CN110096928B - 指纹识别装置及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指纹识别装置及显示装置，其中指纹识别装置划分有呈阵列排布的若干个识别区域，指纹识别装置包括：感光层和导光层；感光层包括：与识别区域一一对应的若干个感光元件，感光元件用于对入射光进行光电转换；导光层位于感光层的入光侧，用于限定到达至感光元件的光线与所示感光元件所处平面的角度处于预设角度范围，导光层包括：遮光部和若干个透光部，每个感光元件所对应区域内设置有多个透光部。本发明的技术方案通过将一个感光元件对应多个透光部，可使得各透光部的横截面积减小，导光层的厚度也可相应减小，有利于指纹识别装置的轻薄化；此外，透光部数量的增多，也可在一定程度上提高透光量，有利于识别精准度的提高。

Description

指纹识别装置及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种指纹识别装置及显示装置。

背景技术

人体指纹具有唯一性和不变性，因此指纹识别技术具有安全性好，可靠性高的特点，使得指纹识别技术被广泛应用于保护个人信息安全的各种领域，尤其是显示装置中，例如电视机、手机、笔记本电脑、平板电脑等。

现有技术中通过在显示装置中设置指纹识别模组以使得自身具备指纹识别功能。然而现有的设置于显示装置中的指纹识别模组普遍厚度较大，不符合显示装置轻薄化的发展趋势，因此，如何使指纹识别模组厚度降低是本领域需要解决的一个技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种指纹识别装置及显示装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种指纹识别装置，所述指纹识别装置划分有呈阵列排布的若干个识别区域，所述指纹识别装置包括：感光层和导光层；

所述感光层包括：与所述识别区域一一对应的若干个感光元件，所述感光元件用于对入射光进行光电转换；

所述导光层位于所述感光层的入光侧，用于限定到达至所述感光元件的光线与所述感光元件所处平面的角度处于预设角度范围，所述导光层包括：遮光部和若干个透光部，每个感光元件所对应区域内设置有多个所述透光部。

可选地，还包括：透明盖板，所述透明盖板位于所述导光层背向所述感光层的一侧，且对于所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面上的任一位置，经过该位置处且射向所述导光层的所有光线最多被一个所述感光元件接收。

可选地，所述透光部的延伸方向与所述透明盖板垂直，所述透光部的平行于所述透明盖板的截面形状为圆形。

可选地，所述透光部的圆形截面的直径为d，所述导光层中对应于不同感光元件的两个透光部的中心点的最小距离为L1，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为a；

所述导光层的厚度为h，其中

可选地，所述导光层中对应于同一感光元件的且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点的最大距离为L2，其中L2<L1。

可选地，每个所述感光元件对应9个透光部，9个透光部呈3×3排列，且所述9个透光部中在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等；

所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等。

可选地，所述透光部的圆形截面的直径为3.6um，所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点之间的距离范围包括：17.8um～35.1um，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为980um；

所述导光层的厚度范围包括：174.5um～498.5um。

可选地，所述透光部的圆形截面的直径为6.7um，所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点之间的距离范围包括：33.0um～35.9um，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为980um；

所述导光层的厚度范围包括：423.7um～498.5um。

可选地，每个所述感光元件对应25个透光部，25个透光部呈5×5排列，且所述25个透光部中在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等；

所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等。

可选地，所述透光部的圆形截面的直径为5.15um，所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点之间的距离范围包括：25.4um～29.0um，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为980um；

所述导光层的厚度范围包括：423.7um～498.5um。

可选地，所述透光部为过孔。

为实现上述目的，本发明还提供了一种显示装置，包括：如上述的指纹识别装置。

可选地，还包括：显示模组，所述指纹识别装置位于所述显示模组的非出光侧。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种指纹识别装置及显示装置，其中指纹识别装置划分有呈阵列排布的若干个识别区域，指纹识别装置包括：感光层和导光层；感光层包括：与识别区域一一对应的若干个感光元件，感光元件用于对入射光进行光电转换；导光层位于感光层的入光侧，用于限定到达至感光元件的光线与所示感光元件所处平面的角度处于预设角度范围，导光层包括：遮光部和若干个透光部，每个感光元件所对应区域内设置有多个透光部。本发明的技术方案通过使将一个感光元件对应多个透光部，可使得各透光部的横截面积减小，导光层的厚度也可相应减小，有利于指纹识别装置的轻薄化；此外，透光部数量的增多，也可在一定程度上提高透光量，有利于识别精准度的提高。

附图说明

图1为指纹识别的工作原理示意图；

图2a为手指上某一位置的反射光被两个光学传感器接收时的示意图；

图2b为图2a中导光部厚度增大时的示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种指纹识别装置的结构示意图；

图4为本发明中不同光线射向导光层时的示意图；

图5为本发明中相邻两个感光元件的截面示意图

图6a为对比示例中导光层对应两个识别区域的部分的俯视图；

图6b为图6a中A-A向的截面示意图；

图7a为本发明中导光层上对应单位识别区域的部分的一种俯视图；

图7b为图7a中B-B向的截面示意图；

图8a为本发明中导光层上对应单位识别区域的部分的又一种俯视图；

图8b为图8a中C-C向的截面示意图；

图9为本发明实施例二提供的一种显示装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种指纹识别装置及显示装置进行详细描述。

图1为指纹识别的工作原理示意图，如图1所示，在手指触碰指纹识别装置时，手指的谷部与位于其正下方的光学传感器A具有第一距离H1，手指的脊部与位于其正下方的光学传感器A具有第二距离H2，且第一距离H1大于第二距离H2；因此，谷部反射的光经过导光部B至光学传感器A的光线传输距离较长，所以光线强度较小，光学传感器A所产生电信号对应的电流较小；脊部反射的光经过导光部B至光学传感器A的光线传输距离较短，所以光线强度较大，光学传感器A所产生电信号对应的电流较大。基于上述原理，通过检测光学传感器A所产生的电信号对应的电流大小，即可识别出指纹的谷部或脊部(即指纹成像)。

图2a为手指上某一位置的反射光被两个光学传感器接收时的示意图，如图2a所示，发明人发现，手指上的某一位置反射的光可能会被两个不同的光学传感器A接收，导致谷和脊的成像混在一起，产生成像模糊，影响指纹识别结果。为了避免该问题出现，通常通过增加导光部B厚度的方式使得尽可能小范围的光入射至对应的光学传感器A中。图2b为图2a中导光部厚度增大时的示意图，如图2b所示，增加导光部B厚度(h2>h1)能够有效减小入射光范围，但同时带来一个问题，即指纹识别装置的厚度增加，不利于显示装置的轻薄化。

为解决上述问题，本发明实施例一提供了一种指纹识别装置。图3为本发明实施例一提供的一种指纹识别装置的结构示意图，如图3所示，指纹识别装置划分有呈阵列排布的若干个识别区域7，指纹识别装置包括：感光层和导光层2；感光层包括：与识别区域7一一对应的若干个感光元件1，感光元件1用于对入射光进行光电转换；导光层2位于感光层的入光侧，用于限定到达至感光元件1的光线与感光元件1所处平面的角度处于预设角度范围，导光层2包括：遮光部3和若干个透光部4，每个感光元件1所对应区域内设置有多个透光部4，透光部用于传导光线。

本发明中的感光元件1包括一光电转换图形，光电转换图形可根据接收到的光线强度生成对应的电信号；光电转换层的材料可以为有机光电转换材料或无机光电转换材料。为避免位于光电转换层背向导光层2一侧的光线照射至光电转换层，感光元件1还包括：遮光图形(未示出)，遮光图形位于光电转换图形背向导光层2的一侧且完全覆盖对应的光电转换图形。

图4为本发明中不同光线射向导光层时的示意图，如图4所示，该导光层2包括遮光部3和若干个透光部4，其中，遮光部3的材料为遮光材料，透光部4可以为透明材料构成或为过孔结构。本发明中的导光层2可对部分射向感光元件1的光线进行过滤，从而实现对到达感光元件1的光线的角度进行限定的目的。在本实施例中，以透光部4为过孔为例，通过控制过孔的横截面(平行于感光元件1的截面)尺寸和过孔的深度(导光层2的厚度)，即可对透过导光层2射向感光元件1的光线的角度进行限定。可选地，预设角度范围为88.8°～90°，此时透射至感光元件1处的光线与感光元件1垂直或近似垂直，可有效减小光线的散射程度。

需要说明的是，本发明中透光部4的横截面形状可以为圆形、矩形、三角形等规则或不规则图形，本实施例中以透光部4的横截面形状为圆形为例进行示例性描述。

需要说明的是，为便于外部芯片IC获取各检测感光元件1输出的电流，针对各感光元件1，可设置用于将感光元件1所输出的电信号传导至外部芯片IC的信号走线6。

在本发明中，在保证每个感光元件1所需要的透光部4的最小总横截面积一定的情况下，本发明中通过使得一个感光元件1对应多个透光部4(过孔)，此时每个透光部的横截面积可相应减小，在导光层2所限定的预设角度范围的最小值一定的情况下，导光层2的厚度(过孔的深度)可相应减小。即，本发明的技术方案可有效减小导光层2的厚度，有利于指纹识别装置的轻薄化。

此外，在保证导光层2所限定的预设角度范围的最小值一定的情况下，对于任意的一个感光元件1，其所对应识别区域7内设置有多个透光部4(过孔)，也在可一定程度上提高透光量，有利于指纹识别精度的提升，具体描述可参见后续内容。

本实施例中优选地，多个过孔呈N×N阵列排布，其中N为大于1的整数。

本发明提供了一种基于光学检测的指纹识别装置，通过使得一个感光元件对应多个透光部，可使得导光层的厚度减小，有利于指纹识别装置的轻薄化；此外，透光部数量的增多，也可在一定程度上提高透光量。

可选地，该指纹识别装置还包括：透明盖板5，透明盖板5位于导光层2背向感光层的一侧，且对于透明盖板5背向导光层2一侧的表面上的任一位置，经过该位置处且射向导光层2的所有光线最多被一个感光元件1接收。在本实施例中，透明盖板5可对导光层2进行保护，提升指纹识别装置的使用寿命。

图5为本发明中相邻两个感光元件的截面示意图，如图5所示，透光部4的延伸方向与透明盖板5垂直且平行于透明盖板5的截面形状为圆形，圆柱形透光部4的直径为d，导光层2的厚度(透光部4的深度)为h，导光层2中对应于不同感光元件1的两个透光部4的中心点的最小距离为L1，该两个透光部4的边缘与各自所对应感光元件1所处区域的边缘的最小距离为m，透明盖板5背向导光层2一侧的表面与导光层2朝向透明盖板5一侧的表面之间的距离为a，预设角度范围中的最小角度为θ。

其中，

为保证透明盖板5背向导光层2一侧的表面上的任一位置其仅能在一个感光元件1中进行成像，则需满足：

d+2m≤L1……(2)

通过式(1)和(2)即可推出，导光层2的厚度h应满足：

由此可见，在透明盖板5背向导光层2一侧的表面与导光层2朝向透明盖板5一侧的表面之间的距离a、圆形透光部4的直径d、导光层2中对应于不同感光元件1的两个透光部4的中心点的最小距离L1三者均确定的情况下，为避免出现“成像模糊”的问题，导光层2的最小厚度h为

为尽可能在一个感光元件1所对应的区域内设置更多的导光部，优选地，导光层2中对应于同一感光元件1的且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部4的中心点的最大距离为L2，其小于L1。

下面将以一个感光元件1对应一个透光部4作为对比示例，来陈述本发明中一个感光元件1对应多个透光部4时可带来的有益效果。

图6a为对比示例中导光层对应两个识别区域的部分的俯视图，图6b为图6a中A-A向的截面示意图，如图6a和图6b所示，在每个识别区域7内仅存在对应的一个透光部4，且该透光部4位于对应感光元件1所处区域的中间位置。

其中，识别区域7为正方形且边长w为50.8um(对应识别分别率500ppi)，预设角度范围中的最小角度θ取值为88.8°，圆柱型透光部4的直径d为10.3um，导光层2的厚度h为498.5um，因此识别区域7的透光面积

为83.32um²。

图7a为本发明中导光层上对应两个识别区域的部分的一种俯视图，图7b为图7a中B-B向的截面示意图，如图7a和图7b所示，作为本发明中的一种具体实施方式，每个识别区域对应9个透光部4，9个透光部4呈3×3排列，且9个透光部4中在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部4的中心点之间的距离L4均相等，导光层2中对应于不同感光元件1且在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部4的中心点之间的距离L3均相等。

可选地，识别区域7为正方形且边长w为50.8um，透光部4的圆形截面的直径d’为3.6um，导光层2中对应于不同感光元件1且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部4的中心点之间的距离L3范围包括：17.8um～35.1um，导光层2中对应于同一感光元件1的且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部4的中心点之间的距离L4，L4<L3,透明盖板5背向导光层2一侧的表面与导光层2朝向透明盖板5一侧的表面之间的距离a为980um；导光层2的厚度h’范围包括：174.5um～498.5um。

表1为识别区域中透光部为9个且透光部的圆形截面直径为3.6um时导光层的各参数取值表，如下表1所示。

通过上述表1可见，当1个识别区域7对应9个透光部4且透光部4的圆形截面直径d’为3.6um时，导光层2的厚度h’为对比示例中导光层2的厚度h的0.45～1.00倍。即，在导光层2的最小透光角度θ一定的情况下，当1个感光元件1对应多个透光部4时，可有效减小导光层2的厚度，有利于指纹识别装置的轻薄化。

此外，本发明中1个识别区域7对应9个透光部4且透光部4的圆形截面直径为3.6um时，识别区域7的透光面积

为91.56um²，其大于对比示例中识别区域7的透光面积83.32um²；即多个透光部4技术方案可有效提升识别区域7的透光面积，提升导光层2的透光量，有利于指纹识别精准度的提升。

可选地，识别区域7为正方形且边长w为50.8um，透光部4的圆形截面的直径d’为6.7um，导光层2中对应于不同感光元件1且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部4的中心点之间的距离L3范围包括：33.0um～35.9um，透明盖板5背向导光层2一侧的表面与导光层2朝向透明盖板5一侧的表面之间的距离a为980um；导光层2的厚度h’范围包括：423.7um～498.5um。

表2为识别区域中透光部为9个且透光部的圆形截面直径为6.7um时导光层的各参数取值表，如下表2所示。

通过上述表2可见，当1个识别区域7对应9个透光部4且透光部4的圆形截面直径为6.7um时，导光层2的厚度h’，h’为对比示例中导光层2的厚度h的0.90～1.00倍。即，在导光层2的最小透光角度θ一定的情况下，当1个识别区域7对应多个透光部4时，可有效减小导光层2的厚度，有利于指纹识别装置的轻薄化。

此外，本发明中1个识别区域7对应9个透光部4且透光部4的圆形截面直径为6.7um时，识别区域7的透光面积

为317.3um²，其大于1个感光元件1对应9个透光部4且透光部4的圆形截面直径为3.6um时识别区域7的透光面积91.56um²。即，在识别区域7中透光部4的数量一定的情况下，透光部4直径越大，则导光层2的透光量越大。

图8a为本发明中导光层上对应两个识别区域的部分的又一种俯视图，图8b为图8a中C-C向的截面示意图，如图8a和图8b所示，作为本发明中的又一种具体实施方式，每个识别区域7对应25个透光部4，25个透光部4呈5×5排列，且25个透光部4中在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部4的中心点之间的距离L4均相等，导光层2中对应于不同感光元件1且在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部4的中心点之间的距离L3均相等。

可选地，识别区域7为正方形且边长w为50.8um，透光部4的圆形截面的直径d’为5.15um，导光层2中对应于不同感光元件1且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部4的中心点之间的距离L3范围包括：25.4um～29.0um，导光层2中对应于同一感光元件1的且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部4的中心点之间的距离L4，L4<L3，透明盖板5背向导光层2一侧的表面与导光层2朝向透明盖板5一侧的表面之间的距离a为980um；导光层2的厚度h’范围包括：423.7um～498.5um。

表3为识别区域中透光部为25个且透光部的圆形截面直径为5.15um时导光层的各参数取值表，如下表3所示。

通过上述表3可见，当1个识别区域7对应25个透光部4且透光部4的圆形截面直径为5.15时，导光层2的厚度h’，h’为对比示例中导光层2的厚度h的0.85～1.00倍。即，在导光层2的最小透光角度θ一定的情况下，当1个识别区域7对应多个透光部4时，可有效减小导光层2的厚度，有利于指纹识别装置的轻薄化。

此外，本发明中1个感光元件1对应25个透光部4且透光部4的圆形截面直径为6.7um时识别区域7的透光面积

为520.8um²，其大于1个识别区域7对应9个透光部4时对比示例中识别区域7的透光面积。即，在导光层2厚度一定的情况下，识别区域7中透光部4数量越多，则导光层2的透光量越大。

本发明实施例一提供了一种指纹识别装置，通过将一个感光元件对应多个透光部，可使得各透光部的横截面积减小，导光层的厚度也可相应减小，有利于指纹识别装置的轻薄化；此外，透光部数量的增多，也可在一定程度上提高透光量，有利于识别精准度的提高。

图9为本发明实施例二提供的一种显示装置的结构示意图，如图9所示，该显示装置包括：指纹识别装置，其中指纹识别装置采用上述实施例一中提供的指纹识别装置，具体内容可参见上述实施例一中的描述，此处不再赘述。

进一步地，该显示装置还包括显示模组8，指纹识别装置位于显示模组8的非出光侧，指纹识别装置中的感光元件1与显示模组中的可透光区域对应设置。

本发明中的显示模组具体可以为有机发光二极管(Organic Light EmittingDiode简称OLED)显示模组。在进行指纹识别时，OLED显示模组发出的光照射至手指并发生反射，部分反射光透射过导光层2到达感光元件1，根据感光元件1输出的电流大小即可判断出指纹与该感光元件1所对应的部分为谷部或脊部。

优选地，为提升手指反射的光线入射至感光元件的光线入射率，OLED显示模组中的OLED为顶发射型。

此外，为减小成型后的显示装置的厚度，可将使得OLED显示模组8与指纹识别装置使用同一透明盖板5。

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 (10)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置划分有呈阵列排布的若干个识别区域，所述指纹识别装置包括：感光层和导光层；

所述感光层包括：与所述识别区域一一对应的若干个感光元件，所述感光元件用于对入射光进行光电转换；

所述导光层位于所述感光层的入光侧，用于限定到达至所述感光元件的光线与所述感光元件所处平面的角度处于预设角度范围，所述导光层包括：遮光部和若干个透光部，每个感光元件所对应区域内设置有多个所述透光部；

还包括：透明盖板，所述透明盖板位于所述导光层背向所述感光层的一侧，且对于所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面上的任一位置，经过该位置处且射向所述导光层的所有光线最多被一个所述感光元件接收；

所述透光部的延伸方向与所述透明盖板垂直，所述透光部的平行于所述透明盖板的截面形状为圆形；

所述透光部的圆形截面的直径为d，所述导光层中对应于不同感光元件的两个透光部的中心点的最小距离为L1，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为a；

所述导光层的厚度为h，其中

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述导光层中对应于同一感光元件的且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点的最大距离为L2，其中L2<L1。

3.根据权利要求1或2所述的指纹识别装置，其特征在于，每个所述感光元件对应9个透光部，9个透光部呈3×3排列，且所述9个透光部中在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等；

所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等。

4.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述透光部的圆形截面的直径为3.6um，所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点之间的距离范围包括：17.8um～35.1um，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为980um；

所述导光层的厚度范围包括：174.5um～498.5um。

5.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述透光部的圆形截面的直径为6.7um，所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点之间的距离范围包括：33.0um～35.9um，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为980um；

所述导光层的厚度范围包括：423.7um～498.5um。

6.根据权利要求1或2所述的指纹识别装置，其特征在于，每个所述感光元件对应25个透光部，25个透光部呈5×5排列，且所述25个透光部中在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等；

所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的任意两个透光部的中心点之间的距离均相等。

7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述透光部的圆形截面的直径为5.15um，所述导光层中对应于不同感光元件且在行方向相邻或在列方向相邻的两个透光部的中心点之间的距离范围包括：25.4um～29.0um，所述透明盖板背向所述导光层一侧的表面与所述导光层朝向所述透明盖板一侧的表面之间的距离为980um；

所述导光层的厚度范围包括：423.7um～498.5um。

8.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述透光部为过孔。

9.一种显示装置，其特征在于，包括：如上述权利要求1-8中任一所述的指纹识别装置。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，还包括：显示模组，所述指纹识别装置位于所述显示模组的非出光侧。

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