(57)【要約】      （修正有）【課題】精度が高いディスプレイ内感知方法を提供する。【解決手段】光感知ユニット３で外部から入射する入射光を感知するディスプレイ内感知方法であって、ａ.バックライト２４により、外部へ射出されてから被感知物に反射されることでディスプレイへ入射して入射光になる光を発射するステップ、ｂ.カラーフィルタユニット２１４において特定の波長範囲の光が通過できる部分に対応する液晶層２３の第１の所定の領域における液晶分子２３１を制御して、カラーフィルタユニット２１４の前記部分と共に、前記入射光を濾波し且つ前記液晶パネル２を通過させて光感知ユニット３に入射できる第１の濾波経路を形成し、そして、前記特定の波長範囲の光が通過できるように該第１の濾波経路により前記入射光を濾波してから、光感知ユニット３で前記濾波された入射光を感知するステップと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の方に面する表示面、前記表示面から内部に向かって順に配置されているカラーフィルタユニット、複数の液晶分子を有する液晶層及び前記表示面の反対側に位置するバックライト、を有する液晶パネルと、
前記バックライトの前記表示面の方に向かう側の反対側で前記バックライトに臨むように設置されている光感知ユニットと、を備えているディスプレイを用いて、前記光感知ユニットで外部から入射する入射光を感知するディスプレイ内感知方法であって、
ａ. 前記バックライトにより、前記表示面を通過して外部へ射出されてから外部にある被感知物に反射されることで前記ディスプレイへ入射して前記入射光になる感知用光としての光を発射するステップ、
ｂ. 前記カラーフィルタユニットにおいて特定の波長範囲の光が通過できる部分に対応する前記液晶層の第１の所定の領域における複数の前記液晶分子を制御して、前記カラーフィルタユニットの前記部分と共に、前記入射光を濾波し且つ前記液晶パネルを通過させて前記光感知ユニットに入射させる第１の濾波経路を形成し、そして、前記特定の波長範囲の光が通過できるように該第１の濾波経路により前記入射光を濾波してから、前記光感知ユニットで前記濾波された入射光を感知するステップと、を含むことを特徴とするディスプレイ内感知方法。
【請求項２】
前記カラーフィルタユニットは、少なくとも２種類の、互いに異なる波長範囲の光が通過できるカラーフィルタを備えており、
前記ステップｂにおいては、前記カラーフィルタユニットにおける前記部分として、通過できる光の波長範囲が前記特定の波長範囲内にある少なくとも１種類の前記カラーフィルタを使用し、また、前記第１の所定の領域における複数の前記液晶分子を制御して光入射経路を形成して、前記少なくとも１種類のカラーフィルタと共に前記第１の濾波経路を形成することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ内感知方法。
【請求項３】
前記ステップｂにおいては、前記第１の所定の領域以外の前記液晶分子を、光が前記液晶パネルを通過しないように制御することを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ内感知方法。
【請求項４】
前記ステップａにおいては、前記カラーフィルタユニットにおいて前記特定の波長範囲の光が通過できる部分に対応する前記液晶層の第２の所定の領域における複数の前記液晶分子を制御して、前記バックライトから発する前記感知用光が外部へ出射できる光出射経路を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディスプレイ内感知方法。
【請求項５】
前記ステップａにおいては、前記光出射経路と前記カラーフィルタユニットの前記部分と共に第２の濾波経路を形成し、そして、該第２の濾波経路によって前記感知用光を前記特定の波長範囲の光が通過できるように濾波することを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ内感知方法。
【請求項６】
前記光感知ユニットは、前記表示面に区画されていて前記第１の所定の領域を含んでいる認証ゾーンの前記内部への正投影範囲内に設置されており、
前記ステップｂにおいては、前記認証ゾーン内の前記第１の所定の領域における複数の前記液晶分子を制御して、前記第１の濾波経路を形成することを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ内感知方法。
【請求項７】
前記光感知ユニットは、複数の光感知素子を備えており、
前記光感知素子は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のディスプレイ内感知方法。
【請求項８】
前記液晶パネルは、制御ユニットを更に有し、
前記制御ユニットは、前記液晶分子の配向方向を変化させるように前記液晶分子を制御する第１の制御回路と、前記バックライトの発光を制御する第２の制御回路と、を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のディスプレイ内感知方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のディスプレイ内感知方法でディスプレイ内感知を行うことができるように構成されていることを特徴とするディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感知方法に関し、特にディスプレイ内感知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
指紋認証は、スマートフォンなどの電子製品に広く使用されている個人認証の認証方法であり、正確且つ迅速に指紋を認証する方法が、業界において鋭意研究されている。
【０００３】
その中に、スマートフォンなどディスプレイを有する電子製品においてディスプレイ内感知を使用する指紋認証方法は、指紋認証モジュールをタッチパネルの下に設置することにより得られた。
【０００４】
特許文献１には、３次元の指紋データを生成するためのセンサーが開示されている。図１に示されるように、該センサーは、ディスプレイパネルに組み込まれているものであり、ディスプレイパネルは、感知用光を提供できる画素１３と、画素１３の下に設置されている光学イメージセンサ１２と、光学イメージセンサ１２を固定するための光学接着剤１４と、光学接着剤１４の上方にある透明支持部１５と、画素１３と透明支持部１５との間に設置されているピンホール層１６と、画素１３を覆う封入層１７と、透明カバー１９と、封入層１７と透明カバー１９との間にある光学接着剤１８と、を有する。また、感知用光源１０１を設けることもできる。
【０００５】
透明カバー１９には、認証用ゾーンが区画されている。使用者の指先１００が認証用ゾーンに触れると、画素１３からの感知用光が指先１００で反射されて、ピンホール層１６に空けられた複数の開口１６１を通過して光学イメージセンサ１２に感知される。これは、ピンホール層１６をレンズとして、そして、複数の開口１６１の互いの距離、開口１６１の口径、及び透明支持部１５と透明カバー１９との厚さを調整することにより反射光の解像度を制御し、指紋認証の解像度及び精度を上げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１８／０２２５４９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、通常の光学イメージセンサは、全ての可視光を感知できるので、大量の光に影響され、また、認証用の反射光は、タッチパネルまたは表示パネルにも影響され、従って、認証の精度、解像度及び速度が劣るという欠点を有する。
【０００８】
上記問題点に鑑みて、本発明は、精度が高いディスプレイ内感知方法及びその方法に使用するディスプレイの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明は、外部の方に面する表示面、前記表示面から内部に向かって順に配置されているカラーフィルタユニット、複数の液晶分子を有する液晶層及び前記表示面の反対側に位置するバックライト、を有する液晶パネルと、
【００１０】
前記バックライトの前記表示面の方に向かう側の反対側で前記バックライトに臨むように設置されている光感知ユニットと、を備えているディスプレイを用いて、前記光感知ユニットで外部から入射する入射光を感知するディスプレイ内感知方法であって、
【００１１】
ａ. 前記バックライトにより、前記表示面を通過して外部へ射出されてから外部にある被感知物に反射されることで前記ディスプレイへ入射して前記入射光になる感知用光としての光を発射するステップ、
【００１２】
ｂ. 前記カラーフィルタユニットにおいて特定の波長範囲の光が通過できる部分に対応する前記液晶層の第１の所定の領域における複数の前記液晶分子を制御して、前記カラーフィルタユニットの前記部分と共に、前記入射光を濾波し且つ前記液晶パネルを通過させて前記光感知ユニットに入射させる第１の濾波経路を形成し、そして、前記特定の波長範囲の光が通過できるように該第１の濾波経路により前記入射光を濾波してから、前記光感知ユニットで前記濾波された入射光を感知するステップと、を含むことを特徴とするディスプレイ内感知方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、上記のディスプレイ内感知方法でディスプレイ内感知を行うことができるように構成されていることを特徴とするディスプレイを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のディスプレイ内感知方法は、第１の濾波経路により特定の波長範囲になった濾波された入射光が光感知ユニットに入射して感知されることができるので、感知に影響する光が減少されて、感知の精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】特許文献１のセンサーを示す部分断面図である。
【図２】本発明のディスプレイ内感知方法を示すディスプレイの部分断面図である。
【図３】上記のディスプレイ内感知方法を示すディスプレイの部分断面図である。
【図４】上記のディスプレイ内感知方法を示すディスプレイの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明のディスプレイ内感知方法及びその方法に使用するディスプレイの実施形態について詳しく説明する。
【００１７】
本発明のディスプレイ内感知方法は、図２に示されるように、液晶パネル２と、光感知ユニット３と、液晶パネル２及び光感知ユニット３を収容するハウジング（図示せず）とを備えているディスプレイ２において、外部から入射する入射光を光感知ユニット３で感知する方法である。
【００１８】
液晶パネル２は、図２に示されるように、外部の方に面する表示面２１１、表示面２１１から内部に向かって順に配置されているカラーフィルタユニット２１４、複数の液晶分子２３１を有する液晶層２３及び表示面２１１の反対側に位置する底層としてのバックライト２４、を有する。
【００１９】
より詳しい構造においては、液晶パネル２は、図２に示されるように、第１の基板２１と、第１の基板２１に対して内部にある第２の基板２２と、第１の基板２１及び第２の基板２２の間に挟まれている、複数の液晶分子２３１を有する液晶層２３と、第２の基板２２の液晶層２３に面する面の反対面に設置されていて光源として機能するバックライト２４と、制御ユニット２５とを有する。
【００２０】
第１の基板２１は、図２に示されるように、外部の方に面する表示面２１１及び表示面２１１に区画されている認証ゾーン２１２を有する透明な第１の板体２１３と、第１の板体２１３の液晶層２３の方に向かう側に設置されているカラーフィルタユニット２１４と、カラーフィルタユニット２１４の液晶層２３の方に向かう面に形成されている共用電極２１５とを有する。
【００２１】
認証ゾーン２１２として、例えばスマートフォンのディスプレイにおける指紋認証用のＨＯＭＥボタンとするゾーンが挙げられる。
【００２２】
カラーフィルタユニット２１４は、少なくとも２種類の、互いに異なる波長範囲の光が通過できるカラーフィルタを備えている。この実施形態において、カラーフィルタユニット２１４は、図２に示されるように、赤の光が通過できる複数のカラーフィルタ２１４Ｒ、緑の光が通過できる複数のカラーフィルタ２１４Ｇ及び青の光が通過できる複数のカラーフィルタ２１４Ｂ、合わせて３種類のカラーフィルタにより構成されている。
【００２３】
第２の基板２２は、図２に示されるように、透明な第２の板体２２１と、液晶層２３に隣接している複数の画素電極２２２とを有する。
【００２４】
液晶層２３内の複数の液晶分子２３１は、共用電極２１５及び画素電極２２２で電圧が印加されることにより、配向方向が変化されて、光のパネルに対する出入りを制御できる。
【００２５】
制御ユニット２５は、図２に示されるように、共用電極２１５及び画素電極２２２に電気的に接続されて、共用電極２１５及び画素電極２２２を介して液晶分子２３１に電圧を印加して配向方向を変化させるように液晶分子２３１を制御する第１の制御回路２５１と、バックライト２４の発光を制御する第２の制御回路２５２と、を備えている。
【００２６】
また、第１の基板２１及び第２の基板２２のそれぞれには、偏光フィルム（図示せず）が配置されている。
【００２７】
液晶パネル２の詳細構成や作動の仕組みと原理などは、この技術分野の周知技術であるので、より詳しい説明を省略する。
【００２８】
光感知ユニット３は、図２に示されるように、バックライト２４の表示面２１１の方に向かう側の反対側でバックライト２４に臨むように、認証ゾーン２１２の前記内部への正投影範囲内に配置されている。
【００２９】
光感知ユニット３は、図２に示されるように、回路基板３１と、回路基板３１に設置されている複数の光感知素子３２と、複数の光感知素子３２のそれぞれに電気的に接続されている複数の薄膜トランジスタ（図示せず）と、回路基板３１に電気的に接続されている制御回路３３とを備えている。
【００３０】
光感知素子３２は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。
【００３１】
薄膜トランジスタは、回路基板３１を介して制御回路３３に信号的に接続されて、制御回路３３で光感知素子３２の信号の伝送を制御できる。
【００３２】
制御回路３３は、独立に設置されることも、制御ユニット２５に組み込まれることもでき、特に制限されていない。この実施形態において、制御回路３３は、図２に示されるように、独立に設置されている。
【００３３】
以下、図２及び図３に示される実施形態により、本発明のディスプレイ内感知方法について説明する。この実施形態において、使用者がスマートフォンのディスプレイで指紋認証を行うことを例として、使用者の指１００が認証ゾーン２１２に接近または接触すると、本発明のディスプレイ内感知方法が起動される。
【００３４】
先ず、図２に示されるように、バックライト２４により、表示面２１１を通過して外部へ射出されてから外部にある指１００（被感知物）に反射されることでディスプレイへ入射して入射光になる感知用光としての光を発射するステップａを行う。
【００３５】
そして、図３に示されるように、カラーフィルタユニット２１４において特定の波長範囲の光が通過できる部分に対応する液晶層２３の第１の所定の領域における複数の液晶分子２３１を制御して、カラーフィルタユニット２１４の前記部分と共に、前記入射光を濾波し且つ液晶パネル２を通過させて光感知ユニット３に入射させる第１の濾波経路を形成し、そして、前記特定の波長範囲の光が通過できるように該第１の濾波経路により前記入射光を濾波してから、光感知ユニット３で前記濾波された入射光を感知するステップｂを行う。
【００３６】
ステップｂをより詳しく説明すると、カラーフィルタユニット２１４における前記部分として、通過できる光の波長範囲が前記特定の波長範囲内にある少なくとも１種類のカラーフィルタ２１４Ｒ、２１４Ｇ、２１４Ｂを使用し、即ち、液晶層２３の第１の所定の領域は、前記少なくとも１種類のカラーフィルタ２１４Ｒ、２１４Ｇ、２１４Ｂに対応し、更に、認証ゾーン２１２は、該第１の所定の領域を含んでいる。そして、第１の制御回路２５１で、認証ゾーン２１２内の前記第１の所定の領域における複数の液晶分子２３１を制御して配向方向を維持させて、且つ前記第１の所定の領域以外の複数の液晶分子２３１の配向方向を変化させることにより、光入射経路を形成して、前記少なくとも１種類のカラーフィルタ２１４Ｒ、２１４Ｇ、２１４Ｂと共に前記第１の濾波経路を形成する一方、前記第１の所定の領域以外においては光が液晶分子２３１に遮られて液晶パネル２を通過しないようにする。
【００３７】
この実施形態において、図３に示されるように、緑の光が通過できるカラーフィルタ２１４Ｇを使用し、即ち、前記特定の波長範囲は、緑の光の波長範囲（５７０〜４８０ｎｍ）である。そして、第１の制御回路２５１で、認証ゾーン２１２内のカラーフィルタ２１４Ｇにおける複数の液晶分子２３１を制御して配向方向を維持させて、且つ前記第１の所定の領域以外の複数の液晶分子の配向方向を変化させることにより、光入射経路を形成して、カラーフィルタ２１４Ｇと共に前記第１の濾波経路を形成する。従って、前記入射光における緑の光のみを光感知ユニット３に入射させて、光感知ユニット３の光感知素子３２で感知させることができる。
【００３８】
ディスプレイ内感知の入射光は、一般は可視光の波長範囲の光であるので、光感知素子３２は大量の光に影響されやすく、感知精度が影響を受ける。本発明の方法は、特定の波長範囲外の光を除去し、該特定の波長範囲の光のみを光感知ユニット３に入射させることにより、大量の特定の波長範囲外の光による影響が大幅に減少され、感知の精度を遥かに向上でき、指紋認証に使用する際に、認証の精度及び速度が向上する。
【００３９】
また、他の実施形態として、ステップａにおいては、図４に示されるように、更に、カラーフィルタユニット２１４において前記特定の波長範囲の光が通過できる部分に対応する液晶層２３の第２の所定の領域における複数の液晶分子２３１を制御して、バックライト２４から発する前記感知用光が外部へ出射するよう通過できる光出射経路を形成し、前記光出射経路と前記カラーフィルタユニット２１４の前記部分と共に第２の濾波経路を形成し、そして、該第２の濾波経路によって前記感知用光を前記特定の波長範囲の光が通過できるように濾波することができる。
【００４０】
詳しく説明すると、カラーフィルタユニット２１４における前記部分として、通過できる光の波長範囲が前記特定の波長範囲内にある少なくとも１種類のカラーフィルタ２１４Ｒ、２１４Ｇ、２１４Ｂを使用し、即ち、液晶層２３の前記第２の所定の領域は、前記少なくとも１種類のカラーフィルタ２１４Ｒ、２１４Ｇ、２１４Ｂに対応する。そして、第１の制御回路２５１で、認証ゾーン２１２内の前記第２の所定の領域における複数の液晶分子２３１を制御して配向方向を変化させることにより、光出射経路を形成して、前記少なくとも１種類のカラーフィルタ２１４Ｒ、２１４Ｇ、２１４Ｂと共に前記第２の濾波経路を形成する。
【００４１】
前記第１の所定の領域と前記第２の所定の領域とは、カラーフィルタユニット２１４において同じ特定の波長範囲の光が通過できる部分に対応する領域であるが、同じ領域とは限らなく、例えば前記第１の所定の領域はカラーフィルタユニット２１４の前記部分の７割に対応する領域であり、前記第２の所定の領域はカラーフィルタユニット２１４の前記部分の６割に対応する領域である。なお、図４の実施形態においては、前記第２の所定の領域が前記第１の所定の領域と同じ領域であるので、前記第１の濾波経路と前記第２の濾波経路とは、同じ経路である。
【００４２】
上記の他の実施形態の方法によれば、入射光を特定の波長範囲の光が通過できるように濾波される第１の濾波経路及び感知用光を特定の波長範囲の光が通過できるように濾波される第２の濾波経路により、光を特定の波長範囲により集中させることができ、感知に影響する光がより減少されて、感知の精度を更に上げることができる。
【００４３】
上記においては、説明のため、本発明の全体的な理解を促すべく多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また、本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において、序数などの表示を伴う説明は全て、特定の態様、構造、特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に、本説明において、時には複数の変化例が一つの実施形態、図面、またはこれらの説明に組み込まれているが、これは本説明を合理化させるためのもので、また、本発明の多面性が理解されることを目的としたものであり、また、一実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例は、適切な場合には、本開示の実施において、他の実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例と共に実施され得る。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のディスプレイ内感知方法は、光学式の感知に適用でき、特に携帯電話のディスプレイで指紋認証を行うことに好適である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  指
２      液晶パネル
２１    第１の基板
２１１  表示面
２１２  認証ゾーン
２１３  第１の板体
２１４  カラーフィルタユニット
２１４Ｒカラーフィルタ
２１４Ｇカラーフィルタ
２１４Ｂカラーフィルタ
２１５  共用電極
２２    第２の基板
２２１  第２の板体
２２２  画素電極
２３    液晶層
２３１  液晶分子
２４    バックライト
２５    制御ユニット
２５１  第１の制御回路
２５２  第２の制御回路
３      光感知ユニット
３１    回路基板
３２    光感知素子
３３    制御回路
【図１】
2020144369.tif 000003
【図２】
2020144369.tif 000004
【図３】
2020144369.tif 000005
【図４】
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