JP6522234B2 - 指紋取得機能付き表示スクリーン - Google Patents

Description

この出願は、２０１５年１２月１１日に出願された「指紋取得機能付き表示スクリーン」という発明の名称を有する中国特許出願番号201510926853.2の優先権を主張する。また、この参照によって、本願明細書に当該中国出願の内容が含まれるものとする。

本願による開示はイメージ取得の技術分野に関し、特に、指紋取得機能を有する表示スクリーンに関する。

表示装置は、特定の伝達装置と人間の目を介して表示スクリーン上に電子ファイルを表示させる表示ツールである。スマートフォンやタブレット型コンピュータの普及に伴い、タッチ・スクリーンに代表される人と機械の間のインターフェイス技術が人の間で一般的になっている。現在、より多くのディスプレイ製造者が指紋認証機能を有する表示スクリーンの研究開発を開始している。

従来の指紋認証機能付き表示スクリーンでは、一般的に表示スクリーンとは独立した指紋取得部を設けるか、或いは、表示部の特定の位置に指紋取得部を設ける必要があった。指紋取得部が表示スクリーンから独立し、対応データ・ラインを介して表示スクリーンと連結されているので、表示部と統合された指紋取得部の全体が、表示部の端部の特定位置にのみ配置され得る。これにより、従来の指紋認証機能付き表示スクリーンでは、不便、低い一体性、貧弱なユーザ体験と言った欠点を生じていた。

本明細書には、先行技術文献は開示されていない。

本願の目的は、利便性や向上された一体性とユーザ使用感を提供することができる、指紋取得機能付き表示スクリーンを提供することである。

指紋取得機能付き表示スクリーンは、表示スクリーン・カバー・プレートと、その下に並べられたいくつかの表示画像要素と、さらに、表示スクリーン・カバー・プレートの下に、複数の表示画像要素の間の隙間に均一に分配された複数の感光性画像要素と、を含んでいる。

感光性画像要素は感光性要素と視野絞りを含む。視野絞りの絞り孔は感光性要素の上方に配置されている。

感光性要素は表示画像要素から照射された光を受けるが、その光は表示スクリーン・カバー・プレートに接触した指の表面の位置によって反射され、視野絞りの絞り孔から感光性要素内に侵入する。

好ましい実施例では、感光性画像要素は、直立感光性画像要素を含む。直立感光性画像要素の感光性要素は水平に置かれている。直立感光性画像要素の絞り孔の中心線は、感光性要素の上面に対し垂直となっている。

直立感光性画像要素の視野絞りの視野角度はマイナス４５°からプラス４５°である。

好ましい実施例のように、感光性画像要素は傾斜感光性画像要素を含む。傾斜感光性画像要素の感光性要素は水平に置かれ、傾斜感光性画像要素の視野絞りの中心線と感光性要素の上面との角度は、arcsin(n₁/n₂)≦α≦arcsin(n₃/n₂)の範囲となる。ここで、ｎ１は表示スクリーン・カバー・プレートの外部媒体の屈折率を示し、ｎ２は表示スクリーン・カバー・プレートの屈折率を示し、ｎ３は指の表面の屈折率を示す。

好ましい実施例のように、感光性画像要素は直立感光性画像要素と傾斜感光性画像要素を含む。

直立感光性画像要素の感光性要素は水平に置かれ、直立感光性画像要素の絞り孔の中心線は、感光性要素の上面と垂直に交わる。

傾斜感光性画像要素の絞り孔の中心線と感光性要素の上面との角度は、arcsin(n₁/n₂)≦α≦arcsin(n₃/n₂)の範囲となる。ここで、ｎ１は表示スクリーン・カバー・プレートの外部媒体の屈折率を示し、ｎ２は表示スクリーン・カバー・プレートの屈折率を示し、ｎ３は指の表面の屈折率を示す。

それぞれの感光性画像要素は、一つ又は複数の絞り孔を含む。

好ましくは、絞り孔は、丸孔、楕円孔、若しくはスリットである。

開示された表示スクリーンにおいて理解されるように、感光性画像要素は複数の表示画像要素の中に設けられ、感光性画像要素は表示画像要素を光照射部として使用することによって指紋画像を取得する。このように、表示スクリーンは表示機能と指紋認証機能とを有し、これにより、一体性、利便性、表示部のユーザ体験を向上させる。

本願の実施例や先行技術における技術的課題をもっと明確に示すために、実施例の説明に必要な図面を簡単に紹介する。以下に記載された図面は本願のいくつかの実施例を示すだけで、当業者であればこれらの図面に基づき創造的な活動なしに他の図面を入手することができることは明らかである。

図１は、好ましい実施例に基づく、指紋取得機能を有した表示スクリーンの構造を示す概要図である。 図２は、好ましい実施例に基づく、感光性画像要素の構造を示す概要図である。 図３は、感光性画像要素が図２に示された構造を有する時、指紋取得機能を有する表示スクリーンの作動原理を示す図である。 図４は、別の好ましい実施例に基づく、感光性画像要素の構造を示す概要図である。 図５は、複数の絞り孔が設けられた時、感光性画像要素の構造を示す概要図である。 図６は、別の好ましい実施例に基づく、感光性画像要素の構造を示す概要図である。 図７は、表示スクリーンの表示画像要素から照射された光を示す図である。 図８は、感光性画像要素が図６に示された構造を有する時、指紋取得機能を有する表示スクリーンの作動原理を示す図である。 図９は、屈折によって表示スクリーン・カバー・プレートの中に入射された迷光を示す図である。 図１０は、別の好ましい実施例に基づく、感光性画像要素の構造を示す概要図である。 図１１は、指紋取得の為の複数角度感光性画像要素を有する表示スクリーンの作動原理を示す図である。 図１２に、好ましい実施例に基づく、感光性画像要素を埋め込む方法を示す。 図１３は、一つの感光性画像要素と３つの表示画像要素とが直列状に並んだ画像要素グループの配置を示す図である。 図１４は、一つの感光性画像要素と４つの表示画像要素とが直列状に並んだ画像要素グループの配置を示す図である。 図１５は、一つの感光性画像要素と３つの表示画像要素とからなる２ｘ２画像要素グループの配置を示す図である。

本願の実施例の図面に基づく実施例の説明において、技術的な課題が明確に記載されている。但し、記載された実施例は本願の実施例のすべてではなく一部であることは明らかである。本願の実施例に基づき当業者の一人が創造的な活動なしに得られる他の全ての実施例は、本願の保護範囲に付随する。

従来の表示部の指紋取得機能は、表示部とは独立して設けられた指紋取得部又は表示部端部の特定の位置に設けられた指紋認証部により一般的にもたらされた。本願の発明者は、表示部の表示スクリーンに表示機能と指紋認証機能の双方を持たせ得ることを発見した。すなわち、指紋取得装置の作動光源として表示スクリーンの表示画像要素から照射された光を使用し、指紋取得装置を表示スクリーンと一体化する。この方法によって、指紋取得装置を別途設ける必要がなくなり、指紋画像を得るために表示スクリーン上のどの位置にタッチすることも可能になる。これにより、一体性、利便性、表示部のユーザ体験をさらに向上させる。

指紋取得機能を有した表示スクリーンの構造と作動原理は、以下に記載された特定の実施例によって詳細に開示される。

図１は、好ましい実施例に基づく、指紋取得機能を有した表示スクリーンの構造を示す概要図である。図１に示すように、表示スクリーンは、表示スクリーン・カバー・プレート１と、複数の表示画像要素２と、複数の感光性画像要素３と、を含んでなる。複数の表示画像要素２は表示スクリーン・カバー・プレート１の下側に設けられ、複数の感光性画像要素３は、複数の表示画像要素２の間の隙間に均一にかつ規則的に配置されている。

図２は、好ましい実施例に基づく、感光性画像要素の構造を示す概要図である。図２に示すように、感光性画像要素３は感光性要素４と視野絞り５とを含んでなる。視野絞り５は、光遮断フレーム５０と、絞り孔５１と、光遮断フレームにより囲まれた受容孔５２と、を含んでなる。感光性要素４は、受容孔５２の中に水平に置かれている。絞り孔５１は感光性要素４の上方に配置され、絞り孔５１の中心線は感光性要素４の上面に垂直に交わっている。視野絞り５の視野角度Ａはマイナス４５°からプラス４５°の範囲である。

図３は、感光性画像要素が図２に示された構造を有する時、指紋取得機能を有する表示スクリーンの作動原理を示す図である。図３に示すように、表示スクリーンの電源が入ると、表示スクリーンの表示画像要素２は光を照射する。本願では、表示画像要素は光照射部として使用される。指紋の表面上に尾根と谷が分配される。指が表示スクリーン・カバー・プレート１をタッチしている時、指の表面の尾根が表示スクリーン・カバー・プレート１と密接に接触する。表示画像要素２より照射された光の一部が、表示スクリーン・カバー・プレート１と接触した指の表面の位置で反射される。反射された光の垂直方向は強く、垂直方向の反射光は視野絞り５の絞り孔を介して感光性要素４の中に入射される。このため、感光性要素４が受ける光の程度も強い。この場合、尾根に対応する画像は高い輝度を有する。指の表面の谷は、表示スクリーン・カバー・プレート１とは接触せず、表示スクリーン・カバー・プレート１とは離れている。したがって、この部分の垂直方向の反射光は相対的に弱く、感光性要素４が受ける光の程度も弱い。この場合、谷に対応する画像は低い輝度を有する。その結果、全体の指紋画像は明暗縞として現れる。

図２に示された感光性画像要素の構造は単なる例示であって、感光性画像要素の構造は図４に示された構造でも良い。感光性画像要素の感光性要素４は、光遮断フレームにより囲まれた受容孔の中に配置されるのではなく、視野絞り５の下に直接配置されても良い。この際の作動原理は、図２に示される感光性画像要素の作動原理と同様である。

本願では、複数の絞り孔５１が感光性画像要素３に設けられている。感光性画像要素３が複数の絞り孔を有し、複数の絞り孔のそれぞれの中心線は互いに並行である。図５に、複数の絞り孔が設けられた時の、感光性画像要素の構造を示す。

図２、図４、図５に示された感光性画像要素の構造では、絞り孔の中心線は感光性要素の上面と直角に交わり、本願では、感光性画像要素を直立感光性画像要素と呼ぶ。

図２、図４、図５に示された感光性画像要素の構造は単なる例示であって、感光性画像要素に設けられた絞り孔の個数や形状は本願では特別に定義されていないことを注意されたい。感光性画像要素の絞り孔の形状は、丸孔、楕円孔又はスリットを含むが、これに限定されない。

直立感光性画像要素を備えた表示スクリーンは、指紋取得の為に使用される時、乾いた指又は濡れた指に対する良好な適用性において有利である。すねわち、乾いた指又は濡れた指に対し、安定した品質の指紋画像の取得が可能である。

図６は、別の好ましい実施例に基づく、感光性画像要素の構造を示す概要図である。図６に示されるように、感光性画像要素３は感光性要素と視野絞り５とを含んでなる。視野絞り５は、光遮断フレームと、絞り孔と、光遮断フレームにより囲まれた受容孔と、を含んでなる。感光性要素は、受容孔の中に水平に配置されている。絞り孔は感光性要素の上方に配置され、絞り孔の中心線と感光性要素の上面との角度が、arcsin(n1/n2)≦α≦arcsin(n3/n2)：式１の範囲なる。ここで、ｎ１は表示スクリーン・カバー・プレートの外部媒体の屈折率を示し、ｎ２は表示スクリーン・カバー・プレートの屈折率を示し、ｎ３は指の表面の屈折率を示す。

図６に示した構造を備えた感光性画像要素有した表示スクリーンの作動原理を記載する前に、表示画像要素により照射された光の抑制された合計内部反射角度を最初に定義する。

図７は、表示スクリーンの表示画像要素から照射された光を示す図である。図７に示されるように、表示画像要素から照射された光の一部は、表示スクリーン・カバー・プレートと空気の間のインターフェイス部における合計内部反射によって増殖される。表示スクリーン・カバー・プレートの屈折率をｎ２、指がプレートをタッチしていない時の表示スクリーン・カバー・プレートの外部媒体（一般的に空気）の屈折率をｎ１、指の表面の屈折率をｎ３、と仮定する。表示画像要素２から照射された光の一部の角度発生は、表示スクリーン・カバー・プレートの外部媒体が空気の時には合計内部反射により光の一部が増殖され得ること、表示スクリーン・カバー・プレートの外部媒体が皮膚の時には合計内部反射により光の一部が増殖され得ないことに対応する。典型的には、ｎ１＝１．０、ｎ２＝１．５、ｎ３＝１．３３とすると、角度αの範囲は、41.8 degree≦α≦62.5 degreeと数式（１）に基づき、arcsin (1/1.5)、arcsin (1.33/1.5) と計算される。上記角度範囲内の光角度の発生は、抑制された合計内部反射角度と定義され、上記角度範囲の光を抑制光と呼ぶ。

表示スクリーン・カバー・プレートの外部媒体が指の皮膚の場合、抑制光の合計内部反射は抑制され、反射インターフェイスを介してエネルギーの一部が通過し、噴出又は吸収されるように指の表面上に突出する。これにより、反射光のエネルギーが減少する。指紋画像はこのメカニズムに基づき取得される。

図８は、感光性画像要素が図６に示された構造を有する時、指紋取得機能を有する表示スクリーンの作動原理を示す図である。図８に示すように、表示スクリーンの電源が入ると、表示スクリーンの表示画像要素２は光を照射し、表示画像要素２から照射された抑制光のみが図８に示されている。表示画像要素２から照射された抑制光は、表示スクリーン・カバー・プレートと空気の間のインターフェイスにおいて反射し、そして、感光性画像要素の絞り孔を介して感光性要素上に投射される。指が表示スクリーン・カバー・プレート１をタッチしている時、指の表面の尾根が表示スクリーン・カバー・プレート１と密接に接触し、抑制光の合計内部反射が抑制される。光の一部が表示スクリーン・カバー・プレートから逃げ、その結果、反射光経路上の光エネルギーが減少され、感光性要素で受ける光の強弱（程度）も減少する。この場合、尾根に対応した画像は低輝度となる。指の表面の谷は表示スクリーン・カバー・プレート１とは接触せず、谷と表示スクリーン・カバー・プレート１の間には空気が存在するので、抑制光の合計内部反射は抑制されない。したがって、反射光経路上の光エネルギーは変わらず、感光性要素で受ける光の強弱（程度）も変わらない。この場合、谷に対応した画像は高輝度となる。

外部迷光が、表示スクリーン・カバー・プレート内に入り屈折され、屈折角度が合計内部反射角度より確実に小さく、傾斜感光性画像要素の受容範囲から外れることが、屈折の規則に基づき、容易に結論付けられる。図９は、屈折によって表示スクリーン・カバー・プレートの中に入射された迷光を示す。したがって、図７に示された表示画像要素付き表示スクリーンは、指紋取得を実行する時、外部迷光による影響を受けない。図９より判るように、明確かつ低ノイズの指紋画像の取得が、抑制合計内部反射光の使用によって、容易になり得る。

図６に示される感光性画像要素の構造は単なる例示であって、感光性画像要素の構造は図４に示される構造と同様であっても良い。図１０は別の好ましい実施例に基づく、感光性画像要素の構造を示す概要図である。図１０に示されるように、感光性画像要素の感光性要素は、感光性画像要素の感光性要素は、光遮断フレームにより囲まれた受容孔の中に配置されるのではなく、視野絞り５の下に直接配置されても良い。絞り孔の中心線と感光性要素の上面と間の角度をαとする。

図６に示される絞り孔の中心線と感光性要素の上面と間の角度がαとなっている感光性画像要素を、本願では、傾斜感光性画像要素と呼ぶ。複数の絞り孔が傾斜感光性画像要素上に設けられ得る。傾斜感光性画像要素が複数の絞り孔を有する時、それぞれの絞り孔の中心線と感光性要素の上面と間の角度はαである。傾斜感光性画像要素に設けられた絞り孔の個数や形状は本願では特別に定義されていない。傾斜感光性画像要素の絞り孔の形状は、丸孔、楕円孔又はスリットを含むが、これに限定されない。

より良い指紋画像を取得する為に、本願の表示スクリーンでは、直立感光性画像要素と傾斜感光性画像要素とが組み合わされた複数角度感光性画像要素が更に好ましい。図１１は指紋取得の為の複数角度感光性画像要素を有する表示スクリーンの作動原理を示している。直立感光性画像要素のアウトプット情報と傾斜感光性画像要素のアウトプット情報とを複数角度感光性画像要素が組み合わせ、それぞれの優位性の結合において優れた品質の指紋画像を取得する。

複数の感光性画像要素を複数の表示画像要素の間に埋め込む方法が以下に詳細に記載される。

本願では、複数の感光性画像要素と複数の表示画像要素とを含んでなる複数の画像要素グループが構成される。図１２は、好ましい実施例に基づく、感光性画像要素を埋め込む方法を示す。図１２に示されるように、それぞれの画像要素グループが一つの感光性画像要素と４つの表示画像要素を含み、４つの表示画像要素の間を結ぶ線が正方形を形成し、感光性画像要素はその正方形の中心に位置し、複数の画像要素グループはマトリックス状に配置されている。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、表示画像要素を示す。カラー表示スクリーンでは、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を、赤、緑、青、ダーク又は白のような異なった色で表示しても良い。Ｓは感光性画像要素を示し、直立感光性画像要素、傾斜感光性画像要素又は複数角度感光性画像要素であっても良い。

他の好ましい埋め込み方法として、それぞれの画像要素グループが一つの感光性画像要素とｎ個の表示画像要素を含み、一つの感光性画像要素とｎ個の表示画像要素を直線状に配置する。ｎは２以上の自然数である。複数の画像要素グループはマトリックス状に配置される。

直列状の一つの感光性画像要素とｎ個の表示画像要素が直列状に並んだ実施例において、感光性画像要素の位置は特に定義されておらず、左端、右端、又は中央であっても良いことに注意されたい。図１３は、一つの感光性画像要素と３つの表示画像要素とが直列状に並んだ画像要素グループの配置を示す図である。図１４は、一つの感光性画像要素と４つの表示画像要素とが直列状に並んだ画像要素グループの配置を示す図である。

他の好ましい埋め込み方法として、それぞれの画像要素グループが一つの感光性画像要素と（ｎ２−１）個の表示画像要素を含み、一つの感光性画像要素と（ｎ２−１）個の表示画像要素はｎｘｎマトリックス状に配置される。ｎは２以上の自然数である。複数の画像要素グループはマトリックス状に配置される。図１５は、一つの感光性画像要素と３つの表示画像要素とからなる２ｘ２画像要素グループの配置を示す図である。

上述した複数の感光性画像要素を埋め込む方法は単なる例示であって、感光性画像要素が複数の表示画像要素の間に均一に配置され得る方法であって、指紋画像が感光性画像要素により取得され得るすべての埋め込み方法は、本願発明の保護範囲に含まれることに注意されたい。

本願の表示スクリーンでは、感光性画像要素が表示画像要素の間に埋め込まれ、表示画像要素を光照射部として使用することによって感光性画像要素が指紋画像を取得することが、理解され得る。このように、表示スクリーンは表示機能と指紋認証機能とを備え、これによって、一体性、利便性、表示部のユーザ体験を向上させる。

本願の明細書や実務を考慮すれば、当業者は本願の他の実施例を容易に予見することができる。本願には、本願発明の変更、利用、適応も含まれるものと考える。これらの、変更、利用又は適応は、出願の一般原理に遵守し、本願には記載されていない公知又は慣習技法も含まれる。明細書と実施例は、単なる例示であって、本願発明の実際の範囲と精神は特許請求の範囲によって定義される。

本願は前述又は図面に示された厳密な方法に限定されるものではなく、本願の開示の範囲に基づかない様々な変更や修正もされ得ることを理解されたい。本願発明の範囲は特許請求の範囲のみによって定義される。

１ 表示スクリーン・カバー・プレート
２ 表示画像要素
３ 感光性画像要素
４ 感光性要素
５ 視野絞り
５０ 光遮断フレーム
５１ 絞り孔
５２ 受容孔

Claims (7)

1. 表示パネル・カバー・プレートとその下に配置された複数の表示画像要素とを含んでなる、指紋取得機能を備えた表示パネルであって、
   該表示パネルは、前記複数の表示画像要素の間の隙間に均一になるように前記表示パネル・カバー・プレートの下に配置された複数の感光性画像要素を含み、
   前記感光性画像要素は感光性要素と視野絞りとを含み、前記視野絞りに設けられた絞り孔が前記感光性要素の上方に位置するように調整され、
   表示画像要素から照射された光であって、前記表示パネル・カバー・プレートと接触している指の表面位置で反射され前記視野絞りの前記絞り孔を介して前記感光性要素に入射した光を、前記感光性要素が受領することを特徴とする表示パネル。
2. 前記感光性画像要素は直立感光性画像要素を含み、該直立感光性画像要素の前記感光性要素は水平に配置され、前記直立感光性画像要素の前記絞り孔の中心線が前記感光性要素の上面と直角に交わることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
3. 前記直立感光性画像要素の前記視野絞りにおける視野角度がマイナス４５°からプラス４５°の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の表示パネル。
4. 前記感光性画像要素は傾斜感光性画像要素を含み、該傾斜感光性画像要素の前記感光性要素は水平に配置され、前記傾斜感光性画像要素の前記絞り孔の中心線と前記感光性要素の上面とが形成する角度αが、前記表示パネル・カバー・プレートの外部媒体の屈折率（ｎ１）、前記表示パネル・カバー・プレートの屈折率（ｎ２）、指の表面の屈折率（ｎ３）を利用して、arcsin(n1/n2)≦α≦arcsin(n3/n2)の範囲を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
5. 前記感光性画像要素は直立感光性画像要素と傾斜感光性画像要素とを含んでなり、
   該直立感光性画像要素の前記感光性要素は水平に配置され、前記直立感光性画像要素の前記絞り孔の中心線が前記感光性要素の上面と直角に交わり、
   前記傾斜感光性画像要素の前記絞り孔の中心線と前記感光性要素の上面とが形成する角度αが、前記表示パネル・カバー・プレートの外部媒体の屈折率（ｎ１）、前記表示パネル・カバー・プレートの屈折率（ｎ２）、指の表面の屈折率（ｎ３）を利用して、arcsin(n1/n2)≦α≦arcsin(n3/n2)の範囲を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
6. 前記感光性画像要素は一つ又は複数の絞り孔を有することを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
7. 前記絞り孔は、丸孔、楕円孔又はスリットであることを特徴とする請求項６に記載の表示パネル。