发明内容
基于此,有必要提供一种显示模组和电子设备,以解决超声波指纹模组在贴合显示面板的前提下不影响指纹信号传输及超声波指纹模组EMI防护问题。
一种显示模组,包括:
显示面板,包括相对设置的第一表面和第二表面;
超声波传感器,设置在所述第二表面背离所述第一表面所在一侧,所述超声波传感器能够发射穿透所述显示面板的超声波并接收反射的超声波;以及
复合层,设置于所述显示面板与所述超声波传感器之间,所述复合层包括依次层叠贴合的粘结胶层、电磁屏蔽层和导电胶层,所述粘结胶层贴设于所述第二表面,所述导电胶层贴设于所述超声波传感器,且所述导电胶层接地以屏蔽电磁信号;其中,所述粘结胶层的厚度值为0.003mm-0.006mm,所述电磁屏蔽层的厚度值为0.006mm-0.009mm,所述导电胶层的厚度值为0.003mm-0.006mm。
上述显示模组,复合层具有较好的电磁屏蔽效果,能够实现EMI防护,并且复合层中各层状结构的厚度范围设置可以使得超声波传感器采集到反射回的清晰的超声波信号并生成清晰的指纹图像,满足指纹成像,实现指纹解锁功能。
在其中一个实施例中,所述粘结胶层的厚度值为0.003mm-0.004mm,所述导电胶层的厚度值为0.003mm-0.004mm。保证电子设备高温工作时指纹图像清晰。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括遮光缓冲层,所述遮光缓冲层环绕所述复合层贴设于所述第二表面。如此,遮光缓冲层不仅可以遮挡显示面板边缘区光线的穿透,而且当显示模组受到撞击或者外力作用时,可以保护超声波传感器,使得超声波传感器不易损坏,保证了显示模组的使用寿命。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括散热层,所述散热层环绕所述复合层设于所述遮光缓冲层背离所述第二表面的一侧。如此,实现快速散热。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括中壳和导电件,所述中壳与所述散热层背离所述显示面板的一侧连接,所述导电胶层通过所述导电件与所述中壳连接,以通过所述中壳实现所述导电胶层的接地。如此,采用导电胶层通过导电件连接至电路板能够实现导电胶层方便而快速的接地,进而实现EMI防护。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括电路板和导电件,所述电路板与所述超声波传感器电性连接,所述导电胶层通过所述导电件与所述电路板连接,以通过所述电路板实现所述导电胶层的接地。如此,中壳可包括电子设备的中框,采用导电胶层通过导电件连接至中壳能够实现导电胶层方便而快速的接地,进而实现EMI防护。
在其中一个实施例中,所述粘结胶层和所述导电胶层中的至少一者包括以下粒径尺寸的成分:0-0.001mm的铜粉、0-0.001mm的镍粉、0-0.001mm的碳粉。如此,铜粉、镍粉和碳粉的尺寸设置能够避免指纹成像出现黑点。
在其中一个实施例中,在所述粘结胶层或者所述导电胶层中,所述铜粉的粒径为0.0005mm-0.001mm,所述镍粉的粒径为0.0005mm-0.001mm,所述碳粉的粒径为0.0005mm-0.0001mm。如此,节约铜粉、镍粉、碳粉的加工成本。
在其中一个实施例中,所述超声波传感器包括TFT基板、压电层和电极层,所述TFT基板贴设于所述导电胶层,所述压电层设于所述TFT基板与所述电极层之间并用于发射和接收超声波。如此,基于TFT基板、电极层、压电层各自材质的特性,通过将TFT基板与显示面板进行贴合以使得整个超声波传感器贴合于显示面板的底部,既可以提高贴合的稳定性,又便于贴合。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括保护盖板,所述保护盖板与所述第一表面连接。如此,保护盖板能保护显示面板免受外界干扰,增强结构强度。在其中一个实施例中,所述屏蔽层为金属箔层。如此,屏蔽层具有较好的屏蔽效果。
在其中一个实施例中,所述粘结胶层和所述导电胶层中的至少一者为黑色胶层。如此,黑色胶层可防止显示面板漏光造成异色,容易与显示面板形成一体黑效果。
一种电子设备,包括上述显示模组。
上述电子设备,复合层具有较好的电磁屏蔽效果,能够实现EMI防护,并且复合层中各层状结构的厚度范围设置可以使得超声波传感器采集到反射回的清晰的超声波信号并生成清晰的指纹图像,满足指纹成像,实现指纹解锁功能。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1所示,本申请将以智能手机为例对电子设备10进行说明。本领域技术人员容易理解,本申请的电子设备10可以是任何具备通信和存储功能的设备,例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、便携电话机、视频电话、数码静物相机、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器(PMP)、移动医疗装置等智能终端,电子设备10的表现形式在此不作任何限定。当然,对于智能手表等可穿戴设备而言,其也同样适用于本申请各实施例的电子设备10。
在一实施例中,电子设备10包括中壳11、后盖12和显示屏组件13,后盖12和显示屏组件13连接于中壳11相背的两侧并围合形成收容空间,收容空间可以用于安装电子设备10的主板、电源等器件。显示屏组件13背向后盖12的一侧包括可显示区131,可显示区131可构成显示屏组件13背向后盖12一侧的全部或者部分,可显示区131用于图像信息显示。需要说明的是,显示屏组件13与中壳11可形成显示模组1000,当然在其它实施例中的中壳11可以省略。
参考图2所示,在一实施例中,显示屏组件13包括显示面板100、超声波传感器200和复合层300。显示面板100包括相对设置的第一表面110和第二表面120,显示面板100可以采用LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)屏用于显示信息,LCD屏可以为TFT(ThinFilm Transistor,薄膜晶体管)屏幕或IPS(In-Plane Switching,平面转换)屏幕或SLCD(Splice Liquid Crystal Display,拼接专用液晶显示)屏幕。在另一实施例中,显示面板100可以采用OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机电激光显示)屏用于显示信息,OLED屏可以为AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,有源矩阵有机发光二极体)屏幕或Super AMOLED(Super Active Matrix Organic Light Emitting Diode,超级主动驱动式有机发光二极体)屏幕或Super AMOLED Plus(Super Active MatrixOrganic Light Emitting Diode Plus,魔丽屏)屏幕,此处不再赘述。
超声波传感器200设置在第二表面120背离第一表面110所在一侧,即超声波传感器200安装于电子设备10内,且位于图2所示附图中显示面板100的下方。具体地,在制造本申请的电子设备10的过程中,可以先制造超声波传感器200,待制造完成后,直接将超声波传感器200贴附于显示面板100底部即可。
超声波传感器200能够利用超声波扫描用户的指纹,并对指纹进行识别。以图2所示实施例为例,超声波传感器200的顶面朝向显示面板100,且超声波传感器200能够发射穿透显示面板100的超声波并接收由用户接触第一表面110的手指所反射的超声波,同时将反射的超声波转换为电信号。其中,超声波传感器的顶面在图2中表示为超声波传感器200与第二表面120所贴合的表面。由于显示面板100能够传导超声波,因此,当用户接触到显示面板100的外表面(即第一表面110)上与超声波传感器200相对的位置后,超声波传感器200发射的超声波通过显示面板100传导至用户的手指即可产生反射的超声波,之后超声波传感器200接收反射的超声波,并将反射的超声波转换为电信号,超声波传感器200即可根据这些电信号生成采集的指纹图像并进行指纹识别。
在上述电子设备10中,当用户手指接触在显示面板100后,由超声波传感器200发射的超声波穿过显示面板100后即可产生反射,超声波传感器200即可根据反射的超声波进行指纹识别,实现了屏下指纹识别。由于不需要将超声波传感器200设于电子设备10的边框中,故增大了电子设备10可视区的面积。
虽然超声波传感器200能够实现屏下指纹识别,但是由于超声波传感器200在高频高压条件下发射超声波,极为容易产生大量电磁波,成为辐射干扰源。如果不对超声波传感器200进行EMI防护处理,容易影响超声波传感器200的自身性能,例如可能降低超声波传感器200的信号强度(SNR值)、产生杂讯等。另外,超声波传感器200辐射出去的电磁波将影响其他电子元器件的工作,例如可能影响显示面板100的点亮过程而造成信号干扰导致颜色差异。
基于此,本申请将复合层300设置于显示面板100与超声波传感器200之间,以实现EMI屏蔽防护,提高超声波传感器200所采集的指纹图像质量。
复合层300包括依次层叠贴合的粘结胶层310、电磁屏蔽层320和导电胶层330。粘结胶层310贴设于第二表面120,粘结胶层310可以为双面胶,例如丙烯酸胶。电磁屏蔽层320作为屏蔽信号使用,同时电磁屏蔽层320并不会降低超声波信号的传输,电磁屏蔽层320可以为金属箔层,例如铜箔层。导电胶层330贴设于超声波传感器200,且导电胶层330接地以使电磁屏蔽层320能够屏蔽电磁信号。在一实施例中,粘结胶层310和导电胶层330中的至少一者为黑色胶层。如此,黑色胶层可防止显示面板100漏光而造成异色,容易与显示面板100形成一体黑效果。
发明人采用双面胶的粘结胶层310和导电胶层330,同时电磁屏蔽层320为铜箔层,经过实验验证,发明人发现复合层300中各膜层厚度对超声波传感器200所采集的指纹图像具有明显影响。为了获取复合层300中各膜层的厚度范围值,采用了控制变量法在常温下测试了各膜层厚度值的影响,请参考表一所示:
表一 常温25℃下复合层中各膜层厚度对测试影像的影响
由上表一可知,对比实验2与实验5,或者对比实验3与实验6,电磁屏蔽层320的厚度d2一定,粘结胶层310的厚度d1和导电胶层330的厚度d3越薄,则SNR值越大,说明测试影像越清晰。另外,对比实验2、实验3与实验4,或者对比实验5、实验6与实验7,粘结胶层310的厚度d1和导电胶层330的厚度d3一定,电磁屏蔽层320的厚度d2越薄,则SNR值越大,说明测试影像越清晰。其中,实验3、实验4、实验6和实验7的测试影像均为清晰,说明复合层300各膜层的厚度值为合格。基于上述各实验数据以及考虑各膜层厚度的下限(膜层厚度越小,加工越难),可知粘结胶层310的厚度值d1为0.003mm-0.006mm,电磁屏蔽层320的厚度值d2为0.006mm-0.009mm,导电胶层330的厚度值d3为0.003mm-0.006mm。如此可以使得超声波传感器200采集到反射回的清晰的超声波信号并生成清晰的指纹图像。
以电子设备10为手机为例,由于手机在连续运行过程中将发热导致超声波传感器200的工作温度达到40℃-50℃左右,手机材料的声阻抗、杨氏模量等性能随温度变化将发生变化,进而会影响超声波信号传输,故发明人继续测试了在55℃条件下实验3、实验4、实验6、实验7以及新增的实验8各膜层厚度对测试影像的影响。
表二 55℃下复合层中各膜层厚度对测试影像的影响
由上表二可知,当温度升高至55℃后,SNR值和影像清晰度均有所下降,其中,实验3和实验4,即当粘结胶层310的厚度d1和导电胶层330的厚度d3为0.006mm时,测试影像表现为模糊。而实验6和实验7,即当粘结胶层310的厚度d1和导电胶层330的厚度d3为0.003mm时,测试影像依然表现为清晰。实验8,当结胶层310的厚度d1和导电胶层330的厚度d3为0.004mm时,测试影像依然表现为清晰。故将粘结胶层310的厚度d1和导电胶层330的厚度d3进一步限制为0.003mm-0.004mm,且电磁屏蔽层320的厚度d2限定为0.006mm-0.009mm依然满足使用需求。该范围值的各膜层厚度能够满足电子设备10高温工作的需求。在一具体实施例中,可选择粘结胶层310的厚度d1和导电胶层330的厚度d3为0.003mm,同时电磁屏蔽层320的厚度d2为0.006mm。
在一实施例中,粘结胶层310和导电胶层330可以使用常规的双面胶并添加铜粉、镍粉和碳粉,发明人发明铜粉、镍粉和碳粉的颗粒大小对指纹测试影像具有较大的影响。发明人做了如下实验验证,请参考下表三所示:
表三 各元素颗粒大小对指纹测试影像的影响
实验序号 |
铜粉粒径/mm |
镍粉粒径/mm |
碳粉粒径/mm |
测试影像 |
9 |
<0.008mm |
<0.008mm |
<0.005mm |
有黑点 |
10 |
<0.003mm |
<0.003mm |
<0.001mm |
有黑点 |
11 |
<0.001mm |
<0.001mm |
<0.001mm |
无黑点 |
由上表三可知,铜粉、镍粉和碳粉的粒径控制在0.001mm以内能够满足使用需求。一方面,铜粉、镍粉和碳粉能够进一步提升各膜层的导电性能,但是如果铜粉、镍粉和碳粉的粒径过大,会导致各膜层的表面粗糙度较大,不利于成像,容易产生黑点。由此可知,粘结胶层310和导电胶层330中的至少一者包括以下粒径尺寸的成分:0-0.001mm的铜粉、0-0.001mm的镍粉、0-0.001mm的碳粉。如果铜粉、镍粉和碳粉的粒径过小,将使加工变得更加困难,不容易节省成本,故一实施例中,铜粉、镍粉和碳粉的粒径皆控制在0.0005mm-0.001mm。
在一实施例中,请继续参考图2所示,显示屏组件13还包括与超声波传感器200电性连接的电路板400。需要说明的是,电路板400这一技术特征可以应用于其它各实施例中。电路板400放置于超声波传导至显示面板100外表面(第一表面110)所经过的路径之外,即超声波在向接触对象传导的过程中不会经过电路板400,从而可以避免电路板400对超声波的传导所造成的影响。
此外,电路板400上设置有驱动芯片,驱动芯片例如为ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)芯片。驱动芯片向超声波传感器200提供控制信号,例如向超声波传感器200发送高频电信号,以使得超声波传感器200发射超声波。并且,驱动芯片还接收超声波传感器200将反射的超声波转换得到的电信号,以对指纹进行识别。可以理解的是,关于驱动芯片的设置方式不限于上述情况,例如驱动芯片也可以直接安装在超声波传感器200内。
在一实施例中,超声波传感器200包括TFT基板210、压电层220和电极层230。TFT基板210贴设于导电胶层330,压电层220设于TFT基板210与电极层230之间并用于发射和接收超声波。基于TFT基板210、电极层230、压电层220各自材质的特性,通过将TFT基板210与显示面板100贴合以使得整个超声波传感器200位于显示面板100底部,既可提高贴合的稳定性,又便于贴合。
需要说明的是,TFT基板210包括基板、设于基板上的若干按照阵列方式排布的薄膜晶体管以及设于基板上的用于连接各薄膜晶体管的线路。并且,TFT基板210可以对电信号进行放大等处理。具体地,TFT基板210可以选用薄膜作为基板,从而满足整个电子设备10的柔性需要(例如显示面板100为柔性面板)。压电层220由压电材料构成,压电材料220例如为铁电高分子聚合物P(VDF-TrFE)。电极层230由导电材料构成,导电材料例如可以为银浆。
TFT基板210和电极层230均与上述驱动芯片电性连接,以驱动芯片设于电路板为400例,电路板400的安装位置至少不能处于压电层220的上方。例如以图2所示为例,电路板400可以放置于电极层230与压电层220的一侧,并分别与TFT基板210、电极层230电性连接。避免了对超声波传导的干扰。
上述超声波传感器200的工作原理为:驱动芯片向电极层230施加相应的高频电信号,在电极层230被施加了高频电信号之后,电极层230将高频电信号传导至压电层220,从而使得压电层220发射超声波。超声波向上传播直至到达显示面板100的外表面接触用户的手指后进行反射,之后压电层220接收反射的超声波并转换为电信号,该电信号再经TFT基板210经过相应的处理(例如放大)后传送至驱动芯片内转换为图像,以对指纹进行识别。
在一实施例中,超声波传感器还包括保护层240,保护层240与电极层230背离压电层220的一侧连接,保护层240用于将由压电层220发射的超声波朝向显示面板100所在一侧反射。保护层240还可以用于EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)防护,例如保护层240可以为保护油墨。因此,通过设置保护层240可以避免外界信号影像超声波传感器200的指纹识别精确度。
在一实施例中,显示屏组件还包括保护盖板500,保护盖板500与显示面板100的第一表面110连接,保护盖板500例如可以为玻璃盖板或者塑胶盖板,保护盖板500能够保护显示面板100免受外界干扰,增强显示面板100结构强度。
在一实施例中,显示屏组件13还包括遮光缓冲层600,遮光缓冲层600环绕复合层300贴设于第二表面120。遮光缓冲层600可以为黑色泡棉,黑色泡棉可以很好地吸收屏下射向显示面板100的光线,从而对显示面板100可以形成很好的保护。黑色泡棉与显示面板100粘接,使黑色泡棉可以很好的固定。并且,使用黑色泡棉作为遮光缓冲层600,由于黑色泡棉的成本不高,从而整体上可以节省电子设备10的成本。另外,黑色泡棉还可以起到很好的缓冲作用,当显示屏组件13受到撞击或者突然的外力作用时,泡棉可以保护超声波传感器300,使得超声波传感器300不易损坏,也即保证了显示屏组件13的使用寿命。
在一实施例中,显示屏组件13还包括散热层700,散热层700环绕复合层300设于遮光缓冲层600背离第二表面120的一侧。散热层700例如可以包括由石墨、金属铜、PET等中的至少一者形成的单层或多层散热结构。
为了方便实现导电胶层330的接地。在一实施例中,请继续参考图2所示,显示屏组件13还包括导电件800,导电件800例如可以为导电布或者金属胶带(例如铜箔胶带),导电胶层330通过导电件800与电路板400连接,具体可以与电路板400的裸铜区地线连接,以通过电路板400实现导电胶层330的接地。当然,在其它实施例(图未示),导电胶层330也可以通过导电件800与显示面板100的裸铜区地线连接,以实现导电胶层330的接地。为了方便导电胶层330的接地。在一实施例中,参考图3所示,显示屏组件13与中壳11形成显示模组1000,中壳13与散热层700背离显示面板100的一侧连接,此时导电胶层330可通过导电件800与中壳11连接,以通过中壳11实现导电胶层330的接地。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。