TWM607420U

TWM607420U - 屏下式指紋感測模組與電子裝置

Info

Publication number: TWM607420U
Application number: TW109211265U
Authority: TW
Inventors: 葉肇懿
Original assignee: 神盾股份有限公司
Priority date: 2020-03-08
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2021-02-11
Also published as: CN212724032U

Abstract

一種屏下式指紋感測模組，用以配置於一顯示面板下方。屏下式指紋感測模組包括一影像感測器、一成像光學元件、至少一發光元件及至少一遮光元件。影像感測器配置於顯示面板下方，其中顯示面板具有一上表面及一下表面，且下表面位於上表面與影像感測器之間。成像光學元件配置於顯示面板與影像感測器之間，且用以將指紋的影像成像於影像感測器上。此至少一發光元件配置於顯示面板下方，位於成像光學元件旁，且用以朝向顯示面板發出至少一照明光束，以照明手指。此至少一遮光元件位於成像光學元件與發光元件之間。一種電子裝置亦被提出。

Description

屏下式指紋感測模組與電子裝置

本新型創作是有關於一種指紋感測技術，且特別是有關於一種屏下式指紋感測模組與電子裝置。

隨著手持式電子裝置（例如手機）朝向大屏占比發展，於是，屏下式指紋感測器便被發展出來。現今的有機發光二極體（organic light-emitting diode, OLED）顯示面板的穿透率大於為2%至3%，所以有機發光二極體顯示面板所發出的光經手指反射後，再穿透有機發光二極體顯示面板時的光強度會衰減很多。當有機發光二極體顯示面板的穿透率降到1%時，手指的反射光亮度會過低。傳統的作法是增加指紋影像的曝光時間，但過長的曝光時間不會被使用者所接受。

本新型創作提供一種屏下式指紋感測模組，能有效提升指紋影像的光強度，且維持良好的指紋影像品質。

本新型創作提供一種電子裝置，其屏下式指紋感測模組能有效提升指紋影像的光強度，且維持良好的指紋影像品質。

本新型創作的一實施例提出一種屏下式指紋感測模組，用以配置於一顯示面板下方，以感測按壓於顯示面板上的手指的指紋。屏下式指紋感測模組包括一影像感測器、一成像光學元件、至少一發光元件及至少一遮光元件。影像感測器配置於顯示面板下方，其中顯示面板具有一上表面及一下表面，且下表面位於上表面與影像感測器之間。成像光學元件配置於顯示面板與影像感測器之間，且用以將指紋的影像成像於影像感測器上。此至少一發光元件配置於顯示面板下方，用以朝向顯示面板發出至少一照明光束，以照明手指。此至少一遮光元件位於成像光學元件與發光元件之間，其中沿著照明光束的最大出光角度且朝向成像光學元件的光軸發出的邊緣光線的一部分光線被下表面反射至遮光元件上。

本新型創作的一實施例提出一種電子裝置，包括一顯示面板及一屏下式指紋感測模組。屏下式指紋感測模組配置於顯示面板下方，以感測按壓於顯示面板上的手指的指紋。屏下式指紋感測模組包括一影像感測器、一成像光學元件、至少一發光元件及至少一遮光元件。影像感測器配置於顯示面板下方，其中顯示面板具有一上表面及一下表面，且下表面位於上表面與影像感測器之間。成像光學元件配置於顯示面板與影像感測器之間，且用以將指紋的影像成像於影像感測器上。此至少一發光元件配置於顯示面板下方，用以朝向顯示面板發出至少一照明光束，以照明手指。此至少一遮光元件位於成像光學元件與發光元件之間，其中沿著照明光束的最大出光角度且朝向成像光學元件的光軸發出的邊緣光線的一部分光線被下表面反射至遮光元件上。

在本新型創作的實施例的屏下式指紋感測模組與電子裝置中，由於採用顯示面板以外的發光元件來照明手指，因此可有效克服顯示面板穿透率不足而使指紋影像的光強度不足的問題。此外，在本新型創作的實施例的屏下式指紋感測模組與電子裝置中，由於採用遮光元件來分隔發光元件與成像光學元件，因此被顯示面板第一次反射的照明光束不會進入成像光學元件，而被影像感測器感測到。如此一來，便能夠有效維持影像感測器所感測到的指紋影像的品質。

請參照圖1，本實施例的電子裝置100包括一顯示面板110及一屏下式指紋感測模組200。屏下式指紋感測模組200配置於顯示面板110下方，以感測按壓於顯示面板110上的手指50的指紋。屏下式指紋感測模組200包括一影像感測器210、一成像光學元件220、至少一發光元件240（在圖1中是以一個發光元件240為例）及至少一遮光元件230（在圖1中是以一個遮光元件230為例）。影像感測器210配置於顯示面板110下方，其中顯示面板110具有一上表面112及一下表面114，且下表面114位於上表面112與影像感測器210之間。在本實施例中，影像感測器210例如為互補式金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor, CMOS）影像感測器或電荷耦合元件（charge coupled device, CCD）。在本實施例中，顯示面板110為有機發光二極體顯示面板。然而，在其他實施例中，顯示面板110也可以是液晶顯示面板。

成像光學元件220配置於顯示面板110與影像感測器210之間，且用以將手指50的指紋的影像成像於影像感測器210上。在本實施例中，成像光學元件220為成像鏡頭、準直器、光纖光學板、透鏡陣列或其組合，或其他能將手指50的指紋成像於影像感測器210的光學元件。

發光元件240配置於顯示面板110下方，位於成像光學元件220旁，且用以朝向顯示面板110發出照明光束242，以直接或間接的方式照明手指50，例如是在顯示面板110的上表面112與下表面114之間經多次反射而傳遞至指紋感測區A1，進而傳遞至手指50，但也可以是依序穿透下表面114與上表面112而傳遞至手指50。手指50將照明光束242反射成帶有指紋資訊的反射光束243，而反射光束243經由成像光學元件220傳遞至影像感測器210，且在影像感測器210上形成指紋影像。在本實施例中，發光元件240為發光二極體、雷射二極體或其他適當的發光元件。此外，照明光束242例如是紅外光束或可見光束。

遮光元件230位於成像光學元件220與發光元件240之間。遮光元件230例如是吸光元件，其可吸收照明光束242。或者，遮光元件230例如是光阻擋元件，其可阻擋照明光束242。沿著照明光束242的最大出光角度θ1且朝向成像光學元件220的光軸A2發出的邊緣光線241的一部分光線被下表面114反射至遮光元件230上。也就是說，被顯示面板110藉由下表面114產生的第一次反射的邊緣光線241不會進入成像光學元件220，因此，被顯示面板110藉由下表面114產生的第一次反射的照明光束242不會進入成像光學元件220進而傳遞至影像感測器210而干擾指紋影像的品質。

另一方面，沿著照明光束242的最大出光角度θ1且朝向成像光學元件220的光軸A2發出的邊緣光線241的另一部分光線依序被下表面114折射、被上表面112反射、再次被下表面114折射至遮光元件230上或遮光元件230與成像光學元件220的交界處B。也就是說，被顯示面板藉由上表面112產生的第二次反射的邊緣光線241不會進入成像光學元件220，因此，被顯示面板藉由下表面114及上表面112所產生的第一次反射與第二次反射的照明光束242皆不會進入成像光學元件220進而傳遞至影像感測器210而干擾指紋影像的品質。

為了使第一次反射與第二次反射的照明光束242不會進入成像光學元件220，在設計上可使屏下式指紋感測模組符合：

L4≧L1+L2+L3 （條件式1）

其中L4為成像光學元件220的光軸A2至發光元件240的發光面244的最短距離，L1為成像光學元件的光軸A2至成像光學元件220的靠近發光元件240的邊緣的距離，L2=2×H1×tan(θ1)，H1為發光元件240的發光面244至下表面114的距離，θ1為照明光束242的最大出光角度，L3=2×H2×tan(θ2)，H2為下表面114至上表面112的距離，n×sin(θ2)= sin(θ1)，且n為顯示面板110的透明基板的折射率。也就是說，θ2為邊緣光線241進入顯示面板110後的折射角，而θ1等於邊緣光線241入射顯示面板110的入射角，且θ1與θ2符合司乃爾折射定律（Snell's law of refraction），即n×sin(θ2)= sin(θ1)。

在本實施例的屏下式指紋感測模組200與電子裝置100中，由於採用顯示面板110以外的發光元件240來照明手指50，因此可有效克服顯示面板110的光穿透率不足而使指紋影像的光強度不足的問題。此外，在本實施例的屏下式指紋感測模組200與電子裝置100中，由於採用遮光元件230來分隔發光元件240與成像光學元件220，因此被顯示面板110第一次反射與第二次反射的照明光束242不會進入成像光學元件220，而被影像感測器210感測到。如此一來，便能夠有效維持影像感測器210所感測到的指紋影像的品質。

在本實施例中，屏下式指紋感測模組200可更包括濾光片250，配置於成像光學元件220與影像感測器210之間。濾光片250所濾除的光波長範圍可根據發光元件240的發光波長範圍來設計，例如可濾除某一波段的紅外光。

圖2A為本新型創作的另一實施例電子裝置的剖面示意圖，而圖2B為圖2A中的屏下式指紋感測模組的上視示意圖。請參照圖2A與圖2B，本實施例的電子裝置100a與圖1的電子裝置100類似，而兩者的差異如下所述。本實施例的電子裝置100a的屏下式指紋感測模組200a包括多個發光元件240，配置於成像光學元件220周圍。此外，遮光元件230a呈環狀，而配置於成像光學元件220與這些發光元件240之間。在本實施例中，每一發光元件240與成像光學元件220，以及位於前述兩者之間的遮光元件230a的部分都可符合上述條件式1，也就是說，每一發光元件240所發出的照明光束經過上述第一次反射與第二次反射後都不會進入成像光學元件220而影響指紋影像的品質。

圖3為本新型創作的又一實施例的屏下式指紋感測模組的上視示意圖。請參照圖3，本實施例的屏下式指紋感測模組200b類似於圖2B的屏下式指紋感測模組200a，而兩者的差異在於本實施例的屏下式指紋感測模組200b包括多個彼此分開的遮光元件230b。這些遮光元件230b分別位於這些發光元件240與成像光學元件220之間。在本實施例中，每一發光元件240與成像光學元件220，以及位於前述兩者之間的對應的遮光元件230b都可符合上述條件式1，也就是說，每一發光元件240所發出的照明光束經過上述第一次反射與第二次反射後都不會進入成像光學元件220而影響指紋影像的品質。

綜上所述，在本新型創作的實施例的屏下式指紋感測模組與電子裝置中，由於採用顯示面板以外的發光元件來照明手指，因此可有效克服顯示面板穿透率不足而使指紋影像的光強度不足的問題。此外，在本新型創作的實施例的屏下式指紋感測模組與電子裝置中，由於採用遮光元件來分隔發光元件與成像光學元件，因此被顯示面板第一次反射（或者第一次反射與第二次反射）的照明光束不會進入成像光學元件，而被影像感測器感測到。如此一來，便能夠有效維持影像感測器所感測到的指紋影像的品質。

50:手指 100、100a:電子裝置 110:顯示面板 112:上表面 114:下表面 200、200a、200b:屏下式指紋感測模組 210:影像感測器 220:成像光學元件 230、230a、230b:遮光元件 240:發光元件 241:邊緣光線 242:照明光束 243:反射光束 244:發光面 250:濾光片 A1:指紋感測區 A2:光軸 B:交界處 H1:發光元件的發光面至下表面的距離 H2:下表面至上表面的距離 L1:成像光學元件的光軸至成像光學元件的靠近發光元件的邊緣的距離 L2: 2×H1×tan(θ1) L3: 2×H2×tan(θ2) L4:成像光學元件的光軸至發光元件的發光面的最短距離 θ1:最大出光角度 θ2:折射角

圖1為本新型創作的一實施例的電子裝置的剖面示意圖。圖2A為本新型創作的另一實施例電子裝置的剖面示意圖。圖2B為圖2A中的屏下式指紋感測模組的上視示意圖。圖3為本新型創作的又一實施例的屏下式指紋感測模組的上視示意圖。

50:手指

100:電子裝置

110:顯示面板

112:上表面

114:下表面

200:屏下式指紋感測模組

210:影像感測器

220:成像光學元件

230:遮光元件

240:發光元件

241:邊緣光線

242:照明光束

243:反射光束

244:發光面

250:濾光片

A1:指紋感測區

A2:光軸

B:交界處

H1:發光元件的發光面至下表面的距離

H2:下表面至上表面的距離

L1:成像光學元件的光軸至成像光學元件的靠近發光元件的邊緣的距離

L2:2×H1×tan(θ1)

L3:2×H2×tan(θ2)

L4:成像光學元件的光軸至發光元件的發光面的最短距離

θ1:最大出光角度

θ2:折射角

Claims

一種屏下式指紋感測模組，用以配置於一顯示面板下方，以感測按壓於該顯示面板上的手指的指紋，該屏下式指紋感測模組包括：一影像感測器，配置於該顯示面板下方，其中該顯示面板具有一上表面及一下表面，且該下表面位於該上表面與該影像感測器之間；一成像光學元件，配置於該顯示面板與該影像感測器之間，且用以將該指紋的影像成像於該影像感測器上；至少一發光元件，配置於該顯示面板下方，用以朝向該顯示面板發出至少一照明光束，以照明該手指；以及至少一遮光元件，位於該成像光學元件與該發光元件之間，其中沿著該照明光束的最大出光角度且朝向該成像光學元件的光軸發出的邊緣光線的一部分光線被該下表面反射至該遮光元件上。
如請求項1所述的屏下式指紋感測模組，其中沿著該照明光束的該最大出光角度且朝向該成像光學元件的該光軸發出的該邊緣光線的另一部分光線依序被該下表面折射、被該上表面反射、再次被該下表面折射至該遮光元件上或該遮光元件與該成像光學元件的交界處。
如請求項2所述的屏下式指紋感測模組，其中該屏下式指紋感測模組符合：L4≧L1+L2+L3，其中L4為該成像光學元件的該光軸至該發光元件的發光面的最短距離，L1為該成像光學元件的該光軸至該成像光學元件的靠近該發光元件的邊緣的距離，L2=2×H1×tan(θ1)，H1為該發光元件的該發光面至該下表面的距離，θ1為該照明光束的最大出光角度，L3=2×H2×tan(θ2)，H2為該下表面至該上表面的距離，n×sin(θ2)= sin(θ1)，且n為該顯示面板的透明基板的折射率。
如請求項1所述的屏下式指紋感測模組，其中該至少一發光元件為配置於該成像光學元件周圍的多個發光元件，且該遮光元件呈環狀。
如請求項1所述的屏下式指紋感測模組，其中該至少一發光元件為配置於該成像光學元件周圍的多個發光元件，且該至少一遮光元件為彼此分開的多個遮光元件，該些遮光元件分別位於該些發光元件與該成像光學元件之間。
如請求項1所述的屏下式指紋感測模組，其中該成像光學元件為成像鏡頭、準直器、光纖光學板、透鏡陣列或其組合。
一種電子裝置，包括：一顯示面板；以及一屏下式指紋感測模組，配置於該顯示面板下方，以感測按壓於該顯示面板上的手指的指紋，該屏下式指紋感測模組包括：一影像感測器，配置於該顯示面板下方，其中該顯示面板具有一上表面及一下表面，且該下表面位於該上表面與該影像感測器之間；一成像光學元件，配置於該顯示面板與該影像感測器之間，且用以將該指紋的影像成像於該影像感測器上；至少一發光元件，配置於該顯示面板下方，用以朝向該顯示面板發出至少一照明光束，以照明該手指；以及至少一遮光元件，位於該成像光學元件與該發光元件之間，其中沿著該照明光束的最大出光角度且朝向該成像光學元件的光軸發出的邊緣光線的一部分光線被該下表面反射至該遮光元件上。
如請求項7所述的電子裝置，其中沿著該照明光束的該最大出光角度且朝向該成像光學元件的該光軸發出的該邊緣光線的另一部分光線依序被該下表面折射、被該上表面反射、再次被該下表面折射至該遮光元件上或該遮光元件與該成像光學元件的交界處。
如請求項8所述的電子裝置，其中該屏下式指紋感測模組符合：L4≧L1+L2+L3，其中L4為該成像光學元件的該光軸至該發光元件的發光面的最短距離，L1為該成像光學元件的該光軸至該成像光學元件的靠近該發光元件的邊緣的距離，L2=2×H1×tan(θ1)，H1為該發光元件的該發光面至該下表面的距離，θ1為該照明光束的最大出光角度，L3=2×H2×tan(θ2)，H2為該下表面至該上表面的距離，n×sin(θ2)= sin(θ1)，且n為該顯示面板的透明基板的折射率。
如請求項7所述的電子裝置，其中該至少一發光元件為配置於該成像光學元件周圍的多個發光元件，且該遮光元件呈環狀。
如請求項7所述的電子裝置，其中該至少一發光元件為配置於該成像光學元件周圍的多個發光元件，且該至少一遮光元件為彼此分開的多個遮光元件，該些遮光元件分別位於該些發光元件與該成像光學元件之間。
如請求項7所述的電子裝置，其中該成像光學元件為成像鏡頭、準直器、光纖光學板、透鏡陣列或其組合。