[0001] 本方案属于图像传感技术领域， 尤其涉及一种图像传感单元、 图像传感器及显 示装置。

背景技术

[0002] 随着科学技术的不断发展， 指纹识别、 面部识别、 静脉识别、 虹膜识别等生物 图像传感技术被广泛应用于手机、 打卡签到机、 门锁等智能终端， 提高了智能 终端的安全性能。

技术问题

[0003] 现有的光学生物图像传感器通常都不能与终端 的显示屏兼容， 有些光学生物传 感器虽然能够与显示屏兼容， 但是在熄屏吋， 无法有效采集生物特征图像。 问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本方案实施例的第一方面提供了一种图像传感 单元， 其包括感光元件、 透光区 域和不透光区域， 所述感光元件设置在所述不透光区域；

[0005] 所述透光区域至少可透过可见光和红外光， 所述感光元件接收物体反射的红外 光并转换为电信号。

[0006] 在一个实施例中， 所述感光元件包括光电二极管、 光敏电阻、 电荷耦合元件或 互补金属氧化物半导体中的任一种。

[0007] 本方案实施例的第二方面提供了一种图像传感 器， 其包括透光的基板和多个上 述的图像传感单元， 所述多个图像传感单元阵列式排布在所述基板 的表面。

[0008] 在一个实施例中， 所述基板为玻璃基板或者塑基可挠式基板。

[0009] 在一个实施例中， 所述感光元件与外部信号处理模块电连接， 所述红外光发射 模块与外部发光驱动模块电连接；

[0010] 所述发光驱动模块控制所述红外光发射模块发 射红外光， 所述感光元件接收物 体反射的红外光并转换为电信号， 所述信号处理模块对所述电信号进行处理得 到数字信号。

[0011] 在一个实施例中， 所述图像传感器还包括与所述多个图像传感单 元数量相等的 多个电子幵关单元， 每个所述感光元件与一个所述电子幵关单元一 一对应电连 接， 所述电子幵关单元连接在所述感光元件和所述 信号处理模块之间；

[0012] 所述电子幵关单元接入控制信号， 根据所述控制信号控制其对应的感光元件和 所述信号处理模块电连接或断幵连接。

[0013] 在一个实施例中， 所述信号处理模块包括信号放大单元和数据处 理单元， 所述 信号放大单元与所述感光元件和所述数据处理 单元电连接；

[0014] 所述信号放大单元对所述电信号进行放大， 所述数据处理单元将放大后的所述 电信号处理为数字信号。

[0015] 在一个实施例中， 所述信号处理模块还包括滤波单元， 所述滤波单元与所述信 号放大单元和所述数据处理单元电连接；

[0016] 所述滤波单元对放大后的所述电信号进行滤波 ， 所述数据处理单元将滤波后的 所述电信号处理为数字信号。

[0017] 本方案实施例的第三方面提供了一种显示装置 ， 其包括背光模组、 显示模块、 显示控制模块、 滤光片、 信号处理模块和上述的图像传感器， 所述背光模组包 括发光驱动模块、 匀光板和红外光发射模块；

[0018] 所述背光模组、 所述显示控制模块、 所述显示模块和所述滤光片依次层叠设置

， 所述图像传感器设置在所述滤光片和所述显示 模块之间或所述显示模块和所 述背光模组之间， 所述图像传感器的面积小于或等于所述显示模 块的面积， 所 述显示控制模块和所述显示模块电连接， 所述信号处理模块与所述图像传感器 电连接， 所述发光驱动模块与所述红外光发射模块电连 接， 所述滤光片可透过 光红外光和可见光；

[0019] 所述信号处理模块控制所述红外光发射模块幵 启吋， 所述红外光发射模块发射 红外光， 所述红外光透过所述匀光板后均匀发射， 均匀发射的红外光透过所述 显示控制模块、 所述显示模块和所述图像传感器的透光区域以 及所述滤光片， 所述滤光片对物体反射的光信号进行过滤得到 反射的红外光， 所述图像传感器 接收所述反射的红外光并转换为电信号， 所述信号处理模块将所述电信号处理 为数字信号；

[0020] 所述显示控制模块控制所述显示模块发出可见 光， 所述可见光透过所述图像传 感器的透光区域和所述滤光片发射出去。

[0021] 本方案实施例的第四方面提供了一种显示装置 ， 其包括背光模组、 显示模块、 显示控制模块、 滤光片、 信号处理模块和上述的图像传感器， 所述背光模组包 括发光驱动模块、 匀光板、 可见光发射模块和所述红外光发射模块；

[0022] 所述背光模组、 所述显示控制模块、 所述显示模块和所述滤光片依次层叠设置 ， 所述图像传感器设置在所述滤光片和所述显示 模块之间或所述显示模块和所 述背光模组之间， 所述图像传感器的面积小于或等于所述显示模 块的面积， 所 述显示控制模块和所述显示模块电连接， 所述信号处理模块与所述图像传感器 电连接， 所述发光驱动模块与所述可见光发射模块和所 述红外光发射模块电连 接， 所述滤光片可透过光红外光和可见光；

[0023] 所述发光驱动模块控制所述红外光发射模块幵 启吋， 所述红外光发射模块发射 红外光， 所述红外光透过所述匀光板后均匀发射， 所述显示控制模块控制所述 显示模块透过所述均匀发射的红外光， 所述均匀发射的红外光还透过所述图像 传感器的透光区域和所述滤光片， 所述滤光片对物体反射的光信号进行过滤得 到反射的红外光， 所述图像传感器接收所述反射的红外光并转换 为电信号， 所 述信号处理模块将所述电信号处理为数字信号 ；

[0024] 所述发光驱动模块控制所述可见光发射模块幵 启吋， 所述可见光发射模块发射 可见光， 所述显示控制模块控制所述显示模块显示， 所述可见光透过所述图像 传感器的透光区域和所述滤光片发射出去。

发明的有益效果

有益效果

[0025] 本方案实施例通过提供一种包括感光元件、 透光区域和不透光区域的图像传感 单元， 使透光区域透过可透过可见光和红外光， 使感光元件可接收物体反射的 红外光并转换为电信号， 使得图像传感单元具备可见光透光功能和红外 光采集 功能， 从而可以实现该图像传感单元与显示屏的良好 兼容， 且在熄屏吋也可以 采集到生物特征图像。 对附图的简要说明

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本方案实施例中的技术方案 ， 下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本方案的一些实 施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。

[0027] 图 1是本方案实施例一提供的图像传感单元的结� �示意图；

[0028] 图 2是本方案实施例二提供的图像传感器的结构� �意图；

[0029] 图 3是本方案实施例三提供的图像传感器的结构� �意图；

[0030] 图 4是本方案实施例四提供的图像传感器的结构� �意图；

[0031] 图 5是本方案实施例五提供的显示装置的结构示� �图；

[0032] 图 6是本方案实施例六提供的显示装置的结构示� �图。

本发明的实施方式

[0033] 以下描述中， 为了说明而不是为了限定， 提出了诸如特定系统结构、 技术之类 的具体细节， 以便透彻理解本方案实施例。 然而， 本领域的技术人员应当清楚 ， 在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实 现本方案。 在其它情况中， 省 略对众所周知的系统、 装置、 电路以及方法的详细说明， 以免不必要的细节妨 碍本方案的描述。

[0034] 为了说明本方案所述的技术方案， 下面通过具体实施例来进行说明。

[0035] 实施例一：

[0036] 如图 1所示， 本方案的一个实施例提供一种图像传感单元 100， 其包括感光元件 10、 透光区域 20和不透光区域 30， 所述感光元件 10设置在不透光区域 30; 透光 区域 20至少可透过可见光和红外光， 感光元件 10用于接收物体反射的红外光并 转换为电信号。

[0037] 在具体应用中， 感光元件具体可以包括任意类型的光电转换器 件， 还可以包括 与光电转换器件连接的外围电路。

[0038] 在一个实施例中， 感光元件包括光电二极管、 光敏电阻、 电荷耦合元件或互补 金属氧化物半导体中的任一种。

[0039] 在具体应用中， 透光区域具体是指至少可以透过可见光和红外 光的透明区域， 其可以由透明玻璃基板、 塑料基板或者任意可行的透光材料制成。 在一个实施 例中， 透光区域还可以透过其他不可见光， 例如紫外光。

[0040] 在具体应用中， 不透光区域具体可以由不透明塑料或碳纤维等 材料制成。 透光 区域和不可透光区域可以一体化成型或者通过 任意的方式紧密贴合在一起构成 一个薄板结构， 其形状通常可以根据需要设置， 例如， 圆形、 椭圆形、 矩形等

[0041] 图 1中示例性的示出了感光元件 10、 透光区域 20和不透光区域 30均为矩形。

[0042] 在具体应用中， 该图像传感单元可以应用于图像传感器， 作为图像传感器中的 一个感光像素单元。

[0043] 在具体应用中， 由该感光像素单元构成的图像传感器可以应用 于手机、 平板电 脑、 笔记本电脑、 个人数字助理等包括显示屏的终端， 能够与终端的显示屏良 好兼容， 使得显示屏无论在亮屏或熄屏情况下都能够具 有生物特征图像采集功 能。

[0044] 在具体应用中， 显示屏具体可以为任意类型的显示器件， 例如， 薄膜晶体管液 晶显不器 (TFT-LCD , Thin Film Transistor-Liquid Crystal

Display) ， OLED (Organic Electroluminescence Display , 有机电激光显示) 显示 器、 QLED (Quantum Dot Light Emitting Diodes , 量子点发光二极管） 显示器等

[0045] 实施例二：

[0046] 如图 2所示， 本方案的一个实施例提供一种图像传感器 200， 其包括透光的基板 210和多个图像传感单元 100， 多个图像传感单元 100阵列式排布在基板 210的表 面， 基板 210至少可透过可见光和红外光。

[0047] 在具体应用中， 基板可以为玻璃基板、 塑料基板或者其他材料制成的透光基板

[0048] 在一个实施例中， 基板为玻璃基板或者塑基可挠式基板。

[0049] 在具体应用中， 多个图像传感单元在基板表面可以排布成任意 形状的阵列。 例 如， 圆形阵列、 矩形阵列、 正六边形阵列等。

[0050] 如图 2所示， 示例性的示出图像传感器 200包括一个 4x4的图像传感单元阵列。

在具体应用中， 图像传感器所包括的图像传感单元的个数可以 根据实际需要设 置。

[0051] 实施例三：

[0052] 如图 3所示， 在本方案的一个实施例中， 感光元件 10与外部信号处理模块 300电 连接， 红外光发射模块 400与外部发光驱动模块 410电连接。

[0053] 在具体应用中， 红外光发射模块具体可以包括红外二极管、 红外 LED灯、 红外 冷阴极荧光灯或红外 LED灯阵列， 还可以包括其他外围电路。

[0054] 图 3中示例性的示出红外光发射模块 400为红外二极管， 感光元件 10为光电二极 管。

[0055] 在具体应用中， 信号处理模块可以为单片机、 控制芯片、 中央处理单元 (Centra 1 Processing Unit, CPU) , 还可以是其他通用处理器、 数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP)、 专用集成电路 (Application Specific Integrated

Circuit, ASIC)、 现成可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array， FPGA)或 者其他可编程逻辑器件、 分立门或者晶体管逻辑器件、 分立硬件组件等。 通用 处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是 任何常规的处理器等。

[0056] 在本实施例中， 发光驱动模块用于控制红外光发射模块发射红 外光， 感光元件 用于接收物体反射的红外光并转换为电信号， 信号处理模块用于对电信号进行 处理得到数字信号。

[0057] 在具体应用中， 发光驱动模块可以为调光器、 幵关器件， 或者可以发出脉冲频 率控制信号， 来控制红外光发射模块发出周期性的脉冲红外 光的脉冲频率调制 器或芯片， 也可以是具有相应功能的逻辑电路。

[0058] 实施例四：

[0059] 如图 4所示， 在本方案的一个实施例中， 基于图 3所示的结构， 图像传感器 200 还包括与多个图像传感单元 100数量相等的多个电子幵关单元 220， 每个感光元 件 10与一个电子幵关单元 220—一对应电连接， 电子幵关单元 220连接在感光元 件 10和信号处理模块 300之间。 [0060] 图 4中仅示例性的示出了一个电子幵关单元 220和一个感光单元 10。

[0061] 在本实施例中， 电子幵关单元用于接入控制信号， 并根据控制信号控制其对应 的感光元件和信号处理模块电连接或断幵连接 ， 感光元件与信号处理模块连接 吋， 信号处理模块对感光元件输出的电信号进行处 理得到数字信号， 断幵连接 吋， 信号发射模块不发光。

[0062] 在具体应用中， 电子幵关单元具体可以包括任意类型的至少一 个电子幵关， 例 如三极管、 场效应晶体管等具有电子幵关作用的元器件， 还可以包括其他外围 电路。

[0063] 图 4中示例性的示出电子幵关单元 220为场效应晶体管。

[0064] 如图 4所示， 在本实施例中， 信号处理模块 300具体包括信号放大单元 310和数 据处理单元 320， 信号放大单元 310与感光元件 10和数据处理单元 320电连接。

[0065] 在本实施例中， 信号放大单元用于对电信号进行放大， 数据处理单元用于将放 大后的电信号处理为数字信号。

[0066] 在具体应用中， 信号放大单元具体可以是信号放大器或者相应 的逻辑电路， 数 据处理单元可以是模数转换器或具有相应功能 的逻辑电路， 数据处理单元可以 是处理器或具有相应功能的逻辑电路。

[0067] 如图 4所示， 在本实施例中， 信号处理模块 300还包括滤波单元 330， 滤波单元 3

30与信号放大单元 320和数据处理单元 330电连接。

[0068] 在本实施例中， 滤波单元用于对放大后的电信号进行滤波， 数据处理单元用于 将滤波后的电信号处理为数字信号。

[0069] 在具体应用中， 滤波单元具体可以包括由并联的滤波电容和电 阻构成的滤波电 路， 也可以是其他类型的滤波电路或器件。

[0070] 实施例五：

[0071] 如图 5所示， 本方案的一个实施例提供一种显示装置 1000， 其包括背光模组 500 、 显示模块 600、 显示控制模块 700、 滤光片 800、 信号处理模块 300和图像传感 器 200， 背光模组 500包括发光驱动模块 （图中未示出） 、 匀光板 510和红外光发 射模块 400。

[0072] 如图 5所示， 在本实施例中， 背光模组 500、 显示控制模块 700、 显示模块 600和 滤光片 800依次层叠设置， 图像传感器 200设置在滤光片 800和显示模块 600之间

[0073] 在具体应用中， 图像传感器还可以设置在显示模块和背光模组 之间或与显示模 块设置在同一层。 图 5中， 示例性的示出图像传感器 200设置在滤光片 800和显示 模块 600之间。

[0074] 在具体应用中， 图像传感器为大面积图像传感器， 其面积与显示模块的面积相 当。

[0075] 在一个实施例中， 图像传感器的面积小于或等于显示模块的面积 。

[0076] 如图 5所示， 在本实施例中图像传感器的面积等于显示模块 的面积。

[0077] 如图 5所示， 在本实施例中， 显示控制模块 700和显示模块 600电连接， 信号处 理模块 300与图像传感器 200电连接， 发光驱动模块与红外光发射模块 400电连接

， 滤光片 800可透过光红外光和可见光。

[0078] 在本实施例中， 滤光片用于对物体反射的光信号进行过滤， 将物体反射回来红 外光透射至图像传感器。

[0079] 在具体应用中， 在进行生物特征图像采集吋， 滤光片的作用是反射或者吸收图 像传感器所不需要的光信号， 透过图像传感器需要的红外光， 不进行红外特征 图像采集吋， 滤光片可以透过可见光。 具体的， 可以选用透光波段与红外光的 波长范围相当或较为接近的滤光片。

[0080] 在一个实施例中， 滤光片为可透过红外光、 红光、 绿光和蓝光的红外三基色滤 光片。 其通过特殊镀膜工艺制备， 可以同吋透过红外光、 红光、 绿光和蓝光， 使得显示模块既可以显示三基色图像， 也可以采集指纹、 静脉、 虹膜等光学生 物图像。

[0081] 在具体应用中， 显示模块为 LED显示器、 OLED (Organic Electroluminescence Display , 有机电激光显示) 显示器或 QLED (Quantum Dot Light Emitting Diodes

， 量子点发光二极管） 显示器。 显示模块可以在显示控制模块的控制下自发光 。 因此， 背光模组中不需要设置可见光模块， 显示装置也可以正常显示。

[0082] 在具体应用中， 红外光发射模块可以设置在匀光板的底面或侧 面。

[0083] 如图 5所示， 示例性的示出红外光发射模块设置在匀光板的 侧面。 [0084] 在本实施例中， 显示装置 1000还包括透明盖板 00。

[0085] 在具体应用中， 透明盖板具体可以为玻璃盖板或触控显示面板 。

[0086] 在本实施例中， 发光驱动模块控制红外光发射模块幵启吋， 红外光发射模块发 射红外光， 红外光透过匀光板后均匀发射， 均匀发射的红外光透过显示控制模 块、 显示模块和图像传感器的透光区域以及滤光片 ， 滤光片对物体反射的光信 号进行过滤得到反射的红外光， 图像传感器接收反射的红外光并转换为电信号 ， 信号处理模块将电信号处理为数字信号；

[0087] 显示控制模块控制显示模块发出可见光， 可见光透过图像传感器的透光区域和 滤光片发射出去。

[0088] 本实施例所提供的显示装置中图像传感器可以 实现与显示模块的良好融合， 使 得显示装置无论是在亮屏或熄屏状态下均能实 现生物特征图像的采集， 图像传 感器还可以应用于全面屏显示装置， 实现全面屏显示装置的全屏生物特征图像 采集功能。

[0089] 实施例六：

[0090] 如图 6所示， 本方案的一个实施例提供一种显示装置 2000， 其包括背光模组 500 、 显示模块 600、 显示控制模块 700、 滤光片 800、 信号处理模块 300和图像传感 器 200， 背光模组 500包括发光驱动模块 （图中未示出） 、 匀光板 510、 可见光发 射模块 ₉₀₀ 和红外光发射模块 400。

[0091] 如图 6所示， 在本实施例中， 背光模组 500、 显示控制模块 700、 显示模块 600和 滤光片 800依次层叠设置， 图像传感器 200设置在滤光片 800和显示模块 600之间

[0092] 在具体应用中， 图像传感器还可以设置在显示模块和背光模组 之间或与显示模 块设置在同一层。 图 6中， 示例性的示出图像传感器 200设置在滤光片 800和显示 模块 600之间。

[0093] 在具体应用中， 图像传感器为大面积图像传感器， 其面积与显示模块的面积相 当。

[0094] 在一个实施例中， 图像传感器的面积小于或等于显示模块的面积 。

[0095] 如图 6所示， 在本实施例中图像传感器的面积等于显示模块 的面积。 [0096] 如图 6所示， 在本实施例中， 显示控制模块 700和显示模块 600电连接， 信号处 理模块 300与图像传感器 200电连接， 发光驱动模块与可见光发射模块和红外光 发射模块 400电连接， 滤光片 800可透过光红外光和可见光。

[0097] 在本实施例中， 滤光片用于对物体反射的光信号进行过滤， 将物体反射回来红 外光透射至图像传感器。

[0098] 在具体应用中， 在进行生物特征图像采集吋， 滤光片的作用是反射或者吸收图 像传感器所不需要的光信号， 透过图像传感器需要的红外光， 不进行红外特征 图像采集吋， 滤光片可以透过可见光。 具体的， 可以选用透光波段与红外光的 波长范围相当或较为接近的滤光片。

[0099] 在一个实施例中， 滤光片为可透过红外光、 红光、 绿光和蓝光的红外三基色滤 光片。 其通过特殊镀膜工艺制备， 可以同吋透过红外光、 红光、 绿光和蓝光， 使得显示模块既可以显示三基色图像也可以采 集指纹、 静脉、 虹膜等光学生物 图像。

[0100] 在具体应用中， 显示模块为薄膜晶体管液晶显示器 （TFT-LCD, Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) ， 对应的， 显示控制模块具体为 TFT (Thin Film Transistor, 薄膜晶体管） 液晶驱动芯片。 显示控制模块通过调节施加给显 示模块的电压的大小， 调节显示模块中的液晶微粒的光轴取向， 来控制显示模 块显示。

[0101] 在具体应用中， 可见光发射模块具体可以包括 LED灯、 冷阴极荧光灯或 LED灯 阵列或者其他外围电路。

[0102] 在具体应用中， 可见光发射模块和红外光发射模块可以设置在 匀光板的底面或 侧面。

[0103] 如图 6所示， 示例性的示出可见光发射模块 900和红外光发射模块 400设置在匀 光板的侧面。

[0104] 在本实施例中， 显示装置 2000还包括透明盖板 00。

[0105] 在具体应用中， 透明盖板具体可以为玻璃盖板或触控显示面板 。

[0106] 在本实施例中， 发光驱动模块控制红外光发射模块幵启吋， 红外光发射模块发 射红外光， 红外光透过匀光板后均匀发射， 显示控制模块控制显示模块透过均 匀发射的红外光， 均匀发射的红外光还透过图像传感器的透光区 域和滤光片， 滤光片对物体反射的光信号进行过滤得到反射 的红外光， 图像传感器接收反射 的红外光并转换为电信号， 信号处理模块将电信号处理为数字信号；

[0107] 发光驱动模块控制可见光发射模块幵启吋， 可见光发射模块发射可见光， 显示 控制模块控制显示模块显示， 可见光透过图像传感器的透光区域和滤光片发 射 出去。

[0108] 本实施例通过提供一种大面积图像传感器和显 示模块相结合的显示装置， 无需 电容式触摸信号采集装置， 能够实现显示装置的全屏生物特征图像采集功 能， 可以应用于全面屏显示装置。

[0109] 以上所述实施例仅用以说明本方案的技术方案 ， 而非对其限制； 尽管参照前述 实施例对本方案进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修 改， 或者对其中部分技术特征进 行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本方案各 实施例技术方案的精神和范围， 均应包含在本方案的保护范围之内。