KR20190017686A - 화상 센서를 구비하는 디스플레이 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 및 제2 디스플레이 부분 화소들을 포함하는 디스플레이 화면을 구비하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 각 제1 디스플레이 부분 화소는 제1 방사광을 방출하는 제1 발광 소자를 가지며 제1 유색 필터와 제1 도전 트랙들로 덮여있다. 각 제2 디스플레이 부분 화소는 제2 방사광을 방출하는 제2 발광 소자를 가지며 제2 유색 필터와 제2 도전 트랙들로 덮여있다. 이 디스플레이 시스템은 제1 또는 제2 방사광 또는 제3 방사광을 검출하는 화상 센서를 더 포함한다. 제1 디스플레이 부분 화소는 제1 방사광과 제2 방사광을 흡수하며 제1 도전 트랙들을 덮는 제1 부재들을 포함한다. 제1 흡수 부재 및/또는 제1 유색 필터는 제1, 제2, 또는 제3 방사광을 위한 적층 방향을 따른 제1 통로를 구획한다.

Description

화상 센서를 구비하는 디스플레이 시스템{DISPLAY SYSTEM COMPRISING AN IMAGE SENSOR}
본원은 프랑스특허출원 제FR17/57670호에 대한 우선권을 주장하는 바, 그 내용은 법이 허용하는 최대 범위까지 그 전체로서 본원에 참고로 포함되어 있다.
본 발명은 디스플레이 및 검출 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 화상 센서를 구비하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
어떤 응용분야에서는, 디스플레이 화면에 통합된 지문 센서로 사용자의 지문을 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 지문 센서가 구비된 디스플레이 화면(display screen)이 휴대폰에 구비될 수 있다. 디스플레이 화면과, 지문 센서를 형성할 수 있는 광학적 화상 센서를 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템이 존재한다. 미국특허 제9570002호는 디스플레이 화면과 적외선 화상 센서를 구비한 이러한 디스플레이 및 검출 시스템을 기재하고 있다.
대부분의 디스플레이 화면은 부분적으로 반사성이어서, 필요하다면 사용자의 안락을 위해 가능한 반사를 감쇠(attenuate)시킬 필요가 있다. 이에 따라 이러한 디스플레이 화면은 일반적으로 반사방지 시스템(antireflection system)을 구비한다. 반사방지 시스템의 예를 도 1과 관련하여 살피기로 한다.
도 1은 반사방지 시스템(3)으로 덮인 부분 반사성 디스플레이 화면(1)의 개략 분해도이다.
반사방지 시스템(3)은 디스플레이 화면(1)의 전방에 위치한다. 반사방지 시스템(3)은 선형 편광판(rectilinear polarizer; 5)과 1/4파장 편향판(quarter-wave plate; 7)을 구비한다. 1/4파장 편향판(7)은 선형 편광판(5)과 디스플레이 화면(1) 사이에 위치한다. 1/4파장 편향판(7)의 축은 선형 편광판(5)의 축에 대해 45도 방향을 향한다.
반사방지 시스템은 다음과 같이 작동된다. 입사된 편광되지 않은 광빔(light beam)(Ri)은 먼저 선형 편광판(5)을 통과하여 선형 편광된 광빔(R1)이 된다. 이어서 1/4파장 편향판(7)은 광빔(R1)을 오른쪽 또는 왼쪽으로 원형 편광(circular polarization)된 광빔(R2)으로 변환시킨다. 광빔(R2)은 디스플레이 화면(1)에 의해 부분적으로 반사되어 반사 광빔(reflected light beam)(R3)이 된다. 반사 광빔(R3)은 광빔(R2)의 방향에 반비례하여 원형 편광, 즉 오른쪽 또는 왼쪽 편향을 가진다. 이어서 1/4파장 편향판(7)은 광빔(R3)을 선형 편광된 광빔(R4)으로 변환한다. 그러면 광빔(R4)의 편광 방향은 광빔(R1)의 방향에 직교한다. 이에 따라 편광판(5)은 광빔(R4)의 통과를 차단(prevent)한다.
특히 지문을 감지하기 위한 광학적 화상 센서(optical image sensor)를 구비하는, 반사방지 시스템을 가지는 디스플레이 시스템을 구성하면 바람직할 것이다.
이에 따라, (본 발명의) 한 실시예는 적층 방향(stacking direction)을 따르는 층들의 적층(stack of layers)과 제1 및 제2 디스플레이 부분 화소(sub-pixel)들을 포함하는 디스플레이 화면(display screen)을 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템을 제공하는데, 각 제1 디스플레이 부분 화소는 제1 방사광(radiation)를 방출할 수 있으며 제1 유색 필터(colored filter)와 제1 도전 트랙(electrically-conductive track)들로 덮인 제1 발광 소자(light-emitting component)를 가지며, 제2 디스플레이 부분 화소는 제2 방사광을 방출할 수 있으며 제2 유색 필터와 제2 도전 트랙들로 덮인 제2 발광 소자를 가지고, 제1 유색 필터는 제1 방사광을 통과시키고 제2 방사광을 차단할 수 있으며, 제2 유색 필터는 제2 방사광을 통과시키고 제1 방사광을 차단할 수 있고, 디스플레이 및 검출 시스템이, 디스플레이 화면으로 덮이고 제1 방사광, 제2 방사광, 또는 제3 방사를 검출할 수 있는 화상 센서(image sensor)를 더 구비하며, 제1 도전 트랙이 제1 방사광 및 제2 방사광을 흡수하거나 또는 제1 방사광 및 제2 방사광에 대해 투명한 재질로 구성되거나 또는 적어도 제1 디스플레이 부분 화소가 제1 방사광 및 제2 방사광을 흡수하며 제1 도전 트랙을 덮는 제1 부재(element)를 포함하고, 여기서 각 제1 디스플레이 부분 화소에서 제1 흡수 부재와, 제1 유색 필터와, 및/또는 제1 도전 트랙들이 제1 방사광, 제2 방사광, 또는 제3 방사의 적층 방향에 따른 적어도 하나의 제1 통로(passageway)를 구획(delimit)한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 각 제1 디스플레이 부분 화소에서 제1 부분 화소의 전체 표면 영역이 제1 흡수 부재와 제1 유색 필터로 덮인다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 디스플레이 및 검출 시스템은 제1 흡수 부재와 제1 도전 트랙들 사이에 위치한 적어도 하나의 유전층(dielectric layer)을 구비한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 제1 흡수 부재는 제1 도전 트랙들과 접촉하고 있다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 화상 센서가 제1 방사광을 검출할 수 있고 제1 흡수 부재들이 제1 방사광을 통과시키고 제1 방사광을 차단할 수 있는 제3 유색 필터를 구비한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 화상 센서가 제3 방사를 검출할 수 있고 제1 흡수 부재가 제3 방사를 통과시키며 제1 및 제2 방사광을 차단할 수 있는 제4 유색 필터를 구비한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 제1 부재는 제3 방사를 흡수한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 제2 디스플레이 부분 화소들은 제1 방사광 및 제2 방사광을 흡수하며 제2 도전 트랙을 덮는 제2 부재를 구비한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 제1 흡수 부재 및/또는 제2 유색 필터는 제2 방사광을 위한 적어도 하나의 제2 통로를 구획한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 제2 통로는 제2 방사광을 통과시킬 수 있는 제5 유색 필터로 덮인다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 디스플레이 및 검출 시스템은 입사각 필터(angular filter)의 표면에 직교하는 방향에 대해 임계값(threshold)보다 큰 입사각(incidence)을 가지는 입사광(incident ray)들을 차단하고 (입사각 필터의) 표면에 직교하는 방향에 대해 임계값보다 작은 입사각을 가지는 적어도 어떤 입사광들을 통과시킬 수 있는 입사각 필터를 더 구비한다.
(본 발명의) 한 실시예에 따르면, 제1 흡수 부재가 입사각 필터(angular filter)를 형성한다.
(이하에서) 이상의 것 및 다른 특징과 이점들을 첨부된 도면들과 연계된 특정한 실시예들의 비제한적인 설명으로 상세히 설명할 것이다.
전술한 도 1은 (종래의) 반사방지 시스템을 도시하고;
도 2는 (종래의) 디스플레이 및 검출 시스템의 개략도; 그리고
도 3 내지 11은 디스플레이 화면과 화상 센서를 구비하는 (본 발명) 디스플레이 및 검출 시스템의 한 실시예들의 개략 부분 단면도들이다.
다른 도면들에서 동일한 부재들은 동일한 참조번호로 지시되어 있다. 간결성을 위해 기재된 실시예들의 이해에 도움이 되는 단계 및 부재들만이 도시되어 상세히 설명된다.
이하의 설명에서, “뒤(rear)", “꼭대기(top)", "바닥(bottom)" 등의 상대 위치를 규정하는 용어를 언급할 때는 도면들에서의 방향을 지칭한다. 이 명세서에 사용된 "약(approximately)"이라는 용어는 해당 값의 플러스/마이너스 10%, 바람직하기로 플러스/마이너스 5%의 공차(tolerance)를 지칭한다.
이하의 설명에서, "가시광(visible light)"은 400 nm 내지 700 nm 범위의 파장을 가지는 전자기 방사(electromagnetic radiation)를 지칭하고 "적외선 방사(infrared radiation)"는 700 nm 내지 10 μm 범위의 파장을 가지는 전자기 방사를 지칭한다. 또한 “방사를 흡수하는 부재(element absorbing a radiation)" 또는 "방사를 흡수하는 재질로 구성된 부재(element made of a material absorbing a radiation)"는 상기 방사의 적어도 90%, 바람직하기로 적어도 95%를 흡수하는 부재를 의미한다.
화상(image)의 화소(pixel)는 디스플레이 화면(display screen)에 디스플레이되는 화상의 단위 부재(unit element)에 대응한다. 디스플레이 화면이 칼라 화상 디스플레이 화면일 때, 각 화상 화소를 디스플레이하기 위해서는 디스플레이 부분화소(sub-pixel)로도 지칭되는 적어도 세 발광(emission) 및/또는 광도 조절 소자(light intensity regulation component)가 필요한데, 이들은 각각 거의 (예를 들어 적, 녹, 또는 청의) 단일 색으로 방사광(light radiation)을 방출한다. 세 디스플레이 부분 화소들에 의해 방출된 방사광들의 중첩(superposition)이 관찰자에게 디스플레이되는 화상의 화소에 대응하는 색감(colored sensation)을 제공한다. 이 경우, 화상의 화소를 디스플레이하는 데 사용되는 세 디스플레이 부분 화소들로 구성되는 조립체(assembly)가 디스플레이 화면의 디스플레이 화소로 지칭된다.
도 2는 화상을 디스플레이하고 예를 들어 지문 등의 화상을 검출할 수 있는 디스플레이 및 검출 시스템(10)의 개략도이다.
디스플레이 및 검출 시스템(10)은 디스플레이 화면(12)을 구비한다. 디스플레이 화면(12)은 예를 들어:
예를 들어 폴리머 또는 유리로 구성된 투명 또는 부분적으로 투명한 기판(substrate; 14)과;
기판(14) 상에 안착되어 이와 접촉하는 발광층(light-emitting layer; 16)과; 그리고
발광층(16) 상에 안착되어 이와 접촉하는, 예를 들어 폴리머, 무기층(inorganic layer; SiNx, SiOx, Al2O3), 또는 유기 및 무기 층의 복층(multilayer)으로 구성된 투명 또는 부분적으로 투명한 보호층(encapsulation layer; 18)을
순차적으로 구비하는 적층(stack)으로 구성된다.
기판(14)과 보호층(18)은 가시광과 적외선 방사에 대해 투명 또는 부분적으로 투명하다.
발광층(16)은 디스플레이 화소들의 어레이(array)를 구비한다. 각 디스플레이 화소는 발광 소자(light-emitting component)로도 지칭되는 전자기 방사(electromagnetic radiation)를 방출할 수 있는 광전자 소자를 구비한다. 발광 소자는 예를 들어 발광다이오드, 특히 유기 발광다이오드(organic light-emitting diode; OLED)가 된다. 디스플레이 화소들은 도전 트랙(electrically-conductive track)들과 디스플레이 화소들을 선택하도록 할 수 있는 스위칭 부재, 특히 트랜지스터(도시 안 됨)들을 더 구비한다.
디스플레이 및 검출 시스템(10)은 도 1에 관련하여 설명한 방식의 반사방지 시스템(antireflection system; 20)을 더 구비한다. 이는 선형 편광판(rectilinear polarizer; 5)과 1/4파장 편향판(quarter-wave plate; 7)을 도시한다. 반사방지 시스템(20)은 디스플레이 화면(12) 위에 배치되어 이와 접촉하는데, 즉 1/4파장 편향판(7)이 디스플레이 화면(12)의 보호층(18) 상에 안착되어 이에 접촉한다.
디스플레이 및 검출 시스템(10)은 화상 센서(22)를 더 구비한다. 예를 들어, 화상 센서(22)는 디스플레이 화면(12) 밑에 위치, 즉 디스플레이 화면(12)의 기판(14)이 화상 센서(22) 상에 안착되어 이에 접촉한다. 화상 센서(22)는 광센서 또는 광검출기들의 어레이를 구비한다. 광검출기들은 입사광(incident radiation)이 디스플레이 화면(12)을 통과한 뒤 이에 도달하도록 배치된다. 예를 들어, 광검출기들은 디스플레이 화면을 통과한 방사광(light radiation)을 수신하도록 발광층(16)의 발광 소자(light-emitting component)들 간의 간극(interstice)들의 높이(level)에 위치된다. 광검출기들은 투명 보호 피복(도시 안 됨)으로 덮일 수 있다. 화상 센서(22)는 도전 트랙(conductive track)들과, 광검출기들을 선택할 수 있도록 하는 특히 트랜지스터(도시 안 됨) 등의 스위칭 부재(switching element)들을 더 구비한다. 광검출기들은 유기 재료로 구성될 수 있다. 광검출기는 유기 광다이오드(organic photo-diodes; OPD) 또는 유기 포토레지스터(organic photoresistor)가 될 수 있다. 디스플레이 및 검출 시스템(10)은 예를 들어 마이크로프로세서를 포함하는 화상 센서(22)에서 공급된 신호들을 처리하는 수단(도시 안 됨)과, 디스플레이 화면(12)을 제어하는 수단(도시 안 됨)을 더 구비한다.
예를 들어, 화상 센서(22)는 사용자의 적어도 하나의 손가락의 지문을 검출하는 데 사용될 수 있다. 바람직하기로, 화상 센서(22)는 사용자의 복수의 손가락들의 지문들을 동시에 검출하는 데 사용될 수 있다. (본 발명의) 한 실시예에 따르면, 화상 센서(22)는 터치면(touch surface)의 역할을 하는데, 디스플레이 및 검출 시스템(10) 상의 객체(object) 또는 부재(member)의 위치가 광검출기들에 의해 결정된다. 이어서 디스플레이 및 검출 시스템(10)은 터치면 상에 손가락 또는 손을 간단히 밂으로써 제어 가능한 대화형 사용자 인터페이스(interactive user interface)로 사용될 수 있다. 이러한 대화형 사용자 인터페이스는 특히 휴대폰, 컴퓨터, 텔레비전, 자동차, 자동 발권 장치(automated ticketing machine), 산업 설비, 의료 설비 등을 제어하는 데 사용될 수 있다.
디스플레이 및 검출 시스템(10)은 반사방지 시스템(20) 상에 안착되어 이에 접촉하는 투명 보호 피복(protection coating; 24)을 더 구비한다. 이 피복은 가시광과 적외선 방사에 대해 투명하다. 보호 피복(24)은 예를 들어 유리판 또는 폴리머로 구성된 투명층이다.
제1 작동 모드에 따르면, 예를 들어 손가락 등의 객체 또는 부재는 디스플레이 및 검출 시스템 외부의 광원(source)에 의해 조명될 수 있는데, 이는 객체 또는 부재를 통과하거나 이에 반사되는 방사광(radiation)을 방출한다. 그러면 객체 또는 부재는 (아직) 편광되지 않은 방사광을 화상 센서(22)의 광검출기들을 향해 방출한다. 이러한 편광되지 않은 방사광은 편광판(5)을 통과하며 광도(intensity)의 50%를 상실한다.
제2 작동 모드에 따르면, 객체 또는 부재는 외부 광원에 의해 조명되지 않는다. 이는 디스플레이 화면(12)의 발광층(16)에 의해 방출된 (아직) 편광되지 않은 방사광에 의해 조명된다. 이 방사광은 편광판(5)을 통해 편광되고 광도의 일부를 상실한다. 이 방사광은 객체 또는 부재 상에 입사되어 반사된다. 반사된 방사광은 (다시) 편광판(5)을 통과하며 그 광도의 일부를 다시 상실한다.
이와 같이, 이러한 표시 및 검출 시스템(10)의 단점은 반사방지 시스템(20)의 편광판(5)이 화상 센서(22) 상의 객체 또는 부재의 화상의 휘도(luminosity)를 저하시킨다는 것이다.
본 발명자들은 사용자에 관찰되는 대부분의 반사가 디스플레이 및 검출 시스템(10)의 금속 부재들, 특히 디스플레이 화면(12)을 제어하기 위한 금속 트랙들 또는 거기에 형성된 디스플레이 화면(12)의 발광 소자들의 활성 영역들을 가지는 전극들 상의 외부 광(external radiation)의 반사에 기인한다는 것을 밝혀냈다. 본 발명자들은 또한 반사방지 시스템으로 사용되는 편광판의 층이 손가락으로부터 반송되는 신호를 크게 감쇠시키므로 지문의 검출을 어렵게 할 수 있다는 것도 밝혀냈다. 이에 따라 반사방지 기능을 보장하면서 특히 지문 검출을 위한 화상 센서의 유용한 신호를 통과시킬 수 있는 대안의 발견에 대한 요구가 있다.
도 3은 예를 들어 지문 등의 화상을 검출할 수 있는 디스플레이 및 검출 시스템(30)의 한 실시예의 개략 부분 단면도이다.
디스플레이 및 검출 시스템(30)은 반사방지 시스템(20)이 존재하지 않는다는 차이를 제외하고는 도 2에 도시된 디스플레이 및 검출 시스템(10)의 모든 부재들을 구비한다.
도 3은 추가적으로:
- 화상 센서(22)와 디스플레이 화면(12) 간의 접착층(adhesive layer; 32)과;
- 투명층(24)과 디스플레이 화면(12) 간의 접착층(33)과;
- 화상 센서(22)의 측부에 위치한 기판(14)의 표면을 덮는 배면 보호층(rear encapsulation layer; 34)을
더 도시한다.
터치 패드(touch pad; 도시 안 됨)로도 지칭되는 터치면(touch surface)이 디스플레이 화면(12)과 투명층(24) 사이에 구비될 수 있다.
배면 보호층(34)은 예를 들어 대략 100 μm의 두께를 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 층이 될 수 있다. 기판(14)은 예를 들어 대략 10 μm의 두께를 가지는 폴리아미드(polyamide) 층이 될 수 있다.
도 3과 이후의 도면들에서, 층 24 및 33이 디스플레이 화면(12)에서 이격된 것으로 도시되었지만 층 33은 실제 디스플레이 화면(12)과 접촉한다.
도 3은 한 발광다이오드(light-emitting diode; LED)와 두 전계효과 트랜지스터(field-effect transistor; T1, T2)들을 구비하는 한 디스플레이 부분 화소(Pix)를 개략적으로 도시한다. 트랜지스터(T1, T2)는 유기(organic) 트랜지스터 또는 예를 들어 비정질(amorphous) 실리콘(aSi), 특히 인듐갈륨아연 산화물(indium gallium zinc oxide; IGZO) 등의 금속 산화물, 또는 특히 저온 폴리실리콘(low-temperature polysilicon; LTPS) 등의 폴리실리콘으로 구성된 무기 트랜지스터이다.
각 디스플레이 부분 화소(Pix)에서 디스플레이 화면(12)의 발광층(light-emitting layer; 16)은 도 3의 바닥부터 위로 다음 층들의 적층(stack)을 구비하는데:
기판(14) 상에 안착되어 기판(14)과 접촉하는, 버퍼 층(buffer layer)으로도 지칭되는 인터페이스 층(interface layer; 36)과;
예를 들어 금속으로 구성되어 트랜지스터(T1, T2)들의 게이트(gate)들을 형성하는 도전 트랙(electrically-conductive track; 38)들과;
도전 트랙(38)들과 인터페이스 층(36)의 도전 트랙(38)이 덮이지 않은 부분을 덮는 유전층(dielectric layer; 40)과;
특히 비정질 실리콘(aSi), 특히 IGZO 등의 금속 산화물, 또는 특히 LTPS 등의 폴리실리콘으로 구성되어, 트랜지스터(T1, T2)들의 채널 영역들이 형성되는 유전층(40)에 안착되는 유기 또는 무기 반도체 영역(42)으로, 도전 트랙(38)과 반도체 영역(42) 사이에 위치한 유전층(40)의 일부가 트랜지스터(T1, T2)의 게이트 절연체(insulator)를 형성하는 반도체 영역(42)과;
유전층(40) 상에 안착되고 (반도체) 영역과 접촉하여 특히 트랜지스터(T1, T2)들의 소스(source) 및 드레인(drain) 접점(contact)들을 형성하는 도전 트랙(44)과;
트랜지스터(T1, T2)들과 트랜지스터(T1, T2)들 옆의 유전층(40)을 덮는 유전층(46)과;
유전층(46) 위와 유전층(46) 내로 연장되어 도전 트랙(44)들 중의 하나와 접촉하게 되는 발광다이오드(LED)의 전극(48)으로, 예를 들어 양극(anode) 역할을 하는 전극(48)과;
유전층(46)을 덮으며 전극(48)을 덮지 않거나 부분적으로만 덮어 발광다이오드들을 서로 절연시킬 수 있는 유전층(50)과;
방사광을 방출할 수 있으며 전극(48) 상에 안착되어 유전층(50)을 통해 전극(48)과 접촉하는 발광다이오드(LED)의 활성 영역(active area; 52)과; 그리고
활성 영역(52)에서 방출된 방사광에 대해 예를 들어 50% 투명도(transparency)로 부분적으로 투명하여, 화상 센서(22)에 검출된 방사광에 대해 부분적으로 투명한 광 공진기(optical cavity)를 형성하며, 유전층(50)과 활성 영역(52)을 덮어 활성 영역(52)과 접촉하는 도전층(electrically-conductive layer; 54)을
구비한다.
보호층(encapsulation layer: 18)이 도전 및 부분 투명 층(54) 상에 안착된다.
이 실시예에서, 디스플레이 화면(12)은 디스플레이 화면(12)의 층들의 적층 방향을 따라 활성 영역(52) 반대측의 보호층(18) 상에 안착되는 유색 필터(colored filter; 56)와, 디스플레이 화면(12)의 층들의 적층 방향을 따라 도전 트랙(44)의 트랜지스터(T1, T2) 반대측의 보호층(18) 상에 안착되는, 화상 센서(22)에 검출된 방사광과 관찰자가 감지 가능한(detectable) 방사광을 위한 블랙 매트릭스(black matrix)로도 지칭되는 흡수 부재(absorbing element; 58)들을 더 구비한다. 보호층(18)의 영역(60)에는 유색 필터(56)도 흡수 부재(58)도 덮이지 않는다. 영역(60)은 흡수 부재(58) 및/또는 유색 필터(56)에 의해 횡방향으로 구획(delimit)된다. 영역(60)은 디스플레이 화면(12)의 층들의 적층 방향을 따라 도전 트랙(38, 44)들과 대향(face)하지 않는다. 유색 필터(56)는 유색 수지(colored resin)로 구성될 수 있고, 흡수 부재(58)는 예를 들어 흑색 SU-8 수지 등의 흑색 수지(black resin) 또는 착색 수지(dyed resin)로 구성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 화상 센서(22)의 광검출기들은 디스플레이 화면(12)의 층들의 적층 방향을 따라 영역(60)의 반대측에 배치될 수 있다.
이 실시예에서, 유색 필터(56)의 투과성(transmittance)은 발광다이오드(LED)의 활성 영역(52)의 방출 스펙트럼(emission spectrum)과 유사하다. 이는 유색 필터(56)가 발광다이오드(LED)의 활성 영역(52)에서 방출된 빛은 거의 전체적으로 통과시키고 다른 파장의 빛들은 차단한다는 것을 의미한다.
발광다이오드(LED)의 활성 영역(52)에서 방출된 방사광(radiation; RL)은 발광 소자(LED)를 덮는 유색 필터(56)를 통과한다. 유색 필터(56)의 투과성은 발광다이오드(LED)의 방출 스펙트럼과 유사하므로 활성 영역(52)에서 방출된 방사광(RL)은 유색 필터(56)에 의해 거의 감쇠되지 않는다.
투명층(24) 전방에 객체가 존재하면, 방사광(RL)은 예를 들어 사용자의 손가락(도시 안 됨) 등의 객체에 의해 적어도 부분적으로 반사된다. 반사광(reflected radiation; RR)은, 반사광(RR)이 화상 센서(22)에 도달할 때까지 진행되는 영역(60)의 수준(level)을 제외하고는 흡수 부재(58)에 의해 흡수된다. 편광판과 1/4파장 편향판을 구비하는 반사방지 시스템(20)이 존재하지 않으므로 반사광(RR)이 화상 센서(22)로 진행하는 동안의 감쇠가 감소된다.
투명층(24)에 도달하는 외부 광(external radiation)은 흡수 부재(58)로 덮여 도전 트랙(38, 44)들에 반사되지 않고 흡수 부재(58)에 의해 흡수된다. 또한 영역(60)을 통과하는 외부 광도 반사되지 않거나 거의 반사되지 않는다. 이에 따라 반사방지 기능이 얻어진다. 유색 필터(56)에 도달한 외부 광은 특히 전극(48) 상에서 반사된다. 그러나 이 반사광이 유색 필터(56)에 의해 필터링되므로 관찰자를 향해 반사되는 반사광의 강도가 감소된다.
도 4는 디스플레이 및 검출 시스템(70)의 다른 실시예의 도 3과 유사한 단면도이다. 디스플레이 및 검출 시스템(70)은 흡수 부재(58)가 보호층(18) 대신 디스플레이 화면(12)의 적층 방향을 따라 도전 트랙(38, 44) 반대측의 유전층(46) 상에 안착된다는 차이를 제외하고는 도 3에 도시된 디스플레이 및 검출 시스템(30)의 모든 부재들을 구비한다.
변형예로서, 흡수 부재(58)가 도전 트랙(38, 44) 상에 직접 적층(deposit)될 수도 있다. 일반적으로, 흡수 부재(58)는 디스플레이 화면(12)의 층들의 적층 방향을 따라 투명층(24)과 도전 트랙(38, 44) 사이의 어떤 높이(level)의 도전 트랙(38, 44) 반대측에 적층될 수 있다.
도 5는 디스플레이 및 검출 시스템(75)의 다른 실시예의 도 3과 유사한 단면도이다. 디스플레이 및 검출 시스템(75)은 흡수 부재(58)가 보호층(180) 대신 도전 트랙(44)과 활성 영역(42) 상에 직접 안착된다는 차이를 제외하고는 도 3에 도시된 디스플레이 및 검출 시스템(30)의 모든 부재들을 구비한다.
도 6은 디스플레이 및 검출 시스템(80)의 다른 실시예의 도 3과 유사한 단면도이다. 디스플레이 및 검출 시스템(80)은 흡수 부재(58)가 존재하지 않고, 도전 트랙(38, 44)과 가능하기로 전극(48)이 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등 가시 영역(visible range)을 흡수하는 도전성 재질과, 예를 들어 인듐주석산화물(indium-tin oxide; ITO) 등의 금속 산화물 같이 가시 영역에 투명한 재질, 또는 예를 들어 100 nm 미만의 두께 등 충분히 얇은 층으로 적층되었을 때 가시 영역에 대해 투명한 금속으로 구성된다는 차이를 제외하고는 도 3에 도시된 디스플레이 및 검출 시스템(30)의 모든 부재들을 구비한다.
도 7은 디스플레이 및 검출 시스템(85)의 다른 실시예의 단면도이다. 도 7에는 세 디스플레이 부분 화소(sub-pixel)들이 도시되었는데, 한 디스플레이 부분 화소(PixG)는 녹색 광을 방출하고, 한 디스플레이 부분 화소(PixR)는 적색 광을 방출하며 한 디스플레이 부분 화소(PixB)는 청색 광을 방출한다. 이하의 설명은 화소(PixB)가 예를 들어 적색 광 또는 녹색 광 등의 임의 색상의 광을 방출하는 경우에도 역시 적용된다.
이하의 설명에서 첨자(suffix) G, R, 또는 B는 이 첨자로 지시되는 부재가 각각 디스플레이 부분 화소(PixG, PixR, 또는 PixB)에 속한다는 것을 참조하도록 첨가된다.
이 실시예에서, 각 디스플레이 부분 화소(PixG, PixR, 또는 PixB)는 흡수 부재(58G 및 58R)들이 유색 필터(56G 및 56R) 부근의 보호층(18)을 전체적으로 덮는다는 차이를 제외하고는 도 3에 도시된 구조를 가진다. 디스플레이 부분 화소(PixB)는 유색 필터(56B)가 평면에서 보아 발광다이오드(LEDG)가 차지한 것보다 더 큰 표면적, 예를 들어 디스플레이 부분 화소(PixB)의 표면적의 대략 80%보다 큰, 바람직하기로 디스플레이 부분 화소(PixB)의 표면적의 대략 90%보다 큰 표면적에 걸쳐 연장되어, 불투명한 부재(58B)들이 디스플레이 부분 화소(PixB)의 표면적의 대략 20% 미만, 바람직하기로 디스플레이 부분 화소(PixB)의 표면적의 대략 10% 미만을 덮는다는 차이를 제외하고 도 3에 도시된 구조를 가진다.
디스플레이 부분 화소(PixG 및 PixR)들에서, 발광다이오드(LEDG 및 LEDR)들에서 방출된 방사광(RLG 및 RLR)들은 유색 필터(56G 및 56R)들을 통해 전파된다. 디스플레이 부분 화소(PixG 및 PixR)들에서, 반사광(RRG 및 RRR)들은 흡수 부재(58G 및 58R)들에 의해 차단된다. 디스플레이 부분 화소(PixB)들에서, 발광다이오드(LEDB)에서 방출된 방사광(RLB)은 유색 필터(56B)를 통해 전파된다. 반사광(RRB)은 유색 필터(56B)를 통해 화상 센서(22)로 전파된다. 이와 같이 화상 센서(22)에 도달하는 방사광의 파장 필터링이 이뤄진다. 본 발명자들은 지문 검출의 응용을 위해서는 센서(22)에 도달하는 방사광의 파장 범위가 좁을 때, 특히 센서(22)에 도달하는 방사광이 청색 광일 때 지문의 화상의 더 강한 대비(contrast)가 얻어질 수 있음을 밝혀냈다.
도 8은 디스플레이 및 검출 시스템(90)의 다른 실시예의 단면도이다. 디스플레이 및 검출 시스템(90)의 디스플레이 부분 화소(PixG 및 PixR)들은 디스플레이 및 검출 시스템(85)의 디스플레이 부분 화소(PixG 및 PixR)들과 동일하다. 디스플레이 및 검출 시스템(90)의 디스플레이 부분 화소(PixB)는 도 3에 도시된 디스플레이 부분 화소(Pix)의 모든 부재들을 구비하고, 흡수 부재(58B)들로 덮이지 않은 영역(60B)에 적어도 하나의 추가적인 유색 필터(92B)를 더 구비한다. 바람직하기로, 추가적인 유색 필터(92B)는 유색 필터(52B)와 동일한 조성을 가진다. 도전 트랙(33B 및 44B)의 반사가 억제되므로 디스플레이 및 검출 시스템(90)의 디스플레이 화면(12)은 도 7에 도시된 디스플레이 및 검출 시스템(85)에 비해 향상된 대비를 가진다.
도 9는 디스플레이 및 검출 시스템(95)의 다른 실시예의 단면도이다. 디스플레이 및 검출 시스템(95)은 흡수 부재(58G, 58R 및 58B)들과 유색 필터(56B)가 유색 필터(56B)와 동일한 필터링 특성을 가지는 유색 필터(96)로 대체된다는 차이를 제외하고는 디스플레이 및 검출 시스템(85)의 모든 부재들을 구비한다. 디스플레이 부분 화소(PixG 및 PixR)들에서 반사광(RRG 및 RRB)이 유색 필터(96)로 차단되는 반면, 디스플레이 부분 화소(PixB)에서 반사광(RRB)은 유색 필터(96)를 통해 전파된다. 변형예로, 디스플레이 및 검출 시스템(95)은 디스플레이 화면(12)의 적층 방향을 따라 투명층(24)과 도전 트랙(38, 44) 사이의 어떤 높이에도 위치할 수 있는, 흡수 부재(58G, 58R, 및 58B)들과 유사한 금속 트랙 반대측의 흡수 부재들을 더 구비한다. 이는 반사방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 10은 디스플레이 및 검출 시스템(100)의 다른 실시예의 단면도이다. 디스플레이 및 검출 시스템(100)은 흡수 부재(58G, 58R 및 58B)들이 예를 들어 적외선 또는 근 적외선(near infrared) 등 발광다이오드(LEDG, LEDR, 및 LEDB)들이 방출한 방사광의 파장 범위와 다른 파장 범위의 방사광(RIF)을 통과시킬 수 있는 유색 필터(102)로 대체된다는 차이를 제외하고는 디스플레이 및 검출 시스템(85)의 모든 부재들을 구비한다. 변형예로, 디스플레이 및 검출 시스템(100)은 디스플레이 화면(12)의 적층 방향을 따라 투명층(24)과 도전 트랙(38, 44) 사이의 임의 높이에 위치할 수 있는 금속 트랙의 반대측에 흡수 부재(58G, 58R 및 58B)들과 유사한 흡수 부재들을 더 구비한다. 이는 반사방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
이 실시예에서, 디스플레이 및 검출 시스템(100)은 층(24)에 광 방사를 방출할 수 있는 광원(도시 안 됨)을 구비할 수 있는데, 그러면 층(24)은 도파관(waveguide) 역할을 하게 된다. 광원에 의해 방출된 방사광은 가시광 및/또는 적외선 방사일 수 있는데 화상 센서(22)에 의해 검출되는 파장 범위 내에 있다. 방사광은 예를 들어 층(24)의 횡방향 모서리 등 층(24)의 주변으로부터 층(24)에 주입된다. 방사광은 예를 들어 손가락 등의 객체에 부분적으로 반사되고 반사광은 화상 센서(22)에 의해 검출된다.
도 11은 디스플레이 및 검출 시스템(105)의 다른 실시예의 단면도이다. 디스플레이 및 검출 시스템(105)은 디스플레이 및 검출 시스템(95)의 모든 부재들을 구비하고, 각 디스플레이 부분 화소(PixG, PixR, 및 PixB)는 도 4에 도시된 디스플레이 부분 화소(Pix)의 실시예의 흡수 부재(58G, 58R, 및 58B)를 더 구비한다.
(이상에서) 특정한 실시예들이 설명되었다. (그러나) 당업계의 통상의 전문가들에게는 여러 가지 변형과 변경들이 이뤄질 것이다. 또한 디스플레이 및 검출 시스템은 디스플레이 화면(12)과 화상 센서(22) 사이에 배치되는 입사각 필터(angular filter)를 더 구비할 수 있다. 입사각 필터는 입사각 필터의 상면에 대한 광 방사의 입사각(incidence)에 따라 입사되는 방사광을 필터링할 수 있는데, 특히 화상 센서(22)가 입사각 필터의 상면에 직교하는 축에 대해 45° 미만, 바람직하기로 30° 미만, 더 바람직하기로 20° 미만, 더욱 바람직하기로 10° 미만의 최대 입사각보다 작은 입사각을 가지는 입사광만을 수용하도록 필터링할 수 있다. 입사각 필터는 입사각 필터의 상면에 직교하는 축에 대해 최대 입사각보다 큰 입사각을 가지는 입사광을 차단할 수 있다. 입사각 필터는 상기 방사광에 대해 불투명(opaque)한 벽들로 구획된(delimit) 구멍들의 어레이(array)를 구비할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 흡수 부재(58)는 입사각 필터(angular filter)의 역할을 할 수 있다. 이 경우 통로(60, 60B)는 입사각 필터의 구멍들을 형성한다. 디스플레이 화면(12)의 적층 방향을 따라 측정한 높이(h)는 1 μm 내지 1 mm, 바람직하기로 20 μm 내지 100 μm에서 변화될 수 있다. 디스플레이 화면(12)의 적층 방향을 따라 측정한 폭(w)은 5 μm 내지 30 μm에서 변화될 수 있고, 예를 들어 10 μm이다. 비 h/w는 1 내지 10에서 변화될 수 있다. 피치(pitch; p)는 10 μm 내지 30 μm에서 변화될 수 있고, 예를 들어 15 μm이다.
당업계에 통상의 기술을 가진 자라면 어떤 발명적 단계를 거치지 않고도 이러한 여러 실시예들과 여러 변형예들을 조합할 수 있을 것임에 유의해야 한다. 특히 도 5 및 6에 관련하여 설명한 흡수 부재(58)는 각각 도 7, 9, 10 및 11에 도시된 디스플레이 및 검출 시스템(85, 95, 100, 또는 105)에도 구현될 수 있다.
이러한 변형, 변경, 및 개선사항들은 본 명세서의 일부가 될 것을 의도한 것이며 본 발명의 요지와 범위에 포괄될 것을 의도한 것이다. 이에 따라 전술한 설명은 단지 예시이며 한정을 의도한 것이 아니다. 본 발명은 다음 청구항들로 규정된 것들과 그 등가물들로만 한정된다.

Claims (12)

  1. 적층 방향을 따라 층들의 적층을 포함하고 제1 및 제2 디스플레이 부분 화소들을 포함하는 디스플레이 화면(12)을 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템(30; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105)으로, 각 제1 디스플레이 부분 화소(Pix; PixR, PixG)가 제1 방사광(RL; RLR, RLG)를 방출할 수 있는 제1 발광 소자(LED; LEDR, LEDG)를 가지며 제1 유색 필터(56; 56R, 56G)와 제1 도전 트랙(38, 44; 38R, 44R, 38G, 44G)들로 덮이고, 각 제2 디스플레이 부분 화소(Pix; PixB)가 제2 방사광(RL; RLB)을 방출할 수 있는 제2 발광 소자(LED; LEDB)를 가지며 제2 유색 필터(56; 56B)와 제2 도전 트랙(38, 44; 38B, 44B)들로 덮이고, 제1 유색 필터(56; 56R, 56G)는 제1 방사광을 통과시키고 제2 방사광을 차단할 수 있으며, 제2 유색 필터(56; 56B)는 제2 방사광을 통과시키고 제1 방사광을 차단할 수 있으며, 디스플레이 및 검출 시스템이 디스플레이 화면으로 덮여 제1 방사광, 제2 방사광, 또는 제3 방사광(RR; RIF)을 검출할 수 있는 화상 센서(22)를 더 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템에서:
    제1 도전 트랙들이 제1 방사광 및 제2 방사광을 흡수하는 재질로 구성되거나; 또는
    제1 도전 트랙들이 제1 방사광 및 제2 방사광에 대해 투명한 재질로 구성되거나; 또는
    적어도 제1 디스플레이 부분 화소들이 제1 방사광 및 제2 방사광을 흡수하는 제1 부재(58; 58R, 58G; 96; 102)들을 가지며 제1 도전 트랙들에 덮이고; 그리고
    각 디스플레이 부분 화소와, 제1 흡수 부재들과, 제1 유색 필터 및/또는 제1 도전 트랙들이 적층 방향을 따라 제1 방사광, 제2 방사광, 또는 제3 방사광을 위한 적어도 하나의 제1 통로(60; 60B)를 구획하는
    디스플레이 및 검출 시스템.
  2. 청구항 1에서,
    각 제1 디스플레이 부분 화소(Pix; PixR, PixG)에서 제1 디스플레이 부분 화소의 전체 표면이 제1 흡수 부재(58; 58R, 58G, 58B; 96; 102)들과 제1 유색 필터(56; 56B)로 덮이는 디스플레이 및 검출 시스템.
  3. 청구항 1 또는 2에서,
    제1 흡수 부재(58; 58R, 58G, 58B; 96; 102)들과 제1 도전 트랙(38, 44; 38B, 44B)들 사이에 위치하는 적어도 하나의 유전층(18, 46)을 더 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  4. 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에서,
    제1 흡수 부재(58; 58R, 58G)들이 제1 도전 트랙(38, 44; 38B, 44B)들과 접촉하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  5. 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에서,
    화상 센서(22)가 제2 방사광을 검출할 수 있고, 제1 흡수 부재가 제2 방사광(RL; RLB)을 통과시키면서 제1 방사광(RL; RLR, RLG)을 차단할 수 있는 제3 유색 필터(96)들을 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  6. 청구항 1 내지 5 중의 어느 한 항에서,
    화상 센서(22)가 제3 방사광(RR; RRB; RIF)을 검출할 수 있고, 제1 흡수 부재가 제3 반사광(RL; RLB)을 통과시키면서 제1 및 제2 방사광(RL; RLR, RLG, RLB)을 차단할 수 있는 제4 유색필터(102)를 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  7. 청구항 6에서,
    제1 부재(58; 58R, 58G, 58B; 96)들이 제3 방사광을 흡수하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  8. 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항에서,
    제2 디스플레이 부분 화소(PixB)들이 제1 방사광 및 제2 방사광을 흡수하며 제2 도전 트랙(38B, 44B)들을 덮는 제2 부재(58B)를 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  9. 청구항 8에서,
    제2 흡수 부재(58B) 및/또는 제2 유색 필터(56B)가 제2 방사광을 위한 적어도 하나의 제2 통로(60B)를 구획하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  10. 청구항 9에서,
    제2 통로(60B)가 제2 방사광을 통과시킬 수 있는 제5 유색 필터(92B)로 덮이는 디스플레이 및 검출 시스템.
  11. 청구항 1 내지 10 중의 어느 한 항에서,
    입사각 필터의 표면에 직교하는 방향에 대해 임계값보다 큰 입사각을 가지는 입사광을 차단함으로써 입사각 필터의 표면에 직교하는 방향에 대해 임계값보다 작은 입사각을 가지는 적어도 어떤 입사광만을 통과시킬 수 있는 입사각 필터를 더 구비하는 디스플레이 및 검출 시스템.
  12. 청구항 11에서,
    제1 흡수 부재(58; 58R, 58G, 58B; 96; 102)들이 입사각 필터를 형성하는 디스플레이 및 검출 시스템.
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