CN111095274A

CN111095274A - 屏下指纹识别模组、lcd光学指纹识别系统及电子设备

Info

Publication number: CN111095274A
Application number: CN201980004075.8A
Authority: CN
Inventors: 李顺展
Original assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: WO2021012259A1; CN111095274B

Abstract

本申请提供一种屏下指纹识别模组、LCD光学指纹识别系统及电子设备。本申请提供的指纹识别模组，应用于具有背光模组的LCD光学指纹识别系统，屏下指纹识别模组包括：指纹传感器和透射单元；透射单元用于接收指纹产生的反射光，并将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域上，指纹传感器用于将反射光转化为电信号，电信号用于生成指纹图像；透射单元的视场角大于预设角度，其中，视场角为以透射单元为顶点、感应区域的边界为界限所确定的边界光线与竖直方向之间的最小夹角。本申请提供的指纹识别模组，可以保证指纹图像的完整性，从而使得屏下指纹识别过程可以顺利完成。

Description

屏下指纹识别模组、LCD光学指纹识别系统及电子设备

技术领域

本申请涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种屏下指纹识别模组、LCD光学指纹识别系统及电子设备。

背景技术

随着科技的发展，全面屏逐渐成为当下电子设备，尤其是智能手机的主流设计元素，而搭载屏下指纹识别功能的液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)屏幕将会在显示屏领域占有一席之地。

其中，图1为现有技术中搭载屏下指纹识别模组的LCD光学指纹识别系统结构示意图。如图1所示，该LCD光学指纹识别系统从上至下依次包括：LCD液晶面板100、背光模组200和LCD屏下指纹识别模组300。其中，该LCD液晶面板100从上至下依次包括：玻璃盖板101以及液晶层102，背光模组200从上至下依次包括：第一棱镜膜201、第二棱镜膜202、扩散膜203、导光板204、反射膜105和钢板106。其中，两层棱镜膜的作用是利用折射和全反射原理使分散的光线集中于一定的角度从背光源中发出。LCD屏下指纹识别模组300从上至下依次包括：透镜和光学传感器，透镜用于接收指纹产生的反射光，并将该反射光聚焦至光学传感器上，光学传感器用于将反射光转化为电信号，并将电信号传输至处理器，以使处理器根据电信号生成指纹图像。

然而，由于棱镜膜的存在，指纹图像会存在从中间被分割的现象，从而影响了指纹图像的完整性，进而使得指纹识别过程难以完成。

发明内容

本申请提供一种屏下指纹识别模组、LCD光学指纹识别系统及电子设备，以保证了指纹图像的完整性，从而使得屏下指纹识别过程可以顺利完成。

第一方面，本申请提供一种屏下指纹识别模组，应用于具有背光模组的LCD光学指纹识别系统，所述屏下指纹识别模组包括：指纹传感器和透射单元；

所述透射单元用于接收指纹产生的反射光，并将所述反射光聚焦至所述指纹传感器的感应区域上，所述指纹传感器用于将所述反射光转化为电信号，所述电信号用于生成指纹图像；

所述透射单元的视场角大于预设角度，其中，所述视场角为射至所述感应区域上的光线与竖直方向之间的夹角。

在一种可能的设计中，所述透射单元平行设置在所述棱镜膜以及所述指纹传感器之间；

所述透射单元在竖直方向上的投影偏离于所述指纹传感器的感应区域的中心位置，所述投影偏离的方向为第一方向；

所述视场角为经所述透射单元射至所述感应区域的光线与竖直方向之间的夹角。

在一种可能的设计中，所述屏下指纹识别模组，还包括：反射单元；

所述反射单元具有反射面，所述反射面用于朝向所述棱镜膜设置；

所述透射单元位于所述棱镜膜和所述反射单元之间，以将所述反射光经所述透射单元透射至所述反射单元的所述反射面上，并经所述反射面再次反射后聚焦至所述指纹传感器的所述感应区域上；

所述视场角为经所述反射单元反射后射至所述感应区域的光线与竖直方向之间的夹角。

在一种可能的设计中，所述预设角度为35度。

在一种可能的设计中，所述棱镜膜为单层膜层。

在一种可能的设计中，所述屏下指纹识别模组，还包括：指纹光源；

所述指纹光源设置在所述LCD光学指纹识别系统的液晶面板上，以使所述指纹光源发出的光线穿过油墨层后，经玻璃盖板射出至指纹视场区域，以使所述指纹产生所述反射光，其中，所述液晶面板包括所述玻璃盖板，所述油墨层设置在所述玻璃盖板的下侧；和/或

所述指纹光源设置在所述背光模组的钢板上，所述钢板上设置有用于出射所述指纹光源光线的开孔，以使所述指纹光源发出的光线穿过所述背光模组以及所述液晶面板射出至所述指纹视场区域，以使所述指纹产生所述反射光。

在一种可能的设计中，所述指纹光源为红外光源。

在一种可能的设计中，所述指纹传感器的所述感应区域上还设置有滤波片，所述滤波片用于截止除红外光线之外的其他波段的光线。

第二方面，本申请还提供一种LCD光学指纹识别系统，包括：液晶面板、背光模组以及如第一方面中的任意一种屏下指纹识别模组；

所述背光模组设置在所述液晶面板的下侧，所述屏下指纹识别模组设置在所述背光模组的下侧。

第三方面，本申请还提供一种电子设备，包括：处理器以及第二方面提供的LCD光学指纹识别系统；

所述处理器与所述LCD光学指纹识别系统电性连接。

本申请提供的屏下指纹识别模组、LCD光学指纹识别系统及电子设备，通过将透射单元的视场角大于预设角度之后，指纹产生的反射光可以穿透单层棱镜膜进入透射单元，并使得透射单元将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域上，在通过指纹传感器将反射光转化为电信号，以生成用于进行屏下指纹识别的指纹图像，并且所生成的指纹图像不会存在从中间被分割的现象，从而保证了指纹图像的完整性，进而促进指纹识别过程顺利完成。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中搭载屏下指纹识别模组的LCD光学指纹识别系统结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的棱镜膜和棱镜膜的局部示意图；

图3为本申请一实施例提供的指纹图像的示意图；

图4为本申请一实施例提供的屏下指纹识别模组的示意图；

图5为本申请一实施例提供的指纹图像的示意图；

图6为本申请另一实施例提供的屏下指纹识别模组的示意图；

图7为本申请一实施例提供的LCD光学指纹识别系统的示意图；

图8为本申请另一实施例提供的LCD光学指纹识别系统的示意图；

图9为本申请再一实施例提供的LCD光学指纹识别系统的示意图；

图10为本申请一实施例提供的屏下指纹注册方法流程示意图；

图11为本申请一实施例提供的屏下指纹识别方法流程示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

继续参照图1，该LCD光学指纹识别系统从上至下依次包括：LCD液晶面板100、背光模组200和LCD屏下指纹识别模组300。其中，该LCD液晶面板100从上至下依次包括：玻璃盖板101以及液晶层102，背光模组200从上至下依次包括：第一棱镜膜201、第二棱镜膜202、扩散膜203、导光板204、反射膜105和钢板106。其中，两层棱镜膜的作用是利用折射和全反射原理使分散的光线集中于一定的角度从背光源中发出。LCD屏下指纹识别模组300从上至下依次包括：透镜和光学传感器，透镜用于接收指纹产生的反射光，并将该反射光聚焦至光学传感器上，光学传感器用于将反射光转化为电信号，并将电信号传输至处理器，以使处理器根据电信号生成指纹图像。

其中，上述棱镜膜规格通常是采用90/50，即棱镜角度为90度，棱镜周期为50微米，所谓棱镜周期指的是相邻两个棱镜尖峰的距离。具体地，图2为本申请一实施例提供的棱镜膜和棱镜膜的局部示意图，如图2所示，上方是棱镜膜，下方是棱镜膜的局部示意图，B角为棱镜角度，其可以等于90度，d为棱镜周期。由于棱镜膜结构会限制小角度的光进入光学传感器，例如：如图2所示，根据全反射定律，基本平行棱镜的入射光线，才能形成垂直的出射光线，以到达光学传感器，然而，由于基本平行棱镜的入射光线很难实现，因此，形成垂直的出射光线并不现实，如图3所示，该现象使得指纹图像会存在从中间被分割的现象，从而影响了指纹图像的完整性，进而使得指纹识别过程难以完成。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种屏下指纹识别模组。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。值得说明的，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图4为本申请一实施例提供的屏下指纹识别模组的示意图。如图4所示，本实施例提供的屏下指纹识别模组，应用于具有背光模组的LCD光学指纹识别系统，其中，屏下指纹识别模组包括：指纹传感器304和透射单元303。该透射单元303用于接收指纹产生的反射光，并将反射光聚焦至指纹传感器304的感应区域3041上，指纹传感器304用于将反射光转化为电信号，电信号用于生成指纹图像。此外，透射单元303的视场角A大于预设角度，其中，视场角A为射至感应区域上的光线与竖直方向之间的夹角，例如，上述预设角度可以为35度，也可以是35度-80度之间的任意数值。

继续参照图4，透射单元303平行设置在指纹传感器304以及背光模组的棱镜膜之间，但是，透射单元303在竖直方向上的投影偏离于指纹传感器304的感应区域的中心位置。值得理解的，可以是透射单元303的中心垂线相对于指纹传感器304的感应区域3041的中心线往左或者往右偏移一定距离，其中，具体的偏离距离可以根据屏下指纹识别模组的具体尺寸进行确定，但是，需要保证的是，其偏离距离可以使得上述视场角A大于35度。

此外，本实施例中提供的屏下指纹识别模组还包括：基板301，以及设置在基板301上形成容置空间的支架302，其中，在该容置空间中设置指纹传感器304。此外，上述的透射单元303可以是设置在支架302相对于基板301的侧壁上，以于指纹传感器304上的感应区域3041相对设置。

可选的，透射单元303可以为一种光学成像元件，还可称为镜头。透射单元303可具有球面或非球面的光学透射结构，用以聚焦反射光线上。透射单元303可以为一个透镜，也可以为多个透镜组成的结构。此外，透射单元303的透镜通常可以由树脂材料或者玻璃材料形成。

可选的，上述的指纹传感器304也可以称为光学传感器、图像传感器、光学指纹传感器、光学感应器或指纹检测感应器等。

需要说明的是，在现有技术中透射单元303在竖直方向的投影位于指纹传感器304的中心区域。如图3所示，该现象使得指纹图像会存在从中间被分割的现象。然而，图5为本申请一实施例提供的指纹图像的示意图，如图5所示，相对于透射单元303在竖直方向的投影位于指纹传感器304的中心区域，当透射单元303在竖直方向上的投影偏离于指纹传感器304的中心区域，以使得视场角A大于预设角度时，最终生成的如图5所示的指纹图像可以消除指纹图像从中间被分割的现象。

在本实施例中，通过将透射单元的视场角大于预设角度之后，指纹产生的反射光可以穿透单层棱镜膜进入透射单元，并使得透射单元将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域上，在通过指纹传感器将反射光转化为电信号，以生成用于进行屏下指纹识别的指纹图像，并且所生成的指纹图像不会存在从中间被分割的现象，从而保证了指纹图像的完整性，进而促进指纹识别过程顺利完成。

图5为本申请一实施例提供的指纹图像的示意图。如图5所示，本实施例提供的屏下指纹识别模组，应用于具有背光模组的LCD光学指纹识别系统，其中，屏下指纹识别模组包括：指纹传感器304、透射单元303以及反射单元305。该透射单元303用于接收指纹产生的反射光，并将反射光聚焦至指纹传感器304的感应区域3041上，指纹传感器304用于将反射光转化为电信号，电信号用于生成指纹图像。此外，透射单元303的视场角A大于预设角度，其中，视场角A为射至感应区域上的光线与竖直方向之间的夹角，例如，上述预设角度可以为35度，也可以是35度-80度之间的任意数值。

继续参照图5，上述的反射单元305具有反射面，其中，反射面用于朝向背光模组的棱镜膜设置，并且，透射单元303位于棱镜膜和反射单元305之间，以将反射光经透射单元303透射至反射单元305的反射面上，并经反射面再次反射后聚焦至指纹传感器304的感应区域3041上，其中，上述的视场角为经反射单元反射后射至感应区域的光线与竖直方向之间的夹角。

此外，本实施例中提供的屏下指纹识别模组还包括：基板301，以及设置在基板301上形成容置空间的支架302，其中，在该容置空间中设置指纹传感器304。此外，上述的透射单元303可以是设置在支架302相邻基板301的侧壁上。透射单元303的光轴可与反射单元305的光轴垂直。当然，透射单元303的光轴也可以与反射单元305的光轴不垂直，例如可以是接近垂直。透射单元303的光轴与反射单元305的光轴垂直，可使得透射单元303透射的光线，尽可能的入射至该反射单元305的反射面，避免光线的遗漏，保证了指纹图像的清晰及完整度，从而进一步保证了屏下指纹检测的准确度。

需要说明的是，在现有技术中透射单元303在竖直方向的投影位于指纹传感器304的中心区域。如图3所示，该现象使得指纹图像会存在从中间被分割的现象。然而，图5为本申请一实施例提供的指纹图像的示意图，如图5所示，相对于透射单元303在竖直方向的投影位于指纹传感器304的中心区域，当透射单元303设置于指纹传感器304的侧壁，以使得视场角A大于预设角度时，最终生成的如图5所示的指纹图像可以消除指纹图像从中间被分割的现象。

此外，在上述实施例的基础上，为了提升背光模组的亮度，从而弥补单层棱镜膜导致的显示亮度变暗，还可以设置指纹光源，其中，指纹光源可以是红外光源。若该红外光源可以为940nm波长的红外光源。该红外光源例如可以为红外LED光源、红外的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL)、红外的激光二极管(Laser Diode)等。

可选的，若指纹光源21为红外光源，为避免可见光对指纹检测的干扰，继续参照图4和图6，在上述指纹传感器304的感应区域3041上还可以设置滤波片3042，其中，滤波片3042用于截止除红外光线之外的其他波段的光线，即该滤波片3042只可供940±25nm波长的红外光透过。

通过将指纹光源设置为红外光源，可使得屏下指纹识别的指纹反射光为红外光线，从而避免指纹反射光对用以显示可见光源的干扰，保证了显示模组的显示效果；同时也避免了可见光源对指纹反射光的干扰，有效保证屏下指纹检测的准确度。

此外，对于指纹光源21的位置，可以是设置在LCD光学指纹识别系统的液晶面板上，也可以是通过在背光模组的钢板上打孔，设置在钢板上，在本实施例中，并不对指纹光源21的设置位置进行具体限定，只需保证指纹光源21发出的光线可以设至液晶面板的指纹视场区域即可。

图7为本申请一实施例提供的LCD光学指纹识别系统的示意图。如图7所示，本实施例提供的LCD光学指纹识别系统，包括：液晶面板100、背光模组200以及上述任一实施例中所提供的屏下指纹识别模组300。其中，背光模组200设置在液晶面板100的下侧，屏下指纹识别模组300设置在背光模组200的下侧。

具体的该液晶面板100从上至下依次包括：玻璃盖板101以及液晶层102，背光模组200从上至下依次包括：棱镜膜201、扩散膜203、导光板204、反射膜105和钢板106。

为了提升背光模组200的亮度，从而弥补单层棱镜膜201导致的显示亮度变暗，还可以设置指纹光源400，其中，指纹光源400可以是红外光源。

对于指纹光源400可以设置在LCD光学指纹识别系统的液晶面板100上，例如可以是在玻璃盖板101下方的油墨层1021，与液晶走线区1022相邻设置，以使指纹光源400发出的光线穿过油墨层1021后，经玻璃盖板101射出至指纹视场区域，以使指纹产生反射光。

而在另一种可能的设计中，图8为本申请另一实施例提供的LCD光学指纹识别系统的示意图。如图8所示，指纹光源400还可以是设置在背光模组200的钢板106上，以使指纹光源400发出的光线穿过背光模组200以及液晶面板100射出至指纹视场区域，以使指纹产生反射光。

此外，图9为本申请再一实施例提供的LCD光学指纹识别系统的示意图，如图9所示，还可以是在LCD光学指纹识别系统的液晶面板100上以及背光模组200的钢板106上均设置指纹光源400。

在本实施例中，通过将透射单元的视场角大于预设角度之后，指纹产生的反射光可以穿透单层棱镜膜进入透射单元，并使得透射单元将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域上，在通过指纹传感器将反射光转化为电信号，以生成用于进行屏下指纹识别的指纹图像，并且所生成的指纹图像不会存在从中间被分割的现象，从而保证了指纹图像的完整性，进而促进指纹识别过程顺利完成，此外，只需设置单层棱镜膜，相对于现有技术中两层棱镜膜的方式，可以降低LCD光学指纹识别系统的制造成本。

此外，本申请还提供一种电子设备，包括：处理器以及上述任一实施例中所提供的LCD光学指纹识别系统，其中，处理器与LCD光学指纹识别系统电性连接。

LCD光学指纹识别系统中还可以包括压力传感器，而压力传感器用于感应LCD光学指纹识别系统上的触摸输入信号的压力大小。处理器用于接收压力传感器感应的压力信号，并用于处理该压力信号，例如基于该压力信号触发该电子设备中的某个应用程序。

此外，该电子设备还可以包括存储器。该存储器可以用于存储指示信息，还可以用于存储处理器执行的代码、指令等。其中，处理器可以从存储器中调用并运行计算机程序，以实现屏下指纹注册和识别方法。

其中，存储器可以是独立于处理器的一个单独的器件，也可以集成在处理器中。

而电子设备可以为智能手机、笔记本电脑、可穿戴设备、家电设备等任一具有LCD屏下指纹识别功能的设备。

此外，下面针对利用上述电子设备进行屏下指纹识别的流程进行说明：

图10为本申请一实施例提供的屏下指纹注册方法流程示意图。如图10所示，本实施例提供的屏下指纹注册方法，包括：

步骤501、获取指纹识别注册指令。

步骤502、切换至指纹注册界面。

步骤503、进入指纹采集模式。

步骤504、获取在指纹区域的按压指令。

步骤505、开启指纹光源。

步骤506、采集指纹图像。

步骤507、对指纹图像进行预处理。

步骤508、判断处理后图像是否满足条件。若判断结果为是，这执行步骤509，若判断结果为否，则执行步骤506。

步骤509、关闭指纹光源。

步骤510、对指纹图像进行特征提取。

步骤511、根据提取的特征对指纹图像进行注册。

步骤512、判断录入的指纹图像张数是否满足条件。若判断结果为是，这执行步骤513，若判断结果为否，则执行步骤503。

步骤513、保存指纹模板。

步骤514、在界面中输出注册成功信息。

图11为本申请一实施例提供的屏下指纹识别方法流程示意图。如图11所示，本实施例提供的屏下指纹识别方法，包括：

步骤601、获取指纹识别解锁指令。

步骤602、进入指纹采集模式。

步骤603、获取在指纹区域的按压指令。

步骤604、开启指纹光源。

步骤605、采集指纹图像。

步骤606、对指纹图像进行预处理。

步骤607、对指纹图像进行特征提取。

步骤608、指纹图像是否匹配成功。若判断结果为是，这执行步骤610，若判断结果为否，则执行步骤606。

步骤609、持续在指纹区域获取到按压指令。若判断结果为是，这执行步骤604，若判断结果为否，则执行步骤611。

步骤610、指纹模板更新。

步骤611、指纹识别成功。

步骤612、保存指纹模板。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims

1.一种屏下指纹识别模组，应用于具有背光模组的LCD光学指纹识别系统，其特征在于，所述屏下指纹识别模组包括：指纹传感器和透射单元；

2.根据权利要求1所述的屏下指纹识别模组，其特征在于，所述透射单元平行设置在所述棱镜膜以及所述指纹传感器之间；

所述透射单元在竖直方向上的投影偏离于所述指纹传感器的感应区域的中心位置；

3.根据权利要求1所述的屏下指纹识别模组，其特征在于，还包括：反射单元；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的屏下指纹识别模组，其特征在于，所述预设角度为35度。

5.根据权利要求4所述的屏下指纹识别模组，其特征在于，所述棱镜膜为单层膜层。

6.根据权利要求5所述的屏下指纹识别模组，其特征在于，还包括：指纹光源；

7.根据权利要求6所述的屏下指纹识别模组，其特征在于，所述指纹光源为红外光源。

8.根据权利要求7所述的屏下指纹识别模组，其特征在于，所述指纹传感器的所述感应区域上还设置有滤波片，所述滤波片用于截止除红外光线之外的其他波段的光线。

9.一种LCD光学指纹识别系统，其特征在于，包括：液晶面板、背光模组以及如权利要求1-8中任意一项所述的屏下指纹识别模组；

10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器以及如权利要求9所述的LCD光学指纹识别系统；

所述处理器与所述LCD光学指纹识别系统电性连接。