KR20220000369U - 인셀(In-Cell) 지문 감지 디스플레이 장치 - Google Patents

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야오-리 황
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에지스 테크놀러지 인코포레이티드
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Abstract

인셀(In-Cell) 지문 감지 디스플레이 장치가 개시된다. 구동회로층의 감지 소자는 컬러필터층의 감광 홀을 통해 지문 정보를 포함하는 이미지 광선을 감지하여 지문 감지 신호를 생성한다. 구동 회로는 감지 소자 옆에 설치되는 구동 전극을 통하여 차단 영역 내의 액정 분자를 회전시킴으로써 감지 소자 주위의 미광(stray light)을 차단한다.

Description

인셀(In-Cell) 지문 감지 디스플레이 장치{IN-CELL FINGERPRINT SENSING DISPLAY DEVICE}
본 고안은 감지 장치에 관한 것으로서, 특히 인셀(In-Cell) 지문 감지 디스플레이 장치에 관한 것이다.
현재 시판되는 LCD 전자 장치에는 지문 기능이 내장되어 있지 않다. 따라서 지문 감지 모듈은 add-on 방식으로 디스플레이 스크린의 하부 또는 외측 주변에 부착되어야 한다. 구체적으로, 스마트폰에서, 지문 감지 모듈은 스마트폰의 실체 기능 키 또는 스마트폰 뒷부분 하부의 지문 감지 영역 하부에 설치되어 손가락의 지문 정보를 수집한다.
또한, 공지의 광학 지문 감지 모듈에서, 디스플레이 패널을 누르는 손가락의 반사광은 하부의 이미지 센서로 전달되나, 이미지 센서는 손가락의 반사광 외에, 주위의 미광도 수신할 수 있어, 이미지 센서가 감지하는 지문 이미지의 품질이 저하된다.
공지의 광학 지문 감지 모듈에서, 디스플레이 패널을 누르는 손가락의 반사광은 하부의 이미지 센서로 전달되나, 이미지 센서는 손가락의 반사광 외에, 주위의 미광도 수신할 수 있어, 이미지 센서가 감지하는 지문 이미지의 품질이 저하된다.
본 고안은 대면적 지문 감지와 지문 감지 품질을 향상시키는 효과를 달성할 수 있는 인셀(In-Cell) 지문 감지 디스플레이 장치를 제공한다.
본 고안의 인셀 지문 감지 디스플레이 장치는 컬러필터층, 액정층 및 구동회로층을 포함한다. 컬러필터층은 적어도 하나의 감광 홀을 가진다. 액정층은 컬러필터층과 구동회로층 사이에 설치되며, 구동회로층은 적어도 하나의 감지 소자, 적어도 하나의 구동 전극 및 구동 회로를 포함한다. 감지 소자는 감광 홀에 대응되게 설치되며, 지문 정보를 포함하는 이미지 광선을 감광 홀을 통하여 감지하여 지문 감지 신호를 생성한다. 구동 전극은 감지 소자 옆에 설치된다. 구동 회로는 구동 전극과 커플링되고, 구동 전극을 통하여 감지 소자 옆의 차단 영역의 액정 분자의 회전을 제어함으로써 감지 소자 주위의 미광을 차단한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 차단 영역은 감지 소자를 둘러싸는 환형의 영역이다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 차단 영역은 컬러필터층의 차광 구조 하부에 위치한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 컬러필터층은 기판, 차광 구조 및 다수 개의 컬러필터 패턴을 포함한다. 차광 구조는 기판 상에 형성되며, 감광 홀 및 다수 개의 디스플레이 개구를 가진다. 상기 다수 개의 컬러필터 패턴은 상기 다수 개의 디스플레이 개구에 설치된다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 인셀 지문 감지 디스플레이 장치는 구동회로층 하부에 설치되는 백라이트(backlight) 모듈을 더 포함한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 구동회로층은 다수 개의 화소 전극 및 디스플레이 구동 회로를 더 포함한다. 다수 개의 화소 전극은 상기 다수 개의 디스플레이 개구에 대응되게 설치된다. 디스플레이 구동 회로는 구동회로층에 설치되며 화소 전극과 커플링되고, 화소 전극을 통해 디스플레이 개구에 대응되는 액정 분자를 회전시키며, 백라이트가 액정층 및 컬러필터층을 통하여 디스플레이 이미지 빔을 형성한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 미광은 디스플레이 개구로부터 오는 광선을 포함한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 인셀 지문 감지 디스플레이 장치는 컬러필터층 상부에 설치되고 손가락의 터치 조작을 수신하는 커버 플레이트를 더 포함한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 이미지 광선은 백라이트 모듈이 손가락에 조사한 광을 반사함으로써 생성된 광선이다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 감광 홀이 기판 상에서 점유하는 면적은 기판 면적의 25%보다 넓다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 이미지 광선은 추가적인 광선이 손가락에 의해 반사되어 생성된 광선이다.
상기 내용에 따르면, 본 고안의 구동회로층의 감지 소자는 지문 정보를 가지는 이미지 광선을 컬러필터층의 감광 홀을 통하여 감지하여 지문 감지 신호를 생성할 수 있고, 구동회로는 감지 소자 옆에 설치된 구동 전극을 통하여 차단 영역의 액정 분자를 회전시켜 감지 소자 주위의 미광을 차단할 수 있다. 이와 같이 지문 감지의 품질을 제고할 수 있으며, 동시에 대면적 지문 감지를 구현할 수 있다.
본 고안의 상기 특징과 장점의 보다 명확하고 쉬운 이해를 위하여, 이하에서는 특정 실시예를 들어, 도면을 참조하여 다음과 같이 상세하게 설명한다.
도 1은 본 고안의 일 실시예의 인셀(In-Cell) 지문 감지 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예의 인셀 지문 감지 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 3은 본 고안의 또 다른 일 실시예의 인셀 지문 감지 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 1은 본 고안의 일 실시예의 인셀(In-Cell) 지문 감지 디스플레이 장치의 단면도이다. 도 1을 참조하기 바란다. 인셀 지문 감지 디스플레이 장치는 예컨대 이미지를 감지하는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 액정 디스플레이 장치일 수 있다. 인셀식 지문 감지 디스플레이 장치는 커버 플레이트(CV1), 컬러필터층(CF1), 액정층(CRL1), 구동회로층(CL1) 및 백라이트 모듈(BLM1)을 포함하며, 그 중 컬러필터층(CF1)은 커버 플레이트(CV1)과 액정층(CRL1) 사이에 설치되고, 구동회로층(CL1)은 액정층(CRL1) 하부에 설치되며, 액정층(CRL1)과 백라이트 모듈(BLM1) 사이에 설치된다.
커버 플레이트(CV1)는 예컨대 유리 기판에서 실행되는 손가락(F1)의 터치 동작을 수신할 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다. 컬러필터층(CF1)은 감광 홀(PH1)을 구비하여, 손가락(F1)이 광선(L1)을 반사함으로써 생성된 이미지 광선(RL1)이 액정층(CRL1)에 진입하여 구동회로층(CL1)에 도달하도록 할 수 있다. 구동회로층(CL1)은 감지 소자(SA1), 구동 전극(P1) 및 구동 회로(102)를 포함할 수 있으며, 그 중 감지 소자(SA1)는 도 1의 실시예에서와 같이 감광 홀(PH1)에 대응되게 설치되고, 감광 홀(PH1)의 하부에 설치되며, 감광 홀(PH1)을 통하여 지문 정보를 포함하는 이미지 광선을 감지하여 지문 감지 신호를 생성하고 이를 후단의 회로에 제공하여 지문 식별 또는 다른 응용을 실행할 수 있다.
구동 전극(P1)은 감지 소자(SA1) 옆에 설치되고 구동 회로(102)와 커플링된다. 구동 회로(102)는 구동 전극(P1)에 구동 전압을 인가할 수 있고, 액정층의 액정 분자의 경사각은 구동 전압의 변화에 따라 변경될 수 있으며, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 구동 회로(102)는 구동 전극(P1)을 통하여 차단 영역(BA1)의 액정 분자(LC1)를 회전시켜 감지 소자(SA1) 상의 액정 분자(LC2)와 상이한 각도를 나타내도록 할 수 있다. 구동 회로(102)가 차단 영역(BA1)의 액정 분자(LC1)의 경사각을 조절함에 의하여, 감지 소자(SA1)의 주위로부터 오는 미광을 차단하거나 미광을 감지 소자(SA1)로부터 유리시켜, 미광이, 감지 소자(SA1)가 이미지 광선(RL1)을 감지하는 감지 효과에 영향을 미쳐 지문 감지의 품질을 저하시키는 것을 피할 수 있다.
구체적으로, 컬러필터층(CF1)은 기판(B1) 및 기판(B1) 상에 형성되는 차광 구조(BM1) 및 다수 개의 컬러필터 패턴을 포함할 수 있다. 기판(B1)은 유리 기판일 수 있으나 이에 제한되지 아니하며, 차광 구조(BM1)는 감광 홀(PH1) 및 다수 개의 컬러필터 패턴을 가진다. 예컨대 도 1의 실시예에서, 컬러필터 패턴은 적색광 필터 패턴(R), 녹색광 필터 패턴(G) 및 청색광 필터 패턴(B)을 가질 수 있고, 적색광 필터 패턴(R), 녹색광 필터 패턴(G) 및 청색광 필터 패턴(B)은 차광 구조(BM1) 의 다수 개의 디스플레이 개구에 형성될 수 있다. 차광 구조(BM1)와 컬러필터 패턴은 금속, 유기 물질, 컬러 광 블록 또는 상기 조합의 단층 또는 다층 구조로 구성될 수 있으며, 컬러필터 패턴의 재질은 차광 구조(BM1)의 물질과 동일하거나 상이할 수 있고, 예컨대, 차광 구조(BM1)와 컬러필터 패턴은 모두 다수 개의 컬러 광 블록을 적층하여 형성될 수 있다. 컬러필터 패턴의 재질은 예컨대 금속, 유기 물질, 컬러 광 블록, 또는 상기 물질의 조합의 단층 또는 다층 구조로 구성될 수 있다.
차단 영역(BA1)은 예컨대 도 2의 인셀 지문 감지 디스플레이 장치의 평면도와 같이 나타낼 수 있으며, 감지 소자(SA1)를 둘러싸는 환형 영역(점선으로 나타낸 바와 같음)일 수 있고, 차단 영역(BA1)은, 예컨대 차광 구조(BM1) 하부에 위치하는 차광 영역(사선 영역으로 나타낸 바와 같음) 내의 영역일 수 있다. 이와 같이 차단 영역(BA1)의 액정 분자를 사용하여 효과적으로 미광을 차단하거나 또는 미광을 감지 소자(SA1)로부터 유리시킬 수 있으며, 예컨대 감지 소자(SA1) 옆의 디스플레이 개구로부터 오는 광선을 차단하거나 또는 이미지 광선(RL1)과 함께 감광 홀(PH1)로 진입하는 기타 여분의 광선을 감지 소자(SA1)로부터 격리시킴으로써, 감지 소자(SA1)의 감지 품질에 영향을 끼치는 것을 막을 수 있다.
또한, 백라이트 모듈(BLM1)은 발광 소자, 도광판, 반사필름 및/또는 기타 광학 소자로 구성될 수 있으며, 발광 소자는 예컨대 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED), 미니 LED(Mini Light-Emitting Diode, Mini LED), 또는 마이크로 LED (Micro Light-Emiting Diode, Micro LED)일 수 있으나, 본 고안은 이에 제한되지 아니한다.
그밖에, 구동회로층(CL1)은 다수 개의 화소 전극(P2) 및 디스플레이 구동 회로(104)를 더 포함할 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(104)는 화소 전극(P2)에 커플링된다. 화소 전극(P2)은 디스플레이 개구에 대응되게 배치될 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(104)는 화소 전극(P2)에 디스플레이 구동 전압을 인가하여 각 디스플레이 개구에 대응되는 액정 분자의 회전을 제어할 수 있다. 백라이트 모듈(BLM1)이 제공하는 백라이트(BL1)는, 상이한 경사각을 가지는 액정 분자와 컬러필터층(CF1)을 통과한 후 디스플레이 이미지 빔으로 변환되어 디스플레이 이미지를 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 이미지 광선(RL1)은 예컨대 디스플레이 이미지 빔이 손가락(F1)에 의해 반사되어 생성된 광선일 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다. 기타 실시예에서, 구동회로층(CL1) 상에 추가적으로 조명 소자를 설치하여 손가락(F1)에 조명 광선을 제공함으로써 이를 반사하여 이미지 광선(RL1)을 생성할 수 있다.
본 실시예의 인셀 지문 감지 디스플레이 장치는 감지 소자(SA1)를 구동회로층(CL1)에 내장한 것이므로, 공지 기술에서처럼 add-on 방식으로 지문 감지 모듈을 설치할 필요가 없다. 따라서 인셀 지문 감지 장치의 부피를 증가시키지 않으면서 큰 면적 또는 풀 스크린의 지문 감지를 구현할 수 있으며, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치에 추가적인 수용 공간을 제공하여 활용함으로써, 예컨대 인셀 지문 감지 디스플레이 장치가 보다 큰 전력 용량의 전지를 수용할 수 있도록 하고, 인셀 지문 감지 디스플레이의 사용 시간을 연장한다. 또한, 감지 소자(SA1)가 구동회로층(CL1)의 제작 시 동시에 완성되므로, 추가적인 제조 비용을 소모할 필요가 없다.
주의할 것은, 상기 실시예에서, 감광 홀, 감지 소자, 감지 소자 구동 전극 및 화소 전극 등 요소의 개수는 예시적인 실시예에 불과하며, 다른 디스플레이에서, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치는 더 많은 개수의 감광 홀, 감지 소자 구동 전극 및 화소 전극을 포함할 수 있다는 점이다. 도 3은 본 고안의 또 다른 일 실시예의 인셀식 지문 감지 디스플레이 장치의 평면도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에서, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치의 컬러필터층(CF1)은 다수 개의 청색광 필터 소자(C1) 및 다수 개의 녹색광 필터 소자(C2)를 더 포함하며, 각 감광 홀(PH1) 내에는 청색광 필터 소자(C1) 및 녹색광 필터 소자(C2) 중 하나가 설치될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서, 청색광 필터 소자(C1)의 물질은 청색광 필터 패턴(B)과 동일한 청색광 필터 물질일 수 있으며, 녹색광 필터 소자(C2)는 녹색광 필터 패턴(G)과 마찬가지로 녹색광 필터 물질로 제작될 수 있다. 본 실시예에서, 광 필터 패턴(R, G, B)의 개수와 감광 홀(PH1) 개수의 비는 3:1이고, 즉 각 디스플레이 화소(한 그룹의 광 필터 패턴 R, G, B 및 이에 대응되는 액정층으로 구성됨)는 하나의 광 필터 소자(청색광 필터 소자(C1) 또는 녹색광 필터 소자(C2))와 배치된다. 감광 홀(PH1)이 기판(B1)에서 점유하는 면적(즉, 청색광 필터 소자(C1)와 녹색광 필터 소자(C2)의 면적))은 기판(B1) 면적의 25%보다 넓다. 이로써, 지문 감지 시에, 환경 내의 강한 빛을 차단하고, 노이즈 간섭을 감소시키며, 나아가 감지 효과를 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 녹색광 필터 소자(C2)의 개수는 청색광 필터 소자(C1)의 개수보다 많을 수 있고, 환경 광 차단 효과를 보다 향상시킬 수 있으나, 본 고안은 이에 제한되지 아니한다.
다른 실시예에서, 컬러필터층(CF1)의 청색광 필터 소자(C1)와 녹색광 필터 소자(C2)는 규칙적으로 배열된 형태를 나타낸다. 예컨대, 청색광 필터 소자(C1)와 녹색광 필터 소자(C2)는 바둑판 모양, 사선 무늬 또는 마름모꼴로 배열될 수 있으며, 본 고안은 이에 제한되지 아니한다.
상기 내용을 종합하면, 본 고안의 구동회로층의 감지 소자는 지문 정보를 가지는 이미지 광선을 컬러필터층의 감광 홀을 통하여 감지하여 지문 감지 신호를 생성할 수 있고, 구동 회로는 감지 소자 옆에 설치된 구동 전극을 통하여 차단 영역의 액정 분자를 회전시켜 감지 소자 주위의 미광을 차단함으로써 지문 감지 품질을 효과적으로 제고할 수 있다. 또한, 감지 소자의 인셀식 설계는 인셀 지문 감지 디스플레이 장치의 소형화와 대면적 지문 감지 구현에 기여할 수 있으며, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치에 추가적인 수용 공간을 제공하여 활용할 수 있다. 또한, 감지 소자가 구동회로층의 제작 시 동시에 완성되므로, 추가적인 제조 비용을 소모하지 않게 된다.
실시예를 통하여 본 고안을 상기와 같이 설명하였으나, 이는 본 고안을 제한하고자 함이 아니며, 해당 기술 분야의 통상적 지식을 갖춘 자들은 본 고안의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경과 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 따라서, 본 고안의 보호 범위는 후술되는 특허청구범위를 기준으로 하여 정해져야 할 것이다.
102: 구동 회로
104: 디스플레이 구동 회로
CV1: 커버 플레이트
C1: 컬러필터층
CRL1: 액정층
CL1: 구동회로층
BLM1: 백라이트 모듈
PH1: 감광 홀
F1: 손가락
L1: 광선
RL1: 이미지 광선
SA1: 감지 소자
P1: 구동 전극
P2: 화소 전극
BA1: 차단 영역
LC1, LC2: 액정 분자
B1: 기판
BM1: 차광 구조
R: 적색광 필터 패턴
G: 녹색광 필터 패턴
B: 청색광 필터 패턴
C1: 청색광 필터 소자
C2: 녹색광 필터 소자

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 감광 홀을 가지는 컬러필터층;
    액정층; 및
    구동회로층;을 포함하며,
    상기 액정층은 상기 컬러필터층과 상기 구동회로 사이에 설치되고, 상기 구동회로층은:
    상기 감광 홀에 대응되게 설치되며, 지문 정보를 포함하는 이미지 광선을 상기 감광 홀을 통하여 감지하여, 지문 감지 신호를 생성하기 위한, 적어도 하나의 감지 소자;
    상기 감지 소자 옆에 설치되는 적어도 하나의 구동 전극; 및
    상기 구동 전극에 커플링되며, 상기 구동 전극을 통하여 상기 감지 소자 옆의 차단 영역의 액정 분자를 회전시켜, 상기 감지 소자 주위의 미광(stray light)을 차단하기 위한, 구동 회로;를 포함하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차단 영역은 상기 감지 소자를 둘러싸는 환형의 영역인, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 차단 영역은 상기 컬러필터층 하부의 차광 영역 내에 위치하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컬러필터층은:
    기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 감광 홀 및 다수 개의 디스플레이 개구를 가지는 차광 구조; 및
    상기 다수 개의 디스플레이 개구에 설치되는 다수 개의 컬러필터 패턴;을 포함하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동회로층 하부에 설치되는 백라이트(backlight) 모듈을 더 포함하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구동 회로층은:
    상기 다수 개의 디스플레이 개구에 대응되게 설치되는 다수 개의 화소 전극; 및
    상기 구동회로층에 설치되고, 상기 다수 개의 화소 전극과 커플링되며, 상기 다수 개의 디스플레이 개구에 대응되는 액정 분자를 상기 다수 개의 화소 전극을 통하여 회전시키는 디스플레이 구동 회로;를 포함하며,
    백라이트가 상기 액정층 및 상기 컬러필터층을 통과하여 디스플레이 이미지 빔을 형성하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 미광은 상기 다수 개의 디스플레이 개구로부터 오는 광선을 포함하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 컬러필터층 상부에 설치되며, 손가락의 터치 조작을 수신하는 커버 플레이트;를 더 포함하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 이미지 광선은 상기 백라이트 모듈이 손가락을 조사하여 생성된 광인, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  10. 제 4항에 있어서, 상기 감광 홀이 상기 기판 상에서 점유하는 면적은 상기 기판 면적의 25%보다 넓은, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 이미지 광선은 추가적인 조명 광선이 손가락에 의해 반사되어 생성되는 광선인, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 감광 홀에 형성되는 광 필터 소자를 더 포함하는, 인셀 지문 감지 디스플레이 장치.
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