KR20190028940A

KR20190028940A - 표시장치와 이 표시장치를 포함한 모바일 정보 단말기

Info

Publication number: KR20190028940A
Application number: KR1020170115862A
Authority: KR
Inventors: 이근식; 추교섭; 한만협; 이정훈
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-20
Also published as: CN109492517A; KR20220152966A; TW201913341A; EP3940502A1; KR102670378B1; CN109492517B; EP3454167A1; US10691910B2; CN114332966A; JP2019049716A; US20190080140A1; JP6751738B2; KR102462246B1; TWI685777B

Abstract

본 발명의 표시장치는 입력 영상이 표시되는 표시 영역 상에서 지문이 접촉되는 표시패널, 및 상기 표시패널을 사이에 두고 상기 지문의 접촉되는 면의 반대면에 배치되어 상기 지문으로부터 반사되어 상기 표시패널을 통과한 빛을 감지하는 지문 센서를 구비한다. 상기 지문 센서가 상기 표시패널의 장축과 나란한 기준선에 대하여 20°~45°의 각도 범위에서 경사지게 부착되어 무아레를 방지할 수 있다.

Description

표시장치와 이 표시장치를 포함한 모바일 정보 단말기{DISPLAY DEVICE AND MOBILE INFORMAION TERMINAL INCLUDING THE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 표시장치에서 영상이 표시되는 화면(표시 영역) 상에서 지문을 센싱할 수 있는 표시장치와 모바일 정보 단말기에 관한 것이다.

전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 대별된다. 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기 발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.

유기 발광 표시장치의 OLED는 애노드 및 캐소드와, 이들 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)으로 이루어진다. 애노드와 캐소드에 전원이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(EML)이 가시광을 발생하게 된다.

모바일 정보 단말기에서 적용되고 있는 지문 센서는 홈 버튼(Home button)과 같은 화면 밖의 특정 위치에 배치되고 있다. 지문 센서 배치 방법은 화면 밖의 베젤(bezel) 영역에 배치될 수 있는데, 이 경우에 베젤 영역이 커진다. 표시 패널에 지문 센서를 배치하기 위하여, 표시 패널의 구조가 변경될 수 있다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD)에 지문 센서가 배치될 수 있는데, 화면 영역에서 표시 패널과 백라이트 유닛(Back light Unit, BLU) 사이에 지문 센서를 배치하면 지문 센서가 보이게 된다. 백라이트 유닛(BLU)의 프리즘 시트(prism sheet)는 그 구조 상 공기층(air gap)이 많다. 공기층으로 인하여 지문센서의 수신 효율이 낮아지기 때문에 액정표시장치의 화면 영역 아래에 지문 센서가 배치될 수 없다.

본 발명은 무아레 간섭(Moire interference) 없이 화면 상에서 지문 인식이 가능한 표시장치와 모바일 정보 단말기를 제공한다.

본 발명의 표시장치는 입력 영상이 표시되는 표시 영역 상에서 지문이 접촉되는 표시패널, 및 상기 표시패널을 사이에 두고 상기 지문의 접촉되는 면의 반대면에 배치되어 상기 지문으로부터 반사되어 상기 표시패널을 통과한 빛을 감지하는 지문 센서를 구비한다. 상기 지문 센서가 상기 표시패널의 장축과 나란한 기준선에 대하여 20°~45°의 각도 범위에서 경사지게 부착된다.

상기 표시장치는 상기 지문 센서가 실장된 가요성 회로 기판을 더 구비한다.

상기 가요성 회로 기판은 상기 지문 센서가 실장되는 센서 실장부, 및 상기 센서 실장부에 연결되고 메인 보드에 연결되는 테일부를 포함한다.

상기 지문 센서의 부착 방향선은 상기 지문 센서의 중심과 상기 가요성 회로 기판의 폭 방향 중심을 지나고, 상기 기준선과 교차된다. 상기 기준선에 대한 상기 지문 센서의 부착 방향선의 각도는 20°~45°의 각도 범위 이내의 각도이다.

상기 가요성 회로 기판의 테일부는 상기 센서 실장부와 가까운 제1 테일부와, 상기 제1 테일부에 대하여 소정 각도로 구부러진 제2 테일부를 포함한다.

상기 지문 센서와 상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부가 상기 기준선에 대하여 20°~45°이다. 상기 제1 테일부가 상기 센서 실장부에 연결되고 상기 기준선에 대하여 20°~45°로 연장된다. 상기 제2 테일부는 상기 제1 테일부로부터 110°~135° 사이의 열각(劣角)으로 구부러진다.

상기 지문 센서와 상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부가 상기 기준선에 대하여 20°~45°이다. 상기 테일부가 상기 센서 실장부에 연결되고 상기 센서 실장부로부터 110°~135° 사이의 열각(劣角)으로 구부러진다.

상기 지문 센서와 상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부가 상기 기준선에 대하여 20°~45°이다. 상기 제1 테일부가 상기 기준선과 나란하게 연장된다. 상기 제2 테일부가 상기 제1 테일부로부터 제1 테일부(242a)로부터 90°의 열각(劣角)으로 구부러진다.

상기 지문 센서가 상기 기준선에 대하여 20°~45°이다. 상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부의 일측 변이 상기 기준선과 나란하다. 상기 가요성 회로 기판의 테일부의 장축 방향이 상기 기준선에 대하여 90° 각도의 방향이다.

상기 지문 센서의 픽셀들이 비균일하게 배열된다.

본 발명의 모바일 정보 단말기는 입력 영상이 표시되는 표시 영역 상에서 지문이 접촉되는 표시패널, 상기 표시패널을 사이에 두고 상기 지문의 접촉되는 면의 반대면에 배치되어 상기 지문으로부터 반사되어 상기 표시패널을 통과한 빛을 감지하는 지문 센서, 상기 지문 센서가 연결되는 메인 보드, 및 상기 메인 보드에 연결된 배터리를 구비한다. 상기 지문 센서가 상기 표시패널의 장축과 나란한 기준선에 대하여 20°~45°의 각도 범위에서 경사지게 부착된다.

본 발명은 표시패널에서 지문이 접촉되는 반대면에서 지문 패턴을 감지하여 영상이 표시되는 화면 상에서 지문을 감지할 수 있다. 본 발명은 표시패널에 대한 지문 센서의 부착 각도를 최적화하여 무아레를 방지할 수 있다.

본 발명은 금속층과 폼패드에 홀을 형성하고 그 홀 내에 지문 센서를 배치함으로써 지문이 접촉되는 표시패널을 덮는 투명 기판과 지문 센서 사이에 빛의 경로를 확보하고 표시장치를 슬림화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지향성 광원 장치를 보여 주는 단면도 및 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 투명 기판 내에서의 광 경로를 나타내는 단면도이다.
도 3은 표시패널 상에 배치된 지향성 광원 장치를 보여 주는 단면도 및 평면도이다.
도 4는 지문 센싱 영역을 보여 주는 도면이다.
도 5는 표시패널에 접착된 지문 센서를 보여 주는 단면도이다.
도 6은 표시패널의 픽셀들이 지문 인식을 위한 광원으로 동작하는 예를 보여 주는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표시패널과 지문 센서가 모바일 정보 단말기에서 적용된 예를 보여 주는 단면도들이다.
도 9a는 표시패널에 대한 지문 센서의 부착 각도가 90°인 예를 보여 주는 도면이다.
도 9b는 부착 각도가 90°일 때 지문 센서의 출력 이미지에서 보이는 무아레이다.
도 10a는 표시패널에 대한 지문 센서의 부착 각도가 45°인 예를 보여 주는 도면이다.
도 10b는 부착 각도가 45°일 때 지문 센서의 출력 이미지이다.
도 11a는 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도가 20°인 예를 보여 주는 도면이다.
도 11b는 부착 각도가 20°일 때 보이는 무아레의 촬영 이미지이다.
도 12는 지문 센서의 구조를 간략히 보여 주는 평면도이다.
도 13a 및 도 13b는 제1 가요성 회로 기판의 구조를 보여 주는 평면도들이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 정보 단말기를 개략적으로 보여 주는 도면들이다.
도 16은 모바일 정보 단말기의 백 커버를 분리한 상태에서 모바일 정보 단말기의 배면 쪽에서 바라본 모바일 정보 단말기의 평면도이다.
도 17은 모바일 정보 단말기의 단면 구조를 보여 주는 단면도이다.
도 18a 내지 도 21b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 지문 센서와 제1 가요성 회로 기판의 배치 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 표시패널과 지문 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 보여 주는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은 특허청구범위에 의해 정의된다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

실시에 설명에서, 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되지만, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

본 발명의 표시장치는 광원과 지문 센서를 이용한 광학식 지문 센서를 포함한다. 이하의 실시예에서 본 발명의 표시장치를 전계 발광 표시장치 중심으로 설명되지만 본 발명은 전계 발광 표시장치의 일 예로, 매 픽셀 마다 자발광 소자인 OLED가 형성된 유기 발광 표시장치를 중심으로 설명된다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상은 유기 발광 표시장치에 국한되지 않고, 무기발광 물질을 포함한 무기 발광 표시장치에도 적용될 수 있음에 주의하여야 한다. 이 표시장치는 모바일 정보 단말기에 적용될 수 있다. 모바일 정보 단말기는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 웨어리블(wearable) 기기 등을 포함한다.

본 발명의 표시장치는 표시패널 상에 도 1 내지 도 5와 같은 지향성 광원 장치(SLS)를 배치하고 표시패널의 아래에 또는 표시패널 내에 지문 센서를 배치함으로써 입력 영상이 표시되는 화면 상에서 지문을 센싱할 수 있다. 지향성 광원 장치(SLS)에 사용자의 지문이 접촉되면 그 지문으로부터 반사된 빛이 지문 센서에 의해 전기적인 신호로 변환되어 지문 패턴이 검출된다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 지향성 광원 장치(SLS)는 표시패널(DPNL)과 결합되는 지문 센서의 광원이다. 지향성 광원 장치(SLS)는 투명 기판(CP), 광원(LS), 입광 소자(CHOE), 출광 소자(VHOE), 및 저굴절율층(LR)을 구비한다. 투명 기판(CP)은 표시패널(DPNL)의 전면을 덮는 커버 글라스(cover glass)일 수 있다.

지향성 광원 장치(SLS)는 시준된(collimated) 빛을 투명 기판(CP) 내에서 대면적으로 확산하는 광학 장치이다. 광원(LS)은 시준된 빛을 제공하는 것이 바람직하다. 광원(LS)은 적외선(IR) 대역 또는 가시광 대역의 레이저 빛을 입광 소자(CHOE)로 조사한다.

입광 소자(CHOE)는 광원(LS)과 투명 기판(CP) 사이에 배치되어 투명 기판(CP) 내에서 빛이 전반사될 수 있는 각도로 광원(LS)으로부터의 빛을 굴절한다. 출광 소자(VHOE)는 표시패널(DPNL)의 화면 상에서 표시패널(DPNL)과 투명 기판(CP) 사이에 배치되어 투명 기판(CP) 내에서 진행하는 빛의 일부가 투명 기판(CP)의 배면(또는 하면)을 통해 표시패널(DPNL) 쪽으로 진행할 수 있도록 투명 기판(CP) 내에서 진행하는 빛의 일부를 굴절 시킨다. 저굴절율층(LR)은 출광 소자(VHOE)와 표시패널(DPNL) 사이에 배치되고 출광 소자(VHOE) 보다 낮은 굴절율을 갖는다.

투명 기판(CP)의 배면에 출광 소자(VHOE)와 입광 소자(CHOE)가 접착된다. 출광 소자(VHOE)는 출사광(300)을 제공하는 광학 소자이다. 출광 소자(VHOE) 아래에 표시패널(DPNL)의 화면(AA)이 배치된다. 표시패널(DPNL)의 화면(AA)은 입력 영상이 표시되는 픽셀 어레이를 포함하는 표시 영역이다.

입광 소자(CHOE)는 광원(LS)으로부터의 시준된 빛을 투명 기판(CP)으로 확산하면서 시준성을 갖도록 전환하는 광학 소자이다. 입광 소자(CHOE)는 광원(LS)과 대향하도록 표시패널(DPNL)의 가장자리에 배치될 수 있다.

출광 소자(VHOE) 및 입광 소자(CHOE)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 제조 공정을 고려하면, 하나의 필름 위에 출광 소자(VHOE)와 입광 소자(CHOE)의 영역을 나누어서 형성하는 것이 바람직하다. 출광 소자(VHOE)와 입광 소자(CHOE)는 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)일 수 있다. 입광 소자(CHOE)와 출광 소자(VHOE)는 홀로그램 기록 공정에서 동시에 제작될 수 있다. 홀로그램 기록 공정에서, 출광 소자(VHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름과 입광 소자(CHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름이 인접되게 배치된 상태에서 하나의 홀로그램 필름 상에 출광 소자용 홀로그램 패턴과 입광 소자용 홀로그램 패턴이 동시에 기록될 수 있다.

홀로그램 기록 방법은 투과형 기록 방법과 반사형 기록 방법으로 나뉘어질 수 있다. 투과형 기록 방법은 홀로그램 필름의 일면을 향해 참조광(reference light)과 물체광(object light)을 조사하여 홀로그램 필름의 기록면에 간섭 무늬를 기록다. 투과형 기록 방법으로 정보가 기록된 홀로그램 필름의 일면을 향해 참조광을 조사하면 홀로그램 필름을 투과하는 +1차 회절광과 -1차 회절광으로 물체광 정보가 재생된다.

반사형 기록 방법은 홀로그램 필름을 사이에 두고 참조광과 물체광을 홀로그램 필름에 조사한다. 반사형 기록 방법에서 참조광은 홀로그램 필름의 일면을 향해 조사되고, 물체광은 홀로그램 필름의 타면을 향해 조사된다. 홀로그램 필름의 타면은 일면의 반대면이다. 이렇게 홀로그램 필름의 기록면에 참조광과 물체광의 간섭 무늬가 기록된다. 반사형 기록 방법으로 정보가 기록된 홀로그램 필름의 일면을 향해 참조광을 조사하면 홀로그램 필름 상에서 반사되는 +1차 회절광과 -1차 회절광으로 물체광 정보가 재생된다.

출광 소자(VHOE) 및 입광 소자(CHOE)와, 표시패널(DPNL) 사이에 저굴절율층(LR)이 배치된다. 저굴절율층(LR)은 투명 기판(CP) 및 출광 소자(VHOE)보다 낮은 굴절율을 갖는다.

투명 기판(CP)은 굴절율이 1.5인 투명 기판으로 제작할 수 있다. 출광 소자(VHOE)와 입광 소자(CHOE)이 투명한 홀로그램 필름으로 제작될 수 있다. 홀로그램 필름의 굴절율은 투명 기판(CP)과 동일하거나 조금 더 큰 값을 가질 수 있다. 출광 소자(VHOE)와 입광 소자(CHOE)의 굴절율은 투명 기판(CP)의 굴절율과 동일한 것으로 가정한다. 저굴절율층(LR)의 굴절율은 인지하고자 하는 지문(IM) 즉, 피부의 굴절율과 비슷한 것이 좋다. 예를 들어, 사람의 피부가 갖는 굴절율인 1.39와 유사한 1.4 정도의 굴절율을 가질 수 있다.

광원(LS)은 레이저와 같이 시준성이 높은 빛을 제공하는 것이 바람직하다. 광원(LS)으로부터의 시준광(Collimated Light)은 입사광(100)으로서 일정한 단면적을 갖고 입광 소자(CHOE)에 정의된 입사점(IP)으로 조사된다. 입사광(100)은 입사점(IP)의 표면에 대해 법선 방향으로 입사될 수 있다. 하지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 입사점(IP) 표면의 법선에 대해 기울어진 각도로 입사할 수도 있다.

입광 소자(CHOE)는 입사광(100)을 입사각을 갖는 진행광(200)으로 굴절시켜 투명 기판(CP)의 내부로 보낸다. 입사각은 투명 기판(CP)의 내부 전반사 임계각(Internal Total Reflection Critical Angle)보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 그 결과, 진행광(200)은 투명 기판(CP)의 내부에서 전반사를 하면서, 투명 기판(CP)의 길이 방향인 X축으로 진행한다. 광원(LS)으로부터의 빛이 투명 기판(CP) 내에서 전반사되기 때문에 광원(LS)으로부터의 빛이 가시광 대역이라도 그 빛이 외부에서 보이지 않는다.

출광 소자(VHOE)는 진행광(200)의 일부 광량을 출사광(300)으로 전환하여 투명 기판(CP)의 전면 쪽으로 굴절 시킨다. 진행광(200)의 나머지 광량은 투명 기판(CP) 내부에서 전반사되어 진행한다. 출사광(300)은 투명 기판(CP)의 전면에서 전반사되지만, 투명 기판(CP)의 배면에서 저굴절율층(LR)을 투과한다. 투명 기판(CP)의 배면을 투과하는 검출광(혹은, '센싱광')(400)이 표시패널(DPNL) 쪽으로 진행하게 된다.

출사광(300)의 광량은 출광 소자(VHOE)의 광 효율에 의해 결정된다. 출광 소자(VHOE)의 광 효율이 3% 일 때, 진행광(200)이 출광 소자(VHOE)에 가장 먼저 닿은 첫 번째 발광 영역에서는 초기 입사광(100)의 3%에 해당하는 광량이 출사광(300)으로 나온다. 97%의 진행광(200)은 계속 전반사되어 진행한다. 두 번째 발광 영역에서 97%의 3%인 초기 입사광(100) 광량의 2.91%에 해당하는 광량이 출사광(300)으로 나온다.

광원(LS)의 반대측인 투명 기판(CP)의 끝 변에 도달할 때까지 출사광(300)이 투명 기판(CP)의 배면을 투과한다. 진행광(200)이 투명 기판(CP) 내에서 진행하면서 일정한 광량을 갖는 출사광(300)을 제공하기 위해서, 출광 소자(VHOE)의 광 추출 효율이 지수함수적으로 점차 증가하는 값을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.

진행광(200)을 길이 방향 축과 두께 방향 축으로 이루어진 XZ 평면(혹은, '수직 평면') 상에서 보면, 입사광(100)의 시준된 상태를 그대로 유지한다. 반면에, 폭 방향 축과 길이 방향 축으로 이루어진 XY 평면(혹은, '수평 평면')에서는 도 2에 도시된 확산각(φ)을 갖는 것이 바람직하다. 이는 이미지 검출 면적을 투명 기판(CP)의 면적에 대응하도록 설정하기 위함이다. 예를 들어, 출광 소자(VHOE)는 가급적, 광 출사부(LOT) 면적 전체에 대응하도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 확산각(φ)은 입사점(IP)에서 입광 소자(CHOE)와 대향하는 투명 기판(CP)의 타측변의 두 끝점(P1, P2)을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 큰 것이 바람직하다.

입광 소자(CHOE)가 배치된 영역을 광 입사부(LIN)로 정의할 수 있다. 또한, 출광 소자(VHOE)가 배치된 영역을 광 출사부(LOT)로 정의할 수 있다. 한편, 광 출사부(LOT)는 광이 진행하기도 하는 광 진행부이기도 하다.

광원(LS)에서 제공하는 시준된 빛의 단면적이 0.5mm x 0.5mm인 정원인 경우, 입광 소자(CHOE)는 투명 기판(CP)의 폭에 대응하는 길이와 3mm ~ 5mm정도의 폭을 가질 수 있다. 입광 소자(CHOE)는 투명 기판(CP)의 폭 방향으로 가로 질로 배치될 수 있다.

광원(LS)에서 제공된 입사광(100)은 입광 소자(CHOE)의 입사점(IP)의 표면에 대해 법선 방향으로 입사한다. 입광 소자(CHOE)는 입사광(100)을 입사각(θ)을 갖도록 진행광(200)의 각도로 굴절시킨다. 진행광(200)은 투명 기판(CP)의 내부로 전파된다.

진행광(200)의 입사각(θ)은 출광 소자(VHOE)와 저굴절율층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(TEHOE_LR)보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명 기판(CP) 및 출광 소자(VHOE)의 굴절율이 1.5이고, 저굴절율층(LR)의 굴절율이 1.4일 경우, 출광 소자(VHOE)와 저굴절율층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(TEHOE_LR)은 약 69도로 계산된다. 따라서, 입사각(θ)은 69도보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 입사각(θ)은 70° 내지 75° 중 어느 한 값을 갖도록 설정할 수 있다.

투명 기판(CP)의 전면은 공기층(air)과 접촉하고 있으므로, 진행광(200)은 투명 기판(CP)의 전면에서 역시 전반사된다. 이는, 투명 기판(CP)과 공기층(AIR)의 계면에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)은 약 41.4도이기 때문이다. 즉, 입사각(θ)이 출광 소자(VHOE)와 저굴절율층(LR)의 계면에서의 전반사 임계각(TEHOE_LR)보다 큰 값을 가지면, 이는 항상 투명 기판(CP)과 공기층(AIR)의 계면에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)보다 큰 값이다.

출광 소자(VHOE)는 진행광(200)의 일정 광량을 반사각(α)을 갖는 출사광(300)으로 전환시켜 투명 기판(CP)의 내부로 되돌려 보낸다. 출사광(300)은 투명 기판(CP)의 전면(또는 상면)에 접촉된 지문(IM)의 패턴을 인지하기 위한 광이다. 출사광(300)은 투명 기판(CP)의 표면 상에 지문(IM)이 없는 경우에 투명 기판(CP)의 전면에서 전반사되어 지향성 광원 장치(SLS)의 아래에 배치된 지문 센서(ISS)로 전파되어야 한다. 출사광(300)은 투명 기판(CP)의 전면에서 전반사된 후에, 검출광(400)으로서 지향성 광원 장치(SLS)의 아래로 전파된다.

도 3에 도시된 바와 같이 지향성 광원 장치(SLS) 아래에 표시패널(DPNL)이 배치될 수 있다. 지문 센서(ISS)는 표시패널(DPNL)의 배면에 소정의 각도로 부착되어 표시패널(DPNL)을 통해 입사된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 투명 기판(CP) 상의 지문 패턴 이미지를 출력한다. 지문 센서(ISS)의 픽셀 어레이는 포토 센서들을 포함한다. 포토 센서 픽셀들은 포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터와 같은 광검출소자를 포함한다. 지문 센서(ISS)는 광학 접착제(OCA), 감압 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA) 등의 접착제로 표시패널(DPNL)에 부착될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

입사광(100)은 입광 소자(CHOE)에 의해 진행광(200)으로 변환된다. 진행광(200)은 길이 방향 축인 X축과 폭 방향 축인 Y축으로 이루어진 수평 평면인 XY 평면에서는 확산각(φ)을 가지도록 변환된다. 또한, 길이 방향 축인 X과 두께 방향 축인 Z축으로 이루어진 수직 평면인 XZ 평면에서는 원래의 시준된 상태를 유지한다.

확산각(φ)은 입사점(IP)에서 입광 소자(CHOE)와 대향하는 투명 기판(CP)의 타측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 이보다 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 진행광(200)은 확산각(φ)을 갖는 삼각형 형상으로 확산되면서 투명 기판(CP) 내에서 전파된다. 출사광(300) 역시 진행광(200)과 동일한 범위에 걸쳐 제공된다. 그 결과, 지문 센싱 영역은 입사점(IP)으로부터 확산각(φ)으로 넓어지는 삼각형 영역 내에서 선택될 수 있다. 도 4에서 빗금친 원형으로 표시한 부분이 지문 센싱 영역(SA)으로 지정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

표시패널(DPNL)의 중앙부 혹은 입광 소자(CHOE)와 대향하는 상단변의 일부에 지문 센싱 영역(SA)을 설정할 경우, 지문 센싱 영역(SA)에서 출사광(300)의 광량이 최대 값을 갖도록 설계하는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 출광 소자(VHOE)의 광 추출 효율이 센싱 영역(SA)에 대응하는 부분에서 최대 값을 갖고, 다른 부분에서는 최소 값 혹은 '0'에 가까운 값을 갖도록 위치에 따른 함수 관계로 설계할 수 있다.

투명 기판(CP) 상에 지문(IM)이 접촉되면, 지문의 융선(Ridge, R)과 골(Valley, V) 중에서 골 위치의 투명 기판(CP)의 전면으로부터 빛이 반사되고, 그 빛은 출광 소자(VHOE)와 저굴절율층(LR)을 통과하여 표시패널(DPNL) 쪽으로 진행하기 때문에 지문 센서(ISS)에 도달할 수 있다. 투명 기판(CP)과 접촉된 지문의 융선(R)에서, 빛은 피부를 통해 외부로 전파되기 때문에 지문 센서(ISS)에 도달할 수 없다.

지문 센서(ISS)는 지문(IM)으로부터 반사된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 지문 패턴을 검출한다. 지문 센서(ISS)는 포토 센서 픽셀들 각각으로부터 출력된 전압을 증폭하고 디지털 데이터로 변환한다. 지문 센서(ISS)에서, 지문(IM)의 융선(R)은 지문 센서(ISS)에서 화이트 계조(white gray level)의 데이터로 변환되고, 지문(IM)의 골(V)은 지문 센서(ISS)에서 블랙 계조(black gray level)의 데이터로 변환될 수 있다. 이와 반대로, 지문의 융선(R)은 지문 센서(ISS)에서 블랙 계조의 데이터로 변환되고, 지문의 골(V)은 지문 센서(ISS)에서 화이트 계조의 데이터로 변환될 수 있다. 도시하지 않은 지문 인식 프로세서는 미리 설정된 지문 인증 알고리즘을 실행하여 지문 센서(ISS)에 의해 실시간 감지된 지문 패턴 데이터를 미리 저장된 사용자 지문 패턴과 비교하여 지문을 인증한다.

지문 센서(ISS)의 수광면이 지문 센싱 영역(SA)을 향하도록 지문 센서(ISS)가 배치된다. 본 발명의 표시장치는 사용자가 지문 센싱 영역(SA)의 위치를 쉽게 알 수 있도록 지문 인식이 필요할 때 화면(AA) 상에 그 위치를 지시하는 이미지를 표시할 수 있다.

출광 소자(VHOE)와 저굴절율층(LR)은 표시패널(DPNL) 상에 배치된다. 저굴절율층(LR)은 표시패널(DPNL) 상에 광학 접착제(Optical clear adhesive, OCA)로 접착될 수 있다. 지문 센서(ISS)의 픽셀들은 지향성 광원 장치(SLS)의 투명 기판(CP), 출광 소자(VHOE) 및 저굴절율층(LR)과 대향한다.

본 발명의 다른 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 표시패널(DPNL)의 픽셀들을 지문 센싱용 광원으로 이용할 수 있다. 이 실시예는 전술한 지향성 광원 장치(SLS) 없이 표시패널(DPNL)과 일체화된 지문 센서를 구현한다.

도 6을 참조하면, 표시패널(DPNL)의 전면에 투명 기판(CP)이 덮여질 수 있다. 사용자의 지문은 표시패널(DPNL)의 화면(AA) 상에서 투명 기판(CP)에 접촉될 수 있다.

표시패널(DPNL)의 픽셀 어레이는 다수의 데이터 라인들과, 데이터 라인들과 교차되는 다수의 게이트 라인들, 및 매트릭스 형태로 배치되는 디스플레이 픽셀들(PIX)을 포함한다. 디스플레이 픽셀들(PIX) 각각은 컬러 구현을 위하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀로 나뉘어질 수 있고 또한, 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 서브 픽셀들 각각은 OLED와 같은 발광 소자를 포함할 수 있다.

지문 센서(ISS)는 표시패널(DPNL)의 화면(AA) 상에서 지문 센싱 영역(SA)에 대향하도록 지문 센싱 영역(SA)과 중첩되는 위치에서 표시패널(DPNL)의 배면에 부착된다. 표시패널(DPNL)의 기판 배면에 폼 패드(Foam pad) 및 금속층이 접착될 수 있다. 지문 센서(ISS)의 광 수신 효율을 높이고 표시장치의 두께를 줄이기 위하여, 지문 센서(ISS)는 폼 패드 및 금속층의 홀(hole)에 의해 노출된 표시패널(DPNL)의 배면에 직접 접착될 수 있다.

지문 인식이 필요한 이벤트가 발생할 때, 지문 센싱 영역(SA)의 픽셀들(PIX)이 발광된다. 이 픽셀들(PIX)로부터의 빛이 투명 기판(CP)에 접촉된 지문(IM)의 융선(R)으로부터 반사되어 지문 센서(300)의 포토 센서 픽셀들에 수광되는 반면, 지문의 골(V)에서 빛이 통과되어 거의 반사되지 않는다. 지문 센서(ISS)의 포토 센서 픽셀들 각각은 빛을 전기적인 신호로 변환하는 포토 센서를 이용하여 지문의 골(R)로부터 반사된 빛을 전압으로 변환하고 그 전압을 증폭하여 디지털 데이터로 변환한다. 지문 인식 프로세서는 미리 설정된 지문 인증 알고리즘을 실행하여 지문 센서(ISS)에 의해 실시간 감지된 지문 패턴 데이터를 미리 저장된 사용자 지문 패턴과 비교하여 지문을 인증한다.

도 5 및 도 6에 도시된 표시패널과 지문 센서는 모바일 정보 단말기에서 도 7 또는 도 8과 같은 구조로 적용될 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 모바일 정보 단말기는 화면(AA) 상에 영상을 표시하는 표시패널(DPNL), 표시패널(DPNL)에 부착된 지문 센서(ISS), 및 표시패널(DPNL)을 구동하는 드라이브 IC(Integrated Circuit)(25)를 구비한다. 표시패널(DPNL) 상에 투명 기판(CP)이 배치된다.

사용자의 지문은 투명 기판(CP)의 전면에 접촉될 수 있다. 지문 센서(ISS)는 표시패널(DPNL)을 사이에 두고 지문 접촉면의 반대면에 배치되어 지문으로부터 반사된 빛을 검출하여 지문 패턴 이미지를 출력한다. 따라서, 표시패널(DPNL)을 사이에 두고 지문 접촉과 지문 패턴 검출이 서로 반대면에서 이루어진다.

표시패널(DPNL)은 플라스틱 OLED 표시장치와 같은 플렉시블 표시장치(Flexible display device)의 플렉시블 표시패널일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 플라스틱 OLED 표시장치의 경우, 표시패널(DPNL)은 백 플레이트(back plate, 19), 백 플레이트(19) 상에 접착된 유기 박막 필름(17), 유기 박막 필름(17) 상에 형성된 표시영역(16), 표시영역(16) 상에 배치된 터치 센서 어레이(15), 및 터치 센서 어레이(15) 상에 접착된 편광 필름(14)을 포함한다. 표시영역(16)은 영상을 표시하는 픽셀 어레이를 포함한다.

편광 필름(14)은 표시패널(DPNL) 상에서 외부광 반사를 차단하여 야외 시인성을 개선한다. 편광 필름(14)은 원 편광자(또는 λ/4 판)을 포함할 수 있다. 편광 필름(14)은 접착제(13) 예를 들어, 광학 접착제(Optical clear adhesive, OCA)로 투명 기판(CP) 상에 접착된다.

백 플레이트(19)는 PET(Polyethylene terephthalate) 기판일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 백 플레이트(19)는 표시영역(16)가 습도에 노출되지 않도록 투습을 차단하고 표시영역(16)를 지지한다. 유기 박막 필름(17)은 얇은 PI(Polyimide) 필름 기판일 수 있다. 유기 박막 필름(17) 상에 도시하지 않은 절연 물질로 다층의 버퍼막이 형성될 수 있다. 유기 박막 필름(17) 상에 표시영역(16)와 터치 센서 어레이(15)에 인가되는 전원이나 신호를 공급하기 위한 배선들이 형성될 수 있다.

표시영역(16)은 데이터 라인들, 데이터 라인들과 교차하는 게이트 라인들, 매트릭스 타입으로 배치된 픽셀들을 포함하여 입력 영상을 재현하는 화면을 구현한다. 픽셀들 각각은 발광소자를 포함한다. 일 예로, 픽셀들 각각은 OLED와, 그 OLED의 구동 회로를 포함할 수 있다. 표시영역(16)의 데이터 라인들은 드라이브 IC(25)에 연결되어 드라이브 IC(25)로부터 데이터 신호를 공급 받는다. 터치 센서 어레이(15)는 터치 센서 구동부에 의해 구동되어 터치 입력을 감지하고, 터치 입력 각각의 좌표와 식별 코드(ID)를 호스트 시스템으로 전송한다.

지문 센서(ISS)는 제1 가요성 회로 기판(FPCB1) 상에 실장된다. 이러한 지문 센서(ISS)는 표시영역(16) 아래에 배치되어 있기 때문에 표시패널의 구조 변경 없이 표시장치의 베젤(bezel) 크기에 영향을 주지 않고 지문 패턴을 감지할 수 있다. 제1 및 제2 가요성 회로 기판들(FPCB1, FPCB2) 각각은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board), FFC(Flexible flat cable), FPC(flexible printed circuit) 중 어느 하나로 선택될 수 있다.

드라이브 IC(25)는 제2 가요성 회로 기판(FPCB2) 상에 실장될 수 있다. 드라이브 IC(25)는 모바일 정보 단말기에서 표시패널(DPNL)의 데이터 라인들에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동부, 표시패널(DPNL)의 게이트 라인들(또는 스캔 라인들)에 게이트 신호(또는 스캔 신호)를 공급하는 게이트 구동부, 및 데이터 구동부와 게이트 구동부의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부를 포함한다. 이 드라이브 IC(25)는 호스트 시스템으로부터 수신된 입력 영상의 데이터를 표시패널(DPNL)의 픽셀들에 기입한다. 호스트 시스템은 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)을 통해 지문 센서(ISS)와 연결되고, 제2 가요성 회로 기판(FPCB2)을 통해 표시패널 구동회로에 연결된다. 호스트 시스템은 모바일 정보 단말기에서 AP(Application Processor)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

표시패널(DPNL)의 백 플레이트(19)에 폼 패드(Foam pad)(20) 및 금속층(21)이 적층될 수 있다. 폼 패드(20)는 발포 수지(foamed resin)로 제작되어 진동이나 충격을 흡수한다. 금속층(21)은 전자파(electro-magnetic interference, EMI)를 차폐하는 금속 예를 들면, Cu 층이다.

지문 센서(ISS)이 백 플레이트(19)에 접착될 수 있도록 폼 패드(20)와 금속층(21)에 백 플레이트(19)를 노출하는 홀(hole)(30)이 형성된다. 지문 센서(ISS)는 홀(30) 내에 배치되어 그 수신부가 백 플레이트(19)에 접착된다. 미드 프레임(mid-frame, 27)은 지문 센서(ISS)이 삽입되는 홀을 노출하는 홀(hole)을 구비할 수 있다.

폼 패드(20)와 금속층(21)에 형성된 홀(30) 내에 지문 센서(ISS)가 매립되기 때문에 투명 기판(CP) 상의 지문과 지문 센서(ISS) 사이의 거리를 줄일 수 있다. 지문 센서(ISS)의 매립 구조는 지문 센서(ISS)의 광 수신 효율을 높여 지문 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.

미드 프레임(27)은 표시패널(DPNL), 지문 센서(ISS), 드라이브 IC(25) 등을 수용한다. 미드 프레임(27)의 측벽 상단은 양면 테이프로 투명 기판(CP)에 접착될 수 있다. 투명 기판(CP)에는 데코 필름(Deco. Film)(12)이 접착될 수 있다. 데코 필름(12)에 그림, 문자 등이 인쇄될 수 있다. 유기 박막 필름(17)의 일측은 표시패널의 배면 쪽으로 벤딩(bending)되어 제2 가요성 회로 기판(FPCB2)의 일단에 연결된다. 멘드럴(Mandrel)(18)은 백 플레이트(19)와 폼 패드(20)의 측면에 접착되어 유기 박막 필름(17)의 벤딩부를 지지(support)한다.

표시패널(DPNL)은 유리 기판 상에 형성되는 OLED 표시장치로 구현될 수 있다. 이 경우, 백 플레이트(19)과 유기 박막 필름(17)은 하나의 유리 기판으로 대체된다.

도 8의 예에서, 지문 센서(ISS)가 폼 패드(20)에 접착되는 것을 제외하면 도 7에 도시된 실시예와 실실적으로 동일하다. 금속층(21)에 지문 센서(ISS)가 삽입되는 홀(hole)이 마련된다. 폼 패드(20)는 지문 센서(ISS)이 삽입되는 홀이 없다. 이 실시예에서 폼 패드(20)는 지문 센서(ISS)에 수광되는 빛을 흡수하지 않도록 투명도가 높은 재료로 사용되는 것이 바람직하다.

표시패널(DPNL)의 픽셀 어레이와 지문 센서(ISS)의 픽셀 어레이 각각은 일정한 간격을 갖는 배선들을 포함한다. 따라서, 표시패널(DPNL)과 지문 센서(ISS)가 겹쳐지면 하여 주기적인 무늬가 겹쳐서 무아레가 보일 수 있다. 일 예로, 도 9a에 도시된 바와 같이 표시패널(DPNL)에 대하여 지문 센서(ISS)를 90°로 부착하면 지문 센서(ISS) 단독으로 보이지 않던 무아레가 표시패널(DPNL)과의 간섭으로 인하여 도 9b에 도시된 줄무늬 형태로 무아레가 시인될 수 있다. 지문 센서(ISS)로부터 출력되는 지문 패턴 이미지에 도 9b와 같은 무아레가 더해지면 지문 패턴을 식별하기가 어려워 지문 인식률이 저하된다.

도 9a에서 "REF"는 표시패널(ISS)에서 장축(X)과 나란한 가상의 부착 기준선(REF)이다. "Aiss"는 지문 센서(ISS)의 중심과 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 폭(W) 방향 중심을 지나고, 부착 기준선(REF)과 교차되는 가상의 센서 부착 방향선이다. 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 일측 단자들은 지문 센서(ISS)의 단자들에 연결되고, 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 타측 단자들은 도면에서 생략된 호스트 시스템의 단자들에 연결된다. 지문 센서(ISS)는 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)를 통해 호스트 시스템에 연결된다. 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board), FFC(Flexible flat cable), FPC(flexible printed circuit) 등 지문 센서(ISS)를 호스트 시스템과 전기적으로 연결하는 회로 부품이다. 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 도면 부호가 "FPCB"이지만 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)은 FPCB로 한정되지 않는다.

본 발명은 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도를 20°~45° 사이의 각도로 설정하여 무아레를 방지한다. 부착 각도는 표시패널(DPNL)이 0°일 때 즉, 부착 기준선(REF)이 0°일 때 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 각도를 의미한다. 부착 기준선(REF)과 센서 부착 방향선(Aiss)이 일치될 때 부착 각도는 0°이다. 부착 각도는 부착 기준선(REF)과 센서 부착 방향선(Aiss) 사이의 각도로 측정될 수 있다.

도 10a는 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도가 45°인 예를 보여 주는 도면이다. 도 10b는 부착 각도가 45°일 때 지문 센서의 출력 이미지이다. 도 11a는 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도가 20°인 예를 보여 주는 도면이다. 도 11b는 부착 각도가 20°일 때 지문 센서의 출력 이미지이다.

도 10a 내지 도 11b를 참조하면, 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도가 20°이상 45°이하의 각도일 때 지문 센서(ISS)로부터 무아레 없는 이미지를 얻을 수 있다. 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도가 45°일 때 무아레가 없는 가장 깨끗한 이미지를 얻을 수 있다.

표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도가 45°일 때 그 각도가 20°일 때 보다 지문 센서(ISSS)와 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)이 점유하는 단축(Y) 방향의 길이가 더 길다. 따라서, 표시패널(DPNL)의 단축 방향 길이를 줄일 필요가 있는 모바일 정보 단말기의 경우에, 표시패널(DPNL)에 대한 지문 센서(ISS)의 부착 각도를 20°또는 20°와 가깝게 좁히는 것이 바람직하다.

도 12는 지문 센서의 구조를 간략히 보여 주는 평면도이다. 도 13a 및 도 13b는 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 구조를 보여 주는 평면도들이다.

도 12 내지 도 13b를 참조하면, 지문 센서(ISS)는 포토 센서 픽셀 어레이(231)가 형성된 반도체 다이(die)(232)와, 반도체 다이(232)를 밀봉하는 몰드(mold)(233)를 포함하여 센서 패키지 형태로 구현된다. 반도체 다이(232) 상에는 포토 센서 픽셀 어레이(231)와 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 단자들을 연결하는 금속 배선들이 형성된다.

제1 가요성 회로 기판(FPCB1)은 지문 센서(ISS)가 실장되는 센서 실장부(241)와, 센서 실장부(241)를 도 14 및 도 15에 도시된 메인 보드에 연결하는 테일부(tail portion)(242)를 포함한다. 센서 실장부(241)는 사각형 형태로 제작될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 테일부(242)의 폭은 센서 실장부(241)의 폭 보다 작다. 테일부(242)는 센서 실장부(241)의 한 변에 연결되거나 도 19a 및 도 19b에 도시된 바와 같이 센서 실장부(241)의 두 변에 연결될 수 있다. 센서 실장부(241)와 테일부(242)는 지문 센서(ISS)와 메인 보드를 연결하는 배선들을 포함한다. 테일부(242)의 끝단은 메인 보드의 커넥터에 연결되는 단자들을 포함한다.

테일부(242)는 도 13a에 도시된 바와 같이 직선 형태로 재단되거나 도 13b에 도시된 바와 같이 소정의 각도로 구부러진 형태로 재단될 수 있다. 테일부(242)가 소정 각도로 구부러질 때 테일부(242)는 센서 실장부(242)와 가까운 제1 테일부(242a)와, 제1 테일부(242a)에 대하여 소정 각도로 구부러져 메인 보드에 연결되는 제2 테일부(242b)를 포함한다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 정보 단말기를 개략적으로 보여 준다. 도 14 및 도 15에서 풀 터치 스크린(Full touch screen) 구조의 모바일 정보 단말기를 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 모바일 단말기는 표시패널(DPNL), 프론트 커버(front cover, 101), 백 커버(back cover, 103), 미드 프레임(27), 메인 보드(104), 배터리(105) 등을 포함한다. 여기서, "커버"는 케이스(case), 하우징(housing)으로 표현될 수 있다.

표시패널(DPNL)의 전면은 투명 기판(CP)에 의해 덮여질 수 있다. 투명 기판(CP)은 강화 유리로 구현될 수 있다. 프론트 커버(101)는 표시패널(DPNL)과 투명 기판(CP)의 가장자리를 덮는다. 모바일 정보 단말기의 전면에 전면 카메라와 각종 센서들이 배치될 수 있다. 모바일 단말기의 배면에는 후방 카메라와 각종 센서들이 배치될 수 있다. 센서들은 모바일 정보 단말기에 적용 가능한 센서들 예를 들어, 근접 센서, 자이로 센서, 지자기 센서, 모션 센서, 조도 센서, RGB 센서, 홀 센서(Hall sensor), 온도/습도 센서, 심장 박동 센서, 지문 인식 센서 등 다양한 센서들을 포함한다.

프론트 커버(101)와 백 커버(103)에는 A/V(Audio/Video) 입력부, 사용자 입력부, 스피커, 마이크 등이 설치된다. A/U 입력부, 사용자 입력부, 스피커, 및 마이크는 메인 보드(104)에 연결된다.

프론트 커버(101)와 백 커버(103) 사이의 공간에 표시패널(DPNL), 미드 프레임(27), 메인 보드(104), 배터리(105) 등이 배치된다. 미드 프레임(27)은 표시패널(DPNL)을 지지하고, 표시패널(DPNL)과 메인 보드(104)를 공간적으로 분리한다. 표시패널(DPNL)을 구동하기 위한 드라이브 IC(25)에 제2 가요성 회로 기판(FPCB1)이 연결된다. 표시패널(DPNL)의 배면에 지문 센서(ISS)와 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)이 배치된다. 제1 및 제2 가요성 회로 기판들(FPCB1, FBCB2)는 메인 보드(104)에 연결된다.

메인 보드(104)는 가요성 회로 기판들(FPCB1, FPCB2)을 통해 드라이브 IC(25)과 이미지 센서(ISS)에 연결되고, 도시하지 않은 무선 통신 모듈, 근거리 통신 모듈, 이동 통신 모듈, 방송 수신 모듈, A/U 입력부, GPS(Global Position System) 모듈, 전원 회로 등을 포함할 수 있다. 메인 보드(104)에 사용자 입력부, 스피커, 마이크, 배터리(105) 등이 연결된다. 전원 회로는 배터리(105)의 전압에서 노이즈를 제거하고 전압을 적절히 조절하여 메인 보드(104) 상에 형성된 회로, 드라이브 IC(25) 및 지문 센서(ISS)의 구동 전원을 발생한다. 모바일 정보 단말기에서, 메인 보드(104)는 호스트 시스템 즉, AP(Application Processor)를 포함한다. AP는 MIPI(Mobile industry processor interface)를 통해 표시패널(DPNL)을 구동하기 위한 드라이브 IC(25)에 영상 데이터를 전송할 수 있다.

메인 보드(104)는 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 배터리(105)와 중첩(overlap)되지 않는 필름 기판 상에 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 모바일 정보 단말기의 두께를 줄이기 위하여, 배터리(105)는 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 이미지 센서(ISS)가 실장된 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 적어도 일부가 안착되는 홈(106)이 형성될 수 있다.

도 18a 내지 도 21b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 지문 센서와 제1 가요성 회로 기판의 배치 방법을 보여 주는 도면들이다.

도 18a 및 도 18b를 참조하면, 지문 센서(ISS)와 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부(241)의 부착 각도가 20°~45°일 수 있다. 이 때, 부착 기준선(REF)과 나란한 가상의 제2 부착 기준선(REF2)이 0°이고, 이 제2 부착선(REF2)에 대하여 지문 센서(ISS)와 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부(241)의 각도가 20°~45°이다. 제2 부착 기준선(REF2)은 전술한 부착 기준선(REF)과 실질적으로 같다.

제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 테일부(242)는 센서 실장부(242)에 연결되어 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 20°~45°로 연장된 제1 테일부(242a)와, 제1 테일부(242a)로부터 110°~135° 사이의 열각(劣角)으로 구부러진 제2 테일부(242b)를 포함한다. 제2 테일부(242b)의 장축 방향은 제2 부착 기준선(REF2)이 0°일 때 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 90° 각도의 방향이다.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 지문 센서(ISS)와 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부(241)의 부착 각도가 20°~45°일 수 있다. 이 때, 부착 기준선(REF)과 나란한 가상의 제2 부착선(REF2)이 0°이고, 이 제2 부착선(REF2)에 대하여 지문 센서(ISS)와 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부(241)의 각도가 20°~45°이다.

제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 테일부(242)는 센서 실장부(242)에 연결되어 센서 실장부(242)로부터 110°~135° 사이의 열각(劣角)으로 구부러진다. 테일부(242)의 장축 방향은 제2 부착 기준선(REF2)이 0°일 때 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 90° 각도의 방향이다.

도 20a 및 도 20b를 참조하면, 지문 센서(ISS)의 부착 각도(θ_i)가 20°~45°일 수 있다. 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부 부착 각도는 제2 부착 기준선(REF1)과 나란한 0°이다. 따라서, 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부(241) 상에서 지문 센서(ISS)의 부착 각도(θ_i)가 20°~45°일 수 있다.

제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 제1 테일부(242)는 센서 실장부(241)에 연결되어 제2 부착 기준선(REF2)과 나란한 제1 테일부(242a)와, 제1 테일부(242a)로부터 90°의 열각(劣角)으로 구부러진 제2 테일부(242b)를 포함한다. 제2 테일부(242b)의 장축 방향은 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 90° 각도의 방향이다. 센서 살장부(241)와 제1 테일부(242a) 사이의 경계 라인(BL)은 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 90° 각도의 가상 선이다. 지문 센서(ISS)는 경계 라인(BL) 에 대하여 20°~45°사이의 각도로 제1 가요성 회로 기판(FPCB 1)의 센서 실장부(241) 상에 경사지게 실장될 수 있다.

도 21a 및 도 21b를 참조하면, 지문 센서(ISS)의 부착 각도(θ_i)가 20°~45°일 수 있다. 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부에서 일측 변이 제2 부착 기준선(REF2)과 나란한 0°이다. 따라서, 제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 센서 실장부(241) 상에서 지문 센서(ISS)의 부착 각도(θ_i)가 20°~45°일 수 있다.

제1 가요성 회로 기판(FPCB1)의 테일부(242)는 센서 실장부(241)에 연결되어 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 직각으로 연장된다. 테일부(242)의 장축 방향은 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 90° 각도의 방향이다. 센서 살장부(241)와 테일부(242) 사이의 경계 라인(BL)은 제2 부착 기준선(REF2)에 대하여 0° 이다.

지문 센서(ISS)는 센서 실장부(241)에 대하여 20°~45°사이의 각도로 센서 실장부(241) 상에 경사지게 실장될 수 있다.

도 22는 본 발명의 실시예에 따른 표시패널과 지문 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 보여 주는 도면이다.

도 22에 도시된 바와 같이, 지문 센서(ISS)의 포토 센서 픽셀들(PIX2)이 비균일하게 배치되면 무아레를 개선할 수 있다. 표시패널(DPNL)의 디스플레이 픽셀들(PIX1)과 지문 센서(ISS)의 포토 센서 픽셀들(PIX2)이 주기적으로 겹칠 때 무아레가 강하게 시인될 수 있다. 지문 센서(ISS)의 포토 센서 픽셀들(PIX2)이 비균일하게 배치되면 지문 센서(ISS)의 픽셀 어레이에서 금속 배선들도 반도체 다이 상에서 불규칙하게 형성된다. 그 결과, 표시패널(DPNL)과 지문 센서(ISS)의 픽셀 어레이들이 겹칠 때 주기성이 없어지기 때문에 무아레가 시인되지 않는다. 이 실시예는 전술한 실시예들과 조합될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

DPNL : 표시패널 AA : 표시패널의 화면
ISS : 지문 센서 REF, REF2 : 부착 기준선
Aiss : 센서 부착 방향선 FPCB1, FPCB2 : 가요성 회로 기판
241 : 센서 실장부 242, 242a, 242b : 테일부

Claims

입력 영상이 표시되는 표시 영역 상에서 지문이 접촉되는 표시패널; 및
상기 표시패널을 사이에 두고 상기 지문의 접촉되는 면의 반대면에 배치되어 상기 지문으로부터 반사되어 상기 표시패널을 통과한 빛을 감지하는 지문 센서를 구비하고,
상기 지문 센서가 상기 표시패널의 장축과 나란한 기준선에 대하여 20°~45°의 각도 범위에서 경사지게 부착되는 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 지문 센서가 실장된 가요성 회로 기판을 더 구비하고,
상기 가요성 회로 기판은,
상기 지문 센서가 실장되는 센서 실장부; 및
상기 센서 실장부에 연결되고 메인 보드에 연결되는 테일부를 포함하는 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 지문 센서의 부착 방향선이 상기 지문 센서의 중심과 상기 가요성 회로 기판의 폭 방향 중심을 지나고, 상기 기준선과 교차되며,
상기 기준선에 대한 상기 지문 센서의 부착 방향선의 각도가 20°~45°의 각도 범위 이내의 각도인 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 가요성 회로 기판의 테일부는,
상기 센서 실장부와 가까운 제1 테일부와,
상기 제1 테일부에 대하여 소정 각도로 구부러진 제2 테일부를 포함하는 표시장치.
제 4 항에 있어서,
상기 지문 센서와 상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부가 상기 기준선에 대하여 20°~45°각도 범위 내의 각도이고,
상기 제1 테일부가 상기 센서 실장부에 연결되고 상기 기준선에 대하여 20°~45°각도 범위 내의 각도로 연장되고,
상기 제2 테일부가 상기 제1 테일부로부터 110°~135° 각도 범위 내의 열각(劣角)으로 구부러진 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 지문 센서와 상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부가 상기 기준선에 대하여 20°~45° 각도 범위 내의 이고,
상기 테일부가 상기 센서 실장부에 연결되고 상기 센서 실장부로부터 110°~135° 각도 범위 내의 열각(劣角)으로 구부러진 표시장치.
제 4 항에 있어서,
상기 지문 센서와 상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부가 상기 기준선에 대하여 20°~45°이고,
상기 제1 테일부가 상기 기준선과 나란하게 연장되고,
상기 제2 테일부가 상기 제1 테일부로부터 제1 테일부(242a)로부터 90°의 열각(劣角)으로 구부러진 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 지문 센서가 상기 기준선에 대하여 20°~45°이고,
상기 가요성 회로 기판의 센서 실장부의 일측 변이 상기 기준선과 나란하고,
상기 가요성 회로 기판의 테일부의 장축 방향이 상기 기준선에 대하여 90° 각도의 방향인 표시장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지문 센서의 픽셀들이 비균일하게 배열되는 표시장치.
입력 영상이 표시되는 표시 영역 상에서 지문이 접촉되는 표시패널;
상기 표시패널을 사이에 두고 상기 지문의 접촉되는 면의 반대면에 배치되어 상기 지문으로부터 반사되어 상기 표시패널을 통과한 빛을 감지하는 지문 센서;
상기 지문 센서가 연결되는 메인 보드; 및
상기 메인 보드에 연결된 배터리를 구비하고,
상기 지문 센서가 상기 표시패널의 장축과 나란한 기준선에 대하여 20°~45°의 각도 범위에서 경사지게 부착되는 모바일 정보 단말기.
제 10 항에 있어서,
상기 지문 센서가 실장된 가요성 회로 기판을 더 구비하고,
상기 가요성 회로 기판은,
상기 지문 센서가 실장되는 센서 실장부; 및
상기 센서 실장부에 연결되고 메인 보드에 연결되는 테일부를 포함하는 모바일 정보 단말기.
제 10 항에 있어서,
상기 지문 센서의 부착 방향선이 상기 지문 센서의 중심과 상기 가요성 회로 기판의 폭 방향 중심을 지나고, 상기 기준선과 교차되며,
상기 기준선에 대한 상기 지문 센서의 부착 방향선의 각도가 20°~45°의 각도 범위 이내의 각도인 모바일 정보 단말기.
제 11 항에 있어서,
상기 배터리는,
상기 지문 센서가 실장된 가요성 회로 기판이 안착되는 홈을 포함하는 모바일 정보 단말기.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지문 센서의 픽셀들이 비균일하게 배열되는 모바일 정보 단말기.