CN210489619U

CN210489619U - 距离感应装置

Info

Publication number: CN210489619U
Application number: CN201921861485.8U
Authority: CN
Inventors: 赖士文; 黄义廷; 赖建宏; 张兆宏; 徐志豪
Original assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Current assignee: Everlight Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2029-10-31

Abstract

本实用新型关于一种距离感应装置，设置于有机发光二极管面板下，且包括一发光模块及一接收模块。发光模块用以发射一不可见光，不可见光的峰值波长不小于1000纳米。接收模块则邻设于发光模块，用以接收不可见光经反射的一反射光线。借此，不可见光通过有机发光二极管面板时，不会使该面板上产生亮点。

Description

距离感应装置

技术领域

本实用新型涉及一种感应装置，特别涉及一种距离感应装置。

背景技术

有机发光二极管(OLED)面板因拥有轻薄、抗震、画面清晰、耗能低、发光效率高、能弯曲等优点，逐渐成为电子产品的显示装置的主流，更大量使用于移动装置中(例如：手机、平板)。

以移动装置而言，近来各家厂商为追求产品屏幕最大化，试图将原设置于屏幕四周的边框(bezel)的感应器移置于屏幕的下侧(即内侧，相对于使用者可见的上侧或外侧而言)，用以缩小边框的尺寸；如此，于固定的外型尺寸下，移动装置可拥有更大的屏幕比例。目前，已移置于屏幕下侧的感应器有指纹感测器、距离感测器等。

距离感测器乃通过红外光线的发射与接收来测知人体或物件接近手机的程度，以关闭手机屏幕的背光与触控功能，从而节省电力且避免使用者通话时误触屏幕。然而，现有的距离感测器设置在OLED面板下时，其所发射的红外光线会使OLED面板的半导体层产生一可见光线(光致发光)；因此，使用者可能会于OLED面板上观察到一亮点，而认为此面板有瑕疵。

有鉴于此，如何提供一种距离感应装置，避免上述的可能缺失，乃为业界待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的一目的在于提供一种距离感应装置，其可设置于有机发光二极管面板下，且能避免该面板产生非预期的亮点。

为达上述目的，本实用新型的距离感应装置包括一发光模块及一接收模块。发光模块用以发射一不可见光，而该不可见光的峰值波长不小于1000纳米。接收模块邻设于发光模块，用以接收不可见光经反射的一反射光线，其中，该接收模块包括一个或多个感测元件、一信号处理元件及一封装结构，所述多个感测元件及该信号处理元件设置于该封装结构中、并互相电性连接。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的发光模块所发射的该不可见光的峰值波长不大于1580纳米。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的发光模块包括一或多个发光元件，而接收模块包括一或多个感测元件。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的发光元件包括一半导体芯片，用以发射出不可见光。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的发光元件包括一半导体芯片及光转换结构。半导体芯片用以发出一可见光。光转换结构设置于半导体芯片上，且包括一胶体及一荧光材料，荧光材料设置于胶体中，用以将可见光转换成不可见光。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的发光元件包括一吸光层，吸光层设置于光转换结构上，用以吸收可见光。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的光转换结构还包括一吸光材料，吸光材料设置于胶体中，用以吸收可见光。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的光转换结构还包括一滤光层，滤光层设置于光转换结构上，用以阻挡可见光。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的半导体芯片为一蓝光芯片。

于一实施例中，本实用新型的距离感应装置所具有的荧光材料用以将可见光部分地转换成另一可见光。

本实用新型的另一目的在于提供一种显示装置，包括一有机发光二极管面板以及如任一上述实施例所示的距离感应装置，距离感应装置设置于有机发光二极管面板的下侧，以被有机发光二极管面板遮蔽。

借此，本实用新型可提供的有益技术效果至少为：发光模块所发射的不可见光具有不小于1000纳米的峰值波长，使得不可见光在穿透OLED面板时，不会使OLED面板产生一可见光线；因此，使用者不会观察到OLED面板上有非预期显示的亮点。另，不可见光的峰值波长优选地不大于1580纳米，从而以不可见光能有效地穿过OLED面板而达感应物体距离的目的。

为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文以优选的实施例配合说明书附图进行详细说明。

附图说明

图1A及图1B为依据本实用新型优选实施例的距离感应装置的侧视图及上视图；

图2A为依据本实用新型优选实施例的距离感应装置运行时的示意图；

图2B至图2D分别为依据本实用新型优选实施例的接收模块的俯视图、侧视图及仰视图；

图3A为依据本实用新型优选实施例的不可见光的波长与面板显示画面之间的示意图；

图3B为依据本实用新型优选实施例的不可见光的波长与面板穿透率之间的变化示意图；

图4A为依据本实用新型优选实施例的距离感应装置的测试系统的示意图；

图4B为依据本实用新型优选实施例的距离感应装置的测试距离与反应之间的变化示意图；

图5为依据本实用新型优选实施例的距离感应装置的结构示意图(剖视图)；

图6为图5的距离感应装置的部分放大图；

图7为依据本实用新型优选实施例的距离感应装置的结构示意图；以及

图8为依据本实用新型优选实施例的距离感应装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将具体地描述根据本实用新型的具体实施例；而，在不背离本实用新型的精神下，本实用新型尚可以多种不同形式的实施例来实践，不应将本实用新型保护范围解释为限于说明书所陈述者。另，上述实用新型内容中的各实施方式的技术内容亦可作为实施例的技术内容，或是作为实施例的可能变化实施方式。此外，以下所述的方位(如前、后、上、下、两侧、内、外等)为相对方位，可依据距离感应装置及其应用的显示装置的使用状态而定义。

图1A及图1B为依据本实用新型第一优选实施例的距离感应装置10的侧视图及上视图。该距离感应装置10设置于一显示装置1的一有机发光二极管面板20(下简称为面板20)下，换言之，显示装置1至少包括该面板20及该距离感应装置10。显示装置1可为手机、数码相机、电脑、电视、穿载装置等电子产品的显示装置，而本实施例以手机为例。显示装置1尚有其他元件，如驱动芯片等，因非本实施例的重点、且不影响本实施例的尔后技术内容的描述，故将省略描述及绘制。

更具体而言，距离感应装置10设置于面板20的一下侧21，或称内侧，即面板20的基板所在侧，为使用者一般不会观察到者；因此，距离感应装置10被面板20遮蔽，不被使用者观察到。相对于下侧21而言，面板20另包括一上侧22，或称外侧，即面板的玻璃所在侧。优选地，距离感应装置10可与下侧21相接触而无间距，以增加感应准确性；或者，基于组装的公差等因素，距离感应装置10与下侧21之间亦可以保持微小的间距，例如0.3～0.7毫米(mm)。此外，面板20并不需因应距离感应装置10的设置而有供光线穿过的通孔，面板20可为一般市面上可购得的面板，例如三星所贩售的AMOLED。换言之，距离感应装置10所配合应用的面板20可为一般规格或结构者，因此面板20的技术内容应为通常知识者所能知悉者而能省略描述。

请配合参阅图2A，构造上，距离感应装置10包括至少一发光模块100及一接收模块200，两者相光耦合，也就是，发光模块100可发射一不可见光IL，而光耦合的接收模块200能接受该不可见光IL经反射的一反射光线RIL。为此，接收模块200邻设于发光模块100，位于发光模块100的一侧，两者之间的距离足以让两者实现上述的光耦合。所以，只要接收模块200能接受发光模块100所产生的反射光线RIL，即属于邻设或光耦合的关系。另，两者不限定需位于相同水平面上，两者之间的高低差仍能实现光耦合。

发光模块100所发射的不可见光IL具有一峰值波长，其不小于1000纳米(nm)，因此不可见光IL可视为红外光线。不可见光IL穿透面板20后，若有物件30(例如为使用者的脸颊)于面板20的上侧22，不可见光IL会被物件30反射而定义为反射光线RIL，反测光线RIL穿透面板20而被接收模块200所接受。接收模块200尔后可产生对应的信号，并传输至其他元件中处理或应用。不可见光IL的峰值波长设定为不小于1000纳米，而非一般距离感应器所用的940纳米，故不可见光IL不会使面板20的半导体层发光。

请参阅图3A所示，已测试波长介于1000～1580纳米之间的不可见光IL对于面板20的影响，而由测试结果可知，面板20显示红色、绿色、蓝色及白色的画面时，不可见光IL皆不会使面板20上产生亮点。图3A仅显示出1275纳米、1375纳米及1475纳米的测试结果(未有亮点)，而从940纳米的测试结果可知，面板20会产生明显的亮点。

请参阅图3B所示，另说明的是，虽然不可见光IL的波长大于1580纳米时面板20亦不会有亮点，但这种不可见光IL对面板20的穿透率将小于1％，使得接收模块200难以接收到其反射光线RIL(即不可见光IL无法有效地穿过面板20)。因此，作为手机的距离感应器10时，发光模块100所产生的不可见光IL的峰值波长优选地不会大于1580纳米。然而，若面板20的穿透率能有所改善，则不可见光IL的波长应可大于1580纳米。

请再参阅图2A，发光模块100可包括一或多个发光元件110(位于同一个封装结构内)，每一个发光元件110皆可发射出不可见光IL；而相对地，接收模块200可包括一个或多个感测元件210，每一个感测元件210皆可接受反射光线RIL。

请一并参阅图2B至图2D，更具体而言，接收模块200包括一个或多个感测元件210(例如为两个)、一信号处理元件220及一封装结构230，所述多个感测元件210及信号处理元件220都设置于封装结构230内，且彼此电性连接。封装结构230包括多个导电支架231(或一电路基板)及一密封体(encapsulation body)232，导电支架231被密封体232部分地包覆，而所述多个感测元件210设置于其中一个导电支架231上，信号处理元件220设置于其中另一个导电支架231上。密封体232可为模造(molding)而成，其材料本身为不透光，但密封体232具有开口，位于感测元件210上，使得反射光线RIL得以抵达密封体232中的感测元件210。该密封体232亦可减少杂光干扰感测元件210。

感测元件210的接点及信号处理元件220的接点可通过导线233或电路图案设计连接至导电支架231而实现电性连接；感测元件210的接点及信号处理元件220的接点也能以导线233来直接或间接连接(图未示)。信号处理元件220用以将感测元件210接受到反射光线RIL所产生的信号进行处理(例如信号的模拟数字转换、信号放大等)，然后将处理过的信号输出至封装结构230外。若导电支架231以电路基板(图未示)取代时，感测元件210的接点及信号处理元件220的接点可通过电路基板的电路层来相电性连接。

当发光元件110数量越多时，发光模块100整体上所产生的不可见光IL有越大的强度；当感测元件210越多，接收模块200整体上能接收更多的反射光线RIL(或更易接收到反射光线RIL)。如此，距离感测装置10的感测能力(距离或范围)将可提升。上述发光模块100及接收模块200亦可设置于同一个电路基板(印刷电路板)上、或组装为一体等(图未示)。

于本实施例中，该发光元件110包括一半导体芯片120，其可以直接发出波长不小于1000纳米的不可见光IL，换言之，发光元件120为一红外光LED芯片，该LED芯片不需再搭配荧光材料等来激发出红外光线。感测元件210则可包括一光晶体管、光电二极管(photodiode)或感测IC，信号处理元件220则可为一芯片。

请参阅图4A所示，于本实施例中，一测试系统被提出，以测试距离感应装置10与面板20之间的关系。该测试系统例如可包括环境光感测器(Ambient Light Sensor)ALS、通用型微控制器(General-Purpose Input/Output)GPIO、模拟数字转换器(Analog-to-DigitalConverter)ADC、模拟前端电路(Analog Front End)AFE、运算器(Algorithm)ALG、低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)收发器BLE、内部整合电路((Inter-Integrated Circuit)I2C。该测试系统还包括距离感应器10及/或现有的距离感应器(PIN Diode In GaAs)。借此，可测试不同工作波长的距离感应器会对面板的影响(亮点、穿透率等)。

请参阅图4B所示，上述测试系统可用以测试距离感应器10的感测能力。举例而言，当不可见光IL的波长为1375纳米时，物件30距离面板20越远时，接收模块200所接收到光线越少，所对应的算数(count)越低，即越接近基准值(950)。

上述实施例中的距离感应器10的发光元件110为红外光LED芯片，而于后述的实施例中，发光元件110为不同形态者，以降低其价格及/或其不可见光的半峰全宽(FWHM)。

请参阅图5及图6所示，于第二优选实施例中，与第一实施例不同的是，发光元件110可包括一半导体芯片130以及一光转换结构140，半导体芯片130用以发出可见光L，而光转换结构140设置于半导体芯片130上，用以将可见光L转换成波长不小于1000纳米的不可见光IL’。

更具体而言，半导体芯片130例如可为一蓝光LED芯片，故所发射出的可见光L为蓝光；而依据封装形态，半导体芯片130可设置于一支架146或基板(皆可视为发光元件110的组成元件)上。光转换结构140至少覆盖半导体芯片130的上方，从而以可见光L皆通过光换转结构140后，才射出发光元件110外；本实施例中，光转换结构140更覆盖及包覆半导体芯片130。另，光转换结构140包括一胶体142及一荧光材料144，该胶体142是为透光、且常用于LED芯片的封装胶材(如硅胶)，而荧光材料144设置于胶体142中，分布于胶体142中，可将可见光L转换成不可见光IL’。胶体142与荧光材料114的重量比(wt％)可为100：100至100：150，但不以此为限。

荧光材料144包括各种能激发出波长不小于1000纳米的光线的荧光粉，举例而言，荧光材料144为化学式La₃Si₆N₁₁:Cr,Ce的四面体结构的荧光粉，其平均粒径为15微米(μm)。当该种荧光材料144受到峰值波长460纳米的可见光L(蓝光)照射时，可激发出峰值波长550纳米的可见光L’及峰值波长为1550纳米的不可见光IL’。该不可见光IL’即可用来作为物体的距离感测用，且不会使面板20产生的亮点，如先前实施例所述。

由于荧光材料144亦会激发出可见光L’，且半导体芯片130所发出的可见光L应难以完全被荧光材料144转换成不可见光IL’，可见光L、L’若射出发光元件110外时，可能会使面板20产生色点(color spot)。因此，发光元件110还可包括一吸光层150，其设置于光转换结构140上，以吸收可见光L、L’，如此一来，仅有不可见光IL’可射出发光元件110外，而面板20上不会有亮点或色点产生。吸光层150具体而言可包括一透光的胶体及一染剂，该染剂与胶体相混合以形成一可吸收可见光的黑色胶体；胶体与染剂的重量比(wt％)可为100：30至100：60，但不此为限。吸光层150可吸收900纳米以下光线，因此可见光L、L’无法穿过吸光层150。

上述发光元件110的一种制程可为：将荧光材料144与胶体142以所需比例相混合成一混合胶145，然后施用至支架146上，以覆盖半导体芯片130；接着进行烘烤加热，以使混和胶145固化而形成光换转结构140；尔后，将染剂与另一胶体以所需比例相混合成一黑胶，然后施用至已固化的光转换结构140的顶面上；最后，再进行烘烤加热，以使黑胶固化而形成吸光层150。

另说明的是，荧光材料144亦可包括以下化学结构的荧光粉：La_3(1-x)Ga_1-yGe_5(1-z)O₁₆:3xA³⁺,yCr³⁺,5zB⁴⁺，其中：x、y和z不同时为0，A代表Gd和Yb中的至少一种，B代表Sn、Nb和Ta中的至少一种；La₃Ga_5(1-x)M1O₁₄:5xCr³⁺，其中0.01≤x≤0.1，M1为Si或Ge；La_3(1-x)Ga_5(1-y)GeO₁₄:3xSm³⁺,5yCr³⁺，其中0.01≤x≤0.5和0.01≤y≤0.1；Ca₃Ga_2-xGe₃O₁₂:xCr³⁺，其中0<x≤0.1；LaGa_1-xGe₂O₇:xCr³⁺，其中0<x≤0.2；BaZr_1-xSi₃O₉:xCr³⁺，其中0<x≤0.1；Zn₃Al_2-xGe₄O₁₄:2xCr³⁺，其中0<x≤0.2；Ca₂Ga_2(1-x)GeO₇:2xCr³⁺，其中0<x≤0.1；Zn₃Ga_2(1-x)Ge_yO_(6+2y):xCr³⁺，其中0<x≤0.5，y为1至5之间的整数；Zn₃Ga_2(1-x)Ge₄O₁₄:2xCr³⁺，其中0<x≤0.2。上述荧光材料皆可产生波长不小于1000纳米的不可见光，其具体技术内容及实现可参考申请人的第107143240及107130643申请号的台湾专利申请案，所述多个申请案全文并入本公开供参考。

与第一实施例相比，本实施例的发光元件110可有较低售价，因为半导体芯片130(蓝光LED芯片)的售价远比半导体芯片120(红外光LED芯片)低，纵使加上光换转结构140、吸光层150的生产成本。此外，本实施例的发光元件110所发射出的不可见光IL’的半峰全宽约为78纳米，比第一实施例的(约为110纳米)还要佳。

请参阅图7所示，于第三优选实施例中，与第二实施例不同的是，发光元件110包括一滤光层160，而不是吸光层150。具体而言，滤光层160可为一光学薄膜，设置于光转换结构140上，其可阻挡可见光通过其中，但不会阻挡不可见光。也就是，滤光层160(光学薄膜)能让特定波长(例如小于700或900纳米)的光线于其中被吸收、反射、散射或相位偏移等而无法通过。如此，可见光L’、L(如图6所示)无法射出发光元件110外，但不可见光IL’可以。

请参阅图8所示，于第四优选实施例中，与第二实施例不同的是，发光元件110可不包括吸光层150，而是光转换结构140还包括一吸光材料170，以吸收可见光，但不会吸收不可见光。具体而言，吸光材料170设置于胶体142中，其可为一黑色染剂，且可与荧光材料144一起混合于胶体142中而形成的一混和胶147。该混合胶147尔后可设置于支架146上、并覆盖半导体芯片130。如此，荧光材料144所激发出的可见光L’(如图6所示)会被吸光材料170吸收，从而无法穿过光转换结构140，但不可见光L’可以。

需说明的是，无论吸光层150、滤光层160或吸光材料170是否能完全地吸收、过滤或阻挡可见光，皆属本实用新型所欲保护的范围。换言之，纵使有部分的可见光从发光元件110中射出，其应不至使面板20上产生明显可见的色点。此外，若半导体芯片130的可见光仅有少部分没有被转换成不可见光，又或者，光转换结构140所激发出的可见光仅属少量(或无可见光)，则吸光层150、滤光层160或吸光材料170应可从发光元件110中省略。

综合上述，本实用新型的距离感应装置可设置于OLED面板下，以提升显示装置的屏占比，且用以感测距离的不可见光具有不小于1000纳米的峰值波长，可避免OLED面板上产生光致发光的亮点。另一方面，接收模块的感测元件及信号处理芯片是一起封装，能有效缩小接收模块的外观尺寸(例如，长宽高为：3.2mm乘1.6mm乘0.63mm)，还能减少杂光的干扰。

上述的实施例仅用来例举本实用新型的实施方式，以及阐释本实用新型的技术特征，并非用来限制本实用新型的保护范围。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本实用新型所主张的范围，本实用新型的权利保护范围应以权利要求书为准。

Claims

1.一种距离感应装置，其特征在于，所述距离感应装置设置于一有机发光二极管面板的一下侧，包括：

一发光模块，用以发射一不可见光，该不可见光的峰值波长不小于1000纳米；以及

一接收模块，邻设于该发光模块，用以接收该不可见光经反射的一反射光线，其中，该接收模块包括一个或多个感测元件、一信号处理元件及一封装结构，所述多个感测元件及该信号处理元件设置于该封装结构中、并互相电性连接。

2.如权利要求1所述的距离感应装置，其特征在于，该发光模块所发射的该不可见光的该峰值波长不大于1580纳米。

3.如权利要求1所述的距离感应装置，其特征在于，该发光模块包括一或多个发光元件。

4.如权利要求3所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件包括一半导体芯片，该半导体芯片用以发射出该不可见光。

5.如权利要求3所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件包括：

一半导体芯片，用以发出一可见光；以及

一光转换结构，设置于该半导体芯片上，且包括一胶体及一荧光材料，该荧光材料设置于该胶体中，用以将该可见光转换成该不可见光。

6.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件还包括一吸光层，该吸光层设置于该光转换结构上，用以吸收该可见光。

7.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该光转换结构还包括一吸光材料，该吸光材料设置于该胶体中，用以吸收该可见光。

8.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该发光元件还包括一滤光层，该滤光层设置于光转换结构上，用以阻挡该可见光。

9.如权利要求5所述的距离感应装置，其特征在于，该半导体芯片为一蓝光芯片。

10.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：

一有机发光二极管面板；以及

如权利要求1至9任一项所述的距离感应装置，设置于该有机发光二极管面板的该下侧，以被该有机发光二极管面板遮蔽。