CN105373772A - 光学指纹/掌纹识别器件、触控显示面板和显示装置 - Google Patents

光学指纹/掌纹识别器件、触控显示面板和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种便于确定指纹/掌纹中的谷和脊的相对位置的光学指纹/掌纹识别器件、包括该光学指纹/掌纹识别器件的触控显示面板和显示装置。该光学指纹/掌纹识别器件包括：光敏传感器，用于收集指示指纹/掌纹信息的光信号，并将收集到的光信号转换成电流；存储电容，所述存储电容是所述光学指纹/掌纹识别器件中的独立电容，电连接至光敏传感器以在指纹/掌纹扫描期间接收并存储来自光敏传感器的电流；和开关晶体管，电连接至存储电容以在电流读出期间输出存储电容中存储的电流。

Description

光学指纹/掌纹识别器件、触控显示面板和显示装置
技术领域
本发明的实施例一般地涉及触控显示技术领域，并且具体地，涉及一种光学指纹/掌纹识别器件、以及包括该识别器件的触控显示面板和显示装置。
背景技术
指纹或掌纹是人体与生俱来、独一无二并可与他人区分开的识别特征，其最重要的特征是纹线特征，例如脊线和谷线，包括手指或手掌皮肤表面上的一系列谷和脊。指纹或掌纹识别技术具有精度高，速度快，价格低，用户接受度高等优点，已经逐渐应用于个人身份验证领域。
光学指纹或掌纹识别技术主要利用光的折射和反射原理，当手指或手掌按压显示装置的触摸屏的表面时，显示装置的内置光源照射到手指或手掌的凹凸不平的线纹上，由于光线在线纹上的凹点和凸点处折射的角度及反射回去的光线强度不同，其投射在光敏传感器上会产生不同电流，通过检测电流而识别出指纹或掌纹中谷和脊的位置。通过由不同的颜色显示脊线和谷线，可以获得指纹或掌纹图像。
理论上来说，只要光敏传感器足够灵敏，可以分辨出指纹或掌纹中的谷和脊的绝对位置，但实际操作中，谷和脊引起的电流值较小，难以将二者区分开。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述和其它问题和缺陷中的至少一种，提出了本发明。
根据本发明的一个方面，提出了一种光学指纹/掌纹识别器件，包括：光敏传感器，用于收集指示指纹/掌纹信息的光信号，并将收集到的光信号转换成电流；存储电容，所述存储电容是所述光学指纹/掌纹识别器件中的独立电容，电连接至光敏传感器以在指纹/掌纹扫描期间接收并存储来自光敏传感器的电流；和开关晶体管，电连接至存储电容以在电流读出期间输出存储电容中存储的电流。
较佳地，在上述光学指纹/掌纹识别器件中，光敏传感器可以包括光敏二极管，该光敏二极管包括从下至上顺序层叠的第一电极层、感光材料层和第二电极层，并且第一电极层电连接至存储电容，感光材料层在由指纹/掌纹反射的光照射时产生载流子，第二电极层由透明材料制成或具有透光结构并电连接至固定电压源。
较佳地，在上述光学指纹/掌纹识别器件中，存储电容可以包括由从下至上顺序层叠的第三电极层、第一绝缘层和连接电极层形成的第一电容，并且第三电极层接地，所述连接电极层连接至光敏传感器。
较佳地，在上述光学指纹/掌纹识别器件中，所述连接电极层与所述第一电极层形成为一体。
较佳地，在上述光学指纹/掌纹识别器件中，存储电容还可以包括由从下至上顺序层叠的第四电极层、第二绝缘层和所述第三电极层形成的第二电容，并且第四电极层连接至所述连接电极层使得所述第一电容与所述第二电容并联。
较佳地，在上述光学指纹/掌纹识别器件中，开关晶体管可以包括具有源极的薄膜晶体管，该源极电连接至所述连接电极层。
较佳地，上述光学指纹/掌纹识别器件还可以包括覆盖薄膜晶体管的平坦化层，以及贯穿第一绝缘层、第二绝缘层和平坦化层以露出所述源极的一部分的通孔，第四电极层形成在平坦化层上，连接电极层和第四电极层在所述通孔处彼此接触并接触所述源极的露出部分。
较佳地，上述光学指纹/掌纹识别器件还可以包括用于遮挡背光以避免背光照射到所述光敏传感器的遮光层。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种触控显示面板，包括：多个像素；和一个或多个上述光学指纹/掌纹识别器件，该光学指纹/掌纹识别器件设置在相应的像素中。
较佳地，在上述触控显示面板，在每个像素中可以设置有一个所述光学指纹/掌纹识别器件，或者相邻的两个光学指纹/掌纹识别器件之间由一个或多个像素隔开。
根据本发明的又一个方面，还提供了一种显示装置，包括上述触控显示面板。
通过下文中参照附图对本发明所作的详细描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
通过参考附图能够更加清楚地理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为示出根据本发明的一个示例性实施例的光学指纹/掌纹识别器件的结构的剖视图；
图2为示出根据本发明的另一个示例性实施例的光学指纹/掌纹识别器件的结构的剖视图；以及
图3是触控显示面板的说明性示意图，该触控显示面板包括根据本发明的光学指纹/掌纹识别器件。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的实施例进行详细的描述。在本说明书中，相同或相似的部件由相同或类似的附图标号指示。下述参照附图对本发明的各实施方式的说明旨在阐述本发明的总体构思，而不应当理解为对本发明的一种限制。
根据本发明的一个总的发明构思，提供了一种光学指纹/掌纹识别器件，包括：光敏传感器，用于收集指示指纹/掌纹信息的光信号，并将收集到的光信号转换成电流；存储电容，所述存储电容是所述光学指纹/掌纹识别器件中的独立电容，电连接至光敏传感器以在指纹/掌纹扫描期间接收并存储来自光敏传感器的电流；和开关晶体管，电连接至存储电容以在电流读出期间输出存储电容中存储的电流。这种光学指纹/掌纹识别器件中设置了独立的存储电容，其在指纹/掌纹扫描期间存储由指纹/掌纹反射的光在光敏传感器中产生的电流，经过一定时间内的电流积累，可以获得较大的电流值，使得由指纹/掌纹中的谷和脊引起的电流之间的差值较大，从而能够区分谷和脊的相对位置。
此外，在下面的详细描述中，为便于说明，阐述了许多具体的细节以提供对本发明的实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其它情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的光学指纹/掌纹识别器件的结构。如图所示，光学指纹/掌纹识别器件100包括用作光敏传感器的光敏二极管110、用作开关晶体管的薄膜晶体管120和存储电容130-1。可以理解，还可以采用其它形式的光敏传感器或光电转换器件，在本文中仅以光敏二极管为例进行说明。光敏二极管110在指纹/掌纹扫描期间接收用户的手指或手掌反射的光并产生电流，该电流的大小与所反射的光的强度相对应，而所反射的光的强度与指纹/掌纹的特征相关联，从而所产生的电流能够指示指纹/掌纹的特征信息，如脊线和谷线。存储电容在指纹/掌纹扫描期间接收并存储在光敏传感器110中产生的电流，经过一定时间内的电流积累，可以获得较大的电流值，使得由指纹/掌纹中的谷和脊引起的电流之间的差值较大，从而便于区分谷和脊的相对位置。在电流读出期间，薄膜晶体管120在控制线(未示出)控制下导通，以将存储电容中存储的电流输出到读取线(未示出)上，所读出的电流经过处理，可以提取出表示指纹/掌纹的特征的数据，最终确定谷和脊的相对位置和/或获得指纹/掌纹图像。这种处理和特征提取可以采用现有技术实现，在此不再赘述。
在图1中图示的实施例中，薄膜晶体管120是底栅型晶体管，包括依次形成在基板101上的栅极121、栅绝缘层122、有源层123、以及漏极124和源极125。可以理解，用作开关晶体管的薄膜晶体管120也可以采用顶栅型薄膜晶体管，其具体结构对本领域技术人员人员来说是容易理解，在此省略对其的详细描述。
如图1所示，在基板101形成有覆盖薄膜晶体管120的平坦化层103，在平坦化层103上从下至上依次形成有第三电极层106、第一绝缘层107、第一电极层111、感光材料层112和第二电极层113。其中，由第三电极层106、第一绝缘层107和第一电极层111形成作为存储电容的第一电容130-1，由第一电极层111、感光材料层112和第二电极层113形成光敏二极管110，即第一电容130-1和光敏二极管110共用电极层111，从而电容130-1电连接至光敏二极管110并接收来自光敏二极管110的电流。可以理解，在其它实施例中，电容130-1和光敏二极管110之间不存在共用的电极，它们的两个电极层之间可以通过导线或导电材料层彼此电连接。
图2示出了根据本发明的另一个示例性实施例的光学指纹/掌纹识别器件的结构。如图所示，光学指纹/掌纹识别器件100’包括用作光敏传感器的光敏二极管110、用作开关晶体管的薄膜晶体管120、以及存储电容130-1和130-2。在此实施例中，并联的两个电容130-1和130-2形成较大的存储电容。
具体如图2所示，在基板101形成有覆盖薄膜晶体管120的平坦化层103，在平坦化层103上从下至上依次形成有第四电极层104、第二绝缘层105、第三电极层106、第一绝缘层107、第一电极层111、感光材料层112和第二电极层113。其中，由第三电极层106、第一绝缘层107和第一电极层111形成作为存储电容的第一电容130-1，由第四电极层104、第二绝缘层105和第三电极层106形成作为存储电容的第二电容130-2，即第一电容130-1和第二电容130-2共用电极层106；由第一电极层111、感光材料层112和第二电极层113形成光敏二极管110。可以理解，在其它实施例中，电容130-1和130-2之间可以不存在共用的电极，它们的两个电极层之间可以通过导线或导电材料层彼此电连接。可以理解，虽然未示出，但在其它实施例中，在第三电极层106和平坦化层103之间(图1)，或者在第四电极层104和平坦化层103之间(图1)，还可以存在一个或多个其它绝缘材料层，如钝化层。
在本发明的实施例中，第四电极层104、第三电极层106和第一电极层111可以由合适的导电材料制成，如ITO或金属。感光材料层112可以选用半导体材料，如α-Si或者多晶硅，当然也可以采用其他感光材料，如PbS等，在此不做限定。在一个示例中，第二电极层113由诸如ITO材料之类的透明导电材料制成；可替换地，第二电极层113可以具有透光结构，例如，金属线或网格结构。由此，由用户的手指/手掌反射的光可以穿过第二电极层113进入感光材料层112，在感光材料层112中实现光电转换以产生电流。
在本发明的实施例中，第二电极层113电连接至固定电压源V，而第三电极层106接地。此外，在图1中，第一电极层111，例如，经由穿过第一绝缘层107和平坦化层103形成的通孔108，电接触薄膜晶体管120的源极125；在图2中，通孔108’贯穿第一绝缘层107、第二绝缘层105和平坦化层103以露出源极125的一部分，第四电极层104形成在平坦化层103上，第一电极层111和第四电极层104在通孔108’处彼此接触(如层叠)并接触源极125的露出部分。从而，电容130-1和130-2电连接至光敏二极管110并接收来自光敏二极管110的电流，且电连接至开关晶体管120以在需要时，经由开关晶体管120读出光敏二极管110中产生的电流和/或电容130-1和130-2中存储的电量/电流。
由此，当没有从手指/手掌反射的光照射感光材料层112时，第二电极层113上存在固定电位，第一电极层111和第三电极层106之间总的电容储存电量为Q0；当从指纹/掌纹上的谷反射的光照射到感光材料层112时，感光材料层112中会产生载流子，即感光材料层的电阻变小，此时在固定电压下，会产生电流并存储在电容130-1中，在一定时间内，第一电极层111和第三电极层106之间总的电容储存电量变为Q1，Q1＞Q0；同理，当从指纹/掌纹上的脊反射的光照射到感光材料层112时，感光材料层112中会产生更多的载流子，其电阻也相对变小，但不同于谷引起的电阻，此时在固定电压下，会产生不同的电流并存储在电容130-1中，在一定时间内，第一电极层111和第三电极层106之间总的电容储存电量变为Q2，Q2＞Q0且Q2≠Q1。这样，通过在一定时间内，如在指纹/掌纹扫描周期内，累积由指纹/掌纹上的谷和脊反射的光在感光材料层产生的电量或电流(电量会转化为相应的可检测的电流信号)，就可以更容易地识别谷、脊之间的微弱差异，通过谷和脊反射的光在感光材料层产生的电量或电流的差值Q2-Q1，可以判断谷和脊的相对位置。例如，当该差值或其绝对值超过一阈值时，可以判断相应的位置存在谷和脊，并将较大电流对应的特征表示为脊，而将较小电流对应的特征表示为谷。
在图1和2图示的实施例中，在平坦化层103远离光敏传感器110的一侧，如在基板101上与光敏传感器110对应的位置，还可以设置有遮光层102，其遮挡从基板101进入识别器件的光，以避免光敏传感器110受到环境光的不利影响。
根据本发明的再一个示例性实施例，还提供了一种触控显示面板，如图3所示，其包括由栅极控制线G(G1......Gn，Gn+1)和数据线D(D1......Dn，Dn+1)限定的多个像素P，一个或多个上述光学指纹/掌纹识别器件100/100’可以设置在相应的像素中，由此能够形成兼具显示功能和指纹/掌纹识别功能的触控显示面板。示例性地，在每个像素中设置有一个所述光学指纹/掌纹识别器件；或者，相邻的两个光学指纹/掌纹识别器件之间由一个或多个像素隔开，只要能找到指纹/掌纹中的主要特征即可，这样避免过多地降低开口率。在一个示例中，这种触控显示面板可以是内嵌式触摸屏。在另一个示例中，上述电极层104也可以用作像素电极，或与像素电极由同一材料层形成；上述电极层111也可以用作公共电极，或与公共电极由同一材料层形成，在此不做限定。
在这种触控显示面板中，在指纹/掌纹扫描期间，光敏传感器110接收用户的手指或手掌反射的光并产生指示指纹/掌纹的特征信息的电流信号，存储电容130接收并存储在光敏传感器110中产生的电流信号，经过一定时间内的电流积累，可以获得较大的电流值；在电流读出期间，开关晶体管120在指纹/掌纹触控扫描线CL的控制下导通，以将存储电容130中存储的电流信号输出到指纹/掌纹触控读取线RL上。在一个示例中，可以将从相邻的光学指纹/掌纹识别器件的读取线上读出的识别信号进行比较，并将信号差异进行放大，从而可以确定指纹/掌纹上的谷和脊的相对位置。
在图3中图示的示例中，指纹/掌纹触控扫描线CL独立于栅极控制线G而设置在相邻像素之间；可替换地，可以将触摸显示面板的一条或多条栅极控制线用作对应的指纹/掌纹触控扫描线。在另一个示例中，指纹/掌纹触控读取线可以独立于触摸显示面板的触控驱动信号线(未示出)而设置在相邻像素之间；可替换地，可以将触摸显示面板的一条或多条触控驱动信号线用作对应的指纹/掌纹触控读取线，在这种情况中，在指纹/掌纹识别阶段，触控驱动信号线可以用作指纹/掌纹触控读取线，而在触控阶段，指纹/掌纹触控读取线可以用作触控驱动信号线。根据本发明的又一个示例性实施例，还提供了一种显示装置，包括上述触控显示面板。这种显示装置可以包括手机、笔记本电脑、平板电脑、显示器、数码相框、导航仪、身份识别设备或任何其它具有显示功能的产品或部件。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种光学指纹/掌纹识别器件，其特征在于，包括：
光敏传感器，用于收集指示指纹/掌纹信息的光信号，并将收集到的光信号转换成电流；
存储电容，所述存储电容是所述光学指纹/掌纹识别器件中的独立电容，电连接至光敏传感器以在指纹/掌纹扫描期间接收并存储来自光敏传感器的电流；和
开关晶体管，电连接至存储电容以在电流读出期间输出存储电容中存储的电流。
2.根据权利要求1所述的光学指纹/掌纹识别器件，其特征在于，光敏传感器包括光敏二极管，该光敏二极管包括从下至上顺序层叠的第一电极层、感光材料层和第二电极层，并且
第一电极层电连接至存储电容，感光材料层在由指纹/掌纹反射的光照射时产生载流子，第二电极层由透明材料制成或具有透光结构并电连接至固定电压源。
3.根据权利要求1或2所述的光学指纹/掌纹识别器件，其特征在于，存储电容包括由从下至上顺序层叠的第三电极层、第一绝缘层和连接电极层形成的第一电容，并且第三电极层接地，所述连接电极层连接至光敏传感器。
4.根据权利要求3所述的光学指纹/掌纹识别器件，其特征在于，所述连接电极层与所述第一电极层形成为一体。
5.根据权利要求3或4所述的光学指纹/掌纹识别器件，其特征在于，存储电容还包括由从下至上顺序层叠的第四电极层、第二绝缘层和所述第三电极层形成的第二电容，并且第四电极层连接至所述连接电极层使得所述第一电容与所述第二电容并联。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的光学指纹/掌纹识别器件，其特征在于，开关晶体管包括具有源极的薄膜晶体管，该源极电连接至所述连接电极层。
7.根据权利要求6所述的光学指纹/掌纹识别器件，其特征在于，该光学指纹/掌纹识别器件还包括覆盖薄膜晶体管的平坦化层，以及贯穿第一绝缘层、第二绝缘层和平坦化层以露出所述源极的一部分的通孔，第四电极层形成在平坦化层上，所述连接电极层和第四电极层在所述通孔处彼此接触并接触所述源极的露出部分。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学指纹/掌纹识别器件，还包括用于遮挡背光以避免背光照射到所述光敏传感器的遮光层。
9.一种触控显示面板，包括：
多个像素；和
一个或多个权利要求1-8中任一项所述的光学指纹/掌纹识别器件，该光学指纹/掌纹识别器件设置在相应的像素中。
10.根据权利要求9所述的触控显示面板，其中在每个像素中设置有一个所述光学指纹/掌纹识别器件，或者相邻的两个光学指纹/掌纹识别器件之间由一个或多个像素隔开。
11.一种显示装置，包括权利要求9或10所述的触控显示面板。
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