KR20190048282A - 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명의 일측면에 따른 실시예는 디스플레이 패널의 하부에 부착되어 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조를 제공한다. 디스플레이 패널의 하부에 부착되어 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조는, 디스플레이 패널의 하부에 위치하고, 상기 디스플레이 패널로부터 입사되는 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시키며, 상기 검출 대상 입사각 이외의 입사각을 갖는 빛은 차단하는 광 경로 연장층을 포함하되, 상기 광 경로 연장층의 적어도 일부는 흡광 물질로 형성되고, 상기 광 경로 연장층의 상면으로부터 상기 광 경로 연장층의 하면까지 연장된 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 경사진 광 경로를 제공하여 상기 경사진 광 경로를 이탈하는 방향으로 진행하는 빛은 차단하고, 상기 경사진 광 경로를 이탈하지 않는 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시킬 수 있다

Description

디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조 및 지문인식 기능을 구비한 디스플레이{Light selecting film capable of implementing finger-print detection in a display and display capable of detecting finger-print}

본 발명은 디스플레이에 관한 것이다.

지문센서는 지문의 이미지를 촬영하여 전기 신호로 변환한다. 지문이미지 촬영을 위해서, 종래의 광학식 지문센서는 지문에 빛을 조사하여 반사시키는 광학계를 구비한다. 그러나, 프리즘, 반사 미러, 렌즈와 같은 광학계는 일반적으로 상당한 체적을 가지기 때문에, 광학식 지문센서를 구비한 전자장치는 소형화가 어렵다.

한편, 휴대 전화나 태블릿 등과 같은 휴대용 전자장치를 중심으로 지문센서를 장착한 전자장치의 종류와 수가 증가하고 있다. 전자장치의 전면에 지문센서를 장착하기 위해서는 지문과 접촉하는 지문센서의 센싱부가 외부로 노출되어야 한다. 따라서 디자인 또는 디스플레이 패널을 보호하기 위해서 전자장치의 전면 전체를 보호 매체, 예를 들어, 커버 글라스나 투명 물질 등으로 덮는 경우에는 정전용량 변화를 감지하는 커패시티브 방식과 같은 지문센서를 전자장치의 전면에 장착하기 어렵다. 또한, 디스플레이 패널 하부에 지문센서를 위치시키기도 어렵다.

영상이 표시되는 영역 중 임의의 위치에서 지문이미지를 생성할 수 있는 디스플레이를 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따른 실시예는 디스플레이 패널의 하부에 부착되어 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조를 제공한다. 디스플레이 패널의 하부에 부착되어 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조는, 디스플레이 패널의 하부에 위치하고, 상기 디스플레이 패널로부터 입사되는 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시키며, 상기 검출 대상 입사각 이외의 입사각을 갖는 빛은 차단하는 광 경로 연장층을 포함하되, 상기 광 경로 연장층의 적어도 일부는 흡광 물질로 형성되고, 상기 광 경로 연장층의 상면으로부터 상기 광 경로 연장층의 하면까지 연장된 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 경사진 광 경로를 제공하여 상기 경사진 광 경로를 이탈하는 방향으로 진행하는 빛은 차단하고, 상기 경사진 광 경로를 이탈하지 않는 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시킬 수 있다.

일 실시예로, 광 경로 연장층의 하부에는 이미지 센서가 위치하며, 상기 관통홀은 상기 이미지 센서의 수광부를 향하는 방향으로 연장될 수 있다.

여기서, 복수의 상기 관통홀은 상기 이미지 센서의 수광부를 향하는 방향으로 연장될 수 있다.

일 실시예로, 상기 광 경로 연장층은, 상기 흡광 물질로 형성되고, 상기 광 경로가 정의된 영역에 개구가 형성되며, 상기 광학적으로 투명한 물질에 의해 이격된 복수의 흡광층을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 광 선택 구조는, 상기 디스플레이 패널과 상기 광 경로 연장층 사이에 위치하며, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 제1 각도로 굴절시키는 프리즘 시트를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 각도로 굴절된 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은, 상기 광 경로 연장층의 상면에서 제2 각도로 굴절되어 상기 관통홀을 통과할 수 있다.

여기서, 상기 제1 각도로 굴절된 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은, 상기 광 경로 연장층의 하면에서 제2 각도로 굴절되어 상기 관통홀을 통과할 수 있다.

여기서, 상기 프리즘 시트는, 프리즘 산과 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하되, 상기 제1 경사면은 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 상기 제1 각도로 굴절시키며, 상기 제1 경사면의 경사각은 상기 제2 경사면의 경사각보다 작을 수 있다.

여기서, 상기 광 경로 연장층은, 상기 광 경로 연장층의 상면에 형성되며, 상기 프리즘 시트의 프리즘 산을 수용하는 정렬 홈을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 프리즘 시트는, 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하되, 상기 제1 경사면의 상단은 상기 제2 경사면의 상단에 연결되며, 상기 제1 경사면의 하단과 상기 제2 경사면의 하단은 평행하게 연장된 하면의 양단에 각각 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제2 경사면은 흡광층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 제공한다. 지문인식 기능을 구비한 디스플레이는, 커버 글라스의 하부에 배치되며, 상기 커버 글라스에 접촉한 손가락의 융선 및 골을 나타내는 다양한 입사각을 갖는 빛이 통과하는 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되며, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 검출 대상 빛을 검출하여 지문이미지를 생성하는 이미지 센서층을 포함하되, 상기 이미지 센서층은, 상기 디스플레이 패널의 하부에 위치하고, 상기 디스플레이 패널로부터 입사되는 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시키며, 상기 검출 대상 입사각 이외의 입사각을 갖는 빛은 차단하는 광 경로 연장층을 포함하고, 상기 광 경로 연장층의 적어도 일부는 흡광 물질로 형성되고, 상기 광 경로 연장층의 상면으로부터 상기 광 경로 연장층의 하면까지 연장된 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 경사진 광 경로를 제공하여 상기 경사진 광 경로를 이탈하는 방향으로 진행하는 빛은 차단하고, 상기 경사진 광 경로를 이탈하지 않는 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 디스플레이는, 영상이 표시되는 영역 중 임의의 위치에서 지문이미지를 생성할 수 있다.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다. 도면은 발명을 이해하기 위한 수단이므로, 도면에 표현된 구성 요소의 폭이나 두께 등은 실제 구현시 달라질 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 지문인식 기능을 구비한 디스플레이가 결합된 전자장치를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 패널광 또는 주변광을 이용하여 확산방식 지문이미지 생성 개념을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 전자장치에서 지문인식하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 광원으로 동작하는 디스플레이 패널을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 확산방식으로 지문이미지를 생성하는 원리를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 6은 도 1의 I-I'을 따른 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 도시한 단면도로서, 확산방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 광 선택 구조 내에서의 광 경로를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8a 및 8b은 다른 실시예에 따른 광 선택 구조 내에서 광 경로를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 15는 도 14에 예시된 이미지 센서층의 비정렬(Align free) 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 16은 비정렬 구조를 이용해서 지문이미지를 생성하는 방식을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 기능, 특징, 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 중 “실질적으로”, “거의”, “약” 등과 같은 표현은 실제 구현시 적용되는 마진이나 발생가능한 오차를 고려하기 위한 표현이다. 예를 들어, “실질적으로 90도”는 90도일 때의 효과와 동일한 효과를 기대할 수 있는 각도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 다른 예로, “거의 없는”은 무엇인가가 미미하게 존재하더라도 무시할 수 있는 정도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다.

한편, 특별한 언급이 없는 한, “측면”, 또는 “수평”은 도면의 좌우 방향을 언급하기 위한 것이며, “수직”은 도면의 상하 방향을 언급하기 위한 것이다. 또한, 특별히 정의되지 않는 한, 각도, 입사각 등은 도면에 표시된 수평면에 수직한 가상의 직선을 기준으로 한다.

첨부된 도면 전체에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 인용된다.

도 1은 지문인식 기능을 구비한 디스플레이가 결합된 전자장치를 개략적으로 도시한 예시도이다.

디스플레이는 디스플레이 패널(300), 터치 센서(미도시) 및 이미지 센서층(100) 또는 지문 센서 패키지(미도시) 등을 포함한다. 이미지 센서층(100) 또는 지문 센서 패키지는 상부의 커버 글라스(200)에 위치한 손가락(50)의 지문을 촬영하여 지문이미지를 생성한다. 이미지 센서층(100)은 디스플레이 패널(300) 하면의 적어도 일부 또는 전체에 형성되거나 부착되어 임의의 위치에서 지문이미지를 생성할 수 있다. 지문 센서 패키지는 디스플레이 패널(300)의 하면에 배치되며, 배치 위치에서 지문이미지를 생성할 수 있다. 이미지 센서층(100)과 지문 센서 패키지는 디스플레이 패널(300)의 하면에서 차지하는 면적 및/또는 지문이미지를 생성할 수 있는 위치만 상이할 뿐 동일한 원리와 구조를 가지므로, 이하에서는 이미지 센서층(100)을 중심으로 설명한다.

도 1은 전자장치(10)의 일 예로, 전면에 커버 글라스(200)가 부착된 스마트폰을 도시하고 있다. 커버 글라스(200)의 하면에는 디스플레이 패널(300)을 노출하기 위한 영역을 정의하는 상부 및 하부 코팅 영역(11a, 11b)이 형성된다. 한편, 전자장치(10)의 종류에 따라 좌우 코팅 영역(미도시)이 상부 및 하부 코팅 영역(11a, 11b)의 양단에 각각 연결될 수 있다. 전자장치(10)의 전면은 상대적으로 큰 면적을 차지하는 디스플레이 패널(300) 및 상대적으로 작은 면적을 차지하는 스피커, 카메라, 및/또는 조도 센서(12)가 배치될 수 있다. 조도 센서(12)는 전자장치(10)가 위치한 공간의 주변 밝기를 감지할 수 있다. 커버 글라스(200)는 디스플레이 패널(300) 전체를 덮으며, 전자장치(10)의 종류에 따라 전자장치(10)의 전면 일부 또는 전체를 덮을 수도 있다. 디스플레이 패널(300)은 커버 글라스(200)의 하부에 위치되며, 이미지 센서층(100)은 디스플레이 패널(300)의 하부에 위치된다.

디스플레이는, 디스플레이 패널(300)이 생성한 빛(이하 패널광이라 함) 및/또는 주변광을 이용하여 지문이미지를 생성할 수 있다. 여기서, 주변광은, 패널광 이외의 빛으로서, 예를 들어, 태양에 의한 직사광이나 반사광, 또는 인공조명으로부터 조사된 직사광이나 반사광일 수 있다. 주변광은, 패널광과 마찬가지로 손가락 피부에서 확산될 수 있는, 적색 이상의 파장, 예를 들어, 적색부터 근적외선 대역의 파장을 갖는 빛을 포함할 수 있다. 패널광 및/또는 주변광을 이용하여 지문이미지를 생성하는 실시예는 이하에서 도 2 내지 6을 참조하여 상세히 설명하며, 이미지 센서층(100)의 실시예는 이하에서 도 7 내지 16을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 패널광 또는 주변광을 이용하여 확산방식 지문이미지 생성 개념을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 확산방식은, 디스플레이 패널(300)이 생성한 패널광(20) 또는 주변광(21)이 피부를 통해 확산되는 현상을 이용하여 지문이미지를 생성하는 방식이다. 피부 내부로 확산된 빛은, 지문의 융선이 커버 글라스(200)에 접촉할 때, 커버 글라스-융선의 접촉 지점으로부터 커버 글라스(200) 내부로 조사될 수 있다. 여기서, 커버 글라스-융선의 접촉 지점은 무한 점광원의 역할을 한다. 반면에, 지문의 골에서 조사된 빛은, 공기-커버 글라스(200) 계면을 통해 커버 글라스(200) 내부로 입사되므로, 제한된 각도로 굴절된다. 따라서, 융선에 의해 조사된 빛의 입사각과 골에 의해 굴절된 빛의 입사각 사이에는 중복되지 않는 범위가 존재하며, 중복되지 않는 범위의 입사각 중에서 검출 대상 입사각이 선택될 수 있다. 지문의 융선으로부터 조사된 빛을 검출하기 때문에, 확산방식 지문이미지에서 지문의 융선은 상대적으로 밝게 나타나며, 지문의 골은 상대적으로 어둡게 나타난다. 확산방식 지문이미지를 생성하는 원리는 이하에서 도 5 및 6을 참조하여 상세히 설명한다.

일 실시예로, 지문이미지를 생성하는데 필요한 패널광(20)을 생성하는 광원은 디스플레이 패널(300)일 수 있다. 디스플레이 패널(300)은 R, G, B 화소의 조합을 턴온하여 손가락을 향해 조사되는 패널광(20)을 생성할 수 있다. 여기서, 패널광(20)은, 예를 들어, 가시광선이며, 백색광 또는 적색광일 수 있다. 한편, 도 2는 손가락(50)을 향해 실질적으로 수직으로 입사하는 패널광(20)을 예시하고 있으나, 이는 간략한 표현을 위한 것일 뿐이며, 패널광(20)의 방향을 수직 방향으로 한정하는 것은 아니다. 손가락(50)이 전자장치(10)의 디스플레이 패널(300) 상의 지문 획득 영역(30)에 위치하면, 지문 획득 영역(30)의 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합 및/또는 지문 획득 영역(30) 이외의 영역 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합이 턴온될 수 있다.

다른 실시예로, 주변광(21)으로부터 지문이미지 생성에 필요한 광량이 충분히 제공되는 환경, 예를 들어, 실외에서는 디스플레이는 주변광(21)만으로 지문이미지를 생성할 수 있다. 한편, 도 2는 손가락(50)을 향해 실질적으로 수직으로 입사하는 주변광(21)을 예시하고 있으나, 이는 간략한 표현을 위한 것일 뿐이며, 주변광(21)의 방향을 수직 방향으로 한정하는 것은 아니다. 디스플레이 패널(300)을 구동하는 디스플레이 드라이버 및/또는 전자장치(10)의 어플리케이션 프로세서는 조도 센서(12)로부터 주변 밝기를 나타내는 측정값을 수신하며, 이를 이용하여 디스플레이 패널(300)을 광원으로 사용할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 주변광(21)만으로 지문이미지를 생성할 수 있다면, 디스플레이 드라이버 및/또는 전자장치(10)의 어플리케이션 프로세서는 지문 획득 영역(30)의 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합 또는 지문 획득 영역(30) 이외의 영역 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합을 턴온시키지 않을 수 있다.

도 3은 전자장치에서 지문인식하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이고, 도 4는 광원으로 동작하는 디스플레이 패널을 예시적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 전자장치(10)는, 예를 들어, 스마트폰일 수 있다. 지문인식은, 사용자를 인식 또는 인증하는데 이용될 수 있다. (a)에서, 스마트폰을 켜기 위해서, 사용자가 파워 버튼을 누르거나 디스플레이를 터치하면, 손가락(50)이 위치할 지문 획득 영역(30)이 디스플레이에 표시된다. 지문 획득 영역(30)은 임의의 위치(이미지 센서층(100)의 경우) 또는 미리 결정된 위치(지문센서 패키지의 경우)일 수 있다. 예를 들어, 지문 획득 영역(30)은 홈 버튼과 실질적으로 동일한 위치에 표시될 수 있다. 한편, (a)를 포함하여 본 명세서에서는 지문 획득 영역(30)을 직사각형으로 도시하고 있으나, 이는 단지 예시일 뿐이며, 지문 획득 영역(30)은 다양한 형상, 예를 들어, 원형, 타원형 등으로 디스플레이에 표시될 수 있다. 또한, 지문 획득 영역(30)은 임의의 패턴(예를 들어, 지문), 컬러 및 이들의 조합 중 어느 하나로 표시될 수도 있다.

(b)는 사용자가 손가락(50)을 지문 획득 영역(30)에 위치시킨 상태를 나타내며, (c)는 지문이미지를 생성할 때의 디스플레이 패널(300)의 광원 영역(31)이 턴온된 상태를 나타낸다. 도 1 및 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 확산방식 지문이미지는 패널광(20), 주변광(21) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 이용하여 생성될 수 있다. 따라서, 패널광(20)을 조사하는 광원 영역(31)이 반드시 턴온되어야 하는 것은 아니다.

광원 영역(31)에 위치한 R, G, B 화소의 조합은 턴온되어 패널광(20)을 손가락(50)을 향해 조사한다. 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 광원 영역(31, 32, 33, 34)은 지문 획득 영역(30)의 하면, 좌측면, 우측면, 상면 중 어느 하나 또는 그 조합에 위치될 수 있다. 광원 영역(31, 32, 33, 34)은 적어도 일부가 손가락(50)에 의해 가려지는 위치에 배치된다. 해상도, 최대 밝기 등과 같은 디스플레이 패널(300)의 특성, 주변광(21)의 밝기 등과 같은 환경, 및/또는 이미지 센서층/지문센서 패키지의 해상도 등과 같은 센서 특성을 고려하여 광원 영역(31, 32, 33, 34)이 결정될 수 있다. 일 실시예로, 광원 영역(31)은 지문 획득 영역(30)과 중첩되지 않을 수 있다. 다른 실시예로, 광원 영역(31)의 적어도 일부는 지문 획득 영역(30)과 중첩될 수 있다.

한편, 지문이미지 생성시 광원 영역(31, 32, 33, 34)을 제외한 디스플레이 패널(300)의 나머지 영역에 위치한 화소는 턴오프될 수 있다. 지문 획득 영역(30)을 기준으로 광원 영역(31)의 반대편에서 생성된 빛은 지문이미지의 품질에 영향을 줄 가능성이 있다. 지문 인식은 수십 내지 수백 마이크로초 내에 완료되며, 이중에서 지문이미지 생성에 소요되는 시간은 일부에 불과하다. 따라서 디스플레이 패널(300)의 일시적인 턴오프는 사용자에 의해 인지되지 않을 수 있다.

(d)는 지문인식이 완료된 상태를 나타낸다. 스마트폰의 사용자 인증에 지문인식이 이용된 경우, 스마트폰의 잠금이 해제될 수 있다.

도 5는 확산방식으로 지문이미지를 생성하는 원리를 개략적으로 도시한 예시도로서, 도 1의 지문 획득 영역(30)의 일부를 확대하여 나타내고 있다.

도 5의 (a)를 참조하면, 이미지 센서층(100)은, 지문의 융선에 의해 이미지 센서층(100)의 내부로 입사된 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛만이 이미지 센서층(100)의 수광부에 도달하며, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 수광부에 도달하지 않는 구조를 가진다. 즉, 피부로 입사하면, 빛은 손가락(50)의 피부에서 무한 점광원으로 작용하게 된다. 손가락을 커버 글라스(200)에 위치하게 되면, 커버 글라스(200)에 접촉하는 부분, 예를 들어, 지문의 융선과, 커버 글라스(200)에 접촉하지 않는 부분, 예를 들어, 지문의 골은 각각 상이한 입사각 범위를 갖는 빛을 커버 글라스(200) 내부로 조사한다. 상세하게, 지문의 골에서 조사된 빛은 피부와 커버 글라스(200) 사이에 개재된 공기를 통과한 후 커버 글라스(200)로 입사하게 된다. 따라서, 공기와 커버 글라스(200)간 굴절률의 차이로 인해서, 지문의 골에서 조사된 빛의 입사각 범위는, 지문의 융선에서 커버 글라스(200)의 내부로 직접 조사된 빛의 입사각 범위보다 상대적으로 좁다. 지문의 융선으로부터 조사된 빛과 골로부터 조사된 빛 중에서, 공통되는 입사각 범위에 빛은 제외하고, 지문의 융선으로부터만 조사될 수 있는 입사각, 즉, 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 이용하여 지문이미지를 생성할 수 있다. 이하에서 (b) 내지 (d)를 참조하여 본 원리를 상세히 설명한다.

도 5의 (b)를 참조하면, 지문은 융선과 골로 구성되며, 융선은 커버 글라스(200)의 상면에 접촉하지만, 골은 커버 글라스(200)의 상면에 접촉하지 않는다. 보호 매체는 빛이 투과할 수 있는 시각적으로 투명한 매체로서 전자장치(10)의 외면이 손상되는 것을 방지한다. 이러한 보호 매체의 일 예는 휴대 전화의 전면에 부착되어 디스플레이 패널(300)을 보호하는 커버 글라스(200)이다. 이하에서는 커버 글라스(200)를 보호 매체의 일 예로 설명한다.

지문의 융선과 골은 커버 글라스(200)의 상면에서 이미지 센서층(100)의 수광부를 향해 빛을 조사하는 다중 광원의 역할을 한다. 융선과 커버 글라스(200)의 상면이 접촉하는 지점 A는 광원으로 작용하여 모든 방향으로 빛을 조사하게 되며, 커버 글라스(200)의 상면에서 커버 글라스(200)의 내부로 빛을 조사한다. 한편, 커버 글라스(200)의 상면에 접촉하지 않은 골에서 조사된 빛은 골과 커버 글라스(200) 사이의 공기를 거쳐 커버 글라스(200) 상면의 지점 B에 도달하므로, 빛은 지점 B에서 굴절된다. 따라서, 지점 A에서 커버 글라스(200)의 내부로 입사된 빛의 커버 글라스 입사각 θ_r은, 약 0도 내지 약 180도의 범위 내에 속할 수 있지만, 지점 B에서 커버 글라스(200)의 내부로 입사된 빛의 커버 글라스 입사각 θ_v는, 공기 굴절률과 커버 글라스 굴절률간 차이로 인해 커버 글라스 입사각 θ_r에 비해 상대적으로 좁은 범위 내에 속할 수 있다. 여기서, 커버 글라스(200)의 상면에 실질적으로 수평하게 왼쪽을 향하는 빛의 커버 글라스 입사각을 0도, 커버 글라스(200)의 상면에 실질적으로 수직으로 입사한 빛의 커버 글라스 입사각을 90도, 커버 글라스(200)의 상면에 실질적으로 수평하게 오른쪽을 향하는 빛의 커버 글라스 입사각을 180도라고 가정한다. 이하에서 커버 글라스(200) 내부로 입사된 빛의 각도를 커버 글라스 입사각이라 한다.

이미지 센서층(100)은 디스플레이 패널(300)의 하면에 형성된다. 디스플레이 패널(300)의 하면에 백라이트, 반사판 등과 같이 빛을 생성하기 위한 추가 구조가 필요한 LCD와 달리, AMOLED 디스플레이 등은 단위 화소가 빛을 직접 생성하기 때문에 추가 구조를 필요로 하지 않는다. 한편, 이러한 디스플레이 패널(300)의 단위 화소 면적의 상당 부분을 차지하는 전극 및/또는 배선은 메탈 등과 같이 빛을 차단하는 물질로 형성될 수 있지만, 전기적 절연을 위해 광학적으로 투명한 매체, 예를 들어, IMD 등에 의해 서로 이격되거나 적층되어 형성된다. 이로 인해서 전극 및/또는 배선 사이에는 빛이 통과할 수 있는 영역이 존재한다. 따라서, 커버 글라스(200)와 이미지 센서층(100) 사이에 개재된 디스플레이 패널(300)은 커버 글라스(200)로부터 입사된 빛이 통과할 수 있는 연장된 광경로를 제공할 수 있다. 다시 말해, 일반적인 커버 글라스보다 두꺼운 커버 글라스의 하면에 이미지 센서층(100)을 형성하는 것과 실질적으로 동일한 결과를 기대할 수 있다. 이하에서 상세히 설명되겠지만, 이미지 센서층(100)은 검출하고자 하는 빛의 입사각을 선택할 수 있는 구조를 가지고 있다. 따라서, 개재된 디스플레이 패널(300)에 의해 입사된 빛이 어느 정도 굴절되는 현상이 발생하더라도 빛의 입사각을 선택하는 하나 이상의 조건을 조정함으로써 디스플레이 패널(300)의 하부에서도 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 검출할 수 있다.

이미지 센서층(100)은, 커버 글라스(200)-디스플레이 패널(300)을 통과하여 이미지 센서층(100)의 상면에 입사하는 빛 중 소정의 검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛을 선택한다. 도 5의 (c)는, 이미지 센서층(100)의 상면에 입사하는 빛 중에서 이미지 센서층(100)의 광 선택 구조에 의해 선택될 입사각 θ_{r '}을 갖는 빛을 나타내며, 도 5의 (d)는 입사각 θ_{r '}을 갖는 빛 중에서 최종적으로 이미지 센서(500)의 수광부에 도달하는 검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛을 나타낸다. 즉, 이미지 센서층(100)의 광 선택 구조는, 소정의 입사각을 가진 빛이 수광부가 위치한 이미지 센서층(100)의 하부를 향하도록 하여 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 선택한다. 여기서, 검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛은 검출 대상 빛이라고 한다.

상세하게, 도 5의 (c)에서, 이미지 센서층(100)의 광 선택 구조는 이미지 센서층(100) 내부로 입사되는 빛 중 지점 A 와 B의 좌측 방향으로 입사되는 빛을 차단하며, 추가적으로, 지점 A의 우측 방향으로 입사되는 빛 중 지점 B의 우측 방향으로 입사되는 빛의 입사각과 동일한 입사각을 갖는 빛을 차단한다. 이를 통해서, 입사각 θ_{r '}을 갖는 빛이 선택될 수 있다. 예를 들어, 커버 글라스 입사각 θ_r 이 약 0도 내지 약 180도의 범위에 속하고, 커버 글라스 입사각 θ_v가 약 42도 내지 약 132도의 범위에 속하는 경우, 입사각 θ_{r '}은 약 132도 내지 약 140도의 범위에 속할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐, 광 선택 구조의 특성에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

아울러, 도 5의 (d)에서, 광 선택 구조에 의해 선택된 빛 중 수광부로 입사될 검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛이 선택될 수 있다. 예를 들어, 입사각 θ_{r '}이 132도 내지 140도의 범위에 속하는 경우, 검출 대상 입사각 θ₁은 135도 내지 140도의 범위에 속할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐, 마이크로 렌즈의 위치, 구경, 크기 등과 같은 광 선택 구조의 특성에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 여기서, 검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛은 광 선택 구조 거치면서 굴절되며, 최종적으로 수광부에 입사될 때의 각도 θr은 검출 대상 입사각 θ₁과 다를 수 있다. 또한, 도 5의 (c) 및 (d)는 지점 A의 좌측 방향으로 입사되는 빛을 차단하여 지문이미지를 생성하는 구조를 예시하고 있으나, 지점 A의 우측 방향으로 입사되는 빛을 차단하는 구조에서도 실질적으로 동일한 지문이미지가 생성될 수 있다.

검출 대상 입사각 θ₁을 갖는 빛은 지문의 융선에 의해서 생성된 빛만이 가질 수 있는 각도이므로, 이를 이용하여 컨트라스트비가 상대적으로 높은 지문이미지를 생성할 수 있다. 도 5의 (b)에 도시된 것처럼, 지문이 커버 글라스(200) 위에 위치하면, 융선에 의한 빛뿐만 아니라 골에 의한 빛도 함께 커버 글라스 내부로 들어간다. 종래의 광학식 지문센서는, 수직으로 입사되는 빛을 검출하는 구조를 가지고 있기 때문에, 융선으로부터 수광부의 상면을 향해 실질적으로 수직으로 입사한 빛뿐 아니라 골로부터 수광부의 상면을 향해 실질적으로 수직으로 입사한 빛도 검출한다. 따라서 지문의 융선과 골 사이의 경계가 선명하지 않은, 컨트라스트비가 상대적으로 낮은 지문이미지를 생성한다. 이에 반해, 본 발명에 따른 지문인식 기능을 구비한 디스플레이는, 지문의 접촉면에 의해 생성된 빛 중에서 융선에 의해 생성된 빛의 적어도 일부만을 검출하는 구조를 가지고 있기 때문에, 종래의 광학식 지문센서보다 컨트라스트비가 상대적으로 높은 지문이미지를 생성할 수 있다.

도 6은 도 1의 I-I'을 따른 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 도시한 단면도로서, 확산방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 전자장치는 보호 매체, 터치 센서, 편광 필름, 디스플레이 패널(300) 및 이미지 센서층(100)이 적층된 구조를 갖는다. 커버 글라스(200)는 지문의 융선으로부터 조사된 빛이 디스플레이 패널 내부로 효과적으로 입사할 수 있도록 하기 위하여 백색광 또는 적색광과 같은 가시광선을 이용할 수 있다.

커버 글라스(200)의 상면에 위치한 융선에 의해 커버 글라스(200) 내부로 입사한 빛(321 내지 328)은 디스플레이 패널(300) 상의 제1 지점(320)에 도달한다. 빛(321 내지 328)의 입사각 θ_i1은, 커버 글라스(200)의 상면에 수직한 직선과의 사이 각도이다. 빛(321 내지 328)은 커버 글라스(200)의 상면상의 상이한 지점으로 입사하여 상이한 광 경로를 거쳐 디스플레이 패널(300) 상의 제1 지점(320)에 도달한다. 제1 지점(320)에서 이미지 센서층(100)으로 입사하는 빛(321 내지 328) 중에서, 제1 지점(320)의 우측에서 제1 지점(320)을 향해 입사하는 빛(325 내지 328)은 광 선택 구조(400)에 의해 차단된다. 아울러, 제1 지점(320)의 좌측에서 제1 지점(320)을 향해 입사하는 빛(321 내지 324) 중 검출 대상 입사각 θ₁ 이외의 입사각 θ_i1을 갖는 빛(321, 322, 324)은 광 선택 구조(400)에 의해 차단되거나 검출 대상 빛과는 상이한 광 경로를 갖게 된다. 즉, 검출 대상 빛은 광 선택 구조(400)에 의해 이미지 센서(500)의 수광부에 도달하도록 굴절되어 최종적으로 입사각 θ₂로 수광부에 입사하지만, 검출 대상 입사각 θ₁ 이외의 입사각 θ_i1을 갖는 빛(321, 322, 324)은 최종적으로 입사각 θ₃ 또는 θ₄로 굴절되어 수광부에 입사하지 못하거나 광 선택 구조(400)에 의해 차단된다.

커버 글라스(200) 상에서 검출 대상 빛(323)이 입사하는 지점과 이를 검출하는 수광부는 동일한 수직선상에 위치하지 않는다. 광 선택 구조(400)는 지문의 융선과 골에 의해 입사된 빛 중에서 공통되는 입사각을 갖는 빛을 차단하고 융선에 의한 빛 중 일부만 이미지 센서(500)에 도달하게 한다. 따라서 검출 대상 빛은 경사진 광 경로로 커버 글라스(200)와 디스플레이 패널(300)을 통과한다. 이로 인해 검출 대상 빛(323)이 커버 글라스(200)의 상면에서 입사하는 지점과 이미지 센서층(100)에 입사하는 지점이 상이한 수직선상에 위치하게 된다. 검출 대상 빛(323)이 커버 글라스(200)의 상면에서 입사하는 지점과 이미지 센서층(100)에 입사하는 지점간 수평 거리는, 커버 글라스(200)의 두께 및 디스플레이 패널(300)의 두께를 합친 총 두께 T_total과 빛(323)의 검출 대상 입사각 θ₁에 의해 결정될 수 있다. 즉, 총 두께 T_total가 증가하거나, 검출 대상 입사각 θ₁이 증가하면, 수평 거리가 증가할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 광 선택 구조 내에서의 광 경로를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 7의 (a)와 (b)를 참조하면, 검출 대상 입사각을 갖는 검출 대상 빛이 광 경로 연장층(420)만으로 구현된 광 선택 구조(400)를 통과할 때의 광 경로(425)가 도시되어 있다. 점선으로 표시된 검출 대상 빛의 광 경로(425)는, 광 경로 연장층(420)의 상면(401)로부터 하면(403)까지 소정의 기울기로 경사지게 연장된다. 여기서, 소정의 기울기는 검출 대상 입사각과 실질적으로 동일할 수 있다. 한편, 광 경로는 이미지 센서(500)의 하면까지 연장될 수 있다. 광 선택 구조(400)의 광 경로(425)의 굴절률과 이미지 센서(500) 내부로 연장된 광 경로(425)의 굴절률은 실질적으로 동일할 수 있다. 실시예에 따라서는, 양 굴절률이 상이하여 광 선택 구조(400)와 이미지 센서(500)의 계면에서 광 경로(425)가 굴절될 수도 있다. 그러나, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 각각의 굴절률이 실질적으로 동일하여 광 경로(425)가 그 계면에서 실질적으로 굴절되지 않는 것으로 가정한다.

광 경로(425)는, 검출 대상 빛은 통과할 수 있지만, 그 외의 입사각을 갖는 빛은 실질적으로 통과하지 못하도록 구성될 수 있다. 도 7에 도시된 광 경로(425)의 입사각 선택성에 영향을 미치는 주요 요소는, 예를 들어, 광 경로(425)의 길이와 폭이다. 여기서, 광 경로(425)의 길이는, 광 경로 연장층(420)의 높이 h_path1, 이미지 센서의 표면과 수광부 사이의 거리 h_path2 및 검출 대상 입사각 θ₁에 의해 결정된다. (b)는, 이미지 센서의 표면과 수광부 사이의 거리 h_path2 및 검출 대상 입사각 θ₁은 (a)에 도시된 구조와 동일하지만, 높이 h_path1은 약 2배 증가된 구조를 도시하고 있다.

(a)에 도시된 구조는, 검출 대상 입사각 θ₁보다 약 5도 작은 입사각을 갖는 빛(324)은 광 경로 연장층(420)의 상면(401)상의 지점 a1에 입사해서 이미지 센서(500)의 하면상의 지점 b1을 통과하며, 검출 대상 입사각 θ₁보다 약 5도 큰 입사각을 갖는 빛(322)은 광 경로 연장층(420)의 상면(401)상의 지점 a2에 입사해서 이미지 센서(500)의 하면상의 지점 b2를 통과하도록 설계되어 있다. 예시된 구조에서 알 수 있듯이, 빛(324)의 입사각보다 더 작은 입사각을 갖는 빛 및 빛(322)의 입사각보다 더 큰 입사각을 갖는 빛은 광 경로(425)로부터 이탈하게 된다. 그러나 광 경로 연장층(420)의 상면(401)상의 지점 a1의 위치에 따라 달라지긴 하지만, θ₁ - 5도 < θ < θ₁ + 5도인 입사각 θ를 갖는 빛은, 광 경로(425)로부터 이탈하지 않으면서 이미지 센서(500)의 하면에 도달할 수 있다.

(b)에 도시된 구조는, 검출 대상 입사각 θ₁보다 약 3도 작은 입사각을 갖는 빛(324)은 광 경로 연장층(420)의 상면(401)상의 지점 a1에 입사해서 이미지 센서(500)의 하면상의 지점 b1을 통과하며, 검출 대상 입사각 θ₁보다 약 3도 큰 입사각을 갖는 빛(322)은 광 경로 연장층(420)의 상면(401)상의 지점 a2에 입사해서 이미지 센서(500)의 하면상의 지점 b2를 통과하도록 설계되어 있다. (a)의 구조와 비교하면, 높이 h_path1은 약 2배 증가되었음을 알 수 있다. 이로부터, 광 경로(425)의 길이가 증가할수록 광 경로(425)의 입사각 선택성이 좋아짐을 알 수 있다.

한편, 이미지 센서(500)의 하면과 교차한 광 경로(425) 단면의 폭 w_path1도 광 경로(425)의 입사각 선택성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 도시되진 않았지만, 높이 h_path1, 거리 h_path2 및 검출 대상 입사각 θ₁은 동일하더라도 폭 w_path1이 감소하면, 광 경로(425)로부터 이탈하지 않는 빛이 가질 수 있는 입사각의 범위가 감소될 수 있다.

도 8a 및 8b은 다른 실시예에 따른 광 선택 구조 내에서 광 경로를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 8a를 참조하면, 프리즘 시트(410) 및 광 경로 연장층(420)으로 구현된 광 선택 구조(400)를 통과할 때의 광 경로(425, 425a, 425b)가 도시되어 있다. 점선으로 표시된 검출 대상 빛의 광 경로(425)는, 프리즘 시트(410)의 상면(415)에 검출 대상 입사각으로 입사한다. 프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411)은 프리즘 시트(410)와 공기 사이의 계면이므로, 광 경로(425)는 굴절률의 차이로 인해 굴절되어 광 경로 연장층(420)의 상면(401)까지 연장된다. 광 경로 연장층(420)의 상면(401)도 공기와 광 경로 연장층(420) 사이의 계면이므로, 1차 굴절된 광 경로(425a)는 굴절률의 차이로 인해 2차 굴절되어 광 경로 연장층의 상면(401)로부터 하면(403)까지 경사지게 연장된다. 여기서, 반사광 발생을 줄이기 위해 광 경로 연장층(420)의 상면(401)에 AR(Anti-Reflect) 코팅을 형성할 수 있다. 여기서, 2차 굴절된 광 경로(425b)의 이미지 센서(500)로의 입사각은 검출 대상 입사각과는 실질적으로 상이할 수 있다. 한편, 광 경로는 이미지 센서(500)의 하면까지 연장될 수 있다. 광 경로 연장층(420)의 광 경로(425b)의 굴절률과 이미지 센서(500) 내부로 연장된 광 경로(425b)의 굴절률은 실질적으로 동일할 수 있다. 실시예에 따라서는, 양 굴절률이 상이하여 광 선택 구조(400)와 이미지 센서(500)의 계면에서 광 경로(425b)가 3차 굴절될 수도 있다. 그러나, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 각각의 굴절률이 실질적으로 동일하여 광 경로(425b)가 그 계면에서 실질적으로 굴절되지 않는 것으로 가정한다.

광 경로(425, 425a, 425b) 중 특히 2차 굴절된 광 경로(425b)는, 검출 대상 빛은 통과할 수 있지만, 그 외의 입사각을 갖는 빛은 실질적으로 통과하지 못하도록 구성될 수 있다. 광 경로(425b)의 입사각 선택성에 영향을 미치는 주요 요소는, 예를 들어, 제1 경사면(411)의 경사각, 광 경로(425b)의 길이와 폭이다. 광 경로(425b)의 길이와 폭에 의한 영향은 도 7을 참조하여 설명하였으므로, 이하에서는 두 번의 굴절에 의한 영향을 주로 설명한다.

도 8a에서, 높이 h_path1, 거리 h_path2 및 검출 대상 입사각 θ₁은 도 7의 (b)와 동일하며, 도 8a에 도시된 구조는, 검출 대상 입사각 θ₁과의 차이가 약 3도 이내인 입사각을 갖는 빛도 광 경로(425)로부터 이탈할 수 있음을 보여주고 있다. 광 경로 연장층(420)의 상부에 위치한 프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411)은 광 경로(425)가 서로 다른 굴절률을 갖는 매질간 계면을 적어도 두 번 통과하게 한다. 여기서, 도 8a에 도시된 광 경로(425, 425a, 425b)는, 프리즘 시트(410)와 광 경로 연장층(420) 사이에 공기가 개재된 것으로 가정하여 도시된 것이지만, 프리즘 시트(410) 및 광 경로 연장층(420)의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질이라면, 공기 이외의 물질이 개재될 수도 있다.

검출 대상 입사각 θ₁보다 약 3도 큰 입사각을 갖는 빛(322a)은, 제1 경사면(411) 상에서, 광 경로(425) 밖의 지점으로 입사하며, 제1 경사면(411)에서 굴절되어 광 경로 연장층(420)의 상면(401)에서 광 경로(425a)상의 지점 a1로 입사한다. 그러나 지점 a1에서의 입사각이 광 경로(425a)의 입사각과 상이하기 때문에, 빛(322a)은 이미지 센서(500)에 도달하기 전에 광 경로(425b)로부터 이탈한다. 한편, 검출 대상 입사각 θ₁보다 약 3도 큰 입사각을 갖는 다른 빛(322b)은, 제1 경사면(411) 상에서, 광 경로(425) 내부의 지점으로 입사하며, 제1 경사면(411)에서 굴절되어 광 경로 연장층(420)의 상면(401)에서 광 경로(425a)상의 지점 a2로 입사한다. 그러나, 빛(322a)와 마찬가지로, 지점 a2에서의 입사각이 광 경로(425a)의 입사각과 상이하기 때문에, 빛(322b)은 광 경로 연장층(420)으로의 입사 즉시 광 경로(425b)로부터 이탈한다.

한편, 검출 대상 입사각 θ₁보다 약 3도 작은 입사각을 갖는 빛(324a, 324b)도 제1 경사면(411)에서 굴절되어 광 경로 연장층(420)의 상면(401) 상의 지점 c1, c2로 각각 입사한다. 그러나 빛(322a, 322b)과 마찬가지로, 지점 c1, c2에서의 입사각이 광 경로(425a)의 입사각과 상이하기 때문에, 빛(324a, 324b)은 광 경로(425b)로부터 이탈하게 된다.

제1 경사면(411)은, 상이한 굴절률을 갖는 프리즘 시트(410)와 공기간 계면으로 작용한다. 이로 인해, 입사각의 차이가 작은 두 빛은, 제1 경사면(411)에서 상이한 각도로 굴절되며, 그 결과, 두 빛 사이의 각도 차이가 증가하게 된다. 제1 경사면(411) 상의 동일 지점을 통과하더라도, 상이한 각도로 굴절된 두 빛은 광 경로 연장층(420)의 상면(401) 상의 상이한 지점에 도달하게 되며, 두 도달 지점간 거리는 두 빛이 굴절 없이 도달했을 경우의 두 도달 지점간 거리보다 증가하게 된다. 따라서 선택된 검출 대상 입사각과 실질적으로 동일하지 않은 입사각을 갖는 빛은, 광 경로(425b)를 이탈하게 된다.

한편, 광 경로 연장층(420)의 상면(401)으로부터 프리즘 시트(410)까지의 최대 거리 h_ps는, 입사각 선택성에는 영향을 미치지 않지만, 광 경로(425a)의 거리 및/또는 광 경로(425b) 및 수광부의 위치에는 영향을 미칠 수 있다.

도 8b를 참조하면, 광 경로 연장층(420)의 굴절률과 광 경로(425a)의 굴절률이 상이한 경우가 도시되어 있다. 예를 들어, 프리즘 시트(410)와 광 경로 연장층(420) 사이에 공기(또는 프리즘 시트(410) 및 광 경로 연장층(420)의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질)가 개재된 경우, 광 경로(425a) 내부에도 공기(또는 프리즘 시트(410) 및 광 경로 연장층(420)의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질)가 개재될 수 있다. 이 경우, 빛은 광 경로 연장층(420)의 상면(401)에서는 굴절되지 않으며 대신에 하면(403)에서 굴절될 수 있다. 도 8a와 마찬가지로, 검출 대상 입사각 θ₁보다 3도 크거나 작은 입사각을 갖는 다른 빛(322a, 322b)은 광 경로(425c)로부터 이탈하게 된다.

상술한 동작 원리는 이하에서 도 9 내지 16을 참조하여 설명할 다양한 예에 적용될 수 있다. 따라서 이하에서는 각 예의 구조에 대해서만 설명하기로 한다. 한편, 도 9 내지 도 16은 마이크로 미러나 렌즈 같은 광학계를 포함하지 않는다. 광학계를 구비한 경우, 프리즘 시트와 광학계를 정렬해야 할 필요가 있다. 특히, 이미지 센서의 수광부는 프리즘 시트와 광학계를 통과한 빛이 도달하는 위치에 있어야 한다. 그런데 빛이 이미지 센서에 도달하는 위치는 프리즘 시트-광학계간 정렬 상태에 따라 변경될 수 있다. 이 정렬 오류는 이미지 센서가 생성하는 지문 이미지의 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 도 9 내지 16은 광학계와 같은 역할을 하면서도 정렬 오류에 영향을 받지 않는 구성을 포함한다. 정렬 오류의 영향을 받지 않는 구조는, 광 선택 구조(400) 자체의 제조/운반, 및 디스플레이 패널(300)에의 결합 등 광 선택 구조(400)에 연관된 모든 과정에 걸쳐, 상당히 유용한 이점이 될 수 있다. 예를 들면, 지문 인식이 가능한 디스플레이의 주요 구성부인 디스플레이 패널(300), 광 선택 구조(400), 및 이미지 센서(500)를 각각 독립적으로 제조한 후 결합할 수 있게 되어서, 복잡한 제조 또는 조립 공정에 의하지 않고도 디스플레이에 지문 인식 기능을 매우 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 이미지 센서층(100)은 광 선택 구조(400) 및 이미지 센서(500)를 포함한다. (400)은 디스플레이 패널(300)의 하부에 부착되며, 광 선택 구조(400)은 프리즘 시트(410) 및 광 경로 연장층(420)을 포함한다. 프리즘 시트(410) 및 광 경로 연장층(420)은 커버 글라스(200)-디스플레이 패널(300)을 통과하여 이미지 센서층(100) 내부를 향해 다양한 입사각으로 입사한 빛 중에서 검출 대상 빛을 선택한다.

도 9에서, 프리즘 시트(410)는 제1 경사면(411)과 제2 경사면(412)을 포함한다. 교번하게 배치된 제1 경사면(411)과 제2 경사면(412)은 교번하게 프리즘 산과 프리즘 골을 형성한다. 프리즘 산은 제1 마이크로 렌즈(430)를 향하며, 프리즘 골은 디스플레이를 향한다.

프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411)은 좌측 상부에서 우측 하부 방향으로 입사한 빛(322, 323, 324)을 굴절시키며, 제2 경사면(412)은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 굴절시킨다. 이를 위해, 제1 경사면(411)은 프리즘 산(413a)과 프리즘 골(414b) 사이에 경사지게 형성되며, 제2 경사면(412)는 프리즘 산(413a)과 프리즘 골(414a) 사이에 경사지게 형성된다. 프리즘 시트(400)의 상면(415)에 수직한 직선에 대한 제1 경사면(411)의 경사각은 θ_P1이며, 프리즘 시트(400)의 상면(415)에 수직한 직선에 대한 제2 경사면(412)의 경사각은 θ_P2이다. 첨부된 도면에 도시된 실시예는 θ_P1과 θ_P2가 상이하게 표현되어 있으나, θ_P1과 θ_P2은 실질적으로 동일할 수도 있다. 첨부된 도면에 도시된 실시예에서, θ_P1은 약 15도 내지 약 20도이며, θ_P2는 약 30도 내지 50도인 것으로 가정한다. θ_P2가 클수록 수광부(520)로 입사하는 검출 대상 빛의 광량이 증가할 수 있다. 제1 경사면(411)과 제2 경사면(412)에 의해 형성된 프리즘 산과 프리즘 골의 내각은 θ_P1+θ_P2이며, 내각 θ_P1+θ_P2 또는 프리즘 피치(즉, 프리즘 산(413a)-프리즘 산(413b) 간격 또는 프리즘 골(414a)-프리즘 골(414b) 간격)에 따라 수광부(520)에 입사할 수 있는 검출 대상 입사각이 결정될 수 있다.

한편, 제2 경사면(412)은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 차단할 수 있다. 이를 위해, 제2 경사면(412)의 표면에는 흡광 물질을 포함하는 흡광층이 형성될 수 있다. 제2 경사면(412)의 표면에 형성된 흡광층은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 흡수한다. 그 결과, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 수광부(520)에 도달하지 못한다.

광 경로 연장층(420)는 프리즘 시트(410)와 이미지 센서(500) 사이에 위치된다. 광 경로 연장층(420)은, 빛을 흡수하는 흡광 물질로 형성될 수 있다. 광 경로 연장층(420)은, 광 경로 연장층(420)의 상면(401)으로부터 하면(403)까지 경사지게 형성된 관통홀(426)을 포함한다. 관통홀(426)은, 검출 대상 입사각과 실질적으로 동일한 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 관통홀(426)의 내부는 광학적으로 투명한 물질로 충진될 수 있다. 관통홀(426)은, 검출 대상 입사각을 갖는 검출 대상 빛이 통과하는 광 경로(425)를 제공한다. 관통홀(426)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 광 경로 연장층(420)의 상면(401)에서 봤을 때, 관통홀(426)은 원형, 슬릿, 또는 사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

이미지 센서(500)는 기판(510), 기판(510)에 형성된 수광부(520), 및 수광부(520)의 상부 또는 하부에 형성되는 메탈층(미도시)을 포함한다.

수광부(520)는 입사한 빛을 검출하여 화소 전류를 생성한다. 생성된 화소 전류는 메탈층에 의해 외부로 출력될 수 있다.

한편, 입사각 선택성을 향상시키기 위해서, 수광부(520)의 폭은 광 경로(425)의 폭에 비해 상대적으로 좁게 형성될 수 있다. 수광부(520)의 폭이 큰 경우에, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛도 검출될 수 있다. 따라서, 검출 대상 빛이 프리즘 시트(410)의 제1 경사면(411)에 의해 굴절될 때 도달할 수 있는 지점에 수광부(520)가 형성되면, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛 중 광 경로(425)를 이탈하지 않은 빛은 수광부(520)가 형성되지 않은 기판(510)의 하면에 도달하게 된다.

광 경로를 형성하며 전기 배선을 위한 메탈층은 수광부(520) 상부에 형성(BSI(Back Surface Illumination) 구조)될 수 있다. 한편, 수광부(520)의 하부에 형성된 메탈층은 전기 배선의 역할(FSI(Front Surface Illumination) 구조)만을 할 수 있다. 메탈층을 구성하는 복수의 메탈 라인은 수광부(520)에 제어 신호를 전달하거나 수광부(520)가 생성한 화소 전류를 외부로 인출하기 위한 전기 배선을 형성한다. 복수의 메탈 라인은 IMD(Inter Metal Dielectric) 등에 의해 상호간에 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 복수의 메탈 라인에 의해 정의된 광 경로도 IMD로 형성될 수 있다. 일 예로, 광 경로(425)에 의해 선택된 빛은 수광부(520)의 표면에 경사지게 입사하므로, 광 경로 역시 경사지게 형성될 수 있다. 한편, 광 경로는 일반적인 CIS(CMOS Image Sensor)의 광 경로보다 상대적으로 좁은 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 복수의 메탈 라인에 의해 정의된 광 경로는 수광부(520)의 상면에 수직으로 형성될 수도 있다. 참고로, 상대적으로 좁은 단면적을 가진 광 경로는 한국 특허공개공보 제10-2016-0048646호에 개시되어 있으며, 여기에 일체로서 참조된다.

도 10은 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 9와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 9와의 차이점을 위주로 설명한다.

도 9는, 하나의 제1 경사면(411)에 하나의 관통홀(426)이 대응되는 구조이며, 도 10은, 하나의 제1 경사면(411)에 복수의 관통홀(426a, 426b)이 대응되는 구조이다. 양 구조 모두, 하나의 관통홀(426)에 하나의 수광부(520)가 대응된다. 하나의 제1 경사면(411)으로부터 굴절된 빛이 복수의 관통홀(426a, 426b)을 통과해서 복수의 수광부(520)에 도달할 수 있다. 도 9와 비교하면, 제1 경사면(411)로부터 굴절된 빛이 상대적으로 더 많이 검출되게 하면서도 수광부(520)간 컨트라스트는 유지할 수 있는 이점이 있고, 프리즘시트(410)와 관통홀(426)의 정렬 오류로 인해 발생하는 여러 문제를 해결할 수 있는 이점도 있다.

도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 9 및 도 10과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 9 및 도 10과의 차이점을 위주로 설명한다.

프리즘 시트(410a)는 자기 지지(self-support) 구조를 가진다. 도 9 및 도 10의 프리즘 시트(410)와 비교할 때, 프리즘 시트(410a)는 프리즘 산의 첨단부가 제거된 구조이다. 상세하게, 제1 경사면(411)의 상단(411a)은 제2 경사면(412)의 상단(412a)에 결합되어 프리즘 골을 형성하며, 프리즘 시트(410a)의 상면(415)과 실질적으로 평행하게 측면 방향으로 연장된 하면(416)의 양단이 제1 경사면(411)의 하단(411b)과 제2 경사면(412)의 하단(412b)을 연결한다. 따라서 실질적으로 평평한 하면(416)에 의해 프리즘 시트(410a)가 지지될 수 있으므로, 프리즘 시트(410a)를 지지 또는 고정하기 위한 별도의 구조가 요구되지 않는다.

도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 9 내지 도 11과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 9 내지 도 11과의 차이점을 위주로 설명한다.

도 12에서, 프리즘 시트(410, 410a)는 자기 정렬(self-align) 및 자기 지지(self-support)될 수 있다. 도 9 내지 도 11과 비교할 때, 광 경로 연장층(420)의 상면에 일정 간격으로 정렬홈(428)이 형성되어 있다. 정렬홈(428)은 프리즘 시트(410, 410a)의 프리즘 산의 적어도 일부를 내부에 수용한다. 프리즘 산의 첨단부는 제거될 수도 있다. 도 12는 단면이 사각형상인 홈을 도시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 정렬홈(428)은 다양한 단면을 가질 수 있다.

도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 9 내지 도 12와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 9 내지 도 12와 의 차이점을 위주로 설명한다.

도 9 내지 도 12는, 흡광 물질처럼 내부로 입사하는 빛을 흡수하는 물질로 제조한 후, 개구를 이용하여 광 경로가 형성된 구조를 예시하고 있다. 이에 반해, 도 13은, 적층된 흡광층(422)에 의해 광 경로가 형성된 구조를 예시하고 있다. 둘 이상의 흡광층(422)은 광학적으로 투명한 물질, 예를 들어, IMD에 의해 이격될 수 있다. 최하부 흡광층은, 광 경로가 정의된 위치에 개구(427)가 형성되며, 개구(427) 내부 및 최하부 흡광층의 상부에 IMD가 적층된다. 적층된 IMD의 상면에 다시 중간 흡광층이 적층되며, 광 경로가 정의된 위치에 개구(427)이 형성된다. 이와 같은 방식을 반복하여 광 경로 연장층(421)이 형성될 수 있다.

도 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 9 내지 도 13과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 도 9 내지 도 13과의 차이점을 위주로 설명한다.

도 9 내지 도 13은, 하나의 관통홀(426 또는 426a, 426b)에 하나의 수광부(520)가 대응되는 구조이며, 도 14는 복수의 관통홀(426a, 426b)에 하나의 수광부(525)가 대응되는 구조이다. 복수의 관통홀(426a, 426b)을 통과한 검출 대상 빛이 하나의 수광부(525)에 도달할 수 있다. 이를 위해서, 도 14의 수광부(525)는 도 9 내지 도 13에 도시된 수광부(520)보다 상대적으로 넓은 수광 면적을 가진다. 복수의 관통홀(426a, 426b)을 하나의 수광부(525)에 대응시키는 구조는, 광 경로 연장층(420)-이미지 센서(500)간 정렬 오류로 인해 발생하는 여러 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.

도 15는 도 14에 예시된 이미지 센서층의 비정렬(Align free) 구조를 설명하기 위한 예시도이고, 도 16은 비정렬 구조를 이용해서 지문이미지를 생성하는 방식을 설명하기 위한 예시도이다.

이미지 센서층(100)은 프리즘 시트(410), 광 경로 연장층(420) 및 이미지 센서(500)를 적층하여 형성된다. 도 16의 (a)를 참조하면, 이미지 센서(500)의 수광부(520) 각각에 하나의 광 경로(425, 426))가 대응될 수 있다. 이 구조에서는, 수광부(520)는 일종의 on/off 스위치로 동작할 수 있다. 즉, 소량의 빛이 감지되면 수광부(520)는 화소 전류를 출력하고, 빛이 전혀 감지되지 않으면 수광부(520)는 화소 전류를 출력하지 않는다. 이 구조에 의해 생성된 지문 이미지의 컨트라스트는 매우 높아지게 되므로, 지문 인식 과정에서 인식 성공률이 크게 향상될 수 있다. 하지만, 광 선택 구조(400)과 이미지 센서(500)를 단일 공정으로 제조하는 경우와 달리, 광 선택 구조(400)과 이미지 센서(500)를 각각 개별 공정으로 제조한 후 결합하는 경우에는, 광 경로(425, 426)와 수광부(520)를 공정상 오차 범위 이내로 정렬하는 것은 용이하지 않으며, 이는 수율에 큰 영향을 미칠 수 있다.

비정렬 구조는 정렬 오류를 방지할 수 있어서, 수율을 올릴 수 있지만, 비정렬 구조에서는, 지문 이미지의 컨트라스트가 낮아지는 현상이 발생할 수 있다. 도 14 및 15에 도시된 비정렬 구조는, 복수의 관통홀(426a, 426b)을 이용하여 복수의 광 경로(425)를 하나의 수광부(525)에 대응시키는 구조이다. 도 16의 (a)는 광 경로와 수광부가 정렬된 구조에서 지문의 융선과 골을 구분하는 방식을 나타내며, (b) 광 경로와 수광부가 비정렬된 구조에서 지문의 융선과 골을 구분하는 방식을 나타내고 있다. 여기서, 원은 광 경로를 나타내며, 행 R1~R4(R9)과 열 C1~C4(C9)로 구분되는 사각형은 수광부를 나타낸다. 수광부의 on/off가 상대적으로 명확히 구분되는 (a)와 달리, (b)에서는 수광부의 on/off 만을 이용해서 지문 이미지를 생성할 수 없다.

비정렬 구조에서, 지문 이미지의 컨트라스트는, 다양한 방식으로 향상될 수 있다. 구조적으로 지문 이미지의 컨트라스트를 향상하는 방식의 일 예로, 수광부(525)의 폭 또는 수광부(525)간 거리를 지문의 골 또는 융선의 평균 폭보다 작게 형성함으로써, 지문 이미지의 컨트라스트를 개선할 수 있다. 구조적으로 지문 이미지의 컨트라스트를 향상하는 방식의 다른 예로, 광 경로의 패턴, 예를 들어, 광 경로의 단면 형상, 광 경로간 거리, 및/또는 광 경로의 배향을 변경함으로써, 지문 이미지의 컨트라스트를 개선할 수 있다.

한편, 지문 이미지의 컨트라스트는 이미지 처리에 의해서도 향상될 수 있다. 이미지의 컨트라스트 또는 선명도를 향상시키는 방식은 이미지 처리 분야에서 이미 다양하게 개발되어 있다. (b)에서, 각 수광부가 감지한 광량에 기초할 때, 수광부 (R1, C2), 수광부 (R2, C2), 수광부 (R3, C2), 수광부 (R4, C2)는 지문의 융선을 감지하였고, 수광부 (R1, C1), 수광부 (R2, C1), 수광부 (R3, C1), 수광부 (R2, C3), 수광부 (R3, C3), 수광부 (R4, C3)는 지문의 골을 감지하였음이 명확히 구분될 수 있지만, 수광부 (R1, C3), 수광부 (R2, C4), 수광부 (R4, C1)은, 명확히 구분하기 어렵다. 이와 같은 경우에는, 인접한 다른 수광부를 참조하여 지문의 골과 융선 중 어느 것을 감지하였는지를 결정할 수 있다. 이외에도 다양한 방식이 소프트웨어 또는 시스템적으로 구현될 수 있다.

도 1 내지 16을 참조하여 설명한 지문인식 기능을 구비한 디스플레이는 지문이미지를 생성하는 이미지 센서층(100)과 영상을 출력하는 디스플레이 패널(300)이 결합된 구조를 가진다. 따라서 커버 글라스(200) 상의 임의의 지점에 손가락을 위치시키더라도 지문이미지가 생성될 수 있다. 이미지 센서층(100)과 실질적으로 동일한 기능 및 구조를 갖는 지문센서 패키지는 커버 글라스(200) 상의 미리 특정된 지점에 위치한 손가락의 지문이미지를 생성할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

1. 디스플레이 패널의 하부에 부착되어 지문인식 기능을 구현하는 광 선택 구조에 있어서,
   디스플레이 패널의 하부에 위치하고, 상기 디스플레이 패널로부터 입사되는 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시키며, 상기 검출 대상 입사각 이외의 입사각을 갖는 빛은 차단하는 광 경로 연장층을 포함하되,
   상기 광 경로 연장층의 적어도 일부는 흡광 물질로 형성되고,
   상기 광 경로 연장층의 상면으로부터 상기 광 경로 연장층의 하면까지 연장된 관통홀이 형성되며,
   상기 관통홀은 경사진 광 경로를 제공하여 상기 경사진 광 경로를 이탈하는 방향으로 진행하는 빛은 차단하고, 상기 경사진 광 경로를 이탈하지 않는 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시키는 광 선택 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 경로 연장층의 하부에는 이미지 센서가 위치하며,
   상기 관통홀은 상기 이미지 센서의 수광부를 향하는 방향으로 연장되는 광 선택 구조.
3. 청구항 2에 있어서,
   복수의 상기 관통홀은 상기 이미지 센서의 수광부를 향하는 방향으로 연장되는 광 선택 구조.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 경로 연장층은,
   상기 흡광 물질로 형성되고, 상기 광 경로가 정의된 영역에 개구가 형성되며, 상기 광학적으로 투명한 물질에 의해 이격된 복수의 흡광층을 포함하는 광 선택 구조.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 디스플레이 패널과 상기 광 경로 연장층 사이에 위치하며, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 제1 각도로 굴절시키는 프리즘 시트를 더 포함하는 광 선택 구조.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 각도로 굴절된 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은, 상기 광 경로 연장층의 상면에서 제2 각도로 굴절되어 상기 관통홀을 통과하는 광 선택 구조.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 각도로 굴절된 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은, 상기 광 경로 연장층의 하면에서 제2 각도로 굴절되어 상기 관통홀을 통과하는 광 선택 구조.
8. 청구항 5에 있어서, 상기 프리즘 시트는,
   프리즘 산과 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하되,
   상기 제1 경사면은 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 상기 제1 각도로 굴절시키며,
   상기 제1 경사면의 경사각은 상기 제2 경사면의 경사각보다 작은 광 선택 구조.
9. 청구항 5에 있어서, 상기 광 경로 연장층은,
   상기 광 경로 연장층의 상면에 형성되며, 상기 프리즘 시트의 프리즘 산을 수용하는 정렬 홈을 더 포함하는 광 선택 구조.
10. 청구항 5에 있어서, 상기 프리즘 시트는,
    프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하되,
    상기 제1 경사면의 상단은 상기 제2 경사면의 상단에 연결되며,
    상기 제1 경사면의 하단과 상기 제2 경사면의 하단은 평행하게 연장된 하면의 양단에 각각 연결되는 광 선택 구조.
11. 청구항 5 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 경사면은 흡광층을 더 포함하는 광 선택 구조.
12. 지문인식 기능을 구비한 디스플레이에 있어서,
    커버 글라스의 하부에 배치되며, 상기 커버 글라스에 접촉한 손가락의 융선 및 골을 나타내는 다양한 입사각을 갖는 빛이 통과하는 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되며, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 검출 대상 빛을 검출하여 지문이미지를 생성하는 이미지 센서층을 포함하되,
    상기 이미지 센서층은, 상기 디스플레이 패널의 하부에 위치하고, 상기 디스플레이 패널로부터 입사되는 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시키며, 상기 검출 대상 입사각 이외의 입사각을 갖는 빛은 차단하는 광 경로 연장층을 포함하고,
    상기 광 경로 연장층의 적어도 일부는 흡광 물질로 형성되고,
    상기 광 경로 연장층의 상면으로부터 상기 광 경로 연장층의 하면까지 연장된 관통홀이 형성되며,
    상기 관통홀은 경사진 광 경로를 제공하여 상기 경사진 광 경로를 이탈하는 방향으로 진행하는 빛은 차단하고, 상기 경사진 광 경로를 이탈하지 않는 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 통과시키는 디스플레이.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 광 경로 연장층의 하부에는 이미지 센서가 위치하며,
    상기 관통홀은 상기 이미지 센서의 수광부를 향하는 방향으로 연장되는 디스플레이.
14. 청구항 13에 있어서,
    복수의 상기 관통홀은 상기 이미지 센서의 수광부를 향하는 방향으로 연장되는 디스플레이.
15. 청구항 12에 있어서,
    상기 광 경로 연장층은,
    상기 흡광 물질로 형성되고, 상기 광 경로가 정의된 영역에 개구가 형성되며, 상기 광학적으로 투명한 물질에 의해 이격된 복수의 흡광층을 포함하는 디스플레이.
16. 청구항 12에 있어서, 상기 이미지 센서층은,
    상기 디스플레이 패널과 상기 광 경로 연장층 사이에 위치하며, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 제1 각도로 굴절시키는 프리즘 시트를 더 포함하는 디스플레이.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 각도로 굴절된 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은, 상기 광 경로 연장층의 상면에서 제2 각도로 굴절되어 상기 관통홀을 통과하는 디스플레이.
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 각도로 굴절된 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛은, 상기 광 경로 연장층의 하면에서 제2 각도로 굴절되어 상기 관통홀을 통과하는 디스플레이.
19. 청구항 16에 있어서, 상기 프리즘 시트는,
    프리즘 산과 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하되,
    상기 제1 경사면은 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 상기 제1 각도로 굴절시키며,
    상기 제1 경사면의 경사각은 상기 제2 경사면의 경사각보다 작은 디스플레이.
20. 청구항 16에 있어서, 상기 광 경로 연장층은,
    상기 광 경로 연장층의 상면에 형성되며, 상기 프리즘 시트의 프리즘 산을 수용하는 정렬 홈을 더 포함하는 디스플레이.
21. 청구항 16에 있어서, 상기 프리즘 시트는,
    프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하되,
    상기 제1 경사면의 상단은 상기 제2 경사면의 상단에 연결되며,
    상기 제1 경사면의 하단과 상기 제2 경사면의 하단은 평행하게 연장된 하면의 양단에 각각 연결되는 디스플레이.
22. 청구항 16 또는 청구항 20에 있어서,
    상기 제2 경사면은 흡광층을 더 포함하는 디스플레이.
    

Images