WO2016144108A1

WO2016144108A1 - 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치

Info

Publication number: WO2016144108A1
Application number: PCT/KR2016/002377
Authority: WO
Inventors: 배병성; 김종욱; 김재흥; 심창섭; 최가원; 전호식; 최우영; 이준석; 정소현; 윤주안; 오상아
Original assignee: 크루셜텍 (주)
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2016-09-15
Also published as: US20160266695A1

Abstract

디스플레이 화면상에서 지문 센싱이 가능한 지문 센싱 디스플레이가 개시된다. 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 증폭하는 투명 감도 증강 층 및 강도 보강을 위한 커버 윈도우를 구비하는 감도 증강 커버부; 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이; 및 상기 감도 증강 커버부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기감도 증강 커버부에서 증폭된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함한다.

Description

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치

본 발명은 디스플레이 화면상에서 피사체의 표면 이미지를 스캐닝할 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 디스플레이 기능을 가짐과 동시에 지문 패턴에 대한 반사광을 수광하여 지문을 검출하는 센서 어레이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근 정보통신상의 보안 문제가 이슈화되면서 스마트폰, 태블릿 PC 등 개인휴대기기 분야에서도 보안 관련 기술이 화두가 되고 있다. 특히, 사용자들의 휴대기기를 통한 전자상거래 등이 늘어나면서 개인 정보에 대한 보안이 요구되고 있는데, 이러한 요구에 따라 지문, 홍채, 안면, 음성, 혈관 등의 생체 정보를 이용하여 개인을 식별하고 인증하는 기술들이 활용되고 있다. 다양한 생체 정보 인증 기술 중 가장 보편적으로 사용되고 있는 기술은 지문을 통한 인증 기술이다. 최근에는, 스마트폰 및 태블릿 PC 등에 지문 인식 및 이를 통한 인증 기술이 적용된 제품이 출시되었다. 그러나, 지문 인식을 위한 센서 장치가 휴대 기기에 접목되기 위해서는 디스플레이 장치 외에 지문 인식을 위한 장치를 함께 장착시켜야 하는데, 이에 따라 휴대기기의 크기나 두께가 늘어나는 등의 문제점이 있었다.

한편, 스마트폰이나 태블릿PC와 같은 휴대기기는 사용 환경에서 충격, 마찰, 및 스크래치의 위험에 매우 자주 노출된다. 따라서, 이러한 사용 환경으로부터 터치 인터페이스와 디스플레이 장치를 보호하기 위해 휴대기기에는 강화 유리 커버가 채용되고 있다. 강화 유리 커버는 위와 같은 이유로 중요한 요소이나, 지문 인식의 관점에서는 센서의 감도를 높이는 데에 장애가 되는 요소일 수 있으므로, 그 장애에 대해 극복이 요구된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 디스플레이 성능의 저하 없이 지문 인식에 필요한 충분한 수준의 센서 감도를 확보할 수 있도록, 그리고 그와 동시에 휴대기기의 사용환경에 적합한 내구성을 갖도록 구성된 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 증폭하는 투명 감도 증강 층 및 강도 보강을 위한 커버 윈도우를 구비하는 감도 증강 커버부; 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이; 및 상기 감도 증강 커버부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기감도 증강 커버부에서 증폭된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함한다.

상기 투명 감도 증강 층은 제 1 파장 영역의 광을 흡수하고 상기 제 1 파장 영역과 다른 제 2 파장 영역의 광을 방출하는 다수의 양자점을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 파장 영역은 가시광 영역에 속하고, 상기 제 2 파장 영역은 적외선 영역에 속하는 것일 수 있다.

한편, 상기 투명 감도 증강 층은 편광 변환층을 포함하고, 상기 편광 변환층은 제 1 편광을 흡수하고 상기 제 1 편광과 그 편광축이 실질적으로 수직인 제 2 편광을 방출하는 다수의 양자점을 포함할 수도 있다.

상기 감도 증강 커버부는, 그 일면이 디스플레이 표면을 이루는 커버 윈도우; 및 상기 커버 윈도우의 상기 디스플레이 표면 반대편에 형성된 투명 감도 증강 층을 포함할 수 있다.

한편, 상기 감도 증강 커버부는, 커버 윈도우; 상기 커버 윈도우의 상면에 형성된 투명 감도 증강 층; 및 상기 투명 감도 증강 층의 상면에 형성되어 그 표면이 상기 디스플레이 표면을 이루는 보호층을 포함하고, 상기 광센서 어레이는 상기 커버 윈도우의 하면에 형성될 수 있다.

상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이와 상기 광센서 어레이는 서로 평면적으로 중첩되게 배치되어 하나의 센서 통합 디스플레이 패널의 일부를 구성할 수 있다.

상기 센서 통합 디스플레이 패널은 액정 디스플레이 패널로서, 하부기판 내측에 상기 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이가 형성된 하부기판부; 및 상부기판 내측에 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 불투광부에 대응되게 형성되어 가시광을 차광하는 블랙 매트릭스와 상기 블랙 매트릭스에 중첩되게 배치된 광센서 어레이가 형성된 상부기판부를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 블랙 매트릭스는 가시광선을 차단하되 적외선을 투과시키는 적외선 필터 레진으로 형성되고, 상기 광센서 어레이는 다수의 적외선 센서를 포함할 수 있다. 상기 다수의 적외선 센서는 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이에서 픽셀 전극을 구동하는 박막 트랜지스터부에 각각 평면적으로 중첩되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 센서 통합 디스플레이 패널에 있어서, 상기 광센서 어레이는 상기 블랙 매트릭스의 내측에 배치된 금속배선과 광센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 상부기판부는 상기 블랙 매트릭스 중 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 광도파로를 더 포함하거나, 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 적어도 하나의 마이크로렌즈를 더 포함할 수 있다.

상기 센서 통합 디스플레이 패널에 있어서, 상기 광센서 어레이는 상기 상부기판과 상기 블랙 매트릭스 사이에 배치된 배선과 광센서를 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 배선은 투명전극 배선이거나, 상기 상부기판과 접하는 면에 반사 방지층이 형성된 금속배선일 수 있다.

한편, 상기 감도 증강 커버부는, 상기 투명 감도 증강 층에 내부 전반사 조건을 충족하도록 입사한 적외선광이 상기 디스플레이 표면에 접촉된 지문에 의해 산란되어 상기 광센서 어레이 측으로 방출되도록 구성된 것일 수도 있다.

본 발명의 한 측면에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 하부기판 내측에 상기 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이가 형성된 하부기판부; 상부기판 내측에 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 불투광부에 대응되게 형성되어 가시광을 차광하는 블랙 매트릭스와 상기 블랙 매트릭스에 중첩되게 배치된 광센서 어레이가 형성된 상부기판부; 및 상기 하부기판부와 상기 상부기판부 사이에 배치된 액정층을 포함한다.

여기서, 상기 블랙 매트릭스는 가시광선을 차단하되 적외선을 투과시키는 적외선 필터 레진으로 형성되고, 상기 광센서 어레이는 다수의 적외선 센서를 포함할 수 있다. 상기 다수의 적외선 센서는 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이에서 픽셀 전극을 구동하는 박막 트랜지스터부에 각각 평면적으로 중첩되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 광센서 어레이는 상기 블랙 매트릭스의 내측에 배치된 금속배선과 광센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 상부기판부는 상기 블랙 매트릭스 중 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 광도파로를 더 포함하거나, 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 적어도 하나의 마이크로렌즈를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 광센서 어레이는 상기 상부기판과 상기 블랙 매트릭스 사이에 배치된 배선과 광센서를 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 배선은 투명전극 배선이거나, 상기 상부기판과 접하는 면에 반사 방지층이 형성된 금속배선일 수 있다.

본 발명의 다른 한 측면에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 증폭하는 감도 증강 커버부; 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및 상기 감도 증강 커버부와 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 사이에 배치되고, 상기 감도 증강 커버부에서 증폭된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고, 상기 광센서 어레이는 상기 감도 증강 커버부와 일체를 이루어 형성되되, 상기 디스플레이 패널의 블랙 매트릭스와 평면적으로 중첩되도록 배치된다.

본 발명의 다른 한 측면에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부; 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및, 상기 접촉 패턴 발광부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 접촉 패턴 발광부에서 발생한 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,

상기 접촉 패턴 발광부는, 상기 디스플레이 표면 반대 측에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 제 1 투명 전극층; 상기 디스플레이 표면 측에 배치되고, 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할되어 전기적으로 플로팅(floating)된 제 2 투명 전극층; 및, 상기 제 1 및 제 2 투명 전극층 사이에 배치되고, 상기 두 투명 전극층 사이에 형성된 전계에 따라 발광하는 전계 발광층을 포함한다.

상기 전계 발광층은 상기 제 2 투명 전극층과 같이 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할될 수 있다. 이때, 상기 전계 발광층의 서로 절연된 다수의 단위 영역 사이에 배치되어, 상기 단위 영역 간의 광 간섭을 차단하는 차폐부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2 투명 전극층 상에 배치되어 사용자의 지문 패턴과 직접 접촉하는 보호막을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 보호막은 그 두께가 500 옹스트롬 내지 1500 옹스트롬인 실리콘 산화물층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 보호막은 압력이 가해지지 않은 상태에서는 절연성을 띠고, 압력이 가해진 부분에서 도전성을 띠는 감압 고무(Pressure Sensitive Rubber)로 형성될 수도 있다. 또한, 이 외에도 상기 보호막은 고분자 물질을 포함하는 유기물층이나, 산화물이나 질화물 등을 포함하는 무기물층으로 형성될 수 있다.

상기 접촉 패턴 발광부는, 상기 디스플레이 표면 반대 측에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층; 상기 하부 투명 전극층 상에 배치된 전계 발광층; 및, 상기 전계 발광층의 상의 일부 영역에 형성되고, 전기적으로 플로팅(floating)된 부분 전극층을 포함한다.

상기 부분 전극층은 투명 전극 소재 또는 금속 전극 소재로 이루어질 수 있다.

상기 부분 전극층은 상기 디스플레이 표면에서 디스플레이 화상이 표시되는 부분을 상기 사용자의 지문이 접촉되는 투명한 감지영역으로 비워두고 그 주변부에 상기 감지영역을 회피하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 부분 전극층은 그 가운데에 상기 감지영역을 두고, 그 둘레를 연속 또는 불연속적으로 둘러싸도록 형성될 수 있다.

상기의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는 상기 전계 발광층 및 상기 부분 전극층을 덮어 상기 디스플레이 표면을 이루는 보호막을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 한 측면에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 고분자 분산 액정(PDLC)을 이용하여 상기 디스플레이 표면 외부로부터 내측으로 입사하는 외부광의 투과율을 제어하는 외부광 제어부; 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및, 상기 외부광 제어부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에서 반사된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,

상기 외부광 제어부는, 고분자 매질 내에 분산된 다수의 액정 방울이 분산된 고분자 분산 액정층; 상기 고분자 분산 액정층의 양면에 배치된 한 쌍의 투명 전극층; 및, 상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하여 상기 고분자 분산 액정층의 광 투과율을 조정하는 PDLC 컨트롤러를 포함한다.

상기 PDLC 컨트롤러는, 상기 광센서 어레이를 이용하여 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 센싱하기 전에 감지된 외부 광량에 따라 상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 PDLC 컨트롤러는, 상기 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 센싱하기 전에 상기 광센서 어레이를 이용하여 수행된 예비 센싱 결과를 입력받고, 그에 따라 상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하는 것일 수 있다. 또한, 상기 광센서 어레이와 별개로 마련된 외부광 센서를 더 포함하고, 상기 PDLC 컨트롤러는, 상기 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 센싱하기 전에 상기 외부광 센서에서 입력된 신호에 따라 상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 한 측면에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널에서 생성된 화상이 사용자를 향해 최종적으로 표시되는 디스플레이 표면과 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 따른 광 패턴을 센싱할 수 있도록 매트릭스 형태로 배열된 다수의 광센서 소자를 포함하는 광센서 어레이; 상기 광센서 어레이와 상기 디스플레이 표면 사이에 배치된 투명 몰딩층; 및, 상기 투명 몰딩층 내에서 상기 다수의 광센서 소자 중 서로 이웃한 한 쌍의 행 또는 열 사이에 대응되는 위치에 배치된 다수의 광 가이드 구조물을 포함하고,

상기 광 가이드 구조물은 상기 투명 몰딩층을 이루는 물질의 굴절율과 다른 굴절율을 갖는 물질로 형성되어, 상기 디스플레이 표면 중에서 상기 한 쌍의 행 또는 열 중 어느 한쪽에 대응되는 부분에서 입사한 광이 상기 광 가이드 구조물을 통과하여 다른 한쪽으로 진행하지 못하도록 굴절 또는 반사시킨다.

상기 광 가이드 구조물은 상기 투명 몰딩층의 두께 방향으로 형성된 벽, 기둥 또는 스트로 형태의 구조물일 수 있다.

상기 다수의 광센서 소자 중 서로 이웃한 어느 한 쌍의 행 또는 열 사이에 대응되는 위치에 배치된 하나의 광 가이드 구조물과 서로 이웃한 다른 한 쌍의 행 또는 열 사이에 대응되는 위치에 배치된 다른 하나의 광 가이드 구조물 사이의 간격은 약 200㎛ 이내일 수 있다.

본 발명에 따르면, 휴대기기의 사용환경에 적합한 내구성을 제공하는 커버 윈도우와, 그로 인한 광센서의 감도 저하를 보상하는 투명 감도 증강층을 함께 구비하도록 구성되어, 우수한 지문 인식 성능과 함께 내구성을 갖는 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 지문 센싱을 위한 광센서 어레이를 디스플레이 표면에 가깝게 배치하면서도 블랙매트릭스와 같은 차광 패턴 아래에 중첩되게 배치하여 개구율 및 해상도와 같은 디스플레이 성능의 저하 없이 지문 인식에 필요한 충분한 수준의 센서 감도를 확보할 수 있도록 구성된 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 좀 더 능동적으로 디스플레이 표면에 접촉된 지문 패턴에 따른 광 패턴을 형성하고 이를 광센서 어레이를 통해 검출하거나, 지문 패턴에 의해 반사된 광 패턴이 나머지 부분과 좀 더 선명하게 대비되도록 외부광을 제어함으로써 지문 패턴 스캔의 정확도를 향상시키는 효과가 있다. 한편, 디스플레이 표면에 접촉된 지문 패턴에 의한 반사광이 그에 바로 대응되는 광센서 소자 이외의 다른 광센서 소자에 미치는 영향을 최소화할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치가 탑재된 휴대기기의 사용예를 보인다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보인다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보인다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보인다.

도 5는 상기 도 2 내지 도 4의 실시예에서 투명 감도 증강층의 한 구현예를 보인다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 감도 증강 커버부를 보인다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 감도 증강 커버부를 보인다.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 감도 증강 커버부를 보인다.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 센서 통합 디스플레이 패널의 구성을 개략적으로 보인다.

도 10은 상기 도 9의 실시예에 따른 센서 통합 디스플레이 패널을 그 표시면 측에서 부분 확대한 모습을 보인다.

도 11은 상기 도 10에서 XI-XI선에 따른 단면을 보인다.

도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 지문 센싱 원리를 개념적으로 보인다.

도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서 통합 디스플레이 패널에서 상부기판부의 한 구현예를 보인다.

도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서 통합 디스플레이 패널에서 상부기판부의 한 구현예를 보인다.

도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서 통합 디스플레이 패널에서 상부기판부의 한 구현예를 보인다.

도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 감도 증강 커버부와 센서 통합 디스플레이 패널의 상부기판부가 결합된 모습을 보인다.

도 17은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 감도 증강 커버부에 결합된 광센서 어레이 및 액정 디스플레이 패널의 블랙 매트릭스 사이의 정렬 상태를 보인다.

도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 광센서 어레이를 터치 센서로 활용하는 방안을 보인다.

도 19는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 평면도이다.

도 20은 상기 도 19의 II - II 선도에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

도 21은 상기 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보여주는 도면이다.

도 22는 상기 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉되지 않은 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다.

도 23은 상기 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다.

도 24는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 단면도이다.

도 25는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

도 26은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

도 27은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 평면도이다.

도 29는 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.

도 30은 상기 도 29의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.

도 31은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보인다.

도 32는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.

도 33은 상기 도 29 내지 도 32의 실시예에서 부분 전극층의 평면적 형상의 다양한 예를 보인다.

도 34는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.

도 35는 상기 도 34에서 고분자 분산 액정(PDLC)을 이용한 외부광 제어부의 작동 원리를 보이는 개념도이다.

도 36은 상기 도 34의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 사용자의 지문이 접촉된 상태의 작동 예를 보인다.

도 37은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 대략적인 단면도이다.

도 38은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 PDLC 컨트롤러의 연결구조를 개략적으로 보인다.

도 39는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 사용자의 지문이 접촉된 상태를 보인다.

도 40은 상기 도 39의 실시예에 따른 광 가이드 구조물이 온셀 방식의 센서 통합 디스플레이 패널과 결합된 모습을 보인다.

도 41은 상기 도 39의 실시예에 따른 광 가이드 구조물이 인셀 방식의 센서 통합 디스플레이 패널과 결합된 모습을 보인다.

도 42는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 평면도이다.

도 43은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 평면도이다.

도 44는 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 블럭도이다.

도 45는 비교예의 광센서의 회로도를 나타낸 것이다.

도 46은 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀 및 광센서를 나타낸 단면도이다.

도 47은 도 46에 도시된 서브 픽셀의 일 실시예를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 48은 도 46에 도시된 서브 픽셀의 다른 실시예를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 49는 도 46에 도시된 서브 픽셀의 또다른 실시예를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 50은 본 발명의 디스플레이 장치가 피사체를 스캔하는 방법을 나타낸 개념도이다.

도 51은 본 발명의 디스플레이 장치가 피사체를 스캔하는 방법을 나타낸 개념도이다.

도 52는 본 발명의 디스플레이 장치가 디스플레이하는 경우의 게이트 드라이버 및 소스 드라이버의 동작을 나타낸 신호도이다.

도 53은 본 발명의 디스플레이 장치가 대상물을 스캔하는 경우의 게이트 드라이버 및 소스 드라이버의 동작을 나타낸 신호도이다.

도 54 내지 도 56은 본 발명의 디스플레이 장치가 피사체를 스캔하는 다양한 방법을 나타낸 개념도이다.

도 57은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 스캔 기능을 구현하는 센서 어레이 층의 구성을 나타내는 도면이다.

도 58은 도 57에 도시되는 광센서(SN)의 차지 셰어링 방식 구현예를 나타내는 회로도이다.

도 59는 도 57의 광센서(SN)에 대한 차지 셰어링 방식의 다른 구현예를 나타내는 회로도이다.

도 60은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 적용이 가능한 차지 셰어링 방식 광센서의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 61은 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 셰어링 방식 광센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

도 62는 도 57의 광센서에 대한 소스 팔로워 방식의 다른 구현예를 나타내는 회로도이다.

도 63은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 적용이 가능한 소스 팔로워 방식 광센서의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 64는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 팔로워 방식 광센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

도 65는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 팔로워 방식 광센서의 회로 구조를 레이아웃으로 나타낸 평면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 그 성격이 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

참고로 상부, 하부, 상면 및 하면 등과 같이 상하의 개념을 포함하는 표현은 특별한 언급이 없으면 도면에 도시된 방향을 기준으로 한 것이며, 첨부된 도면들에서는 층상의 구조를 표현할 때 화상이 표시되는 디스플레이 표면에 가까운 쪽이 상측에 배치되고, 그 반대쪽이 하측에 배치되도록 도시하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, "광센서"는 인가된 광의 세기에 따라 전기적 신호를 제공하는 센서 소자를 의미한다. 소자 구성의 관점에서는 포토 트랜지스터(포토 TFT), 포토 다이오드 등 다양한 유형의 소자를 포함하고, 감지 대상 파장대역의 관점에서는 가시광 센서뿐만 아니라 적외선 센서 등을 포함할 수 있다.

예를 들어 휴대기기(MD)는 스마트폰, 태블릿PC, 전자책 또는 네비게이션 장치와 같이 유무선 통신 기능, 정보처리 연산 기능 및 미디어 플레이 등 디스플레이 기능을 갖는 디지털 기기일 수 있다. 이러한 휴대기기에는 액정 디스플레이(LCD), 유기발광소자 디스플레이(OLED) 뿐만 아니라 전자종이(E-Paper) 디스플레이, 전계방출소자 디스플레이(FED), 양자점(Quantum-dot) 디스플레이, 등 다양한 종류의 평판형 디스플레이(FPD) 장치가 채용될 수 있다. 여기서는 주로 스마트폰의 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 전술한 다양한 방식의 평판형 디스플레이를 기반으로 하여 구현될 수 있으며, 디스플레이 기능 및 지문 센싱 기능을 필요로 하는 어떠한 기기에도 채용될 수 있다.

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 휴대기기(MD)의 일면에 형성되며, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 휴대기기(MD)의 전면에 형성되어 디스플레이 장치로서의 기능과 터치 인터페이스와 같은 입력 장치로서의 기능을 겸할 수도 있다. 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 그 디스플레이 표면 중 일부 영역(SA)에 접촉된 사용자의 손가락(F)으로부터 지문 패턴(FP)을 검출한다. 손가락(F)이 접촉된 위치를 먼저 감지하여 그 위치에 따라 상기 일부 영역(SA)을 설정하고, 해당 영역에서 지문 패턴(FP)을 검출하도록 구현될 수도 있다.

후술하겠지만, 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 손가락이 디스플레이 표면에 접촉되었을 때, 그 지문의 융선(ridge)과 골(valley)의 형태에 따라 발생하는 광 패턴을 감지하여 지문 패턴(FP)을 검출한다. 따라서, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)는 손가락 지문의 융선과 골을 구분할 수 있을 정도의 해상도를 갖도록 배열된 다수의 광센서를 갖는 광센서 어레이를 포함하여 구성된다. 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(FSD)에서 광센서 어레이는 주로 디스플레이 표면으로부터 방출되어 손가락(F) 표면에서 반사된 광을 감지하나, 손가락(F)을 투과하여 입사한 주변 광을 감지할 수도 있다. 일 예로, 상기 광센서 어레이가 감지하는 광은 적외선과 같은 비가시광 일수 있다. 비가시광을 감지함으로써 디스플레이 화상을 구성하는 가시광이 지문 센싱에 영향을 미치지 않도록 할 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되지는 아니하고, 다른 예에 따라 광센서 어레이는 가시광을 감지할 수도 있다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(11)는 디스플레이 패널에 광센서 어레이가 통합된 센서 통합 디스플레이 패널(SID)과 그 상부에 배치되는 감도 증강 커버부(101)로 구성된다. 감도 증강 커버부(101)는 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 증폭하는 투명 감도 증강 층(120) 및 강도 보강을 위한 커버 윈도우(110)을 갖는데, 본 실시예에서는 커버 윈도우(110)가 디스플레이 표면을 이루고, 상기 투명 감도 증강 층(120)이 상기 커버 윈도우(110)와 상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 사이에 배치된다.

여기서, 상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID)은 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이와 상기 박막 트랜지스터 어레이보다 상기 감도 증강 커버부(120)에 가깝게 배치되어 상기 감도 증강 커버부(120)에서 증폭된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함한다. 디스플레이 패널로서의 기능을 위한 구성 측면에서, 상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID)은 액티브 매트릭스 구동 방식의 액정 디스플레이 패널일 수도 있고, 액티브 매트릭스 구동 방식의 유기발광소자 디스플레이 패널일 수도 있다. 이 두 가지 디스플레이 패널 외에도 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터 어레이를 갖는 디스플레이 패널이면 어떤 것이어도 무방하다.

상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID)이 액정 디스플레이 패널인 경우 그 하부에는 별도의 면광원인 백라이트 유닛(300)이 구비될 수 있다. 상기 백라이트 유닛(300)은 일반적으로 가시광을 방출하는 광원(310)을 포함하는데, 필요에 따라 적외선을 방출하는 광원(320)을 더 포함할 수도 있다.

상기 커버 윈도우(110)는 통상적으로 스마트폰의 터치 스크린 상면에 적용되는 것과 같이 강화 유리 또는 그에 상응하는 강도와 경도를 갖는 투명한 소재로 이루어진 것일 수 있다.

상기 투명 감도 증강 층(120)은 지문 센싱을 위해 상기 광센서 어레이에 최종적으로 수광될 수 있는 광의 광량을 파장 변환 또는 편광 변환을 통해 높여주거나, 내부 전반사를 통해 추가적으로 공급하는 기능을 수행하는 것으로, 그 구체적인 구성 및 작용에 대해서는 여러 가지 유형의 투명 감도 증강 층이 적용된 실시예를 참조하여 후술하기로 한다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(12)는 감도 증강 커버부(102)의 구성을 제외하고는 상기 도 2의 실시예와 동일하다. 상기 감도 증강 커버부(102)는 커버 윈도우(110)와 상기 커버 윈도우의 상면에 형성된 투명 감도 증강 층(120), 그리고 상기 투명 감도 증강 층(120)의 상면에 형성되어 그 표면이 전술한 디스플레이 표면을 이루는 보호층(130)을 포함하여 구성된다. 여기서 상기 보호층(130)은 투명 감도 증강 층(120)보다 경도가 높은 투명 재질의 코팅층으로서 예컨대, 유리, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 기타 투명 산화물이나 고분자로 이루어진 박막이나 고분자 필름 등으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 도 3의 실시예에서 설명된 것과 같은 구성의 감도 증강 커버부(102)에서 커버 윈도우(110)의 하면에 광센서 어레이를 갖는 센서 어레이 층(150)이 일체로 형성되어, 감도 증강 커버부(102)를 갖는 지문 센서 모듈(21)을 이루고, 상기 지문 센서 모듈(21)이 디스플레이 패널(209) 상부에 배치된다. 상기 디스플레이 패널(209)은 예컨대 액정 디스플레이(LCD), 유기발광소자 디스플레이(OLED) 뿐만 아니라 전자종이(E-Paper) 디스플레이, 전계방출소자 디스플레이(FED), 양자점(Quantum-dot) 디스플레이, 등 다양한 종류의 평판형 디스플레이(FPD) 패널일 수 있다.액정 디스플레이 패널인 경우에는 그 하부에 가시광 광원(310)을 포함하는 백라이트 유닛(300)을 더 구비할 수 있다. 상기 백라이트 유닛(300)에는 필요에 따라 적외선 광원(320)도 구비될 수 있다.

도 5는 상기 도 2 내지 도 4의 실시예에서 투명 감도 증강 층의 한 구현예를 보인다.

전술한 실시예들에 있어서, 상기 투명 감도 증강 층(120)은 투명 매질(121)과 상기 투명 매질(121) 내에 분포된 다수의 양자점(122)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 다수의 양자점(122)은 핵-껍질 구조를 가지고, 지름이 수 나노미터 수준인 일종의 나노 구조물로서 다양한 물질 및 크기로 형성될 수 있으며, 그 물질의 종류 및 크기에 따라 일부 파장 영역의 광을 흡수하고 그와 다른 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.

따라서, 이러한 다수의 양자점(122)을 포함하는 상기 투명 감도 증강 층(120)은 제 1 파장 영역의 광(w1)을 흡수하고, 이를 제 2 파장 영역의 광(w2)으로 변환하여 방출할 수 있다. 일 예로서, 상기 제 1 파장 영역의 광(w1)은 가시광 파장대의 광이고, 상기 제 2 파장 영역의 광(w2)은 비가시광 파장대의 광일 수 있으며, 좀 더 구체적으로는, 상기 제 1 파장 영역의 광(w1)은 청색광이고 상기 제 2 파장 영역의 광(w2)은 적외선 광일 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 제 1 파장 영역과 제 2 파장 영역이 모두 적외선 영역에 속할 수도 있다. 주로 높은 에너지를 갖는 파장이 낮은 에너지를 갖는 파장으로 변환되며, 추가적인 구조(양자점 구조, 촉매 등)를 활용하면 낮은 에너지를 갖는 파장을 높은 에너지를 갖는 파장으로 변환할 수도 있다(업컨버젼). 여기서 상기 제 2 파장 영역의 광은 전술한 광센서 어레이에 포함된 다수의 광센서에서 주로 감지되는 파장 영역의 광인 것이 바람직하다.

상기 투명 감도 증강 층(120)은 디스플레이 패널에서 방출된 광(이하, 디스플레이 광이라 칭함)이 사용자 측으로 진행하는 경로 상에 배치되므로 되도록 디스플레이 광에 영향을 미치지 않는 것이 바람직하다. 다만, 액정 디스플레이 패널 후면의 백라이트 유닛이나 유기발광소자 디스플레이 패널에서 디스플레이 광과 별도의 적외선 광이 방출되지 않는 경우에는, 디스플레이 패널의 색재현성에 가장 적은 영향을 미치도록 청색광의 일부를 흡수하고 적외선 광으로 변환하여 지문 센싱에 활용하는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따른 감도 증강 커버부는 사용자의 손가락(F)과 접촉하는 커버 윈도우(110)와 함께 편광 변환 기능을 갖는 투명 감도 증강 층(160)을 구비할 수 있다. 상기 투명 감도 증강 층(160)은, 제 1 편광(P1)을 그와 편광축이 실질적으로 수직인 제 2 편광(P2)으로 변환하는 기능의 편광 변환층을 가지는 것일 수 있다. 이러한 투명 감도 증강 층(160)은 투명한 매질에 편광 변환 기능을 갖는 다수의 양자점이 분포된 형태의 편광 변환층을 포함하는데, 단일의 편광 변환층만으로 상기 투명 감도 증강 층(160)이 구성될 수도 있고, 다른 층과의 결합을 통해 구성될 수도 있다.

이러한 편광 변환 기능을 갖는 투명 감도 증강 층(160)에 따른 작용을 살펴보면, 예컨대 액정 디스플레이 패널의 상부기판(250) 상면에 배치된 편광판(251)을 통과한 제 1 편광(P1)을 흡수하여, 그와 수직인 편광축을 갖는 제 2 편광(P2)을 방출한다. 상기 투명 감도 증강 층(160)은 커버 윈도우(110) 측뿐만 아니라 아래쪽으로도 변환된 제 2 편광(P2)을 방출하는데, 아래쪽으로 방출된 제 2 편광(P2)은 상기 편광판(251)에 의해 차단되므로 상부기판(250) 아래에 배치된 광센서 어레이에 영향을 미치지 않게 된다. 한편, 상기 커버 윈도우(110) 측으로 방출된 제 2 편광(P2)은 그 표면에 접촉된 손가락(F)에 의해 반사되면서 다시 제 1 편광(P1)과 제 2 편광(P2)이 혼합된 광으로 바뀌고, 그 중 제 1 편광(P1) 부분이 상기 편광판(P1)을 투과하여 상기 상부기판(250) 아래에 배치된 광센서 어레이까지 전달된다. 이러한 원리로 상기 광센서 어레이에서 검출되는 지문 패턴 신호에 대한 노이즈의 비를 경감시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 감도 증강 커버부에서 투명 감도 증강 층(163)은 상기 도 6의 실시예를 통해 설명한 편광 변환층인 제 1 투명 감도 증강 층(161)과 커버 윈도우(110)와 상기 제 1 투명 감도 증강 층(161)의 사이에 배치되는 제 2 투명 감도 증강 층(162)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 2 투명 감도 증강 층(162)은 상기 도 5의 실시예를 통해 설명한 파장 변환 기능의 투명 감도 증강 층과 같이 편광축에 영향을 미치지 않는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 투명 감도 증강 층(163)의 작용에 의해 전술한 도 5의 실시예에 따른 파장 변환 효과와 전술한 도 6의 실시예에 따른 편광 변환 효과를 더한 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 감도 증강 커버부는 도광판 기능을 하는 투명 감도 증강 층(112)을 포함하는데, 상기 투명 감도 증강 층(112)에 내부 전반사 조건을 충족하도록 입사한 적외선광이 상기 디스플레이 표면에 접촉된 손가락(F)의 지문에 의해 산란되어 상기 디스플레이 표면 반대쪽에 배치된 상기 광센서 어레이 측으로 방출되도록 구성된다. 이를 위해, 상기 투명 감도 증강 층(112)의 적어도 일측단에는 적외선 광원(321)이 배치될 수 있다. 한편, 도광판 기능을 하는 상기 투명 감도 증강 층(112)은 전술한 커버 윈도우 자체일 수도 있고, 커버 윈도우와 결합된 별도의 층일 수도 있다.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에서 센서 통합 디스플레이 패널의 구성을 개략적으로 보인다. 도 10은 상기 도 9의 실시예에 따른 센서 통합 디스플레이 패널을 그 표시면 측에서 부분 확대한 모습을 보인다.

본 실시예에 있어서, 센서 통합 디스플레이 패널(SID)은 일 예로 광센서 어레이가 통합된 액정 디스플레이 패널일 수 있다. 센서 통합 디스플레이 패널(SID)은 도시된 바와 같이, 상부기판(25)과 하부기판(210)을 가지고, 이들 사이에 봉지된 액정층(230)을 갖는다. 상기 하부기판(210)의 내측면에는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 픽셀 TFT 어레이 층(220)이 마련된다.

상기 상부기판(250)의 내측면에는 다수의 픽셀에 대응되는 컬러필터 어레이가 형성되는데, 상기 컬러필터 어레이는 적(R), 녹(G), 청(B)과 같은 특정 색의 광을 선택적으로 투과시키는 다수의 투광부(241)와 상기 다수의 투광부 사이사이를 매트릭스 형태로 차광하는 블랙 매트릭스(242)로 구성된다. 상기 블랙 매트릭스(242)는 상기 하부기판(210) 상의 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 불투광부에 대응되게 형성된다. 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 불투광부에는 데이터 라인, 게이트 라인과 같은 금속 배선과 이들의 교차점마다 배치되어 전기적 신호에 따라 대응되는 픽셀 전극을 구동하는 픽셀 구동 TFT 등이 포함된다.

본 실시예에 따르면, 광센서 어레이는 상기 블랙 매트릭스(242)에 중첩되도록 배치되어 광센서 어레이 통합 컬러필터 층(240)을 형성하는데, 상기 광센서 어레이는 중첩되는 형태의 한 예로서 블랙 매트릭스(242) 아래에 배치될 수 있다. 상기 광센서 어레이는 다수의 서브 픽셀 영역(SP)에 대응되는 다수의 광센서(243)와, 이들을 구동하고 이들로부터 센싱된 신호를 리드 아웃(Read-Out)하도록 매트릭스 형태로 구성된 센서 구동 회로를 포함하여 구성된다. 여기서, 다수의 광센서(243)는 박막 트랜지스터 구조를 가지는 것일 수도 있고, 다이오드 구조 또는 유기박막센서 구조를 가지는 것일 수도 있다. 본 도면에는 도시되지 않았으나, 센서 구동 회로에는 금속 배선과 상기 다수의 광센서(243) 외에도 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터가 더 포함될 수도 있다.

도 11은 상기 도 10에서 XI-XI선에 따른 단면을 보인다.

액정층(230)을 중심으로 아래쪽에는 하부기판(210)과 상기 하부기판(210) 상에 형성된 픽셀 TFT 어레이 층(220)이 배치된다. 상기 픽셀 TFT 어레이 층(220)에는 데이터 라인과 게이트 라인으로서 서로 교차 배치되는 금속 배선(222)과 절연막(225), 픽셀 전극(221) 및 픽셀 구동 TFT(223)가 포함된다. 실제로 게이트 라인과 데이터 라인은 절연막을 사이에 두고 서로 다른 층에 형성되고, 픽셀 구동 TFT(223) 역시 금속 전극과 절연막 및 반도체 채널 등이 적층된 구조를 가지나 본 도면에서는 단순하게 표현하였다.

액정층(230)의 위쪽에는 상부기판(250)을 포함하는 상부기판부(280)가 배치된다. 상부기판부(280)에는 상기 상부기판(250)의 내측면에 형성된 광센서 어레이 통합 컬러필터 층(240)이 포함된다. 광센서 어레이 통합 컬러필터 층(240)에는 전술한 바와 같이 블랙 매트릭스(242)와 상기 블랙 매트릭스(242)의 아래에 중첩되게 배치된 것으로, 광센서 어레이를 구성하는 금속 배선(244)과 광센서(243)가 포함된다. 한편, 이들을 덮고 평탄화하는 평탄화막(245)을 더 포함할 수 있고, 상기 평탄화막(245)과 액정층(230) 사이에는 도시되지 않았으나, 액정을 배향하는 배향막이 더 구비될 수 있고, 액정 모드에 따라서는 공통전극이 더 구비될 수도 있다.

전술한 광센서 어레이에 있어서, 센서 구동 회로를 구성하는 상기 금속 배선(244)은 서로 교차하는 스캔 라인과 리드 아웃 라인을 포함하여 구성될 수 있다. 이들은 절연막을 사이에 두고 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 한편, 실시 형태에 따라서는 이들이 같은 층에 배치될 수도 있다.

여기서, 상기 블랙 매트릭스(242)는 가시광을 차단하고, 적외선을 투과시키는 적외선 필터 레진(resin)으로 형성될 수 있다. 그 결과 광센서 어레이가 상부기판부(280)에 배치되었음에도 불구하고, 그 금속 배선(244) 등이 디스플레이 표면 측에서 시각적으로 인식되지 않도록 할 수 있다. 또한, 상기 광센서(243)가 디스플레이 표면 측으로부터 입사한 광, 즉 지문에 의한 반사광 등을 액정층(230)을 거치지 않고 수광하도록 할 수 있다. 이를 통해 지문에 의한 광 패턴을 센싱하는 감도를 향상시킬 수 있다.

센서 통합 디스플레이 패널에서 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광을 선택적으로 투과시키는 투광부(241)를 통해 디스플레이 광이 위쪽으로 방출된다. 상부기판(250) 위에 배치된 투명 감도 증강 층(120)은 상기 디스플레이 광 중에서 제 1 파장 영역의 광(w1) 즉, 청색광 중 일부를 제 2 파장 영역의 광(w2)인 적외선 광으로 변환하여 방출한다. 적외선 광은 커버 윈도우(110)의 표면, 즉 디스플레이 표면에 접촉된 손가락(F) 지문의 융선과 골에 따라 다른 반사율로 반사되고, 그 반사광이 다시 적외선 필터 레진으로 형성된 블랙 매트릭스(242)를 투과하여 광센서 어레이의 광센서(243)에 수광된다. 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는 이러한 원리로 지문 패턴 센싱 기능을 제공한다.

한편, 여기서는 감도 증강 커버부(101)에서 투명 감도 증강 층(120)이 파장 변환 기능을 갖는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 투명 광층폭 층의 구성 및 그에 따른 감도 증강 원리는 이에 한정되지 않으며 상기 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이 다양하게 구현될 수 있다.

도시된 바와 같이, 상부기판부(281)는 상부기판(250)과, 상부기판(250)의 하면에 형성되고 투광부(241) 및 블랙 매트릭스(242)를 갖는 컬러필터 어레이, 그리고 상기 블랙 매트릭스(242) 하면에 배치되어 금속 배선(244) 및 광센서(243)를 포함하는 광센서 어레이를 포함한다. 전술한 실시예와 마찬가지로 상기 블랙 매트릭스(242)는 가시광을 차단하고 적외선을 투과시키는 적외선 필터 레진으로 형성되고, 상기 광센서(243)는 적외선에 대해 높은 감도를 가지는 적외선 광센서일 수 있다. 또한, 본 도면에 도시된 예에 따르면, 상기 블랙 매트릭스(242) 중 광센서(243)에 대응되는 부분에 슬릿(slit), 비아(via), 또는 홈 등과 같이 부분적으로 광 집적도 및 광 투과율을 더 높일 수 있는 형태로 형성된 광도파로(246)를 더 구비할 수 있다.

광도파로(246)를 적용한 다른 변형예로, 상기 광센서(243)는 가시광을 감지하는 것이고, 상기 블랙 매트릭스(242)는 가시광선과 적외선을 모두 차단하는 소재로 이루어지고, 상기 광도파로(246)는 가시광선에 대하여 투명한 것일 수도 있다.

전술한 광센서 어레이의 하부에는 투명한 평탄화막(245)이 배치된다. 상기 평탄화막(245)은 상기 상부기판부(281)가 액정층과 접하는 면을 평탄하게 하는 역할을 하며, 액정층과의 상에 배향막이 배치되고, 공통전극층이 더 구비될 수 있음은 전술한 바와 같다.

상기 도 13의 구현예와의 차이점은 상기 블랙 매트릭스(242) 중 상기 광센서(243)에 대응되는 부분에 광도파로 대신 마이크로렌즈(247)를 구비한 점이다. 상기 마이크로렌즈(247)는 상기 광센서(243)에 더 많은 양의 광을 집광하여 제공할 수 있다.

도시된 바와 같이, 상부기판부(283)에서 상부기판(250)의 내측면에 배선(248)과 광센서(243)를 포함하는 광센서 어레이가 배치되고, 그 아래에 전술한 투광부(241)와 블랙 매트릭스(242)를 갖는 컬러필터 어레이가 배치될 수 있다. 상기 광센서 어레이와 상기 컬러필터 어레이 사이에는 평탄화막(249)이 배치될 수도 있다.

이 경우, 상기 배선(248)은 투명 전극 물질로 이루어진 배선일 수 있고, 상기 광센서(243) 역시 광학적으로 투명한 산화물 반도체를 이용한 소자일 수 있다. 한편, 상기 배선(248)이 금속 배선인 경우, 상기 배선(248)은 금속에 의해 반사된 외부광이 디스플레이 화질을 떨어뜨리는 것을 방지하기 위해, 금속층(2441)과 상부기판(250) 사이에 반사 방지층(2442)이 형성된 것일 수 있다. 상기 반사 방지층(2442)은 예컨대, 검정색을 띠는 상기 금속 산화물 등으로 이루어져, 상기 금속층(441)를 증착하는 공정과 같은 공정으로 형성될 수 있다. 한편, 이 경우 광센서 어레이가 컬러필터 어레이보다 위에 배치되므로, 블랙 매트릭스(242)의 소재는 일반적인 액정 디스플레이 패널에 적용되는 것을 그대로 채택하여도 무방하다.

전술한 도 9 내지 도 15의 실시예들에서 구체적으로 언급하지 않았으나, 센서 통합 디스플레이 패널이 액정 디스플레이 패널을 기반으로 한 경우에는, 공통적으로 그 상부기판(250)의 상면, 즉 상부기판(250)과 감도 증강 커버부(101)의 사이에는 편광판(251)이 배치된다.

본 실시예에 따르면, 상기 상부기판(250)의 상부 및 하부에 복수의 마이크로렌즈(252, 253)가 구비될 수 있다. 상기 복수의 마이크로렌즈(252, 253)는 블랙 매트릭스(242) 아래에 배치된 광센서(243)에 대응되는 위치에 배치된다. 상기 복수의 마이크로렌즈(252, 253)는 상기 블랙 매트릭스(242)에 형성된 개구부(242A)를 통해 상기 광센서(243)에 광을 집중시키는데, 복수의 렌즈로 이루어진 광학계를 이용하여 효과적으로 초점거리를 맞출 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는 전술한 도 4의 실시예와 같은 층상 구조를 갖는다. 즉, 위에서부터 보호층(130), 투명 감도 증강 층(120) 및 커버 윈도우(110)로 이루어진 감도 증강 커버부의 아래에 배선(244)과 광센서(243)를 포함하는 광센서 어레이가 배치된 지문 센서 모듈(21)을 구비하고, 상기 지문 센서 모듈(21)은 액정 디스플레이 패널(209) 위에 중첩되게 정렬되어 배치된다.

본 도면은 상기 지문 센서 모듈(21)에 속한 광센서 어레이의 배선(244) 및 광센서(243)와 액정 디스플레이 패널(209)의 상부기판(250) 내측에 형성된 블랙 매트릭스(242), 그리고 액정 디스플레이 패널(209)의 하부기판(210) 내측에 형성된 박막 트랜지스터 어레이의 금속 배선(222)과 픽셀 구동 TFT(223)가 위에서 볼 때 서로 중첩되도록 정렬된 모습을 보인다. 다수의 픽셀 전극(221) 위에는 적(R), 녹(G), 청(B) 색의 단색광을 투과시키는 컬러필터인 다수의 투광부(241)가 배치되고, 상기 지문 센싱 모듈(21)에서 상기 다수의 투광부(241)와 중첩되는 부분은 광학적으로 투명하다. 따라서, 사용자가 디스플레이 표면 위에서 내려다보면 지문 센서 모듈(21)의 광센서 어레이가 디스플레이 해상도에 영향을 미치지 않는다.

한편, 본 실시예에서 감도 증강 커버부는 상기 도 5의 실시예를 통해 설명한 것과 같은 투명 광층폭 층(120)을 구비한 것이나, 이에 한정되지 않고, 위에서 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 구성의 감도 증강 커버부로 대체될 수도 있다.

본 도면은 센서 통합 디스플레이 장치(SID)에서 광센서 어레이의 일부분(A')을 확대 도시한 것이다. 매트릭스 형태로 배열된 배선(244)은 다수의 가로 배선(스캔 라인)들과 세로 배선(리드아웃 라인 등)들이 교차함으로써 구획된 다수의 서브 픽셀 영역을 제공하고, 각각의 서브 픽셀 영역에는 적색(R), 녹색(G), 또는 청색(B) 광을 선택적으로 투과시키는 투광부와 광센서(243)가 배치된다. 여기서, 각각의 서브 픽셀마다 하나의 광센서(243)가 배치되므로, 서브 픽셀을 하나의 센싱 화소로 볼 수 있다. 본 발명에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 이용하여 지문을 센싱하는 경우, 상기의 광센서 어레이는 상기 서브 픽셀 단위로 즉, 각각의 센싱 화소마다 전기적 신호를 리드아웃하여 높은 해상도로 지문 패턴을 검출할 수 있다.

한편, 전술한 광센서 어레이는 터치 센서로서의 기능을 겸할 수도 있다. 터치 센서로서 활용될 때에는 높은 해상도를 필요로 하지 않으므로, 복수의 센싱 화소들을 그룹화하여 구동할 수 있다. 예컨대 제 1 센싱 화소 그룹(G1), 제 2 센싱 화소 그룹(G2)과 같이 복수의 센싱 화소 그룹 단위로 스캐닝 및 리드아웃 과정을 수행함으로써 터치 센싱에 소요되는 소비 전력 및 시간 등을 감축할 수도 있다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 평면도이다.

도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 사용자가 지문(FP)을 접촉시켰을 때, 지문(FP)을 인식하는 감지영역(SR) 및 감지영역(SR)을 감싸는 주변영역(NR)을 포함한다. 이때, 주변영역(NR)은 지문(FP) 이미지를 인식하지 않는 영역으로서, 일례로 감지 영역(SR)을 둘러싸며, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 테두리 영역을 형성하는 프레임 부재 또는 감지 영역(SR)에 구동신호를 제공하기 위한 주변 회로일 수 있다. 한편, 상기 감지 영역(SR)은 화상이 표시되는 디스플레이 영역의 전부 또는 일부와 중첩될 수 있다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 감지영역(SR)에 접촉된 지문(FP)의 패턴에, 좀 더 상세하게는 지문의 융선 패턴에 대응되는 감지광을 형성한 다음, 상기 감지광을 감지하여 접촉된 지문(FP)의 이미지를 센싱할 수 있다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)에는 감지영역(SR) 및 주변영역(NR)이 모두 형성되는 구성으로 설명되고 있으나, 주변영역(NR)이 형성되지 않고 감지영역(SR)만이 형성되거나, 주변영역(NR)이 감지영역(SR)의 배면 측에 형성되는 구성도 가능하다.

이하에서는 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 구성을 상세하게 설명한다.

도 20은 도 19의 II - II 선도에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 보호막(1110)과, 접촉 패턴 발광부(1120)와, 광센서 어레이(1130)와, 제1 기판(1141)을 포함한다. 이때, 보호막(1110)과, 접촉 패턴 발광부(1120)와, 광센서 어레이(1130)와, 제1 기판(1141)은 감지영역(SR)에 위치된다.

제1 기판(1141)은 투명한 재질로 형성되며, 예시적으로 유리와 같은 취성 재질로 형성되거나 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(poly carbonate), 폴리에스테르설폰(PES)와 같은 연성 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1 기판(1141)은 접촉 패턴 발광부(1120)를 지지하며 일 예로 그 아래에 배치된 광센서 어레이(1130)의 상면에 접착층을 매개로 접착될 수 있다.

광센서 어레이(1130)는 전술한 여러 실시예와 마찬가지로 평판형 디스플레이 패널과 통합된 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 일부분일 수 있다. 일 예로서, 상기 광센서 어레이(1130)는 투명 기판인 제2 기판(1142)을 포함하고, 그 저면에 다수의 광센서 소자(1132)가 지문 패턴의 식별이 가능한 수준의 해상도를 갖는 매트릭스 형태로 배치된 구성을 가질 수 있다. 이때, 상기 제2 기판(1142)은 LCD 패널의 상부기판이나 OLED 패널의 TFT기판과 공통된 것일 수 있다. 이와 같이, 광센서 어레이가 디스플레이 패널 내측에 설치된 유형을 인셀(In-Cell) 방식이라 부른다. 한편, 디스플레이 패널과 별개로 마련되어 상기 광센서 어레이(1130)가 평판형 디스플레이 패널의 화상 표시면 위에 이른바 애드온(Add-On) 형태로 설치될 수도 있음은 물론이다.

이하에서도 센서 통합 디스플레이 패널(SID)은 지문 패턴 이미지의 스캐닝이 가능한 수준의 해상도를 갖도록 다수의 광센서 소자가 배열된 광센서 어레이가 평판형 디스플레이 패널에 통합된 것을 일컫는 것으로, 그 디스플레이 구현 방식이나 광센서 어레이와 디스플레이 장치의 배치 유형 등에 의해 한정되지 않는다.

접촉 패턴 발광부(1120)는 제1 기판(1141)의 상측, 예시적으로 제1 기판(1141)의 상면에 배치되며, 사용자의 지문(FP) 패턴에 대응되는 감지광(L)을 생성한다.

보호막(1110)은 제1 기판(1141)과 이격되어 배치되며, 접촉 패턴 발광부(1120)의 상면에 배치되어 접촉 패턴 발광부(1120)를 덮는다. 그리고 보호막(1110)의 상면에는 사용자 지문(FP)의 융선이 선택적으로 접촉된다. 보호막(1110)의 상면에 상기 융선이 접촉하게 되면, 접촉 패턴 발광부(1120) 측으로부터 보호막(1110)을 통하여 누설전류가 발생하게 되어 상기 융선과 중첩되는 접촉 패턴 발광부(1120)의 일부 영역은 지문(FP)에 대응되는 감지광(L)을 생성한다. 이때, 사용자 지문(FP)의 상기 융선은 접지 전압을 제공할 수 있다. 이때, 사용자 지문(FP)의 융선(Ridge)이 접촉되는 부분을 제1 영역(R11, 도 21 참조), 상기 융선이 접촉되지 않고 지문(FP)의 골(Valley)이 위치되거나 사용자 지문(FP)이 위치되지 않는 부분을 제2 영역(R12, 도 21 참조)라고 할 수 있다. 즉, 제1 영역(R11)은 사용자의 신체 일부와 접촉이 이루어지는 부분이며, 제2 영역(R11)은 사용자의 신체 일부와 접촉이 이루어지지 않는 부분이라고 할 수 있다. 제1 영역(R11) 및 제2 영역(R12)은 보호막(1110)에 한정되지 아니하며, 보호막(1110)의 하부에 위치되는 접촉 패턴 발광부(1120) 및 광센서 어레이(1130)의 일부 영역에도 대응될 수 있다.

좀 더 상세하게는, 접촉 패턴 발광부(1120)에 소정의 바이어스 전압이 인가된 상태에서, 보호막(1110)의 상면에 사용자의 지문(FP)이 접촉되는 경우, 사용자 지문(FP)의 상기 융선과 접촉된 부분을 통하여 접촉 패턴 발광부(1120)로부터 보호막(1110)을 통하여 상기 융선 측으로 기설정된 크기의 누설전류(Leakage current)가 흐르게 된다. 이때, 보호막(1110)은 접촉 패턴 발광부(1120)를 보호하며 선택적으로 누설전류가 흐를 수 있도록 박막의 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 보호막(1110)의 두께는 상기 누설전류가 발생될 수 있도록, 예시적으로 500 옹스트롬(angstrom) 내지 1500 옹스트롬의 범위에 포함된다.

또한, 보호막(1110)이 실리콘 산화막으로 형성되지 않고, 압력이 가해지는 경우 상기 압력이 가해진 부분의 도전율이 증가되어 전류가 흐를 수 있는 투명한 재질의 감압 고무(Pressure Sensitive Rubber, PSR)로 형성될 수 있으며, 상기 감압 고무는 접촉 패턴 발광부(1120)의 상면에 라미네이트되어 형성될 수 있다.

한편, 광센서 어레이(1130)는 접촉 패턴 발광부(1120)에서 생성되는 감지광(L)을 센싱한다. 광센서 어레이(1130)는 제1 기판(1141)의 하면 측, 즉 접촉 패턴 발광부(1120)의 하방에 위치된다.

이하에서는 접촉 패턴 발광부(1120)의 구성을 상세하게 설명한다.

접촉 패턴 발광부(1120)는, 제 1 투명 전극층(1121), 제 1 투명 전극층(1121)과 인접한 전계 발광층(1122) 및, 상기 전계 발광층(1122)과 인접한 제 2 투명 전극층(1123)을 포함한다. 제 1 투명 전극층(1121)은 제1 기판(1141)의 상면에 형성되며, 광투과성 도전 물질로 패터닝되어 형성될 수 있다. 예시적으로, 제 1 투명 전극(1121)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 주석 산화물(AlTO) 및 불소 도핑된 주석 산화물(FTO)등 메탈옥사이드와 같은 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 상기 전계 발광층(1122)은, 제 1 투명 전극층(1121)의 상측에 형성된다.

상기 제2 투명 전극층(1123)과 상기 전계 발광층(1122)은 복수의 발광소자를 이루도록 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할될 수 있다. 이를 위해, 상기 제 2 투명 전극층(1123)의 단위 영역 및 상기 전계 발광층(1122)의 단위 영역들 사이에는 전기적으로 절연성인 제1 이격부(1124)와, 상기 제1 이격부(1124)에 배치되는 제1 차폐부(1125)를 포함한다. 상기 제 1 차폐부(1125)는 상기 전계 발광층(1122)의 각 단위 영역에서 발생한 감지광(L)이 그 아래쪽에 있는 광센서 소자에 의해 센싱될 때 상기 다수의 단위 영역 간의 광 간섭을 차단하는 기능을 수행한다. 이를 위해 상기 감지광의 파장 영역에 대해 광 투과율이 낮은 소재로 형성될 수 있다.

제1 이격부(1124)는 예시적으로 레진(Resin)과 같은 절연물질로 형성될 수 있다. 제1 차폐부(1125)는 제1 이격부(1124) 내에 배치되며, 상기 전계 발광층(1122)의 단위 영역들 사이에 블랙 매트릭스(Black matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 검은 색을 띠는 광 차폐 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 차폐부(1125)는 예시적으로 하측에서 상측, 즉 제 1 투명 전극(121) 측으로부터 위로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.

상기 접촉 패턴 발광부(1130)는 그 발광 메커니즘의 측면에서 예시적으로 양자점 발광다이오드(Quantom-dot Light Emitting Diode, QLED) 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)로 구성될 수 있다. 이때, 제 1 투명 전극(1121)은 복수의 발광 단위 영역들과 동시에 연결될 수 있다.

상기 전계 발광층(1122)은 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자 저지층(electron blocking layer, EBL), 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자 수송층(electron transporting layer, ETL), 정공 저지층(hole blocking layer, HBL) 중 적어도 하나를 포함하는 전하 보조층과, 상기 전하 보조층과 연결되며 상기 전계 발광층(1122)의 양단에 인가되는 전류에 의하여 광을 생성하는 광생성층(Electro luminance layer, EL layer)을 포함할 수 있다.

제 2 투명 전극(1123)은 복수 개의 분할된 단위 영역을 이루며, 복수의 제 2 투명 전극(1123)들은 상기 전계 발광층(1122)의 단위 영역들에 각각 대응되게 배치된다. 이때, 제 2 투명 전극층(1123)의 상면은 보호막(1110)의 하면과 접촉된다. 제 2 투명 전극층(1123)은 제 1 투명 전극층(1121)과 마찬가지로, 광투과성 도전 물질로 패터닝되어 형성될 수 있다. 이때, 접촉 패턴 발광부(1120)의 상면이 평탄한 평면으로 형성되도록, 제2 투명 전극층(1123)의 상면과 제1 이격부(1124)의 상면은 동일한 평면을 이룰 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 접촉 패턴 발광부(1120)에 형성되는 하나의 발광 단위 영역은, 그 폭이 5 um 내지 200 um의 범위로 형성될 수 있다. 간격이 대략 200 um 크기로 형성되는 지문(FP)의 융선(R) 및 골(V)을 구분할 수 있도록 하기 위해, 상기 발광 단위 영역은 융선(R)과 융선 사이의 거리보다 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 광센서 어레이(1130)를 구성하는 광센서 소자(1132)들은, 전술한 접촉 패턴 발광부(1120)에서 생성된 감지광(L)을 수광하여 입사된 광량에 따른 전압 및/또는 전류를 생성하며, 포토 다이오드(Photo Diode), 포토 트랜지스터(Photo Transistor), 포토 레지스터(Photho-Resistor)와 같은 소자로 이루어진다.

이하에서는 도 21 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)가 사용자의 지문(FP)의 이미지를 센싱하는 과정을 상세하게 설명한다.

도 21은 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태를 보여주는 도면이다. 도 22는 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉되지 않은 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다. 그리고, 도 23은 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 지문이 접촉된 상태에서의 발광부 및 센싱부의 등가 회로를 보여주는 도면이다.

도 21을 참조하면, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 보호막(1110)에 사용자가 지문(FP)을 접촉시키면, 지문(FP)의 융선(R)은 보호막(1110)의 상면에 접촉되며 지문(FP)의 골(V)은 보호막(1110)의 상면에 접촉되지 않는다. 융선(R)이 보호막(1110)의 상면에 접촉된 부분을 보호막(1110)의 제1 영역(R11)이라하며, 골(V)이 위치되어 보호막(1110)의 상면에 지문(FP)이 접촉되지 않은 부분을 보호막(1110)의 제2 영역(R12)이라 할 수 있다.

그리고 접촉 패턴 발광부(1120)의 제 1 투명 전극(1121)에는 발광전압(V_D)(도 23 참조)이 인가되며, 제 1 투명 전극(1121)으로부터 제1 영역(R11)에 대응되는 단위 전계 발광층(1122) 및 보호막(1110)의 제1 영역(R11)을 통하여 사용자 지문(FP)의 융선(R) 측으로 누설전류 즉, 발광전류(I_D)가 흐르게 되며, 발광전류(I_D)가 흐르는 단위 전계 발광층(1122)은 감지광(L)을 생성한다. 즉, 단위 전계 발광층(1122)의 제 2 투명 전극(1123)과 접촉되는 제1 영역(R11)이 통전 상태가 되며, 보호막(1110)의 제1 영역(R11)과 접촉되는 지문(FP)이 접지 전압(Ground Voltage)를 제공함으로써, 제1 영역(R11)에 대응되는 단위 전계 발광층(1122)은 턴-온(Turn-On)된다.

한편, 제2 영역(R12)에 대응되는 제2 투명 전극층(1123)은 절연 상태로 유지, 즉 플로팅(floating) 상태로 유지됨으로써, 제2 영역(R12)에 대응되는 단위 전계 발광층(1122)은 턴-오프(Turn off) 상태로 유지된다. 즉, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 센싱 영역(SR) 중 지문(FP)의 융선(R)이 접촉된 부분에서는 감지광(L)이 생성되며, 지문(FP)의 골(V)이 위치되거나 지문(FP)이 위치되지 않는 부분에서는 감지광(L)이 생성되지 않는다.

접촉 패턴 발광부(1120)의 하방에 위치되는 광센서 어레이(1130)는 접촉 패턴 발광부(1120)에서 생성된 감지광(L)을 수광하며, 감지광(L)을 수광한 광센서 소자(1132)들이 전압 또는 전류를 생성함으로써, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)는 사용자의(FP)의 지문 이미지를 높은 감도로 스캐닝할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 접촉 패턴 발광부(1120)에는 트랜지스터와 같은 스위칭 소자가 배치되지 않는 것으로 설명되고 있으나, 제 1 투명 전극(1121)의 입력단 측에 상기 스위칭 소자가 배치되고 상기 스위칭 소자에 스위칭 전압 및 구동전압이 인가되는 구성도 가능하다.

제안되는 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 이용하면, 사용자가 디스플레이 표면에 지문을 접촉시키는 경우, 접촉된 영역에서 생성되는 감지광을 바탕으로 지문 패턴을 센싱함으로써, 지문에 반사된 반사광 패턴만을 센싱하는 방식에 비해 상대적으로 높은 감도로 지문 패턴 이미지를 스캔할 수 있다.

도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 단면도이다.

본 실시예에서 접촉 패턴 발광부(1320)의 구성은 전술한 도 20 및 도 21의 실시예에서의 접촉 패턴 발광부(1120)와 동일하다. 바이어스 전압이 인가되는 투명 전극층인 제1 투명 전극층(1321)과 기본적으로 플로팅된 투명 전극층인 제2 투명 전극층(1323)의 사이에 전계 발광층(1322)이 배치된다. 상기 제 2 투명 전극층(1323) 및 상기 전계 발광층(1322)은 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할된다. 이를 위해 상기 다수의 단위 영역들 사이에는 전기적으로 절연성인 이격부(1324)가 배치되고, 상기 이격부(1324) 내에 상기 단위 영역들 사이의 광 투과를 차단하는 차폐부(1325)가 마련된다.

전술한 실시예와 구별되는 점으로서, 본 실시예에 따르면, 전술한 접촉 패턴 발광부(1320)의 제1 투명 전극층(1321)이 광센서 어레이(1230)의 상부에 마련된 절연층(1250) 상에 적층될 수 있다. 상기 절연층(1250)은 광센서 어레이 기판(1242) 상에 형성된 다수의 광센서 소자(1232)를 덮는 것으로서, 적어도 상기 다수의 광센서 소자(1232)의 상부를 투명하게 덮도록 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면 하나의 투명 기판인 광센서 어레이 기판(1242)에 상에 전술한 접촉 패턴 발광부(1320)까지 배치할 수 있어 전체적인 두께를 감소시킬 수 있다. 한편, 본 실시예의 구성을 센서 통합 디스플레이 패널(SID)에 적용하는 경우, 상기 광센서 어레이 기판(1242)이 디스플레이 패널의 상부기판(예컨대, LCD 패널의 컬러필터 기판) 또는 화소 구동을 위한 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판을 겸할 수도 있다.

도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

본 실시예는, 접촉 패턴 발광부(1420)의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 20 내지 도 23의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.

도 25을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1400)는, 투명 기판인 제1 기판(1441)과, 상기 제1 기판(1441) 상에 형성되는 접촉 패턴 발광부(1420)를 갖는데, 상기 접촉 패턴 발광부(1420)는 그 하부의 제1 투명 전극층(1421)이 단일 전극층으로 이루어지고, 그 상부의 제2 투명 전극층(1424)은 절연성의 이격부(1424)에 의해 다수의 단위 영역으로 분할된다는 점에서는 전술한 도 20의 실시예에 따른 장치(1000)와 공통되나, 그 전계 발광층(1422)이 다수의 영역으로 분할되지 않는다는 점에서 차이가 있다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1400)의 전계 발광층(1422)은 하나의 층으로 형성되었지만, 전계 발광층(1422) 중 제1 영역(R11)에 대응되는 부분에서만 감지광(L)이 형성되며, 제2 영역(R12)에 대응되는 부분에서는 감지광(L)이 생성되지 않는다. 본 실시예에 의하면, 전계 발광층(1422)이 별도의 패터닝 공정을 거치지 않고 형성됨으로써, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 제조 공정이 단순해질 수 있는 이점이 있다.

도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면도이다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1500)는, 별도의 보호막이 없다는 점에서 구성상의 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 구성과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.

도 26을 참조하면, 제 2 투명 전극(1523)의 상면에는 사용자 지문(FP)이 직접 접촉될 수 있다. 즉, 제 2 투명 전극(1523)의 상면에 사용자 지문(FP)의 융선(R)이 접촉되어 접지전압을 제공하고, 융선(R)과 중첩되는 제1 영역(R11)에 대응되는 전계 발광층(1522)의 단위 영역들에는 작동전류(I_D)가 흘러 감지광(L)이 생성된다. 이때, 제 2 투명 전극(1523)은 산화인듐주석(Indium tin oxide, ITO)과 같은 산화 투명전극으로 형성될 수 있으며, 제 2 투명 전극(1523)들 사이에 배치되는 제1 이격부(1524)는 실리콘 산화물로 형성될 수 있다. 즉, 디스플레이 표면을 이루는 제 2 투명 전극(1523) 및 제1 이격부(1524)는 산화물로 형성된다. 따라서, 이들은 그 상면이 외부로 노출된 상태에서 상기 전계 발광층(1522)을 보호할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 별도의 보호막이 형성되지 않음으로써, 사용자 지문(FP) 접촉에 따른 전류 흐름이 보다 원활하게 이루어질 수 있는 이점이 있다.

도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1600) 역시 디스플레이 표면을 이루는 보호막 층의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 20의 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1000)의 구성과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.

도 27을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(1600)는, 투명한 재질로 형성되며 상호 이격되는 제1 기판(1641)과, 제1 기판(1641) 상에 형성되는 접촉 패턴 발광부(1620)와, 상기 접촉 패턴 발광부(1620)를 덮는 보호막(1610)을 포함한다.

접촉 패턴 발광부(1620)는 제 1 투명 전극(1621)과, 전계 발광층(622)과, 제 2 전극층(1623)를 포함한다. 전계 발광층(1622)은 상호 간에 이격된 복수의 단위 영역들과, 이들 사이에 배치되는 제1 이격부(1624) 및 제1 이격부(1624)에 배치되는 차폐부(1625)를 포함한다. 이때, 제 2 전극(1623)은 알루미늄, 구리, 텅스텐과 같은 불투명한 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다.

상기 보호막(1610)은, 제 2 전극(1623)들을 덮으며 산화인듐주석(Indium tin oxide, ITO)과 같은 투명한 도전성 물질로 형성되는 도체층(1611)과, 제 2 전극(1623)과 중첩되지 않는 부분에 상기 도체층(1611)의 일부만을 덮도록 그 상면에 패터닝되어 형성되는 절연 마스크(1612)를 포함한다. 이때, 절연 마스크(1612)는 실리콘 산화물과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치 역시 사용자가 지문(FP)을 접촉시켰을 때, 지문(FP)을 인식하는 감지영역(SR2) 및 감지영역(SR2)을 둘러싸는 주변영역(NR2)을 포함한다. 이때, 상기 감지 영역(SR2)은 화상이 표시되는 디스플레이 영역의 전부 또는 일부와 중첩될 수 있다. 또한, 상기 주변영역(NR2)은 화상이 표시되지도 않고, 지문(FP) 이미지를 인식하지도 않는 영역으로서, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치에 포함된 디스플레이 패널의 테두리 영역을 형성하는 프레임 부재 또는 구동신호를 제공하기 위한 주변 회로부와 중첩되게 배치될 수 있다. 다시 말해, 상기 감지 영역(SR2)은 화상이 최종적으로 표시되는 디스플레이 표면을 이루는 반면, 상기 주변영역(NR2)은 디스플레이 화면 외부의 영역으로서 불투명한 금속막으로 덮일 수 있다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는 상기 감지영역(SR2)에 직접 접촉된 지문(FP)의 패턴에, 좀 더 상세하게는 지문의 융선 패턴에 대응되는 감지광을 형성한 다음, 상기 감지광을 감지하여 접촉된 지문(FP)의 패턴 이미지를 높은 감도로 스캔할 수 있다. 이하에서는 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 구성을 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치는, 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부(2120)를 포함한다. 본 실시 형태에 따르면 상기 접촉 패턴 발광부(2120)는 상기 디스플레이 표면 반대 측에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층(2121)과, 상기 하부 투명 전극층(2121) 상에 배치된 전계 발광층(2122) 및, 상기 전계 발광층(2122)의 상의 일부 영역에 형성되고, 전기적으로 플로팅(floating)된 금속 전극층(2123)을 포함하여 구성된다. 여기서 상기 금속 전극층(2123)은 전술한 도 28에서 주변영역(NR2)으로 표시된 부분에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 전극층(2123)은 상기 디스플레이 표면에서 상기 사용자의 지문이 접촉되는 투명한 접촉 부분을 노출시키며 그 주변부에 소정의 면적비를 차지하도록 배치된 것일 수 있다.

상기 접촉 패턴 발광부(2120)는 일 예로서, 투명한 절연성 기판(2141) 위에 형성될 수 있는데, 이는 광센서 어레이(2130)의 기판과 별도로 마련된 것일 수 있음은 물론이고, 상기 광센서 어레이(2130)의 상부에 마련된 절연층 위에 형성될 수도 있다. 상기 광센서 어레이(2130)는 상기 접촉 패턴 발광부에서 발생한 광 패턴을 센싱하는데, 전술한 도 19 내지 도 27의 실시예에서와 마찬가지로 평판형 디스플레이 패널과 별도로 마련되어 상기 디스플레이 패널 위에 애드온(Add-On) 형태로 배치된 것일 수도 있고, LCD 패널의 상부기판이나 OLED 패널의 화소 구동 TFT기판과 같이 디스플레이 패널을 구성하는 어느 기판상에 인셀(In-Cell) 또는 온셀(On-Cell) 형태로 배치되어 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 일부를 구성할 수도 있다. 다만, 어떤 경우이든 상기 광센서 어레이(2130)는 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이보다는 상기 디스플레이 표면에 가깝게 배치되는 것이 바람직하고, 전술한 접촉 패턴 발광부(2120)를 상기 디스플레이 표면과의 사이에 두고 배치되는 것이 바람직하다.

도 29의 부분 확대도를 통해 본 실시예에 따른 접촉 패턴 발광부(2120)의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴본다. 투명한 절연성 기판(2141) 위에 하부 투명 전극층(2121)이 배치되고, 그 위에 전계 발광층(2122)이 배치되고, 그 위에 부분적으로 금속 전극층(2123)이 배치된다. 상기 전계 발광층(2122)은 유기전계발광소자(OLED)의 전계 발광층과 유사한 구조를 가질 수 있는데, 일 예로 상기 하부 투명 전극층(2121)으로부터 상기 금속 전극층(2123)쪽으로 정공 주입층(2122HI), 정공 수송층(2122HT), 광 생성층(2122EM), 전자 수송층(2122ET) 및, 전자 주입층(2122EI)의 순서로 적층될 수 있다. 이들을 구성하는 물질이나 적층 공정 등은 유기전계발광소자 분야에서 이미 알려진 바와 같다. 한편, 이들을 대신하여 양자점 발광 다이오드 기술이 적용될 수도 있다. 또한, 상기 전계 발광층(2122)의 일부분, 특히 상기 전자 주입층(2122EI)이나 전자 수송층(2122ET) 또는 전자 주입 및 수송 기능을 겸하는 층과 같이 지문이 접촉되는 표면 또는 그에 가까운 부분에는 유기물 베이스에 아연 산화물 등의 무기물의 나노 파티클이 분산된 재료를 채용할 수도 있다.

여기서, 상기 부분 전극층(2123)은 상기 전계 발광층(2122)의 상면 중 일부의 면적을 차지하도록 배치될 수 있다. 다시 말해서 상기 부분 전극층(2123)은 상기 전계 발광층(2122)의 상면 중 일부분을 덮고, 나머지 부분을 노출시킨다. 상기 부분 전극층(2123)의 평면적인 형상에는 제한이 없다. 다만, 사용자의 지문이 접촉되는 감지영역을 회피하여 배치될 필요가 있고, 접촉 패턴 발광부(2120)의 하부에 배치되는 디스플레이 장치에서 출력된 화상이 그 상면을 통해 보여지는 데에 지장을 주지 않는 것이 바람직하다. 또한, 상기 부분 전극층(2123)이 상기 전계 발광층(2122) 상면에서 차지하는 면적비는 비제한적인 예로서 10% 내지 40%일 수 있다.

소재 측면에서, 상기 부분 전극층(2123)은 투명 전극 소재 또는 금속 전극 소재로 형성될 수 있다. 투명 전극 소재로 형성되는 경우는 그 아래에서 출력된 디스플레이 화상의 투과에 미치는 영향이 크지 않으므로 그 평면적인 형상이나 위치, 및 면적비의 측면에서 설계 자유도가 높다. 투명 전극 소재로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 IZTO(Indium Zinc Tin Oxide) 등이 채용될 수 있다. 금속 전극 소재로는 알루미늄(Al)과 같은 단일 금속 박막이나 LiF-Al, Li-Al 또는 Ca-Ag 등의 적층 금속 박막, Mg:Ag 과 같은 함금 소재도 채용될 수 있다. 한편, ITO-Ag-ITO와 같은 metal-oxide-metal 적층 구조도 상기 부분 전극층(2123)의 소재로서 채용될 수 있다. 여기에 언급된 소재 이외에도 기존의 OLED 또는 QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode)에서 캐소드(Cathode) 전극 소재로 적용되는 소재는 대부분 전술한 부분 전극층(2123)의 소재로 채용될 수 있다.

전술한 부분 전극층(2123)의 일 예로서, 일함수(workfunction)가 낮은 금속이 채택될 수 있다. 일함수과 낮은 금속으로 알루미늄(Al), 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 등이 있다. 특히 알루미늄은 공기 중에서 안정적인 금속이면서도 일함수가 낮아 상기 전계 발광층(2122)에 대한 전자 주입이 쉽게 이루어지도록 하는 역할을 한다.

한편, 전술한 각각의 박막 층을 형성하는 공정으로는 진공 증착 공정이나 용액 공정 어느 것이든 적용될 수 있다. 상기 부분 전극층(2123)을 패터닝 하는 공정에 있어서도 특별한 제약은 없다.

도시된 바와 같이, 디스플레이 표면을 이루는 상기 전계 발광층(2122)의 상면에 지문(FP)이 접촉되면, 구체적으로는 지문(FP)의 융선(R)이 상기 전계 발광층(2122)의 상면에 직접적으로 접촉하여 제1 영역(R11)을 이루고, 지문(FP)의 골(V)은 상기 제1 영역(R11)들 사이에서 미세하게 접촉되지 않은 제2 영역(R12)을 이룬다. 이때, 상기 전계 발광층(2122)에서 상기 제1 영역(R11)에 대응되는 부분에서는 부분적으로 발광이 이루어져, 감지광(L) 패턴이 형성된다. 이러한 감지광(L)은 투명 절연성 기판(2141)을 통해 전술한 광센서 어레이(2130) 쪽으로 진행하여 다수의 광센서 소자들에 의해 센싱된다. 여기서, 사용자의 지문(FP)이 상기 부분 전극층(2123)에 접촉할 필요는 없다.

상기 감지광(L) 패턴의 형성을 위해 상기 하부 투명 전극층(2121)에는 바이어스 전압으로 수 내지 수십 볼트(V)의 전압이 인가되고, 상기 부분 전극층(2123)은 플로팅(floating) 상태로 유지되도록 한다. 또한, 지문 접촉 시에 상기 하부 투명 전극층(2121)을 통해 공급되는 전류는 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 다만, 상기의 전류값 및 상기 바이어스 전압은 접촉 패턴 발광부의 전체 면적이나 상기 부분 전극층(2123)이 차지하는 면적에 따라 달라질 수 있고, 지문 패턴의 센싱에 필요한 광량에 따라서도 달라질 수 있다.

예를 들어, 접촉 패턴 발광부가 5cm*5cm 크기로 형성되고, 상기 부분 전극층이 폭 1.2cm, 길이 5.5cm의 1자형 패턴으로 한쪽 가장자리에 배치된 경우의 실험에서는 바이어스 전압이 20V일 때, 약 0.5mA의 전류로 식별 가능한 접촉 패턴 발광을 얻을 수 있었다. 참고로, 동일한 조건하에서 바이어스 전압이 15V일 때는 1mA의 전류로 식별 가능한 접촉 패턴 발광을 얻을 수 있었다.

본 실시예에서 투명 절연성 기판(2241) 상에 하부 투명 전극(2221), 전계 발광층(2222) 및 상기 전계 발광층(2222) 상면의 일부, 예컨대 그 테두리 부분만 덮는 금속 전극층(2223)의 적층 구조는 전술한 도 29 및 도 30의 실시예와 동일하며, 상기 전계 발광층(2222)의 상면에 보호막(2224)이 추가된 점에 차이가 있다. 상기 보호막(2224)은 상기 금속 전극층(2223) 상부까지 덮도록 형성될 수 있다. 상기 보호막(2224)은 전술한 도 20의 실시예에서 최상층에 배치되는 보호막(1110, 도 20 참조)과 마찬가지로 실리콘 산화물 등의 소재로 형성될 수 있다. 상기 보호막(2224)은 반도체 또는 부도체의 성질을 띤 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 또는 알루미늄 산화물(Al₂O₃)과 같은 무기 박막일 수도 있고, PMMA와 같은 투명한 유기질 막일 수도 있다. 투명한 유기질 베이스 내에 아연산화물 등의 무기물 나노 파티클이 분산된 재료로 형성될 수도 있다. 여기에 언급된 건 외에도 다양한 유기물, 무기물로 형성될 수 있다.

<실험예>

지문과 유사한 패턴이 새겨진 어두운 검정색의 실리콘 모형을 테이블에 두고, 그 위에 전술한 도 30의 실시예와 같은 접촉 패턴 발광부(2120)를 덮고, 접촉 패턴 발광부(2120)의 하부 투명 전극(2121)에 30V의 바이어스 전압으로 약 1mA의 전류를 공급하였다. 상기 금속 전극층(2123)은 플로팅(floating) 상태로 유지되도록 하였다. 그 결과 실리콘 모형 지문의 융선이 접촉된 패턴에 따라 밝은 색의 감지광(L) 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.

본 실시예는 센서 통합 디스플레이 패널(SID) 내에 소위 인셀(In-Cell) 방식으로 광센서 어레이(2330)가 배치되고, 상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 디스플레이 표면 측에 배치된 기판(2250) 상에 하부 투명 전극(2321), 전계 발광층(2322) 및 부분 전극층인 부분 전극층(2323)으로 구성된 접촉 패턴 발광부가 배치된 모습을 보인다. 이와 같이, 광센서 어레이(2330)는 평판형 디스플레이 패널과 통합되어 센서 통합 디스플레이 패널(SID)를 구성할 수 있다. 다만, 상기 광센서 어레이(2330)는 금속 전극 패턴 및 반도체 박막 등 불투광성 재료를 많이 포함하는 픽셀 구동 박막트랜지스터(TFT) 어레이보다는 상대적으로 상기 접촉 패턴 발광부 쪽에 가깝게 배치되는 것이 전술한 감지광(L)의 수광에 유리하다.

상기 전계 발광층(2322)에는 유기 발광 다이오드 기술을 통해 알려진 다양한 물질이 적용될 수 있으며, 양자점 소재도 적용될 수 있다. 주로 가시광선 내지 근적외선 영역의 빛을 내는 물질이 사용될 수 있다. 상기 전계 발광층(2322)의 발광 파장은 광센서 어레이(2330)에서 검출 감도가 높은 파장 영역에 맞게 선택될 수 있다. 또한, 전술한 도 10 내지 도 14의 실시예와 같이 다수의 광센서 소자가 가시광선을 차단하고 적외선을 선택적으로 투과하는 블랙매트릭스 하부에 배치된 적외선 센싱 소자인 경우, 상기 전계 발광층(2322) 역시 그에 대응되는 파장 영역의 빛을 내도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 점은 전계 발광층을 이용한 접촉 패턴 발광부를 갖는 다른 실시예의 경우에도 마찬가지이다.

(a)는 부분 전극층(2423a)이 일측에 1자형으로 배치된 예를 보이고, (b)는 부분 전극층(2423b)이 양측에 11자형으로 배치된 예를 보이고, (c)는 부분 전극층(2423c)이 가장자리를 따라 ㅁ자 형태로 배치된 예를 보인다. 이 경우, 상기 부분 전극층(2423c)은 가운데의 감지영역을 연속적으로 둘러싸게 된다. 한편, (d)는 부분 전극층(2423d)이 ㅁ자에서 일부가 끊긴 형태로 배치된 예를 보인다. 즉, 가운데의 감지영역을 불연속적으로 둘러싸게 된다. 이와 같이, 상기 부분 전극층은 평면적으로 다양한 모양으로 다양한 위치에 배치될 수 있다. 사용자의 손가락 지문이 접촉되는 감지 영역을 회피해야 하는 점과, 디스플레이 장치와 결합될 경우 디스플레이 화면 표시에 장애가 되지 않도록 해야 하는 점만 고려된다면, 여기에 제시되지 않은 어떠한 모양으로도 형성될 수 있다.

여기서는, 전계 발광층(2422)이 상기 부분 전극층(2423a, 2423b, 2423c, 2423d)의 외부로 노출되어 이루어진 감지 영역과 대비하여 상기 부분 전극층의 평면적 형상이 드러나도록, 상기 부분 전극층을 빗금으로 표시하였으나, 이러한 빗금 표시가 불투명함을 나타내는 것은 아니다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(3100) 역시 광센서 어레이(3130)를 갖는다. 상기 광센서 어레이(3130)는 전술한 도 20 내지 도 32의 실시예와 마찬가지로 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 일부를 구성하는 것일 수 있다. 평판형 디스플레이 장치의 디스플레이 방식이나, 센서 어레이의 통합 유형에 따른 제약은 없다. 다만, 상기 광센서 어레이(3130)는 디스플레이 화소를 구동하는 박막트랜지스터(TFT) 어레이보다는 상대적으로 디스플레이 표면에 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따르면 상기 광센서 어레이(3130)로부터 디스플레이 표면 쪽으로 외부광 제어부(3120)가 배치된다. 상기 외부광 제어부(3120)는 그 일면이 디스플레이 표면을 이루고, 고분자 분산 액정(PDLC)을 이용하여 상기 디스플레이 표면 외부로부터 내측으로 입사하는 외부광의 투과율을 제어하도록 구성된다. 좀 더 구체적으로 상기 외부광 제어부(3120)는 고분자 매질(3122) 내에 다수의 액정 방울(3123)이 분산된 고분자 분산 액정층(3129)과, 상기 고분자 분산 액정층(3129)의 양면에 배치되어 전계를 형성하는 한 쌍의 투명 전극층(3121, 3125), 그리고 상기 한 쌍의 투명 전극층(3121, 3125)에 인가되는 전압을 조절하여 상기 고분자 분산 액정층(3129)의 광 투과율을 조정하는 PDLC 컨트롤러(미도시)를 포함한다. 상기 PDLC 컨트롤러는 사용자의 지문 패턴 이미지를 스캐닝하고자 할 때의 외부광의 세기에 따라 전압을 조절할 수 있다.

도 34를 참조하여 전술한 외부광 제어부(3120)의 구성을 좀 더 자세히 살펴본다. 상기 외부광 제어부(3120)는 한 쌍의 투명 절연성 기판(3141,3126) 사이에 배치될 수 있다. 상기 한 쌍의 투명 절연성 기판(3141,3126)은 투명성과 전기적 절연성을 가진 것이면 충분하고, 연성의 필름이나, 다른 기판 상에 적층된 절연층이나 보호막 등으로 대체될 수 있다. 일 예로서, 투명 하부 기판(3141) 상에 투명 하부 전극층(3121)이 배치되고, 그 위에 전술한 고분자 분산 액정층(3129)이 배치될 수 있다. 그 위에는 투명 상부 전극(3125) 및 투명 상부 기판(3126)이 차례로 배치될 수 있다. 한편, 상기 고분자 분산 액정층(3129) 내에는 다수의 스페이서(3124)가 배치되어 상기 투명 상부 기판(3126)과 상기 투명 하부 기판(3141) 사이의 간격이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

상기 투명 상부 기판(3126) 및 투명 하부 기판(3141)으로는 UV에 대한 내구성, 내화학성, 열팽창계수, 투과도 등을 고려하여 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르 설폰(PES) 또는 박형 유리 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 투명 상부 전극(3125) 및 상기 투명 하부 전극(3121)으로는 우수한 투명성을 갖는 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄주석 산화물(AlTO) 또는 불소 도핑된 주석 산화물(FTO) 등이 사용될 수 있다. 또한, 실버 나노 와이어와 같이 금속 나노 구조물이 포함되어 투명성과 전기 전도성을 갖는 소재로 형성될 수도 있다. 상기 스페이서(3124)는 전술한 외부광 제어부(3120)의 고른 전기적, 광학적 특성의 유지를 위해 사용되며, 구형의 플라스틱 비즈나 실리카, 봉 형상의 유리섬유, 기둥 형상의 감광물질 구조물 등으로 이루어질 수 있다.

상기 고분자 분산 액정층(3129)은 투명한 고분자 매질에 저분자 액정(LC)이 혼합되면서 물질간 특성 차이로 인해 저분자 액정이 다수의 액정 방울(3123)을 이루며 분산된 것인데, 상분리법 또는 유화법 등을 이용하여 제작될 수 있다. 또한, 제작 시 고분자와 액정의 조성비, 공정온도나 경화를 위한 UV 세기와 노광시간 등에 따라 전기적 광학적 특성이 다양하게 구현될 수 있다.

전술한 외부광 제어부(3120)의 구체적인 구성과 함께 그 작동 원리를 살펴본다. 전술한 액정 방울(3123)을 이루는 액정(LC)으로는 굴절률 이방성과 유전율 이방성을 갖는 물질로서, 막대 모양의 방향 질서는 가지고 있지만 위치 질서는 가지고 있지 않은 네마틱(Nematic) 액정을 채용할 수 있다. 액정(LC)은 앞서 언급된 것과 같이 고분자와 혼합되어 고분자 매질(3122) 내에 분산된 상태의 다수의 액정 방울(3123)을 형성한다.

도 35의 (a)는 상기 외부광 제어부(3120)의 한 쌍의 투명 전극(3121, 3125)에 전압이 인가되지 않은 상태를 보인다. 다수의 액정 방울(3123)은 상기 고분자 매질(3122) 내에 그 위치가 고정되어 있으나, 그 안의 액정(LC)은 유동성이 있어 자유로운 방향으로 분포된다. 도 35의 (b)는 상기 외부광 제어부(3120)의 상하에 마련된 한 쌍의 투명 전극(3121, 3125)에 소정의 PDLC 구동 전압이 인가된 상태를 보인다. 다수의 액정 방울(3123)에 도면에서 수직 방향의 전계가 형성되면, 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정들이 그 전계에 따라 동일한 방향으로 정렬된다.

네마틱 액정(LC)이 굴절률 이방성을 가지는 점을 이용하여, 상기 외부광 제어부(3120)를 투과하는 빛의 광량이나 입사각 분포를 제어할 수 있다. 예를 들어 고분자 매질(3122)의 굴절률을 상기 네마틱 액정(LC)의 장축 방향 굴절률과 일치시키면, 본 도면에서 상기 외부광 제어부(3120)가 속한 평면에 수직으로 입사하는 빛은 상기 다수의 액정 방울(3123)과 상기 고분자 매질(3122)의 계면에서 굴절률 차이를 느끼지 못하고 높은 투과율로 진행하게 되고, 상기 평면에 대해 비스듬히 입사하는 빛은 상기 계면에서의 굴절률 차이로 인해 굴절 또는 반사되며 상대적으로 낮은 투과율로 진행하게 된다. 한편, 도 35의 (a)와 같이 액정 방울(3123) 내부의 액정(LC)이 서로 정렬되지 않은 상태에서는 상기 외부광 제어부(3120)의 평면에 수직인 빛이든 경사진 빛이든 모두 투과율이 현저히 떨어지게 된다. 다만, 이 경우에도 투과율은 상기 네마틱 액정(LC)의 장축 방향, 단축 방향 굴절률의 편차와 상기 고분자 매질(3122)의 굴절률에 따라 달라진다. 또한, 외부광 제어부(3120)에 구동 전압이 인가되는 경우에도 그 전압의 세기에 따라서 액정(LC)이 정렬되는 정도를 달리할 수 있다. 구동 전압의 조절은 여기에 도시되지는 않았으나 PDLC 컨트롤러가 담당하도록 구성될 수 있다.

본 도면은 앞서 도 35의 (b)를 참조하여 설명한 예와 같이, 상기 외부광 제어부(3120)의 상기 한 쌍의 투명 전극(3121,3125)에 소정의 구동 전압이 인가되어 그 면에 수직인 방향의 투과율이 높고, 경사진 방향의 투과율이 낮도록 제어된 상태를 보인다. 여기서는 외부광 제어부(3120)의 구조에 관한 설명은 생략한다.

사용자의 손가락(F)이 본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(3100)의 디스플레이 표면에 접촉된 상태에서, 지문(FP) 패턴의 이미지를 검출하고자 할 때, 센서 통합 디스플레이 패널(SID)에서 디스플레이 표면 쪽으로 방출되는 빛(이하에서는 외부에서 입사하는 외부광(AL)과 대비하여 내부광(BL)이라 부르기로 한다)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부광(BL)은 상기 센서 통합 디스플레이 패널(SID)이 LCD 패널인 경우에는 백라이트유닛(BLU)에서 발생한 빛일 수 있고, OLED 패널인 경우에는 적어도 일부의 디스플레이 화소의 발광 소자를 구동하여 발생한 빛일 수 있다. 또한, 광센서 어레이(3130)에 의해서 가시광보다 높은 감도로 센싱될 수 있는 빛의 파장 영역에 적합한 별도의 광원으로부터 발생한 빛일 수도 있다.

이와 같이 센서 통합 디스플레이 패널(SID) 쪽에서 올라온 내부광(BL)은 상기 외부광 제어부(3120)의 고분자 분산 액정층(3129)을 그 면에 거의 수직으로 통과하여 손가락 지문(FP)에 반사된 후 다시 광센서 어레이(3130)에 의해 검출될 수 있다. 이때, 상기 외부광 제어부(3120)에 대하여 경사지게 입사한 외부광(AL)은 상기 외부광 제어부(3120)를 통과하며 그 광량이 현저히 감소되어 상기 광센서 어레이(3130)의 검출 신호에 큰 영향을 미치지 않게 된다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(3200)에서도 외부광 제어부(3120)의 구성은 전술한 도 34의 실시예에서와 동일하다. 다만, 상기 외부광 제어부(3120)의 하부 투명 전극이 별도의 투명 절연성 기판이 아닌 센서 통합 디스플레이 패널(SID) 상측의 기판(3250) 상에 그대로 또는 절연층 등을 사이에 두고 형성될 수 있다. 이 경우 광센서 어레이(3230)는 상기 기판(3250) 하부에, 즉 디스플레이 패널 내부에 이른바 인셀(In-Cell) 방식으로 배치될 수 있다.

본 실시예에서도 광센서 어레이(3330)는 디스플레이 표면으로부터 전술한 외부광 제어부(3120)를 통과한 광 패턴을 센싱하는데, 전술한 실시예에서와 마찬가지로 평판형 디스플레이 패널과 별도로 마련되어 상기 디스플레이 패널 위에 애드온(Add-On) 형태로 배치된 것일 수도 있고, LCD 패널의 상부기판이나 OLED 패널의 화소 구동 TFT기판과 같이 디스플레이 패널을 구성하는 어느 기판상에 인셀(In-Cell) 또는 온셀(On-Cell) 형태로 배치된 것일 수도 있다. 이와 같이 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 일부를 구성할 수도 있다. 다만, 어떤 경우이든 상기 광센서 어레이(3330)는 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이보다는 상기 디스플레이 표면에 가깝게 배치되는 것이 바람직하고, 전술한 외부광 제어부(3120)를 상기 디스플레이 표면과의 사이에 두고 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 광센서 어레이(3330)는 외부광을 센싱하는 영역을 포함할 수도 있다.

PDLC 컨트롤러(3352)는 외부 광량의 감지를 위해 전술한 광센서 어레이(3330)와 연결될 수 있고, 상기 광센서 어레이(3330)와 별개로 마련되어 외부광 센싱을 주목적으로 하는 외부광 센서(3351)와 연결될 수도 있다. 스마트폰이나 태블릿PC, 또는 노트북PC 등 다양한 외부광 조건에서 사용되는 장치들은 보통 디스플레이 밝기 등을 자동적으로 조절하기 위해 외부광 센서를 가지는 것이 일반적이므로, 이러한 외부광 센서(3351)를 상기 PDLC 컨트롤러와 연결하여 활용하는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 작동 예를 살펴보면, 상기 PDLC 컨트롤러는 스캔할 사용자의 지문이 접촉되기 전에 또는 접촉된 상태에서, 상기 광센서 어레이(3330)를 통해 또는 상기 별도의 외부광 센서(3351)를 통해 외부광의 세기를 센싱할 수 있다. 광센서 어레이(3330)를 이용하여 외부광을 센싱하는 경우에는, 광센서 어레이(3330) 전체에 입사된 광량을 집계하거나, 주로 지문이 터치되는 영역을 제외한, 예컨대 외곽에 가까운 부분에 입사된 광량을 검출하는 등의 방법으로 외부광의 세기를 센싱할 수 있다. 상기 PDLC 컨트롤러(3352)는 이러한 예비 센싱 결과를 입력받아 그에 따라 상기 외부광 제어부(3120)에 인가되는 구동 전압의 세기를 조절할 수 있다. 조금 다른 예로서, 사용자의 지문이 접촉된 상태에서 광센서 어레이(3330)를 이용하여 예비적으로 지문 패턴을 스캐닝하고, 그 결과에서 지문 패턴으로 인식되는 영역과 그 외부 영역의 신호를 분석하여, 지문 패턴이 더 선명하게 스캐닝되도록 상기 외부광 제어부(3120)의 구동 전압을 조절할 수도 있다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(4100)는, 화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 평판형의 디스플레이 패널(DSP)와, 그 디스플레이 표면 측에 배치된 광센서 어레이(4120)를 갖는다. 상기 광센서 어레이(4120)는 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 따른 광 패턴을 센싱할 수 있도록 매트릭스 형태로 배열된 다수의 광센서 소자(4222) 및 상기 광센서 소자(4222)가 배치되는 투명 절연성 기판(4121)을 포함한다. 또한 상기 광센서 어레이(4120)의 상부에는 디스플레이 표면에 접촉된 지문 패턴이 그 바로 아래에 배치된 광센서 소자에 주로 영향을 미치고, 주변의 다른 광센서 소자에 미치는 영향을 감소시키는 광 가이드 층(4130)이 형성될 수 있다.

상기 광 가이드 층(4130)은 투명 몰딩층(4134)과 상기 투명 몰딩층(4134) 내에 배치된 것으로, 상기 다수의 광센서 소자(4122) 중 서로 인접한 한 쌍의 행 또는 열 사이에 대응되도록 배치된 다수의 광 가이드 구조물(4133)을 포함한다. 상기 광 가이드 구조물(4133)은 상기 광 가이드 층(4130)의 두께 방향으로 형성되고, 상기 투명 몰딩층(4134)을 이루는 물질과 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 형성되어, 그 두께 방향에 대해 비스듬히 진행하는 빛을 굴절 또는 반사시킨다. 이를 통해 상기 다수의 광 가이드 구조물(4133)로 구획된 다수의 영역 중 어느 한 영역의 디스플레이 표면을 통해 입사한 빛이 다른 영역으로 진행하지 않고, 해당 영역에 대응되는 광센서 소자(4122)를 향해 진행하도록 유도하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 상기 광 가이드 구조물(4133)은 상기 투명 몰딩층(4134)의 두께 방향으로 형성된 벽, 기둥 또는 스트로(straw) 형태의 구조물일 수 있다.

본 도면을 참조하면, 사용자의 지문(FP) 패턴 중 융선(R)이 접촉된 제1 영역(R11)에서 반사되어 상기 광센서 어레이(4120)를 향하는 빛은 도면의 좌측에서부터 오른쪽으로 첫번째와 두번째 광 가이드 구조물(4133)의 사이, 세번째 광 가이드 구조물(4133)의 오른쪽 영역 내에서만 진행하며 다수의 광센서 소자 중 그에 대응되는 광센서 소자의 검출 값에만 영향을 주게 된다. 이를 통해, 지문(FP)에 반사된 광 패턴이 좀 더 높은 선명도로 스캐닝 될 수 있도록 한다. 한편, 상기 다수의 광 가이드 구조물(4120) 사이의 간격(GP)은, 상기 광센서 어레이(4120)가 지문의 피치(pitch), 즉 융선과 융선 사이의 간격을 효과적으로 표현할 수 있도록 약 200㎛ 이내로 하는 것이 바람직하다.

도 40은 상기 도 39의 실시예에 따른 광 가이드 층 온셀 방식의 센서 통합 디스플레이 패널과 결합된 모습을 보인다.

본 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치(4200)는 전술한 도 39의 실시예와 비교하여, 투명 몰딩층(4234)과 광 가이드 구조물(4233)을 갖는 광 가이드 층(4230)의 구성에 있어서는 동일하다. 다만, 광센서 어레이(4220)의 배치에 차이가 있다. 도 39의 실시예는 광센서 어레이가 디스플레이 패널 위에 애드온 방식으로 결합된 것이나, 도 40의 실시예는 광센서 어레이(4220)가 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 일부로서 온셀(On-Cell) 방식으로 결합된 구조라는 점에 차이가 있다. 본 발명이 LCD나 OLED와 같은 특정 디스플레이 방식에 국한되지 않음은 물론이다.

도 41은 상기 도 39의 실시예에 따른 광 가이드 층이 인셀 방식의 센서 통합 디스플레이 패널과 결합된 모습을 보인다.

본 실시예에 따른 광 가이드 층(4330)은 투명 몰딩층(4334)이 다수의 광센서 소자(4322)를 직접 덮고 있는 형태가 아니라, 센서 통합 디스플레이 패널(SID)의 일부인 상부 기판(4321)을 사이에 두고 있다는 점에 차이가 있으나, 이는 본 실시예에서의 광센서 어레이(4320)가 인셀 방식으로 센서 통합 디스플레이 패널에 통합되었다는 차이점에 기인한 것이고, 다수의 광 가이드 구조물(4333)을 이용하여 다수 영역 간의 광 간섭을 줄이도록 구성된 것이라는 점에서 전술한 실시예들과 공통점이 있다.

본 도면은 전술한 도 39 내지 도 41의 실시예에 따른 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치를 그 디스플레이 표면 쪽에서 본 모습에 해당하는 것으로, 광 가이드 층에 대한 이해를 돕기 위해 다수의 광센서 소자(4122)를 매트릭스 형태로 배열된 점으로 표현하였고, 이들을 연결하는 배선이나 스위칭 회로 등은 표시하지 않았다.

도시된 바와 같이 전술한 다수의 광 가이드 구조물(4433)은 투명 몰딩층(4434) 내에 벽 형태로 형성될 수 있고, 다수의 광센서 소자(4122)로 이루어진 행과 행 사이 또는 열과 열 사이 등에 배치될 수 있다. 본 도면에서 두 개의 광 가이드 구조물(4433)로 구획된 영역 내에 두 행의 광센서 소자가 배치된 것처럼 상기 광 가이드 구조물이 매 행마다 또는 매 열마다 배치될 필요는 없다. 다만, 그 배치 간격(GP)은 지문 패턴의 스캐닝에 적합하도록 200㎛ 이내인 것이 바람직하다.

본 실시예에서의 다수의 광 가이드 구조물(4533)은 투명 몰딩층(4534) 내에 그 두께 방향을 길이방향으로 한 기둥 형태로 형성될 수 있다. 한편, 기둥 형태의 다수의 광 가이드 구조물이 행 또는 열 방향으로 일렬로 배치되어 하나의 광 가이드 구조물 그룹(4533L)을 이루고, 하나의 광 가이드 구조물 그룹(4533L)이 광센서 어레이에서 다수의 광센서 소자(4122)로 이루어진 행과 행 또는 열과 열 사이에 배치될 수 있다.

이상에서 언급된 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치의 다양한 실시예들은 이미지 스캐닝, 특히 지문 패턴의 스캐닝을 필요로하는 다양한 장치에 적용될 수 있다. 앞서 언급된 스마트폰, 태블릿PC, 노트북PC 등의 모바일기기 외에도 스마트워치 등의 웨어러블 디바이스(wearable device)나 자동차용 디스플레이 등, 지문 인식 기능이 요구되는 장치에 채용되는 크고 작은 디스플레이 장치들을 대체하여 채용될 수 있다. 또한, 그 활용도가 여기 기재된 것에 한정되지 않음은 물론이다.

이하에서는 본 발명의 한 측면에 따라 다수의 광센서를 갖는 광센서 어레이가 통합된 디스플레이 장치에서 사용자의 지문 등 디스플레이 표면에 위치한 대상물을 스캔하는 방안에 관하여 몇 가지 케이스(case)를 예로 들어 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 복수 개의 행과 열로 배열되어 각각이 서로 다른 색의 빛을 방출하는 적어도 둘 이상의 서브 픽셀들로 구성되는 복수의 픽셀들 및 상기 각 서브 픽셀마다 또는 각 픽셀마다 인접하게 위치하는 광센서들을 포함하는 셀 어레이 및 스캔 모드에서는 기설정된 패턴에 따라 상기 각 픽셀들이 순차적으로 빛을 방출되도록 하고, 상기 광센서들에서 반사광을 센싱하여 스캔동작을 수행하는 주변회로를 포함한다.

상기 기설정된 패턴은 상기 각 픽셀에 속한 광센서가 인접한 다른 픽셀로부터 방출된 빛에 간섭받지 않는 기설정된 거리 간격마다 이격되어 빛을 방출한다.

도 44를 참조하면, 디스플레이 장치(1)는 이미지 등을 디스플레이 할 수도 있고, 사람의 손가락이나 터치 펜 등의 피사체의 터치 접촉을 센싱할 수도 있다. 디스플레이 장치(P1)는 데스크탑, 노트북, 태블릿 PC, 스마트폰 등의 모바일 기기에 구현될 수 있다.

디스플레이 장치(P1)는 셀 어레이(P10), 게이트 드라이버(P20), 소스 드라이버(P30), 아날로그 프론트 앤드(Analog Front End, 이하 AFE, P40), 신호 프로세서(P50), 컨트롤 로직(P60) 및 메모리(P70)을 포함한다.

셀 어레이(P10)는 복수의 행과 열로 배열된 복수 개의 단위 화소들, 및 각 단위화소에 각각 인접한 단위 포토 센서를 포함한다. 각 단위 화소는 백 라이트 유닛에서 방출되는 빛에 따라 이미지를 디스플레이 한다. 포토 센서는 단위 화소에서 방출된 빛에 대한 피사체로부터의 반사광을 센싱하여, 피사체의 표면을 스캐닝한다. 단위 화소 및 포토 센서에 대한 상세한 설명은 도 45 이후에서 하기로 한다.

게이트 드라이버(P20)는 셀 어레이(P10)에 포함된 각 단위화소 또는 포토 센서를 행별로 액세스한다. 게이트 드라이버(P20)는 이미지를 디스플레이 하는 경우에는 각 행을 순차적으로 인에이블한다. 게이트 드라이버(P20)는 피사체를 스캐닝하는 경우에는 기설정된 패턴에 따라 적어도 둘 이상의 행들을 순차적으로 인에이블한다.

소스 드라이버(P30)는 셀 어레이(P10)에 포함된 각 단위화소에 연결되어, 이미지 데이터를 입력받으면 모든 열을 인에이블하여 이미지를 출력한다. 이때 출력되는 이미지는 프레임 단위로 업데이트될 수 있다.

AFE(P40)는 셀 어레이(P10)에 포함된 각 광센서에 연결되어, 피사체를 스캐닝할 경우 기설정된 패턴에 따라 적어도 둘 이상의 열들을 순차적으로 인에이블하여 피사체의 표면으로부터의 반사광을 센싱하여 스캐닝 데이터로 출력한다. AFE(P40)는 샘플 앤 홀드 회로, 아날로그 디지털 컨버팅 회로 등을 포함할 수 있다.

신호 프로세서(P50)는 AFE(P40)로부터 수신된 스캐닝 데이터를 프로세싱하여 호스트로 출력한다.

컨트롤 로직(P60)은 각 구성요소를 컨트롤한다. 즉, 게이트 드라이버(P20), 소스드라이버(P30), AFE(P40) 및 신호 프로세서(P50)의 동작을 제어한다. 이때 컨트롤 로직(P60)은 메모리(P70)에 저장된 정보를 기초로 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다.

메모리(P70)는 디스플레이 장치(P1)의 동작에 필요한 정보들을 저장한다. 예를 들어 게이트 드라이버, 소스 드라이버 및 AFE의 인에이블 동작에 대한 패턴 정보, 인터럽트 발생에 따른 정보 등을 저장할 수 있다. 또한 메모리(P70)는 스캐닝 데이타에 기초하여 등록되는 정보(예를 들면 지문 정보) 등을 저장할 수 있다.

도 45는 비교예의 광센서의 회로도를 나타낸 것이다.

도 45를 참조하면, 셀 어레이(P10)에 포함된 광센서(P100)는 복수 개의 트랜지스터(Reset, AMP gm, READ), 포토 다이오드(pin) 및 커패시턴스(Cap)를 포함한다.

광센서(P100)는 공급전압(VDD) 단자에 연결된 리셋 트렌지스터(Reset), 리셋 트랜지스터와 그라운드 전압 단자 사이에 연결된 포토 다이오드(pin), 리셋 트렌지스터(Reset)의 일단과 게이트가 연결된 증폭 트랜지스터(AMP gm), 상기 리셋 트렌지스터(Reset)의 일단과 그라운드 전압 단자 사이에 생성되는 기생 커패시턴스(Cap), 상기 증폭 트랜지스터와 드레인 단자에 연결된 출력 트랜지스터(READ)를 포함한다.

광센서(P100)는 게이트 드라이버가 인에이블 하면, 리셋 트랜지스터(Reset)를 통해 먼저 포토 다이오드를 리셋시킨 후, 일정 시간 동안 피사체로부터의 반사광을 수광한다. 수광된 반사광은 포토 다이오드에서 전기적 신호로 변환되어, 증폭 트랜지스터를 통해 gm 배만큼 증폭된 후 리드 아웃 인에이블 신호가 인가되면, 출력 트랜지스터를 통해 센싱된 데이터(Iout)로 출력된다. 보다 자세한 사항은 포토 센서에 대한 공지의 기술과 동일하다.

도 46은 본 발명의 실시예들에 따른 단위화소 및 단위 광센서를 나타낸 단면도이다.

도 46을 참조하면, 단위화소는 회로 기판(미도시), 회로 기판 위에 형성되는 백라이트 유닛(Back Light Unit, 미도시), 백라이트 유닛 위에 형성되는 편광판 및 유리, 유리 위에 형성되는 액정(Liquid Crysital), 컬러필터, 커버유리, 편광판 순으로 적층된다. 적층 구조에 대해서는 공지의 기술로 알려진 바와 같이 구현되므로 자세한 설명은 생략하고, 본 발명과 관련된 부분을 위주로 설명한다.

이미지를 디스플레이하는 경우, 백 라이트 유닛에서 방출된 빛이 편광판, 유리를 투과하여 컬러필터를 통과한다. 이때 컬러필터는 백 라이트 유닛의 빛을 필터링하여 특정의 색만을 투과시킨다. 예를 들면 R 필터는 적색광을 투과시키고, G 필터는 녹색광, B 필터는 청색광을 투과시킨다. 이미지는 적색광, 녹색광 또는 청색광이 조합되어 디스플레이 화면상에 나타난다. 즉, 단위화소(PX100)는 R 필터,G 필터,B 필터 각각의 서브 화소로 이루어지며, 단위화소는 R 필터, G 필터, B 필터 각각의 하단과 유리판 사이에 위치하는 TFT(Thin Film Transistor)를 각각 포함한다. 이때 게이트 드라이버 및 소스 드라이버는 셀 어레이에서 순차적으로 인에이블시키며 프레임 단위로 출력한다.

한편 손가락 이나 터치 펜등의 피사체가 스캔되는 경우, 백 라이트 유닛에서 방출된 빛이 편광판, 유리, 컬러필터, 유리, 편광판을 통과한 빛은 피사체의 표면에서 반사되어 다시 디스플레이 장치 표면의 편광판, 유리를 거쳐 TFT에 인접하게 위치하는 광센서로 입사된다. 광센서는 도 45에 도시된 바와 같이, 반사광을 전기적 신호로 변환하여 스캐닝 데이터로 출력한다. 이때 광센서는 게이트 드라이버 및 AFE에 연결되어, 셀 어레이에서 기설정된 패턴으로 순차적으로 인에이블되어 스캐닝 데이터를 출력한다.

스캔 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 서브 화소마다 포토 센서가 인접하게 위치하고, 어느 하나의 포토 센서가 인에이블되는 경우 기설정된 최소 거리 이내에서 인접한 광센서들은 디스에이블(disable)된다. 백 라이트 유닛의 빛은 인에이블된 광센서에 인접한 컬러필터를 통과하여 피사체로 방출된다. 피사체로부터의 반사광은 상기 컬러필터 하단의 상기 포토 센서로 수광되어, 스캐닝 데이터로 변환되어 출력된다. 이때 인에이블된 광센서로부터 기설정된 최소 거리 이내의 인접 서브화소들의 TFT는 디스에이블되어야 한다. 인에이블된 광센서로의 간섭광을 줄여서 반사광을 보다 정확히 센싱하기 위함이다.

또한, 디스플레이 장치의 단위화소들의 상부에 위치하는 유리기판의 일면은 요철이 있는 형상을 더 포함할 수 있다. 환언하면, 해당 광센서 상부에 볼록 렌즈 형상을 구현하여 광센서가 인에이블될 때마다 반사광을 보다 잘 수집하도록 할 수 있다.

또한, 디스플레이 장치의 단위화소들의 상부에 위치하는 편광판의 일면 또한 볼록렌즈를 추가하거나 요철이 있는 형상으로 구현할 수 있다. 피사체가 접촉하는 편광판 표면의 볼록렌즈는 피사체로부터의 반사광을 해당 광센서로 수집되도록 유도할 수 있다.

도 47은 도 46에 도시된 서브화소의 일 실시예를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 47을 참조하면, 서브 화소(PX200)는 하단 유리 기판, 포토 센서, TFT, 액정층(Liquid Crystal Layer), 컬러 필터, BM부(Black Matrix, 이하 BM부), 상단 유리 기판을 포함한다.

포토 센서와 TFT는 하단 유리 기판 위에서 동일 평면상에 위치할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 포토 센서는 TFT의 상단 또는 하단에 위치할 수도 있다. 설명의 편의상 동일 평면상에 형성되는 경우를 위주로 설명한다.

포토 센서와 TFT 위에는 액정층이 위치하고, 액정층 위에는 컬러필터 및 BM부가 동일 평면상에 위치한다. 컬러필터 간, 즉 R 필터, G 필터, B 필터 사이에는 BM부가 위치한다. 이때 BM부는 편광판이나 유리를 통한 간섭광을 배제하면서 피사체로부터의 반사광을 집중적으로 수집하기 위한 오픈 윈도우를 포함한다.

TFT는 컬러 필터의 하단에 위치하여, 액정층을 활성화시켜 백 라이트 유닛에서 방출되는 빛을 화면에 출력되도록 한다. 이때 인에이블된 TFT만 활성화되어 컬러필터를 통해 빛을 방출하고, 인접한 TFT들은 디스에이블시켜 불필요한 간섭광이 발생하여 반사광이 산란되지 않도록 한다.

인에이블된 TFT에 인접한 포토 센서는 상기 오픈 윈도우의 하단에 위치하여, 오픈 윈도우를 통해 수광되는 빛만 수광하여 센싱한다.

도 48은 도 46에 도시된 서브화소의 다른 실시예를 확대하여 도시한 단면도이고, 도 49는 도 46에 도시된 서브화소의 또다른 실시예를 확대하여 도시한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 도 47과의 차이점을 위주로 설명한다.

도 48 및 도 49를 참고하면, 서브화소(PX300)의 상단 유리기판은 오픈 윈도우 부분에 대응하여 볼록렌즈의 기능을 할 수 있는 요철구조를 포함할 수 있다.

오픈 윈도우 부분에 요철구조를 형성하면, 입사되는 빛이 도시된 바와 같이 포토 센서 밖으로 산란되지 않고 포토 센서의 수광영역으로 보다 집중될 수 있다.

도 49 및 도 50을 참고하면, 서브 화소(PX400)의 포토 센서는 광 차폐층을 더 포함할 수 있다. 광 차폐층은 오픈 윈도우보다 개구영역이 더 좁을 수 있고, 포토 센서의 수광영역보다 조금 더 넓을 수 있다. 이 경우 액정층 또는 인접 서브 화소로부터의 산란광을 광 차폐층을 통해 차폐하고, 포토 센서는 수광영역에 오픈 윈도우를 통해 입사된 반사광만을 수광할 수 있다.

즉, 본 발명은 BM부의 오픈 윈도우, 상단 유리기판의 요철구조 및 광센서의 광 차폐층 중 적어도 어느 하나를 구현하여 광센서의 수광 효율을 더 높일 수 있다. 포토 센서의 수광 능력이 좋아질 수록, 디스플레이 장치의 대상물 스캐닝 성능도 향상되는 효과가 있다.

도 50과 도 51은 본 발명의 디스플레이 장치가 대상물을 스캔하는 일 실시예에 따른 방법을 나타낸 개념도이다.

도 50을 참고하면, 디스플레이 장치는 피사체를 스캐닝하기 위해 기설정된 간격의 픽셀들만 인에이블하여 피사체로 빛을 발광하고, 피사체로부터의 반사광을 수광할 수 있다. 이때 기설정된 간격은 인에이블된 픽셀로부터의 발광된 빛이 다른 인접 픽셀의 포토센서에 간섭광 영향을 일으키지 않는 최소 거리를 의미한다.

이미지를 디스플레이할 때에는 6 x 5의 셀 어레이 구조에서 (x1,y1)부터 (x6, y5)에 이르기까지 순차적으로 픽셀을 인에이블시켜 이미지를 프레임 단위로 출력한다.

한편 피사체를 스캐닝할 경우에는 도 50(a)에 도시된 바와 같이 6 x 5 의 셀 어레이 구조에서 (x2,y1), (x2,y4)좌표의 픽셀이 인에이블 되어 빛을 방출하고, 피사체로부터 반사광을 수광한다. 이어서 도 50(b)에 도시된 바와 같이, 2행, 3행, 4행을 이어서 해당 패턴대로 순차적으로 스캐닝하고 (x5,y1), (x5,y4) 좌표의 단위화서가 인에이블 되어 빛을 방출하고, 피사체로부터 반사광을 수광한다. 이때 (x2,y1), (x2,y4)좌표의 픽셀 사이의 거리가 간섭광의 영향이 최소화될 수 있는 거리이다.

보다 구체적으로 설명하면, 먼저 기설정된 간격으로 이격되는 패턴에 따라 1차 픽셀들이 발광하고, 그 광센서들이 반사광을 수광한다(도 51(a)). 이어서 1차에서 발광한 픽셀들이 디스에이블되고, 두꺼운 선으로 표시된 픽셀들이 2차적으로 발광하며, 그 포토센서들이 반사광을 수광한다(도 51(b)). 마찬가지로, 1차 2차적으로 발광한 픽셀들이 디스에이블되고, 두꺼운 선으로 표시된 픽셀들이 3차적으로 발광한 후 그 포토센서들이 반사광을 수광하며(도 51(c)), 같은 방식으로 4차 픽셀들이 발광 및 포토센서들이 수광한다(도 51(d)).

환언하면, 도 51(a)에서 도 51(d)에 이르기까지, 디스플레이 장치는 기설정된 패턴으로 픽셀들을 순차적으로 인에이블하고, 나머지 픽셀들은 디스에이블하여 포토센서에서 그 반사광들을 순차적으로 수집한다. 그 결과 도 51(d)에 도시된 바와 같이 디스플레이 화면 전체에 대하여 반사광을 수집하여 스캐닝 데이터를 얻을 수 있으며, 스캐닝 데이터는 피사체 표면의 정보를 하나의 프레임으로 메모리에 저장할 수 있다.

도 52는 본 발명의 디스플레이 장치가 디스플레이하는 경우의 게이트 드라이버 및 소스 드라이버의 동작을 나타낸 신호도이고, 도 53은 본 발명의 디스플레이 장치가 대상물을 스캔하는 경우의 게이트 드라이버 및 소스 드라이버의 동작을 나타낸 신호도이다.

도 52(a)를 참조하면, 디스플레이 동작의 경우 공지의 기술과 같이, 게이트 드라이버는 셀 어레이의 각 행마다 TFT를 오버랩되지 않도록 순차적으로 인에이블하고, 도 52(b)를 참조하면, 소스 드라이버는 열 전체를 순차적으로 또는 동시에 인에이블하여 RGB 픽셀을 활성화하여 이미지를 화면에 출력한다. 이때 게이트 드라이버 및 소스 드라이버는 화면 전체의 프레임이 다 출력될 때까지 해당 행을 인에이블하지 않는다.

한편 도 53(a)를 참조하면, 스캐닝 동작의 경우 도 52의 게이트 드라이버 및 소스 드라이버의 동작과 달리 동작한다.

보다 자세하게 설명하면, 메모리에 저장된 기설정된 패턴에 따라, 게이트 드라이버는 화면 전체의 프레임 입력이 완료되지 않더라도, 각 행마다 일정 주기로 인에이블할 수 있고, 다른 행과 동시에 인에이블하여 인에이블 구간이 오버랩될 수 있다.

또한 소스 드라이버도 모든 열의 픽셀을 인에이블하지 않고, 기설정된 패턴에 따라 일정 간격으로 이격하여 인에이블할 수 있다. 이때 포토 센서도 소스 드라이버의 인에이블되는 열 정보를 참고하여, 인에이블되는 픽셀에 인접한 포토센서만 인에이블할 수 있다. 즉, 기설정된 패턴에 따라 셀 어레이의 픽셀 및 포토센서가 인에이블되어 기설정된 패턴으로 피사체의 표면 이미지를 얻을 수 있다.

그 결과, 디스플레이 장치는 이미지 등을 화면에 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 피사체의 접촉 여부 및 피사체의 표면정보를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치는 정전식 터치 스크린 패널을 적층하지 않아도 되므로, 두께가 더 얇아지는 이점이 있다.

도 54는 본 발명의 디스플레이 장치가 대상물을 스캔하는 다른 실시예에 따른 방법을 나타낸 개념도이다.

도 54를 참조하면, 디스플레이 장치 내 광원은 피사체를 스캐닝하기 위해 기설정된 간격으로 인에이블하여 피사체로 빛을 발광한다. 여기서, 광원이란 유기발광소자 디스플레이의 픽셀과 같이 자체적으로 발광하는 광원뿐만 아니라 액정 디스플레이의 픽셀과 같이 백라이트 광의 투과 여부 및 밝기를 조절함으로써 구현되는 광원을 포함하는 개념으로 사용된다. 설명의 편의를 위하여 전술한 케이스와의 차이점을 위주로 설명하면, 본 케이스의 경우 센서 어레이 내에 포함된 포토센서 전체를 인에이블한다.

포토센서가 모두 인에이블되면, 포토센서 중 동일한 광원으로부터 소정의 거리 R만큼 이격된 거리에 있는 포토센서는 반사광 및 반사광에 의한 산란광을 수신한다. 이때 광원으로부터 소정의 거리 f만큼 이격된 거리(이 경우 f<R이라고 가정하자)에 있는 제1 포토센서는 반사광을 가장 많이 수신하고, 제1 포토센서 주변의 제2 포토센서들은 반사광에 의한 산란광을 수신한다. 즉, 제1 포토센서의 센싱값이 제2 포토센서들의 센싱값보다 더 크거나 더 작을 수 있다.

설명의 편의를 위해 도 54에 도시된 X1과 X2는 서로 산란광의 영향이 최소화된 거리의 포토센서 좌표라고 가정한다. 또한, 산란광의 영향이 최소화되는 기설정된 간격으로 일부 광원을 On하는 방식으로 전 영역의 광원이 모두 켜질 때까지 스캐닝하는 것을 1 프레임이라고 하자.

일 예로 X1의 위치에 지문의 골(valley)이 대응될 경우, 광원으로부터 포토센서층까지의 거리가 가장 멀기 때문에, X1 위치에 대응되는 광원이 켜지면, X1의 포토센서는 피사체로부터 반사광을 가장 적게 수신한다. 그러나 X1에 가장 인접한 거리 내에 있는 y1 내지 y8의 포토센서는 X1의 포토센서보다 더 많은 광량의 산란광을 수신한다. 이때 X1 및 y1 내지 y8의 포토센서는 산란광이 없다면 수신하는 광량의 차이가 더 크겠지만, 포토센서와 피사체 사이의 중간매개층에서의 굴절율 차이에 따른 산란광 때문에 X1의 포토센서와 y1 내지 y8의 각 포토센서 간의 광량 차이(이하 델타값이라고 한다)는 작아지는 경향이 있다. 즉, 포토센서 X1의 센싱값이 포토센서 y1 내지 y8의 평균 센싱값보다 작을 경우, 디스플레이 장치는 해당 영역이 지문의 골에 해당하는 것으로 판단한다.

다른 예로 X2의 위치에 지문의 융선(Ridge)이 대응될 경우, 광원으로부터 포토센서층까지의 거리가 가장 가깝기 때문에, X2 위치에 대응되는 광원이 켜지면, X2의 포토센서는 피사체로부터 반사광을 가장 많이 수신한다. 그러나 X2에 가장 인접한 거리 내에 있는 z1 내지 z8의 포토센서는 X2의 포토센서보다 더 적은 광량의 산란광을 수신한다. 이때 포토센서와 피사체 사이의 중간매개층에서의 굴절율 차이에 따른 산란광 때문에 X2의 포토센서와 z1 내지 z8의 각 포토센서 간의 델타값은 작아지는 경향이 있다. 즉, 포토센서 X2의 센싱값이 포토센서 z1 내지 z8의 평균 센싱값보다 작을 경우, 디스플레이 장치는 해당 영역이 지문의 융선에 해당하는 것으로 판단한다.

위 실시예들로 각각 추출된 원본(raw) 부분 이미지에서 광원에 대응되는 좌표(X1 또는 X2)의 포토센서를 제외한 주변 포토센서들(y1 내지 y8, 또는 z1 내지 z8)은 산란광 성분이므로 전체 이미지로 합성하기 전에 산란광 성분을 노이즈로 제거해야 한다. X2의 경우 지문의 융선 값으로 산란광의 영향으로 원본 부분 이미지가 흐려지는 정도가 작기 때문에 별도로 노이즈 성분을 차감하지 않는다. 그러나 X1의 경우 지문의 골에서 산란광의 영향이 지문의 융선이 센싱된 경우보다 크므로 포토센서 X1에는 반사광만 입사되어야 함에도 불구하고, 중간 매개체로부터의 산란광이 추가적으로 입사된다. 따라서 X1에서의 노이즈 성분을 센싱값에서 차감해야 한다. 즉, 전체 이미지로 합성하기 위해, 제1 광원 배열에 따라 획득된 제1 원본 부분 이미지들과 제2 광원 배열에 따라 획득된 제2 원본 부분 이미지들 합성시, 지문의 골이라고 판단된 영역의 y1 내지 y2 포토센서보다 더 먼 거리의 인접 포토센서에서 센싱된 값들의 평균값을 X1, y1 내지 y2의 포토센서 센싱값에서 임의로 차감한다. 그 결과 지문의 융선 영역과 지문 골 영역간의 센싱 델타값이 더 커져서 보다 정확한 전체 이미지를 획득할 수 있다.

도 55는 본 발명의 디스플레이 장치가 대상물을 스캔하는 또다른 실시예에 따른 방법을 나타낸 개념도이다.

도 55를 참고하면, 광원은 라인 단위로 On되며 스캐닝될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 광원이 라인 단위로 제1 열부터 제 N 열까지 순차적으로 켜지며 부분 이미지를 센싱한 후 광원이 제 1 행부터 제 M행까지 순차적으로 켜지며 부분 이미지가 센싱될 수 있다.

이 경우 열 방향으로 광원이 켜질 경우 이전 열과 다음 열 간의 산란광만 고려할 수 있고, 행 방향으로 광원이 켜질 경우 이전 행과 다음 행 간의 산란광만 고려할 수 있다.

도 55(a)를 참고하면, 일 예로 3 열(x3)의 광원이 켜졌을 때 센싱된 제1 부분 이미지에서 (x3, y5) 좌표의 센싱값은 반사광과 산란광이 모두 센싱된 경우라고 보면, 4 열의 광원이 켜졌을 때 센싱된 제2 부분 이미지에서 (x3, y5) 좌표의 센싱값은 산란광만 센싱된 경우라고 보아 제1 부분 이미지의 센싱값에서 제2 부분 이미지의 센싱값을 가감하여 산란광을 고려한 지문 이미지를 얻을 수 있다. 다른 예로 지문 센싱값의 오프셋 조절을 위해 3열의 광원 켜졌을 때 x3 좌표에서 보다 먼 거리에서 센싱된 산란광값을 제2 부분 이미지의 해당 좌표 센싱값에서 가감할 수도 있다. 또다른 예로 전술한 두번째 케이스에서 설명한 바와 같이 지문 융선인 경우보다 지문 골인 경우 피사체로와 포토센서 간의 거리가 더 멀기 때문에 산란광의 영향을 보다 크게 받으므로 지문 골 영역에만 한정하여 산란광에 따른 센싱값을 가감할 수도 있다.

앞서 설명한 방법으로 도 55(b)와 같이 행 방향으로 광원을 순차적으로 켜서 스캐닝하며 행 방향의 산란광을 고려한 지문 패턴 이미지를 얻을 수 있고, 최종 전체 지문 패턴 이미지는 열 방향 전체 합성 이미지와 행 방향 전체 합성 이미지를 합성하여 획득할 수 있다.

도 56은 본 발명의 디스플레이 장치가 대상물을 스캔하는 또다른 실시예에 따른 방법을 나타낸 개념도이다.

일 실시예에 따라 도 56(a) 및 도 56(b)에서 음영 표시된 좌표는 제1 광원, 음영이 없는 좌표는 제2 광원이 배열된다고 가정하자. 제1 광원과 제2 광원은 서로 다른 파장대역의 좌표를 가진다.

도 56(a)에 도시된 바와 같이, 산란광의 영향이 최소화되는 기설정된 거리만큼 이격된 제1 광원이 켜지면, 센서 어레이 내의 포토 센서들은 제1 파장대역의 반사광을 수신하여 제1 이미지를 센싱한다.

이후 도 56(b)에 도시된 바와 같이, 산란광의 영향이 최소화되는 기설정된 거리만큼 이격된 제2 광원이 켜지면, 센서 어레이 내의 포토 센서들은 제2 파장대역의 반사광을 수신하여 제2 이미지를 센싱한다.

마찬가지로 기설정된 거리만큼 이격된 제1 광원과 제2 광원이 서로 교번하여 순차적으로 켜지면, 포토 센서 어레이는 한 프레임 내에서 센싱된 제1 이미지와 제2 이미지를 각각 획득한다. 포토센서와 피사체 사이의 중간 매개층에서의 굴절율 뿐 아니라 광의 파장대역에 따라 수신되는 반사광/산란광의 영향이 다르므로, 제1 이미지와 제2 이미지를 합성하여 보다 좋은 해상도의 최종적인 지문 이미지를 얻을 수 있다.

설명의 편의를 위해 광원을 2 개로 쓰는 경우로 설명했으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 또다른 실시예로 R, G, B 3개의 광원이 상기 실시예의 방법으로 조사된 후, R 이미지, G 이미지, B 이미지로 획득된 이미지를 모두 합성하여 최종적인 지문 이미지를 얻을 수도 있다.

다른 실시예에 따라 도 56(a) 및 도 56(b)는 서로 다른 파장대역의 광원을 쓰지 않고, 동일 광원을 쓰되 서로 다른 파장대역의 반사광을 수신하도록 증착된 포토센서들로 배열될 수 있다. 즉, 센서 어레이 내 모든 포토센서는 동일하되 유색 좌표는 특정 파장대역의 빛을 필터링하는 물질을 포토센서 위에 증착하고, 무색 좌표는 상기 물질을 증착하지 않도록 하여 배열할 수 있다. 그 결과 포토 센서 어레이는 한 프레임 내에서 센싱된 유색 좌표에서 센싱된 제1 이미지와 무색 좌표에서 센싱된 제2 이미지를 각각 획득한다. 포토센서와 피사체 사이의 중간 매개층에서의 굴절율 뿐 아니라 광의 파장대역에 따라 수신되는 반사광/산란광의 영향이 다르므로, 제1 이미지와 제2 이미지를 합성하여 보다 좋은 해상도의 최종적인 지문 이미지를 얻을 수 있다.

한편, 도 56의 변형된 실시예로, 이후의 지문 인증 과정에서 다양한 파장대역의 서로 다른 광원들을 사용하여 동일 사용자의 대상 지문을 스캐닝한다고 하자. 이 경우 기등록된 지문 정보와 비교하여, 각 광원 보다 유사도가 높은 지문 이미지를 출력하는 파장대역의 광원 및 해당 광원의 스캐닝 배열 매커니즘을 사용자 지문 정보와 연관시켜 저장하여, 이후 지문 인증시 해당 매커니즘으로 센싱하도록 할 수 있다.

또다른 실시예로,

측면의 제1 광원에 의한 도광판의 전반사를 이용한 제1 지문 이미지를 스캐닝한다. 이후 순차적으로 하단의 제2 광원에 의한 반사광을 이용한 제2지문 이미지를 스캐닝한다. 디스플레이 장치는 제1 지문 이미지와 제2 지문 이미지를 합성하여 최종 전체 지문 이미지를 생성한다. 이 경우 다른 광원 조사 방식을 이용함으로써 최종 전체 지문 이미지의 퀄리티를 향상할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는, 전술한 실시예들에서 광센서 어레이에 포함된 다수의 광센서(광센서)를 구동하고 이들로부터 센싱된 신호를 리드 아웃(Read-Out)하도록 매트릭스 형태로 구성된 센서 구동 회로에 관하여, 다양한 실시예를 들어 설명하기로 한다.

도 57은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센싱 또는 이미지 스캔 기능을 구현하는 광센서 어레이의 구성을 나타내는 도면이다.

광센서 어레이는 복수개의 스캔 라인(SL1, SL2, …, SLn) 및 복수개의 리드아웃 라인(RL1, RL2, …, RLl)을 포함한다. 복수개의 스캔 라인(SL1, SL2, …, SLn)에는 순차적으로 스캔 신호가 공급되며, 복수개의 리드아웃 라인(RL1, RL2, …, RLl)은 광센서(SN)로부터 출력되는 신호들을 수신하여 이를 처리하는 회로(미도시됨)로 전달한다.

스캔 라인(SL1, SL2, …, SLn)과 리드아웃 라인(RL1, RL2, …, RLl)은 상호 교차되도록 배치되는데, 그 교차점마다 적어도 하나의 광센서(SN)가 형성될 수 있다.

도 58은 도 57에 도시되는 광센서(SN)의 한 구현예를 나타내는 회로도이다. 도 59를 참조하면, 광센서(SN)는 포토 다이오드(PD), 트랜지스터(T1), 센싱 커패시터(C0)를 포함한다.

포토 다이오드(PD)는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자로서, 광이 포토 다이오드(PD)에 닿으면, 전류가 흐르게 된다. 포토 다이오드(PD)의 캐소드(cathode)는 스위치 트랜지스터(T1)의 소스와 연결되고, 애노드(anode)는 그라운드 전위와 연결된다. 이러한 포토 다이오드(PD)는 유기 발광 다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diode), 퀀텀닷(QD: Quantum Dot) 또는 트랜지스터 등으로 구현될 수 있다.

스위치 트랜지스터(T1)의 소스에는 센싱 커패시터(C0)의 일단이 연결되고, 센싱 커패시터(C0)의 타단은 그라운드 전위와 연결된다. 센싱 커패시터(C0)의 일단 전위의 변화에 따른 응답은 리드아웃 라인(RL1, RL2)으로 전달되고, 리드아웃라인(RL1, RL2)으로 전달된 신호는 소정의 IC 칩으로 전달된다. 스위치 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 스캔 라인(SL1~SLn)과 연결되고, 드레인 전극은 리드아웃 라인(RL1, RL2)과 연결되며, 소스 전극은 포토 다이오드(PD)의 캐소드와 연결된다.

이러한 스위치 트랜지스터(T1)는 비정질 실리콘(Hydrogenated Amorphous Silicon, a-Si:H), 다결정 실리콘(Poly Silicon, Poly-Si), 산화물 트랜지스터 등의 트랜지스터로 구현될 수 있다. 또한, 이에 제한되지 않으며 유기박막트랜지스터(Organic TFT) 등으로 구현될 수도 있다.

외부로부터 입사된 광, 즉, 접촉 수단에 의해 반사되어 광센서(SN)에 입사된 광을 상기 광센서(SN)가 센싱하고, 센싱된 광의 크기에 대응하는 신호를 전달하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

리드아웃 라인(RL1, RL2)으로는 소정의 전압이 인가된다. 전압 인가를 위한 별도의 회로(미도시됨)가 더 포함될 수 있다. 스캔 라인(SL1~SLn)에 스위치 트랜지스터(T1)를 턴 온 시키는 선택신호가 인가되면, 리드아웃 라인(RL1, RL2)으로 인가된 전압으로 센싱 커패시터(C0)의 일단 전위(V1)가 세팅된다. 즉, 스위치 트랜지스터(T1)의 턴 온으로 인해, 센싱 커패시터(C0)는 리드아웃 라인(RL1, RL2)에 인가된 전압으로 세팅된다.

만약, 외부 물체로부터 반사된 광이 입사되지 않으면, 포토 다이오드(PD)에는 전류가 흐르지 않게 되고, 이에 따라, 센싱 커패시터(C0)의 일단 전위(V1)는 상기 세팅된 전압으로 유지된다.

리드아웃 라인(RL1, RL2)은 기 설정된 주기로 리셋되는데, 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 예를 들면, 0V의 전위로 리셋된 후, 스캔 라인(SL1~SLn)에 다음 선택신호가 입력되어 스위치 트랜지스터(T1)가 턴 온 되면, 센싱 커패시터(C0)에 저장되었던 전하가 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 기생 정전용량(미도시됨)과 공유된다.

리드아웃 라인(RL1, RL2)에 인가되었던 전압을 Vdc, 리드아웃 라인(RL1,RL2)의 기생 정전용량을 Cpl, 센싱 커패시터(C0)의 일단 전위를 V1이라고 한다면, 다음의 수학식이 성립된다.

그러나, 외부 물체로부터 반사된 광이 입사되면, 포토 다이오드(PD)에 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 센싱 커패시터(C0)와 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 기생 정전용량이 공유하는 총 전하량에는 차이가 발생하게 되고, 상기 수학식 1에서 센싱 커패시터(CO)의 일단 전위(V1)가 달라지게 된다.

입사된 광의 세기가 클수록 포토 다이오드(PD)에 흐르는 전류의 크기가 커지고, 이에 따라, 센싱 커패시터(C0)의 일단 전위(V1) 변화량 또한 커지며, 센싱 커패시터(C0)와 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 기생 정전용량 간에 공유되는 총 전하량 또한 커지게 된다. 따라서, 포토 다이오드(PD)에 입사된 광의 세기에 따라 리드아웃 라인(RL1, RL2)으로부터 다른 레벨의 출력 신호가 획득된다.

상기 설명한 방식은 센싱 커패시터(C0)와 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 기생 정전용량 간 전하 공유 현상을 이용하는 방식이다. 따라서, 실제 리드아웃 라인(RL1, RL2)으로부터 획득되는 출력 신호의 레벨 차이는 센싱 커패시터(C0)와 전하가 공유된 결과의 차이가 되며, 이에 따라, 그 신호의 크기 및 상황에 따른 출력 신호의 레벨 차이는 충분히 크지 않을 수 있다. 따라서, 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 출력 신호를 증폭시켜주기 위한 별도의 회로가 필요하다.

도 59를 참조하면, 광센서(SN)는 스위칭 트랜지스터(T1), 센싱 트랜지스터(PT1), 센싱 커패시터(C0)를 포함할 수 있다.

스위칭 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 스캔 라인(SL)과 연결되고, 드레인 전극은 리드아웃 라인(RL)과 연결되며, 소스 전극은 센싱 커패시터(C0)의 양 전극 중 제1 전극과 연결된다. 한편, 센싱 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극은 입력 전압 라인(VDD)에 연결되고, 소스 전극은 센싱 커패시터(C0)의 제1 전극과 연결되며, 게이트 전극은 공통 전압 라인(Vcom)에 연결된다.

센싱 트랜지스터(PT1)에 외부 물체로부터 반사된 광이 공급되면, 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 채널부의 반도체가 전류를 형성하게 되는데, 이러한 전류는 입력 전압 라인(VDD)에 입력되는 입력 전압에 의해 센싱 커패시터(C0)와 스위칭 트랜지스터(T1) 방향으로 흐른다.

스캔 라인(SL)에 선택신호가 입력되면, 상기 전류가 리드아웃 라인(RL)을 통해 흐르게 된다. 이 때에도 리드아웃 라인(RL) 주변에 형성되는 기생 정전용량에 의해 실제로 리드아웃 라인(RL)으로 흐르는 전류의 크기는 감소할 수밖에 없게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광센서(SN)는 앞서 설명한 바와 같은 광센서 어레이에 포함되도록 형성될 수 있다.

각각의 광센서(SN)는 1개의 센싱 트랜지스터(PT1)만을 포함하여 구성된다. 센싱 트랜지스터(PT1)는 외부 물체로부터 반사되는 광의 세기에 상응하는 전하량을 발생시킨다. 환언하면, 센싱 트랜지스터(PT1)는 외부 물체로부터 반사된 광을 수광하여, 수광된 광의 세기에 상응하는 누설 전류를 발생시킨다.

도 60에 도시된 정전용량(C1)은 실제로 구비되는 것이 아니며, 리드 아웃 라인과 스캔 라인의 신호 배선 교차로 인한 기생 정전용량, 즉, 게이트-소스 오버랩 정전용량(Gate-Source Overlap Capacitance of TFT, Cgso)일 뿐이다.

센싱 트랜지스터(PT1)의 제1 전극은 스캔 라인(SL1~SLn)과 연결되고, 제2 전극은 리드아웃 라인(RL1, RL2)에 연결된다. 제3 전극은 어느 구성요소에도 전기적으로 접속되지 않은 플로팅 상태로 배치될 수 있다. 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극은 각각 게이트 전극, 드레인 전극 및 소스 전극일 수 있다. 센싱 트랜지스터(PT1)는 비정질 실리콘(Hydrogenated Amorphous Silicon, a-Si:H), 다결정 실리콘(Poly Silicon, Poly-Si), 산화물 트랜지스터 등의 트랜지스터로 구현될 수 있다. 또한, 이에 제한되지 않으며 유기박막트랜지스터(Organic TFT) 등으로 구현될 수도 있다

도 61은 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 셰어링 방식 광센서(SN)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 60 및 도 61을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 셰어링 방식 광센서(SN)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 61에서 SL은 스캔 라인(SL1~SLn)에 공급되는 신호를 나타내는 것으로, 하이(high) 구간 동안 선택신호가 스캔 라인(SL1~SLn)에 공급되는 것으로 이해되어야 한다. 선택신호 인가에 의해 특정 광센서(SN)가 선택되며, 해당 광센서(SN)로부터의 신호가 출력된다. 이하에서는 'SL'을 스캔 라인 신호로 칭하기로 한다. 또한, RL Reset은 리드아웃 라인(RL1, RL2)을 리셋시키기 위한 신호로서, 하이(high) 구간에 리셋 신호가 공급되어, 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 리셋된다.

한편, V1은 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위를 나타내며, R1은 센싱 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극과 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 연결되는 지점의 전위를 나타내는 것이다. V1과 R1의 타이밍도에 있어서, 실선으로 표시된 것은 외부 물체에 의해 반사된 광이 센싱 트랜지스터(PT1)로 공급되지 않는 경우(dark)를 나타내며, 파선으로 표시된 것은 외부 물체에 의해 반사된 광이 센싱 트랜지스터(PT1)로 공급되는 경우(Light)를 나타낸다. 외부 물체는 터치 발생 수단일 수도 있고, 사람의 손가락 지문일 수도 있다. 사람의 손가락은 융선과 골을 포함하는데, 각 센싱 트랜지스터(PT1) 상에 융선이 닿았는지 또는 골이 닿았는지 여부에 따라 서로 다른 양의 광이 반사되게 된다.

스캔 라인 신호(SL)가 하이 레벨로 되었다가 다음 하이 레벨로 될 때까지를 1프레임으로 정의할 수 있다. 스캔 라인(SL~SLn)에 하이 레벨 신호가 인가되는 구간(T2)에는 기생 정전용량(C1)에 의해 커플링이 발생하며, 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극의 전위(V1)도 상승하게 된다. 구체적으로, 하이 레벨 신호 인가에 의해 스캔 라인(SL~SLn)의 전위가 상승하게 되는데, 이에 따라 기생 정전용량(C1)의 커플링 현상에 의해 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)도 함께 상승하는 것이다. 그 후, 스캔 라인 신호(SL)가 로우 레벨로 떨어지면, 기생 정전용량(C1)의 커플링 현상에 의해 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)도 떨어지게 되고, 초기값으로 리셋될 수 있다.

먼저, 외부 물체에 의해 반사된 광이 센싱 트랜지스터(PT1)에 공급되지 않는 경우를 설명하면 다음과 같다. 광이 센싱 트랜지스터(PT1)에 공급되지 않기 때문에 센싱 트랜지스터(PT1)에는 누설 전류가 형성되지 않는데, 이에 따라, 스캔 라인 신호(SL)가 로우 레벨로 지속되는 구간(T1)에는 기생 정전용량(C1)에 전하가 충전되지 않게 된다.

도 61의 실선으로 도시된 V1 타이밍도를 참고하면 스캔 라인 신호(SL)가 하이레벨로 전환되면(T2), 커플링 현상에 의해 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1) 또한 스캔 라인 신호(SL)의 전위와 동일한 레벨로 상승하게 된다.

그 후, 스캔 라인 신호(SL)가 로우 레벨로 다시 떨어진 구간 동안(T3), 리드아웃 라인 리셋 신호(RL Reset)가 하이로 전환되면, 도 61의 실선으로 도시된 R1 타이밍도와 같이 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 리셋 전압으로 리셋되고, 이에 따라 도 61의 실선으로 도시된 V1 타이밍도와 같이 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)도 로우 레벨로 떨어져 리셋된다. 이 때, 스캔 라인 신호(SL)와 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 간 커플링 현상에 따라 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)는 로우 레벨 보다 더 떨어질 수 있다.

이러한 원리에 따라, 스캔 라인 신호(SL)의 전위와 센싱 트랜지스터(PT1)의소스 전극 전위(V1)가 항상 동일한 레벨로 유지되므로, 기생 정전용량(C1)에 전하가 충전되지 않게 되고, 스캔 라인 신호(SL)가 하이 레벨인 동안에도, 리드아웃 라인(RL1, RL2)으로 흘러 들어가는 전류는 없게 된다. 이에 따라, 센싱 트랜지스터(PT1)와 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 연결되는 지점의 전위(R1)는 스캔 라인 신호(SL)가 하이 레벨인 경우와 로우 레벨인 경우 모두 동일한 레벨로 유지된다.

다음으로, 외부 물체에 의해 반사된 광이 센싱 트랜지스터(PT1)에 공급되는 경우를 설명하면 다음과 같다. 스캔 라인 신호(SL)가 로우 레벨로 유지되는 구간(T1)에도 광에 의해 형성된 센싱 트랜지스터(PT1)의 누설 전류에 의해 기생 정전용량(C1)이 충전된다. 이에 따라, 도 61의 파선으로 도시된 V1 타이밍도와 같이,센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)는 점점 상승한다.

스캔 라인 신호(SL)가 하이 레벨로 전환되면(T2), 기생 정전용량(C1)의 커플링 현상에 의해 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)가 상승하게 되는데,T1 구간에서 이미 기생 정전용량(C1)에 충전이 이루어지고 있었으므로, 광이 공급되지 않는 경우에 비해 T2 구간 시작 시점에 기생 정전용량(C1)의 전위(V1)는 상대적으로 높은 모습을 보인다. 즉, 반사된 광이 없는 경우와 비교하면, T1 구간 동안 기생 정전용량(C1)에 충전이 발생하고 있기 때문에 충전량의 차이값에 따라 커플링 현상으로 상승하는 전위의 값에 차이가 발생하게 된다.

한편, T2 구간에서, 스캔 라인 신호(SL)가 하이 레벨로 됨에 따라, 기생 정전용량(C1)에 충전된 전하들이 센싱 트랜지스터(PT1)를 통해 리드아웃 라인(RL1,RL2)으로 전달되는데, 이로 인해 센싱 트랜지스터(PT1)와 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 연결되는 지점의 전위(R1), 즉, 센싱 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극 전위(R1)는 점차 상승하게 되고(ⓐ 구간), 기생 정전용량(C1)의 충전된 전하들의 양은 줄어들기 때문에, 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)는 점점 낮아지며(ⓑ 구간), 이는 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)가 드레인 전극의 전위(R1)와 동일해질 때까지 진행이 된다.

리드아웃 라인(RL1, RL2)에 리셋 신호(RL Reset)가 입력되면, 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 전위(R1)가 점차 낮아져, 스캔 라인 신호(SL)가 로우 레벨로 유지되는 구간과 동일한 레벨까지 낮아진다(ⓑ 구간). 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 리셋신호(RL Reset) 신호는 주기적으로 공급되는데, 이로 인해 리드아웃 라인(RL1,RL2)의 전위(R1)가 주기적으로 리셋될 수 있다. 리드아웃 라인(RL1, RL2)의 전위(R1)가 리셋되는 주기는 스캔 라인 신호(SL)에 하이 레벨의 신호, 즉, 선택신호가 공급되는 시간보다 짧게 형성될 수 있다.

스캔 라인 신호(SL)가 로우 레벨로 전환되면(T3), 재차 센싱 트랜지스터(PT1)에 의해 형성된 누설 전류에 의해 기생 정전용량(C1)이 충전되게 된다.

외부 물체에 의해 반사된 광이 센싱 트랜지스터(PT1)에 공급되면, 누설 전류에 의해 기생 정전용량(C1)이 충전되며, 스캔 라인 신호(SL)가 하이 레벨인 구간동안, 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)가 통상의 경우(광이 공급되지 않는 경우)에 비해 증가폭이 커지게 된다. 이에 따라, 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 리셋되기 이전까지 구간(ⓐ 구간)에서는, 센싱 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극과 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 연결되는 지점의 전위(R1) 패턴 또한, 통상의 경우에 비해 달라지게 된다.

따라서, 스캔 라인 신호(SL)가 하이 레벨로 유지되며, 리드아웃 라인(RL1,RL2)이 리셋되기 전까지의 구간(ⓐ 구간)에서, 센싱 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극 전위(R1), 또는 센싱 트랜지스터(PT1)와 리드아웃 라인(RL1, RL2)이 연결되는 지점의 전위(R1), 더 포괄적으로는 리드아웃 라인(RL1, RL2) 전위(R1)의 변화를 관찰한다면, 외부 물체에 의해 반사된 광이 공급되고 있는지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 공급되는 광의 양에 따라 기생 정전용량(C1)에 축적되는 센싱 트랜지스터(PT1)로부터의 누설 전류의 양 또한 달라질 것이므로, ⓐ 구간에서의 리드아웃 라인(RL1, RL2) 전위(R1) 변화를 검출하여, 접촉의 상태(접촉 세기 또는 접촉 면적등)도 파악할 수 있게 된다. 환언하면, 센싱 트랜지스터(PT1)에 의해 형성된 누설전류에 따라 기생 정전용량(C1)에 충전되는 전하량이 달라지는데, 선택신호 인가시 상기 충전된 전하량이 리드아웃 라인(RL1, RL2)으로 점차 이동하기 때문에, 이에 상응하는 출력 신호가 센싱 트랜지스터(PT1)로부터의 출력된다. 이를 리드아웃 라인(RL1, RL2)을 통해 검출하게 되면, 각 광센서(SN) 상부의 접촉 상태를 파악할 수 있다.

리드아웃 라인(RL1, RL2)에 의해 검출된 전위(R1)의 변화 패턴이 별도의 IC칩으로 전달된다면, 해당 패턴을 통해, 해당 화소에 대한 화면 접촉 여부 및 접촉 면적 등을 판단할 수 있게 된다. 환언하면, 리드아웃 라인(RL1, RL2)은 광센서(SN)의 센싱 트랜지스터의 누설전류에 의해 기생 정전용량(C1)에 충전된 전하량에 상응하는 신호를 전위로서 수신하게 되는데, 이렇게 수신되는 전위를 통해 접촉여부 및 접촉 상태를 판단할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 차지 셰어링 방식 광센서(SN)에 1개의 센싱 트랜지스터(PT1)만이 구비된다. 이는 전술한 광센서에 비해 1개의 트랜지스터와 1개의 커패시터를 적게 사용한 것이다. 전술한 바와 같이, 광센서(SN)는 표시 영역을 구비하는 기판 상에 형성되는데, 위와 같은 이유로 광센서(SN)를 구성하는 소자가 감소함에 따라, 전체 표시 패널에 있어서의 개구율은 월등히 향상될 수 있다.

또한, 상기 도 58의 광센서에 있어서는 센싱 트랜지스터(PT1)의 소스 전극 전위(V1)를 주기적으로 리셋시켜줘야 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 센싱 트랜지스터(PT1) 소스 전극 전위(V1)는 스캔 라인(SL1~SLn)에 인가되는 선택신호가 로우 레벨인 구간에서 리드아웃 라인(RL1, RL2)에 인가되는 리드아웃 라인 리셋 신호(RL Reset)에 의해 리셋되므로 별도의 리셋 신호가 불필요하게 되며, 이에 따라, 집적 회로의 면적이 감소될 수 있다. 광센서 일체형 표시 장치에 있어서, 상기 광센서가 표시 장치의 각 화소별로 구비됨에 따라, 각 화소 별 접촉 여부 및 접촉 면적을 확인할 수 있게 된다. 이에 따르면, 표시 장치 상에서 터치 발생 수단에 의한 터치 여부과 터치 발생 지점 뿐만 아니라, 사용자 손가락이 접촉하였을 시에는 각 화소별로 지문의 융선 또는 골이 접촉되었는지 여부를 판단함으로써 지문 인식이 가능해 진다. 즉, 표시 장치에 일체화되는 광센서들 각각의 크기 및 상호간의 간격을 손가락 지문의 융선과 골을 구분할 수 있을 정도로 작게 형성함으로써, 표시 장치 상에서 터치 여부 검출 및 지문 인식이 모두 가능해지며, 터치 여부 검출에 있어서의 해상도 또한 자연스럽게 향상될 수 있다.

도 62는 도 57의 광센서에 대한 소스 팔로워 방식의 구현예를 나타내는 회로도이다.

도 62를 참조하면, 소스 팔로워 방식의 광센서(SN)는 1개의 포토 다이오드(PD), 3개의 트랜지스터(T1, T2, T3) 및 1개의 센싱 커패시터(C1)를 포함한다.

제1 트랜지스터(T1)는 리셋 제어 신호(Reset)에 따라 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)를 리셋시켜주는 트랜지스터(T1)로서 이하에서는 리셋 트랜지스터(T1)로 칭한다. 리셋 트랜지스터(T1)의 소스 전극은 포토 다이오드(PD)의 캐소드와 연결되고, 드레인 전극은 입력 전압 라인(VDD)에 연결된다.

제2 트랜지스터(T2)의 게이트 전극은 포토 다이오드(PD)의 캐소드 및 센싱 커패시터(C1)의 양 전극 중 제1 전극과 연결된다. 또한, 제2 트랜지스터(T2)의 드레인 전극은 입력 전압 라인(VDD)에 연결된다. 제2 트랜지스터(T2)는 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)를 전류 신호로 전환하면서, 이를 증폭시켜주는 기능을 한다. 따라서, 제2 트랜지스터(T2)는 증폭 트랜지스터(T2)로 칭할 수 있다.

제3 트랜지스터(T3)의 게이트 전극은 스캔 라인(SL)과 연결되며, 드레인 전극은 증폭 트랜지스터(T2)의 소스 전극과 연결되고, 소스 전극은 리드아웃 라인(RL)과 연결된다. 스캔 라인(SL)으로 선택 신호가 인가되면, 제3 트랜지스터(T3)가 턴 온 상태가 되고, 증폭 트랜지스터(T2)에 의해 증폭된 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)가 전류 신호로서 리드아웃 라인(RL)에 전달된다. 이러한 제3 트랜지스터(T3)는 선택 트랜지스터(T3)로 칭할 수 있다.

포토 다이오드(PD)의 캐소드 및 애노드는 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 및 그라운드 전위에 각각 연결되며, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 및 제2 전극은 증폭 트랜지스터(T2)의 게이트 전극 및 그라운드 전위에 각각 연결된다.

소스 팔로워 방식의 광센서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 리셋 제어 신호(Reset)에 의해 리셋 트랜지스터(T1)가 턴 온 상태가 되면, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)과 입력 전압 라인(VDD)의 전위로 리셋된다.

외부 물체(예를 들면, 사람 손가락 지문 등)에 의해 반사된 광이 포토 다이오드(PD)에 공급되면, 누설 전류가 발생하는데, 이러한 누설 전류에 의해 센싱 커패시터(C1)에 전하가 충전될 수 있다.

센싱 커패시터(C1)에 전하가 충전됨으로써, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극과 연결된 증폭 트랜지스터(T2)의 게이트 전극 전위가 증가하게 되고, 이 전위가 문턱 전압을 넘으면, 증폭 트랜지스터(T2)가 턴 온 상태로 전환되고, 이에 따라, 증폭 트랜지스터(T2)에는 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다.

스캔 라인(SL)에 선택 신호가 인가됨으로써, 선택 트랜지스터(T3)가 턴 온 상태로 전환되면, 증폭 트랜지스터(T2) 및 선택 트랜지스터(T3)를 통해 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)가 증폭된 상태로 전류 신호로서 리드아웃 라인(RL)으로 전달된다. 리드아웃 라인(RL)으로의 전류 전달에 의해 리드아웃 라인(RL) 전위(R1)가 상승하는데, 스캔 라인(SL)에 선택 신호가 인가될 때의 리드아웃 전위(R1) 값의 변화가 별도의 IC 칩으로 전송되고, 아날로그-디지털 변환기(ADC: Analog-Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환된다.

리드아웃 라인(RL)의 전위(R1)는 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1), 즉, 센싱 커패시터(C1)에 충전되었던 전하량에 비례하게 되고, 센싱 커패시터(C1)에 저장되는 전하량은 포토 다이오드(PD)에 공급되는 광량에 비례하므로, 리드아웃 라인(RL) 전위(R1)를 통해 해당 광센서(SN)에 얼마만큼의 광이 공급되었는지를 파악할 수 있다. 이를 통해, 광센서(SN)별로 물체의 접촉 여부 및 접촉 상태(접촉 거리 및 접촉 면적 등)를 파악할 수 있게 된다.

도 62를 참조하여 설명한 소스 팔로워 방식의 광센서는 증폭 트랜지스터(T2)에 의해 증폭된 신호가 출력되므로, 별도의 증폭기가 불필요하고, 아날로그 신호를 바로 디지털 신호로 변환하여 신호를 검출할 수 있어 신속한 신호처리가 가능하다. 그러나, 트랜지스터의 개수가 많아 표시 장치의 화소 내에 집적할 수 있는 공간의 한계가 있고, 개구율이 좁은 단점이 있다.

도 63은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 적용이 가능한 소스 팔로워 방식 광센서의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 63의 (a)와 (b)는 서로 등가화된 회로도이다. 본 실시예에 따른 광센서는 기본적으로 소스 팔로워 방식의 광센서다.

도 63을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서(SN)는 도 57 및 도 58을 참조하여 설명한 광센서(SN)와 동일한 위치에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면 광센서(SN)는 상면(Top view)에서 볼 때 컬러 필터 층의 투광부와 중첩되지 않는(non-overlap) 영역에 배치될 수 있다.

다만 광센서(SN)에 투명 전극 물질을 이용할 경우 광센서 어레이에서, 컬러 필터 층의 투광부와 중첩되도록(overlap) 형성하여도 무방할 것이다. 이에 따르면, 광센서(SN)가 단위 화소를 덮도록 형성할 수 있기 때문에, 단위 광센서(SN)의 크기를 크게 형성함으로써 이미지 스캔의 감도를 향상시킬 수도 있다.

도 63의 (a)를 참조하여 설명하면, 각각의 광센서(SN)는 1개씩의 P형 트랜지스터(PT1)와 N형 트랜지스터(T1), 및 센싱 커패시터(C1)를 포함하여 구성된다.

각각의 트랜지스터(PT1, T1)는 비정질 실리콘(Hydrogenated Amorphous Silicon, a-Si:H), 다결정 실리콘(Poly Silicon, Poly-Si), 산화물 트랜지스터 등의 실리콘 계열 트랜지스터로 구현될 수 있다. 또한, 이에 제한되지 않으며 유기박막트랜지스터(Organic TFT) 등으로 구현될 수도 있다.

P형 트랜지스터(PT1)의 게이트 전극과 소스 전극은 서로 연결되어, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 포토 다이오드(PT1)로 등가화된다. P형 트랜지스터(PT1)의 게이트 전극과 소스 전극이 서로 연결되어 포토 다이오드(PT1)의 캐소드 역할을 하며, 드레인 전극은 애노드 역할을 하게 된다. P형 트랜지스터(PT1)의 소스 전극은 스캔 라인(SLn+1)에 연결된다. 한편, P형 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극은 센싱 커패시터(C1)의 양 전극 중 제1 전극 및 N형 트랜지스터(T1)의 게이트 전극과 연결된다.

N형 트랜지스터(T1)의 게이트 전극은 센싱 커패시터(C1)의 제 1 전극 및 P형 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극과 연결되며, 드레인 전극은 리드아웃 라인(RL)에 연결된다. N형 트랜지스터(T1)의 소스 전극은 스캔 라인(SLn)에 연결된다.

N형 트랜지스터(T1)의 소스 전극이 연결되는 스캔 라인(SLn)과 P형 트랜지스터(PT1)의 소스 전극이 연결되는 스캔 라인(SLn+1)은 서로 다른 인접 스캔 라인이다. 복수개의 광센서(SN) 중 특정 광센서(SN)에 대한 선택 신호 인가는 스캔 라인을 통해 이루어지는데, N형 트랜지스터(T1)의 소스 전극이 연결되는 제1 스캔 라인(SLn)과 P형 트랜지스터(PT1)의 소스 전극이 연결되는 제2 스캔 라인(SLn+1)에는 순차적으로 선택 신호가 인가될 수 있다.

한편, 센싱 커패시터(C1)는 P형 트랜지스터(PT1)에 의해 형성된 누설 전류에 따른 전하를 충전시키는 기능을 한다. 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극은 N형 트랜지스터(T1)의 게이트 전극 및 P형 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극과 연결되며, 제2 전극은 그라운드 전위와 연결된다.

도 64에서 RL Reset 은 리드아웃 라인(RL)의 전위를 주기적으로 리셋시켜주는 신호이다. RL Reset 신호가 하이 레벨일 때 리드아웃 라인(RL)의 전위가 리셋될 수 있다.

SCANn은 제1 스캔 라인(SLn)에 인가되는 신호이며, SCANn+1은 제2 스캔 라인(SLn)에 인가되는 신호이다. 스캔 라인(SLn, SLn+1)에 공급되는 신호(SCANn, SCANn+1)가 로우 레벨일 때, 대응되는 광센서(SN)가 선택된다. 예를 들어, 제1 스캔 라인(SLn)에 인가되는 신호가 로우 레벨로 전환될 때(선택 신호가 인가될 때), 리드아웃 라인(RL)과 제1 스캔 라인(SLn)에 각각 드레인 전극과 소스 전극이 연결된 N형 트랜지스터(T1)를 포함하는 광센서(SN)가 선택되고, 해당 광센서(SN)로부터의 센싱 값이 리드아웃 라인(RL)으로 출력된다. 스캔 라인(SLn, SLn+1)에 공급되는 신호(SCANn, SCANn+1)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 전환된 후, 다시 로우 레벨이 될 때까지를 1프레임이라고 할 수 있다.

한편, V1은 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)를 나타내며, R1은 리드아웃 라인(RL)의 전위(R1)를 나타낸다. V1, R1의 타이밍도에서 실선은 외부 물체에 의해 반사된 광이 광센서(SN)로 공급될 때의 모습이고(Light), 파선은 광이 공급되지 않을 때의 모습이다(Dark).

이하, 도 63 및 도 64를 참조하여, 광센서(SN)의 동작을 설명하기로 한다.

T1 구간에서는 제1 스캔 라인(SLn)과 제2 스캔 라인(SLn+1)에 선택 신호가 인가되지 않기 때문에, N형 트랜지스터(N)를 통한 전류의 흐름 및 P형 트랜지스터(PT1)로부터 제2 스캔 라인(SLn+1)으로의 전류 흐름이 없게 된다.

T1 구간은 제2 스캔 라인(SLn+1)에 로우 레벨 신호가 인가된 후, 제2 스캔 라인(SLn)에 로우 레벨 신호가 인가되기까지의 구간이라고 할 수 있다. 즉, T1 구간은 제2 스캔 라인(SLn+1)에 로우 레벨 신호가 인가되는 T4 이후의 구간이다. T4 구간에서 제2 스캔 라인(SLn+1)에 로우 레벨 신호가 인가되면, 센싱 커패시터(C1)에 충전되었던 전하들이 포토 다이오드의 역할을 하는 P형 트랜지스터(PT1)를 통해 빠져나가게 되므로, 센싱 커패시터(C1)가 리셋된다. 따라서, T4 구간에서 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)는 0V가 된다.

T1 구간에서는 제1 스캔 라인(SLn) 및 제2 스캔 라인(SLn+1)에 선택 신호가 인가되지 않기 때문에, 포토 다이오드 역할을 하는 P형 트랜지스터(PT1)에서 누설 전류가 발생하게 된다면 해당 누설 전류로 인한 전하들이 센싱 커패시터(C1)에 충전되게 된다.

만약, 외부로부터 반사된 광이 공급되지 않는 경우에는 P형 트랜지스터(PT1)에 누설 전류가 형성되지 않기 때문에, P형 트랜지스터(PT1)의 드레인 전극과 연결된 센싱 커패시터(C1)에는 전하 저장이 없게 되고, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)는 로우 레벨로 유지된다(Dark).

반면, T1 구간 동안 외부로부터 반사된 광이 공급되는 경우에는 전술한 바와 같이 P형 트랜지스터(PT1)에 누설 전류가 형성된다. 이러한 누설 전류에 의해 센싱 커패시터(C1)에 전하가 충전되게 되며, 충전은 제2 스캔 라인(SLn+1)에 로우 레벨 신호가 인가되기 전까지, 즉, 1 프레임 동안 지속된다. 이에 따라, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)는 점차 상승하게 된다(Light).

이 때, 제1 스캔 라인(SLn)에 공급되는 신호(SCANn)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 전환되면(T2 구간), N형 트랜지스터(T1)의 소스 전극 전위가 드레인 전극 전위보다 낮아지게 된다.

만약, 외부로부터 반사된 광이 공급되지 않는 경우에는 T1 구간에서 센싱 커패시터(C1)에 전하가 충전되지 않아, N형 트랜지스터(T1)의 게이트 전극 전위가 문턱 전압 미만일 것이므로, N형 트랜지스터(T1)는 턴 온 상태가 되지 않을 것이다. 따라서, N형 트랜지스터(T1)에는 미세한 전류가 흐르거나, 전류가 흐르지 않게 되고, 리드아웃 라인(RL)의 전위(R1)는 T1 구간과 동일하게 유지되거나, 미세한 전류 흐름으로, 일정 정도 낮아질 수 있다(Dark).

그러나, 외부로부터 반사된 광이 공급되는 경우에는 N형 트랜지스터(T1)의 게이트 전극 전위(V1)가 문턱 전압을 상회할 것이므로, N형 트랜지스터(T1)의 드레인 전극으로부터 소스 전극으로 전류가 흐르게 된다. 즉, 리드아웃 라인(RL)으로부터 제1 스캔 라인(SLn)으로 전류가 흐르게 된다. 흐르는 전류의 크기는 N형 트랜지스터(T1)의 게이트 전극 전위, 즉, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)의 크기에 비례한다. 외부로부터 반사된 광의 세기가 클수록 P형 트랜지스터(PT1)에 의해 형성되는 누설 전류의 크기가 커지며, 이에 따라, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)가 커지기 때문에, T2 구간에서 N형 트랜지스터(T1)를 통해 흐르는 전류에 의해 낮아지는 리드아웃 라인(RL)의 전위(R1)의 폭은 공급되는 광의 세기에 비례하게 된다. 즉, 외부로부터 반사된 광의 세기가 클수록 T2 구간에서 리드아웃 라인(RL)의 전위(R1)는 큰 폭으로 낮아지게 된다(Light). T2 구간, 즉, 제1 스캔 라인(SLn)에 로우 레벨 신호가 인가될 때, 리드아웃 라인(RL)의 전위(R1) 값이 별도 IC 칩으로 전달되는데, 이를 토대로 해당 광센서(SN) 상부의 접촉 여부 및 접촉 상태를 판단할 수 있다.

광센서는 표시 장치의 각 화소별로 구비되기 때문에, 각 화소 별 접촉 여부 및 접촉 상태를 확인할 수 있고, 터치 발생 수단에 의한 터치 여부과 터치 발생 지점뿐만 아니라, 사용자 손가락이 접촉하였을 시에는 각 화소별로 지문의 융선 또는 골이 접촉되었는지 여부를 판단함으로써 지문 인식이 가능해 진다.

T2 구간 이후에는 리드아웃 라인(RL)의 전위(R1)를 초기화 시켜주기 위한 리셋 신호(RL Reset)가 인가되고, 이에 따라 리드아웃 라인(RL)의 전위(R1)는 제1 스캔 라인(SLn)에 로우 레벨 신호가 인가되기 전과 동일한 레벨로 초기화된다.

리드아웃 라인(RL) 전위(R1)가 리셋된 후, 제2 스캔 라인(SLn+1)에 공급되는 신호(SCANn+1)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 낮아지면(T4 구간), 센싱 커패시터(C1)에 저장되었던 전하들이 모두 P형 트랜지스터(PT1)를 통해 제2 스캔 라인(SLn+1)으로 빠져나가게 되고, 이에 따라, 센싱 커패시터(C1)의 제1 전극 전위(V1)는 초기화된다. 그 후, 제2 스캔 라인(SLn+1)에 로우 레벨 신호가 인가되는 구간이 끝나면, 재차 상기 설명한 T1, T2, T3의 구간의 동작이 반복된다.

도 62를 참조하여 설명한 일반적인 소스 팔로워 방식의 광센서에서 포토 다이오드(PD)를 트랜지스터로 등가화하고, 도 63을 참조하여 설명한 본 발명의 소스 팔로워 방식 광센서와 비교한다면, 본 발명의 광센서에 있어서는 2개의 트랜지스터가 감소한 것을 볼 수 있다. 따라서, 광센서(SN)는 표시 영역을 구비하는 기판 상에 형성되는데, 위와 같은 이유로 광센서(SN)를 구성하는 소자가 감소함에 따라, 전체 표시 패널에 있어서의 개구율은 향상될 수 있다.

도 65는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 팔로워 방식 광센서의 회로 구조를 레이아웃으로 나타낸 평면도이다. 도 65의 (a)는 도 62를 참조하여 설명한 일반적인 광센서의 구조를 나타내며, 도 65의 (b)는 도 63을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 광센서의 구조를 나타낸다.

도 65의 (a)를 참조하면, 일반적인 소스 팔로워 방식 광센서에 있어서는 4개의 트랜지스터와 1개의 커패시터가 필요하였으나, 도 65의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소스 팔로워 방식 광센서는 2개의 트랜지스터와 1개의 커패시터만을 필요로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 일반적인 소스 팔로워 방식 광센서에 비해 그 회로 구성의 면적을 감소시킬 수 있으며(약 27% 감소), 광센서가 표시 장치에 집적되는 경우, 그 개구율이 향상될 수 있다.

또한, 증폭기 없이도 큰 검출 신호를 얻을 수 있는 소스 팔로워 방식의 장점은 그대로 취할 수 있게 된다.

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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

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

모바일 정보통신 기기, 웨어러블 디바이스, 디스플레이를 포함하는 자동차용 컨트롤 패널, 및 홈 오토메이션 등의 다양한 분야에 이용 가능하다.

Claims

일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 증폭하는 투명 감도 증강 층 및 강도 보강을 위한 커버 윈도우를 구비하는 감도 증강 커버부;

화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이; 및

상기 감도 증강 커버부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기감도 증강 커버부에서 증폭된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 투명 감도 증강 층은 제 1 파장 영역의 광을 흡수하고 상기 제 1 파장 영역과 다른 제 2 파장 영역의 광을 방출하는 다수의 양자점을 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 파장 영역은 가시광 영역에 속하고, 상기 제 2 파장 영역은 적외선 영역에 속하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 투명 감도 증강 층은 편광 변환층을 포함하고, 상기 편광 변환층은 제 1 편광을 흡수하고 상기 제 1 편광과 그 편광축이 실질적으로 수직인 제 2 편광을 방출하는 다수의 양자점을 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 감도 증강 커버부는,

그 일면이 디스플레이 표면을 이루는 커버 윈도우; 및

상기 커버 윈도우의 상기 디스플레이 표면 반대편에 형성된 투명 감도 증강 층을 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 감도 증강 커버부는,

커버 윈도우;

상기 커버 윈도우의 상면에 형성된 투명 감도 증강 층; 및

상기 투명 감도 증강 층의 상면에 형성되어 그 표면이 상기 디스플레이 표면을 이루는 보호층을 포함하고,

상기 광센서 어레이는 상기 커버 윈도우의 하면에 형성된, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이와 상기 광센서 어레이는 서로 평면적으로 중첩되게 배치되어 하나의 센서 통합 디스플레이 패널의 일부를 구성하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 센서 통합 디스플레이 패널은 액정 디스플레이 패널로서,

하부기판 내측에 상기 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이가 형성된 하부기판부; 및

상부기판 내측에 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 불투광부에 대응되게 형성되어 가시광을 차광하는 블랙 매트릭스와 상기 블랙 매트릭스에 중첩되게 배치된 광센서 어레이가 형성된 상부기판부를 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스는 가시광선을 차단하되 적외선을 투과시키는 적외선 필터 레진으로 형성되고,

상기 광센서 어레이는 다수의 적외선 센서를 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 다수의 적외선 센서는 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이에서 픽셀 전극을 구동하는 박막 트랜지스터부에 각각 평면적으로 중첩되는 위치에 배치된, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 광센서 어레이는 상기 블랙 매트릭스의 내측에 배치된 금속배선과 광센서를 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 상부기판부는 상기 블랙 매트릭스 중 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 광도파로를 더 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 상부기판부는 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 적어도 하나의 마이크로렌즈를 더 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 광센서 어레이는 상기 상부기판과 상기 블랙 매트릭스 사이에 배치된 배선과 광센서를 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 배선은 투명전극 배선이거나, 상기 상부기판과 접하는 면에 반사 방지층이 형성된 금속배선인, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 감도 증강 커버부는,

상기 투명 감도 증강 층에 내부 전반사 조건을 충족하도록 입사한 적외선광이 상기 디스플레이 표면에 접촉된 지문에 의해 산란되어 상기 광센서 어레이 측으로 방출되도록 구성된, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
하부기판 내측에 상기 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이가 형성된 하부기판부;

상부기판 내측에 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 불투광부에 대응되게 형성되어 가시광을 차광하는 블랙 매트릭스와 상기 블랙 매트릭스에 중첩되게 배치된 광센서 어레이가 형성된 상부기판부; 및

상기 하부기판부와 상기 상부기판부 사이에 배치된 액정층을 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 블랙 매트릭스는 가시광선을 차단하되 적외선을 투과시키는 적외선 필터 레진으로 형성되고,

상기 광센서 어레이는 다수의 적외선 센서를 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 다수의 적외선 센서는 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이에서 픽셀 전극을 구동하는 박막 트랜지스터부에 각각 평면적으로 중첩되는 위치에 배치된, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 광센서 어레이는 상기 블랙 매트릭스의 내측에 배치된 금속배선과 광센서를 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 상부기판부는 상기 블랙 매트릭스 중 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 광도파로를 더 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 상부기판부는 상기 광센서에 대응되는 부분에 형성된 적어도 하나의 마이크로렌즈를 더 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 광센서 어레이는 상기 상부기판과 상기 블랙 매트릭스 사이에 배치된 배선과 광센서를 포함하는, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 배선은 투명전극 배선이거나, 상기 상부기판과 접하는 면에 반사 방지층이 형성된 금속배선인, 이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 증폭하는 감도 증강 커버부;

화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및

상기 감도 증강 커버부와 상기 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 사이에 배치되고, 상기 감도 증강 커버부에서 증폭된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,

상기 광센서 어레이는 상기 감도 증강 커버부와 일체를 이루어 형성되되, 상기 디스플레이 패널의 블랙 매트릭스와 평면적으로 중첩되도록 배치된,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부;

화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및

상기 접촉 패턴 발광부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 접촉 패턴 발광부에서 발생한 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,

상기 접촉 패턴 발광부는,

상기 디스플레이 표면 반대 측에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 제 1 투명 전극층;

상기 디스플레이 표면 측에 배치되고, 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할되어 전기적으로 플로팅(floating)된 제 2 투명 전극층; 및

상기 제 1 및 제 2 투명 전극층 사이에 배치되고, 상기 두 투명 전극층 사이에 형성된 전계에 따라 발광하는 전계 발광층을 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서,

상기 전계 발광층은 상기 제 2 투명 전극층과 같이 서로 절연된 다수의 단위 영역으로 분할된,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 전계 발광층의 서로 절연된 다수의 단위 영역 사이에 배치되어, 상기 단위 영역 간의 광 간섭을 차단하는 차폐부를 더 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서,

상기 제 2 투명 전극층 상에 배치되어 사용자의 지문 패턴과 직접 접촉하는 보호막을 더 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 29 항에 있어서,

상기 보호막은 산화물, 유기물, 무기물 중 어느 하나인,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 29 항에 있어서,

상기 보호막은 그 두께가 500 옹스트롬 내지 1500 옹스트롬인 실리콘 산화물층으로 형성된,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 29 항에 있어서,

상기 보호막은 압력이 가해지지 않은 상태에서는 절연성을 띠고, 압력이 가해진 부분에서 도전성을 띠는 감압 고무(Pressure Sensitive Rubber)로 형성된,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
일면이 디스플레이 표면을 이루고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문 패턴에 따른 광 패턴을 형성하는 접촉 패턴 발광부;

화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및

상기 접촉 패턴 발광부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 접촉 패턴 발광부에서 발생한 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,

상기 접촉 패턴 발광부는,

상기 디스플레이 표면 반대 측에 배치되고, 바이어스 전압이 인가되는 하부 투명 전극층;

상기 하부 투명 전극층 상에 배치된 전계 발광층; 및,

상기 전계 발광층의 상의 일부 영역에 형성되고, 전기적으로 플로팅(floating)된 부분 전극층을 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 33 항에 있어서,

상기 부분 전극층은 투명 전극 소재 또는 금속 전극 소재로 이루어진,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 34 항에 있어서,

상기 부분 전극층은 상기 디스플레이 표면에서 디스플레이 화상이 표시되는 부분을 상기 사용자의 지문이 접촉되는 투명한 감지영역으로 비워두고 그 주변부에 상기 감지영역을 회피하도록 배치된,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 33 항에 있어서,

상기 전계 발광층 및 상기 부분 전극층을 덮어 상기 디스플레이 표면을 이루는 보호막을 더 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
일면이 디스플레이 표면을 이루고, 고분자 분산 액정(PDLC)을 이용하여 상기 디스플레이 표면 외부로부터 내측으로 입사하는 외부광의 투과율을 제어하는 외부광 제어부;

화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널; 및

상기 외부광 제어부와 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에서 반사된 광 패턴을 센싱하는 광센서 어레이를 포함하고,

상기 외부광 제어부는,

고분자 매질 내에 다수의 액정 방울이 분산된 고분자 분산 액정층;

상기 고분자 분산 액정층의 양면에 배치된 한 쌍의 투명 전극층; 및,

상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하여 상기 고분자 분산 액정층의 광 투과율을 조정하는 PDLC 컨트롤러를 포함하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 37 항에 있어서,

상기 PDLC 컨트롤러는, 상기 광센서 어레이를 이용하여 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 센싱하기 전에 감지된 외부 광량에 따라 상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 38 항에 있어서,

상기 PDLC 컨트롤러는, 상기 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 센싱하기 전에 상기 광센서 어레이를 이용하여 수행된 예비 센싱 결과를 입력받고, 그에 따라 상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 38 항에 있어서,

상기 광센서 어레이와 별개로 마련된 외부광 센서를 더 포함하고,

상기 PDLC 컨트롤러는, 상기 사용자의 지문에 의한 광 패턴을 센싱하기 전에 상기 외부광 센서에서 입력된 신호에 따라 상기 한 쌍의 투명 전극층에 인가되는 전압을 조절하는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
화상을 구성하는 다수의 픽셀을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 갖는 디스플레이 패널;

상기 디스플레이 패널에서 생성된 화상이 사용자를 향해 최종적으로 표시되는 디스플레이 표면과 상기 박막 트랜지스터 어레이 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 표면에 접촉된 사용자의 지문에 따른 광 패턴을 센싱할 수 있도록 매트릭스 형태로 배열된 다수의 광센서 소자를 포함하는 광센서 어레이;

상기 광센서 어레이와 상기 디스플레이 표면 사이에 배치된 투명 몰딩층; 및,

상기 투명 몰딩층 내에서 상기 다수의 광센서 소자 중 서로 이웃한 한 쌍의 행 또는 열 사이에 대응되는 위치에 배치된 다수의 광 가이드 구조물을 포함하고,

상기 광 가이드 구조물은 상기 투명 몰딩층을 이루는 물질의 굴절율과 다른 굴절율을 갖는 물질로 형성되어, 상기 디스플레이 표면 중에서 상기 한 쌍의 행 또는 열 중 어느 한쪽에 대응되는 부분에서 입사한 광이 상기 광 가이드 구조물을 통과하여 다른 한쪽으로 진행하지 못하도록 굴절 또는 반사시키는,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 41 항에 있어서,

상기 광 가이드 구조물은 상기 투명 몰딩층의 두께 방향으로 형성된 벽, 기둥 또는 스트로 형태의 구조물인,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.
제 41 항에 있어서,

상기 다수의 광센서 소자 중 서로 이웃한 어느 한 쌍의 행 또는 열 사이에 대응되는 위치에 배치된 하나의 광 가이드 구조물과 서로 이웃한 다른 한 쌍의 행 또는 열 사이에 대응되는 위치에 배치된 다른 하나의 광 가이드 구조물 사이의 간격은 약 200㎛ 이내인,

이미지 스캔 가능한 디스플레이 장치.