CN105260057A - 电子设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种电子设备，包括：显示模组，用于显示图像；以及感测模组，嵌入在所述显示模组内部，用于感测用户的生物特征图像和感测用户的触摸位置。

Description

电子设备

技术领域

本发明涉及电子技术的领域，更具体地说，涉及将显示触控与生物特征检测集成的技术领域。

背景技术

触摸屏“传感器”是一个带有触摸响应表面的透明玻璃板。该传感器被安放到LCD上面，使得面板的触摸区域能覆盖显示屏的可视区域。通过将触摸传感器与显示屏集成而获得的触摸显示屏可以让用户与在屏幕上显示的内容直接交互，而不再需要键盘、鼠标或轨迹球。这意味着人机交互更直截了当。因此，伴随着诸如大屏手机、平板电脑等各种便携式智能终端的发展，触摸显示屏得到了广泛的应用，并且成为便携式智能终端的标配。

此外，随着移动互联、物联网等新兴技术浪潮的到来，传统的一些对人的认证识别方式已经无法满足社会发展需求。通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生物特征，(如指纹、掌纹)来进行个人身份的鉴定，成为大势所趋。

生物特征识别是将安全性与便捷性的完美融合，在既迎合了移动智能设备对安全性提出的更高要求的同时，又满足用户使用便捷性的需求。从而，在越来越多的便携式智能终端上已经开始装配用于检测生物特征的组件。

例如，在现有技术中，一种可能的方案是将用于检测生物特征的组件设置在独立的按键模块上。然而，这需要开孔增加成本，并且生物特征的检测区域太过受限。

发明内容

鉴于以上情形，期望提供新的将显示触控与生物特征检测集成在一起的电子设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种电子设备，包括：显示模组，用于显示图像；以及感测模组，嵌入在所述显示模组内部，用于感测用户的生物特征图像和感测用户的触摸位置。

例如，在根据本发明实施例的电子设备中，所述显示模组的显示区域可以与所述感测模组的感测区域重合。

例如，在根据本发明实施例的电子设备中，所述感测模组可以包括：第一电极；绝缘材料；第二电极，通过所述绝缘材料与所述第一电极分离，其中所述第一电极和所述第二电极被配置为在所述感测模组的感测区域中提供足以识别在所述感测区域中放置的用户的生物特征的电容性感测通道；控制单元，耦合到所述第一电极和所述第二电极，并且被配置为处理从电容性感测通道获得的预定数量的信号以识别生物特征或确定触摸位置。

例如，在根据本发明实施例的电子设备中，所述控制单元处理从电容性感测通道获得的第一数量的信号以识别生物特征，而所述控制单元处理从电容性感测通道获得的第二数量的信号以确定触摸位置，其中所述第一数量大于所述第二数量。

例如，在根据本发明实施例的电子设备中，所述显示模组包括：背光源、像素电极、液晶分子层、公共电极、彩色滤光片和偏光板，其中所述感测模组位于所述液晶分子层中。

例如，在根据本发明实施例的电子设备中，所述显示模组包括：背光源、像素电极、液晶分子层、公共电极、彩色滤光片和偏光板，其中所述感测模组位于所述彩色滤光片与所述偏光板之间。

例如，在根据本发明实施例的电子设备中，所述感测模组中的所述第一电极和所述第二电极共用所述显示模组中的公共电极和像素电极。

在根据本发明实施例的电子设备中，通过将同时具备感测触摸位置和生物特征的感测模组嵌入在显示模组内部，能够有效地缩减设备尺寸和降低成本。此外，通过将同时具备感测触摸位置和生物特征的感测模组嵌入在显示模组内部，能够将感测生物特征的区域扩展到整个显示屏幕，生物特征的感测区域更大且更符合用户在观看显示的同时进行生物特征检测的使用习惯，从而用户的使用体验更好。

附图说明

图1是图示根据本发明实施例的电子设备的配置的功能性框图；

图2是图示触摸检测的基本原理的示意性电路图；

图3是图示指纹检测的基本原理的示意性电路图；

图4是图示根据本发明实施例的电子设备中的感测模组的配置的功能性框图；

图5是图示根据本发明第一实施例的显示模组与感测模组的位置关系的示意图；以及

图6是图示根据本发明第二实施例的显示模组与感测模组的位置关系的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。

首先，将参照图1描述根据本发明实施例的电子设备的基本构思。如图1所示，电子设备100包括显示模组101和感测模组102。

显示模组101用于显示图像。这里的显示模组101可以由液晶显示屏(LCD)配置。

感测模组102嵌入在所述显示模组101内部，用于感测用户的生物特征图像和感测用户的触摸位置。这里，需要特别指出的是，首先，感测模组102并非放置于独立封装的显示模组101的外部(例如，放置于独立封装的显示模组101的上面)，而是放置于显示模组101内部包括的组件之间。其次，感测模组102不仅能够如现有技术中的触摸传感器那样感测用户的触摸位置，而且还能够感测用户的生物特征图像。

另外，显示模组101的显示区域与感测模组102的感测区域至少部分重合。更优选地，所述显示模组101的显示区域与所述感测模组102的感测区域可以完全重合。也就是说，在电子设备的整个显示区域上不仅能够向用户呈现内容，而且还能够同时检测用以执行交互的用户的触摸位置以及用以执行身份识别的用户的生物特征。例如，与现有技术中仅可以在特定按键上检测指纹不同，由于本发明的感测区域更大，因此除了指纹这种生物特征图像之外，还可以检测诸如掌纹之类的生物特征图像。

从而，在根据本发明实施例的电子设备中，通过将集成了触摸检测功能和生物特征检测功能的感测模组嵌入在显示模组内部，与现有技术相比，可以不再额外开孔，降低了成本，并且将生物特征检测区域扩展到整个显示区域，提升了用户的使用体验并提高了使用的便利性。

下面，将详细描述将集成了触摸检测功能和生物特征检测功能的感测模组嵌入在显示模组内部以实现显示以及触摸检测和生物特征检测的基本原理。

首先，将描述触摸检测的基本原理。

目前，电容式触摸屏已经逐渐广泛应用于消费电子、便携式产品领域。这里介绍电容式触摸屏的核心－－电容传感器的基本原理和应用知识。从理论上说，一个电极、间隔、另一个电极，这就是组成一个电容传感器的全部所需。直接在这些走线上覆盖一层绝缘透明塑料膜即可使其成为电路板的一部分。当手指或某物体或人接近或者碰触到传感器时，电容传感器会检测(或称感测)到电容值的变化。

如图2所示，实际的基本电容传感器包括了一个接收电极Tx与一个发射电极Rx，其分别都具有在印刷电路板(PCB)层上成形的金属走线。在接收器与发射器走线之间会形成一个电场。大部分的电场都会集中在传感器PCB的两个板层之间。然而，会有一个边缘(fringe)电场由发射器产生并延伸至PCB外面，然后再回返至接收器上而终止。接收器上的电场强度是利用内建的积分三角(sigma-dedta)电容数字转换器来加以量测。电容传感器可以探测与传感器电极特性不同的导体和绝缘体。巧合的是，这种特性使人类非常适合电场成像，因为人体大部分都是水，介电常数很大，人体还含有离子物质，是良好的电导体，所以当人们的手进入到边缘电场内时(见图2B所示)，电子环境将会改变，导致一部分的电场会被分流到地线而非回返至接收器终止。此变化所造成的电容降低范围为毫微微法拉为单位的大小，不同于一般计算电场时所采用的能被转换器检测到的微微法拉大小。在图2中，Cf是手指与接收电极Rx之间的绝对电容，Ct是接收电极与发射电极之间的互电容，而ΔCt是当手指出现时Ct的变化量。

接下来，将描述生物特征检测的基本原理。以指纹为例进行说明。

如图3所示，电容式半导体指纹传感器的原理为，在一块集成有成千上万半导体器件的“平板”上，手指贴在其上与其构成了电容的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸点处和凹点处接触平板的实际距离大小就不一样，形成的电容数值也就不一样，设备根据这个原理将采集到的不同的数值汇总，就完成了指纹的采集。

通过上文中对电容式触摸检测原理和电容式指纹检测原理的描述可以看出，两者硬件原理类似，都是依据两个电极组成的电容由于手指的出现而引起的电容变化来检测触摸位置或检测指纹图像。不同的是，处理算法不同，采用触摸算法则为触摸检测模块，采用指纹算法则为指纹检测模块。并且，不同的是，在触摸检测模块中，由于所要求的分辨率较低，因此电极的排布密度较小，而在指纹检测模块中，由于所要求的分辨率较高，因此电极的排布密度较大。例如，触控检测的分辨率可能只有指纹检测的分辨率的六十分之一。此外，由于显示屏的分辨率通常具有较高的分辨率，具体地，显示分别率可以达到与指纹检测一样的分辨率，因此在显示里整合触控、指纹功能是可行且有效的。

下面，将参照图4在根据本发明实施例的电子设备中，所述感测模组102包括：第一电极401、绝缘材料402、第二电极403和控制单元404。

第二电极403通过所述绝缘材料402与所述第一电极401分离。其中，所述第一电极401和所述第二电极403被配置为在所述感测模组102的感测区域中提供足以识别在所述感测区域中放置的用户的生物特征的电容性感测通道。也就是说，第一电极401和第二电极403的设置必须满足生物特征检测分辨率的要求。

控制单元404耦合到所述第一电极401和所述第二电极403，并且被配置为处理从电容性感测通道获得的预定数量的信号以识别生物特征或确定触摸位置。

如上文中所述，由于触摸检测的分辨率低于指纹检测的分辨率，因此在所述感测模组102中，所述控制单元404处理从电容性感测通道获得的第一数量的信号以识别生物特征，而所述控制单元404处理从电容性感测通道获得的第二数量的信号以确定触摸位置，其中所述第一数量大于所述第二数量。

接下来，将详细描述所述感测模组在所述显示模组中的嵌入结构。首先，将简要介绍下显示模组101的构成。以液晶显示屏(LCD)为例进行说明。

LCD显示器的工作原理：从液晶显示器的结构来看，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。

背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

在液晶显示器内部的结构，我们大体上可以将其分为“背光源模组”和“液晶面板模组”两个部分。液晶显示器的结构，是将想表示的画面信号转换成电子信号，这些电子信号会在液晶分子层上转换成为一个个微小的像素点，然后形成能够使背光光线通过，或者是遮蔽光线的状态。此时，每个像素不仅能够表现的明暗变化，为了表现彩色画面，还要再加上灰阶与色调这两种复杂的电子信号，有这样庞大数量的液晶面板像素群来构成液晶显示器里的画面。

液晶面板可以在彩色滤光片基板模组(偏光板、彩色滤光片、公共电极、透明导电膜)以及像素驱动基板模组(偏光板、薄膜电晶体、像素电极、透明导电膜、导向膜)这两个上/下玻璃基板组件中间封入液晶分子层。位于上方的彩色滤光片基板组件，由玻璃基板上的偏光板、彩色滤光膜层与透明导电膜(共同电极)所构成，然后在透明导电膜上加工出配向膜。而下方的像素驱动侧基板组件，则由玻璃基板上的偏光板、透明导电膜(像素电极、薄膜电晶体)所构成，在透明导电膜上加工出导向膜。

因此，简单概括地讲，所述显示模组102包括：背光源501、像素电极502、液晶分子层503、公共电极504、彩色滤光片505和偏光板506。

作为一种可能的实施方式，如图5所示，可以将所述感测模组102放置于所述液晶分子层503中。

由于在显示模组101的内部，即液晶分子层中嵌入感测模组102，这样能使屏幕变得更加轻薄。但是其主要问题在于成品率，因为一旦损坏，损失的不仅仅是感测模组102，显示模组101也将连同一起报废。

在这种实施方式中，由于显示模组101中的公共电极504和像素电极502的配置与感测模组102中的第一电极和第二电极的配置类似，因此所述感测模组102中的所述第一电极和所述第二电极可以共用所述显示模组101中的公共电极和像素电极。从而，在根据本发明实施例的电子设备中，不再需要额外地配置感测模组102中的第一电极和第二电极，因此设备成本降低且设备尺寸减小。例如，可以采用时分的方式来共用电极。在第一时刻，由显示模组101使用电极作为用于执行显示的公共电极和像素电极，而在第二时刻，由感测模组102使用电极作为用于执行感测的第一电极和第二电极。由于人眼的视觉暂留现象，因此只要将第一时刻与第二时刻的切换间隔设置得足够短，人眼就不会察觉这样的切换。

此外，作为另一种可能的实施方式，如图6所示，可以将感测模组102嵌入到显示模组101的彩色滤光片505和偏光片506之间，即在液晶面板上配置所述感测模组102。

由于只需在彩色滤光片基板和偏光板之间形成简单的透明电极图案等，因此容易确保成品率。另外，像素内的有效显示区域的面积也不会减小，几乎不会由此发生画质劣化现象。

这里，需要指出的是，为了清楚起见，在图5和图6中仅示出了显示模组101中包括的与本发明的发明构思相关的组件，而并未示出其包括的全部组件。

迄今为止，已经参照图1到图6详细描述了根据本发明实施例的电子设备的具体配置。在根据本发明实施例的电子设备中，通过将同时具备感测触摸位置和生物特征的感测模组嵌入在显示模组内部，能够有效地缩减设备尺寸和降低成本。此外，通过将同时具备感测触摸位置和生物特征的感测模组嵌入在显示模组内部，能够将感测生物特征的区域扩展到整个显示屏幕，生物特征的感测区域更大且更符合用户在观看显示的同时进行生物特征检测的使用习惯，从而用户的使用体验更好。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过软件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种电子设备，包括：

显示模组，用于显示图像；以及

感测模组，嵌入在所述显示模组内部，用于感测用户的生物特征图像和感测用户的触摸位置。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述显示模组的显示区域与所述感测模组的感测区域重合。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述感测模组包括：

第一电极；

绝缘材料；

第二电极，通过所述绝缘材料与所述第一电极分离，其中所述第一电极和所述第二电极被配置为在所述感测模组的感测区域中提供足以识别在所述感测区域中放置的用户的生物特征的电容性感测通道；

控制单元，耦合到所述第一电极和所述第二电极，并且被配置为处理从电容性感测通道获得的预定数量的信号以识别生物特征或确定触摸位置。

4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述控制单元处理从电容性感测通道获得的第一数量的信号以识别生物特征，而所述控制单元处理从电容性感测通道获得的第二数量的信号以确定触摸位置，其中所述第一数量大于所述第二数量。

5.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述显示模组包括：背光源、像素电极、液晶分子层、公共电极、彩色滤光片和偏光板，

其中所述感测模组位于所述液晶分子层中。

6.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述显示模组包括：背光源、像素电极、液晶分子层、公共电极、彩色滤光片和偏光板，

其中所述感测模组位于所述彩色滤光片与所述偏光板之间。

7.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述感测模组中的所述第一电极和所述第二电极共用所述显示模组中的公共电极和像素电极。