CN109471284B - 其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器。该平板显示器包含定向光单元。所述定向光单元包含：盖基板，所述盖基板具有与所述长度和所述宽度对应的表面区域；第一低折射率层，所述第一低折射率层附接至所述盖基板的下表面；出光元件，所述出光元件被设置为与所述显示区域对应，在所述第一低折射率层的下表面上；入光元件，所述入光元件设置在所述显示区域外部在所述出光元件一侧，在所述第一低折射率层的下表面上；第二低折射率层，所述第二低折射率层设置在所述出光元件和所述入光元件的下表面上并且附接至所述显示面板的上表面；以及光源，所述光源被设置为面向所述入光元件。

Description

其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器
此申请要求2017年9月7日提交的韩国专利申请No.10-2017-0114294的权益，于此为各种目的通过引用将其全部内容并入，如同是于此完全阐述的一样。
技术领域
本公开涉及平板显示器，该平板显示器中嵌入有诸如指纹识别传感器的图像传感器。更具体地，本公开涉及其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其包含光学图像传感器和提供定向光的超薄膜基板。
背景技术
随着计算机技术的进步，已经发展了诸如膝上型计算机、平板电脑、智能电话、个人数字助理、自动出纳机、搜索引导***等的用于各种目的的基于计算机的***。这些***通常储存许多诸如商业信息或贸易秘密的机密数据，以及关于个体的私人生活的个人信息。因此，需要加强安保措施以保护该数据。
为此目的，常规地提出了一种用于使用能够感测生物信息的图像传感器来加强安保措施的方法。该图像传感器的已知范例是指纹传感器，通过经由指纹的***来进行注册或认证，该指纹传感器能够加强安保措施。指纹传感器是检测人指纹的传感器。指纹传感器被宽泛地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光源对指纹进行内部照明并通过CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器检测指纹的脊反射的光。光学指纹传感器需要附加器具用于使用光来进行扫描。常规已知的光学扫描器具在增大扫描面积方面具有其局限。这使得难以在宽广的应用范围中使用光学扫描器具，诸如将其与显示装置组合。
电容式指纹传感器使用触摸指纹传感器的脊与谷之间的电荷的差异。常规电容式指纹传感器是与特定按钮组合的组件的形式，并且包含硅晶片，该硅晶片上压印有用于测量电容板与用户的指纹(包括脊和谷)之间的电容的电路。
使用硅晶片将高分辨率传感器阵列与IC集成到一起需要复杂的组件结构，从而增大了非显示区域的尺寸，非显示区域也叫做边框。此外，按钮(例如，智能电话上的起始键)兼作指纹传感器，这导致厚度的增加并使得指纹感测区域取决于按钮的尺寸。
为了解决这些问题，已经发展了诸如使用触摸传感器屏幕区域作为指纹识别区域的技术的技术。用于保护显示面板的保护膜通常附接至诸如智能电话的手持式个人显示器。当手持式个人显示器上的显示区域用作用于指纹识别的区域时，将保护膜附接至该显示器可能会相当大地劣化指纹识别功能性。
存在对具有能够被容易地与显示器组合的超薄膜结构的指纹识别传感器的增长的需求。然而，归因于前述问题，必需发展完全新颖的光学图像传感器以及其中嵌入了该新颖的光学图像传感器的平板显示器，该新颖的光学图像传感器与现存的结构不同。
发明内容
在努力解决前述问题时做出了本公开，并且本公开的一方面是提供其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器。本公开的另一方面是提供其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其能够感测显示面板的整个或大部分显示区域中的图像。本公开的再一方面是提供其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其在大的区域上提供定向光作为检测光。本公开的又一方面是提供其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器，通过在盖玻璃(coverglass)中的一些层内引导定向光，其具有高的检测分辨率和高的灵敏度。本公开的又一方面是提供其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其消除了设置在盖基板的非显示区域中的印刷元件与用于光学图像传感器的元件之间的干扰。
本公开的范例实施例提供一种平板显示器，所述平板显示器中嵌入有光学图像传感器并且所述平板显示器包含：显示面板，在所述显示面板上限定了显示区域和非显示区域；以及定向光单元，所述定向光单元具有给定厚度和用于容纳所述显示面板的长度和宽度，所述定向光单元附接至所述显示面板的上表面。其中，所述定向光单元包含：盖基板，所述盖基板具有与所述长度和所述宽度对应的表面区域；第一低折射率层，所述第一低折射率层附接至所述盖基板的下表面；出光元件，所述出光元件被设置为与所述显示区域对应，在所述第一低折射率层的下表面上；入光元件，所述入光元件设置在所述显示区域外部，在所述出光元件一侧，在所述第一低折射率层的下表面上；第二低折射率层，所述第二低折射率层设置在所述出光元件和所述入光元件的下表面上并且附接至所述显示面板的上表面；以及光源，所述光源被设置为面向所述入光元件。
在此实施例中，所述光源向限定于所述入光元件上的入射点提供入射光，所述入光元件包含将所述入射光转换为行进光的全息图案，所述行进光具有使得所述行进光在所述出光元件内被全反射并进入所述出光元件的入射角，并且所述出光元件包含将所述行进光的一些转换为检测光的全息图案，所述检测光具有使得所述检测光被全反射离开所述盖基板的上表面并通过所述第一低折射率层和所述第二低折射率层的反射角。
在此实施例中，所述入射角大于所述出光元件与所述第二低折射率层之间的界面处的全反射临界角，并且大于所述出光元件与所述第一低折射率层之间的界面处的全反射临界角。
在此实施例中，所述反射角大于所述盖基板与空气层之间的界面处的全反射临界角，并且小于所述出光元件与所述第二低折射率层之间的界面处的全反射临界角。
在此实施例中，所述行进光在由沿所述宽度的轴和沿所述长度的轴构成的水平面上具有扩展角，并且在由沿所述长度的轴和沿所述厚度的轴构成的垂直平面上如初始那样保持准直。
在此实施例中，所述扩展角大于或等于从所述入射点连接至所述盖基板的与所述入光元件相对的另一侧上的两个端点的两个线段的内角。
在此实施例中，所述平板显示器还包含装饰层，所述装饰层至少设置在所述盖基板的下表面的与所述非显示区域对应的一侧或另一侧上。
在此实施例中，所述入光元件和所述光源设置在所述装饰层之下。
本公开可以提供其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器，通过提供定向光作为探测光，其具有高分辨率图像感测能力。本公开可以提供其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器，其容许大面积识别，因为通过使用全息技术在对应于显示面板的显示区域的大面积上扩展准直红外激光来提供检测光。本公开可以提供其中嵌入有超薄膜类型的光学图像传感器的平板显示器，其在现存的平板显示器的屏幕之上具有薄膜形状并提供定向光作为检测光。此外，在本公开中，附接至显示装置的最外表面的盖玻璃(或保护基板)可以用作根据本公开的定向光单元的盖基板。此外，提供了使用全息膜在大面积上扩展准直光的超薄定向光学基板。于是，甚至在将根据本公开的光学图像感测装置与显示装置组合时，显示装置也不变得较厚。
附图说明
被包括以提供对本公开的进一步的理解并且被并入并构成此申请文件的部分的附图示例了本公开的实施例并与实施方式一起用于解释本公开的原理。
图中：
图1A和图1B是示出施加于根据本公开的示范性实施例的其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器的定向光单元的结构的视图；
图2是图1的定向光单元内的光路径的横截面视图；
图3A和图3B是示出根据本公开的示范性实施例的其中嵌入有光学图像传感器的包含定向光单元和光学识别传感器的平板显示器的结构的视图；
图4是根据本公开的第一应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的包含定向光单元和光学识别传感器的液晶显示器的结构的横截面视图；以及
图5是根据本公开的第二应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的包含定向光单元和光学识别传感器的液晶显示器的结构的横截面视图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本公开的示范性实施例。遍及申请文件，相同的参考数字指示基本相同的部件。当认为对与本公开相关的公知功能或配置的详细描述可能不必要地使本公开的主题模糊时，将省略该详细描述。于此使用的元件的术语和名字被选择为方便描述并且可以与实际产品中使用的部分的名字不同。
参照图1A、图1B和图2，以下将描述本公开的示范性实施例。图1A和图1B是示出施加于根据本公开的示范性实施例的其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器的定向光单元的结构的视图。图1A是从XZ平面的侧视图，并且图1B是从XY平面的平面视图。
参照图1A和图1B，根据本公开的示范性实施例的定向光单元包含定向光基板SLS和光源LS。定向光单元是在大面积上扩展准直光的光学装置。从而优选地，光源LS提供准直光。
定向光基板SLS包含盖基板CP、装饰层LO、出光元件(light-exiting element)VHOE、入光元件(light-entering element)CHOE、第一低折射率层LR1、以及第二低折射率层LR2。盖板CP可以具有矩形板形状，该矩形板形状具有长度、宽度和厚度。在图1A和图1B中，沿X轴指示长度，沿Y轴指示宽度，并且沿Z轴指示厚度。盖基板CP的长度沿X轴延伸，其宽度沿Y轴延伸，且其厚度沿Z轴延伸。
装饰层LO可以设置在盖基板CP的下表面的一侧和另一侧上。装饰层LO是用于以标志、商标、或广告来装饰产品的部件。装饰层LO通常可以设置在显示装置的对应于非显示区域的顶侧、底侧、左侧、或/和右侧。第一低折射率层LR1被施加于盖基板CP的设置装饰层LO的下表面。如图1中所示，装饰层LO和低折射率层LR1形成于盖基板CP的下表面上的相同层上。装饰层LO设置在盖基板CP的下表面的两侧上，第一低折射率层LR1插置于该两侧上的装饰层之间。替代地，可以将第一低折射率层LR1设置为覆盖整个装饰层LO。
装饰层LO可以是其上印刷有或蚀刻有字母或数字的透明或不透明膜。替代地，装饰层LO可以具有直接涂覆到盖基板CP的下表面上的字母或数字。替代地，装饰层LO可以是形成在膜上的图案或形成在盖基板CP的下表面上的图案。
出光元件VHOE和入光元件CHOE表面结合至盖基板CP的下表面。例如，出光元件VHOE可以表面结合至第一低折射率层LR1的下表面。同时，入光元件CHOE可以表面结合至装饰层LO的下表面。出光元件VHOE是提供出射光300的光学装置。从而，将出光元件VHOE被设置为对应于图像检测和感测区域。
入光元件CHOE是使得来自光源LS的准直光在对应于盖基板CP的区域上扩展时具有定向性的光学装置。优选地，入光元件CHOE可以设置在出光元件VHOE的外边缘上。特别是，将入光元件CHOE设置为面向光源LS。
出光元件VHOE和入光元件CHOE可以设置在相同的平面上。为了考虑制造工艺，期望出光元件VHOE和入光元件CHOE形成于单个膜上的分开的区域中。出光元件VHOE和入光元件CHOE各可以是包含全息图案的光学元件。在此情况下，具有出光元件VHOE的图案的底片(master film)和具有入光元件CHOE的图案的底片可以彼此相邻设置，并且可以在单个全系记录膜上同时复制该两个全息图案。
第二低折射率层LR2层叠于出光元件VHOE和入光元件CHOE的下表面上。优选地，第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2具有相同的折射率。优选地，与盖基板CP、出光元件VHOE、以及入光元件CHOE相比，第一和第二低折射率层LR1和LR2具有较低的折射率。
例如，盖基板CP可以由具有1.5的折射率的透明加强玻璃制成。出光元件VHOE和入光元件CHOE是透明全息记录膜，并且它们的折射率可以与盖基板CP的折射率相等或比盖基板CP的折射率稍高。这里，为解释方便，将假设出光元件VHOE和入光元件CHOE的折射率与盖基板CP的折射率相等来进行描述。
第一和第二低折射率层LR1和LR2的折射率优选地等于或稍高于待感测的图像对象的折射率。当被施加于指纹识别时，第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2可以具有大约1.4的折射率，其接近人皮肤的1.39的折射率。
结果，具有1.5的折射率的出光元件VHOE***置于具有1.4的折射率的第一低折射率层LR1与第二低折射率层LR2之间。这意味着低折射率层层叠于高折射率层的上表面和下表面上，这容许光随着在高折射率层内被全反射而行进。即，插置于第一与第二低折射率层LR1与LR2之间的出光元件VHOE的厚度区域用作用于扩展光的引导空间，该光用于显示面板的整个表面上的图像检测。
光源LS被设置为与入光元件CHOE相对，以面对入光元件CHOE。期望光源LS提供如激光的高度准直的单波长光。优选地，提供对人眼可见的红外激光，特别是在将其中嵌入有指纹识别特征的***施加于手持式显示装置时。
来自光源LS的准直光是入射光100，其具有给定的横截面区并且被提供给限定于入光元件CHOE上的入射点IP。期望入射光100沿垂直于入射点IP的表面的方向进入。然而，本公开不限于此，并且如果需要，入射光100可以与垂直于入射点IP的表面的方向成倾斜角度进入。
入光元件CHOE将入射光100转换为具有入射角的行进光200，并且将其发送至出光元件VHOE的内部。这里，期望入射角大于出光元件VHOE的全内反射临界角。结果，行进光200在出光元件VHOE内被全反射并且沿对应于盖基板CP的长度的X轴行进。
出光元件VHOE将一些行进光200转换为出射光300并使其折射离开盖基板CP的上表面。行进光200的其余部分保持相同，并且因此被全反射并在出光元件VHOE内行进。出射光300通过出光元件VHOE的上表面上的第一低折射率层LR1并且进入盖基板CP。
出射光300被全反射离开盖基板CP的上表面，因为盖基板CP的上表面与具有1.0的折射率的空气层接触。出射光300在被全反射离开盖基板CP的上表面之后用作检测光(或感测光)400。检测光400通过盖基板CP的下表面上的第一低折射率层LR1并且进入出光元件VHOE。还有，检测光400通过设置在出光元件VHOE的下表面上的第二低折射率层LR2并且离开定向光基板SLS。即，出射光300被全反射离开第一盖基板CP1的上表面并且用作通过第二盖基板CP2的下表面的检测光400。
随着行进光200从设置入光元件CHOE的一侧行进至相对侧，出射光300的部分由出光元件VHOE发射。在此情况下，出射光300的量由出光元件VHOE的光提取效率确定。例如，如果出光元件VHOE的光提取效率为3％，则在行进光200首先接触出光元件VHOE的第一光发射区域，初始入射光100的3％被提取为出射光300。97％的行进光200继续被全反射并行进。然后，在第二光发射区域，2.91％(等于其余97％的3％)的初始入射光100被提取为出射光300。
以此方式，出射光300被提取为在出光元件VHOE内行进的行进光200，直至其到达盖基板CP的远边缘。如果出光元件VHOE具有一致的光提取效率，则随着行进光200行进，光提取的量逐渐减少。为了使出射光300的量随行进光200行进而保持恒定，期望将出光元件VHOE的光提取效率设计为指数增长。
当在由沿长度和厚度的轴构成的XZ平面(或“垂直平面”)上观看时，行进光200保持准直的，如入射光100那样。另一方面，行进光200优选地具有在由沿长度和宽度的轴构成的XY平面(或“水平平面”)上具有扩展角
Figure BDA0001789564620000081
以提供对应于盖基板CP的表面区域的图像检测区域。例如，期望出光元件VHOE被安置成尽可能对应盖基板CP的大部分表面区域。还有，扩展角
Figure BDA0001789564620000082
大于或等于从入射点IP连接至盖基板CP的与入光元件CHOE相对的另一侧上的两个端点P1和P2的两个线段的内角。
安置入光元件CHOE的区域可以被限定为光入射部分LIN。安置出光元件VHOE的区域可以被限定为光输出部分LOT。还有，光输出部分LOT可以是光行进所沿着的光行进部分。虽然图1A和图1B示例了入光元件CHOE被设置为覆盖光输入部分LIN的整个区域，但是其尺寸上可以稍微大于入射点IP。
例如，如果来自光源LS的准直光的横截面区域为0.5mm×0.5mm，则入光元件CHOE可以具有对应于盖基板CP的宽度的长度和大约3mm至5mm的宽度。可以跨盖基板CP的宽度安置入光元件CHOE。
参照图2，以下将给出关于来自光源的准直光沿定向光基板SLS内的哪个路径被转换为用于图像检测的定向红外光的描述。图2是图1A和图1B的定向光单元内的光路径的横截面视图。
来自光源LS的入射光100沿垂直于入光元件CHOE上的入射点IP的表面的方向进入。入光元件CHOE将入射光100转换为被以入射角(θ)折射的行进光200，并且将其发送至出光元件VHOE的内部。
期望行进光200的入射角(θ)大于出光元件VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR1。同样，期望行进光200的入射角(θ)大于出光元件VHOE与第二低折射率层LR2之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR2。
例如，如果盖基板CP和出光元件VHOE具有1.5的折射率，且第一低折射率层LR1和第二低折射率层LR2具有1.4的折射率，则在出光元件VHOE与第一低折射率层LR1之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR1和在出光元件VHOE与第二低折射率层LR2之间的界面处的全反射临界角TVHOE_LR2是大约69度。于是，期望入射角(θ)大于69度。例如，入射角(θ)可以被设定为从70至75度的范围。
出光元件VHOE将一定量的行进光200转换为具有反射角(α)的出射光300，并将其发送至盖基板CP的内部。出射光300是用于识别触摸盖基板CP的上表面的对象上的图像的图案的光。如果在盖基板CP的表面上没有对象，则出射光300必须被全反射，并且被发送至位于定向光基板SLS的底部外的光学传感器。即，出射光300在被全反射离开盖基板CP的上表面之后，用作离开定向光基板SLS的检测光400。
检测光400是以反射角α被反射离开盖基板CP的上表面的光。检测光400的反射角α小于行进光200的入射角(θ)。从而，检测光400通过盖基板CP和第一低折射率层LR1并且然后顺序通过出光元件VHOE和第二低折射率层LR2并离开定向光基板SLS。
可以通过感测离开设置在定向光基板SLS的下表面上的第二低折射率层LR2的检测光400来识别位于盖基板CP的上表面上的对象的图像。以下，解释使用定向光单元的图像识别装置。特别是，将描述其中嵌入有指纹识别传感器的平板显示器。
图3A和图3B是示出根据本公开的示范性实施例的其中嵌入有光学图像传感器的包含定向光单元和光学识别传感器的平板显示器的结构的视图。参照图3A和图3B，根据本公开的示范性实施例的其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器包含显示面板DP、定向光基板SLS、以及光源LS。显示区域AA和非显示区域NA被限定在显示面板DP上。显示区域AA占据显示面板DP的中心部分的大部分，而非显示区域NA设置在显示区域AA周围。用于显示待呈现在显示面板DP上的图像的元件设置在显示区域AA中。用于驱动设置在显示区域AA中的元件的元件设置在非显示区域NA中。
特别是，用于显示图像的多个像素区域在显示区域AA中成矩阵布置。用于图像识别的光学传感器在一对一的基础上设置在像素区域中。在一些情况下，单个光学传感器可以被分配给多个像素。例如，单个光学传感器可以被分配给每一2×2、3×3或4×4的像素。
定向光基板SLS具有薄且宽的板形状，具有长度、宽度、以及厚度。优选地，定向光基板SLS的长度和宽度可以足够容纳显示面板DP。特别是，优选地，定向光基板SLS可以稍微大于显示面板DP的总尺寸。优选地，定向光基板SLS至少具有朝向显示面板DP的一侧延伸的部分。例如，光源LS设置在朝向显示面板DP的一侧延伸的部分处。
定向光基板SLS可以表面结合并附接至显示面板DP的上表面。如以上解释的，定向光基板SLS包含盖基板CP、装饰层LO、入光元件CHOE、出光元件VHOE、第一低折射率层LR1、以及第二低折射率层LR2。优选地，盖基板CP和出光元件VHOE可以表面结合到一起，第一低折射率层LR1插置于盖基板CP与出光元件VHOE之间。
优选地，显示面板DP和定向光基板SLS可以表面结合到一起，第二低折射率层LR2插置于出光元件VHOE与显示面板DP之间。这里，显示面板DP的上表面指产生提供于显示面板DP上的图像信息的表面。即，其指显示面板DP上用户观看图像时将看到的表面。
如以上解释的，定向光基板SLS以向下的方向提供图像检测光400，即朝向显示面板DP的上表面。于是，定向光基板SLS之下的显示面板DP的光学传感器感测定向光400。结果，可以识别触摸定向光基板SLS的上表面的对象上的图像(在指纹识别装置的情况下是脊图案)。
更具体地，定向光基板SLS的出光元件VHOE产生的出射光300到达盖基板CP的上表面。特别是，当图像对象IM与盖基板CP接触时，出射光300在到达不与对象IM接触的点时，被全反射并作为检测光400提供给显示面板DP。同时，出射光300在到达与盖基板CP的上表面上的对象IM接触的点时，被折射到外部。在比空气层AIR具有更高折射率的对象IM与第一盖基板CP1接触的点处，检测光400不被全反射，而是被朝向对象IM折射。即，在存在图像对象IM的部分处，出射光300变为吸收光500，并且少许的光被提供给显示面板DP的光学传感器。
结果，仅出自出射光300的检测光400被在显示面板DP上感测，而吸收光500未被感测。以此方式，通过识别反射离开盖基板CP的上表面的检测光400的反射图案，显示面板DP的光学传感器可以再现图像上的图案。
当定向光单元用于指纹识别装置时，图像对象IM是人手指。指纹的脊R与盖基板CP的表面接触，而谷V不与盖基板CP的表面接触。撞击指纹的谷V的出射光300被全反射并用作检测光400。另一方面，撞击指纹的脊R的出射光300被折射并变为离开盖基板CP的吸收光500。
进一步参照图3B中的透视图，将描述XY平面上的图像感测。入射光100可以包含具有给定横截面区域的准直红外射线。为此目的，光源LS可以提供红外激光。
入射光100由入光元件CHOE转换为行进光200。以使得行进光200在XY平面上具有扩展角
Figure BDA0001789564620000111
的方式转换行进光200，XY平面是由延长度的X轴和沿宽度的Y轴构成的水平平面。还有，行进光200在XZ平面上保持准直，如其初始那样，XZ平面是由沿长度的X轴和沿厚度的Z轴构成的垂直平面。
优选地，扩展角
Figure BDA0001789564620000112
大于或等于从入射点IP连接至盖基板CP的与入光元件CHOE相对的另一侧上的两个端点的两个线段的内角。在此情况下，行进光200在其以扩展角
Figure BDA0001789564620000113
成三角形扩展时行进。从而，在与行进光200相同的区域上提供出射光300。结果，图像感测区域可以在三角形内。于是，在指纹识别装置中，感测区域SA可以被设定为对应于图3中的条纹圆。
如图3B中所示，如果感测区域SA形成于显示面板DP的中心处或显示面板DP的上边缘的与入光元件CHOE相对的部分处，则期望出射光300的量在感测区域SA中最大。为此目的，出光元件VHOE的光提取效率可以被设计为位置的函数，使得其在对应于感测区域SA的部分最高，并且在其它部分中最低或接近零。
<第一应用范例>
迄今为止针对其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器中的用于提供定向光的定向光单元描述了本公开。以下，将描述根据本公开的其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器的具体应用范例，其中，定向光单元与包含光学识别传感器的平板显示器组合。
现在，将参照图4描述根据本公开的第一应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器。图4是根据本公开的第一应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的包含定向光单元和光学识别传感器的液晶显示器的结构的横截面视图。
根据本公开的第一应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的液晶显示器包含液晶显示面板LCP、定向光基板SLS、以及光源LS。液晶显示面板LCP包含表面结合到一起的下基板SL和上基板SU以及插置于下基板SL和上基板SU之间的液晶层LC。多个像素区域在下基板SL上成矩阵布置。对应于像素区域，多个滤色器可以在上基板SU上成矩阵布置。替代地，上基板SU可以是没有形成专门元件处的基板。这里，图中示出的液晶显示面板LCP是水平电场类型。然而，本公开不限于此类型，并且可以使用各种类型的液晶显示面板。
公共电极COM和用于表现图像的像素电极PXL可以设置在每一个像素区域中。此外，薄膜晶体管T可以被设置为选择性地将图像信号施加至像素电极PXL。光学传感器TS可以设置在薄膜晶体管T附近。至少一个光学传感器TS可以设置在每一个像素区域中。替代地，单个光学传感器TS可以被分配给多个像素区域。
根据本公开的示范性实施例解释的定向光基板SLS被表面结合至液晶显示面板LCP的上基板SU的顶表面。定向光基板SLS包含盖基板CP、装饰层LO、入光元件CHOE、出光元件VHOE、第一低折射率层LR1、以及第二低折射率层LR2。定向光基板SLS的第二低折射率层LR2被表面结合至液晶显示面板LCP的上基板SU的上表面。
液晶显示面板LCP是自身不发光的非自发射显示装置。在此情况下，背光单元BLU可以设置在下基板SL之下。光源LS可以设置在背光单元BLU的面向入光元件CHOE的一侧。在此情况下，光源LS可以与背光单元BLU成整体形成。替代地，光源LS可以被制造为独立的部件并设置在背光单元BLU附近。
液晶显示面板LCP包含显示区域AA和非显示区域NA。定向光基板SLS的出光元件VHOE被设置为对应于显示区域AA。入光元件CHOE被设置为对应于非显示区域NA。此外，光源LS被设置为在非显示区域NA中面向入光元件CHOE。优选地，装饰层LO被设置为对应于非显示区域NA。
<第二应用范例>
现在，将参照图5描述根据本公开的第二应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的平板显示器。图5是根据本公开的第二应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的包含定向光单元和光学识别传感器的液晶显示器的结构的横截面视图。
根据本公开的第二应用范例的其中嵌入有光学图像传感器的有机发光二极管显示器包含有机发光二极管显示面板OLP、定向光基板SLS、以及光源LS。在有机发光二极管显示面板OLP中，其上设置显示元件的基板SUB和用于保护显示元件的封装体ENC被表面结合到一起。多个像素区域在基板SUB上成矩阵布置。对应于像素区域，多个滤色器可以在封装体ENC上布置。替代地，封装体ENC可以是没有形成专门元件处的基板。这里，图中示出的有机发光二极管显示面板OLP是顶发射类型。然而，本公开不限于此类型，并且可以使用各种类型的有机发光二极管显示面板。
用于表现图像的有机发光二极管OLE和用于选择性地向有机发光二极管OLE施加图像信号的薄膜晶体管T可以设置在每一个像素区域中。有机发光二极管OLE包含阳极ANO、有机发射层OL、以及阴极CAT。光学传感器TS可以设置在薄膜晶体管T附近。至少一个光学传感器TS可以设置在每一个像素区域中。替代地，单个光学传感器TS可以被分配给多个像素区域。
根据本公开的示范性实施例中解释的定向光基板SLS被表面结合至有机发光二极管显示面板OLP的封装体ENC的顶表面。定向光基板SLS包含盖基板CP2、装饰层LO、入光元件CHOE、出光元件VHOE、第一低折射率层LR1、以及第二低折射率层LR2。定向光基板SLS的第二低折射率层LR2被表面结合至有机发光二极管显示面板OLP的封装体ENC的上表面。
有机发光二极管显示面板OLP是自身发光的自发射显示装置。在此情况下，不需要背光单元BLU。从而，优选地，光源LS设置在有机发光二极管显示面板OLP的面向入光元件CHOE的一侧。
特别是，有机发光二极管显示面板OLP包含显示区域AA和非显示区域NA。优选地，定向光基板SLS在尺寸上大于有机发光二极管显示面板OLP。定向光基板SLS的出光元件VHOE被设置为对应于显示区域AA。入光元件CHOE被设置为覆盖从有机发光二极管显示面板OLP的边延伸的空间的顶部。光源LS可以设置在该空间的较下部分中。优选地，装饰层LO可以设置在非显示区域NA中。
此外，有机发光二极管显示器还可以包含有机发光二极管显示面板的外表面上的偏振器，以防止由外部光的反射引起的图像信息的畸变。虽然未示出，但是偏振器可以插置于定向光基板SLS的第二低折射率层LR2与有机发光二极管显示面板OLP的封装体ENC的上表面之间。在此情况下，可以通过将偏振器附接至有机发光二极管显示面板的上表面并将定向光基板SLS结合在偏振器上的工艺完成其中嵌入有光学图像传感器的有机发光二极管显示器。
替代地，偏振器可以插置于盖基板CP与定向光基板SLS的第一低折射率层LR1之间。在此情况下，可以通过形成定向光基板SLS(偏振器插置于盖基板CP与第一低折射率层LR1之间)并且然后将有机发光二极管显示面板与定向光基板SLS结合到一起的工艺完成其中嵌入有光学图像传感器的有机发光二极管显示器。
以此方式，根据本公开的其中嵌入有光学图像传感器的显示装置包含附接至显示器的外表面的盖基板和附接至盖基板的一个表面的仅数百μm的超薄全息膜。于是，可以将光学图像传感器嵌入，而不影响显示装置的厚度。此外，能够通过在显示装置的显示面板的整个区域上均匀地扩展(扫描)高度准直的光来感测图像，并且这可以导致用于图像识别的非常高的分辨率，容许精确地感测细微图像，如在指纹识别中。
根据本公开的其中嵌入有光学图像传感器的显示装置的特征在于显示装置的盖基板用作用于提供用于图像识别的光的构件。特别是，出光元件VHOE生成出射光300，并且同时跨检测区域引导行进光200。
虽然已经参照图详细描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员将理解，能够以其它特定形式实施本公开，而不改变本公开技术精神或本质。因此，应当注意，前述实施例在所有方面仅是示例性的并且不应被解释为限制本公开。本公开的范围由所附权利要求限定，而不是由本公开的具体实施方式限定。在权利要求的意思和范围内作出的所有改变或修改或它们的等同应当被解释为落入本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种平板显示器，所述平板显示器中嵌入有光学图像传感器并且所述平板显示器包含：
显示面板，在所述显示面板上限定了显示区域和非显示区域；以及
定向光单元，所述定向光单元具有给定厚度和用于容纳所述显示面板的长度和宽度，所述定向光单元附接至所述显示面板的上表面，
其中，所述定向光单元包含：
盖基板，所述盖基板具有与所述长度和所述宽度对应的表面区域；
第一低折射率层，所述第一低折射率层附接至所述盖基板的下表面；
出光元件，所述出光元件被设置为与所述显示区域对应，在所述第一低折射率层的下表面上；
入光元件，所述入光元件设置在所述显示区域外部，在所述出光元件一侧，在所述第一低折射率层的下表面上；
第二低折射率层，所述第二低折射率层设置在所述出光元件和所述入光元件的下表面上并且附接至所述显示面板的上表面；以及
光源，所述光源被设置为面向所述入光元件，
其中，所述第一低折射率层和所述第二低折射率层具有相同的折射率，所述折射率高于空气的折射率，并且低于所述出光元件的折射率、所述入光元件的折射率、以及所述盖基板的折射率，并且其中，所述出光元件的折射率和所述入光元件的折射率等于或高于所述盖基板的折射率。
2.如权利要求1所述的平板显示器，其中
所述光源向限定于所述入光元件上的入射点提供入射光，
所述入光元件包含将所述入射光转换为行进光的全息图案，所述行进光具有使得所述行进光在所述出光元件内被全反射并进入所述出光元件的入射角，并且
所述出光元件包含将所述行进光的一些转换为检测光的全息图案，所述检测光具有使得所述检测光被全反射离开所述盖基板的上表面并通过所述第一低折射率层和所述第二低折射率层的反射角。
3.如权利要求2所述的平板显示器，其中，所述入射角大于所述出光元件与所述第二低折射率层之间的界面处的全反射临界角，并且大于所述出光元件与所述第一低折射率层之间的界面处的全反射临界角。
4.如权利要求2所述的平板显示器，其中，所述反射角大于所述盖基板与空气层之间的界面处的全反射临界角，并且小于所述出光元件与所述第二低折射率层之间的界面处的全反射临界角。
5.如权利要求2所述的平板显示器，其中，所述行进光在由沿所述定向光单元的所述长度的轴和沿所述宽度的轴构成的水平面上具有扩展角，并且在由沿所述定向光单元的所述厚度的轴和沿所述长度的轴构成的垂直平面上如初始那样保持准直。
6.如权利要求5所述的平板显示器，其中，所述扩展角大于或等于从所述入射点连接至所述盖基板的与所述入光元件相对的另一侧上的两个端点的两个线段的内角。
7.如权利要求1所述的平板显示器，还包含装饰层，所述装饰层至少设置在所述盖基板的下表面的与所述非显示区域对应的一侧或另一侧上。
8.如权利要求7所述的平板显示器，其中，所述入光元件和所述光源设置在所述装饰层之下。
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