(57)【要約】【課題】本発明は指紋認識センサーのようなイメージセンサーを内蔵した平面表示装置に関するものである。【解決手段】本発明によるイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置は、表示パネル及び指向性光ユニットを含む。指向性光ユニットは、表示パネルを収容する長さと幅、そして一定の厚さを有し、表示パネルの上部表面に面付着される。指向性光ユニットは、第１カバー基板、第２カバー基板、第１低屈折層、出光素子、入光素子、第２低屈折層、及び光源を備える。第１カバー基板及び第２カバー基板は、長さと幅に対応する面積を有し、第１低屈折層を媒介に面合着されている。出光素子は、第２カバー基板の下部表面で、表示領域に対応して配置される。入光素子は、第２カバー基板の下部表面で、出光素子の一側辺で表示領域の外側に配置される。第２低屈折層は、出光素子及び入光素子の下部表面に配置され、表示パネルの上部表面に面付着される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示領域と非表示領域が定義された表示パネル、そして、
前記表示パネルを収容する長さと幅、そして一定の厚さを有し、前記表示パネルの上部表面に面付着された指向性光ユニットを含み、かつ、
前記指向性光ユニットは、
前記長さと前記幅に対応する面積を有し、第１低屈折層を媒介に面合着された第１カバー基板及び第２カバー基板と、
前記第２カバー基板の下部表面で、前記表示領域に対応して配置された出光素子と、
前記第２カバー基板の下部表面で、前記出光素子の一側辺で前記表示領域の外側に配置された入光素子と、
前記出光素子及び前記入光素子の下部表面に配置され、前記表示パネルの前記上部表面に面付着された第２低屈折層と、
前記表示パネルの前記一側辺で前記入光素子と対向するように配置された光源と、
を備える、イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項２】
前記光源は、前記入光素子の表面に定義された入射点に入射光を提供し、
前記入光素子は、前記入射光を前記第２カバー基板の内部で全反射する入射角を有する進行光に転換して前記第２カバー基板の内部に入射させるホログラフィパターンを備え、そして
前記出光素子は、前記進行光の一部を、前記第１カバー基板の上部表面では全反射され、前記第１低屈折層及び前記第２低屈折層は透過する条件を満たす、反射角を有する前記検出光に転換するホログラフィパターンを備える、請求項１に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項３】
前記入射角は、前記出光素子と前記第２低屈折層との界面での全反射臨界角、そして前記第２カバー基板と前記第１低屈折層との界面での全反射臨界角より大きい値を有する、請求項２に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項４】
前記反射角は、前記第１カバー基板と空気層との界面での全反射臨界角よりは大きく、前記出光素子と前記第２低屈折層との界面での全反射臨界角よりは小さな値を有する、請求項２に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項５】
前記進行光は、前記幅方向軸と前記長手方向軸からなる水平平面では拡散角を有し、前記長手方向軸と前記厚さ方向軸からなる垂直平面では前記視準された状態を維持する、請求項２に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項６】
前記拡散角は、
前記入射点で前記入光素子と対向する前記第２カバー基板の他側辺の２つの終端点を各々連結する２つの線分がなす内角以上である、請求項５に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項７】
前記第１カバー基板の前記下部表面で前記非表示領域に該当する一側辺と他側辺のうち、少なくともいずれか１つに配置されたデコレイヤをさらに含む、請求項１に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項８】
前記入光素子及び前記光源は、前記デコレイヤの下に配置された、請求項７に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項９】
前記第１低屈折層と前記デコレイヤは、
前記第１カバー基板と前記第２カバー基板との間に配置されたフィルム、コーティング、及びパターンのうち、いずれか１つである、請求項７に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項１０】
前記デコレイヤと前記入光素子との間の距離は最小１．０ｍｍ以上である、請求項７に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【請求項１１】
前記第２カバー基板の厚さは最小０．７０ｍｍ以上である、請求項１に記載のイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は指紋認識センサーのようなイメージセンサーを内蔵した平面表示装置に関し、特に、指向性光を提供する超薄膜型基板と光イメージセンサーを含む光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ技術が発達するにつれて、ノートブックコンピュータ、タブレットＰＣ（Tablet PC）、スマートフォン（Smart Phone）、個人携帯用情報端末機（Personal Digital Assistant）、現金自動入出金機（Automated Teller Machine）、検索案内システムなどの多様な用途のコンピュータ基盤システム（Computer Based System）が開発されてきた。これらシステムには通常的に個人私生活と関連した個人情報は勿論、営業情報や営業機密などの秘密を要する多くのデータが格納されているため、これらのデータを保護するためには保安を強化するべき必要性がある。
【０００３】
このために、従来から生体情報を認識することができるイメージセンサーを用いて、保安性を強化する方法が提案されたことがある。例えば、指の指紋を用いてシステムの登録や認証を遂行することによって、保安性を強化することができる指紋センサーが知られている。指紋センサーは、人間の指の指紋を感知するセンサーである。指紋センサーは、光学式指紋センサー（Optical Fingerprint Sensor）と静電容量式指紋センサー（Capacitive Fingerprint Sensor）とに大別される。
【０００４】
光学式指紋センサー（Optical Fingerprint Sensor）は、内部でＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源を用いて光を照射し、指紋の隆線（ridge）により反射された光をＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーを通じて感知する原理を用いたものである。光学式指紋センサーは、ＬＥＤを用いてスキャンをしなければならないので、スキャンのための付加装備が必要である。光学的付加装備を構成しなければならないので、スキャン可能なサイズを大きくすることに限界がある。したがって、表示装置と結合するなど、多様な応用には限界がある。
【０００５】
従来の光学式指紋センサーには、２００６年７月２６日付で登録された“指紋認識センサーを備えた映像表示装置”という名称の大韓民国登録特許１０−０６０８１７１と、２０１６年４月２１日付で公開された“指紋認識素子を含んだ表示装置”という名称の大韓民国公開特許公報１０−２０１６−００４３２１６が知られている。
【０００６】
前記大韓民国公開公報に記載された光学式指紋センサーを備える表示装置は、表示装置の表示領域をタッチ領域及び指紋認識領域に同時に使用することができるように構成されている。しかしながら、指紋認識のためのセンシング用光が指向性（あるいは、Directivity）が顕著に低い拡散光を使用する。したがって、正確な指紋のパターンを認識することには限界がある。指向性の高いレーザー赤外線のような視準光（Collimated Light）を使用する場合、広い面積に亘ってセンシング用光を照射し難いので、指紋認識領域のサイズが極めて限定される。また、指向性の高い視準光を広いスキャン面積に適用するためには、スキャン機能を付加しなければならないので、携帯用平面表示装置に適用し難い。
【０００７】
したがって、指紋認識センサーを内蔵する表示装置では主に静電容量式指紋センサーを適用する例が多い。しかしながら、静電容量式指紋センサーも多くの問題点がある。
【０００８】
静電容量式指紋センサー（Capacitive Fingerprint Sensor）は、指紋センサーと接触する隆線（Ridge）と谷（Valley）との間に帯電される電気量の差を用いたものである。従来の静電容量式指紋センサーには、２０１３年１１月２１日付で公開された“静電容量式センサーパッケージング（Capacitive Sensor Packaging）”という名称の米国公開特許公報ＵＳ２０１３／０３０７８１８が知られている。
【０００９】
前記米国公報に記載された静電容量式指紋センサーは、特定プッシュボタン（Push Button）と結合したアセンブリ形態に構成されており、容量性プレートとユーザの指紋（隆線と谷）との間の静電容量を測定するための回路が印刷されたシリコンウエハを含む。一般的に、人間の指紋の隆線と谷は略３００μｍ〜５００μｍのサイズで、非常に微細であるので、前記米国公報の静電容量式指紋センサーは、高解像度センサーアレイと指紋認識処理のためのＩＣ（Integrated Chip）の製作が必要であり、このためにセンサーアレイとＩＣを一体形成することができるシリコンウエハを用いている。
【００１０】
しかしながら、シリコンウエハを用いて高解像度のセンサーアレイとＩＣを共に形成する場合、プッシュボタンと共に指紋センサーを結合するためのアセンブリ構造が必要になるので、構成が複雑になるだけでなく、非表示領域（ベゼル領域）が増加する問題点があった。また、プッシュボタン（例えば、スマートフォンのホームキー）と指紋センサーが重畳するように形成されるので、その厚さが増加するだけでなく、指紋センシング領域がプッシュボタンのサイズに左右される問題点があった。
【００１１】
このような問題点を解決するために、タッチセンサースクリーンの領域を指紋識別領域に用いる技術などが開発されたことがある。このような技術としては、“指紋識別用容量性タッチセンサー（capacitive touch sensor for identifying a fingerprint）”という名称の２０１３年１０月２２日付で登録された米国登録特許第ＵＳ８，５６４，３１４号と、“指紋認識一体型静電容量タッチスクリーン”という名称の２０１４年８月１８日付で登録された大韓民国登録特許第１０−１４３２９８８号が知られている。
【００１２】
スマートフォンのような個人携帯用表示装置には、表示パネル保護のための保護フィルムを追加で付着する場合が多い。前記のような技術を個人携帯用表示装置の表示領域を指紋認識別領域に適用する場合、保護フィルムを付着すれば、指紋認識機能が顕著に低下することがある。一般的に、保護フィルムを付着してもタッチ機能はそのまま使用することができる。しかしながら、指紋認識は非常に微細な指紋を認識しなければならないので、静電容量の微細な変化を感知しなければならない。保護フィルムの厚さが如何に薄くても、微細な指紋を認識することに必要な静電容量の変化を正確に感知するようにすることには深刻な障害を誘発することがある。
【００１３】
静電容量式指紋センサーを内蔵した表示装置では、表示装置の表面に保護フィルムあるいは強化ガラスを付着する場合が多いが、この場合、認識能力が格段に低下することがある。したがって、静電容量式指紋センサーの場合、表示基板の厚さに対する問題が発生することがある。その反面、光学式指紋センサーを内蔵した表示装置では、散乱光を使用するため、正確な認識能力が難しい。正確な認識能力を確保するために視準光を使用する場合には、複雑で、体積の大きい光学機構が必要であるので、携帯性の高い平面用表示装置と結合し難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】大韓民国登録特許１０−０６０８１７１号
【特許文献２】大韓民国公開特許公報１０−２０１６−００４３２１６号
【特許文献３】米国公開特許公報ＵＳ２０１３／０３０７８１８
【特許文献４】米国登録特許第ＵＳ８，５６４，３１４号
【特許文献５】大韓民国登録特許第１０−１４３２９８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、前記の問題点を克服するために考案されたものであって、超薄膜型光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することにある。本発明の他の目的は、表示パネルの表示領域の全体あるいは大部分の領域でイメージを認識することができる光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することにある。本発明の更に他の目的は、指向性光を検出光として大面積に均等に提供する光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することにある。本発明の更に他の目的は、指向性光をカバーガラスの一部層の内部で導光することによって、検出解像度と敏感度に優れる光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することにある。本発明の更に他の目的は、カバー基板の非表示領域に配置されたプリンティング素子と光学式イメージ認識センサー用素子の間での干渉を除去した光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明によるイメージ認識センサー内蔵型平面表示装置は、表示パネル及び指向性光ユニットを含む。表示パネルには、表示領域と非表示領域が定義されている。指向性光ユニットは、表示パネルを収容する長さと幅、そして一定の厚さを有し、表示パネルの上部表面に面付着される。指向性光ユニットは、第１カバー基板、第２カバー基板、第１低屈折層、出光素子、入光素子、第２低屈折層、及び光源を備える。第１カバー基板及び第２カバー基板は、長さと幅に対応する面積を有し、第１低屈折層を媒介に合着されている。出光素子は、第２カバー基板の下部表面で、表示領域に対応して配置される。入光素子は、第２カバー基板の下部表面で、出光素子の一側辺で表示領域の外側に配置される。第２低屈折層は、出光素子及び入光素子の下部表面に配置され、表示パネルの上部表面に付着される。光源は、表示パネルの一側辺で入光素子と対向するように配置される。
【００１７】
一例に、光源は入光素子の表面に定義された入射点に入射光を提供する。入光素子は、入射光を第２カバー基板の内部で全反射する入射角を有する進行光に転換して第２カバー基板の内部に入射させるホログラフィパターンを備える。出光素子は、進行光の一部を、第１カバー基板の上部表面では全反射され、第１低屈折層及び第２低屈折層は透過する条件を満たす、反射角を有する検出光に転換するホログラフィパターンを備える。
【００１８】
一例に、入射角は、出光素子と第２低屈折層との界面での全反射臨界角、そして第２カバー基板と第１低屈折層との界面での全反射臨界角より大きい値を有する。
【００１９】
一例に、反射角は、第１カバー基板と空気層との界面での全反射臨界角よりは大きく、出光素子と第２低屈折層との界面での全反射臨界角よりは小さな値を有する。
【００２０】
一例に、進行光は、幅方向軸と長手方向軸からなる水平平面では拡散角を有し、長手方向軸と厚さ方向軸からなる垂直平面では前記視準された状態を維持する。
【００２１】
一例に、拡散角は、入射点で入光素子と対向するカバー基板の他側辺の２つの終端点を各々連結する２つの線分がなす内角以上である。
【００２２】
一例に、第１カバー基板の下部表面で非表示領域に該当する一側辺と他側辺のうち、少なくともいずれか１つに配置されたデコレイヤをさらに含む。
【００２３】
一例に、入光素子及び光源は、デコレイヤの下に配置される。
【００２４】
一例に、第１低屈折層とデコレイヤは、第１カバー基板と第２カバー基板との間に配置されたフィルム、コーティング、及びパターンのうちのいずれか１つである。
【００２５】
一例に、デコレイヤと入光素子との間の距離は最小１．０ｍｍ以上である。
【００２６】
一例に、第２カバー基板の厚さは最小０．７０ｍｍ以上である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、指向性（Directional）光を検出光に提供することによって、高分解能のイメージ認識能力を有する光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することができる。本発明は、ホログラフィ技術を用いて視準された赤外線レーザーを表示パネルの表示領域に対応する大面積に拡張させて検出光を提供することによって、大面積の認識が可能な、光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することができる。本発明は、既存の平面表示装置の画面の上に薄いフィルム形状を有する指向性光を検出光として提供することによって、超薄型の光学式イメージ認識センサー内蔵型平面表示装置を提供することができる。また、本発明では表示装置の最表面に付着されるカバーガラス（あるいは、保護基板）自体を本発明による指向性光基板のカバー基板に使用することができる。しかも、ホログラフィフィルムを用いて視準光を大面積に拡散供給することによって、超薄型指向性光基板を提供する。したがって、本発明による光学式イメージ認識装置を表示装置と結合しても表示装置の厚さが厚くならない。特に、カバーガラス２枚を結合し、下部カバーガラスでイメージ認識用検出光を導光させることによって、光損失を最小化することができる。また、２枚のカバーガラスの間にロゴなどのデコレーションレイヤ（Decoration Layer）を挿入することによって、イメージ認識装置用構成要素と干渉を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態による光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置に適用する指向性光基板の構造を示す図である。
【図２】図１による指向性光基板の内部での光経路を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態による指向性光ユニットと光認識センサーを含む光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置の構造を示す図である。
【図４】本発明の第１応用例による指向性光ユニットと光認識センサーを含む光学式イメージセンサー内蔵型液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第２応用例による指向性光ユニットと光認識センサーを含む光学式イメージセンサー内蔵型有機発光ダイオード表示装置の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第３応用例による指向性光ユニットの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第３応用例に対する比較例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。明細書の全体に亘って同一な参照番号は実質的に同一な構成要素を意味する。以下の説明で、本発明と関連した公知技術あるいは構成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、その詳細な説明を省略する。また、以下の説明で使われる構成要素の名称は、明細書作成の容易性を考慮して選択されたものであって、実際の製品の部品名称とは相異することがある。
【００３０】
以下、図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置に適用する指向性光ユニットの構造を示す図である。図１で、上部図面はＸＺ平面から眺めた側面図であり、下部図面はＸＹ平面上部から眺めた平面図である。
【００３１】
図１を参照すると、本発明の実施形態による指向性光ユニットは、指向性光基板ＳＬＳと光源ＬＳを含む。指向性光ユニットは視準された（collimated）光を大面積に広めて提供する光学装置である。したがって、光源ＬＳは視準された光を提供することが好ましい。 
【００３２】
指向性光基板ＳＬＳは、第１カバー基板ＣＰ１、第２カバー基板ＣＰ２、デコレイヤＬＯ、出光素子ＶＨＯＥ、入光素子ＣＨＯＥ、第１低屈折層ＬＲ１、及び第２低屈折層ＬＲ２を含む。第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２は、略長方形の四角板状形態で、長さと幅、そして厚さを有する。図１では、長さはＸ軸、幅はＹ軸、そして厚さはＺ軸に対応して表示する。第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２の長さはＸ軸方向に、幅はＹ軸方向に、そして厚さはＺ軸方向に配置されている。
【００３３】
第１カバー基板ＣＰ１と第２カバー基板ＣＰ２とは互いに面合着されている。第１カバー基板ＣＰ１の下表面で一側辺と他側辺にはデコレイヤＬＯが配置できる。デコレイヤＬＯは製品のロゴ（Logo）や商標、あるいは文句を示す装飾のための構成要素である。デコレイヤＬＯは主に非表示領域に該当する表示装置の上辺及び／又は下辺、または左側辺及び／又は右側辺に配置できる。デコレイヤＬＯが配置された第１カバー基板ＣＰ１の下面には第１低屈折層ＬＲ１が塗布されている。図１では、デコレイヤＬＯが第１カバー基板ＣＰ１の上辺と下辺に配置され、その間に第１低屈折層ＬＲ１が配置された場合として図示した。しかしながら、第１低屈折層ＬＲ１はデコレイヤＬＯを全て覆うように配置されることもできる。
【００３４】
デコレイヤＬＯは、文字や図形が印刷及びエッチング方式により彫られた透明あるいは不透明フィルムでありうる。または、デコレイヤＬＯは第１カバー基板ＣＰ１の下部表面に、文字や図形が直接コーティングされることがある。あるいは、デコレイヤＬＯはフィルムに形成されたパターンあるいは第１カバー基板ＣＰ１の下部表面に形成されたパターンでありうる。
【００３５】
第１低屈折層ＬＲ１を挟んで、第２カバー基板ＣＰ２が第１カバー基板ＣＰ１と面合着されている。第１カバー基板ＣＰ１と第２カバー基板ＣＰ２との間には、デコレイヤＬＯと第１低屈折層ＬＲ１が介されている。デコレイヤＬＯが所定の厚さを有しているので、デコレイヤＬＯが第１または第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２の表面に配置される場合、容易に損傷されるか、または他の素子と干渉が発生することがある。しかしながら、本発明の実施形態ではデコレイヤＬＯが第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２の間に配置されているので、他の素子を配置する位置に対して障害を受けない。
【００３６】
第２カバー基板ＣＰ２の下部表面には出光素子ＶＨＯＥと入光素子ＣＨＯＥが面付着されている。出光素子ＶＨＯＥは、出射光３００を提供する光学素子である。したがって、出光素子ＶＨＯＥはイメージを検出及び認識する領域に対応するように配置される。
【００３７】
入光素子ＣＨＯＥは光源ＬＳで提供する視準された光を第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２に対応する面積に広がり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はイメージ認識とは直接関連がないので、出光素子ＶＨＯＥの外側領域に配置することが好ましい。特に、入光素子ＣＨＯＥは光源ＬＳと対向して配置される。
【００３８】
出光素子ＶＨＯＥ及び入光素子ＣＨＯＥは、同一平面上に配置される。製造工程を考慮すれば、１つのフィルムの上に出光素子ＶＨＯＥ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ＶＨＯＥと入光素子ＣＨＯＥは、ホログラフィパターンを含む光学素子でありうる。この場合、出光素子ＶＨＯＥ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を隣接して配置した後、１つのホログラフィ記録フィルムに２つのホログラフィパターンを同時に複写することができる。
【００３９】
出光素子ＶＨＯＥ及び入光素子ＣＨＯＥの下部表面には第２低屈折層ＬＲ２が積層されている。第１低屈折層ＬＲ１と第２低屈折層ＬＲ２は、互いに同一な屈折率を有することが好ましい。第１及び第２低屈折層ＬＲ１、ＬＲ２は、第１カバー基板ＣＰ１、第２カバー基板ＣＰ２、及び出光素子ＶＨＯＥより低い屈折率を有することが好ましい。
【００４０】
例えば、第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２を屈折率が１．５である透明な強化ガラスで作ることができる。出光素子ＶＨＯＥと入光素子ＣＨＯＥは透明なホログラフィ記録フィルムであって、屈折率が第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２と同一であるか、またはもう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ＶＨＯＥと入光素子ＣＨＯＥの屈折率は、第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２の屈折率と同一であるものとして説明する。第１及び第２低屈折層ＬＲ１、ＬＲ２の屈折率は認知しようとするイメージ客体の屈折率と等しいか若干大きいものが良い。指紋認識に適用しようとする場合、第１低屈折層ＬＲ１と第２低屈折層ＬＲ２は人の皮膚が有する屈折率である１．３９と類似な１．４程度の屈折率を有することができる。
【００４１】
その結果、屈折率が１．５である第２カバー基板ＣＰ２と出光素子ＶＨＯＥは、屈折率が１．４である第１低屈折層ＬＲ１及び第２低屈折層ＬＲ２の間に介された構造となる。これで、高屈折層の上面と下面に低屈折層が積層された構造であって、高屈折層の内部で光が全反射されながら進行できる条件を満たす。即ち、第２カバー基板ＣＰ２と出光素子ＶＨＯＥの積層空間がイメージ検出に使用する光を表示パネルの全体表面に拡散させるための導光空間（light guiding space）となる。
【００４２】
入光素子ＣＨＯＥの下部空間には入光素子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。特に、携帯用表示装置に指紋認識機能を内蔵するシステムに適用する場合、人が認知することができない光である赤外線レーザーを提供することが好ましい。
【００４３】
光源ＬＳから提供された視準光（Collimated Light）は、入射光１００として一定の断面積を有して入光素子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。
【００４４】
入光素子ＣＨＯＥは、入射光１００を入射角を有する進行光２００に転換して第２カバー基板ＣＰ２の内部に送る。ここで、入射角は第２カバー基板ＣＰ２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は第２カバー基板ＣＰ２の内部で全反射しながら、第２カバー基板ＣＰ２の長手方向であるＸ軸に進行する。
【００４５】
出光素子ＶＨＯＥは進行光２００の一部の光量を出射光３００に転換して第１カバー基板ＣＰ１の上部表面に屈折させる。進行光２００の残りの光量は元の状態を維持するので、第２カバー基板ＣＰ２の内部で全反射されて進行する。出射光３００は、第１カバー基板ＣＰ１の上部表面では第１低屈折層ＬＲ１に透過されて第１カバー基板ＣＰ１の内部に入射される。
【００４６】
出射光３００は、第１カバー基板ＣＰ１の上部表面では全反射される。これは、第１カバー基板ＣＰ１の上部表面は屈折率が１．０である空気層と接触しているためである。一方、第１カバー基板ＣＰ１の下部表面では第１低屈折層ＬＲ１を透過して第２カバー基板ＣＰ２の内部に入射される。また、出射光３００は第２カバー基板ＣＰ２の下部表面に配置された第２低屈折層ＬＲ２を透過して指向性光基板ＳＬＳの外部に出光される。即ち、出射光３００は第１カバー基板ＣＰ１の上部表面で全反射されて、第２カバー基板ＣＰ２の下部表面を透過する検出光（または、‘センシング光’）４００となる。
【００４７】
進行光２００が入光素子ＣＨＯＥが配置された一側から対向する他側に進行しながら、出光素子ＶＨＯＥにより一部が出射光３００が放出される。この際、出射光３００の光量は出光素子ＶＨＯＥの光抽出効率により決定される。例えば、出光素子ＶＨＯＥの光抽出効率が３％とすれば、最初に進行光２００が出光素子ＶＨＯＥに触れた地点であ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。
【００４８】
このような方式により第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２の最後辺に至るまで出射光３００が抽出される。このように、均一な出光効率を有する場合、進行光２００が進行するほど抽出される光量が徐々に減る。進行光２００が進行しながら、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ＶＨＯＥ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。
【００４９】
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。反面に、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第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２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ＶＨＯＥはできるだけ、光出射部ＬＯＴの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と対向するカバー基板ＣＰの他側辺の２つの終端点Ｐ１、Ｐ２を各々連結する２つの線分がなす内角と等しいか大きいことが好ましい。
【００５０】
入光素子ＣＨＯＥが配置された領域を光入射部ＬＩＮとして定義することができる。また、出光素子ＶＨＯＥが配置された領域を光出射部ＬＯＴとして定義することができる。一方、光出射部ＬＯＴは光が進行する光進行部でもある。図１で、入光素子ＣＨＯＥが光入射部ＬＩＮの全体領域を覆うように配置されたものとして図示したが、入射点ＩＰのサイズよりもう少し大きいサイズを有する程度でも充分である。
【００５１】
例えば、光源ＬＳで提供する視準された光の断面積が０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正円である場合、入光素子ＣＨＯＥはカバー基板ＣＰの幅に対応する長さと３ｍｍ〜５ｍｍ程度の幅を有することができる。入光素子ＣＨＯＥは、カバー基板ＣＰの幅方向に横切って配置できる。
【００５２】
以下、図２を参照して、光源で提供された視準された（Collimated）赤外線が指向性光基板ＳＬＳの内部で如何なる経路を経て、イメージ検出に使用する指向性（Directional）赤外線に転換されるかを説明する。図２は、図１による指向性光基板の内部での光経路を示す断面図である。
【００５３】
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に転換して第１カバー基板ＣＰ１の内部に送る。
【００５４】
進行光２００の入射角（θ）は出光素子ＶＨＯＥと第２低屈折層ＬＲ２の界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ２）より大きい値を有することが好ましい。また、入射角（θ）は第２カバー基板ＣＰ２と第１低屈折層ＬＲ１の界面での全反射臨界角（ＴＣＰ２＿ＬＲ１）より大きい値を有することが好ましい。
【００５５】
例えば、第２カバー基板ＣＰ２及び出光素子ＶＨＯＥの屈折率が１．５であり、第１低屈折層ＬＲ１及び第２低屈折層ＬＲ２の屈折率が１．４である場合、出光素子ＶＨＯＥと第２低屈折層ＬＲ２との界面での全反射臨界角（ＴＶＨＯＥ＿ＬＲ２）及び第２カバー基板ＣＰ２と第１低屈折層ＬＲ１との界面での全反射臨界角（ＴＣＰ２＿ＬＲ１）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、いずれか１つの値を有するように設定することができる。
【００５６】
出光素子ＶＨＯＥは、進行光２００の一定光量を反射角（α）を有する出射光３００に転換させて第１カバー基板ＣＰ１の内部に送り返す。出射光３００は、第１カバー基板ＣＰ１の上部表面にイメージを有する客体が接触する場合、そのイメージの像を認知するための光である。出射光３００は、第１カバー基板ＣＰ１の表面に何の物体もない場合には全反射されて、指向性光基板ＳＬＳの下面の外部に位置した光センサーに送られなければならない。即ち、出射光３００は第１カバー基板ＣＰ１の上部表面で全反射された後には検出光４００として指向性光基板ＳＬＳの外部に出光される。
【００５７】
検出光４００は入射角（あるいは、反射角）、αを有し、第１カバー基板ＣＰ１の上部表面で反射された光である。検出光４００の反射角αは進行光３００の入射角θより小さな値を有するので、検出光４００は第１カバー基板ＣＰ１を透過し、第１低屈折層ＬＲ１も透過して、続いて、第２カバー基板ＣＰ２、出光素子ＶＨＯＥ、及び第２低屈折層ＬＲ２を順次に透過して指向性光基板ＳＬＳの外部に出光される。
【００５８】
指向性光基板ＳＬＳの下部表面に配置された第２低屈折層ＬＲ２の外部に出光された検出光４００を認識することによって、第１カバー基板ＣＰ１の上部表面に配置された物体のイメージを判別することができる。以下では、図１で説明した指向性光ユニットを応用したイメージ認識装置について説明する。特に、指紋認識センサーを内蔵した平面表示装置について説明する。
【００５９】
図３は、本発明の実施形態による指向性光ユニットと光認識センサーを含む光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置の構造を示す図である。図３を参照すると、本発明の実施形態による光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置は、表示パネルＤＰ、指向性光基板ＳＬＳ、及び光源ＬＳを含む。表示パネルＤＰには表示領域ＡＡと非表示領域ＮＡが定義されている。表示領域ＡＡは表示パネルＤＰの中央部の大部分を占めて、非表示領域ＮＡは表示領域の周辺に配置される。表示領域ＡＡには、表示パネルＤＰが表そうとする映像が表示される素子が配置されている。非表示領域ＮＡには表示領域に配置された素子を駆動するための素子が配置されている。
【００６０】
特に、表示領域ＡＡには、映像を表示するための多数個の画素領域がマトリックス方式により配列されている。これら画素領域には、イメージ認識のための光センサーが１つずつ配置されている。場合によっては、多数個の画素領域を基本単位にして、１つずつ配置されていることができる。例えば、２×２、３×３、あるいは４×４画素毎に１つずつ光センサーが配置できる。
【００６１】
指向性光基板ＳＬＳは、一定長さ、一定幅、及び一定厚さを有する薄くて広い板状型である。指向性光基板ＳＬＳの長さと幅は表示パネルＤＰを収容するに充分なサイズを有することが好ましい。特に、表示パネルＤＰの全体サイズよりもう少し大きいサイズを有することが好ましい。少なくとも表示パネルＤＰの一側辺にさらに延びた部分を有することが好ましい。例えば、表示パネルＤＰの一側辺にさらに延びた部分には光源ＬＳを配置する。
【００６２】
指向性光基板ＳＬＳは表示パネルＤＰの上部表面に面合着して結合できる。指向性光基板ＳＬＳは、前述したように、第１カバー基板ＣＰ１、第２カバー基板ＣＰ２、デコレイヤＬＯ、入光素子ＣＨＯＥ、出光素子ＶＨＯＥ、第１低屈折層ＬＲ１、及び第２低屈折層ＬＲ２を含む。第１低屈折層ＬＲ１は、第１カバー基板ＣＰ１と第２カバー基板ＣＰ２との間に介されて第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２を面合着することが好ましい。
【００６３】
第２低屈折層ＬＲ２は、第２カバー基板ＣＰ２と表示パネルＤＰとの間に介されて表示パネルＤＰと指向性光基板ＳＬＳとが面合着されることが好ましい。ここで、表示パネルＤＰの上部表面は、表示パネルＤＰで提供される映像情報が出光される面をいう。即ち、ユーザが映像を観覧する時に眺める表示パネルＤＰの表面をいう。
【００６４】
前述したように、指向性光基板ＳＬＳでは下部表面に、即ち、表示パネルＤＰの上部表面にイメージ垂直検出光４０１を提供する。すると、指向性光基板ＳＬＳの下部に配置された表示パネルＤＰの光センサーが検出光４００を認知する。その結果、指向性光基板ＳＬＳの上部表面に接触する物体のイメージ（指紋認識装置の場合、隆線模様）を認識することができる。
【００６５】
より詳しく説明すると、指向性光基板ＳＬＳの出光素子ＶＨＯＥにより作られる出射光３００が第１カバー基板ＣＰ１の上部表面に至る。特に、第１カバー基板ＣＰの上にイメージ客体ＩＭが接触している時、客体ＩＭと触れない個所に至った出射光３００は全反射されて検出光４００として表示パネルＤＰに提供される。一方、カバー基板ＣＰの表面で客体ＩＭが触れる部分に至った出射光３００は外部に屈折して出る。屈折率が空気層ＡＩＲより大きい値を有する客体ＩＭが第１カバー基板ＣＰ１に接触した部位では、検出光４００が全反射されず、客体ＩＭ側に屈折する。即ち、イメージ客体ＩＭがある部分では出射光３００が吸収光５００となって、表示パネルＤＰの光センサーに提供される光量がほとんどない。
【００６６】
その結果、表示パネルＤＰには出射光３００のうち、検出光４００のみ認知し、吸収光５００は認知できなくなる。このように、表示パネルＤＰの光センサーは、第１カバー基板ＣＰ１の上部表面で反射された検出光４００の反射パターンを認知することによって、イメージのパターンを再現（reproduce）することができる。
【００６７】
指向性光ユニットを指紋認識装置に適用する場合、イメージ客体ＩＭは人の指（finger）となる。そして、指紋の隆起Ｒ部分は第１カバー基板ＣＰ１の表面と接触し、谷Ｖ部分は第１カバー基板ＣＰ１の表面と接触しない。谷Ｖ部分に行った出射光３００は全反射されて検出光４００となる。反面に、隆起Ｒ部分に行った出射光３００は屈折して第１カバー基板ＣＰ１の外部に抜け出る吸収光５００となる。
【００６８】
図３の下に図示された斜視図をさらに参照してＸＹ平面上でのイメージセンシングについて説明する。入射光１００は、一定の断面積を有する視準された赤外線を含むことができる。このために、光源ＬＳは赤外線レーザーを提供するものでありうる。
【００６９】
入射光１００は、入光素子ＣＨＯＥにより進行光２００に変換される。この際、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。
【００７０】
ここで、拡散角（φ）は、入射点ＩＰで入光素子ＣＨＯＥと対向する第１及び第２カバー基板ＣＰ１、ＣＰ２の他側辺の２つの終端点を各々連結する２つの線分がなす内角と等しいか大きいことが好ましい。この場合、進行光２００は拡散角を有する三角形状に広がりながら進行する。これによって、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、イメージ認識領域は三角形内部領域となる。したがって、指紋認識装置に適用する場合、図３で斜線を施した円形で表示した部分に認識領域ＳＡを設定することができる。
【００７１】
図３のように、表示パネルの中央部、あるいは入光素子ＣＨＯＥと対向する上端辺の一部に認識領域ＳＡを設定する場合、認識領域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ＶＨＯＥの光抽出効率が認識領域ＳＡに対応する部分で最大値を有し、他の部分では最小値、あるいは‘０’に近い値を有するような位置に従う関数関係で設計することができる。
【００７２】
＜第１応用例＞
今までは、光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置で指向性光を提供するための指向性光ユニットを中心として本発明に対して説明した。以下、本発明による指向性光ユニットを光認識センサーを含む平面表示パネルと結合して形成する光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置の具体的な応用例を説明する。
【００７３】
以下、図４を参考して、本発明の第１応用例による光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置について説明する。図４は、本発明の第１応用例による指向性光ユニットと光認識センサーを含む光学式イメージセンサー内蔵型液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【００７４】
本発明の第１応用例による光学式イメージセンサー内蔵型液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＣＰ、指向性光基板ＳＬＳ、及び光源ＬＳを含む。液晶表示パネルＬＣＰは、互いに面合着された下部基板ＳＬ、上部基板ＳＵ、そして、その間に介された液晶層ＬＣを含む。下部基板ＳＬには多数個の画素領域がマトリックス方式により配列されている。上部基板ＳＵには、画素領域に対応してカラーフィルタが配列されていることができる。あるいは、上部基板ＳＵには特別な素子が形成されない基板でありうる。ここで、液晶表示パネルＬＣＰは水平電界型の場合を図示した。しかしながら、これに限定せず、多様な液晶表示パネルに適用することができる。
【００７５】
画素領域には、画像を表現するための画素電極ＰＸＬと共通電極ＣＯＭが配置できる。また、画素電極ＰＸＬに画像信号を選択的に印加する薄膜トランジスタＴが配置されている。薄膜トランジスタＴと隣り合って光センサーＴＳが配置されていることができる。光センサーＴＳは、各画素領域毎に１つずつ、あるいはその以上配置されていることができる。または、多数個の画素領域毎に１つずつ光センサーＴＳが配置されることもできる。
【００７６】
液晶表示パネルＬＣＰの上部基板ＳＵの上面には本発明の実施形態で説明した指向性光基板ＳＬＳが面付着されている。指向性光基板ＳＬＳは、第１カバー基板ＣＰ１、第２カバー基板ＣＰ２、デコレイヤＬＯ、入光素子ＣＨＯＥ、出光素子ＶＨＯＥ、第１低屈折層ＬＲ１、及び第２低屈折層ＬＲ２を含む。指向性光基板ＳＬＳの第２低屈折層ＬＲ２が上部基板ＳＵの上部表面に面付着される。
【００７７】
液晶表示パネルＬＣＰは自ら光を出せない非自発光表示装置である。この場合、下部基板ＳＬの下面にバックライトユニットＢＬＵが配置できる。バックライトユニットＢＬＵの一側辺には入光素子ＣＨＯＥと対向するように光源ＬＳが配置できる。この場合、光源ＬＳはバックライトユニットＢＬＵと一体型に形成することができる。あるいは、光源ＬＳは別途の構成で製作してバックライトユニットＢＬＵの近くに配置することができる。
【００７８】
液晶表示パネルＬＣＰは、表示領域ＡＡと非表示領域ＮＡを含む。指向性光基板ＳＬＳの出光素子ＶＨＯＥは、表示領域ＡＡに対応して配置される。入光素子ＣＨＯＥは、非表示領域ＮＡに対応して配置される。また、光源ＬＳやはり非表示領域ＮＡで入光素子ＣＨＯＥに対向して配置される。デコレイヤＬＯやはり非表示領域ＮＡに対応して配置されることが好ましい。
【００７９】
＜第２応用例＞
以下、図５を参考して、本発明の第２応用例による光学式イメージセンサー内蔵型平面表示装置について説明する。図５は、本発明の第２応用例による指向性光ユニットと光認識センサーを含む光学式イメージセンサー内蔵型有機発光ダイオード表示装置の構造を示す断面図である。
【００８０】
本発明の第２応用例による光学式イメージセンサー内蔵型有機発光ダイオード表示装置は、有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰ、指向性光基板ＳＬＳ、及び光源ＬＳを含む。有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰは、表示素子が配置された基板ＳＵＢと表示素子を保護するためのエンキャップＥＮＣが互いに面合着されている。基板ＳＵＢには、多数個の画素領域がマトリックス方式により配列されている。エンキャップＥＮＣには、画素領域に対応してカラーフィルタが配列されていることができる。あるいは、エンキャップＥＮＣには特別な素子が形成されない透明基板でありうる。ここでは、上部発光型有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰの場合を図示した。しかしながら、これに限定せず、上部発光型など、多様な構造のものを適用することができる。
【００８１】
画素領域には画像を表現するための有機発光ダイオードＯＬＥと有機発光ダイオードＯＬＥに画像信号を選択的に印加する薄膜トランジスタＴが配置されている。有機発光ダイオードは、アノード電極ＡＮＯ、有機発光層ＯＬ、及びカソード電極ＣＡＴを含む。薄膜トランジスタＴと隣り合って光センサーＴＳが配置されていることができる。光センサーＴＳは、各画素領域毎に１つずつ、あるいはそれ以上配置されることができる。または、多数個の画素領域毎に１つずつ光センサーＴＳが配置されることもできる。
【００８２】
有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰのエンキャップＥＮＣの上面には本発明の実施形態で説明した指向性光基板ＳＬＳが面付着されている。指向性光基板ＳＬＳは、第１カバー基板ＣＰ１、第２カバー基板ＣＰ２、デコレイヤＬＯ、入光素子ＣＨＯＥ、出光素子ＶＨＯＥ、第１低屈折層ＬＲ１、及び第２低屈折層ＬＲ２を含む。指向性光基板ＳＬＳの第２低屈折層ＬＲ２がエンキャップＥＮＣの上部表面に面付着される。
【００８３】
有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰは、自ら光を出す自発光表示装置である。この場合、別途のバックライトユニットを必要としない。したがって、有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰの一側辺に入光素子ＣＨＯＥと対向するように光源ＬＳを配置することが好ましい。
【００８４】
具体的に説明すると、有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰは、表示領域ＡＡと非表示領域ＮＡを含む。指向性光基板ＳＬＳは、有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰより大きいサイズを有するように構成することが好ましい。指向性光基板ＳＬＳの出光素子ＶＨＯＥは、表示領域ＡＡに対応して配置される。入光素子ＣＨＯＥは、有機発光ダイオード表示パネルＯＬＰの側辺で拡張された空間の上部を覆うように配置する。そして、光源ＬＳはその拡張された空間の下部に配置することができる。デコレイヤＬＯは非表示領域ＮＡに配置されることが好ましい。
【００８５】
このように、本発明による光学式イメージ認識センサーを内蔵した表示装置では、表示装置の表面に付着するカバー基板とカバー基板の一側表面に付着された数百μｍ程度に過ぎない超薄型ホログラフィフィルムを備える。したがって、表示装置の厚さには影響を与えず、光学式イメージ認識センサーを内蔵することができる。また、視準性の高い光を表示装置の表示パネルの全体面積に均等に分布するようにして（または、スキャンして）イメージを認識することができるので、イメージ認識分解能が非常に優れて、指紋認識のように微細イメージを正確に認識することができる。
【００８６】
本発明による光学式イメージ認識センサーを内蔵した表示装置は、表示装置のカバーガラス自体をイメージ認識用光を提供する手段に使用する特徴がある。特に、既存のカバーガラスの厚さを１／２に薄膜化し、この２つのカバーガラスを合着することによって、カバーガラスに備えられるデコレイヤとイメージ認識用光を提供するための構成要素の間に干渉無しで配置することができるという長所がある。厚さを１／２に薄膜化した２枚のカバーガラスを合着して使用することによって、表示装置の全体の厚さを増加しない、かつイメージ認識機能を備えた表示装置を具現することができる。
【００８７】
＜第３応用例＞
以下、図６を参照して、本発明による光学式イメージ認識センサーの具体的な構造について説明する。図６は、本発明の第３応用例による指向性光ユニットの構造を示す断面図である。第３応用例による指向性光ユニットは、第１及び第２応用例で説明した液晶表示装置及び／又は有機発光ダイオード表示装置に適用することができる。
【００８８】
本発明の第３応用例による指向性光ユニットは、基本的に、図１による指向性光ユニットと類似の構成を有する。差があるとすれば、積層構造及び厚さ限定を具体化したということにある。以下の説明で、重複する意味のない説明は省略し、意味のある部分を中心として説明する。
【００８９】
図６を参照すると、本発明の第３応用例による指向性光ユニットは、指向性光基板ＳＬＳと光源ＬＳを含む。指向性光基板ＳＬＳは、第１カバー基板ＣＰ１、第２カバー基板ＣＰ２、デコレイヤＬＯ、出光素子ＶＨＯＥ、入光素子ＣＨＯＥ、第１低屈折層ＬＲ１、及び第２低屈折層ＬＲ２を含む。
【００９０】
第１カバー基板ＣＰ１と第２カバー基板ＣＰ２とは互いに面合着されている。第１カバー基板ＣＰ１の下表面で一側辺にはデコレイヤＬＯが配置できる。デコレイヤＬＯは製品のロゴ（Logo）や商標または文句を示す装飾のための構成要素である。デコレイヤＬＯが配置された第１カバー基板ＣＰ１の下面には第１低屈折層ＬＲ１が塗布されている。図６では、デコレイヤＬＯと第１低屈折層ＬＲ１が同一な層に配置された場合として図示した。しかしながら、第１低屈折層ＬＲ１はデコレイヤＬＯを全て覆うように配置されることもできる。
【００９１】
デコレイヤＬＯは、文字や図形が印刷及びエッチング方式により彫られた透明あるいは不透明フィルムでありうる。または、デコレイヤＬＯは第１カバー基板ＣＰ１の下部表面に、文字や図形が直接コーティングされていることができる。あるいは、デコレイヤＬＯはフィルムに形成されたパターンあるいは第１カバー基板ＣＰ１の下部表面に形成されたパターンでありうる。
【００９２】
第１低屈折層ＬＲ１を挟んで、第２カバー基板ＣＰ２が第１カバー基板ＣＰ１と面合着されている。第１カバー基板ＣＰ１と第２カバー基板ＣＰ２との間には、デコレイヤＬＯと第１低屈折層ＬＲ１が介されている。ここで、第１カバー基板ＣＰ１と第２カバー基板ＣＰ２は第１光学接着剤ＯＣＡ１を媒介に面合着することができる。したがって、デコレイヤＬＯと第１低屈折層ＬＲ１の下部面に第１光学接着剤ＯＣＡ１が全面塗布されて、第２カバー基板ＣＰ２の上部面と合着されることが好ましい。
【００９３】
第２カバー基板ＣＰ２の下部表面には出光素子ＶＨＯＥと入光素子ＣＨＯＥが面付着されている。出光素子ＶＨＯＥ及び入光素子ＣＨＯＥは同一平面上に配置される。出光素子ＶＨＯＥと入光素子ＣＨＯＥは第２光学接着剤ＯＣＡ２を媒介に第２カバー基板ＣＰ２と面合着できる。出光素子ＶＨＯＥは、出射光３００を提供する光学素子である。したがって、出光素子ＶＨＯＥはイメージを検出及び認識する領域に対応するように配置される。
【００９４】
出光素子ＶＨＯＥ及び入光素子ＣＨＯＥの下部表面には第２低屈折層ＬＲ２が積層されている。第１低屈折層ＬＲ１と第２低屈折層ＬＲ２は互いに同一な屈折率を有することが好ましい。第１及び第２低屈折層ＬＲ１、ＬＲ２は、第１カバー基板ＣＰ１、第２カバー基板ＣＰ２、及び出光素子ＶＨＯＥより低い屈折率を有することが好ましい。
【００９５】
光源ＬＳは入光素子ＣＨＯＥに入射光１００を提供する。入射光１００が入光素子ＣＨＯＥの中央部に照射されるように光源ＬＳを配置することが好ましい。入光素子ＣＨＯＥは、入射光１００を進行光２００に転換して、第２カバー基板ＣＰ２の内部に屈折させる。この際、進行光２００が第２カバー基板ＣＰ２の内部で進行する時、入射角（θ）（あるいは、反射角）は７０度乃至７５度の間の１つの値を有することができる。本発明の第３応用例によれば、７２度の値を有することが最も好ましい。
【００９６】
この場合、進行光２００が初めて第１低屈折層ＬＲ１と接触する位置は、入射角（θ）及び第１厚さ（Ｔ１）により決定される。ここで、第１厚さ（Ｔ１）は入光素子ＣＨＯＥとデコレイヤＬＯとの間の距離、あるいは入光素子ＣＨＯＥと第１低屈折層ＬＲ１との間の距離に該当する。
【００９７】
例えば、製造工程を考慮して、入光素子ＣＨＯＥの幅を５ｍｍ程度に設定することが好ましい。この場合、デコレイヤＬＯのサイズも入光素子ＣＨＯＥのサイズに対応することが好ましい。即ち、デコレイヤＬＯの幅（ＷＬＯ）も５ｍｍ程度のものが好ましい。
【００９８】
このような設計的な状況を考慮すれば、第１厚さ（Ｔ１）は１．０ｍｍのものが好ましい。この場合、入射角（θ）７２度を考慮すれば、進行光２００が初めて第１低屈折層ＬＲ１と接触する位置に該当する第１横距離（ｌ１）は約３．１ｍｍとなる。したがって、デコレイヤＬＯの幅（ＷＬＯ）は６．２ｍｍ以下の値を有することができる。
【００９９】
より具体的な積層構造を説明すると、第１光学接着剤ＯＣＡ１及び／又は第２光学接着剤ＯＣＡ２の厚さは、約０．１０〜０．１５ｍｍのものが好ましい。したがって、第２カバー基板ＣＰ２の厚さは最小０．７０ｍｍ（７００μｍ）のものが好ましい。
【０１００】
このように、第２カバー基板ＣＰ２の厚さを０．７０ｍｍ以上を確保して、第１厚さ（Ｔ１）を１．０ｍｍ以上確保することが好ましい。このように設定したことは単純な設計的な変更によるものではない。本発明は、光源ＬＳで提供する光をホログラフィ素子である入光素子ＣＨＯＥを用いて、第２カバー基板ＣＰ２の内部に全反射条件を満たす進行光２００に提供することが特徴である。
【０１０１】
即ち、入射光１００が入光素子ＣＨＯＥにより発生した進行光２００は１次回折光である。したがって、ホログラフィ素子である入光素子ＣＨＯＥにより回折されない０次回折光１０００が発生することができる。０次回折光１０００が外部に漏れる場合、ユーザに障害を与えることがある。したがって、０次回折光１０００はデコレイヤＬＯにより防止することができる。デコレイヤＬＯの０次回折光１０００の遮断効果を高めるために、ブラック背景にデコ模様を結合した形態を有することができる。
【０１０２】
しかしながら、第２カバー基板ＣＰ２の厚さを十分に確保できなければ、デコレイヤＬＯがブラック光吸収体を含んでも、０次回折光１０００を完全に防止することができない。その理由に対しては、比較例を示す図面である図７を参照して説明する。
【０１０３】
＜比較例＞
図７は、本発明の第３応用例に対する比較例を示す断面図である。比較例による指向性光基板は、単一カバー基板ＣＰを含んだ構造を有する。図７を参照すると、比較例による指向性光ユニットは、指向性光基板ＳＬＳと光源ＬＳを含む。
【０１０４】
指向性光基板ＳＬＳは、カバー基板ＣＰ、デコレイヤＬＯ、光学接着剤ＯＣＡ、出光素子ＶＨＯＥ、入光素子ＣＨＯＥ、及び低屈折層ＬＲを含む。カバー基板ＣＰの下部面にはデコレイヤＬＯが配置されている。デコレイヤＬＯが配置されたカバー基板ＣＰの下部面には出光素子ＶＨＯＥ及び入光素子ＣＨＯＥが配置される。ここで、デコレイヤＬＯが配置されたカバー基板ＣＰの下部面と出光素子ＶＨＯＥ及び入光素子ＣＨＯＥの間には、光学接着剤ＯＣＡが介されている。出光素子ＶＨＯＥ及び入光素子ＣＨＯＥの下面には低屈折層ＬＲが配置されている。
【０１０５】
光源ＬＳで提供する入射光１００は入光素子ＣＨＯＥの中央部に入射される。入射光１００は、入光素子ＣＨＯＥにより進行光２００に変換されてカバー基板ＣＰの内部に入射される。ここで、進行光２００は入射角（θ）が７２度を有する。
【０１０６】
また、光学接着剤ＯＣＡの厚さに該当する第２厚さ（Ｔ２）は０．１０〜０．１５ｍｍの厚さを有する。ここで、第２厚さ（Ｔ２）はデコレイヤＬＯと入光素子ＣＨＯＥとの間の距離に該当する。この場合、進行光２００の入射角（θ）７２度を考慮すれば、進行光２００がカバー基板ＣＰの下面と初めて接触する位置に該当する第２横距離（ｌ２）は約０．３１ｍｍとなる。したがって、デコレイヤＬＯの幅（ＷＬＯ）は０．６２ｍｍ以下の値を有することができる。
【０１０７】
光源ＬＳで提供する入射光１００の直径が０．５ｍｍであることを考慮する時、デコレイヤＬＯが入射光１００のサイズより少し大きいサイズを有する。この場合、０次回折光１０００がデコレイヤＬＯにより完全に遮断されず、側辺で回折されて漏洩される場合が発生する。デコレイヤＬＯをより大きくすれば、１次回折光である進行光２００もカバー基板ＣＰの内部に送ることができなくなる。したがって、比較例による指向性光基板の場合、入光素子ＣＨＯＥにより回折されない光が漏洩されてユーザに障害を引き起こすことがある。
【０１０８】
このように、比較例を考慮する時、本発明による指向性光基板は、第３応用例で説明したように、カバー基板を２枚に分離し、第２カバー基板ＣＰ２の厚さを少なくても０．７０ｍｍ以上確保することが好ましい。特に、入光素子ＣＨＯＥとデコレイヤＬＯとの間の距離を１．０ｍｍ以上確保することが好ましい。
【０１０９】
また、入光素子ＣＨＯＥとデコレイヤＬＯとの間の距離を１．０ｍｍ以上確保することによって、０次回折光１０００を遮断する機能と装飾機能を同時に備えるデコレイヤＬＯのサイズを自由に設定することができる。即ち、入光素子ＣＨＯＥとデコレイヤＬＯとの間の距離を十分に確保することによって、進行光２００がＸ軸方向で一次に全反射される位置を十分に長く確保することができる。したがって、進行光２００がＸ軸方向で一次に全反射される位置範囲内で０次回折光１０００を確実に防止できるように、デコレイヤＬＯのサイズを設定することができる。
【０１１０】
ここで、入光素子ＣＨＯＥとデコレイヤＬＯとの間の最小距離を１．０ｍｍに設定したことは、０次回折光を効果的に遮断するための条件を優先的に考慮したものである。しかしながら、この厚さ限定が正確に１．０ｍｍ以下でなければならないことを意味するものではない。光源ＬＳで提供する光の波長帯のような、他の条件を考慮する場合、ある程度の誤差範囲内では１．０ｍｍより薄くても０次回折光を防止することができる。極端な例に、入光素子ＣＨＯＥとデコレイヤＬＯとの間の距離を０．５ｍｍに設定しても、０次回折光を防止することができる。製造工程及び条件などを含んださまざまな条件を総合的に考慮した時、入光素子ＣＨＯＥとデコレイヤＬＯとの間の最小距離を１．０ｍｍに設定することが最も好ましい。
【０１１１】
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することができる。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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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