CN112257636A - 指纹传感器 - Google Patents

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CN112257636A CN202011186989.1A CN202011186989A CN112257636A CN 112257636 A CN112257636 A CN 112257636A CN 202011186989 A CN202011186989 A CN 202011186989A CN 112257636 A CN112257636 A CN 112257636A
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闵丙日
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Abstract

本申请涉及一种指纹传感器，包括传感器延迟层、传感器偏振光层、多个透镜和图像传感器，其中，传感器延迟层配置于显示面板的一侧，将向传感器延迟层方向行进的圆偏振光变换为线性偏振光并且供显示面板生成的非偏振光通过；传感器偏振光层配置于传感器延迟层的远离显示面板的一侧，用于供线性偏振光通过并将非偏振光转换为传感器线性偏振光，非偏振光通过传感器偏振光层减小光量；多个透镜配置于传感器偏振光层的远离传感器延迟层的一侧，用于使线性偏振光和线性偏振光中垂直入射的光集中于透镜的焦点，使倾斜入射的光折射以偏离焦点；图像传感器配置于透镜的远离传感器偏振光层的一侧，图像传感器由多个受光部构成，受光部与焦点一一对应。

Description

指纹传感器
技术领域
本申请涉及指纹传感器。
背景技术
指纹传感器拍摄指纹的图像并转换为电信号。为进行指纹图像拍摄，现有的光学式指纹传感器具有向指纹照射光并使光反射的光学系统。然而，由于棱镜、反射镜、透镜等光学系统通常占据较大的体积，因此难以对具有光学式指纹传感器的电子装置小型化。
一方面，以手机或平板电脑等便携式电子装置为中心，安装指纹传感器的电子装置的种类和数量正在增加。为了在电子装置的前表面安装指纹传感器，必须将与指纹接触的指纹传感器的传感部暴露。因此，为了设计或保护显示面板而使用保护介质(如保护玻璃或透明膜等)覆盖电子装置的整个前表面的情况下，难以在电子装置的前表面安装感应静电容量变化的电容式(capacitor)指纹传感器。另外，也难以使指纹传感器位于显示面板的下部。
发明内容
提供一种使显示指纹的脊(ridge)和谷的光之间的对比度提高的指纹传感器。
根据本申请的一方面，提供一种指纹传感器，用于在保护玻璃及配置于所述保护玻璃的一侧的显示面板中生成与所述保护玻璃接触的手指的指纹图像，所述指纹传感器包括传感器延迟层、传感器偏振光层、多个透镜和图像传感器，其中，所述传感器延迟层配置于所述显示面板的一侧，所述传感器延迟层将向所述传感器延迟层方向行进的圆偏振光变换为向所述传感器延迟层方向行进的线性偏振光，并且供所述显示面板生成的向所述传感器延迟层方向行进的非偏振光通过，所述圆偏振光为所述显示面板生成的向所述保护玻璃方向行进的光，所述圆偏振光被位于保护玻璃的远离所述显示面板的指纹的谷的靠近所述显示面板的区域反射，从而向所述传感器延迟层方向行进；所述传感器偏振光层配置于所述传感器延迟层的远离所述显示面板的一侧，所述传感器偏振光层用于供向所述传感器延迟层方向行进的线性偏振光通过，并将所述非偏振光转换为传感器线性偏振光，所述非偏振光通过所述传感器偏振光层减小光量；所述多个透镜配置于所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的一侧，且与所述传感器偏振光层有间隔，所述透镜用于使向所述传感器延迟层方向行进的所述线性偏振光和所述线性偏振光中垂直入射的光集中于所述透镜的焦点，使倾斜入射的光折射以偏离所述焦点；所述图像传感器配置于所述透镜的远离所述传感器偏振光层的一侧，所述图像传感器由多个受光部构成，所述受光部与所述焦点一一对应。
可选地，所述传感器偏振光层具有传感器偏振光轴，所述传感器偏振光轴相对于所述传感器延迟层的慢轴倾斜45度。
可选地，所述传感器偏振光轴垂直于显示器偏振光层的偏振光轴。
可选地，所述传感器延迟层用于使沿着快轴透射的向所述传感器延迟层方向行进的所述圆偏振光的第一偏振光成分，与沿着慢轴透射的向所述传感器延迟层方向行进的所述圆偏振光的第二偏振光成分之间产生λ/4的相位差。
可选地，所述多个受光部中的第一受光部用于接收向所述传感器延迟层方向行进的所述线性偏振光和所述传感器线性偏振光，并且所述多个受光部中的第二受光部用于接收所述传感器线性偏振光。
可选地，所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的表面是折射率不同的两种介质间的界面。
可选地，在所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的表面，垂直入射的向所述传感器延迟层方向行进的所述线性偏振光和所述传感器线性偏振光垂直行进，倾斜入射的向所述传感器延迟层方向行进的所述线性偏振光和所述传感器线性偏振光以比入射角大的折射角折射。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光屏蔽结构，所述倾斜光屏蔽结构配置于所述传感器偏振光层与所述图像传感器之间，所述倾斜光屏蔽结构具有垂直于结构表面的贯通孔，所述透镜位于所述贯通孔内。
可选地，所述图像传感器还包括多个结构层，多个所述结构层位于所述图像传感器的靠近所述透镜的表面与多个所述受光部之间，多个所述结构层沿水平方向延伸，多个所述结构层在多个所述受光部的靠近所述透镜的一侧形成有开口，所述水平方向与所述结构层的厚度方向垂直。
可选地，多个所述结构层的开口的直径随着所述结构层与所述受光部间的距离的增大而增大。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光屏蔽结构，所述倾斜光屏蔽结构配置于所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的表面，所述倾斜光屏蔽结构的内部具有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层形成有开口，并且所述倾斜光屏蔽结构的远离所述传感器延迟层的表面与所述多个透镜间隔开，所述水平方向与所述传感器延迟层的厚度方向垂直。
可选地，所述指纹传感器还包括光屏蔽层，所述光屏蔽层位于所述透镜的周边区域，所述光屏蔽层用于屏蔽朝向所述图像传感器入射的光。
可选地，一个所述透镜对应于构成一个受光部的多个单元受光部，所述透镜使通过多个光路径的垂直入射角范围内的光分别集中于多个对应的所述单元受光部。
根据本申请的另一个方面，提供一种指纹传感器，所述指纹传感器用于在保护玻璃及配置于所述保护玻璃的一侧的显示面板中生成与所述保护玻璃接触的手指的指纹图像，所述指纹传感器包括多个透镜、传感器延迟层、传感器偏振光层和图像传感器，其中，多个所述透镜配置于所述显示面板的一侧，多个所述透镜用于将向所述透镜方向行进的圆偏振光和所述显示面板生成的沿垂直向所述透镜方向行进的非偏振光集中于焦点，并且将倾斜入射的光折射以偏离所述焦点，向所述透镜方向行进的所述圆偏振光为所述显示面板生成的向所述保护玻璃方向行进的光，向所述透镜方向行进的所述圆偏振光，被位于所述保护玻璃的远离所述显示面板的表面的指纹的谷的靠近所述显示面板的区域反射，而沿垂直向所述透镜方向行进；所述传感器延迟层配置于所述多个透镜的远离所述显示面板的一侧，所述传感器延迟层用于将折射后的向所述透镜方向行进的所述圆偏振光转换为向所述透镜方向行进的线性偏振光，并供折射后的非偏振光通过；所述传感器偏振光层配置于所述传感器延迟层的远离所述透镜的一侧，所述传感器偏振光层用于供折射后的向所述透镜方向行进的所述线性偏振光通过，并将折射后的所述非偏振光转换为传感器线性偏振光，所述非偏振光通过所述传感器偏振光层而减小光量；所述图像传感器配置于所述传感器偏振光层的远离所述透镜的一侧，所述图像传感器由多个受光部构成，所述受光部与所述焦点一一对应。
可选地，所述显示面板的靠近所述透镜的表面是折射率不同的两种介质间的界面。
可选地，在所述显示面板的靠近所述透镜的表面，垂直入射的向所述透镜方向行进的所述圆偏振光和所述非偏振光垂直行进，倾斜入射的向所述透镜方向行进的所述圆偏振光和所述非偏振光以比入射角大的折射角折射。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光屏蔽结构，所述倾斜光屏蔽结构配置于所述显示面板与所述传感器延迟层之间，所述倾斜光屏蔽结构具有垂直于结构表面的贯通孔，所述透镜位于所述贯通孔内。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光屏蔽结构，所述倾斜光屏蔽结构配置于所述显示面板的靠近所述透镜的表面，在所述倾斜光屏蔽结构的内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层在多个所述透镜的靠近所述显示面板的一侧形成有开口，所述倾斜光屏蔽结构的靠近所述透镜的表面与多个所述透镜间隔开，所述水平方向与所述结构层的厚度方向垂直。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光屏蔽结构，所述倾斜光屏蔽结构配置于多个所述透镜与所述传感器延迟层之间，所述倾斜光屏蔽结构的内部具有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层在所述多个透镜的远离所述显示面板的一侧形成有开口，所述水平方向与所述结构层的厚度方向垂直。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光屏蔽结构，所述倾斜光屏蔽结构配置于所述传感器偏振光层与所述图像传感器之间，所述倾斜光屏蔽结构的内部具有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层在所述多个透镜的远离所述显示面板的一侧形成有开口，所述水平方向与结构层的厚度方向垂直。
可选地，所述指纹传感器还包括光屏蔽区域及光路径区域，所述光屏蔽区域及光路径区域配置于所述传感器延迟层与所述传感器偏振光层之间并且沿水平方向延伸，所述光路径区域位于多个所述透镜的远离所述显示面板的一侧，所述水平方向与所述传感器延迟层的厚度方向垂直。
根据本申请实施例的指纹传感器能够更清楚地区分显示指纹的脊和谷的光，从而能够生成鲜明的指纹图像。
附图说明
以下，参照附图所示的实施例说明本申请。为了帮助理解，在全部附图中，相同的构成成分被赋予相同的附图标记。附图所示的构成只是为了示例性地说明本申请而体现的实施例，不用于限定本申请的范围。尤其，为了帮助理解发明，附图中部分构成成分被夸张地显示。附图是用于理解发明的手段，因此应当理解：在附图中显示的构成成分的宽度或厚度等在实际实现时会有所不同。
图1为概括示出具有指纹传感器的电子装置的示意图；
图2(a)和图2(b)分别概括示出利用面板光的指纹图像生成的概念的图；
图3为概括示出指纹传感器的工作原理的截面图；
图4为用于说明指纹传感器中增加从指纹的脊射出的光与从指纹的谷射出的光之间的区别的结构的一例的图；
图5(a)和图5(b)分别示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的实施例的图；
图6(a)和图6(b)分别为示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的实施例的图；
图7示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例；
图8示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例；
图9为用于说明指纹传感器中增加从指纹的脊射出的光与从指纹的谷射出的光之间的区别的结构的另一例的图；
图10(a)和图10(b)分别示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的实施例；
图11(a)和图11(b)分别示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的实施例；
图12示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例；以及
图13为示例性地示出具有提高的对比度的指纹图像的图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、电子装置；20、显示面板；21、显示器偏振光层；22、显示器延迟层；23、像素层；30、保护玻璃；31、指纹获取区域；31v、谷下区域；31r、脊接触的区域；32a、下部涂覆区域；32b、上部涂覆区域；33、光；34、面板光；40、手指；100、指纹传感器；110、传感器延迟层；120、传感器偏振光层；121、下表面；130、透镜；140、图像传感器；141、第一受光部；142、第二受光部；143、上表面；200、倾斜光屏蔽结构；210、贯通孔；310、第三光路径；410、第一层；420、第二层；430、第三层；440、光屏蔽层；450、第四光路径；550、第五光路径；850、第六光路径；851、第七光路径；1411、单元受光部；1411’、单元区域；900、指纹图像；900a、第一倾斜光屏蔽结构；900b、第二倾斜光屏蔽结构；910、第一光屏蔽区域；920、第二光屏蔽区域；915、第一光路径区域；925、第二光路径区域；901、谷；902、脊。
具体实施方式
本申请可以进行多样的变更并可以具有多种实施例，因此附图中示出特定实施例并通过详细的说明详细地对此进行说明。但这并非针对特定实施形态限定本申请，而应当理解为包括在本申请的构思及技术范围内的所有变更、同等物及替代物。尤其，以下参考附图说明的功能、特征、实施例可以单独或与其他实施例结合实现。因此，应当注意的是本申请的范围并非限定于附图所示的形态。
一方面，本说明书中使用的术语中“实质上”、“几乎”、“约”等表达是考虑到实际实现时适用的边缘或可能产生的误差的表达。例如，“实质上90度”应当被解释为包括可以预期与90度时的效果相同的效果的角度。又例如，“几乎没有”应当被解释为包括即使存在任何的微乎其微的物质也可以忽略的程度。
一方面，只要没有特别说明，“侧面”或“水平”用于说明附图的左右方向，“垂直”用于说明附图的上下方向。另外，只要没有特别定义，角度、入射角等以垂直于附图示出的水平面的假想直线为基准。
在全部附图中，使用相同的附图标记引用相同或相似的成分。
图1为概括示出具有指纹传感器的电子装置的示意图。
具有指纹传感器的电子装置10包括显示面板20、触摸传感器(未图示)及指纹传感器100。指纹传感器100拍摄位于上部的保护玻璃(cover glass)30的手指的指纹，生成指纹图像。指纹传感器100配置于显示面板20的下部，能够生成指纹图像。虽然图中未进行示出，但与指纹传感器100有相同结构的指纹传感器层配置于显示面板20的至少部分或整个下表面，并能够在任意位置生成指纹图像。指纹传感器100与指纹传感器层具有相同原理和结构，区别仅在于在显示面板20的下表面占据的面积和/或能够生成指纹图像的位置，因此以下以指纹传感器100为中心进行说明。
图1示例出前表面附着有保护玻璃30的智能手机作为电子装置10的一例。保护玻璃30的下表面形成有上部涂覆区域32b及下部涂覆区域32a，该上部涂覆区域及下部涂覆区域定义用于暴露显示面板20的区域。一方面，根据电子装置10的种类，左右涂覆区域(未图示)可以分别连接于上部涂覆区域32b及下部涂覆区域32a的两端。电子装置10的前表面可以配置有占据较大面积的显示面板20及占据较小面积的扬声器、摄像头、和/或照度传感器。保护玻璃30覆盖整个显示面板20，根据电子装置10的种类，也可以覆盖电子装置的部分或全部前表面。显示面板20位于保护玻璃30的下部，指纹传感器100位于显示面板20的下部。
图2为概括示出利用面板光的指纹图像生成的概念的图。
参照图2的(a)，指纹传感器100可以利用显示面板20中生成的光(以下称为面板光)生成指纹图像。显示面板20中生成的光33中的至少一部分朝向保护玻璃30垂直行进。指纹的脊接触保护玻璃30时，到达保护玻璃与脊的接触点的光被脊吸收。而到达相当于指纹的谷901的位置的光朝向显示面板反射。其中，反射的光通过显示面板20后到达指纹传感器100。以多种角度被反射的光能够以多种角度到达指纹传感器100。指纹传感器100利用以多种角度被反射的光中垂直通过显示面板20的面板光(panel light)34来生成指纹图像。图2的(b)中，由于是检测在对应于指纹的谷901的位置处被反射的光，因此在指纹图像中，指纹的谷901显示得相对亮，指纹的脊显示得相对暗。
生成用于生成指纹图像所需的面板光34的光源可以是显示面板20。显示面板20打开G、B像素的组合，生成朝向手指40照射的面板光34。其中，面板光34例如可以是可见光，也可以是绿光或蓝光。为了去除属于近红外线波段以上的波段的光的影响，指纹传感器100包括包含红色的IR截止滤光器。若手指40位于保护玻璃30上的指纹获取区域31，则位于指纹获取区域31的下部的G、B像素的组合和/或位于指纹获取区域31以外区域的下部的G、B像素的组合被打开。
图3为概括示出指纹传感器的工作原理的截面图。
参考图3，指纹传感器100包括传感器延迟层110、传感器偏振光层120、透镜130及图像传感器140。
层叠的传感器延迟层110和传感器偏振光层120配置于显示面板20的下部。显示面板20的下表面射出的光通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120后入射到透镜130。由透光的物质形成的层(以下称为透光层)介于显示面板20的下表面与传感器延迟层110的上表面之间或传感器延迟层110的下表面与传感器偏振光层120的上表面之间，或配置于传感器偏振光层120的下表面上。以下，为避免不必要的混淆，将省略对透光层的说明。传感器偏振光层120与位于其下部的透镜130间隔开。
在传感器偏振光层120与透镜130之间的空间填充例如空气。因此，传感器偏振光层120的下表面121是两个具有不同折射率的介质之间的界面。由于空气的折射率比传感器偏振光层120的折射率小，因此在传感器偏振光层120内，朝向下表面121的光以比入射角大的折射角被折射。光可以被传感器偏振光层120的下表面121折射约-90度至约90度。朝向下表面121上的位置a的入射角实质上为90度的垂直光I90不被折射。与之相反，朝向位置a的入射角比90度小或大的第一倾斜光Iθ以比入射角大的角度被折射。入射角接近全反射角度的光可以在下表面121以几乎90度被折射。倾斜折射后的第二倾斜光Iθ’的一部分到达透镜130，倾斜折射后的第二倾斜光Iθ’的剩余部分到达朝向透镜130之间暴露的图像传感器140的上表面143。
透镜阵列包括在实质上水平的平面上排列的多个透镜130。透镜130的下表面实质上为平面，上表面为曲面。即，透镜130的水平截面为圆形，沿垂直方向离中心越远，水平截面的直径越小。在透镜阵列中，透镜130以与图像传感器140的受光部对应的方式排列。一实施例中，一个透镜对应一个受光部。另一实施例中，一个透镜可以对应多个受光部。
透镜130使实质上垂直入射到曲面的垂直光I90集中到焦点f，使以其他角度入射的第二倾斜光Iθ’折射到焦点f以外的位置。焦点f由透镜的直径、曲率等确定，位于透镜中心的下方。通常互补金属氧化物半导体图像传感器(CIS，CMOS Image Sensor)包括调节焦点的光学透镜及用于增加入射到受光部的光的光量的微透镜。光学透镜对应于整个图像传感器，微透镜对应于图像传感器的各受光部，透镜130以与图像传感器140的受光部对应的方式排列，但从使入射的光集中于焦点的方面来看，接近于CIS模块的光学透镜。CIS模块的微透镜使具有一定范围的入射角的光朝向受光部并使光量集中，但透镜130仅使垂直光I90集中到焦点f而使具有其他入射角的第二倾斜光Iθ’偏离焦点。其中，垂直光I90是具有垂直及几乎垂直的入射角并可以到达与透镜130一一对应的各受光部的光。
通过作为不同折射率的介质的界面的传感器偏振光层120的下表面121与透镜130的配合，图像传感器140可以只检测垂直光I90。垂直光I90和第一倾斜光Iθ入射到下表面121上的相同的位置a。垂直光I90不经过折射而到达透镜130曲面。相反，折射后的第二倾斜光Iθ’的一部分被折射后到达透镜130的曲面，剩余部分到达相邻的其他透镜130的曲面。实质上垂直入射到透镜130的曲面的垂直光I90无论入射点在何处均被折射向透镜130的焦点f。相反，以垂直以外的角度入射到透镜130的曲面的第二倾斜光Iθ’至少无法到达入射的透镜130的焦点f。一方面，以垂直以外的角度入射到透镜130b的第二倾斜光Iθ’根据入射点和/或入射角而不同，但可以到达位于透镜130b的右侧的其他透镜的焦点，但至少无法到达透镜130的焦点f。
在图像传感器140的上表面中，入射到未形成透镜阵列的区域(平面区域)的光可以偏离焦点f。垂直入射到平面区域的垂直光I90不被折射，因此能够到达焦点f。另外，以垂直以外的角度入射到平面区域的第一倾斜光Iθ在上表面143被折射，可不到达焦点f。从图像传感器140的上表面143至受光部的光的路径填充有折射率比空气大的物质。即，图像传感器140的上表面143是折射率不同的两个介质的界面。因此，向图像传感器140入射的光的折射角比入射角大。虽然入射到平面区域的第二倾斜光Iθ’无法到达透镜130的焦点f，但一部分可以到达相邻的透镜130的焦点。在传感器偏振光层120与透镜阵列之间配置折射率不同的介质的结构来有效地检测直行的光，以适当角度折射后的光可能会到达周围的受光部。因此，以下利用上述原理说明光不到达周围受光部的结构的实施例。
以下，在全部附图中，延迟层上表示的影线示出慢轴的方向，偏振光层上表示的影线示例性地表现出相对于沿水平方向延伸的慢轴的偏振光轴的方向。一方面，示出显示器延迟层的慢轴和传感器延迟层的慢轴均沿水平方向延伸，或显示器延迟层的慢轴和传感器延迟层的慢轴沿垂直方向延伸。这只是为了帮助理解而单纯地表示，应当理解为没有必要将传感器延迟层的慢轴整齐排列于显示器延迟层的慢轴。
图4为用于说明指纹传感器中增加从指纹的脊射出的光与从指纹的谷射出的光之间的区别的结构的一例的图。
指纹传感器100配置于显示面板20的下部。显示面板20包括显示器偏振光层21、层叠于显示器偏振光层21的下部的显示器延迟层22、以及配置于显示器延迟层22的下部并形成有产生光的多个像素P的像素层23。在显示面板20的下表面可以配置有由不透光材料例如金属或合成树脂形成的保护层，该保护层用于保护显示器偏振光层21、显示器延迟层22及像素层23。一实施例中，指纹传感器100可以配置在去除了保护层的一部分的区域中(以下称为完成型结构)。另一实施例中，指纹传感器100可以被制造成膜形态而层压于显示面板20的下表面。图像传感器140附着于传感器偏振光层120的下表面，从而能够实现指纹传感器(以下称为组装型结构)。以下，为避免说明的重复，以完成型为中心进行说明。
显示器偏振光层21及显示器延迟层22可提高显示面板20的可视性。通过显示面板20的上表面入射的外来光是非偏振光。外来光入射到显示器偏振光层21的上表面时，只有与显示器偏振光层21的偏振光轴实质上一致的显示器线性偏振光通过显示器偏振光层21。若显示器线性偏振光通过显示器延迟层22，则成为顺时针方向或逆时针方向旋转的显示器圆偏振光(或椭圆偏振光)。若显示器圆偏振光被像素层23反射并再次入射到显示器延迟层22，则成为反射的线性偏振光。其中，如果显示器延迟层22的偏振光轴相对于慢轴倾斜约45度，则显示器线性偏振光的偏振光轴与反射的线性偏振光的偏振光轴相互垂直。因此，反射的线性偏振光，即，被像素层23反射的外来光被显示器偏振光层21屏蔽，无法射向显示器外部。因此，显示面板20的可视性提高。
参照图4，指纹传感器100包括传感器延迟层110、传感器偏振光层120、透镜130及图像传感器140。传感器延迟层110配置于传感器偏振光层120的上部，图像传感器140配置于传感器偏振光层120的下部。传感器偏振光层120的偏振光轴可以相对于传感器延迟层110的慢轴倾斜第一角度如+45度。传感器偏振光层120与透镜130间隔开，例如空气可以介于二者之间。
一实施例中，传感器延迟层110可以层叠于传感器偏振光层120的上表面。层叠的传感器延迟层110和传感器偏振光层120可以附着于显示面板20的下表面。另一实施例中，可以通过薄膜晶体管实现图像传感器140。因此，指纹传感器100可以通过层叠膜形态的传感器延迟层110、传感器偏振光层120及图像传感器140而制造。
透镜130配置于图像传感器140的上部。透镜130使第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2中实质上的垂直光I90集中，以使得其朝向图像传感器140的第一受光部141及第二受光部142。另外，透镜130使第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2中倾斜行进的第一倾斜光Iθ(以下称为倾斜光)折射，以使得其偏离第一受光部141及第二受光部142。即，透镜130可以配置于一个受光部的上部。以下，如果没有特别说明，入射到第一受光部141和第二受光部142的光为垂直光I90。
图像传感器140由第一受光部141和第二受光部142构成。第一受光部141检测从传感器偏振光层120射出的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2，第二受光部142检测传感器线性偏振光PD2。通过第一受光部141将第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2转换为具有与接收的光的光量对应的大小的像素电流，通过第二受光部142将传感器线性偏振光PD2转换为具有与接收的光的光量对应的大小的像素电流。第一受光部141或第二受光部142例如可以由一个光电二极管或多个光电二极管(以下称为PD阵列)构成。一实施例中，一个或两个光电二极管可以对应一个像素P。在另一实施例中，PD阵列可以对应一个像素P。在又一实施例中，一个或两个光电二极管可以对应多个像素P。在又一实施例中，PD阵列可以对应多个像素P。其中，第一受光部141和第二受光部142例如可以共同检测属于绿色、蓝色等不同波段的光中任意一波段的光。
以下说明上述的指纹传感器100的工作。
与具有显示器偏振光层21和显示器延迟层22的显示面板20结合，可以提高指纹传感器100生成的指纹图像的对比度。传感器延迟层110和传感器偏振光层120根据入射的光的特性例如种类(非偏振光、旋转偏振光、线性偏振光)、轴方向(慢轴/快轴、偏振光轴)等而起到不同作用。例如，具有特定特性的光可以在光量实质上不发生损失的同时通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120。相反，具有其他特性的光可以在光量发生损失的同时通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120。入射到传感器延迟层110和传感器偏振光层120的光的特性中的至少一部分由显示器偏振光层21及显示器延迟层22确定。
向指纹传感器100入射的光是像素P生成的光。详细而言，像素P生成的非偏振光中大部分朝向显示面板20的上部行进，一部分朝向显示面板20的下部行进。
朝向显示面板20的下部行进的向下非偏振光PD1通过传感器延迟层110及传感器偏振光层120成为传感器线性偏振光PD2。一方面，向上部行进的向上非偏振光PU1实质上无损失地通过显示器延迟层22后，通过显示器偏振光层21成为向上线性偏振光PU2。向上线性偏振光PU2在保护玻璃30上的指纹获取区域31被反射，朝向显示面板20的下表面行进。在指纹获取区域31，到达指纹的脊接触的区域31r的向上线性偏振光PU2大部分被脊吸收，几乎不被反射，而到达指纹的谷下区域31v的向上线性偏振光PU2实质上被反射，朝向显示面板20的下表面行进。以下，在指纹的谷下区域31v被反射的向上线性偏振光PU2称为第一向下线性偏振光V1。
第一向下线性偏振光V1的偏振光轴与显示器偏振光层21的偏振光轴实质一致，因此，第一向下线性偏振光V1以实质上无损失的方式通过显示器偏振光层21。显示器偏振光层21可以具有相对于显示器延迟层22的慢轴倾斜第二角度例如-45度的偏振光轴。因此，通过显示器偏振光层21的第一向下线性偏振光V1可以相对于显示器延迟层22的慢轴以第二角度入射。沿着快轴透射的第一向下线性偏振光V1的第一偏振光成分和沿着慢轴透射的第一向下线性偏振光V1的第二偏振光成分通过显示器延迟层22时，相互间发生λ/4的相位差。由此，通过显示器延迟层22的第一向下线性偏振光V1可以成为逆时针旋转的向下圆偏振光V2。向下圆偏振光V2通过显示面板20的下表面入射到指纹传感器100。
向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1入射到传感器延迟层110的上表面。向下圆偏振光V2是第一向下线性偏振光V1通过显示器偏振光层21及显示器延迟层22的光，向下非偏振光PD1是从像素P朝向指纹传感器100向下方行进的光。快轴与慢轴之间具有λ/4的相位差的向下圆偏振光V2通过传感器延迟层110成为第二向下线性偏振光V3。详细而言，具有第一偏振光成分与第二偏振光成分间λ/4的相位差的向下圆偏振光V2通过传感器延迟层110又加上λ/4的相位差，从而可以成为第二向下线性偏振光V3，通过传感器延迟层110的第二向下线性偏振光V3的偏振光轴垂直于未通过传感器延迟层110的第一向下线性偏振光V1的偏振光轴。一方面，向下非偏振光PD1以实质上无损失的方式通过传感器延迟层110。
通过传感器偏振光层120的同时，第二向下线性偏振光V3的光量实质上没有变化，而向下非偏振光PD1的光量大幅减小。第二向下线性偏振光V3的偏振光轴实质上平行于传感器偏振光层120的偏振光轴，因此能够以实质上无损失的方式通过传感器偏振光层120。相反，对于向下非偏振光PD1，由于是具有多种特性的光的集合，从而其中只有实质上与传感器偏振光层120的偏振光轴平行的光可以通过传感器偏振光层120。因此，传感器线性偏振光PD2的光量与向下非偏振光PD1相比相对低。
指纹传感器100是检测指纹的谷下区域31v反射的光以生成指纹图像的装置。位于显示面板20的内部的像素P不仅照射指纹获取区域31反射的光，还照射直接入射到指纹传感器100的光。这是由于指纹传感器100配置于显示面板20的下部。因此，包含于指纹传感器100的图像传感器140接收被指纹的谷反射的光和直接入射的光。尤其，由于指纹的脊接触的区域31r反射的光实质上不存在，因此对应指纹的脊的受光部应当不生成光检测产生的像素电流。然而，由于未被指纹获取区域31反射而直接入射的光，对应于指纹的脊的受光部也会生成具有不可忽略的大小的像素电流。如上所述，传感器延迟层110和传感器偏振光层120实质上保持第二向下线性偏振光V3的光量并且使传感器线性偏振光PD2的光量相对大幅减小。由此，生成的指纹图像的对比度提高。
以下，对提高指纹图像的对比度的结构适用于多种指纹传感器的实施例进行说明。其中，应当理解使指纹图像的对比度提高的结构不限定于图5至图8示例的结构。
图5为示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的一实施例的图。图5的(a)示出屏蔽倾斜光的指纹传感器，(b)示出屏蔽具有提高的对比度的倾斜光的指纹传感器。
参照图5的(a)，指纹传感器包括配置于传感器偏振光层120与图像传感器140之间的倾斜光屏蔽结构200。倾斜光屏蔽结构200由不使光通过其内部的例如吸光物质形成，并形成有自上表面至下表面实质上垂直延伸的多个贯通孔210。多个贯通孔210形成于与透镜130对应的位置，贯通孔210的截面例如可以为圆形，但不限定于此。截面为圆形的情况下，贯通孔210的直径与透镜的直径相同或比透镜的直径大。即，倾斜光屏蔽结构200配置于图像传感器140的上表面时，透镜130可以被位于贯通孔210内。
实质上垂直地朝向贯通孔210入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2可以不被折射而到达透镜130的曲面。以垂直以外的角度朝向贯通孔210入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2在显示面板20的下表面被折射。折射后的向下非偏振光PD1及向下圆偏振光V2的一部分被贯通孔210的侧面屏蔽。没有被贯通孔210的侧面屏蔽的折射后的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2的剩余部分倾斜地入射到透镜130的曲面。倾斜地入射到透镜130的曲面的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2向图像传感器140的内部折射，但无法到达透镜130的焦点f。第一受光部141和第二受光部142配置于透镜130的焦点f。垂直或倾斜地向贯通孔210以外的区域入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2被倾斜光屏蔽结构200的上表面屏蔽，无法朝向透镜130。
在仅具有倾斜光屏蔽结构200的指纹传感器中，入射到第一受光部141的光为向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1，入射到第二受光部142的光为向下非偏振光PD1。向下非偏振光PD1的光量与传感器线性偏振光PD2相比相对大，而向下圆偏振光V2的光量与第二向下线性偏振光V3实质上相同。因此，第一受光部141生成的第一像素电流与第二受光部142生成的第二像素电流的比率较小。这可以降低利用第一像素电流和第二像素电流生成的指纹图像的对比度。
参照图5的(b)，指纹传感器包括配置于显示面板20与倾斜光屏蔽结构200之间的传感器延迟层110及传感器偏振光层120。
从显示面板20的下表面射出的向下非偏振光PD1通过传感器偏振光层120成为光量降低的传感器线性偏振光PD2。一方面，从显示面板20的下表面射出的向下圆偏振光V2实质上无损失地通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120而成为第二向下线性偏振光V3。入射到第一受光部141的光为第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2，入射到第二受光部142的光为传感器线性偏振光PD2。就光量而言，第二向下线性偏振光V3与向下圆偏振光V2实质相同，但传感器线性偏振光PD2与向下非偏振光PD1相比相对变小。因此，第一受光部141生成的第一像素电流与第二受光部142生成的第二像素电流的比率与图5的(a)示例的结构相比相对增大。这可以增大利用第一像素电流和第二像素电流生成的指纹图像的对比度。
图6为示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的另一实施例的图。图6的(a)示出屏蔽倾斜光的指纹传感器，(b)示出屏蔽具有提高的对比度的倾斜光的指纹传感器。
参照图6的(a)，指纹传感器包括形成于图像传感器140内部的倾斜光屏蔽结构200。倾斜光屏蔽结构200位于透镜阵列与第一受光部141和第二受光部142之间。倾斜光屏蔽结构200包括由不使光通过其内部的例如吸光物质形成的多个结构层。倾斜光屏蔽结构200定义第三光路径310，在第三光路径310中，垂直入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2通过透镜被集中，从而到达第一受光部141和第二受光部142。为此，在各层中在对应于第三光路径310的位置形成开口。开口例如为圆形，沿第三光路径310各层形成的开口的直径可以不同。例如，离透镜130最近的层形成的开口的直径可以最大，离第一受光部141和第二受光部142越近，开口的直径可以越小。
由多个开口定义的第三光路径310屏蔽被透镜130折射后的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2。以截面为基准，实质上垂直入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2被透镜130折射，即，仅在朝向焦点f集中时能够通过倒三角形的第三光路径310。以垂直以外的角度入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2被构成第三光路径310的各层屏蔽，从而无法到达第一受光部141和第二受光部142。
在仅具有倾斜光屏蔽结构200的指纹传感器中，入射到第一受光部141的光为向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1，入射到第二受光部142的光为向下非偏振光PD1。向下非偏振光PD1的光量与传感器线性偏振光PD2相比相对大，而向下圆偏振光V2的光量与第二向下线性偏振光V3实质上相同。因此，第一受光部141生成的第一像素电流与第二受光部142生成的第二像素电流的比率较小。这可以降低利用第一像素电流和第二像素电流生成的指纹图像的对比度。
参照图6的(b)，指纹传感器除倾斜光屏蔽结构200外还包括配置于显示面板20的下部的传感器延迟层110及传感器偏振光层120。
从显示面板20的下表面射出的向下非偏振光PD1通过传感器偏振光层120成为光量减小的传感器线性偏振光PD2。一方面，从显示面板20的下表面射出的向下圆偏振光V2实质上无损失地通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120而成为第二向下线性偏振光V3。入射到第一受光部141的光为第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2，入射到第二受光部142的光为传感器线性偏振光PD2。就光量而言，第二向下线性偏振光V3与向下圆偏振光V2实质相同，但传感器线性偏振光PD2与向下非偏振光PD1相比相对变小。因此，第一受光部141生成的第一像素电流与第二受光部142生成的第二像素电流的比率与图6的(a)示例的结构相比相对增大。这可以增大利用第一像素电流和第二像素电流生成的指纹图像的对比度。
图7为示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图7，指纹传感器包括传感器延迟层110、配置于传感器延迟层110的下表面的传感器偏振光层120、配置于传感器偏振光层120的下表面的倾斜光屏蔽结构200、透镜130及图像传感器140。自显示面板20入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120而成为传感器线性偏振光PD2和第二向下线性偏振光V3。
倾斜光屏蔽结构200的下表面与透镜130间隔开。倾斜光屏蔽结构200由光学透明物质形成，包括由吸光物质形成的多个结构层，上述结构层包括第一层410、第二层420和第三层430。第一层410与传感器偏振光层120的下表面相接或接近传感器偏振光层的下表面，第二层420以配置于第一层410的下部的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部，第三层430以形成于倾斜光屏蔽结构200的下表面上或接近下表面的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部。第一层至第三层定义第四光路径450，第四光路径450可以供垂直行进的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2通过。
为此，第一层至第三层在对应于第四光路径450的位置形成开口。开口例如为圆形，其直径可以与透镜130的直径实质相同或比透镜的直径小。还可以在透镜130之间的平面上形成光屏蔽层440。光屏蔽层440可以由吸光物质形成。
实质上垂直地朝向第四光路径450入射的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2可以不被折射而到达透镜130的曲面。相反，以垂直以外的角度朝向第四光路径450入射的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2被倾斜光屏蔽结构200的第一层至第三层屏蔽。未被第一层至第三层屏蔽的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2的剩余部分通过光屏蔽层440而屏蔽，从而无法向图像传感器140的内部入射。一方面，倾斜地入射到透镜的曲面的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2的剩余部分被折射向图像传感器140的内部，但无法到达透镜130的焦点。第一受光部141和第二受光部142配置于透镜的焦点f。向第四光路径450以外的区域入射的第一向下线性偏振光V1和传感器线性偏振光PD2被倾斜光屏蔽结构200的上表面屏蔽，从而无法朝向透镜130。
图8为示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图8，包括传感器延迟层110、配置于传感器延迟层110的下表面的传感器偏振光层120、配置于传感器偏振光层120的下表面的倾斜光屏蔽结构200、透镜130及图像传感器140。自显示面板20入射的向下非偏振光PD1和向下圆偏振光V2通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120成为传感器线性偏振光PD2及第二向下线性偏振光V3。
倾斜光屏蔽结构200的下表面与透镜130间隔开。倾斜光屏蔽结构200由光学透明物质形成，包括由吸光物质形成的多个结构层，上述结构层包括第一层410、第二层420和第三层430。第一层410与传感器偏振光层120的下表面相接或接近传感器偏振光层的下表面，第二层420以配置于第一层410的下部的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部，第三层430以形成于倾斜光屏蔽结构200的下表面上或接近下表面的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部。第一层至第三层具有第五光路径550，第五光路径550可以供垂直光I90通过。
为此，第一层至第三层在对应于第五光路径550的位置形成开口。开口例如为圆形，其直径可以与透镜的直径实质相同或比透镜的直径小。还可以在透镜130之间的平面上形成光屏蔽层440。光屏蔽层440可以由吸光物质形成。
第一受光部141由多个单元受光部1411构成，第二受光部142也由多个单元受光部1411构成。构成第一受光部141的四个单元受光部1411接收从相互不重叠的区域射出的光，同样，构成第二受光部142的四个单元受光部1411接收从相互不重叠的区域射出的光。
与单元受光部对应的指纹获取区域31通过透镜130反转。即，第一受光部141的单元受光部1411和指纹获取区域31上的单元区域1411’以透镜130的中心为基准对称，第二受光部142也同样如此。其中，对应于第一受光部141的单元受光部1411的部分单元区域1411’与对应于第二受光部142的单元受光部1411的部分单元区域1411’可以重叠，如图8所示。
垂直或接近垂直地朝向第五光路径550入射的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2可以不被折射而到达透镜的曲面。相反，倾斜地朝向第五光路径550入射的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2被倾斜光屏蔽结构200的第一层至第三层屏蔽。没有被第一层至第三层屏蔽的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2的剩余部分被光屏蔽层440屏蔽，从而无法向图像传感器140的内部入射。一方面，倾斜地入射到透镜的曲面的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2的剩余部分被折射向图像传感器140的内部，但无法到达透镜130的焦点。第一受光部141和第二受光部142配置于透镜的焦点f。向第五光路径550以外的区域入射的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2被倾斜光屏蔽结构200的上表面屏蔽，从而无法朝向透镜130。
图9为用于说明指纹传感器中增大从指纹的脊射出的光与从指纹的谷射出的光之间的区别的结构的另一例的图。
参照图9，指纹传感器100配置于显示面板20的下部。指纹传感器100包括透镜130、传感器延迟层110、传感器偏振光层120、及图像传感器140。
透镜130与显示面板20的下表面间隔开，例如空气可以介于二者之间。透镜130使从显示面板20的下表面射出的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1中的垂直光I90集中，以使得其朝向图像传感器140的第一受光部141和第二受光部142。另外，透镜130使向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1中倾斜行进的第一倾斜光Iθ(以下称为倾斜光)折射，以使得其偏离第一受光部141和第二受光部142。即，透镜130可以配置于一个受光部的上部。因此，透镜130可以为多个。以下，如果没有特别说明，入射到第一受光部141和第二受光部142的光为垂直光I90。
传感器延迟层110配置于透镜130的下部。在传感器延迟层110上，慢轴整体以实质上水平的方式形成。
传感器偏振光层120配置于传感器延迟层110的下部。传感器偏振光层120的偏振光轴可以相对于传感器延迟层110的慢轴倾斜第一角度例如+45度。
一实施例中，传感器延迟层110可以层叠于传感器偏振光层120的上表面，透镜130可以形成于传感器延迟层110的上部。如此制造的透镜130、传感器延迟层110和传感器偏振光层120可以附着于显示面板20的下表面。另一实施例中，可以通过薄膜晶体管实现图像传感器140。因此，指纹传感器100可以通过层叠透镜130、膜形态的传感器延迟层110、传感器偏振光层120及图像传感器140制造。
图像传感器140由第一受光部141及第二受光部142构成。第一受光部141检测从传感器偏振光层120射出的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2，第二受光部142检测传感器线性偏振光PD2。第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2由第一受光部141转换为具有与接收的光的光量相应的大小的像素电流，传感器线性偏振光PD2由第二受光部142转换为具有与接收的光的光量相应的大小的像素电流。
第一受光部141或第二受光部142例如可以由一个光电二极管或多个光电二极管(以下称为PD阵列)构成。一实施例中，一个或两个光电二极管可以对应一个像素P。在另一实施例中，PD阵列可以对应一个像素P。在又一实施例中，一个或两个光电二极管可以对应多个像素P。在又一实施例中，PD阵列可以对应多个像素P。其中，第一受光部141及第二受光部142例如可以共同检测属于绿色、蓝色等不同波段的光中任意一波段的光。
以下说明上述的指纹传感器100的工作。
向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1从显示面板20的下表面射出后向指纹传感器100入射。显示面板20与透镜130之间的空间填充例如空气。因此，显示面板20的下表面是两个具有不同折射率的介质之间的界面。由于空气的折射率比显示面板20的折射率小，因此在显示面板20内，朝向下表面的光以比入射角大的折射角被折射。实质上垂直地入射到显示面板20的下表面的光不被折射。而以垂直以外的角度入射的光被折射。实质上垂直地入射到显示面板20的下表面的光不被折射。而以垂直以外的角度入射的光(倾斜光)被折射。因此从显示面板20的下表面射出并入射到透镜的光的大部分是实质上垂直地入射的光。参照图12详细说明屏蔽倾斜光的结构。一方面，倾斜光的一部分也可以入射到透镜130，但被透镜130折射以偏离第一受光部141或第二受光部142。
实质上垂直地行进的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1入射到透镜。向下圆偏振光V2是第一向下线性偏振光V1通过显示器偏振光层21及显示器延迟层22的光，向下非偏振光PD1是从像素P朝向指纹传感器100向下方行进的光。透镜130折射向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1，以使其集中于第一受光部141及第二受光部142。
被折射后的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1入射到传感器延迟层110。A示出向下非偏振光PD1以实质上光量无损失的方式被透镜130集中并入射到传感器延迟层110，B示出向下圆偏振光V2以实质上光量无损失的方式被透镜130集中并入射到传感器延迟层110。快轴与慢轴之间具有λ/4的相位差的向下圆偏振光V2通过传感器延迟层110成为第二向下线性偏振光V3。详细而言，在具有第一偏振光成分与第二偏振光成分之间λ/4的相位差的向下圆偏振光V2通过传感器延迟层110又加上λ/4的相位差，从而可以成为第二向下线性偏振光V3，其偏振光轴垂直于第一向下线性偏振光V1的偏振光轴。一方面，向下非偏振光PD1以实质上无损失的方式通过传感器延迟层110。
通过传感器偏振光层120的同时，第二向下线性偏振光V3的光量实质上没有变化，而向下非偏振光PD1的光量大幅减小。C示出向下非偏振光PD1的光量通过传感器偏振光层120大幅减小。第二向下线性偏振光V3的偏振光轴实质上平行于传感器偏振光层120的偏振光轴，因此能够以实质上无损失的方式通过传感器偏振光层120。相反，对于向下非偏振光PD1，由于是具有多种特性的光的集合，其中只有实质上与传感器偏振光层120的偏振光轴平行的光可以通过传感器偏振光层120。因此，传感器线性偏振光PD2的光量与向下非偏振光PD1的光量相比相对低。
指纹传感器100是检测指纹的谷下区域31v反射的光以生成指纹图像的装置。位于显示面板20的内部的像素P不仅照射指纹获取区域31反射的光，还照射直接入射到指纹传感器100的光。这是由于指纹传感器100配置于显示面板20的下部。因此，包含于指纹传感器100的图像传感器140接收被指纹的谷反射的光和直接入射的光。尤其，由于指纹的脊接触的区域31r反射的光实质上不存在，因此对应指纹的脊的受光部应该不生成光检测产生的像素电流。但由于没有被指纹获取区域31反射而直接入射的光，对应于指纹的脊的受光部也会生成具有不可忽略的大小的像素电流。如上所述，传感器延迟层110和传感器偏振光层120实质上保持第二向下线性偏振光V3的光量而使传感器线性偏振光PD2的光量相对大幅减小。由此，生成的指纹图像的对比度提高。
以下，说明使指纹图像的对比度提高的结构适用于多种指纹传感器的实施例。其中，应当理解使指纹图像的对比度提高的结构不限定于图10示例的结构，也可以结合其他附图中说明的结构。
图10示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例。
参照图10的(a)，指纹传感器包括配置于显示面板20与传感器延迟层110之间的倾斜光屏蔽结构200。倾斜光屏蔽结构200由不使光通过其内部的例如吸光物质形成，并形成有实质上垂直地自上表面至下表面延伸的多个贯通孔210。多个贯通孔210形成于与透镜130对应的位置，贯通孔210的截面例如可以为圆形，但不限定于此。截面为圆形的情况下，贯通孔210的直径与透镜的直径相同或比透镜的直径大。即，倾斜光屏蔽结构200配置于图像传感器140的上表面时，透镜130可以被位于贯通孔210内。
实质上垂直地朝向贯通孔210入射的向下非偏振光PD1及向下圆偏振光V2可以不被折射而到达透镜130的曲面。一方面，以垂直以外的角度朝向贯通孔210入射的向下非偏振光PD1及向下圆偏振光V2在显示面板20的下表面被折射。被折射后的向下非偏振光PD1及向下圆偏振光V2的一部分被贯通孔210的侧面屏蔽。没有被贯通孔210的侧面屏蔽的折射后的向下非偏振光PD1及向下圆偏振光V2的剩余部分倾斜地入射到透镜130的曲面。倾斜地入射到透镜130的曲面的向下非偏振光PD1及向下圆偏振光V2通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120而向图像传感器140的内部折射，但无法到达透镜130的焦点f。第一受光部141和第二受光部142配置于透镜130的焦点f。垂直或倾斜地向贯通孔210以外的区域入射的向下非偏振光PD1及向下圆偏振光V2被倾斜光屏蔽结构200的上表面屏蔽，从而无法朝向透镜130。
传感器延迟层110和传感器偏振光层120配置于倾斜光屏蔽结构200的下部。被透镜130朝向第一受光部141和第二受光部142折射后的向下非偏振光PD1通过传感器偏振光层120成为光量减小的传感器线性偏振光PD2。一方面，被透镜130折射向第一受光部141和第二受光部142的向下圆偏振光V2实质上无损失地通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120而成为第一向下线性偏振光V1。入射到第一受光部141的光为第一向下线性偏振光V1和传感器线性偏振光PD2，入射到第二受光部142的光为传感器线性偏振光PD2。就光量而言，第一向下线性偏振光V1与向下圆偏振光V2实质相同，但传感器线性偏振光PD2与向下非偏振光PD1相比相对变小。因此，第一受光部141生成的第一像素电流与第二受光部142生成的第二像素电流的比率与没有传感器延迟层110和传感器偏振光层120的结构(图5的(a))相比相对增大。这可以增大利用第一像素电流和第二像素电流生成的指纹图像的对比度。
参照图10的(b)，指纹传感器包括配置于显示面板20的下表面的倾斜光屏蔽结构200、配置于倾斜光屏蔽结构200的下部的透镜130、配置于透镜130的下表面的传感器延迟层110、配置于传感器延迟层110的下表面的传感器偏振光层120、配置于传感器偏振光层120的下表面的图像传感器140。
倾斜光屏蔽结构200的下表面与透镜130间隔开。倾斜光屏蔽结构200由光学透明物质形成，包括由吸光物质形成的多个结构层，上述结构层包括第一层410、第二层420、和第三层430。第一层410与显示面板20的下表面相接或接近显示面板的下表面，第二层420以配置于第一层410的下部的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部，第三层430以形成于倾斜光屏蔽结构200的下表面上或接近下表面的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部。第一层至第三层定义第六光路径850，第六光路径850可以供向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1通过。
为此，第一层至第三层在对应于第六光路径850的位置形成开口。开口例如为圆形，其直径可以与透镜130的直径实质相同或比透镜的直径小。还可以在透镜130之间的平面上形成光屏蔽层440。光屏蔽层440可以由吸光物质形成。
实质上垂直地从显示面板20的下表面朝向第六光路径850入射的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1可以到达透镜130的曲面而不被折射。相反，以垂直以外的角度朝向第六光路径850入射的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1被倾斜光屏蔽结构200的第一层至第三层屏蔽。没有被第一层至第三层屏蔽的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1的剩余部分被光屏蔽层440屏蔽，无法向图像传感器140的内部入射。一方面，倾斜地入射到透镜的曲面的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1的剩余部分通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120被折射向图像传感器140的内部，但无法到达透镜130的焦点。第一受光部141和第二受光部142配置于透镜的焦点f。向第六光路径850以外的区域入射的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2被倾斜光屏蔽结构200的上表面屏蔽，从而无法朝向透镜130。
传感器延迟层110和传感器偏振光层120配置于透镜130的下部。被透镜130朝向第一受光部141和第二受光部142折射后的向下非偏振光PD1通过传感器偏振光层120成为光量减小的传感器线性偏振光PD2。一方面，被透镜130折射向第一受光部141和第二受光部142的向下圆偏振光V2实质上无损失地通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120而成为第二向下线性偏振光V3。入射到第一受光部141的光为第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2，入射到第二受光部142的光为传感器线性偏振光PD2。就光量而言，第二向下线性偏振光V3与向下圆偏振光V2实质相同，但传感器线性偏振光PD2与向下非偏振光PD1相比相对变小。因此，第一受光部141生成的第一像素电流与第二受光部142生成的第二像素电流的比率与没有传感器延迟层110和传感器偏振光层120的结构(图5的(a))相比相对增大。这可以增大利用第一像素电流和第二像素电流生成的指纹图像的对比度。
图11为示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图11的(a)，指纹传感器包括透镜130、倾斜光屏蔽结构200、传感器延迟层110、传感器偏振光层120、及图像传感器140。透镜130与显示面板20的下表面间隔开。
倾斜光屏蔽结构200由光学透明物质形成，包括由吸光物质形成的多个结构层。上述结构层包括第一层410和第二层420，第一层410形成于倾斜光屏蔽结构200的内部，第二层420以形成于倾斜光屏蔽结构200的下表面上或接近下表面的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部。第一层及第二层定义第七光路径851，第七光路径851可以供通过透镜130朝向第一受光部141和第二受光部142行进的光通过。为此，第一层410及第二层420在对应于第七光路径851的位置形成开口。开口例如为圆形，其直径可以与透镜130的直径实质相同或比透镜的直径小。还可以在透镜130之间的平面上形成光屏蔽层440。光屏蔽层440可以由吸光物质形成。传感器延迟层110配置于倾斜光屏蔽结构200的下部，传感器偏振光层120配置于传感器延迟层110的下部。
实质上垂直地朝向显示面板20的下表面入射的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1可以不被折射而到达透镜130的曲面。一方面，以垂直以外的角度朝向显示面板20的下表面入射的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1被折射，倾斜地到达透镜130的曲面或被光屏蔽层440屏蔽。
垂直入射到透镜130的曲面的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1被透镜130集中并朝向第一受光部141和第二受光部142被折射。被折射后的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1通过第七光路径851可以到达传感器延迟层110。相反，倾斜入射到透镜130的曲面的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1被透镜130折射，并被形成第七光路径851的第一层410及第二层420屏蔽。没有被第一层410及第二层420屏蔽的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1通过第七光路径851，但偏离第一受光部141和第二受光部142。
被折射后的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1到达传感器延迟层110。被折射后的向下圆偏振光V2实质上无损失地通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120成为第二向下线性偏振光V3。一方面，被折射后的向下非偏振光PD1通过传感器偏振光层120成为光量减小的传感器线性偏振光PD2。入射到第一受光部141的光为第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2，入射到第二受光部142的光为传感器线性偏振光PD2。就光量而言，第二向下线性偏振光V3与向下圆偏振光V2实质相同，但传感器线性偏振光PD2与向下非偏振光PD1相比相对变小。因此，第一受光部141生成的第一像素电流与第二受光部142生成的第二像素电流的比率与没有传感器延迟层110和传感器偏振光层120的结构(图6的(a))相比相对增大。这可以增大利用第一像素电流和第二像素电流生成的指纹图像的对比度。
参照图11的(b)，指纹传感器包括透镜130、传感器延迟层110、传感器偏振光层120、倾斜光屏蔽结构200、及图像传感器140。透镜130与显示面板20的下表面间隔开。传感器延迟层110和传感器偏振光层120配置于透镜130的下部。倾斜光屏蔽结构200配置于传感器偏振光层120的下部。倾斜光屏蔽结构200由光学透明物质形成，包括由吸光物质形成的多个结构层。第一层410与光选择层的下表面即传感器偏振光层的下表面相接或接近，第二层420以配置于第一层410的下部的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部，第三层430以形成于倾斜光屏蔽结构200的下表面上或接近下表面的方式形成于倾斜光屏蔽结构200的内部。第一层至第三层定义第六光路径850。为此，第一层至第三层在对应于第六光路径850的位置形成开口。开口例如为圆形，其直径可以与透镜130的直径实质相同或比透镜的直径小。还可以在透镜130之间的平面上形成光屏蔽层440。光屏蔽层440可以由吸光物质形成。
实质上垂直地朝向显示面板20的下表面入射的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1可以不被折射而到达透镜130的曲面。相反，以垂直以外的角度朝向显示面板20的下表面入射的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1被折射，倾斜地到达透镜130的曲面或被光屏蔽层440屏蔽。
垂直入射到透镜130的曲面的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1被透镜130集中并朝向第一受光部141和第二受光部142被折射。被折射后的向下圆偏振光V2和向下非偏振光PD1通过传感器延迟层110和传感器偏振光层120。第二向下线性偏振光V3以实质上无损失的方式通过而成为第二向下线性偏振光V3，而向下非偏振光PD1成为光量相对减小的传感器线性偏振光PD2。
来自垂直光I90的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2通过第六光路径850可以到达第一受光部141和第二受光部142。相反，来自第一倾斜光Iθ的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2被第一层至第三层屏蔽。没有被第一层至第三层屏蔽的第二向下线性偏振光V3和传感器线性偏振光PD2通过第六光路径850，但偏离第一受光部141和第二受光部142。
图12为示例性地示出生成具有提高的对比度的指纹图像的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图12，指纹传感器包括透镜130、传感器延迟层110、第一倾斜光屏蔽结构900a、传感器偏振光层120、第二倾斜光屏蔽结构900b、及图像传感器140。透镜130与显示面板20的下表面间隔开。第一倾斜光屏蔽结构900a及第二倾斜光屏蔽结构900b包括由吸光物质形成的第一光屏蔽区域910和第二光屏蔽区域920及由光学透明物质形成的第一光路径区域915和第二光路径区域925。光路径区域形成于透镜130的下部。第一倾斜光屏蔽结构900a配置于传感器延迟层110与传感器偏振光层120之间，第二倾斜光屏蔽结构900b配置于传感器偏振光层120与图像传感器140之间。
图13为示例性地示出具有提高的对比度的指纹图像的图。
与不具有传感器延迟层和传感器偏振光层的指纹传感器相比，参照图1至12说明的指纹传感器可以生成对比度相对高的指纹图像。将向下圆偏振光V2和第二向下线性偏振光V3的光量设为1，向下非偏振光PD1的光量与第一向下线性偏振光V1的光量的比设为a，a＝V1/PD1；a<1，并且传感器线性偏振光PD2的光量与的光量向下非偏振光PD1的比设为α，α＝PD1/PD2；α≤0.5，则在不具有传感器延迟层和传感器偏振光层的指纹传感器(情况1)中，通过第一受光部检测的光的光量为1+a，通过第二受光部检测的光的光量为a。其中，向下非偏振光PD1通过传感器偏振光层120，其光量可以减小1/2以上。一方面，具有传感器延迟层和传感器偏振光层的指纹传感器(情况2)中，通过第一受光部检测的光的光量为1+α×a，通过第二受光部检测的光的光量为α×a。
表1
Figure BDA0002751693860000311
从上表可以看出，有传感器延迟层和传感器偏振光层的指纹传感器与没有传感器延迟层和传感器偏振光层的指纹传感器相比，通过第二受光部检测的光的光量与通过第一受光部检测的光的光量的比率低。因此，在有传感器延迟层和传感器偏振光层的指纹传感器生成的指纹图像900中，指纹的谷901和脊902相对更鲜明地被区分(高对比度)，如图13中根据实际指纹生成的左侧的指纹图像所示。相反，在没有传感器延迟层和传感器偏振光层的指纹传感器生成的指纹图像900中，指纹的谷901和脊902相对不鲜明地被区分(低对比度)，如图13中根据实际指纹生成的右侧的指纹图像所示。
如上所述，传感器线性偏振光PD2被第二受光部142转换为第二像素电流。因此，第一受光部141生成的第一像素电流可以被第二像素电流校正。由此，更能提高指纹图像900的谷901和脊902间的对比度。
以上本申请的说明是用于示例，本申请所属技术领域普通技术人员可以理解，在不变更本申请的技术思想或必要特征的同时可以容易地变形为其他具体形态。因此，上述实施例在任何方面都应当被理解为是示例而非限定。
本申请的范围在于权利要求书而非以上详细说明，权利要求书的含义及范围以及从其等同概念导出的所有变更或变形的形态都应被解释为包含于本申请的范围中。

Claims (21)

1.一种指纹传感器，其特征在于，用于在保护玻璃及配置于所述保护玻璃的一侧的显示面板中生成与所述保护玻璃接触的手指的指纹图像，所述指纹传感器包括：
传感器延迟层，配置于所述显示面板的一侧，所述传感器延迟层将向所述传感器延迟层方向行进的圆偏振光变换为向所述传感器延迟层方向行进的线性偏振光并且供所述显示面板生成的向所述传感器延迟层方向行进的非偏振光通过，所述圆偏振光为所述显示面板生成的向所述保护玻璃方向行进的光，所述圆偏振光被位于保护玻璃的远离所述显示面板的指纹的谷的靠近所述显示面板的区域反射，从而向所述传感器延迟层方向行进；
传感器偏振光层，配置于所述传感器延迟层的远离所述显示面板的一侧，所述传感器偏振光层用于供向所述传感器延迟层方向行进的线性偏振光通过，并将所述非偏振光转换为传感器线性偏振光，所述非偏振光通过所述传感器偏振光层减小光量；
多个透镜，配置于所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的一侧且与所述传感器偏振光层有间隔，所述透镜用于使向所述传感器延迟层方向行进的所述线性偏振光和所述线性偏振光中垂直入射的光集中于所述透镜的焦点，使倾斜入射的光折射以偏离所述焦点；
图像传感器，配置于所述透镜的远离所述传感器偏振光层的一侧，所述图像传感器由多个受光部构成，所述受光部与所述焦点一一对应。
2.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，
所述传感器偏振光层具有传感器偏振光轴，所述传感器偏振光轴相对于所述传感器延迟层的慢轴倾斜45度。
3.根据权利要求2所述的指纹传感器，其特征在于，所述传感器偏振光轴垂直于显示器偏振光层的偏振光轴。
4.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述传感器延迟层用于使沿着快轴透射的向所述传感器延迟层方向行进的所述圆偏振光的第一偏振光成分，与沿着慢轴透射的向所述传感器延迟层方向行进的所述圆偏振光的第二偏振光成分之间产生λ/4的相位差。
5.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述多个受光部中的第一受光部用于接收向下线性偏振光和所述传感器线性偏振光，并且所述多个受光部中的第二受光部用于接收所述传感器线性偏振光。
6.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的表面是折射率不同的两种介质间的界面。
7.根据权利要求6所述的指纹传感器，其特征在于，在所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的表面，垂直入射的向所述传感器延迟层方向行进的所述线性偏振光和所述传感器线性偏振光垂直行进，倾斜入射的向所述传感器延迟层方向行进的所述线性偏振光和所述传感器线性偏振光以比入射角大的折射角折射。
8.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
倾斜光屏蔽结构，配置于所述传感器偏振光层与所述图像传感器之间，所述倾斜光屏蔽结构具有垂直于结构表面的贯通孔，所述透镜位于所述贯通孔内。
9.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：
多个结构层，位于所述图像传感器的靠近所述透镜的表面与多个所述受光部之间，多个所述结构层沿水平方向延伸，多个所述结构层在多个所述受光部的靠近所述透镜的一侧形成有开口，所述水平方向与所述结构层的厚度方向垂直。
10.根据权利要求9所述的指纹传感器，其特征在于，多个所述结构层的开口的直径随着所述结构层与所述受光部间的距离的增大而增大。
11.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
倾斜光屏蔽结构，配置于所述传感器偏振光层的远离所述传感器延迟层的表面，所述倾斜光屏蔽结构的内部具有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层形成有开口，并且所述倾斜光屏蔽结构的远离所述传感器延迟层的表面与所述多个透镜间隔开，所述水平方向与所述传感器延迟层的厚度方向垂直。
12.根据权利要求11所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
光屏蔽层，位于所述透镜的周边区域，所述光屏蔽层用于屏蔽朝向所述图像传感器入射的光。
13.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，一个所述透镜对应于构成一个受光部的多个单元受光部，所述透镜使通过多个光路径的垂直入射角范围内的光分别集中于多个对应的所述单元受光部。
14.一种指纹传感器，其特征在于，用于在保护玻璃及配置于所述保护玻璃的一侧的显示面板中生成与所述保护玻璃接触的手指的指纹图像，所述指纹传感器包括：
多个透镜，配置于所述显示面板的一侧，多个所述透镜用于将向所述透镜方向行进的圆偏振光和所述显示面板生成的沿垂直向所述透镜方向行进的非偏振光集中于焦点，并且将倾斜入射的光折射以偏离所述焦点，向所述透镜方向行进的所述圆偏振光为所述显示面板生成的向所述保护玻璃方向行进的光，向所述透镜方向行进的所述圆偏振光，被位于所述保护玻璃的远离所述显示面板的表面的指纹的谷的靠近所述显示面板的区域反射，沿垂直向所述透镜方向行进；
传感器延迟层，配置于所述多个透镜的远离所述显示面板的一侧，所述传感器延迟层用于将折射后的向所述透镜方向行进的所述圆偏振光转换为向所述透镜方向行进的线性偏振光，并供折射后的非偏振光通过；
传感器偏振光层，配置于所述传感器延迟层的远离所述透镜的一侧，所述传感器偏振光层用于供折射后的向所述透镜方向行进的所述线性偏振光通过，并将折射后的所述非偏振光转换为传感器线性偏振光，所述非偏振光通过所述传感器偏振光层而减小光量；
图像传感器，配置于所述传感器偏振光层的远离所述透镜的一侧，所述图像传感器由多个受光部构成，所述受光部与所述焦点一一对应。
15.根据权利要求14所述的指纹传感器，其特征在于，所述显示面板的靠近所述透镜的表面是折射率不同的两种介质间的界面。
16.根据权利要求15所述的指纹传感器，其特征在于，在所述显示面板的靠近所述透镜的表面，垂直入射的向所述透镜方向行进的所述圆偏振光和所述非偏振光垂直行进，倾斜入射的向所述透镜方向行进的所述圆偏振光和所述非偏振光以比入射角大的折射角折射。
17.根据权利要求14所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
倾斜光屏蔽结构，配置于所述显示面板与所述传感器延迟层之间，所述倾斜光屏蔽结构具有垂直于结构表面的贯通孔，所述透镜位于所述贯通孔内。
18.根据权利要求14所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
倾斜光屏蔽结构，配置于所述显示面板的靠近所述透镜的表面，在所述倾斜光屏蔽结构的内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层在多个所述透镜的靠近所述显示面板的一侧形成有开口，所述倾斜光屏蔽结构的靠近所述透镜的表面与多个所述透镜间隔开，所述水平方向与所述结构层的厚度方向垂直。
19.根据权利要求14所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
倾斜光屏蔽结构，配置于多个所述透镜与所述传感器延迟层之间，所述倾斜光屏蔽结构的内部具有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层在所述多个透镜的远离所述显示面板的一侧形成有开口，所述水平方向与所述结构层的厚度方向垂直。
20.根据权利要求14所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
倾斜光屏蔽结构，配置于所述传感器偏振光层与所述图像传感器之间，所述倾斜光屏蔽结构的内部具有沿水平方向延伸的多个结构层，多个所述结构层在所述多个透镜的远离所述显示面板的一侧形成有开口，所述水平方向与所述结构层的厚度方向垂直。
21.根据权利要求14所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
光屏蔽区域及光路径区域，配置于所述传感器延迟层与所述传感器偏振光层之间并且沿水平方向延伸，所述光路径区域位于多个所述透镜的远离所述显示面板的一侧，所述水平方向与所述传感器延迟层的厚度方向垂直。
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