KR20190143122A - 표시장치 - Google Patents

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KR20190143122A
KR20190143122A KR1020180070678A KR20180070678A KR20190143122A KR 20190143122 A KR20190143122 A KR 20190143122A KR 1020180070678 A KR1020180070678 A KR 1020180070678A KR 20180070678 A KR20180070678 A KR 20180070678A KR 20190143122 A KR20190143122 A KR 20190143122A
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류승만
현주봉
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 표시장치에 터치되는 객체의 이미지를 정확하게 인식할 수 있는 표시장치를 제공하기 위한 것으로, 표시 영역과 상기 표시 영역 외측의 비표시 영역을 구비하는 표시패널; 상기 표시패널의 비표시 영역의 일측에 배치되어 광을 조사하는 광원; 상기 표시패널의 상부에 배치되어 상기 광원으로부터 공급되는 광을 제 1 각도로 굴절시켜 상기 비표시 영역으로부터 상기 표시 영역으로 전반사 진행시키며, 상기 전반사된 광을 제 2 각도로 굴절시킨 후 출사하는 지향성 광 유닛; 및 상기 지향성 광 유닛 하부에 배치되어 상기 지향성 광 유닛으로부터 출사된 광을 수신하는 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표시장치{Display Device}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 지문을 인식할 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발달에 따라 노트북 컴퓨터, 태블릿 피시(tablet PC), 스마트폰(smartphone), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant), 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine), 검색 안내 시스템 등과 같은 다양한 용도의 정보통신 기반 시스템(Information and Communication Based System)이 개발되어 왔다. 이들 시스템에는 통상적으로 개인 사생활과 관련된 개인정보는 물론 영업정보나 영업기밀 등과 같이 비밀을 요하는 많은 데이터가 저장되어 있기 때문에, 이들 데이터를 보호하기 위해서는 보안을 강화해야 할 필요성이 있다.
이를 위해 사용자의 생체 정보를 인식할 수 있는 이미지 센서를 이용하여, 보안성을 강화하는 방법이 제안된 바 있다. 예를 들어, 사용자의 손가락의 지문을 이용하여 시스템의 등록이나 인증을 수행함으로써 보안성을 강화할 수 있는 지문센서가 알려져 있다.
최근에는 데이터가 표시되는 표시장치의 표시영역을 이미지 식별 영역으로 이용하는 기술 등이 개발된 바 있다. 그러나, 이러한 표시장치에서는 광원과, 광원으로부터의 광을 유도하기 위한 도광층, 및 표시영역에 터치된 이미지를 센싱하기 위한 이미지 센서가 표시영역에 배치되므로, 표시장치의 전체 두께가 증가하고, 이미지 센서 부착에 따른 자국이 표시 면에서 시인되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 표시장치에 터치되는 객체의 이미지를 정확하게 인식할 수 있는 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이미지 전달을 위한 별도의 광학계를 표시장치의 표시영역에 구성할 필요 없이, 표시장치의 커버 글라스를 이용하여 이미지 전달을 함으로써 두께를 증가시키지 않으면서도 이미지 센싱을 용이하게 할 수 있는 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 표시영역의 대면적에서 이미지 센싱을 할 수 있는 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 표시장치는 표시 영역과 상기 표시 영역 외측의 비표시 영역을 구비하는 표시패널; 상기 표시패널의 비표시 영역의 일측에 배치되어 광을 조사하는 광원; 상기 표시패널의 상부에 배치되어 상기 광원으로부터 공급되는 광을 제 1 각도로 굴절시켜 상기 비표시 영역으로부터 상기 표시 영역으로 전반사 진행시키며, 상기 전반사된 광을 제 2 각도로 굴절시킨 후 출사하는 지향성 광 유닛; 및 상기 지향성 광 유닛 하부에 배치되어 상기 지향성 광 유닛으로부터 출사된 광을 수신하는 이미지 센서를 포함한다.
상기 구성에서 지향성 광 유닛은, 객체가 접촉할 수 있도록 상기 표시패널에 대향 배치되는 커버 윈도우; 상기 표시패널의 표시영역과 상기 커버 윈도우 사이에 배치되며, 상기 커버 윈도우의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층; 상기 표시패널의 비표시 영역의 일단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 광원 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 공급되는 입사되는 제 1 입사광이 상기 커버 윈도우에서 전반사 진행하는 제 1 진행광으로 변환할 수 있도록 상기 제 1 굴절각으로 굴절시키는 입광소자; 및 상기 표시패널의 비표시 영역의 타단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 제 1 진행광이 제 2 입사각으로 을 제 2 굴절각으로 굴절시킨 후 외부로 출사하는 출광소자를 포함하는 출광소자를 포함할 수 있다.
또한, 지향성 광 유닛은 상기 커버 윈도우와 상기 저굴절층 사이에서 상기 입광소자, 상기 저굴절층, 및 상기 출광소자와 중첩되도록 배치되는 데코레이션 필름을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지향성 광 유닛은, 객체가 접촉할 수 있도록 상기 표시패널에 대향 배치되는 커버 윈도우; 상기 표시패널의 표시영역과 상기 커버 윈도우 사이에 배치되며, 상기 커버 윈도우의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층; 및 상기 커버 윈도우와 상기 저굴절층 사이에 배치되는 제 1 광학필름을 포함하며, 상기 제 1 광학필름은, 상기 표시패널의 비표시 영역의 일단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 광원 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 공급되는 입사되는 제 1 입사광이 상기 커버 윈도우에서 전반사 진행하는 제 1 진행광으로 변환할 수 있도록 상기 제 1 굴절각으로 굴절시키는 입광소자; 및 상기 표시패널의 비표시 영역의 타단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 제 1 진행광으로부터 입사되는 제 2 입사각을 제 2 굴절각으로 굴절시킨 후 외부로 출사하는 출광소자를 포함하는 출광소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지향성 광 유닛은, 객체가 접촉할 수 있도록 상기 표시패널에 대향 배치되는 커버 윈도우; 상기 표시패널의 표시영역과 상기 커버 윈도우 사이에 배치되며, 상기 커버 윈도우의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층; 및 상기 커버 윈도우와 상기 저굴절층 사이에 배치되는 제 2 광학필름을 포함하며, 상기 제 2 광학필름은, 상기 표시패널의 비표시 영역의 일단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 광원 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 공급되는 입사되는 제 1 입사광이 상기 커버 윈도우에서 전반사 진행하는 제 1 진행광으로 변환할 수 있도록 상기 제 1 굴절각으로 굴절시키는 입광소자; 상기 표시패널의 표시영역에 대응하는 위치에서 상기 입광소자와 상기 출광소자 사이에 배치되며, 상기 제 1 진행광이 수렴하도록 제 2 진행광으로 변환하는 광 수렴소자; 및 상기 표시패널의 비표시 영역의 타단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 제 2 진행광으로부터 입사되는 제 2 입사각을 제 2 굴절각으로 굴절시킨 후 외부로 출사하는 출광소자를 포함하는 출광소자를 포함할 수 있다.
상기 구성에서, 광 수렴소자는 제 1 진행광 및 제 2 진행광과 교차하는 방향을 따라 일정 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 광 수렴소자와 상기 입광소자 사이의 거리는 상기 광 수렴소자와 상기 출광소자 사이의 거리와 동일할 수 있다.
또한, 상기 입광소자는 상기 제 1 진행광이 길이 방향의 축과 폭 방향의 축으로 이루어진 수평 평면에서 미리 정해진 확산각을 갖도록 변환할 수 있다.
또한, 상기 확산각은 상기 광원으로부터의 광이 입사되는 입사점과 상기 커버 윈도우의 타측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 클 수 있다.
또한, 상기 입광소자는 상기 제 1 진행광이 길이 방향의 축과 폭 방향의 축으로 이루어진 수평 평면에서 미리 정해진 확산각을 갖도록 변환하며, 상기 광 수렴소자는 상기 확산각을 갖고 진행하는 상기 제 1 진행광이 수렴각을 갖는 제 2 진행광이 되도록 변환할 수 있다.
또한, 상기 확산각을 갖는 상기 제 1 진행광에 의해 정의되는 영역은 제 1 이미지 센싱영역이고, 상기 수렴각을 갖는 상기 제 2 진행광에 의해 정의되는 영역은 제 2 이미지 센싱영역일 수 있다.
또한, 상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
또한, 상기 커버기판의 굴절률과 상기 데코레이션 필름의 굴절률은 동일하고, 상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
또한, 상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층과 중첩되는 위치의 제 1 광학필름의 굴절률과 동일하고, 상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
또한, 상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층과 중첩되는 위치의 제 2 광학필름의 굴절률과 동일하고, 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
또한, 상기 객체는 복수의 골과 복수의 융선이 번갈아 배치되는 지문을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르는 표시장치에 의하면, 표시장치에 구비된 지향성 광 유닛을 이용하여 표시영역 상에서 센싱된 객체의 이미지를 재구성할 수 있기 때문에 복잡한 구조 없이 객체를 정확하게 인식할 수 효과를 얻을 수 있다.
또한, 표시장치의 비표시 영역에 광원과 이미지 센서를 배치함으로써 표시영역의 두께가 증가하거나 표시영역에서 이미지 센서의 눌림 자국이 시인되는 현상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 표시장치의 표시영역과, 광원이 배치되는 비표시 영역 및 이미지 센서가 배치되는 비표시 영역에 각각 광학소자를 배치함으로써 보다 넓은 표시영역에서 이미지를 센싱할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 라인 I-I'를 따라 취한 표시장치의 제 1 예를 도시한 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 라인 I-I'를 따라 취한 표시장치의 제 2 예를 도시한 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 라인 I-I'를 따라 취한 표시장치의 제 3 예를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도,
도 6은 도 5에 도시된 라인 II-II'를 따라 취한 표시장치의 예를 도시한 단면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 1 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 라인 I-I'를 따라 취한 표시장치의 제 1 예를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 1 예는 표시패널(DP), 광원(LS), 표시패널(DP) 및 광원(LS)에 결합되는 지향성 광 유닛, 및 이미지 센서(IS)를 포함한다.
표시패널(DP)로는 대표적으로 플렉서블한 반투명 기판을 이용한 전계발광 표시장치의 표시패널이 있으나, 액정 표시패널(Liquid Crystal Display Panel: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 전계방출 표시패널(Field Emission Display Panel: FED), 및 전기영동 표시패널(Electrophoretic Display Panel: ED)과 같은 다양한 표시패널이 이용될 수 있다.
표시패널(DP)은 표시 영역(DA)과 표시영역(DA) 외측의 비표시 영역(NDA)을 포함한다. 표시영역(DA)은 데이터가 표시되는 영역으로, 표시하고자 하는 데이터를 표시하기 위한 표시소자들이 배치되어 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시영역(DA)에 배치된 표시소자들을 구동하기 위한 구동소자들과, 표시소자들에 각종 전원을 공급하는 전원라인과, 제어신호 및 데이터 신호들을 공급하는 신호라인들이 배치될 수 있다. 이들 전원라인 및 신호라인은 광원으로부터 공급되는 광의 진로를 방해하지 않도록, 후술하는 광원(LS)과 지향성 광 유닛의 입광소자(OE_I) 및 출광소자(OE_O)를 피해 배치되는 것이 바람직하다.
광원(LS)은 표시패널(DP)의 비표시 영역(NDA)에 대응하는 커버 윈도우(CW)의 일측 단부(예를 들면, 도 1의 좌측 단부)에서 그 하부에 배치될 수 있다. 광원(LS)은 커버 윈도우(CW)를 향해 광을 조사한다. 광원(LS)은 적외선 레이저와 같이 시준성이 높은 빛을 제공할 수 있는, 시준광(collimated light)을 공급하는 광원인 것이 바람직하다.
지향성 광 유닛은 커버 윈도우(CW), 저굴절층(LR), 광원(LS), 및 입광소자(OE_I)와 출광소자(OE_O)를 구비하는 광학소자를 포함할 수 있다.
커버 윈도우(CW)는 인식하고자 하는 객체가 접촉할 수 있도록 표시패널(DP) 상부에서 표시패널(DP)에 대향 배치될 수 있다. 커버 윈도우(CW)는 굴절률이 1.5인 투명한 강화 유리로 만들 수 있다. 즉, 커버 윈도우(CW)는 표시패널(DP)의 전체 영역을 커버하도록 배치될 수 있다. 표시패널(DP)의 비표시부(NDA)에 대응하는 커버 윈도우(CW)의 영역은 데코레이션 필름(DF)을 포함할 수 있다.
데코레이션 필름(DF)은 광원(LS)으로부터 출사되는 광이 시청자에 의해 시인되지 않도록 하는 기능을 할 수 있다. 데코레이션 필름(DF)은 광(LS)원으로부터 출사되는 적외선을 투과시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 데코레이션 필름(DF)을 투명층과 코팅층의 이중층으로 구성하고, 코팅층을 적외선을 투과시킬 수 있는 물질로 형성할 수 있다. 코팅층은 투명층 상의 적어도 일부분에 형성될 수 있으며, 여기에는 문자나 도형이 인쇄방식 또는 에칭방식으로 새겨질 수 있다. 코팅층은 후술하는 광학소자의 입광소자 및 출광소자의 면적과 같거나 그 보다 넓게 형성될 수 있다.
저굴절층(LR)은 표시패널(DP)의 표시영역(DA)과 커버 윈도우(CW) 사이에 배치될 수 있다. 저굴절층(LR)은 커버 윈도우(CW) 보다 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 저굴절층(LR)의 굴절률은 또한 인지하고자 하는 객체의 굴절률과 비슷한 것이 좋다. 예를 들어, 본 발명의 표시장치를 지문 인식에 적용하고자 하는 경우, 저굴절층(LR)은 1.4 정도의 굴절률을 가질 수 있다. 저굴절층(LR)의 굴절률을 커버 윈도우(CW)의 굴절률 보다 작게 설정함으로써, 커버 윈도우(CW)의 상면에서 전반사되어 온 진행광이 커버 윈도우(CW)외부로 빠져 나가지 않고 계속 전반사를 유지할 수 있다.
광학소자의 입광소자(OE_I)는 데코레이션 필름(DF)이 부착된 커버 윈도우(CW)의 영역과 광원(LS) 사이에서 광원(LS) 및 커버 윈도우(CW)와 중첩되도록 배치될 수 있다.
입광소자(OE_I)는 광원(LS)으로부터 공급되는 광을 진행광(100)으로 변환한다. 진행광(100)은 길이 방향 축과 두께 방향 축으로 이루어진 수직 평면에서는 원래의 시준 상태(collimated state)를 유지한다. 그러나, 진행광(100)은 길이 방향 축과 폭 방향 축으로 이루어진 수평 평면에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 확산각(θ)을 갖도록 변환된다.
확산각(θ)은 도 1에 도시된 바와 같이, 광이 입사되는 입사점과 커버 윈도우(CW)의 타측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 이보다 크게 설정할 수 있다. 진행광(100)은 확산각(θ)을 갖는 삼각형 형상으로 퍼지면서 진행하며, 진행광(100)이 확산하여 점유하는 삼각형 영역은 이미지 센싱 영역(ISA)으로 된다
또한, 입광소자(OE_I)는 광원(LS)으로부터 공급되는 제 1 입사각으로 입사되는 입사 광을 커버 윈도우(CW) 내에서 제 1 굴절각(θ1)으로 굴절시켜 커버 윈도우(CW) 내의 비표시 영역(NDA)으로부터 표시 영역(DA)으로 전반사 진행시킬 수 있다. 입사광이 제 1 입사각으로 입광소자(OE_I)의 입사 면에 입사되면(즉, 입광소자의 입사면에 대해 수직으로 입사하면), 상기 제 1 굴절각(θ1)은 대략 71°-85°의 범위를 가질 수 있다.
광학소자의 출광소자(OE_O)는 표시패널(DP)의 비표시 영역(NDA)에 대응하는 커버 윈도우(CW)의 타측 단부(예를 들면, 도 1의 우측 단부)에서 그 하부에 배치될 수 있다. 출광소자(OE_O)는 커버 윈도우(CW)에서 전반사 진행되어 온 대략 71°-85°의 범위의 제 2 입사각(θ2)을 출광소자(OE_O)의 출사면에 대해 수직인 제 2 굴절각으로 굴절시킨 후, 출광소자(OE_O) 하부에 배치된 이미지 센서(IS)에 공급할 수 있다.
광학소자의 입광소자(OE_I)와 출광소자(OE_O)는 투명한 홀로그래피 기록 필름으로서 굴절률이 커버 윈도우(CW)와 동일하거나 그 보다 조금 더 큰 값을 가질 수 있다. 또한, 입광소자(OE_I)의 제 1 입사각과 출광소자(OE_O)의 제 2 굴절각은 동일하고, 입광소자(OE_I)의 제 1 굴절각(θ1)과 출광소자(OE_O)의 제 2 입사각(θ2)은 동일하다.
상술한 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 표시장치에 있어서, 진행광(100)은 커버 윈도우(CW)의 표면에 아무 물체도 없는 경우에는, 커버 윈도우(CW) 내에서 전반사되어 커버 윈도우(CW)의 내부를 진행할 수 있다. 그러나, 커버 윈도우(CW)의 표면에 어떤 물체가 있는 경우, 진행광(100)의 일부는 물체에 의해 굴절되어 커버 윈도우(CW) 외부로 출사될 수 있다. 예를 들어, 커버 윈도우(CW)의 이미지 센싱 영역(ISA)에 공기보다 굴절률이 큰 객체(object)가 접촉되면, 광이 전반사 되지 않고, 그 객체에 의해 흡수되어 커버 윈도우(CW) 외측으로 출사될 수 있게 된다.
생체정보(biometric information)를 갖는 객체인 손가락을 예로 들어 설명하면, 객체는 복수의 골(valleys)(V)과 복수의 융선(ridges)(R)이 번갈아 배치되는 지문(fingerprint)(F)을 갖는 손가락을 포함할 수 있다. 객체가 손가락일 경우, 손가락의 지문(F)이 갖는 융선(R) 부분으로 진행하는 진행광(100)은 손가락의 굴절률이 공기의 굴절률보다 크기 때문에 커버 윈도우(CW)와 접촉하는 지문(F)의 융선(R)에 의해 흡수되어 커버 윈도우(CW)의 외측으로 출사된다. 반면, 지문의 골(V) 부분으로 진행하는 진행광(100)은 커버 윈도우 내에서 반사 되어 계속 진행한다.
따라서, 손가락이 커버 윈도우(CW)에 터치되었을 경우, 지문(F)의 융선(R)과 골(V)의 위치에 따라 커버 윈도우(CW)의 내부를 따라 진행되어 온 진행광(100)의 광량은 차이가 발생한다.
이미지 센서(IS)는 출광소자(OE_O)를 통해 출사된 광을 수신하여 호스트 시스템(도시 생략)으로 송신한다. 호스트 시스템은 출광소자(OE_O)를 통해 출사된 광량에 기초하여, 커버 윈도우(CW)에 터치된 객체(예를 들면, 지문)의 광학적 이미지를 재생할 수 있다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예의 제 1 예에 따르는 표시장치에 의하면, 지향성 광 유닛 및 이미지 센서를 이용하여 커버 윈도우에 터치된 객체의 이미지를 센싱 및 재구성할 수 있기 때문에 부피가 큰 광학기구 등의 복잡한 구조 없이 미세한 지문을 정확하게 인식할 수 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 2 예에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 도 1에 도시된 라인 I-I'를 따라 취한 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 2 예를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 표시장치의 제 2 예는 표시패널(DP), 표시패널(DP)에 결합되는 지향성 광 유닛, 및 이미지 센서(IS)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르는 표시장치의 제 2 예는 지향성 광 유닛이 저굴절층(LR)과 커버 윈도우(CW) 사이에 배치되며, 투명층(TL)과 프린팅층(PL)으로 이루어지는 데코레이션 필름이 커버 윈도우(CW)와 입광소자(OE_I), 커버 윈도우(CW)와 저굴절층(LR), 및 커버 윈도우(CW)와 출광소자(OE_O) 사이에 배치되고, 진행광(100)이 커버 윈도우(CW)의 상면과 데코레이션 필름(DF)의 투명층(TL)의 하면 사이에서 전반사로 진행하는 점을 제외하면 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 1 예와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 제 1 실시예의 제 1 예와 중복되는 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
데코레이션 필름(DF)은 투명층(TL)과 프린팅층(PL)의 이중층으로 형성될 수 있다. 투명층(TL)은 표시패널(DP)의 표시영역(DA)과 비표시 영역(NDA)에 대응하는 영역에서 커버 윈도우(CW)에 부착될 수 있으며, 커버 윈도우(CW)와 실질적으로 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 프린팅층(PL)은 표시패널(DP)의 비표시 영역(NDA)에 대응하는 영역에서 적어도 광학소자의 출광소자(OE_O)와 중첩되도록 투명층(TL)에 부착될 수 있다. 프린팅층(PL)은 적외선을 투과할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 3 예에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 도 1에 도시된 라인 I-I'를 따라 취한 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 3 예를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 표시장치의 제 3 예는 표시패널(DP), 표시패널(DP)에 결합되는 지향성 광 유닛, 및 이미지 센서(IS)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르는 표시장치의 제 3 예는 지향성 광 유닛의 광학소자를 커버 윈도우(CW)와 표시패널(DP)의 표시영역(DA) 및 비표시 영역(NDA) 사이에 광학필름(OF)으로 대체하고, 광학필름(OF)이 광원(LS)과 커버 윈도우(CW) 사이에 배치되는 입광소자(OE_I)와 이미지 센서(IS)와 커버 윈도우(CW) 사이에 배치되는 출광소자(OE_O)를 포함하며, 진행광(100)이 커버 윈도우(CW)의 상면과 광학필름(OF)의 하면 사이에서 전반사로 진행하는 점을 제외하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 표시장치의 제 1 예와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 제 1 실시예의 제 1 예와 중복되는 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
제 3 예의 광학필름(OF)은 비표시 영역(NDA)에서 광의 간섭무늬를 기록하여 회절광학소자로서 작용할 수 있는 입광소자(OE_I)와 출광소자(OE_O)를 포함하며, 커버 윈도우(CW)의 굴절률과 실질적으로 동일한 약1.5의 굴절률을 가질 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 표시장치의 제 2 예에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 라인 II-II'를 따라 취한 표시장치의 예를 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 표시장치는 표시패널(DP), 광원(LS), 표시패널(DP) 및 광원(LS)에 결합되는 지향성 광 유닛, 및 이미지 센서(IS)를 포함한다.
표시패널(DP)로는 제 1 실시예에 따르는 표시장치와 마찬가지로 플렉서블한 반투명 기판을 이용한 전계발광 표시장치의 표시패널이 대표적으로 이용될 수 있으나, 액정 표시패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 전계방출 표시패널, 및 전기영동 표시패널과 같은 다양한 표시패널이 이용될 수 있다.
표시패널(DP)은 표시 영역(DA)과, 표시 영역(DA) 외측의 비표시 영역(NDA)을 포함한다. 표시영역(DA)은 데이터가 표시되는 영역으로, 표시하고자 하는 데이터를 표시하기 위한 표시소자들이 배치되어 있다. 비표시 영역(NDA)은 표시영역(DA)에 배치된 표시소자들을 구동하기 위한 구동소자들과, 표시소자들에 각종 전원을 공급하는 전원라인과, 제어신호 및 데이터 신호들을 공급하는 신호라인들이 배치될 수 있다. 이들 전원라인 및 신호라인은 광원으로부터 공급되는 광의 진로를 방해하지 않도록, 후술하는 광원(LS)과 지향성 광 유닛의 입광소자(OE_I) 및 출광소자(OE_O)를 피해 배치되는 것이 바람직하다.
광원(LS)은 표시패널(DP)의 비표시 영역(NDA)에 대응하는 커버 윈도우(CW)의 일측 단부(예를 들면, 도 5의 좌측 단부)에서 그 하부에 배치될 수 있다. 광원(LS)은 커버 윈도우(CW)를 향해 광을 조사한다. 광원(LS)은 적외선 레이저와 같이 시준성이 높은 빛을 제공할 수 있는, 시준광(collimated light)을 공급하는 광원인 것이 바람직하다.
지향성 광 유닛은 커버 윈도우(CW), 광학필름(OF), 및 저굴절층(LR)을 포함할 수 있다.
커버 윈도우(CW)는 인식하고자 하는 객체가 접촉할 수 있도록 표시패널(DP) 상부에서 표시패널(DP)에 대향 배치될 수 있다. 즉, 커버 윈도우(CW)는 표시패널(DP)의 전체 영역을 커버하도록 배치될 수 있다. 표시패널(DP)의 비표시부(NDA)에 대응하는 커버 윈도우(CW)의 영역은 표시패널(DP) 측의 면에 형성되는 데코레이션 필름(DF)를 포함할 수 있다. 커버 윈도우(CW)는 굴절률이 1.5인 투명한 강화 유리로 만들 수 있다.
광학필름(OF)은 광의 간섭무늬를 기록하여 회절광학소자로서 작용할 수 있는 투명한 홀로그래피 기록 필름으로서, 비표시 영역(NDA)에 배치되는 입광소자(OE_I) 및 출광소자(OE_O)와, 표시영역(DA)에 배치되는 광 수렴소자(OE_C)를 포함하는 광학소자를 포함할 수 있다. 광학필름(OF)은 표시패널(DP)을 향한 커버 윈도우(CW)의 하면에 부착될 수 있다. 광학필름(OF)의 광학소자인 입광소자(OE_I), 광 수렴소자(OE_C) 및 출광소자(OE_O)는 서로 이격되어 배치된다.
저굴절층(LR)은 표시패널(DP)의 표시영역(DA)과 광학필름(OF) 사이에 배치될 수 있다. 저굴절층(LR)은 광학필름(OF) 보다 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 저굴절층(LR)의 굴절률은 또한 인지하고자 하는 객체의 굴절률과 비슷한 것이 좋다. 예를 들어, 본 발명의 표시장치를 지문 인식에 적용하고자 하는 경우, 저굴절층(LR)은 1.4 정도의 굴절률을 가질 수 있다. 저굴절층(LR)의 굴절률을 광학필름(OF)의 굴절률 보다 작게 설정함으로써, 커버 윈도우(CW)의 상면에서 전반사되어 온 진행광이 광학필름(OF)의 외부로 빠져 나가지 않고 계속 전반사를 유지할 수 있다.
입광소자(OE_I)는 데코레이션 필름(DF)이 부착된 커버 윈도우(CW)의 영역과 광원(LS) 사이에서 광원(LS) 및 커버 윈도우(CW)와 중첩되도록 배치될 수 있다.
입광소자(OE_I)는 광원(LS)으로부터 공급되는 광을 제 1 진행광(200)으로 변환한다. 제 1 진행광(200)은 길이 방향 축과 두께 방향 축으로 이루어진 수직 평면에서는 원래의 시준 상태(collimated state)를 유지한다. 그러나, 제 1 진행광(200)은 길이 방향 축과 폭 방향 축으로 이루어진 수평 평면에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 일정한 확산각(θ)을 가지도록 변환된다.
확산각(θ)은 도 5에 도시된 바와 같이, 광이 입사되는 입사점과 커버 윈도우(CW)의 중간 위치의 측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 이보다 크게 설정할 수 있다. 제 1 진행광(200)은 확산각(θ)을 갖는 삼각형 형상으로 퍼지면서 진행하며, 제 1 진행광(200)이 확산하여 점유하는 삼각형 영역은 제 1 이미지 센싱 영역(ISA1)으로 될 수 있다
또한, 입광소자(OE_I)는 광원(LS)으로부터 공급되는 제 1 입사각으로 입사되는 입사 광을 커버 윈도우(CW) 내에서 제 1 굴절각(θ1)으로 굴절시켜 커버 윈도우(CW) 내의 비표시 영역(NDA)으로부터 표시 영역(DA)으로 전반사 진행시킬 수 있다. 입사광이 제 1 입사각으로 입광소자(OE_I)의 입사 면에 입사되면(입사면에 대해 수직으로 입사하면), 상기 제 1 굴절각(θ1)은 대략 71°-85°의 범위를 가질 수 있다.
광 수렴소자(OE_C)는 표시패널(DP)의 표시영역(DA)에 대응하는 위치에서 일정 폭을 갖도록 배치되며, 입광소자(OE_I)와 출광소자(OE_O)의 중간 위치에 배치될 수 있다. 광 수렴소자(OE_C)는 도 5에 도시된 바와 같이 확산각(θ)을 갖고 진행하는 제 1 진행광(200)을 확산각(θ)과 동일한 값의 수렴각(θ')을 갖는 제 2 진행광(300)으로 변환한다.
제 2 진행광(300)인 수렴광은 광 수렴소자(OE_C)를 중심 축으로 제 1 진행광(200)과 거울대칭되도록 진행한다. 이에 따라 제2 진행광(300)은 수렴각(θ')을 갖는 삼각형 형상으로 수렴하면서 진행하며, 제 2 진행광(300)이 수렴되어 점유하는 삼각형 영역은 제 2 이미지 센싱 영역(ISA2)으로 될 수 있다
출광소자(OE_O)는 표시패널(DP)의 비표시 영역(NDA)에 대응하는 커버 윈도우(CW)의 타측 단부(예를 들면, 도 5의 우측 단부)에서 그 하부에 배치될 수 있다. 출광소자(OE_O)는 광 수렴소자(OE_C)를 통해 커버 윈도우(CW)에서 전반사 진행되어 온 대략 71°-85°의 범위의 제 2 입사각(θ2)을 출광소자(OE_O)의 출사면에 대해 수직으로 굴절시킨 후, 출광소자(OE_O) 하부에 배치된 이미지 센서(IS)에 공급할 수 있다.
광학소자는 투명한 홀로그래피 기록 필름으로서 입광소자(OE_I), 광 수렴소자(OE_C) 및 출광소자(OE_O)는 굴절률이 커버 윈도우(CW)의 굴절률과 동일하나, 그 보다 약간 더 크거나 작을 수도 있다. 즉, 입광소자(OE_I), 광 수렴소자(OE_C) 및 출광소자(OE_O)의 굴절률은 커버 윈도우(CW)의 굴절률과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 입광소자(OE_I)의 제 1 입사각과 출광소자(OE_O)의 제 2 굴절각은 동일하고, 입광소자(OE_I)의 제 1 굴절각(θ1)과 출광소자(OE_O)의 제 2 입사각(θ2)은 동일하다.
상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어서, 제 2 진행광(200)과 수렴광인 제 2 진행광(300)은 커버 윈도우(CW)의 표면에 아무 물체도 없는 경우에는, 커버 윈도우(CW) 내에서 전반사되어 커버 윈도우(CW)와 의 내부를 진행할 수 있다. 그러나, 커버 윈도우(CW)의 표면에 어떤 물체(객체)가 있는 경우, 진행광(200)(객체가 제 1 이미지 센싱영역(ISA1)에 있는 경우) 및/또는 수렴광(300)(객체가 제 2 이미지 센싱영역(ISA2)에 있는 경우)의 일부는 객체에 의해 굴절되어 커버 윈도우(CW) 외부로 출사될 수 있다. 예를 들어, 커버 윈도우(CW)의 제 1 및/또는 제 2 이미지 센싱 영역(ISA1 및/또는 ISA2)에 공기보다 굴절률이 큰 객체(object)가 접촉되면, 광이 전반사 되지 않고, 그 객체에 의해 흡수되어 커버 윈도우(CW) 외측으로 출사될 수 있게 된다.
생체정보를 갖는 객체인 손가락을 예로 들어 설명하면, 객체는 복수의 골(V)과 복수의 융선(R)이 번갈아 배치되는 지문(F)을 갖는 손가락을 포함할 수 있다. 객체가 손가락일 경우, 손가락의 지문(F)이 갖는 융선(R) 부분으로 진행하는 제 1 진행광(200) 및/또는 제 2 진행광(300)은 손가락의 굴절률이 공기의 굴절률보다 크기 때문에 커버 윈도우(CW)와 접촉하는 지문(F)의 융선(R)에 의해 흡수되어 커버 윈도우(CW)의 외측으로 출사된다. 반면, 지문의 골(V) 부분으로 진행하는 진행광(200) 및/또는 수렴광(300)은 은 커버 윈도우 내에서 반사 되어 계속 진행한다.
따라서, 손가락이 커버 윈도우(CW)에 터치되었을 경우, 지문(F)의 융선(R)과 골(V)의 위치에 따라 커버 윈도우(CW)의 내부를 따라 진행되어 온 진행광(100)의 광량은 차이가 발생한다.
이미지 센서(IS)는 출광소자(OE_O)를 통해 출사된 광을 수신하여 호스트 시스템(도시 생략)으로 송신한다. 호스트 시스템은 출광소자(OE_O)를 통해 출사된 광량에 기초하여, 커버 윈도우(CW)에 터치된 객체의 광학적 이미지를 재생할 수 있다.
상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 표시장치에 의하면, 지향성 광 유닛 및 이미지 센서를 이용하여 커버 윈도우에 터치된 객체의 이미지를 센싱 및 재구성할 수 있기 때문에 부피가 큰 광학기구 등의 복잡한 구조 없이 미세한 지문을 정확하게 인식할 수 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 표시장치는 이미지 센싱영역이 확산각을 이용한 제 1 진행광에 의해 형성되는 제 1 이미지 센싱영역과 수렴각을 이용한 제 2 진행광(수렴광)에 의해 형성되는 제 2 이미지 센싱영역을 갖기 때문에, 보다 넓은 면적에서 이미지 센싱이 가능해 지는 효과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
CW: 커버 윈도우 DP: 표시 패널
OF: 광학필름 OE_I: 입광소자
OE_O: 출광소자 OE_C: 광 수렴소자
ISA: 이미지 센싱 영역 LR: 저굴절층
LS: 광원 IS: 이미지 센서

Claims (16)

  1. 표시 영역과 상기 표시 영역 외측의 비표시 영역을 구비하는 표시패널;
    상기 표시패널의 비표시 영역의 일측에 배치되어 광을 조사하는 광원;
    상기 표시패널의 상부에 배치되어 상기 광원으로부터 공급되는 광을 제 1 각도로 굴절시켜 상기 비표시 영역으로부터 상기 표시 영역으로 전반사 진행시키며, 상기 전반사된 광을 제 2 각도로 굴절시킨 후 출사하는 지향성 광 유닛; 및
    상기 지향성 광 유닛 하부에 배치되어 상기 지향성 광 유닛으로부터 출사된 광을 수신하는 이미지 센서를 포함하는 표시장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향성 광 유닛은,
    객체가 접촉할 수 있도록 상기 표시패널에 대향 배치되는 커버 윈도우;
    상기 표시패널의 표시영역과 상기 커버 윈도우 사이에 배치되며, 상기 커버 윈도우의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층;
    상기 표시패널의 비표시 영역의 일단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 광원 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 공급되는 입사되는 제 1 입사광이 상기 커버 윈도우에서 전반사 진행하는 제 1 진행광으로 변환할 수 있도록 상기 제 1 굴절각으로 굴절시키는 입광소자; 및
    상기 표시패널의 비표시 영역의 타단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 제 1 진행광이 제 2 입사각으로 을 제 2 굴절각으로 굴절시킨 후 외부로 출사하는 출광소자를 포함하는 출광소자를 포함하는 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지향성 광 유닛은 상기 커버 윈도우와 상기 저굴절층 사이에서 상기 입광소자, 상기 저굴절층, 및 상기 출광소자와 중첩되도록 배치되는 데코레이션 필름을 더 포함하는 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향성 광 유닛은,
    객체가 접촉할 수 있도록 상기 표시패널에 대향 배치되는 커버 윈도우;
    상기 표시패널의 표시영역과 상기 커버 윈도우 사이에 배치되며, 상기 커버 윈도우의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층; 및
    상기 커버 윈도우와 상기 저굴절층 사이에 배치되는 제 1 광학필름을 포함하며,
    상기 제 1 광학필름은,
    상기 표시패널의 비표시 영역의 일단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 광원 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 공급되는 입사되는 제 1 입사광이 상기 커버 윈도우에서 전반사 진행하는 제 1 진행광으로 변환할 수 있도록 상기 제 1 굴절각으로 굴절시키는 입광소자; 및
    상기 표시패널의 비표시 영역의 타단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 제 1 진행광으로부터 입사되는 제 2 입사각을 제 2 굴절각으로 굴절시킨 후 외부로 출사하는 출광소자를 포함하는 출광소자를 포함하는 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향성 광 유닛은,
    객체가 접촉할 수 있도록 상기 표시패널에 대향 배치되는 커버 윈도우;
    상기 표시패널의 표시영역과 상기 커버 윈도우 사이에 배치되며, 상기 커버 윈도우의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층; 및
    상기 커버 윈도우와 상기 저굴절층 사이에 배치되는 제 2 광학필름을 포함하며,
    상기 제 2 광학필름은,
    상기 표시패널의 비표시 영역의 일단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 광원 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 공급되는 입사되는 제 1 입사광이 상기 커버 윈도우에서 전반사 진행하는 제 1 진행광으로 변환할 수 있도록 상기 제 1 굴절각으로 굴절시키는 입광소자;
    상기 표시패널의 표시영역에 대응하는 위치에서 상기 입광소자와 상기 출광소자 사이에 배치되며, 상기 제 1 진행광이 수렴하도록 제 2 진행광으로 변환하는 광 수렴소자; 및
    상기 표시패널의 비표시 영역의 타단부에 대응하는 위치에서 상기 커버 윈도우와 상기 이미지 센서 사이에 배치되며, 상기 제 2 진행광으로부터 입사되는 제 2 입사각을 제 2 굴절각으로 굴절시킨 후 외부로 출사하는 출광소자를 포함하는 출광소자를 포함하는 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 수렴소자는 제 1 진행광 및 제 2 진행광과 교차하는 방향을 따라 일정 폭을 갖는 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 수렴소자와 상기 입광소자 사이의 거리는 상기 광 수렴소자와 상기 출광소자 사이의 거리와 동일한 표시장치.
  8. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입광소자는 상기 제 1 진행광이 길이 방향의 축과 폭 방향의 축으로 이루어진 수평 평면에서 미리 정해진 확산각을 갖도록 변환하는 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 확산각은 상기 광원으로부터의 광이 입사되는 입사점과 상기 커버 윈도우의 타측변의 두 끝점을 각각 연결하는 두 선분이 이루는 내측 각도와 같거나 큰 표시장치.
  10. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입광소자는 상기 제 1 진행광이 길이 방향의 축과 폭 방향의 축으로 이루어진 수평 평면에서 미리 정해진 확산각을 갖도록 변환하며,
    상기 광 수렴소자는 상기 확산각을 갖고 진행하는 상기 제 1 진행광이 수렴각을 갖는 제 2 진행광이 되도록 변환하는 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 확산각을 갖는 상기 제 1 진행광에 의해 정의되는 영역은 제 1 이미지 센싱영역이고, 상기 수렴각을 갖는 상기 제 2 진행광에 의해 정의되는 영역은 제 2 이미지 센싱영역인 표시장치.
  12. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 큰 표시장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 커버기판의 굴절률과 상기 데코레이션 필름의 굴절률은 동일하고, 상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 큰 표시장치.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층과 중첩되는 위치의 제 1 광학필름의 굴절률과 동일하고, 상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 큰 표시장치.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 커버기판의 굴절률은 상기 저굴절층과 중첩되는 위치의 제 2 광학필름의 굴절률과 동일하고, 상기 저굴절층의 굴절률보다 큰 표시장치.
  16. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 객체는 복수의 골과 복수의 융선이 번갈아 배치되는 지문을 포함하는 표시장치.
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