CN212848409U - 光学感测系统和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉光学感测系统和电子设备。本文公开了用于透过显示器成像的系统和方法。光学成像传感器至少部分地定位在显示器后面，并且被配置为发射至少部分地穿过所述显示器的可见波长光以照亮与所述显示器的外表面接触或邻近的对象，诸如指纹或视网膜。来自所述对象的表面反射横穿所述显示叠层并被接收，并且所述对象的图像可被组合。

Description

光学感测系统和电子设备
相关申请的交叉引用
本专利申请是2019年9月23日提交的美国临时专利申请62/904,211 的非临时性申请，并且根据35U.S.C.119(e)要求该美国临时专利申请的权益，其内容如同在本文中完全公开一样以引用方式并入本文。
技术领域
本文所述的实施方案涉及透过电子设备显示器进行的光学生物特征成像，并且具体地涉及被配置为在电子设备的显示器后面使用的具有集成光学器件的光学指纹或视网膜成像系统。
背景技术
电子设备显示器(“显示器”)通常由附接到或以其他方式设置在保护性覆盖件下面的功能层和结构层(“显示叠层”)的叠层形成。在许多常规实施方式中，保护性覆盖件限定了结合显示器的电子设备外壳的外表面。为了增加对比度，有意将常规显示叠层设计为不透明的。
电子设备还可包括光学成像系统。某些光学成像系统，诸如前向相机或环境光传感器，通常被配置为附接到或以其他方式设置在外壳的与显示器相同的外表面下方。由于该设计约束(以及常规显示叠层的不透明度)，结合显示器和“前向”光学成像系统两者的电子设备通常被构造成具有保护性覆盖件，该保护性覆盖件延伸超过显示器的周边一定距离以保留空间来容纳前向光学成像系统。然而，该常规解决方案(1)不期望地增加了围绕显示器的边框区域的外观尺寸，并且(2)不期望地增加了电子设备外壳的尺寸和体积。
实用新型内容
根据本公开的一个方面，提供了一种光学感测系统，所述光学感测系统包括：第一衬底，所述第一衬底由透明材料形成；发光元件，所述发光元件形成在所述第一衬底上并且被配置为发射垂直于所述第一衬底的第一表面的光；以及第二衬底，所述第二衬底耦接到所述第一衬底的与所述第一表面相对的第二表面，所述第二衬底包括：光电二极管，所述光电二极管形成在所述第二衬底上并且被配置为收集垂直于所述第二表面的光；准直器，所述准直器形成在所述光电二极管上并与所述光电二极管对准，所述准直器定位在所述光电二极管和所述第二表面之间；和微透镜，所述微透镜形成在所述准直器上并与所述准直器对准并且被配置为将入射到所述微透镜的光聚焦到所述准直器中，所述微透镜定位在所述准直器和所述第二表面之间；其中：从所述发光元件发射的光的至少一部分从邻近所述第一衬底的对象的表面反射，从而变成反射光；以及所述光电二极管被配置为吸收穿过所述第一衬底、所述微透镜和所述准直器的所述反射光的至少一部分。
根据本公开的另一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备被配置为捕获对象触摸所述电子设备的表面的一部分的图像，所述电子设备包括：透明外覆盖件，所述透明外覆盖件限定能够操作以接收来自所述对象的触摸的界面表面；发光层，所述发光层定位在所述透明外覆盖件下方并且包括：第一薄膜晶体管层，所述第一薄膜晶体管层包括透明衬底；和像素阵列，所述像素阵列以图案形式设置在所述透明衬底上并且被配置为发射穿过所述透明外覆盖件的光以照亮由所述对象在所述触摸期间与所述界面表面接触的一部分限定的接触区域；以及光学成像传感器，所述光学成像传感器耦接到所述第一薄膜晶体管层的下表面并且包括：第二薄膜晶体管层，所述第二薄膜晶体管层包括导电迹线；光敏元件，所述光敏元件耦接到所述第二薄膜晶体管层并且电耦接到所述导电迹线；红外截止滤光器，所述红外截止滤光器耦接到所述光敏元件并且被配置为反射和/或吸收穿过位于所述像素阵列中的像素之间的所述透明衬底的红外光；准直器阵列，所述准直器阵列形成在所述红外截止滤光器上方并且被配置为缩小所述光敏元件的视场；以及微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述准直器阵列上方，所述微透镜阵列中的每个相应微透镜被配置为将入射到相应微透镜的光聚焦到所述准直器阵列中的相应准直器中，所述微透镜阵列通过粘合剂耦接到所述第一薄膜晶体管层的所述下表面；其中：从所述发光层发射的光的至少一部分从所述接触区域反射，穿过位于所述像素阵列中的像素之间的所述透明衬底，通过所述微透镜阵列中的相应一个微透镜聚焦到所述准直器阵列中的相应一个准直器中，并且被所述光敏元件吸收。
根据本公开的又一个方面，提供了一种光学感测系统，所述光学感测系统用于捕获入射到电子设备的显示器的光，所述光学成像系统包括：薄膜晶体管衬底，所述薄膜晶体管衬底耦接到所述显示器的与所述显示器的前表面相对的后表面，所述显示器从所述前表面发射光；光敏元件阵列，所述光敏元件各自耦接到所述薄膜晶体管衬底，所述光敏元件定位在所述薄膜晶体管衬底和所述显示器的所述后表面之间并且取向为收集入射到所述显示器的所述前表面的光；准直器，所述准直器设置在光电二极管上方以及所述光电二极管和所述显示器的所述后表面之间；以及微透镜，所述微透镜设置在所述准直器上方并且定位在所述准直器和所述后表面之间；其中：从所述显示器发射的光从邻近所述显示器的所述前表面的手指反射；并且所述反射光的至少一部分穿过所述显示器、所述微透镜和所述准直器，并且由所述光电二极管收集。
所述实施方案涉及光学感测系统，该光学感测系统被配置为定位在设置在透明衬底上的发光元件后面。更具体地讲，在这些实施方案中，发光元件取向为发射垂直于透明衬底的第一表面的光。光学感测系统还包括第二衬底，该第二衬底可以是透明的或以其他方式耦接到第一衬底的与第一表面相对的第二表面。
在这些实施方案中，第二衬底包括光电二极管，该光电二极管取向为收集垂直于第二表面的光。此类光可入射到透明衬底并且可穿过透明衬底沿着朝向光电二极管的路径离开第二表面。
在这些实施方案中，光学感测系统还包括准直器，该准直器设置在光电二极管上方并与光电二极管对准，该准直器定位在光电二极管和第二表面之间。此外，光学感测系统包括设置在准直器上方并与准直器对准的凸形微透镜。更具体地讲，微透镜定位在准直器和透明衬底的第二表面之间。在该构造中，微透镜被配置为将入射到微透镜的光聚焦到准直器中并朝向光电二极管聚焦。
由于该构造，从发光元件发射的光的至少一部分可为已从邻近透明衬底的对象(例如，手指、触笔等)的表面反射的光。该反射光的至少一部分可穿过透明衬底(例如，穿过透明衬底的与发光元件相邻或以其他方式位于发光元件周边的区域)、微透镜和准直器，并且可被光电二极管吸收。
本文所述的实施方案可包括其中光电二极管、准直器和微透镜通过薄膜晶体管制造工艺形成的配置。
本文所述的实施方案可包括红外截止滤光器，该红外截止滤光器设置在准直器和光电二极管之间或者准直器和微透镜之间或者微透镜和第二表面之间。在另外的实施方案中，透明衬底可包括红外截止滤光器。在其他情况下，可不需要红外截止滤光器。
本文所述的实施方案可包括其中发光元件是设置在透明衬底上的发光元件阵列中的一个元件的配置。在这些实施方案中，发光元件阵列可为电子设备显示器的像素。
本文所述的实施方案涉及电子设备，该电子设备被配置为捕获对象 (诸如手指或触笔)触摸电子设备的表面的一部分的图像。在这些和相关实施方案中，电子设备包括限定界面表面的透明外覆盖件(也称为覆盖玻璃、覆盖件、保护性外覆盖件、外壳表面等)。界面表面能够操作以从对象接收触摸。
电子设备还包括定位在透明外覆盖件下方的发光层。发光层包括第一薄膜晶体管层，该第一薄膜晶体管层具有透明衬底和以图案形式设置在所述透明衬底上的像素阵列。像素阵列(也称为发光元件、发光二极管、有机像素等)被配置为发射穿过透明外覆盖件的光以照亮接触区域，该接触区域被限定为对象在触摸期间与界面表面接触(例如，润湿界面表面)的一部分。
在这些示例性实施方案中，电子设备还包括耦接到第一薄膜晶体管层的下表面的光学成像传感器。光学成像传感器包括具有导电迹线的第二薄膜晶体管层、耦接到第二薄膜晶体管层并电耦接到导电迹线的光敏元件 (例如，光电二极管、有机光电二极管、微型太阳能器件、光电晶体管等)、耦接到光敏元件的红外截止滤光器(被配置为反射和/或吸收穿过位于像素阵列中的像素之间的透明衬底的红外光)、形成在红外截止滤光器上方的准直器阵列(被配置为缩小光敏元件的视场)以及形成在准直器阵列上方的微透镜阵列。具体地讲，微透镜阵列中的每个相应微透镜被配置为将入射到该相应微透镜的光聚焦到准直器阵列中的相应一个准直器中。在这些构造中，微透镜阵列通过粘合剂耦接到第一薄膜晶体管层的下表面。
由于该架构，从发光层(例如，从该层的至少一个像素)发射的光的至少一部分可从接触区域反射，穿过(例如，位于像素阵列中的像素之间的)透明衬底，通过微透镜阵列中的相应一个微透镜聚焦到准直器阵列中的相应一个准直器中，并且随后可被光敏元件吸收。
本文所述的实施方案可包括其中接合、触摸、润湿或以其他方式与界面表面交互的对象是手指的配置。在这些示例中，从手指反射并被光敏元件吸收的光可用于构造指纹图像或视网膜图像。
本文所述的实施方案可包括其中发光层是显示器诸如有机发光二极管显示器或微型发光二极管显示器的配置。
在一些示例中，准直器阵列包括设置在光敏元件上方的不透明层(例如，墨水、反光背衬、金属层、非导电层等)以及被限定穿过不透明层、各自沿公共轴线对准的孔阵列。在一些情况下，被限定穿过准直器的不透明层的孔可垂直于光敏元件对准，但这可能不是必需的。在其他情况下，被限定穿过准直器的不透明层的孔可被限定为相对于光敏元件的法线成一定角度。
在这些和相关实施方案中，触敏层(或压敏层)可设置在透明外覆盖件和发光层之间。示例性触敏层是电容触摸传感器。
本文所述的另外的实施方案涉及用于捕获入射到电子设备的显示器的光的光学感测系统。在这些示例中，光学成像系统包括耦接到显示器的后表面的薄膜晶体管衬底。显示器的后表面与所述显示器的前表面相对，显示器从该前表面发射光。光学感测系统还包括光敏元件阵列，每个光敏元件耦接到薄膜晶体管衬底。更具体地讲，阵列中的每个光敏元件定位在薄膜晶体管衬底和显示器的后表面之间并且取向为收集入射到显示器的前表面的光。
此类实施方案还包括准直器，该准直器设置在光电二极管上方并且位于光电二极管和显示器的后表面之间。此外，光学成像系统还包括设置在准直器上方并且定位在准直器和后表面之间的微透镜。
由于该构造，从显示器发射的光可从邻近显示器的前表面的手指反射。这样，反射光的至少一部分可穿过显示器、微透镜和准直器，并且可由光电二极管收集以使指纹的一部分或视网膜的图像成像。
相关实施方案包括能够将薄膜晶体管层通信地耦接到电子设备的处理器的柔性电路。
附图说明
现在将参考在附图示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述并非旨在将本公开限制于一个所包括的实施方案。相反，本文提供的该公开旨在涵盖可被包括在所述实施方案的实质和范围内并由所附权利要求限定的替代形式、修改形式和等同形式。
图1A描述了可结合适于透过显示器成像的显示叠层的电子设备。
图1B描述了图1A的电子设备的一部分的简化框图。
图2A至图2B示出了通过线A-A截取的图1A的横截面的示例性简化框图，其示出了诸如本文所述的光学成像系统。
图3示出了诸如本文所述的结合光学成像系统的显示叠层的示例性简化横截面。
图4A示出了诸如本文所述的光学成像系统的准直器阵列的示例性横截面。
图4B示出了诸如本文所述的光学成像系统的另一个示例性准直器阵列的示例性横截面。
图4C示出了诸如本文所述的光学成像系统的另一个示例性准直器阵列的示例性横截面。
图5A示出了诸如本文所述的光学成像系统的微透镜的示例性布置。
图5B示出了诸如本文所述的光学成像系统的微透镜的另一个示例性布置。
图6为示出了诸如本文所述的方法的示例性操作的简化流程图，该方法用于捕捉触摸显示器的对象的图像。
图7为示出了诸如本文所述的方法的示例性操作的简化流程图，该方法用于制造具有集成光学器件的光学成像系统。
在不同附图中使用相同或相似的附图标记来指示相似、相关或者相同的项目。
附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特性、性质、或属性的任何偏好或要求。
类似地，某些附图包括通过可由一个或多个光子采取的一种或多种介质的一个或多个示例性路径的矢量、射线、迹线和/或其他视觉表示，该一个或多个示例性路径可包括反射、折射、衍射等，该一个或多个光子源自附图所示或在一些情况下从附图中省略的一个或多个光源。应当理解，提供这些光的简化视觉表示仅仅是为了便于理解本文所述的各种实施方案，并且因此可以不必按比例或以角度精度或准确度呈现或示出，并且因此，并不旨在表明除了本文描述或引用的其他实施方案之外，所示实施方案以任何特定所示的角度、取向、偏振、颜色或方向接收、发射、反射、折射、聚焦和/或衍射光的任何偏好或要求。
此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中被提供，以仅用于促进对本文所述的各个实施方案的理解，并因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。
具体实施方式
本文所述的实施方案涉及电子设备，该电子设备包括显示器或其他发光层以及光学成像系统，该光学成像系统被配置为捕获入射到显示器的表面的光，显示器通过该表面发射光。可使用与用于制造显示器相同或类似的薄膜晶体管制造工艺来制造光学成像系统。因此，辅助光学成像系统的成像光学器件可直接形成在光学成像系统的光敏元件上方(并且因此精密而准确地与之对准)。
光学成像系统被配置为在可见波长带中工作，并且定位在电子设备的显示器的有效显示区域的后表面上并且/或者集成在电子设备的显示器的有效显示区域内。如本文所用，短语显示器的有效显示区域的“后表面”是指显示器的与显示器从其发射光的表面(该表面在本文中称为显示器的“前表面”)相对的表面。
在这些构造中，光学成像系统或结合光学成像系统的电子设备可命令或以其他方式发起使得电子设备的显示器生成光以便照亮与显示器的前表面接触或邻近的对象或对象的一部分的过程。因此，由显示器发射的光的至少一部分可从对象的外表面(或者在一些情况下，从内表面)反射，并且随后重新导向入射到显示器的前表面。继而，该反射光的至少一部分可穿过显示器的基本上透明的区域，诸如设置在透明衬底上的相邻或邻近的像素之间的区域。
可由定位在并且/或者耦接到显示器的后表面上的光学成像系统收集已穿过显示器的该反射光。具体地讲，对于本文所述的实施方案，光学成像系统包括定位在显示器的后表面上的微透镜阵列。微透镜阵列中的每个微透镜被取向并配置为将穿过显示器的光聚焦到准直器阵列中的相应一个准直器中。每个相应准直器被配置为(1)将大致平行于该准直器的中心轴线 (例如，在相对于该准直器的中心轴线的选定锐角内)导向的光引导到光电二极管的光敏表面上，并且(2)将准直器内的所有其他光的光反射和/或吸收远离光电二极管的光敏表面。
由于该构造，从显示器的前表面附近的对象反射、穿过显示器并取向为大致平行于显示器的前表面的法线的光可被光电二极管接收并吸收。此后，由光电二极管由于吸收光而生成的或修改的电信号可由电路或处理器接收，该电路或处理器继而可测量或确定由该光电二极管接收的光的一个或多个特性。示例性特性包括但不限于：亮度；颜色；光谱内容；频率；波长；等等。这些示例不是穷举性的，并且在其他实施方案中，可由电路或处理器测量、跟踪或以其他方式捕获光的其他特性和/或光的一个或多个特性随时间推移的变化，诸如本文所述。为简单描述起见，以下实施方案参考光学成像系统，该光学成像系统被配置为检测和测量或确定由光电二极管接收的光的亮度。然而，应当理解，这仅仅是一个示例，并且在其他实施方案中，可以使用其他特性或特性的组合。
在本文所述的许多实施方案中，光学成像系统包括以图案形式布置在显示器的后表面下方的光电二极管阵列(或更一般地讲，光敏元件阵列)。阵列中的每个光电二极管可与相应的一个或多个准直器相关联，每个准直器继而与取向为面向显示器的后表面以捕获穿过显示器的光的相应一个微透镜相关联，诸如上文所述。
在这些实施方案中，阵列中的每个光电二极管所吸收的光可由诸如上述电路和/或处理器测量并组合成对象与显示器的前表面邻近或接触的外表面的二维图像。
这样，更一般和广义地讲，本文所述的实施方案有利于显示器的前表面附近的对象透过显示器成像。由诸如本文所述的光学成像系统捕获的一个或多个图像可具有任何合适的分辨率，可以是彩色或其他颜色，并且可由结合该光学成像系统的电子设备用于任何合适的目的。示例性目的包括但不限于：对触摸显示器的前表面的指纹的成像；对邻近显示器的视网膜的成像；接近感测；光通信；图像或视频捕获；触摸输入感测和定位；触摸输入手势感测；等等。为简单描述起见，以下实施方案参考示例性具体实施，其中光学成像系统由电子设备利用以捕获触摸该电子设备的显示器的有效显示区域上方的外表面诸如保护性外层(也称为“覆盖玻璃”)的指纹的图像。然而，应当理解，这仅仅是一个示例，并且在其他实施方案中，光学成像系统可由电子设备利用以任何其他合适的方式来捕获图像或其他光学信息。
在某些实施方案中，电子设备包括外壳，该外壳支撑并包封具有有效显示区域的显示器，该有效显示区域取向为发射穿过外壳的透明部分或耦接到该外壳的主体部分的覆盖玻璃的光。诸如本文所述的光学成像系统可粘附、附连、形成在或以其他方式耦接到该显示器的后表面，该后表面与电子设备的外壳内的有效显示区域的至少一部分相对。
由于该构造，当电子设备的用户触摸有效显示区域上方和光学成像系统上方的外壳(例如，以与显示器上所示的内容进行交互)时，光学成像系统可获得用户指纹的一个或多个二维图像并且/或者确定该用户手指的一个或多个其他特性或属性。例如，光学成像系统可被配置为但不限于：获得用户指纹的图像或一系列连续图像；确定用户的静脉图案；确定用户的血氧合；确定用户的脉搏；确定用户是否佩戴手套；确定用户的手指是润湿的还是干燥的；等等。
如上所述，光学成像系统(诸如本文所述)可由电子设备用于任何合适的成像、感测或其他数据聚合目的，而不会影响围绕该电子设备显示器的表观有效显示区域的边框区域的尺寸。示例性用途包括但不限于：环境光感测；接近感测；深度感测；接收结构光；光通信；接近感测；位置测定；生物特征成像(例如，指纹成像、虹膜成像、人脸识别、静脉成像等)；确定光学、物理或生物特征属性(例如，反射光谱、吸收光谱等)；等等。
在一些实施方案中，多个分立光学成像系统可与同一显示器的同一有效显示区域的不同区域相关联。例如，第一光学成像系统可相对于显示器的下部部分设置，并且第二光学成像系统可设置在同一显示器的上部部分后面。
为简单描述起见，以下许多实施方案参考示例性构造，其中单个光学成像系统至少部分地定位在电子设备的显示器的有效显示区域的下部区域或部分后面。然而，应当理解，本文所述的这些实施方案及其等同物可被改变或调整以结合任何合适数量的光学成像系统，这些光学成像系统相对于电子设备的有效显示区域或非显示表面定位在多个位置中并且被配置用于相同或不同的成像、感测或数据聚合目的。例如，光学成像系统可附加地或另选地被配置为以红外光或紫外光工作。在此类示例中，有效显示区域可包括与有效显示区域的可见光发光元件相邻的红外光发光元件或紫外光发光元件。在其他情况下，光学成像系统可包括一个或多个发光元件，该一个或多个发光元件被配置为发射穿过显示器的后表面的合适波长的光。
例如，在一些实施方案中，光学成像系统跨整个有效显示区域延伸，使得光学成像系统可对有效显示区域的任何区域的触摸进行成像。在另一个示例中，相对于电子设备显示器的有效显示区域的第一区域定位的第一光学成像系统可被配置为获得该电子设备的用户手指的指纹图像，而相对于有效显示区域的第二区域定位的第二光学成像系统可被配置为获得用户眼睛的视网膜图像。
在许多实施方案中，可使用薄膜晶体管制造技术，或者更一般地讲可使用半导体处理方法来制造诸如本文所述的光学成像系统。在这些实施方案中，与光电二极管(例如，准直器、微透镜、滤光器等)相关联的光学器件及光电二极管本身可在相同工艺中形成。由于该制造技术，可确保微米级光学器件和光电二极管的光敏表面之间的对准。在这些实施方案中，包括一个或多个电迹线的薄膜晶体管层可形成在可为透明或不透明的刚性或柔性衬底上。光电二极管阵列可形成在薄膜晶体管层上。
一个或多个准直器可形成并固化在光电二极管阵列中的每个光电二极管的光敏表面上。通常采用凸面形状的微透镜可形成并固化在每个准直器上方。随后，从薄膜晶体管层衬底到微透镜的该叠层可粘附到显示器的后表面，该叠层位于该显示器的表现出至少部分透明度(例如，相邻或邻近像素之间的区域保持透明)的有效显示区域区域下方。
下文参考图1A至图7对这些前述和其他实施方案进行论述。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。
图1A描绘了电子设备100，该电子设备包括外壳102，该外壳包封配合以限定数字显示器的多个层的叠层(称为“显示叠层”)，该数字显示器被配置为呈现视觉内容以向电子设备100的用户传达信息、请求来自该用户的触摸或力输入并且/或者向该用户提供娱乐。
该显示叠层可包括诸如层或元件，不以特定的顺序的：触摸输入层；力输入层；触觉输出层；薄膜晶体管层；阳极层；阴极层；有机层；封装层；反射器层；加强层；注入层；传输层；偏振层；抗反射层；液晶层；背光层；一个或多个粘合剂层；可压缩层；墨水层；掩膜层；等等。
为简单描述起见，以下实施方案参考利用有机发光二极管显示技术植入的显示叠层并且除其他层以外该显示叠层可包括：反射背衬层；薄膜晶体管层；包封层；和发光层。然而，应当理解，这仅仅是一个例示性示例实施方式，并且其他显示器和显示叠层可利用其他显示技术或它们的组合来实现。可与诸如本文所述的显示器叠层和/或显示器一起使用的另一种显示技术的示例是微型发光二极管显示器。
显示叠层通常还包括输入传感器(诸如力输入传感器和/或触摸输入传感器)，以检测用户与由电子设备100的显示器的显示叠层限定的有效显示区域104物理交互的一个或多个特性。有效显示区域104的特征通常在于能够单独控制、物理地隔开且能够寻址的像素或子像素的布置，其分布在一个或多个像素密度处并且以一个或多个像素或子像素分布图案的形式分布。在更一般的表述中，有效显示区域104的特征通常在于与相邻或其他邻近发光区域物理地隔开的、能够单独寻址的分立发光区域或区的布置。在许多实施方案中，限定有效显示区域104的发光区域设置在或形成在可为柔性或刚性的透明衬底上。可形成诸如本文所述的透明衬底的示例性材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、玻璃、蓝宝石或其他形式的金刚砂。在其他情况下，可使用部分不透明的衬底；在此类实施方案中，衬底的处于限定在其上的像素之间的至少一部分可为部分或完全光学透明的。
此外，可由可设置在显示叠层上方或下方或者在其他情况下可与显示叠层集成的电子设备100的输入传感器检测的示例性输入特性可包括但不限于：触摸位置；力输入位置；触摸手势路径、长度、持续时间和/或形状；力手势路径、长度、持续时间和/或形状；力输入的量值；多个同时的力输入；多个同时的触摸输入；等等。
由于这些构造，促进电子设备100的用户106通过利用用户手指物理地触摸并且/或者施加力到有效显示区域104的任意或特定区域上方的输入表面来与显示器的有效显示区域104中所示的内容进行交互。
在这些实施方案中，与本文所述的其他实施方案一样，显示叠层被另外配置为有利于透过显示器成像。具体地讲，显示叠层还包括并且/或者耦接到相对于显示叠层的后表面定位的光学成像系统。由于该构造，光学成像系统可由电子设备100操作以捕获入射到显示叠层的前表面区域的光的二维图像。例如，当用户106触摸显示器以与有效显示区域104中所示的内容进行交互时，电子设备100的光学成像系统可由电子设备操作以捕获指纹的图像。
更具体地讲，在一个示例中，显示叠层限定穿过背衬层或限定显示叠层的后表面的其他不透明层的成像孔或离散且分开的成像孔阵列(未示出)，从而允许光在两个或更多个有机发光二极管子像素或像素(本文中，“像素间”区域)之间从前表面到后表面行进穿过显示叠层。在一些情况下，成像孔呈矩形状并且设置在有效显示区域104的下部区域108上，但这可以不是必需的。
在其他情况下，成像孔呈圆形或椭圆形，并设置在活动显示区域104 的中心区域中。通常，成像孔大于用户106的指纹，但这可能不是必需的，而较小的孔可能是合适的。例如，在一些实施方案中，可完全省略背衬层；成像孔可采用与有效显示区域104相同的尺寸和形状。
在这些实施方案中，光学成像系统至少部分地定位在成像孔下方，以便收集并测量或确定被导向穿过显示叠层的像素间区域的光，该光在与由显示叠层发射的光的行进方向基本上相反的方向上行进穿过显示叠层。更具体地讲，光学成像系统被配置为捕获入射到显示器的前表面、穿过显示叠层的像素间区域并且离开显示器的后表面的光。在许多实施方案中，光学成像系统可被配置为与显示器一起操作，使得显示器发射光以便照亮与显示器的前表面(或覆盖显示器的前表面的外保护层)接触的对象。在这些示例中，从显示器的一个或多个发光区域(例如，像素)发射的光可从对象的表面反射，并且随后可行进通过显示叠层，通过成像孔，并且可由光学成像系统的至少一个光敏区或区域(例如，光电二极管)收集/吸收。在一些情况下，显示器可被配置为通过与和显示器相关联的输入传感器协调来在有效显示区域104的特定区域中发射光。例如，如上所述，电子设备100可包括触摸输入传感器。在该示例中，触摸输入传感器可被配置为检测用户106的指纹的润湿区域(本文中为“接触区域”)。一旦检测到接触区域，显示器就可被配置为以特定波长、亮度或其他图案的光照亮该接触区域。例如，在一些实施方案中，显示器可被配置为以特定亮度的蓝色照亮接触区域。在其他情况下，显示器可被配置为以特定亮度的绿色照亮接触区域。在其他情况下，显示器可被配置为在接触区域下方显示图案或其他二维图像。在另外的示例中，显示器可被配置为以时变图案或颜色照亮接触区域。应当理解，前述示例并非穷举性的；诸如本文所述的显示器可以任何合适的方式与电子设备的触摸输入传感器协调并且/或者以其他方式配合，从而以任何合适的方式照亮一个或多个检测到的接触区域(和/ 或与其相关联的其他区域，诸如检测到的接触区域的外围区域)。为简单描述起见，短语“照明操作”在本文中用来描述电子设备的显示器的功能或操作，该功能或操作使得有效显示区域的特定区域或子区域以特定或选定方式发射光，以便照亮与该显示器的前表面，或者另选地，覆盖显示器的前表面的保护性外层的外表面接触或以其他方式邻近的对象。
如上所述，可由光学成像系统诸如参考电子设备100所述的光学成像系统命令照明操作。同样如上所述，光学成像系统可出于任何合适的成像或光检测目的命令照明操作或以其他方式使其发生。在一些示例中，光学成像系统可被配置为获得用户106的视网膜的图像。在该示例中，一旦用户的眼睛在显示器的前表面的阈值距离内，光学成像系统就可命令照明操作。在其他示例中，诸如下文所述的那些示例，光学成像系统可被配置为获得用户106的指纹的图像。在该示例中，一旦触摸输入传感器或力输入传感器检测到用户106的手指，光学成像系统就可命令照明操作。应当理解，这些前述示例不是穷举性的，并且在其他实施方案中，光学成像系统的其他配置可被配置用于其他成像目的，因此，可使用触发对成像对象进行照明操作的任何合适的特定于具体实施的方法。
如上所述，并且为简单描述起见，以下实施方案参考被配置为对用户的指纹进行成像的光学成像系统110。在这些构造中，电子设备100可响应于触摸或力输入传感器检测到至少一个接触区域并且对应地响应于显示器执行照明操作而获得用户106的指纹的图像。这些操作在本文中共同称为“指纹成像操作”。
在一些实施方案中，电子设备100的光学成像系统110在指纹成像操作期间以可见波长带中的光(例如，绿光、蓝光等)照亮用户106的手指或以其他方式使其被照亮。可选择可见波长带中的光以使来自用户106的手指的外表面的光反射最大化，从而使发射反射(例如，至少部分地被用户皮肤的次表面层反射和漫射的光)最小化或消除，否则该反射可被光学成像系统接收为噪声。
在一些实施方案中，光学成像系统110命令电子设备100的显示器以可见波长光照亮如电子设备100的输入传感器所检测到的用户106手指下方的显示器区域。在其他示例中，光学成像系统110命令显示器以可见波长光照亮用户手指的周边。在一些示例中，电子设备100的光学成像系统 110命令显示器以一个或多个多频率或离散带下的可见波长光依次或以特定图案照亮用户106手指的离散部分。
根据前述示例，应当理解，在指纹成像操作期间以可见波长光照亮用户106的手指可以多种合适的方式进行。例如，在一些情况下，电子设备 100的光学成像系统以可见波长带中的脉冲(连续或离散)或稳定光照亮用户的手指。在其他示例中，电子设备100的光学成像系统用以特定调制图案或频率发射的可见波长光照亮用户106的手指。
在另外的示例中，电子设备100的光学成像系统110通过在特定频率、调制、脉冲图案、波形等下的可见波长带内的光的频率或频带之间交替来照亮用户106的手指。
在其他示例中，光学成像系统110命令电子设备100的显示器照亮用户106的手指，而电子设备100的显示器的有效显示区域104也呈现可见光图像。换句话讲，从用户106的角度来看，指纹下方的显示器部分可不与显示器的其他部分进行特别或不同地照亮；在用户触摸显示器之前，显示器可继续渲染在显示器上出现的任何静态或动画图像或一系列图像。
在另外的示例中，当光学成像系统110和显示器正在执行指纹成像操作时，电子设备100的显示器可局部地增加或减少用户手指下方的亮度，可局部地增加或减少用户手指下方的对比度，可局部地增加或减少用户手指下方的饱和度等等。
在其他示例中，电子设备100的光学成像系统110不需要用仅可见波长光触发对用户106手指的照明操作。例如，光学成像系统还可被配置为以红外光照亮用户106的手指，以便检测或以其他方式确定用户的脉搏或血氧含量。在一些情况下，光学成像系统110被配置为与检测用户106脉搏的操作基本上同时执行指纹成像操作，以增加通过指纹成像操作获得的指纹图像对应于活体样本的置信度。
可以理解的是，图1A的上述描述及其各种另选方案和其变型形式通常是为了解释的目的而呈现的，并且有助于彻底理解诸如本文所述的结合了适用于透过显示器成像的显示叠层的电子设备的各种可能的配置。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。
为简单地描述和例证起见，提供了图1B。该图描述了图1A的电子设备的简化框图，其示出了可包括在被配置为如本文所述透过显示成像的电子设备中的各种操作和结构组件。
具体地讲，电子设备100包括输入/显示叠层104a，该叠层可包括或可定位在保护性外覆盖件、覆盖玻璃或图1A所示的外壳102的其他合适的透明部分下方(未示出)。
在这些示例中，保护性外覆盖件可定位在输入/显示叠层104a的前表面上方，该叠层可包括至少发光层和触摸输入层。可用有机发光二极管显示技术或微型发光二极管显示技术来实现示例性发光层。
示例性触摸输入层包括具有电容触摸输入传感器阵列的柔性或刚性透明衬底(例如，玻璃、塑料、丙烯酸、聚合物材料、有机材料等)，该电容式触摸输入传感器阵列被配置为检测当用户106触摸输入/显示叠层104a 的前表面(或保护性外覆盖件)时限定的至少一个接触区域。
如相对于本文所述的其他实施方案所指出的，输入/显示叠层104a可限定设置在透明或部分透明衬底上的能够独立寻址且能够控制的分立发光区域或区(在本文中称为“像素”)的阵列。
具体地讲，由于透明衬底，输入/显示叠层104a的像素间区域可为光学透明的，并且因此入射到输入/显示叠层104a的前表面的光的至少一部分可从前表面到后表面横穿输入/显示叠层104a。输入/显示叠层104a的像素可设置为恒定间距或可变间距，以限定单个像素密度或一个或多个像素密度。
如相对于本文所述的其他实施方案所指出的，由输入/显示叠层104a 限定的电子设备100的显示器的有效显示区域104至少部分地定位在光学成像系统上方，该光学成像系统在图中被标识为光学成像系统110a。在另一个非限制性短语中，光学成像系统110a粘附或以其他方式耦接到输入/显示叠层104a的后表面的光学透明部分(例如，成像孔)，该光学透明部分与输入/显示叠层104a的至少一个像素间区域对准，入射到输入/显示叠层 104a的前表面的光可穿过该像素间区域。由于该构造，光学成像系统110a 可接收透射穿过电子设备100显示器的有效显示区域104的像素间区域的光。
光学成像系统110a可由多个功能和/或结构层形成。具体地讲，光学成像系统110a可形成在支撑光电二极管阵列114的刚性或柔性衬底112 上。刚性或柔性衬底112可由多种合适的材料形成并且可包括任何合适数量的层。可用于形成光学成像系统诸如光学成像系统110a的刚性或柔性衬底112的示例性材料包括但不限于玻璃、塑料、丙烯酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其他聚合物等。
光电二极管阵列114可使用任何合适的工艺形成在刚性或柔性衬底 112上，这些工艺包括操作诸如但不限于拾取和放置操作或薄膜掩模以及增材制造或减材制造操作。在许多实施方案中，使用薄膜晶体管制造技术来制造光电二极管阵列114，该薄膜晶体管制造技术可包括但不限于操作诸如沉积操作、溅镀操作、光致抗蚀剂涂覆和/或固化操作、曝光操作、显影和/ 或蚀刻操作、光致抗蚀剂移除操作、聚酰胺或其他膜涂覆操作、清洁操作、粘合剂涂覆或沉积操作、粘合剂固化操作、填充操作、切割或分离操作等。
光电二极管阵列114可相对于准直器阵列116定位。如上所述，准直器阵列(诸如准直器阵列116)可由多种合适的材料以任何合适的方式形成，并且准直器阵列被配置为缩小光电二极管阵列114中的至少一个光电二极管的视场。换句话讲，诸如本文所述的准直器是窄视场光学滤光器的示例，该窄视场光学滤光器使基本上平行于窄视场滤光器的中心轴线导向的光通过，并且阻挡(例如，反射或以其他方式吸收)不基本上平行于窄视场滤光器的中心轴线导向的光。
在一个实施方案中，准直器阵列116被实施为被限定穿过光学不透明层(例如，墨水层、金属背衬层、反射层等)的柱状孔阵列。在这些示例中，柱状孔可具有任何合适的侧向横截面(例如，垂直于相应孔的中心轴线的横截面)。诸如本文所述的柱状孔的示例性横截面为圆形横截面、正方形横截面、多边形横截面等。在一些情况下，柱状孔可填充有光学透明的材料，诸如塑料或丙烯酸。然后，可固化填充材料。
与光电二极管阵列114一样，可使用任何合适的工艺将准直器阵列 116形成在光电二极管阵列114上，这些工艺包括操作诸如但不限于拾取和放置操作、层合操作、薄膜晶体管掩模、或增材制造或减材制造操作。
在许多实施方案中，与光电二极管阵列114一样，使用薄膜晶体管制造技术来制造准直器阵列116，该薄膜晶体管制造技术可包括但不限于操作诸如沉积操作、溅镀操作、光致抗蚀剂涂覆和/或固化操作、曝光操作、显影和/或蚀刻操作、光致抗蚀剂移除操作、聚酰胺或其他膜涂覆操作、清洁操作、粘合剂涂覆或沉积操作、粘合剂固化操作、填充操作、切割或分离操作等。在许多情况下，可在执行与形成准直器阵列116相关联的操作之前执行与形成光电二极管阵列114相关联的操作。这样，准直器阵列116 可与光电二极管阵列114精确对准。
在一些情况下，准直器阵列116中的单个准直器设置在光电二极管阵列114中的单个光电二极管上方并且/或者形成在光电二极管阵列114中的单个光电二极管上。更具体地讲，相应准直器可具有与相应光电二极管的光敏区域基本上相同的横截面积。更一般地，在一些实施方案中，准直器阵列116可相对于光电二极管阵列114以一对一的关系设置并且/或者形成。在其他实施方案中，多个准直器可定位在单个光电二极管上方。换句话讲，在一些实施方案中，准直器阵列116可相对于光电二极管阵列114 中的每个光电二极管以多对一的关系设置并且/或者形成。
准直器阵列116可相对于微透镜阵列118定位。如上所述，微透镜阵列诸如微透镜阵列118可由多种合适的材料以任何合适的方式形成，并且微透镜阵列被配置为将入射到其上的光导向并且/或者以其他方式聚焦到准直器阵列116中的相应一个准直器中。换句话讲，诸如本文所述的微透镜是被配置为将光以特定方向导向或聚焦到特定焦点的光学适配器的示例。为简单描述起见，本文所述的实施方案参考凹形微透镜；然而，应当理解，这仅仅是微透镜形状的一个示例，并且在其他实施方案中，其他透镜形状可以是可能的或优选的。
在一个实施方案中，微透镜阵列118被实现为凹透镜阵列，该微透镜阵列中的每个微透镜与准直器阵列中的相应一个准直器对准并且设置在准直器阵列中的相应一个准直器上方。在许多实施方案中，设置并且/或者形成在相应准直器上方的每个相应微透镜的中心轴线与相应准直器的中心轴线精确对准。在其他情况下，微透镜的中心轴线可相对于相应准直器的中心轴线偏移；在这些示例中，微透镜可用于聚焦光，并且另外可用于光束导向的目的。这些示例不是穷举性的；在其他示例中，可使用其他透镜对准和配置。
在许多情况下，微透镜阵列118中的每个微透镜被形成为相同的几何形状并且采用基本上相同的形状。然而，这仅是一个示例。在其他实施方案中，微透镜阵列118中的不同透镜可采用不同的形状、对准、尺寸、焦距等。
与准直器阵列116一样，可使用任何合适的工艺将微透镜阵列118形成在准直器阵列116上，这些工艺包括操作诸如但不限于拾取和放置操作、层合操作、薄膜晶体管掩模、或增材制造或减材制造操作。
在许多实施方案中，与准直器阵列116和光电二极管阵列114一样，使用薄膜晶体管制造技术来制造微透镜阵列118，该薄膜晶体管制造技术可包括但不限于操作诸如沉积操作、溅镀操作、光致抗蚀剂涂覆和/或固化操作、曝光操作、显影和/或蚀刻操作、光致抗蚀剂移除操作、聚酰胺或其他膜涂覆操作、清洁操作、粘合剂涂覆或沉积操作、粘合剂固化操作、填充操作、切割或分离操作等。在许多情况下，可在执行与形成微透镜阵列118 相关联的操作之前执行与形成准直器阵列116相关联的操作。在其他情况下，可以与准直器阵列116相同的工艺形成微透镜阵列118。例如，用于填充限定准直器阵列中的准直器的孔的填充材料可用于形成与该准直器相关联的相应微透镜。更具体地讲，填充材料可以被“过度填充”，使得从填充孔溢出的填充材料可形成弯月面，该弯月面一旦固化就可限定具有合适或优选几何形状的微透镜。这样，微透镜阵列118可与准直器阵列116精确对准。
在一些情况下，微透镜阵列118中的单个微透镜设置在准直器阵列 116中的单个准直器上方并且/或者形成在准直器阵列116中的单个准直器上。更具体地讲，相应微透镜可具有与相应准直器的横截面积基本上相同的面积。更一般地，在一些实施方案中，准直器阵列116可相对于光电二极管阵列114以一对一的关系设置并且/或者形成。在其他情况下，可以在单个准直器上方形成多于一个微透镜(例如，多对一关系)。在许多实施方案中，在单个准直器上方形成仅单个微透镜。
由于这些构造，穿过输入/显示叠层104a的像素间区域的光可被微透镜阵列118聚焦到准直器阵列116中，该准直器阵列继而可将基本上或大致平行于其中心轴线取向/导向的光传递到光电二极管阵列114上。由于该层叠结构，光学成像系统110a可被配置为仅收集基本上垂直于该层叠结构导向的光。更简单地讲，由于该构造，光学成像系统110a可被配置为捕获从用户106的指纹的二维接触区域反射的光，其中由单个光电二极管吸收/ 收集的光对应于该指纹图像的单个像素。
为了测量或确定由光电二极管阵列114中的每个光电二极管收集的光，衬底112还可包括电耦接到光电二极管阵列114中的每个光电二极管的一个或多个电迹线和/或电路。此类电路和/或迹线可采用任何合适的拓扑结构；示例性电路拓扑结构可包括前置放大级、放大级、合并级、电荷存储级、多路复用级、解多路复用级、寻址级等。
衬底112可电耦接到柔性电路120，该柔性电路能够将限定在衬底112 上的电路和/或迹线导电地且通信地耦接到电子设备100的通用或专用处理器或电路，该处理器或电路被标识为处理器122。处理器122可为能够执行、监测或协调电子设备100的一个或多个过程或操作的任何合适的处理器或电路。处理器122可为能够执行存储在存储器(未示出)中的指令的任何合适的单核或多核处理器，以示例化被配置为与光学成像系统110a和/ 或输入/显示叠层104a中的一者或多者的输入端或输出端进行交互的一个或多个类或对象。在一些示例中，处理器122可为与光学成像系统110a、输入/显示叠层104a和/或电子设备100中的一者或多者相关联的专用处理器。在其他情况下，处理器122可为通用处理器。
在其他实施方案中，电子设备100可包括一个或多个任选光学元件。任选光学元件通常定位在光学成像系统110a和输入/显示叠层104a之间，并且可包括但不限于：一个或多个透镜、滤光器、反射镜、致动器、孔、虹膜、闪光元件、窄视场滤光器、准直器、泛光照明器、红外截止滤光器、紫外截止滤光器、或其他附属光学元件或它们的组合。
因此，从总体上和广义上来看图1A至图1B，应当理解，包括适于透过显示器成像的显示器的电子设备可以多种方式进行配置。例如，尽管电子设备100被描绘为蜂窝电话，但可以理解，其他电子设备可结合诸如本文所述的显示叠层，包括但不限于：平板设备；膝上型电脑设备；台式计算机；计算附件；外围输入设备；车辆控制设备；移动娱乐设备；增强现实设备；虚拟现实设备；工业控制设备；数字钱包设备；家居安防设备；业务安全设备；可穿戴设备；健康设备；植入式设备；服装设备；时尚配饰设备；等等。
还应当理解，除了图1A至图1B所示的部件，电子设备还可包括一个或多个处理器、存储器、电源和/或电池、网络连接、传感器、输入/输出端口、声学元件、触觉元件、用于执行、监管和/或协调电子设备100的一个或多个任务的数字电路和/或模拟电路等。为简单说明起见，电子设备100 在图1A至图1B中示出为不具有这些元件中的许多元件，执行元件中的每个元件可被部分地和/或全部包括在外壳102内，并可与电子设备100的显示器在操作上或功能上相关联或耦接到该显示器。
此外，尽管电子设备100仅包括单个矩形显示器，但应当理解，该示例并非详尽的。在其他实施方案中，电子设备可包括或可通信地耦接到多个显示器，其中一个或多个显示器可适用于透过显示器成像。此类附属/辅助显示器，包括但可能不限于：辅助监视器；功能行显示器或键盘按键显示器；可穿戴电子设备显示器；结合显示器的外围输入设备(例如，触控板、鼠标、键盘等)；数字钱包屏幕；等等。类似地，可不需要矩形显示器；其他实施方案使用具有其他形状(包括三维形状(例如，曲面显示器))的显示器来实现。
类似地，尽管参考电子设备100所述的显示器是电子设备的主显示器，但应当理解，该示例并非详尽的。在一些实施方案中，显示叠层可限定低分辨率辅助显示器，诸如单色显示器或灰度显示器。在其他情况下，显示叠层可限定单个图像，诸如字形或图标。在一个具体示例中，用于电子设备的电源按钮可包括结合了诸如本文所述的显示器的按钮帽。显示器可以被配置为选择性地显示与按钮的一个或多个功能相关联的电源图标和/ 或一组有限的图标或字形，该按钮可以被配置为执行按钮与之相关联的一个或多个可配置选项(例如，电源选项、待机选项、音量选项、认证选项、数字购买选项、用户认证选项等)。在这些示例中，有限目的、辅助或次级显示器可被配置为具有部分透明度或半透明度，诸如本文所述，以有利于透过显示器成像。
因此，应当理解，对特定实施方案的上述描述出于例证和描述的目的而被呈现。这些描述并非详尽，也不旨在将本公开限制于本文所述的精确形式。相反，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。具体地讲，应当理解，可通过许多合适的方式构造和/或组装适于透过显示器成像的显示叠层。例如，可通过以不同顺序和/或与附加层组装或产生层来形成诸如本文所述的光学成像系统。
具体地讲，图2A示出了可配合以限定光学成像系统200a的示例性叠层。与参考图1B所述的实施方案一样，在该示例性实施方案中，衬底202 支撑光电二极管阵列204。在该示例中，红外截止滤光器206可形成在光电二极管阵列204上方。红外截止滤光器206可由任何合适的材料形成，该红外截止滤光器被配置为吸收和/或反射至少红外光，使得红外光不干扰光电二极管204的成像操作。与诸如本文所述的光学成像系统的其他实施方案的其他层一样，可根据薄膜晶体管制造技术形成、设置、固化和/或以其他方式制造红外截止滤光器206。微透镜阵列210下方的准直器阵列208设置在或以其他方式形成在红外截止滤光器206上方。
在该实施方案中，当光学成像系统200a(例如，经由具有与微透镜阵列210不同的折射率的粘合剂)耦接到显示叠层的后表面(和/或显示叠层的成像孔下方)时，入射到该显示叠层的前表面、穿过该显示叠层的像素间区域的光可离开显示叠层的后表面，所述光可被微透镜阵列210聚焦到准直器阵列208中，该准直器阵列继而可基于所述光的取向和方向来过滤所述光(例如，仅处于准直器的中心轴线的锐角内的光穿过准直器；所有其他光被准直器反射或吸收)，并且可将经过滤的光导向穿过仅通过取向过滤后的可见光的红外截止滤光器206，使得光电二极管阵列204中的至少一个光电二极管可吸收所述光。
在其他情况下，可以另一种方式布置光学成像系统。图2B示出了另一个示例性光学成像系统200b，其中红外截止滤光器206设置在微透镜阵列 210上方，该微透镜阵列继而设置在准直器阵列208上方，该准直器阵列继而设置在光电二极管阵列204上方，该光电二极管阵列设置在衬底202 上。
光学成像系统的前述示例性构造不是穷举性的。在一些实施方案中，其他光学滤光器可为红外通滤光器、滤色器、可变滤色器(例如，液晶滤光器)、偏振滤光器等。在其他情况下，光学滤光器可定位在叠层中的其他位置。更简单地讲，应当理解，根据本文所述的各种示例性实施方案，其他示例性配置也是可能的。
例如，图3示出了诸如本文所述的耦接到显示叠层的光学成像系统的另一个示例性横截面。具体地讲，光学成像系统300包括定位在显示器的发光层304下方的光学成像层叠结构302。发光层304定位在保护性外覆盖件306下方，该保护性外覆盖件可包封并保护发光层304和光学成像系统 300。此外，保护性外覆盖件306可限定输入表面以接收用户308的触摸。
这样，响应于用户对输入表面的触摸(其可由触摸输入传感器检测，诸如上文所述)，光学成像系统300可命令发光层304发起照明操作以照亮用户的手指。具体地讲，发光层304可向至少一个像素诸如像素304a提供电力，以使像素304a发射穿过发光层304的前表面、穿过保护性外覆盖件306并且朝向用户308的光。用户的皮肤可反射由像素304a发射的光的至少一部分，这可将所述反射光重新导向回保护性外覆盖件306。
该反射光的至少一部分可穿过保护性外覆盖件306，并且穿过发光层 304的像素间区域以离开发光层304的后表面进入粘合剂层310中。该光的至少一部分可通过突出到粘合剂层310中的光学成像层叠结构302的微透镜阵列中的至少一个微透镜(其中一个微透镜被标识为光学成像层叠结构 302的微透镜310a)聚焦。聚焦光的至少一部分可被导向到被限定穿过不透明层312的准直器阵列中的至少一个准直器中，该不透明层被配置为阻挡光(包括环境光)穿过显示器(例如，图3包括由不透明层312阻挡的一个示例性光线u1)。可包括显示器的不透明层312来增加有效显示区域的表观对比度并且另外提供结构层，准直器阵列穿过该结构层形成。光学成像层叠结构302的示例性准直器被标识为准直器314。可由光学成像层叠结构302的红外截止滤光器316过滤光穿过准直器阵列的一部分的至少一部分。穿过红外截止滤光器316的光的至少一部分可被限定在薄膜晶体管衬底318上和/或之中的光电二极管318a吸收。
光电二极管318a可导电地耦接到限定在薄膜晶体管衬底318上的至少一个电迹线，该至少一个电迹线继而可耦接到柔性衬底320，该柔性衬底能够将光电二极管318a(以及另外地设置在薄膜晶体管衬底318上的其他光电二极管318b)通信地且导电地耦接到处理器322。
光学成像系统的该示例性横截面并非穷举诸如本文所述的光学成像系统的各种配置和布局。例如，图4A至图4C示出了可与诸如本文所述的光学成像系统一起使用的成像光学器件(诸如准直器和微透镜)的不同示例性配置，这些成像光学器件可与图3的光学成像系统一起使用。例如，图 4A至图4C所示的实施方案可沿图3所示的线B-B观察。具体地讲，图4A 示出了包括衬底402的光学成像系统400a，该衬底支撑红外截止滤光器406下方的光电二极管阵列404，该红外截止滤光器可以是任选的。成像光学层408可形成在红外截止滤光器406上方。
在该示例中，成像光学层408包括通过将光学不透明层初始设置在红外截止滤光器406上方而形成的准直器阵列。一旦形成不透明层，就可在光电二极管阵列404上方穿过该层形成或以其他方式限定孔阵列。然后，可用能够固化的光学透明材料填充孔以限定成像光学器件组或阵列，每个成像光学器件组或阵列包括凸形微透镜(其中一个被标识为微透镜410a) 和准直器(其中一个被标识为准直器410b)。
由成像光学层408限定的成像光学器件可采取多种合适的形状、横截面和几何设计。例如，在一些实施方案中，分隔微透镜和准直器的间距可大于图4A所示的间距。在其他示例中，在成像光学器件之间可使用可变间距。例如，准直器和微透镜可成组设置；以第一间距设置的第一成像光学器件组或阵列可与以第一间距或不同的第二间距设置的第二成像光学器件组或阵列分开。在这些实施方案中，不同数量的成像光学器件组的布置方式可以任何合适的图案形式或布置方式设置。
相似地，微透镜的凸面，或更一般地讲，透镜的形状，可因实施方案而异。相似地，在一些实施方案中，微透镜可与相关联准直器分开一定距离。例如，图4B示出了光学成像系统400b，其中成像光学层408包括高度减小的准直器410c。本领域的技术人员可理解，准直器侧壁的不同高度可赋予不同的光学和/或过滤特性；不同实施方案可以不同方式实现。
在其他实施方案中，准直器侧壁无需垂直于光学成像系统的其他层。例如，图4C所示的光学成像系统400c包括梯形准直器侧壁。
应当理解，先前的示例并非穷举可与诸如本文所述的光学成像系统一起形成的成像光学器件的不同配置。在其他实施方案中，其他变型是可能的。
例如，在各种实施方案中，光学成像系统的成像光学器件，并且具体地讲，光学成像系统的微透镜可以多种可能的方式分布。例如，图5A示出了将微透镜以网格图案分布的第一微透镜布置500a。在另一个示例中，图 5B示出了将微透镜以圆形填充布置分布的第二微透镜布置500b。在其他情况下，同一阵列中的微透镜可形成为具有不同的尺寸或维度、可部分地重叠或者可以恒定或可变间距分开。
一般地和广义地讲，图6和图7描述了对应于本文所述方法的各种有序和/或无序操作的简化流程图。应当理解，这些简化的例子可以多种方式修改。在一些示例中，可能有比所描绘和描述的那些更多，替代或更少的操作。
图6为示出了诸如本文所述的方法的示例性操作的简化流程图，该方法用于捕捉触摸显示器的对象的图像，其中光学成像系统设置在该显示器后面。该方法可全部或部分地由诸如本文所述的电子设备的处理器或电路执行。
方法600包括其中检测到对电子设备的显示器触摸的操作602。可使用任何合适的传感器或传感器的组合来检测初始触摸，包括但不限于触摸传感器和力传感器。示例性触摸传感器包括但不限于：电容触摸传感器；光学触摸传感器；阻抗触摸传感器；声学触摸传感器；等等。示例性力传感器包括但不限于：电容力传感器；电阻式力传感器；压电材料力传感器；基于应变的力传感器；感应式力传感器；等等。
一旦在操作602处检测到触摸，方法600就继续进行到操作604，其中可见波长光照亮所检测的触摸的接触区域。如相对于本文描述的其他实施方案所指出的，接触质心和/或接触区域的照明可以任何合适的方式进行，包括但不限于：光的特定/选定调制；特定/选定的图案(例如，线性扫描、径向扫描、径向扩展等)；等等，或它们的任何组合。
方法600还包括其中确定接触区域的一个或多个光学属性的操作 606。在一个示例中，由电子设备的光学成像系统捕获指纹图像。如相对于本文所述的其他实施方案所指出的，捕捉指纹图像(或更一般地讲，在操作602处与显示器接触的对象的图像)的操作可包括一个或多个过滤操作，诸如：空间过滤(例如，点源过滤、波束形成等)；阈值；去偏斜；旋转；等等。
图7为示出了诸如本文所述的方法的示例性操作的简化流程图，该方法用于制造光学成像系统。具体地讲，方法700包括其中选择薄膜晶体管衬底的操作702。然后，方法700继续进行到其中可形成光学成像系统的各种功能和/或结构层的操作704。例如，微透镜阵列、准直器阵列、掩模层 (与准直器阵列相关联)、红外截止滤光器和光电二极管阵列均可形成在薄膜晶体管衬底上。此后，在操作706处，可固化或以其他方式修整在操作704处形成的各个层。
可以理解的是，尽管上面公开了许多实施方案，但相对于本文所述的方法和技术所提供的操作和步骤旨在为示例性的并且因此不是穷举的。可进一步理解的是，针对特定的实施方案可要求或者期望另选的步骤顺序或者更少或附加操作。
尽管根据各种示例性实施方案和实现方式描述了上述公开，但应当理解，一个或多个单独实施方案中描述的各种特征、方面和功能不限于将它们应用于它们被描述的具体实施方案中，而是相反地它们可单独地或者以各种组合应用于本实用新型的一些实施方案中的一个或多个，而不论此类实施方案是否被描述以及此类特征是否作为所述实施方案的一部分被呈现。因此，本实用新型的广度和范围不应受任何上述示例性实施方案的限制，但相反地受本文所提供的权利要求书的限定。
另外，本公开认识到在本实用新型技术中包括生物特征数据的个人信息数据可用于使用户受益。例如，使用生物特征认证数据可用于方便地访问设备特征而不使用密码。在其他示例中，收集用户生物特征数据以向用户提供关于其健康或健身水平的反馈。此外，本公开还设想包括生物特征数据的个人信息数据有益于用户的其他用途。
本公开还设想负责此类个人信息数据的收集、分析、公开、传输、存储或其他用途的实体将遵守已确立的隐私政策和/或隐私做法。具体地讲，此类实体应执行并一致使用一般公认为满足或超过行业或政府要求的隐私政策和做法，以维护个人信息数据的私有和安全，包括使用满足或超过行业或政府标准的数据加密和安全方法。例如，来自用户的个人信息应当被收集用于实体的合法且合理的用途，并且不在这些合法用途之外共享或出售。另外，此类收集应当仅在用户知情同意之后进行。另外，此类实体应采取任何所需的步骤，以保障和保护对此类个人信息数据的访问，并且确保能够访问个人信息数据的其他人遵守他们的隐私政策和程序。另外，这种实体可使其本身经受第三方评估以证明其遵守广泛接受的隐私政策和实践。
不管前述情况如何，本公开还设想用户选择性地阻止使用或访问包括生物特征数据的个人信息数据的实施方案。即本公开预期可提供硬件元件和/或软件元件，以防止或阻止对此类个人信息数据的访问。例如，在生物特征认证方法的情况下，本实用新型技术可被配置为允许用户通过单独或组合地提供安全信息诸如密码、个人识别号、触摸手势或本领域的技术人员已知的其他认证方法来选择性地绕过生物特征认证步骤。在另一个示例中，用户可选择移除、禁用或限制对某些收集用户的个人健康或健身数据的健康相关应用的访问。

Claims (25)

1.一种光学感测系统，特征在于，所述光学感测系统包括：
第一衬底，所述第一衬底由透明材料形成；
发光元件，所述发光元件形成在所述第一衬底上并且被配置为发射垂直于所述第一衬底的第一表面的光；以及
第二衬底，所述第二衬底耦接到所述第一衬底的与所述第一表面相对的第二表面，所述第二衬底包括：
光电二极管，所述光电二极管形成在所述第二衬底上并且被配置为收集垂直于所述第二表面的光；
准直器，所述准直器形成在所述光电二极管上并与所述光电二极管对准，所述准直器定位在所述光电二极管和所述第二表面之间；和
微透镜，所述微透镜形成在所述准直器上并与所述准直器对准并且被配置为将入射到所述微透镜的光聚焦到所述准直器中，所述微透镜定位在所述准直器和所述第二表面之间；其中：
从所述发光元件发射的光的至少一部分从邻近所述第一衬底的对象的表面反射，从而变成反射光；以及
所述光电二极管被配置为吸收穿过所述第一衬底、所述微透镜和所述准直器的所述反射光的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的光学感测系统，其中所述光电二极管、所述准直器和所述微透镜通过薄膜晶体管制造工艺形成。
3.根据权利要求1所述的光学感测系统，还包括设置在所述准直器和所述光电二极管之间的红外截止滤光器。
4.根据权利要求1所述的光学感测系统，还包括设置在所述准直器和所述微透镜之间的红外截止滤光器。
5.根据权利要求1所述的光学感测系统，还包括设置在所述微透镜和所述第二表面之间的红外截止滤光器。
6.根据权利要求1所述的光学感测系统，还包括设置在所述第一表面上方的红外截止滤光器。
7.根据权利要求1所述的光学感测系统，其中所述第一衬底包括显示器的一部分。
8.根据权利要求1所述的光学感测系统，其中：
所述发光元件为第一发光元件；并且
所述第一衬底包括发光元件阵列，所述发光元件阵列包括所述第一发光元件。
9.根据权利要求1所述的光学感测系统，其中所述对象包括手指。
10.一种电子设备，特征在于，所述电子设备被配置为捕获对象触摸所述电子设备的表面的一部分的图像，所述电子设备包括：
透明外覆盖件，所述透明外覆盖件限定能够操作以接收来自所述对象的触摸的界面表面；
发光层，所述发光层定位在所述透明外覆盖件下方并且包括：
第一薄膜晶体管层，所述第一薄膜晶体管层包括透明衬底；和
像素阵列，所述像素阵列以图案形式设置在所述透明衬底上并且被配置为发射穿过所述透明外覆盖件的光以照亮由所述对象在所述触摸期间与所述界面表面接触的一部分限定的接触区域；以及
光学成像传感器，所述光学成像传感器耦接到所述第一薄膜晶体管层的下表面并且包括：
第二薄膜晶体管层，所述第二薄膜晶体管层包括导电迹线；
光敏元件，所述光敏元件耦接到所述第二薄膜晶体管层并且电耦接到所述导电迹线；
红外截止滤光器，所述红外截止滤光器耦接到所述光敏元件并且被配置为反射和/或吸收穿过位于所述像素阵列中的像素之间的所述透明衬底的红外光；
准直器阵列，所述准直器阵列形成在所述红外截止滤光器上方并且被配置为缩小所述光敏元件的视场；以及
微透镜阵列，所述微透镜阵列形成在所述准直器阵列上方，所述微透镜阵列中的每个相应微透镜被配置为将入射到相应微透镜的光聚焦到所述准直器阵列中的相应准直器中，所述微透镜阵列通过粘合剂耦接到所述第一薄膜晶体管层的所述下表面；其中：
从所述发光层发射的光的至少一部分从所述接触区域反射，穿过位于所述像素阵列中的像素之间的所述透明衬底，通过所述微透镜阵列中的相应一个微透镜聚焦到所述准直器阵列中的相应一个准直器中，并且被所述光敏元件吸收。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述对象为手指，并且从所述发光层发射并被所述光敏元件吸收的所述光的所述至少一部分用于构造指纹图像。
12.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述发光层为显示器。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述显示器为有机发光二极管显示器或微型发光二极管显示器中的一者。
14.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述准直器阵列包括：
不透明层，所述不透明层设置在所述光敏元件上方；和
孔阵列，所述孔阵列被限定穿过所述不透明层并且各自沿公共轴线对准。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述不透明层包括墨水。
16.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述公共轴线平行于所述光敏元件的法线。
17.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述光敏元件是光电二极管。
18.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述第二薄膜晶体管层是光学透明的。
19.根据权利要求10所述的电子设备，还包括设置在所述透明外覆盖件和所述发光层之间的触敏层。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述触敏层包括电容触摸传感器。
21.根据权利要求10所述的电子设备，其中：
所述粘合剂包括具有第一折射率的第一材料；以及
所述微透镜阵列包括具有第二折射率的第二材料；其中：
所述第一折射率不同于所述第二折射率。
22.一种光学感测系统，特征在于，所述光学感测系统用于捕获入射到电子设备的显示器的光，所述光学成像系统包括：
薄膜晶体管衬底，所述薄膜晶体管衬底耦接到所述显示器的与所述显示器的前表面相对的后表面，所述显示器从所述前表面发射光；
光敏元件阵列，所述光敏元件各自耦接到所述薄膜晶体管衬底，所述光敏元件定位在所述薄膜晶体管衬底和所述显示器的所述后表面之间并且取向为收集入射到所述显示器的所述前表面的光；
准直器，所述准直器设置在光电二极管上方以及所述光电二极管和所述显示器的所述后表面之间；以及
微透镜，所述微透镜设置在所述准直器上方并且定位在所述准直器和所述后表面之间；其中：
从所述显示器发射的光从邻近所述显示器的所述前表面的手指反射；并且
所述反射光的至少一部分穿过所述显示器、所述微透镜和所述准直器，并且由所述光电二极管收集。
23.根据权利要求22所述的光学感测系统，还包括：
柔性电路，所述柔性电路能够通信地耦接到所述电子设备的处理器；其中
所述薄膜晶体管衬底耦接到所述柔性电路。
24.根据权利要求22所述的光学感测系统，其中：
所述微透镜具有第一宽度；并且
所述准直器具有不同于所述第一宽度的第二宽度。
25.根据权利要求22所述的光学感测系统，其中所述微透镜与所述准直器的中心轴线对准。
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