CN111837134A - 光学指纹检测装置、触摸屏和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种光学指纹检测装置、触摸屏和电子设备，涉及指纹识别技术领域，能够提高在手指沾水条件下的指纹识别的准确性。该光学指纹检测装置，应用于具有显示屏的电子设备，电子设备具有玻璃盖板，装置包括：发光组件，发光组件包括指纹识别光源，指纹识别光源发出的光入射至所述玻璃盖板的上表面的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射至空气的全反射角；光学指纹检测装置还包括光学指纹模组；指纹识别光源产生且射入玻璃盖板的光具有第一偏振方向，显示屏中设置有第一偏振片，第一偏振片的偏振方向垂直于第一偏振方向。
Description
技术领域
本申请涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种光学指纹检测装置、触摸屏和电子设备。
背景技术
近年来，随着显示技术的不断发展，采用屏下指纹识别以实现用户隐私保护的电子设备也越来越多。用户在操作带有指纹识别功能的电子设备时，只需用手指触摸显示屏，即可实现权限验证，操作简单。然而，目前的屏下指纹识别方式，在手指沾水条件下的指纹识别准确性较差。
发明内容
本申请实施例提供一种光学指纹检测装置、触摸屏和电子设备，能够提高在手指沾水条件下的指纹识别的准确性。
一方面，本申请实施例提供了一种光学指纹检测装置，应用于具有显示屏的电子设备，所述电子设备具有玻璃盖板，所述装置包括：
发光组件，所述发光组件包括指纹识别光源，所述指纹识别光源用来提供用于进行指纹识别的激励光，所述指纹识别光源发出的光入射至所述玻璃盖板的上表面的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射至空气的全反射角；
所述光学指纹检测装置还包括光学指纹模组，设置于所述显示屏的指纹检测区域的下方，用于检测所述指纹识别光源照射所述指纹检测区域上方的手指并从所述手指透射出并穿过所述显示屏的光信号；
所述指纹识别光源产生的光在射入所述玻璃盖板后具有第一偏振方向，所述显示屏中设置有第一偏振片，所述第一偏振片的偏振方向垂直于所述第一偏振方向。
另一方面，本申请实施例还提供了一种触摸屏，包括玻璃盖板以及设置在玻璃盖板下的显示屏，其中，所述触摸屏进一步包括上述的光学指纹检测装置；所述指纹识别光源产生的光在射入所述玻璃盖板后具有第一偏振方向，所述显示屏中设置有第一偏振片，所述第一偏振片的偏振方向垂直于所述第一偏振方向。
再一方面，本申请实施例还提了供一种电子设备，包括上述的光学指纹检测装置。
本申请实施例中的光学指纹检测装置、触摸屏和电子设备，指纹图像不是基于反射成像的原理生成的，而是基于透射原理生成的。本申请利用全反射光作为指纹识别的光源，由于谷线处的光信号全部发生全反射，不能被光学指纹模组接收到，而脊线处的光信号大部分透射进手指，并从手指纹脊处透射出来穿过显示屏被光学指纹模组接收到，这样光学指纹模组接收到的纹脊和纹谷处返回的光信号存在较高的对比度，能够获得较好的成像效果。进一步地，当手指沾水后，指纹谷填充有水，光线在指纹谷中水和玻璃盖板的交界面处发生折射，由于水没有背向散射性，经水导出的光线继续导向手指的谷线处，并经手指谷线处反射回光学指纹识别传感器。由于光线穿过水传播，导致光程增加，从而发生衰减，故手指沾水后，从指纹谷处手指组织反射回光学指纹模组的亮度和从指纹脊处手指组织反射回光学指纹模组的亮度差异仍较大，指纹谷和指纹脊之间仍然具有较高的光强对比度，两者的光强之比约为1：100，即与现有技术相比，在指纹沾水时仍更能够具有较好的成像质量，从而提高了沾水时指纹识别的准确性。另一方面，如果使用手指指纹制作的2D图像放置于指纹识别的位置，由于2D图像与玻璃盖板表面会整体接触或者整体无接触，无法区分指纹谷和指纹脊分别实现光线的全反射和折射，因此2D图像的假指纹成像并不会明显地体现指纹谷和指纹脊之间的差异，降低了被识别为真指纹的概率，提高了安全性。又一方面，由于通过显示屏之外的光源提供指纹识别所需要的光，可以对外部光源单独进行控制，不必通过显示屏的控制方式来等待显示屏中像素的点亮，从而节省了指纹识别的时间，可以提高指纹识别速度和准确性。并且，由于指纹识别光源产生产生的光在射入所述玻璃盖板后具有第一偏振方向，第一偏振片的偏振方向垂直于第一偏振方向部分光线向下耦合进入显示屏，这些光线具有第一偏振方向，第一偏振片的偏振方向垂直于第一偏振方向，因此其中没有改变偏振方向的光线到达显示屏中的第一偏振片处时，会被第一偏振片所阻挡，不会继续向下方传播，从而不会被耦合至下方的光学指纹识别传感器处，改善了指纹识别光源所产生的光线漏光至光学指纹识别传感器而导致干扰的问题，从而提高了指纹识别的准确性。
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为现有技术中一种屏下指纹识别状态的示意图；
图2为图1部分区域的局部放大示意图；
图3为本申请实施例中一种电子设备在指纹识别状态的示意图；
图4为图3中光射入玻璃盖板处的部分区域的一种局部放大示意图；
图5为图3中指纹识别处玻璃盖板中部分区域的一种局部放大示意图；
图6为本申请实施例中第一种电子设备的俯视图；
图7为本申请实施例中另一种电子设备的剖面结构示意图；
图8为本申请实施例中又一种电子设备的剖面结构示意图；
图9为本申请实施例中另一种电子设备的剖面结构示意图；
图10为本申请实施例中再一种电子设备的剖面结构示意图；
图11为本申请实施例中又一种电子设备的剖面结构示意图；
图12为本申请实施例中第二种电子设备的俯视图；
图13为本申请实施例中第三种电子设备的俯视图；
图14为本申请实施例中第四种电子设备的俯视图；
图15为本申请实施例中第五种电子设备的俯视图；
图16为本申请实施例中第六种电子设备的俯视图。
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。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
为了更清楚地说明本申请实施例的技术效果，在对本申请实施例进行说明之前，首先对现有技术中的屏下指纹识别技术进行介绍，如图1所示，图1为现有技术中一种屏下指纹识别状态的示意图，电子设备包括层叠设置的玻璃盖板1’和显示屏2’，显示屏2’包括发光器件层20’，发光器件层20’中设置有发光器件(图中未示出)，发光器件通过主动发光的方式实现画面显示，在指纹识别的位置，发光器件层20’下方设置有光学指纹模组3’。
应理解，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的脊(ridge)与峪(vally)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹脊的反射光和来自指纹峪的反射光具有不同的光强，反射光经过显示屏后，被光学指纹模组中的感应阵列所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于该指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在该电子设备实现光学指纹识别功能。
一并参见图2，基于反射光成像的原理的示意图，手指进行指纹识别时接触手机玻璃盖板表面，其中，手指的指纹脊线可以与表面接触良好，而手指的指纹的谷线与表面存在空隙，该空隙内为空气。
根据光学的折射和反射定律，当光I照射至手指时，指纹脊线处因为接触良好，并且手指与玻璃盖板的折射率相近，所以被手指吸收的光IT1较多，而反射光IR1较少；但谷线处存在空气间隙，由于空气与玻璃盖板的折射率差异较大，所以折射进手指的光IT2较少，在玻璃盖板表面发生反射的反射光IR2较多，由此形成了指纹谷脊之间的对比信号，谷线处的反射信号IR2较强，而脊线处的反射信号IR1较弱，即脊线处暗，谷线处亮，指纹传感器通过谷线与脊线处的信号差异，进而可以形成指纹图像。
然而，当手指沾水之后，谷线与玻璃盖板1’之间被水填充，导致在谷线处玻璃盖板1’光线透射的部分增加、光线反射的部分减小，从而导致谷线处和脊线接收到的光强差异较小，因此降低了指纹沾水时指纹识别的准确性。另一方面，如果使用手指指纹制作的2D图像放置于指纹识别的位置作为假指纹，现有技术可能会将假指纹识别为真指纹，从而带来安全隐患。再一方面，现有技术通过显示屏中的发光器件来作为指纹采集时的光源，在进行指纹识别时，需要先控制点亮指纹识别区域的像素，而驱动像素中发光器件点亮的时间较长，通常需要50～100ms，而通常用户进行指纹识别时手指的按压时间为150～200ms，只有50～150ms的时间用于实现指纹采集，因此容易导致指纹采集的不准确，即导致指纹识别效率低。
如图3、图4、图5和图6所示，图3为本申请实施例中一种电子设备在指纹识别状态的示意图，图4为图3中光射入玻璃盖板处的部分区域的一种局部放大示意图，图5为图3中指纹识别处玻璃盖板中部分区域的一种局部放大示意图，图6为本申请实施例中第一种电子设备的俯视图，本申请提供了一种光学指纹检测装置，应用于具有显示屏1的电子设备，电子设备具有玻璃盖板2，光学指纹检测装置包括：发光组件，发光组件包括指纹识别光源3，指纹识别光源3用来提供用于进行指纹识别的激励光，指纹识别光源3发出的光入射至玻璃盖板2的上表面的入射角大于或等于光信号从玻璃盖板2入射至空气的全反射角；光学指纹检测装置还包括光学指纹模组4，设置于显示屏1的指纹检测区域10的下方，用于检测指纹识别光源3照射指纹检测区域10上方的手指并从手指透射出并穿过显示屏1的光信号；指纹识别光源3产生的光在射入玻璃盖板2后具有第一偏振方向，显示屏1中设置有第一偏振片21，第一偏振片21的偏振方向垂直于第一偏振方向。
具体地，图3～图5所示的结构为电子设备的剖面结构，其中，显示屏1的上方为其出光侧，显示屏1设置在玻璃盖板2的下方，指纹识别光源3用于产生用于进行指纹识别的光线，例如，在图3～图5所示的结构中，在玻璃盖板2中，指纹识别光源3产生的光从玻璃盖板2的下表面射入玻璃盖板2，向左上方发射。
由于显示屏1位于玻璃盖板2的下方，而指纹识别光源3所产生的光线在传输过程中，如果光线仅在玻璃盖板2中经过全反射后向下到达第一偏振片21处，这些光线的偏振方向不会改变，仍具有第一偏振方向，第一偏振片21的偏振方向垂直于第一偏振方向，因此当具有第一偏振方向的光线到达显示屏1中的第一偏振片21处时，会被第一偏振片21所阻挡，不会继续向下方传播，从而不会被耦合至下方的光学指纹模组4处，改善了指纹识别光源3所产生的光线漏光至光学指纹模组4而导致干扰的问题，从而提高了指纹识别的准确性。对于指纹识别光源3所产生并照亮手指后返回的光线，由于这些光线在进入手指后，会在生物组织中改变成为没有偏振方向的光，从而在返回后能够经过第一偏振片21进而被光学指纹模组4所接收，即可以保证正常指纹信号的接收。
其中，光学指纹模组4例如可以为光学传感器阵列，可以采集从手指返回的光线，以此确定指纹脊和指纹谷的空间图案及位置，并构造指纹图案并进行指纹识别，例如，作为用户认证和设备访问过程的一部分，与储存的授权用户指纹图案进行比较，以确定检测到的指纹是否为匹配指纹。
本申请实施例中的光学指纹检测装置，第一光信号L到达玻璃盖板时，由于指纹谷线与玻璃盖板之间存在空隙，第一光信号L在纹谷处发生全反射。由于指纹的密度大于空气的密度，因此光信号从玻璃盖板入射至手指脊线的全反射角大于光信号从玻璃盖板入射至空气的全反射角，当脊线与玻璃盖板接触时，到达纹脊处的第一光信号一部分发生反射，一部分透射进手指的纹脊，透射进手指的光信号用于指纹成像。
脊线处的反射光LR1和谷线处的反射光LR2会在玻璃盖板的上下表面发生全反射，最后被衰减掉。脊线处的透射光LT1进入手指后，再从手指中透射出来，形成第一返回光信号，第一返回光信号经过显示屏后，被显示屏下方的光学指纹模组接收到。光学指纹模组根据接收到的第一返回光信号，进行指纹识别。
由于谷线处的光信号都发生了全反射，指纹传感器几乎接收不到谷线处返回的光信号，而脊线处的大部分光信号会透射进手指，然后从手指中透射出来被指纹传感器接收到，从而指纹传感器可以根据纹脊和纹谷处的光信号的强度差进行指纹识别。
相比传统的指纹识别方式，本申请实施利用透射光进行成像，纹谷和纹脊处的光信号的对比度可达到1:200，这样采用透射光进行成像，能够获得5倍于传统的反射光成像的信号，能够获得更好的成像质量，有利于提高指纹识别的成功率。
另外，当手指沾水后，指纹谷填充有水，光线在指纹谷中水和玻璃盖板的交界面处发生折射，由于水没有背向散射性，经水导出的光线继续导向手指的谷线处，并经手指谷线处反射回光学指纹识别传感器。由于光线穿过水传播，导致光程增加，从而发生衰减，故手指沾水后，从指纹谷处手指组织反射回光学指纹模组的亮度和从指纹脊处手指组织反射回光学指纹模组的亮度差异仍较大，指纹谷和指纹脊之间仍然具有较高的光强对比度，两者的光强之比约为1：100，即与现有技术相比，在指纹沾水时仍更能够具有较好的成像质量，从而提高了沾水时指纹识别的准确性。另一方面，如果使用手指指纹制作的2D图像放置于指纹识别的位置，由于2D图像与玻璃盖板表面会整体接触或者整体无接触，无法区分指纹谷和指纹脊分别实现光线的全反射和折射，因此2D图像的假指纹成像并不会明显地体现指纹谷和指纹脊之间的差异，降低了被识别为真指纹的概率，提高了安全性。又一方面，由于通过显示屏之外的光源提供指纹识别所需要的光，可以对外部光源单独进行控制，不必通过显示屏的控制方式来等待显示屏中像素的点亮，从而节省了指纹识别的时间，可以提高指纹识别速度和准确性。
并且，由于指纹识别光源产生且射入玻璃盖板的光具有第一偏振方向，第一偏振片的偏振方向垂直于第一偏振方向部分光线向下耦合进入显示屏，这些光线具有第一偏振方向，第一偏振片的偏振方向垂直于第一偏振方向，因此其中没有改变偏振方向的光线到达显示屏中的第一偏振片处时，会被第一偏振片所阻挡，不会继续向下方传播，从而不会被耦合至下方的光学指纹识别传感器处，改善了指纹识别光源所产生的光线漏光至光学指纹识别传感器而导致干扰的问题，从而提高了指纹识别的准确性。
可选地，指纹识别光源3所产生的光在玻璃盖板2中射入的初始光路与玻璃盖板2所在平面的法线F之间的夹角为θ，41.8°＜θ＜72.4°，玻璃盖板2所在平面的法线F即为玻璃盖板2远离显示屏1一侧的表面的法线，初始光路是指纹识别光源3所产生的光线首次射入玻璃盖板2后开始在玻璃盖板2中传输的光路。
具体地，图3～图5所示的结构为电子设备的剖面结构，其中，显示屏1的上方为其出光侧，显示屏1设置在玻璃盖板2的下方，指纹识别光源3产生用于进行指纹识别的光线，指纹识别光源3产生的光从玻璃盖板2的下表面斜向射入玻璃盖板2，例如，在图3～图5所示的结构中，在玻璃盖板2中，指纹识别光源3产生的光从右下方射入，向左上方发射，此时，θ被限定于在41.8°～72.4°的范围内，当射入玻璃盖板2中光的初始光线到达玻璃盖板2的上表面时，玻璃盖板2的上表面作为入射表面，该初始光线作为入射光，θ为入射光线与入射表面法线F的夹角，玻璃盖板2的上表面和下表面平行，当玻璃盖板2的上表面某处接触空气时，此位置可能为手指按压之外的区域，也可能为手指按压处谷线的位置，该位置处玻璃盖板2的上表面为玻璃和空气两种介质之间的交界面，玻璃盖板2的折射率n1为1.5，而空气的折射率n2为1，当光线从折射率较高的介质进入折射率较低的介质时，具有临界角θa，
入射角θ＞θa时，因此光线会发生全反射。当玻璃盖板2的上表面某处接触用户手指时，即该位置为脊线的位置时，该位置处玻璃盖板2的上表面为玻璃和皮肤两种介质之间的交界面，玻璃盖板2的折射率n1为1.5，而皮肤的折射率n3为1.43，当光线从折射率较高的介质进入折射率较低的介质时，具有临界角θh，
入射角θ＜θh，因此光线会发生折射，使入射光从玻璃盖板2耦合进入手指的脊线，从而将脊线照亮，被照亮的脊线进一步将光线通过玻璃盖板2和显示屏1传输至指光学指纹模组4，使得指光学指纹模组4在脊线处接收到较高的光线强度，而在谷线处，由于玻璃盖板2中的光线会继续通过全反射传播，因此指光学指纹模组4在谷线处接收到较低强度的光线强度，通过在脊线和谷线处接收到的光线强度的对比来实现指纹采集。
可选地，指纹识别光源3所产生的光为红外光。
具体地，红外光为不可见光，显示屏1本身显示画面时所产生的光线均为可见光，当指纹识别光源3所产生的光为红外光时，可以同时设置光学指纹模组4为仅用于接收红外光，不会接收可见光，这样，可以降低显示屏1本身显示画面所产生的可见光对指纹识别的不良影响。
可选地，指纹识别光源3所产生的光的波长为λ，920nm＜λ＜960nm。
具体地，一方面，920nm＜λ＜960nm的波长属于红外光的波长，为不可见光，显示屏1本身显示画面时所产生的光线均为可见光，当指纹识别光源3所产生的光为红外光时，可以同时设置光学指纹模组4为仅用于接收红外光，不会接收可见光，这样，可以降低显示屏1本身显示画面所产生的可见光对指纹识别的不良影响；另一方面，由于自然光中940nm波长的光强最小，因此，使用940nm的光线进行指纹识别，可以降低自然光穿过手指时光线对指纹识别的不良影响。
可选地，第一偏振片21的有效波长范围包括指纹识别光源3所产生的光的波段和可见光波段；显示屏1还包括四分之一波片22，四分之一波片22位于第一偏振片21远离玻璃盖板2的一侧。
具体地，例如，指纹识别光源3所产生的光的波段为λ，将第一偏振片21设置为有效波长范围包括λ和可见光波段，第一偏振片21除了可以用于改善上述漏光问题之外，还可以配合下方的四分之一波片22来阻挡来自于上方环境可见光被显示屏1反射后的出射，降低了环境可见光从显示屏1中被反射出时对显示画面的不良影响。
可选地，第一偏振片21对指纹识别光源3所产生的光具有大于0.8的反射率。
具体地，例如，指纹识别光源3所产生的光的波段为λ，第一偏振片21在阻挡波长为λ且具有第一偏振方向的光的同时，将其反射回玻璃盖板2，重新利用这些光线，当这些光线照射至手指时，可以进一步增强手指处所能够获取到的光强，从而进一步提高了指纹识别的准确性。
可选地，第一偏振片21用于通过胶层20贴附于玻璃盖板2的表面。即使光线在尽量靠近玻璃盖板2的位置被反射回玻璃盖板2，尽量减少光线的损失。
以下通过两个具体的实施例对指纹识别光源产生自然光以及偏振光的情况分别进行说明。
实施例一
如图7和图8所示，图7为本申请实施例中另一种电子设备的剖面结构示意图，图8为本申请实施例中又一种电子设备的剖面结构示意图，在实施例一中，发光组件还包括：第二偏振片30，第二偏振片30位于指纹识别光源3和玻璃盖板2之间，使指纹识别光源3所产生的光通过第二偏振片30射入玻璃盖板2，第二偏振片30具有第一偏振方向。
具体地，在实施例一中，指纹识别光源3所产生的光为自然光(按照偏振方向特性划分的自然光)，自然光是一种复合光，包括第一偏振方向的光和第二偏振方向的光，第一偏振方向垂直于第二偏振方向，通过设置具有第一偏振方向的第二偏振片30，使得第二偏振方向的光无法通过第二偏振片30，即使得指纹识别光源3产生的自然光在经过第二偏振片30后，成为具有第一偏振方向的偏振光，然后射入玻璃盖板2内。在本实施例中，所述指纹识别光源3为红外光，其波长为λ，且920nm＜λ＜960nm。
可选地，如图7所示，第二偏振片30用于贴附于玻璃盖板2的表面；指纹识别光源3用于通过光学胶5或光耦合器贴附于第二偏振片30远离玻璃盖板2一侧的表面。
可选地，如图8所示，第二偏振片30用于贴附于指纹识别光源3的出光表面；第二偏振片30用于通过光学胶5或光耦合器贴附于玻璃盖板2的表面。
实施例二
如图4所示，在实施例二中，指纹识别光源3所产生的光具有第一偏振方向。
具体地，在实施例二中，在如图4所示的结构中，指纹识别光源3和玻璃盖板2之间无需设置偏光片，可以通过指纹识别光源3直接产生具有第一偏振方向的偏振光。
在实施例一和实施例二的基础上，以下对指纹识别光源的设置方式进一步说明。
可选地，指纹识别光源3为垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，Vecsel)，垂直腔表面发射激光器发出的光入射至玻璃盖板2的上表面的入射角大于或等于光信号从玻璃盖板2入射至空气的全反射角。
具体地，垂直腔面发射激光器作为光源时，所产生的光线的方向性更强，发光角度较为集中，即更容易对其所产生的光进行光路控制，例如更容易使其所产生的光在玻璃盖板2的上表面发生全反射，即更容易实现产生在玻璃盖板2上表面的入射角大于或等于从玻璃盖板2入射至空气的全反射角。
可选地，指纹识别光源3包括发光二极管和位于发光二极管出光侧的聚光片。聚光片用于将发光二极管所产生的光线进行汇聚，以便于在玻璃盖板2中射入初始光路与玻璃盖板2所在平面的法线之间的夹角为θ的光线。
在上述各实施例的基础上，以下将发光组件的不同结构作为不同的实施例分别进行说明。
实施例三
如图3和图4所示，在实施例三中，发光组件进一步包括光学胶5，光学胶5用于使指纹识别光源3的光出射面通过光学胶5粘接于玻璃盖板2的下表面；指纹识别光源3的光出射面所在平面和玻璃盖板2下表面之间的夹角为θ，夹角θ大于或等于光信号从玻璃盖板2入射至空气的全反射角；光学胶5的折射率可以为1.4～1.6，包括端点值。
具体地，通过光学胶5的设置，一方面可以将指纹识别光源3倾斜设置于玻璃盖板2的下表面附近，另一方面可以将指纹识别光源3的光出射面和玻璃盖板2之间填充与玻璃相同折射率的材料，以使指纹识别光源3所产生的光线光路不变并进入玻璃盖板2，可以根据光线在玻璃盖板2中所需要的角度来设置指纹识别光源3的倾斜角度。
实施例四
如图9所示，图9为本申请实施例中另一种电子设备的剖面结构示意图，在实施例四中，发光组件进一步包括：第一光耦合器601，第一光耦合器601包括第一表面61和第二表面62，第一表面61和第二表面62之间的夹角为θ，夹角θ大于或等于光信号从玻璃盖板2入射至空气的全反射角；第一光耦合器601的第一表面61用于贴附于玻璃盖板2下表面，第一光耦合器601的第一表面61和玻璃盖板2下表面平行；指纹识别光源3的光出射面用于通过光学胶(图7中未示出)粘接于第一光耦合器601的第二表面62，指纹识别光源3的光出射面和第一光耦合器601的第二表面62平行；光学胶的折射率可以为1.4～1.6，包括端点值。
具体地，实施例四和实施例三的区别在于，增加了光耦合器来使指纹识别光源3的光耦合进入玻璃盖板2，第一光耦合器601具体可以为一个剖面为梯形的玻璃结构件，利用其第一表面61贴合于玻璃盖板2的下表面，第二表面62贴合与指纹识别光源3的光出射面，使得其将从指纹识别光源3所产生的光线耦合进玻璃盖板2中时，可以提高指纹识别光源3所产生的光利用率，从而可以根据光路在玻璃盖板2中所需要的方向来设置指纹识别光源3的倾斜角度即可，即使指纹识别光源3的光输出面与玻璃盖板2下表面之间的角度设置为θ。
实施例五
如图10所示，图10为本申请实施例中再一种电子设备的剖面结构示意图，在实施例五中，发光组件还包括：第二光耦合器602，第二光耦合器602包括第第三表面63、第四表面64以及连接第三表面63和第四表面64的第五表面65，第二光耦合器602的第三表面63用于贴附于玻璃盖板2的下表面，指纹识别光源3的光出射面用于通过光学胶粘接于第二光耦合器602的第四表面64，光学胶的折射率可以为1.4～1.6，包括端点值；指纹识别光源3所产生的光经第二光耦合器602的第五表面65反射后射入玻璃盖板2。
具体地，实施例五和实施例四的区别在于，光耦合器的结构不同，无需使指纹识别光源3倾斜设置，而是在使平行出射的光线在第二光耦合器602中调整光路，例如光路会发生反射，然后再通过第三表面63耦合入玻璃盖板2中，更容易控制在玻璃盖板2中，入射的初始光路与玻璃盖板2所在平面的法线之间的夹角，以提高指纹识别光源3所产生的光利用率。
实施例六
如图11所示，图11为本申请实施例中又一种电子设备的剖面结构示意图，在实施例六中，电子设备还包括：位于显示屏1远离玻璃盖板2一侧的中框7，指纹识别光源3用于设置于中框7上；发光组件还包括位于玻璃盖板2下方的反光装置600，指纹识别光源3所发出的光通过反光装置600反射后射入至玻璃盖板2，且入射至玻璃盖板2的上表面的入射角大于或等于光信号从玻璃盖板2入射至空气的全反射角。
具体地，实施例六和实施例三、四、五的区别在于，指纹识别光源3的固定位置不同，将指纹识别光源3设置在显示屏1下方的中框7上，可以通过指纹识别光源3和中框7的配合固定来调节指纹识别光源3的出光光路，以提高指纹识别光源3所产生的光利用率，并且由于指纹识别光源3位于显示屏1的下方，因此无需占用电子设备边框区域的空间，有利于窄边框的实现。
可选地，如图11所示，反光装置600设置在显示屏1的侧面，且反光装置600的反光面与玻璃盖板2的上表面垂直。
在上述各实施例的基础上，以下将指纹识别光源位置的不同设置方式作为不同的实施例分别进行说明。
实施例七
如图6所示，在实施例七中，指纹识别光源3包括第一光源31，显示屏1包括与第一光源31所在位置相对的第一位置101，以及与光学指纹模组4所在位置相对的第二位置102，第二位置102即为指纹检测区域10所在位置，第一位置101位于第二位置102的中心沿显示屏1的长度方向延伸的位置上。其中，指纹检测区域10位于靠近电子设备底部边框区域84的位置，以方便用户放置手指进行指纹识别，同时，指纹识别光源3设置于底部边框区域84，以防止对显示区域的不良影响，同时距离指纹检测区域10的位置较近，便于提供指纹识别所需要的光源。
实施例八
如图12和图13所示，图12为本申请实施例中第二种电子设备的俯视图，图13为本申请实施例中第三种电子设备的俯视图，实施例八与实施例七的区别在于，在实施例八中，第一位置101位于第二位置102的中心沿显示屏1的长度方向延伸的位置的一侧。图12所示的结构与图6所示结构的区别还在于，在底部边框区域84中设置了两个指纹识别光源3。图13所示的结构与图12所示结构的区别在于，两个指纹识别光源3分别位于底部边框区域84的相对两端，可以从不同的方向向指纹检测区域10提供用于进行指纹识别的光线。
实施例九
如图14所示，图14为本申请实施例中第四种电子设备的俯视图，在实施例九中，指纹识别光源3包括第二光源32和第三光源33，显示屏1包括与第二光源32所在位置相对的第三位置103、与第三光源33所在位置相对的第四位置104、以及与光学指纹模组4所在位置相对的第二位置102，第三位置103和第四位置104设置在第二位置102的中心位置沿显示屏1的长度方向延伸的位置的两侧。图12所示的结构中，两个指纹识别光源3分别位于左右两侧的第一侧边框区域81和第二侧边框区域82，且指纹识别光源3和指纹检测区域10均位于靠近底部的位置。实施例九与实施例七以及实施例八的区别在于，在实施例九中，指纹识别光源所在的位置和光学指纹模组所在的位置沿显示屏1的宽度方向排列。
实施例十
在实施例七、八或九的基础上，如图6、图12至图16所示，图15为本申请实施例中第五种电子设备的俯视图，图16为本申请实施例中第六种电子设备的俯视图，电子设备包括相对的第一侧边框区域81和第二侧边框区域82，电子设备还包括相对的顶部边框区域83和底部边框区域84；指纹检测区域10与第一侧边框区域81之间的距离为h1、与第二侧边框区域82之间的距离为h2、与顶部边框区域83的距离为h3、与底部边框区域84的距离为h4，h3＞h1，h3＞h2，h3＞h4；指纹识别光源3的数量为一个或多个；如图6所示，若指纹识别光源3的数量为一个，则指纹识别光源3位于底部边框区域84；如图12至图16所示，若指纹识别光源3的数量为多个，则多个指纹识别光源3位于第一侧边框区域81、第二侧边框区域82和底部边框区域84中的至少一者内，且任意一个指纹识别光源3与指纹检测区域10之间的距离小于h3。图15所示的结构中，在底部边框区域84中设置有三个指纹识别光源3，包括了位于第二位置102的中心沿显示屏1的长度方向延伸的位置上的第一位置101，以及包括了位于第二位置102的中心沿显示屏1的长度方向延伸的位置的一侧第一位置101。图16所示的结构中，在第一侧边框区域81、第二侧边框区域82和底部边框区域84中各设置一个指纹识别光源3，其中，与第二光源32对应的第三位置103位于第一侧边框区域81，与第三光源33对应的第四位置104位于第二侧边框区域82，与第一光源31对应的第一位置101位于底部边框区域84。
如图3至图16所示，本申请实施例还提供一种触摸屏，包括玻璃盖板2以及设置在玻璃盖板2下的显示屏1，其中，触摸屏进一步包括上述各实施例中的光学指纹检测装置；指纹识别光源3产生且射入玻璃盖板2的光具有第一偏振方向，显示屏1中设置有第一偏振21片，第一偏振片21的偏振方向垂直于第一偏振方向。
具体地，玻璃盖板2、显示屏1、光学指纹检测装置以及指纹光反射层01的具体结构以及原理与上述实施例相同，在此不再赘述。触摸屏可以是例如触摸显示屏、手机、平板计算机、笔记本电脑或电视机等任何具有显示功能的触摸屏设备。其中，显示屏1具体可以为例如OLED(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)显示屏。其中，如图4、图7和图8所示，显示屏1具体可以包括依次层叠设置的第一偏振片21、四分之一波片22、触控层23、封装层24、有机发光器件层25和电路控制层26。
可选地，指纹识别光源3所产生的光在玻璃盖板2中射入的初始光路与玻璃盖板2所在平面的法线F之间的夹角为θ，41.8°＜θ＜72.4°。
可选地，第一偏振片21的有效波长范围包括指纹识别光源3所产生的光的波段和可见光波段；显示屏1还包括四分之一波片22，四分之一波片22位于第一偏振片21远离玻璃盖板2的一侧。
可选地，第一偏振片21对指纹识别光源3所产生的光具有大于0.8的反射率。
可选地，第一偏振片21通过胶层20贴附于玻璃盖板2的表面。
可选地，参照上述实施例一的描述，发光组件还包括：第二偏振片30，第二偏振片30位于指纹识别光源3和玻璃盖板2之间，使指纹识别光源3所产生的光通过第二偏振片30射入玻璃盖板2，第二偏振片30具有第一偏振方向。
可选地，如图7所示，第二偏振片30贴附于玻璃盖板2的表面；指纹识别光源3通过光学胶5或光耦合器贴附于第二偏振片30远离玻璃盖板2一侧的表面。
可选地，如图8所示，第二偏振片30贴附于指纹识别光源3的出光表面；第二偏振片30通过光学胶5或光耦合器贴附于玻璃盖板2的表面。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述各实施例中的光学指纹检测装置，光学指纹检测装置的具体结构和原理与上述实施例相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (21)
1.一种光学指纹检测装置，应用于具有显示屏的电子设备，所述电子设备具有玻璃盖板，其特征在于，所述装置包括：
发光组件，所述发光组件包括指纹识别光源，所述指纹识别光源用来提供用于进行指纹识别的激励光，所述指纹识别光源发出的光入射至所述玻璃盖板的上表面的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射至空气的全反射角；
所述光学指纹检测装置还包括光学指纹模组，设置于所述显示屏的指纹检测区域的下方，用于检测所述指纹识别光源照射所述指纹检测区域上方的手指并从所述手指透射出并穿过所述显示屏的光信号；
所述指纹识别光源产生的光在射入所述玻璃盖板后具有第一偏振方向，所述显示屏中设置有第一偏振片，所述第一偏振片的偏振方向垂直于所述第一偏振方向。
2.根据权利要求1所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述指纹识别光源所产生的光在所述玻璃盖板中射入的初始光路与所述玻璃盖板所在平面的法线之间的夹角为θ，41.8°＜θ＜72.4°。
3.根据权利要求1所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述指纹识别光源所产生的光为红外光。
4.根据权利要求3所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述指纹识别光源所产生的光的波长为λ，920nm＜λ＜960nm。
5.根据权利要求1所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述第一偏振片的有效波长范围包括所述指纹识别光源所产生的光的波段和可见光波段；
所述显示屏还包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述第一偏振片远离所述玻璃盖板的一侧。
6.根据权利要求1所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述第一偏振片对所述指纹识别光源所产生的光具有大于0.8的反射率。
7.根据权利要求1所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述第一偏振片用于通过胶层贴附于所述玻璃盖板的表面。
8.根据权利要求1所述的光学指纹检测装置，其特征在于，所述发光组件还包括：
第二偏振片，所述第二偏振片位于所述指纹识别光源和所述玻璃盖板之间，使所述指纹识别光源所产生的光通过所述第二偏振片射入所述玻璃盖板，所述第二偏振片具有所述第一偏振方向。
9.根据权利要求8所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述第二偏振片用于贴附于所述玻璃盖板的表面；
所述指纹识别光源用于通过光学胶或光耦合器贴附于所述第二偏振片远离所述玻璃盖板一侧的表面。
10.根据权利要求8所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述第二偏振片用于贴附于所述指纹识别光源的出光表面；
所述第二偏振片用于通过光学胶或光耦合器贴附于所述玻璃盖板的表面。
11.根据权利要求8所述的光学指纹检测装置，其特征在于，所述指纹识别光源产生的自然光经过所述第二偏振片后，转变成具有第一偏振方向的偏振光。
12.根据权利要求1所述的光学指纹检测装置，其特征在于，
所述指纹识别光源所产生的光具有所述第一偏振方向。
13.一种触摸屏，包括玻璃盖板以及设置在玻璃盖板下的显示屏，其中，其特征在于，所述触摸屏进一步包括如权利要求1至12任一项所述的光学指纹检测装置；所述指纹识别光源产生的光在射入所述玻璃盖板后具有第一偏振方向，所述显示屏中设置有第一偏振片，所述第一偏振片的偏振方向垂直于所述第一偏振方向。
14.根据权利要求13所述的触摸屏，其特征在于，
所述指纹识别光源所产生的光在所述玻璃盖板中射入的初始光路与所述玻璃盖板所在平面的法线之间的夹角为θ，41.8°＜θ＜72.4°。
15.根据权利要求13所述的触摸屏，其特征在于，
所述第一偏振片的有效波长范围包括所述指纹识别光源所产生的光的波段和可见光波段；
所述显示屏还包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述第一偏振片远离所述玻璃盖板的一侧。
16.根据权利要求13所述的触摸屏，其特征在于，
所述第一偏振片对所述指纹识别光源所产生的光具有大于0.8的反射率。
17.根据权利要求13所述的触摸屏，其特征在于，
所述第一偏振片通过胶层贴附于所述玻璃盖板的表面。
18.根据权利要求13所述的触摸屏，其特征在于，所述发光组件还包括：
第二偏振片，所述第二偏振片位于所述指纹识别光源和所述玻璃盖板之间，使所述指纹识别光源所产生的光通过所述第二偏振片射入所述玻璃盖板，所述第二偏振片具有所述第一偏振方向。
19.根据权利要求18所述的触摸屏，其特征在于，
所述第二偏振片贴附于所述玻璃盖板的表面；
所述指纹识别光源通过光学胶或光耦合器贴附于所述第二偏振片远离所述玻璃盖板一侧的表面。
20.根据权利要求18所述的触摸屏，其特征在于，
所述第二偏振片贴附于所述指纹识别光源的出光表面；
所述第二偏振片通过光学胶或光耦合器贴附于所述玻璃盖板的表面。
21.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至12任一项所述的光学指纹检测装置。
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| WO2021146955A1 (zh) | 2021-07-29 |
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