CN107657231B - 指纹识别传感器及其制作方法和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及指纹识别技术领域，公开了一种指纹识别传感器及其制作方法和显示装置，以提高显示装置的产品品质。指纹识别传感器包括呈阵列排布的多个指纹识别单元，其特征在于：每个指纹识别单元包括衬底基板，设置于所述衬底基板一侧的图像采集装置，以及依次设置于所述衬底基板另一侧的第一光栅结构和第二光栅结构，所述第一光栅结构具有与所述图像采集装置位置相对的第一成像孔，所述第二光栅结构具有与所述图像采集装置位置相对的第二成像孔，所述第一光栅结构的狭缝延伸方向与所述第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直。

Description

指纹识别传感器及其制作方法和显示装置

技术领域

本发明涉及指纹识别技术领域，特别是涉及一种指纹识别传感器及其制作方法和显示装置。

背景技术

随着电子商务和电子银行的飞速发展，人们对于安全性的要求也越来越高，如何准确地鉴定个人身份、保护信息安全是当今信息化时代必须解决的一个关键性社会问题。生物特征识别通过利用人体固有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴别，具有较高的安全性，逐渐被应用于人们的日常生活中。生物特征识别通常包括人脸识别、指纹识别、虹膜识别、声音识别或手部血管分布识别等。

OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)显示装置由于具有薄、轻、宽视角、主动发光、发光颜色连续可调、成本低、响应速度快、能耗小、驱动电压低、工作温度范围宽、生产工艺简单、发光效率高及可柔性显示等优点，已被列为极具发展前景的下一代显示技术。

具有指纹识别功能的显示面板通常采用一层不透光的金属遮光层来遮挡光线。然而，该金属遮光层会在玻璃基板表面形成大面积的金属区域，当显示面板受到按压时，金属遮光层产生较大的应力，从而使玻璃基板易变形，影响后续制作工艺；金属遮光层为大面积的金属层，在后续的化学气相沉积工艺中会产生突起，导致显示面板易破碎，从而降低了显示装置的产品品质；此外，设置大面积的金属遮光层会导致附加电容的出现，进而产生电路延迟、负载增加等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种指纹识别传感器及其制作方法和显示装置，以提高显示装置的产品品质。

本发明实施例提供了一种指纹传感器，包括呈阵列排布的多个指纹识别单元，其中：

每个指纹识别单元包括衬底基板，设置于所述衬底基板一侧的图像采集装置，以及依次设置于所述衬底基板另一侧的第一光栅结构和第二光栅结构，所述第一光栅结构具有与所述图像采集装置位置相对的第一成像孔，所述第二光栅结构具有与所述图像采集装置位置相对的第二成像孔，所述第一光栅结构的狭缝延伸方向与所述第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直。

本发明实施例提供的指纹传感器应用于显示装置，在识别指纹时，光线射到手指上后发生漫反射，反射光线依次穿过第一成像孔和第二成像孔，反射光线在经过第一成像孔和第二成像孔时发生小孔成像，并投影在图像采集装置上，图像采集装置将接收到的影像进行光电转换，从而进行指纹识别；第一光栅结构的狭缝延伸方向与第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直，用于遮挡光线，从而减少了从第一成像孔和第二成像孔以外区域射入图像采集装置的光线，使得小孔成像较为清晰，该结构设计的指纹传感器在手指按压显示装置时减少了第一光栅结构和第二光栅结构的应力作用，改善了衬底基板因应力作用而产生变形的现象，从而提高了显示装置的产品品质。

较佳的，所述第一成像孔和第二成像孔的形状尺寸相同。

优选的，所述第一成像孔和第二成像孔为圆孔且直径小于等于3.8um。采用该尺寸设计的第一成像孔和第二成像孔，使指纹能够较为清晰地在图像采集装置上投影。

较佳的，所述第一光栅结构和所述第二光栅结构分别包括平行设置的多个遮光条，相邻两个平行的遮光条之间形成狭缝；

所述第一光栅结构的相邻两个遮光条的间距d1满足：d1≤120nm，所述第二光栅结构的相邻两个遮光条的间距d2满足：d2≤120nm。采用该尺寸设计的第一光栅结构和第二光栅结构，可以较好地减少从第一成像孔和第二成像孔以外区域射入图像采集装置的光线，使得小孔成像更为清晰。

较佳的，所述第一光栅结构和所述第二光栅结构分别包括平行设置的多个遮光条，相邻两个平行的遮光条之间形成狭缝；

所述第一光栅结构的遮光条宽度与遮光条厚度之比为1:3；和/或，所述第二光栅结构的遮光条宽度与遮光条厚度之比为1:3。采用该尺寸设计的第一光栅结构和第二光栅结构，可以较好地减少从第一成像孔和第二成像孔以外区域射入图像采集装置的光线，使得小孔成像更为清晰。

可选的，所述第一光栅结构的材料包括钼、钛铝钛合金、钼铝合金或钼钕钼合金；和/或

第二光栅结构的材料包括钼、钛铝钛合金、钼铝合金或钼钕钼合金。

较佳的，所述每个指纹识别单元还包括设置于所述第二光栅结构远离所述衬底基板一侧的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括沿远离所述衬底基板方向依次设置的有源层、第一栅极、第二栅极和源漏极层，所述源漏极层具有与所述图像采集装置位置相对的透光孔。采用该结构设计，第一栅极和第二栅极控制不同的像素单元，从而可以提高指纹识别的分辨率。

可选的，所述源漏极层包括与所述有源层连接的第一源极、与所述第一栅极连接的第二源极、以及与所述第二栅极连接的第三源极，所述第三源极具有与所述图像采集装置位置相对的透光孔。

较佳的，所述透光孔的直径小于等于6.2um。在采集指纹时，多个指纹识别单元将指纹信息分割多个对应的指纹信息，采用该尺寸设计的多个透光孔可以更为准确地对指纹进行投影，从而提高了指纹识别的分辨率和准确性。

本发明实施例还提供了一种应用于如前述实施例的指纹传感器的制作方法，包括：

在衬底基板的一侧形成第一胶层；

将第一模板的第一光栅结构图案压印并转印至第一胶层远离衬底基板的一侧表面，形成第一光栅结构层，第一光栅结构层具有第一成像孔；

在第一光栅结构层远离衬底基板的一侧形成第二胶层；

将第二模板的第二光栅结构图案压印并转印至第二胶层远离衬底基板的一侧表面，形成第二光栅结构层，第二光栅结构层具有第二成像孔，第二成像孔与第一成像孔位置相对，第二光栅结构层的狭缝延伸方向与第一光栅结构层的狭缝延伸方向相垂直。

本发明实施例提供的制作方法采用纳米压印工艺制作指纹传感器，在应用于显示装置识别指纹时，第一光栅结构的狭缝延伸方向与第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直，用于遮挡光线，减少从第一成像孔和第二成像孔以外区域射入图像采集装置的光线，使得小孔成像较为清晰，该结构设计的指纹传感器在手指按压显示装置时减少了第一光栅结构和第二光栅结构的应力作用，改善了衬底基板因应力作用而产生变形的现象，从而提高了显示装置的产品品质。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括如前述任一实施例的指纹传感器。

本发明实施例提供的显示装置，在识别指纹时，指纹传感器的第一光栅结构的狭缝延伸方向与第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直，用于遮挡光线，减少从第一成像孔和第二成像孔以外区域射入图像采集装置的光线，使得小孔成像较为清晰，该结构设计的指纹传感器在手指按压显示装置时减少了第一光栅结构和第二光栅结构的应力作用，改善了衬底基板因应力作用而产生变形的现象，从而提高了显示装置的产品品质。

附图说明

图1为相关技术中显示面板指纹识别区域的结构示意图；

图2为本发明实施例指纹识别传感器的一结构示意图；

图3为本发明实施例第一光栅结构和第二光栅结构的示意图；

图4为本发明实施例指纹识别传感器的另一结构示意图；

图5为本发明实施例指纹识别传感器制作方法的流程示意图；

图6为本发明实施例显示装置的示意图。

附图标记：

00-指纹识别区域；01-衬底基板；02-图像传感器；

03-金属遮光层；04-薄膜晶体管；05-OLED器件；

031-成像孔；041-源漏极层；042-透光孔；

10-指纹识别传感器；11-指纹识别单元；12-衬底基板；

13-图像采集装置；14-第一光栅结构；15-第二光栅结构；

16-遮光条；17-狭缝；18-薄膜晶体管；19-OLED器件；

110-缓冲层；111-介电层；141-第一成像孔；142-第一遮光条；

143-第一狭缝；151-第二成像孔；152-第二遮光条；

153-第二狭缝；181-有源层；182-第一栅极；183-第二栅极；

184-源漏极层；185-透光孔；191-阳极；

20-显示装置；21-显示区域；22-指纹识别区域；

1841-第一源极；1842-第二源极；1843-第三源极。

具体实施方式

为了提高显示装置的产品品质，本发明实施例提供了一种指纹识别传感器及其制作方法和显示装置。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

在相关技术中，如图1所示，其显示面板包括显示区域(图中未示出)和指纹识别区域00。指纹识别区域00包括衬底基板01，设置于衬底基板01一侧的图像传感器02，以及依次设置于衬底基板01另一侧的金属遮光层03、薄膜晶体管04和OLED器件05，其中：金属遮光层03靠近衬底基板01设置且开设有与图像传感器02位置相对的成像孔031；薄膜晶体管04的源漏极层041开设有与图像传感器02位置相对的透光孔042。当手指按压在显示面板的指纹识别区域00时，OLED器件05发出的光线照射到手指上后发生漫反射，反射的光线依次穿过透光孔042和成像孔031，光线在经过成像孔031时发生小孔成像，并投影在图像传感器02上，图像传感器02将接收到的影像进行光电转换，从而进行指纹识别。然而，当指纹识别区域00在识别指纹时，由于手指按压显示面板，造成金属遮光层03产生较大的应力，从而使衬底基板01易变形，影响后续制作工艺；此外，金属遮光层03为大面积的金属层，在后续的化学气相沉积工艺中会产生突起，导致显示面板易破碎，从而降低了显示装置的产品品质。

如图2和图3所示，本发明实施例提供了一种指纹传感器10，包括呈阵列排布的多个指纹识别单元11，其中：每个指纹识别单元11包括衬底基板12，设置于衬底基板12一侧的图像采集装置13，以及依次设置于衬底基板12另一侧的第一光栅结构14和第二光栅结构15，第一光栅结构14具有与图像采集装置13位置相对的第一成像孔141，第二光栅结构15具有与图像采集装置13位置相对的第二成像孔151，第一光栅结构14的狭缝延伸方向与第二光栅结构15的狭缝延伸方向相垂直。

本发明实施例提供的指纹传感器10应用于显示装置，在识别指纹时，光线射到手指上后发生漫反射，反射光线依次穿过第一成像孔141和第二成像孔151，反射光线在经过第一成像孔141和第二成像孔151时发生小孔成像，并投影在图像采集装置13上，图像采集装置13将接收到的影像进行光电转换，从而进行指纹识别；第一光栅结构14的狭缝延伸方向与第二光栅结构15的狭缝延伸方向相垂直，用于遮挡光线，从而减少了从第一成像孔141和第二成像孔151以外区域射入图像采集装置13的光线，使得小孔成像较为清晰，该结构设计的指纹传感器10在手指按压显示装置时减少了第一光栅结构141和第二光栅结构151的应力作用，改善了衬底基板12因应力作用而产生变形的现象，从而提高了显示装置的产品品质。

如图3所示，在本发明的实施例中，第一光栅结构14和第二光栅结构15分别包括平行设置的多个遮光条16，相邻两个平行的遮光条16之间形成狭缝17。第一光栅结构14包括平行设置的多个第一遮光条142，相邻两个第一遮光条142之间形成第一狭缝143，第一狭缝143只能透过振动方向沿第一狭缝143方向延伸的光线；第二光栅结构15包括平行设置的多个第二遮光条152，相邻两个第二遮光条152之间形成第二狭缝153，第二狭缝153只能透过振动方向沿第二狭缝153方向延伸的光线。当光线穿过第一光栅结构14到达第二光栅结构15时，由于光线的振动方向沿第一狭缝153方向延伸，因此，光线并不能从第二狭缝153穿过，从而实现第一光栅结构14和第二光栅结构15遮挡光线的效果。

在上述实施例中，较佳的，第一光栅结构14的相邻两个遮光条16的间距d1满足：d1≤120nm，第二光栅结构15的相邻两个遮光条16的间距d2满足：d2≤120nm。采用该尺寸设计的第一光栅结构14和第二光栅结构15，可以较好地减少从第一成像孔141和第二成像孔151以外区域射入图像采集装置13的光线，使得小孔成像更为清晰。

此外，在上述实施例中，较佳的，第一光栅结构14的遮光条16宽度与遮光条16厚度之比为1:3；和/或，第二光栅结构15的遮光条16宽度与遮光条16厚度之比为1:3。采用该尺寸设计的第一光栅结构14和第二光栅结构15，可以较好地减少从第一成像孔141和第二成像孔151以外区域射入图像采集装置13的光线，使得小孔成像更为清晰。

在本发明的实施例中，第一光栅结构14的具体材料不限，例如可以为钼、钛铝钛合金、钼铝合金或钼钕钼合金。

在本发明的实施例中，第二光栅结构15的具体材料不限，例如可以为钼、钛铝钛合金、钼铝合金或钼钕钼合金。

在上述任一实施例中，较佳的，第一成像孔141和第二成像孔151的形状尺寸相同，这样能使指纹能够较为清晰地在图像采集装置13上投影，且成像的均一性较好。在本发明的实施例中，第一成像孔141和第二成像孔151的具体形状不限，例如可以为圆形或矩形。优选的，第一成像孔141和第二成像孔151为圆孔且直径小于等于3.8um。

如图4所示，在上述实施例中，每个指纹识别单元11还包括设置于第二光栅结构15远离衬底基板12一侧的薄膜晶体管18，薄膜晶体管18包括沿远离衬底基板12方向依次设置的有源层181、第一栅极182、第二栅极183和源漏极层184，源漏极层184具有与图像采集装置13位置相对的透光孔185。

请继续参照图4所示，源漏极层184包括与有源层181连接的第一源极1841、与第一栅极182连接的第二源极1842、以及与第二栅极183连接的第三源极1843，第三源极1843具有与图像采集装置13位置相对的透光孔185。当该结构设计的指纹传感器10应用于显示面板时，显示面板包括呈阵列排布的多个显示像素单元，指纹识别单元11与前述多个显示像素单元一一对应设置；该薄膜晶体管18的第一栅极182和第二栅极183分别控制不同的显示像素单元，这样在像素电极开口率一定的情况下，像素面积更小，从而提高了显示像素单元的开口率，进而提高了指纹在图像采集装置13上的显示分辨率。

在上述任一实施例中，较佳的，透光孔185的直径小于等于6.2um。为了改善光澜现象和提高指纹识别的效果，根据成像±45°的模拟计算：

D＝2*(d/2+h)。

当第一成像孔141和第二成像孔151的直径d小于等于3.8um时，根据现有工艺能力h(如图4所示h为缓冲层110与介电层111之间的膜厚)通常为1.2um，透光孔185的直径D的最大尺寸为6.2um。

在采集指纹时，多个指纹识别单元11将指纹信息分割多个对应的指纹信息，采用该尺寸设计的多个透光孔185可以更为准确地对指纹进行投影，从而提高了指纹识别的分辨率和准确性。

在本发明的实施例中，指纹传感器10还包括设置于薄膜晶体管18远离衬底基板12一侧的OLED器件19，OLED器件19包括依次设置的阳极191、发光层和阴极，阳极191设置于第三源极1843远离衬底基板12的一侧且与第三源极1843电连接。第二栅极183和第三源极1843导通时，OLED器件19发出光线并射到手指上后发生漫反射，从而产生小孔成像，进行指纹识别。在本实施例中，较佳的，OLED器件19的阴极为透明阴极，这样发光层发出的光线可以穿透透明阴极照射到手指上，使得指纹识别更加清晰。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种应用于如前述实施例的指纹传感器的制作方法，包括：

步骤101、在衬底基板的一侧形成第一胶层；

步骤102、将第一模板的第一光栅结构图案压印并转印至第一胶层远离衬底基板的一侧表面，形成第一光栅结构层，第一光栅结构层具有第一成像孔；

步骤103、在第一光栅结构层远离衬底基板的一侧形成第二胶层；

步骤104、将第二模板的第二光栅结构图案压印并转印至第二胶层远离衬底基板的一侧表面，形成第二光栅结构层，第二光栅结构层具有第二成像孔，第二成像孔与第一成像孔位置相对，第二光栅结构层的狭缝延伸方向与第一光栅结构层的狭缝延伸方向相垂直。

本发明实施例提供的制作方法采用纳米压印工艺制作指纹传感器，在应用于显示装置识别指纹时，第一光栅结构的狭缝延伸方向与第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直，用于遮挡光线，减少从第一成像孔和第二成像孔以外区域射入图像采集装置的光线，使得小孔成像较为清晰，该结构设计的指纹传感器在手指按压显示装置时减少了第一光栅结构和第二光栅结构的应力作用，改善了衬底基板因应力作用而产生变形的现象，从而提高了显示装置的产品品质。

如图6所示，本发明实施例还提供了一种显示装置20，包括如前述任一实施例的指纹传感器10。

请继续参照图6所示，在本发明的一实施例中，显示装置20为手机，包括显示区域21和指纹识别区域22，指纹识别区域22包括指纹传感器10。

本发明实施例提供的显示装置20，在识别指纹时，指纹传感器10的第一光栅结构的狭缝延伸方向与第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直，用于遮挡光线，减少从第一成像孔和第二成像孔以外区域射入图像采集装置的光线，使得小孔成像较为清晰，该结构设计的指纹传感器10在手指按压显示装置20时减少了第一光栅结构和第二光栅结构的应力作用，改善了衬底基板因应力作用而产生变形的现象，从而提高了显示装置20的产品品质。

在上述实施例中，显示装置20的具体类型不限，例如可以为指纹识别装置、平板电脑、电子纸、电视机或指纹打卡机。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种指纹传感器，包括呈阵列排布的多个指纹识别单元，其特征在于：

每个指纹识别单元包括衬底基板，设置于所述衬底基板一侧的图像采集装置，以及依次设置于所述衬底基板另一侧的第一光栅结构和第二光栅结构，所述第一光栅结构具有与所述图像采集装置位置相对的第一成像孔，所述第二光栅结构具有与所述图像采集装置位置相对的第二成像孔，所述第一光栅结构的狭缝延伸方向与所述第二光栅结构的狭缝延伸方向相垂直；

所述第一光栅结构和所述第二光栅结构分别包括平行设置的多个遮光条，相邻两个平行的遮光条之间形成狭缝。

2.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述第一成像孔和第二成像孔的形状尺寸相同。

3.如权利要求2所述的指纹传感器，其特征在于，所述第一成像孔和第二成像孔为圆孔且直径小于等于3.8um。

4.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述第一光栅结构的相邻两个遮光条的间距d1满足：d1≤120nm，所述第二光栅结构的相邻两个遮光条的间距d2满足：d2≤120nm。

5.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述第一光栅结构的遮光条宽度与遮光条厚度之比为1:3；和/或，所述第二光栅结构的遮光条宽度与遮光条厚度之比为1:3。

6.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述第一光栅结构的材料包括钼、钛铝钛合金、钼铝合金或钼钕钼合金；和/或

第二光栅结构的材料包括钼、钛铝钛合金、钼铝合金或钼钕钼合金。

7.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述每个指纹识别单元还包括设置于所述第二光栅结构远离所述衬底基板一侧的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括沿远离所述衬底基板方向依次设置的有源层、第一栅极、第二栅极和源漏极层，所述源漏极层具有与所述图像采集装置位置相对的透光孔。

8.如权利要求7所述的指纹传感器，其特征在于，所述源漏极层包括与所述有源层连接的第一源极、与所述第一栅极连接的第二源极、以及与所述第二栅极连接的第三源极，所述第三源极具有与所述图像采集装置位置相对的透光孔。

9.如权利要求7或8所述的指纹传感器，其特征在于，所述透光孔的直径小于等于6.2um。

10.一种应用于如权利要求1所述的指纹传感器的制作方法，其特征在于，包括：

在衬底基板的一侧形成第一胶层；

将第一模板的第一光栅结构图案压印并转印至第一胶层远离衬底基板的一侧表面，形成第一光栅结构层，第一光栅结构层具有第一成像孔；

在第一光栅结构层远离衬底基板的一侧形成第二胶层；

将第二模板的第二光栅结构图案压印并转印至第二胶层远离衬底基板的一侧表面，形成第二光栅结构层，第二光栅结构层具有第二成像孔，第二成像孔与第一成像孔位置相对；

其中，将多个遮光条平行设置形成第一光栅结构层和第二光栅结构层，相邻两个平行的遮光条之间形成狭缝，第二光栅结构层的狭缝延伸方向与第一光栅结构层的狭缝延伸方向相垂直。

11.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的指纹传感器。

Images