CN110858298A - 用于指纹传感器的光学单元和包括该光学单元的显示装置 - Google Patents

Abstract

提供了用于指纹传感器的光学单元和包括该光学单元的显示装置。显示装置的用于指纹传感器的光学单元包括：第一棱镜，用于阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线；以及第二棱镜，设置在第一棱镜下方以阻挡以小于检测目标入射角的角度入射的光线。

Description

用于指纹传感器的光学单元和包括该光学单元的显示装置

本申请要求于2018年8月23日提交的第10-2018-0098600号韩国专利申请的优先权和权益，所述韩国专利申请出于所有目的通过引用包含于此，如同在此充分阐述一样。

技术领域

发明的示例性实施方式通常涉及一种光学单元和一种包括所述光学单元的显示装置，更具体地，涉及一种用于指纹传感器的光学单元，所述光学单元可以集成在显示器或其它类型的电子装置中。

背景技术

近来，诸如智能手机等的便携式电子装置支持指纹识别功能。根据现有技术，指纹传感器被放置在电子装置的外表上的显示区域的下部的外围上或电子装置的壳体的背侧处，并且使用指纹传感器识别指纹。然而，其中显示区域在整个前表面中延伸的电子装置最近已经被发布，并且在这样的电子装置中，指纹传感器与显示面板分层。

指纹由脊和谷组成。指纹传感器通过去除由指纹的谷产生的光线并且仅提取由指纹的脊产生的光线来识别指纹。为此，指纹传感器包括被构造为对光线进行过滤的光学单元以及被构造为接收和处理过滤后的光线的光接收单元。

为了更正确地识别电子装置中的指纹，需要一种光学单元，该光学单元具有其中仅准确地提取以检测目标入射角入射的光线的结构。

在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于理解发明构思的背景，因此，它可以包含不构成现有技术的信息。

发明内容

根据发明的原理和示例性实施方式构造的光学单元和显示装置能够准确地识别指纹。

根据发明的一些示例性实施方式，光学单元和包括该光学单元的显示装置能够去除由指纹的谷产生的光线，并且仅准确地提取由指纹的脊产生的光线。

此外，根据发明的一些示例性实施方式，光学单元和包括该光学单元的显示装置能够通过包括多层棱镜来仅提取以检测目标入射角入射的光线，多层棱镜中的每个具有第一倾斜表面和第二倾斜表面，第二倾斜表面的倾斜角不同于第一倾斜表面的倾斜角。

发明构思的附加特征将在下面的描述中阐述，并且部分地通过描述将是明显的，或者可以通过发明构思的实践来得知。

根据发明的一个示例性实施例，一种光学单元可以包括第一棱镜和第二棱镜，第一棱镜用于阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线，第二棱镜设置在第一棱镜下方并且用于阻挡以小于检测目标入射角的角度入射的光线。

此外，检测目标入射角可以落在约43度至约47度的范围内。

此外，光学单元还可以包括支撑第一棱镜并且设置在第一棱镜和第二棱镜之间的第三棱镜。

此外，第一棱镜可以包括上表面和下表面，下表面包括至少一个第一倾斜表面和至少一个第二倾斜表面，所述至少一个第一倾斜表面和所述至少一个第二倾斜表面交替设置并且具有不同的倾斜角。

此外，在光学单元中，所述至少一个第一倾斜表面与垂直于第一棱镜的上表面的直线之间的角度可以是约45度，并且所述至少一个第二倾斜表面与垂直于第一棱镜的上表面的直线之间的角度可以落在约80度至约88度的范围内。

此外，光学单元还可以包括设置在所述至少一个第一倾斜表面上的光吸收层，以吸收入射在光吸收层上的光线。

此外，第二棱镜可以包括上表面和下表面，下表面包括至少一个第三倾斜表面和至少一个第四倾斜表面，所述至少一个第三倾斜表面和所述至少一个第四倾斜表面交替设置并且具有不同的倾斜角。

此外，在光学单元中，第二棱镜的所述至少一个第三倾斜表面与垂直于第二棱镜的上表面的直线之间的角度可以是约45度，并且第二棱镜的所述至少一个第四倾斜表面与垂直于第二棱镜的上表面的直线之间的角度可以落在约2度至约10度的范围内。

此外，光学单元还可以包括设置在第二棱镜的所述至少一个第三倾斜表面上的光吸收层，以吸收入射在光吸收层上的光线。

此外，第三棱镜可以包括上表面和与第二棱镜的上表面接触的下表面，上表面面对第一棱镜的下表面并且具有与第一棱镜的下表面的形状一致的形状。

此外，第三棱镜的上表面可以包括：至少一个第五倾斜表面，面对第一棱镜的所述至少一个第一倾斜表面并且平行于所述至少一个第一倾斜表面；以及至少一个第六倾斜表面，面对第一棱镜的所述至少一个第二倾斜表面并且基本上平行于第一棱镜的所述至少一个第二倾斜表面。

此外，第三棱镜的上表面可以包括：至少一个第五倾斜表面，面对第一棱镜的所述至少一个第一倾斜表面并且基本上平行于所述至少一个第一倾斜表面；以及至少一个第六倾斜表面，面对第一棱镜的所述至少一个第二倾斜表面并且相对于第一棱镜的所述至少一个第二倾斜表面成角度。

此外，光学单元还可以包括设置在第一棱镜和第三棱镜之间的空气层或低折射率层。

根据发明的另一示例性实施例，一种显示装置可以包括：显示面板，用于显示图像；以及用于指纹传感器的光学单元，设置在显示面板下方以仅透射以检测目标入射角入射的光线，其中，光学单元包括至少一个棱镜，所述至少一个棱镜具有交替设置并且具有不同的倾斜角的多个倾斜表面。

此外，显示装置可以包括第一棱镜和第二棱镜，第一棱镜用于阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线，第二棱镜设置在第一棱镜下方以阻挡以小于检测目标入射角的角度入射的光线。

此外，显示装置还可以包括第三棱镜，第三棱镜被构造为支撑第一棱镜并且被设置在第一棱镜和第二棱镜之间。

此外，第一棱镜可以包括上表面和下表面，下表面包括交替布置且具有不同倾斜角的至少一个第一倾斜表面和至少一个第二倾斜表面；第二棱镜可以包括上表面和下表面，下表面包括交替设置且具有不同倾斜角的至少一个第三倾斜表面和至少一个第四倾斜表面；并且第三棱镜可以包括上表面和下表面，上表面面对第一棱镜的下表面并且具有与第一棱镜的下表面的形状一致的形状，下表面与第二棱镜的上表面接触。

此外，显示装置还可以包括分别设置在第一棱镜的所述至少一个第一倾斜表面和第二棱镜的所述至少一个第三倾斜表面上的第一光吸收层和第二光吸收层。

此外，显示面板可以包括多层膜，多层膜包括具有不同折射率的多个绝缘层，并且光学单元可以包括第一棱镜，第一棱镜包括上表面和下表面，下表面包括交替设置且具有不同倾斜角的至少一个第一倾斜表面和至少一个第二倾斜表面。

根据发明的另一示例性实施例，一种电子装置可以包括：显示面板，用于显示图像；用于指纹传感器的光学单元，设置在显示面板下方以仅透射以检测目标入射角入射的光线，其中，光学单元包括至少一个棱镜；以及光接收单元，收集穿过光学单元的光线并将光线转换成电信号，所述至少一个棱镜具有交替设置且具有不同倾斜角的多个倾斜表面。

将理解的是，前面的大体描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，并且意图提供对所要求保护的发明的进一步解释。

附图说明

被包括以提供对发明的进一步理解并且被包含在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了发明的示例性实施例，并与描述一起用于解释发明构思。

图1是用于解释指纹传感器的一般操作原理的示意图；

图2是包括根据发明的示例性实施例构造的显示装置的电子装置的剖视图；

图3A和图3B是根据发明的第一示例性实施例构造的光学单元的剖视图；

图4是示意性地示出根据发明的第一示例性实施例构造的光学单元的操作原理的剖视图；

图5是用于解释根据发明的原理的光学单元和光接收单元的布置的剖视图；

图6是根据发明的第二示例性实施例构造的光学单元的剖视图；

图7是示意性地示出根据发明的第二示例性实施例构造的光学单元的操作原理的剖视图；

图8A和图8B是根据发明的第三示例性实施例构造的光学单元的剖视图；

图9是示意性地示出根据发明的第三示例性实施例构造的光学单元的操作原理的剖视图；

图10是包括根据发明的第四示例性实施例构造的光学单元的显示装置的剖视图；以及

图11是包括根据发明的第五示例性实施例构造的光学单元的显示装置的剖视图。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以提供对发明的各种示例性实施例或实施方式的透彻理解。如这里所使用的“实施例”和“实施方式”是可互换的词语，其是采用这里所公开的一个或更多个发明构思的装置或方法的非限制性的示例。然而，明显的是，各种示例性实施例可以在没有这些具体细节的情况下或者在具有一个或更多个等同布置的情况下实践。在其它情况下，以框图形式示出公知的结构和装置，以避免不必要地模糊各种示例性实施例。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排它的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实施示例性实施例的特定形状、构造和特性。

除非另有说明，否则示出的示例性实施例将被理解为提供其中可在实践中实施发明构思的一些方式的变化细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离发明构思的情况下，可以另外组合、分离、交换和/或重新布置各个实施例的特征、组件、模块、层、膜、面板、区域和/或方面等(在下文中，单独地或共同地称为“元件”)。

通常提供附图中的交叉影线和/或阴影的使用以使相邻元件之间的边界清楚。如此，除非说明，否则交叉阴影或阴影的存在或不存在都不传达或指示对元件的特定材料、材料性质、尺寸、比例、所示元件之间的共性和/或任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，元件的尺寸和相对尺寸可以被夸大。当可以不同地实施示例性实施例时，可以不同于所描述的顺序来执行特定的工艺顺序。例如，可以基本上同时执行两个连续描述的工艺，或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。另外，同样的附图标记表示同样的元件。

当诸如层的元件被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，它可以直接在所述另一元件或层上、连接到或结合到所述另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。然而，当元件或层被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。为此，术语“连接”可以指具有或不具有中间元件的物理连接、电连接和/或流体连接。此外，D1轴、D2轴和D3轴不限于诸如x轴、y轴和z轴的直角坐标系的三个轴，并且可以以更广泛的意义解释。例如，D1轴、D2轴和D3轴可以彼此垂直，或者可以表示彼此不垂直的不同方向。为了该公开的目的，“X、Y和Z中的至少一个(种/者)”和“从X、Y和Z组成的组中选择的至少一个(种/者)”可以解释为仅X、仅Y、仅Z、或X、Y和Z中的两个(种/者)或更多个(种/者)的任意组合，诸如以XYZ、XYY、YZ和ZZ为例。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任何组合和所有组合。

尽管术语“第一”、“第二”等可在这里用于描述各种类型的元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件和另一元件区分开。因此，在不脱离公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。

出于描述性的目的，可在这里使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下面”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，并由此描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语旨在包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件将被随之定向为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方的两种方位。此外，设备可以另外定向(例如，旋转90度或在其它方位处)，并且如此，相应地解释在这里使用的空间相对描述符。

这里使用的术语是用于描述特定实施例的目的，而不意图是限制性的。除非上下文另外清楚地指示，否则如这里所使用的单数形式“一”、“一个(种/者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。而且，当在本说明书中使用术语“包括”、“包含”及其变型时，说明存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。还注意的是，如这里所使用的，术语“基本上”、“约”和其它类似术语被用作近似术语而不是程度术语，并且如此被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供值的固有偏差。

除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与该公开作为其一部分的领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。除非在这里明确地如此定义，否则诸如在通用词典中定义的术语的术语应当被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的意思一致的意思，并且不应以理想化的或过于正式的含义来解释。

图1是用于解释指纹传感器的一般操作原理的示意图。

参照图1，当用户将他的或她的手指放置在显示面板的盖玻璃30上时，环境光通过用户的皮肤投射到盖玻璃30上。由于皮肤的折射率和盖玻璃30的折射率之间的差异，从用户的皮肤入射到盖玻璃30上的光在盖玻璃30的表面处折射，并且折射的光以根据折射的程度预定的角度进入盖玻璃30。

用户的指纹由脊和谷组成。指纹中的脊在点A处与盖玻璃30的表面接触，并且谷与盖玻璃30的表面间隔开。因此，从脊入射到盖玻璃30上的光和从谷入射到盖玻璃30的光具有不同的入射角。通常，光在脊与盖玻璃30接触的点A处入射在盖玻璃30上的入射角等于或小于约80度，而光从与盖玻璃30间隔开的谷入射到盖玻璃30上的入射角等于或小于约41.8度。

指纹传感器仅对以特定角度(在下文中，称为“检测目标入射角”)入射的光进行过滤，从而去除从谷入射的光并且仅提取从脊入射的光。为此，指纹传感器可以包括被构造为仅透射以特定角度入射的光的光学单元。此外，指纹传感器可以使用光接收单元从光学单元接收光，将光转换成电信号，处理电信号，并将处理后的电信号传送到控制单元等。

如上所述，为了在电子装置中识别用户的指纹，需要具有高准确度的用于光学过滤的光学单元。发明的实施例大体提供了一种显示装置，所述显示装置包括显示面板10和设置在显示面板10下方的光学单元20，显示面板10和光学单元20设置在盖玻璃30和指纹传感器的光接收单元50之间。

图2是包括根据发明的示例性实施例的显示装置的电子装置的剖视图。

参照图2，根据发明的示例性实施例的电子装置1000可以包括显示装置1和基体2，显示装置1包括盖玻璃30、显示面板10和光学单元20，基体2包括光接收单元50和印刷电路板60。

盖玻璃30可以由包括玻璃、蓝宝石、金刚石、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)中的至少一种的材料制成。为了保护显示面板10，盖玻璃30通过使用粘合剂等被结合到显示面板10的上表面来设置。

在示例性实施例中，盖玻璃30可以包括基体膜和遮光图案。基体膜可以包括玻璃基底和/或合成树脂膜。遮光图案与基体膜部分叠置，并且可以在显示装置1中限定在其中不显示图像的非显示区域。遮光图案是有色有机膜，并且例如可以使用涂覆方法形成。

盖玻璃30还可以包括设置在基体膜的前表面上的功能涂覆层。功能涂覆层可以包括抗指纹层、抗反射层、硬涂覆层等。

显示面板10可以在至少一个驱动模块的控制下显示图像。根据示例性实施例的显示面板10可以是发光显示面板，但不限于此。例如，显示面板10可以是有机发光显示面板或量子点发光显示面板。有机发光显示面板的发光层可以包括有机发光材料。量子点发光显示面板的发光层可以包括量子点和量子棒等。在下文中，将显示面板描述为有机发光显示面板，但发明不限于此。

在各种示例性实施例中，可以在显示面板10和盖玻璃30之间进一步包括抗反射层。抗反射层可以包括滤色器、光学构件或其中堆叠有导电层、介电层和导电层的结构。抗反射层可以通过吸收外部光、通过使外部光偏振或通过外部光的相消干涉来降低外部光反射率。

在发明的各种示例性实施例中，输入感测单元可以进一步设置在显示面板10和盖玻璃30之间。可以设置输入感测单元以获取关于与外部输入相关的坐标(例如，触摸事件在其处发生的坐标)的信息。输入感测单元可以是用于感测用户的触摸的触摸感测面板或用于感测用户的手指的指纹信息的指纹感测面板。此外，输入感测单元可以是用于感测数字转换器笔(digitizer pen)的数字转移器感测面板(digitizer-sensing panel)。这样的输入感测单元可以与显示面板10中的其中显示有图像的显示区域完全或部分叠置，或者可以仅与非显示区域叠置。

光学单元20可以设置在显示面板10的下表面上。光学单元20可以使用粘合剂等结合到显示面板10的下表面。光学单元20用作用于对穿过盖玻璃30和显示面板10的光线进行过滤的过滤层。在示例性实施例中，光学单元20可以被构造为仅对由用户的指纹产生的并且通过穿过盖玻璃30和显示面板10入射的光线之中的由指纹的脊产生的光线进行过滤。为此，光学单元20可以包括多层棱镜，多层棱镜中的每个具有第一倾斜表面和第二倾斜表面，第二倾斜表面的倾斜角不同于第一倾斜表面的倾斜角。下面将参照图3至图11描述光学单元20的实施例的具体结构。

在示例性实施例中，光学单元20可以结合到显示面板10的下表面的整个区域。在另一示例性实施例中，光学单元20可以结合到显示面板10的下表面的部分区域，在这种情况下，保护层40可以设置在显示面板10的未设置光学单元20的区域上的下表面上。

为了防止湿气等渗透到显示面板10中，并且通过吸收外部冲击来保护显示面板10，设置保护层40。保护层40可以包括塑料膜，塑料膜包括从聚醚砜(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳酯、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚芳醚砜及其组合组成的组中选择的任何一种。

构成保护层40的材料不限于塑料树脂，并且可以包括有机/无机复合材料。保护层40可以包括多孔有机层以及填充在有机层的孔中的无机材料。保护层40还可以包括形成在塑料膜上的功能层。功能层可以包括树脂层，并且可以使用涂覆方法形成。

在示例性实施例中，保护层40可以由黑色膜等组成，以阻挡来自外部的光。

显示装置1可以结合到电子装置1000的基体2。基体2可以包括印刷电路板60和光接收单元50，在印刷电路板60上设置有用于控制电子装置1000的控制电路，光接收单元50设置在印刷电路板60上。

当显示装置1结合到基体2时，穿过光学单元20的光线可以被光接收单元50接收。光接收单元50可以包括CCD、CMOS、CMOS图像传感器(CIS)或光电二极管。光接收单元50可以将接收到的光线转换成电信号，并将电信号传送到电子装置1000的控制电路。控制电路处理电信号，由此可以识别用户的指纹。

在下文中，将详细描述被构造为去除由用户的指纹的谷产生的光线并且仅对由脊产生的光线进行有效地过滤的光学单元20的结构。

图3A和图3B是根据发明的第一示例性实施例的光学单元的剖视图。图4是示意性地示出根据发明的第一示例性实施例构造的光学单元的操作原理的剖视图，图5是用于解释根据发明的原理的光学单元和光接收单元的布置的限制的剖视图。

参照图3A、图3B和图4，根据发明的第一示例性实施例的光学单元21可以包括至少一个棱镜，所述至少一个棱镜被构造为仅透射以落在检测目标入射角范围内的角度入射的光线，并且将透射的光线传送到光接收单元50。具体地，光学单元21可以被构造为仅透射在入射在其上的光线之中的以落在约45±2度的范围内的角度入射的光线。

为此，光学单元21可以包括第一棱镜211、第二棱镜212和第三棱镜213。棱镜211、212和213中的每个可以由反射率在1.4至1.6范围内的材料制成。在示例性实施例中，棱镜211、212和213中的每个可以由其的反射率为约1.5的玻璃材料制成。棱镜211、212和213中的每个可以包括第一倾斜表面和第二倾斜表面，第二倾斜表面的倾斜角不同于第一倾斜表面的倾斜角。

第一棱镜211被构造为对以大于检测目标入射角的角度入射的光线进行过滤。例如，第一棱镜211可以被构造为阻挡以大于约47度的角度入射的光线。

第一棱镜211的上表面可以是基本平坦的。在发明的示例性实施例中，上基底214可以设置在第一棱镜211的上表面上。在光学单元21被放置成与显示面板10的下表面接触时，可以设置上基底214以保护光学单元21的其它组件。在示例性实施例中，上基底214可以由玻璃材料制成，但不限于此。上基底214可以由具有与第一棱镜211的折射率相同的折射率的任何材料制成，第一棱镜211结合到上基底214。因此，光可以不在上基底214和第一棱镜211在其上彼此接触的表面处折射。

第一棱镜211的下表面可以包括至少一个第1-1倾斜表面211_1和至少一个第1-2倾斜表面211_2，至少一个第1-1倾斜表面211_1和至少一个第1-2倾斜表面211_2具有不同的倾斜角并且交替设置。交替设置的至少一个第1-1倾斜表面211_1和至少一个第1-2倾斜表面211_2在它们在其处相遇的部分中形成棱镜山和棱镜谷。这里，第1-1倾斜表面211_1可以是用于吸收入射在其上的光线的吸收表面，并且第1-2倾斜表面211_2可以是用于阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线的透射表面。

第1-1倾斜表面211_1可以被构造为吸收从与第一棱镜211的上表面垂直的直线的右侧来到所述直线的左侧的光线。例如，可以在第1-1倾斜表面211_1上形成包括光吸收材料的光吸收层P1。在发明的各种示例性实施例中，第1-1倾斜表面211_1与垂直于第一棱镜211的上表面的直线之间的角度(第1-1倾斜角，θ1)可以是约45度。

第1-2倾斜表面211_2可以被构造为对从与第一棱镜211的上表面垂直的直线的左侧来到所述直线的右侧的光线进行过滤。第1-2倾斜表面211_2被构造为反射以大于检测目标入射角的角度入射的光线，并向下折射剩余的光线。在发明的各种示例性实施例中，第1-2倾斜表面211_2与垂直于第一棱镜211的上表面的直线之间的角度(第1-2倾斜角，θ2)可落在约80度至约88度的范围内，并且在优选的示例性实施例中，第1-2倾斜角θ2可为约84度。

如图4中所示，以大于检测目标入射角(例如，约43度至约47度)的角度入射的光线被第一棱镜211阻挡，并且仅以等于或小于检测目标入射角的角度入射的光线被第一棱镜211透射。

在第一棱镜211下方，设置第二棱镜212。第二棱镜212可以设置成稳定地支撑形成在第一棱镜211的下表面上的第1-1倾斜表面211_1和第1-2倾斜表面211_2。为此，第二棱镜212的上表面具有与第一棱镜211的下表面的形状匹配的形状，并且第二棱镜212的下表面可以是平坦的。

具体地，第二棱镜212可以包括面对至少一个第1-1倾斜表面211_1的至少一个第2-1倾斜表面212_1和面对至少一个第1-2倾斜表面211_2的至少一个第2-2倾斜表面212_2。在发明的第一示例性实施例中，第2-1倾斜表面212_1平行于第一棱镜211的第1-1倾斜表面211_1，第2-2倾斜表面212_2平行于第一棱镜211的第1-2倾斜表面211_2。

在发明的各种示例性实施例中，可以在第一棱镜211和第二棱镜212之间形成薄空气层。即，第一棱镜211和第二棱镜212被构造为彼此部分接触，而不是在它们之间包括粘合剂组件。因为不执行在第一棱镜211和第二棱镜212之间产生真空的工艺，所以可以在它们之间形成非常薄的空气层。

在下面将要描述的示例性实施例中，空气层被描述为形成在第一棱镜211和第二棱镜212之间，但是示例性实施例不限于此。即，在发明的各种示例性实施例中，可以在第一棱镜211和第二棱镜212之间形成由折射率小于第一棱镜211和第二棱镜212的折射率的任何材料制成的低折射率层。

在第二棱镜212下方，可以设置第三棱镜213。第三棱镜213被构造为对以小于检测目标入射角的角度入射的光线进行过滤。例如，第三棱镜213可以被构造为阻挡在穿过第一棱镜211和第二棱镜212的光线之中的以小于约43度的角度入射的光线。

第三棱镜213的上表面可以是平坦的，以结合到第二棱镜212的下表面。第三棱镜213的下表面可以包括具有不同的倾斜角的至少一个第3-1倾斜表面213_1和至少一个第3-2倾斜表面213_2。至少一个第3-1倾斜表面213_1和至少一个第3-2倾斜表面213_2交替设置。交替设置的至少一个第3-1倾斜表面213_1和至少一个第3-2倾斜表面213_2在它们在其处相遇的部分中形成棱镜山和棱镜谷。这里，第3-1倾斜表面213_1可以是用于吸收入射在其上的光线的吸收表面，并且第3-2倾斜表面213_2可以是用于阻挡以小于检测目标入射角的角度入射的光线的透射表面。

可以在第3-1倾斜表面213_1上形成包括光吸收材料的光吸收层P2。在发明的各种示例性实施例中，第3-1倾斜表面213_1与垂直于第三棱镜213的上表面的直线之间的角度(第3-1倾斜角，θ3)可以是约45度。

第3-2倾斜表面213_2可以被构造为对入射的光线进行过滤。第3-2倾斜表面213_2被构造为反射以小于检测目标入射角的角度入射的光线并且向下折射剩余的光线。在发明的各种示例性实施例中，第3-2倾斜表面213_2与垂直于第三棱镜213的上表面的直线之间的角度(第3-2倾斜角，θ4)可落在约2度至约10度的范围内。同时，如图4中所示，以小于检测目标入射角的角度入射的光线从第3-2倾斜表面213_2反射，然后通过到达第3-1倾斜表面213_1而被第3-1倾斜表面213_1吸收。因此，以小于检测目标入射角的角度入射的光线被第三棱镜213有效阻挡。

如图4中所示，以小于检测目标入射角(例如，约43度至约47度)的角度入射的光线被第三棱镜213阻挡。因此，仅以落在检测目标入射角范围内的角度入射的光线通过被第一棱镜至第三棱镜211、212和213透射而穿过光学单元21。

在发明的示例性实施例中，支撑基底215可以进一步设置在第二棱镜212和第三棱镜213之间。支撑基底215可以由玻璃材料制成，但不限于此。支撑基底215可以由具有与第二棱镜212和第三棱镜213的折射率相同的折射率的任何材料制成。

如图4中所示，当检测目标入射角落在约43度至约47度的范围内时，以最小检测目标入射角入射的光线以约4.23度的角度从第三棱镜213的第3-2倾斜表面213_2出射。另外，以最大检测目标入射角入射的光线以约19.48度的角度从第三棱镜213的第3-2倾斜表面213_2出射。出射的光线可以被光接收单元50收集。

在各种示例性实施例中，光接收单元50构造有光接收元件，所述光接收元件在基底上以预设间隔隔开。参照图5，从第3-2倾斜表面213_2出射的光线在距第三棱镜213的距离短时因第3-1倾斜表面213_1分离，但在距第三棱镜213的距离较长时可以彼此叠置。即，在靠近第三棱镜213的第一区域中，存在其中光在第3-1倾斜表面213_1附近不出射的非出射区域。在第二区域中，存在很少的非出射区域，并且从第3-2倾斜表面213_2出射的光线被适当地分离。在远离第三棱镜213的第三区域中，从第3-2倾斜表面213_2出射的光线彼此叠置，并且因此会彼此干涉。

当光接收单元50设置在第一区域中时，需要用于将光接收元件设置成匹配第3-2倾斜表面213_2的特殊工艺。当光接收单元50设置在第三区域中时，因为接收到由于相互干涉而改变的光线，所以不能正确地识别用户的指纹。因此，可以适当地设定光学单元21和光接收单元50之间的距离，使得从光学单元21出射的光线被光接收单元50适当地接收(即，光接收单元50设置在图5中的第二区域中)。

在各种示例性实施例中，可以根据构成第三棱镜213的第3-1倾斜表面213_1和第3-2倾斜表面213_2的纵向长度来设定从光学单元21到第二区域的距离。因此，当基于制造协议预设光学单元21和光接收单元50之间的距离时，可以选择第三棱镜213的第3-1倾斜表面213_1和第3-2倾斜表面213_2的标准，使得光接收单元50设置在图5中的第二区域中。

图6是根据发明的第二示例性实施例的光学单元的剖视图，图7是示意性地示出根据发明的第二示例性实施例的光学单元的操作原理的剖视图。

参照图6，与第一示例性实施例相反，根据发明的第二示例性实施例的光学单元22被构造为使得第二棱镜222的上表面的形状与第一棱镜221的下表面的形状不匹配。

在第二示例性实施例中，第二棱镜222的第2-1倾斜表面222_1可以面对第一棱镜221的第1-1倾斜表面221_1，并且第2-2倾斜表面222_2可以平行于第1-2倾斜表面221_2。在发明的第二示例性实施例中，第二棱镜222的第2-1倾斜表面222_1平行于第1-1倾斜表面221_1，但第2-2倾斜表面222_2不平行于第1-2倾斜表面221_2。

在这样的示例性实施例中，第2-2倾斜表面222_2可以形成为比第1-2倾斜表面221_2更靠近水平方向，以使得穿过第二棱镜222的光线能够到达第三棱镜223的第3-2倾斜表面223_2。这里，穿过第三棱镜223的光线的角度可以根据从第1-2倾斜表面221_2延伸的表面和从第2-2倾斜表面222_2延伸的表面之间的角度而改变。

图8A和图8B是根据发明的第三示例性实施例的光学单元的剖视图，图9是示意性地示出根据发明的第三示例性实施例构造的光学单元的操作原理的剖视图。

参照图8A、图8B和图9，根据发明的第三示例性实施例的光学单元23可以包括至少一个棱镜，以仅透射以落在检测目标入射角范围内的角度入射的光线，并且将透射的光线传送到光接收单元50。具体地，光学单元23可以被构造为透射从用户的指纹的脊入射的光线(例如，仅以落在约45±2度的范围内的角度入射的光线)，通过光学单元23去除从用户的指纹的谷入射的光线。

根据发明的第三示例性实施例的光学单元23可以包括第一棱镜231和第二棱镜232。第一棱镜231和第二棱镜232中的每个可以由反射率在约1.4至约1.6的范围内的材料制成。在示例性实施例中，第一棱镜231和第二棱镜232中的每个可以由其的反射率为1.5的玻璃材料制成。第一棱镜231和第二棱镜232中的每个可以包括第一倾斜表面和第二倾斜表面，第二倾斜表面的倾斜角不同于第一倾斜表面的倾斜角。

第一棱镜231被构造为对以小于检测目标入射角的角度入射的光线进行过滤。例如，第一棱镜231可以被构造为阻挡以小于约43度的角度入射的光线。

第一棱镜231的上表面可以是平坦的。在发明的示例性实施例中，上基底可以设置在第一棱镜231的上表面上。

第一棱镜231的下表面可以包括具有不同倾斜角的至少一个第1-1倾斜表面231_1和至少一个第1-2倾斜表面231_2。这里，第1-1倾斜表面231_1可以是用于吸收入射在其上的光线的吸收表面，并且第1-2倾斜表面231_2可以是用于阻挡以小于检测目标入射角的角度入射的光线的透射表面。

第1-1倾斜表面231_1可以被构造为吸收从与第一棱镜231的上表面垂直的直线的右侧来到所述直线的左侧的光线。例如，可以在第1-1倾斜表面231_1上形成包括光吸收材料的光吸收层P1。在发明的各种示例性实施例中，第1-1倾斜表面231_1与与第一棱镜231的上表面垂直的直线之间的角度(第1-1倾斜角，θ1)可以是约45度。

第1-2倾斜表面231_2可以被构造为对从与第一棱镜231的上表面垂直的直线的左侧来到所述直线的右侧的光线进行过滤。第1-2倾斜表面231_2被构造为反射以小于检测目标入射角的角度入射的光线并且向下折射剩余的光线。在发明的各种示例性实施例中，第1-2倾斜表面231_2与垂直于第一棱镜231的上表面的直线之间的角度(第1-2倾斜角，θ2)可以是约6度。如图9中所示，以小于检测目标入射角的角度入射的光线从第1-2倾斜表面231_2反射，然后通过到达第1-1倾斜表面231_1而被第1-1倾斜表面231_1吸收。因此，以小于检测目标入射角的角度入射的光线被第一棱镜231有效阻挡。

如图9中所示，以小于检测目标入射角(例如，约43度至约47度)的角度入射的光线被第一棱镜231阻挡，并且仅以等于或大于检测目标入射角的角度入射的光线穿过第一棱镜231。

在第一棱镜231下方，设置第二棱镜232。第二棱镜232被构造为对以大于检测目标入射角的角度入射的光线进行过滤。例如，第二棱镜232可以被构造为阻挡在穿过第一棱镜231之后入射的光线之中的以大于约47度的角度入射的光线。

第二棱镜232的上表面可以是平坦的。在第一棱镜231和第二棱镜232之间的空间中，可以形成空气层。然而，发明构思不限于此，由折射率小于第一棱镜231和第二棱镜232的折射率的任何材料组成的低折射率层可以形成在第一棱镜231和第二棱镜232之间。

第二棱镜232的下表面可包括具有不同倾斜角的至少一个第2-1倾斜表面232_1和至少一个第2-2倾斜表面232_2。这里，第2-1倾斜表面232_1可以是用于吸收入射在其上的光线的吸收表面，并且第2-2倾斜表面232_2可以是用于阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线的透射表面。

可以在第2-1倾斜表面232_1上形成包括光吸收材料的光吸收层P2。在发明的各种示例性实施例中，第2-1倾斜表面232_1与垂直于第二棱镜232的上表面的直线之间的角度(第2-1倾斜角，θ3)可以是约45度。

可以设置第2-2倾斜表面232_2以对入射的光线进行过滤。第2-2倾斜表面232_2被构造为反射以大于检测目标入射角的角度入射的光线并且向下折射剩余的光线。在发明的各种示例性实施例中，第2-2倾斜表面232_2与垂直于第二棱镜232的上表面的直线之间的角度(第2-2倾斜角，θ4)可以是约62度。

如图9中所示，以大于检测目标入射角(例如，约43度至约47度)的角度入射的光线被第二棱镜232阻挡。因此，仅以落在检测目标入射角范围内的角度入射的光线通过被第一棱镜231和第二棱镜232透射而穿过光学单元23。

图10是包括根据发明的第四示例性实施例构造的光学单元的显示装置的剖视图，图11是包括根据发明的第五示例性实施例构造的光学单元的显示装置的剖视图。

根据发明的第四示例性实施例和第五示例性实施例的显示装置1的光学单元可以包括第一棱镜241或251。在这样的示例性实施例中，显示面板10可以包括由具有不同折射率的多个绝缘膜组成的多层膜11或12。多层膜11或12可以放置在显示面板10的内部(如图10中所示)，或者可以结合到显示面板10的下表面(如图11中所示)。

在其中多层膜11放置在显示面板10内部的示例性实施例中(如图10中所示)，多层膜11可以是构成显示面板10的驱动模块的多个绝缘层和/或一组保护层。构成多层膜11的多个绝缘层和/或保护层中的至少一些可以由具有不同折射率的材料组成。

在其中多层膜12是结合到显示面板10的下表面的单独膜的示例性实施例中(如图11中所示)，多层膜12可以是被构造为控制透射角等的光学膜。

多层膜11或12被构造为对以大于检测目标入射角的角度或以小于检测目标入射角的角度入射的光线进行过滤。例如，多层膜11或12可以被构造为阻挡以大于约47度的角度入射的光线，或者阻挡以小于约43度的角度入射的光线。

第一棱镜241或251可以被构造为仅透射在由多层膜11或12透射的光线之中的以落在检测目标入射角范围内的角度入射的光线。在示例性实施例中，当多层膜11或12被构造为阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线时，第一棱镜241或251可以被构造为阻挡以小于检测目标入射角的角度入射的光线。在另一示例性实施例中，当多层膜11或12被构造为阻挡以小于检测目标入射角的角度入射的光线时，第一棱镜241或251可以被构造为阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线。

第一棱镜241或251的上表面可以是平坦的，并且可以结合到显示面板10的下表面。第一棱镜241或251的下表面可以包括具有不同倾斜角的至少一个第1-1倾斜表面和至少一个第1-2倾斜表面。这里，第1-1倾斜表面是用于吸收入射在其上的光线的吸收表面，并且第1-2倾斜表面可以是用于对光线进行过滤的透射表面。根据将要被阻挡的光线的入射角，第1-1倾斜表面和第1-2倾斜表面如在上面参照图2至图9所述构造，因此将省略其详细描述。

可以通过发明的示例性实施例实现的一些优点包括使得用于指纹传感器的光学单元能够集成到显示面板中，由此可以容易地生产和销售具有用于指纹传感器的光学单元的集成显示单元。

此外，根据发明的原理和示例性实施例的光学单元和包括其的显示装置根据电子装置的光接收单元和显示装置的光学单元之间的距离可变地应用棱镜的尺寸，从而增加制造工艺的灵活性。

尽管这里已经描述了某些示例性实施例和实施方式，但是其它实施例和修改通过该描述将是明显的。因此，发明构思不限于这样的实施例，而是限于所附权利要求以及如对于本领域普通技术人员将明显的各种明显的修改和等同布置的更广泛的范围。

Claims (15)

1.一种显示装置的用于指纹传感器的光学单元，所述光学单元包括：

第一棱镜，用于阻挡以大于检测目标入射角的角度入射的光线；以及

第二棱镜，设置在所述第一棱镜下方，以阻挡以小于所述检测目标入射角的角度入射的光线。

2.根据权利要求1所述的光学单元，所述光学单元还包括：

第三棱镜，支撑所述第一棱镜，并且被设置在所述第一棱镜和所述第二棱镜之间。

3.根据权利要求2所述的光学单元，其中，所述第一棱镜包括：

上表面；以及

下表面，包括至少一个第一倾斜表面和至少一个第二倾斜表面，所述至少一个第一倾斜表面和所述至少一个第二倾斜表面交替设置并且具有不同的倾斜角。

4.根据权利要求3所述的光学单元，所述光学单元还包括：

光吸收层，设置在所述至少一个第一倾斜表面上以吸收入射在所述光吸收层上的光线。

5.根据权利要求3所述的光学单元，其中，所述第二棱镜包括：

上表面；以及

下表面，包括至少一个第三倾斜表面和至少一个第四倾斜表面，所述至少一个第三倾斜表面和所述至少一个第四倾斜表面交替设置并且具有不同的倾斜角。

6.根据权利要求5所述的光学单元，所述光学单元还包括：

光吸收层，设置在所述第二棱镜的所述至少一个第三倾斜表面上，以吸收入射在所述光吸收层上的光线。

7.根据权利要求5所述的光学单元，其中，所述第三棱镜包括：

上表面，面对所述第一棱镜的所述下表面并且具有与所述第一棱镜的所述下表面的形状一致的形状；以及

下表面，与所述第二棱镜的所述上表面接触。

8.根据权利要求7所述的光学单元，其中，所述第三棱镜的所述上表面包括：

至少一个第五倾斜表面，面对所述第一棱镜的所述至少一个第一倾斜表面并且平行于所述第一棱镜的所述至少一个第一倾斜表面；以及

至少一个第六倾斜表面，面对所述第一棱镜的所述至少一个第二倾斜表面并且平行于所述第一棱镜的所述至少一个第二倾斜表面或者相对于所述第一棱镜的所述至少一个第二倾斜表面成角度。

9.根据权利要求7所述的光学单元，所述光学单元还包括：

空气层或低折射率层，设置在所述第一棱镜和所述第三棱镜之间。

10.一种显示装置，所述显示装置包括：

显示面板，用于显示图像；以及

用于指纹传感器的光学单元，设置在所述显示面板下方以仅透射以检测目标入射角入射的光线，其中，所述光学单元包括至少一个棱镜，所述至少一个棱镜具有交替设置并且具有不同的倾斜角的多个倾斜表面。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其中，所述光学单元包括：

第一棱镜，用于阻挡以大于所述检测目标入射角的角度入射的光线；以及

第二棱镜，设置在所述第一棱镜下方，以阻挡以小于所述检测目标入射角的角度入射的光线。

12.根据权利要求11所述的显示装置，所述显示装置还包括：

第三棱镜，被构造为支撑所述第一棱镜并且被设置在所述第一棱镜和所述第二棱镜之间。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其中：

所述第一棱镜包括：上表面；以及下表面，包括至少一个第一倾斜表面和至少一个第二倾斜表面，所述至少一个第一倾斜表面和所述至少一个第二倾斜表面交替设置并且具有不同的倾斜角，

所述第二棱镜包括：上表面；以及下表面，包括至少一个第三倾斜表面和至少一个第四倾斜表面，所述至少一个第三倾斜表面和所述至少一个第四倾斜表面交替设置并且具有不同的倾斜角，并且

所述第三棱镜包括：上表面，面对所述第一棱镜的下表面并且具有与所述第一棱镜的所述下表面的形状一致的形状；以及下表面，与所述第二棱镜的所述上表面接触。

14.根据权利要求13所述的显示装置，所述显示装置还包括：

第一光吸收层和第二光吸收层，分别设置在所述第一棱镜的所述至少一个第一倾斜表面和所述第二棱镜的所述至少一个第三倾斜表面上。

15.根据权利要求10所述的显示装置，其中：

所述显示面板包括：多层膜，包括具有不同折射率的多个绝缘层，并且

所述光学单元包括：第一棱镜，包括上表面和下表面，所述下表面包括至少一个第一倾斜表面和至少一个第二倾斜表面，所述至少一个第一倾斜表面和所述至少一个第二倾斜表面交替设置并且具有不同的倾斜角。

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