CN111788574A - 具有集成有光电检测器的tft的oled显示屏 - Google Patents

Abstract

一种电子设备包括显示屏，该显示屏包括盖板玻璃和显示照明层。该显示照明层包括形成显示屏的像素阵列的发光元件阵列。该电子设备还包括光源，该光源邻近盖板玻璃设置，并且被配置为发射光束以耦合到盖板玻璃中。光束的一部分透射穿过盖板玻璃的顶表面以照射用户的手。该电子设备还包括光学ID感测模块，该光学ID感测模块包括：设置在发光元件阵列下方并空间上分布于在整个显示屏的像素阵列上的光电检测器阵列；以及耦合到光电检测器阵列并用于采集手的指纹图像或掌纹图像的电子电路。

Description

具有集成有光电检测器的TFT的OLED显示屏

相关申请的交叉引用

本申请是非临时申请，并且依照美国法典第35卷第119条(e)款，要求于2019年6月17日提交的美国临时申请号为62/862,675、发明名称为“具有集成有光电检测器的TFT的OLED显示屏”的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。

技术领域

本专利文件涉及如指纹和面部等图案的光学感测并且涉及在电子设备或系统中执行其他参数测量的一种或多种感测操作，该电子设备或系统包括诸如移动设备或可穿戴设备等的便携式设备和较大系统。

背景技术

各种传感器可以在电子设备或系统中实现，以提供某些期望的功能。只有授权的用户才能被识别并且与非授权用户进行区分的计算机和计算机控制的设备或系统的安全访问的需求不断增长。

例如，移动电话、数码相机、平板PC、笔记本电脑和其他便携式电子设备在个人、商业和政府的使用中越来越普及。供个人使用的便携式电子设备可以配备有一个或多个安全机制以保护用户的隐私。

再如，用于组织或企业的计算机或计算机控制的设备或系统可以被保护于仅允许授权人员访问，以保护该组织或企业的设备或系统的信息或使用。

存储在便携式设备和计算机控制的数据库、设备或系统中的信息可以具有应当被保护的某些特性。例如，存储的信息本质上可以是个人信息，例如，个人的联系人或电话簿、个人照片、个人健康信息或者其他个人信息，或者可以是组织或企业专用的机密信息，例如，企业财务信息、员工数据、商业机密和其他专有信息。如果访问电子设备或系统的安全性受到损害，则数据可能会被未被授权获得访问的其他人访问，造成个人隐私的丧失或有价值机密信息的丢失。除了信息的安全性之外，对计算机和计算机控制的设备或系统的安全访问还允许保障由计算机或计算机处理器控制的设备或系统的使用，例如计算机控制的汽车以及ATM等其他系统。

对移动设备等设备或电子数据库和计算机控制的系统等系统的安全访问可以以不同方式来实现，例如使用用户密码。然而，密码可以容易地被传播或获得，并且密码的这种性质会降低安全等级。而且，用户需要记住密码以使用受密码保护的电子设备或系统，并且如果用户忘记该密码，则用户需要采取某些密码恢复流程来获得认证或以其他方式重新获得对设备的访问。遗憾的是，各种情况下，这样的密码恢复过程对用户而言较为繁琐，并且具有各种实际限制和不便。

可以利用个人指纹识别实现用户认证，以增强数据安全性，同时减轻与密码相关联的某些不期望的影响。

包括便携式或移动计算设备的电子设备或系统可以使用用户认证机制来保护个人或其他机密数据，并且防止未经授权的访问。电子设备或系统上的用户认证可通过一种或多种形式的生物标识符执行，其可以单独使用或者与常规密码认证方法一同使用。生物标识符的一种形式是人的指纹图案。指纹传感器可以内置于电子设备或系统中，以读取用户的指纹图案作为认证过程的一部分，使得该设备或系统只能由授权用户通过该授权用户的指纹图案的认证来解锁。

发明内容

在本专利文件中描述的传感器技术和传感器技术的实现方式的示例提供了用于光学传感器模块的设计，该光学传感器模块或者作为单独的模块与显示面板分离，但是放置在显示面板下方以使用显示表面的一部分用于光学感测指纹和附加的光学感测功能，或者集成到显示面板以利用整个显示表面作为光学感测表面来感测指纹或其他图案(例如，手掌图案或面部图案)。所公开的光学感测的实现方式可用于获得探测光中的光学透射图案，所述光学透射图案透射穿过与形成在外部手指皮肤上的外部指纹图案相关联的内部手指组织，以提供用于改进的光学指纹感测的三维形貌信息。

一方面，所公开的技术可以被实现以提供一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备，所述电子设备包括显示面板，所述显示面板包括：发光显示像素，可操作以发射光，用于显示图像；顶部透明层，形成于所述显示面板上方，作为用户触摸操作的界面和用于透射来自所述显示面板的光以显示图像的界面，所述顶部透明层包括指定的指纹感测区域，供用户放置手指进行指纹感测；光学传感器模块，包括光学检测器的光学传感器阵列，所述光学检测器空间上分布于整个所述发光显示像素，并且在空间上与所述发光显示像素交错，以在整个所述显示面板上提供光学感测，每个光学检测器可操作以将携带所述用户指纹图案的接收的光转换为表示所述指纹图案的检测器信号；以及光学准直结构，呈空间分布使得每个光学准直结构耦合到相应的光学检测器，以在空间上选择将由所述光学检测器检测的入射光。

一方面，所公开的技术可以被实现为提供一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备。所述设备包括显示图像的显示面板；顶部透明层，形成于所述显示面板上方，作为用户触摸操作的界面和用于透射来自所述显示面板的光以显示图像的界面，所述顶部透明层包括指定的指纹感测区域，供用户放置手指进行指纹感测；以及光学传感器模块，位于所述显示面板下方以及所述顶部透明层上的指定的指纹感测区域下方，用于接收来自所述顶部透明层的光以检测指纹，其中，所述光学传感器模块包括光学检测器的光学传感器阵列，以将接收到的携带所述用户的指纹图案的光转换为表示所述指纹图案的检测器信号。

所述设备还包括：额外照明光源，位于所述光学传感器模块外的不同位置，以产生不同的照明探测光束，从而以不同的照明方向照射所述顶部透明层上的指定的所述指纹感测区域，每个额外照明光源被构造为产生相对于人的手指的组织呈现光学透射的光谱范围内的探测光，以允许每个照明探测光束中的探测光进入所述顶部透明层上的指定的所述指纹感测区域上方的用户手指，从而通过所述手指内的组织的散射产生朝向所述顶部透明层传播并穿过所述顶部透明层的散射探测光，以携带(1)指纹图案信息和(2)由通过所述手指的脊和谷的内部组织的透射引起的，分别与所述不同的照明方向相关联的不同的指纹形貌信息；以及探测照明控制电路，其被耦合以控制所述额外照明光源依次开启和关闭，以在不同的时刻产生所述不同的照明探测光束，一次产生一束光束，使得位于所述显示面板下方的所述光学传感器模块可操作以依次检测来自所述不同的照明探测光束的所述散射探测光，从而采集(1)所述指纹图案信息和(2)分别与所述不同的照明方向相关联的所述不同的指纹形貌信息。

另一个方面，所公开的技术可以被实现为提供一种用于操作电子设备以通过光学感测检测指纹的方法，其中所述电子设备包括显示图像的显示面板；顶部透明层，形成于所述显示面板上方，作为用于用户触摸操作的界面和用于透射来自所述显示面板的光以显示图像的界面；以及位于所述显示面板下方的光学检测器的光学传感器阵列。所述方法包括引导第一照明探测光束以在第一照明方向上照射所述顶部透明层上方的指定的指纹感测区域，并进入所述指定的指纹感测区域上方的用户手指，从而通过所述手指内的组织的散射而产生通过所述手指的脊和谷的内部组织的透射，朝向所述顶部透明层传播并穿过所述顶部透明层的第一散射探测光，以携带(1)表示由所述手指的脊和谷形成的指纹图案的第一二维透射图案，以及(2)第一指纹形貌图案，所述第一指纹形貌图案与所述第一照明方向上所述手指的脊和谷的内部组织的照射相关联，并被嵌入所述第一二维透射图案内。所述方法还包括：操作所述光学传感器阵列以检测穿过所述顶部透明层和所述显示面板到达所述光学传感器阵列的所述第一散射探测光的透射部分，从而采集(1)所述第一二维透射图案，以及(2)所述第一指纹形貌图案。

此外，所述方法包括在关闭所述第一照明光源的同时引导第二照明探测光束，以在第二不同的照明方向上照射所述顶部透明层上方的指定的指纹感测区域并进入所述用户手指，从而通过所述手指内的组织的散射而产生通过所述手指的脊和谷的内部组织的透射，朝向所述顶部透明层传播并穿过所述顶部透明层的第二散射探测光，以携带(1)表示所述指纹图案的第二二维透射图案，以及(2)第二指纹形貌图案，所述第二指纹形貌图案与所述第二照明方向上的所述手指的脊和谷的内部组织的照射相关联，并被嵌入所述第二二维透射图案内，其中由于所述第一照明探测光束和第二照明探测光束的光束方向不同，所以所述第二形貌图案不同于所述第一形貌图案。所述光学传感器阵列被操作以检测穿过所述顶部透明层和所述显示面板到达所述光学传感器阵列的所述第二散射探测光的透射部分，从而采集(1)所述第二二维透射图案，以及(2)所述第二指纹形貌图案。接下来，根据所述第一透射图案和所述第二透射图案构建检测的指纹图案，并且对所述第一指纹形貌图案和所述第二指纹形貌图案进行处理，以确定检测的所述指纹图案是否来自自然手指。

根据一些实施例，电子设备包括显示屏。所述显示屏包括具有顶表面和底表面的盖板玻璃，以及设置在所述盖板玻璃下方的显示照明层。所述显示照明层包括形成所述显示屏的像素阵列的发光元件阵列。所述电子设备还包括邻近所述盖板玻璃设置的光源。所述光源被配置为发射光束以耦合到所述盖板玻璃中。所述光束的一部分透射穿过所述盖板玻璃的顶表面以照射邻近所述盖板玻璃的顶表面放置的用户的手。所述电子设备还包括光学ID感测模块。所述光学ID感测模块包括光电检测器阵列，其设置在所述发光元件阵列下方并空间上分布于整个所述显示屏的像素阵列。所述光电检测器阵列被配置为检测由所述光源照射的所述手反射或散射的光。所述光学ID感测模块还包括电子电路，其耦合到所述光电检测器阵列，并且被配置为采集所述手的指纹图像或掌纹图像。

根据一些实施例，电子设备包括显示屏。所述显示屏包括盖板玻璃、设置在所述盖板玻璃下方并具有边缘侧的透明层、以及设置在所述透明层下方的发光元件阵列。所述发光元件阵列形成所述显示屏的像素阵列。所述电子设备还包括设置在所述透明层的边缘侧的光源。所述光源被配置为发射光束以通过所述边缘侧耦合到所述透明层中。所述光束的一部分可以透射通过所述盖板玻璃，以照射邻近所述盖板玻璃放置的用户的手。所述电子设备还包括光学ID感测模块。所述光学ID感测模块包括设置在所述发光元件阵列下方并空间上分布于整个所述显示屏的像素阵列上的光电检测器阵列。所述光电检测器阵列被配置为检测由所述光源照射的所述手反射或散射的光。所述光学ID感测模块还包括电子电路，其耦合到所述光电检测器阵列，并且被配置为采集所述手的指纹图像或掌纹图像。

根据一些实施例，电子设备包括显示屏。所述显示屏包括盖板玻璃、设置在所述盖板玻璃下方并具有边缘侧的触摸感测层、以及设置在所述触摸感测层下方的显示照明层。所述显示照明层包括形成所述显示屏的像素阵列的发光元件阵列。所述电子设备还包括设置在所述触摸感测层的边缘侧的光源。所述光源被配置为发射光束以通过所述边缘侧耦合到所述触摸感测层中。所述光束的一部分可以透射通过所述盖板玻璃，以照射邻近所述盖板玻璃放置的用户的手。所述电子设备还包括光学ID感测模块。所述光学ID感测模块包括设置在所述发光元件阵列下方并空间上分布于整个所述显示屏的像素阵列上的光电检测器阵列。所述光电检测器阵列被配置为检测由所述光源照射的所述手反射或散射的光。所述光学ID感测模块还包括电子电路，其耦合到所述光电检测器阵列，并且被配置为采集所述手的指纹图像或掌纹图像。

这些方面、其他方面以及它们的实现方式将在附图、说明书和权利要求中进行更详细地描述。

附图说明

图1是具有指纹感测模块的系统的示例的框图，该系统可以实现为包括本文中公开的光学指纹传感器。

图2A和图2B示出了电子设备200的一个示例性实现方式，该电子设备200具有触摸感测显示屏组件和位于该触摸感测显示屏组件下方的光学传感器模块。

图2C和2D示出了实现图2A和2B中的光学传感器模块的设备的示例。

图2E、图2F和图2G示出了将光学传感器与OLED显示面板中的OLED像素交错用于光学感测的示例。

图3示出了适于实现公开的光学指纹感测技术的OLED显示屏和触摸感测组件的一个示例。

图4A和图4B示出了用于实现图2A和图2B中的设计的、位于显示屏组件下方的光学传感器模块的一个实现方式的示例。

图5A和图5B示出了两种不同光学条件下来自顶部感测表面上的感测区的返回的光的信号生成，以获得表示形成在手指的外部皮肤上的外部指纹图案的光学反射图案，以及屏下光学传感器模块的操作。

图5C和5D示出了对于来自顶部感测表面上的感测去的返回的光的信号生成，以获得表示与形成于手指的外部皮肤上的外部手指图案相关联的内部手指组织的光学反射图案，以及屏下光学传感器模块的操作。

图6A和图6B示出了根据一些实施例将电容感测和光学感测结合在同一感测像素中的混合感测像素设计的两个示例。

图7示出了根据一些实施例在整个OLED显示面板中集成有空间分布的光学传感器的OLED显示面板的示例。

图8A-图8C示出了根据一些实施例实现图2E所示的OLED-PD结构的示例。

图9A-图9C示出了根据一些实施例实现图2F所示的OLED-PD结构的示例。

图10A-图10C示出了根据一些实施例实现OLED-PD结构的示例，其中光学传感器阵列的光电检测器形成在OLED像素层和TFT层之外的单独的层中。

图11A示出了根据一些实施例的包括OLED-PD结构和外围光源的电子设备的显示屏的示意性截面图。

图11B示出了根据一些实施例的图11A所示的OLED-PD结构内的照明层的示意性截面图。

图11C示出了根据一些实施例的图11A所示的电子设备的示意性平面图。

图12A示出了根据一些实施例的包括OLED-PD结构和外围光源的电子设备的显示屏的示意性截面图。

图12B示出了根据一些实施例的图12A所示的电子设备的示意性平面图。

图13A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。

图13B示出了根据一些实施例的图13A所示的电子设备的部分示意性平面图。

图14A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。

图14B示出了根据一些实施例的图14A所示的电子设备的部分示意性平面图。

图15A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。

图15B示出了根据一些实施例的图15A所示的电子设备的部分示意性平面图。

图16A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。

图16B示出了根据一些实施例的图16A所示的电子设备的部分示意性平面图。

图17示出了根据一些实施例的OLED显示系统的示例，该OLED显示系统进一步与增强的盖板玻璃、一些其他传感器和侧面按钮集成以形成显示组件。

图18示出了根据一些实施例的具有集成光学传感器的OLED显示系统的示例，该集成光学传感器空间上分布于整个显示面板的OLED彩色像素。

图19示出了根据一些实施例的具有空间分布的光电检测器的OLED显示屏的示例，该光电检测器与OLED像素交错以示出光学感测区。

图20A和图20B示出了根据一些实施例使用针孔透镜组件作为图8A-图8C、图9A-图9C和图10A-图10C所示的光学准直结构的两个示例。

具体实施方式

本专利文件中描述的传感器技术和传感器技术的实现方式的示例提供了光学感测机制，以将设备显示面板表面的一部分或全部用作光学感测表面，用于与设备显示面板表面接触或靠近的物体的光学感测。所公开的光学感测可以用于检测结构图案(例如，指纹、掌纹、手掌静脉纹、面部图案和其他图案)，这些结构图案或者形成在表面上作为外表面图案，或者形成在外部皮肤表面下作为皮下内部组织结构(例如，手指皮肤下的手指内的形貌图案)。设置光学传感器，并将其配置为用于实现所公开的光学感测的光学传感器阵列。

在一些实现方式中，该光学传感器阵列可以被实现为比显示面板面积小得多的阵列，并且被包括作为光学传感器模块的一部分，该光学传感器模块与光学显示面板分离并且被放置在光学显示面板下面，以将整个显示面板区域的一部分用作光学感测区域，用于与光学感测表面接触或在光学感测表面上方的物体的光学感测。

在所公开的光学感测技术的其他实现方式中，光学传感器阵列中的光学传感器被集成到显示面板，以在空间上与显示面板的显示像素交错，使得整个显示表面可以用作用于感测指纹或其他图案(例如，手掌图案或面部图案)的光学感测表面，同时还用作用于显示图像、图形、文本和视频内容的显示面板。例如，光学传感器阵列的光学传感器或光电检测器可以与有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)显示面板的发光像素集成，使得具有不同发光颜色的OLED像素的单位颜色像素包括至少一个光学传感器。再如，光学传感器阵列的光学传感器或光电检测器可以形成在OLED显示面板的OLED像素层之外，但是直接形成在用于形成OLED显示像素层的同一基板上的薄膜晶体管(thin filmtransistor，TFT)层中，作为显示尺寸光电检测器阵列，以将整个OLED显示面板表面用作光学感测表面。又例如，光学传感器阵列的光学传感器或光电检测器可以形成在与用于形成OLED像素层的OLED基板分离的基板中，作为显示尺寸光电检测器阵列，以将整个OLED显示面板表面用作光学感测表面。

以下部分使用指纹的光学感测作为与光学显示面板表面接触或光学显示面板表面附近的物体更一般的光学感测的具体示例，以描述所公开的光学感测技术的示例设计。

电子设备或系统可以配备有指纹认证机制，以提高访问设备的安全性。这种电子设备或系统可以包括便携式或移动计算设备，例如智能手机、平板计算机、腕戴式设备和其他可穿戴或便携式设备，还包括更大的电子设备或系统，例如便携式或桌面式的个人计算机、ATM、用于商业或政府用途的各种终端到各种电子系统、数据库或信息系统、以及包括汽车、船、火车、飞机和其他的机动交通系统。

指纹感测在使用或需要安全访问的移动应用和其他应用中是有用的。例如，指纹感测可以用于提供对移动设备的安全访问以及包括在线购物的安全金融交易。所期望的是，包括适用于移动设备和其他应用的鲁棒且可靠的指纹感测。在移动、便携式或可穿戴设备中，由于这些设备上的空间有限，尤其考虑到对给定设备上的最大显示区域的需求，期望指纹传感器将指纹感测的占用空间最小化或消除。

本专利文件中公开的设备或系统使用光学传感技术执行光学指纹感测和其他光学感测操作。值得注意的是，本专利文件中公开的光学感测可用于光学采集指纹的外部脊和谷的二维空间图案或与手指皮肤下的手指的外部脊和谷相关联的内部指纹图案以及内部指纹图案的形貌信息。内部指纹图案以及内部指纹图案的形貌信息不仅仅是二维图案，而且由于支撑和产生外部脊和谷的皮肤下的内部组织的空间变化，因此还包括本质上是三维的空间信息。

光学感测的概述

为了被用户看到，由显示屏生成的用于显示图像的光可以穿过该显示屏的顶表面。手指可以触摸该顶表面，从而与该顶表面处的光交互，使得在该触摸的表面区域处的反射的光或散射的光携带该手指的空间图像信息，并且返回至该顶表面下方的显示面板。在触摸感测显示设备中，顶表面是与用户接合的触摸感测界面，用于显示图像的光和用户手指或手之间的这种交互不断地发生，但是这种返回至显示面板的携带信息的光大部分都浪费了，并在大多数触摸感测设备中未被使用。在具有触摸感测显示和指纹感测功能的各种移动或便携式设备中，指纹传感器倾向于是与显示屏分离的设备，要么被设置在显示屏的相同表面上的、显示屏区域之外的位置处，例如受欢迎的苹果iphone和三星Galaxy智能手机中，要么被设置在智能手机的背面，例如华为、联想、小米或谷歌的一些新款智能手机，以避免占用用于在正面放置大显示屏的宝贵空间。这些指纹传感器是与显示屏分离的设备，因此需要很紧凑以节省空间用于显示和其他功能，同时仍然提供具有高于某一可接受水平的空间图像分辨率的可靠且快速的指纹感测。然而，因为基于各种合适的指纹感测技术(例如电容式触摸感测或光学成像)的采集指纹图像中的高空间图像分辨率需要具有大量感测像素的大传感器区域，所以对紧凑小巧的需求与对在采集指纹图案时提供高空间图像分辨率的需求，在许多指纹传感器中彼此直接冲突。

本文公开的光学传感器技术使用在显示屏中用于显示图像的、并从设备显示组件的顶表面返回的光来进行指纹感测和其他感测操作。该返回的光携带与该顶表面接触的物体(例如手指)的信息，并且采集和检测该返回的光构成了在实现位于显示屏下方的特定光学传感器模块时设计考虑的一部分。因为触摸屏幕组件的顶表面用作指纹感测区域，所以该被触摸区域的光学图像应该由光学传感器模块内的光学成像传感器阵列采集，该光学成像传感器阵列具有对原始指纹的高图像保真度以用于鲁棒的指纹感测。光学传感器模块可以设计为通过恰当地配置用于采集和检测返回的光的光学元件来实现这种期望的光学成像。

所公开的技术可以实现为提供执行人类指纹的光学感测和用于认证对移动设备或计算机控制的系统等锁定的计算机控制的设备的访问尝试的设备、系统和技术，该锁定的计算机控制的设备配备有指纹检测模块。所公开的技术可以用于保护对各种电子设备和系统的访问，包括笔记本电脑、平板电脑、智能手机和游戏设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行ATM等其他电子设备或系统。

本文所公开的光学传感器技术可以实现为检测用于在显示屏中显示图像的光的一部分，其中，用于显示屏的光的这部分可以是散射光、反射光或一些杂散光。例如，在所公开的用于具有发光显示像素而不使用背光的OLED显示屏或另一显示屏的光学传感器技术的一些实现方式中，由OLED显示屏产生的图像光在OLED显示屏的顶表面处或附近遇到用户手指或手掌、或像触笔的用户指针设备等物体时，可以作为返回的光反射或散射回OLED显示屏。这种返回的光可以采集用于利用所公开的光学传感器技术来执行一个或多个光学感测操作。由于使用来自OLED显示屏自身的OLED像素的光进行光学感测，基于所公开的光学传感器技术的光学传感器模块在一些实现方式中可以特别设计为集成到OLED显示屏，其中，该集成的方式维持OLED显示屏的显示操作和功能而没有干扰，同时提供光学感测操作和功能，以增强智能手机或其他移动/可穿戴式设备等电子设备或其他形式的电子设备或系统的整体功能、设备集成和用户体验。

例如，基于所公开的光学传感器技术的光学传感器模块可以耦合到具有发光显示像素而不使用背光的显示屏(如OLED显示屏)，以通过使用上述由OLED显示屏产生的光的返回的光来感测人的指纹。操作中，与OLED显示屏直接接触或在OLED显示屏附近的人的手指能够产生返回到OLED显示屏中的返回的光，同时携带由OLED显示屏输出的光照射到手指的一部分的信息。该信息可以包括例如手指的被照射的部分的脊和谷的空间图案和位置等。因此，光学传感器模块可以集成为采集该返回的光中的至少一部分，以通过光学成像和光学检测操作检测手指的被照射的部分的脊和谷的空间图案和位置。然后，可以对该检测的手指的被照射的部分的脊和谷的空间图案和位置进行处理，以构造指纹图案并进行指纹识别，例如，作为用户认证和设备访问过程的一部分，与储存的授权用户指纹图案进行比较，以确定检测的指纹是否为匹配指纹。通过使用所公开的光学传感器技术的这种基于光学感测的指纹检测使用OLED显示屏作为光学感测平台，并且可以用于替代现有的电容式指纹传感器或其他指纹传感器，这些传感器基本上是作为“附加”部件的独立传感器，不使用来自显示屏的光或使用用于手机、平板电脑和其他电子设备的指纹感测的显示屏。

所公开的光学传感器技术可以以下方式实现：将具有发光显示像素的显示屏(如OLED显示屏)用作光学感测平台，在OLED显示屏的显示像素发射的光与手指触摸的顶部触摸表面上的区域交互后，使用这种发射的光进行指纹感测或其他光学感测功能。所公开的光学传感器技术和OLED显示屏之间的这种密切关系为使用光学传感器模块提供了独特的机会，以提供与OLED显示屏的触摸感测方面相关的(1)附加的光学感测功能和(2)有用的操作或控制特征。

需要注意的是，在一些实现方式中，基于所公开的光学传感器技术的光学传感器模块可以耦合到OLED显示屏的背面而不需要在OLED的显示屏的显示表面侧的指定区域，在一些外部表面区域受限的智能手机、平板电脑或可穿戴设备等电子设备中，该指定区域会占用宝贵的设备表面空间。这种光学传感器模块可以设置在OLED显示屏之下，与显示屏区域垂直重叠，并且，从用户的角度来看，该光学传感器模块隐藏在显示屏区域的后面。此外，由于该光学传感器模块的光学感测是通过检测由OLED显示屏发出的并从显示区域的顶表面返回的光而进行的，所以所公开的光学传感器模块不需要与显示屏区域分离的特殊感测端口或感测区域。因此，在包括苹果的iPhone/iPad设备或三星Galaxy智能手机模型等的其他设计中，指纹传感器位于显示屏的相同表面上的特定指纹传感器区域或端口(如主页按钮)处，但位于显示屏区域外的指定的非显示区域中，不同于该其他设计中的指纹传感器，基于所公开的光学传感器技术的光学传感器模块可以以以下方式实现：通过使用独特的光学感测设计将从手指返回的光路由到光学传感器中，并且通过提供合适的光学成像机制实现高分辨率光学成像感测，允许在OLED显示屏上的位置处进行指纹感测。就这点而言，所公开的光学传感器技术能够实现为通过使用既能显示图像又能提供触摸感测操作的相同顶部触摸感测表面，提供独特的屏上指纹感测配置，而在显示屏区域外没有分离的指纹感测区域或接口。

关于除指纹检测以外的附加的光学感测功能，光学感测可以用于测量其他参数。例如，所公开的光学传感器技术能够测量在整个OLED显示屏上可用的大触摸面积的人的手掌的图案(相反，一些指定的指纹传感器，如苹果iPhone/iPad设备的主页按钮中的指纹传感器，具有相当小且指定的屏幕外指纹感测区域，其在感测区域的大小上受到极大限制，可能不适合感测大图案)。再如，所公开的光学传感器技术不但可以用于使用光学感测以采集和检测与人相关联的手指或手掌的图案，还可以用于使用光学感测或其他感测机制以通过“活体手指”检测机制检测采集的或检测的指纹或手掌的图案是否来自活人的手，该检测机制可以基于例如不同光学波长下血液的不同光吸收行为，事实上，由于活人的自然移动或运动(有意或无意的)或当血液流过与心跳相连的人体时的脉动，这个人的手指通常是移动着或伸展着的。在一种实现方式中，光学传感器模块可以检测由于心跳/血流变化而导致的从手指或手掌返回的光的变化，从而检测表现为手指或手掌的物体中是否存在活体心跳。用户认证可以基于指纹/手掌图案的光学感测和对存在活人的正面确定的结合来增强访问控制。再如，光学传感器模块可以包括感测功能，用于基于来自手指或手掌的返回的光的光学感测来测量葡萄糖水平或氧饱和度。再如，当人触摸OLED显示屏时，触摸力的变化能够以一种或多种方式反映，包括指纹图案变形、手指和屏幕表面之间的接触面积的变化、指纹脊变宽或血流的动态变化。这些变化和其他变化能够通过基于所公开的光学传感器技术的光学感测来测量，并且可以用于计算触摸力。该触摸力感测能够用于为光学传感器模块添加除指纹感测之外的更多的功能。

针对与OLED显示屏的触摸感测方面相关的有用操作或控制特征，所公开的光学传感器技术可以基于来自光学传感器模块的一个或多个感测结果提供触发功能或附加功能，以进行与OLED显示屏的触摸感测控制相关的某些操作。例如，手指皮肤的光学特性(如折射率)通常与其他人造物体不同。光学传感器模块可以据此设计为选择性地接收和检测由与OLED显示屏的表面接触的手指造成的返回的光，而由其他物体造成的返回的光不会被光学传感器模块检测到。这种物体选择性光学检测可以用于提供通过触摸感测的有用的用户控制，如只有经由人的手指或手掌的触摸才能唤醒智能手机或设备，而其他物体的触摸不会引起设备的唤醒，以进行节能操作并且延长电池的使用。这种操作可以通过基于光学传感器模块的输出的控制来实现，以控制OLED显示屏的唤醒电路操作，其中，通过关闭大多数OLED像素使其处于“睡眠”模式而不发光，而开启OLED显示屏中的部分OLED像素使其处于闪光模式，以向屏幕表面间歇性地发出闪光来感测人的手指或手掌的任何触摸。另一种“睡眠”模式配置可以通过使用内置于光学传感器模块的一个或多个额外的LED光源来实现，以产生“睡眠”模式唤醒感测的闪烁光，其中，在睡眠模式期间关闭所有的OLED像素，使得光学传感器模块能够检测由手指在OLED显示屏上触摸造成的这种唤醒感测光的返回的光，并且响应于正面检测，OLED显示屏上的OLED像素被开启或“唤醒”。在一些实现方式中，唤醒感测光可以在红外线不可见的光谱范围中，所以用户不会经历任何视觉上的光的闪烁。又如，由光学传感器模块进行的指纹感测是基于在正常OLED显示屏操作的过程中对来自OLED显示屏的表面的返回的光的感测，可以控制OLED显示屏操作以通过消除用于指纹的光学感测的背景光来提供改进的指纹感测。例如，在一种实现方式中，每个显示扫描帧生成一帧指纹信号。如果生成两帧与屏幕显示相关的指纹信号，其中当OLED显示屏开启时生成一帧指纹信号，而当OLED显示屏关闭时生成另一帧指纹信号，则对这两帧指纹信号做差可以用于减少周围的背景光的影响。在一些实现方式中，通过操作指纹感测帧速率为显示帧速率的一半，能够减少指纹感测中的背景光噪声。

如上所述，基于所公开的光学传感器技术的光学传感器模块可以耦合到OLED显示屏的背面，而不需要在OLED显示屏的表面侧上创建指定的区域，该区域在一些智能手机、平板电脑或可穿戴设备等电子设备中会占用宝贵的设备表面空间。所公开的技术的这个方面可以用于在设备设计和产品集成或制造中提供某些优点或益处。

在一些实现方式中，基于所公开的光学传感器技术的光学传感器模块可以被配置为非入侵式模块，其可以容易地集成到具有发光显示像素的显示屏(如OLED显示屏)，而不需要改变OLED显示屏的设计以提供指纹感测等期望的光学感测功能。就这点而言，基于所公开的光学传感器技术的光学传感器模块可以独立于特定的OLED显示屏设计的设计，这是由于光学传感器模块的以下性质：这种光学传感器模块的光学感测是通过检测由OLED显示屏发出的并从显示区域的顶表面返回的光进行的，并且所公开的光学传感器模块作为屏下光学传感器模块耦合到OLED显示屏的背面，用于接收来自显示区域的顶表面的返回的光，从而不需要与显示屏区域分离的特定感测端口或感测区域。因此，这种屏下光学传感器模块可以用于与OLED显示屏结合，以在OLED显示屏上提供光学指纹感测和其他传感器功能，而不使用具有专门设计用于提供这种光学感测的硬件的特殊设计的OLED显示屏。所公开的光学传感器技术的这方面可以使OLED显示屏在智能手机、平板电脑或其他具有来自所公开的光学传感器技术的光学感测的增强功能的电子设备中的范围更加广泛。

例如，对于不提供分离的指纹传感器的现有电话组件设计，像某些苹果iPhone或三星Galaxy模型，这种现有电话组件设计可以不改变触摸感测显示屏组件而集成如本文所述的屏下光学传感器模块，以提供增加的屏上指纹感测功能。因为所公开的光学感测不需要分离的指定的感测区域或端口，像某些苹果iPhone/三星Galaxy手机具有在显示屏区域外的前置指纹传感器，或像华为、小米、谷歌或联想的一些型号中的一些智能手机，在背面具有指定的后置指纹传感器，本文所公开的屏上指纹感测的集成不需要对具有触摸感测层和显示层的现有电话组件设计或触摸感测显示模块进行实质的改变。基于本文件中所公开的光学感测技术，在设备的外部不需要外部感测端口和外部硬件按钮来增加所公开的光学传感器模块以进行指纹感测。增加的光学传感器模块和相关电路位于电话外壳内的显示屏下，并且可以在触摸屏幕的相同触摸感测表面上方便地进行指纹感测。

再如，由于用于指纹感测的光学传感器模块的上述性质，集成这种光学传感器模块的智能手机能够随着改进的设计、功能和集成机制来更新，而不影响OLED显示屏的设计或制造或加重OLED显示屏的设计或制造负担，以在产品周期中为设备制造和改进/升级提供期望的灵活性，同时维持使用OLED显示屏的智能手机、平板电脑或其他电子设备中更新版本的光学感测功能的可用性。具体地，可以在下一产品发布时更新触摸感测层或OLED显示层，而无需为利用所公开的屏下光学传感器模块实现的指纹感测功能增加任何显著的硬件改变。此外，通过使用新版本的屏下光学传感器模块，可以将基于这种光学传感器模块的用于改进的指纹感测或其他光学感测功能的屏上光学感测添加到新产品版本中，而不需要对手机组装设计作显著的改变，包括增加额外的光学感测功能。

所公开的光学传感器技术的以上或其他特征可以实现为向新一代的电子设备提供改善的指纹感测和其他感测功能，尤其是对于具有显示屏的智能手机、平板电脑和其他电子设备，该显示屏具有发光显示像素而不使用背光(如OLED显示屏)，以提供各种触摸感测操作和功能，并增强这种设备的用户体验。

在实际应用中，配备有光学指纹感测的电子设备中用于指纹感测和其他感测功能的光学感测的性能可能因来自环境的不期望的背景光的出现而降低，该环境下部分背景光可能会进入光学传感器模块。这种背景光导致光学传感器模块中的光学检测器产生噪声信号，这种噪声信号会不期望地降低光学指纹感测检测的信噪比。在一些情况下，这种背景噪声可能达到覆盖携带光学指纹信息或其他有用信息(例如，生物信息)的有用信号的信号电平的程度，并可能导致不可靠的光学感测操作，甚至导致光学感测的故障。例如，光学传感器模块处的不期望的背景光的来源之一可能是太阳的日光，并且太阳光的影响对于户外操作或在日光强烈的遮蔽环境中可能尤成问题。又如，在具有所公开的光学指纹感测的设备位置处或其附近的位置出现的其它光源也可能导致光学传感器模块处出现不期望的背景光。

通过减少能够进入光学传感器模块的不期望的背景光的量，或者通过增强除返回的OLED显示光的信号电平之外的、携带了指纹或其他有用信息的光学感测信号的光学信号电平，或者通过背景光减少和增强光学感测信号电平相结合，减轻光学传感器模块处的背景光的不期望影响。在实现方式中，可以通过使用一个或多个光学滤波机制结合屏下光学传感器模块来实现背景减少。在增强携带指纹或其他有用信息的光学感测信号的光学信号电平时，可以将一个或多个额外照明光源添加到设备中，以提供除返回的OLED显示光引起的信号电平之外的附加光学照明光。

使用额外照明光源进行光学指纹感测和其他光学感测功能还可以提供对以下各种特征的独立控制：为光学感测提供照明光，例如，依据人体组织的光学透射特性选择与OLED显示光分离的照明光波长；为OLED显示光的光谱范围以外的光学感测操作提供照明；控制用于光学感测的照明模式，例如与OLED显示光分离的照明时间或/和持续时间；实现足够高的照明亮度，同时保持有效的电力使用以延长电池工作时间(对于移动计算或通信设备而言的重要因素)；以及将额外照明光源巧妙的放置在特定位置以当使用用于照明的OLED显示光进行光学感测时实现难以或不可能实现的照明配置。

此外，与许多检测指纹的二维空间图案的指纹感测技术不同，所公开的光学指纹感测技术可以被实现为不仅采集指纹的外部脊和谷的二维空间图案，而且采集与手指皮肤下的手指的外部脊和谷相关联的内部指纹图案。通过采集手指皮肤下与手指的外部脊和谷相关联的内部指纹图案的信息，所公开的光学指纹感测基本上不受手指和设备的顶部触摸表面(例如，脏污的接触表面)之间的接触条件的影响，以及外部手指皮肤状态(例如，脏污、干燥或潮湿的手指，或某些用户，例如老年用户，的手指的脊和谷之间外部变化减少)的条件的影响。

在所公开的技术特征的实现方式中，可以提供生物医学传感器等附加的感测功能或感测模块，例如在像腕带设备或手表的可穿戴设备中的心跳传感器。总之，可以在电子设备或系统中提供不同的传感器以实现不同的感测操作和功能。

光学传感模块的总体架构

图1是具有包括指纹传感器181的指纹感测模块180的系统180的示例的框图，该系统可以实现为包括基于本文件中所公开的指纹的光学感测的光学指纹传感器。系统180包括指纹传感器控制电路184和数字处理器186，该数字处理器186可以包括一个或多个处理器，用于处理指纹图案，并确定输入的指纹图案是否是授权用户的指纹图案。指纹感测系统180使用指纹传感器181获得指纹并将获得的指纹与储存的指纹进行比较，以启用或禁用由指纹感测系统180保护的设备或系统188中的功能。操作中，指纹处理处理器186基于采集的用户指纹是否来自授权用户，控制对设备188的访问。如图所示，指纹传感器181可以包括多个指纹感测像素，如统一表示指纹中的至少一部分的像素182A-182E。例如，指纹感测系统180可以在作为系统188的ATM处实现，以确定请求访问资金或其他交易的客户的指纹。基于对从指纹传感器181获得的客户指纹与一个或多个储存的指纹的比较，响应于正面识别，指纹感测系统180可以使得ATM系统188准许请求的对用户账户的访问，或者响应于否定识别，可以拒绝访问。再如，设备或系统188可以是智能手机或便携式设备，并且指纹感测系统180是集成到设备188的模块。再如，设备或系统188可以是使用指纹传感器181来准许或拒绝进入的设施或家庭的门或安全入口。又如，设备或系统188可以是汽车或其他交通工具，其使用指纹传感器181链接到发动机的启动，并识别人是否被授权操作该汽车或交通工具。

图1中的传感器设备181可以是光学传感器模块，该光学传感器模块与显示面板分离作为单独的模块，但是放置在显示面板下方，用于将显示表面的一部分用于指纹的光学感测和附加的光学感测功能。这种设计的示例在图2A至图2D中示出。

作为具体的示例，图2A和图2B示出了电子设备200的一个示例性实现方式，该电子设备200具有触摸感测显示屏组件和位于触摸感测显示屏组件下方的光学传感器模块。在该特定的示例中，显示技术可以通过具有发光显示像素而不使用背光的OLED显示屏或另一种显示屏来实现。电子设备200可以为智能手机或平板电脑等便携式设备，并且电子设备200可以为如图1所示的设备188。

图2A示出了设备200的正面，其类似于一些现有智能手机或平板电脑中的一些特征。设备屏幕在设备200的正面，占据正面空间的全部、大部分或显著部分，并且在设备屏幕上提供指纹感测功能，如用于在设备屏幕上接纳手指的一个或多个感测区域。作为示例，图2A示出了设备屏幕中用于手指触摸的指纹感测区，该指纹感测区可以被照射为明显可识别的区或区域，用于用户放置手指进行指纹感测。这种指纹感测区可以像设备屏幕的其余部分一样用于显示图像。如图所示，在各种实现方式中，设备200的设备外壳可以具有侧面，该侧面支持当前市场上各种智能手机中常见的侧控制按钮。并且，如图2A中设备外壳的左上角的一个示例所示，在设备屏幕外的设备200的正面上可以设置一个或多个可选的传感器。

图2B示出了设备200中与本文件中公开的光学指纹感测相关的模块的结构构造的示例。图2B中所示的设备屏幕组件包括：例如，在顶部具有触摸感测层的触摸感测屏模块、以及位于触摸感测屏模块下的具有显示层的显示屏模块。光学传感器模块耦合到显示屏组件模块并位于其下方，以接收和采集来自触摸感测屏模块的顶表面的返回的光，并且将该返回的光引导且成像到光学感测像素或光电检测器的光学传感器阵列上，该光学传感器阵列将该返回的光中的光学图像转换成像素信号以用于进一步处理。光学传感器模块之下是设备电子结构，该设备电子结构包含用于设备200中的光学传感器模块和其他部件的某些电子电路。该设备电子器件可以布置在设备外壳内部，并且可以包括如图2B所示的光学传感器模块的下方的一部分。

在实现方式中，设备屏幕组件的顶表面可以为光学透明层的表面，该光学透明层表面作为用户触摸感测表面以提供多种功能，例如(1)显示输出表面，携带显示图像的光穿过该显示输出表面到达观看者的眼睛，(2)触摸感测界面，接收用于触摸感测屏模块的触摸感测操作的用户触摸，以及(3)光学界面，用于屏上指纹感测(以及可能的一个或多个其他光学感测功能)。这种光学透明层可以为玻璃或晶体层或柔性层等刚性层。

具有发光显示像素而不使用背光的显示屏的一个示例是具有单独的发射像素的阵列以及薄膜晶体管(TFT)结构或基板的OLED显示屏，其中，该薄膜晶体管结构或基板可以包括小孔阵列，并且可以是光学透明的，并且可以是覆盖基板以保护OLED像素。参见图2B，本示例中的光学传感器模块位于OLED显示面板的下方，以采集来自该顶部触摸感测表面的返回的光，并且获取当用户的手指与该顶表面上的感测区域接触时的指纹图案的高分辨率图像。在其他实现方式中，所公开的用于指纹感测的屏下光学传感器模块可以在没有触摸感测特征的设备上实现。此外，合适的显示面板可以有不同于OLED显示屏的各种屏幕设计。

图2C和2D示出了实现图2A和2B中的光学传感器模块的设备的示例。图2C示出了包含屏下光学传感器模块的设备的一部分的横截面视图。图2D在左侧示出了具有触摸感测显示屏的设备的正面的视图，其中在显示屏下部指示指纹感测区域，并且在右侧示出了包含位于设备显示屏组件下方的光学传感器模块的设备的一部分的透视图。图2D还示出了具有电路元件的柔性带的布局的示例。

在图2A、2B、2C和2D的设计示例中，光学指纹传感器设计不同于一些其他的指纹传感器设计，这些设计使用独立于显示屏的指纹传感器结构，并且在移动设备的表面上，显示屏和指纹传感器之间具有物理分界(例如，一些移动电话设计中在顶部玻璃盖板的开口中的按钮状结构)。在本文所示的设计中，用于检测指纹感测和其他光学信号的光学指纹传感器位于顶部盖板玻璃或层的下方(如图2C)，使得盖板玻璃的顶表面用作移动设备的顶表面，作为横跨垂直堆叠并垂直重叠的显示屏层和光学检测器传感器的连续且均匀的玻璃表面。用于将光学指纹感测和对触摸灵敏的显示屏集成在共同且均匀的表面下的这种设计提供了益处，包括提高了设备一体化，增强了设备封装，增强了设备对外部元件、故障、磨损和撕裂的抵抗力，并且增强了设备的所有权期间的用户体验。

在其他设计中，图1中的传感器设备181可以是集成到显示面板的光学传感器模块，以将整个显示表面用作用于感测指纹或其他图案(例如，手掌图案或面部图案)的光学感测表面，其中，光学传感器阵列组成的光学传感器与显示面板的显示像素空间交错，使得整个显示表面可以用作用于感测指纹或其他图案(例如，手掌图案或面部图案)的光学感测表面，同时还可以用作用于显示图像、图形、文本和视频内容的显示面板。图2E、2F和2G示出了这种设计的示例，图51至58提供了其他的实现方式的示例。

在图2E中，光学传感器阵列的光学传感器或光电检测器可以与有机发光二极管(OLED)显示面板的发光像素集成，使得具有不同发光颜色的OLED像素的单位颜色像素包括至少一个光学传感器。在一些实现方式中，光学传感器(例如，光电二极管)和OLED像素连同诸如电耦合至OLED像素和光学传感器的TFT电路层等的其他层均生长在同一基板上。

图2F示出了另一示例，其中光学传感器阵列的光学传感器或光电检测器可以形成在OLED显示面板的OLED像素层的外部，但是直接形成在用于形成OLED显示像素层的同一基板上的薄膜晶体管(TFT)层中，作为显示尺寸光电检测器阵列，以将整个OLED显示面板表面用作光学感测表面。

除了图2E和2F中的示例，光学传感器阵列的光学传感器或光电检测器可以形成在与用于形成OLED像素的OLED基板分离的基板中，作为显示尺寸光电检测器阵列，以将整个OLED显示面板表面用作光学感测表面。在这样的实现方式中，分离基板上的光学传感器阵列组成的光学传感器被布置为与OLED基板上的OLED像素空间对应，使得一旦将OLED结构与构造的光学传感器模块集成或接合，则光学传感器模块的光学传感器和OLED结构的OLED像素在空间上重叠和交错，使得光学传感器分布在整个OLED像素阵列上，用于进行光学感测。

图2G示出了由于存在呈空间分布并且与OLED像素交错的光学传感器，整个OLED显示面板可以用作光学感测表面的示例。与图2A中将较小的光学传感器阵列放置在显示面板下方以将显示面板表面的一小部分区域用作光学感测表面的示例相比，图2G中的整个显示屏尺寸的光学感测区域提供了更大的光学感测表面，不仅可以感测指纹，而且还可以感测其他较大的图案，例如掌纹或面部图案。

各种OLED显示屏设计和触摸感测设计可以用于图2A、2B、2C和2D中的光学传感器模块上方的设备屏幕组件。图3示出了OLED显示屏和触摸感测组件的一个示例，该示例是苹果公司于2015年11月19日公开的公开号为US2015/0331508A1、发明名称为“集成硅-OLED显示屏和触摸传感器面板”的美国专利申请中的图7B，该申请通过引用并入本专利文件的公开内容的一部分。OLED可以以各种类型或配置来实现，包括但不限于无源矩阵OLED(passive-matrix OLED，PMOLED)、有源矩阵OLED(active-matrix OLED，AMOLED)、透明OLED、阴极共用OLED、阳极共用OLED、白光OLED(White OLED，WOLED)和三原色OLED。不同类型的OLED可以有不同的用途、配置和优点。在具有集成硅-OLED显示屏和触摸传感器面板的系统的示例中，该系统可以包括硅基板、晶体管阵列、一个或多个金属化层、一个或多个通孔、OLED叠层、滤色器、触摸传感器以及附加的部件和电路。附加的部件和电路可以包括静电放电设备、光屏蔽、开关矩阵、一个或多个光电二极管、近红外检测器和近红外滤色器。集成硅-OLED显示屏和触摸传感器面板还可以配置用于近场成像、光学辅助触摸和指纹检测。在一些示例中，多个触摸传感器和/或显示像素可以被分组成集群，并且该集群可以耦合到开关矩阵以用于触摸和/或显示粒度的动态变化。在图3的OLED示例和其他实现方式中，触摸传感器和触摸感测电路可以包括，例如，驱动线和感测线等触摸信号线、接地区域和其他电路。减少集成的触摸屏的尺寸的一种方式可以是包括多功能电路元件，该多功能电路元件可以形成设计为以显示系统的电路运行的显示电路的一部分，以在显示屏上生成图像。该多功能电路元件还可以形成可以感测在显示屏上或显示屏附近的一个或多个触摸的触摸感测系统的触摸感测电路中的一部分。该多功能电路元件可以是，例如，LCD的显示像素中的电容器，该电容器可以用于以显示系统中显示电路的存储电容器/电极、公共电极、导线/路径等运行，并且还可以用于以触摸感测电路的电路元件运行。图3中OLED显示屏示例可以实现为将多点触摸功能包括到OLED显示屏，而不需要覆盖OLED显示屏的分离的多点触摸面板或层。OLED显示屏、显示电路、触摸传感器和触摸电路可以在硅基板上形成。通过在硅基板上制造集成的OLED显示屏和触摸传感器面板，可以实现每英寸极高的像素(PPI)。针对OLED和触摸感测结构的不同于图3的其他布置也是可能的。例如，触摸感测层可以是位于OLED显示组件的顶部的组件。

返回参考图2A和图2B，所示的用于屏上指纹感测的屏下光学传感器模块可以以各种配置来实现。在一种实现方式中，基于上述设计的设备可以被构造为包括设备屏幕，该设备屏幕提供触摸感测操作并且包括具有发光显示像素的显示面板结构，每个像素可操作以发光，用于形成显示图像，该设备还包括顶部透明层，形成于设备屏幕上方，作为被用户触摸以进行触摸感测操作、并透射来自显示结构的光以向用户显示图像的界面，该设备还包括光学传感器模块，位于显示面板结构的下方，以接收由显示结构的发光显示像素中的至少一部分发出的并从顶部透明层返回的光来检测指纹。

该设备还可以配置有各种特征。例如，设备电子控制模块可以包括在该设备中，以在检测到的指纹与授权用户的指纹匹配时授权用户对该设备的访问。此外，光学传感器模块除了用于检测指纹外，还用于通过光学感测检测不同于指纹的生物表征参数，以指示在顶部透明层处与检测到的指纹相关联的触摸是否来自活人，如果(1)检测到的指纹与授权用户的指纹匹配，并且(2)检测到的生物表征参数指示检测到的指纹来自活人，则设备电子控制模块用于授权用户对该设备的访问。该生物表征参数可以包括，例如，手指是否包含人的血流或心跳。

例如，该设备可以包括耦合到显示面板结构的设备电子控制模块，以向发光显示像素提供电源，并控制显示面板结构的图像显示，以及在指纹感测操作中，设备电子控制模块操作关闭一帧中的发光显示像素并开启下一帧中的发光显示像素，以允许光学传感器阵列采集具有发光显示像素照明和不具有发光显示像素照明的两个指纹图像，来减少指纹感测中的背景光。

再如，设备电子控制模块可以耦合到显示面板结构，以向发光显示像素提供电源，并在睡眠模式下关闭发光显示像素的电源，并且当光学传感器模块在顶部透明层的指定的指纹感测区域处检测到人的皮肤的存在时，设备电子控制模块可以用于将显示面板结构从睡眠模式唤醒。更具体地，在一些实现方式中，当显示面板结构处于睡眠模式时，设备电子控制模块可以用于操作一个或多个选择的发光显示像素间歇性地发光，同时关闭其他发光显示像素的电源，将间歇发出的光引导至顶部透明层的指定的指纹感测区域，以监控是否存在与指定的指纹感测区域接触的人的皮肤，用于将设备从睡眠模式唤醒。并且，显示面板结构可以设计为除了包括发光显示像素外，还包括一个或多个LED灯，以及当显示面板结构处于睡眠模式时，设备电子控制模块用于操作一个或多个LED灯间歇性地发光，同时关闭发光显示像素的电源，将间歇发出的光引导至顶部透明层的指定的指纹感测区域，以监控是否存在与指定的指纹感测区域接触的、用于将设备从睡眠模式唤醒的人的皮肤。

再如，该设备可以包括设备电子控制模块，该设备电子控制模块耦合到光学传感器模块，以接收通过感测手指的触摸获得的多个检测到的指纹的信息，并且该设备电子控制模块被操作来测量该多个检测到的指纹的变化并确定造成测量到的该变化的触摸力。例如，该变化可以包括由于触摸力引起的指纹图像的变化、由于触摸力引起的触摸区域的变化或指纹脊的间距的变化。

再如，顶部透明层可以包括用于用户用手指触摸以进行指纹感测的指定的指纹感测区域，并且显示面板结构下方的光学传感器模块可以包括与显示面板基板接触的透明块，以接收从该显示面板结构发出的并从该顶部透明层返回的光，该光学传感器模块还可以包括接收该光的光学传感器阵列以及光学成像模块，该光学成像模块将该透明块中接收到的该光成像到该光学传感器阵列上。该光学传感器模块可以相对于指定的指纹感测区域设置，并且被构造成：当与人的皮肤接触时，在顶部透明层的顶表面处通过全内反射选择性地接收返回的光，而在没有人的皮肤的接触时，不接收来自指定的指纹感测区域的返回的光。

又如，光学传感器模块可以被构造成包括位于显示面板结构下方的光楔，以修改与该光楔接合的显示面板结构的底表面上的全反射条件，来允许从该显示面板结构提取出穿过该底表面的光，该光学传感器模块还可以包括光学传感器阵列，接收来自该光楔的从该显示面板结构提取出的光，还可以包括光学成像模块，位于该光楔和该光学传感器阵列之间，以将来自该光楔的光成像到该光学传感器阵列上。

下面提供了用于屏上指纹感测的屏下光学传感器模块的具体示例。

图4A和图4B示出了显示屏组件下方的光学传感器模块的一种实现方式的示例，该光学传感器模块用于实现图2A和图2B中的设计。图4A至图4B中的设备包括具有顶部透明层431的显示屏组件423，该顶部透明层431形成于设备屏幕组件423之上，作为用于触摸感测操作的用户触摸的界面并且作为用于透射来自显示结构的光以将图像显示给用户的界面。在一些实现方式中，该顶部透明层431可以是盖板玻璃或晶体材料。设备屏组件423可以包括顶部透明层431下方的OLED显示模块433。OLED显示模块433包括OLED层及其他，该OLED层包括发射用于显示图像的光的OLED像素阵列。OLED层具有光学地用作孔和光散物体的阵列的电极和布线结构。OLED层中的孔阵列允许来自顶部透明层431的光的透射通过该OLED层到达该OLED层下方的该光学传感器模块，并且由OLED层造成的光散射影响屏下光学传感器模块的用于指纹感测的光学检测。设备电路模块435可以设置在该OLED显示面板的下方，以控制设备的操作，并且为用户执行功能以操作该设备。

本具体实施案例中的光学传感器模块位于OLED显示模块433下方。可以控制指纹照明区613中的OLED像素发光，以照射设备屏幕区域内的顶部透明层431上的指纹感测区615，使用户将手指放入其中进行指纹识别。如图所示，手指445被放置在照射的指纹感测区615中，该指纹感测区615作为用于指纹感测的有效感测区。指纹照明区613中被OLED像素照射的区615中的反射或散射的光中的一部分被引导至OLED显示模块433下的光学传感器模块中，并且光学传感器模块内的光电检测器感测阵列接收这种光，并且采集由接收的该光所携带的指纹图案信息。

在这种设计中，使用OLED显示面板内的指纹照明区613中的OLED像素来为光学指纹感测提供照明光，可以控制指纹照明区613中的OLED像素以较低的周期间歇性地开启，以减少用于光学感测操作的光学功率。例如，当OLED面板中剩余的OLED像素被关闭(如处于睡眠模式)时，指纹照明区613中的OLED像素可以间歇性地开启，以发出用于光学感测操作的照明光，该光学感测操作包括执行光学指纹感测和唤醒OLED面板。在一些实现方式中，该指纹感测操作可以以两步骤的过程实现：首先，以闪光模式开启OLED显示面板内指纹照明区613中的数个OLED像素，而不开启该指纹照明区613中其他的OLED像素，以使用闪光来感测手指是否触摸感测区615，并且一旦检测到区615中的触摸，开启指纹照明区613中OLED像素，以激活光学感测模块进行指纹感测。并且，响应于激活该光学感测模块以进行指纹感测，指纹照明区613中OLED像素可以在亮度水平下操作，以改进用于指纹感测的光学检测性能，例如，在比显示图像中的亮度水平更高的亮度水平下操作。

在图4B的示例中，屏下光学传感器模块包括耦合到显示面板的透明块701，以接收来自设备组件的顶表面的返回的光，该返回的光最初是由指纹感测区613中的OLED像素发出的，该屏下光学传感器模块还包括执行光学成像和成像采集的光学成像块702。来自指纹照明区613中的OLED像素的光在到达盖板顶表面后，例如，用户手指触摸的感测区域615处的盖板顶表面，从该盖板顶表面反射或散射回来。当感测区域615中的盖板顶表面紧密接触指纹脊时，由于在该位置处接触的手指的皮肤或组织的存在，指纹脊下的光反射不同于另一位置处的指纹谷下的光反射，该另一位置处的指纹谷下没有手指的皮肤或组织。该盖板顶表面上的手指触摸的区域中脊和谷的位置处的光反射条件的这种不同形成了图像，该图像表示该手指的被触摸部分的脊和谷的图像或空间分布。该反射光被引导至返回OLED像素，并且在穿过OLED显示模块433的小孔后，到达该光学传感器模块的低折射率光学透明块701的界面。该低折射率光学透明块701的折射率被构造成小于OLED显示面板的折射率，使得可以将返回的光从OLED显示面板提取到该光学透明块701中。一旦该返回的光在该光学透明块701内被接收，这种接收到的光进入作为成像感测块702的一部分的光学成像单元，并且被成像到块702内的光电检测器感测阵列或光学感测阵列上。指纹脊和谷之间的光反射差异造成了指纹图像的对比度。图4B所示的是控制电路704(例如微控制器或MCU)，其耦合到成像感测块702和主电路板上的设备主处理器705等其他电路。

在该特定示例中，光学光路设计是：光线在基板和空气界面之间的顶表面上的全反射角内进入盖板顶表面，并会被块702中的成像光学器件和成像传感器阵列最有效地收集。在这种设计中，指纹脊/谷区域的图像呈现最大的对比度。这种成像系统可能具有会对指纹感测有不利影响的不期望的光学失真。因此，基于光学传感器阵列处的，沿返回光线的光路的光学失真情况，在处理块702中的光学传感器阵列的输出信号时，获取的图像还可以在成像重建期间通过失真校正来校正。通过在X方向线和Y方向线的整个感测区域，每次扫描一行像素的测试图像图案，失真校正系数可以由每个光电检测器像素处采集的图案生成。这种校正过程还可以使用来自于每次调谐一个单独的像素且扫描光电检测器阵列的整个图像区域产生的图像。这种校正系数只需要在组装传感器之后生成一次。

来自环境的背景光(如太阳光或室内光)可以通过OLED显示组件433中的TFT基板孔穿过OLED面板顶表面进入图像传感器。这种背景光可以在来自手指的有价值的图像中产生背景基线，并且这种背景基线是不期望的。可以使用不同的方法来减少这种基线强度。一个示例是以一定的频率F开启和关闭指纹照明区613中的OLED像素，通过对像素驱动脉冲和图像传感器帧进行相位同步，图像传感器得以相同频率获取接收到的图像。在这种操作下，只有一个图像相位具有从像素发射的光。通过奇数帧和偶数帧相减，可以获得大部分由指纹照明区613中调制的OLED像素发射的光所组成的图像。基于该设计，每个显示扫描帧生成指纹信号的帧。如果通过在一帧中开启指纹照明区613中的OLED像素并在另一帧中关闭指纹照明区613中的OLED像素，将两个连续的信号帧相减，则可以将环境的背景光影响最小化或基本消除。在实现方式中，指纹感测帧速率可以是显示帧速率的一半。

来自指纹照明区613中OLED像素的光中的一部分还可以穿过盖板顶表面，并进入手指组织。这部分的光功率被散在周围，并且该散射光中的一部分可以穿过OLED面板基板上的小孔，并最终被光学传感器模块中的成像传感器阵列收集。该散射光的光强度取决于手指的肤色和手指组织中的血液浓度，并且手指上的该散射光携带的这种信息对指纹感测是有用的，并且可以作为指纹感测操作的一部分被检测。例如，通过集成用户手指图像的区域的强度，可能会观察到，血液浓度的增加/减少取决于用户心跳的相位。这种特征可以用于确定用户的心跳速率，确定用户的手指是活体手指，还是具备伪造的指纹图案的欺骗设备。

参考图3中的OLED显示屏示例，OLED显示屏通常具有不同颜色的像素，如相邻的红色、绿色和蓝色像素形成一个彩色OLED像素。通过控制开启每个彩色像素内的哪种颜色的像素并记录相应的测量强度，可以确定用户的肤色。例如，当用户注册了用于指纹认证操作的手指时，光学指纹传感器还测量来自手指的颜色A和B的散射光的强度，强度为Ia和Ib。可以记录Ia/Ib的比率，以与当用户的手指放在感测区域上时测量指纹的后面的测量结果进行比较。该方法可以帮助拒绝可能与用户肤色不匹配的欺骗设备。

在一些实现方式中，为了在OLED显示面板未开启时使用上述光学传感器模块提供指纹感测操作，如图4B所示，可以将为提供指纹感测照明指定的一个或多个额外的LED光源703设置在透明块701的侧面上。该指定的LED灯703可以由用于控制块702中的图像传感器阵列的相同的电子器件704(如MCU)控制。该指定的LED灯703可以以低的占空比短时间地脉冲，以间歇性地发光并提供用于图像感测的脉冲光。图像传感器阵列可以被操作为以相同的脉冲占空比监控从OLED面板盖板基板反射的光图案。如果有人的手指触摸屏幕上的感测区域615，则块702中的成像感测阵列处采集的图像可以用于检测触摸事件。连接到块702中的图像传感器阵列的控制电子器件或MCU 704可以被操作为确定该触摸是否为人的手指触摸。如果确定是人的手指触摸事件，则MCU 704可以被操作为唤醒智能手机系统，开启OLED显示面板(或至少关闭指纹照明区613中的用于执行光学指纹感测的OLED像素)，并使用正常模式获取完整的指纹图像。块702中的图像传感器阵列会向智能手机主处理器705发送采集的指纹图像，该智能手机主处理器705可以被操作为将采集的指纹图像与注册的指纹数据库进行匹配。如果存在匹配的，则智能手机会解锁手机，并启动正常操作。如果采集的图像不匹配，则智能手机会向用户反馈该认证失败。用户可以再次尝试，或输入密码。

在图4B的示例中，屏下光学传感器模块使用光学透明块701和具有光电检测器感测阵列的成像感测块702，将与显示屏的顶表面接触的触摸手指的指纹图案光学地成像在光电检测器感测阵列上。图4B中示出了从感测区615至块702中光电检测器阵列的光学成像轴或检测轴625。光学透明块701和光电检测器感测阵列之前的成像感测块702的前端形成了体成像模块，以实现用于光学指纹感测的合适的成像。由于该成像过程中的光学失真，如上所释，失真校正可以用于实现期望的成像操作。

手指的二维光学反射图案

当探测光被引导到手指时，探测光的一部分可以在手指皮肤表面被反射、衍射或散射，产生反射的、衍射的或散射的探测光而不进入手指内侧。该部分的没有进入手指的探测光可以携带由手指的外部脊和谷形成的反射探测光束上的二维光学反射图案，并且还可以被检测，以获得外部脊和谷的指纹图案。这在本小节中参考图5A和图5B中的示例进行了解释。

此外，一部分的探测光可以进入手指，并被手指的内部组织散射。根据手指内部的探测光的光学波长，手指中的内部组织具有光学吸收性，因此可以被多次衰减，除了大约在590nm到950nm的光学透射光谱范围内的探测光以外。能够透射通过手指组织的探测光携带穿过光束的光学透射图案，并且由于离开手指皮肤之前通过这种内部组织的内部路径，该透射探测光束可以携带脊和谷的二维图案以及与脊和谷相关联的内部组织的附加形貌信息两者。这种光学透射图案在下一小节中参考图5C和图5D中的示例进行了解释。

在本文公开的由图4A-图4B中的屏下光学传感器模块和其他设计进行的光学感测中，从顶部透明层431上的感测区615到屏下光学传感器模块的光学信号包括不同的光组分。

图5A和图5B示出了在两种不同光学条件下，从用于不同入射角范围的OLED发射的光或其他照明光的感测区615返回的光的信号生成，以便于理解屏下光学传感器模块的操作。

图5A示出了OLED显示模块433中的OLED像素所选OLED发射光线的光路，其在透明层431的顶表面处以小入射角入射并透射通过顶部透明层431，而没有全内反射。这种以小入射角OLED发射的光线生成不同的返回的光信号，其包括将指纹图案信息携带至屏下光学传感器模块的光信号。具体地，示出了两个不同位置处的两个OLED像素71和73，以发射OLED输出光束80和82，OLED输出光束80和82以垂直于顶部透明层431的方向，或者以相对小入射角的方向被引导至顶部透明层431，而在顶部透明层431的界面处不经历全反射。在图5A所示的特定示例中，手指60接触顶部透明层431上的感测区615，手指脊61位于OLED像素71上方，手指谷63位于OLED像素73上方。如图所示，来自OLED像素71的OLED光束80朝向手指脊61，在透射通过顶部透明层431后，到达与顶部透明层431接触的手指脊61，以在手指组织中生成透射光束183和向OLED显示模块433返回的另一散射的光束181。来自OLED像素73的OLED光束82在透射通过顶部透明层431后，到达位于顶部透明层431上方的手指谷63，以生成从顶部透明层431的界面向OLED显示模块433返回的反射光束185、进入手指组织的第二光束189以及由该手指谷表面反射的第三光束187。

在图5A的示例中，假设手指皮肤在光学波长550nm处的等效折射率约为1.44，并且顶部透明层431的盖板玻璃折射率约为1.51。同时假设手指是干净且干燥的，使得相邻的手指谷和脊之间的空隙是空气。在这些假设下，在手指皮肤脊位置61处开启显示OLED像素71以产生光束80。手指脊-盖板玻璃界面反射光束80的一部分，作为到OLED显示模块433下方的底层524的反射的光181。其反射率低，约为0.1％。光束80中的大部分(大约99％)变为透射到手指组织60中的透射光束183，手指组织60导致光183的散射，有助于朝向OLED显示模块433和底层524的返回的散射光191。

来自OLED像素73的朝向外部谷63的OLED发射光束82首先穿过顶部透明层431和由于外部谷63的存在而产生的空气间隙的界面，以产生反射光束185，光束82的剩余部分入射到谷62上，以产生手指内的透射光束189和反射光束187。类似于手指脊61处的透射光束183，手指组织中的来自OLED像素73的透射光束189被手指组织散射，该散射光的一部分也对被引导朝向OLED显示模块433和底层524的返回的散射光191有贡献。在上述假设下，手指皮肤谷位置63处的来自显示OLED组73的约3.5％的光束82作为反射光185由盖板玻璃表面反射到底层524，手指谷表面将光束82的其余部分的约3.3％的入射光功率作为反射光187反射至底层524。由两个反射光束185和187表示的全反射约为6.8％，这比手指脊61处约0.1％的反射181强得多。因此，来自触摸手指的手指谷63和手指脊61处的各种界面或表面的光反射181和185/187是不同的，并形成光学反射图案，其中反射比差值携带指纹图谱信息，并且可以测量该反射比差值以提取与顶部透明层431接触且被OLED光或例如额外照明光源等其他照明光照射的部分的指纹图案。

在每个手指谷63处，朝向手指谷63的光束82的大部分(大于90％)作为透射光189被透射到手指组织60中。透射光189中的光功率中的一部分被手指内部组织散射，贡献到朝向并进入底层524中的散射光191中。因此，朝向并进入底层524的散射光191包括来自手指谷63处的透射光189和手指脊61处的透射光183的贡献。

图5A中的示例示出了在顶部透明层431中没有全内反射的情况下，以小入射角入射到顶部透明层431的OLED发射光。对于以相对较大入射角或大于全内反射的临界角入射到顶部透明层431的OLED发射光，可以生成另一个较高对比度的光学反射图案，以采集手指的外部脊和谷的二维指纹图案。图5B示出了位于手指谷63下方的OLED显示模块433中的从OLED像素73中选择的OLED发射光线的示例，其中一些示出的光线在与顶部透明层431的界面处于全反射条件下，位于与特定手指谷73相邻的位置。图示的入射光线的示例生成不同的返回的光信号，包括将指纹图案信息携带至屏下光学传感器模块的光信号。假设盖板玻璃431和OLED显示模块433被粘合在一起，两者之间没有任何空气间隙，使得由OLED像素73发射的、具有等于或大于全内反射的临界角的对盖板玻璃431具有大的入射角的OLED光束，会在盖板玻璃-空气界面处被全反射。当显示OLED像素73开启时，OLED像素73发射的发散光束可以分为三组：(1)中心光束82，与盖板玻璃431具有小的入射角且没有全反射，(2)高对比度光束201、202、211、212，盖板玻璃表面未被触摸时，在盖板玻璃431处被全反射，而在手指触摸盖板玻璃431时，可以耦合到手指组织中，以及(3)具有很大入射角的逃离光束，即使在手指接触的位置，也在盖板玻璃431处被全反射。

对于中心光束82，如图5A所释，盖板玻璃表面反射约0.1％～3.5％的光，以产生透射到底层524的反射光束185，手指皮肤在空气-手指谷界面处反射约0.1％～3.3％的光，以产生同样透射到底层524的第二反射光束187。如以上参照图5A所释，小入射角处的反射光线的反射差在空间上变化，该反射差取决于光束82或光束80是否与手指皮肤谷63或脊61相遇。具有小入射角的这种入射光线的其余部分变成耦合到手指60的手指组织中的透射光束189和183。

图5B示出了高对比度光束201和202作为示例。如果在各自的入射位置处盖板玻璃表面没有被触摸，则盖板玻璃表面接近100％反射分别作为反射光束205和206。当手指皮肤脊触摸盖板玻璃表面并且在所示的OLED发射光束201和202的入射位置处时，不再存在全内反射条件，因此大部分光功率被耦合到手指60的手指组织中作为透射光束203和204。对于具有大入射角的这类光束，在不存在手指皮肤时处于全内反射条件以及在手指皮肤触摸时具有显著降低的反射的全内反射条件之间的这种变化，被用于在反射中产生对比图案。

图5B进一步示出了附加的高对比度光束211和212作为示例，其中，如果盖板玻璃表面未被接触，则盖板玻璃表面反射接近100％的光，以在全内反射条件下分别产生相应的反射光束213和214。例如，当手指触摸盖板玻璃表面且手指皮肤谷恰好处于光束211和212的入射位置时，由于全内反射，没有光功率耦合到手指60的手指组织中。相比之下，如果手指脊恰好位于光束211和212的入射位置处，由于缺乏由手指皮肤的接触引起的全内反射，耦合到手指组织60中的光功率增加。

与图5A中的情况类似，耦合到手指组织60中的光束(例如，透射光束203和204)将经历手指组织的随机散射以形成朝底层524传播的散射光191。

图5B所示的用于照明的示例可以由OLED发射光或来自额外照明光源的照明光引起。在高对比度光束照射的区域中，手指皮肤脊和谷引起不同的光学反射，并且反射差异图案携带指纹图案信息。高对比度指纹信号可以通过比较这种差异来实现。

因此，如图5A和图5B所示，来自OLED发射光或额外照明光源的入射照明光线可产生表示手指的相同二维指纹图案的两种类型的光学反射图案：没有全内反射的情况下由小入射角的入射照明光线形成的低对比度光学反射图案；以及基于全内反射由大入射角的入射照明光线形成的高对比度光学反射图案。

手指的二维和三维光学透射图案

在图5A和5B中，来自OLED发射的光或额外照明光的入射照明光线的一部分穿过顶部透明层431并进入手指，以使散射光191通过手指内部组织传播，并透过手指皮肤从而朝向底层524进入顶部透明层431。如下所释，该散射光191一旦透过内部组织和手指皮肤，就会携带手指的光学透射图案且透射手指皮肤，该光学透射图案包括(1)指纹的外部脊和谷的二维空间图案；(2)与内部手指组织结构相关联的内部指纹图案，该内部指纹图案由于散射光从手指内侧向手指皮肤传播产生手指的外部脊和谷。因此，来自手指的散射光191可以通过光学传感器阵列来测量，该测量结果可以被处理以进行指纹感测。需要注意的是，与产生手指的外部脊和谷的内部手指组织结构相关联的内部指纹图案，基本上不受顶部透明层431的顶表面的感测表面条件或手指的皮肤条件的影响(例如，脏的、湿的/干的或老化的手指图案)，并且当外部手指皮肤上的外部指纹图案具有降低的脊谷对比度、稍微受损或者不适合在光学反射图案中提供足够指纹信息时，仍可以提供足够信息用于指纹感测。虽然外部指纹图案可以使用人造材料进行复制以侵入指纹感测，但是印在光学透射图案中的用户手指的内部指纹图案是极其难以复制的，因此可以在指纹感测中用作防欺骗机制。

图5C示出了外部指纹图案的示例，由人的手指的外部脊和谷以及在皮肤下方且与外部脊和谷唯一相关联的内部手指组织形成。例如，参见Holder等人所著的《指纹资料大全》第2章(美国司法部，司法办公室，国家司法研究所，华盛顿特区，2011年)。如图5C所示，内部组织包括手指皮肤下的具有形貌特征的乳头层，外部脊和谷根据该形貌特征形成，作为深层的形貌特征的表示。此外，内部组织还包括并非完全复制外部脊和谷的附加结构，例如内部主脊、次脊、连接主脊和其他内部结构的汗腺。如图5C所示，当探测光从手指的内侧向外传播到手指皮肤时，探测光与手指皮肤下的内部组织相互作用，不仅携带与外部脊和谷形成的外部指纹图案相同的乳头层的二维指纹图案，而且携带外部脊和谷未携带的来自内部组织结构的附加形貌信息。来自内部组织结构的这种附加形貌信息不能从外部手指皮肤光学反射出的光学反射图案中获得。来自手指皮肤下方的内部组织结构的附加形貌信息对于指纹感测是有价值的信息，而且是三维的，因为内部组织结构随着皮肤下方的横向位置和距皮肤表面的深度(形貌信息)而变化。来自手指的内部组织结构的这种附加形貌信息可以用于，例如，区分自然手指与用与自然手指相似或相同的外部指纹图案制造的人造物体。

参考图5C，但不同的照明探测光束穿过皮肤下的内部组织结构的不同部分，从而印有与该照明探测光束在不同方向上的不同光路相关联的不同的3-D形貌信息。可以使用成像处理技术来处理由该不同照明探测光束携带的光学透射图案，以提取与皮肤下内部组织结构相关联的形貌特征。所提取的形貌特征可以被合成以构建与指纹图案相关联的皮肤下内部组织结构的3-D表示或再现，并且构造的与指纹图案相关联的皮肤下内部组织结构的3-D表示可以用作指纹图案的唯一附加标识，并且可以用来区分用户的真实手指的真实指纹图案与总是缺少真实手指下面的内部组织结构的伪造的指纹图案。具体地，随着不同方向上的不同照明探测光束的数量的增加，可以通过光学传感器模块采集关于皮下内部组织结构的更详细的形貌信息。在使用指纹对设备进行安全访问时，指纹识别过程可以设计为，结合2-D指纹图案的识别和提取的与指纹图案相关联的皮下内部组织的3-D表示或再现的附加检查，以确定是否允许访问。所提取的形貌特征和构建的与指纹图案相关联的皮下内部组织结构的3-D表示或再现可以是防欺骗机制，并且可以单独使用，也可以与其他防欺骗技术组合使用，以增强指纹感测的安全性和准确性。

所公开的光学指纹感测技术采集手指的内部组织结构的附加形貌信息的一种方式是，通过在不同方向上引导不同的照明探测光束，以检测由手指皮肤下的内部组织结构产生的叠加在二维指纹图案上的不同光学阴影图案，这对通过不同方向上的不同照明探测光束的照明获得的所有图像来说是常见的。

图5D示出了两个额外照明光源X1和X2，沿着X方向被置于顶部透明层431上的指纹感测区域的两个相对侧上，以便可以沿相对方向将两个不同的照明探测光束引导至手指。来自两个照明探测光束的图像携带相同的2-D指纹图案，但由于它们相对于手指皮肤下的内部组织结构的照明方向不同，该图像具有不同的图像阴影图案。具体地，第一额外照明光源X1沿着X方向被置于指纹感测区域的左侧，使得来自第一额外照明光源X1的第一照明探测光束在图5D中从左边到右边。由于与手指皮肤下的内部组织结构的相互作用，第一额外照明光源X1的照明导致OLED下光学传感器阵列处的第一指纹图像中出现阴影图案，并且该阴影图案在空间上沿X方向向右移动。由于与手指皮肤下的内部组织结构的相互作用，右侧的第二额外照明光源X2的照明导致OLED下光学传感器阵列处的第二指纹图像中出现阴影图案，并且该阴影图案在空间上沿X方向向左移动。在该技术的实现方式中，例如，在Y方向或其他方向上，可以添加附加的额外照明光源。

在本示例中，来自第一额外照明光源X1在第一照明方向上的第一照明探测光束通过手指内组织的散射引起第一散射探测光的生成，该第一散射探测光通过与手指的脊和谷相关联的内部组织传播，以携带(1)表示手指的脊和谷形成的指纹图案的第一二维透射图案，以及(2)第一指纹形貌图案，该第一指纹形貌图案与在第一照明方向上手指的脊和谷的内部组织的照明相关联，并嵌入在第一二维透射图案内。类似地，来自第二额外照明光源X2在第二照明方向上的第二照明探测光束通过手指内组织的散射引起第一散射探测光的生成，该第一散射探测光通过与手指的脊和谷相关联的内部组织传播，以携带(1)表示手指的脊和谷形成的指纹图案的第二二维透射图案，以及(2)第二指纹形貌图案，该第二指纹形貌图案与在第二照明方向上手指的脊和谷的内部组织的照明相关联，并嵌入在第二二维透射图案内。在不同的时刻依次开启两个额外照明光源X1和X2，使得光学传感器阵列可以被操作为，检测穿过顶部透明层和显示面板到达光学传感器阵列的第一散射探测光的透射部分，以便采集第一二维透射图案和第一指纹形貌图案，然后采集第二二维透射图案和第二指纹形貌图案。将图5D中所示的阴影图案嵌入采集到的2-D指纹图案中，该阴影图案是与在特定方向上与手指的脊和谷的内部组织的照明相关联的指纹形貌图案的一种形式。

在各种实现方式中，两个或两个以上额外照明光源可位于光学传感器模块外部的不同位置处，以产生不同照明探测光束，从而在不同照明方向上照射顶部透明层上的指定的指纹感测区域。由于该技术基于探测光透过手指组织的能力，所以每个额外照明光源应该被构造为在光谱范围内产生探测光，人的手指的组织相对于该光谱范围呈现出光学透射，以使得探测光进入用户手指，从而通过手指内部的组织的散射而产生散射的探测光，该散射探测光向顶部透明层传播并穿过顶部透明层，以携带(1)指纹图案信息，以及(2)由手指的脊和谷的内部组织的透射引起的，分别与不同照明方向相关联的不同指纹形貌信息。探测照明控制电路可以被耦合以控制额外照明光源依次开启和关闭，以在不同时刻产生不同的照明光束，其中一次产生一束光束，使得位于显示面板下方的光学传感器模块可操作为依次检测来自不同照明探测光束的散射的探测光，从而采集(1)指纹图案信息，以及(2)分别与不同照明方向相关联的不同指纹形貌信息。

除了使用独立于OLED像素的光源作为位于光学传感器模块外不同位置的额外照明光源以在不同照明方向上产生不同的照明探测光束之外，该两个或两个以上额外照明光源在相对于光学传感器模块的选定的不同位置以及光学传感器模块顶部的外部OLED显示区域外使用两个或两个以上不同的OLED像素，以产生不同的照明探测光束，从而以不同照明方向照射顶部透明层上的指定指纹感测区域。这可以通过在不同时刻开启该OLED像素同时关闭所有其他OLED像素实现，以获得两个或两个以上不同方向的方向照明，从而测量由手指的内部组织结构引起的空间偏移的阴影图案。

图5D中公开的技术的一个显著特征在于照明布置、光学检测和信号处理的简单性，这可以带来紧凑的光学传感器封装用于需要紧凑型感测设备封装的移动和其他应用，以及实时处理的简单性，因为检测和后续处理是可以高速实现且无需复杂的信号处理的简单操作。用于采集3-D图像的各种光学成像技术需要复杂的光学成像系统和复杂且耗时的信号处理，例如基于复杂的光学相干层析成像(OCT)数据处理例如快速傅里叶变换(FFT)等的OCT成像，以及其他的不适用于智能手机和其他移动设备中的3-D光学指纹感测。

在上述示例中，用于获得手指的光学透射图案的照明光可以来自OLED显示屏的OLED像素或者与OLED显示屏分离的额外照明光源。另外，在手指的光学透射光谱带内(例如，650nm和950nm之间的光学波长)并穿透手指的环境光或背景光的一部分也可以被引导至OLED下光学传感器阵列，以测量与手指的指纹图案相关联的光学透射图案。取决于环境光或背景光(例如，自然日光或阳光)的强度，可以在到光学传感器模块的光学路径中提供光学衰减，以避免光学传感器阵列处的检测饱和。在使用环境光或背景光的一部分来获得光学感测中手指的光学透射图案时，可以实现适当的空间滤波以阻挡透过手指的环境光进入光学传感器模块，因为这样的环境光中不携带内部指纹图案，可能会对光学传感器模块中的光学检测器产生不利影响。

因此，所公开的光学指纹感测可以使用穿过手指的透射光以采集手指的光学透射图案，该光学透射图案具有与手指皮肤下的手指的外部脊和谷相关联的内部指纹图案的信息。光的透射穿过手指组织和手指皮肤的角质层，因此印有由指纹脊区域和谷区域形成的手指皮肤内部的内部结构变化的指纹信息，并且这种内部结构变化表现为在不同照明方向上具有不同亮度图案的光信号，该内部结构变化由手指组织吸收、折射和反射，手指皮肤结构阴影和/或手指皮肤处的光学反射差异造成。光学透射图案基本上不受手指与设备的顶部触摸表面之间的接触条件(例如，脏的接触表面)和外部手指皮肤状况的条件(例如，脏的、干的或湿的手指，或者某些用户例如老年用户等的手指的脊和谷之间的外部变化减小)的影响。

在本文公开的用于指纹感测的屏下光学传感器模块技术的各种实现方式中，可以实现手指的被照射的触摸部分光学成像到屏下光学传感器模块中的光学传感器阵列，而不使用通过在光学照明下对从手指的触摸部分返回的光成像的透镜等成像模块。没有成像模块的光学指纹感测的一个技术挑战是如何控制返回的光的传播，这种传播可能在空间上扰乱光学传感器阵列处的从手指的触摸部分上的不同位置返回的光，使得当这种返回的光到达光学传感器阵列时，不同位置的空间信息可能丢失。这个挑战可以通过使用光学准直器或针孔阵列替代屏下光学传感器模块中的光学成像模块利用光学感测检测指纹来解决。一种用于实现这种光学指纹发送的设备可以包括：设备屏幕，用于提供触摸感测操作并且包括具有发光显示像素的显示面板结构，每个像素可操作以发光，以形成显示图像的一部分；顶部透明层，形成于设备屏幕上方，作为用于被用户触摸以进行所述触摸感测操作、并透射来自显示结构的光以向用户显示图像的界面；以及光学传感器模块，位于所述显示面板结构下方，用于接收由显示结构的发光显示像素中的至少一部分发出的并从顶部透明层返回的光来检测指纹，该光学传感器模块包括光学传感器阵列，该光学传感器阵列接收返回的光，该光学传感器模块还包括位于该返回的光的到光学传感器阵列的路径中的光学准直器阵列或针孔阵列。光学准直器阵列用于收集来自显示面板结构的返回的光，并且分离来自顶部透明层中的不同位置的光，同时将收集到的返回的光引导至光学传感器阵列。

使用准直器的成像依赖于在不同位置使用不同的准直器，以将来自指纹的不同区域的光在空间上分离到光学检测器阵列中的不同的光学检测器。每个准直器沿着该准直器的厚度或长度可以设计为控制每个准直器的光学视图的窄场，例如，仅来自被照射的手指上的小区域的光被每个准直器采集，并被投射到光学检测器阵列中数个相邻的光学检测器上。例如，可以将每个准直器沿着该准直器的厚度或长度设计的很大，如几百微米，使得每个准直器的光学视图的场可以允许准直器向光学检测器阵列上的小区域传送成像光，例如，光学检测器阵列中的一个光学检测器或几个相邻的光学检测器(例如，在一些情况下，在光学检测器阵列的每一侧上的十几微米的区域)。

以下部分通过示例解释了光学准直器阵列或针孔阵列如何用于屏下光学指纹感测，该示例在光学指纹感测时在混合感测像素中使用光学准直器，每个混合感测像素具有用于采集指纹信息的电容式传感器和用于采集指纹信息的光学传感器。

图6A和图6B示出了根据一些实施例将电容感测和光学感测结合在同一感测像素中的混合感测像素设计的两个示例。

图6A示出了指纹传感器装置2100的示例，该指纹传感器装置2100对于采集指纹信息时传感器像素阵列的每个传感器像素，除光学传感器外还包含电容传感器。通过结合电容传感器和光学传感器，借助于光学传感器获得的指纹图像可以用于更好地解析借助于电容传感器获得的3D指纹结构。为了说明目的，图6A示出的结构表示传感器像素阵列中的一个传感器像素，并且每个传感器像素包括在同一像素内彼此相邻布置的光学传感器2102和电容式传感器2114。

光学传感器2102包括光电检测器2108和设置在光电检测器2108上方的准直器2106，以使从手指2102反射的光2124向着光电检测器2108变窄或聚焦。LED等一个或多个光源(未示出)可以放置在准直器2106的周围以发光，该光被手指反射为反射的光2124，并被引导至相应的光电检测器2108或向着相应的光电检测器2108聚焦，以采集手指2102的指纹图像中的一部分。可以使用光纤束或具有孔或开口的一个或多个金属层来实现准直器2106。在光学检测器阵列上方使用多个光学准直器，其可以用作无透镜光学设计，以采集具有期望的空间分辨率的指纹图形，来进行可靠的光学指纹感测。图6A示出了通过使用具有孔或开口2112的一个或多个金属层2110实现的准直器2106。图6A中在顶部结构或层2104和光电检测器2108之间的层中的准直器2106包括由光纤或一层或多层(如硅或金属)中的孔或开口形成的多个单独的光学准直器，这种单独的光学准直器中的每一个光学准直器接收沿着每个光学准直器的纵向或在小角范围内的光线2124，如图所示，光线2124可以通过每个开口或孔的顶部开口以及管状结构采集，使得来自每个光学准直器纵向的以大角度入射的光线被每个准直器拒绝到达该光学准直器的另一端上的光学光电二极管。

在每个感测像素的电容感测部分中，电容式传感器2114包括电容式传感器板2116，该电容式传感器板2116电磁被耦合到与感测像素接近或接触的手指的一部分，以进行电容感测。更具体地，当手指2102与可选盖板2104或实现指纹传感器装置2100的移动装置上的盖板接触或离得很近时，电容传感器板2116和手指2102作为一个或多个电容元件2122的两个板相互作用。电容式传感器板2116的量可以基于电容式传感器2114的设计而变化。电容传感器板2116可以通过使用一个或多个金属层实现。电容传感器板2116通信地耦合到电容传感器电路2120，使得电容传感器电路2120可以处理来自电容传感器板2116的信号，以获得表示3D指纹结构的数据。可以在电容式传感器板2116和电容式传感器电路之间设置路由或屏蔽材料，以电屏蔽金属板2116。电容传感器电路2120可以通信地耦合到电容传感器板2116和光电检测器2108，以处理来自电容传感器板2116的信号和来自光电检测器2108的信号。在图6A中，每个混合感测像素内的电容式传感器和光学传感器彼此相邻且相互存在位移，而不在空间上重叠。

在实现方法中，图6A中的混合传感器设计中的光学准直器设计等光学感测特征，可以用于屏下光学传感器模块中。因此，图6A中具有光学准直器特征的光学感测可以在能够通过光学感测检测指纹的移动设备或电子设备中实现，该移动设备或电子设备包括：显示屏结构；形成于显示屏结构上方的顶部透明层，作为被用户触摸并透射来自显示屏结构的光以向用户显示图像的界面；以及光学传感器模块，位于显示屏结构下方，用于接收从顶部透明层返回的光来检测指纹。光学传感器模块包括光电检测器的光学传感器阵列，该光电检测器接收返回的光，还包括光学准直器阵列，用于通过显示屏结构收集来自顶部透明层的返回的光，并分离来自顶部透明层中不同位置的光，同时将收集到的返回的光通过光学准直器引导至光学传感器阵列中的光电检测器。

图6B示出了指纹传感器设备2130的另一个示例，该指纹传感器设备2130在感测器像素阵列中以空间上重叠的配置将光学传感器和电容式传感器结构性地集成在每个混合传感器像素中，以减少每个混合感测像素占用的空间。指纹传感器装置2130包括半导体基板2131，如硅。在基板2131上设置多个感测元件或感测像素2139。每个感测元件或感测像素2139包括有源电子电路区域2132，该有源电子电路区域2132包括用于处理传感器信号的CMOS开关、放大器、电阻器和电容器。每个感测像素或感测元件2139包括设置或嵌在有源电子电路区域2132中的光电检测器2133。用于电容感测的电容式传感器的电容式传感器板或顶部电极2134设置在光电检测器2133的上方，并且包括传感器板2134上的孔或开口2138，还起到将光引导至光电检测器2133上的光的准直器的作用。设置填充有导电材料的通孔2135，以将顶部电极2134电连接到有源电路元件2132。通过调整开口或孔以及顶部电极2134与光电检测器2133的距离，可以调整光电检测器(如光电二极管)2133的光收集角2137。指纹传感器装置2130由保护盖板2136覆盖，保护盖板436包括硬质材料，如蓝宝石，玻璃等。光检测器2133和光收集角度2137可以设计保持由光电二极管阵列收集的图像的空间分辨率。LED等光源2140位于盖板的下面，在指纹传感器设备2130的侧面发光，该光被手指反射并引导至光电检测器2133，以采集指纹图像。当手指触摸保护盖板或与保护盖板非常近时，手指和感测顶部电极2134的组合形成人体和感测顶部电极2134之间的电容耦合(如电容器2142)。包括光学传感器和电容式传感器的指纹传感器设备2130可以获得指纹的光反射图像和电容耦合图像这两种图像。感测顶电极2134有双重目的：1)用于电容感测，以及2)作为准直器(通过在感测顶部电极2134上制造一个或多个孔)将从手指返回的光引导至光电检测器2133、或向着光电检测器2133变窄或聚焦。感测顶部电极2134的再利用消除了对附加金属层或光纤束的需要，从而减小了每个像素的尺寸，并因此减小了指纹传感器设备2130的整体尺寸。

图6B中，光学感测设计使用在顶层2136和光电检测器的底部阵列2133之间形成的孔或开口2138作为光学准直器，以仅选择在某些角度2137内的光线，如图所示，以保持光电检测器阵列中的光电检测器2133收集的图像的空间分辨率。类似于图6A中的光纤或其他管状光学准直器，在顶层2136和光电检测器2133的底部阵列之间形成的孔或开口2138构成了光学准直器，收集来自顶部透明层经由显示屏结构的返回的光，并且分离来自顶部透明层中的不同位置的光，同时将收集到的返回的光穿过光学准直器引导至光电检测器2133。

图7示出了在整个OLED显示面板中集成有空间分布的光学传感器的OLED显示面板的示例，其中光学传感器与OLED像素空间交错，使得具有不同颜色的OLED像素(例如，发射红光、绿光和蓝光的OLED像素)的每个OLED彩色像素包括一个光学传感器，使得所有OLED彩色像素都嵌有它们自己的光学传感器，以允许整个显示面板尺寸的光学感测，如最初在图2E、2F和2G的示例中所解释的。因此，当从垂直于OLED显示面板的方向观察时，每个OLED彩色像素包括像素内光电检测器(photodetector，PD)。这种光学传感设计的光学成像空间分辨率与由具有发射不同颜色的不同OLED像素的单个OLED彩色像素定义的空间显示分辨率相同。

图8A-图8C示出了实现图2E所示的OLED-PD结构的示例。图8A示出了在同一基板上生长或制造OLED显示屏顶层401(例如密封层)、具有分布式光电检测器(PD)的OLED像素层403和TFT电路层407。图8B示出了具有发射不同颜色的不同OLED像素(例如，409R、409B和409G)的OLED像素结构409和针对一个OLED彩色像素的PD结构411的更详细视图。值得注意的是，示出的示例包括位于针对每个OLED彩色像素的PD 411P上方的光学准直结构411C，以限制PD 411P可以收集的入射光的角度范围，使得较大入射角的入射光被光学准直结构411C拒绝，而不会被下面的PD 411P接收，从而提高了每个PD 411P的空间分辨率以及由光学传感器阵列采集的图像的成像分辨率。光学准直结构411C可以包括光学准直透镜、空间孔口、针孔、管状准直器或其他结构，包括在本文献中公开的透镜-针孔组合组件。

图8C示出了如图52B所示的具有发射不同颜色的不同OLED像素(例如，409R、409B和409G)的示例性OLED彩色像素和PD结构411的俯视图。OLED和光电检测器411连接到功率驱动器和编程的控制器模块413。存储器模块415被耦合，以从嵌入在相应的OLED彩色像素中的光电检测器411接收检测信号。

图9A-图9C示出了实现图2F所示的OLED-PD结构的示例，其中光学传感器阵列的光电检测器417形成在OLED显示面板的OLED像素层403的外部，但直接形成在用于形成OLED显示像素层403的同一基板上的薄膜晶体管(TFT)层407中作为显示尺寸光电检测器阵列，以将整个OLED显示面板表面用作光学感测表面。图9A示出了层结构，图9B示出了像素结构和PD结构。与图8A-图8C中的设计相似，提供光学准直结构417C，并且该光学准直结构417C位于TFT层407内的PD 417P上方，以限制PD 417P可以收集的入射光的角度范围，使得大入射角的入射光被光学准直结构417C拒绝，而不被下面的PD 417P接收。图9C示出了如图53B所示的具有发射不同颜色的不同OLED像素(例如，409R、409B和409G)的示例性OLED彩色像素和PD结构417的俯视图。OLED和光电检测器417连接到功率驱动器和编程的控制器模块413。存储器模块415被耦合，以从在空间上与相应的OLED彩色像素重叠的光电检测器417接收检测信号。

图10A-10C示出了实现OLED-PD结构的示例，其中光学传感器阵列的光电检测器419形成在OLED像素层403和TFT层407之外的分离层421中。在一些实现方式中，分离层421可以形成在与用于制造层407和403的基板不同的分离基板上。图10A示出了层结构，图10B示出了像素结构和PD结构。提供光学准直结构419C，并且该光学准直结构419C位于PD 419P上方，以限制PD 419P可以收集的入射光的角度范围，使得大入射角的入射光被光学准直结构419C拒绝，而不被下面的PD 419P接收。图10C示出了如图10B所示的具有发射不同颜色的不同OLED像素(例如，409R、409B和409G)的示例性OLED彩色像素和PD结构419的俯视图。

具有外围光源的显示组件

图11A示出了根据一些实施例的包括OLED-PD结构5015和外围光源5025的电子设备的显示屏的示意性截面图。图11C示出了根据一些实施例的图11A所示的电子设备的示意性平面图。

该电子设备可以是智能手机、平板电脑、膝上型计算机等。显示屏可以包括盖板玻璃5011和设置在盖板玻璃5011下方的触摸感测层5013。在显示屏的边界处，可以在盖板玻璃5011的背面涂覆深色涂层5019。触摸感测层5013在显示屏的外围具有边缘侧(在本文中称为“边缘”)。例如，触摸感测层5013具有沿着显示屏的矩形边界的两个短边缘5014a和两个长边缘5014b。显示屏还包括设置在触摸感测层5013下方的OLED-PD结构5015。显示屏还可以包括设置在OLED-PD结构5015下方的其他材料层5017。例如，其他材料层5017可以包括保护层。

图11B示出了根据一些实施例的OLED-PD结构5015的示意性截面图。OLED-PD结构5015包括OLED层5006和设置在OLED层5006下方的光电检测器层5008。OLED层5006包括布置成阵列的OLED组5002(为了简化图示，在图11B中仅示出了两个OLED组5002)。光电检测器层5008包括布置成阵列的光电检测器5001(为了简化图示，在图11B中仅示出了两个光电检测器5001)。每个光电检测器5001设置在相应的OLED组5002的正下方。光电检测器层5008中的光电检测器阵列5001可以采集放置在盖板玻璃5011上或其附近的手指5027(或手掌)的指纹(或掌纹)图像。

可以期望的是，具有照明光源以照射手指5027(或手掌)，以便可以采集高质量的指纹或掌纹。OLED显示屏可能会给用于提供光学指纹感测的照明的光源配置带来特殊挑战。例如，如果照明光源发射的光束从OLED层5006的底侧照射在OLED 5002上，则OLED 5002可能被损坏。

根据一些实施例，为了防止损坏OLED层5006中的OLED 5002，如图11A和11C所示，在OLED-PD结构5015上方的触摸感测层5013的边缘处设置一个或多个光源5025。光源5025可以是微型光源。它们可以位于触摸感测层5013的任何边缘。例如，它们可以位于触摸感测层5013的短边缘处，如图11C所示。它们也可以位于触摸感测层5013的长边缘处，或者位于触摸感测层5013的短边缘和长边缘两者处。光源5025可以位于显示屏的边界处的深色涂层5019下方，使得它们是不可见的。

参考图11A，光源5025发射的光可以从边缘耦合到触摸感测层5013中。耦合到触摸感测层5013中的一些光线5026可以透射到OLED-PD结构5015中，并被OLED-PD结构5015中的微结构(例如，TFT)散射和/或衍射。散射光5029可以通过盖板玻璃5011的顶表面折射，以照射手指5027(或手掌)。耦合到触摸感测层5013中的一些光线(例如，由虚线箭头指示的光线)可以透射到盖板玻璃5011中，其随后可以被盖板玻璃5011的顶表面反射(例如，当入射角满足全内反射的条件时)到OLED-PD结构5015。反射光线可以被OLED-PD结构5015中的微结构散射和/或衍射。散射光线5028可以透过盖板玻璃5011以照射手指5027。

在这种配置中，由光源5025发射的光束不是直接从下方入射到OLED层5006中的OLED上；相反，它们仅在被触摸感测层5013和盖板玻璃5011折射和/或反射之后才从顶部入射到OLED层5006上。因此，可以消除或减小损坏OLED层5006中的OLED的可能性。光电检测器5001的准直检测可以具有角度灵敏度轮廓5004，使得当光从上方直接入射到光电检测器5001上时，检测灵敏度可以是最高的。

根据各种实施例，光源5025可以是发光二极管(light-emitting diode，LED)、激光二极管(laser diode，LD)、垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emittinglaser，VCSEL)等。光源5025可以被配置为发射紫外波长范围、可见波长范围、近红外(nearinfrared，NIR)波长范围等范围内的光。在一些实施例中，可以将深色涂层5019制成对于光源5025的波长范围是部分透明的，使得由光源5025发射的光可以透过深色涂层5019并投射到手指5027或手掌上。

除了防止对OLED层5006的潜在损坏之外，照明光源5025的外围布置可以提供一些其他优点。例如，可以在OLED层5006中的OLED关闭的情况下操作进行光学指纹感测。当触发光学指纹感测以执行安全检查时，可以关闭OLED。因此，当手指5027(或手掌)仅被光源5025照射时，可以采集指纹(或掌纹)图像。如图11A所示，来自光源5025的光线可以以较大的入射角入射到手指5027上。这样，采集的指纹(或掌纹)图像可以在手指5027或手掌上的皮肤的谷位置处呈现出阴影。因此，可以提高指纹识别的质量和可靠性。这在被认证的手指5027或手掌干燥的情况下尤其有利。

此外，当显示屏OLED关闭时，在采集的指纹(或掌纹)图像中可能看不到显示屏的微结构，例如，OLED-PD结构5015中的TFT和触摸感测层5013中的感测电路。这可以防止或减少指纹(或掌纹)中的伪像。因此，可以实现更准确和更可靠的认证。

另外，有些人可能由于手指脊-谷特征比较浅而没有清晰的角质层指纹或掌纹，但可能有真皮指纹或掌纹。根据一些实施例，光源5025可以被配置为发射可见波长或NIR波长的光，这种光可以穿透到手指/手掌组织中。因此，可以获得真皮指纹或掌纹的图像。由于使用假材料可能更难以模仿皮肤下的较深组织，因此光学指纹感测还可以具有防欺骗功能。

图12A示出了根据一些实施例的包括OLED-PD结构5015和外围光源5031的电子设备的显示屏的示意性截面图。图12B示出了根据一些实施例的电子设备的示意性平面图。类似于图11A-11C所示的显示屏，该显示屏可以包括盖板玻璃5011、设置在盖板玻璃5011下方的触摸感测层5013、以及设置在触摸传感器层5013下方的OLED-PD结构5015。电子设备包括位于盖板玻璃5011的边缘处的一个或多个光源5031。在一些实施例中，盖板玻璃5011可以包括位于盖板玻璃5011的边缘处的凹口，用于容纳一个或多个光源5031。

如图12A所示，由一个或多个光源5031发射的光可以通过边缘耦合到盖板玻璃5011中。例如，当光线的入射角不满足全内反射的条件时，耦合到盖板玻璃5011中的光线可能会从盖板玻璃5011的顶表面折射出来。折射光线5033可以照射放置在盖板玻璃5011上或附近的手指或手掌(例如，如图11A中所示的手指5027)。

耦合到盖板玻璃5011中的一些光线(例如，光线5035)可以从盖板玻璃5011的底表面折射出来，其可以透过触摸传感器层5013，并随后被OLED-PD结构5015中的微结构散射或衍射。散射或衍射光线可以透过触摸传感器层5013和盖板玻璃5011。透射光线5037也可以照射手指或手掌。

耦合到盖板玻璃5011的一些光线(例如，光线5036)可以被盖板玻璃5011的顶表面反射(例如，当光线5036的入射角满足全内反射的条件时)。反射光线可以被引导朝向OLED-PD结构5015，然后可以被OLED-PD结构5015中的微结构散射或衍射。散射或衍射光线可以透过触摸传感器层5013和盖板玻璃5011。透射光线5038也可以照射手指或手掌。

因为照射手指(或手掌)的光线5033、5037和5038在几乎垂直于OLED-PD结构5015的光轴(垂直于盖板玻璃5011的表面)的方向上传播，所以指纹(或掌纹)图像的背景可能会变暗。当手指(或手掌)触摸盖板玻璃5011的顶表面时，指纹(或掌纹)的脊区域可能会导致亮的图像线条，而指纹(或掌纹)的谷区域可能会导致暗的图像线条。

在这种配置中，由光源5031发射的光束不是直接从下方入射到OLED-PD结构5015中的OLED上；相反，它们仅在被触摸感测层5013和盖板玻璃5011折射和/或反射之后才从顶部入射到OLED-PD结构5015上。因此，可以消除或减小损坏OLED-PD结构5015中的OLED的可能性。

图13A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。该电子设备包括与图11A-11B所示的OLED-PD结构5015类似的OLED-PD结构5015。图13B示出了根据一些实施例的电子设备的部分示意性平面图。类似于图11A-11C所示的显示屏，该显示屏可以包括盖板玻璃5011、设置在盖板玻璃5011下方的触摸感测层5013、以及设置在触摸传感器层5013下方的OLED-PD结构5015。

该电子设备包括在显示屏边界处且位于盖板玻璃5011下方的一个或多个光源5041(在图13A-13B中仅示出了一个光源5041)。显示屏可以包括位于边界处且涂覆到盖板玻璃5011的底表面的深色涂层5019。一个或多个光源5041可以位于深色涂层5019下方，使得它们是不可见的。

电子设备还包括光耦合器5043，该光耦合器位于盖板玻璃5011下方且与一个或多个光源5041邻近。光耦合器5043可以被配置为将一个或多个光源5041发射的光耦合到盖板玻璃5011中。在一些实施例中，光耦合器5043可以具有与盖板玻璃5011的折射率几乎相同或相似的折射率。因此，从光源5041发射的光线可能不会在盖板玻璃5011和光耦合器5043之间的界面处发生折射。

在一些实施例中，深色涂层5019包括与光源5041相邻的一个或多个窗口区域5044。在窗口区域5044中去除深色涂层，以使一个或多个光源5041发射的光可以透过。在一些其他实施例中，深色涂层5019对于一个或多个光源5041的波长范围可以是部分透明的。在一些实施例中，电子设备包括位于光耦合器5043下方且在光耦合器5043的侧壁上的另一深色涂层5045。因此，即使在窗口区域5044中，显示屏的边界也可能显得很暗。

如图13A所示，由一个或多个光源5041发射的光可以耦合到光耦合器5043中，并且透过光耦合器5043的顶表面进入盖板玻璃5011中。透射到盖板玻璃5011中的一些光线(例如，光线5046)可以从盖板玻璃5011的顶表面折射出来(例如，当光线5046的入射角不满足全内反射的条件时)。折射光线5048可以照射放置在盖板玻璃5011上或附近的手指或手掌(例如，如图11A中所示的手指5027)。透射到盖板玻璃5011中的一些光线(例如，光线5047)可以被盖板玻璃5011的顶表面反射(例如，当光线5047的入射角满足全内反射的条件时)。反射光线5042可以入射到OLED-PD结构5015中的微结构，并且被OLED-PD结构5015中的微结构散射或衍射。散射或衍射光线5049可以透过触摸传感器层5013和盖板玻璃5011。透射光线5049也可以照射手指或手掌。

因为照射手指(或手掌)的光线5048和5049在几乎垂直于光电检测器5001的光轴的方向上传播，该光轴基本上垂直于盖板玻璃5011的表面，所以指纹(或掌纹)图像的背景可能会变暗。当手指(或手掌)触摸盖板玻璃5011的顶表面时，指纹(或掌纹)的脊区域可能会导致亮的图像线条，而指纹(或掌纹)的谷区域可能会导致暗的图像线条。

在这种配置中，由光源5041发射的光束不是直接从下方入射到OLED-PD结构5015上；相反，它们仅在被触摸感测层5013和盖板玻璃5011折射和/或反射之后才从顶部入射到OLED-PD结构5015上。因此，可以消除或减小损坏OLED-PD结构5015的可能性。

图14A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。图14B示出了根据一些实施例的电子设备的部分示意性平面图。类似于图11A-11B所示的显示屏，该显示屏可以包括盖板玻璃5011、设置在盖板玻璃5011下方的触摸感测层5013、以及设置在触摸传感器层5013下方的OLED-PD结构5015。

电子设备包括在显示屏的边界处且位于盖板玻璃5011的底表面的部分透明的深色涂层5053。部分透明的深色涂层5053对于一个或多个光源5051的波长范围可以是透明的或部分透明的，并且阻挡可见波长的光。部分透明的深色涂层5053可以具有粗糙的纹理，使得部分透明的深色涂层5053可以对入射在其上的光进行散射。该电子设备包括位于部分透明的深色涂层5053下方的一个或多个光源5051(在图14A-14B中仅示出了一个光源5051)，使得它们是不可见的。

如图14A所示，由一个或多个光源5051发射的光可以通过部分透明的深色涂层5053耦合到盖板玻璃5011中。一些光线(例如，光线5056)可以被折射到盖板玻璃5011中，其随后可以从盖板玻璃5011的顶表面折射出来(例如，当光线5056的入射角不满足全内反射的条件时)。折射光线5058可以照射放置在盖板玻璃5011附近的手指或手掌(例如，如图11A中所示的手指5027)。一些光线(例如，光线5055)可以被部分透明的深色涂层5053散射到盖板玻璃5011中，并随后可以被盖板玻璃5011的顶表面反射(例如，当光线5055的入射角满足全内反射的条件时)。反射光线5052可以入射到OLED-PD结构5015中的微结构，并且被OLED-PD结构5015中的微结构散射或衍射。散射或衍射光线可以透过触摸传感器层5013和盖板玻璃5011。透射光线5057可以照射手指或手掌。

因为照射手指(或手掌)的光线5057和5058在几乎垂直于光电检测器5001的光轴的方向上传播，该光轴基本上垂直于盖板玻璃5011的表面，所以指纹(或掌纹)图像的背景可能会变暗。当手指(或手掌)触摸盖板玻璃5011的顶表面时，指纹(或掌纹)的脊区域可能会导致亮的图像线条，而指纹(或掌纹)的谷区域可能会导致暗的图像线条。

在这种配置中，由光源5051发射的光束不是直接从下方入射到OLED-PD结构5015上；相反，它们仅在被触摸感测层5013和盖板玻璃5011折射和/或反射之后才从顶部入射到OLED-PD结构5015上。因此，可以消除或减小损坏OLED-PD结构5015的可能性。

图15A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。电子设备可以配备有光学ID感测模块(未示出)，类似于图11A-11C所示的光学ID感测模块5023。图15B示出了根据一些实施例的电子设备的部分示意性平面图。类似于图11A-11C所示的显示屏，该显示屏可以包括盖板玻璃5011、设置在盖板玻璃5011下方的触摸感测层5013、以及设置在触摸传感器层5013下方的OLED-PD结构5015。

电子设备包括位于显示屏的边界且在盖板玻璃5011的底表面的深色涂层5019。该电子设备包括位于深色涂层5019下方的一个或多个光源5061(在图15A-15B中仅示出了一个光源5061)，使得它们是不可见的。触摸传感器层5013可以足够厚，以使得一个或多个光源5061可以抵靠触摸传感器层5013的边缘放置。

如图15A所示，由一个或多个光源5061发射的光可以耦合到触摸传感器层5013中。耦合到触摸传感器层5013中的一些光线可以透射到盖板玻璃5011中。例如，当透射光线5063的入射角满足全内反射的条件时，透射光线5063可以被盖板玻璃5011的顶表面反射。反射光线5068可以被引导朝向OLED-PD结构5015，其随后可以被OLED-PD结构5015中的微结构散射或衍射。散射或衍射光线5067可以透过触摸传感器层5013和盖板玻璃5011。透射光线5065可以照射手指或手掌。

耦合到触摸传感器层5013中的一些光线可以通过深色涂层5019透射到盖板玻璃5011中(例如，深色涂层5019在一个或多个光源5061的波长范围内可以是透明的或部分透明的)。例如，当透射光线5064的入射角不满足全内反射的条件时，透射光线5064可以从盖板玻璃5011的顶表面折射出来。透射光线5066可以照射放置在盖板玻璃5011附近的手指或手掌(例如，如图32A中所示的手指5027)。

因为照射手指(或手掌)的光线5065和5066在几乎垂直于光电检测器5001的光轴的方向上传播，该光轴基本上垂直于盖板玻璃5011的表面，所以指纹(或掌纹)图像的背景可能会变暗。当手指(或手掌)触摸盖板玻璃5011的顶表面时，指纹(或掌纹)的脊区域可能会导致亮的图像线条，而指纹(或掌纹)的谷区域可能会导致暗的图像线条。

图16A示出了根据一些实施例的电子设备的显示屏的部分示意性截面图。图16B示出了根据一些实施例的电子设备的部分示意性平面图。类似于图11A-11C所示的显示屏，该显示屏可以包括盖板玻璃5011、设置在盖板玻璃5011下方的触摸感测层5013、以及设置在触摸传感器层5013下方的OLED-PD结构5015。

电子设备包括位于显示屏的边界处且在盖板玻璃5011的底表面的深色涂层5019。深色涂层5019没有延伸到盖板玻璃5011的底表面的最边缘，或者其具有与该边缘相邻的窗口。该电子设备包括与盖板玻璃5011的边缘相邻的、并且位于深色涂层5019的窗口下方的一个或多个光源5071(在图16A-16B中仅示出了一个光源5071)。由一个或多个光源5071发射的光可以透过窗口进入盖板玻璃5011。

如图16A所示，盖板玻璃5011的与一个或多个光源5071相邻的边缘具有倾斜表面5077。透射到盖板玻璃5011中的光线可以被倾斜表面5077反射。反射光线(例如，光线5074和5075)可以朝着盖板玻璃5011的相对边缘传播。在一些实施例中，倾斜表面5077可以相对于盖板玻璃5011的顶表面5072形成角度θ。根据一些实施例，角度θ可以在大约100度到大约175度的范围内。透射到盖板玻璃5011中的光线可能会在倾斜表面5077处发生全内反射。在一些实施例中，可以将高反射膜涂覆到倾斜表面5077上。

一些反射光线(例如，光线5074)可以从盖板玻璃5011的顶表面折射出来(例如，当光线5074的入射角不满足全内反射的条件时)。折射光线5076可以照射邻近盖板玻璃5011的顶表面放置的手指。一些反射光线(例如，光线5075)可以被盖板玻璃5011的顶表面反射(例如，当光线5075的入射角满足全内反射的条件时)。反射光线可以被引导朝向OLED-PD结构5015，其可以被OLED-PD结构5015中的微结构散射或衍射。散射或衍射光线5075可以透过触摸传感器层5013和盖板玻璃5011。透射光线5078可以照射手指或手掌。

因为照射手指(或手掌)的光线5076和5078在几乎垂直于光学ID感测模块(未示出)的光轴的方向上传播，该光轴基本上垂直于盖板玻璃5011的表面，所以指纹(或掌纹)图像的背景可能会变暗。当手指(或手掌)触摸盖板玻璃5011的顶表面时，指纹(或掌纹)的脊区域可能会导致亮的图像线条，而指纹(或掌纹)的谷区域可能会导致暗的图像线条。

图17示出了OLED显示系统433的示例，该OLED显示系统433进一步与增强的盖板玻璃431、一些其他传感器425以及侧面按钮427和429集成以形成显示组件。设置处理电路435以管理用于用户操作终端的功能或操作。OLED显示系统433可分为两部分：一部分具有形成OLED彩色像素439的发光元件，另一部分具有光电检测器。OLED像素组439在所有方向发射光束441，并且光电检测器437的准直检测具有角度灵敏度轮廓443，当光来自顶部方向时，该角度灵敏度轮廓443通常表现出高检测灵敏度。

图18示出了具有集成光学传感器的OLED显示系统的示例，该集成光学传感器空间上分布于整个显示面板的OLED彩色像素，使得收集的光电检测器提供高分辨率触摸感测。在该示例中，设置一个或多个额外的照明光源455，以发射用于光学感测的照明光(例如，IR光)。

在操作中，手指447被来自周围环境的背景光453以及来自OLED像素的显示光451照射。手指散射光被某些光电检测器接收，例如233和235。背景光453可以来自其他光源，例如来自太阳，或者来自同一显示屏的其他位置。当手指447触摸显示屏时，手指对来自局部OLED的部分光进行散射。这可以增加局部位置的亮度。这种亮度变化与局部显示帧相关。当手指447触摸显示屏时，手指447吸收部分背景光。这会降低背景的亮度。这种亮度变化与局部显示帧的相关性很弱。

如果对不同帧采集的图像进行比较，则这种比较会显示出差异，从而可以感测触摸引起的动态影响。因为光电检测器分布有与显示像素相似的分辨率，所以光学触摸感测具有非常高的分辨率。这种光学触摸感测还可以唤醒睡眠的显示屏。

在背景和显示屏都完全暗的情况下，一个或多个额外的光源455，例如一些红外LED，可以用于为光学感测提供照明。额外光源455可以沿着显示屏的边缘安装，并且光束457被OLED电极结构、盖板玻璃表面和底部吸收材料散射，使得照明对整个显示屏是有效的。当背景和显示屏都是暗的时，额外光源455可以用于唤醒睡眠的显示屏。额外光源也可以直接用于触摸感测。在激活功能时，手指被诸如手套之类的织物材料覆盖或除手指之外的其他材料触摸显示屏时，光学触摸感测过程也是有效的。

这种显示技术还可以与诸如电容式触摸传感器面板等常规触摸传感器面板集成，以实现触摸感测功能。

除了对诸如指纹之类的物体的图案进行光学感测之外，与OLED像素交错的空间分布的光电检测器可以用于提供高分辨率的触摸力感测。当触摸力变化时，存在一些可以检测到的相关变化用于计算触摸力：盖板玻璃和显示模块变形、触摸手指接触面积的变化以及指纹变形。因为光学触摸感测具有高成像分辨率，所以可以通过在信号帧序列之间进行比较来检测触摸手指接触面积的变化和指纹变形。通过校准，可以确定触摸力的变化。参见图33和关于触摸力感测的相关描述。该基于光学感测的触摸力感测可以与其他触摸力传感器组合，例如分布式电容触摸力传感器、PZT触摸力传感器等。此类其他非光学力传感器的存在可用于检测触摸显示屏的硬设备。

图19示出了具有空间分布的光电检测器的OLED显示屏的示例，该光电检测器与OLED像素交错以示出光学感测区。在该示例中，盖板玻璃431和其他显示层521可以粘合在一起(例如，通过胶水)，使得全反射可以在盖板玻璃表面发生。当发光OLED 74和接收光电检测器233设置在各自位置时其中H1、H2和L已知，可以计算相应的全反射区231的坐标LF。当已知发光OLED 74的尺寸A和处理光电检测器233的尺寸D时，也可以计算相应的全反射区231的尺寸W。通常，如果发光OLED尺寸足够小，则W小于D。增大发光OLED 74的尺寸A和接收光电检测器的尺寸会导致分辨率降低。基于几何光学，如果发光OLED 74或一个光电检测器的尺寸增大1个单位，则检测的分辨率将降低半个单位。

假设环境是折射率接近1的空气，并且盖板玻璃的折射率为n，可以计算最小全反射入射角θ：θ＝sin^–1(1/n)。作为结果，可以计算中心光束区243。其余位置位于全反射区245中。例如，如果n＝1.51，并且H1＝0.6mm，则对于点光源而言，中央光束区的直径约为1.06mm。如果H2是给定的，则可以计算最接近的光电检测器距离Lmin。例如，H2＝0.6mm，则Lmin约为1.06mm。

由于手指皮肤的折射率(通常为1.43～1.44)通常低于盖板玻璃的折射率n，因此当倾斜角度θ太大时，手指皮肤不能将光耦合出去。可以估计最远的光电检测器距离Lmax。例如，H2＝0.6mm，并且手指RI为1.44，则Lmax约为3.80mm。即，有效感测区247的直径约为3.80mm。在移去中心光束区之后，总的有效感测面积约为10.47mm²。因此，为了检测100mm²的指纹，应使用约10组OLED。如果局部帧速率为100fps，并且每帧仅点亮一组OLED，则0.1秒就足以检测指纹。

对于50微米的感测分辨率，如果一个光电检测器小到10微米，则每组OLED可以是0.1×0.1mm²。总发射光功率可以瞬时设置为高(例如0.1mW)。这将大大提高检测的SNR。高分辨率指纹感测还可用于感测掌纹或手掌静脉纹。

如上所述，基于所公开的光学感测技术，针孔-透镜组件的使用可以提高光学成像。图20A和20B示出了使用针孔-透镜组件作为图8A-8C、图9A-9C和图10A-10C中的光学准直结构411C、417C和419C的两个示例。

虽然本专利文件包含许多细节，但是这些不应被解释为对任何发明或要求保护的范围的限制，而应被解释为可以是对特定发明的特定实施例所特有的特征的描述。也可以在单个实施例中以组合的方式实施在本专利文件中在单独的实施例的情境中描述的某些特征。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征还可以在多个实施例中单独实现或以任何合适的子组合形式实现。此外，虽然特征可以如上文描述在某些组合和甚至初始要求保护的组合中起作用，但是来自要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中去除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这些操作，或者执行所有示出的操作，以实现期望的结果。此外，在该专利文献中描述的实施例的各种系统组件的分离不应被理解为要求在所有实施例这样的分离。

只有几个实现方式和实施例中描述和其他实施方式，改进和变化可基于什么被描述和示出的本专利文件中提出。

除非特别指出相反的情况，否则“一”，“一个”或“该”的引用旨在表示“一个或多个”。

范围可以在本文中表示为从“约”一个指定值和/或到“约”另一个指定值。术语“约”在本文中用于表示近似、接近、大致上或大概。当术语“约”与数值范围结合使用时，其通过扩展所提出数值的上下边界来修改该范围。通常，术语“约”在本文中用于将数值上下修改所述值的10％。当表达这样的范围时，另一实施例包括从一个指定值和/或到另一个指定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应理解，指定值形成另一实施例。还应理解，每个范围的端点都包括在该范围内。

出于所有目的，本文提及的所有专利、专利申请、出版物和描述均通过引用全部并入。所有这些均未被认作现有技术。

Claims (33)

1.一种电子设备，包括：

显示屏，包括：

具有顶表面和底表面的盖板玻璃；以及

设置在所述盖板玻璃下方的显示照明层，所述显示照明层包括形成所述显示屏的像素阵列的发光元件阵列；

邻近所述盖板玻璃设置的光源，所述光源被配置为发射光束以耦合到所述盖板玻璃中，所述光束的一部分透射穿过所述盖板玻璃的顶表面以照射邻近所述盖板玻璃的顶表面放置的用户的手；以及

光学ID感测模块，包括：

光电检测器阵列，设置在所述发光元件阵列下方并空间上分布于整个所述显示屏的像素阵列，所述光电检测器阵列被配置为检测由所述光源照射的所述手反射或散射的光；以及

电子电路，耦合到所述光电检测器阵列，并且被配置为采集所述手的指纹图像或掌纹图像。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述盖板玻璃具有边缘，所述光源抵靠所述盖板玻璃的边缘设置，并且所述光源发射的所述光束通过所述盖板玻璃的边缘耦合到所述盖板玻璃。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述光源设置在所述盖板玻璃的底表面下方，并且所述光源发射的所述光束通过所述盖板玻璃的底表面耦合到所述盖板玻璃。

4.根据权利要求3所述的电子设备，还包括：

涂覆到所述盖板玻璃的底表面的边界的深色涂层；

其中，所述光源设置在所述深色涂层下方，并且被配置为发射第一波长范围内的所述光束；并且

其中，所述深色涂层在所述第一波长范围内至少是部分透明的。

5.根据权利要求4所述的电子设备，所述第一波长范围包括近红外NIR波长范围或紫外UV波长范围。

6.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述盖板玻璃在其边缘处具有倾斜表面，并且，所述光源在所述盖板玻璃的底表面下方与所述边缘相邻地设置，所述倾斜表面被配置为反射所述光源发射的、并耦合到所述盖板玻璃中的所述光束。

7.根据权利要求6所述的电子设备，还包括涂覆到所述盖板玻璃的倾斜表面的高反射涂层。

8.根据权利要求6所述的电子设备，其中，所述倾斜表面相对于所述盖板玻璃的顶表面形成角度，所述角度在大约100度至大约175度的范围内。

9.根据权利要求6所述的电子设备，还包括：与所述边缘邻近的深色涂层，所述深色涂层被涂覆到所述盖板玻璃的底表面的区域，并且所述深色涂层暴露所述光源。

10.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述光源包括发光二极管LED、激光二极管LD或垂直腔面发射激光器VCSEL。

11.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述光源被配置为发射近红外NIR波长范围、紫外UV波长范围或可见波长范围内的所述光束。

12.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述发光元件阵列包括多个有机发光二极管OLED。

13.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述显示屏还包括设置在所述盖板玻璃和所述显示照明层之间的触摸感测层。

14.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述光电检测器阵列和所述发光元件阵列形成在公共层中。

15.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述显示照明层包括第一层和在所述第一层下方的第二层，其中，所述发光元件阵列设置在所述第一层中，所述显示照明层还包括：

设置在所述第二层中的薄膜晶体管TFT阵列，其中，所述光电检测器阵列设置在所述第二层中。

16.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

处理器，所述处理器被通信地耦合到所述光学ID感测模块、所述显示屏以及所述光源，所述处理器被配置为：

检测用于操作所述光学ID感测模块的触发事件；以及

响应于检测到所述触发事件：

关闭所述显示照明层中的所述发光元件阵列；

开启所述光源；以及

使所述光学ID感测模块采集所述光源照射的所述手的指纹图像或掌纹图像。

17.一种电子设备，包括：

显示屏，包括：

盖板玻璃；

设置在所述盖板玻璃下方的透明层，所述透明层具有边缘侧；以及

设置在所述透明层下方的发光元件阵列，所述发光元件阵列形成所述显示屏的像素阵列；

设置在所述透明层的边缘侧的光源，所述光源被配置为发射光束以通过所述边缘侧耦合到所述透明层中，所述光束的一部分透射通过所述盖板玻璃以照射邻近所述盖板玻璃放置的用户的手；以及

光学ID感测模块，包括：

光电检测器阵列，设置在所述发光元件阵列下方并空间上分布于在整个所述显示屏的像素阵列，所述光电检测器阵列被配置为检测由所述光源照射的所述手反射或散射的光；以及

电子电路，耦合到所述光电检测器阵列，并且被配置为采集所述手的指纹图像或掌纹图像。

18.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述透明层包括触摸感测电路。

19.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述发光元件阵列包括多个有机发光二极管OLED。

20.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述光源包括发光二极管LED、激光二极管LD或垂直腔面发射激光器VCSEL。

21.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述光源被配置为发射近红外NIR波长范围、紫外UV波长范围或可见波长范围内的所述光束。

22.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述显示屏还包括位于所述显示屏的边界且涂覆到所述盖板玻璃的背面的深色涂层，并且所述光源设置在所述深色涂层下方。

23.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述光电检测器阵列和所述发光元件阵列形成在公共层中。

24.根据权利要求17所述的电子设备，其中，

所述发光元件阵列形成在第一层中；并且

所述光电检测器阵列形成在所述第一层下方的第二层中。

25.根据权利要求24所述的电子设备，其中，所述第二层包括所述显示屏的薄膜晶体管TFT。

26.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述光学ID感测模块还包括光学准直器阵列，所述光学准直器阵列空间上分布于整个所述显示屏的像素阵列，每个光学准直器耦合到所述光电检测器阵列的相应光电检测器。

27.一种电子设备，包括：

显示屏，包括：

盖板玻璃；

设置在所述盖板玻璃下方的触摸感测层，所述触摸感测层具有边缘侧；以及

设置在所述触摸感测层下方的显示照明层，所述显示照明层包括形成所述显示屏的像素阵列的发光元件阵列；

设置在所述触摸感测层的边缘侧的光源，所述光源被配置为发射光束以通过所述边缘侧耦合到所述触摸感测层中，所述光束的一部分透射通过所述盖板玻璃以照射邻近所述盖板玻璃放置的用户的手；以及

光学ID感测模块，包括：

光电检测器阵列，设置在所述发光元件阵列下方并空间上分布于整个所述显示屏的像素阵列，所述光电检测器阵列被配置为检测由所述光源照射的所述手反射或散射的光；以及

电子电路，耦合到所述光电检测器阵列，并被配置为采集所述手的指纹图像或掌纹图像。

28.根据权利要求27所述的电子设备，其中，所述光源包括发光二极管LED、激光二极管LD或垂直腔面发射激光器VCSEL。

29.根据权利要求27所述的电子设备，其中，所述光源被配置为发射近红外NIR波长范围内的所述光束。

30.根据权利要求27所述的电子设备，其中，所述光源被配置为发射紫外UV波长范围或可见波长范围内的所述光束。

31.根据权利要求27所述的电子设备，还包括：

处理器，所述处理器被通信地耦合到所述光学ID感测模块、所述显示屏和所述光源，所述处理器被配置为：

检测用于操作所述光学ID感测模块的触发事件；以及

响应于检测到所述触发事件：

关闭所述显示照明层中的所述发光元件阵列；

开启所述光源；以及

使所述光学ID感测模块采集所述光源照射的所述手的指纹图像或掌纹图像。

32.根据权利要求27所述的电子设备，其中，所述显示屏还包括位于所述显示屏的边界且涂覆到所述盖板玻璃的背面的深色涂层，并且所述光源设置在所述深色涂层下方。

33.根据权利要求32所述的电子设备，其中，所述光源被配置为发射第一波长范围内的所述光束，并且所述深色涂层对于所述第一波长范围内的光是部分透明的。

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