TW201931198A - 屏內光學指紋辨識的發光二極體面板 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，利用發光二極體提供的指向性光線在導光基板內以全反射的方式傳導，俾以感應按壓在指紋接收區域的指紋，並藉由光感測元件將光學訊號轉換為電氣訊號，俾以辨別指紋的特徵。由於本發明直接利用發光二極體做為光源，更可使用光電二極體做為光感測元件並整合在發光二極體面板的遮光層區域，因此無需增加基板的面積即可實現整合光感測元件的目的，另外，由於幾乎整個導光基板的表面均可提供做為指紋觸碰的面積，因而提升了使用的便利性。又因為指向性光線在進入至光感測元件之前可藉由特定的光學微結構以調整光路徑，因此在一般使用的情形下，環境的直射光或強光的影響可降到最低，以確保指紋辨識的準確度。

Description

屏內光學指紋辨識的發光二極體面板

本發明係關於一種發光二極體面板，其係特別關於一種具有光學指紋辨識的發光二極體面板，且光學指紋辨識更整合在發光二極體面板內。

目前發展中的指紋辨識技術主要包含半導體式、光學式及超聲波式，其中則係以半導體式與光學式為較成熟的技術，也是現行主流的指紋辨識技術。其中，半導體式指紋感測器的原理係將高密度的電容感測器，或是壓力感測器等微型化感測器，整合於一晶片中，在指紋按壓晶片表面時，內部微型電容感測器會根據指紋波峰與波谷聚集而產生的不同電荷量(或是溫差)，形成指紋影像。光學式指紋感測器則係利用光源、光學元件、光電感應器共同組成一套指紋採集設備，利用手指按壓，指紋的波峰與波谷對於全反射的吸收與破壞，得到一枚指紋影像，再將影像擷取與輸出以達到判別的效果。由於光學式的採集方式是非接觸晶片本身，也就是指紋按壓處是由壓克力或是玻璃等光學元件所構成，故光學式最大的優勢就是價格低廉且耐用。

而目前的行動裝置上通常係將指紋辨識獨立設置，其因在於無法整合顯示工作與指紋辨識工作同時進行，故將指紋辨識獨立一區域設置，部分業者設置於行動裝置背蓋或側邊，如此的設計由於不太符合人體工學，經常造成誤觸或難以感應的窘境，因此有部分業者係將指紋辨識設置於行動裝置觸控螢幕的非觸控區域，而缺點在於若在黑暗處操行動裝置之指紋辨識功能時，該指紋辨識區域無照明顯示則相當不便利。

隨著發光二極體面板的技術發展漸趨成熟，本發明則利用發光二極體本身可發光的特性，並同時結合光學式指紋辨識的技術，以提供一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其係可內嵌在發光二極體面板，且藉由獨特的光路徑設計以大幅降低環境光源與強光源在指紋辨識時的干擾。

本發明之主要目的乃在於將指向性光線的全反射光路徑設計於面板內，以提供指紋辨識時所需要的光訊號，俾以在任何光線干擾的環境下，均可有效地進行指紋的辨識。

本發明之次要目的乃在於將光感測元件整合於發光二極體基板上，藉由發光二極體以提供指向性光線，故無需額外設置光源。

本發明之另一目的乃在於使用光電二極體做為光感測元件，並將之整合於發光二極體基板內。

本發明之再一目的乃在於提供一種光學指紋辨識發光二極體面板，大部分的面板面積用以做為指紋的指紋接收區域，同時搭配將光感測元件設置在發光二極體基板的遮光層區域，故可實現全屏顯示的指紋辨識面板。

為達成上述目的及功效，本發明揭露一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其係具有主顯示區域與次顯示區域，本發明的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板包含一發光二極體基板、一導光基板及一光感測元件，發光二極體基板具有複數發光二極體，且至少一發光二極體用以提供一指向性光線，而導光基板的指紋接收區域用以提供手指進行有效的按壓，來自光源的指向性光線自訊號導入區域進入至導光基板並進行全反射並產生光學訊號，終自訊號導出區域離開導光基板，並進入至光感測元件內以將光學訊號轉換為電氣訊號以完成手指的指紋特徵辨識。

由於本發明係將具有特定指向性的光線做為指紋辨識的光學訊號光源，並藉由全反射的方式以確保光學訊號的傳遞有效性，故可達到全屏顯示的屏內指紋辨識功效，同時藉由將光感測元件實質地對應設置在發光二極體基板的遮光層區域，因此不但不影響發光二極體面板的原始設計，更可維持發光二極體面板薄化的特色。

本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

首先請參照第1圖所示，其係為本發明揭露一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板的結構截面示意圖。屏內光學指紋辨識的發光二極體面板1a係具有主顯示區域32與次顯示區域34，本發明的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板1a包含一發光二極體基板14、一導光基板12及一光感測元件16。

發光二極體基板14具有複數個發光二極體22、24，且其中至少一個發光二極體22係用以提供指向性光線(虛線所示)，其餘的發光二極體24則係用以提供屏內光學指紋辨識的發光二極體面板1a顯示時所需的光線，因此，在本發明揭露的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板1a無須額外設置光源，不過為避免提供足夠的顯示光線予主顯示區域32，同時也在不影響顯示品質的前提下，用以提供指向性光線(虛線所示)的發光二極體22較佳的設置位置係實質地對應次顯示區域34。同時，本發明為避免光學式判斷的指紋辨識受到環境光線或強光線的影響，因此用以做為指紋辨識的光線係具有特定指向性的光線，俾使指向性光線(虛線所示)得以特定的角度進入至導光基板12，藉以與來自環境的光線或強光線有所區隔，可確保指紋辨識的準確度。

另外，上述的發光二極體面板14可為主動式有機發光二極體基板、被動式有機發光二極體基板、毫米發光二極體基板或微發光二極體基板，當然，設置於其上的發光二極體22、24則可對應地為主動式有機發光二極體、被動式有機發光二極體、毫米發光二極體或微發光二極體。

導光基板12則具有指紋接收區域122、訊號導入區域124及訊號導出區域126，其中的指紋接收區域122可包含了發光二極體面板1a整個的顯示區域或發光二極體面板1a局部的顯示區域，換言之，指紋接收區域122可對應至發光二極體面板1a的主顯示區域32及至少局部或全部的次顯示區域34、或指紋接收區域122可對應至發光二極體面板1a整個的主顯示區域32、或指紋接收區域122僅對應至發光二極體面板1a的局部的主顯示區域32，其中，主顯示區域32係用以顯示重要的資訊，例如但不限於主功能選項、對話視窗、數字按鍵顯示區域…等等，而次顯示區域34則是用以顯示較為次要的資訊，例如但不限於時間、日期、溫度、或甚至為未顯示出任何資訊僅提供背景畫面的區域或隱藏在畫面外區域如邊框(dead band)，以本實施態樣為例，指紋接收區域122係包含了全部的主顯示區32域及局部的次顯示區域34。而導光基板12內的訊號導入區域124及訊號導出區域126可為鏡面、稜鏡薄膜、光柵或光纖的形式。

光感測元件16可設置發光二極體基板14與導光基板12之間，並實質地位於離開導光基板12的指向性光線(虛線所示)的光路徑上。在本實施態樣中，光感測元件16係以光學二極體(photo diode)為例說明，且光學二極體的光感測元件16係可設置在發光二極體基板12中，兩相鄰的發光二極體24之間，更詳細來說，光感測元件16係設置在兩相鄰的發光二極體24之間的遮光層區域BM，這樣的設計，不但無須額外增設光感測元件16的設置空間，同時也不會影響到發光二極體面板1a的顯示效率。

根據上述結構可知，由特定的發光二極體22所提供的指向性光線(虛線所示)係自訊號導入區域124進入至導光基板12後，並在導光基板12內部進行全反射，當使用者的手指FG在指紋接收區域122的範圍內進行按壓時，係改變了指向性光線(虛線所示)的路徑並同時產生一光學訊號，當指向性光線(虛線所示)自訊號導出區域126離開導光基板12後，進入至光感測元件16，光感測元件16因接受指向性光線(虛線所示)的能量進而產生電壓的變化，因此將光學訊號轉換為電氣訊號，在經由光學處理器(圖未顯示)以判讀出使用者手指FG的指紋特徵。而由於指紋特徵的光學訊號僅約占120~180位元組，因此可選擇性地與顯示處理器(圖未顯示)、觸控處理器(圖未顯示)一併整合為單一個驅動電路。

另外，發光二極體基板14與導光基板12之間係可選擇性地設置有至少一光學結構42、44、46，俾使發光二極體22提供的指向性光線(虛線所示)經過光學結構42、44、46後，可準直地進入至導光基板12的訊號導入區域124，或以具有特定入射角度的方式進入至導光基板12的訊號導入區域124，上述的光學結構42、44、46可選自光學元件、二次元件、光學微結構及其組合。在第2a圖、第2b圖及第2c圖中則揭露三種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板1b、1c、1d的態樣，首先如第2a圖所示，其係以光學元件 (光柵) 42為例，來自發光二極體22的指向性光線(虛線所示)在進入至導光基板12之前調整為具有特定入射角度的入射光，而在第2b圖中係揭露以二次元件 (菲涅耳透鏡，Fresnel lens) 44為例的態樣，來自發光二極體22的指向性光線(虛線所示)在進入至導光基板12之前調整為準直的入射光，並於導光基板以溝槽斜面方式將光導入導光基板，此斜面也可位於導光基板邊緣，最後，在第2c圖則揭露以為光學微結構46為例的態樣，來自發光二極體22的指向性光線(虛線所示)在進入至導光基板12之前調整為準直的入射光，值得注意的是，上述的光學結構42、44、46的型態與結構，及最終指向性光線(虛線所示)進入至導光基板12的入射角度，並無特定的限制，也就是說，在採用光柵42為例的態樣中，指向性光線(虛線所示)亦可能是以準直的角度入射至導光基板12內，最重要的是，來自發光二極體22的指向性光線(虛線所示)可藉由光學結構42、44、46以在進入至導光基板12之前，依照設計與需求，而調整成可匹配的入射角度。上述雖以獨立結構體的態樣來表示光學結構42、44、46，但實際的設計上，光學結構42、44、46也可以整合在導光基板12。

請接續參照第3圖所示，其係為本發明揭露另一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板的結構截面示意圖，此架構下須利用折射率的不同來控制光線進入導光基板內傳遞，折射率1與導光基板相同或接近，折射率2則比導光基板小。在本實施態樣中的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板1e，光感測元件16係為獨立的元件並設置在導光基板12的下方。

請接續再參考第4圖，本實施態樣中的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板1f係揭露在導光基板12與發光二極體基板14之間，更設置有一偏光基板26及一保護玻璃基板28，不過偏光基板26及保護玻璃基板28係可選擇性地設置，換言之，偏光基板26與保護玻璃基板28係可同時設置、或擇一設置，或偏光基板26與保護玻璃基板28更可整合為單一結構。同時，偏光基板26亦可與導光基板12整合為單一結構，或偏光基板26、保護玻璃基板28與導光基板12更可整合為單一結構。根據上述可知，導光基板12除了提供用以進行指紋辨識的指向性光線(虛線所示)進行全反射之外，亦可同時具有偏光與保護的功能。

綜上所述，根據本發明所揭露的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板係將偵測指紋的光感測元件係整合在發光二極體面板內，且透過指向性光線在導光基板內的全反射，以感應按壓在指紋接收區域的指紋，並藉由光感測元件將光學訊號轉換為電氣訊號，俾以辨別指紋的特徵，尤其是可利用光電二極體所構成的光感測元件以整合於發光二極體基板的遮光層區域上，因此不會降低面板的顯示效果與品質。也因為指向性光線在進入至光感測元件之前可藉由特定的光學微結構以調整光路徑，同時更可藉由設置在導光基板與光感測元件之間的訊號放大元件(圖未顯示)，以保持光學訊號的強度、確保指紋辨識的準確度。

而在實際的使用上，本發明揭露的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板可應用在行動裝置、螢幕、電視等各種具有屏幕的裝置，由於本發明的發光二極體面板具有相當大的指紋接收區域，對於使用者而言，無須太過刻意即可輕易地進行指紋的辨識，無論是喚醒裝置或進行身分辨識，均會因為使用的便利性提升而更增進使用者使用指紋保護的功能，與習知將指紋辨識設置在裝置的側表面或後表面的情況，本發明提供的屏內光學指紋辨識的發光二極體面板能夠讓指紋保護的機制更發揮其功能。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1a、1b、1c、1d、1f‧‧‧屏內光學指紋辨識的發光二極體面板

12‧‧‧導光基板

122‧‧‧指紋接收區域

124‧‧‧訊號導入區域

126‧‧‧訊號導出區域

14‧‧‧發光二極體基板

16‧‧‧光感測元件

22‧‧‧發光二極體

24‧‧‧發光二極體

26‧‧‧偏光基板

28‧‧‧保護玻璃基板

32‧‧‧主顯示區域

34‧‧‧次顯示區域

42‧‧‧光學結構(光柵)

44‧‧‧光學結構(菲涅耳透鏡)

46‧‧‧光學結構(光學微結構)

FG‧‧‧手指

BM‧‧‧遮光層區域

第1圖為本發明揭露一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板的結構截面示意圖。 第2a圖為以光學元件(光柵)做為光學結構的局部結構截面示意圖。 第2b圖為以二次元件(菲涅耳透鏡，Fresnel lens)做為光學結構的局部結構截面示意圖。 第2c圖為以光學微結構做為光學結構的局部結構截面示意圖。 第3圖為本發明揭露另一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板的結構截面示意圖。 第4圖為本發明揭露再一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板的結構截面示意圖。

Claims (20)

1. 一種屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，具有一主顯示區域與一次顯示區域，該屏內光學指紋辨識的發光二極體面板係提供一手指進行指紋辨識且包含： 一發光二極體基板，係具有複數發光二極體，且至少一該發光二極體係提供一指向性光線； 一導光基板，設置於該發光二極體基板上方，該導光基板具有至少一指紋接收區域、一訊號導入區域與一訊號導出區域，該指紋接收區域提供該手指以進行有效的按壓，來自該發光二極體的該指向性光線自該訊號導入區域進入至該導光基板並於其中進行全反射，且在該手指按壓於該指紋接收區域時產生一光學訊號，並自該訊號導出區域離開該導光基板；以及 一光感測元件，設置該發光二極體基板與該導光基板之間並實質地位於離開該導光基板的該指向性光線的光路徑上，該光感測元件接收離開該導光基板的該光學訊號後，將該光學訊號轉換為一電氣訊號以辨識該手指的一指紋特徵。
2. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該發光二極體與該導光基板之間係選擇性地設置有至少一光學結構，該發光二極體提供的該指向性光線經過該光學結構後係準直地或非準直地進入至該導光基板的該訊號導入區域。
3. 如請求項2所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光學微結構係可選自光學元件、二次元件、光學微結構及其組合。
4. 如請求項2所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光學微結構係為獨立結構體。
5. 如請求項2所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光學微結構係整合於該導光基板。
6. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該發光二極體基板係為主動式有機發光二極體基板、被動式有機發光二極體基板、毫米發光二極體基板或微發光二極體基板。
7. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中用以提供該指向性光線的該發光二極體係為主動式有機發光二極體、被動式有機發光二極體、毫米發光二極體或微發光二極體。
8. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中用以提供該指向性光線的該發光二極體係設置於較接近於或位於該次顯示區域。
9. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該指紋接收區域為該導光基板的全部或局部區域。
10. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該訊號導入區域及該訊號導出區域為鏡面、稜鏡薄膜、光柵或光纖之形式。
11. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光感測元件係為獨立元件。
12. 如請求項11所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光感測元件係設置在該導光基板的下方。
13. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光感測元件係整合於該發光二極體基板。
14. 如請求項13所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光感測元件係為一光電二極體(photo diode)，其係設置在相鄰的二該發光二極體之間。
15. 如請求項14所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光電二極體係實質的對應設置在該發光二極體基板的一遮光區域。
16. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該導光基板與該發光二極體基板之間更至少設置有一偏光基板或一保護玻璃基板。
17. 如請求項16所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該導光基板更與該偏光基板及該保護玻璃基板的至少其一係整合為單一結構。
18. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該導光基板及該光感測元件之間更設置一訊號放大元件，以放大自該導光基板離開的該光學訊號。
19. 如請求項1所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光學訊號及該電氣訊號更藉由一光學處理器以進行運算並辨識該手指的該指紋特徵。
20. 如請求項19所述之屏內光學指紋辨識的發光二極體面板，其中該光學處理器更整合於該屏內光學指紋辨識的發光二極體面板的一顯示處理器，其更可整合於一觸控處理器。