CN213582208U - 指纹感测模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种指纹感测模块，用于一液晶显示屏，该液晶显示屏包括一感测区域，该指纹感测模块包括一光源及一遮光框。该光源可用来提供该感测区域上进行指纹感测所需的光线，其中，该感测区域位于该光源的一第一侧。该遮光框设置于该光源向该第一侧的一发光路径上。

Description

指纹感测模块
技术领域
本实用新型涉及一种指纹感测模块，尤其涉及一种可用于液晶显示屏(LiquidCrystal Display，LCD)的指纹感测模块。
背景技术
指纹感测技术已被广泛用于各式各样的电子产品，例如移动电话、笔记本电脑、平板计算机、个人数字助理、及可携式电子装置等，用来实现身分识别。通过指纹感测，能够方便地对用户进行身分识别，用户只须将手指放置在指纹感测面板或区域上，即可登入电子装置，而无须输入冗长且繁琐的用户名称及密码。
光学式指纹感测已成为市面上指纹感测技术的主流。目前光学式屏下指纹识别系统主要应用于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏。请参考图1，图1为一有机发光二极管显示屏10的结构示意图。其中，有机发光二极管显示屏10的发光源来自于像素内部的有机发光二极管，其属于自发光的结构，具有高均匀性的光场，即，在面板的各位置上进行指纹感测时，位于面板下方的感测镜头都能够接收到高相似度的指纹感测图像。
请参考图2，图2为一液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)20的结构示意图。不同于有机发光二极管显示屏10，液晶显示屏20为背光显示结构，其需采用外挂式光源来提供光线。以图2为例，面板周围设置有4个光源来提供指纹图像感测所需光线。然而，外挂式光源存在光场指向性问题，造成同一手指在不同角度或不同距离上出现指纹图像不一致的现象，导致指纹识别错误率提高。
鉴于此，实有必要提出一种指纹感测模块结构来消除光场指向性问题，从而提升指纹感测的图像质量。
实用新型内容
因此，本实用新型的主要目的即在于提供一种可用于液晶显示屏(LiquidCrystal Display，LCD)的指纹感测模块结构，其可消除指纹感测的光场指向性，以解决上述问题。
本实用新型的一实施例公开了一种指纹感测模块，用于一液晶显示屏。该液晶显示屏包括一感测区域。该指纹感测模块包括一光源及一遮光框。该光源可用来提供该感测区域上进行指纹感测所需的光线，其中，该感测区域位于该光源的一第一侧。该遮光框设置于该光源向该第一侧的一发光路径上。
本实用新型的另一实施例公开了一种指纹感测模块，用于一液晶显示屏。该液晶显示屏包括一感测区域。该指纹感测模块包括一光源及一光导结构。该光源可用来提供该感测区域上进行指纹感测所需的光线，其中，该感测区域位于该光源的一第一侧。该光导结构设置于该光源的一发光面上，用来将该光源发出的光线导向相反于该第一侧的方向。
本实用新型的另一实施例公开了一种指纹感测模块，用于一液晶显示屏。该液晶显示屏包括一感测区域。该指纹感测模块包括一光源及一透镜。该光源可用来提供该感测区域上进行指纹感测所需的光线，其中，该感测区域位于该光源的一第一侧。该透镜设置于该光源的一发光面上，用来将该光源发出的光线集中在非位于该第一侧的方向。
附图说明
图1为一有机发光二极管显示屏的结构示意图。
图2为一液晶显示屏的结构示意图。
图3为本实用新型实施例一指纹感测模块的示意图。
图4为本实用新型实施例另一指纹感测模块的示意图。
图5为本实用新型实施例又一指纹感测模块的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10 有机发光二极管显示屏
20、300 液晶显示屏
30、40、50 指纹感测模块
310 电路板
320 指纹感测单元
L1、L2 光源
FS1、FS2、FO1、FO2 遮光框
LG1、LG2 光导结构
LN1、LN2 透镜
具体实施方式
本实用新型提供了可用于液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)的指纹感测模块结构。如上所述，液晶显示屏采用背光显示的面板结构，利用可见光背光源来产生图像显示所需的光线。一般来说，用于液晶显示屏的光学式指纹感测是在感测区域周围加入额外的光源来实现，为避免影响视效，可利用红外光(infrared light)来进行指纹感测。换句话说，设置于感测区域周围的红外光源仅用于指纹感测，而非用来提供液晶显示屏进行显示所需的光线。
请参考图3，图3为本实用新型实施例一指纹感测模块30的示意图。如图3所示，指纹感测模块30包括光源L1及L2、遮光框FS1、FS2、FO1及FO2、一电路板310以及一指纹感测单元320。指纹感测模块30可包括或未包括液晶显示屏，为方便说明，图3示出了一液晶显示屏300。详细来说，液晶显示屏300包括一感测区域，可用来接收指纹图像信号。电路板310设置于液晶显示屏300下方，其可以是印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)、软式印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board，FPC Board)、或其它类型的可用来承载电路的基板。电路板310上设置有光源L1、L2以及指纹感测单元320。每一光源L1及L2都可由一或多个红外线发光二极管(Infrared Light-Emitting Diode，IR LED)所组成，一般来说，发光二极管光源都具有出光角的设计，例如，当光源L1或L2设置于电路板310上时，其往往被设定为具有向上的出光方向且具有预设的出光角(如30度或60度)，也就是说，光线是朝向相对于电路板310表面的法线方向(即垂直电路板310表面的方向)发散，并对应出光角的大小呈现圆锥状的向上发光路径。指纹感测单元320可包括多个指纹感测像素，用来接收光线以判断指纹的纹脊(Ridge)和纹谷(Valley)的变化。在指纹感测模块30中，光源L1、L2提供光线来照亮手指，使得指纹感测像素接收到的图像呈现深浅变化。举例来说，纹脊位置处于与面板贴合的状态，其与面板间缺少一层空气介质，可呈现较亮的图像；纹谷位置则与面板之间存在狭小的缝隙，造成光线的能量衰减而显示较暗的图像。
遮光框FS1、FS2、FO1及FO2可用来遮蔽光线，并形成开孔来通过特定方向的光线，以达到指纹感测的目的。其中，遮光框FS1及FS2用来遮蔽光源L1及L2向内侧发出的光线，遮光框FO1及FO2用来遮蔽光源L1及L2向外侧发出的光线。如上所述，光源L1或L2通常具有向上的出光方向，且在出光角内反射到感测区域。当不存在遮光框FS1及FS2的情况下，到达手指的光线可能通过反射、散射或漫射等方式回传到指纹感测单元320以进行接收。当具有指向性的光线照射到手指时，通过手指反射的光线会因为光源与手指距离不同而具有不同的强度，这样的反射光强度变异会干扰指纹识别结果。更明确来说，光源L1及L2向内侧发出的光线会到达位于内侧的感测区域，并通过感测区域上的手指反射而到达指纹感测单元320，使得指纹感测单元320接收到的指纹图像包括了反射光强度不同所造成的亮度变异，由于纹脊和纹谷之间的图像亮度差异通常极小，其十分容易受到反射光亮度变异的影响，导致指纹图像质量的下降。
因此，在本实用新型中，指纹感测模块30包括了遮光框FS1及FS2，其设置于光源L1或L2向内侧反射到感测区域的发光路径上，以遮蔽光源L1或L2向内侧发出的指向性光线，从而避免光源L1或L2向内侧的光线直接由手指反射而到达指纹感测单元320，造成指纹感测单元320感测到的指纹图像受到反射光的变化干扰。
通过遮光框FS1及FS2将具有指向性的反射光遮蔽之后，指纹感测单元320所接收到的光线仅剩下通过手指内部散射或漫射出来的光线，即可形成无指向性且均匀的光场，并产生均匀的指纹成像。在此例中，由于指纹感测模块30采用红外光作为指纹感测的光源L1及L2，红外光可射入皮肤内部的皮下组织，从而通过皮肤内部结构的均匀漫射之后，发散到指纹感测单元320以进行接收。如此一来，手指任何位置上的图像都能够忠实呈现纹脊和纹谷的信息，不受到光源指向性的影响，从而提升指纹识别的正确率。
在一实施例中，位于光源L1及L2内侧的遮光框FS1及FS2的位置可设计为，将遮光框FS1及FS2的一侧分别对齐光源L1及L2的出光法线，使得遮光框FS1及FS2可完全遮蔽位于出光法线内侧的发光路径。遮光框FS1及FS2的另一侧则可对应于指纹感测单元320的边界，使得从手指内部漫射出的光线能够顺利到达指纹感测单元320。然而，本领域技术人员应当了解，只要遮光框可用来完全遮蔽或部分遮蔽由光源L1或L2出发到达手指表面之后反射而进入指纹感测单元320的指向性光线，其相关设置方式都不应用以限制本实用新型的范畴。
除此之外，遮光框FS1、FS2、FO1及FO2的设置可用来形成开孔，这些开孔位于出光法线的外侧方向，且开孔大小可对应于约15度至30度之间的出光角。本领域技术人员应当了解，开孔大小和位置可依实际需求进行设置，例如可根据光源L1及L2本身设计的出光角，将开孔设置于出光法线外侧的特定位置和角度。举例来说，若光源L1及L2的出光角为60度且其发光方向正对法线位置时，代表出光角涵盖法线内侧30度到外侧30度之间的范围，此时可将开孔对应设置于法线到外侧30度之间的位置。
值得注意的是，本实用新型的目的之一在于提供一种可消除光场指向性的指纹感测模块结构。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，上述实施例采用两个光源L1及L2分别设置于感测区域两侧；但在其它实施例中，也可根据实际需求来设置适合的光源，例如可针对一正方形的感测区域，在四边的中间位置各设置一光源；或者，也可在每一边设置两个光源，以提升光场强度和均匀性。此外，上述实施例采用了内侧的遮光框FS1及FS2来遮挡具有指向性的光线，并且在外侧出光角以外的位置设置有遮光框FO1及FO2来遮挡向外散射出的光线。在一实施例中，由于红外光不影响画面的显示，也可不使用外侧的遮光框FO1及FO2，只要设置有内侧的遮光框FS1及FS2即可达到减少整体光场指向性的效果。另外，也可在光源L1及L2和指纹感测单元320之间设置额外的遮光框，以避免或减少指纹感测单元320接收到不必要光线。在本实用新型中，遮光框可采用非透明材质或任何可遮蔽光源所发出的光线的材料来实现。
由于本实用新型的目的在于降低光场指向性，在部分实施例中，也可采用其它方式来降低光场指向性，例如改变光线的方向以避免光线直接由手指表面反射而进入指纹感测单元中的感测像素。请参考图4，图4为本实用新型实施例另一指纹感测模块40的示意图。如图4所示，指纹感测模块40的结构相似于指纹感测模块30的结构，故功能相似的组件都以相同符号表示。指纹感测模块40与指纹感测模块30之间的主要差异在于，指纹感测模块40不使用遮光框，而是在光源L1及L2的发光面上分别设置光导结构LG1及LG2。光导结构LG1及LG2可分别将光源L1及L2所发出的光线导向外侧，以减少或避免光线向内侧射入感测区域并且通过手指反射而到达指纹感测单元320，从而降低光场指向性。同样地，向外侧的光线可通过手指内部的散射或漫射而到达指纹感测单元320，以形成无指向性且均匀的光场，并产生均匀的指纹成像。
光导结构LG1及LG2可由任何可行的方式实现，例如可采用具有改变光线方向功能的微结构。在一实施例中，光导结构LG1及LG2可包括表面为锯齿状的棱镜结构，如图4所示。光导结构LG1及LG2可分别贴合在光源L1及L2的发光面上，使得从光源L1及L2表面发出的光线可向外侧射入手指内部。在其它实施例中，也可将光导结构设置于其它光线通过的路径上，只要光导结构的设置能够降低光场指向性即可。
请参考图5，图5为本实用新型实施例又一指纹感测模块50的示意图。如图5所示，指纹感测模块50的结构相似于指纹感测模块40的结构，故功能相似的组件都以相同符号表示。指纹感测模块50与指纹感测模块40之间的主要差异在于，指纹感测模块50采用透镜LN1及LN2来集中光线，用以取代光导结构LG1及LG2。透镜LN1及LN2可以是凸透镜或其它可聚光的透镜结构，用以将光源L1及L2发出的光线集中向上(或可调整为向外)，向上射入手指内部的光线无法直接反射到指纹感测单元320，可减少指纹感测单元320接收到的反射光，从而降低光场指向性。如此一来，光线可通过手指内部的散射或漫射而到达指纹感测单元320，以形成无指向性且均匀的光场，并产生均匀的指纹成像。
如图5所示，透镜LN1及LN2可分别贴合在光源L1及L2的发光面上，以集中从光源L1及L2表面发出的光线。在其它实施例中，也可将透镜设置于其它光线通过的路径上，只要透镜的设置能够降低光场指向性即可。
在一实施例中，也可使用光导结构搭配透镜的设置来进一步控制光线以更佳的方式进入感测区域和手指。或者，也可在光导结构或透镜的设置之下另外在适当的位置加入遮光框。以上实施方式都属于本实用新型的范畴。
综上所述，本实用新型提供了一种可用于液晶显示屏的指纹感测模块结构，用来提升指纹感测的光场均匀性。通过本实用新型的实施例，可消除具有指向性的反射光，即消除从光源出发到达手指表面之后反射而进入指纹感测单元的指向性光线。在一实施例中，可利用遮光框设置于光源法线内侧反射到感测区域的发光路径上，以遮挡可能通过手指表面反射而到达指纹感测单元的指向性光线。在其它实施例中，也可利用光导结构及/或透镜来改变光线方向，以减少向内侧反射的光线，从而减少指纹感测单元接收到的反射光。如此一来，可避免或减轻指纹成像受到光源指向性的影响，以提升指纹感测的图像质量，从而提升指纹识别的正确率。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种指纹感测模块，用于一液晶显示屏，该液晶显示屏包括一感测区域，该指纹感测模块包括：
一光源，用来提供该感测区域上进行指纹感测所需的光线，其中，该感测区域位于该光源的一第一侧；以及
一遮光框，设置于该光源向该第一侧的一发光路径上。
2.如权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，该遮光框的一侧对齐该光源的一出光法线。
3.如权利要求2所述的指纹感测模块，其特征在于，该遮光框用来完全遮蔽该出光法线的该第一侧方向的该发光路径。
4.如权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，该遮光框用以形成一开孔，该开孔位于该出光法线的相反于该第一侧的方向，且该开孔的大小对应于一出光角，该出光角位于15度至30度之间。
5.如权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，该光源是一红外光源，且该光源非用来提供该液晶显示屏进行显示所需的光线。
6.一种指纹感测模块，用于一液晶显示屏，该液晶显示屏包括一感测区域，该指纹感测模块包括：
一光源，用来提供该感测区域上进行指纹感测所需的光线，其中，该感测区域位于该光源的一第一侧；以及
一光导结构，设置于该光源的一发光面上，该光导结构用来将该光源发出的光线导向相反于该第一侧的方向。
7.如权利要求6所述的指纹感测模块，其特征在于，该光导结构包括一锯齿状棱镜。
8.如权利要求6所述的指纹感测模块，其特征在于，该光导结构贴合在该光源的该发光面上。
9.一种指纹感测模块，用于一液晶显示屏，该液晶显示屏包括一感测区域，该指纹感测模块包括：
一光源，用来提供该感测区域上进行指纹感测所需的光线，其中，该感测区域位于该光源的一第一侧；以及
一透镜，设置于该光源的一发光面上，该透镜用来将该光源发出的光线集中在非位于该第一侧的方向。
10.如权利要求9所述的指纹感测模块，其特征在于，该透镜贴合在该光源的该发光面上。
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