한다. 실시형태는 디스플레이의 커버 유리 또는 커버 렌즈 상에 또는 근처에 위치된 입력 오브젝트의 이미지를 감지하기 위해 광 센서 검출기 엘리먼트들 (152) 을 이용한다. 블러링을 감소시키고 선명한 이미지를 달성하기 위해, 도시된 바와 같이, 검출기 엘리먼트 (152) 의 하부면 (이미징될 입력 오브젝트를 수신하는 감지 영역의 대향 면) 으로 투과되는 광의 감지를 가능하게 하는 광학 경로가 형성된다. 광학 경로는 수용 콘 (154) 에 의해 표현되고, 검출기 엘리먼트들 (152) 및 디스플레이 픽셀들 또는 서브-픽셀들 (156) 아래의 투명층 (154) 을 통한 그리고 정의된 애퍼처들 (예를 들어, 158 및 160) 을 통한 투과 경로를 포함하며, 그 투과 경로는 반사면 (162) 에서 반사된다. 이들 특징들은 광학 경로를 작은 수용 각을 갖는 광의 수용 콘 (154) 으로 제한한다. 또한, 애퍼처들 (158, 160) 에 의해 점유되지 않는 영역들에서 광을 차단하는 차단층 (164) 이 도시된다. 광 차폐부 (168) 는 검출 엘리먼트 (152) 위에 배치되어 상부로부터의 미광 (stray light) 을 차단할 수도 있다.
작은 수용 각을 유지하고, 따라서 블러링을 최소화하는 것은 이하의 고려사항들을 고려하여 개시된 실시형태들에 의해 실현된다.
먼저, 애퍼처들, 예를 들어, 광 수용 각을 적어도 부분적으로 정의하는 애퍼처들 (158 및 160) 을 디스플레이 픽셀들 (156) 아래 또는 디스플레이 픽셀들 (156) 과 동일한 평면까지 위치시킨다. 이러한 배열은 LCD, LED 또는 OLED 층들과 같은 디스플레이 픽셀들 위에 여분의, 그리고 잠재적으로 큰 광 차단 구조들을 갖는 것과 비교하여, 디스플레이 외관에 대한 악영향을 최소화한다. 이러한 큰 구조들은 LCD, LED 또는 OLED 디스플레이의 시야각 및 효율을 저하시킬 수도 있다. 대신, 광 차단 피처들이 디스플레이 픽셀들 내에 또는 아래에 배치되며, 그에 따라 디스플레이의 광학 성능에 미치는 영향들을 감소시킨다.
두 번째로, 차단층 (164) 아래의 투명층 (154) 밑에 반사층 (166) 을 배치하여 도시된 바와 같이 광 경로를 폴딩 (folding) 함으로써 미광 거부 애퍼처 (예를 들어, 도 3b 와 관련하여 설명된 a 및 p 치수) 의 처음부터 마지막까지 광 경로 길이를 증가시킨다. 이는 광 경로 길이를 투명층 (154) 의 두께의 대략 두 배가 되도록 증가시키며, 그에 따라 폴딩된 콜리메이터를 효과적으로 생성한다. 이와 같이, 미광 거부 구조들의 전체 높이는, 예를 들어, TFT 층 내에 및 위에 배치된 고 애스팩트 비 애퍼처들의 외부에 완전히 구축된 구조들과 비교하여 실질적으로 감소된다. 또한, 더 긴 광 경로 길이를 갖는 것은 미광 거부 구조에서 애퍼처들을 형성하기 위해 피처들 및 패터닝 (포토리소그래피) 이 사용되게 한다.
따라서, 디스플레이 이미지 품질, 센서 분해능, 및 커버 층 두께 사이의 트레이드-오프는 다음에 의해 제거될 수도 있다:
1) 능동 매트릭스 평면 아래에서 감지될 광을 투과시키는 투명층 (154) 을 형성하는 것. 예를 들어, 이 층은 재료 및 요구되는 두께의 선택에 의존하여, 진공 증착 (vacuum deposition) 또는 스피닝 기법들에 의해 형성될 수도 있다. 기법들의 예들은 물리 기상 증착 (PVD), 화학 기상 증착 (CVD), 플라즈마 강화 CVD, 액체 기반 증착들, 스핀 코팅, 스프레이 코팅을 포함한다. 다른 방법들은, 예를 들어, 다양한 타입의 몰딩, 웨이퍼 본딩 및 라미네이션을 포함할 수도 있다. 이 투명층은 또한, 유리, 플라스틱 또는 다양한 다른 타입의 강성 또는 가요성 기판과 같은, 디스플레이 기판 자체일 수도 있다.
2) 투명층 (154) 내로 투과된 광을 제한하는 차단층 (164) (예를 들어, 능동 매트릭스 평면) 에 애퍼처들의 하나 이상의 세트들을 형성하는 것.
3) 투명층 (154) 아래에, 패터닝될 수도 있거나 패터닝되지 않을 수도 있는 반사면 (162) 을 형성하는 것.
4) 검출기 엘리먼트들 (152) 이 반사면 (162) 으로부터 반사된 광을 감지하도록, 검출기 엘리먼트들 (152) 을 설계하는 것.
5) 검출기 엘리먼트들 (152) 에 의해 감지된 우세한 광이 원하는 낮은 각도의 광, 예컨대 수용 콘 (154) 내에서부터의 광이도록, 앞의 피처들 (1) - (4) 을 설계한다.
도 2 는 본 개시물의 일 실시형태에 따라, 디스플레이에 통합된 광학 센서 디바이스 (200) 에 대한 배열의 일 예를 예시한다. 센서 (200) 는 (일반적으로 202 로 참조되는) 검출기 엘리먼트들 (202a, 202b), 차단층 (204), 투명층 (206), 및 반사층 (208) 을 포함한다. 센서 (200) 는 또한, 다양한 컬러들을 제시할 수도 있고 사용자가 볼 수 있는 전자 그래픽 디스플레이를 출력하는데 사용되는, 다양한 디스플레이 픽셀들 또는 서브-픽셀들 (210) 을 포함한다. 또한 도시되는 것은, 이미징되고 있는 임의의 오브젝트 (예컨대, 지문) 인 입력 오브젝트 (212) 이다. 차단층 (204) 및 반사층 (208) 은, 디스플레이 이미지 품질로의 임의의 간섭을 최소화하거나 제거하는 감소된 두께로, 폴딩된 광학 엘리먼트를 형성한다. 도 2 의 예에서, 광학 엘리먼트에 입장하는 모든 광은 디스플레이 픽셀 평면 아래에 있는 광학 경로에 놓이고, 디스플레이 이미지 품질에 대한 어떠한 영향도 회피한다. 다른 배열들에서, 폴딩된 광 경로의 전부 또는 일부는 디스플레이 픽셀 평면 위에 놓일 수도 있지만, 디스플레이 이미지 품질에 대한 임의의 영향을 최소화하기에 충분히 얇게 제조될 수도 있다.
검출기 엘리먼트들 (202) 및 디스플레이 픽셀들 (210) 과 같은 센서 (200) 의 내부 컴포넌트들을 보호하기 위해, 디스플레이의 일부로서 커버 층 (214) 이 제공된다. 커버 층 (214) 의 상부 표면 (216) 은 입력 오브젝트 (212) 에 대한 접촉 영역을 제공하는 감지 표면을 형성한다. 감지 표면 (216) 은 오브젝트가 이미징될 수도 있는 감지 영역의 일부를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 전술한 바와 같이, 감지 영역은 실제 감지 표면 (216) 위로 확장할 수도 있다. 단순화를 위해, 커버 층 (214) 은 단일 층으로 도시된다. 그러나, 커버 층은 다수의 커버 층들 또는 렌즈들을 포함할 수도 있으며, 활용되는 디스플레이 기술의 타입에 따라 변화하는, 편광기들, 컬러 필터들 등과 같은 부가적인 컴포넌트들을 또한 포함할 수도 있다.
설명의 목적으로 지문의 맥락에서 일반적으로 설명되었지만, 입력 오브젝트 (212) 는 이미징될 임의의 오브젝트이다. 일반적으로, 오브젝트 (212) 는 다양한 특징들을 가질 것이다. 예로서, 오브젝트 (212) 는 융선들 (218) 및 골들 (220) 을 갖는다. 돌출하는 성질로 인해, 융선들 (218) 은 감지 표면 (216) 과 접촉한다. 골들 (220) 은 감지 표면 (216) 과 접촉하지 않고, 대신에 입력 오브젝트 (212) 와 감지 표면 (216) 사이에 에어 갭을 형성한다. 이들 특징들은 직접 조명을 사용하거나 또는 내부 반사 원리들에 의존하여 광학적으로 이미징될 수도 있다.
도시된 실시형태에서, 검출기 엘리먼트들 (202) 및 디스플레이 픽셀들 (204) 은 차단층 (204) 위에 위치된다. 검출기 엘리먼트들 (202) 은 아래로부터 광을 검출하도록 구성된, 임의의 적합한 타입의 광 검출기이다. 적합한 검출기 엘리먼트의 예들은 상보형 금속 산화물 반도체 (CMOS) 및 전하 결합 디바이스 (CCD) 센서 어레이들이다. 검출기 엘리먼트들 (202) 은 박막 트랜지스터들 (TFT) 또는 박막 포토다이오드들 (예를 들어, 핀 또는 pn 다이오드들) 과 같은 포토 레지스터들 또는 박막 광 검출기들로서 구성될 수도 있다. 디스플레이 픽셀들 (210) 은 발포토다이오드들 (LED들), 유기 LED들 (OLED들), 액정 디스플레이 (LCD) 등과 같은 전형적인 디스플레이에 사용되는 임의의 타입일 수도 있다. 디스플레이 픽셀들은 능동 또는 수동일 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 디스플레이 픽셀들 (210) 각각은 디스플레이 서브-픽셀 (예를 들어, 적색, 녹색, 청색) 일 수도 있거나 또는 TFT 와 같은 픽셀의 엘리먼트일 수도 있다. 검출기 소자들 (202) 및 디스플레이 픽셀들 (210) 이 동일한 평면에 도시되지만, 검출기 엘리먼트들 (202) 및 디스플레이 픽셀들 (210) 은 상이한 평면들에 위치될 수도 있음이 인식될 것이다.
특정 실시형태들에서, 디스플레이 픽셀들 (210) 은 광을 감지 표면 (216) 으로 투과시키는데 사용되는 광의 소스를 형성하며, 광은 그 후, 하기에 추가로 설명되는 바와 같이 검출기 엘리먼트들 (202) 에 의해 반사되고 검출된다. 그러나, 광원 (222) 과 같은 별개의 광원이 광의 소스를 제공하기 위해 디스플레이 픽셀 (210) 대신, 또는 디스플레이 픽셀 (210) 과 결합하여 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대안적으로, 도 3a 와 관련하여 더 설명되는 바와 같이, LCD 백라이트가 광원으로서 사용될 수도 있다.
차단층 (204) 은 애퍼처들의 제 1 세트 (224) 를 정의한다. 애퍼처들의 제 1 세트 (224) 는 감지 표면으로부터 반사된 특정 광의 투명층 (206) 내로의 투과를 허용하도록 구성된다. 차단층 (204) 은 광이 정의된 애퍼처들, 예컨대 애퍼처들 (224) 이 아닌 영역들을 통과하는 것을 차단하는, 광 흡수 재료, 반사 재료 또는 다른 재료로 구성될 수도 있다. 차단층 (204) 은 검출기 엘리먼트 (202) 아래에 위치된 애퍼처들의 제 2 세트 (226) 를 추가로 정의할 수도 있으며, 상기 애퍼처들은 검출기 엘리먼트들 (202) 에 도달하는 광을 추가로 제한할 수도 있다.
반사층 (208)은 투명층 (206) 아래에 위치되고, (일반적으로 212 로 참조되는) 반사면들 (212a 및 212b) 을 포함한다. 반사면들 (212) 은 광을 반사하도록 구성되며, 예를 들어 미러링된 표면들로 구성될 수도 있다. 반사층 (208) 은 별개의 반사면들 (212a, 212b) 을 갖는 것으로 도시되지만, 반사층은 연속적인 반사면을 포함할 수도 있음이 이해될 것이다. 반사층 (208) 의 비-반사면 부분들은 광 흡수 재료로 제조될 수도 있다. 연속적인 반사면을 사용하는 것과 비교하여, (예를 들어, 그들 사이에 광 흡수 부분들을 갖는) 별개의 반사면들 (212a 및 212b) 은 크로스 토크 (cross talk) 또는 미광을 감소시키는데 사용될 수 있고, 그렇지 않으면 이웃하는 애퍼처들을 통해 검출기 엘리먼트들에 도달할 수도 있다. 대안적으로, 별개의 반사면들 (212a 및 212b) 이 설명될 수도 있고, 이하 추가로 설명되는 바와 같이, 대응하는 검출기 엘리먼트로 반사되는 인입하는 광의 각도를 제한하도록 조정된 폭들을 갖는다.
본 개시물에 따르면, 검출기 엘리먼트들 (202) 은 애퍼처들 (224) 및 투명층 (206) 을 통해, 센서 표면 (216) 및/또는 입력 오브젝트 (212) 로부터 반사되는 광을 검출하며, 광은 그 후에, 반사층 (208) 의 반사면들 (212) 에서 추가로 반사된다. 예를 들어, (예를 들어, 디스플레이 픽셀들 (210), 별도의 광원 (222), 및/또는 백라이트 (도 3a) 로부터) 커버 층 (214) 내로 투과된 일부 광은 입력 오브젝트 (212) 상에 입사될 것이다. 입사광은 차례로, 다양한 세기들로 차단층 (204) 을 향해 다시 반사될 것이다. 예컨대, 광이 광선 (228) 에 의해 도시된 바와 같이 층 (204) 에서 흡수되거나 반사되기 때문에, 반사 된 광의 일부는 차단층 (204) 을 통과하는 것이 방해될 것이다. 그러나, 다른 반사된 광은 광선들 (230 및 232) 에 의해 도시된 바와 같이, 애퍼처들의 제 1 세트 (224) 를 통과하고 투명층 (206) 으로 진입할 것이다.
투명층 (206) 에 진입하는 광에 대하여, 광의 일부는, 반사면에 충돌하지 않고 반사층에 충돌할 수도 있고, 광은 반사층 (208) 이 광 흡수 재료로 만들어진 부분들을 포함하는 경우, 반사층 (208) 에 의해 간단히 흡수된다. 투명층 (206) 에 진입하는 다른 광은 반사면들 (212a 또는 212b) 중 하나에 충돌할 것이고, 차단층 (204) 을 향해 다시 반사될 것이다. 반사면들 (212) 로부터 반사된 광 중에서, 일부는 광선 (230) 에 의해 도시된 바와 같이, 검출기 엘리먼트들 중 적어도 하나에 도달할 것이다. 검출기 엘리먼트 (202) 에 도달하는 광의 양은 광선 (232) 에 의해 도시된 바와 같이, 차단층 (208) 의 바닥에 충돌하는 광이 흡수될 때, 차단층 내의 애퍼처들의 제 2 세트 (226) 에 의해 추가로 제한될 수 있다.
기술된 배열에 따라, 소정의 검출기 엘리먼트 (202) 에 진입하는 광의 방향은 입력 오브젝트 (212) 의 이미지의 블러링을 방지하기 위해 도 2 에 도시된 바와 같은 작은 수용 각 (θ) 을 갖는, 수용 콘 (234, 236) 으로 제한된다. 수용 콘은 예를 들어, 수 도까지 제한될 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 수용 콘 (234) 은 검출기 엘리먼트 (202a) 에 대응하고, 수용 콘 (236) 은 검출기 엘리먼트 (202b) 에 대응한다. 수용 각 (θ) 은 이미지 블러링의 정도 및 주어진 이미지 해상도를 여전히 달성하면서 입력 오브젝트 (212) 가 위치될 수 있는, 검출기 엘리먼트 (202) 로부터의 최대 거리를 결정한다. 수용 콘들 (234, 236) 의 사이즈는 도 3b 와 관련하여 추가로 설명되는 것과 같이, 제 1 애퍼처 (224) 및 제 2 애퍼처 (226) 의 폭, 반사면들 (212) 의 폭, 및/또는 검출기 엘리먼트들 (202) 의 광 검출기 표면의 폭에 의존한다.
예시의 목적들로, 오직 2 개의 검출기 엘리먼트들 (202a, 202b) 만이 도시되고, 이들 각각은 수용 콘들 (234 및 236) 을 각각 정의하는 대응하는 애퍼처들 및 반사면을 갖는다. 센서가 입력 오브젝트 (212) 의 원하는 영역을 이미지징하기 위해 요구되는 것과 같이 많은 그러한 검출기 엘리먼트들을 가질 것이며, 각 검출기 엘리먼트가 수용 콘을 정의하기 위해 연관된 애퍼처들 및 반사면을 가질 것이라는 것이 인식될 것이다. 또한, 이 예에서, 하나의 검출기 엘리먼트는 디스플레이의 각 픽셀 (다수의 서브-픽셀들을 포함할 수도 있음) 에 대해 도시된다. 그러나, 검출기 엘리먼트 피치는 디스플레이 픽셀들 피치와 매칭할 필요는 없다.
도 3a 는 일 실시형태에 따라, LCD 디스플레이의 일부로서 형성되는 오브젝트 (212) 를 이미징하기 위한 광학 센서 디바이스 (300) 의 일 예를 도시한다. 일반적으로 도시된 바와 같이, 디바이스는 커버 층 (302) 을 포함한다. 커버 층 (302) 은 다양한 컴포넌트들로 분할될 수도 있다. 오직 예로서, 커버 층 (302) 은 커버 유리 (304), 편광기 (306), 컬러 필터 유리 (308), 컬러 필터들 (310), 및 블랙 매트릭스 (312) 를 포함할 수도 있다. 컴포넌트들의 다른 예들은 액정 (314), 픽셀 전극들 (316), 기판 유리 (318), 및 백라이트 (340) 를 포함한다. 다양한 층들이 예시의 목적을 위해 LCD 의 예를 참조하여 설명되고, 사용되는 실제 층들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 달라질 수도 있음이 이해될 것이다.
검출기 엘리먼트 (320) 및 TFT (322) 는 TFT 층 (324) 의 일부이고, 투명층 (326) 위에 위치된다. 오직 하나의 검출기 엘리먼트 (320) 및 TFT (324) 만이 도시되지만, 많은 이러한 검출기 엘리먼트들 및 TFT들은 집적된 광학 센서를 갖는 전형적인 디스플레이 내에 존재할 것임이 이해될 것이다. 검출기 엘리먼트 (320) 및 TFT (322) 위에 배치되는 것은, 일반적으로 차단층을 형성하는 블랙 매트릭스 (312) 이다. 차단층 (312) 은 일반적으로 광의 투과를 허용하는 애퍼처들 (328) 을 제외하고, 광 흡수 재료 또는 광을 차단하는 다른 재료로 구성된다. 애퍼처들의 제 2 세트 (330) 가 TFT 층 (324) 의 평면에 형성될 수도 있으며, 애퍼처들은 TFT 층 (324) 의 금속 층들 (또는 다른 불투명한 피처들) 에 패터닝된 홀들로부터 형성된다.
반사면 (334) 을 갖는 반사층 (332) 은 일반적으로, 투명층 (326) 아래에 배치된다. 반사층 (332) 은 디스플레이 백라이트 (340) 로부터의 광 (336) 이 투명층 (326), 및 차단층 (블랙 매트릭스) (312) 이 ITO 픽셀 전극 (316) 및 액정을 쉐도잉하지 않는 TFT 및 액정 층들의 선명한 부분들을 통해 투과되도록 패터닝된다. 이는 LCD 백라이트가 광학 이미징 프로세스에서 광원으로 사용되게 한다. 따라서, 반사층 (332) 은 LCD 백라이트로부터의 광 (336) 이 임의의 TFT들의 채널들에 도달하는 것 (및 그 후에 TFT 누설 전류들을 증가시키는 것) 을 방지하고, 임의의 미광이 검출기 엘리먼트 (320) 에 도달하는 것을 방지하는 이중 기능을 수행하여, 입력 오브젝트로부터 입력되는 광에 대한 검출기 엘리먼트의 감도를 감소시킬 것이다. 검출기 엘리먼트 (320) 는 예를 들어, 조명될 때 단순히 더 많은 전류를 통과시키는, "광 TFT" 로 구현되는 포토다이오드와 같은 임의의 적합한 광 검출기일 수 있다.
애퍼처들의 제 1 세트 (328) 는, 손가락으로부터의 광이 차단층 (312) 및 애퍼처들의 제 2 세트 (330) 를 통과하게 하고, 추가로 투명층 (326) 을 통과하게 하는 적절한 위치들에서 블로킹 층 (312) 에 패터닝된다. 그 후에, 광은 일반적으로 광선 (340) 에 의해 도시된 바와 같이, 반사면 (334) 에 의해 검출기 엘리먼트 (320) 의 하부면으로 반사된다. 광선들 (342 및 344) 과 같은, 수용 콘의 외부로 떨어지는 다른 광은 차단층 (312) 또는 반사층 (332)의 비-반사면들에 의해 차단된다.
도 3a 에서, 광원은 LCD 디스플레이의 백라이트 (340) 이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 다른 구현들에서, 입력 오브젝트 (212) 를 조명하는 일차 광원은 예컨대, 커버 유리 (304) 와 같은 검출기 엘리먼트 (320) 및 TFT (322) 위의 층들 중 하나에 광을 직접 결합하는, (하나 이상의 LED들과 같은) "외부" 광원일 수 있다. 예를 들어, 도 2 에서 광원 (220) 에 의해 도시된, 이러한 타입의 외부 광원은, 모공들과 같은 더 작은 지문 특징들의 가시성 또는 융선/골 콘트라스트를 개선하는, (적외선 또는 자외선 LED들과 같은) 다른 광원들 및 광 분배 또는 조명 방식들이 사용되게 한다. 이러한 소스들은 조명 효율 및 지문 특징 콘트라스트를 개선하기 위해 커버 유리 또는 다른 일부 다른 층에서 전체 내부 광 반사를 채용할 수도 있다.
도 3a 는 입력 오브젝트 (212) 의 영역을 이미징하기 위해 애퍼처들 (328 및 330) 및 반사면 (334) 과 쌍을 이루는 단일 검출기 엘리먼트 (320) 를 도시한다. 그러나, 센서는 많은 그러한 검출기 엘리먼트들을 포함할 수도 있으며, 이들 각각이 애퍼처부들 및 반사면들과 쌍을 이루어 입력 오브젝트 (212) 를 이미징한다.
도 3b 는 도 3a 에 도시된 배열의 맥락에서, 수용 각 (θ) 을 갖는 수용 콘 (350) 과 광학 센서 컴포넌트들의 다양한 치수들 사이의 관계를 도시한다. 수용 콘 (350) 내의 경로를 따르는 입력 오브젝트로부터 반사하는 광 (340) (도 3a) 은 통상적으로 검출기 엘리먼트 (328) 에 도달할 것이다. 광 수용 각 (θ) 은 도 3b 에 도시된 측면 치수들 뿐만 아니라 투명층 (314) 의 두께에 의해 정의되고 제한될 수 있다:
치수 기능
a TFT 층 (324) 에서 불투명층들에 의해 정의된 애퍼처 (330) 의 폭.
b 액정 층 위의 차단층 (블랙 매트릭스)(312) 에서의 애퍼처들 (328) 의 폭.
p 검출기 엘리먼트 (320) 의 광 감지 영역의 폭, 또는 포토 TFT 검출기 엘리먼트의 경우에 TFT 게이트 폭 및 길이.
r 투명층 (326) 의 하부에서 반사면 (332) 위치에서 반사면 (334) 피처의 폭. 반사면 (332) 이 앞서 도시되었지만, 반사면 (334) 은 도 9a 및 도 9b 와 관련하여 설명된 것과 같은 반사층 (332) 에 또한 리세스될 수도 있다.
열거된 피처들 (a, b, p, r) 중 오직 2 개의 가장 제한적인 (가장 좁거나 가장 작은 폭) 피처들만이 통상적으로 최대 광 수용 각 (θ) 을 정의한다. 가능한 한 광 경로를 따라 서로 멀리 떨어져 있는 광 수용 피처들을 선택하는 것이 유리할 수도 있지만, 다른 조합들이 선택될 수도 있다. 예를 들어, 광 수용 각 (θ) 을 정의하기 위해 b 및 p 피처들을 선택하는 것은 일반적으로 가장 작은 광 수용 각이 획득되게 할 것이다. 그러나 광 수용 각 (θ) 을 정의하기 위해 a 및 r 또는 a 및 p 피처 사이즈들을 선택하는 것은, 차단층 (312) 에서 패터닝될 작은 피처들에 대한 필요성을 제거하도록 선택될 수 있다.
광 수용 각 (θ), 및 따라서 미광 거부 및 궁극의 이미징 시스템 분해능의 효과는 광 수용 필터 애스팩트 비 (R) 와 직접 관련되며, 여기서 R 은 광이 이동하는 경로를 따르는 수용 정의 애퍼처들 간의 거리 대 2 개의 관련 애퍼처 사이즈들의 평균의 비율과 동일하다. 그러므로, 투명층 (326)의 두께는 애퍼처 치수들을 정의하는데 사용되는 선택된 (또는 이용가능한) 피처 사이즈들에 대해 원하는 애스팩트 비 (R) 를 획득하기 위해 충분히 커야만 한다.
도 4a 내지 도 8b 는 본 개시물에 따라 채용될 수도 있는 검출기 엘리먼트들, 투명층들, 차단층들 및 애퍼처들을 포함하는 다양한 센서 배열들과 함께, 이들을 제조하고 조립하기 위한 예시적인 단계들을 도시한다. 단계들은 특정 순서로 설명되지만, 그 순서는 변경될 수도 있고 및/또는 단계들은 다르게는 명백한 경우를 제외하고 본 개시물의 범위로부터 벗어남 없이 결합되거나 제거될 수도 있다. 디스플레이 회로부가 도면들에 도시되지 않지만, 센서 배열이 디스플레이에 통합되는 실시형태들에서, 검출기 엘리먼트들은 박막 프로세스를 사용하여 디스플레이 백플레인과 동일한 평면에 형성될 수도 있다.
도 4a 및 도 4b 를 참조하면, 단계 (402) 에 도시된 것과 같이, 반사면 (예컨대, 미러) (406) 은 투명 기판 (408) 의 일 측 (하부) 에 형성된다. 반사면 (406) 은 반사 재료의 퇴적 및 패터닝을 통해 기판 (408) 의 하부에 형성될 수도 있다. 투명 기판 (408) 의 하부는 광 흡수 재료 (410) 로 광학적으로 코팅될 수도 있다. 대안적으로, 광 흡수 재료 (410) 는 먼저, 후면에 적용될 수도 있고, 반사면들 (406) 의 퇴적이 뒤따른다.
단계 (404) 에서, 애퍼처들 (412) 및 애퍼처들 (414) 은 인입하는 광의 진입을 허용하도록, 기판 (408) 의 다른 측 (상부 측) 에서 검출기 엘리먼트 (418) 밑의 광 흡수층 (416) 에서 추가로 정의된다. 흡수층 (416) 은 검출기 엘리먼트 (418) 를 마운트하기 전에 (또는 그 반대로) 제작될 수도 있다. 옵션의 광 차폐층 (420) 이 또한, 검출기 엘리먼트들 (418) 위에 제작될 수도 있다. 광 차폐층 (420) 은 검출기 엘리먼트 (418) 가 위에서부터의 광에 노출되는 것을 방지한다. 이러한 구성에서, 기판 (408) 은 애퍼처들 (412, 414) 과 반사면들 (406) 간의 투명층으로서 작용한다. 도시된 배열에서, 검출기 엘리먼트 (418) 에 도달하는 광은 일반적으로, 광선 (422) 에 의해 도시된 경로를 뒤따른다.
도 5a 및 도 5b 는 분리된 기판 (508) 과 투명층 (514) 을 채용하는 추가의 실시형태를 도시한다. 단계 (502) 에서, 기판 (508) 은 반사면들 (510) 을 갖는 제 1 광 반사층 (512) 으로 코팅된다. 반사면들 (510) (예컨대, 미러들) 은 도 4a 및 도 4b 와 관련하여 설명된 것과 같이 반사층 상에 퇴적된 옵션의 광 흡수층에 정의된 개구부 (opening) 들을 통해 또는 반사 재료로 광 반사층 (512) 을 패터닝함으로써 정의될 수도 있다.
단계 (504) 에서, 투명층 (514) 은 기판 (508) 위에 코팅된다. 단계 (506) 에서, 애퍼처들 (516) 은 인입하는 광을 위해 형성되고, 애퍼처들 (518) 은 제 2 광 흡수층 (520) 을 통한 검출기 엘리먼트들을 위해 형성된다. 검출기 엘리먼트들 (522) 을 포함하는 백플레인이 구성된다. 검출기 엘리먼트들은 또한, 검출기 위의 광 흡수 또는 광 반사층을 사용하여 직접 광으로부터 차폐될 수도 있다 (도 4a 에 도시). 도시된 배열에서, 검출기 엘리먼트 (522) 에 도달하는 광은 일반적으로, 광선 (524) 에 의해 도시된 경로를 뒤따른다.
도 6a 및 도 6b 는 또 다른 실시형태를 도시한다. 단계 (602) 에서, 검출기 엘리먼트들 (610) 이 제 1 투명 기판 (612) 의 제 1 측 (상부측) 에 형성된다. 단계 (604) 에서, 제 1 애퍼처 (614) 및 제 2 애퍼처 (616) 가 투명층의 제 2 측 (하부측) 에 형성된다. 제 1 및 제 2 애퍼처들은 광 흡수층 (618) 에 정의될 수도 있다.
단계 (606) 에서, 제 2 투명층 (620) 은 제 1 애퍼처 (614) 및 제 2 애퍼처 (616) 와 광 흡수층 (618) 위에 형성된다. 단계 (608) 에서, 반사면들 (624) 을 갖는 반사층 (622) 이 제 2 투명층 (620) 의 하부측에 형성된다. 반사층은 옵션으로 광 흡수 재료를 포함할 수도 있고, 도 4a 및 도 4b 와 관련하여 이전에 설명된 것과 같이 형성될 수도 있다. 검출기 엘리먼트들은 또한, 검출기 위의 광 흡수 또는 광 반사층을 사용하여 직접 광으로부터 차폐될 수도 있다 (도 4a 에 도시). 도시된 배열에서, 검출기 엘리먼트 (610) 에 도달하는 광은 일반적으로, 광선 (626) 에 의해 도시된 경로를 뒤따른다.
도 7a 및 도 7b 는 또 다른 실시형태를 도시한다. 단계 (702) 에서, 검출기 엘리먼트들 (712) 이 제 1 투명 기판 (715) 위에 형성된다.
단계 (704) 에서, 반사면들 (718) 을 갖는 반사층 (716) 이 분리된 기판 (720) 위에 형성된다. 반사층 (716) 은 옵션으로 광 흡수 재료를 포함할 수도 있고, 도 4a 및 도 4b 와 관련하여 이전에 설명된 것과 같이 형성될 수도 있다.
단계 (706) 에서, 제 2 투명층 (722) 은 반사층 (716) 위에 형성된다. 단계 (708) 에서, 제 1 애퍼처 (724) 및 제 2 애퍼처 (726) 가 투명층 (722) 위에 형성된다. 제 1 및 제 2 애퍼처들은 예컨대, 제 2 광 흡수층 (728) 에서의 홀들로 형성될 수도 있다.
단계 (710) 에서, 단계들 (702 내지 708) 로부터 형성된 어셈블리들이 임의의 적절한 수단을 사용하여 도시된 것과 같이 부착된다. 검출기 엘리먼트들은 또한, 검출기 위의 광 흡수 또는 광 반사층을 사용하여 직접 광으로부터 차폐될 수도 있다 (도 4a 에 도시). 도시된 배열에서, 검출기 엘리먼트 (712) 에 도달하는 광은 일반적으로, 광선 (730) 에 의해 도시된 경로를 뒤따른다.
도 8a 및 도 8b 는 또 다른 실시형태를 도시한다. 단계 (802) 에서, 애퍼처들 (808) 은 인입하는 광의 진입을 허용하기 위해 투명 기판 (810) 의 일 측 (상부측) 에 정의된다. 애퍼처들 (812) 은 추가로, 기판 (810) 의 상부측 상의 검출기 엘리먼트 (814) 밑에 정의된다. 애퍼처들 (808 및 812) 은 광 흡수층 (816) 에서의 홀들로서 형성될 수도 있다. 흡수층 (816) 은 검출기 엘리먼트 (814) 를 부가하기 전에 (또는 그 반대로) 제작될 수도 있다. 검출기 엘리먼트들은 또한, 검출기 위의 광 흡수 또는 광 반사층을 사용하여 직접 광으로부터 차폐될 수도 있다 (도 4a 에 도시).
단계 (804) 에서, 반사면 (예컨대, 미러) (818) 는 기판 (820) 의 일 측 (상부측) 에 형성된다. 이전에 설명된 것과 같이, 반사면들 (818) 은 반사 재료의 퇴적 및 패터닝에 의해 형성될 수도 있다. 상부측은 옵션으로, 광 흡수 재료 (822) 로 코팅될 수도 있다. 대안적으로, 패터닝된 홀들을 갖는 광 흡수 재료 (822) 가 먼저 적용될 수도 있고, 반사면들 (816) 의 퇴적이 뒤따른다.
단계 (806) 에서, 투명 기판 (810) 및 기판 (820) 에 의해 형성된 어셈블리들이 도시된 것과 같이, 임의의 적절한 수단을 사용하여 부착된다. 도시된 배열에서, 검출기 엘리먼트 (814) 에 도달하는 광은 일반적으로, 광선 (824) 에 의해 도시된 경로를 뒤따른다.
미광은 특정 검출기 엘리먼트에 도달하는 임의의 광이고, 그 검출기 엘리먼트에 대응하는 수용 콘으로부터 오는 것은 아니다. 도 9a 및 도 9b 는 검출기 엘리먼트에 도달하는 미광에 의해 야기된 잡음을 감소시키기 위한 실시형태들에서 사용될 수도 있는 반사층 (900) 의 예들을 도시한다. 반사면 (904) 에 대응하는 수용 콘 (902) 의 수용 각 (θ) 은 광 흡수층 (906) 의 상부 표면 (908) 아래에 반사면 (904) (예컨대, 미러) 을 갖는 반사층 (900) 을 형성함으로써 수축될 수 있다. 반사층 (900) 은 오직, 수용 콘 (902) 내를 통과하는 광만을 반사한다. 광 수용 콘 (902) (및 따라서 광 수용 각 (θ)) 은 광 반사층 (900) 의 흡수층 (906) 의 상부 표면 (908) 에 대하여 반사면 (904) 의 위치를 제어함으로써 조정될 수 있다.
도시된 것과 같이, 광 흡수층 (906) 은 도 9a 에 도시된 것과 같이 반사면 (904) 의 상부에 직접 코팅될 수 있다. 대안적으로, 광 흡수층 (906) 은 도 9b 에 도시된 것과 같이 미러 (904) 의 표면을 커버하는 투명층 (910) 위에 코팅될 수 있다.
반사면들 (900) 은 수용 콘 (902) 내에서부터 광선 (912) 과 같은 광을 (도시되지 않은) 검출기 엘리먼트들을 향해 다시 위로 반사시킬 것이다. 그러나, 광선들 (914) 과 같이 수용 콘 (902) 의 범위 밖에 있는 각도들로 미러에 도달하는 광은 광 흡수층 (906) 에 의해 차단된다.
여러 실시형태들을 예시하는데 있어서, 검출기 엘리먼트의 피치 사이즈가 디스플레이 엘리먼트들의 피치 사이즈와 일반적으로 동일한 예들이 도시되었다. 그러나, 검출기 엘리먼트들 및 디스플레이 엘리먼트들의 피치는 상이할 수도 있음을 이해할 것이다. 추가적으로, 애퍼처들 및/또는 검출기 픽셀들의 배열은 검출기 엘리먼트에 도달하는 잡음의 확률을 추가로 감소시키기 위해 디스플레이 전반에 걸쳐 스태거링될 수도 있다. 미광 또는 잡음을 수신하기 쉬운 검출기 엘리먼트들은 이미징 프로세스 동안 간단히 이용되지 않기 위해 제거될 수도 있다.
배열체가 일반적으로 바이오메트릭 이미징을 위한 센서의 맥락에서 설명되었음을 또한 이해할 것이다. 그러나, 본원에 설명된 센서는 또한 터치 센서로서 이용될 수 있다.
본 명세서에서 인용되는 공개들, 특허 출원들, 및 특허들을 포함하는 모든 참고문헌들은, 각각의 참고문헌이 개별적으로 그리고 구체적으로 인용에 의해 포함될 것으로 나타내어졌고 그 전부가 본 명세서에서 언급되었던 것처럼 동일한 정도로 참조로 본 명세서에서 포함된다.
본 개시를 설명하는 맥락에서 (특히 다음의 청구항들의 맥락에서) "a" 와 "an" 과 "the" 와 "적어도 하나" 및 유사한 지시자들이란 용어들의 사용은, 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 분명히 부정하지 않는 한 단수 및 복수 둘 다를 커버하도록 해석되어야 한다. "적어도 하나" 라는 용어와 뒤따르는 하나 이상의 아이템들의 리스트의 사용 (예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나") 은 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 분명히 부정하지 않는 한 열거된 아이템들에서부터 선택된 하나의 아이템 (A 또는 B) 또는 열거된 아이템들 중 둘 이상의 아이템들의 임의의 조합 (A 및 B) 을 의미하도록 해석되어야 한다. "포함하는", "가지는", "구비하는", 및 "담고 있는" 이란 용어들은 달리 명시하지 않는 한 개방적 용어들 (즉, "비제한적으로 포함하는"을 의미함) 로서 해석되어야 한다. 본 명세서에서의 값들의 범위들의 언급은, 본 명세서에서 달리 나타내어지지 않는 한, 범위 내에 속하는 각각의 개별 값으로 개별적으로 언급하는 약식 방법으로서 역할을 하는 것으로서만 의도되고, 각각의 개별 값은 그것이 본 명세서에서 개별적으로 언급되는 것처럼 명세서에 포함된다.
본원에 설명된 모든 방법들은 본원에서 달리 표시되지 않는다면 또는 문맥에 의해 명백하게 반박되지 않는다면, 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 임의의 및 모든 예들의 사용, 또는 본 명세서에서 제공되는 예시적인 언어 (예컨대, "이를테면") 는, 본 개시를 더 잘 예시하도록만 의도되고 달리 청구되지 않는 한 본 개시의 범위에 대한 제한을 제기하지 않는다. 명세서에서의 어떠한 용어도 발명의 구현에 핵심적인 임의의 비-청구적 요소를 표시하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 개시를 수행하기 위한 발명자들에게 공지된 최선의 모드를 포함하는 본 개시의 바람직한 실시형태들이 본 명세서에서 설명된다. 그들 바람직한 실시형태들의 변형들은 앞서의 설명을 읽을 시 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명확하게 될 수도 있다. 발명자들은 숙련된 기술자들이 이러한 변형들을 적절한 대로 채용할 것을 기대하고, 발명자들은 본 개시가 본 명세서에서 구체적으로 설명되는 것과는 달리 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 개시는 첨부되는 청구범위에서 언급되는 본 개시의 주제의 모든 수정들 및 동등물들을 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 것으로서 포함한다. 더구나, 모든 가능한 변형들에서의 위에서 설명된 엘리먼트들의 임의의 조합이 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 분명히 부정하지 않는 한 본 개시에 의해 포함된다.

Claims (25)

  1. 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서로서,
    제 1 측 및 상기 제 1 측에 대향하는 제 2 측을 갖는 투명층;
    상기 투명층의 상기 제 1 측 위에 배치된 애퍼처들의 제 1 세트;
    상기 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 광을 수신하고 수신된 상기 광을 반사하도록 구성된, 상기 투명층의 제 2 측 아래에 배치된 반사층; 및
    반사된 상기 광을 검출하도록 위치된 복수의 검출기 엘리먼트들을 포함하는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기 엘리먼트들은 상기 감지 영역을 대면하는 상부 측 및 상기 감지 영역에 대향하는 하부 측을 가지고,
    상기 검출기 엘리먼트들은 반사된 상기 광을 상기 감지 영역에 대향하는 상기 하부 측으로부터 검출하도록 구성되는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기 엘리먼트들은 상기 투명층 위에 위치되는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 애퍼처들의 제 1 세트는, 개구부 (opening) 들에 근접한 영역들에서 광을 차단하도록 구성된 차단층에서 상기 개구부들에 의해 정의되는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 차단층은 광 흡수 재료를 포함하는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 미러링된 표면들의 세트를 포함하고, 상기 미러링된 표면들의 각각은 광 흡수 재료로 둘러싸이는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미러링된 표면들은 상기 광 흡수 재료의 표면에 대해 리세스 (recess) 되는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사층은 제 2 투명층을 포함하며, 상기 미러링된 표면들은 상기 제 2 투명층의 제 1 측에 위치되고 상기 광 흡수 재료는 상기 제 1 측에 대향하는 상기 제 2 투명층의 제 2 측에 위치되는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명층의 상기 제 1 측 위에 배치되고 상기 검출기 엘리먼트들과 상기 반사층 사이에 위치되는 애퍼처들의 제 2 세트를 더 포함하는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 애퍼처들의 제 1 세트는 상기 검출기 엘리먼트들과 상기 감지 영역 사이에 배치되는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기 엘리먼트들에 의해 검출되는 상기 광을 제공하도록 구성된 광원을 형성하는 액정 디스플레이 (LCD) 백라이트; 및
    상기 백라이트와 상기 검출기 엘리먼트들 사이에 배치된 광 차폐 층을 더 포함하며,
    상기 광 차폐 층은 상기 LCD 백라이트에 의해 제공된 상기 광의 일부를 차단하는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 검출기 엘리먼트들 위에 광 차폐 층을 더 포함하는, 감지 영역 상의 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 광학 센서.
  13. 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하기 위한 디스플레이로서,
    디스플레이 픽셀들의 세트;
    애퍼처들의 제 1 세트를 갖는 광 차단층;
    상기 디스플레이 픽셀들 및 상기 애퍼처들의 제 1 세트 아래에 위치된 투명층;
    상기 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 광을 수신하고 수신된 상기 광을 반사하도록 구성된, 상기 투명층의 아래에 위치된 반사층; 및
    반사된 상기 광을 검출하도록 위치된 검출기 엘리먼트들의 세트를 포함하는, 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하는 디스플레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 유기 발포토다이오드 (OLED) 디스플레이를 포함하고, 디스플레이 픽셀들 중 하나 이상은 상기 검출기 엘리먼트들에 의해 검출되는 상기 광을 제공하도록 구성된 광원을 형성하는, 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하는 디스플레이.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 상기 검출기 엘리먼트들에 의해 검출되는 상기 광을 제공하도록 구성된 광원을 형성하는 액정 디스플레이 (LCD) 백라이트를 포함하는, 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하는 디스플레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사층의 제 1 부분들은 상기 백라이트로부터의 광의 투과를 허용하도록 투명하고, 상기 반사층의 제 2 부분들은 상기 백라이트로부터의 광의 투과를 차단하도록 구성되는, 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하는 디스플레이.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출기 엘리먼트들과 상기 반사층 사이에 배치된 애퍼처들의 제 2 세트를 더 포함하는, 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하는 디스플레이.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사층은 미러링된 표면들의 세트를 포함하고, 상기 미러링된 표면들의 각각은 광 흡수 재료로 둘러싸이는, 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하는 디스플레이.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출기 엘리먼트들의 세트 위에 광 차폐 층을 더 포함하는, 바이오메트릭 입력 오브젝트를 이미징하는 디스플레이.
  20. 광학 지문 센서를 제조하는 방법으로서,
    제 1 투명층의 제 1 측 위에 광 차단층을 형성하는 단계로서, 상기 광 차단층은 광의 투과를 허용하도록 구성된 애퍼처들의 제 1 세트를 가지는, 상기 광 차단층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 투명층의 상기 제 1 측에 대향하는 상기 제 1 투명층의 제 2 측 아래에 반사층을 형성하는 단계로서, 상기 반사층은 상기 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 상기 광을 반사하도록 위치되는, 상기 반사층을 형성하는 단계; 및
    상기 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과되고 상기 반사층으로부터 반사되는 상기 광을 수신하도록 위치된 복수의 검출기 엘리먼트들을 갖는 검출기 층을 형성하는 단계를 포함하는, 광학 지문 센서를 제조하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 반사층을 형성하는 단계는,
    별개의 미러링된 표면들의 세트 및 상기 별개의 미러링된 표면들 간의 영역들 내의 광 흡수 재료를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 별개의 미러링된 표면들의 각각은 상기 애퍼처들의 제 1 세트에서의 대응하는 애퍼처를 통해 투과되는 광을 수신하도록 위치되는, 광학 지문 센서를 제조하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 반사층을 형성하는 단계는,
    상기 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 상기 광을 수신하도록 위치된 별개의 미러링된 표면들의 세트를 형성하기 위해 반사 재료를 패터닝하는 단계를 포함하는, 광학 지문 센서를 제조하는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 반사층을 형성하는 단계는,
    연속적인 반사 재료를 퇴적하는 단계; 및
    상기 연속적인 반사 재료를 퇴적하는 단계 후에, 상기 연속적인 반사 재료의 선택된 부분들 위에 광 흡수 재료를 퇴적하여 상기 광 흡수 재료를 통해 노출되는 별개의 미러링된 표면들의 세트를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 별개의 미러링된 표면들의 세트는 상기 애퍼처들의 제 1 세트를 통해 투과된 상기 광을 수신하도록 위치되는, 광학 지문 센서를 제조하는 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 투명층은 제 1 측 및 상기 제 1 측에 대향하는 제 2 측을 가지는 제 1 기판이고,
    상기 검출기 층은 상기 제 1 기판의 상기 제 1 측 상에 직접 형성되는, 광학 지문 센서를 제조하는 방법.
  25. 제 20 항에 있어서,
    제 1 기판의 제 1 측에 투명 재료를 적용함으로써 상기 투명층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 광학 지문 센서를 제조하는 방법.
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