KR20180073763A - Flat Panel Display Embedding Optical Imaging Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지문 인식 센서와 같은 이미지 센서를 내장한 평판 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 지향성 광을 제공하는 초 박막형 기판과 광 이미지 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a flat panel display device incorporating an image sensor such as a fingerprint recognition sensor. More particularly, the present invention relates to a flat panel display device incorporating an optical image sensor including an optical image sensor and a super thin film substrate for providing a directional light.
컴퓨터 기술의 발달에 따라 노트북 컴퓨터, 태블릿 피시(Tablet PC), 스마트폰(Smart Phone), 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant), 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine), 검색 안내 시스템 등과 같은 다양한 용도의 컴퓨터 기반 시스템(Computer 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.With the development of computer technology, various kinds of applications such as a notebook computer, a tablet PC, a smart phone, a personal digital assistant, an automated teller machine, a search guide system, A computer based system has been developed. These systems typically store many confidential data, such as business information and business secrets, as well as personal information related to personal privacy, so there is a need to enhance security to protect these data.
이를 위해 종래부터 생체 정보를 인식할 수 있는 이미지 센서를 이용하여, 보안성을 강화하는 방법이 제안된 바 있다. 예를 들어, 손가락의 지문을 이용하여 시스템의 등록이나 인증을 수행함으로써 보안성을 강화할 수 있는 지문센서가 알려져 있다. 지문 센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서이다. 지문 센서는 광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)와 정전용량식 지문 센서(Capacitive Fingerprint Sensor)로 크게 나누어진다.For this purpose, a method of enhancing security using an image sensor capable of recognizing biometric information has been proposed. For example, fingerprint sensors are known that can enhance security by registering or authenticating a system using a fingerprint of a finger. The fingerprint sensor is a sensor that detects a human fingerprint. The fingerprint sensor is roughly classified into an optical fingerprint sensor and a capacitive fingerprint sensor.
광학식 지문 센서(Optical Fingerprint Sensor)는 내부에서 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원을 이용하여 빛을 조사하고 지문의 융선(ridge)에 의해 반사된 빛을 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 통해 감지하는 원리를 이용한 것이다. 광학식 지문 센서는 LED를 이용해서 스캔을 해야 하기 때문에 스캔을 위한 부가 장비가 필요하다. 광학적 부가 장비를 구성해야 하므로, 스캔 가능한 크기를 크게 하는 데에 한계가 있다. 따라서, 표시 장치와 결합하는 등 다양한 응용에는 한계가 있다.The optical fingerprint sensor uses a light source such as an LED (Light Emitting Diode) to illuminate the light and reflects the light reflected by the ridge of the fingerprint through a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor It is based on the principle of sensing. Optical fingerprint sensors require additional equipment for scanning because they must be scanned using LEDs. There is a limitation in increasing the size of the scannable image. Therefore, there are limitations in various applications such as coupling with a display device.
종래의 광학식 지문센서로는 2006년 7월 26일자로 등록된 "지문인식 센서를 구비한 영상 표시장치"란 명칭의 대한민국 등록특허 10-0608171과, 2016년 4월 21일자로 공개된 "지문 인식 소자를 포함한 표시장치"란 명칭의 대한민국 공개특허공보 10-2016-0043216이 알려져 있다.As a conventional optical fingerprint sensor, Korean Registered Patent No. 10-0608171 entitled " Image Display Device with a Fingerprint Recognition Sensor "filed on July 26, 2006, and Korean Patent Registration No. 10-0608171 published on April 21, Korean Patent Publication No. 10-2016-0043216 entitled " Display Device Including Device "is known.
상기 대한민국 공개공보에 기재된 광학식 지문 센서를 구비하는 표시장치는, 표시장치의 표시 영역을 터치 영역 및 지문 인식 영역으로 동시에 사용할 수 있도록 구성하고 있다. 하지만, 지문 인식을 위한 센싱용 빛이 지향성(혹은, Directivity)이 현저히 낮은 확산광을 사용한다. 따라서, 정확한 지문의 패턴을 인식하는 데에는 한계가 있다. 지향성이 높은 레이저 적외선과 같은 시준광(Collimated Light)을 사용하는 경우, 넓은 면적에 걸쳐 센싱용 빛을 조사하기 어렵기 때문에, 지문 인식 영역의 크기가 극히 한정된다. 또한, 지향성이 높은 시준광을 넓은 스캔 면적에 적용하기 위해서는, 스캔 기능을 부가하여야 하므로, 휴대용 평판 표시장치에 적용하기가 어렵다.The display device having the optical fingerprint sensor described in the Korean Laid Open Publication is configured so that the display area of the display device can be used simultaneously as the touch area and the fingerprint recognition area. However, the sensing light for fingerprint recognition uses a diffusion light having a significantly low directivity (or directivity). Therefore, there is a limit in recognizing the pattern of the correct fingerprint. When a collimated light such as a laser beam having high directivity is used, it is difficult to irradiate a light for sensing over a large area, so that the size of the fingerprint recognition area is extremely limited. In addition, in order to apply the highly directional collimated light to a wide scan area, it is difficult to apply the scan function to a portable flat panel display device.
따라서, 지문 인식 센서를 내장하는 표시 장치에서는 주로 정전 용량식 지문센서를 적용하는 예가 많다. 하지만, 정전 용량식 지문 센서도 많은 문제점이 있다.Therefore, in a display device incorporating a fingerprint recognition sensor, a capacitance type fingerprint sensor is mainly applied. However, capacitance type fingerprint sensors also have many problems.
정전 용량식 지문 센서(Capacitive Fingerprint Sensor)는 지문 센서와 접촉되는 융선(Ridge)과 골(Valley) 사이에 대전되는 전기량의 차를 이용한 것이다. 종래의 정전 용량식 지문 센서로는 2013년 11월 21일자로 공개된 "정전 용량식 센서 패키징(Capacitive Sensor Packaging)"이란 명칭의 미국 공개특허 공보 US 2013/0307818가 알려져 있다.A capacitive fingerprint sensor uses a difference in the quantity of electricity charged between a ridge and a valley in contact with a fingerprint sensor. As a conventional capacitive fingerprint sensor, US Patent Publication No. US 2013/0307818 entitled " Capacitive Sensor Packaging ", published on Nov. 21, 2013, is known.
상기 미국 공보에 기재된 정전 용량식 지문센서는 특정 푸시 버튼(Push Button)과 결합한 어셈블리 형태로 구성되어 있으며, 용량성 플레이트와 사용자의 지문(융선과 골) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 일반적으로 인간 지문의 융선과 골은 대략 300㎛~500㎛의 크기로 매우 미세하기 때문에, 상기 미국 공보의 정전 용량식 지문 센서는 고해상도 센서 어레이와 지문인식 처리를 위한 IC(Integrated Chip) 제작이 필요하고, 이를 위해 센서 어레이와 IC을 일체로 형성할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다. The capacitive fingerprint sensor disclosed in the above-mentioned U.S. patent publication is configured in the form of an assembly combined with a specific push button, and a circuit for measuring the capacitance between the capacitive plate and the fingerprint (ridge and valley) of the user is printed Lt; / RTI > wafer. Generally, ridges and valleys of human fingerprints are very small with a size of about 300 μm to 500 μm. Therefore, the capacitive type fingerprint sensor of the US publication needs a high-resolution sensor array and an integrated chip (IC) for fingerprint recognition processing And a silicon wafer capable of integrally forming a sensor array and an IC is used for this purpose.
그러나, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 고해상도의 센서 어레이와 IC를 함께 형성할 경우, 푸시 버튼과 함께 지문 센서를 결합하기 위한 어셈블리 구조가 필요하게 되므로 구성이 복잡해 질 뿐 아니라 비 표시 영역(베젤영역)이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 푸시 버튼(예를 들면, 스마트폰의 홈키)과 지문센서가 중첩되게 형성되므로, 그 두께가 증가할 뿐 아니라 지문 센싱 영역이 푸시 버튼의 크기에 좌우되는 문제점이 있었다.However, when a high-resolution sensor array and an IC are formed together using a silicon wafer, an assembly structure for combining a fingerprint sensor with a push button is required, which not only complicates the configuration but also increases the non-display area (bezel area) . Further, since the push button (for example, the home key of the smart phone) and the fingerprint sensor are formed to overlap with each other, the thickness of the push button is increased, and the fingerprint sensing area is dependent on the size of the push button.
이러한 문제점을 해결하기 위해 터치 센서 스크린의 영역을 지문식별 영역으로 이용하는 기술 등이 개발된 바 있다. 이러한 기술로서는 "지문식별용 용량성 터치센서(capacitive touch sensor for identifying a fingerprint)"란 명칭으로 2013년 10월 22일 등록된 미국 등록특허 제 US8,564,314호와, "지문인식 일체형 정전용량 터치 스크린"이란 명칭으로 2014년 8월 18일 등록된 대한민국 등록특허 제10-1432988호가 알려져 있다.In order to solve such a problem, a technique of using the area of the touch sensor screen as a fingerprint identification area has been developed. US Patent No. 8,564, 314 entitled " Capacitive Touch Sensor for Identifying a Fingerprint ", entitled " Fingerprint Identification Integrated Capacitive Touch Screen Korean Patent No. 10-1432988, which was registered on Aug. 18, 2014, is known.
스마트 폰과 같은 개인 휴대용 표시장치에는 표시 패널 보호를 위한 보호 필름을 추가로 부착하는 경우가 많다. 상기와 같은 기술을 개인 휴대용 표시장치의 표시 영역을 지문 인식별 영역으로 적용하는 경우, 보호 필름을 부착하면, 지문 인식 기능이 현저히 저하될 수 있다. 일반적으로, 보호 필름을 부착하더라도 터치 기능은 그대로 사용할 수 있다. 하지만, 지문 인식은 아주 미세한 지문을 인식하여야 하기 때문에, 정전 용량의 미세한 변화를 감지해야 한다. 보호 필름의 두께가 아무리 얇더라도, 미세한 지문을 인식하는 데 필요한 정전 용량의 변화를 정확하게 감지하도록 하는 데에는 심각한 장애를 유발할 수 있다.A personal portable display device such as a smart phone is often provided with a protective film for protecting the display panel. When the above-described technique is applied to the display area of the personal portable display device as a fingerprint recognition area, the fingerprint recognition function may significantly deteriorate when a protective film is attached. Generally, even if a protective film is attached, the touch function can be used as it is. However, since fingerprint recognition must recognize very fine fingerprints, it is necessary to detect minute changes in capacitance. No matter how thin the thickness of the protective film can be, it can cause serious obstacles to accurately sensing the change in capacitance required to recognize a fine fingerprint.
정전 용량식 지문센서를 내장한 표시 장치에서는 표시 장치의 겉 표면에 보호 필름 혹은 강화 유리를 부착하는 경우가 많은데, 이 경우 인식 능력이 현저히 저하될 수 있다. 따라서, 정전 용량식 지문 센서의 경우, 표시 기판의 두께에 대한 문제가 발생할 수 있다. 반면에, 광학식 지문 센서를 내장한 표시 장치에서는, 산란광을 사용하기 때문에 정확한 인식 능력이 어렵다. 정확한 인식 능력을 확보하기 위해 시준광을 사용하는 경우에는, 복잡하고 부피가 큰 광학 기구가 필요하므로 휴대성이 높은 평판용 표시 장치와 결합하기 어렵다.In a display device incorporating a capacitance type fingerprint sensor, a protective film or a tempered glass is often attached to the outer surface of the display device. In this case, the recognition ability may be significantly deteriorated. Therefore, in the case of the capacitance type fingerprint sensor, there may arise a problem with the thickness of the display substrate. On the other hand, in a display device incorporating an optical fingerprint sensor, accurate reading ability is difficult because scattered light is used. When a collimated light is used to ensure accurate recognition capability, it is difficult to combine with a highly portable flat display device because a complicated and bulky optical device is required.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 초 박막형 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 지향성 광을 검출 영역으로 정확하게 조사하고, 반사된 검출광을 수직 방향으로 굴절하여 제공함으로써, 검출 해상도와 민감도가 우수한 초 박막형 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a flat panel display device incorporating an ultra-thin film optical image recognition sensor designed to overcome the above problems. Another object of the present invention is to provide a flat panel display device with a super thin film type optical image recognition sensor having a high detection resolution and sensitivity by accurately irradiating the directional light to the detection region and refracting the reflected detection light in the vertical direction have.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치는, 표시 패널 및 지향성 광 유닛을 포함한다. 표시 패널은, 표시 영역과 비 표시 영역이 정의되어 있다. 지향성 광 유닛은, 표시 패널을 수용하는 길이와 폭 그리고 일정한 두께를 갖고, 표시 패널의 상부 표면에 부착된다. 지향성 광 유닛은, 커버 기판, 출광 소자, 입광 소자 그리고 광원을 포함한다. 커버 기판은, 길이와 폭에 대응하는 면적을 갖는다. 출광 소자는, 커버 기판의 하부 표면에서, 표시 영역 내에 배치된다. 입광 소자는, 커버 기판의 하부 표면에서, 비 표시 영역에 배치된다. 광원은, 표시 패널의 일측변에서 입광 소자와 대향하도록 배치된다.In order to achieve the above object, an image recognition sensor built-in flat panel display device according to the present invention includes a display panel and a directional light unit. The display panel defines a display area and a non-display area. The directional light unit has a length, a width, and a constant thickness that accommodate the display panel, and is attached to the upper surface of the display panel. The directional light unit includes a cover substrate, an outgoing element, an incident element, and a light source. The cover substrate has an area corresponding to the length and the width. The light exiting element is disposed in the display area on the lower surface of the cover substrate. The light-incident element is arranged in the non-display area on the lower surface of the cover substrate. The light source is disposed so as to face the light-incident element at one side of the display panel.
일례로, 광원은, 입광 소자의 표면에 정의된 입사점으로 입사광을 제공한다. 입광 소자는, 입사광을 커버 기판 상부 표면에서 전반사하는 확산각을 갖는 주사광으로 전환하여 커버 기판 내부로 입사시키는 홀로그래피 패턴을 구비한다. 출광 소자는, 주사광이 커버 기판의 상부 표면에서 전반사된 출사광을 커버 기판의 하부 표면에 대해 수직 방향으로 출사하는 검출광으로 전환하는 홀로그래피 패턴을 구비한다.In one example, the light source provides incident light at an incident point defined on the surface of the light-incident element. The light-incident element has a holographic pattern for converting incident light into scanning light having a diffusing angle for totally reflecting the incident light on the surface of the cover substrate and entering the inside of the cover substrate. The light-exiting element has a holographic pattern for converting the emitted light, which has been totally reflected from the upper surface of the cover substrate by the scanning light, into detection light emitted in a direction perpendicular to the lower surface of the cover substrate.
일례로, 확산각은, 수평 확산각과 수직 확산각을 포함한다. 수평 확산각은, 커버 기판의 길이 방향 및 폭 방향으로 이루어진 수평면 상에서 확산하는 각도이다. 수직 확산각은, 커버 기판의 길이 방향 및 두께 방향으로 이루어진 수직면 상에서 확산하는 각도이다.For example, the diffusing angle includes a horizontal diffusing angle and a vertical diffusing angle. The horizontal diffusion angle is an angle that diffuses on a horizontal plane formed by the longitudinal direction and the width direction of the cover substrate. The vertical diffusion angle is an angle that diffuses on a vertical plane formed by the longitudinal direction and the thickness direction of the cover substrate.
일례로, 주사광은, 수직 평면상에서의 제1 입사각을 갖는 제1 주사광과 제2 입사각을 갖는 제2 주사광 사이에서 확산한다.For example, the scanning light diffuses between the first scanning light having the first incident angle on the vertical plane and the second scanning light having the second incident angle.
일례로, 출사광은, 제1 주사광이 커버 기판의 상부 표면에서 전반사된 제1 출사광과, 제2 주사광이 상기 커버 기판의 상부 표면에서 전반사된 제2 출사광 사이에서 확산한다.In one example, the outgoing light diffuses between the first outgoing light in which the first scanning light is totally reflected on the upper surface of the cover substrate and the second outgoing light in which the second scanning light is totally reflected on the upper surface of the cover substrate.
일례로, 검출광은, 제1 출사광이 출광 소자에 의해 굴절된 제1 검출광과, 제2 출사광이 출광 소자에 의해 굴절된 제2 검출광 사이에서 커버 기판의 외부로 방출한다.For example, the detection light is emitted to the outside of the cover substrate between the first detection light refracted by the light emitting element by the first emitted light and the second detection light refracted by the light emitting element by the second emitted light.
일례로, 커버 기판의 상부 표면에서 주사광이 조사되는 범위는 인식하고자 하는 이미지 객체를 위치시키는 센싱 영역으로 정의된다. 검출광이 방출되는 범위는 광 센서가 배치되는 센서 영역으로 정의된다.For example, the range in which the scanning light is irradiated on the upper surface of the cover substrate is defined as a sensing area for positioning an image object to be recognized. The range in which the detection light is emitted is defined as a sensor area in which the optical sensor is disposed.
일례로, 표시 패널과 지향성 광 기판은, 광학 접착제를 매개로 하여 면 합착된다.For example, the display panel and the directional light substrate are surface-bonded through an optical adhesive.
일례로, 광원은, 단면 형상이 정원형인 시준광(collimated light)을 제공한다.In one example, the light source provides a collimated light whose cross-sectional shape is prestigious.
본 발명은 지향성(Directional) 광을 검출광으로 제공함으로써, 고 분해능의 이미지 인식 능력을 갖는 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공할 수 있다. 본 발명은, 홀로그래피 기술을 이용하여 점 광원에서 제공된 점상의 단면적을 갖는 적외선 레이저를 표시 패널에 정의된 센싱 영역으로 확산시켜 제공함으로써 정밀도가 우수한 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치를 제공할 수 있다. 특히, 검출광은, 이미지 인식 센서가 구비된 표시 기판에 대해 수직으로 입사함으로써 검출광의 광량이 저하되지 않아, 정확한 이미지 인식 결과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서는 표시 장치의 제일 겉면에 부착되는 보호 기판 자체를 본 발명에 의한 지향성 광 기판의 커버 기판으로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 광학식 이미지 인식 장치를 표시 장치와 결합해도 표시 장치의 두께가 두꺼워지지 않는다. 본 발명에 의한 광학식 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치는, 이미지 인식 영역을 표시 패널의 표시 영역 내에서 자유롭게 설정할 수 있으므로, 다양한 제품으로 응용이 가능하다.The present invention can provide a flat panel display with an optical image recognition sensor having high resolution image recognition capability by providing directional light as detection light. The present invention can provide an optical image recognition sensor built-in flat panel display device with high accuracy by diffusing and providing an infrared laser having a dot cross-sectional area provided by a point light source using a holographic technique to a sensing area defined in a display panel. In particular, since the detection light is incident perpendicularly on the display substrate provided with the image recognition sensor, the light amount of the detection light is not degraded, and accurate image recognition results can be obtained. Further, in the present invention, the protective substrate itself attached to the first surface of the display device can be used as the cover substrate of the directional light substrate according to the present invention. Therefore, even when the optical image recognition apparatus according to the present invention is combined with the display apparatus, the thickness of the display apparatus is not increased. Since the image recognition area can be freely set within the display area of the display panel, the flat panel display device with an optical image recognition sensor according to the present invention can be applied to various products.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치에 적용하는 지향성 광 기판의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 지향성 광 유닛과 광 인식 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 응용 예에 의한 지향성 광 유닛과 광 인식 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 제2 응용 예에 의한 지향성 광 유닛과 광 인식 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing the structure of a directional light substrate applied to a flat panel display device incorporating an optical image sensor according to a preferred embodiment of the present invention. Fig.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an optical image sensor and a flat panel display.
3 is a sectional view showing the structure of an optical image sensor built-in type liquid crystal display device including a directional light unit and an optical recognition sensor according to a first application example of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a structure of an optical image sensor built-in organic light emitting diode display device including a directional light unit and an optical recognition sensor according to a second application example of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals throughout the specification denote substantially identical components. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description, a detailed description of known technologies or configurations related to the present invention will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured. In addition, the component names used in the following description may be selected in consideration of easiness of specification, and may be different from the parts names of actual products.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치에 적용하는 지향성 광 유닛의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에서 상부 도면은 XZ 평면에서 바라본 측면도이고, 하부 도면은 위에서 XY 평면에서 바라본 평면도이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1 is a view showing a structure of a directional light unit applied to a flat panel display device incorporating an optical image sensor according to a preferred embodiment of the present invention. 1 is a side view as viewed from an XZ plane, and the lower drawing is a plan view as viewed from an XY plane from above.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 지향성 광 유닛은, 지향성 광 기판(SLS)과 광원(LS)을 포함한다. 지향성 광 기판(SLS)은, 커버 기판(CP), 출광 소자(GHOE) 및 입광 소자(CHOE)를 포함한다. 커버 기판(CP)은 대략 장방형의 사각 판상 모양으로, 길이와 폭 그리고 두께를 갖는다. 도 1에서는 길이는 X축, 폭은 Y축 그리고 두께는 Z축에 대응하여 표시한다.Referring to FIG. 1, a directional light unit according to a preferred embodiment of the present invention includes a directional light substrate SLS and a light source LS. The directional light substrate SLS includes a cover substrate CP, an outgoing light element GHOE, and a light incident element CHOE. The cover substrate CP has a substantially rectangular plate shape, and has a length, a width, and a thickness. In Fig. 1, the length corresponds to the X axis, the width corresponds to the Y axis, and the thickness corresponds to the Z axis.
지향성 광 유닛은 시준된(collimated) 광을 설정된 센싱 영역(혹은, 검출 영역)으로 제한적으로 확산시켜 제공하고, 이미지를 복제한 빛을 제공하는 광학 장치이다. 따라서, 광원(LS)은 시준된 빛을 제공하는 것이 바람직하다.The directional optical unit is an optical device that provides limited reproduction of collimated light to a predetermined sensing area (or detection area) and provides light replicated with an image. Thus, the light source LS preferably provides collimated light.
커버 기판(CP)의 상부 표면에는 센싱 영역(SA)(혹은, 검출 영역)이 정의되어 있다. 지문 인식 장치인 경우, 센싱 영역(SA)은 커버 기판(CP)의 표면 중에서 사용자가 자신의 지문을 위치하기에 적절한 위치에 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 장방형 커버 기판(CP)에서 하변으로부터 1/3 지점의 중앙부에서 사각형의 영역을 정의할 수 있다. 이 경우 센싱 영역(SA)은 4mm X 4mm 내지 10mm X 10mm의 크기를 가질 수 있다. 여기서, 4mm X 4mm는 지문 인식을 위한 최소의 크기를 고려하여 설정한 것이다. 또한, 10mm X 10mm는 일반적인 사람의 엄지 지문의 평균 크기를 고려하여 설정한 것이다.A sensing area SA (or detection area) is defined on the upper surface of the cover substrate CP. In the case of a fingerprint recognition device, it is preferable that the sensing area SA be set at a position suitable for the user to place his / her fingerprint on the surface of the cover substrate CP. For example, in the rectangular cover substrate CP, a rectangular region can be defined at the center portion of the 1/3 point from the lower side. In this case, the sensing area SA may have a size of 4 mm X 4 mm to 10 mm X 10 mm. Here, 4 mm X 4 mm is set considering the minimum size for fingerprint recognition. In addition, 10 mm X 10 mm is set considering the average size of a thumbprint of a general person.
커버 기판(CP)의 하부 표면에는 입광 소자(CHOE)와 출광 소자(GHOE)가 면 부착되어 있다. 입광 소자(CHOE)는 광원(LS)에서 제공하는 점상의 단면적을 갖는 빛을 센싱 영역(SA)에 대응하여 확산 및 확장시켜 제공하는 광학 소자이다. 입광 소자는(CHOE) 이미지 인식과는 직접 관련이 없으므로, 출광 소자(GHOE)의 외측 영역에 배치하는 것이 바람직하다. 특히, 입광 소자(CHOE)는 광원(LS)과 대향하여 배치된다.An incident light element (CHOE) and an outgoing light element (GHOE) are attached to the lower surface of the cover substrate (CP). The light-incident element CHOE is an optical element which diffuses and expands the light having a cross-sectional area provided by the light source LS corresponding to the sensing area SA. Since the light-incident element is not directly related to (CHOE) image recognition, it is preferable to arrange the light-incident element in the outer region of the light-exiting element (GHOE). Particularly, the light-incident element CHOE is disposed opposite to the light source LS.
출광 소자(GHOE)는 이미지 검출에 사용된 빛을 이미지 센서로 전송하는 광학 소자이다. 출광 소자(GHOE)는 센싱 영역(SA)의 표면에 배치된 객체에서 반사된 빛들이 도달하는 영역에 배치된다. 특히, 출광 소자(GHOE)는 이미지 검출의 정확도를 높이기 위해 커버 기판(CP)의 하부 표면에 대해 수직 방향으로 검출광을 제공하는 홀로그래피 소자인 것이 바람직하다. 출광 소자(GHOE)는 지향성 광 기판(SLS)의 외부에 특히, 커버 기판(CP)의 하부 표면 외부에 배치된 이미지 센서(혹은 검출기)로 검출광을 제공하는 홀로그래피 광학 소자인 것이 바람직하다.The outgoing element (GHOE) is an optical element that transmits the light used for image detection to the image sensor. The light exiting element (GHOE) is disposed in an area where light reflected by the object disposed on the surface of the sensing area (SA) arrives. In particular, the outgoing element (GHOE) is preferably a holographic element that provides detection light in a direction perpendicular to the lower surface of the cover substrate (CP) to enhance the accuracy of image detection. The outgoing element GHOE is preferably a holographic optical element that provides detection light to the outside of the directional light substrate SLS, particularly to an image sensor (or detector) disposed outside the lower surface of the cover substrate CP.
입광 소자(CHOE)의 하부 공간에는 입광 소자(CHOE)와 대향하도록 광원(LS)이 배치되어 있다. 특히, 광원(LS)은 입광 소자(CHOE)와 대향하는 것이 바람직하다. 광원(LS)은 레이저와 같이 시준성이 높은 빛을 제공하는 것이 바람직하다. 휴대용 표시장치에 지문 인식 기능을 내장하는 시스템에 적용하는 경우, 사람이 인지할 수 없는 빛인 적외선 레이저를 제공하는 것이 바람직하다.A light source LS is arranged in the lower space of the light-incoming element CHOE so as to face the light-incoming element CHOE. In particular, it is preferable that the light source LS is opposed to the light incident element CHOE. It is desirable that the light source LS provide high collimation light such as a laser. When applied to a system incorporating a fingerprint recognition function in a portable display device, it is desirable to provide an infrared laser, which is light that can not be perceived by a person.
광원(LS)에서 제공된 시준광(Collimated Light)은 입사광(100)으로서 점상(point shape)의 단면적을 갖고 입광 소자(CHOE)에 정의된 입사점(IP)으로 제공된다. 입사광(100)은 입사점(IP)의 표면에 대해 법선 방향으로 입사하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 입사점(IP) 표면의 법선에 대해 기울어진 각도로 입사할 수도 있다.The collimated light provided in the light source LS is provided as an incident point IP having a point shape cross section as an
입광 소자(CHOE)는, 광원(LS)에서 제공된 입사광(100)을 이미지 검출을 위한 주사광(혹은, 스캔(scan)광)(200, 210)을 제공한다. 주사광(200, 210)은 커버 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사 조건을 만족하도록 커버 기판(CP) 내부로 굴절된 빛이다. 입광 소자(CHOE)는 입사광(100)이 조사되는 입사점(IP)보다 큰 면적을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광원(LS)에서 제공하는 시준된 빛의 단면적이 0.5mm x 0.5mm인 정원인 경우, 입광 소자(CHOE)는 커버 기판(CP)의 중앙에 배치되며, 3mm ~ 5mm정도의 폭과 길이를 갖는 사방형상일 수 있다.The light incident element CHOE provides scanning light (or scan light) 200, 210 for image detection of the incident light 100 provided by the light source LS. The scanning lights 200 and 210 are the light refracted inside the cover substrate CP to satisfy the total reflection condition on the upper surface of the cover substrate CP. It is preferable that the light incident element CHOE has an area larger than the incident point IP at which the
점상 직진광인 입사광(100)이 입광 소자(CHOE)에 의해 변환된 주사광(200, 210)은 커버 기판(CP)의 상부 표면에 정의된 센싱 영역(SA)에 대응하는 면적으로 확산된 빛이다. 점상 단면을 갖는 광원(LS)을 일정 면적을 갖는 센싱 영역(SA)으로 확장시키기 위해서, 입광 소자(CHOE)는 XZ 평면상에서 확산각인 수직 확산각 θ를 갖고, XY 평면상에서 확산각인 수평 확산각 φ를 갖도록 확산시키는 홀로그래피 광학 소자이다.The
이미지 검출에 사용된 주사광(200, 210)은 커버 기판(CP)의 표면에서 전반사되어, 출사광(300, 310)으로서 하부 표면으로 진행한다. 출광 소자(GHOE)는 출사광(300, 310)을 커버 기판(CP)의 표면에 대해 수직 방향으로 출광하도록 진행 방향을 바꾸어 제공하는 홀로그래피 광학 소자인 것이 바람직하다. 따라서, 출광 소자(GHOE)는 출사광(300, 310)이 커버 기판(CP)의 하부 표면에 조사되는 영역에 배치되며, 출사광(300, 310)이 조사되는 영역보다 큰 면적을 갖는 것이 바람직하다.The
출광 소자(GHOE) 및 입광 소자(CHOE)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 제조 공정을 고려하면, 하나의 필름 위에 출광 소자(GHOE)와 입광 소자(CHOE)의 영역을 나누어서 형성하는 것이 바람직하다. 출광 소자(GHOE)와 입광 소자(CHOE)는 홀로그래피 패턴을 포함하는 광학 소자인 것이 바람직하다. 예를 들어, 출광 소자(GHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름과 입광 소자(CHOE)의 패턴을 갖는 마스터 필름을 적정 위치에 배치한 후, 하나의 홀로그래피 기록 필름에 두 홀로그래피 패턴을 동시에 복사할 수 있다.The light-emitting element GHOE and the light-receiving element CHOE can be arranged on the same plane. Considering the manufacturing process, it is preferable to form the regions of the light-emitting element (GHOE) and the light-receiving element (CHOE) separately on one film. It is preferable that the light-outgoing element (GHOE) and the light-incoming element (CHOE) are optical elements including a holographic pattern. For example, after a master film having a pattern of an outgoing element (GHOE) and a master film having a pattern of an incident element (CHOE) are arranged at proper positions, two holographic patterns can be simultaneously copied to one holographic recording film .
이하, 본 발명에 의한 지향성 광 기판(SLS)에서 이미지 검출을 위한 구체적인 작동 과정에 대해 설명한다. 입강 소자(CHOE)에 의해 입사광(100)은 주사광(200, 210)으로 전환된다. 주사광(200, 210)은 커버 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사 조건을 만족하며, 커버 기판(CP) 내부로 입사된다. 예를 들어, 입광 소자(CHOE)는 입사광(100)을 XZ 평면상에서 제1 입사각(θ1)을 갖는 제1 주사광(200)과 제2 입사각(θ2)을 갖는 제2 주사광(210) 사이의 범위 내에서 굴절된 확산광으로 변환된다. 여기서, 제1 입사각(θ1)과 제2 입사각(θ2)은 커버 기판(CP)과 공기층(AIR) 사이에서의 전반사 임계각(TCP_AIR)보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다.Hereinafter, a specific operation process for image detection in the directional light substrate (SLS) according to the present invention will be described. The
제1 주사광(200)은 센싱 영역(SA) 중 광원(LS)과 가장 가까운 경계선으로 진행한다. 제2 주사광(210)은 센싱 영역(SA) 중 광원(LS)과 가장 먼 경계선으로 진행한다. 제1 주사광(200)의 제1 입사각(θ1) 및 제2 주사광(210)의 제2 입사각(θ2)은 커버 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사 조건을 만족한다. 예를 들어, 제1 입사각(θ1)은 75 내지 80도의 값 중 어느 한 값을 가질 수 있다. 제2 입사각(θ2)은 82도 내지 87도의 값 중 어느 한 값을 가질 수 있다. 특히, 제1 입사각(θ1)과 제2 입사각(θ2)의 사이 각도인 수직 확산각(θ)은 2도 내지 12도 중 어느 한 값을 가질 수 있다. 가장 바람직하게는 수직 확산각(θ)은 약 7도의 값을 갖는다.The
제1 주사광(200) 및 제2 주사광(210)들은, 폭 방향 축과 길이 방향 축으로 이루어진 XY 평면(혹은, '수평 평면')에서는 수평 확산각(φ)을 갖는 것이 바람직하다. 수평 확산각(φ)과 수직 확산각(θ)의 범위는 센싱 영역(SA)을 정의하는 확산각이다. 수평 확산각()은, 센싱 영역(SA)의 가로 폭 범위를 결정할 수 있다. 예를 들어, 수평 확산각(φ)은, 30도 내지 60도 사이의 값을 가질 수 있다. 센싱 영역(SA)은 수직 확산각(θ), 수평 확산각(φ) 및 커버 기판(CP)의 두께 등에 의해 결정된다.It is preferable that the
제1 주사광(200) 및 제2 주사광(210)은 커버 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사되어 하부 표면으로 진행하는 제1 출사광(300) 및 제2 출사광(310)이 된다. 이 때, 제1 출사광(300)의 제1 반사각은 제1 입사각(θ1)과 동일하다. 마찬가지로 제2 출사광(310)의 제2 반사각도 제2 입사각(θ2)과 동일하다. 제1 출사광(300) 및 제2 출사광(310)이 커버 기판(CP)의 하부 표면에 도달한 전체 영역은, 센서 영역(SEA)(혹은 검출 소자 영역)에 해당한다. 여기서 센서 영역(SEA)은, 검출 소자들이 배치되는 영역에 대응한다.The
출광 소자(GHOE)는 센서 영역(SEA)에 대응하여 배치되는 것이 바람직하다. 출광 소자(GHOE)가 없더라도, 커버 기판(CP)의 상부 표면에서 전반사된 제1 출사광(300)과 제2 출사광(310)은 커버 기판(CP)의 하부 표면에 공기보다 큰 굴절율을 갖는 기판 혹은 필름이 있다면, 외부로 출광될 수 있다. 하지만, 제1 출사광(300)과 제2 출사광(310)은 전반사 조건을 만족하는 반사각 및 입사각을 가지므로, 많은 광량이 커버 기판(CP) 내부로 반사된다. 이로인해 검출광의 강도가 저하되어 검출 능력이 저하된다. 따라서, 출사광들(300, 310)을 모두 광 센서로 보내기 위한 출광 소자(GHOE)가 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 출광 소자(GHOE)는 반사각 θ1을 갖는 제1 출사광(300)과 반사각 θ2를 갖는 제2 출사광(310)을 커버 기판(CP)의 하부 표면에 대해 수직 방향으로 굴절시켜 외부로 출광시키는 홀로그래피 광학 소자인 것이 바람직하다.It is preferable that the light exiting element GHOE is disposed corresponding to the sensor area SEA. The first
센서 영역(SEA)은 제1 출사광(300) 및 제2 출사광(310)에 의해 그 크기가 결정된다. 센서 영역(SEA)은 입광 소자(CHOE)에서 센싱 영역(SA)을 거쳐 연속 확장된 형상을 가질 수 있다. 따라서, 센서 영역(SEA)는 센싱 영역(SA)보다 확산된 형상을 갖는다. 출광 소자(GHOE)는 센서 영역(SEA)보다 더 큰 크기를 갖는 것이 바람직하다.The size of the sensor area SEA is determined by the first
출광 소자(GHOE)는, 제1 출사광(300) 및 제2 출사광(310)들을 커버 기판(CP)의 하부 표면 외부로 출광되는 제1 검출광(400) 및 제2 검출광(410)을 제공한다. 제1 검출광(400) 및 제2 검출광(410)은 지향성 광 기판(SLS)의 하부 표면에서 출광 소자(GHOE)에 대응하여 부착된 검출 소자로 제공된다. 지향성 광 기판(SLS)의 하부 표면에 배치된 검출 소자로 출광된 제1 검출광(400) 및 제2 검출광(410)을 인식함으로써, 커버 기판(CP)의 상부 표면에 배치된 물체의 이미지를 판별할 수 있다.The outgoing light element GHOE transmits the first
이하에서는, 도 1에서 설명한 지향성 광 유닛을 응용한 이미지 인식 장치에 대해 설명한다. 특히, 지문 인식 센서를 내장한 평판 표시장치에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 지향성 광 유닛과 광 인식 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.Hereinafter, an image recognition apparatus using the directional light unit described in Fig. 1 will be described. Particularly, a flat panel display device incorporating a fingerprint recognition sensor will be described. 2 is a view showing the structure of an optical image sensor built-in type flat panel display device including a directional optical unit and an optical recognition sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치는, 표시 패널(DP), 지향성 광 기판(SLS) 및 광원(LS)을 포함한다. 표시 패널(DP)에는 표시 영역(AA)과 비 표시 영역(NA)이 정의되어 있다. 표시 영역(AA)은 표시 패널(DP)의 중앙부 대부분을 차지하고, 비 표시 영역(NA)은 표시 영역의 주변에 배치된다. 표시 영역(AA)에는, 표시 패널(DP)이 나타내고자 하는 영상들이 표시되는 소자들이 배치되어 있다. 비 표시 영역(NA)에는 표시 영역에 배치된 소자들을 구동하기 위한 소자들이 배치되어 있다.Referring to FIG. 2, an optical image sensor built-in type flat panel display device according to a preferred embodiment of the present invention includes a display panel DP, a directional light substrate SLS, and a light source LS. A display area AA and a non-display area NA are defined in the display panel DP. The display area AA occupies most of the central portion of the display panel DP, and the non-display area NA is arranged around the display area. In the display area AA, elements for displaying images to be displayed by the display panel DP are arranged. In the non-display area NA, elements for driving the elements arranged in the display area are arranged.
특히, 표시 영역(AA)에는, 영상을 표시하기 위한 다수 개의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배열되어 있다. 이들 화소 영역에는 이미지 인식을 위한 광 센서들이 하나씩 배치되어 있다. 경우에 따라서는, 여러 개의 화소 영역들을 기본 단위로 하여, 하나씩 배치되어 있을 수 있다. 예를 들어, 2x2, 3x3 혹은 4x4 화소들마다 하나씩 광 센서가 배치될 수 있다.In particular, in the display area AA, a plurality of pixel areas for displaying an image are arranged in a matrix manner. In this pixel region, one optical sensor for image recognition is arranged. In some cases, a plurality of pixel regions may be arranged as a basic unit, one by one. For example, an optical sensor can be arranged for every 2x2, 3x3 or 4x4 pixels.
지향성 광 기판(SLS)은, 일정 길이, 일정 폭 및 일정 두께를 갖는 얇고 넓은 판상형이다. 지향성 광 기판(SLS)의 길이와 폭은 표시 패널(DP)을 수용하기에 충분한 크기를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 표시 패널(DP)의 전체 크기보다 조금 더 큰 크기를 갖는 것이 바람직하다. 적어도 표시 패널(DP)의 한쪽 변으로 더 연장된 부분을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표시 패널(DP)의 한쪽 변으로 더 연장된 부분에는 광원(LS)을 배치한다.The directional light substrate SLS is a thin and wide plate-like substrate having a constant length, a constant width, and a constant thickness. Preferably, the length and width of the directional light substrate SLS have a size sufficient to accommodate the display panel DP. In particular, it is desirable that the size of the display panel DP is slightly larger than the total size of the display panel DP. It is preferable to have at least a portion extended to one side of at least the display panel DP. For example, a light source LS is disposed at a portion further extended to one side of the display panel DP.
지향성 광 기판(SLS)은 표시 패널(DP)의 상부 표면에 면 합착하여 결합될 수 있다. 지향성 광 기판(SLS)은, 앞에서 설명했듯이, 커버 기판(CP), 입광 소자(CHOE) 및 출광 소자(GHOE)를 포함한다. 출광 소자(GHOE)는 표시 패널(DP)의 상부 표면과 면 합착되는 것이 바람직하다. 여기서, 표시 패널(DP)의 상부 표면은, 표시 패널(DP)에서 제공되는 영상 정보가 출광되는 면을 말한다. 즉, 사용자가 영상을 관람할 때 바라보는 표시 패널(DP)의 표면을 말한다.The directional light substrates SLS may be surface-bonded to the upper surface of the display panel DP. As described above, the directional light substrate SLS includes a cover substrate CP, a light incident element CHOE, and an outgoing element GHOE. It is preferable that the light exiting element (GHOE) is surface-bonded to the upper surface of the display panel (DP). Here, the upper surface of the display panel DP refers to a surface on which image information provided by the display panel DP is emitted. That is, it refers to the surface of the display panel DP when the user views the image.
앞에서 설명한 바와 같이, 지향성 광 기판(SLS)에서는 하부 표면으로 즉, 표시 패널(DP)의 상부 표면으로, 이미지 검출광(400, 410)을 제공한다. 그러면, 지향성 광 기판(SLS)의 하부에 배치된 표시 패널(DP)의 광 센서가 검출광(400, 410)을 인지한다. 그 결과, 지향성 광 기판(SLS)의 상부 표면에 접촉하는 물체의 이미지를 인식할 수 있다.As described above, in the directional light substrate SLS, the
좀 더 구체적으로 설명하면, 지향성 광 기판(SLS)의 입광 소자(CHOE)에 의해 만들어진 주사광(200, 210)이 커버 기판(CP)의 상부 표면에 다다른다. 특히, 커버 기판(CP) 위에 이미지 객체(IM)가 접촉하고 있을 때, 객체(IM)와 닿지 않은 곳에 다달은 주사광(200, 210)은 전반사되어 출사광(300, 310)으로, 다시 검출광(400, 410)으로서 표시 패널(DP)로 제공된다. 한편, 커버 기판(CP) 표면에서 객체(IM)가 닿는 부분에 다달은 주사광(201, 211)은 외부로 굴절되어 나간다. 굴절율이 공기보다 큰 값을 갖는 객체(IM)가 커버 기판(CP)에 접촉한 부위에서는, 주사광(201, 211)이 전반사되지 않고, 객체(IM) 쪽으로 굴절된다. 즉, 이미지 객체(IM)가 있는 부분에서는 주사광(201, 211)이 흡수광(500, 510)으로 되어 표시 패널(DP)의 광 센서로 제공되는 광량이 거의 없다.More specifically, the
그 결과, 표시 패널(DP)에는 주사광(200, 210) 중에서 검출광(400, 410)만 인지하고, 흡수광(500, 510)은 인지할 수 없게 된다. 이와 같이 표시 패널(DP)의 광 센서들은, 커버 기판(CP)의 표면에서 반사되고, 수직 방향으로 조절된 검출광(400, 410)의 반사 패턴을 인지함으로써 이미지의 패턴을 재현(reproduce)할 수 있다.As a result, only the
지향성 광 유닛을 지문 인식 장치에 적용하는 경우, 이미지 객체(IM)는 사람의 손가락(finger)이 된다. 그리고, 지문의 융기(R) 부분은 커버 기판(CP)의 표면과 접촉하고, 골(V) 부분은 커버 기판(CP)의 표면과 접촉하지 않는다. 골(V) 부분으로 조사된 주사광(200, 210)은 전반사되어 출사광(300, 310)으로 된다. 반면에, 융기(R) 부분으로 간 주사광(201, 211)은 굴절되어 커버 기판(CP)의 외부로 빠져나가는 흡수광(500, 510)이 된다.When the directional light unit is applied to a fingerprint recognition apparatus, the image object IM becomes a finger of a person. Then, the ridge portion of the fingerprint contacts the surface of the cover substrate CP, and the valley portion does not contact the surface of the cover substrate CP. Scanning
도 2의 아래에 도시된 사시도를 더 참조하여 XY 평면상에서의 이미지 센싱에 대해 설명한다. 입사광(100)은 일정한 단면적을 갖는 시준된 적외선을 포함할 수 있다. 이를 위해 광원(LS)은 적외선 레이저를 제공하는 것일 수 있다.The image sensing on the XY plane will be described with further reference to the perspective view shown at the bottom of FIG. The
입사광(100)은 입광 소자(CHOE)에 의해 주사광(200, 210)으로 변환된다. 이 때, 진행광(200, 210)은, 길이 방향 축인 X축과 폭 방향 축인 Y축으로 이루어진 수평 평면인 XY 평면에서는 수평 확산각(φ)을 가지도록 변환된다. 또한, 길이 방향 축인 X과 두께 방향 축인 Z축으로 이루어진 수직 평면인 XZ 평면에서는 수직 확산각(θ)을 가지도록 변환된다.The
여기서, 수평 확산각(φ) 및 수직 확산각(θ)에 의해서, 커버 기판(CP)의 ㅅ상부 표면에는 센싱 영역(SA)이 정의된다. 예를 들어, 도 2에서 빗금친 부분과 같이, 이미지 센싱 영역(SA)은 사다리꼴 사각형 내부 영역으로 결정될 수 있다.Here, the sensing region SA is defined on the upper surface of the cover substrate CP by the horizontal diffusion angle? And the vertical diffusion angle?. For example, the image sensing area SA may be determined as a trapezoidal rectangular inner area, such as a hatched area in FIG.
<제1 응용 예>≪ First application example >
지금까지는, 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치에서 지향성 광을 제공하기 위한 지향성 광 유닛을 중심으로 본 발명에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명에 의한 지향성 광 유닛을 광 인식 센서를 포함하는 평판 표시 패널과 결합하여 형성하는 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치들의 구체적인 응용 예들을 설명한다.Up to now, the present invention has been described centering on a directional light unit for providing a directional light in a flat panel display device incorporating an optical image sensor. Hereinafter, specific application examples of optical image sensor built-in flat panel display devices formed by combining the directive optical unit according to the present invention with a flat panel display panel including an optical recognition sensor will be described.
이하, 도 3을 참고하여, 본 발명의 제1 응용 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 응용 예에 의한 지향성 광 유닛과 광 인식 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 액정 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.Hereinafter, a flat panel display device incorporating an optical image sensor according to a first application example of the present invention will be described with reference to FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of an optical image sensor built-in type liquid crystal display device including a directional light unit and an optical recognition sensor according to a first application example of the present invention.
본 발명의 제1 응용 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 액정 표시장치는, 액정 표시 패널(LCP), 지향성 광 기판(SLS) 및 광원(LS)을 포함한다. 액정 표시 패널(LCP)은, 서로 면 합착된 하부 기판(SL)과 상부 기판(SU) 그리고 그 사이에 개재된 액정 층(LC)을 포함한다. 하부 기판(SL)에는 다수 개의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배열되어 있다. 상부 기판(SU)에는 화소 영역에 대응하여 칼라 필터들이 배열되어 있을 수 있다. 혹은, 상부 기판(SU)에는 특별한 소자들이 형성되지 않은 기판일 수 있다. 여기서, 액정 표시 패널(LCP)은 수평 전계형의 경우를 도시하였다. 하지만, 이에 국한하지 않고, 다양한 액정 표시 패널에 적용할 수 있다.An optical image sensor built-in type liquid crystal display device according to a first application example of the present invention includes a liquid crystal display panel (LCP), a directional light substrate (SLS), and a light source (LS). The liquid crystal display panel LCP includes a lower substrate SL and an upper substrate SU and a liquid crystal layer LC interposed therebetween. In the lower substrate SL, a plurality of pixel regions are arranged in a matrix manner. Color filters may be arranged on the upper substrate SU corresponding to the pixel regions. Alternatively, the upper substrate SU may be a substrate on which special elements are not formed. Here, the liquid crystal display panel LCP has a horizontal electric field type. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to various liquid crystal display panels.
화소 영역에는 화상을 표현하기 위한 화소 전극(PXL)과 공통 전극(COM)이 배치될 수 있다. 또한, 화소 전극(PXL)에 화상 신호를 선택적으로 인가하는 박막 트랜지스터(T)가 배치되어 있다. 박막 트랜지스터(T)와 이웃하여 광 센서(TS)가 배치되어 있을 수 있다. 광 센서(TS)는 각 화소 영역마다 하나씩 혹은 그 이상 배치되어 있을 수 있다. 또는 여러 화소 영역들 마다 하나씩 광 센서(TS)가 배치될 수도 있다.A pixel electrode (PXL) and a common electrode (COM) for representing an image may be disposed in the pixel region. Further, a thin film transistor T for selectively applying an image signal to the pixel electrode PXL is disposed. The optical sensor TS may be disposed adjacent to the thin film transistor T. [ One or more optical sensors TS may be arranged for each pixel region. Or one optical sensor TS may be disposed for each of the plurality of pixel regions.
액정 표시 패널(LCP)의 상부 기판(SU)의 윗면에는 본 발명의 실시 예들에서 설명한 지향성 광 기판(SLS)이 면 부착되어 있다. 지향성 광 기판(SLS)은, 커버 기판(CP), 입광 소자(CHOE) 및 출광 소자(GHOE)를 포함한다. 지향성 광 기판(SLS)은 광학 접착층(SDH)을 매개로 상부 기판(SU)의 상부 표면에 면 부착된다.On the upper surface of the upper substrate (SU) of the liquid crystal display panel (LCP), the directional light substrate (SLS) described in the embodiments of the present invention is attached. The directional light substrate SLS includes a cover substrate CP, an incident element CHOE, and an exit element GHOE. The directional light substrate SLS is surface-bonded to the upper surface of the upper substrate SU via an optical adhesive layer SDH.
액정 표시 패널(LCP)은 스스로 빛을 낼 수 없는 비 자발광 표시 장치이다. 이 경우, 하부 기판(SL)의 하면에 백 라이트 유닛(BLU)이 배치될 수 있다. 백 라이트 유닛(BLU)의 일측변에는 입광 소자(CHOE)와 대향하도록 광원(LS)가 배치될 수 있다. 이 경우, 광원(LS)은 백 라이트 유닛(BLU)과 일체형으로 형성할 수 있다. 혹은, 광원(LS)은 별도의 구성으로 제작하여 백 라이트 유닛(BLU)의 근처에 배치할 수 있다.The liquid crystal display panel (LCP) is a non-self-luminous display device which can not emit light by itself. In this case, the backlight unit BLU may be disposed on the lower surface of the lower substrate SL. A light source LS may be disposed on one side of the backlight unit BLU so as to face the light incident element CHOE. In this case, the light source LS can be formed integrally with the backlight unit BLU. Alternatively, the light source LS may be manufactured in a different configuration and disposed near the backlight unit BLU.
액정 표시 패널(LCP)은 표시 영역(AA)과 비 표시 영역(NA)을 포함한다. 지향성 광 기판(SLS)의 출광 소자(GHOE)는 표시 영역(AA) 내에 배치된다. 입광 소자(CHOE)는 비 표시 영역(NA) 내에 배치된다. 또한, 광원(LS) 역시 비 표시 영역(NA)에서, 입광 소자(CHOE)에 대향하여 배치된다.The liquid crystal display panel LCP includes a display area AA and a non-display area NA. The light exiting element GHOE of the directional light substrate SLS is disposed in the display area AA. The light-incident element CHOE is disposed in the non-display area NA. Further, the light source LS is also arranged opposite to the light-incoming element CHOE in the non-display area NA.
특히, 출광 소자(GHOE)의 하부에는 광 센서(TS)가 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 광 센서(TS)는 액정 표시 패널(LCP) 내의 모든 영역에 균일한 분포 밀도를 갖고 배치될 수 있다. 다른 예로, 광 센서(TS)는 액정 표시 패널(LCP) 내에서 출광 소자(GHOE)에 대응하는 부분에만 선택적으로 배치될 수도 있다.In particular, it is preferable that an optical sensor TS is disposed under the light-exiting element (GHOE). For example, the optical sensor TS can be disposed with a uniform distribution density in all regions in the liquid crystal display panel (LCP). As another example, the optical sensor TS may be selectively disposed only in a portion corresponding to the light-outgoing element (GHOE) in the liquid crystal display panel (LCP).
<제2 응용 예>≪ Second application example >
이하, 도 4를 참고하여, 본 발명의 제2 응용 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 평판 표시장치에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 응용 예에 의한 지향성 광 유닛과 광 인식 센서를 포함하는 광학식 이미지 센서 내장형 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.Hereinafter, a flat panel display device incorporating an optical image sensor according to a second application example of the present invention will be described with reference to FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of an organic light emitting diode display device with an optical image sensor including a directional light unit and an optical recognition sensor according to a second application example of the present invention.
본 발명의 제2 응용 예에 의한 광학식 이미지 센서 내장형 유기발광 다이오드 표시장치는, 유기발광 다이오드 표시 패널(OLP), 지향성 광 기판(SLS) 및 광원(LS)을 포함한다. 유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)은, 표시 소자들이 배치된 기판(SUB)과 표시 소자를 보호하기 위한 인캡(ENC)이 서로 면 합착되어 있다. 기판(SUB)에는 다수 개의 화소 영역들이 매트릭스 방식으로 배열되어 있다. 인캡(ENC)에는 화소 영역에 대응하여 칼라 필터들이 배열되어 있을 수 있다. 혹은, 인캡(ENC)에는 특별한 소자들이 형성되지 않은 투명 기판일 수 있다. 여기서는, 상부 발광형 유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)의 경우를 도시하였다. 하지만, 이에 국한하지 않고, 상부 발광형등 다양한 구조의 것을 적용할 수 있다.An optical image sensor built-in organic light emitting diode display device according to a second application example of the present invention includes an organic light emitting diode display panel (OLP), a directional light substrate (SLS), and a light source (LS). In the organic light emitting diode display panel OLP, the substrate SUB on which the display elements are disposed and the in cap (ENC) for protecting the display element are bonded together. In the substrate SUB, a plurality of pixel regions are arranged in a matrix manner. The in-cap (ENC) may have color filters arranged corresponding to the pixel regions. Alternatively, the in-cap (ENC) may be a transparent substrate on which no special elements are formed. Here, the case of the top emission organic light emitting diode display panel OLP is shown. However, the present invention is not limited to this, and various types of structures such as a top emission type can be applied.
화소 영역에는 화상을 표현하기 위한 유기발광 다이오드(OLE)와 유기발광 다이오드(OLE)에 화상 신호를 선택적으로 인가하는 박막 트랜지스터(T)가 배치되어 있다. 유기발광 다이오드는, 애노드 전극(ANO), 유기발광 층(OL) 및 캐소드 전극(CAT)을 포함한다. 박막 트랜지스터(T)와 이웃하여 광 센서(TS)가 배치되어 있을 수 있다. 광 센서(TS)는 각 화소 영역마다 하나씩 혹은 그 이상 배치되어 있을 수 있다. 또는 여러 화소 영역들 마다 하나씩 광 센서(TS)가 배치될 수도 있다.In the pixel region, an organic light emitting diode (OLE) for displaying an image and a thin film transistor (T) for selectively applying an image signal to the organic light emitting diode (OLE) are arranged. The organic light emitting diode includes an anode electrode ANO, an organic light emitting layer OL, and a cathode electrode CAT. The optical sensor TS may be disposed adjacent to the thin film transistor T. [ One or more optical sensors TS may be arranged for each pixel region. Or one optical sensor TS may be disposed for each of the plurality of pixel regions.
유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)의 인캡(ENC)의 윗면에는 본 발명의 실시 예들에서 설명한 지향성 광 기판(SLS)이 면 부착되어 있다. 지향성 광 기판(SLS)은, 커버 기판(CP), 입광 소자(CHOE) 및 출광 소자(GHOE)를 포함한다. 지향성 광 기판(SLS)은 광학 접착층(SDH)을 매개로 인캡(ENC)의 상부 표면에 면 부착된다.On the upper surface of the in-cap (ENC) of the organic light emitting diode display panel (OLP), the directional light substrate (SLS) described in the embodiments of the present invention is attached. The directional light substrate SLS includes a cover substrate CP, an incident element CHOE, and an exit element GHOE. The directional light substrate SLS is surface-attached to the upper surface of the in-cap ENC via the optical adhesive layer SDH.
유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)은 스스로 빛을 내는 자발광 표시 장치이다. 이 경우, 별도의 백 라이트 유닛(BLU)이 필요 없다. 따라서, 유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)의 일측변에 입광 소자(CHOE)와 대향하도록 광원(LS)을 배치하는 것이 바람직하다.The organic light emitting diode display panel (OLP) is a self-luminous display device that emits light by itself. In this case, a separate backlight unit (BLU) is not required. Therefore, it is preferable to arrange the light source LS so as to face the light-incoming element CHOE on one side of the organic light emitting diode display panel OLP.
구체적으로 설명하면, 유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)은 표시 영역(AA)과 비 표시 영역(NA)을 포함한다. 지향성 광 기판(SLS)은 유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)보다 큰 크기를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 지향성 광 기판(SLS)의 출광 소자(GHOE)는 표시 영역(AA) 내에 배치된다. 입광 소자(CHOE)는 유기발광 다이오드 표시 패널(OLP)의 측변에서 확장된 공간 상부에 배치한다. 그리고 광원(LS)은 그 확장된 공간 하부에 배치할 수 있다.More specifically, the organic light emitting diode display panel OLP includes a display area AA and a non-display area NA. The directional light substrate SLS is preferably configured to have a larger size than the organic light emitting diode display panel OLP. The light exiting element GHOE of the directional light substrate SLS is disposed in the display area AA. The light-incident element CHOE is disposed above the extended space on the side of the organic light emitting diode display panel OLP. And the light source LS can be disposed under the expanded space.
이와 같이, 본 발명에 의한 광학식 이미지 인식 센서를 내장한 표시 장치에서는, 표시 장치의 겉면에 부착하는 커버 기판과 커버 기판의 일측 표면에 부착된 수백 ㎛ 정도에 불과한 초박형 홀로그래피 필름을 구비한다. 따라서, 표시 장치의 두께에는 영향을 주지 않고 광학식 이미지 인식 센서를 내장할 수 있다. 또한, 시준성이 높은 광을 표시 장치의 표시 패널 전체 면적에 고르게 분포하도록 하여(또는 스캔하여) 이미지를 인식할 수 있으므로, 이미지 인식 분해능이 매우 우수하여, 지문 인식과 같이 미세 이미지를 정확하게 인식할 수 있다.As described above, the display device incorporating the optical image recognition sensor according to the present invention includes the cover substrate attached to the outer surface of the display device and the ultra-thin holography film attached to only one surface of the cover substrate. Therefore, the optical image recognition sensor can be incorporated without affecting the thickness of the display device. In addition, since the highly collimated light can be uniformly distributed (or scanned) in the entire area of the display panel of the display device, the image can be recognized. Therefore, the image recognition resolution is excellent and the fine image can be accurately recognized .
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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
DP: 표시 패널
SLS: 지향성 광 기판
CP: 커버 기판
CHOE: 입광 소자
GHOE: 출광 소자
LS: 광원
100: 입사광
200, 210, 201, 211: 주사광
300, 310: 출사광
400, 410: 검출광
500, 510: 흡수광
SA: (이미지) 센싱 영역
SEA: 센서(검출 소자) 영역DP: display panel SLS: directional light substrate
CP: Cover substrate CHOE: Light-incident element
GHOE: Exposure element LS: Light source
100: incident light 200, 210, 201, 211: scanning light
300, 310:
500, 510: absorption light SA: (image) sensing area
SEA: Sensor (detection element) area
Claims (9)
상기 표시 패널을 수용하는 길이와 폭 그리고 일정한 두께를 갖고, 상기 표시 패널의 상부 표면에 부착된 지향성 광 유닛을 포함하되,
상기 지향성 광 유닛은,
상기 길이와 상기 폭에 대응하는 면적을 갖는 커버 기판;
상기 커버 기판의 하부 표면에서, 상기 표시 영역 내에 배치된 출광 소자;
상기 커버 기판의 하부 표면에서, 상기 비 표시 영역에 배치된 입광 소자; 그리고
상기 표시 패널의 상기 일측변에서 상기 입광 소자와 대향하도록 배치된 광원을 포함하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
A display panel in which a display area and a non-display area are defined; And
A directional light unit attached to an upper surface of the display panel, the directional light unit having a length, a width, and a constant thickness to receive the display panel,
The directional light unit includes:
A cover substrate having an area corresponding to the length and the width;
An outgoing light element disposed in the display area on a lower surface of the cover substrate;
An incident-light element disposed on the non-display area on a lower surface of the cover substrate; And
And a light source arranged to face the light-incident element at the one side of the display panel.
상기 광원은, 상기 입광 소자의 표면에 정의된 입사점으로 입사광을 제공하며;
상기 입광 소자는, 상기 입사광을 상기 커버 기판 상부 표면에서 전반사하는 확산각을 갖는 주사광으로 전환하여 상기 커버 기판 내부로 입사시키는 홀로그래피 패턴을 구비하며;
상기 출광 소자는, 상기 주사광이 상기 커버 기판의 상부 표면에서 전반사된 출사광을 상기 커버 기판의 하부 표면에 대해 수직 방향으로 출사하는 검출광으로 전환하는 홀로그래피 패턴을 구비하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
The method according to claim 1,
Wherein the light source provides incident light at an incident point defined on a surface of the light-incident element;
Wherein the light incident element has a holographic pattern for converting the incident light into scanning light having a diffusing angle for totally reflecting the incident light on the surface of the cover substrate and entering the inside of the cover substrate;
Wherein the outgoing light element includes an image recognition sensor built-in flat panel display having a holographic pattern for switching the outgoing light totally reflected from the upper surface of the cover substrate by the scanning light to detection light emitted in a direction perpendicular to the lower surface of the cover substrate Device.
상기 확산각은,
상기 커버 기판의 상기 길이 방향 및 상기 폭 방향으로 이루어진 수평면 상에서 확산하는 각도인 수평 확산각; 그리고
상기 커버 기판의 상기 길이 방향 및 상기 두께 방향으로 이루어진 수직면 상에서 확산하는 각도인 수직 확산각을 포함하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
3. The method of claim 2,
The diffusion angle
A horizontal diffusion angle that is an angle of diffusion on the horizontal plane of the cover substrate in the longitudinal direction and the width direction; And
And a vertical diffusion angle which is an angle of diffusion on a vertical plane formed by the longitudinal direction and the thickness direction of the cover substrate.
상기 주사광은,
상기 수직 평면상에서의 제1 입사각을 갖는 제1 주사광과 제2 입사각을 갖는 제2 주사광 사이에서 확산하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
The method of claim 3,
The scanning light,
Wherein the light is diffused between the first scanning light having the first incident angle on the vertical plane and the second scanning light having the second incident angle on the vertical plane.
상기 출사광은,
상기 제1 주사광이 상기 커버 기판의 상부 표면에서 전반사된 제1 출사광과, 상기 제2 주사광이 상기 커버 기판의 상부 표면에서 전반사된 제2 출사광 사이에서 확산하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
5. The method of claim 4,
In the outgoing light,
An image recognition sensor built-in flat panel display in which the first scanning light is diffused between the first outgoing light totally reflected from the upper surface of the cover substrate and the second outgoing light which is reflected from the upper surface of the cover substrate by the second scanning light, Device.
상기 검출광은,
상기 제1 출사광이 상기 출광 소자에 의해 굴절된 제1 검출광과, 상기 제2 출사광이 상기 출광 소자에 의해 굴절된 제2 검출광 사이에서 상기 커버 기판의 외부로 방출되는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
6. The method of claim 5,
The detection light,
An image recognition sensor built-in type in which the first outgoing light is emitted to the outside of the cover substrate between the first detection light refracted by the outgoing light element and the second outgoing light is refracted by the outgoing element, Flat panel display.
상기 커버 기판의 상부 표면에서 상기 주사광이 조사되는 범위는 인식하고자 하는 이미지 객체를 위치시키는 센싱 영역으로 정의되고;
상기 검출광이 방출되는 범위는 광 센서가 배치되는 센서 영역으로 정의된 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
3. The method of claim 2,
A range of the upper surface of the cover substrate to which the scanning light is irradiated is defined as a sensing area for positioning an image object to be recognized;
Wherein the range in which the detection light is emitted is defined as a sensor area in which the optical sensor is disposed.
상기 표시 패널과 상기 지향성 광 기판은,
광학 접착제를 매개로 하여 면 합착된 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.
The method according to claim 1,
Wherein the display panel and the directional light substrate are arranged such that,
Flat panel display with built - in image recognition sensor bonded by optical adhesive.
상기 광원은,
단면 형상이 정원형인 시준광(collimated light)을 제공하는 이미지 인식 센서 내장형 평판 표시장치.The method according to claim 1,
The light source includes:
An image recognition sensor built-in flat panel display device that provides collimated light having a domed sectional shape.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) |