CN108052898A - 指纹识别传感器、显示装置以及指纹识别方法 - Google Patents

指纹识别传感器、显示装置以及指纹识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了指纹识别传感器、显示装置以及指纹识别方法。该指纹识别传感器包括：基板；多个感光元件，所述感光元件设置在所述基板上；多个光源组件，所述光源组件包括点光源以及散光结构，所述散光结构可令所述感光元件接收到的光的光强，小于所述点光源中心区域发出光的光强。该指纹识别传感器通过加设简单的散光元件，即可利用点光源作为指纹识别传感器的背光，有利于简化指纹识别传感器的结构，且易于集成至有机发光显示装置中。

Description

指纹识别传感器、显示装置以及指纹识别方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体地，涉及指纹识别传感器、显示装置以及指纹识别方法。
背景技术
随着电子技术以及显示技术的快速发展，目前的显示装置的显示性能获得了也大幅提升，且向多功能发展。并且，随着带有显示装置的电子设备功能的增多，用户对于电子设备的安全性能，也提出了更高的要求。因此，指纹识别等安全性功能，被越来越多的集成至显示装置以及电子设备中。
然而，目前的指纹识别传感器、显示装置以及指纹识别方法仍有待改进。
发明内容
在本发明的一个方面，本发明提出了一种指纹识别传感器。根据本发明的实施例，该指纹识别传感器包括：基板；多个感光元件，所述感光元件设置在所述基板上；多个光源组件，所述光源组件包括点光源以及散光结构，所述散光结构可令所述感光元件接收到的光的光强，小于所述点光源中心区域发出光的光强。该指纹识别传感器通过加设简单的散光元件，即可利用点光源作为指纹识别传感器的背光，有利于简化指纹识别传感器的结构，且易于集成至有机发光显示装置中。
根据本发明的实施例，所述散光结构被设置为能够对所述点光源发出的光进行散射或遮挡。由此，可以避免点光源中心区域的光直接入射至感光元件中，造成感光元件饱和，影响指纹传感。
根据本发明的实施例，所述散光结构包括遮光层以及凹透镜的至少之一。由此，可以简便的实现对点光源中心区域发出的光进行遮挡或是散射，避免入射至感光元件中造成元件饱和。
根据本发明的实施例，所述点光源中心区域包括所述点光源所发出的光的出光角度为正负30度以内的区域，所述散光结构被设置为能够对所述中心区域发出的光进行遮挡，或将所述中心区域发出的光散射至出光角度为正负40～50度后射出所述基板。由此，可以进一步提高感光元件进行光敏指纹传感的效果。
根据本发明的实施例，所述散光结构为遮光层，所述遮光层在所述基板上的正投影，与所述点光源中心区域在所述基板上的正投影至少部分重合。
根据本发明的实施例，所述感光元件设置在所述遮光层远离所述点光源的一侧。由此，可以简便的利用遮光层，对点光源中心区域的发光进行遮挡。
根据本发明的实施例，所述散光结构为凹透镜，所述点光源在所述基板上的正投影位于所述凹透镜在所述基板上的正投影范围内。由此，可以简便的实现对点光源中心区域的发光进行散射。
根据本发明的实施例，所述感光元件在所述基板上的正投影与所述点光源在所述基板上的正投影不重合，所述感光元件靠近所述点光源的一侧，设置有遮光结构。由此，可以避免点光源发出的光，不经过手指的反射，直接由感光元件背侧入射，影响指纹识别的灵敏度。
根据本发明的实施例，所述感光元件为光敏二极管，所述指纹识别传感器进一步包括：数据传输单元，所述数据传输单元与所述光敏二极管电性相连，所述数据传输单元包括控制开关。由此，可以进一步提高该指纹识别传感器进行传感的灵敏度。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种显示装置。根据本发明的实施例，该显示装置包括：前面所述的指纹识别传感器。由此，该显示装置具有前面描述的指纹识别传感器所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该显示装置具有以下优点的至少之一：可以利用较为简单的结构实现指纹识别功能，指纹识别精度较高。
根据本发明的实施例，所述散光结构为遮光层，所述显示装置为有机发光显示装置，所述有机发光显示装置具有黑矩阵，所述黑矩阵复用为所述散光结构。由此，可以进一步简化该显示装置的结构。
根据本发明的实施例，所述显示装置为有机发光显示装置，所述有机发光显示装置具有驱动晶体管，所述驱动晶体管与所述指纹识别传感器的控制开关同层设置。由此，可以进一步简化该显示装置的结构。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种用于显示屏幕的指纹识别方法。所述显示屏幕的基板上设置有指纹识别传感器，所述指纹识别传感器包括多个感光元件以及多个光源组件，所述光源组件包括点光源以及散光结构，所述散光结构使所述感光元件接收到的光的光强，小于所述点光源中心区域发出光的光强，所述方法包括：在显示时段，关闭所述点光源并进行显示；在指纹识别时段，点亮所述点光源，并进行指纹识别。由此，可以简便的实现指纹的识别。
根据本发明的实施例，所述指纹识别传感器进一步包括数据传输单元，所述数据传输单元包括控制开关以及放大电路，所述控制开关分别与所述感光元件以及所述放大电路电性相连，所述放大电路与所述显示屏幕的CPU相连，在所述指纹识别时段的初始阶段，打开所述控制开关，导出所述感光元件产生的信号，并不通过所述放大电路将所述信号读取为指纹识别传感信号，随后关闭所述控制开关；在所述指纹识别时段的最终阶段，打开所述控制开关，导出所述感光元件产生的信号，并通过所述放大电路将所述信号读取为指纹识别传感信号，随后关闭所述控制开关，其中，所述初始阶段以及所述最终阶段的持续时间分别独立地为10-500微秒。由此，可以简便地排出显示阶段由于屏幕点亮而产生的非指纹识别光电流信号的干扰。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图；
图2为点光源中心区域以及边缘区域的指纹识别概念验证图；
图3为根据本发明一个实施例的出光角度示意图；
图4为根据本发明另一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图；
图5为根据本发明又一个实施例的指纹识别传感器的结构示意图；
图6为根据本发明一个实施例的指纹识别传感器的部分电路结构示意图；
图7为根据本发明一个实施例的显示装置的结构示意图；以及
图8为根据本发明一个实施例的显示装置的时序控制图。
附图标记说明：
100：基板；200：感光元件；300：光源组件；310：点光源；320：散光结构；10：黑矩阵；20：驱动晶体管；400：有机发光层；500：偏光片；600：盖板玻璃。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
目前带有指纹识别传感器的电子装置，普遍存在指纹识别传感器结构复杂，与显示装置难以集成等问题。发明人发现，这主要是由于目前的指纹识别传感器，特别是基于光敏元件的指纹识别传感器，普遍对于背光的要求较为严格，因此需要设计能够满足特殊要求的背光元件而导致的：对于光敏指纹识别器件而言，要求背光源既需要能够提供具有足够亮度的背光，又要求背光的光强不能够过强，以防背光的光强过高，导致光敏元件饱和，无法识别手指反射光的信号，导致指纹识别传感器失效。而点光源由于中心位置处光强过强，会造成光敏元件的饱和，因此，目前的指纹识别传感器，多要求配置面光源进行指纹识别。由此，一方面造成光敏指纹识别传感器难于与有机发光显示装置集成，另一方面，面光源通常是由点光源通过导光板等结构均光之后形成的，因此，造成了指纹识别传感器自身的结构较为复杂，不利于电子设备的纤薄化。
本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种指纹识别传感器。根据本发明的实施例，参考图1，该指纹识别传感器包括：基板100，以及设置在基板100上的多个感光元件200，和多个光源组件300。光源组件300包括点光源310以及散光结构320，散光结构320可令感光元件200接收到的光的光强，小于点光源310中心区域发出光的光强。即：点光源310被设置为中心区域发出的光，不直接经手指反射后照射至感光元件200上，而是能够在照射至手指上之前，首先照射至散光结构320上，其余区域发出的光能够射出基板100，并反射回感光元件200上。该指纹识别传感器通过加设简单的散光元件，即可利用点光源作为指纹识别传感器的背光，有利于简化指纹识别传感器的结构，且易于集成至有机发光显示装置中。
下面，根据本发明的具体实施例，对该指纹识别传感器的各个部分，以及其可以利用点光源实现指纹识别的原理，进行详细说明：
如前所述，不同于经过匀光的光源，点光源所发出的光，出光角度不同，光强也不同。具体的，点光源的中心区域，即出光角度较小的区域的光强较强，周围区域，即出光角度较大的区域的光强较弱。参考图2，如利用点光源进行指纹识别的概念验证图所示，中心区域(如图2中的(b)所示)的光强较强，光敏感应层已饱和，无法获取指纹信息；而点光源边缘部分(如图2中的(a)所示)则可以清晰的看到指纹信息。因此，直接利用点光源为指纹识别传感器的光源，将会影响指纹识别传感的效果。
发明人经过深入研究，并结合仿真实验发现，点光源所发出的出光角度在正负30度区域的光，光强较强，会造成光敏感应层的饱和，影响指纹信息的获取；而点光源所发出的出光角度在正负40～50度区域的光，光强较为适中，适于用于指纹识别传感。当出光角度进一步增大，由于光强减弱较为严重，则也会由于背光亮度不足，影响指纹识别的精度。因此，根据本发明的实施例，通过设置与多个点光源310相配合的散光结构，对上述中心区域(出光角度在正负30度)的光进行遮挡或是散射，使其无法直接被反射至光敏层进行指纹信息的传感，从而可以避免背光过亮而导致的光敏层饱和。根据本发明的实施例，在本发明中，点光源310的“中心区域”包括点光源所发出的光的出光角度为正负30度以内的区域，散光结构320被设置为能够对中心区域发出的光进行遮挡，或将中心区域发出的光，散射至出光角度为正负40～50度后射出基板。由此，可以进一步提高感光元件进行光敏指纹传感的效果。
需要说明的是，在本发明中，定义垂直于点光源所在平面的方向的出光角度为0度，参考图3，术语“出光角度”为出光方向与垂直于点光源所在平面的方向(即出光角度为0度的光)之间的夹角。出光角度的正和负，仅用于表示由出光角度的不同。
根据本发明的具体实施例，上述散光结构320可以由凹透镜或具有遮光功能的不透明层(如黑矩阵)构成。具体的，参考图4，散光结构320可以为遮光层，由此，可以简便的对上述中心区域的光进行遮挡。遮光层的具体设置位置、厚度、与点光源310之间的距离均不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计，只要能够对上述中心区域的发光进行遮挡即可，如，遮光层在基板100上的正投影，可以和点光源中心区域在基板上的正投影至少部分重合，如遮光层在基板100上的正投影可以和点光源中心区域在基板上的正投影完全重合。又例如，遮光层朝向点光源的一侧，可以具有如图中所示出的弧形凸起结构。由于点光源310为一个面状的发散光源，令遮光层具有弧形凸起，可以在距离点光源310较近时，实现对中心区域的光进行遮挡。由此，可令点光源310中，仅有出光角度适当的光，能够射出基板100，照射至位于该指纹识别传感器上方的手指上。随后，被手指的不同部位反射(如图中所示出的脊和谷)，被感光元件200接收，产生光敏电信号。不同部位的反射光的光强不同，进而影响产生的光敏电信号，最终依据多个感光元件200的光敏电信号，实现指纹的识别。在该实施例中，感光元件200可以设置在遮光层远离点光源310的一侧。由此，一方面可以利用遮光层实现中心区域发光的遮挡，另一方面，可以利用设置在下方的遮光层，防止点光源310发出的光，不经过手指的反射即入射至感光元件200中。
根据本发明的另一些实施例，上述散光结构320也可以为凹透镜。根据本发明的实施例，参考图5，在该实施例中，可以利用散光结构320对中心区域发出的光进行散射，改变其出光角度，从而实现防止光强过强而对指纹传感造成影响。具体的，可以通过调节凹透镜的位置、凹透镜的结构以及距离点光源310的距离，将中心区域发出的光，首先入射至该凹透镜并射出，从而将该部分光散射至出光角度为正负40～50度后射出基板。具体的，在该实施例中，点光源310在基板上的正投影，可以位于凹透镜在基板上的正投影范围内。由此，可以简便的实现对点光源中心区域的发光进行散射。此外，为了防止点光源发出的光，不经过手指的脊和谷的反射，而直接由靠近点光源310的一侧入射至感光元件200，可以在感光元件200靠近点光源310的一侧，设置遮光层10。需要说明的是，此处的遮光层10，不需要具有遮挡特定区域发光的功能，因此只要覆盖感光元件200下部的表面即可，无需具有特定的形状和厚度。并且，根据本发明的实施例，感光元件200在基板上的正投影，可以不与点光源在基板上的正投影重合。由于在该实施例中，散光结构320也为透光的，因此，将感光元件200设置在多个散光结构320的间隙处，有利于感光元件200可以接收到更多反射光，从而有利于提高指纹识别的灵敏程度。
根据本发明的实施例，上述感光元件200的具体类型不受特别限制，只要能够产生光敏信号即可。例如，根据本发明的具体实施例，该感光元件200可以为光敏二极管，如，可以为能够产生光生电路的PIN结或OPD材料形成的红光有机光敏二极管。
根据本发明的实施例，该指纹识别传感器可以进一步包括数据传输单元。数据传输单元与光敏二极管电性相连，数据传输单元包括控制开关以及放大电路。由此，可以进一步提高该指纹识别传感器进行传感的灵敏度。具体的，参考图6，控制开关可以为薄膜晶体管(如图6中所示出的TFT)，通过控制开关，控制数据传输单元电路与光敏二极管(如图6中所示出的PIN)之间的连接以及断开。当需要将PIN结中产生的光生电流进行传感时，打开TFT，即可将电信号通过积分放大等放大电路进行输出，传输至如同中所示出的模数转换模块，最终传递至CPU中进行数据的处理。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种显示装置。根据本发明的实施例，该显示装置包括前面所述的指纹识别传感器。由此，该显示装置具有前面描述的指纹识别传感器所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该显示装置具有以下优点的至少之一：可以利用较为简单的结构实现指纹识别功能，指纹识别精度较高。
根据本发明的实施例，该显示装置可以为有机发光显示装置。参考图7，该有机发光显示装置，还可以包括如有机发光层400、偏光片500以及盖板玻璃600等结构。此时，可以采用有机发光显示装置的黑矩阵，复用为光源组件的散光结构320。由此，可以进一步简化该显示装置的结构。根据本发明的实施例，该有机发光显示装置背板中的驱动晶体管20，可以与前面描述的指纹识别传感器的控制开关(也为薄膜晶体管，图中未示出)同层设置。由此，可以进一步简化该显示装置的结构。
在本发明的又一方面，本发明提出了一种用于显示屏幕的指纹识别方法。根据本发明的实施例，该显示屏幕上设置有指纹识别传感器，该指纹识别传感器可以为前面描述的指纹识别传感器。根据本发明的实施例，该方法包括：在显示时段，关闭点光源并进行显示；在指纹识别时段，点亮点光源，并进行指纹识别。由此，可以简便的实现指纹的识别，防止显示以及点光源的光信号互相干扰。
下面，根据本发明的具体实施例，对该方法的各个步骤，进行详细描述：
如前所述，指纹识别传感器可以进一步包括数据传输单元，数据传输单元包括控制开关以及放大电路。放大电路与显示屏幕的CPU相连。参考图8，该方法包括：
在OLED显示阶段，关闭点光源，进行显示屏幕的显示；在指纹识别时段，开启点光源。OLED和点光源显示频率高于60Hz，高于人眼识别频率，不会影响人眼对OLED显示内容的读取。上述时序控制，主要为了防止显示以及点光源的光信号互相干扰。在指纹识别时段的初始阶段，首先打开控制开关。也即是说，首先控制控制开关，对感光元件产生的光生电流首先进行复位。将显示阶段产生存在的电荷复位掉，进而可以减小噪声影响，提高传感精度。也即是说，此时导出感光元件产生的信号，但该部分信号并不通过放大电路将信号读取为指纹识别传感信号。点光源点亮一段时间后，控制开关(例如TFT)将再次开启，将感光元件中累积的光生电流传输至积分放大电路。此时的光生电流为去除了显示阶段累积的电荷噪声的信号，包含了指纹信息，进而可以实现前端指纹信息的采集。也即是说，此时打开控制开关，导出感光元件产生的信号，并通过放大电路将信号读取为指纹识别传感信号，随后关闭控制开关，完成指纹信息的传感。
根据本发明的实施例，上述指纹识别的初始阶段以及最终阶段的持续时间分别独立地为10-500微秒。例如，可以为200微秒，或100微秒。由此，可以简便地排除显示阶段由于屏幕点亮而产生的非指纹识别光电流信号的干扰。需要说明的是，通常进行指纹识别，点亮点光源的时间，在十几毫秒至一百毫秒左右，因此，上述控制开关的开启以及关闭(指纹识别的初始阶段以及最终阶段)，并不会影响指纹识别反应的灵敏程度，造成指纹识别时间的显著延长。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种指纹识别传感器，其特征在于，包括：
基板；
多个感光元件，所述感光元件设置在所述基板上；
多个光源组件，所述光源组件包括点光源以及散光结构，所述散光结构使所述感光元件接收到的光的光强，小于所述点光源中心区域发出光的光强。
2.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述散光结构被设置为能够对所述点光源发出的光进行散射或进行部分遮挡。
3.根据权利要求2所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述散光结构包括遮光层以及凹透镜的至少之一。
4.根据权利要求2所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述点光源中心区域包括出光角度为正负30度以内的区域，所述散光结构被设置为能够对所述中心区域发出的光进行遮挡，或将所述中心区域发出的光散射至出光角度为正负40～50度后射出所述基板。
5.根据权利要求4所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述散光结构为遮光层，所述遮光层在所述基板上的正投影，与所述点光源中心区域在所述基板上的正投影至少部分重合。
6.根据权利要求5所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述感光元件设置在所述遮光层远离所述点光源的一侧。
7.根据权利要求3所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述散光结构为凹透镜，所述点光源在所述基板上的正投影位于所述凹透镜在所述基板上的正投影范围内。
8.根据权利要求7所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述感光元件在所述基板上的正投影与所述点光源在所述基板上的正投影不重合，所述感光元件靠近所述点光源的一侧，设置有遮光结构。
9.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其特征在于，所述感光元件为光敏二极管，所述指纹识别传感器进一步包括：
数据传输单元，所述数据传输单元与所述光敏二极管电性相连，所述数据传输单元包括控制开关。
10.一种显示装置，其特征在于，包括：权利要求1-9任一项所述的指纹识别传感器。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述散光结构为遮光层，所述显示装置为有机发光显示装置，所述有机发光显示装置具有黑矩阵，所述黑矩阵复用为所述散光结构。
12.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为有机发光显示装置，所述有机发光显示装置具有驱动晶体管，所述驱动晶体管与所述指纹识别传感器的控制开关同层设置。
13.一种用于显示屏幕的指纹识别方法，所述显示屏幕的基板上设置有指纹识别传感器，所述指纹识别传感器包括多个感光元件以及多个光源组件，所述光源组件包括点光源以及散光结构，所述散光结构使所述感光元件接收到的光的光强，小于所述点光源中心区域发出光的光强，所述方法包括：
在显示时段，关闭所述点光源并进行显示；
在指纹识别时段，点亮所述点光源，并进行指纹识别。
14.根据权利要求13所述的指纹识别方法，其特征在于，所述指纹识别传感器进一步包括数据传输单元，所述数据传输单元包括控制开关以及放大电路，所述控制开关分别与所述感光元件以及所述放大电路电性相连，所述放大电路与所述显示屏幕的CPU相连，
在所述指纹识别时段的初始阶段，打开所述控制开关，导出所述感光元件产生的信号，并不通过所述放大电路将所述信号读取为指纹识别传感信号，随后关闭所述控制开关；
在所述指纹识别时段的最终阶段，打开所述控制开关，导出所述感光元件产生的信号，并通过所述放大电路将所述信号读取为指纹识别传感信号，随后关闭所述控制开关，
其中，所述初始阶段以及所述最终阶段的持续时间分别为10-500微秒。
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