TWM606982U - 指紋感測模組 - Google Patents

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Abstract

一種指紋感測模組，用於一液晶顯示面板，該液晶顯示面板包含有一感測區域，該指紋感測模組包含有一光源及一遮光框。該光源可用來提供該感測區域上進行指紋感測所需的光線，其中，該感測區域位於該光源之一第一側。該遮光框設置於該光源向該第一側之一發光路徑上。

Description

指紋感測模組
本創作係指一種指紋感測模組，尤指一種可用於液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板之指紋感測模組。
指紋感測技術已被廣泛用於各式各樣的電子產品，例如行動電話、筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理、及可攜式電子裝置等，用來實現身分識別。通過指紋感測，能夠方便地對使用者進行身分識別，使用者只須將手指放置在指紋感測面板或區域上，即可登入電子裝置，而無須輸入冗長且繁瑣的用戶名稱及密碼。
光學式指紋感測已成為市面上指紋感測技術的主流。目前光學式屏下指紋辨識系統主要應用於有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示面板。請參考第1圖，第1圖為一有機發光二極體顯示面板10之結構示意圖。其中，有機發光二極體顯示面板10之發光源來自於畫素內部的有機發光二極體，其屬於自發光的結構，具有高均勻性的光場，亦即，在面板的各位置上進行指紋感測時，位於面板下方的感測鏡頭都能夠接收到高相似度的指紋感測影像。
請參考第2圖，第2圖為一液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板20之結構示意圖。不同於有機發光二極體顯示面板10，液晶顯示面板20為背光顯示結構，其需採用外掛式光源來提供光線。以第2圖為例，面板周圍設置有4個光源來提供指紋影像感測所需光線。然而，外掛式光源存在光場指向性問題，造成同一手指在不同角度或不同距離上出現指紋影像不一致的現象，導致指紋辨識錯誤率提高。
有鑑於此，實有必要提出一種指紋感測模組結構來消除光場指向性問題，進而提升指紋感測的影像品質。
因此，本創作之主要目的即在於提供一種可用於液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板之指紋感測模組結構，其可消除指紋感測之光場指向性，以解決上述問題。
本創作之一實施例揭露一種指紋感測模組，用於一液晶顯示面板。該液晶顯示面板包含有一感測區域。該指紋感測模組包含有一光源及一遮光框。該光源可用來提供該感測區域上進行指紋感測所需的光線，其中，該感測區域位於該光源之一第一側。該遮光框設置於該光源向該第一側之一發光路徑上。
本創作之另一實施例揭露一種指紋感測模組，用於一液晶顯示面板。該液晶顯示面板包含有一感測區域。該指紋感測模組包含有一光源及一光導結構。該光源可用來提供該感測區域上進行指紋感測所需的光線，其中，該感測區域位於該光源之一第一側。該光導結構設置於該光源之一發光面上，用來將該光源發出之光線導向相反於該第一側之方向。
本創作之另一實施例揭露一種指紋感測模組，用於一液晶顯示面板。該液晶顯示面板包含有一感測區域。該指紋感測模組包含有一光源及一透鏡。該光源可用來提供該感測區域上進行指紋感測所需的光線，其中，該感測區域位於該光源之一第一側。該透鏡設置於該光源之一發光面上，用來將該光源發出之光線集中於非位於該第一側之方向。
本創作提供了可用於液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板之指紋感測模組結構。如上所述，液晶顯示面板採用背光顯示之面板結構，利用可見光背光源來產生影像顯示所需的光線。一般來說，用於液晶顯示面板之光學式指紋感測係在感測區域周圍加入額外的光源來實現，為避免影響視效，可利用紅外光（infrared light）來進行指紋感測。換句話說，設置於感測區域周圍的紅外光源僅用於指紋感測，而非用來提供液晶顯示面板進行顯示所需的光線。
請參考第3圖，第3圖為本創作實施例一指紋感測模組30之示意圖。如第3圖所示，指紋感測模組30包含有光源L1及L2、遮光框FS1、FS2、FO1及FO2、一電路板310以及一指紋感測單元320。指紋感測模組30可包含或未包含一液晶顯示面板，為便於說明，第3圖繪示有一液晶顯示面板300。詳細來說，液晶顯示面板300包含有一感測區域，可用來接收指紋影像訊號。電路板310設置於液晶顯示面板300下方，其可以是印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）、軟式印刷電路板（Flexible Printed Circuit Board，FPC Board）、或其它類型的可用來承載電路的基板。電路板310上設置有光源L1、L2以及指紋感測單元320。每一光源L1及L2皆可由一或多個紅外線發光二極體（Infrared Light-Emitting Diode，IR LED）所組成，一般來說，發光二極體光源皆具有出光角之設計，例如，當光源L1或L2設置於電路板310上時，其往往被設定為具有向上的出光方向且具有預設的出光角（如30度或60度），也就是說，光線是朝向相對於電路板310表面的法線方向（即垂直電路板310表面的方向）發散，並對應出光角的大小呈現圓錐狀的向上發光路徑。指紋感測單元320可包含多個指紋感測畫素，用來接收光線以判斷指紋之紋脊（Ridge）和紋谷（Valley）的變化。在指紋感測模組30中，光源L1、L2提供光線來照亮手指，使得指紋感測畫素接收到的影像呈現深淺變化。舉例來說，紋脊位置處於與面板貼合的狀態，其與面板間缺少一層空氣介質，可呈現較亮的影像；紋谷位置則與面板之間存在狹小的縫隙，造成光線的能量衰減而顯示較暗的影像。
遮光框FS1、FS2、FO1及FO2可用來遮蔽光線，並形成開孔來通過特定方向的光線，以達到指紋感測的目的。其中，遮光框FS1及FS2用來遮蔽光源L1及L2向內側發出的光線，遮光框FO1及FO2用來遮蔽光源L1及L2向外側發出的光線。如上所述，光源L1或L2通常具有向上的出光方向，且在出光角內反射到感測區域。當不存在遮光框FS1及FS2的情況下，到達手指的光線可能經由反射、散射或漫射等方式回傳到指紋感測單元320以進行接收。當具有指向性的光線照射到手指時，經由手指反射的光線會因為光源與手指距離不同而具有不同的強度，這樣的反射光強度變異會干擾指紋辨識結果。更明確來說，光源L1及L2向內側發出的光線會到達位於內側的感測區域，並透過感測區域上的手指反射而到達指紋感測單元320，使得指紋感測單元320接收到的指紋影像包含了反射光強度不同所造成的亮度變異，由於紋脊和紋谷之間的影像亮度差異通常極小，其十分容易受到反射光亮度變異的影響，導致指紋影像品質的下降。
因此，在本創作中，指紋感測模組30包含了遮光框FS1及FS2，其設置於光源L1或L2向內側反射到感測區域之發光路徑上，以遮蔽光源L1或L2向內側發出的指向性光線，進而避免光源L1或L2向內側的光線直接由手指反射而到達指紋感測單元320，造成指紋感測單元320感測到的指紋影像受到反射光的變化干擾。
藉由遮光框FS1及FS2將具有指向性的反射光遮蔽之後，指紋感測單元320所接收到的光線僅剩下透過手指內部散射或漫射出來的光線，即可形成無指向性且均勻的光場，並產生均勻的指紋成像。在此例中，由於指紋感測模組30採用紅外光作為指紋感測的光源L1及L2，紅外光可射入皮膚內部的皮下組織，進而藉由皮膚內部結構的均勻漫射之後，發散到指紋感測單元320以進行接收。如此一來，手指任何位置上的影像都能夠忠實呈現紋脊和紋谷的資訊，不受到光源指向性的影響，進而提升指紋辨識的正確率。
在一實施例中，位於光源L1及L2內側之遮光框FS1及FS2的位置可設計為，將遮光框FS1及FS2之一側分別對齊光源L1及L2的出光法線，使得遮光框FS1及FS2可完全遮蔽位於出光法線內側的發光路徑。遮光框FS1及FS2之另一側則可對應於指紋感測單元320的邊界，使得從手指內部漫射出的光線能夠順利到達指紋感測單元320。然而，本領域具通常知識者應當了解，只要遮光框可用來完全遮蔽或部分遮蔽由光源L1或L2出發到達手指表面之後反射而進入指紋感測單元320的指向性光線，其相關設置方式皆不應用以限制本創作的範疇。
除此之外，遮光框FS1、FS2、FO1及FO2的設置可用來形成開孔，這些開孔位於出光法線的外側方向，且開孔大小可對應於約15度至30度之間的出光角。本領域具通常知識者應當了解，開孔大小和位置可依實際需求進行設置，例如可根據光源L1及L2本身設計的出光角，將開孔設置於出光法線外側的特定位置和角度。舉例來說，若光源L1及L2之出光角為60度且其發光方向正對法線位置時，代表出光角涵蓋法線內側30度到外側30度之間的範圍，此時可將開孔對應設置於法線到外側30度之間的位置。
值得注意的是，本創作之目的之一在於提供一種可消除光場指向性的指紋感測模組結構。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，上述實施例採用二光源L1及L2分別設置於感測區域兩側；但在其它實施例中，亦可根據實際需求來設置適合的光源，例如可針對一正方形的感測區域，在四邊的中間位置各設置一光源；或者，亦可在每一邊設置二光源，以提升光場強度和均勻性。此外，上述實施例採用了內側的遮光框FS1及FS2來遮擋具有指向性的光線，並且在外側出光角以外的位置設置有遮光框FO1及FO2來遮擋向外散射出的光線。在一實施例中，由於紅外光不影響畫面的顯示，亦可不使用外側的遮光框FO1及FO2，只要設置有內側的遮光框FS1及FS2即可達到減少整體光場指向性的效果。另外，亦可在光源L1及L2和指紋感測單元320之間設置額外的遮光框，以避免或減少指紋感測單元320接收到不必要光線。在本創作中，遮光框可採用非透明材質或任何可遮蔽光源所發出的光線之材料來實現。
由於本創作之目的在於降低光場指向性，在部分實施例中，亦可採用其它方式來降低光場指向性，例如改變光線的方向以避免光線直接由手指表面反射而進入指紋感測單元中的感測畫素。請參考第4圖，第4圖為本創作實施例另一指紋感測模組40之示意圖。如第4圖所示，指紋感測模組40之結構相似於指紋感測模組30之結構，故功能相似的元件皆以相同符號表示。指紋感測模組40與指紋感測模組30之間的主要差異在於，指紋感測模組40不使用遮光框，而是在光源L1及L2之發光面上分別設置光導結構LG1及LG2。光導結構LG1及LG2可分別將光源L1及L2所發出的光線導向外側，以減少或避免光線向內側射入感測區域並且透過手指反射而到達指紋感測單元320，進而降低光場指向性。同樣地，向外側的光線可透過手指內部的散射或漫射而到達指紋感測單元320，以形成無指向性且均勻的光場，並產生均勻的指紋成像。
光導結構LG1及LG2可由任何可行的方式實現，例如可採用具有改變光線方向功能之微結構。在一實施例中，光導結構LG1及LG2可包含表面為鋸齒狀的稜鏡結構，如第4圖所示。光導結構LG1及LG2可分別貼合於光源L1及L2的發光面上，使得從光源L1及L2表面發出的光線可向外側射入手指內部。在其它實施例中，亦可將光導結構設置於其它光線通過路徑上，只要光導結構的設置能夠降低光場指向性即可。
請參考第5圖，第5圖為本創作實施例又一指紋感測模組50之示意圖。如第5圖所示，指紋感測模組50之結構相似於指紋感測模組40之結構，故功能相似的元件皆以相同符號表示。指紋感測模組50與指紋感測模組40之間的主要差異在於，指紋感測模組50採用透鏡LN1及LN2來集中光線，用以取代光導結構LG1及LG2。透鏡LN1及LN2可以是凸透鏡或其它可聚光的透鏡結構，用以將光源L1及L2發出的光線集中向上（或可調整為向外），向上射入手指內部的光線無法直接反射到指紋感測單元320，可減少指紋感測單元320接收到的反射光，進而降低光場指向性。如此一來，光線可透過手指內部的散射或漫射而到達指紋感測單元320，以形成無指向性且均勻的光場，並產生均勻的指紋成像。
如第5圖所示，透鏡LN1及LN2可分別貼合於光源L1及L2的發光面上，以集中從光源L1及L2表面發出的光線。在其它實施例中，亦可將透鏡設置於其它光線通過路徑上，只要透鏡的設置能夠降低光場指向性即可。
在一實施例中，亦可使用光導結構搭配透鏡的設置來進一步控制光線以更佳的方式進入感測區域和手指。或者，亦可在光導結構或透鏡的設置之下另於適當的位置加入遮光框。以上實施方式皆屬於本創作的範疇。
綜上所述，本創作提供了一種可用於液晶顯示面板之指紋感測模組結構，用來提升指紋感測之光場均勻性。透過本創作之實施例，可消除具有指向性的反射光，即消除從光源出發到達手指表面之後反射而進入指紋感測單元之指向性光線。在一實施例中，可利用遮光框設置於光源法線內側反射到感測區域之發光路徑上，以遮擋可能經由手指表面反射而到達指紋感測單元之指向性光線。在其它實施例中，亦可利用光導結構及／或透鏡來改變光線方向，以減少向內側反射的光線，進而減少指紋感測單元接收到的反射光。如此一來，可避免或減輕指紋成像受到光源指向性的影響，以提升指紋感測的影像品質，進而提升指紋辨識的正確率。
10:有機發光二極體顯示面板 20:液晶顯示面板 30, 40, 50:指紋感測模組 300:液晶顯示面板 310:電路板 320:指紋感測單元 L1, L2:光源 FS1, FS2, FO1, FO2:遮光框 LG1, LG2:光導結構 LN1, LN2:透鏡
第1圖為一有機發光二極體顯示面板之結構示意圖。 第2圖為一液晶顯示面板之結構示意圖。 第3圖為本創作實施例一指紋感測模組之示意圖。 第4圖為本創作實施例另一指紋感測模組之示意圖。 第5圖為本創作實施例又一指紋感測模組之示意圖。
30:指紋感測模組
300:液晶顯示面板
310:電路板
320:指紋感測單元
L1,L2:光源
FS1,FS2,FO1,FO2:遮光框

Claims (10)

  1. 一種指紋感測模組，用於一液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板，該液晶顯示面板包含有一感測區域，該指紋感測模組包含有： 一光源，用來提供該感測區域上進行指紋感測所需的光線，其中，該感測區域位於該光源之一第一側；以及 一遮光框，設置於該光源向該第一側之一發光路徑上。
  2. 如請求項1之指紋感測模組，其中該遮光框之一側對齊該光源之一出光法線。
  3. 如請求項2之指紋感測模組，其中該遮光框用來完全遮蔽該出光法線的該第一側方向之該發光路徑。
  4. 如請求項1之指紋感測模組，其中該遮光框用以形成一開孔，該開孔位於該出光法線的相反於該第一側之方向，且該開孔之大小對應於一出光角，該出光角位於15度至30度之間。
  5. 如請求項1之指紋感測模組，其中該光源是一紅外光源，且該光源非用來提供該液晶顯示面板進行顯示所需的光線。
  6. 一種指紋感測模組，用於一液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板，該液晶顯示面板包含有一感測區域，該指紋感測模組包含有： 一光源，用來提供該感測區域上進行指紋感測所需的光線，其中，該感測區域位於該光源之一第一側；以及 一光導結構，設置於該光源之一發光面上，該光導結構用來將該光源發出之光線導向相反於該第一側之方向。
  7. 如請求項6之指紋感測模組，其中該光導結構包含有一鋸齒狀稜鏡。
  8. 如請求項6之指紋感測模組，其中該光導結構貼合於該光源之該發光面上。
  9. 一種指紋感測模組，用於一液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）面板，該液晶顯示面板包含有一感測區域，該指紋感測模組包含有： 一光源，用來提供該感測區域上進行指紋感測所需的光線，其中，該感測區域位於該光源之一第一側；以及 一透鏡，設置於該光源之一發光面上，該透鏡用來將該光源發出之光線集中於非位於該第一側之方向。
  10. 如請求項9之指紋感測模組，其中該透鏡貼合於該光源之該發光面上。
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