CN114495186A - 光学感测装置 - Google Patents
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Abstract
一种光学感测装置包含：一基板；一电路配线层，位于基板上；多个发光单元，设置于电路配线层上，用于发出光线；一滤光层，具有多个第一阻光部，分别设置于所述多个发光单元之间的多个像素间隙的上方，并具有多个光孔，所述多个光孔对准电路配线层的多个透光间隙，且各光孔的尺寸小于或等于所述多个透光间隙的对应的其中一个的尺寸；及一光学传感器，设置于基板的下方，以执行无偏光片的屏下式光学感测。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光学感测装置，且特别是有关于一种使用无偏光片式显示面板的光学感测装置。
背景技术
例如手机、平板电脑、笔记本电脑等等的移动电子装置通常配备有使用者生物识别系统，包括了例如指纹、脸型、虹膜等等不同感测技术，用以保护个人数据安全，其中例如应用于手机或智能型手表等便携型装置，也兼具有行动支付的功能，对于使用者生物识别更是变成一种标准的功能，而手机等便携型装置更是朝向全屏幕或超窄边框的趋势发展，使得传统电容式指纹按键无法再继续被使用，取而代之的是微小化光学成像装置，有些非常类似传统的相机模块，具有互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor(CMOS)Image Sensor(简称CIS))感测元件及光学镜头模块。将微小化光学成像装置设置于屏幕下方，特别是有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)屏幕的下方，透过屏幕部分透光的结构，可以撷取按压于屏幕上方的物体的图像，特别是指纹图像，而达成屏幕下指纹感测(Fingerprint On Display，FOD)的功能，其中屏幕部分透光的结构包含暴露金属线路相互间的空隙，其透光率通常为1％至7％，视屏幕的设计及解析度而定。
在传统的OLED屏幕的结构中，通常会在OLED上方设置一偏光片，让照射在屏幕的外界强光(例如太阳光)的反射强度降低，也让进入屏幕的光线被OLED内的金属线路(包含薄膜晶体管相关的金属线路及金属电极等等)反射的强度降低，以达到防眩光的功能，确保屏幕保持清晰的显示品质。但是偏光片会增加整个显示屏幕的厚度，特别是新一代的折叠式屏幕，偏光片的存在更会影响折叠的可靠度，同时也会影响能量使用效率。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种光学感测装置，针对无偏光式显示面板的发光单元上的滤光层予以图案化而形成对准配线区中的透光间隙的光孔，达成屏下式光学感测的功能。
为达上述目的，本发明提供一种光学感测装置，至少包含：一基板；至少一电路配线层，位于基板上；多个发光单元，设置于电路配线层上；一滤光层，具有多个第一阻光部，分别设置于所述多个发光单元之间的多个像素间隙的上方，并具有多个光孔，所述多个光孔对准电路配线层的多个透光间隙，且各光孔的尺寸小于或等于所述多个透光间隙的对应的其中一个的尺寸；以及一光学传感器，设置于基板的下方。
借由上述的实施例，可以利用黑色光阻所制作出的滤光层的图案化工艺，制作出滤光层的光孔，并使光孔对准配线区中的透光间隙，配合光学传感器的光路设计可以执行屏下式光学感测，且不需要使用偏光片而可解决眩光的问题，且不影响折叠的可靠度。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1显示依据本发明较佳实施例的光学感测装置的示意图。
图2显示图1的光学感测装置的局部示意图。
图3显示图2的光学感测装置的一变化例的局部示意图。
图4显示图2的光学感测装置的另一变化例的局部示意图。
附图说明：
F:物体
L1:光线
L2:待测光
L3:环境光
OC:光路
10:基板
20:电路配线层
20G:透光间隙
21:电路区
22:电极
23:配线区
30:发光单元
30G:像素间隙
40:滤光层
40B:第一阻光部
40C:第二阻光部
40G:光孔
45:滤光部
45R,45G,45B:滤光结构
50:透明电极层
60:像素定义部
61:第二光孔
100:显示面板
200:光学传感器
300:光学感测装置
具体实施方式
为解决上述偏光片的问题，一种解决方式是移除偏光片，以降低光线在光路的损耗，提供更节能的效果。当OLED上方的偏光片被拿掉时，防眩光功能会变成主要的问题，因此，可以增加一层滤光层(例如黑膜层)以覆盖住暴露的金属线路区域，大幅降低反射眩光的强度。然而此举也会让OLED屏幕在暴露金属线路区域的透光率大幅降低(譬如是小于1％或趋近于0％)，这将使得光学屏下感测受到限制，其中光学屏下感测包含设置于屏下的光学生物识别(脸型、指纹、指静脉、血氧、心跳心率、虹膜等等)传感器及其他光学传感器，例如接近式传感器(Proximity Sensor)、环境光传感器(Ambient Light Sensor)、甚至是照相机(Camera)等等。因此，必须要对增设的滤光层及其下方的电路配线层的配线区中的金属线路作进一步设计规划，除了维持防眩光的功能外，还可以增加屏幕(或称显示面板)的透光率(较佳是大于1％，大于0.5％或大于0.3％)以符合光学屏下指纹感测的需求。
本发明的实施例主要是提供一种无偏光片式显示面板结构，不但能防眩光影响显示的信息，也适用于局部或全局屏下式光学感测，依据显示面板的电路配线层的配线区中的透光间隙(或称感兴趣的电路空白区)，将发光单元上方的滤光层予以图案化而形成对应(譬如是对准)这些透光间隙的光孔，提供屏下式光学感测用的透光通道，加上图案化滤光层仍可以遮住大部分金属线路(避免反射眩光)，可以实现适用于屏下式光学感测的无偏光片式显示面板。
图1显示依据本发明较佳实施例的光学感测装置的示意图。图2显示图1的光学感测装置的局部示意图。如图1与图2所示，本实施例提供一种光学感测装置300，其至少包含一个无偏光片式显示面板100以及一光学传感器200。光学传感器200设置于显示面板100的下方，用于感测来自显示面板100上方的一物体F的待测光L2。于一使用例中，显示面板100在一感测模式下发出光线L1照射物体F，物体F反射光线L1而产生待测光L2。于另一例中，照射物体F的光线可以是来自设置在显示面板100的下方或侧边的额外光源(未显示)，或者是环境光(例如太阳光或室内照明等等)。因此，照射物体F的光线可以是可见光或例如红外光的不可见光。
于本例中，显示面板100的面积大于光学传感器200的面积，也就是光学感测装置300提供局部的光学感测功能。于另一例中，显示面板100的面积可以等于光学传感器200的面积，以提供全局的光学感测功能。于本实施例中，光学感测装置300是以指纹传感器作为例子来说明，但是并未将本发明限制于此，光学感测装置300也可以感测指静脉、手指的血管图像、血氧浓度、心率等生物特征，也可以感测与物体是否接近(例如接近距离传感器)，也可以当作照相机使用来感测脸型、虹膜等等特征。
如图2所示，显示面板100至少包含一基板10、至少一电路配线层20、多个发光单元30以及至少一滤光层40(吸收入射的外界强光)。电路配线层20位于基板10上，并包含达成预定电连接的多个电路区21、多个电极22及多个配线区23。电路区21中可设置有多个薄膜晶体管(Thin-Film Transistor,TFT)当作开关用，当然也可以设置有其他主动或被动元件，达成预定的电路功能。整个电路配线层20的电路区21与电极22由于功能上的需求，无法被设置成具有透光间隙，而配线区23可以被设计成具有透光间隙，借由上下不同层配线的走线方式，可以达成电路区21与电极22的预定电连接方式，同时利用这些走线方式，设计出多个透光间隙20G来达成感测光路的需求。
多个发光单元30设置于电路配线层20上，并电连接至电路配线层20的所述多个电极22，用于发出光线L1朝上传输。设置于发光单元30上方的滤光层40具有多个光孔40G。于本例中，滤光层40具有多个第一阻光部40B，分别设置于所述多个发光单元30之间的多个像素间隙30G的上方，并且提供部分阻光的功能。所述多个第一阻光部40B被图案化成具有所述多个光孔40G，所述多个光孔40G的排列方式可以是有规则的，也可以是随机的，只要能对应或对准所述多个透光间隙20G即可，以提供通过所述多个光孔40G及所述多个透光间隙20G且可以到达光学传感器200的多条光路OC，使得来自外界的待测光L2朝下传输通过所述多个光孔40G及所述多个透光间隙20G，让光学传感器200可以通过所述多个透光间隙20G、所述多个像素间隙30G及所述多个光孔40G执行光学感测。为了达成较佳的防眩光的功能，各光孔40G的尺寸小于或等于与各光孔40G对应的透光间隙20G的尺寸。于一例子中，在感测的一光路所通过的光孔40G及透光间隙20G中，光孔40G的尺寸小于或等于透光间隙20G的尺寸，以符合感测光路的需求，同时配合配线区23的设计，所述多个光孔40G可以具有不同的形状(包括但不限定为正方形、长方形、圆形、椭圆形以及不规则形状)。于本实施例中，滤光层40还包含至少一第二阻光部40C，第二阻光部40C不具有光孔，且设置于光学传感器200的涵盖范围以外，譬如是设置于光学传感器200或者所述多个第一阻光部40B的至少一侧(包含周缘)。可以理解的，电路配线层20除了具有透光间隙20G以外，亦可具有不会被生物感测利用到的其他透光间隙(图未示)，当待测光L2或环境光L3经过所述多个其他透光间隙时，仍然受到滤光层40遮挡。另一方面，若要从现有产品的配置来改良时，也可以根据所欲执行光学感测的感兴趣区域的配线区的走线图案进行修改成最佳化配置，让透光间隙20G的尺寸分布范围较为优化设计以提高透光率，而不执行光学感测的区域的配线区的走线图案可以不作更动，使得感兴趣区域(执行光学感测的区域的配线区)的修改的走线图案，为了要提供优化的透光率而不同于其他区域(不执行光学感测的区域的配线区)的走线图案。亦即，第二阻光部40C正下方的电路配线层20的走线图案，因为不需对应至透光间隙而不同于需要对应至透光间隙20G的第一阻光部40B正下方的电路配线层20的走线图案。可以理解的，当进行全新产品的重新设计时，也可以依据上述不同的走线图案的特征进行配置。
于一非限制例中，显示面板100为OLED显示面板，基板10为玻璃或高分子基板，发光单元30为OLED，可以是红色、绿色及蓝色OLED，滤光层40可以是黑色光阻所制造出的黑色矩阵(Black Matrix，BM)层，提供部分透光的功能。于一例中，超高画质(Ultra-High-Definition，UHD)显示面板的透光间隙可以制作到1至3微米，而超高画质(Full-High-Definition，FHD)显示面板的透光间隙可以制作到3至5微米，因此本发明的BM层的光刻解析度制作出的光孔40G的尺寸大约是1至5微米(根据显示面板100的规格设计)。
于一例中，所述多个光孔40G具有单一尺寸，以配合所述多个透光间隙20G的不同尺寸。于另一例中，所述多个光孔40G具有多种不同的尺寸，以配合所述多个透光间隙20G的不同尺寸。于又另一例中，所述多个光孔40G的数量对应所述多个透光间隙20G的数量，譬如一对一的对应方式。
上述显示面板100可以还包含一透明电极层50，设置于滤光层40与所述多个发光单元30之间，并且电连接至所述多个发光单元30。透明电极层50的材料例如是氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)，为OLED的共通阳极，配合上述作为阴极的电极22，可以让OLED在通电状态下发光。
在图2所示的例子中，提供的是局部屏下式光学感测，所以第一阻光部40B具有所述多个光孔40G，以让待测光L2通过，而第二阻光部40C不具有光孔，以阻挡待测光L2及环境光L3。
图3显示图2的光学感测装置300的一变化例的局部示意图。与图2具有相同元件符号之元件具有相同功能，在此不再赘述。如图3所示，滤光层40可以还包含一滤光部45，设置于透明电极层50及所述多个发光单元30的上方，用于过滤光线L1，其中所述多个滤光部45与所述多个第一阻光部40B交错设置，于本例中是设置在同一平面上。于另一例子中，滤光部45与滤光层40设置在不同平面上。滤光部45的上方可以设置有保护层或其他功能层，譬如触控层等。滤光部45具有多个间隔设置的滤光结构45R，45G，45B，用于滤除不同波长的光线L1。于一例中，滤光部45具有红色滤光结构45R、绿色滤光结构45G及蓝色滤光结构45B，分别对应下方的红色、绿色及蓝色发光单元30，以避免邻近发光单元30发出不同颜色的光线的相互干扰。
图4显示图2的光学感测装置300的另一变化例的局部示意图。与图2具有相同元件符号之元件具有相同功能，在此不再赘述。如图4所示，显示面板100还包含多个像素定义部60，分别设置于所述多个像素间隙30G中，用于分隔所述多个发光单元30，各像素定义部60具有至少一个第二光孔61让待测光L2通过。亦即，所述多个光路OC通过所述多个第二光孔61。于一例中，像素定义部60为黑色材料所形成，避免相邻发光单元30所发出的不同波长的光的干扰。于另一例子中，第二光孔61的尺寸小于或等于对应的光孔40G的尺寸及透光间隙20G的尺寸。可以理解的，于另一例子中，亦可整合图4与图3的部分特征，而让显示面板100包含像素定义部60及滤光部45。
借由上述实施例的光学感测装置，可以利用滤光层的图案化工艺，制作出不同配置的滤光层的光孔，并使光孔对应或对准配线区中的透光间隙，配合光学传感器可以执行屏下式光学感测，且不需要使用偏光片而可解决眩光的问题，并提高能量使用效率。
值得注意的是，上述所有实施例都可以适当的交互组合、替换或修改，以提供多样化的效果。譬如，可以将OLED显示面板替换为微型发光二极管显示面板。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求保护范围的情况下，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。
Claims (13)
1.一种光学感测装置，其特征在于，至少包含：
一基板；
至少一电路配线层，位于所述基板上；
多个发光单元，设置于所述电路配线层上；
一滤光层，具有多个第一阻光部，分别设置于所述多个发光单元之间的多个像素间隙的上方，其中所述多个第一阻光部具有多个光孔，所述多个光孔对准所述电路配线层的多个透光间隙，且各所述光孔的尺寸小于或等于所述多个透光间隙的对应的其中一个的尺寸；以及
一光学传感器，设置于所述基板的下方。
2.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述多个光孔具有多种不同尺寸，以配合所述多个透光间隙的不同尺寸。
3.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述多个光孔的数量对应所述多个透光间隙的数量。
4.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，还包含一透明电极层，设置于所述滤光层与所述多个发光单元之间，并且电连接至所述多个发光单元。
5.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述滤光层还包含至少一第二阻光部，设置于所述多个第一阻光部的至少一侧，且所述第二阻光部不具有光孔。
6.根据权利要求5所述的光学感测装置，其特征在于，所述第二阻光部正下方的所述电路配线层的走线图案不同于所述第一阻光部正下方的所述电路配线层的走线图案。
7.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述滤光层还包含多个滤光部，设置于所述多个发光单元的上方，且所述多个滤光部与所述多个第一阻光部交错设置。
8.根据权利要求7所述的光学感测装置，其特征在于，各所述滤光部具有多个间隔设置的滤光结构，用于滤除不同波长的光线。
9.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，还包含：
多个像素定义部，分别设置于所述多个像素间隙中，用于分隔所述多个发光单元，其中各所述像素定义部具有至少一个第二光孔。
10.根据权利要求9所述的光学感测装置，其特征在于，所述第二光孔的尺寸小于或等于对应的所述光孔的尺寸及所述透光间隙的尺寸。
11.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述基板、所述至少一电路配线层、所述多个发光单元及所述滤光层属于一无偏光片式显示面板，所述无偏光片式显示面板具有大于0.3％的透光率。
12.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述多个光孔具有不同形状。
13.根据权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，所述基板、所述至少一电路配线层、所述多个发光单元及所述滤光层属于一无偏光片式显示面板，且所述无偏光片式显示面板的面积大于所述光学传感器的面积。
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