TW202005130A - 光學感測系統及電子顯示系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種光學感測系統和電子顯示系統，在光學感測系統和電子顯示系統中，由第一出光面所發出的光並未直接穿過光可穿透式顯示幕，而是先被傳輸至光傳導裝置中，經由光傳導裝置上的第二出光面發出後再穿過光可穿透式顯示幕，則即便是為了將封裝體的尺寸設計得很小，使得第一出光面的面積比較小時，只要將第二出光面的面積設置得比較大，就可以使得光的能量不會集中在光可穿透式顯示幕的局部區域，而是會被分散至光可穿透式顯示幕的較大區域上。因此，光學感測系統既能避免光可穿透式顯示幕出現光斑，又可以將發光元件的封裝體的尺寸設置得比較小。

Description

光學感測系統及電子顯示系統
本發明涉及光電傳感技術領域，更具體地，涉及一種光學感測系統和電子顯示系統。
光電式距離感測器的工作原理是將光源發射的光照射物體，經物體反射之後由光電感應裝置接收光能量並轉換成電信號。光電式距離感測器的檢測距離適用於各種日常應用，例如，在手機中用於檢測用戶的通話姿勢等。 為了使光電式距離感測器能適應全螢幕顯示裝置的設計要求，通常要求顯示幕為光可穿透式顯示幕，然後將光電式距離感測器設置在可穿透式顯示幕的下方來感測距離。現有技術中，包含光可穿透式顯示幕的光學感測系統如圖1所示，其主要包括發光元件101、光感測元件102和光可穿透式顯示幕104。其中，發光元件101與光感測元件102設置在基板105上，並均被封裝在封裝體106中，封裝體106的表面設置有出光面A和收光面B。發光元件101所發出的發射光EL經由出光面A發出到封裝體106之外後，照射到光可穿透式顯示幕104上，接著穿過光可穿透式顯示幕104照射到待測物體103上，並藉由待測物體103的反射形成反射光RL，反射光RL穿過光可穿透式顯示幕104後，再通過收光面B到達光感測元件102上，光感測元件102接收反射光RL，並根據反射光RL的強度感測待測物體103的接近距離。 上述現有的光學感測系統中，考慮到封裝體的製造成本，其體積與面積需要被設置得比較小，因此出光面會比較小，則通過出光面所發出的發射光的能量大部分會集中在光可穿透式顯示幕的小部分區域(圖1中的虛線框所標記之區域)，這容易使得光可穿透式顯示幕上存在光斑現象。
有鑑於此，本發明提供一種新的光學感測系統和電子顯示系統，以避免發光元件所發出的光的能量因集中照射而造成不利的影響，同時還可以使得光學感測系統中的發光元件的封裝體具有較小的尺寸。 一種光學感測系統，其特徵在於，包括發光元件、光傳導裝置以及光感測元件， 發光元件所發出的發射光通過第一出光面發出後，被傳輸至光傳導裝置，第一出光面設置在包封發光元件的第一結構體的表面， 光傳導裝置具有第二出光面，被傳輸至光傳導裝置的光經由第二出光面發出後被照射到待測物體，並被待測物體反射形成反射光，第一表面設置在包封光感測元件的第二結構體的表面， 反射光穿過收光面到達光感測元件，光感測元件接收反射光，並根據反射光的強度對待測物體進行距離感測， 其中，第二出光面的出光區域大於第一出光面的出光區域。 較佳地，發光元件、光傳導裝置以及光感測元件均位於光可穿透式顯示幕下方， 經由第二出光面所發出的光穿過光可穿透式顯示幕後被照射到待測物體， 反射光穿過光可穿透式顯示幕後被光感測元件接收。 較佳地，光傳導裝置為光均勻傳導裝置，發射光經過光傳導裝置後，均勻地通過光可穿透式顯示幕。 較佳地，第二出光面的面積至少為第一出光面的面積的五倍。 較佳地，發光元件被封裝在第一封裝體中，第一結構體屬於第一封裝體的一部分， 光感測元件被封裝在第二封裝體中，第二結構體屬於第二封裝體的一部分。 較佳地，光感測元件與發光元件共同封裝在一個封裝體中， 在封裝體內部，發光元件與光感測元件之間設置有遮光部件， 封裝體的表面還設置有收光面，反射光穿過第二出光面到達光感測元件，以被光感測元件接收，收光面與第二出光面平行設置。 較佳地，第一出光面和收光面分別設置在封裝體的兩個不同的表面。 較佳地，第一出光面與收光面不平行。 較佳地，第一出光面與收光面之間的夾角之角度不小於90度。 較佳地，由第一出光面所發出的光與穿過收光面的光之間的距離為第一距離， 由第二出光面所發出的光與穿過收光面的光之間的距離為第二距離， 第二距離大於第一距離。 較佳地，光傳導裝置具有相對的第一表面和第二表面， 第一表面相對於第二表面更接近待測物體， 第二出光面設置在第一表面， 第二表面上設置有導光結構，用於將傳輸至光傳導裝置的發射光傳導至第二出光面發出。 較佳地，導光結構為黏附在第二表面上的光擴散材料。 較佳地，導光結構為凸起在第二表面的微結構。 較佳地，光傳導裝置使得由第二出光面所發出的光穿過光可穿透式顯示幕時，穿過光可穿透式顯示幕的光的能量從中心區域向外減小。 一種電子顯示系統，包括光可穿透式顯示幕和根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統；光學感測系統位於光可穿透式顯示幕的下方，以實現距離感測。 由上可見，在本發明所提供的光學感測系統和電子顯示系統中，由第一出光面所發出的光並未直接穿過光可穿透式顯示幕，而是先被傳輸至光傳導裝置中，並經由光傳導裝置上的第二出光面發出後再穿過光可穿透式顯示幕，則即便是為了將封裝體的尺寸設計得很小，使得第一出光面的面積比較小時，只要將第二出光面的面積設置得比較大，就可以使得光的能量不會集中在光可穿透式顯示幕的局部區域，而是會被分散至光可穿透式顯示幕的較大區域上。因此，此光學感測系統既能避免光可穿透式顯示幕出現光斑，又可以將發光元件的封裝體的尺寸設置得比較小。
以下將參照所附圖式更詳細地描述本發明。在各個圖式中，相同的組成部分採用類似的標號來表示。為了清楚起見，圖式中的各個部分沒有按比例繪製。此外，可能未示出某些公知的部分。為了簡明起見，可以在一幅圖中描述經過數個步驟後所獲得的結構。在下文中描述了本發明的許多特定的細節，例如，每個組成部分的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本發明。但正如本領域的技術人士能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節來實現本發明。 圖2為依據本發明的第一實施例所提供的一種光學感測系統的示意圖。如圖2所示，光學系統主要包括發光元件201、光傳導裝置207以及光感測元件202。發光元件201所發出的發射光EL1通過一個第一出光面A1發出後，被傳輸至光傳導裝置207中，第一出光面A1位於包封發光元件201的第一結構體的表面。光傳導裝置207具有第二出光面A2，被傳輸至光傳導裝置207的光EL1經由第二出光面A2發出，由第二出光面A2發出的光EL2最終被待測物體103反射後形成反射光RL，反射光經由一個收光面B到達光感測元件202處，收光面B位於包封光感測元件202的第二結構體的表面，在本實施例中，由於發光元件201和光感測元件202均被封裝在同一封裝體206中，則第一結構體和第二結構體均屬於封裝體206的一部分。在其它實施例中，發光元件201可以封裝在第一封裝體中，第一出光面A1位於第一封裝體的表面，而光感測元件202可以封裝在第二封裝體中，收光面B位於第二封裝體的表面，第一封裝體和第二封裝體為不同的封裝體。光感測元件202接收反射光RL後根據反射光RL的強度對待測物體203進行距離感測，其中，第二出光面2的出光區域(光EL2發出的區域)大於第一出光面A1的出光區域(光EL1發出的區域)。 如圖2所示，在第一實施例的光學感測系統中，發光元件201被封裝在封裝體206中，而出光面A1被設置在封裝體206的表面。此外，在第一實施例中，光感測元件202與發光元件201一起封裝在封裝體206中，收光面B也被設置在封裝體206的表面，且出光面A1與收光面B位於封裝體206的同一個表面上，亦即，二者為共面，且出光面A2與收光面B需平行設置。在封裝體206中，還設置有電路基板205，發光元件201與光感測元件202均被電連接在電路基板205上，遮光蓋(圖2中未標記)覆蓋在電路基板205上，僅暴露出第一出光面A1和收光面B所在的位置，且發光元件201與光感測元件202之間還設置有擋光元件(圖2中未標記)，以免發光元件201所發出的光對光感測元件202的距離感測造成不利影響。光感測元件202的表面設置有光接收元件2021，例如，光電二極體，光接收元件2021接收到反射光RL後，再由光感測元件202中的光電轉換電路將所接收的反射光轉換成電信號輸出，以獲得待測物體203的距離感測信號。 此外，第一實施例的光學感測系統還包括光可穿透式顯示幕204，其位於發光元件201、光傳導裝置207以及光感測元件202的上方，則經由第二出光面所發出的光EL2在照射到待測物體203之前，會先被照射到光可穿透式顯示幕204上，並穿過光可穿透式顯示幕204後再照射到待測物體203上，且由待測物體203所反射的反射光RL也會被先反射到光可穿透式顯示幕204上，並穿過光可穿透式顯示幕204後再被光感測元件202所接收。 在第一實施例的光學感測系統中，由第一出光面A1所發出的光並未直接穿過光可穿透式顯示幕204，而是先被傳輸至光傳導裝置207中，經由光傳導裝置207上的第二出光面發出後再穿過光可穿透式顯示幕204，則即便是為了將封裝體的尺寸設計得很小，使得第一出光面的面積比較小時，只要將第二出光面的面積設置得比較大，就可以使得光的能量不會集中在光可穿透式顯示幕204的局部區域，而是會被分散至光可穿透式顯示幕204的較大區域上，如圖2中的虛線框所標記的區域。因此，第一實施例的光學感測系統既能避免光可穿透式顯示幕出現光斑，又可以將發光元件的封裝體的尺寸設置得比較小。 在第一實施例中，發光元件201和光感測元件202被封裝在同一封裝體206中，且第一出光面A1與收光面B均位於封裝體206的第一表面之上，則光傳導裝置207需要設置在封裝體206的第一表面上方，且光傳導裝置207需要覆蓋(可接觸覆蓋，亦即，光傳導裝置與第一出光面接觸，也可非接觸覆蓋，亦即，光傳導裝置與第一出光面不直接接觸)第一出光面A1，且不能遮擋收光面B。光傳導裝置207具有相對的第一表面(更靠近光可穿透式顯示幕204的一面)和第二表面，第二出光面A2位於光傳導裝置207的第一表面。光傳導裝置207的第二表面的一部分覆蓋在第一出光面A1上，剩餘部分上設置有導光結構2071，導光結構2071用於將傳輸至光傳導裝置207中的光傳導至第二出光面A2發出。導光結構2071在本實施例中為凸起在光傳導裝置207的第二表面上的微結構，此微結構與光傳導裝置207的構成材料相同，僅是凸起在光傳導裝置207的第二表面上的微小結構，在其它實施例中，導光結構也可以為黏附在光傳導裝置207的第二表面的光擴散材料，例如，油墨或光發射片。 光傳導裝置207還可以為一個光均勻傳導裝置，以使光均勻地由第二出光面A2發出，並均勻地通過光可穿透式顯示幕204，使得光的能量更均勻地分佈在光可穿透式顯示幕204上，確保不會造成顯示幕出現光斑現象。此外，在其它實施例中，光傳導裝置207可以在導光結構2071的作用下，改變第二出光面A2所發出的光EL2的能量分佈，使得穿過光可穿透式顯示幕204的光EL2的能量從中心區域向外減小，以使得長時間的烙痕的邊界較模糊。 此外，由第一出光面A1所發出的光EL1與反射光RL之間的距離為第一距離，由第二出光面A2所發出的光EL2與反射光RL之間的距離為第二距離，藉由對光傳導裝置207的設定，使得第二距離大於第一距離。而由於第二出光面A2所發出的光EL2作為第一實施例的光學感測系統的實際發射光，其與反射光RL之間存在的第二距離，不會因為封裝體206的尺寸的減小而減小，從而不會在封裝體206的尺寸較小時，產生發射光與反射光的相互串擾問題，提高了光學感測系統的感測精度。此外，由於第一實施例的光學感測系統的實際發光(最終發出到光可穿透式顯示幕的光)面為第二出光面A2，則第一出光面A1的面積可以不用設置得很大，則在封裝體206中，可以使第一出光面A1的面積設置得較小，而收光區B的面積設置得較大，以有效地降低能量密度。 為了使第一實施例的光學感測系統最終發出的光能更均勻且更大面積地穿過光可穿透式顯示幕204，第二出光面A2的面積需要設置得比較大，例如，其至少為第一出光面A1的面積的五倍。 圖3為依據本發明的第二實施例所提供的一種光學感測系統的示意圖。第二實施例與第一實施例的不同之處主要有兩處，第一處為發光元件201與光感測元件202的封裝方式不同，第二處為光傳導裝置207上的導光結構2071不同，除此二處之外，其餘均與第一實施例相同，因此，接下來只針對此兩不同之處作進一步介紹。 在第二實施例中，發光元件201與光感測元件202仍然是均被封裝在同一封裝體206中，只是第一出光面A1與收光面B不是位於封裝體206的同一表面，而是位於封裝體206的不同表面，第一出光面A1與收光面B非平行設置，其中，第一出光面與收光面之間存在一定角度的夾角，此夾角的角度不小於90度，且最好不大於150度。在第二實施例中，第一出光面A1位於封裝體206的一個側面，而收光面B位於封裝體206的頂面(與光可穿透式顯示幕平行且更靠近光可穿透式顯示幕的一面)，此側面與頂面垂直，亦即，第一出光面A1與收光面B之間的夾角設置為90度。為了使發光元件201發出的光由封裝體206的側面發出，在發光元件201的上方以及與第一出光面A1相對的一側設置反光材料。 此外，在第二實施例中，光傳導裝置207設置在發光元件201的封裝體206的一側，且與第一出光面A1相鄰。由第一出光面A1所發出的光EL1由光傳導裝置207的側面(與第一出光面A1相對且相鄰的一個面)傳入，然後由導光結構2071被傳遞至光傳導裝置207的第二出光面A2，且由第二出光面A2發出。其中，導光結構2071在本實施例中為黏附於光傳導裝置207的第二表面上的光擴散材料，例如，油墨或反射貼。 在第二實施例中，由於光學感測系統的實際出光面為第二出光面，因此，第一出光面的面積無需要求設置得較大，而且將第二出光面設置在封裝體側面，可以使得設置在封裝體的頂面的收光面的面積設置得更大，可進一步提高光學感測系統的性能。 此外，本發明還提供了一種電子顯示系統，例如，手機顯示系統，平板電腦顯示系統等，此電子顯示系統包括依據本發明所提供的光學感測系統以及光可穿透式顯示幕，光學感測系統位於光可穿透式顯示幕的下方，以實現距離感測。 依照上文所述之本發明的實施例，這些實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制本發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人士能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受申請專利範圍及其全部範圍和等效物的限制。
101‧‧‧發光元件 102‧‧‧光感測元件 103‧‧‧待測物體 104‧‧‧光可穿透式顯示幕 105‧‧‧基板 106‧‧‧封裝體 201‧‧‧發光元件 202‧‧‧光感測元件 203‧‧‧待測物體 204‧‧‧光可穿透式顯示幕 205‧‧‧電路基板 206‧‧‧封裝體 207‧‧‧光傳導裝置 2021‧‧‧光接收元件 2071‧‧‧導光結構 A‧‧‧出光面 A1‧‧‧第一出光面 A2‧‧‧第二出光面 B‧‧‧收光面 EL‧‧‧發射光 EL1‧‧‧光 EL2‧‧‧光 RL‧‧‧反射光
藉由以下參照所附圖式對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其他目的、特徵和優點將更為清楚，在圖式中： 圖1為現有技術中的一種光學感測系統的示意圖； 圖2為依據本發明的第一實施例所提供的一種光學感測系統的示意圖；以及 圖3為依據本發明的第二實施例所提供的一種光學感測系統的示意圖。
201‧‧‧發光元件
202‧‧‧光感測元件
203‧‧‧待測物體
204‧‧‧光可穿透式顯示幕
205‧‧‧電路基板
206‧‧‧封裝體
207‧‧‧光傳導裝置
2021‧‧‧光接收元件
2071‧‧‧導光結構
A1‧‧‧第一出光面
A2‧‧‧第二出光面
B‧‧‧收光面
EL1‧‧‧光
EL2‧‧‧光
RL‧‧‧反射光

Claims (15)

  1. 一種光學感測系統，其特徵在於，包括發光元件、光傳導裝置以及光感測元件， 該發光元件所發出的發射光通過第一出光面發出後，被傳輸至該光傳導裝置，該第一出光面設置在包封該發光元件的第一結構體的表面， 該光傳導裝置具有第二出光面，被傳輸至該光傳導裝置的光經由該第二出光面發出後被照射到待測物體，並被該待測物體反射形成反射光，該第一表面設置在包封該光感測元件的第二結構體的表面， 該反射光穿過收光面到達該光感測元件，該光感測元件接收該反射光，並根據該反射光的強度對該待測物體進行距離感測， 其中，該第二出光面的出光區域大於該第一出光面的出光區域。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中，該發光元件、該光傳導裝置以及該光感測元件均位於光可穿透式顯示幕下方， 經由該第二出光面所發出的光穿過該光可穿透式顯示幕後被照射到該待測物體， 該反射光穿過該光可穿透式顯示幕後被該光感測元件接收。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的光學感測系統，其中，該光傳導裝置為光均勻傳導裝置，該發射光經過該光傳導裝置後，均勻地通過該光可穿透式顯示幕。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中，該第二出光面的面積至少為該第一出光面的面積的五倍。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中， 該發光元件被封裝在第一封裝體中，該第一結構體屬於該第一封裝體的一部分， 該光感測元件被封裝在第二封裝體中，該第二結構體屬於該第二封裝體的一部分。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中，該光感測元件與該發光元件共同封裝在一個封裝體中， 在該封裝體內部，該發光元件與該光感測元件之間設置有遮光部件， 該封裝體的表面還設置有收光面，該反射光穿過該第二出光面到達該光感測元件，以被該光感測元件接收，該收光面與該第二出光面平行設置。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的光學感測系統，其中，該第一出光面和該收光面分別設置在該封裝體的兩個不同的表面。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中，該第一出光面與該收光面不平行。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中，該第一出光面與該收光面之間的夾角之角度不小於90度。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中， 由該第一出光面所發出的光與穿過該收光面的光之間的距離為第一距離， 由該第二出光面所發出的光與穿過該收光面的光之間的距離為第二距離， 該第二距離大於該第一距離。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統，其中，該光傳導裝置具有相對的第一表面和第二表面， 該第一表面相對於該第二表面更接近該待測物體， 該第二出光面設置在該第一表面， 該第二表面上設置有導光結構，用於將傳輸至該光傳導裝置的發射光傳導至該第二出光面發出。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的光學感測系統，其中，該導光結構為黏附在該第二表面上的光擴散材料。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述的光學感測系統，其中，該導光結構為凸起在該第二表面的微結構。
  14. 根據申請專利範圍第2項所述的光學感測系統，其中，該光傳導裝置使得由該第二出光面所發出的光穿過該光可穿透式顯示幕時，穿過該光可穿透式顯示幕的光的能量從中心區域向外減小。
  15. 一種電子顯示系統，包括光可穿透式顯示幕和根據申請專利範圍第1項所述的光學感測系統；該光學感測系統位於該光可穿透式顯示幕的下方，以實現距離感測。
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