CN105868742B - 显示组件和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种显示组件和显示装置。该显示组件包括显示面板和背光源，所述显示面板划为显示区和非显示区，所述显示面板在所述显示区内设置有图形获取元件和光处理单元，所述光处理单元包括能对光进行汇聚的曲透镜，所述曲透镜用于对所述背光源透射过所述显示面板、且在所述显示面板显示侧受遮挡而反射回的光进行汇聚处理，处理后的光射至所述图形获取元件。该显示组件基于显示面板实现光学式指纹识别，通过设置曲透镜汇聚光线，增大指纹的谷和指纹的脊的光能量差异，具有较准确的指纹识别效果。
Description
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种显示组件和显示装置。
背景技术
随着指纹识别技术的发展，使其在诸多领域得到广泛应用，如电子设备终端中的手机、平板电脑和电视等；安全防护系统中的门禁和保险柜等。指纹采集的实现方式主要有光学式、电容式和超声成像式等技术，其中光学式指纹识别技术的识别范围相对较大，且成本相对较低。
目前，以液晶显示装置实现的包括手机等移动终端使用的光学式指纹识别技术，多以背光源照明手指后由手指将光束进行漫反射至光电传感器进行判别指纹纹路，难以实现准确识别。如图1所示，在指纹识别过程中，背光源作为光源照明手指后，光束由手指发生漫反射，其中一部分光束会被光电传感器接收，所接收的手指指纹的波谷(以下称为谷)和波峰(以下称为脊)漫反射光能会有所差异，谷的光能相对于脊的光能低，由此差异来进行指纹识别。然而，由于液晶层的透过率较低，因此上述液晶显示装置中背光源的光束两次经过液晶层后到达光电传感器的光能量非常低，光电传感器只是接收到了很少一部分的手指漫反射的光束；而且，手指指纹的谷和脊所漫反射的发散光的光能量差异是极小的，同时在手指指纹的谷和脊之间还存在环境光的干扰，因此上述液晶显示装置很难对指纹进行准确的识别。
可见，设计一种能对指纹进行准确的识别的液晶显示面板成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种显示组件和显示装置，通过设置曲透镜汇聚光线，能增大指纹的谷和指纹的脊的光能量差异，至少部分解决对指纹准确的识别的问题。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该显示组件，包括显示面板和背光源，所述显示面板划为显示区和非显示区，其中，所述显示面板在所述显示区内设置有图形获取元件和光处理单元，所述光处理单元包括能对光进行汇聚的曲透镜，所述曲透镜用于对所述背光源透射过所述显示面板、且在所述显示面板显示侧受遮挡而反射回的光进行汇聚处理，处理后的光射至所述图形获取元件。
优选的是，所述显示面板包括自显示侧依次设置的玻璃盖板、第一基板、液晶层和第二基板，所述玻璃盖板形成多个第一曲透镜且所述第一曲透镜的凸曲面朝向所述液晶层，所述第一曲透镜的物方焦点位于所述玻璃盖板的上表面或其内部；和/或，所述第一基板形成多个第二曲透镜且所述第二曲透镜的凸曲面背离所述液晶层，所述第二曲透镜的像方焦点位于所述第二基板的下表面或其内部。
优选的是，所述第一曲透镜和所述第二曲透镜均包括多个微柱透镜或多个球面透镜，所述第一曲透镜中的一个微柱透镜的焦点与所述第二曲透镜中一个的微柱透镜的焦点位于同一直线上。
优选的是，所述玻璃盖板与所述第一基板之间设置有上偏光片，所述第二曲透镜中的微柱透镜的凸曲面位于所述上偏光片的下表面或所述第一基板的上表面。
优选的是，所述第一基板与所述玻璃基板之间还设置有光学胶层，所述光学胶层的折射率小于所述玻璃盖板的折射率。
优选的是，所述第一曲透镜中的微柱透镜的曲率半径与所述第二曲透镜中的微柱透镜的曲率半径相等或不相等。
优选的是，所述第一曲透镜中的微柱透镜为连续分布或间隔分布，所述第二曲透镜中的微柱透镜为连续分布或间隔分布。
优选的是，所述第一曲透镜中的微柱透镜的物方焦距小于所述玻璃盖板的厚度，所述第二曲透镜中的微柱透镜的像方焦距小于所述第一基板的厚度。
优选的是，所述第一基板为彩膜基板，第二基板为阵列基板；或者，所述第一基板为阵列基板，所述第二基板为彩膜基板。
一种设置方式为，所述显示区划分为多个像素区，所述彩膜基板在相邻所述像素区之间的间隙区域设置有黑矩阵，所述图形获取元件设置于对应着所述黑矩阵的上方。
另一种设置方式为，所述显示区划分为多个像素区，所述阵列基板在每一所述像素区内均设置有薄膜晶体管，所述图形获取元件设置于对应着所述薄膜晶体管的区域的上方。
优选的是，所述图形获取元件为光电传感器，所述光电传感器包括依次设置的p型硅层、本征层和n型硅层。
优选的是，所述P型硅层采用SiH4、B2H6混合形成，所述本征层采用SiH4形成或采用SiH4、H2混合形成，所述N型硅层采用SiH4、PH3、H2混合形成。
优选的是，所述P型硅层、所述本征层和所述N型硅层分别采用气化镀膜方式形成。
一种显示装置，包括上述的显示组件。
本发明的有益效果是：该显示组件基于显示面板实现光学式指纹识别，通过设置曲透镜汇聚光线，增大指纹的谷和指纹的脊的光能量差异，具有较准确的指纹识别效果。
附图说明
图1为现有技术中液晶显示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中显示组件的结构示意图；
图3为实施例1中显示组件的工作原理图；
图4为实施例2中显示组件的工作原理图；
图5为本发明实施例3中显示组件的结构示意图；
图6为本发明实施例4中显示组件的结构示意图；
附图标记中：
1－玻璃盖板；2－上偏光片；3－彩膜基板；4－液晶层；5－阵列基板；6－光学胶层；7－背光源；8－油墨；9－边框；
10－指纹；
11－第一曲透镜；12－第二曲透镜；13－光电传感器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明显示组件和显示装置作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种显示组件，该显示组件基于显示面板实现光学式指纹识别，通过设置曲透镜汇聚光线，增大指纹的谷和指纹的脊的光能量差异，具有较准确的指纹识别效果。
一种显示组件，包括显示面板和背光源，显示面板划为显示区和非显示区，显示面板在显示区内设置有图形获取元件和光处理单元，光处理单元包括能对光进行汇聚的曲透镜，曲透镜用于对背光源透射过显示面板、且在显示面板显示侧受遮挡而反射回的光进行汇聚处理，处理后的光射至图形获取元件。
如图2所示，显示面板包括自显示侧依次设置的玻璃盖板1、第一基板、液晶层4和第二基板，玻璃盖板1形成多个第一曲透镜11且第一曲透镜11的凸曲面朝向液晶层4，第一曲透镜11的物方焦点位于玻璃盖板1的上表面或其内部；以及，第一基板形成多个第二曲透镜12且第二曲透镜12的凸曲面背离液晶层4，第二曲透镜12的像方焦点位于第二基板的下表面或其内部。
其中的凸曲面由带有一定曲率的微柱透镜阵列或球面透镜阵列形成，由微柱透镜形成的凸曲面可对子午方向或弧矢方向的任一个方向的光束起汇聚作用，而球面透镜可对子午方向和弧矢方向均起汇聚作用。微柱透镜阵列加工工艺简单，只需要条形结构就可以形成。而球面透镜阵列，相对加工较复杂，但其聚光效果优于微柱透镜阵列。
这里，图2以将玻璃盖板1的下表面制作成带有一定曲率的微柱透镜阵列的第一曲透镜11，将第一基板的上表面制作成带有一定曲率的微柱透镜阵列的第二曲透镜12作为示例，示意能对从背光源再次反射入显示面板中的光线，从而进行更好的汇聚。第一曲透镜11和第二曲透镜12制作成球面透镜阵列的结构和工作原理与微柱透镜阵列类似，本实施例中不再详述。本实施例的显示组件中，第一曲透镜11和第二曲透镜12中的微柱透镜均为凸透镜，第一曲透镜11中一个的微柱透镜的焦点与第二曲透镜12中的一个微柱透镜的焦点位于同一直线上。其中，第一基板为彩膜基板3，第二基板为阵列基板5；或者，第一基板为阵列基板5，第二基板为彩膜基板3。根据应用场景的不同，显示组件中第一基板和第二基板的相对位置可形成不同设置。
通常情况下，玻璃盖板1与第一基板之间设置有上偏光片2，第二曲透镜12中的微柱透镜的凸曲面位于上偏光片2的下表面或第一基板的上表面。当第二曲透镜12中的微柱透镜的凸曲面位于上偏光片2的下表面时，需将第二曲透镜12贴附在上偏光片上，且将凸曲面朝向液晶层4，同时还借助光学胶涂布在第一基板上进行贴合，在一定程度上会增加显示器件的厚度。
其中，第一曲透镜11中的微柱透镜的焦距与玻璃盖板1的厚度近似相同，第二曲透镜12中的微柱透镜焦距与第二基板的厚度近似相同。由于透镜的焦距并不是透镜的表面到焦点的距离，而是透镜的光学主面到焦点的距离，因此这里第一曲透镜11的物方焦点位于玻璃盖板的上表面，但是玻璃盖板1的厚度与透镜的焦距只是相近，而非完全相等。
如图3所示，若第一曲透镜11中的微柱透镜的物方焦点位于玻璃盖板1的上表面，第二曲透镜12中的微柱透镜像方焦点在第二基板的上表面，这时经过第一曲透镜11的光束变为平行光束，这样的平行光束对于第二曲透镜12而言，物距为无穷远，因此它与第一曲透镜11的相对位置对物距无影响，故无需严格的位置关系。
通常情况下，玻璃盖板1通过光学胶((Optically Clear Adhesive，简称OCA)与第一基板粘合，此时第一基板与玻璃盖板1之间设置有光学胶层6，光学胶层6的折射率小于玻璃盖板1的折射率。在这种情况下，第一曲透镜11和第二曲透镜12所处介质折射率不是空气而是光学胶层6，则选取折射率大的透镜阵列和折射率小的光学胶层6，保证透镜的光束偏折作用明显。例如可取第一曲透镜11和第二曲透镜12的最大折射率为1.65，光学胶层6的最小折射率为1.42。优选的是，采用框贴的方式，尽可能使第一曲透镜11的分界面和第二曲透镜12的分界面都是玻璃和空气，这样就可以采用1.5164折射率的普通玻璃，而避免采用昂贵的1.65折射率的玻璃。
优选的是，显示组件中的光学胶层6、上偏光片2、彩膜基板3、液晶层4的介质折射率相近，并且液晶层4的厚度为微米级，因此不会产生明显的双折射现象，保证光线在传播的过程除曲透镜之外的区域保持沿直线传播。
优选的是，第一曲透镜11中的微柱透镜的曲率半径与第二曲透镜12中的微柱透镜的曲率半径相等或不相等；并且，第一曲透镜11中的微柱透镜为连续分布或间隔分布，第二曲透镜12中的微柱透镜为连续分布或间隔分布。也即，多个第一曲透镜11中的微柱透镜的弯曲弧面可以是连接在一起，也可以不连接在一起；多个第二曲透镜12中的微柱透镜的弯曲弧面可以是连接在一起，也可以不连接在一起。
经第一曲透镜11和第二曲透镜12汇聚后的光线，射至图形获取元件，图形获取元件为光电传感器13。一种优选方式为，显示区划分为多个像素区，彩膜基板3在相邻像素区之间的间隙区域设置有黑矩阵，图形获取元件设置于对应着黑矩阵的上方。另一种优选方式为，显示区划分为多个像素区，阵列基板5在每一像素区内均设置有薄膜晶体管，图形获取元件设置于对应着薄膜晶体管的区域的上方。这里应该理解的是，根据应用场合，只需将光电传感器13制作在像素开口区即可，以保障正常的光路和获取足够的光能。
这里，光电传感器13采用PIN三层材料制作，包括依次设置的p型硅层、本征层和n型硅层。优选的是，P型硅层采用SiH4、B2H6混合形成，本征层采用SiH4形成或采用SiH4、H2混合形成，N型硅层采用SiH4、PH3、H2混合形成。在制备过程中，P型硅层、本征层和N型硅层分别采用气化镀膜方式形成。光电传感器13实质是一个光敏电阻，当其受到光照时，电阻会减小，电流会增大，并且光照强度越强，电阻就越小，以此原理进行指纹10的谷和脊光照强度的判别，强度大的是指纹10的脊，强度小的是指纹10的谷。
本实施例中的显示组件，将玻璃盖板1的下表面制作成带有一定曲率的微柱透镜的凸曲面，将彩膜基板3的上表面制作成带有一定曲率的微柱透镜的凸曲面。其中，设置玻璃盖板1下表面的微柱透镜的曲率，使该微柱透镜的物方焦点与玻璃盖板1的上表面重合；设置彩膜基板3的上表面的微柱透镜的曲率，使该微柱透镜的像方焦点与阵列基板5的上表面重合。参考图3，本实施例中的显示组件的工作原理为：当手指触控玻璃盖板1时，使由手指漫反射的光束绝大部分经过玻璃盖板1的微柱透镜后被折射为准直光束，准直光束再依次经过光学胶层6和上偏光片2后，被彩膜基板3上的凸曲面汇聚到阵列基板5的上表面，由光电传感器13接收并转换成电信号。
容易理解的是，该显示组件在整体结构中，同样不可避免地需要油墨8、边框9等组件，其功能与现有显示面板中对应组件的功能相同，因此这里不再详述。
该显示组件中由于曲透镜中的微柱透镜对光线的汇聚作用，光路绝大部分被光电传感器接收，使光电传感器接收到的指纹的谷和指纹的脊的反射光光强增大，例如：相对于未设置微柱透镜的显示组件而言，如在未设置微柱透镜的显示组件只有1°发散角的光束被光电传感器接收，则设置微柱透镜后将有10°发散角的光束被光电传感器接收，具体角度通常需要根据光电传感器的大小、与手指的距离以及微柱透镜的孔径进行计算。
可见，该显示组件中通过设置曲透镜汇聚光线，对于同一光电传感器而言，其接收到的光强度明显增大。此时，由于指纹的脊的反射光强低于指纹的谷的反射光强，从而能准确的判别其差异，由此进行指纹识别，提高指纹识别系统的准确率。
实施例2：
本实施例提供一种显示组件，该显示组件基于显示面板实现光学式指纹识别，增大指纹的谷和指纹的脊的光能量差异，具有较准确的指纹识别效果。本实施例的显示组件与实施例1的显示组件的区别在于，曲透镜的物方焦距和像方焦距的设置位置不同。
本实施例的显示组件中，可通过改变第一曲透镜11中的微柱透镜和第二曲透镜12中微柱透镜的曲率，或改变玻璃盖板1的厚度，使其玻璃盖板1下表面的微柱透镜的物方焦点不再与玻璃盖板1的上表面重合，优选物方焦点处于玻璃盖板1的内部，使其物方焦距小于手指触控时的物距。当然，也改变彩膜基板3的厚度，使彩膜基板3的上表面的微柱透镜的像方焦点不再与阵列基板5的上表面重合，优选于像方焦点处于阵列基板5的内部。
例如，使得第一曲透镜11的焦距小于玻璃盖板1的厚度，第二曲透镜12的焦距小于第一基板的厚度。如图4所示，若第一曲透镜11的物方焦点位于玻璃盖板1的内部，第二曲透镜12的物方焦点位于第二基板的外部，则根据物象关系公式有：
第一曲透镜：
第二曲透镜：
其中，t1为玻璃盖板1的厚度，t1的厚度范围为：0.5mm～0.7mm；t2为第二基板的厚度，t2的厚度范围为：0.15mm～0.5mm；d为光学胶层6与上偏光片2的厚度之和，d的厚度范围为：0.2mm～0.3mm；t1′为物在物距t1下，经过第一曲透镜11后所成像的像距；t2′为物在物距t2下，经过第二曲透镜12后所成像的像距。
例如：以最薄化设计标准，取t1＝0.5mm，d＝0.2mm，t2＝0.15mm，则：
1)在透镜所处物方介质和象方介质的折射率相同的情形，则第一曲透镜11的物方焦距f1与像方焦距f1＇相等,即：f1＝f1＇＝0.8mm，通过公式(1)和公式(2)，可计算出第二曲透镜12的像方焦距f2＇＝0.173mm；
2)在透镜所处物方介质和象方介质的折射率不等的情形，物方焦距与像方焦距不相等，f1≠f1＇，根据：
当第一曲透镜11和第二曲透镜12所处介质折射率n0＝1(处于空气中)时，设计两个曲透镜的折射率为K9玻璃折射率n1＝n2＝1.5164，通过公式(3)和公式(4)可计算出第一曲透镜11的曲率半径r1＝0.41mm，第二曲透镜12的曲率半径r2＝0.09mm。
本实施例的显示组件，同样也具有汇聚光束的作用，可使光电传感器接收到的指纹的谷和指纹的脊的反射光光强增大，从而准确的判别其差异，指纹的脊的反射光强低于指纹的谷，由此进行指纹识别，以提高指纹识别系统的准确率。
实施例3：
本实施例提供一种显示组件，该显示组件基于显示面板实现光学式指纹识别，增大指纹的谷和指纹的脊的光能量差异，具有较准确的指纹识别效果。本实施例的显示组件与实施例1或实施例2的显示组件的区别在于，本实施例中的显示组件仅有第一曲透镜11。
如图5所示，该显示组件仅将玻璃盖板1的下表面制作成带有一定曲率的微柱透镜阵列的第一曲透镜11，并且使玻璃盖板1下表面的微柱透镜的物方焦点处于玻璃盖板1的内部，使其焦距小于手指触控时的物距。
本实施例的显示组件的工作原理可参考实施例1或实施例2的显示组件的工作原理，这里不再详述。
该显示组件同样也具有汇聚光束的作用，可使光电传感器接收到的指纹谷和脊的反射光光强增大，从而准确的判别其差异，指纹的脊的反射光强低于指纹的谷，由此进行指纹识别，以提高指纹识别系统的准确率。
实施例4：
本实施例提供一种显示组件，该显示组件基于显示面板实现光学式指纹识别，增大指纹的谷和指纹的脊的光能量差异，具有较准确的指纹识别效果。本实施例的显示组件与实施例1或实施例2的显示组件的区别在于，本实施例中的显示组件仅有第二曲透镜12。
如图6所示，该显示组件仅将彩膜基板3的上表面制作成带有一定曲率的微柱透镜阵列的第二曲透镜12，并且使彩膜基板3的上表面的柱透镜的物方焦距小于手指触控时的物距，由于平行光束(物体无穷远)经过凸曲面后所成像的像距与焦距相等，有限远的物体，当物距大于物方焦距时，所成像的像距一定大于像方焦距，也即像方焦距小于手指经过微柱透镜成像的像距。
本实施例的显示组件的工作原理可参考实施例1或实施例2的显示组件的工作原理，这里不再详述。
该显示组件同样可使光电传感器接收到的指纹的谷和指纹的脊的反射光光强增大，从而准确的判别其差异，指纹的脊的反射光强低于指纹的谷，由此进行指纹识别，以提高指纹识别系统的准确率。
实施例1-实施例4提供了一种基于光学式指纹识别的显示组件，其中的第一曲透镜、第二曲透镜的曲率、物方焦距和像方焦距仅作为示例，在实际应用中科根据应用场合和显示组件的尺寸需求做灵活设计，这里不做限定。
实施例5：
本实施例提供一种显示装置，该显示装置包括实施例1-实施例4中任一种的显示组件。
该显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置通过更佳的指纹识别效果，能为人们提供更好的解锁体验。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种显示组件，包括显示面板和背光源，所述显示面板划为显示区和非显示区，其特征在于，所述显示面板在所述显示区内设置有图形获取元件和光处理单元，所述光处理单元包括能对光进行汇聚的曲透镜，所述曲透镜用于对所述背光源透射过所述显示面板、且在所述显示面板显示侧受遮挡而反射回的光进行汇聚处理，处理后的光射至所述图形获取元件，
所述显示面板包括自显示侧依次设置的玻璃盖板、第一基板、液晶层和第二基板，所述玻璃盖板形成多个第一曲透镜且所述第一曲透镜的凸曲面朝向所述液晶层，所述第一曲透镜的物方焦点位于所述玻璃盖板的上表面或其内部；所述第一基板形成多个第二曲透镜且所述第二曲透镜的凸曲面背离所述液晶层，所述第二曲透镜的像方焦点位于所述第二基板的下表面或其内部。
2.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述第一曲透镜和所述第二曲透镜均包括多个微柱透镜或多个球面透镜，所述第一曲透镜中的一个微柱透镜的焦点与所述第二曲透镜中一个的微柱透镜的焦点位于同一直线上。
3.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述玻璃盖板与所述第一基板之间设置有上偏光片，所述第二曲透镜中的微柱透镜的凸曲面位于所述上偏光片的下表面或所述第一基板的上表面。
4.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述第一基板与所述玻璃基板之间还设置有光学胶层，所述光学胶层的折射率小于所述玻璃盖板的折射率。
5.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述第一曲透镜中的微柱透镜的曲率半径与所述第二曲透镜中的微柱透镜的曲率半径相等或不相等。
6.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述第一曲透镜中的微柱透镜为连续分布或间隔分布，所述第二曲透镜中的微柱透镜为连续分布或间隔分布。
7.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述第一曲透镜中的微柱透镜的物方焦距小于所述玻璃盖板的厚度，所述第二曲透镜中的微柱透镜的像方焦距小于所述第一基板的厚度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的显示组件，其特征在于，所述第一基板为彩膜基板，第二基板为阵列基板；或者，所述第一基板为阵列基板，所述第二基板为彩膜基板。
9.根据权利要求8所述的显示组件，其特征在于，所述显示区划分为多个像素区，所述彩膜基板在相邻所述像素区之间的间隙区域设置有黑矩阵，所述图形获取元件设置于对应着所述黑矩阵的上方。
10.根据权利要求8所述的显示组件，其特征在于，所述显示区划分为多个像素区，所述阵列基板在每一所述像素区内均设置有薄膜晶体管，所述图形获取元件设置于对应着所述薄膜晶体管的区域的上方。
11.根据权利要求1-7任一项所述的显示组件，其特征在于，所述图形获取元件为光电传感器，所述光电传感器包括依次设置的p型硅层、本征层和n型硅层。
12.根据权利要求11所述的显示组件，其特征在于，所述P型硅层采用SiH4、B2H6混合形成，所述本征层采用SiH4形成或采用SiH4、H2混合形成，所述N型硅层采用SiH4、PH3、H2混合形成。
13.根据权利要求11所述的显示组件，其特征在于，所述P型硅层、所述本征层和所述N型硅层分别采用气化镀膜方式形成。
14.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-13任一项所述的显示组件。
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