CN109886237A - 控制背板和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制背板和显示装置。该控制背板，包括光源、基板以及分别设置在基板上的开关阵列和图像传感器阵列，开关阵列控制显示装置的发光状态，以控制显示装置的显示效果；同时光源朝指纹方向发射，图像传感器阵通过感测指纹反射回的光，根据反射的光产生与指纹相对应的图像信息。由此，控制背板同时具有控制功能和指纹输入功能，提高控制背板的空间利用率，同时图像传感器阵列设置在控制背板中可以减少显示面板的体积，使得显示装置整体更加轻薄。

Description

控制背板和显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种控制背板和显示装置。

背景技术

生物识别指纹技术在高度安全的网络社会中不断发展。由于成熟的技术，指纹识别已广泛用于安全，移民甚至金融认证应用。指纹传感方法的主流是电容型和光学型。电容式传感技术使用电容差来辨别指纹的脊和谷，然而由于传感原理，串扰严重干扰信号并导致图像质量差。光学类型传感技术通常提供更好的图像质量，然而，由于棱镜和光学元件等庞大的体积却限制了它们的某些应用。

因此，示例性的光学类型传感技术由于棱镜和光学元件等庞大体积的问题限制了它们更广泛的应用。

发明内容

基于此，有必要针对光学类型传感技术由于庞大体积而限制了它们更广泛应用的问题提供一种控制背板和显示装置。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种控制背板，包括：

光源，所述光源朝指纹方向发射；

基板；

开关阵列，所述开关阵列设置在所述基板上，所述开关阵列设置为控制所述显示装置的发光状态；以及

图像传感器阵列，所述图像传感器阵列设置在所述基板上，所述图像传感器阵列设置为感测指纹反射回的光，根据反射的光产生与所述指纹相对应的图像信息。

在其中一个实施例中，所述图像传感器阵列包括读取元件和感测元件，所述读取元件与所述感测元件分别设置在所述基板上，或者所述感测元件设置在所述读取元件上。

在其中一个实施例中，所述开关阵列包括第一薄膜晶体管，所述读取元件包括第二薄膜晶体管，所述感测元件包括光电晶体管传感器。

在其中一个实施例中，所述感测元件的结构包括：

栅极，设置在所述基板上；

栅极绝缘层，设置在所述基板上且覆盖所述栅极及所述基板；

有源层，设置在所述栅极绝缘层上且位于所述栅极上方；

掺杂层，设置在所述有源层上；

第一导电层，包括设置在所述掺杂层上且覆盖有源层和掺杂层的源极和漏极；

第一保护层，设置在所述第一导电层上且露出部分所述第一导电层，所述第一保护层的中部位于掺杂层的中部并贯穿所述掺杂层、部分贯穿至所述有源层，所述源极与所述漏极位于所述第一保护层的中部的两侧；

第二保护层，设置在所述栅极绝缘层上且部分覆盖所述第一导电层；以及

第二导电层，设置在所述第二保护层上并覆盖所述第一导电层的裸露区域。

在其中一个实施例中，所述有源层、所述掺杂层以及所述第一导电层采用两次湿法刻蚀工艺和两次干法刻蚀工艺形成。

在其中一个实施例中，所述开关阵列中开关的结构和所述读取元件的结构分别与所述感测元件的结构相同。

一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的控制背板。

在其中一个实施例中，所述显示装置还包括：

背光源，所述背光源的光朝指纹方向发射；

设置在所述控制背板上的液晶显示层；

其中，所述控制背板控制所述液晶显示层的发光状态。

在其中一个实施例中，所述显示装置还包括：

设置在所述控制背板和所述液晶显示层之间的彩膜；或者

设置在所述液晶显示层上的彩膜；

其中，所述彩膜包括彩膜基板、分别设置在所述彩膜基板上的彩色滤光片和黑色矩阵，相邻黑色矩阵间设有通孔，所述通孔与所述感测元件对应设置。

在其中一个实施例中，所述显示装置还包括：

设置在所述控制背板上的电致发光器件，所述电致发光器件的光朝指纹方向发射；

其中，所述控制背板控制电致发光器件的发光状态。

上述控制背板，包括基板以及分别设置在基板上的开关阵列和图像传感器阵列，开关阵列控制显示装置的发光状态，以控制显示装置的显示效果；同时显示装置的光源朝指纹方向发射，图像传感器阵通过感测指纹反射回的光，根据反射的光产生与指纹相对应的图像信息。由此，控制背板同时具有控制功能和指纹输入功能，提高控制背板的空间利用率，同时图像传感器阵列内嵌在控制背板中可以减少显示面板的体积，使得显示装置整体更加轻薄。

上述显示装置，具有显示功能和指纹输入功能，同时具有高的空间利用率和更加轻薄的体积。

附图说明

图1为一实施方式的控制背板的结构示意图；

图2为对应图1控制背板的一种图像传感器阵列的结构示意图；

图3为对应图1控制背板的一种图像传感器阵列的结构示意图；

图4为一实施例中的感测元件的结构示意图；

图5为对应图1控制背板的具体结构示意图；

图6为一实施方式的显示装置的结构示意图；

图7为对应图6显示装置的彩膜的结构示意图；

图8为另一实施方式的显示装置的结构示意图；

图9为对应图8显示装置的电致发光器件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的可选的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参见图1，图1为本实施例中的控制背板的结构示意图。

在本实施例中，控制背板110设置在显示装置的显示面板中，设置为控制显示装置的发光状态以及设置为根据指纹发射的光输入指纹信息。其中，发光状态根据控制背板110控制对象的不同，包括不同含义。例如，当控制背板110控制液晶显示层发光时，发光状态可以包括液晶显示层的光透过率的大小；当控制背板110控制电致发光器件时，发光状态可以包括电致发光器件的发光程度；当控制背板110与彩色滤光片结合时，发光状态可以包括光的颜色状态。

在本实施例中，控制背板110包括光源(图中未示出)、基板111以及分别设置在基板111上的开关阵列112和图像传感器阵列113。其中，光源朝指纹方向发射，光源的位置不受限定，可以是背光源，也可以是侧光源，或者其他形式的光源。

其中，基板111可以但不限于玻璃基板、塑料基板中的一种。在一个实施例中，玻璃基板可以为无碱硼硅酸盐超薄玻璃，无碱硼硅酸盐玻璃具有较高的物理特性、较好的耐腐蚀性能、较高的热稳定性以及较低的密度和较高的弹性模量。在一个实施例中，基板111可以是柔性基板，例如黄色的聚酰亚胺(Polyimide，PI)薄膜或透明的PI薄膜。

其中，开关阵列112设置为控制显示装置的发光状态。具体地，开关阵列112连接有相应的外围控制电路，根据外围控制电路的驱动控制显示装置的发光状态。以显示装置为液晶显示器件进行说明，开关阵列112上的开关是位于像素电极和数据线之间的一个器件，具有开关作用，液晶显示元件类似一个电容，藉开关的导通和截止对电容存储的电压值进行更新和保持，开关导通时，信号写入到液晶电容上，开关截止时，防止性从液晶电容泄漏。开关阵列112包括第一薄膜晶体管，在一个实施例中，第一薄膜晶体管可以是a-Si TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)，由此开关的灵敏性更好。

其中，显示装置中的光源朝指纹方向发射，图像传感器阵列113设置为感测指纹(包括指纹脊和指纹谷)反射回的光，根据反射的光产生与指纹相对应的图像信息，从而实现指纹信息的输入。具体地，显示装置中某一光源层朝指纹方向发射，当光源碰到指纹脊的地方，会形成较强的反射光；若是碰到指纹谷的地方，则形成较弱的反射光。图像传感器阵列113利用所读到的信号强弱，可以重建指纹的形状。图像传感器阵列113设置在控制背板110上，内嵌在显示面板中，可以提高控制背板110的空间利用率，同时减少显示面板的体积，使得显示装置整体更加轻薄。

在一个实施例中，图像传感器阵列113包括读取元件113a和感测元件113b。其中，读取元件113a与感测元件113b可以分别设置在基板111上，或者感测元件113b也可以设置在读取元件113a上。感测元件113b感测被指纹反射的光，读取元件113a读取感测元件113b的输出值确定与指纹相对应的图像信息。在一实施例中，读取元件113a包括第二薄膜晶体管，感测元件113b包括光电晶体管传感器。在一实施例中，第二薄膜晶体管可以是a-Si TFT薄膜晶体管，光电晶体管传感器可以是a-Si TFT光电晶体管传感器，其中，a-Si TFT光电晶体管传感器具有高光敏性和良好的光可靠性，使得图像传感器阵列113具有高的光学利用率，从而提高光信息传递的质量。在另一个实施例中，第二薄膜晶体管可以是a-Si:H TFT，光电晶体管传感器可以是a-Si:H TFT光电晶体管传感器，图像传感器阵列113具有更高的光学利用率，从而提高光信息传递的质量。

读取元件113a和感测元件113b分别可以呈行列矩阵排布，读取元件113a与感测元件113b可以分别设置在基板111上，读取元件113a也可以设置在感测元件113b上。在一个实施例中，在一个像素区，一个读取元件113a对应一个感测元件113b(以设置感测元件113b在读取元件113a上为例，参见图2)。在另一个实施例中，多个读取元件113a对应一个感测元件113b(以读取元件113a和感测元件113b分别设置在基板111上为例，参见图3)。读取元件113a和感测元件113b的大小分别可以根据实际产品的需求或者指纹像素区的大小进行选择设定。在一个实施例中，若像素区域的宽度为50um，则感测元件113b在基板111上投影的长度和宽度均可以是500um-10000um。

在一个实施例中，参见图4，感测元件113b的结构可以包括栅极b21、栅极绝缘层b22、有源层b23、掺杂层b24、第一导电层(包括源极b25和漏极b26)、第一保护层b27、第二保护层b28以及第二导电层b29。其中，栅极b21形成于基板111上；栅极绝缘层b22形成于基板111上，同时栅极绝缘层b22覆盖栅极b22和基板111；有源层b23形成于栅极绝缘层b22上且位于栅极b22上方；掺杂层b24形成于有源层b23上；源极b25、漏极b26形成于栅极绝缘层b22上且覆盖有源层b23和掺杂层b24。第一保护层b27设置在第一导电层上且露出部分第一导电层，其中，露出的部分可以是源极b25的部分区域，也可以是漏极b26的部分区域。第一保护层b27的中部位于掺杂层b24的中部并贯穿掺杂层b24、部分贯穿至有源层b23，源极b25、漏极b26位于沟道区b27的两侧。第二保护层b28设置在栅极绝缘层b22上且部分覆盖第一导电层，第二导电层b29设置在第二保护层b28上并覆盖第一导电层的裸露区域。其中，第二保护层b28在第一导电层上的部分覆盖区域和第一导电层的裸露区域均在同一侧上。

上述实施例中，栅极b11和栅极b21的材料可以为钼、钛、铝和铜中的一种或者多种的堆栈组合；选用钼、钛、铝和铜作为栅极材料可以保证良好的导电性能。栅极绝缘层b12和栅极绝缘层b22的材料可以是氧化硅、氮化硅中的一种或者二者的组合，即栅极绝缘层可以是氧化硅，也可以是氮化硅，还可以是氧化硅和氮化硅的混合物。有源层b13和有源层b23的材料可以为非晶硅，有源层通常作为导电的介质。掺杂层b14和掺杂层b24可以是在非晶硅层中进行N型掺杂，同时，为N型重掺杂，其中，掺杂方式可以包括高温扩散和离子注入。源极b15、漏极b16和源极b25、漏极b26的材料可以为钼、钛、铝和铜中的一种或者多种的堆栈组合；选用钼、钛、铝和铜作为源极、漏极材料可以保证良好的导电性能。第二导电层b29的材料为透明导电材料，例如可以是氧化铟锡。

上述实施例中，第一保护层b27和第二保护层b28主要用于保护感测元件113b免受污染和损伤，具体的，第一保护层b27和第二保护层b28的材料可以是氮化硅、氧化硅或者二者的结合。可以理解，对于保护层的厚度没有特殊限制，本领域技术人员可根据实际生产情况和产品性能进行选择和调整。

可以理解，上述各层材料可以根据实际应用情况以及产品性能进行选择和调整，在此不作进一步的限定。其中，有源层、掺杂层、源漏极采用两次湿法刻蚀工艺和两次干法刻蚀工艺形成，可减少一次光刻工艺，缩短制程时间，并且成本相对低廉。其中，刻蚀是指在光刻胶掩蔽下，根据需要形成微图形的膜层不同，采用不同的刻蚀物质和方法在膜层上进行选择性刻蚀。这样，去掉光刻胶以后，三维设计图形就转移到了衬底的相关膜层上。

在一个实施例中，参见图5(在图4的基础上，以读取元件113a和感测元件113b同时设置在基板111上为例，读取元件113a和感测元件113b通过栅极连接，其中，读取元件113a和感测元件113b的相对位置不受限定)，开关阵列112中开关的结构和读取元件113a的结构分别与感测元件113b的结构相同，在此不再赘述。

本实施提供的控制背板，包括基板以及分别设置在基板上的开关阵列和图像传感器阵列，开关阵列控制显示装置的发光状态，以控制显示装置的显示效果；同时显示装置的光源朝指纹方向发射，图像传感器阵通过感测指纹反射回的光，根据反射的光产生与指纹相对应的图像信息。由此，控制背板同时具有控制功能和指纹输入功能，提高控制背板110的空间利用率，同时图像传感器阵列内嵌在控制背板中可以减少显示面板的体积，使得显示装置整体更加轻薄。

本实施例还提供了显示装置，该显示装置包括上述实施例中的控制背板110。其中，显示装置可以是TFT-LCD(Thin film transistor-liquid crystal display，薄膜晶体管液晶显示装置)液晶显示装置，也可以是电致发光显示装置，例如OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)器件、QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes，量子点发光二极管)器件中的一种，具体地,还可以是AMOLED(Active-matrix organic lightemitting diode，有源矩阵有机发光二极体)器件。

在一个实施例中，显示装置为TFT-LCD。

参见图6，显示装置包括控制背板110，还包括背光源120和设置在控制背板110上的液晶显示层130。背光源120的光朝指纹方向发射；控制背板110控制液晶显示层130的发光状态。在一实施例中，控制背板110上具有透光区域和非透光区域，背光源120的光通过透光区域朝指纹方向发射，通过液晶显示层130到达指纹传感区域，被指纹发射回。在另一实施例中，显示装置还包括设置在控制背板110和液晶显示层130之间的彩膜；或者设置在液晶显示层130上的彩膜，以实现显示装置10的全彩化。其中，参见图7(以设置在液晶显示层130上的彩膜为例)，彩膜包括彩膜基板141、分别设置在彩膜基板141上的彩色滤光片142和黑色矩阵143。相邻黑色矩阵143间设有通孔，各通孔与感测元件对应设置，指纹反射的光通过通孔到达感测元件，同时使光线更加聚集，减少串扰。彩色滤光片142上有对应红(R)、绿(G)以及蓝(B)的色阻，色阻可以透光。

在一个实施例中，显示装置为电致发光显示装置。

参见图8，显示装置包括控制背板110，还包括设置在控制背板110上的电致发光器件210，电致发光器件210的光朝指纹方向发射；其中，控制背板110控制电致发光器件210的发光状态。在一实施例中，电致发光器件210可以包括阳极、发光层以及阴极，发光层可以有机发光层或者无机发光层。发光层出射的光在指纹接触区域的传感表面入射，入射光被指纹反射回，被反射回的光再入射至图像传感器阵列上。

当发光层为无机发光层时，控制背板110的开关阵列可以通过贴附彩色滤光片实现显示装置的全彩化。其中，彩色滤光片上有对应红(R)、绿(G)、蓝(B)以及白(W)的色阻。需要说明的是，为了增强发光层的发光效率，电致发光器件还可以增加相应的功能层，例如，参见图9，电致发光器件可以包括：阳极211、空穴注入层212、第一空穴传输层213、蓝光发光层214、第一电子传输层215、第一电子注入层216、中间连接器217、第二空穴传输层218、红光绿光发光层219、第二电子传输层220、第二电子注入层221以及阴极222。

本实施例提供的显示装置，具有显示功能和指纹输入功能，同时具有高的空间利用率和更加轻薄的体积。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种控制背板，其特征在于，包括：

光源，所述光源朝指纹方向发射；

基板；

开关阵列，所述开关阵列设置在所述基板上，所述开关阵列设置为控制所述显示装置的发光状态；以及

图像传感器阵列，所述图像传感器阵列设置在所述基板上，所述图像传感器阵列设置为感测指纹反射回的光，根据反射的光产生与所述指纹相对应的图像信息。

2.根据权利要求1所述的控制背板，其特征在于，所述图像传感器阵列包括读取元件和感测元件，所述读取元件与所述感测元件分别设置在所述基板上，或者所述感测元件设置在所述读取元件上。

3.根据权利要求2所述的控制背板，其特征在于，所述开关阵列包括第一薄膜晶体管，所述读取元件包括第二薄膜晶体管，所述感测元件包括光电晶体管传感器。

4.根据权利要求2所述的控制背板，其特征在于，所述感测元件的结构包括：

栅极，设置在所述基板上；

栅极绝缘层，设置在所述基板上且覆盖所述栅极及所述基板；

有源层，设置在所述栅极绝缘层上且位于所述栅极上方；

掺杂层，设置在所述有源层上；

第一导电层，包括设置在所述掺杂层上且覆盖有源层和掺杂层的源极和漏极；

第一保护层，设置在所述第一导电层上且露出部分所述第一导电层，所述第一保护层的中部位于掺杂层的中部并贯穿所述掺杂层、部分贯穿至所述有源层，所述源极与所述漏极位于所述第一保护层的中部的两侧；

第二保护层，设置在所述栅极绝缘层上且部分覆盖所述第一导电层；以及

第二导电层，设置在所述第二保护层上并覆盖所述第一导电层的裸露区域。

5.根据权利要求4所述的控制背板，其特征在于，所述有源层、所述掺杂层以及所述第一导电层采用两次湿法刻蚀工艺和两次干法刻蚀工艺形成。

6.根据权利要求4或5所述的控制背板，其特征在于，所述开关阵列中开关的结构和所述读取元件的结构分别与所述感测元件的结构相同。

7.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括如权利要求1-6任一项所述的控制背板。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

背光源，所述背光源的光朝指纹方向发射；

设置在所述控制背板上的液晶显示层；

其中，所述控制背板控制所述液晶显示层的发光状态。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

设置在所述控制背板和所述液晶显示层之间的彩膜；或者

设置在所述液晶显示层上的彩膜；

其中，所述彩膜包括彩膜基板、分别设置在所述彩膜基板上的彩色滤光片和黑色矩阵，相邻黑色矩阵间设有通孔，所述通孔与所述感测元件对应设置。

10.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

设置在所述控制背板上的电致发光器件，所述电致发光器件的光朝指纹方向发射；

其中，所述控制背板控制电致发光器件的发光状态。