CN105913021A - 指纹感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种指纹感测装置，包括多个感测单元，其中，各感测单元包括：读取元件、感光元件、发光元件以及二极管。感光元件与读取元件电性连接。发光元件与感光元件对应设置，且发光元件包括第一阳极、第一阴极以及位于第一阳极以及第一阴极之间的发光层。二极管包括第二阳极以及第二阴极以及位于第二阳极以及第二阴极之间的半导体层。第二阳极与发光元件的第一阴极电性连接，第二阴极与发光元件的第一阳极电性连接。

Description

指纹感测装置
技术领域
本发明涉及一种指纹感测装置，且特别涉及一种可在户外强光源下使用的指纹感测装置。
背景技术
指纹是最佳的生物辨识密码，具有独特性。随着设备与辨识技术趋向成熟及普遍，除了居家防护的进出管制、个人证件、付款系统时的身分认证，或是需要高度管制进出的场所外，近年来，指纹感测装置亦常见于移动装置中做为应用辨识。
传统的指纹感测装置是利用背光源穿透感光元件而达到手指，其中，手指指纹具有波峰波谷的反射。感光元件接收反射回来的光源而检测到波峰波谷光源的差异，进而可进行指纹的感测。然而，传统的指纹感测装置在户外强光下，却会有影像过曝的问题。详细来说，由于太阳光在600nm以上波长的光源，会使穿透手指的光源过高，而造成感光元件光电流过饱和。换言之，若在户外使用具有传统指纹感测装置的移动装置，则容易造成指纹影像难以读取。据此，如何解决现有指纹感测装置在户外强光源下难以使用的问题为目前所欲研究的主题。
发明内容
本发明提供一种指纹感测装置，可解决传统指纹感测装置在户外强光源下无法使用的问题。
本发明的指纹感测装置，包括多个感测单元，其中，各感测单元包括：读取元件、感光元件、发光元件以及二极管。感光元件与读取元件电性连接。发光元件与感光元件对应设置，且发光元件包括第一阳极、第一阴极以及位于第一阳极以及第一阴极之间的发光层。二极管包括第二阳极以及第二阴极以及位于第二阳极以及第二阴极之间的半导体层。第二阳极与发光元件的第一阴极电性连接，第二阴极与发光元件的第一阳极电性连接。
基于上述，由于本发明的指纹感测装置中，发光元件与感光元件对应设置，且二极管中第二阳极与发光元件的第一阴极电性连接，第二阴极与发光元件的第一阳极电性连接。因此，此种架构的指纹感测装置可完全阻隔正面光源，改善在太阳光下无法读取等状况，并且形成由指纹纹路控制发光元件的发光机制。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明一实施例指纹感测装置的感测单元的剖面示意图。
图1B为图1A指纹感测装置的感测单元的第一变化实施例。
图1C为图1A指纹感测装置的感测单元的第二变化实施例。
图1D为图1A实施例中发光元件的剖面示意图。
图2为本发明一实施例指纹感测装置的等效电路图。
图3A及图3B为本发明一实施例指纹感测装置的发光机制示意图。
图4A为本发明另一实施例指纹感测装置的感测单元的剖面示意图。
图4B为图4A实施例中发光元件的剖面示意图。
附图标记说明：
100、100’、100”、200：感测单元
110：读取元件
120：感光元件
121：下电极
122：上电极
123：感光富硅介电层
130、230：发光元件
140、240：二极管
150：封装层
AC：交流驱动电源
AN1：第一阳极
AN2：第二阳极
CA1：第一阴极
CA2：第二阴极
CH：通道
D：漏极
EL：发光层
EIL：电子注入层
ETL：电子传输层
G：栅极
GI：栅绝缘层
HIL：空穴注入层
HTL：空穴传输层
IN1、IN2：介电层
S：源极
SL：遮光层
SM：半导体层
具体实施方式
图1A为本发明一实施例指纹感测装置的感测单元的剖面示意图。图1B为图1A指纹感测装置的感测单元的第一变化实施例。图1C为图1A指纹感测装置的感测单元的第二变化实施例。图1D为图1A实施例中发光元件的剖面示意图。请同时参考图1A、图1B、图1C以及图1D。在本实施例中，指纹感测装置包括多个感测单元100，其中，各感测单元100包括读取元件110、感光元件120、发光元件130、二极管140以及封装层150。感光元件120与读取元件110电性连接。详细来说，读取元件110为一主动元件，且主动元件包括栅极G、通道CH、源极S以及漏极D。栅极G位于基板(于此省略绘示)上，且栅极G为金属材料或导电材料，但不限于此。于栅极G上可形成栅绝缘层GI。栅绝缘层GI的材质可选自无机材料、有机材料、聚合物、聚亚酰胺或其它合适的材料。
通道层CH形成于栅绝缘层GI上，且通道层CH上方形成有源极S以及漏极D，其中漏极D与感光元件120电性连接。详细来说，在本实施例中，漏极D可以延伸至感光元件120的下方并做为感光元件120的下电极。运作时，感光元件120用以接收光线，并通过读取元件110对应输出感测信号。另外，介电层IN1覆盖读取元件110且介电层IN2覆盖感光元件120。
在其它变化实施例中，例如图1B的第一变化实施例所示，指纹感测装置的感测单元100’的感光元件120可包括与漏极D电性连接的下电极121、上电极122，并可采用感光富硅介电层123于上电极122以及下电极121之间，以提供良好的光电特性，但本发明不以此为限，且可运用其他现有的感光元件120。图1B的变化实施例与图1A的实施例类似，差异仅在于感光元件120的说明，因此，相同元件以相同标号表示，且不再重复赘述。
另外，如图1C的第二变化实施例所示，指纹感测装置的感测单元100”更可包含一遮光层SL。遮光层SL设置于读取元件110上方，使读取元件110不会受到外界环境光干扰，特别是当读取元件110的通道层CH材料为感光材料时，可避免其影响读取信号。在一实施例中，可以在制作发光元件130时，将CA1金属层延伸至读取元件110上方并做为遮光层SL，以覆盖读取元件110。图1C的实施例与图1B的实施例类似，差异在于读取元件110上方的遮光层SL的说明，因此，相同元件以相同标号表示，且不再重复赘述。
在上述的实施例中，发光元件130与感光元件120对应设置，且发光元件130包括第一阳极AN1、第一阴极CA1以及位于第一阳极AN1以及第一阴极CA1之间的发光层EL。发光元件130位于感光元件120的上方，且发光元件130与感光元件120为上下堆叠结构。详细来说，发光元件130的垂直投影与感光元件120的垂直投影至少部分重叠。于本实施例中，发光元件130的发光层EL位于第一阳极AN1的上方，且第一阴极CA1位于发光层EL的上方。第一阳极AN1是位于发光元件130中靠近感光元件120的一侧，且第一阳极AN1的材料为透明导电材料，且例如为氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)，但不限于此。第一阴极CA1是位于发光元件130的最上方，做为各感测单元100的独立金属层，且可用以遮断太阳光。也就是说，本实施例各感测单元100之间的第一阴极CA1不互相接触，且各自为浮动电极。
参考图1D，发光元件130还包括电子注入层EIL位于第一阴极CA1与发光层EL之间以及电子传输层ETL位于电子注入层EIL与发光层EL之间。另外，发光元件130还包括空穴注入层HIL位于第一阳极AN1与发光层EL之间以及空穴传输层HTL，位于空穴注入层HIL与发光层EL之间。接着，请继续参考图1A，二极管140包括第二阳极AN2以及第二阴极CA2以及位于第二阳极AN2以及第二阴极CA2之间的半导体层SM。二极管140的半导体层SM位于第二阴极CA2的上方，且第二阳极AN2位于半导体层SM的上方。更详细来说，第二阳极AN2与发光元件130的第一阴极CA1电性连接，且第二阴极CA2与发光元件130的第一阳极AN1电性连接。在本实施例中，第一阴极CA1与第二阳极AN2为同一膜层，且第一阳极AN1与第二阴极CA2为同一膜层。换句话说，第二阴极CA2的材料与第一阳极AN1同样为透明导电材料，且例如为氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)，但不限于此。另外，第二阳极AN2是位于二极管140的最上方，且做为各感测单元100的独立金属层，且可用以遮断太阳光。也就是说，本实施例各感测单元100之间的第二阳极AN2不互相接触，且各自为浮动电极。
于本实施例中，半导体层SM并未特别限制，且可例如包括下文所列举的四种类型结构。第一种结构为PIN二极管，其包括P-型材料层、N-型材料层以及本征材料层。P-型材料层与第二阳极AN2电性连接，N-型材料层与第二阴极CA2电性连接，而本征材料层位于P-型材料层与N-型材料层之间。第二种结构为PN二极管，其包括P-型材料层以及N-型材料层。P-型材料层与第二阳极AN2电性连接且N-型材料层与第二阴极CA2电性连接。第三种结构为N-i型二极管，其包括N-型材料层以及本征材料层。N-型材料层与第二阴极CA2电性连接且本征材料层与第二阳极AN2电性连接。第四种结构为P-i型二极管，其包括P-型材料层以及本征材料层。P-型材料层与第二阳极AN2电性连接且本征材料层与第二阴极CA2电性连接。据此，可依据需求而设置适合的结构来做为半导体层SM。
参考图1A、图1B、图1C，封装层150用以覆盖读取元件110、感光元件120、发光元件130以及二极管140，其中，封装层150可为透光材料或不透光材料。在图1A至图1D的实施例中，发光元件130与二极管140不重叠设置。更详细来说，发光元件130与二极管140为并联结构。图2为本发明一实施例指纹感测装置的等效电路图。参考图2，本实施例的发光元件130与二极管140为并联结构，且包括交流驱动电源AC。此外，本实施例是利用交流驱动电源AC驱动等效电容，并将电容一方并联两颗极性相反的二极管而形成电流回路。于本实施例中，发光元件130为有机发光二极管(OLED)，而二极管140为肖特基接触二极管(Schottky contact Diode)，但不特别以此为限。
接下来，将对本发明实施例一指纹感测装置的发光机制进行说明。图3A及图3B为本发明一实施例指纹感测装置的发光机制示意图。图3A及图3B中的元件是对应于图1A至图1D的感测单元100、100’、100”，因此，相同元件以相同标号表示，且不予赘述。参考图3A，本实施例的指纹感测装置包括交流驱动电源AC，其中，交流驱动电源AC的一端点与发光元件130的第一阳极AN1电性连接，而交流驱动电源AC的另一端点与手指接触。当手指按压指纹感测装置的封装层150时，则指纹感测装置可如图3B所示，形成电容以驱动发光元件130发光。详细来说，由于本实施例设置有发光元件130以及二极管140，且两者为两颗极性相反的二极管所形成电流回路，因此，当手指接触封装层150时，则电容可在交流电状况下而视同导通。若仅使用单一颗二极管，则无法有效地利用交流电将其导通，以使发光元件130发光。
据此，参考上述实施例可得知，由于本实施例的指纹感测装置不包括背光源，而是利用发光元件130做为正面光源进行发光，且发光元件130的上电极(第一阴极CA1)可用以遮断太阳光，因此，可完全阻隔外界光源干扰，改善在太阳光下指纹感测装置无法读取等状况。更特别地是，由于本发明的有发光元件130以及二极管140为相反极性且为并联结构，且可利用交流电导通，因此，可使得电流能够通过指纹波峰处穿透封装层150，而形成由指纹纹路控制发光元件130的发光机制。
图4A为本发明另一实施例指纹感测装置的感测单元的剖面示意图。图4B为图4A实施例中发光元件的剖面示意图。请同时参考图4A及图4B。图4A及图4B的感测单元200与图1A的感测单元100类似，因此，相同元件以相同标号表示，且不予赘述。图4A及图4B的实施例与图1A的实施例差异在于其发光元件230以及二极管240中的阴极、阳极的设置位置相反。
详细来说，参考图4A、图4B发光元件230的发光层EL位于第一阴极CA1的上方，且第一阳极AN1位于发光层EL的上方。换言之，于本实施例中，第一阴极CA1是位于发光元件230中靠近感光元件120的一侧，且第一阴极CA1的材料为透明导电材料，且例如为氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)，但不限于此。第一阳极AN1是位于发光元件230的最上方，且做为各感测单元200的独立金属层，且可用以遮断太阳光。也就是说，本实施例各感测单元200之间的第一阳极AN1不互相接触，且各自为浮动电极。另外，参考图4B，此发光元件230与图1D的发光元件130仅为上下颠倒的结构，因此不在多做说明，且可参考上述进行定义。
于本实施例中，二极管240的半导体层SM位于第二阳极AN2的上方，且第二阴极CA2位于半导体层SM的上方。更详细来说，第二阳极AN2与发光元件230的第一阴极CA1电性连接，且第二阴极CA2与发光元件230的第一阳极AN1电性连接。在本实施例中，第一阴极CA1与第二阳极AN2为同一膜层，且第一阳极AN1与第二阴极CA2为同一膜层。换句话说，第二阳极AN2的材料与，第一阴极CA1同样为透明导电材料，且例如为氧化铟锡(Indium Tin Oxide；ITO)，但不限于此。另外，第二阴极CA2是位于二极管240的最上方，且做为各感测单元200的独立金属层，且可用以遮断太阳光。也就是说，本实施例各感测单元200之间的第二阳极AN2不互相接触，且各自为浮动电极。
另外，图4A及图4B的实施例的电流回路及发光机制可参考上述图2、图3A及图3B进行定义。差异仅在于图4A及图4B的第一阳极AN1、第一阴极CA1、第二阳极AN2以及第二阴极CA2的位置与前述实施例完全相反。相同地，于本实施例中，由于本实施例的指纹感测装置不包括背光源，而是利用发光元件230做为正面光源进行发光，且发光元件230的上电极(第一阳极AN1)可用以遮断太阳光，因此，可完全阻隔外界光源干扰，改善在太阳光下指纹感测装置无法读取等状况。更特别地是，由于本发明的有发光元件230以及二极管240为相反极性且为并联结构，且可利用交流电导通，因此，可使得电流能够通过指纹波峰处穿透封装层150，而形成由指纹纹路控制发光元件230的发光机制。
综上所述，本发明利用发光元件的上电极(第一阴极或第一阳极)遮断太阳光，且运用发光元件当正面光源，因此，可完全阻隔外界光源干扰，改善在太阳光下指纹感测装置无法读取等状况。另外，本发明的发光元件以及二极管为相反极性且为并联结构，且可利用交流电导通，因此，可使得电流能够通过指纹波峰处穿透封装层，而形成由指纹纹路控制发光元件的发光机制。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种指纹感测装置，包括多个感测单元，其中，各该感测单元包括：
一读取元件；
一感光元件，与该读取元件电性连接；
一发光元件，与该感光元件对应设置，且该发光元件包括一第一阳极、一第一阴极以及位于该第一阳极以及该第一阴极之间的一发光层；
一二极管，该二极管包括一第二阳极以及一第二阴极以及位于该第二阳极以及该第二阴极之间的一半导体层，其中该第二阳极与该发光元件的该第一阴极电性连接，该第二阴极与该发光元件的该第一阳极电性连接。
2.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该发光元件与该二极管为并联结构。
3.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该发光元件与该二极管不重叠设置。
4.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该第一阴极与该第二阳极为同一膜层，且该第一阳极与该第二阴极为同一膜层。
5.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该发光元件位于该感光元件的上方，且该发光元件与该感光元件为上下堆叠结构。
6.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中：
该发光元件的该发光层位于该第一阳极的上方，且该第一阴极位于该发光层的上方；以及
该二极管的该半导体层位于该第二阴极的上方，且该第二阳极位于该半导体层的上方。
7.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中：
该发光元件的该发光层位于该第一阴极的上方，且该第一阳极位于该发光层的上方；以及
该二极管的该半导体层位于该第二阳极的上方，且该第二阴极位于该半导体层的上方。
8.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该发光元件还包括：
一电子注入层，位于该第一阴极与该发光层之间；
一电子传输层，位于该电子注入层与该发光层之间；
一空穴注入层，位于该第一阳极与该发光层之间；以及
一空穴传输层，位于该空穴注入层与该发光层之间。
9.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该二极管的该半导体层包括：
一P-型材料层，与该第二阳极电性连接；
一N-型材料层，与该第二阴极电性连接；以及
一本征材料层，位于该P-型材料层与该N-型材料层之间。
10.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该二极管的该半导体层包括：
一P-型材料层，与该第二阳极电性连接；
一N-型材料层，与该第二阴极电性连接。
11.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该二极管的该半导体层包括：
一N-型材料层，与该第二阴极电性连接；
一本征材料层，与该第二阳极电性连接。
12.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该二极管的该半导体层包括：
一P-型材料层，与该第二阳极电性连接
一本征材料层，与该第二阴极电性连接。
13.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该读取元件为一主动元件，该主动元件包括一栅极、一通道、一源极以及一漏极，其中该漏极与该感光元件电性连接。
14.如权利要求1所述的指纹感测装置，还包括一封装层，覆盖该读取元件、该感光元件、该发光元件、该二极管，其中，该封装层为透光或不透光材料。
15.如权利要求1所述的指纹感测装置，还包括一交流驱动电源，该交流驱动电源的一端点与该发光元件的该第一阳极电性连接，该交流驱动电源的另一端点与手指接触。
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