DE112021004383T5

DE112021004383T5 - Elektronische Erfassungsvorrichtung und Erfassungsverfahren

Info

Publication number: DE112021004383T5
Application number: DE112021004383.8T
Authority: DE
Inventors: Jens Hofrichter; Corneliu-Mihai Tobescu
Original assignee: Ams International AG
Current assignee: Ams International AG
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2023-06-15
Also published as: EP3958174A1; WO2022038037A1; US20230326420A1

Abstract

Eine elektronische Erfassungsvorrichtung (2) umfasst ein Display (1) mit einer Displayoberfläche und einer Vielzahl von Mikro-Lichtemittern (12), die so ausgestaltet sind, dass sie Licht zur Bildung eines Displaybildes auf der Displayoberfläche emittieren. Eine Vielzahl von Mikro-Photodetektoren (13) ist so ausgestaltet, dass sie die Lichtverhältnisse auf der Displayoberfläche detektieren. Ein Sender-/Empfängerschaltkreis ist so ausgestaltet, dass er die Mikro-Lichtemitter (12) so ansteuert, dass sie Licht emittieren, die Mikro-Photodetektoren (13) so ansteuert, dass sie Licht detektieren und Photosignale auf der Grundlage des detektierten Lichts erzeugen, die Ansteuerung der Mikro-Lichtemitter (12) und der Mikro-Photodetektoren (13) koordiniert und die Photosignale gemäß mindestens einem aus einer Liste von Erfassungsmodi verarbeitet. Die Vielzahl von Mikro-Lichtemittern (12) und die Vielzahl von Mikro-Photodetektoren (13) sind auf einer Oberfläche eines Displaysubstrats angeordnet.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektronische Erfassungsvorrichtung und eine Erfassungsverfahren.
Der Schwerpunkt der aktuellen Entwicklungen von Flachbildschirmtechnologien, die in verschiedenen Anwendungen wie mobilen Geräten, Wearables, Automobilgeräten und dergleichen eingesetzt werden, liegt auf der Herstellung von Displays mit immer höherer Pixeldichte, verbessertem Kontrast und besserer Energieeffizienz. Moderne Vorrichtungen beginnen, die aufkommende Mikro-LED-Technologie für die Bildung der Pixelelemente dieser Displays zu nutzen.
Darüber hinaus liegt der Entwicklungsschwerpunkt bei modernen Displays auch auf der Integration von Infrarotlichtemittern, um die für Anwendungen wie z.B. Näherungserfassung und biometrische Authentifizierung erforderliche Beleuchtung bereitzustellen. Diese Anwendungen werden durch den Einsatz eines separaten optischen Abbildungsmoduls zur Erfassung des reflektierten Lichts realisiert. Diese Module benötigen jedoch nicht nur zusätzlichen Platz innerhalb der Vorrichtung, der eine äußerst begrenzte Ressource sein kann, sondern die Integration separater Module führt in der Regel auch zu einem höheren Produktionsaufwand und höheren Kosten. Um einen Kompromiss zwischen der Ermöglichung von Erfassungsfunktionen und der Bereitstellung einer kosten- und platzsparenden Lösung zu finden, sind die optischen Abbildungsfunktionen in der Regel auf kleine Teile der Bildschirmoberfläche beschränkt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept für eine Display und eine elektronische Erfassungsvorrichtung mit Sender-/Empfängerfunktion bereitzustellen, das die Beschränkungen heutiger Lösungen überwindet.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere Entwicklungen und Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Verbesserungen beruhen auf dem Konzept eines auf Mikro-LEDs basierenden Displays mit integrierten Erfassungselementen innerhalb des Displays. Die Erfassungselemente können als Mikro-Photodioden realisiert werden, die auf ähnliche Weise hergestellt werden können wie die Mikro-LEDs. Darüber hinaus können die gleichen Verpackungs- und Montageschritte mit bei den Mikro-LEDs geteilt werden. Die Kombination der Funktionen der Lichtemission und der Lichtdetektion in einer einzigen Vorrichtung ermöglicht wesentlich kompaktere Bildschirme für mobile Geräte, die mit verschiedenen Arten von Erfassungsfunktionen ausgestattet sind. Das verbesserte Konzept ebnet somit den Weg für eine echte nahtlose Integration von Emissions- und Erfassungselementen für Displays der nächsten Generation, die z.B. in mobilen Geräten eingesetzt werden.
Insbesondere umfasst ein Display gemäß dem verbesserten Konzept ein Displaysubstrat, eine Vielzahl von Pixeln und eine Vielzahl von lichtemittierenden Display-Subpixeln. Jedes lichtemittierende Display-Subpixel umfasst eine lichtemittierende Mikro-Diode, Mikro-LED, und ist so ausgestaltet, dass es Licht zur Bildung eines Teils eines Displaybildes emittiert. Das Display umfasst ferner eine Vielzahl von lichteinfangenden Subpixeln, wobei jedes lichteinfangende Subpixel eine Mikro-Photodiode umfasst und so ausgestaltet ist, dass es Licht empfängt, das von mindestens einem Teil der lichtemittierenden Display-Subpixel emittiert und durch Reflexion zurückgeworfen wird.
Die Vielzahl der lichtemittierenden Display-Subpixel und die Vielzahl der lichteinfangenden Subpixel sind auf einer Oberfläche des Displaysubstrats angeordnet. Die Vielzahl der lichtemittierenden Display-Subpixel und die Vielzahl der lichteinfangenden Subpixel bilden die Pixel aus, die über eine aktive Displayfläche oder einen aktiven Bereich des Displaysubstrats verteilt sind. Darüber hinaus umfasst mindestens ein Teil der Pixel ein lichteinfangendes Subpixel und mindestens ein lichtemittierendes Display-Subpixel.
Das Displaysubstrat kann ein Siliziumsubstrat sein, z.B. ein Siliziumwafer oder ein vereinzelter Chip eines Siliziumwafers, oder ein Saphirsubstrat, das funktionale Schichten mit Schaltungen für den Betrieb der Pixel enthält, wie z.B. Komponenten eines Ausleseschaltkreises und/oder eines Ansteuerungsschaltkreises. Das Displaysubstrat kann auch aus einem anderen Material wie FR4 oder Polyimid sein.
Um ein Displaybild zu erzeugen, setzen sich die Pixel aus lichtemittierenden Subpixeln zusammen, die auf einer Oberfläche des Displaysubstrats angeordnet sind. Zum Beispiel umfasst jedes Pixel ein lichtemittierendes Subpixel jeder der RGB-Farben. Dabei umfasst jedes lichtemittierende Subpixel eine Mikro-LED. Diese mikroskopischen LEDs basieren auf herkömmlicher Technologie, z.B. zur Herstellung von LEDs auf Galliumnitridbasis. Mikro-LEDs zeichnen sich jedoch durch eine wesentlich geringere Grundfläche aus und ermöglichen daher entweder Displays mit einer höheren Pixeldichte oder einer geringeren Dichte aktiver Komponenten auf der Displayschicht, d.h. der Oberfläche des Displaysubstrats, bei gleichzeitiger Beibehaltung einer bestimmten Pixeldichte. Der letztgenannte Aspekt ermöglicht die Platzierung zusätzlicher aktiver Komponenten in der Pixelschicht des Displays, wodurch zusätzliche Funktionen und/oder ein kompakteres Design ermöglicht werden.
Ähnlich wie OLEDs bieten Mikro-LEDs eine verbesserte Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen LEDs, ermöglichen aber auch eine deutlich höhere Helligkeit der Emission im Vergleich zu OLEDs. Dies ermöglicht ein nahezu unendliches Kontrastverhältnis. Außerdem zeigen Mikro-LEDs im Gegensatz zu OLEDs keine Einbrenneffekte auf dem Bildschirm.
Das Display gemäß dem verbesserten Konzept umfasst ferner eine Vielzahl von lichteinfangenden Subpixeln, die neben den Mikro-LEDs ebenfalls auf der Oberfläche des Displaysubstrats angeordnet sind. Beispielsweise umfasst ein Teil der Pixel des Displays neben den vorgenannten lichtemittierenden Subpixeln auch ein oder mehrere lichteinfangende Subpixel, was beispielsweise durch Mikro-Photodioden realisiert ist. Der Teil der Pixel, der ein lichteinfangendes Subpixel aufweist, definiert einen aktiven Bereich des Display. Aktiver Bereich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass dieser Teil des Displays in der Lage ist, auf die Mikro-Photodioden auftreffendes Licht zu erfassen.
Mikro-Photodioden sind durch die gleiche oder zumindest eine ähnliche Grundfläche wie die Mikro-LEDs gekennzeichnet und können auf ähnliche Weise hergestellt werden. Sie umfassen ein absorbierendes Material, z.B. Silizium, Germanium oder ein anderes Halbleitermaterial in Abhängigkeit von der angestrebten Absorptionswellenlänge, sowie elektrische Kontakte, die eine Anode und eine Kathode für den Betrieb der Photodiode bilden.
Die Mikro-Photodioden sind auf dem Displaysubstrat so angeordnet, dass sie Licht empfangen können, das von mindestens einem Teil der Mikro-LEDs, z.B. von Mikro-LEDs in der Nähe der jeweiligen Mikro-Photodiode, emittiert und durch Reflexion auf die Mikro-Photodioden gerichtet ist. Die Reflexion kann von einer Oberfläche des Displays selbst erfolgen, z.B. durch interne Reflexion von einem Displayglas, oder von einem Objekt, das auf einer Oberfläche des Displays platziert ist oder sich oberhalb des Displays befindet. Die Mikro-Photodioden können ferner so ausgestaltet sein, dass sie Licht empfangen, das in der Umgebung der Display emittiert wird, um z.B. die Erfassung von Umgebungslicht zu ermöglichen.
Der aktive Bereich des Displays kann ein Teil der Displayfläche sein, z.B. die Hälfte der Displayfläche, oder der gesamten Displayfläche entsprechen. Innerhalb dieses aktiven Bereichs können die von den Mikro-Photodioden erzeugten Photosignale zur biometrischen Authentifizierung, wie z.B. Fingerabdruck- oder Gesichtserkennung, verwendet werden, wenn sich ein entsprechendes Körperteil eines Benutzers auf oder über dem Display innerhalb des aktiven Bereichs befindet. Dabei kann das von den Mikro-LEDs emittierte Licht sowohl als Displaybild als auch als Beleuchtung des zu identifizierenden Objekts dienen, und die Mikro-Photodioden können so ausgestaltet sein, dass sie die Reflexion dieser Beleuchtung empfangen.
In einigen Ausführungsformen sind die Pixel in einer zweidimensionalen Anordnung innerhalb des aktiven Displaybereichs angeordnet.
Typischerweise sind Displays durch eine zweidimensionale Anordnung von Pixeln nebeneinander in einer Matrix auf einem Displaysubstrat ausgebildet. Die Pixel wiederum können ebenfalls als zweidimensionale Anordnung von Subpixeln ausgebildet sein. Beispielsweise umfassen die Pixel RGB-Mikro-LEDs als lichtemittierende Subpixel in einer Bayer-Ausgestaltung, und Pixel im aktiven Bereich können zusätzlich ein lichteinfangendes Subpixel als Mikro-Photodiode umfassen. Alternativ kann ein lichtemittierendes Subpixel der Pixel im aktiven Bereich, z.B. ein grünes Pixel einer Bayer-Anordnung, für ein lichteinfangendes Subpixel geopfert werden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl der lichtemittierenden Display-Subpixel infrarotemittierende Display-Subpixel, wobei jedes infrarotemittierende Display-Subpixel einen Infrarotemitter wie eine Infrarot-Mikro-LED oder einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) umfasst.
Für Anwendungen wie biometrische Authentifizierung und Näherungserfassung kann dasselbe Licht, das zur Bildung des Displaybildes verwendet wird, auch als reflektiertes Licht verwendet werden, das von den Mikro-Photodioden erfasst wird. Die Beleuchtung eines Objekts im sichtbaren Bereich kann jedoch für den Benutzer sehr störend sein, insbesondere in Situationen, in denen die Mikro-LEDs kein oder ein dunkles Displaybild erzeugen. Unter diesen Umständen können diese Anwendungen im Infrarotbereich durchgeführt werden.
Zu diesem Zweck können die Pixel zusätzlich lichtemittierende Display-Subpixel umfassen, die überwiegend oder ausschließlich Licht im Infrarotbereich emittieren. Diese Subpixel können, wie die Mikro-Photodioden, effektiv als ein zusätzliches Farb-Subpixel betrachtet werden, das beispielsweise zu den RGB-emittierenden Subpixeln hinzugefügt wird. Für die Infrarotemitter bieten sich sowohl Infrarot-Mikro-LEDs als auch VCSELs als geeignete Optionen mit einer ähnlichen oder gleichen Grundfläche wie die Mikro-LEDs und Mikro-Photodioden an. Wie die Mikro-Photodioden können die Infrarotemitter den Pixeln des gesamten Displays oder den Pixeln des aktiven Bereichs hinzugefügt werden, der wiederum einem Teil der Displayoberfläche oder der gesamten Displayoberfläche entspricht, wie oben beschrieben.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl der lichteinfangenden Subpixel infraroteinfangende Displaysubpixel, wobei jedes infraroterfassende Subpixel einen Infrarotdetektor wie eine Infrarot-Mikro-Photodiode oder einen Photodetektor mit resonanter Kavität umfasst.
Für einige Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Empfindlichkeit zumindest eines Teils der Mikro-Photodioden auf einen Wellenlängenbereich im Infrarotbereich zu beschränken, z.B. einen Wellenlängenbereich, der dem Emissionsspektrum der Infrarotemitter des Displays entspricht, z.B. einen Wellenlängenbereich um 940 nm. Insbesondere bei Authentifizierungsanwendungen kann dies zu einer verbesserten Leistung aufgrund der Unterdrückung von unerwünschtem Hintergrundlicht führen. Die Beschränkung der Mikro-Photodioden kann durch die Wahl eines absorbierenden Materials der Photodiode mit einem entsprechend engen Absorptionsfenster oder alternativ durch Einsatz eines auf der Mikro-Photodiode angeordneten Filterelements erreicht werden.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Mikro-LEDs eine LED-Basisschicht und eine auf der LED-Basisschicht angeordnete Emissionsschicht.
Die LED-Basisschicht kann aus einem in der LED-Technologie üblicherweise als LED-Substrat verwendeten Material wie beispielsweise Si, Ge, GaAs oder InP sein. Die Emissionsschicht kann ebenfalls aus einem in der LED-Technik gebräuchlichen Material wie AlN, AlGaN, InGaN, Ge, AlGaInP, InGaAs oder ähnlichem sein. Eine optionale Pufferschicht, z.B. ein GaN-Puffer, kann zwischen der LED-Basisschicht und der Emissionsschicht angeordnet werden.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Mikro-Photodioden eine Absorptionsschicht und elektrische Kontakte, die auf der Absorptionsschicht angeordnet sind.
Die Photodiodenbasisschicht der kann aus einem absorbierenden Material wie z.B. Si, AlN, AlGaN, InGaN oder AlGaInP sein. Die elektrischen Kontakte sind aus einem leitfähigen Material wie z.B. einem Metall und bilden Anode und Kathode der Mikro-Photodiode aus. Optional kann die Mikro-Photodiode weitere leitfähige Elemente wie ein TSV oder eine rückseitige Umverteilungsschicht umfassen. Außerdem kann die Mikro-Photodiode eine Photodiodenbasisschicht umfassen, die als Substrat fungieren kann.
In einigen Ausführungsformen ist die Grundfläche der Mikro-LEDs und der Mikro-Photodioden kleiner als 0,1 mm², insbesondere kleiner als 100 µm².
In einigen Ausführungsformen beträgt die Grundfläche der Mikro-Lichtemitter 80 % - 120 % der Grundfläche der Mikro-Photodetektoren.
Die geringe Grundfläche der Mikro-LEDs und der optionalen Infrarotemitter ermöglichen eine unkomplizierte Integration der Mikro-Photodioden neben, zum Beispiel zwischen, den lichtemittierenden Subpixeln. Die geringe Grundfläche in Kombination mit der Integration der Photodioden in das Display selbst ermöglicht echte In-Display-Erfassungsfunktionen, ohne die Anforderung der Bereitstellung eines zusätzliches Erfassungsmodul, das zusätzlichen Platz beanspruchen würde, wenn es z.B. unter dem Display angebracht wäre. Darüber hinaus können durch die Bereitstellung eines Displays mit Mikro-LEDs und Mikro-Photodioden gemäß dem verbesserten Konzept wesentlich kompaktere Displays für mobile Geräte mit Erfassungsfunktionen realisiert werden.
In einigen Ausführungsformen ist das Displaysubstrat ein flexibles Substrat, insbesondere ein Polyimidsubstrat.
Die Verwendung flexibler Substrate verringert das Gewicht von Flachbildschirmen signifikant, und bietet zudem die Möglichkeit, das Display in jede beliebige Form zu bringen, zu biegen oder zu rollen. Darüber hinaus eröffnet sie die Möglichkeit, Displays durch kontinuierliche Rollenverarbeitung herzustellen und damit die Grundlage für eine kosteneffiziente Massenproduktion zu schaffen. Flexible Polymersubstrate, z.B. aus Polyimid, zeichnen sich durch eine hervorragende Flexibilität, geringes Gewicht und niedrige Kosten aus.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Display ferner ein weiteres Displaysubstrat, das im Wesentlichen parallel zum Displaysubstrat ist und auf einer Emissionsseite des Displays angeordnet ist.
In einigen weiteren Ausführungsformen ist das weitere Displaysubstrat ein flexibles Substrat, insbesondere ein Polyimidsubstrat.
Zum Schutz der Mikro-LEDs, der Mikro-Photodioden und der optionalen Elektronik kann das Display ferner ein zweites Substrat umfassen, das auf einer vom Displaysubstrat abgewandten Seite der Subpixel angeordnet ist. Analog zum ersten Substrat kann das weitere Substrat ebenfalls ein flexibles Substrat wie z.B. ein Polyimid-Substrat sein. Für einen noch besseren Schutz können Hohlräume, die zwischen den Subpixeln und den Substraten erzeugt werden, mit einem Verguss gefüllt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Display ferner transparente Leiter, wobei ein transparenter Leiter auf einer Seite jedes der lichtemittierenden Display-Subpixel, die dem weiteren Displaysubstrat zugewandt ist, und auf einer Seite jedes der lichteinfangenden Subpixel, die dem weiteren Displaysubstrat zugewandt ist, angeordnet ist.
Zur elektrischen Verbindung der Subpixel kann ein transparenter Leiter auf einer Seite, z.B. einer Emissionsseite, der Subpixel angeordnet werden. Beispielsweise werden Dünnfilme aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) auf der Emissions- oder Absorptionsseite der Subpixel aufgewachsen und so im fertigen Bauelement zwischen den Subpixeln und dem weiteren Substrat eingebettet.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Display ferner Aperturstrukturen, die über mindestens einem Teil der lichtemittierenden Display-Subpixel und der lichteinfangenden Subpixel auf einer Emissionsseite des Displays angeordnet sind.
Optische Aperturen können zur Beschränkung des Empfangs- oder Emissionswinkels der Subpixel eingesetzt werden, um zu verhindern, dass beispielsweise unerwünschtes Licht von den Mikro-Photodioden empfangen wird. Die optischen Aperturen können mit Hilfe einer optischen Abstandsschicht realisiert werden, die lichtabsorbierendes Material umfasst, das eine optischen Apertur über den Mikro-LEDs und/oder den Mikro-Photodioden definiert.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Display ferner Linsenstrukturen, die über mindestens einem Teil der lichtemittierenden Display-Subpixel und der lichteinfangenden Subpixel auf einer Emissionsseite des Displays angeordnet sind.
Der Einsatz von Mikro-LEDs und Mikro-Photodioden bedeutet, dass die Grundfläche dieser Elemente kleiner ist als bei herkömmlichen LED- oder LCD-Displays. Allerdings können große Leerräume zwischen Subpixeln und/oder Pixeln, z.B. bei der Anordnung anderer Schaltungen auf dem Displaysubstrat zwischen den Pixeln und Subpixeln, zu einem nicht kontinuierlichen Displaybild führen. Um dies zu vermeiden, können oberhalb der Subpixel Linsenelemente angeordnet werden, die sicherstellen, dass bei der Bildung eines Displaybildes die gesamte Displayoberfläche beleuchtet wird. Ebenso können Linsenelemente eingesetzt werden, um das Licht mit den Mikro-Photodioden effizienter zu erfassen.
In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl der lichtemittierenden Display-Subpixel und die Vielzahl der lichteinfangenden Subpixel so ausgestaltet, dass sie von einem Sender-/Empfängerelement, insbesondere von einem einzigen Sender-/Empfängerelement, angesteuert werden.
Das Display umfasst beispielsweise einen Sender-/Empfänger-Schaltkreis, z.B. einen integrierten Sender-/Empfänger-Schaltkreis, der so ausgestaltet ist, dass er die Mikro-LEDs so ansteuert, dass sie Licht aussenden, und die Mikro-Photodioden so, dass sie Licht empfangen oder auf der Grundlage des empfangenen Lichts einen Photostrom erzeugen. Das Sender-/Empfängerelement kann auch ein separates Modul sein, das mit dem Display gekoppelt ist.
Ein einziges Element, z.B. als Sender-/Empfänger-Chip realisiert, das sowohl die LEDs ansteuert als auch die Antwort der Mikro-Photodioden misst, vereinfacht die Synchronisation von Emission und Detektion erheblich und spart zudem wertvollen Platz auf dem Produkt. Außerdem werden dadurch die Kosten erheblich gesenkt.
In einigen Ausführungsformen sind die Vielzahl der lichtemittierenden Display-Subpixel und die Vielzahl der lichteinfangenden Subpixel so ausgestaltet, dass sie synchronisiert angesteuert werden.
Die Mikro-Photodioden werden angesteuert, um Licht zu empfangen oder einen Photostrom auf der Grundlage des empfangenen Lichts zu erzeugen, wenn zumindest ein Teil der Mikro-LEDs eingeschaltet ist, d. h. Licht emittiert. Die Mikro-Photodioden werden beispielsweise betrieben, wenn infrarote Mikro-LEDs zur Lichtemission angesteuert werden, während die Emission von Mikro-LEDs, die Licht im sichtbaren Bereich emittieren, deaktiviert ist.
Beispielsweise realisiert ein Sender-/Empfänger-Schaltkreis, der Teil der Display oder ein separates Element ist und so ausgestaltet ist, dass er die Mikro-LEDs so ansteuert, dass sie Licht aussenden, und die Mikro-Photodioden so, dass sie Licht empfangen oder einen Photostrom auf der Grundlage des empfangenen Lichts erzeugen, die synchronisierte Ansteuerung in der beschriebenen Weise.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Displays gelöst. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Displaysubstrats und das Ausbilden von lichtemittierenden Display-Subpixeln durch Anordnen einer Vielzahl von lichtemittierenden Mikro-Dioden, Mikro-LEDs, auf einer Oberfläche des Displaysubstrats. Das Verfahren umfasst ferner das Ausbilden von lichteinfangenden Subpixeln durch Anordnen einer Vielzahl von Mikro-Photodioden auf der Oberfläche des Displaysubstrats. Die Vielzahl von lichtemittierenden Display-Subpixeln und die Vielzahl von lichteinfangenden Subpixeln bilden Pixel aus, die über einen aktiven Displaybereich des Displaysubstrats verteilt sind. Darüber hinaus umfasst mindestens ein Teil der Pixel ein lichteinfangendes Subpixel und mindestens ein lichtemittierendes Display-Subpixel.
In einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Ausbilden der lichtemittierenden Display-Subpixel das Ausbilden der Vielzahl von Mikro-LEDs auf einem Donorsubstrat und die Übertragung der Vielzahl von Mikro-LEDs von dem Donorsubstrat auf die Oberfläche des Displaysubstrats durch Massenübertragung. In diesen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Ausbilden der lichteinfangenden Subpixel das Ausbilden der Vielzahl von Mikro-Photodioden auf einem weiteren Donorsubstrat und das Übertragen der Vielzahl von Mikro-Photodioden von dem weiteren Donorsubstrat auf die Oberfläche des Displaysubstrats durch Massenübertragung.
Die Mikro-LEDs und die Mikro-Photodioden können auf einem jeweiligen Donorsubstrat nach ihrem jeweiligen Herstellungsverfahren gefertigt und dann durch Massenübertragung auf das Displaysubstrat übertragen werden. Die Übertragung funktioniert zum Beispiel gemäß dem elektrostatischen Prinzip. Dieses Verfahren besteht aus dem Aufnehmen einer Anordnung von Mikro-LEDs mit einer Reihe von elektrostatischen Übertragungsköpfen vom Donorsubstrat, dem Übertragen von Wärme vom Kopf und dem Verflüssigen einer Bond-Schicht auf dem empfangenden Displaysubstrat und dem Bonden der Mikro-LED-Anordnung auf das Displaysubstrat, bevor sie freigegeben wird. Ein weiteres Beispiel für ein Massenübertragungsverfahren ist ein Elastomerstempelverfahren, bei dem ein weicher Elastomerstempel mit den Mikro-LEDs in Kontakt gebracht wird. Bei einer ausreichend hohen Abziehgeschwindigkeit werden die Mikro-LEDs am Stempel befestigt und vom Donorsubstrat abgehoben. Bei einer ausreichend niedrigen Abziehgeschwindigkeit lösen sich die Mikro-LEDs vom Stempel und haften auf dem Displaysubstrat. Der Transfer der Mikro-Photodioden erfolgt in beiden beispielhaften Massenübertragungsverfahren auf analoge Weise.
Alternativ zur Massenübertragung können die Mikrolinse und die Mikro-Photodioden auch direkt auf dem Displaysubstrat hergestellt werden. Dies kann den Herstellungsprozess vereinfachen, wenn die Mikro-LEDs und die Mikro-Photodioden auf den gleichen oder zumindest kompatiblen Materialien hinsichtlich des Herstellungsprozesses basieren.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich für den Fachmann aus den oben beschriebenen Ausführungsformen des Displays.
Die Aufgabe wird ferner durch eine elektronische Erfassungsvorrichtung gelöst, die ein Display mit einer Displayoberfläche und einer Vielzahl von Mikro-Lichtemittern umfasst, die so ausgestaltet sind, dass sie Licht zur Bildung eines Displaybildes auf der Displayoberfläche emittieren. Die elektronische Erfassungsvorrichtung umfasst ferner eine Vielzahl von Mikro-Photodetektoren, die so ausgestaltet sind, dass sie die Lichtbedingungen an der Displayoberfläche detektieren, sowie einen Sender-/Empfängerschaltkreis. Der Sender-/Empfänger-Schaltkreis ist so ausgestaltet, dass er die Mikro-Lichtemitter so ansteuert, dass sie Licht emittieren, die Mikro-Photodetektoren so ansteuert, dass sie Licht detektieren und auf der Grundlage des detektierten Lichts Photosignale erzeugen, die Ansteuerung der Mikro-Lichtemitter und der Mikro-Photodetektoren koordiniert und die Photosignale gemäß mindestens einem aus einer Liste von Erfassungsmodi verarbeitet. Die Vielzahl der Mikro-Lichtemitter und die Vielzahl der Mikro-Photodetektoren sind auf einer Oberfläche eines Displaysubstrats angeordnet.
Bei der elektronischen Erfassungsvorrichtung kann es sich um ein mobiles Gerät wie ein Smartphone, ein Wearable oder einen Computer handeln, der z.B. in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Die elektronische Erfassungsvorrichtung kann auch eine Komponente, z.B. ein Touchscreen, eines der vorgenannten Geräte sein.
Zur Erzeugung des Displaybildes umfasst das Display Mikro-Lichtemitter, wie z.B. Mikro-LEDs. Beispielsweise umfassen Pixel des Displays Subpixel, die jeweils einen Mikro-Lichtemitter aufweisen. Insbesondere kann jedes Pixel Emitter für jede der RGB-Farben umfassen. Zusätzlich zu den Mikro-Lichtemittern umfasst mindestens ein Teil der Pixel ferner einen Mikro-Photodetektor zum Detektieren von Licht und Erzeugen eines Photosignals auf der Grundlage des detektierten Lichts. Die Mikro-Photodetektoren können beispielsweise Mikro-Photodioden sein. Alternativ können die Mikro-Photodetektoren mit Hilfe von Mikro-LEDs mit Sperrvorspannung realisiert werden, z.B. durch Anlegen einer Sperrvorspannung an die Mikro-Lichtemitter. Gemäß dem verbesserten Konzept sind die Mikro-Photodetektoren neben den Mikro-Lichtemittern auf einer Oberfläche eines Displaysubstrats angeordnet. Die Pixel, die Mikro-Photodetektoren umfassen, definieren einen aktiven Bereich des Displays, der einem Teil oder dem gesamten Display entsprechen kann.
Die elektronische Erfassungsvorrichtung ist so ausgestaltet, dass sie als Sender-/Empfänger fungiert, indem sie einen Sender-/Empfänger-Schaltkreis umfasst, der sowohl die Mikro-Lichtemitter als auch die Mikro-Photodetektoren steuert. Neben der Ansteuerung der Mikro-Lichtemitter zur Erzeugung des Displaybildes ist der Sender-/Empfängerschaltkreis so ausgestaltet, dass er die Mikro-Lichtemitter auch zu Beleuchtungszwecken ansteuert. So wird beispielsweise ein Objekt beleuchtet, das sich auf oder über einer Oberfläche der Erfassungsvorrichtung, z.B. der Displayoberfläche, befindet.
Außerdem ist der Sender-/Empfängerschaltkreis so ausgestaltet, dass er die Mikro-Photodetektoren ansteuert. Ansteuerung der Photodetektoren bedeutet in diesem Zusammenhang, dass z.B. Photosignale ausgelesen werden, die durch Licht erzeugt werden, das auf die Photodetektoren fällt. Bei dem detektierten Licht kann es sich entweder um Licht handeln, das von den Lichtemittern emittiert und durch Reflexion auf die Photodetektoren gerichtet wird, oder es handelt sich um Licht, das in der Umgebung der Erfassungsvorrichtung emittiert wird, z.B. Umgebungslicht. Insbesondere betreibt der Sender-/Empfängerschaltkreis die elektronische Erfassungsvorrichtung in einem Sender-/Empfängermodus, indem er die Mikro-Lichtemitter während einer Beleuchtungszeit betreibt und die Mikro-Photodetektoren während einer Detektionszeit betreibt, die mit der Beleuchtungszeit zusammenfällt oder ihr folgt. Der Sender-/Empfänger-Schaltkreis synchronisiert beispielsweise die Ansteuerung der Mikro-Lichtemitter und die Ansteuerung der Mikro-Photodetektoren.
Der Sender-/Empfängerschaltkreis ist ferner so ausgestaltet, dass er die Photosignale gemäß einem aus einer Liste von Erfassungsmodi verarbeitet. Die Verarbeitung der Photosignale umfasst zum Beispiel den Vergleich der Photosignale oder der von den Photosignalen abgeleiteten Signale mit Referenzdaten. Die Verarbeitung der Photosignale kann auch oder alternativ dazu das Ermitteln eines Messwerts wie z.B. Lichtintensität, Helligkeit, spektrale Zusammensetzung oder einer davon abgeleiteten Größe umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Liste der Erfassungsmodi mindestens einen der folgenden Modi: einen biometrischen Authentifizierungsmodus, einen Näherungserfassungsmodus, einen Umgebungslichterfassungsmodus und einen Batterieunterstützungsmodus.
In einigen weiteren Ausführungsformen ist die Vielzahl von Mikro-Photodetektoren im biometrischen Authentifizierungsmodus und im Näherungserfassungsmodus so ausgestaltet, dass sie Licht erfassen, das von mindestens einem Teil der Mikro-Lichtemitter emittiert und von einer Grenzfläche reflektiert wird, die durch einen Körperteil des Benutzers definiert ist, der sich auf oder über der Displayoberfläche befindet.
Der biometrische Authentifizierungsmodus ermöglicht die Identifizierung eines Körperteils eines Benutzers der Erfassungsvorrichtung zu Authentifizierungszwecken, z.B. zum Entsperren oder Einloggen in die Vorrichtung. Der Näherungserfassungsmodus ermittelt einen Wert, der dem Abstand eines Objekts, z.B. eines Körperteils, zum Display entspricht. In diesen Erfassungsmodi steuert der Sender-/Empfängerschaltkreis die Mikro-Lichtemitter so, dass sie Licht aussenden, das auf der Grenzfläche auftrifft, die von dem Körperteil gebildet wird, das sich auf oder über dem Display in dessen aktivem Bereich befindet, und das in Richtung der Mikro-Photodetektoren reflektiert wird. Der Sender-/Empfängerschaltkreis steuert außerdem die Mikro-Photodetektoren so an, dass sie das reflektierte Licht detektieren und einen Erkennungsprozess auf der Grundlage der von den Mikro-Photodetektoren erzeugten Photosignale durchführen. Die Grenzfläche kann durch einen Übergang zwischen einem Deckglas und dem Objekt oder durch einen Übergang zwischen Luft und dem Objekt gebildet werden. Da das Display selbst die biometrische Authentifizierung ermöglicht, ist ein zusätzliches, vom Display getrenntes Lichtsensormodul nicht mehr erforderlich.
In einigen weiteren Ausführungsformen ist der Körperteil des Benutzers ein Gesicht oder ein Finger.
Die biometrische Authentifizierung wird in der Regel an einem Körperteil vorgenommen, der ein eindeutiges Merkmal in Bezug auf den Benutzer aufweist. Bei dem Körperteil kann es sich um einen Finger oder Fingerabdruck, die Handfläche oder das Gesicht des Benutzers handeln.
In einigen weiteren Ausführungsformen ist die Grenzfläche durch eine Blutgefäßstruktur und/oder durch eine Schweißkanalstruktur des Körperteils definiert.
Alternativ oder zusätzlich zu der Grenzfläche, die durch eine Oberfläche des Körperteils gebildet wird, kann eine Grenzfläche auch innerhalb des Körperteils durch einen Übergang gebildet werden, der durch Blutgefäßstrukturen oder Schweißkanäle definiert ist. Bei der biometrischen Authentifizierung kann durch die Identifizierung funktionierender Blutgefäße oder Schweißkanäle festgestellt werden, ob ein lebendes Objekt, d.h. ein tatsächlich lebender Körperteil eines Benutzers, beleuchtet wird. Außerdem können biomedizinische Messungen, wie z.B. eine Pulsmessung, durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann mit den Mikro-Lichtemittern eine Infrarotbeleuchtung eingesetzt werden, die ausreichend tief in die Haut eindringt.
In einigen Ausführungsformen der elektronischen Erfassungsvorrichtung ist der Sender-/Empfängerschaltkreis zur Verarbeitung der Photosignale so ausgestaltet, dass er im biometrischen Authentifizierungsmodus eine biometrische Authentifizierung, insbesondere eine Fingerabdruck- oder Gesichtserkennung, des Körperteils auf der Grundlage der Photosignale und der in einem Speicher der elektronischen Erfassungsvorrichtung gespeicherten biometrischen Referenzdaten durchführt.
Der Sender-/Empfängerschaltkreis kann ein Speichermodul umfassen oder mit einem solchen verbunden sein, in dem biometrische Referenzdaten für die Durchführung des eigentlichen Authentifizierungsverfahrens gespeichert werden. Genaue Verfahren zur Analyse der Photosignale und zur Durchführung des Authentifizierungsverfahrens sind ein bekanntes Konzept und werden daher in dieser Offenbarung nicht weiter erläutert.
In einigen Ausführungsformen ist der Sender-/Empfänger-Schaltkreis zur Verarbeitung der Photosignale im Näherungserfassungsmodus so ausgestaltet, dass er einen Abstand zur Grenzfläche ermittelt.
Der Näherungserfassungsmodus kann z.B. zur Ermittlung des Abstands zu einer Hand oder einem Finger eines Benutzers durchgeführt werden. Auf diese Weise kann das Display so ausgestaltet werden, dass es aufleuchtet, wenn sich der Körperteil des Benutzers innerhalb eines bestimmten Grenzabstands von der Displayoberfläche befindet. Auch die Berührungseingabe auf einem Touchscreen kann nur unter diesen Umständen aktiviert werden. Ein zusätzlicher spezieller Näherungssensor ist daher nicht mehr erforderlich.
In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl der Mikro-Photodetektoren im Umgebungslichterfassungsmodus und im Solarzellenmodus so ausgestaltet, dass sie Licht erfassen, das in der Umgebung der elektronischen Erfassungsvorrichtung emittiert wird.
Zusätzlich zum Empfangen des von den Mikro-Lichtemittern reflektierten Lichts können die Mikro-Photodetektoren so ausgestaltet sein, dass sie das Licht in der Umgebung bis hin zur Erfassungsvorrichtung wie das Umgebungslicht erfassen, um Beleuchtungsbedingungen zu ermitteln. Diese Information kann wiederum dazu verwendet werden, die Helligkeit des Displaybildes, d.h. die Emissionsintensität der Mikro-Lichtemitter, zu regulieren. Ein zusätzlicher spezieller Umgebungslichtsensor ist daher nicht mehr erforderlich.
In einigen weiteren Ausführungsformen ist der Sender-Empfänger-Schaltkreis zur Verarbeitung der Photosignale im Umgebungslichterfassungsmodus so ausgestaltet, dass er die Eigenschaften des in der Umgebung ausgestrahlten Lichts ermittelt, insbesondere Helligkeit, Farbtemperatur und/oder spektrale Zusammensetzung.
In einigen weiteren Ausführungsformen ist der Sender-Empfänger-Schaltkreis zur Verarbeitung der Photosignale im Batterieunterstützungsmodus so ausgestaltet, dass er zumindest einen Teil der Photosignale an die elektronische Erfassungsvorrichtung als Energiequelle liefert.
Der Batterieunterstützungsmodus kann eine Solarpanelfunktion realisieren und somit als zusätzliche Stromversorgung zur Unterstützung einer Gerätebatterie dienen. Zu diesem Zweck können die von den Photodetektoren erzeugten Photosignale direkt der Vorrichtung oder einer Komponente der Vorrichtung zugeführt werden.
Zumindest einige der beschriebenen Erfassungsmodi funktionieren in Verbindung mit einander. So können beispielsweise die Umgebungslichterfassung und die Batterieunterstützung gleichzeitig durchgeführt werden. Ebenso kann eine biometrische Authentifizierung parallel zur Näherungserfassung durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Mikro-Lichtemittern Mikro-Infrarotemitter wie Infrarot-Mikro-LEDs oder oberflächenemittierende Laser mit vertikaler Kavität (VCSELS).
Wie oben beschrieben kann es für einige Anwendungen wünschenswert sein, die Emission und/oder Detektion von Licht im Infrarotbereich durchzuführen. So kann beispielsweise eine biometrische Authentifizierung oder eine Näherungserfassung im Infrarotbereich durchgeführt werden, wenn kein Displaybild erzeugt wird, ohne den Benutzer zu stören. Darüber hinaus kann die Leistung einiger Erfassungsmodi von einem begrenzten Wellenlängenbereich im Infrarotbereich profitieren. So können beispielsweise Beleuchtung und Detektion auf einen Wellenlängenbereich um 940 nm beschränkt werden, in dem die biometrische Authentifizierung bei typischerweise geringem Einfluss von Hintergrundlicht zuverlässig durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Erfassungsverfahren gelöst, das eine Vorrichtung mit einem Display verwendet, das eine Displayoberfläche und ein Displaysubstrat aufweist. Das Verfahren umfasst das Emittieren von Licht mittels einer Vielzahl von Mikro-Lichtemittern, die auf einer Oberfläche des Displaysubstrats angeordnet sind, um ein Displaybild auf der Displayoberfläche zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner das Erfassen von Lichtverhältnissen an der Displayoberfläche mittels einer Vielzahl von Mikro-Photodetektoren, die auf der Oberfläche des Displaysubstrats angeordnet sind. Das Verfahren umfasst ferner das Auslesen von Photosignalen, die von den Mikro-Photodetektoren auf der Grundlage des erfassten Lichts erzeugt werden, mittels einer Sender-/Empfängerschaltkreises. Das Verfahren umfasst ferner die Koordinierung der Ansteuerung der Mikro-Lichtemitter und der Mikro-Photodetektoren durch den Sender-/Empfängerschaltkreis und die Verarbeitung der Photosignale gemäß mindestens einem aus einer Liste von Erfassungsmodi.
Weitere Ausführungsformen des Erfassungsverfahrens gemäß dem verbesserten Konzept ergeben sich für den Fachmann aus den oben beschriebenen Ausführungsformen der elektronischen Erfassungsvorrichtung.
Die folgende Beschreibung von Figuren von Ausführungsbeispielen kann Aspekte des verbesserten Konzepts weiter veranschaulichen und erklären. Komponenten und Teile mit jeweils der gleichen Struktur und der gleiche Wirkung sind mit äquivalenten Bezugszeichen versehen. Soweit Komponenten und Teile in verschiedenen Figuren in ihrer Funktion übereinstimmen, wird deren Beschreibung nicht notwendigerweise für jede der folgenden Figuren wiederholt.
In den Figuren:

Die 1 bis 11 zeigen Ausführungsbeispiele eines Displays gemäß dem verbesserten Konzept;
12 zeigt eine Ausführungsform einer Mikro-LED, die in einem Display gemäß dem verbesserten Konzept eingesetzt wird;
Die 13 bis 15 zeigen Ausführungsformen einer Mikro-Photodiode, die in einem Display gemäß dem verbesserten Konzept eingesetzt wird;
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines mobilen Geräts mit einem Display gemäß dem verbesserten Konzept;
17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Displays gemäß dem verbesserten Konzept; und
Die 18 bis 21 zeigen Ausführungsbeispiele einer Erfassungsvorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept.

1 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Displays 1 gemäß dem verbesserten Konzept. Das Display 1 umfasst ein Displaysubstrat 10 mit einer Oberfläche, auf der Pixel 11 angeordnet sind. Die Pixel 11 sind aus Gruppen von lichtemittierenden Subpixeln, die jeweils einen Mikro-Lichtemitter 12 umfassen, und lichteinfangenden Subpixeln, die jeweils einen Mikro-Photodetektor 13 umfassen, ausgebildet. In den in den 1 bis 11 dargestellten Ausführungsformen sind die Mikro-Lichtemitter als Mikro-LEDs und die Mikro-Photodetektoren als Mikro-Photodioden ausgeführt. Es sind jedoch auch alternative Lösungen denkbar, z.B. auf der Grundlage von VCSELs als Emitter und LEDs mit Sperrvorspannung als Detektoren.
Das Displaysubstrat 10 kann ein flexibles Substrat aus Polyimid oder ein FR4-Substrat sein. Ebenso kann das Displaysubstrat 10 ein Siliziumsubstrat sein, z.B. ein Wafer oder ein Teil eines Wafers. Das Displaysubstrat 10 selbst kann aus mehreren Schichten bestehen, z.B. aus Puffer- und Funktionsschichten.
Die Pixel 11 umfassen in dieser Ausführungsform drei Mikro-LEDs 12, z.B. für jede der RGB-Farben, die ein Displaybild erzeugen, und einer einzigen Mikro-Photodiode 13. Andere Zusammensetzungen der Pixel 11 sind jedoch nicht ausgeschlossen und können von der jeweiligen Anwendung abhängen. Außerdem haben nicht alle Pixel 11 des Displays 1 notwendigerweise die gleiche Zusammensetzung von Subpixeln. So enthalten beispielsweise nur die Pixel 11 in einem aktiven Bereich der Display 1 eine Mikro-Photodiode 13. Der aktive Bereich kann jedoch der gesamten Displayoberfläche der Display 1 entsprechen.
Es wird besonders hervorgehoben, dass die schematischen Darstellungen in dieser und in den folgenden Figuren lediglich der Veranschaulichung dienen. Tatsächliche Displays 1 können in der genauen Anordnung der Subpixel sowie in den Abmessungen und der Dichte variieren.
2 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Displays 1, das ähnlich zu dem in 1 dargestellten ist. Im Vergleich zu 1 ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel 11 im aktiven Bereich des Displays 1 zusätzlich einen Infrarotemitter 14 aufweisen. Der Infrarotemitter 14 emittiert ausschließlich oder überwiegend Licht im Infrarotbereich und kann durch eine Infrarot-Mikro-LED oder alternativ durch einen VCSEL realisiert werden. In dieser beispielhaften Ausführungsform setzt sich also jedes Pixel 11 aus drei Mikro-LEDs 12, die im sichtbaren Bereich emittieren, einer Mikro-Photodiode 13, die für infrarotes und optional auch für sichtbares Licht empfindlich ist, und dem Infrarotemitter 14 zusammen. Aber auch in Ausführungsformen mit einem solchen Infrarotemitter 14 können verschiedene Zusammensetzungen der einzelnen Pixel 11 und Anordnungen der Subpixel an die spezifischen Anwendungsanforderungen angepasst werden.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Displays 1 gemäß dem verbesserten Konzept. In dieser Ansicht ist veranschaulicht, dass das Display 1 ferner Leiter 20 und Verdrahtungselemente 21 umfasst, um die Subpixel, z.B. Anode und Kathode der Subpixel, mit einem elektrischen Schaltkreis zu verbinden. Jedes Pixel 11 umfasst beispielsweise Schaltungen zur Ansteuerung der Mikro-LEDs 12 und zum Auslesen der Mikro-Photodiode 13. Die Schaltungen können z. B. auf allen innerhalb einer Funktionsschicht des Displaysubstrats 10 angeordnet sein.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Displays 1, das ähnlich zu dem in 3 dargestellten ist. Im Vergleich zu 3 und ähnlich wie in 2 zeigt die schematische Darstellung Pixel 11, die zusätzlich einen Infrarotemitter 14 aufweisen, der beispielsweise durch einen VCSEL realisiert ist.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Displays 1 ähnlich dem in den 3 und 4 dargestellten, wobei jedoch neben den Mikro-LEDs 12 und dem optionalen Infrarotemitter 14 jeweils eine Mikro-Photodiode 13 angeordnet ist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass die Auflösung der Bilderfassung der Auflösung des von den Mikro-LEDs 12 erzeugten Displaybildes entspricht. Auch hier kann eine solche Anordnung auf einen aktiven Bereich der Display 1 beschränkt werden, der einen Bruchteil der gesamten Displayoberfläche ausmachen oder sich über diese gesamt erstrecken kann.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Displays 1. In dieser Ausführungsform ist ein weiteres Displaysubstrat 15 auf einer vom Displaysubstrat 10 abgewandten Seite der Subpixel angeordnet. Mit anderen Worten bilden das Displaysubstrat 10, die Pixel 11 und das weitere Substrat 15 eine Sandwichstruktur aus. In dieser Ausführungsform sind die Mikro-LEDs 12, die Mikro-Photodioden 13 und optionale, nicht gezeigte Infrarotmetriken 14 mittels Verbindungselementen 17, z.B. Lötpads, mit dem Displaysubstrat 10 gebondet. Die Verbindungselemente 17 können elektrisch leitfähig sein und einen elektrischen Kontakt des jeweiligen Subpixels mit einem Kontaktpad auf der Oberfläche des Displaysubstrats 10 kontaktieren.
Auf der Seite der Subpixel, die dem weiteren Substrat 15 zugewandt ist, was als Eintritts- oder Absorptionsseite der Subpixel bezeichnet werden kann, sind transparente Leiter 16 angeordnet, die einen weiteren elektrischen Kontakt herstellen. Die transparenten Leiter 16 werden beispielsweise durch Dünnfilme aus Indium-Zinnoxid, ITO, realisiert, die auf der Emissions- oder Absorptionsseite der Subpixel aufgewachsen werden.
Das weitere Displaysubstrat 15 kann ein flexibles Substrat sein, z.B. ein Polyimidsubstrat, insbesondere in Ausführungsformen, in denen das Displaysubstrat 10 ein flexibles Substrat ist. Das weitere Displaysubstrat 15 kann alternativ auch ein Glassubstrat sein, das z.B. das Displayglas bildet, in dem das Displaybild ausgebildet wird.
7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Displays 1, ähnlich zu der in 6. Im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform weist diese Ausführungsform zusätzlich einen Verguss 18 auf. Der Verguss 18 kann als Schutz für die aktiven Schaltungen und die Subpixel dienen und dem Display 1 Stabilität verleihen. Der Verguss ist beispielsweise aus einem halbleitenden Material wie einem Oxid, z.B. Siliziumdioxid.
8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Displays 1. In dieser Ausführungsform sind die Mikro-LEDs 12, die Mikro-Photodioden 13 und der optionale nicht dargestellte Infrarotemitter 14 in einen durchsichtigen Verguss 19 eingebettet. Der durchsichtige Verguss 19 kann als Schutz für aktive Schaltungen und für die Subpixel dienen. Der durchsichtige Verguss 19 ist zum Beispiel aus einem Material wie Epoxid, Silikon oder ähnlichem. Die Oberseite des durchsichtigen Verguss 19 kann glatt sein oder eine Topografie aufgrund der Topografie der Mikro-LEDs aufweisen, wie in der Figur übertrieben dargestellt.
9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Displays 1 ähnlich zu der in 6 dargestellten. In dieser Ausführungsform umfasst das Displaysubstrat 10 ein Halbleitersubstrat 10a, z.B. einen Siliziumwafer oder einen vereinzelter Teil des Stadt-kann-Wafers, eine Pufferschicht 10b, z.B. eine Galliumnitrid-Pufferschicht, und eine leitfähige Schicht 10c, die z.B. durch eine bestimmte Dotierung gekennzeichnet ist. Das Displaysubstrat 10 kann in seinen Funktionsschichten aktive und passive Schaltungen umfassen, die erforderlich sind, um die einzelnen Subpixel jedes Pixels 11 anzusprechen, d. h. anzusteuern und auszulesen.
10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Displays 1, die auf der in 9 gezeigten Ausführungsform basiert. Die Ausführungsform von 10 umfasst im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform zusätzlich eine optische Abstandsschicht 22, die auf einer Emissions- oder Absorptionsseite der Subpixel und zwischen den Subpixeln und dem weiteren Displaysubstrat 15 angeordnet ist, das eine Glasplatte oder ein flexibles Substrat, wie ein Polyimidsubstrat, wie oben beschrieben, sein kann.
Die optische Abstandsschicht 22 umfasst absorbierende Elemente 23, die so angeordnet sind, dass eine optische Apertur über den Mikro-LEDs 12, den Mikro-Photodioden 13 und den optionalen Infrarotemittern 14 ausgebildet wird. Dabei können die absorbierenden Elemente 23 auf den aktiven Bereich des Displays 1 beschränkt sein, d. h. auf den Teil des Displays 1, der Pixel 11 mit Mikro-Photodioden 13 umfasst. Die gebildeten optischen Aperturen beschränken den Einfallswinkel des Lichts, das von den Mikro-Photodioden 13 empfangen werden kann, und den Emissionswinkel des von den Mikro-LEDs 12 und den optionalen Infrarotemittern 14 emittierten Lichts. Die optische Abstandsschicht 22 ist aus einem optisch transparenten Material, wie z.B. einem Oxid, während die absorbierenden Elemente 23 aus einem optisch undurchsichtigen Material, wie z.B. einem Metall, sind.
11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Displays 1, die auf der in der vorherigen 10 dargestellten Ausführungsform basiert. Zusätzlich zur vorherigen Ausführungsform umfasst die Ausführungsform von 11 ein Filtersubstrat 24, das auf einer Emissions- oder Absorptionsseite der Subpixel Hand zwischen den Subpixeln und der optischen Abstandsschicht 22 angeordnet ist.
Das Filtersubstrat 24 umfasst Filterelemente 25, die oberhalb der Mikro-Photodioden 13 angeordnet sind, so dass einfallendes Licht ein Filterelement 24 durchqueren muss, bevor es in das Absorptionsmaterial der jeweiligen Mikro-Photodiode 13 eintritt. Bei den Filterelementen 25 handelt es sich zum Beispiel um Infrarotfilter, die überwiegend oder ausschließlich für Infrarotlicht durchlässig sind. Es wird hervorgehoben, dass auch Ausführungsformen, die ein Filtersubstrat 24 mit Filterelementen 25 ohne eine optische Abstandsschicht 22 umfassen, vorgesehen werden können.
12 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Mikro-LED 12, die als Lichtemitter in einem Display 1 gemäß dem verbesserten Konzept eingesetzt wird. Die Mikro-LED 12 umfasst eine Basisschicht 12a, auf der eine Pufferschicht 12b angeordnet ist. Auf der Pufferschicht 12b, von der Basisschicht 12a abgewandt, ist eine Emissionsschicht 12c angeordnet.
Die Basisschicht 12a ist z.B. ein LED-Substrat aus Silizium, während die Pufferschicht 12b z.B. ein Galliumnitrid-Puffer ist. Die Emissionsschicht 12c kann aus Aluminiumnitrid, Aluminiumgalliumnitrid oder Indiumgalliumnitrid sein. Alternative Ausführungsformen der Mikro-LED 12 können aus nur einer oder zwei Schichten bestehen. So kann eine Mikro-LED 12 beispielsweise aus einer Germaniumschicht auf einer Siliziumbasisschicht, einer Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid-Schicht auf einer Gallium-Arsenid-Basisschicht oder einer Indium-Gallium-Arsenid-Schicht auf einer Indium-Phosphid-Basisschicht bestehen. Darüber hinaus sind auch Mikro-LEDs 12 möglich, die lediglich aus einer Germanium- oder Galliumarsenid-Emissionsschicht bestehen. Generell gelten für die Mikro-LED-Technologie die gleichen Möglichkeiten wie für die herkömmliche LED-Technologie.
Die in einem Display 1 gemäß dem verbesserten Konzept eingesetzten Mikro-LEDs 12 sind durch eine Grundfläche kleiner als 0,1 mm², insbesondere kleiner als 100 µm², gekennzeichnet. Beispielsweise sind die Mikro-LEDs 12 durch eine rechteckige oder quadratische Grundfläche mit einer Seitenlänge von 30 um oder weniger gekennzeichnet. Das Gleiche gilt für die Mikro-Photodioden 13.
Die 13 bis 15 zeigen schematische Ansichten von Ausführungsbeispielen einer Mikro-Photodiode 13, die in einem Display 1 gemäß dem verbesserten Konzept zum Einfangen von Licht verwendet wird. Die Mikro-Photodiode 13 umfasst elektrische Kontakte 13a, z.B. eine Anode und eine Kathode, und ein absorbierendes Material 13b. Je nach den Erfordernissen der spezifischen Anwendung können die elektrischen Kontakte 13a in unterschiedlicher Weise angeordnet sein.
Beispielsweise können zwei elektrische Kontakte 13a auf einer Oberseite des absorbierenden Materials 13b angeordnet werden, wie in 13 dargestellt, um eine Anode und eine Kathode zu bilden, die beispielsweise über Verdrahtungselemente 21 mit Kontakten eines integrierten Schaltkreises kontaktiert werden können. Alternativ können, wie in 15 gezeigt, die elektrischen Kontakte 13a und das absorbierende Material 13b eine Sandwichstruktur bilden. Dabei kann ein elektrischer Kontakt 13a auf einer Rückseite der Mikro-Photodiode 13 direkt mit einem Kontaktpad eines integrierten Schaltkreises gebondet, z.B. gelötet werden, der beispielsweise auf oder innerhalb des Displaysubstrats 10 angeordnet ist.
14 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer Mikro-Photodiode 13 ähnlich der Ausführungsform von 13, die darüber hinaus eine Durchkontaktierung 13c (TSV) durch Silizium umfasst, um beispielsweise einen der elektrischen Kontakte 13a mit einer rückseitigen Umverteilungsschicht 13d zu verbinden. Die rückseitige Umverteilungsschicht 13d auf einer Rückseite der Mikro-Photodiode 13 kann direkt mit einem Kontaktpad einer integrierten Schaltung gebondet, z.B. gelötet, sein.
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines mobilen Geräts 3, das ein Display 1 gemäß dem verbesserten Konzept umfasst. Ein aktiver Bereich des Displays, der Pixel 11 mit einer oder mehreren Mikro-Photodioden 13 umfasst, kann einen Teil der Displayoberfläche einnehmen, z.B. die untere Hälfte, wie in 3 als gestrichelter Bereich dargestellt, kann aber auch der gesamten Displayoberfläche entsprechen.
Alternativ kann ein Display 1 gemäß dem verbesserten Konzept auch in anderen Geräten, wie tragbaren Computern, Wearables und Computern, wie dem Infotainment-System in einem Auto, eingesetzt werden.
17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Displays 1 gemäß dem verbesserten Konzept. In dieser Ausführungsform umfasst das Display 1 ferner ein Sender-/Empfängerelement 4, z.B. einen integrierten Sender-/Empfängerschaltkreis, der so ausgestaltet ist, dass er die Vielzahl der lichtemittierenden Display-Subpixel und die Vielzahl der lichteinfangenden Subpixel ansteuert. Insbesondere ist das Sender-/Empfängerelement 4 so ausgestaltet, dass es die Mikro-LEDs 12 so ansteuert, dass sie Licht emittieren, und dass es die Mikro-Photodioden 13 ansteuert, d. h. dass es die durch empfangenes Licht erzeugten Photoströme ausliest. In der Figur sind die Ansteuerung des Sender-/Empfängerelements 4 zum Aussenden von Licht sowie die Emission von Licht E als nach oben gerichtete Pfeile dargestellt, während detektiertes Licht D sowie die Ansteuerung des Sender-/Empfängerelements 4 zum Auslesen von Photoströmen aus den Mikro-Photodioden 13 als nach unten gerichtete Pfeile dargestellt sind.
Das Sender-/Empfängerelement 4 kann so ausgestaltet sein, dass es die Mikro-LEDs 12 und die Mikro-Photodioden 13 synchronisiert ansteuert. Beispielsweise kann das Sender-/Empfängerelement 4 so ausgestaltet sein, dass es Signale aus den Mikro-Photodioden 13 ausliest, während ein Teil der Mikro-LEDs 12, z.B. infrarotemittierende Mikro-LEDs innerhalb eines aktiven Bereichs des Displays 1, so angesteuert wird, dass er Licht emittieren, während eine Emission der übrigen Mikro-LEDs, z.B. Mikro-LEDs, die Licht im sichtbaren Bereich emittieren, deaktiviert ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Sender-/Empfängerelement 4 ein separates Element sein, beispielsweise ein Modul oder ein Chip, das oder der mit der Display 1 gekoppelt ist.
18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Erfassungsvorrichtung 2 gemäß dem verbesserten Konzept. Die elektronische Erfassungsvorrichtung 2 umfasst beispielsweise ein Display 1 gemäß dem verbesserten Konzept. Die Merkmale und Funktionen eines solchen Displays 1 wurden bereits oben beschrieben.
Die Erfassungsvorrichtung 2 umfasst einen Mikro-Lichtemitter, z.B. eine Mikro-LED 12, der so ausgestaltet ist, dass er Licht zur Erzeugung eines Displaybildes auf der Displayoberfläche emittiert. Bei der Displayoberfläche handelt es sich um die Oberseite des weiteren Substrats 15, das z.B. ein Displayglas ist. Die Erfassungsvorrichtung 2 umfasst ferner einen Mikro-Photodetektor, z.B. eine Mikro-Photodiode 13, der so ausgestaltet ist, dass er die Lichtverhältnisse auf der Displayoberfläche detektiert. In alternativen Ausführungsformen kann der Mikro-Photodetektor ein Mikro-Lichtemitter mit Sperrvorspannung sein, z.B. eine Mikro-LED mit Sperrvorspannung. In noch anderen Ausführungsformen kann der Mikro-Lichtemitter auch ein Infrarotemitter 14 sein, z.B. ein VCSEL.
Wie dargestellt wird in dieser Ausführungsform das von der Mikro-LED 12 emittierte Licht E von der Displayoberfläche reflektiert und auf die Mikro-Photodiode 13 gerichtet. Eine Menge des Lichts, das zur Mikro-Photodiode 13 reflektiert R wird, kann von der Grenzfläche abhängen, die durch den Übergang zwischen dem weiteren Substrat 15 und einem die Erfassungsvorrichtung 2 umgebenden Medium, das z.B. Luft ist, gebildet wird. Das Licht wird beispielsweise über eine interne Totalreflexion reflektiert. Das reflektierte Licht R kann so ausgestaltet sein, dass es ein optionales Filterelement 25 durchläuft, bevor es die Mikro-Photodiode 13 erreicht.
Die elektronische Erfassungsvorrichtung 2 umfasst ferner einen Sender-/Empfängerschaltkreis, der beispielsweise auf oder innerhalb des Displaysubstrats 10 angeordnet ist. Neben der Erzeugung des Displaybildes ist der Sender-/Empfängerschaltkreis so ausgestaltet, dass er z.B. als Sender-/Empfänger die Mikro-Lichtemitter und die Mikro-Photodetektoren der elektronischen Erfassungsvorrichtung 2 koordiniert. Das bedeutet, dass der Sender-/Empfänger zumindest einen Teil der Mikro-Lichtemitter, z.B. Infrarotemitter, ansteuert, um während einer Beleuchtungsphase Licht zu emittieren und die Mikro-Photodetektoren anzusteuern, um während einer anschließenden Erfassungsphase Licht zu detektieren.
Darüber hinaus umfasst der Sender-/Empfängerschaltkreis Schaltungen zur Verarbeitung der Photosignale entsprechend mindestens einem der in einer Liste aufgeführten Erfassungsmodi. Beispielsweise ist der Sender-/Empfängerschaltkreis der in 18 gezeigten Erfassungsvorrichtung 2 so ausgestaltet, dass er detektiert, ob die Menge des reflektierten Lichts R variiert oder schwankt, z.B. ob sie reduziert ist. 19 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels der elektronischen Erfassungsvorrichtung 2 von 18 für den Fall, dass ein Objekt, wie z.B. ein Körperteil 30, auf oder über der Displayoberfläche angeordnet ist. Bei dem Körperteil 30 handelt es sich zum Beispiel um einen Finger mit einem Fingerabdruck, der mit dem weiteren Substrat 15 in Kontakt steht.
Durch die Kontaktierung des Körperteils 30 mit dem weiteren Substrat 15 wird die Grenzfläche, an der Licht reflektiert wird, nicht mehr durch einen Übergang zwischen dem weiteren Substrat 15 und Luft gebildet, sondern durch einen Übergang zwischen dem weiteren Substrat 15 und dem Körperteil 30. Aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindexes von z.B. Gewebe im Vergleich zu Luft ist die Bedingung für die Totalreflektion an der Grenzfläche nicht mehr erfüllt. Dies führt dazu, dass zumindest ein Teil des emittierten Lichts E die Grenzfläche durchdringt und vom Körperteil 30 absorbiert wird. Die Absorption wird durch den mit A bezeichneten Pfeil veranschaulicht. Infolgedessen ist die Menge des reflektierten Lichts R in Kombination mit dem Streulicht S, das auf den Mikro-Photodetektor gerichtet ist, im Vergleich zu dem Fall von 18, in dem kein Körperteil 30 vorhanden ist, verringert.
Die Auswertung der Menge des reflektierten Lichts über den aktiven Bereich des Displays 1 kann dazu verwendet werden, den Fingerabdruck eines Fingers zu ermitteln, der beispielsweise durch Rillen mit Teilen, die mit dem weiteren Substrat 15 in Kontakt sind, sowie mit Teilen, bei denen eine gewisse Menge Luft zwischen dem Körperteil 30 und dem weiteren Substrat 15 verbleibt, gekennzeichnet ist.
Alternativ zu der in den 18 und 19 gezeigten Ausführungsform sind ebenfalls Ausführungsformen der Erfassungsvorrichtung 2 denkbar, bei denen die Lichtemitter so angeordnet sind, dass im Wesentlichen kein Licht von der Displayoberfläche zu den Mikro-Photodetektoren reflektiert wird, wenn kein Körperteil auf oder über der Displayoberfläche angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann das emittierte Licht E z.B. annähernd senkrecht zur Displayoberfläche ausgerichtet sein. Solche Ausführungsformen ermöglichen es, Licht zu detektieren, das von Objekten, wie z.B. Körperteilen 30, reflektiert wird, die nicht unbedingt mit dem weiteren Substrat in Kontakt stehen, sondern in einem gewissen Abstand zu diesem angeordnet sind. Diese Ausführungsformen ermöglichen eine Gesichts- oder Handflächenerkennung sowie eine Näherungserfassung, beispielsweise in Fällen, in denen das Objekt nicht mit der Erfassungsvorrichtung 2 in Kontakt gebracht wird.
In weiteren Ausführungsformen, wie z.B. in der Ausführungsform von 20, kann die Erfassungsvorrichtung 2 so ausgestaltet sein, dass im Wesentlichen kein Licht auf die Mikro-Photodetektoren gerichtet wird, wenn sich kein Objekt oder ein Objekt ohne bestimmte Merkmale, wie Blutgefäße oder Schweißkanäle, auf der Displayoberfläche befindet. Bei diesen Ausführungsformen wird das emittierte Licht E vollständig im Objekt, bei dem es sich beispielsweise um einen gefälschten Fingerabdruck handeln kann, absorbiert oder gestreut.
In 21, die dieselbe Ausführungsform der elektronischen Erfassungsvorrichtung 2 wie in 20 zeigt, umfasst der auf der Displayoberfläche befindliche Körperteil 30 einen Kanal 31, der eine Blutgefäßstruktur oder ein Schweißkanal sein kann. Aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes des Körperteils 30 selbst und des Kanals 31 kann das emittierte Licht E so ausgestaltet sein, dass es an dieser Grenzfläche reflektiert und auf den Mikro-Photodetektor gerichtet wird. Diese Ausführungsformen ermöglichen neben der biometrischen Authentifizierung eines Fingerabdrucks auch die Überprüfung, ob ein lebender Finger zu authentifizieren ist. Ebenso kann eine Strukturierung der Kanäle 31 als zusätzliches biometrisches Merkmal für die Authentifizierung gemessen und ausgewertet werden.
Insbesondere bei diesen Ausführungsformen ist eine Beleuchtung mit infrarotem Licht vorteilhaft, da dieses in der Lage ist, z.B. menschliches Gewebe zu durchdringen. Daher sind die Mikro-Photodetektoren so angeordnet, dass das von Infrarotemittern emittierte und von den Kanälen 31 reflektierte Licht detektiert werden kann.
Auch diese Ausführungsform ist leicht denkbar, um Objekte zu detektieren, die nicht unbedingt mit der Displayoberfläche in Kontakt sind, sondern sich in einem gewissen Abstand zu dieser befinden. So kann beispielsweise eine Gesichts- oder Handflächenerkennung ebenfalls auf diese Weise durchgeführt werden.
Exakte Verfahren zur Analyse der Photosignale und zur Durchführung von Authentifizierungsprozessen sowie die Durchführung der Näherungsdetektion sind ein bekanntes Konzept und werden daher in dieser Offenbarung nicht weiter erläutert.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsformen einer Erfassungsvorrichtung 2 sowohl für die Erfassung von Umgebungslicht als auch für einen Solarzellenmodus verwendet werden können, bei dem die von den Mikro-Photodetektoren erzeugten Photosignale an Komponenten der Erfassungsvorrichtung 2 als zusätzliche Stromversorgung geliefert werden, was eine Batterieunterstützung realisiert.
Die hier offenbarten Ausführungsformen des Displays und der Erfassungsvorrichtung wurden erörtert, um den Leser mit den neuen Aspekten der Idee vertraut zu machen. Obwohl bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, können viele Änderungen, Modifikationen, Äquivalente und Substitutionen der offenbarten Konzepte von einem Fachmann vorgenommen werden, ohne unnötig vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.
Insbesondere ist die Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt und gibt Beispiele für viele mögliche Alternativen für die in den diskutierten Ausführungsformen enthaltenen Merkmale. Es ist jedoch beabsichtigt, dass jede Modifikationen, Äquivalente und Substitutionen der offenbarten Konzepte in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche aufgenommen werden.
Merkmale, die in separaten abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, können vorteilhaft kombiniert werden. Außerdem sind die in den Ansprüchen verwendeten Bezugszeichen nicht so zu verstehen, dass sie den Umfang der Ansprüche einschränken.
Außerdem schließt der hier verwendete Begriff „umfassend“ andere Elemente nicht aus. Darüber hinaus soll der hier verwendete Artikel „ein“ ein oder mehrere Komponenten oder Elemente umfassen und ist nicht so zu verstehen, dass er nur eines bedeutet.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, ist es keinesfalls beabsichtigt, dass ein hierin beschriebenes Verfahren so ausgelegt wird, dass seine Schritte in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Wenn in einem Verfahrensanspruch keine Reihenfolge der Schritte angegeben ist oder in den Ansprüchen oder Beschreibungen nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass die Schritte auf eine bestimmte Reihenfolge zu beschränken sind, soll daraus keinesfalls auf eine bestimmte Reihenfolge geschlossen werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der europäischen Patentanmeldung 20192160.8 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: Display
2: Erfassungsvorrichtung
3: mobiles Gerät
4: Sender-/Empfängerelement
10: Displaysubstrat
10a: Halbleitersubstrat
10b: Pufferschicht
10c: leitfähige Schicht
11: Pixel
12: Mikro-LED
12: Basisschicht
12b: Pufferschicht
12c: Emissionsschicht
13: Mikro-Photodiode
13a: elektrischer Kontakt
13b: absorbierendes Material
13c: Durchkontaktierung durch Silizium
13d: rückseitige Umverteilungsschicht
14: Infrarotemitter
15: weiteres Substrat
16: durchsichtiger Leiter
17: Verbindungselement
18: Verguss
19: klarer Verguss
20: Leiter
21: Verdrahtung
22: optischer Abstandhalter
23: absorbierendes Element
24: Filtersubstrat
25: Filterelement
30: Körperteil
31: Kanal
A: Absorption
D: Detektion
E: Emission
R: Reflexion
S: Streuung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 20192160 [0125]

Claims

Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) umfassend - ein Display (1) mit einer Displayoberfläche und einer Vielzahl von Mikro-Lichtemittern (12), die so ausgestaltet sind, dass sie Licht zur Erzeugung eines Displaybildes auf der Displayoberfläche emittieren; - eine Vielzahl von Mikro-Photodetektoren (13), die so ausgestaltet sind, dass sie die Lichtverhältnisse auf der Displayoberfläche detektieren; und - einen Sender-/Empfängerschaltkreis, der so ausgestaltet ist, dass er - die Mikro-Lichtemitter (12) so ansteuert, dass sie Licht emittieren; - die Mikro-Photodetektoren (13) so ansteuert, dass sie Licht detektieren und auf der Grundlage des detektierten Lichts Photosignale erzeugen; - die Ansteuerung der Mikro-Lichtemitter (12) und der Mikro-Photodetektoren (13) koordiniert; und - die Photosignale gemäß mindestens einem aus einer Liste von Erfassungsmodi verarbeitet; - wobei die Vielzahl von Mikro-Lichtemittern (12) und die Vielzahl von Mikro-Photodetektoren (13) auf einer Oberfläche eines Displaysubstrats angeordnet sind.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 1, wobei die Liste der Erfassungsmodi mindestens einen der folgenden umfasst: - einen biometrischer Authentifizierungsmodus; - einen Näherungserfassungsmodus; - einen Umgebungslichterfassungsmodus; und - einen Batterieunterstützungsmodus.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 2, wobei im biometrischen Authentifizierungsmodus und im Näherungserfassungsmodus die Vielzahl von Mikro-Photodetektoren (13) so ausgestaltet ist, dass sie Licht erfassen, das von mindestens einem Teil der Mikro-Lichtemitter (12) emittiert und von einer Grenzfläche reflektiert wird, die durch ein Körperteil (30), der sich auf oder über der Displayoberfläche befindet, eines Benutzers definiert ist.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 3, wobei der Körperteil (30) des Benutzers ein Gesicht, eine Handfläche oder ein Finger ist.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Grenzfläche durch eine Blutgefäßstruktur und/oder durch eine Schweißkanalstruktur (31) des Körperteils (30) definiert ist.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei im biometrischen Authentifizierungsmodus die Steuereinheit zur Verarbeitung der Photosignale so ausgestaltet ist, dass sie eine biometrische Authentifizierung, insbesondere eine Fingerabdruck- oder Gesichtserkennung, des Körperteils (30) auf der Grundlage der Photosignale und der in einem Speicher der elektronischen Erfassungsvorrichtung (2) gespeicherten biometrischen Referenzdaten durchführt.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei im Näherungserfassungsmodus die Steuereinheit zur Verarbeitung der Photosignale so ausgestaltet ist, dass sie einen Abstand zur Grenzfläche ermittelt.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei im Umgebungslichterfassungsmodus und im Solarzellenmodus die Vielzahl von Mikro-Photodetektoren (13) so ausgestaltet ist, dass sie Licht erfassen, das in einer Umgebung der elektronischen Erfassungsvorrichtung (2) emittiert wird.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 8, wobei im Umgebungslichterfassungsmodus die Steuereinheit zur Verarbeitung der Photosignale so ausgestaltet ist, dass sie Merkmale des in der Umgebung emittierten Lichts ermittelt, insbesondere Helligkeit und/oder spektrale Zusammensetzung.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei im Batterieunterstützungsmodus die Steuereinheit zur Verarbeitung der Photosignale so ausgestaltet ist, dass sie zumindest einen Teil der Photosignale der elektronischen Erfassungsvorrichtung (2) als Energiequelle zur Verfügung stellt.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vielzahl von Mikro-Lichtemittern (12) Mikro-Infrarotemitter (14) wie Infrarot-Mikro-LEDs oder oberflächenemittierende Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) umfasst.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Grundfläche der Mikro-Lichtemitter (12) 80% - 120% der Grundfläche der Mikro-Photodetektoren (13) beträgt.
Elektronische Erfassungsvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Grundfläche der Mikro-Lichtemitter (12) und der Mikro-Photodetektoren (13) kleiner als 0,1 mm², insbesondere kleiner als 100 µm² ist.
Erfassungsverfahren unter Verwendung einer Erfassungsvorrichtung (2) aufweisend ein Display (1) mit einer Displayoberfläche und einem Displaysubstrat, wobei das Verfahren umfasst - Emittieren von Licht mittels einer Vielzahl von Mikro-Lichtemittern (12), die auf einer Oberfläche des Displaysubstrats angeordnet sind, um ein Displaybild auf der Displayoberfläche zu erzeugen; - Erfassen der Lichtverhältnisse an der Displayoberfläche mittels einer Vielzahl von Mikro-Photodetektoren (13), die auf der Oberfläche des Displaysubstrats angeordnet sind; - Auslesen von Photosignalen, die von den Mikro-Photodetektoren (13) auf der Grundlage des erfassten Lichts erzeugt werden, mittels eines Sender-/Empfängerschaltkreises; - Koordinieren der Ansteuerung der Mikro-Lichtemitter (12) und der Mikro-Photodetektoren (13) mittels des Sende-/Empfängerschaltkreises; und - Verarbeiten der Photosignale gemäß mindestens einem aus einer Liste von Erfassungsmodi.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Liste der Erfassungsmodi mindestens einen der folgenden umfasst: - einen biometrischer Authentifizierungsmodus; - einen Näherungserfassungsmodus; - einen Umgebungslichterfassungsmodus; und - einen der Batterieunterstützungsmodus.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei das Erfassen der Lichtverhältnisse an der Displayoberfläche das Detektieren von Licht von den Mikro-Lichtemittern (12) durch Reflexion an der Displayoberfläche, insbesondere durch interne Totalreflexion, umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Erfassen von Lichtverhältnissen an der Displayoberfläche das Detektieren von Licht umfasst, das in einer Umgebung der elektronischen Erfassungsvorrichtung (2) emittiert wird.