CN111213151A - 片和光学指纹扫描器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于光学指纹识别的片和包括其的装置。根据本申请的一个实例，可以提供片及其装置，所述片具有优异的通过指纹的用户识别或认证能力，并且可以应用于大面积显示装置以识别复数个指纹图案而不彼此影响。

Description

片和光学指纹扫描器

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求基于2017年11月7日提交的韩国专利申请第10-2017-0147033号的优先权权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请涉及可用于光学指纹识别的片和包括其的装置。

背景技术

根据便携式移动设备如智能手机和平板电脑的普遍化和使用频率的增加，这些设备的安全性变得越来越重要。特别是，使用这些设备维护电子商务和银行领域的安全性更为重要。用户的生物信息(例如，指纹、虹膜、面部或声音)可以用于识别或认证设备用户以进行安全性维护。近年来，应用通过指纹的用户认证技术的便携式移动设备也已经商业化。

另一方面，指纹识别方法可以分为光学方法、超声波方法、静电电容方法、电场测量方法和热感测方法等。在这些中，光学指纹识别方法可以分为用于检测直接接触设备的透明指纹接触部分的指纹脊部分中散射的光的所谓的散射方法，以及用于检测从对应于指纹的谷部分的指纹接触部分的表面全反射的光的所谓的全反射方法。在前一种情况下，由于必须检测待散射的光，因此可能难以向传感器提供足以识别指纹图案的光量，并且散射光的路径可能与原始光源的光路重叠，使得可能降低对比度。此外，在散射方法中，还发生由光程差引起的梯形畸变。已经通过各种论文和专利提出了具有各种结构的装置以解决上述问题，但不能说散射方法由于使用庞大的棱镜等而不适用于便携式移动设备。另外，在后一种情况下，存在的优点是，可以确保比检测散射光的方法更大的光量，但如果在朝向传感器的全反射光沿着波导重复全反射的过程中全反射路径长，则从相邻指纹全反射的光可能彼此干扰，从而降低对比度。此外，当使用常规的全反射方法时，由于需要单独安装传感器或棱镜等，因此可能增加装置的尺寸，并且因为由于传感器被定位在波导的光源所在的一端的相对端处导致指纹识别装置的输入和输出结构非常有限，因此存在与具有大面积显示器的便携式移动设备的兼容性差的问题。

发明内容

技术问题

本申请的一个目的是提供用于无论指纹接触部分的污染程度如何均能够检测具有高对比度的指纹信息的光学指纹识别(或输入)的片和包括其的装置。

本申请的另一个目的是提供用于光学指纹识别(或输入)的片和包括其的装置，所述片具有简单的结构并且能够同时识别大面积中的复数个指纹。

本申请的上述目的和其他目的可以通过以下详细描述的本申请全部解决。

技术方案

为了解决上述现有技术的问题和实现上述目的，本申请提供了片及其装置，所述片在单个层中包括：第一光控制部，所述第一光控制部能够提供始终仅在片构造中的特定层间层合结构中全反射的光；和第二光控制部，所述第二光控制部能够通过以下方式来提供其全反射根据与片的表面层接触的指纹图案确定的光：改变从第一光控制部提供且以预定角度在特定层间层合结构中全反射的光的一部分并发射其以到达片的表面层而不在特定层间层合结构中被全反射。

有益效果

本申请可以提供用于光学指纹识别的片，其可以提供具有高对比度的指纹信息并且可以识别复数个指纹图案而彼此没有任何影响。此外，本申请可以提供能够具有大面积传感器和屏幕显示装置而不受入射和发射结构限制的装置。此外，本申请可以提供无论片指纹接触部分的污染程度如何均可以表现出上述效果的片和装置。

附图说明

图1示意性地示出了根据本申请的一个实施方案的用于光学指纹识别(或输入)的片和包括其的装置的截面。

图2是使用根据本申请的一个实施方案的片拍摄的指纹的图像。

在下文中，将参照附图详细地描述根据本申请的一个实施方案的片和包括其的装置。为了便于说明，所示的各构成的尺寸或形状可以放大或缩小。

具体实施方式

在与本申请有关的一个实例中，本申请涉及用于光学指纹识别的片或用于光学指纹输入的片。片包括具有预定层合构成的光学膜。如下所述，本申请的片可以被配置成使得来源于外部光源的光可以作为不同角度的两束光(光线)存在于具有预定层合结构的光学膜中。一束光(光线)可以始终在具有预定层合构成的光学膜中全反射。另一束光(光线)可以不在具有预定层合构成的光学膜中全反射。具体地，另一束光线穿过具有预定层合构成的光学膜，然后根据接触片外部的材料的图案确定在片的表面层处是否全反射，并且另一束光线在全反射之后到达片的下部或穿过片的下部，由此可以被定位在片下部上的传感器识别。此时，如下所述，预定的层合构成是指其中光控制层被定位在两个相对的低折射层之间的构成。另外，在本申请中，片的表面层涉及下面将要描述的透明基础层，其可以指透明基础层的与空气接触的上表面，或者可以指透明基础层的与具有类似指纹的图案的物体直接或间接接触的上表面。

在这方面，图1示意性地示出了根据本申请的一个实施方案的用于光学指纹识别(或输入)的片和包括其的装置的截面。如下将参照图1描述本申请。

本申请的片可以包括光学膜，该光学膜具有两个相对的低折射层和定位在其之间的光控制层。即，在本申请的片中使用的光学膜可以包括下低折射层、定位在下低折射层上的光控制层、以及定位在光控制层上的上低折射层。在本申请中，关于层间层合位置使用的术语“上”或“上方”可以意指不仅包括一个构成直接形成在另一构成上的情况，而且还包括在这些构成之间插入第三构成的情况。另外，在本申请中，例如，当光控制层介于两个层之间时，术语“低折射层”可以意指其中任一个层与相邻层相比具有相对低的折射率的情况，如同其中两个层的折射率低于光控制层的折射率的情况。

光控制层包括第一光控制部和第二光控制部。光控制部可以是设置成仅对以特定角度入射的光执行预定功能的构成。因此，如下所述，第一光控制部可以提供分别始终被全反射到上低折射层的下表面和下低折射层的上表面的光。另外，第二光控制部可以提供这样的光：其可以穿过上低折射层—具体地具有预定层合构成的光学膜，并在片表面层处根据接触片表面层的指纹图案确定其是否被全反射至片表面层。在本申请中，“下表面”可以意指光控制层(或光控制部)、上低折射层和透明基础层的面对下低折射层或与下低折射层接触的一侧，并且“上表面”可以意指具有相关下表面的光控制层(或光控制部)、上低折射层和透明基础层的相反的一侧。根据光的行进路径，下表面或上表面可以被称为光进入表面或入射表面以及光发射表面或出射表面。

如图1所示，第一光控制部可以将穿过下低折射层相对于第一光控制部的下表面以第一角度(θ₀)入射的光作为具有不同于第一角度(θ₀)的第二角度(θ_A)的光(A)发射至上低折射层的下表面。在一个实例中，第一光控制部的发射具有第二角度(θ_A)的光的出射表面可以为除第一光控制部的下表面之外的任何其他表面或任何内部区域。更具体地，本申请的片可以被配置成使得具有第二角度(θ_A)的光可以从第一光控制部的侧表面和/或上表面或者第一光控制部内部的任何区域和/或点发射。此时，具有第二角度(θ_A)的光可以是例如从上低折射层的下表面(例如，上低折射层与光控制层之间的界面)以及例如从下低折射层的上表面(例如，下低折射层与光控制层之间的界面)被全反射的光。在本申请中，术语“界面”可以意指两个相邻层之间的边界表面，或设置在光穿过的路径上的异质介质之间的边界表面。在本申请中，角度是由光的行进方向与设置在水平面上的片(或光进入层或光进入表面)的法线所形成的角度，并且其单位为°(度)，可以大于0°且小于90°。此外，光所具有的角度根据沿光的行进方向的各构成的相对位置可以被称为出射角。

如图1所示，第二光控制部可以将例如从上低折射层的下表面全反射成以第二角度(θ_A)入射至第二光控制部的光作为具有第二角度(θ_A)的光(A)和具有不同于第二角度(θ_A)的第三角度(θ_B)的光(B)发射至上低折射层的下表面。在一个实例中，第二光控制部的发射具有第二角度(θ_A)的光和具有第三角度(θ_B)的光的出射表面可以为除第二光控制部的下表面之外的任何其他表面或任何内部区域。更具体地，本申请的片可以被配置成使得具有第二角度(θ_A)的光和具有第三角度(θ_B)的光(B)可以从第二光控制部的侧表面和/或上表面或者第二光控制部内部的任何区域和/或点发射。此时，具有第三角度(θ_B)的光可以是没有从上低折射层的下表面(例如，上低折射层与光控制层之间的界面)全反射并且透射过上低折射层的下表面或上低折射层的光。

由于本申请的光控制层可以被分成其中光的角度或路径等可以如上彼此不同地被控制的两个部分，因此如图1中，可以朝向定位在光控制层上的上低折射层，具体地相对于上低折射层，更具体地相对于上低折射层的下表面提供(发射)具有不同角度的两束光(A和B)。

在一个具体实例中，本申请的片可以被设置成使得从第一光控制部朝向上低折射层发射的具有第一角度(θ_A)的光可以通过满足以下关系表达式1和2而从上低折射层的下表面和下低折射层的上表面二者全反射。即，第一光控制部可以将相对于下表面以第一角度(θ₀)入射的光转换成具有满足以下关系表达式1和2的第二角度(θ_A)的光从而将其朝向光控制层的上表面或上低折射层的下表面发射。可以使用斯涅尔定律(Snell’law)获得以下描述的关系表达式。

[关系表达式1]

θ_A＞(180°/π)x sin^-1(n₂/n₃)

上面的关系表达式1示例性地限定了这样的条件：从光控制层向上低折射层行进的具有第一角度(θ_A)的光从上低折射层的下表面(例如，光控制层与上低折射层之间的界面)被全反射。在以上关系表达式1中，n₂是上低折射层的折射率，n₃是光控制层的第一光控制部或第二光控制部的折射率，并且n₃大于n₂。

[关系表达式2]

θ_A＞(180°/π)x sin^-1(n₄/n₃)

上面的关系表达式2示例性地限定了这样的条件：当满足关系表达式1的光从上低折射层的下表面被全反射，入射在光控制层上然后面向下低折射层时，其从下低折射层的上表面(例如，下低折射层与光控制层之间的界面)被全反射。在以上关系表达式2中，n₃是光控制层的第一光控制部或第二光控制部的折射率，n₄是上低折射层的折射率，并且n₃大于n₄。

如上所述，本申请的片可以设置成使得可以存在始终在预定层合结构内全反射的全反射光。另一方面，在本申请中，由于具有第二角度(θ_A)的光是无论是否指纹接触都始终进行全反射的光，因此可以将片中的光量保持在一定水平。另外，如下所述，由于用于指纹识别的具有角度(θ_B’)的光源自从具有角度(θ_A)的全反射光转换的具有角度(θ_B)的光，因此用于生成指纹图像的具有角度(θ_B’)的光无论是否指纹接触均可以具有在片中保持恒定的光量。

第二光控制部可以将从上低折射层的下表面和下低折射层的上表面全反射成以第二角度(θ_A)入射到第二光控制部上的光作为具有第二角度(θ_A)的光(A)和具有不同于第二角度(θ_A)的第三角度(θ_B)的光(B)朝向第二光控制部的上表面或上低折射层的下表面发射。即，第二光控制部可以将具有角度(θ_A)的光(A)的一部分转换成具有角度(θ_B)的光(B)。转换度即以θ_A入射的光(A)被转换成具有θ_B的光(B)并被发射的比率没有特别限制，可以在大于0％至小于100％的范围内适当调整。此时，θ_A和θ_B可以是从第一光控制部发射的光和从第二光控制部发射的光相对于上低折射层的作为入射表面的下表面各自具有的(入射)角。在本申请中，无论是否指纹接触，第二光控制部都产生具有第三角度(θ_B)的光。

在本申请中，由第二光控制部产生的具有第三角度(θ_B)的光可以用于指纹识别，如下所述。为了用于指纹识别，从第二光控制部发射的具有第三角度(θ_B)的光应穿过上低折射层而不会在层合结构的光学膜中被全反射，从而到达片的指纹接触的表面层。

关于第三角度(θ_B)，本申请的片可以设置成使得从第二光控制部发射的具有第三角度(θ_B)的光满足以下关系表达式3从而透射过上低折射层。

[关系表达式3]

θ_B＜(180°/π)x sin^-1(n₂/n₃)

上面的关系表达式3示例性地限定了这样的条件：从光控制层的第二光控制部朝向上低折射层的具有第三角度(θ_B)的光不会从上低折射层的下表面被全反射。即，以上关系表达式3意指从第二光控制部发射的具有角度(θ_B)的光可以穿过上低折射层的下表面或上低折射层的条件。在以上关系表达式3中，n₂是上低折射层的折射率，n₃是光控制层的第一光控制部或第二光控制部的折射率，并且n₃大于n₂。

在一个实例中，本申请的片还可以包括指纹可以直接或间接接触的透明基础层。当片包括透明基础层时，透明基础层可以定位在上低折射层上。即，片可以顺序地包括下低折射层、光控制层、上低折射层和透明基础层。在本申请中，关于层的特性使用的术语“透明”可以意指这样的情况：对波长为380nm至780nm的可见光的透射率的下限为65％或更大、70％或更大、75％或更大、80％或更大、85％或更大、90％或更大、或者95％或更大，并且上限为约100％，其在小于100％的范围内。

可以通过这样的构成将与透明基础层接触的指纹的信息发送至传感器。即，从光源经由下低折射层入射在第一光控制部上的光通过第一光控制部被发射为可以始终分别从上低折射层的下表面和下低折射层的上表面被全反射的具有角度θ_A的光，并且无论指纹和透明基础层是否接触，从第一光控制部发射的具有角度θ_A的光都在被全反射时入射在第二光控制部上。此外，第二光控制部将以角度θ_A入射的光的一部分转换为具有角度θ_B的光并将光朝向上低折射层和透明基础层发射。此时，第二光控制部中的未被转换为具有角度θ_B的光的具有角度θ_A的光从下低折射层的上表面被全反射。此外，以角度θ_B入射在上低折射层的下表面上的光可以在穿过上低折射层以入射在透明基础层上时被转换(折射)成具有不同于角度θ_B的第四角度θ_B’的光以入射在透明基础层上。另外，在本申请中，片可以被配置成使得具有第四角度(θ_B’)的光从作为透明基础层和指纹的接触部分的指纹的脊透射，并从作为透明基础层和指纹的非接触部分的指纹的谷全反射。另外，本申请的片可以被配置成使得从指纹的谷部分全反射的光可以通过经由上低折射层和光控制层到达下低折射层或者穿过下低折射层而被传感器识别。此外，当具有第四角度(θ_B’)的光从指纹的脊透射过透明基础层的上表面时，可以与透射一起发生散射和/或反射。

在韩国专利申请第10-2017-0147008号中，本申请的发明人针对用于指纹识别或输入的片和装置提出了一项这样的发明：可以使始终被全反射的光全反射的界面之一是片的指纹所接触的最上表面，即透明基础层的上表面。虽然在该申请中提出的片和装置旨在解决现有技术的问题，但是他们发现了一个问题，即由于各种原因而被全反射的一些光可能会损失。全反射光损失的原因可能包括透明基础层的污染、透明基础层与水的接触或指纹中施加的压力大小的差异。然而，在本申请中，使无论是否指纹接触均可以始终在预定层合结构中被全反射并且可以经由预定路径被转换为用于指纹识别的具有角度(θ_B’)的光的具有角度(θ_A)的全反射光全反射的界面被定位在片内部而不是片的表层侧，使得具有这样的优点：对诸如透明基础层的的污染或指纹状态的外部因素较不敏感。

根据本申请的一个实施方案，为了执行如上功能，本申请的片可以如下构成或设置。

在一个实例中，第一光控制部和第二光控制部可以各自包括衍射光学元件或折射光学元件。

折射光学元件可以意指具有这样的特性的元件：其中光的行进方向或角度由与相邻介质的折射率差确定。当本申请的光控制部是折射光学元件时，可以考虑各层之间的折射率来配置光控制部以满足本申请中描述的光路。

衍射光学元件可以意指具有这样的特性的元件：其中光的行进方向或角度由图案的形状和图案之间的间隔确定。当本申请的光控制部是衍射光学元件时，可以考虑各层之间的折射率和衍射图案来配置光控制部以满足本申请中描述的光路。

在一个实例中，本申请的光控制层可以包括衍射光学元件。具体地，第一光控制部和第二光控制部可以包括具有彼此不同的功能的衍射光学元件，其中衍射光学元件可以为膜形式的全息光学元件(holographic optical element，HOE)。全息术是用于在光敏介质中记录干涉图案以再现称为全息图的三维图像的技术。此外，全息膜可以意指其上记录有全息记录的膜，并且可以意指能够使用记录光在具有非常小的光敏颗粒的膜上记录干涉图案并使用再现光再现干涉图案的膜。由于全息膜可以仅对记录光执行功能并且可以不对除记录光之外的光执行所需的功能，因此当全息膜用于第一光控制部和第二光控制部时，特别有利于调节本申请中所需的光的角度、光路和/或光量。

全息膜可以包含光敏材料作为记录介质。作为光敏材料，可以使用光聚合物、光刻胶、卤化银乳剂、重铬酸盐明胶、照相乳胶、光热塑性材料或光折射材料等。在一个实例中，全息膜可以包含光聚合物作为光敏材料，并且具体地，全息膜可以为仅由光聚合物构成的膜，或者具有同时包括光聚合物层和用于该层的基底的双层结构的膜。在这种情况下，与光聚合物一起被使用的基底可以为透明基底，并且可以为例如包含聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或三乙酰纤维素(TAC)等的基底，但没有特别限制。

在一个实例中，第一光控制部和第二光控制部的衍射效率可以彼此相同或不同。具体地，第一光控制部可以在其整个区域中具有相同的衍射效率，第二光控制部也可以在其整个区域中具有相同的衍射效率，其中各光控制部的衍射效率可以彼此相同或不同。

在一个实例中，第一光控制部和第二光控制部可以为通过分别仅改变一个层上的记录光的角度或衍射图案而形成的一些区域。或者，光控制层也可以通过直接附接第一光控制部和第二光控制部或者通过经由另外的介质附接它们来形成，使得单独制造的第一光控制部和第二光控制部可以形成单个层。

当满足上述透射率时，透明基础层的种类没有特别限制。例如，透明基础层可以包含玻璃或聚合物树脂。作为聚合物树脂，可以使用聚酯膜，例如PC(聚碳酸酯)、PEN(聚(萘二甲酸乙二醇酯))或PET(聚(对苯二甲酸乙二醇酯))；丙烯酸类膜，例如PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))；或者聚烯烃膜，例如PE(聚乙烯)或PP(聚丙烯)，但不限于此。在一个实例中，透明基础层可以具有其中层合有多种玻璃或聚合物树脂的构成。即使在具有这样的层合构成的情况下，透明基础层也可以设置成执行本申请中所需的功能并满足以下关系表达式。

在一个实例中，透明基础层还可以包括由硬度增强膜、防污膜、抗反射膜和装饰膜组成的功能膜中的一者或更多者。例如，当透明基础层包括玻璃和功能膜时，玻璃可以定位在片的与指纹接触的表面层上，作为所谓的盖玻璃，并且功能膜可以介于玻璃与上低折射层之间。或者功能膜中的一者或更多者可以定位在玻璃上。即使在具有这样的构成的情况下，透明基础层也可以设置成使得其执行本申请中描述的功能并且满足本申请中限定的关系表达式。

在一个实例中，上低折射层和下低折射层可以是满足在本申请中限定的折射率和关系表达式的压敏粘合层。压敏粘合层的种类或组成没有特别限制，并且可以为例如丙烯酸类压敏粘合层或有机硅压敏粘合层。在另一个实例中，除了压敏粘合材料之外，下基础层还可以包括上述透明树脂膜，其中这些可以用作压敏粘合材料的基底，或者可以用于赋予其他功能的目的。即使在具有这样的构成的情况下，下基础层也可以设置成使得其执行本申请中所需的功能并满足以下关系表达式。

在本申请中，下低折射层、光控制层、上低折射层和透明基础层各自可以具有相同或不同的折射率。在一个实例中，所述层可以各自独立地具有大于1至5或更小、或者大于1至3或更小的范围内的折射率，并且层间折射率差可以为0.0001至2或更小。在光控制层的情况下，第一光控制部和第二光控制部的折射率可以在可以执行本申请中所需的功能的范围内被调节为相同或不同。

在一个实例中，上低折射层的折射率可以小于光控制层的折射率和透明基础层的折射率。类似地，下低折射层的折射率可以小于光控制层的折射率和透明基础层的折射率。虽然没有特别限制，但当满足折射率关系时，低折射层与光控制层或者低折射层与透明基础层之间的折射率差可以为0.1或更小。

在一个实例中，透明基础层可以具有比光控制层高的折射率。虽然没有特别限制，但当满足折射率关系时，透明基础层与光控制层之间的折射率差可以为0.05或更小。

在本申请中，上低折射层、下低折射层、光控制层、透明基础层或可以包括的其他构成的厚度没有特别限制。例如，如果发挥本申请中描述的片的功能，则构成的厚度没有限制，并且示例地，下限可以为0.1μm或更大、或者1μm或更大，并且上限可以为1,000μm或更小、或者500μm或更小。

在具有本申请的构成的片中，可以根据在透明基础层上是否存在不同高度的物体或者物体是否具有特定图案来确定从第二光控制部以第三角度(θ_B)发射而透射过上低折射层的光从透明基础层的全反射。就这此而言，当透明基础层的折射率高于上低折射层的折射率并且以第三角度(θ_B)入射在上低折射层的下表面上的光在穿过上低折射层时以不同于第三角度(θ_B)的第四角度(θ_B’)入射在透明基础层上时，本申请的片可以设置成使得具有第四角度(θ_B’)的光满足以下关系表达式4和5。

[关系表达式4]

θ_B’＞(180°/π)x sin^-1(n₀/n₁)

以上关系表达式4示例性限定了具有第四角度(θ_B’)的光从透明基础层的与空气接触的上表面全反射的条件。在以上关系表达式4中，n₀作为空气的折射率，为1，以及n₁是透明基础层的折射率。

[关系表达式5]

θ_B＜(180°/π)x sin^-1(n_h/n₁)

当具有不同高度的图案的物体接触透明基础层时，以上关系表达式5示例性地限定了具有第四角度(θ_B’)的光从透明基础层的具有不同高度的图案的物体与透明基础层直接接触的上表面透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)。在以上关系表达式5中，n₁是透明基础层的折射率，以及n_h为具有不同高度的图案的物体中直接接触透明基础层的部分的折射率。此时，具有不同高度的图案的物体可以是指纹，并且具有不同高度的图案的物体中与透明基础层直接接触的部分可以是指纹的脊。另一方面，具有不同高度的图案的物体的不与透明基础层直接接触的部分可以是指纹的谷，并且由于谷部分被空气占据，因此谷部分的折射率可以视为1(＝n₀)。以此方式，具有角度(θ_B’)的光可以是这样的光：当在透明基础层上不存在物体时，其从透明基础层与空气之间的界面被全反射，但是当具有不同高度的图案的物体接触透明基础层时，其从物体与透明基础层的直接接触部分(脊)被透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)。

此外，在本申请中，片可以设置成使得从透明基础层的与空气接触的上表面全反射的具有第四角度(θ_B’)的光可以透射过上低折射层的上表面。当透明基础层的折射率大于上低折射层的折射率时，在上低折射层的上表面即上低折射层与透明基础层之间的界面处不得发生全反射，使得具有第四角度(θ_B’)的光可以满足以下关系表达式6。

[关系表达式6]

θ_B’＜(180°/π)x sin^-1(n₂/n₁)

当透明基础层的折射率大于上低折射层的折射率时，以上关系表达式6示例性地限定了在透明基础层与上低折射层之间的界面处不发生全反射并且具有第四角度(θ_B’)的光可以透射过上低折射层的上表面的条件。在以上关系表达式6中，n₁为透明基础层的折射率，n₂为上低折射层的折射率，并且n₁大于n₂。

此外，本申请的片可以设置成使得具有第四角度(θ_B’)的光中在透明基础层与空气之间的界面处被全反射的光可以在穿过上低折射层和光控制层时到达下低折射层的下表面或透射过下低折射层。到达下低折射层或透射过下低折射层的光可以被定位在下低折射层下方的传感器识别。为此，透射过上低折射层的光不应从下低折射层的上表面即光控制层与下低折射层之间的界面被全反射。在这方面，具有第四角度(θ_B’)的光可以满足以下关系表达式7。

[关系表达式7]

θ_B’＜(180°/π)x sin^-1(n₄/n₁)

以上关系表达式7示例性地限定了这样的条件：在具有第四角度(θ_B’)的光从透明基础层与空气之间的界面被全反射之后，其可以经由上低折射层和光控制层到达下低折射层(下表面)或者透射过下低折射层。在以上关系表达式7中，n₁为透明基础层的折射率，n₄为下低折射层的折射率。

当如上从透明基础层的表面层全反射的光的角度θ_B’满足以上关系表达式6和7时，存在于片的下部中的传感器可以识别到达下低折射层(下表面)或穿过下低折射层的光，如图1所示。即，本申请的片允许使用以下方法识别用户的指纹：识别源自从第二光控制部发射的具有第三角度(θ_B)的光的具有第四角度(θ_B’)的光中从透明基础层的与空气接触的上表面全反射的光与从透明基础层和物体的直接接触部分透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)的光之间的光量差。

因此，本申请不直接使用始终在片中全反射的光来进行指纹识别。具体地，当从第一光控制部提供的无论是否指纹接触均始终被全反射的具有第二角度(θ_A)的光的一部分通过第二光控制部被转换成具有不同于θ_A的第三角度(θ_B)的光并朝向透明基础层发射，并且到达透明基础层的表面层的具有第四角度(θ_B’)的光从透明基础层的与外部物体接触的表面被全反射到片的内部和被透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)到片的外部时，本申请使用这些光的光量差来进行指纹识别。即，使用角度θ_B’的光中的从与指纹的非接触部分全反射并行进至传感器的光的光量与从和指纹的接触部分透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)并减少的光的光量之间的差进行指纹识别。

此外，在本申请中，具有角度θ_B’的光源自无论指纹存在或不存在均始终在片中被全反射的光。因此，在本申请中，可以通过使用在片内部始终全反射的光来使用于识别指纹的光的光量保持恒定，因此，具有角度(θ_B’)的光中的从透明基础层和空气的界面全反射的光与从透明基础层和物体的直接接触部分透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)的光之间的光量差可以被传感器更清楚地识别。此外，在本申请中，使用无论指纹存在或不存在均产生的具有角度(θ_B或θ_B’)的光中的从透明基础层与空气之间的界面全反射的光和从透明基础层与物体的直接接触部分透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)的光来进行指纹识别，使得即使多个指纹图案与透明基础层接触，它们也可以被识别而不彼此影响。

在一个实例中，第一光控制部的投影区域(S1)可以小于第二光控制部的投影区域(S2)。在本申请中，术语“投影区域”可以意指在从上部或下部在与片表面的法线方向平行的方向上观察片时观察相关构成的区域，例如正交投影区域。因此，不考虑由于区域比较目标构成的不均匀性等引起的实际区域的增加或减少。虽然没有特别限制，但S1:S2可以在5至40:60至95的范围内。

在与本申请有关的另一个实例中，本申请涉及光学指纹识别装置(指纹扫描器)或指纹输入装置。

在一个实例中，装置还可以包括光源部。光源部意指能够朝向片照射光的构成。光源部的具体构成没有特别限制，只要可以执行上述功能即可。如图1所示，光源部可以定位在片的下低折射层的一个表面上，更具体地，可以定位在下低折射层的与第一光控制部接触的一个表面相反的一个表面上。从光源部入射的光经由下低折射层入射在光控制层的第一光控制部上，由此可以向片提供可以在片中始终全反射的光。在一个实例中，入射在第一光控制部上的光可以与第一光控制部的底表面垂直。在本申请中，术语“垂直”意指在不损害期望效果的范围内的大致垂直，例如，考虑到制造误差或变化等而使用其。此时，误差或变化可以在±10°内、±8°内、±6°内、±4°内、±2°内、±1°内、±0.5°内、±0.2°内、或±0.1°内。

在一个实例中，装置还可以包括传感器部。传感器部可以意指用于感测到达下低折射层或者透射过下低折射层的光的构成。传感器部的构成没有特别限制，只要可以执行上述功能即可，其中可以使用已知的传感器。如图1所示，传感器部可以定位在片的下低折射层的一个表面上，更具体地，可以定位在下基础层的与第二光控制部接触的一个表面相反的一个表面上。如上所述，除了在低折射层的界面处的全反射光之外，在直接接触指纹的透明基础层部分中全反射的光可以通过到达下低折射层或者透射过下低折射层而在传感器部处被感测，由此传感器部可以识别接触透明基础层的物体(即指纹)的图案。在一个实例中，传感器部可以是透明的。

在一个实例中，装置还可以包括屏幕显示部。屏幕显示部可以为例如使得由装置再现的图像或运动图像可以被用户观察的构成。如图1所示，屏幕显示部可以定位在片的下低折射层的一个表面上，更具体地，可以定位在下低折射层的与第二光控制部接触的一个表面相反的一个表面上。

在另一个实例中，装置可以同时包括屏幕显示部和传感器部。在这种情况下，装置可以顺序地包括屏幕显示部、传感器部和片，或者可以顺序地包括传感器部、屏幕显示部和片。此外，屏幕显示部和传感器部中的任一者也可以与光源部形成一个层。

在另一个实例中，装置还可以包括用于同时执行显示功能和传感器功能的一个部。在这种情况下，该一个部也可以与光源部形成一个层。

图2是使用根据本申请的一个实施方案的片拍摄的指纹的图像。作为用于拍摄的片，使用顺序地包括对波长为532nm的光的折射率为1.41的下低折射层、包括对波长为532nm的光的折射率为1.50的全息膜的光控制层、对波长为532nm的光的折射率为1.41的上低折射层、和对波长为532nm的光的折射率为1.51的玻璃基础层(盖玻璃)的层合体。在光控制层的情况下，使用已知的光聚合物膜制造光控制层。具体地，在光控制层上记录衍射图案，使得第一光控制部可以发射基于片(透明基础层)的法线具有73°的入射光，第二光控制部可以发射基于片(透明基础层)的法线具有45°的角度的一些入射光。此后，基于片(透明基础层)的法线，用具有0°的外部光照射片，并用CCD(charge-coupled device，电荷耦合装置)拍摄通过使指纹与透明基础层的表面接触而出现在下低折射层的底部的图像。

如上所述，已经参照作为本申请的示例性实施方案的图1和图2描述了本申请的发明，但本发明的保护范围不限于上述特定实施方案和附图。此外，本技术领域所属技术领域的普通技术人员将理解，权利要求中描述的发明可以在所提出的本发明的技术精神和范围内进行各种改变或修改。

Claims (17)

1.一种片，顺序地包括：下低折射层；定位在所述下低折射层上并且具有第一光控制部和第二光控制部的光控制层；以及定位在所述光控制层上的上低折射层，

其中所述第一光控制部设置成将穿过所述下低折射层以第一角度(θ₀)入射在所述第一光控制部的下表面上的光作为分别从所述上低折射层的下表面和所述下低折射层的上表面全反射的具有第二角度(θ_A)的光发射至所述上低折射层的下表面，以及

所述第二光控制部设置成将从所述上低折射层的下表面全反射成以所述第二角度(θ_A)入射在所述第二光控制部上的光作为具有所述第二角度(θ_A)的光和具有不同于所述第二角度(θ_A)的第三角度(θ_B)的光发射至所述上低折射层的下表面。

2.根据权利要求1所述的片，其中所述片设置成使得从所述第一光控制部发射的具有所述第二角度(θ_A)的光通过满足以下关系表达式1和2而能够分别从所述上低折射层的下表面和所述下低折射层的上表面全反射：

[关系表达式1]

θ_A＞(180°/π)x sin^-1(n₂/n₃)

[关系表达式2]

θ_A＞(180°/π)x sin^-1(n₄/n₃)

(其中，n₂为所述上低折射层的折射率，n₃为所述光控制层中的所述第一光控制部或所述第二光控制部的折射率，n₄为所述下低折射层的折射率，以及n₃分别大于n₂和n₄)。

3.根据权利要求1所述的片，其中所述片设置成使得从所述第二光控制部发射的具有所述第三角度(θ_B)的光通过满足以下关系表达式3而透射过所述上低折射层的下表面：

[关系表达式3]

θ_B＜(180°/π)x sin^-1(n₂/n₃)

(其中，n₂为所述上低折射层的折射率，n₃为所述光控制层中的所述第一光控制部或所述第二光控制部的折射率，以及n₃大于n₂)。

4.根据权利要求3所述的片，还包括透明基础层，

其中所述片顺序地包括所述下低折射层、所述光控制层、所述上低折射层和所述透明基础层。

5.根据权利要求4所述的片，其中所述第一光控制部和所述第二光控制部各自包括衍射光学元件或折射光学元件。

6.根据权利要求5所述的片，其中所述第一光控制部和所述第二光控制部各自包括全息膜。

7.根据权利要求5所述的片，其中所述下低折射层和所述上低折射层各自包括丙烯酸类透明压敏粘合层或有机硅透明压敏粘合层。

8.根据权利要求7所述的片，其中所述透明基础层包含玻璃或聚合物树脂。

9.根据权利要求4所述的片，其中所述片设置成使得以所述第三角度(θ_B)入射在所述上低折射层的下表面上的光能够在透射过所述上低折射层时以不同于所述第三角度(θ_B)的第四角度(θ_B’)入射在所述透明基础层上，以及

具有所述第四角度(θ_B’)的光能够通过满足以下关系表达式4而从所述透明基础层的接触空气的上表面全反射，以及具有所述第四角度(θ_B’)的光能够通过满足以下关系表达式5而透射过所述透明基础层的具有不同高度的图案的物体和所述透明基础层直接接触的上表面：

[关系表达式4]

θ_B’＞(180°/π)x sin^-1(n₀/n₁)

[关系表达式5]

θ_B’＜(180°/π)x sin_-1(n_h/n₁)

(其中，n₀作为空气的折射率，为1，n₁为所述透明基础层的折射率，以及n_h为当所述具有不同高度的图案的物体与所述透明基础层接触时的所述具有不同高度的图案的物体与所述透明基础层直接接触的部分的折射率)。

10.根据权利要求9所述的片，其中所述片设置成使得从所述透明基础层的接触空气的上表面全反射的具有所述第四角度(θ_B’)的光能够通过满足以下关系表达式6而透射过所述上低折射层的上表面：

[关系表达式6]

θ_B’＜(180°/π)x sin^-1(n₂/n₁)

(其中，n₁是所述透明基础层的折射率，n₂是所述上低折射层的折射率，以及n₁大于n₂)。

11.根据权利要求10所述的片，其中所述片设置成使得从所述透明基础层的接触空气的上表面全反射的具有所述第四角度(θ_B’)的光能够通过满足以下关系表达式7而穿过所述上低折射层和所述光控制层以到达所述下低折射层的下表面：

[关系表达式7]

θ_B’＜(180°/π)x sin^-1(n₄/n₁)

(其中，n₁是所述透明基础层的折射率，以及n₄是所述下低折射层的折射率)。

12.根据权利要求11所述的片，其中所述透明基础层还包括由硬度增强膜、防污膜、装饰膜和抗反射膜组成的功能膜中的一者或更多者。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的片，其中所述片用于光学指纹识别或光学指纹输入。

14.一种光学指纹识别或输入装置，包括根据权利要求1至12中任一项所述的片。

15.根据权利要求14所述的光学指纹识别或输入装置，还包括光源部，其中所述光源部定位在所述下低折射层的与所述第一光控制部接触的一个表面相反的一个表面上。

16.根据权利要求15所述的光学指纹识别或输入装置，其中所述光源部被设置成能够向所述第一光控制部发射垂直光。

17.根据权利要求16所述的光学指纹识别或输入装置，还包括屏幕显示部和传感器部中的一者或更多者。

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