CN112036325A - 指纹识别模组与显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种指纹识别模组，用于屏下的指纹识别，其包括光学传感模组、至少两个发光元件、至少两个第一偏振片、第二偏振片以及至少两个偏振旋转器。每一个发光元件设置于光学传感模组的周边。光学传感模组用于采集由发光元件发射且由手指反射的光以形成指纹图像。每一个发光元件的出光面的一侧设置有第一偏振片。第二偏振片正对光学传感模组且位于该光学传感模组获取指纹光信号的一侧，第一偏振片的偏振轴与第二偏振片的偏振轴相互垂直。正对每一个第一偏振片设置有偏振旋转器，每一个偏振旋转器位于第一偏振片远离发光元件的一侧，用于旋转第一偏振片产生的偏振光以改变该偏振光的偏振态。本发明还提供一种应用指纹识别模组的显示装置。

Description

指纹识别模组与显示装置
技术领域
本发明涉及一种指纹识别模组与具有该指纹识别模组的显示装置。
背景技术
显示装置的屏幕上玻璃不开孔洞加上指纹辨识功能(即，全屏幕指纹识别)被使用者青睐。全屏幕指纹识别目前以光学式以及超声波式为主流，超声波式指纹辨识成本较高，容易受到穿透厚度及适用屏幕等限制。光学式识别相对成本较低，穿透厚度及适用屏幕限制较小。
在显示屏下的指纹识别模组中，当显示屏使用辅助光源作为光学指纹检测辅助光源来产生指纹影像，所述指纹识别模组的辅助光源和采集指纹图像的光学传感模组位于显示屏的下方。显示屏中的结构件(比如反射片会)反射所述辅助光源发射的一部分光，并使其进入光学传感模组内，成为采集指纹光信号过程中的杂散光，杂散光易导致光学传感模组的成像质量受到干扰，影响指纹辨识的正确性。
发明内容
本发明一方面提供一种指纹识别模组，用于屏下的指纹识别，包括：
光学传感模组；
至少两个发光元件，每一个发光元件设置于所述光学传感模组的周边，所述光学传感模组用于采集由所述发光元件发射且由手指反射的光以形成指纹图像；
每一个发光元件的出光面的一侧设置有第一偏振片；
第二偏振片，正对所述光学传感模组且位于所述光学传感模组获取指纹光信号的一侧，所述第一偏振片的偏振轴与所述第二偏振片的偏振轴相互垂直；以及，
正对每一个第一偏振片设置有偏振旋转器，每一个偏振旋转器位于所述第一偏振片远离所述发光元件的一侧，用于旋转与所述偏振旋转器正对的第一偏振片产生的偏振光以改变该偏振光的偏振态。
本发明另一方面提供一种显示装置，包括：
显示屏；
盖板，覆盖所述显示屏以保护所述显示屏；
背光模组，位于所述显示屏远离所述盖板的一侧；以及，
所述指纹识别模组，位于所述背光模组远离所述显示屏的一侧且用于所述显示屏下的指纹识别。
相对于现有技术，所述指纹识别模组利用所述第一偏振片、所述第二偏振片与所述偏振旋转器能抑制非指纹信号的杂散光进入所述光学传感模组，有效地提高了所述光学传感模组产生的指纹图像的清晰度。
附图说明
图1为本发明实施例一的显示装置与指纹识别模组的结构示意图。
图2为本发明实施例一的包含背光模组的显示装置的结构示意图。
图3为发光元件围绕光学传感模组的平面示意图。
图4为本发明实施例二的显示装置与指纹识别模组的结构示意图。
主要元件符号说明
显示装置 100、200、
指纹识别模组 10、40、
显示屏 20
光学传感模组 101
镜筒 1011
镜头 1012
传感芯片 1013
发光元件 102
第一偏振片 103
第二偏振片 104
偏振旋转器 105
偏振片组 106
第三偏振片 1061
第四偏振片 1062
背光模组 30
反射片 301
背光源 302
导光板 303
盖板 50
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
附图中示出了本发明的实施例，本发明可以通过多种不同形式实现，而并不应解释为仅局限于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明更为全面和完整的公开，并使本领域的技术人员更充分地了解本发明的范围。
除非另外定义，这里所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所述领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应当理解，比如在通用的辞典中所定义的那些的术语，应解释为具有与它们在相关领域的环境中的含义相一致的含义，而不应以过度理想化或过度正式的含义来解释，除非在本文中明确地定义。
实施例一
参阅图1，本发明实施例一提供的显示装置100，其包括显示屏20与位于所述显示屏20下的指纹识别模组10，当手指按压所述显示装置100时，所述指纹识别模组10用于屏下指纹图像采集与指纹识别。
本实施例中，所述显示屏20为液晶显示屏，其可包括彩色滤光基板、与所述彩色滤光基板相对设置的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)阵列基板、位于所述彩色滤光基板与TFT阵列基板之间的液晶层，所述显示屏20还包括位于所述彩色滤光基板背离所述液晶层一侧的上偏振片和位于所述TFT阵列基板背离所述液晶层一侧的下偏振片。
如图1所示，指纹识别模组10包括光学传感模组101、至少两个发光元件102、第一偏振片103、第二偏振片104与偏振旋转器105。所述至少两个发光元件102设置在所述光学传感模组101周边，每一个发光元件102的出光面朝向所述显示屏20，即朝向所述光学传感模组101获取指纹光信号的方向。每一个发光元件102的出光面的一侧设置有第一偏振片103，所述第一偏振片103偏振所述发光元件102发射的光。所述第二偏振片104正对所述光学传感模组101且位于所述光学传感模组101获取指纹光信号的一侧，亦即所述第二偏振片104位于所述光学传感模组101靠近所述显示屏20的一侧；所述第一偏振片103的偏振轴与所述第二偏振片104的偏振轴相互垂直。正对每一个第一偏振片103设置有偏振旋转器105，每一个偏振旋转器105位于所述第一偏振片103远离所述发光元件102的一侧，用于旋转与所述偏振旋转器正对的第一偏振片103产生的偏振光以改变该偏振光的偏振态。每一个偏振旋转器105位于其正对的第一偏振片103产生的偏振光的光路上。
在本实施例中，所述发光元件102发射的光作为指纹检测辅助光源，所述光学传感模组101用于采集由所述发光元件102发射且由手指反射的光以形成指纹图像。
在本实施例中，每一个所述发光元件102与位于其出光面一侧的第一偏振片103相互平行；每一个偏振旋转器105与其正对的所述第一偏振片103平行。
在本实施例中，所述偏振旋转器105与所述第一偏振片103的数目相同；所述第一偏振片103与所述发光元件102的数目相同。
在本实施例中，所述偏振旋转器105位于所述显示屏20与所述第一偏振片103之间，所述第二偏振片104位于所述光学传感模组101与所述显示屏20之间。每一个偏振旋转器105与其正对的第一偏振片103之间间隔设置，所述间隔的尺寸不做具体限制，只要保证所述第一偏振片103产生偏振光能通过所述偏振旋转器105即可。在其他实施例中，每一个偏振旋转器105与其正对的第一偏振片103也可以不间隔设置，依照实际情况设计。
参照图2，所述显示装置100还包括背光模组30，为所述显示屏20提供图像显示所需的光源。所述背光模组30位于所述显示屏20与所述指纹识别模组10之间。所述背光模组30包括位于所述显示屏20靠近所述指纹识别模组10一侧的反射片301，位于所述反射片301与所述显示屏20之间的导光板303，以及位于所述反射片301与所述显示屏20一侧的背光源302。所述反射片301反射所述背光源302发射的光，且所述导光板303对背光源302发射的光进行导光，从而所述反射片301与所述导光板303有利于使得背光源成为所述显示屏20的面光源。在本实施例中，每一个偏振旋转器105位于所述反射片301远离所述显示屏20的一侧。
在一实施例中，每一个偏振旋转器105可以贴合在反射片301远离所述显示屏20的一侧。
在现有的指纹识别模组中，当每一个发光元件发射的光进过反射片时，所述发光元件发射的光会被反射片反射从而进入光学传感模组中，成为光学传感模组采集指纹光信号时的杂散光，造成指纹图像模糊。但，在本实施例中，每一个发光元件102发射的光经过一个第一偏振片103成为特定偏振态的偏振光A，当部分所述特定偏振态的偏振光A被所述反射片301反射至所述第二偏振片104时，由于所述第二偏振片104的偏振轴与所述第一偏振片103的偏振轴相互垂直，此部分特定偏振态的偏振光A无法通过所述第二偏振片104进入所述光学传感模组101。故，所述第二偏振片104与所述第一偏振片103的配合使用能有效避免因前述杂散光进入光学传感模组101造成的指纹图像模糊的问题。
在本实施例中，每一个发光元件102的出光面被一个所述第一偏振片103覆盖，所述光学传感模组101获取指纹光信号的一侧被所述第二偏振片覆盖每，从而每一个第一偏振片103能使每一个发光元件102出射光尽可能地全部变成偏振光，以及使得由手指指纹反射的光均先进入所述第二偏振片104再进入所述光学传感模组101。如此，可最大程度地防止前述杂散光进入光学传感模组101，从而造成的指纹图像模糊的现象。
在避免所述杂散光进入所述光学传感模组101同时，为确保穿过所述显示屏20传送至手指并由手指反射后的所述偏振光A能穿过所述第二偏振片104进入所述光学传感模组101。进一步地，在本实施例中，在每一个发光元件102出光面的一侧且正对每一个第一偏振片103的位置设置有所述偏振旋转器105。因为所述偏振旋转器105旋转所述第一偏振片103产生的偏振光A并改变了所述偏振光A的偏振态，所以使得传送至手指后且由手指反射的偏振光A能够通过所述第二偏振片104进入所述光学传感模组101。
在本实施例中，所述背光模组30还包括位于所述反射片301与所述显示屏20之间层叠设置的扩散片与增光片(图中未示)。
在本实施例中，每一个发光元件为发光二极管(light emitting diode,LED)。每一个发光元件102与所述光学传感模组101间的距离、倾斜角度与排列方式不作具体限制，每一个发光元件102围绕所述光学传感模组101排列方式可以为方格状、同心圆状、对角状等任意形状。图3示意了四个发光元件围绕所述光学传感模组101形成矩形方格和同心圆状的情况。
在本实施例中，每一个发光元件102皆发射可见光或不可见光。所述第一偏振片103、所述第二偏振片104与所述偏振旋转器105根据每一个发光元件102发射的光的波长范围进行选择。具体地，当每一个发光元件102发射可见光时，所述第一偏振片103与所述第二偏振片104为可见光偏振片，且所述偏振旋转器105用于旋转所述第一偏振片103产生的可见光波长范围内的偏振光并改变该偏振光的偏振态；此时，所述偏振旋转器105为双折射性质的塑胶、玻璃或者其他透光的材质。当每一个发光元件102发射不可见光时，所述第一偏振片103与所述第二偏振片104为不可见光偏振片，且所述偏振旋转器105用于旋转所述第一偏振片103产生的不可见光波长范围内的偏振光并改变该偏振光的偏振态；此时所述偏振旋转器105为半导体材料构成。
在一实施例中，所述偏振旋转器105可为半波片。所述第一偏振片103与所述第二偏振片104可为金属线栅偏振片，且所述金属线栅偏振片的格栅内的齿状结构的间隔范围为50nm～250nm，且所述格栅内的齿状结构的占空比范围为0.2～0.6。如图2所示，所述光学传感模组101还包括镜筒1011、位于镜筒1011内镜头1012，以及位于镜筒1011远离所述第二偏振片104一侧的传感芯片1013。所述第二偏振片104位于所述镜筒1011远离所述传感芯片1013的一侧且正对所述镜头1012。所述镜筒1011用于固定所述镜头1012，所述镜头1012用以汇聚指纹光信号，所述传感芯片1013用于根据所述镜头1012会聚的指纹光信号进行成像。
在一实施例中，所述第二偏振片104位于所述镜筒1011上，所述第二偏振片104覆盖所述镜筒1011，使得进入所述光学传感模组101的光线先通过所述第二偏振片，有利于防止前述杂散光。
在本实施例中，所述镜头1012包括至少一片透镜(图未示)。所述传感芯片1013可为但不限于光学指纹传感器。所述传感芯片1013可为包括具有多个光学感应单元的感应阵列(图未示)，此时，所述镜头1012为具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，微透镜阵列位于在传感芯片1013的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。
如图2所示，所述显示装置100还包括盖板50，所述盖板50位于所述显示屏20远离所述背光模组30的一侧，所述盖板50覆盖所述显示屏20以保护所述显示屏20。
在本实施例中，所述盖板50可以具体为透明盖板，比如玻璃盖板或者蓝宝石盖板。人体手指按压所述显示装置300实际上可以是指手指按压所述盖板50。
在本实施例中，所述显示装置100还包括位于所述光学传感模组101远离所述第二偏振片104一侧的电路板。所述光学传感模组101可以通过焊盘焊接到所述电路板，并通过所述电路板实现与所述显示装置300的其他元件的电性互连和信号传输。所述电路板可为软性电路板(flexible printed circuit，FPC)。
实施例二
参阅图4，本发明实施例二提供的显示装置200包括上述显示屏20、所述背光模组30及位于所述显示屏20下的指纹识别模组40，当手指按压所述显示装置200时，所述指纹识别模组40用于屏下指纹图像采集与指纹识别。所述指纹识别模组40也包括所述光学传感模组101、至少两个发光元件102、所述第一偏振片103、所述第二偏振片104与所述偏振旋转器105。所述光学传感模组101、每一个发光元件102、所述第一偏振片103、所述第二偏振片104与所述偏振旋转器105在所述显示装置200中的位置和作用与在所述显示装置200中的位置和作用是相同的。
如图4所示，所述指纹识别模组40还包括偏振片组106，所述偏振片组106正对所述第二偏振片104设置，且位于所述第二偏振片104远离所述光学传感模组101的一侧。所述偏振片组106由沿所述偏振片组106指向所述第二偏振片104方向层叠设置的第三偏振片1061与第四偏振片1062构成，且所述第三偏振片1061的偏振轴与所述第四偏振片1062的偏振轴相互垂直。在本实施例中所述第三偏振片1061与所述第四偏振片1062上下位置可以变换，所述第三偏振片1061与所述第四偏振片1062可以贴合在一起也可以间隔设置，只要保证所述第三偏振片1061的偏振轴与所述第四偏振片1062的偏振轴相互垂直即可；所述第三偏振片1061在所述第四偏振片1062上的正投影至少部覆盖所述第四偏振片1062。
在本实施例中，所述偏振片组106与所述第二偏振片104间隔设置的。所述偏振片组106位于所述反射片301远离所述显示屏20的一侧，所述偏振片组106可贴合在所述反射片301上。所述偏振片组106与所述第二偏振片104之间的间隔的尺寸不做具体限制，只要保证通过所述偏振片组106的光能传送至所述第二偏振片104即可。在其他实施例中，所述偏振片组106与所述第二偏振片104也可以不间隔设置，依照实际情况设计。
在本实施例中，每一个发光元件102为近红外光的发光二极管，所述第一偏振片103与第二偏振片104为近红外光偏振片，所述偏振旋转器105为半导体材料构成，且所述第三偏振片1061与所述第四偏振片1062为均为可见光偏振片。可以理解的，此时，所述第三偏振片1061与所述第四偏振片1062构成的偏振片组106只能对可见光进行偏振，不能偏振每一个发光元件102发射的近红外光。在其他实施例中，每一个发光元件102发射其他波长范围的不可见光。
在本实施例中，所述第三偏振片1061与所述第四偏振片1062可为吸收型的高分子材料构成的可见光偏振片或为双折射材料构成的可见光偏振片，但不限于此。
在上述不包含所述偏振片组106的指纹识别模组10中，在所述显示屏20亮屏状态下，所述显示屏20的背光源302发射的光会穿过所述反射片301，使得所述显示屏20下方的所述光学传感模组101会同时接收发光元件102发射的且被手指反射的光以及所述显示屏20的背光源302发射的光，从而导致所述光学传感模组101采集的指纹图像出现模糊甚至过度曝光的问题。然，在所述指纹识别模组40中，对可见光进行偏振且偏振轴相互垂直的所述第三偏振片1061与所述第四偏振片1062可将背光源302发射的光衰减至0.005％以下，从而抑制了所述显示屏20的背光源302发射的光进入所述光学传感模组101。
在本实施例中，在使用相同的可见光的偏振片情况下，每一个发光元件102发射的近红外光穿过可见光偏振片(所述第一偏振片103与所述第二偏振片104)的透光率可以到达90％以上。因此，在相同的照度下，所述光学传感模组101所接收到的近红外光强度与可见光强度的相差4至5个级数(近红外光强度与可见光强度的相差104至105)，从而使用发射近红外光的发光元件102可有效提高指纹识别模组40侦测指纹图像的效率。
在一实施例中，偏振轴相互垂直的所述第三偏振片1061与所述第四偏振片1062为正对设置，且两者的尺寸一样，以保证经过所述第三偏振片1061的光量与经过所述第四偏振片1062的光量是一样的；所述偏振片组106在所述第二偏振片104上的正投影完全覆盖所述第二偏振片104。如此，使得所述背光源302发射的光尽可能地先经过所述偏振片组106再进入所述光学传感器模组101，进一步有效地抑制因所述背光源302引起的指纹图像模糊与过度曝光的问题。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术案的范围。

Claims (11)

1.一种指纹识别模组，用于屏下的指纹识别，其特征在于，包括：
光学传感模组；
至少两个发光元件，每一个发光元件设置于所述光学传感模组的周边，所述光学传感模组用于采集所述发光元件发射的且由手指反射的光以形成指纹图像；
每一个发光元件的出光面的一侧设置有第一偏振片；
第二偏振片，正对所述光学传感模组且位于所述光学传感模组获取指纹光信号的一侧，所述第一偏振片的偏振轴与所述第二偏振片的偏振轴相互垂直；以及
正对每一个第一偏振片设置有偏振旋转器，每一个偏振旋转器位于所述第一偏振片远离所述发光元件的一侧，用于旋转与所述偏振旋转器正对的第一偏振片产生的偏振光以改变该偏振光的偏振态。
2.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，每一个发光元件的出光面被一个所述第一偏振片覆盖，所述光学传感模组获取指纹光信号的一侧被所述第二偏振片覆盖。
3.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，当每一个发光元件发射可见光时，每一个第一偏振片与所述第二偏振片为可见光偏振片，且所述偏振旋转器用于旋转所述第一偏振片产生的可见光波长范围的偏振光以改变该偏振光的偏振态。
4.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，当每一个发光元件发射不可见光时，每一个第一偏振片与所述第二偏振片为不可见光偏振片，且所述偏振旋转器用于旋转所述第一偏振片产生的不可见光波长范围的偏振光以改变该偏振光的偏振态。
5.如权利要求4所述的指纹识别模组，其特征在于，所述指纹识别模组还包括正对所述第二偏振片设置的偏振片组，所述偏振片组位于所述第二偏振片远离所述光学传感模组的一侧；所述偏振片组由沿所述偏振片组指向所述第二偏振片方向层叠设置的两片偏振片构成，且该两片偏振片的偏振轴相互垂直。
6.如权利要求5所述的指纹识别模组，其特征在于，所述发光元件为发射近红外的发光二极管，所述第一偏振片与所述第二偏振片为近红外光偏振片，且所述偏振片组的两片偏振片均为可见光偏振片。
7.如权利要求5所述的指纹识别模组，其特征在于，所述偏振片组的两片偏振片尺寸相同且正对设置；所述偏振片组在所述第二偏振片上的正投影完全覆盖所述第二偏振片。
8.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述第一偏振片与所述第二偏振片为金属线栅偏振片，所述金属线栅偏振片的格栅内的齿状结构的间隔范围为50nm～250nm，且所述格栅内的齿状结构的占空比范围为0.2～0.6。
9.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述偏振旋转器为半波片。
10.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述光学传感模组还包括镜筒、位于镜筒内的镜头，以及位于镜筒远离所述第二偏振片一侧的传感芯片，所述第二偏振片位于所述镜筒远离所述传感芯片的一侧且正对所述镜头，所述镜头用以汇聚指纹光信号，所述传感芯片用于根据所述镜头会聚的指纹光信号进行成像。
11.一种显示装置，其特征在于，包括：
显示屏；
盖板，覆盖所述显示屏以保护所述显示屏；
背光模组，位于所述显示屏远离所述盖板的一侧；以及
如权利要求1至10任意一项中所述的指纹识别模组，所述指纹识别模组位于所述背光模组远离所述显示屏的一侧，用于所述显示屏下的指纹识别。
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