CN107103307B

CN107103307B - 触控面板和显示装置

Info

Publication number: CN107103307B
Application number: CN201710371405.XA
Authority: CN
Inventors: 顾品超; 董学; 王海生; 吴俊纬; 刘英明; 许睿; 李昌峰; 赵利军; 郭玉珍; 秦云科; 贾亚楠; 张平
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2037-05-23
Also published as: CN107103307A; US10599939B2; WO2018214481A1; US20190354789A1

Abstract

本公开实施例公开了一种触控面板和一种显示装置。所述触控面板包括：显示单元，包括多个像素单元；以及指纹识别单元，设置在所述显示单元远离像素单元的一侧；其中，在两个相邻的像素单元之间设置有至少一个过孔，与每一个过孔相对应地设置有光发散构件，像素单元发出的光经由触摸主体反射，反射光通过光发散构件照射到所述指纹识别单元上。

Description

触控面板和显示装置

技术领域

本公开的实施例涉及触控领域，具体地，涉及一种触控面板和一种显示装置。

背景技术

由于指纹图案的唯一性，随之发展起来的指纹识别技术广泛用于个人身份验证。根据指纹采集、输入的方式不同，目前应用的指纹识别技术可以包括：光学成像、热敏传感器、人体红外传感器等。如何更准确地识别指纹图案仍然是本领域关注的焦点问题。

发明内容

本公开的至少一个实施例提供了一种触控面板和一种显示装置，至少部分地解决了以上技术问题。

根据本公开的一个方面，提出了一种触控面板，包括：

显示单元，包括多个像素单元；以及

指纹识别单元，设置在所述显示单元远离像素单元的一侧；

其中，在两个相邻的像素单元之间设置有至少一个过孔，与每一个过孔相对应地设置有光发散构件，像素单元发出的光经由触摸主体反射，反射光通过光发散构件照射到所述指纹识别单元上。

根据本公开示例实施例，所述触控面板还包括：遮光构件，设置在所述显示单元的源漏极层上方，所述过孔形成在遮光构件中。

根据本公开示例实施例，所述过孔形成在所述显示单元的源漏极层中。

根据本公开示例实施例，所述触控面板还包括：遮光构件，设置在所述过孔的远离所述指纹识别单元的一侧，用于将反射光引导至过孔。

根据本公开示例实施例，所述光发散构件被设置为使所述光发散构件的虚焦点位于所述过孔处。

根据本公开示例实施例，所述光发散构件被设置在所述显示单元的栅极绝缘层。

根据本公开示例实施例，在所述光发散构件和所述指纹识别单元之间设置有光准直化构件。

根据本公开示例实施例，所述光发散构件包括微透镜。

根据本公开示例实施例，所述至少一个过孔包括多个过孔，相邻过孔之间的间距H满足以下公式：

2×D_image×tan(α+β)≤H≤2×D_object×tan(α+β)

其中，D_object表示物距，D_image表示像距，α是光发散构件对于所述反射光的发散角度，β是入射光与光发散构件的光轴的夹角。

根据本公开示例实施例，相邻过孔之间的间距H在1mm～5mm的范围内。

根据本公开示例实施例，所述过孔的直径在5μm～50μm的范围内。

根据本公开的另一方面，提供了一种显示装置，包括根据本公开实施例的触控面板。

根据本公开实施例，通过设置光发散构件，在指纹识别单元包括的传感器的尺寸和间距均不变的情况下，可以对应于单个过孔设置更多的传感器，因此能更准确识别指纹。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，图中：

图1示出了本公开实施例的一种在触控面板的显示区域实现指纹识别的示意光路图；

图2A，图2B和图2C示出了根据本公开一些示例实施例的触控面板的示意平面图；

图2D示出了图2A所示示例实施例的触控面板沿A-A’的一种示意剖面图；

图2E示出了图2A所示示例实施例的触控面板沿A-A’的另一种示意剖面图；

图2F示出了图2A所示示例实施例的触控面板沿A-A’的又一种示意剖面图；

图3A示出了根据本公开示例实施例的触控面板实现指纹识别的示意光路图；

图3B示出了图3A所示示意光路的局部放大图；

图4示出了根据本公开另一个示例实施例的触控面板实现指纹识别的示意光路图；以及

图5示出了根据本公开一个示例实施例的显示装置。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例都属于本公开保护的范围。应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本公开有任何限制，而只是本公开实施例的示例。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。

除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或科学术语应当是本领域技术人员所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似词语并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区分不同的组成部分。

指纹是个人独一无二并可与他人相区别的不变特征。指纹可以由端皮肤表面上的一系列谷和脊组成，这些谷和脊的细节决定了指纹图案的唯一性。可以在触控面板的显示区域中实现指纹识别功能。

图1示出了本公开实施例的一种在触控面板的显示区域中实现指纹识别的示意图。

如图1所示，触控面板的显示区域中的像素单元发出的光被轻触或接近触控面板表面的触摸主体110反射。利用小孔成像原理，反射光L_reflect经由至少一个过孔120照射到指纹识别单元130上，由指纹识别单元130对反射光进行分析，从而得到触摸主体110的表面图像。例如，在触摸主体110是手指的情况下，触摸主体110的表面可以包括谷110V和脊110R，由触摸主体110的谷110V和脊110R反射的反射光经过过孔120，并各自具有不同的光强。因此包括例如光敏传感器的指纹识别单元130通过检测反射光并分析接收到的反射光的光强可以重构得到触摸主体110的表面图像。根据本公开的一些实施例，指纹识别单元130可以包括多个传感器1301～130N，N为大于1的整数，其中每个过孔120可以对应于分布在面积为W1×W1的有效区域内的至少一个传感器，W1越大，则与每个过孔120相对应的传感器的数目越多，越有利于指纹中相邻的谷和脊的识别。

然而，以触控面板的像素单元为有机电致发光二极管(OLED)为例，按照从出光面到基板的顺序，构成图1中的物距D_object的层通常包括盖玻璃(CG，Cover Glass)层、光学胶(OCA，Optically Clear Adhesive)层、薄膜封装(TFE，Thin Film Encapsulation)层、发光层等，总厚度约为数百微米的数量级。例如构成图1中的像距D_image的层通常包括薄膜晶体管和背板(BP，Back Plate)，总的厚度约为数微米的数量级。因此，图1中小孔成像系统的物距像距比为数十到数百的数量级。例如，在一种实际应用中，物距D_object为700μm，像距D_image为8μm，因此物距像距比D_object/D_image＝87.5，这导致通过单个过孔120之后的反射光L_reflect能够照射到的指纹识别单元130的有效区域很小，因此与单个过孔120相对应的传感器的数目较少，对指纹中相邻的谷和脊的识别准确度不高。为了实现单个过孔对应尽可能多的传感器，可以减少传感器1301～130N的尺寸和/或相邻传感器之间的间距，但由此会增大工艺难度并增大生产成本。

为了避免或缓解上述技术问题，本公开的一些实施例提出了一种触控面板，包括显示单元和指纹识别单元，用于更精确地识别指纹。显示单元包括多个像素单元。指纹识别单元设置在显示单元远离像素单元的一侧。在两个相邻的像素单元之间设置有至少一个过孔，与每一个过孔相对应地设置有光发散构件，像素单元发出的光经由诸如手指之类的触摸主体反射。反射光通过光发散构件照射到指纹识别单元上。这样，由于设置有光发散构件，允许对应于单个过孔设置更多的传感器，因此能更准确识别指纹。图2A和2B示出了根据本公开一些示例实施例的触控面板的示意平面图。如图2A所示，根据本公开实施例的触控面板200可以包括显示单元201，显示单元201包括多个像素单元201P。在两个相邻的像素单元之间设置有至少一个过孔220。图2A示出了两个相邻的像素单元是沿水平方向和/或沿垂直方向相邻的情况，图2B示出了两个相邻的像素单元是沿对角方向相邻的情况。本领域技术人员可以理解，本公开中“两个相邻的像素单元”包括但不局限于以上两种情况。此外，本公开实施例还包括以上两种情况的任意组合，如图2C所示。

图2D示出了图2A所示示例实施例的触控面板沿A-A’的一种示意剖面图。如图2D所示，根据本公开实施例的触控面板200可以包括显示单元201和指纹识别单元230。

根据图示的实施例，显示单元201包括多个像素单元201P。指纹识别单元230设置在显示单元201远离像素单元201P的一侧，例如图2D中的显示单元201的下方。在两个相邻的像素单元201P1和201P2之间设置有至少一个过孔220，与每一个过孔220相对应地设置有光发散构件203，像素单元201P发出的光经由触摸主体210的表面反射，反射光L_reflect通过光发散构件203照射到指纹识别单元230上。

指纹识别单元230对发散光L_diverge进行分析，从而得到触摸主体210的表面图像。例如，在触摸主体210是手指的情况下，触摸主体210的表面可以包括谷210V和脊210R。由触摸主体210表面的谷210V和脊210R反射的光经过与过孔220相对应设置的光发散构件203。光发散构件203对反射光进行发散得到的发散光具有不同的光强。指纹识别单元230检测发散光并分析接收到的发散光的光强可以重构得到触摸主体210的表面图像。指纹识别单元230可以包括多个传感器2301～230N’，N’为大于1的整数。单个过孔220可以对应于分布在面积为W2×W2的有效区域内的至少一个传感器。由于经由光发散构件203对反射光L_reflect进行发散得到发散光L_diverge，与图1的示例相比较，宽度W2大于W1，单个过孔220对应的有效区域的面积大于单个过孔120对应的有效区域的面积。由此，在传感器的尺寸和间距均不变的情况下，可以针对单个过孔220设置更多的传感器，因此有利于指纹中相邻的谷和脊的识别。

图2D中以发光元件2011为OLED发光元件为例进行演示。如图2D所示，像素单元201P可以包括发光元件2011和用作开关控制的薄膜晶体管单元2012。薄膜晶体管单元2012可以包括栅极2012G、源极2012S和漏极2012D。本领域技术人员可以理解，图2D中省略了一些本领域公知的结构以便简明。

在图2D所示的示例实施例中，触控面板200还可以包括遮光构件204，遮光构件204设置在所述显示单元的源漏极层上方，过孔220形成在遮光构件204中。例如可以将遮光构件204实现为遮光层。利用遮光构件204遮挡反射角度过大的反射光，仅反射角度较小的反射光才能够通过过孔220，即，通过过孔220的反射光L_reflect是由尽可能正对着过孔220的那部分触摸主体所反射的光，由此指纹识别单元230接收到的指纹信息更加精准，有利于指纹的谷和脊的判断。遮光构件204的材料可以采用金属或者黑色树脂，当然还可以选用其他遮光材料。如图2D所示，遮光构件204被设置为覆盖薄膜晶体管2012的源极2012S和漏极2012D。本领域技术人员可以理解，当使用金属实现遮光构件204时，应当使遮光构件204与源漏极层以及发光元件的阳极等相邻结构彼此绝缘。例如，可以在遮光构件204与2012S和漏极2012D之间设置绝缘层或绝缘膜。

图2E示出了图2A所示示例实施例的触控面板沿A-A’的另一种示意剖面图。与图2D所示实施例不同的是，在图2E的示例实施例中过孔220形成在显示单元的源漏极层中。在图2E的示例实施例中，在两个相邻的薄膜晶体管单元2012₁和2012₂之间的源漏极层中形成过孔220。本领域技术人员可以理解，可以通过一次构图工艺形成源极、漏极、具有过孔的区域和过孔。为了简明，不再赘述图2E的示例实施例中与图2D相同或相近的结构。

图2F示出了图2A所示示例实施例的触控面板沿A-A’的又一种示意剖面图。图2E所示的实施例类似，在图2F的示例实施中过孔220形成在显示单元的源漏极层中。与图2E的示例实施例不同的是，图2F示出了在薄膜晶体管单元的漏极2012D中形成过孔220。本领域技术人员可以理解，可以通过一次构图工艺形成源极、漏极和过孔。为了简明，不再赘述图2F的示例实施例中与图2D相同或相近的结构。

此外，在图2E和图2F中示出了触控面板200包括遮光构件204，遮光构件204设置在过孔220的远离指纹识别单元230的一侧，例如源漏极层上方，用于将反射光引导至过孔220。本领域技术人员可以理解，当然也可以不包括遮光构件204。

此外，还可以将过孔220形成在显示单元的栅极层中。例如，在两个相邻的薄膜晶体管单元之间的栅极层中形成过孔220。本领域技术人员可以理解，可以通过一次构图工艺形成栅极、具有过孔的区域和过孔。

根据本公开实施例，触摸主体220可以包括手指、脚趾等任意能够实施触摸的客体。在本实施例中主要是以触摸主体为手指为例进行说明。

图3A示出了根据本公开示例实施例的触控面板实现指纹识别的示意光路图。下文将结合图2D～图2F和图3A来进一步详细描述本公开实施例。如图3A所示，例如，在触摸主体310是手指的情况下，触摸主体310的表面可以包括谷310V和脊310R，由触摸主体310表面的谷310V和脊310R反射的光L_reflect经过与过孔320相对应设置的光发散构件303。光发散构件303对反射光L_reflect进行发散。指纹识别单元330可以包括多个传感器3301～330N’，N’为大于1的整数。单个过孔320可以对应于分布在宽度为W2的有效区域内的至少一个传感器，对应的至少一个传感器检测经由光发散构件303对反射光L_reflect进行发散得到发散光L_diverge。可以将多个传感器3301～330N’实现为光敏传感器。

根据本公开实施例，至少一个过孔320可以包括多个过孔，单个过孔的直径为数μm～数十μm的范围内，例如1μm～100μm，或5μm～50μm。由于该直径范围足够大，通过过孔320的光不会发生衍射。在一些实施例中，多个过孔可以具有相同的直径。

图3B示出了图3A所示示意光路的局部放大图。如图3B所示，根据本公开实施例，光发散构件303被设置为使光发散构件303的虚焦点F位于过孔320处。图3B中，O为光发散构件303的光心，OA是光发散构件303的光轴，平行入射光L_incident经过光发散构件303发散为虚焦点在F处的出射光L_emergent。对于光发散构件303焦距，只要能够将入射光进行发散并且对应于同一过孔的发散光不会在不同传感器上发生交叠即可。

根据本公开实施例，两个相邻过孔之间的间距在1mm～5mm的范围内。过孔的间距越大，则可以设置的过孔的数目越少。如果过孔的数目过少，则难以对完整的触摸主体表面成像，而过孔的数目过多，则可能会导致经过相邻过孔320的光在同一个传感器上发生交叠，造成信号串扰，从而导致检测信息不准确。根据本公开实施例，相邻过孔的间距H可以满足以下关系：

2×D_image×tan(α+β)≤H≤2×D_object×tan(α+β)

其中，D_object表示物距，D_image表示像距，α是光发散构件303对于入射光(即，来自触摸主体310的表面的反射光)的发散角度，β是入射光与光轴OA的夹角。当H≥2×D_image×tan(α+β)时，通过不同过孔的光不会在同一传感器上发生交叠并导致信号串扰。物距D_object可以是触摸主体的表面到过孔的垂直距离，像距D_image可以是过孔到指纹识别单元所处平面的垂直距离。当H≤2×D_object×tan(α+β)时，足以对整个触摸主体成像。为了使指纹识别单元中的光敏传感器获得足够大的光量，可以在满足以上公式的情况下设置尽可能多的过孔。

例如，以指纹的面积为20*30mm²为例，当相邻过孔的间距为1mm时，需要设置20×30的孔阵列来实现全指纹识别；当相邻过孔的间距为5mm时，需要设置4×6的孔阵列来实现全指纹识别。此外，本领域技术人员可以理解，可以根据实际需求，将过孔设置在显示区域的任意位置处。也可以如图2A、2B、2C所示或其他任意形式，在触控面板的显示区域中均匀或不均匀地设置过孔。

如图2D～2F所示，根据本公开实施例，光发散构件可以包括微透镜，所述微透镜可以被形成在显示单元的栅极绝缘层202。可以将微透镜形成在例如OLED中的栅极绝缘层。本领域技术人员可以理解，例如可以触式掩模法、电子束直写，喷墨打印法、离子刻蚀、激光直写法、压印成形、离子交换、热熔法、沉淀法等来形成微透镜。以离子刻蚀为例，在沉积完形成微透镜所需的一层材料之后，涂覆光刻胶，然后使用带有孔状的掩膜对光刻胶进行曝光。使用正胶，利用正胶见光显影消失的特性，对光刻胶露出来的微透镜区域进行离子刻蚀，再利用刻蚀时的台阶性形成凹透镜形状。可以利用依次构图与绝缘层材料一起形成微透镜。例如在沉积一层绝缘层之后，直接利用此层绝缘层材料形成微透镜。微透镜的直径可以稍大于过孔的直径，使得通过过孔的光能够进入微透镜。

图4示出了根据本公开另一个示例实施例的触控面板实现指纹识别的示意光路图。如图4所示，发光单元发出的光被触摸主体410表面的谷410V和脊410R反射，反射光L_reflect经过设置于过孔420中的光发散构件403。光发散构件303对反射光L_reflect进行发散，发散光L_diverge到达指纹识别单元430的多个传感器4301～430N’。可以将多个传感器4301～430N’实现为光敏传感器。反射光L_reflect经过各膜层结构到达传感器4301～430N’的光的光强会有所降低。同时，反射光L_reflect经过过孔420和光发散构件403，由于入射角度不同，不同入射角度的光经过过孔420和光发散构件403时会存在不同的反射和吸收。如图4所示，沿光发散构件403的光轴OA方向入射的光的光强损失最小。随着入射角度增大，入射到光发散构件403的光强损失越大。尤其对于光敏传感器，因为表面膜层介质折射率问题，一定角度的光线照射到器件表面后，有部分光线会发生发射或者折射，造成光转化效率降低。这导致过孔420正下方的光敏传感器的光电转换效率高，越偏离该位置的光敏传感器的光电转换效率越低。即入射角度越大，则对应光敏传感器接收到的光的光强损失越大。由于光敏传感器根据所接收的光强差异来判断指纹的谷和脊，会干扰对于指纹的谷和脊的判断。因此，根据本公开实施例，触控面板400还可以包括设置于所述光发散构件403和所述指纹识别单元430之间的光准直化构件450。如图4所示，由不同角度的入射至光准直化构件450的发散光L_diverge准直化为垂直照射至指纹识别单元430的准直光L_collimate，提高指纹识别单元430的光敏传感器接收到的光的光强与反射光L_reflect的光强的一致性，同时使得经过过孔420和光发散构件403得到的发散光L_diverge更加均匀的照射到对应的光敏传感器上。但是本领域的技术人员可以理解，上述的光准直构件450不是必须的，例如在需要减小触控面板的厚度并且光敏传感器对光的入射角度不敏感的情况下，可以省略上述的光准直化构件450。

图5示出了根据本公开一个示例实施例的显示装置。如图5所示，显示装置50包括触控面板510，该触控面板510例如形成为如上述实施例描述的触控面板。

根据本公开实施例的显示装置50可以是电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

根据本公开实施例，通过设置光发散构件，在指纹识别单元包括的传感器的尺寸和相邻传感器的间距均不变的情况下，可以对应于单个过孔设置更多的传感器，因此能更准确地识别指纹。

尽管已经参考本公开的典型实施例，具体示出和描述了本公开，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种改变。

Claims

1.一种触控面板，包括：

显示单元，包括多个像素单元，相邻的像素单元之间设置有过孔；以及

指纹识别单元，设置在所述显示单元的与其出光表面相对的一侧；

多个光发散构件，与所述过孔相对应地设置在所述显示单元与所述指纹识别单元之间，以使得像素单元发出的光经由触摸主体反射后的反射光在穿过所述过孔后通过光发散构件照射到所述指纹识别单元的面积增大，

其中，多个光发散构件彼此间隔开。

2.根据权利要求1所述的触控面板，还包括：遮光构件，设置在所述显示单元的源漏极层上方，所述过孔形成在遮光构件中。

3.根据权利要求1所述的触控面板，其中，所述过孔形成在所述显示单元的源漏极层中。

4.根据权利要求3所述的触控面板，还包括：遮光构件，设置在所述过孔的远离所述指纹识别单元的一侧，用于将反射光引导至过孔。

5.根据权利要求1-4之一所述的触控面板，其中，所述光发散构件被设置为使所述光发散构件的虚焦点位于所述过孔处。

6.根据权利要求1-4之一所述的触控面板，其中，所述光发散构件被设置在所述显示单元的栅极绝缘层。

7.根据权利要求1-4之一所述的触控面板，其中，在所述光发散构件和所述指纹识别单元之间设置有光准直化构件。

8.根据权利要求1-4之一所述的触控面板，其中，所述光发散构件包括微透镜。

9.根据权利要求1所述的触控面板，其中，所述过孔包括多个过孔，相邻过孔之间的间距H满足以下公式：

2×D_image×tan(α+β)≤H≤2×D_object×tan(α+β)

10.根据权利要求9所述的触控面板，其中，相邻过孔之间的间距H在1mm～5mm的范围内。

11.根据权利要求1-4之一所述的触控面板，其中，所述过孔的直径在5μm～50μm的范围内。

12.一种显示装置，包括如权利要求1-11之一所述的触控面板。