CN111860065A - 一种指纹识别模组 - Google Patents

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CN111860065A CN201910360495.1A CN201910360495A CN111860065A CN 111860065 A CN111860065 A CN 111860065A CN 201910360495 A CN201910360495 A CN 201910360495A CN 111860065 A CN111860065 A CN 111860065A
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Abstract

本发明公开了一种用于LCD屏内指纹识别的指纹识别模组，其包括LCD显示模组和光学传感器元件，以发射和/或接收生物指纹光学信号；其中，LCD显示模组包括LCD显示屏，光源，设置在光源一侧的导光板，设置在导光板下方的反射片，设置在导光板上方的扩散片，以及设置在扩散片上方的增亮膜；增亮膜的表面设有多个透镜结构和多个平台结构；平台结构包括平台部；以及平台结构设于多个透镜结构之间和/或多个透镜结构之上，使得外部光基本垂直透过增亮膜的平面。指纹识别模组使得LCD模组能够使得指纹识别信号在LCD模组上有效穿透并精确收集，实现LCD显示设备的屏内指纹识别功能识别。

Description

一种指纹识别模组
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于LCD屏内指纹识别的指纹识别模组。
背景技术
指纹感测和匹配是一种可靠且广泛使用的技术。指纹识别的常见方法涉及扫描样本指纹或其图像并存储指纹图像的图像和/或独特特征，可以将样本指纹的特征与已经存在于数据库中的参考指纹的信息进行比较，以确定用户的正确识别，例如用于验证目的。特别地，目前屏内(in display) 指纹识别凭借其易操作性和多功能性以及适用于紧凑型便携式电子设备，而变得越来越流行。
目前，屏内指纹识别显示设备主要采用的是OLED显示器，这主要是因为OLED显示器更薄更轻也更容易整合指纹识别传感器。然而，液晶显示器 (LCD)相对于OLED更具成本优势。现有的LCD屏内指纹识别显示设备的解决方案是LCD屏下(under display)使用CMOS图像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)，CMOS图像传感器不完全内置于显示器中，但可以在显示器的活动区域内通过牺牲一些厚度实现指纹感应。但是，基于LCD显示器的屏内指纹识别显示设备尚未完全成熟，特别是无法兼顾指纹识别信号在LCD模组上的有效穿透和精确收集。
在LCD显示器的屏内指纹识别显示设备中，如图1所示，通过识别按压覆盖在LCD显示屏上的玻璃盖板140上的指纹；然而用于识别指纹的光学信号至少要穿过LCD显示屏和玻璃盖板140，且由于LCD显示屏由LCD模组 130和背光模组120构成，另外玻璃盖板具备一定的厚度。因此，光学信号在透过LCD模组、背光模组和玻璃盖板的过程中会发生比较严重的折射和散射，甚至全反射。尤其是，携带生物指纹信息的反馈光学信号受背光模组中多个功能光学膜片的严重影响，如增亮膜、扩散片、反射片等对反馈光信号的折射、散射和反射，从而造成反馈光信号损失或光学噪声污染严重，导致LCD屏幕底下的光学传感器110收集不到有效并且精确的信号，进而无法识别生物指纹信息。
背光模组中对光学信号精确收集影响最大的光学膜片是增亮膜。现有技术中，增亮膜设置在LCD的背光模组中，以提高发光效率。图2是常规增亮膜的图示。如图2所示，增亮膜310包括主体部分320和多个透镜结构330。透镜结构130是等腰直角三角形棱柱并且重复排列地形成在主体部分320并且布置成阵列。图3是示出图2的增亮膜的视角与亮度之间的关系的曲线图。如图3所示，其中横坐标表示光通过传统增亮膜后的光输出角，纵坐标表示光的亮度。图3中的粗线表示视角与传统增亮膜的亮度的在垂直方向上关系曲线，而细线表示视角与传统增亮膜的亮度的在水平方向上关系曲线。因此，传统增亮膜具有光聚集的作用。但是，用来采集生物指纹信息的光学信号在通过传统增亮膜时，也会发生聚集和不定向散射，从而造成目标反馈光信号损失或光学噪声污染严重。
因此，LCD显示器的屏内指纹识别功能的实现，需要对指纹识别模组的整体设计改进，特别是增光膜的光学机构设计和与之相匹配设计其他光学膜片的调整。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种用于LCD屏内指纹识别的背光模组以及LCD模组，能够使得指纹识别信号在LCD模组上有效穿透并精确收集。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种指纹识别模组，其包括LCD显示模组和光学传感器元件，以发射和/或接收生物指纹光学信号；其中，LCD显示模组包括LCD显示屏，光源，设置在光源一侧的导光板，设置在导光板下方的反射片，设置在导光板上方的扩散片，以及设置在扩散片上方的增亮膜；其中，增亮膜的表面设有多个透镜结构和多个平台结构；平台结构包括平台部；平台结构设于多个透镜结构之间和/ 或多个透镜结构之上，使得外部光基本垂直透过增亮膜的平面。
这里，基本垂直透过是指透过平台结构的光学信号与增亮膜平面的夹角在90±15°范围内。这里，平台结构将入射或出射的光学信号调整为基本垂直增亮膜平面的平行光，平台结构的设置解决了光在传统增亮膜的透镜结构中全反射和不定向散射的问题。
本发明的指纹识别模组用于探测的出射光学信号准确传播至被检测对象进行探测，另一方面检测对象的反馈光信号可以接近无损地透过增亮膜和背光模组，并被LCD屏幕底下的光学传感器精确有效地采集，进而实现 LCD显示器的屏内指纹识别功能识别。平台结构连续或非连续设于多个透镜结构之间和/或多个透镜结构之上。
优选的，增亮膜包括第一高分子层和第二高分子层。第一高分子层具有微结构化表面，透镜结构和平台结构设置于微结构化表面上；透镜结构和平台结构在微结构化表面上阵列排布。
第二高分子层，其位于第一高分子层与扩散片之间并与第一高分子层相邻设置。第一高分子层的微结构化表面与导光板或反射片平行设置，使得背光源的光和指纹识别光学信号可以充分穿透。
第一高分子层和第二高分子层还具有紫外光吸收功能，填充在第一高分子层和第二高分子层的紫外吸收剂可以降低LCD和高分子光学膜的因紫外辐射劣化。
优选的，平台部的平面与微结构化表面的平面之间的夹角小于10°。
优选的，平台部的宽度小于相邻透镜结构之间最小距离的1/2。
优选的，平台结构的折射率基本等于第一高分子层的折射率。
优选的，平台结构的折射率小于第一高分子层的折射率。
优选的，透镜结构和平台结构也设置于第二高分子层上。
优选的，第一高分子层的微结构化表面上之透镜结构的取向，不同于第二高分子层上的透镜结构的取向。进一步的，第一高分子层的微结构化表面上之透镜结构的取向，基本垂直于第二高分子层上的透镜结构的取向。
优选的，第一高分子层的微结构化表面上之透镜结构和第二高分子层上的透镜结构各自包括多个三角形棱镜或具有圆形顶点的圆角三角形棱镜。
优选的，所述光学传感器元件发射和/或接收生物指纹光学信号为红外光或紫外光。
优选的，光学传感器元件设置于导光板和反射片的之间。
优选的，光学传感器元件设置于反射片的下方。
优选的，光学传感器元件内嵌设置于反射片的内部。
优选的，光学传感器元件设置于增亮膜的上方。
根据本发明之实施例，本发明之指纹识别模组可应用于LCD显示器和用于指纹识别的电子装置。本发明之指纹识别模组应用于指纹识别的电子装置，可以实现对生物指纹信息的精确识别和验证。
附图说明
本发明及其优点将通过研究以非限制性实施例的方式给出，并通过所附附图所示的特定实施方式的详细描述而更好的理解，其中：
图1是现有技术的LCD显示器的屏内指纹识别显示设备。
图2是现有技术中的增亮膜的图示。
图3是现有技术中增亮膜的视角与亮度之间的关系的曲线图。
图4是依照本发明优选实施例的背光模组的示意图。
图5是本发明实施例1的增亮膜的截面结构示图。
图6是本发明的实施例7的增亮膜的截面结构示图。
图7是本发明的图5所示的平台结构中光行进方向的剖视图。
图8是本发明实施例1的增亮膜的第一高分子层和第二高分子层的截面结构示图。
图9是本发明的实施例2的增亮膜的第一高分子层和第二高分子层的截面结构示图。
图10是本发明的实施例3的增亮膜的第一高分子层和第二高分子层的截面结构示图。
图11是本发明的实施例4的增亮膜的第一高分子层和第二高分子层的截面结构示图。
图12是本发明的实施例5指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层截面结构示图。
图13是本发明的实施例6指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层截面结构示图。
图14是本发明的实施例8指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层截面结构示图。
图15是本发明的实施例9指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层截面结构示图。
图16是表示本发明的实施例5的扩散膜平面结构图。
图17是表示本发明的实施例6的扩散膜平面结构图。
图18是依照本发明实施例10的指纹识别模组的背光模组示意图。
图19是依照本发明实施例11的指纹识别模组的背光模组示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
首先，通过图1、图4、图5、图7，就本发明的实施例1的指纹识别模组进行说明。依照本发明实施例1之指纹识别模组，指纹识别模组自上而下包括玻璃盖板140，LCD显示模组130和光学传感器元110。LCD显示模组包括LCD显示屏，光源221以及设置在光源221的一侧的导光板220，设置在导光板220下方的反射片210，设置在导光板220上侧的扩散片230，设置在扩散片上侧的增亮膜240；其中，增亮膜240的基材2401表面设有多个透镜结构2402和多个平台结构2403；平台结构包括平台部24031；平台结构设于多个透镜结构2402之间，使得外部光基本垂直入射和基本垂直出射透过增亮膜240的平面。
这里，如图7所示，平台结构2403将入射或出射的光学信号调整为基本垂直增亮膜240平面的平行光。透过平台部出射的主要有两种方式，不在平台结构2403侧面上光直接穿过平台部出射L1；另一方面，光学信号经过平台结构2403的侧面的反射后，再次经过反射片210反射后从平台部出射L2。这里，经过平台结构2403侧面反射的光学信号，可以从该平台结构 2403出射，也可以从该平台结构相邻的其他平台结构出射。因此，检测对象的反馈光信号可以接近无损地透过增亮膜240和背光模组，另一方面用于探测的出射光学信号准确传播至被检测对象进行探测，并被LCD屏幕底下的光学传感器精确有效地采集，进而实现LCD显示器的屏内指纹识别功能识别。
增亮膜240包括第一高分子层310和第二高分子层320。第一高分子层 310具有微结构化表面，透镜结构2402和平台结构2403设置于微结构化表面上；透镜结构2402和平台结构2403在微结构化表面上阵列排布。第二高分子层320，其位于第一高分子层310与扩散片之间并与第一高分子层 310相邻设置。第一高分子层310的微结构化表面与导光板或反射片平行设置，使得背光源的光和指纹识别光学信号可以充分穿透。第一高分子层310 和第二高分子层320还具有紫外光吸收功能，填充在第一高分子层310和第二高分子层320的紫外吸收剂可以降低LCD和高分子光学膜的因紫外辐射劣化。
平台部的平面与微结构化表面的平面之间的夹角为0°；平台部的宽度等于相邻透镜结构2402之间最小距离的1/5。平台结构2403的折射率基本等于第一高分子层310的折射率，平台结构2403与第一高分子层310可以为同一光学材料。
如图8所示，透镜结构2402和平台结构2403也设置于第二高分子层 320上，第一高分子上的平台结构2403与第二高分子层320上的平台结构 2403相对应，平台结构2403凸出第一高分子层310或第二高分子层320平面，具有梯形截面，其进一步提升光信号可以透过增亮膜240的效率和精确性。第一高分子层310的微结构化表面上之透镜结构2402A的取向，基本垂直于第二高分子层320上的透镜结构2402B的取向。
第一高分子层310的微结构化表面上之透镜结构2402和第二高分子层 320上的透镜结构2402各自包括多个三角形棱镜。第一高分子层310的微结构化表面上平台结构2403非连续设于多个透镜结构2402之间，这里，平台结构2403与透镜结构2402设置为交替排列的阵列。
实施例2
请参照图9，是本发明的实施例2指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层310和第二高分子层320的截面结构示图。以下仅就实施例2与实施例1 的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第二高分子层320上仅设置有透镜结构2402，没有设置平台结构2403。此时，光线可藉由透镜结构2402来进行聚光动作和发散动作，以均匀化分别由第一高分子层310所发出的光线，避免出光不均(Mura)的情形。
实施例3
请参照图10，是本发明的实施例3指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层310和第二高分子层320的截面结构示图。以下仅就实施例3与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第一高分子层310上表面设置有具有梯形截面的平台结构2403A，第一高分子层 310下表面之与平台结构2403A相对的位置设置有平台结构2403B。这里，平台结构2403B与第一高分子层310为同种材料，设置于透镜结构2402阵列的间隙。
第二高分子层320上的平台结构2403C与第二高分子层320为同种材料，设置于透镜结构2402阵列的间隙。这里，第一高分子层310的平台结构2403B与第二高分子层320上的平台结构2403C相对应。
实施例4
请参照图11，是本发明的实施例4指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层310和第二高分子层320的截面结构示图。以下仅就实施例4与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第一高分子层310上表面和下表面均设置有具有梯形截面的平台结构2403，其位置相对。这里，平台结构2403与第一高分子层310材料不同，平台结构2403 的折射率低于与第一高分子层310的折射率，平台结构2403设置于透镜结构2402阵列的间隙。
第二高分子层320上的平台结构2403的折射率低于第二高分子层320，其平台结构2403设置于透镜结构2402阵列的间隙。这里，第一高分子层 310的平台结构2403与第二高分子层320上的平台结构2403相对应。
实施例5
请参照图12，是本发明的实施例5指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层310截面结构示图。以下仅就实施例5与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第一高分子层310上表面设置有立方体的平台结构2403，其位置相对。这里，平台结构2403与第一高分子层310材料不同，平台结构2403的折射率低于与第一高分子层310的折射率，平台结构2403设置于透镜结构2402阵列的间隙。
请参照图16，是本发明的实施例5的扩散膜230之平面结构图，扩散单元2301成条纹状分布于扩散膜230上，因此，扩散片230的低雾度区域兼具扩散的效果，同时低雾度区域又可透光，还能提升背光模组的亮度。
实施例6
请参照图13，是本发明的实施例6背光模组的增亮膜之第一高分子层 310截面结构示图。以下仅就实施例5与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第一高分子层310上表面设置有具有倒置的梯形截面之平台结构2403，平台结构2403设置于透镜结构2402上并填充透镜结构2402阵列的间隙。这里，平台结构2403与第一高分子层 310材料相同。
请参照图17，是本发明的实施例6的扩散膜230之平面结构图，其设置有低雾度区域2320，低雾度区域2320的雾度低于所述扩散片其他区域 2320的雾度。可替换的，扩散片雾度由其低雾度区域2320至其他部分，雾度放射状梯度增加。因此，扩散片230的低雾度区域2320兼具扩散的效果，同时低雾度区域2320又可透光，还能提升背光模组的亮度。
实施例7
请参照图6，是本发明的实施例7指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层310截面结构示图。以下仅就实施例7与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第一高分子层310上表面连续设置有具有梯形截面的平台结构2403。这里，平台结构2403与第一高分子层 310的基材2401材料不同，平台结构2403的折射率低于与第一高分子层 310的折射率，平台结构2403阵列设置于透镜结构2402阵列的间隙。
实施例8
请参照图14，是本发明的实施例8指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层310截面结构示图。以下仅就实施例8与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第一高分子层310上表面内嵌设置有具有具有倒置的梯形截面之平台结构2403。这里，平台结构2403与第一高分子层310的基材2401材料不同，平台结构2403的折射率等于第一高分子层310的折射率，平台结构2403阵列设置于透镜结构2402阵列的间隙。
实施例9
请参照图15，是本发明的实施例9指纹识别模组的增亮膜之第一高分子层310截面结构示图。以下仅就实施例9与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，增亮膜的第一高分子层310上表面内嵌设置有具有三角形截面的平台结构2403，平台结构2403可以为三角圆锥体或者四面体。这里，平台结构2403与第一高分子层310的基材2401材料不同，平台结构2403的折射率等于第一高分子层310的折射率，平台结构 2403设置于透镜结构2402阵列的间隙。
实施例10
请参照图18，是本发明的实施例9指纹识别模组的背光模组结构示意图。以下仅就实施例10与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，光学传感器110内嵌设置在反射片210内，光学传感器110 表层涂有可见光反射涂层，但是能接收红外光或紫外光。
实施例11
请参照图19，是本发明的实施例10指纹识别模组的背光模组结构示意图。以下仅就实施例11与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述，光学传感器110设置在扩散膜240上方，光学传感器110对于可见光透明，但是能接收红外光或紫外光。
虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种指纹识别模组，其包括：
LCD显示模组和光学传感器元件，以发射和/或接收生物指纹光学信号；
其中，LCD显示模组包括LCD显示屏，光源，设置在光源一侧的导光板，设置在导光板下方的反射片，设置在导光板上方的扩散片，以及设置在扩散片上方的增亮膜；
所述增亮膜的表面设有多个透镜结构和多个平台结构；
所述平台结构包括平台部；以及
所述平台结构设于多个透镜结构之间和/或多个透镜结构之上，使得外部光基本垂直透过增亮膜的平面。
2.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述增亮膜包括第一高分子层和第二高分子层；
其中，所述第一高分子层和所述第二高分子层相邻设置；
所述第一高分子层具有微结构化表面，所述透镜结构和所述平台结构设置于微结构化表面上；
所述第二高分子层位于所述第一高分子层与所述扩散片之间；
所述第二高分子层表面上也设置有所述透镜结构。
3.根据权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于：所述平台部的平面与所述微结构化表面的平面之间的夹角小于10°。
4.根据权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于：所述平台部的宽度小于相邻透镜结构之间最小距离的1/2。
5.根据权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于：所述平台结构的折射率基本等于所述第一高分子层的折射率。
6.根据权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于：所述平台结构的折射率小于所述第一高分子层的折射率。
7.根据权利要求2-6任一所述的指纹识别模组，其特征在于：所述第二高分子层表面也设置有所述平台结构。
8.根据权利要求7所述的指纹识别模组，其特征在于：所述第一高分子层的所述微结构化表面上之所述透镜结构的取向，不同于所述第二高分子层上的透镜结构的取向。
9.根据权利要求8所述的指纹识别模组，其特征在于：所述第一高分子层的所述微结构化表面上之所述透镜结构的取向，基本垂直于所述第二高分子层上的透镜结构的取向。
10.根据权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于：所述第一高分子层的所述微结构化表面上之所述透镜结构和所述第二高分子层上的透镜结构各自包括多个三角形棱镜或具有圆形顶点的圆角三角形棱镜。
11.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述光学传感器元件发射和/或接收生物指纹光学信号为红外光或紫外光。
12.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述光学传感器元件设置于导光板和反射片之间。
13.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述光学传感器元件设置于反射片的下方。
14.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述光学传感器元件内嵌设置于反射片的内部。
15.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述光学传感器元件设置于增光膜的上方。
16.一种用于指纹识别的电子装置，包括：权利要求1-15所述的指纹识别模组、玻璃盖板、以及感光元件，以接收透过所述的LCD显示器的反馈光学信号。
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