CN112729533A - 光传感器模块 - Google Patents

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吴宗桦
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Abstract

本发明为一种光传感器模块，其包含显示元件、第一偏光元件、光传感器、透光层及第二偏光元件，显示元件释放显示光源，第一偏光元件覆盖显示元件，第一偏光元件隔该显示光源的第一相位部分，并让显示光源的第二相位通过，透光层覆盖第一偏光元件，光传感器设置于该显示元件或该第一偏光元件的一侧，第二偏光元件设置于光传感器与透光层之间，第二偏光元件阻隔显示光源的第二相位部分。

Description

光传感器模块
技术领域
本发明是关于一种光传感器模块，特别是一种可抑制杂散光进入光传感器的模块结构。
背景技术
举凡智能型手机等各式现代手持式电子装置中常使用各种的传感器，将电子装置周遭的环境参数或手机所进行的动作轨迹转换成讯号的元件或者是装置，这些传感器包含：环境光传感器、近接传感器、重力传感器、陀螺仪、指南针、霍尔传感器、气压传感器等等。
其中环境光传感器，通常是用于电子装置自动调整屏幕亮度的作用，如果使用环境中的亮度高(例如：在太阳光下)时，电子装置的屏幕亮度就会相对的提高，使屏幕的内容清楚显示；反之当使用环境中的亮度较低(例如在夜晚昏暗时)时，电子装置的屏幕亮度就会相对的变暗，使屏幕光线不刺眼，避免伤害眼睛，因为在亮度较低的环境中眼睛瞳孔会放大，如屏幕亮度过高容易感到不适。环境光传感器可感测环境亮度，以供调整屏幕亮度达人类眼睛可接受的亮度，此元件不单可节省能源、延长电池使用时间，更可营造良好的使用者体验。
当然，环境光传感器所感测到的环境亮度并不限于上述应用，例如还可用于相机上，进行自动白平衡校正；或者还可以配合上述的近接传感器感应手机是否放置于使用者的口袋、背包内，避免屏幕被误触开启而浪费手机电源。
高阶手机发展趋势已迈向全屏幕有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode,OLED)面板应用，因此光传感器通常配置于屏幕的狭窄边框。当OLED面板启动时，显示光源会在玻璃盖板中传递形成杂散光，杂散光会造成光传感器底噪值偏大，从而可能导致环境光传感器的赶测结果失准。现有技术将环境光传感器摆放置在屏幕窄边框较深的位置，例如：玻璃盖板下表面到环境光传感器上表面的距离大于2.0mm处，由于杂散光在手机内部反射的过程中，其光线的能量会被边框结构侧壁吸收，因此可以降低环境光传感器的底噪值。但是环境光要投射抵达环境光传感器的过程同样也会耗损，此一方式会造成环境光传感器的感度偏低。
为此，如何提出一种可阻隔发光源在玻璃盖板中反射形成的杂散光，达到降低环境光传感器的底噪值的效果，为本领域技术人员所欲解决的问题。
发明内容
本发明的一目的，在于提供一种光传感器模块，藉由在透光层的与光传感器之间加上偏光元件，利用偏光元件仅供单一偏振方向光线穿透的特性，阻隔显示元件投射于透光层后所反射形成的杂散光，达到降低光感测元件的底噪值的效果。
针对上述的目的，本发明提供一显示元件、一第一偏光原件、一透光层、一光传感器及一第二偏光元件，该显示元件释放一显示光源，该第一偏光元件覆盖该显示元件，该第一偏光元件阻隔该显示光源的一第一相位部分，并让该显示光源的一第二相位通过，该透光层覆盖该第一偏光元件，该光传感器设置于该显示元件或该第一偏光元件的一侧，该第二偏光元件设置于该光传感器与该透光层之间，该第二偏光元件阻隔该显示光源的一第二相位部分。
本发明提供一实施例，其中该第二偏光元件阻隔一环境光源的一第二相位部分，并让该环境光源的一第一相位部分通过。
本发明提供一实施例，其中该光传感器包含一光感测元件，该光感测元件感测通过该第二偏光元件的环境光源的第一相位部分的光强度。
本发明提供一实施例，其中该第一偏光元件及该第二偏光元件各为一线偏振片，且该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度不同。
本发明提供一实施例，其中该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度相差90°。
本发明提供一实施例，其中该第一偏光元件相邻该光传感器的一侧设置一遮光层。
本发明提供一实施例，其中该显示元件包含有机发光二极管。
本发明提供一实施例，其中该透光层上设置一遮蔽元件，该遮蔽元件具有一穿孔供光线通过。
本发明提供一实施例，其中该第二偏光元件设置于该透光层的下表面并且对位于该穿孔。
本发明提供一实施例，其中该光传感器具有一开口供光线通过。
本发明提供一实施例，其中该第二偏光元件设置于该光传感器的上表面并且对位于该开口。
本发明提供一实施例，更包含一基板，该光传感器设置于该基板上。
针对上述的目的，本发明提供一种光传感器模块，其供设置于一电子装置中，该电子装置具有一显示面板，该显示面板包含一显示元件、一第一偏光元件覆盖该显示元件、一透光层覆盖该第一偏光元件，该光传感器模块包含：一光传感器，设置于该显示元件或该第一偏光元件的一侧；以及一第二偏光元件，设置于该光传感器与该透光层之间；其中，该第一偏光元件及该第二偏光元件各为一线偏振片，且该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度不同。
本发明提供一实施例，其中该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度相差90°。
附图说明
图1：其为本发明的一实施例的结构示意图；
图2：其为本发明的一实施例的第二偏光元件的另一设置位置的示意图；
图3：其为本发明的一实施例的遮蔽元件对应光传感器的开口的结构示意图；
图4：其为本发明的一实施例的光线反射路径的示意图；以及
图5：其为本发明的另一实施例的结构示意图。
【图号对照说明】
10 显示元件
100 基板
20 第一偏光元件
30 透光层
40 第二偏光元件
50 光传感器
52 光感测元件
54 开口
60 遮蔽元件
62 穿孔
70 空气层
80 遮光层
92 第一孔径
94 第二孔径
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
本发明说明所述的方向性用语，例如：上方、下方、内侧、外侧等或其近似用语，主要为参考附加图式的方向，各方向性用语仅用以辅助说明及理解本发明的各实施例，非用以限制本发明。在说明书及申请专利范围当中使用了某些词汇指称特定的元件，然，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，不同的名词可能会被用来称呼同一个元件，而且，本说明书及申请专利范围并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在整体技术上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及申请专利范围当中所提及的「包含」为一开放式用语。
请参阅图1，其为本发明的一实施例的结构示意图。如图所示，本发明实施例的光传感器模块包含一显示元件10、一第一偏光元件20、一透光层30、一第二偏光元件40及一光传感器50。该显示元件10释放一显示光源，在本实施例中，该显示元件10包含有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，缩写：OLED)。该第一偏光元件20可设置于该显示元件10上方而覆盖该显示元件10。该透光层30可设置于该显示元件10上方而覆盖该第一偏光元件20。该光传感器50设置于该显示元件10或该第一偏光元件20的一侧，该透光层30遮蔽该光传感器50，该第二偏光元件40设置于该光传感器50与该透光层30之间。
该第一偏光元件20及该第二偏光元件40分别为一线偏振片，且该第一偏光元件20及该第二偏光元件40的偏光相位角度不同。据此，该第一偏光元件20可以阻隔光线中的一第一相位部分，该第二偏光元件40则可阻隔光线中的一第二相位部分。在本实施例中，该第一偏光元件20及该第二偏光元件20的偏光相位角度较佳相差90°，亦即上述第一相位和第二相位相差90°，使得通过该第一偏光元件20的光线无法穿透该第二偏光元件20。
该显示元件10所释放的显示光源中的一第一相位部分会被该第一偏光元件20阻隔，而只有第二相位部分可通过该第一偏光元件20，且纵使显示光源通过该第一偏光元件20的部分会在手机等电子装置内部反射而形成杂散光，所述杂散光依然为第二相位。据此，该第二偏光元件40能够有效阻隔所述杂散光以及环境光源中的一第二相位部分，并让该环境光源的一第一相位部分通过而抵达该光传感器50。其中，该环境光源为外界环境中的光源，例如：灯光或自然光。
另外，该光传感器50包含一光感测元件52，该光感测元件52可以是二极管传感器(photodiode)，以感测通过该第二偏光元件40的光强度。进一步，在本实施例中，该第二偏光元件40可以设置于该透光层30的下表面，因此该第二偏光元件40与该光传感器50之间更包含一空气层70。然而，请参考图2，其为本发明实施例的第二偏光元件另一设置位置的示意图，如图所示，该第二偏光元件40可设置于该光传感器50的上表面，因此该透光层30与该第二偏光元件40之间将包含一空气层70。
实际上，该显示元件10、该第一偏光元件20及该透光层30可以为手机等电子装置的显示面板。如前所述，该显示元件10包含OLED，该透光层30可为玻璃盖板，因此在本实施例当中，该显示元件10、该第一偏光元件20及该透光层30组成一OLED显示面板。一般而言，手机等电子装置会在透光层30显示区域以外的部分设置一遮蔽元件60，该遮蔽元件60可以为不透光油墨且具有一穿孔62，该穿孔62供环境光源或其他光线通过，该遮蔽元件60可以遮蔽该光传感器50以避免使用者肉眼察觉该光传感器50的存在。
另外，参考图3，其为本发明的一实施例的遮蔽元件对应光传感器的开口的结构示意图，如图所示，该光传感器50通常也需要一开口54供环境光源或其他光线通过，在同一收光角下，该遮蔽元件60的穿孔62的一第一孔径92将会大于该光传感器50的开口54的一第二孔径94。也因为如此，相较于在该光传感器50的上表面设置该第二偏光元件40并使其对位于该传感器50的开口54，在该透光层30的下表面设置该第二偏光元件40并使其对位于该遮蔽元件60的穿孔62，其整体结构的制作及组装上，会较为简单且不容易受到制程或组装公差影响。然而在本发明部分实施例中，该光传感器50中的光感测元件52可以直接由透明材料封装而毋需另外开设开口，在此情况下，直接在该光传感器50的上表面设置该第二偏光元件40较为简便。
为便于了解本发明，在此举一习知技术范例进行对照说明，一般来说该光感测元件52会接收到两组光讯号，分别是显示光源所形成的杂散光讯号以及环境光源的讯号。该环境光源的讯号是该光感测元件52判别环境亮暗的主要讯号，而该显示光源所形成的杂散光讯号，是该显示元件10所发出的显示光源在手机等电子装置内部反射传递至该光感测元件52，该杂散光可视为对该光感测元件52的干扰讯号来源，如下式(1)及(2)所示，其中Datasensor为该光感测元件52的感测讯号值，Dambient light为感测该环境光源所得的讯号值，Dstray light为感测该杂散光所得的讯号值，Fcalibration factor为照度值转换系数，以及lux为环境光源照度值。
Datasensor＝Dambientlight+Dstray light (1)
lux＝Datasensor×Fcalibration factor (2)
据此，在习知技术中光感测元件52除了接收到该环境光源以外，亦会接收到显示元件10所发出的显示光源所形成的杂散光，该杂散光会使得该光感测元件52的底噪值增加，难以正确判断准确的环境亮度。
请参考图4，其为本发明实施例的光线反射路径的示意图。如图所示，该显示光源的讯号在透过该第一偏光元件20时，仅有第二相位部分可通过。由于本发明实施例的光传感器模块额外设置了该第二偏光元件40，在该透光层30与该光传感器50之间增设该第二偏光元件40后，由于该第一偏光元件20与该第二偏光元件40两者的偏振方向(该第一相位及该第二相位)不同，如此一来可有效阻隔显示光源通过该第一偏光元件20的部分。也就是说，显示光源在手机等电子装置内部反射形成的杂散光为第二相位，因此难以通过该第二偏光元件40而影响该光感测元件52，有效提升该判别环境亮暗的准确性。当该第一偏光元件20及该第二偏光元件40的偏光相位相互垂直时，本发明实施例的光传感器模块不会受该显示光源的讯号影响，故不须计算感测前述杂散光所得的讯号值，如下式(3)及(4)所示：
Datasensor＝Dambient light (3)
lux＝Datasensor×Fcalibration factor (4)
故，本发明透过偏光元件仅供单一偏振方向(第一相位或第二相位)光线穿透的特性，透过该第二偏光元件40阻隔该显示光源以避免其反射进入该光传感器50而影响该光感测元件52，可大幅降低光传感器50的底噪值，避免误判环境亮度的问题。
值得注意的是，在本发明部分实施例中，为了完全阻绝显示光源进入该光传感器50的路径，可以在该第一偏光元件20相邻该光传感器50的一侧设置一遮光层80，该遮光层80可以不透光油墨或其他遮光结构。藉此，该遮光层80可进一步确保该显示光源不会影响到该光感测元件52。
习知技术中面临到手机等电子装置的屏幕所形成的杂散光可能会增加光传感器的底噪值，而被迫将环境光传感器摆放置在屏幕窄边框较深的位置，(例如：玻璃盖板下表面到环境光传感器上表面的距离大于2.0mm处)，以利用电子装置的边框结构侧壁吸收杂散光，然而此一方式会造成环境光传感器的感度偏低。
请参考图5，其为本发明的另一实施例的结构示意图。由于本发明实施例的光传感器模块得以阻隔显示光源所形成的杂散光，有效抑制杂散光进入光传感器50，因此如图所示，本发明实施例的光传感器模块可以将光传感器50设置于较浅的位置，例如在本实施例中更可包含一基板100，透过将该光传感器5设置于该基板100上，可缩小该光传感器50及该透光层30的距离，使该光传感器50更靠近该该透光层30，使本发明实施例的光传感器模块可较佳的接收该环境光线，有效提升该光传感器50的感度。换言的，本发明实施例中，该光传感器50与该透光层30的距离可以小于等于2.0mm，这是习知技术所无法达成的。
以上所述的实施例，本发明的装置，其为制作一种光传感器模块，藉由在透光层与光传感器之间加上第二偏光元件，利用偏光元件仅供单一偏振方向光线穿透的特性，阻隔显示元件投射的显示光源反射形成的杂散光，达到降低光传感器的底噪值的效果。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种光传感器模块，其特征在于，其包含：
一显示元件，该显示元件释放一显示光源；
一第一偏光元件，覆盖该显示元件，该第一偏光元件阻隔该显示光源的一第一相位部分，并让该显示光源的一第二相位通过；
一透光层，覆盖该第一偏光元件；
一光传感器，设置于该显示元件或该第一偏光元件的一侧；以及
一第二偏光元件，设置于该光传感器与该透光层之间，该第二偏光元件阻隔该显示光源的一第二相位部分。
2.如权利要求1所述的光传感器模块，其特征在于，其中该第二偏光元件阻隔一环境光源的一第二相位部分，并让该环境光源的一第一相位部分通过。
3.如权利要求2所述的光传感器模块，其特征在于，其中该光传感器包含一光感测元件，该光感测元件感测通过该第二偏光元件的环境光源的第一相位部分的光强度。
4.如权利要求1所述的光传感器模块，其特征在于，其中该第一偏光元件及该第二偏光元件各为一线偏振片，且该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度不同。
5.如权利要求4所述的光传感器模块，其特征在于，其中该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度相差90˚。
6.如权利要求1所述的光传感器模块，其特征在于，其中该第一偏光元件相邻该光传感器的一侧设置一遮光层。
7.如权利要求1所述的光传感器模块，其特征在于，其中该显示元件包含有机发光二极管。
8.如权利要求1所述的光传感器模块，其特征在于，其中该透光层设置一遮蔽元件，该遮蔽元件具有一穿孔供光线通过。
9.如权利要求8所述的光传感器模块，其特征在于，其中该第二偏光元件设置于该透光层的下表面并且对位于该穿孔。
10.如权利要求1所述的光传感器模块，其特征在于，其中该光传感器具有一开口供光线通过。
11.如权利要求10所述的光传感器模块，其特征在于，其中该第二偏光元件设置于该光传感器的上表面并且对位于该开口。
12.如权利要求1所述的光传感器模块，其特征在于，更包含一基板，该光传感器设置于该基板上。
13.一种光传感器模块，其特征在于，其供设置于一电子装置中，该电子装置具有一显示面板，该显示面板包含一显示元件、一第一偏光元件覆盖该显示元件、一透光层覆盖该第一偏光元件，该光传感器模块包含：
一光传感器，设置于该显示元件或该第一偏光元件的一侧；以及
一第二偏光元件，设置于该光传感器与该透光层之间；
其中，该第一偏光元件及该第二偏光元件各为一线偏振片，且该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度不同。
14.如权利要求13所述的光传感器模块，其特征在于，其中该第一偏光元件及该第二偏光元件的偏光相位角度相差90˚。
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