TWI831316B - 光學指紋感測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種光學指紋感測裝置包括一TFT結構層、一OLED結構層及一金屬遮光結構層。TFT結構層具有一指紋感測器形成於一基板上，指紋感測器包括一底閘極、一頂閘極、一第一電極及一第二電極，其中，頂閘極與第二電極之間定義出一下開孔；OLED結構層設置於TFT結構層上，OLED結構層包括一OLED；金屬遮光結構層具有位在上下兩層的多數條金屬線，其中，多數條金屬線中的相鄰兩條金屬線間隔一距離，以定義出一上開孔，且上開孔對齊於下開孔。
Description
本發明係關於一種指紋感測的技術領域，尤指一種整合於有機發光二極體(OLED)面板的光學指紋感測裝置。
指紋辨識為目前應用最廣泛的生物辨識技術，已經大量應用於例如手機的電子消費產品以作為個人身份識別。現行指紋辨識用的指紋感測器與顯示裝置是獨立分開的。常見的指紋感測器15為配置於手機背面、或如圖1所示配置於顯示螢幕11下邊、或如圖2所示配置於顯示螢幕11下面 (under display)。配置於顯示螢幕11下邊會降低手機的屏占比，影響產品外觀，配置於顯示螢幕11下面則會造成厚度增加。此外，考慮到成本，獨立的指紋感測器15的偵測面積小，因此同時只能偵測一個指紋，且必須限定偵測指紋的位置，實無法滿足實際之需要。
因此，實有需要提出改善的指紋感測裝置，以解決前述之問題。
本發明之目的主要係在於提供一種光學指紋感測器裝置，藉由最佳化有機發光二極體面板的堆疊結構與設計，將指紋感測器整合到有機發光二極體面板，且同時提供極佳的準直效果。
為達成前述之目的，本發明之光學指紋感測裝置包括：一薄膜電晶體結構層，具有至少一有機發光二極體畫素電路及至少一指紋感測器形成於一基板上，其中，於該指紋感測器中定義出一下開孔；一有機發光二極體結構層，設置於該薄膜電晶體結構層上，該有機發光二極體結構層包括至少一陽極、至少一有機PN二極體及一陰極以及一薄膜封裝層覆蓋於該陰極上，其中，該至少一陽極、該至少一有機PN二極體及該陰極形成至少一有機發光二極體；以及一金屬遮光結構層，具有多數條金屬線，其中，以該多數條金屬線定義出一上開孔，且該上開孔對齊於下開孔。
以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍，而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖式加以闡述。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明的實施方式，並不用於限定本發明。
圖3顯示本發明的光學指紋感測裝置的第一實施例的示意圖，本實施例的光學指紋感測裝置30為整合於一有機發光二極體(OLED)面板，依據有機發光二極體面板的結構，光學指紋感測裝置30包括一薄膜電晶體(TFT)結構層31、一有機發光二極體結構層33、一金屬遮光結構層35、及一濾光結構層37，其中，薄膜電晶體結構層31主要功能為有機發光二極體的畫素驅動，有機發光二極體結構層33 設置於薄膜電晶體結構層31上，有機發光二極體結構層33主要功能為有機發光二極體的發光，金屬遮光結構層35設置於有機發光二極體結構層33上，金屬遮光結構層35是用以遮蔽散射的光線同時也可提供觸控之功能，濾光結構層37設置於金屬遮光結構層35上，濾光結構層37提供對有機發光二極體的發光的濾光作用，並同時具有遮蔽有機發光二極體畫素間光線的功能，光學指紋感測裝置30為整合於有機發光二極體面板以提供使用者指紋辨識的感測功能。
如圖3所示，薄膜電晶體結構層31具有至少一有機發光二極體畫素電路311及至少一指紋感測器312，其中，於該指紋感測器312中定義出一下開孔H1，該有機發光二極體畫素電路311可依據驅動IC(圖未示)傳送的資料來控制有機發光二極體結構層33中的有機發光二極體331的發光亮度，此外，雖圖未顯示，薄膜電晶體結構層31更包含了配置在有機發光二極體面板的顯示區外圍的GOA電路與多工電路等，用以驅動有機發光二極體面板的閘極線(gate line)與資料線(data line)等。
前述有機發光二極體畫素電路311及指紋感測器312是以半導體製程在薄膜電晶體結構層31的基板(substrate)315上第一層金屬M1、第二層金屬M2及第三層金屬M3中所製作，其中，第一層金屬M1、第二層金屬M2及第三層金屬M3係依照製程時間順序由下而上依序設置，指紋感測器312可為矽基光二極體(Si-based photo diode)、矽奈米晶 (Si nanocrystal)光感應元件或TFT光感應元件，由於這些光感應元件所採用的材料(如Si、 SiOx、SiNx與Metal等)與製程皆相近於薄膜電晶體結構層31的有機發光二極體畫素電路311，因此在實施上，可在製作有機發光二極體畫素電路311的同時也製作指紋感測器312。
再請參照圖3，有機發光二極體畫素電路311包括製作於第一層金屬M1的一頂閘極TG、及製作於第三層金屬M3的一第一電極E1及一第二電極E2，於此有機發光二極體畫素電路311中，第一電極E1及第二電極E1分別為源極及汲極、或分別為汲極及源極，第一電極E1及第二電極E1各自延伸、電性連接頂閘極TG下方的半導體通道316，例如為LTPS通道，據以構成一畫素電路結構。
前述指紋感測器312包括製作於第一層金屬M1的一底閘極BG、製作於第二層金屬M2的一頂閘極TG、及製作於第三層金屬M3的一第一電極E1及一第二電極E2，於此指紋感測器312中，第一電極E1及第二電極E2分別為源極及汲極、或分別為汲極及源極，第一電極E1及第二電極E2各自延伸、電性連接在頂閘極TG下方及底閘極BG上方之間的一半導體通道317，例如為IGZO通道，據以構成一指紋感測器結構，其中，在垂直於基板315的投影方向上，第一電極E1及第二電極E2位於底閘極BG的兩側，且頂閘極TG位於第一電極E1與第二電極E2之間，使得頂閘極TG與第二電極E2之間定義出該下開孔H1，在一實施例中，如圖3所示，頂閘極TG與第一電極E1及第二電極E2的距離不相等，例如，頂閘極TG較靠近第一電極E1，以於頂閘極TG與第二電極E2之間定義出具有適當寬度的下開孔H1，亦即，藉由調整頂閘極TG在第一電極E1與第二電極E2之間的位置，可以控制下開孔H1的寬度。
前述有機發光二極體結構層33包括一畫素定義層(Pixel Define Layer，PDL)334、至少一陽極(Anode)335、至少一有機PN二極體336、一陰極(cathode)337及一薄膜封裝層338以形成至少一有機發光二極體331，陽極335設置於畫素定義層334的一定義空間中， 有機PN二極體336設置於陽極335上，陰極337設置於有機PN二極體336上，陽極335可為不透光且具反射效果的金屬層，以將有機PN二極體336的發光向上朝濾光結構層37的方向反射，陰極337則具有一定的穿透率，可讓有機PN二極體336的發光穿透，其中，圖3中的陽極335、有機PN二極體336及陰極337形成一有機發光二極體331，需注意的是，雖圖3中只顯示一有機發光二極體331，例如為綠色有機發光二極體，本領域人士可知，有機發光二極體結構層33可包含多數個規則排列的紅色有機發光二極體、綠色有機發光二極體及藍色有機發光二極體，以提供完整的彩色顯示，此外，薄膜封裝層338覆蓋於陰極337之上以保護有機發光二極體331，由於薄膜封裝層338具有較大的厚度，因此，整體有機發光二極體結構層33的厚度通常大於10um。
前述金屬遮光結構層35具有多數條金屬線351，並以多數條金屬線351定義出一上開孔H2，且上開孔H2對齊於下開孔H1，在一實施例中，金屬遮光結構層35具有位在上下兩層的多數條金屬線351，且其厚度約為2um，上層的金屬線351-2與下層的金屬線351-1沿不同方向(例如兩互相垂直的方向)延伸，金屬遮光結構層35可複用為一觸控感應層，亦即，以上層的金屬線351-2與下層的金屬線351-1分別沿兩互相垂直的方向延伸，以定位出觸控感應電極的座標位置，但並不以此為限，其中，在垂直於面板315的投影方向上，多數條金屬線351中的相鄰兩條金屬線351間隔一距離，以定義出該上開孔H2，且此上開孔H2對齊於下開孔H1，雖圖3中顯示兩下層的金屬線351-1定義出一上開孔H2，但本發明亦可以兩上層的金屬線351-2定義出一上開孔H2，或是以一下層的金屬線351-1及一上層的金屬線351-2定義出一上開孔H2。此外，於其他實施例中，亦可以前述金屬遮光結構層35的其中一層的金屬線351作為兩個互相垂直方向的觸控感應電極，以另一層的金屬線351作為橋接電極(bridge)，並以作為觸控感應電極的該層的兩相鄰的金屬線351定義出該上開孔H2。再者，前述上開孔H2不限定是由相鄰兩條金屬線351所定義出，其亦可藉由於同一金屬線351或於一由金屬線351構成的區塊挖孔所定義。
濾光結構層37包含一黑矩陣(black matrix)BM，且其厚度約為3um，黑矩陣BM為由多數條遮光線條371所構成，多數條遮光線條371係由黑色絕緣材質所構成且延不同方向(例如兩互相垂直的方向)設置，以形成多數個透光區塊373，每一透光區塊373對應一有機發光二極體331設置，且透光區塊373中填入與對應的有機發光二極體331所發出的光具有相同波段的光阻375，例如當有機發光二極體331為綠色有機發光二極體時，填入有機發光二極體331的光阻為綠色光阻375-G。前述黑矩陣BM的遮光線條371對應於上開孔H2處亦設置有一上孔洞376以進一步輔助定義該上開孔H2，據此，由上述對齊的下開孔H1、上開孔H2及上孔洞376，配合濾光結構層37、金屬遮光結構層35及有機發光二極體結構層33等的厚度，可提供一準直結構給指紋感測器312，以有效抑制側向光進入指紋感測器312，而能達成極佳的指紋感測效果。
圖4 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第二實施例的示意圖，本實施例類似於第一實施例，差別在於本實施例的光學指紋感測器裝置的有機發光二極體結構層33的陰極337在對應指紋感測器312處設有一下孔洞3371，下孔洞3371例如為對齊於下開孔H1，由於陰極337會吸收部份的光線，因此去除對應指紋感測器312處的陰極337，可增加指紋感測器312的入光量，進而提高偵測到的指紋訊號。
圖5 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第三實施例的示意圖，本實施例類似於第一實施例，差別在於本實施例的濾光結構層37的上孔洞376中填入特定顏色的光阻375，例如藍色光阻375-B或綠色光阻375-G，由於藍色光阻375-B或綠色光阻375-G的穿透波長落在藍光或綠光的頻段，但紅光與紅外光對其穿透率較低，而在例如戶外很強的太陽光的強光環境，環境光穿透手指後會轉換成紅光與紅外光，然後進入指紋感測器312，造成背景雜訊大，因此，實施例藉由在濾光結構層37的上孔洞376中填入藍色光阻375-B或綠色光阻375-G，可有效濾除紅光與紅外光，據此可有效的降低強光環境的雜訊。
圖6 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第四實施例的示意圖，本實施例類似於第一實施例，差別在於本實施例的濾光結構層37的透光區塊373中並無填入光阻375，但為了降低環境光反射造成的畫質變差，因此在濾光結構層37上加入一圓偏光鏡(Circular polarizer)層38。圓偏光鏡層38可改變反射光的偏振方向，使得入射光與反射光互相抵消，亦即，順時鐘偏振光與逆時鐘偏振光互相抵消，因此可抑制因反射光造成的顯示對比降低。
圖7 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第五實施例的示意圖，本實施例類似於第一實施例，差別在於本實施例的光學指紋感測裝置省略濾光結構層37，因此上開孔H2僅由金屬遮光結構層35所定義，而在金屬遮光結構層35上加入一圓偏光鏡層38以降低反射光造成的顯示對比的下降。
圖8 顯示本發明的光學指紋感測裝置的入射光路徑圖，用以說明利用不同折射係數的材料來達到縮小入射光角度，進而提高準直的功效，其中，圖8中的入射光路徑81表示為當薄膜電晶體結構層31、有機發光二極體結構層33、金屬遮光結構層35、濾光結構層37、及圓偏光鏡層38等各層的折射係數都相同時的光路徑圖，而入射光路徑82 表示為當有機發光二極體結構層33的薄膜封裝層338的折射係數較其上層的金屬遮光結構層35、濾光結構層37、及圓偏光鏡層38 的折射係數為小的光路徑圖，根據圖8所示，入射光路徑82到達指紋感測器312的偏移量將因折射係數的變化而變大，因此無法通過下開孔H1，但入射光路徑81則可以通過下開孔H1而到達指紋感測器312。亦即，當薄膜封裝層338的折射係數較其上層為小時，入射光的角度要更小才可通過下開孔H1到達指紋感測器312，因此，可僅使準直的入射光到達指紋感測器312，進一步提升準直的效果。需注意的是，圖8 是以圖6的光學指紋感測器裝置的第四實施例的架構來說明利用不同折射係數的材料來提高準直的功效，但於本發明之其他實施例中，同樣地亦可使薄膜封裝層338的折射係數較其上層為小來提高準直的功效，亦即，於第一、第二及第三實施例中，薄膜封裝層338的折射係數小於或等於金屬遮光結構層35的折射係數，或是薄膜封裝層338的折射係數小於或等於金屬遮光結構層35及濾光結構層37的折射係數，於第四實施例中，薄膜封裝層338的折射係數小於或等於金屬遮光結構層35及圓偏光鏡層38的折射係數，或是薄膜封裝層338的折射係數小於或等於金屬遮光結構層35、濾光結構層37及圓偏光鏡層38的折射係數，於第五實施例中，薄膜封裝層338的折射係數小於或等於金屬遮光結構層35及圓偏光鏡層38的折射係數。
由以上之說明可知，以本發明光學指紋感測器裝置，藉由最佳化有機發光二極體 面板的堆疊結構與設計，將指紋感測器整合到有機發光二極體 面板，可具有不會增加產品厚度、不會降低屏占比、可同時偵測多指指紋與不限定偵測位置等優點。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
11:顯示螢幕
15:指紋感測器
30:光學指紋感測器裝置
31:薄膜電晶體結構層
33:有機發光二極體結構層
35:金屬遮光結構層
37:濾光結構層
311:有機發光二極體畫素電路
312:指紋感測器
331:有機發光二極體
315:基板
M1:第一層金屬
M2:第二層金屬
M3:第三層金屬
TG:頂閘極
E1,E2:電極
316,317:通道
BG:底閘極
H1:下開孔
H2:上開孔
334:畫素定義層
335:陽極
336:有機PN二極體
337:陰極
338:薄膜封裝層
351,351-1,351-2:金屬線
BM:黑矩陣
371:遮光線條
373:透光區塊
375,375-G,375-B:光阻
376:上孔洞
3371:下孔洞
38:圓偏光鏡層
81,82:入射光路徑
圖1顯示一習知指紋感測器的配置。
圖2顯示另一習知指紋感測器的配置。
圖3 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第一實施例的示意圖。
圖4 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第二實施例的示意圖。
圖5 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第三實施例的示意圖。
圖6 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第四實施例的示意圖。
圖7 顯示本發明的光學指紋感測裝置的第五實施例的示意圖。
圖8 顯示本發明的光學指紋感測裝置的入射光路徑圖。
30:光學指紋感測器裝置
31:薄膜電晶體結構層
33:有機發光二極體結構層
35:金屬遮光結構層
37:濾光結構層
311:有機發光二極體畫素電路
312:指紋感測器
331:有機發光二極體
315:基板
M1:第一層金屬
M2:第二層金屬
M3:第三層金屬
TG:頂閘極
E1,E2:電極
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375,375-G:光阻
376:上孔洞
Claims (14)
- 一種光學指紋感測裝置，包含： 一薄膜電晶體結構層，具有至少一有機發光二極體畫素電路及至少一指紋感測器形成於一基板上，其中，於該指紋感測器中定義出一下開孔； 一有機發光二極體結構層，設置於該薄膜電晶體結構層上，該有機發光二極體結構層包括至少一陽極、至少一有機PN二極體及一陰極，以及一薄膜封裝層覆蓋於該陰極上，其中，該至少一陽極、該至少一有機PN二極體及該陰極形成至少一有機發光二極體；以及 一金屬遮光結構層，具有多數條金屬線，其中，以該多數條金屬線定義出一上開孔，且該上開孔對齊於下開孔。
- 如請求項1所述之光學指紋感測裝置，其更包含：一濾光結構層，設置於該金屬遮光結構層上，該濾光結構層包含一黑矩陣，該黑矩陣於對應於該上開孔處設置有一上孔洞。
- 如請求項2所述之光學指紋感測裝置，其中，該黑矩陣具有多數個透光區塊，每一透光區塊對應一有機發光二極體設置，且每一透光區塊中填入與對應的有機發光二極體所發出的光具有相同波段的光阻。
- 如請求項3所述之光學指紋感測裝置，其中，該陰極在對應該指紋感測器處設有一下孔洞，該下孔洞為對齊於該下開孔。
- 如請求項3所述之光學指紋感測裝置，其中，該上孔洞中填入藍色光阻或綠色光阻。
- 如請求項2所述之光學指紋感測裝置，其更包含：一圓偏光鏡層，設置於該濾光結構層上。
- 如請求項1所述之光學指紋感測裝置，其更包含：一圓偏光鏡層，設置於該金屬遮光結構層上。
- 如請求項2所述之光學指紋感測裝置，其中，該薄膜封裝層的折射係數小於或等於該金屬遮光結構層的折射係數。
- 如請求項6所述之光學指紋感測裝置，其中，該薄膜封裝層的折射係數小於或等於該金屬遮光結構層及該圓偏光鏡層的折射係數。
- 如請求項7所述之光學指紋感測裝置，其中，該薄膜封裝層的折射係數小於或等於該金屬遮光結構層及該圓偏光鏡層的折射係數。
- 如請求項1所述之光學指紋感測裝置，其中，該金屬遮光結構層為一觸控感應層。
- 如請求項1所述之光學指紋感測裝置，其中，該指紋感測器包括一底閘極、一頂閘極、一第一電極及一第二電極，其中，在垂直於該基板的投影方向上，該第一電極及該第二電極位於該底閘極的兩側，且該頂閘極位於該第一電極與該第二電極之間，以於該頂閘極與該第二電極之間定義出該下開孔。
- 如請求項12所述之光學指紋感測裝置，其中，該頂閘極與該第一電極及該第二電極的距離不相等。
- 如請求項1所述之光學指紋感測裝置，其中，該多數條金屬線位在上下兩層，且該多數條金屬線中的相鄰兩條金屬線間隔一距離，以定義出該上開孔。
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2022
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