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CN108803294B - 使用全息光学元件的显示器及其方法 - Google Patents

使用全息光学元件的显示器及其方法 Download PDF

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CN108803294B CN201810402182.3A CN201810402182A CN108803294B CN 108803294 B CN108803294 B CN 108803294B CN 201810402182 A CN201810402182 A CN 201810402182A CN 108803294 B CN108803294 B CN 108803294B
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Abstract

公开了一种使用全息光学元件的显示器及其方法。该指纹传感器集成显示器包括：显示面板，在所述显示面板上显示输入图像；透明基板，所述透明基板被设置在所述显示面板上；以及光入射元件，所述光入射元件被配置为将来自光源的光照射到所述透明基板上。特定类型的视觉信息通过所述光入射元件的位置处的全息元件来再现。

Description

使用全息光学元件的显示器及其方法
技术领域
本公开涉及一种使用全息光学元件的指纹传感器集成显示器。本公开还涉及一种全息光学元件的记录和再现方法。
背景技术
根据发光层的材料，电致发光显示器被分类为无机电致发光显示器和有机电致发光显示器。有源矩阵有机发光二极管(OLED)显示器包括能够自发光的多个OLED，并且具有快速响应时间、高发光效率、高亮度、宽视角等诸多优点。
OLED包括阳极、阴极以及阳极与阴极之间的有机化合物层。有机化合物层通常包括空穴注入层HIL、空穴传输层HTL、发光层EML、电子传输层ETL和电子注入层EIL。当电源电压被施加到阳极和阴极时，穿过空穴传输层HTL的空穴和穿过电子传输层ETL的电子移动到发光层EML并且结合，由此形成激子。结果，发光层EML由于激子而产生可见光。
指纹传感器设置在屏幕外侧的特定位置(如主页按钮)处。指纹传感器可设置在屏幕外侧的边框区域中，但是这样会导致边框区域增加。显示面板的结构可被改变以使得指纹传感器设置在显示面板上。
指纹传感器可设置在液晶显示器上。当指纹传感器设置在液晶显示器的显示面板与背光单元之间时，指纹传感器在画面区域中可见。背光单元的棱镜片由于其结构而具有许多气隙。因为指纹传感器的接收效率由于气隙而降低，所以指纹传感器不能设置在液晶显示器的画面区域下方。
发明内容
本公开提供了一种集成有能够感测显示装置的屏幕处的指纹的指纹传感器的显示装置。
本公开还提供了一种用于全息光学元件的记录和再现方法。
根据本公开的显示器包括：包括多个像素的显示面板，在所述显示面板上显示输入图像；透明基板，所述透明基板被设置在所述显示面板上；以及光入射元件，所述光入射元件将来自光源的光照射到所述透明基板上。通过所述光入射元件的位置处的全息光学元件来再现特定类型的视觉信息。
所述光入射元件包括不具有干涉图案的特定类型的视觉信息。
根据本公开的显示器包括：显示面板，在所述显示面板上显示输入图像；透明基板，所述透明基板被设置在所述显示面板上；光入射元件，所述光入射元件将来自光源的光照射到所述透明基板上；以及虚拟图像再现元件，所述虚拟图像再现元件被设置在所述光入射元件上。所述虚拟图像再现元件利用在具有干涉图案的全息光学元件上再现的虚拟图像来再现特定类型的视觉信息。
根据本公开的用于显示器的全息光学元件的记录和再现方法包括以下步骤：将可见波段的准直参考光和可见波段的准直物光照射到全息光学元件的一个表面上，以记录所述参考光和所述物光的干涉图案；以及将来自光源的光沿垂直方向照射到所述全息光学元件上以产生衍射光。
根据本公开的用于显示器的全息光学元件的记录和再现方法包括以下步骤：将可见波段的准直参考光照射到全息光学元件的一个表面上，并且将可见波段的准直物光照射到所述全息光学元件的另一表面上，以记录所述参考光和所述物光的干涉图案；以及利用在可见波段的光照射到所述全息光学元件上时产生的衍射光来再现包括特定类型的视觉信息的虚拟图像。
附图说明
附图可被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图例示了本公开的实施方式并且与说明书一起用于解释本公开的各种原理。
图1是例示根据本公开的一个实施方式的定向光源装置的截面图和平面图。
图2是例示图1所示的透明基板中的光路的截面图。
图3是例示设置在显示面板上的定向光源装置的截面图和平面图。
图4是根据本公开的一个实施方式的电致发光显示器的截面图。
图5例示了设置在定向光源装置处的光阻挡层。
图6例示了光入射元件的全息图记录和再现方法。
图7例示了当外部光照射到光入射元件上时对于用户可见的虚拟图像的现象。
图8例示了当外部光照射到光入射元件上时对于用户可见的标识形式的虚拟图像。
图9例示了用于显示包括对于用户可见的视觉信息的虚拟图像的光入射元件的全息图记录和再现方法。
图10例示了遮光层图案的示例。
图11例示了设置在光入射元件上的虚拟图像再现元件。
图12例示了图11所示的虚拟图像再现元件的全息图记录和再现方法。
具体实施方式
现在将详细参照本公开的实施方式，在附图中例示了本公开的实施方式的示例。然而，本公开不限于下面公开的实施方式，并且可以按照各种形式来实现。这些实施方式被提供以使得本公开将被更完整地描述，并且将本公开的范围充分地传达给本公开所属领域的技术人员。本公开的特定特征可由权利要求的范围来限定。
用于描述本公开的实施方式的、在附图中所例示的形状、尺寸、比例、角度、数字等仅是示例性的，除非这样指定，否则本公开不限于此。相同的附图标记始终表示相同的元件。在下面的描述中，已经省略了可能不必要地混淆本发明的主旨的与本文献相关的特定功能或配置的详细描述。
在本公开中，当使用术语“包括”、“具有”、“由…组成”等时，除非使用“仅
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”，否则可添加其它组件。单数表述可包括复数表述，只要它在上下文中不具有明显不同的含义即可。
在组件的说明中，即使没有单独的描述，它也被解释为包括误差边界或误差范围。
在描述位置关系时，当结构被描述为位于另一结构“上或上方”、“下或下方”、“紧挨着”另一结构时，该描述应被解释为包括这些结构彼此直接接触的情况以及在它们之间设置第三结构的情况。
术语“第一”、“第二”等可用于描述各种组件，但是这些组件不受这些术语的限制。这些术语仅被用于将一个组件与其它组件区分的目的。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一组件可被指定为第二组件，反之亦然。
本公开的实施方式的特征可彼此部分组合或完全组合，并且可按照各种方式在技术上连锁驱动。这些实施方式可独立地实现或者可彼此结合地实现。
在以下实施方式中，着眼于包括有机电致发光材料的有机电致发光显示器来描述电致发光显示器。然而，应该注意的是，本公开的技术思想不限于有机电致发光显示器，并且可应用于包括无机电致发光材料的无机电致发光显示器。
根据本公开的一个实施方式的显示装置被配置为使得图1至图3中示出的定向光源装置SLS被设置在显示面板上并且图像传感器被设置在显示面板的下面或内部，由此在显示输入图像的屏幕上感测指纹。当用户的指纹触摸定向光源装置SLS时，由指纹反射的光被图像传感器转换为电信号并且被检测为指纹图案。
根据本公开的一个实施方式的显示装置包括用于将来自光源的光照射到透明基板上的光入射元件。特定类型的视觉信息通过显示装置中包括的光入射元件的位置处的全息元件来再现。作为示例，全息元件可与光入射元件集成并且可包括记录表面，其中干涉图案存在于记录表面的一部分中，并且视觉信息被记录在记录表面的另一部分上。作为另一示例，全息元件可以是设置在光入射元件上的虚拟图像再现元件。虚拟图像再现元件可利用由从具有干涉图案的记录表面反射的衍射光再现的虚拟图像来再现视觉信息。
图1是例示根据本公开的一个实施方式的定向光源装置的截面图和平面图。图2是例示图1所示的透明基板中的光路的截面图。图3是例示设置在显示面板上的定向光源装置的截面图和平面图。
参照图1，定向光源装置SLS包括透明基板CP、光源LS、光入射元件CHOE、光出射元件EHOE和低折射率层LR。
定向光源装置SLS是用于将准直光扩散到透明基板CP内的大面积中的光学装置。优选但不要求的，光源LS提供准直光。光源LS将红外波段或可见波段的激光照射到光入射元件CHOE上。
光入射元件CHOE被设置在光源LS与透明基板CP之间，并且使来自光源LS的光以光能够在透明基板CP内被全反射的角度折射。光出射元件EHOE被设置在显示面板DP(参见图3)与显示面板DP的屏幕上的透明基板CP之间。光出射元件EHOE使在透明基板CP内行进的光的一部分折射，使得在透明基板CP内行进的光的一部分可经由透明基板CP的下表面朝向显示面板DP行进。低折射率层LR被设置在光出射元件EHOE与显示面板DP之间并且低折射率层LR的折射率小于光出射元件EHOE的折射率。
光出射元件EHOE和光入射元件CHOE被附接到透明基板CP的下表面。光出射元件EHOE是被配置为提供出射光300的光学元件。其上显示输入图像的显示面板DP的像素阵列被设置在光出射元件EHOE下方。
光入射元件CHOE是被配置为转换来自光源LS的光以使得来自光源LS的光在被扩散到透明基板CP中的同时具有准直特性的光学元件。光入射元件CHOE可被设置在显示面板DP的边缘处，这是因为它不与要显示在显示面板DP的屏幕上的图像直接相关联。光入射元件CHOE必须面向光源LS。
光出射元件EHOE和光入射元件CHOE可被设置在同一平面上。考虑到制造工艺，优选但不要求，光出射元件EHOE和光入射元件CHOE形成在一个膜的不同区域中。光出射元件EHOE和光入射元件CHOE可以是全息光学元件。光出射元件EHOE和光入射元件CHOE可在全息记录过程中被同时制造。在具有光出射元件EHOE的图案的主膜和具有光入射元件CHOE的图案的主膜在全息图记录过程中彼此相邻设置的状态下，用于光出射元件的全息图案和用于光入射元件的全息图案可被同时记录在一个全息膜上。
全息图记录方法可分类为透射记录方法和反射记录方法。透射记录方法将参考光和物光照射到全息膜的一个表面上并且将干涉图案记录在全息膜的记录表面上。当使用透射记录方法将参考光照射到全息膜的记录有信息的一个表面上时，如图6和图7所示，利用由全息膜透射的+1级衍射光和-1级衍射光来再现物光的信息。
如图12的示例所示，反射记录方法将参考光和物光照射到全息膜上。在反射记录方法中，将参考光照射到全息膜的一个表面上，并且将物光照射到与全息膜的上述一个表面相反的全息膜的另一表面上。因此，参考光和物光的干涉图案被记录在全息膜的记录表面上。当利用反射记录方法将参考光照射到全息膜的记录有信息的一个表面上时，如图12所示，利用从全息膜反射的+1级衍射光和-1级衍射光来再现物光的信息。
低折射率层LR被设置在元件EHOE与显示面板DP之间，以及CHOE与显示面板DP之间。低折射率层LR的折射率小于透明基板CP的折射率，并且低折射率层LR的折射率小于光出射元件EHOE的折射率。
透明基板CP可由折射率为1.5的透明基板制成。光出射元件EHOE和光入射元件CHOE中的每一个可由透明全息膜制成。全息膜的折射率可等于或稍大于透明基板CP的折射率。在本文所公开的实施方式中，为了便于说明，假定光出射元件EHOE和光入射元件CHOE中的每一个的折射率等于透明基板CP的折射率。优选但不必要地，低折射率层LR的折射率与待识别的指纹IM(即，人体皮肤)的折射率类似。例如，低折射率层LR可具有约1.4的折射率，其接近于人体皮肤的折射率“1.39”。
光源LS与光入射元件CHOE相对设置。优选但不要求，光源LS提供像激光一样的高度准直光。
由光源LS提供的准直光是入射光100，并且入射光100具有预定的截面面积并且针对在光入射元件CHOE上限定的入射点IP来提供。优选但不要求，入射光100沿法线方向进入到入射点IP的表面。然而，实施方式不限于此。例如，如果需要或期望，入射光100可按照与入射点IP的表面的法线倾斜的角度入射。
光入射元件CHOE将入射光100折射为具有入射角的行进光200，并且将行进光200发送到透明基板CP的内侧。在本文所公开的实施方式中，优选但不要求，该入射角大于透明基板CP的内部全反射临界角。结果，行进光200在透明基板CP内被全反射的同时沿着与透明基板CP的长度方向对应的X轴方向行进。因为来自光源LS的光在透明基板CP内被全反射，所以即使光在可见波段内，也无法从外部看到来自光源LS的光。
光出射元件EHOE将行进光200的一部分转换为出射光300，并且将出射光300朝向透明基板CP的上表面折射。行进光200的剩余部分被全反射并且在透明基板CP内行进。出射光300在透明基板CP的上表面处被全反射，但是穿过了透明基板CP的下表面处的低折射率层LR。即，出射光300用作在透明基板CP的上表面处被全反射并且穿过透明基板CP的下表面的检测光(或者称为“感测光”)400。
出射光300的量根据光出射元件EHOE的光提取效率来确定。例如，当光出射元件EHOE的光提取效率为3％时，在行进光200第一次接触光出射元件EHOE的第一发光区域中，入射光100的3％被提取为出射光300。此外，入射光100的97％作为行进光200继续全反射并行进。此后，在第二发光区域中，入射光100的2.91％(其等于入射光100的剩余97％的3％)被提取为出射光300。
以这种方式提取出射光300直到它到达透明基板CP的与光源LS相反的远侧。为了在行进光200在透明基板CP内行进的同时提供预定量的出射光300，优选但不要求，光出射元件EHOE的光提取效率被设计成以指数方式逐渐增加。
当在包括长度方向轴和厚度方向轴的XZ平面(或称为“垂直平面”)上观察时，行进光200在入射光100已经准直时保持准直。另一方面，优选但不要求，行进光200在包括长度方向轴和宽度方向轴的XY平面(或称为“水平平面”)上具有图1的扩散角φ。这是为了设置与透明基板CP的区域对应的图像检测区域。例如，优选但不要求，光出射元件EHOE尽可能地与光输出部分LOT的整个区域对应地设置。此外，优选但不要求，扩散角φ等于或大于将入射点IP与透明基板CP的和光入射元件CHOE相对的另一侧上的两个端点P1和P2连接的两条线段之间的内角。
设置有光入射元件CHOE的区域可被定义为光输入部分LIN。设置有光出射元件EHOE的区域可被定义为光输出部分LOT。光输出部分LOT也可被定义为光在其中行进的光行进部分。
当由光源LS提供的准直光的横截面积为约0.5mm×0.5mm时，光入射元件CHOE可具有与透明基板CP的宽度对应的长度以及约3mm至5mm的宽度。光入射元件CHOE可横跨透明基板CP的宽度设置。
参照图2，将描述由光源LS提供的准直光将沿哪条路径被转换为在透明基板CP内的图像检测中使用的定向光。
来自光源LS的入射光100沿法线方向入射到光入射元件CHOE上的入射点IP的表面。光入射元件CHOE将入射光100转换为被折射成具有入射角θ的行进光200，并且将行进光200发送到透明基板CP的内侧。
优选但不是必须地，行进光200的入射角θ大于光出射元件EHOE与低折射率层LR之间的界面处的全反射临界角TEHOE_LR。例如，当透明基板CP和光出射元件EHOE的折射率为1.5，并且低折射率层LR的折射率为1.4时，光出射元件EHOE与低折射率层LR之间的界面处的全反射临界角TEHOE_LR是约69°。因此，优选但不要求，入射角θ大于69°。例如，入射角θ可被设定在70°与75°之间。
因为透明基板CP的上表面与空气层AIR接触，所以行进光200在透明基板CP的上表面全反射。这是因为透明基板CP与空气层AIR之间的界面处的全反射临界角TCP_AIR是约41.4°。即，只要入射角θ大于光出射元件EHOE与低折射率层LR之间的界面处的全反射临界角TEHOE_LR，入射角θ就总是大于透明基板CP与空气层AIR之间的界面处的全反射临界角TCP_AIR。
光出射元件EHOE将预定量的行进光200转换为具有反射角α的出射光300，并且将出射光300发回到透明基板CP的内侧。出射光300是用于识别触摸透明基板CP的上表面的指纹IM的图案的光。当透明基板CP表面上没有指纹时，出射光300必须在透明基板CP的上表面全反射，并且传播到设置在定向光源装置SLS下方的图像传感器。在出射光300在透明基板CP的上表面处全反射之后，出射光300用作检测光400，并且传播到定向光源装置SLS下面。如图2所示，TCP_AIR<α<TEHOE_LR<θ。例如，反射角α可被设定在45°与55°之间，并且入射角θ可被设定在70°与75°之间
如图3所示，显示面板DP可被设置在定向光源装置SLS的下方。用于检测指纹图案的图像传感器ISS(未在图3中示出)可嵌入在显示面板DP中或者可如图4所示设置在显示面板DP下方。图像传感器ISS的像素SS(未在图3中示出)可与显示面板DP的像素PIX一起嵌入在显示面板DP中。图像传感器ISS可使用诸如光学透明粘合剂(OCA)、压敏粘合剂(PSA)等的粘合剂附接到显示面板DP。然而，实施方式不限于此。图像传感器ISS可以是指纹传感器。
参照图3和图4，入射光100被光入射元件CHOE转换为行进光200。行进光200以如下的方式进行转换：在包括长度方向轴的X轴和宽度方向轴的Y轴的水平平面的XY平面上具有扩散角φ。行进光200在包括长度方向轴的X轴和厚度方向轴的Z轴的垂直平面的XZ平面上也保持原始准直状态(其中入射光100已经准直)。
优选但不是必须地，扩散角φ等于或大于将入射点IP与透明基板CP的和光入射元件CHOE相对的另一侧上的两个端点连接的两条线段之间的内角。在这种情况下，行进光200在以具有扩散角φ的三角形状中被扩散的同时在透明基板CP内传播。出射光300也被设置在与行进光200相同的范围内。结果，可在从入射点IP以扩散角φ扩展的三角形区域内选择指纹感测区域SA。图3的圆形阴影部分可被指定为指纹感测区域SA。然而，实施方式不限于此。
当指纹感测区域SA形成在与光入射元件CHOE相对的显示面板DP的中心部分中或者显示面板DP的上侧的一部分中时，优选但不要求，出射光300的量在指纹感测区域SA中具有最大值。为此，可将光出射元件EHOE的光提取效率设计为位置的函数，使得其在与指纹感测区域SA对应的部分中具有最大值并且在其它部分中具有最小值或接近于零的值。
当指纹IM触摸透明基板CP时，光从指纹IM的谷部V的位置处的透明基板CP的上表面反射，穿过光出射元件EHOE和低折射率层LR，并且朝向显示面板DP行进。因此，光可到达图像传感器ISS。另一方面，因为触摸透明基板CP的指纹IM的脊部R处的光通过人体皮肤传播到外部，所以光不能到达图像传感器ISS。图像传感器ISS将接收到的光转换为电信号以检测指纹图案。例如，图像传感器ISS可将指纹IM的脊部R转换为白色灰度级的数据，并且将指纹IM的谷部V转换为黑色灰度级的数据。相反，图像传感器ISS可将指纹IM的脊部R转换为黑色灰度级的数据，并且将指纹IM的谷部V转换为白色灰度级的数据。
本公开的实施方式可通过将图像传感器ISS设置在指纹感测区域SA下方来提高在图像传感器ISS上接收的光的效率，并且可在屏幕上显示指示指纹感测区域SA的位置的图像，使得用户可容易地知晓指纹感测区域SA的位置。
光出射元件EHOE和低折射率层LR被设置在显示面板DP上。低折射率层LR可使用光学透明粘合剂附接到显示面板DP。图像传感器ISS的像素SS与定向光源装置SLS的透明基板CP、光出射元件EHOE和低折射率层LR相对设置。
从指纹IM反射的光400被图像传感器ISS接收。图像传感器ISS的每个像素SS使用将光转换为电信号的光电二极管将从指纹IM反射的光400转换为电压。图像传感器ISS将从每个光传感器输出的电压放大并且将放大后的电压转换为数字数据。
显示面板DP的屏幕包括显示输入图像的像素阵列。像素阵列包括多条数据线、与数据线交叉的多条选通线以及以矩阵排列的像素PIX。每个像素PIX可包括用于颜色实现的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。每个像素PIX可进一步包括白色子像素。每个子像素可包括诸如有机发光二极管(OLED)之类的发光元件。
如图5的(A)和(B)所示，光阻挡层BM可被设置在光入射元件CHOE上面或下面，使得定向光源装置SLS的光源LS对用户而言不可见。为了确保光源LS与光入射元件CHOE之间的光路并且确保虚拟图像的光路(稍后将描述)，光阻挡层BM具有孔60。光阻挡层BM可被实现为深色或黑色粘合膜。然而，实施方式不限于此。
来自光源LS的光以全反射角被光入射元件CHOE折射并且入射到透明基板CP上。如上所述，光入射元件CHOE可被实现为全息光学元件。当参考光和物光照射到全息光学元件的膜上时，通过物体波和参考波的组合形成的干涉图案被记录在膜上。当参考波照射到其上记录有物体波和参考波的干涉图案的膜上时，因为物体波被再现，所以光可在没有单独的透镜的情况下通过光入射元件CHOE以期望角度照射到透明基板CP上。
当外部光照射到光入射元件CHOE上时，通过光入射元件CHOE可看到不期望的虚拟图像。这将在下面参照图6和图7详细描述。
参照图6的(A)，例示了光入射元件CHOE的记录方法，图6的(B)例示了光入射元件CHOE的再现方法。
如图6的(A)所示，本公开的实施方式可使用用于将参考光和物光照射到用于光入射元件的全息膜的一个表面上的透射记录方法作为全息图记录方法。在全息图记录方法中，将参考光和物光的干涉图案记录在全息膜上。在根据本公开的实施方式的全息图记录方法中，参考光和物光使用可在视觉上确认的可见波段的准直平面波。具体地说，使用具有绿光波长带(例如，波长532nm)的光将参考光和物光照射到全息膜上。由于肉眼容易看到绿光，因此可容易地确认参照光和物光的光路。
物光的信息以干涉图案的形式被记录在全息膜上。当在全息图再现中将参考光照射到全息膜上时，物光信息被再现。当在全息图再现中将参考光照射到全息膜的干涉图案上时，在全息膜中同时产生-1级衍射光和+1级衍射光。因此，物光被再现。在用于光入射元件CHOE的全息图再现中，照射到全息膜上的参考光是来自光源LS的与全息膜成直角入射到全息膜上的红外波段或可见波段的准直光。
因为照射在用于光入射元件CHOE的全息图记录表面上的物光是准直光，所以从全息图再现所产生的-1级衍射光和+1级衍射光是准直平面波。在图7中，用细实线表示的真实图像为-1级衍射光，用虚线表示的虚拟图像为+1级衍射光。
如图6的(B)所示，全息图记录中的参考光的入射角被计算为当在全息图再现中红外波段的参考光(例如，850nm至940nm)与全息膜成直角入射在全息膜上时-1级衍射光的期望发射角。在全息图再现中来自光源LS的以直角照射在全息膜上的光可以是红外波段或可见波段的平面波。在图6的(B)中，“真实图像”的光路是当在全息图再现中红外波段的参考光以直角照射到全息膜上时被全息膜的干涉图案折射的-1级衍射光的光路。-1级衍射光是图1至图3所示的通过光入射元件CHOE折射并且入射到透明基板CP上的行进光200。
如图6的(B)所示，全息图记录中的物光的入射角被计算为使得当在全息图再现中红外波段的参考光以直角入射到全息膜上时，-1级衍射光由于全息膜的干涉图案而以期望角度(即，使-1级衍射光在透明基板CP内被全反射的角度)发射。
全息图再现方法将来自光源LS的准直光作为参考光以垂直角度照射到全息膜上。当如上所述将参考光照射到全息膜上时，由于记录在全息膜上的干涉图案导致-1级衍射光和+1级衍射光同时以不同角度传播。与-1级衍射光同时产生的+1级衍射光(即，虚拟图像的光)必须对用户而言不可见。然而，当外部光入射在光入射元件CHOE上时，+1级衍射光传播并且对用户可见。
图7的(A)例示了全息图记录中的可见波段的参考光和物光的光路。图7的(B)例示了当全息图再现中的可见波段的参考光以与全息图记录中的参考光相同的角度照射到全息膜上时，同时产生的-1级衍射光和+1级衍射光的光路。图7的(C)例示了当全息图再现中的可见波段的参考光以相对于全息图记录中的参考光的入射角180°照射到全息膜上时，+1级衍射光以与-1级衍射光的光路平行的角度传播并且在全息图记录中对用户可见的示例。因此，当可见波段的外部光以图7所示的参考光的角度照射到光入射元件CHOE上时，+1级衍射光对用户是可见的。用户可见的+1级衍射光表现为不包括特定视觉信息的不规则形状的污点。如图8和图11所示，本公开的实施方式可使用光入射元件CHOE或虚拟图像再现元件DHOE来再现特定视觉信息，而不存在由于外部光线导致的污点。在本文所公开的实施方式中，特定视觉信息包括预先设置并且具有特定形式的图像、标志等。然而，实施方式不限于此。
图8例示了当外部光照射到光入射元件CHOE上时对于用户可见的标识形式的虚拟图像。图9例示了用于显示包括对于用户可见的视觉信息的虚拟图像的光入射元件CHOE的全息图记录和再现方法。
参照图8和图9，本公开的实施方式在具有特定形式的遮光层图案90被形成在全息膜上的状态下，将可见波段的准直参考光和可见波段的准直物光照射到用于光入射元件CHOE的全息膜上。遮光层可包括遮光材料，例如，黑底材料或金属。遮光层图案90具有用于使全息膜的记录表面的一部分暴露于光的开口91。因此，开口91不包括遮光材料。
在用于记录全息膜的干涉图案的过程中，包含特定类型的视觉信息的遮光层图案设置在全息膜的一个表面上。在干涉图案被记录在全息膜上之后，从全息膜去除遮光层图案。
如图9的(A)所示，在全息图记录中，可见波段的准直参考光和可见波段的准直物光以平面波的形式照射到全息膜上。在这种情况下，参考光和物光不到达全息膜的其上形成有遮光层的记录表面，而是照射到由开口91暴露的记录表面上。
如图9的(B)所示，在全息图重现方法中，从其上记录有参考光和物光的干涉图案的全息膜中去除遮光层图案90，并且将开口91用作定向光源装置SLS的光入射元件CHOE。如图10所示，遮光层图案90被构图为特定形式“LG”并且呈现视觉信息。
在全息图再现中，当来自光源LS的准直光以直角照射到光入射元件CHOE的全息膜上时，在全息膜的其上记录有干涉图案的一部分中产生-1级衍射光和+1级衍射光。另一方面，在全息图记录中，因为在被遮光层覆盖的记录表面上没有干涉图案，所以来自光源LS的光穿过记录表面的被遮光层覆盖的一部分，作为零级衍射光。在全息图记录中，因为在被遮光层覆盖的记录表面上没有干涉图案，所以即使外部光照射到被遮光层覆盖的记录表面上也不会产生+1级衍射光。因此，由+1级衍射光产生的虚拟图像对于用户是不可见的。用户可通过光入射元件CHOE观看由遮光层图案形成的特定类型的视觉信息(参见图10)。在全息图再现中，来自光源LS的准直光在未设置遮光层图案的开口的入射点IP处以直角照射到光入射元件CHOE的记录表面上。
图11例示了设置在光入射元件CHOE上的虚拟图像再现元件DHOE。图12例示了图11所示的虚拟图像再现元件DHOE的全息图记录和再现方法。
参照图11和图12，虚拟图像再现元件DHOE设置在光入射元件CHOE上。虚拟图像再现元件DHOE可被实现为全息光学元件。虚拟图像再现元件DHOE使用在外部光以图7的(C)所示的角度入射到光入射元件CHOE上时产生的+1级衍射光，将特定类型的视觉信息再现为虚拟图像。因为到达光入射元件CHOE的外部光的量由于虚拟图像再现元件DHOE而极大减少，所以光入射元件CHOE的+1级衍射光的量如图7的(C)所示极大减少。因此，当外部光照射到虚拟图像再现元件DHOE上时，用户可观看由虚拟图像再现元件DHOE的干涉图案再现的特定类型的图像或标志。
如图12的(A)所示，可将反射记录方法应用于虚拟图像再现元件DHOE的全息图记录方法。在全息图记录中，物光通过其上形成有特定类型的视觉信息“LG”的扩散板120照射到全息膜的一个表面上。如上所述，在全息图记录中，参考光和物光的光路可通过使用绿光作为物光和参考光来容易地确定。
在全息图记录中，物光作为可见波段的准直平面波从记录光源(未示出)照射到扩散板120上，并且扩散板120将光扩散。因此，穿过扩散板120的光作为可见波段的表面波照射到全息膜上。当光通过扩散板120扩散时，在全息图再现中产生的+1级衍射光以多个角度扩散。因此，用户可以以宽视角观看在虚拟图像再现元件DHOE上再现为虚拟图像的视觉信息。扩散板120用在全息图记录中而不用在全息图再现中。在扩散板120处形成的视觉信息作为物体波和参考波的干涉图案被记录在全息膜的记录表面上。如图12的(B)所示，当参考光在全息图再现中照射到虚拟图像再现元件DHOE上时，由于从干涉图案反射的+1级衍射光致使用户可看到特定类型的视觉信息。
参照图12的(B)，当可见波段的外部光以与全息图记录的参考光相同的角度照射到设置在光入射元件CHOE上的虚拟图像再现元件DHOE的全息膜上时，由于记录表面的干涉图案，致使从全息膜反射+1级衍射光。结果，利用+1级衍射光再现视觉信息的虚拟图像对于用户是可见的。
如上所述，本公开的实施方式将定向光源装置设置在显示面板上，并且将图像传感器嵌入在显示面板中或者将图像传感器设置在显示面板下方，从而感测显示面板的屏幕处的指纹。即，可在显示图像的屏幕上感测指纹。因此，用户可在通过用他或她的手指触摸显示面板的屏幕的指纹认证之后，被授予在屏幕上需要指纹认证的应用或内容的执行/回放文件或图标的访问权限。本公开的实施方式在电致发光显示器的边框区域的减少设计、防水设计、设计自由度等方面是有利的，这是因为指纹传感器不需要安装在屏幕外侧的边框区域或主页按钮上。
此外，本公开的实施方式可使用应用于定向光源装置的光入射元件的全息膜或者设置在光入射元件上的虚拟图像再现元件的全息膜来再现特定类型的视觉信息。可通过在光以直角照射到光入射元件的全息膜上时产生的零级衍射光的虚拟图像或者在可见波段的外部光照射到虚拟图像再现元件上时产生的+1级衍射光的虚拟图像来再现视觉信息。
尽管已经参照本公开的多个示例性实施方式描述了实施方式，但是应该理解的是，本领域技术人员能够设计出将落入本公开的原理的范围内的许多其它修改和实施方式。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可对主题组合布置的组成部分和/或布置进行各种变型和修改。除了对这些组成部分和/或布置的变型和修改之外，对于本领域技术人员而言，替代使用也将是显而易见的。
本申请要求于2017年4月28日提交的韩国专利申请No.10-2017-0055552的权益，该韩国专利申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文，如同其在此完全阐述一样。

Claims (13)

1.一种显示器，该显示器包括：
显示面板，在所述显示面板上显示输入图像；
透明基板，所述透明基板被设置在所述显示面板上；
光入射元件，所述光入射元件被配置为将来自光源的光照射到所述透明基板上；
图像传感器，所述图像传感器被嵌入在所述显示面板中或被设置在所述显示面板下方；
光出射元件，所述光出射元件被设置在所述显示面板的屏幕上并且在所述显示面板与所述透明基板之间，并且被配置为使在所述透明基板内行进的光的一部分折射，使得在所述透明基板内行进的光的所述一部分通过所述透明基板的下表面朝向所述显示面板行进；以及
低折射率层，所述低折射率层被设置在所述光出射元件与所述显示面板之间并且所述低折射率层的折射率小于所述光出射元件的折射率，
其中，所述光源被设置在所述透明基板的边缘下方，
其中，所述光入射元件被设置在所述光源与所述透明基板之间，并且使来自所述光源的光以能够在所述透明基板内被全反射的角度折射，
其中，通过所述光入射元件的位置处的全息光学元件来再现特定类型的视觉信息。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述全息光学元件具有记录表面，
其中，干涉图案存在于所述记录表面的一部分中，并且所述视觉信息被记录在所述记录表面的另一部分上，
其中，所述全息光学元件与所述光入射元件集成。
3.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述全息光学元件是设置在所述光入射元件上的虚拟图像再现元件，
其中，所述虚拟图像再现元件利用通过从形成有干涉图案的记录表面反射的衍射光而再现的虚拟图像来再现所述视觉信息。
4.一种显示器，该显示器包括：
显示面板，在所述显示面板上显示输入图像；
透明基板，所述透明基板被设置在所述显示面板上；
光入射元件，所述光入射元件被配置为将来自光源的光照射到所述透明基板上；
图像传感器，所述图像传感器被嵌入在所述显示面板中或被设置在所述显示面板下方；
光出射元件，所述光出射元件被设置在所述显示面板的屏幕上并且在所述显示面板与所述透明基板之间，并且被配置为使在所述透明基板内行进的光的一部分折射，使得在所述透明基板内行进的光的所述一部分通过所述透明基板的下表面朝向所述显示面板行进；以及
低折射率层，所述低折射率层被设置在所述光出射元件与所述显示面板之间并且所述低折射率层的折射率小于所述光出射元件的折射率，
其中，所述光源被设置在所述透明基板的边缘下方，
其中，所述光入射元件被设置在所述光源与所述透明基板之间，并且使来自所述光源的光以能够在所述透明基板内被全反射的角度折射，
其中，所述光入射元件包括不具有干涉图案的特定类型的视觉信息。
5.一种显示器，该显示器包括：
显示面板，在所述显示面板上显示输入图像；
透明基板，所述透明基板被设置在所述显示面板上；
光入射元件，所述光入射元件被配置为将来自光源的光照射到所述透明基板上；
虚拟图像再现元件，所述虚拟图像再现元件被设置在所述光入射元件上；
图像传感器，所述图像传感器被嵌入在所述显示面板中或被设置在所述显示面板下方；
光出射元件，所述光出射元件被设置在所述显示面板的屏幕上并且在所述显示面板与所述透明基板之间，并且被配置为使在所述透明基板内行进的光的一部分折射，使得在所述透明基板内行进的光的所述一部分通过所述透明基板的下表面朝向所述显示面板行进；以及
低折射率层，所述低折射率层被设置在所述光出射元件与所述显示面板之间并且所述低折射率层的折射率小于所述光出射元件的折射率，
其中，所述光源被设置在所述透明基板的边缘下方，
其中，所述光入射元件被设置在所述光源与所述透明基板之间，并且使来自所述光源的光以能够在所述透明基板内被全反射的角度折射，
其中，所述虚拟图像再现元件利用在具有干涉图案的全息光学元件上再现的虚拟图像来再现特定类型的视觉信息。
6.一种用于根据权利要求1至5中的任一项所述的显示器的全息光学元件的记录和再现方法，该方法包括以下步骤：
将可见波段的准直参考光和可见波段的准直物光照射到所述全息光学元件的一个表面上，以记录所述参考光和所述物光的干涉图案，其中，在所述全息光学元件的所述一个表面上设置包括特定类型的视觉信息的遮光层图案；以及
将来自光源的光沿垂直方向照射到所述全息光学元件上以产生衍射光，
其中，所述衍射光的至少一部分入射到透明基板上。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述全息光学元件上记录所述干涉图案的所述参考光和所述物光中的每一种是绿色波长带的平面波，
其中，来自所述光源的光是红外波段或可见波段的准直平面波。
8.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在将所述干涉图案记录在所述全息光学元件上之后，从所述全息光学元件去除所述遮光层图案。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的方法，其中，所述显示器包括显示输入图像的显示面板和设置在所述显示面板上的透明基板，
其中，当来自所述光源的光入射在所述全息光学元件上时，由所述全息光学元件的所述干涉图案产生的衍射光照射到所述透明基板上。
10.一种用于根据权利要求1至5中的任一项所述的显示器的全息光学元件的记录和再现方法，所述方法包括以下步骤：
将可见波段的准直参考光照射到所述全息光学元件的一个表面上，并且将可见波段的准直物光照射到所述全息光学元件的另一表面上，以记录所述参考光和所述物光的干涉图案；以及
利用在可见波段的光照射到所述全息光学元件上时产生的衍射光来再现包括特定类型的视觉信息的虚拟图像。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述可见波段的光以与所述参考光相同的角度照射到所述全息光学元件上。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述全息光学元件上记录所述干涉图案的所述参考光和所述物光中的每一种是绿色波长带的平面波，
其中，所述平面波通过扩散板扩散并且照射到所述全息光学元件上，
其中，所述特定类型的视觉信息被记录在所述扩散板上。
13.根据权利要求10至12的任意一项所述的方法，其中，所述显示器包括显示输入图像的显示面板、设置在所述显示面板上的透明基板以及将来自光源的光照射到所述透明基板上的光入射元件，
其中，当外部光照射到设置在所述光入射元件上的所述全息光学元件上时，产生虚拟图像。
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