CN112236775A - 光学指纹识别系统和包括其的移动设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及光学指纹识别系统和包括其的移动设备。根据本申请的一个实例，可以使用所述光学指纹识别系统而不改变移动设备的原始结构或构造，因为其具有简单的结构和紧凑的尺寸，并且提供了具有通过指纹的优异的用户识别或认证能力的系统和移动设备。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求基于2018年7月17日提交的韩国专利申请第10-2018-0082701号的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及光学指纹识别系统和包括其的移动设备。
背景技术
根据移动设备如智能手机和平板电脑的普遍化和使用频率增加，这些设备的安全性变得越来越重要。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。
在使用指纹作为生物信息的情况下，典型的指纹识别方法可以包括光学方法和静电电容方法。其中，光学指纹识别可以分为散射法和全反射法。前者为检测与设备的透明指纹接触部直接接触的指纹的脊部分中散射的光的方法，以及后者为检测从对应于指纹的谷部分的指纹接触部的表面全反射的光的方法。在散射法的情况下，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径重叠，使得有对比度降低的问题。在全反射法的情况下，可以确保比散射法的光量相对更大的光量，但是当全反射路径长时，有在全反射光彼此干扰时对比度可能降低的问题。
近来，其中设备正面(用户屏幕观看者侧)的边框部在设备正面(用户屏幕观看者侧)的边框部分中配备有指纹识别部的移动设备已经在商业上取得成功。然而，其中边框部包括指纹识别部的构造与显示器的大面积或无边框趋势不一致。在其中设备背面配备有指纹识别部的移动设备的情况下，其与大面积或无边框趋势一致，但是对于通过这些设备进行指纹认证，不便之处在于：与设备正面配备有指纹识别部的情况相比，需要用户的更非自然的或额外的行为。
另一方面，在移动设备的情况下，确保紧凑的尺寸和便携性是重要的。因此，即使当引入光学指纹识别方法时，用于确保光路径的构造也不需要过度增加整个设备的体积。此外，由于增加了用于指纹识别的构造，因此由于改变设备的原始结构或构造而增加移动设备的制造成本不是优选的。
发明内容
技术问题
本申请的一个目的是提供根据全反射法的可以识别或检测指纹信息的光学指纹识别系统。
本申请的另一个目的是提供光学指纹识别系统，所述光学指纹识别系统能够在不降低显示器的图像品质的情况下在显示面板的显示区域中进行指纹识别。
本申请的另一个目的是提供光学指纹识别系统，可以使用所述光学指纹识别系统而不改变移动设备的原始结构或构造，因为其具有简单的结构和紧凑的尺寸。
本申请的另一个目的是提供能够识别或检测高对比度指纹信息的光学指纹识别系统。
本申请的另一个目的是提供包括所述指纹识别系统的更小边框型移动设备。
本申请的以上目的和其他目的均可以通过以下详细描述的本申请来解决。
技术方案
为了解决现有技术的上述问题并实现以上目的，本申请提供了指纹识别系统，该指纹识别系统包括具有指纹接触部的显示面板、和附接至显示面板的指纹识别芯片。指纹接触部形成在显示面板中的显示部侧上。指纹识别芯片包括光控制层和中间层。然后，光控制层包括用于将从外部入射的光转换为可以全反射至显示面板的指纹接触部的光的第一光控制部和用于将全反射光传输至传感器部的第二光控制部。
有益效果
根据本申请的一个实例，可以提供可以应用于移动设备而不改变移动设备的原始结构或构造的光学指纹识别系统，因为其具有简单的结构和紧凑的尺寸。此外，该系统可以识别与屏幕显示部接触的指纹而不会降低显示器的图像品质。因此，当与具有常规指纹识别功能的移动设备相比时，包括该系统的移动设备具有优异的用户识别或认证能力而不会增加制造成本。
附图说明
图1示意性地示出了使用全反射的光学指纹识别方法。在如图1中的使用全反射的光学指纹识别的情况下，当指纹接触显示面板的显示部时，光可以在对应于指纹的谷部分的显示面板的界面处全反射，并且全反射光可以通过传感器检测。
图2示意性地示出了根据本申请的一个实例的光学指纹识别芯片和包括其的设备。具体地，图2(a)示意性地示出了本申请的系统和设备的截面，图2(b)示例性地示出了形成在除非显示部之外的显示部上的指纹识别区域。
图3是使用根据本申请的一个实例的系统拍摄的指纹的图像。
在下文中，将参照附图详细地描述根据本申请的一个实例的系统和包括其的设备。为了便于说明，所示的各构造的尺寸或形状可以被放大或缩小。
100：显示面板
110：指纹接触部
120：显示部
120’：显示部中的指纹识别区域
130：非显示部
200：指纹识别芯片
210：中间层
220：光控制层
221：第一光控制部
222：第二光控制部
300：光源部
400：传感器部
具体实施方式
在本申请的一个实例中，本申请涉及光学指纹识别系统。该系统具有预定的构造，使得可以使用全反射法来进行光学指纹识别。例如，如下所述，本申请的系统配置成使得从光源提供的光可以透射至显示面板的指纹接触部，并且从指纹接触部全反射的光可以透射至传感器。
在这方面，图1示意性地说明了当在显示面板的显示部上接触指纹时，检测从对应于指纹的谷部分的显示面板的界面全反射的光的全反射法，图2示意性地示出了根据本申请的一个实例的光学指纹识别(或输入)芯片和包括其的设备的截面。如下将参照图1和图2描述本申请的发明。
本申请的系统包括：包括指纹接触部的显示面板、和附接至显示面板的指纹识别芯片。
本申请的系统中使用的指纹识别芯片具有附接至完成的显示面板的背面的构造。在与指纹识别设备有关的韩国专利申请第10-2017-0147008号和第10-2017-0147033号中，本申请的发明人提出了以下发明：将提供用于指纹识别的必要光路径的构造定位在显示面板与作为指纹接触部的屏幕部(显示部)之间。在以上申请发明的情况下，存在可以在大面积内进行指纹识别的优点，但是由于包括屏幕部的显示面板的制造过程中涉及用于指纹识别的构造，因此存在制造过程变得复杂、制造成本增加以及发生显示器的图像品质的不期望的变化的问题。考虑到这一点，本申请提供了这样的指纹识别系统：制造过程简单，因为显示面板的制造过程中不涉及用于指纹识别的芯片构造；不发生显示器的图像品质变化；并且其易于批量生产，因为其通过将完成的指纹芯片附接至完成的显示面板来制造。
显示面板的指纹接触部可以位于显示部或屏幕部的侧面，在屏幕部或显示部处用户可以在视觉上识别显示面板中的屏幕。此外，其中可以实际接触用户的指纹以参与提供与指纹识别有关的光路径的指纹识别区域可以存在于指纹接触部的区域的一部分中。即，在本申请中，指纹接触部可以是显示部，并且作为指纹接触部的区域的一部分的指纹识别区域可以是显示部的一个区域。换言之，本申请的系统在边框区域中不具有与指纹识别有关的区域，而是包括指纹接触部作为显示面板的显示部区域，其中显示了通过显示面板实现的形状或图案。
指纹识别芯片包括光控制层和中间层。
光控制层包括提供指纹识别所需的光路径的两个区域，即第一光控制部和第二光控制部。光控制部可以为设置成仅对以特定角度入射的光执行预定功能的构造。即，光控制部可以将部分或全部入射光转换为具有与入射光不同的角度的输出光。例如，如下所述，第一光控制部可以将入射在第一光控制部的下表面上的光原样提供给第一光控制部的上表面，或者可以将所述光转换为具有不同角度的光以将其提供给第一光控制部的上表面。此外，如下所述，第二光控制部可以将入射在第二光控制部的上表面上的具有特定角度的光原样提供给第二光控制部的下表面，或者可以将所述光转换为具有不同角度的光以将其提供给第二光控制部的下表面。在本申请中，“上表面”可以意指在特定层构造的表面中基于厚度方向接近显示面板的指纹接触部的表面，“下表面”可以意指在特定层构造的表面构造中位于被称为上表面的表面的相反方向上的表面。根据光的行进路径，下表面和上表面可以分别被称为光入射表面或入射表面和光发射表面或发射表面。
具体地，如图2(a)中，第一光控制部可以设置成使得以第一角度(θ0)从第一光控制部的下表面入射的光(L0)朝向中间层发射为具有等于或不同于第一角度(θ0)的第二角度(θA)的光(LA)。在一个实例中，从第一光控制部的发射表面发射第二角度(θA)的光的第一光控制部的发射表面可以为除第一光控制部的下表面之外的另一表面或内部的任何区域。更具体地，本申请的系统可以被配置成使得第二角度(θA)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。在本申请中，所述角度为由光的行进方向与设置在水平面上的层(或光入射层或光入射表面)的法线所形成的角度，并且其单位为°(度)，其可以具有大于0°至小于90°的大小。此外，光所具有的角度根据沿光的行进方向的各构造的相对位置可以被称为入射角或出射角。第二角度(θA)的光可以通过第一光控制部朝向定位在光控制层上的显示面板提供，具体地朝向中间层，并且更具体地向中间层的下表面提供。
如图2(a)中，第二光控制部可以被设置成使得以第四角度(θB’)入射在第二光控制部的上表面上的光(LB’)发射至第二光控制部的下表面。在一个实例中，从其发射以第四角度(θB’)入射的光的第二光控制部的发射表面可以为除第二光控制部的上表面之外的第二光控制部的另一表面或内部的任何区域。更具体地，本申请的系统可以被配置成使得以第四角度(θB’)入射在第二光控制部上的光可以从第二光控制部的侧表面和/或下表面、或者第二光控制部内部的任何区域和/或点发射。如下所述，在指纹接触部界面处全反射以到达第二光控制部的上表面的光可以通过第二光控制部透射至传感器部，并且可以用于指纹识别。
如上所述，本申请的光控制层可以分为可以彼此不同地控制光的角度或路径的两部分，并因此可以提供如图2(a)中的光路径。
在本申请中，由第一光控制部产生的第二角度(θA)的光在穿过如下所述的光路径之后可以用于指纹识别。为了用于指纹识别，从第一光控制部发射的第二角度(θA)的光必须通过透过中间层而不是在中间层与光控制层之间的界面处全反射来到达指纹触摸的显示面板的表面层(指纹接触部)。即，可以提供本申请的系统使得第二角度(θA)的光可以透过中间层。
在一个实例中，当光控制层和中间层的折射率不同时，更具体地，当光控制层的折射率大于中间层的折射率时，本申请的系统中的第二角度(θA)的光可以满足以下关系表达式2。更具体地，关于第二角度(θA)，本申请的系统可以设置成使得从第一光控制部发射的第二角度(θA)的光满足以下关系表达式2以透过中间层的下表面和中间层。可以使用斯涅尔定律(Snell’s law)获得以下关系表达式。
[关系表达式2]
θA＜(180°/π)x sin-1(n2/n3)
以上关系表达式2示例性地限定了这样的条件：从光控制层的第一光控制部朝向中间层的第二角度(θA)的光不会从中间层的下表面(或中间层与光制控层之间的界面)全反射。即，以上关系表达式2意指从第一光控制部发射的角度(θA)的光可以透过(transmit)中间层的下表面或中间层的条件。在以上关系表达式2中，n2为中间层的折射率，以及n3为光控制层中的第一光控制部或第二光控制部的折射率。此时，n3和n2的大小可以相同或不同，并且在一个实例中，n3可以大于n2。
在一个实例中，第一光控制部和第二光控制部可以被包括在芯片中，同时形成一个层。
指纹识别系统还包括中间层。具体地，系统可以顺序地包括在显示面板的指纹接触部的相反表面上的中间层和光控制层。在本申请中，关于层间层叠体位置使用的术语“上”或“上方”可以意指不仅包括一个构造直接形成在另一构造上的情况，而且还包括在这些构造之间插入有第三构造的情况。
在一个实例中，中间层可以为透明层。除非另有说明，否则在本申请中关于层的特性使用的术语“透明”意指这样的情况：其中对于波长为380nm至780nm的可见光的透射率为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。透射率的上限为约100％，其可以小于100％。
可以提供中间层以便能够确保在指纹接触部上识别指纹的区域。
例如，在本申请的系统中，中间层的厚度满足以下关系表达式1。
[关系表达式1]
W＝(D1+D2)x tan(θA)
在以上关系表达式1中，W为系统中进行指纹识别的区域的一个方向的长度，D1为显示面板的厚度，以及D2为中间层的厚度。
关于以上关系表达式1，符号“＝”可以用作包括关于近似值的符号“
”或关于图2a中的W等描述的波浪符号的含义。
关于以上关系表达式1，W为形成进行指纹识别的区域(即，指纹识别区域)的面积的在至少一个方向上的长度。
满足以上关系表达式1的中间层可以延伸指纹接触部区域，更具体地指纹识别区域(其涉及提供指纹识别所需的光路径)的一个方向的长度。例如，在没有中间层(D2＝0)的情况下，作为图1中用于指纹识别的指纹接触部的一个方向的长度的W的值仅取决于显示面板，因此，与在具有中间层的情况下相比，减小了进行指纹识别的区域的一个方向的长度W(＝D1×tan(θA))。考虑到对薄显示面板的需求增加，中间层的缺乏(D2＝0)和显示面板的厚度(D1)减小导致指纹识别区域的减小，因此存在无法将能够进行指纹识别的足够的光学信息递送至传感器的问题。
考虑到如下所述的各层的实际厚度、折射率等，tan(θA)的大小可以大于1至小于4，并且W可以处于约2mm至10mm的水平。更具体地，使用在设备的正面具有约10cm至15cm左右的长度的移动电话作为实例，指纹识别所需的指纹接触部的最小的一个方向的长度W可以为5mm，其中如果显示面板的厚度(D1)为1.5mm并且tan(θA)为约2.5左右，则优选中间层的厚度(D2)为约0.5mm左右。
如上所述，本申请的指纹识别系统通过将芯片附接至完成的显示面板来制造，并因此具有在提供薄的显示面板的同时可以确保足够的指纹识别区域的优点。
当透过如上所述的中间层与第一光控制部的界面的第二角度(θA)的光透过中间层入射在显示面板上时，其可以作为等于或不同于第二角度(θA)的第三角度(θB)的光(LB)入射在显示面板上。然后，该系统可以配置成使得第三角度(θB)的光在指纹的作为显示面板和指纹的接触部分的脊处被透射，并且在指纹的作为显示面板和指纹的非接触部分的谷处被全反射。本申请的系统可以配置成使得在指纹的谷部分处的全反射光可以经由中间层和光控制层(第二光控制部)再次到达传感器。此时，指纹的脊处或指纹的脊与指纹接触部之间的界面处的第三角度(θB)的光可以被散射和/或反射以及透射。
具体地，根据接触显示面板的指纹接触部的指纹图案确定入射在显示面板上的第三角度(θB)的光是否在显示面板的上表面处被全反射。例如，该系统可以被设置成使得入射至显示面板的第三角度(θB)的光满足以下关系表达式3和4。
[关系表达式3]
θB＞(180°/π)x sin-1(n0/n1)
以上关系表达式3示例性地限定了第三角度(θB)的光从显示面板的与空气接触的上表面(空气与显示面板指纹接触部之间的界面，或者指纹的谷部分与显示面板指纹接触部之间的界面)被全反射的条件。在以上关系表达式3中，n0为作为空气的折射率的1，n1为显示面板的折射率。
[关系表达式4]
θB＜(180°/π)x sin-1(nh/n1)
当指纹与显示面板接触时，以上关系表达式4示例性地限定了第三角度(θB)的光在显示面板的其中显示面板与指纹直接接触的上表面(指纹脊和指纹接触部的界面)处被透射而没有被全反射(或者可以同时发生透射、散射和反射)的条件。在以上关系表达式4中，n1为显示面板(或包括指纹接触部的显示面板)的折射率，nh为当指纹接触显示面板时与显示面板直接接触的指纹部分的折射率。此时，直接接触显示面板的指纹区域可以为如图1中的脊。另一方面，指纹的谷部分被空气占据，并因此谷部分的折射率可以被认为是1(＝n0)。因此，当在显示面板上不存在指纹时，第三角度(θB)的光在透明基础层与空气之间的界面处被全反射，但是当指纹与显示面板接触时，第三角度(θB)的光在指纹的作为直接接触部的脊处被透射(或者可以同时发生透射和散射以及反射)，由此在本申请的系统中可以提供在指纹的谷处全反射的光，使得其可以用于指纹识别。
此外，在根据本申请的一个实例中，在本申请中，系统可以被设置成使得从与空气接触的上表面(指纹接触部)全反射的第三角度(θB)的光可以透过中间层。
在一个实例中，当显示面板的折射率大于中间层的折射率时，不应在中间层的上表面(即，显示面板与中间层之间的界面)处发生全反射，使得第三角度(θB)的光可以满足以下关系表达式5。
[关系表达式5]
θB＜(180°/π)x sin-1(n2/n1)
当显示面板的折射率大于中间层的折射率时，以上关系表达式5示例性地限定了在显示面板与中间层之间的界面处不发生全反射的条件，并且第三角度(θB)的光可以透过中间层的上表面。在以上关系表达式5中，n1为显示面板的折射率，n2为中间层的折射率。
沿着上述光路径入射在中间层上的光可以作为具有等于或不同于第三角度(θB)的第四角度(θB’)的光入射在第二光控制部上。然后，第四角度(θB’)的光通过第二光控制部发射至第二光控制部的下表面，并且发射的光(L出)可以被位于第二光控制部的下部上的传感器识别。
因此，本申请的系统可以以如下方式识别用户的指纹：确定在由通过第一光控制部发射的第二角度(θA)的光产生的第三角度(θB)的光中，‘在显示面板的与空气接触的界面(即，显示面板的指纹接触部)处全反射并且入射在传感器上的光’与‘由于在显示面板和指纹的直接接触部处的透射(或者可以同时发生透射、散射和反射)而具有非常少的量的入射在传感器上的光’之间的光量差。
在一个实例中，该系统还可以包括位于第一光控制部下方的光源部。光源部意指能够朝向第一光控制部辐射光的构造。即，第一光控制部可以将从光源部以第一角度(θ0)入射的光转换为朝向中间层的具有不同于第一角度(θ0)的第二角度(θA)的光并发射该光。
光源部的具体构造没有特别限制。
在一个实例中，考虑到可见光源可以改变显示图像品质以及紫外线光源会对显示面板具有非常低的透射率的事实，光源部可以具有能够辐射红外线的构造。
在一个实例中，光源部的尺寸可以为4mm2至25mm2。此外，光源可以辐射1mW至500mW范围内的红外线。
在一个实例中，当光源部辐射红外线时，中间层可以具有覆盖有紫外线或可见光阻挡滤光片的构造。当覆盖有阻挡滤光片时，其可以良好地阻挡从显示面板朝向显示器的背表面泄漏的光或外部阳光，从而提高被位于中间层下方的滤光片识别的指纹图像的对比度。
如果光源部位于第一光控制部下方，则在第一光控制部与光源部之间存在或不存在第三构造无关紧要。例如，在第一光控制部与光源部之间还可以存在单独的构造，或者这些构造还可以在没有任何单独的构造的情况下彼此间隔开并定位。可替选地，第一光控制部和光源部可以彼此直接接触，使得光源部可以直接定位在第一光控制部的下表面上。
在一个实例中，从光源入射在第一光控制部上的光可以垂直于第一光控制部的下表面。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度，其例如考虑到制造误差或变化等来使用。此时，误差或变化可以在±10°以内、±8°以内、±6°以内、±4°以内、±2°以内、±1°以内、±0.5°以内、±0.2°以内、或±0.1°以内。如上，当来自光源的垂直于第一光控制部的下表面(即，相对于显示面板的法线基准角θ0＝0°)的光入射在第一光控制部上时，考虑到各层的实际折射率或各层的厚度，从第一光控制部发射的光的第二角度(θA)可以在大于42°至小于90°、或45°至75°的范围内。
在一个实例中，光控制层和中间层的面积可以相同或不同。例如，光控制层的面积可以与中间层的面积相同，并且其可以小于或大于中间层的面积。在本申请中，“面积”可以意指在沿与形成层的系统的各构造的表面的法线方向平行的方向从上部或下部观察各构造时，观察到相关构造的面积，例如，正交投影面积。因此，未考虑由于目标用于面积比较的构造的不均匀性等引起的实际面积的增加或减小。
在一个实例中，第一光控制部和光源部的面积可以相同或不同。例如，第一光控制部的面积可以与光源部的面积相同，或者可以小于或大于光源部的面积。
在一个实例中，第一光控制部的面积可以等于或大于光源部的面积。当满足该面积关系时，从光源入射在第一光控制部的下表面上的光可以有效地用于指纹识别。
在一个实例中，该系统还可以包括位于第二光控制部下方的传感器部。传感器部可以意指用于检测和/或确定在显示面板处被全反射之后透过第二光控制部的光的构造。即，第二光控制部可以将以第四角度(θB’)入射在第二光控制部的上表面上的光发射至传感器部。
可以没有限制地使用各种各样类型的已知传感器，只要可以执行以上功能即可。在一个实例中，当光源部为红外光源时，传感器部可以为覆盖有紫外线或可见光阻挡滤光片的传感器。在这种情况下，被传感器识别的指纹图像的对比度可以通过良好地阻挡泄漏至显示面板的背面的光或外部阳光来提高。
在一个实例中，传感器部的有效面积可以为5mm2至100mm2。
如果传感器部位于第二光控制部下方，则在第二光控制部与传感器部之间存在或不存在第三构造无关紧要。例如，在第二光控制部与传感器部之间还可以存在单独的构造，或者这些构造还可以在没有任何单独的构造的情况下彼此间隔开并定位。可替选地，第二光控制部和传感器部可以彼此直接接触，使得传感器部可以直接定位在第二光控制部的下表面上。
在一个实例中，第二光控制部可以具有这样的构造：其将入射在第二光控制部的上表面上的光转换为垂直光并将该垂直光发射至传感器部。
在一个实例中，第二光控制部和传感器部的面积可以相同或不同。例如，第二光控制部的面积可以与传感器部的面积相同，或者可以小于或大于传感器部的面积。
在一个实例中，传感器部的面积可以等于或大于第二光控制部的面积。当满足该面积关系时，透过第二光控制部的光可以有效地用于指纹识别。
在一个实例中，芯片可以包括中间层、光控制层和光源部。例如，如上所述，光源部可以定位在第一光控制部的下表面上。
在一个实例中，芯片可以包括中间层、光控制层和传感器部。例如，如上所述，传感器部可以定位在第二光控制部的下表面上。
在一个实例中，芯片可以包括中间层、光控制层、光源部和传感器部。例如，如上所述，光源部和传感器部可以定位在各光控制部的下表面上，例如，它们可以一起形成一个层。
根据本申请的一个实施方案，为了提供这样的光路径，本申请的系统可以如下配置或设置。
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其中光的行进方向或角度由与相邻媒介的折射率差决定的特性的元件。当本申请的光控制部为折射光学元件时，可以考虑到相应的层之间的折射率来配置光控制部，以便满足本申请中描述的光路径。
衍射光学元件可以意指具有其中光的行进方向或角度由图案的形状和图案之间的间距决定的特性的元件。当本申请的光控制部为衍射光学元件时，可以考虑到相应的层之间的折射率和衍射图案来配置光控制部，以便满足本申请中描述的光路径。
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)。全息术是用于将干涉图案记录在光敏介质中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将干涉图案记录在具有非常小的光敏颗粒的膜上并使用再生光使其再现的膜。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以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、光路径和/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、光致抗蚀剂、卤化银乳剂、重铬酸盐明胶、照相乳剂、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，并且可以具体地为仅由光聚合物组成的膜，或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面积中具有相同的衍射效率，第二光控制部也可以在其整个面积中具有相同的衍射效率，其中各个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分别为一个层上的通过仅改变记录光的角度或衍射图案而形成的一些区域。可替选地，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，具有透明度的中间层的种类没有特别限制。例如，其可以包括玻璃或聚合物树脂。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，中间层可以具有其中层合有许多玻璃或聚合物树脂的构造。即使在具有这样的层合构造的情况下，中间层也可以设置成执行本申请中所需的功能并且满足描述的关系表达式。
在一个实例中，显示面板、中间层、光控制层及其详细构造可以各自具有彼此相同或不同的折射率。例如，所述层的折射率可以各自独立地在大于1至3或更小的范围内。在包含各种各样材料的显示面板的情况下，折射率根据表面或内部区域而不同，但是其折射率可以大致在上述范围内。在本申请中，折射率可以意指对紫外线、可见光或红外线的折射率。可见光的波长可以在约380nm至780nm的范围内，紫外线或红外线的波长可以在上述范围之外。例如，紫外线的波长可以在约1nm至380nm的范围内，红外线的波长可以在780nm至1mm的范围内。
虽然折射率可以随光而改变，但是折射率的变化程度并不大。在一个实例中，所述层可以各自具有在1.4至1.75、1.4至1.70、或1.45至1.65的范围内的折射率。虽然没有特别限制，但是层之间的折射率差可以为0.0001至1.5或更小、或者0.0001至1或更小。在光控制层的情况下，可以在能够执行本申请中所需的功能的范围内将第一光控制部和第二光控制部的折射率调节为相同或不同。即使当包括在显示面板中的指纹接触部具有如下所述的膜形式时，其也可以具有上述折射率。
显示面板、中间层和光控制层的具体厚度没有特别限制，只要满足关系表达式1等即可。
例如，显示面板的厚度可以为约3.0mm或更小、约2.5mm或更小、约2.0mm或更小、或者约1.5mm或更小。此时，显示面板的厚度可以为在包含厚度为约1.5mm或更小、约1.0mm或更小、约0.5mm或更小、或者约0.3mm或更小的指纹接触部的状态下的厚度，并且具有该厚度的指纹接触部可以为如下所述的功能膜例如硬度增强膜。厚度的下限可以为例如配置成能够执行作为显示面板的功能的最小尺寸，其没有特别限制。
此外，例如，中间层的厚度可以为约3.0mm或更小、约2.5mm或更小、约2.0mm或更小、或者约1.5mm或更小。中间层的厚度下限没有特别限制，只要其不限制如上所述的各构造的功能即可。例如，厚度下限可以为0.01mm或更大、或者0.1mm或更大。
此外，例如，在光控制层的情况下，光控制层可以具有约2.0mm或更小、或者约1.5mm或更小的厚度，例如1,000μm或更小、500μm或更小、300μm或更小、300μm或更小、或者100μm或更小的厚度。
在一个实例中，指纹接触部是本申请的系统中暴露于外部环境的区域，其可以是由功能膜形成的部分。例如，显示面板的指纹接触部可以包括由硬度增强膜、防污膜、装饰膜和抗反射膜构成的功能膜中的一者或更多者。例如，硬度增强膜如玻璃可以定位在显示面板的表面层上。即使当包括这样的功能膜时，也选择指纹接触部以便不妨碍本申请中所需的光路径，由此本申请的系统可以执行上述目的。
在本申请中，显示面板的构造或类型没有特别限制，例如，可以使用已知的LCD(液晶显示器)、OLED(有机发光二极管)、或IGZO(铟镓锌氧化物)。
在一个实例中，显示面板、中间层和光控制层可以通过预定的压敏粘合层保持粘合状态。即使在具有这样的压敏粘合构造的情况下，显示面板、中间层和光控制层也可以设置成使得执行本申请中所需的功能并且满足以下关系表达式。作为参考，当与显示面板、中间层和光控制层的厚度相比时，压敏粘合层以约1/10至1/1,000的水平、1/50至1/150的水平、1/80至1/120的水平或1/100的水平具有非常小的厚度，使得其不充当限制上述光路径的因素。此外，为了不限制上述光路径，也可以将压敏粘合层的折射率调节为上述构造中的每一者的折射率水平。压敏粘合层的种类或组成没有特别限制，并且其可以为例如丙烯酸类压敏粘合层或有机硅压敏粘合层。
在本申请的另一个实例中，本申请涉及包括所述指纹识别系统的移动设备。移动设备的类型没有特别限制，并且其可以为例如智能手机、平板PC、PDA设备、或笔记本电脑，其中包括显示面板的设备的厚度小于5cm、小于4cm、或小于3cm。
在一个实例中，所述设备可以为所谓的更小边框的设备。在本申请中，更小边框意指这样的情况：其中在设备的用户可以识别屏幕的正面上作为非显示部的被边框占据的面积极小。例如，设备正面上的显示部的面积可以为90％或更大、或者95％或更大。
图3是使用根据本申请的一个实例的系统拍摄的指纹的图像。具体地，制备包括光控制层(厚度为约70μm)和对约850nm的红外波长的折射率为约1.5的透明丙烯酸类基底(中间层)(厚度为约1mm)的指纹识别芯片，所述光控制层包括第一光控制部和第二光控制部，并且包括对约850nm的红外波长的折射率为约1.5的全息膜。将指纹识别芯片附接至呈包含盖玻璃(指纹接触部)的状态的总厚度为1.5mm的显示面板(对可见光的透射率为约1％)的下部，并且制造具有如图2(a)中的层合构造的指纹识别系统。然后，光源部使得可以用波长为约850nm的光照射光控制层。此时，作为第一光控制部，使用衍射光学膜，其中记录衍射图案使得基于显示面板的法线，光源部的以0°入射在第一光控制部的下表面上的入射光可以以65°发射，作为第二光控制部，使用衍射光学膜，其中记录衍射图案使得基于显示面板的法线，来自上表面的入射光可以以0°的角度(即，垂直于第二光控制部的下表面的角度)发射。图3是通过如下获得的图像：在具有上述构造的设备中，使指纹与盖玻璃接触并用CCD(电荷耦合器件)拍摄在第二光控制部的下部中出现的图像。
如上所述，已经参照作为本申请的示例性实例的图1至3描述了本申请的发明，但是本申请的保护范围不限于上述实例和附图。此外，本技术领域所属技术领域的普通技术人员将理解，在本发明的技术思想和范围内，可以对权利要求中描述的发明进行各种改变或修改。
Claims (21)
1.一种指纹识别系统，包括：
包括指纹接触部的显示面板；和附接至所述显示面板的指纹识别芯片，
其中所述指纹识别芯片包括：包含第一光控制部和第二光控制部的光控制层；和中间层，
所述第一光控制部设置成使得以第一角度(θ0)从所述第一光控制部的下表面入射的光朝向所述中间层发射为具有不同于所述第一角度(θ0)的第二角度(θA)的光，
所述第二光控制部设置成使得以第四角度(θB’)入射在所述第二光控制部的上表面上的光发射至所述第二光控制部的下表面，以及
所述中间层设置成使得能够确保在所述指纹接触部上识别指纹的区域。
2.根据权利要求1所述的指纹识别系统，顺序地包括在所述显示面板中的所述指纹接触部的相反表面上的所述中间层和所述光控制层。
3.根据权利要求1所述的指纹识别系统，其中所述指纹接触部包括由硬度增强膜、防污膜、装饰膜和抗反射膜构成的功能膜中的一者或更多者。
4.根据权利要求1所述的指纹识别系统，其中所述系统具有在所述显示面板中的显示部的区域的一部分上的指纹识别区域。
5.根据权利要求1所述的指纹识别系统，其中所述系统设置成使得从所述第一光控制部发射的所述第二角度(θA)的光透过所述中间层的下表面。
6.根据权利要求5所述的指纹识别系统，其中所述系统设置成使得从所述第一光控制部发射的所述第二角度(θA)的光通过满足以下关系表达式2透过所述中间层的下表面：
[关系表达式2]
θA＜(180°/π)x sin-1(n2/n3)
(其中，n2为所述中间层的折射率，以及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，并且n3大于n2)。
7.根据权利要求5所述的指纹识别系统，其中所述系统设置成使得以所述第二角度(θA)入射在所述中间层的下表面上的光以等于或不同于所述第二角度(θA)的第三角度(θB)入射在所述显示面板上，
所述第三角度(θB)的光通过满足以下关系表达式3在所述指纹接触部的与空气接触的界面处能够被全反射，以及所述第三角度(θB)的光通过满足以下关系表达式4在所述指纹接触部的指纹和所述显示面板彼此直接接触的界面处能够透射：
[关系表达式3]
θB＞(180°/π)x sin-1(n0/n1)
[关系表达式4]
θB＜(180°/π)x sin-1(nh/n1)
(其中，n0为作为空气的折射率的1，n1为所述显示面板的折射率，以及nh为与所述指纹接触部直接接触的指纹部分的折射率)。
8.根据权利要求7所述的指纹识别系统，其中所述系统设置成使得在与空气接触的指纹接触部界面处被全反射的所述第三角度(θB)的光透过所述中间层的上表面。
9.根据权利要求8所述的指纹识别系统，其中所述系统设置成使得在所述指纹接触部的与空气接触的界面处被全反射的所述第三角度(θB)的光通过满足以下关系表达式5透过所述中间层的上表面：
[关系表达式5]
θB＜(180°/π)x sin-1(n2/n1)
(其中，n1为所述显示面板的折射率，n2为所述中间层的折射率，并且n1大于n2)。
10.根据权利要求1所述的指纹识别系统，还包括定位在所述第一光控制部下方的光源部，其中所述第一光控制部设置成将以所述第一角度(θ0)从所述光源部入射的光朝向所述中间层发射为具有不同于所述第一角度(θ0)的第二角度(θA)的光。
11.根据权利要求10所述的指纹识别系统，其中所述光源部设置成将垂直光发射至所述第一光控制部。
12.根据权利要求10所述的指纹识别系统，还包括定位在所述第二光控制部下方的传感器部，其中所述第二光控制部设置成将以所述第四角度(θB’)入射在所述第二光控制部的上表面上的光发射至所述传感器部。
13.根据权利要求12所述的指纹识别系统，其中所述第二光控制部将入射在所述上表面上的光转换为垂直光并将所述垂直光并将其发射至所述传感器部。
14.根据权利要求1所述的指纹识别系统，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。
15.根据权利要求14所述的指纹识别系统，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。
16.根据权利要求11所述的指纹识别系统，其中所述光源部辐射红外线。
17.根据权利要求16所述的指纹识别系统，其中所述中间层覆盖有紫外线或可见光阻挡滤光片。
18.根据权利要求17所述的指纹识别系统，其中所述传感器部覆盖有紫外线或可见光阻挡滤光片。
19.根据权利要求1所述的指纹识别系统，其中所述中间层的厚度满足以下关系表达式：
[关系表达式1]
W＝(D1+D2)x tan(θA)
其中，W为所述系统中实现指纹识别的区域的一个方向的长度，D1为所述显示面板的厚度，以及D2为所述中间层的厚度。
20.一种包括根据权利要求1至18中任一项所述的指纹识别系统的移动设备。
21.根据权利要求19所述的移动设备，具有显示部在所述设备的正面上的面积为90％或更大的无边框特征。
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