包括显示功能的电容式指纹感测装置制造方法及图纸

提供了一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置(20)，该电容式指纹感测装置包括多个感测元件(22)。每个感测元件包括：由手指触摸的保护性电介质顶层(30)；第一电极(34)，其包括被布置在顶层下面的光学透明导电感测结构；指纹感测电路，其被连接至第一电极，并被配置成提供指示手指和感测结构之间距离的模拟感测信号；被布置在第一电极下面的第二电极(36)；有机发光层(38)，其被布置在第一电极和第二电极之间；显示元件控制电路(42)，其被连接至第二电极，并被配置成控制包括第一电极和第二电极以及有机发光层的显示元件；切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换感测元件。

Capacitive Fingerprint Sensing Device Including Display Function

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括显示功能的电容式指纹感测装置
本专利技术涉及一种电容式指纹感测装置，其包括集成在电容式感测元件中的显示元件。
技术介绍
在显示面板中集成指纹传感器是移动指纹感测行业非常期望的。解决这一挑战的传统方法是将指纹传感器集成在诸如LCD面板或OLED面板的公共显示面板中。在这种方法中，优先考虑显示属性和视觉质量。因此，最终需要的产品是能够检测指纹的显示面板。在具有指纹感测能力的显示器中，显示器中的像素也充当电容式感测元件。触摸显示器通常基于以ITO实现的TFT技术，使得电路基本上透明。然而，TFT技术的局限性在于，显示器通常包括每像素1-6个晶体管，而指纹传感器通常需要明显更多的晶体管，这对于TFT显示器来说难以实现。因此，用于高分辨率电容式指纹感测的电路不能容易地在TFT技术中实现。特别地，对于玻璃下的感测，由于手指和传感器之间的距离增加，因此需要指纹传感器的更高灵敏度，这又需要额外的电路。因此，需要一种具有集成显示功能的改进的指纹感测装置。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述和其它缺点，本专利技术的目的是提供一种高分辨率指纹感测装置，该指纹感测装置还包括显示功能。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹感测装置包括多个感测元件。每个感测元件包括：由所述手指触摸的保护性电介质顶层；第一电极，其包括被布置在所述顶层下面的光学透明导电感测结构；指纹感测电路，其被连接至所述第一电极，并被配置成提供指示所述手指和所述感测结构之间的距离的模拟感测信号；布置在所述第一电极下面的第二电极；有机发光层，其被布置在所述第一电极和第二电极之间；显示元件控制电路，其被连接至所述第二电极，并被配置成控制包括所述第一电极和第二电极以及所述有机发光层的显示元件；以及切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换所述感测元件。在本文中，感测元件可以被认为代表像素，即独立可控元件，取决于感测元件的所选模式，该独立可控元件对应于显示像素或指纹感测像素。也可以使用术语显示元件。指纹感测元件基于放置在感测表面(即外表面)上的手指与第一电极之间的电容式耦合。在这里描述的实施方式中，感测表面是保护性电介质顶层的外表面。保护性电介质顶层通常包括电介质保护板，以提供弹性机械保护，以及提供放置在板上的手指与感测装置的感测元件之间的良好电容式耦合。特别地，保护板可以有利地包括玻璃或陶瓷材料，例如化学强化玻璃，ZrO2或蓝宝石。上述材料都提供了有利的性能，因为它们坚硬且耐磨损，并且它们是电介质，从而提供良好的电容式耦合。然而，也可以使用其它合适的材料。此外，保护性电介质顶层至少部分地光学透明，以允许发射在发光层中生成的光。产生的效果是从指纹感测装置的感测表面发射光。优选地，保护性电介质顶层是完全透明的，以增强从发光层的光提取。有机发光层与第一电极和第二电极一起形成有机发光二极管(OLED)，由于其高性能并且因为可以与指纹感测功能集成(如下面将讨论的)，有机发光层被有利地使用。OLED层又可以包括多个子层，以实现期望的发光性能。典型的OLED叠层在从阳极到阴极的方向上可以例如包括：阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、阻挡层、电子传输层以及最后的阴极。然而，各种可用的OLED配置是本领域的技术人员公知的，并且将不在本公开中进一步详细讨论。本专利技术基于以下认识：根据所描述结构的包括感测元件的指纹感测装置可以以两种不同的模式进行操作，即显示模式和指纹感测模式。特别地，所描述的感测装置能够提供显示功能以显示视频和图像，而不会降低指纹感测的灵敏度。在现有情况下，装置的重点在于指纹感测特性和指纹图像质量，而不是视觉性能。因此，所描述的装置主要并不旨在替代显示面板。相反，该装置将被视为指纹传感器，该指纹传感器能够以用于通知和视觉引导的视频和图像的形式传达视觉信息。然而，所描述的技术同样可以被实现为显示面板。根据本专利技术的一个实施方式，切换机构包括由第一电极和第二电极以及位于第一电极和第二电极之间的有机发光层形成的二极管，并且其中二极管被配置成在显示模式下正向偏置，使得电流从第二电极通过有机发光层到达第一电极，而在指纹感测模式下反向偏置或亚阈值偏置，使得在第二电极和第一电极之间流动的电流足够低，以允许指纹感测。因此，切换机构功能以二极管的形式被集成到感测元件本身中。原则上，因此不需要专用的开关元件，这简化了感测元件的结构。由此通过控制第一电极和第二电极上的偏置来控制在显示模式和指纹感测模式之间的切换。在指纹感测模式下，希望使流过二极管的电流最小化。优选地，电流尽可能接近零。因此，二极管在显示模式下不是正向偏置。仍然可以利用流过二极管的一定量的电流准确地捕获指纹图像。然而，必须控制偏置，使得在指纹感测模式下流过二极管的电流不会太大以至于显著劣化指纹感测功能。偏置在这里被定义为两个电极之间的电位差。此外，二极管可以是反向偏置，正向偏置或亚阈值偏置。当第二电极的电位高于第一电极的电位时，并且当电位差高于二极管阈值电压时，二极管被认为是正向偏置。当二极管正向偏置但两个电极的电位差低于二极管阈值电压时，二极管被认为是亚阈值偏置。亚阈值偏置区域还包括零偏置，其中第一电极的电位实际上等于第二电极的电位。当第一电极的电位高于第二电极的电位时，二极管被认为是反向偏置。实际上，主要是第二电极的偏置被显示控制电路控制，以控制二极管的偏置。显示控制电路还可以包括电流控制电路，其控制流过二极管的电流的幅度，从而控制发光的强度。如果第一电极接地，则偏置电位仅由显示控制电路控制。根据本专利技术的一个实施方式，指纹感测电路可以包括：运算放大器，该运算放大器具有被连接至感测结构的第一电极的第一输入、被连接至参考电位的第二输入以及输出；反馈电容器，其被连接在第一输入和输出之间；复位电路，其包括与反馈电容器并联布置的复位开关，用于允许反馈电容器的可控放电，其中所述复位开关被配置成当所述指纹传感器处于所述指纹感测模式时至少一部分时间断开，而在所述显示模式下永久闭合。根据本专利技术的一个实施方式，该装置可以进一步包括被连接在运算放大器的输出和地之间的参考负载。当发光二极管正向偏置时，从第二电极通过发光层流到第一电极的电流随后必须在某处耗散。因此，参考负载的目的是提供从第一电极到地的电流路径，使得在显示模式下流过二极管的电流可以被耗散。因此，选择参考负载的阻抗，使得其显著低于运算放大器的输入阻抗和连接至运算放大器的输出的读出电路的输入阻抗。然而，应当注意的是，原则上电流可以在运算放大器和/或读出电路中耗散，只要电流不是那么高以至于会损坏任一电路。根据本专利技术的一个实施方式，切换机构可以进一步包括在运算放大器的输出之后布置的输出开关，以在显示模式下将运算放大器的输出连接至参考负载，而在指纹感测模式下将所述运算放大器的输出连接至指纹读出电路。由于可能希望避免电流在读出电路或运算放大器中耗散，其可能会损坏电路，因此可以使用输出开关，使得电流可以在参考负载中耗散，从而防止在读出电路中的任何负面影响。因此，输出开关根据操作模式而操作，使得在显示模式下流过二极管的电流可以经过复位开关和输出开关在参考负载中耗散。根据本专利技术的一个实施方式，切换机构可以包括被布置在第一电极和运算放大器的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置(20)，所述电容式指纹感测装置包括多个感测元件(22)，每个感测元件包括：由所述手指触摸的保护性电介质顶层(30)；第一电极(34)，其包括被布置在所述顶层下面的光学透明导电感测结构；第二电极(36)，其被布置在所述第一电极下面；有机发光层(38)，其被布置在所述第一电极和第二电极之间；指纹感测电路(40)，其被连接至所述第一电极，并且被配置成提供指示所述手指和所述感测结构之间的距离的模拟感测信号；显示元件控制电路(42)，其被连接至所述第二电极，并且被配置成控制包括所述第一电极和第二电极以及所述有机发光层的显示元件；以及切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换所述感测元件，其中所述切换机构包括由所述第一电极和所述第二电极(34、36)以及所述有机发光层(38)形成的二极管，以及其中所述二极管被配置成在所述显示模式下正向偏置，使得电流通过所述有机发光层从所述第二电极流至所述第一电极，而在所述指纹感测模式下反向偏置或亚阈值偏置，使得在所述第二电极和所述第一电极之间流动的所述电流足够低，以允许指纹感测。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.19 SE 1651678-31.一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置(20)，所述电容式指纹感测装置包括多个感测元件(22)，每个感测元件包括：由所述手指触摸的保护性电介质顶层(30)；第一电极(34)，其包括被布置在所述顶层下面的光学透明导电感测结构；第二电极(36)，其被布置在所述第一电极下面；有机发光层(38)，其被布置在所述第一电极和第二电极之间；指纹感测电路(40)，其被连接至所述第一电极，并且被配置成提供指示所述手指和所述感测结构之间的距离的模拟感测信号；显示元件控制电路(42)，其被连接至所述第二电极，并且被配置成控制包括所述第一电极和第二电极以及所述有机发光层的显示元件；以及切换机构，其被配置成在指纹感测模式和显示模式之间切换所述感测元件，其中所述切换机构包括由所述第一电极和所述第二电极(34、36)以及所述有机发光层(38)形成的二极管，以及其中所述二极管被配置成在所述显示模式下正向偏置，使得电流通过所述有机发光层从所述第二电极流至所述第一电极，而在所述指纹感测模式下反向偏置或亚阈值偏置，使得在所述第二电极和所述第一电极之间流动的所述电流足够低，以允许指纹感测。2.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述指纹读出电路包括：运算放大器，其具有被连接至所述感测结构的所述第一电极的第一输入、被连接至参考电位的第二输入以及输出；反馈电容器，其被连接在所述第一输入和所述输出之间；以及复位电路，其包括与所述反馈电容器并联布置的复位开关，用于允许所述反馈电容器的可控放电，其中所述复位开关被配置成当所述指纹传感器处于所述指纹感测模式时至少一部分时间断开，而在所述显示模式下永久闭合。3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括被连接在所述运算放大器的所述输出和地之间的参考负载(62)。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述切换机构包括在所述运算放大器的所述输出之后布置的输出开关，以在所述显示模式下，将所述运算放大器的所述输出连接至所述参考负载，而在所述指纹感测模式下，将所述运算放大器的所述输出连接至指纹读出电路。5.根据权利要求2所述的装置，其中所述切换机构包括被布置在所述第一电极和所述运算放大器的所述第一输入之间的输入开关(64)，所述输入开关被配置成在所述显示模式下，将所述第一电极连接至参考负载(62)，而在所述指纹感测模式下，将所述第一电极连接至所述运算放大器的所述输入。6.根据权利要求2至5中任一项所述的感测装置，其中所述参考电位是地电位。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一电极包括氧化铟锡，ITO。8.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述指纹感测电路和所述显示元件控制电路以CMOS电路的形式被设置在Si衬底中。9.根据前述权利要求中任一项所述的感测装置，其中所述多个感测元件被布置成阵列，并且其中所述有机发光层在由所述阵列限定的xy平面中是均匀的，覆盖所述阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：法尔赞·加瓦尼尼，蓬图斯·亚格马尔姆，
申请(专利权)人：指纹卡有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE