EP3710920A1 - Dispositif integrant un capteur d'image et un ecran d'affichage - Google Patents

Dispositif integrant un capteur d'image et un ecran d'affichage

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EP3710920A1
EP3710920A1 EP18827149.8A EP18827149A EP3710920A1 EP 3710920 A1 EP3710920 A1 EP 3710920A1 EP 18827149 A EP18827149 A EP 18827149A EP 3710920 A1 EP3710920 A1 EP 3710920A1
Authority
EP
European Patent Office
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layer
screen
image sensor
sensor
display screen
Prior art date
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Pending
Application number
EP18827149.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benjamin BOUTHINON
Richun Fei
Agathe Puszka
Quentin CHABLE
Pierre Muller
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Isorg SA
Original Assignee
Isorg SA
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
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    • G06F1/1656—Details related to functional adaptations of the enclosure, e.g. to provide protection against EMI, shock, water, or to host detachable peripherals like a mouse or removable expansions units like PCMCIA cards, or to provide access to internal components for maintenance or to removable storage supports like CDs or DVDs, or to mechanically mount accessories
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    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1318—Sensors therefor using electro-optical elements or layers, e.g. electroluminescent sensing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04107—Shielding in digitiser, i.e. guard or shielding arrangements, mostly for capacitive touchscreens, e.g. driven shields, driven grounds

Definitions

  • the present description generally relates to electronic devices and, more particularly, to devices comprising a display screen and an image sensor.
  • the present description applies more particularly to electronic devices in which the image sensor has a function of a fingerprint sensor.
  • EP-A-2 458 482 discloses an array of pixels in which an EMI filter is provided which covers data lines and is interposed between a read line and a data line.
  • the EMI filter is an open mesh.
  • One embodiment provides for reducing all or part of the disadvantages of the known techniques of integrating an image sensor serving as a fingerprint sensor under a display screen.
  • One embodiment provides a solution compatible with the integration of the sensor under all or part of the screen.
  • One embodiment provides a solution particularly suitable for OLED screens.
  • an embodiment provides a device having a display screen and an image sensor, wherein a first electromagnetic shielding light permeable layer is disposed between active portions of the screen and active portions of the sensor. image.
  • the image sensor is a fingerprint sensor.
  • the first layer is intended to be connected, preferably connected, to a mass of the device.
  • a second electromagnetic shielding layer intended to be connected, preferably connected to a mass of the device is arranged between the image sensor and an electronic card.
  • said first layer is made of metal, preferably gold, and has a thickness of less than 10 nm, preferably less than 5 nm.
  • said first layer is made of metal oxide, preferably an indium tin oxide (ITO), and has a thickness of less than 100 ⁇ m.
  • ITO indium tin oxide
  • said first layer is made of transparent conductive polymer, preferably PEDOT: PSS, and has a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the first transparent polymer layer is full plate.
  • said first layer integrates a network of silver nanowires.
  • the surface of said first layer corresponds at least to the facing surface between the screen and the sensor.
  • said first layer is disposed between an optical filter and a support of the screen.
  • said first layer is disposed between an optical filter and an encapsulation layer of the sensor.
  • said first layer is integrated in an optical filter interposed between the sensor and the screen.
  • One embodiment provides a display screen, wherein said first layer is formed between an insulating support of the screen and a substrate from which the screen components are formed.
  • One embodiment provides a display screen, wherein said first layer is formed between a substrate from which the screen components are formed and a buffer layer separating said substrate from a semiconductor stack producing transistors.
  • One embodiment provides an image sensor, wherein said first layer is formed between a transparent layer defining photodiode electrodes of the sensor and an overlying encapsulation layer.
  • One embodiment provides a mobile phone having at least one device as described.
  • One embodiment provides a connected watch comprising at least one device as described.
  • One embodiment provides a touch pad having at least one device as described.
  • One embodiment provides a computer comprising at least one device as described.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an embodiment of an electronic device incorporating an image sensor behind a display screen
  • FIG. 2 is a schematic and partial sectional view of an exemplary embodiment of an OLED type display screen
  • Figure 3 shows, schematically and partially, in section, an embodiment of an image sensor
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of an electronic device incorporating a screen and an image sensor
  • FIG. 5 illustrates another embodiment of an electronic device integrating a screen and an image sensor
  • FIG. 6 illustrates another embodiment of an electronic device incorporating a screen and an image sensor
  • FIG. 7 illustrates another embodiment of an electronic device incorporating a screen and an image sensor
  • FIG. 8 illustrates another embodiment of an electronic device incorporating a screen and an image sensor
  • Figure 9 illustrates another embodiment of an electronic device incorporating a screen and an image sensor. detailed description
  • a display screen for example an organic light-emitting diode (OLED) -type screen, is generally integrated in an electronic device of the mobile phone, connected watch, tablet or computer type, and is reported on an electronic board (board) carrying the electronic components of the device.
  • a copper layer is then generally attached to the back of the screen and is connected to the ground to reduce the electromagnetic interference between the screen and the electronic components.
  • a particular shielding layer having the property of allowing light to pass to the image sensor.
  • the layer for reducing the electromagnetic disturbances, carried by the electronic card is maintained but is offset under the image sensor.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an embodiment of an electronic device incorporating a fingerprint sensor behind a display screen. According to this embodiment, shown in a simplified manner, the device comprises successively, from the outside (the upper face):
  • a display screen 1, preferably of the OLED type; a layer 3, conductive and permeable to light, intended to be electrically connected, preferably connected, to a mass of the device;
  • an electronic card 7 carrying various components (not shown), functions of the destination of the electronic device.
  • the screen does not necessarily cover the entire surface of the electronic card, typically if the screen is smaller than the electronic card. The opposite is also possible (electronic card smaller than the screen).
  • the presence of the layer 3 reduces the noise coming from the screen 1 and in particular the electronic elements that it contains.
  • the layer 3 provides an electromagnetic shielding function between the active parts of the screen 1 and the active parts of the image sensor 5. As this layer 3 is permeable to light (the layer 3 is preferably transparent), it does not interfere with the operation of the image sensor 5.
  • the layer 3 is disposed between the active elements (capturing the light) of the image sensor and the electronic components (generating switching noise) of the screen.
  • the conductive layer 3 is sufficiently thin, preferably of a thickness less than 100 ⁇ m, and more preferably less than a few ⁇ m, to remain compatible with integration with an integrated footprint sensor under a flat screen, preferably of the OLED type, without increasing the overall thickness too much.
  • the layer 3 is preferably made of a material chosen from:
  • a metal preferably gold, which is sufficiently thin (with a thickness of less than 10 nm, preferably less than 5 nm) to be transparent while maintaining, at this small thickness, conductive properties which are sufficient for a function of shielding;
  • a metal oxide for example an indium tin oxide (ITO);
  • ITO indium tin oxide
  • a conductive polymer having a thickness of less than 10 ⁇ m preferably of the PEDOT: PSS type (mixture of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and of sodium polystyrene sulphonate), which has the advantage of being already used in the manufacture of image sensors covered by this description;
  • the layer transparent conductive 3 may however be integrated at different levels of the display screen 1 or the image sensor 5, especially in embodiments where it is intended to perform both (screen and sensor) separately and then postpone the screen 1 on the image sensor 5, itself reported on the electronic card 7.
  • FIG. 2 is a schematic and partial cross-section of an embodiment of a screen display 1 of the OLED type.
  • Figure 2 shows only one display pixel.
  • Such a screen 1 generally comprises successively:
  • PET polyethylene terephthalate
  • a substrate 13 (generally flexible for OLED screens) made of an insulating material, for example polyimide;
  • a buffer layer (insulating) between the active levels of the transistors and the underlying layers 11 and 13;
  • a semiconductor stack 17 producing the individual control transistors of each pixel of the screen, this stack being, for example, symbolized in FIG. 2 by gate conductors 171, a gate dielectric layer 173, regions 175 of drain and source separated by active regions 179 (for example polysilicon or zinc-gallium-indium oxide (IGZO)) and a passivation layer 177;
  • gate conductors 171 a gate dielectric layer 173, regions 175 of drain and source separated by active regions 179 (for example polysilicon or zinc-gallium-indium oxide (IGZO)) and a passivation layer 177;
  • a transmission stack 19 carrying out the actual transmission, symbolized in FIG. 2 by pixelated emission zones 191 in a passivation layer 193 surmounted by a cathode 195, the drain or source layer 175 of the stack 17 defining the anode of each pixel;
  • an optional tactile layer 23 (present in the touch screens);
  • the transistors may be organic or inorganic (for example, amorphous silicon-based transistors based on metal oxide, for example zinc oxide -gallium-indium (IGZO), based on polycrystalline silicon, for example at low temperature (LTPS), etc.).
  • IGZO zinc oxide -gallium-indium
  • LTPS low temperature
  • FIG. 2 is an example and other conventional screen structures, OLED or not, may be used for the implementation of the described embodiments.
  • FIG. 3 is a schematic and partial sectional view of an exemplary embodiment of an image sensor 5. The case of a sensor based on organic materials as described in the aforementioned publications is assumed. Figure 3 represents only one pixel of the image sensor.
  • Such a sensor 5 generally comprises:
  • a substrate 51 for example glass in the case of a rigid sensor, or polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) or cycloolefin polymer (COP) or another polymer in the case of a flexible sensor, especially when the sensor 5 is derived from a manufacturing technology by printing;
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • COP cycloolefin polymer
  • An active stack 53 of sensors consisting of transistors (gate 531, gate dielectric 533, active region 535, source 537, drain 539), the active region being for example based on amorphous silicon, on metal oxide, for example on zinc-gallium-indium oxide (IGZO), polycrystalline silicon for example at low temperature (LTPS), or transistors being thin-film organic transistors (OTFTs);
  • transistors gate 531, gate dielectric 533, active region 535, source 537, drain 539
  • the active region being for example based on amorphous silicon, on metal oxide, for example on zinc-gallium-indium oxide (IGZO), polycrystalline silicon for example at low temperature (LTPS), or transistors being thin-film organic transistors (OTFTs);
  • a dielectric layer 55 isolating the stack 53 from a layer of first electrodes 57 with a rear face of photodiodes, generally connected to the drains 539 of the transistors;
  • An encapsulation layer 62 An encapsulation layer 62;
  • a layer 63 preferably constituting an optical filter for angular selection of the excitation signals of the image sensor.
  • layers of adhesive are present between layers 61 and 62 and between layers 62 and 63.
  • FIG. 3 is an example and other image sensor structures may be used for the implementation of the described embodiments.
  • the optical filter 63 can be made separately from the image sensor 5.
  • FIGS. 2 and 3 schematically illustrate screen structures and sensor whose operation is in itself usual and is not detailed.
  • the layer 3 conductive and transparent, connected to ground, can be provided at different levels of the stacked structure of a screen and an image sensor.
  • Figures 4, 5, 6, 7 and 8 illustrate different embodiments of this layer 3 according to its arrangement in the stack.
  • These figures show, as specific embodiments, the structures illustrated in Figures 2 and 3 with respect to the screen and the image sensor.
  • the layers taken from these structures are, for simplicity, symbolized by a single layer to which the references of the different layers of FIG. 2 or FIG. 3 it contains.
  • an additional layer of metal shielding 9, preferably copper between the image sensor (under its substrate 51) and the electronic card 7.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of an electronic device integrating a screen 1 and an image sensor 5.
  • the layer 3, conductive and transparent, connected to the ground, is present between the layer 11 of transparent PET of the screen 1 and the optical filter 63.
  • the embodiment of the layer 3 can then be part of manufacturing process of the screen 1, that of the sensor 5 if the filter 63 is made with the sensor, or the filter 63.
  • FIG. 5 illustrates another embodiment of an electronic device integrating a screen 1 and an image sensor 5.
  • the layer 3, conductive and transparent, connected to the ground, is formed between the insulating support 11 of the screen 1 and the flexible substrate 13 from which are formed the components of the screen, the substrate 13 being transparent.
  • Figure 6 illustrates another embodiment of an electronic device incorporating a screen and an image sensor.
  • the layer 3 conductive and transparent, connected to the ground, is formed between the substrate 13 and the buffer layer 15.
  • FIG. 7 illustrates another embodiment of an electronic device integrating a screen 1 and an image sensor
  • the layer 3, conductive and transparent, connected to ground, is arranged between the encapsulation layer 62 of the sensor 5 and the optical filter 63.
  • a particularly simple embodiment is then to coat the encapsulation layer 62 of the sensor with a layer 3 in PEDOT: PSS, the manufacturing process of the sensor already in the technologies more particularly targeted by the present description, a step of depositing a PEDOT: PSS.
  • the embodiment of the layer 3 is part of the manufacturing process of the filter 63 if this is done independently of the sensor 5.
  • FIG. 8 illustrates another embodiment of an electronic device incorporating a screen 1 and an image sensor 5.
  • the layer 3 conductive and transparent, connected to ground, is formed between the electrode layer 61 of photodiodes and the encapsulation layer 62 of the sensor 5.
  • grounding of the shielding layer 3 may be effected by a ground connection at the display screen 1, at the image sensor 5 , and / or at the level of the electronic card 7.
  • FIG. 9 illustrates yet another embodiment of an electronic device incorporating a screen 1, an optical filter 63 and an image sensor 5.
  • the conductive and transparent layer 3, connected to the ground, is part of the optical filter 63 being embedded in the structure thereof.
  • this mesh is connected to ground in order to carry out the shielding 3.
  • the layer 3 may occupy a smaller area than the surface of the screen 1, provided that its surface covers the sensor 5 at least next to the screen 1.
  • the layer 3 may therefore be of a different surface the surface of the sensor 5 and / or the surface of the screen 1 provided to cover the area between the two.
  • the layer 3 is made of transparent polymer, preferably PEDOT: PSS
  • PEDOT: PSS transparent polymer
  • Such an embodiment is particularly interesting in the context of the realization of a fingerprint sensor where the meshed shielding structures may deteriorate the signal / noise ratio of the sensor.
  • An advantage of the embodiments described is that they are compatible with the usual techniques for manufacturing the screen 1 and the image sensor 5.
  • the insertion of the shielding layer 3, whether in the the manufacturing process of the screen (FIG. 5 or 6), in the manufacturing process of the image sensor (FIG. 7 or 8) or between the screen and the image sensor (FIG. 4), does not modify the active regions of the screen and the image sensor.
  • Another advantage of the embodiments described is that they remain compatible with the use of a copper shield between the sensor / screen assembly and the electronic card.
  • a device incorporating an image sensor 5 and a display screen 1 with the interposition of a conductive and transparent ITO shielding layer 3 has been produced in accordance with the embodiment of FIG. Figure 4 (layer 3 between the optical filter 63 and the substrate 11).
  • the layer 3 has been connected to the ground of the electronic control circuits of the screen (mass of the circuits of the layer 17) and to the mass of the electronic reading circuits of the sensor (connected to the ground of the electronic card 7). Measurements were made by displaying a white image on the screen and noise and signal-to-noise measurements were made at the sensor for a black object and a reflective object placed on the screen with and without shielding layer.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un dispositif comportant un écran d'affichage (1) et un capteur d'image (5), dans lequel une première couche perméable à la lumière (3) de blindage électromagnétique est disposée entre des parties actives de l'écran et des parties actives du capteur d'image.

Description

DISPOSITIF INTEGRANT UN CAPTEUR D’IMAGE ET UN ECRAN D’AFFICHAGE
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français 17/60719 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine
La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques et, plus particulièrement, les dispositifs comprenant un écran d'affichage et un capteur d'image. La présente description s'applique plus particulièrement aux dispositifs électroniques dans lesquels le capteur d'image a une fonction de capteur d'empreinte digitale.
État de 11 art antérieur
De nombreux ordinateurs, tablettes tactiles, téléphones portables, montres connectées, sont équipés d'un écran d'affichage tactile ou non et d'une caméra. Nombreux sont également les dispositifs de ce type également équipés d'un capteur d'empreinte digitale. Ce capteur d'empreinte est généralement disposé hors de la surface occupée par l'écran d'affichage.
Plus récemment, on a vu apparaître des capteurs d'image imprimés, susceptibles d'être utilisés en périphérie, voire sous un écran d'affichage. Cette technologie de capteurs d'image est décrite, par exemple dans les documents FR-A-2996933, WO-A-2015- 0293661 (B12003) . L'apparition de cette technologie a ouvert la porte à l'intégration, dans un dispositif électronique, d'un capteur d'empreinte, réalisé sous la forme d'un capteur d'image, sous un écran d'affichage.
Il serait souhaitable d'améliorer la réalisation d'un tel dispositif intégrant capteur d'empreinte digitale et écran d' affichage .
Le document EP-A-2 458 482 décrit un réseau de pixels dans lequel est prévu un filtre EMI qui recouvre des lignes de données et est intercalé entre une ligne de lecture et une ligne de données. Le filtre EMI constitue un grillage ajouré.
Le document US-A-2008/0084526 prévoit un écran avec un conducteur maillé formant écran de blindage.
Résumé
Un mode de réalisation prévoit de réduire tout ou partie des inconvénients des techniques connues d'intégration d'un capteur d'image servant de capteur d'empreinte digitale sous un écran d'affichage.
Un mode de réalisation prévoit une solution compatible avec l'intégration du capteur sous toute ou partie de l'écran.
Un mode de réalisation prévoit une solution particulièrement adaptée aux écrans OLED.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif comportant un écran d'affichage et un capteur d'image, dans lequel une première couche perméable à la lumière de blindage électromagnétique est disposée entre des parties actives de l'écran et des parties actives du capteur d'image.
Selon un mode de réalisation, le capteur d'image est un capteur d'empreinte digitale.
Selon un mode de réalisation, la première couche est destinée à être reliée, de préférence connectée, à une masse du dispositif.
Selon un mode de réalisation, une deuxième couche de blindage électromagnétique, destinée à être reliée, de préférence connectée, à une masse du dispositif, est disposée entre le capteur d' image et une carte électronique .
Selon un mode de réalisation, ladite première couche est en métal, de préférence en or, et présente une épaisseur inférieure à 10 nm, de préférence inférieure à 5 nm.
Selon un mode de réalisation, ladite première couche est en oxyde métallique, de préférence un oxyde d'indium et d'étain (ITO), et présente une épaisseur inférieure à 100 ym.
Selon un mode de réalisation, ladite première couche est en polymère conducteur transparent, de préférence en PEDOT:PSS, et présente une épaisseur inférieure à 10 ym.
Selon un mode de réalisation, la première couche en polymère transparent est pleine plaque.
Selon un mode de réalisation, ladite première couche intègre un réseau de nanofils d'argent.
Selon un mode de réalisation, la surface de ladite première couche correspond au moins à la surface en regard entre l'écran et le capteur.
Selon un mode de réalisation, ladite première couche est disposée entre un filtre optique et un support de l'écran.
Selon un mode de réalisation, ladite première couche est disposée entre un filtre optique et une couche d'encapsulation du capteur .
Selon un mode de réalisation, ladite première couche est intégrée à un filtre optique intercalé entre le capteur et 1' écran.
Un mode de réalisation prévoit un écran d'affichage, dans lequel ladite première couche est formée entre un support isolant de l'écran et un substrat à partir duquel sont formés les composants de l'écran.
Un mode de réalisation prévoit un écran d'affichage, dans lequel ladite première couche est formée entre un substrat à partir duquel sont formés les composants de l'écran et une couche tampon séparant ce substrat d'un empilement semiconducteur réalisant des transistors. Un mode de réalisation prévoit un capteur d'image, dans lequel ladite première couche est formée entre une couche transparente définissant des électrodes de photodiodes du capteur et une couche d'encapsulation surjacente.
Un mode de réalisation prévoit un téléphone mobile comportant au moins un dispositif tel que décrit.
Un mode de réalisation prévoit une montre connectée comportant au moins un dispositif tel que décrit.
Un mode de réalisation prévoit une tablette tactile comportant au moins un dispositif tel que décrit.
Un mode de réalisation prévoit un ordinateur comportant au moins un dispositif tel que décrit.
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un capteur d'image derrière un écran d'affichage ;
la figure 2 représente, de façon schématique et partielle, en coupe, un exemple de réalisation d'un écran d'affichage de type OLED ;
la figure 3 représente, de façon schématique et partielle, en coupe, un exemple de réalisation d'un capteur d' image ;
la figure 4 illustre un mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran et un capteur d'image ;
la figure 5 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran et un capteur d'image ;
la figure 6 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran et un capteur d'image ;
la figure 7 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran et un capteur d'image ; la figure 8 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran et un capteur d'image ; et
la figure 9 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran et un capteur d'image. Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation qui vont être décrits ont été représentés et seront détaillés. En particulier, le fonctionnement de l'écran d'affichage et du capteur d'empreinte n'a pas été détaillé, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les écrans et capteurs usuels. De plus, les autres constituants du dispositif électronique intégrant un écran d'affichage et un capteur d'image n'ont pas non plus été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les autres constituants usuels des dispositifs électroniques à écran d'affichage.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans élément intermédiaire autre que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être directement reliés (connectés) ou reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence aux termes « approximativement », « environ » et « de l'ordre de », cela signifie à 10 % près, de préférence à 5 % près.
Par ailleurs, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence, sauf précision contraire, à l'orientation des figures.
Un écran d'affichage, par exemple un écran de type à diodes électroluminescentes organiques (OLED - Organic Light- Emitting Diodes) , est généralement intégré dans un dispositif électronique de type téléphone mobile, montre connectée, tablette tactile, ordinateur, en étant rapporté sur une carte électronique (board) portant les composants électroniques du dispositif. Une couche de cuivre est alors généralement rapportée en face arrière de l'écran et est connectée à la masse pour réduire les perturbations électromagnétiques entre l'écran et les composants électroniques .
La présence de cette couche de cuivre et sa localisation posent problème pour l'intégration d'un capteur d'image sous l'écran d'affichage. Ce problème est particulièrement critique pour l'intégration d'un capteur d'image à des fins de capteur d'empreinte digitale. En effet, le fonctionnement de l'écran engendre un bruit élevé sur le signal capté par le capteur d'image. On pourrait penser éteindre l'écran pendant des périodes où l'on souhaite utiliser le capteur d'image. Toutefois, dans une application à un capteur d'empreinte, il est préférable de conserver l'écran allumé afin d'éclairer le doigt posé sur 1' écran.
Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit d'intercaler, entre l'écran d'affichage et le capteur d'empreinte digitale, une couche de blindage particulière ayant pour propriété de laisser passer la lumière jusqu'au capteur d'image. De préférence, la couche servant à réduire les perturbations électromagnétiques, portée par la carte électronique, est maintenue mais est déportée sous le capteur d'image.
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un capteur d'empreinte digitale derrière un écran d'affichage. Selon ce mode de réalisation, représenté de façon simplifiée, le dispositif comporte successivement, depuis l'extérieur (la face supérieure) :
- un écran d'affichage 1, de préférence de type OLED ; - une couche 3, conductrice et perméable à la lumière, destinée à être électriquement reliée, de préférence connectée, à une masse du dispositif ;
- un capteur d' image 5 ; et
- une carte électronique 7 portant divers composants (non représentés), fonctions de la destination du dispositif électronique.
De préférence, une couche conductrice 9, préférentiellement en cuivre, est intercalée entre le capteur d'image 5 et la carte électronique 7, et est connectée à la masse du dispositif. L'écran ne recouvre pas nécessairement toute la surface de la carte électronique, typiquement si l'écran est plus petit que la carte électronique. L'inverse est également possible (carte électronique plus petite que l'écran).
Pour simplifier, le reste des éléments du dispositif électronique (boîtier, boutons, batterie, caméra, etc.) n'a pas été représenté dans la mesure où les modes de réalisation décrits sont compatibles avec ces différents éléments.
La présence de la couche 3 réduit le bruit provenant de l'écran 1 et notamment des éléments électroniques qu'il contient. La couche 3 assure une fonction de blindage électromagnétique entre les parties actives de l'écran 1 et les parties actives du capteur d'image 5. Comme cette couche 3 est perméable à la lumière (la couche 3 est de préférence transparente) , elle ne gêne pas le fonctionnement du capteur d' image 5. La couche 3 est disposée entre les éléments actifs (captant la lumière) du capteur d'image et les composants électroniques (générant du bruit de commutation) de l'écran.
La couche conductrice 3 est suffisamment fine, de préférence d'une épaisseur inférieure à 100 ym, et plus préférentiellement inférieure à quelques ym, pour rester compatible avec une intégration avec un capteur d'empreinte intégrable sous un écran plat, de préférence de type OLED, sans accroître de trop l'épaisseur totale.
La couche 3 est de préférence en un matériau choisi parmi :
- un métal, de préférence de l'or, suffisamment fin (d'une épaisseur inférieure à 10 nm, de préférence inférieure à 5 nm) pour être transparent tout en conservant, à cette faible épaisseur, des propriétés conductrices suffisantes pour une fonction de blindage ;
- un oxyde métallique, par exemple un oxyde d'indium et d'étain (ITO) ;
- un polymère conducteur, ayant une épaisseur inférieure à 10 ym, de préférence de type PEDOT:PSS (mélange de poly (3, 4-éthylènedioxythiophène) et de poly (styrène sulfonate) de sodium), qui présente l'avantage d'être déjà utilisé dans la fabrication des capteurs d'image visés par la présente description ;
- un réseau de nanofils d'argent ; ou
- une combinaison de ces matériaux (par exemple des nanofils d'argent noyés dans du PEDOT:PSS).
On décrit par la suite plusieurs exemples de réalisation respectant la caractéristique d'avoir une couche conductrice transparente 3 entre le niveau actif du capteur d' image 5 et le niveau électronique de l'écran 1. Comme cela est décrit par la suite, la couche conductrice transparente 3 peut cependant être intégrée à différents niveaux de l'écran d'affichage 1 ou du capteur d'image 5, notamment dans des réalisations où l'on prévoit de réaliser les deux (écran et capteur) séparément puis de reporter l'écran 1 sur le capteur d'image 5, lui-même rapporté sur la carte électronique 7.
La figure 2 représente, de façon schématique et partielle, en coupe, un exemple de réalisation d'un écran d'affichage 1 de type OLED. La figure 2 ne représente qu'un pixel d' affichage .
Un tel écran 1 comporte généralement successivement :
- un fond ou face arrière 11, formé d'un film isolant ou support isolant, par exemple en polytéréphtalate d'éthylène (PET) transparent ;
- un substrat 13 (généralement flexible pour des écrans OLED) en un matériau isolant, par exemple en polyimide ;
- optionnellement, une couche tampon 15 (isolante) entre les niveaux actifs des transistors et les couches sous-jacentes 11 et 13 ;
- un empilement semiconducteur 17 réalisant les transistors individuels de commande de chaque pixel de l'écran, cet empilement étant à titre d'exemple symbolisé en figure 2 par des conducteurs de grille 171, une couche 173 de diélectrique de grille, des régions 175 de drain et de source séparées par des régions actives 179 (par exemple en polysilicium ou en oxyde de zinc-gallium-indium (IGZO)) et une couche 177 de passivation ;
- un empilement d'émission 19 réalisant l'émission proprement dite, symbolisé en figure 2 par des zones pixélisées d'émission 191 dans une couche de passivation 193 surmontée d'une cathode 195, la couche 175 de drain ou de source de l'empilement 17 définissant l'anode de chaque pixel ;
- une couche 21 transparente et isolante d'encapsulation ;
- une couche tactile 23 optionnelle (présente dans les écrans tactiles) ;
- un filtre polarisant 25 ; et
- une plaque de verre ou de plastique 29 collée (couche d'adhésif 27) sur le filtre. Certaines couches liées à la fabrication de la structure, comme une couche d'adhésif entre les couches 11 et 13, une barrière multicouche au niveau du substrat 13 ayant pour rôle de protéger les couches organiques de l'humidité et de l'oxygène, n'ont pas été représentées, la structure représentée symbolisant les couches principales de l'écran. Par ailleurs, la constitution de l'empilement 17 n'est qu'un exemple, les transistors pouvant être organiques ou inorganiques (par exemple, des transistors à base de silicium amorphe, à base d'oxyde métallique par exemple d'oxyde de zinc-gallium-indium (IGZO), à base de silicium polycristallin par exemple à basse température (LTPS) , etc.).
La réalisation de la figure 2 est un exemple et d'autres structures d'écran usuelles, OLED ou non, pourront être utilisées pour la mise en oeuvre des modes de réalisation décrits.
La figure 3 représente, de façon schématique et partielle, en coupe, un exemple de réalisation d'un capteur d'image 5. On suppose le cas d'un capteur à base de matériaux organiques tel que décrit dans les publications susmentionnées. La figure 3 ne représente qu'un pixel du capteur d'image.
Un tel capteur 5 comporte généralement successivement :
- un substrat 51, par exemple en verre dans le cas d'un capteur rigide, ou en polyimide, en poly-téréphtalate d'éthylène (PET), en poly-naphtalate d'éthylène (PEN) ou polymère cyclo oléfine (COP) ou autre polymère dans le cas d'un capteur souple, notamment lorsque le capteur 5 est issu d'une technologie de fabrication par impression ;
— un empilement actif 53 de capteurs constitués de transistors (grille 531, diélectrique de grille 533, région active 535, source 537, drain 539) , la région active étant par exemple à base de silicium amorphe, d'oxyde métallique par exemple d'oxyde de zinc- gallium-indium (IGZO), de silicium polycristallin par exemple à basse température (LTPS) , ou les transistors étant des transistors organiques en couches minces (OTFT) ;
— une couche diélectrique 55 isolant l'empilement 53 d'une couche de premières électrodes 57 de face arrière de photodiodes, généralement reliée aux drains 539 des transistors ;
— une couche 59 en matériau organique semiconducteur constituant les photodiodes ;
— une couche transparente de deuxièmes électrodes 61 des photodiodes ;
— une couche 62 d'encapsulation ; et
— une couche 63 constituant de préférence un filtre optique de sélection angulaire des signaux d'excitation du capteur d'image.
En pratique, des couches d'adhésif sont présentes entre les couches 61 et 62 et entre les couches 62 et 63.
La réalisation de la figure 3 est un exemple et d'autres structures de capteurs d'image pourront être utilisées pour la mise en oeuvre des modes de réalisation décrits. En particulier, le filtre optique 63 peut être réalisé séparément du capteur d' image 5.
Les figures 2 et 3 illustrent schématiquement des structures d'écran et de capteur dont le fonctionnement est en lui-même usuel et n'est pas détaillé.
La couche 3, conductrice et transparente, reliée à la masse, peut être prévue à différents niveaux de la structure empilée d'un écran et d'un capteur d'image.
Les figures 4, 5, 6, 7 et 8 illustrent différents modes de réalisation de cette couche 3 selon sa disposition dans l'empilement. Ces figures reprennent, à titre d'exemples particuliers de réalisation, les structures illustrées aux figures 2 et 3 pour ce qui est de l'écran et du capteur d'image. Les couches reprises de ces structures sont, pour simplifier, symbolisées par une seule couche à laquelle ont été affectées les références des différentes couches de la figure 2 ou de la figure 3 qu'elle contient. Dans tous ces modes de réalisation, on suppose la présence d'une couche additionnelle de blindage métallique 9, de préférence en cuivre, entre le capteur d'image (sous son substrat 51) et la carte électronique 7.
La figure 4 illustre un mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran 1 et un capteur d'image 5.
Selon ce mode de réalisation, la couche 3, conductrice et transparente, reliée à la masse, est présente entre la couche 11 de PET transparente de l'écran 1 et le filtre optique 63. La réalisation de la couche 3 peut alors faire partie du processus de fabrication de l'écran 1, de celui du capteur 5 si le filtre 63 est réalisé avec le capteur, ou du filtre 63.
La figure 5 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran 1 et un capteur d'image 5.
Selon ce mode de réalisation, la couche 3, conductrice et transparente, reliée à la masse, est formée entre le support isolant 11 de l'écran 1 et le substrat flexible 13 à partir duquel sont formés les composants de l'écran, le substrat 13 étant transparent .
La figure 6 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran et un capteur d'image.
Selon ce mode de réalisation, la couche 3, conductrice et transparente, reliée à la masse, est formée entre le substrat 13 et la couche tampon 15.
La figure 7 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran 1 et un capteur d'image
5.
Selon ce mode de réalisation, la couche 3, conductrice et transparente, reliée à la masse, est disposée entre la couche d'encapsulation 62 du capteur 5 et le filtre optique 63.
Une réalisation particulièrement simple est alors de revêtir la couche d'encapsulation 62 du capteur d'une couche 3 en PEDOT:PSS, le procédé de fabrication du capteur mettant déjà en oeuvre, dans les technologies plus particulièrement visées par la présente description, une étape de dépôt d'un PEDOT:PSS.
En variante, la réalisation de la couche 3 fait partie du processus de fabrication du filtre 63 si celui-ci est réalisé indépendamment du capteur 5.
La figure 8 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran 1 et un capteur d'image 5.
Selon ce mode de réalisation, la couche 3, conductrice et transparente, reliée à la masse, est formée entre la couche d'électrodes 61 de photodiodes et la couche d'encapsulation 62 du capteur 5.
Quel que soit le mode de réalisation ci-dessus, la mise à la masse de la couche de blindage 3 peut être effectuée par une connexion à la masse au niveau de l'écran d'affichage 1, au niveau du capteur d'image 5, et/ou au niveau de la carte électronique 7.
La figure 9 illustre encore un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique intégrant un écran 1, un filtre optique 63 et un capteur d'image 5.
Selon ce mode de réalisation, la couche 3 conductrice et transparente, reliée à la masse, fait partie du filtre optique 63 en étant noyée dans la structure de celui-ci. Par exemple, dans le cas d'un filtre optique 63 incluant un maillage conducteur, ce maillage est connecté à la masse afin de réaliser le blindage 3.
On notera que la couche 3 peut occuper une surface plus réduite que la surface de l'écran 1, pourvu que sa surface couvre le capteur 5 au moins en regard de l'écran 1. La couche 3 peut donc être d'une surface différente de la surface du capteur 5 et/ou de la surface de l'écran 1 pourvu de couvrir la zone entre les deux.
Selon un mode de réalisation préféré où la couche 3 est en polymère transparent, de préférence du PEDOT:PSS, on tire profit des caractéristiques de cette couche pour permettre un dépôt pleine plaque sans se soucier des motifs (pattern) des pixels. Cela simplifie considérablement la réalisation du blindage dans la mesure où il n'est pas nécessaire de prévoir de masque de gravure particulier. Une telle réalisation est particulièrement intéressante dans le cadre de la réalisation d'un capteur d'empreinte où les structures maillées de blindage risquent de détériorer le rapport signal/bruit du capteur.
Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils sont compatibles avec les techniques usuelles de fabrication de l'écran 1 et du capteur d'image 5. En particulier, l'insertion de la couche de blindage 3, que ce soit dans le procédé de fabrication de l'écran (figure 5 ou 6), dans le procédé de fabrication du capteur d'image (figure 7 ou 8) ou entre l'écran et le capteur d'image (figure 4), ne modifie pas les régions actives de l'écran et du capteur d' image .
Un autre avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils restent compatibles avec l'utilisation d'un blindage en cuivre entre l'ensemble capteur/écran et la carte électronique.
A titre d'exemple particulier de réalisation, un dispositif, intégrant un capteur d'image 5 et un écran d'affichage 1 avec interposition d'une couche 3 de blindage conductrice et transparente en ITO, a été réalisé conformément au mode de réalisation de la figure 4 (couche 3 entre le filtre optique 63 et le substrat 11) . La couche 3 a été reliée à la masse des circuits électroniques de pilotage de l'écran (masse des circuits de la couche 17) et à la masse des circuits électroniques de lecture du capteur (connectés à la masse de la carte électronique 7) . On a effectué des mesures en affichant une image blanche sur l'écran et on a effectué, au niveau du capteur, des mesures de bruit et de rapport signal sur bruit pour un objet noir et pour un objet réfléchissant placé sur l'écran, avec et sans couche de blindage. Ces mesures ont montré une diminution de l'ordre de 17 % du bruit et une amélioration de plus d'un dB du rapport signal sur bruit. Ces résultats sont significatifs pour des capteurs d'image, notamment d'empreinte digitale pour lesquels la moindre amélioration en termes de réduction du bruit ou d' amélioration du rapport signal sur bruit est un progrès important. Divers modes de réalisation ont été décrits. Diverses modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le choix du mode de réalisation, notamment de l'intégration de la couche 3 côté écran 1 ou côté capteur 5, dépend de l'application et des éventuelles autres étapes intervenant dans la fabrication du dispositif. Cette couche 3 peut être disposée à divers endroits pourvu d'être située entre les parties actives de l'écran d'affichage 1 et les parties actives du capteur d'image 5. Par ailleurs, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation qui ont été décrits est à la portée de l'homme du métier en utilisant les indications fonctionnelles données ci-dessus et en utilisant les techniques de fabrication usuelles des écrans OLED et des capteurs d'image organiques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif comportant un écran d'affichage (1) et un capteur d'image (5), dans lequel une première couche perméable à la lumière (3) de blindage électromagnétique est disposée entre des parties actives de l'écran et des parties actives du capteur d'image, le capteur d'image étant un capteur d'empreintes digitales .
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première couche (3) est destinée à être reliée, de préférence connectée, à une masse du dispositif.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une deuxième couche (9) de blindage électromagnétique, destinée à être reliée, de préférence connectée, à une masse du dispositif, est disposée entre le capteur d'image (5) et une carte électronique (7) .
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, dans lequel ladite première couche (3) est en métal, de préférence en or, et présente une épaisseur inférieure à 10 nm, de préférence inférieure à 5 nm.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite première couche (3) est en oxyde métallique, de préférence un oxyde d'indium et d'étain (ITO), et présente une épaisseur inférieure à 100 ym.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
1 à 5, dans lequel ladite première couche (3) est en polymère conducteur transparent, de préférence en PEDOT:PSS, et présente une épaisseur inférieure à 10 ym.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la première couche (3) en polymère transparent est pleine plaque.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite première couche (3) intègre un réseau de nanofils d'argent.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la surface de ladite première couche (3) correspond au moins à la surface en regard entre l'écran (1) et le capteur (5) .
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite première couche (3) est disposée entre un filtre optique (63) et un support (11) de l'écran (1) .
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite première couche (3) est disposée entre un filtre optique (63) et une couche d'encapsulation (62) du capteur (5) .
12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite première couche (3) est intégrée à un filtre optique (63) intercalé entre le capteur (5) et l'écran (1) .
13. Ecran d'affichage pour dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite première couche (3) est formée entre un support (11) isolant de l'écran (1) et un substrat (13) à partir duquel sont formés les composants de l'écran.
14. Ecran d'affichage pour dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite première couche (3) est formée entre un substrat (13) à partir duquel sont formés les composants de l'écran et une couche tampon (15) séparant ce substrat d'un empilement semiconducteur (17) réalisant des transistors.
15. Capteur d'image pour dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite première couche (3) est formée entre une couche transparente définissant des électrodes (61) de photodiodes du capteur (5) et une couche d'encapsulation (62) surjacente.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant un écran d'affichage (1) selon la revendication 13 ou 14.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant un capteur d'image (5) selon la revendication 15.
18. Téléphone mobile comportant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 16, 17.
19. Montre connectée comportant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 16, 17.
20. Tablette tactile comportant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 16, 17.
21. Ordinateur comportant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 6, 17.
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