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TWI731572B - 感光裝置以及感測指紋的方法 - Google Patents

感光裝置以及感測指紋的方法 Download PDF

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TWI731572B
TWI731572B TW109103665A TW109103665A TWI731572B TW I731572 B TWI731572 B TW I731572B TW 109103665 A TW109103665 A TW 109103665A TW 109103665 A TW109103665 A TW 109103665A TW I731572 B TWI731572 B TW I731572B
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羅再昇
陳志強
黃勝銘
林聖凱
王銘瑞
鍾佳欣
張暉谷
王濰淇
呂仁貴
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友達光電股份有限公司
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Abstract

一種感光裝置，包括顯示面板、感光元件基板以及第一四分之一波板。感光元件基板位於顯示面板的背面。感光元件基板包括第一基板、多個第一發光二極體、多個感光元件以及第一偏光結構。第一發光二極體以及感光元件位於第一基板上。第一偏光結構位於第一發光二極體以及感光元件上。第一四分之一波板位於第一偏光結構與顯示面板之間。

Description

感光裝置以及感測指紋的方法
本發明是有關於一種感光裝置，且特別是有關於一種感光裝置以及感測指紋的方法。
目前，指紋辨識裝置常被使用於個人用電子產品中。舉例來說，手機以及平板電腦等電子產品都會附帶指紋辨識裝置，以確保用戶的個人隱私不會輕易洩漏。現有的手機中，常配備有用於指紋辨識的感光元件，感光元件偵測手指指紋所反射之光線，指紋的高低起伏會有不同強度的反射光，因此不同的指紋樣貌會被感光元件所分辨出來。
本發明提供一種感光裝置，可以降低感光元件所接收到的雜訊，藉此提高指紋辨識的成功率。
本發明提供一種感光裝置，可以降低光電轉換元件所接收到的雜訊，藉此提高指紋辨識的成功率。
本發明提供一種感測指紋的方法，可以降低光電轉換元件所接收到的雜訊，藉此提高指紋辨識的成功率。
本發明的至少一實施例提供一種感光裝置。感光裝置包括顯示面板、感光元件基板以及第一四分之一波板。感光元件基板位於顯示面板的背面。感光元件基板包括第一基板、多個第一發光二極體、多個感光元件以及第一偏光結構。第一發光二極體以及感光元件位於第一基板上。第一偏光結構位於第一發光二極體以及感光元件上。第一四分之一波板位於第一偏光結構與顯示面板之間。
本發明的至少一實施例提供一種感光裝置。感光裝置包括顯示面板、感光元件基板以及第一四分之一波板。感光元件基板位於顯示面板的背面。感光元件基板包括第一基板、多個光電轉換元件以及第一偏光結構。光電轉換元件位於第一基板上。第一偏光結構位於光電轉換元件上。第一四分之一波板位於第一偏光結構與顯示面板之間。
本發明的至少一實施例提供一種感測指紋的方法，包括以下步驟。提供感光裝置，包括顯示面板、感光元件基板以及第一四分之一波板。感光元件基板位於顯示面板的背面。感光元件基板包括第一基板、多個光電轉換元件以及第一偏光結構。光電轉換元件位於第一基板上。第一偏光結構位於光電轉換元件上。第一四分之一波板位於第一偏光結構與顯示面板之間。對部分光電轉換元件施加電壓，使部分光電轉換元件發出光線。
圖1是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。
請參考圖1，感光裝置10包括感光元件基板100、顯示面板200以及第一四分之一波板300。
感光元件基板100位於顯示面板200的背面。感光元件基板100包括第一基板110、多個光電轉換元件120以及第一偏光結構130。
光電轉換元件120位於第一基板110上。光電轉換元件120包括第一發光二極體122以及感光元件124。第一發光二極體122包括有機發光二極體、無機發光二極體或其他自發光元件。感光元件124包括pin型感光元件、雪崩型感光元件、pn型感光元件、發射鍵型感光元件或其他感光元件。在一些實施例中，第一發光二極體122與感光元件124包括相同的結構。舉例來說，第一發光二極體122與感光元件124皆包括P型半導體以及N型半導體。當對光電轉換元件120施加順向偏壓時，電子和電洞在P型半導體以及N型半導體之間的空乏區結合，並發射出光線。當對光電轉換元件120施加逆向偏壓，且光線照射到光電轉換元件120時，P型半導體以及N型半導體之間的空乏區會產生電子電洞對，並產生電流。在其他實施例中，第一發光二極體122與感光元件124包括不同的結構。
第一偏光結構130位於光電轉換元件120上，且第一偏光結構130位於光電轉換元件120與顯示面板200之間。在本實施例中，第一偏光結構130位於第一發光二極體122與感光元件124上。第一偏光結構130為金屬柵線偏振結構，且形成第一偏光結構130的方法包括奈米壓印技術（Nanoimprint lithography，NIL）。金屬柵線偏振結構位於第一發光二極體122以及感光元件124上。金屬柵線偏振結構的材料例如為金、鋁、銅、鎳等金屬。
顯示面板200包括第三基板210、相對於第三基板210的第四基板220、多個第二發光二極體230以及反射層240。第二發光二極體230以及反射層240位於第三基板210上。第二發光二極體230包括有機發光二極體、無機發光二極體或其他自發光元件。第二發光二極體230的尺寸與第一發光二極體122的尺寸可以相同或不同，且第二發光二極體230的數量與第一發光二極體122的數量可以相同或不同。反射層240位於第二發光二極體230與第三基板210之間。反射層240例如包括金屬導線、金屬電極或其他可以反光的結構。在一些實施例中，第三基板210與第四基板220之間還包括光學膠，其中光學膠可以用於保護第二發光二極體230。
在一些實施例中，第一發光二極體122為紅外光發光二極體，而第二發光二極體230為可見光發光二極體，藉此避免第一發光二極體122所發出之光線與第二發光二極體230所發出之光線互相干擾。
第一四分之一波板300位於第一偏光結構130與顯示面板200之間。第一四分之一波板300形成於感光元件基板100上或顯示面板200上。第一四分之一波板300的快軸與第一偏光結構130的穿透軸之間具有夾角。舉例來說，第一四分之一波板300的快軸與第一偏光結構130的穿透軸之間的夾角為+45度。
在本實施例中，感光裝置10還包括第二四分之一波板400、第二偏光結構500以及蓋板600。
第二四分之一波板400位於顯示面板200上。第一四分之一波板300與第二四分之一波板400分別位於顯示面板200的相對兩側。在一些實施例中，第一四分之一波板300位於顯示面板200的第三基板210上，且第二四分之一波板400位於顯示面板200的第四基板220上。
第二偏光結構500位於第二四分之一波板400上，且第二四分之一波板400位於第二偏光結構500與顯示面板200之間。在一些實施例中，第二偏光結構500可以包括聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA）偏光膜、高度偏光轉換薄膜（Advanced polarization conversion film，APCF）、反射型偏光增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film，DBEF）或其他偏光結構。在一些實施例中，第二偏光結構500也可以包括金屬柵線偏振結構。
在本實施例中，第二四分之一波板400的快軸與第二四分之一波板400的快軸之間具有夾角。舉例來說，第二四分之一波板400的快軸與第一偏光結構130的穿透軸之間的夾角為-45度，第一偏光結構130的穿透軸與第二偏光結構500的穿透軸互相平行。在其他實施例中，第二四分之一波板400的快軸與第一偏光結構130的穿透軸之間的夾角為+45度，第一偏光結構130的穿透軸與第二偏光結構500的穿透軸互相垂直平行。
蓋板600位於第二偏光結構500上。第二四分之一波板400以及第二偏光結構500形成於顯示面板200上或形成於蓋板600上。
在本實施例中，對部分光電轉換元件120（第一發光二極體122）施加電壓，使部分光電轉換元件120（第一發光二極體122）發出光線L1。光線L1穿過第一偏光結構130，並被第一偏光結構130轉換成第一偏振光L2，其中第一偏振光L2的偏振方向平行於第一偏光結構130的穿透軸。
第一偏振光L2穿過第一四分之一波板300，並被第一四分之一波板300轉換成第一圓偏振光L3。在本實施例中，部分第一圓偏振光L3會穿過顯示面板200，並抵達第二四分之一波板400。
第一圓偏振光L3穿過第二四分之一波板400，並被第二四分之一波板400轉換成第二偏振光L4，其中第二偏振光L4的偏振方向平行於第二偏光結構500的穿透軸。
第二偏振光L4穿過第二偏光結構500後被手指F反射，接著再次穿過第二偏光結構500。第二偏振光L4穿過第二四分之一波板400，並被第二四分之一波板400轉換成第二圓偏振光L5。
第二圓偏振光L5穿過第一四分之一波板300，並被第一四分之一波板300轉換成第三偏振光L6，其中第三偏振光L6的偏振方向平行於第一偏光結構130的穿透軸。
第三偏振光L6穿過第一偏光結構130，並被另一部分光電轉換元件120（感光元件124）接收。另一部分光電轉換元件120（感光元件124）產生對應手指反射光的電流訊號，如此達到指紋辨識的功能。
在本實施例中，部分第一圓偏振光L3’會被第二發光二極體230下方的反射層240反射，並回到第一四分之一波板300。第一圓偏振光L3’穿過第一四分之一波板300，並被第一四分之一波板300轉換成第四偏振光L7，其中第四偏振光L7的偏振方向垂直於第一偏光結構130的穿透軸。由於第四偏振光L7的偏振方向垂直於第一偏光結構130的穿透軸，第四偏振光L7不能穿透第一偏光結構130，因此，另一部分光電轉換元件120（感光元件124）不會產生對應第四偏振光L7的雜訊電流訊號。
基於上述，由於第一四分之一波板300位於第一偏光結構130與顯示面板200之間，可以降低光電轉換元件120（感光元件124）所接收到來自反射層240反射的雜訊，藉此提高指紋辨識的成功率。
圖2是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖2的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似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，在此不贅述。
請參考圖2，在本實施例中，光電轉換元件120包括pin型二極體。
請參考圖2，感光元件基板100包括多個開關元件T1。每個開關元件T1包括閘極G1、通道層CH1、源極S1以及汲極D1。閘極G1位於第一基板110上。通道層CH1重疊於閘極G1且與閘極G1之間夾有閘極絕緣層GI1。源極S1以及汲極D1位於通道層CH1上，且與通道層CH1連接。
雖然在本實施例中，開關元件T1是以底部閘極型薄膜電晶體為例來說明，但本發明不限於此。根據其他實施例，上述之開關元件T1也可是以頂部閘極型薄膜電晶體或其他類型的薄膜電晶體。
絕緣層I1覆蓋開關元件T1。絕緣層I1具有多個開口O1，其中開口O1暴露出開關元件T1的源極S1或汲極D1。多個轉接電極TL1填入開口O1，並與開關元件T1的源極S1或汲極D1電性連接。
光電轉換元件120位於絕緣層I1上。光電轉換元件120包括P層P、I層I、N層N、第一電極E1以及第二電極E2。P層P與N層N分別為P型半導體層以及N型半導體層。I層I位於P層P與N層N之間，且I層I的摻雜濃度低於P層P與N層N的摻雜濃度。第一電極E1連接N層N至轉接電極TL1。第二電極E2連接P層P。在本實施例中，第二電極E2包括透明導電材料。
平坦層PL1位於第一基板110上。在本實施例中，平坦層PL1覆蓋絕緣層I1，且光電轉換元件120埋入平坦層PL1中。換句話說，第一發光二極體以及感光元件埋入平坦層PL1。
在本實施例中，利用開關元件T1控制光電轉換元件120上的施加的偏壓，以決定光電轉換元件120用於發射光線或接收光線。舉例來說，當對光電轉換元件120施加順向偏壓時，光電轉換元件120可作為發光二極體使用。當對光電轉換元件120施加逆向偏壓時，光電轉換元件120可作為感光元件使用。藉此，可以依據操作感光元件基板100時之光線強度來調整發光二極體與感光元件的比例，藉此提升指紋辨識的成功率。
第一偏光結構130位於平坦層PL1上。在本實施例中，第一偏光結構130位於平坦層PL1以及光電轉換元件120上。在一些實施例中，光電轉換元件120與第一偏光結構130之間還夾有其他絕緣層（未繪出），但本發明不以此為限。藉由平坦層PL1的設置，可以更好的利用奈米壓印技術形成第一偏光結構130。
顯示面板200包括多個開關元件T2。每個開關元件T2包括閘極G2、通道層CH2、源極S2以及汲極D2。閘極G2位於第三基板210上。通道層CH2重疊於閘極G2且與閘極G2之間夾有閘極絕緣層GI2。源極S2以及汲極D2位於通道層CH2上，且與通道層CH2連接。
雖然在本實施例中，開關元件T2是以底部閘極型薄膜電晶體為例來說明，但本發明不限於此。根據其他實施例，上述之開關元件T2也可是以頂部閘極型薄膜電晶體或其他類型的薄膜電晶體。
絕緣層I2覆蓋開關元件T2。絕緣層I2具有多個開口O2，其中開口O2暴露出開關元件T2的汲極D2。多個轉接電極TL2填入開口O2，並與開關元件T2的汲極D2電性連接。
第二發光二極體230位於絕緣層I2上。在本實施例中，第二發光二極體230為有機發光二極體，且每個第二發光二極體230包括第三電極E3、第四電極E4以及有機發光層OL，其中有機發光層OL位於第三電極E3與第四電極E4之間。
在本實施例中，畫素定義層PDL位於絕緣層I2上，且具有重疊於第三電極E3的開口。有機發光層OL位於畫素定義層PDL的開口中，且第四電極E4位於有機發光層OL以及畫素定義層PDL上。在本實施例中，每個第二發光二極體230的第三電極E3透過轉接電極TL2而與對應的開關元件T2電性連接。在本實施例中，多個第二發光二極體230的第四電極E4彼此電性連接。
基於上述，由於第一四分之一波板300位於第一偏光結構130與顯示面板200之間，可以降低光電轉換元件120（感光元件）所接收到的雜訊，藉此提高指紋辨識的成功率。
圖3是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖3的實施例沿用圖2的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似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，在此不贅述。
圖3的感光裝置10b與圖2的感光裝置10a的主要差異在於：感光裝置10b更包括反射層134。
請參考圖3，在本實施例中，第一偏光結構130包括多個金屬柵線偏振結構132以及反射層134。金屬柵線偏振結構132位於光電轉換元件120（第一發光二極體以及感光元件）上。舉例來說，金屬柵線偏振結構132僅位於光電轉換元件120的發光面或收光面上。反射層134位於金屬柵線偏振結構132之間。舉例來說，第一偏光結構130重疊於光電轉換元件120的部分為金屬柵線偏振結構132，且第一偏光結構130不重疊於光電轉換元件120的部分為反射層134。
在本實施例中，金屬柵線偏振結構132與反射層134包括相同材料，且是藉由同一道圖案化製程所形成，但本發明不以此為限。在其他實施例中，金屬柵線偏振結構132與反射層134包括不同材料。
基於上述，反射層134可以反射被顯示面板200所反射之光線，藉此增加光線穿透顯示面板200的機率。
圖4是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖4的實施例沿用圖3的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似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，在此不贅述。
圖4的感光裝置10c與圖3的感光裝置10b的主要差異在於：感光裝置10c更包括反射結構136。
請參考圖4，在本實施例中，第一偏光結構130包括金屬柵線偏振結構132、反射層134以及多個反射結構136。反射結構136位於反射層134的表面。
在本實施例中，金屬柵線偏振結構132、反射層134以及反射結構136包括相同材料。在一些實施例中，藉由蝕刻製程而於反射層134的表面形成反射結構136。
基於上述，反射結構136可增加光線散射以及大角度反射光線的機會，進一步提升光線穿透顯示面板200的機會。
圖5是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖5的實施例沿用圖2的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似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，在此不贅述。
圖5的感光裝置10d與圖2的感光裝置10a的主要差異在於：感光裝置10d的第一四分之一波板300為光柵延遲片（grating retarder）。
請參考圖5，鈍化層138覆蓋第一偏光結構130。第一四分之一波板300包括光柵310。光柵310位於鈍化層138上。光柵310例如包括透明絕緣材料，且亦可使用奈米壓印技術形成。絕緣層320覆蓋光柵310。由於第一四分之一波板300為光柵延遲片，感光裝置10d可以更薄，且能提昇感光裝置10d的可撓性。
雖然在本實施例中，第一四分之一波板300為光柵延遲片，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一四分之一波板300為聚合物波板、液晶波板、多層膜堆疊之波板或其他形式的波板。
在一些實施例中，第二四分之一波板400也可以為光柵延遲片，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第二四分之一波板400為聚合物波板、液晶波板、多層膜堆疊之波板或其他形式的波板。
綜上所述，本發明的第一四分之一波板位於第一偏光結構與顯示面板之間，可以降低光電轉換元件所接收到的雜訊，藉此提高指紋辨識的成功率。
10、10a、10b、10c、10d:顯示面板
100:感光元件基板
110:第一基板
120:光電轉換元件
122:第一發光二極體
124:感光元件
130:第一偏光結構
132:金屬柵線偏振結構
134:反射層
136:反射結構
138:鈍化層
200:顯示面板
210:第三基板
220:第四基板
230:第二發光二極體
240:反射層
300:第一四分之一波板
310:光柵
320:絕緣層
400:第二四分之一波板
500:第二偏光結構
600:蓋板
CH1、CH2:通道層
D1、D2:汲極
E1:第一電極
E2:第二電極
F:手指
G1、G2:閘極
GI1、GI2:閘極絕緣層
I:I層
I1、I2:絕緣層
N:N層
L1:光線
L2:第一偏振光
L3、L3’:第一圓偏振光
L4:第二偏振光
L5:第二圓偏振光
L6:第三偏振光
L7:第四偏振光
O1、O2:開口
OL:有機發光層
P:P層
PDL:畫素定義層
PL1:平坦層
S1、S2:源極
T1、T2:開關元件
TL1、TL2:轉接電極
圖1是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。 圖5是依照本發明的一實施例的一種感光裝置的剖面示意圖。
10:顯示面板
100:感光元件基板
110:第一基板
120:光電轉換元件
122:第一發光二極體
124:感光元件
130:第一偏光結構
200:顯示面板
210:第三基板
220:第四基板
230:第二發光二極體
240:反射層
300:第一四分之一波板
400:第二四分之一波板
500:第二偏光結構
600:蓋板
F:手指
L1:光線
L2:第一偏振光
L3、L3’:第一圓偏振光
L4:第二偏振光
L5:第二圓偏振光
L6:第三偏振光
L7:第四偏振光

Claims (13)

  1. 一種感光裝置，包括：一顯示面板；一感光元件基板，位於該顯示面板的背面，且包括：一第一基板；多個第一發光二極體，位於該第一基板上；多個感光元件，位於該第一基板上；以及一第一偏光結構，位於該些第一發光二極體以及該些感光元件上；以及一第一四分之一波板，位於該第一偏光結構與該顯示面板之間，其中該第一四分之一波板的快軸與該第一偏光結構的穿透軸之間具有夾角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的感光裝置，其中該顯示面板，包括：一第三基板以及相對於該第三基板的一第四基板；多個第二發光二極體，位於該第三基板上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的感光裝置，更包括：一第二四分之一波板，位於該顯示面板上；以及一第二偏光結構，其中該第二四分之一波板位於該第二偏光結構與該顯示面板之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的感光裝置，其中該第一四分之一波板與該第二四分之一波板分別位於該顯示面板的相對兩側。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的感光裝置，其中該第一偏光結構的穿透軸與該第二偏光結構的穿透軸互相平行或垂直。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的感光裝置，其中該第一四分之一波板的快軸與該第二四分之一波板的快軸之間具有夾角。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的感光裝置，其中該第一偏光結構包括：多個金屬柵線偏振結構，位於該些第一發光二極體以及該些感光元件上；以及一反射層，位於該些金屬柵線偏振結構之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的感光裝置，其中該第一偏光結構包括：多個反射結構，位於該反射層的表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的感光裝置，其中該感光元件基板包括：一平坦層，位於該第一基板上，其中該些第一發光二極體以及該些感光元件埋入該平坦層中，且該第一偏光結構位於該平坦層上。
  10. 一種感光裝置，包括：一顯示面板；一感光元件基板，位於該顯示面板的背面，且包括：一第一基板；多個發光二極體與多個感光元件，位於該第一基板上，其中該些發光二極體與該些感光元件包括相同的結構；以及一第一偏光結構，位於該些發光二極體與該些感光元件上；以及一第一四分之一波板，位於該第一偏光結構與該顯示面板之間，其中該第一四分之一波板的快軸與該第一偏光結構的穿透軸之間具有夾角。
  11. 一種感測指紋的方法，包括：提供一感光裝置，其中該感光裝置包括：一顯示面板，包括：一感光元件基板，位於該顯示面板的背面，且包括：一第一基板；多個光電轉換元件，位於該第一基板上；以及一第一偏光結構，位於該些光電轉換元件上；以及一第一四分之一波板，位於該第一偏光結構與該顯示面板之間，其中該第一四分之一波板的快軸與該第一偏光結構的穿透軸之間具有夾角； 對部分該些光電轉換元件施加電壓，使部分該些光電轉換元件發出光線。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的感測指紋的方法，其中該顯示面板包括：一第三基板以及相對於該第三基板的一第四基板；以及多個發光二極體，位於該第三基板上；其中該感光裝置更包括：一第二偏光結構，位於該第四基板上；以及一第二四分之一波板，位於該第二偏光結構與該些發光二極體之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的感測指紋的方法，更包括：部分該些光電轉換元件發出的光線穿過該第一偏光結構，並被轉換成第一偏振光；該第一偏振光穿過該第一四分之一波板，並被轉換成第一圓偏振光；該第一圓偏振光穿過該第二四分之一波板，並被轉換成第二偏振光；該第二偏振光穿過該第二偏光結構後被手指反射，接著再次穿過該第二偏光結構；該第二偏振光穿過該第二四分之一波板，並被轉換成第二圓偏振光； 該第二圓偏振光穿過該第一四分之一波板，並被轉換成第三偏振光；該第三偏振光穿過該第一偏光結構，並被另一部分該些光電轉換元件接收。
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