CN111357010A - 用于屏下光学指纹传感器的增强膜 - Google Patents

Abstract

提供了用于集成在电子设备(200)中的液晶模块光学增强面板。增强面板可以是用于具有集成的光学指纹传感器(181)的电子设备(200)中的背光增强面板。增强面板包括一组增强膜层(1920)，每个增强膜层(1920)具有棱镜结构，棱镜结构具有梯形脊(1922)和/或梯形谷(1924)。梯形棱镜特征可以为在一个方向上穿过增强面板的光提供棱镜增强特性，同时为在相反方向上穿过增强面板的光提供透明观察窗。

Description

用于屏下光学指纹传感器的增强膜

技术领域

本公开涉及光学指纹传感器，并且更具体地涉及用于屏下光学指纹传感器的增强膜，诸如集成在移动设备、可穿戴设备和其他计算设备的显示面板装置内的光学指纹传感器。

背景技术

可以在电子设备或系统中实施各种传感器以提供某些期望的功能。启用用户认证的传感器是在各种设备和系统中保护个人数据并防止未经授权的访问的传感器的一个示例，这些设备和系统包括便携式或移动计算设备(例如，笔记本电脑、平板电脑、智能手机)、游戏系统、各种数据库、信息系统或更大的计算机控制的系统。

电子设备或系统上的用户认证可以通过一种或多种形式的生物识别符来执行，该生物识别符可以单独使用或与常规密码认证方法一起使用。生物识别符的一种流行形式是人的指纹图案。可以在电子设备中内置指纹传感器来读取用户的指纹图案，以便只能由该设备的授权用户通过授权用户的指纹图案的认证来解锁该设备。用于电子设备或系统的传感器的另一示例是生物医学传感器，其在如腕带设备或手表的可穿戴设备中检测用户的生物学特性，例如用户的血液、心跳特性。通常，可以在电子设备中设置不同的传感器以实现不同的感测操作和功能。

指纹可以被用来认证用于访问电子设备、计算机控制的系统、电子数据库或信息系统的用户，指纹或用作独立的认证方法或与一种或多种其他认证方法(例如密码认证方法)结合使用。例如，包括便携式或移动计算设备的电子设备(例如笔记本电脑、平板电脑、智能手机和游戏系统)可以采用用户认证机制来保护个人数据并防止未经授权的访问。在另一个示例中，组织或企业的计算机或计算机控制的设备或系统应被保护，以仅允许授权人员访问，以便保护组织或企业的设备或系统的信息或使用。存储在便携式设备和计算机控制的数据库、设备或系统中的信息本质上可以是个人信息，例如个人联系人或电话簿、个人照片、个人健康信息或其他个人信息或供组织或企业专用的机密信息，例如商业财务信息、员工数据、商业秘密和其他专有信息。如果访问电子设备或系统的安全性受到损害，则其他人可访问这些数据，从而导致个人隐私丢失或有价值的机密信息丢失。除了信息的安全性之外，保护对计算机和计算机控制的设备或系统的访问还可以保护对由计算机或计算机处理器控制的设备或系统(例如计算机控制的汽车和其他系统(例如ATM))的使用。

可以通过诸如使用用户密码之类的不同方式来实现对设备(例如，移动设备)或系统(例如，电子数据库和计算机控制的系统)的安全访问。但是，密码很容易传播或获取，并且密码的这种性质会降低密码的安全性。此外，由于用户在访问受密码保护的电子设备或系统时需要记住密码，因此，如果用户忘记了密码，则用户需要进行某些密码恢复程序以进行认证或者以其他方式重新获得对访问设备或系统的访问。这样的过程可能给用户带来负担，并且具有各种实际的局限性和不便之处。可以利用个人指纹识别来实现用户认证，以增强数据安全性，同时减轻与密码相关联的某些不期望的影响。

包括便携式或移动计算设备的电子设备或系统可以通过一种或多种形式的生物识别符来进行用户认证，以保护个人或其他机密数据并防止未经授权的访问。生物识别符可以单独使用，也可以与密码认证方法结合使用来提供用户认证。生物识别符的一种形式是人的指纹图案。指纹传感器可以内置在电子设备或信息系统中以读取用户的指纹图案，以使得该设备只能由授权用户通过对授权用户的指纹图案进行认证来解锁。

发明内容

实施例提供了用于集成在电子设备中的液晶模块的改进的光学增强面板。例如，增强面板可以是用于具有集成的光学指纹传感器的电子设备中的背光增强面板。增强面板包括一组增强膜层，每个增强膜层具有棱镜结构，棱镜结构具有梯形脊和/或梯形谷。梯形棱镜特征可以为在一个方向上通过增强面板的光提供棱镜增强特性，同时为在相反方向上通过增强面板的光提供透明观察窗(clear viewing window)。例如，新型增强层可以提供背光增强，同时减少用于光学感测的反射探测光的模糊。

根据一组实施例，提供了一种具有集成屏下光学传感器的电子设备。该电子设备包括：包括多个LCM层的液晶模块(LCM)，多个LCM层包括：液晶显示面板，其具有多个液晶结构以输出用于显示的图像，以及具有多个触摸感测结构以检测触摸事件；以及具有一组增强膜层的增强面板，每个增强膜层包括多个棱镜结构，由一组棱镜特征定义的每个棱镜结构包括棱镜脊和棱镜谷，每个棱镜结构的该组棱镜特征中的至少一个具有梯形轮廓，每个棱镜脊指向液晶显示面板；光学传感器模块，其布置在LCM下方，以接收穿过液晶显示面板的探测光，从而检测光学生物特征，该光学传感器模块包括光学传感器阵列以接收探测光；以及顶部透明层，其设置在LCM上方，以提供用于显示图像的输出界面、用于接收触摸事件的输入界面、以及用于在光学生物特征和液晶显示面板之间提供光路的输入界面。

在一些这样的实施例中，至少一部分棱镜结构是梯形脊棱镜结构，使得该至少一部分棱镜结构的该组棱镜特征包括多个平坦化的脊特征和多个尖锐的谷特征。例如，增强面板包括：上增强膜层，其包括沿第一方向延伸的多个棱镜结构的第一部分以形成第一多条平坦的脊线；以及下增强膜层，该下增强膜层包括沿第二方向延伸的多个棱镜结构的第二部分以形成第二多条平坦的脊线，该第二方向与第一方向正交；并且，在第一多条平坦的脊线中的一条与第二多条平坦的脊线中的一条交叉的每个位置处形成有脊-脊透明观察窗。

在其他此类实施例中，至少一部分棱镜结构是梯形谷棱镜结构，使得该至少一部分棱镜结构的该组棱镜特征包括多个平坦化的谷特征和多个锐利的脊特征。例如，增强面板包括：上增强膜层，其包括沿第一方向延伸的多个棱镜结构的第一部分以形成第一多条平坦的谷线；以及下增强膜层，其包括沿第二方向延伸的多个棱镜结构的第二部分以形成第二多条平坦的谷线，第二方向与第一方向正交；在第一多条平坦的谷线中的一条与第二多条平坦的谷线中的一条交叉的每个位置处形成谷-谷透明观察窗。

在其他实施例中，至少一部分棱镜结构是梯形脊-梯形谷棱镜结构，使得该至少一部分棱镜结构的该组棱镜特征包括多个平坦化的脊特征和多个平坦化的谷特征。例如，增强面板包括：上增强膜层，其包括沿第一方向延伸的多个棱镜结构的第一部分以形成第一多条平坦的脊线和第一多条平坦的谷线；以及下增强膜层，其包括沿第二方向延伸的多个棱镜结构的第二部分以形成第二多条平坦的脊线和第二多条平坦的谷线，第二方向与第一方向正交；在所述第一多条平坦的脊线中的一条与所述第二多条平坦的脊线中的一条交叉的每个位置处形成有脊-脊透明观察窗；在第一多条平坦的谷线中一条与第二多条平坦的谷线中的一条交叉的每个位置处形成谷-谷透明观察窗；在第一多条平坦的脊线中的一条与第二多条平坦的谷线中的一条交叉的每个位置处以及在第一多条平坦的谷线中的一条与第二多条平坦的脊线中的一条交叉的每个位置处形成脊-谷透明观察窗。

在一些实施例中，液晶显示面板具有面向顶部透明层的顶部显示表面和面向增强面板的底部显示表面；底部显示表面具有施加在其上的折射率匹配层；并且对于该组增强膜层中的至少一个，所述至少一部分棱镜结构中的每一个形成为具有对应的尖锐的棱镜脊以形成对应的梯形脊棱镜结构，该尖锐的棱镜脊具有位于折射率匹配层内的峰部。附加地或替代地，增强面板可以包括上增强膜层和下增强膜层；上增强膜层具有面向液晶显示面板的顶部膜表面和面向下增强膜层的下部膜表面；底部膜表面具有施加在其上的折射率匹配层；并且对于下部增强膜层，至少一部分棱镜结构中的每一个形成为具有相应的尖锐的棱镜脊以形成相应的梯形脊棱镜结构，该尖锐的棱镜脊具有位于折射率匹配层内的峰部。

在一些实施例中，该组增强膜层中的每一个是光偏振增强膜层。在一些实施例中，一个或多个探测光源在液晶显示面板下方以通过增强面板和液晶显示面板向顶部透明层的传感器区域投射探测光，使得由光学传感器模块从顶部透明层的传感器区域接收探测光的反射部分。在一些实施例中，顶部透明层包括相对于光学传感器模块定位的指定感测区域，使得光学生物特征与指定感测区域的连接(interfacing)允许由光学传感器模块感测光学生物特征。在一些实施例中，液晶显示面板结构包括被配置为允许光透射至光学传感器模块的光扩散层。在一些实施例中，多个LCM层还包括以下中的至少一个：导光板层；或光反射器层。

根据另一组实施例，提供了液晶模块(LCM)以用于集成在具有集成屏下光学传感器的电子设备中。该LCM包括：液晶显示面板，其具有多个液晶结构以输出用于显示的图像；以及增强面板，其设置在液晶显示面板下方并具有一组增强膜层，每个增强膜层包括多个棱镜结构，由一组棱镜特征定义的每个棱镜结构包括棱镜脊和棱镜谷，每个棱镜结构的该组棱镜特征中的至少一个具有梯形轮廓，每个棱镜脊指向液晶显示面板；一个或多个背光源，其布置在增强面板下方，并设置为通过增强面板向液晶显示面板提供背光；一个或多个探测光源，其布置在增强面板下方，并设置为通过液晶显示面板和与传感器区域相对应的增强面板投射探测光，以使得：当LCM夹在顶部透明层和光学传感器模块之间时，探测光被投射到顶部透明层的传感器部分上，并且由光学传感器模块从顶部透明层的传感器区域接收探测光的反射部分。

附图说明

本文引用并构成其一部分的附图示出了本公开的实施例。附图和说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一些实施例的具有指纹感测模块的系统的示例的框图，该指纹感测模块可以被实施为包括光学指纹传感器。

图2A和图2B示出了根据一些实施例的电子设备的示例性实施方式，该电子设备具有触摸感测显示屏组件和位于触摸感测显示屏组件下方的光学指纹传感器模块。

图3A和图3B示出了根据一些实施例的设备的示例，该设备实施图2A和图2B所示的光学指纹传感器模块。

图4A和图4B示出了根据一些实施例的在显示屏组件下方的用于实施图2A和图2B所示的设计的光学指纹传感器模块的示例性实施方式。

图5A至图5C示出了根据一些实施例的在两种不同的光学条件下用于来自顶部感测表面上的感测区域的返回光的信号生成，以促进对屏下光学指纹传感器模块的操作的理解。

图6A至图6C、图7、图8A至图8B、图9和图10A至图10B示出了根据一些实施例的屏下光学指纹传感器模块的示例设计。

图11A至图11C示出了根据一些实施例的在不同的倾斜条件下经由成像模块对顶部透明层上的指纹感测区域的成像，其中成像设备将指纹感测区域成像到光学传感器阵列上，并且成像设备可以是光学透射的或光学反射的。

图12是示出根据一些实施例的指纹传感器的示例性操作的流程图，该指纹传感器用于减少或消除指纹感测中来自背景光的不期望的贡献。

图13是示出根据一些实施例的用于操作屏下光学指纹传感器模块以捕获指纹图案的示例性过程的流程图。

图14至图16示出了根据一些实施例的用于通过用两种不同光颜色的光照亮手指来确定与LCD显示屏接触的物体是否是人的手指的一部分的示例性操作过程。

图17A和图17B分别示出了根据各种实施例的示例性便携式电子设备以及用于这种便携式电子设备的示例性显示模块的截面。

图18A至图18C示出了常规增强层的示例性部分的视图。

图19A至图19C示出了根据各种实施例的新型梯形脊增强层的示例性部分的视图。

图20A至图20C示出了根据各种实施例的新型梯形谷增强层的示例性部分的视图。

图21A至图21C示出了根据各种实施例的新型梯形谷增强层的示例性部分的视图。

图22示出了根据一些实施例的表示用于产生平坦的脊的另一种技术的增强层的一部分的另一实施例。

在附图中，相似的组件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记后跟第二个标记来区分相同类型的各种部件，该第二标记在相似部件之间进行区分。如果在说明书中仅使用第一参考标记，则该描述适用于具有相同的第一参考标记的任何一个类似部件，而与第二参考标记无关。

具体实施方式

在下面的描述中，提供了许多具体细节以全面理解本发明。然而，本领域技术人员应该理解，可以在没有这些细节中的一个或多个的情况下实现本发明。在其他示例中，为了简洁起见，将不描述本领域中已知的特征和技术。

电子设备或系统可以配备有指纹认证机制，以提高访问设备的安全性。这样的电子设备或系统可以包括便携式或移动计算设备(例如智能手机、平板计算机、腕戴设备和其他可穿戴或便携式设备)，较大的电子设备或系统(例如便携式形式或台式形式的个人计算机、ATM)，用于商业或政府用途的各种电子系统、数据库或信息系统的各种终端，包括汽车、轮船、火车、飞机等的机动运输系统。

指纹感测在移动应用程序以及使用或需要安全访问的其他应用程序中有用。例如，指纹感测可以用于提供对移动设备的安全访问以及包括在线购买在内的安全金融交易。期望的是包括适合于移动设备和其他应用的稳健且可靠的指纹感测。在移动设备、便携式设备或可穿戴设备中，考虑到这些设备上有限的空间，尤其是考虑到给定设备上最大显示区域的需求，期望指纹传感器最小化或消除指纹感测的占用空间。由于电容感测的近场交互需求，电容指纹传感器的许多实施方式必须在设备的顶部表面上实施。

光学感测模块可以被设计为减轻电容式指纹传感器中的上述和其他限制并实现附加的技术优势。例如，在实施光学指纹感测设备时，携带指纹成像信息的光可以越过(over)距离被引导至光学检测器的光学检测器阵列，以用于检测指纹，而不仅限于电容式传感器中的近场感测。特别地，携带指纹成像信息的光可以被引导以透射通过在诸如触摸屏幕之类的许多显示屏和其他结构中常用的顶盖玻璃，并且可以被引导通过折叠或复杂的光路以到达光学检测器阵列，从而允许灵活地将光学指纹传感器放置在对电容式指纹传感器不可用的设备中。基于本文公开的技术的光学指纹传感器模块可以是屏下光学指纹传感器模块，其被置于显示屏下方以捕获和检测来自置于屏幕顶部感测表面上或上方的手指的光。如本文所公开的，除了检测和感测指纹图案之外，光学感测还可以用于光学地检测与用户或用户动作相关联的其他参数，例如检测到的指纹是否来自人(live person)的手指，并且用于提供反欺骗机制或用户的某些生物学参数。

I.显示屏下光学感测模块概述

光学感测技术和本公开中描述的实施方式的示例提供了光学指纹传感器模块，其至少部分地将来自显示屏的光用作照明探测光来照亮显示屏的触摸感测表面上的指纹感测区域，以根据对这种光的光学感测来执行一种或多种感测操作。用于实施所公开的光学传感器技术的合适的显示屏可以基于各种显示技术或配置，其包括使用背光以向LCD像素提供白光照明以及使用匹配的滤光器以实现彩色LCD像素的液晶显示屏(LCD)，或具有不使用背光的发光显示像素的显示屏，其中每个单独的像素都会产生用于在屏幕(例如有机发光二极管(OLED)显示屏或电致发光显示屏)上形成显示图像的光。尽管所公开技术的各个方面都适用于OLED屏和其他显示屏，但是下面提供的特定示例旨在将屏下光学感测模块与LCD屏集成在一起，并因此包含与LCD屏幕相关的某些技术细节。

由显示屏产生的用于显示图像的光的一部分必须穿过显示屏的顶部表面以便被用户观看。与顶部表面接触或靠近顶部表面的手指与顶部表面处的光相互作用，以使触摸的表面区域处反射或散射的光携带手指的空间图像信息。携带手指的空间图像信息的这种反射或散射的光返回到顶部表面下方的显示面板。在触摸感测显示设备中，例如，顶部表面是与用户的触摸感测界面，并且用于显示图像的光与用户的手指或手之间的这种交互不断发生，但是返回到显示面板的这种携带信息的光很大程度上被浪费并且没有在各种触摸传感设备中被使用。在具有触摸感测显示器和指纹感测功能的各种移动或便携式设备中，指纹传感器倾向是与显示屏分离的设备，或者，在例如某些型号的苹果iPhone和三星智能手机中的显示屏区域之外的位置处被放置在显示屏的同一表面上，或者被放置在例如华为、联想、小米或Google的某些型号的智能手机的背面，以避免占用用于在正面放置大显示屏的宝贵空间。这些指纹传感器是与显示屏分开的设备，因此需要紧凑以节省用于显示屏和其他功能的空间，同时仍然以高于一定可接受水平的空间图像分辨率提供可靠且快速的指纹感测。然而，在许多指纹传感器中，对于设计指纹传感器的紧凑和小型的需求以及在捕获指纹图案时提供高空间图像分辨率的需求彼此直接冲突，因为在基于各种合适的指纹感测技术(例如，电容式触摸感测或光学成像)中，捕获指纹图案时的高空间图像分辨率需要具有大量感测像素的大的传感器区域。

在本公开中描述的传感器技术和传感器技术的实施示例提供了光学指纹传感器模块，其至少部分地将来自显示屏的光用作照明探测光来照亮显示屏的触摸感测表面上的指纹感测区域，以基于对以下各项的光学感测来执行一个或多个感测操作：一些实施方式中的这种光、或者在其他实施方式中的来自与用于光学感测的显示屏分离的指定照明光源的用于光学观测的探测光、或者在某些实施方式中用于光学感测的背景光。

在基于公开的光学传感器技术将光学感测模块集成到LCD屏幕的公开示例中，下面的LCD光学传感器可用于检测用于在LCD屏中显示图像的光的一部分，其中用于显示屏的光的这部分可以是散射光、反射光或一些杂散光。例如，在一些实施方式中，当遇到诸如用户手指或手掌之类的物体或像触笔一样的用户指针设备时，基于背光的LCD屏的图像光可以作为返回光被反射或散射回到LCD显示屏中。可以捕获这种返回的光，以使用公开的光学传感器技术来执行一个或多个光学感测操作。由于使用来自LCD屏的光进行光学感测，因此基于公开的光学传感器技术的光学指纹传感器模块被专门设计为以这种方式集成到LCD显示屏中：保持LCD显示屏的显示操作和功能不受干扰，同时提供光学传感操作和功能以增强电子设备或系统(如智能电话、平板电脑或移动和/或可穿戴设备)的整体功能、设备集成和用户体验。

另外，在所公开的光学感测技术的各种实施方式中，可提供一个或多个指定的探测光源以产生附加的照明探测光，以由LCD屏下的光学感测模块进行光学感测操作。在这样的应用中，来自LCD屏的背光的光和来自一个或多个指定的探测光源的探测光共同形成用于光学感测操作的照明光。

关于指纹检测之外的附加光学感测功能，光学感测可以用于测量其他参数。例如，假如在整个LCD显示屏上具有较大的触摸区域，所公开的光学传感器技术可以测量人的手掌的图案(与此相反，诸如苹果的iPhone/iPad设备的home键中的指纹传感器之类的一些指定的指纹传感器具有一个很小且指定的屏幕外指纹感测区域，其感测区域尺寸非常有限，可能不适用于感测大图案)。对于另一示例，所公开的光学传感器技术不仅可以用于使用光学感测来捕获和检测与人相关联的手指或手掌的图案，而且可以用于使用光学感测或其他感测机制以通过“活体手指”检测机制来检测所捕获或检测到的指纹或手掌图案是否来自于人的手，这可基于例如血液在不同光波长下的不同光吸收行为、事实：当在血液与心跳相关地流过人的身体时，人的手指由于人的自然运动或动作(有意或无意)或脉搏而趋于移动或伸展。在一种实施方式中，光学指纹传感器模块可以检测由于心跳/血流变化而导致的来自手指或手掌的返回光的变化，从而检测在呈现为手指或手掌的物体中是否存在活体心跳。用户认证可以基于对指纹/手掌图案的光学感测和对人的存在的肯定确定这两者的组合，以增强访问控制。对于又一实施例，光学指纹传感器模块可以包括用于基于来自手指或手掌的返回光中的光学感测来测量葡萄糖水平或氧饱和度的感测功能。作为又一个示例，当人触摸LCD显示屏时，可以以一种或多种方式反映触摸力的变化，包括指纹图案变形、手指与屏幕表面之间的接触区域的变化、指纹脊变宽或血流动力学变化。这些和其他变化可以基于所公开的光学传感器技术而通过光学感测来测量，并且可以用于计算触摸力。除了指纹感测之外，该触摸力感测还可用于向光学指纹传感器模块添加更多功能。

关于与LCD显示屏的触摸感测方面相关的有用操作或控制特征，所公开的光学传感器技术可以基于来自光学指纹传感器模块的一个或多个感测结果来提供触发功能或附加功能，以在LCD显示屏上执行与触摸感测控制有关的某些操作。例如，手指皮肤的光学特性(例如，折射率)趋于与其他人造物体不同。基于此，光学指纹传感器模块可以设计为选择性地接收和检测由与LCD显示屏表面接触的手指引起的返回光，而由其他物体引起的返回光将不会被光学指纹传感器模块检测到。该对象选择性的光学检测可用于通过触摸感测提供有用的用户控制，例如仅通过人的手指或手掌的触摸来唤醒智能手机或设备，而其他对象的触摸不会使得设备唤醒以节能运行并延长电池使用时间。此操作可以通过这样的控制来实施：基于光学指纹传感器模块的输出来控制LCD显示屏的唤醒电路操作，通过关闭LCD显示屏(并且还关闭LCD背光)，LCD像素进入“睡眠”模式，同时用于LCD面板下的光学指纹传感器模块的一个或多个照明光源(例如LED)以闪光模式被打开，以间歇性地将闪光发射到屏幕表面以感测人的手指或手掌的任何触摸。在这种设计下，光学指纹传感器模块操作一个或多个照明光源以产生“睡眠”模式的唤醒感测闪光，从而光学指纹传感器模块可以检测到由LCD显示屏上的手指触摸引起的此类唤醒感测光的返回光，并且在肯定检测时，LCD背光和LCD显示屏被打开或“唤醒”。在一些实施方式中，唤醒感测光可以在红外不可见的光谱范围内，因此用户将不会体验到闪光的任何视觉效果。通过消除用于指纹的光学检测的背景光，可以控制LCD显示屏操作以提供改进的指纹检测。在一种实施方式中，例如，每个显示扫描帧生成一帧指纹信号。如果随着显示器的两帧的指纹信号被生成在当LCD显示屏打开时的一帧中和当LCD显示屏关闭时的另一帧中，则可以使用这两帧信号之间的差集来减少环境背景光影响。在一些实施方式中，通过操作指纹感测帧速率为显示帧速率的一半，可以减少指纹感测中的背景光噪声。

基于所公开的光学传感器技术的光学指纹传感器模块可以耦合至LCD显示屏的背面，而无需在LCD显示屏的表面侧上创建指定区域，该指定区域将占用一些电子设备(例如智能手机、平板电脑或可穿戴设备)中的宝贵的设备表面空间。所公开技术的此方面可用于在设备设计以及产品集成或制造两者中提供某些优点或益处。

在一些实施方式中，基于所公开的光学传感器技术的光学指纹传感器模块可以被配置为非侵入性模块，其可以容易地集成到显示屏，而无需改变LCD显示屏的用于提供所需的光学感测功能(例如指纹感测)的设计。在这方面，由于光学指纹传感器模块的以下性质，基于所公开的光学传感器技术的光学指纹传感器模块可以独立于特定的LCD显示屏设计的设计：这种光学指纹传感器模块的光学感测是通过检测由光学指纹传感器模块的一个或多个照明光源发射的并从显示区域的顶部表面返回的光，并且所公开的光学指纹传感器模块作为用于接收来自显示区域顶部表面的返回光的屏下光学指纹传感器模块而联接到LCD显示屏的背面，并因此不需要与显示屏区域分开的特定感测端口或感测区域。因此，这种屏下光学指纹传感器模块可以用于与LCD显示屏组合，以在LCD显示屏上提供光学指纹感测和其他传感器功能，而无需使用带有被尤其设计用于提供这种光学传感的硬件的专门设计的LCD显示屏。所公开的光学传感器技术的这个方面使得智能手机、平板电脑或其他电子设备中的LCD显示屏由于所公开的光学传感器技术的光学感测而具有增强的功能。

例如，对于不像某些Apple iPhone或Samsung Galaxy智能手机那样提供单独的指纹传感器的现有手机组件设计，这种现有手机组件设计可以在不更改触摸感测显示屏组件的情况下集成本文公开的屏下光学指纹传感器模块以提供添加的屏幕上指纹感测功能。因为所公开的光学传感不需要像在某些Apple iPhone/Samsung Galaxy手机在显示屏区域之外具有前部指纹传感器，或者像在华为、小米、谷歌或联想的某些型号中一些智能手机在背面具有指定的后部指纹传感器那样要求单独的指定感测区域或端口，本文公开的屏幕上指纹感测的集成不需要对现有的手机组件设计或同时具有触摸感测层和显示层的触摸感测显示模块进行实质性更改。基于本文中公开的光学感测技术，在设备外部不需要外部感测端口和外部硬件按钮来添加所公开的用于指纹感测的光学指纹传感器模块。所添加的光学指纹传感器模块和相关电路位于手机壳体内部的显示屏下方，并且指纹感测可方便地在触摸屏的同一触摸感测表面上执行。

对于另一个示例，由于用于指纹感测的光学指纹传感器模块的上述性质，可以使用改进的设计、功能和集成机制来更新集成这种光学指纹传感器模块的智能手机，而不会影响或增加LCD显示屏的设计或制造负担，以向设备制造和产品周期的改进/升级提供所需的灵活性，同时保持较新版本的光学传感功能对使用LCD显示屏的智能手机、平板电脑或其他电子设备的可用性。具体地，可以使用所公开的屏下光学指纹传感器模块在下一个产品发布中更新触摸感测层或LCD显示层，而无需为指纹感测特征增加任何显著的硬件改变。此外，通过使用新版本的屏下光学指纹传感器模块，可以将此类光学指纹传感器模块的用于指纹感测或其他光学感测功能的改进的屏幕上光学感测功能添加到新产品发布中，而无需对手机组件的设计进行显著更改，包括添加其他光学感测功能。

所公开的光学传感器技术的以上和其他特征可以被实施以提供具有改进的指纹感测和其他感测功能的新一代电子设备，特别是对于具有LCD显示屏的智能手机、平板电脑和其他电子设备，以提供各种触摸感测操作和功能的功能并增强此类设备的用户体验。本文公开的光学指纹传感器模块的特征可以适用于基于不同技术(包括LCD和OLED显示器)的各种显示面板。下面的特定示例针对LCD显示面板和置于LCD显示面板下方的光学指纹传感器模块。

在所公开的技术特征的实施方式中，可以提供附加的感测功能或感测模块，比如生物医学传感器，例如像腕带设备或手表之类的可穿戴设备中的心跳传感器。通常，可以在电子设备或系统中提供不同的传感器以实现不同的感测操作和功能。

所公开的技术可以被实施为提供设备、系统和技术，其执行对人类指纹的光学感测和认证以认证对诸如移动设备或计算机控制的系统的锁定的计算机控制的设备的访问尝试，其配备有指纹检测模块。所公开的技术可以用于确保对包括便携式或移动计算设备(例如笔记本电脑、平板电脑、智能手机和游戏设备)以及其他电子设备或系统(例如电子数据库、汽车，银行ATM等)的各种电子设备和系统的安全访问。

II.显示器下光学感测模块的设计示例

如本文所述，实施例提供了用于集成到显示器下光学感测模块中的增强膜实施方式，包括屏下光学指纹模块。为了增加清晰度和背景，描述了用于屏下光学指纹传感器模块的各种设计的示例，该屏下光学指纹传感器模块用于将光学信号收集到光学检测器并且提供所需的光学成像，例如足够的成像分辨率。在下面的专利文件中进一步描述了显示器下光学指纹感测实施方式的这些和其他实施例：美国专利申请No.15/616,856；美国专利申请No.15/421,249；美国专利申请No.16/190,138；美国专利申请No.16/190,141；美国专利申请No.16/246,549；和美国专利申请No.16/427,269，本文通过全文引用将这些专利文件并入。

图1是具有指纹感测模块180的系统180的示例的框图，该指纹感测模块180包括指纹传感器181，该指纹传感器181可被实施为包括如本文中公开的基于对指纹的光学感测的光学指纹传感器。系统180包括指纹传感器控制电路184和数字处理器186，数字处理器186可以包括一个或多个处理器，用于处理指纹图案并确定输入的指纹图案是否是授权用户的指纹图案。指纹感测系统180使用指纹传感器181来获取指纹，并将所获取的指纹与所存储的指纹进行比较，以启用或禁用由指纹感测系统180保护的设备或系统188中的功能。在操作中，基于捕获的用户指纹是否来自授权用户，由指纹处理处理器186控制对设备188的访问。如图所示，指纹传感器181可以包括多个指纹感测像素，诸如像素182A-182E，其共同表示指纹的至少一部分。例如，指纹感测系统180可以在ATM处实施为系统188，以确定请求访问资金或其他交易的顾客的指纹。基于从指纹传感器181获得的客户指纹与一个或多个存储的指纹的比较，指纹感测系统180在肯定识别后可以使ATM系统188准许所请求的对用户帐户的访问，或者，在否定识别后，可以拒绝访问。对于另一个示例，设备或系统188可以是智能手机或便携式设备，并且指纹感测系统180可以是集成到设备188的模块。对于另一个示例，设备或系统188可以是到使用指纹传感器181的设施或家庭的门或安全入口以准许或拒绝进入。对于又一个示例，设备或系统188可以是汽车或其他车辆，其使用指纹传感器181来链接到发动机的启动并识别人是否被授权操作该汽车或车辆。

作为具体示例，图2A和图2B示出了电子设备200的一种示例性实施方式，该电子设备200具有触摸感测显示屏组件和位于触摸感测显示屏组件下方的光学指纹传感器模块。在该特定示例中，显示技术可以通过具有用于光学照明LCD像素的背光的LCD显示屏或不使用背光的具有发光显示像素的另一显示屏(例如，OLED显示屏)来实施。电子设备200可以是诸如智能电话或平板电脑之类的便携式设备，并且可以是如图1所示的设备188。

图2A示出了设备200的正面，其可以类似于一些现有的智能电话或平板电脑中的一些特征。设备屏幕位于设备200的前侧上，占据前侧空间的全部、大部分或者很大一部分，并且指纹感测功能设置在设备屏幕上，例如，在设备屏幕上用于接收手指的一个或多个感测区域。例如，图2A示出了设备屏幕中用于手指触摸的指纹感测区域，该指纹感测区域可以被照亮为视觉可识别的区域或区，以供用户放置手指以进行指纹感测。这样的指纹感测区域可以像设备屏幕的其余部分一样起作用以显示图像。如图所示，在各种实施方式中，设备200的设备壳体可以具有侧面，这些侧面支撑在当今市场上的各种智能手机中常见的侧面控制按钮。另外，如图2A中的设备壳体的左上角上的一个示例所示，可以设备200的在设备屏幕外面的前侧上设置一个或多个可选传感器。

图2B示出了与设备200中的与该文中公开的光学指纹感测有关的模块的结构构造的示例。图2B所示的设备屏幕组件包括：例如在顶部上具有触摸感测层的触摸感测屏幕模块以及具有位于触摸感测屏幕模块下方的显示层的显示屏模块。光学指纹传感器模块耦合到显示屏组件模块并位于显示屏组件的下方，以接收和捕获来自触摸传感屏幕模块的顶部表面的返回光，并将返回光引导并成像到光学感测像素的光学传感器阵列或光电检测器上，其返回光中的光学图像转换成像素信号以进行进一步处理。在光学指纹传感器模块下方是设备电子器件结构，该设备电子器件结构包含用于光学指纹传感器模块以及设备200中的其他部件的某些电子电路。设备电子器件可以布置在设备壳体内部，并且可以包括如图2B所示的在光学指纹传感器模块下面的部件。

在实施方式中，设备屏幕组件的顶部表面可以是用作用户触摸感测表面以提供诸如以下多种功能的光学透明层的表面：(1)显示输出表面，携带显示图像的光穿过该显示器输出表面以到达观看者的眼睛；(2)触摸感测界面，用于通过触摸感测屏幕模块接收用户的触摸以进行触摸感测操作；以及(3)光学界面，用于屏幕上指纹感测(以及可能的一种或多种其他光学传感功能)。该光学透明层可以是诸如玻璃或晶体层之类的刚性层或柔性层。

显示屏的一个示例是具有LCD层和薄膜晶体管(TFT)结构或基板的LCD显示器。LCD显示面板是多层液晶显示(LCD)模块，其包括发射用于LCD像素的LCD照明光的LCD显示背光光源(例如，LED灯)、引导背光的光波导层以及可包括例如液晶(LC)单元层、LCD电极、透明导电ITO层、光学偏振器层、滤色器层和触摸感测层的LCD结构层。LCD模块还包括：在LCD结构层下方并且在光波导层上方的背光扩散器，以在空间上散布背光以照明LCD显示像素；以及在光波导层下方的光学反射器膜层，以将背光朝向LCD结构层再循环以提高光利用效率和显示亮度。为了进行光学感测，提供了一个或多个单独的照明光源，并且它们独立于LCD显示模块的背光光源来操作。

参照图2B所示，该示例中的光学指纹传感器模块被放置在LCD显示面板下方，以捕获来自顶部触摸感测表面的返回光，并在用户的手指与顶部表面上的感测区域接触时获取指纹图案的高分辨率图像。在其他实施方式中，可以在没有触摸感测特征的设备上实施所公开的用于指纹感测的屏下光学指纹传感器模块。

图3A和图3B示出了实施图2A和图2B中的光学指纹传感器模块的设备的示例。图3A示出了包含屏下光学指纹传感器模块的设备的一部分的截面图。图3B在左侧示出了具有触摸感测显示器的设备的前侧的视图，触摸感测显示器指示在显示屏的下部上的指纹感测区域，并且在右侧示出了设备的包括在设备显示屏幕组件下方的光学指纹传感器模块的部分的立体视图。图3B还示出了具有电路元件的柔性带的布局的示例。

在图2A-图2B和图3A-图3B的设计示例中，光学指纹传感器设计与一些其他指纹传感器设计不同，后者在移动设备的表面上使用与显示屏分开的指纹传感器结构，其中显示屏和指纹传感器之间存在物理界限(例如，像一些移动电话设计中的顶部玻璃盖的开口中的结构的按钮)。在这里所示的设计中，用于检测指纹感测和其他光学信号的光学指纹传感器位于顶盖玻璃或顶层(例如，图3A)下方，以使顶盖玻璃的顶部表面作为跨越竖直堆叠且竖直重叠的显示屏层和光学检测器传感器这两者的连续且均匀的玻璃表面而用作移动设备的顶部表面。用于将光学指纹感测和触敏显示屏集成在共同且均匀的表面下的此设计示例提供了益处，包括改进的设备集成度、增强的设备封装、增强的设备对外部元件的抗故障和抗磨损以及在设备拥有期内的增强的用户体验。

返回参照图2A和图2B，可以以各种构造来实施所示的用于屏幕上指纹感测的屏下光学指纹传感器模块。在一个实施方式中，基于以上设计的设备可以被构造为包括提供触摸感测操作的设备屏幕，并且包括用于形成显示图像的LCD显示面板结构、在该设备屏幕上形成的顶部透明层(其作为由用户触摸以进行触摸感测操作并且透射来自显示结构的光以向用户显示图像的界面)以及位于显示面板结构下面的光学指纹传感器模块，用于接收从顶部透明层返回的光以检测指纹。

该设备和本文公开的其他设备可以进一步配置为包括各种特征。例如，设备电子控制模块可以被包含在设备中，以在检测到的指纹与授权用户的指纹匹配时准许用户访问设备。另外，光学指纹传感器模块被配置为：除了检测指纹之外，还通过光学感测来检测与指纹不同的生物特征参数，以指示与检测到的指纹相关联的顶部透明层处的触摸是否来自人，并且，设备电子控制模块被配置为：如果(1)检测到的指纹与授权用户的指纹相匹配，并且(2)检测到的生物特征参数指示检测到的指纹来自人，则准许用户对设备的访问。生物特征参数可以包括例如手指是否包含血流或人的心跳。

例如，设备可以包括联接至显示面板结构的设备电子控制模块，以向发光显示像素供电并通过显示面板结构控制图像显示，并且在指纹感测操作中，设备电子控制模块进行操作以在一帧中关闭发光显示像素并且在下一帧中打开发光显示像素，从而允许光学传感器阵列在被发光显示像素照亮的情况下和在被发光显示像素照亮的情况下捕获两个指纹图像，以减少指纹感测时的背景光。

对于另一个示例，设备电子控制模块可以耦合到显示面板结构，以向LCD显示面板供电并且在睡眠模式下关闭至LCD显示面板的背光的供电，并且设备电子控制模块可被配置为：当光学指纹传感器模块在顶部透明层的指定指纹感测区域处检测到人的皮肤存在时，将显示面板结构从睡眠模式唤醒。更具体地，在一些实施方式中，设备电子控制模块可以被配置为：在关闭至LCD显示面板的供电(在睡眠模式下)的同时，操作光学指纹传感器模块中的一个或多个照明光源以间歇发射光，以将间歇发射的照明光引导到顶部透明层的指定指纹感测区域，来监测是否有人的皮肤与指定指纹感测区域接触，从而将设备从睡眠模式唤醒。

对于另一个示例，该设备可以包括联接至光学指纹传感器模块的设备电子控制模块，以接收关于由感测手指的触摸而获得的多个检测到的指纹的信息，并且该设备电子控制模块被操作用于测量在多个检测到的指纹的变化并确定引起所测量的变化的触摸力。例如，该变化可以包括由于触摸力引起的指纹图像的改变、由于触摸力引起的触摸区域的改变或指纹脊的间隔的改变。

对于另一个示例，顶部透明层可以包括指定的指纹感测区域，供用户用手指触摸以进行指纹感测，并且显示面板结构下方的光学指纹传感器模块可以包括与显示面板基板接触的透明块，以接收从显示面板结构发射并从顶部透明层返回的光；接收光的光学传感器阵列；以及将在透明块中接收的光成像到光学传感器阵列上的光学成像模块。光学指纹传感器模块可以相对于指定的指纹感测区域定位，并构造成在与人的皮肤接触时选择性地接收经由顶部透明层的顶部表面处的全内反射而返回的光，而在没有人的皮肤接触的情况下不接收从指定的指纹感测区域返回的光。

又例如，光学指纹传感器模块可以被构造成包括：光楔，其位于显示面板结构下方，以修改显示面板结构的底部表面上的全反射条件，该底部表面与光楔连接以允许通过底部表面从显示面板结构中提取光；接收从显示面板结构中提取的来自光楔的光的光学传感器阵列；以及光学成像模块，其位于光楔和光学传感器阵列之间，以将来自光楔的光成像到光学传感器阵列上。

图4A和图4B示出了在显示屏组件下方用于实施图2A和图2B中的设计的光学指纹传感器模块的一种实施方式的示例。图4A和图4B所示额设备包括显示组件423，该显示组件423具有形成在设备屏幕组件423上方的顶部透明层431，该顶部透明层431作为被用户触摸以进行触摸感测操作并且透射来自显示结构的光以向用户显示图像的界面。在一些实施方式中，该顶部透明层431可以是盖玻璃或晶体材料。设备屏幕组件423可以包括在顶部透明层431下方的LCD显示模块433。LCD显示层允许部分的光学透射，因此来自顶部表面的光可以部分透射通过LCD显示层，以到达LCD下光学指纹传感器模块。例如，LCD显示层包括光学地用作孔和光散射物体的阵列的电极和布线结构。可以在LCD显示面板下方设置设备电路模块435，以控制设备的操作并执行供用户操作设备的功能。

在此特定实施例中，光学指纹传感器模块702被放置在LCD显示模块433下方。一个或多个照明光源，例如，LCD显示模块433下方的照明光源436或/和位于顶盖玻璃431下方的另一个或多个照明光源，被设置用于提供照明光或探测光以由光学指纹传感器模块702进行光学感测，并且可以被控制为发射光以至少部分地穿过LCD显示模块433，以照亮设备屏幕区域内的顶部透明层431上的指纹感测区域615，从而供用户将手指放在其中来进行指纹识别。来自一个或多个照明光源436的照明光可以被引导到顶部表面上的指纹感测区域615，就像这种照明光是来自指纹照明光区域613一样。另一个或多个照明光源可以位于顶盖玻璃431的下方并且可以与在顶部表面上的指纹感测区域615邻近放置，以引导产生的照明光到达顶盖玻璃433，而无需穿过LCD显示模块433。在一些设计中，一个或多个照明光光源可以位于顶盖玻璃431的底部表面上方，以引导产生的照明光到达顶盖玻璃433的顶部表面上方的指纹感测区域，而不必穿过顶盖玻璃431，例如，在顶盖玻璃431上方引导照明手指。

如图4A所示，手指445被放置在照亮的指纹感测区域615(作为用于指纹感测的有效感测区域)中。区域615中的反射或散射光的一部分被引导到LCD显示模块433下方的光学指纹传感器模块中，并且光学指纹传感器模块内部的光电检测器感测阵列接收这种光并捕获由接收的光携带的指纹图案信息。一个或多个照明光源436与背光源分开而用于LCD显示模块，并且独立于LCD显示模块的背光源进行操作。

在使用一个或多个照明光源436提供照明光以进行光学指纹感测的这种设计中，每个照明光源436在一些实施方式中可以被控制成以相对低的周期间歇打开以减少用于光学传感操作的功率。指纹感测操作在一些实施方式中可以以两步骤过程来实施：第一，在不打开LCD显示面板的情况下以闪烁模式打开一个或多个照明光源436，以使用闪烁光来感测手指是否触摸感测区域615，并且一旦检测到区域615中的触摸，就操作光学感测模块以基于光学感测来执行指纹感测并且可以打开LCD显示面板。

在图4B的示例中，屏下光学指纹传感器模块包括：透明块701，其联接到显示面板以接收来自设备组件的顶部表面的返回光；以及光学成像块702，其执行光学成像和成像捕获。在照明光源436被定位成引导照明光首先透射通过顶盖玻璃431以到达手指的设计中，来自一个或多个照明光源436的光在到达盖顶部表面(例如，在不接触盖顶部表面的情况下，用户手指触摸或位于的感测区域615处的盖顶部表面)之后从盖顶部表面被反射或散射回去。当指纹脊与感测区域615中的盖顶部表面接触时，由于在该位置处接触的手指的皮肤或组织的存在，在指纹脊下方的光反射与在不存在手指的皮肤或组织的另一位置处的光反射不同。在盖顶部表面上的被触摸的手指区域中的脊和谷的位置处的光反射条件的这种差异形成了表示手指的触摸部分的脊和谷的图像或空间分布。反射光朝向LCD显示模块433被引导回去，并且在穿过LCD显示模块433的小孔之后，到达与光学指纹传感器模块的具有低折射率光学透明块701的界面。低折射率光学透明块701被构造成其折射率小于LCD显示面板的折射率，从而返回的光可从LCD显示面板中被提取到光学透明块701中。一旦在光学透明块701内部接收到返回光，这样的接收光进入作为成像感测块702的一部分的光学成像单元，并被成像到块702内部的光电检测器感测阵列或光学感测阵列上。指纹脊和指纹谷之间的光反射差异产生指纹图像的对比度。如图4B所示，控制电路704(例如，微控制器或MCU)耦合到成像感测块702和其他电路，例如主电路板上的设备主处理器705。

在该特定示例中，光学光路设计被构造为使得照明光在基板和空气界面之间的顶部表面上的全反射角内进入盖顶部表面，并因此，由块702中的成像光学器件和成像传感器阵列最有效地收集反射光。在该设计中，在手指组织不接触顶盖玻璃431的顶盖表面的每个手指谷位置处，指纹脊/谷区域的图像由于全内反射条件而表现出最大的对比度。这种成像系统的一些实施方式可具有不期望的光学畸变，其会不利地影响指纹感测。因此，可以基于沿着光学传感器阵列处的返回光的光路径的光学畸变轮廓，在处理块702中的光学传感器阵列的输出信号时，在成像重建期间通过畸变校正来进一步校正所获取的图像。可以由在每个光检测器像素处通过在沿着X方向线和Y方向线的整个感测区域中一次扫描测试图像图案一条线的像素而捕获的图像来生成畸变校正系数。此校正过程还可使用由以下获得的图像：一次一个地调整每个单独的像素，并且然后在光电检测器阵列的整个图像区域中扫描。该校正系数仅需要在传感器组装后一次生成。

来自环境的背景光(例如，阳光或室内照明光)可通过LCD面板顶部表面并通过LCD显示组件433中的孔而进入图像传感器。这种背景光会因手指而在感兴趣的图像中产生背景基线，并因此会不期望地降低捕获的图像的对比度。可以使用不同的方法来减少由背景光引起的这种不希望的基线强度。一个示例是以特定的照明调制频率f打开和关闭照明光源436，并且图像传感器通过使光源驱动脉冲和图像传感器帧相位同步来以相同的照明调制频率相应地获取接收的图像。在该操作下，仅图像相位中的一个包含来自光源的光。在实施该技术时，可以定时进行成像捕获，以在偶数(或奇数)帧处打开照明光来捕获图像，同时在奇数(或偶数)帧处关闭照明光，并且因此，减去偶数帧和奇数帧可以用于在背景光明显减少的情况下获得主要由调制的照明光源发射的光形成的图像。基于此设计，每个显示扫描帧都会生成一帧指纹信号，并通过在一帧中打开照明光而在另一帧中关闭照明光来获得两个连续的信号帧。相邻帧的差集可用于最小化或大大减少环境背景光的影响。在实施方式中，指纹感测帧速率可以是显示帧速率的一半。

在图4B所示的示例中，来自一个或多个照明光源436的光的一部分也可以穿过盖顶部表面并进入手指组织。这部分照明光被四周散射，并且该散射光的一部分最终可以被光学指纹传感器模块702中的成像传感器阵列收集。该散射光的光强度是与手指的内部组织相互作用的结果，并因此取决于手指的皮肤颜色、手指组织中的血液浓度或内部手指组织。手指的这种信息由手指上的该散射光携带，对于指纹感测有用，并且可以被检测为指纹感测操作的一部分。例如，用户手指图像区域的强度可以集成到用于测量或观察与用户心跳相位有关或取决于用户心跳相位的血液浓度的增加或减少的检测中。此特征可用于确定用户的心跳速率，确定用户的手指是否是活体手指或为欺骗设备提供伪造的指纹图案。在该专利文件的后面部分中提供了使用携带关于手指的内部组织的信息的光中的信息的其他示例。

图4B中的一个或多个照明光源436在一些设计中可被设计为发射不同颜色或波长的照明光，并且光学指纹传感器模块可以捕获来自人手指的不同颜色或波长的返回光。通过记录不同颜色或波长的返回光的相应的测量的强度，可以测量或确定与用户的皮肤颜色、血流或手指内部的内部组织结构相关的信息。例如，当用户登记用于指纹认证操作的手指时，光学指纹传感器可以被操作以将来自手指的两种不同的颜色或与光颜色A和光颜色B相关的照明光波长的散射光的强度分别测量为强度Ia和Ib。当用户的手指放在顶部感测表面的感测区域上以测量指纹时，可以记录Ia/Ib的比率，以与之后的测量结果进行比较。此方法可以用作设备反欺骗系统的一部分，以拒绝使用模拟用户的指纹或与用户的指纹相同但与用户的肤色或用户的其他生物信息不匹配的指纹伪造的欺骗设备。

一个或多个照明光源436可以由用于控制块702中的图像传感器阵列的相同的电子器件704(例如，MCU)控制。一个或多个照明光源436可以在短时间内进行脉冲化(例如，低占空比)以间歇地发射光并提供用于图像感测的脉冲光。可以操作图像传感器阵列以在相同的脉冲占空比下监视光图案。如果有人类手指触摸屏幕上的感测区域615，则可以使用在块702中的成像感测阵列处捕获的图像来检测触摸事件。可以操作连接到块702中的图像传感器阵列的控制电子器件或MCU 704，以确定该触摸是否是人类手指触摸。如果确认其是人类手指触摸事件，则可以操作MCU 704以唤醒智能手机系统，打开一个或多个照明光源436以执行光学指纹感测，并使用正常模式来获取完整的指纹图像。块702中的图像传感器阵列将获取的指纹图像发送到智能手机主处理器705，智能手机主处理器705可以被操作以将捕获的指纹图像与登记的指纹数据库进行匹配。如果存在匹配，则智能手机解锁手机，以允许用户访问手机并启动正常操作。如果捕获的图像不匹配，则智能手机会向用户反馈验证失败，并保持手机的锁定状态。用户可以尝试再次经历指纹感测，或者可以输入密码作为解锁手机的替代方法。

在图4A和图4B所示的示例中，屏下光学指纹传感器模块使用光学透明块701和具有光电检测器感测阵列的成像感测块702来将与显示屏的顶部表面接触的触摸手指的指纹图案光学成像到光电检测器感测阵列上。对于示出的示例，在图4B中示出了从感测区域615到光电检测器阵列的光学成像轴或检测轴625。光学透明块701和在光电检测器感测阵列之前的成像感测块702的前端形成大块成像模块(bulk imaging module)以实现用于光学指纹感测的适当成像。由于该成像过程中的光学畸变，可以使用畸变校正来实现所需的成像操作。

在通过图4A和图4B中的屏下光学指纹传感器模块以及本文公开的其他设计进行的光学感测中，从顶部透明层431上的感测区域615到屏下光学指纹传感器模块的光信号包括不同的光分量。

图5A-图5C示出了用于在不同的光学条件下来自感测区域615的返回光的信号生成，以促进对屏下光学指纹传感器模块的操作的理解。从照明光源或从其他光源(例如背景光)进入手指的光可以在手指表面下方的组织中生成内部散射光，例如图5A-图5C中的散射光191。在手指表面下方的组织中的这种内部散射光可以传播通过手指的内部组织，并随后透射通过手指皮肤以进入顶部透明层431，其携带被手指表面散射、折射或反射的光不携带的某些信息，例如关于手指皮肤颜色的信息、关于手指内部的血液浓度或流动特性的信息，或关于包含(1)指纹的外部脊和谷的二维空间图案和(2)与产生手指的外部脊和谷的内部手指组织结构相关的内部指纹图案的手指的光学透射图案的信息。

图5A示出了来自一个或多个照明光源436的照明光在透射通过顶部透明层431之后如何传播通过OLED显示模块433并且产生至屏下的光学指纹传感器模块的不同的返回光信号的示例，该返回光信号包括携带指纹图案信息的光信号。为简单起见，将两个不同位置处的两个照明光线80和82被引导到顶部透明层431，而在顶部透明层431的界面处没有发生全反射。具体地，照明光线80和82垂直于或几乎垂直于顶部层431。手指60与顶部透明层431上的感测区域615接触。如图所示，照明光束80在透射通过顶部透明层431之后到达与顶部透明层431接触的手指脊，以在手指组织中产生光束183以及返回朝向LCD显示模块433的另一光束181。照明光束82在透射通过顶部透明层431之后到达位于顶部透明层431上方的手指谷，以产生从与顶部透明层431的交界面返回朝向LCD显示模块433的反射光束185、进入手指组织的第二光束189和由手指谷反射的第三光束187。

在图5A的示例中，假设对于顶部透明层431，手指皮肤的等效折射率在550nm处约为1.44，并且盖玻璃折射率约为1.51。手指脊-盖玻璃界面将光束80的部分作为反射光181反射到LCD显示模块433下方的底层524。反射率可以很低，例如在一些LCD面板中约为0.1％。光束80的大部分变为透射到手指组织60中的光束183，手指组织60导致光183的散射，从而朝向LCD显示模块433和底层524产生返回的散射光191。从LCD像素73透射的光束189在手指组织中的散射也有助于促成返回的散射光191。

在手指皮肤谷位置63处的光束82被盖玻璃表面反射。例如，在一些设计中，作为朝向底层524的反射光185，反射可为约3.5％，并且手指谷表面可将入射光功率(光187)的约3.3％反射至底层524，使得总反射率可为约6.8％。大部分光189透射到手指组织60中。在手指组织中的透射光189中的部分光功率通过组织散射，从而促成朝向和进入底层524的散射光191。

因此，在图5A的示例中，来自触摸手指的手指谷和手指脊处的各种界面或表面的光反射是不同的，并且反射率差携带指纹图谱信息并且可以被测量以提取与顶部透明层431接触并且被OLED照亮的部分的指纹图案。

图5B和图5C示出了不同条件下在顶部表面处以及在相对于手指的谷或脊的不同位置处的两种其他类型的照明光线的光路，包括在顶部透明层431的界面处的全反射条件下。示出的照明光线产生不同的返回光信号，该不同的返回光信号包括将指纹图案信息携带到屏下光学指纹传感器模块的光信号。假设盖玻璃431和LCD显示模块433以在两者之间没有任何空气间隙的方式被胶合在一起，使得具有相对于盖玻璃431呈大的入射角的照明光将在盖玻璃-空气界面处被全反射。图5A、图5B和图5C示出了三组不同的发散光束的示例：(1)具有相对于盖玻璃431呈小的入射角而没有全反射的中心光束82(图5A)，(2)高对比度光束201、202，211、212，其在没有物体接触盖玻璃表面时在盖玻璃431上被全反射并且在手指触摸盖玻璃431时可以耦合到手指组织中(图5B和图5C)，以及(3)具有非常大的入射角的逃逸光束，其即使在手指组织接触的位置处也被盖玻璃431全反射。

对于中心光束82，盖玻璃表面在一些设计中可以将约0.1％-3.5％反射成透射到底层524中的光束185，手指皮肤可以将约0.1％-3.3％反射成也透射到底层524中的光束187。反射差异取决于光束82是与手指皮肤脊61还是谷63相遇。其余光束189耦合到手指组织60中。

对于满足局部全内反射条件的高对比度光束201和202，如果没有任何物体接触盖玻璃表面，则盖玻璃表面将近100％分别反射成光束205和206。当手指皮肤脊接触盖玻璃表面并在光束201和202位置时，大部分光功率可以通过光束203和204耦合到手指组织60中。

对于满足局部全内反射条件的高对比度光束211和212，如果没有任何物体接触盖玻璃表面，则盖玻璃表面将近100％的光束分别反射成光束213和214。当手指触摸盖玻璃表面并且手指皮肤谷恰好位于光束211和212位置时，没有光功率耦合到手指组织60中。

如图5A所示，耦合到手指组织60中的一部分照明光趋于经历内部手指组织的随机散射以形成低对比度的光191，并且这种低对比度的光191的部分可以穿过LCD显示模块433以到达光学指纹传感器模块。由光学指纹传感器模块捕获的这部分光包含有关手指皮肤颜色、血液特征和与指纹相关的手指内部组织结构的附加信息。在本专利文件的后面部分中将说明在光学传感中使用手指表面下面的组织中的内部散射光的其他特征，例如获得手指的光学透射图案，其包含(1)指纹的外部脊和谷的二维空间图案，(2)与产生手指的外部脊和谷的内部手指组织结构相关联的内部指纹图案。因此，在高对比度光束照亮的区域中，手指皮肤脊和谷引起不同的光学反射，并且反射差异图案携带指纹图案信息。可以通过比较差异来获得高对比度指纹信号。

所公开的屏下光学感测技术可以以各种配置来基于图2A和图2B所示的设计光学捕获指纹。例如，图4B中基于光学成像的通过使用光学感测模块的大块成像模块的具体实施方式可以以各种配置来实施。

图6A至图6C示出了基于经由透镜的光学成像的屏下光学指纹传感器模块的示例，该透镜用于从按压在显示盖玻璃423上的手指445捕获指纹。图6C是图6B所示的光学指纹传感器模块部分的放大图。如图6B所示的屏下光学指纹传感器模块放置在LCD显示模块433下方，并且包括：光学透明间隔件617，其与LCD显示模块433的底部表面接合以接收来自顶部透明层431的顶部表面上的感测区域615的返回光；成像透镜621，其位于间隔件617和光电检测器阵列623之间，以将从感测区域615接收的返回光成像到光电检测器阵列623上。与示出不具有透镜的光学投影成像系统的示例的图4B不同，图6B中的成像设计的示例系统使用成像透镜621来在光检测器阵列623处捕获指纹图像，并且能够通过成像透镜621的设计来缩小图像。在某种程度上与图4B中的成像系统类似地，图6B中的用于光学指纹传感器模块的图像系统可以经历图像畸变，并且可以使用适当的光学校正校准来减少这种畸变，例如，针对图4B中的系统所描述的畸变校正方法。

类似于图5A-图5C中的假设，假设手指皮肤的等效折射率在550nm处约为1.44，且对于盖玻璃423来说，裸盖玻璃折射率约为1.51。当OLED显示模块433没有任何气隙地胶合到盖玻璃431上时，全内反射以大角度或者比界面的临界入射角大的角度而发生。如果没有任何物体与盖玻璃顶部表面接触，则全反射入射角约为41.8°，并且如果手指皮肤接触盖玻璃顶部表面，则全反射角约为73.7°。相应的全反射角差约为31.9°。

在此设计中，微透镜621和光电二极管阵列623定义了用于捕获感测区域615中的接触手指的图像的视角θ。可以通过控制物理参数或配置来正确对准此视角以在感测区域615中检测盖玻璃表面的期望部分。例如，可以对准视角来检测LCD显示组件的全内反射。具体地，将视角θ对准以感测盖玻璃表面上的有效感测区域615。有效感测盖玻璃表面615可以被视为镜子，使得光电检测器阵列有效地检测LCD显示器中的指纹照明光区域613的图像，该图像被感测盖玻璃表面615投射到光电检测器阵列上。光电二极管阵列/光电检测器阵列623可以接收由感测盖玻璃表面615反射的区域613的图像。当手指触摸感测区域615时，一些光会耦合到指纹的脊中，并且这将引起光电检测器阵列接收来自脊位置的光，以显示为指纹的较暗图像。因为光学检测路径的几何形状是已知的，所以可以校正光学指纹传感器模块中的光学路径中引起的指纹图像畸变。

作为具体示例，考虑到图6B中从检测模块的中心轴到盖玻璃的顶面的距离H为2mm。这种设计可以在盖玻璃上直接覆盖具有宽度Wc的有效感测区域615的5mm。调整间隔件617的厚度可以调整检测器位置参数H，并且可以优化有效感测区域宽度Wc。由于H包括盖玻璃431和显示模块433的厚度，因此应用设计应考虑到这些层。间隔件617、微透镜621和光电二极管阵列623可以集成在顶部透明层431的底部表面上的彩色涂层619下方。

图7通过使用特定的间隔件618来代替图6B-图6C中的间隔件617以增加感测区域615的尺寸而示出了用于图6A-图6C中所示的光学指纹传感器模块的光学成像设计的进一步设计考虑的示例。间隔件618被设计为具有宽度Ws和厚度Hs以具有低折射率(RI)ns，并且被放置在LCD显示模块433下方，例如附接(例如，胶合)到LCD显示模块433的底部表面。间隔件618的端面是与微透镜621交界的成角度的或倾斜的面。间隔件和透镜的相对位置与图6B-图6C不同，在图6B-图6C中，透镜被放置在间隔件617的下面。微透镜621和光电二极管阵列623被组装到具有检测角宽度θ的光学检测模块中。检测轴625由于在间隔件618和显示模块433之间的界面处以及在盖玻璃431与空气之间的界面处的光学折射而弯曲。局部入射角φ1和φ2由用于部件的材料的折射率RIs、ns、nc和na决定。

如果nc大于ns，则φ1大于φ2。因此，折射增大了感测宽度Wc。例如，假设手指皮肤的等效RI在550nm处为约1.44，且盖玻璃折射率RI为约1.51，如果没有任何物体接触盖玻璃顶部表面，则全反射入射角估计约为41.8°，并且如果手指皮肤接触到盖玻璃顶部表面，则全反射角为约为73.7°。相应的全反射角差为约31.9°。如果间隔件618由与盖玻璃相同的材料制成，并且从检测模块中心到盖玻璃顶部表面的距离为2mm，如果检测角度宽度是θ＝31.9°，则有效感测区域宽度Wc为约5mm。相应的中心轴的局部入射角为φ1＝φ2＝57.75°。如果用于特定间隔件618的材料的折射率ns为约1.4，并且Hs为1.2mm，则检测模块以φ1＝70°倾斜。有效检测区域宽度增加到大于6.5mm。在这些参数下，盖玻璃中的检测角度宽度减小到19°。因此，可以将光学指纹传感器模块的成像系统设计为理想地扩大顶部透明层431上的感测区域615的尺寸。

特定间隔件618的折射率RI被设计为足够低(例如，以使用MgF₂，CaF₂或甚至使用空气来形成间隔件)，有效感测区域615的宽度Wc不再受限于盖玻璃431和显示模块433的厚度。该特性提供期望的设计灵活性。原则上，如果检测模块具有足够的分辨率，则有效感测面积甚至可以增加到覆盖整个显示屏。

由于所公开的光学传感器技术可用于提供大的感测区域以捕获图案，因此所公开的屏下光学指纹传感器模块不仅可用于捕获和检测手指的图案，而且可用于捕获和检测更大的尺寸图案，例如与进行用户认证的人相关联的人的手掌。

图8A-8B通过设置相对于显示屏表面的光电检测器阵列的检测角度θ’以及透镜621和间隔件618之间的距离L，示出了用于图7中所示的光学指纹传感器模块的光学成像设计的进一步设计考虑的示例。图8A示出沿垂直于显示屏表面的方向的截面视图，且图8B示出了从显示屏的底部或顶部的设备的视图。填充材料618c可用于填充透镜621和光电检测器阵列623之间的空间。例如，填充材料618c可以是特定间隔件618的相同材料或另一不同材料。在一些设计中，填充材料618c可以是空气空间。

图9示出了基于图7的设计的屏下光学指纹传感器模块的另一示例，其中提供一个或多个照明光源614以照亮用于光学指纹感测的顶部表面感测区域615。照明光源614可以是扩展型的，也可以是准直型的，使得有效感测区域615内的所有点都被照亮。照明光源614可以是单元件光源或光源阵列。

图10A-10B示出了屏下光学指纹传感器模块的示例，该模块使用被成形为薄楔的光学耦合器628来改善光学传感器阵列623处的光学检测。图10A示出了具有用于指纹感测的屏下光学指纹传感器模块的设备结构的截面，且图10B示出了设备屏幕的俯视图。光楔628(具有折射率ns)位于显示面板结构的下方，以改变在与光楔628交界的显示面板结构的底部表面上的全反射条件，从而允许通过底部表面从显示面板结构中提取光。光学传感器阵列623接收从显示面板结构提取的来自光楔628的光，并且光学成像模块621位于光楔628和光学传感器阵列623之间以将来自光楔628的光成像到光学传感器阵列623上。在所示示例中，光楔628包括面向光学成像模块和光学传感阵列623的倾斜光楔表面。此外，如图所示，光楔628和光学成像模块621之间有自由空间。

如果光在盖玻璃431的感测表面处被全反射，则反射率为最高效率的100％。然而，如果光与盖玻璃表面平行，则光还将在LCD底部表面433b处被全反射。楔形耦合器628用于修改局部表面角度，从而可以将光耦合出去以在光学传感器阵列623处进行检测。LCD显示模块433中的微孔为光提供了所需的光传播路径，以透射通过LCD显示模块433从而进行屏下光学感测。如果光透射角度变得太大或当TFT层变得太厚时，实际的光透射效率可能逐渐降低。当该角度接近全反射角时，即当盖玻璃折射率为1.5时约为41.8°时，指纹图像看起来不错。因此，可以将楔形耦合器628的楔角调整为几度，从而可以提高或优化检测效率。如果将盖玻璃的折射率选择为较高，则全反射角会变小。例如，如果盖玻璃由折射率为约1.76的蓝宝石制成，则全反射角约为34.62°。显示器中的检测光透射效率也得到提高。因此，用薄楔来将检测角设置为大于全反射角和/或使用高折射率的盖玻璃材料的该设计提高了检测效率。

在一些屏下光学指纹传感器模块设计中(例如，图6A-图6C、图7、图8A、图8B、图9、图10A和图10B中所示的那些)，顶部透明表面上的感测区域615不竖直或垂直于光学指纹传感器模块的检测轴625，使得感测区域的图像平面也不竖直或垂直于检测轴625。因此，光电检测器阵列623的平面可以相对于检测轴线625倾斜以在光电检测器阵列623处实现高质量成像。

图11A-图11C示出了用于这种倾斜的三种示例性配置。图。图11A示出了感测区域615a倾斜并且不垂直于检测轴625。在图11B中，感测区域615b被对准以位于检测轴625上，使得其图像平面也将位于检测轴625上。实际上，可以将透镜621部分地切掉，以简化封装。在各种实施方式中，微透镜621也可以是透射型或反射型。例如，图11C中示出了具体的方法。感测区域615c由成像镜621a成像。光电二极管阵列623b被对准以检测信号。

在以上使用透镜621的设计中，透镜621可以被设计成具有有效孔径，该有效孔径大于LCD显示层中的允许光透射穿过LCD显示模块以进行光学指纹感测的孔的孔径。这种设计可以减少LCD显示模块中布线结构和其他散射物体的不期望的影响。

图12示出了对指纹传感器的操作的示例，用于减少或消除指纹感测时来自背景光的不期望的贡献。光学传感器阵列可以用于捕获各种帧，并且捕获的帧可以用于在多个帧之间执行差集和求平均操作，以减少背景光的影响。例如，在帧A中，用于光学指纹感测的照明光源被打开以照亮手指触摸区域，在帧B中，照明被改变或被关闭。从帧A的信号中减去帧B的信号可以用于图像处理，以减少不希望的背景光的影响。

指纹感测时不期望的背景光也可以通过在光路中提供适当的光学过滤来减少。可以使用一个或多个滤光器来拒绝环境光波长，例如近红外和部分红光等。在一些实施方式中，可以在包括显示器底部表面、棱镜表面、传感器表面等的光学部件的表面上制造这种滤光器涂层。例如，如果一个或多个滤光器或滤光器涂层可以设计来拒绝从580nm至红外光波长的光，则人类手指吸收约580nm以下波长的大部分能量，可大大减少指纹感测中环境光对光学检测的不期望的贡献。

图13示出了用于校正光学指纹传感器模块中的图像畸变的操作过程的示例。在步骤1301，控制且操作一个或多个照明光源以在特定区域发射光，并且由频率F调制这些像素的光发射。在步骤1302，操作显示面板下方的成像传感器，来以相同的频率F按帧速率捕获图像。在光学指纹感测操作中，将手指放在显示面板盖基板的顶部上，手指的存在会调制显示面板盖基板顶部表面的光反射强度。显示器下方的成像传感器捕获指纹调制的反射光图案。在步骤1303，对来自图像传感器的信号的解调与频率F同步，并且执行背景差集。所得图像具有降低的背景光效果，并且包括来自像素发射光的图像。在步骤1304，处理且校准捕获图像以校正图像系统畸变。在步骤1305，将校正后的图像用作人类指纹图像以进行用户认证。

用于捕获用户的指纹的同样的光学传感器也可以用于捕获如图5A中的背散射光191所示的来自被照亮的手指的散射光。在感兴趣区域中来自图5A中的背散射光191的检测器信号可以被集成以产生强度信号。评估该强度信号的强度变化以确定除指纹图案之外的其他参数，例如，用户的心率或与外部指纹图案相关联的手指的内部拓扑组织。

上面的指纹传感器可能被可以获取授权用户的指纹的恶意人员入侵，并类似于人类手指的载体上复制盗取的指纹图案。可以在指纹传感器上使用这种未经授权的指纹图案来解锁目标设备。因此，指纹图案尽管是唯一的生物识别符，但其本身可能并不是完全可靠或安全的识别。屏下光学指纹传感器模块还可以用作光学防欺骗传感器，用于感测具有指纹图案的输入物体是否是来自人的手指，并用于确定指纹输入是否是指纹欺骗攻击。可以在不使用单独的光学传感器的情况下提供此光学防欺骗检测功能。光学防欺骗可提供高速响应，而不会损害指纹感测操作的总体响应速度。

图14示出了在血液中被监测的材料的示例性消光系数，其中在可见光谱范围(例如660nm处的红光)与红外范围(例如940nm处的IR光)之间的光吸收不同。通过使用探测光来以第一可见波长(颜色A)和第二不同波长(例如红外(IR)波长)(颜色B)照亮手指，可以捕获输入物体的光吸收差异以确定触摸的物体是否是来自人的手指。用于提供用于光学感测的照明的一个或多个照明光源可以用于发射不同颜色的光，从而发射至少两种不同光学波长的探测或照明光，以使用血液的不同光吸收行为进行活体手指检测。当人的心脏跳动时，脉压会促使血液在动脉中流动，因此血液中被监测的材料的消光率随着脉搏而变化。接收的信号携带脉搏信号。血液的这些属性可用于检测所监视的材料是活体指纹还是假指纹。

图15示出了在来自非生物材料(例如，具有伪造的指纹图案的欺骗设备或假手指)和活体手指的反射光中的光信号行为之间的比较。光学指纹传感器还可以操作为心跳传感器以监视生物体。当检测到探测光的两个或更多个波长时，消光比差可用于快速确定所监视的材料是否是活生物体，例如活体指纹。在图15所示的示例中，使用了不同波长的探测光，一个是可见光波长，另一个是如图14中所示的IR波长。

当非生物材料接触指纹传感器模块上方的顶部盖玻璃时，接收的信号显示出与非生物材料的表面图案相关的强度水平，并且接收的信号不包含与人的手指相关联的信号分量。然而，当人的手指触摸顶部盖玻璃时，接收的信号显示与人相关联的信号特征，其包括明显不同的强度水平，因为消光比对于不同的波长是不同的。该方法不需要花费长时间来确定触摸材料是否是人的一部分。图15中，脉冲形信号反映了多次触摸而不是血液脉搏。用非生物材料进行类似的多次触摸不会显示由活体手指引起的差异。

以不同的光学波长对血液的不同的光吸收行为进行光学检测可以在短时间段内被执行来进行活体手指检测，并且可以比使用相同的光学传感器对人的心跳进行光学检测更快。

在LCD显示器中，LCD背光照明光是白光，因此包含可见光谱和IR光谱范围的光，以在光学指纹传感器模块处执行上述活体手指检测。LCD显示模块中的LCD彩色滤光器可以用于允许光学指纹传感器模块获得图14和图15中的测量值。另外，用于产生照明光以进行光学感测的指定光源436可被操作以在不同时间发射选定可见波长和IR波长的探测光，并且由光学检测器阵列623捕获两个不同波长的反射探测光，以基于图14和图15中所示的上述操作来确定触摸的物体是否是活体手指。值得注意的是，尽管在不同时间处的选定的可见波长和IR波长的反射探测光可以反映血液的不同光吸收特性，但是指纹图像始终在不同的时间由选定的可见波长的探测光和IR波长的探测这两者捕获。因此，可以在可见波长和红外波长下进行指纹感测。

图16示出了操作过程的示例，该操作过程用于通过操作用于光学感测的一个或多个照明光源来以两种不同光颜色的光照亮手指，来确定与LCD显示屏接触的物体是否是人的手指的一部分。

又例如，所公开的光学传感器技术可以用于通过除上述血液在不同光波长下的不同光吸收以外的其他机制通过“活体手指”检测机制来检测所捕获或检测的指纹或手掌的图案是否来自人的手。例如，当血液与心跳有关地流经人的身体时，由于人的(有意或无意的)自然运动或动作或脉动，人的手指往往会移动或伸展。在一种实施方式中，光学指纹传感器模块可以检测由于心跳/血流变化而导致的来自手指或手掌的返回光的变化，从而检测呈现为手指或手掌的物体中是否存在活体心跳。用户认证可以基于对指纹/手掌图案的光学感测和对人的存在的肯定确定这两者的组合来增强访问控制。又例如，当人触摸LCD显示屏时，可以以一种或多种方式反映触摸力的变化，该方式包括指纹图案变形、手指与屏幕表面之间的接触面积的变化、指纹脊变宽或血流动力学变化。这些和其他变化可以基于所公开的光学传感器技术通过光学感测来测量，并且可以用于计算触摸力。除了指纹感测之外，该触摸力感测还可用于向光学指纹传感器模块添加更多功能。

在如图4B和图6B所示的经由成像模块在光学传感器阵列上捕获指纹图案的上述示例中，光学畸变趋向于降低图像感测保真度。可以以各种方式校正这种光学畸变。例如，可以使用已知图案在光学传感器阵列处生成光学图像，并且可以将已知图案中的图像坐标与所生成的在光学传感器阵列处具有畸变的光学图像相关联，以校准由用于指纹感测的光学传感器阵列输出的成像感测信号。指纹感测模块参考标准图案的图像来校准输出坐标。

根据该专利文件中的公开内容，对于所公开的光学指纹传感器模块可以以各种方式进行实施。例如，显示面板被构造成每个像素发射光，并且可以被单独控制；显示面板包括至少部分透明的基板，以及基本上是透明的盖基板。光学指纹传感器模块放置在显示面板下方，以感测在显示面板表面顶部上形成的图像。光学指纹传感器模块可用于感测由显示面板像素发射的光形成的图像。光学指纹传感器模块可以包括折射率低于显示面板基板的透明块，以及具有成像传感器阵列和光学成像透镜的成像传感器块。在一些实施方式中，低折射率块的折射率在1.35至1.46或1至1.35的范围内。

对于另一示例，可以提供一种用于指纹感测的方法，其中从显示面板发射的光被反射离开盖基板，放置在盖基板顶部上的手指与光相互作用以通过指纹调制光反射图案。显示面板下方的成像感测模块用于感测反射光图案图像并重建指纹图像。在一种实施方式中，来自显示面板的发射光在时域中被调制，并且成像传感器与发射像素的调制同步，其中解调过程将拒绝大多数背景光(不是来自目标像素的光)。

III.用于显示屏下光学感测模块的增强膜

如上所述，便携式电子设备的显示屏通常被实施为多层的组件。例如，实施为触摸屏的显示屏可以包括用于输出视频数据的显示层、用于检测触摸事件的电容性触摸屏层、硬顶层等。附加层用于集成显示器下光学感测功能，例如指纹感测。为了使光到达感测部件，光穿过顶部表面和传感器(例如，光电检测器)之间的各个层。为此，层被设计成允许光透射，并且一些层可以被设计成增强、弯曲、聚焦、准直、反射和/或以其他方式影响光穿过这些层的透射。

图17A和图17B分别示出了根据各种实施例的示例性便携式电子设备1700以及用于这种便携式电子设备1700的示例性显示模块1710的截面。便携式电子设备1700被示出为智能手机。在其他实施方式中，便携式电子设备1700是笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备或任何其他合适的计算平台。便携式电子设备1700可以包括显示系统423。如上所述，显示系统423可以是触摸感测显示系统423。显示系统423在其中集成有显示器下光学传感器。如图所示，显示器下光学传感器可以限定感测区域615，在该感测区域615内可以执行光学感测。例如，当用户在感测区域615内将手指445放在显示器上，可以由显示器下光学传感器执行指纹扫描。可以使用多层来实施这种显示器下光学传感器。

图17B的显示模块1710可以是图17A的显示系统423的一种实施方式。如图所示，显示模块1710包括多个层。顶盖层1715(例如，玻璃)可以用作用户界面表面以进行各种用户界面操作。例如，盖层1715可以促进用户的触摸感测操作，向用户显示图像，光学感测界面以接收手指进行光学指纹感测和其他光学感测操作等。在一些实施例中，显示模块1710包括盖层1715。在其他实施方式中，盖层1715与显示模块1710分离。例如，显示模块1710作为模块集成到便携式电子设备1700中，并且盖层1715安装在顶部显示模块1710的顶部上。

显示模块1710的一个或多个其他层形成液晶模块(LCM)1720。在LCM 1720下方，显示模块1710包括增强层1725。如本文所述，增强层1725可包括一层或多层的亮度增强膜，例如包括梯形棱镜结构的增强膜。显示模块1710可以进一步包括光扩散器1730、导光板1735、反射膜1740和框架1745中的一些或全部。一些实施例包括附加部件，例如一个或多个显示光源1750和一个或多个外部光源1760(例如，用于指纹感测和/或其他光学感测)。

显示光源1750的实施方式可以包括为显示模块1710提供白色背光的LCD显示背光光源(例如，LED灯)。导光板1735的实施方式包括与显示光源1750光学耦合的波导以接收并引导背光灯。LCM 1720的实施方式包括液晶(LC)单元层、LCD电极、透明导电ITO层、光学偏振器层、滤色器层、触摸感测层等中的一些或全部。光扩散器1730的实施方式包括背光扩散器，其被放置在LCM 1720下方并且在导光板1735上方以在空间上散布用于照亮LCM 1720中的LCD显示像素的背光。反射膜1740实施为放置在导光板1735的下方，以朝向LCM 1720循环背光，从而提高光的利用效率和显示亮度。

当开启(例如，在感测区域615中)的LCD单元时，尽管微结构可能会干扰和/或阻挡一些探测光能量，但LCM 1720(例如，LC单元、电极、透明ITO、偏振器、滤色器、触摸感测层等)可以变成部分透明。对光扩散器1730、导光板1735、反射器膜1740和框架1745的实施例进行处理以保持指纹传感器并提供透明或部分透明的感测光路，使得来自盖层1715的顶部表面的一部分反射光可以到达显示器下光学传感器的感测元件(例如，光电检测器阵列)。显示器下光学传感器可以包括任何合适的部件，例如指纹传感器部件、光电检测器阵列、用于将反射的探测光准直并将其引导到光电检测器阵列的光学准直器阵列、以及用于接收和调节来自光电检测器阵列的探测器输出信号的光学传感器电路。光电检测器阵列的实施例包括CMOS感测像素的CMOS传感器、CCD传感器阵列或任何其他合适的光学传感器阵列。

增强层1725的实施例包括一个或多个增强膜。一些常规的增强膜设计包括具有尖锐的棱镜脊和尖锐的棱镜谷轮廓(即，在每个脊处的尖锐过渡和在每个谷部的尖锐过渡)的棱镜膜。当光穿过这种常规的尖锐棱镜结构时，光在不同的方向上弯曲，并且成像趋于模糊。例如，图18A-图18C示出了常规增强层1800的示例性部分的视图。图18A示出了常规增强层1800的一小部分的放大图1810。图18B示出了常规增强层1800的一个增强膜层1820的一小部分的截面。图18C示出了常规的增强层1800的相对于彼此以正交方向堆叠的两个增强膜层1820a、1820b的一小部分的截面。

如图所示，每个增强膜层1820形成有一系列尖锐的棱镜结构。每个尖锐的棱镜结构都包括尖锐的脊1822和尖锐的谷1824。图18A的放大视图1810示出了图18C的两个增强膜层1820，其从顶部看是相对于彼此以正交方向堆叠的。如图所示，相交的尖锐的棱镜结构形成尖锐的脊线1812和尖锐的谷线1814的网格，其分别对应于每个尖锐的棱镜结构的尖锐的脊1822和尖锐的谷1824。在这种布置中，穿过常规增强层1800的光在不同的方向上弯曲，如光路1830a和1830b所示的。这样的弯曲会引起图像模糊，这可破坏位于常规增强层1800下方的显示器下光学传感器的部件的光学感测。

本文所述的实施例通过设计增强膜以提供垂直观察窗来减轻这种模糊。例如，增强膜被设计为具有梯形棱镜结构，对于该梯形棱镜结构，一些或全部的棱镜结构具有梯形脊和/或梯形谷。增强膜的第一层可以在第一对准之后以梯形特征取向，并且增强膜的第二层可以在与第一对准正交的第二对准之后以梯形特征取向。在这种布置中，正交重叠的增强膜提供了清晰的观察窗。参照图19A-图22描述了这种方案的实施例。

图19A-图19C示出了根据各种实施例的新型梯形脊增强层1900的示例性部分的视图。梯形脊增强层1900可以是增强层1725的实施例。图19A示出了梯形脊增强层1900的一小部分的放大视图1910。图19B示出了梯形脊增强层1900的一个增强膜层1920的一小部分的截面。图19C示出了梯形脊增强层1900的相对于彼此以正交方向堆叠的两个增强膜层1920a、1920b的一小部分的截面。

如图所示，每个增强膜层1920形成有一系列的梯形脊棱镜结构。每个梯形脊棱镜结构包括平坦化的脊1922和尖锐的谷1924。图19A的放大视图1910示出了图19C的两个增强膜层1920，其从顶部看是相对于彼此以正交方向堆叠的。如图所示，相交的梯形脊棱镜结构形成分别对应于每个梯形脊棱镜结构的平坦化的脊1922和尖锐的谷1924的平坦的脊线1912和尖锐的谷线1914的网格。在这样的布置中，在来自增强膜层1920a的平坦的脊线1912与来自增强膜层1920b的平坦的脊线1912重叠的每个位置处形成脊-脊透明观察窗1950。

如图19B所示，穿过梯形脊增强层1900的平坦化的脊1922区域的相邻光路在基本上相同的方向上弯曲，如光路1930b和1930c所示的。类似地，当两个平坦化的脊1922区域如在每个脊-脊透明观察窗1950处重叠时，相邻的光路继续在基本相同的方向上弯曲。此外，穿过那些平坦化的脊1922区域的光趋于沿基本上相同的方向进入和离开膜层。这样，由与这种脊-脊透明观察窗1950相对应的显示器下光学传感器接收的光不会局部畸变，并且可以被显示器下光学传感器可靠地使用。例如，准直器和/或其他部件可以用于将来自那些区域的光引导至传感器阵列的特定部分。实际上，穿过脊-脊透明观察窗1950外部的区域的光(例如，光路1930a)仍可以以不同的方式弯曲，从而对应与该光相关联的数据。根据需要，这种光可以被传感器忽略。例如，可以使用掩模或其他技术来物理地禁止这种光到达传感器部件，和/或可以使用数字差集或其他技术来在逻辑上禁止这种光到达传感器部件。在一些实施例中，显示器下光学传感器收集从一些或全部的脊-脊透明观察窗1950接收的图像数据(例如，忽略或丢弃其他接收到的图像数据)，并使用收集的图像数据以进行光学感测功能(例如，指纹检测)。

图20A-20C示出了根据各种实施例的新型梯形谷增强层2000的示例性部分的视图。梯形谷增强层2000可以是增强层1725的另一实施例。图20A示出了梯形谷增强层2000的一小部分的放大视图2010。图20B示出了梯形谷增强层2000的一个增强膜层2020的一小部分的截面。图20C示出了梯形谷增强层2000的相对于彼此以正交方向堆叠的两个增强膜层2020a、2020b的一小部分的截面。

如图所示，每个增强膜层2020形成有一系列梯形谷棱镜结构。每个梯形谷棱镜结构包括尖锐的脊2022和平坦化的谷2024。图20A示出了图20C的两个增强膜层2020，其从顶部看相对于彼此以正交方向堆叠。如图所示，相交的梯形谷棱镜结构形成了分别对应于每个梯形谷棱镜结构的尖锐的脊2022和平坦化的谷2024的尖锐的脊线2014和平坦的谷线2012的网格。在这样的布置中，在来自增强膜层2020a的平坦的谷线2012与来自增强膜层2020b的平坦的谷线2012重叠的每个位置处形成谷-谷透明观察窗2050。

如图20B所示，穿过梯形脊增强层2000的平坦化的谷2024区域的相邻光路在基本相同的方向上弯曲，如光路2030a和2030b所示。此外，穿过那些平坦化的谷2024区域的光倾向于沿基本相同的方向进入和离开膜层。类似地，当两个平坦化的谷2024区域如在每个谷-谷透明观察窗2050处重叠时，相邻的光路继续在基本相同的方向上弯曲。这样，与这种谷-谷透明观察窗2050相对应的由显示器下光学传感器接收的光不会局部畸变，并且可以被显示器下光学传感器可靠地使用。例如，准直器和/或其他部件可用于将来自那些区域的光线引导到传感器阵列的特定部分。实际上，穿过谷-谷透明观察窗2050外部的区域的光(例如，光路1930a)仍可以以不同的方式弯曲，从而对应与该光相关联的数据。根据需要，这种光可以被传感器忽略。例如，可以使用掩模或其他技术来物理地禁止这种光到达传感器部件，和/或可以使用数字差集或其他技术来在逻辑上禁止这种光到达传感器部件。在一些实施例中，显示器下光学传感器收集从横跨一些或全部的谷-谷透明观察窗2050接收的图像数据(例如，忽略或丢弃其他接收到的图像数据)，并使用收集的图像数据以进行光学感测功能(例如，指纹检测)。

图21A-21C示出了根据各种实施例的新型梯形脊-梯形谷增强层2100的示例性部分的视图。梯形脊-梯形谷增强层2100可以是增强层1725的实施例。图21A示出了梯形脊-梯形谷增强层2100的一小部分的放大视图2010。图21B示出了梯形脊-梯形谷增强层2100的一个增强膜层2120的一小部分的截面。图21C示出了梯形脊-梯形谷增强层2100的相对于彼此以正交方向堆叠的两个增强膜层2120a、2120b的一小部分的截面。

如图所示，每个增强膜层2120形成有一系列梯形脊-梯形谷棱镜结构。每个梯形脊-梯形谷棱镜结构都包括平坦化的脊1922和平坦化的谷2024。图21A的放大视图2110示出了图21C的两个增强膜层2120，其从顶部看相对于彼此以正交方向堆叠。如图所示，相交的梯形脊-梯形谷棱镜结构形成平坦的脊线1912和平坦的谷线2012的网格，分别对应于每个梯形脊-梯形谷棱镜结构的平坦化的脊1922和平坦化的谷2024。在这样的布置中，可以在谷和/或脊的每个相交处形成透明的观察窗。例如，在来自增强膜层2120a的平坦的脊线1912与来自增强膜层2120b的平坦的脊线1912重叠的每个位置处形成脊-脊透明观察窗1950，在来自增强膜层2120a的平坦的谷线2012与来自增强膜层2120b的平坦的谷线2012重叠的每个位置处形成谷-谷透明观察窗2050，并且在来自增强膜层2120中的一个的平坦的脊线1912与来自增强膜层2120中的另一个的平坦的谷线2012重叠的每个位置处形成脊-谷透明观察窗2150。

如图21B所示，穿过梯形脊-梯形谷增强层2100的平坦化的脊1922区域或平坦化的谷2024区域的相邻光路在基本相同的方向上弯曲，如光路1930b和1930c所示，并且如通过光路2030a和2030b所示。此外，穿过那些平坦化的脊1922区域和平坦化的谷2024区域的光倾向于以基本相同的方向进入和离开膜层。当多层重叠时，这可成立，以使得两个平坦化的脊1922区域重叠，两个平坦化的谷2024区域重叠，或者平坦化的脊1922区域与平坦化的谷2024区域重叠；以使得相邻的光路通过多层继续沿基本相同的方向弯曲。这样，由与任何类型的透明观察窗(即，任何的脊-脊透明观察窗1950、谷-谷透明观察窗2050和/或脊-谷透明观察窗2150)相对应的显示屏下光学传感器所接收的光不会局部变形，并且可以被显示屏下光学传感器可靠地使用。实际上，穿过透明观察窗外部的区域的光(例如，光路1930a)仍可以以不同的方式弯曲，从而对应与该光相关联的数据。根据需要，这种光可以被传感器忽略。例如，可以使用任何适当的物理和/或逻辑技术来禁止这种光到达传感器部件。在一些实施例中，显示器下光学传感器收集从横跨一些或全部的透明观察窗接收的图像数据(例如，忽略或丢弃其他接收到的图像数据)，并使用收集的图像数据以进行光学传感功能(例如指纹检测)。

虽然图19A-图21C示出了图17的增强层1725的各种实施例，可以在具有各种修改的那些和其他实施例中实现增强层1725。在一些实施方式中，增强层1725仅包括单个增强膜层。在其他实施方式中，增强层1725包括两个以上的增强膜层。例如，增强层1725包括相对于其相邻层旋转360/N度的N个膜层。在其他实施方式中，增强层1725的不同区域被不同地配置。在一个这样的实施方式中，增强层1725的区域是具有梯形脊-梯形谷棱镜结构的主传感器区域(例如，对应于感测区域615)，并且增强层1725的其余部分具有尖锐的棱镜结构、梯形脊棱镜结构或梯形谷棱镜结构。在另一个这样的实施方式中，增强层1725的第一区域是具有梯形脊-梯形谷棱镜结构的主传感器区域(例如，对应于感测区域615)，增强层1725的第二区域是具有梯形脊或梯形谷棱镜结构的外围传感器区域(例如，对应于邻近并围绕感测区域615的区域)，并且增强层1725的其余部分具有尖锐的棱镜结构。

此外，可以以不同方式产生增强层1725的平坦化的区域。在一些实施例中，增强层1725的棱镜结构最初被制造成具有梯形特征。例如，使用模具、增材制造(例如，三维印刷)或其他技术来制造棱镜结构以具有平坦化的脊和/或平坦化的谷。在其他实施例中，增强层1725的棱镜结构最初被制造为尖锐的棱镜结构，并且然后被精加工以形成梯形特征。例如，棱镜结构最初被制造成具有尖锐的脊，并且尖锐的脊随后被磨削或抛光以形成平坦化的脊。

图22示出了根据一些实施例的表示用于产生平坦化的脊的另一种技术的增强层2200的一部分的另一实施例。如图所示，增强层2200的膜层2220被制造成具有尖锐的脊。可以通过使至少部分地布置在折射率匹配材料层2110中的峰配置成匹配相邻层的折射率(例如，通过在组装期间将峰压入折射率匹配的材料层2110中)来有效地平坦化棱镜结构的尖锐的脊。在一些这样的实施例中，在组装期间，可以将折射率匹配材料施加(例如，通过旋涂)到形成折射率匹配材料层2110正上方的层的底部表面上，并且增强膜层2220的棱镜结构可以被压入到折射率匹配材料层2110中。例如，增强层2200可以包括两个增强膜层2220，其位于图17B的LCM 1720的正下方。上增强膜层2220可以被压入到施加在LCM 1720的底部表面的第一折射率匹配材料层2110中，并且下增强膜层2220可以被压入到施加在LCM 1720的底部表面的第二折射率匹配材料层2110中。在这种实施方式中，第一折射率匹配材料和第二折射率匹配材料可以被设计为匹配不同的折射率。

尽管本公开包含许多细节，但是这些不应被解释为对任何发明或可要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对可专用于特定发明的特定实施例的特征的描述。本专利文件中在不同的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以独立地在多个实施例中实施或以任何合适的子组合来实施。而且，尽管特征在上面被描述为以某些组合起作用并且甚至最初这样被要求保护，但是在一些情况下，可以从组合中切除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或以先后顺序执行这样的操作，或执行所有示例性的操作以达到理想的效果。此外，在该专利文件中描述的实施例中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施例中都需要这种分离。

仅描述了一些实施方式和示例，并且基于该专利文件中所描述和示出的内容可以进行其他实施方式、增强和变化。

除非特别指出相反，否则对“一”、“一个”、“该”或“所述”的引用旨在表示“一个或多个”。

范围可以在本文中表示为从“大约”一个指定值和/或到“大约”另一指定值。本文使用的术语“大约”是指大致上，在粗略或附近的范围内。当术语“大约”与数字范围结合使用时，它通过扩展上述数值上下的边界来修改该范围。通常，术语“大约”在本文中用于将数值在所述值之上和之下修改10％的变化。当表达这样的范围时，另一实施例包括从一个指定值和/或至另一指定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解的是，指定值形成另一实施例。还将理解，每个范围的端点都包括在该范围内。

出于所有目的，此处提及的所有专利、专利申请、出版物和说明书均通过全文引用并入本文。没有一个被承认是现有技术。

Claims (20)

1.一种具有集成屏下光学传感器的电子设备，所述电子设备包括：

液晶模块LCM，所述液晶模块LCM包括多个LCM层，所述多个LCM层包括：

液晶显示面板，所述液晶显示面板具有多个液晶结构以输出图像用于显示，并且具有多个触摸感测结构以检测触摸事件；和

增强面板，所述增强面板具有一组增强膜层，每个增强膜层包括多个棱镜结构，由一组棱镜特征定义的每个棱镜结构包括棱镜脊和棱镜谷，每个棱镜结构的所述一组棱镜特征中的至少一个具有梯形轮廓，每个棱镜脊都指向所述液晶显示面板；

光学传感器模块，所述光学传感器模块布置在所述LCM下方，以接收穿过所述液晶显示面板的探测光以检测光学生物特征，所述光学传感器模块包括光学传感器阵列以接收所述探测光；和

顶部透明层，所述顶部透明层布置在所述LCM上方，以提供用于显示所述图像的输出界面，用于接收所述触摸事件的输入界面、以及用于在所述光学生物特征和所述液晶显示面板之间提供光路的输入界面。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，至少一部分棱镜结构是梯形脊棱镜结构，使得所述至少一部分棱镜结构的所述一组棱镜特征包括多个平坦的脊特征和多个尖锐的谷特征。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中：

所述增强面板包括：

上增强膜层，所述上增强膜层包括沿第一方向延伸的所述多个棱镜结构的第一部分以形成第一多条平坦脊线；和

下增强膜层，所述下增强膜层包括沿第二方向延伸的所述多个棱镜结构的第二部分以形成第二多条平坦脊线，所述第二方向与所述第一方向正交；并且

在所述第一多条平坦的脊线中的一条与所述第二多条平坦的脊线中的一条交叉的每个位置处形成脊-脊透明观察窗。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，至少一部分棱镜结构是梯形谷棱镜结构，使得所述至少一部分棱镜结构的所述一组棱镜特征包括多个平坦的谷特征和多个尖锐的脊特征。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其中：

所述增强面板包括：

上增强膜层，所述上增强膜层包括沿第一方向延伸的所述多个棱镜结构的第一部分以形成第一多条平坦的谷线；和

下增强膜层，所述下增强膜层包括沿第二方向延伸的所述多个棱镜结构的第二部分以形成第二多条平坦的谷线，所述第二方向与所述第一方向正交；并且

在所述第一多条平坦的谷线中的一条与所述第二多条平坦的谷线交叉的每个位置处形成谷-谷透明观察窗。

6.根据权利要求1所述的电子设备，其中，至少一部分棱镜结构是梯形脊-梯形谷棱镜结构，使得所述至少一部分棱镜结构的所述一组棱镜特征包括多个平坦的脊特征和多个平坦的谷特征。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其中：

所述增强面板包括：

上增强膜层，所述上增强膜层包括沿第一方向延伸的所述多个棱镜结构的第一部分以形成第一多条平坦的脊线和第一多条平坦的谷线；和

下增强膜层，所述下增强膜层包括沿第二方向延伸的所述多个棱镜结构的第二部分以形成第二多条平坦的脊线和第二多条平坦的谷线，所述第二方向与所述第一方向正交；

在所述第一多条平坦的脊线中的一条与所述第二多条平坦的脊线中的一条交叉的每个位置处形成脊-脊透明观察窗；

在所述第一多条平坦的谷线中的一条与所述第二多条平坦的谷线中的一条交叉的每个位置处形成谷-谷透明观察窗；并且

在所述第一多条平坦的脊线中的一条与所述第二多条平坦的谷线中的一条交叉的每个位置处以及在所述第一多条平坦的谷线中的一条与所述第二多条平坦的脊线中的一条交叉的每个位置处形成脊-谷透明观察窗。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其中：

所述液晶显示面板具有面向所述顶部透明层的顶部显示表面和面向所述增强面板的底部显示表面；

所述底部显示表面具有施加在其上的折射率匹配层；并且

对于所述一组增强膜层中的一个，至少一部分棱镜结构中的每一个形成为具有相应的尖锐的棱镜脊以形成相应的梯形脊棱镜结构，其中，所述尖锐的棱镜脊具有设置在所述折射率匹配层内的峰部。

9.根据权利要求1所述的电子设备，其中：

所述增强面板包括上增强膜层和下增强膜层；

所述上增强膜层具有面向所述液晶显示面板的顶部膜表面和面向所述下增强膜层的下部膜表面；

所述底部膜表面具有施加在其上的折射率匹配层；并且

对于所述下增强膜层，至少一部分棱镜结构中的每一个形成为具有相应的尖锐的棱镜脊以形成相应的梯形脊棱镜结构，其中，所述尖锐的棱镜脊具有设置在所述折射率匹配层内的峰部。

10.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述一组增强膜层中的每一个是光偏振增强膜层。

11.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

一个或多个探测光源，所述一个或多个探测光源位于所述液晶显示面板下方，以向所述顶部透明层的传感器区域投射所述探测光通过所述增强面板和所述液晶显示面板，使得由所述光学传感器模块从所述顶部透明层的所述传感器区域接收所述探测光的反射部分。

12.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述顶部透明层包括相对于所述光学传感器模块定位的指定感测区域，使得所述光学生物特征与所述指定感测区域的交界允许由所述光学传感器模块感测所述光学生物特征。

13.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述液晶显示面板结构包括光扩散层，所述光扩散层被配置为允许光透射至所述光学传感器模块。

14.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述多个LCM层还包括以下中的至少一个：

导光板层；或

光反射器层。

15.一种用于集成在具有集成屏下光学传感器的电子设备中的液晶模块LCM，所述LCM包括：

液晶显示面板，所述液晶显示面板具有多个液晶结构以输出图像用于显示；和

增强面板，所述增强面板设置位于所述液晶显示面板下方并具有一组增强膜层，每个增强膜层包括多个棱镜结构，由一组棱镜特征定义的每个棱镜结构包括棱镜脊和棱镜谷，每个棱镜结构的所述一组棱镜特征中的至少一个具有梯形轮廓，每个棱镜脊指向所述液晶显示面板；

一个或多个背光源，所述一个或多个背光源布置在所述增强面板下方并设置为通过所述增强面板向所述液晶显示面板提供背光；和

一个或多个探测光源，所述一个或多个探测光源布置在所述增强面板下方，并设置为投射通过与传感器区域相对应的所述液晶显示面板和所述增强面板的探测光，

以使得：当所述LCM被夹在顶部透明层和光学传感器模块之间，所述探测光被投射到所述顶部透明层的传感器部分上，并且由所述光学传感器模块从所述顶部透明层的所述传感器区域接收所述探测光的反射部分。

16.根据权利要求15所述的LCM，其中，至少一部分棱镜结构是梯形脊棱镜结构，使得所述至少一部分棱镜结构的所述一组棱镜特征包括多个平坦的脊特征和多个尖锐的谷特征。

17.根据权利要求15所述的LCM，其中，至少一部分棱镜结构是梯形谷棱镜结构，使得所述至少一部分棱镜结构的所述一组棱镜特征包括多个尖锐的脊特征和多个平坦的谷特征。

18.根据权利要求15所述的LCM，其中，至少一部分棱镜结构是梯形脊-梯形谷棱镜结构，使得所述至少一部分棱镜结构的所述一组棱镜特征包括多个平坦的脊特征和多个平坦的谷特征。

19.根据权利要求15所述的LCM，其中：

所述增强面板包括：

上增强膜层，所述上增强膜层包括沿第一方向延伸的所述多个棱镜结构的第一部分以形成第一多条梯形特征线；和

下增强膜层，所述下增强膜层包括沿第二方向延伸的所述多个棱镜结构的第二部分以形成第二多条梯形特征线，所述第二方向与所述第一方向正交；并且

在所述第一多条梯形特征线中的一条与所述第二多条梯形特征线中的一条交叉的每个位置处形成透明观察窗。

20.一种智能手机，其包括根据权利要求15所述的LCM。

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