屏下辨识的显示设备

专利摘要:
本实用新型提供一种屏下辨识的显示设备，包含：一反射式液晶显示单元，其包含：对向基板；反射式液晶层，黑色矩阵层，及一像素阵列基板，其包含至少一像素；以及至少一辨识模块；其中，该辨识模块藉由该贯穿孔接收指纹反射并穿透该反射式液晶层之光线，以产生一辨识讯号。本实用新型另提供一种屏下辨识的显示设备具有多个辨识模块，其全面覆盖设置于该像素阵列基板的下方，且该些辨识模块包含至少一光接收元件；该些辨识模块接收穿透该反射式液晶层的光线，以产生一辨识讯号。
公开号:CN214335409U
申请号:CN202120035784.7U
申请日:2021-01-07
公开日:2021-10-01
发明作者:康镇玺
申请人:Giantplus Technology Co Ltd；
IPC主号:G02F1-1333

专利说明:
[n0001] 本实用新型是关于一种屏下辨识的显示设备，尤其指一种具有反射式液晶显示单元的屏下辨识的显示设备。
[n0002] 近年来触控式平面显示器的辨识分辨率进步快速，主要是由于苹果计算机公司率先采用触控面板取代小键盘而实现无键盘的大屏幕苹果手机 iPhone，自此iPhone成为触控屏幕手机的代名词，每推出新款均供不应求销售热潮历久不衰迄今仍无稍退的趋势，该公司也因此急速成长成为世界顶尖公司的一，而诸多基于免费的Android平台的手机品牌也追随苹果公司频频推出同样具有触控面板的新款无键盘大屏幕智能型手机抢食市场大饼。
[n0003] 触控面板的感测技术最早期为电阻式触控感测，虽然有干扰率低的优点，但是有反应速度慢、使用寿命短以及容易产生鬼点误报触控位置等缺点，苹果计算机公司挟强大市场优势推动上游供货商开发电容互容式触控面板，并再次率先应用于新款iPhone手机上，并受到其他手机品牌厂商的跟进，自此奠定电容系列触控感测技输的主流地位。然而，在智能型手机市场逐渐饱和情况下，电容系列感测技术业者开始尝试多角化应用的开发以扩大营业范围，其中之一是将电容互容式触控电极微型化以做为手机的屏幕下指纹辨识(Fingerprint on Display，FoD)的传感器，以获得更高的屏占比。
[n0004] 但是电容互容式触控传感器主要是以氧化铟锡透明电极制成感测电极搭配金属桥接线而形成，氧化铟锡透明电极微型化后阻抗急遽升高容易造成感测讯号失真，以及电极过于密集而产生串音互扰(cross talk)问题，即使以软件运算法加强讯号读取能力，其感测能力也依然受氧化铟锡透明电极导电性的限制，导致辨识距离不大，而且手机用户通常必须在屏幕表面加贴保护膜作为手机受外力冲击时的保护层和牺牲层，此一保护膜具有一定厚度常使指纹辨识更加不灵敏。
[n0005] 然而，为兼顾显示器的显示功能以及上述指纹辨识功能，目前较为主流屏下辨识显示面板的设计，是于一般穿透式液晶显示面板的非显示区设置一红外光发射器，对显示面板的显示区的外表面发射红外光，搭配在显示面板的显示区下方或是非显示区设置多个红外光接收器。当用户手指接触显示面板的显示区的外表面时，会将该红外光反射而被红外光接收器而产生辨识讯号，因红外光为不可见光，故即使部分红外光因手指的反射而出现在显示面板的显示区，亦不致影响显示面板的显示。然而，上述的做法必须增加显示面板的非显示区的宽度和面积，以容纳红外光发射器和红外光接收器，故需要进一步设置更大的边框以覆盖非显示区，如此则不符合当前窄边框的市场要求。
[n0006] 因此，另有业者改于显示面板的显示区下方设置红外光接收器并对应于背光模块开孔以使红外光通过，此一设计虽可以达成窄边框的要求，但是不仅有背光漏光的视觉缺点，还会增加背光模块入尘造成的画面暗点的机率，使产品的品位和良率下降。
[n0007] 为此，有业者利用有机发光显示面板不需背光模块的特性来避免上述问题，其设计是将光学辨识模块设置于OLED面板下方，其硬件结构为镜头、传感器(CMOS/TFT)的组合，因不必紧密贴合面板，可大幅减少成本。此设计转变也是光学式指纹辨识受到手机品牌积极采用的原因，但仍有二大缺点，其一为使用者需大力下压才会开始点亮屏幕并执行辨识工作，辨识速度较慢，不符合现代人快步调的使用习惯。其二是OLED面板原本价格就高出相同尺寸的液晶面板一倍以上，在成本居高不下的情况下各家手机制造商均只能应用于高阶机种而无法普及化，市场的拓展因此面临瓶颈。
[n0008] 有鉴于上述习知技术的问题，本实用新型提供一种具辨识模块的反射式液晶的显示设备，在显示区的光吸收层设置供光线射出以及反射光穿入，配合设置在开口下方的辨识模块，而达成兼具窄边框以及无需导光层的屏下辨识的显示设备。
[n0009] 本实用新型的一目的，在提供一种具辨识模块的反射式液晶的显示设备，其进一步于反射式液晶显示单元设置具有贯通孔的光吸收层，辨识模块对应该贯通孔设置于该反射式液晶显示单元下方，以根据手指发射的红外光线而实现指纹辨识的功能，因而减少非显示区的面积而达成兼顾辨识灵敏度和窄边框的目的。
[n0010] 本实用新型的另一目的，在于提供一种具辨识模块的反射式液晶的显示设备，其利用反射式液晶显示设备无须背光模块的特性，在其背面设置辨识模块，并对应驱动该辨识模块上方的反射式液晶至光穿透状态，使该辨识模块得以接收手指反射的光线而实现指纹辨识的功能，因而避免使用高价OLED面板核对背光模块开孔，同时达成低成本、高品位和高良率等目的。
[n0011] 为达到上述所指称的各目的与功效，本实用新型的一实施例中提供一种屏下辨识的显示设备，其包含：一反射式液晶显示单元，包含：以及一对向基板；一反射式液晶层，其设置于该对向基板的一下方；一像素阵列基板，其设置于该反射式液晶层的一下方，该像素阵列基板包含至少一像素；以及多个辨识模块，其设置于该像素阵列基板的该下方以全面覆盖该像素阵列基板，且该些辨识模块包含至少一光接收元件；其中，该些辨识模块接收穿透该反射式液晶层的光线，以产生一辨识讯号。
[n0012] 本实用新型的一实施例中，其中，该反射式液晶层为一胆固醇液晶层或掺有一旋光剂的一向列型液晶层。
[n0013] 本实用新型的一实施例中，其中，该些辨识模块包含一可见光吸收本体及一光接收元件，该光接收元件设置于该可见光吸收本体的一上方。
[n0014] 本实用新型的一实施例中，其中，该光吸收元件为一雷射光接收元件或一红外光接收元件。
[n0015] 本实用新型的一实施例中，其中，该些辨识模块进一步包含一光发射元件设置于该可见光吸收本体的该上方，供发射该光线经该反射式液晶显示单元的该对向基板的上方的一接触物体反射，而被该光接收元件接收。
[n0016] 本实用新型的一实施例中，其中，该光发射元件为一雷射光发射元件或一红外光发射元件。
[n0017] 图1：其为本实用新型的一实施例的一正视示意图；
[n0018] 图2：其为本实用新型的一实施例的另一正视示意图；
[n0019] 图3：其为本实用新型的一实施例的又一正视示意图；
[n0020] 图4：其为本实用新型的一实施例的再一正视示意图；
[n0021] 图5：其为本实用新型的一实施例的又一正视示意图；
[n0022] 图6：其为本实用新型的又一实施例的一正视示意图；以及
[n0023] 图7：其为本实用新型的再一实施例的一正视示意图。
[n0024] 【图号对照说明】
[n0025] 1屏下辨识的显示设备
[n0026] 10 反射式液晶显示单元
[n0027] 11 对向基板
[n0028] 13 反射式液晶层
[n0029] 131 垂直排列液晶
[n0030] 132 水平排列液晶
[n0031] 133 倾斜排列液晶
[n0032] 15 黑色矩阵层
[n0033] 151 贯穿孔
[n0034] 17 像素阵列基板
[n0035] 171 像素
[n0036] 20 辨识模块
[n0037] 21 可见光吸收本体
[n0038] 22 光接收元件
[n0039] 23 读取元件
[n0040] 25 光发射元件
[n0041] 30 指纹
[n0042] GAP 排列间隙
[n0043] ID 辨识讯号
[n0044] L光线
[n0045] LI 辨识光线
[n0046] LR 反射光
[n0047] LT 穿透光
[n0048] 为了使本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
[n0049] 有鉴于习知的屏下辨识的显示设备的红外光发射器造成边框加大，若能够将其移置于显示面板下方而不影响显示品位和良率，即能够达到窄边框效果，据此，本实用新型遂提出一种辨识模块的屏下辨识的显示设备，其利用反射式液晶可驱动为光穿透状态的特性，于驱动辨识模块致能时间内，驱动反射式液晶显示设备光吸收层的开口范围对应的画素，使辨识模块接收反射式液晶显示设备外表面的穿入的光线以产生辨识讯，号以解决习知技术所造成的大边框问题。
[n0050] 以下，将进一步说明本实用新型揭示一种屏下辨识的显示设备所包含的特性和搭配的结构：首先，请参阅图1与图2，其为本实用新型的一实施例的正视图。如图1所示，本实用新型的屏下辨识的显示设备1，其包含反射式液晶显示单元10和辨识模块20。反射式液晶显示单元10包含对向基板11、反射式液晶层13、黑色矩阵层15和像素阵列基板17，黑色矩阵层15具有贯穿孔151，像素阵列基板17具有多个像素171，辨识模块20为被动式辨识模块，其包含可见光吸收本体21、光接收元件22和读取元件23。
[n0051] 其中，反射式液晶层13设置于对向基板11下方，像素阵列基板17设置于反射式液晶层13和黑色矩阵层15的下方，于像素阵列基板17与黑色矩阵层 15以及反射式液晶层13邻接的表面，还设置有呈数组排列的多个像素171，黑色矩阵层15设置于反射式液晶层13下方，其贯穿孔151暴露出部分像素171以及部分辨识模块20；辨识模块20则对应于贯穿孔151的位置设置于像素阵列基板 17下方且其遮蔽黑色矩阵层15的贯穿孔151；黑色矩阵层15例如是黑色树脂层，可遮蔽来自反射式液晶显示单元10下方的光线L，并吸收穿透反射式液晶层13的穿透光LT；辨识模块20的可见光吸收本体21例如是黑色机壳，同样可遮蔽来自反射式液晶显示单元10下方的光线L，而光接收元件22则是设置在可见光吸收本体21上，辨识模块20藉由可见光吸收本体21吸收可见光。
[n0052] 在本实施例中，如图2所示，反射式液晶层13例如是胆固醇液晶层，其可被选择未驱动或驱动而于一光穿透状态与一光反射状态的间转变，也就是反射式液晶层13为具有垂直排列液晶131或水平排列液晶132或其组合。如图所示，当反射式液晶显示单元10禁能以显示白画面时，反射式液晶层13包含垂直排列液晶131，属于未被驱动的液晶而处于反射状态，入射光线L全部被垂直排列液晶131反射成为反射光LR而离开反射式液晶显示单元10，而反射式液晶显示单元10的垂直排列液晶131经电压驱动而翻转，会因此转换为水平排列液晶 132，如此入射光线L可因水平排列液晶132的排列间隙GAP通过，因而形成穿透光LT。
[n0053] 如图3所示，当反射式液晶显示单元10致能以显示一灰阶画面或一彩色画面时，反射式液晶层13被驱动成为部分穿透状态及部分反射状态，也就是反射式液晶层13经驱动后，具有倾斜排列液晶133，也就是介于垂直排列液晶 131与水平排列液晶132的间的排列方式，且入射光线L的一部分被反射式液晶层13的倾斜排列液晶133反射成为反射光LR，而离开反射式液晶显示单元10，入射光线L的其余部分穿透反射式液晶层13的倾斜排列液晶133成为穿透光LT，而被黑色矩阵层15与辨识模块20的吸收，藉此提供良好对比的画面。
[n0054] 如图4所示，当反射式液晶显示单元10致能以显示一黑画面时，反射式液晶层13被驱动至光穿透状态，入射光线L全部穿透反射式液晶层13成为穿透光LT而被黑色矩阵层15与辨识模块20吸收，藉此提供良好对比的画面。
[n0055] 当辨识模块20禁能时，反射式液晶显示单元10的所有像素171都做为单纯显示使用，在上述反射式液晶显示单元10显示灰阶画面或彩色画面以及黑画面时，贯穿孔151范围内对应的像素171依据显示画面的需要将反射式液晶层 13驱动至部分穿透部分反射或状态光穿透状态，由于辨识模块20的可见光吸收本体21是可吸收可见光的黑色材料制成，因此，辨识模块20可吸收贯穿孔151 范围内的穿透光LT，使得贯穿孔151范围内对应的像素171也可以提供良好对比，而不影响反射式液晶显示单元10的整体画面，而不影响反射式液晶显示单元10的整体画面。且因辨识模块20为禁能状态，即使光接收元件22接收穿透光 LT也不产生辨识讯号，故不影响屏下辨识的显示设备1的运作。
[n0056] 如图5所示，辨识模块20的光接收元件22例如是一红外光接收元件而读取元件23例如是一运算放大电路，当辨识模块20致能时，贯穿孔151范围内对应的的像素171将贯穿孔151范围内对应的的反射式液晶层13的部分液晶经驱动至光穿透状态，即翻转成水平排列液晶132，当一操作者的手指接触贯穿孔 151对应的反射式液晶显示单元10的外表面，光接收元件22接收操作者的手指所发射的部分红外光做为辨识光线LI而产生一辨识讯号ID，读取元件23电性连接光接收元件22以接收辨识讯号ID并将其讯号强度放大而提高辨识讯号ID的灵敏度。
[n0057] 在本实施例中，配合反射式液晶的光反射而无须设置背光模块的特性，于黑色矩阵层设置贯穿孔并对应该贯穿孔位置于下方设置辨识模块，而无须拓宽非显示区以容纳辨识模块，藉此可同时达成辨识灵敏度和窄边框的目的，而且采用反射式液晶显示单元较先前技术的有机发光二极管显示面板成本更低，进一步具有低成本的优势。
[n0058] 本创作另一实施例请参阅图6，本实施例与前述实施例不同的处在于反射式液晶层13例如是掺有一旋光剂的一向列型液晶，辨识模块20为主动式辨识模块，其更具有一光发射元件25，本例中的光发射元件25例如是红外光发射器，而光接收元件22为一红外光接收元件，其余相同的处不再赘述。
[n0059] 于本例中，辨识模块20致能时，一操作者的手指接触贯穿孔151对应的反射式液晶显示单元10的外表面，光发射元件25发射红外光出射光线至反射式液晶显示单元10的对向基板11的上方的该手指的指纹30，以形成反射光线做为辨识光线LI并穿透反射式液晶层13而反射至光接收元件22，以对应产生该辨识讯号ID，再由读取元件23接收该辨识讯号并将其讯号强度放大而提高辨识讯号ID的灵敏度。由于本实施例采用具有光发射元件的主动式辨识模块，光接收单元可接收较强的辨识光线LI因此更进一步提高辨识灵敏度，且同样可达成窄边框的目的。
[n0060] 本创作另一实施例请参阅图7，本实施例与前述实施例不同的处在于，以多个辨识模块20完全遮蔽反射式液晶显示单元10下方，由于辨识模块20 具有可见光吸收本体21故可完全遮蔽来自反射式液晶显示单元10下方的光线 L，并吸收穿透反射式液晶层13的穿透光LT；无需设置黑色矩阵层因而节省成本。
[n0061] 此外，本例中辨识模块的该些同样采用为主动式，本例中的光发射元件25例如是雷射发光二极管制成的雷射光发射元件，而光接收元件22为一雷射光接收元件，因本例中采用高能量密集度的雷射光发射元件，光接收元件22 接收高能量密度的雷射光高而产生高灵敏度的辨识讯号，读取元件23接收高灵敏度的辨识讯号无需再运算加以放大，故可采用无讯号放大功能的读取元件而进一步节省成本，其余相同的处不再赘述。
[n0062] 于本例中，辨识模块20致能时，一操作者的手指接触反射式液晶显示单元10的外表面，光发射元件25发射雷射光出射光线至该反射式液晶显示单元10的该对向基板11的上方的该手指的该指纹30，以形成该反射光线做为辨识光线LI并穿透该反射式液晶层13而反射至该光接收元件22，以对应产生该辨识讯号。因雷射光具有高指向性而不易产生噪声，可进一步提高辨识模块20的讯噪比以及辨识灵敏度。
[n0063] 综上所述，本实用新型提供一种屏下辨识的显示设备，其利用反射式液晶显示单元无需设置背光模块的特性，于下方设置，无论是于反射式液晶显示单元的黑色矩阵层的贯通孔下方对应设置辨识模块，或于反射式液晶显示单元下方全面设置多个辨识模块以减省黑色矩阵层，均可解决习知技术的指纹辨识不灵敏、边框大、产品的品位和良率下降以及成本高等问题，而达成高辨识灵敏度、窄边框的目的，并且具有低成本和高品位与高良率的屏下辨识的显示设备。
[n0064] 上文仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。

权利要求:
Claims (8)
[0001] 1.一种屏下辨识的显示设备，其特征在于，其包含：
一反射式液晶显示单元，包含：
一对向基板；
一反射式液晶层，其设置于该对向基板的一下方；
一黑色矩阵层，其设置于该反射式液晶层的一下方，具有至少一贯穿孔；以及
一像素阵列基板，其设置于黑色矩阵层的一下方，该像素阵列基板包含至少一像素，其中该些像素的部分并对应该贯穿孔设置；以及
至少一辨识模块，其设置于该反射式液晶显示单元的该像素阵列基板的一下方，并对应该贯穿孔而全面覆盖该贯穿孔，该辨识模块接收一指纹反射并穿透该贯穿孔的一反射光线，以产生一辨识讯号。
[0002] 2.如权利要求1所述的屏下辨识的显示设备，其特征在于，其中，该反射式液晶层为一胆固醇液晶或掺有一旋光剂的一向列型液晶。
[0003] 3.如权利要求1所述的屏下辨识的显示设备，其特征在于，其中，该至少一辨识模块包含一可见光吸收本体、一光接收元件及一读取元件，该光接收元件设置于该可见光吸收本体的一上方，该读取元件电性连接该光接收元件，以读取该辨识讯号。
[0004] 4.如权利要求3所述的屏下辨识的显示设备，其特征在于，其中，该至少一辨识模块进一步包含一光发射元件，设置于该可见光吸收本体的该上方，该光发射元件发射一出射光线至该反射式液晶显示单元的该对向基板的一上方的该指纹，而形成该反射光线并反射至该光接收元件，以对应产生该辨识讯号。
[0005] 5.如权利要求4所述的屏下辨识的显示设备，其特征在于，其中，该光发射元件为一红外光发射元件或一雷射光发射元件，该光吸收元件为一红外光接收元件或一雷射光接收元件。
[0006] 6.一种屏下辨识的显示设备，其特征在于，其包含：
一反射式液晶显示单元，包含：
一对向基板；
一反射式液晶层，其设置于该对向基板的一下方；以及
一像素阵列基板，其设置于该反射式液晶层的一下方，该像素阵列基板包含至少一像素；以及
多个辨识模块，其设置于该像素阵列基板的一下方以全面覆盖该像素阵列基板，且该些辨识模块包含至少一光接收元件藉以接收一指纹反射并穿透该反射式液晶层的一反射光线，以产生一辨识讯号。
[0007] 7.如权利要求6所述的屏下辨识的显示设备，其特征在于，其中，该些辨识模块进一步包含一读取元件与一可见光吸收本体及一光发射元件，供发射该光线经该反射式液晶显示单元的该对向基板的一上方的一接触物体反射，而被该光接收元件接收以由该读取元件产生该辨识讯号。
[0008] 8.如权利要求7所述的屏下辨识的显示设备，其特征在于，其中，该光发射元件为一红外光发射元件或一雷射光发射元件，该光接收元件为一红外光接收元件或一雷射光接收元件。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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TWM607299U|2021-02-01|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW109214655U|TWM607299U|2020-11-05|2020-11-05|屏下辨識之顯示裝置|

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TW109214655||2020-11-05||

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