CN110730968A - 指纹识别装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种指纹识别装置和电子设备，所述指纹识别装置应用于具有显示屏的电子设备，所述指纹识别装置用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹识别装置包括：微镜头阵列；小孔阵列，设置在所述微透镜阵列的下方；光学指纹传感器阵列，设置在所述小孔阵列的下方，用于接收经由所述微镜头阵列汇聚到所述小孔阵列的并通过所述小孔阵列的光信号；第一1/4波片和第一线偏振片，设置在从所述显示屏到所述光学传感器阵列的光路中，其中所述第一1/4波片设置在所述第一线偏振片的上方。本申请的指纹识别装置和电子设备，通过第一1/4波片和设置在第一1/4波片的第一线偏振片，能够提升屏下指纹识别的性能。

Description

指纹识别装置和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及电子领域，并且更具体地，涉及指纹识别装置和电子设备。

背景技术

随着手机行业的高速发展，屏下指纹识别技术的实用化已成为大众所需。

屏下指纹识别别技术是将指纹识别模组设置于显示屏下，在显示屏下方设置漏光区域，指纹识别模组通过检测从漏光区域传输下来的携带手指信息的光，实现屏下指纹识别。

然而，屏下漏光区域的模组可能会反射光至显示屏的上方，从而会引起外观问题；另一方面，从漏光区域漏下的与指纹识别无关的光，也会影响指纹识别的效率。由于上述各种问题的存在，影响了屏下指纹识别的性能。

因此，如何提升屏下指纹识别的性能，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种指纹识别装置和电子设备，能够提升屏下指纹识别的性能。

第一方面，提供了一种指纹识别装置，其特征在于，应用于具有显示屏的电子设备，所述指纹识别装置用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹识别装置包括：

微镜头阵列；

小孔阵列，设置在所述微透镜阵列的下方；

光学指纹传感器阵列，设置在所述小孔阵列的下方，用于接收经由所述微镜头阵列汇聚到所述小孔阵列的并通过所述小孔阵列的光信号；

第一1/4波片和第一线偏振片，设置在从所述显示屏到所述光学传感器阵列的光路中，其中所述第一1/4波片设置在所述第一线偏振片的上方。

第二方面，提供了一种电子设备，其包括显示屏以及第一方面所述的指纹识别装置。

基于以上技术方案，本申请的指纹识别装置和电子设备，通过第一1/4波片和设置在第一1/4波片的第一线偏振片，一方面，能够避免漏光区域漏下的光信号反射光至显示屏的上方，从而会引起外观问题；另一方面，可以在不影响指纹信号光的情况下，减小背向漏光的强度和噪声，提高了光学指纹传感器阵列接收的光信号中携带有指纹信息的光信号的占比，进而提升了屏下指纹识别的性能。

附图说明

图1是本申请可以适用的电子设备的平面示意图。

图2是图1所示的电子设备的部分剖面示意图。

图3是本申请实施例的显示屏的示意性结构图。

图4是本申请实施例的指纹识别系统的示意图。

图5是图4所示的指纹识别系统设置有用于指纹识别的1/4波片和线偏振片的示意图。

图6至图20是本申请实施例的用于指纹识别的1/4波片和线偏振片的位置的示意性结构图。

图21至图26是本申请实施例的指纹识别装置的示意性结构图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

本申请实施例的技术方案可以应用于各种电子设备。

例如，智能手机、笔记本电脑、平板电脑、游戏设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。但本申请实施例对此并不限定。

本申请实施例的技术方案可以用于生物特征识别技术。其中，生物特征识别技术包括但不限于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别以及活体识别等识别技术。为了便于说明，下文以指纹识别技术为例进行说明。

本申请实施例的技术方案可以用于屏下指纹识别技术和屏内指纹识别技术。

屏下指纹识别技术是指将指纹识别模组安装在显示屏下方，从而实现在显示屏的显示区域内进行指纹识别操作，不需要在电子设备正面除显示区域外的区域设置指纹采集区域。具体地，指纹识别模组使用从电子设备的显示组件的顶面返回的光来进行指纹感应和其他感应操作。这种返回的光携带与显示组件的顶面接触的物体(例如手指)的信息，位于显示组件下方的指纹识别模组通过采集和检测这种返回的光以实现屏下指纹识别。其中，指纹识别模组的设计可以为通过恰当地配置用于采集和检测返回的光的光学元件来实现期望的光学成像。

相应的，屏内(In-display)指纹识别技术是指将指纹识别模组或者部分指纹识别模组安装在显示屏内部，从而实现在显示屏的显示区域内进行指纹识别操作，不需要在电子设备正面除显示区域外的区域设置指纹采集区域。

图1和图2示出了屏下指纹识别技术可以适用的电子设备100的示意图，其中图1为电子设备100的正面示意图，图2为图1所示的电子设备100的部分剖面结构示意图。

如图1和图2所示，电子设备100可以包括显示屏120和指纹识别模组140。

显示屏120可以为自发光显示屏，其采用具有自发光的显示单元作为显示像素。比如显示屏120可以为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。在其他可替代实施例中，显示屏120也可以为液晶显示屏(Liquid Crystal Display,LCD)或者其他被动发光显示屏，本申请实施例对此不做限制。

此外，显示屏120还可以具体为触控显示屏，其不仅可以进行画面显示，还可以检测用户的触摸或者按压操作，从而为用户提供一个人机交互界面。比如，在一种实施例中，电子设备100可以包括触摸传感器，所述触摸传感器可以具体为触控面板(Touch Panel,TP)，其可以设置在所述显示屏120表面，也可以部分集成或者整体集成到所述显示屏120内部，从而形成所述触控显示屏。

指纹识别模组140可以为光学指纹识别模组，比如光学指纹传感器。

具体来说，指纹识别模组140可以包括具有光学感应阵列的传感器芯片(后面也称为光学指纹传感器)。其中，光学感应阵列包括多个光学感应单元，每个光学感应单元可以具体包括光探测器或者光电传感器。或者说，指纹识别模组140可以包括光探测器(Photodetector)阵列(或称为光电探测器阵列、光电传感器阵列)，其包括多个呈阵列式分布的光探测器。

如图1所示，指纹识别模组140可以设置在所述显示屏120的下方的局部区域，从而使得指纹识别模组140的指纹采集区域(或检测区域)130至少部分位于所述显示屏120的显示区域102内。

当然，在其他可替代实施例中，指纹识别模组140也可以设置在其他位置，比如显示屏120的侧面或者电子设备100的边缘非透光区域。这种情况下，可以通过光路设计将显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到指纹识别模组140，从而使得所述指纹采集区域130实际上位于所述显示屏120的显示区域内。

在本申请的一些实施例中，指纹识别模组140可以仅包括一个传感器芯片，此时指纹识别模组140的指纹采集区域130的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹采集区域130的特定位置，否则指纹识别模组140可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。

在本申请的另一些实施例中，指纹识别模组140可以具体包括多个传感器芯片；所述多个传感器芯片可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个传感器芯片的感应区域共同构成所述指纹识别模组140的指纹采集区域130。也即是说，所述指纹识别模组140的指纹采集区域130可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个传感器芯片的感应区域，从而将所述光学指纹模组130的指纹采集区域130可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。可替代地，当所述传感器芯片数量足够时，所述指纹检测区域130还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。

应理解，本申请实施例对所述多个传感器芯片的具体形式不做限定。

例如，所述多个传感器芯片可以分别是独立封装的传感器芯片，也可以是封装在同一个芯片封装体内的多个芯片(Die)。

又例如，还可以通过半导体工艺在同一个芯片(Die)的不同区域上制作形成所述多个传感器芯片。

如图2所示，指纹识别模组140的光学感应阵列的所在区域或者光感应范围对应所述指纹识别模组140的指纹采集区域130。其中，指纹识别模组140的指纹采集区域130可以等于或不等于指纹识别模组140的光学感应阵列的所在区域的面积或者光感应范围，本申请实施例对此不做具体限定。

例如，通过光线准直的光路设计，指纹识别模组140的指纹采集区域130可以设计成与所述指纹识别模组140的感应阵列的面积基本一致。

又例如，通过汇聚光线的光路设计或者反射光线的光路设计，可以使得所述指纹识别模组140的指纹采集区域130的面积大于所述指纹识别模组140感应阵列的面积。

下面对指纹识别模组140的光路设计进行示例性说明。

以指纹识别模组140的光路设计采用具有高深宽比的通孔阵列的光学准直器为例，所述光学准直器可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的传感器芯片接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个传感器芯片基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，能够有效提高图像分辨率，进而提高指纹识别效果。

进一步地，当指纹识别模组140包括多个传感器芯片时，可以为每个传感器芯片的光学感应阵列中的一个光学感应单元配置一个准直单元，并贴合设置在其对应的光学感应单元的上方。当然，所述多个光学感应单元也可以共享一个准直单元，即所述一个准直单元具有足够大的孔径以覆盖多个光学感应单元。由于一个准直单元可以对应多个光学感应单元，破坏了显示屏120的空间周期和传感器芯片的空间周期的对应性，因此，即使显示屏120的发光显示阵列的空间结构和传感器芯片的光学感应阵列的空间结构类似，也能够有效避免指纹识别模组140利用经过显示屏120的光信号进行指纹成像生成莫尔条纹，有效提高了指纹识别模组140的指纹识别效果。

以指纹识别模组140的光路设计采用光学镜头的光路设计为例，所述光学镜头可以包括光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光汇聚到其下方的传感器芯片的感应阵列，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大指纹识别模组140的视场，以提高所述指纹识别模组140的指纹成像效果。

进一步地，当指纹识别模组140包括多个传感器芯片时，可以为每一个传感器芯片配置一个光学镜头进行指纹成像，或者为多个传感器芯片配置一个光学镜头来实现光线汇聚和指纹成像。甚至于，当一个传感器芯片具有两个感应阵列(Dual Array)或多个感应阵列(Multi-Array)时，也可以为这个传感器芯片配置两个或多个光学镜头配合所述两个感应阵列或多个感应阵列进行光学成像，从而减小成像距离并增强成像效果。

以指纹识别模组140的光路设计采用微透镜(Micro-Lens)层的光路设计为例，所述微透镜层可以具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述传感器芯片的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层，更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使光线通过所述微透镜汇聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述微透镜对应的感应单元，以进行光学指纹成像。

应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。

指纹识别模组140可以用于采集用户的指纹信息(比如指纹图像信息)。

以显示屏120采用OLED显示屏为例，显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，

OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。指纹识别模组140可以利用OLED显示屏的位于指纹采集区域130的显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。

当手指触摸、按压或者接近(为便于描述，在本申请中统称为按压)在指纹采集区域130时，显示屏120向指纹采集区域130上方的手指发出一束光，这一束光在手指的表面发生反射形成反射光或者经过手指的内部散射后而形成散射光，在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的嵴(ridge)与峪(vally)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光和来自指纹峪的发生过具有不同的光强，反射光经过显示屏120后，被指纹识别模组140中的传感器芯片所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在所述电子设备100实现光学指纹识别功能。

由此可见，用户需要对电子设备100进行指纹解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于显示屏120的指纹采集区域130，便可以实现指纹特征的输入操作。由于指纹特征的采集可以在显示屏120的显示区域102的内部实现，采用上述结构的电子设备100无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，因而可以采用全面屏方案。因此，所述显示屏120的显示区域102可以基本扩展到所述电子设备100的整个正面。

当然，在其他替代方案中，指纹识别模组140也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测识别的光信号。在这种情况下，指纹识别模组140不仅可以适用于如OLED显示屏等自发光显示屏，还可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。

以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，电子设备100的光学指纹系统还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在电子设备100的保护盖板下方的边缘区域，而指纹识别模组140可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述指纹识别模组140；或者，指纹识别模组140也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达指纹识别模组140。当采用所述指纹识别模组140采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理可以相同。

如图1所示，电子设备100还可以包括保护盖板110。

盖板110可以具体为透明盖板，比如玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于显示屏120的上方并覆盖所述电子设备100的正面，且盖板110表面还可以设置有保护层。因此，本申请实施例中，所谓的手指按压显示屏120实际上可以是指手指按压在显示屏120上方的盖板110或者覆盖所述盖板110的保护层表面。

如图1所示，指纹识别模组140的下方还可以设置有电路板150，比如软性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。

指纹识别模组140可以通过焊盘焊接到电路板150，并通过电路板150实现与其他外围电路或者电子设备100的其他元件的电性互连和信号传输。比如，指纹识别模组140可以通过电路板150接收电子设备100的处理单元的控制信号，并且还可以通过电路板150将来自指纹识别模组140的指纹检测信号输出给电子设备100的处理单元或者控制单元等。

图3是本申请实施例的电子设备的另一示意性结构图。

如图3所示，电子设备200可以包括显示屏220和光学指纹传感器230。

光源发出的光信号到达手指并经由所述手指反射或散射后，携带有指纹信息的指纹检测信号能够穿透所述显示屏220到达所述光学指纹传感器230的上表面，使得所述光学指纹传感器230基于所述指纹检测信号进行指纹成像，进而进行指纹识别。

请继续参见图3，所述显示屏220由上到下依次可以包括盖板玻璃221、第一胶层222、偏光片223、第二胶层224、触控面板(Touch Panel，TP)层225、密封玻璃226、显示像素层227以及基板玻璃228。换句话说，在基板玻璃228上蒸馏各种有机材料形成显示像素层227后，使用密封玻璃226进行密封。基板玻璃228、密封玻璃226及其之间的显示像素层227配合显示驱动电路实现显示功能。在密封玻璃226上方的TP层225配合触控驱动电路实现触控功能。TP层225可以被蚀刻成各种图案。偏光片223通过第二胶层224设置在TP层225上，偏光片223可以用于抑制显示屏220对环境光的反射，进而实现更高的显示对比度。盖板玻璃221通过第一胶层221设置在偏光片223上，用于保护所述显示屏220。光学指纹传感器230放置或者贴合在基板玻璃228的底部，由此可以在显示屏的显示区域中局部实现或全屏实现屏下光学指纹识别。当然，所述光学指纹传感器230也可以设置在电子设备200的其它部件上，例如，电子设备200的中框，本申请对此不做具体限定。

需要说明的是，将显示屏220贴合在电子设备200的中框的上表面时，可以在盖板玻璃228和中框之间设置遮光层，用于遮挡显示像素层227向面向中框的方向发出的光线。此时，需要在所述遮光层设置漏光区域(例如开窗或开孔)，所述光学指纹传感器230设置在所述漏光区域的下方，检测从漏光区域传输下来的携带手指信息的光，实现屏下指纹识别。

然而，设置于漏光区域下方的光学指纹传感器230可能会反射光线至电子设备100的上方，从而会引起外观问题，例如，在强光下可能会看见指纹识别模组140的安装区域。

此外，由于存在上述漏光区域，所述光学指纹传感器230很可能接收到没有携带指纹信号的光信，进而影响屏下指纹识别性能。例如显示像素层227发出的经由显示屏220内的层(例如图3所示的TP层225)反射的光线，又例如显示像素层227发出的面向光学指纹传感器230的光线。

鉴于此，本申请实施例提供了一种改进的屏下指纹识别系统，以提升屏下指纹识别的性能。

图4和图5是本申请实施例的指纹识别系统300的示意性框图。

以下结合图4至图5，详细介绍本申请实的指纹识别系统。

需要说明的是，为便于说明，在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

此外，为便于理解，在以下示出的实施例中，对于不同实施例中示出的结构中，相同的结构采用相同的附图标记，并且为了简洁，省略对相同结构的详细说明。

请参见图4，指纹识别系统300可以包括指纹图像310、显示屏和指纹识别模组350。显示屏可以包括线偏振片320、1/4波片330以及发光像素340，线偏振片320设置在1/4波片的上方。发光像素340可以是图3所示的显示像素层227内的像素。线偏振片320和1/4波片330组成圆偏振片，例如图3所示的偏振片223。其中1/4波片330的光轴方向与线偏振片320的起偏方向的夹角可以为45°，进而可以将外界无偏振入射光，转换为圆偏振光。

具体而言，当外界光垂直进入显示屏且通过上述圆偏振片后，即依次通过线偏振片320和1/4波片330后，转换成为右旋圆偏振光。右旋圆偏振光在显示屏的内部发生反射后，相当于将所述右旋圆偏振光的相位偏转半个波长，即由右旋圆偏振光变为左旋圆偏振光。反射的左旋圆偏振光将反向通过圆偏振片，即依次通过1/4波片330和线偏振片320。左旋偏振光经过1/4波片330后变成线偏振光，其偏振方向与线偏振片320的入射方向相同，但是由于反射光是从线偏振片320的背向入射的，因此线偏振片320的偏振方向与起偏方向镜像对称，正好阻挡反射的线偏振光。

即在显示屏内设置圆偏振片可以提高强光下的对比度，消除在强光入射下显示屏内的反射光干扰，即强光入射到显示屏内的多层结构后，被反射出显示屏，造成的对比度下降和屏结构对显示干扰。

为便于理解，下面对偏振光、圆偏振光和线偏振光进行简单说明。

偏振光可以是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。

线偏振光可以指光矢量只沿一个固定的方向振动的光波。

圆偏振光可以指光波的电场振动方向的两个正交分量相位不相同而振幅相同的偏振光。圆偏振光的电矢量大小保持不变，而方向随时间均匀变化。相位差为时为左旋圆偏振光，相位差为

时为右旋圆偏振光。或者说，若圆偏振光的光矢量随时间变化是右旋的，则这种圆偏振光叫做右旋圆偏振光，若圆偏振光的光矢量随时间变化是左旋的，叫做左旋圆偏振光。或者说，传播方向相同，振动方向相互垂直且相位差恒定为

的两个偏振光叠加后可合成电矢量有规则变化的圆偏振光。

需要说明的是，自然光可以包括各种偏振方向的光，即射入显示屏的光信号包括各个偏振方向上的光信号。

1/4波片330可以是能够使得互相垂直的两光振动间产生附加光程差(即相位差Δj)的光学器件。其中，Δj＝2kπ(k为整数)时合成为线偏振光；Δj＝(2k+1)π/2，且θ＝45°时合成为圆偏振光。1/4波片330也可以称为四分之一波片(quarter-wave plate)。1/4波片330可以是具有精确厚度的双折射晶片。例如石英、方解石或云母等双折射晶片，其光轴与晶片表面平行。

1/4波片330接收的入射光被分解为寻常光(o光)和异常光(e光)，晶体对两种光的折射率不同，1/4波片330能使互相垂直的两光(o光和e光)间产生附加1/4光程差。例如，假设线偏振光入射到1/4波片330，且θ＝45°，则穿出1/4波片的光为圆偏振光；反之，圆偏振光通过1/4波片330后变为线偏振光。当线偏振光垂直入射1/4波片,并且光的偏振和云母的光轴面(垂直自然裂开面)成θ角，出射后成椭圆偏振光。特别当θ＝45°时，出射光为圆偏振光。

线偏振片320可以是任何用来产生线偏振光的光学器件。例如线偏振片320可以是由具有线偏振功能的材料形成的薄层。例如，线偏振片320可以由两片光学玻璃夹着一片有定向作用的微小偏光性质晶体(如云母)组成。

在其他可替代实施例中，线偏振片320也可以替换为线栅起偏器，其可以由许多平行的金属线组成，放置在一个平面内。例如，在每毫米约2160条的透明光栅上镀涂金属铝膜，形成透明及反射的线栅(即线栅起偏器)。线栅起偏器的作用与偏振片类似，当自然光通过线栅后，和铝线条平行的偏振光被吸收而通过与铝线条垂直的偏振光。例如，线栅起偏器可以由两片光学玻璃之间的夹层涂有聚乙烯膜或聚乙烯氰等的具有栅栏状结构的结晶物，所述结晶物只允许振动方向与栅栏状的结构的缝隙相同的光通过。

图5是图4所示的指纹识别系统设置有第一1/4波片和第一线偏振片的示意图。为了便于描述，下面将朝向用户发射的光线称为正向发光，由于

OLED叠层影响，将正向发光经反射背向用户的光线成为背向漏光。

请参见图5，所述指纹识别系统300还可以包括1/4波片360和线偏振片370，1/4波片360设置在线偏振片370的上方。

具体而言，在发光像素340与指纹识别模组350之间的光路上，依次放置1/4波片360和线偏振片370。其中，1/4波片360的快轴和慢轴与显示屏内的1/4波片330的快轴和慢轴分别平行，且线偏振片370的偏振方向与显示屏内的线偏振片320偏振方向垂直；或者，1/4波片360的快轴和慢轴与显示屏内的1/4波片330的快轴和慢轴分别平行，且线偏振片370的偏振方向与显示屏内的线偏振片320偏振方向平行。本申请对此不做具体限定。

以第一种情况为例，发光像素340正向发射自然偏振光后，自然偏振光依次垂直通过1/4波片330和线偏振片320后，其光强减半并成为线偏振光。线偏振光照射到指纹并反射后，由于指纹粗糙表面对光线的退偏，反射信号通过线偏振片320后能量衰减并重新转化为线偏振光，再经过1/4波片330形成带有指纹信号的圆偏振光。圆偏振光穿过发光像素340所在的显示像素层后经过放置于发光像素340与指纹识别模组350之间的1/4波片360和线偏振片370，进而重新转化为线偏振光。指纹识别模组350接收线偏振片370输出的线偏振光并基于接收的线偏振光进行指纹识别。

应理解，1/4波片360的快轴和慢轴与显示屏内的1/4波片330的快轴和慢轴分别平行可以理解为：

1/4波片360的快轴与显示屏内的1/4波片330的快轴平行，且1/4波片360的慢轴与显示屏内的1/4波片330慢轴平行。

本申请实施例中，在不考虑线偏振片对光信号的衰减的情况下，光信号的光强与不加1/4波片360和线偏振片370时一致，能够满足指纹识别模组350进行指纹识别时所需要的光强。

此外，发光像素340的背向漏光为自然偏振光，垂直穿过1/4波片360后变为圆偏振光(或椭圆偏振光)和/或线偏振光的混合叠加态(取决于偏振方向与波片光轴的夹角)，由于1/4波片360只对与其光轴垂直的偏振方向起到相位延迟作用，因此所述圆偏振光的光强相对所述自然偏振光的光强不变。所述圆偏振光通过线偏振片370后变为线偏振光，所述线偏振光的光强等于所述圆偏振光的光强的一半。

综上所述，对于屏下光学指纹识别系统300中的1/4波片360和线偏振片370，能够降低发光像素340的背向漏光，从而降低背向漏光造成的背景信号和噪声，进而提高指纹识别性能。

应当理解，本申请实施例对1/4波片360和线偏振片370在光学指纹系统300中的具体位置不做限定。换句话说，只要不改变光信号穿过1/4波片360和线偏振片370的次序，1/4波片360和线偏振片370可以放置在发光像素340到指纹识别模组350的光路的任意位置处。

图6至图20是本申请实施例的用于指纹识别的1/4波片441和线偏振片442的位置的示例图。

下面结合图6至图20对1/4波片441和线偏振片442的具体位置进行示例性说明。

请参见图6至图20，指纹识别系统可以包括显示屏410、光学功能层420(例如滤光片)、光学指纹传感器芯片430、1/4波片441和线偏振片442。其中，光学指纹传感器芯片430可以上述指纹识别模组140或上述光学指纹传感器230或上述指纹识别模组350，本申请实施例对此不做具体限定。

1/4波片441和线偏振片442可以集成设置，即1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体设置在显示屏410到指纹识别模组430的光路上。

例如，请参见图6，1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体贴合在显示屏410的下表面。又例如，请参见图7，1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体设置在显示屏410和光学功能层420之间。又例如，请参见图8，1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体贴合在光学功能层420的上表面。又例如，请参见图9，1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体贴合在光学指纹传感器芯片430的上表面。又例如，请参见图10，1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体设置在光学指纹传感器芯片430的内部。具体地，1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体设置在光学指纹传感器芯片430内的光学指纹传感器阵列的上方。

1/4波片441和线偏振片442也可以分离设置，即1/4波片441和线偏振片442可以作为两个电子元件分离设置在显示屏410到光学指纹传感器芯片430的光路上。

1/4波片441可以贴合在显示屏410的下表面，此时，线偏振片442可以独立置于显示屏410与光学指纹传感器芯片430之间，或依附于显示屏410与光学指纹传感器芯片430之间的其他膜材(如滤光片，微型通孔阵列等)，或者设置于光学指纹传感器芯片430的上表面或内部。

例如，请参见图11，1/4波片441贴合在显示屏410的下表面，且线偏振片442设置在1/4波片441和光学功能层420之间。又例如，请参见图12，1/4波片441贴合在显示屏410的下表面，且线偏振片442贴合在光学功能层420的上表面。又例如，请参见图13，1/4波片441贴合在显示屏410的下表面，且线偏振片442贴合在光学指纹传感器芯片430的上表面。又例如，请参见图14，1/4波片441贴合在显示屏410的下表面，且线偏振片442设置在光学指纹传感器芯片430的内部。具体地，线偏振片442可以设置在光学指纹传感器芯片430内的光学指纹传感器阵列的上方。

1/4波片441也可以独立安置于显示屏410与光学指纹传感器芯片430之间，此时，线偏振片442可以依附于显示屏410与光学指纹传感器芯片430之间的其他膜材(如滤光片，微型通孔阵列等)，或者设置于光学指纹传感器芯片430的上表面或内部。

例如，请参见图15，1/4波片441可以设置在显示屏410和光学功能层420之间，且线偏振片442贴合在光学功能层420的上表面。又例如，请参见图16，1/4波片441可以设置在显示屏410和光学功能层420之间，且线偏振片442贴合在光学指纹传感器芯片430的上表面。又例如，请参见图17，1/4波片441可以设置在显示屏410和光学功能层420之间，且线偏振片442设置在光学指纹传感器芯片430的内部。

1/4波片441也可以依附于显示屏410与光学指纹传感器芯片430之间的其他膜材(如滤光片，微型通孔透镜等)，线偏振片442可以设置于光学指纹传感器芯片430的上表面或内部。

例如，请参见图18，1/4波片441可以贴合在光学功能层420的上表面，且线偏振片442设置在光学指纹传感器芯片430的上表面。又例如，请参见图19，1/4波片441可以贴合在光学功能层420的上表面，且线偏振片442设置在光学指纹传感器芯片430的内部。

1/4波片441也可以设置于于光学指纹传感器芯片430的上表面，线偏振片442的功能可以整合到光学指纹传感器芯片430的内部，具体实现请参见图20。

应理解，图6至图20仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。

例如，在其他可替代实施例中，1/4波片441和线偏振片442也可以依附于其他膜材，例如聚焦镜头。

还应理解，上述光学功能层420、光学指纹传感器芯片430、1/4波片441和线偏振片442可以作为一个整体(例如上述指纹识别模组140或上述光学指纹传感器230)设置在显示屏410的下方，也可以作为多个部件设置在显示屏410的下方，本申请对此不做具体限定。

上文对本申请的包括用于指纹识别的1/4波片和线偏振片的指纹识别系统进行了说明。下面对本申请实施例的包括用于指纹识别的1/4波片和线偏振片的指纹识别装置进行说明。

应理解，1/4波片541和线偏振片542可以应用于任意光传输结构(或光引导结构)，例如，周期性小孔阵列、准直器阵列或者微透镜阵列等，将光线传输到感应阵列上。下面以微透镜加小孔光阑成像的准直结构为例，对指纹识别装置进行说明。

图21至图26是本申请实施例的指纹识别装置的示意性结构图。所述指纹识别装置可以上述指纹识别模组140或上述光学指纹传感器230，本申请实施例对此不做具体限定。

如图21至26所示，所述指纹识别装置可以包括微透镜阵列510、小孔阵列520、光学指纹传感器阵列530、1/4波片541和线偏振片542。

其中，小孔阵列520设置在所述微透镜阵列510的下方，光学指纹传感器阵列530设置在小孔阵列520的下方，光学指纹传感器阵列530用于接收经由所述微镜头阵列510汇聚到所述小孔阵列520的并通过所述小孔阵列520的光信号，1/4波片541和线偏振片542设置在从所述显示屏到所述光学指纹传感器阵列530的光路中，其中1/4波片541设置在线偏振片542的上方。

此时，1/4波片541和线偏振片542可以组合设置于微透镜阵列510的上方，例如采用图6至图20所示的设计方案，也可以通过某种方式组合通过镀膜的方式设置于微透镜阵列510的内部，也可以单独地将1/4波片541置于上方，而线偏振片542通过半导体工艺等加工在微透镜阵列510的内部等等。微透镜阵列510也可以称为微透镜芯片。

需要说明的是，1/4波片441和线偏振片442集成设置在微透镜阵列510和小孔阵列520之间时，微透镜阵列510、1/4波片541和线偏振片542组成的光路可以使得经过微透镜阵列510的光信号的聚焦点落在小孔阵列520通光孔内。

下面对1/4波片541设置于微透镜阵列510的下方的具体实现方式进行说明。

1/4波片541可以为具有微纳结构的金属层或非金属层，以使正常光和非常光的透过率相近且相位差为π/2的奇数倍。

例如，请参见图21，可以利用半导体制程工艺，在光学指纹传感器阵列530的上表面构造金属或者介质(例如非金属层)的微纳结构(即1/4波片541)，使得电场的两个正交分量(正常光和非常光)的透过率相近且相位差为π/2的奇数倍，进而将圆偏振光还原为线偏振光。

1/4波片541也可以为具有双向折射性质的透明材料薄层。

例如，请参见图22，1/4波片541可以为具有双折射特性的透明材料薄层，使得电场的两个正交分量(正常光和非常光)的透过率相近且相位差为π/2的奇数倍，例如将透明材料薄层嵌入到微透镜阵列510下方的透明介质层内，以实现1/4波片的功能。

需要说明的是，1/4波片设置在微透镜阵列510和小孔阵列520之间时，微透镜阵列510和1/4波片541组成的光路可以使得经过微透镜阵列510的光信号的聚焦点落在小孔阵列520通光孔内。

下面对线偏振片542设置于微透镜阵列510的下方或内部的具体实现方式进行说明。

线偏振片542可以为具有光栅结构的金属层。即可以利用半导体制程工艺构造金属光栅结构(例如金属纳米光栅结构)，以形成线偏振片542。

例如，请参见图23，可以利用半导体制程工艺在光学指纹传感器阵列530的上表面构造光栅结构，以形成线偏振片542。又例如，请参见图24，也可以利用半导体制程工艺在小孔阵列520的通光孔中构造光栅结构，以实现线偏振选择的功能。

线偏振片542也可以由具有线偏振选择性的透明材料形成。

例如，请参见图25，所述微镜头阵列510中的微镜头的材料可以为具有线偏振选择性的透明材料，以将微镜头阵列510复用成线偏振片542，实现线偏振选择功能。又例如，请参见图26，可以在微镜头阵列510的下方设置具有线偏振选择性的透明材料层，以形成线偏振片542。

需要说明的是，线偏振片442设置在微透镜阵列510和小孔阵列520之间时，微透镜阵列510和线偏振片542组成的光路可以使得经过微透镜阵列510的光信号的聚焦点落在小孔阵列520通光孔内。

应理解，图21至图26仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。

在图21至图26所示的指纹识别装置的形式可以作为一个指纹芯片，也可以单独将光学指纹传感器阵列530作为指纹芯片，并将微透镜阵列510、小孔阵列520、1/4波片541和线偏振片542作为指纹芯片的光路设计集成在指纹芯片上，本申请实施例对此不做具体限制。

本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括显示屏以及上述本申请各种实施例中的屏下指纹识别装置。该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备，其采用本申请实施例的技术方案实现屏下指纹识别。

显示屏可以采用以上描述中的显示屏，例如OLED显示屏或其他显示屏，显示屏的相关说明可以参考以上描述中关于显示屏的描述，为了简洁，在此不再赘述。

例如，所述显示屏为有机发光二极管显示屏，所述显示屏的发光层包括多个有机发光二极管光源，其中所述屏下指纹识别装置采用至少部分有机发光二极管光源作为指纹识别的激励光源。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围。

应理解，在本申请实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，应用于具有显示屏的电子设备，所述指纹识别装置用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹识别装置包括：

微镜头阵列；

小孔阵列，设置在所述微透镜阵列的下方；

光学指纹传感器阵列，设置在所述小孔阵列的下方，用于接收经由所述微镜头阵列汇聚到所述小孔阵列的并通过所述小孔阵列的光信号；

第一1/4波片和第一线偏振片，设置在从所述显示屏到所述光学指纹传感器阵列的光路中，其中所述第一1/4波片设置在所述第一线偏振片的上方。

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一1/4波片和所述第一线偏振片集成设置在以下位置的任一位置：

所述显示屏下表面；

所述显示屏和所述微透镜阵列之间；

所述微镜头阵列和所述小孔阵列之间；以及

所述小孔阵列和所述光学指纹传感器阵列之间。

3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一1/4波片和所述第一线偏振片集成设置在所述微镜头阵列和所述小孔阵列之间，所述微镜头阵列、所述第一1/4波片和所述第一线偏振片组成的光路使得经过所述微镜头阵列的光信号的聚焦点落在所述小孔阵列通光孔内。

4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一1/4波片和所述第一线偏振片分离设置。

5.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一1/4波片设置以下位置的任一位置：

所述显示屏下表面；

所述显示屏和所述微透镜阵列之间；

所述微镜头阵列和所述小孔阵列之间；以及

所述小孔阵列和所述光学指纹传感器阵列之间。

6.根据权利要求5所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一1/4波片设置在所述微镜头阵列和所述小孔阵列之间，所述微镜头阵列和所述第一1/4波片组成的光路使得经过所述微镜头阵列的光信号的聚焦点落在所述小孔阵列通光孔内。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一线偏振片设置在以下位置的任一位置：

所述显示屏下表面；

所述显示屏和所述微透镜阵列之间；

所述微镜头阵列和所述小孔阵列之间；

所述小孔阵列内；以及

所述小孔阵列和所述光学指纹传感器阵列之间。

8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一线偏振片设置在所述微镜头阵列和所述小孔阵列之间，所述微镜头阵列和所述第一偏振片组成的光路使得经过所述微镜头阵列的光信号的聚焦点落在所述小孔阵列通光孔内。

9.根据权利要求4至6中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微镜头阵列中的微镜头的材料为具有线偏振选择性的透明材料，以形成所述第一线偏振片。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一1/4波片为具有双向折射性质的透明材料薄层，和/或，所述第一1/4波片为具有微纳结构的金属层或非金属层，以使正常光和非常光的透过率相近且相位差为π/2的奇数倍。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一线偏振片为具有线偏振选择性的透明材料，和/或，所述第一线偏振片为具有光栅结构的金属层。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一线偏振片的偏振方向相对所述第一1/4波片的光轴方向旋转45°。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述显示屏包括：

发光层；

第二1/4波片，所述第二1/4波片设置于所述发光层上方；

第二线偏振片，所述第二线偏振片设置于所述第二1/4波片的上方。

14.根据权利要求13所述的屏下生物特征识别装置，其特征在于，所述第一1/4波片的快轴和慢轴与所述第二1/4波片的快轴和慢轴分别平行，且所述第一线偏振片的偏振方向与所述第二线偏振片偏振方向垂直；或者，所述第一1/4波片的快轴和慢轴与所述第二1/4波片的快轴和慢轴分别平行，且所述第一线偏振片的偏振方向与所述第二线偏振片偏振方向平行。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏，以及

根据权利要求1至14中任一项所述的指纹识别装置。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管显示屏，所述显示屏的发光层包括多个有机发光二极管光源，其中，所述指纹识别装置采用至少部分有机发光二极管光源作为指纹识别的激励光源。

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