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TW202008218A - 屏下指紋辨識系統 - Google Patents

屏下指紋辨識系統 Download PDF

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TW202008218A
TW202008218A TW107138528A TW107138528A TW202008218A TW 202008218 A TW202008218 A TW 202008218A TW 107138528 A TW107138528 A TW 107138528A TW 107138528 A TW107138528 A TW 107138528A TW 202008218 A TW202008218 A TW 202008218A
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鍾潤文
印秉宏
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廣州印芯半導體技術有限公司
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Abstract

一種屏下指紋辨識系統，包括影像感測元件、顯示元件、透光蓋板及布拉格偏振光柵。顯示元件配置於影像感測元件上。透光蓋板配置於顯示元件上，且顯示元件位於透光蓋板與影像感測元件之間。透光蓋板具有相對的一第一表面及一第二表面，第一表面較第二表面遠離顯示元件。布拉格偏振光柵設置於透光蓋板的第二表面。

Description

屏下指紋辨識系統
本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種屏下指紋辨識系統。
現今的行動裝置，主要是以全屏幕、窄邊框為發展方向。搭配行動裝置的指紋辨識器，已從電容式的指紋辨識技術演進到光學式或超音波式的指紋辨識器。
光學式指紋辨識器的作用原理，是利用光源照射指紋，再依據對應指紋之稜部與谷部之具有不同強度的多個反射光，來獲得指紋的形狀與特徵。指紋辨識器的光源可以是來自於顯示模組的光源，或是設置於顯示模組外的外部光源。對於無法採用顯示模組做為光源的行動裝置，就必須採用外部光源。因此，如何適當搭配外部光源與指紋辨識器的其它構件便成為一個重要的課題。
本發明提供一種屏下指紋辨識系統，性能佳。
本發明的一實施例的屏下指紋辨識系統，包括：影像感測元件；顯示元件，配置於影像感測元件上；透光蓋板，配置於顯示元件上，其中顯示元件位於透光蓋板與影像感測元件之間，透光蓋板具有相對的第一表面及第二表面，且第一表面較第二表面遠離顯示元件；以及布拉格偏振光柵，設置於透光蓋板的第二表面。
本發明的一實施例的屏下指紋辨識系統，包括：影像感測元件。顯示元件，配置於影像感測元件上；透光蓋板，配置於顯示元件上，其中顯示元件位於透光蓋板與影像感測元件之間，透光蓋板具有第一表面、相對於第一表面的第二表面以及連接於第一表面與第二表面之間的入光面；光源，適於發出感測光束，感測光束包括具有第一波長範圍的第一部分與具有第二波長範圍的第二部分；以及帶通濾波元件，設置於透光蓋板的入光面，其中具有第一波長範圍之第一部分的感測光束穿過帶通濾波元件而進入透光蓋板，具有第二波長範圍之第二部分的感測光束被帶通濾波元件阻擋。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，更包括：光源，適於發出感測光束，其中感測光束被布拉格偏振光柵偏折後傳向透光蓋板的第一表面。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，其中布拉格偏振光柵設置於光源與透光蓋板的第二表面之間。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，其中感測光束為線偏振光，且線偏振光的偏振方向平行於布拉格偏振光柵的穿透軸的方向。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，其中布拉格偏振光柵為高分子膠材膜層。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，更包括：背光模組，配置在顯示元件與影像感測元件之間，且背光模組對應於影像感測元件的一部分具有複數個穿孔。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，更包括：控制元件，電性耦接於顯示元件與背光模組。當待辨識物設置於透光蓋板的第一表面時，控制元件關閉背光模組。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，其中當待辨識物設置於透光蓋板的第一表面時，控制元件使顯示元件處於可透光的狀態。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，其中感測光束具有第一半高寬，帶通濾波元件的穿透頻譜具有第二半高寬，而第二半高寬小於第一半高寬。
在本發明之一實施例中，上述之屏下指紋辨識系統，其中透光蓋板的第一表面較透光蓋板的第二表面遠離顯示元件，透光蓋板的入光面與透光蓋板的第一表面具有夾角θ，且0o ＜θ＜90o 。
基於上述，本發明一實施例的屏下指紋辨識系統包括具有透光蓋板以及布拉格偏振光柵，其中透光蓋板具有相對的第一表面與第二表面，而布拉格偏振光柵設置於透光蓋板的第一表面。利用布拉格偏振光柵能夠調整感測光束入射至透光蓋板之第二表面的入射角，以增加感測光束被透光蓋板的第一表面及第二表面全反射的量，進而充分照射待測物。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於附圖中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。
圖1是本發明的一實施例的屏下指紋辨識系統100的剖面示意圖。圖2是圖1的實施例的屏下指紋辨識系統100的上視透視示意圖。圖1是圖2的屏下指紋辨識系統100沿剖面線A-A’的剖面示意圖。請參照圖1及圖2，屏下指紋辨識系統100包括影像感測元件110、顯示元件120、透光蓋板130及布拉格偏振光柵133。顯示元件120配置於影像感測元件110上。透光蓋板130配置於顯示元件120上，且顯示元件120位於透光蓋板130與影像感測元件110之間。透光蓋板130具有相對的第一表面131及第二表面132。第一表面131較第二表面132遠離顯示元件120。布拉格偏振光柵133設置於透光蓋板130的第二表面132。
值得注意的是，藉由布拉格偏振光柵133的設置，可以將感測光束L有方向性地導入透光蓋板130中。具體而言，感測光束L通過布拉格偏振光柵133時被布拉格偏振光柵133偏折，而感測光束L會以較大的入射角傳遞至透光蓋板130之第一表面131，以增加感測光束L被透光蓋板130的第一表面131及第二表面132全反射的量，進而充分照射待辨識物10。在本實施例中，待辨識物10例如是生物特徵，例如但不限：指紋、靜脈。
請參考圖1。在本實施例中，屏下指紋辨識系統100更可以包括光源140，配置於顯示元件120的一側。顯示元件120設置於光源140與透光蓋板130之間。布拉格偏振光柵133設置於光源140與透光蓋板130的第二表面132之間。光源140適於發出感測光束L。感測光束L依序被布拉格偏振光柵133偏折以及被透光蓋板130的第一表面131反射，進而照射待辨識物10。舉例而言，在本實施例中，光源140例如但不限於是發光二極體。布拉格偏振光柵133能偏折光源140所發出的感測光束L，以使感測光束L以較大的入射角傳遞至透光蓋板130的第一表面131。藉此，能增加感測光束L被透光蓋板130的第一表面131及第二表面132全反射的量，進而充分照射待辨識物10。
具體地說，本實施例的透光蓋板130的第二表面132可包括靠近光源140的入光部132a以及遠離光源140的感測部132b，布拉格偏振光柵133設置於透光蓋板130之第二表面132入光部132a，光源140配置於布拉格偏振光柵133的下方。
舉例而言，在本實施例中，顯示元件120可以是自發光顯示元件，例如但不限於：有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示面板、微型發光二極體（Mirco-LED）顯示面板或迷你發光二極體（mini-LED）顯示面板。然而，本發明不限於此，在其它實施例中，顯示元件120也可以是非自發光顯示元件，例如但不限於：液晶顯示面板。
影像感測元件110用以接收被待辨識物10反射（或者說，漫射）及透光蓋板130之部分的第一表面131反射的感測光束L，進而取得對應待辨識物10的影像。具體而言，光源140發出的感測光束L經過布拉格偏振光柵133的偏折作用，從透光蓋板130的入光部132a進入透光蓋板130中，部分的感測光束L能夠在透光蓋板130中發生全反射，直到被設置於第一表面131上的待辨識物10漫射。當感測光束L被待辨識物10漫射後，部分的感測光束L可以穿過透光蓋板130及顯示元件120的透光區，進而傳遞至影像感測元件110。如此一來，影像感測元件110便能獲得對應待辨識物10的影像。舉例而言，在本實施例中，影像感測元件110可以是互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）感測器，或感光耦合元件（Charge-coupled Device，CCD），但本發明不以此為限。
在本實施例中，屏下指紋辨識系統100還可選擇性地包括光準直器（collimator）111，設置於影像感測元件110與顯示元件120之間。透過光準直器111，可改善串擾（cross talk）進而提升屏下指紋辨識系統100的取像品質。
在本實施例中，感測光束L可以是線偏振光，例如但不限於：橫向（Transverse magnetic modes，TM mode）電磁波。感測光束L的偏振方向D1大致可平行於布拉格偏振光柵133的穿透軸。藉此，能減少感測光束L被布拉格偏振光柵133反射的量，進而提升使用者使用屏下指紋辨識系統100的視覺感受。
此外，在本實施例中，透光蓋板130可選用具有高折射率（例如但不限於：折射率大於1.5）的材質，以增加感測光束L被第一表面131及/或第二表面132全反射的量，進而使透光蓋板130具有更好之傳遞感測光束L的效果。
在本實施例中，屏下指紋辨識系統100的布拉格偏振光柵133可以是高分子膠材膜層133a。高分子膠材膜層133a可以是設置在透光蓋板130之第二表面132的入光部132a上，但本發明不以此為限。
請再參照圖1及圖2。進一步地，本實施例的高分子膠材膜層133a可以更包括第一區133a1及第二區133a2，其中，光源140可以是對應於第一區133a1設置。光源140發出的感測光束L通過高分子膠材膜層133a的第一區133a1時被高分子膠材膜層133a的第一區133a1偏折，使感測光束L以較大的入射角α傳遞至透光蓋板130之第一表面131。進入透光蓋板130中的部份光束，在被第一表面131全反射後，反射至高分子膠材膜層133a的第二區133a2。反射至第二區133a2的感測光束L，受到高分子膠材膜層133a第二區133a2的作用而進一步地產生偏折，使得入射至第二區133a2的感測光束可以透過高分子膠材膜層133a的第二區的偏折作用，分散至透光蓋板130之感測部132b的各處。具有點光源特性之光源140所發出感測光束L在透過布拉格偏振光柵133的作用後，可達成類似於線光源的效果，使得感測光束L在透光蓋板130的第一表面131及第二表面132之間的分布更為均勻，進而充分照射待辨識物10。
圖3是本發明的另一實施例的屏下指紋辨識系統100a的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的屏下指紋辨識系統100a與圖1、圖2的屏下指紋辨識系統100相似，兩者的差異在於：本實施例之屏下指紋辨識系統100a的顯示元件120為非自發光元件，而屏下指紋辨識系統100a可進一步包括背光模組150，配置於顯示元件120與影像感測元件110之間。詳細來說，背光模組150可包括背光源151與導光板152。背光模組150的導光板152對應於影像感測元件110的部分可設有複數個穿孔152a，當感測光束L被待辨識物10漫射後，部分的感測光束L可依序穿過透光蓋板130的第二表面132、顯示元件120的透光區以及導光板152的穿孔152a，以傳遞至影像感測元件110。此外，背光模組150的導光板152配置於布拉格偏振光柵133和光源140之間，導光板152對應於光源140的部分可設有穿孔152b，使光源140發出的感測光束L可穿過導光板152的穿孔152b，以傳遞至布拉格偏振光柵133。
在本實施例中，屏下指紋辨識系統100a更可以包括控制元件160，電性耦接於顯示元件120與背光模組150。當待辨識物10設置於透光蓋板130的第一表面131時，控制元件160關閉背光模組150的背光源151，以避免背光源151發出的照明光束（未繪示）干擾影像感測元件110的取得對應待辨識物10的影像。當待辨識物10設置於透光蓋板130的第一表面131時，控制元件160還可使顯示元件120處於可透光的狀態，以增加被待辨識物10漫射的感測光束L能穿過顯示元件120而到達影像感測元件110的量。
圖4是本發明的又一實施例的屏下指紋辨識系統200的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的屏下指紋辨識系統200，包括影像感測元件210、顯示元件220、透光蓋板230、光源240及帶通濾波元件260。顯示元件220配置於影像感測元件210上。透光蓋板230配置於顯示元件220上，且顯示元件220位於透光蓋板230以及影像感測元件210之間。透光蓋板230具有第一表面231、相對於第一表面231的第二表面232以及連接於第一表面231與第二表面232之間的入光面234。第一表面231較第二表面232遠離顯示元件220。在本實施例中，入光面234與第一表面231可選擇性地具有夾角θ，其中0o ＜θ＜90o 。也就是說，入光面234可相對於第一表面231傾斜。感測光束L通過傾斜的入光面234時，感測光束L會被偏折向透光蓋板230的第一表面231且以較大的入射角入射透光蓋板230的第一表面231。藉此，能增加感測光束L被透光蓋板230的第一表面231及第二表面232全反射的量，進而充分照射待辨識物10。
光源240適於發出感測光束L。感測光束L包括具有第一波長範圍的第一部分與具有第二波長範圍的第二部分。帶通濾波元件（bandpass filter）260設置於透光蓋板230的入光面234上。具有第一波長範圍之第一部分的感測光束L能穿過帶通濾波元件260而進入透光蓋板230，具有第二波長範圍之第二部分的感測光束L則會被帶通濾波元件260阻擋。在本實施例中，感測光束L具有第一半高寬（FWHM），帶通濾波元件260的穿透頻譜具有一第二半高寬，而第二半高寬小於第一半高寬。透過帶通濾波元件260的濾光作用，傳向待辨識物10之部分的感測光束L具有較窄的半高寬。藉此，感測光束L被待辨識物10或透光蓋板230之第一表面231上的某一點漫射或反射時，感測光束L不易因其多種成份的波長差異過大而使得被同一點漫射或反射之感測光束L的多種成份分別傳遞至影像感測元件210的不同感光區，進而能改善影像模糊的問題。
舉例而言，在本實施例中，光源240可以是線性光源，例如但不限於：發光二極體燈條。帶通濾波元件260可以是鍍在入光面234上，但本發明不以此為限。本實施例的顯示元件220例如是有機發光二極體等自發光元件，但本發明並不以此為限。
圖5是本發明的再一實施例的屏下指紋辨識系統200a的剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的屏下指紋辨識系統200a與圖4的屏下指紋辨識系統200相似，兩者的差異在於：本實施例之屏下指紋辨識系統200a的顯示元件220為非自發光元件，而本實施例的屏下指紋辨識系統200a更包括背光模組250，配置在顯示元件220與影像感測元件210之間。在本實施例中，顯示元件220可以是液晶顯示面板等非自發光元件。具體來說，背光模組250可包括背光源251與導光板252，其中，背光模組250的導光板252對應於影像感測元件210的部分可設有複數個穿孔252a，使感測光束L被待辨識物10漫射後，可穿過導光板252的穿孔252a，傳遞至影像感測元件210。
在本實施例中，屏下指紋辨識系統200a更可選擇性包括控制元件270，電性耦接於顯示元件220與背光模組250。當待辨識物10設置於透光蓋板230的第一表面231時，控制元件270關閉背光模組250的背光源251，以避免背光源251發出的照明光束（未繪示）干擾影像感測元件210的取得對應待辨識物10的影像。當待辨識物10設置於透光蓋板230的第一表面231時，控制元件270還可使顯示元件220處於可透光的狀態，以增加被待辨識物10漫射的感測光束L能穿過顯示元件220的透光區而到達影像擷取元件210的量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧待辨識物100、100a、200、200a‧‧‧屏下指紋辨識系統110、210‧‧‧影像感測元件111、211‧‧‧光準直器120、220‧‧‧顯示元件130、230‧‧‧透光蓋板131、231‧‧‧第一表面132、232‧‧‧第二表面132a‧‧‧入光部132b‧‧‧感測部133‧‧‧布拉格偏振光柵133a‧‧‧高分子膠材膜層133a1‧‧‧第一區133a2‧‧‧第二區234‧‧‧入光面140、240‧‧‧光源150、250‧‧‧背光模組151、251‧‧‧背光源152、252‧‧‧導光板152a、152b、252a‧‧‧穿孔160、270‧‧‧控制元件260‧‧‧帶通濾波元件L‧‧‧感測光束D1‧‧‧偏振方向θ‧‧‧夾角α‧‧‧入射角A-A’‧‧‧剖面線
圖1是本發明的一實施例的屏下指紋辨識系統的剖面示意圖。 圖2是圖1的實施例的屏下指紋辨識系統的上視透視示意圖。 圖3是本發明的另一實施例的屏下指紋辨識系統的剖面示意圖。 圖4是本發明的又一實施例的屏下指紋辨識系統的剖面示意圖。 圖5是本發明的再一實施例的屏下指紋辨識系統的剖面示意圖。
10‧‧‧待辨識物
100‧‧‧屏下指紋辨識系統
110‧‧‧影像感測元件
111‧‧‧光準直器
120‧‧‧顯示元件
130‧‧‧透光蓋板
131‧‧‧第一表面
132‧‧‧第二表面
132a‧‧‧入光部
132b‧‧‧感測部
133‧‧‧布拉格偏振光柵
133a‧‧‧高分子膠材膜層
133a1‧‧‧第一區
133a2‧‧‧第二區
140‧‧‧光源
L‧‧‧感測光束
D1‧‧‧偏振方向
α‧‧‧入射角

Claims (14)

  1. 一種屏下指紋辨識系統，包括： 一影像感測元件； 一顯示元件，配置於該影像感測元件上； 一透光蓋板，配置於該顯示元件上，其中該顯示元件位於該透光蓋板與該影像感測元件之間，該透光蓋板具有相對的一第一表面及一第二表面，且該第一表面較該第二表面遠離該顯示元件；以及 一布拉格偏振光柵，設置於該透光蓋板的該第二表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識系統，更包括： 一光源，適於發出一感測光束，其中該感測光束被該布拉格偏振光柵偏折後傳向該透光蓋板的該第一表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的屏下指紋辨識系統，其中該布拉格偏振光柵設置於該顯示元件與該透光蓋板的該第二表面之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的屏下指紋辨識系統，其中該感測光束為一線偏振光，且該線偏振光的一偏振方向平行於該布拉格偏振光柵的一穿透軸的方向。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識系統，其中該布拉格偏振光柵為一高分子膠材膜層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識系統，更包括： 一背光模組，配置在該顯示元件與該影像感測元件之間，且該背光模組對應於該影像感測元件的一部分具有複數個穿孔。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的屏下指紋辨識系統，更包括： 一控制元件，電性耦接於該顯示元件與該背光模組； 其中，當一待辨識物設置於該透光蓋板的該第一表面時，該控制元件關閉該背光模組。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的屏下指紋辨識系統，其中當該待辨識物設置於該透光蓋板的該第一表面時，該控制元件使該顯示元件處於可透光的狀態。
  9. 一種屏下指紋辨識系統，包括： 一影像感測元件； 一顯示元件，配置於該影像感測元件上； 一透光蓋板，配置於該顯示元件上，其中該顯示元件位於該透光蓋板與該影像感測元件之間，該透光蓋板具有一第一表面、相對於該第一表面的一第二表面以及連接於該第一表面與該第二表面之間的一入光面； 一光源，適於發出一感測光束，該感測光束包括具有一第一波長範圍的一第一部分與具有一第二波長範圍的一第二部分；以及 一帶通濾波元件，設置於該透光蓋板的該入光面，其中具有該第一波長範圍之該第一部分的該感測光束穿過該帶通濾波元件而進入該透光蓋板，具有該第二波長範圍之該第二部分的該感測光束被該帶通濾波元件阻擋。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的屏下指紋辨識系統，其中該感測光束具有一第一半高寬，該帶通濾波元件的一穿透頻譜具有一第二半高寬，而該第二半高寬小於該第一半高寬。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的屏下指紋辨識系統，其中該第一表面較該第二表面遠離該顯示元件，該入光面與該第一表面具有一夾角θ，且0o ＜θ＜90o 。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的屏下指紋辨識系統，更包括： 一背光模組，配置於該顯示元件與該影像感測元件之間，且該背光模組對應於該影像感測元件的一部分具有複數個穿孔。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的屏下指紋辨識系統，更包括： 一控制元件，電性耦接於該顯示元件與該背光模組； 其中當一待辨識物設置於該透光蓋板的該第一表面時，該控制元件關閉該背光模組。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的屏下指紋辨識系統，其中當該待辨識物設置於該透光蓋板的該第一表面時，該控制元件使該顯示元件處於可透光的狀態。
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