TWI725761B - 具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備 - Google Patents

具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備 Download PDF

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Abstract

一種電子設備至少包含一背光模組、一顯示面板、一透光保護板、一光學感測器以及一紅外光源。背光模組提供可見光朝上方行進，並具有反射層來阻擋可見光朝下方行進。顯示面板設置於背光模組上方，並依據可見光來顯示資訊。透光保護板設置於顯示面板上方並讓資訊穿透。光學感測器設置於背光模組的下方。紅外光源提供紅外光到位於透光保護板上或上方的生物體。生物體反射紅外光而產生反射的紅外光，反射的紅外光通過透光保護板、顯示面板及背光模組而被光學感測器所接收，使光學感測器獲得代表生物體的圖像的圖像信號，實現屏下式圖像感測功能。

Description

具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備
本發明是有關於一種具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備，且特別是有關於一種可以應用於液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)及OLED等具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備，以及應用於顯示面板的背光模組。
現今的移動電子裝置(例如手機、平板電腦、筆記本電腦等)通常配備有使用者生物識別系統，包括了例如指紋、臉型、虹膜等等不同技術，用以保護個人數據安全，其中例如應用於手機或智慧型手錶等攜帶型裝置，也兼具有行動支付的功能，對於使用者生物識別更是變成一種標準的功能，而手機等攜帶型裝置的發展更是朝向全螢幕(或超窄邊框)的趨勢，使得傳統電容式指紋按鍵(例如iphone 5到iphone 8的按鍵)無法再被繼續使用，進而演進出新的微小化光學成像裝置(非常類似傳統的相機模組，具有互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor(CMOS)Image Sensor(簡稱CIS))感測元件及光學鏡頭模組)。將微小化光學成像裝置設置於螢幕下方(可稱為屏下)，透過螢幕部分透光(特別是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)螢幕)，可以擷取按壓於屏幕上方的物體的圖像，特別是 指紋圖像，可以稱為屏幕下指紋感測(Fingerprint On Display，FOD)。
現有的光學生物感測器(譬如指紋感測器)至少包含一光學模組，光學模組裡面有CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor，CIS)晶片或模組，透鏡陣列模組(Lens array module)，這些元件或模組主要是放在OLED顯示器的下方。因為OLED顯示器本身就會透光，所以實施上沒有問題。
但是除了OLED屏(或屏幕)，許多產品也使用LCD屏，還有OLED屏也還在演進，例如低穿透屏(穿透率由3%到1%)的發展，這些都需要新的屏下光學指紋方案。本案所要解決的是如何設計一紅外線光學感測模組在液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)，亦或者低穿透OLED，或者未來不同的屏的下方。這需要面臨到很多挑戰。譬如，LCD具有背光模組、增光膜、導光板等元件，RGB的可見光從側面打進來，然後從導光板及增光膜擴散出去，把光線均勻化或模糊化。導光板和增光膜上面有很多鋸齒狀結構，把光線散射到各種方向。如果把CIS模組放在背光模組的增光膜及導光板下面的話，背光模組裡面有抗反射塗層(Anti-Reflection Coating，ARC)，讓可見光作全反射，因此從手指反射來的可見光無法穿透而達到CIS模組，造成圖像感測的問題。
本案另一個要解決問題是例如OLED顯示器，其解析度越來越高，可見光FOD受限於顯示器可見光穿透率越來越低(解析度越來越高)，使得感測器的可見光的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)越來越低，因此藉由IR的FOD方案也可以解決此一問題。當然其他顯示器的技術，例如微發光二極體(Micro Light Emitting Diode，uLED)顯示器等等，也都適用此一方案。
因此，本發明的實施例的一個目的在於提供一種具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備以及應用於顯示面板的背光模組，此電子設備具有資訊顯示及生物感測的功能。
為達上述目的，本發明的實施例提供一種電子設備，至少包含一背光模組、一顯示面板、一透光保護板、一光學感測器以及一紅外光源。背光模組提供可見光朝上方行進，並具有一反射層來阻擋可見光朝下方行進。顯示面板設置於背光模組上方，並依據可見光來顯示資訊。透光保護板設置於顯示面板上方並讓資訊穿透。光學感測器設置於背光模組的下方。紅外光源提供紅外光到位於透光保護板上或上方的一生物體。生物體反射紅外光而產生反射的紅外光，反射的紅外光通過透光保護板、顯示面板及背光模組而被光學感測器所接收，使光學感測器獲得代表生物體的一圖像的一圖像信號，實現屏下式圖像感測功能。
此外，本發明亦提供一種電子設備，至少包含：一顯示面板，提供可見光朝上方行進，並依據可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於顯示面板上方，讓資訊穿透；一光學感測器，設置於顯示面板的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於透光保護板上或上方的一生物體，生物體反射紅外光而產生反射的紅外光，反射的紅外光通過透光保護板及顯示面板而被光學感測器所接收，使光學感測器獲得代表生物體的一圖像的一圖像信號。
本發明更提供一種應用於顯示面板的背光模組，至少包含一導光板及一可見光源。導光板配合一紅外光源產生一紅外光。可見光源，設置於導光板的一側，並發射光線進入導光板中行進以產生一可見光。藉此可提供資訊顯示及生物感測的所需要的光線。
藉由上述實施例，利用紅外光可以讓LCD下方設置的光 學感測模組獲得良好的生物特徵圖像，而不影響LCD的顯示功能，也利用LCD的反射層對於紅外光和可見光具有不同的特性，使得可見光無法穿透的反射層可以讓紅外光穿透，從手指而來的反射的紅外光可以輕易穿透反射層而到達設置於反射層下方的光學感測器，達成生物特徵感測的功能，為配備有LCD顯示器的電子裝置提供一種光學生物感測方案。除了適用於LCD顯示器以外，亦適用於OLED顯示器等其他顯示器的光學生物感測場合。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
F:生物體
FR:峰部
FT:自由端
FV:谷部
H:高度
IR0:初始紅外光線
IR1:紅外光
IR2:反射的紅外光
P:節距
R:半徑
VL:可見光
10:背光模組
11:反射層
12:導光板
12A:基底
12B:弧狀凸部
12C:V形切部
12D:底面
12E:頂面
13:可見光源
14:可見光發光二極體
15:擴散增亮層
16:擴散層
17:增亮膜
18:驅動器
20:顯示面板
21:後偏光片
22:後配向層
23:液晶層
24:前電極
25:彩色濾光層
26:前偏光片
30:透光保護板
31:抗反射層
32:光學透明膠
40:光學感測器
41:透鏡模組
42:感測單元
50:紅外光源
51:發光單元
52:特定曲率透鏡
53:光學膜
55:電路板
56:導光板
90:電池
100:電子設備
〔圖1〕顯示依據本發明較佳實施例的具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備的示意圖。
〔圖1A〕顯示〔圖1〕的電子設備的變化例的示意圖。
〔圖2〕顯示〔圖1〕的電子設備的局部示意圖。
〔圖2A〕顯示〔圖2〕的電子設備的變化例的示意圖。
〔圖3〕顯示〔圖1〕的背光模組、顯示面板與透光保護板的組合結構的一個例子的示意圖。
〔圖4〕顯示〔圖1〕的一個實際配置例子的局部示意圖。
〔圖5〕與〔圖6〕顯示〔圖4〕的兩個變化配置例子的局部示意圖。
〔圖7〕至〔圖9〕顯示紅外光源相對於透光保護板的三種配置的示意圖。
〔圖10〕至〔圖12〕顯示〔圖1〕的三種變化例子的示意圖。
〔圖13〕顯示對應於〔圖10〕的背光模組的立體示意圖。
〔圖14〕顯示對應於〔圖13〕的背光模組的前視圖。
〔圖15與〔圖16〕顯示對應於〔圖14〕的背光模組的兩個變化例的前視圖。
〔圖17〕顯示對應於〔圖10〕的背光模組的變化例的立體示意圖。
〔圖18〕顯示對應於〔圖10〕的背光模組的局部示意圖。
〔圖19〕顯示對應於〔圖18〕的導光板的局部示意圖。
〔圖20〕顯示對應於〔圖19〕的導光板的另一例子的局部示意圖。
〔圖21〕顯示導光板的各個部件的尺寸標註示意圖。
〔圖22A〕至〔圖22F〕顯示利用六種不同尺寸的導光板所獲得的指紋圖像。
〔圖23〕顯示依據本發明另一實施例的具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備的示意圖。
〔圖24〕顯示〔圖23〕的電子設備的變化例。
〔圖25〕顯示〔圖23〕的光學感測器及紅外光源的變化例的前視圖。
〔圖26〕顯示〔圖25〕的光學感測器的俯視圖。
本案創作人發現紅外線(Infrared，IR)可以穿透上述ARC，如此一來，將IR打上去手指，手指反射IR往下透過蓋板玻璃、顯示面板及背光模組而被CIS模組接收到，達成指紋的感測。但是，若要從背光模組的下方打IR上去到手指，IR朝上行進要經過背光模組，IR朝下行進也是要經過背光模組。如此一來，出射的IR被模糊化，反射 回來的IR也被模糊化，使得感測到的指紋的圖像模糊。若要從正面發射IR到手指，又會有很多干擾的問題需要解決。
本案提出四種設計架構來達成將IR發射到手指。第一種是有關於側向打光，由保護玻璃(蓋板玻璃)的一側來發射IR，其中保護玻璃的下方可以設置ARC以讓入射保護玻璃的IR強度保持在高強度。在這種打光方式中，可以採用全內反射(Total Internal Reflection，TIR)。第二種是有關於變更背光模組的設計，在背光模組側邊的可見光(紅綠藍GB)的LED陣列中，放入一些IR LED。第三種是有關於採用一條RGB LED的線性陣列及另一條IR LED的線性陣列平行設置。第四種則是透過修改導光模組的設計，這種方式可以將IR打光設置於所有可能的位置，包括側向打光及下打光。
圖1顯示依據本發明較佳實施例的具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備100的示意圖。圖2顯示圖1的電子設備100的局部示意圖。電子設備100譬如是移動電話、平板電腦、穿戴裝置、具有生物特徵感測功能的電子裝置等。如圖1與圖2所示，電子設備100至少包含一背光模組10、一顯示面板20、一透光保護板30、一光學感測器40以及一紅外光源50。電子設備100具有顯示資訊以與使用者互動的功能，也可以具有觸控功能來讓使用者輸入指令或資料。譬如，當使用者利用光學感測器40感測生物特徵時，可以進行登錄、生物特徵比對等動作，若生物特徵比對通過，則電子設備100的中央處理器(未顯示)可以進行解鎖，以讓使用者進行進階的操作，或進行交易等。
背光模組10提供可見光VL朝上方行進，背光模組10具有一反射層11，阻擋可見光VL朝下方(遠離顯示面板20的方向)行進。顯示面板20設置於背光模組10上方，用於依據可見光VL來顯示 資訊，在手機等移動裝置上的應用可以是顯示單元(Display Cell)，或者是具有觸控功能的顯示單元。透光保護板30設置於顯示面板20上方，讓資訊穿透，在手機等移動裝置上的應用可以是蓋板玻璃(Cover Glass，CG)。光學感測器40設置於背光模組10的下方。於一例中，光學感測器40為透鏡式光學感測器，利用一個透鏡或多個透鏡的組合，達成圖像感測功能，另一例的光學感測器40為超薄的光學感測器，具有微透鏡準直器設計。
紅外光源50提供紅外光IR1到位於透光保護板30上或上方的一生物體F。於本實施例中，紅外光源50設置於反射層11的上方。譬如是手指的生物體F反射紅外光IR1而產生反射的紅外光IR2，反射的紅外光IR2通過透光保護板30、顯示面板20及背光模組10而被光學感測器40所接收，使光學感測器40獲得代表生物體F的一圖像的一圖像信號。圖像包含指紋圖像、血管圖像、血氧濃度圖像等等皮膚表層或皮膚下層的生物器官資訊。以上的配置結構即可達到本發明的效果，達成屏下式紅外線生物感測的功能。值得注意的是，上述的「反射」可以是紅外光被生物體F的表面反射，也可以是紅外光進入生物體F中而從生物體F發出的現象。
於本實施例中，紅外光源50設置於透光保護板30的下方，並且設置於顯示面板20的一側。亦即，透光保護板30的面積大於顯示面板20的面積，紅外光源50設置於透光保護板30與顯示面板20所形成的冗餘空間中。光學感測器40設置於背光模組10的下方以及電子設備100的電池90的旁邊。另一實施例的光學感測器40(例如是具有超薄微透鏡準直器設計)可以設置於電池90與背光模組10之間，如圖1A所示。
如圖2所示，紅外光IR1穿過透光保護板30的一抗反射層31，抗反射層31避免紅外光IR1被透光保護板30反射而無法到達生物體F。如圖2A所示，紅外光源50位於背光模組10的下方，提供的是一種下打光的方式，同樣適用於上述實施例。
圖3顯示圖1的背光模組10、顯示面板20與透光保護板30的組合結構的一個例子的示意圖。如圖3所示，背光模組10與顯示面板20構成液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)。於一非限制例中，背光模組10至少包含反射層11、導光板(Light Guide Plate，LGP)12、可見光源13及擴散增亮層15。擴散增亮層15包含擴散層(Diffuser，DIFF)16及增亮膜(Brightness Enhanced Film，BEF)17。反射層11譬如是3M公司出產的增強型鏡面反射鏡(Enhanced Specular Reflector，ESR)。顯示面板20包含從下而上依序堆疊的後偏光片(Rear Polarizer)21、後配向層22、液晶層23、前電極24、彩色濾光層25及前偏光片(Front Polarizer)26，但是並非將本發明限制於此。此外，顯示面板20透過光學透明膠(Optical Clear Adhesive，OCA)32而黏接到透光保護板30。值得注意的是，圖3只是顯示出其中一個例子，並非特別將本發明限制於此。對於可見光而言，擴散層16及增亮膜17會使圖像模糊，導光板12會使圖像品質降低，反射層11會將可見光朝上反射。然而，本案創作人發現對於紅外光而言，紅外光可以穿透反射層11，且不會大幅受到擴散層16、增亮膜17及導光板12的影響。因此，本發明的實施例的配置是適合於LCD的應用場合，但不特別限制於此，舉凡設置有具有反射可見光的反射層的顯示器，都屬於本發明的實施例的應用場合。
圖4顯示圖1的一個實際配置例子的局部示意圖。如圖 4所示，電子設備100的一驅動器18控制背光模組10及顯示面板20的運作，以讓電子設備100可以顯示出資訊給使用者。如圖4所示，紅外光IR1穿透透光保護板30而照射在直接接觸透光保護板30的生物體F的一峰部FR上而產生反射的紅外光IR2，而反射的紅外光IR2耦合進透光保護板30中，使得峰部FR對應的圖像的一部分呈現亮態。另一方面，而生物體F的一谷部FV無法反射穿透透光保護板30的紅外光IR1，使得谷部FV對應的圖像的一部分呈現暗態。於一例子中，紅外光源50與生物體F之間的一距離介於10mm至30mm之間或介於15mm至20mm之間，或者生物體F的感測區與紅外光源50的距離介於10mm至30mm之間或介於15mm至20mm之間。於圖4所示之範例中，可以獲得相當均勻的光場，增強圖像感測結果。
圖5與圖6顯示圖4的兩個變化配置例子的局部示意圖。如圖5所示，紅外光IR1穿透透光保護板30而照射在生物體F的一自由端FT上，由自由端FT耦合進生物體F中而產生反射的紅外光IR2，或者說紅外光IR1於生物體F中散射而產生反射的紅外光IR2。於此情況下，直接接觸透光保護板30的生物體F的峰部FR將反射的紅外光IR2耦合進透光保護板30中，使峰部FR對應的圖像的一部分呈現亮態，而谷部FV無法將反射的紅外光IR2耦合進生物體F中。於此例子中，生物體F受到的照光比較一致，相對於後述圖6的方式，變化比較小，也比較沒有透光保護板30上的殘留物影響圖像感測的問題。紅外光源50與生物體F之間的距離介於15mm至20mm之間，或者生物體F的感測區與紅外光源50的距離介於15mm至20mm之間。如圖6所示，紅外光IR1於透光保護板30內進行全反射，直接接觸透光保護板30的生物體F的峰部FR將紅外光IR1耦合進生物體F中，使峰部FR對應 的圖像的一部分呈現暗態，而谷部FV無法將紅外光IR1耦合進生物體F中，使得光學感測器40感測到的對應部分呈現亮態。利用全反射的優點是紅外光源50距離生物體F的距離可以比較遠，光場也會比較均勻，因為要使全反射效率到達一定的水平，紅外光的衰減程度並不高。
圖7至圖9顯示紅外光源相對於透光保護板的三種配置的示意圖。這三種配置可以各自應用於圖4至圖6的結構中。如圖7所示，可以藉由轉動紅外光源50的發光單元的配置角度而改變光場，使得安裝有發光單元的電路板55呈現傾斜的非水平狀態，這樣可以提供較佳的光場給生物體，目前的移動裝置的邊框大約有1mm來允許紅外光源50的轉動，但也可以加大邊框以提供適當的轉動空間。如圖8所示，紅外光源50包含：一發光單元51，發出紅外光IR1；以及一特定曲率透鏡52，覆蓋發光單元51來改變紅外光IR1的光發散角度與光場。發光單元51包含發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)或雷射二極體(Laser Diode，LD)，雷射二極體包含垂直共振腔面射型雷射(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)。於一例子中，LD發出的光線的波長為940奈米(nm)。在圖8中，可以採用改變LED或LD的封裝的方式，利用特殊區率透鏡或結構來改變光發散角度與光場，以目前的技術而言，可以採用0402的LED封裝。
如圖9所示，紅外光源50包含：一發光單元51，發出紅外光IR1；以及一光學膜53，設置於發光單元51上，光學膜53貼合於透光保護板30上並覆蓋發光單元51，來改變紅外光IR1的光發散角度與光場，發光單元51包含發光二極體或雷射二極體，光學膜53包含光柵(grating)、菲涅耳(Fresnel)透鏡或元件、或繞射元件。設計時，透過選擇光柵的繞射項或階層，可以控制出光角度。繞射元件譬如是繞射 式光學元件(Diffractive Optical Element，DOE)。在光學膜中，較佳是採用近乎平行光的輸出，所以可以搭配LED或LD，在封裝上利用準直器或準直結構先作簡單的準直效果，再使用這些元件作出光角度與光場的改變與控制，可以讓設計更加容易。或者，光學膜可以整合準直、光柵、菲涅耳透鏡以及繞射元件的至少兩者的功能，以產生所需的光場。
因此，於圖9中，可以將光學膜貼合在透光保護板30的側面或底面，再將LED或LD貼合在光學膜上，來改變光發散角度與光場，機構組裝容易，也不需要擴大邊框，只需增加些許的厚度，而且增加的厚度又不影響到整個LCD，所以可以降低成本，譬如可以使用奈米壓印的方式來製造光學膜。此外，因為LED與光學膜是貼合的狀態，所以設計時需要有近場光學的考量。藉由以上的設置，可以改變光場以符合生物特徵感測的功能。
圖10至圖12顯示圖1的三種變化例子的示意圖。圖13顯示對應於圖10的背光模組的立體示意圖。圖14顯示對應於圖13的背光模組的前視圖。如圖10、13與14所示，紅外光源50與背光模組10的可見光源13設置於背光模組10的同一側。詳細而言，紅外光源50的多個發光單元51與背光模組10的可見光源13的多個可見光發光二極體14設置於背光模組10的導光板12的同一側。以另一角度看來，此等發光單元51與此等可見光發光二極體14交錯設置於導光板12的同一側，並且排列成一直線。值得注意的是，雖然圖14是以2個紅外光發光二極體當作例子作說明，但是於另一例子中，以4個紅外光發光二極體穿插於可見光發光二極體14之間，亦可獲得可以進行圖像感測的光場。
圖15與圖16顯示對應於圖14的背光模組的兩個變化例 的前視圖。如圖11與15所示，此等發光單元51與此等可見光發光二極體14設置於導光板12的同一側，並且排列成兩直線。如圖11與16所示，此等發光單元51與此等可見光發光二極體14設置於導光板12的同一側，並且排列成兩直線，且此等發光單元51的分佈面積小於此等可見光發光二極體14的分佈面積。
如圖12所示，紅外光源50的多個發光單元51與背光模組10的可見光源13的多個可見光發光二極體14設置於背光模組10的導光板12的相對側。
圖17顯示對應於圖10的背光模組的變化例的立體示意圖。如圖17所示，紅外光源50的多個發光單元51與背光模組10的可見光源13的多個可見光發光二極體14設置於背光模組10的導光板12的相鄰側。
圖18顯示對應於圖10的背光模組的局部示意圖。圖19顯示對應於圖18的導光板的局部示意圖。如圖18與19所示，背光模組10應用於顯示面板20或與顯示面板20搭配使用，藉此可提供資訊顯示及生物感測的所需要的光線。背光模組10的導光板12配合紅外光源50產生紅外光IR1(光源50在此不是必要的元件，因為也可以如圖4到圖6地設置於側邊，也就是紅外光從指紋反射後透過背光模組，而被光學感測器40偵測)，可見光源13設置於導光板12的一側，並發射光線進入導光板12中行進以產生可見光VL。導光板12至少包含一基底12A、多個弧狀凸部(Dot)12B以及多個V形切部(V-cut)12C。弧狀凸部12B設置於基底12A的一底面12D，用於破壞光線在基底12A中的全反射以產生可見光VL。V形切部12C設置於基底12A的一頂面12E，用於破壞光線在基底12A中的全反射以產生可見光VL。亦即，在沒有 弧狀凸部12B以及V形切部12C的情況下，可見光源13的光線僅能在基底12A內作全反射，藉由弧狀凸部12B及/或V形切部12C來將光線導引出來而產生可見光VL。弧狀凸部12B以及V形切部12C也會影響到紅外光的行進，所以在不影響可見光VL的情況下，需要設計出較佳的弧狀凸部12B以及V形切部12C，以獲得可接受的指紋圖像。
圖20顯示對應於圖19的導光板的另一例子的局部示意圖。如圖20所示，也可以不需設置V形切部12C。
圖21顯示導光板的各個部件的尺寸標註示意圖。如圖21所示，弧狀凸部12B具有半徑R及高度H。此些弧狀凸部12B分佈的節距(pitch)等於節距P。圖22A至圖22F顯示利用六種不同尺寸的導光板所獲得的指紋圖像。於本揭露內容中，利用六種不同的設計參數(如表1所列)來獲得六種指紋圖像(圖22A製圖22F)，其調制轉換函數(Modulation Transfer Function)數值MTF(代表圖像模糊的程度)也列於表1中。
Figure 109107515-A0101-12-0013-1
上述六個例子中，所有例子的導光板12對於顯示功能的效果差異不大，所以比較指紋圖像的MTF數值，即可獲得哪些參數是 較佳的參數。從表1及圖22A至22F可以得到，MTF數值與P/H有相關性，從第一例與第二例來看，半徑R相同，但是P/H的數值越大，則MTF數值越高。從第二例與第四例及第六例來看，P/H差不多，但是R值越大，MTF數值越高，雖然第六例的P/H數值略低於第二及第四例，但是R值的貢獻可以讓第六例的MTF數值高一些。然而，這並沒有絕對的線性關係，當P/H低於一定的數值以後，MTF數值會急遽下降，譬如從第五例可以看出。從第三例對應的圖22C來看，雖然MTF數值較高，但是在圖像上會造成莫爾條紋(moiré pattern)，再依據其他實驗結果，P較佳是不要超過100微米，更佳是不要超過80微米。
因此，依據上述及其他實驗結果，關於指紋方面的應用，統整設計規範如下。此等弧狀凸部12B分佈的節距P小於或等於150、100或80微米，以避免莫爾條紋。各弧狀凸部12B的半徑介於10至300微米之間(介於10至150微米之間，或介於30至120微米之間，更佳是介於20至110微米之間)，且節距P與各弧狀凸部12B的高度H的比值介於30至300之間(介於20至150之間，介於30至120之間或更佳是介於35至45之間)，於一個設計例子是P/H等於40。當P/H增加時，可獲得改良的指紋圖像品質。因此，上述設計規範可以在不影響顯示功能的狀況下，抑制莫爾條紋並增加MTF數值。當然本揭露內容不僅僅適用於側向打光、導光板打光，對於下打光也是一樣適用的。
藉由上述實施例，利用紅外光可以讓LCD下方設置的光學感測模組獲得良好的生物特徵圖像，而不影響LCD的顯示功能，也利用LCD的反射層對於紅外光和可見光具有不同的特性，使得可見光無法穿透的反射層可以讓紅外光穿透，從手指而來的反射的紅外光可以輕易穿透反射層而到達設置於反射層下方的光學感測器，達成生物特徵 感測的功能，為配備有LCD顯示器的電子裝置提供一種光學生物感測方案。
上述的設計方式，除了適用於LCD顯示器以外，亦可以作適當變化以適合於其他顯示器，譬如OLED顯示器或者未來可能發展的顯示器例如uLED等等。圖23顯示依據本發明另一實施例的具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備的示意圖。如圖23所示，本實施例提供一種電子設備100，至少包含一顯示面板20、一透光保護板30、一光學感測器40以及一紅外光源50。顯示面板20提供可見光VL朝上方行進，並依據可見光VL來顯示資訊。顯示面板20包含但不限於有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)顯示面板。透光保護板30設置於顯示面板20上方，讓資訊穿透。光學感測器40設置於顯示面板20的下方。紅外光源50提供紅外光IR1到位於透光保護板30上或上方的一生物體F。紅外光IR1譬如是近紅外光(Near Infrared，NIR)，波長大約在0.75至1.4微米之間。生物體F反射紅外光IR1而產生反射的紅外光IR2。反射的紅外光IR2通過透光保護板30及顯示面板20而被光學感測器40所接收，使光學感測器40獲得代表生物體F的一圖像的一圖像信號。於本例子中，紅外光源50位於顯示面板20的一側。藉由上述配置，亦可以達成屏下式紅外線生物感測的功能。
圖24顯示圖23的電子設備的變化例。如圖24所示，與圖23的差異特徵在於紅外光源50位於顯示面板20的下方。紅外光源50具有一個或多個發光單元51，譬如是發光二極體，發光單元51可以設置於光學感測器40旁或周圍，並提供紅外光IR1穿透顯示面板20及透光保護板30而到達生物體F，如此亦可以達成屏下式紅外線生物感測的功能。
圖25顯示圖23的光學感測器及紅外光源的變化例的前視圖。圖26顯示圖25的光學感測器的俯視圖。如圖25與26所示，紅外光源50包含一個或多個發光單元51及一導光板56。發光單元51提供初始紅外光線IR0。導光板56位於光學感測器40周圍，將初始紅外光線IR0導光後產生紅外光IR1。於本例子中，光學感測器40包含一感測單元42及一透鏡模組41，光學感測器也可以是超薄的光學感測器，具有微透鏡準直器設計。反射的紅外光IR2透過透鏡模組41而聚焦於感測單元42上以獲得感測圖像。透鏡模組41可以是單一透鏡，也可以是多重透鏡疊合，或者是多重透鏡排列成二維陣列所構成。導光板56可以具有環狀結構(譬如是圓環狀或多邊形環狀結構)，配置於透鏡模組41的周圍，如此可以利用導光板56將發光單元51的光線處理成均勻且朝上行進的紅外光IR1，可提供均勻的紅外光來提升感測品質。發光單元51可以配置在導光板56的旁側或下側。
因此，本發明的實施例可以為配備有LCD或OLED顯示器的電子裝置提供一種光學生物感測方案，包含具有屏下式紅外線生物感測器的電子設備以及應用於顯示面板的背光模組。
在較佳實施例的詳細說明中所提出的具體實施例僅用以方便說明本發明的技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明的精神及以下申請專利範圍的情況，所做的種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。
F:生物體
FR:峰部
FV:谷部
IR1:紅外光
IR2:反射的紅外光
VL:可見光
10:背光模組
11:反射層
12:導光板
13:可見光源
15:擴散增亮層
20:顯示面板
30:透光保護板
31:抗反射層
32:光學透明膠
40:光學感測器
50:紅外光源
100:電子設備

Claims (14)

  1. 一種電子設備，至少包含：一背光模組，提供可見光朝上方行進，該背光模組具有一反射層，阻擋該可見光朝下方行進；一顯示面板，設置於該背光模組上方，用於依據該可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於該顯示面板上方，讓該資訊穿透；一光學感測器，設置於該背光模組的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於該透光保護板上或上方的一生物體，該生物體反射該紅外光而產生反射的紅外光，該反射的紅外光通過該透光保護板、該顯示面板及該背光模組而被該光學感測器所接收，使該光學感測器獲得代表該生物體的一圖像的一圖像信號，其中該紅外光源的多個發光單元與該背光模組的一可見光源的多個可見光發光二極體交錯設置於該背光模組的一導光板的同一側，並且排列成一直線。
  2. 一種電子設備，至少包含：一背光模組，提供可見光朝上方行進，該背光模組具有一反射層，阻擋該可見光朝下方行進；一顯示面板，設置於該背光模組上方，用於依據該可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於該顯示面板上方，讓該資訊穿透； 一光學感測器，設置於該背光模組的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於該透光保護板上或上方的一生物體，該生物體反射該紅外光而產生反射的紅外光，該反射的紅外光通過該透光保護板、該顯示面板及該背光模組而被該光學感測器所接收，使該光學感測器獲得代表該生物體的一圖像的一圖像信號，其中該紅外光源的多個發光單元與該背光模組的一可見光源的多個可見光發光二極體設置於該背光模組的一導光板的同一側，並且排列成兩直線。
  3. 如請求項2所述的電子設備，其中該等發光單元的分佈面積小於該等可見光發光二極體的分佈面積。
  4. 一種電子設備，至少包含：一背光模組，提供可見光朝上方行進，該背光模組具有一反射層，阻擋該可見光朝下方行進；一顯示面板，設置於該背光模組上方，用於依據該可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於該顯示面板上方，讓該資訊穿透；一光學感測器，設置於該背光模組的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於該透光保護板上或上方的一生物體，該生物體反射該紅外光而產生反射的紅外光，該反射的紅外光通過該透光保護板、該顯示面板及該背光模組而被該光學感測器所接收， 使該光學感測器獲得代表該生物體的一圖像的一圖像信號，其中該紅外光源的多個發光單元與該背光模組的一可見光源的多個可見光發光二極體設置於該背光模組的一導光板的相鄰側。
  5. 一種電子設備，至少包含：一背光模組，提供可見光朝上方行進，該背光模組具有一反射層，阻擋該可見光朝下方行進；一顯示面板，設置於該背光模組上方，用於依據該可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於該顯示面板上方，讓該資訊穿透；一光學感測器，設置於該背光模組的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於該透光保護板上或上方的一生物體，該生物體反射該紅外光而產生反射的紅外光，該反射的紅外光通過該透光保護板、該顯示面板及該背光模組而被該光學感測器所接收，使該光學感測器獲得代表該生物體的一圖像的一圖像信號，其中該紅外光源的多個發光單元與該背光模組的一可見光源的多個可見光發光二極體設置於該背光模組的一導光板的相對側。
  6. 一種電子設備，至少包含：一背光模組，提供可見光朝上方行進，該背光模組具有一反射層，阻擋該可見光朝下方行進； 一顯示面板，設置於該背光模組上方，用於依據該可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於該顯示面板上方，讓該資訊穿透；一光學感測器，設置於該背光模組的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於該透光保護板上或上方的一生物體，該生物體反射該紅外光而產生反射的紅外光，該反射的紅外光通過該透光保護板、該顯示面板及該背光模組而被該光學感測器所接收，使該光學感測器獲得代表該生物體的一圖像的一圖像信號，其中該背光模組更包含：一導光板，配合該紅外光源產生該紅外光；以及一可見光源，設置於該導光板的一側，並發射光線進入該導光板中行進以產生該可見光，其中該導光板至少包含：一基底；以及多個弧狀凸部，設置於該基底的一底面，用於破壞該光線在該基底中的全反射以產生該可見光，其中該等弧狀凸部分佈的節距小於或等於150微米。
  7. 如請求項6所述的電子設備，其中該導光板至少更包含：多個V形切部，設置於該基底的一頂面，用於破壞該光線在該基底中的全反射以產生該可見光。
  8. 一種電子設備，至少包含： 一背光模組，提供可見光朝上方行進，該背光模組具有一反射層，阻擋該可見光朝下方行進；一顯示面板，設置於該背光模組上方，用於依據該可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於該顯示面板上方，讓該資訊穿透；一光學感測器，設置於該背光模組的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於該透光保護板上或上方的一生物體，該生物體反射該紅外光而產生反射的紅外光，該反射的紅外光通過該透光保護板、該顯示面板及該背光模組而被該光學感測器所接收，使該光學感測器獲得代表該生物體的一圖像的一圖像信號，其中該背光模組更包含：一導光板，配合該紅外光源產生該紅外光；以及一可見光源，設置於該導光板的一側，並發射光線進入該導光板中行進以產生該可見光，其中該導光板至少包含：一基底；以及多個弧狀凸部，設置於該基底的一底面，用於破壞該光線在該基底中的全反射以產生該可見光，其中各該弧狀凸部的半徑介於10至150微米之間。
  9. 一種電子設備，至少包含：一背光模組，提供可見光朝上方行進，該背光模組具有一反射層，阻擋該可見光朝下方行進； 一顯示面板，設置於該背光模組上方，用於依據該可見光來顯示資訊；一透光保護板，設置於該顯示面板上方，讓該資訊穿透；一光學感測器，設置於該背光模組的下方；以及一紅外光源，提供紅外光到位於該透光保護板上或上方的一生物體，該生物體反射該紅外光而產生反射的紅外光，該反射的紅外光通過該透光保護板、該顯示面板及該背光模組而被該光學感測器所接收，使該光學感測器獲得代表該生物體的一圖像的一圖像信號，其中該背光模組更包含：一導光板，配合該紅外光源產生該紅外光；以及一可見光源，設置於該導光板的一側，並發射光線進入該導光板中行進以產生該可見光，其中該導光板至少包含：一基底；以及多個弧狀凸部，設置於該基底的一底面，用於破壞該光線在該基底中的全反射以產生該可見光，其中該等弧狀凸部分佈的節距與各該弧狀凸部的高度的比值介於20至150之間。
  10. 如請求項9所述的電子設備，其中該等弧狀凸部分佈的節距小於或等於150微米，且各該弧狀凸部的半徑介於10至150微米之間。
  11. 如請求項8或9所述的電子設備，其中該等弧狀凸部分佈的節距小於或等於80微米。
  12. 如請求項8或9所述的電子設備，其中各該弧狀凸部的半徑介於20至110微米之間。
  13. 如請求項8或9所述的電子設備，其中該等弧狀凸部分佈的節距與各該弧狀凸部的高度的比值介於30至120之間。
  14. 如請求項8或9所述的電子設備，其中該等弧狀凸部分佈的節距小於或等於80微米，各該弧狀凸部的半徑介於20至110微米之間，且該節距與各該弧狀凸部的高度的比值介於30至120之間。
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