TWI703487B - 顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

一種顯示裝置，包括第一基板、多個畫素結構、感光元件、絕緣層、第一遮光圖案、第二基板、第二遮光圖案及顯示介質。多個畫素結構設置於第一基板上。每一畫素結構包括一主動元件及電性連接至主動元件的一畫素電極。感光元件設置於第一基板上。絕緣層設置於感光元件上。第一遮光圖案設置於絕緣層上，且位於感光元件的上方。第二基板設置於第一基板的對向。第二遮光圖案設置於第二基板上，且具有一開口。第二遮光圖案的開口與第一遮光圖案定義至少一狹縫，且至少一狹縫與感光元件部分地重疊。顯示介質設置於第一基板與第二基板之間。

Description

顯示裝置
本發明是有關於一種光電裝置，且特別是有關於一種顯示裝置。
高屏佔比與全面屏(Full-screen)的設計已成為中小尺寸面板規格的主流。為實現高屏占比與全面屏，可將指紋辨識用的多個感光元件併入顯示面板的畫素陣列基板中，進而形成晶胞內的指紋辨識面板(in-cell Fingerprint Panel)。晶胞內的指紋辨識面板具有全屏式(也可稱，非固定點式)的指紋辨識功能，其可支援多種應用，能提升使用者體驗並增加顯示面板附加價值。然而，能傳遞至感光元件的光束的入射角的範圍過大，導致取得的指紋影像不清晰。
本發明提供一種顯示裝置，性能佳。
本發明的顯示裝置，包括第一基板、多個畫素結構、感光元件、絕緣層、第一遮光圖案、第二基板、第二遮光圖案及顯 示介質。多個畫素結構設置於第一基板上。每一畫素結構包括一主動元件及電性連接至主動元件的一畫素電極。感光元件設置於第一基板上。絕緣層設置於感光元件上。第一遮光圖案設置於絕緣層上，且位於感光元件的上方。第二基板設置於第一基板的對向。第二遮光圖案設置於第二基板上，且具有一開口。第二遮光圖案的開口與第一遮光圖案定義至少一狹縫，且至少一狹縫與感光元件部分地重疊。顯示介質設置於第一基板與第二基板之間。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置，更包括一背光模組，其中背光模組的光強度分佈在一收斂方向上具有一最小半高寬，至少一狹縫的一長邊沿著一長邊方向設置，長邊方向與收斂方向具有一夾角α，且α<45°。
在本發明的一實施例中，上述的第一遮光圖案的一長邊和第二遮光圖案之開口的一邊緣在與第一基板平行的第一方向上具有一距離x1，第二遮光圖案之面向第二基板的表面和第一遮光圖案之面向第二基板的表面在與第一基板垂直的第二方向上具有一距離z1，且距離x1及距離z1滿足下式：15°<tan -1
Figure 108139222-A0305-02-0005-8
<35°。
在本發明的一實施例中，上述的第一遮光圖案的一長邊和感光元件之一感光層的一邊緣在與第一基板平行的第一方向上具有一距離x2，感光層之面向第一基板的表面與第一遮光圖案之面向第二基板的表面在垂直於第一基板的第二方向上具有一距離z2，且距離x2及距離z2滿足下式： 15°<tan -1
Figure 108139222-A0305-02-0006-5
<35°。
在本發明的一實施例中，上述的至少一狹縫的一長邊沿著一長邊方向設置，第一遮光圖案的兩端部在長邊方向上排列，且第一遮光圖案的兩端部與第二遮光圖案的實體部重疊。
在本發明的一實施例中，上述的至少一狹縫包括被第一遮光圖案分隔開的相對兩第一狹縫。
在本發明的一實施例中，上述的至少一狹縫更包括位於第一遮光圖案之內部的第二狹縫。
在本發明的一實施例中，上述的第一遮光圖案與畫素結構的畫素電極重疊。
1、1’、1”、1A、1B、1B’、1C、1C’、1D、1D’:顯示面板
2:背光模組
10:顯示裝置
100:畫素陣列基板
110:第一基板
120:感光元件
121:下電極
122:感光層
122a:邊緣
122u:表面
123:上電極
130:絕緣層
140:第一遮光圖案
140a:長邊
140t、140u:表面
142:端部
150:共用電極
160:絕緣層
170:畫素電極
172:配向狹縫
200:對向基板
210:第二基板
220:第二遮光圖案
220t:表面
221:實體部
222:開口
222a:邊緣
300:顯示介質
400:狹縫
400a:長邊
410:第一狹縫
420:第二狹縫
A-A’:剖線
DL:資料線
F:指紋
FWHMmin:最小半高寬
H、V:方向
L1、L2:光束
PX:畫素結構
S1、S2、S3:曲線
SL:掃描線
T:主動元件
Ta:第一端
Tb:第二端
Tc:控制端
x:第一方向
x1、x2、z1、z2:距離
y:長邊方向
z:第二方向
θ1、θ2:入射角
圖1為本發明一實施例之顯示裝置10的剖面示意圖。
圖2為本發明一實施例之顯示裝置10的顯示面板1的剖面示意圖。
圖3為本發明一實施例之顯示裝置10的顯示面板1的上視示意圖。
圖4示出本發明一實施例之背光模組2在各方向上的光強度分佈示意圖。
圖5示出本發明一實施例之背光模組2在方向H上的光強度 分佈。
圖6示出本發明一實施例之背光模組2在方向V上的光強度分佈。
圖7為第一比較例之顯示裝置10’的顯示面板1’上視示意圖。
圖8為第二比較例之顯示裝置10”的顯示裝置1”的上視示意圖。
圖9示出圖3之實施例、圖7之第一比較例、圖8之第二比較例的感光元件120所接收到之光束的入射角與歸一化(normalized)之光強度的關係。
圖10為本發明另一實施例之顯示面板1A的上視示意圖。
圖11為本發明又一實施例之顯示面板1B的上視示意圖。
圖12為本發明再一實施例之顯示面板1B’的上視示意圖。
圖13為本發明一實施例之顯示面板1C的上視示意圖。
圖14為本發明另一實施例之顯示面板1C’的上視示意圖。
圖15為本發明又一實施例之顯示面板1D的上視示意圖。
圖16為本發明再一實施例之顯示面板1D’的上視示意圖。
現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於附圖中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。
應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在 另一元件“上”或“連接到”另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，“連接”可以指物理及/或電性連接。再者，“電性連接”或“耦合”可以是二元件間存在其它元件。
本文使用的“約”、“近似”、或“實質上”包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量(即，測量系統的限制)。例如，“約”可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30%、±20%、±10%、±5%內。再者，本文使用的“約”、“近似”或“實質上”可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。
除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。
圖1為本發明一實施例之顯示裝置10的剖面示意圖。
圖2為本發明一實施例之顯示面板1的剖面示意圖。
圖3為本發明一實施例之顯示面板1的上視示意圖。
圖2對應圖3的剖線A-A’。圖3省略圖2的第一基板110、絕緣層130、絕緣層160、顯示介質300、共用電極150及第二基板210。
請參照圖1及圖2，顯示裝置10包括一顯示面板1。顯示面板1具有畫素陣列基板100、相對於畫素陣列基板100的對向基板200以及設置於畫素陣列基板100與對向基板200之間的顯示介質300。
舉例而言，在本實施例中，顯示介質300可以是非自發光顯示介質(例如但不限於：液晶)，而顯示裝置10可進一步包括設置於顯示面板1下的一背光模組2。但本發明不限於此，根據其它實施例，顯示介質300也可以是自發光顯示介質，例如但不限於：有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)或量子點發光二極體(quantum dot)，而顯示裝置10也可省略背光模組2。
請參照圖1、圖2及圖3，顯示面板1除了具有顯示功能，還具有感光功能。具體而言，顯示面板1除了包括用以顯示的多個畫素結構PX，還包括用以感光的多個感光元件120。舉例而言，在本實施例中，多個感光元件120可接收被指紋F反射的多條光束L1、L2，以獲得指紋影像，進行指紋辨識。也就是說，在本實施例中，顯示面板1可以是一個晶胞內指紋辨識面板(in-cell Fingerprint Panel)，以下配合圖式說明其構造。
請參照圖2及圖3，畫素陣列基板100包括第一基板110。 第一基板110主要是用以承載畫素陣列基板100的構件。在本實施例中，第一基板110的材質可以是玻璃、石英、有機聚合物、或是不透光/反射材料(例如：晶圓、陶瓷、或其它可適用的材料)、或是其它可適用的材料。
畫素陣列基板100還包括多個畫素結構PX。多個畫素結構PX設置於第一基板110上。每一畫素結構PX包括一主動元件T及電性連接至主動元件T的一畫素電極170。在本實施例中，每一畫素結構PX還包括一資料線DL及一掃描線SL，其中主動元件T的第一端Ta電性連接至資料線DL，主動元件T的控制端Tc電性連接至掃描線SL，而主動元件T的第二端Tb電性連接至畫素電極170。主動元件T例如是薄膜電晶體，但本發明不以此為限。
顯示面板1還包括共用電極150(繪於圖2)，其中共用電極150與多個畫素結構PX的多個畫素電極170之間的電位差用以驅動顯示介質300，進而使顯示面板1顯示畫面。
舉例而言，在本實施例中，共用電極150可選擇性地設置於第一基板110上，共用電極150與畫素電極170重疊，且共用電極150與畫素電極170之間夾有一絕緣層160。具體而言，在本實施例中，絕緣層160可設置於共用電極150上，畫素電極170可設置於絕緣層160上且具有多個配向狹縫172。也就是說，在本實施例中，畫素電極170可設置於共用電極150的上方，而形成畫素電極在上(top-pixel)的結構。然而，本發明不限於此，在另 一實施例中，共用電極150也可設置在畫素電極170上且具有配向狹縫，而形成共用電極在上(top-com)的結構；在又一實施例中，共用電極150也可設置於第二基板210上。
畫素陣列基板100還包括感光元件120。感光元件120設置於第一基板110上。在本實施例中，感光元件120包括下電極121、設置於下電極121上的感光層122以及設置於感光層122上的上電極123，其中上電極123為透光電極。舉例而言，在本實施例中，感光層122的材質可包括富矽氧化物(silicon-rich oxide；SRO)，但本發明不以此為限。
畫素陣列基板100還包括絕緣層130。絕緣層130設置於感光元件120上。在本實施例中，絕緣層130的材料可為無機材料(例如：氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或上述至少二種材料的堆疊層)、有機材料或上述之組合。
畫素陣列基板100還包括第一遮光圖案140。第一遮光圖案140設置於絕緣層130上，且位於感光元件120的上方。第一遮光圖案140並沒有完全地遮蔽感光元件120的感光層122。舉例而言，在本實施例中，第一遮光圖案140可遮蔽感光層122的中間區域，而未遮蔽感光層122的兩側區域，但本發明不以此為限。在本實施例中，第一遮光圖案140的材質例如為金屬，但本發明不以此為限。此外，在本實施例中，第一遮光圖案140可與一畫素結構PX的畫素電極170重疊，但本發明不以此為限。
對向基板200包括第二基板210。第二基板210設置於第 一基板110的對向。第二基板210主要是用以承載對向基板200的構件。在本實施例中，第二基板210的材質可以是玻璃、石英、有機聚合物、或是不透光/反射材料(例如：晶圓、陶瓷、或其它可適用的材料)、或是其它可適用的材料。
對向基板200還包括第二遮光圖案220。第二遮光圖案220設置於第二基板210上，且具有一開口222。特別是，第二遮光圖案220的開口222與第一遮光圖案140定義至少一狹縫400，且至少一狹縫400與感光元件120部分地重疊。
舉例而言，在本實施例中，第二遮光圖案220的開口222與第一遮光圖案140定義出相對的兩第一狹縫410，其中兩第一狹縫410被第一遮光圖案140分隔開，且分別與感光元件120之感光層122的兩側邊重疊。此外，狹縫400的長邊400a沿著一長邊方向y設置，第一遮光圖案140的兩端部142在長邊方向y上排列，且第一遮光圖案140的兩端部142與第二遮光圖案220的實體部221重疊。
值得一提的是，利用分別位於第一基板110與第二基板210之第一遮光圖案140與第二遮光圖案220所定義出的狹縫400，能使傳遞至感光層122的光束L1、L2的入射角θ1、θ2被限制在一定的角度以下。藉此，顯示面板1的多個感光元件120能取得更清晰的指紋影像，而有助於指紋辨識。
請參照圖2及圖3，舉例而言，在本實施例中，第一遮光圖案140的一長邊140a和第二遮光圖案220之開口222的一邊緣 222a在與第一基板110平行的一第一方向x上具有距離x1，第二遮光圖案220之面向第二基板210的一表面220t和第一遮光圖案140之面向第一基板110的一表面140u在與第一基板110垂直的一第二方向z上具有一距離z1，且距離x1及距離z1滿足下式：15°<tan -1
Figure 108139222-A0305-02-0013-9
<35°。另外，在本實施例中，第一遮光圖案140的一長邊140a和感光元件120之感光層122的一邊緣122a在與第一基板110平行的一第一方向x上具有一距離x2，感光層122之面向第一基板110的一表面122u與第一遮光圖案140之面向第二基板210的一表面140t在垂直於第一基板110的一第二方向z上具有一距離z2，且距離x2及距離z2滿足下式：15°<tan -1
Figure 108139222-A0305-02-0013-10
<35°。藉此，能傳遞至感光元件120之感光層122的大部分的光束L1、L2的入射角θ1、θ2會在35°以下，且感光元件120可接收到足夠的光量，有助於取得清晰的指紋影像，但本發明不以此為限。
圖4示出本發明一實施例之背光模組2在各方向上的光強度分佈示意圖。
圖5示出本發明一實施例之背光模組2在方向H上的光強度分佈。
圖6示出本發明一實施例之背光模組2在方向V上的光強度分佈。
請參照圖1、圖4、圖5及圖6，在本實施例中，背光模組2可選擇性地採用單方向準直型(Collimated)背光模組。背光 模組2的光強度分佈在方向V上具有一最小半高寬(Full width at half maximum)FWHMmin。方向V即為背光模組2的收斂方向。
請參照圖3及圖4，在本實施例中，顯示面板1之狹縫400的長邊400a沿著一長邊方向y設置，長邊方向y與背光模組2的收斂方向(即方向V)具有一夾角α(未標示)，且α<45°。舉例而言，在本實施例中，較佳的是，狹縫400的長邊方向y與背光模組2的收斂方向(即方向V)的夾角α實質上為0°；也就是說，狹縫400的長邊方向y與背光模組2的收斂方向(即方向V)實質上可平行。然而，本發明不限於此，根據其它實施例，狹縫400的長邊方向y與背光模組2的收斂方向也可夾有不為0°但小於45°的一角度。
在本實施例中，透過背光模組2之收斂方向與顯示面板1之狹縫400的長邊方向y的搭配，能在兼顧顯示裝置10於方向H上之視角的情況下，更進一步地提升指紋影像的清晰度。
須說明的是，本發明並不限制背光模組2一定要是單方向準直型；在另一實施例中，背光模組2也可以是非單方向準直型；在又一實施例中，也可省略背光模組2。無論顯示裝置10之背光模組2的型式為何或顯示裝置10是否包括背光模組2，顯示裝置10都能透過顯示面板1的狹縫400提升指紋影像清晰度。
圖7為第一比較例之顯示面板1’上視示意圖。圖7之第一比較例的顯示面板1’與圖3之本發明一實施例的顯示面板1類似，兩者的差異僅在於：圖7之第一比較例的顯示面板1’之第一 遮光圖案140’與第二遮光圖案220的開口222是定義出一孔洞(Hole)400’而非狹縫。
圖8為第二比較例之顯示面板1”的上視示意圖。圖8之第二比較例的顯示面板1”與圖3之本發明一實施例的顯示面板1類似，兩者的差異僅在於：圖8之第二比較例的顯示面板1”之第一遮光圖案140”與第二遮光圖案220的開口222是定義出一框型(frame)開口400”而非狹縫。
圖9示出圖3之實施例、圖7之第一比較例、圖8之第二比較例的感光元件120所接收到之光束的入射角與歸一化(normalized)之光強度的關係，其中曲線S1代表圖3之實施例的感光元件120所接收到之光束的入射角與歸一化光強度的關係，曲線S2代表圖7之實施例的感光元件120所接收到之光束的入射角與歸一化光強度的關係，而曲線S3代表圖8之實施例的感光元件120所接收到之光束的入射角與歸一化光強度的關係。
如圖9所示，本發明一實施例的顯示裝置10利用第一遮光圖案140與第二遮光圖案220之開口222所定義的狹縫400能使傳遞至感光元件120的大部分的光束L1、L2(標示於圖2)的入射角θ1、θ2(標示於圖2)被限制在35°以下，而不像圖7、圖8之第一、二比較例的感光元件120會接收到具有大入射角(例如：大於50°)的光束。因此，相較於第一、二比較例，本發明一實施例的顯示裝置10能取得更清晰的指紋影像。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件 標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重述。
圖10為本發明另一實施例之顯示面板1A的上視示意圖。圖10的顯示面板1A與圖3的顯示面板1類似，兩者的差異在於：圖3之狹縫400的長邊方向y與多條資料線DL的排列方向實質上垂直，但圖10之狹縫400的長邊方向y與多條資料線DL的排列方向實質上一致。
圖11為本發明又一實施例之顯示面板1B的上視示意圖。圖11的顯示面板1B與圖3的顯示面板1類似，兩者的差異在於：圖3之第一遮光圖案140及第二遮光圖案220的開口222為長方形，而圖11之第一遮光圖案140及第二遮光圖案220的開口222為平行四邊形且非矩形。
圖12為本發明再一實施例之顯示面板1B’的上視示意圖。圖12的顯示面板1B’與圖11的顯示面板1B類似，兩者的差異在於：在圖11的實施例中，狹縫400的長邊方向y與多條資料線DL的排列方向交錯；但，在圖12的實施例中，第一遮光圖案140及第二遮光圖案220之開口222定義之狹縫400的長邊方向y與多條資料線DL的排列方向一致。
圖13為本發明一實施例之顯示面板1C的上視示意圖。圖13的顯示面板1C與圖3的顯示面板1類似，兩者的差異在於：圖3之第一遮光圖案140及第二遮光圖案220的開口222為長方 形，而圖13之第一遮光圖案140及第二遮光圖案220的開口222為不規則形，且圖13之相對兩第一狹縫410的形狀不相同。
圖14為本發明另一實施例之顯示面板1C’的上視示意圖。圖14的顯示面板1C’與圖13的顯示面板1C類似，兩者的差異在於：在圖13的實施例中，狹縫400的長邊方向y與多條資料線DL的排列方向交錯；但，在圖14的實施例中，第一遮光圖案140及第二遮光圖案220之開口222定義之狹縫400的長邊方向y與多條資料線DL的排列方向一致。
圖15為本發明又一實施例之顯示面板1D的上視示意圖。圖15的顯示面板1D與圖3的顯示面板1類似，兩者的差異在於：圖3之顯示面板1的第一遮光圖案140與第二遮光圖案220的開口222定義出相對的兩第一狹縫410；圖15之顯示面板1D的第一遮光圖案140及第二遮光圖案220的開口222除了定義出相對的兩第一狹縫410外，圖15之顯示面板1D的第一遮光圖案140及第二遮光圖案220的開口222還定義出第二狹縫420，其中第二狹縫420位於第一遮光圖案140的內部。第二狹縫420可以是第一遮光圖案140內部的一開口。
圖16為本發明再一實施例之顯示面板1D’的上視示意圖。圖16的顯示面板1D’與圖13的顯示面板1D類似，兩者的差異在於：在圖15的實施例中，狹縫400的長邊方向y與多條資料線DL的排列方向交錯；但，在圖16的實施例中，第一遮光圖案140及第二遮光圖案220之開口222定義之狹縫400的長邊方向y 與多條資料線DL的排列方向一致。
1:顯示面板
120:感光元件
122:感光層
122a、222a:邊緣
140:第一遮光圖案
140a:長邊
142:端部
170:畫素電極
172:配向狹縫
220:第二遮光圖案
221:實體部
222:開口
400:狹縫
400a:長邊
410:第一狹縫
A-A’:剖線
DL:資料線
H、V:方向
PX:畫素結構
SL:掃描線
T:主動元件
Ta:第一端
Tb:第二端
Tc:控制端
x:第一方向
y:長邊方向
z:第二方向

Claims (8)

  1. 一種顯示裝置，包括： 一第一基板； 多個畫素結構，設置於該第一基板上，其中每一該畫素結構包括一主動元件及電性連接至該主動元件的一畫素電極； 一感光元件，設置於該第一基板上； 一絕緣層，設置於該感光元件上； 一第一遮光圖案，設置於該絕緣層上，且位於該感光元件的上方； 一第二基板，設置於該第一基板的對向； 一第二遮光圖案，設置於該第二基板上，且具有一開口，其中該第二遮光圖案的該開口與該第一遮光圖案定義至少一狹縫，且該至少一狹縫與該感光元件部分地重疊；以及 一顯示介質，設置於該第一基板與該第二基板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，更包括： 一背光模組，其中該背光模組的光強度分佈在一收斂方向上具有一最小半高寬，該至少一狹縫的一長邊沿著一長邊方向設置，該長邊方向與該收斂方向具有一夾角α，且α>45 o。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第一遮光圖案的一長邊和該第二遮光圖案之該開口的一邊緣在與該第一基板平行的一第一方向上具有一距離x1，該第二遮光圖案之面向該第二基板的一表面和該第一遮光圖案之面向該第二基板的一表面在與該第一基板垂直的一第二方向上具有一距離z1，且該距離x1及該距離z1滿足下式：
    Figure 03_image007
    。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第一遮光圖案的一長邊和該感光元件之一感光層的一邊緣在與該第一基板平行的一第一方向上具有一距離x2，該感光層之面向該第一基板的一表面與該第一遮光圖案之面向該第二基板的一表面在垂直於該第一基板的一第二方向上具有一距離z2，且該距離x2及該距離z2滿足下式：
    Figure 03_image008
    。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該至少一狹縫的一長邊沿著一長邊方向設置，該第一遮光圖案的兩端部在該長邊方向上排列，且該第一遮光圖案的該兩端部與該第二遮光圖案的一實體部重疊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該至少一狹縫包括被該第一遮光圖案分隔開的相對兩第一狹縫。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的顯示裝置，其中該至少一狹縫更包括位於該第一遮光圖案之內部的一第二狹縫。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第一遮光圖案與一該畫素結構的該畫素電極重疊。
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