CN112395931B - 指纹感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹感测装置，包括一导光盖板、一光源、一图像传感器及一光输出元件。导光盖板包括一平板部及一入光部，平板部具有相对的一第一表面与一第二表面，而入光部位于第二表面，且具有一倾斜入光面，其中倾斜入光面相对于第一表面与第二表面倾斜。光源用以发出一光束，而光束经由倾斜入光面依序传递至入光部与平板部。光输出元件配置于第二表面上，且将平板部中的光束导引至图像传感器。

Description

指纹感测装置

技术领域

本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种指纹感测装置。

背景技术

由于近来可携式电子产品往高屏占比、全面屏的方向发展，使得可携式电子装置(如智能手机、平板电脑等)的正面没有面积可放置指纹传感器。因此，各种解决的方案便被提出，诸如将指纹传感器配置于可携式电子装置的背面或侧面，或者干脆舍弃指纹识别方案，而改以其他方案(例如人脸识别方案)来取代。而近来最热门的指纹识别方案莫过于屏幕指纹识别方案，也就是让使用者的手指通过按压屏幕来完全指纹识别，这样就可以让可携式电子产品维持高屏占比或全面屏，而又不失可在可携式电子产品的正面完全指纹识别的便利性。

欲达到屏幕指纹识别，有一种方案是采用透明显示器(例如有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)显示器)，且将用以拍摄指纹的相机放置于透明显示器下方，这种方案可称之为屏下指纹识别。然而，屏下指纹识别对于采用液晶显示器作为屏幕的可携式电子装置而言则有其实现下的困难，主要是因为液晶显示器的背光模块较不容易作到透光。因此，研发一种可以适用于各种类型屏幕的屏幕指纹识别方案实为当前的重要课题之一。

发明内容

本发明提供一种指纹感测装置，其可广泛适用于采用各种类型屏幕的屏幕指纹识别方案。

本发明的一实施例提出一种指纹感测装置，包括一导光盖板、一光源、一图像传感器及一光输出元件。导光盖板包括一平板部及一入光部，平板部具有相对的一第一表面与一第二表面，而入光部位于第二表面，且具有一倾斜入光面，其中倾斜入光面相对于第一表面与第二表面倾斜。光源用以发出一光束，而光束经由倾斜入光面依序传递至入光部与平板部。光输出元件配置于第二表面上，且将平板部中的光束导引至图像传感器。由入光部进入平板部的光束在第一表面与第二表面发生全反射，第一表面适于被一使用者的一手指按压，而手指的指纹凸脊接触第一表面而破坏了光束在第一表面处的全反射现象。

在本发明的实施例的指纹感测装置中，采用了倾斜入光面来将斜向光束导引至导光盖板，而使光束在导光盖板中多次全反射。当手指按压在导光盖板上时，指纹凸脊则破坏了光束在第一表面处的全反射现象，而使通过全反射而导引至图像传感器的光束所产生的图像产生对应的暗纹，也就是形成了指纹图像。如此一来，无论导光盖板下方放置何产类形的显示面板(包括透明显示面板或不透明显示面板)，皆可以有效达到指纹感测的效果。因此，本发明的实施例的指纹感测装置可广泛适用于采用各种类型屏幕的屏幕指纹识别方案。

附图说明

图1为本发明的一实施例的指纹感测装置配置于一显示器上的剖面示意图；

图2为图1中的光输出元件的局部放大示意图；

图3为另一实施例中的光源的立体示意图；

图4为本发明的另一实施例的指纹感测装置配置于一显示器上的剖面示意图；

图5为本发明的再一实施例的光输出元件的剖面示意图；

图6为本发明的另一实施例的指纹感测装置配置于一显示器上的剖面示意图；

图7与图8为本发明的另二实施例的光输出元件的剖面示意图。

附图标号说明：

50：显示器

62：指纹凸脊

64：指纹沟槽

100、100a、100b：指纹感测装置

110、110a、110b：导光盖板

120：光源

121：点光源

122：光束

130：图像传感器

140、140b、140c、140d：光输出元件

142、142b、142c、142d：微棱镜

143、143c、143d：顶角

144、144b：倾斜侧面

150：第一光阻挡膜

160：第二光阻挡膜

200：平板部

210：第一表面

220：第二表面

222：区域

230、340、330：侧面

300、300a、300b：入光部

310：倾斜入光面

320：平顶面

D1：第一方向

D2：第二方向

H：高度

P：节距

α：发散角

β、β’：倾斜角

具体实施方式

图1为本发明的一实施例的指纹感测装置配置于一显示器上的剖面示意图。请参照图1，本实施例的指纹感测装置100包括一导光盖板110、一光源120、一图像传感器130及一光输出元件140。导光盖板110包括一平板部200及一入光部300，平板部200具有相对的一第一表面210与一第二表面220。平板部200可覆盖在一显示器50上，显示器50可以是各种显示器，可以是透明显示器或不透明显示器，例如是液晶显示器或有机发光二极管显示器，其中液晶显示器可以包括背光模块，而背光模块的反射片可以是无法让光穿透的反射片。

入光部300位于第二表面220，且具有一倾斜入光面310，其中倾斜入光面310相对于第一表面210与第二表面220倾斜。光源120用以发出一光束122，而光束122经由倾斜入光面310依序传递至入光部300与平板部200。在本实施例中，光源120例如是发光二极管(light-emitting diode,LED)，然而，在其他实施例中，光源120也可以是激光二极管或其他适当的光源。

光输出元件140配置于第二表面220上，且将平板部200中的光束122导引至图像传感器130。在本实施例中，入光部300与光输出元件140分别配置于第二表面220的相对两端。然而，在其他实施例中，入光部300与光输出元件140也可以是配置于第二表面220的其他适当位置。由入光部300进入平板部200的光束122在第一表面210与第二表面220发生全反射，第一表面210适于被一使用者的一手指按压，而手指的指纹凸脊62接触第一表面210而破坏了光束122在第一表面210处的全反射现象。如此一来，光束122在图像传感器130上所形成的图像中对应于指纹凸脊62的部分便会形成暗纹，以形成指纹图像。如此一来，无论显示器50是何种类型的显示器，也无论显示器50是否为透明，都可以达到屏幕指纹感测，以符合屏幕指纹识别方案的需求。

图2为图1中的光输出元件的局部放大示意图。请参照图1与图2，在本实施例中，光输出元件140为棱镜片，且此棱镜片具有多个微棱镜142，这些微棱镜142的顶角143朝向远离第一表面210与第二表面220的方向。这些微棱镜142可使光束122离开平板部200且将光束122导引至图像传感器130。

在本实施例中，光输出元件140符合：(45°-α)≦β<90°，其中α为光源120发出光束122时的发散角(如图1所示出)，且β为这些微棱镜142的倾斜侧面144相对于第一表面210的倾斜角(如图2所示出)。在本实施例中，这些微棱镜142为柱状棱镜，这些柱状棱镜沿着从入光部300往光输出元件140且平行于第二表面220的一第一方向D1排列，且每一柱状棱镜沿着垂直于排列方向D1且平行于第二表面220的一第二方向D2延伸。然而，在其他实施例中，这些微棱镜142为锥状棱镜，其可在上述第一方向D1与第二方向D2所构成的平面上排列成二维阵列。此外，在上述这些实施例中，这些微棱镜142的节距(pitch)P是落在10纳米(nanometer,nm)至1微米(micrometer,μm)的范围内，且这些微镜镜的高度H(例如是在垂直于第二表面220的方向上的厚度)是落在10纳米至1微米的范围内。在本实施例中，光源120发出的光束122的截面为线形截面，而此线形截面的延伸方向例如是平行于第二方向D2。在另一实施例中，如图3所示出，光源120可包括多个排成一直线的点光源121，而这些点光源121例如是沿着第二方向D2排列。

在本实施例中，当光源120所发出的光束122的准直性高时，发散角α较小，光束122被导光盖板200的第一表面210与第二表面220进行多次全反射而在导光盖板200内行进时，可以达到亮区与暗区分别明显的高信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)。此外，由于光束122较为集中，可以在导光盖板200内部传递较远，但在导光盖板200中传递时，容易因全反射条件被破坏(例如导光盖板的缺陷)而阻断光束122的行进。

当光源120所发出的光束122的准直性低时，发散角α较大，光束122在导光盖板200内的行进距离较短，在光束122在导光盖板200内行进时，经不同全反射次束的光束122可能会照射在同一区域，造成信噪比降低。然而，当光束122不断被第一表面210与第二表面220全反射而在导光盖板200内行进时，较不易因导光盖板的缺陷破坏全反射而阻断了光束122的行进。因此，在本实施例中，发散角α可以落在0.3°至5°的范围内，以达到良好的信噪比，且又不易因导光盖板的缺陷而阻断了光束122的行进。

另外，当指纹凸脊62接触第一表面210而破坏了光束122在第一表面210的全反射时，指纹凸脊62会使光束122散射。若被指纹凸脊62散射的光束122进入图像传感器130时，容易造成图像传感器130的信噪比降低，图像质量不好，及对应于指纹凸脊62的暗纹不够暗等现象。为了抑制指纹凸脊62散射的光束122进入图像传感器130的情形，可适当地设计手指按压第一表面210的位置与光输出元件140的距离，使第一表面210在指纹沟槽64下方的区域所反射的光束122能够再被第二表面220及第一表面210全反射多次后再进入图像传感器130。如此一来，便可以有效抑制指纹凸脊62散射的光束122进入图像传感器130的情形，进而提升信噪比。在一实施例中，第一表面210在指纹沟槽64下方的区域所反射的光束122会再被第一表面210与第二表面220的任一者全反射0到4次后再进入图像传感器130。

另一方面，也可适当地设计手指按压第一表面210的位置与入光部300的距离，以使从入光部300进入平板部200的光束122经过第一表面210与第二表面220的任一者的足够多次的全反射，也就是使光束122在平板部200中行进足够长的距离，而使得光束122在垂直于第二方向D2的平面上展开足够的宽度，以在照射至手指按压的位置时足以涵盖手指的范围。

值得注意的是，当光束122经由入光部300进入平板部200而照射于第一表面210上时，于第一表面210的入射角需大于临界角(critical angle)，以确保第一表面210能够将光束122全反射。在一实施例中，倾斜入光面310相对于第一表面210的倾斜角例如是45度，但本发明不以此为限。另外，在本实施例中，第一表面210例如是平行于第二表面220。

图4为本发明的又一实施例的指纹感测装置配置于一显示器上的剖面示意图。请参照图4，本实施例的指纹感测装置100a类似于图1的指纹感测装置100，而两者的差异如下所述。在本实施例的指纹感测装置100a中，导光盖板110a的入光部300a更具有一背对第二表面220的平顶面320，与倾斜入光面310连接。相对于图1的入光部300a具有尖锐的顶角，平顶面320的设计可有效避免入光部300a刮伤其他元件。在一实施例中，平顶面320例如是平行于第二表面220。

在本实施例中，指纹感测装置100a更包括一第一光阻挡膜150及一第二光阻挡膜160，第一光阻挡膜150设于平顶面320上，且第二光阻挡膜160设于第二表面220的与倾斜入光面310连接的区域222，其中倾斜入光面310位于第一光阻挡膜150与第二光阻挡膜160之间。在本实施例中，第一光阻挡膜150与第二光阻挡膜160为光吸收膜，其可吸收光束122。然而，在其他实施例中，第一光阻挡膜150与第二光阻挡膜160也可以是反射膜，也就是可将光束122反射的膜层。

此外，在本实施例中，从光源120发出的光束122的截面可以是圆形，而部分的光束122会被第一光阻挡膜150与第二光阻挡膜160阻挡，以形成线形光源。

图5为本发明的再一实施例的光输出元件的剖面示意图。请参照图1与图5，本实施例的光输出元件140b与图2的光输出元件140类似，而两者的差异在于本实施例的光输出元件140b的微棱镜142b的倾斜侧面144b相对于第一表面210的倾斜角β’小于图2的光输出元件140的微棱镜142的倾斜侧面144相对于第一表面210的倾斜角β。如此一来，照射于倾斜侧面144b的光束122会斜向传递至图像传感器130，此时可以采用能够接收斜向光的图像传感器130来感测来自倾斜侧面144b的光束122。

另一方面，在图2的实施例中，照射于倾斜侧面144的光束122则被倾斜侧面144往下折射，此时可以采用能够接收正向光的图像传感器130来感测来自倾斜侧面144的光束122。

此外，在图5的实施例中，倾斜角β’也可以符合(45°-α)≦β’<90°。

图6为本发明的另一实施例的指纹感测装置配置于一显示器上的剖面示意图。请参照图6，本实施例的指纹感测装置100b类似于图1的指纹感测装置100，而两者的差异如下所述。在本实施例的指纹感测装置100b中，导光盖板110b的入光部300b的倾斜入光面310朝向导光盖板110b的内侧，而在图1的指纹感测装置100中，导光盖板110的入光部300的倾斜入光面310是朝向导光盖板110的外侧。此外，在本实施例的指纹感测装置100b中，入光部300b与光输出元件140配置于第二表面220的同一端。在本实施例中，从倾斜入光面310进入入光部300b的光束122被入光部300b的相对两侧面340与330全反射，而后进入平板部200，随后再被平板部200的侧面230全反射后，再被平板部200的第一表面210与第二表面220全反射，而传递至手指。

图7与图8为本发明的另二实施例的光输出元件的剖面示意图。请参照图2、图7与图8，此二实施例的光输出元件140c与140d与图2的光输出元件140类似，而两者的差异在于图2的光输出元件140的这些微棱镜142的顶角143为尖角，而图7的光输出元件140c的这些微棱镜142c的顶角143c为圆角，而图8的光输出元件140d的这些微棱镜142d的顶角143d为平顶倒角。

综上所述，在本发明的实施例的指纹感测装置中，采用了倾斜入光面来将斜向光束导引至导光盖板，而使光束在导光盖板中多次全反射。当手指按压在导光盖板上时，指纹凸脊则破坏了光束在第一表面处的全反射现象，而使通过全反射而导引至图像传感器的光束所产生的图像产生对应的暗纹，也就是形成了指纹图像。如此一来，无论导光盖板下方放置何产类形的显示面板(包括透明显示面板或不透明显示面板)，皆可以有效达到指纹感测的效果。因此，本发明的实施例的指纹感测装置可广泛适用于采用各种类型屏幕的屏幕指纹识别方案。

Claims (16)

1.一种指纹感测装置，包括：

导光盖板，包括：

平板部，具有相对的第一表面与第二表面；以及

入光部，位于所述第二表面，且具有倾斜入光面，所述倾斜入光面相对于所述第一表面与所述第二表面倾斜；

光源，用以发出光束，其中所述光束经由所述倾斜入光面依序传递至所述入光部与所述平板部；

图像传感器；以及

光输出元件，配置于所述第二表面上，接触所述第二表面且将所述平板部中的所述光束导引至所述图像传感器，其中由所述入光部进入所述平板部的所述光束在所述第一表面与所述第二表面发生全反射，所述第一表面适于被使用者的手指按压，而所述手指的指纹凸脊接触所述第一表面而破坏了所述光束在所述第一表面处的全反射现象，

其中所述光输出元件为棱镜片，且所述棱镜片具有多个微棱镜，所述多个微棱镜的顶角朝向远离第一表面与第二表面的方向，所述光输出元件符合：(45°-α)≤β＜90°，其中α为所述光源发出所述光束时的发散角，且β为所述多个微棱镜的倾斜侧面相对于所述第一表面的倾斜角。

2.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述多个微棱镜为柱状棱镜。

3.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述多个微棱镜为锥状棱镜。

4.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述多个微棱镜的顶角为尖角、圆角或平顶倒角。

5.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述多个微棱镜的节距是落在10纳米至1微米的范围内，且所述多个微镜镜的高度是落在10纳米至1微米的范围内。

6.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述倾斜入光面朝向所述导光盖板的内侧。

7.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述倾斜入光面朝向所述导光盖板的外侧。

8.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述入光部更具有背对所述第二表面的平顶面，与所述倾斜入光面连接。

9.根据权利要求8所述的指纹感测装置，还包括：

第一光阻挡膜，设于所述平顶面上；以及

第二光阻挡膜，设于所述第二表面的与所述倾斜入光面连接的区域，其中所述倾斜入光面位于所述第一光阻挡膜与所述第二光阻挡膜之间。

10.根据权利要求9所述的指纹感测装置，其中所述第一光阻挡膜与所述第二光阻挡膜为光吸收膜。

11.根据权利要求9所述的指纹感测装置，其中所述第一光阻挡膜与所述第二光阻挡膜为反射膜。

12.根据权利要求9所述的指纹感测装置，其中从所述光源发出的所述光束的截面为圆形，而部分的所述光束会被所述第一光阻挡膜与所述第二光阻挡膜阻挡，以形成线形光源。

13.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述光源发出的所述光束的截面为线形截面。

14.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述光源包括多个排成一直线的点光源。

15.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述入光部与所述光输出元件分别配置于所述第二表面的相对两端。

16.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述入光部与所述光输出元件配置于所述第二表面的同一端。