CN107609542B - 光感器件、显示装置及指纹识别方法 - Google Patents

光感器件、显示装置及指纹识别方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种光感器件、显示装置及指纹识别方法，其中光感器件，包括遮光的第一电极层，所述第一电极层上设置有第一光感材料层，所述第一光感材料层上设置有第二电极层，所述第二电极层上设置有第二光感材料层，所述第二光感材料层上设置有透光的第三电极层。光感器件可以直接形成于基板上，不需要单独制作指纹识别模块，而是形成的液晶面板直接具有指纹识别功能，此方案在生产过程中，降低了对工艺的要求，提高了产品的合格率。

Description

光感器件、显示装置及指纹识别方法
技术领域
本申请一般涉及显示技术领域，尤其涉及光感器件、显示装置及指纹识别方法。
背景技术
随着科技的发展，在当今的移动互联网时代，各式各样的个人移动终端设备层出不穷，消费者对个人数据的安全性要求日益提升，同时操作的便捷性、应用的多样性也是设计者需要考虑的重点之一。
而基于安全性的个人验证系统中，使用指纹识别装置进行指纹识别的方法得到了广泛使用，因指纹识别的方法能够以很低的成本实现并具有高可用性和高精确度的特征。目前，指纹识别装置主要基于半导体硅电容效应(使用硅传感器来识别指纹信息)，即硅感应器的探测电极成为电容的一个极板，手指作为电容的另一极板，手指纹线的凹凸纹理与相对平滑的探测电极间形成的耦合电容存在差别，由终端采集该耦合电容的差别信息，从而确定手指的凹凸信息，得到手指的指纹数据。
在现有的移动终端中，大多在显示区域下方中部的Home键位置设置了指纹识别模块。用户可以通过将手指放在Home键上解锁手机。而且，当用户需要在应用商店购买应用的时候也可以使用这一方式进行确认，从而免去了繁琐的密码输入工作。
上述指纹识别为单独形成于Home键的设计。此种设计需要单独制作指纹识别面板，并在整体面板上挖空来放置该指纹识别面板，不仅增加了工序还使面板的整体效果受到破坏。
此外，在上述移动终端中，指纹识别模块是在指纹识别传感器上制作指纹识别电极图形，在其下层封装有半导体芯片，在其上层涂覆涂层材料和保护层。其中，半导体芯片用于信号接收和数据处理，上层的涂层材料要求既能遮盖半导体芯片的颜色又有良好的传导性。保护层要做的很薄，以满足传感器的探测距离的需要。此种结构对制作和封装工艺的要求均较高，导致产品的合格率低，成本较高。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种光感器件、显示装置及指纹识别方法，用以解决现有技术中存在的指纹识别模块需要单独制作，工艺要求高，合格率低的问题。
本申请一方面提供一种光感器件，包括遮光的第一电极层，所述第一电极层上设置有第一光感材料层，所述第一光感材料层上设置有第二电极层，所述第二电极层上设置有第二光感材料层，所述第二光感材料层上设置有透光的第三电极层。
另一方面，提供一种显示装置，包括基板，所述基板上形成有开关元件及上述的光感器件，所述开关元件用于控制所述光感器件的通断。
再一方面，提供一种显示装置指纹识别的方法，包括以下步骤：
所述显示装置向手指发射照射光；
所述光感器件接收手指对所述照射光的反射，并根据接收的反射光的强弱形成用于表征手指凹凸纹路特性的光照电流。
本申请提供的上述技术方案，光感器件可以直接形成于基板上，不需要单独制作指纹识别模块，而是形成的显示面板直接具有指纹识别功能，此方案在生产过程中，降低了对工艺的要求，提高了产品的合格率。使用时，通过像素对应位置的OLED(Organic LightEmittingDiode，有机电激光显示)发光照射到面板上面的手指，再由手指反射到光感器件的表面，光感器件根据光亮度不同产生不同的放大光电流输出，这一特点正好与指纹识别功能相吻合，通过指纹凹凸位置不同，光射入光感器件多少不同，产生的光电流不同，从而根据输出电流的区别实现指纹识别的功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的光感器件结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光感器件在黑暗与光照条件下的电流对比图；
图3为本发明实施例提供的显示器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1所示，本发明实施例提供的光感器件，包括遮光的第一电极层1，第一电极层1上设置有第一光感材料层3，第一光感材料层3上设置有第二电极层4，第二电极层4上设置有第二光感材料层5，第二光感材料层5上设置有透光的第三电极层6。
实际使用中，第一电极层1作为集电极，第二电极层4作为基极，第三电极层6作为发射极。当然，第一电极层1亦可以作为发射极，第二电极层4作为基极，第三电极层6作为集电极。
此处第一电极层1具有遮光性，第三电极层6具有透光性，是为了阻止显示装置发出的光直接照射到光感器件内，而是让显示装置发出的光经指纹反射后由第三电极层6照射入光感器件内形成光照电流。
该光感器件在制造时可以但不限于采用蒸镀工艺形成。光感器件通过蒸镀工艺形成了层状的垂直结构。其中，第一光感材料层3与第二电极层4表面，以及第二光感材料层5与第二电极层4表面均形成了肖特基接触，因第一光感材料层3与第二光感材料层5分置于第二电极层的两侧，则形成了两个背靠背的肖特基结构，肖特基结构类似于PN结结构，此两个背靠背的肖特基结构形成了一个薄膜晶体管特性器件，其图形呈现不饱和特性，即在有无光照时其输出电流具有较大差别，并可通过改变第一光感材料层3与第二光感材料层5的厚度来调整其特性。其中，在黑暗(dark)条件下该光感器件的输出电流满足以下条件：
Figure BDA0001443276250000031
在光照(white)条件下该光感器件的输出电流满足以下条件：
Figure BDA0001443276250000032
其中，β为薄膜晶体管放大倍数，IL为产生的光电流，
Figure BDA0001443276250000033
为黑暗条件下基极的电流，
Figure BDA0001443276250000034
为光照条件下基极的电流，Iec为该光感器件的输出电流。如图2所示，在光照及黑暗条件下，基极电压Vb相同的情况下，所输出同样的电压Vec时，光照条件下输出的电流Iec均高于黑暗条件下的电流Iec。例如，Vec为3V,Vb为0V时,光照条件输出的电流约为3μA，而黑暗条件输出的电流约为0.5μA，光照条件下输出的电流明显高于黑暗条件下输入的电流。这一特点正好与指纹识别功能相吻合，其中，指纹凸出部分对应光照条件下电流输出，指纹凹陷部分对应黑暗条件下电流输出，通过指纹凹凸位置不同，光射入光感器件多少不同，产生的光照电流不同，从而根据输出光照电流的区别实现指纹识别的功能。
进一步地，第一光感材料层3与第二光感材料层5相连接。在加工过程中，对第二电极层4进行图案化之后，第一光感材料层3的一部分会暴露于第二电极层4之外，然后再在第二电极层4上直接形成第二光感材料层5，这样暴露于第二电极层4之外的第一光感材料层3即与第二光感材料层5相连接了。在第二电极层4上直接形成第二感光材料层5可以简化工艺，且使光感器件具有较好的电学特性。
进一步地，第一光感材料层3包覆第一电极层1的顶面及侧面。在加工时，首先在基板上形成第一电极层1，然后再形成第一光感材料层3，第一光感材料层3例如但不限于通过蒸镀工艺形成，使得第一电极层1的顶面及侧面均被第一光感材料层3所覆盖。
进一步地，第一光感材料层3顶部的一部分被第二电极层4覆盖，未被第二电极层4覆盖的部分与第二光感材料层5相连接。也即第二电极层4将第一光感材料层3与第二光感材料层5部分隔开，没有被隔开的部分相互连接，形成了两个背靠背的肖特基结构。
进一步地，第二电极层4连接有紧贴于第一光感材料层3侧面的第一连接线2；第三电极层6连接有紧贴于第一光感材料层3和第二光感材料层5的侧面的第二连接线7。第一连接线2、第二连接线7分别用于将第二电极层4、第三电极层6连接至对应的功能电路，来实现该光感器件产生光感电流并输出。也即，光感器件的电路输出线路均位于光感器件的下方，而光感器件的顶部用于封装保护层，采用此种结构可以对光感器件的输出线路进行保护，另外也省去了在光感器件顶部形成电极层来实现光感器件的电路连接，简化了工序，节省了成本。
进一步地，第一光感材料层3和第二光感材料层5均为有机材料感光层。
进一步地，第一光感材料层3和第二光感材料层5的材料均为CuPc。CuPc为酞菁铜，其分子式C32H16N8Cu。
进一步地，第一电极层1的材料为铜，第二电极层4的材料为铝，第三电极层6的材料为金或ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡),金膜及ITO均具有透光性。
本发明实施例还提供一种显示装置，包括基板，基板上形成有开关元件VT1及上述的光感器件VT2，开关元件VT1用于控制光感器件VT2的通断。
例如但不限于开关元件VT1可以采用TFT开关管。
所述显示装置可以为：OLED面板、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。
本技术方案，光感器件直接形成于基板上，不需要单独制作指纹识别模块，而是形成的显示面板直接具有指纹识别功能，此方案在生产过程中，降低了对工艺的要求，提高了产品的合格率。使用时，通过像素对应位置的OLED(Organic Light Emitting Diode，有机电激光显示)发光照射到面板上面的手指，再由手指反射到光感器件的表面，光感器件根据光亮度不同产生不同的放大光电流输出，这一特点正好与指纹识别功能相吻合，通过指纹凹凸位置不同，光射入光感器件多少不同，产生的光电流不同，从而根据输出电流的区别实现指纹识别的功能。
如图3所示，为该显示装置的电路原理图，图中仅示出了显示装置中的两行n列光感器件VT2的电路连接图。其中，TFT开关管VT1的发射极与光感器件VT2的基极连接，光感器件VT2的集电极连接电源电压VDD，光感器件VT2的发射极用于输出产生的光电流。光感器件VT2在显示器中是呈矩阵排布,与像素位置对应的(此处的位置对应可以是位于像素的上方，也可以位于区隔两相邻像素的隔壁的上方)，以Detect(m,n)标识光感器件VT2的输出，则第一行光感器件VT2的输出分别标识为Detect(1,1)……Detect(1,n)，第二行光感器件VT2的输出分别标识为Detect(2,1)……Detect(2,n)。根据每个光感器件VT2输出电流的大小可以确定该光感器件VT2处指纹凹凸与否。TFT开关管VT1的基极连接扫描信号Da,第一行TFT开关管VT1的扫描信号用Da1标识，第二行TFT开关管VT1的扫描信号用Da2标识，其他行依次类推。TFT开关管VT1的集电极连接电源信号GT，第一行TFT开关管VT1的电源信号用GT1标识，第二行TFT开关管VT1的电源信号用GT2标识，其他行依次类推。
例如，TFT开关管VT1的扫描信号由该显示器背板GOA(GateDriver On Array，集成栅极驱动)电路提供，背板中GOA信号连接至TFT开关管VT1，一般光感器件封装于整个显示装置的最外层，背板中的GOA信号通过向上打孔穿过背板上的各层连接至光感器件，鉴于整个显示装置厚度较厚，为了提高电路的接触性，可以在背板于光感器件之间增加几层金属层或ITO层进行转接。扫描信号Da逐行扫描，并与GT信号同步，而被导通的光感器件VT2的发射极发出光感电流，用以确定指纹的凹凸形状。当然也可以采用其它形式的扫描信号，并可以同时对各行的TFT开关管VT1进行同时扫描。这里所说的扫描是指对TFT开关管VT1的基极加压来使TFT开关管导通。
通过TFT开关管VT1控制光感器件VT2的通断，具有结构简单，易于实现，且可减小遮光面积。
进一步地，基板为柔性基板。光感器件通过蒸镀工艺形成于柔性基板之上，例如在柔性TFE(Thin Film Encapsulation，薄膜封装)层之上通过蒸镀工艺形成光感器件，形成光感器件蒸镀工艺可以与TFE的柔性基板工艺良好吻合，保证产品的一体性。
进一步地，基板设置有像素层，光感器件设置于像素层中的像素上方，或者光感器件设置于像素层中区割两相邻像素的隔壁的上方。实际使用中，每一像素的上方均可制作一个光感器件，则在显示器中形成了n行，m列矩阵排布的光感器件。由于光感器件的第一电极层具有遮光性，可以防止像素对应位置的OLED(Organic Light EmittingDiode，有机电激光显示)发出的光直接照射入光感器件，但是光感器件相对于像素要小得多，因此其对像素对应位置的OLED发出的光的遮挡作用可以不用考虑，OLED发出的光照射到面板上面的手指，再由手指反射到光感器件的上表面，光感器件根据光亮度不同产生不同的放大光照电流输出，这一特点正好与指纹识别功能相吻合，通过指纹凹凸位置不同，光射入光感器件多少不同，产生的光照电流不同，从而根据输出光照电流的区别实现指纹识别的功能。
虽说光感器件相对于像素要小得多，其对OLED发出的光的遮挡作用可以不用考虑，但是其势必也是会遮挡一定的出光量。为了使光感器件不对OLED发出的光进行遮挡，以可以将光感器件设置于像素层中区割两相邻像素的隔壁的上方。
本发明实施例还提供一种上述显示装置指纹识别的方法，包括以下步骤：
所述显示装置向手指发射照射光；
所述光感器件接收手指对所述照射光的反射，并根据接收的反射光的强弱形成用于表征手指凹凸纹路特性的光照电流。
进一步地，指纹确定模块根据光照电流的强弱形成指纹图像。
通过像素对应位置的OLED发光照射到面板上面的手指，再由手指将照射到手指上的光反射到光感器件的表面，光感器件根据光亮度不同产生不同的放大光电流输出，光照强度强则产生的电流大，光照强度低则产生的电流小。其中，指纹凸出部分反射的光照强度强，指纹凹陷部分反射的光照强度低。指纹确定模块根据光照电流的强弱，将电流强度部分形成凸起图案，将电流弱的部分形成凹陷部分，以反映面板上指纹的图像。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种光感器件，其特征在于，包括遮光的第一电极层，所述第一电极层上设置有第一光感材料层，所述第一光感材料层上设置有第二电极层，所述第二电极层上设置有第二光感材料层，所述第二光感材料层上设置有透光的第三电极层；所述第一光感材料层与所述第二光感材料层相连接；
所述第一电极层作为集电极，所述第二电极层作为基极，所述第三电极层作为发射极；或者，第一电极层作为发射极，所述第二电极层作为基极，所述第三电极层作为集电极。
2.根据权利要求1所述的光感器件，其特征在于，所述第一光感材料层包覆所述第一电极层的顶面及侧面。
3.根据权利要求1所述的光感器件，其特征在于，所述第一光感材料层顶部的一部分被所述第二电极层覆盖，未被所述第二电极层覆盖的部分与所述第二光感材料层相连接。
4.根据权利要求3所述的光感器件，其特征在于，所述第二电极层连接有紧贴于所述第一光感材料层侧面的第一连接线；所述第三电极层连接有紧贴于所述第一光感材料层和所述第二光感材料层的侧面的第二连接线。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光感器件，其特征在于，所述第一光感材料层和所述第二光感材料层均为有机材料感光层。
6.根据权利要求5所述的光感器件，其特征在于，所述第一光感材料层和第二光感材料层的材料均为CuPc。
7.根据权利要求6所述的光感器件，其特征在于，所述第一电极层的材料为铜，所述第二电极层的材料为铝，所述第三电极层的材料为金或ITO。
8.一种显示装置，包括基板，其特征在于，所述基板上形成有开关元件及权利要求1-7任一项所述的光感器件，所述开关元件用于控制所述光感器件的通断。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述基板为柔性基板。
10.根据权利要求8或9所述的显示装置，其特征在于，所述基板设置有像素层，所述光感器件设置于所述像素层中的像素上方，或者所述光感器件设置于所述像素层中区割两相邻像素的隔壁的上方。
11.一种权利要求8-10任一项所述显示装置指纹识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述显示装置向手指发射照射光；
所述光感器件接收手指对所述照射光的反射，并根据接收的反射光的强弱形成用于表征手指凹凸纹路特性的光照电流。
12.根据权利要求11所述的显示装置指纹识别的方法，其特征在于，还包括指纹确定模块根据光照电流的强弱形成指纹图像。
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