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CN212391984U - 具有光学感测器的显示器 - Google Patents

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CN212391984U
CN212391984U CN202021669243.1U CN202021669243U CN212391984U CN 212391984 U CN212391984 U CN 212391984U CN 202021669243 U CN202021669243 U CN 202021669243U CN 212391984 U CN212391984 U CN 212391984U
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infrared light
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period
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傅同龙
范成至
王伟榕
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Egis Technology Inc
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Abstract

本申请提供一种具有光学感测器的显示器，所述显示器包括：一显示面板，具有显示像素，并且朝向上方提供可见光来显示信息；一光学感测器，用于感测位于显示面板的上方的一物体；及一红外光源，提供初始红外光穿透显示面板照射物体，物体产生待测红外光穿透显示面板而被光学感测器接收而获得一图像信号，其中红外光源于此等显示像素被使能的一第一期间被禁能，且于此等显示像素被禁能的一禁能期间中的一第二期间被使能，且第二期间比第一期间落后一第三期间。本申请可以利用不同的时脉分别驱动光学感测器及显示器，以避免显示器的白色闪烁现象，同时达成光学感测的功能。

Description

具有光学感测器的显示器
技术领域
本申请是有关于一种具有光学感测器的显示器，且特别是有关于一种具有光学感测器的显示器，利用不同的时脉分别驱动光学感测器及显示器，以避免显示器的白色闪烁现象。
背景技术
现今的移动电子装置(例如手机、平板电脑、笔记本电脑等)通常配备有使用者生物识别系统，包括了例如指纹、脸型、虹膜等等不同技术，用以保护个人数据安全，其中例如应用于手机或智能手表等携带型装置，也兼具有移动支付的功能，对于使用者生物识别更是变成一种标准的功能，而手机等携带型装置的发展更是朝向全屏幕(或超窄边框)的趋势，使得传统电容式指纹按键无法再被继续使用，进而演进出新的微小化光学成像装置(非常类似传统的相机模组，具有互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor(CMOS)Image Sensor(简称CIS))感测元件及光学镜头模组)。将微小化光学成像装置设置于屏幕下方(可称为屏下)，通过屏幕部分透光(特别是有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)屏幕)，可以撷取按压于屏幕上方的物体的图像，特别是指纹图像，可以称为屏幕下指纹感测(Fingerprint On Display，FOD)。
FOD需要克服相当多的问题。首先，感测光线必须穿透显示面板至少一次，才能被光学成像装置接收而获得指纹图像。其次，显示面板的显示光线与感测光线必须不能互相干扰，以避免影响显示及感测结果。再者，以目前显示面板的成熟驱动方式，指纹感测器的制造厂需要配合显示面板的驱动方式，同时解决上述问题。因此，对于FOD而言，着实有进一步改良的空间。
实用新型内容
因此，本申请的一个目的是提供一种具有光学感测器的显示器，利用不同的时脉分别驱动光学感测器及显示器，以避免显示器的白色闪烁现象，同时达成光学感测的功能。
为达上述目的，本申请提供一种显示器，至少包括：一显示面板，具有多个显示像素，并且朝向上方提供可见光来显示信息；一光学感测器，设置于显示面板的下方，用于感测位于显示面板的上方的一物体的一图像；以及一红外光源，设置于显示面板的下方，并提供初始红外光穿透显示面板照射物体，物体产生待测红外光穿透显示面板而被光学感测器接收而获得代表图像的一图像信号，其中红外光源于此等显示像素被使能的一第一期间被禁能，并于此等显示像素被禁能的一禁能期间中的一第二期间被使能，且第二期间比第一期间落后一第三期间。
通过上述实施例，可以利用不同的时脉分别驱动光学感测器及显示器，以避免显示器的白色闪烁现象，同时达成光学感测的功能，对于设置有屏下式指纹感测器的显示器而言，通过现有的OLED显示面板的装置驱动接口取得驱动显示像素的第一时脉信号，而定义出驱动红外光源的第二时脉信号，其中第二时脉信号与第一时脉信号具有相对应的延迟时间，可以减少白色闪烁现象。
为让本申请的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1显示依据本申请较佳实施例的显示器及其光学感测模组的示意图。
图2A与图2B显示显示器的时脉信号的两个例子的时序图。
图3A至图3C显示光学感测模组的三个例子的局部示意图。
图4显示红外光源上方配置有光吸收材的局部示意图。
【符号说明】
D:距离
F:物体
IR:初始红外光
IR1:待测红外光
P1:第一时脉信号
P2:第二时脉信号
T1:第一期间
T2:第二期间
T3:第三期间
T4:禁能期间
VL:可见光
10:显示面板
11:显示像素
11B:蓝色像素
11G:绿色像素
11R:红色像素
20:光学感测器
30:红外光源
40:控制器
41:第一驱动器
42:装置驱动接口
43:第二驱动器
44:信号撷取器
45:面板驱动模组
46:感测器驱动模组
50:带通滤波层
60:透镜模组
70:准直器
80:中框
82:光吸收材
100:显示器
200:光学感测模组
具体实施方式
本申请的研究发现，当OLED面板的显示像素被点亮(帧率(frame rate)一般是60到120Hz)时，某些波长(譬如940nm)的光线照射其显示像素时，会造成局部区域的白色闪烁现象。
如图1所示，本实施例提供一种显示器100，至少包括一显示面板10、一光学感测器20、一红外光源30以及一控制器40。
显示面板10具有多个显示像素11，并且朝向上方提供可见光VL来显示信息。显示像素11包括红色像素11R、绿色像素11G及蓝色像素11B。于本例子中，是以OLED这种自发光显示面板作为例子来说明，但并未将本申请限制于此。举凡会被红外光源30影响到显示信息的显示面板，都是本实施例适用的范围。
光学感测器20设置于显示面板10的下方，用于感测位于显示面板10的上方的一物体F的一图像。于本例子中，是以指纹感测器当作光学感测器20的例子来说明，用于感测手指的指纹图像。于其他例子中，光学感测器20可以是其他生物特征感测器，用于感测譬如静脉图案、血氧浓度、虹膜、脸型等生物特征。
红外光源30设置于显示面板10的下方，并提供初始红外光IR穿透显示面板10照射物体F。物体F产生待测红外光IR1穿透显示面板10而被光学感测器20接收，而获得代表图像的一图像信号。于一例中，初始红外光IR进入物体F散射后产生待测红外光IR1。于另一例中，初始红外光IR由物体F的表面(譬如手指的纹峰)反射后产生待测红外光IR1。红外光源30的光源发散角最好是集中，以避免光打回光学感测器20。光源发散角譬如介于0度至45度之间，通常依据光源放置位置而定，较常使用的光源发散角譬如介于10至20度之间。红外光源30可以是由红外光发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)或激光二极管(LaserDiode,LD)，譬如是垂直共振腔面射型激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL))二极管来实施。初始红外光IR的波长范围譬如从800纳米(nm)至1600纳米，不被OLED面板全部吸收，一般对于OLED面板会有30％～10％的穿透率，譬如可以使用850nm或940nm的波长，若要避免太阳光的干扰问题，可以使用940nm及1350nm的波长。
光学感测器20与红外光源30之间的距离D介于3mm至12mm之间。若距离D太长，则红外光很难打入手指并被光学感测器20接收；若距离D太短，则还没穿过显示面板10的红外光会干扰光学感测器20的感测结果。依据本申请的研究测试，距离D与光学感测器20的收光面积及手指大小有关，可实施的距离D介于2mm至10mm之间，所提议的距离D介于6mm至8mm之间。
控制器40电连接至显示面板10、红外光源30及光学感测器20，并控制显示面板10、红外光源30及光学感测器20的操作。控制器40利用不同的时脉驱动显示面板10及红外光源30，以避免两者互相干扰而影响到显示效果。
如图2A与图2B所示，控制器40于使能此等显示像素11的一第一期间T1禁能红外光源30。此外，控制器40于禁能此等显示像素11的一禁能期间T4中的一第二期间T2使能红外光源30。第二期间T2比第一期间T1落后一第三期间T3。亦即，此等显示像素11及红外光源30交替被控制器40禁能及使能。第二期间T2可以依据光学感测器20的灵敏度而决定，也就是与光学感测器20的灵敏度相关。于一例子中，第二期间T2的范围介于100微秒至8毫秒之间，或者介于500微秒至2毫秒之间。于另一例子中，第二期间T2实质上等于1毫秒。值得注意的是，虽然以上实施例是以控制器40当作是显示器100的内建元件作为例子来说明，但是并非将本申请限制于此。于另一例子中，也可以用外接的控制器或其他控制手段来控制上述操作，只要能达成让红外光源30于此等显示像素11被使能的第一期间T1被禁能，且于此等显示像素11被禁能的禁能期间T4中的第二期间T2被使能即可。
相对于可见光的应用，红外光感测比较容易实现防伪(anti-spoofing)的辨别。但是红外光感测如果没有控制好的话，很容易在OLED显示面板上造成亮点或斑点(Spotlight)的问题。第二期间T2越短，则可以减少斑点的问题。通过上述控制器40的驱动方式，即可兼顾生物特征感测及显示的功能，且避免红外光源影响到显示面板10的显示效果。
以下说明更进一步的可选的细节。
如图1所示，控制器40可以被设置成包括一第一驱动器41及一第二驱动器43。第一驱动器41驱动此等显示像素11来显示信息。第二驱动器43通过一装置驱动接口(DeviceDriver Interface,DDI)42连接至第一驱动器41。第二驱动器43依据第一驱动器41驱动此等显示像素11的一第一时脉信号P1产生一第二时脉信号P2来驱动红外光源30产生初始红外光IR。
为了顺利撷取指纹的图像信号，控制器40可以更包括一信号撷取器44，电连接至光学感测器20，并用于撷取图像信号。信号撷取器44依据第二时脉信号P2判断光学感测器20的图像信号是否需要积分，若需要积分，则需要将多个第一期间T1获得的图像信号累加起来，可以提高信噪比。
另外，红外光源30与显示面板10的相对位置可以有不同的变化，第三期间T3可依照实际显示面板的特性做调整，以消除白色闪烁为目标。红外光源30与显示面板10的垂直距离也可依照实际显示面板的特性做调整，以避免红外光IR在显示面板10内部重复反射，造成影像背景增加与噪声暴增的缺点。于一例中，可以依据红外光源30与显示面板10的相对位置来决定第三期间T3，也就是第三期间T3与红外光源30及显示面板10的相对位置相关。
如图3A所示，为了避免光学感测器20接收到显示面板10的可见光波段，显示器100可以更包括一带通滤波层(Band-Pass Filter)50，设置于显示面板10与光学感测器20之间，带通滤波层50允许待测红外光IR1通过，但不允许可见光VL通过。此外，显示器100可以更包括一透镜模组60，设置于显示面板10与光学感测器20之间(于本例是设置于带通滤波层50与显示面板10之间，于其他例(未显示)亦可设置于带通滤波层50与光学感测器20之间)，透镜模组60将待测红外光IR1聚焦于光学感测器20。
带通滤波层50可以有其他的设置方式，譬如，在图3B中，带通滤波层50镀于透镜模组60上，同样可达成选择性滤光效果。或者，带通滤波层50也可以镀于光学感测器20的收光面上。
或者，光学感测器20可以被建构成一种准直式的光学感测模组。亦即，如图3C所示，显示器100可以更包括一准直器70，设置于显示面板10与光学感测器20之间，准直器70将待测红外光IR1经过准直处理后传送至光学感测器20。
此外，如图1、图2A与图2B所示，本申请亦提供一种光学感测模组200，至少包括光学感测器20、红外光源30及第二驱动器43。当光学感测模组200电连接至用于驱动显示面板10的一面板驱动模组45(包括第一驱动器41及DDI 42)以后，可以依据第一驱动器41的运作来驱动红外光源30及/或光学感测器20。
光学感测器20通过上方的显示面板10感测物体F的图像。第一驱动器41驱动显示面板10的多个显示像素11来显示信息。红外光源30设置于显示面板10的下方，并提供初始红外光IR穿透显示面板10照射物体F。物体F产生待测红外光IR1穿透显示面板10而被光学感测器20接收而获得代表图像的图像信号。第二驱动器43用于连接至第一驱动器41，第二驱动器43依据第一驱动器41驱动此等显示像素11的第一时脉信号P1产生第二时脉信号P2来驱动红外光源30产生初始红外光IR，使得第二时脉信号P2在第一时脉信号P1使能此等显示像素11的第一期间T1禁能红外光源30；并且使得第二时脉信号P2在第一时脉信号P1禁能此等显示像素11的禁能期间T4中的第二期间T2使能红外光源30。亦即，第一时脉信号P1与第二时脉信号P2于不同时段被使能。
在硬件或软件控制的实施上，光学感测模组200需要从面板驱动模组45的DDI 42得到显示像素11更新的频率，以显示像素11更新的频率操作红外光源30的LED/LD打光的频率，来提供对手指的照明。因此，LED/LD需要一个特别的光源驱动元件(第二驱动器43)，需参考显示像素11的驱动第一时脉信号P1来定义第二时脉信号P2。
光学感测模组200可以更包括信号撷取器44，信号撷取器44与第二驱动器43可以组成一感测器驱动模组46。此外，如图3A至图3C所示，光学感测模组200可以更包括带通滤波层50、透镜模组60及/或准直器70，相关内容可以参照上述细节，故于此不再赘述。
可选的，如图4所示，可在显示器100的中框80与显示面板10之间设置或贴上光吸收材82，避免红外光源30所发出的初始红外光IR在显示面板10的玻璃中反复反射而造成杂光干扰。因此，中框80与譬如是OLED显示面板的显示面板10接合的表面可以设置为光吸收表面，吸收被显示面板10反射回来的初始红外光IR，以减少重复反射的影响程度。或者，如果光学感测器20与透镜型的收光结构搭配使用，也可以在透镜上面镀上一层抗反射膜，以减少重复反射。
通过上述实施例，可以利用不同的时脉分别驱动光学感测器及显示器，以避免显示器的白色闪烁现象，同时达成光学感测的功能，对于设置有屏下式指纹感测器的显示器而言，通过现有的OLED显示面板的DDI取得驱动显示像素的第一时脉信号，而定义出驱动红外光源的第二时脉信号，其中第二时脉信号与第一时脉信号具有相对应的延迟时间，可以减少白色闪烁现象。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本申请的技术内容，而非将本申请狭义地限制于上述实施例，在不超出本申请的精神及权利要求保护范围的情况下，所做的种种变化实施，皆属于本申请的范围。

Claims (14)

1.一种具有光学感测器的显示器，其特征在于，至少包括：
一显示面板，具有多个显示像素，并且朝向上方提供可见光来显示信息；
一光学感测器，设置于所述显示面板的下方，用于感测位于所述显示面板的上方的一物体的一图像；以及
一红外光源，设置于所述显示面板的下方，并提供初始红外光穿透所述显示面板照射所述物体，所述物体产生待测红外光穿透所述显示面板而被所述光学感测器接收而获得代表所述图像的一图像信号，其中所述红外光源于所述显示像素被使能的一第一期间被禁能，且于所述显示像素被禁能的一禁能期间中的一第二期间被使能，且所述第二期间比所述第一期间落后一第三期间。
2.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，更包括一控制器，电连接至所述显示面板、所述红外光源及所述光学感测器，并控制所述显示面板、所述红外光源及所述光学感测器的操作，其中所述控制器于所述第一期间禁能所述红外光源；且所述控制器于所述第二期间使能所述红外光源。
3.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于，所述控制器包括：
一第一驱动器，驱动所述显示像素来显示信息；以及
一第二驱动器，通过一装置驱动接口连接至所述第一驱动器，所述第二驱动器依据所述第一驱动器驱动所述显示像素的一第一时脉信号产生一第二时脉信号来驱动所述红外光源产生所述初始红外光。
4.根据权利要求3所述的显示器，其特征在于，所述控制器更包括：
一信号撷取器，电连接至所述光学感测器，用于撷取所述图像信号，所述信号撷取器依据所述第二时脉信号判断所述光学感测器的所述图像信号是否需要积分，以提高信噪比。
5.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述第三期间是与所述红外光源及所述显示面板的相对位置相关。
6.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述第二期间是与所述光学感测器的灵敏度相关。
7.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述第二期间的范围介于100微秒至8毫秒之间。
8.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，更包括一带通滤波层，设置于所述显示面板与所述光学感测器之间，所述带通滤波层允许所述待测红外光通过，但不允许所述可见光通过。
9.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，更包括一透镜模组，设置于所述显示面板与所述光学感测器之间，所述透镜模组将所述待测红外光聚焦于所述光学感测器。
10.根据权利要求9所述的显示器，其特征在于，更包括一带通滤波层，设置于所述透镜模组与所述光学感测器之间，所述带通滤波层允许所述待测红外光通过，但不允许所述可见光通过。
11.根据权利要求9所述的显示器，其特征在于，更包括一带通滤波层，镀于所述透镜模组上，所述带通滤波层允许所述待测红外光通过，但不允许所述可见光通过。
12.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述光学感测器与所述红外光源之间的距离介于3mm至12mm之间。
13.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，更包括一准直器，设置于所述显示面板与所述光学感测器之间，所述准直器将所述待测红外光经过准直处理后传送至所述光学感测器。
14.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，更包括一光吸收材，设置于所述红外光源的上方的一中框与所述显示面板之间，其中所述光吸收材吸收被所述显示面板反射回来的所述初始红外光。
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