CN108121483B - 嵌入有光学成像传感器的平板显示器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种嵌入有光学成像传感器的平板显示器。本公开提出一种嵌入有图像传感器的平板显示器，该平板显示器包括：显示面板，该显示面板包括显示区域和非显示区域；以及定向光学单元，该定向光学单元具有一厚度以及与所述显示面板对应的长度和宽度，并且附接在所述显示面板的顶面上，其中所述定向光学单元向所述显示区域提供感测光，并且其中所述感测光被准直且定向至预定方向。

Description

嵌入有光学成像传感器的平板显示器
技术领域
本公开涉及嵌入有诸如指纹图像传感器之类的光学成像传感器的平板显示器。特别地，本公开涉及一种嵌入有光学成像传感器的平板显示器，该平板显示器包括提供定向光的超薄基板和光学成像传感器。
背景技术
已经开发了各种基于计算机的***，包括笔记本计算机、平板个人计算机(或PC)、智能电话、个人数字助理、自动取款机和/或搜索信息***。因为这些装置使用并存储各种个人信息以及商务信息和商业秘密，所以需要加强安全性以便防止这些重要数据被泄漏。
为了这样做，已经提出了一种用于使用识别授权用户的生物信息的图像传感器来加强安全性的方法。例如，指纹传感器一般用于在执行注册和认证时增强安全性。指纹传感器用于感测用户的指纹。可以将指纹传感器分类为光学指纹传感器和电容式指纹传感器。
光学指纹传感器使用诸如发光二极管(或LED)之类的光源来辐照光并且使用CMOS(或互补金属氧化物半导体)图像传感器来检测由指纹的脊部反射的光。由于光学指纹传感器可以使用LED光来扫描指纹，所以需要传感器配备有用于执行扫描过程的附加装置。存在增加用于扫描图像的物体的大小的局限。因此，存在用于将光学指纹传感器应用于诸如与显示装置组合之类的各种应用的局限。
对于常规的光学指纹传感器，已知的是于2006年6月26日登记的标题为“Adisplay apparatus having fingerprint identification sensor(具有指纹识别传感器的显示设备)”的韩国专利10-060817以及于2016年4月21日公开的标题为“Display deviceincluding fingerprinting device(包括指纹装置的显示装置)”的韩国专利申请10-2016-0043216。
以上提及的光学指纹传感器被配置为使用显示区域作为用于输入用户的选择的触摸区域和用于感测指纹的感测区域。然而，此光学指纹传感器使用具有非常低的方向性的漫射(或发散)光。因此，存在识别精确的指纹图案的局限。当使用诸如具有高方向性的红外激光之类的准直光时，很难于产生覆盖更宽的区域的感测光。因此，指纹感测区域被限制在小区域中。为了在更宽的扫描区域上辐照准直光，需要特定扫描结构，从而使得此***不适合于便携式设备或个人显示设备。
因此，对于嵌入有指纹传感器的便携式装置，主要使用电容式指纹传感器。然而，电容式指纹传感器也有许多问题。
电容式指纹传感器被配置为检测在指纹传感器上接触的指纹的脊部与谷部之间的电差异。对于常规的电容式指纹传感器，已知的是于2013年11月21日公开的标题为“Capacitive Sensor Packaging(电容式传感器封装)”的美国专利申请2013/0307818。
以上提及的电容式指纹传感器被配置为嵌入有特定按钮的组装件型。它包括电容板以及具有用于检测指纹的脊部与谷部之间的电容存储的电路的硅晶片。一般地，因为指纹的脊部和谷部的大小非常微小(大约300～500μm(微米))，所以电容式指纹传感器需要高分辨率传感器阵列和集成芯片(或IC)以用于对指纹检测进行处理，为了这样做，硅晶片被配置为将传感器阵列和IC包括在一个基板上。
然而，当高分辨率传感器阵列和IC形成在同一硅晶片上时，需要用于将按钮与指纹传感器接合的组装件结构。因此，该结构将是非常复杂的并且还会增加非显示区域(或者边框区域)。在一些情况下，按钮(即，智能手机的主键)将与指纹传感器重叠，使得整个装置的厚度将变厚。此外，用于指纹的感测区域将取决于按钮的大小。
为了解决以上提及的问题和局限，已经提出了将触摸传感器区域用于感测指纹的一些技术。例如，已知的是于2013年10月22日登记的标题为“Capacitive touch sensorfor identifying a fingerprint(用于识别指纹的电容式触摸传感器)”的US 8,564,314以及于2014年8月18日登记的标题为“A capative touch screen for integrated offingerprint recognition(用于指纹识别的集成的电容式触摸屏)”的韩国专利10-1432988。
在诸如智能电话之类的个人便携式装置的一般情况下，附加透明膜被附接用于保护显示器玻璃面板。当以上提及的技术被应用于个人便携式装置时，由于在其上附接保护膜，用于精确地感测或者识别指纹的性能将显著地降级。一般而言，即使附接了保护膜，也可以正确地操作触摸功能。然而，即使保护膜厚度非常薄，针对用于感测指纹的电容存储量的差异的检测能力也可由于保护膜而劣化。
对于嵌入有电容式指纹传感器的显示器，一般地保护膜或硬化玻璃可以进一步附接在显示器的盖玻璃上。在这种情况下，识别能力可被恶化。也就是说，盖玻璃的总厚度可以影响电容式指纹传感器的灵敏度。在此期间，感测光源中使用的漫射光可以影响光学指纹传感器的灵敏度。当使用准直光以用于增强光学指纹传感器的灵敏度时，需要笨重和/或复杂的光学装置，从而使得很难于适用于个人移动装置的显示器。
发明内容
为了克服以上提及的缺点，本公开的目的是提出一种嵌入有超薄光学图像传感器(或光学图像识别设备)的平板显示器。本公开的另一目的是提出一种具有光学图像传感器的平板显示器，其中显示面板的所有或整个表面的大部分将被用于感测区域。本公开的又一目的是提出一种嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其中定向光被用作覆盖大表面的感测光。本公开的再一目的是提出一种嵌入有分辨率和灵敏度非常高和/或优良的超薄且大面积光学图像传感器的平板显示器。
为了实现以上目的，本公开提出一种嵌入有图像传感器的平板显示器，该平板显示器包括：显示面板，该显示面板包括显示区域和非显示区域；以及定向光学单元，该定向光学单元具有一厚度以及与所述显示面板对应的长度和宽度，并且被附接在所述显示面板的顶面上，其中该定向光学单元包括：盖板，该盖板具有与所述长度和所述宽度对应的大小；光辐射膜，该光辐射膜在所述盖板下方与所述显示区域对应；光入射膜，该光入射膜在所述盖板下方被设置在所述显示区域的所述光辐射膜的一个侧面处的外部；低折射率层，该低折射率层被设置在所述光辐射膜和所述光入射膜下方，并且具有比所述盖板和所述光辐射膜低的折射率；感测光控制膜，该感测光控制膜被设置在所述低折射率层下方并且被附接在所述显示面板的顶面上；以及光源，该光源面向所述光入射膜被设置在所述显示面板的所述侧面处。
在一个实施方式中，所述光源向限定在所述光入射膜的表面上的入射点提供入射光；所述光入射膜包括第一全息图案，该第一全息图案用于将所述入射光转换成具有满足所述盖板的内部全反射条件的入射角的传播光，并且用于将所述传播光发送到所述盖板中；所述光辐射膜包括第二全息图案，该第二全息图案用于将所述传播光中的一些转换成具有满足所述盖板的所述顶面处的全反射条件和通过所述低折射率层的透射条件的反射角的感测光；并且所述感测光控制膜包括第三全息图案，该第三全息图案用于将所述感测光转换成直立感测光，该直立感测光垂直于所述显示面板的所述表面地进入到所述显示面板中。
在一个实施方式中，所述传播光在包括长度轴和宽度轴的水平面上具有扩展角，而在包括长度轴和厚度轴的垂直平面上维持准直状态；所述入射角大于在所述光辐射膜与所述低折射率层之间的第一界面处的全反射临界角；并且所述反射角大于在所述盖板与空气层之间的第二界面处的全反射临界角，并且小于在所述光辐射膜与所述低折射率层之间的所述第一界面处的全反射临界角。
在一个实施方式中，所述扩展角至少等于第一条线与第二条线之间的内角，该第一条线连接所述入射点和所述盖板的面向所述光入射膜的相对侧的一端，并且该第二条线连接所述入射点和所述盖板的所述相对侧的另一端。
在一个实施方式中，所述定向光学单元还包括：水平准直膜，该水平准直膜被设置为沿着所述传播光的方向与所述光入射膜分开并覆盖所述宽度，其中所述扩展角至少等于第一条线与第二条线之间的内角，该第一条线连接所述入射点和所述水平准直膜的一端，而该第二条线连接所述入射点和所述水平准直膜的另一端，并且所述水平准直膜具有第三全息图案，该第三全息图案用于使具有所述扩展角的所述传播光在与所述宽度对应的水平平面上水平地准直。
在一个实施方式中，所述光源提供了具有圆形截面形状的准直光。
本公开提出一种嵌入有通过提供定向光(或“指向光”)作为感测光而具有高分辨率识别能力或灵敏度的光学图像传感器的平板显示器。与在常规技术中使用的漫射光用于指纹传感器相比，因为根据本公开的定向光被用于在没有光的任何损失的情况下感测图像，所以使得本公开具有更高分辨率和优良灵敏度的优点。本公开提供一种嵌入有大面积光学图像传感器的平板显示器，其中使用全息技术来将准直红外激光束扩展至与显示面板对应的用于感测光的大区域上。本公开提供一种具有超薄光学图像传感器的平板显示器，其中定向光被设置在薄厚度内的显示表面上。具体地，随着感测光垂直地进入到嵌入有所述图像传感器的显示器基板的顶面中时，感测光的光量不减少或者降低以使得可获得图像识别的最佳质量。此外，根据本公开，设置在最顶层表面上的保护基板被用作定向光学基板的盖基板。通过使用全息膜，准直光被设置为覆盖与显示表面对应的大区域，使得本公开提出超薄定向光学基板。当使光学图像传感器接合到显示装置时，显示装置的整个厚度不变厚。由于可以在显示装置的显示区域内自由地设定图像感测区域，所以根据本公开的嵌入有光学图像传感器的平板显示器可以应用于各种应用。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本说明书并构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施方式，并且与本说明书一起用来说明本发明的原理。
在附图中：
图1是例示了根据本公开的第一实施方式的应用于嵌入有光学图像传感器的平板显示器的定向光学基板的结构的图示。
图2是例示了根据图1的定向光学基板内部的光路的截面图。
图3是例示了根据本公开的第一实施方式的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的平板显示器的结构的图示。
图4是例示了根据本公开的第二实施方式的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的平板显示器的结构的图示。
图5是例示了根据第一应用示例的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的液晶显示器的结构的截面图。
图6是例示了根据第二应用示例的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的有机发光二极管显示器的结构的截面图。
具体实施方式
参照附图，我们将说明本公开的优选实施方式。相同的附图标记在详细描述中自始至终标明相同的元件。然而，本公开不受这些实施方式限制，而是可在不改变技术精神的情况下被应用于各种改变或修改。在以下实施方式中，元件的名称是通过考虑便于说明来选择的，使得它们可以与实际的名称不同。
<第一实施方式>
在下文中，参照图1和图2，我们将关于本公开的第一实施方式进行说明。图1是例示了根据本公开的第一实施方式的应用于嵌入有光学图像传感器的平板显示器的定向光学基板的结构的图示。在图1中，上部图示是XZ平面上的侧视图而下部图示是XY平面上的平面图。
参照图1，根据第一实施方式的定向光学单元包括定向光学基板SLS和光源LS。定向光学基板SLS包括盖板CP、光辐射膜VHOE、光入射膜CHOE、低折射率层LR和感测光控制膜GHOE。盖板CP可以具有限定了长度、宽度和厚度的矩形板形状。在图1中，长度沿着X轴，宽度沿着Y轴并且厚度沿着Z轴。
定向光学单元是用于提供被扩展为覆盖与显示器的表面对应的大面积的准直光的光学装置。因此，优选的是，光源LS提供准直光。
在盖板CP的底面上，附接了光辐射膜VHOE和光入射膜CHOE。光辐射膜VHOE是用于提供辐射光300的光学元件。优选的是，光辐射膜VHOE被设置为与用于检测和/或感测图像的区域对应。
光入射膜CHOE是用于将从光源提供的准直光转换成在盖板CP的区域内扩展的光的光学元件。优选的是，光入射膜CHOE被设置在光辐射膜VHOE的外部。具体地，光入射膜CHOE被设置为面向光源LS。
优选的是，光辐射膜VHOE和光入射膜CHOE可以被设置在相同的水平面上。考虑制造工艺，进一步优选的是，光辐射膜VHOE和光入射膜CHOE被形成为在同一膜上彼此分离。光辐射膜VHOE和光入射膜CHOE可以是具有全息图案的光学元件。在这种情况下，在将用于光辐射膜VHOE的主膜和用于光入射膜CHOE的主膜设置为彼此靠近之后，这两个全息图案可以被同时复制在一个全息记录膜上。
在光辐射膜VHOE和光入射膜CHOE的底面下方，设置了低折射率层LR。优选的是，低折射率层LR具有比盖板CP和光辐射膜VHOE的折射率低的折射率。例如，盖板CP可以由折射率为1.5的透明强化玻璃形成。光辐射膜VHOE和光入射膜CHOE可以是透明全息记录膜并且可以具有与盖板CP的折射率相同或者比盖板CP的折射率略大的折射率。这里，我们使用光辐射膜VHOE和光入射膜CHOE的折射率与盖板CP的折射率相同的情况。优选的是，低折射率层LR的折射率与扫描物体的折射率相似。例如，当应用于指纹传感器时，低折射率层LR可以具有与人类皮肤的折射率1.39相似的折射率1.4。
感测光控制膜GHOE被设置在低折射率层LR下方。感测光控制膜GHOE是用于随着感测光垂直地进入到盖板CP的表面上而改变感测光的方向的光学元件。
在光入射膜CHOE下方的空间处，光源LS被设置为面向光入射膜CHOE。具体地，光源LS被优选地设置在感测光控制膜GHOE下方。优选的是，光源LS提供诸如激光束之类的高度准直光。具体地，在应用于指纹传感器被嵌入到便携式显示器中的***时，优选的是，光源LS提供不能被人眼识别的红外激光束。
来自光源LS的具有预定截面面积的准直光作为入射光100被提供给限定在光入射膜CHOE上的光入射点IP。优先的是，入射光100以相对于入射点IP的表面的法线方向进入。然而，这不受限制，在其它情况下，入射光100可以以相对于法线方向的倾斜角度进入到入射点IP上。
来自光源LS的准直光在进入到光入射膜CHOE之前进入感测光控制膜GHOE中。因为感测光控制膜GHOE对垂直地进入到感测光控制膜GHOE中的光没有影响，所以准直光线在没有任何转换的情况下通过感测光控制膜GHOE。当估计从光源LS提供的光的强度或光量可以随着通过感测光控制膜GHOE而降低时，可以选择性地去除感测光控制膜GHOE中与将辐射来自光源LS的光的区域对应的部分。
光入射膜CHOE将入射光100转换成具有入射角的传播光200并且将它发送到盖板CP中。这里，优选的是，入射角大于盖板CP的内部全反射临界角。结果，当重复进行全反射时，传播光200在盖板CP内部沿着X轴(盖板CP的长度方向)传播。
光辐射膜VHOE将传播光200的一些量转换成辐射光300并且使辐射光300折射到盖板CP的上表面。传播光200的其它部分将在盖板CP内部连续地传播。辐射光300在盖板CP的上表面处被全反射，但是它在盖板CP的底面处透过低折射率层LR，使得辐射光300从定向光学基板SLS离开。换句话说，在盖板CP的上表面处全反射的辐射光300将称为透过盖板CP的底面的感测光400一样。
感测光400被盖板CP的上表面反射并且前进到盖板CP的下表面。这里，感测光400具有与辐射光300的入射角相同的入射角。也就是说，感测光400被辐射为具有与盖板CP的下表面的倾斜角。在定向光学基板SLS下方，可以设置光传感器以用于检测感测光400。感测光400以倾斜角进入到光传感器中。因此，感测光400的入射可以降低或者变弱，或者会损失感测光的一些量。为了感测光400在不损失光量或光强度的情况下进入到光传感器中，优选的是，感测光400被转换成直立感测光401。优选的是，感测光控制膜GHOE是用于将感测光400转换成直立感测光401的全息元件。
随着传播光200从光入射膜CHOE去往相对侧，传播光200的预定部分通过光辐射膜VHOE被提取为辐射光300。辐射光300的量(或“亮度”或“辉度”)由光辐射膜VHOE的光提取效率决定。例如，当光辐射膜VHOE的光提取效率是3％时，将在传播光200首次击中到光辐射膜VHOE的第一辐射点处提取传播光200的初始光量的3％。然后，传播光200的97％将在第一辐射点处被全反射并连续地进行。在那之后，在第二辐射点处，传播光200的初始量的97％中的3％(即，2.91％)将被提取为辐射光300。
重复此操作，将从设置有光入射膜CHOE的第一侧到相对侧提取出多个辐射光300。当光辐射膜VHOE在所有区域上具有相同的光提取效率时，传播光200的量随着从第一侧向相对侧传播而逐渐地降低。为了在光辐射区域的整个区域上得到光的均匀分布量，优选的是，光辐射膜VHOE的光提取效率从第一侧向相对侧以指数方式增加。
当在具有长度轴和厚度轴的XZ平面(或“垂直平面”)上观察传播光200时，入射光100的准直条件被维持。相反，在具有长度轴和宽度轴的XY平面(或“水平面”)上，优选的是，传播光200是具有扩展角
Figure BDA0001486780060000081
的发散(或扩展)光。使传播光200扩展的原因是图像感测区域被设定为覆盖盖板CP的大部分区域。例如，优选的是，光辐射膜VHOE具有与光离开部LOT的整个面积对应的面积。此外，优选的是，扩展角
Figure BDA0001486780060000082
是两条线之间的内角，一条线连接入射点IP和盖板CP的相对侧的一个端点P1，而另一条线连接到入射点IP和盖板CP的相对侧的另一端点P2。
设置有光入射膜CHOE的区域将被定义为光进入部LIN。设置有光辐射膜VHOE的区域将被定义为光离开部LOT。光离开部LOT将是光通过的光传播部。在图1中，光入射膜CHOE方便地覆盖光进入部LIN的整个区域。以其它方式，光入射膜CHOE具有比光入射点IP的大小略大的大小是足够的。
例如，从光源LS产生的准直光的截面大小可以具有半径为0.5mm的正圆形状。光入射膜CHOE将具有与盖板CP的宽度对应的长度和3mm～5mm的宽度。可以将光入射膜CHOE设置为横跨盖板CP的宽度。
在下文中，参照图2，我们将说明从光源提供的准直红外光如何被转换成用于定向光学基板SLS内部的图像感测的定向红外光。图2是例示了根据图1的定向光学基板内部的光路的截面图。
从光源LS提供的入射光100以相对于光入射膜CHOE的入射点IP的表面的法线方向进入。光入射膜CHOE将入射光100转换成传播光200，该传播光200被折射为具有相对于入射点IP的表面的法线方向的入射角θ。然后，光入射膜CHOE将传播光200提供到盖板CP的内部空间(或“介质”)。
优选的是，传播光200的入射角θ大于在光辐射膜VHOE与低折射率层LR之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR。例如，当盖板CP和光辐射膜VHOE的折射率为1.5并且低折射率层LR的折射率为1.4时，优选的是，在光辐射膜VHOE与低折射率层LR之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR大于69°(度)。因此，优选的是，入射角θ大于69°。例如，入射角θ可以是70°至75°中的任何一个。
当盖板CP的上表面与空气AIR接触时，传播光200在盖板CP的上表面处被全反射。这是因为在盖板CP与空气AIR之间的界面处的全反射临界角TCP_AIR是大约41.4°。也就是说，当入射角θ大于在光辐射膜VHOE与低折射率层LR之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR时，入射角θ总是大于在盖板CP与空气AIR之间的界面处的全反射临界角TCP_AIR。
光辐射膜VHOE将传播光200的预定量转换成具有反射角α的辐射光300并且将该辐射光300发送回盖板CP的内部空间。辐射光300用于当物体在盖板CP的上表面上接触时检测物体的图像。当在盖板CP的外表面上不存在物体时，辐射光300在盖板CP的上表面处被全反射并且然后被提供给设置在定向光学基板SLS的底面的外部的光传感器(或光学传感器)。也就是说，在在盖板CP的上表面处被全反射之后，辐射光300通过盖板CP的底面从定向光学基板SLS离开。所有的感测光400具有相同的反射角，所以它可以被称作为感测光400被指向(或“定向”)到预定方向。
通过检测从设置在定向光学基板SLS的底面下方的低折射率层LR中辐射出的感测光400，在盖板CP的上表面上接触的物体的图像将被识别。感测光400被以倾斜角辐射到盖板CP的下表面上。光传感器可以位于定向光学基板SLS下方。随着感测光400以倾斜角进入到光传感器中，光的强度或光量可以降低、变弱或者损失。为了防止光的损失或变弱，将通过感测光控制膜GHOE将感测光400转换成直立感测光401。通过光传感器来检测直立感测光401，在盖板CP的上表面上接触的物体的图像被识别。
在下文中，我们将关于应用如图1所示的定向光学单元的图像感测装置进行说明。具体地，我们聚焦于嵌入有指纹识别传感器的平板显示器。图3是例示了根据本公开的第一实施方式的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的平板显示器的结构的图示。
参照图3，根据本公开的第一实施方式的嵌入有光学图像传感器的平板显示器包括显示面板DP、定向光学基板SLS和光源LS。显示面板DP包括显示区域AA和非显示区域NA。显示区域AA可以被设置在显示面板DP的中间部分处。非显示区域NA可以围绕显示区域AA。显示区域AA可以具有用于表示在显示面板DP上示出的视频图像的多个显示元件。非显示区域可以具有用于操作排列在显示区域AA中的显示元件的多个驱动元件。
具体地，用于表示视频图像的多个像素区域可以按照矩阵方式排列在显示区域AA中。针对像素区域中的至少一个像素区域，可以包括一个光传感器以用于检测的物体的图像。在一些情况下，一个光传感器可以被设置在像素区域的一个像素组处。例如，一个光传感器将被设置在包括2×2、3×3或4×4个像素的各个像素组处。
定向光学基板SLS可以是具有预定的长度、宽度和厚度的薄板。优选的是，定向光学基板SLS的长度和宽度具有与显示面板DP的大小对应的足够大小。具体地，优选的是，定向光学基板SLS具有比显示面板DP的大小略大的大小。至少，优选的是，定向光学基板SLS具有在显示面板DP的一侧上方的延伸(或扩展)区域。在显示面板DP上方的延伸侧区域处，可以设置光源LS。
定向光学基板SLS可以随着它被附接在显示面板DP的上表面上而与显示面板DP接合。定向光学基板SLS包括如以上所提及的盖板CP、光辐射膜VHOE、光入射膜CHOE、低折射率层LR和感测光控制膜GHOE。优选的是，感测光控制膜GHOE被附接在显示面板DP的上表面上好像彼此面向一样。这里，显示面板DP的上表面是从显示面板DP提供视频图像的正面。也就是说，用户当看显示面板DP的上表面时观察到视频图像。
如以上所提及的定向光学基板SLS可以将图像感测光400提供给面向显示面板DP的上表面的底面。因此，设置在位于在定向光学基板SLS下方的显示面板DP中的光传感器可以检测到直立感测光401。结果，可以识别在定向光学基板SLS的上表面上接触的物体的图像。
详细地，由定向光学基板SLS的光辐射膜VHOE产生的辐射光300将到达盖板CP的上表面。当物体IM被设置在盖板CP上时，击中物体IM未接触的区域的辐射光300被全反射并作为感测光400提供给显示面板DP并且然后被转换成直立感测光401。相反，击中物体IM正接触的区域的辐射光300被折射并离开盖板CP。在具有比空气的折射率大的折射率的物体IM正接触的点处，辐射光300未被全反射，而是它被折射到物体IM中。也就是说，在物体IM正接触的区域处，辐射光300将变成吸收光500，以使得它未被提供给显示面板DP的光传感器。
结果，在辐射光300当中，显示面板DP的光传感器仅检测到除了吸收光500之外的直立感测光401。通过检测到在盖板CP的顶面处反射的直立感测光401的反射图案并且然后将其传播方向控制为垂直于底面，显示面板DP的光传感器再现物体IM的图案或图像。
当将定向光学单元应用于指纹传感器时，物体IM将是人类的手指。指纹的脊部R在盖板CP的顶面上接触，而指纹的谷部V不与盖板CP的顶面接触。击中谷部V的辐射光300被全反射为感测光400。在此期间，击中脊部R的辐射光300被折射，以使得它们将是从盖板CP离开的吸收光500。
进一步参照图3的下部图示。我们将关于XY平面上的图像感测的过程进行说明。入射光100可以包括具有预定截面面积的准直红外光。光源LS可以是红外激光二极管(或“IRLD”)。
入射光100将被光入射膜CHOE转换成传播光200。这里，传播光200将被扩展为在包括X轴上的长度轴和Y轴上的宽度轴的XY平面上具有扩展角
Figure BDA0001486780060000111
在此期间，在包括X轴上的长度轴和Z轴上的厚度轴的XZ平面上，将维持初始准直条件。
这里，优选的是，扩展角
Figure BDA0001486780060000112
等于或者稍微大于分别从光入射点IP连接到盖板CP面向光入射膜CHOE的两个端点的两条线的内角。在这种情况下，可以使传播光200扩展为具有三角形形状。结果，辐射光300可以覆盖与传播光200扩展相同的区域。也就是说，图像感测区域将被限定在三角形形状内部。当与指纹传感器一起应用时，可以将指纹感测区域SA限定为图3中画阴影的圆形区域。
当将感测区域SA设定在面向光入射膜CHOE的中央部分或上侧偏移部分上时，优选的是，辐射光300的光量(或辉度或亮度)具有最大值。为了这样做，可以将光辐射膜VHOE设计为具有根据与位置的函数关系变化的光提取效率，以在与感测区域SA对应的区域处具有最大值并且在其它区域处具有最小值或零值。
<第二实施方式>
在下文中，参照图4，我们将关于本公开的第二实施方式进行说明。图4是例示了根据本公开的第二实施方式的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的平板显示器的结构的图示。
在本公开的第二实施方式中，我们将关于图像感测区域SA比第一实施方式宽得多的情况进行说明。具体地，所有显示区域AA的大部分将被限定为图像感测区域SA。大多数元件与第一实施方式的那些元件非常相似。将不会重复对相同元件的描述。
嵌入有光学图像传感器的平板显示器与第一实施方式基本上相似。不同点是根据第二实施方式的嵌入有光学图像传感器的平板显示器还包括水平准直膜PHOE，该水平准直膜PHOE用于将XY平面上扩展后的传播光200准直为具有与盖板CP的宽度对应的准直宽度。
水平准直膜PHOE被设置为沿着X轴的传播光200的方向与光入射膜CHOE分开，并且被设置为覆盖盖板CP的宽度。这里，可以根据感测区域的位置和/或形状不同地决定从光入射膜CHOE到水平准直膜PHOE的距离。例如，当图像感测区域SA覆盖盖板CP的2/3部分时，可以将水平准直膜PHOE放置在盖板CP相距光入射膜CHOE的1/3长度位置处。
在这种情况下，扩展角
Figure BDA0001486780060000121
可以与将光入射点IP分别连接到水平准直膜PHOE沿着长度轴的两个端点中的每一个的两条线之间的内角相对应。具有扩展角
Figure BDA0001486780060000122
的传播光200将被水平准直膜PHOE转换成水平准直的传播光201。这里，辐射光300将均匀分布在覆盖盖板CP的2/3区域的区域上。水平准直膜PHOE可以是具有被配置为在与盖板CP的宽度对应的水平面上使具有扩展角
Figure BDA0001486780060000123
的传播光200准直的全息图案的光学元件。
进一步参照图4的下部所示的立体图，水平准直膜PHOE可以被设置在限定在与光进入部LIN相距预定距离的位置处的光覆盖部LCO处。在第二实施方式中，图像感测区域SA将与光离开部LOT基本上相同。
<第一应用示例>
迄今为止，我们基于用于在嵌入有光学图像传感器的平板显示器中提供定向光的定向光学单元来说明于本公开的特征。在下文中，我们将说明根据本公开的通过将平面显示面板与定向光学单元接合而形成的嵌入有光学图像传感器的平板显示器的整个结构来关于应用实施方式。
参照图5，我们将说明根据第一应用示例的嵌入有光学图像传感器的平板显示器。图5是例示了根据第一应用示例的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的液晶显示器的结构的截面图。
根据第一应用示例的嵌入有光学图像传感器的液晶显示器包括液晶显示面板LCP、定向光学基板SLS和光源LS。液晶显示面板LCP包括彼此接合的下基板SL和上基板SU以及设置在两个基板SL和SU之间的液晶层LC。在下基板SL上，按照矩阵方式设置了多个像素区域。在上基板SU处，多个滤色器被设置为各个滤色器与各个像素区域对应。另外，上基板SU可以具有任何重要的元件。这里，该图所示的液晶显示面板LCP是水平电场型的液晶显示面板LCP。然而，不限于这种类型的液晶显示面板，而是可以使用各种类型的液晶显示面板。
在各个像素区域内，像素电极PXL和公共电极COM被设置用于表示视频图像。此外，薄膜晶体管T将被设置用于将视频信号选择性地提供给像素电极PXL。光传感器TS可以被设置在薄膜晶体管T附近。可以在各个像素区域处设置至少一个光传感器TS。另外，一个光传感器TS可以被设置在像素区域的像素组处。
在液晶显示面板LCP的上基板SU的顶面上，根据本公开的实施方式的定向光学基板SLS被以面对面方式附接。定向光学基板SLS包括盖板CP、光辐射膜VHOE、光入射膜CHOE、低折射率层LR和感测光控制膜GHOE。定向光学基板SLS的感测光控制膜GHOE与上基板SU的顶面附接。
液晶显示面板LCP是一种不能辐射光的非自发光显示面板。因此，可能在下基板SL的底面下方需要背光单元BLU。在一个侧面处，光源LS可以被设置为面向光入射膜CHOE。光源LS可以被配置为具有背光单元BLU作为一体式***。否则，光源LS可以被设置为在背光单元BLU附近与背光单元BLU分开。
液晶显示面板LCP包括显示区域AA和非显示区域NA。定向光学基板SLS的光辐射膜VHOE可以被设置为与显示区域AA对应。光源LS可以被设置在非显示区域NA中面向光入射膜CHOE。
<第二应用示例>
参照图6，我们将说明根据第二应用示例的嵌入有光学式图像传感器的平板显示器。图6是例示了根据第二应用示例的嵌入有包括定向光学单元和光学传感器的光学图像传感器的有机发光二极管显示器的结构的截面图。
根据第二应用示例的嵌入有光学图像传感器的有机发光二极管显示器包括有机发光二极管显示面板OLP、定向光学基板SLS和光源LS。有机发光二极管显示面板OLP包括以面对面方式彼此附接的具有显示元件的基板SUB和封盖ENC。在基板SUB上，按照矩阵方式设置了多个像素区域。在封盖ENC处，多个滤色器可以被设置为各个滤色器与各个像素区域对应。另外，封盖ENC可以是没有任何特定元件的透明基板。这里，该图所示的有机发光二极管显示面板OLP是顶部发射型的一个显示面板。然而，不限于顶部发射型，而是可以使用包括底部发射型或双侧发射型在内的各种类型。
在各个像素区域内，存在用于表示视频图像的有机发光二极管OLE和用于将视频数据选择性地提供给有机发光二极管OLE的薄膜晶体管T。有机发光二极管OLE包括阳极ANO、有机发光层OL和阴极CAT。光传感器TS可以被设置在薄膜晶体管T附近。可以在各个像素区域处设置至少一个光传感器TS。另外，一个光传感器TS可以被设置在像素区域的像素组处。
在有机发光二极管显示面板OLP的封盖ENC的顶面上，根据本公开的实施方式的定向光学基板SLS按照面对面方式附接。定向光学基板SLS包括盖板CP、光辐射膜VHOE、光入射膜CHOE、低折射率层LR和感测光控制膜GHOE。定向光学基板SLS的感测光控制膜GHOE与封盖ENC的顶面附接。
有机发光二极管显示面板OLP是一种可辐射光的自发射显示面板。因此，它不需要背光单元BLU。因此，优选的是，光源LS被设置在有机发光二极管显示器OLP的一侧面处面向光入射膜CHOE。
详细地，有机发光二极管显示面板OLP包括显示区域AA和非显示区域NA。优选的是，定向光学基板SLS与有机发光二极管显示面板OLP相比具有稍微较大的大小。定向光学基板SLS的光辐射膜VHOE可以被设置为与显示区域AA对应。光入射膜CHOE可以被设置为覆盖从有机发光二极管显示面板OLP的一个侧面延伸的外部空间。光源LS可以被设置在外部空间下方面向光入射膜CHOE。
如以上所提及的，嵌入有光学图像传感器的显示器包括设置在最外表面处的盖板以及具有至多几百μm厚度并且附接在盖板的一侧处的超薄膜型全息膜。因此，根据本公开的光学图像传感器可被配置有总厚度不太厚的显示面板。此外，通过使高度准直感测光均匀地分布在显示面板的大部分表面上，将获得用于图像感测的超高分辨率。因此，精确地检测大区域上的诸如指纹或掌纹之类的微小图像图案是非常高效的。
虽然已经参照附图详细地描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员应当理解，可在不改变本本发明的技术精神或必要特征的情况下以其它特定形式实现本发明。因此，应该注意，上述实施方式在所有方面中仅仅是例示性的，而将不被解释为限制本发明。本发明的范围由所附权利要求书而不是本发明的详细描述来限定。在权利要求书的含义和范围内作出的所有改变或修改或其等同物应该被解释为落在本发明的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月29日提交的韩国专利申请No.10-2016-0160263的优先权，通过引用将其并入本文以用于所有目的，如同在本文中充分地阐述一样。

Claims (6)

1.一种嵌入有图像传感器的平板显示器，该平板显示器包括：
显示面板，该显示面板包括显示区域和非显示区域；以及
定向光学单元，该定向光学单元具有一厚度以及与所述显示面板对应的长度和宽度，并且被附接在所述显示面板的顶面上，
其中，所述定向光学单元包括：
盖板，该盖板具有与所述长度和所述宽度对应的大小；
光辐射膜，该光辐射膜在所述盖板下方与所述显示区域对应；
光入射膜，该光入射膜在所述盖板下方被设置在所述显示区域的所述光辐射膜的一个侧面处的外部；
低折射率层，该低折射率层被设置在所述光辐射膜和所述光入射膜下方，并且具有比所述盖板和所述光辐射膜低的折射率；
感测光控制膜，该感测光控制膜被设置在所述低折射率层下方并且被附接在所述显示面板的顶面上，并且被配置用于将从所述感测光控制膜的面向所述低折射率层的上表面入射的感测光转换成直立感测光；以及
光源，该光源面向所述光入射膜被设置在所述显示面板的所述侧面处。
2.根据权利要求1所述的平板显示器，其中，所述光源向限定在所述光入射膜的表面上的入射点提供入射光，
其中，所述光入射膜包括第一全息图案，所述第一全息图案用于将所述入射光转换成具有满足所述盖板的内部全反射条件的入射角的传播光，并且用于将所述传播光发送到所述盖板中，
其中，所述光辐射膜包括第二全息图案，所述第二全息图案用于将所述传播光中的一些传播光转换成具有满足所述盖板的所述顶面处的全反射条件和通过所述低折射率层的透射条件的反射角的感测光，并且
其中，所述感测光控制膜包括第三全息图案，所述第三全息图案用于将所述感测光转换成所述直立感测光，所述直立感测光垂直于所述显示面板的表面地进入到所述显示面板中。
3.根据权利要求2所述的平板显示器，其中，所述传播光在包括长度轴和宽度轴的水平面上具有扩展角，并且在包括所述长度轴和厚度轴的垂直平面上维持准直状态，
其中，所述入射角大于所述光辐射膜与所述低折射率层之间的第一界面处的全反射临界角，并且
其中，所述反射角大于所述盖板与空气层之间的第二界面处的全反射临界角，并且小于所述光辐射膜与所述低折射率层之间的所述第一界面处的所述全反射临界角。
4.根据权利要求3所述的平板显示器，其中，所述扩展角至少等于第一条线与第二条线之间的内角，所述第一条线连接所述入射点和所述盖板面向所述光入射膜的相对侧的一端，并且所述第二条线连接所述入射点和所述盖板的所述相对侧的另一端。
5.根据权利要求3所述的平板显示器，其中，所述定向光学单元还包括：
水平准直膜，该水平准直膜被设置为沿着所述传播光的方向与所述光入射膜分开并且覆盖所述宽度，
其中，所述扩展角至少等于第一条线与第二条线之间的内角，所述第一条线连接所述入射点和所述水平准直膜的一端，而该第二条线连接所述入射点和所述水平准直膜的另一端，并且
其中，所述水平准直膜具有第三全息图案，所述第三全息图案用于使具有所述扩展角的所述传播光在与所述宽度对应的水平平面上水平地准直。
6.根据权利要求1所述的平板显示器，其中，所述光源提供具有圆形截面形状的准直光。
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