CN108182872B - 具有光感测单元的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有光感测单元的显示装置，包括第一基板、第二基板以及配置在第一基板和第二基板间的显示层。第一基板包括像素驱动单元。第二基板包括光感测单元。

Description

具有光感测单元的显示装置
技术领域
本发明涉及一种显示装置，特别是涉及一种包括光感测单元的显示装置。
背景技术
基于安全性、便利性和辨识效率的考虑，指纹辨识成为生物辨识现今的主要方式。指纹辨识可以应用诸如电容式、热感式、光学式等等的指纹感测装置来达成。不过，无论是哪种指纹感测装置，目前皆以制作在硅晶片上为主流。
最近，指纹辨识的概念更进一步地被结合至携带式电子产品，例如智慧型手机中，作为安全手段使用。就现在市面上各家厂商的智慧型手机而言，主要采用的指纹辨识方式是应用电容式的指纹感测装置，由于需要制作在硅晶片上，因此便需要在智慧型手机的外观上保留额外的空间以设置指纹辨识的感测区。不但造成美观感受或使用方便性上的影响，还需要在制作工艺中另外加入破口处理，导致制造成本和制作工艺复杂度增加。而且，使用硅晶片的成本相当高。
因此，目前对于指纹感测手段的研究与改进，特别是可应用于携带式电子产品的指纹感测手段的研究与改进，仍不断地持续中。
发明内容
根据一些实施例，本发明提供一种具有光感测单元的显示装置。光感测单元的显示装置包括第一基板、第二基板以及配置在第一基板和第二基板间的显示层。第一基板包括像素驱动单元。第二基板包括光感测单元。
为了让本发明的上述内容能更明显易懂，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是根据一实施例的显示装置的示意图；
图1B是根据一实施例的显示装置的示意图；
图2A～图2C是根据一实施例的光感测单元及相关元件的配置关系的示意图；
图3A是根据一实施例的光感测单元及相关元件的配置关系的示意图；
图3B是根据一实施例的光感测单元及相关元件的配置关系的示意图；
图4是根据一实施例的显示装置的示意图；
图5是根据一实施例的显示装置的示意图；
图6是根据一实施例的显示装置的示意图；
图7是根据一实施例的显示装置的示意图；
图8是根据一实施例的显示装置的示意图；
图9是根据一实施例的显示装置的示意图。
其中，附图标记
10：手指
11：纹脊
12：纹谷
30：光源
52：感测晶体管
53：电容
54：开关元件
55：第一导线
56：第二导线
57：第三导线
58：透明电极层
59：第四导线
60：处理单元
62：感测晶体管
72：感测晶体管
100：显示装置
100’：显示装置
105：背光源
110：第一基板
112：偏光板
114：基材
118：像素驱动单元
120：第一电极
122：第二电极
140：第二基板
142：偏光板
144：基材
146：光感测单元
146’：光感测单元
146”：光感测单元
148：彩色滤光层
148(B)：蓝色色阻
148(G)：绿色色阻
148(R)：红色色阻
150：黑色矩阵
152：遮光层
170：显示层
200：显示装置
210：第一基板
212：基材
216：像素驱动单元
240：第二基板
242：基材
244：光感测单元
246：彩色滤光层
246(B)：蓝色色阻
246(G)：绿色色阻
246(R)：红色色阻
248：黑色矩阵
250：遮光层
270：显示层
272：有机发光二极管元件
274：第一电极
276：第二电极
278：有机发光层
300：显示装置
310：第一基板
312：基材
316：像素驱动单元
340：第二基板
342：基材
344：光感测单元
346：遮光层
370：显示层
372：有机发光二极管元件
372(B)：蓝色有机发光二极管
372(G)：绿色有机发光二极管
372(R)：红色有机发光二极管
374：第一电极
376：第二电极
378：有机发光层
400：显示装置
410：第一基板
412：基材
416：像素驱动单元
420：第一电极
440：第二基板
442：基材
444：光感测单元
446：遮光层
470：显示层
472：微发光二极管元件
472(B)：蓝色微发光二极管元件
472(G)：绿色微发光二极管元件
472(R)：红色微发光二极管元件
A：垂直方向
A1：显示区
A11：感测区
A12：非感测区
A2：非显示区
A21：感测区
A22：协助感测区
D1：第一方向
D2：第二方向
L：光
P：子像素
具体实施方式
本发明提供一种具有光感测单元的显示装置。根据一些实施例，具有光感测单元的显示装置可包括第一基板、第二基板和显示层，其中第一基板是包括像素驱动单元的基板，第二基板则是包括光感测单元的基板，显示层配置在第一基板和第二基板间。以下将配合附图对于具有此种结构的显示装置作进一步的叙述。要注意的是，附图中对于各元件的绘示并不应作为对于本发明的限制，本发明所属技术领域的技术人员完全可以应用本发明所属技术领域中其他替代的实施方式。举例来说，某些元件的配置顺序可以调换，某些元件可以被省略或者替换成其他元件，也可以新增其他元件等等。为了不模糊本发明的重点，在本发明中对于这些其他替代的实施方式可能不会作进一步的叙述，在某些情况下甚至也省略对于附图中部分元件的叙述，但这并不会影响本发明所属技术领域的技术人员理解本发明及在运用本发明的概念的情况下对其实施方案的细节进行调整。另外，在某个特定实施例所提出的特征、优点等等，在不冲突的情况下，可适用于其他实施例或与其他实施例配合使用，但可能未对其重复阐述。
现在请参照图1A，其示出根据一实施例的具有光感测单元的显示装置100。显示装置100包括第一基板110、第二基板140和位于二者间的显示层170。显示层170可包括液晶层、有机发光二极管元件、或者微发光二极管元件等等，本发明并未限制。
图1A示出的显示装置100是液晶显示装置，其中的显示层170为一液晶层。第一基板110可包括偏光板112、第一基材114、像素驱动单元118、和第一电极120。这些元件例如是依序设置。第一基材114可由透明的材料制成。在显示装置100中，可包括多个像素驱动单元118，以矩阵排列。为方便说明，图1A中仅显示四个像素驱动单元118。像素驱动单元118可例如是栅极在上或在下的晶体管。像素驱动单元118包括一主动层，主动层可由非晶硅、多晶硅、或铟镓锌氧化物(IGZO)等等材料形成，无须特别限制。
第一电极120可与像素驱动单元118电连接。根据一些实施例，第一电极120可为一像素电极。第一基板110可还包括一第二电极122，例如一共同电极。如此，显示装置100可构成一边缘场切换(fringe field switching；FFS)液晶显示装置，但本发明并不以此为限。显示装置100也可为其他型式的液晶显示装置，例如面内切换(in-plane switching；IPS)、垂直配向(vertical alignment；VA)、或扭转向列(twisted nematic；TN)型式的液晶显示装置。
第二基板140为朝向显示侧的基板，且包括一光感测单元146。例如，第二基板140可包括偏光板142、第二基材144、光感测单元146和彩色滤光层148。这些元件例如是依序设置。偏光板142和偏光板112可呈不同偏光方向的方式设置。第二基材144可由透明的材料制成。光感测单元146可用于指纹辨识，例如，光感测单元146用于接受来自使用者的手指10的光并对应输出指纹感测信号。具体来说，从手指10的指纹的纹脊11反射的光将较强，从纹谷12反射的光将较弱，光感测单元146从而因应不同强度的光而输出不同的指纹感测信号，进而可实现指纹辨识。光感测单元146的具体细节将参照图2A～图3B作说明。
彩色滤光层148设置于光感测单元146和显示层170之间。请参考图1A和图2A，彩色滤光层148包括至少二种颜色的色阻，以及黑色矩阵。彩色滤光层148可包括红色色阻148(R)、绿色色阻148(G)和蓝色色阻148(B)、以及黑色矩阵150。黑色矩阵150定义出多个子像素P，且设置在不同颜色的色阻之间，用以分隔不同颜色的多个色阻。每个色阻的位置可对应每个子像素P的位置。黑色矩阵150可以对应遮蔽第一基板110的像素驱动单元118的方式设置，但不是必须。
请参照图2A～图2C，其示出根据一实施例的光感测单元及相关元件的配置关系。在此，所述相关元件以显示装置100中的元件为例进行说明。在本实施例中，光感测单元146可包括感测晶体管52和开关元件54，二者电连接。感测晶体管52用于接受来自使用者的手指10的光并对应输出电信号。所述光包括且不限于可见光，例如可以是能量更强、可引发更大信号变化的近紫外光。开关元件54，例如可为开关晶体管，用于控制根据所述电信号的指纹感测信号的输出。
感测晶体管52包括一主动层，主动层可为非晶硅、多晶硅、或铟镓锌氧化物(IGZO)等等。在本实施例中，所述电信号可以是漏电流(off-current)信号。举例来说，感测晶体管52可具有以非晶硅层形成的主动层。非晶硅材料能够因为照光而产生漏电现象。因此，非晶硅形成的主动层因接受到的光的强弱而造成感测晶体管52有明显的漏电流变化。漏电流带来的电荷可累积在耦接于感测晶体管52和开关元件54间的电容53中。当扫描至特定的光感测单元146时，其开关元件54打开，一处理单元60可根据电流大小判断侦测到的信号是对应手指10的纹脊11或纹谷12。从而，可实现指纹辨识。
根据一些实施例，如图1A所示，从垂直于第一基材114的一垂直方向A上看，感测晶体管52可和像素驱动单元118至少有部分重叠，如此可避免感测晶体管52影响显示装置100的分辨率和开口率。例如，感测晶体管52可和像素驱动单元118完全重叠。根据一些实施例，从垂直方向A上看，开关元件54可和像素驱动单元118至少有部分重叠，如此可避免开关元件54影响显示装置100的分辨率和开口率。例如，开关元件54可和像素驱动单元118完全重叠。
根据一些实施例，第二基板140可包括将光感测单元146耦接至处理单元60的导线。具体来说，如图2A和图2C所示，第二基板140可包括沿着一第一方向D1配置的第一导线55、第二导线56以及沿着不同于第一方向D1的一第二方向D2配置的第三导线57。第一方向D1可与第二方向D2垂直，但不以此为限。第一导线55、第二导线56和第三导线57连接光感测单元146。第一导线55例如是用于光感测单元146的数据线，其例如提供供电电压VDD。第二导线56例如是用于光感测单元146的信号线，可电连接到处理单元60。第三导线57例如是用于光感测单元146的扫描线。第二基板140还可包括沿着第一方向配置的第四导线59，连接到感测晶体管52的栅极，可为感测晶体管52的栅极线。第四导线59例如可提供电压Vss。第一导线55、第二导线56、第三导线57和第四导线59可由但不限于以金属层或透明电极层58(示于图1A)制成。处理单元60例如是集成电路芯片，用于判读信号。
在本实施例中，第二基板140还包括一遮光层152，设置在第二基材上且在第二基材144和开关元件54之间。根据一些实施例，从垂直方向A上看，遮光层152可和开关元件54至少有部分重叠。根据一些实施例，从垂直方向A上看，遮光层152可完全覆盖开关元件54。根据一些实施例，从垂直方向A上看，遮光层152可和感测晶体管52为分离的。亦即，遮光层152不覆盖感测晶体管52，感测晶体管52由遮光层152所暴露出，如图2B所示。例如，遮光层152可以对应并遮蔽开关元件54的方式设置，但可不遮蔽感测晶体管52。根据一些实施例，每个光感测单元146的位置可对应二个子像素P的位置，如图2A所示。此种配置方式有利于遮光层152和黑色矩阵150的重叠，可避免影响显示装置100的开口率。然而，根据其他实施例，光感测单元146可对应一或多个子像素P的位置，可依据所需光感测单元的分辨率而定，并没有一定限制。
请参照图1B，其示出根据另一实施例的显示装置100’。显示装置100’类似于显示装置100，但具有不同的光感测单元146’。请参照图3A，其示出根据此实施例的光感测单元146’及相关元件的配置关系。除了以下特别指出的部分外，相关元件的配置类似于图2A～图2C所示的实施例。在本实施例中，光感测单元146’包括感测晶体管62，但不包括开关元件。感测晶体管62用于接受来自使用者的手指10的光并对应输出电信号作为指纹感测信号。在本实施例中，所述电信号可以是开电流(on-current)信号。举例来说，感测晶体管62的主动层因照光而产生的漏电造成感测晶体管62开电流的上升，而处理单元60据此来实现指纹辨识。在本实施例中，由于光感测单元146’不包括开关元件，因此可不在第二基板140形成遮光层152。在本实施例中，每个光感测单元146’的位置同样可对应二个子像素的位置。
图3B示出根据另一实施例的光感测单元及相关元件的配置关系。类似于图3A的实施例，在本实施例中，光感测单元146”包括感测晶体管72，但不包括开关元件。在本实施例中，每个光感测单元146”的位置可对应一个子像素的位置。
请再回头参照图1A，显示装置100还包括背光源105。背光源105配置在第一基板110相对于第二基板140的另一侧。在一些实施例中，于显示装置100的指纹辨识模式下，背光源105发出的光L，被使用者的手指10反射所反射，光感测单元146接受到此反射光并对应输出指纹感测信号。根据一些实施例，如图1A所示，光感测单元146的感测晶体管52和开关晶体管54以对齐第一基板110的像素驱动单元118的方式设置，如此可避免影响显示装置100的开口率。或者，显示装置100具有如图3A或图3B所示的光感测单元146’、146”，而其感测晶体管62、72以对齐第一基板110的像素驱动单元118的方式设置，以避免影响显示装置100的开口率。
根据一些实施例，光感测单元146是制作在显示装置中朝向显示侧的第二基板140上，被手指10反射的光能够以相对短的路径到达感测晶体管，可大幅减少反射光在到达感测晶体管前的光损失，有利于感测晶体管的侦测。此外，光感测单元146和像素驱动单元118是制作在不同的基板上，不会影响显示装置100的分辨率和开口率。再者，光感测单元146的晶体管可对齐像素驱动单元118，可进一步地避免对于显示装置100的分辨率和开口率的影响。显示装置100是将光感测单元结合在既有的基板结构中，因此不需要在显示装置的外观上保留额外的空间制作光感测单元，能够简化制作工艺，并增加美观感受和使用方便性。
现在请参照图4，其示出根据另一实施例的显示装置200。图4示出的显示装置200是有机发光二极管(OLED)显示装置。显示装置200的第一基板210可包括第一基材212和像素驱动单元216。第二基板240为朝向显示侧的基板，且包括第二基材242、光感测单元244、和彩色滤光层246。这些元件例如是依序设置。显示层270设置于第一基板210和第二基板240之间。显示层270包括一有机发光二极管元件272。显示层270对应显示装置200的不同子像素P可包括相同颜色的有机发光二极管元件272，例如白色。具体来说，有机发光二极管元件272可包括第一电极274、第二电极276以及位于二者间的有机发光层278。第一电极274可为阳极，第二电极276可为阴极。像素驱动单元216与第一电极274电连接。在一些实施例中，于显示装置200的指纹辨识模式下，有机发光二极管272发出的光L，被使用者的手指10所反射，光感测单元244接受到此反射光并对应输出指纹感测信号。
在图4中，显示装置200被绘示成具有如图2A～图2C所示的光感测单元。然而，显示装置200也可具有如图3A或图3B所示或其他适合的光感测单元。彩色滤光层246包括至少二种颜色的色阻，以及黑色矩阵。彩色滤光层246可包括红色色阻246(R)、绿色色阻246(G)和蓝色色阻246(B)、以及黑色矩阵248。黑色矩阵248定义出多个子像素P，且设置在不同颜色的色阻之间，用以分隔不同颜色的多个色阻。每个色阻的位置可对应每个子像素P的位置。黑色矩阵248可以对应遮蔽第一基板210的像素驱动单元216的方式设置，但不是必须。
在使用如图2A～图2C所示的光感测单元244的情况下，即光感测单元244包括感测晶体管52和开关元件54，第二基板240还可包括遮光层250，设置在第二基材242上且在第二基材242和开关元件54之间。遮光层250和光感测单元244中的元件(感测晶体管52以及开关元件54)之间的位置关系，和上述图1A所述类似，在此不再赘述。然而可以理解，遮光层250并非必须，例如在使用如图3A或图3B所示的光感测单元的情况下(光感测单元件不具有开关元件54)，则可省略遮光层250。
请参照图5，其示出根据另一实施例的显示装置300。图5示出的显示装置300也是OLED显示装置，但不同于显示装置200，显示装置300可包括至少两种颜色的有机发光二极管元件，例如是RGB OLED显示装置。显示装置300的第一基板310可包括第一基材312和像素驱动单元316，像素驱动单元316设置于第一基材312上。第二基板340为朝向显示侧的基板，且包括第二基材342和光感测单元344，光感测单元344设置在第二基材342上。显示层370设置于第一基板310和第二基板340之间，且包括一有机发光二极管元件372。根据一些实施例，在图5中，显示装置300可包括三种颜色的有机发光二极管元件372，例如包括红色有机发光二极管元件372(R)、绿色有机发光二极管372(G)、和蓝色有机发光二极管372(B)，但无须受限于此。具体来说，有机发光二极管372可包括第一电极374、第二电极376以及位于二者间的有机发光层378。第一电极374可为阳极，第二电极376可为阴极。像素驱动单元316与第一电极374电连接。在一些实施例中，于显示装置300的指纹辨识模式下，有机发光二极管372发出的光L，被使用者的手指10所反射，光感测单元344接受到此反射光并对应输出指纹感测信号。
在图5中，显示装置300被绘示成具有如图2A～图2C所示的光感测单元。然而，显示装置300也可具有如图3A或图3B所示或其他适合的光感测单元。在使用如图2A～图2C所示的光感测单元344的情况下，第二基板340还可包括遮光层346，设置在第二基材342上且在第二基材342和开关元件54之间。遮光层346和光感测单元344中的元件(感测晶体管52以及开关元件54)之间的位置关系，和上述图1A所述类似，在此不再赘述。然而可以理解，黑色矩阵346并非必须，例如在使用如图3A或图3B所示的光感测单元的情况下(光感测单元件不具有开关元件54)，则可省略黑色矩阵346。
请参照图6，其示出根据另一实施例的显示装置400。图6示出的显示装置400是微发光二极管(micro-LED)显示装置。显示装置400的第一基板410可包括第一基材412和像素驱动单元416，像素驱动单元416设置在第一基材412上。第一基板410可还包括第一电极420，像素驱动单元416与第一电极420电连接。第二基板440为朝向显示侧的基板，且包括一第二基材442和一光感测单元444，光感测单元444设置在第二基材442上。显示层470设置于第一基板410和第二基板440之间，且包括一微发光二极管元件472，例如，可包括至少两种颜色的微发光二极管元件。微发光二极管元件472通过第一电极420电连接至像素驱动单元416。根据一些实施例，在图6中，显示装置400可包括三种颜色微发光二极管元件472，例如包括红色微发光二极管元件472(R)、绿色微发光二极管元件472(G)、和蓝色微发光二极管472(B)，但无须受限于此。在一些实施例中，于显示装置400的指纹辨识模式下，微发光二极管472发出的光L，被使用者的手指10所反射，光感测单元444接受到此反射光并对应输出指纹感测信号。
在图6中，显示装置400被绘示成具有如图2A～图2C所示的光感测单元。然而，显示装置400也可具有如图3A或图3B所示或其他适合的光感测单元。在使用如图2A～图2C所示的光感测单元444的情况下，第二基板440还可包括遮光层446。遮光层446和光感测单元444中的元件(感测晶体管52以及开关元件54)之间的位置关系，和上述图1A所述类似，在此不再赘述。然而可以理解，黑色矩阵446并非必须，例如在使用如图3A或图3B所示的光感测单元的情况下(光感测单元件不具有开关元件54)，则可省略黑色矩阵446。
请参照图7，显示装置100包括一显示区A1和一非显示区A2。显示区A1可包括一感测区A11和一非感测区A12。非感测区A12可环绕感测区A11。前述的所有显示装置，皆可与图7的实施例结合应用。例如，图1A中的光感测单元146，可设置在第二基板140显示区中的感测区。在显示装置100的指纹辨识模式下，可对于感测区A11提供暗模式，对于非感测区A12提供亮模式。暗模式例如是使该区不发光，而亮模式例如是使此区发白光。亮模式的光源可为显示装置本身的背光源，例如图1A所示的背光源105。当使用者的手指接触感测区A11时，同时接触到非感测区A12。手指被亮模式的非感测区A12所发出的光所穿透，并且，光感测单元146可接受到被手指穿透的光并对应输出指纹感测信号。此时，由于感测区A11是暗模式，因此可避免受到显示装置100发出的光干扰。
请参照图8，显示装置100包括一显示区A1和一非显示区A2。非显示区A2可包括感测区A21和环绕感测区A21的协助感测区A22。协助感测区A22例如包括设置成环状的光源，例如可为显示装置本身的背光源，例如图1A所示的背光源105。前述的所有显示装置，皆可与图8的实施例结合应用。例如，图1A中的光感测单元146，可设置在第二基板140的非显示区中的感测区上。当使用者的手指接触感测区A11时，同时接触到协助感测区A22。手指被协助感测区A22所发出的光所穿透，并且，光感测单元146可接受到被手指穿透的光并对应输出指纹感测信号。
请参照图9，当根据本发明的显示装置不限于应用在携带式电子产品时，可提供发出穿透使用者的手指10的外在光源30，作为指纹辨识手段的光源。外在光源30可以是但不限于额外的光源或环境光。在本实施例中，于显示装置100的指纹辨识模式下，光感测单元146接受由外在光源30所发出且穿透使用者的手指10的光L并对应输出指纹感测信号。可以理解的，上述其他实施例的显示装置100’、200、300、400，也可增加外在光源作为指纹辨识的光源。
综上所述，根据一些实施例，光感测单元制作在显示装置中朝向显示侧的基板上。由此，被手指反射的光可有较少的光损失。或者，根据一些实施例，光感测单元和像素驱动单元制作在不同的基板上，显示装置可维持较高的分辨率。或者，根据一些实施例，不需要在显示装置的外观上保留额外的空间以制作光感测单元，可提供美观感受。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可作各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种具有光感测单元的显示装置，其特征在于，包括：
第一基板，包括像素驱动单元；
第二基板，包括光感测单元、遮光层以及黑色矩阵，其中所述光感测单元包括开关元件，所述黑色矩阵设置在所述开关元件与所述像素驱动单元之间，所述黑色矩阵定义出多个子像素，且所述黑色矩阵与所述遮光层重叠；以及
显示层，配置在所述第一基板和所述第二基板间；
其中，所述光感测单元与所述多个子像素的其中两个对应设置。
2.根据权利要求1所述的具有光感测单元的显示装置，其特征在于，所述第一基板还包括：第一基材；以及第一电极，其中所述像素驱动单元设置于所述第一基材上，且与所述第一电极电连接。
3.根据权利要求2所述的具有光感测单元的显示装置，其特征在于，所述第二基板还包括：第二基材，所述光感测单元设置在所述第二基材上，其中所述光感测单元包括：感测晶体管。
4.根据权利要求3所述的具有光感测单元的显示装置，其特征在于，所述感测晶体管包括非晶硅层。
5.根据权利要求3所述的具有光感测单元的显示装置，其特征在于，从垂直于所述第一基材的一垂直方向上看，所述感测晶体管和所述像素驱动单元至少有部分重叠。
6.根据权利要求3所述的光感测单元的显示装置，其特征在于，所述开关元件设置在所述第二基材上且与所述感测晶体管电连接。
7.根据权利要求6所述的光感测单元的显示装置，其特征在于，从垂直于所述第一基材的一垂直方向上看，所述开关元件和所述像素驱动单元至少有部分重叠。
8.根据权利要求6所述的具有光感测单元的显示装置，其特征在于，所述遮光层设置在所述第二基材上且在所述第二基材和所述开关元件之间，其中从垂直于所述第一基材的一垂直方向上看，所述遮光层和所述开关元件至少有部分重叠。
9.根据权利要求8所述的具有光感测单元的显示装置，其特征在于，从所述垂直方向上看，所述遮光层和所述感测晶体管为分离的。
10.根据权利要求8所述的具有光感测单元的显示装置，其特征在于，所述第二基板还包括彩色滤光层，设置于所述光感测单元和所述显示层之间。
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