一种具有指纹识别装置的触控显示屏的制作方法

本发明涉及触控显示技术领域，尤其涉及一种具有指纹识别装置的触控显示屏。

背景技术

随着移动支付的普及和发展，指纹识别也逐渐成为了移动支付中的一种重要的密码验证方式。因此，对于现有的移动设备，特别是手机而言，指纹识别装置是一种不可缺少和替代的组件。如何设置指纹识别装置在终端上的位置以便进一步提高使用的便捷性，优化用户体验成为设计手机时要考虑的几个重要的问题之一。

目前，大多数移动设备的指纹识别装置都安装在移动设备的非显示区，例如显示屏的背面、或显示方的非显示区域上。显而易见的，将指纹识别整合到显示区域能够进一步优化用户体验，然而这在现阶段是难以实现的。这是由于，现有技术存在以下缺陷：

1、指纹识别的传感器面板的走线无法从触控传感器间连接到控制器。

2、指纹识别传感器增大触控传感器的负载，影响触控功能。

3、指纹识别传感器对工艺要求高，目前触控传感器的工艺还达不到要求。

4、指纹传感器的加入会降低显示的透光率，影响显示效果。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种指纹识别装置和具有该装置的触控显示屏，能够将指纹识别区域集成到触控显示屏的显示区域下方，且不需要添加单独的指纹识别模块，提高了设备的集成度，从根本上解决了上述问题。

具体的，本发明提供的技术方案如下：

一种具有指纹识别装置的触控显示屏，其特征在于，所述触控显示屏为液晶显示屏，所述液晶显示屏包括集成在液晶显示屏的薄膜晶体管层中的指纹感应单元和控制电路，其中，

所述指纹感应单元用于收集进入触控显示屏的光线，并将收集到的光线转换为电信号；其中，所述光线为屏幕光源被指纹遮挡后产生的反射光线；

所述控制电路用于根据匹配算法将指纹感应单元产生的电信号转换为图像信号，生成指纹图像。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述液晶显示屏的彩色滤光片阵列包括红色像素单元、绿色像素单元、蓝色像素单元和透明像素单元，其中透明像素单元的形状和面积与其他像素单元中的其中一种相同。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述彩色滤光片阵列中的透明像素单元在垂直于所述显示屏的方向的投影与所述指纹感应单元至少部分重合。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述彩色滤光片阵列中的透明像素单元在垂直于所述显示屏的方向的投影完全覆盖所述指纹感应单元，所述投影面积的至少为所述指纹感应单元面积的两倍。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述指纹感应单元包括感光材料层，所述感光材料层能够识别指纹凹陷区反射的光线和指纹凸起区反射的光线，并将其转换为不同的电流信号。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述液晶显示屏还包括集成在液晶显示屏的薄膜晶体管层中的聚光单元，所述聚光单元位于所述指纹感应单元上方，用于对进入触控显示屏的光线进行汇聚增强。

相应的，本发明还提供了另一种具有指纹识别装置的触控显示屏，其特征在于，所述触控显示屏为有机自发光显示屏，所述有机自发光显示屏包括上层电极、自发光层、下层电极、贴合在所述下层电极下方的指纹感应单元和控制电路，其中，

所述指纹感应单元用于收集进入触控显示屏的光线，并将收集到的光线转换为电信号；其中，所述光线为屏幕光源被指纹遮挡后产生的反射光线；

所述控制电路用于根据匹配算法将指纹感应单元产生的电信号转换为图像信号，生成指纹图像。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述有机自发光显示屏的自发光层包括彩色滤光片阵列，所述彩色滤光片阵列包括红色像素单元、绿色像素单元和蓝色像素单元，其中，相邻像素单元之间的间距不超过10μm。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述彩色滤光片阵列中两个相邻像素单元的间隙在垂直于所述显示屏的方向的投影位于所述指纹感应单元的几何中心。

根据本发明的其中一个实施例，其中，所述触控显示屏还包括位于下层电极和指纹感应单元之间的聚光单元，用于对进入触控显示屏的光线进行汇聚增强。

本发明的有益效果为：

相比于现有技术中采用独立的指纹识别模块的方法，本发明将指纹识别装置集成在触控显示屏的液晶层下方的薄膜晶体管层中，不需要额外的走线即可实现将指纹识别装置和控制器的连接，显著提高了集成度，减少了生产工序，降低了生产和设计成本。相比于现有的压感式指纹识别装置，本发明中的指纹识别装置通过感光模块实现指纹识别，无需引入额外的感应负载，避免了对触控功能的影响。此外，本发明中的将指纹识别装置集成在液晶层下方的晶体管层中是一种在本领域中非常成熟的技术，工艺简单，成本低。因此，本发明的指纹识别装置可在现有的工艺基础上大规模量产，实现了在移动设备上将指纹识别模块整合到显示区域的目标，极大地提升了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的一个实施例中的指纹识别装置的示例性结构示意图；

图2为本发明中的一个实施例中的指纹识别装置的原理说明图；

图3为本发明中的一个实施例中的指纹识别装置的一种具体结构示意图；

图4为本发明中的一个实施例中的指纹识别装置在图3中的触控显示屏中的一种可能的位置示意图；

图5为本发明中的一个实施例中的指纹识别装置在图3中的触控显示屏中的另一种可能的位置示意图；

图6为本发明中的另一个实施例中的指纹识别装置的示例性结构示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

本发明提供了一种具有指纹识别装置的触控显示屏，其中，所述触控显示屏为液晶显示屏，所述液晶显示屏包括集成在液晶显示屏的薄膜晶体管层中的指纹感应单元和控制电路，其中，所述指纹感应单元用于收集进入触控显示屏的光线，并将收集到的光线转换为电信号；其中，所述光线为屏幕光源被指纹遮挡后产生的反射光线；所述控制电路用于根据匹配算法将指纹感应单元产生的电信号转换为图像信号，生成指纹图像。

参考图1，图1示出了本发明中的实施例一中的具有指纹识别装置的触控显示屏示例性结构示意图，其中，所述指纹识别装置位于触控显示屏的显示区域下方，具体的，所述指纹感应单元包括聚光模块110和感应模块120，所述聚光模块110为光学透镜，用于对进入指纹感应单元的光线进行汇聚增强。所述感应模块120为感光材料层，用于将增强后的光信号转化为电信号。光学透镜和感光材料层的应用均属于本领域中非常成熟的技术，在此不再赘述。

由于本发明完全摈弃了压感式的指纹识别方法，仅依靠识别指纹对屏内光源的反射即可实现指纹识别，无需引入额外的感应负载，不会对屏幕的触控功能产生影响。因此，本发明中的指纹识别装置克服了面积的限制，可以分布在显示屏的其中的一部分上，也可以遍布整个显示屏下方的区域。在应用中可根据移动设备和软件的需求任意布置。

例如，当设定整个屏幕都为指纹识别区时，无论用户将手指放在哪个区域，都能够实现指纹识别功能，大大优化了用户体验。此外，在第二种情况下，还可以设置双指纹密码或多指纹密码，甚至掌纹密码，即同时录入用户两个或两个以上的指纹或掌纹作为整体进行识别，相比于单指纹，大大提高了密码的安全。

优选的，所述指纹识别装置还包括控制单元，用于在接收到指纹识别指令时启动所述指纹识别装置，否则关闭所述指纹识别装置。控制单元能够使指纹识别装置仅在需要指纹识别的时候启动，例如，在录入指纹或验证密码时启动。而在一般的触控操作时不启动，例如在使用手指进行打字、选择等非验证类的触控操作时不启动，从而有效地降低了系统功耗。

图2示出了本发明中的实施例中的指纹识别装置的原理说明图。参考图2，目前，触控显示屏的显示面通常为透光率极高的镜面材料，对光线具有极强的反射效果。由于屏内光源的强度很高，距离显示屏的距离非常近(小于0.2cm)，因此可以轻易穿透显示屏。而外界环境中的光源通常与显示屏之间存在很远的距离(数米以上或更远)，到达显示屏时的光线强度已经极其微弱，无法穿过显示屏而是会被镜面材料反射回去。即一般情况下，外界光源无法到达显示屏下方。与之相对的，屏内光源在显示屏外部无遮挡的情况下，可以直接穿透屏幕到达用户的视网膜。

当用户将手指贴上显示屏时，由于光线无法穿透手指，大部分屏内光线会被反射回显示屏。此时的反射光线强度高，且距离屏幕的距离极小，可以忽略不计，因此该反射光线可以顺利穿过屏幕到达屏幕下方，如图2所示。被反射回的光线经由指纹感应单元收集并转换成电信号之后传送到控制单元。由于指纹凸起部和凹陷部的形状不同，其对光线的反射规律也不同，因而指纹感应单元产生的相应的电信号也不同。控制电路通过对不同的电信号进行处理，即可还原出指纹图像，实现指纹识别。控制电路的实现是本领域中已经发展成熟的技术，本领域的技术人员可以容易地根据控制电路的算法搭建对应的功能电路，其细节在此不再赘述。

优选的，在本发明的一个实施例中，所述液晶显示屏包括彩色滤光片阵列160，彩色滤光片阵列160由红绿蓝三色像素150按照一定的规律排列组成。液晶显示屏还包括薄膜晶体管阵列130和背光光源140。聚光单元110位于薄膜晶体管阵列130上方，液晶层位于彩色滤光片阵列160和聚光单元110之间(图中未示出)。在本实施例中，所述指纹感应单元和控制电路可以位于所述液晶显示屏的薄膜晶体管阵列130中，以集成的方式并入液晶显示屏的控制电路中。因此本发明不需要额外的走线即可实现将指纹识别装置和控制器的连接，显著提高了集成度，减少了生产工序，降低了生产和设计成本。

下面将结合图3对本发明进行进一步说明。具体的，图3为集成有本发明中的指纹识别装置的液晶显示屏的薄膜晶体管层的部分结构剖面图。其中，310为第一绝缘层，在本实施例中，绝缘层310可以为绝缘的聚光透镜，即所述指纹识别装置的聚光单元，能够对进入触控显示屏的光线进行汇聚增强。320为第二绝缘层，用于在感应单元380之间形成电隔离区。其中，所述感应单元380包括感光材料层，所述感光材料层能够识别指纹凹陷区反射的光线和指纹凸起区反射的光线，并将其转换为不同的电流信号。381层为金属电极，用于为感应单元380提供稳定的工作电压，感应单元380为感光材料层。当屏内光线被指纹反射回显示屏内部后，经过聚光透镜汇聚后照射到感应单元380上，所述感应单元380在光照的激发下产生电流，形成电信号，通过下方的金属层382传递给下层的控制电路，控制电路通过对收到的电信号进行处理和恢复，即可实现指纹识别。

下面对集成在薄膜晶体管层中的控制电路进行进一步说明。如图3所示，mos管结构384位于金属层382下方，其中，n+区为源漏区，g区为栅极电极，poly区为沟道区，330为平坦层，340为层间介质层，350i为绝缘层，360为缓冲层，370为屏幕光源。感应单元380中的电信号通过金属层382连接到mos管的源漏区，实现信号的输入。

图3只是示意性的说明了将指纹识别装置集成到薄膜晶体管中的结构，实际中的晶体管的排布要远比图3复杂精细。具体的集成工艺是本领域中的成熟技术，本领域中的技术人员可以根据本发明的需求对具体的电路进行设计，在此不再赘述。

优选的，在本实施例中，所述液晶显示屏的彩色滤光片阵列包括红色像素单元、绿色像素单元、蓝色像素单元和透明像素单元，其中透明像素单元的形状和面积与其他像素单元中的其中一种相同，且所述彩色滤光片阵列中的透明像素单元在垂直于所述显示屏的方向的投影与所述指纹感应单元至少部分重合。

具体的，参考图1，其中，所述指纹识别装置的指纹感应单元的大小不大于所述彩色滤光片矩阵中的最小像素单位，在所述彩色滤光片矩阵中，红绿蓝像素按照一定的规律以三个像素为循环单位依次排列，其中，每个循环单位之间都有一个透明滤光片。为了不影响滤光片矩阵的整体排布，所述透明滤光片的形状和面积与矩阵中的最小像素单位相等。在其他实施例中，所述透明滤光片的面积可以根据需要进行设置，所述透明滤光片的大小和形状并不能解释为对本发明的限制。

参见图4，图4示出了图1中的触控显示屏中的传感器和红绿蓝像素点的位置和大小关系。其中，f代表所述指纹识别装置的指纹感应单元，g、r、b分别代表绿、红、蓝三像素。图中，绿、红、蓝三像素和透明滤光片依次排列，所述透明滤光片的大小和最小像素单位的大小相同。所述指纹识别装置的指纹感应单元的大小和最小像素单位的大小相同，其位置在垂直于所述显示器表面的方向上与所述透明滤光片重合，从而屏内光线的被指纹反射后的反射光线可通过透明滤光片被指纹感应单元接收。

图4只是示例性的示出了一种透明滤光片和指纹感应单元之间可能的位置和形状关系，二者只要在垂直于所述显示器表面的方向上有部分重合，即可实现反射光线的接收。因此，透明滤光片和指纹感应单元的位置和形状均不能解释为对本发明的限制。

优选的，所述彩色滤光片阵列中的透明像素单元在垂直于所述显示屏的方向的投影完全覆盖所述指纹感应单元，所述投影面积的至少为所述指纹感应单元面积的两倍。在本发明的另一个实施例中，所述透明滤光片的面积大于所述指纹感应单元的面积。参见图5，其中，指纹感应单元的面积是所述透明滤光片的面积的一半。在实际中，由于指纹感应单元是不透光的，如果按照图4中的方案应用到实际中，会导致显示器的透光率大幅下降。而图5中的设计方案则针对这一情况对所述指纹识别装置的结构进行了优化，具体的，减小了所述指纹感应单元的面积，如图5所示，在垂直于所述显示器表面的方向上出现了未被指纹感应单元遮挡的透光区域w，相比于图4，本实施例中的显示屏的透光率得到了很大的改善。

相比于现有的压感式指纹识别装置，本发明中的指纹识别装置通过感光模块实现指纹识别，无需引入额外的感应负载，不会影响显示屏的触控功能。此外，本发明中的将指纹识别装置集成在液晶层下方的晶体管层中是一种在本领域中非常成熟的技术，工艺简单，成本低。因此，本发明的指纹识别装置可在现有的工艺基础上大规模量产，实现了在移动设备上将指纹识别模块整合到显示区域的目标，极大地提升了用户体验。

在本发明的其中一个实施例中，所述触控显示屏为有机自发光显示屏(oled)，其中，所述有机自发光显示屏包括上层电极、自发光层、下层电极、贴合在所述下层电极下方的指纹感应单元和控制电路，其中，所述指纹感应单元用于收集进入触控显示屏的光线，并将收集到的光线转换为电信号；其中，所述光线为屏幕光源被指纹遮挡后产生的反射光线；所述控制电路用于根据匹配算法将指纹感应单元产生的电信号转换为图像信号，生成指纹图像。所述触控显示屏还包括位于下层电极和指纹感应单元之间的聚光单元，用于对进入触控显示屏的光线进行汇聚增强。

具体的，参见图6，图6示出了本发明中的指纹识别装置在oled屏上的应用。所述oled屏包括：上层电极610，自发光层620，以及下层电极630。其中，上层电极610和下层电极630均由透明导电材料制成。本发明中的指纹识别装置被配置在下电极630的背部，即显示屏显示面的背侧。具体的，所述指纹识别装置的聚光单元640紧邻下电极630，感应单元650位于聚光单元640下方。

优选的，所述有机自发光显示屏的自发光层包括彩色滤光片阵列，所述彩色滤光片阵列包括红色像素单元、绿色像素单元和蓝色像素单元，其中，相邻像素单元之间的间距不超过10μm。所述彩色滤光片阵列中两个相邻像素单元的间隙在垂直于所述显示屏的方向的投影位于所述指纹感应单元的几何中心。

在本实施例中，所述自发光层630由多个最小像素单元依次排列形成，所述像素单元可以包括绿、红、蓝三种像素单元。在应用中，每个像素单元之间存在一定的间隙，屏内光线被指纹反射后，可通过像素单元之间的间隙照射到所述指纹识别装置上。因此，参见图6，所述指纹识别装置感应单元650的位置与所述有机自发光显示屏中的发光单元之间的间隙沿垂直于屏幕的方向相对应。由于所述间隙的直径非常小，根据现有的工艺，该间隙不超过10μm，通常为2～3μm左右。因此，反射光线在通过所述间隙时，会发生衍射现象，在指纹识别装置的感应单元650上形成一个较大的光斑，完成对反射光线的接收，进而完成指纹识别。

本发明完全摒弃了现有技术中的压感式指纹识别方法，采用完全的光学感应方法实现指纹识别。相比于现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明将指纹识别装置集成在触控显示屏的液晶层下方的薄膜晶体管层中，不需要额外的走线即可实现将指纹识别装置和控制器的连接，显著提高了集成度，降低了生产和设计成本。

2、本发明中的指纹识别装置通过感光模块实现指纹识别，无需引入额外的感应负载，避免了对触控功能的影响，优化了触控显示屏的性能。

3、本发明中的将指纹识别装置集成在液晶层下方的晶体管层中方法是一种在本领域中非常成熟的技术，工艺简单，成本低，可在现有的工艺基础上大规模量产。

4、通过对所述指纹识别装置的感应单元的形状进行设计和优化，能够在不影响显示屏透光率的情况实现指纹识别，实现了在移动设备上将指纹识别模块整合到显示区域的目标，极大地提升了用户体验。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。