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TWI690831B - 使用全像光學元件的指紋感測器整合型顯示器 - Google Patents

使用全像光學元件的指紋感測器整合型顯示器 Download PDF

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TWI690831B
TWI690831B TW107114554A TW107114554A TWI690831B TW I690831 B TWI690831 B TW I690831B TW 107114554 A TW107114554 A TW 107114554A TW 107114554 A TW107114554 A TW 107114554A TW I690831 B TWI690831 B TW I690831B
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TW
Taiwan
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light
transparent substrate
display panel
holographic film
incident
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TW107114554A
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李根植
秋教燮
柳昇萬
李正勳
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南韓商Ｌｇ顯示器股份有限公司
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Abstract

本發明揭示一種使用全像光學元件的指紋感測器整合型顯示器以及該全像光學元件的記錄和重建方法。該指紋感測器整合型顯示器包括：一顯示面板，其上顯示一輸入影像；一透明基板，設置在該顯示面板上；以及一光入射元件，被配置以將來自一光源的光照射至該透明基板上。一特定類型的視覺資訊通過一全像光學元件重建在該光入射元件的位置上。

Description

使用全像光學元件的指紋感測器整合型顯示器
本發明涉及一種使用全像光學元件的指紋感測器整合型顯示器，本發明還涉及一種全像光學元件的記錄和重建方法。
電致發光顯示器取決於發光層的材料分為無機電致發光顯示器和有機電致發光顯示器。主動矩陣有機發光二極體(OLED)顯示器包括能夠自發光的複數個OLED，具有反應速度快、高發光效率、高亮度、以及寬視角等多重優點。
OLED包括：陽極、陰極、以及陽極與陰極之間的有機化合物層。有機化合物層一般包括：電洞注入層HIL、電洞傳輸層HTL、發射層EML、電子傳輸層ETL、以及電子注入層EIL。當功率電壓施加到陽極和陰極時，穿過電洞傳輸層HTL的電洞和穿過電子傳輸層ETL的電子移動到發射層EML並結合，從而形成激子。因此，發射層EML透過激子產生可見光。
指紋感測器設置在螢幕外側的特定位置上，例如home鍵。指紋感測器可以設置在螢幕外側的邊框區域中，但可能導致邊框區域的增加。可以改變顯示面板的結構，以使指紋感測器設置於顯示面板上。
指紋感測器可以設置在液晶顯示器上。當指紋感測器設置在液晶顯示器的顯示面板與背光單元之間時，指紋感測器在螢幕區域中為可見的。背光單元的稜鏡片由於其結構而具有許多氣隙。由於指紋感測器的接收效率因氣隙而降低，所以指紋感測器不能設置在液晶顯示器的螢幕區域的下方。
本發明提供一種與指紋感測器整合的顯示裝置，能夠在顯示裝置的螢幕上感測指紋。
本發明還提供一種用於指紋感測器整合型顯示器的全像光學元件的記錄和重建方法。
根據本發明的一種電致發光顯示器，包括：一顯示面板，包含複數個像素，其上顯示一輸入影像；一透明基板，設置在該顯示面板上；以及一光入射元件，被配置以將來自一光源的光照射至該透明基板上。一特定類型的視覺資訊透過一全像光學元件重建在光入射元件的位置上。
該光入射元件包括一特定類型的視覺資訊，不具有一干涉圖案。
根據本發明的一種電致發光顯示器，包括：一顯示面板，其上顯示一輸入影像；一透明基板，設置在該顯示面板上；一光入射元件，被配置以將來自一光源的光照射至該透明基板上；以及一虛像重建元件，設置在該光入射元件上。該虛像重建元件利用在具有一干涉圖案的一全像光學元件上所重建的一虛像重建一特定類型的視覺資訊。
根據本發明的一種用於電致發光顯示器的全像光學元件的記錄和重建方法，包括：將一可見光波段的準直參考光和該可見光波段的準直物體光照射到一全像膜的一表面上，以記錄該參考光和該物體光的一干涉圖案；以及將來自一光源的光以垂直方向照射到該全像膜上以產生繞射光。
根據本發明的一種用於電致發光顯示器的全像光學元件的記錄和重建方法，包括：將一可見光波段的準直參考光照射到一全像膜的一個表面上，並將該可見光波段的準直物體光照射到該全像膜的另一個表面上，以記錄該參考光與該物體光的一干涉圖案；以及當該可見光波段的光照射到該全像膜上時，利用所產生的繞射光重建包括一特定類型的視覺資訊的一虛像。
60‧‧‧孔
90‧‧‧遮光層圖案
91‧‧‧開口
100‧‧‧入射光
200‧‧‧行進光
300‧‧‧出射光
400‧‧‧檢測光
AA‧‧‧顯示區域
AIR‧‧‧空氣層
BM‧‧‧遮光層
CP‧‧‧透明基板
CHOE‧‧‧光入射元件
DP‧‧‧顯示面板
DHOE‧‧‧虛像重建元件
EHOE‧‧‧光出射元件
IM‧‧‧指紋
IP‧‧‧射入點
ISS‧‧‧影像感測器
LIN‧‧‧光輸入部
LOT‧‧‧光輸出部
LR‧‧‧低折射率層
LS‧‧‧光源
NA‧‧‧非顯示區域
P1‧‧‧端點
P2‧‧‧端點
PIX‧‧‧像素
R‧‧‧山脊
SA‧‧‧指紋感測區域
SLS‧‧‧定向光源裝置
SS‧‧‧像素
TCP_AIR‧‧‧全反射臨界角
TEHOE_LR‧‧‧全反射臨界角
V‧‧‧山谷
θ‧‧‧入射角
α‧‧‧反射角
φ‧‧‧漫射角
所附圖式說明本發明的實施例並且與說明書一起用於解釋本發明的原理，圖式可被納入用以提供對本發明的進一步理解，且被併入並構成本說明書的一部分。
圖1是說明根據本發明一實施例之定向光源裝置的剖面圖和平面圖；圖2是說明在圖1中所示之透明基板中的光路徑的剖面圖； 圖3是說明設置在顯示面板上之定向光源裝置的剖面圖和平面圖；圖4是說明根據本發明一實施例之電致發光顯示器的剖面圖；圖5係說明設置在定向光源裝置的遮光層；圖6係說明光入射元件的全像圖記錄和重建方法；圖7係說明當外部光照射到光入射元件上時使用者可以看到虛像的現象；圖8係說明當外部光照射到光入射元件上時使用者可以看到標誌形式的虛像；圖9係說明用來顯示包含使用者可見的視覺資訊的虛像的光入射元件的全像圖記錄和重建方法；圖10係說明遮光層圖案的示例；圖11係說明設置在光入射元件上的虛像重建元件；以及圖12係說明在圖11中所示之虛像重建元件的全像圖記錄和重建方法。
以下將參考所附圖式詳細說明本發明的實施例，其示例在所附圖式中說明。然而，本發明不限於以下揭露的實施例，並且可以以各種形式來實現。提供這些實施例是為了更完整地描述本發明，並且將本發明的範疇完全傳達給本發明所屬領域的技術人員。本發明的具體特徵可以由申請專利範圍的範疇來界定。
除非特別指定，否則用於描述本發明實施例的圖式中說明的形狀、尺寸、比率、角度、以及數量等僅僅是示例性的，並且本發明不限於此。相同的附圖標記始終表示相同的元件。在以下的描述中，當與本文件相關的某些功能或是配置的詳細描述可能會不必要地混淆本發明的要旨時將會省略。
在本發明中，當使用「包括」、「具有」、以及「由...構成」等術語時，除非使用「僅~」，否則可以添加其他組件。單數表達可以包括複數表達，只要它在上下文中沒有明顯不同的含義。
在對組件的解釋中，即使沒有單獨的描述，它被解釋為包含誤差範圍或錯誤範圍。
在位置關係的描述中，當結構被描述為位於「在其上或在上方」、「在其下或在下方」、或是「鄰接」另一個結構時，該描述應該被解釋為包括結構彼此直接接觸的情況以及其間設置有第三結構的情況。
術語「第一」、「第二」等可以用於描述各種組件，但是組件不受這些術語的限制。這些術語的目的僅用於區別一個組件與其他組件。例如，在不脫離本發明的範疇下，第一組件可以被指定為第二組件，反之亦然。
本發明的實施例的特徵可以部分地組合或完全地彼此組合，並且可以以各種方式在技術上連結驅動。實施例可以獨立實施、或者可以彼此結合實施。
在以下實施例中說明電致發光顯示器，並著重於包括有機電致發光材料的有機電致發光顯示器。然而，應該注意的是，本發明的技術思想不限於有機電致發光顯示器，並且可以應用於包括無機電致發光材料的無機電致發光顯示器。
配置根據本發明一實施例的顯示裝置，使得在圖1至圖3中所示之定向光源裝置SLS設置在顯示面板上，並且影像感測器設置在顯示面板的下方或內部，從而在其上顯示輸入影像的螢幕上感測指紋。當使用者的指紋接觸定向光源裝置SLS時，從指紋反射的光被影像感測器轉換為電性信號，並被檢測為指紋圖案。
根據本發明一實施例的顯示裝置包括光入射元件，用於將來自光源的光照射到透明基板。一特定類型的視覺資訊通過全像光學元件被重建在包含在顯示裝置中的光入射元件的位置上。舉例而言，全像光學元件可以與光入射元件整合，並且可以包括一記錄面，其中干涉圖案存在於該記錄面的一部分中，並且該視覺資訊被記錄在該記錄面的另一部分上。作為另一示例，全像光學元件可以是設置在光入射元件上的虛像重建元件。該虛像重建元件利用由從具有干涉圖案的該記錄面反射的繞射光所重建的虛像來重建該視覺資訊。
圖1是說明根據本發明一實施例之定向光源裝置的剖面圖和平面圖。圖2是說明在圖1中所示之透明基板中的光路徑的剖面圖。圖3是說明設置在顯示面板上的定向光源裝置的剖面圖和平面圖。
參照圖1，定向光源裝置SLS包括：透明基板CP、光源LS、光入射元件CHOE、光出射元件EHOE、以及低折射率層LR。
定向光源裝置SLS為一光學裝置，用於將準直光漫射進入透明基板CP內的大區域。較佳但非必要地，光源LS提供準直光。光源LS將紅外波段或可見光波段的雷射光照射到光入射元件CHOE上。
光入射元件CHOE設置在光源LS與透明基板CP之間，並且以光能夠在透明基板CP內完全地反射的角度折射來自光源LS的光。光出射元件EHOE設置在顯示面板DP的螢幕(參見圖3)與顯示面板DP的透明基板CP之間。光出射元件EHOE折射在透明基板CP內行進的一部分光，使得在透明基板CP內行進的該部分光能夠通過透明基板CP的下表面向顯示面板DP行進。低折射率層LR設置在光出射元件EHOE與顯示面板DP之間，並且具有小於光出射元件EHOE的折射率的折射率。
光出射元件EHOE和光入射元件CHOE附著在透明基板CP的下表面。光出射元件EHOE是配置以提供出射光300的光學元件。在光出射元件EHOE的下方設置有其上顯示輸入影像的顯示面板DP的像素陣列。
光入射元件CHOE是配置以將來自光源LS的光轉換的光學元件，使得來自光源LS的光具有準直特性，同時被漫射進入透明基板CP中。光入射元件CHOE可以設置在顯示面板DP的邊緣處，因為它不直接與顯示在顯示面板DP的螢幕上的影像相關聯。光入射元件CHOE必須面對光源LS。
光出射元件EHOE和光入射元件CHOE可以設置在同一平面上。考慮到製造過程，較佳但非必要地，光出射元件EHOE和光入射元件CHOE形成在一個膜的不同區域中。光出射元件EHOE和光入射元件CHOE可以是全像光學元件。光出射元件EHOE和光入射元件CHOE可以在全像記錄過程中同時製造。在全像記錄過程中，在具有光出射元件EHOE的圖案的主膜和具有光入射元件CHOE的圖案的主膜彼此相鄰地設置的狀態下，光出射元件EHOE和光入射元件CHOE的全像圖案可以同時記錄在單一全像膜上。
全像圖記錄方法可以分為穿透記錄方法和反射記錄方法。穿透記錄方法將參考光和物體光照射到全像膜的一個表面上，並將干涉圖案記錄在全像膜的記錄面上。當使用穿透記錄方法將參考光照射到其上記錄有資訊的全像膜的一個表面上時，利用+1階像素繞射光和由全像膜穿透的-1階繞射光重建物體光的資訊，如圖6和圖7所示。
如圖12的示例所說明，反射記錄方法將參考光和物體光照射到全像膜上。在反射記錄方法中，將參考光照射到全像膜的一個表面上，並將物體光照射到全像膜的另一個表面上，其與全像膜的該一個表面相對。因此，參考光和物體光的干涉圖案被記錄在全像膜的記錄面上。當使用反射記錄方法將參考光照射到記錄資訊的全像膜的一個表面上時，利用+1階像素繞射光和由全像膜反射的-1階繞射光重建物體光的資訊，如圖12所示。
低折射率層LR設置在光射出和光入射元件EHOE和CHOE與顯示面板DP之間。低折射率層LR具有小於透明基板CP和光出射元件EHOE的折射率。
透明基板CP可以由具有1.5折射率的透明基板構成。光出射元件EHOE和光入射元件CHOE中的每一者可以由透明全像膜製成。全像膜的折射率可以等於或稍大於透明基板CP的折射率。在本文揭露的實施例中，為了便於解釋，假設每一個光出射元件EHOE和光入射元件CHOE的折射率等於透明基板CP的折射率。較佳但非必要地，低折射率層LR的折射率與待辨識的指紋IM(亦即，人體皮膚)的折射率相似。例如，低折射率層LR可以具有約1.4折射率，其接近人類皮膚的折射率「1.39」。
光源LS位於光入射元件CHOE的對面。較佳但非必要地，光源LS提供像雷射一樣的高度準直光。
由光源LS提供的準直光是入射光100，入射光100具有預定的剖面區域，並提供用於在光入射元件CHOE上定義的射入點IP。較佳但非必要地，入射光100在法線方向上進入射入點IP的表面。然而，本實施例不限於此。例如，如果需要或希望的話，入射光100可以用傾斜於射入點IP的表面的法線的角度入射。
光入射元件CHOE將入射光100折射成具有入射角的行進光200，並將行進光200發送到透明基板CP的內部。在本文揭露的實施例中，較佳但非必要地，入射角大於透明基板CP的內部全反射臨界角。因此，行進光200沿著與透明基板CP的縱向方向相對應的X軸方向上行進，同時在透明基板CP內全反射。因為來自光源LS的光在透明基板CP內全反射，所以即使光在可見光波段內，也無法從外部看到來自光源LS的光。
光出射元件EHOE將行進光200的一部分轉換成出射光300，並將出射光300折射到透明基板CP的上表面。行進光200的剩餘部分被全反射並在透明基板CP內行進。出射光300在透明基板CP的上表面全反射，但穿過透明基板CP的下表面的低折射率層LR。亦即，出射光300作為檢測光(或者稱為「感測光」)400，在透明基板CP的上表面全反射，並穿過透明基板CP的下表面。
出射光300的量取決於光出射元件EHOE的光提取效率。例如，當光出射元件EHOE的光提取效率為3%時，在行進光200首先接觸光出射元件EHOE的第一發射區域中，入射光100的3%被提取為出射光300。此外，入射光100的97%作為行進光200繼續全反射和行進。之後，在第二發射區域中，入射光100的2.91%(等於入射光100的97%的剩餘3%)被提取為出射光300。
在這種方式中，提取出射光300直到其到達與光源LS相對的透明基板CP的遠側。為了在行進光200在透明基板CP內行進時提供預定量的出射光300，較佳但非必要地，將光出射元件EHOE的光提取效率設計成以指數方式逐漸增加。
當在包括縱向方向軸和厚度方向軸的XZ平面(或稱為「垂直面」)上觀察時，行進光200在入射光100既已準直就繼續保持準直。另一方面，較佳但非必要地，行進光200在包括縱向方向軸和寬度方向軸的XY平面(或稱為「水平面」)上具有圖1的漫射角φ。這是為了設置與透明基板CP的區域對應的影像檢測區域。例如，較佳但非必要地，光出射元件EHOE設置為對應於光輸出部LOT的整個區域。此外，較佳但非必要地，漫射角φ等於或大於兩條線段之間的一內角，該兩條線段連接射入點IP到與光入射元件CHOE相對的透明基板CP的另一側上的兩個端點P1和P2。
光入射元件CHOE所設置的區域可以被定義為光輸入部LIN。光出射元件EHOE所設置的區域可以被定義為光輸出部LOT。光輸出部LOT也可以被定義為光在其中行進的光行進部分。
當由光源LS提供的準直光的剖面面積為大約0.5mm×0.5mm時，光入射元件CHOE可以具有與透明基板CP的寬度相對應的長度和約3mm至5mm的寬度。光入射元件CHOE可以設置為橫跨透明基板CP的寬度上。
參考圖2，將針對有關由光源LS提供的準直光被轉換成在透明基板CP內用來影像檢測的定向光的路徑做說明。
來自光源LS的入射光100沿著法線方向進入光入射元件CHOE上的射入點IP的表面。光入射元件CHOE將入射光100轉換成行進光200，被折射為具有入射角θ，並將行進光200發送到透明基板CP的內部。
較佳但非必要地，行進光200的入射角θ大於在光出射元件EHOE與低折射率層LR之間的界面處的全反射臨界角TEHOE_LR。例如，當透明基板CP和光出射元件EHOE的折射率是1.5，並且低折射率層LR的折射率是1.4時，在光出射元件EHOE與低折射率層LR之間的界面處的全反射臨界角TEHOE_LR約為69°。因此，較佳但非必要地，入射角θ大於69°。例如，入射角θ可以設定在70°與75°之間。
由於透明基板CP的上表面與空氣層AIR接觸，所以行進光200在透明基板CP的上表面全反射。這是因為在透明基板CP與空氣層AIR之間的界面處的全反射臨界角TCP_AIR約為41.4°。亦即，只要入射角θ大於在光出射元件EHOE與低折射率層LR之間的界面處的全反射臨界角TEHOE_LR，入射角θ總是大於在透明基板CP與空氣層AIR之間的界面處的全反射臨界角TCP_AIR。
光出射元件EHOE將行進光200的預定量轉換成具有反射角α的出射光300，並將出射光300送回到透明基板CP的內部。出射光300是用於識別觸摸透明基板CP上表面的指紋IM的圖案的光。當透明基板CP的表面沒有指紋時，出射光300必須在透明基板CP的上表面全反射，並且傳播到設置在定向光源裝置SLS下方的影像感測器。在出射光300在透明基板CP的上表面全反射後，出射光300做為檢測光400，並且在定向光源裝置SLS的下方傳播。如圖2所示，TCP_AIR<α<TEHOE_LR<θ。例如，反射角α可以設定在45°與55°之間，並且入射角θ可以設定在70°與75°之間。
如圖3所示，顯示面板DP可以設置在定向光源裝置SLS的下方。如圖4所示，用於檢測指紋圖案的影像感測器ISS可以嵌入顯示面板DP中或可以設置在顯示面板DP下方。影像感測器ISS的像素SS可以與顯示面板DP的像素PIX一起嵌入顯示面板DP中。影像感測器ISS可以使用諸如光學膠(OCA)、壓敏膠(PSA)等黏合劑附著到顯示面板DP。然而，實施例不限於此，影像感測器ISS可以是指紋感測器。在圖3中，AA是顯示輸入影像的顯示區域，而NA是非顯示區域。
參照圖3和圖4，入射光100被光入射元件CHOE轉換成行進光200。行進光200被轉換成在XY平面上具有漫射角φ，平面XY是包括縱向方向軸的X軸和寬度方向軸的Y軸的水平面。行進光200在XZ平面上維持準直(其中入射光100已是準直)，XZ平面是包含縱向方向軸的X軸和厚度方向軸的Z軸的垂直面。
較佳但非必要地，漫射角φ等於或大於兩條線段之間的一內角，該兩條線段連接射入點IP到與光入射元件CHOE相對的透明基板CP的另一側上的兩個端點。在這種情況下，行進光200在透明基板CP內傳播，同時以具有漫射角φ的三角形進行漫射。出射光300也設置在與行進光200相同的範圍內。因此，指紋感測區域SA可以在從射入點IP以漫射角φ擴大的三角形區域內選擇。圖3的圓形陰影部分可以被指定為指紋感測區域SA。然而，實施例不限於此。
當指紋感測區域SA形成在顯示面板DP的中央部分中，或者在光入射元件CHOE相對的顯示面板DP的上側的部分中時，較佳但非必要地，出射光300在指紋感測區域SA中具有最大值。為此，可以將光出射元件EHOE的光提取效率設計成位置的函數，使得其在與指紋感測區域SA相對應的部分中具有最大值，並且在其他部分中具有最小值或接近於零的值。
當指紋IM接觸透明基板CP時，光從指紋IM的山谷V的位置處的透明基板CP的上表面反射，透過光出射元件EHOE和低折射率層LR，並且朝向顯示面板DP。因此，光可以到達影像感測器ISS。另一方面，因為在觸摸透明基板CP的指紋IM的山脊R處的光透過人體皮膚傳播到外部，所以光不能到達影像感測器ISS。影像感測器ISS將接收到的光轉換為電信號以檢測指紋圖案。例如，影像感測器ISS可以將指紋IM的山脊R轉換成白色灰階的資料，並將指紋IM的山谷V轉換為黑色灰階的資料。相反地，影像感測器ISS可以將指紋IM的山脊R轉換為黑色灰階的資料，並將指紋IM的山谷V轉換為白色灰階的資料。
本發明的實施例可以藉由將影像感測器ISS設置在指紋感測區域SA的下方增加影像感測器ISS上的光接收效率，並且可以在螢幕上顯示指示指紋感測區域SA的位置的影像，使得使用者可以容易地知道指紋感測區域SA的位置。
光出射元件EHOE和低折射率層LR設置在顯示面板DP上。低折射率層LR可以使用光學膠附著到顯示面板DP。影像感測器ISS的像素SS位於定向光源裝置SLS的透明基板CP、光出射元件EHOE、以及低折射率層LR的對面。
影像感測器ISS接收從指紋IM反射的檢測光400。影像感測器ISS的每一個像素SS使用將光轉換為電信號的光電二極體，將從指紋IM反射的檢測光400轉換為電壓。影像感測器ISS放大來自每一個光電感測器的電壓輸出，並將放大的電壓轉換為數位資料。
顯示面板DP的螢幕包括顯示輸入影像的像素陣列。該像素陣列包括：複數條資料線、與該等資料線相交的複數條閘極線、以及佈置在一矩陣中的複數個像素PIX。用於顏色實現的每一個像素PIX可以包括：紅色子像素、綠色子像素和藍色子像素。每一個像素PIX可以進一步包括白色子像素。每一個子像素可以包括例如有機發光二極體(OLED)的發光元件。
如圖5的(A)和(B)所示，遮光層BM可以設置在光入射元件CHOE上或下方，使得定向光源裝置SLS的光源LS無法讓使用者看到。遮光層BM具有孔60，以確保光源LS與光入射元件CHOE之間的光路徑，並且確保稍後將描述之虛像的光路徑。遮光層BM可以實施為深色或黑色的黏合膜。然而，本實施例不限於此。
來自光源LS的光被光入射元件以總反射角CHOE折射，並且入射到透明基板CP上。如上所述，光入射元件CHOE可以被實現為全像光學元件。當將參考光和物體光照射到全像光學元件的膜上時，由物體波和參考波組合形成的干涉圖案被記錄在膜上。當參考波照射到記錄有物體波和參考波的干涉圖案的膜上時，因為物體波被重建，所以光可以無須單獨透鏡的情況下，通過光入射元件CHOE以期望的角度照射到透明基板CP上。
當外部光照射到光入射元件CHOE上時，通過光入射元件CHOE可能會看到非預期的虛像。這參考圖6和圖7在以下詳細描述。
參照圖6，其(A)說明光入射元件CHOE的記錄方法，而其(B)說明光入射元件CHOE的重建方法。
如圖6(A)所示，本發明的實施例可以使用穿透記錄方法，將參考光和物體光照射到光入射元件的全像膜的一個表面上，作為全像圖記錄方法。在全像圖記錄方法中，參考光和物體光的干涉圖案被記錄在全像膜上。在 根據本發明實施例的全像圖記錄方法中，參考光和物體光使用可被視覺確認的可見光波段的準直平面波。具體地說，使用具有綠色波長段(例如，532nm的波長)的光將參考光和物體光照射到全像膜上。由於綠光容易為肉眼所見，因此可以容易地確認參考光和物體光的光路徑。
物體光的資訊以干涉圖案的形式記錄在全像膜上。當參考光在全像圖重建中照射到全像膜上時，物體光資訊被重建。當參考光在全像圖重建中照射到全像膜的干涉圖案時，在全像膜中同時產生-1階繞射光和+1階繞射光。因此，物體光被重建。在光入射元件CHOE的全像圖重建過程中，照射到全像膜上的參考光是紅外線或可見光波段的準直光，從光源LS以全像膜的直角入射到全像膜。
因為光入射元件CHOE照射到全像圖記錄面上的物體光是準直光，所以由全像圖重建產生的-1階繞射光和+1階繞射光是準直平面波。在圖7中，用細實線表示的實像為-1階繞射光，用虛線表示的虛像為+1階繞射光。
如圖6(B)所示，當全像圖重建中，紅外線波段(例如，850nm至940nm)的參考光以全像膜的直角入射到全像膜上時，全像圖的參考光的入射角被計算為期望的-1階繞射光的發射角。在全像圖重建中，從光源LS在全像膜上以直角照射的光可以是紅外線或可見光波段的平面波。在圖6(B)中，「實像」的光路徑是當在全像圖重建中將紅外線波段的參考光以直角照射到全像膜上時，被全像膜的干涉圖案折射的-1階繞射光的光路徑。-1階繞射光是在圖1至圖3中所示的行進光200，通過光入射元件CHOE折射並且入射在透明基板CP上。
如圖6(B)所示，當全像圖重建中紅外線波段的參考光以直角入射到全像膜上時，計算全像圖記錄中物體光的入射角，使得由於全像膜的干涉圖案以所需角度(即，允許-1階繞射光在透明基板CP內全反射的角度)發射-1階繞射光。
全像圖重建方法將來自光源LS的準直光作為參考光以垂直角照射到全像膜上。當參考光如上所述照射到全像膜上時，由於全像膜上記錄的干涉圖案，-1階繞射光和+1階繞射光同時地以不同的角度傳播。與-1階繞射光同時產生的+1階繞射光(即，虛像的光)必須讓使用者看不到。但是，當外部光射入光入射元件CHOE時，+1階繞射光會傳播並可能被使用者看見。
圖7(A)係說明全像圖記錄中參考光和可見光波段的物體光的光路徑。圖7(B)係說明在全像圖重建中，當可見光波段的參考光以與全像圖記錄中的參考光相同的角度照射到全像膜上時，同時產生的-1階繞射光和+1階繞射光的光路徑。圖7(C)係說明一示例，其中，當在全像圖重建中，可見光波段的參考光相對於全像圖記錄中的參考光的入射角以180°照射到全像膜上時，+1階繞射光以與-1階繞射光的光路徑平行的角度傳播，並且在全像記錄中讓使用者看的到。因此，當可見光波段的外部光以圖7所示的參考光的角度照射到光輸入元件CHOE上時，+1階繞射光讓使用者看的到。使用者看的到的+1階繞射光表現為不包括特定的視覺資訊的不規則形狀的污點。如圖8和圖11所示，不使用來自外部光的污點的情況下，本發明的實施例可以利用光入射元件CHOE或虛像重建元件DHOE的光重建特定的視覺資訊。在本文揭露的實施例中，特定視覺資訊包括預先設定並具有特定形式的影像、標誌等。然而，本實施例不限於此。
圖8係說明當外部光照射到光入射元件CHOE時使用者可以看到標誌形式的虛像。圖9係說明用來顯示包含使用者可見的視覺資訊的虛像的光入射元件CHOE的全像圖記錄和重建方法。
參照圖8和圖9，在特定形式的遮光層圖案90形成在全像膜上的狀態下，本發明的實施例將可見光波段的準直參考光和可見光波段的準直物體光照射到用於光入射元件CHOE的全像膜上。遮光層可以包括遮光材料，例如黑色矩陣材料或金屬。遮光層圖案90具有開口91，用於曝露全像膜的部分記錄面。因此，開口91不包括遮光材料。
在用於記錄全像膜的干涉圖案的過程中，包括特定類型的視覺資訊的遮光層圖案設置在全像膜的一個表面上。將干涉圖案記錄在全像膜上後，全像膜的遮光層圖案被去除。
如圖9(A)所示，在全像圖記錄中，可見光波段的準直參考光和可見光波段的準直物體光以平面波的形式照射到全像膜上。在這種情況下，參考光和物體光不會到達形成有遮光層的全像膜的記錄面，並且經由開口91照射到所曝露的記錄面上。
如圖9(B)所示，在全像圖記錄方法中，將遮光層圖案90從記錄有參考光和物體光的干涉圖案的全像膜去除，並且開口91用作為定向光源裝 置SLS的入射元件CHOE。如圖10所示，遮光層圖案90被圖案化為特定形式「LG」並且代表視覺資訊。
在全像圖重建中，當來自光源LS的準直光以直角照射到進入元件CHOE的光的全像膜上時，-1階的繞射光和+1階的繞射光在記錄干涉圖案的全像膜的一部分中產生。另一方面，在全像圖記錄中，因為遮光層覆蓋的記錄面上沒有干涉圖案，所以來自光源LS的光穿過遮光層覆蓋的記錄面的部分作為零階繞射光。在全像圖記錄中，由於遮光層覆蓋的記錄面上沒有干涉圖案，即使外部光照射到遮光層覆蓋的記錄面上，也不會產生+1階繞射光。因此，對於使用者來說，由+1階繞射光產生的虛像是不可見的。透過光入射元件CHOE，使用者可以觀看由遮光層圖案形成的特定類型的視覺資訊(參見圖10)。在全像圖重建中，來自光源LS的準直光在沒有設置遮光層圖案的開口的射入點IP處，以直角照射到進入元件CHOE的光的記錄面上。
圖11係說明設置在光入射元件CHOE上的虛像重建元件DHOE。圖12係說明在圖11中所示之虛像重建元件DHOE的全像圖記錄和重建方法。
參照圖11和圖12，虛像重建元件DHOE設置在光入射元件CHOE上。虛像重建元件DHOE可以被實現為全像光學元件。當外部光以圖7(C)所示的角度入射在光入射元件CHOE上時，虛像重建元件DHOE使用產生的+1階繞射光，將特定類型的視覺資訊重建為虛像。如圖7(C)所示，由於到達光入射元件CHOE的外部光量因虛像重建元件DHOE而大幅降低，所以光入射元件CHOE的+1階繞射光大幅減少。因此，當外部光照射到虛像重建元件DHOE上時，使用者可以看見由虛像重建元件DHOE的干涉圖案重建的特定類型的影像或標誌。
如圖12(A)所示，反射記錄方法可以應用於虛像重建元件DHOE的全像圖記錄方法。在全像圖記錄中，物體光通過擴散板120照射到全像膜的一格表面上，在擴散板120上形成特定類型的視覺資訊「LG」。如上所述，在全像圖記錄中，透過使用綠光作為物體光和參考光，可容易地確定參考光和物體光的光路徑。
在全像圖記錄中，物體光從作為可見光波段的準直平面波的記錄光源(圖未顯示)照射到擴散板120上，並且擴散板120將光漫射。因此，穿過擴散板120的光被照射到全像膜上作為可見光波段的表面波。當光通過擴散板 120漫射時，在全像圖重建中產生的+1階繞射光以多個角度漫射。因此，使用者可以在廣視角下於虛像重建元件DHOE上看到視覺資訊被重建為虛像。擴散板120用於全像圖記錄，不用於全像圖重建。在擴散板120處形成的視覺資訊作為物體波和參考波的干涉圖案被記錄在全像膜的記錄面上。如圖12(B)所示，當在全像圖重建中將參考光照射到虛像重建元件DHOE上時，由於從干涉圖案反射的+1階繞射光，使用者可以看到特定類型的視覺資訊。
如圖12(B)所示，當可見光波段的外部光以與全像圖記錄的參考光相同的角度照射到設置在光輸入元件CHOE上的虛像重建元件DHOE的全像膜上時，+1階繞射光由於記錄面的干涉圖案而從全像膜反射。因此，使用者可以看到具有+1階繞射光的虛像重建視覺資訊。
如上所述，本發明的實施例將定向光源裝置設置於顯示面板上，並將影像感測器嵌入顯示面板內或將影像感測器置於顯示面板下方，從而在顯示面板的螢幕處感側指紋。亦即，可以在顯示影像的螢幕上感應指紋。因此，通過用他或她的手指觸摸顯示面板的螢幕進行指紋辨識之後，使用者可以被授予對影像或應用程式的執行/播放檔或在螢幕上需要指紋認證的內容的存取權。本發明的實施例在電致發光顯示器中的邊框區域的縮小設計、防水設計、設計自由度等方面是有利的，因為指紋感測器不需要安裝在邊框區域上或螢幕外的home鍵上。
進一步地，本發明的實施例可以使用設置在應用於定向光源裝置的光入射元件上的光入射元件的全像膜或虛像重建元件的全像膜，重建特定類型的視覺資訊。可以透過當光以直角照射到光入射元件的全像膜上時所產生的零階繞射光的虛像重建視覺資訊或者透過當可見光波段的外部光照射到虛像重建元件上時所產生的第一階繞射光的虛像重建視覺資訊。
儘管已經參照多個說明性示例描述了實施例，但是應該理解的是，本領域技術人員可以設計出落入本發明原理的範疇內的諸多其他修改和實施例。更具體地說，在本發明、附圖和所附申請專利範圍的範疇內，可以對請求標的組合佈置的組件和/或佈置進行各種變化和修改。除了組件和/或佈置的變化和修改之外，對於本領域技術人員而言，替代使用也將是顯而易見的。
本申請案主張於2017年4月28日提交的韓國專利申請第10-2017-0055552號的優先權權益，為了所有目的，其全部內容透過引用併入本文中作為參考，如同在此完全陳述。
100‧‧‧入射光
200‧‧‧行進光
300‧‧‧出射光
400‧‧‧檢測光
CP‧‧‧透明基板
CHOE‧‧‧光入射元件
EHOE‧‧‧光出射元件
IP‧‧‧射入點
LIN‧‧‧光輸入部
LOT‧‧‧光輸出部
LR‧‧‧低折射率層
LS‧‧‧光源
P1‧‧‧端點
P2‧‧‧端點
SLS‧‧‧定向光源裝置
φ‧‧‧漫射角

Claims (14)

  1. 一種指紋感測器整合型顯示器，包括：一顯示面板，其上顯示一輸入影像；一透明基板，設置在該顯示面板上；以及一光入射元件，被配置以將來自一光源的光照射至該透明基板上，其中，一特定類型的視覺資訊透過一全像光學元件重建在該光入射元件的位置上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器整合型顯示器，其中，該全像光學元件包括一記錄面，其中，一干涉圖案存在於該記錄面的一部分中，並且該視覺資訊被記錄在該記錄面的另一部分上，其中，該全像光學元件與該光入射元件整合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器整合型顯示器，其中，該全像光學元件為設置在該光入射元件上的一虛像重建元件，其中，該虛像重建元件利用由從其上形成有一干涉圖案的一記錄面反射的繞射光所重建的一虛像重建該視覺資訊。
  4. 一種指紋感測器整合型顯示器，包括：一顯示面板，其上顯示一輸入影像；一透明基板，設置在該顯示面板上；以及一光入射元件，被配置以將來自一光源的光照射至該透明基板上，其中，該光入射元件包括不具有一干涉圖案的一特定類型的視覺資訊。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的指紋感測器整合型顯示器，進一步包括：一影像感測器，設置在該顯示面板下方，一光出射元件，設置在該顯示面板的一螢幕上，且介於該顯示面板與該透明基板之間，並且被配置以折射在該透明基板內行進的一部分光，使得在該透明基板內行進的該部分光通過該透明基板的一下表面朝向該顯示面板行進；以及 一低折射率層，設置在該光出射元件與該顯示面板之間，並且具有一小於該光出射元件的一折射率的折射率，其中，該光源設置在該透明基板的一邊緣下方，其中，該光入射元件設置在該光源與該透明基板之間，並且以光能夠在該透明基板內完全地反射的角度折射來自該光源的光。
  6. 一種指紋感測器整合型顯示器，包括：一顯示面板，其上顯示一輸入影像；一透明基板，設置在該顯示面板上；一光入射元件，被配置以將來自一光源的光照射至該透明基板上；以及一虛像重建元件，設置在該光入射元件上，其中，該虛像重建元件利用在具有一干涉圖案的一全像光學元件上所重建的一虛像重建一特定類型的視覺資訊。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的指紋感測器整合型顯示器，進一步包括：一影像感測器，設置在該顯示面板下方，一光出射元件，設置在該顯示面板的一螢幕上，且介於該顯示面板與該透明基板之間，並且被配置以折射在該透明基板內行進的一部分光，使得在該透明基板內行進的該部分光通過該透明基板的一下表面朝向該顯示面板行進；以及一低折射率層，設置在該光出射元件與該顯示面板之間，並且具有一小於該光出射元件的一折射率的折射率，其中，該光源設置在該透明基板的一邊緣下方，其中，該光入射元件設置在該光源與該透明基板之間，並且以光能夠在該透明基板內完全地反射的角度折射來自該光源的光。
  8. 一種用於指紋感測器整合型顯示器的全像光學元件的記錄和重建方法，該方法包括：將一可見光波段的準直參考光和該可見光波段的準直物體光照射到一全像膜的一個表面上，以記錄該參考光與該物體光的一干涉圖案；以及將來自一光源的光以垂直方向照射到該全像膜上以產生繞射光， 其中，該繞射光的至少一部分入射到與一指紋接觸的一透明基板上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，在該全像膜上記錄該干涉圖案的該參考光和該物體光中的每一者是一綠色波長段的一平面波，其中，來自該光源的光是一紅外線波段或該可見光波段的一準直平面波。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，進一步包括：在將該干涉圖案記錄於該全像膜的過程中，在該全像膜的一個表面上設置包括一特定類型的視覺資訊的一遮光層圖案；以及在將該干涉圖案記錄在該全像膜上之後，從該全像膜上去除該遮光層圖案。
  11. 如申請專利範圍第8項至第10項中任一項所述的方法，其中，該指紋感測器整合型顯示器包括：一顯示面板，其上顯一示輸入影像；以及一透明基板，設置在該顯示面板上，其中，當來自該光源的光入射到該全像膜上時，由該全像膜的該干涉圖案產生的繞射光照射到該透明基板上。
  12. 一種用於指紋感測器整合型顯示器的全像光學元件的記錄和重建方法，該方法包括：將一可見光波段的準直參考光照射到一全像膜的一個表面上，並將該可見光波段的準直物體光照射到該全像膜的另一個表面上，以記錄該參考光和該物體光的一干涉圖案；以及當該可見光波段的光照射到該全像膜上時，利用所產生的繞射光重建包括一特定類型的視覺資訊的一虛像。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，在該全像膜上記錄該干涉圖案的該參考光和該物體光中的每一者是一綠色波長段的一平面波，其中，該平面波通過一擴散板擴散並照射到該全像膜上，其中，該特定類型的視覺資訊被記錄在該擴散板上。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的方法，其中，該指紋感測器整合型顯示器包括：一顯示面板，其上顯示一輸入影像；一透明基板，設置在該顯示面板上；以及一光入射元件，被配置以將來自一光源的光照射至該透明基板上， 其中，當外部光照射到設置在該光入射元件上的該全像膜上時，產生該虛像。
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