(57)【要約】【課題】本発明はホログラフィック光学素子を用いた指紋センサー一体型表示装置に関するものである。また、本発明はホログラフィック光学素子の記録及び再生方法に関するものである。【解決手段】本発明は指紋センサー一体型表示装置に関するものであって、ディスプレイパネル上に配置された透明基板と、光源からの光を前記透明基板に照射する入光素子を備える。前記入光素子の位置でホログラム素子を通じて特定形態の視覚情報が再生される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力映像が表示されるディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネル上に配置された透明基板と、
光源からの光を前記透明基板に照射する入光素子とを備え、
前記入光素子の位置でホログラム素子を通じて特定形態の視覚情報が再生される指紋センサー一体型表示装置。
【請求項２】
前記ホログラム素子は、
一部領域に干渉模様が存在し、他の一部領域に前記視覚情報が記録された記録面を有し、
前記ホログラム素子が前記入光素子と一体化された、請求項１に記載の指紋センサー一体型表示装置。
【請求項３】
前記ホログラム素子は、
前記入光素子上に配置された虚像再生素子であり、
前記虚像再生素子は、
干渉模様が形成された記録面から反射される回折光に再生される虚像として前記視覚情報を再生する、請求項１に記載の指紋センサー一体型表示装置。
【請求項４】
入力映像が表示されるディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネル上に配置された透明基板と、
光源からの光を前記透明基板に照射する入光素子とを備え、
前記入光素子は干渉模様のない特定形態の視覚情報を含む、指紋センサー一体型表示装置。
【請求項５】
前記ディスプレイパネルの下に配置されたイメージセンサーと、
前記ディスプレイパネルの画面上で前記ディスプレイパネルと前記透明基板との間に配置されて前記透明基板内で進行する光の一部が前記透明基板の下面を通じて前記ディスプレイパネル側に進行できるように前記透明基板内で進行する光の一部を屈折する出光素子と、
前記出光素子と前記ディスプレイパネルとの間に配置され、前記出光素子より低い屈折率を有する低屈折率層をさらに備え、
前記光源は前記透明基板の縁の下に配置され、
前記入光素子は光源と前記透明基板との間に配置されて前記透明基板内で光が全反射できる角度に前記光源からの光を屈折する、請求項４に記載の指紋センサー一体型表示装置。
【請求項６】
入力映像が表示されるディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネル上に配置された透明基板と、
光源からの光を前記透明基板に照射する入光素子と、
前記入光素子上に配置された虚像再生素子とを備え、
前記虚像再生素子は干渉模様を有するホログラム素子で再生される虚像として特定形態の視覚情報を再生する、指紋センサー一体型表示装置。
【請求項７】
前記ディスプレイパネルの下に配置されたイメージセンサーと、
前記ディスプレイパネルの画面上で前記ディスプレイパネルと前記透明基板との間に配置されて前記透明基板内で進行する光の一部が前記透明基板の下面を通じて前記ディスプレイパネル側に進行できるように前記透明基板内で進行する光の一部を屈折する出光素子と、
前記出光素子と前記ディスプレイパネルとの間に配置され、前記出光素子より低い屈折率を有する低屈折率層をさらに備え、
前記光源は前記透明基板の縁の下に配置され、
前記入光素子は前記光源と前記透明基板との間に配置されて前記透明基板内で光が全反射できる角度に前記光源からの光を屈折する、請求項６に記載の指紋センサー一体型表示装置。
【請求項８】
ホログラムフィルムの一面に向けて各々視準された可視光帯域の参照光と物体光を照射して参照光と物体光の干渉模様を記録するステップと、
光源からの光を前記ホログラムフィルムに垂直な方向に照射して回折光を発生するステップとを含み、
前記回折光のうちの少なくとも一部が指紋と接触する透明基板に入射される、指紋センサー一体型表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法。
【請求項９】
前記ホログラムフィルムの干渉模様を記録するための前記参照光と前記物体光は緑色光波長帯域の平面波であり、
前記光源からの光が視準された赤外線または可視光帯域の平面波である、請求項８に記載の指紋センサー一体型表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法。
【請求項１０】
前記ホログラムフィルムの干渉模様を記録する工程で前記ホログラムフィルムの一面上に特定形態の視覚的情報を含んだ日除け膜パターンが配置されるステップと、
前記干渉模様が前記ホログラムフィルム上に記録された後に前記日除け膜パターンが前記ホログラムフィルムから除去されるステップとをさらに含む、請求項９に記載の指紋センサー一体型表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法。
【請求項１１】
前記指紋センサー一体型表示装置は、入力映像が表示されるディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネル上に配置された透明基板とを備え、
前記ホログラムフィルムが前記光源からの光が入射される時、前記干渉模様によって発生する回折光を前記透明基板に照射する、請求項８から１０のうち、いずれか一項に記載の指紋センサー一体型表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法。
【請求項１２】
ホログラムフィルムの一面に向けて視準された可視光帯域の参照光を照射し、前記ホログラムフィルムの他面に向けて視準された可視光帯域の物体光を照射して参照光と物体光の干渉模様を記録するステップと、
可視光帯域の光が前記ホログラムフィルムに照射される時に発生する回折光に特定形態の視覚的情報を含んだ虚像が再生されるステップとを含む、指紋センサー一体型表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法。
【請求項１３】
前記ホログラムフィルムの干渉模様を記録するための前記参照光と前記物体光は緑色光波長帯域の平面波が拡散板を通じて拡散されて前記ホログラムフィルムに照射され、
前記拡散板に前記特性形態の視覚情報が記録された、請求項１２に記載の指紋センサー一体型表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法。
【請求項１４】
前記指紋センサー一体型表示装置は、入力映像が表示されるディスプレイパネル、前記ディスプレイパネル上に配置された透明基板、及び光源からの光を前記透明基板に照射する入光素子を備え、
前記ホログラムフィルムが前記入光素子上に配置されて、外部光が照射される時、前記虚像を発生する、請求項１２または１３に記載の指紋センサー一体型表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラフィック光学素子を用いた指紋センサー一体型表示装置に関するものである。また、本発明はホログラフィック光学素子の記録及び再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界発光表示装置は発光層の材料によって無機発光表示装置と有機発光表示装置とに大別される。アクティブマトリックスタイプ（active matrix type）の有機発光表示装置は自ら発光する有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：以下、“ＯＬＥＤ”という）を含み、応答速度が速い、発光効率、輝度、及び視野角が大きいという長所がある。
【０００３】
有機発光表示装置のＯＬＥＤは、アノード及びカソードと、これらの間に形成された有機化合物層を含む。有機化合物層は、正孔注入層（Hole Injection layer、ＨＩＬ）、正孔輸送層（Hole transport layer、ＨＴＬ）、発光層（Emission layer、ＥＬＭ）、電子輸送層（Electron transport layer、ＥＴＬ）、及び電子注入層（Electron Injection layer、ＥＩＬ）からなる。アノードとカソードに電源が印加されれば、正孔輸送層（ＨＴＬ）を通過した正孔と電子輸送層（ＥＴＬ）を通過した電子が発光層（ＥＬＭ）に移動して励起子を形成し、その結果、発光層（ＥＬＭ）が可視光を発生するようになる。
【０００４】
指紋センサーはホームボタン（Home button）のような画面の外の特定位置に配置されている。指紋センサー配置方法は、画面の外のベゼル（bezel）領域に配置できるが、この場合にベゼル領域が大きくなる。ディスプレイパネルに指紋センサーを配置するために、ディスプレイパネルの構造が変更できる。
【０００５】
液晶表示装置（Liquid Crystal Display Device：ＬＣＤ）に指紋センサーが配置できるが、画面領域でディスプレイパネルとバックライトユニット（Backlight Unit、ＢＬU）との間に指紋センサーを配置すれば、指紋センサーが見えるようになる。バックライトユニット（ＢＬＵ）のプリズムシート（prism sheet）は、その構造上、空気層（air gap）が多い。空気層によって指紋センサーの受信効率が低くなるため、液晶表示装置の画面領域の下に指紋センサーが配置できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４２９５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、画面上で指紋をセンシングすることができる指紋センサーを一体化した表示装置を提供する。
【０００８】
本発明は、前記指紋センサー用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電界発光表示装置は、入力映像が表示される多数のピクセルを含んだディスプレイパネル、前記ディスプレイパネル上に配置された透明基板、及び光源からの光を前記透明基板に照射する入光素子を備える。前記入光素子の位置でホログラム素子を通じて特定形態の視覚情報が再生される。
【００１０】
前記入光素子は干渉模様のない特定形態の視覚情報を含む。
【００１１】
本発明の電界発光表示装置は、入力映像が表示されるディスプレイパネル、前記ディスプレイパネル上に配置された透明基板、光源からの光を前記透明基板に照射する入光素子、及び前記入光素子上に配置された虚像再生素子を備える。前記虚像再生素子は、干渉模様を有するホログラム素子で再生される虚像として特定形態の視覚情報を再生する。
【００１２】
前記電界発光表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法は、ホログラムフィルムの一面に向けて各々視準された可視光帯域の参照光と物体光を照射して参照光と物体光の干渉模様を記録するステップ、及び光源からの光を前記ホログラムフィルムに垂直な方向に照射して回折光を発生するステップを含む。
【００１３】
前記電界発光表示装置用ホログラフィック光学素子の記録及び再生方法は、ホログラムフィルムの一面に向けて視準された可視光帯域の参照光を照射し、前記ホログラムフィルムの他面に向けて視準された可視光帯域の物体光を照射して参照光と物体光の干渉模様を記録するステップ、及び可視光帯域の光が前記ホログラムフィルムに照射される時に発生する回折光に特定形態の視覚的情報を含んだ虚像が再生されるステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る指向性光源装置を示す断面図及び平面図である。
【図２】図１に図示された透明基板内での光経路を示す断面図である。
【図３】ディスプレイパネル上に配置された指向性光源装置を示す断面図及び平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電界発光表示装置を示す断面図である。
【図５】指向性光源装置に配置される光遮断層を示す図である。
【図６】入光素子のホログラム記録及び再生方法を示す図である。
【図７】外部光が入光素子に照射される時、ユーザに虚像が視認される現象を示す図である。
【図８】入光素子に外部光が照射される時、ユーザに視認されるロゴ形態の虚像を示す図である。
【図９】ユーザに視認される視覚情報を含んだ虚像を表示するための入光素子のホログラム記録及び再生方法を示す図である。
【図１０】日除け膜パターンの一例を示す図である。
【図１１】入光素子上に配置された虚像再生素子を示す図である。
【図１２】図１１に図示された虚像再生素子のホログラム記録及び再生方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付の図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、多様な形態に具現できることに注意すべきである。本実施形態は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。本発明は、特許請求範囲により定義される。
【００１６】
本発明の実施形態を説明するための図面に開示された形状、サイズ、比率、角度、個数などは例示的なものであるので、本発明が図示された事項に限定されるものではない。明細書の全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を称する。本発明を説明するに当たって、関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
本明細書上で言及された‘含む’、‘有する’、‘なされる’などが使われる場合、‘〜のみ’が使われない以上、他の部分が追加できる。構成要素を単数で表現した場合に特別に明示的な記載事項がない限り、複数を含む場合を含む。
【００１８】
構成要素を解釈するに当たって、別途の明示的な記載がなくても誤差範囲を含むものとして解釈する。
【００１９】
位置関係に対する説明の場合、例えば、‘〜上に’、‘〜上部に’、‘〜下部に’、‘〜側に’などで２つ部分の位置関係が説明される場合、‘直ぐ’または‘直接’が使われない以上、２つ部分の間に１つ以上の他の部分が位置することもできる。
【００２０】
実施形態の説明において、第１、第２などが多様な構成要素を叙述するために使われるが、これら構成要素はこれら用語により制限されない。これら用語は単に１つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用するものである。
【００２１】
本発明の多様な実施形態の各々の特徴が部分的に、または全体的に互いに結合または組合せ可能であり、技術的に多様な連動及び駆動が可能であり、各実施形態が互いに対して独立的に実施可能であることもあり、関連関係として共に実施可能であることもある。
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明の多様な実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態で、電界発光表示装置は有機発光物質を含んだ有機発光表示装置を中心として説明する。しかしながら、本発明の技術的思想は有機発光表示装置に限定されず、無機発光物質を含んだ無機発光表示装置に適用できることに注意すべきである。
【００２３】
本発明の表示装置はディスプレイパネル上に図１乃至図３のような指向性光源装置（ＳＬＳ）を配置し、ディスプレイパネルの下に、またはディスプレイパネル内にイメージセンサーを配置することによって、入力映像が表示される画面上で指紋をセンシングすることができる。指向性光源装置（ＳＬＳ）にユーザの指紋が接触すれば、その指紋から反射された光がイメージセンサーにより電気的な信号に変換されて指紋パターンが検出される。
【００２４】
本発明の表示装置は、光源からの光を透明基板に照射する入光素子を備える。この電界発光表示装置に配置された入光素子の位置でホログラム素子を通じて特定形態の視覚情報が再生される。ホログラム素子の一実施形態は入光素子と一体化し、一部領域に干渉模様が存在し、他の一部領域に前記視覚情報が記録された記録面を含むことができる。ホログラム素子の他の実施形態は、入光素子上に配置された虚像再生素子でありうる。虚像再生素子は、干渉模様が存在する記録面で反射される回折光に再生される虚像として視覚情報を再生することができる。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る指向性光源装置（ＳＬＳ）を示す断面図及び平面図である。図２は、図１に図示された透明基板（ＣＰ）内での光経路を示す断面図である。図３は、ディスプレイパネル（ＤＰ）上に配置された指向性光源装置（ＳＬＳ）を示す断面図及び平面図である。
【００２６】
図１を参照すると、指向性光源装置（ＳＬＳ）は、透明基板（ＣＰ）、光源（ＬＳ）、入光素子（ＣＨＯＥ）、出光素子（ＥＨＯＥ）、及び低屈折率層（ＬＲ）を備える。
【００２７】
指向性光源装置（ＳＬＳ）は、視準された（collimated）光を透明基板（ＣＰ）内で大面積に拡散する光学装置である。光源（ＬＳ）は、視準された光を提供することが好ましい。光源（ＬＳ）は、赤外線（ＩＲ）帯域または可視光帯域のレーザー光を入光素子（ＣＨＯＥ）に照射する。
【００２８】
入光素子（ＣＨＯＥ）は、光源（ＬＳ）と透明基板（ＣＰ）との間に配置されて透明基板（ＣＰ）内で光が全反射できる角度に光源（ＬＳ）からの光を屈折する。出光素子（ＥＨＯＥ）は、ディスプレイパネル（ＤＰ、図３参照）の画面上でディスプレイパネルと透明基板（ＣＰ）との間に配置されて透明基板（ＣＰ）内で進行する光の一部が透明基板の下面を通じてディスプレイパネル側に進行できるように透明基板（ＣＰ）内で進行する光の一部を屈折させる。低屈折率層（ＬＲ）は、出光素子（ＥＨＯＥ）とディスプレイパネルとの間に配置され、出光素子（ＥＨＯＥ）より低い屈折率を有する。
【００２９】
透明基板（ＣＰ）の下部表面には出光素子（ＥＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）が接着されている。出光素子（ＥＨＯＥ）は、出射光３００を提供する光学素子である。出光素子（ＥＨＯＥ）の下にディスプレイパネルで入力映像が表示される画面のピクセルアレイが配置される。
【００３０】
入光素子（ＣＨＯＥ）は、光源（ＬＳ）からの光を透明基板（ＣＰ）に拡散しながら視準性を有するように転換する光学素子である。入光素子（ＣＨＯＥ）は、表示パネル（ＤＰ）の画面上に表示されるイメージとは直接的には関連しないので、ディスプレイパネル（ＤＰ）の縁に配置できる。入光素子（ＣＨＯＥ）は光源（ＬＳ）と対向しなければならない。
【００３１】
出光素子（ＥＨＯＥ）及び入光素子（ＣＨＯＥ）は、同一平面上に配置できる。製造工程を考慮すれば、１つのフィルムの上に出光素子（ＥＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）の領域を分けて形成することが好ましい。出光素子（ＥＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）は、ホログラフィック光学素子（Holographic Optical Element）でありうる。入光素子（ＣＨＯＥ）と出光素子（ＥＨＯＥ）は、ホログラム記録工程で同時に製作できる。ホログラム記録工程で、出光素子（ＥＨＯＥ）のパターンを有するマスターフィルムと入光素子（ＣＨＯＥ）のパターンを有するマスターフィルムが隣接するように配置された状態で１つのホログラフィフィルム上に出光素子用ホログラムパターンと入光素子用ホログラムパターンが同時に記録できる。
【００３２】
ホログラム記録方法は、透過型記録方法と反射型記録方法とに分けられる。透過型記録方法は、ホログラムフィルムの一面に向けて参照光（reference light）と物体光（object light）を照射してホログラムフィルムの記録面に干渉模様を記録する。透過型記録方法により情報が記録されたホログラムフィルムの一面に向けて参照光を照射すれば、図６及び図７に図示したように、ホログラムフィルムを透過する＋１次回折光と−１次回折光に物体光情報が再生される。
【００３３】
反射型記録方法は、図１２の例のように、ホログラムフィルムを挟んで参照光と物体光をホログラムフィルムに照射する。反射型記録方法で、参照光はホログラムフィルムの一面に向けて照射され、物体光はホログラムフィルムの他面に向けて照射される。ホログラムフィルムの他面は一面の反対面である。このようにホログラムフィルムの記録面に参照光と物体光の干渉模様が記録される。反射型記録方法により情報が記録されたホログラムフィルムの一面に向けて参照光を照射すれば、図１２に図示したように、ホログラムフィルム上で反射される＋１次回折光と−１次回折光に物体光情報が再生される。
【００３４】
出光素子（ＥＨＯＥ）及び入光素子（ＣＨＯＥ）とディスプレイパネル（ＤＰ）との間には低屈折率層（ＬＲ）が配置される。低屈折率層（ＬＲ）は透明基板（ＣＰ）及び出光素子（ＥＨＯＥ）より低い屈折率を有する。
【００３５】
透明基板（ＣＰ）は屈折率が１．５である透明基板で製作することができる。出光素子（ＥＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）は透明なホログラフィフィルムであって、屈折率が透明基板（ＣＰ）と等しいか、少し大きい値を有することができる。ここでは、便宜上、出光素子（ＥＨＯＥ）と入光素子（ＣＨＯＥ）の屈折率は透明基板（ＣＰ）の屈折率と同一であるものとして説明する。低屈折率層（ＬＲ）の屈折率は認知しようとする指紋（ＩＭ）、即ち、皮膚の屈折率と類似なものが良い。例えば、人の皮膚が有する屈折率である１．３９と類似な１．４位の屈折率を有することができる。
【００３６】
入光素子（ＣＨＯＥ）と対向するように光源（ＬＳ）が配置されている。光源（ＬＳ）はレーザーのように視準性の高い光を提供することが好ましい。
【００３７】
光源（ＬＳ）で提供された視準光（Collimated Light）は入射光１００として一定の断面積を有し、入光素子（ＣＨＯＥ）に定義された入射点（ＩＰ）に提供される。入射光１００は入射点（ＩＰ）の表面に対して法線方向に入射することが好ましい。しかしながら、これに限定されるものではなく、必要によっては入射点（ＩＰ）の表面の法線に対して傾いた角度に入射することもできる。
【００３８】
入光素子（ＣＨＯＥ）は入射光１００を入射角を有する進行光２００に屈折させて透明基板（ＣＰ）の内部に送る。ここで、入射角は透明基板（ＣＰ）の内部全反射臨界角（Internal Total Reflection Critical Angle）より大きい値を有することが好ましい。その結果、進行光２００は透明基板（ＣＰ）の内部で全反射しながら、透明基板（ＣＰ）の長手方向であるＸ軸に進行する。光源（ＬＳ）からの光が透明基板（ＣＰ）内で全反射されるので、光源（ＬＳ）からの光が可視光帯域であってもその光は外部から見えない。
【００３９】
出光素子（ＥＨＯＥ）は、進行光２００の一部の光量を出射光３００に転換して透明基板（ＣＰ）の上部表面に屈折させる。進行光２００の残りの光量は透明基板（ＣＰ）の内部で全反射されて進行する。出射光３００は、透明基板（ＣＰ）の上部表面では全反射されるが、下部表面では低屈折率層（ＬＲ）を透過する。即ち、出射光３００は透明基板（ＣＰ）の上部表面で全反射されて、下部表面を透過する検出光（あるいは、‘センシング光’）４００となる。
【００４０】
出射光３００の光量は出光素子（ＥＨＯＥ）の光抽出効率により決定される。出光素子（ＥＨＯＥ）の光抽出効率が３％の時、進行光２００が出光素子（ＥＨＯＥ）に真っ先に触れる最初の発光領域では初期入射光１００の３％に該当する光量が出射光３００として抽出される。９７％の進行光２００は続けて全反射されて進行する。その後、２番目の発光領域では９７％の３％である初期入射光１００の光量の２．９１％に該当する光量が出射光３００として抽出される。
【００４１】
このように、光源（ＬＳ）の反対側である透明基板（ＣＰ）の端辺に到達するまで出射光３００が抽出される。進行光２００が透明基板（ＣＰ）内で進行しながら、一定の光量を有する出射光３００を提供するためには、出光素子（ＥＨＯＥ）の光抽出効率が指数関数的に徐々に増加する値を有するように設計することが好ましい。
【００４２】
進行光２００を長手方向軸と厚さ方向軸からなるＸＺ平面（あるいは、‘垂直平面’）上で見ると、入射光１００の視準された状態をそのまま維持する。一方、幅方向軸と長手方向軸からなるＸＹ平面（あるいは、‘水平平面’）では、図１に図示した拡散角（φ）を有することが好ましい。これは、イメージ検出面積を透明基板（ＣＰ）の面積に対応するように設定するためである。例えば、出光素子（ＥＨＯＥ）はできるだけ、光出射部（ＬＯＴ）面積の全体に対応するように配置することが好ましい。また、拡散角（φ）は入射点（ＩＰ）で入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する透明基板（ＣＰ）の他側辺の２つの端点（Ｐ１、Ｐ２）を各々連結する２つの線分がなす内側角度と等しいか大きいことが好ましい。
【００４３】
入光素子（ＣＨＯＥ）が配置された領域を光入射部（ＬＩＮ）と定義することができる。また、出光素子（ＥＨＯＥ）が配置された領域を光出射部（ＬＯＴ）と定義することができる。一方、光出射部（ＬＯＴ）は光が進行することもある光進行部でもある。
【００４４】
光源（ＬＳ）で提供する視準された光の断面積が０．５ｍｍｘ０．５ｍｍの正円である場合、入光素子（ＣＨＯＥ）は透明基板（ＣＰ）の幅に対応する長さと３ｍｍ〜５ｍｍ位の幅を有することができる。入光素子（ＣＨＯＥ）は透明基板（ＣＰ）の幅方向に横切って配置できる。
【００４５】
図２を参照して、光源（ＬＳ）で提供された視準された光が透明基板（ＣＰ）内でいかなる経路を経て、イメージ検出に使用する指向性（Directional）光に転換されるのか説明する。
【００４６】
光源（ＬＳ）で提供された入射光１００は入光素子（ＣＨＯＥ）の入射点（ＩＰ）の表面に対して法線方向に入射する。入光素子（ＣＨＯＥ）は入射光１００を入射角（θ）を有するように屈折させた進行光２００に転換して透明基板（ＣＰ）の内部に送る。
【００４７】
進行光２００の入射角（θ）は出光素子（ＥＨＯＥ）と低屈折率層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＥＨＯＥ＿ＬＲ）より大きい値を有することが好ましい。例えば、透明基板（ＣＰ）及び出光素子（ＥＨＯＥ）の屈折率が１．５であり、低屈折率層（ＬＲ）の屈折率が１．４である場合、出光素子（ＥＨＯＥ）と低屈折率層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＥＨＯＥ＿ＬＲ）は約６９度に計算される。したがって、入射角（θ）は６９度より大きい値を有することが好ましい。例えば、入射角（θ）は７０度乃至７５度のうちの１つの値を有するように設定することができる。
【００４８】
透明基板（ＣＰ）の上部表面は空気層（ＡＩＲ）と接触しているので、進行光２００は透明基板（ＣＰ）の上部表面でやはり全反射される。これは、透明基板（ＣＰ）と空気層（ＡＩＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＣＰ＿ＡＩＲ）は約４１．４度であるためである。即ち、入射角（θ）が出光素子（ＥＨＯＥ）と低屈折率層（ＬＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＥＨＯＥ＿ＬＲ）より大きい値を有すれば、これは常に透明基板（ＣＰ）と空気層（ＡＩＲ）の界面での全反射臨界角（ＴＣＰ＿ＡＩＲ）より大きい値である。
【００４９】
出光素子（ＥＨＯＥ）は進行光２００の一定光量を反射角（α）を有する出射光３００に転換させて透明基板（ＣＰ）の内部に送り返す。出射光３００は透明基板（ＣＰ）の上面に接触した指紋（ＩＭ）のパターンを認知するための光である。出射光３００は透明基板（ＣＰ）の表面上に指紋がない場合に透明基板（ＣＰ）の上部表面で全反射されて指向性光源装置（ＳＬＳ）の下に配置されたイメージセンサーに伝播しなければならない。出射光３００は透明基板（ＣＰ）の上部表面で全反射された後に、検出光４００として指向性光源装置（ＳＬＳ）の下に伝播する。
【００５０】
図２に示すように、ＴＣＰ＿ＡＩＲ＜α＜ＴＥＨＯＥ＿ＬＲ＜θである。例えば、反射角αを４５°〜５５°に設定し、入射角θを７０°〜７５°に設定してもよい。
【００５１】
図３に図示したように、指向性光源装置（ＳＬＳ）の下にディスプレイパネル（ＤＰ）が配置できる。指紋パターンを検出するためのイメージセンサー（ＩＳΦＳ）は、ディスプレイパネル（ＤＰ）に内蔵されるか、または図４に図示したように、ディスプレイパネル（ＤＰ）の下に配置できる。イメージセンサー（ＩＳＳ）のピクセル（ＳＳ）はディスプレイパネル（ＤＰ）のピクセル（ＰＩＸ）と共にディスプレイパネル（ＤＰ）に内蔵できる。イメージセンサー（ＩＳＳ）は光学接着剤（ＯＣＡ）、減圧接着剤（Pressure sensitive adhesive、ＰＳＡ）などの接着剤でディスプレイパネル（ＤＰ）に接着できるが、これに限定されるものではない。イメージセンサー（ＩＳＳ）は、指紋センサーとすることができる。
【００５２】
図３及び図４を参照すると、入射光１００は入光素子（ＣＨＯＥ）により進行光２００に変換される。進行光２００は長手方向軸であるＸ軸と幅方向軸であるＹ軸からなる水平平面であるＸＹ平面では拡散角（φ）を有するように変換される。また、長手方向軸であるＸと厚さ方向軸であるＺ軸からなる垂直平面であるＸＺ平面では元の視準された状態を維持する。
【００５３】
拡散角（φ）は入射点（ＩＰ）で入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する透明基板（ＣＰ）の他側辺の２つの端点を各々連結する２つの線分がなす内側角度と等しいか、これより大きいことが好ましい。この場合、進行光２００は拡散角（φ）を有する三角形状に拡散しながら透明基板（ＣＰ）内で伝播する。出射光３００やはり進行光２００と同一な範囲に亘って提供される。その結果、指紋センシング領域は入射点（ＩＰ）から拡散角（φ）に広くなる三角形領域内で選択できる。図３で斜線を施した円形で表示した部分が指紋センシング領域（ＳＡ）に指定できるが、これに限定されるものではない。
【００５４】
ディスプレイパネル（ＤＰ）の中央部または入光素子（ＣＨＯＥ）と対向する上端辺の一部にセンシング領域（ＳＡ）を設定する場合、センシング領域（ＳＡ）で出射光３００の光量が最大値を有するように設計することが好ましい。このためには、出光素子（ＥＨＯＥ）の光抽出効率がセンシング領域（ＳＡ）に対応する部分で最大値を有し、他の部分では最小値または‘０’に近い値を有するように位置に従う関数関係で設計することができる。
【００５５】
透明基板（ＣＰ）上に指紋（ＩＭ）が接触すれば、指紋の隆線（Ridge、Ｒ）と谷（Valley、Ｖ）のうち、谷位置の透明基板（ＣＰ）の上部表面から光が反射され、その光は出光素子（ＥＨＯＥ）と低屈折率層（ＬＲ）を通過してディスプレイパネル（ＤＰ）側に進行するので、イメージセンサー（ＩＳＳ）に到達することができる。透明基板（ＣＰ）と接触した指紋の隆線（Ｒ）で、光は皮膚を通じて外部に伝播するので、イメージセンサー（ＩＳＳ）に到達できない。イメージセンサー（ＩＳＳ）は受信された光を電気的な信号に変換して指紋パターンを検出する。例えば、指紋（ＩＭ）の隆線（Ｒ）はイメージセンサー（ＩＳＳ）でホワイト階調（white gray level）のデータに変換され、指紋（ＩＭ）の谷（Ｖ）はイメージセンサーでブラック階調（black gray level）のデータに変換できる。これとは反対に、指紋の隆線（Ｒ）はイメージセンサー（ＩＳＳ）でブラック階調のデータに変換され、指紋の谷（Ｖ）はイメージセンサー（ＩＳＳ）でホワイト階調のデータに変換できる。
【００５６】
本発明は、センシング領域（ＳＡ）の下にイメージセンサー（ＩＳＳ）を配置してイメージセンサー（ＩＳＳ）に受光される光効率を高めて、ユーザがセンシング領域（ＳＡ）の位置を容易に知るように画面上にその位置を指示するイメージを表示することができる。
【００５７】
出光素子（ＥＨＯＥ）と低屈折率層（ＬＲ）は、ディスプレイパネル（ＤＰ）上に配置される。低屈折率層（ＬＲ）は、ディスプレイパネル（ＤＰ）上に光学接着剤（Optical clear adhesive、ＯＣＡ）で接着できる。イメージセンサー（ＩＳＳ）のピクセル（ＳＳ）は、指向性光源装置（ＳＬＳ）の透明基板（ＣＰ）、出光素子（ＥＨＯＥ）、及び低屈折率層（ＬＲ）と対向する。
【００５８】
指紋（ＩＭ）から反射された光４００はイメージセンサー（ＩＳＳ）に受光される。イメージセンサー（ＩＳＳ）のピクセル（ＳＳ）の各々は光を電気的な信号に変換するフォトダイオードを用いて指紋から反射された光を電圧に変換する。イメージセンサー（ＩＳＳ）は、フォトセンサーの各々から出力された電圧を増幅し、デジタルデータに変換する。
【００５９】
ディスプレイパネル（ＤＰ）の画面は入力映像を再現するピクセルアレイを含む。ピクセルアレイは多数のデータラインと、データラインと交差される多数のゲートライン、及びマトリックス形態に配置されるピクセル（ＰＩＸ）を含む。ピクセル（ＰＩＸ）の各々はカラー具現のために赤色サブピクセル、緑色サブピクセル、青色サブピクセルに分けられ、白色サブフィルタをさらに含むことができる。サブピクセルの各々はＯＬＥＤのような発光素子を含むことができる。
【００６０】
指向性光源装置（ＳＬＳ）の光源（ＬＳ）がユーザに見えないように、図５に図示したように、入光素子の上に（Ａ）、または下に（Ｂ）光遮断層（ＢＭ）が配置できる。光遮断層（ＢＭ）には光源（ＬＳ）と入光素子（ＣＨＯＥ）との間の光経路を確保し、後述する虚像イメージの光経路を確保するためのホール（hole）６０が形成される。光遮断層（ＢＭ）は暗い色または黒色の接着フィルムで具現できるが、これに限定されるものではない。
【００６１】
光源（ＬＳ）からの光は入光素子（ＣＨＯＥ）により全反射角度に屈折して透明基板（ＣＰ）に入射される。入光素子（ＣＨＯＥ）は、前述したように、ホログラフィック光学素子で具現できる。参照光（reference light）と物体光（object light）をホログラフィック光学素子のフィルム上に照射すれば、物体波（object wave）と参照波（reference wave）が合成された干渉模様がそのフィルム上に記録される。このような物体波と参照波の干渉模様が記録されたフィルムに参照波を照射すれば、物体波が再生（reconstruction）されるので、別途のレンズ無しで入光素子（ＣＨＯＥ）を通じて所望の角度に光が透明基板（ＣＰ）に照射できる。
【００６２】
一方、入光素子（ＣＨＯＥ）に外部光が照射されれば、入光素子（ＣＨＯＥ）を通じて願わない虚像（virtual image）が見えることがある。このような現象に対して図６及び図７を結付して詳細に説明する。
【００６３】
図６を参照すると、（Ａ）は入光素子（ＣＨＯＥ）の記録方法を示し、（Ｂ）は入光素子（ＣＨＯＥ）の再生方法を示す。
【００６４】
ホログラム記録方法は、図６の（Ａ）のように、入光素子用ホログラムフィルムの一面上に参照光と物体光を照射する透過型記録方法が適用できる。ホログラム記録方法において、ホログラムフィルム上に参照光と物体光の干渉模様が記録される。本発明のホログラム記録方法において、物体光と参照光は肉眼で確認することができる視準された可視光帯域の平面波に使われる。特に、ホログラム記録時に緑色光波長帯域、例えば、５３２ｎｍ波長の光で参照光と物体光がホログラムフィルム上に照射される。緑色光は肉眼で容易に視認されるので、参照光と物体光の光経路が容易に確認できる。
【００６５】
ホログラムフィルムには干渉模様形態に物体光情報が記録される。ホログラム再生時に参照光がホログラムフィルムに照射されれば、物体光情報が再生される。ホログラム再生時、ホログラムフィルムの干渉模様に参照光が照射されれば、ホログラムフィルムで−１次回折光と＋１次回折光が同時に発生して物体光が再生される。入光素子（ＣＨＯＥ）用ホログラム再生時、ホログラムフィルムに照射される参照光は光源（ＬＳ）からホログラムフィルムに直角に入射される赤外線または可視光帯域が視準光である。
【００６６】
入光素子（ＣＨＯＥ）のホログラム記録時、照射される物体光は視準された光であるので、ホログラム再生時に発生する−１次回折光と＋１次回折光が視準された平面波である。図６で細い実線で表示された実像（real image）は−１次回折光であり、点線で表示された虚像（virtual image）が＋１次回折光である。
【００６７】
記録時の参照光入射角は図６の（Ｂ）に図示したように、再生時、赤外線（ＩＲ）帯域（８５０〜９４０ｎｍ）の参照光がホログラムフィルムに直角に入射される時、−１次回折光が願う角度に出光される角度に計算される。ホログラム再生時、光源（ＬＳ）からホログラムフィルムに直角に照射される光は紫外線または可視光帯域の平面波でありうる。図６の（Ｂ）で、real imageの光経路がホログラム再生時、赤外線（ＩＲ）の参照光がホログラムフィルムに直角に照射される時、ホログラムフィルムの干渉模様により屈折する−１次回折光である。−１次回折光は図１から図３で入光素子（ＣＨＯＥ）を通じて屈折して透明基板（ＣＰ）に入射される進行光２００である。
【００６８】
記録時の物体光入射角度は、図６の（Ｂ）に図示したように、赤外線（ＩＲ）帯域の参照光がホログラムフィルムに直角に入射される時、ホログラムフィルムの干渉模様により−１次回折光が願う角度、即ち、透明基板（ＣＰ）内で全反射される角度に出光されるように計算される。
【００６９】
ホログラム再生方法は光源（ＬＳ）から視準された光を参照光としてホログラムフィルムに直角に照射する。このように、参照光がホログラムフィルムに照射されれば、ホログラムフィルムに記録された干渉模様により−１次回折光と＋１次回折光が互いに異なる角度に同時に伝播する。−１次回折光と同時に発生する＋１次回折光、即ち、虚像（virtual image）の光はユーザに見えてはならないが、外部光が入光素子（ＣＨＯＥ）に入射される時、＋１次回折光が伝播してユーザに視認できる。
【００７０】
図７の（Ａ）は、ホログラム記録時、可視光帯域の参照光と物体光の光経路を示す。図７の（Ｂ）は、ホログラム再生時に可視光帯域の参照光が記録時の参照光と同一な角度にホログラムフィルムに照射される時、同時に発生する−１次回折光と＋１次回折光の光経路を示す。図７の（Ｃ）は、ホログラム再生時、可視光帯域の参照光がホログラム記録時の参照光入射角度に対して１８０゜にホログラムフィルムに入射される時、ホログラム記録時、−１次回折光の光経路と平行な角度に＋１次回折光が伝播してユーザに視認される例を示す。したがって、可視光帯域の外部光が図７に図示した参照光の角度で入光素子（ＣＨＯＥ）に照射されれば、ユーザが＋１次回折光の光を見るようになる。このように、ユーザに視認される＋１次回折光は、特定の視覚的な情報を含まない不定形形態のむらとして見える。本発明は、図８及び図１１に図示したように、入光素子（ＣＨＯＥ）または虚像再生素子（ＤＨＯＥ）を用いて外部光によるむら無しで予め設定された特定の視覚的情報を再生する。特定の視覚的情報は予め設定された特定形態のイメージ（image）、ロゴ（logo）などがあるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
図８は、入光素子（ＣＨＯＥ）に外部光が照射される時、ユーザに視認されるロゴ形態の虚像を示す図である。図９は、ユーザに視認される視覚情報を含んだ虚像を表示するための入光素子（ＣＨＯＥ）のホログラム記録及び再生方法を示す図である。
【００７２】
図８及び図９を参照すると、本発明は入光素子（ＣＨＯＥ）用ホログラムフィルム上に特定形態の日除け膜パターン９０を形成した状態でホログラムフィルムに視準された可視光帯域の参照光と物体光を照射する。日除け膜は光を遮断する物質、例えば、ブラックマトリックス物質や金属を含むことができる。日除け膜パターン９０にはホログラムフィルムの記録面の一部を光に露出するための開口部９１が形成されている。開口部９１の領域には日除け膜物質がない。
【００７３】
ホログラムフィルムの干渉模様を記録する工程でホログラムフィルムの一面上に特定形態の視覚的情報を含んだ日除け膜パターンが配置される。干渉模様がホログラムフィルム上に記録された後に日除け膜パターンがホログラムフィルムから除去される。
【００７４】
図９の（Ａ）を参照すると、ホログラム記録時、視準された可視光帯域の参照光と物体光が平面波でホログラムフィルム上に照射される。この際、参照光と物体光は日除け膜が形成された部分でホログラムフィルムの記録面に到達せず、開口部９１により露出した記録面に照射される。
【００７５】
ホログラム記録方法により開口部９１で物体光と参照光の干渉模様が記録されたホログラムフィルムで、図９の（Ｂ）に図示したように、日除け膜パターン９０が除去されて入光素子（ＣＨＯＥ）として指向性光源装置（ＳＬＳ）に適用される。日除け膜パターン９０は、図１０に図示したように、特定形態“ＬＧ”にパターニングされて視覚的情報を表現する。
【００７６】
ホログラム再生時、光源（ＬＳ）から視準された光が入光素子（ＣＨＯＥ）のホログラムフィルムに直角に照射されれば、干渉模様が記録された部分で−１次回折光と＋１次回折光が発生する。一方、ホログラム記録時、日除け膜で覆われた記録面に干渉模様がないので、この部分で光源（ＬＳ）からの光が０次回折光としてそのまま通過される。ホログラム記録時、日除け膜が覆われた記録面部分に干渉模様がないので、この部分に外部光が照射されても＋１次回折光が発生しないので、＋１次回折光による虚像が視認されない。ユーザは入光素子（ＣＨＯＥ）を通じて図１０に図示したように、日除け膜パターンにより特定形態の視覚的情報を見ることができる。ホログラム再生時に、光源（ＬＳ）から視準された光は日除け膜パターンのない開口部領域上の入射点（ＩＰ）で入光素子（ＣＨＯＥ）の記録面に直角に照射される。
【００７７】
図１１は、入光素子（ＣＨＯＥ）上に配置された虚像再生素子（ＤＨＯＥ）を示す図である。図１２は、図１１に図示した虚像再生素子のホログラム記録及び再生方法を示す図である。
【００７８】
図１１及び図１２を参照すると、入光素子（ＣＨＯＥ）上に虚像再生素子（ＤＨＯＥ）が配置される。虚像再生素子（ＤＨＯＥ）は、ホログラフィック光学素子で具現できる。虚像再生素子（ＤＨＯＥ）は、入光素子（ＣＨＯＥ）に外部光が図７の（Ｃ）に図示した角度で入射される時に発生する＋１次回折光で特定形態の視覚的情報を虚像として再生する。虚像再生素子（ＤＨＯＥ）を通じて入光素子（ＣＨＯＥ）に到達する外部光の光量が格段に減少するので、図７の（Ｃ）に図示したように、入光素子（ＣＨＯＥ）に到達する外部光の光量が小さくて入光素子（ＣＨＯＥ）の＋１次回折光の光量が格段に減少する。したがって、外部光が虚像再生素子（ＤＨＯＥ）に照射されれば、ユーザは虚像再生素子（ＤＨＯＥ）の干渉模様により再生される特定形態のイメージやロゴを見ることができる。
【００７９】
虚像再生素子（ＤＨＯＥ）のホログラム記録方法は、図１２の（Ａ）に図示したように、反射型記録方法が適用できる。ホログラム記録時に物体光は特定形態の視覚的情報“ＬＧ”が形成された拡散板（diffuser plate）１２０を通じてホログラムフィルムの一面に照射される。前述したように、ホログラム記録時、緑色光を物体光と参照光に用いると、その光経路が肉眼で容易に確認できる。
【００８０】
ホログラム記録時に物体光は図示しない記録用光源から視準された可視光帯域の平面波で拡散板１２０に照射され、拡散板１２０は光を拡散する。したがって、拡散板１２０を通過した光は可視光帯域の曲面波でホログラムフィルムに照射される。拡散板１２０を通じて光を拡散すれば、ホログラム再生時に発生する＋１次回折光がさまざまな角度で拡散されるので、ユーザが広い視野角で虚像再生素子（ＤＨＯＥ）で虚像として再生される視覚的情報を見ることができる。拡散板１２０はホログラム記録時のみに適用され、ホログラム再生時に必要でない。拡散板１２０に形成された視覚的情報は物体波と参照波の干渉模様でホログラムフィルムの記録面に記録されている。ホログラム再生時に図１２の（Ｂ）に図示したように、参照光が虚像再生素子（ＤＨＯＥ）に照射されれば、干渉模様で反射される＋１次回折光に特定形態の視覚的情報がユーザにより視認できる。
【００８１】
図１２の（Ｂ）を参照すると、入光素子（ＣＨＯＥ）の上に配置された虚像再生素子（ＤＨＯＥ）に可視光帯域の外部光が記録時の参照光と同一な角度で虚像再生素子（ＤＨＯＥ）のホログラムフィルムに照射されれば、記録面の干渉模様によりホログラムフィルム上で＋１次回折光が反射される。その結果、＋１次回折光として視覚的情報を再生する虚像がユーザにより視認される。
【００８２】
前述したように、本発明はディスプレイパネル上に指向性光源装置を配置し、ディスプレイパネルに内蔵されるか、またはディスプレイパネルの下にイメージセンサーを配置してディスプレイパネルの画面上で指紋を感知することができる。映像が表示される画面上で指紋がセンシングできるので、画面上で指紋認証が必要なアプリケーションまたはコンテンツ（contents）のアイコンや実行／再生ファイルがユーザの指が画面上にタッチされる時、ユーザ認証後、該当アプリケーション、コンテンツ、ファイルに対してアクセス権限を与えることができる。本発明は、画面の外のベゼル領域やホームボタンに指紋センサーを設置する必要がないので、電界発光表示装置のベゼル（Bezel）縮小設計、防水設計、デザイン自由度などで有利である。
【００８３】
本発明の指向性光源装置に適用される入光素子またはその上に配置される虚像再生素子のホログラムフィルムを用いて特定形態の視覚的情報を再生することができる。この視覚的情報は入光素子のホログラムフィルムに直角に光が照射される時に発生する０次回折光、または虚像再生素子に可視光帯域の外部光が照射される時に発生する１次回折光の虚像として再生できる。
【００８４】
以上、説明した内容を通じて当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることが分かる。したがって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものでなく、特許請求範囲により定まるべきである。
【符号の説明】
【００８５】
ＳＬＳ    指向性光源装置
ＣＰ    透明基板
ＤＰ    ディスプレイパネル
ＰＸＬ    ディスプレイパネルのピクセル
ＬＲ    低屈折率層
ＬＳ    光源
ＩＳＳ    イメージセンサー
ＳＳ    イメージセンサーのピクセル
ＣＨＯＥ    入光素子
ＤＨＯＥ    虚像再生素子
ＥＨＯＥ    出光素子
９０    日除け膜パターン
１２０    拡散板
【図１】
2018189960.tif 000003
【図２】
2018189960.tif 000004
【図３】
2018189960.tif 000005
【図４】
2018189960.tif 000006
【図５】
2018189960.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018189960.tif 000009
【図８】
2018189960.tif 000010
【図９】
2018189960.tif 000011
【図１０】
2018189960.tif 000012
【図１１】
2018189960.tif 000013
【図１２】
2018189960.tif 000014