屏下光学检测系统和电子设备的制作方法

本公开涉及半导体显示技术领域，特别涉及一种屏下光学检测系统和电子设备。

背景技术：

随着科学技术的进步，智能手机、平板电脑以及其他电子设备采用的指纹识别技术逐渐从传统的物理电容式指纹识别方案向屏幕指纹识别方案发展，屏幕指纹识别方案可以提供更高的屏占比，同时给用户带来更加舒适的体验。

当前屏幕下方实现检测指纹信息的技术只适用在OLED屏幕，而无法应用到LCD屏幕。具体来说，由于液晶只能改变输入光的方向而不会发光，因此LCD屏幕需要背光模组来提供光源，即LCD屏幕通常包含液晶模组和背光模组。背光模组通常包括点光源和多层不同功能的叠层材料，叠层材料包括反射膜(又称镜面膜)、导光板、匀光膜(又称扩散膜)和棱镜膜(又称增亮膜)，其中匀光膜和棱镜膜都至少会有一层。这些材料叠加组合的目的是使一个或者多个点光源形成面光源，同时提高出光率，使得LCD屏幕显示画面能够看上去亮度均匀。

然而，如果要将光学传感器设置在LCD屏幕下方来实现屏下光学检测，由于背光模组的反射膜会反射光线，而剩下其他的叠层材料，例如导光板、匀光膜和棱镜膜会打散光线，尤其是匀光膜，会起到雾化的作用，因此整个背光模组相当于是不透光的。当手指或其他物体位于LCD屏幕上方时，从手指或其他物体表面反射的光线无法穿过背光模组并在LCD屏幕下方的光学传感器上成像，因此无法使用光学传感器在LCD屏幕显示区域下方检测LCD屏幕上方的手指的指纹信息或者其他物体的特征信息。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本公开的目的在于提供一种可以适用于LCD屏幕的屏下光学检测系统；本公开的另一个目的在于提供一种采用所述屏下光学检测系统的电子设备。

本公开的一个实施例提供了一种屏下光学检测系统，所述屏下光学检测系统包括显示屏幕、光学传感器以及光源；

所述显示屏幕包括显示模组和背光模组，所述背光模组设置在所述显示模组下方，所述背光模组包括OLED模组，所述OLED模组的出光面朝向所述显示模组，用于向所述显示模组提供可见光以使所述显示模组显示画面；

所述光学传感器设置在所述OLED模组下方；

所述光源用于向所述显示屏幕上方的目标物体发出激励光，所述激励光在所述目标物体表面发生反射并形成反射光或者进入所述目标物体内部并从底部出射形成透射光，其中所述反射光和所述透射光返回所述显示屏幕并穿过所述OLED模组，并且被其下方的光学传感器接收以进行屏下光学检测。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述背光模组还包括反射膜，所述反射膜贴合在所述OLED模组的底面，所述底面为与所述OLED模组的出光面相背离的表面。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述反射膜用于将所述OLED模组发出的可见光反射至所述显示模组，并且将所述反射光和所述透射光透射到所述OLED模组下方的光学传感器。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述光源发出的激励光为具有特定波长的非可见光，其中所述非可见光的波长位于所述反射膜的穿透波长范围之内。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述光源为红外光源，且所述反射膜对红外光具有穿透性而对可见光具有反射能力。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述显示屏幕为LCD屏幕，且所述显示模组为液晶模组。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述光源设置在所述背光模组下方，并邻近于所述光学传感器设置。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述屏下光学检测系统还包括设置在所述显示屏幕上方的透明盖板，所述透明盖板包括覆盖在所述显示屏幕的主体部以及从所述主体部边缘延伸出的延伸部，所述光源设置在所述延伸部的下方。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述屏下光学检测系统还包括涂层，所述涂层设置在所述透明盖板与所述光源之间，用于透射所述光源发出的激励光，并隔离所述OLED模组发出的可见光。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述光源发出的激励光的波长与所述背光模组提供的可见光的波长不同，且所述激励光的波长与所述光学传感器的工作波长相对应。

作为本公开提供的屏下光学检测系统的一种可选实现方案，所述光学传感器为光学指纹传感器，在所述目标物体为用户手指时，所述光学指纹传感器用于接收穿过所述OLED模组的反射光和透射光，并根据所述反射光和所述透射光获取所述手指的指纹图像。

本公开的另一个实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的屏下光学检测系统。

作为本公开提供的电子设备的一种可选实现方案，所述电子设备还包括外壳，所述屏下光学检测系统至少部分设置在所述外壳内部。

本公开的另一个实施例提供了一种物体接近检测方法，应用在如上所述的电子设备，所述物体接近检测方法包括：

获取当前电子设备所处工作状态；

判断当前所述工作状态是否为预定工作状态，如果是，检测当前环境下特定波长的非可见光的环境亮度值，其中所述非可见光的波长与所述屏下光学检测系统的光源的发光波长相对应，否则执行其他操作；

检测在所述光源开启状态下所述特定波长的非可见光的实际亮度值；

根据所述实际亮度值与所述环境亮度值，判断当前目标物体与所述电子设备的接近情况。

作为本公开提供的物体接近检测方法的一种可选实现方案，所述检测当前环境下特定波长的非可见光的环境亮度值包括：

判断当前所述屏下光学检测系统的光源是否处于关闭状态，如果当前所述光源处于开启状态，关闭所述光源；

在所述光源处于关闭状态时，利用所述光学传感器进行亮度检测，并获得所述特定波长的非可见光的环境亮度值。

作为本公开提供的物体接近检测方法的一种可选实现方案，所述检测在所述光源开启状态下所述特定波长的非可见光的实际亮度值包括：

所述光源发出的非可见光在显示屏幕上方的目标物体表面发生反射并形成反射光或者进入所述目标物体内部并从底部出射形成透射光，所述反射光和所述透射光返回所述屏下光学检测系统的显示屏幕并穿过OLED模组；

所述光学传感器接收穿过所述OLED模组的反射光和所述透射光，并根据所述反射光和所述透射光检测当前所述特定波长的非可见光的实际亮度值。

作为本公开提供的物体接近检测方法的一种可选实现方案，根据所述实际亮度值与所述环境亮度值，判断当前目标物体与所述电子设备的接近情况包括：

计算所述实际亮度值和所述环境亮度值的差值；

判断所述差值是否大于设定的阈值，如果是，确定所述目标物体与所述电子设备之间的距离小于预定值。

作为本公开提供的物体接近检测方法的一种可选实现方案，还包括：

在所述目标物体与所述电子设备之间的距离小于预定值时，利用所述电子设备的处理器执行第一事件。

作为本公开提供的物体接近检测方法的一种可选实现方案，所述预定的工作状态为通话状态，且所述第一事件包括控制所述电子设备的显示屏幕处于息屏状态。

作为本公开提供的物体接近检测方法的一种可选实现方案，还包括：

在所述目标物体与所述电子设备之间的距离超过预定值时，利用所述电子设备的处理器执行第二事件，所述第二事件包括控制所述电子设备的显示屏幕维持亮屏状态。

本公开具有以下有益效果：

本公开提供的屏下光学检测系统和电子设备，其中，所述屏下光学检测系统包括显示屏幕、光学传感器以及光源；所述显示屏幕包括显示模组和背光模组，所述背光模组设置在所述显示模组下方，所述背光模组包括OLED模组，所述OLED模组的出光面朝向所述显示模组，用于向所述显示模组提供可见光以使所述显示模组显示画面；所述光学传感器设置在所述OLED模组下方；所述光源用于向所述显示屏幕上方的目标物体发出激励光，所述激励光在所述目标物体表面发生反射并形成反射光或者进入所述目标物体内部并从底部出射形成透射光，其中所述反射光和所述透射光返回所述显示屏幕并穿过所述OLED模组，并且被其下方的光学传感器接收以进行屏下光学检测。本公开实施例实现了LCD屏幕显示区域下方检测光信号的功能，增加了OLED模组的可见光出光率，同时还实现了判断物体接近的功能。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本公开的一个实施例的屏下光学检测系统的结构示意图；

图2是根据本公开的另一个实施例的屏下光学检测系统的结构示意图；

图3是适用于本公开提供的屏下光学检测系统的背光模组一种实施例的结构示意图；

图4是图3所示的背光模组第一种具体实现方式的结构示意图；

图5是图3所示的背光模组第二种具体实现方式的结构示意图；

图6是图1所示的屏下光学检测系统的光学检测原理示意图；

图7是根据本公开的一个实施例的物体接近检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施例中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。

图1是根据本公开的一个实施例的屏下光学检测系统的结构示意图。如图1所示，该屏下光学检测系统包括：透明盖板10、液晶模组20、背光模组30、光学传感器40以及光源50。液晶模组20设置在透明盖板10下方；背光模组30设置在液晶模组20下方。液晶模组20和背光模组30相互叠合设置形成LCD屏幕90。光学传感器40设置在背光模组30下方，比如具体地设置在背光模组30下方的预设位置，且其光学检测区域至少部分位于LCD屏幕90的显示区域下方。光源50，其设置在背光模组30的下方，并邻近于光学传感器40。

本实施例中，透明盖板10材质透明且抗应力能力强，能够保护LCD屏幕90，比如其可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板。液晶模组20属于显示组件，但是自身不能发光，需要背光模组30提供光源。背光模组30能够发出可见光为液晶模组20提供一个均匀的可见光面光源，以使LCD屏幕90可以显示画面；在本实施例中，背光模组30可以通过光学设计使得其在为液晶模组20提供可见光源的同时，对特定波段的非可见光具有较高的透过率。

光学传感器40可以为例如CMOS图像传感器、CCD图像传感器或者其他类型的光学传感器，其设置在背光模组30下方，用于通过屏下光学检测的方式检测LCD屏幕90上方的目标物体的特征信息。比如，若上述目标物体为靠近或按压在LCD屏幕90(或者其表面的透明盖板10)的手指或者其他人体部位时，光学传感器40可以用于检测上述手指的指纹信息或者其他生物特征信息(比如心率、血氧浓度等)，也可以检测上述其他人体部位的其他光学信息(比如上述其他人体部位与LCD屏幕90之间的距离或者相对位置信息等)。

光源50可以是与背光模组30的发光波长不同的光源，并且可以为光学传感器40的屏下光学检测提供激励光，上述激励光的波长具体跟光学传感器40的工作波长相对应，比如，上述激励光的波长和光学传感器40的工作波长可以具体位于背光模组30的穿透波长范围(即上述可以穿透背光模组30的特定波段的非可见光的波长范围)之内。作为一种可选的实施例，光源50可以是红外光源，比如红外发光二极管(LED)，其可以提供红外光来作为光学传感器40的激励光。

图2是根据本公开的另一个实施例的屏下光学检测系统的结构示意图。与图1不同之处在于，图2所示的实施例中，光源50与LCD屏幕90并排设置在透明盖板10下方。比如，透明盖板10除了包括覆盖由液晶模组20和背光模组30形成的LCD屏幕90的主体部以外，还相较于LCD屏幕90具有一个延伸部，上述延伸部可以位于所述屏下光学检测系统所在的电子设备的边缘区域。其中，光源50和LCD屏幕90分别并排地设置在透明盖板10的主体部和延伸部的下方。并且，光源50和LCD屏幕90之间具有一定的间隙，可选地，光源50和LCD屏幕90之间的间隙也可以填充遮光材料或者设置其他部件。

同时，在透明盖板10与光源50之间还可以设置有涂层60。本实施例中，涂层60可以预先涂覆透明盖板10下表面的用于设置光源50的区域，其可以透过非可见光，比如上述光源50发出的特定波段的非可见光，还可以隔离可见光，即涂层60不能透过可见光以防止用户可以通过透明盖板10看到下面的光源50。

如前面所述，通常LCD屏幕的背光模组采用反射膜、导光板、匀光膜和棱镜膜等形成的叠层结构来提供面光源，其不能透过背光模组下方的光源发出的激励光以及上述激励光在LCD屏幕上方目标物体表面反射回来的检测光，因而无法支持通过LCD屏幕下方的光学传感器进行屏下光学检测来获得目标物体的光学信息。本实施例提供了一种新型的背光模组设计方案，此方案适用于LCD屏幕的屏下光学检测。

图3是本公开提供的可以适用于图1或图2所示的屏下光学检测系统的背光模组的一种实施例的结构示意图。如图3所示，该背光模组包括：反射膜310以及OLED模组320，OLED模组320与反射膜310相互贴合，比如反射膜310可以贴合在OLED模组320的底面(即与OLED模组的出光面相背离的表面)，而OLED模组320的出光面可以朝向图1或图2所示的液晶模组20，并且光学传感器40可以设置在反射膜310远离OLED模组320的表面。反射膜310可以反射可见光，同时还可以透过特定波段的非可见光。OLED模组320用于通过其出光面为上述液晶模组20提供一个均匀的可见光面光源，且OLED模组320发出的背离上述出光面的可见光可以被反射膜310反射返回OLED模组320，并从OLED模组320的出光面透射出去，从而一方面提高背光模组30的整体出光效率，另一方面防止OLED模组320发出的可见光进入其底面的光学传感器40而对屏下光学检测造成干扰。

以图1所示的结构为例，当手指或其他目标物体按压在透明盖板10上方时，由于光源50发出的激励光为特定波长的非可见光(光源50的波长位于反射膜310的穿透波长范围之内)，因而上述激励光可以依次穿过反射膜310、OLED模组320、液晶模组20以及透明盖板10，照射到手指或其他目标物体上。其中，一部分光直接被手指或其他目标物体表面反射并形成反射光，另一部分光则进入手指或其他物体后又从手指或其他物体的底部透射出来形成透射光，上述反射光和透射光由于仍然为可以穿透背光模组30的上述特定波段的非可见光，因此可以依次穿过透明盖板10、液晶模组20、OLED模组320和反射膜310之后进入光学传感器40，光学传感器40便可以进行光学信息的检测，也即本实施例的技术方案实现了屏下光学检测的功能。

图4是图3所示的背光模组的第一种具体实现方式的结构示意图，如图所示该背光模组包括：反射膜310以及OLED模组320，OLED模组320又具体包括：封装3201、阴极3202、有机功能层3203、阳极3204和衬底3205。反射膜310可以反射可见光，同时还可以透过特定波段的非可见光。OLED模组320和反射膜310相互贴合，其中，封装3201的一面为反射膜310，另一面为阴极3202；阴极3202的一面为封装3201，另一面为有机功能层3203；有机功能层3203的一面为阴极3202，另一面为阳极3204；阳极3204的一面为有机功能层3203，另一面为衬底3205；衬底3205的一面为阳极3204，另一面为背光模组30的出光面并朝向液晶模组20设置，也即背光模组30的出光方向为有机功能层3203指向衬底3205的方向。

本实施例中，封装3201可以是玻璃、薄膜等材料，可以透过光线，用来隔绝氧气、水汽和灰尘等，来提高OLED模组320的使用寿命。衬底3205可以是玻璃、聚合物等材料，可以透过光线，用来支撑OLED模组320。阴极3202和阳极3204可以是透明电极，可选地，透明电极可以是透明金属电极或者半透明金属电极等。有机功能层3203可以是有机物分子或有机聚合物，可以透过光线。因而OLED模组320整体可以透过光线。

OLED模组320的发光机制为：通过驱动电路给阴极3202和阳极3204施加驱动电压之后，阴极3202的电子就会经由有机功能层3203流向阳极3204，而阳极3204的空穴经由有机功能层3203流向阴极3202，当所述电子与所述空穴在有机功能层3203相遇时，在库仑力的作用下发生结合，产生激子。所述激子在电场作用下将能量传递给有机功能层3203中的有机发光分子，所述有机发光分子吸收能量后将从基态跃迁到激发态。由于处于激发态的所述有机发光分子是不稳定的，需要通过自发辐射回到稳定的基态，这个过程中能量会以光子的方式释放出来，因而OLED模组320可以发出可见光，以作为液晶模组20的背光源。

图5是图3所示的背光模组的第二种具体实现方式的结构示意图，与图4不同之处在于OLED模组320与反射膜310的贴合面不同。具体为，图4当中封装3201的一面为反射膜310，另一面为阴极3202；衬底3205的一面为阳极3204，另一面为背光模组30的出光面并朝向液晶模组20设置。而图5当中封装3201的一面为背光模组30的出光面并朝向液晶模组20设置(也即背光模组30的出光方向为有机功能层3203指向封装3201的方向)，另一面为阴极3202；衬底3205的一面为阳极3204，另一面为反射膜310。

图6是图1所示的屏下光学检测系统的光学检测原理示意图，以目标物体为手指80为例，上述屏下光学检测系统可以用来检测按压在其表面的手指80的指纹信息。

具体而言，光源50发出激励光70，激励光70为上述特定波长的非可见光，其与光学传感器40的工作波长一致。激励光70依次穿过背光模组30、液晶模组20、透明盖板10到达手指80。此时激励光70的一部分被手指80表面反射，形成反射光71；另一部分进入手指80内部，经过一系列路径从手指80的底部穿出后形成透射光72。反射光71和透射光72再依次经由透明盖板10、液晶模组20和背光模组30后到达光学传感器40(这里光学传感器40的工作波长与反射光71和透射光72的波长相同，且光学传感器40可以为光学指纹传感器)。光学传感器40检测到光学信号后，传送给处理器(图中并未画出)处理，所述处理器依据得到的光学信号，将手指80的指纹图像恢复出来，再与所述屏下光学检测系统数据库中已认证指纹图像进行对比来进行身份识别。

应该理解，图6所示的屏下光学指纹检测只是上述屏下光学检测系统的一种具体应用；在其他实施例中，上述屏下光学检测系统还可以用来进行其他目标物体的光学检测。比如，当上述屏下光学检测系统应用在智能手机或者平板电脑等电子设备时，其可以进行物体接近检测。具体地，基于上述屏下光学检测系统，本公开还提供一种物体接近检测方法。

图7是根据本公开的一个实施例的物体接近检测方法的流程图，如图7所示，该方法包括：

步骤S101，获取当前电子设备所处工作状态。

步骤S102，判断当前所述工作状态是否为预定工作状态，如果是，则执行步骤S103，否则执行步骤S108。

在本步骤中，上述预定工作状态可以根据实际情况进行定义，比如，作为一种实施例，所述预定工作状态可以为通话状态，在这种情况下，所述电子设备可以启用屏下光学检测系统进行物体接近检测，用以检测用户头部与电子设备之间的距离，并进行相应的控制。步骤S108为执行其他操作，比如响应用户控制并执行相应的操作。

步骤S103，检测当前环境下特定波长的非可见光的环境亮度值，并将所述环境亮度值记为L1，其中所述非可见光的波长与所述屏下光学检测系统的光源50的发光波长相对应。

在具体实施例中，上述特定波长的非可见光可以具体是与所述屏下光学检测系统的光学传感器40的工作波长相对应的非可见光，比如红外光。

在步骤S103中，在检测上述环境亮度值L1之前，需要判断所述屏下光学检测系统的光源50是否处于关闭状态，如果当前光源50处于开启状态，则所述屏下光学检测系统需要关闭光源50，为检测当前所述环境亮度值L1做准备。在光源50处于关闭状态时，利用光学传感器40进行亮度检测，并获得环境亮度值L1。

步骤S104，检测在光源50开启状态下所述特定波长的非可见光的实际亮度值，并将所述实际亮度值记为L2；

光源50开启状态下会发出上述特定波长的非可见光作为激励光，所述激励光穿过背光模组30、液晶模组20和透明盖板10之后，从透明盖板10的表面出射。当物体80靠近所述电子设备时，光源50发出的激励光会在物体80表面发生反射并形成反射光或者进入目标物体80内部并从底部出射形成透射光，所述反射光和所述透射光的波长与所述激励光相对应，即所述反射光和所述透射光同样为上述特定波长的非可见光。因此，从物体80返回的反射光和透射光依次穿过透明盖板10、液晶模组20和背光模组30之后进入到光学传感器40，光学传感器40便可以检测到光源50开启状态下所述特定波长的非可见光的实际亮度值L2。

其中，物体80越靠近所述电子设备，所述反射光和所述透射光的光强就会越强，光学传感器40检测到的上述特定波长的非可见光的实际亮度值就会越大。当物体80逐渐靠近所述电子设备时，上述实际亮度值L2逐渐增大，当物体80与所述电子设备的距离达到某一距离时，光源50开启状态下的实际亮度值L2大于上述环境亮度值L1；而且物体80越靠近所述电子设备，实际亮度值L2就越大于环境亮度值L1。因此，可以根据上述实际亮度值L2与环境亮度值L1，判断当前物体80与所述电子设备的接近情况。

步骤S105，判断所述实际亮度值L2与所述环境亮度值L1的差值(L2-L1)是否大于设定的阈值；如果是，执行步骤S106，否则执行步骤S107。

具体地，这个阈值通过实际调试的距离确定，当上述实际亮度值L2与环境亮度值L1的差值(L2-L1)大于该阈值，就可以确定物体80与所述电子设备之间的距离已经小于所述预定值。例如手机处于通话状态时，如果手机和头部距离小于一定距离，此时可以通过所述电子设备的处理器触发LCD屏幕90息屏，以达到省电的目的。如果上述差值(L2-L1)小于该阈值，则意味着物体80并没有遮挡手机，因此可以通过所述处理器维持亮屏或者执行其他操作。

步骤S106，处理器执行第一事件；所述第一事件可以是控制LCD屏幕90处于息屏状态，也可以是其他操作。

步骤S107，处理器执行第二事件；所述第二事件可以是控制LCD屏幕90维持亮屏状态，也可以是控制其他功能部件执行其他操作。

虽然本公开文件包含许多细节，但是这些不应被解释为对任何实用新型或要求保护的范围的限制，而是被解释为可以是对特定实用新型的特定实施例所特有的特征的描述。本专利文件中描述的某些特征在单独实施例的上下文中还可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征还可以在多个实施例中单独实现或以任何合适的子组合形式实现。而且，虽然特征可以在上面描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初如此要求保护，但是来自要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描述了操作，但是这不应理解为要求这些操作以所示的特定顺序或按照顺序依次执行，或者要求执行所有所示的操作，以实现期望的结果。而且，在本专利文件中描述的实施例中的各种单独的系统部件不应理解为在所有实施例中需要这种分离。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的范围。