CN106526944A - 显示基板及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，公开了一种显示基板及显示装置。所述显示基板包括多个指纹检测区域，每一指纹检测区域包括多个光敏传感器和设置在光敏传感器的显示侧的至少一个聚光元件，手指反射的光线通过聚光元件的汇聚后，再投射至光敏传感器，增加光敏传感器检测到的光线强度，从而增加指纹谷和指纹脊反射的光线强度差，准确检测指纹谷和指纹脊，精确识别指纹。另外，将指纹识别功能集成到显示基板上，丰富了显示产品的功能。

Description

显示基板及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种显示基板及显示装置。

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，液晶显示器使用的光学式指纹识别技术尚不成熟，并且现有的公开专利多以背光源照射手指后，手指将光束进行漫反射，一部分光束反射至光电传感器装置，手指指纹的波谷(以下称为指纹谷)和波峰(以下称为指纹脊)漫反射光能会有所差异，指纹谷反射的光能相对于指纹脊反射的光能低，由此差异来进行指纹识别。然而，由于液晶层的透过率较低，因此液晶显示器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是非常低的，并且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，而且指纹谷和指纹脊反射的光为发散光，光能量差异是极小的，同时还存在环境光的干扰，因此上述液晶显示器很难对指纹进行准确的识别。

发明内容

本发明提供一种显示基板及显示装置，用以解决液晶显示装置很难对指纹进行准确识别的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种显示基板，包括多个像素区域，所述显示基板还包括多个指纹检测区域，每一指纹检测区域包括：

对应相邻两个像素区域之间的区域设置的多个光敏传感器，所述光敏传感器包括第一光敏传感器和第二光敏传感器；

设置在所述光敏传感器的靠近显示侧的一侧的至少一个聚光元件，所述聚光元件与光敏传感器的位置对应，在用户手指接触所述显示基板时，用于汇聚指纹脊反射的第一光线投射至所述第一光敏传感器，并汇聚指纹谷反射的第二光线投射至所述第二光敏传感器，所述第一光线和第二光线的强度差值大于设定值。

本发明实施例中还提供一种显示装置，包括：

如上所述的显示基板；

检测单元，与所述光敏传感器连接，用于根据所述第一光线和第二光线确定用户指纹的图形。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案中，通过在光敏传感器的显示侧设置聚光元件，使手指反射的光线通过聚光元件的汇聚后，再投射至光敏传感器，增加光敏传感器检测到的光线强度，从而增加指纹谷和指纹脊反射的光线强度差，准确检测指纹谷和指纹脊，精确识别指纹。另外，将指纹识别功能集成到显示基板上，丰富了显示产品的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中显示基板的识别指纹的原理示意图；

图2表示本发明实施例中显示基板的俯视图；

图3表示采用聚光元件和不采用聚光元件与对应的指纹脊和指纹谷反射的光线强度差值的对比示意图；

图4表示光敏传感器的受光面的面积与对应的指纹谷和指纹脊反射的光线强度比值之间的曲线图；

图5表示本发明实施例中有机电致发光显示装置的结构示意图一；

图6表示本发明实施例中液晶凸透镜的工作原理图；

图7表示本发明实施例中有机电致发光显示装置的结构示意图二；

图8表示本发明实施例中液晶显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1和图2所示，本发明实施例中提供一种显示基板，包括多个像素区域100和多个指纹检测区域200。基于指纹识别的精度低于显示精度，设置每一指纹检测区域200对应多个像素区域100。

其中，每一指纹检测区域200包括：

对应相邻两个像素区域100之间的区域设置的多个光敏传感器1，光敏传感器1包括第一光敏传感器和第二光敏传感器；

设置在光敏传感器1的靠近显示侧的一侧的至少一个聚光元件2，聚光元件2与光敏传感器1的位置对应，在用户手指接触所述显示基板时，用于汇聚指纹脊A反射的第一光线投射至所述第一光敏传感器，并汇聚指纹谷B反射的第二光线投射至所述第二光敏传感器，所述第一光线和第二光线的强度差值大于设定值。

需要说明的是，将光敏传感器1分为第一光敏传感器和第二光敏传感器仅是为了便于描述，并不具有其他限定意义。当用户的指纹不同、聚光元件的参数不同时，第一光敏传感器可以变为第二光敏传感器，第二光敏传感器也可以变为第一光敏传感器。

本发明的技术方案中，手指反射的光线通过聚光元件的汇聚后，再投射至光敏传感器，增加光敏传感器检测到的光线强度，从而增加指纹谷和指纹脊反射的光线强度差，准确检测指纹谷和指纹脊，精确识别指纹。另外，将指纹识别功能集成到显示基板上，丰富了显示产品的功能。

参见图3所示，横坐标代表每一指纹检测区域的聚光元件的个数，纵坐标代表指纹谷和指纹脊反射的光线的强度差。其中，实线代表本申请中采用聚光元件，对应的指纹谷和指纹脊反射的光线的强度差。虚线代表不采用聚光元件时，指纹谷和指纹脊反射的光线的强度差。从附图3可以看出，本发明的技术方案能够大大增加指纹谷和指纹脊反射的光线的强度差，实现精确识别指纹。

其中，所述显示基板可以阵列基板或彩膜基板。光敏传感器1包括受光面，通过受光面来接收聚光元件2汇聚的光线。光敏传感器1可以为光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管等。

本发明的技术方案可以应用在液晶显示技术、有机电致发光显示技术等。即使应用在液晶显示技术中，指纹反射背光源的光线，经由聚光元件的汇聚后，也能够获得较高的反射光线强度，能够精确识别指纹，克服液晶层对光线透光率的影响，导致无法识别指纹的问题。

本实施例中设置所述显示基板包括多个聚光元件2，聚光元件2与光敏传感器1的位置一一对应，可以将光敏传感器1设置在聚光元件2的焦点上，进一步增加投射至光敏传感器1上的光线强度，提高检测精度。当然，也可以设置一聚光元件与多个光敏传感器的位置对应。

为了不影响显示，光敏传感器1设置在相邻两个像素区域100之间。光敏传感器1的受光面的面积越大，接收的光线强度越高。但是像素开口率限制了受光面的面积。在一个具体的实施方式中，如图2所示，可以设置光敏传感器1的受光面在所述显示基板所在平面的正投影的面积与像素区域100在所述显示基板所在平面的正投影的面积相同，即，光敏传感器1的受光面的面积与像素区域100的面积相同，在不影响像素开口率的前提下，光敏传感器1接收的光线强度最高。

作为一个优选的实施方式，设置所述光敏传感器的受光面在所述显示基板所在平面的正投影的面积为所述像素区域在所述显示基板所在平面的正投影的面积的一半，即，所述光敏传感器的受光面的面积为所述像素区域的面积的一半，此时指纹脊和指纹谷反射的光线强度差值最大。参见图4中所示，横坐标代表光敏传感器的受光面的面积，纵坐标代表指纹谷反射的光线强度与指纹脊反射的光线强度的比值。其中，所述像素区域的面积为12μm²，可见，当所述光敏传感器的受光面的面积为6μm²时，指纹谷反射的光线强度与指纹脊反射的光线强度的比值最大。即，所述光敏传感器的受光面的面积为所述像素区域的面积的一半时，指纹谷反射的光线强度与指纹脊反射的光线强度差值最大，识别指纹的精确度更高。

除了合理设置光敏传感器的受光面和像素区域的面积的大小关系，来提高识别指纹的精确度，聚光元件的参数对指纹识别的精确度也起着关键作用。

在实际应用过程中，用于对指纹反射的光线进行汇聚的汇聚元件，其可选择的结构有很多，例如：棱镜、凸透镜，都可以实现本发明的技术方案。

本实施例中，聚光元件采用凸透镜结构，因为透镜的焦点比较容易设计，将光敏传感器设置在透镜的焦点上，能够增加光敏传感器接收的光线强度，提高检测精度和灵敏度。

在提高光敏传感器接收的光线强度的同时，还可以进一步设置光敏传感器的受光面的面积为像素区域的面积的一半，使指纹谷反射的光线强度与指纹脊反射的光线强度差值最大，进一步提高识别指纹的精确度。

为了提高产品的通用性，设置聚光元件采用液晶透镜结构，曲率可调，可以针对不同的用户调节透镜的曲率，以达到最佳的指纹识别效果。具体原理为：不同用户的指纹不同，反射的光线强度也不同，需要根据指纹反射的光线来调节透镜的曲率，增加汇聚光线的强度，以能够精确识别指纹。

结合图5和图6所示，当聚光元件采用液晶透镜结构，所述显示基板还包括第一结构，所述第一结构包括：

对盒的第一基底20和第二基底30，设置在光敏传感器1的靠近显示侧的一侧，选择透明基底，如：玻璃基底、有机树脂基底、石英基底；

填充在第一基底20和第二基底30之间的液晶，第一基底20背离显示侧设置；

设置在第一基底20的靠近液晶的表面上的多个间隔分布的第一电极21；

设置在第一基底20的背离液晶的表面上的多个间隔分布的第二电极22，第二电极22一一对应相邻两个第一电极21之间的区域设置，第一电极21和第二电极22用于形成驱动液晶分子偏转的电场，由液晶形成至少一个聚光元件2，并控制聚光元件2的曲率。

上述采用液晶透镜结构的聚光元件，如图6所示，通过向第一电极21和第二电极22上施加电压，能够形成中间(对应聚光元件2所在区域的中间)强两边弱的电场分布，引起液晶分子不同程度的偏转，形成等效折射率的变化，从而形成透镜结构。通过控制中间至两边电场的变化率，可以调节聚光元件2的曲率。而且通过设置多个第一电极21和多个第二电极22，可以形成电场的连续性分布，提高液晶透镜的聚光特性。另外，在显示过程中，第一电极21和第二电极22上不施加电压或电压差为零，液晶透镜结构为透光状态，不会影响正常的显示，如图5所示。

本实施例中，还可以设置聚光元件包括两个正交叠加的液晶凸透镜结构，形成球面透镜结构，具有更好的聚光效果。具体可以设置所述显示基板包括两组上述第一结构，每组第一结构包括对盒的第一基底20和第二基底30，填充在第一基底20和第二基底30之间的液晶，以及设置在第一基底20上的第一电极21和第二电极22，通过在第一电极21和第二电极22上施加电压来控制液晶分子偏转，由所述液晶形成液晶凸透镜，结合图6和图7所示，具体的结构和原理已在上面内容中描述，在此不再详述。并设置两组第一结构形成液晶凸透镜的位置一一对应，且位置对应的两个液晶凸透镜正交叠加，形成球面透镜结构。采用液晶凸透镜能够调节球面透镜的曲率，提高通用性。

显然，还可以设置聚光元件包括两个正交叠加且曲率固定的凸透镜，也能够形成球面透镜结构，提高聚光效果。

本发明实施例中还提供一种显示装置，包括检测单元和如上所述的显示基板，所述检测单元与所述光敏传感器连接，用于根据所述第一光线和第二光线确定用户指纹的图形。

上述显示装置集成了指纹识别的功能，并能够准确识别指纹，提高用户体验。

所述显示装置可以为有机电致发光显示装置、液晶显示装置等。

当本发明的技术方案应用在有机电致发光显示装置上时，所述显示基板为阵列基板。结合图5和图6所示，所述显示基板还包括第三基底10，第三基底10包括多个像素区域100，每一像素区域100内设置有有机电致发光二极管。光敏传感器1设置在第三基底10上，位于相邻两个像素区域100之间的区域。对于有机电致发光显示装置，还可以在有机电致发光二极管的显示侧设置圆偏光片40，用于吸收反射光，降低反射环境光线造成的干扰，同时还能够增强对比度。本发明的聚光元件2可以设置在圆偏光片40的显示侧。

当本发明的技术方案应用在液晶显示装置上时，所述显示基板可以为彩膜基板。如图8所示，所述显示基板还包括第四基底50，第四基底50包括多个像素区域100，每一像素区域100内设置有透射特定颜色光线的滤光层。光敏传感器1设置在第四基底50上，位于相邻两个像素区域100之间的区域。对于液晶显示装置，还包括与彩膜基板对盒的阵列基板60，以及填充在彩膜基板和阵列基板60之间的显示用液晶。当然，光敏传感器也可以设置在阵列基板上。相对于光敏传感器设置在彩膜基板上，背光源的光线需要经过显示用液晶传播至用户的手指，用户手指反射的光线经过聚光元件的汇聚后，需要再次经过显示用液晶投射至光敏传感器。而将光敏传感器设置在彩膜基板上，背光源的光线经过显示用液晶传播至用户的手指后，用户手指反射的光线经过聚光元件的汇聚后，直接投射至光敏传感器，只需经过显示用液晶一次，光线的损耗较小，有利于增加光敏传感器检测到的光线强度，提高灵敏度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种显示基板，包括多个像素区域，其特征在于，所述显示基板还包括多个指纹检测区域，每一指纹检测区域包括：

对应相邻两个像素区域之间的区域设置的多个光敏传感器，所述光敏传感器包括第一光敏传感器和第二光敏传感器；

设置在所述光敏传感器的靠近显示侧的一侧的至少一个聚光元件，所述聚光元件与光敏传感器的位置对应，在用户手指接触所述显示基板时，用于汇聚指纹脊反射的第一光线投射至所述第一光敏传感器，并汇聚指纹谷反射的第二光线投射至所述第二光敏传感器，所述第一光线和第二光线的强度差值大于设定值。

2.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述显示基板包括多个所述聚光元件，所述聚光元件与光敏传感器的位置一一对应。

3.根据权利要求2所述的显示基板，其特征在于，所述聚光元件采用凸透镜结构。

4.根据权利要求2所述的显示基板，其特征在于，所述聚光元件采用液晶透镜结构。

5.根据权利要求4所述的显示基板，其特征在于，所述聚光元件包括两个正交叠加的液晶凸透镜结构，形成球面透镜结构。

6.根据权利要求4所述的显示基板，其特征在于，所述聚光元件包括：

对盒的第一基底和第二基底，设置在光敏传感器的靠近显示侧的一侧；

填充在所述第一基底和第二基底之间的液晶，所述第一基底背离显示侧设置；

设置在所述第一基底的靠近液晶的表面上的多个间隔分布的第一电极；

设置在所述第一基底的背离液晶的表面上的多个间隔分布的第二电极，所述第二电极一一对应相邻两个第一电极之间的区域设置，所述第一电极和第二电极用于形成驱动液晶分子偏转的电场，由所述液晶形成所述至少一个聚光元件，并控制所述聚光元件的曲率。

7.根据权利要求1-6任一项所述的显示基板，其特征在于，所述光敏传感器包括用于接收光线的受光面，所述受光面在所述显示基板所在平面的正投影的面积为所述像素区域在所述显示基板所在平面的正投影的面积的一半。

8.根据权利要求1-6任一项所述的显示基板，其特征在于，所述光敏传感器包括用于接收光线的受光面，所述受光面在所述显示基板所在平面的正投影的面积与所述像素区域在所述显示基板所在平面的正投影的面积相同。

9.根据权利要求1-8任一项所述的显示基板，其特征在于，所述显示基板为阵列基板或彩膜基板。

10.一种显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的显示基板；

检测单元，与所述光敏传感器连接，用于根据所述第一光线和第二光线确定用户指纹的图形。