TWI757955B

TWI757955B - 顯示屏下影像擷取顯示裝置

Info

Publication number: TWI757955B
Application number: TW109138722A
Authority: TW
Inventors: 康鎮璽
Original assignee: 凌巨科技股份有限公司
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-03-11
Also published as: TW202219922A

Abstract

本發明提供一種顯示屏下影像擷取顯示裝置，包含：一反射式液晶顯示單元，其包含：對向基板、反射式液晶層、黑色矩陣層具有至少一貫穿孔、一像素陣列基板，其係包含至少一像素、以及至少一影像擷取模組；其中，該影像擷取模組藉由該貫穿孔接收對應該至少一物體並穿透該反射式液晶層之光線，以擷取至少一影像。

Description

顯示屏下影像擷取顯示裝置

本發明是關於一種顯示屏下影像擷取顯示裝置，尤其係指一種具有反射式液晶顯示單元之顯示屏下影像擷取顯示裝置。

自互補式金屬氧化物半導體元件(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)元件被發現具有感光性能以來，相機鏡頭之感光元件逐漸由CMOS元件取代價格較高之電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)，而受益於半導體工業的之日漸精密化，CMOS元件外部尺寸也快速縮小以至於有微型CMOS相機鏡頭之問世，手機業者利用手機普及化之優勢藉此將微型相機鏡頭整合至手機上推出照相手機以搶佔照相機市場。

拍照手機上市之初因微型相機鏡頭之開口有限，狹小空間內設置之CMOS單元數量不多故解析度不高僅能提供VGA規格影像(640 X 480共約30萬畫素)，加上CMOS先天感光性不如CCD，以及密集設置帶來之串音(Cross Talk)問題，拍照功能因此不佳。後再因半導體工業的之繼續精密化，CMOS元件之單位面積內設置之CMOS單元數量更是急遽增加，如今數千萬畫素之微型鏡頭以十分普遍，加上不斷改進之演算法修正串音問題，手機鏡頭之功能日趨完備，令拍照手機大行其道。

傳統具拍照功能手機是在手機背面設置相機鏡頭，其拍照功能係在手機正面的顯示螢幕上出現操作畫面，供使用者對被拍射人或物體進行對焦和拍攝照片甚至動畫錄影，消費者逐漸習慣以手機拍照之後便產生個人自我拍照之需求。然而，傳統拍照手機之相機鏡頭設置在手機之背面，使用者需要自我拍照時將無法自行操作對焦而需請旁人代勞，而在旁無他人之場合時僅能盲目拍攝而無法獲得滿意之影像。

有鑑於傳統單一背面鏡頭之拍照手機已不能滿足為解決上述自我拍照之需求，各家手機業者不約而同推出在顯示螢幕正面也設有相機鏡頭之雙鏡頭之自我拍照手機，滿足消費者對於自我拍照之需求。此外，越來越多社交應用程式和通訊程式也開始加入影像或動畫交流功能，更加推動消費者對於自我拍照手機之需求日益殷切，各家手機業者甚至加入例如多鏡頭對焦或雷射對焦等進階功能，以刺激更多消費者購買不斷更新款式和提高售價之新手機。

上述雙鏡頭自我拍照手機一般是配合拍照操作畫面來控制該二個鏡頭，消費者可以透過操作畫面選擇使用手機背面之主相機鏡頭來對焦取景以拍攝想拍攝之入或物體之照片或一段影片，或是切換到設置在螢幕正面之第二相機鏡頭來對焦取景以拍攝自己需要的照片或影片。上述自我拍照手機在螢幕正面之第二相機鏡頭一般是設置在顯示螢幕之非顯示區，以避免佔用顯示面板之顯示區域。然而，消費者對於手機之要求為輕、薄、小尺寸和大畫面，原本撥號鍵盤早已因此而被觸控螢幕取代，如今窄邊框風潮大行其道，顯示面板製造商也被手機業者要求盡量縮小非顯示區以提高屏佔比例。

顯示面板製造商除了不斷致力於縮小配置在非顯示區之各種驅動元件以及電路走線之外，也需要配合手機業者提供上述第二相機鏡頭設置之空間，因此，各種顯示面板異形切割技術應運而生，其係將顯示面板之顯示區開貫穿孔甚至缺口供設置上述第二相機鏡頭，此種異形切割技術固然可以解決第二相機鏡頭設置之問題，但是對於顯示面板造成設計和製造上之巨大困難，不僅容易產生cell gap不均勻問題，其加工過程須經重度酸蝕和研磨，成本因此水漲船高，還衍生環境汙染問題，此外，背光模組也需對應開孔以露出上述第二相機鏡頭，此一設計雖可以達成窄邊框之要求，但是不僅有背光漏光的視覺缺點，還會增加背光模組入塵造成的畫面暗點的機率，使產品的品位和良率下降，但最重大之缺點為必須犧牲部份顯示區域以供設置第二相機鏡頭，屏佔比因此減少對於市場之拓展十分不利。

此外，尚有其他力求上述第二相機鏡頭與顯示螢幕共存之技術，例如彈出式潛望式第二相機鏡頭，然而，此種設計必須在螢幕下方預留2倍之第二相機鏡頭所需之空間，而且，此種活動式第二相機鏡頭有壽命性問題，使用一段時間後容易發生故障，此外，第二相機鏡頭彈出後，形成突出部件容易遭受撞擊而損壞，因此，此類設計很快便退出市場。

綜合上述習知技術之問題可知，市場上急需一種高屏佔比、高良率、高耐用性、低成本和低汙染之影像擷取顯示裝置，以滿足雙鏡頭自我拍照手機之需求。有鑑於此，本發明提供一種顯示屏下影像擷取顯示裝置，藉由驅動顯示裝置之反射式液晶層至光穿透狀態，再驅動影像擷取模組以對一物體擷取至少一影像，可實現高屏佔比、高良率、高耐用性、低成本和低汙染之顯示屏下影像擷取顯示裝置。

本發明之一目的，在提供一種顯示屏下影像擷取顯示裝置之驅動方法，其係先驅動一反射式液晶層至光穿透狀態，再驅動至少一影像擷取模組以經由一黑色矩陣層之至少一貫穿孔，接收對應至少一物體並穿透該反射式液晶層之反射以及發射之光線，據此擷取該對應至少一物體之至少一影像，而無須縮減顯示區的面積或增加非顯示區面積，達成高屏佔比之目的。

本發明之另一目的，在於提供一種顯示屏下影像擷取顯示裝置，其利用反射式液晶顯示裝置無須背光模組的特性，在其背面設置影像擷取模組，並對應驅動該影像擷取模組上方之反射式液晶至光穿透狀態，使該影像擷取模組得以接收該至少一物體所反射及發射之光線，而實現影像擷取之功能，因而避免對顯示面板進行異形切割以及背光模組開孔，同時達高良率、高耐用性、低成本和低汙染等目的。

為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明之一實施例中提供一種顯示屏下影像擷取顯示裝置之驅動方法，其步驟包含：驅動一反射式液晶層至一光穿透狀態；驅動至少一影像擷取模組，接收對應至少一物體並穿透該反射式液晶層之光線；以及輸出對應該光線之至少一影像。

本發明之一實施例中，其中，接收穿透該反射式液晶層之光線之步驟為：接收該光線以產生複數感光訊號，並擷取該些感光訊號以產生該對應光線之該影像。

本發明之一實施例中，其係揭示顯示屏下影像擷取顯示裝置，其包含：一反射式液晶顯示單元，包含：以及一對向基板；一反射式液晶層，其係設置於該對向基板之一下方；以及一像素陣列基板，其係設置於該反射式液晶層之該下方，包含複數像素；至少一影像擷取模組，其係設置於該反射式液晶顯示單元之一下方，該影像擷取模組於該反射式液晶層之一光穿透狀態下擷取至少一物體之該至少一影像。

本發明之一實施例中，該顯示屏下影像擷取顯示裝置，更包含一黑色矩陣層，其係設置於該反射式液晶層與該像素陣列基板之間且位於該像素陣列基板面對該反射式液晶層之一側上，該黑色矩陣層具有至少一貫穿孔。

本發明之一實施例中，其中，該黑色矩陣層為一黑色樹脂層。

本發明之一實施例中，其中，該像素陣列基板係包含至少一像素並對應該貫穿孔設置。

本發明之一實施例中，其中，該至少一影像擷取模組對應該至少一貫穿孔設置而全面覆蓋該貫穿孔，且該影像擷取模組尺寸大於或等於該貫穿孔尺寸。

本發明之一實施例中，其中，該至反射式液晶層為一膽固醇液晶層或摻有一旋光劑之一向列型液晶層。

本發明之一實施例中，其中，該至少一影像擷取模組包含：一光吸收本體；一光接收元件，設置於該光吸收本體之上；以及一讀取元件，設置於該光吸收本體之中，電性連接該光接收元件；其中該光接收元件接收該拍攝物體反射及發射之光線以產生複數感光訊號，該讀取元件讀取該些感光訊號並輸出該至少一影像。

本發明之一實施例中，其中，該光接收元件為互補式金屬氧化物半導體元件、電荷耦合元件或紅外光接收元件。

1:顯示屏下影像擷取顯示裝置

10:反射式液晶顯示單元

11:對向基板

13:反射式液晶層

15:黑色矩陣層

151:貫穿孔

17:像素陣列基板

171:像素

20:影像擷取模組

21:光吸收本體

22:光接收元件

23:讀取元件

IMG:可見光影像

L:外部光線

LI:感測光線

LIR:紅外光

LR:反射光

LT:穿透光

SL:感光訊號

第一圖：其為本發明之一實施例之一流程圖；第二圖：其為本發明之一實施例之一正視示意圖；第三圖：其為本發明之一實施例之另一正視示意圖；第四圖：其為本發明之一實施例之又一正視示意圖；第五圖：其為本發明之一實施例之再一正視示意圖；第六圖：其為本發明之一實施例之再一正視示意圖；第七圖：其為本發明之一實施例之再一正視示意圖；以及第八圖：其為本發明之一實施例之顯示影像示意圖。

為使貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：

在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。

在說明書及請求項當中使用了某些詞彙指稱特定的元件，然，所屬本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞稱呼同一個元件，而且，本說明書及請求項並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在整體技術上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及請求項當中所提及的「包含」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。

有鑑於習知自拍手機為達成高屏佔比和窄邊框目的，於顯示面板之顯示區以異形切割技術開貫穿孔甚至缺口供設置上述第二相機鏡頭，對於顯示面板造成設計和製造上之巨大困難與衍生種種問題，若能夠將其移置於顯示面板下方，即能夠達到窄邊框效果而不影響顯示品位和良率，據此，本發明遂提出一種顯示屏下影像擷取顯示裝置，其利用反射式液晶可驅動為光穿透狀態的特性，驅動反射式液晶顯示裝置光吸收層的開口範圍對應的畫素，使影像擷取模組接收反射式液晶顯示裝置外表面的穿入的光線，而擷取該至少一物體之至少一影像，而當影像擷取模組禁能時，反射式液晶顯示單元對應該貫穿孔位置之像素可依顯示畫面需要而驅動，以參與正常顯示而得到全屏顯示效果，以解決習知技術所造成之高成本、重汙染、低良率、與低屏佔比等問題。

首先，請參閱第一圖之流程圖。如圖所示，本發明顯示屏下影像擷取顯示裝置之驅動方法，其步驟包含：步驟S1：驅動反射式液晶層至光穿透狀態；步驟S2：驅動影像擷取模組，接收對應至少一物體並穿透該反射式液晶層之光線；以及步驟S3：輸出對應該光線之影像。

接著說明配合本實施例之顯示屏下影像擷取顯示裝置之驅動方法的顯示屏下影像擷取顯示裝置，請參閱第二圖，其為本發明之一實施例之顯示屏下影像擷取顯示裝置之正視圖。如第二圖所示，本發明之顯示屏下影像擷取顯示裝置1，其包含反射式液晶顯示單元10和影像擷取模組20。反射式液晶顯示單元10包含對向基板11、反射式液晶層13、黑色矩陣層15和像素陣列基板17，黑色矩陣層15具有貫穿孔151，像素陣列基板17具有複數像素171；影像擷取模組20包含光吸收本體21、光接收元件22、和讀取元件23。

其中，反射式液晶層13係設置於對向基板11下方，像素陣列基板17係設置於反射式液晶層13之下方，於像素陣列基板17與黑色矩陣層15以及反射式液晶層13鄰接之表面，還設置有呈陣列排列的複數像素171，黑色矩陣層15係設置於反射式液晶層13與像素陣列基板17之間且位於像素陣列基板17面對反射式液晶層13之一側上，其貫穿孔151暴露出部分像素171以及部分影像擷取模組20；影像擷取模組20設置於反射式液晶顯示單元10之下方，且影像擷取模組20之尺寸大於或等於貫通孔151，並對應於貫穿孔151之位置設置於黑色矩陣層15下方而全面覆蓋貫穿孔151。

在本實施例中，顯示屏下影像擷取顯示裝置1例如是一具有反射式液晶螢幕之自拍手機；反射式液晶層13例如是膽固醇液晶層，其可被選擇未驅動或驅動而於光穿透狀態與光反射狀態之間轉變，也就是反射式液晶層13可具有垂直排列液晶131或水平排列液晶132或其組合；黑色矩陣層15例如是黑色樹脂層，可遮蔽來自反射式液晶顯示單元10下方之光線L，與吸收穿透反射式液晶層13之穿透光LT而無任何光線反射，故使反射式液晶顯示單元10顯示暗態之黑畫面；影像擷取模組20之光吸收本體21例如是黑色機殼，同樣可遮蔽來自反射式液晶顯示單元10下方之光線L，與吸收穿透反射式液晶層12之穿透光LT，光接收元件22和讀取元件23設置在光吸收本體21之中，且光吸收本體21包覆在光接收元件22和讀取元件23之周邊及下方，光吸收本體21僅包覆在光接收元件22之上表面之邊框部分，以固定光接收元件22，使得光接收元件22相當於凸出設置於光吸收本體21上，影像擷取模組20藉由光吸收本體21吸收光線，光接收元件22例如是一互補式金屬氧化物半導體感光元件可於受對應至少一物體並穿透反射式液晶層13之光線照射時產生光電流而發出感光訊號，而讀取元件23例如是一讀取電路，其係電性連接光接收元件22以擷取光接收元件22產生之感光訊號SL(如第七圖所示)；而影像擷取模組20接收之光線所對應之該至少一物體例如是一操作者之臉部。

在本實施例中，如第三圖所示，當反射式液晶顯示單元10禁能以顯示白畫面時，黑色矩陣層15和貫穿孔151所對應之反射式液晶層13均未被驅動而為垂直排列液晶131，即處於反射狀態，入射光線L全部被垂直排列液晶131反射成為反射光LR而離開反射式液晶顯示單元10。

如第四圖所示，反射式液晶層13除了具有垂直排列液晶131或水平排列液晶132或其組合，更可為傾斜排列液晶133，當反射式液晶顯示單元10致能以顯示一灰階畫面或一彩色畫面時，黑色矩陣層15和貫穿孔151所對應之反射式液晶層13被驅動成為傾斜排列液晶133，其部分穿透部分反射狀態，因而讓入射光線L之一部分被反射式液晶層13反射成為反射光LR，而離開反射式液晶顯示單元10，入射光線L之其餘部分穿透反射式液晶層13成為穿透光LT，而被黑色矩陣層15與影像擷取模組20之吸收，藉此提供良好對比之畫面。

如第五圖所示，反射式液晶層13經驅動後，僅具有水平排列液晶132，因此當反射式液晶顯示單元10致能以顯示一黑畫面時，黑色矩陣層15和貫穿孔151所對應之反射式液晶層13被驅動至光穿透狀態之水平排列液晶132，入射光線L全部通過反射式液晶層13之水平排列液晶132的排列間隙GAP成為穿透光LT而被黑色矩陣層15與影像擷取模組20吸收，藉此提供良好對比之畫面。

因此，當影像擷取模組20禁能時，反射式液晶顯示單元10的所有像素171都做為單純顯示使用，在上述反射式液晶顯示單元10顯示灰階畫面或彩色畫面以及黑畫面時，貫穿孔151範圍內對應之像素171依據顯示畫面之需要將反射式液晶層13驅動至部分穿透部分反射或狀態光穿透狀態，由於影像擷取模組20的光吸收本體21是可吸收可見光以及紅外光的黑色材料製成，因此，影像擷取模組20可吸收貫穿孔151範圍內的穿透光LT，使得貫穿孔151範圍內對應之像素171也可以提供良好對比，而不影響反射式液晶顯示單元10之整體畫面，而得到全屏顯示效果。且因影像擷取模組20尚為禁能狀態，故即使光接收元件22接收穿透光LT也不產生感光訊號，故不影響顯示屏下影像擷取顯示裝置1之運作。

接著說明本實施例顯示屏下影像擷取顯示裝置之驅動方法各步驟中的運作情形，請一併參閱第六圖至第七圖：

如步驟S1所示，驅動一反射式液晶層至一光穿透狀態，請參閱第六圖，在此以反射式液晶顯示單元10顯示白畫面時為例，可選擇驅動貫穿孔151範圍內所對應之像素171，而將貫穿孔151範圍內所對應之反射式液晶層13驅動至光穿透狀態，黑色矩陣層15所對應之反射式液晶層13均未被驅動而處於反射狀態。

接著如步驟S2所示，驅動一影像擷取模組，接收穿透該反射式液晶層之光線；請參閱第七圖所示，一操作者將其手機之反射式液晶顯示單元10面對自己臉部進行自我拍照，因為此時貫穿孔151範圍內對應之的像素171將貫穿孔151範圍內對應之的反射式液晶層13已先被驅動至光穿透狀態，當影像擷取模組20致能時，光接收元件22經由貫穿孔151接收穿透該反射式液晶層13之感測光線LI而產生複數感光訊號SL，其中，該感測光線LI包含該操作者臉部反射之外部光線L以及該操作者臉部自發射之紅外光LIR，因感測光線LI為漫射光不具單一方向性，故有未傳導至光接收元件22之部分感測光線LI被光吸收本體21吸收，以避免發生多次反射而產生之雜訊。

最後，如步驟S3所示，輸出對應該光線之至少一影像；接著，如第八圖所示，讀取元件23將所擷取之該些感光訊號SL以按照全高畫質(FHD，Full High Definition)格式編輯形成對應該些為光接收元件22接收之感測光線LI之至少一可見光影像IMG，並輸出該至少一可見光影像IMG至該反射式液晶顯示單元10，因而讓該反射式液晶顯示單元10顯示該至少一可見光影像IMG。

在本實施例中，配合反射式液晶之光反射而無須設置背光模組之特性，於黑色矩陣層設置貫穿孔並對應該貫穿孔位置於反射式液晶顯示單元下方設置影像擷取模組，當影像擷取模組禁能時，反射式液晶顯示單元對應該貫穿孔位置之像素可依顯示畫面需要而驅動以參與正常顯示，或當貫穿孔位置對應之像素依顯示畫面需要而驅動為光穿透狀態以顯示黑畫面時，影像擷取模組也可致能進行影像擷取，以上二種情況下均不會減少顯示區有效畫素之數量因此可得到全屏顯示效果，而無須拓寬非顯示區以容納影像擷取模組，也無須對顯示面板進行異形切割以露出影像擷取模組。

且本發明之影像擷取模組設置於反射式液晶顯示單元下方受到良好保護，而非突出於顯示屏下影像擷取顯示裝置之外部，也不易受外力衝擊而損壞。本發明藉此可同時達成低製造成本、低汙染、高良率高耐用性、和高屏佔比等目的，而且採用反射式液晶顯示單元採取外部入射之可見光線做為光源，其無需背光模組故成本還可進一步降低，更具有低成本之優勢。

上述實施例中所揭示之各種元件架構與驅動步驟僅為說明本發明之實施態樣，並非用以限制本發明之實施範圍，本發明還可有多種實施態樣之變化。例如：本實施例是以反射式液晶顯示單元10顯示白畫面時為例，然而，反射式液晶顯示單元10也可被驅動而顯示灰階畫面或彩色畫面以及黑畫面，均不影響本發明之貫穿孔151對應之反射式液晶層13以及影像擷取模組20之驅動；而且，反射式液晶層13是摻有一旋光劑之一向列型液晶，其不但較膽固醇液晶更具有低成本，且可藉由調整旋光劑之含量來調整出適合不同產品需求光電特性；此外，光接收元件23也可為電荷耦合元件，或是紅外光接收元件以接收拍攝物體發射之紅外光，都同樣具有良好之光接收特性，其餘相同之處不再贅述。

綜上所述，本發明提供一種顯示屏下影像擷取顯示裝置，其係利用反射式液晶顯示單元無需設置背光模組之特性，於反射式液晶顯示單元之黑色矩陣層之貫通孔下方對應設置影像擷取模組，可解決習知技術之高成本、重汙染、低良率、與低屏佔比等問題，而達成低製造成本、低汙染、高良率高耐用性、和高屏佔比之顯示屏下影像擷取顯示裝置。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

S1~S3:步驟流程

Claims

一種顯示屏下影像擷取顯示裝置，其包含：一反射式液晶顯示單元，包含：以及一對向基板；一反射式液晶層，其係設置於該對向基板之一下方；以及一像素陣列基板，其係設置於該反射式液晶層之該下方，包含複數像素；至少一影像擷取模組，其係設置於該反射式液晶顯示單元之一下方，該影像擷取模組於該反射式液晶層之一光穿透狀態下擷取至少一物體之至少一影像；其中，更包含一黑色矩陣層，其係設置於該反射式液晶層與該像素陣列基板之間且位於該像素陣列基板面對該反射式液晶層之一側上，該黑色矩陣層具有至少一貫穿孔。
如請求項1所述之顯示屏下影像擷取顯示裝置，其中，該黑色矩陣層為一黑色樹脂層。
如請求項1所述之顯示屏下影像擷取顯示裝置，其中，該像素陣列基板包含至少一像素並對應該貫穿孔設置。
如請求項1所述之顯示屏下影像擷取顯示裝置，其中，該至少一影像擷取模組對應該至少一貫穿孔設置而全面覆蓋該貫穿孔，且該影像擷取模組尺寸大於或等於該貫穿孔尺寸。
如請求項1所述之顯示屏下影像擷取顯示裝置，其中，該反射式液晶層為一膽固醇液晶層或摻有一旋光劑之一向列型液晶層。
如請求項1所述之顯示屏下影像擷取顯示裝置，其中，該至少一影像擷取模組包含：一光吸收本體；一光接收元件，設置於該光吸收本體之上；以及一讀取元件，設置於該光吸收本體之中，電性連接該光接收元件；其中該光接收元件接收對應該至少一物體並穿透該反射式液晶層之光線以產生複數感光訊號，該讀取元件讀取該些感光訊號並輸出該至少一影像。
如請求項6所述之顯示屏下影像擷取顯示裝置，其中，該光接收元件為一互補式金屬氧化物半導體元件、一電荷耦合元件或一紅外光接收元件。