(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイであって、
ＴＦＴアレイ基板と、
ＴＦＴアレイ基板と対向して設置されるＣＦ基板と、
ＴＦＴアレイ基板とＣＦ基板との間に介在する液晶層とを含み、
前記ＴＦＴアレイ基板は、画素電極層、及び複数の指紋認識信号線を含み、前記画素電極層と複数の指紋認識信号線との間に層間絶縁層が介在し、前記ＣＦ基板は黒色マトリクス層を含み、
前記ディスプレイは有効表示領域を有し、前記有効表示領域は複数の画素ユニットを含み、各前記画素ユニットは複数のサブ画素ユニットを含み、
前記有効表示領域内には１つ又は複数の指紋認識ブロックが設置され、各前記指紋認識ブロックは複数の前記画素ユニットを含み、
前記指紋認識ブロック内において、各サブ画素ユニットに対応する前記画素電極層は、サブ画素電極、及び前記サブ画素電極と分かれた指紋認識電極を含み、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、前記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレーム、及び指紋認識電極を完全に覆う黒色実ブロックを含んでおり、前記指紋認識信号線は指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させ、
前記指紋認識信号線は前記層間絶縁層を貫通する貫通孔を経由して指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させる、ディスプレイ。
【請求項２】
前記画素電極層の材料は酸化インジウムスズである、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記指紋認識ブロックは形状が矩形であり、辺長が４ｍｍ〜５．５ｍｍである、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記指紋認識ブロック外において、各サブ画素ユニットに対応する前記画素電極層は、前記サブ画素電極のみを含み、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、前記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレームのみを含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記サブ画素ユニットは赤色サブ画素ユニット、緑色サブ画素ユニット、又は青色サブ画素ユニットである、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項６】
請求項１に記載のディスプレイを備える電子装置。
【請求項７】
ディスプレイであって、
ＴＦＴアレイ基板と、
ＴＦＴアレイ基板と対向して設置されるＣＦ基板と、
ＴＦＴアレイ基板とＣＦ基板との間に介在する液晶層とを含み、
前記ＴＦＴアレイ基板は画素電極層、及び複数の指紋認識信号線を含み、前記画素電極層と複数の指紋認識信号線との間に層間絶縁層が介在し、前記ＣＦ基板は黒色マトリクス層を含み、
前記ディスプレイは有効表示領域を有し、前記有効表示領域は複数の画素ユニットを含み、各前記画素ユニットは複数のサブ画素ユニットを含み、前記有効表示領域内には１つ又は複数の指紋認識ブロックが設置され、各前記指紋認識ブロックは複数の前記画素ユニットを含み、
前記指紋認識ブロック内において、各サブ画素ユニットに対応する前記画素電極層は、サブ画素電極、及び前記サブ画素電極と分かれた指紋認識電極を含み、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、前記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレーム、及び指紋認識電極を完全に覆う黒色実ブロックを含んでおり、前記指紋認識信号線は指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させ、
前記指紋認識信号線は前記層間絶縁層を貫通する貫通孔を経由して指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させ、
前記指紋認識信号線の材質は金属である、ディスプレイ。
【請求項８】
前記画素電極層の材料は酸化インジウムスズである、請求項７に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記指紋認識ブロックは形状が矩形であり、辺長が４ｍｍ〜５．５ｍｍである、請求項７に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記指紋認識ブロック外において、各サブ画素ユニットに対応する前記画素電極層は、前記サブ画素電極のみを含み、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、前記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレームのみを含む、請求項７に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記サブ画素ユニットは赤色サブ画素ユニット、緑色サブ画素ユニット、又は青色サブ画素ユニットである、請求項７に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は指紋認識の技術分野に関し、特にディスプレイ及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指紋認識技術は生体認証技術の１種として、普遍性、一意性、安全性、収集可能性、受容性等の特徴を有する。指紋認識は、異なる指紋が異なる紋様を有する特性によって、異なる指紋画像間の複数の全般的な特徴と局部的な詳細特徴を比較し、それにより身元を確定する認証技術である。ほとんどの指紋認識は直接指紋画像を格納するのではなく、デジタル化された指紋認識アルゴリズムを用いて比較対象の指紋の特徴を見つける。指紋の収集方式に応じて、指紋認識は主に光学式、容量式及び超音波式の３種類に分けられている。従来の生体認証技術のうち最も成熟した安価な１つの認識技術として、指紋認識は入出管理、勤怠システムに幅広く適用されているだけでなく、技術の発展に伴って、スマートフォン、タブレットＰＣ等のコンシューマー向け電子製品にも指紋認識機能が付与されている。
【０００３】
従来の光学指紋認識技術は、内蔵光源の照射下で指をプリズムで電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）に投射し、更に黒と白が交互になった稜線、谷線、すなわち指紋装置のアルゴリズムで処理可能な多階調指紋画像を形成するが、光路長の要求および装置の大型化により、人々の日常生活における普及には向いていない。スマートフォン、スマートウェアラブル腕時計等のコンシューマー製品の普及に伴い、容量式指紋認識技術はその体積が小さいため幅広く応用されている。容量式指紋認識技術の原理は、ヒトの指をコンデンサの１つの電極とし、指紋センサ（Ｓｅｎｓｏｒ）をもう１つの電極とし、指の指紋の稜線および谷線の、平滑化指紋センサに対する容量差を用いて階調画像を形成し、次に指紋アルゴリズムでマッチングされた指紋の全般的な、及び局部的な詳細情報によって指紋認識機能を実現することである。
【０００４】
スマートフォン等のコンシューマー電子製品の普及に伴って、指紋認識はディスプレイの外部に設計されるものからディスプレイの内部に設計されるものに徐々に発展してきており、すなわち一般には携帯電話の下方、側辺、裏面に設計されるものから携帯電話の表示領域に集積されるものになってきている。高解像度の中型〜小型サイズの製品（例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ等）は、一般にはインプレーンスイッチング（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ、ＩＰＳ）技術を用い、指紋認識機能をインセル型タッチパネル（Ｉｎ−ｃｅｌｌ  Ｔｏｕｃｈ  Ｐａｎｅｌ）に追加し、タッチセンサ（Ｔｏｕｃｈ  Ｓｅｎｓｏｒ）を用いて指紋認識及び表示時分割走査の方式によって、指紋認識を可視領域に集積（すなわちタッチ制御、表示、指紋認識機能の３つを一体化）させることを実現し得る。しかし、解像度が低く且つインセル型タッチ制御機能がない表示製品、例えば、小型サイズの可視式指紋認識装置、指紋認識機能を有する家庭用テレビ、車載ディスプレイ等の場合、同様な方法で指紋認識を可視領域に集積させることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、指紋認識機能を解像度が低く且つタッチ制御機能を含まない表示領域に集積でき、時分割走査をせずに全画面のマルチブロック指紋認識を実現できるとともに、指紋認識精度を向上させ、指紋認識の用途の多様性を高め、従来の表示製品のコストパフォーマンスを向上させ、ユーザーの使用感を向上させるディスプレイを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、ディスプレイにおいて指紋認識機能を解像度が低く且つタッチ制御機能を含まない表示領域に集積でき、時分割走査をせずに全画面のマルチブロック指紋認識を実現できるとともに、指紋認識精度を向上させ、指紋認識の用途の多様性を高め、従来の表示製品のコストパフォーマンスを向上させ、ユーザーの使用感を向上させる電子装置を提供することをもう一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を実現するために、本発明は、まずディスプレイを提供し、該ディスプレイは、ＴＦＴアレイ基板と、ＴＦＴアレイ基板と対向して設置されるＣＦ基板と、ＴＦＴアレイ基板とＣＦ基板との間に介在する液晶層とを備え、前記ＴＦＴアレイ基板は画素電極層、及び複数の指紋認識信号線を備え、前記画素電極層と複数の指紋認識信号線との間に層間絶縁層が介在し、前記ＣＦ基板は黒色マトリクス層を備え、
前記ディスプレイは有効表示領域を有し、前記有効表示領域は複数の画素ユニットを含み、各画素ユニットは複数のサブ画素ユニットを含み、前記有効表示領域内には１つ又は複数の指紋認識ブロックが設置され、
前記指紋認識ブロック内において、各サブ画素ユニットに対応する前記画素電極層は、サブ画素電極、及び前記サブ画素電極と分かれた指紋認識電極を備え、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、前記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレーム、及び指紋認識電極を完全に覆う黒色実ブロックを備えており、前記指紋認識信号線は指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させる。
【０００８】
前記指紋認識信号線は前記層間絶縁層を貫通する貫通孔を経由して指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させる。
【０００９】
前記指紋認識信号線の材質は金属である。
【００１０】
前記画素電極層の材料は酸化インジウムスズである。
【００１１】
前記指紋認識ブロックは形状が矩形であり、辺長が４ｍｍ〜５．５ｍｍである。
【００１２】
前記指紋認識ブロック外において、各サブ画素ユニットに対応する前記画素電極層は、前記サブ画素電極のみを備え、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、前記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレームのみを備える。
【００１３】
前記サブ画素ユニットは赤色サブ画素ユニット、緑色サブ画素ユニット、又は青色サブ画素ユニットである。
【００１４】
本発明は、上記ディスプレイを備える電子装置をさらに提供する。
【００１５】
本発明は、ディスプレイをさらに提供し、該ディスプレイは、ＴＦＴアレイ基板と、ＴＦＴアレイ基板と対向して設置されるＣＦ基板と、ＴＦＴアレイ基板とＣＦ基板との間に介在する液晶層とを備え、前記ＴＦＴアレイ基板は画素電極層、及び複数の指紋認識信号線を備え、前記画素電極層と複数の指紋認識信号線との間に層間絶縁層が介在し、前記ＣＦ基板は黒色マトリクス層を備え、
前記ディスプレイは有効表示領域を有し、前記有効表示領域は複数の画素ユニットを含み、各画素ユニットは複数のサブ画素ユニットを含み、前記有効表示領域内には１つ又は複数の指紋認識ブロックが設置され、
前記指紋認識ブロック内において、各サブ画素ユニットに対応する前記画素電極層は、サブ画素電極、及び前記サブ画素電極と分かれた指紋認識電極を備え、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、前記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレーム、及び指紋認識電極を完全に覆う黒色実ブロックを備えており、前記指紋認識信号線は指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させ、
前記指紋認識信号線は前記層間絶縁層を貫通する貫通孔を経由して指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させ、
前記指紋認識信号線の材質は金属である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の有益な効果は、以下のとおりである。本発明に係るディスプレイ及び電子装置は、有効表示領域内には１つ又は複数の指紋認識ブロックが設置され、指紋認識ブロック内において、各サブ画素ユニットに対応する画素電極層は、サブ画素電極、及びサブ画素電極と分かれた指紋認識電極を備え、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレーム、及び指紋認識電極を完全に覆う黒色実ブロックを備えており、且つ指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を、表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させる指紋認識信号線が設置されることで、指紋認識機能を解像度が低く且つタッチ制御機能を含まない表示領域に集積でき、時分割走査をせずに全画面のマルチブロック指紋認識を実現できるとともに、指紋認識精度を向上させ、指紋認識の用途の多様性を高め、従来の表示製品のコストパフォーマンスを向上させ、ユーザーの使用感を向上させる。
【００１７】
本発明の特徴及び技術をさらに理解するために、以下、本発明に関する詳細説明及び図面を参照することができるが、図面は、参考及び説明用のものに過ぎず、本発明を制限しない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明に係るディスプレイの指紋認識ブロックの分布模式図である。
【図２】図２は本発明に係るディスプレイの１つの指紋認識ブロック内の画素電極層と黒色マトリクス層の斜視模式図である。
【図３】図３は本発明に係るディスプレイの１つの指紋認識ブロック内の画素電極層と指紋認識信号線の平面模式図である。
【図４】図４は本発明に係るディスプレイの指紋認識ブロック内の１つのサブ画素ユニットに対応する画素電極層と黒色マトリクス層の平面模式図である。
【図５】図５は本発明に係るディスプレイの図３に示されるＢ−Ｂ部の断面模式図である。
【図６】図６は本発明に係るディスプレイの指紋認識ブロック外の１つのサブ画素ユニットに対応する画素電極層と黒色マトリクス層の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の技術手段及びその効果を更に説明するために、以下、本発明の好適実施例及びその図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１〜図６に示すように、本発明はディスプレイを提供する。
【００２１】
図５に示すように、該ディスプレイは、ＴＦＴアレイ基板１と、ＴＦＴアレイ基板１と対向して設置されるＣＦ基板２と、ＴＦＴアレイ基板１とＣＦ基板２との間に介在する液晶層３とを備え、ＴＦＴアレイ基板１の下側に設けられるバックライトモジュール６と、ＣＦ基板２の上側に設けられるパッケージカバープレート８とをさらに備えてもよい。
【００２２】
図１〜図４に示すように、上記ディスプレイは有効表示領域ＡＡを有し、上記有効表示領域ＡＡは複数の画素ユニットＰを含み、各画素ユニットＰは複数のサブ画素ユニットＳＰを含み、上記有効表示領域ＡＡ内に１つ又は複数の指紋認識ブロック５が設置される。
【００２３】
上記ＴＦＴアレイ基板１は画素電極層１１、及び複数の指紋認識信号線１３を備え、上記画素電極層１１と複数の指紋認識信号線１３との間に層間絶縁層１２が介在する。上記画素電極層１１の下は通常の基板層、ゲート層、活性層、ソース／ドレイン層、及び複数の絶縁層等であり、従来技術と同じであるため、ここで省略する。
【００２４】
上記ＣＦ基板２は黒色マトリクス層２１を備え、通常の基板層、カラーフィルター層等をさらに備え、カラーフィルター層は赤色抵抗、緑色抵抗、青色抵抗を含み、同様に、従来技術と同じであるため、ここで省略する。
【００２５】
従来の指紋認識設計がないディスプレイでは、各サブ画素ユニットに対応する画素電極層は１つのサブ画素電極全体であり、黒色マトリクスは画素電極の周縁のみを覆う黒色フレームである。本発明に係るディスプレイでは、上記指紋認識ブロック５内において、各サブ画素ユニットＳＰに対応する画素電極層１１は、サブ画素電極１１１、及び上記サブ画素電極１１１と分かれた指紋認識電極１１２を備え、各サブ画素ユニットＳＰに対応する黒色マトリクス層２１は、上記サブ画素電極１１１の周縁を覆う黒色フレーム２１１、及び指紋認識電極１１２を完全に覆う黒色実ブロック２１２を備え、上記指紋認識信号線１３は指紋認識電極１１２に接触し、指紋認識電極１１２を表示及び指紋認識集積チップ９に電気的に接続する。上記指紋認識ブロック５外において、各サブ画素ユニットＳＰに対応する画素電極層１１はサブ画素電極１１１のみを備え、各サブ画素ユニットＳＰに対応する黒色マトリクス層２１は上記サブ画素電極１１１の周縁を覆う黒色フレーム２１１のみを備える。
【００２６】
上記指紋認識ブロック５内の上記サブ画素電極１１１は表示用であり、指紋認識電極１１２は指紋認識用であり、指紋認識信号線１３は指紋認識電極１１２に接続され、表示及び指紋認識集積チップ９とともに、指紋認識機能をディスプレイの有効表示領域ＡＡ内に集積することを実現する。このようにサブ画素電極１１１と指紋認識電極１１２を別々設計することで、表示信号と指紋認識信号との相互干渉を回避し、時分割走査が不要になり、互いに走査の時間資源を占有することがなく、指紋認識と表示がそれぞれ独自に走査する方式を採用することで、指紋認識の走査周波数及び効率を向上させ、且つディスプレイが高解像度及びタッチ制御機能を備えずに済む。
【００２７】
具体的には、上記画素電極層１１の材料は、好適には酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）である。指紋認識ブロック５内において、サブ画素電極１１１と指紋認識電極１１２との間隔の比率は、指紋認識の検出ニーズを満たした上で、サブ画素電極１１１の面積をできるだけ大きくし、画素開口率の損失を減少させる。
【００２８】
上記指紋認識信号線１３の材質は、好適には金属であり、該指紋認識信号線１３の作製には、金属層を堆積してパターン化する工程を追加する必要があり、層間絶縁層１２に貫通孔１２２が指紋認識電極１１２に対応して形成され、上記指紋認識信号線１３が上記層間絶縁層１２を貫通する貫通孔１２２を経由して指紋認識電極１１２に接触し、指紋認識電極１１２を表示及び指紋認識集積チップ９に電気的に接続する。
【００２９】
上記指紋認識ブロック５の具体的な数量はユーザーの使用感度を満足させることを基準とし、例えば、５個の指紋認識ブロック又は１０個の指紋認識ブロックを設計する場合、片手５指又は両手１０指の指紋認識を実現できる。また、同時検出される指の数が多いほど、指紋認識の正確性が高く、プライバシー保護のセキュリティも高い。各指紋認識ブロック５のサイズは、一般には、手の指がタッチ可能なディスプレイの面積とほぼ同じように設計され、形状が矩形であり、辺長が約４ｍｍ〜５．５ｍｍである。
【００３０】
各指紋認識ブロック５は、若干数の画素ユニットＰに対応し、上記画素ユニットＰは赤色、緑色、及び青色の３個のサブ画素ユニットを含んでもよいが、それに限定されず、すなわち上記サブ画素ユニットＳＰは、赤色サブ画素ユニット、緑色サブ画素ユニット、又は青色サブ画素ユニットであってもよい。指紋認識ブロック５内の指紋認識信号線１３に接続される必要がある指紋認識電極１１２の数量は、単体のサブ画素ユニットＳＰのサイズ及び配線の難易度に応じて決められる。
【００３１】
上記表示及び指紋認識集積チップ９は、表示及び指紋認識駆動機能を兼ね備えており、ディスプレイ内の配線空間を節約し、設計の複雑度を低減させることができる。
【００３２】
本発明に係るディスプレイによる指紋認識の動作原理は、ＴＦＴアレイ基板１内の複数の指紋認識電極１１２と指の指紋の稜線、谷線との間にそれぞれ容量が形成され、指紋アルゴリズムに認識可能な多階調指紋画像を隣接する容量差によって形成し、これにより指の指紋の局部的な特徴点を検出し、最終的に指紋認識機能を実現する。
【００３３】
同一の発明の思想に基づいて、本発明は、上記ディスプレイを備える電子装置をさらに提供し、指紋認識機能を解像度が低く且つタッチ制御機能を含まない表示領域に集積でき、時分割走査をせずに全画面のマルチブロック指紋認識を実現できる。また指紋認識精度を向上させ、指紋認識の用途の多様性を高め、従来の表示製品のコストパフォーマンスを向上させ、ユーザーの使用感を向上させることができる。
【００３４】
以上のように、本発明に係るディスプレイ及び電子装置は、有効表示領域内には１つ又は複数の指紋認識ブロックが設置され、上記指紋認識ブロック内において、各サブ画素ユニットに対応する画素電極層は、サブ画素電極、及び上記サブ画素電極と分かれた指紋認識電極を備え、各サブ画素ユニットに対応する黒色マトリクス層は、上記サブ画素電極の周縁を覆う黒色フレーム、及び指紋認識電極を完全に覆う黒色実ブロックを備えており、且つ指紋認識電極に接触し、指紋認識電極を表示及び指紋認識集積チップに電気的に接続させる指紋認識信号線が設置されることで、指紋認識機能をその解像度が低く且つタッチ制御機能を含まない表示領域に集積でき、時分割走査をせずに全画面のマルチブロック指紋認識を実現でき、指紋認識精度を向上させ、指紋認識の用途の多様性を増やし、従来の表示製品のコストパフォーマンスを向上させ、ユーザーの使用感を向上させる。
【００３５】
以上のとおり、当業者であれば、本発明の技術案及び技術発想に基づき、ほかの種々の変更や変形を行うことができ、これらの変更や変形は、すべて本発明の添付する特許請求の範囲の保護範囲に属する。
【符号の説明】
【００３６】
１  ＴＦＴアレイ基板
２  ＣＦ基板
３  液晶層
５  指紋認識ブロック
６  バックライトモジュール
８  パッケージカバープレート
９  指紋認識集積チップ
１１  画素電極層
１２  層間絶縁層
１３  指紋認識信号線
２１  黒色マトリクス層
１１１  サブ画素電極
１１２  指紋認識電極
１２２  貫通孔
２１１  黒色フレーム
２１２  黒色実ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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