TW201830281A - 顯示裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種顯示裝置，包括：一顯示面板，被配置以位於一透明基板下方並朝向該透明基板在一顯示區域上顯示一影像；一指紋感測器，位於該顯示面板下方，用以檢測與該透明基板接觸的一指紋；以及一驅動積體電路(驅動IC)，被配置以驅動該顯示面板。

Description

顯示裝置

本發明的實施例係關於一種在螢幕上具有指紋感測器的顯示裝置。

隨著電腦技術的進步，諸如筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機、個人數位助理、自動櫃員機、搜索引導系統等用於各種目的之基於電腦的系統已經被開發出來。這些系統通常儲存大量機密資料，如商業資訊或商業秘密，以及關於個人私人生活的個人資訊，存有需要加強安全保護這些資料。

為此，在傳統技術中，已經提出了透過使用用於感測生物資訊的感測器來加強安全性的方法。一個已知的例子是指紋感測器，可以透過經由指紋登記或認證系統來加強安全性。指紋感測器是檢測人類指紋的感測器。指紋感測器可以分為光學指紋感測器、電容式指紋感測器、超音波感測器等。

通常，指紋感測器安置在螢幕外的特定區域，如主螢幕按鈕。指紋感測器可以安置在螢幕外部的邊框區域中，在這種情況下邊框區域更寬。顯示面板的結構可以被改變以在顯示面板上安置指紋感測器。

指紋感測器可以被安置在液晶顯示裝置(LCD)上。當位於顯示面板與背光單元(BLU)之間時，指紋感測器在螢幕區域中是可見的。背光單元BLU中的稜鏡片由於其結構而具有多個氣隙，這使得難以在顯示面板下面安置指紋感測器，特別是超音波指紋感測器。

因此，本發明涉及一種具有指紋感測器的顯示裝置，能夠檢測螢幕上的指紋，而不增加邊框尺寸或改變顯示面板結構。

本發明的一個示例性實施例提供一種顯示裝置，該顯示裝置包括：一透明基板；一顯示面板，被配置以位於該透明基板下方並在朝向該透明基板在一顯示區域上顯示一影像；一指紋感測器，位於該顯示面板下方，用於檢測與該透明基板接觸的一指紋；以及一驅動積體電路(驅動IC)，被配置以驅動該顯示面板。

11‧‧‧透明基板

12‧‧‧裝飾膜

13‧‧‧黏合劑

14‧‧‧偏光膜

15‧‧‧觸控感測器陣列

16‧‧‧像素陣列

17‧‧‧有機薄膜

18‧‧‧心軸

19‧‧‧背板

20‧‧‧泡棉墊

21‧‧‧金屬層

22‧‧‧黏合劑

23‧‧‧指紋感測器

23a‧‧‧透鏡

23b‧‧‧接收部

23c‧‧‧側壁

24‧‧‧第一可撓性基板

24a‧‧‧第一側

24b‧‧‧第二側

24c‧‧‧金屬填充物

24d‧‧‧佈線

25‧‧‧驅動積體電路(驅動IC)

26‧‧‧第二可撓性基板

27‧‧‧中間框架

28‧‧‧黏合劑

29‧‧‧間隙

30‧‧‧孔

31‧‧‧光射入元件

32‧‧‧光射出元件

33‧‧‧光源

40‧‧‧雙面膠帶

50‧‧‧非透明膜

111‧‧‧在螢幕上的指紋感測器的位置

112‧‧‧在螢幕上顯示指紋感測器的位置

113‧‧‧指紋感測器的附近區域

100‧‧‧射入光束

150‧‧‧介質

152‧‧‧空氣層

200‧‧‧行進光束

300‧‧‧射出光束

400‧‧‧檢測光束(或感測光束)

SLS‧‧‧定向光源裝置

CHOE‧‧‧光射入元件

IP‧‧‧射入點

LS‧‧‧光源

CP‧‧‧透明基板

DP‧‧‧顯示面板

VHOE‧‧‧光射出元件

LR‧‧‧低折射率層

P1‧‧‧端點

P2‧‧‧端點

LIN‧‧‧光輸入部

LOT‧‧‧光輸出部

IM‧‧‧指紋

AIR‧‧‧空氣

φ‧‧‧發散角

θ‧‧‧入射角

α‧‧‧反射角

所附圖式說明本發明實施例以及與說明書一起用來解釋本發明的原理，其中包含的圖式用以提供對本發明進一步理解，並且併入構成本說明書的一部分，在圖式中：圖1是根據本發明第一示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖2是根據本發明第二示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖3是通孔形成在圖1和圖2中所示之第一可撓性基板中的示例的剖面圖；圖4是根據本發明第三示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖5是根據本發明第四示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖6是根據本發明第五示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖7是根據本發明第六示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖8是根據本發明第七示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖9是根據本發明第八示例實施例的顯示裝置的剖面圖；圖10是根據本發明第一示例實施例之圖8和圖9所示的第一可撓性基板連接到沒有通孔的主機系統的主機板的示例的剖面圖；圖11是根據本發明一示例實施例的智慧手機螢幕的平面圖，其顯示指紋感測器位於螢幕上的示例和用於表示指紋感測器位置之使用者介面方法的示例；圖12是說明根據本發明一示例實施例的定向光源裝置的剖面圖和平面圖；圖13是根據本發明一示例實施例在圖12中所示之透明基板內的光路徑的平面圖；圖14是說明根據本發明一示例實施例位於顯示面板上的定向光源裝置的剖面圖和平面圖；圖15是根據本發明一示例實施例的超音波路徑的視圖，該超音波路徑根據介質與超音波指紋感測器之間的空氣層的存在或不存在而變化； 圖16是根據本發明一示例實施例用於改善光學指紋感測器的光接收效率的透鏡的視圖；圖17是根據本發明一示例實施例的光路徑的視圖，該光路徑根據定向光源裝置中透明基板介質與光學指紋感測器之間是否存在空氣層而變化的示意圖；以及圖18至圖21是非透明膜的視圖。

根據本發明示例實施例的顯示裝置可以基於諸如電激發光顯示器的自發光裝置來實現。電激發光顯示器可以大致分為無機發光顯示器和有機發光顯示器。主動矩陣型有機發光顯示器的像素係使用有機發光二極體(以下稱為“OLED”)來發光。

本發明的各種態樣和特徵及其實現方法可透過參考以下示例實施例的詳細描述和附圖更容易地理解。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施，並且不應該被解釋為限於在此闡述的示例實施例。而是，提供這些示例實施例是為了使本發明充分和完整，並且將本發明的構思充分地傳達給本領域技術人員，並且本發明由所附申請專利範圍限定。

附圖中顯示的用於描述本發明示例實施例的形狀、尺寸、比例、角度、數量等僅僅是示例，並不限於圖式中所示的那些。在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同的元件。在描述本發明時，將省略對相關慣用技術的詳細描述以避免不必要地模糊本發明。當使用術語“包括”、“具有”、“由….組成”等時，只要不使用術語“僅”，則可以添加其他部分。除非明確說明，否則單數形式可以被解釋為複數形式。

即使本文沒有明確指示，元件也可被理解為包括誤差限度。

當使用“上”、“之上”、“之下”和“鄰近”等術語描述兩個部件之間的位置關係時，一個或多個部件可配置於所述兩個部件之間，只要未使用術語“緊接”或“直接”。

應該理解的是，儘管術語第一、第二等可以被用於描述各種元件，但是這些元件不應該被這些術語所限制。這些術語僅用於區分一個元件和 另一個元件。因此，在不脫離本發明的技術精神的情況下，下面討論的第一要件可以被稱為第二要件。

整份說明書中相同的參考標號表示相同的元件。

本發明各示例實施例的特徵可彼此部分地或全部地組合，並且可技術上不同的方式互相作用或一起運作。示例實施例可以獨立地或彼此組合地執行。

在下文中，本發明的各種示例實施例將參考附圖詳細描述。在下面的示例實施例中，將關於作為電激發光顯示器的例子的有機發光顯示器進行描述。然而，應該注意的是，本發明的技術精神不限於有機發光顯示器，而是可以應用於包含無機發光材料的無機發光顯示器。

圖1是根據本發明第一示例實施例的顯示裝置的剖面圖。根據本發明所有實施例之顯示裝置的所有部件都可操作地耦合和配置。

參考圖1，根據本實施例的顯示裝置包括：顯示面板(包含部件14、15、16、17和19)，用於在顯示區域上顯示影像；位於顯示面板下方的指紋感測器23，用於感測顯示區域上的指紋；以及驅動積體電路(以下稱為“IC”)25，用於驅動顯示面板。覆蓋與指紋接觸的顯示區域的透明基板11設置在顯示面板上。指紋感測器23設置在顯示區域上以檢測顯示區域上的指紋圖案。

指紋感測器23位於顯示面板的對面。指紋感測器23設置在與使用者的指紋與基板之間的接觸位置相對一側內的顯示面板上。

顯示面板可以是但不限於如塑膠OLED顯示器之可撓性顯示裝置的可撓性顯示面板。在塑膠OLED顯示器中，顯示面板包含：背板19、黏合到背板19上的有機薄膜17、形成在有機薄膜17上的顯示區域、安置在顯示區域上的觸控感測器陣列15、以及黏合到觸控感測器陣列15上的偏光膜14。該顯示區域是包含顯示影像的像素陣列16的螢幕。

偏光膜14藉由防止顯示面板上的外部光反射而改善室外清晰度。偏光膜14可以包含圓偏振器(或λ/4板)。偏光膜14透過黏合劑13(例如光學透明黏合劑OCA)黏合到透明基板11上。

背板19可以是聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)基板。背板19防止濕氣滲透以保持像素陣列16免暴露於濕氣中並支撐像素陣列16，有機薄膜17可以是薄聚醯亞胺(polyimide,PI)膜基板。可以在有機薄膜17上形成作為絕緣材料的多個緩衝層，其未顯示於圖中。用於供應施加到像素陣列16和觸控感測器陣列15的電力或信號的佈線可以形成在有機薄膜17上。

像素陣列16包含資料線、與資料線交叉的閘極線、和以矩陣排列的像素，以構成再生輸入影像的螢幕。每一個像素包含發光元件。在一個例子中，每個像素可以包含OLED和用於驅動OLED的電路。像素陣列16上的資料線連接到驅動IC 25，並從驅動IC 25接收資料信號。觸控感測器陣列15由觸控感測器驅動器驅動以檢測觸控輸入，並將座標和每個觸控輸入的識別碼(ID)傳輸到主機系統。

指紋感測器23安裝在第一可撓性基板24上。指紋感測器23可以被實現為光學指紋感測器，其藉由使用從指凸紋和凹紋反射的光量的差異來檢測指紋圖案。光學指紋感測器可以包含諸如CCD(電荷耦合裝置)或CIS(CMOS影像感測器)的影像感測器。當處於指紋識別模式時，光學指紋感測器能夠使用由像素陣列16產生之朝向透明基板11投影並從指紋反射的光來檢測指紋圖案。光學指紋感測器可以藉由使用從包含透明基板11的定向光源裝置SLS接收的光來檢測指紋圖案，而不是使用像素作為光源。

指紋感測器23可以藉由使用超音波指紋感測器來檢測指紋圖案。超音波指紋感測器可以藉由使用超音波發送器向透明基板11發送超音波並分析從指紋的凸紋和凹紋反射的超音波來檢測指紋圖案。

這樣的指紋感測器23能夠在不影響邊框尺寸的情況下檢測指紋圖案，因為其位於像素陣列16的下方而不改變顯示面板的結構。

指紋感測器23的接收部位於顯示面板對面以面對透明基板11。該接收部包含檢測指紋圖案的檢測器平面。指紋感測器23黏合到顯示面板，使得指紋感測器23的接收部面向透明基板11。指紋感測器23與顯示面板之間的氣隙的存在可能明顯地惡化感測器性能或使指紋感測失效。因此，指紋感測器 23的接收部用黏合劑22黏合到顯示面板的背板19。黏合劑22可以是光學透明黏合劑(OCA)、感壓黏合劑(PSA)等。

泡棉墊20和金屬層21可以堆疊在顯示面板的背板19上。泡棉墊20由泡沫樹脂製成，吸收振動或衝擊。金屬層21是阻擋電磁干擾(EMI)的金屬層，例如Cu。

暴露背板19的孔30形成在泡棉墊20和金屬層21中，使得指紋感測器23黏合到背板19。指紋感測器23被安置在孔30內，其中接收部黏合到背板19。中間框架27可以具有暴露將指紋感測器23插入其中的孔。

由於指紋感測器23被埋入形成在泡棉墊20和金屬層21中的孔30中，所以透明基板11上的指紋與指紋感測器23之間的距離可以減小。指紋感測器23的埋入結構可以提高超音波或光接收的效率，從而提高指紋感測性能。

驅動IC 25藉由將輸入影像的資料轉換成資料信號並將其輸出到像素陣列上的資料線來驅動像素。驅動IC 25可以包含觸控感測器驅動器。驅動IC 25安裝在第二可撓性基板26上。

第一可撓性基板24的一個端部被連接到中間框架27的底部的內側上的指紋感測器23上。第一可撓性基板24的另一個端部透過中間框架27的第一孔暴露於中間框架27的底部的外側。第一可撓性基板24的另一個端部連接到第二可撓性基板26。第一可撓性基板24和第二可撓性基板26各自可以實現為FPCB(可撓性印刷電路板)。如圖8和圖9所示，若第一可撓性基板24和第二可撓性基板26不需要同步或對齊，可以彼此分離。

中間框架27可以由諸如塑膠的樹脂製成。中間框架27容納顯示面板、指紋感測器23、驅動IC 25等。中間框架27的側壁的頂部可以用雙面膠帶40黏合到透明基板11。裝飾膜12可以黏合到透明基板11。影像、標誌、文字等可以印刷在裝飾膜12上。

有機薄膜17的一個端部被彎曲朝向顯示面板的後側並連接到第二可撓性基板26的一個端部。心軸18黏合到後板19和泡棉墊20的側面並支撐有機薄膜17的彎曲部。

第二可撓性基板26的另一端部通過中間框架27的第二孔暴露於中間框架27的底部的外側並連接到第一可撓性基板24的另一端。驅動IC 25安裝在第二可撓性基板26上，其通過中間框架27的底部露出。

如圖3所示，第一可撓性基板24可以具有複數個通孔。指紋感測器23安裝在第一可撓性基板24的第一側24a上，並且連接到驅動IC 25及/或主機系統的主機板的佈線24d形成在與第一側24a相對的第二側24b上。填充在通孔中的金屬填充物24c將指紋感測器23連接到佈線24d，由此將指紋感測器23連接到主機系統的主機板及/或驅動IC 25，主機系統通過第一可撓性基板24連接到指紋感測器23，使得與指紋感測器23交換資料並控制指紋感測器23。

主機系統可以是以下任何一種：電視系統、機上盒、導航系統、個人電腦(PC)、家庭影院系統、行動系統、可穿戴系統、和虛擬實境系統。主機系統將輸入影像的像素資料傳輸至驅動IC 25，主機系統執行與來自觸控感測器驅動器的座標相關聯的應用，並且基於從指紋感測器23接收到的指紋資訊來執行使用者認證。

顯示面板可以被實現為形成在玻璃基板上的OLED顯示器。在這種情況下，背板19和有機薄膜17可以用一個玻璃基板代替。

指紋感測器黏合到顯示面板的下側而不改變顯示面板。指紋感測器23被安置在顯示面板的像素陣列上。當顯示影像時，使用者不能看到指紋感測器23，因為當OLED發光時，像素陣列16顯示輸入影像。

圖2是根據本發明第二示例實施例的顯示裝置的剖面圖。與圖1的示例實施例中的元件基本上相同的元件用圖1中相同的附圖標號表示，並且將省略其詳細描述、或者可以簡要討論。

參考圖2，本發明的顯示裝置進一步包括：安置在透明基板11與顯示面板之間的定向光控制器(包含部件31、32、和33)。該定向光控制器包含：光源33、光射入元件31、以及光射出元件32。該定向光控制器可以進一步包含低折射率層。

光源33安置在透明基板11的一個邊緣的下方。光射入元件31和光射出元件32安置在透明基板11與顯示面板之間。光射入元件31和光射出元件32黏合到透明基板11，並且顯示面板的偏光膜14黏合到光射出元件32。

來自光源33的光在透明基板11內以全反射角折射，且在透明基板11內傳播。光射出元件32調整在基板內全反射的光的部分的角度。被光射出元件32縮小的全反射角的光可以從透明基板11的頂部反射，穿過低折射率層，並被投射到光學指紋感測器的接收部。光射入元件31和光射出元件32可以被實現為包含全像圖案的光學裝置。

除了定向光控制器之外的其它元件基本上與圖1的前述示例實施例的元件相同。

圖4是根據本發明第三示例實施例的顯示裝置的剖面圖。與圖1的示例實施例中的元件基本上相同的元件用相同的參考標號表示，並且將省略其詳細描述、或者可以簡要討論。

參考圖4，除了指紋感測器23黏合到泡棉墊20之外，該示例實施例與上述第一示例實施例基本上相同。金屬層21具有用於插入指紋感測器23的孔。泡棉墊20沒有用於插入指紋感測器的孔。

由於泡棉墊20是有機材料，所以當指紋感測器23被實現為超音波指紋感測器時，它不干擾超音波傳播。當指紋感測器23被實現為超音波指紋感測器時，期望使用具有高透明度的有機材料作為泡棉墊20，以保持泡棉墊20不吸收由指紋感測器23接收的光。

圖5是根據本發明第四示例實施例的顯示裝置的剖面圖。與圖4的示例實施例中的元件基本上相同的元件用相同的參考標號表示，並且將省略其詳細描述、或者可以簡要地討論。

參考圖5，本發明的顯示裝置進一步包括安置在透明基板11與顯示面板之間的定向光控制器。該定向光控制器包含：光源33、光射入元件31、以及光射出元件32。該定向光控制器可以進一步包含低折射率層。該定向光控制器基本上與圖2所示的相同。

圖6是根據本發明第五示例實施例的顯示裝置的剖面圖。與前述示例實施例中的元件基本上相同的元件由相同的參考標號表示，並且將省略其詳細描述、或者可以簡要討論。

參考圖6，除了在中間框架27中形成暴露指紋感測器23所處的位置的孔之外，該示例實施例與上述第一示例實施例基本上相同。金屬層21具有用於插入指紋感測器23的孔。

圖7是根據本發明第六示例實施例的顯示裝置的剖面圖。與前述示例實施例中的元件基本上相同的元件由相同的參考標號表示，並且將省略其詳細描述、或者可以簡要討論。

參考圖7，本發明的顯示裝置進一步包括安置於透明基板11與顯示面板之間的定向光控制器。該定向光控制器包含：光源33、光射入元件31、以及光射出元件32。該定向光控制器可以進一步包含低折射率層。該定向光控制器基本上與圖2及圖5所示的相同。

圖8是根據本發明第七示例實施例的顯示裝置的剖面圖。與前述實施例中的元件基本上相同的元件由相同的參考標號表示，並且將省略其詳細描述、或者可以簡要討論。

參考圖8，除了第一可撓性基板24和第二可撓性基板26分離之外，該示例實施例與上述第三示例實施例基本上相同。

指紋感測器23不需要連接到驅動IC 25。在這種情況下，安裝有指紋感測器23的第一可撓性基板24可以連接到主機系統的主機板而沒有如圖10中的通孔。

圖9是根據本發明第八示例實施例的顯示裝置的剖面圖。與前述示例實施例中的元件基本上相同的元件由相同的參考標號表示，並且將省略其詳細描述、或者可以簡要討論。

參考圖9，本發明的顯示裝置進一步包括置於透明基板11與顯示面板之間的定向光控制器。該定向光控制器包含：光源33、光射入元件31、以及光射出元件32。該定向光控制器可以進一步包含低折射率層。該定向光控制器基本上與圖2及圖5所示的相同。

圖11是智慧手機螢幕的平面圖，其顯示位於螢幕上的指紋感測器的例子以及用於表示指紋感測器的位置之使用者介面方法的例子。

參考圖11，在本發明的顯示裝置中，指紋感測器23位於顯示輸入影像的像素陣列16的下方。在圖11的(a)中，虛線111表示在螢幕上的指紋感測器的位置。當使用者試圖透過指紋識別來解鎖智慧手機時，顯示裝置在螢幕上顯示指紋感測器的位置，如圖11的(b)的參考標號“112”所示。當使用者觸控指紋感測器23的附近區域113時，顯示裝置可以顯示指示指紋感測器的位置112的影像，以允許使用者觸控指紋感測器上的螢幕，如圖11的(c)所示。

圖12至圖14是詳細顯示在圖2、圖5、圖7及圖9中應用的定向光源裝置的操作的視圖。

圖12是顯示根據本發明實施例的定向光源裝置SLS的剖面圖和平面圖。圖13是圖12所示在透明基板CP內的光路徑的平面圖。圖14是顯示位於顯示面板DP上的定向光源裝置SLS的剖面圖和平面圖。

參考圖12，定向光源裝置SLS包含透明基板CP以及將定向光投射到透明基板CP的定向光控制器(包含元件LS、CHOE和VHOE)。透明基板CP可以為上述示例實施例中的透明基板11，但不以此為限。在前述實施例中，該定向光控制器可以被實施為但不限於光源33、射入光元件31、以及光射出元件32。該定向光控制器可以進一步包含低折射率層LR。

該定向光控制器是一種將準直光分散在透明基板CP內的大區域上方的光學裝置。期望光源LS提供準直光。

光射出元件VHOE和光射入元件CHOE黏合到透明基板CP的下表面。光射出元件VHOE是提供射出光束300的光學裝置。光學指紋感測器的接收部(或光接收部)位於光射出元件VHOE下方。

光射入元件CHOE是使來自光源LS的準直光在具有方向性的同時在透明基板CP中傳播的光學裝置。光射入元件CHOE可以位於顯示面板的邊緣上，因為它不直接與影像識別相關聯。光射入元件CHOE必須面向光源LS。

光射出元件VHOE和光射入元件CHOE位於同一平面上。為了考慮製程，期望在單個膜上個別區域中形成光射出元件VHOE和光射入元件CHOE。光射出元件VHOE和光射入元件CHOE可以是全像圖案的全像元件。在這種情況下，具有光射出元件VHOE的圖案的主膜和具有光射入元件CHOE 的圖案的主膜可以彼此相鄰安置，然後兩個全像圖案可以同時被複製在一張全像記錄膜上。

低折射率層LR位於元件VHOE和CHOE與顯示面板之間。低折射率層LR具有比透明基板CP和光射出元件VHOE低的折射率。

透明基板CP可以由折射率為1.5的透明基板製成。光射出元件VHOE和光射入元件CHOE是透明的全像記錄膜，其折射率可以等於或略高於透明基板CP的折射率。這裡，為了便於說明，假設光射出元件VHOE和光射入元件CHOE的折射率等於透明基板CP的折射率。較佳但並非必須地，低折射率層LR的折射率類似於目標指紋IM的折射率。例如，低折射率層LR可以具有約1.4的折射率，接近人類皮膚的折射率1.39。

光源LS與光射入元件CHOE係相對安置。期望光源LS提供如同雷射般的高度準直光。當應用於具有內置指紋識別的顯示裝置時，光源LS可以提供使用者不可見的紅外線雷射光束。

來自光源LS的準直光的射入光束100具有給定的剖面區域並被提供給在光射入元件CHOE上限定的射入點IP。射入光束100最好進入垂直於射入點IP表面的方向。然而，本發明不限於此，若有需要，射入光束100可以從垂直於射入點IP的表面的方向以斜角射入。

光射入元件CHOE將射入光束100轉換成具有入射角的行進光束200，並將其發送到透明基板CP的內部。這裡，希望入射角大於透明基板CP的內部全反射臨界角。結果，行進光束200在透明基板CP內被全反射，並且沿著與透明基板CP的長度對應的X軸行進。

光射出元件VHOE將一些行進光束200轉換成射出光束300並將其折射到透明基板CP的上表面。行進光束200的剩餘部分被全反射並且在透明基板CP內行進。射出光束300從透明基板CP的上表面全反射，但穿過其下表面上之低折射率層LR。也就是說，射出光束300用作檢測光束(或感測光束)400，從透明基板CP的上表面全反射並穿過其下表面。

射出光束300隨著從光射入元件CHOE行進而逐漸由光射出元件VHOE射出。在這種情況下，射出光束300中的光量由光射出元件VHOE的光提取效率決定。例如，如果光射出元件VHOE的光提取效率是3%，則初始 射入光束100的3%被提取為射出光束300(在行進光束200首先接觸到光射出元件VHOE的第一發光區域中)，同時作為行進光束200的初始射入光束的97%繼續被全反射和行進。之後，在第二發光區域中，2.91%的初始射入光束100，也就是等於剩餘97%的3%的被提取為射出光束300。

以這種方式，射出光束300被提取一直到其到達透明基板CP的遠邊緣。利用這種均勻的光提取效率，光提取量隨著行進光束200越走越遠而逐漸減小。為了在行進光束200行進時保持射出光束300中的光量不變，期望光射出元件VHOE的光提取效率被設計成以指數方式增加。

當在沿著長度和厚度的軸組成的XZ平面(或“垂直平面”)觀看時，行進光束200保持如同射入光束100般的準直。另一方面，為了提供對應於透明基板CP的區域的影像檢測區域，行進光束200較佳但並非必須地在沿著長度和寬度的軸構成的XY平面(或“水平面”)上具有發散角(φ)。例如，如果可能的話，期望光射出元件VHOE的位置對應於光輸出部LOT的整個區域。而且，發散角φ等於或大於從射入點IP連接到透明基板CP之與光射入元件CHOE相對的另一側上的兩個端點P1和P2的兩條線段的內角。

光射入元件CHOE所在的區域可以被定義為光輸入部LIN。光射出元件VHOE所在的區域可以被定義為光輸出部LOT。而且，光輸出部LOT可以是沿著光行進的光行進部。

例如，如果來自光源LS的準直光的剖面區域是0.5mm×0.5mm，則光射入元件CHOE可以具有與透明基板CP的寬度對應的長度和約3mm至5mm的寬度。光射入元件CHOE可以位於透明基板CP的整個寬度上。

參考圖13，將描述關於在透明基板CP內沿著將來自光源的準直紅外光束轉換為用於影像檢測的定向紅外光束的路徑。

來自光源LS的射入光束100在光射入元件CHOE上以與射入點IP的表面垂直的方向射入。光射入元件CHOE將射入光束100轉換成以入射角(θ)折射的行進光束200，並將其發送到透明基板CP的內部。

行進光束200的入射角(θ)較佳但不一定大於光射出元件VHOE與低折射率層LR之間的介面處的全反射臨界角TVHOE_LR。例如，如果透明基板CP和光射出元件VHOE的折射率為1.5，並且低折射率層LR的折 射率為1.4的情況下，光射出元件VHOE與低折射率層LR之間的介面上的全反射臨界角TVHOE_LR約為69度。因此，期望入射角(θ)大於69度。例如，入射角(θ)可以被設定為從70度到75度的範圍。

由於透明基板CP的上表面與空氣層AIR接觸，因此行進光束200從透明基板CP的上表面全反射。這是因為透明基板CP與空氣層AIR的介面處的全反射臨界角TCP_AIR為41.4度左右。也就是說，只要入射角(θ)大於光射出元件VHOE與低折射率層LR之間的介面處的全反射臨界角TVHOE_LR，入射角(θ)總是大於在透明基板CP與空氣層AIR之間的介面處的全反射臨界角TCP_AIR。

光射出元件VHOE將行進光束200中的一定量的光轉換成具有反射角(α)的射出光束300，並將其傳回到透明基板CP的內部。射出光束300是用於識別與透明基板CP的上表面接觸的指紋IM的圖案的光束。如果在透明基板CP的表面上沒有物體，則射出光束300必須被全反射並傳送到位於定向光源裝置SLS下面的光學指紋感測器。射出光束300在從透明基板CP的上表面全反射之後，成為在定向光源裝置SLS的下方傳播的檢測光束400。

黏合到顯示面板的下側的光學指紋感測器能夠藉由接收檢測光束400來區分透明基板CP上的指紋圖案影像。

如圖14所示，根據本發明的顯示裝置包括定向光源裝置SLS以及位於定向光源裝置SLS下方的顯示面板DP。具體地說，這種顯示裝置可以用圖2、圖5、圖7及圖9所示的結構來實現。

參考圖14，射入光束100被光射入元件CHOE轉換成行進光束200。行進光束200被轉換成在XY平面上具有發散角(φ)，該XY平面是由沿著長度的X軸和沿著寬度的Y軸組成的水平面。而且，行進光束200依原來的方式在XZ平面上保持平行，該XZ平面是由沿著長度的X軸和沿著厚度的Y軸構成的垂直面。

較佳但非必要地，發散角(φ)等於或大於從射入點IP連接到與光射入元件CHOE相對的透明基板CP的另一側上的兩個端點的兩條線段的內角。在這種情況下，行進光束200隨著發散角(φ)以三角形發散而行進。結 果，影像感測區域可能在三角形內。因此，當應用於指紋識別裝置時，一感測區域SA可以對應於一條紋圓圈。

如果感測區域SA形成在顯示面板DP的中心處或與光射入元件CHOE相對的顯示面板DP的上邊緣的部分處，則期望射出光束300中的光量在感測區域SA中最大。為此，可以將光射出元件VHOE的光提取效率設計為位置的函數，使得其在對應於感測區域SA的部分中最高，並且在其他部分中最低或接近零。

圖15是超音波路徑的視圖，該超音波路徑根據介質與超音波指紋感測器之間的空氣層的存在或不存在而變化。圖15中的介質150包含：透明基板、光射出元件、低折射率層、以及顯示面板。如果在介質150中不存在空氣層152，如圖15的(A)所示。超音波可以穿過介質150並被指紋IM反射並被超音波指紋感測器的接收部接收。另一方面，如果在超音波指紋感測器與介質150之間存在空氣層152，如圖15的(B)所示，來自超音波指紋感測器的超音波無法傳到指紋IM的範圍，而是從介質150的表面反射，因此不能感測指紋圖案。

類似地，在光學指紋感測器23的情況下，如果在光學指紋感測器23與介質150之間存在空氣層，則光學指紋感測器23的光接收效率很低，這降低了感測性能。同時，如果透鏡23a設置在光學指紋感測器23的接收部的前面，則如圖16的(A)所示，透鏡23a將光平行並引導到接收部，因此即使在接收部前面存在空氣層，指紋感測也是可能的。如圖16的(B)所示，透鏡23a可以位在由光學指紋感測器23中的圓柱形側壁23c提供的空間內與接收部23b相對。側壁23a的頂部用黏合劑22黏合到顯示面板。

圖17是在透明基板內使光全反射的定向光源裝置中光路徑的視圖，該光路徑根據透明基板介質與光學指紋感測器之間是否存在空氣層而變化。當光在介質150內全反射時，如圖17的(A)所示，如果在介質150與光學指紋感測器23之間存在空氣層152，則沒有光被引導到光學指紋感測器，因此指紋感測是不可能的。當然，透過使用上述低折射率層，由於空氣層，一些光可以被引導到光學指紋感測器23，但是空氣層的存在會降低光學指紋感測器23的光接收效率。當光在介質150內全反射時，如圖17的(B)所示，如果在 介質150與光學指紋感測器23之間不存在空氣層152，則光被引導到光學指紋感測器，因此指紋感測是可能的。

在本發明中，如圖1至圖9所示，指紋感測器23在沒有空氣層的情況下黏合到顯示面板，並且指紋感測器23被埋在泡棉墊20及/或顯示面板的金屬層21中的孔中。因此，由於在透明基板11上的指紋與指紋感測器23之間沒有空氣層，並且它們之間的距離可以減小，所以本發明允許使用指紋感測器23進行準確的指紋感測。

為了將指紋感測器23埋在顯示面板中，可以在泡棉墊20與金屬層21和指紋感測器23之間提供間隙29，如圖18所示。由於壓印泡棉墊20和金屬層21的製程公差，可能在顯示影像的螢幕上看到間隙29。如圖18至圖20所示，非透明膜50可覆蓋指紋感測器23及其周圍的間隙29，以保持間隙29不可見。非透明膜50可以是但不限於黑色或深色膜，其一面塗有黏合劑。

圖18至圖20是顯示在圖1和圖2所示之指紋感測器23的埋入結構中，非透明膜50覆蓋指紋感測器23及其周圍的間隙29的圖。圖21是顯示在圖4和圖5所示之指紋感測器23的埋入結構中，非透明膜50覆蓋指紋感測器23及其周圍的間隙29的圖。

參照圖18至圖21，非透明膜50黏合到金屬層21和指紋感測器23上，以覆蓋指紋感測器23及其周圍的間隙29。非透明膜50可以是黑色或深色黏合膜或樹脂。

用於將指紋感測器23黏合到背板19上的黏合劑22可以是透明黏合劑或不透明黏合劑。不透明的黏合劑可以是有色黏合劑。透明黏合劑的實例可以是透明OCR，並且有色黏合劑的實例可以是深色或黑色OCR，但是本發明不限於它們。當使用不透明黏合劑作為黏合劑22時，可以省略非透明膜50，如圖19所示，因為不透明的黏合劑可以代替非透明膜50。

泡棉墊20可以用諸如OCA的黏合劑28黏合到背板19。指紋感測器23可以使用與泡棉墊20相同的黏合劑28黏合到背板19，如圖20所示。而不是使用單獨的黏合劑22。

用於阻擋可見波長的光並穿透紫外光(UV)的紫外光(UV)濾鏡可以與黏合劑22和28相混合，其與指紋感測器23的接收部相對。在這種情況下，不需要添加單獨的紫外光(UV)濾鏡到光學指紋感測器。

如上所述，根據本發明實施例的顯示裝置藉由將指紋感測器安置在具有發光二極體的像素陣列下面並將指紋感測器黏合到顯示面板上，可以在不增加邊框尺寸或改變顯示面板結構的情況下檢測螢幕上的指紋。此外，本發明可以藉由在金屬層中形成用於阻擋電磁干擾EMI的孔並且將指紋感測器插入該孔中來確保在指紋接觸的透明基板與指紋感測器之間的超音波或光的路徑。

儘管已經參考多個說明性實施例描述了實施例，但是應該理解的是，本領域技術人員可以設計出落入本發明之原理的範圍內的許多其他修改和實施例。更具體地，在本發明、圖式和所附申請專利範圍的範疇內，可以對標的組合佈置的元件及/或佈置進行各種變化和修改。除了元件和/或佈置的變化和修改之外，對於本領域技術人員而言，替代使用也將是顯而易見的。

本申請案主張於2016年11月25日提交的韓國專利申請第10-2016-0158471號以及於2017年4月26日提交的韓國專利申請第10-2017-0053800號的優先權權益，為了所有目的通過引用將其併入本文中，如同在這裡完全闡述一樣。

Claims (18)

1. 一種顯示裝置，包括：一透明基板；一顯示面板，被配置以位於該透明基板下方，且朝向該透明基板在一顯示區域上顯示一影像；一指紋感測器，位於該顯示面板下方，用以檢測與該透明基板接觸的一指紋；以及一驅動積體電路，被配置以驅動該顯示面板。
2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，進一步包括：一非透明膜，被配置以位於該指紋感測器下方。
3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，該指紋感測器設置在與該透明基板和該顯示面板之間的指紋接觸位置的一相對側的該顯示面板上。
4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，該指紋感測器包含一超音波指紋感測器或一光學指紋感測器。
5. 如申請專利範圍第2項所述的顯示裝置，進一步包括：一泡棉墊，位於該顯示面板下方；以及一金屬層，位於該泡棉墊下方，其中，該金屬層包含暴露該泡棉墊的一孔，且該指紋感測器黏合到在該孔中該泡棉墊的一表面。
6. 如申請專利範圍第5項所述的顯示裝置，其中，該非透明膜被配置以覆蓋該指紋感測器下方的該孔。
7. 如申請專利範圍第2項所述的顯示裝置，進一步包括：一泡棉墊，位於該顯示面板下方；以及一金屬層，位於該泡棉墊下方，其中，該泡棉墊和該金屬層包含暴露該顯示面板的一孔，且該指紋感測器黏合到在該孔中該顯示面板的一表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述的顯示裝置，其中，該非透明膜被配置以覆蓋該指紋感測器下方的該孔。
9. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，進一步包括：一光射入元件，位在該顯示面板的一個邊緣上；一光射出元件，位在該顯示面板的該顯示區域中；以及一光源，設置在與該光射入元件相對的位置，並將光投射到該光射入元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中，該光射入元件及該光射出元件的每一個包含一全像圖案。
11. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，該顯示面板包含：一像素陣列，位在一有機薄膜上，且具有分別包含發光二極體的複數個像素；一觸控感測器陣列，位在該像素陣列上；一偏光膜，位在該觸控感測器陣列上；以及一背板，位在該有機薄膜下方。
12. 如申請專利範圍第11項所述的顯示裝置，進一步包括：一第一可撓性基板，設置在該指紋感測器所設置的地方；以及一第二可撓性基板，設置在該驅動積體電路所設置的地方。
13. 如申請專利範圍第12所述的顯示裝置，進一步包括一心軸，其中，該有機薄膜的一端具有被彎曲並連接到該第二可撓性基板的一彎曲部，且該心軸支撐該有機薄膜的該彎曲部。
14. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，該指紋感測器的位置顯示在該顯示面板的一螢幕上。
15. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，進一步包括一透鏡，安置在該指紋感測器的一接收部的前面。
16. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，進一步包括一框架，被配置以容納該顯示面板、該指紋感測器、以及該驅動積體電路，且具有黏合到該透明基板的一側壁。
17. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，該指紋感測器透過一黏合劑黏合到該顯示面板的一表面。
18. 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中，該黏合劑是不透明的。