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KR102489337B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR102489337B1
KR102489337B1 KR1020180006149A KR20180006149A KR102489337B1 KR 102489337 B1 KR102489337 B1 KR 102489337B1 KR 1020180006149 A KR1020180006149 A KR 1020180006149A KR 20180006149 A KR20180006149 A KR 20180006149A KR 102489337 B1 KR102489337 B1 KR 102489337B1
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South Korea
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image sensor
pin hole
optical image
array mask
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고광범
김가영
김도익
김정학
정연성
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 상의 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 상의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 상의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 각각의 상기 화소는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소 중 어느 하나이고, 상기 손가락이 상기 손가락 배치면에 인접하면, 상기 녹색 화소 및 청색 화소 중 적어도 하나는 발광하고 상기 적색 화소는 발광하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 상의, 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 상의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 상의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 상기 복수의 핀 홀은 40 um 내지 127 um의 거리만큼 서로 이격된 복수의 핀 홀을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 위의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층; 및 상기 디스플레이층과 상기 필 홀 어레이 마스크층 사이에 배치된 반사방지층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 제1 패턴을 갖는 복수의 센싱 소자를 포함하는 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 위에 제2 패턴을 갖는 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 위에 제3 패턴을 갖는 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 평행하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 제1 방향에서 소정의 길이 당 n개 배열된 복수의 센싱 소자를 포함하는 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 위에 상기 제1 방향에서 상기 소정의 길이 당 m개 배열된 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 위에 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 상기 n 및 m은 서로 소인 자연수이고, 상기 소정의 길이는 상기 제1 방향에서 상기 광학 이미지 센서의 길이 이상이다.

Description

디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광학 이미지 센서를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
지문 감지 및 매칭은 개인 식별 또는 검증에 사용되는 기술로서, 이동 단말기와 같은 디스플레이 장치에 널리 사용된다.
한편, 디스플레이 장치의 디스플레이 영역이 디스플레이 장치의 전면(front surface)의 대부분을 차지함에 따라 지문 인식 장치의 지문 인식 영역이 디스플레이 영역과 중첩될 필요가 있다.
본 발명은 디스플레이 영역과 지문 인식 영역이 중첩된 경우에 보다 높은 해상도의 지문 이미지를 획득할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 상의 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 상의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 상의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 각각의 상기 화소는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소 중 어느 하나이고, 상기 손가락이 상기 손가락 배치면에 인접하면, 상기 녹색 화소 및 청색 화소 중 적어도 하나는 발광하고 상기 적색 화소는 발광하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 디스플레이층은 상기 광학 이미지 센서와 중첩하는 지문 인식 영역을 디스플레이한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 디스플레이층은 상기 손가락이 접촉한 상기 손가락 배치면의 형상과 중첩된 영역에 위치한 상기 적색 화소만 발광하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 디스플레이층은 상기 손가락이 접촉한 상기 손가락 배치면의 형상과 중첩된 영역에 위치한 상기 녹색 화소 및 청색 화소 중 적어도 하나만 최대 밝기로 발광한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 디스플레이층은 상기 손가락이 접촉한 상기 형상을 감지하는 터치 감지층을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀의 너비가 20um 내지 80um이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀 어레이 마스크층과 상기 광학 이미지 센서 사이의 이격 거리가 3.0 mm 이상 4.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 65um 이상이고, 2.0mm 이상 3.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 45um 내지 75um 이고, 1.0mm 이상 2.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um 이고, 0.5mm 이상 1.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 상의, 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 상의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 상의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 상기 복수의 핀 홀은 40 um 내지 127 um의 거리만큼 서로 이격된 복수의 핀 홀을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 핀 홀은 40 um 내지 85 um의 거리만큼 서로 이격된 복수의 핀 홀을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 0.25 mm 내지 4.0 mm 거리만큼 상기 광학 이미지 센서로부터 이격된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀 어레이 마스크층과 상기 광학 이미지 센서 사이의 이격 거리가 3.0 mm 이상 4.0 mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 80um 이고, 2.0mm 이상 3.0 mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 70um 이고, 1.0mm 이상 2.0mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 55um 이고, 0.5mm 이상 1.0mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 45um 이고, 0.25mm 이상 0.5mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 40um 이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀 어레이 마스크층은 1 mm 이하의 거리만큼 상기 광학 이미지 센서로부터 이격된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀의 너비가 20um 내지 80um이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀 어레이 마스크층과 상기 광학 이미지 센서 사이의 이격 거리가 3.0 mm 이상 4.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 65um 이상이고, 2.0mm 이상 3.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 45um 내지 75um 이고, 1.0mm 이상 2.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um 이고, 0.5mm 이상 1.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀의 너비 대한 상기 핀 홀 어레이 마스크층의 두께의 비율은 5 내지 20이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 위의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층; 및 상기 디스플레이층과 상기 필 홀 어레이 마스크층 사이에 배치된 반사방지층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사방지층은 편광층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사방지층은 위상지연층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 위상지연층은 λ/4 위상지연층이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사방지층은 무광 필름을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사방지층은 상기 디스플레이층의 무광 처리된 배면을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사방지부는 상기 핀 홀 어레이 마스크층의 무광 처리된 상면을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핀 홀의 내주면은 무광 처리된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학 이미지 센서는 적색 광을 차단하는 필터를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 필터는 녹색 또는 청색의 광을 통과시키는 컬러 필터이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광학 이미지 센서는 적외선을 차단하는 필터를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 제1 패턴을 갖는 복수의 센싱 소자를 포함하는 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 위에 제2 패턴을 갖는 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 위에 제3 패턴을 갖는 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 평행하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 패턴 및 제2 패턴은 각각 행 및 열을 갖는 매트릭스 형태이고, 상기 제1 패턴의 행 및 열은 상기 제2 패턴의 행 및 열과 평행하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 패턴의 행과 상기 제2 패턴의 행의 사이각은 0°보다 크고 45°보다 작다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 패턴의 행과 상기 제2 패턴의 행의 사이각은 15°내지 30°이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 서로 평행하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 패턴은 행 및 열을 갖는 매트릭스 형태이고, 상기 제3 패턴의 행 및 열은 상기 제2 패턴의 행 및 열과 평행하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 패턴, 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 서로 평행하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 제1 방향에서 소정의 길이 당 n개 배열된 복수의 센싱 소자를 포함하는 광학 이미지 센서; 상기 광학 이미지 센서 위에 상기 제1 방향에서 상기 소정의 길이 당 m개 배열된 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층; 상기 핀 홀 어레이 마스크층 위에 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및 상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고, 상기 n 및 m은 서로 소인 자연수이고, 상기 소정의 길이는 상기 제1 방향에서 상기 광학 이미지 센서의 길이 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소정의 길이는 상기 제1 방향에서 상기 광학 이미지 센서의 길이의 두배 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 보다 높은 해상도의 지문 이미지를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 3a는 도 1의 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이고, 도 3b는 도 1의 I-I'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 평면도 및 그 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핀 홀 어레이 마스크층 및 확대된 핀 홀을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 인식 영역이 디스플레이된 디스플레이 장치를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 장치가 지문 이미지를 캡쳐하는 방법의 흐름도이다.
도 10a 내지 도 11d는 소정의 핀 홀의 너비 및 광원을 이용하여 캡쳐된 이미지이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀 홀 어레이 마스크층과 광학 이미지 센서 사이의 각각의 거리에 따른 핀 홀의 피치의 값을 나타내는 그래프이고, 도 13b는 핀 홀 어레이 마스크층과 광학 이미지 센서 사이의 소정의 거리, 핀 홀의 소정의 직경에 대해, 위치에 따라 회절된 광의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 14a 내지 도 14d는 핀 홀 어레이 마스크층과 광학 이미지 센서 사이의 각각의 거리에 따라 핀 홀 어레이 마스크층 내의 핀 홀의 주어진 직경에 대하여 광학 이미지 센서의 회절 정도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.
도 15는 디스플레이층과 핀 홀 어레이 마스크층 사이의 빛의 반사를 설명하기 위한 단면도이다.
도 16a 내지 16c는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀 홀 어레이 마스크층 사이의 빛의 반사를 방지하기 위한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 17a, 도 17b 및 도 17c는 각각 디스플레이층의 화소, 핀 홀 어레이 마스크층의 핀 홀 및 광학 이미지 센서의 센싱 소자의 배열을 나타내는 평면도이다.
도 18a 내지 도 18e는 핀 홀 어레이 마스크층의 핀 홀의 배열 방향과 광학 이미지 센서의 센싱 소자의 배열 방향 사이의 각이 서로 다른 디스플레이 장치에 의해 캡쳐된 이미지이다.
도 19a 내지 도 19c는 두 배열 간의 사이각의 변화에 따라 발생하는 모아레를 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 두 배열의 해상도에 따라 발생하는 모아레를 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 20b를 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)의 사시도 및 블럭도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 디스플레이 장치(10)는 휴대용 하우징과 같은 하우징(20), 및 하우징(20)에 고정된 제어부(60)를 포함한다. 디스플레이 장치(10)는 모바일 무선 통신 디바이스, 예를 들어, 셀룰러 전화기일 수 있다. 디스플레이 장치(10)는 다른 유형의 전자 디바이스, 예를 들어, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨터 등일 수 있다.
무선 송수신부(80)는 또한 하우징(20) 내에 고정되고 제어부(60)에 결합된다. 무선 송수신부(80)는 제어부(60)와 협력하여, 예를 들어, 음성 및/또는 데이터에 대해 적어도 하나의 무선 통신 기능을 수행한다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 장치(10)는 무선 송수신부(80) 또는 기타 무선 통신 회로부를 포함하지 않을 수 있다.
디스플레이 패널(100, 디스플레이 층, 디스플레이 영역으로 지칭될 수 있다)은 하우징(20)에 고정되고 제어부(60)에 결합된다. 디스플레이 패널(100)은, 예를 들어, 발광 다이오드(LED) 디스플레이일 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(100)은 터치 디스플레이 기능을 제공하는 추가적인 회로부를 가질 수 있다.
메모리(70)는 제어부(60)에 결합된다. 메모리(70)는, 예를 들어, 손가락 매칭 생체측정 템플릿 데이터를 저장한다. 메모리(70)는 기타 또는 추가적인 유형들의 데이터를 저장할 수 있다.
통상의 기술자들이 알 수 있는 바와 같이, 디스플레이 패널(100)은 터치 디스플레이의 형태이고, 터치 디스플레이는 입력 디바이스와 디스플레이의 두가지 역할을 한다. 또한, 디스플레이 패널(100)은 제어부(60)와 협력하여 입력에 응답하여 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(100)은 디스플레이 장치(10)의 전원 켜기 또는 끄기, 무선 송수신부(80)를 통한 통신 개시하기, 및/또는 터치 디스플레이에 대한 입력에 기초하여 메뉴 기능을 수행할 수 있다.
더 구체적으로는, 메뉴 기능에 관련하여, 제어부(60)는 터치 디스플레이에 대한 입력 또는 누르기에 기초하여 이용가능한 애플리케이션들의 메뉴를 디스플레이 패널(100)에 디스플레이할 수 있다. 또한, 푸시버튼 스위치와 같은 입력부(50)가 하우징(20)에 고정될 수 있다.
도 3a는 도 1의 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이고, 도 3b는 도 1의 I-I'선을 따라 절개한 단면도이다. 이하에서 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)를 보다 상세히 설명한다.
도 3a를 참조하면, 디스플레이 장치(10)는 투명 커버층(330), 터치 감지층(310), 디스플레이 패널(100), 핀 홀 어레이 마스크층(400), 광학 이미지 센서(200), 브래킷(bracket)(21), 인쇄회로기판(24), 하우징(20), 및 후면 커버(22)를 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 상기 구성요소들은 서로 밀착되거나 일부 이격되어 적층될 수 있다.
투명 커버층(330)은 디스플레이 장치(10)의 전면 외관을 형성하여 인접하는 손가락(40)을 수용할 수 있는 손가락 배치면(331)을 정의할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 투명 커버층(330)은 디스플레이 패널(100)을 통해 출력되는 컨텐츠가 외부로 노출되도록 투명한 물질 예컨대, 글래스를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 전면 커버(110)는 테두리 영역 중 일부가 후면 방향으로 휘어져 곡면을 형성할 수 있다. 도시된 도면에서는, 투명 커버층(330)의 측면 영역이 곡면을 형성한 상태를 나타낸다.
디스플레이 패널(100)은 투명 커버층(330)의 하층에 배치되고, 각종 컨텐츠를 표시할 수 있다. 디스플레이 패널(100)은 기판, 기판의 일면 상에 배치된 복수 개의 화소(PX)들, 및 화소(PX)들과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 도전성 라인을 포함할 수 있다. 기판은 적어도 일부(예: 밴딩부(23))가 후면 방향으로 휘어질 수 있도록 플렉서블 소재로 형성될 수 있다. 도전성 라인은 적어도 하나의 게이트선 또는 적어도 하나의 데이터선을 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 복수 개의 게이트선과 복수 개의 데이터선은 매트릭스 형태로 배열되고 라인이 교차되는 지점과 인접하게 상기 복수 개의 화소(PX)들이 정렬되어 전기적으로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 디스플레이 패널(100)은 디스플레이 구동 회로와 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 구동 회로는 디스플레이 패널(100)의 밴딩부(23)에 연결될 수 있다. 디스플레이 구동 회로는 도전성 라인과 전기적으로 연결될 수 있다. 디스플레이 구동 회로는 디스플레이 패널(100)에 구동 신호 및 영상 신호를 제공하는 구동 칩(driver IC), 또는 상기 구동 신호 및 영상 신호를 제어하는 타이밍 컨트롤러(timing controller, T-con)를 포함할 수 있다. 상기 driver IC는 디스플레이 패널(100)의 게이트 신호 라인을 순차적으로 선택하여 스캔(scan) 신호(또는, 구동 신호)를 인가하는 gate driver IC, 및 영상 신호를 디스플레이 패널(100)의 데이터 신호 라인에 인가하는 data driver IC(또는, source driver IC)를 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 상기 gate driver IC가 상기 게이트 신호 라인을 선택하고 스캔 신호를 인가하여 해당 화소(PX)를 활성화 상태로 변경하면, 상기 data driver IC는 영상 신호를 상기 데이터 신호 라인을 통해 해당 화소(PX)에 인가할 수 있다. 타이밍 컨트롤러는 driver IC에 전송되는 신호의 전송 시간을 조절하여 디스플레이 패널(100)에 출력되는 과정에서 발생할 수 있는 표시 시간 차를 방지할 수 있다.
디스플레이 패널(100)의 배면의 적어도 일부, 예를 들어, 디스플레이 패널(100)의 하측 중앙에 핀 홀 어레이 마스크층(400)이 배치되고, 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 배면의 적어도 일부에 광학 이미지 센서(200)가 배치된다. 핀 홀 어레이 마스크층(400) 및 광학 이미지 센서(200)에 대한 자세한 내용은 후술한다.
브래킷(21)은 투명 커버층(330)과 동일 또는 유사한 크기로 제공될 수 있으며, 디스플레이 패널(100)을 고정 및 지지할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 브래킷(21)은 디스플레이 패널(100)의 밴딩부(23)에 의해 적어도 일부가 감싸질 수 있다. 예컨대, 브래킷(21)의 전면에 디스플레이 패널(100)의 밴딩부(23)를 제외한 부분이 놓이고, 디스플레이 패널(100)의 밴딩부(23)가 브래킷(21)의 일측면 및 후면 일부를 덮도록 휘어져 감쌀 수 있다. 일 실시예에 따르면, 브래킷(21)은 디스플레이 패널(100)이 고정될 수 있도록 디스플레이 패널(100)이 접촉되는 적어도 일부 영역에 접착 물질이 도포되거나 접착층을 포함할 수 있다. 또한, 브래킷(21)은 광학 이미지 센서(200)를 고정 및 지지할 수 있다. 브래킷(21)은 광학 이미지 센서(200)와 디스플레이 패널(100) 사이의 단차에 대응하는 홈(25)을 가질 수 있다.
인쇄회로기판(24)은 브래킷(21)의 하부에 배치될 수 있으며, 각종 전자 부품들이 인쇄회로기판(24) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 전자 소자 또는 회로선 등이 인쇄회로기판(140) 상에 배치될 수 있으며, 적어도 일부가 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전자 부품들은 예를 들어, 제어부(60), 메모리(70), 또는 무선 송수신부(80) 등을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 디스플레이 구동 회로는 인쇄회로기판(24)과 전기적으로 연결되거나, 인쇄회로기판(24) 상에 배치될 수도 있다. 또한, 광학 이미지 센서(200)를 구동하기 위한 구동 회로, 광학 이미지 센서(200)로부터 출력되는 이미지 데이터를 처리하기 위한 회로부 등이 인쇄회로기판(24)과 전기적으로 연결되거나, 인쇄회로기판(24) 상에 배치될 수도 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 인쇄회로기판(24)은 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수 개의 인쇄회로기판(140) 중 적어도 일부는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
하우징(20)은 디스플레이 장치(10)의 내부 구성요소들을 고정 및 지지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 패널(100), 핀 홀 어레이 마스크층(400), 광학 이미지 센서(200), 브래킷(21), 및 인쇄회로기판(24)이 차례대로 적층되어 하우징(20)에 안착될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 하우징(20)의 적어도 일면은 금속 재료를 포함할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 하우징(20)의 측면은 메탈 프레임을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 투명 커버층(330)은 하우징(20)에 탈부착될 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 투명 커버층(330)은 하우징(20)의 전면을 덮은 상태에서 하우징(20)의 측면에 체결될 수 있다.
후면 커버(22)는 디스플레이 장치(10)의 후면 외관을 형성할 수 있다. 다양한 실시 예에 다르면, 후면 커버(22)는 하우징(20)에 탈부착될 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 후면 커버(22)는 하우징(20)의 후면을 덮은 상태에서 하우징(20)의 측면에 체결될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치(10)는 상술한 구성요소들 중 적어도 하나를 생략하거나 적어도 하나의 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 장치(10)는 터치 감지층(310)을 더 포함할 수 있다. 터치 감지층(310)은 투명 커버층(330)과 디스플레이 패널(100) 사이에 적층될 수 있으며, 사용자의 신체 일부 또는 전자 펜 등과 같은 터치 객체의 접촉 또는 접근을 감지할 수 있는 터치 센서를 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치(10)는 디스플레이 장치(10)에 전원을 공급할 수 있는 배터리를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 3b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)의 각 구성요소를 보다 상세히 설명한다.
도 3b를 참조하면, 예를 들어, 사용자의 손가락(40)의 지문 패턴을 감지하기 위한 광학 이미지 센서(200)가 디스플레이 패널(100) 아래에 배치된다. 더 구체적으로는, 광학 이미지 센서(200)는 집적회로(IC) 기판, 및 IC 기판에 의해 운반되는 이미지 감지 회로부를 포함한다. 광학 이미지 센서(200)는 회로 기판(220), 예를 들어, 가요성 기판에 결합될 수 있다. 광학 이미지 센서(200)는 후방조명 센서 또는 배면 조명(BSI) 이미지 센서일 수 있다. 광학 이미지 센서(200)는 예를 들어, CMOS, CCD 등을 포함할 수 있다.
광학 이미지 센서(200)는 각종 필터, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색 필터 등을 포함할 수 있다. 또한, 광학 이미지 센서(200)는 적색을 차단하는 필터, 예를 들어, 녹색 또는 청색 필터를 포함할 수 있다. 또한, 광학 이미지 센서(200)는 적외선을 차단하는 필터를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(100)로부터 발광된 광이 사용자의 손가락(40)으로 지향될 수 있고, 손가락에 반사된 광이 광학 이미지 센서(200)를 향하여 지향될 수 있다. 즉, 디스플레이 패널(100)에 포함된 화소(PX)가 지문 패턴의 이미지 캡쳐에 필요한 광원의 역할을 한다.
화소(PX)는 예를 들어, 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)를 포함할 수 있다. 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)는 각각 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터를 가질 수 있다. 화소(PX)는 선택적으로 백색 화소(W)를 더 포함할 수 있다. 백색 화소(W)는 백색 컬러 필터를 갖거나 별도의 필터를 가지지 않을 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 디스플레이 패널(100)은 다양한 색의 화소, 비가시광원(예컨대, 적외선(IR) 또는 자외선(UV)), 및/또는 다른 유형의 광원이 사용될 수 있다. 디스플레이 패널(100)의 화소(PX)는 광학 이미지 센서(200)의 신호 획득과 동기화되는 것이 바람직할 수 있다. 디스플레이 패널(100)의 자세한 구조는 후술한다.
보호 필름(300)이 디스플레이층(100) 하부에, 보다 구체적으로는 디스플레이층(100)과 핀 홀 어레이 마스크층(400) 사이에 배치될 수 있다. 보호 필름(300)은 점착제(미도시)를 통해 디스플레이층(100) 하부에. 보다 구체적으로는 기판의 하부에 부착될 수 있다. 보호 필름(300)은 디스플레이 패널(100)의 강도를 향상시키고, 디스플레이 패널(100)의 손상을 방지하는 역할을 할 수 있다. 보호 필름(300)은 플렉서블한 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 보호 필름(300)은 영률(Young's modulus)에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
광학적으로 투명한 지지 부재(210)가 광학 이미지 센서(200) 위에 배치될 수 있다. 지지 부재(210)는 핀 홀 어레이 마스크층(400)과 광학 이미지 센서(200)를 을 이격시킨다. 즉, 지지 부재(210)는 광학 이미지 센서(200)와 핀 홀 어레이 마스크층(400) 사이에 배치된다. 또한, 지지 부재(210)는 광학 이미지 센서(200)의 센싱 소자(CE)들을 보호하는 캐핑층일 수 있다. 광학적으로 투명한 접착층이 지지 부재(210)의 위 및/또는 아래에 배치될 수 있다.
핀 홀 어레이 마스크층(400)은 광학 이미지 센서(200) 위에 예를 들어, 0.25 mm 내지 4.0 mm 거리만큼, 보다 구체적으로는, 1 mm 이하의 거리만큼 이격되어 배치된다. 예를 들어, 핀 홀 어레이 마스크층(50)은 지지 부재(210)의 상면 상에 배치된다. 핀 홀 어레이 마스크층(400)은 불투명 마스크로서 그 안에 광이 통과하도록 하는 복수의 핀 홀(PH)을 갖는다. 핀 홀(PH)은 균일하게 이격되거나 또는, 예를 들어, 벌집 패턴으로 이격될 수 있다. 핀 홀(PH)의 간격의 피치는, 예를 들어, 40 um 내지 127 um 일 수 있고 더 구체적으로는, 약 40 um 내지 85 um 일 수 있다. 또한, 각각의 핀 홀(PH)의 너비(직경)는, 예를 들어, 20um 내지 80um 일 수 있다. 핀 홀 어레이 마스크층(400)과 관련된 구체적 수치는 후술한다.
핀 홀 어레이 마스크층(400)은 불투명하고, 따라서 광이 투과하도록 허용하지 않는다. 핀 홀 어레이 마스크층(400)은 크롬, 예를 들어, 크롬 층을 포함하여 불투명성을 제공할 수 있다. 물론, 층 형태 또는 층 형태가 아닌 다른 재료들을 이용하여 불투명성을 제공할 수 있다.
디스플레이 패널(100), 보다 정확히는 디스플레이 패널의 일부인 디스플레이층(100)이 핀 홀 어레이 마스크층(400) 위에 있다. 전술한 바와 같이, 디스플레이층(100)은 예시적으로 이미지들을 디스플레이하기 위한 복수의 화소(PX)를 포함한다. 특히, 디스플레이층(100)은 유기 발광 다이오드(ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE) 디스플레이 패널의 일부일 수 있다. 화소(PX)는 손가락에 반사된 광이 통과할 수 있도록 이격될 수 있고, 핀 홀(PH)과 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 터치 감지층(310)이 디스플레이층(100) 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이층(100)은 기판(도 5의 110) 및 그 기판(110) 상의 박막 봉지층(도 5의 160)을 포함할 수 있는 바, 이때 터치 감지층(310)은 디스플레이층(100)의 박막 봉지층(160) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 터치 감지층(310)은 디스플레이층(100)의 박막 봉지층(160)과 투명 커버층(330) 사이에 위치할 수 있다.
다른 실시예로서, 터치 감지층(310)은 디스플레이층(100) 내부, 예를 들어 기판(110)과 박막 봉지층(160) 사이에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 터치 감지층(310)은 디스플레이 패널(100)과 분리된 터치 패널일 수 있다. 터치 감지층(310)은 터치를 감지하기 위한 금속 터치 전극 및 터치 전극 상측 또는 하측에 절연막, 접착층 또는 보호 필름을 포함할 수 있다.
터치 감지층(310) 위에 투명 커버층(330)이 배치된다. 광학적으로 투명한 접착층(320)이 터치 감지층(310)과 투명 커버층(330) 사이에 배치될 수 있다. 오닉스(onyx) 등을 포함하는 투명 커버층(330)이 디스플레이 층(100) 위에 있고 인접하는 사용자의 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의한다. 더 구체적으로는, 투명 커버층(330)은 광학적으로 투명한 접착층(320)에 의해 고정되고, 투명 커버층(330)의 상부 표면은 사용자의 손가락(40)을 수용하기 위한 손가락 배치면(331)을 정의한다.
광학 이미지 센서(200), 더 구체적으로는, 이미지 감지 회로부는 손가락 배치면(331)에 인접하게 배치된 사용자의 손가락(40) 또는 객체의 이미지를 감지하고, 그것에 기초하여, 하나 이상의 생체측정 기능, 예를 들어, 사용자 인증(매칭 동작), 생체측정 등록 기능, 및/또는 위조 검출 기능을 수행할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치(10)가 터치 디스플레이의 형태이면, 즉, 터치 감지층(310)을 포함하면, 사용자가 터치 디스플레이를 접촉할 때, 예를 들어, 네비게이션 기능 또는 기타 터치 디스플레이 입력 시, 예를 들어, 손가락 매칭 및/또는 위조 검출을 위하여 사용자의 손가락(40)으로부터의 데이터가 광학 이미지 센서(200)에 의해 감지되거나 또는 획득될 수 있다.
디스플레이층(100)의 화소들(PX)로부터의 광이 손가락 배치면(331)에 접하거나 또는 손가락 배치면(331) 상에 떨어져 있는 사용자의 손가락(40)에 기초하여 산란된다. 산란광이 디스플레이층(100)의 투명한 부분 및 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 핀 홀(PH)들을 통해 광학 이미지 센서(200)에 의해 캡쳐된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널의 평면도 및 그 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 디스플레이 패널(100)은 일 방향을 따라 배치되는 게이트선(101), 게이트선(101)과 절연 교차되는 데이터선(102)과 공통 전원선(103), 스위칭 박막 트랜지스터(104), 구동 박막 트랜지스터(105), 및 축전 소자(106)을 포함한다.
즉, 본 발명의 디스플레이 장치의 한 화소는 두 개의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)와 하나의 축전 소자(capacitor, CAP)(106)로 이루어진 2TFT-1CAP 구조를 갖는다. 다만, 이에 한정되지 않고 셋 이상의 박막 트랜지스터와 둘 이상의 축전 소자로 이루어질 수 있다.
스위칭 박막 트랜지스터(104)는 발광시키고자 하는 화소를 선택한다. 스위칭 박막 트랜지스터(104)는 게이트선(101)에 연결된 스위칭 게이트 전극(104a), 데이터선(102)에 연결된 스위칭 소스 전극(104b), 제1축전판(106a)에 연결된 스위칭 드레인 전극(104c), 및 스위칭 반도체층(104d)을 포함한다.
구동 박막 트랜지스터(105)는 스위칭 박막 트랜지스터(104)에 의해 선택된 화소의 유기 발광층(120)을 발광시키기 위한 구동 전원을 인가한다. 구동 박막 트랜지스터(105)는 제1축전판(106a)에 연결된 구동 게이트 전극(105a), 공통 전원선(103)에 연결된 구동 소스 전극(105b), 제1전극(110)과 연결된 구동 드레인 전극(105c), 및 구동 반도체층(105d)을 포함한다.
축전 소자(106)는 제1축전판(106a) 및 제2축전판(106b)을 포함한다. 제1축전판(106a)은 스위칭 드레인 전극(104c) 및 구동 게이트 전극(105a)에 연결되고, 제2축전판(106b)은 공통 전원선(103)에 연결된다. 축전 소자(106)의 축전 용량은 축전 소자(106)에서 축전된 전하 및 제1축전판(106a)과 제2축전판(106b) 사이의 전압에 의해 결정된다.
스위칭 박막 트랜지스터(104)를 통해 전달된 데이터 전압과 공통 전원선(103)으로부터 구동 박막 트랜지스터(105)에 인가되는 공통 전압의 차에 해당하는 전압이 축전 소자(106)에 저장되고, 축전 소자(106)에 저장된 전압에 대응하는 전류가 구동 박막 트랜지스터(105)를 통해 유기 발광층(120)으로 흐름으로써 유기 발광층(120)이 발광하게 된다
제1기판(110)은 유리, 석영, 세라믹, 및 플라스틱 등으로 이루어진 군에서 선택된 절연성 기판으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 스테인리스 강 등의 금속성 재료로 형성될 수 있다.
제1기판(110)은 적색, 녹색 및 청색 화소 영역(PAr , PAg , PAb)을 포함한다. 적색, 녹색 및 청색 화소 영역(PAr , PAg , PAb)은 후술하는 화소 정의막(180)에 의해 정의되며, 적색, 녹색 및 청색 화소 영역(PAr , PAg , PAb)은 제1기판(110) 상에 순차적으로 배치될 수 있다. 또한, 제1기판(110)은 백색 화소 영역을 포함할 수 있다
버퍼층(107)은 제1기판(110) 상에 배치되며, 버퍼층(107)은 제1기판(110)을 통한 수분 또는 불순물의 침투를 방지함과 동시에 제1기판(110)의 표면을 평탄화한다. 버퍼층(107)은 무기 절연막 또는 유기 절연막으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 SiO2 또는 SiNx 등을 사용하여 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, APCVD(Atmospheric Pressure CVD)법 또는 LPCVD(Low Pressure CVD)법 등의 다양한 증착 방법에 의해 제1기판(110) 상에 증착될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 버퍼층(107)은 필요에 따라 제거될 수 있다.
구동 반도체층(105d)은 버퍼층(107) 상에 배치되며, 구동 반도체층(105d)은 소스 영역, 드레인 영역 및 그 사이의 채널 영역을 포함한다.
게이트 절연막(108)은 버퍼층(107) 상에 구동 반도체층(105d)을 덮도록 배치되며, 게이트 절연막(108)은 제1기판(110)을 통한 수분 또는 불순물의 침투를 방지한다. 게이트 절연막(108)은 절연 물질로 이루어지며, 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiOx)으로 이루어진 단일층 또는 다중층일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 게이트 절연막(108)은 다양한 절연 물질로 이루어질 수 있다.
구동 게이트 전극(105a)은 게이트 절연막(108) 상에 배치되며, 층간 절연막(109a)은 게이트 절연막(108) 상에 구동 게이트 전극(105a)을 덮도록 배치된다.
구동 소스 및 구동 드레인 전극(105b, 105c)은 층간 절연막(109a) 상에 서로 이격되어 배치되며, 구동 소스 및 구동 드레인 전극(105b, 105c)은 게이트 절연막(108) 및 층간 절연막(109a)에 형성된 개구 영역을 통하여 구동 반도체층(105d)의 소스 영역 및 드레인 영역에 각각 접촉한다.
보호층(109b)은 층간 절연막(109a) 상에 구동 소스 및 구동 드레인 전극(105b, 105c)을 덮도록 배치된다. 보호층(109b)은 구동 박막 트랜지스터(105)를 보호하며, 무기 절연막 또는 유기 절연막으로 이루어질 수 있다.
제1전극(120), 유기 발광층(130) 및 제2전극(140)은 보호층(109b) 상에 순차적으로 배치된다. 제1전극(120)은 정공을 주입하는 애노드(anode)일 수 있고, 제2전극(140)은 전자를 주입하는 캐소드(cathode)일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 제1전극(120)은 캐소드일 수 있고, 제2전극(140)은 애노드일 수 있다.
유기 발광층(130)은 저분자 유기물 또는 고분자 유기물을 포함할 수 있다. 유기 발광층(130)은 적색, 녹색 및 청색 유기 발광층을 포함할 수 있고, 적색, 녹색 및 청색 유기 발광층(130r, 130g, 130b)은 적색, 녹색 및 청색 화소 영역(PAr , PAg, PAb)에 각각 배치될 수 있다. 이 경우, 후술하는 컬러 필터가 없을 수 있다. 또는 유기 발광층(130)은 단일한 색의 유기 발광층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)은 전면 발광형(top emission type) 구조이며, 따라서 제1전극(120)은 반사막으로 형성되고, 제2전극(140)은 반투과막으로 형성될 수 있다.
반사막 및 반투과막은 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 금(Au), 칼슘(Ca), 리튬(Li), 크롬(Cr), 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 반사막 및 반투과막은 두께로 구별되며, 일반적으로 반투과막은 200㎚ 이하의 두께를 갖는다. 또한, 반사막 및 반투과막은 금속 또는 금속의 합금으로 된 금속층과 금속층상에 적층된 투명 전도성 산화물(TCO)층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
제1전극(120)은 투명 도전막을 더 포함할 수 있으며, 투명 도전막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등의 투명전도성산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO) 물질로 만들어질 수 있다.
제1전극(120)은 반사막으로 형성된 구조, 반사막과 투명 도전막을 포함하는 2중막 구조, 또는 투명 도전막, 반사막, 그리고 투명 도전막이 차례로 적층된 3중막 구조일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 제1전극은 투명 도전막으로 형성된 구조일 수 있다.
제2전극(140)은 투명 도전막으로 형성된 구조일 수 있다. 제2전극(140)이 투명 도전막으로 형성되는 경우, 제2전극(140)은 정공을 주입하는 애노드가 될 수 있고, 제1전극(120)은 반사막으로 형성되어 캐소드가 될 수 있다.
한편, 제1전극(120) 상에는 제1전극(120)의 가장자리를 덮고 제1전극(120)의 중앙부를 노출하는 소정의 개구부를 포함하는 화소 정의막(180)이 배치된다. 즉, 화소 정의막(180)의 상기 개구부 내에 제1전극(120), 유기 발광층(130) 및 제2전극(140)이 차례로 적층되며, 유기 발광층(130) 및 제2전극(140)은 화소 정의막(180) 상에도 형성될 수 있다.
캡핑층(150)은 제2전극(140) 상에 배치된다. 캡핑층(150)은 제1전극(120), 유기 발광층(130) 및 제2전극(140)을 보호함과 동시에 유기 발광층(130)에서 발생된 광이 효율적으로 외부를 향해 방출될 수 있도록 돕는다.
박막 봉지층(160)은 캡핑층(150) 상에 배치되며, 박막 봉지층(160)은 제1전극(120), 유기 발광층(130), 제2전극(140) 및 캡핑층(150)을 밀봉하며, 외부의 수분이나 산소 등의 침투로부터 이들을 보호한다.
박막 봉지층(160)은 적어도 하나의 유기층 및 적어도 하나의 무기층이 교대로 배치된 구조일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 박막 봉지층(160)은 유기층 또는 무기층의 단일층으로 이루어질 수 있다.
적색 컬러 필터(170R), 녹색 컬러 필터(170G) 및 청색 컬러 필터(170B)는 각각 박막 봉지층(160) 상의 적색 화소 영역(PAr), 녹색 화소 영역(PAg) 및 청색 화소 영역(PAb)에 배치될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 기판(110)의 하부에는 보호 필름(300)이 배치될 수 있고, 컬러 필터(170R, 170G, 170B) 상부에는 터치 감지층(310)이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 컬러 필터(170R, 170G, 170B)와 터치 감지층(310) 사이에 평탄화막(190)이 배치될 수 있다. 평탄화막(190)은 컬러 필터(110)의 높낮이차를 제거함으로써 컬러 필터(110)가 배치된 층을 평탄화시키는 역할을 한다. 평탄화막(190)은 아크릴계 수지(polyacrylates resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolicresin), 폴리아미드계 수지(polyamides resin), 폴리이미드계 수지(polyimides rein), 불포화 폴리에스테르계수지(unsaturated polyesters resin), 폴리페닐렌계 수지(polyphenylenethers resin), 폴리페닐렌설파이드계 수지(polyphenylenesulfides resin), 및 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB) 중 하나 이상의 물질로 만들어질 수 있다.
다른 실시예로서, 박막 봉지층(160) 상에 터치 감지층(310)이 배치되고, 터치 감지층(310) 상에 컬러 필터(170R, 170G, 170B) 및 평탄화막(190)이 배치될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핀 홀 어레이 마스크층 및 확대된 핀 홀을 도시한다.
핀 홀 어레이 마스크층(400)은 규칙적으로 배열된 개구부, 즉 핀 홀(PH)을 포함한다. 각각의 핀 홀(PH)은 너비(직경) W, 높이(핀 홀 어레이 마스크층(400)의 두께) H를 갖는다. 핀 홀(PH)들은 소정의 간격(피치) P으로 배열될 수 있다. 핀 홀(PH)은 불투명한 핀 홀 어레이 마스크층(400)을 관통하는 개구부일 수 있다. 핀 홀(PH)은 투명한 재질로 채워져 있을 수 있다.
손가락(40)에 산란된 빛 중 핀 홀 어레이 마스크층(400)에 대해 소정의 각도 이상의 광(431, 432), 예를 들어 거의 수직인 광(431)만 핀 홀(PH)을 통과하고, 핀 홀 어레이 마스크층(400)에 대해 소정의 각도 미만으로 비스듬히 입사하는 광(433)은 차단된다. 핀 홀(PH)을 통과할 수 있는 광의 각도는 핀 홀(PH)의 너비 W에 대한 높이 H의 비율에 따라 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 손가락(40)의 일 지점에서 산란된 광이 하나의 핀 홀(PH), 즉 그 지점에서 수직방향으로 아래에 위치한 핀 홀(PH)만을 통과하고, 인접한 다른 핀 홀(PH)을 통과하지는 못하도록, 핀 홀(PH)의 너비 W에 대한 높이 H의 비율이 상당히 클 수 있다. 예를 들어, 상기 비율은 5 내지 20의 값을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 상기 비율은 1 내지 100의 값을 가질 수 있다.
한편, 소정의 각도 미만으로 비스듬히 핀 홀(PH)로 입사한 광이 핀 홀(PH)의 내주면에서 전반사하여 광학 이미지 센서(200)에 캡쳐될 수 있고, 이는 캡쳐된 지문 이미지의 품질, 해상도를 악화시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 핀 홀(PH)의 내주면은 광의 전반사가 감소하도록 무광 처리될 수 있다.
무광 처리는 플라즈마 처리, 샌드 블러스트 등의 물리적 처리, 화학적 처리 등을 포함한다. 예를 들어, 무광 처리는 진공 에칭 방법, 표면 버프 연마 방법 또는 사포 연마 방법, 화학 약품에 의한 흑색 착화물을 형성하는 방법 등이 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 인식 영역이 디스플레이된 디스플레이 장치를 도시하고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 장치가 지문 이미지를 캡쳐하는 방법의 흐름도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제어부(60)는 지문 인식이 필요하면, 예를 들어, 사용자 인증을 위한 애플리케이션이 구동되면, 디스플레이 영역(100)에 지문 인식 영역을 나타내는 이미지(500)가 디스플레이 되도록 한다(S100). 지문 인식 영역은 광학 이미지 센서(200)가 배치된 영역, 즉 지문 인식이 가능한 영역에 대응할 수 있다. 지문 인식이 가능한 영역은 디스플레이 영역(100)의 일부 또는 전부와 중첩할 수 있다. 이미지(500)는 지문 인식 영역의 일부, 또는 전부와 중첩할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않으며, 이미지(500)는 디스플레이 되지 않을 수도 있다.
터치 감지층(310)은 지문 인식 영역 내에 입력된 손가락(40)의 터치를 감지한다(S200).
제어부(60)는 터치 입력이 감지되면 터치 입력된 영역을 판단한다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 지문 인식 영역내에 터치가 입력된 영역(510)과 터치가 입력되지 않은 영역(520)을 식별한다.
제어부(60)는 광학 이미지 센서(200)의 캡쳐를 위해 터치가 입력된 영역(510)의 적색 화소의 발광은 중지시키고, 녹색 화소 및/또는 청색 화소 만을, 예를 들어 최대 밝기로, 발광시킨다(S400). 이 때, 터치가 입력되지 않은 영역(520)은 임의의 이미지, 예를 들어, 그때까지 디스플레이되고 있던 이미지를 계속 디스플레이할 수 있다. 따라서, 지문 인식을 위한 광원은 터치가 입력된 영역(510), 즉 손가락(40)으로 가려진 영역에서만 발광하므로, 사용자에게 시인되지 않을 수 있다. 따라서, 적색 화소가 발광하지 않음에도, 사용자는 디스플레이되는 이미지의 변화를 느끼지 못할 수 있다.
녹색 화소 및/또는 청색 화소의 발광과 동기화된 광학 이미지 센서(200)가 지문 이미지를 캡쳐한다(S500). 녹색 및/또는 청색 광만 광학 이미지 센서(200)에 입사하고, 적색 광은 입사하지 않는다.
제어부(60)는 캡쳐된 이미지에 기초하여 사용자 인증 기능을 수행할 수 있다(S600).
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적색 광원을 배제함으로써 광학 이미지 센서(200)에 의해 캡쳐된 지문 이미지의 해상도를 높일 수 있다(도 10a 내지 도 11d 참조). 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지문 인식을 위한 광원은 터치가 입력된 영역(510), 즉 손가락(40)으로 가려진 영역에서만 발광하므로, 사용자에게 시인되지 않을 수 있다. 따라서, 적색 화소가 발광하지 않음에도, 사용자는 디스플레이되는 이미지의 변화를 느끼지 못할 수 있다.
도 10a 내지 도 11d는 소정의 핀 홀의 너비 및 광원을 이용하여 캡쳐된 이미지이다.
도 10a 내지 도 10d는 핀 홀(PH) 너비 W가 50um인 경우의 캡쳐된 이미지이고, 도 11a 내지 도 11d는 핀 홀(PH) 너비 W가 40um인 경우의 캡쳐된 이미지이다. 도 10a 및 도 11a는 지문 이미지 캡쳐를 위한 광원으로 디스플레이층(100)의 청색 화소(B)가 사용된 경우의 캡쳐된 이미지이고, 도 10b 및 도 11b는 녹색 화소(G)가, 도 10c 및 도 11c는 적색 화소(R)가, 도 10d 및 도 11d는 백색 화소(W)가 사용된 경우의 캡쳐된 이미지이다.
도 10a 내지 도 10d의 이미지가 각각 도 11a 내지 도 11d의 이미지보다 선명하다. 이는, 핀 홀(PH)의 W가 소정 값보다 작아지면 회절이 더 크게 발생하여 이미지의 해상도가 떨어진다. 또한, 도 10a 내지 도 10d를 서로 비교하면, 광원의 파장이 길수록, 즉, 청색 광, 녹색 광 및 적색 광의 순서로 이미지가 흐릿해 진다. 이는, 광원의 파장이 길수록 회절이 크게 발생하여 해상도가 떨어지기 때문이다.
도 10c 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 지문 인식을 위해 모든 색의 화소를 발광시킨 경우의 캡쳐된 이미지(예를 들어, 도 10d 및 도 11d의 이미지) 보다 본 발명의 일 실시예에 따라 녹색 화소(G) 또는 청색 화소(B)만을 발광시킨 경우의 캡쳐된 이미지가 보다 선명하다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다. 도 12는 광학 이미지 센서(200), 핀 홀 어레이 마스크층(400), 디스플레이층(100) 및 투명 커버층(330)의 배치를 설명하기 위한 도면으로서, 다른 구성 요소는 모두 생략되었다.
광학 이미지 센서에 의해 캡쳐된 이미지의 해상도는, 핀 홀(PH)의 피치 P, 핀 홀(PH)의 직경 W, 핀 홀 마스크층(400)과 광학 이미지 센서(200) 간의 이격 거리 D에 의존한다. 핀 홀 마스크층(400)과 손가락 배치면 사이의 이격 거리 및 핀 홀 마스크층(400)의 두께 H도 이미지의 해상도에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, P는 127um 이하의 값을 가진다. 보다 구체적으로, P는 85um 이하의 값을 가질 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 손가락(40)에서 산란된 광 중에서 핀 홀 마스크층(400)에 거의 수직인 광만 광학 이미지 센서(200)로 입사된다. 따라서, 충분한 해상도의 지문 이미지를 제공하기 위해서는, 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 해상도, 즉 1/P가 충분히 커야 한다. P가 127um일 때, 약 200ppi 이상의 해상도 또는 분해능이 제공될 수 있고, P가 85um일 때, 약 300ppi 이상의 해상도 또는 분해능이 제공될 수 있다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀 홀 어레이 마스크층과 광학 이미지 센서 사이의 각각의 거리에 따른 핀 홀의 피치의 값을 나타내는 그래프이고, 도 13b는 핀 홀 어레이 마스크층과 광학 이미지 센서 사이의 소정의 거리, 핀 홀의 소정의 직경에 대해, 위치에 따라 회절된 광의 강도를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인접한 핀 홀(PH)을 통과한 광들의 간섭을 방지하기 위해 핀 홀(PH)의 피치의 최소값은 도 13a에 도시된 값과 같다.
도 13a의 가로축은 핀 홀 어레이 마스크층(400)과 광학 이미지 센서(200) 간의 이격 거리 D(단위 mm)이고, 세로축은 핀 홀(PH)들의 피치 P이다. 녹색 광(예를 들어, 530nm)를 참조하면, D가 0.25mm일 때, P는 40um 이상이고, D가 0.50mm일 때, P는 45um 이상이고, D가 1.0mm일 때, P는 55um 이상이고, D가 2.0mm일 때, P는 70um 이상이고, D가 3.0mm일 때, P는 80um 이상이다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 적색 광(예를 들어, 760nm)은 더 많이 회절되므로 녹색 광원이 사용되는 경우보다 P 값이 5um 내지 20um 더 크다. 청색 광(예를 들어, 380nm)은 더 적게 회절되므로 녹색 광원이 사용되는 경우보다 P 값이 5um 내지 10um 더 크다.
도 13b의 각 그래프의 가로축은 핀 홀(PH)의 중심에서의 이격 거리를 나타내고, 세로축은 해당 위치에 입사하는 광의 강도를 나타낸다.
도 13b 도시된 바와 같이, 핀 홀(PH)을 통과한 광은 회절되어 인접한 핀 홀(PH)에 대응하는 영역의 광학 이미지 센서(200)에 입사될 수 있고, 이는 이미지의 해상도에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 핀 홀 어레이 마스크층(400)과 광학 이미지 센서(200) 간의 거리 D가 0.5mm에서 3mm로 커질수록, 핀 홀(PH)의 직경 W이 70um에서 30um로 작아질수록 회절이 심해진다. 따라서, 도 13a를 참조하여 설명한 바와 같이, 거리 D가 커질수록, 직경 W가 작아질수록 핀 홀(PH)의 피치 P는 증가되어야 한다.
도 14a 내지 도 14d는 핀 홀 어레이 마스크층과 광학 이미지 센서 사이의 소정의 거리 D에서 핀 홀 어레이 마스크층 내의 핀 홀의 직경 W에 따른 광학 이미지 센서의 회절 정도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.
각 도면의 세로 축은 회절 정도(Diffraction Spread) 또는 해상도(um)를 나타내고, 가로 축은 핀 홀의 직경 W(um) 을 나타낸다. 점선은 예를 들어, 작은 핀 홀(PH)에 의한 회절로 인한 블러링에 대응하고, 실선은 회절에 의한 블러링 및 핀 홀(PH)의 직경에 의한 블러링을 합에 대응한다. 또한, 세가지 굵기의 라인은 각각 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원을 이용한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 각 도면의 사각 기둥은 핀 홀의 직경 W(um)의 최적값을 나타낸다.
도 14a는 핀 홀 어레이 마스크층과 광학 이미지 센서 사이의 거리 D가 3.0mm이고, 도 14b는 거리 D가 2.0mm이고, 도 14c는 거리 D가 1.0mm이고, 도 14d는 거리 D가 0.5mm인 경우의 시뮬레이션 그래프이다. 도 14a 내지 도 14d에 도시된 바와 같이, 거리 D가 커질수록 해상도가 나빠진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 거리 D에서의 직경 W의 최적값은 다음과 같다. 예를 들어, 신호대잡음비(SNR)를 고려하여 핀 홀(PH)의 직경 W은 최적 결정된 해상도보다 다소 높게 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 거리 D가 3.0mm인 경우, 직경 W은 65um 내지 75um이고, 거리 D가 2.0mm인 경우, 직경 W은 45um 내지 55um이고, 거리 D가 1.0mm인 경우, 직경 W은 25um 내지 55um이고, 거리 D가 0.5mm인 경우, 직경 W은 25um 내지 55um이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 거리 D 가 3.0 mm 이상 4.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 65um 이상이고, 거리 D 가 2.0mm 이상 3.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 45um 내지 75um 이고, 거리 D 가 1.0mm 이상 2.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 내지 55um 이고, 거리 D 가 0.5mm 이상 1.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 내지 55um 이다.
도 15는 디스플레이층과 핀 홀 어레이 마스크층 사이의 빛의 반사를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 디스플레이 층(100)을 통과하여 핀 홀 어레이 마스크층(400)에 비스듬히 입사하는 광이 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 상면과 디스플레이층(100)의 하면 사이에 반복적으로 반사되어 인접한 핀 홀(PH)을 통과할 수 있고, 이로 인해 광학 이미지 센서(200)에 의해 캡쳐되는 이미지의 품질이 저하될 수 있다.
도 16a 내지 16c는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀 홀 어레이 마스크층 사이의 빛의 반사를 방지하기 위한 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
먼저, 도 16a를 참조하면, 핀 홀 어레이 마스크층(400)과 디스플레이층(100) 사이에 반사방지층(600)이 배치된다. 반사 방지층(600)은 디스플레이층(100)을 통과한 광은 대부분 통과시키고 핀 홀 어레이 마스크층(400)에 반사된 광의 적어도 일부를 차단한다. 또한, 반사 방지층(600)은 반사 방지층(600)을 통과하여 디스플레이층(100)에 반사된 광의 적어도 일부를 차단할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서 반사방지층(600)은 반사된 광을 차단하는 편광층이다. 본 발명의 일 실시예에서 편광층은 위상 지연층을 포함할 수 있고, 위상 지연층은 λ/4 위상 지연층일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 반사방지층(600)은 무광 처리된 필름이다. 무광 처리는 플라즈마 처리, 샌드 블러스트 등의 물리적 처리, 화학적 처리 등을 포함한다. 예를 들어, 무광 처리는 진공 에칭 방법, 표면 버프 연마 방법 또는 사포 연마 방법, 화학 약품에 의한 흑색 착화물을 형성하는 방법 등이 적용될 수 있다.
다음으로, 도 16b를 참조하면, 디스플레이층(100)의 배면(301)에 반사방지층(600)이 형성된다. 보다 구체적으로는 기판(110) 또는 보호 필름(300)의 배면(301)이 무광 처리될 수 있다. 따라서, 핀 홀 어레이 마스크층(400)에 반사된 광의 적어도 일부가 디스플레이층(100)의 배면(301)에서 다시 반사되지 않는다. 무광 처리 방법은 전술한 바와 같다.
다음으로, 도 16c를 참조하면, 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 상면(410)에 반사방지층(600)이 형성된다. 보다 구체적으로는 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 상면(410)이 무광 처리될 수 있다. 따라서, 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 상면(410)에 입사된 광의 적어도 일부가 반사되지 않는다. 무광 처리 방법은 전술한 바와 같다.
핀 홀 어레이 마스크층(400)의 상면(410)과 디스플레이층(100)의 하면(301) 사이에 반복적으로 반사되어 인접한 핀 홀(PH)을 통과할 수 있고, 이로 인해 광학 이미지 센서(200)에 의해 캡쳐되는 이미지의 품질이 저하될 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 상면(410)과 디스플레이층(100)의 하면(301) 사이에 반복적으로 반사되어 인접한 핀 홀(PH)을 통과하는 광을 줄일 수 있고, 이로 인해 광학 이미지 센서(200)에 의해 캡쳐되는 이미지의 품질이 향상될 수 있다.
도 17a, 도 17b 및 도 17c는 각각 디스플레이층의 화소, 핀 홀 어레이 마스크층의 핀 홀 및 광학 이미지 센서의 센싱 소자의 배열을 나타내는 평면도이다.
디스플레이층(100)의 화소(PX), 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 핀 홀(PH) 및 광학 이미지 센서(200)의 센싱 소자(CE)는 각각 적어도 한 방향으로 반복되는 패턴을 갖는다. 예를 들어, 화소(PX)가 가로, 세로 및 대각선 방향에서 규칙적으로 배열된다면, 화소(PX)의 패턴의 방향은 인접한 화소(PX)간의 이격 거리가 가장 짧은 방향을 의미할 수 있다. 즉, 가로 방향에서 화소(PX)간의 이격 거리가 가장 짧다면, 패턴은 가로 방향을 갖는다고 정의된다.
본 발명의 일 실시예에서, 화소(PX)의 패턴 방향과 핀 홀(PH)의 패턴 방향은 서로 다를 수 있다. 즉, 화소(PX)의 패턴과 핀 홀(PH)의 패턴은 서로 평행하지 않는다. 또한, 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 센싱 소자(CE)의 패턴과 핀 홀(PH)의 패턴은 서로 평행하지 않는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 센싱 소자(CE)의 패턴, 핀 홀(PH)의 패턴 및 화소(PX)의 패턴 모두 서로 평행하지 않을 수 있다.
도 17a를 참조하면, 디스플레이층(100)의 화소(PX)는 매트릭스 형태 또는 격자 형태를 갖고, X축 방향의 행과 Y축 방향의 열을 갖는다. 도 17b를 참조하면, 핀 홀 어레이 마스크층(400)의 핀 홀(PH) 또한 매트릭스 형태 또는 격자 형태를 갖고, X1축 방향의 행과 Y1축 방향의 열을 갖는다. 도 17c를 참조하면, 광학 이미지 센서(200)의 센싱 소자(CE)는 매트릭스 형태 또는 격자 형태를 갖고, X2축 방향의 행과 Y2축 방향의 열을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, X1축과 X2축은 평행하지 않는다. 즉, 핀 홀(PH)의 행과 센싱 소자(CE)의 행은 서로 평행하지 않는다. 또한, X축은 X1축 및/또는 X2축과 평행하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 각각의 행과 열은 서로 수직이다. 이와 달리 각각의 행과 열은 수직이 아닐 수도 있고, 각각의 행과 열 사이의 각은 서로 다를 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 화소(PX), 핀 홀(PH) 및 센싱 소자(CE)는 서로 다른 해상도(즉, 단위 거리당 개수)를 가질 수 있다.
도 18a 내지 도 18e는 핀 홀 어레이 마스크층의 핀 홀의 배열 방향과 광학 이미지 센서의 센싱 소자의 배열 방향 사이의 각이 서로 다른 디스플레이 장치에 의해 캡쳐된 이미지이다.
도 18a 내지 도 18e는 핀 홀(PH)의 배열 방향(또는 패턴 방향)과 센싱 소자(CE)의 배열 방향(패턴 방향) 사이의 각, 즉, X1축과 X2축 사이의 각(또는 Y1축과 Y2축 사이의 각)을 15˚씩 증가시키면서 캡쳐한 이미지이다.
도 18a 내지 도 18e에 도시된 바와 같이, 핀 홀(PH)과 센싱 소자(CE)의 해상도 차이 및/또는 패턴 방향으로 인해 캡쳐된 이미지에는 모아레(moire)가 발생한다. 또한, 사이각이 45˚ 차이가 있는 도 18a 및 도 18d(또는 도 18b 및 도 18e)는 서로 유사한 형태를 갖고 그 방향만 다른 모아레를 보이고, 도 18c는 모아레를 거의 보이지 않는다.
도 19a 내지 도 19c는 두 배열 간의 사이각의 변화에 따라 발생하는 모아레를 도시한다.
도 19a는 핀 홀(PH)과 센싱 소자(CE)의 패턴 방향(X1 및 X2), 즉 각각의 행이 서로 평행하는 경우를 도시한다. 도 19b는 핀 홀(PH)과 센싱 소자(CE)의 패턴 방향(X1 및 X2), 즉 각각의 행이 22.5˚인 경우를, 도 19c는 45˚인 경우를 나타낸다. 도 19a 및 도 19c는 규칙적으로 발생하는 모아레를 보이지만, 도 19b는 모아레가 발견되지 않는다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 핀 홀(PH)의 행과 센싱 소자(CE)의 행의 사이각은 0°보다 크고 45°보다 작다. 보다 구체적으로는, 핀 홀(PH)의 행과 센싱 소자(CE)의 행의 사이각은 15°내지 30°이다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 핀 홀(PH)과 센싱 소자(CE)의 행 방향 및 열 방향에서의 해상도, 행 방향과 열 방향의 사이각 등에 따라 핀 홀(PH)의 행과 센싱 소자(CE)의 행의 사이각이 결정될 수 있다.
도 20a 및 도 20b는 두 배열의 해상도에 따라 발생하는 모아레를 도시한다.
도 20a는 가로 방향에서 소정의 길이 Ph1 당 40개의 셀을 갖고, 세로 방향에서 소정의 길이 Pv1 당 40개의 셀을 갖는 격자와, 가로 방향에서 소정의 길이 Ph1 당 39개의 셀을 갖고, 세로 방향에서 소정의 길이 Pv1 당 39개의 셀을 갖는 격자가 겹쳐진 모양을 도시한다. 도 20b는 가로 방향에서 소정의 길이 Ph2 당 5개의 셀을 갖고, 세로 방향에서 소정의 길이 Pv2 당 5개의 셀을 갖는 격자와, 가로 방향에서 소정의 길이 Ph2 당 4개의 셀을 갖고, 세로 방향에서 소정의 길이 Pv2 당 4개의 셀을 갖는 격자가 겹쳐진 모양을 도시한다. 전체 격자는 광학 이미지 센서 또는 지문 인식 영역에 대응한다. 도 20a는 반복되는 모아레를 보이지 않지만, 도 20b는 소정의 길이 Ph2 및 Pv2 마다 반복되는 모아레를 보인다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱 소자(CE)는 일 방향(예를 들어, 열 또는 행 방향)에서 소정의 길이 당 n개(예를 들어, 40개) 배열되고, 핀 홀(PH)은 같은 방향에서 같은 길이 당 m개(예를 들어, 39개) 배열되며, 상기 n 및 m은 서로 소인 자연수이다. 즉, 소정의 길이(예를 들어, Ph1 및 Pv1)는 핀 홀(PH)간의 거리(피치) 및 센싱 소자(CE)간의 거리(피치)의 최소 공배수를 의미한다. 소정의 길이, 즉 핀 홀(PH)간의 거리(피치) 및 센싱 소자(CE)간의 거리(피치)의 최소 공배수는 그 방향에서의 광학 이미지 센서의 길이 또는 지문 인식 영역의 길이와 같거나 더 크다. 예를 들어, 소정의 길이는 광학 이미지 센서의 길이의 2배 보다 크다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 센싱 소자(CE)와 핀 홀(PH)의 해상도 차이에 의한 모아레의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한 본 실시예는 핀 홀(PH)과 화소(PX)의 해상도에도 적용될 수 있다.
10: 디스플레이 장치 20: 하우징 40: 손가락
50: 입력부 60: 제어부 70: 메모리
80: 무선 송수신부
100: 디스플레이 패널, 디스플레이 층, 디스플레이 영역
200: 광학 이미지 센서 300: 보호 필름 310: 터치 감지층
330: 투명 커버층 400: 핀 홀 어레이 마스크층
600: 반사 방지층

Claims (35)

  1. 제어부;
    광학 이미지 센서;
    상기 광학 이미지 센서 상의 핀 홀 어레이 마스크층;
    상기 핀 홀 어레이 마스크층 상의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및
    상기 디스플레이 층 상의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고,
    각각의 상기 화소는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소 중 어느 하나이고,
    상기 디스플레이층은 상기 광학 이미지 센서와 중첩하는 지문 인식 영역을 표시하는 이미지를 디스플레이하고,
    상기 지문 인식 영역에 손가락이 감지되면, 상기 제어부는 상기 지문 인식 영역에서 터치가 입력된 제1 영역과 상기 지문 인식 영역에서 상기 터치가 입력되지 않은 제2 영역을 결정하고, 상기 제1 영역에서 상기 녹색 화소 및 청색 화소 중 적어도 하나는 발광하고 상기 적색 화소는 발광하지 않는 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이층은 상기 제1 영역에 위치한 상기 적색 화소만 발광하지 않는 디스플레이 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 디스플레이층은 상기 제2 영역에 위치한 상기 적색 화소, 상기 녹색 화소 및 청색 화소는 각각 발광하는 디스플레이 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 디스플레이층은 상기 손가락이 접촉한 형상을 감지하는 터치 감지층을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 핀 홀의 너비가 20um 내지 80um인 디스플레이 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 핀 홀 어레이 마스크층과 상기 광학 이미지 센서 사이의 이격 거리가 3.0 mm 이상 4.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 65um 이상이고,
    2.0mm 이상 3.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 45um 내지 75um 이고,
    1.0mm 이상 2.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um 이고,
    0.5mm 이상 1.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um 인 디스플레이 장치.
  8. 광학 이미지 센서;
    상기 광학 이미지 센서 상의, 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층;
    상기 핀 홀 어레이 마스크층 상의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및
    상기 디스플레이 층 상의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고,
    상기 복수의 핀 홀은 40 um 내지 127 um의 거리만큼 서로 이격된 복수의 핀 홀을 갖는 디스플레이 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 핀 홀은 40 um 내지 85 um의 거리만큼 서로 이격된 복수의 핀 홀을 갖는 디스플레이 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 핀 홀 어레이 마스크층은 0.25 mm 내지 4.0 mm 거리만큼 상기 광학 이미지 센서로부터 이격된 디스플레이 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 핀 홀 어레이 마스크층과 상기 광학 이미지 센서 사이의 이격 거리가 3.0 mm 이상 4.0 mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 80um 이고,
    2.0mm 이상 3.0 mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 70um 이고,
    1.0mm 이상 2.0mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 55um 이고,
    0.5mm 이상 1.0mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 45um 이고,
    0.25mm 이상 0.5mm 미만일 경우, 핀 홀 서로 간의 이격 거리의 최소값은 40um 인 디스플레이 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 핀 홀 어레이 마스크층은 1 mm 이하의 거리만큼 상기 광학 이미지 센서로부터 이격된, 디스플레이 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 핀 홀의 너비가 20um 내지 80um인 디스플레이 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 핀 홀 어레이 마스크층과 상기 광학 이미지 센서 사이의 이격 거리가 3.0 mm 이상 4.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 65um 이상이고,
    2.0mm 이상 3.0 mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 45um 내지 75um 이고,
    1.0mm 이상 2.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um 이고,
    0.5mm 이상 1.0mm 미만일 경우, 핀 홀의 너비가 25um 이상 55um 인 디스플레이 장치.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 핀 홀의 너비 대한 상기 핀 홀 어레이 마스크층의 두께의 비율은 5 내지 20인 디스플레이 장치.
  16. 광학 이미지 센서;
    상기 광학 이미지 센서 위의 핀 홀 어레이 마스크층;
    상기 핀 홀 어레이 마스크층 위의, 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층;
    상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층; 및
    상기 디스플레이층과 상기 핀 홀 어레이 마스크층 사이에 배치된 반사방지층을 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 반사방지층은 편광층을 포함하는 디스플레이 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 반사방지층은 위상지연층을 포함하는 디스플레이 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 위상지연층은 λ/4 위상지연층인 디스플레이 장치.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 반사방지층은 무광 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 제16 항에 있어서,
    상기 반사방지층은 상기 디스플레이층의 무광 처리된 배면을 포함하는 디스플레이 장치.
  22. 제16 항에 있어서,
    상기 반사방지층는 상기 핀 홀 어레이 마스크층의 무광 처리된 상면을 포함하는 디스플레이 장치.
  23. 제16 항에 있어서,
    상기 핀 홀의 내주면은 무광 처리된 디스플레이 장치.
  24. 제16 항에 있어서,
    상기 광학 이미지 센서는 적색 광을 차단하는 필터를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 필터는 녹색 또는 청색의 광을 통과시키는 컬러 필터인 디스플레이 장치.
  26. 제16 항에 있어서,
    상기 광학 이미지 센서는 적외선을 차단하는 필터를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  27. 제1 패턴을 갖는 복수의 센싱 소자를 포함하는 광학 이미지 센서;
    상기 광학 이미지 센서 위에 제2 패턴을 갖는 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층;
    상기 핀 홀 어레이 마스크층 위에 제3 패턴을 갖는 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및
    상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고,
    상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 서로 평행하지 않고,
    제1 패턴 및 제2 패턴은 각각 행 및 열을 갖는 매트릭스 형태이고,
    상기 제1 패턴의 행 및 열은 상기 제2 패턴의 행 및 열과 평행하지 않고,
    상기 제1 패턴의 행과 상기 제2 패턴의 행의 사이각은 0°보다 크고 45°보다 작은 디스플레이 장치.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제27 항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 행과 상기 제2 패턴의 행의 사이각은 15°내지 30°인 디스플레이 장치.
  31. 제27 항에 있어서,
    상기 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 서로 평행하지 않는 디스플레이 장치.
  32. 제31 항에 있어서,
    제3 패턴은 행 및 열을 갖는 매트릭스 형태이고, 상기 제3 패턴의 행 및 열은 상기 제2 패턴의 행 및 열과 평행하지 않은 디스플레이 장치.
  33. 제27 항에 있어서,
    상기 제1 패턴, 제2 패턴 및 상기 제3 패턴은 서로 평행하지 않는 디스플레이 장치.
  34. 제1 방향에서 소정의 길이 당 n개 배열된 복수의 센싱 소자를 포함하는 광학 이미지 센서;
    상기 광학 이미지 센서 위에 상기 제1 방향에서 상기 소정의 길이 당 m개 배열된 복수의 핀 홀을 포함하는 핀 홀 어레이 마스크층;
    상기 핀 홀 어레이 마스크층 위에 복수의 화소를 포함하는 디스플레이층; 및
    상기 디스플레이 층 위의, 인접하는 손가락을 수용할 수 있는 손가락 배치면을 정의하는 투명 커버층;을 포함하고,
    상기 n 및 m은 서로 소인 자연수이고,
    상기 소정의 길이는 상기 제1 방향에서 상기 광학 이미지 센서의 길이 이상인 디스플레이 장치.
  35. 제34 항에 있어서,
    상기 소정의 길이는 상기 제1 방향에서 상기 광학 이미지 센서의 길이의 두배 이상인 디스플레이 장치.
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