CN113785403A - 包括光吸收层的oled显示屏幕以及包括这种oled显示屏幕的设备 - Google Patents
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Abstract
显示屏幕(12A)包括载体(18)、设置于该载体(18)上方的OLED像素(14)以及设置于该载体(18)上方并且耦合至该OLED像素(14)的控制电路(16)。该显示屏幕(12A)亦包括设置于平面中的光吸收层(100)，使得该载体(18)在该平面的第一侧上，并且该OLED像素(14)以及该控制电路(16)在该平面的第二侧上。在一些实施方式中，该光吸收层(100)有助于防止由设置于该OLED显示屏幕(12A)后面的光学传感器模块(10)发射的光(40)直接照射在该显示屏幕的控制电路(16)的光敏区域上。在一些情况下，该光吸收层(100)亦可有助于防止光(42)直接照射在该显示屏幕的像素(14)的区域上和被它们反射。
Description
技术领域
本公开涉及优化OLED显示以与一个或多个传感器模块一起使用的有机发光二极管(OLED)显示屏幕以及系统。
背景技术
智能电话工业设计中的最新趋势是藉由减小边框宽度并且藉由移除用于光学传感器的孔隙以及用于麦克风、扬声器和/或指纹读取装置的其他孔来整理剩余边框区域而最大化屏幕区域。另一方面，亦存在增加光学传感器模块的数目以增加功能性的趋势。因此，各种类型的光学传感器模块(诸如，光学接近度传感器模块、环境光传感器模块、测距传感器模块(诸如，飞行时间(TOF)传感器模块)、2D成像传感器模块以及3D成像传感器模块(诸如，结构化光传感器模块))可集成至智能电话以及其他便携式计算装置中。许多这些传感器模块包括光发射器以及传感器两者以执行它们的功能。
智能电话市场中的进一步趋势是采用有机发光二极管(OLED)显示器。此趋势为将传感器模块从智能电话的边框移动至OLED显示器下方或后面的位置提供机会。
发明内容
本公开描述包括光吸收层的OLED显示屏幕。在一些实施方式中，该光吸收层可有助于防止例如由设置于该OLED显示屏幕后面的光学传感器模块发射的光直接照射在该显示屏幕的控制电路的光敏区域上。该光吸收层亦可有助于防止光直接照射在该显示屏幕的像素的区域上和被它们反射。因此，在一些情况下，添加该光吸收层藉由允许该传感器模块中的光源以更高功率操作和/或操作达更长持续时间而未不利地影响该OLED显示屏幕的该控制电路而可以是有利的。此外，在一些情况下，该光吸收层的存在可有助于减小串扰(即，从该传感器模块发射的在其到达其目标区域之前返回至光电检测器的光)。良好设计的光吸收层可显著改良传感器/发射器/显示系统。
例如，在一个方面中，本公开描述一种显示屏幕，其包括载体、设置于该载体上方的OLED像素，以及设置于该载体上方并且耦合至该OLED像素的控制电路。该显示屏幕亦包括设置于平面中的光吸收层，使得该载体在该平面的第一侧上，并且该OLED像素以及该控制电路在该平面的第二侧上。
在另一方面中，本公开描述一种设备，其包括：光学传感器模块，其包括光源以及光电检测器；以及OLED显示屏幕，其设置于该光学传感器模块上方。该传感器模块可与该OLED显示屏幕接触或可藉由气隙分开。该OLED显示屏幕包括透射由该光源发射的光的载体、设置于该载体上方的OLED像素以及设置于该载体上方并且耦合至该OLED像素的控制电路。该OLED显示屏幕亦包括设置于平面中的光吸收层，使得该载体在该平面的第一侧上，并且该OLED像素以及该控制电路在该平面的第二侧上。该光吸收层具有一个或多个开口以允许由该光学传感器模块的该光源产生的光穿过该光吸收层。该吸收层中的该一个或多个开口可与该OLED像素以及该控制电路中的一个或多个开口对准。
一些实施方式包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些情况下，该光吸收层由至少一种金属组成。该光吸收层的材料的特定示例包括Mo、Cr、Au、Ag、Al、Cu、Ni或Ti、前述项的组合，以及前述项中的一个或多个的合金。在一些情况下，该光吸收层包括子层的堆叠，其中在最接近该OLED像素以及该控制电路的平面中的该堆叠的最上层由金属组成。
在一些实施方式中，该光吸收层由反射不超过20％的由光源产生并且照射在该光吸收层上的光的材料组成。此外，在一些情况下，光吸收层由反射不超过5％的由该光源产生并且照射在该光吸收层上的光的材料组成。更进一步，在一些情况下，该光吸收层由反射不超过1％的由该光源产生并且照射在该光吸收层上的光的材料组成。
在一些实施方式中，该控制电路包括薄膜晶体管(TFT)，该薄膜晶体管中的每一个包括对红外光敏感的区域，并且该光吸收层由吸收红外光的材料组成。同样地，在一些情况下，该OLED像素可包括对红外光高度反射的一个或多个层，并且该光吸收层由吸收红外光的材料组成。
该显示屏幕亦可包括该光吸收层上的平坦化层，其中该平坦化层设置于该光吸收层的与该载体相对的一侧上。
该光吸收层可包括开口以允许源于该显示屏幕的载体侧处的光穿过该显示屏幕。例如，该光吸收层中的该开口可经设置以允许源于该显示屏幕的该载体侧处的该红外光穿过该显示屏幕，而不显著地照射在该TFT的任一个的光敏层上。在一些情况下，该光吸收层中的该开口经设置以允许源于该显示屏幕的该载体侧处的红外光穿过该显示屏幕，而不显著地照射在该OLED像素的任一个的高度反射层上。
该OLED显示屏幕可集成至具有广泛范围的光学传感器模块(包括例如接近度传感器、测距传感器(诸如，飞行时间传感器)、环境光传感器、2D成像传感器以及3D成像传感器)的消费性电子产品中。
根据以下具体实施方式、附图以及权利要求书，其他方面、特征以及优点将显而易见。
附图说明
图1绘示设置于OLED显示屏幕后面的光学传感器模块的示意性示例。
图2绘示包括光吸收层的OLED显示屏幕的示例。
图3绘示光吸收层的潜在优点。
图4以及图5绘示光吸收层的进一步细节。
图6绘示一些实施方式的光吸收层的细节。
图7A和图7B绘示OLED显示屏幕的另一实施方式。
图8绘示设置于图2的OLED显示屏幕后面的光学传感器模块的示例的进一步细节。
具体实施方式
图1绘示设置于智能电话或其他便携式计算装置的OLED显示屏幕12后面的光学传感器模块10的示例。光学传感器模块10通常包括一个或多个发光元件(例如，VCSEL)，它们可操作以产生具有在电磁波谱(例如，红外线)的特定部分中的波长的光。来自光学传感器模块的光可透射穿过OLED显示屏幕12并且可离开智能电话或其他装置。一些光可被例如智能电话或其他装置外部的对象反射。一些反射光可返回至智能电话或其他装置并且返回穿过OLED显示屏幕12并且由一个或多个光学感测元件(例如，光电二极管)检测，该一个或多个光学感测元件可操作以检测具有与由发光元件产生的光的波长相同的波长的光。
如图1中进一步展示，OLED显示屏幕12可包括例如玻璃、聚合物、硅酸盐或塑料载体18上的OLED像素以及控制电路。在典型产品组装中，OLED像素以及控制电路在载体与观看者之间。在如图1中所展示的包括传感器模块10的产品组装中，载体位于传感器模块与OLED像素之间。每个像素可包括多个子像素(例如，红色、绿色、蓝色)，并且控制电路可包括薄膜晶体管(TFT)。尽管图1仅展示具有单个子像素14和单个TFT 16的区域，但OLED显示屏幕12通常包括许多像素以及相关联的TFT。每个像素可包括多个TFT 16，它们可操作用于寻址像素、加载帧数据、储存帧数据以及移除帧数据。
下文论述示例子像素14和TFT 16的细节。然而，在其他实施方式中，细节可能不同。
在图1的示例中，子像素14包括设置于阴极层22与阳极层24之间的OLED材料层20。例如，阴极层可由导电材料(诸如金属(例如铝)或氧化铟锡(ITO))组成。在所绘示的示例中，阳极24由对光透明的ITO组成。由OLED像素产生的光穿过平坦化或包封层26，该平坦化或包封层26可保护其他层例如免受水和氧气的影响。
在图1的示例中，TFT 16被展示为顶栅，其包括源极30和漏极32以及金属栅电极28。源极30与漏极32之间(并且在栅极28下方)的有源区域34可由例如非晶硅(α-Si)或非晶铟镓锌氧化物(α-IGZO)组成。这种材料可对光(例如，红外线)敏感。有源区域34在它们的顶侧上由金属栅电极28遮光。亦可存在各种钝化层36(例如，SiN和/或SiO2)。
图1亦绘示当光学传感器模块10设置于OLED显示屏幕12的后面(即，下方)时可出现的各种问题。首先，由于TFT的光敏有源区域34下方没有遮光罩，因此来自光学传感器模块10的照明40可能照射在有源区域34上，这会降低TFT 16的性能，并且可能导致电路泄漏、故障和/或显示伪影。此外，来自光学传感器模块10的照明42可能照射在像素的金属区域(例如，阴极层22)上，并且离开金属区域的反射44可能导致“噪声”或干扰传感器模块的理想操作的其他信号。
如图2中所展示，为了消除或至少减小前述问题中的一个或两个，光吸收层100可设置于OLED显示屏幕12A的载体18上。在一些实施方式中，可在形成像素和控制电路之前，将光吸收层100设置于载体18的表面上。光吸收层100保护子像素14和TFT 16的部分免受由传感器模块的光发射器产生的光的影响。
在一些应用(例如，接近度感测和TOF感测)中，光学传感器模块10可以是可操作以发射红外光(例如，940nm的波长；更一般地，在约760nm至1000μm的范围中)。对于这种应用，光吸收层100可由一个或多个子层组成，该子层阻挡和吸收照射在光吸收层100上的大部分红外光。可用于光吸收层100的金属的示例包括铝(Al)、铝铜(Al-Cu)合金、钼铬(MoCr)或钛(Ti)等。在一些情况下，光吸收层100是不同子层的堆叠，其中至少最上层(即，最靠近像素和TFT的子层)由前述材料之一组成。在一些实施方式中可获得的进一步优点是金属顶层亦可用于路由电信号。
优选地，光吸收层100的材料和厚度应反射不超过20％的照射光。在一些情况下，期望光吸收层100反射不超过5％(或不超过1％)的来自传感器模块10中的光发射器的照射光。在光学传感器模块10可操作以发射不同于红外的波长的光的情况下，光吸收层100可由吸收光的合适材料组成，使得不超过20％(或5％或1％，取决于应用的要求)的来自传感器模块10的照射光被光吸收层100反射。
在一些情况下，在光吸收层100上存在平坦化层102。在一些这种情况下，光吸收层100和平坦化层102被设置于载体18与OLED像素及控制电路(例如，TFT 16)之间。平坦化层102可提供可在其上形成OLED像素和控制电路的相对平坦表面。在一些情况下，平坦化层102由旋涂玻璃(spin-on-glass，SOG)技术提供，并且可由例如硅酸盐或硅氧烷组成。
如在图3中绘示，光吸收层100可有助于防止由传感器模块10发射的光直接照射在TFT 16的光敏区域(例如，有源区域34)上。光吸收层100亦可有助于防止光直接照射在像素的反射区域(例如，金属阴极层22)上和被反射区域反射。因此，光吸收层100的添加可以是有利的，这是因为其允许传感器模块10中的发光元件(例如，VCSEL)以更高功率操作和/或操作达更长持续时间而未不利地影响TFT 16和OLED显示屏幕12A。此外，光吸收层100的存在可有助于减小发光元件(例如，VCSEL)与传感器模块10中的接近度传感器或其他光学传感器之间的串扰。因此，良好设计的光吸收层100可显著改良传感器/发射器/显示系统的性能。
如上所述，光吸收层100可经设置以拦截和吸收由传感器模块10发射的原本将照射在TFT 16的光敏区域(例如，有源区域34)和/或将照射在像素的反射区域22上(并且由它们反射)的光。
光吸收层100亦具有开口104。如图4中所展示，开口104允许由传感器模块10发射的光(例如，红外)106穿过OLED显示屏幕12A。同样地，如图5中所展示，开口104允许由智能电话(或其中集成OLED显示屏幕12A和光学传感器模块10的其他主机装置)外部的对象反射的光(例如，红外)108穿过OLED显示屏幕12A并且被传感器模块10检测。光吸收层100和开口104可被图案化，使得它们允许光穿过其中OLED显示器12A亦具有控制电路以及其他层中的开口的区域。以此方式，良好设计的光吸收层100将不显著降低传感器/发射器/显示系统的效率。
图6绘示光吸收层100的特定示例。在所绘示的示例中，光吸收层100包括四个子层100A、100B、100C、100D，它们彼此堆叠地设置于载体18上。第一子层100A是介电钝化/黏着层，并且可在载体18的最上表面不适合下一子层100B的沉积时需要该第一子层100A(例如，因为需要额外电绝缘或改良的黏着)。第一子层100A可由例如SiO2组成并且可具有例如100nm至200nm(例如，140nm)的厚度。在一些情况下，可省略第一子层100A。下一子层100B充当部分镜层。其是薄的并且经优化以平衡反射、透射和吸收。第二子层100B的材料的示例包括诸如Mo、Cr、Au、Ag、Al、Cu、Ni、Ti的金属以及这些金属的各种合金。在一些情况下，子层100B的厚度在5nm至20nm的范围中(例如，约9nm)。下一子层100C是诸如SiO2或SiN的介电层，并且将部分镜层100B与充当全镜层的顶部子层100D分开。在一些情况下，子层100C的厚度是在100nm至200nm的范围中(例如，145nm)。顶部子层100D充当全镜层，并且应是反射和不透明的。用于顶部子层100D的材料的示例包括金属，尤其用于显示器布线的金属，诸如Au、Ag、Al、Cu、Ni、Ti以及这些金属的各种合金。在一些情况下，子层100D足够厚以用于进行路由(例如，至少80nm)。前述细节在其他实施方式中可不同。
图6的样式的良好设计的光吸收层将经由优化的吸收和相消干涉来显著减小朝向传感器反射回的所发射的传感器模块光的量。子层100A、100B、100C、100D的厚度可基于光的波长、光的角分布和用于制造中的材料的材料特性(例如，折射率和吸收系数)来优化。在其他实施方式中，可使用体吸收而无相消干涉发挥作用。
在一些实施方式中，OLED显示屏幕12A的制造包括提供载体18，并且接着在载体18上形成光吸收层100，在光吸收层100上形成平坦化层102，并且随后在平坦化层102上方形成像素和像素控制电路。在其他实施方式中，制造过程可以颠倒，使得像素和像素控制电路形成在基板上，并且光吸收层随后形成在像素和像素控制电路上方，接着形成保形或平坦化层，该保形或平坦化层在产品中进行组装时充当OLED显示屏幕的载体层18。在下文段落中结合图7A和图7B描述示例。
如图7A中所展示，OLED像素和像素控制电路(例如，TFT)204形成在基板202上。在一些情况下，保形或平坦化缓冲层206形成在像素和像素控制电路204上方。接下来，提供光吸收层100。光吸收层100可由如上所述的材料组成和进行布置。在一些情况下，缓冲层206(若存在)可形成光吸收层100的一部分。接下来，保形或平坦化包封层208形成在光吸收层100上。图7A的层形成OLED显示屏幕堆叠12B，其可翻转并且组装成具有传感器模块10的产品，如图7B中所展示。传感器模块10可与屏幕堆叠12B接触或可藉由气隙分开。以此方式，保形或平坦化包封层208充当用于OLED显示屏幕12B的其他层(包括光吸收层100、像素和像素控制电路204、以及保形或平坦化包封层208)的载体。
取决于实施方式，光学传感器模块10可被配置用于接近度感测、TOF感测或其他类型的光学感测技术。在一些情况下，由光学传感器模块10产生并且感测的光可以是结构化光。传感器模块10中的发光元件(例如，VCSEL)和光感测元件(例如，光电二极管)可以但不必包含于相同封装中。在一些实施方式中，发光元件和光感测元件被实施为安装在印刷电路板(PCB)上的半导体晶粒。继而，PCB可电连接至主机装置(例如，智能电话)内的其他组件。
传感器模块可耦合至控制和处理电路(例如，电子控制单元)，该控制和处理电路可例如被实施为具有适当数字逻辑的一个或多个半导体芯片中的一个或多个集成电路和/或其他硬件组件(例如，读出缓存器；放大器；模拟转数字转换器；时钟驱动器；时序逻辑；信号处理电路；和/或微处理器)。控制和处理电路以及相关联的存储器可与光接收器驻留在相同半导体芯片中，或可驻留在一个或多个其他半导体芯片中。在一些情况下，控制和处理电路可在光学传感器模块的外部；例如，控制和处理电路可集成至用于智能电话或其中设置模块的其他主机装置的处理器中。
本公开中提及的智能电话和其他便携式计算装置的设计可包括一个或多个处理器、一个或多个存储器(例如，RAM)、储存器(例如，磁盘或闪存)、用户接口(其可包括，例如，小键盘、TFT LCD或OLED显示屏幕、触摸或其他手势传感器、相机或其他光学传感器、罗盘传感器、3D磁力计、3轴加速度计、3轴陀螺仪、一个或多个麦克风等，以及用于提供图形用户接口的软件指令)、这些元件之间的互连(例如，总线)以及用于与其他装置通信的接口(其可以是无线的，诸如GSM、3G、4G、CDMA、WiFi、WiMax、Zigbee或蓝牙，和/或有线的，诸如通过以太网局域网、T-1因特网连接等)。
图8绘示设置于智能电话的OLED显示屏幕12A后面的光学传感器模块300的特定示例。在此情况下，模块300是接近度传感器模块，其包括可操作以产生光源的光源312以及可操作以感测由光源312产生的波长(例如，红外(IR)、近IR、可见或紫外(UV))的光的光电检测器314。光源312可以是例如VCSEL、LED、OLED或激光芯片。光电检测器314可以是例如光电二极管。光源312和光电检测器314可被实施为例如集成电路半导体晶粒。在一些情况下，模块包括无源光学组件以藉由折射和/或衍射和/或反射来重定向引光(例如，透镜、棱镜、镜)。光源312经配置以产生通过OLED显示屏幕12A朝向智能电话或其他主机装置外部的目标发射的光。从主机装置发射的一些光可被目标反射回通过OLED显示屏幕12A，并且可被光电检测器314感测。接着，经检测的信号可由主机装置处理以确定对象是否紧邻装置，并且如果是，则采取某特定行动(例如，减小OLED显示屏幕的亮度)。在一些实施方式中，显示屏幕、像素和像素控制电路、传感器模块、光源以及光电检测器的相对尺寸/厚度以及其他细节可与图7中所展示不同。然而，一般而言，将存在设置在显示屏幕和传感器模块的特定区域之间的部分透射显示屏幕、传感器模块和光吸收层的特征。
如上所述，在其他情况下，光学传感器模块10可被配置用于TOF或其他类型的光学感测。
除智能电话之外，本技术可被集成以与具有显示器的其他类型的电子装置一起使用，电子装置诸如是平板电脑、电视、可穿戴装置、个人数字助理(PDA)、机器人、家庭助理和个人计算机。
其他实施方式在权利要求的范围内。
Claims (26)
1.一种显示屏幕，包括：
载体；
OLED像素，其设置于该载体上方；
控制电路，其设置于该载体上方并且耦合至该OLED像素；
光吸收层，其设置于平面中，使得该载体在该平面的第一侧上，并且该OLED像素以及控制电路在该平面的第二侧上。
2.根据权利要求1所述的显示屏幕，其中该光吸收层由至少一种金属组成。
3.根据权利要求1或2所述的显示屏幕，其中该光吸收层包括Mo、Cr、Au、Ag、Al、Cu、Ni或Ti中的至少一个。
4.根据前述权利要求中任一项所述的显示屏幕，其中该光吸收层包括子层的堆叠，其中在最接近该OLED像素以及该控制电路的平面中的该堆叠的最上层由金属组成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的显示屏幕，其进一步包括该光吸收层上的平坦化层，其中该平坦化层设置于该光吸收层的与该载体相对的一侧上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的显示屏幕，其中该光吸收层由吸收红外光的材料组成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的显示屏幕，其中该控制电路包括薄膜晶体管(TFT)，该薄膜晶体管中的每一个包括对红外光敏感的区域。
8.根据前述权利要求中任一项所述的显示屏幕，其中该OLED像素的每一个包括对红外光高度反射的至少一个层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的显示屏幕，其中该光吸收层具有至少一个开口以允许源于该显示屏幕的载体侧处的光穿过该显示屏幕。
10.根据依附权利要求7的权利要求9所述的显示屏幕，其中该光吸收层中的该至少一个开口经设置以允许源于该显示屏幕的该载体侧处的该红外光穿过该显示屏幕而不照射在该TFT的任一个的光敏层上。
11.根据依附权利要求8的权利要求9所述的显示屏幕，其中该光吸收层中的该至少一个开口经设置以允许源于该显示屏幕的该载体侧处的该红外光穿过该显示屏幕而不照射在该OLED像素的任一个的高度反射层上。
12.一种设备，包括：
光学传感器模块，其包括光源和光检测器；
OLED显示屏幕，其设置于该光学传感器模块上方，其中该OLED显示屏幕包括：
载体，其透射由该光源发射的光；
OLED像素，其设置于该载体上方；
控制电路，其设置于该载体上方并且耦合至该OLED像素；
光吸收层，其设置于平面中，使得该载体在该平面的第一侧上，并且该OLED像素以及该控制电路在该平面的第二侧上，该光吸收层具有至少一个开口以允许由该光学传感器模块的该光源产生的光穿过该像显示屏幕。
13.根据权利要求12所述的设备，其中该光吸收层由反射不超过20％的由该光源产生并且照射在该光吸收层上的光的材料组成。
14.根据权利要求12所述的设备，其中该光吸收层由反射不超过5％的由该光源产生并且照射在该光吸收层上的光的材料组成。
15.根据权利要求12所述的设备，其中该光吸收层由反射不超过1％的由该光源产生并且照射在该光吸收层上的光的材料组成。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其中该光吸收层由至少一种金属组成。
17.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其中该光吸收层包括Mo、Cr、Au、Ag、Al、Cu、Ni或Ti中的至少一个。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的设备，其中该光吸收层包括子层的堆叠，其中在最接近该OLED像素以及该控制电路的平面中的该堆叠的最上层由金属组成。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的设备，其中该OLED显示屏幕进一步包括该光吸收层上的平坦化层，其中该平坦化层设置于该光吸收层的与该载体的侧相对的一侧上。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的设备，其中该光源能够操作以产生红外光。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的设备，其中该控制电路包括薄膜晶体管(TFT)，该薄膜晶体管中的每一个包括对红外光敏感的区域。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的设备，其中该OLED像素的每一个包括对红外光高度反射的至少一个层。
23.根据权利要求21所述的设备，其中该光吸收层中的该至少一个开口经设置以允许由该光源产生的该光穿过该显示屏幕而不照射在该TFT的任一一个的光敏层上。
24.根据权利要求22所述的设备，其中该光吸收层中的该至少一个开口经设置以允许由该光源产生的该光穿过该显示屏幕而不照射在该OLED像素的任一个的高度反射层上。
25.根据权利要求12至24中任一项所述的设备，其中该光学传感器模块能够操作以用于接近度感测。
26.根据权利要求12至24中任一项所述的设备，其中该光学传感器模块能够操作以用于飞行时间感测。
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