CN111008593B - 指纹辨识装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹辨识装置，该指纹辨识装置包括显示元件、调光元件、感测元件、导光元件以及感测光源。调光元件及感测元件分别设置于显示元件的两侧。导光元件设置于显示元件上。感测光源提供感测光束。感测光束通过调光元件后以角度α入射导光元件。调光元件能调整角度α。

Description

指纹辨识装置

技术领域

本发明涉及一种光学装置，尤其涉及一种指纹辨识装置。

背景技术

指纹辨识装置可区分为光学式、电容式、超音波式及热感式。以光学式指纹辨识装置为例，光学式指纹辨识的原理如下。

手指的指纹是由多条不规则的波峰与波谷所组成。当手指按压指纹辨识装置时，波峰接触指纹辨识装置，而波谷不接触指纹辨识装置。波峰会直接将光束漫射至感测元件，进而形成亮区。同时间，照射至波谷的光束会在波谷内进行多次反射，之后才传递至感测元件，进而形成暗区。藉此，对应指纹的波峰与波谷的光束于感测元件的光接收面上形成为明暗交错的条纹图案，进而取得指纹影像。利用演算法计算对应指纹影像的信息，便可进行使用者身份的辨识。

然而，当光学式指纹辨识装置与显示面板组装成具有指纹辨识的电子装置(例如：手机、电脑等)时，使用者需按压电子装置的显示面板上的特定区域，方能进行指纹辨识，造成使用者上的不便。

发明内容

本发明提供一种指纹辨识装置，使用上便利。

本发明的一种指纹辨识装置，包括显示元件、调光元件、感测元件、导光元件以及感测光源。调光元件及感测元件分别设置于显示元件的两侧。导光元件设置于显示元件上。感测光源提供感测光束。感测光束通过调光元件后以角度α入射导光元件。调光元件能调整角度α。

在本发明的一实施例中，上述的调光元件包括多个基板、光学异方向性材料以及多个电极。多个基板相对设置。光学异方向性材料设置于多个基板之间。多个电极设置于多个基板的至少一者上。多个电极具有电压差，以驱动光学异方向性材料。

在本发明的一实施例中，上述的调光元件还包括：光均匀化元件，设置于多个基板之一与感测光源之间。

在本发明的一实施例中，上述的光均匀化元件包括网格状的挡光图案。

在本发明的一实施例中，上述的指纹辨识装置，还包括触控元件及处理及控制元件。触控元件设置于显示元件上或显示元件内。处理及控制元件电性连接至触控元件及调光元件。处理及控制元件根据来自于触控元件的触控信号驱动调光元件，以决定角度α的范围。

在本发明的一实施例中，上述的显示元件具有显示区，调光元件与感测元件在一方向上排列，显示区包括沿所述方向排列的多个子显示区域；调光元件使角度α改变，以使感测光束依时序传递至多个子显示区域的上方。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的指纹辨识装置的剖面示意图。

图2为本发明一实施例的指纹辨识装置的立体示意图。

图3为本发明一实施例的光均匀化元件的俯视示意图。

图4示出本发明一实施例的感测光束L在接续的多个第一至七时间区间下被光学异方性介质偏折而依时序传递至导光元件的表面的多个感测光束。

图5A至图5G示出本发明一实施例的感测光束分别在第一至七时间区间内传递至显示元件上方的多个区域的情形。

图6为本发明另一实施例的指纹辨识装置的剖面示意图。

附图标记说明如下：

100、100A：指纹辨识装置

110：显示元件

110a～110g：显示区

112：显示面板

112a：像素阵列基板

112b：对向基板

112c：显示介质

114、116：偏光片

118：背光源

120：调光元件

121、122：基板

123、124：电极

125：光学异方向性材料

126：驱动器

127：光均匀化元件

127a、127b：遮光条

127c：网目

130：感测元件

140：导光元件

140a、140b：表面

150：感测光源

160：处理及控制元件

F：手指

L、Lt1～Lt7：感测光束

RLt1～RLt7：区域

t1～t7：时间区间

TP：触控元件

x、y、z：方向

α、β：角度

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。

应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”或“耦合”可为二元件间存在其它元件。

本文使用的“约”、“近似”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”或“实质上”可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地这样定义。

图1为本发明一实施例的指纹辨识装置的剖面示意图。图2为本发明一实施例的指纹辨识装置的立体示意图。

请参照图1及图2，指纹辨识装置100包括显示元件110。在本实施例中，显示元件110包括显示面板112。显示面板112可包括像素阵列基板112a、对向基板112b以及设置于像素阵列基板112a与对向基板112b之间的显示介质112c。

举例而言，在本实施例中，显示介质112c可以是非自发光显示介质(例如但不限于：液晶)，而显示元件110可包括设置于显示面板112下方的背光源118。此外，在本实施例中，显示元件110还可包括偏光片114及偏光片116，分别设置于像素阵列基板112a及对向基板112b上。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，显示介质112c也可以是自发光显示介质(例如但不限于：有机电致发光层)，而显示元件110也可不包括背光源118；此外，根据其它实施例，显示元件110也可选择性地不包括偏光片114及/或偏光片116。

指纹辨识装置100还包括调光元件120及感测元件130，分别设置于显示元件110的两侧。感测元件130用以将感测光束L转换成电信号。举例而言，在本实施例中，感测元件130可以是感光耦合元件(charge-coupled device，CCD)或互补式金属氧化物半导体主动像素感测器(CMOS Active pixel sensor)，但本发明不以此为限。

在本实施例中，调光元件120可包括多个基板121、122、多个电极123、124及光学异方向性材料125。基板121与基板122相对设置。光学异方向性材料125(例如但不限于：液晶)设置于多个基板121、122之间。多个电极123、124设置于多个基板121、122的至少一者上。电极123及电极124透光。电极123与电极124具有一电压差，以驱动光学异方向性材料125。调光元件120还包括驱动器126，电性连接至电极123、124，以提供电极123与电极124之间的电压差。在本实施例中，调光元件120不包括偏光片。

在本实施例中，调光元件120的多个电极123、124可分别设置于多个基板121、122上。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，调光元件120的多个电极123、124也可设置于同一基板121上，只要多个电极123、124之间的电压差能驱动光学异方向性材料125即可。

此外，在本实施例中，调光元件120与显示元件110可以是独立的两构件；或者是整合在一起的一构件。举例而言，若调光元件120与显示元件110整合在一起，调光元件120与显示元件110可共用上下两基板；也就是说，调光元件120的基板121与显示元件110的像素阵列基板112a的基底可以是同一个构件，调光元件120的基板122与显示元件110的对向基板112b的基底可以是同一个构件，而调光元件120的光学异方向性材料125与显示元件110的显示介质112c之间可选择性地设有一分隔元件(例如但不限于：框胶)。

在本实施例中，调光元件120可进一步包括光均匀化元件127，设置于基板121与感测光源150之间。光均匀化元件127能使感测光源150发出的感测光束L均匀地传递至调光元件120的光学异方向性材料125。

图3为本发明一实施例的光均匀化元件的俯视示意图。请参照图1及图3，举例而言，在本实施例中，光均匀化元件127可包括网格状的挡光图案。网格状的挡光图案可具有尺寸相同且设置密度一致的多个网目127c，感测光束L通过多个网目127c后能被均匀化，以均匀地传递至光学异方向性材料125。

在本实施例中，光均匀化元件127可具有在方向x上延伸的多个遮光条127a以及在方向y上延伸的多个遮光条127b，其中方向x与方向y相交错。举例而言，显示元件110与导光元件140在方向z上堆叠，方向x及方向y与方向z垂直，且方向x及方向y可互相垂直，但本发明不以此为限。

请参照图1及图2，指纹辨识装置100还包括导光元件140，设置于显示元件110上。在本实施例中，导光元件140还设置于调光元件120上。导光元件140具有朝向调光元件120的表面140a以及供手指F按压的表面140b。在本实施例中，导光元件140为一透明材料层。举例而言，导光元件140的材质可以是氧化硅(Silica)、硅(Silicon)或其它适当材料。

指纹辨识装置100还包括感测光源150，提供感测光束L。举例而言，在本实施例中，感测光源150可以选择性地是显示元件110的背光源118，但本发明不以此为限。

值得注意的是，感测光束L通过调光元件120后以一角度α入射导光元件140，而调光元件120能调整角度α。也就是说，调光元件120能调整感测光束L入射导光元件140的表面140a的入射角α。藉此，感测光束L能以各种角度β从导光元件140内部传递至导光元件140的表面140b，进而使感测元件130输出对应手指F的指纹影像的电信号，以供指纹辨识。

具体而言，在本实施例中，调光元件120的多个电极123、124可具有一电压差，不同大小的电压差会导致光学异方性介质125(例如但不限于：液晶)的旋转角度不同。也就是说，通过控制调光元件120的多个电极123、124的电压差能控制光学异方性介质125(例如但不限于：液晶)的旋转角度，进而调整感测光束L入射导光元件140的角度α。

图4示出本发明一实施例的感测光束L在接续的多个第一至七时间区间t1～t7(标示于图5A～图5G)下被光学异方性介质125偏折而依时序传递至导光元件140的表面140b(绘示于图1)的多个感测光束Lt1～Lt7。

图5A至图5G示出本发明一实施例的感测光束Lt1～Lt7(标示于图4)分别在第一至七时间区间t1～t7内传递至显示元件110上方的多个区域RLt1～RLt7的情形。

请参照图1、图4及图5A至图5G，在本实施例中，显示元件110具有显示区110a～110g(标示于图5A至图5G)，调光元件120与感测元件130在一方向x上排列，显示区110a～110g包括沿方向x排列的多个子显示区域110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g，调光元件120使角度α改变，以使感测光束Lt1、Lt2、Lt3、Lt4、Lt5、Lt6、Lt7依时序传递至显示元件110的多个子显示区域110a～110g的上方。也就是说，感测光束Lt1、Lt2、Lt3、Lt4、Lt5、Lt6、Lt7分别在接续的第一至七时间区间t1～t7内照射显示元件110上方的多个区域RLt1～RLt7。藉此，无论手指F放置于显示元件110的显示区110a～110g上方的哪一位置，感测元件130均能接受到被手指F漫射的感测光束L，进而实现全屏的光学式指纹辨识装置100。

请参照图1，在本实施例中，指纹辨识装置100还可选择性地包括触控元件TP及处理及控制元件160。处理及控制元件160电性连接至触控元件TP及调光元件120。处理及控制元件160根据来自于触控元件TP的一触控信号驱动调光元件120，以决定角度α的范围。

也就是说，处理及控制元件160可根据触控信号所携带的手指触碰位置信息，决定调光元件120的多个电极123、124的电压差的大小范围，进而使感测光束L扫描手指F所在的区域，且不扫描非手指F所在的大部分区域。藉此，能提升取得指纹影像的速度并减少指纹辨识装置100的耗电量。

请参照图1，在本实施例中，触控元件TP可选择性地设置于显示元件110内。也就是说，触控元件TP可以是晶胞内(in-cell)的触控元件。然而，本发明不以此为限，根据其它实施例，触控元件TP也可设置于其它适当位置，以下配合图6举例说明之。

图6为本发明另一实施例的指纹辨识装置的剖面示意图。图6的指纹辨识装置100A与图1的指纹辨识装置100类似，两者主要的差异在于，指纹辨识装置100A的触控元件TP的设置位置与指纹辨识装置100的触控元件TP的设置不同。具体而言，于图6的实施例中，触控元件TP可设置于显示面板112上。也就是说，触控元件TP可以是晶胞上(on-cell)或晶胞上(out-cell)的触控元件。图6的指纹辨识装置100A具有与图1的指纹辨识装置100类似的功效及优点，于此便不再重述。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (4)

1.一种指纹辨识装置，包括：

一显示元件，包括显示面板，所述显示面板包括像素阵列基板、对向基板以及设置于所述像素阵列基板和所述对向基板之间的显示介质；

一调光元件及一感测元件，分别设置于该显示元件的相对的两侧；其中该调光元件包括：

多个基板，相对设置；

一光学异方向性材料，设置于该多个基板之间；以及

多个电极，设置于该多个基板的至少一个上，其中该多个电极具有一电压差，以驱动该光学异方向性材料；

分隔元件，设于该调光元件的该光学异方向性材料与该显示元件的所述显示介质之间，该分隔元件为框胶；

一导光元件，设置于该显示元件上；以及

一感测光源，提供一感测光束，其中该感测光束通过该调光元件后以一角度α入射该导光元件，而该调光元件能调整该角度α；

其中，该调光元件还包括一光均匀化元件，设置于该多个基板之一与该感测光源之间，使该感测光源发出的感测光束均匀地传递至该调光元件的该光学异方向性材料。

2.如权利要求1所述的指纹辨识装置，其中该光均匀化元件包括一网格状的挡光图案。

3.如权利要求1所述的指纹辨识装置，还包括：

一触控元件，设置于该显示元件上或该显示元件内；以及

一处理及控制元件，电性连接至该触控元件及该调光元件，其中该处理及控制元件根据来自于该触控元件的一触控信号驱动该调光元件，以决定该角度α的范围。

4.如权利要求1所述的指纹辨识装置，其中该显示元件具有一显示区，该调光元件与该感测元件在一方向上排列，该显示区包括沿该方向排列的多个子显示区域；该调光元件使该角度α改变，以使该感测光束依时序传递至该多个子显示区域的上方。