CN106875842A - 具有指纹采集功能的显示屏 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种具有指纹采集功能的显示屏，包括，显示屏盖板、设置于显示屏盖板下方的若干显示像元和若干感光像元。若干感光像元设置于显示屏盖板下方并均布在若干显示像元之间的间隙内。感光像元包括感光件和视场光阑，视场光阑的光阑孔位于感光件上方。感光件接收由显示像元发射、经手指表面与显示屏盖板接触的部位反射、并由视场光阑的光阑孔射入的光线。本申请中的显示屏在显示像元中植入感光像元，感光像元利用显示像元做为光发射器进行指纹图像采集，从而使显示屏在具有显示功能的同时具备指纹识别功能，进一步提高了显示器的集成性、使用方便性和用户体验。

Description

具有指纹采集功能的显示屏

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种具有指纹采集功能的显示屏。

背景技术

显示器是一种将电子文件通过特定的传输设备显示到显示屏上然后反射到人眼的显示工具。随着智能手机和平板电脑的普及，以触摸屏为代表的人机交互界面技术受到了大众的广泛青睐。目前已有越来越多的显示器制作商开始研究并推出能够使用指纹识别的显示屏。

现有能够使用指纹识别的显示屏，通常是需要设计一个独立于显示屏的指纹采集器或在显示器的设定部位设置指纹采集器。由于指纹采集器独立于显示屏且需要相应的数据线连接，与显示器设计为一体的指纹采集器只能设置于显示器边缘的设定位置，从而使得现有可实现指纹采集的显示屏具有使用不方便、集成性低和用户体验差的特点。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种使用方便、提高集成性和用户体验的具有指纹采集功能的显示屏。

根据本发明的实施例，提供一种具有指纹采集功能的显示屏，包括：显示屏盖板及设置于所述显示屏盖板下方的若干显示像元，其中，还包括：

若干感光像元，设置于所述显示屏盖板下方、均布在若干所述显示像元之间的间隙内；

所述感光像元包括感光件和视场光阑，所述视场光阑的光阑孔位于所述感光件上方；

所述感光件接收由所述显示像元发射、经手指表面与所述显示屏盖板接触的部位反射、并由所述视场光阑的光阑孔射入的光线。

作为其中一种优选方案，所述感光像元包括正感光像元，所述正感光像元的感光件水平放置，所述正感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面垂直。

其中，所述正感光像元的视场光阑的视场角的范围为±45°。

作为另一优选方案，所述感光像元包括斜感光像元，所述斜感光像元的感光件水平放置，所述斜感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面之间的夹角为arcsin(n₁/n₂)≤α≤arcsin(n₃/n₂)，其中，n₁为显示屏盖板外介质的折射率，n₂为显示屏盖板的折射率，n₃是手指表面的折射率。

作为再一优选方案，所述感光像元包括正感光像元和斜感光像元；

所述正感光像元的感光件水平放置，所述正感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面垂直；

所述斜感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面之间的夹角为arcsin(n₁/n₂)≤α≤arcsin(n₃/n₂)，其中，n₁为显示屏盖板外介质的折射率，n₂为显示屏盖板的折射率，n₃是手指表面的折射率。

其中，每个感光像元包括一个或多个光阑孔。

优选地，所述光阑孔为圆孔、椭圆孔或狭缝。

由以上技术方案可知，本申请中的显示屏在显示像元中植入感光像元，感光像元利用显示像元做为光发射器进行指纹图像采集，从而使显示屏在具有显示功能的同时具备指纹识别功能，进一步提高了显示器的集成性、使用方便性和用户体验。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的具有指纹采集功能的显示屏的结构示意图；

图2为根据一优选实施例示出的感光像元的结构示意图；

图3为感光像元为图2所示结构时显示屏具有指纹采集功能的工作原理图；

图4为根据另一优选实施例示出的感光像元的结构示意图；

图5示出了光阑孔为多个时的感光像元的结构示意图；

图6为根据再一优选实施例示出的感光像元的结构示意图；

图7为显示屏中显示像元所发射光线的光线图；

图8为感光像元为图6所示结构时显示屏具有指纹采集功能的工作原理图；

图9示出了杂散光经折射进入显示屏盖板后的光线示意图；

图10为根据又一优选实施例示出的感光像元的结构示意图；

图11示出了使用多角度感光像元的显示屏进行指纹采集的工作原理图；

图12为根据一优选实施例示出的感光像元的植入方法；

图13示出了1个感光像元与3个显示像元构成直线队列的像元组的排列图；

图14示出了1个感光像元与4个显示像元构成直线队列的像元组的排列图；

图15示出了1个感光像元与3个显示像元构成2*2的像元组的排列图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有显示器具备指纹识别功能通常是设置独立于显示器的指纹采集器，或在显示器的边缘设定位置设置指纹识别器，本发明的发明人发现，在显示屏内植入指纹采集设备，利用显示屏内显示像元发出的光源作为指纹采集设备的工作光源，使显示器的显示屏在具有显示功能的同时具备指纹识别功能，从而不需要设置单独的指纹采集器，实现在显示屏的任意位置捺印并采集指纹图像，进一步提高显示器的集成性、使用方便性和用户体验。

下面通过具体实施例对本申请中具有指纹采集功能的显示屏的结构及工作原理进行详细阐述。

图1为根据一优选实施例示出的具有指纹采集功能的显示屏的结构示意图。如图1所示，显示屏包括显示屏盖板1、若干显示像元2和若干感光像元3。若干显示像元2设置于显示屏盖板1的下方，若干感光像元3均匀且有规则的分布于若干显示像元2之间的间隙内。

图2为根据一优选实施例示出的感光像元的结构示意图。如图2所示，感光像元3包括感光件4和视场光阑5。视场光阑5包括隔光边框50和由隔光边框围成的光阑孔51与容置孔52，感光件4设置于容置孔52内并水平放置。光阑孔51位于感光件4的上方，且光阑孔51的中心线与感光件4的上表面垂直。视场光阑5的视场角A的范围为±45°。

图3为感光像元为图2所示结构时显示屏具有指纹采集功能的工作原理图。如图3所示，显示屏接通电源后，显示屏中的显示像元2发光，在本申请中，显示像元作为光发射器。指纹表面以脊和谷分布。当有手指捺印在显示屏盖板1上时，指纹上的脊与显示屏盖板1紧密接触，由显示像元2发射的一部分光线在手指表面与显示屏盖板1接触的部位反射，其中以垂直方向上的反射光较强，垂直方向上的反射光由视场光阑5的光阑孔射入到感光件4上，感光件4接收到的光的强度也较强。这样，脊上对应的图像就呈现为高亮度。指纹上的谷不与显示屏盖板1接触，距离较远，其垂直方向上的反射光较弱，从而感光件4接收到的光的强度也较弱。这样，谷里对应的图像就呈现为低亮度。因此整个指纹的图像便呈现为明暗相间的条纹。

图2所示的感光像元的结构只是示例性的，感光像元的结构还可采用如图4所示的结构，即感光像元中的感光件4可不设置于隔光边框围成的容置孔内，还是直接设置于视场光阑5的下方，其工作原理与图2所示的感光像元的工作原理相同。

其中，本申请中感光像元3上的光阑孔的个数还可为多个。当感光像元3上的光阑孔的个数为多个时，多个光阑孔的中心线平行。图5示出了光阑孔为多个时的感光像元的结构示意图。

图2、图4、图5示出的感光像元的结构中，光阑孔的中心线与感光件的上表面垂直，这种感光像元在本申请中称为正感光像元。

需要说明的是，图2、图4、图5所示的感光像元的结构只是示例性的，本申请对于感光像元中光阑孔的个数及光阑孔的形状不做具体限定。感光像元中光阑孔的形状包括但不限于圆孔、椭圆孔或狭缝。

采用正感光像元的显示屏在进行指纹采集时，其具有的优点是对于干湿手指均具有良好的适应性，干湿手指都可以获得质量比较稳定的指纹图像。

图6为根据再一优选实施例示出的感光像元的结构示意图。如图6所示，感光像元3包括感光件和视场光阑5。视场光阑5包括隔光边框和由隔光边框围成的光阑孔与容置孔，感光件设置于容置孔内并水平放置。光阑孔位于感光件的上方，且光阑孔的中心线与感光件的上表面之间的夹角为：arcsin(n₁/n₂)≤α≤arcsin(n₃/n₂) (公式一)，其中，n₁是显示屏盖板外介质的折射率，n₂是显示屏盖板的折射率，n₃是手指表面的折射率。

在对具有图6所示结构的感光像元的显示屏的工作原理之前，首先对显示像元光线的受抑全反射角进行定义。

图7为显示屏中显示像元所发射光线的光线图。如图7所示，显示像元发出的光线中，有一部分会在显示器盖板与空气的介面处发生全反射。假设显示器盖板的折射率为n₂，无手指捺印时显示器面板外介质(通常为空气)的折射率为n₁，手指手指表面的折射率为n₃。则显示像元2发出的光线中，有一部分的出射角度满足，这部分光线在显示器盖板外是空气时将发生全发射，在显示器盖板外是皮肤时不能发生全反射。典型地，设n1＝1.0，n2＝1.5,n3＝1.33，将上述数值代入公式一中，计算arcsin(1/1.5)和arcsin(1.33/1.5)可得：41.8度≤α≤62.5度。上述角度范围内的光线出射角定义为受抑全反射角度，处于此发射角度范围内的光线称为可受抑光线。

当显示器面板外是手指皮肤时，可受抑光线的全反射传播遭到破坏，一部分能量将穿过反射介面，照射到手指表面，被散射或吸收，从而使继续反射传播的光能量减弱。基于此机制来采集指纹图像。

图8为感光像元为图6所示结构时显示屏具有指纹采集功能的工作原理图。如图8所示，显示屏接通电源后，显示屏中的显示像元2发光，图8中只显示显示像元2发出的可受抑光线。显示像元2发出的可受抑光线在显示器盖板与空气的介面处反射、经由感光像元的光阑孔照射到感光件上。在有手指捺印在显示屏盖板1上时，指纹上的脊与显示屏盖板1接触，破坏可受抑光线的全反射，一部分光线逸出显示屏盖板1，使反射光路上的光能量减弱，从而使感光件接收到的光的强度减弱。这样，脊上对应的图像就呈现为低亮度。指纹上的谷不与显示屏盖板1接触，谷与显示屏盖板1之间仍为空气，不破坏可受抑光线的全反射，反射光路上的光能量不变，感光件接收到的光的强度不变。这样，谷里对应的图像就呈现为高亮度。

根据折射定律容易推算出，外部杂散光进入显示屏盖板1时发生折射，折射后的角度必然小于全反射角度，从而落入斜感光像元的接收范围之外，图9示出了杂散光经折射进入显示屏盖板后的光线示意图。因此采用图7所示感光像元的显示屏，在进行指纹采集时不受外部杂射光的影响。由图9可知，利用受抑全反射光线更容易得到清晰低噪声的指纹图像。

图6所示的感光像元的结构只是示例性的，感光像元的结构还可采用与图4相似的结构，图10为根据又一优选实施例示出的感光像元的结构示意图。如图10所示，感光像元中的感光件可不设置于隔光边框围成的容置孔内，还是直接设置于视场光阑5的下方，而光阑孔的中心线与感光件的上表面之间的夹角为α。

如图6所示的光阑孔的中心线与感光件上表面之间的夹角为α的感光像元在本申请中称为斜感光像元。其中，斜感光像元上的光阑孔的个数也可为多个。当感光像元上的光阑孔的个数为多个时，每个光阑孔的中心线均与感光件上表面之间的夹角为α。本申请对于斜感光像元中光阑孔的个数及光阑孔的形状也不做具体限定。斜感光像元中光阑孔的形状包括但不限于圆孔、椭圆孔或狭缝。

为得到更好的指纹图像输出，进一步优选地，本申请中的显示屏将正感光像元与斜感光像元组合在一起使用构成多角度感光像元。图11示出了使用多角度感光像元的显示屏进行指纹采集的工作原理图。多角度感光像元将正感光像元的输出信息与斜感光像元的输出信息进行融合，结合各自优点，得到质量优良的指纹图像。

下面对若干感光像元在若干显示像元间的植入方法进行详细介绍。

在本申请中，将若干感光像元和若干显示像元构成若干像元组。图12为根据一优选实施例示出的感光像元的植入方法。如图12所示，每个像元组中包括1个感光像元和4个显示像元，4个显示像元的中心的连线为方形，感光像元位于方形的中心，像元组按照矩阵的方式排列。其中，D1、D2、D3、D4等为显示像元。对于彩色显示屏幕，D1、D2、D3、D4可能为不同的颜色，例如Red、Green、Blue、Dark或White等。S为感光像元，可以是正感光像元、斜感光像元或者多角度感光像元。

作为另一优选植入方法，每个像元组中包括1个感光像元与n个显示像元，n个显示像元与1个感光像元呈直线排列；其中，n为大于等于2的自然数；像元组按照矩阵的方式排列。

需要说明的是，在该实施例中，1个感光像元与n个显示像元构成的直线队列，感光像元的位置不做具体限定，其可在队列的最左端、最右端，或者队列的中间位置。图13示出了1个感光像元与3个显示像元构成直线队列的像元组的排列图；图14示出了1个感光像元与4个显示像元构成直线队列的像元组的排列图。

作为再一优选植入方法，每个像元组中包括1个感光像元与n²-1个显示像元，1个感光像元与n²-1个显示像元构成n*n的矩阵，其中，n为大于等于2的自然数。像元组按照矩阵的方式排列。图15示出了1个感光像元与3个显示像元构成2*2的像元组的排列图。

需要说明的是，上述若干感光像元的植入方法只是示例性的，凡是能够将感光像元均匀分布于若干显示像元中，并通过感光像元得到指纹图像的植入方法均落入本发明的保护范围。

由以上技术方案可知，本申请中的显示屏在显示像元中植入感光像元，感光像元利用显示像元做为光发射器进行指纹图像采集，从而使显示屏在具有显示功能的同时具备指纹识别功能，进一步提高了显示器的集成性、使用方便性和用户体验。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确方法，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种具有指纹采集功能的显示屏，包括，显示屏盖板及设置于所述显示屏盖板下方的若干显示像元，其特征在于，还包括：

若干感光像元，设置于所述显示屏盖板下方、均布在若干所述显示像元之间的间隙内；

所述感光像元包括感光件和视场光阑，所述视场光阑的光阑孔位于所述感光件上方；

所述感光件接收由所述显示像元发射、经手指表面与所述显示屏盖板接触的部位反射、并由所述视场光阑的光阑孔射入的光线。

2.根据权利要求1所述的显示屏，其特征在于，所述感光像元包括正感光像元，所述正感光像元的感光件水平放置，所述正感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面垂直。

3.根据权利要求2所述的显示屏，其特征在于，所述正感光像元的视场光阑的视场角的范围为±45°。

4.根据权利要求1所述的显示屏，其特征在于，所述感光像元包括斜感光像元，所述斜感光像元的感光件水平放置，所述斜感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面之间的夹角为arcsin(n₁/n₂)≤α≤arcsin(n₃/n₂)，其中，n₁为显示屏盖板外介质的折射率，n₂为显示屏盖板的折射率，n₃是手指表面的折射率。

5.根据权利要求1所述的显示屏，其特征在于，所述感光像元包括正感光像元和斜感光像元；

所述正感光像元的感光件水平放置，所述正感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面垂直；

所述斜感光像元的光阑孔的中心线与所述感光件的上表面之间的夹角为arcsin(n₁/n₂)≤α≤arcsin(n₃/n₂)，其中n₁为显示屏盖板外介质的折射率，n₂为显示屏盖板的折射率，n₃是手指表面的折射率。

6.根据权利要求1至5中任一所述的显示屏，其特征在于，每个感光像元包括一个或多个光阑孔。

7.根据权利要求6所述的显示屏，其特征在于，所述光阑孔为圆孔、椭圆孔或狭缝。