CN113938546A - 电子设备 - Google Patents

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蔺百杨
魏科宇
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    • H04M1/0202—Portable telephone sets, e.g. cordless phones, mobile phones or bar type handsets
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Abstract

本申请提供一种电子设备。电子设备包括显示屏及人脸识别模组。显示屏包括显示区。人脸识别模组被显示区覆盖，人脸识别模组包括发射模组及接收模组。发射模组用于朝显示区发射红外光，红外光的光子能量小于显示屏的禁带能级。接收模组用于接收被物体反射且穿过显示区的红外光。本申请的电子设备中，发射模组和接收模组均被显示屏覆盖，提高了电子设备的屏占比。

Description

电子设备
技术领域
本申请涉及人脸识别技术领域，更具体而言，涉及一种具有人脸识别功能的电子设备。
背景技术
现有的人脸识别模组通常放置于显示屏顶部，导致显示屏需要挖孔避让，进而使得显示区域减小。
发明内容
本申请实施方式提供一种电子设备，用于至少解决如何保证高屏占比。
本申请实施方式的电子设备包括显示屏及人脸识别模组。所述显示屏包括用于显示区。所述人脸识别模组被所述显示区覆盖，所述人脸识别模组包括发射模组及接收模组。所述发射模组用于朝所述显示区发射红外光，所述红外光的光子能量小于所述显示屏的禁带能级。所述接收模组用于接收被物体反射且穿过所述显示区的红外光。
本申请的电子设备中，发射模组和接收模组均被显示屏覆盖，不需要在显示屏上额外开孔安装发射模组和接收模组，能够提高电子设备的屏占比。
本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请某些实施方式的电子设备的结构示意图；
图2是图1所示的电子设备沿II-II线的剖面示意图；
图3是本申请某些实施方式的电子设备中显示屏的像素电路图；
图4是本申请某些实施方式的电子设备中红外光的波长与显示屏的不同材料的吸收系数、光子能量的关系示意图；
图5是本申请某些实施方式的电子设备中红外光的波长与屏幕透过率的关系示意图；
图6是本申请某些实施方式的电子设备中红外光的波长与人体反射率的关系示意图；
图7是本申请某些实施方式的电子设备中红外光的波长与环境光的光照强度的关系示意图；
图8是本申请某些实施方式的电子设备包括多个发射模组的结构示意图；
图9是本申请某些实施方式的电子设备中结构光组件获取深度信息的原理示意图；
图10是本申请某些实施方式的电子设备的系统架构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。
请参阅图1及图2，本申请实施方式的电子设备100包括显示屏10及人脸识别模组70。显示屏10包括显示区11人脸识别模组70被显示区11覆盖，人脸识别模组70包括发射模组30及接收模组50。发射模组30设置在显示屏11的背面113所在一侧，并用于朝显示区11发射红外光，红外光的光子能量小于显示屏10的禁带能级。接收模组50用于接收被物体反射且穿过显示区11的红外光。
人脸识别模组通常放置于显示屏顶部，导致显示屏需要挖孔避让，使得显示区域减小。而将人脸识别模组放置在显示屏的显示区的下方时，人脸识别模组工作时会导致显示屏产生闪点且长时间工作有烧屏风险。
本申请的电子设备100中，发射模组30和接收模组50均被显示屏11的覆盖，不需要在显示屏10上额外开孔安装发射模组30和接收模组50，能够提高电子设备100的屏占比。发射模组30发射出来的红外光穿过显示屏10照射在物体上，且红外光的光子能量小于显示屏10的禁带能级，使得红外光到达显示区11的光子能量转化为电能的过程中，小于显示屏10的禁带能级，避免显示屏10发生光电效应，从而避免显示屏10产生闪点和烧屏现象。
具体地，电子设备100可以是手机、平板电脑、智能手表、头显设备等，本申请以电子设备100为手机时进行详细说明，电子设备100的具体形式不限于手机，在此不作限制。
显示屏10安装于壳体20的一个面上，具体地，显示屏10安装于壳体20的前面，显示屏10可以覆盖壳体20的前面的面积的90％以上，例如，达到90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％甚至是100％。显示屏10用于显示影像，影像可以是文字、图像、视频、图标等信息。显示屏10的具体类型可包括液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)、Micro LED显示屏等。
显示屏10包括显示区11，显示区11可用于显示影像。适配不同类型的电子设备100及不同用户的需求，显示区11的形状可以呈圆形、椭圆形、跑道形、圆角矩形、矩形等形状。
显示区11包括相背的正面111和背面113，显示区11用于显示影像，显示屏10发出的光线沿着背面113指向正面111的方向朝外界出射(如图2中的虚线所示)，且光线穿过正面111后可由用户接收，即，用户可以从正面111观察显示屏10显示的影像。请结合图1及图2，可以理解，正面111为显示面，背面113为与显示面相背的面。正面111和背面113均可以是平面或者曲面。
显示区11包括多个像素，多个像素按照预定的方式排列，相邻的像素之间存在微观间隙。显示屏10上与接收模组50对应的区域的像素的密度小于显示屏10上与发射模组30对应的区域的像素的密度。一个例子中，显示屏10上与接收模组50对应的区域的像素间的微观间隙要大于显示屏10上与发射模组30对应的区域的像素间的微观间隙，显示屏10上与接收模组50对应的区域的像素对光线的阻隔作用较小，穿过该区域的光线的透过率较高，使得接收模组50能够接收到更多发射模组30发出的红外光。
请参阅图2，在某些实施方式中，显示屏10包括发光层13及薄膜晶体管层15。发射模组30发射的红外光依次透过晶体薄膜管层15和发光层13后照射到物体上。其中，在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在发光层13中复合释放出能量，并将能量传递给发光层13的分子，发光层13的分子受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁发生了发光现象。
薄膜晶体管层15设置有薄膜晶体管，每个像素点由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，薄膜晶体管是一种绝缘栅场效应管，可采用低温多晶硅材料制成，薄膜晶体管层15的电路可以做得更薄更小，有效降低功耗。
当显示屏10为OLED显示屏时，显示屏10的像素电路包括2T1C像素电路。采用2T1C像素电路可以有效降低显示屏10的像素密度，有效提高显示屏10中与发射模组30对应的区域的透光率、及显示屏10中与接收模组50对应的区域的透光率。
请参阅图3，2T1C像素电路包括第一晶体薄膜管T1、第二晶体薄膜管T2、电容Cst及有机发光元件OLED。第二晶体薄膜管T2的栅极电性连接扫描信号Scan，第二晶体薄膜管T2的源极电性连接数据信号Data，第二晶体薄膜管T2的漏极与第一晶体薄膜管T1的栅极(图中Gate极)、电容Cst的第一端电性连接。第一晶体薄膜管T1的源极(图中Source极)电性连接电源正电压ELVDD，第一晶体薄膜管T1的漏极(图中Drain极)电性连接有机发光元件OLED的阳极；有机发光元件OLED的阴极电性连接电源负电压ELVSS。电容Cst的第二端电性连接第一晶体薄膜管T1的源极。
请结合图2，在显示屏10显示时，扫描信号Scan控制第二晶体薄膜管T2打开，控制数据信号Data的电压的写入，数据信号Data的电压通过第二晶体薄膜管T2进入到第一晶体薄膜管T1和电容Sct，经过第一晶体薄膜管T1的数据信号Data的电压转换为电流，电流通过第一晶体薄膜管T1进入有机发光元件OLED，控制有机发光元件OLED的发光亮度。其中，流经第一晶体薄膜管T1和有机发光元件OLED的电流可表示为：
Figure BDA0003355045890000041
其中，IDS表流经示第一晶体薄膜管T1的电流，IOLED表流经示有机发光元件OLED的电流，μ为晶体薄膜管(第一晶体薄膜管T1和第二晶体薄膜管T2)载流子迁移率(载流子在单位时间单位电压作用下移动的距离)；Cox为两层栅极金属形成的电容；W/L指的是晶体薄膜管的宽长比；Vgs是晶体薄膜管的栅极和源极之间的电压差，Vth是晶体薄膜管的阈值电压，Vdata是数据信号Data的电压，VDD是电源正电压。
发射模组30设置于显示屏10的背面113所在的一侧，即，发射模组30设置在显示屏10下方。发射模组30发射出来的红外光穿过显示区11照射到外界的物体的表面上。发射模组30发射的红外光到达显示区11时，红外光的光子能量小于显示屏10的禁带能级，红外光的光子能量与红外光的波长呈负相关。其中，显示屏10的禁带能级反映电子激发所需要的最小能量。显示屏10在红外光的照射下，显示屏10内部的电子会被光子激发出来，并形成电流。从能量转化的角度来看，红外光照射到显示屏10的过程是一个光生电(即光能转化为电能)的过程，当到达显示屏10的光子能量大于显示屏10的禁带能级时，导致显示屏10产生光电效应，从而导致显示屏10产生闪点甚至烧屏。
本申请中的发射模组30发射出来的红外光到达晶体薄膜管层15时具有的光子能量小于显示屏10的禁带能级，避免红外光在到达显示屏10时发生光电效应，消除显示屏10发生闪点或烧屏的风险。
请参阅图2，在一个实施例中，发射模组30的数量为一个，发射模组30发射的红外光包括远红外光，且红外光的波长大于1120nm，例如，红外光的波长为1127nm、1150nm、1183nm、1194nm、1200nm、1218nm、1230nm、1246nm、1257nm、1270nm、1288nm、1300nm等。
在一个实施例中，晶体薄膜管层15采用低温多晶硅材料制成，则显示屏10的禁带能级由晶体薄膜管层15决定，即，显示屏10的禁带能级为硅的禁带能级(为1.1eV，如图4所示)则根据公式E＝hc/λ，其中，E的单位为eV，表示红外光的光子能量；h指的是普朗克常数，c指的是光子的速度，通常，hc的取值为1.24；λ表示红外光的波长，λ的单位为um。当显示屏10的禁带能级是1.1eV时，对应的波长为1120nm，红外光的光子能量小于显示屏10的禁带能级，避免显示屏10发生光电效应，从而避免显示屏10产生闪点和烧屏现象。
红外光达到显示区11的光子能量与红外光的波长呈负相关，发射模组30发射的红外光的波长大于1120nm，且红外光的波长越长，显示屏10越不容易发生闪点和烧屏现象。
进一步地，红外光的屏幕透过率在第一预设范围内，且红外光的人体反射率在第二预设范围内。第一预设范围可以是小于70％，第二预设范围可以是小于40％。例如，第一预设范围为[40％，60％]，第二预设范围为[20％，35％]。请结合图5及图6，发射模组30发射的红外光的波长可以是1290nm至1340nm之间的任意一个，由此，使得发射模组30发射的红外光能够较多地透过显示屏10照射到物体上，并通过显示屏10反射回位于显示屏10下方的接收模组50。
请结合图7，优选地，考虑到发射模组30发射的红外光被物体反射回来的过程中，可能会受到环境光中的红外光影响，可选择波长为1300nm的红外光，使得接收模组50能够接收到更多发射模组30发射出的红外光，在对人脸进行识别的过程中，电子设备100获取得到的深度信息更加准确。且，发射模组30发射的红外光为1130nm时，可以有效解决显示屏10产生闪点和烧屏的问题。
请参阅图8，在另一个实施例中，发射模组30的数量为多个，多个发射模组30发射的红外光到达显示区11的光子能量之和小于显示屏10的禁带能级。
具体地，每个发射模组30发射的红外光的波长为940nm±25nm，例如，红外光的波长为915nm、920nm、928nm、933nm、937nm、940nm、946nm、950nm、959nm、965nm。多个发射模组30发射红外光时，电子设备100通过降低每个发射模组30的发射功率使得多个发射模组30发射的红外光的光子能量之和小于显示屏10的禁带能级，降低红外光照射到显示屏10上产生闪点和烧屏的风险。
在某些实施方式中，发射模组30包括泛光灯，接收模组50包括红外摄像头，发光灯用于发射红外光，红外摄像头采集泛光灯发射后的经物体(如人脸)反射的红外光，并生成红外图像，红外图像可用于进行2D人脸识别或身份识别。
在某些实施方式中，发射模组30还可包括结构光发射器，接收模组50包括红外摄像头，发射模组30和接收模组50形成结构光组件，发射模组30用于朝物体(如人脸)发射散斑图案，红外摄像头用于采集经物体反射后的散斑图案，电子设备100根据红外摄像头采集得到的散斑图案与预设的原始图案之间发生的形变获取散斑图像中各个像素的视差，根据视差以生成深度信息。
请结合图9，根据结构光组件生成深度信息时，可根据以下深度计算原理获取深度信息：
A点为结构光发射器的位置，C点为红外摄像头的位置，d为结构光发射器与红外摄像头之间的距离。选取物体上任意一点所在的平面作为参数平面(如图中虚线所示)，其中，I为参考平面到红外摄像头之间的距离，Z(X，Y)为物体表面上(X，Y)点到红外摄像头中的标定平面的距离。则物体上任一点P的深度信息可以通过比较P(x，y)与散斑图案投射到参考平面上的点P`(x`，y`)的x方向的偏移量得到。
在某些实施方式中，电子设备100还可包括RGB摄像头，RGB摄像头可以是电子设备100的前置摄像头。RGB摄像头可以与结构光组件中的红外光摄像头同步工作，具体实现过程如下：
请结合图10，图10中各个功能模块完成开启和初始化设置后，RGB摄像头输入Syn同步信号到应用处理器的中断pin，应用处理器再将Syn信号输出到图像传感器的中断pin，图像传感器处理后再输出同步信号到红外摄像头中的Vsync pin，红外摄像头根据预定的曝光时间和帧率输出strobe引闪信号到图像传感器的中断pin，图像传感器根据应用需要，从应用处理器的setting里面获取结构光发射器和泛光灯的工作模式、工作频率、脉冲宽度，图像传感器处理后生成一路或者两路脉冲信号PWM(PWM1，PWM2)单独或交替控制结构光发射器和泛光灯的驱动IC，最终实现结构光发射器/泛光灯和红外摄像头、RGB摄像头的同步。
发射模组30可包括泛光灯和结构光发射器，泛光灯透过显示区11向外发射红外光，红外光还可用于环境光较弱或黑暗环境时补充环境中的光线强度。结构光发射器发射散斑图案，红外摄像头接收反射回的红外光线成像，以生成深度信息，电子设备100根据深度信息对人脸进行识别。
请参阅图1及图2，在某些实施方式中，发射模组30可包括飞行时间发射器，接收模组50可包括红外摄像头，发射模组30和接收模组50形成飞行时间组件，发射模组30用于朝物体(如人脸)发射红外光，红外摄像头用于采集经物体反射后的红外光，以根据发射红外光的时间与接收红外光的时间之间的差值及光速获取深度信息。由于发射模组30和接收模组50均位于显示屏10的背面113所在的一侧，显示屏10上不需要额外开孔对准发射模组30和接收模组50，有效提高电子设备100的屏占比。另外，相较于采用红外光采集深度信息的结构光组件而言，显示屏10对飞行时间组件采集深度信息的影响较小，发射模组30发射的红外光即使受到显示屏10的衍射作用，对红外光被发射与被接收之间的时间差影响较小，即，飞行时间组件获取的深度信息的准确性较高。
在某些实施方式中，显示区11以显示时序显示影像，在接收模组50开启时，接收模组50以曝光时序进行曝光，显示时序对应的有效工作状态与曝光时序对应的有效工作状态错开。
接收模组50接收被反射且穿过显示区11的红外光，此时，显示区11用于显示影像的光线会干扰接收模组50，导致接收模组50接收的红外光存在较大的误差，无法准确地获得物体的深度信息。因此，接收模组50的曝光时序对应的有效工作状态与显示区11的显示时序对应的有效工作状态可以相互错开，即，显示区11显示影像时，接收模组50不进行曝光，接收模组50进行曝光时显示区11不显示影像，从而能够减少或避免显示区11显示影像时对接收模组50造成干扰。
可以理解，在使用中，发射模组30和接收模组50可以是同时开启，或者发射模组30和接收模组50开启的时间间隔非常小，所以，接收模组50开启的时刻也即可以看作是发射模组30开启的时刻。
在某些实施方式中，接收模组50在曝光时，电子设备100产生中断信号以使发射模组30停止发射红外光。
具体地，电子设备100可以确定接收模组50获取图像的帧率确定是否曝光，在接收模组50进行曝光时，产生中断信号以使发射模组30停止发射红外光，避免接收模组50对接收到的前一次的红外光进行曝光时受到再次发射的红外光的干扰，影响深度信息的准确性。
综上，本申请的电子设备100中，发射模组30和接收模组50均设置在显示屏11的背面113所在的一侧，不需要在显示屏10上额外开孔安装发射模组30和接收模组，能够提高电子设备100的屏占比。发射模组30发射出来的红外光从显示区11的背面113穿过显示屏10照射在物体上，且红外光达到显示区11的光子能量小于显示屏10的禁带能级，使得红外光到达显示区11的光子能量转化为电能的过程中，小于显示屏10的禁带能级，避免显示屏10发生光电效应，从而避免显示屏10产生闪点和烧屏现象。
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个例子中”、“示例地”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
显示屏，所述显示屏包括显示区；及
人脸识别模组，被所述显示区覆盖，所述人脸识别模组包括发射模组和接收模组，其中，所述发射模组用于朝向所述显示区发射红外光，所述红外光的光子能量小于所述显示屏的禁带能级，所述接收模组用于接收被物体反射且穿过所述显示区的红外光。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述光子能量与所述红外光的波长呈负相关。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述红外光包括远红外光，所述红外光的波长大于1120nm。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏包括发光层及薄膜晶体管层，所述红外光依次透过所述薄膜晶体管层及所述发光层后照射到所述物体。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述红外光照射到所述薄膜晶体管层时，所述光子能量小于所述薄膜晶体管层的禁带能级。
6.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述红外光的屏幕透过率在第一预设范围内，且所述红外光的人体反射率在第二预设范围内。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述发射模组的数量为多个，多个所述发射模组发射的所述红外光到达所述显示区的光子能量之和小于所述显示屏的禁带能级。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述红外光的波长为940nm±25nm。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述显示区以显示时序显示所述影像，在所述接收模组开启时，所述接收模组以曝光时序进行曝光，所述显示时序对应的有效工作状态与所述曝光时序对应的有效工作状态错开。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述接收模组在曝光时，所述电子设备产生中断信号以使所述发射模组停止发射红外光。
11.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏上与所述接收模组对应的区域的像素的密度，小于所述显示屏上与所述发射模组对应的区域的像素的密度。
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