CN109740556A - 基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块及其制备方法，所述指纹识别模块包括：指纹识别传感器阵列，以及还包括：设置于指纹识别传感器阵列上、用于准直光取出的光学结构；其中，所述光学结构包括：上、下层纳米光栅层，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层。应用本发明可以简化工艺流程、减小指纹识别模块的厚度，避免Miss‑align问题，且可以提高指纹识别精准度。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，特别是指一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块及其制备方法。
背景技术
相比普通屏幕，全面屏的视觉效果具有更高冲击力，更加惊艳的显示效果，成为现在智能显示终端的新宠。但是随着屏幕屏占比的提高，基于指纹识别传感器的指纹识别模块设计成为手机终端厂商亟需解决的问题。
应用准直光方案的全面屏指纹识别技术的显示屏器件，如图1所示，其指纹识别模块包括：指纹识别传感器阵列及其背板，以及设置于指纹识别传感器阵列上方的光学结构层。指纹识别时，为防止相邻传感器接收到较远位置的指纹信息，导致传感器接收的信息混乱，因此需要在指纹识别传感器阵列上设置一层光学结构，用以去除杂散光，实现指纹识别。光学结构可以是如图2所示的通孔或者是如图3所示的套孔来实现去除杂散光功能。由于目前黑色材料的厚度无法做到100um厚度，因此通常优先选择套孔方案。
套孔方案的准直光学机理，如图4所示：为了实现防止大角度的光的串扰，需要形成多层黑矩阵(BM)，即矩阵式图案化的遮光膜层，来阻挡大角度光的串扰，由模拟结果可知，只有多次形成BM层才能完全实现防止大角度光的串扰，为了实现进入指纹识别传感器的光角度≤8.5°，则设计的工艺孔深要求大于100um。
在实际应用中，本发明的发明人发现现有的基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块具有如下问题：
1、由于光学结构层需要形成多层BM层，以及间隔相邻BM层的PI(聚酰亚胺薄膜)层，导致指纹识别模块的整个工序中需要至少5-6次掩膜工艺，5-6次的PI膜涂覆，工艺流程非常复杂。
2、多层的BM层、PI层，导致指纹识别模块的光学结构的整体厚度达到100um，不利于显示屏器件的整体轻薄化，且整体厚度大等于100um还会导致器件内应力很大，如图5a所示，从而存在玻璃弯曲造成碎片的风险。
3、如图5b所示，在BM层刻蚀圆孔的过程中，往往出现PI残留的情况；由于孔内的颗粒状残留会影响通过孔的光路，从而降低指纹识别精准度。
4、如图5c所示，多层套孔对之间需要具有一定的偏差，而实际生产过程中难以将偏差控制在适当范围内，从而出现Miss-align(对位偏差)问题。
5、受限于5层BM开口率与多层PI透过率的影响，导致最终到达指纹识别传感器的光强降低，严重降低指纹识别精准度。
综上，现有的基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块具有制造工艺流程非常复杂、整体厚度大、有Miss-align问题，指纹识别精准度低的问题。
发明内容
本发明提出了一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块及其制备方法，可以简化工艺流程、减小指纹识别模块的厚度，避免Miss-align问题，且可以提高指纹识别精准度。
基于上述目的，本发明提供一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块，包括：指纹识别传感器阵列，以及还包括：设置于指纹识别传感器阵列上、用于准直光取出的光学结构；其中，所述光学结构包括：
上、下层纳米光栅层，以及
设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层。
进一步，所述光学结构中还包括：
设置于所述下层纳米光栅层下的、作为衬底的聚酰亚胺PI膜层。
进一步，所述光学结构中还包括：
在所述下层纳米光栅层与所述PDLC层之间设置的第一平坦保护层；
在所述PDLC层与上层纳米光栅层之间设置的第二平坦保护层。
进一步，所述光学结构中还包括：
设置于所述上层纳米光栅层上的INK层。
本发明还提供一种显示屏，包括：如上所述的指纹识别模块。
本发明还提供一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块的制备方法，包括：
生成包括上、下层纳米光栅层，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层的光学结构；
基于所述光学结构制备出所述指纹识别模块。
其中，所述生成包括上、下层纳米光栅层，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层的光学结构，具体包括：
在基板上形成PI膜层；
在所述PI膜层上形成所述下层纳米光栅层；
在所述下层纳米光栅层上形成第一平坦保护层；
在第一平坦保护层上形成所述PDLC层；
在所述PDLC层上形成第二平坦保护层；
在第二平坦保护层上形成所述上层纳米光栅层；
在所述上层纳米光栅层上形成INK层。
进一步，在所述上层纳米光栅层上形成INK层后，还包括：
去除所述基板。
本发明的技术方案中，在指纹识别模块的光学结构的上下表面分别形成上、下层纳米光栅层，以及在在所述上、下层纳米光栅层之间形成PDLC(聚合物分散液晶)层；从而，利用上层纳米光栅层对反射的指纹光去偏光化，然后去偏光化的光进入准值取向的PDLC层的液晶而被准直化；为了防止液晶衍射带来的杂散光，下层纳米光栅层进一步祛除液晶散射形成的杂散光，以实现进入指纹识别传感器的光的准直。
由于本发明的指纹识别模块的光学结构中，仅需形成两层纳米光栅层和一层PDLC层，相比于现有的套孔方案光学结构中需形成5-6层BM和PI层，大大简化了工艺流程，而且也减小了光学结构的厚度，从而也就减小了指纹识别模块的厚度，同时也避免了多层套孔对之间需要具有一定偏差的技术难题，也避免了现有技术的BM层刻蚀圆孔中PI残留对指纹识别精准度的影响，从而提高了对指纹识别的精准度。
附图说明
图1为现有技术的显示屏器件中应用准直光方案的指纹识别模块的结构示意图；
图2为现有技术的通孔结构的光学结构层示意图；
图3为现有技术的套孔结构的光学结构层示意图；
图4为现有技术的套孔方案的准直光学机理示意图；
图5a为现有技术的套孔结构的光学结构层的内应力示意图；
图5b为现有技术的基于准直光取出的光学结构中BM层刻蚀圆孔中残留PI的示意图；
图5c为现有技术的多层套孔之间的偏差示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块的光学模拟图；
图7为本发明实施例提供的一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块的结构示意图；
图8、9分别为本发明实施例提供的上、下层纳米光栅层，以及液晶的光通路的实现机理示意图；
图10为本发明实施例提供的不同厚度的PDLC对指纹噪声的影响模拟实验结果示意图；
图11为本发明实施例提供的一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块的制备方法流程图；
图12为本发明实施例提供的一种基于准直光取出的光学结构的制备方法流程图；
图13a～13h为本发明实施例提供的光学结构制备过程中的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
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，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明的技术方案中，在指纹识别模块的光学结构的上下表面分别形成上、下层纳米光栅层，以及在在所述上、下层纳米光栅层之间形成PDLC(聚合物分散液晶)层；从而，如图6所示，利用上层纳米光栅层对反射的指纹光去偏光化，然后去偏光化的光进入准值取向的PDLC层的液晶而被准直化；为了防止液晶衍射带来的杂散光，下层纳米光栅层进一步祛除液晶散射形成的杂散光，以实现进入指纹识别传感器的光的准直。
由于本发明的指纹识别模块的光学结构中，仅需形成两层纳米光栅层和一层PDLC层，相比于现有的套孔方案光学结构中需形成5-6层BM和PI层，大大简化了工艺流程，而且也减小了光学结构的厚度，从而也就减小了指纹识别模块的厚度，同时也避免了多层套孔对之间需要具有一定偏差的技术难题，也避免了现有技术的BM层刻蚀圆孔中PI残留对指纹识别精准度的影响，从而提高了对指纹识别的精准度。
下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
本发明实施例提供的一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块，包括：背板、设置于背板上的指纹识别传感器阵列，以及设置于指纹识别传感器阵列上、用于准直光取出的光学结构。
其中，所述光学结构的内部结构如图7所示，包括：上层纳米光栅层711、下层纳米光栅层712，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层713。所述上、下层纳米光栅层中的光栅位置最好是相对的，不过也可以是错开的。
上述光学结构的光通路实现机理如图8、9所示。其中，图8示出了上、下层纳米光栅层的光通路的实现机理：上层纳米光栅层(即TOP光栅)的作用是祛除环境与指纹中的圆偏光；下层纳米光栅层(即Bottom光栅)用以祛除液晶散射带来的圆偏光。
如图9所示，PDLC层713中的凝固态液晶实现光的准直化机理，液晶中的光通路可以用如下公式一进行表达：
其中，为光线入射液晶的角度，λ为光线的波长，Δnd表示光程差，I为光强。可以看出，垂直入射的光线在经过液晶时衰减最小，而其它角度入射的杂散光在经过液晶时衰减很大，从而实现光的准直。
此外，本发明的发明人还实验了不同厚度的PDLC对指纹噪声的影响。图10为本发明实施例提供的不同厚度的PDLC对指纹噪声的影响模拟实验结果的示意图；由模拟结果可以看出当PDLC层的厚度≥10um时，可以识别出指纹信号。
进一步，上述光学结构中还可以包括：设置于所述下层纳米光栅层下的、作为衬底的聚酰亚胺PI(聚酰亚胺)膜层714。
进一步，上述光学结构中还可以包括：在所述下层纳米光栅层712与所述PDLC层713之间设置的第一平坦保护层715，用以对下层纳米光栅层712进行保护；
进一步，上述光学结构中还可以包括：在所述PDLC层713与上层纳米光栅层711之间设置的第二平坦保护层716，用以对PDLC层713进行保护。
进一步，上述光学结构中还可以包括：
设置于所述上层纳米光栅层711上的IJP(喷墨打印)(Inkjet printing)INK(墨水)层717。
本发明实施例还提供的一种显示屏，包括上述的基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块。
本发明实施例提供的基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块的制备方法的流程，如图11所示，包括如下步骤：
步骤S1101：生成包括上、下层纳米光栅层，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层的光学结构。
本文将在后续部分详细介绍本发明的光学结构的制备方法。
步骤S1102：基于所述光学结构制备出所述指纹识别模块。
具体地，本步骤中可以将指纹识别传感器阵列设置于背板上，之后，将上述步骤S1101中制备的光学结构放置于指纹识别传感器阵列上对光进行准直取出，从而完成本发明的指纹识别模块的制备。
上述步骤S1101中，生成包括上、下层纳米光栅层，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层的光学结构的具体方法流程，如图12所示，包括如下步骤：
步骤S1201：在基板上形成PI膜层714。
具体地，如图13a所示，可以在玻璃基板上形成大约10um的PI膜层714，作为所述光学结构的衬底。
步骤S1202：在PI膜层714上形成下层纳米光栅层712。
具体地，如图13b所示，在PI膜层714上形成100～20nm的下层纳米光栅层712，用以去除圆偏光。其中，下层纳米光栅层712的材料可以是铝、铜等金属。
步骤S1203：在下层纳米光栅层712上形成第一平坦保护层715。
具体地，如图13c所示，在下层纳米光栅层712上可以形成厚度约为2um的第一平坦保护层715，用以对下层纳米光栅层712中的光栅进行平坦保护。
步骤S1204：在第一平坦保护层715上形成PDLC层713。
具体地，如图13d所示，下层纳米光栅层712上可以形成大于等于10um的PDLC层713。
步骤S1205：在PDLC层713上形成第二平坦保护层716。
具体地，如图13e所示，在PDLC层713上可以形成厚度约为4um的第二平坦保护层716，用以对PDLC层713中的凝固态液晶起到平坦保护作用。
步骤S1206：在第二平坦保护层716上形成上层纳米光栅层711。
具体地，如图13f所示，在第二平坦保护层716上可以形成100～20nm厚度的上层纳米光栅层711，用以去除圆偏光。其中，上层纳米光栅层711的材料可以是铝、铜等金属；上层纳米光栅层711中的光栅可以在形成过程中与下层纳米光栅层712中的光栅相对。
步骤S1207：在上层纳米光栅层711上形成INK层717。
具体地，如图13g所示，在上层纳米光栅层711上可以形成厚度约为5um的INK层717，用以保护光栅以及光学结构器件。
步骤S1208：去除所述基板。
具体地，如图13h所示，可以采用机械方法将基板玻璃去除，从而得到完整的光学结构器件，可以用于设置在指纹识别传感器阵列上。
本发明的技术方案中，在指纹识别模块的光学结构的上下表面分别形成上、下层纳米光栅层，以及在在所述上、下层纳米光栅层之间形成PDLC(聚合物分散液晶)层；从而，利用上层纳米光栅层对反射的指纹光去偏光化，然后去偏光化的光进入准值取向的PDLC层的液晶而被准直化；为了防止液晶衍射带来的杂散光，下层纳米光栅层进一步祛除液晶散射形成的杂散光，以实现进入指纹识别传感器的光的准直。
由于本发明的指纹识别模块的光学结构中，仅需形成两层纳米光栅层和一层PDLC层，相比于现有的套孔方案光学结构中需形成5-6层BM和PI层，大大简化了工艺流程，而且也减小了光学结构的厚度，从而也就减小了指纹识别模块的厚度，同时也避免了多层套孔对之间需要具有一定偏差的技术难题，也避免了现有技术的BM层刻蚀圆孔中PI残留对指纹识别精准度的影响，从而提高了对指纹识别的精准度。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块，包括：指纹识别传感器阵列，其特征在于，还包括：设置于指纹识别传感器阵列上、用于准直光取出的光学结构；其中，所述光学结构包括：
上、下层纳米光栅层，以及
设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层。
2.根据权利要求1所述的指纹识别模块，其特征在于，所述光学结构中还包括：
设置于所述下层纳米光栅层下的、作为衬底的聚酰亚胺PI膜层。
3.根据权利要求2所述的指纹识别模块，其特征在于，所述光学结构中还包括：
在所述下层纳米光栅层与所述PDLC层之间设置的第一平坦保护层；
在所述PDLC层与上层纳米光栅层之间设置的第二平坦保护层。
4.根据权利要求3所述的指纹识别模块，其特征在于，所述光学结构中还包括：
设置于所述上层纳米光栅层上的墨水INK层。
5.根据权利要求1-4任一所述的指纹识别模块，其特征在于，所述上、下层纳米光栅层中的光栅位置是相对的，或者是错开的。
6.根据权利要求1-4任一所述的指纹识别模块，其特征在于，还包括：背板；以及所述指纹识别传感器阵列设置于所述背板上。
7.一种显示屏，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一所述的指纹识别模块。
8.一种基于准直光取出的光学结构的指纹识别模块的制备方法，其特征在于，包括：
生成包括上、下层纳米光栅层，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层的光学结构；
基于所述光学结构制备出所述指纹识别模块。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生成包括上、下层纳米光栅层，以及设置在所述上、下层纳米光栅层之间的聚合物分散液晶PDLC层的光学结构，具体包括：
在基板上形成PI膜层；
在所述PI膜层上形成所述下层纳米光栅层；
在所述下层纳米光栅层上形成第一平坦保护层；
在第一平坦保护层上形成所述PDLC层；
在所述PDLC层上形成第二平坦保护层；
在第二平坦保护层上形成所述上层纳米光栅层；
在所述上层纳米光栅层上形成INK层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述上层纳米光栅层上形成INK层后，还包括：
去除所述基板。
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