CN110073361A - 包括显示功能的电容式指纹感测装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置(20)，该电容式指纹感测装置包括多个感测元件(22)。每个感测元件包括：由手指触摸的保护性电介质顶层(30)；第一电极(34)，其包括被布置在顶层下面的光学透明导电感测结构；指纹感测电路，其被连接至第一电极，并被配置成提供指示手指和感测结构之间距离的模拟感测信号；被布置在第一电极下面的第二电极(36)；有机发光层(38)，其被布置在第一电极和第二电极之间；显示元件控制电路(42)，其被连接至第二电极，并被配置成控制包括第一电极和第二电极以及有机发光层的显示元件；切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换感测元件。

Description

包括显示功能的电容式指纹感测装置

技术领域

本发明涉及一种电容式指纹感测装置，其包括集成在电容式感测元件中的显示元件。

背景技术

在显示面板中集成指纹传感器是移动指纹感测行业非常期望的。解决这一挑战的传统方法是将指纹传感器集成在诸如LCD面板或OLED面板的公共显示面板中。在这种方法中，优先考虑显示属性和视觉质量。因此，最终需要的产品是能够检测指纹的显示面板。

在具有指纹感测能力的显示器中，显示器中的像素也充当电容式感测元件。触摸显示器通常基于以ITO实现的TFT技术，使得电路基本上透明。然而，TFT技术的局限性在于，显示器通常包括每像素1-6个晶体管，而指纹传感器通常需要明显更多的晶体管，这对于TFT显示器来说难以实现。

因此，用于高分辨率电容式指纹感测的电路不能容易地在TFT技术中实现。特别地，对于玻璃下的感测，由于手指和传感器之间的距离增加，因此需要指纹传感器的更高灵敏度，这又需要额外的电路。

因此，需要一种具有集成显示功能的改进的指纹感测装置。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的目的是提供一种高分辨率指纹感测装置，该指纹感测装置还包括显示功能。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹感测装置包括多个感测元件。每个感测元件包括：由所述手指触摸的保护性电介质顶层；第一电极，其包括被布置在所述顶层下面的光学透明导电感测结构；指纹感测电路，其被连接至所述第一电极，并被配置成提供指示所述手指和所述感测结构之间的距离的模拟感测信号；布置在所述第一电极下面的第二电极；有机发光层，其被布置在所述第一电极和第二电极之间；显示元件控制电路，其被连接至所述第二电极，并被配置成控制包括所述第一电极和第二电极以及所述有机发光层的显示元件；以及切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换所述感测元件。

在本文中，感测元件可以被认为代表像素，即独立可控元件，取决于感测元件的所选模式，该独立可控元件对应于显示像素或指纹感测像素。也可以使用术语显示元件。

指纹感测元件基于放置在感测表面(即外表面)上的手指与第一电极之间的电容式耦合。在这里描述的实施方式中，感测表面是保护性电介质顶层的外表面。保护性电介质顶层通常包括电介质保护板，以提供弹性机械保护，以及提供放置在板上的手指与感测装置的感测元件之间的良好电容式耦合。特别地，保护板可以有利地包括玻璃或陶瓷材料，例如化学强化玻璃，ZrO₂或蓝宝石。上述材料都提供了有利的性能，因为它们坚硬且耐磨损，并且它们是电介质，从而提供良好的电容式耦合。然而，也可以使用其它合适的材料。

此外，保护性电介质顶层至少部分地光学透明，以允许发射在发光层中生成的光。产生的效果是从指纹感测装置的感测表面发射光。优选地，保护性电介质顶层是完全透明的，以增强从发光层的光提取。

有机发光层与第一电极和第二电极一起形成有机发光二极管(OLED)，由于其高性能并且因为可以与指纹感测功能集成(如下面将讨论的)，有机发光层被有利地使用。OLED层又可以包括多个子层，以实现期望的发光性能。典型的OLED叠层在从阳极到阴极的方向上可以例如包括：阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、阻挡层、电子传输层以及最后的阴极。然而，各种可用的OLED配置是本领域的技术人员公知的，并且将不在本公开中进一步详细讨论。

本发明基于以下认识：根据所描述结构的包括感测元件的指纹感测装置可以以两种不同的模式进行操作，即显示模式和指纹感测模式。特别地，所描述的感测装置能够提供显示功能以显示视频和图像，而不会降低指纹感测的灵敏度。在现有情况下，装置的重点在于指纹感测特性和指纹图像质量，而不是视觉性能。因此，所描述的装置主要并不旨在替代显示面板。相反，该装置将被视为指纹传感器，该指纹传感器能够以用于通知和视觉引导的视频和图像的形式传达视觉信息。然而，所描述的技术同样可以被实现为显示面板。

根据本发明的一个实施方式，切换机构包括由第一电极和第二电极以及位于第一电极和第二电极之间的有机发光层形成的二极管，并且其中二极管被配置成在显示模式下正向偏置，使得电流从第二电极通过有机发光层到达第一电极，而在指纹感测模式下反向偏置或亚阈值偏置，使得在第二电极和第一电极之间流动的电流足够低，以允许指纹感测。

因此，切换机构功能以二极管的形式被集成到感测元件本身中。原则上，因此不需要专用的开关元件，这简化了感测元件的结构。由此通过控制第一电极和第二电极上的偏置来控制在显示模式和指纹感测模式之间的切换。在指纹感测模式下，希望使流过二极管的电流最小化。优选地，电流尽可能接近零。因此，二极管在显示模式下不是正向偏置。仍然可以利用流过二极管的一定量的电流准确地捕获指纹图像。然而，必须控制偏置，使得在指纹感测模式下流过二极管的电流不会太大以至于显著劣化指纹感测功能。

偏置在这里被定义为两个电极之间的电位差。此外，二极管可以是反向偏置，正向偏置或亚阈值偏置。当第二电极的电位高于第一电极的电位时，并且当电位差高于二极管阈值电压时，二极管被认为是正向偏置。当二极管正向偏置但两个电极的电位差低于二极管阈值电压时，二极管被认为是亚阈值偏置。亚阈值偏置区域还包括零偏置，其中第一电极的电位实际上等于第二电极的电位。当第一电极的电位高于第二电极的电位时，二极管被认为是反向偏置。

实际上，主要是第二电极的偏置被显示控制电路控制，以控制二极管的偏置。显示控制电路还可以包括电流控制电路，其控制流过二极管的电流的幅度，从而控制发光的强度。如果第一电极接地，则偏置电位仅由显示控制电路控制。

根据本发明的一个实施方式，指纹感测电路可以包括：运算放大器，该运算放大器具有被连接至感测结构的第一电极的第一输入、被连接至参考电位的第二输入以及输出；反馈电容器，其被连接在第一输入和输出之间；复位电路，其包括与反馈电容器并联布置的复位开关，用于允许反馈电容器的可控放电，其中所述复位开关被配置成当所述指纹传感器处于所述指纹感测模式时至少一部分时间断开，而在所述显示模式下永久闭合。

根据本发明的一个实施方式，该装置可以进一步包括被连接在运算放大器的输出和地之间的参考负载。当发光二极管正向偏置时，从第二电极通过发光层流到第一电极的电流随后必须在某处耗散。因此，参考负载的目的是提供从第一电极到地的电流路径，使得在显示模式下流过二极管的电流可以被耗散。因此，选择参考负载的阻抗，使得其显著低于运算放大器的输入阻抗和连接至运算放大器的输出的读出电路的输入阻抗。然而，应当注意的是，原则上电流可以在运算放大器和/或读出电路中耗散，只要电流不是那么高以至于会损坏任一电路。

根据本发明的一个实施方式，切换机构可以进一步包括在运算放大器的输出之后布置的输出开关，以在显示模式下将运算放大器的输出连接至参考负载，而在指纹感测模式下将所述运算放大器的输出连接至指纹读出电路。

由于可能希望避免电流在读出电路或运算放大器中耗散，其可能会损坏电路，因此可以使用输出开关，使得电流可以在参考负载中耗散，从而防止在读出电路中的任何负面影响。因此，输出开关根据操作模式而操作，使得在显示模式下流过二极管的电流可以经过复位开关和输出开关在参考负载中耗散。

根据本发明的一个实施方式，切换机构可以包括被布置在第一电极和运算放大器的第一输入之间的输入开关，输入开关被配置成在显示模式下将第一电极连接至参考负载，而在指纹感测模式下将第一电极连接至运算放大器的输入。因此，在显示模式下流过发光层的电流可以被引导至参考负载以被耗散。在指纹感测模式下，输入开关将第一电极连接至运算放大器以实现指纹读出。

根据本发明的一个实施方式，参考电位可以是地电位。因此，运算放大器的第二输入端将会接地，这意味着第一电极实际上接地。通过使用接地参考作为参考电位，可以仅通过控制第二电极上的电位来控制发光层的操作。因此，显示元件控制电路可以基于第一电极处于地电位来控制显示模式下二极管上的偏置。

根据本发明的一个实施方式，第一电极可以有利地包括氧化铟锡，ITO。ITO既透明又导电，因此非常适合作为电极材料。此外，ITO通常用于微电子制造方法中，因此其性能是众所周知的，使其易于集成在现有的制造工艺中。

根据本发明的一个实施方式，指纹感测电路和显示元件控制电路可以以CMOS电路的形式被设置在Si衬底中。因此，可以提供对于显示元件控制电路以及对于指纹感测电路更是如此的所需的电路复杂性。另一个优点是众所周知的，硅基OLED(OLED-on-silicon)技术可以用于形成发光层，从而便于指纹感测装置的制造。

根据本发明的一个实施方式，多个感测元件被布置成阵列，并且有机发光层在由所述阵列限定的xy平面中是均匀的，覆盖所述阵列中的所有所述第二电极。在本文中，发光层在xy平面中是均匀的意味着在发光层本身中没有限定的像素。相反，像素，即感测元件/显示元件，由可单独寻址的第一电极和第二电极限定，从而提供具有与第一电极的尺寸相对应的像素尺寸的显示器。应当注意，发光层仍然可以包括在垂直于电极的z方向上(即，在第一电极和第二电极之间的方向上)的多个子层。

根据本发明的一个实施方式，多个感测元件被布置成阵列，并且有机发光层包括与所述第一电极和第二电极的位置相对应的各个发光区域。因此，像素尺寸由电极和发光层二者限定。

根据本发明的一个实施方式，感测装置可以进一步包括驱动信号电路，该驱动信号电路被配置成，在指纹感测模式下，在放置在感测表面上的手指与第一电极之间提供时变电位，其中显示元件控制电路被配置成基于驱动信号调整二极管上的偏置，使得二极管是反向偏置或亚阈值偏置，即，不是正向偏置。在指纹感测模式下，通常借助于时变驱动信号在手指和感测电极之间形成时变电位。可以使用指纹传感器附近的导电边框将驱动信号直接施加至手指。也可以将驱动信号提供给运算放大器的第二输入，从而提供给第一电极，或者可以将驱动信号提供给感测元件的参考地电位，使得感测元件地电平根据驱动信号而变化。时变电位的结果是第一电极的电位将变化，并且不管如何产生时变电位，重要的是二极管在指纹感测模式下不是正向偏置。因此，控制第二电极上的电位以将发光二极管上的偏置保持在亚阈值或反向偏置区域。例如，可以通过将第二电极的电位降低至以下电平来确保这一点：对于该电平，发光二极管永远不会被驱动信号所引起的第一电极处的任何可能的电位摆动而向前偏置。或者，可以对第二电极施加时变电位，该时变电位对应于第一电极所经历的时变电位。

根据本发明的第二方面，提供了一种控制用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置的方法，该电容式指纹感测装置包括多个感测元件。每个感测元件包括：由手指触摸的保护电介质顶层；第一电极，其包括被布置在顶层下面的光学透明导电感测结构；指纹感测电路，其被连接至第一电极，并且被配置成提供指示手指和感测结构之间的距离的模拟感测信号；第二电极，其被布置在第一电极下方；有机发光层，其被布置在第一电极和第二电极之间；显示元件控制电路，其被连接至第二电极，并且被配置成控制包括第一电极和第二电极以及有机发光层的显示元件；以及切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换感测元件。该方法包括控制切换机构以在指纹感测模式和显示模式之间切换指纹感测装置。

根据本发明的一个实施方式，该方法可以进一步包括，在显示模式下，在包括第一电极和第二电极以及有机发光层的二极管上施加正向偏置，使得电流通过有机发光层从第二电极流至第一电极，而在指纹感测模式下，在二极管上施加反向偏置或亚阈值偏置，使得在第二电极和第一电极之间流动的电流足够低，以允许指纹感测。

根据本发明的一个实施方式，该方法可以进一步包括：在指纹感测模式下，提供驱动信号，该驱动信号用于提供手指和感测结构之间的电位差的变化，并基于驱动信号调整二极管上的偏置，使得二极管反向偏置或亚阈值偏置。

根据本发明的一个实施方式，基于驱动信号调整二极管上的偏置可以包括向对应于驱动信号的第一电极和/或第二电极施加电位，以使第一电极和第二电极之间的电流最小化。

根据本发明的一个实施方式，基于驱动信号调整二极管上的偏置可以包括向第一电极和/或第二电极施加电位，使得电位在第一电极和第二电极中的每一个上相同。因此，在指纹感测模式下，可以使通过发光层的电流最小化。作为示例，可以由显示控制电路控制第二电位，并且可以测量第一电极上的电位并将其反馈至显示控制电路，从而使得将二极管上的偏置控制为零成为可能。

本发明第二方面的效果和特征很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面描述的那些效果和特征。

当研究所附权利要求和以下描述时，将会明白本发明的其它特征和优点。本领域的技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的不同特征进行组合，以创建除了下面描述的那些实施方式之外的实施方式。

附图说明

现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1示意性地示出了包括根据本发明实施方式的指纹传感器的电子设备；

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的指纹传感器；

图3A-B示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器的感测元件；

图4A-B示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器的感测元件；

图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器的感测元件；

图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器的感测元件；

图7示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器的感测元件；

图8是概述根据本发明的实施方式的方法的一般步骤的流程图；以及

图9是概述根据本发明的实施方式的方法的一般步骤的流程图。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参考布置在智能电话中的电容式指纹感测装置来描述根据本发明的系统和方法的各种实施方式。然而，应当注意，本发明可应用于广泛的应用中。

图1示意性地示出了包括根据本发明的示例实施方式的指纹感测装置20的智能电话10。指纹感测装置20可以例如用于解锁智能电话10和/或用于授权使用智能电话执行的交易等。根据本发明的各种实施方式的指纹感测装置也可以用在其它设备中，例如平板电脑、笔记本电脑、智能卡或其它类型的消费类电子产品。所描述的指纹感测装置也可以用于诸如智能卡、车辆等的应用中。

图2示意性地示出了包括在图1中的智能电话10中的指纹感测装置20。如图2中可见，指纹感测装置20包括被布置在传感器阵列24中的多个感测元件22。指纹感测装置20进一步包括形成电源接口和通信接口的连接垫26。传感器阵列24包括大量感测元件22，每个感测元件是可控的，以感测包括在感测元件中的导电感测结构和接触感测装置20的顶表面的手指表面之间的距离。

图3A示意性地示出了电容式指纹感测装置20，特别是感测装置的一个感测元件22。每个感测元件包括：由手指32触摸的保护性电介质顶层30；第一电极34，其包括被布置在顶层30下方的光学透明且导电的感测结构；第二电极36，其被布置在第一电极下方；以及有机发光层38，其被布置在第一电极34和第二电极36之间。

应当注意，即使有机发光层38在这里被示出为一层，它也可以由多个层组成，包括但不限于电子传输层、空穴传输层、电子阻挡层、空穴阻挡层以及发光层。

还应注意，即使电介质顶层30在这里被示出为一层，但顶层也可以由多个层组成。除了保护性电介质层，例如玻璃或石英板，顶层还可包括一个或更多个油墨层、粘合剂层等。

每个感测元件22进一步包括指纹感测电路40，该指纹感测电路40被连接至第一电极34，并被配置成提供用于指示手指32和感测结构34之间距离的模拟感测信号。感测元件22进一步包括显示元件控制电路42，该显示元件控制电路42被连接至第二电极36，并被配置成控制包括所述第一电极34和第二电极36以及有机发光层38的显示元件。因此，显示元件是感测元件22的一部分并被包含在感测元件22中。此外，感测元件22包括切换机构，该切换机构被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换感测元件22。

这里，切换机构由二极管结构实现，该二极管结构由第一电极34、第二电极36以及布置在它们之间的有机发光层38形成。二极管操作，即二极管的偏置模式，主要由显示控制电路42来控制，该显示控制电路42被配置成控制第二电极36的电位。二极管上的偏置还将取决于施加至第一电极34的任何电位。在显示模式下，二极管正向偏置，使得可控电流通过有机发光层38在第二电极36和第一电极34之间流动，从而利用与电流幅度成比例的发光强度来激发光发射。在指纹感测模式下，电位被施加至二极管的第二电极36，使得优选地在第二电极36和第一电极34之间没有电流流动。因此，二极管反向偏置或亚阈值偏置，并且在第一电极34和第二电极36之间流动的电流应该足够小，以便不干扰指纹感测。第一电极34可以被称为发光二极管的阴极，而第二电极36可以被称为发光二极管的阳极。

通常，期望通过在亚阈值区域或反向偏置区域中偏置包括OLED层38的二极管，而在指纹感测模式下使第一电极34和第二电极36之间的电流最小化。因此，与朝向第二电极36的电阻相比，从第一电极34看到的朝向指纹感测电路40的电阻将会更低。因此，电流或至少大部分电流将在第一电极34和指纹感测电路40之间流动，从而实现指纹感测。

在显示模式下，通过控制通过发光层的电流来控制从发光层38发射的光的强度，其中较高的电流引起较强的发射。根据传统的二极管特性，电流又与二极管的正向电压有关。存在着二极管偏置和控制电路的许多不同的实现，并且这些实现是本领域的技术人员公知的，因此这里不再详细讨论。

如图3A中示意性示出的，感测元件22的感测电路40进一步包括电荷放大器44，以及用于控制以及向手指提供驱动信号V_DRV的驱动信号电路47。驱动信号电路47可以例如包括可控电压源或脉冲发生器。如图3A中进一步所示，手指32的脊部位于感测结构34的正上方，指示手指32和感测结构34之间的最小距离，如电介质顶层30的厚度所限定的。

电荷放大器44包括至少一个放大器级，这里示意性地示出为运算放大器(op amp)46，其具有被连接至感测结构34的第一输入(负输入)48、被连接至地或被连接至另一参考电位的第二输入(正输入)50，以及输出52。此外，电荷放大器44包括连接在第一输入48和输出52之间的反馈电容器54，以及复位电路，这里功能性地示出为开关56，用于允许反馈电容器54的可控放电。可以通过操作复位电路56来复位电荷放大器44，以使反馈电容器54进行放电。应当注意，在指纹感测模式下，复位开关56在采样的不同阶段期间断开和闭合，而在显示模式下，复位开关56永久闭合，以旁路反馈电容器54。

与负反馈配置中的运算放大器46的情况一样，第一输入48处的电压跟随第二输入50处的电压。取决于特定放大器配置，第一输入48处的电位可以基本上与第二输入50处的电位相同，或者第一输入48处的电位与第二输入50处的电位之间可以存在基本上固定的偏移。在图3A的配置中，电荷放大器的第一输入48实际上是接地的。因此，由于第二输入50接地，所以第一电极34保持在地电位。因此，第一电极34上的电位由运算放大器46的正输入50上的电位确定。

当通过驱动信号电路47向手指32提供时变电位时，在感测结构34和手指32之间出现相应的时变电位差。由于手指32和感测结构34之间的电容式耦合，时变电位差被转换成感测结构34上的电荷变化，该电荷变化又被传递至反馈电容器54，从而在电荷放大器44的输出52上产生感测电压信号V_s。例如，可以通过布置在指纹感测装置周围的导电框架形式的边框(未示出)来将时变电位V_DRV提供给手指32。

在感测元件22之外，图3A中的框图示出了读出电路58，该读出电路58可以包括采样保持电路和模数转换器，该模数转换器用于将一个或更多个模拟感测信号转换成用于形成指纹的数字表示的数字信息。读出电路58被连接至电荷放大器46的输出52，以接收和采样感测信号V_s.

对感测信号读出以及由感测元件的阵列24形成指纹图像的后续步骤进行描述的进一步细节在电容式指纹感测领域中是公知的。

图3B示意性地示出了电容式指纹感测装置20，其很大程度上类似于上面参考图3A所讨论的装置。不同之处在于，在图3B中，驱动信号电路47被连接至运算放大器46的第二(正)输入50，同时手指32接地或浮置。

如上面讨论的，运算放大器46的第一输入48的电位基本上跟随第二输入50的电位(即电压)。因此，由施加至第二输入50的驱动信号电路47提供的驱动信号实际上被施加至第一电极34，即感测结构34。因此，通过向运算放大器46的第二输入50提供驱动信号，实现了手指32和第一电极34之间的电位差的变化。

驱动信号电路47还可以被连接至感测元件22的参考地电位，使得地电平根据驱动信号振荡。因此，通过向参考接地连接提供驱动信号使得感测装置的地电位跟随驱动信号电位，来实现手指32和感测结构34之间的电位差的变化。同样重要的是要注意，手指32不与感测电路40共享接地连接。

图4A示意性地示出了包括布置在运算放大器的输出52和地之间的参考负载62的感测装置。在指纹感测模式下，复位开关56在采样的不同阶段期间断开和闭合，而在显示模式下，复位开关56永久闭合，以旁路反馈电容器54并将第一电极34连接至参考负载62，使得在显示模式下流过OLED层38的电流可以在参考负载62中耗散。参考负载被选择为具有比运算放大器46和读出电路58的输入阻抗低的阻抗。

图4B示意性地示出了感测装置，其进一步包括布置在运算放大器46的输出52之后的输出开关60，以在显示模式下(这里表示为D)将运算放大器46的输出52连接至参考负载62，而在指纹感测模式下(这里表示为FP)将运算放大器52的输出52连接至指纹读出电路58。由此，可以保护读出电路58，以确保在显示模式下没有电流到达读出电路58。

图5示意性地示出了感测装置，其进一步包括布置在第一电极34和运算放大器46的第一输入48之间的输入开关64，输入开关64被配置成，在显示模式D下将第一电极34连接至参考负载62，并且在指纹感测模式FP下将第一电极34连接至运算放大器46的第一输入48。

在图4A-B和图5中，驱动信号被示出为借助于驱动信号电路47直接提供给手指，其中该驱动信号电路47将驱动信号提供给例如导电边框(未示出)，该导电边框被布置成使得当手指被放置在指纹传感器表面上时手指接触边框。然而，指纹感测所需要的电位差也可以通过其它方式实现，而不使用边框，例如利用连接至运算放大器的第二输入50的驱动信号电路47，如图3B所示。

图6示意性地示出了指纹感测装置的一部分，其中多个感测元件被布置成阵列24，并且其中有机发光层38在由阵列限定的xy平面中是均匀的。因此，这里的感测元件22包括第一电极34、第二电极36以及发光层38的部分，该发光层38位于第一电极34和第二电极36之间。

因此，像素尺寸由第一电极34和第二电极36的尺寸限定，并且指纹感测装置的像素的典型尺寸约为50×50μm。然而，像素尺寸可以根据需要的应用而变化。利用当前可用的OLED制造技术，可以生产具有几μm，例如5-10μm的尺寸的像素。然而，指纹感测通常不需要这样的高分辨率。

如上所述以及在图6中示出的均匀发光层覆盖阵列中的所有第二电极，该均匀发光层例如可以简化感测装置的制造，因为不需要对发光层38进行图案化。但是，在所描述的实施方式中，在感测电路40和读出电路58位于每个像素元件下方的衬底中的情况下，在第一电极34和感测电路之间仍然必须存在连接，即通过发光层38的连接，使得感测阵列中的每个第一电极34可单独寻址。

图7示意性地示出了指纹感测装置的一部分，其中多个感测元件22被布置成阵列24，并且其中有机发光层38包括与第一电极34和第二电极36的位置相对应的单独发光区域。填充材料70被布置在像素元件之间的区域中。

还可以形成指纹感测装置，其中发光层在xy平面中被分成多个部分，其中部分的数量可以多于一个但小于第一电极的数量。

图8是概述根据本发明实施方式的方法的一般步骤的流程图。首先，选择指纹感测模式81或显示模式84。如果选择指纹感测模式，则将电位施加至第二电极36，和/或施加至第一电极34，使得二极管反向偏置或在亚阈值区域中偏置。接下来，感测电路40读取第一电极34上的电荷，以向读出电路58提供感测信号V_S。

如果选择显示模式84，则将电位施加至第二电极36，和/或施加至第一电极34，以将二极管正向偏置，使得电流流过发光层38，从而激发光发射86。而且，第一电极34优选地被连接至参考负载，以用于耗散流过二极管的电流。

图9是概述根据本发明实施方式的方法的一般步骤的流程图。所描述的方法适用于指纹感测模式81，并且包括提供91驱动信号，该驱动信号用于提供手指32和感测结构34(即第一电极)之间的电位差的变化。接下来，基于驱动信号调整92二极管上的偏置，使得二极管保持反向偏置或亚阈值偏置。基于驱动信号调整二极管上的偏置可以包括对应于源自驱动信号的在第一电极34上得到的电位，将附加偏置施加至第二电极36，从而在第一电极34和第二电极36之间保持恒定的偏置。也有可能的是，显示控制电路42不知道第一电极34上的得到的偏置。在这种情况下，可以在第二电极36上施加电压，以确保二极管是反向偏置或亚阈值偏置，并且优选地使得在第一电极34和第二电极36之间流动的任何电流足够小，以使得指纹感测操作不被干扰。

不一定以上述特定顺序执行上述方法步骤。也可以同时执行几个步骤。

以上参照指纹感测装置20的操作概述了所述方法的其它特征和效果。

尽管已经参照本发明的具体示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将会明白许多不同的改变、修改等。而且，应当注意的是，可以以各种方式省略、互换或布置指纹感测装置的各部分，而感测装置仍然能够执行本发明的功能。

另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时能够明白和实现所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中描述某些手段的事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。

Claims (16)

1.一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置(20)，所述电容式指纹感测装置包括多个感测元件(22)，每个感测元件包括：

由所述手指触摸的保护性电介质顶层(30)；

第一电极(34)，其包括被布置在所述顶层下面的光学透明导电感测结构；

第二电极(36)，其被布置在所述第一电极下面；

有机发光层(38)，其被布置在所述第一电极和第二电极之间；

指纹感测电路(40)，其被连接至所述第一电极，并且被配置成提供指示所述手指和所述感测结构之间的距离的模拟感测信号；

显示元件控制电路(42)，其被连接至所述第二电极，并且被配置成控制包括所述第一电极和第二电极以及所述有机发光层的显示元件；以及

切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换所述感测元件，其中所述切换机构包括由所述第一电极和所述第二电极(34、36)以及所述有机发光层(38)形成的二极管，以及其中所述二极管被配置成在所述显示模式下正向偏置，使得电流通过所述有机发光层从所述第二电极流至所述第一电极，而在所述指纹感测模式下反向偏置或亚阈值偏置，使得在所述第二电极和所述第一电极之间流动的所述电流足够低，以允许指纹感测。

2.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述指纹读出电路包括：

运算放大器，其具有被连接至所述感测结构的所述第一电极的第一输入、被连接至参考电位的第二输入以及输出；

反馈电容器，其被连接在所述第一输入和所述输出之间；以及

复位电路，其包括与所述反馈电容器并联布置的复位开关，用于允许所述反馈电容器的可控放电，其中所述复位开关被配置成当所述指纹传感器处于所述指纹感测模式时至少一部分时间断开，而在所述显示模式下永久闭合。

3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括被连接在所述运算放大器的所述输出和地之间的参考负载(62)。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述切换机构包括在所述运算放大器的所述输出之后布置的输出开关，以在所述显示模式下，将所述运算放大器的所述输出连接至所述参考负载，而在所述指纹感测模式下，将所述运算放大器的所述输出连接至指纹读出电路。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述切换机构包括被布置在所述第一电极和所述运算放大器的所述第一输入之间的输入开关(64)，所述输入开关被配置成在所述显示模式下，将所述第一电极连接至参考负载(62)，而在所述指纹感测模式下，将所述第一电极连接至所述运算放大器的所述输入。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的感测装置，其中所述参考电位是地电位。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一电极包括氧化铟锡，ITO。

8.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述指纹感测电路和所述显示元件控制电路以CMOS电路的形式被设置在Si衬底中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述多个感测元件被布置成阵列，并且其中所述有机发光层在由所述阵列限定的xy平面中是均匀的，覆盖所述阵列中所有所述第二电极。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的感测装置，其中所述多个感测元件被布置成阵列，并且其中所述有机发光层包括与所述第一电极和第二电极的位置相对应的各个发光区域。

11.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，进一步包括驱动信号电路(47)，其被配置成在所述指纹感测模式下，在被放置在所述感测表面上的手指与所述第一电极之间提供时变电位，其中所述显示元件控制电路被配置成基于所述驱动信号调整所述二极管上的偏置，使得所述二极管是亚阈值偏置或反向偏置。

12.一种控制用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置(20)的方法，所述电容式指纹感测装置包括多个感测元件(22)，每个感测元件包括：

由所述手指触摸的保护性电介质顶层(30)；

第一电极(34)，其包括被布置在所述顶层下面的光学透明导电感测结构；

指纹感测电路(40)，其被连接至所述第一电极，并且被配置成提供指示所述手指和所述感测结构之间的距离的模拟感测信号；

第二电极(36)，其被布置在所述第一电极下面；

有机发光层(38)，其被布置在所述第一电极和第二电极之间；

显示元件控制电路(42)，其被连接至所述第二电极，并且被配置成控制包括所述第一电极和第二电极以及所述有机发光层的显示元件；以及

切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换所述感测元件，其中所述切换机构包括由所述第一电极和所述第二电极(34、36)以及所述有机发光层(38)形成的二极管，并且其中所述二极管被配置成在所述显示模式下正向偏置，使得电流通过所述有机发光层从所述第二电极流至所述第一电极，并且在所述指纹感测模式下反向偏置或亚阈值偏置，使得在所述第二电极和所述第一电极之间流动的所述电流足够低，以允许指纹感测，所述方法包括：

控制所述切换机构以在指纹感测模式和显示模式之间切换所述指纹感测装置。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在所述显示模式(84)下，在包括所述第一电极和第二电极以及所述有机发光层的所述二极管上施加(85)正向偏置，使得电流通过所述有机发光层从所述第二电极流至所述第一电极，并且在所述指纹感测模式(81)下，在所述二极管上施加(82)反向偏置或亚阈值偏置，使得在所述第二电极和所述第一电极之间流动的所述电流足够低，以允许指纹感测。

14.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包括：在所述指纹感测模式(81)下，提供驱动信号(91)，其用于提供所述手指和所述感测结构之间的电位差的变化，以及基于所述驱动信号调整(92)所述二极管上的偏置，使得所述二极管保持反向偏置或亚阈值偏置。

15.根据权利要求14所述的方法，其中基于所述驱动信号调整所述二极管上的偏置包括对应于所述驱动信号向所述第一电极和/或所述第二电极施加电位，以使所述第一电极和第二电极之间的所述电流最小化。

16.根据权利要求15所述的方法，其中基于所述驱动信号调整所述二极管上的偏置包括向所述第一电极和/或所述第二电极施加电位，使得所述电位在所述第一电极和第二电极中的每一个上相同。