CN105487724B - 显示装置、其操作方法及制造其中的光学感测阵列的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置、其操作方法及制造在显示装置中的光学感测阵列的方法。该显示装置包括：像素阵列，包括多个像素，每个像素包括多个子像素；黑矩阵，位于子像素之间；以及在黑矩阵处的光学感测阵列，该光学感测阵列包括行导体以及在交叉区域处交叉行导体的列导体。

Description

显示装置、其操作方法及制造其中的光学感测阵列的方法

技术领域

本发明的实施例涉及一种嵌入在显示器中的光学感测阵列以及用于操作该光学感测阵列的方法。

背景技术

显示装置已经变得日益流行，并被广泛地使用，诸如在蜂窝电话、计算机监视器、电视机、平板等中。这些显示装置可以是任何类型的显示器，包括有机发光显示器(OLED)、液晶显示器(LCD)等。具体地，包括光学传感器的显示装置已经被发展来例如感测用户与显示装置的交互作用(interaction)(例如，经由用户的手指或经由触控笔(stylus)的使用与显示装置的交互作用)、感测环境光、扫描文件等。

然而，一般而言，这些嵌入的光学传感器被制造为形成在与显示发射元件相同的有源区中(例如，在显示装置的像素区域的像素处)。因此，光学传感器的孔(即，显示区域的涉及光感测的部分)以占用显示器有源区为代价形成，该显示器有源区产生、反射和/或透射光以产生将被显示装置的使用者看见的图像。因此，已经难以在实现可见的明亮且电力效率高的显示器的同时，实现足够大的光学传感器孔径以有效地感测光。此外，随着高分辨率显示器发展，这个问题被恶化，因为显示器表面的不涉及生成图像或感测光的部分不与显示器表面的生成图像或感测光的部分同等地按比例缩小。也就是说，因为单位面积的点(dot)减少，非有源区部分通常按比例增长较大，从而减少可用于光学传感器和显示发射元件两者的有源区。

另外，常规光学传感器不是波长选择的，因此除了对来自感测的兴趣物这样的特定源的光信号起反应之外，还对其它光信号起反应，诸如包括在与环境光相应的噪声(即，环境光噪声)中的光信号。因而，过多的信号处理和电力被用来从环境光噪声提取感测的兴趣物的信号。

而且，当地址线被光学传感器和显示元件共享时，传感器的读取和显示元件的写入的过程不能同时发生，导致显示装置内的低效率的处理。可选地，当显示装置对光学传感器和显示元件采用分开的地址控制线、机构和信号时，显示器表面的分配给双寻址功能的区域增加，从而从显示元件占用额外的有源区。

此外，采用常规光学传感器的显示装置可能引起显示发射元件和光学传感器之间的串扰。也就是说，来自显示元件的光会被光学传感器不期望地感测到，导致不正确的光学读取和/或增加从环境光噪声或从显示元件发射的光提取感测的兴趣物的信号的处理。

发明内容

本发明的实施例的方面针对一种嵌入在显示装置中的光学感测阵列、操作该光学感测阵列的方法以及制造该光学感测阵列的方法。

本发明的实施例提供不与显示装置的显示发射元件共享相同的有源区的光学感测阵列，从而允许光学传感器具有更大的面积而不从发光显示元件夺取区域。

本发明的实施例还提供对选择波长范围的光敏感的光学传感器，从而减小用于从环境光噪声提取感测的兴趣物这样的特定源的光信号的信号处理电力。另外，本发明的实施例提供具有高的量子效率的光学感测阵列。

本发明的实施例还提供独立于显示元件寻址线操作的光学感测阵列，从而允许显示装置更快速且更有效率地操作。

根据本发明的实施例，提供一种显示装置，该显示装置包括：像素阵列，包括多个像素，每个像素包括多个子像素；显示区域的黑色部分或非有源部分，被称为黑矩阵，位于子像素之间；以及在黑矩阵处的光学感测阵列，光学感测阵列包括行导体以及在交叉区域处交叉行导体的列导体。

光学感测阵列还可以包括在交叉区域处耦接到行导体并耦接到列导体的感测二极管，其中感测二极管配置为响应于入射在感测二极管上的光而产生电流。

光学感测阵列还可以包括阻挡二极管，该阻挡二极管在交叉区域处耦接到行导体并耦接到列导体，并与感测二极管串联耦接。

阻挡二极管的阴极可以面对感测二极管的阴极。

感测二极管的阳极可以耦接到列导体。

阻挡二极管的阳极可以耦接到行导体。

行导体可以耦接到开关，该开关可以配置为将耦接到行导体的阻挡二极管和感测二极管耦接到电压源，使得阻挡二极管被正向偏置，并使得感测二极管被反向偏置。

感测二极管可以配置为当行导体经由开关耦接到电压源时产生与入射在感测二极管上的光成比例的电流。

列导体可以耦接到电流传感器，其中电流传感器配置为具有可忽略的电阻。

当行导体经由开关耦接到电压源时，由感测二极管产生的电流可以穿过经由列导体耦接到感测二极管的电流传感器。

光学感测阵列可以对于像素阵列的每四个像素包括一个感测二极管和一个阻挡二极管。

显示装置还可以包括在感测二极管上的部分光通滤波器，其中部分光通滤波器配置为吸收一波长范围的光从而阻挡该波长范围的光到达感测二极管，并配置为允许其余波长范围的光到达感测二极管。

显示装置还可以包括邻近光学感测阵列的光发射阵列，其中光发射阵列配置为产生在光的所述其余波长范围中的光。

感测二极管可以包括量子点膜层。

光学感测阵列可以位于黑矩阵内。

在本发明的另一实施例中，提供一种在显示装置的黑矩阵上制造光学感测阵列的方法，该方法包括：在黑矩阵上形成部分光通滤波器；在部分光通滤波器上形成透明电极；以及在透明电极上形成量子点膜。

该方法还可以包括在量子点膜上形成金属导体。

该方法还可以包括：在部分光通滤波器上形成光屏蔽；以及在透明电极、量子点膜和光屏蔽上形成绝缘体。

在本发明的另一实施例中，提供一种操作显示装置的方法，该显示装置包括黑矩阵和位于黑矩阵处的光学感测阵列，该方法包括：施加跨过感测二极管和耦接到感测二极管的阻挡二极管的电压，使得感测二极管被反向偏置，并使得阻挡二极管被正向偏置；响应于入射在感测二极管上的光而产生电流；以及使用电流传感器测量所产生的电流。

该方法还可以包括将测量的电流作为信息输出到显示装置。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示范性实施例，本发明的实施例的以上和其它方面将变得更加明显，附图中：

图1示出矩阵显示装置的常规像素阵列的俯视图，矩阵显示装置包括但不限于例如有机发光二极管矩阵或液晶显示器矩阵；

图2A是根据本发明的实施例的光学感测阵列的示意图；

图2B是根据本发明的另一实施例的光学感测阵列的示意图；

图2C是根据本发明的另一实施例的光学感测阵列的示意图；

图3示出根据本发明的实施例的图2A所示的感测二极管的操作的图形表示；

图4A示出图2A所示的感测二极管的沿线IV-IV截取的截面图；

图4B示出根据本发明的实施例的图2A所示的感测二极管的操作；

图5是根据本发明的实施例的当一行光学感测阵列耦接到电压源时图2A所示的光学感测阵列的示意图；

图6A是根据本发明的实施例的图5所示的电流传感器的示意图；

图6B是根据本发明的另一实施例的图5所示的电流传感器的示意图；

图7是根据本发明的实施例的光学感测阵列和集成电路之间的互连的示意图；

图8示出根据本发明的实施例的光学感测阵列的行和列的俯视图；

图9示出图2A所示的光学感测阵列的阻挡二极管和感测二极管的沿线IX-IX截取的截面图；

图10A、10B、10C、10D、10E、10F和10G示出根据本发明的实施例的制造光学感测阵列的方法；

图11A示出根据本发明的实施例的显示装置的像素区域的俯视图；

图11B是根据本发明的实施例的图11A所示的显示装置的像素区域的局部示意图；以及

图12是根据本发明的实施例的光学感测阵列的传感器的灵敏度的极坐标图。

具体实施方式

在下文，将参照附图更充分地描述本发明的实施方式，附图中示出了本发明的示范性实施例。然而，如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施例可接受各种修改和可选的形式，而不背离本发明的精神或范围。为了本发明的描述的清楚，对于本发明的完整理解不需要的一些元件或特征可以被省略。

在本说明书中使用的术语用于描述特定的实施方式，而不旨在限制本发明。例如，将理解，虽然这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受到这些术语的严格解释限制。而是，这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区别开。此外，单数使用的表述涵盖复数的表述，除非其在上下文中具有明显不同的含义。在本说明书中，将理解，术语诸如“包括”、“包含”等旨在指定说明书中公开的特征、数字、步骤、动作、部件、部分或其组合的存在，但并不旨在排除一个或多个其它特征、数字、步骤、动作、部件、部分和/或其组合可存在或可被增加的可能性。

将理解，当称一个元件或层在另一元件或层“上”、“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、直接连接到或耦接到另一元件或层，或者还可以存在一个或多个插入的元件或层。类似地，当称一个元件或层“连接在”或“耦接在”另一元件或层时，该元件或层可以直接或间接地“连接”或“耦接”在所述另一元件或层。当称一个元件“直接在”另一元件或层上、“直接连接到”、“直接耦接到”、“直接连接在”或“直接耦接在”另一元件或层时，则不存在插入的元件或层。相同的数字始终表示相同的元件。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。

为便于描述，这里可以使用诸如“在…之下”、“在...下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空间关系术语来描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解，空间关系术语旨在涵盖除附图所示的取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的器件被翻转过来，则被描述为“在”其它元件或特征“之下”或“下面”的元件将会取向为在其它元件或特征“之上”或“上方”。因此，示范性术语“在...下面”能够涵盖之上和之下两种取向。器件可以另外地取向(例如，旋转90度或在其它取向)，这里所用的空间关系描述符应被相应地解释。

除非另行定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有本发明所属领域内的普通技术人员所通常理解的同样的含义。还将理解的是，诸如通用词典中所定义的术语，除非这里加以明确定义，否则应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的含义相一致的含义，而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。此外，当描述本发明的实施例时，“可以”的使用涉及“本发明的一个或多个实施例”。

附图中相同的附图标记表示相同的元件，其重复的描述可以被省略。

图1示出矩阵显示装置的常规像素阵列的俯视图。

参照图1，常规矩阵显示装置包括像素阵列10，像素阵列10包括像素12，每个像素12包括子像素14。子像素14分别对应于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的子像素颜色。尽管像素12每个包括三个子像素14，但是其它的常规显示装置可以每一像素包括不同数目的子像素(例如，1或4)，可以具有子像素颜色的不同配置(例如，可以具有白色子像素)，和/或可以具有不同形状的子像素。

围绕单个子像素14的区域包括非有源的黑矩阵16。黑矩阵16可以吸收部分的环境光以减少反射并提高显示装置的对比度。此外，用于子像素14的地址线可以位于对应于非有源的黑矩阵16的区域。根据本发明的实施例，光学感测阵列完全或部分地形成在黑矩阵16上或黑矩阵16内，使得光学传感器不需要如常规的光学感测显示装置中可见地一样形成在有源区中(例如，在子像素14处)。因此，通过在黑矩阵16处形成光学感测阵列，光学传感器不需要与子像素14争夺空间，同时允许光学传感器的孔径适当地大从而充分地感测光。

图2A、2B和2C是根据本发明的实施例的光学感测阵列的示意图。

参照图2A，光学感测阵列50可以形成在显示装置的黑矩阵中，或形成在黑矩阵上，使得光学感测阵列50跟随黑矩阵的图案(例如，光学感测阵列50可以在黑矩阵上方的顶玻璃上，或可以在黑矩阵下面的底玻璃上)。

光学感测阵列50包括列导体52和行导体54。在列导体52和行导体54的每个交叉56处，光学感测阵列50包括光学感测单元60。在每个交叉56处在列导体52和行导体54之间可以有绝缘层。

在每个列导体52的一端，光学感测阵列50包括电流传感器58。关于电流传感器58的更多细节在下面描述。另外，每个行导体54的一端包括开关72。开关72，当被触发以处于导通状态时，将被选择的行导体54的光学感测单元60耦接到电压源74。关于此操作的更多细节在下面描述。

根据本实施例，每个光学感测单元60包括阻挡二极管62和感测二极管64。每个阻挡二极管62和感测二极管64在相应的一个交叉56处耦接在相应的列导体52和相应的行导体54之间。此外，阻挡二极管62和感测二极管64彼此面对，也就是，阻挡二极管62的阴极耦接到感测二极管64的阴极。因此，阻挡二极管62的阳极耦接到对应的行导体54，感测二极管64的阳极耦接到对应的列导体52，从而完成在每个交叉56处包括阻挡二极管62和感测二极管64的闭合回路。

根据本实施例，感测二极管64被示为肖特基二极管，而阻挡二极管62不是。然而，在本发明的其它实施例中，阻挡二极管和感测二极管可以是其它适当类型的二极管。

此外，虽然显示装置在这里参照对应于如附图所示的水平和垂直方向的行和列描述，但是取决于显示装置的取向或旋转，行和列的参照能够被互换，如例如图2C中所示，本发明不限于其中行和列唯一地分别对应于水平和垂直方向的任何特定取向。此外，取决于扫描信号和数据信号分别施加到显示装置的方向，像素的行和列的功能也可以是可互换的。

因此，因为光学感测阵列50位于黑矩阵处，而不是位于显示装置的有源区处，所以它能够大于在常规方法中可容许的(例如，为3倍)，并能够在不从有源像素区域占用任何区域的情形下形成。然而，在本发明的一些实施例中，来自显示像素的区域也可以被分配作为用于光学传感器孔的补充区，其可以提高光学感测阵列的灵敏度。

列导体52和行导体54的数目可以与显示装置的显示阵列中的行和列的数目一致(例如，光学感测单元60的数目可以等于显示装置中的像素的数目)。可选地，列导体52和行导体54的数目可以小于显示阵列中的行和列的数目(例如，对于每一个光学感测单元60可以有四个像素)。

虽然本公开通常示出平板显示器中的光学感测阵列，但是本发明的实施例可以实现在可挠的和/或柔性的显示器中。此外，光学感测阵列可以形成在OLED、LCD或其它类型的显示器中。

此外，光学感测单元60，即使在不成阵列时，也可以用于诸如以下功能：感测环境照明、感测热的物体的接近(例如，人的耳朵)、及显示装置的其它功能。

光学感测单元60以及其地址控制线(例如，列导体52和行导体54)还可以呈现黑色，因此可以吸收可见波长的光。

用于显示装置的显示元件的地址矩阵或线可以位于与光学感测阵列60相同的黑矩阵上(或位于相同的黑矩阵中)。然而，用于光学感测阵列60的地址线(例如，列导体52和行导体54)可以独立于用于显示元件的地址矩阵或线操作，从而允许光学感测阵列60的读出频率与显示器刷新频率(例如，刷新速率)无关。

图3示出根据本发明的实施例的图2A所示的感测二极管的操作的图形表示。

参照图3，流过感测二极管64的电流的量和方向，相对于跨过感测二极管64的电压，被图形地示出。在图形上示出的四个不同的曲线(即，曲线102、曲线104、曲线106和曲线108)分别表示入射在感测二极管64的表面上的不同的光强度。光强度的单位为流明每平方米，或勒克斯(lx)。例如，曲线102表示暗(例如，当没有入射光时)，曲线104表示在0.01lx的光，曲线106表示在0.05lx的光，曲线108表示在0.1lx的光。

在图3的图形的象限110中，其对应于当跨过感测二极管64的电压为正(即，当感测二极管64的阳极的电压相对于感测二极管64的阴极的电压为正时)，感测二极管64在标准条件下操作。也就是，电流从感测二极管64的阳极流动到阴极，导致正电流流动经过二极管64。

在象限112中，感测二极管64以光伏模式操作。象限112示出太阳能电池的操作。

在象限114，感测二极管64的阴极相对于其阳极被驱动为正(即，感测二极管64的阴极的电压高于感测二极管64的阳极的电压)。因此，跨过感测二极管64的电压为负，导致感测二极管64被反向偏置。在象限114，感测二极管64以光导模式操作，并用作光相关的电流源，其中恒定电流从感测二极管64的阴极流动到阳极而与跨过感测二极管64的负电压无关。

例如，相对于象限114，当没有光入射在其上时观察感测二极管64的行为时，暗曲线102表示感测二极管64在任何负电压水平不产生电流。然而，如曲线104所示，响应于0.01lx的光照明，感测二极管64产生少量的电流(大致-0.04nA/μm²)。在感测二极管64处的光照明越高，在被反向偏置时二极管64产生的电流越多，如曲线106和108所示的，曲线106和108分别具有对应于大致-0.019nA/μm²和-0.039nA/μm²的电流的0.05lx和0.1lx的光强度。

图4A示出图2A所示的感测二极管的沿线IV-IV截取的截面图。

参照图4A，感测二极管64包括透明电极(或透明导体)152、导体(或电极)154以及插设在透明电极152和导体154之间的量子点(或量子点膜)156。透明电极152允许光穿过至量子点156。导体154可以用金属制成。

当光子(即，光)在感测二极管64被反向偏置时入射在感测二极管64上时，量子点156传导电子(即，电流)，如以上参照图3讨论的。由量子点156产生的电流穿过导体154到显示装置的其它部件(例如，到集成电路，该集成电路配置为监视光生电流，使得显示装置可以适当地利用此信息)。

在光学感测阵列50上(如图2所示)，可以有滤光器层(例如，局部光谱滤波器)158(图4A所示)。滤光器层158可以配置为阻挡某些波长的光(例如，预定波长的光)到达感测二极管64(例如，到达量子点156)。换句话说，滤光器层158允许某些波长的光到达感测二极管64，同时阻挡其它波长的光。

光谱160示出可见光和红外光的波长范围(γ)162和164，其分别对应于可见光172和红外光174。可见光的波长带为约390nm至约700nm，红外光的波长带为约700nm至约1000nm，尽管在此红外光范围内的更窄的波段通常是有用的。

在图4A所示的本发明的实施例中，滤光器层158配置为阻挡可见光172，同时允许红外光174传输到感测二极管64。因此，在本实施例中，感测二极管64的量子点156响应于入射的红外光174产生载荷子(例如，电子)，而滤光器层158阻挡可见光以防止感测二极管64的量子点156响应可见光产生载荷子。

截断(例如，吸收)可见光172并让红外光174通过的滤光器层158和对红外光174的波长(其比可见光172的波长长)响应的量子点156的组合共同地产生窄波长带感测器，该窄波长带感测器减小用于从环境光噪声提取感测的兴趣物的信号的浪费的信号处理电力。

在本实施例中，量子点156可以表现出在红外范围中的约80％的量子效率，而常规光学传感器表现出对于红外光的50％或更小的量子效率。此外，对于与例如非晶硅的厚度相同的厚度，量子点156可以在转换光子到电子上比用于常规光学传感器中的非晶硅更有效约100倍。

因为感测二极管64被带宽限制(band-limit)到在可见显示光范围之外的波长带，所以可以减小显示器和光学感测阵列之间的串扰。此外，在其它实施例中，即使传感器被设计为对于可见显示光敏感，但是显示装置还可以包括用于减少串扰的光阻挡层。

尽管本实施例包括配置为阻挡可见光并允许红外光通过的滤光器层158，但是本发明的其它实施例可以包括阻挡或允许不同波长带的光到达感测二极管的滤光器层。例如，本发明的实施例可以包括允许可见光、允许特定波长的光、允许在红外波段内的窄波段的光、或允许任何其它期望的波长带的光或波长带的组合的光到达感测二极管的滤光器层。感测二极管64对其敏感的波段可以通过滤光器层158的设计结合量子点156的设计(例如，量子点156的尺寸的调整)来确定。

在本发明的其它实施例中，感测二极管64可以包括除了量子点156之外的材料。例如，感测二极管64可以包括非晶硅或多晶硅，或其变型。

在本发明的一些实施例中，在显示发射源旁边(例如，邻近于显示发射源)定位的光学感测阵列也可以在光发射源的阵列旁边定位。光发射阵列可以发射具有在光学感测阵列的敏感波段中的波长的光，因此可以用来照明物体以通过光学感测阵列感测。

图4B示出根据本发明的实施例的图2A所示的感测二极管的操作。

感测二极管64配置为当被反向偏置时用作光相关的电流源，如上所述。参照图4B，由于可见光172被滤光器层158阻挡，当红外光174入射在感测二极管64上时，感测二极管64产生负电流182(即，当感测二极管64被反向偏置(即，跨过二极管的电压从阴极到阳极更正)时，从感测二极管64的阴极行进到阳极的电流)。

图5是根据本发明的实施例的当一行光学感测阵列耦接到电压源时图2A所示的光学感测阵列的操作示意图。

参照图5，除了有源的行导体202(即，自光学感测阵列50的顶部的第三行导体54)之外的全部行导体54被维持在零伏特。有源的行导体202通过将耦接到有源的行导体202的开关72触发“导通”而被选择。当耦接到有源的行导体202的开关72导通时，电压源74被供给到有源的行导体202，并且有源的行导体202被偏置到正电压。

因此，由于施加到有源的行导体202的正电压，有源的行导体202的每个感测二极管64变成反向偏置。因此，有源的行导体202的每个感测二极管64配置为产生与入射在有源的行导体202中的每个感测二极管64上的光成比例的电流。根据本发明的当前实施例，由于红外光174入射在有源的行导体202的感测二极管64上，所以电流在离开阻挡二极管62的方向上产生，如由与感测二极管64相应的箭头所示出的。

此外，当有源的行导体202经由开关72被耦接到电压源74时，阻挡二极管62被正向偏置。因而，阻挡二极管62减小由有源的行导体202的光学感测单元60引起的电流被泄漏到其它列导体52。换句话说，对应的阻挡二极管62保证向下传输到对应的列导体52的电流由其对应的感测二极管64引起，并且保证不包括由相邻的感测二极管64引起的电流。本领域技术人员将理解，阻挡二极管62和感测二极管64的次序能够被颠倒，而不改变电路的操作，只要每个二极管的感测没有改变。参照图2B，光学感测单元60'的阻挡二极管62'的阴极可以连接到列线并且感测二极管64'(在图2B中示为肖特基二极管)的阴极可以连接到行线，如所示的。此外，阻挡二极管和感测二极管的每个可以分别是肖特基二极管或任何其它适合的二极管。

由感测二极管64产生的电流从感测二极管64向下经过相应的列导体52、经过耦接到相应的列导体52的相应的电流传感器58。电流传感器58可以配置为与电压降无关地测量感测二极管产生的电流，因为它们可以用作电短路。

根据本发明的实施例，电流传感器耦接到显示装置的部件，该部件响应于穿过电流传感器58的电流而读取阵列的内容以获得对入射在每个传感器上的光的强度敏感的信号。这些读取部件可以是为本领域普通技术人员已知的任何电路，诸如集成电路。

图6A是根据本发明的实施例的图5所示的电流传感器的示意图。

参照图6A，电流传感器250包括电阻器252和反相运算放大器254。输入电流I_IN，其是响应于入射光而从反向偏置的感测二极管64产生的电流，向下行进经过耦接到电流产生感测二极管64的对应的列导体52。电流I_IN进入耦接到对应的列导体52的电流传感器250。

根据本实施例，在电流传感器250中，电流I_IN流过电阻器252。在顶端子和底端子之间的有效电阻(例如，节点A与节点C之间的有效电阻)实际上为0Ω，由于运算放大器254保持节点A与节点C在实际上相同的电压电平。因而，在本实施例中，由于端子C连接到地，所以端子A也有效地为地电势。

因此，在节点B处的输出电压V_OUT与从感测二极管64产生的电流I_IN成比例。具体地，输出电压V_OUT可以由以下公式表示：

V_OUT＝-R*I_IN

在以上公式中，V_OUT是反相运算放大器254的输出电压(例如，在节点B的电压)，R是电阻器252的电阻，I_IN是响应于入射光从感测二极管64产生的电流。产生的电流向下通过对应的列导体52，并被输入到电流传感器250中。因而，电流传感器250用作有效的电短路并且电流I_IN可以被准确地感测。

图6B是根据本发明的另一实施例的图5所示的电流传感器的示意图。

参照图6B，电流传感器300包括开关302、电容器304和反相运算放大器306。输入电流I_IN，其是响应于入射光从反向偏置的感测二极管64产生的电流，向下通过耦接到电流产生感测二极管64的对应的列导体52。电流I_IN进入耦接到对应的列导体52的电流传感器300。

如在以上结合图6A描述的实施例中，在顶端子和底端子之间的有效电阻(例如，在节点A与节点C之间的有效电阻)为0Ω。电流I_IN流过电容器304，开关302可以用于复位电容器304。因而，在节点B的输出电压V_OUT对应于以下的公式：

V_OUT＝-1/C*∫idt

在以上公式中，V_OUT是反相运算放大器306的输出电压(例如，在节点B的电压)，C是电容器304的电容，I_IN是响应于入射光而从感测二极管64产生的电流，其中I_IN向下通过对应的列导体52，并被输入到电流传感器300中。因而，电流传感器300用作电短路，同时电流I_IN可以被准确地感测。此外，根据本实施例，电容器的使用也可以过滤信号(例如，如果电流I_IN改变，则电流的平均值可以被测量)。

尽管已经描述了电流传感器的两个实施例，但是用于感测I_IN的其它电流传感器可以用于本发明的其它实施例中，同时提供列线的电势的有限变化从而没有不利地影响感测二极管64的偏置并从而显著地改变被感测的电流。

图6A中的电流传感器250和图6B中的电流传感器300可以用作图5中的电流传感器58。

图7是根据本发明的实施例的光学感测阵列和集成电路之间的互连的示意图。

参照图7，供应控制信号到光学感测阵列50的一个实施方式是将光学感测阵列50耦接到集成电路(IC)350，该集成电路350可以产生控制信号(例如，控制光学感测阵列的哪一导体行或哪些导体行被选择用于感测以及哪一列或哪些列被用来感测电流，该电流由入射在耦接到导体行的感测二极管上光产生或者在没有光入射在耦接到导体行的感测二极管上的情形下产生)。行导体可以被选择或顺序地寻址。在本实施例中，光学感测阵列50的行和列通过配线352耦接到集成电路350。

在本发明的其它实施例中，与光学感测阵列50的行和列耦接的集成电路被分成一堆(bank)行集成电路和一堆列集成电路，类似于平板显示器的地址控制的配置。也就是，行线可以被分成多组。例如，一组可以是第一256个行线，第二组可以是下一256个行线等。特定的分出的组中的每个行线可以连接到行集成电路并被该行集成电路控制，并可以有一个或多个这样的行集成电路以服务一组行线。同样地，列线可以被分成为多组。一组的每个列线可以连接到列集成电路并被该列集成电路感测，并可以有一个或多个这样的成对的列集成电路以服务一组列线。

图8示出根据本发明的实施例的光学感测阵列的行和列的俯视图。

参照图8，光学感测阵列400包括列402和行404。列402可以包括具有可见光滤波器和电极的层。行404可以包括可见光滤波器、透明电极和在两者之间的量子点膜(例如，见图4A)的层。根据本发明的实施例，光学感测阵列400的列402和行404位于显示装置的黑矩阵处，黑矩阵可以位于显示装置的子像素之间。

在列402和行404的交叉处，列包括伸长部分406。阻挡二极管和感测二极管可以位于这些伸长部分处。

图9示出图2A所示的光学感测阵列的阻挡二极管和感测二极管的沿线IX-IX截取的截面图。

参照图9，具有光学感测阵列的显示装置包括前玻璃基板452，光学感测阵列形成在前玻璃基板452上，环境光被引导通过前玻璃基板452。然而，在其它实施例中，光学感测阵列可以不形成在前玻璃基板452上，而是可以形成在例如后基板上。图9还示出截面图的对应于阻挡二极管62和感测二极管64的区域。

在本实施例中，光学感测阵列包括部分光通滤波器(partial spectrum passfilter)454。部分光通滤波器454可以配置为阻挡可见光，并可以配置为允许红外光传输到感测二极管64，如上所述。光屏蔽456形成在部分光通滤波器454上。光屏蔽454可以减少环境光噪声入射在感测二极管64上。透明导体或透明电极458形成在阻挡二极管62处的光屏蔽456上，并形成在感测二极管64处的部分光通滤波器454上。透明导体458允许从部分光通滤波器454过滤的光通过，并可以由铟锡氧化物(ITO)或任何其它适合的透明导电材料形成。

量子点膜460形成在透明导体458上。金属导体462形成在量子点膜460上。金属导体462可以为低功函数金属导体。金属导体462可以用作图2A所示的行导体54。另外，阻挡涂层464形成在金属导体462上，并形成在基本上整个的光学感测阵列上方。

此外，绝缘体466在金属导体462下面。绝缘体466可以由硅氧化物(SiO₂)制成，或由任何其它的适合的绝缘材料制成。绝缘体466将感测二极管64的透明导体458和量子点膜460与阻挡二极管62的光屏蔽456、透明导体458和量子点膜460分开并绝缘。而且，绝缘层466分开并绝缘量子点膜460与金属导体(例如，行导体)462。

阻挡二极管62可以被制造为用于进行上面描述的功能的任何适合的二极管，如本领域普通技术人员已知的。

图10A、10B、10C、10D、10E、10F和10G示出根据本发明的实施例的制造光学感测阵列的方法。

参照图10A，制造工艺通过在显示装置450的玻璃基板452上形成部分光通滤波器454开始。然后，部分光通滤波器454可以被图案化为沿着显示装置450的黑矩阵的图案。

参照图10B，光屏蔽456形成在部分光通滤波器454上。所述部分光通滤波器454形成在光学感测单元60的阻挡二极管62处。备选地，光屏蔽456可以沿部分光通滤波器454形成，并且然后，可以被图案化以位于光学感测阵列的每个阻挡二极管62处。

参照图10C，透明导体458形成在阻挡二极管62处的光屏蔽456上，并形成在感测二极管64处的部分光通滤波器454上。透明导体458也被图案化使得其在阻挡二极管62和感测二极管64之间的位置被分离。此外，透明导体458被图案化以包围光屏蔽456并不延伸在光屏蔽456之外。因此，透明导体458被分成两个分隔区域，一个与感测二极管64有关，另一个与阻挡二极管62有关。

参照图10D，量子点膜460被形成并图案化在透明导体458上。量子点膜460被图案化以在感测二极管64和阻挡二极管62之间的位置被分离。此外，量子点膜460的每部分被图案化以具有比相应部分的透明导体458窄的长度，相应部分的量子点膜460形成在相应部分的透明导体458上。

参照图10E，在感测二极管64和阻挡二极管62之间的空的空间、以及在阻挡二极管62的端部的空的空间(例如，行导体与阻挡二极管62相接的位置)用绝缘材料填充以形成绝缘体466。绝缘材料可以是SiO₂，或可以是任何其它适合的绝缘材料。

参照图10F，金属导体462形成在量子点膜460上以及在绝缘材料466上。金属导体462将阻挡二极管62和感测二极管64耦接在一起。金属导体462也用作行导体54，如图2A所示。金属导体462可以是铝，或可以是任何其它适合的金属导体。参照图10G，阻挡涂层464形成在金属导体462上以及绝缘体466上。

图11A示出根据本发明的实施例的显示装置的像素区域的俯视图。

参照图11A，像素区域500包括子像素506。在此实施例中，像素512包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素506。此外，光学感测阵列位于子像素506之间(显示装置的黑矩阵可以位于此处)。

光学感测阵列包括感测二极管502、阻挡二极管504以及行导体508。在本实施例中，感测二极管502位于四个分开的像素512的子像素506之间。也就是说，感测二极管502位于左上方、右上方、左下方和右下方的像素512的子像素506处。另外，阻挡二极管504与左下方和右下方的像素512之间的感测二极管502相邻地定位。行导体508耦接到阻挡二极管504的一端。

标记为A'和B'的区域对应于图9中被标记为A'和B'的部分。区域A'包括光学感测单元的其中感测二极管502和阻挡二极管504在它们各自的阴极处耦接到彼此的区域。图9示出经由金属导体462的此耦接。区域B'包括其中阻挡二极管504的阳极耦接到行导体508的区域。如图9和图11A所示，阻挡二极管经由阻挡二极管的透明导体耦接到行导体。

图11B是根据本发明的实施例的图11A所示的显示装置的像素区域的局部示意图。

参照图11B，像素区域500的部件基本上类似于图11A的部件。图11B示出感测二极管502和阻挡二极管504相对于像素区域500的像素512的位置。图11A和11B所示的本发明的实施例示出1比4的传感器对像素的比率(即，对于每四个像素512，存在一个感测二极管502)。换句话说，光学感测阵列具有四分之一的显示器分辨率。然而，本发明的实施例不限于此分辨率，因为可以使用任何适合的传感器对像素的比率。例如，更多的传感器可以被添加到光学感测阵列(例如，每个子像素有一个传感器)。然而，通过减小传感器对像素的比率(例如，通过减小传感器分辨率至显示器的1/4)，光学感测阵列的灵敏度可以提高，并可以存在由于一些显示行线不同样用作感测阵列行线而引起的结构优点。

阻挡二极管504的阳极耦接到其对应的行导体508，而感测二极管502的阳极耦接到邻近子像素512的其对应的列导体。在本实施例中，因为存在对应于一个传感器的四个像素，所以感测二极管502耦接到对应于该感测二极管502的四个像素512的子像素506之间的列520、522、524、526和528。因此，耦接到感测二极管502的阳极的列520、522、524、526和528被电短路以有效地用作光学感测阵列的单个列导体。因此，根据该本实施例，列520、522、524、526和528相当于图2A示意性地示出的一个列导体52。

根据本发明的实施例，光学感测阵列可以根据以下公式产生电流：

I＝辐照度(光子s^-1m^-2)*A(微米²)×10^-12(m²/微米²)*Q.E.(电子/光子)*1.6×10^-19(C/电子)。

在以上公式中，电流(I)是辐照度(例如，入射在传感器上的光的强度)、感测二极管的总的光收集面积(A)(例如，图11A所示的画出概图的感测二极管502的面积)和光感测阵列的量子效率(Q.E.)的函数。

根据本发明的一个实施例，光学感测阵列可以对红外光(例如，具有约940nm的波长的光)敏感，并因此可以具有约0.8的量子效率，如之前论述的。因此，根据本实施例的光学感测阵列可以根据以下的公式而响应于入射的红外光产生电流：

I＝辐照度*A×10^-12*(0.8)*1.6×10^-19＝1.28×10^-31*辐照度*A。

图12是示出根据本发明的实施例的光学感测阵列的传感器的灵敏度的极坐标图。

参照图12，极坐标图550示出入射在传感器的表面552上的光子的吸收百分比与在表面552处的光子的不同入射角的关系。根据该图形，在0°，光子以垂直于传感器552的表面的角度撞击表面552，在90°和270°，图形平行于表面552并在表面552处。

曲线554示出传感器响应于不同角度的入射(impinging)光子的表现。例如，传感器对在0°行进(即，垂直于、朝向和从表面552的前方行进)的光子的100％敏感(例如，吸收)。另外，传感器吸收在80°行进的光子的约60％。因而，图12示出根据本发明实施例的光学感测阵列表现出的相对于光子的碰撞角的宽的灵敏度范围。

尽管已经结合某些示例实施例描述了本发明，但是将理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反的，意在涵盖包括在权利要求书及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (20)

1.一种显示装置，包括：

像素阵列，包括多个像素，每个所述像素包括多个子像素；

黑矩阵，位于所述子像素之间；以及

完全形成在所述黑矩阵处的光学感测阵列，所述光学感测阵列包括行导体以及在交叉区域交叉所述行导体的列导体。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中所述光学感测阵列还包括在所述交叉区域耦接到所述行导体并耦接到所述列导体的感测二极管，其中所述感测二极管配置为响应于入射在所述感测二极管上的光来产生电流，所述电流流至所述列导体。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中所述光学感测阵列还包括阻挡二极管，该阻挡二极管在所述交叉区域处耦接到所述行导体并耦接到所述列导体，并与所述感测二极管串联耦接。

4.如权利要求3所述的显示装置，其中所述阻挡二极管的阴极面对所述感测二极管的阴极。

5.如权利要求4所述的显示装置，其中所述感测二极管的阳极耦接到所述列导体。

6.如权利要求4所述的显示装置，其中所述阻挡二极管的阳极耦接到所述行导体。

7.如权利要求6所述的显示装置，其中所述行导体耦接到开关，该开关配置为将耦接到所述行导体的所述阻挡二极管和所述感测二极管耦接到电压源，使得所述阻挡二极管被正向偏置，并使得所述感测二极管被反向偏置。

8.如权利要求7所述的显示装置，其中所述感测二极管配置为当所述行导体经由所述开关耦接到所述电压源时产生与入射在所述感测二极管上的光成比例的电流。

9.如权利要求8所述的显示装置，其中所述列导体耦接到电流传感器，以及其中所述电流传感器配置为具有可忽略的电阻。

10.如权利要求9所述的显示装置，其中当所述行导体经由所述开关耦接到所述电压源时，由所述感测二极管产生的电流穿过经由所述列导体耦接到所述感测二极管的所述电流传感器。

11.如权利要求3所述的显示装置，其中所述光学感测阵列对于所述像素阵列的每四个像素包括一个感测二极管和一个阻挡二极管。

12.如权利要求2所述的显示装置，还包括配置在所述感测二极管上的部分光通滤波器，其中所述部分光通滤波器配置为阻挡一波长范围的光到达所述感测二极管，并配置为允许其余波长范围的光到达所述感测二极管。

13.如权利要求12所述的显示装置，还包括邻近所述光学感测阵列的光发射阵列，其中所述光发射阵列配置为产生所述其余波长范围的光。

14.如权利要求2所述的显示装置，其中所述感测二极管包括量子点膜层。

15.如权利要求1所述的显示装置，其中所述光学感测阵列位于所述黑矩阵内。

16.一种在显示装置的黑矩阵上制造光学感测阵列的方法，该方法包括：

在所述黑矩阵上形成部分光通滤波器；

在所述部分光通滤波器上形成透明电极；以及

在所述透明电极上形成量子点膜。

17.如权利要求16所述的方法，还包括在所述量子点膜上形成金属导体。

18.如权利要求17所述的方法，还包括：

在所述部分光通滤波器上形成光屏蔽；以及

在所述透明电极、所述量子点膜和所述光屏蔽上形成绝缘体。

19.一种操作显示装置的方法，该显示装置包括黑矩阵和位于所述黑矩阵处的光学感测阵列，该方法包括：

施加跨过感测二极管和阻挡二极管的电压，使得所述感测二极管被反向偏置，并使得所述阻挡二极管被正向偏置，其中所述阻挡二极管耦接到所述感测二极管；

响应于入射在所述感测二极管上的光，由所述感测二极管产生电流；以及

使用电流传感器测量所述感测二极管产生的所述电流。

20.如权利要求19所述的方法，还包括将测量的电流作为信息输出到所述显示装置。

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