CN111045019A - 距离感应装置 - Google Patents

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徐志豪
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吕侊懋
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Abstract

本发明公开了一种距离感应装置，设置于有机发光二极体面板的下，该距离感应装置包括一发光模组及一接收模组。发光模组用以发射一不可见光，不可见光的峰值波长不小于1000纳米。接收模组则邻设于发光模组，用以接收不可见光经反射的一反射光线。藉此，不可见光通过有机发光二极体面板时，不会使该面板上产生亮点。

Description

距离感应装置
技术领域
本发明涉及一种感应装置，尤其涉及一种距离感应装置。
背景技术
有机发光二极体(OLED)面板因拥有轻薄、抗震、画面清晰、耗能低、发光效率高、能弯曲等优点，逐渐成为电子产品的显示装置的主流，更大量使用于行动装置中(例如：手机、平板)。
以行动装置而言，近来各家厂商为追求产品荧光屏最大化，试图将原设置于屏幕四周的边框(bezel)的感应器移置于屏幕的下侧(即内侧，相对于使用者可见的上侧或外侧而言)，用以缩小边框的尺寸；如此，于固定的外型尺寸下，行动装置可拥有更大的屏幕比例。目前，已移置于屏幕下侧的感应器有指纹感测器、距离感测器等。
距离感测器乃藉由红外光线的发射与接收来测知人体或物件接近手机的程度，以关闭手机屏幕的背光与触控功能，以节省电力且避免使用者通话时误触屏幕。然而，现有的距离感测器设置在OLED面板下时，其所发射的红外光线会使OLED面板的半导体层产生一可见光线(光致发光)；因此，使用者可能会于OLED面板上观察到一亮点，而认为此面板有瑕疵。
有鉴于此，如何提供一种距离感应装置，避免上述的可能缺陷，乃为本领域待解决的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种距离感应装置，其可设置于有机发光二极体面板之下，且能避免该面板产生非预期的亮点。
根据本发明的一方面，本发明的距离感应装置设置于一有机发光二极体面板的一下侧，该距离感应装置包括一发光模组及一接收模组。发光模组用以发射一不可见光，而该不可见光的峰值波长不小于1000纳米。接收模组邻设于发光模组，用以接收不可见光经反射的一反射光线。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的发光模组所发射的该不可见光的峰值波长不大于1580纳米。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的发光模组包括一个或多个发光元件，而接收模组包括一个或多个感测元件。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的发光元件包括一半导体晶片，该半导体晶片用以发射出不可见光。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的发光元件包括一半导体晶片及光转换结构。半导体晶片用以发出一可见光。光转换结构设置于半导体晶片上，且包括一胶体及一荧光材料，荧光材料设置于胶体中，用以将可见光转换成不可见光。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的发光元件包括一吸光层，吸光层设置于光转换结构上，用以吸收可见光。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的光转换结构还包括一吸光材料，吸光材料设置于胶体中，用以吸收该可见光的一部分，该可见光的另一部分被该荧光材料转换成不可见光。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的光转换结构还包括一滤光层，滤光层设置于光转换结构上，用以阻挡可见光。
于一实施例中，本发明的距离感应装置所具有的半导体晶片为一蓝光晶片、蓝光发光二极体晶片或蓝光雷射二极体晶片。
荧光根据本发明的另一方面，提供一种显示装置，包括一有机发光二极体面板以及如任一上述实施例所示的距离感应装置，距离感应装置设置于有机发光二极体面板的下侧，以被有机发光二极体面板遮蔽。
藉此，本发明可提供的有益技术效果至少为：发光模组所发射的不可见光具有不小于1000纳米的峰值波长，使得不可见光在穿透OLED面板时，不会使OLED面板产生一可见光线；因此，使用者不会观察到OLED面板上有非预期显示的亮点。另，不可见光的峰值波长较佳地不大于1580纳米，以不可见光能有效地穿过OLED面板而达感应物体距离的目的。
为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。
附图说明
图1A为根据本发明较佳实施例的距离感应装置的侧视图；
图1B为根据本发明较佳实施例的距离感应装置的仰视图；
图2为根据本发明较佳实施例的距离感应装置运作时的示意图；
图3A为根据本发明较佳实施例的不可见光的波长与面板显示画面之间的示意图；
图3B为根据本发明较佳实施例的不可见光的波长与面板穿透率之间的变化示意图；
图4A为根据本发明较佳实施例的距离感应装置的测试系统的示意图；
图4B为根据本发明较佳实施例的距离感应装置的测试距离与反应之间的变化示意图；
图5为根据本发明较佳实施例的距离感应装置的结构示意图(剖视图)；
图6为图5的距离感应装置的部分放大图；
图7为根据本发明较佳实施例的距离感应装置的结构示意图；以及
图8为根据本发明较佳实施例的距离感应装置的结构示意图。
附图标记说明如下：
1 显示装置
10 距离感应装置
20 有机发光二极体面板
30 物件
21 下侧
22 上侧
100 发光模组
110 发光元件
120、130 半导体晶片
140 光转换结构
142 胶体
144 荧光材料
145、147 混合胶
146 支架
150 吸光层
160 滤光层
170 吸光材料
200 接收模组
210 感测元件
L、L’ 可见光
IL、IL’ 不可见光
RIL 反射光线
具体实施方式
以下将具体地描述根据本发明的具体实施例；在不背离本发明的精神下，本发明尚可以多种不同形式的实施例来实践，不应将本发明保护范围解释为限于说明书所描述内容。另外，上述发明内容中的各实施态样的技术内容也可作为实施例的技术内容，或是作为实施例的可能变化态样。此外，以下所述的方位(如前、后、上、下、两侧、内、外等)为相对方位，可根据距离感应装置及其应用的显示装置的使用状态而定义。
图1A及图1B为根据本发明第一较佳实施例的距离感应装置10的侧视图及上视图。该距离感应装置10设置于一显示装置1的一有机发光二极体面板20(下简称为面板20)下，换言之，显示装置1至少包括该面板20及该距离感应装置10。显示装置1可为手机、数码相机、电脑、电视、穿载装置等电子产品的显示装置，而本实施例以手机为例。显示装置1尚有其他元件，如驱动晶片等，因非本实施例的重点、且不影响本实施例的尔后技术内容的描述，故将省略描述及绘制。
更具体而言，距离感应装置10设置于面板20的一下侧21，或称内侧，即面板20的基板所在侧，使用者一般不会观察到；因此，距离感应装置10被面板20遮蔽，不被使用者观察到。相对于下侧21而言，面板20另包括一上侧22，或称外侧，即面板的玻璃所在侧。较佳地，距离感应装置10可与下侧21相接触而无间距，以增加感应准确性；或者，基于组装的公差等因素，距离感应装置10与下侧21之间也可以保持微小的间距，例如0.3～0.7毫米(mm)。此外，面板20并不需因应距离感应装置10的设置而有供光线穿过的通孔，面板20可为一般市面上可购得的面板，例如三星所贩售的AMOLED。换言之，距离感应装置10所配合应用的面板20可为一般规格或结构的面板，因此面板20的技术内容应为本领域技术人员所知悉而能省略描述。
如图2所示，构造上，距离感应装置10包括至少一发光模组100及一接收模组200，两者相光耦合，也就是，发光模组100可发射一不可见光IL，而光耦合的接收模组200能接受该不可见光IL经反射的一反射光线RIL。为此，接收模组200邻设于发光模组100，位于发光模组100的一侧，两者之间的距离足以让两者达成上述的光耦合。所以，只要接收模组200能接受发光模组100所产生的反射光线RIL，即属于邻设或光耦合的关系。另，两者不限定需位于相同水平面上，两者之间的高低差仍能达成光耦合。
发光模组100所发射的不可见光IL具有一峰值波长，其不小于1000纳米(nm)，因此不可见光IL可视为红外光线。不可见光IL穿透面板20后，若有物件30(例如为使用者的脸颊)于面板20的上侧22，不可见光IL会被物件30反射而定义为反射光线RIL，反测光线RIL穿透面板20而被接收模组200所接受。接收模组200尔后可产生对应的信号，并传输至其他元件中处理或应用。不可见光IL的峰值波长设定为不小于1000纳米，而非一般距离感应器所用的940纳米，故不可见光IL不会使面板20的半导体层发光。
如图3A所示，已测试波长介于1000～1580纳米之间的不可见光IL对于面板20的影响，而由测试结果可知，面板20显示红色、绿色、蓝色及白色的画面时，不可见光IL皆不会使面板20上产生亮点。图3A仅显示出1275纳米、1375纳米及1475纳米的测试结果(未有亮点)，而从940纳米的测试结果可知，面板20会产生明显的亮点。
如图3B所示，另说明的是，虽然不可见光IL的波长大于1580纳米时面板20也不会有亮点，但此种不可见光IL对面板20的穿透率将小于1％，使得接收模组200难以接收到其反射光线RIL(即不可见光IL无法有效地穿过面板20)。因此，作为手机的距离感应装置10时，发光模组100所产生的不可见光IL的峰值波长较佳地不会大于1580纳米。然而，若面板20的穿透率能有所改善，则不可见光IL的波长应可大于1580纳米。
如图2所示，发光模组100可包括一个或多个发光元件110(位于同一个封装结构内)，每一个发光元件110皆可发射出不可见光IL；而相对地，接收模组200可包括一或多个感测元件210(位于同一个封装结构)，每一个感测元件210皆可接受反射光线RIL。当发光元件110数量越多时，发光模组100整体上所产生的不可见光IL有越大的强度；当感测元件210越多，接收模组200整体上能接收更多的反射光线RIL(或更易接收到反射光线RIL)。如此，距离感应装置10的感测能力(距离或范围)将可提升。上述发光模组100及接收模组200也可设置于同一个电路基板(印刷电路板)上、或组装为一体等(图未示)。
于本实施例中，该发光元件110包括一半导体晶片120，其可以直接发出波长不小于1000纳米的不可见光IL，换言之，发光元件110为一红外光LED晶片，该LED晶片不需再搭配荧光材料等来激发出红外光线。感测元件210则可包括一光电晶体。
如图4A所示，于本实施例中，一测试系统被提出，以测试距离感应装置10与面板20之间的关系。该测试系统例如可包括环境光感测器(Ambient Light Sensor)ALS、通用型微控制器(General-Purpose Input/Output)GPIO、类比数位转换器(Analog-to-DigitalConverter)ADC、类比前端电路(Analog Front End)AFE、运算器(Algorithm)ALG、低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)收发器BLE、内部整合电路((Inter-Integrated Circuit)I2C。该测试系统还包括距离感应装置10及/或已知的距离感应器(PIN Diode In GaAs)。藉此，可测试不同工作波长的距离感应器会对面板的影响(亮点、穿透率等)。
如图4B所示，上述测试系统可用以测试距离感应装置10的感测能力。举例而言，当不可见光IL的波长为1375纳米时，物件30距离面板20越远时，接收模组200所接收到光线越少，所对应的算数(count)越低，即越接近基准值950。
上述实施例中的距离感应装置10的发光元件110为红外光LED晶片，而于后述的实施例中，发光元件110为不同型态者，以降低其价格及/或其不可见光的半峰全宽(FWHM)。
如图5及图6所示，于第二较佳实施例中，与第一实施例不同的是，发光元件110可包括一半导体晶片130以及一光转换结构140，半导体晶片130用以发出可见光L，而光转换结构140设置于半导体晶片130上，用以将可见光L转换成波长不小于1000纳米的不可见光IL’。
更具体而言，半导体晶片130例如可为一蓝光LED晶片、蓝光发光二极体晶片或蓝光雷射二极体晶片，故所发射出的可见光L为蓝光；而根据封装型态，半导体晶片130可设置于一支架146或基板(皆可视为发光元件110的组成元件)上。光转换结构140至少覆盖半导体晶片130的上方，以可见光L皆通过光换转结构140后，才射出发光元件110外；本实施例中，光转换结构140更覆盖及包覆半导体晶片130。另，光转换结构140包括一胶体142及一荧光材料144，该胶体142为透光、且常用于LED晶片的封装胶材(如硅胶)，而荧光材料144设置于胶体142中，分布于胶体142中，可将可见光L转换成不可见光IL’，也可以将可见光L部分地转换成另一可见光。胶体142与荧光材料114的重量比(wt％)可为100：100至100：150，但不以此为限。
荧光材料144包括各种能激发出波长不小于1000纳米的光线的荧光粉，举例而言，荧光材料144为化学式La3Si6N11:Cr,Ce的四面体结构的荧光粉，其平均粒径为15微米(μm)。当该种荧光材料144受到峰值波长460纳米的可见光L(蓝光)照射时，可激发出峰值波长550纳米的可见光L’及峰值波长为1550纳米的不可见光IL’。该不可见光IL’即可用来作为物体的距离感测用，且不会使面板20产生的亮点，如先前实施例所述。
由于荧光材料144也会激发出可见光L’，且半导体晶片130所发出的可见光L应难以完全被荧光材料144转换成不可见光IL’，可见光L、L’若射出发光元件110外时，可能会使面板20产生色点(color spot)。因此，发光元件110更可包括一吸光层150，其设置于光转换结构140上，以吸收可见光L、L’，如此一来，仅有不可见光IL’可射出发光元件110外，而面板20上不会有亮点或色点产生。吸光层150具体而言可包括一透光的胶体及一染剂，该染剂与胶体相混合以形成一可吸收可见光的黑色胶体；胶体与染剂的重量比(wt％)可为100：30至100：60，但不此为限。吸光层150可吸收900纳米以下光线，因此可见光L、L’无法穿过吸光层150。
上述发光元件110的一种制程可为：将荧光材料144与胶体142以所需比例相混合成一混合胶145，然后施用至支架146上，以覆盖半导体晶片130；接着进行烘烤加热，以使混和胶145固化而形成光换转结构140；尔后，将染剂与另一胶体以所需比例相混合成一黑胶，然后施用至已固化的光转换结构140的顶面上；最后，再进行烘烤加热，以使黑胶固化而形成吸光层150。
另说明的是，荧光材料144也可包括以下化学结构的荧光粉：La3(1-x)Ga1-yGe5(1-z)O16:3xA3+,yCr3+,5zB4+，其中：x、y和z不同时为0，A代表Gd和Yb中的至少一种，B代表Sn、Nb和Ta中的至少一种；La3Ga5(1-x)M1O14:5xCr3+，其中0.01≤x≤0.1，M1为Si或Ge；La3(1-x)Ga5(1-y)GeO14:3xSm3+,5yCr3+，其中0.01≤x≤0.5和0.01≤y≤0.1；Ca3Ga2-xGe3O12:xCr3+，其中0<x≤0.1；LaGa1-xGe2O7:xCr3+，其中0<x≤0.2；BaZr1-xSi3O9:xCr3+，其中0<x≤0.1；Zn3Al2-xGe4O14:2xCr3+，其中0<x≤0.2；Ca2Ga2(1-x)GeO7:2xCr3+，其中0<x≤0.1；Zn3Ga2(1-x)GeyO(6+2y):xCr3+，其中0<x≤0.5，y为1至5之间的整数；Zn3Ga2(1-x)Ge4O14:2xCr3+，其中0<x≤0.2。上述荧光材料皆可产生波长不小于1000纳米的不可见光，其具体技术内容及实现可参考申请人的中国专利申请内容，申请号为201811423086.3和201811083233.3，该些申请案全文并入本案供参考。
与第一实施例相比，本实施例的发光元件110可有较低售价，因为半导体晶片130(蓝光LED晶片)的售价远比半导体晶片120(红外光LED晶片)低，纵使加上光换转结构140、吸光层150的生产成本。此外，本实施例的发光元件110所发射出的不可见光IL’的半峰全宽约为78纳米，比第一实施例的(约为110纳米)还要佳。
如图7所示，于第三较佳实施例中，与第二实施例不同的是，发光元件110包括一滤光层160，而不是吸光层150。具体而言，滤光层160可为一光学薄膜，设置于光转换结构140上，其可阻挡可见光通过其中，但不会阻挡不可见光。也就是，滤光层160(光学薄膜)能让特定波长(例如小于700或900纳米)的光线于其中被吸收、反射、散射或相位偏移等而无法通过。如此，可见光L’、L(如图6所示)无法射出发光元件110外，但不可见光IL’可以。
如图8所示，于第四较佳实施例中，与第二实施例不同的是，发光元件110可不包括吸光层150，而是光转换结构140包括还包括一吸光材料170，以吸收可见光，但不会吸收不可见光。在本实施例中，吸光材料170可以吸收可见光的一部分，可见光的另一部分可以被荧光材料144转换成可见光。具体而言，吸光材料170设置于胶体142中，其可为一黑色染剂，且可与荧光材料144一起混合于胶体142中而形成的一混和胶147。该混合胶147尔后可设置于支架146上、并覆盖半导体晶片130。如此，荧光材料144所激发出的可见光L’(如图6所示)会被吸光材料170吸收，从而无法穿过光转换结构140，但不可见光L’可以。
需说明的是，无论吸光层150、滤光层160或吸光材料170是否能完全地吸收、过滤或阻挡可见光，皆属本发明所欲保护的范围。换言之，纵使有部分的可见光从发光元件110中射出，其应不至使面板20上产生明显可见的色点。此外，若半导体晶片130的可见光仅有少部分没有被转换成不可见光，又或者，光转换结构140所激发出的可见光仅属少量(或无可见光)，则吸光层150、滤光层160或吸光材料170应可从发光元件110中省略。
综合上述，本发明的距离感应装置可设置于OLED面板下，以提升显示装置的屏占比，且用以感测距离的不可见光具有不小于1000纳米的峰值波长，可避免OLED面板上产生光致发光的亮点。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，幷非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (10)

1.一种距离感应装置，其特征在于，设置于一有机发光二极体面板的一下侧，该距离感应装置包括：
一发光模组，用以发射一不可见光，该不可见光的峰值波长不小于1000纳米；以及
一接收模组，邻设于该发光模组，用以接收该不可见光经反射的一反射光线。
2.如权利要求1所述的距离感应装置，其特征在于，该发光模组所发射的该不可见光的该峰值波长不大于1580纳米。
3.如权利要求1所述的距离感应装置，其特征在于，该发光模组包括一个或多个发光元件，而该接收模组包括一个或多个感测元件。
4.如权利要求3所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件包括一半导体晶片，该半导体晶片用以发射出该不可见光。
5.如权利要求3所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件包括：
一半导体晶片，用以发出一可见光；以及
一光转换结构，设置于该半导体晶片上，且包括一胶体及一荧光材料，该荧光材料设置于该胶体中，用以将该可见光转换成该不可见光。
6.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件还包括一吸光层，该吸光层设置于该光转换结构上，用以吸收该可见光。
7.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该光转换结构还包括一吸光材料，该吸光材料设置于该胶体中，用以吸收该可见光的一部分，该可见光的另一部分被该荧光材料转换成不可见光。
8.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件还包括一滤光层，该滤光层设置于该光转换结构上，用以阻挡该可见光。
9.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该半导体晶片为一蓝光晶片、蓝光发光二极体晶片或蓝光雷射二极体晶片。
10.一种显示装置，其特征在于，包括：
一有机发光二极体面板；以及
如权利要求1至9中任一项所述的距离感应装置，设置于该有机发光二极体面板的下侧，以被该有机发光二极体面板遮蔽。
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