KR20180085227A - 광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 광을 방출하는 자발광 소자; 상기 자발광 소자의 하부에 배치되는 마이크로렌즈 어레이; 및 상기 마이크로렌즈 어레이의 하부에 배치되고, 광을 수광하는 광센서를 포함한다.
실시예에 따른 터치 디바이스는 커버 기판; 상기 커버 기판의 상에 배치되는 터치 전극층; 상기 터치 전극층 상에 배치되는 자발광 소자; 상기 자발광 소자 상에 배치되고, 상기 지문센싱 영역에 배치되는 마이크로렌즈 어레이; 및 상기 마이크로렌즈 어레이 상의 상기 지문센싱 영역에 배치되는 광센서를 포함한다.

Description

광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스{OPTICAL FINGERPRINT SENSOR APPLICATION AND TOUCH DEVICE COMPRISING THE SAME}

실시예는 광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스에 관한 것이다.

전자 디바이스는 보안을 위해, 생체정보를 활용할 수 있다. 스마트폰에는 지문인식 센서가 포함될 수 있으며, 이를 통해 사용자를 식별할 수 있다.

지문인식 센서는 사람의 지문을 감지하는 센서로서, 기존에 널리 적용되던 도어락 등의 장치는 물론, 최근에는 전자 기기 전원의 온/오프 또는 슬립(sleep) 모드의 해제 여부를 결정하는 데에도 널리 이용되고 있다.

지문인식 센서는 그 동작 원리에 따라 광학방식, 정전용량 방식 등으로 구분할 수 있다.

정전용량 방식 지문센서는 지문에 수분을 비롯한 이물질이 묻어 있는 경우에 지문 인식이 어려운 문제점이 있다.

광학방식 지문인식 센서는 정전기에 강하며, 습한 환경에서도 지문인식이 가능하고, 외부 충격에 강하여 신뢰성이 우수한 장점을 가진다.

한편, 광학방식 지문인식 센서는 광원으로부터 프리즘에 입사된 빛의 전반사를 이용하여 지문 이미지를 획득하게 되므로, 크기가 큰 단점을 가진다.

따라서, 이러한 광학식 지문인식 센서가 터치 디바이스에 적용되는 경우, 터치 디바이스의 전체적인 두께가 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 구조의 광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스가 요구된다.

실시예는 신뢰성이 높고, 슬림한 구조의 광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스를 제공할 수 있다.

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 광을 방출하는 자발광 소자; 상기 자발광 소자의 하부에 배치되는 마이크로렌즈 어레이; 및 상기 마이크로렌즈 어레이의 하부에 배치되고, 광을 수광하는 광센서를 포함한다.

실시예에 따른 터치 디바이스는 커버 기판; 상기 커버 기판의 상에 배치되는 터치 전극층; 상기 터치 전극층 상에 배치되는 자발광 소자; 상기 자발광 소자 상에 배치되고, 상기 지문센싱 영역에 배치되는 마이크로렌즈 어레이; 및 상기 마이크로렌즈 어레이 상의 상기 지문센싱 영역에 배치되는 광센서를 포함한다.

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 프리즘 및 프리즘에 입사되기 위한 별도의 광원을 생략할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스의 전체적인 두께가 감소될 수 있다.

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 마이크로렌즈 어레이를 통해 지문에서 반사된 광을 집광할 수 있으며, 노이즈를 필터링할 수 있어, 지문센싱의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 광학식 지문인식이 가능한 터치 디바이스는 터치의 입력이 가능한 유효 영역의 일 부분에서 지문센싱이 가능할 수 있다. 이에 따라, 지문인식을 위한 비유효 영역의 크기가 증가하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 광학식 지문센싱 장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치의 구동원리를 설명하기 위한 개략적 단면도이다.
도 5A는 지문 상의 광 반사 영역을 나타낸 도면이고, 도 5B는 광 센서 상의 광 수광 영역을 나타내는 도면이다.
도 6A는 마이크로렌즈 어레이의 평면도이고, 도 6B는 마이크로렌즈 어레이의 사시도이다.
도 7은 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치의 상세 단면도이다.
도 8은 커버 기판의 평면도이다.
도 9는 도 8에 따른 커버 기판의 A-A' 영역에서의 단면도이다.
도 10은 터치 전극층의 평면도이다.
도 11은 터치 디바이스의 평면도이다.
도 12는 도 11에 따른 터치 디바이스의 A-A' 영역에서의 단면도이다.
도 13 내지 도 17은 실시예에 따른 광학식 지문센싱이 가능한 터치 디바이스의 단면도이다.
도 18은 및 도 19는 지문인식이 가능한 전자 디바이스의 도면이다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 일반적인 광학식 지문센싱 장치는 광원(1), 프리즘(2), 볼록렌즈(3), 영상획득 장치(4)를 포함한다.

이때, 광원(1)으로부터 발광되는 빛은 프리즘(2)에 입사되어, 굴절됨에 따라 볼록렌즈(3)를 향할 수 있고, 볼록렌즈(3)를 통과한 광은 영상획득 장치(4)에 전달됨에 따라, 지문인식이 가능할 수 있다.

자세하게, 광이 방출되는 면은 지문이 접촉되는 면과 경사지므로, LED와 같은 광원으로부터 방출되는 광은 지문이 접촉되는 면의 사선방향으로 놓일 수 있다. 이에 따라, 프리즘을 통해, 광이 방출되는 영역에 영상 획득이 가능한 장치를 배치하여 영상 정보를 전달 할 수 있다.

예를 들어, 일반적인 광학식 지문센싱 장치가 스마트폰과 같은 터치 디바이스에 포함되는 경우에는 디스플레이 패널과 별도의, 지문센싱을 위한 광원(1) 및 프리즘(2), 볼록렌즈(3)가 요구됨에 따라, 전체적인 두께가 증가되는 문제가 있었다.

또한, 일반적인 광학식 지문센싱 장치는 하나의 지문을 획득하기 위한 하나의 볼록렌즈를 포함한다. 즉, 지문에서 반사된 광을 한번에 획득할 수 있는 직경의 볼록렌즈를 포함한다. 이에 따라, 일반적인 광학식 지문센싱 장치는 볼록렌즈를 위한 공간이 요구되며, 볼록렌즈의 초점 거리에 따른 영상획득 장치와의 거리는 수 ㎜ 내지 수십 ㎜가 요구되어, 전체적인 두께가 증가되는 문제가 있었다.

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치를 포함하는 터치 디바이스는 지문센싱을 위한 별도의 광원을 생략할 수 있고, 프리즘을 생략할 수 있어, 전체적인 두께를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예는 슬림한 광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스를 제공할 수 있다. 따라서, 스마트폰과 같은 터치 디바이스의 배터리 공간을 확장시킬 수 있다. 또한, 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 지문 센싱을 위한 별도의 베젤부가 요구되지 않을 수 있어, 화면 영역을 확대할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스와 같이, 슬림한 두께가 요구되는 전자 디바이스의 지문센싱 모듈에 적합할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치를 설명한다.

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 자발광 소자(100), 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(310)를 포함할 수 있다.

상기 자발광 소자(100)의 일면 상에는 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)가 차례로 배치될 수 있다.

상기 자발광 소자(100)의 하부에는 상기 마이크로렌즈 어레이(200)가 배치될 수 있고, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 하부에는 상기 광 센서(310)가 배치될 수 있다.

상기 자발광 소자(100)의 평면적은 상기 마이크로렌즈 어레이(200)보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 자발광 소자(100)의 하부의 일영역에 상기 마이크로렌즈 어레이(200)가 부분적으로 배치될 수 있다.

상기 자발광 소자(100)의 평면적은 상기 광 센서(310)보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 자발광 소자(100)의 하부의 일영역에 상기 광 센서(310)가 부분적으로 배치될 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)는 서로 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)는 상, 하로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)는 서로 대응되는 영역에 배치될 수 있어, 같은 공간을 서로 다른 평면에서 점유할 수 있다.

상기 자발광 소자(100)는 별도의 광원이 필요하지 않을 수 있다. 상기 자발광 소자(100)는 전류를 가하면 자체발광하는 물질을 포함함에 따라, 스스로 빛을 내는 자체 발광 소자일 수 있다.

예를 들어, 상기 자발광 소자(100)는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes, OLED)일 수 있다. 이에 따라, 낮은 구동 전압에서 긴 수명을 가지고, 고효율의 디스플레이를 제공할 수 있다.

즉, 실시예예 따른 광학식 지문센싱 장치는 유기발광다이오드로부터 방출되는 광을 이용하여, 지문 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라, 별도의 LED 광원이 요구되지 않을 수 있고, 광의 굴절을 위해 사용하는 프리즘을 생략할 수 있다. 즉, 광원 및 프리즘의 배치를 위한 공간 및 광의 굴절을 위한 공간이 요구되지 않을 수 있어, 광학식 지문센싱 장치의 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 실시예는 슬림한 두께를 가지는 광학식 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스를 제공할 수 있다.

상기 자발광 소자(100)는 양극(120), 음극(130) 및 유기 발광층(110)을 포함할 수 있다. 상기 유기 발광층(110)은 상기 양극(120) 및 상기 음극(130) 사이에 배치될 수 있다. 상기 유기 발광층(110)의 일면에는 상기 양극(120)이 접촉하고, 상기 일면과 반대되는 타면에는 상기 음극(130)이 접촉하는 샌드위치 구조일 수 있다. 이때, 상기 양극(120)과 지문과의 거리는 상기 음극(130)과 지문과의 거리보다 가까울 수 있다. 즉, 상기 유기 발광층(110)의 일면은 지문을 센싱하기 위하여 광이 방출되는 면일 수 있다.

상기 유기 발광층(100)의 상부에 배치되는 양극(120)과 상기 유기 발광층(100)의 하부에 배치되는 음극(130)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.

상기 자발광 소자(110)는 지문이 접촉되는 상부를 향하여 광을 방출해야 하므로, 상기 유기 발광층(110)의 상부에 배치되는 상기 양극(120)은 광 투과성 전극일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극(120)은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)와 같은 투명 전극을 포함할 수 있다. 상기 양극은 170 Å 이하의 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극은 50Å 내지 150Å 두께의 전극을 포함할 수 있다. 이에 따라, 광 투과율이 향상될 수 있다.

상기 음극(130)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극(130)은 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 알루미늄의 합금을 포함할 수 있다. 상기 음극 금속 물질은 얇은 두께로 배치됨에 따라, 반투명할 수 있다. 이에 따라, 상기 자발광 소자(100)로부터 방출되는 광의 일부는 상기 음극(130)을 통해 투과될 수 있다.

상기 음극(130)은 10㎚ 내지 5000㎚일 수 있다. 상기 음극(130)은 10㎚ 내지 1000㎚일 수 있다. 상기 음극(130)은 10㎚ 내지 200㎚일 수 있다. 상기 음극(130)의 두께가 5000㎚ 초과인 경우에는, 광의 투과율이 저하됨에 따라, 지문인식의 정확도가 감소될 수 있다. 상기 음극의 두께가 10㎚ 미만인 경우에는, 하부로 방출되는 광이 증가함에 따라, 광 효율이 저하될 수 있다. 상기 음극(130)은 10㎚ 내지 5000㎚인 경우에, 지문인식의 정확도를 높일 수 있고, 고해상도의 지문 영상을 획득할 수 있다.

상기 유기 발광층(110)은 다양한 종류의 파이 공액 유기 고분자를 포함할 수 있다. 상기 유기 발광층(110)은 유기 전계 발광 물질을 포함하는 층일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 발광층(110)은 적색 유기 전계 발광 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 유기 발광층(110)은 적색광을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 발광층(110)은 녹색 유기 전계 발광 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 유기 발광층(110)은 녹색광을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 발광층(110)은 청색 유기 전계 발광 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 유기 발광층(110)은 청색광을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 발광층(110)은 백색광을 출력할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 손가락의 접촉 여부에 따른, 광량 변화를 설명한다. 상기 자발광 소자(100)는 양면 발광 유기발광 다이오드 또는 배면 발광 유기발광다이오드일 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 자발광 소자(100)의 대부분의 광은 상부를 향하여 방출될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 상기 자발광 소자(100)의 발광 방향은 상부를 향할 수 있다. 상기 자발광 소자(100)의 광의 일부는 하부를 향하여 방출될 수 있다. 상기 음극(130)의 두께가 얇음에 따라, 상기 자발광 소자(100)의 하부를 향해서도 광이 투과될 수 있다. 상기 음극의 광 투과율은 상기 양극의 광 투과율보다 작을 수 있다.

상기 자발광 소자(100)의 상부를 향해 방출되는 광량(Q1)은 상기 자발광 소자(100)의 하부를 향해 방출되는 광량(Q2)보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 자발광 소자(100)는 디스플레이 패널로 사용할 수 있는 동시에, 지문센싱을 위한 광원으로 사용될 수 있다. 즉, 상기 자발광 소자(100)는 상부를 향해 방출되는 광량(Q1)이 화면을 나타낼 수 있는 만큼 크기 때문에, 지문센싱을 위한 별도의 광원을 대체할 수 있다.

도 3을 참조하여, 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치의 지문 센싱 원리를 설명한다.

상기 자발광 소자(100)의 일면에는 사용자의 손가락이 접촉할 수 있다. 여기에서, 접촉할 수 있다는 것은 직접적인 접촉 외에 간접적인 접촉을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 커버 기판(500)의 일면에 사용자의 손가락이 직접 접촉할 수 있다. 또한, 상기 커버 기판(500)과 상기 자발광 소자(100)의 사이에는 터치 전극층(400)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 14를 참조하면, 커버 기판(500)의 일면에 사용자의 손가락이 직접 접촉할 수 있다. 또한, 상기 커버 기판(500)과 상기 자발광 소자(100)의 사이에는 캐비티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 15, 도 16을 참조하면, 커버 기판(500)의 일면에 사용자의 손가락이 직접 접촉할 수 있다. 또한, 상기 커버 기판(500)과 상기 자발광 소자(100)의 사이에는 터치 전극층(400) 및 접착층(800)이 배치될 수 있다.

사용자의 손가락은 화면 영역의 일부분에 접촉될 수 있다. 사용자의 손가락이 접촉되는 부분에서는 자발광 소자(100)를 통해 상부로 향하는 광의 방출이 방지될 수 있다. 즉, 지문센싱 영역에 손가락이 접촉하면 광의 방출을 막을 수 있다. 자세하게, 사용자의 손가락이 접촉된 영역에서의 상기 자발광 소자(100)의 상부를 향해 방출되는 광량(Q4)은 사용자의 손가락이 비접촉된 영역에서의 상기 자발광 소자(100)의 상부를 향해 방출되는 광량(Q1)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 지문센싱 영역에 손가락이 접촉하는 경우에는, 자발광 소자(100)의 하부로 향하는 광의 양이 증가될 수 있다.

예를 들어, 사용자의 손가락이 접촉되는 부분에서는 상기 자발광 소자(100)를 통해 상부로 향하는 광이 지문의 융선에 의해서 반사됨에 따라, 자발광 소자(100)의 하부로 향하는 광의 양이 증가될 수 있다. 자세하게, 사용자의 손가락이 접촉했을 때의 상기 자발광 소자(100)의 하부를 향해 방출되는 광량(Q3)은 사용자의 손가락이 비접촉했을 때의 상기 자발광 소자(100)의 하부를 향해 방출되는 광량(Q2)보다 클 수 있다. 자세하게, 손가락이 접촉되는 부분에서는 상기 자발광 소자(100)의 하부를 향해 방출되는 광량(Q2)에 상기 지문에 의해 반사된 광량이 추가됨에 따라, 손가락이 비접촉된 영역보다 광량이 증가될 수 있다. 이에 따라, 광학식 지문 센싱 장치는 손가락의 접촉 여부 및 사용자에 따른 광량의 차이를 감지할 수 있어, 지문 정보를 획득할 수 있다. 자세하게, 마이크로렌즈 어레이를 통해 집광 및 필터링된 광은 사용자마다 영역별로 다른 값을 가질 수 있고, 이에 따라 사용자의 식별이 가능할 수 있다.

상기 자발광 소자(100)로부터 상부로 방출된 광은, 지문 접촉영역에서 반사됨에 따라, 하부를 향할 수 있다. 이때, 하부를 향하는 광은 상기 자발광 소자(100)의 하부에 배치되는 상기 마이크로렌즈 어레이(200)를 통과할 수 있다.

실시예의 광학식 지문센싱 장치는 마이크로렌즈 어레이(200)를 포함할 수 있어, 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310) 사이의 초점 거리를 1㎜ 미만으로 축소시킬 수 있다. 이에 따라, 광학식 지문센싱 장치의 전체적인 두께가 감소될 수 있다. 또한, 지문이 접촉하는 커버 기판(500)의 일면은 광 센서(310)의 수광면과 평행하게 배치될 수 있어, 광학식 지문센싱 장치의 전체적인 두께가 감소될 수 있다. 즉, 지문 영상 획득을 위한 광 센서(310)는 프리즘에 의하여 굴절 및 반사된 광을 수광하지 않고, 지문센싱 영역에서 하부로 반사된 광을 직접 수득할 수 있어, 커버 기판(500)과 상기 광 센서(310) 사이의 이격 거리를 감소시킬 수 있고, 광 센서의 경사면을 구비하기 위한 불필요한 공간을 생략할 수 있다.

실시예에 따른 상기 자발광 소자(100), 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)의 전체 두께(T)는 1㎜ 이하일 수 있다. 이에 따라, 실시예는 슬림한 두께의 광학식 지문센싱 장치를 제공할 수 있다.

또한, 실시예의 광학식 지문센싱 장치는 마이크로렌즈 어레이(200)를 포함함에 따라, 하나의 지문정보를 획득 하기 위해서, 여러 개의 마이크로렌즈를 이용할 수 있다. 이에 따라, 상기 광 센서(310)에는 여러 개의 상이 얻어질 수 있다. 즉, 상기 광 센서(310)는 동시에 여러 개의 이격 영역에서 검출되는 지문 영상을 획득할 수 있다.

또한, 실시예의 광학식 지문센싱 장치는 마이크로렌즈 어레이(200)를 포함함에 따라, 유기발광다이오드와 같은 상기 자발광 소자(100)의 난반사에 따른 노이즈를 방지할 수 있어, 선택된 영역에서 영상 정보를 집광하고, 광 센서를 통해 영상 정보를 전달될 수 있도록 함으로써, 정확한 지문 정보를 획득할 수 있다.

도 4를 참조하여, 광의 이동경로에 따른 집광 효과를 설명한다.

손가락의 지문은 수많은 골(VALLEY)과 마루(RIDGE)가 반복되어, 높이차를 가질 수 있다. 지문의 융선은 개인마다 다를 수 있고, 이러한 차이를 통해 지문 정보를 감지 및 사용자를 식별할 수 있다.

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 커버 기판(500)을 더 포함할 수 있다.

실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치는 자발광 소자(100), 상기 자발광 소자의 하부에 배치되는 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 마이크로렌즈 어레이의 하부에 배치되는 광 센서(310)를 포함하고, 상기 자발광 소자(100)의 상부에 배치되는 커버 기판(500)을 포함할 수 있다.

상기 커버 기판(500)은 자발광 소자(100), 마이크로렌즈 어레이(200), 광 센서(310)를 지지할 수 있다. 즉, 상기 커버 기판(500)은 지지기판일 수 있다.

또한, 상기 커버 기판(500)은 지문이 접촉하는 지문센서 커버일 수 있다.

상기 커버 기판(500)은 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다.

예를 들어, 상기 커버 기판(500)은 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다.

자세하게, 상기 커버 기판(500)은 소다라임유리(soda lime glass) 또는 알루미노실리케이트유리 등의 화학 강화/반강화유리를 포함하거나, 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 프로필렌 글리콜(propylene glycol, PPG) 폴리 카보네이트(PC) 등의 강화 혹은 연성 플라스틱을 포함하거나 사파이어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 커버 기판(500)은 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 커버 기판(500)은 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.

사파이어는 유전율 등 전기 특성이 매우 뛰어나 터치 반응 속도를 획기적으로 올릴 수 있을 뿐 아니라 호버링(Hovering) 등 공간 터치를 쉽게 구현 할 수 있고 표면 강도가 높아 커버 기판으로도 적용 가능한 물질이다. 여기서, 호버링이란 디스플레이에서 약간 떨어진 거리에서도 좌표를 인식하는 기술을 의미한다.

또한, 상기 커버 기판(500)은 부분적으로 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 즉, 커버 기판(500)은 부분적으로는 평면을 가지고, 부분적으로는 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 자세하게, 상기 커버 기판(500)의 끝단이 곡면을 가지면서 휘어지거나 랜덤(random)한 곡률을 포함한 표면을 가지며 휘어지거나 구부러질 수 있다.

또한, 상기 커버 기판(500)은 유연한 특성을 가지는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.

또한, 상기 커버 기판(500)은 커브드(curved), 벤디드(bended) 또는 롤러블(rollable) 기판일 수 있다. 즉, 상기 커버 기판(500)을 포함하는 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스도 플렉서블, 커브드, 벤디드 또는 롤러블 특성을 가지도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 실시예에 따른 지문센싱 장치 및 이를 포함하는 터치 디바이스는 휴대가 용이하며, 다양한 디자인으로 변경이 가능할 수 있다.

상기 커버 기판(500)의 두께는 약 300㎛ 내지 약 1000㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 기판(500)의 두께는 약 300㎛ 내지 약 700㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 기판(500)의 두께는 약 300㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 상기 커버 기판(500)의 두께가 약 300㎛ 미만인 경우에는, 커버 기판의 강도가 저하되어 커버 기판 상에 감지 전극 등을 형성시 크랙이 발생할 수 있다. 또한, 상기 커버 기판(500)의 두께가 약 1000㎛를 초과하는 경우에는, 커버 기판의 두께에 의해, 지문센싱 장치의 전체적인 두께가 두꺼워질 수 있다.

상기 커버 기판(500)의 평면적은 상기 자발광 소자(100)와 서로 대응되거나 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 기판(500)의 평면적은 상기 자발광 소자(100)와 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 기판(500)의 평면적은 상기 자발광 소자(100)보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 기판(500)의 평면적은 상기 자발광 소자(100)보다 작을 수 있다.

상기 커버 기판(500)의 평면적은 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 또는 상기 광 센서(310)의 평면적보다 클 수 있다. 한편, 상기 터치 전극층(400)의 평면적은 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 또는 상기 광 센서(310)의 평면적보다 클 수 있다.

지문은 커버 기판(500)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 상기 지문의 마루는 커버 기판(500)과 접촉할 수 있다.

이에 따라, 자발광 소자(100)에서 방출된 광은 지문의 마루에서 반사되어, 커버 기판(500)의 하부를 향하고, 상기 커버 기판(500)의 하부에 위치한 자발광 소자(100)를 지나, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)를 통과하여, 상기 광 센서(310) 상에 광이 검출될 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)는 렌즈 지지부(210) 및 상기 렌즈 지지부(210)에 의해 지지되는 렌즈(220)를 포함할 수 있다. 상기 렌즈 지지부(210)는 상기 렌즈(220)들이 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 고정할 수 있다. 상기 렌즈 지지부(210)는 상기 렌즈(220)와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 렌즈 지지부(210)는 상기 렌즈(220)와 일체로 형성될 수 있다. 또는, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 렌즈 지지부(210)는 상기 복수 개의 렌즈(220)와 서로 다른물질을 포함할 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)는 제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 렌즈(L1)와 대응되는 위치의 상부에는 지문의 제 1 반사 영역(P1)이 위치할 수 있다. 상기 제 1 렌즈(L1)의 광축(optical axis)과 대응되는 위치의 하부에는 광 센서의 제 1 수광 영역(S1)이 위치할 수 있다.

상기 제 2 렌즈(L2)와 대응되는 위치의 상부에는 지문의 제 2 반사 영역(P2)이 위치할 수 있다. 상기 제 2 렌즈(L2)의 광축(optical axis)과 대응되는 위치의 하부에는 광 센서의 제 2 수광 영역(S2)이 위치할 수 있다.

상기 제 1 렌즈(L1)의 상부에 위치한 지문의 상기 제 1 반사 영역(P1)에서 반사된 광은 상기 제 1 렌즈(L1)의 입사면(IS) 통해 입사되고, 상기 제 1 렌즈의 출사면(OS)을 통해 출사될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사 영역(P1)과 제 1 렌즈의 직경(L1)은 대응될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사 영역(P1)은 제 1 렌즈의 직경(L1)보다 클 수 있다.

상기 렌즈의 입사면(IS) 및 출사면(OS)은 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈의 입사면(IS)은 플레이트 형상의 평면이고, 출사면(OS)은 돔 형상의 반구면일 수 있다. 즉, 상기 렌즈는 단면형상은 반원으로 보여질 수 있다. 상기 렌즈의 일면은 볼록한 형상을 가질 수 있는 일면 볼록렌즈일 수 있다. 상기 렌즈의 일면은 중심을 향할수록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 렌즈의 일면의 볼록한 중심은 광이 집광되는 중심축, 즉 광축일 수 있다. 상기 렌즈의 직경(D)의 1/2에 해당하는 직경 영역(1/2D)에는 광축이 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈의 단면에서 반원의 반지름은 광축이 통과하는 지점일 수 있다. 다만, 실시예는 일면 볼록렌즈에 제한되지 않고, 양면 볼록 렌즈 일 수 있으며, 일면 오목렌즈 또는 양면 오목 렌즈일 수 있음은 물론이다. 실시예에 따른 상기 자발광 소자, 마이크로렌즈 어레이 및 광 센서의 두께가 1㎜ 이하의 거리를 만족하고, 마이크로렌즈 어레이 및 광 센서의 사이의 초점거리가 1㎜ 미만인 경우에는, 집광을 위한 마이크로렌즈 어레이가 다양한 형상일 수 있음은 물론이다.

상기 제 1 렌즈의 출사면(OS)을 통해 출사된 광은 상기 제 1 수광 영역(S1)에서 검출될 수 있다. 이때, 상기 제 1 렌즈(L1)의 가장자리에서 입사된 제 1 광(W1) 및 제 3 광(W3)은 광의 축을 향하여 굴절될 수 있다. 상기 제 1 렌즈(L1)의 중심에서 입사된 제 2 광(W2)은 광의 축을 향하여 직진할 수 있다. 즉, 제 1 렌즈의 출사면을 통해 출사된 광은 중심축을 향하여 집광될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 렌즈의 직경(L1)보다 상기 제 1 수광 영역(S1)은 작을 수 있다.

한편, 상기 제 2 렌즈(L2)의 상부에 위치한 지문의 상기 제 2 반사 영역(P2)에서 반사된 광은 상기 제 2 렌즈(L2)의 입사면(IS) 통해 입사되고, 상기 제 2 렌즈의 출사면(OS)을 통해 출사될 수 있다. 예를 들어, 제 2 반사 영역(P2)과 제 2 렌즈의 직경(L2)은 대응될 수 있다. 상기 제 2 렌즈의 출사면(OS)을 통해 출사된 광은 상기 제 2 수광 영역(S2)에서 검출될 수 있다. 상기 제 2 렌즈의 출사면을 통해 출사된 광은 중심축을 향하여 집광될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 렌즈의 직경(L2)보다 상기 제 2 수광 영역(S2)은 작을 수 있다.

각각의 렌즈의 상부 및 하부에 위치하는 반사 영역 및 수광 영역은 렌즈의 광축을 기준으로 상, 하에 배치될 수 있다. 상기 광축은 커버 기판(500)의 길이 방향과 수직한 방향을 가질 수 있다. 상기 광축과 커버 기판의 일면은 수직한 위치로 놓일 수 있다. 이에 따라, 각각의 렌즈에서 집광된 광은 다른 수광 영역에 전달되지 않을 수 있어, 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 복수 개의 렌즈들은 서로 이격될 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 반사 영역에서 측정된 광이 어느 하나의 수광 영역에 검출됨에 따라, 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 자세하게, 상기 지문의 융선에서 반사된 광은 각각의 마이크로 렌즈를 통과함에 따라, 각각의 수광 영역으로 필터링될 수 있어, 노이즈의 발생을 방지할 수 있다. 즉, 제 1 광 반사 영역(P1)에서 반사된 광이 제 2 수광 영역(S2)에 수광되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 임의의 광 반사 영역에서 반사된 광은 약 0 도 내지 약 180도에 위치한 임의의 광 수광 영역으로 수광되어, 지문센싱의 정확도를 높일 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 지문센싱 장치는 우수한 신뢰성을 가질 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 평면적은 상기 광 센서(310)의 평면적과 대응되거나 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 평면적은 상기 광 센서(310)의 평면적과 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 양 측면의 폭은 상기 광 센서(310)의 양 측면의 폭과 대응될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 평면적은 상기 광 센서(310)의 평면적보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 양 측면의 폭은 상기 광 센서(310)의 양 측면의 폭보다 클 수 있다. 이때, 상기 광 센서(310)의 상면은 전체적으로 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 중첩될 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)는 상, 하로 이격될 수 있다. 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)의 이격 거리는 500㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)의 이격 거리는 50㎛ 내지 450㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)의 이격 거리는 100㎛ 내지 450㎛일 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)의 이격 거리는 광의 출사면의 볼록한 중심부로부터 광 센서에 이르는 최단 거리를 의미할 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)의 이격 거리(F)는 상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 초점거리에 의하여 결정될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈 어레이의 직경 및 출사면의 높이의 변화에 따라, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)의 이격 거리(F)는 변화될 수 있다. 이에 따라, 광 센서의 수광 영역에서 광 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 신뢰성이 높은 광학식 지문센싱 장치를 제공할 수 있다.

도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 렌즈의 개수, 반사 영역의 개수, 수광 영역의 개수와의 상관 관계를 설명한다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 렌즈의 개수에 따라, 반사 영역의 개수, 수광 영역의 개수가 결정될 수 있다.

일례로, 도 6a의 마이크로렌즈 어레이는 가로 및 세로 7개의 총 49개의 렌즈를 포함한다. 이러한 마이크로렌즈 어레이를 사용한 경우에, 도 5a의 지문 상에 나타난 반사 영역의 개수는 상기 렌즈(220)의 개수와 대응될 수 있다. 즉, 도 5a의 지문 상에 나타난 반사 영역의 개수는 49개 일 수 있다.

또한, 상기 렌즈(220)의 개수는 상기 광 센서(310) 상에 전달되는 수광 영역의 개수와 대응될 수 있다. 도 5b를 참조하면, 광 센서(310) 상에 검출되는 수광 영역의 개수는 49개 일 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하여, 반사 영역과 수광 영역의 면적을 비교한다. 제 1 반사 영역(P1)보다 상기 제 1 수광 영역(S1)은 작을 수 있다. 또한, 제 2 반사 영역(P2)보다 상기 제 2 수광 영역(S2)은 작을 수 있다.

도 6a를 참조하면, 상기 렌즈의 직경(D)은 50㎛ 내지 1000㎛인 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈의 직경(D)은 100㎛ 내지 500㎛인 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈의 직경(D)은 100㎛ 내지 250㎛인 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 렌즈의 직경은 서로 대응될 수 있다.

인접한 임의의 두 렌즈 사이의 피치는 약 100㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 렌즈(L1) 및 상기 제 2 렌즈(L2) 사이의 간격은 약 100㎛ 내지 약 400㎛일 수 있다.

도 7을 참조하여, 실시예에 따른 광학식 지문센싱 장치의 단면을 상세하게 설명한다.

상기 자발광 소자(100)의 상기 유기 발광층(110)은 정공 주입층(Hole Injection Layer, HIL)(111), 정공 수송층(Hole Transfer Layer, HTL)(112), 발광층(Emitting Layer, EML)(113), 전자 수송층(Electron Transfer Layer, ETL)(114)을 포함할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 전자 수송층(114) 및 상기 음극(130)의 사이에는 전자 주입층(Elctron Injection Layer, EIL)을 더 포함할 수 있다.

상기 양극(120)은 정공을 정공 주입층(111)과 정공 수송층(112)에 주입하는 역할을 할 수 있다. 상기 음극(130)은 전자를 유기 박막층에 쉽게 주입하기 위해 일함수가 작은 물질이 바람직할 수 있다.

전기가 공급되는 양극(120)과 음극(130) 사이에서 전하와 정공이 만나, 상기 유기 발광층(110)에서 빛을 발광할 수 있다. 상기 음극(130)은 전자 수송층(114) 상에 형성되며, 알루미늄(Al)이나 은(Ag) 등으로부터 선택된 단일층이거나, 이들을 적층하여 형성한 다층 구조의 반투명 물질로 형성될 수 있다.

상기 정공 주입층(111)은 상기 양극(120)으로부터 상기 발광층(113)으로 정공의 주입을 원할하게 하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 정공 주입층(113)은 전도성 고분자인 PEDOT:PSS(poly(3,4,-ethylene dioxythiophene):polystyrene sulfonic acid), CuPc(cupper phthalocyanine), m-MTDATA 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 정공 수송층(112)은 정공 주입층으로부터 제공된 정공을 발광층(113)에 공급한다. 정공 수송층은 높은 정공의 이동도를 가지면서 열적 안정성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 정공 수송층(112)은 TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-di(3-methylphenyl)-4,4'-diaminophenyl), α-NPD 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 발광층(113)은 적색을 발광하는 것, 녹색을 발광하는 것, 청색을 발광하는 것, 백색을 발광하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층(113)은 DPVBi, Alq3, Ir(ppy)₃, DCJTB 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 전자 수송층(114)은 상기 발광층(113) 상에 형성된다. 전자 수송층은 전자 주입층으로부터 제공된 전자를 발광층에 공급한다. 전자 수송층은 전자 이동도가 큰 물질로 형성된다. 예를 들어, 상기 전자 수송층(114)은 Alq3, PBD 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 자발광 소자(100)는 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 자발광 소자(100) 및 상기 마이크로렌즈 어레이(200)는 서로 평행하게 배치될 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)는 상기 자발광 소자(100)과 접착층(800)을 통해 합착될 수 있다. 즉, 상기 자발광 소자(100) 및 상기 마이크로렌즈 어레이(200)의 사이에는 상기 접착층(800)이 배치될 수 있다. 이때, 접착층(800)은 광의 투과성을 위해 광학용 투명 접착제(OCA, OCR)를 포함할 수 있다.

상기 접착층(800)의 두께는 약 100㎛ 이하일 수 있다. 상기 접착층(800)의 두께는 약 70㎛ 이하일 수 있다. 상기 접착층(800)의 두께는 약 10㎛ 내지 약 50㎛ 이하일 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)는 상, 하로 이격되고, 서로 포개어질 수 있다. 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 상기 광 센서(310)는 상, 하로 동일한 지문센싱 영역을 점유할 수 있다.

광 센서 모듈(300)은 광 센서(310), 와이어(320), 인쇄회로기판(330)을 포함할 수 있다.

광 센서(310)는 이미지 센서일 수 있다. 예를 들어, 상기 광 센서(310)는 상보형 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor, CMOS) 이미지센서 또는 CCD (charge coupled device) 이미지센서일 수 있다. 상기 CMOS 는 CCD 보다 저전력에서 구동될 수 있어, 휴대용 전자 디바이스에 적합할 수 있다. 또한, 저비용의 전자 디바이스를 제공할 수 있다.

상기 CMOS 센서는 수광 소자 및 트렌지스터를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 수광 소자는 포토다이오드(Photo Diode, PD)로 형성될 수 있다. 상기 포토다이오드는 진공증착법, 스퍼터링, CVD, 인쇄공법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 박막 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 전체적인 광학식 지문센싱 장치의 두께가 감소될 수 있고, 경량화될 수 있다. 상기 포토 다이오드는 광을 수광하여 광 전하를 생성할 수 있다. 변환된 광 전하는 CMOS를 통해서 각 픽셀 위치의 광의 사기를 디지털 신호 처리를 통해 중앙처리장치로 전달하게 됨에 따라, 화상 정보를 획득할 수 있다.

상기 광 센서(310)는 와이어(320)에 의해서 인쇄회로기판(330)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 센서(310)는 인쇄회로기판(330)과 와이어 본딩방식에 의하여 연결될 수 있다.

즉, 상기 광 센서(310)는 상기 포토다이오드를 통하여 감지된 지문 신호를 상기 와이어(320)를 통하여 상기 인쇄회로기판(330)으로 전달할 수 있다. 상기 인쇄회로기판(330)은 하나 이상의 층일 수 있다. 예를 들어, 상기 인쇄회로기판(330)은 비아홀로 연결되는 두 층 구조일 수 있다.

상기 인쇄회로기판(330)은 지문센서 칩(700)으로 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 인쇄회로기판(330)은 연성회로기판(600)과 연결될 수 있고, 상기 연성회로기판(600)을 통해 상기 지문센서 칩(700)으로 신호를 전달할 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)의 측면에는 지지부(340)가 배치될 수 있다. 상기 지지부의 일단은 상기 마이크로렌즈 어레이(200)와 접촉하고, 상기 일단과 반대되는 타단은 상기 광 센서(300)와 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)는 상기 지지부(340)에 의해서 연결되어, 공간부를 형성할 수 있다. 자세하게, 공간부의 상면에는 마이크로렌즈 어레이(200)가 배치되고, 공간부의 하면에는 상기 광 센서(310)가 배치되고, 공간부의 측면에는 상기 지지부(340)가 둘러싸는 구조일 수 있다. 상기 지지부(340)는 평면도 상에서 정사각형 형상 또는 직사각형 형상일 수 있다.

상기 지지부(340)는 상기 자발광 소자(100)의 일면과 수직한 각도를 이루며, 상기 마이크로렌즈 어레이(200)로부터 공간부를 지나, 상기 광 센서 모듈(300)의 인쇄회로기판(330)까지 연장될 수 있다. 즉, 상기 지지부(340)는 서로 이격된 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)의 측면에 각각 배치됨에 따라, 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)가 평행하게 배치될 수 있도록 지지할 수 있다. 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)가 이격됨에 따른 공간부에는 공기(air)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 광의 굴절을 최소화할 수 있다.

예를 들어, 상기 지지부는 불투명할 수 있다. 이에 따라, 측면으로 입사되는 광에 의한 노이즈를 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부(340)는 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)가 산소 등 이물질에 노출되는 것을 방지하기 위한 격벽일 수 있다. 또한, 상기 지지부(340)는 외부의 충격에 의한 마이크로렌즈 어레이 및/또는 광센서의 손상을 방지할 수 있다.

도 8 내지 도 17을 참조하여, 실시예에 따른 광학식 지문센싱이 화면 영역에서 가능한 터치 디바이스를 설명한다.

실시예에 따른 터치 디바이스는 커버 기판(500), 상기 커버 기판 상에 배치되는 터치 전극층(400), 상기 터치 전극층 상에 배치되는 자발광 소자(100), 상기 자발광 소자(100) 상에 배치되는 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 마이크로렌즈 어레이 상의 광 센서(300)를 포함한다. 즉, 상기 커버 기판(500)은 터치 전극층(400), 자발광 소자(100), 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(300)을 지지하는 지지기판일 수 있다.

먼저, 도 8을 참조하면, 실시예에 따른 커버 기판(500)은 지문이 접촉하는 지문센서 커버인 동시에, 터치 입력이 가능한 기판일 수 있다. 상기 커버 기판(500)은 상기 터치 전극층(400), 상기 자발광 소자(100), 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(300)를 보호하기 위한 보호기판일 수 있다.

상기 커버 기판(500)은 앞서 설명한바와 같이, 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다.

상기 커버 기판(500)에는 유효 영역(AA) 및 비유효 영역(UA)이 정의될 수 있다. 상기 유효 영역(AA)에서는 디스플레이가 표시될 수 있고, 상기 유효 영역(AA) 주위에 배치되는 상기 비유효 영역(UA)에서는 디스플레이가 표시되지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 유효 영역(AA) 상에는 복수 개의 감지 전극들이 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 유효 영역(AA) 상에는 서로 다른 방향으로 연장하는 제 1 감지 전극 및 제 2 감지 전극을 포함할 수 있다. 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 서로 접촉되지 않으면서, 서로 다른 방향으로 연장되며 배치될 수 있다.

또한, 상기 비유효 영역(UA) 상에는 복수 개의 배선 전극들이 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 비유효 영역(UA) 상에는 상기 제 1 감지 전극과 연결되는 제 1 배선 전극 및 상기 제 2 감지 전극과 연결되는 제 2 배선 전극이 배치될 수 있다.

또한, 상기 유효 영역(AA) 및 상기 비유효 영역(UA) 중 적어도 하나의 영역에서는 입력 장치(예를 들어, 손가락 또는 스타일러스 펜 등)의 위치를 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 커버 기판(500) 상에 손가락 등의 입력 장치가 접촉되면, 입력 장치가 접촉된 부분에서 정전 용량의 차이가 발생하고, 이러한 차이가 발생한 부분을 접촉 위치로 검출할 수 있다.

상기 비유효 영역(UA)은 상기 유효 영역(AA)을 둘러싸며 배치될 수 있다. 또한, 상기 유효 영역(AA)의 면적은 상기 비유효 영역(UA)의 면적보다 클 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 커버 기판(500)의 비유효 영역(UA)에는 인쇄층(510)이 배치될 수 있다.

상기 인쇄층(510)은 상기 비유효 영역 상에 배치되는 배선과 이 배선을 외부 회로에 연결하는 인쇄 회로 기판 등을 외부에서 보이지 않도록 할 수 있게 소정의 색을 가지는 물질을 도포하여 형성할 수 있다.

상기 인쇄층(510)은 원하는 외관에 적합한 색을 가질 수 있는데, 일례로 흑색 또는 흰색 안료 등을 포함하여 흑색 또는 흰색을 나타낼 수 있다. 또는 다양한 칼라 필름 등을 사용하여 빨강색, 파란색 등의 다양한 칼라색을 나타낼 수 있다.

상기 인쇄층(510)을 필름으로 배치하는 경우, 곡면 또는 플렉서블한 커버 기판에 인쇄층을 용이하게 배치할 수 있다.

그리고 이 인쇄층에는 다양한 방법으로 원하는 로고 등을 형성할 수 있다. 이러한 인쇄층은 증착, 인쇄, 습식 코팅 등에 의하여 형성될 수 있다.

상기 인쇄층은 적어도 1층 이상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 인쇄층은 하나의 층으로 배치되거나 또는 폭이 서로 다른 적어도 두 층으로 배치될 수 있다.

상기 인쇄층이 2층으로 배치되는 경우에, 상기 인쇄층의 총 두께는 2㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 인쇄층의 두께는 2㎛ 내지 15㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 인쇄층의 두께는 10㎛ 내지 15㎛일 수 있다.

상기 인쇄층의 두께가 2㎛ 미만인 경우에는, 상기 배선 전극 및/또는 상기 인쇄회로기판이 시인될 수 있다. 상기 인쇄층의 두께가 20㎛ 초과인 경우에는, 터치 디바이스의 두께가 증가할 수 있다.

도 10을 참조하여, 커버 기판(500) 상에 배치되는 터치 전극층(400)을 설명한다. 여기에서, 터치 전극층(400)은 커버 기판 상에 직접 배치되는 전극 패턴층일 수 있다. 또는 터치 전극층(400)은 커버 기판과 별도의 하나의 기판, 또는 두개의 기판 상에 형성된 전극 패턴층을 의미할 수 있다. 이러한, 별도의 기판 상에 형성된 터치 전극층은 접착층에 의해서 커버 기판 상에 합착될 수 있다.

즉, 터치 전극층(400)은 다양한 타입으로 형성될 수 있다. 일례로, 도 10은 커버 기판 상에 직접 터치 전극층(400)이 형성되는 경우를 설명한다.

터치 전극층(400)은 감지 전극(410, 420) 및 배선 전극(460, 470)을 포함할 수 있다.

상기 감지 전극(410, 420)은 상기 커버 기판(500) 상에 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 감지 전극(410, 420)은 상기 커버 기판(500)의 유효 영역(AA) 및 상기 비유효 영역(UA) 중 적어도 하나의 영역에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 감지 전극(410, 420)은 상기 커버 기판의 유효 영역(AA) 상에 배치될 수 있다.

상기 감지 전극(410, 420)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감지 전극(410, 420)은 광의 투과를 방해하지 않으면서 전기가 흐를 수 있도록 투명 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide), 구리 산화물(copper oxide), 주석 산화물(tin oxide), 아연 산화물(zinc oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide) 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 이로 인해 투명한 물질을 이용 함으로 인해 패턴 형성의 자유도를 향상 시킬 수 있다.

또는, 상기 감지 전극(410, 420)은 나노와이어, 감광성 나노와이어 필름, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene), 전도성 폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이로 인해 플렉서블 및 벤딩이 되는 터치 윈도우를 만드는 자유도를 향상할 수 있다.

나노 와이어 또는 탄소나노튜브(CNT)와 같은 나노 합성체를 사용하는 경우 흑색으로 구성할 수 도 있으며, 나노 파우더의 함량제어를 통해 전기전도도를 확보 하면서 색과 반사율 제어가 가능한 장점이 있다.

또는, 상기 감지 전극(410, 420)은 다양한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 감지전극(400)은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타튬(Ti) 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 플렉서블 및 벤딩이 되는 터치 윈도우를 만드는 자유도를 향상할 수 있다. 예를 들어, 상기 감지 전극(410, 420)은 금속을 포함함에 따라, 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 감지 전극(410, 420)은 금속을 포함함에 따라, 미세한 패턴으로 형성될 수 있고, 이에 따라, 시인성 및 광 투과성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 감지 전극(400)은 메쉬 형상을 포함할 수 있다. 자세하게, 감지 전극(410, 420)은 복수 개의 서브 전극들을 포함할 수 있고, 상기 서브 전극들은 메쉬 형상으로 서로 교차하면서 배치될 수 있다.

자세하게, 상기 감지 전극(410, 420)은 메쉬 형상으로 서로 교차하는 복수 개의 서브 전극들에 의해 메쉬선 및 상기 메쉬선 사이의 메쉬 개구부를 포함할 수 있다.

상기 메쉬선의 선폭은 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다. 상기 메쉬선의 선폭이 약 0.1㎛ 미만인 메쉬 선부는 제조 공정 상 불가능하거나, 메쉬선의 단락이 발생할 수 있고, 약 10㎛를 초과하는 경우, 전극 패턴이 외부에서 시인되어 시인성이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 메쉬선의 선폭은 약 0.5㎛ 내지 약 7㎛일 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 메쉬선의 선폭은 약 1㎛ 내지 약 3.5㎛일 수 있다.

또한, 상기 메쉬선의 두께는 약 100㎚ 내지 약 500㎚ 일 수 있다. 상기 메쉬선의 두께가 약 100㎚ 미만인 경우, 전극 저항이 높아져서 전기적 특성이 저하될 수 있고, 약 500㎚을 초과하는 경우, 터치 윈도우의 전체적인 두께가 두꺼워지고, 공정 효율이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 메쉬선의 두께는 약 150㎚ 내지 약 200㎚일 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 메쉬선의 두깨는 약 180㎚ 내지 약 200㎚일 수 있다.

또한, 상기 메쉬 개구부는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 메쉬 개구부는 사각형, 다이아몬드형, 오각형, 육각형의 다각형 형상 또는 원형 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 메쉬 개구부는 규칙적인(regular) 형상 또는 랜덤(random)한 형상으로 형성될 수 있다.

상기 감지 전극(410, 420)이 메쉬 형상을 가짐으로써, 유효 영역(AA) 일례로, 디스플레이 영역 상에서 상기 감지 전극(410, 420)의 패턴이 보이지 않게 할 수 있다. 즉, 상기 감지 전극(410, 420)이 금속으로 형성되어도, 패턴이 보이지 않게 할 수 있다. 또한, 상기 감지 전극(410, 420)이 대형 크기의 터치 윈도우에 적용되어도 터치 윈도우의 저항을 낮출 수 있다.

상기 감지 전극(410, 420)은 제 1 감지 전극(410) 및 제 2 감지 전극(420)을 포함할 수 있다.

상기 제 1 감지 전극(410)은 상기 커버 기판(500)의 상기 유효 영역(AA) 상에서 제 1 방향으로 연장하면서 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 감지 전극(420)은 상기 커버 기판(500)의 상기 유효 영역(AA) 상에서 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장하면서 배치될 수 있다.

상기 제 1 감지 전극(410)과 상기 제 2 감지 전극(420)은 상기 커버 기판(500) 상에서 서로 절연되며 배치될 수 있다.

상기 제 1 감지 전극(410)과 상기 제 2 감지 전극(420)이 배치되는 상기 커버 기판(500) 상의 일면에는 브리지 전극(430)이 배치될 수 있다.

상기 브리지 전극(430)은 예를 들어, 바(bar) 형태로 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 브리지 전극(430)은 상기 유효 영역(AA) 상에서 일정한 간격으로 이격하여 바 형태로 배치될 수 있다.

상기 브리지 전극(430)은 상기 상호 이격되어 있는 제 1 또는 제 2 감지 전극을 상호간에 전기적으로 연결할 수 있다.

상기 브리지 전극(430)은 상호 이격되어 있는 제 2 감지 전극(420)을 전기적으로 연결할 수 있다.

상기 브리지 전극(430)은 상기 감지 전극과 대응되는 물질을 포함하거나 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 브리지 전극(430)은 광의 투과를 방해하지 않으면서 전기가 흐를 수 있도록 투명 전도성 물질로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제 1 감지 전극(410), 상기 제 2 감지 전극(420) 및 상기 브리지 전극(430)은 상기 커버 기판(500)의 동일한 일면 상에 배치될 수 있다.

상기 제 1 감지 전극(410)과 상기 제 2 감지 전극(420)은 상기 브리지 전극(430)과 절연물질에 의하여 서로 쇼트되어 단락되지 않고 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

일례로, 상기 브리지 전극(430) 상에는 부분적으로 절연층(450)이 배치되고, 상기 브리지 전극(430)의 일부분은 상기 절연층(450)에 의하여 덮여질 수 있다.

상기 브리지 전극(430)이 바 형태로 형성되는 경우, 상기 브리지 전극(430)의 일단 및 타단 즉, 양단 부분을 제외한 영역 상에는 상기 절연층(450)이 배치될 수 있다.

일례로, 상기 제 1 감지 전극(410)은 상기 절연층(450) 상에 배치되고, 상기 제 1 감지 전극(410)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제 2 감지 전극(420)은 상기 브리지 전극(430)의 양단에 연결되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 감지 전극(410)과 상기 제 2 감지 전극(420)은 브리지 전극과 절연층에 의해 서로 쇼트되어 단락되지 않고 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 제 1 감지 전극(410)과 상기 제 2 감지 전극(420)은 서로 접촉되지 않고, 커버 기판(500) 상의 동일한 일면 즉, 유효 영역의 일면 상에서 서로 절연되며 함께 배치될 수 있다.

상기 감지 전극(410, 420) 및 상기 브리지 전극(430)의 두께는 서로 대응되거나 다를 수 있다.

상기 감지 전극(410, 420)의 두께는 10㎚ 내지 50㎚일 수 있다. 예를 들어, 상기 감지 전극(410, 420)의 두께는 20㎚ 내지 50㎚일 수 있다. 예를 들어, 상기 감지 전극(410, 420)의 두께는 35㎚ 내지 45㎚일 수 있다.

상기 감지 전극(410, 420)의 두께가 10㎚ 미만인 경우에는, 전극의 저항이 증가함에 따른 동작 불량이 발생할 수 있고, 이에 따라, 터치 윈도우의 신뢰성이 저하될 수 있다.

상기 브리지 전극(430)의 두께는 10㎚ 내지 50㎚일 수 있다. 예를 들어, 상기 브리지 전극(430)의 두께는 20㎚ 내지 50㎚일 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 브리지 전극(430)의 두께는 35㎚ 내지 45㎚일 수 있다.

상기 브리지 전극(430)의 두께가 10㎚ 미만인 경우에는, 전극의 저항이 증가함에 따른 동작 불량이 발생할 수 있고, 이에 따라, 터치 윈도우의 신뢰성이 저하될 수 있다.

상기 절연층(450)은 상기 감지 전극(400)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 절연층(450)은 상기 브리지 전극(430)보다 큰 두께를 가질 수 있다.

상기 절연층(450)의 두께는 1㎛ 내지 3㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(450)의 두께는 1㎛ 내지 2.5㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(450)의 두께는 1.5㎛ 내지 2.5㎛일 수 있다.

상기 절연층(450)의 두께가 1㎛ 미만인 경우에는, 상기 제1 감지 전극(410)과 상기 제 2 감지 전극(420)의 전기적인 연결에 의한 쇼트가 발생할 수 있다. 상기 절연층(450)의 두께가 3㎛ 초과인 경우에는, 터치 윈도우의 두께가 증가할 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)은 상기 커버 기판(500)의 상기 비유효 영역(UA) 상에 배치될 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)은 상기 인쇄층(510) 상에 배치될 수 있다. 상기 배선 전극(460, 470)은 상기 감지 전극(410, 420)과 연결되며, 상기 커버 기판(500) 상에 배치되는 상기 인쇄층(510) 상에 배치될 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)은 제 1 배선 전극(460) 및 제 2 배선 전극(470)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 배선 전극은 상기 제 1 감지 전극(410)과 연결되는 제 1 배선 전극(460) 및 상기 제 2 감지 전극(420)과 연결되는 제 2 배선 전극(470)을 포함할 수 있다.

상기 제 1 배선 전극(460) 및 상기 제 2 배선 전극(470)의 일단은 상기 감지 전극(410, 420)과 연결되고, 타단은 상기 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 배선 전극(460, 470)은 앞서 설명한 상기 감지 전극과 동일 또는 유사한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 배선 전극(460, 470)은 앞서 설명한 상기 감지 전극(410, 420)과 같이 메쉬 형상을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 감지 전극과 상기 배선전극을 동일 물질로 한번에 패터닝할 수 있다. 예를 들어, 상기 배선 전극(460, 470)이 메쉬 형상을 포함하는 경우에는, 외부의 충격으로부터 강하기 때문에 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 배선 전극(460, 470)이 메쉬 형상을 포함하는 경우에는, 플렉서블 및 벤딩 특성이 향상될 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)의 두께는 상기 감지 전극(410, 420)과 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 배선 전극(460, 470)의 두께는 상기 감지 전극(410, 420)의 두께보다 클 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)의 두께는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 배선 전극(460, 470)의 두께는 2㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 배선 전극(460, 470)의 두께는 2㎛ 내지 4㎛일 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)의 두께가 1㎛ 미만인 경우에는, 전극의 저항이 증가함에 따른 동작 불량이 발생할 수 있고, 이에 따라, 터치 윈도우의 신뢰성이 저하될 수 있다. 상기 배선 전극(460, 470)의 두께가 5㎛ 초과인 경우에는, 터치 윈도우의 두께가 증가할 수 있다.

상기 배선 전극(460, 470)은 상기 감지 전극(410, 420)으로부터 감지되는 터치 신호를 전달받고, 상기 터치 신호는 상기 배선 전극(460, 470)을 통해 상기 배선 전극(500)과 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판에 실장된 구동칩으로 전달될 수 있다.

상기 인쇄회로기판에는 구동칩이 실장될 수 있다. 자세하게, 상기 구동칩은 상기 감지 전극으로부터 감지되는 터치 신호를 상기 배선 전극으로부터 전달받아 터치 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.

도 11을 참조하여, 터치 디바이스의 지문센싱 영역을 상세하게 설명한다. 상기 커버 기판(500)은 지문 센싱영역(FA)을 포함할 수 있다. 상기 지문센싱 영역(FA)은 손가락의 지문 등을 인식하는 영역일 수 있다. 자세하게, 상기 지문센싱 영역(FA)은 광학식 지문인식을 위한 영역일 수 있다.

상기 지문센싱 영역(FA)의 위치는 상기 유효 영역(AA)의 위치와 중첩될 수 있다. 즉, 상기 지문센싱영역(FA)은 상기 유효 영역(AA)의 일 영역일 수 있다. 자세하게, 상기 지문센싱영역(FA)은 상기 유효 영역(AA) 상에 부분적으로 위치할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 터치 디바이스는 비유효영역(AA)의 홈 버튼부에서 지문인식이 수행되지 않을 수 있어, 지문인식을 위해 홈 버튼의 크기 내지 베젤부의 크기가 커지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학식 지문센싱이 가능한 터치 디바이스는 비유효영역(AA)을 축소할 수 있다.

또한, 상기 지문센싱영역(FA)의 면적은 상기 커버 기판(500)의 면적보다 작을 수 있다. 상기 지문센싱영역(FA)의 면적은 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(300)의 크기 또는 개수에 따라 다양한 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 지문센싱영역(FA)의 면적은 상기 커버 기판(500) 전체 면적에 대해 약 70% 이하의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 지문센싱영역(FA)의 면적은 상기 커버 기판(500) 전체 면적에 대해 약 30% 이하의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 지문센싱영역(FA)의 면적은 상기 커버 기판(500) 전체 면적에 대해 10% 이하의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 지문센싱영역(FA)의 면적은 상기 커버 기판(500) 전체 면적에 대해 약 0.5% 내지 약 5% 크기를 가질 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학식 지문센싱이 가능한 터치 디바이스는 다양한 영역 또는 다양한 위치에 지문센싱영역의 배치할 수 있어, 사용자의 편의성이 향상된 제품을 제공할 수 있다.

상기 지문센싱영역(FA)의 위치는 상기 유효 영역(AA)의 범위 내에서, 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(300)의 위치에 따라 다양한 영역에 위치할 수 있다.

예를 들어, 도 12를 참조하면, 터치 디바이스의 케이스를 구성하는 하우징(H)에 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(300)가 실장될 수 있다.

상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(300)는 유효 영역(AA)의 가운데 영역과 외곽 영역의 사이에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 지문센싱영역(FA)의 위치는 상기 유효 영역(AA)의 중앙 영역과 외곽 영역의 사이에 위치할 수 있다.

도 13을 참조하면, 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(300)는 유효 영역(AA)의 가운데 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 지문센싱영역(FA)의 위치는 상기 유효 영역(AA)의 중앙 영역에 위치할 수 있다.

도 14를 참조하면, 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 광 센서(300)는 유효 영역(AA)의 외곽 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 지문센싱영역(FA)의 위치는 상기 유효 영역(AA)의 에지 영역에 위치할 수 있다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 디스플레이가 가능한 화면 영역, 즉 유효 영역(AA)은 터치 인식이 가능한 영역과 대응될 수 있다. 유효 영역(AA)에는 상기 지문센싱 영역(FA)이 포함될 수 있다. 또한, 터치센싱 영역에는 상기 지문센싱 영역(FA)이 포함될 수 있다. 따라서, 상기 지문센싱 영역(FA)에는 상기 커버 기판(500), 상기 터치 전극층(400), 상기 자발광 소자(100), 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 손가락의 터치센싱 영역에서, 광학식 지문센싱이 가능할 수 있다. 한편, 터치센싱과 지문센싱의 작동은 소프트웨어를 통해 제어될 수 있으며, 지문센싱의 입력 위치는 소프트웨어를 통해 사용자가에게 표시될 수 있다.

도 14를 참조하면, 상기 유효 영역(AA)은 터치센싱 영역(SA)보다 클 수 있다. 상기 유효 영역(AA)은 지문센싱 영역(FA)을 포함할 수 있다. 한편, 터치센싱 영역(SA)은 상기 지문센싱 영역(FA)을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 지문센싱 영역(FA)에는 상기 커버 기판(500), 상기 자발광 소자(100), 상기 마이크로렌즈 어레이(200) 및 상기 광 센서(310)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 터치 전극층(400)과 상기 마이크로렌즈 어레이(200)는 상, 하로 중첩되지 않을 수 있다. 또한, 상기 터치 전극층(400)과 상기 광 센서(310)는 상, 하로 중첩되지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 터치 전극층(400)의 평면적은 상기 커버 기판(500) 및 상기 자발광 소자(100) 중 어느 하나의 평면적보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 커버 기판(500) 및 상기 자발광 소자(100)의 사이에 배치되는 상기 터치 전극층(400)의 일 측면은 캐비티를 포함할 수 있다. 이때, 상기 캐비티 영역과 대응되는 영역은 지문센싱 영역(FA)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 실시예는 상기 터치 영역 이외의 영역 유효 영역에서 지문 센싱이 가능할 수 있다.

도 15를 참조하면, 실시예에 따른 터치 디바이스는 표시 패널 상에 배치되는 터치 윈도우를 포함할 수 있다. 이때, 표시 패널(101, 100, 102)의 광은 디스플레이를 보일 수 있게 함과 동시에, 지문 센싱이 가능하게 하는 광원으로 활용될 수 있어, 광학식 지문인식 센서를 구비한 터치 디바이스의 전체적인 두께가 감소될 수 있다. 이에 따라, 터치 디바이스의 배터리 공간을 확대할 수 있다.

상기 터치 디바이스는 상기 커버 기판(500)과 상기 표시 패널(101, 100, 102)이 결합되어 형성될 수 있다. 상기 커버 기판(500)과 상기 표시 패널(101, 100, 102)은 접착층(800)을 통해 서로 접착될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 기판(500)과 상기 표시 패널(101, 100, 102)은 광학용 투명 접착제(OCA, OCR)를 포함하는 접착층(800)을 통해 서로 합지될 수 있다.

상기 표시 패널(101, 100, 102)은 제 1' 기판(101) 및 제 2' 기판(102)을 포함할 수 있다.

상기 표시 패널이 유기전계발광표시패널일 수 있다. 상기 표시 패널은 별도의 광원이 필요하지 않은 자발광 소자를 포함할 수 있다. 즉, 상기 표시 패널은 유기발광다이오드를 포함할 수 있다.

상기 표시 패널은 제 1' 기판(101) 상에 박막트랜지스터가 형성되고, 상기 박막트랜지스터와 접촉하는 유기발광소자가 형성된다. 상기 유기발광소자는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 형성된 유기발광층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기발광소자 상에 인캡슐레이션을 위한 봉지 기판 역할을 하는 제 2' 기판(102)을 더 포함할 수 있다.

도 16을 참조하면, 실시예에 따른 터치 디바이스는 표시 패널과 일체로 형성된 터치 윈도우를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 감지 전극을 지지하는 기판이 생략될 수 있다.

자세하게는, 상기 표시 패널의 적어도 일면에 적어도 하나의 감지 전극이 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1' 기판(101) 또는 상기 제 2' 기판(102)의 적어도 일면에 적어도 하나의 감지 전극이 형성될 수 있다.

이때, 상부에 배치된 기판의 상면에 적어도 하나의 감지 전극이 형성될 수 있다.

자세하게, 상기 커버 기판(500)의 일면에 제 1 감지 전극(410)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1 감지 전극(410)과 연결되는 제 1 배선이 배치될 수 있다. 또한, 상기 표시 패널의 일면에 제 2 감지 전극(420)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 감지 전극(420)과 연결되는 제 2 배선이 배치될 수 있다.

상기 커버 기판(500)과 상기 표시 패널 사이에는 접착층(800)이 배치되어, 상기 기판과 상기 표시 패널은 서로 합지될 수 있다.

또한, 상기 커버 기판(500) 하부에 편광판을 더 포함할 수 있다. 상기 편광판은 외광 반사 방지 편광판 일 수 있다. 즉, 실시예에 따른 터치 디바이스는 감지 전극을 지지하는 적어도 하나의 기판을 생략할 수 있다. 이로 인해, 두께가 얇고 가벼운 터치 디바이스를 형성할 수 있다.

도 17을 참조하면, 실시예에 따른 터치 디바이스는 표시 패널(101, 102)과 일체로 형성된 터치 윈도우를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 감지 전극을 지지하는 기판이 생략될 수 있다.

예를 들어, 유효 영역에 배치되어 터치를 감지하는 센서 역할을 하는 감지 전극과 상기 감지 전극으로 전기적 신호를 인가하는 배선이 상기 표시 패널의 내측에 형성될 수 있다. 자세하게, 적어도 하나의 감지 전극 또는 적어도 하나의 배선이 상기 표시 패널의 내측에 형성될 수 있다.

상기 표시 패널은 제 1' 기판(101) 및 제 2' 기판(102)을 포함한다. 이때, 상기 제 1' 기판(101) 및 제 2' 기판(102)의 사이에 제 1 감지 전극(410) 및 제 2 감지 전극(420) 중 적어도 하나의 감지 전극이 배치된다. 즉, 상기 제 1' 기판(101) 또는 상기 제 2' 기판(102)의 적어도 일면에 적어도 하나의 감지 전극이 배치될 수 있다.

자세하게, 상기 커버 기판(500)의 일면에 제 1 감지 전극(410)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1 감지 전극(410)과 연결되는 제 1 배선이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1' 기판(101) 및 제 2' 기판(102) 사이에 제 2 감지 전극(420) 및 제 2 배선이 형성될 수 있다. 즉, 표시 패널의 내측에 제 2 감지 전극(420) 및 제 2 배선이 배치되고, 표시 패널의 외측에 제 1 감지 전극(410) 및 제 1 배선이 배치될 수 있다.

상기 제 2 감지 전극(420) 및 제 2 배선은 상기 제 1' 기판(101)의 상면 또는 상기 제 2' 기판(102)의 배면에 배치될 수 있다.

상기 제 2 감지 전극(420)이 제 1' 기판(101)의 상면에 형성되는 경우, 상기 제 2 감지 전극은 박막트랜지스터 또는 유기발광소자와 함께 형성될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 터치 디바이스는 감지 전극을 지지하는 적어도 하나의 기판을 생략할 수 있다. 이로 인해, 두께가 얇고 가벼운 터치 디바이스를 형성할 수 있다. 또한, 표시 패널에 형성되는 소자와 함께 감지 전극 및 배선을 형성하여 공정을 단순화 하고, 비용을 절감할 수 있다.

도 18은 광 신호에 의해 지문센싱 측정이 가능한 웨어러블 디바이스에 관한 것이다. 예를 들어, 실시예에 따른 광학식 지문센싱 모듈은 스마트 워치의 화면 영역의 일 영역에 지문 센싱영역(FA)을 포함할 수 있어, 터치 기능이 구현됨과 동시에 지문 센싱이 가능할 수 있다.

실시예들에 따른 광학식 지문센싱 장치는 잠금 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에 따른 지문 센서는 전자 제품 등에 적용되어 잠금장치로서 적용될 수 있다.

자세하게, 도 19 에 도시되어 있듯이, 실시예들에 따른 지문 센서는 도어락 에 결합되어 도어락의 잠금 장치로 적용될 수 있다.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 광을 방출하는 자발광 소자;
   상기 자발광 소자의 하부에 배치되는 마이크로렌즈 어레이; 및
   상기 마이크로렌즈 어레이의 하부에 배치되고, 광을 수광하는 광 센서를 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈 어레이는 렌즈 및 렌즈 지지부를 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 렌즈의 직경은 50㎛ 내지 1000㎛인 것을 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 자발광 소자, 상기 마이크로렌즈 어레이 및 상기 광 센서의 전체 두께는 1㎜ 이하인 것을 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 이미지 센서의 이격 거리는 500㎛ 이하인 것을 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈 어레이는 서로 이격된 복수 개의 렌즈를 포함하고,
   상기 렌즈의 개수는 상기 광 센서 상에 전달되는 수광 영역의 개수와 대응되는 것을 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 이미지 센서의 측면에 배치되는 지지부를 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 자발광 소자는 양극, 음극 및 유기 발광층을 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈 어레이의 평면적은 상기 광 센서의 평면적 이상인 것을 포함하는 광학식 지문센싱 장치.
10. 유효 영역, 광학식 지문인식을 위한 지문센싱 영역 및 비유효 영역을 포함하는 커버 기판;
    상기 커버 기판의 상에 배치되는 터치 전극층;
    상기 터치 전극층 상에 배치되는 자발광 소자;
    상기 자발광 소자 상에 배치되고, 상기 지문센싱 영역에 배치되는 마이크로렌즈 어레이; 및
    상기 마이크로렌즈 어레이 상의 상기 지문센싱 영역에 배치되는 광 센서를 포함하는 터치 디바이스.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 지문센싱 영역은 상기 유효 영역의 일 영역인 것을 포함하는 터치 디바이스.

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