CN112380964A - 光电检测基板和显示装置 - Google Patents

Abstract

公开一种光电检测基板和显示装置，光电检测基板包括：衬底，包括多个感光区；设置在所述衬底上的多个感光单元，所述感光单元与所述感光区一一对应，配置为根据接收到的光线强度生成相应的电信号；遮光层，位于多个所述感光单元远离所述衬底的一侧，所述遮光层上设置有多个通孔；滤光部，所述滤光部一一对应地设置在所述通孔内，所述滤光层用于滤除红光；聚光透镜，所述聚光透镜与所述滤光部一一对应，并位于所述滤光部远离所述衬底的一侧。

Description

光电检测基板和显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种光电检测基板和显示装置。

背景技术

随着高屏占比手机的普及，屏下光学指纹检测成为主流的指纹检测方案。屏下光学指纹检测的原理是利用屏幕发出的光照射在手指上，手指的谷和脊处的反射率不同，不同强度的反射光射到屏下的感光单元阵列上，由感光单元产生的电信号传输至处理电路，处理电路根据每个感光单元输出的电信号，确定指纹图像。

发明内容

本发明提出了一种光电检测基板和显示装置。

第一方面，本发明提供一种光电检测基板，包括：

衬底，包括多个感光区；

设置在所述衬底上的多个感光单元，所述感光单元与所述感光区一一对应，配置为根据接收到的光线强度生成相应的电信号；

遮光层，位于多个所述感光单元远离所述衬底的一侧，所述遮光层上设置有多个通孔；

滤光部，所述滤光部一一对应地设置在所述通孔内，所述滤光层用于滤除红光；

聚光透镜，所述聚光透镜与所述滤光部一一对应，并位于所述滤光部远离所述衬底的一侧。

在一些实施例中，所述光电检测基板还包括：隔垫层，所述隔垫层位于所述遮光层远离所述衬底的一侧，所述聚光透镜位于所述隔垫层背离所述衬底的表面。

在一些实施例中，所述通孔的孔径为所述检测区宽度的1/10～1/50。

在一些实施例中，所述遮光层的厚度在1μm～10μm之间。

在一些实施例中，所述遮光层上的通孔在所述衬底上的正投影的总面积与所述遮光层在所述衬底上的正投影的面积之比在1/10～2/10之间。

在一些实施例中，所述遮光层的材料包括黑色的吸光树脂材料，所述滤光部的材料包括蓝色的滤光树脂材料。

在一些实施例中，所述光电检测基板还包括位于每个所述感光区中的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管设置在所述感光单元与所述衬底之间，并与相应的所述感光器件电连接。

在一些实施例中，所述薄膜晶体管为底栅型薄膜晶体管，所述光电检测基板还包括与所述薄膜晶体管一一对应的遮光部，所述遮光部位于所述薄膜晶体管远离所述衬底的一侧，并且，所述遮光部在所述衬底上的正投影至少覆盖所述薄膜晶体管的有源层在所述衬底上的正投影。

第二方面，本发明还提供一种显示装置，包括：显示面板和上述的光电检测基板，所述显示面板位于所述聚光透镜远离所述衬底的一侧，所述显示面板与每个感光区对应的区域中的至少一部分透光。

第三方面，本发明还提供一种显示装置，包括：

光电检测基板，所述光电检测基板包括：衬底、滤光层、遮光层、多个感光单元和多个聚光透镜；所述衬底包括多个感光区，所述感光单元设置在所述衬底上，并与所述感光区一一对应；所述遮光层设置在所述感光单元远离所述衬底的一侧；所述滤光层设置在所述遮光层远离所述衬底的一侧；所述遮光层上设置有多个通孔，所述通孔与所述聚光透镜一一对应；

显示面板，所述显示面板位于所述聚光透镜远离所述衬底的一侧，所述显示面板与每个感光区对应的区域中的至少一部分透光；

四分之一波片，设置在所述显示面板与所述光电检测基板之间；

偏振片，设置在所述四分之一波片与所述显示面板之间，所述四分之一波片的光轴与所述偏振片的透射光矢量方向交叉。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的一些实施例中提供的光电检测基板的示意图。

图2为本发明实施例中提供的遮光层和滤光部的示意图。

图3为本发明实施例中的光电检测基板用于显示装置中时的示意图。

图4为蓝色的滤光树脂材料所透过的光线强度与波长的关系曲线。

图5为本发明的一些实施例中提供的感光区中的电路原理图。

图6为本发明的一些实施例中提供的显示装置的示意图。

图7为本发明的另一些实施例中提供的显示装置的示意图。

图8为本发明的另一些实施例中提供的手指的反射光经过偏振片和四分之一波片的光路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在利用屏下光学指纹检测的显示装置中，显示面板下方设置光电检测基板，光电检测基板包括多个感光单元，显示面板发出的光线照射至手指上，手指的谷和脊处的反射率不同，不同强度的反射光射到屏下的感光单元阵列上，由感光单元产生的电信号传输至处理电路，处理电路根据每个感光单元输出的电信号，确定指纹图像。由于外界环境光中的红光部分可以穿透手指，导致检测结果受到干扰，因此，在一些示例中，在显示面板与光电检测基板之间设置有滤光膜，该滤光膜用于滤除外界环境光中的红光部分，以防止外界环境光干扰检测结果。另外，为了提高指纹成像质量，还可以在显示面板与光电检测基板之间设置准直结构，以提高感光单元接收到的光线的准直性。

为了降低指纹检测过程中光电信噪比，需要减小准直结构与感光单元之间的距离，因此，滤光膜设置在准直结构与显示面板之间。但是，滤光膜本身会有一定的反光作用，而显示面板并不能完全隔离滤光膜所反射的光，因此，从显示面板外侧可以看到滤光膜，从而影响显示面板的正常显示。

图1为本发明的一些实施例中提供的光电检测基板的示意图，如图1所示，光电检测基板包括：衬底10、设置在所述衬底10上的多个感光单元11、遮光层12、滤光部13，多个聚光透镜14。

其中，衬底10可以采用玻璃衬底10，也可以采用柔性基底，例如，柔性基底采用聚酰亚胺(PI)制成。衬底10包括多个感光区。

感光单元11与所述感光区一一对应，配置为根据接收到的光线强度生成相应的电信号。感光单元11可以采用PIN光电二极管，其具体包括：层叠设置的第一极11a、本体部分11c和第二极11b，其中本体部分11c包括层叠设置的N型半导体层、本征层、P型半导体层。

图2为本发明实施例中提供的遮光层和滤光部的示意图，如图1和图2所示，遮光层12位于多个感光单元11远离衬底10的一侧，遮光层12上设置有多个通孔。滤光部13一一对应地设置在通孔内，滤光部13用于滤除红光。需要说明的是，滤光部13仅位于通孔内，即，滤光部13在衬底10上的正投影未超出通孔在衬底10上的正投影。可选地，滤光部13在衬底10上的正投影与通孔在衬底10上的正投影重合，以尽量多地滤除红光。例如，滤光部13充满通孔。

聚光透镜14与滤光部13一一对应，并位于滤光部13远离衬底10的一侧。需要说明的是，聚光透镜14与滤光部13对应是指，滤光部13在衬底10上的正投影位于聚光透镜14在衬底10上的正投影范围内，从而使得聚光透镜14远离衬底10一侧的光线射向聚光透镜14后，聚光透镜14对光线进行汇聚，并将汇聚的光线射向相应的滤光部13。例如，通孔的中轴线与聚光透镜14的光轴在同一直线上。

本发明实施例中的光电检测基板可以用于显示装置中，该显示装置包括显示面板，显示面板具有相对的出光侧和背光侧，显示面板的出光侧即为显示面板在显示画面时，光线所指向的一侧。图3为本发明实施例中的光电检测基板用于显示装置中时的示意图，当光电检测基板用于显示装置中时，设置在显示面板20的背光侧。当显示面板20进行画面显示、且手指30位于显示面板20背离光电检测基板的表面时，显示面板20所发出的光线照射至手指30而被手指30反射，手指30的谷和脊所发射的光线经聚光透镜14照射至滤光部13。其中，照射至遮光层12上的光线被遮光层12遮挡，从而起到准直的作用；而照射至滤光部13的光线中的红光部分被滤除，从而防止外界环境光中的红光部分对检测结果造成干扰。

由于本发明中的滤光部13仅设置在通孔内，因此，滤光部13的整体面积较小，和整层的滤光膜相比，反射效果降低，从而减少对显示面板20显示效果的影响。并且，在遮光层12上的通孔内设置滤光部13，这样，感光单元11、遮光层12和滤光部13可以采用光刻构图工艺依次制作，与分别贴附遮光层12和滤光片的方式相比，有利于减小显示装置的整体厚度，还可以避免贴合工艺中产生的损耗和信赖性问题，并且，有利于提高显示装置的空间分辨率。

在一些实施例中，滤光部13的材料包括蓝色的滤光树脂材料。图4为蓝色的滤光树脂材料所透过的光线强度与波长的关系曲线，如图4所示，蓝色的树脂材料可以很好地滤掉红光部分，并且，蓝色的滤光树脂为吸收型滤光材料，反射率较低，从而进一步降低或消除反射光对显示效果的影响。

在一些实施例中，遮光层12采用吸光材料制成，例如，采用黑色的吸光树脂材料。如图3所示，经过聚光透镜14而射向滤光部13的光线中，小角度的入射光线可以通过滤光部13的滤光作用后，被感光单元11接收；而大角度的斜射光线会被遮光层12收掉，提高了准直效果，提高了指纹成像的质量。

在一些实施例中，如图1所示，光电检测基板还包括隔垫层15，隔垫层15位于遮光层12远离衬底10的一侧，聚光透镜14位于隔垫层15背离衬底10的表面。例如，聚光透镜14朝向隔垫层15的表面为平面，背离隔垫层15的表面为外凸的曲面。隔垫层15可以采用透明材料制成，例如，聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酰亚胺等。通过设置隔垫层15，能够增加聚光透镜14与滤光部13之间的距离，把聚光透镜14的焦点落于滤光部13的中间，从而使滤光部13能够接收到更多角度的光线。其中，隔垫层15的厚度可以根据聚光透镜14的不同曲率半径来设计。例如，隔垫层15的厚度在20～30μm之间。

在本发明实施例中，可以根据实际所需的透过率和收光角的大小，来对通孔的孔径、密度和深度进行调节。其中，收光角是指感光单元11能够接收到的光线的角度范围。

在一些实施例中，通孔为圆柱形通孔，通孔的孔径为检测区宽度的1/10～1/50。例如，检测区的宽度为20μm～90μm，通孔的孔径为1.5μm～4μm。

在一些实施例中，遮光层12的厚度在1μm～10μm之间。即，通孔的深度在1μm～10μm之间。

在一些实施例中，遮光层12上的通孔在衬底10上的正投影的总面积与遮光层12在衬底10上的正投影的面积之比在1/10～2/10之间。另外，小孔的间距在12μm～35μm之间。

图5为本发明的一些实施例中提供的感光区中的电路原理图，结合图1和图5所示，光电检测基板还包括位于每个感光区中的薄膜晶体管16，薄膜晶体管16设置在感光单元11与衬底10之间，并与相应的感光单元11电连接。

其中，感光单元11排成多行多列，光电检测基板上还设置有多条扫描线Gate和条信号读取线Readline，每条扫描线Gate均对应一行感光单元11，每条信号读取线Readline均对应一列感光单元11。薄膜晶体管16的栅极16g与其所在行对应的扫描线Gate相连，薄膜晶体管16的源极16s与其所在列对应的信号读取线Readline相连，薄膜晶体管16的漏极16d与感光单元11的第一极11a相连，感光单元11的第二极11b与预定电压端VD相连。其中，感光单元11的第一极11a为负极，第二极11b为正极，预定电压端VD为负电压信号端，以使感光单元11处于反向偏置状态。

感光单元11在光线照射下产生相应大小的电流，在进行指纹识别时，逐行向扫描线Gate提供扫描信号，以使得薄膜晶体管16逐行开启；同时，分别检测多条信号读取线Readline上的电流，从而根据每个薄膜晶体管16的电流大小确定每个感光单元11接收到的光线强度，进而确定指纹图像。

如图1所示，薄膜晶体管16为底栅型薄膜晶体管16，此时，薄膜晶体管16远离衬底10的一侧可以设置遮光部18，以对有源层16a进行遮光。

栅极16g设置在衬底10上，栅极16g可以包括金(Au)、金的合金、银(Ag)、银的合金、铝(Al)、铝的合金、氮化铝(AlNx)、钨(W)、氮化钨(WNx)、铜(Cu)、铜的合金、镍(Ni)、铬(Cr)、氮化铬(CrNx)、钼(Mo)、钼的合金、钛(Ti)、氮化钛(TiN x)、铂(Pt)、钽(Ta)、氮化钽(TaNx)、钕(Nd)、钪(Sc)、氧化锶钌(SRO)、氧化锌(ZnOx)、氧化锡(SnOx)、氧化铟(InOx)、氧化镓(GaOx)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等。薄膜晶体管16的栅极16g可以具有单层或多层。

栅绝缘层GI设置在栅极16g远离衬底10的一侧，栅绝缘层GI的材料可以包括硅化合物、金属氧化物。例如，栅绝缘层GI的材料包括氮氧化硅(SiON)、氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、碳氧化硅(SiOxCy)、氮碳化硅(SiCxNy)、氧化铝(AlOx)、氮化铝(AlNx)、氧化钽(TaOx)、氧化铪(HfOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化钛(TiOx)等。另外，栅绝缘层GI可以为单层或多层。

有源层16a设置在栅绝缘层上，有源层16a的材料可以包括例如无机半导体材料(例如，多晶硅、非晶硅等)、有机半导体材料、氧化物半导体材料。有源层16a包括沟道部和位于该沟道部两侧的源极16s连接部和漏极16d连接部，源极16s连接部与薄膜晶体管16的源极16s连接，漏极16d连接部与薄膜晶体管16的漏极16d连接。源极16s连接部和漏极16d连接部均可以掺杂有比沟道部的杂质浓度高的杂质(例如，N型杂质或P型杂质)。沟道部与薄膜晶体管16的栅极16g正对，当栅极16g加载的电压信号达到一定值时，沟道部中形成载流子通路，形成使薄膜晶体管16的源极16s和漏极16d导通。

源极16s和漏极16d位于栅绝缘层GI远离衬底10的一侧，源极16s与有源层16a的源极16s连接部电连接，漏极16d与有源层16a的漏极16d连接部电连接。源极16s和漏极16d可以包括金属、合金、金属氮化物、导电金属氧化物、透明导电材料等，例如，源极16s和漏极16d可以为金属构成的单层或多层，例如为Mo/Al/Mo或Ti/Al/Ti。

第一钝化层PVX1设置在源极16s和漏极16d远离衬底10的一侧，第一钝化层PVX1的材料可以包括硅的化合物，例如，氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

感光单元11设置在第一钝化层PVX1远离衬底10的一侧，感光单元11的第一极11a通过第一钝化层PVX1上的过孔与薄膜晶体管16的漏极16d连接。平坦化层PLN设置在感光单元11远离衬底10的一侧，导电层17设置在平坦化层远离衬底10的一侧，并通过平坦化层PLN上的过孔与感光单元的第二极连接。导电层17可以采用透光的导电材料制成，透光的导电材料可以为氧化铟锡(ITO)等。多个感光单元11可以与同一个导电层17连接，导电层17与预定电压端VD连接，从而使多个感光单元通过导电层17与预定电压端VD连接。

遮光部18设置在导电层17远离衬底10的一侧，并且，遮光部18在衬底10上的正投影至少覆盖薄膜晶体管16的有源层16a在衬底10上的正投影，遮光部18可以防止光线照射至有源层16a而影响薄膜晶体管16的导电特性。其中，遮光部18可以采用金属材料制成。

第二钝化层PVX2设置在遮光部18远离衬底10的一侧，起到平坦化的作用。第二钝化层PVX2的材料可以包括硅的化合物，例如，氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

遮光层12设置在第二钝化层PVX2远离衬底10的表面上。可以通过对黑色树脂材料层进行光刻工艺，从而得到具有多个通孔的遮光层12，之后，可以通过光刻工艺形成位于通孔中的滤光部13。

隔垫层15位于遮光层12远离衬底10的一侧，聚光透镜14位于隔垫层15远离衬底10的表面。其中，聚光透镜14可以采用压印工艺制成。

图6为本发明的一些实施例中提供的显示装置的示意图，如图6所示，显示装置包括：显示面板20和光电检测基板，显示面板20为有机电致发光二极管(OLED)显示面板。该光电检测基板采用图1中所示的光电检测基板。显示面板20位于聚光透镜14远离衬底10的一侧，显示面板20与每个感光区对应的区域中的至少一部分透光。例如，显示面板20包括与感光区一一对应的像素区，每个像素区中的至少一部分区域透光，从而使显示面板20上的手指所反射的光线能够照射至感光单元11。

另外，显示装置还可以包括处理电路(未示出)，处理电路根据每个感光单元11输出的电信号，确定指纹图像。

图7为本发明的另一些实施例中提供的显示装置的示意图，如图7所示，该显示装置同样包括显示面板20和光电检测基板，显示面板为OLED面板。与图6中的光电检测基板相同的是，在图7中，光电检测基板包括：衬底10、设置在衬底10上的遮光层12、多个感光单元11和多个聚光透镜14。其中，衬底10包括多个感光区，感光单元11设置在衬底10上，并与感光区一一对应；遮光层12设置在感光单元远离衬底10的一侧；遮光层12上设置有多个通孔V，通孔V与聚光透镜14一一对应。遮光层12可以遮挡大角度的入射光线，使小角度的入射光线通过通孔V，从而起到准直的效果。其中，遮光层12可以采用吸光材料制作，例如，采用黑色的吸光树脂材料。

与图6中的光电检测基板所不同的是，在图7中，光电检测基板还包括滤光层19，滤光层19设置在遮光层12远离衬底10的一侧，滤光层19可以为连续的膜层，以便于制作。

如图7所示，滤光层19的一部分可以位于通孔中。光电检测基板还包括隔垫层15，聚光透镜14位于隔垫层15上。滤光层19和隔垫层15可以均采用滤光树脂制成，从而提高光电检测基板滤红光的能力。

在图7中，显示面板20位于聚光透镜14远离衬底10的一侧，显示面板20与每个感光区对应的区域中的至少一部分透光。另外，与图6不同的是，在图7中，显示装置还包括四分之一波片30和偏振片40，其中，四分之一波片30设置在显示面板20与光电检测基板之间；偏振片40设置在四分之一波片30与显示面板20之间，四分之一波片30的光轴与偏振片40的透射光矢量方向交叉。例如，四分之一波片30的光轴与偏振片40的透射光矢量方向呈45°左右的夹角。

在图7所示的显示装置中，当显示面板进行显示、且手指位于显示面板20上时，显示面板20发出的光线被手指反射。图8为本发明的另一些实施例中提供的手指的反射光经过偏振片和四分之一波片的光路图，结合图7和图8所示，反射光L1进入偏振片40后，出射竖直偏振方向的线偏振光L2，之后，该线偏振光L2入射至四分之一波片30，转变为左旋圆偏振光L3(或右旋圆偏光)；当滤光膜19具有反射作用时，左旋圆偏振光L3(或右旋圆偏光片)经滤光膜19反射后形成右旋圆偏振光L4(或左旋圆偏振光)，之后入射至四分之一波片30转变为水平偏振方向的线偏振光L5，从而被偏振片40挡住，此时，在显示面板20的外侧不会看到滤光膜19的反射光，从而防止滤光膜19的反射作用影响显示面板20的显示效果。

为了减少滤光膜19的反射效果，可以采用蓝色的滤光树脂材料制作滤光膜19。

在图7所示的显示装置中，与图6相同地，光电检测基板同样还包括：薄膜晶体管16、第一钝化层PVX1、平坦化层PLN、导电层17、遮光层18等结构。具体参见上文描述，这里不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光电检测基板，其特征在于，包括：

衬底，包括多个感光区；

设置在所述衬底上的多个感光单元，所述感光单元与所述感光区一一对应，配置为根据接收到的光线强度生成相应的电信号；

遮光层，位于多个所述感光单元远离所述衬底的一侧，所述遮光层上设置有多个通孔；

滤光部，所述滤光部一一对应地设置在所述通孔内，所述滤光层用于滤除红光；

聚光透镜，所述聚光透镜与所述滤光部一一对应，并位于所述滤光部远离所述衬底的一侧。

2.根据权利要求1所述的光电检测基板，其特征在于，所述光电检测基板还包括：隔垫层，所述隔垫层位于所述遮光层远离所述衬底的一侧，所述聚光透镜位于所述隔垫层背离所述衬底的表面。

3.根据权利要求1所述的光电检测基板，其特征在于，所述通孔的孔径为所述检测区宽度的1/10～1/50。

4.根据权利要求1所述的光电检测基板，其特征在于，所述遮光层的厚度在1μm～10μm之间。

5.根据权利要求1所述的光电检测基板，其特征在于，所述遮光层上的通孔在所述衬底上的正投影的总面积与所述遮光层在所述衬底上的正投影的面积之比在1/10～2/10之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电检测基板，其特征在于，所述遮光层的材料包括黑色的吸光树脂材料，所述滤光部的材料包括蓝色的滤光树脂材料。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的光电检测基板，其特征在于，所述光电检测基板还包括位于每个所述感光区中的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管设置在所述感光单元与所述衬底之间，并与相应的所述感光器件电连接。

8.根据权利要求7所述的光电检测基板，其特征在于，所述薄膜晶体管为底栅型薄膜晶体管，所述光电检测基板还包括与所述薄膜晶体管一一对应的遮光部，所述遮光部位于所述薄膜晶体管远离所述衬底的一侧，并且，所述遮光部在所述衬底上的正投影至少覆盖所述薄膜晶体管的有源层在所述衬底上的正投影。

9.一种显示装置，其特征在于，包括：显示面板和权利要求1至8中任意一项所述的光电检测基板，所述显示面板位于所述聚光透镜远离所述衬底的一侧，所述显示面板与每个感光区对应的区域中的至少一部分透光。

10.一种显示装置，其特征在于，包括：

光电检测基板，所述光电检测基板包括：衬底、滤光层、遮光层、多个感光单元和多个聚光透镜；所述衬底包括多个感光区，所述感光单元设置在所述衬底上，并与所述感光区一一对应；所述遮光层设置在所述感光单元远离所述衬底的一侧；所述滤光层设置在所述遮光层远离所述衬底的一侧；所述遮光层上设置有多个通孔，所述通孔与所述聚光透镜一一对应；

显示面板，所述显示面板位于所述聚光透镜远离所述衬底的一侧，所述显示面板与每个感光区对应的区域中的至少一部分透光；

四分之一波片，设置在所述显示面板与所述光电检测基板之间；

偏振片，设置在所述四分之一波片与所述显示面板之间，所述四分之一波片的光轴与所述偏振片的透射光矢量方向交叉。

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