CN112364797A - 指纹传感器及利用其提升指纹图像的对比度的方法 - Google Patents

指纹传感器及利用其提升指纹图像的对比度的方法 Download PDF

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CN112364797A CN202011296534.5A CN202011296534A CN112364797A CN 112364797 A CN112364797 A CN 112364797A CN 202011296534 A CN202011296534 A CN 202011296534A CN 112364797 A CN112364797 A CN 112364797A
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Abstract

本申请提供了一种指纹传感器及利用其提升指纹图像的对比度的方法，该指纹传感器包括：光选择层，配置于显示板的下部，形成第一光路径及第二光路径，第一光路径将入射的向下的圆形偏光转换为向下的线形偏光，将入射的非偏光转换为第一传感器线形偏光，第二光路径阻断向下的圆形偏光，将非偏光转换为第二传感器线形偏光；多个透镜，以与光选择层分离的方式配置于第一光路径及第二光路径的下部，使垂直入射的光汇集于焦点，并且使倾斜入射的光以偏离焦点的方式折射；图像传感器，配置于多个透镜的各自的焦点上，由第一受光部及第二受光部构成，第一受光部接收向下的线形偏光及第一传感器线形偏光，第二受光部接收第二传感器线形偏光。

Description

指纹传感器及利用其提升指纹图像的对比度的方法
技术领域
本发明涉及指纹传感器领域，具体而言，涉及一种显示屏下方的指纹传感器及利用其提升指纹图像的对比度的方法。
背景技术
指纹传感器对指纹的图像进行拍摄从而转换为电信号。为了实现指纹图像拍摄，现有的光学式指纹传感器具有向指纹照射光而使其反射的光学系统。但是，类似于棱镜、反射镜、透镜的光学系统因为通常具有一定的体积，所以具有光学式指纹传感器的电子设备难以实现小型化。
另外，以手机或平板电脑等便携式电子设备为中心，安装指纹传感器的电子设备的种类和数量正在增加。为了在电子设备的正面安装指纹传感器，需使与指纹接触的指纹传感器的感应部向外部露出。因此，为了保护设计或显示板(Display Panel)，在电子设备的整个正面覆盖保护介质，例如盖玻璃(cover glass)或透明膜等，此时难以在电子设备的正面安装类似于感应静电容量变化的电容方式的指纹传感器。此外，也难以将指纹传感器设置于显示板下部。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显示屏下方的指纹传感器及利用其提升指纹图像的对比度的方法，所述显示屏下方的指纹传感器中，表示指纹脊线与谷线的光之间的对比度得以提升。
根据本发明的一方面，提供一种显示屏下方的指纹传感器，在盖玻璃及显示板上生成与所述盖玻璃接触的手指的指纹图像，所述显示板配置于所述盖玻璃下部，所述显示屏下方的指纹传感器的特征在于，包括：光选择层，配置于所述显示板的下部，形成第一光路径及第二光路径，所述第一光路径将入射的向下的圆形偏光转换为向下的线形偏光，且将入射的非偏光转换为第一传感器线形偏光，所述第二光路径阻断所述向下的圆形偏光，且将所述非偏光转换为第二传感器线形偏光；多个透镜，以与所述光选择层分离的方式配置于所述第一光路径及所述第二光路径的下部，使所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光中垂直入射的光汇集于焦点，并且使倾斜入射的光以偏离所述焦点的方式折射；图像传感器，配置于所述多个透镜的各自的焦点上，由第一受光部及第二受光部构成，所述第一受光部接收从所述第一光路径射出的所述向下的线形偏光及所述第一传感器线形偏光，所述第二受光部接收从所述第二光路径射出的所述第二传感器线形偏光，所述向下的圆形偏光是所述显示板所生成的光中向上方行进而在位于盖玻璃上表面的指纹的谷线下方区域反射从而向下方行进的光，所述非偏光是所述显示板所生成的光中向下方行进的光。
可选地，所述光选择层包括：第一传感器延迟层，将所述向下的圆形偏光转换为所述向下的线形偏光；第一传感器偏光层及第二传感器偏光层，配置于所述第一传感器延迟层的下部，所述第一传感器偏光层使所述向下的线形偏光通过，并将所述非偏光转换为所述第一传感器线形偏光，所述第二传感器偏光层阻断所述向下的线形偏光，并将所述非偏光转换为所述第二传感器线形偏光，所述第一传感器延迟层和所述第一传感器偏光层形成所述第一光路径，所述第一传感器延迟层和所述第二传感器偏光层形成所述第二光路径。
可选地，所述第一传感器偏光层和所述第二传感器偏光层均为四边形形状，并以矩阵方式接触排列，任意一个所述第一传感器偏光层的四周均为所述第二传感器偏光层，且任意一个所述第二传感器偏光层的四周均为所述第一传感器偏光层。
可选地，所述光选择层包括：第一传感器延迟层及第二传感器延迟层，具有彼此正交的慢轴；第一传感器偏光层，配置于所述第一传感器延迟层及所述第二传感器延迟层的下部，所述第一传感器延迟层和所述第一传感器偏光层形成所述第一光路径，所述第二传感器延迟层和所述第一传感器偏光层形成所述第二光路径。
可选地，所述第一传感器延迟层和所述第二传感器延迟层均为四边形形状，并以矩阵方式接触排列，任意一个所述第一传感器延迟层的四周均为所述第二传感器延迟层，且任意一个所述第二传感器延迟层的四周均为所述第一传感器延迟层。
可选地，所述光选择层包括：第一传感器延迟层及第二传感器延迟层，沿第二方向交替配置，且具有彼此正交的慢轴；第一传感器偏光层及第二传感器偏光层，在所述第一传感器延迟层及所述第二传感器延迟层的下部沿第一方向交替配置，且具有彼此正交的偏光轴，第一传感器延迟层-第一传感器偏光层以及第二传感器延迟层-第二传感器偏光层形成所述第一光路径，第二传感器延迟层-第一传感器偏光层以及第一传感器延迟层-第二传感器偏光层形成所述第二光路径。
可选地，所述光选择层包括：第一传感器延迟层及第一透光层，配置于相同的平面；第二传感器偏光层及第二透光层，配置于相同的平面，所述第二传感器偏光层位于所述第一传感器延迟层的下部，且具有相对于所述第一传感器延迟层的慢轴倾斜-45度的偏光轴，所述第二透光层位于所述第一透光层的下部，所述第一透光层和所述第二透光层形成所述第一光路径，所述第一传感器延迟层和所述第二传感器偏光层形成所述第二光路径。
可选地，所述光选择层的下表面是折射率不同的两个介质间的界面，在所述光选择层的下表面，垂直入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光垂直行进，倾斜入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光以大于入射角的折射角折射。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述光选择层与所述图像传感器之间，且形成有从上表面至下表面的竖直延伸的贯通孔，所述透镜位于所述贯通孔内。
可选地，所述图像传感器包括多个结构层，所述多个结构层位于所述图像传感器的上表面与所述多个受光部之间，并沿着水平方向延伸，所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个受光部的上部。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述光选择层的下表面，其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个受光部的上部。
可选地，所述倾斜光阻断结构的下表面为折射率不同的两个介质间的界面，在所述倾斜光阻断结构的下表面，垂直入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光垂直行进，倾斜入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光以大于入射角的折射角折射。
可选地，所述指纹传感器还包括光阻断层，所述光阻断层形成于所述透镜的周围区域，从而阻断向所述图像传感器内部入射的光。
可选地，一个所述透镜与构成一个受光部的多个单元受光部对应，使通过了多个光路径的属于所述垂直入射角范围的光分别汇集于所述多个单元受光部。
根据本申请的另一方面，还提供了一种显示屏下方的指纹传感器，在盖玻璃及显示板上生成与所述盖玻璃接触的手指的指纹图像，所述显示板配置于所述盖玻璃下部，所述显示屏下方的指纹传感器包括：多个透镜，配置于显示板的下部，使垂直入射的向下的圆形偏光及非偏光汇集于焦点，使倾斜入射的向下的圆形偏光及非偏光以偏离焦点的方式折射；光选择层，配置于所述多个透镜下部，形成第一光路径及第二光路径，所述第一光路径将所述向下的圆形偏光转换为向下的线形偏光，且将所述非偏光转换为第一传感器线形偏光，所述第二光路径阻断所述向下的圆形偏光，且将所述非偏光转换为第二传感器线形偏光；图像传感器，配置于所述多个透镜的各自的焦点上，由第一受光部及第二受光部构成，所述第一受光部接收从所述第一光路径射出的所述向下的线形偏光及所述第一传感器线形偏光，所述第二受光部接收从所述第二光路径射出的所述第二传感器线形偏光，所述向下的圆形偏光是所述显示板所生成的光中向上方行进而在位于盖玻璃上表面的指纹的谷线下方区域反射从而向下方行进的光，所述非偏光是所述显示板所生成的光中向下方行进的光。
可选地，所述显示板的下表面是折射率不同的两个介质间的界面，在所述显示板的下表面，垂直入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光垂直行进，倾斜入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光以大于入射角的折射角折射。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述显示板与所述光选择层之间，且形成有从上表面至下表面的竖直延伸的贯通孔，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阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述显示板的下表面，并在其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，在所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个透镜的上部，所述倾斜光阻断结构的下表面与所述多个透镜分离。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述多个透镜与所述光选择层之间，并在其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，在所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个透镜的下部。
可选地，所述指纹传感器还包括倾斜光阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述光选择层与所述图像传感器之间，并在其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，在所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个透镜的下部。
可选地，所述光选择层内部包括沿水平方向延伸的光阻断区域及光路径区域，所述光路径区域位于所述多个透镜下部。
根据本申请的再一方面，还提供了一种提升指纹图像的对比度的方法，其由显示屏下方的指纹传感器执行，所述显示屏下方的指纹传感器在盖玻璃及显示板上生成与所述盖玻璃接触的手指的指纹图像，所述显示板配置于所述盖玻璃下部，所述提升指纹图像的对比度的方法包括如下步骤：通过从第一光路径射出的光生成第一指纹图像的步骤，所述第一光路径将入射的向下的圆形偏光转换为向下的线形偏光，且将入射的非偏光转换为第一传感器线形偏光；通过从第二光路径射出的光生成第二指纹图像的步骤，所述第二光路径阻断所述向下的圆形偏光，且将所述非偏光转换为第二传感器线形偏光；从所述第一指纹图像减去所述第二指纹图像的步骤，所述向下的圆形偏光是所述显示板所生成的光中向上方行进而在位于盖玻璃上表面的指纹的谷线下方区域反射从而向下方行进的光，所述非偏光是所述显示板所生成的光中向下方行进的光。
可选地，从所述第一指纹图像减去所述第二指纹图像的步骤是如下步骤：从所述第一指纹图像的各像素的像素值减去位于所述第二指纹图像的对应位置的像素的像素值。
附图说明
以下，参照附图所示的实施例对本发明进行说明。便于理解，在整体附图中，对于相同的构成要素赋予相同的附图标记。应理解的是，附图中所示出的结构仅仅是为了说明本发明而示意性示出的实施例，并非将本发明的范围限定于此。尤其是，为了有助于理解发明，附图多少夸张地示出了部分构成要素。附图是用于理解发明的工具，因此附图所示出的构成要素的宽度或厚度等可能与实际实现时有差别。
图1是简要示出具有显示屏下方的指纹传感器的电子设备的示意图。
图2(a)和图2(b)分别是简要示出利用屏幕(panel)光生成指纹图像的概念的图。
图3是简要示出显示屏下方的指纹传感器的工作原理的图。
图4是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的一例的图。
图5是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的另一例的图。
图6是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的又一例的图。
图7是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的一实施例的图。
图8是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的另一实施例的图。
图9是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
图10是示意性地示出在透镜的焦点处具有多个受光部的显示屏下方的指纹传感器的图。
图11是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的一例的图。
图12(a)和图12(b)分别是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
图13(a)和图13(b)分别是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
图14是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
图15(a)、图15(b)和图15(c)分别是示意性地示出第一光路径和第二光路径以之字形配置的光选择层的图。
图16是示意性地示出使指纹图像的对比度提升的方式的图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、电子设备；20、显示板；21、显示屏偏光层；22、显示屏延迟层；23、像素层；30、盖玻璃；31、指纹获取区域；31r、脊线所接触的区域；31v、谷线下方区域；32a、上部涂层区域；32b、下部涂层区域；33、光；34、屏幕光；40、手指；100、指纹传感器；110、第一传感器延迟层；115、第二传感器延迟层；127、第二透光层；120、第一传感器偏光层；121、下表面；125、第二传感器偏光层；130、透镜；140、图像传感器；143、上表面；141、第一受光部；142、第二受光部；1411、第一单元受光部；1421、第二单元受光部；1411’、第一单元区域；1421’、第二单元区域；117、第一透光层；210、贯通孔；200、倾斜光阻断结构；310、第三光路径；410、第一层；420、第二层；430、第三层；440、光阻断层；450、第四光路径；550、第五光路径；850、第六光路径；851、第七光路径；900、第一指纹图像；901、谷线；902、脊线；903、第一光路径区域；904、第二光路径区域；907、第一光阻断区域；908、第二光阻断区域；910、第二指纹图像；920、指纹图像；I90、垂直光；Iθ’、其他角度光；Iθ、倾斜光；f、焦点；V1、第一线形偏光；V2、圆形偏光；V3、第二线形偏光；V3’、第三线性偏光；PD21、第一传感器线形偏光；PD22、第二传感器线形偏光；P、像素；PD1、第一非偏光；PD2、第二非偏光；PU1、非偏光；PU2、线形偏光。
具体实施方式
本发明可进行多种变更，且可以具有各种实施例，因此，将特定的实施例在附图中示出，对其进行详细地说明。但是，其并非旨在将本发明限定于特定的实施方式，应理解为包括本发明的思想及技术范围内的全部变更、均等物乃至替代物。尤其是，以下参照附图说明的功能、特征、实施例可以是单独的或与其他实施例结合。由此，应注意的是，本发明的范围并非限定于附图所示的形态。
另外，本说明书中所使用的术语“实质上”、“几乎”、“大约”等表述是考虑到在实际实现时适用的富余量或可能出现的误差而使用的。例如，“实质上90度”应理解为包括能够得到与90度时的效果相同的效果的角度。作为另一例，“几乎没有”应理解为包括虽然存在很少但能忽略的程度。
另外，只要没有特别提及，则“侧面”或“水平”是指附图中的左右方向，“竖直”是指附图中的上下方向。此外，只要没有特别定义，则角度、入射角等是以与附图所示的水平面相垂直的虚拟直线为基准的。
在整体附图中，相同或类似的要素使用相同的附图标记。
图1是简要示出具有显示屏下方的指纹传感器的电子设备的示意图。
具有显示屏下方的指纹传感器的电子设备10包括显示板(Display Panel)20、触摸式传感器(未示出)以及显示屏下方的指纹传感器100。显示屏下方的指纹传感器100对位于上部盖玻璃30的手指的指纹进行拍摄，从而生成指纹图像。显示屏下方的指纹传感器100配置于显示板20下部，从而能够生成指纹图像。虽然未示出，但是具有与显示屏下方的指纹传感器100相同结构的指纹感应层配置在显示板20下表面的至少一部分或整体，可在任意的位置生成指纹图像。显示屏下方的指纹传感器100与指纹感应层仅仅是在显示板20的下表面所占据的面积和/或能够生成指纹图像的位置不同，具有相同的原理和结构，因此，以下以显示屏下方的指纹传感器100为中心进行说明。
作为电子设备10的一例，图1示出了在正面附着有盖玻璃30的智能手机。在盖玻璃30的下表面形成有上部涂层区域32a及下部涂层区域32b，所述上部涂层区域32a及下部涂层区域32b界定使显示板20露出的区域。另外，根据电子设备10的种类的不同，也可以是左右涂层区域(未示出)分别与上部涂层区域32a及下部涂层区域32b的两端连接。在电子设备10的正面可配置有占据相对较大面积的显示板20以及占据相对较小面积的扬声器、摄像头和/或照度传感器。盖玻璃30覆盖显示板20整体，根据电子设备的种类可以覆盖电子设备正面的局部或整体。显示板20位于盖玻璃30的下部，显示屏下方的指纹传感器100位于显示板20的下部。
图2是简要示出利用屏幕(panel)光生成指纹图像的概念的图。
参照图2(a)，显示屏下方的指纹传感器100能够利用显示板20生成的光(以下称屏幕光)来生成指纹图像。显示板20生成的光33中至少一部分向盖玻璃30垂直行进。当指纹的脊线接触盖玻璃30时，到达盖玻璃-脊线的接触位置的光被脊线吸收。相反地，到达相当于指纹的谷线的位置的光向显示板20反射。在此，被反射的光通过显示板20并到达显示屏下方的指纹传感器100。以各种角度反射的光能够以各种角度到达显示屏下方的指纹传感器100。显示屏下方的指纹传感器100利用以多种角度反射的光中垂直通过显示板20的屏幕光34来生成指纹图像。在图2(b)中，因为检测在对应于指纹的谷线的位置反射的光，所以在指纹图像中指纹的谷线901表现得相对较亮，而指纹的脊线表现得相对较暗。
用于产生在生成指纹图像时所需的屏幕光34的光源可以是显示板20。显示板20开启G、B像素的组合，从而能够产生向手指40照射的屏幕光34。在此，屏幕光34例如是可视光线，且可以是绿色光或蓝色光。为了消除由属于近红外线波长域以上波长域的光造成的影响，显示屏下方的指纹传感器100包括含有红色的红外截止滤光片(IR cut filter)。如果手指40位于盖玻璃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之外的区域下部的G、B像素的组合能够被开启。
图3是简要示出显示屏下方的指纹传感器的工作原理的图。
参照图3，显示屏下方的指纹传感器100包括第一传感器延迟(retarder)层110、第一传感器偏光层120、透镜130以及图像传感器140。层叠的第一传感器延迟层110和第一传感器偏光层120配置于显示板20的下部。显示板20的下表面射出的光在通过第一传感器延迟层110和第一传感器偏光层120之后入射于透镜130。由光学上透明的材料形成的层(以下称为透明层)介于显示板20的下表面与第一传感器延迟层110的上表面之间或第一传感器延迟层110的下表面与第一传感器偏光层120的上表面之间，或者可以配置于第一传感器偏光层120的下表面。以下，为了避免混淆，省略对透明层的说明。第一传感器偏光层120与位于其下部的透镜130分离。
第一传感器偏光层120与透镜130之间的空间，例如，以空气填充。由此，第一传感器偏光层120的下表面121是折射率不同的两个介质间的界面。空气的折射率小于第一传感器偏光层120的折射率，因此在第一传感器偏光层120内朝向下表面121的光以大于入射角的折射角折射。通过第一传感器偏光层120的下表面121，使得光以相对法线大约-90度至约90度的角度折射。在下表面121的位置a处入射角实质上是90度的垂直光I90不发生折射。与此相反，位置a处入射角小于或大于90度的倾斜光Iθ以大于入射角的角度折射。入射角接近全反射角度的光在下表面121可以以几乎90度折射。倾斜折射的其他角度光Iθ’的一部分到达透镜130，其余部分到达在透镜130之间露出的图像传感器140的上表面143。
透镜阵列包括在实质上水平的水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，从中心向竖直方向的距离越远则水平截面的直径越小。在透镜阵列中，透镜130以对应于图像传感器140的受光部的方式排列。作为一实施例，一个透镜与一个受光部对应。作为另一实施例，一个透镜也可以与多个受光部对应。
透镜130使实质上垂直入射于曲面的垂直光I90在焦点f汇集，使以其他角度光Iθ’向焦点f以外的位置折射。焦点f由透镜的直径、曲率而定，位于透镜中心的下方。通常CMOS图像传感器(CIS，CMOS Image Sensor)模块包括：光学透镜，调节焦点；微型透镜，用于增加向受光部入射的光的光量。光学透镜与图像传感器整体对应，微型透镜与图像传感器的各受光部对应。透镜130虽然以与图像传感器140的受光部相对应的方式排列，但是从使入射的光在焦点汇集的方面来看，透镜130靠近CIS模块的光学透镜。CIS模块的微型透镜虽然使具有一定范围入射角的光朝向受光部而使光量汇集，但是透镜130仅使实质上垂直光I90在焦点f汇集，使其他角度光Iθ’从焦点偏离。在此，实质上垂直光I90具有垂直及几乎垂直的入射角，是能够到达与透镜130为1:1对应的各受光部的光。
第一传感器偏光层120的下表面121是折射率不同的介质间的界面，通过第一传感器偏光层120的下表面121与透镜130的组合，使得图像传感器140能够仅检测实质上垂直光I90。垂直光I90与倾斜光Iθ入射于下表面121上的相同位置a。垂直光I90无折射地到达透镜130a的曲面。与此相反，被折射的其他角度光Iθ’的一部分被折射而到达透镜130a的曲面，其余部分到达相邻的其他透镜130的曲面。实质上垂直入射于透镜130a的曲面的垂直光I90与入射位置无关地朝向透镜130a的焦点f折射。与此相反，以垂直以外的角度入射于透镜130a的曲面的其他角度光Iθ’不能到达入射的透镜130a的焦点f。另外，以垂直以外的角度入射于透镜130b的曲面的其他角度光Iθ’，虽然根据入射位置和/或入射角而不同，但能够到达位于透镜130b的右侧的其他透镜的焦点，却无法到达透镜130a的焦点f。
入射于图像传感器140的上表面143中未形成透镜阵列的区域(平面区域)的光能够偏离焦点f。在平面区域垂直入射的垂直光I90因为没有发生折射，所以不到达焦点f。另外，由于在平面区域以垂直以外的角度入射的倾斜光Iθ在上表面143折射，因此可能达不到焦点f。从图像传感器140的上表面143到受光部的光路径由具有大于空气的折射率的物质填充。换句话说，图像传感器140的上表面143是折射率不同的两个介质间的界面。由此，朝向图像传感器140入射的光的折射角比入射角小。在平面区域入射的其他角度光Iθ’虽然无法到达透镜130a的焦点f，但是一部分可以到达相邻的透镜130的焦点。第一传感器偏光层120与透镜列阵之间配置折射率不同的介质的结构，在对直行的光进行检测时虽然有效，但是以一定程度以上折射的光可能到达周围的受光部。由此，以下说明一种实施例，其在利用上述原理的同时使得光不到达周围的受光部。
以下，在整体附图中，延迟层中显示的阴影线表示慢轴的方向，偏光层中显示的阴影线示意性地表示相对于向水平方向延伸的慢轴的偏光轴的方向。另外，示出了显示屏延迟层的慢轴与传感器延迟层的慢轴全部向水平方向延伸，或者显示屏延迟层的慢轴与传感器延迟层的慢轴向竖直方向延伸的情况。应理解的是，其为了有助于理解，仅仅是单纯地示出，无需将传感器延迟层的慢轴匹配于显示屏延迟层的慢轴。
图4是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的一例的图。
显示屏下方的指纹传感器100配置于显示板20下部。显示板20包括：显示屏偏光层21；显示屏延迟层22，其在显示屏偏光层21的下部层叠；以及像素层23，其配置于显示屏延迟层22下部，并形成有生成光的多个像素P。在显示板20的下表面为了保护显示屏偏光层21、显示屏延迟层22以及像素层23，可以配置保护层，该保护层由光透过性材料例如金属或合成树脂形成。作为一实施例，显示屏下方的指纹传感器100可以配置于保护层的一部分被去除的区域(以下称为完成型结构)。作为另一实施例，显示屏下方的指纹传感器100可以以膜形态制造而层压于显示板20的下表面。图像传感器140也可以附着于倾斜光阻断结构200的下表面，从而实现显示屏下方的指纹传感器(以下称为组装型结构)。以下，为了避免重复说明，以完成型结构为中心进行说明。
显示屏偏光层21及显示屏延迟层22使得显示板20的可见度提升。通过显示板20的上表面入射的外界光是非偏光。如果外界光入射于显示屏偏光层21的上表面，则仅使与显示屏偏光层21的偏光轴实质上一致的显示屏线形偏光通过显示屏偏光层21。如果显示屏线形偏光通过显示屏延迟层22，则成为顺时针方向或逆时针方向旋转的显示屏圆形偏光(或椭圆形偏光)。如果显示屏圆形偏光被像素层23反射而重新入射于显示屏延迟层22，则成为被反射的线形偏光。在此，如果显示屏延迟层22的偏光轴相对于慢轴大约倾斜45度，则显示屏线形偏光的偏光轴与被反射的线形偏光的偏光轴彼此正交。因此，被反射的线形偏光，即被像素层23反射的外界光被显示屏偏光层21阻断，从而无法向显示屏外部射出。由此能够使显示板20的可见度得以提升。
参照图4，显示屏下方的指纹传感器100包括第一传感器延迟层110、第一传感器偏光层120、第二传感器偏光层125、透镜130以及图像传感器140。在此，光选择层包括第一传感器延迟层110、第一传感器偏光层120以及第二传感器偏光层125。
第一传感器延迟层110配置于第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125的上部，图像传感器140配置于第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125的下部。
第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125可以在相同的平面上交替配置。第一传感器偏光层120的偏光轴及第二传感器偏光层125的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以不同的角度倾斜。第一传感器偏光层120的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴可以以第一角度，例如+45度倾斜，第二传感器偏光层125的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴可以以第二角度，例如-45度倾斜。第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125与透镜130分离，例如能够使空气介于其间。
作为一实施例，光选择层制造为在第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125的上表面层叠(层压)第一传感器延迟层110。光选择层能够附着于显示板20的下表面。作为另一实施例，能够通过薄膜晶体管实现图像传感器140。因此，显示屏下方的指纹传感器100能够通过层叠薄膜形态的第一传感器延迟层110、第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125以及图像传感器140的方式来制造。
透镜130配置于图像传感器140的上部。透镜130使从光选择层射出的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22中实质上垂直行进的垂直光I90向图像传感器140的第一受光部141及第二受光部142汇集。此外，透镜130使从光选择层射出的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22中倾斜行进的倾斜光Iθ以偏离第一受光部141及第二受光部142的方式折射。换句话说，透镜130能够配置于一个光路径下部(或者一个受光部上部)。以下，只要没有特别提及，入射于第一受光部141及第二受光部142的光是实质上垂直行进的垂直光I90。
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配置于第一传感器偏光层120的下部，第二受光部142配置于第二传感器偏光层125的下部。图像传感器140的第一受光部141对从第一传感器偏光层120射出的向下的第二线形偏光V3及第一传感器线形偏光PD21进行检测，并且第二受光部142对从第二传感器偏光层125射出的第二传感器线形偏光PD22进行检测。向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22通过第一受光部141及第二受光部142转换为具有与所接收的光的光量相应大小的像素电流。第一受光部141、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。作为一实施例，可以是一个或两个光电二极管与一个像素P对应。作为另一实施例，可以是PD阵列与一个像素P对应。作为又一实施例，可以是一个或两个光电二极管与多个像素P对应。作为又一实施例，可以是PD阵列与多个像素P对应。在此，第一受光部141、第二受光部142能够共同检测出例如绿色、蓝色等属于不同波长域的光中的任意一个。
以下，对具有上述结构的光选择层的显示屏下方的指纹传感器100的工作进行说明。
如果与具有显示屏偏光层21及显示屏延迟层22的显示板20结合，则显示屏下方的指纹传感器100生成的指纹图像的对比度能够得以提升。显示屏下方的指纹传感器100由传感器延迟层与传感器偏光层构成，包括形成两个光路径的光选择层。对通过各光路径的光进行检测的图像传感器140配置于光选择层的下部。光选择层所形成的两个光路径能够根据在光选择层入射的光的特性，例如种类(非偏光、旋转偏光、线形偏光)、轴方向(慢轴/快轴、偏光轴)等使光透过，或实质上阻断。在光选择层入射的光的特性中至少一部分由显示屏偏光层21及显示屏延迟层22来决定。
向显示屏下方的指纹传感器100入射的光是像素P生成的光。详细地，像素P生成的非偏光的大部分向显示板20的上部行进，一部分向显示板20的下部行进。
向显示板20的下部行进的第一非偏光PD1通过光选择层成为第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22。在此，第一传感器线形偏光PD21是通过光选择层的第一个光路径的光，第二传感器线形偏光PD22是通过第二光路径的光。第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22可以具有实质上相同的光量。
向上部行进的非偏光PU1在实质上无损失地通过显示屏延迟层22后，通过显示屏偏光层21而成为向上的线形偏光PU2。向上的线形偏光PU2在盖玻璃30上的指纹获取区域31反射，从而向显示板20的下表面行进。在指纹获取区域31中，到达指纹的脊线所接触的区域31r的向上的线形偏光PU2大部分被脊线吸收，从而几乎不反射，但是到达指纹的谷线下方区域31v的向上的线形偏光PU2实质上被反射，从而向显示板20的下表面行进。以下，将在指纹的谷线下方区域31v反射的向上的线形偏光PU2称作向下的第一线形偏光V1。
向下的第一线形偏光V1的偏光轴与显示屏偏光层21的偏光轴实质上一致，因此向下的第一线形偏光V1实质上无损失地通过显示屏偏光层21。显示屏偏光层21可以具有相对于显示屏延迟层22的慢轴以第二角度例如-45度倾斜的偏光轴。由此，通过显示屏偏光层21的向下的第一线形偏光V1能够相对于显示屏延迟层22的慢轴以第二角度入射。如果沿着快轴投射的向下的第一线形偏光V1的第一偏光部分与沿着慢轴投射的向下的第一线形偏光V1的第二偏光部分通过显示屏延迟层22，则相互间出现λ/4的相位差。因此，通过显示屏延迟层22的向下的第一线形偏光V1能够成为逆时针方向旋转的向下的圆形偏光V2。向下的圆形偏光V2通过显示板20的下表面而入射于显示屏下方的指纹传感器100。
向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1入射于第一传感器延迟层110的上表面。向下的圆形偏光V2是向下的第一线形偏光V1通过显示屏偏光层21及显示屏延迟层22后的光，第一非偏光PD1是从像素P朝向显示屏下方的指纹传感器100向下行进的光。在快轴与慢轴之间具有λ/4相位差的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110成为向下的第二线形偏光V3。详细说来，第一偏光部分与第二偏光部分之间具有λ/4相位差的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110而增加λ/4相位差，从而能够成为具有与向下的第一线形偏光V1的偏光轴垂直的偏光轴的向下的第二线形偏光V3。另外，第一非偏光PD1实质上无损失地通过第一传感器延迟层110。
向下的第二线形偏光V3虽然实质上无损失地通过第一传感器偏光层120，但被第二传感器偏光层125阻断。向下的第二线形偏光V3因为具有与第一传感器偏光层120的偏光轴实质上平行的偏光轴，所以能够实质上无损失地通过第一传感器偏光层120。相反地，向下的第二线形偏光V3具有与第二传感器偏光层125的偏光轴实质上垂直的偏光轴，因此无法通过第二传感器偏光层125。另外，第一非偏光PD1的光量通过第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125而大幅减少。在第一非偏光PD1的情况下，因为是具有多种特性的光的集合，所以能够仅使其中与第一传感器偏光层120或第二传感器偏光层125的偏光轴实质上平行的光通过第一传感器偏光层120或第二传感器偏光层125。通过了第一传感器偏光层120的第一非偏光PD1成为第一传感器线形偏光PD21，通过了第二传感器偏光层125的第一非偏光PD1成为第二传感器线形偏光PD22。
如上所述，从第一非偏光PD1形成的第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22能够分别被第一受光部141及第二受光部142检测。尤其是，通过光选择层而使向下的线形偏光V2无法实质上入射于第二受光部142，因此第二受光部142只能够测量从第一非偏光PD1形成的第二传感器线形偏光PD22的亮度。另外，第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22的亮度虽然可以实质上相同，相反地，也可以不同。但是，由于第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22是由一个或多个像素所生成的第一非偏光PD1形成，所以线性比例关系或非线性比例关系在二者之间的亮度上成立。非线性比例关系可能是由以下多种原因引起的：显示板20的结构特征、与各受光部对应的像素区域的差异、非偏光P1的波长域等。根据第一传感器线形偏光PD21与第二传感器线形偏光PD22之间的比例关系，第一传感器线形偏光PD21对第一受光部141所测量的亮度做出的贡献的程度能够根据第二受光部142所测量的第二传感器线形偏光PD22的亮度来计算。
显示屏下方的指纹传感器100是对在指纹谷线下方区域31V反射的光的亮度进行测量从而生成指纹图像的装置。位于显示板20内部的像素P不仅照射在指纹获取区域31反射的光，而且还照射直接入射于显示屏下方的指纹传感器100的光。这是因为显示屏下方的指纹传感器100配置于显示板20的下部。因此，显示屏下方的指纹传感器所包括的图像传感器140接收被指纹谷线反射的光以及直接入射的光。尤其是，实质上不存在在指纹的脊线所接触的区域31r反射的光，因此与指纹的脊线对应的受光部不应该生成基于光检测的像素电流。但是，通过不是被指纹获取区域31反射而是直接入射的光而使与指纹的脊线对应的受光部也生成不能忽视的大小的像素电流。通过与指纹的脊线对应的受光部生成的像素电流，使得生成的指纹图像的对比度降低。为了提升生成的指纹图像的对比度，需要测量显示板20内部生成的光的亮度。
图5是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的另一例的图。
参照图5，显示屏下方的指纹传感器100包括第一传感器延迟层110、第二传感器延迟层115、第一传感器偏光层120、透镜130以及图像传感器140。在此，光选择层包括第一传感器延迟层110、第二传感器延迟层115以及第一传感器偏光层120。第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115配置于第一传感器偏光层120的上部，图像传感器140配置于第一传感器偏光层120的下部。第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115可以在相同的平面上交替配置。第一传感器延迟层110的慢轴与第二传感器延迟层115的慢轴实质上正交。第一传感器偏光层120的偏光轴可以相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第一角度例如+45度倾斜，或者相对于第二传感器偏光层125的慢轴以第二角度例如-45度倾斜。
作为一实施例，光选择层能够通过在第一传感器偏光层120的上表面层叠第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115的方式来制造。光选择层能够附着于显示板20的底面。图像传感器140能够附着于光选择层的底面。作为另一实施例，能够通过薄膜晶体管实现图像传感器140。因此，显示屏下方的指纹传感器100能够通过层叠薄膜形态的第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115、第一传感器偏光层120以及图像传感器140的方式来制造。
透镜130配置于图像传感器140的上部。透镜130使从光选择层射出的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22中实质上垂直行进的垂直光I90向图像传感器140的第一受光部141及第二受光部142汇集。此外，透镜130使从光选择层射出的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22中倾斜行进的倾斜光Iθ以偏离第一受光部141及第二受光部142的方式折射。
图像传感器140由第一受光部141及第二受光部142构成。图像传感器140的第一受光部141配置于从第一传感器延迟层110射出的光通过第一传感器偏光层120后所到达的位置，第二受光部142配置于从第二传感器延迟层115射出的光通过第一传感器偏光层120后所到达的位置。详细说来，图像传感器140的第一受光部141位于第一传感器延迟层110的竖直下方，检测向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110及第一传感器偏光层120后射出的向下的第二线形偏光V3以及第一传感器线形偏光PD21。图像传感器140的第二受光部142位于第二传感器延迟层115的竖直下方，检测第二传感器线形偏光PD22。向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22通过第一受光部141及第二受光部142被转换为具有与所接收的光的光量相应大小的像素电流。第一受光部141及第二受光部142，例如可以是光电二极管，但是并非限定于此。
以下，对具有上述结构的光选择层的显示屏下方的指纹传感器100的工作进行说明。
向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1入射于第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115的上表面。快轴与慢轴之间具有λ/4相位差的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110成为向下的第二线形偏光V3，通过第二传感器延迟层115成为向下的第三线形偏光V3’。第一传感器延迟层110的慢轴与第二传感器延迟层115的慢轴正交，因此向下的第二线形偏光V3的偏光轴与向下的第三线形偏光V3’的偏光轴也能够正交。详细说来，第一偏光部分与第二偏光部分之间具有λ/4相位差的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110，增加λ/4相位差，从而能够成为具有与向下的第一线形偏光V1的偏光轴垂直的偏光轴的向下的第二线形偏光V3。相反地，通过第二传感器延迟层115使得相位差消除，向下的圆形偏光V2成为向下的第三线形偏光V3’，该向下的第三线形偏光V3’具有与向下的第一线形偏光V1的偏光轴实质上平行的偏光轴。另外，第一非偏光PD1直接通过第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115。
虽然从第一传感器延迟层110射出的向下的第二线形偏光V3通过第一传感器偏光层120，但是从第二传感器延迟层115射出的向下的第三线形偏光V3’无法通过第一传感器偏光层120。第一传感器偏光层120具有如下偏光轴，该偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第一角度例如+45度倾斜，或相对于第二传感器延迟层115的慢轴以第二角度例如-45度倾斜。由此，向下的第二线形偏光V3的偏光轴与第一传感器偏光层120的偏光轴实质上平行，所以向下的第二线形偏光V3能够实质上无损失地通过第一传感器偏光层120。相反地，向下的第三线形偏光V3’的偏光轴与第一传感器偏光层120的偏光轴实质上垂直，所以向下的第三线形偏光V3’能够被第一传感器偏光层120阻断。另外，通过了第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115的第一非偏光PD1通过第一传感器偏光层120而分别成为第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22。在此，第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22的偏光轴可以实质上相同。
向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22在透镜130汇集后向图像传感器140入射。换句话说，通过由第一传感器延迟层110-第一传感器偏光层120构成的第一光路径，使得第一受光部141能够对向下的第二线形偏光V3及第一传感器线形偏光PD21进行检测。另外，通过由第二传感器延迟层115-第一传感器偏光层120构成的第二光路径，使得第二受光部142能够对第二传感器线形偏光PD22进行检测。
图6是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的又一例的图。
参照图6，显示屏下方的指纹传感器100包括第一传感器延迟层110、第一透光层117、第二传感器偏光层125、第二透光层127、透镜130以及图像传感器140。在此，例示了光选择层包括第一传感器延迟层110、第一透光层117、第二传感器偏光层125以及第二透光层127，但是还可以包括第二传感器延迟层115、第一透光层117、第一传感器偏光层120以及第二透光层127。第一透光层117与第二透光层127可以由透光率相同或类似的物质形成，并且使入射的光实质上无损失地通过。如果第一传感器延迟层110配置于第二传感器偏光层125的上部，则第一透光层117能够配置于第二透光层127的上部。图像传感器140配置于第二传感器偏光层125及第二透光层127的下部。第一传感器延迟层110及第一透光层117能够在第一平面交替配置，第二传感器偏光层125及第二透光层127能够在第二平面交替配置。第二传感器偏光层125的偏光轴可以相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第二角度例如-45度倾斜。
透镜130配置于图像传感器140的上部。透镜130使从光选择层射出的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22中实质上垂直行进的垂直光I90向图像传感器140的第一受光部141及第二受光部142汇集。此外，透镜130使从光选择层射出的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22中倾斜光Iθ以偏离第一受光部141及第二受光部142的方式折射。
图像传感器140由第一受光部141及第二受光部142构成。图像传感器140的第一受光部141配置于第一透光层117及第二透光层127所射出的光通过透镜130汇集的位置，第二受光部142配置于第一传感器延迟层110及第二传感器偏光层125所射出的光通过透镜130汇集的位置。详细说来，图像传感器140的第一受光部141位于第一透光层117及第二透光层127的竖直下方，从而对向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1进行检测。图像传感器140的第二受光部142位于第一传感器延迟层110的竖直下方，从而对第二传感器线形偏光PD22进行检测。向下的圆形偏光V2、第一非偏光PD1以及第二传感器线形偏光PD22通过第一受光部141及第二受光部142被转换为具有与所接收的光的光量相应大小的像素电流。
以下，对具有上述结构的光选择层的显示屏下方的指纹传感器100的工作进行说明。
向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1入射于第一传感器延迟层110及第一透光层117的上表面。向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1实质上无损失地通过第一透光层117及第二透光层127，从而入射于第一受光部141。另外，在快轴与慢轴之间具有λ/4相位差的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110成为向下的第二线形偏光V3。第一偏光部分与第二偏光部分之间具有λ/4相位差的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110，增加λ/4相位差，从而成为具有与向下的第一线形偏光V1的偏光轴垂直的偏光轴的向下的第二线形偏光V3。另外，第一非偏光PD1实质上无损失地通过第一传感器延迟层110。
从第一传感器延迟层110射出的向下的第二线形偏光V3无法通过第二传感器偏光层125。第二传感器偏光层125具有相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第二角度例如-45度倾斜的偏光轴。由此，向下的第二线形偏光V3的偏光轴与第二传感器偏光层125的偏光轴实质上垂直，所以向下的第二线形偏光V3能够被第二传感器偏光层125阻断。
向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1被第一受光部141检测，第二传感器线形偏光PD22被第二受光部142检测。由于光选择层，使得从向下的圆形偏光V2形成的向下的第二线形偏光V3无法入射于第二受光部142，因此第二受光部142只能测量从第二非偏光形成的第二传感器线形偏光PD22的亮度。比例关系在第一非偏光PD1与第二传感器线形偏光PD22之间成立。在此，比例关系可以是线性比例关系或非线性比例关系。通过比例关系能够确定被第二受光部142检测的亮度。
以下，对提升指纹图像的对比度的结构适用于多种显示屏下方的指纹传感器的实施例进行说明。在此，应理解的是，提升指纹图像的对比度的结构并非仅限定于图7至图10所例示的结构。
图7是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的一实施例的图。
参照图7，显示屏下方的指纹传感器包括配置于光选择层与图像传感器140之间的倾斜光阻断结构200。光选择层包括第一传感器延迟层110、在第一传感器延迟层110的下部交替配置的第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125。倾斜光阻断结构200由不使光通过内部的例如吸光物质形成，且形成有从上表面至下表面实质上竖直延伸的多个贯通孔210。多个贯通孔210形成于与透镜130相对应的位置，并且贯通孔210的截面例如可以是圆形，但是并非限定于此。当截面是圆形时，贯通孔210的直径实质上大于或等于透镜的直径。换句话说，如果倾斜光阻断结构200配置于图像传感器140的上表面，则透镜130能够位于贯通孔210内。
另外，第一传感器偏光层120和第二传感器偏光层125可以以之字形配置。在之字形配置中，例如，能够在四边形的第一传感器偏光层120的四条边上配置具有相同形状的四个第二传感器偏光层125，或者在四边形的第二传感器偏光层125的四条边上配置具有相同形状的四个第一传感器偏光层120。在之字形配置中，相接的第一受光部141和第二受光部142能够接收在指纹获取区域31上的相同位置反射的光。
朝向贯通孔210实质上垂直入射的垂直光I90(参照图3)能够无折射地到达透镜的曲面。朝向贯通孔210以垂直以外的角度入射的倾斜光Iθ(参照图3)在光选择层的下表面发生折射。折射后的光的一部分被贯通孔210的侧面阻断。未被贯通孔210的侧面阻断的折射后的光的其余部分倾斜地向透镜的曲面入射。向透镜的曲面倾斜入射的倾斜光Iθ虽然向图像传感器140内部折射，但是无法到达透镜130的焦点f。第一受光部141、第二受光部142配置于透镜的焦点f。向贯通孔210之外的区域入射的垂直光I90与倾斜光Iθ被倾斜光阻断结构200的上表面阻断，从而无法朝向透镜130。
图8是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的另一实施例的图。
参照图8，显示屏下方的指纹传感器包括形成于图像传感器140内部的倾斜光阻断结构200。倾斜光阻断结构200位于透镜阵列与第一受光部141、第二受光部142之间。倾斜光阻断结构200包括多个结构层，所述多个结构层由不使光通过其内部的例如吸光物质形成。倾斜光阻断结构200定义第三光路径310，所述第三光路径310是垂直光I90通过透镜汇集而到达第一受光部141、第二受光部142的光路径。为此，各个结构层在与第三光路径310对应的位置形成开口。开口例如是圆形，沿着第三光路径310每个结构层所形成的开口的直径可以不同。例如可以是，距离透镜130最近的结构层所形成的开口的直径最大，越靠近第一受光部141、第二受光部142，开口的直径越小。
由多个开口所定义的第三光路径310阻断通过透镜130折射的光。以截面为基准，实质上垂直入射的垂直光I90只有在通过透镜130折射即朝向焦点f汇集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倾斜光Iθ被构成第三光路径310的各个结构层阻断，从而无法到达第一受光部141、第二受光部142。
图9是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图9，显示屏下方的指纹传感器包括配置于光选择层的下部的倾斜光阻断结构200。倾斜光阻断结构200的下表面与透镜130分离。倾斜光阻断结构200由光学上透明的物质形成，且包括由吸光物质形成的多个结构层，所述结构层包括第一层、第二层和第三层。第一层410与光选择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阻断结构200的内部，第三层430以形成在倾斜光阻断结构200的下表面或靠近下表面的方式形成于倾斜光阻断结构200的内部。第一层410、第二层420至第三层430定义垂直光I90所能通过的第四光路径450。为此，在第一层410、第二层420至第三层430中，在与第四光路径450对应的位置上形成有开口。开口例如是圆形，其直径可以实质上等于或小于透镜130的直径。并且，光阻断层440可以形成于透镜130之间的平面上。光阻断层440可以由吸光物质形成。
朝向第四光路径450实质上垂直入射的垂直光I90(参照图3)能够无折射地到达透镜130的曲面。相反地，朝向第四光路径450以垂直以外的角度入射的倾斜光Iθ(参照图3)被倾斜光阻断结构200的第一层410、第二层420至第三层430阻断。未被第一层410、第二层420至第三层430阻断的倾斜光Iθ的其余部分被光阻断层440阻断，从而无法向图像传感器140内部入射。另外，向透镜130的曲面倾斜入射的倾斜光Iθ的其余部分虽然折射至图像传感器140内部，但是无法到达透镜130的焦点f。第一受光部141、第二受光部142配置于透镜130的焦点f。向第四光路径450之外的区域入射的垂直光I90与倾斜光Iθ被倾斜光阻断结构200的上表面阻断，从而无法朝向透镜130。
图10是示意性地示出在透镜的焦点处具有多个受光部的显示屏下方的指纹传感器的图。
参照图10，显示屏下方的指纹传感器包括配置于光选择层的下表面的倾斜光阻断结构200。倾斜光阻断结构200的下表面与透镜130分离。倾斜光阻断结构200由光学上透明的物质形成，且包括由吸光物质形成的多个结构层，所述结构层包括第一层、第二层和第三层。第一层410与光选择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阻断结构200的内部，第三层430以形成在倾斜光阻断结构200的下表面或靠近下表面的方式形成于倾斜光阻断结构200的内部。第一层410、第二层420至第三层430定义垂直光I90所能够通过的第五光路径550。为此，在第一层410、第二层420至第三层430中，在与第五光路径550对应的位置上形成有开口。开口例如是圆形，其直径可以实质上等于或小于透镜的直径。并且，光阻断层440可以形成于透镜130之间的平面上。光阻断层440可以由吸光物质形成。
第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125可以以之字形配置。另外，可以是，第一受光部141由多个第一单元受光部1411构成，第二受光部142也由多个第二单元受光部1421构成。构成第一受光部141的四个第一单元受光部1411接收从互不重叠的区域射出的光，同样地，构成第二受光部142的四个第二单元受光部1421接收从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而倒转。换句话说，第一受光部141的第一单元受光部1411与指纹获取区域31上的第一单元区域1411’以透镜130的中心为基准对称，第二受光部142也是同样的。在此，与第一受光部141的第一单元受光部1411对应的第一单元区域1411’可与第二受光部142的第二单元受光部1421对应的第二单元区域1421’重叠，与第一受光部141的第一单元受光部1411对应的第一单元区域1411’可与第二受光部142的第二单元受光部1421对应的第二单元区域1421’重叠。
朝向第五光路径垂直或接近垂直入射的垂直光I90(参照图3)能够无折射地到达透镜的曲面。相反地，朝向第五光路径550倾斜入射的倾斜光Iθ(参照图3)被倾斜光阻断结构200的第一层410、第二层420至第三层430阻断。未被第一层410、第二层420至第三层430阻断的倾斜光Iθ的其余部分被光阻断层440阻断，从而无法向图像传感器140内部入射。另外，向透镜的曲面倾斜入射的倾斜光Iθ的其余部分虽然折射至图像传感器140内部，但是无法到达透镜130的焦点f。第一受光部141、第二受光部142配置于透镜的焦点f。向第五光路径550之外的区域入射的垂直光I90与倾斜光Iθ被倾斜光阻断结构200的上表面阻断，从而无法朝向透镜130。
图11是为了说明在显示屏下方的指纹传感器中使从指纹脊线射出的光与从谷线射出的光之间的差异增加的结构的一例的图。
参照图11，显示屏下方的指纹传感器100配置于显示板20下部。显示屏下方的指纹传感器100包括透镜130、第一传感器延迟层110、第一传感器偏光层120、第二传感器偏光层125以及图像传感器140。在此，光选择层包括第一传感器延迟层110、第一传感器偏光层120以及第二传感器偏光层125。
透镜130与显示板20的下表面分离，例如空气可以介入其间。透镜130使从显示板20的下表面射出的向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1中实质上垂直光I90向图像传感器140的第一受光部141及第二受光部142汇集。此外，透镜130使向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1中倾斜光Iθ以偏离第一受光部141及第二受光部142的方式折射。换句话说，透镜130能够配置于一个光路径下部(或者一个受光部上部)。由此，透镜130可以是多个。以下，如果未特别提及，则向第一受光部141及第二受光部142入射的光是实质上垂直光I90。
第一传感器延迟层110配置于透镜130的下部。在第一传感器延迟层110中，慢轴以实质上水平的方式遍及整体而形成。
第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125配置于第一传感器延迟层110的下部。第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125能够在相同的平面交替配置。第一传感器偏光层120的偏光轴与第二传感器偏光层125的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以不同的角度倾斜。第一传感器偏光层120的偏光轴能够相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第一角度例如+45度倾斜，第二传感器偏光层125的偏光轴能够相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第二角度例如-45度倾斜。
作为一实施例，光选择层通过在第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125的上表面层叠(层压)第一传感器延迟层110的方式来制造，透镜130能够形成于第一传感器延迟层110的上部。形成有透镜的光选择层能够附着于显示板20的下表面。作为另一实施例，可通过薄膜晶体管来实现图像传感器140。因此，显示屏下方的指纹传感器100能够通过层叠透镜130、薄膜形态的第一传感器延迟层110、第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125以及图像传感器140的方式来制造。
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配置于第一传感器偏光层120的下部，第二受光部142配置于第二传感器偏光层125的下部。第一受光部141对从第一传感器偏光层120射出的向下的第二线形偏光V3及第一传感器线形偏光PD21进行检测，并且第二受光部142对从第二传感器偏光层125射出的第二传感器线形偏光PD22进行检测。向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22通过第一受光部141及第二受光部142被转换为具有与所接收的光的光量相应大小的像素电流。
第一受光部141、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。作为一实施例，一个或两个光电二极管能够与一个像素P对应。作为另一实施例，PD阵列能够与一个像素P对应。作为又一实施例，一个或两个光电二极管能够与多个像素P对应。作为又一实施例，PD阵列能够与多个像素P对应。在此，第一及第二第一受光部141、第二受光部142能够共同检测出例如绿色、蓝色等属于不同波长域的光中的任意一个。
以下，对具有上述结构的光选择层的显示屏下方的指纹传感器100的工作进行说明。
向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1从显示板20的下表面射出并入射于显示屏下方的指纹传感器100。显示板20与透镜130之间的空间例如由空气填充。由此，显示板20的下表面是折射率不同的两个介质间的界面。空气的折射率小于显示板20的折射率，因此在显示板20内朝向下表面的光以大于入射角的折射角折射。向显示板20的下表面实质上垂直入射的光不被折射。但是，以垂直以外的角度入射的光(倾斜光)被折射。由此，从显示板20的下表面射出而入射于透镜的光的大部分是实质上垂直入射的光。参照图12对阻断倾斜光的结构进行详细说明。另外，虽然倾斜光的一部分也能够入射于透镜130，但是被透镜130折射为偏离第一受光部141或第二受光部142。
实质上垂直行进的向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1入射于透镜130。向下的圆形偏光V2是向下的第一线形偏光V1通过显示屏偏光层21及显示屏延迟层22后的光，第一非偏光PD1是从像素P朝向显示屏下方的指纹传感器100向下行进的光。透镜130使向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1折射为在第一受光部141及第二受光部142汇集。
被折射的向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1入射于第一传感器延迟层110。A表示第一非偏光PD1实质上无光量损失地通过透镜130汇集而入射于第一传感器延迟层110，B表示向下的圆形偏光V2实质上无光量损失地通过透镜130汇集而入射于第一传感器延迟层110。在快轴与慢轴之间具有λ/4相位差的被折射的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110成为向下的第二线形偏光V3。详细说来，在第一偏光部分与第二偏光部分之间具有λ/4相位差的向下的圆形偏光V2通过第一传感器延迟层110，增加λ/4相位差，从而能够成为向下的第二线形偏光V3，所述向下的第二线形偏光V3具有与向下的第一线形偏光V1的偏光轴垂直的偏光轴。另外，第一非偏光PD1实质上无损失地通过第一传感器延迟层110。
虽然向下的第二线形偏光V3实质上无损失地通过第一传感器偏光层120，但被第二传感器偏光层125阻断。由于向下的第二线形偏光V3具有与第一传感器偏光层120的偏光轴实质上平行的偏光轴，因此能够实质上无损失地通过第一传感器偏光层120。相反地，由于向下的第二线形偏光V3具有与第二传感器偏光层125的偏光轴实质上垂直的偏光轴，因此无法通过第二传感器偏光层125。另外，C表示第一非偏光PD1的光量通过第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层而大幅减少。在第一非偏光PD1的情况下，由于是具有多种特性的光的集合，所以其中只有与第一传感器偏光层120或第二传感器偏光层的偏光轴实质上平行的光能够通过第一传感器偏光层120或第二传感器偏光层。通过第一传感器偏光层120后的第一非偏光PD1成为第一传感器线形偏光PD21，通过第二传感器偏光层后的第一非偏光PD1成为第二传感器线形偏光PD22。
如上所述，从第一非偏光PD1形成的第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22能够分别被第一受光部141及第二受光部142检测。尤其是，通过光选择层而使得向下的线形偏光V2无法实质上入射于第二受光部142，因此第二受光部142仅能够测量从第一非偏光PD1形成的第二传感器线形偏光PD22的亮度。另外，虽然第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22的亮度可以实质上相同，但是相反地，也可以不同。但是，由于第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22是从一个或多个像素所生成的第一非偏光PD1形成的，因此线性比例关系或非线性比例关系在二者之间的亮度上成立。非线性比例关系可能是由以下多种原因引起的：显示板20的结构特征、与各受光部对应的像素区域的差异、非偏光P1的波长域等。根据第一传感器线形偏光PD21及第二传感器线形偏光PD22之间的比例关系，第一传感器线形偏光PD21对第一受光部141所测量的亮度做出的贡献的程度能够通过第二受光部142所测量的第二传感器线形偏光PD22的亮度来计算。
显示屏下方的指纹传感器100是对在指纹谷线下方区域31V反射的光的亮度进行测量从而生成指纹图像的装置。位于显示板20内部的像素P不仅照射在指纹获取区域31反射的光，而且还照射直接入射于显示屏下方的指纹传感器100的光。这是因为显示屏下方的指纹传感器100配置于显示板20的下部。因此，显示屏下方的指纹传感器所包括的图像传感器140接收被指纹谷线反射的光以及直接入射的光。尤其是，实质上不存在指纹的脊线所接触的区域31r反射的光，因此与指纹的脊线对应的受光部不应该生成基于光检测的像素电流。但是，通过不是被指纹获取区域31反射而是直接入射的光而使与指纹的脊线对应的受光部也生成不能忽视的大小的像素电流。通过与指纹的脊线对应的受光部生成的像素电流，使得生成的指纹图像的对比度降低。为了提升生成的指纹图像的对比度，需要测量显示板20内部生成的光的亮度。
以下，对提升指纹图像的对比度的结构适用于多种显示屏下方的指纹传感器的实施例进行说明。在此，应理解的是，参照图11说明的提升指纹图像的对比度的结构并非仅限定于图12至图14所例示的结构，也能够与在其他附图中所说明的结构结合。
图12是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图12(a)，显示屏下方的指纹传感器包括配置于显示板20与光选择层之间的倾斜光阻断结构200。光选择层包括第一传感器延迟层110、以及在第一传感器延迟层110的下部交替配置的第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125。倾斜光阻断结构200由不使光不通过其内部的例如吸光材质形成，且形成有从上表面至下表面实质上竖直延伸的多个贯通孔210。多个贯通孔210形成于与透镜130相对应的位置，并且贯通孔210的截面例如可以是圆形，但是并非限定于此。当截面是圆形时，贯通孔210的直径实质上等于或大于透镜的直径。换句话说，如果倾斜光阻断结构200配置于光选择层的上表面，则透镜130能够位于贯通孔210内。
朝向贯通孔210实质上垂直入射的垂直光I90(参照图3)能够无折射地到达透镜的曲面。朝向贯通孔210以垂直以外的角度入射的倾斜光Iθ(参照图3)在光选择层的下表面发生折射。被折射的光的一部分被贯通孔210的侧面阻断。未被贯通孔210的侧面阻断的被折射的光的其余部分倾斜地向透镜的曲面入射。向透镜的曲面倾斜入射的倾斜光Iθ虽然向图像传感器140内部折射，但是无法到达透镜130的焦点f。第一受光部141、第二受光部142配置于透镜的焦点f。向贯通孔210之外的区域入射的垂直光I90与倾斜光Iθ被倾斜光阻断结构200的上表面阻断，从而无法朝向透镜130。
通过透镜130向第一受光部141、第二受光部142折射的垂直光I90入射于第一传感器延迟层110。通过第一传感器延迟层110后的被折射的垂直光I90入射于第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125。第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125可以以之字形配置。在之字形配置中，例如，能够在四边形的第一传感器偏光层120的四条边上配置具有相同形状的四个第二传感器偏光层125，或者在四边形的第二传感器偏光层125的四条边上配置具有相同形状的四个第一传感器偏光层120。在之字形配置中，相接的第一受光部141和第二受光部142能够接收在指纹获取区域31上的相同位置反射的光。
参照图12(b)，显示屏下方的指纹传感器包括配置于显示板20的下表面的倾斜光阻断结构200。倾斜光阻断结构200的下表面与透镜130分离。倾斜光阻断结构200由光学上透明的物质形成，包括由吸光物质形成的多个结构层，所述结构层包括第一层、第二层和第三层。第一层410与显示板20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阻断结构200的内部，第三层430以形成在倾斜光阻断结构200的下表面上或靠近下表面的方式形成于倾斜光阻断结构200的内部。第一层410、第二层420至第三层430定义垂直光I90所能通过的第六光路径850。为此，在第一层410、第二层420至第三层430中，在与第六光路径850对应的位置上形成有开口。开口例如是圆形，其直径可以实质上等于或小于透镜130的直径。并且，光阻断层440可以形成于透镜130之间的平面上。光阻断层440可以由吸光物质形成。
朝向第六光路径850实质上垂直入射的垂直光I90(参照图3)能够无折射地到达透镜130的曲面。相反地，朝向第六光路径850以垂直以外的角度入射的倾斜光Iθ(参照图3)被倾斜光阻断结构200的第一层410、第二层420至第三层430阻断。未被第一层410、第二层420至第三层430阻断的倾斜光Iθ的其余部分被光阻断层440阻断，从而无法向光选择层内部入射。另外，向透镜130的曲面倾斜入射的倾斜光Iθ的其余部分虽然被折射至光选择层内部，但是无法到达透镜130的焦点f。第一受光部141、第二受光部142配置于透镜130的焦点f。向第六光路径850之外的区域入射的垂直光I90与倾斜光Iθ被倾斜光阻断结构200的上表面阻断，从而无法朝向透镜130。
图13是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图13(a)，显示屏下方的指纹传感器包括透镜130、倾斜光阻断结构200、光选择层以及图像传感器140。透镜130与显示板20的下表面分离。倾斜光阻断结构200由光学上透明的物质形成，且包括由吸光物质形成的多个结构层，所述结构层包括第一层、第二层和第三层。第一层410形成于倾斜光阻断结构200的内部，第二层420以形成在倾斜光阻断结构200的下表面上或靠近下表面的方式形成于倾斜光阻断结构200的内部。第一层410至第二层420定义通过透镜130而朝向第一受光部141、第二受光部142行进的光所能通过的第七光路径851。为此，在第一层410至第二层420中，在与第七光路径851对应的位置上形成有开口。开口例如是圆形，其直径可以实质上等于或小于透镜130的直径。并且，光阻断层440可以形成于透镜130之间的平面上。光阻断层440可以由吸光物质形成。构成光选择层的第一传感器延迟层110配置于倾斜光阻断结构200的下部，第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125配置于第一传感器延迟层110的下部。
朝向显示板20的下表面实质上垂直入射的垂直光I90即向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1能够无折射地到达透镜130的曲面。相反地，朝向显示板20的下表面以垂直以外的角度入射的倾斜光Iθ(参照图3)被折射，从而倾斜地到达透镜130的曲面或被光阻断层440阻断。
向透镜130的曲面垂直入射的垂直光I90通过透镜130汇集而朝向第一受光部141、第二受光部142折射。被折射的垂直光I90能够通过第七光路径851而到达光路径层。相反地，向透镜130的曲面倾斜入射的倾斜光Iθ通过透镜130折射并被形成第七光路径851的第一层410至第二层420阻断。虽然未被第一层410至第二层420阻断的倾斜光Iθ会通过第七光路径851，但是偏离第一受光部141、第二受光部142。
被折射的垂直光I90通过由光选择层形成的第一光路径与第二光路径中的任意一个。向下的第二线形偏光V3虽然实质上无损失地通过第一光路径，但是被第二光路径阻断。另外，第一非偏光PD1通过第一光路径而成为第一传感器线形偏光PD21，通过第二光路径而成为第二传感器线形偏光PD22。第一传感器线形偏光PD21与第二传感器线形偏光PD22的光量可相比第一非偏光PD1而减少。
参照图13(b)，显示屏下方的指纹传感器包括透镜130、光选择层、倾斜光阻断结构200以及图像传感器140。透镜130与显示板20的下表面分离。光选择层配置于透镜130的下部。详细说来，第一传感器延迟层110配置于倾斜光阻断结构200的下部，第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125配置于第一传感器延迟层110的下部。倾斜光阻断结构200配置于第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125的下部。倾斜光阻断结构200由光学上透明的物质形成，包括由吸光物质形成的多个结构层，所述结构层包括第一层、第二层和第三层。第一层410与光选择层的下表面即第一传感器偏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阻断结构200的内部，第三层430以形成在倾斜光阻断结构200的下表面上或靠近下表面的方式形成于倾斜光阻断结构200的内部。第一层410、第二层420至第三层430定义垂直光I90所能通过的第六光路径850。为此，在第一层410、第二层420至第三层430中，在与第六光路径850对应的位置上形成有开口。开口例如是圆形，其直径可以实质上等于或小于透镜130的直径。并且，光阻断层440可以形成于透镜130之间的平面上。光阻断层440可以由吸光物质形成。
朝向显示板20的下表面实质上垂直入射的垂直光I90即向下的圆形偏光V2及第一非偏光PD1能够无折射地到达透镜130的曲面。相反地，朝向显示板20的下表面以垂直以外的角度入射的倾斜光Iθ(参照图3)被折射，从而倾斜地到达透镜130的曲面或被光阻断层440阻断。
向透镜130的曲面垂直入射的垂直光I90通过透镜130汇集而向第一受光部141、第二受光部142折射。被折射的垂直光I90通过由光选择层形成的第一光路径与第二光路径中的任意一个。虽然向下的圆形偏光V2实质上无损失地通过第一光路径而成为向下的第二线形偏光V3，但被第二光路径阻断。另外，第一非偏光PD1通过第一光路径而成为第一传感器线形偏光PD21，并且通过第二光路径而成为第二传感器线形偏光PD22。第一传感器线形偏光PD21与第二传感器线形偏光PD22的光量可相比第一非偏光PD1而减少。
从垂直光I90形成的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22能够通过第六光路径850而到达第一受光部141、第二受光部142。相反地，从倾斜光Iθ形成的向下的第二线形偏光V3、第一传感器线形偏光PD21以及第二传感器线形偏光PD22能够被第一层410、第二层420至第三层430阻断。未被第一层410、第二层420至第三层430阻断的倾斜光Iθ虽然通过第六光路径850，但是偏离第一受光部141、第二受光部142。
图14是示意性地示出生成对比度得到提升的指纹图像的显示屏下方的指纹传感器的又一实施例的图。
参照图14，显示屏下方的指纹传感器包括透镜130、结合有倾斜光阻断结构200的光选择层以及图像传感器140。透镜130与显示板20的下表面分离。倾斜光阻断结构200包括由吸光物质形成的光阻断区域、第一光阻断区域907及第二光阻断区域908以及由光学上透明的物质形成的第一光路径区域903和第二光路径区域904。光路径区域形成于透镜130的下部。倾斜光阻断结构200配置于第一传感器延迟层110与第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125之间，并且还可以配置于第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125与图像传感器140之间。如果结合有倾斜光阻断结构200，则光选择层不仅能够提供第一光路径及第二光路径，而且还能够阻断倾斜光Iθ。
图15是示意性地示出第一光路径和第二光路径以之字形配置的光选择层的图。
参照图15(a)，光选择层包括第一传感器延迟层110、第二传感器延迟层115、第一传感器偏光层120以及第二传感器偏光层125。
第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115具有不同的慢轴，并能够在第二方向上交替配置。第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115可以为在第一方向上延伸的矩形形状。
第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125配置于第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115的下部。第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125具有不同的偏光轴，并能够形成为在第一方向上交替排列。第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125可以为在第二方向上延伸的矩形形状。在此，可以是，第一传感器偏光层120的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第一角度倾斜，第二传感器偏光层125的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第二角度倾斜。
第一传感器延迟层110、第二传感器延迟层115、第一传感器偏光层120以及第二传感器偏光层125被设为使第一光路径和第二光路径以矩阵方式接触排列，可以为，在一个第一光路径的周围配置四个第二光路径，或者在一个第二光路径周围配置四个第一光路径。第一传感器延迟层110-第一传感器偏光层120以及第二传感器延迟层115-第二传感器偏光层125使向下的第二线形偏光V3及第一传感器线形偏光PD21通过，因此在第一传感器延迟层110-第一传感器偏光层120以及第二传感器延迟层115-
第二传感器偏光层125下部配置的受光部是接收通过了第一光路径的光的第一受光部141。相反地，由于第一传感器延迟层110-第二传感器偏光层125以及第二传感器延迟层115-第一传感器偏光层120仅使第二传感器线形偏光PD22通过，因此配置于第一传感器延迟层110-第二传感器偏光层125以及第二传感器延迟层115-第一传感器偏光层120的下部的受光部是接收通过了第二光路径的光的第二受光部142。
参照图15(b)，光选择层包括第一传感器延迟层110、第一传感器偏光层120以及第二传感器偏光层125。
在第一传感器延迟层110中，慢轴遍及整体地以实质上水平的方式形成。
第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125配置于第一传感器延迟层110的下部。第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125具有不同的偏光轴，并能够交替排列。例如，第一传感器偏光层120及第二传感器偏光层125为四边形形状，并以矩阵方式接触排列，任意一个第一传感器偏光层的四周均为第二传感器偏光层，且任意一个第二传感器偏光层的四周均为第一传感器偏光层，第一传感器偏光层和第二传感器偏光层的大小和厚度均相同。在此，可以是，第一传感器偏光层120的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第一角度倾斜，第二传感器偏光层125的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第二角度倾斜。
由于第一传感器偏光层120使向下的第二线形偏光V3及第一传感器线形偏光PD21通过，因此配置于第一传感器偏光层120的下部的受光部是接收通过了第一光路径的光的第一受光部141。相反地，由于第二传感器偏光层125仅使第二传感器线形偏光PD22通过，因此配置于第二传感器偏光层125的配置的受光部是接收通过了第二光路径的光的第二受光部142。
另外，虽然未示出，但是第一传感器延迟层110能够由第二传感器延迟层115替换。在此情况下，第一光路径和第二光路径也能够以之字形配置。
参照图15(c)，光选择层包括第一传感器延迟层110、第二传感器延迟层以及第一传感器偏光层120。
具有不同的慢轴的第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115能够交替配置。第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115为四边形形状，并具有以之字形排列的结构。
第一传感器偏光层120配置于第一传感器延迟层110及第二传感器延迟层115的下部。多个相同的偏光轴以遍及整体的方式均匀地形成在第一传感器偏光层120中。在此，可以是，第一传感器偏光层120的偏光轴相对于第一传感器延迟层110的慢轴以第一角度倾斜，而相对于第二传感器延迟层115的慢轴以第二角度倾斜。
由于位于第一传感器延迟层110下部的第一传感器偏光层120使通过了第一传感器延迟层110的向下的第二线形偏光V3及第一传感器线形偏光PD21通过，因此配置于第一传感器延迟层110的下部的受光部是接收通过了第一光路径的光的第一受光部141。相反地，由于位于第二传感器延迟层115下部的第一传感器偏光层120仅使通过了第二传感器延迟层115的第二传感器线形偏光PD22通过，因此配置于第二传感器延迟层115的下部的受光部是接收通过了第二光路径的光的第二受光部142。
另外，虽然未示出，但是第一传感器偏光层120能够由第二传感器偏光层125替换。在此情况下，第一光路径和第二光路径也能够以之字形配置。
图16是示意性地示出提升指纹图像的对比度的方式的图。
参照图1至图14说明的显示屏下方的指纹传感器能够利用通过第一光路径接收的光生成第一指纹图像900，并且利用通过第二光路径接收的光生成第二指纹图像910。在光选择层中，第一光路径和第二光路径以之字形配置，因此相互接近的第一受光部141和第二受光部142能够检测在指纹获取区域31上的相同位置射出的垂直光。因此，第一指纹图像900和第二指纹图像910是实质上对相同的指纹获取区域31进行拍摄的图像。
在第一指纹图像900中，指纹的谷线901表现为与向下的第二线形偏光V3和第一传感器线形偏光PD21的亮度相对应，指纹的脊线902表现为与第一传感器线形偏光PD21的亮度相对应，谷线901与脊线902虽然有区别，但是对比度相对较低。相反地，在第二指纹图像910中，指纹的谷线901与脊线902均表现为与第二传感器线形偏光PD22的亮度相对应，第一指纹图像900和第二指纹图像910的谷线901亮度无区别。
从第一指纹图像900中减去第二指纹图像910，从而能够生成对比度得到提升的指纹图像920。能够从第一指纹图像900的(x,y)位置处的像素的像素值减去第二指纹图像910上的相同位置处的像素的像素值。此方式具有如下效果：消除向第一受光部141和第二受光部142入射的第一传感器线形偏光PD21和第二传感器线形偏光PD22。除此之外，可通过多种方式利用第一指纹图像900和第二指纹图像910来提升对比度。
应理解的是，上述本发明的说明只不过是用于例示的，本发明所属技术领域的人员在不变更本发明的技术思想和必要特征的前提下，能够容易地变形为进行其他具体方式。因此，应理解的是，以上所记载的实施例在所有方面上为例示的，而并非受限定的。
应理解的是，本发明的范围通过后述的权利要求范围体现，而非上述详细说明，根据权利要求范围的意义、范围、其均等概念所导出的全部变更或变形的形态均包括在本发明的范围之内。

Claims (23)

1.一种显示屏下方的指纹传感器，在盖玻璃及显示板上生成与所述盖玻璃接触的手指的指纹图像，所述显示板配置于所述盖玻璃下部，所述显示屏下方的指纹传感器的特征在于，包括：
光选择层，配置于所述显示板的下部，形成第一光路径及第二光路径，所述第一光路径将入射的向下的圆形偏光转换为向下的线形偏光，且将入射的非偏光转换为第一传感器线形偏光，所述第二光路径阻断所述向下的圆形偏光，且将所述非偏光转换为第二传感器线形偏光；
多个透镜，以与所述光选择层分离的方式配置于所述第一光路径及所述第二光路径的下部，使所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光中垂直入射的光汇集于焦点，并且使倾斜入射的光以偏离所述焦点的方式折射；
图像传感器，配置于所述多个透镜的各自的焦点上，由第一受光部及第二受光部构成，所述第一受光部接收从所述第一光路径射出的所述向下的线形偏光及所述第一传感器线形偏光，所述第二受光部接收从所述第二光路径射出的所述第二传感器线形偏光，
所述向下的圆形偏光是所述显示板所生成的光中向上方行进而在位于盖玻璃上表面的指纹的谷线下方区域反射从而向下方行进的光，
所述非偏光是所述显示板所生成的光中向下方行进的光。
2.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，所述光选择层包括：
第一传感器延迟层，将所述向下的圆形偏光转换为所述向下的线形偏光；
第一传感器偏光层及第二传感器偏光层，配置于所述第一传感器延迟层的下部，所述第一传感器偏光层使所述向下的线形偏光通过，并将所述非偏光转换为所述第一传感器线形偏光，所述第二传感器偏光层阻断所述向下的线形偏光，并将所述非偏光转换为所述第二传感器线形偏光，
所述第一传感器延迟层和所述第一传感器偏光层形成所述第一光路径，所述第一传感器延迟层和所述第二传感器偏光层形成所述第二光路径。
3.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，
所述第一传感器偏光层和所述第二传感器偏光层均为四边形形状，并以矩阵方式接触排列，任意一个所述第一传感器偏光层的四周均为所述第二传感器偏光层，且任意一个所述第二传感器偏光层的四周均为所述第一传感器偏光层。
4.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，所述光选择层包括：
第一传感器延迟层及第二传感器延迟层，具有彼此正交的慢轴；
第一传感器偏光层，配置于所述第一传感器延迟层及所述第二传感器延迟层的下部，
所述第一传感器延迟层和所述第一传感器偏光层形成所述第一光路径，所述第二传感器延迟层和所述第一传感器偏光层形成所述第二光路径。
5.根据权利要求4所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，
所述第一传感器延迟层和所述第二传感器延迟层均为四边形形状，并以矩阵方式接触排列，任意一个所述第一传感器延迟层的四周均为所述第二传感器延迟层，且任意一个所述第二传感器延迟层的四周均为所述第一传感器延迟层。
6.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，所述光选择层包括：
第一传感器延迟层及第二传感器延迟层，沿第二方向交替配置，且具有彼此正交的慢轴；
第一传感器偏光层及第二传感器偏光层，在所述第一传感器延迟层及所述第二传感器延迟层的下部沿第一方向交替配置，且具有彼此正交的偏光轴，
第一传感器延迟层-第一传感器偏光层以及第二传感器延迟层-第二传感器偏光层形成所述第一光路径，
第二传感器延迟层-第一传感器偏光层以及第一传感器延迟层-第二传感器偏光层形成所述第二光路径。
7.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，所述光选择层包括：
第一传感器延迟层及第一透光层，配置于相同的平面；
第二传感器偏光层及第二透光层，配置于相同的平面，所述第二传感器偏光层位于所述第一传感器延迟层的下部，且具有相对于所述第一传感器延迟层的慢轴倾斜-45度的偏光轴，所述第二透光层位于所述第一透光层的下部，
所述第一透光层和所述第二透光层形成所述第一光路径，所述第一传感器延迟层和所述第二传感器偏光层形成所述第二光路径。
8.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，所述光选择层的下表面是折射率不同的两个介质间的界面，
在所述光选择层的下表面，垂直入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光垂直行进，倾斜入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光以大于入射角的折射角折射。
9.根据权利要求8所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，还包括倾斜光阻断结构，
所述倾斜光阻断结构配置于所述光选择层与所述图像传感器之间，且形成有从上表面至下表面的竖直延伸的贯通孔，所述透镜位于所述贯通孔内。
10.根据权利要求8所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，
所述图像传感器包括多个结构层，所述多个结构层位于所述图像传感器的上表面与所述多个受光部之间，并沿着水平方向延伸，
所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个受光部的上部。
11.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，还包括倾斜光阻断结构，
所述倾斜光阻断结构配置于所述光选择层的下表面，其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，
所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个受光部的上部。
12.根据权利要求11所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，所述倾斜光阻断结构的下表面为折射率不同的两个介质间的界面，
在所述倾斜光阻断结构的下表面，垂直入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光垂直行进，倾斜入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光以大于入射角的折射角折射。
13.根据权利要求11所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，还包括光阻断层，
所述光阻断层形成于所述透镜的周围区域，从而阻断向所述图像传感器内部入射的光。
14.根据权利要求1所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，
一个所述透镜与构成一个受光部的多个单元受光部对应，
使通过了多个光路径的属于所述垂直入射角范围的光分别汇集于所述多个单元受光部。
15.一种显示屏下方的指纹传感器，在盖玻璃及显示板上生成与所述盖玻璃接触的手指的指纹图像，所述显示板配置于所述盖玻璃下部，所述显示屏下方的指纹传感器的特征在于，包括：
多个透镜，配置于显示板的下部，使垂直入射的向下的圆形偏光及非偏光汇集于焦点，使倾斜入射的向下的圆形偏光及非偏光以偏离焦点的方式折射；
光选择层，配置于所述多个透镜下部，形成第一光路径及第二光路径，所述第一光路径将所述向下的圆形偏光转换为向下的线形偏光，且将所述非偏光转换为第一传感器线形偏光，所述第二光路径阻断所述向下的圆形偏光，且将所述非偏光转换为第二传感器线形偏光；
图像传感器，配置于所述多个透镜的各自的焦点上，由第一受光部及第二受光部构成，所述第一受光部接收从所述第一光路径射出的所述向下的线形偏光及所述第一传感器线形偏光，所述第二受光部接收从所述第二光路径射出的所述第二传感器线形偏光，
所述向下的圆形偏光是所述显示板所生成的光中向上方行进而在位于盖玻璃上表面的指纹的谷线下方区域反射从而向下方行进的光，
所述非偏光是所述显示板所生成的光中向下方行进的光。
16.根据权利要求15所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，所述显示板的下表面是折射率不同的两个介质间的界面，
在所述显示板的下表面，垂直入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光垂直行进，倾斜入射的所述向下的线形偏光、所述第一传感器线形偏光以及所述第二传感器线形偏光以大于入射角的折射角折射。
17.根据权利要求15所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，还包括倾斜光阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述显示板与所述光选择层之间，且形成有从上表面至下表面的竖直延伸的贯通孔，所述透镜位于所述贯通孔内。
18.根据权利要求15所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，还包括倾斜光阻断结构，所述倾斜光阻断结构配置于所述显示板的下表面，并在其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，
在所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个透镜的上部，
所述倾斜光阻断结构的下表面与所述多个透镜分离。
19.根据权利要求15所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，还包括倾斜光阻断结构，
所述倾斜光阻断结构配置于所述多个透镜与所述光选择层之间，并在其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，
在所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个透镜的下部。
20.根据权利要求15所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，还包括倾斜光阻断结构，
所述倾斜光阻断结构配置于所述光选择层与所述图像传感器之间，并在其内部形成有沿水平方向延伸的多个结构层，
在所述多个结构层形成有开口，所述开口位于所述多个透镜的下部。
21.根据权利要求15所述的显示屏下方的指纹传感器，其特征在于，
所述光选择层内部包括沿水平方向延伸的光阻断区域及光路径区域，
所述光路径区域位于所述多个透镜下部。
22.一种提升指纹图像的对比度的方法，其由显示屏下方的指纹传感器执行，所述显示屏下方的指纹传感器在盖玻璃及显示板上生成与所述盖玻璃接触的手指的指纹图像，所述显示板配置于所述盖玻璃下部，所述提升指纹图像的对比度的方法的特征在于，包括如下步骤：
通过从第一光路径射出的光生成第一指纹图像的步骤，所述第一光路径将入射的向下的圆形偏光转换为向下的线形偏光，且将入射的非偏光转换为第一传感器线形偏光；
通过从第二光路径射出的光生成第二指纹图像的步骤，所述第二光路径阻断所述向下的圆形偏光，且将所述非偏光转换为第二传感器线形偏光；
从所述第一指纹图像减去所述第二指纹图像的步骤，
所述向下的圆形偏光是所述显示板所生成的光中向上方行进而在位于盖玻璃上表面的指纹的谷线下方区域反射从而向下方行进的光，
所述非偏光是所述显示板所生成的光中向下方行进的光。
23.根据权利要求22所述的提升指纹图像的对比度的方法，其特征在于，
从所述第一指纹图像减去所述第二指纹图像的步骤是如下步骤：从所述第一指纹图像的各像素的像素值减去位于所述第二指纹图像的对应位置的像素的像素值。
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