CN111291710A - 指纹识别模组及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种指纹识别模组及显示装置，指纹识别模组包括基底，基底上设有多个按阵列排布的指纹识别单元，指纹识别单元包括用于聚光的透镜层、用于限制光通过的导光层以及用于对入射光进行光电转换的感光元件，感光元件位于基底的一侧，导光层位于感光元件远离基底一侧，透镜层位于导光层远离基底的一侧；导光层具有至少一个光通道，透镜层包括与各个光通道对应设置的汇聚透镜。显示装置包括指纹识别模组。本发明通过透镜层和导光层来约束光线，工艺简单，易于实现；且透镜层、导光层与感光元件集成在基底上，在实现光线准直功能的同时有效地减小该类模组产品的厚度，符合轻薄化的发展趋势。
Description
技术领域
本发明一般涉及显示技术领域，具体涉及一种指纹识别模组及显示装置。
背景技术
指纹具有唯一性和不变性，因此指纹识别技术安全性好、可靠性高的特点。在保护个人信息安全方面，指纹识别功能成为现有显示屏具备的基本功能。
目前显示装置(例如笔记本电脑、平板电脑、手机等)的显示屏的指纹识别正逐步从电容式指纹模组转变为光学式指纹模组。当前量产的光学式指纹模组为单指型硅基CMOS探测器，受限于半导体器件制造成本和工艺难度，该类CMOS指纹模组很难向大面积显示屏下指纹方向发展，因此，玻璃基光电指纹传感器面板得到逐步发展。
当前，玻璃基大面积显示屏下指纹技术正在技术完善阶段，具有光学准直器件的模组产品具备更优的性能表现，但目前光学准直器件的加入反而使得该类产品的指纹识别模组普遍厚度较大，且指纹识别区域面积越大，厚度对显示装置内部机构的干涉越严重，不符合显示装置轻薄化的发展趋势。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种指纹识别模组及显示装置。
第一方面，本发明提供一种指纹识别模组，包括基底，基底上设有多个按阵列排布的指纹识别单元，所述指纹识别单元包括用于聚光的透镜层、用于限制光通过的导光层以及用于对入射光进行光电转换的感光元件，所述感光元件位于所述基底的一侧，所述导光层位于所述感光元件远离所述基底一侧，所述透镜层位于所述导光层远离所述基底的一侧；所述导光层具有至少一个光通道，所述透镜层包括与各个所述光通道对应设置的汇聚透镜。
优选的，所述导光层包括自靠近所述基底至远离所述基底的方向上依次层叠设置的第一遮光层、第一填充层和第二遮光层，所述光通道包括设在所述第一遮光层上的第一通光孔和设在所述第二遮光层上的第二通光孔，所述第一通光孔和所述第二通光孔同轴设置。
优选的，所述第一通光孔孔径和所述第二通光孔的孔径相同，所述汇聚透镜的焦点位于其对应的光通道的中心线上。
优选的，所述指纹识别模组还包括第二填充层，所述第二填充层位于所述透镜层和所述导光层之间。
优选的，所述感光元件包括光电转换层、位于所述光电转换层靠近基底一侧的第一电极以及位于所述光电转换层远离基底一侧的第二电极；
所述第二电极和所述第一遮光层之间设有绝缘层，所述绝缘层具有露出所述第二电极的过孔，所述第一遮光层通过所述过孔与所述第二电极相连接，所述感光元件经由所述第一遮光层提供偏置电压。
优选的，所述过孔在所述基底上的正投影与所述光电转换层在所述基底上的正投影不重合。
优选的，指纹识别模组还包括位于所述基底和所述感光元件之间的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：
栅极层；
形成于所述栅极层远离所述基底一侧的栅绝缘层；
形成于所述栅绝缘层远离所述基底一侧的有源层；
形成于所述有源层远离基底一侧的源漏金属层，所述源漏金属层包括分别与所述有源层相连接的源电极和漏电极；其中，
所述第一电极与所述漏电极相连接；或者，第一电极与漏电极为同一电极。
优选的，所述薄膜晶体管还包括位于所述源电极和所述漏电极之间的沟道区，所述沟道区位于所述有源层远离所述基底的一侧；
所述第一遮光层在所述基底上的正投影覆盖所述沟道区在基底上的正投影。
优选的，所述光电转换层在所述基底上的正投影与所述薄膜晶体管在所述基底上的正投影不重合；
所述指纹识别模组还包括位于所述源漏金属层与所述绝缘层之间的绝缘平坦层，所述绝缘平坦层远离基底的一侧不高于所述第二电极远离基底的一侧，所述绝缘平坦层包覆所述感光元件并至少露出部分所述第二电极。
第二方面，本发明还提供一种显示装置，包括显示面板和如上所述的指纹识别模组，所述显示面板包括阵列基板和与阵列基板相连的玻璃盖板，所述指纹识别模组设有透镜层的一侧通过胶框与所述阵列基板相连，所述玻璃盖板设在所述阵列基板远离指纹识别模组的一侧。
与现有技术相比，本发明的指纹识别模组及显示装置，由透镜层和导光层组成光学准直结构来约束光线，工艺简单，易于实现；且上述光学准直结构与感光元件集成在基底上，在实现光线准直功能的同时有效地减小该类模组产品的厚度，符合轻薄化的发展趋势。
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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术提供的具有光学准直器件的显示装置的结构示意图；
图2为现有技术提供的无光学准直器件的显示装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的指纹识别模组的平面示意图；
图4为本发明实施例提供的指纹识别单元的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的光学准直结构的原理示意图；
图6为本发明另一实施例提供的指纹识别单元的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的显示面板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明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，本发明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发明。
参照图1，现有的显示装置包括依次层叠设置的光学传感器面板1、光学准直器件2、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机电致发光二极管)显示面板3，两两之间由OCA(Optically Clear Adhesive)胶材6贴合连接，OLED显示面板3包括OLED阵列基板4以及与OLED阵列基板4连接的玻璃盖板5。其指纹识别原理为：OLED作为光源向指纹发出光，指纹谷/脊对光的反射强度不同，导致射向光学传感器面板1的光强度不同，依此区分出指纹的纹路。如图1所示，光学准直器件2的每个通道均可以将手指的有限区域范围投射到光学传感器面板上，减少了传感器面板不同像素之间采集信号的串扰。
如图2所示，若无图1中的光学准直器件2，手指上同一个点反射的光可以被传感器面板上很多像素同时采集到，而传感器面板上的一个像素，采集到的指纹信息是手指上多个点信息的集合，这样的情况下是无法实现指纹识别功能的，因此准直器件在指纹识别面板中起到十分重要的作用。但是也正是因为加入了光学准直结构，使得该类产品的模组厚度较厚，指纹识别区域面积越大，厚度对显示装置内部机构的干涉越严重，不利于显示装置的轻薄化。
为解决上述问题，本发明一实施例提供了一种指纹识别模组。如图3和图4所示，本发明的实施例提供的指纹识别模组，包括基底10，基底10的一侧设有多行指纹识别扫描线11和多列指纹识别数据线12，多行指纹识别扫描线11和多行指纹识别数据线12交叉界定多个指纹识别单元，指纹识别单元包括用于聚光的透镜层、用于限制光通过的导光层13以及用于对入射光进行光电转换的感光元件17，感光元件17位于基底10的一侧，导光层13位于感光元件17远离基底10一侧，透镜层位于导光层13远离基底10的一侧；导光层13具有至少一个光通道，透镜层包括与各个光通道对应设置的汇聚透镜14。
本发明实施例中的指纹识别模组中的透镜层和导光层相配合形成光线准直结构，约束一定角度内的光线经对应设置的汇聚透镜和光通道达到感光元件，透镜层、导光层以及感光元件设置在基底上，达成集成的目的，有效避免现有技术中加贴光路准直器件导致的厚度增加的问题，使得指纹识别模组符合轻薄化的发展趋势。
该实施例中的指纹识别模组的透镜层的材质优选为高透过率的树脂材料或氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)等绝缘材质，汇聚透镜14具有凸面结构，该结构可通过激光直写、压印等工艺方式实现；基底10优选为玻璃基底或聚酰亚胺基底。
具体的，导光层13包括自靠近基底10至远离基底10的方向上依次层叠设置的第一遮光层131、第一填充层132和第二遮光层133第二遮光层133；
光通道包括设在第一遮光层131上的第一通光孔1311和设在第二遮光层133上的第二通光孔1331，第一通光孔1311和第二通光孔1331同轴设置。
其中，第一填充层132的材质优选绝缘材质，例如SiN、SiO或树脂材料等，第一填充层132的厚度为5～15μm；第一通光孔1311的孔径、第二通光孔1331的孔径均小于第一填充层132的厚度，第一通光孔1311的孔径为3～8μm，第二通光孔的孔径为3～8um。
本发明实施例中的指纹识别模组与显示面板贴合连接，在显示装置中识别指纹。其中，第二遮光层133的材质优选低反射率的材料，可以为金属或黑色树脂等，能够有效防止未被汇聚透镜14汇聚的光线在第二遮光层133和显示面板之间多次反射后进入其他的通光孔，从而避免光信号串扰；第二通光孔1331和第一通光孔1311组成的双层光孔，能够约束一定角度内的光线射到感光元件17上。
进一步地，第一通光孔1311孔径和第二通光孔1321的孔径相同，汇聚透镜14的焦点位于其对应的光通道的中心线上。
参照图5，汇聚透镜14的焦点在第一通光孔1311的轴线(或第二通光孔1331的轴线上，或光通道的中心线)上，第一通光孔1311孔径和第二通光孔1321的孔径相同，光通道可约束±θ2范围内的光线，结合对应的汇聚透镜14，能够约束±θ1范围内的光线，θ1＜θ2，其中θ1优选为5°～15°，也即，与透镜层所在平面的法线之间的夹角在±θ1范围内的光线可到达感光元件17。基于约束一定角度内的光线到达感光元件17，如此便于根据汇聚透镜14的焦点的位置，调整第一通光孔1311大小(或第二通光孔1331的孔径大小)。
进一步地，指纹识别模组还包括第二填充层16，第二填充层16位于透镜层和导光层13之间。第二填充层16隔开透镜层和导光层13，确保手指反射的光线经过汇聚透镜14后能够到达对应的光通道内。
其中，第二填充层16的材质优选为高通过率的绝缘材质，可以为树脂材料，第二填充层16的厚度为10～50μm，由汇聚透镜14的焦距决定。
进一步地，感光元件17包括光电转换层171、位于光电转换层171靠近基底10一侧的第一电极172以及位于光电转换层171远离基底10一侧的第二电极173；
第二电极173和第一遮光层131之间设有绝缘层18，绝缘层18具有露出第二电极173的过孔15，第一遮光层131通过过孔15与第二电极173相连接，感光元件17经由第一遮光层131提供偏置电压。
其中，该过孔15在基底10上的正投影与光电转换层171在基底10上的正投影不重合，确保光电转换层171能有效接收光线。
该实施例中感光元件17优选为PIN光电二极管，其中光电转换层171可以为电子/本征/空穴掺杂的半导体材料，例如p/i/n掺杂的a-Si/p-Si等；
第一电极172为感光元件17的负极，第一电极172的材质可以为铝(Al)、钼(Mo)或铜(Cu)；
第二电极173为感光元件17的正极，第二电极173的材料优选透明材料，如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)，由于第二电极173的材质的电阻率较大，故优选第一遮光层131的材质为Al、Mo或Cu等，如此可以通过第一遮光层131提供均匀的偏置电压。
进一步地，指纹识别模组还包括位于基底10和感光元件17之间的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)，薄膜晶体管TFT包括：
栅极层19，栅极层19与指纹识别扫描线11为同层结构，栅极层19可以为指纹识别扫描线11中延伸出的一部分；
形成于栅极层19远离基底10一侧的栅绝缘层20；
形成于栅绝缘层20远离基底10一侧的有源层21；
形成于有源层21远离基底10一侧的源漏金属层，源漏金属层包括分别与有源层21相连接的源电极22和漏电极23；其中，
第一电极172与漏电极23相连接；或者，第一电极172与漏电极23为同一电极，漏电极23的材质同第一电极172的材质。
此外，位于一列的指纹识别单元的源电极22与同一根指纹识别数据线12相连，指纹识别扫描线11由扫描驱动单元控制，指纹识别数据线12由读出电路控制。
该实施例提供的指纹识别模组工作时，指纹识别单元进行指纹识别，得到指纹识别电信号；扫描驱动单元向指纹识别扫描线11发送指纹识别扫描信号，以控制与不同行指纹识别扫描线11连接的指纹识别单元分时输出指纹识别电信号至相应列指纹识别数据线12。
进一步地，薄膜晶体管TFT还包括位于源电极22和漏电极23之间的沟道区，沟道区位于有源层21远离基底10的一侧；
第一遮光层131在基底10上的正投影覆盖源电极22和漏电极23之间的沟道区在基底10上的正投影。
第一遮光层131还可以作为TFT沟道区的遮光层，有效防止TFT的有源层21受到光照时产生大漏电流。
进一步地，光电转换层171在基底10上的正投影与薄膜晶体管在基底10上的正投影不重合；
指纹识别模组还包括位于源漏金属层与绝缘层18之间的绝缘平坦层，绝缘平坦层远离基底10的一侧不高于第二电极173远离基底10的一侧；
绝缘平坦层包覆感光元件17，并露出至少部分第二电极173。
具体的，绝缘平坦层包括覆盖源漏金属层的绝缘隔层24和平坦化层25。其中，绝缘隔层24具有露出漏电极23的漏过孔，第一电极172可通过该漏过孔与漏电极23连接；或者，绝缘隔层24露出一部分漏电极23，漏电极23露出的部分直接作为感光原件的第一电极172。平坦化层25至少包覆第一电极172以及光电转换层171，平坦层还可以包覆部分第二电极173。
结合图2，漏电极23的一部分直接作为感光元件17的第一电极172，工艺简单可行，易于实现；
绝缘隔层24远离基底10的一侧低于光电转换层171远离基底10的一侧，平坦化层25远离基底10的一侧高于光电转换层171远离基底10的一侧，平坦化层25用来平坦光电转换层171高度带来的膜层高度差，避免后续膜层在沉积过程中过度爬坡产生工艺不良的问题；
第二电极173与第一遮光层131相连接的部分在基底10上的正投影与光电转换层171在基底10上的正投影不重合，确保光电转换层171能够有效接收光线。
如图6所示，本发明的另一实施例提供一种指纹识别模组，其中，每个指纹识别单元包括两个相同的光线准直结构，虚线框A圈出的结构为光线准直结构，每个光线准直结构包括对应设置的汇聚透镜14以及光通道(第一通光孔1311和第二通光孔1331)，即每个指纹识别单元中光线准直结构的数量，可根据指纹识别单元的大小、光通道的大小以及汇聚透镜14的大小进行合理的设定。
另外，绝缘层18上露出第二电极的过孔在基底上的正投影与光电转换层在基底上的正投影不重合，方便在第一遮光层正对光电转换层的部分设计合适数量的第一通光孔，从而设计合适数量的光线准直结构。
如图7所示，本发明实施例还提供一种显示装置，包括显示面板26和如上任一实施例提供的指纹识别模组，显示面板26包括阵列基板261和玻璃盖板262，指纹识别模组设有透镜层的一侧通过胶框27与阵列基板261相连，玻璃盖板262设在阵列基板远离指纹识别模组的一侧。
阵列基板具有多个像素单元，在垂直于基底的方向上，各个像素单元与各指纹识别单元一一对应设置。
指纹识别模组制作完成后，通过指纹识别模组与显示面板的背面通过胶框贴合，以避免准光线直结构的透镜与OCA等胶材直接接触，由于常用的光学透明胶材的折射率与透镜材质的折射率相近，如果直接接触贴合，会使透镜失去汇聚作用。与图1所示的现有方案相比，省去了光学准直器件，模组厚度将减小0.3～0.5mm(目前常用光学准直器件的厚度)，有效减小指纹识别模组在显示装置内部占据的空间，不影响显示装置内部其他组件的排布空间。
以上描述仅为本发明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，本发明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。例如上述特征与本发明中公开的(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 (10)
1.一种指纹识别模组，其特征在于，包括基底，基底上设有多个按阵列排布的指纹识别单元，所述指纹识别单元包括用于聚光的透镜层、用于限制光通过的导光层以及用于对入射光进行光电转换的感光元件，所述感光元件位于所述基底的一侧，所述导光层位于所述感光元件远离所述基底一侧，所述透镜层位于所述导光层远离所述基底的一侧；所述导光层具有至少一个光通道，所述透镜层包括与各个所述光通道对应设置的汇聚透镜。
2.根据权利要求1的指纹识别模组，其特征在于，所述导光层包括自靠近所述基底至远离所述基底的方向上依次层叠设置的第一遮光层、第一填充层和第二遮光层，所述光通道包括设在所述第一遮光层上的第一通光孔和设在所述第二遮光层上的第二通光孔，所述第一通光孔和所述第二通光孔同轴设置。
3.根据权利要求2的指纹识别模组，其特征在于，所述第一通光孔孔径和所述第二通光孔的孔径相同，所述汇聚透镜的焦点位于其对应的光通道的中心线上。
4.根据权利要求1-3任一项的指纹识别模组，其特征在于，还包括第二填充层，所述第二填充层位于所述透镜层和所述导光层之间。
5.根据权利要求2的指纹识别模组，其特征在于，所述感光元件包括光电转换层、位于所述光电转换层靠近基底一侧的第一电极以及位于所述光电转换层远离基底一侧的第二电极；
所述第二电极和所述第一遮光层之间设有绝缘层，所述绝缘层具有露出所述第二电极的过孔，所述第一遮光层通过所述过孔与所述第二电极相连接，所述感光元件经由所述第一遮光层提供偏置电压。
6.根据权利要求5所述的指纹识别模组，其特征在于，所述过孔在所述基底上的正投影与所述光电转换层在所述基底上的正投影不重合。
7.根据权利要求5的指纹识别模组，其特征在于，还包括位于所述基底和所述感光元件之间的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：
栅极层；
形成于所述栅极层远离所述基底一侧的栅绝缘层；
形成于所述栅绝缘层远离所述基底一侧的有源层；
形成于所述有源层远离基底一侧的源漏金属层，所述源漏金属层包括分别与所述有源层相连接的源电极和漏电极；其中，
所述第一电极与所述漏电极相连接；或者，第一电极与漏电极为同一电极。
8.根据权利要求7的指纹识别模组，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括位于所述源电极和所述漏电极之间的沟道区，所述沟道区位于所述有源层远离所述基底的一侧；
所述第一遮光层在所述基底上的正投影覆盖所述沟道区在基底上的正投影。
9.根据权利要求7的指纹识别模组，其特征在于，所述光电转换层在所述基底上的正投影与所述薄膜晶体管在所述基底上的正投影不重合；
所述指纹识别模组还包括位于所述源漏金属层与所述绝缘层之间的绝缘平坦层，所述绝缘平坦层远离基底的一侧不高于所述第二电极远离基底的一侧，所述绝缘平坦层包覆所述感光元件并至少露出部分所述第二电极。
10.一种显示装置，其特征在于，包括显示面板和权利要求1-9任一项所述的指纹识别模组，所述显示面板包括阵列基板和与阵列基板相连的玻璃盖板，所述指纹识别模组设有透镜层的一侧通过胶框与所述阵列基板相连，所述玻璃盖板设在所述阵列基板远离指纹识别模组的一侧。
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