CN207851842U - 屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，用以侦测指纹的光感测元件整合在薄膜晶体管面板内，且通过指向性光线在导光基板内的全反射，以感应按压在指纹接收区域的指纹，并通过光感测元件将光学信号转换为电气信号，以辨别指纹的特征。本实用新型尤其是可利用薄膜晶体管所构成的光感测元件以整合于薄膜晶体管基板上，因此可简化制程，缩小模块体积，但可提供相当大的指纹触碰面积。另外，因为指向性光线在进入至光感测元件之前可通过特定的光学结构以调整光路径，因此在一般使用的情形下，环境的直射光或强光的影响可降到最低，以确保指纹辨识的准确度。

Description

屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板

技术领域

本实用新型涉及一种薄膜晶体管面板，其特别关于一种具有光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，且光学指纹辨识更整合在薄膜晶体管面板内。

背景技术

生物辨识与所有身份认证机制一样，必须能够达到身份辨认与身份验证的能力，即是通过判别生物的独特特征，以精确无误地筛选并确认正确的身份，最常见的生物辨识特征包含指纹、脸像、虹膜、语音、气味、掌型、静脉等生物辨识特征，但其中许多的生物特征在进行辨识的时候，不同的生物辨识特征需要的生物特征点不相同，且判断的方法也不尽相同，举例来说，进行虹膜辨识时，必须至少辨识出240个特征点，指纹的辨识仅需要约50个特征点，理论上，虹膜辨识的准确度应高于指纹的准确度，不过因为需辨识的特征点较多，所需要的辨识模块成本高，且使用行为上也没有指纹辨识来的迅速、方便与直觉，因此，指纹技术的演进与改进仍然是目前相关生物辨识技术的重点，而指纹辨识的另一个优点，则是指纹模板是所有生物特征里面最小的，一般而言，一枚指纹需要的模板信息量约占120～180字节，这可让指纹信息易储存于有限容量的终端装置内，例如芯片信用卡、电子护照、芯片身份证等，这样的优势可让消费者将个人资料带着走。

目前发展中的指纹辨识技术主要包含半导体式、光学式及超声波式，但是，超声波指纹辨识技术尚在初期发展的阶段，技术成本无法下降；因此，目前以半导体式与光学式为主流的指纹辨识技术。其中，半导体式指纹传感器常见的应用原理有RF电容感测、压力感测、热感测等，其原理是将高密度的电容传感器或是压力传感器等微型化传感器整合于一芯片中，在指纹按压芯片表面时，内部微型电容传感器会根据指纹波峰与波谷聚集而产生的不同电荷量(或是温差)形成指纹影像。光学式指纹传感器为最早的指纹采集设备，利用光源、三菱镜、电荷耦合元件的照相机组成一套指纹采集设备，利用手指按压三菱镜后，指纹的波峰与波谷对于全反射的吸收与破坏，得到一枚指纹影像，再经由照像机模块将影像撷取与输出，这也是现今所有光学式指纹传感器所仿造的架构与原理。由于光学式的采集方式是非接触芯片本身，也就是指纹按压处是由压克力或是玻璃等光学元件所构成，故光学式最大的优势就是价格低廉且耐用，不过它的缺点是体积较大，难以运用于手持装置内。

基于现有技术所遭遇的瓶颈，本实用新型提供一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其可内嵌在薄膜晶体管面板，且通过独特的光路径设计以大幅降低环境光源与强光源在指纹辨识时的干扰。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于将指向性光线的全反射光路径设计于面板内，以提供指纹辨识时所需要的光信号，以在任何光线干扰的环境下，均可有效地进行指纹的辨识。

本实用新型的次要目的在于将光感测元件整合于薄膜晶体管基板上，以有效缩小、薄化指纹辨识的感测面积与厚度，以应用在各种可携式的电子产品或各种薄化设计的显示器上。

本实用新型的另一目的在于提供一种光学指纹辨识薄膜晶体管面板，大部分的面板面积用以做为指纹的指纹接收区域，并将外挂的元件设置在次显示区域内，以实现全屏显示的指纹辨识面板。

为达成上述目的及功效，本实用新型提供一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其组装于一背光模块并具有主显示区域与次显示区域，本实用新型的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板包含一光源、一导光基板、一彩色滤光基板、一薄膜晶体管基板及一光感测元件，光源用以提供一指向性光线，导光基板的指纹接收区域用以供手指进行有效的按压，来自光源的指向性光线自信号导入区域进入至导光基板并进行全反射并产生光学信号，终自信号导出区域离开导光基板，并进入至光感测元件内以将光学信号转换为电气信号以完成手指的指纹特征辨识。由于本实用新型将具有特定指向性的光线做为指纹辨识的光学信号光源，并通过全反射的方式以确保光学信号的传递有效性，故可达到全屏显示的屏内指纹辨识功效，同时通过将光感测元件整合于薄膜晶体管基板，更可达到将面板薄化、缩小化的目的。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。

图2为本实用新型提供的另一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。

图3a为本实用新型提供的再一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。

图3b为本实用新型提供的又一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。

图4a为本实用新型提供的又一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。

图4b为本实用新型提供的又一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。

图5为本实用新型提供的又一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。

附图标记说明：1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g-屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板；12-导光基板；122-指纹接收区域；124-信号导入区域；126-信号导出区域；14-彩色滤光基板；16-薄膜晶体管基板；18-光感测元件；22-斜面；24-第一光学结构；26-第二光学结构；28a、28b--反光面；32-主显示区域；34-次显示区域；FG-手指；LS-光源；BL、BL1、BL2-背光模块；PF1、PF2--偏光基板。

具体实施方式

本实用新型所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本实用新型的较佳实施例详加说明其特征与功能如下。

首先请参照图1，其为本实用新型提供的一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板1a具有主显示区域32与次显示区域34，并与一背光模块BL搭配组装，本实用新型的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板1a包含一光源LS、一导光基板12、一彩色滤光基板14、一薄膜晶体管基板16及一光感测元件18。

光源LS用以提供一指向性光线(虚线所示)，且在本实施态样中，光源LS为独立结构，其设置于导光基板12的下方，且至少局部的光源LS在正投影方向上不与彩色滤光基板14、或薄膜晶体管基板16、或两者彼此重迭，也就是说，在垂直方向上，至少有局部的光源LS完全外露于彩色滤光基板14、或薄膜晶体管基板16，其可确保光源LS所提供的指向性光线(虚线所示)不致被彩色滤光基板14或薄膜晶体管基板16遮蔽而导致光能量不足的情形；另外，在独立的光源LS态样中，光源LS尽可能对应设置在靠近于薄膜晶体管面板1a的次显示区域34，举例来说，光源可对应设置在主显示区域32中较靠近于次显示区域34的位置、或对应设置于次显示区域34的位置、或对应设置于次显示区域34以外的位置(例如可隐藏在画面外区域，如边框(dead band，图未显示)的位置上)，以降低对于显示效果的影响，本实施态样以对应设置于次显示区域34为例说明。同时，本实用新型为避免光学式判断的指纹辨识受到环境光线或强光线的影响，无论光源LS是否为准直性的光源，通过提供指向性光线(虚线所示)，使由光源产生的指向性光线(虚线所示)得以特定的角度进入至导光基板12，以与来自环境的光线或强光线有所区隔，提升了指纹辨识的准确度。所述的光源LS可为准直性的光源，例如但不限于激光、垂直共振腔面射激光等等，亦可为其他非准直性光源。

导光基板12则具有指纹接收区域122、信号导入区域124及信号导出区域126，其中的指纹接收区域122可包含了薄膜晶体管面板1a整个的显示区域或薄膜晶体管面板1a局部的显示区域，换言之，指纹接收区域122可对应至薄膜晶体管面板1a的主显示区域32及至少局部或全部的次显示区域34、或指纹接收区域122可对应至薄膜晶体管面板1a的主显示区域32、或指纹接收区域122仅对应至薄膜晶体管面板1a的局部的主显示区域32，其中，主显示区域32用以显示重要的信息，例如但不限于主功能选项、对话窗口、数字按键显示区域等等，而次显示区域34则是用以显示较为次要的信息，例如但不限于时间、日期、温度、或甚至为未显示出任何信息仅提供背景画面的区域，或隐藏在次显示区域34之外的区域(例如边框(dead band)的位置)，以本实施态样为例，指纹接收区域122包含了全部的主显示区域32及局部的次显示区域34。而导光基板12内的信号导入区域124及信号导出区域126可为镜面、棱镜薄膜、光栅或光纤的形式。

彩色滤光基板14及薄膜晶体管基16板则依序排列在导光基板12的下方；光感测元件18则实质地设置在指向性光线(虚线所示)离开导光基板12后的光路径上，光感测元件18至少耦接在彩色滤光基板14及薄膜晶体管基板16其中之一，以本实施态样为例，光感测元件18为一薄膜晶体管(TFT)并直接地耦接在薄膜晶体管基板16。

根据上述结构可知，光源LS提供的指向性光线(虚线所示)自信号导入区域124进入至导光基板12后，并在导光基板12内部进行全反射，当使用者的手指FG在指纹接收区域122的范围内进行按压时，改变了指向性光线(虚线所示)的路径并同时产生一光学信号，当指向性光线(虚线所示)自信号导出区域126离开导光基板12后，则穿透过彩色滤光基板14并进入至耦接在薄膜晶体管基板16的光感测元件18，光感测元件18因接受指向性光线(虚线所示)的能量进而产生电压的变化，因此将光学信号转换为电气信号，在经由光学处理器(图未显示)以判读出用户手指FG的指纹特征。而由于指纹特征的光学信号处理并不繁复，所需的驱动线路及运算字节都不复杂，因此可选择性地与薄膜晶体管基板16内的显示处理器(图未显示)、触控处理器(图未显示)整合为单一个驱动电路。而上述的光学信号的波长可介于380～1400纳米(nm)，其中包含了可见光段(380～780nm)与近红外段(780～1400nm)。

另外，当光源LS提供的指向性光线(虚线所示)以准直的方式进入至导光基板12时，如图1所示的态样，于导光基板12内可设计斜面22或沟槽等光学结构，以调整进入至导光基板12的指向性光线(虚线所示)的行进角度，而此斜面22也可位于导光基板12的外边缘；若光源LS本身并非准直光源，则可通过在光源LS与导光基板12之间设置一至少一第一光学结构24，如图2所示，本态样的薄膜晶体管面板1b包含了第一光学结构24，其主要用以将来自光源LS的指向性光线(虚线所示)在进入至导光基板12之前调整为准直性的光线，而第一光学结构24可为光学元件、二次元件、光学微结构及上述的组合，举例来说，第一光学结构24可例如为抛物面聚光镜、复合抛物面聚光镜、透镜、菲涅尔透镜、光栅、棱镜等等各种的组合。而第一光学结构24可为单独的结构、或整合在光源LS、或整合在导光基板12，于此态样以独立的第一光学结构结构24来显示。当然，如图2所示的指向性光线(虚线所示)在进入至导光基板12后，亦可通过斜面22的设计来调整在导光基板12中的行进角度。

请接续参照图3a，其为本实用新型提供的另一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的结构截面示意图。在本实施态样中，光源由薄膜晶体管面板1c中的背光模块BL取代，亦即利用背光模块BL较边缘的区域、或用以提供次显示或非显示的背光模块BL的区域，以提供指向性光线(虚线所示)，而中央区域的背光模块BL仍用以提供背光予薄膜晶体管面板1c以供显示；来自背光模块BL的光线(虚线所示)经过导光板、增亮膜等光学元件后，几乎垂直地进入至薄膜晶体管基板16，而经过可改变光路径的第二光学结构26后，以特定方向进入至导光基板12，上述的第二光学结构26可整合于彩色滤光基板14及导光基板12的其中之一，本实施态样则以整合在导光基板16的下方为例说明，而第二光学结构26的型态与种类则可为光学元件、二次元件、光学微结构及上述的组合。

而在图3b中则提供另一种光源以背光模块取代的实施态样，在本实施态样中的背光模块BL1、BL2分为两部分，其中一部分的背光模块BL1为提供光线予薄膜晶体管面板1d的背光，另一部分的背光模块BL2则为提供指向性光线(虚线所示)予导光基板12的光线，因此可将用以提供指向性光线(虚线所示)的背光模块BL2的发光角度调整为特定角度，如图中所示，可利用反射面28a、28b或导光设计控制BL2发光角度，而此特定的角度与用以提供光线予薄膜晶体管面板16的背光模块BL1的发光角度不一定相同。以上述态样类似的是，来自背光模块BL2的指向性光线(虚线所示)若无法完全达到在入射至导光基板后进行全反射的光传递，则可选择性地通过玻璃上的结构(如图)或第二光学结构(图未显示)的设置，以有效地调整指向性光线(虚线所示)最终可入射至导光基板12，以实现在导光基板12内进行全反射的传递。于此所述的第二光学结构可为独立的结构，或整合于彩色滤光基板14、导光基板12中的至少其中之一。为了避免影响薄膜晶体管面板16的显示效果，用以提供指向性光线(虚线所示)的背光模块BL2可对应设置在主显示区域32但接近于次显示区域34、或对应设置在次显示区域34、或对应设置在次显示区域34之外的区域，例如可将局部或全部的背光模块BL2隐藏在边框(dead band)的位置，使用以提供背光予薄膜晶体管面板1d的背光模块BL1仍旧可有效地提供显示用的光线，尤其是在主显示区域32上的背光光线的提供。

在图3a与图3b中揭露的态样，均为以背光模块BL、BL2取代独立的光源，因此在减少元件的使用的前提下，薄化的薄膜晶体管面板1c、1d更可提升内部空间的利用率，以将元件的配置做更有效的组合。

请接续再参考图4a及图4b，其分别提供两种不同的光感测元件的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的态样。首先，在图4a中提供的薄膜晶体管面板1e中的光感测元件18为独立设置的，并位于彩色滤光基板14的上方，且光感测元件18耦接于彩色滤光基板14或薄膜晶体管基板16；在图4b中提供的薄膜晶体管面板1f中，光感测元件18亦为独立设置的，并位于彩色滤光基板14与薄膜晶体管基板16之间，且光感测元件18耦接于彩色滤光基板14或薄膜晶体管基板16。

请参照图5，其提供本实用新型的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的另一种实施态样。在本实施态样中的薄膜晶体管面板1g，其中的彩色滤光基板14与薄膜晶体管基板16的外侧系设置两片偏光基板PF1、PF2，其中夹设在导光基板12与彩色滤光基板14之间的偏光基板PF1更可与导光基板12整合为单一结构，亦即，导光基板12本身即可具有偏光的效果。

综上所述，根据本实用新型所提供的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板将侦测指纹的光感测元件整合在薄膜晶体管面板内，且通过指向性光线在导光基板内的全反射，以感应按压在指纹接收区域的指纹，并通过光感测元件将光学信号转换为电气信号，以辨别指纹的特征，尤其是可利用薄膜晶体管所构成的光感测元件以整合于薄膜晶体管基板上，因此可简化制程，缩小模块体积，但可提供相当大的指纹触碰面积。另外，因为指向性光线在进入至光感测元件之前可通过特定的光学结构以调整光路径，因此在一般使用的情形下，环境的直射光或强光的影响可降到最低，以确保指纹辨识的准确度。而在实际的使用上，本实用新型提供的屏内光学指纹辨识的发光二极管面板可应用在行动装置、屏幕、电视等各种具有屏幕的装置，由于本实用新型的发光二极管面板具有相当大的指纹接收区域，对于用户而言，无须太过刻意即可轻易地进行指纹的辨识，无论是唤醒装置或进行身份辨识，均会因为使用的便利性提升而更增进用户使用指纹保护的功能，与现有的将指纹辨识设置在装置的侧表面或后表面的情况，本实用新型提供的屏内光学指纹辨识的发光二极管面板能够让指纹保护的机制更发挥其功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围。故即凡依本实用新型权利要求所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本实用新型的保护范围内。

Claims (32)

1.一种屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，组装于一背光模块并具有一主显示区域与一次显示区域，该屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板供一手指进行指纹辨识，其特征在于，包含：

一光源，提供一指向性光线；

一导光基板，具有至少一指纹接收区域、一信号导入区域与一信号导出区域，该指纹接收区域供该手指进行有效的按压，来自该光源的该指向性光线自该信号导入区域进入至该导光基板并于其中进行全反射，且在该手指按压于该指纹接收区域时产生一光学信号，并自该信号导出区域离开该导光基板；

一彩色滤光基板，设置于该导光基板下方；

一薄膜晶体管基板，设置于该彩色滤光基板下方；以及

一光感测元件，设置于离开该导光基板的该指向性光线的光路径上，该光感测元件至少耦接于该彩色滤光基板及该薄膜晶体管基板之一，该光感测元件接收离开该导光基板的该光学信号后，将该光学信号转换为一电气信号以辨识该手指的一指纹特征。

2.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光源与该背光模块为各自独立的光源结构。

3.如权利要求2所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光源设置于该导光基板下方，且至少局部的该光源在正投影方向上不重迭于该彩色滤光基板及该薄膜晶体管基板至少其一。

4.如权利要求2所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光源为准直性光源。

5.如权利要求2所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光源为非准直性光源。

6.如权利要求2所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光源对应地设置于该主显示区域但较接近该次显示区域、或对应地位于该次显示区域内、或对应地位于该次显示区域之外。

7.如权利要求2所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光源与该导光基板之间设置有至少一第一光学结构，该光源提供的该指向性光线经过该第一光学结构后准直地进入至该导光基板的该信号导入区域。

8.如权利要求7所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该第一光学结构为光学元件、二次元件、光学微结构及其组合。

9.如权利要求7所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该第一光学结构为独立结构体。

10.如权利要求7所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该第一光学结构整合于该光源或该导光基板。

11.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，至少局部的该背光模块用以提供该指向性光线，其余的该背光模块用以提供显示背光。

12.如权利要求11所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，提供该指向性光线的该背光模块为准直性光源。

13.如权利要求11所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，提供该指向性光线的该背光模块为非准直性光源。

14.如权利要求11所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，用以提供该指向性光线的局部的该背光模块与提供显示背光的其余的该背光模块具有相同的发光角度。

15.如权利要求11所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，用以提供该指向性光线的局部的该背光模块与提供显示背光的其余的该背光模块具有不同的发光角度。

16.如权利要求11所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，用以提供该指向性光线的局部的该背光模块与该导光基板之间设置有至少一第二光学结构，局部的该背光模块提供的该指向性光线经过该第二光学结构后准直地进入至该导光基板的该信号导入区域。

17.如权利要求11所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，用以提供该指向性光线的局部的该背光模块对应地设置于该主显示区域但较接近于该次显示区域、或对应地位于该次显示区域内、或对应地位于该次显示区域之外。

18.如权利要求17所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该第二光学结构为光学元件、二次元件、光学微结构及其组合。

19.如权利要求17所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该第二光学结构为独立结构。

20.如权利要求17所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该第二光学结构整合于该彩色滤光基板、该导光基板的至少其一。

21.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该指纹接收区域为该导光基板的全部或局部区域。

22.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该信号导入区域及该信号导出区域为镜面、棱镜薄膜、光栅或光纤的形式。

23.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该导光基板与该彩色滤光基板之间夹设一偏光基板，或该导光基板更整合于该偏光基板。

24.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光感测元件独立设置并位于该彩色滤光基板的上方，且该光感测元件耦接于该彩色滤光基板或该薄膜晶体管基板。

25.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光感测元件独立设置并位于该彩色滤光基板与该薄膜晶体管基板之间，且该光感测元件耦接于该彩色滤光基板或该薄膜晶体管基板。

26.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光感测元件整合于该薄膜晶体管基板。

27.如权利要求26所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光感测元件为一薄膜晶体管。

28.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该导光基板及该光感测元件之间更设置一信号放大元件。

29.如权利要求28所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该信号放大元件为光学元件、光学微结构及其组合。

30.如权利要求28所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该信号放大元件更整合于该导光基板及该彩色滤光基板至少其一。

31.如权利要求1所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光学信号及该电气信号更通过一光学处理器以进行运算并辨识该手指的该指纹特征。

32.如权利要求31所述的屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板，其特征在于，该光学处理器更整合于该屏内光学指纹辨识的薄膜晶体管面板的一显示处理器或该光学处理器更整合于一触控处理器。