CN111178164B - 屏下光学指纹识别装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种屏下光学指纹识别装置包括具有多个像素的显示屏及多个光学感测组件。每一所述光学感测组件包括光学感测器及光学膜层，通过光学膜层的设置，能限制预定角度的指纹反射光线进入光学感测器，藉此过滤不明显的指纹信号或是底噪声信号，能够一定程度的提高指纹识别的信噪比。同时，本发明的多个光学感测组件的结构优势：厚度薄、易制备，使其能穿插设置在显示屏的多个像素之间，既不占用屏幕的有效显示区域，又能提供更精确的指纹识别。

Description

屏下光学指纹识别装置
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，特别是涉及一种屏下光学指纹识别装置。
背景技术
智能行动装置的出现，给人们的衣食住行带来了巨大的变革。出门不用带现金，只需要通过智能行动装置上输入密码或者指纹解锁等进行支付。在密码支付中，不同卡号对应不同的密码，导致人们容易混淆密码或者遗忘密码，又或是密码不幸遭到有心人记下，从而造成支付帐户盗用等，带来财富损失。指纹解锁支付则可以大大降低这些缺陷，给人们带来更多生活上的便捷，因此逐渐被市场接受、使用。
传统的电容式指纹识别技术、或是超声波指纹识别技术需要在感测器之外设置诸多辅助元件，使得指纹识别模组体积较大、组装困难。传统的指纹识别装置通常需要通过“外挂”的附加结构来实现智能行动装置的指纹识别功能。但是，外挂的指纹识别模组区域占用到部分屏幕区域，降低了屏幕的有效显示区域，使得智能行动装置的“屏占比”降低。
光学指纹识别技术利用屏幕自身发射的光，通过指纹的脊和谷之间反射率的差异来进行指纹识别。比较而言，光学指纹识别技术可以将元件直接设置于屏幕内部，并不会占用到屏幕显示区域，从而提高了智能席动装置的“屏占比”。
但是，目前的光学指纹识别装置多采用准直光线或者透镜成像的方式进行光线感测及识别，这些方式同样需要诸多辅助元件，带来组装和加工上的问题。又或是为了提高指纹识别精度，则会需要牺牲屏幕的解析度，限制了光学指纹识别技术的推广以及使用。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种屏下光学指纹识别装置，包括显示屏及多个光学感测组件。所述显示屏包括多个像素，每一所述像素具有显示面。每一所述光学感测组件包括光学感测器及光学膜层，所述光学感测器具有感光面，所述感光面的方向与所述显示面的方向相同，所述光学膜层包括设置于所述感光面上的多层光学薄膜。其中，所述显示面的显示光线经由指纹的反射而成为信号光线，并穿过任两相邻的所述多个像素之间抵达所述感光面；以及当所述信号光线与所述光学膜层的法线夹角在预定角度范围内，则可通过所述光学膜层进入所述感光面。
本发明所述预定角度范围为正负10度。
本发明每一所述光学薄膜的厚度为所述信号光线波长的小于等于1的正实数倍。
本发明相邻两层光学薄膜的折射率不同。
本发明其中一设计的所述相邻两层光学薄膜的厚度不同。
本发明其中另一设计的所述相邻两层光学薄膜的厚度相同。
本发明其中一设计的所述多层光学薄膜通过磁控溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、或是真空蒸镀交叠形成。
所述光学膜层厚度范围为0.1～15μm。
本发明其中另一设计的所述多层光学薄膜通过热压合、拉伸、卷对卷、或是紫外光固化胶贴合交叠形成。
所述光学膜层厚度范围为10～300μm。
在本发明提供的屏下光学指纹识别装置中，通过光学膜层的设置，能限制预定角度的指纹反射光线进入光学感测器，藉此过滤不明显的指纹信号或是底噪声信号，能够一定程度的提高指纹识别的信噪比。同时，本发明的多个光学感测组件的结构优势：厚度薄、易制备，使其能穿插设置在显示屏的多个像素之间，既不占用屏幕的有效显示区域，又能提供更精确的指纹识别。
为了能更进一步了解本发明的详细技术内容与具体实施方式，请参阅以下有关本发明的附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明的光学感测组件的结构示意图。
图2为本发明的光学膜层的结构示意图。
图3为本发明的所述光学膜层的原理图。
图4为本发明的另一种光学感测组件的结构示意图。
图5为本发明的另一种光学感测组件的结构示意图。
图6为本发明的屏下光学指纹识别装置的第一实施例的结构俯视示意图。
图7为本发明的所述屏下光学指纹识别装置的第二实施例的结构示意图。
图8为本发明的所述屏下光学指纹识别装置的第三实施例的结构示意图。
图9为本发明的所述屏下光学指纹识别装置的所述第二实施例的实施示意图。
具体实施方式
藉由以下具体实施例之详述，更加清楚描述本发明之特征与精神，而并非以所揭露的具体实施例来对本发明之范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请之权利要求的范畴内。
请参阅图1，在本发明的屏下光学指纹识别装置中，包括多个光学感测组件100。每一所述光学感测组件100包括光学感测器110及光学膜层120。所述光学感测器110用于接收指纹反射的光线以读取指纹信号，而设置于其上的光学膜层120能限制预定角度的指纹反射光线进入所述光学感测器110，本发明称之为：光角度选择性功能膜(optical angleselective functional film,OASFF)。藉由OASFF的设计来过滤不明显的指纹信号或是底噪声信号，能够一定程度的提高指纹识别的信噪比。
请参阅图2，在所述光学膜层120中，包括多层光学薄膜121。每一所述光学薄膜121的厚度为所述指纹信号波长的小于等于1的正实数倍；举例来说，每一所述光学薄膜121的厚度可以为所述指纹信号波长的0.1倍，也可以为所述指纹信号波长的1倍。所述指纹信号在理想状况下可以是显示屏提供的红色、绿色、蓝色光线，又或是对应其中任意两种或一种色光。所述指纹信号波长在此不具体限制。
所述光学膜层120可以通过光学软件仿真设计，令相邻两层光学薄膜121 的折射率不同。举例来说，将具有折射率1.8的光学薄膜121b叠层在具有折射率2.2的光学薄膜121a之上。以此类推，依据设计需求，将相邻两层具有不同折射率的光学薄膜121c、光学薄膜121d、光学薄膜121e等进行叠层配置。
所述光学膜层120可以通过光学软件仿真设计，令所述相邻两层光学薄膜 121的厚度相同或不同。举例来说，将厚度500纳米的光学薄膜121b叠层在厚度400纳米的光学薄膜121a之上；又或是将厚度300纳米的光学薄膜121d叠层在厚度300纳米的光学薄膜121c之上以此类推，依据设计需求，将相邻两层具有相同或不同的光学薄膜121e等进行叠层配置。
所述光学膜层120的制备主要有两种方式：光学镀膜工艺、以及有机成膜工艺。
在光学镀膜工艺中，本发明将无机材料包括但不限于二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、硫化锌(ZnS)、二氧化锆(ZrO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、五氧化二铌(Nb2O5)、氧化铟锡(ITO)等，通过磁控溅射、物理气相沉积(physical vapordeposition,PVD)、化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)、或是真空蒸镀形成每一所述光学薄膜121，并逐层交叠形成所述光学膜层120。制备完成的所述光学膜层120整体厚度范围为0.1～ 15μm。
在有机成膜工艺中，本发明将有机材料包括但不限于聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、树脂(Resin)作为每一所述光学薄膜121，通过热压合、拉伸、卷对卷、或是紫外光固化胶贴合逐层交叠形成所述光学膜层120。制备完成的所述光学膜层 120整体厚度范围为10～300μm。
请参阅图3，图3为本发明的所述光学膜层的原理图。横轴为入射光线与所述光学膜层与所述光学膜层的法线夹角角度(°)，纵轴为所述入射光线的穿透率(％)。在曲线400中，以0°角为中心，在预定角度范围内(θ1～θ 2)的入射光线具有较佳的穿透率，而在此角度范围以外的所述入射光线则具有较差的穿透率。所述预定角度范围(θ1～θ2)对应较佳穿透率的范围是Tr1 及Tr2，其中0≤Tr2＜Tr1≤100。Tr1/Tr2的数值则是越大越好，如此限定则可取得较高的信噪比，达到准确的指纹识别。在本发明中，较佳的所述预定角度范围为正负10度。
请参阅图4，图4为本发明的另一种光学感测组件的结构示意图。本发明每一所述多个光学感测组件100除了如图1所示的结构：所述光学膜层120直接成形在所述光学感测器110上，亦有另一种如图4所示的结构。所述光学膜层120先形成在透明基板122上。所述透明基板的材料包括但不限于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、树脂 (Resin)、玻璃。当制备好成形于所述透明基板122上的所述光学膜层120后，再通过黏合剂贴合在所述光学感测器110上，构成一体化的所述光学感测组件。
请参阅图5，图5为本发明的另一种光学感测组件的结构示意图。本发明每一所述多个光学感测组件100除了如图1及图4所示的结构之外，亦有另一种如图5所示的结构。所述光学膜层120直接制备在所述光学感测器110中，构成一体化的所述多个光学感测组件100。
图6为本发明的屏下光学指纹识别装置的第一实施例的结构俯视示意图。
在第一实施例中的显示屏200属于液晶显示(liquid crystal display,LCD) 屏，包括多个像素210。本发明将多个光学感测组件100设置于所述多个像素 210所在的平面，并且排列在所述多个像素210以外的区域。一体化的所述多个光学感测组件100厚度不大、不影响所述显示屏200的整体厚度；再者，所述多个光学感测组件100感测的信号光线能直接使用所述多个像素210的显示光线作为来源，同时不遮档所述多个像素210的出光路径，实现高屏占比的LCD 屏下光学指纹识别装置。
图7为本发明的所述屏下光学指纹识别装置的第二实施例的结构示意图。
在第二实施例中的显示屏200属于有机发光二极管(organic light-emittingdiode,OLED)显示屏或是微发光二极管(micro light-emitting diode,micro LED) 显示屏，包括多个像素210以及驱动所述多个像素210的驱动基板220。本发明将多个光学感测组件100设置于所述驱动基板220上，与所述多个像素210 同一平面，并且排列在所述多个像素210以外的区域。一体化的所述多个光学感测组件100厚度不大、不影响所述显示屏200的整体厚度；再者，所述多个光学感测组件100感测的信号光线能直接使用所述多个像素210的显示光线作为来源，同时不遮档所述多个像素210的出光路径，实现高屏占比的OLED或是micro LED屏下光学指纹识别装置。
图8为本发明的所述屏下光学指纹识别装置的第三实施例的结构示意图。
在第三实施例中的显示屏200属于有机发光二极管(organic light-emittingdiode,OLED)显示屏，包括多个像素210以及驱动所述多个像素210的驱动基板220。本发明将多个光学感测组件100先行组合为一层光学感测组件阵列130，并贴合于所述驱动基板220的下方。先行制备的所述光学感测组件阵列130额外贴合于所述显示屏200之下、不影响所述显示屏200既有的制程；再者，所述多个光学感测组件100感测的信号光线能直接使用所述多个像素210的显示光线作为来源，同时不遮档所述多个像素210的出光路径，实现高屏占比的 OLED屏下光学指纹识别装置。
图9为本发明的所述屏下光学指纹识别装置的第二实施例的实施示意图。本发明的实际实施情形以所述第二实施例为例，然而，本发明其他实施例的实际实施情形可通过以下说明进行类推。
在所述显示屏200中，每一所述像素210具有显示面211，所述显示面211 用于发射所述驱动基板220所要求的显示光线231。在每一所述光学感测组件 100中，所述光学感测器110具有感光面111，所述感光面用于感测指纹300反射所述显示光线231而成的信号光线232，所述感光面111的方向与所述显示面211的方向相同。
当所述显示光线231自所述显示面211射出后，所述显示光线231会经由所述指纹300反射而成为所述信号光线232，所述信号光线232自反射后，将携带所述指纹300的信号穿过任两相邻的所述多个像素210之间，而抵达所述多个光学感测组件100的所述感光面111。但是所述显示光线231经由所述指纹300的反射后产生的所述信号光线232可能会产生角度发散，大角度的所述信号光线232会被底噪声信号淹没。本发明为了提高指纹识别的信噪比，设置了光学膜层120来过滤不明显的所述信号光线或是底噪声信号。因此当所述信号光线232与所述光学膜层120的法线N夹角θ在正负10度内时，则可通过所述光学膜层120进入所述感光面111；若在正负10度的角度范围之外的所述信号光线232则被所述光学膜层120阻挡、反射出去。
在本发明提供的屏下光学指纹识别装置中，通过光学膜层的设置，能限制预定角度的指纹反射光线进入光学感测器，藉此过滤不明显的指纹信号或是底噪声信号，能够一定程度的提高指纹识别的信噪比。同时，本发明的多个光学感测组件的结构优势：厚度薄、易制备，使其能穿插设置在显示屏的多个像素之间，既不占用屏幕的有效显示区域，又能提供更精确的指纹识别。
虽然本发明已用优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书所界定范围为准。

Claims (10)

1.一种屏下光学指纹识别装置，其特征在于，包括：
显示屏，包括多个像素，每一所述像素具有显示面；以及
多个光学感测组件，每一所述光学感测组件包括光学感测器及光学膜层，所述光学感测器具有感光面，所述感光面的方向与所述显示面的方向相同，所述光学膜层包括设置于所述感光面上的多层光学薄膜；
其中，所述显示面的显示光线经由指纹的反射而成为信号光线，并穿过任两相邻的所述多个像素之间抵达所述感光面；以及
当所述信号光线与所述光学膜层的法线夹角在预定角度范围内，则可通过所述光学膜层进入所述感光面。
2.如权利要求1所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，所述预定角度范围为正负10度。
3.如权利要求1所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，每一所述光学薄膜的厚度为所述信号光线波长的小于等于1的正实数倍。
4.如权利要求3所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，相邻两层光学薄膜的折射率不同。
5.如权利要求4所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，所述相邻两层光学薄膜的厚度不同。
6.如权利要求4所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，所述相邻两层光学薄膜的厚度相同。
7.如权利要求1所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，所述多层光学薄膜通过磁控溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、或是真空蒸镀交叠形成。
8.如权利要求7所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，所述光学膜层厚度范围为0.1～15μm。
9.如权利要求1所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，所述多层光学薄膜通过热压合、拉伸、卷对卷、或是紫外光固化胶贴合交叠形成。
10.如权利要求9所述的屏下光学指纹识别装置，其特征在于，所述光学膜层厚度范围为10～300μm。
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