KR20220049599A - 관통 디스플레이 분광기로 구성된 방출형 디스플레이 - Google Patents

관통 디스플레이 분광기로 구성된 방출형 디스플레이 Download PDF

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오잔 카크마키
죠티 카리
최상무
아이온 비타
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구글 엘엘씨
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Abstract

모바일 컴퓨팅 장치는 패널이 격자로 사용되는 방출형 디스플레이 패널과 방출형 디스플레이 패널의 뒤/아래에 위치되는 분광기 광학 장치를 포함한다. 모바일 컴퓨팅 장치는 방출형 디스플레이 패널 및 방출형 디스플레이 패널 아래에 위치되는 분광기를 포함한다. 방출형 디스플레이 패널은 하나 이상의 LED를 포함하는 픽셀의 제1 주기적 패턴 및 픽셀을 제어하는 회로 소자의 제2 주기적 패턴을 포함하며, 제1 및 제2 주기적 패턴은 장치의 외부로부터 수신된 광을 회절시켜 방출형 디스플레이를 통과시키도록 구성되고, 회절은 파장에 따라 다르다. 분광기는 회절된 광의 다른 파장 범위의 강도를 검출하도록 구성된다.

Description

관통 디스플레이 분광기로 구성된 방출형 디스플레이
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 12월 17일에 출원된 미국 특허 출원 62/949,197호를 우선권으로 주장하며, 개시 내용은 참조로서 본 출원에 모두 포함된다.
본 발명은 평판 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이를 통한 분광 감지를 가능하게 하는 모바일 장치에 사용되는 디스플레이에 관한 것이다.
모바일 장치(예를 들어, 모바일 폰, 태블릿 등)의 더 많은 영역을 포함하도록 디스플레이를 확장하는 것은 적어도 사용자 경험 관점에서 바람직할 수 있다. 그러나, 디스플레이(예를 들어, 전면 카메라, 광 센서, 분광기 등)를 또한 포함하는 모바일 장치 측면에 위치되는 전기-광학 장치는 디스플레이를 포함하는 장치 측면에서 부동산을 놓고 경쟁할 수 있다. 따라서, 디스플레이의 방출 영역의 크기는 장치의 디스플레이 측면에 다른 센서를 수용하기 위해 절충되어야 할 수 있다.
본 발명은 방출형 디스플레이 패널 및 분광기를 갖는 모바일 컴퓨팅 장치를 설명하며, 분광기는 디스플레이 패널 아래에 위치된다. 분광기에 의해 검출되고 분석되는 광은 디스플레이 패널을 통과하고, 디스플레이 패널의 소자들에 의해 파장-의존적인 방식으로 회절된다.
일반적인 양태에서, 모바일 컴퓨팅 장치는 방출형 디스플레이 패널 및 방출형 디스플레이 패널 아래에 위치되는 분광기를 포함한다. 방출형 디스플레이 패널은 하나 이상의 LED를 포함하는 픽셀의 제1 주기적 패턴 및 픽셀을 제어하는 회로 소자의 제2 주기적 패턴을 포함하며, 제1 및 제2 주기적 패턴은 장치의 외부로부터 수신된 광을 회절시켜 방출형 디스플레이를 통과하도록 구성되고, 회절은 파장에 따라 다르다. 분광기는 회절된 광의 다른 파장 범위의 강도를 검출하도록 구성된다.
구현예들은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 패널은 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.
회로 소자들은 광이 통과할 수 있는 개구를 형성하도록 배치될 수 있다.
하나 이상의 LED는 주기적 패턴에 의해 회절되는, 장치의 외부로부터 수신된 광을 반사하는 물체에 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
분광기는 광학 센서 어레이의 다른 부분들 상에 이미징된 회절 광의 강도에 응답하는 광학 센서 어레이를 포함할 수 있다.
모바일 컴퓨팅 장치는 어레이의 베이스라인 응답을 저장하도록 구성된 메모리를 포함할 수 있다.
모바일 컴퓨팅은 방출형 디스플레이 패널과 광학 센서 어레이 사이에 섬유 플레이트를 포함할 수 있으며, 섬유 플레이트는 회절된 광을 광학 센서 어레이 상에 이미징하도록 구성된다.
모바일 컴퓨팅 장치는 방출형 디스플레이 패널과 분광기 사이에 위치되는 렌즈를 또한 포함할 수 있고, 렌즈는 회절된 광을 분광기 상에 이미징하도록 구성된다.
모바일 컴퓨팅 장치는 방출형 디스플레이 패널과 분광기 사이에 불투명 층을 또한 포함할 수 있고, 불투명 층은 회절된 광이 디스플레이 패널을 통해 분광기로 통과할 수 있게 하도록 구성된 구멍을 포함한다.
모바일 컴퓨팅 장치는 분광기로부터의 신호를 처리하도록 구성되는 프로세서를 또한 포함할 수 있고, 신호는 회절된 광의 상이한 파장 범위의 검출된 강도에 기초하여 회절된 광이 진짜(authentic) 또는 진품(genuine)으로 수신되는 제품을 식별한다.
다른 양태에서, 방출형 디스플레이 패널은 하나 이상의 LED를 포함하는 픽셀의 제1 주기적 패턴 및 픽셀을 제어하는 회로 소자의 제2 주기적 패턴을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 주기적 패턴은 장치의 외부로부터 수신된 광을 회절시켜 방출형 디스플레이를 통과하도록 구성되며, 회절은 파장에 따라 달라져서, 회절된 광이 방출형 디스플레이 패널 아래에 위치되는 분광기에 의해 검출될 수 있다.
구현예들은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 패널은 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널은 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.
회로 소자들은 광이 통과할 수 있는 개구를 형성하도록 배치될 수 있다.
하나 이상의 LED는 주기적 패턴에 의해 회절되는, 장치의 외부로부터 수신된 광을 반사하는 물체에 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
방출형 디스플레이 패널은 방출형 디스플레이 패널과 분광기 사이에 불투명 층을 또한 포함할 수 있고, 불투명 층은 회절된 광이 디스플레이 패널 및 불투명 층을 통과할 수 있게 하도록 구성된 구멍을 포함한다.
도 1a는 전방 표면의 상이한 부분들을 차지하는 디스플레이 및 광학 장치를 포함하는 모바일 컴퓨팅 디바이스의 상부(전방) 표면을 도시한다.
도 1b는 본 발명의 가능한 구현예에 따라 디스플레이의 영역 뒤에 위치되는 분광기와 함께 디스플레이를 포함하는 모바일 컴퓨팅 장치의 상부(전방) 표면을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 가능한 구현예에 따라 각각이 방출형 디스플레이 패널 뒤에 위치되는 복수의 광학 장치를 포함하는 모바일 장치의 측단면도이다.
도 2b는 본 발명의 가능한 구현예에 따라 방출형 디스플레이 패널 뒤에 위치되는 복수의 광학 장치를 포함하는 모바일 장치의 측단면도이다.
도 3a는 본 발명의 가능한 구현예에 따라 방출형 디스플레이의 고해상도 부분의 픽셀 및 신호 라인의 평면도(정면도)이다.
도 3b는 본 발명의 가능한 구현예에 따라 방출형 디스플레이의 감소된 해상도 부분의 픽셀 및 신호 라인의 평면도(정면도)이다.
도 4는 도 3b에 도시된 방출형 디스플레이의 가능한 측단면도이다.
도 5는 도 4의 방출형 디스플레이를 통과하는 광에 대한 가능한 효과를 도시한다.
도 6은 방출형 디스플레이의 회절 소자에 의한 광의 파장 의존적인-회절의 개략도이다.
도 7은 방출형 디스플레이에서 회절 소자의 2차원 어레이에 의해 회절되는 광의 측정된 점 확산 함수를 도시한다.
도 8은 광이 디스플레이를 통과할 때 유입 광을 회절시킬 수 있는 회절 소자의 주기적 패턴을 포함하는 방출형 디스플레이를 갖는 모바일 장치의 개략도이다.
도 9는 장치가 주변 광 조명 모드에서 사용될 때 광이 디스플레이를 통과함에 따라 유입 광을 회절할 수 있는 회절 소자의 주기적 패턴을 포함하는 방출형 디스플레이를 갖는 모바일 장치의 개략도이다.
도면의 구성요소는 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니며 서로에 대한 축척이 아닐 수도 있다. 동일한 도면부호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
본 발명은 모바일 장치(예를 들어, 모바일 폰, 태블릿 등)와 함께 사용될 수 있는 평판 디스플레이(즉, 디스플레이 패널)를 설명한다. 모바일 장치의 전방 표면은 일반적으로 그래픽 유저 인터페이스(GUI)로 작동하는 디스플레이 및 전방 표면을 향하는 영역에서 센서/이미터로 작동하는 하나 이상의 광학 장치를 포함한다. 하나 이상의 광학 장치는 조명 조건 감지(예를 들어, 광 센서), 근접 감지(예를 들어, 전자기 센서), 이미지 캡처(예를 들어, 전면 카메라) 및/또는 광 제공(예를 들어, 플래시)을 비롯한 다양한 기능을 위해 구성될 수 있다.
전통적으로, 디스플레이와 광학 장치는 전방 표면의 별도 영역을 차지했다. 예를 들어, 도 1a는 전방 표면의 상이한 부분을 차지하는 디스플레이(110) 및 카메라(111)를 갖는 모바일 장치(101)를 도시한다. 카메라(111) 이외에, 모바일 장치(101)는 예를 들어, 분광기와 같이 광학 신호를 수신 및 감지하는 다른 광학 소자를 포함할 수 있다.
분광기는 유입되는 전자기 복사의 구성 파장 및 다른 구성 파장의 복사 및 조도 또는 파워를 결정하기 위해 유입되는 전자기 복사를 분석하는데 사용될 수 있다. 분광기에 의해 제공되는 정보는 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 분광 정보는 제품으로부터의 분광 특성에 기초하여 제품의 성분 또는 구성요소를 결정하는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 제품이 위조 제품에 의해 재현되지 않는 알려진 특성 스펙트럼 신호를 가질 때, 분광 정보는 제품(예를 들어, 의약품, 고급 소비재 등)의 진위를 결정하는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 분광 정보는 항목의 조건을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 과일의 당도는 과일이 익으면서 변할 수 있으며, 과일의 당도가 과일에서 감지되는 전자기 스펙트럼에 영향을 줄 때, 분광기를 사용하여 과일의 상대적인 숙성도를 결정할 수 있다. 건강 관련 정보(예를 들어, 혈중 산소 포화도, 체지방률 등)도 분광 수단에 의해 검출될 수 있다.
방출형 디스플레이 기술(예를 들어, 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED))의 최근 발전은 디스플레이의 방출(즉, 활성) 영역을 모바일 장치의 에지부 쪽으로 확장하는 것을 용이하게 한다. 디스플레이의 활성 영역을 모바일 장치의 에지부 쪽으로 확장함으로써, 유저는 더 큰 장치의 단점 없이 더 큰 디스플레이의 이점을 경험할 수 있다. 그러나, 이렇게 하면 모바일 장치 전방 표면의 방출형 디스플레이의 영역 외부에 분광기 또는 다른 광학 장치를 위한 공간이 부족할 수 있다. 또한, 모바일 장치에 분광기 기능을 추가하는 것은 유입 광을 회절시키는 격자를 제공하는 것을 포함하며, 격자는 장치에 공급, 테스트 및 통합하기 위한 또 다른 구성요소가 될 수 있다.
본원 명세서에 개시된 방출형 디스플레이는 모바일 장치의 전방 표면을 분광기와 공유하도록 구성되어서, 디스플레이의 활성 영역이 디스플레이 또는 디스플레이 주변의 공간에 분광기에 대한 갭을 남겨둘 필요 없이 에지부까지 확장될 수 있다. 따라서, 분광기를 덮는 개시된 디스플레이 패널의 하나 이상의 부분은, 디스플레이 아래에 위치된 분광기가 디스플레이를 통해 전자기 복사(예를 들어, 광)를 수신할 수 있고 디스플레이 자체가 격자로서 작용할 수 있어서 분광 감지 및 분석을 위해 수신된 복사를 구성 파장으로 분리하도록 구성될 수 있다.
도 1b는 장치의 에지부 쪽으로 확장된 디스플레이(112)를 갖는 모바일 장치(102)를 도시한다. 디스플레이가 광학 장치용으로 예약된 영역으로부터 제외되는 모바일 장치와 달리, 디스플레이(112)의 발광(즉, 활성) 영역은 실질적으로 전방 표면 전체에 걸쳐 확장된다. 따라서, 모바일 장치(102)의 거의 전체 전방 표면이 컬러, 흑백 또는 그레이 스케일 이미지, 그래픽 및/또는 문자를 표시하는데 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 디스플레이(112)는 하나 이상의 영역(120)을 포함할 수 있고, 상기 영역 뒤(즉, 그 아래에)에 분광기가 배치될 수 있다.
영역(120)의 크기, 형태 및/또는 위치는 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 영역(120)은 둥근(예를 들어, 원형) 형상을 가지며, 디스플레이(112)의 에지부로부터 떨어져 위치된다. 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 영역(120)은 형상이 직사각형일 수 있고 디스플레이(112)의 에지부를 따라 위치될 수 있다.
도 2a는 영역(120A, 120B)을 갖는 디스플레이(112)를 구비한 모바일 장치의 측단면도이고, 상기 영역을 통해 전자기 복사가 하부 광학 장치, 예를 들어, 카메라 또는 분광기로 전송될 수 있다. 모바일 장치는 각각 상이한 영역(120A, 120B) 뒤에 위치되는 다수의 광학 장치(140A, 140B)를 포함할 수 있다. 도 2b는 다수의 광학 장치(140A, 140B)에 의한 사용을 위해 단일 영역을 갖는 디스플레이(112)를 구비한 모바일 장치의 측단면도이다.
광학 장치(140A, 140B)는 영역(120A, 120B, 120C)을 통해 전자기 복사(125)를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 본 발명은 (예를 들어, 전자기 스펙트럼의 밀리미터파, 가시광선 또는 적외선 부분으로부터) 전자기 복사를 송신 또는 수신하도록 구성된 임의의 광학 장치에 일반적으로 적용될 수 있지만, 가시광선 및/또는 또는 적외선을 수신하도록 구성된 분광기의 특정 구현예가 개시내용 전반에 걸쳐 고려될 것이다.
일부 구현예들에서, 광을 하부 센서로 통과시키는 디스플레이(112)의 영역(120A, 120B, 120C)은 디스플레이의 나머지 부분에서와 동일한 픽셀 밀도 및/또는 픽셀 배열을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 광을 하부 센서로 통과시키는 디스플레이(112)의 영역(120A, 120B, 120C)은 디스플레이의 나머지 부분과 상이한 동일한 픽셀 밀도 및/또는 픽셀 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 디스플레이의 나머지 부분의 디스플레이 영역은 광을 분광기에 전송하는 디스플레이의 영역(120A, 120B, 120C)의 픽셀 해상도보다 더 높은 픽셀 해상도를 가질 수 있다. 도 3a는 방출형 디스플레이의 고해상도 부분의 가능한 픽셀 및 신호 라인을 도시하고, 도 3b는 방출형 디스플레이의 축소된 해상도 부분의 픽셀 및 신호 라인을 도시한다. 도 3a 및 도 3b에서, 디스플레이의 픽셀은 상이한 컬러를 방출하는 복수의 발광 소자(예를 들어, 발광 다이오드)를 포함할 수 있어서, 모든 가시 컬러는 상이한 소자로부터의 광량을 혼합함으로써 픽셀에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 픽셀은 적색 LED(302), 청색 LED(304) 및 2개의 녹색 LED(306)를 포함할 수 있다. 축소된 해상도 부분은 디스플레이의 고해상도 부분보다 더 많은 광이 디스플레이를 통과하도록 할 수 있다. 그러나, 디스플레이를 통과하는 광은 수직(y) 방향 및/또는 수평(x) 방향으로 진행하는 신호 라인(242)을 경험할 수 있다.
도 4는 도 1b의 모바일 장치와 함께 사용하기에 적합한 방출형 디스플레이 패널(200)의 측단면도이다. 일 구현예에서, 디스플레이 패널(200)은 AMOLED 디스플레이일 수 있다. 본 발명의 원리는 다양한 다른 디스플레이 기술(예를 들어, LCD, LED)에 적용될 수 있지만, AMOLED 디스플레이의 구현예가 개시내용 전체에 걸쳐 고려된다.
도 4에 도시된 바와 같이, AMOLED 디스플레이 패널(200)은 복수의 층을 포함한다. 층들은 모바일 장치(102)의 전방 표면을 형성할 수 있는 커버 유리 층(210) 뒤에(즉, 아래에) 위치된다. 가능한 구현예에서, 디스플레이 패널(200)은 편광 필름 층(215)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(200)은 또한 터치 센서 전극(222)을 포함하는 터치 센서 층(220)을 포함할 수 있다. 디스플레이용 픽셀(237)은 캐소드 층(230), OLED 이미터 스택(235), 및 애노드 층(236)의 개별 소자로부터 형성된다. 애노드 층(236)의 소자는 광이 애노드 층(236)으로부터 수직(z) 방향으로 지향되도록 반사성일 수 있다. 애노드 층(236)의 소자는 신호 라인(242)을 통해 전송된 전기 신호에 의해 제어될 수 있는 소스, 게이트, 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT) 구조체(240)에 결합될 수 있다. 디스플레이 패널(200)은 SiNx 또는 SiONx의 배리어 층(245) 및 폴리이미드(PI)의 기판 층(250)을 또한 포함할 수 있다. 열 확산 및 전기 차폐를 위한 금속 층/필름(410)은 디스플레이 패널(200) 아래에 위치될 수 있어서, 예를 들어, CPU, GPU 등과 같은 모바일 장치의 발열 소자로 인한 국부적인 핫스팟으로부터 그리고 하부 전기 구성요소의 전기 신호 노이즈로부터 디스플레이를 보호할 수 있다.
디스플레이 패널(200)의 층은 투명 및 불투명 회로 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, TFT 구조체(240), 픽셀(237), 신호 라인(242), 및/또는 터치 센서 전극(222)은 모두 광이 디스플레이 패널(200)을 통해 전파되는 것을 차단할 수 있다. 광은 투명하지 않은(예를 들어, 불투명한) 회로 소자에 의해 반사되거나 흡수될 수 있다. 또한, 회로 소자는 광이 상호 작용할 수 있는 갭(예를 들어, 주기적 슬릿)을 획정할 수 있다. 예를 들어, 광은 동일한 층에서 인접한 회로 소자 사이에 형성된 갭에 의해 회절될 수 있다. 광은 다른 층의 회로 소자 사이의 갭에 의해 회절될 수도 있지만, 효과는 동일한 층의 소자로 인한 회절보다 약할 수 있다.
도 5는 디스플레이의 회로 소자에 의해 광이 회절된 상태에서 도 4의 디스플레이 패널(200)의 일부의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 광(300A)은 인접한 전극(222A, 222B) 사이 그리고 인접한 픽셀(237A, 237B) 사이의 거리가 광의 파장에 비해 클 때 크게 변경되지 않고 터치 센서 전극(222A, 222B) 사이 그리고 픽셀(237A, 237B) 사이를 통과할 수 있다. 그러나, 광(300A)은 2개의 신호 라인(242A, 242B) 사이의 좁은 갭으로 서로 가깝게 배치된 2개의 인접한 신호 라인(242A, 242B) 사이에 형성된 갭에 의해 회절될 수 있다. 광(300A, 300B)의 파장에 대한 갭의 치수는 갭이 광에 미치는 영향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 광의 회절 정도는 광의 파장("λ")과 비교한 갭("d")의 상대적 크기에 따라 달라질 수 있다. d >> λ 일 때, 회절이 거의 없고, d << λ 일 때 아주 적은 광이 갭을 통과하지만 d ~ λ 일 때, 상당한 광의 회절이 발생할 수 있다. 따라서, 형성된 갭이 적절한 치수라면 회로 소자의 다른 조합에 의해 형성된 갭에 의해 광이 회절될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 갭이 갭을 통과하는 광의 파장과 비교하여 상이한 상대적 크기를 가질 때, 신호 라인(242C)과 TFT 구조체(240) 사이에 형성된 제1 갭에 의해 회절된 광(300B)은 인접한 신호 라인(242A, 242B) 사이의 제2 갭에 의해 회절된 광(300A)과 상이하게 회절될 수 있다.
광이 회절될 때, 회절은 광의 일부의 전파 방향을 효과적으로 변경하여 회절된 광(320A, 320B)이 회절 각도에 걸쳐 분포되는 것으로 이해될 수 있다. 일반적으로, 디스플레이의 갭이 좁을수록 회절 각도가 커진다.
센서 전극(222A, 222B), 픽셀(237A, 237B), 신호 라인(242A, 242B, 242C) 및 TFT 구조체(240)에 의한 광의 회절은 디스플레이 패널(200)을 통과하는 광을 디스플레이 아래에 위치된 센서 상(예를 들어, 디스플레이 아래에 위치된 카메라의 센서 상에)으로 광학적으로 이미징할 때 방해가 될 수 있지만, 디스플레이의 회절 소자에 의한 광의 회절은 디스플레이 패널(200)을 통과하는 광에 대한 분광 정보를 얻기 위해 유리하게 이용될 수 있다.
예를 들어, 도 6은 방출형 디스플레이 패널(200)의 회절 소자에 의한 광의 파장 의존적인-회절의 개략도이다. 유입되는 광역-스펙트럼 광(602)은 방출형 디스플레이의 회절 소자, 예를 들어, 터치 센서 전극(222)과 상호작용할 수 있고, 광역-스펙트럼 광의 상이한 파장은 상이한 양만큼 회절될 수 있다. 회절된 광(604)은 광학 센서 어레이(608) 상에 (예를 들어, 렌즈(606)에 의해) 이미징될 수 있으며, 파장의 상이한 범위는 어레이(608)의 상이한 픽셀 상에서 분해된다. 일부 구현예들에서, 광섬유 플레이트는 렌즈(606)를 대체할 수 있으며, 이는 방출형 디스플레이의 회절 소자와 광학 센서 어레이 사이의 거리를 단축하거나 곡면 이미지 평면을 제공할 수 있다. 별도로 분해된 파장 범위의 강도는 유입 광의 스펙트로그램을 결정하는데 사용될 수 있다. 열 확산 층(610)은 디스플레이 패널(200) 아래에 위치하여 예를 들어, CPU, GPU 등과 같은 모바일 장치의 발열 소자로 인한 국부적인 핫스팟으로부터 디스플레이를 보호할 수 있다. 열 확산 층(610)은 금속을 포함할 수 있고, 광학적으로 불투명할 수 있으며, 디스플레이를 통해 광이 디스플레이 패널(200) 아래에 위치한 광학 센서 어레이(608)로 통과할 수 있도록 층(610)에 생성된 작은 개구를 갖는다.
도 6의 개략도는 회절 소자의 일 에지부와 광선의 상호작용으로 인한 단순화된 회절 패턴을 도시한다. 실제로, 유입 광은 방출형 디스플레이(200)에서 복수의 회절 소자의 보다 복잡한 패턴에 의해 회절된다. 예를 들어, 다시 도 3b를 참조하면, 유입 광이 각각 복수의 LED 및 복수의 신호 라인을 갖는 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이의 일부를 통과할 때, 유입 광은 복수의 소자에 의해 회절된다. 그러나, 방출형 디스플레이에서 회절 소자의 공간적 주기성 때문에, 디스플레이는 유입 광에 대한 2차원 회절 격자로 기능할 수 있다. 도 7은 방출형 디스플레이에서 회절 소자의 실제 2차원 어레이에 의해 회절되는 광의 측정된 점 확산 함수를 나타내며, 여기서 방출형 디스플레이에서 회절 소자의 2차원 패턴의 공간 패턴의 특징이 도 7에 도시된 점 확산 함수에 반영된다.
광학 센서 어레이(608)는 방출형 디스플레이의 회절 소자로 인한 광의 회절 패턴에서 우수한 색 해상도를 특징으로 하는 점 확산 함수의 일부에 대응하는 위치 및 배향에서 방출형 디스플레이 패널(200) 아래에 위치될 수 있다. 그런 다음, 센서 어레이 상의 신호는 방출형 디스플레이 패널(200)을 통해 광학 센서 어레이(608)로 통과하는 유입 광의 스펙트럼을 결정하는데 사용될 수 있다.
도 8은 광이 디스플레이(802)를 통과할 때 유입 광(804)을 회절시킬 수 있는 회절 소자의 주기적인 패턴을 포함하는 방출형 디스플레이(802)를 갖는 모바일 장치(800)의 개략도이다. 회절된 광(806)은 방출형 디스플레이(802) 아래의 불투명 층(808)의 구멍을 통과할 수 있고, 유입 광(804)의 스펙트럼을 측정할 수 있는 광학 센서 어레이(812) 상에 (예를 들어, 렌즈(810)에 의해) 이미징될 수 있다. 일부 구현예들에서, 광섬유 플레이트는 렌즈(810)를 대체할 수 있으며, 이는 방출형 디스플레이의 회절 소자와 광학 센서 어레이 사이의 거리를 단축할 수 있다. 유입 광(804)은 관심 물체(814)으로부터 수신될 수 있고, 관심 물체(814)는 방출형 디스플레이(802)의 하나 이상의 LED(818)로부터 제공되는 광(816)에 의해 조명될 수 있다. 방출형 디스플레이(802)에 의해 제공되는 광(816)은 장치(800)에 의해 결정된 스펙트럼 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, AMOLED 방출형 디스플레이(802)로부터 제공되는 광은 디스플레이의 개별 OLED 이미터의 밴드 갭에 대응하는 파장 근처에서 상대적으로 더 높은 강도를 갖는 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 일부 구현예들에서, 디스플레이 패널(802) 아래의 광학 센서 어레이(812)는 방출형 디스플레이 패널에 의해 제공되는 광과 함께 사용하기 위해 보정될 수 있다. 예를 들어, 모바일 장치(800)를 사용하여 알려지지 않은 물체로부터 수신된 스펙트럼을 측정하기 전에, 광학 센서 어레이는 방출형 디스플레이(802)로부터 알려진 스펙트럼 응답을 갖는 물체에 광을 제공하고, 어레이(812)에 대한 베이스라인 응답을 확립하도록 제공된 광에 응답하여 물체로부터 수신된 광의 스펙트럼을 측정함으로써 보정될 수 있다. 어레이의 베이스라인 응답은 장치(800)의 메모리에 저장될 수 있다. 그런 다음, 디스플레이(802)로부터 미지의 물체로 광이 제공될 때, 응답으로 어레이(812)에 의해 수신된 광의 스펙트럼은 미지의 물체로부터의 스펙트럼을 결정하기 위해 베이스라인과 비교될 수 있다. 일부 구현예들에서, 모바일 장치(800)는 자체-방출 물체 또는 주변 광의 스펙트럼을 결정하는데 사용될 수 있고, 그런 다음 하나 이상의 LED에 의해 제공되는 광(816)의 스펙트럼 특성은, 광(816)이 관심 파장의 범위에 걸쳐 조도 분포를 갖고, 관심 물체(814) 중 하나에 떨어지는 주변광이 추가될 때 물체에서 관심 파장의 범위에 걸쳐 균일한 조도 분포를 갖도록 선택될 수 있다.
도 9는 주변광 조명 모드에서 사용될 때 모바일 장치(800)의 개략도이다. 주변 광은 관심 물체(814)를 조명할 수 있고, 관심 물체(814)로부터 수신된 광은 방출형 디스플레이 패널(802) 아래의 불투명 층(808)에 있는 구멍을 통과할 수 있으며, 유입 광(804)의 스펙트럼을 측정할 수 있는 광학 센서 어레이(812) 상에 이미징될 수 있다. 광학 센서 어레이(812)는 또한 주변 광 자체의 스펙트럼 특성을 분석하기 위해 방출형 디스플레이(802)에서 회절 소자의 패턴에 의해 회절된 주변 광의 스펙트럼을 측정할 수 있다. 주변 광 스펙트럼에 대한 정보는 예를 들어, 방출형 디스플레이의 적응형 밝기와 같은 애플리케이션에 사용될 수 있다.
개시된 디스플레이는 태블릿 또는 스마트 폰과 같은 모바일 장치와 관련하여 제시되었다. 그러나, 개시된 원리 및 기술은 디스플레이 뒤에 센서를 위치시키는 것이 바람직한 임의의 디스플레이에 보다 일반적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 가상 에이전트 홈 터미널, 텔레비전 또는 자동 입출금기(ATM)는 디스플레이의 활성 영역 뒤에 위치한 카메라를 활용할 수 있는 대체 애플리케이션의 비제한적 세트이다. 또한, 디스플레이 뒤에 분광기를 배치하는 동기는 장치의 에지부까지 디스플레이를 확장하는 것에 국한되지 않는다. 예를 들어, 미학적 또는 은밀한 이유로 분광기를 디스플레이 뒤에 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
명세서 및/또는 도면에서, 전형적인 실시예들이 개시되었다. 본 발명은 전술한 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다. "및/또는"이라는 용어의 사용은 하나 이상의 연관된 열거 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 특정 용어는 제한을 위한 것이 아니라 일반적이고 설명적인 의미로 사용되었다. 본원 명세서에 사용된 바와 같이, 공간적인 상대 용어(예를 들어, 앞, 뒤, 위, 아래 등)는 도면에 묘사된 배향에 추가하여 사용 또는 작동 중인 장치의 다른 배향을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 모바일 컴퓨팅 장치의 "전방 표면"은 유저를 향한 표면일 수 있으며, 이 경우 "전방에"라는 문구는 사용자에게 더 가깝다는 것을 의미한다. 추가로, 디스플레이의 "상부 표면"은 사용자를 향하는 표면일 수 있으며, 이 경우 "아래"라는 문구는 모바일 컴퓨팅 장치의 내부로 더 깊숙한 것을 나타낸다.
설명된 구현 예들의 특정 특징부가 본원 명세서에 설명된 바와 같이 예시되었지만, 이제 당업자에게 많은 수정, 대체, 변경 및 등가물이 발생할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구 범위는 구현 예들의 범위 내에 있는 이러한 모든 수정 및 변경을 포함하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 이들은 제한이 아니라 단지 예로서 제시되었으며 형태 및 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 본원 명세서에 설명된 장치 및/또는 방법의 임의의 부분은 상호 배타적인 조합을 제외하고는 임의의 조합으로 결합될 수 있다. 본원 명세서에 설명된 구현 예들은 설명된 상이한 구현 예들의 기능, 구성 요소 및/또는 특징의 다양한 조합 및/또는 하위 조합을 포함할 수 있다.

Claims (15)

  1. 모바일 컴퓨팅 장치로,
    방출형 디스플레이 패널로, 하나 이상의 LED를 포함하는 픽셀의 제1 주기적 패턴 및 픽셀을 제어하는 회로 소자의 제2 주기적 패턴을 포함하며, 제1 및 제2 주기적 패턴은 장치의 외부로부터 수신된 광을 회절시켜 방출형 디스플레이를 통과시키도록 구성되고, 회절은 파장에 따라 다른, 방출형 디스플레이; 및
    방출형 디스플레이 패널 아래에 위치되고 회절된 광의 상이한 파장 범위의 강도를 검출하도록 구성되는 분광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  3. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 소자는 광을 통과시키기 위한 개구를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED는 상기 주기적 패턴들에 의해 회절되는 상기 장치의 외부로부터 수신된 광을 반사시키는 물체에 광을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분광기는 광학 센서 어레이의 상이한 부분들 상에 이미징되는 회절된 광의 강도에 응답하는 광학 센서 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광학 센서 어레이의 베이스라인 응답을 저장하도록 구성되는 메모리를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 방출형 디스플레이 패널과 광학 센서 어레이 사이에 섬유 플레이트를 또한 포함하며, 상기 섬유 플레이트는 회절된 광을 광학 센서 어레이 상에 이미징하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출형 디스플레이 패널과 분광기 사이에 위치되는 렌즈를 또한 포함하며, 상기 렌즈는 회절된 광을 분광기 상에 이미징하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출형 디스플레이 패널과 분광기 사이에 불투명 층을 또한 포함하며, 상기 불투명 층은 회절된 광이 디스플레이 패널을 통해 분광기로 통과할 수 있게 하도록 구성된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분광기로부터의 신호를 처리하도록 구성되는 프로세서를 또한 포함하며, 상기 신호는 회절된 광의 상이한 파장 범위의 검출된 강도에 기초하여 회절된 광이 진짜 또는 진품으로 수신되는 제품을 식별하는 것을 특징으로 하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  11. 방출형 디스플레이 패널로,
    하나 이상의 LED를 포함하는 픽셀의 제1 주기적 패턴; 및
    픽셀을 제어하는 회로 소자의 제2 주기적 패턴을 포함하며,
    제1 및 제2 주기적 패턴은 장치의 외부로부터 수신된 광을 회절시켜 방출형 디스플레이를 통과시키도록 구성되고, 회절은 파장에 따라 달라져서, 회절된 광이 방출형 디스플레이 패널 아래에 위치되는 분광기에 의해 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는 방출형 디스플레이 패널.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 방출형 디스플레이 패널.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 회로 소자는 광을 통과시키기 위한 개구를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방출형 디스플레이 패널.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED는 상기 주기적 패턴들에 의해 회절되는 상기 장치의 외부로부터 수신된 광을 반사시키는 물체에 광을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방출형 디스플레이 패널.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출형 디스플레이 패널과 분광기 사이에 불투명 층을 또한 포함하며, 상기 불투명 층은 회절된 광이 디스플레이 패널 및 불투명 층을 통과할 수 있게 하도록 구성된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 방출형 디스플레이 패널.
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