CN106934384B - 指纹识别器件及控制方法、触摸显示面板、触摸显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种指纹识别器件、触摸显示面板及指纹识别的控制方法，属于显示技术领域，其可解决现有的液晶显示器很难对指纹进行准确的识别的问题。本发明的指纹识别器件包括光电传感器和光波导结构，光波导结构包括竖直间隔设置的介质材料和波导材料，光线由波导材料射入后，在介质材料与波导材料的界面进行全反射后传播至波导材料远离触摸基板的面上。若指纹的波谷与该面接触，则由于波谷内为空气，光线全反射返回由光电传感器识别；若指纹的波脊与该面接触，则波脊处光线漫反射不会被光电传感器识别，相当于提高了波脊与波谷处的识别差值，从而提高了光电传感器对波谷与波脊识别准确率。本发明的指纹识别器件适用于各种显示装置。

Description

指纹识别器件及控制方法、触摸显示面板、触摸显示装置
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种指纹识别器件及控制方法、触摸显示面板、触摸显示装置。
背景技术
如今指纹识别技术已在诸多领域得到广泛应用，例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，液晶显示器如手机等移动终端使用的光学式指纹识别技术尚不成熟，并且现有技术中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装置进行判别指纹纹路。具体参加图1的示意图，背光的光束在手指指纹处发生漫反射，其中一部分光束会被光电传感器21接收，所接收的手指指纹的波脊12和指纹的波谷11漫反射光能会有所差异，指纹的波谷11的光能相对于指纹的波脊12低，由此差异来进行指纹识别。
然而发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于液晶层3的透过率较低，因此上述液晶显示器中背光源的光束两次经过液晶层3后到达光电传感器21的光能量非常低，并且光电传感器21只是接收到了很少一部分的手指指纹漫反射的光束，而且手指指纹的波谷11和指纹的波脊12所漫反射的发散光的光能量差异极小，同时在手指指纹的波谷11与波脊之间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
本发明针对现有的液晶显示器很难对指纹进行准确的识别的问题，提供一种指纹识别器件、触摸显示面板、触摸显示装置及指纹识别器件的控制方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
一种指纹识别器件，包括：光电传感器以及用于设于触摸基板上与指纹接触的光波导结构；所述光波导结构包括间隔设置的介质材料和波导材料，所述介质材料和波导材料远离所述触摸基板的一面均用于与指纹接触，以将由触摸基板射入波导材料的光，在介质材料与波导材料的界面进行全反射后传播至所述波导材料远离触摸基板的面上。
优选的是，所述波导材料与触摸基板的界面为第一界面，所述波导材料与相邻的两个介质材料的界面分别为第二界面、第三界面，所述波导材料远离触摸基板的面为第四界面；
当指纹的波谷与光波导结构接触时，所述由第一界面射入波导材料的光在第二界面、第三界面进行全反射后传播至第四界面后再次经第二界面、第三界面进行全反射返回由光电传感器识别；
当指纹的波脊与光波导结构接触时，所述由第一界面射入波导材料的光在第二界面、第三界面进行全反射传播至第四界面后出射不被光电传感器识别。
优选的是，所述第二界面、第三界面为同向第三界面的一侧凸起或者同向第二界面的一侧凸起的弧形面。
优选的是，所述波导材料的折射率为n2，所述介质材料折射率为n3，所述触摸基板的材料折射率为n1，其中，n3＜n2，n1＜n2。
本发明还提供一种触摸显示面板，包括上述的指纹识别器件，还包括触摸显示基板，所述光波导结构设于所述触摸显示基板的触摸显示面上，所述光电传感器设于所述触摸显示基板远离光波导结构的一侧。
优选的是，所述指纹识别器件包括多个光波导结构和多个光电传感器，且所述光波导结构与所述光电传感器一一对应。
优选的是，所述触摸显示基板包括像素区和像素区周边的非像素区，所述光电传感器设于所述非像素区。
优选的是，所述触摸显示基板为OLED，所述OLED依次包括发光层、封装层和覆盖层，所述指纹识别器件还包括缓冲层，所述缓冲层设于所述光波导结构与触摸显示基板之间，且构成所述缓冲层的材料的折射率与构成所述封装层的材料的折射率相同。
优选的是，所述触摸显示面板包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，所述彩膜基板为触摸显示基板，所述光波导结构设于所述彩膜基板上，所述光电传感器设于阵列基板靠近彩膜基板的一侧。
本发明还提供一种触摸显示装置，包括上述触摸显示面板。
本发明还提供一种指纹识别器件的控制方法，采用上述的指纹识别器件进行指纹识别，包括以下步骤：
指纹识别器件与指纹接触，光电传感器根据接收的手指指纹处的反射光进行指纹识别。
优选的是，射向所述第一界面的光与其法线的夹角为θ1，控制
时，
以使射向所述第一界面的光在第二界面、第三界面之间进行全反射后传播至所述第四界面。
优选的是，由所述第一界面射向第二界面的光与其法线的夹角为θ2，控制
时，
以使所述光电传感器可接收到由第四界面再次经第二界面、第三界面进行全反射返回的光。
优选的是，在进行指纹识别之前还包括对光电传感器接收到的杂散光进行记录的步骤；
所述光电传感器根据接收的手指指纹处的反射光进行指纹识别是将光电传感器实际接受的反射光减去杂散光后进行指纹识别。
本发明的指纹识别器件中包括光电传感器和设于触摸基板上的光波导结构，光波导结构包括竖直间隔设置的介质材料和波导材料，光线由波导材料射入后，在介质材料与波导材料的界面进行多次全反射，然后传播至波导材料远离触摸基板的面上。若指纹的波谷与波导材料远离触摸基板的面接触，那么由于波谷内为空气，光线全反射返回由光电传感器识别；若指纹的波脊与波导材料远离触摸基板的面接触，那么波脊处光线漫反射不会被光电传感器识别，相当于提高了波脊与波谷处的识别差值，从而提高了光电传感器对波谷与波脊识别准确率。本发明的指纹识别器件适用于各种显示装置。
附图说明
图1为现有的液晶显示器指纹识别的结构示意图；
图2-4为本发明的实施例1的指纹识别器件的结构示意图；
图5-8为本发明的实施例2的指纹识别器件的结构示意图；
图9-11为本发明的实施例3的触摸显示面板的结构示意图；
其中，附图标记为：11、波谷；12、波脊；21、光电传感器；22、光波导结构；23、介质材料；24、波导材料；25、缓冲层；3、液晶层；31、彩膜基板；32、阵列基板；33、背光源；4、触摸基板；51、发光层；52、封装层；53、覆盖层；6、像素区。
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作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种指纹识别器件，如图2-4所示，包括：光电传感器21和光波导结构22；光波导结构22用于设于触摸基板上与指纹接触。所述光波导结构22包括间隔设置的介质材料23和波导材料24，所述介质材料23和波导材料24远离所述触摸基板4的一面均用于与指纹接触，以将由触摸基板4射入波导材料24的光，在介质材料23与波导材料24的界面进行全反射后传播至所述波导材料24远离触摸基板4的面上。
具体的，如图2所示指纹识别器件包括设于触摸基板内部(或下侧)的光电传感器21和设于触摸基板上的光波导结构22；参见图3，光波导结构22包括竖直间隔设置的介质材料23和波导材料24。图4为图3的光波导结构22中虚线部分的放大图，从图4中可以看出，光线由波导材料23下面射入后，在介质材料23与波导材料24的界面进行多次全反射，然后传播至波导材料23远离触摸基板4的面上。这样，若指纹的波谷11与波导材料23远离触摸基板4的面接触，那么由于波谷内为空气，光线全反射返回由光电传感器21识别；若指纹的波脊12与波导材料23远离触摸基板4的面接触，那么波脊12处光线漫反射不会被光电传感器21识别，相当于提高了波脊12与波谷11处的识别差值，从而提高了光电传感器对波谷与波脊识别准确率。
实施例2：
本实施例提供一种指纹识别器件，包括：光电传感器21以及用于设于触摸基板4上与指纹接触的光波导结构22；所述光波导结构22包括间隔设置的介质材料23和波导材料24，其中，所述波导材料24与触摸基板4的界面为第一界面，所述波导材料24与相邻的两个介质材料23的界面分别为第二界面、第三界面，所述波导材料24远离触摸基板4的面为第四界面；第四界面用于与指纹接触，以将由第一界面射入波导材料24的光，在第二界面、第三界面进行多次全反射后传播至第四界面上；
当指纹的波谷11与光波导结构22接触时，所述由第一界面射入波导材料24的光在第二界面、第三界面进行全反射后传播至第四界面后再次经第二界面、第三界面进行全反射返回由光电传感器21识别；
当指纹的波脊12与光波导结构22接触时，所述由第一界面射入波导材料24的光在第二界面、第三界面进行全反射传播至第四界面后出射不被光电传感器21识别。
优选的是，所述波导材料24的折射率为n2，所述介质材料23折射率为n3，所述触摸基板4的材料折射率为n1，其中，n3＜n2，n1＜n2。
具体的，波导材料24、介质材料23可以是透明的聚合物材料，只要二者的折射率满足上述条件即可。作为本实施例中的一种优选实施方案，波导材料24与介质材料23均为光致聚合物，即采用光致聚合物进行涂覆形成光波导层，然后向光波导层的光致聚合物施加不同的曝光量以分别形成波导材料24与介质材料23。
本实施例还提供一种采用该指纹识别器件进行指纹识别的控制方法：参见图5，射向所述第一界面的光与其法线的夹角为θ1，由所述第一界面射向第二界面的光与其法线的夹角为θ2，射向所述第四界面的光与其法线的夹角为θ3，由波导材料24射向第二界面的光与其法线的夹角为θ。
根据折射定律：n1sinθ1＝n2sinθ2，而入射光线在波导材料24中发生全反射：n2sinθ＝n3，其中，θ2+θ＝90°，即θ2＝arccos(n3/n2)。
因此，当时，
射向所述第一界面的光在第二界面、第三界面之间进行全反射后传播至所述第四界面。
当指纹的波谷11接触第四界面时，由于θ2＝θ3，在第四界面处发生全反射，由于第四界面为空气和波导材料的界面，故n2sinθ2＝1，因此，若如图6所示，所述光电传感器21可接收到由第四界面再次经第二界面、第三界面进行全反射返回的光。
当指纹的波脊12接触第四界面时，如图7所示，在第四界面处发生漫反射，光电传感器21无法接收到由第四界面再次经第二界面、第三界面进行全反射返回的光。
作为本实施例中的另一种可选实施方案，光波导结构22的波导材料24、介质材料23可以如图8所示，设为弧形结构，即形成一定弧度的光波导结构22，这样设置的作用是：使光线在波导材料24的全反射角度不断变小，即θ2减小，θ3增加，效果是保证在外部介质处(空气)能发生全反射。其中，图8中的示意图是第二界面、第三界面同向右侧突出的示例，可以理解的是，第二界面、第三界面同向左侧突出的情况也是可行的，具体的弧度可以根据波导材料的折射率及介质材料折射率进行调整。
优选的是，当
时，
所述光电传感器接收到的光为杂散光；
所述控制方法在指纹识别之前还包括对杂散光进行清零处理的步骤。
也就是说，本实施例中利用满足限定条件的光线进行指纹识别，不满足条件的光线(也称杂散光)将不会被限定在波导材料24中，不满足条件的光线经过折射和各膜层的反射可能会被光电传感器21接收到。由于这部分杂散光是固定存在的，因此在指纹识别器件形成之后，可以对杂散光进行清零处理，具体的，是在指纹识别之前将光电传感器21接收到杂散光进行记录，即在杂散光光强的基础上进行指纹的波谷、波脊差值的识别。
实施例3：
本实施例提供一种触摸显示面板，如图9所示，包括上述的指纹识别器件，还包括触摸显示基板，所述光波导结构22设于所述触摸显示基板的触摸显示面上，所述光电传感器21设于所述触摸显示基板远离光波导结构22的一侧。
也就是说，本实施例中的触摸基板4为触摸显示基板，在此，以液晶触摸显示基板为例进行说明，参见图9，液晶层3在彩膜基板31与阵列基板32之间，光波导结构22设于彩膜基板31上，光电传感器21设于阵列基板31靠近彩膜基板32的一侧，背光源33的光由波导材料24下面射入后，在介质材料23与波导材料24的界面进行多次全反射，然后传播至波导材料24远离彩膜基板31的面上。这样，若指纹的波谷11与波导材料24远离彩膜基板31的面接触，那么由于波谷11内为空气，光线全反射返回由光电传感器21识别；若指纹的波脊12与波导材料24远离彩膜基板31的面接触，那么波脊12处光线漫反射不会被光电传感器21识别，相当于提高了波脊12与波谷11处的识别差值，从而提高了光电传感器21对波谷11与波脊12识别准确率。
作为本实施例中的一种可选实施方案，所述触摸基板4为OLED，所述OLED依次包括发光层51、封装层52和覆盖层53，所述指纹识别器件还包括缓冲层25，所述缓冲层25设于所述光波导结构22与触摸显示基板之间，且构成所述缓冲层25的材料的折射率与构成所述封装层52的材料的折射率相同。
也就是说，光波导结构22中增加缓冲层25，缓冲层25的作用是折射率匹配，即缓冲层25的折射率等于封装层52的折射率，这样不会改变光线的传播方向，即从手指处反射下来的光线经过缓冲层25，覆盖层53到封装层52的传播方向不变。
优选的是，所述触摸显示基板包括像素区6和像素区6周边的非像素区，所述光电传感器21设于所述非像素区。
具体的，OLED的非像素区为像素界定层(PDL)，像素区由发光层51构成，光电传感器21设置在PDL上方，这样不影响显示器件的开口率；若将OLED的发光点做小，根据模拟实验结果，发光点和光电传感器21的面积相等时，指纹识别的效果最好。
优选的是，所述指纹识别器件包括多个光波导结构22和多个光电传感器21，且所述光波导结构22与所述光电传感器21一一对应。
也就是说，光波导结构22可以是一整层，也可以是如图11所示仅在对应光电传感器21的位置处进行设置。
显然，上述各实施例的具体实施方式还可进行许多变化；例如：光波导结构22中的波导材料24、介质材料23的具体材料可以根据具体产品进行选择。
实施例4：
本实施例提供一种触摸显示装置，其包括上述触摸显示面板。所述显示装置可以为：液晶显示面板、电子纸、OLED面板、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。
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)

1.一种指纹识别器件，其特征在于，包括：光电传感器以及用于设于触摸基板上与指纹接触的光波导结构；所述光波导结构包括间隔设置的介质材料和波导材料，所述介质材料和波导材料远离所述触摸基板的一面均用于与指纹接触，以将由触摸基板射入波导材料的光，在介质材料与波导材料的界面进行全反射后传播至所述波导材料远离触摸基板的面上。
2.根据权利要求1所述的指纹识别器件，其特征在于，所述波导材料与触摸基板的界面为第一界面，所述波导材料与相邻的两个介质材料的界面分别为第二界面、第三界面，所述波导材料远离触摸基板的面为第四界面；
当指纹的波谷与光波导结构接触时，由所述第一界面射入波导材料的光在第二界面、第三界面进行全反射后传播至第四界面后再次经第二界面、第三界面进行全反射返回由光电传感器识别；
当指纹的波脊与光波导结构接触时，由所述第一界面射入波导材料的光在第二界面、第三界面进行全反射传播至第四界面后出射不被光电传感器识别。
3.根据权利要求2所述的指纹识别器件，其特征在于，所述第二界面、第三界面为同向第三界面的一侧凸起或者同向第二界面的一侧凸起的弧形面。
4.根据权利要求1所述的指纹识别器件，其特征在于，所述波导材料的折射率为n2，所述介质材料折射率为n3，所述触摸基板的材料折射率为n1，其中，n3＜n2，n1＜n2。
5.一种触摸显示面板，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的指纹识别器件，还包括触摸显示基板，所述光波导结构设于所述触摸显示基板的触摸显示面上，所述光电传感器设于所述触摸显示基板远离光波导结构的一侧。
6.根据权利要求5所述的触摸显示面板，其特征在于，所述指纹识别器件包括多个光波导结构和多个光电传感器，且所述光波导结构与所述光电传感器一一对应。
7.根据权利要求5所述的触摸显示面板，其特征在于，所述触摸显示基板包括像素区和像素区周边的非像素区，所述光电传感器设于所述非像素区。
8.根据权利要求5所述的触摸显示面板，其特征在于，所述触摸显示基板为OLED，所述OLED依次包括发光层、封装层和覆盖层，所述指纹识别器件还包括缓冲层，所述缓冲层用于设于所述光波导结构与触摸显示基板之间，且构成所述缓冲层的材料的折射率与构成所述封装层的材料的折射率相同。
9.根据权利要求5所述的触摸显示面板，其特征在于，所述触摸显示面板包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，所述彩膜基板为触摸显示基板，所述光波导结构设于所述彩膜基板上，所述光电传感器设于阵列基板靠近彩膜基板的一侧。
10.一种触摸显示装置，其特征在于，包括权利要求5-9任一项所述触摸显示面板。
11.一种指纹识别器件的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的指纹识别器件进行指纹识别，包括以下步骤：
指纹识别器件与指纹接触，光电传感器根据接收的指纹处的反射光信号进行指纹识别。
12.根据权利要求11所述的指纹识别器件的控制方法，其特征在于，采用权利要求2所述的指纹识别器件，其中，所述触摸基板的材料折射率为n1，所述波导材料的折射率为n2，所述介质材料折射率为n3，射向所述第一界面的光与其法线的夹角为θ1，控制
以使射向所述第一界面的光在第二界面、第三界面之间进行全反射后传播至所述第四界面。
13.根据权利要求12所述的指纹识别器件的控制方法，其特征在于，由所述第一界面射向第二界面的光与其法线的夹角为θ2，控制
时，
以使所述光电传感器可接收到由第四界面再次经第二界面、第三界面进行全反射返回的光。
14.根据权利要求11所述的指纹识别器件的控制方法，其特征在于，在进行指纹识别之前还包括对光电传感器接收到的杂散光信号进行记录的步骤；
所述光电传感器根据接收的指纹处的反射光信号进行指纹识别是将光电传感器实际接收的反射光信号减去杂散光信号后进行指纹识别。
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