CN113836968A - 纹路识别装置以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种纹路识别装置以及电子装置，该纹路识别装置具有触摸侧表面，包括光源阵列、图像传感器阵列和遮光矩阵，光源阵列包括多个光源；图像传感器阵列包括多个图像传感器，多个图像传感器配置为可接收从多个光源发出且经纹路反射至多个图像传感器的光以用于纹路图像采集；遮光矩阵在图像传感器阵列的光入射侧，包括阵列排布的多个遮光图案。多个图像传感器中的每个包括感光元件，在垂直于触摸侧表面的方向上，多个光源与多个遮光图案不重叠，多个图像传感器中的每个的感光元件与多个遮光图案中至少一个的至少部分重叠。该纹路识别装置中的遮光矩阵可以遮挡环境光，避免图像传感器受到环境光的干扰，进而该纹路识别装置可获得清晰、准确的纹路图像。

Description

纹路识别装置以及电子装置
技术领域
本公开的实施例涉及一种纹路识别装置以及电子装置。
背景技术
随着移动终端的日益普及，越来越多的用户使用移动终端进行身份验证、电子支付等操作。由于皮肤纹路例如指纹图案或掌纹图案的唯一性，结合光学成像的指纹识别技术逐渐被移动电子设备采用以用于身份验证、电子支付等。如何设计更加优化的纹路识别装置是本领域关注的焦点问题。
发明内容
本公开至少一实施例提供一种纹路识别装置，该纹路识别装置具有触摸侧表面，包括光源阵列、图像传感器阵列和遮光矩阵，光源阵列包括多个光源；图像传感器阵列包括多个图像传感器，其中，所述多个图像传感器配置为可接收从所述多个光源发出且经纹路反射至所述多个图像传感器的光以用于纹路图像采集；遮光矩阵在所述图像传感器阵列的光入射侧，包括阵列排布的多个遮光图案，其中，所述多个图像传感器中的每个包括感光元件，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述多个光源与所述多个遮光图案不重叠，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个遮光图案中至少一个的至少部分重叠。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个遮光图案中一个的至少部分重叠，对于对应设置的一个遮光图案和一个图像传感器的感光元件，所述感光元件在所述遮光图案所在平面上的正投影位于所述遮光图案内部。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，在平行于所述触摸侧表面的第一方向上，所述遮光图案的长度为D，所述感光元件的长度为d1，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述遮光图案到所述感光元件的距离为h，则：
D＝d1+2h×tanθ1，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述感光元件的平面形状为正方形或矩形，所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽沿所述第一方向延伸，从而所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽的尺寸为d1，且10μm≤d1≤20μm。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述遮光图案到所述感光元件的距离h的范围为：3μm≤h≤5μm。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置还包括在所述遮光矩阵与所述图像传感器阵列之间的遮光层，其中，所述遮光层包括多个第一开口，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个第一开口中的至少一个至少部分重叠，且所述多个遮光图案与所述多个第一开口一一对应且至少部分重叠。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，对于对应设置的一个感光元件和至少一个第一开口，所述至少一个第一开口在所述感光元件所在平面上的正投影位于所述感光元件内部。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个第一开口中的一个至少部分重叠，且所述多个遮光图案与所述多个第一开口一一对应且至少部分重叠；对于对应设置的一个遮光图案和一个第一开口，在平行于所述触摸侧表面的第一方向上，所述遮光图案的长度为D，所述第一开口的长度为d2，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述遮光图案到所述遮光层的距离为H，则：
D＝d2+2H×tanθ1，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个第一开口中的至少两个至少部分重叠，且所述多个遮光图案与所述多个第一开口一一对应且至少部分重叠；对于对应设置的一个感光元件、至少两个第一开口和至少两个遮光图案，在平行于所述触摸侧表面的第一方向上，所述遮光图案的长度为D，相邻两个遮光图案之间的距离为P，所述第一开口的长度为d2，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述遮光图案到所述遮光层的距离为H，则：
D＝d2+2H×tanθ1，
P＝H×(tanθ1+tanθ2)，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角，θ2为纹路识别的光路的最大临界角。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述第一开口的平面形状为圆形、正方形或者矩形；在所述第一开口的平面形状为圆形的情形下，所述圆形的直径为d2，且2μm≤d2≤12.8μm；或者，在所述第一开口的平面形状为正方形或者矩形的情形下，所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽沿所述第一方向延伸，从而所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽的尺寸为d2，且2μm≤d2≤12.8μm。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述遮光图案到所述遮光层的距离H的范围为：4μm≤H≤6μm。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置还包括显示面板，其中，所述显示面板包括阵列基板，所述阵列基板包括衬底基板以及设置所述衬底基板上的子像素阵列，所述子像素阵列包括多个子像素，所述光源阵列包括所述子像素阵列，所述多个光源包括所述多个子像素。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述多个子像素中的每个包括设置在所述衬底基板上的像素驱动电路，所述像素驱动电路包括薄膜晶体管，所述多个图像传感器中的每个还包括设置在所述衬底基板上的开关晶体管，所述薄膜晶体管与所述开关晶体管同层设置。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述感光元件设置在所述开关晶体管的远离所述衬底基板的一侧，包括第一电极、第二电极和所述第一电极和所述第二电极之间的半导体层，所述第一电极与所述开关晶体管电连接；所述阵列基板还包括设置在所述感光元件的远离所述衬底基板一侧的平坦化层，所述平坦化层中具有第一过孔和第二过孔；所述多个子像素中的每个还包括发光器件，所述发光器件设置在所述平坦化层的远离所述衬底基板的一侧，所述发光器件包括第一发光驱动电极、第二发光驱动电极和所述第一发光驱动电极和所述第二发光驱动电极之间的发光层，所述第一发光驱动电极至少通过所述第一过孔与所述薄膜晶体管电连接；所述阵列基板还包括与所述第一发光驱动电极同层设置的连接走线，所述连接走线通过所述第二过孔与所述感光元件的第二电极电连接。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述阵列基板还包括设置在所述第一发光驱动电极和所述连接走线远离所述衬底基板一侧的像素界定层，所述像素界定层中具有暴露所述第一发光驱动电极的第二开口，所述发光层和所述第二发光驱动电极分别至少部分形成在所述第二开口中；所述遮光矩阵设置在所述像素界定层的远离所述衬底基板的一侧。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述像素界定层配置为可过滤波长大于600nm的光。
例如，本公开至少一实施例提供的纹路识别装置中，所述平坦化层配置为包括所述遮光层，或者所述像素界定层配置为包括所述遮光层，或者所述平坦化层和所述像素界定层均配置为包括所述遮光层。
本公开至少一实施例还提供一种电子装置，该电子装置包括上述任一的纹路识别装置。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1A为指纹成像原理图；
图1B为点光源的成像范围示意图；
图1C为线光源的成像范围示意图；
图2为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置的截面示意图；
图3为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置中遮光图案与感光元件的平面示意图；
图4为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置中纹路识别光路的示意图；
图5为本公开至少一实施例提供的另一种纹路识别装置的截面示意图；
图6为本公开至少一实施例提供的另一种纹路识别装置中纹路识别光路的示意图；
图7为本公开至少一实施例提供的再一种纹路识别装置的截面示意图；
图8为本公开至少一实施例提供的再一种纹路识别装置中纹路识别光路的示意图；
图9为本公开至少一实施例提供的一种显示装置的截面示意图；
图10A为本公开至少一实施例提供的一种显示装置中子像素阵列和图像传感器阵列的平面示意图；
图10B为本公开至少一实施例提供的一种显示装置中子像素阵列和遮光矩阵的平面示意图；
图11为本公开至少一实施例提供的另一种显示装置的截面示意图；
图12为本公开至少一实施例提供的再一种显示装置的截面示意图；
图13为本公开至少一实施例提供的再一种显示装置的截面示意图；
图14A为本公开至少一实施例提供的一种显示装置中子像素阵列和图像传感器阵列的平面示意图；
图14B为本公开至少一实施例提供的一种显示装置中子像素阵列、图像传感器阵列和遮光层的平面示意图；
图14C为本公开至少一实施例提供的一种显示装置中子像素阵列、图像传感器阵列、遮光层和遮光矩阵的平面示意图；以及
图15为本公开至少一实施例提供的一种显示装置中相邻子像素之间的感光元件、遮光层和遮光图案的平面示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
目前，窄边框逐渐成为显示装置设计和制造的主流，尤其是对于例如移动电话的便携式显示装置。实现窄边框的手段之一是将具有指纹识别功能的图像传感器集成到显示装置中，实现屏下指纹识别方式，提高显示装置的显示区域的面积，进而提高屏占比。
例如，可以采用点光源、线光源或者具有一定图案的光源等作为图像传感器的感光光源，以进行指纹识别。并且，光源与图像传感器的设置方式具有多种，例如，光源可以设置在图像传感器的靠近指纹触摸的一侧，或者，光源可以与图像传感器设置在相同的平面内，又或者，光源也可以设置在图像传感器的远离指纹触摸的一侧。光源与图像传感器的设置方式可以根据不同需求进行选择设置。
下面以点光源作为图像传感器的感光光源，并且光源设置在图像传感器的靠近指纹触摸的一侧为例，对指纹识别原理进行介绍，但是这不对本公开的实施例构成限制。
在一种反射式光学指纹识别装置中，在指纹识别的过程中，如图1A所示，在点光源L1发光时，其发出的光以不同的角度照射到指纹按压界面(例如玻璃屏幕外表面)上，由于指纹按压界面的全反射的作用，这些光中入射角大于或等于全反射的临界角θ的部分会发生全反射作用，导致这部分光线不能从指纹按压界面出射，由此产生全反射区域。相应地，这些光中入射角小于全反射的临界角θ的部分从指纹按压界面出射。因此，可以通过全反射区域反射的光进行纹路图像采集，例如，在图像传感器所在的指纹成像界面的B1处形成清晰的纹路图像，该纹路图像对应于指纹的位于F1处的部分，F1即为全反射区域，B1即为成像区域。
具体而言，当例如用户手指的指纹按压到全反射区域F1时，指纹的脊触摸到全反射区域F1的表面，因此与指纹的脊相应的位置的全反射条件被破坏，因此光将在该相应的位置出射，使得原有的反射路径被改变，而指纹的谷不会触摸到全反射区域F1的表面，因此与指纹的谷相应的位置的全反射条件没有被破坏，因此光将在该相应的位置仍然被全反射，使得原有的反射路径没有被改变。这样，全反射区域中的光线由于指纹的谷、脊对于全反射条件的不同影响，使得入射到指纹成像界面上的光在不同位置形成明暗相间的纹路图像。
另外，由于从指纹按压界面出射并被指纹等反射的光所造成的干扰，或者光源发出的光还没有到达指纹按压界面就被其他功能层反射至指纹成像界面，指纹成像界面的A1处成为检测无效的区域，该区域不能形成有效的纹路图像。在无效区A1中，光源L1发出的光中还没有到达指纹按压界面就被其他功能层反射至指纹成像界面的部分以及被指纹按压界面近乎垂直反射的部分亮度较高，基本位于无效区A1的中心位置，由此形成高亮区，该高亮区由于光线亮度较高，因此在图像传感阵列的相应部分产生较大光电信号，容易形成残影，也可称为残影区。
例如，图1B示出了一种点光源的成像范围图。如图1B所示，在点光源的感光范围中，有效的成像范围呈环形，即在图1B中，内圆11和外圆12之间的环形区域为有效的成像范围，对应于图1A中与全反射区域F1对应的成像区域B1；该环形的内圆11以内的区域(以下称为环心10)为无效成像区，对应于图1A中的无效区A1；环心10内部的部分区域(阴影区域)13为高亮区(残影区)，该高亮区容易在成像过程中在图像传感器阵列中导致残影。
类似地，图1C示出了一种线光源的成像范围图。如图1C所示，对于一个线光源的有效成像范围为内圆21和外圆22之间的跑道状环形区域或长椭圆状环形区域，环心20为无效成像区，环心10内部的部分区域(阴影区域)23为容易在成像过程中在图像传感器阵列中导致残影的高亮区(残影区)。
另外，在指纹识别的过程中，除了光源所发出的光可被图像传感器感应外，图像传感器还可能感应经由手指等方式射入的环境光。由于图像传感器对光的接收是被动的，不会主动将光源阵列所发出的光与环境光相区分，因此，环境光可能对图像传感器的指纹识别产生干扰，导致纹路成像模糊甚至无法成像。在一些实施例中，可以在纹路成像装置中设置阻光元件以阻挡环境光，并避免强光对图像传感器的纹路识别造成影响，但是该阻光元件在滤除环境光的同时也会影响用于纹路识别的信号光，而确保信号光强度的同时环境光滤除效果又有限，二者很难同时兼顾。
本公开至少一实施例提供一种纹路识别装置，该纹路识别装置具有触摸侧表面，包括光源阵列、图像传感器阵列和遮光矩阵，光源阵列包括多个光源；图像传感器阵列包括多个图像传感器，多个图像传感器配置为可接收从多个光源发出且经纹路反射至多个图像传感器的光以用于纹路图像采集；遮光矩阵在图像传感器阵列的光入射侧，包括阵列排布的多个遮光图案，多个图像传感器中的每个包括感光元件，在垂直于触摸侧表面的方向上，多个光源与多个遮光图案不重叠，多个图像传感器中的每个的感光元件与多个遮光图案中至少一个的至少部分重叠。该纹路识别装置中的遮光矩阵可以遮挡环境光，以避免环境光射入图像传感器而影响图像传感器的正常工作，并且该遮光矩阵基本不会遮光用于纹路采集的信号光，从而提高了图像传感器的纹路采集效果。
本公开至少一实施例还提供的一种电子装置，该电子装置包括上述纹路识别装置。
下面通过几个具体的实施例对本公开的纹路识别装置以及电子装置进行示例性说明。
本公开至少一实施例提供一种纹路识别装置，图2示出了该纹路识别装置的截面示意图。
如图2所示，该纹路识别装置具有触摸侧表面S，包括光源阵列、图像传感器阵列和遮光矩阵。例如，纹路识别装置的触摸测具有保护盖板104，例如玻璃盖板，该保护盖板104的表面形成为触摸侧表面S。当手指、手掌等具有纹路的操作体触摸触摸侧表面S时，该纹路识别装置即可进行指纹或掌纹等纹路的采集与识别。
例如，光源阵列包括多个光源101，多个光源101在预定区域内排布为阵列。图像传感器阵列包括多个图像传感器102，多个图像传感器102在预定区域内排布为阵列。多个图像传感器102配置为可接收从多个光源101发出且经纹路反射至多个图像传感器102的光以用于纹路图像采集。
例如，遮光矩阵在图像传感器阵列的光入射侧，即图像传感器阵列的靠近触摸测表面S的一侧，图中示出为图像传感器阵列的上侧，包括阵列排布的多个遮光图案103。多个图像传感器102中的每个包括感光元件1021，在垂直于触摸侧表面S的方向上，即图中的竖直方向上，多个光源101与多个遮光图案103不重叠，多个图像传感器102中的每个的感光元件1021与多个遮光图案102中至少一个的至少部分重叠，即每个图像传感器102的感光元件1021对应设置至少一个遮光图案103。
由此，遮光矩阵可在图像传感器阵列的入射侧光遮挡环境光，以避免环境光射入图像传感器而影响图像传感器的正常工作，并且该遮光矩阵基本不会遮光用于纹路采集的信号光(稍后详细介绍)，从而提高了图像传感器的纹路采集效果。
例如，当手指等具有纹路的操作体触摸纹路识别装置的触摸侧表面S时，光源101发出的光线可以被操作体反射而通过多个遮光图案103之间的间隙到达图像传感器102，图像传感器102对这些光线进行感测即可以采集操作体的纹路图像。
如上所述，具有纹路的操作体可以为手，此时图像传感器102识别的纹路为皮肤纹路，例如指纹、掌纹等；另外，具有纹路的操作体也可以为具有一定纹路的非生物体，例如采用树脂等材料制作的具有一定纹路的物体，本公开的实施例对此不做具体限定。
例如，如图2所示，多个图像传感器102中的每个的感光元件1021与多个遮光图案103中一个的至少部分重叠，如图3所示，对于对应设置的一个遮光图案103和一个图像传感器102的感光元件1021，该感光元件1021在遮光图案103所在平面上的正投影1021P位于该遮光图案103内部。
例如，在一些实施例中，如图4所示，在平行于触摸侧表面S的第一方向上，例如图2中的水平方向上，遮光图案103的长度为D，感光元件1021的长度为d1，在垂直于触摸侧表面的方向S上，遮光图案103到感光元件1021的距离为h，则：
D＝d1+2h×tanθ1，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角。另外，纹路识别的光路还具有最大临界角θ2。当从多个光源101发出被纹路反射至多个图像传感器102时，由于保护盖板104以及纹路识别装置内部结构的折射等作用，入射至图像传感器102的信号光的角度范围为θ1-θ2。例如，θ1由保护盖板104的折射率决定，θ1为保护盖板104的全反射临界角；例如，在一个示例中，保护盖板104的折射率约为1.53，则全反射临界角θ1约为41°-42°。例如，θ2由信号光强度和图像传感器102的响应度决定，例如，在一些示例中，θ2为60°-80°，例如70°。并且，由于保护盖板104以及纹路识别装置内部结构的折射等作用，环境光入射至图像传感器102的最大角度为θ3，在一些示例中，由保护盖板104的折射率等计算出θ3约为41°-42°，为了保证环境光不会照射到图像传感器102的感光元件1021上，则θ1≥θ3，从而可以根据上述公式得到D、h以及d1的尺寸关系。
例如，在一些实施例中，如图3所示，图像传感器102的感光元件1021的平面形状为正方形或矩形，正方形的边长或者矩形的长或宽沿上述第一方向延伸，从而正方形的边长或者矩形的长或宽的尺寸为d1，并且10μm≤d1≤20μm，例如d1为13μm、15μm或者18μm等。由此图像传感器102的感光元件1021具有足够大的表面，以接受从多个光源101发出且被纹路反射至多个图像传感器102的光。
例如，在一些实施例中，为了便于纹路识别装置内部的器件排布以及形成纹路识别的信号光路，遮光图案103到感光元件1021的距离h的范围可以为：3μm≤h≤5μm，例如h为3μm或者4μm等。
例如，遮光图案103的平面形状与感光元件1021的平面形状相同。在一些示例中，感光元件1021的平面形状为正方形，其边长d1的范围为10μm≤d1≤20μm，且遮光图案103到感光元件1021的距离h为3μm，根据上述公式计算得出遮光图案103的边长D的范围为17.2μm≤D≤27.2μm。
例如，在一个示例中，感光元件1021的边长d1为18μm，且遮光图案103到感光元件1021的距离h为3μm，根据上述公式计算得出遮光图案103的边长D为25.4μm。
对上述示例的纹路识别装置进行光学仿真测试，结果得出，模拟环境光以1W/mm2的强度射入纹路识别装置时，图像传感器的感光元件探测到的光强为0.001W/mm2，可见环境光基本全部被遮挡；当没有设置遮光矩阵时，模拟从多个光源101发出被纹路反射至多个图像传感器102的信号光，此时，图像传感器的感光元件探测到的信号光的强度为1W/mm2，当设置了遮光矩阵后，图像传感器的感光元件探测到的信号光的强度仍为1W/mm2，可见遮光矩阵没有对信号光进行遮挡。由此得出，遮光矩阵在避免环境光干扰的同时，没有遮挡信号光，进而保证了信号光的强度。
例如，在另一些实施例中，如图5所示，纹路识别装置还可以包括在遮光矩阵与图像传感器阵列之间的遮光层105，遮光层105包括多个第一开口1051，在垂直于触摸侧表面S的方向上，即图中的竖直方向上，多个图像传感器102中的每个的感光元件1021与多个第一开口1051中的至少一个至少部分重叠，且多个遮光图案103与多个第一开口1051一一对应且至少部分重叠。即每个图像传感器102的感光元件1021对应设置相同数量的遮光图案103和第一开口1051。由此，遮光层105可以进一步遮挡环境光，而信号光可以通过多个第一开口1051射入图像传感器102的感光元件1021，以用于纹路采集。
例如，在一些实施例中，对于对应设置的一个感光元件1021和至少一个第一开口1051，至少一个第一开口1051在感光元件1021所在平面上的正投影位于感光元件1021内部，即在垂直于触摸侧表面S的方向上，该至少一个第一开口1051均暴露感光元件1021，以使得通过至少一个第一开口1051的信号光可充分照射到感光元件1021上。
例如，在一些实施例中，多个图像传感器102中的每个的感光元件1021与多个第一开口1051中的一个至少部分重叠，且多个遮光图案103与多个第一开口1051一一对应且至少部分重叠；如图6所示，对于对应设置的一个遮光图案103和一个第一开口1051，在平行于触摸侧表面S的第一方向上，遮光图案103的长度为D，第一开口1051的长度为d2，在垂直于触摸侧表面S的方向上，遮光图案103到遮光层105的距离为H，则：
D＝d2+2H×tanθ1，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角，θ1的具体介绍和示例可以参见上述实施例，这里不再赘述。由此可以根据上述公式得出D、d2以及H之间的尺寸关系。
例如，在一些实施例中，第一开口1051的平面形状为圆形、正方形或者矩形；在第一开口1051的平面形状为圆形的情形下，圆形的直径为d2，且2μm≤d2≤12.8μm，例如d2为2μm、4μm、7μm或者10μm等；或者，在第一开口1051的平面形状为正方形或者矩形的情形下，正方形的边长或者矩形的长或宽沿上述第一方向延伸，从而正方形的边长或者矩形的长或宽的尺寸为d2，且2μm≤d2≤12.8μm，例如d2为2μm、4μm、7μm或者10μm等。在上述第一开口1051的尺寸范围下，第一开口1051可充分透过信号光。
例如，在一些实施例中，为了便于纹路识别装置内部的器件排布以及形成纹路识别的信号光路，遮光图案103到遮光层105的距离为H的范围为：4μm≤H≤6μm，例如H为4μm或者5μm等。例如，在一些示例中，第一开口1051的尺寸范围2μm≤d2≤12.8μm，H为4μm，则此时遮光图案103的长度范围为9.2μm≤D≤20μm。
例如，在另一些实施例中，如图7所示，多个图像传感器102中的每个的感光元件1021与多个第一开口1051中的至少两个(图中示出为两个)至少部分重叠，且多个遮光图案103与多个第一开口1051一一对应且至少部分重叠。如图8所示，对于对应设置的一个感光元件1021、至少两个第一开口1051和至少两个遮光图案103，在平行于触摸侧表面S的第一方向上，遮光图案103的长度为D，相邻两个遮光图案103之间的距离(即相邻两个遮光图案103的中心之间的距离)为P，第一开口1051的长度为d2，在垂直于触摸侧表面S的方向上，遮光图案103到遮光层105的距离为H，则：
D＝d2+2H×tanθ1，
P＝H×(tanθ1+tanθ2)，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角，θ2为纹路识别的光路的最大临界角。θ1和θ2的具体介绍和示例可以参见上述实施例，这里不再赘述。由此可以根据上述公式得出D、d2、P以及H之间的尺寸关系。
例如，在一些实施例中，第一开口1051的平面形状为圆形、正方形或者矩形；在第一开口1051的平面形状为圆形的情形下，圆形的直径为d2，且2μm≤d2≤12.8μm，例如d2为2μm、4μm、7μm或者10μm等；或者，在第一开口1051的平面形状为正方形或者矩形的情形下，正方形的边长或者矩形的长或宽沿上述第一方向延伸，从而正方形的边长或者矩形的长或宽的尺寸为d2，且2μm≤d2≤12.8μm，例如d2为2μm、4μm、7μm或者10μm等。在上述第一开口1051的尺寸范围下，第一开口1051可充分透过信号光。
例如，在一些实施例中，为了便于纹路识别装置内部的器件排布以及形成纹路识别的信号光路，遮光图案103到遮光层105的距离H的范围为：4μm≤H≤6μm，例如H为4μm或者5μm等。
例如，在一些示例中，第一开口1051的尺寸范围2μm≤d2≤12.8μm，H为4μm，则得出遮光图案103的长度范围为9.2μm≤D≤20μm，相邻两个遮光图案103之间的距离P为14.6μm。而此时，图像传感器102的感光元件1021的尺寸可以设置为较大，例如边长为100μm-200μm，以充分接受信号光，以形成较大的纹路图像。
例如，在一个示例中，第一开口1051的尺寸为2μm，H为4μm，遮光图案103的长度为9.2μm，相邻两个遮光图案103之间的距离P为14.6μm。
对上述示例的纹路识别装置进行光学仿真测试，结果得出，模拟环境光以1W/mm2的强度射入纹路识别装置时，图像传感器的感光元件探测到的光强为0，可见环境光全部被遮挡；当没有设置遮光矩阵和遮光层时，模拟从多个光源101发出被纹路反射至多个图像传感器102的信号光，此时，图像传感器的感光元件探测到的信号光的强度为1W/mm2，当设置了遮光矩阵和遮光层后，图像传感器的感光元件探测到的信号光的强度仍为1W/mm2，可见遮光矩阵和遮光层没有对信号光进行遮挡。由此得出，遮光矩阵和遮光层在避免环境光干扰的同时，没有遮挡信号光，进而保证了信号光的强度。
例如，在一些实施例中，纹路识别装置例如为具有屏下纹路识别功能的显示装置，相应地包括显示面板。图9示出了该显示装置的部分截面示意图，图10A示出了该显示装置的部分平面示意图，图10B示出了该显示装置中设置了遮光矩阵后的部分平面示意图，例如，图9是沿图10B中的A-A线剖切得到的。
例如，如图9、图10A和图10B所示，显示面板包括阵列基板，阵列基板包括衬底基板110以及设置衬底基板110上的子像素阵列，子像素阵列包括多个子像素111。例如，光源阵列包括子像素阵列，多个光源包括多个子像素111，由此子像素阵列被复用为光源阵列，多个子像素111被复用为多个光源。也即，显示面板的至少部分子像素111被复用为光源101，因此可以提高显示装置的紧凑性、降低各功能结构的布置难度。
例如，多个子像素111中的一个或者多个可以同时被点亮(发光)，以用于形成具有一定形状的感光光源，例如形成点状光源、线状光源或者其他图案化光源。例如，在一些示例中，阵列排布为7×7(即阵列排布为7行7列)的多个子像素111可以同时被点亮，以用于形成一个点状感光光源；例如，阵列排布为8×8(即阵列排布为8行8列)的多个子像素111可以被间隔点亮，以用于形成亮度较低的一个点状感光光源；又例如，阵列排布为3×7(即阵列排布为3行7列)的多个子像素111可以同时被点亮，以用于形成一个线状感光光源等，本公开的实施例对点亮多个子像素111以形成感光光源的具体方式不作限定。
例如，显示面板的整个显示区中的子像素111都可以受控以被复用为光源101，图像传感器阵列也可以相应地布置在整个显示区下方，由此可以实现全屏纹路识别。
例如，在另一些实施例中，具有屏下纹路识别功能的显示装置包括显示面板以及单独提供的作为实现纹路识别的感光光源的发光元件，这些发光元件例如设置于子像素阵列中相邻的子像素之间，或者与子像素重叠设置，本公开的实施例对此不做限定。
例如，如图10A和图10B所示，多个子像素111包括多个不同颜色的子像素，例如，多个子像素111包括红子像素R、蓝色子像素B以及绿色子像素G，一个红子像素R、一个蓝色子像素B和两个绿色子像素G组成一个像素单元，两个绿色子像素G分离设置，且设置在相邻的红子像素R和蓝色子像素B之间。例如，如图10A所示，每个图像传感器102的感光元件1021设置在相邻的子像素之间，如图10B所示，在设置了遮光矩阵后，在垂直于触摸测表面S的方向上，多个遮光图案103分别遮挡多个图像传感器102的感光元件1021，从而多个遮光图案103也相应设置在相邻的子像素111之间。
例如，如图9所示，多个子像素111中的每个包括设置在衬底基板110上的像素驱动电路，像素驱动电路包括薄膜晶体管111B，多个图像传感器102中的每个还包括设置在衬底基板110上的开关晶体管1022，薄膜晶体管111B与开关晶体管1022同层设置。
例如，薄膜晶体管111B包括有源层、栅极和源漏极等结构，开关晶体管1022也包括有源层、栅极和源漏极等结构，例如，薄膜晶体管111B的有源层、栅极和源漏极与开关晶体管1022的有源层、栅极和源漏极一一对应同层设置，或者薄膜晶体管111B和开关晶体管1022的至少部分功能层同层设置，以简化显示基板的制备工艺。
需要注意的是，在本公开的实施例中，“同层设置”为两个功能层或结构层在显示基板的层级结构中同层且同材料形成，即在制备工艺中，该两个功能层或结构层可以由同一个材料层形成，且可以通过同一构图工艺形成所需要的图案和结构。
例如，有源层可以为非晶硅层、多晶硅层或金属氧化物半导体层。例如，多晶硅可以为高温多晶硅或低温多晶硅，氧化物半导体可以为氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)或氧化镓锌(GZO)等。各栅极可以采用铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)等金属材料或者合金材料，例如形成为单层金属层结构或者多层金属层结构，例如钛/铝/钛等多层金属层结构。各源漏极可以采用铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)等金属材料或者合金材料，例如形成为单层金属层结构或者多层金属层结构，例如钛/铝/钛等多层金属层结构。
例如，如图9所示，感光元件1021设置在开关晶体管1022的远离衬底基板110的一侧，包括第一电极1021A、第二电极1021B和第一电极1021A和第二电极1021B之间的半导体层1021C，第一电极1021A与开关晶体管1022电连接，从而开关晶体管1022可以控制施加在第一电极1021A的电压，进而控制感光元件1021的工作状态。
例如，感光元件1021可以为PN光敏二极管或者PIN光敏二极管等，此时，半导体层1021C包括叠层设置的P型半导体层以及N型半导体层(例如N型Si层)，或者包括叠层设置的P型半导体层(例如P型Si层)、本征半导体层(例如本征Si层)以及N型半导体层(例如N型Si层)。例如，第二电极1021B为透明电极，可以采用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化镓锌(GZO)等透明金属氧化物等材料。第一电极1021A为金属电极，采用铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)等金属材料或者合金材料。
例如，阵列基板还包括设置在感光元件1021的远离衬底基板110一侧的平坦化层112，平坦化层112中具有第一过孔V1和第二过孔V2。多个子像素111中的每个还包括发光器件111A，发光器件111A设置在平坦化层112的远离衬底基板110的一侧。发光器件111A包括第一发光驱动电极E1、第二发光驱动电极E2和第一发光驱动电极E1和第二发光驱动电极E2之间的发光层EM，第一发光驱动电极E1至少通过第一过孔V1与薄膜晶体管111B电连接。阵列基板还包括与第一发光驱动电极E1同层设置的连接走线CL，连接走线CL通过第二过孔V2与感光元件1021的第二电极1021B电连接。
例如，平坦化层112可以采用聚酰亚胺、树脂等有机绝缘材料，第一发光驱动电极E1可以采用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化镓锌(GZO)等透明金属氧化物，第二发光驱动电极E2可以采用锂(Li)、铝(Al)、镁(Mg)、银(Ag)等金属材料。
例如，阵列基板还包括连接电极E3，连接电极E3与感光元件1021的第一电极1021A同层设置，第一发光驱动电极E1通过第一过孔V1与连接电极E3电连接，连接电极E3与薄膜晶体管111B电连接，进而实现第一发光驱动电极E1与薄膜晶体管111B电连接。
例如，阵列基板还包括设置在第一发光驱动电极E1和连接走线CL远离衬底基板110一侧的像素界定层113，像素界定层113中具有暴露第一发光驱动电极E1的第二开口113A，发光层EM和第二发光驱动电极E2分别至少部分形成在第二开口113A中。例如，遮光矩阵设置在像素界定层113的远离衬底基板110的一侧。
例如，遮光矩阵包括的多个遮光图案103还可以实现显示面板中隔垫物的作用，即遮光矩阵同时实现遮光和隔垫物的功能，从而显示面板中可以不再额外设置隔垫物，以简化显示面板的结构和制备工艺。例如，遮光矩阵可以为黑矩阵，包括掺杂了黑色颜料的有机树脂材料。
例如，当环境光照射在手指的正上方时，环境光可透过手指并激发手指内生物组织发出色素光，该色素光可能会对指纹识别产生干扰。通过检测，该色素光主要包括波长在600nm以上的光。
例如，在一些实施例中，像素界定层113配置为可过滤波长大于600nm的光，例如过滤波长为600nm-900nm的光，即不让波长为600nm-900nm的光通过。例如，像素界定层113的材料包括掺杂了有色染料的有机树脂材料，以使像素界定层113对波长在600nm-900nm的光形成一定过滤效果。该有色染料例如包括溴氨酸衍生物等。由此，通过遮光矩阵以及像素界定层113的配合，可以起到在保证信号光通过的同时，避免环境光对图像传感器的影响，提高纹路识别准确性。
例如，在一些实施例中，在显示装置还具有类似于图5所示的遮光层105的情况下，阵列基板上的平坦化层112可以配置为包括遮光层105。例如，如图11所示，平坦化层112可以整体制作为遮光层。例如，平坦化层112采用掺杂了黑色颜料的有机树脂材料，以形成遮光层。
如图11所示，平坦化层112在图像传感器102的感光元件1021的上方具有第一开口1051，以透过信号光。例如，在一些示例中，感光元件1021的表面还覆盖有钝化层114，该钝化层114采用透明绝缘材料，因此不会影响信号光的传播。
例如，第一开口1051中填充有透明绝缘材料。例如，该透明绝缘材料可以与像素界定层113的材料相同，因此可以在形成像素界定层113的同时形成填充第一开口1051的透明绝缘材料。例如，该透明绝缘材料为聚酰亚胺、树脂等透明有机材料。
或者，在一些实施例中，如图12所示，像素界定层113配置为包括遮光层105。例如，像素界定层113可以整体制作为遮光层。例如，像素界定层113采用掺杂了黑色颜料的有机树脂材料，以形成遮光层。
如图12所示，像素界定层113在图像传感器102的感光元件1021的上方具有第一开口1051，以透过信号光。例如，像素界定层113上还设置有间隔绝缘层1131，以将像素界定层113与遮光图案103间隔一定距离。
例如，间隔绝缘层1131采用透明绝缘材料，并且间隔绝缘层1131的材料填充在第一开口1051中。例如，该透明绝缘材料为聚酰亚胺、树脂等透明有机材料。
或者，在一些实施例中，如图13所示，平坦化层112和像素界定层113均配置为包括遮光层。例如，平坦化层112和像素界定层113均采用掺杂了黑色颜料的有机树脂材料，以形成遮光层。
如图13所示，平坦化层112和像素界定层113在图像传感器102的感光元件1021的上方具有相互贯穿的第一开口1051，以透过信号光。例如，像素界定层113上还设置有间隔绝缘层1131，以将像素界定层113与遮光图案103间隔一定距离。
例如，图14A示出了多个子像素与图像传感器阵列平面示意图，图14B示出了图像传感器阵列上设置了遮光层后的平面示意图，图14C示出了遮光层上设置了遮光矩阵后的平面示意图。在图14A-图14C中，该示例中，每个图像传感器102的感光元件1021为矩形，一个感光元件1021对应设置两个第一开口1051以及两个遮光图案103。在平面图中，第一开口1051以及遮光图案103均为正方形，且感光元件1021、第一开口1051以及遮光图案103均设置在相邻的子像素111之间，从而不会影响子像素阵列的显示效果。
例如，在另一些实施例中，相邻子像素111之间的传感器102的感光元件1021也可以为正方形，例如，在图15所示的示例中，一个感光元件1021对应设置阵列排布的9个第一开口1051以及9个遮光图案103，第一开口1051以及遮光图案103均设置为正方形。
例如，在图9至图15中每个显示装置中的感光元件1021的尺寸、第一开口1051的尺寸d2以及遮光图案103的尺寸D等均可以参见上述图2-8示出的实施例，在此不再赘述。
例如，显示装置所包括的显示面板可以为有机发光二极管(Organic LightEmitting Diode，OLED)显示面板或者量子点发光二极管(Quantum Dot Light EmittingDiodes，QLED)显示面板等，本公开的实施例对此不作具体限定。OLED显示面板例如可以为柔性OLED显示面板。例如，OLED显示面板以及QLED显示面板具有自发光特性，并且其显示像素单元的发光还可以根据需要进行控制或调制，从而可以为纹路采集提供便利，而且有助于提高装置的集成度。
例如，显示面板除了包括子像素阵列以外，还包括用于提供电信号(包括扫描信号、数据信号、检测信号等)的信号线(包括栅线、数据线、检测线等)，例如，可以通过驱动电路控制发光器件的发光状态以实现子像素的点亮。例如，显示面板还具有封装层106、触控层等功能层，这些功能层可以参考相关技术，在此不再赘述。
本公开至少一实施例还提供一种电子装置，该电子装置包括上述任一的纹路识别装置。该电子装置可以为手机、平板电脑、显示器、笔记本电脑等任何具有纹路识别功能的产品或部件，本公开的实施例对此不作具体限定。
还有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种纹路识别装置，具有触摸侧表面，包括：
光源阵列，包括多个光源；
图像传感器阵列，包括多个图像传感器，其中，所述多个图像传感器配置为可接收从所述多个光源发出且经纹路反射至所述多个图像传感器的光以用于纹路图像采集；
遮光矩阵，在所述图像传感器阵列的光入射侧，包括阵列排布的多个遮光图案，
其中，所述多个图像传感器中的每个包括感光元件，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述多个光源与所述多个遮光图案不重叠，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个遮光图案中至少一个的至少部分重叠。
2.根据权利要求1所述的纹路识别装置，其中，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个遮光图案中一个的至少部分重叠，
对于对应设置的一个遮光图案和一个图像传感器的感光元件，所述感光元件在所述遮光图案所在平面上的正投影位于所述遮光图案内部。
3.根据权利要求2所述的纹路识别装置，其中，在平行于所述触摸侧表面的第一方向上，所述遮光图案的长度为D，所述感光元件的长度为d1，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述遮光图案到所述感光元件的距离为h，则：
D＝d1+2h×tanθ1，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角。
4.根据权利要求3所述的纹路识别装置，其中，所述感光元件的平面形状为正方形或矩形，
所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽沿所述第一方向延伸，从而所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽的尺寸为d1，且
10μm≤d1≤20μm。
5.根据权利要求4所述的纹路识别装置，其中，所述遮光图案到所述感光元件的距离h的范围为：3μm≤h≤5μm。
6.根据权利要求1所述的纹路识别装置，还包括在所述遮光矩阵与所述图像传感器阵列之间的遮光层，其中，
所述遮光层包括多个第一开口，
在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个第一开口中的至少一个至少部分重叠，且所述多个遮光图案与所述多个第一开口一一对应且至少部分重叠。
7.根据权利要求6所述的纹路识别装置，其中，对于对应设置的一个感光元件和至少一个第一开口，所述至少一个第一开口在所述感光元件所在平面上的正投影位于所述感光元件内部。
8.根据权利要求7所述的纹路识别装置，其中，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个第一开口中的一个至少部分重叠，且所述多个遮光图案与所述多个第一开口一一对应且至少部分重叠；
对于对应设置的一个遮光图案和一个第一开口，在平行于所述触摸侧表面的第一方向上，所述遮光图案的长度为D，所述第一开口的长度为d2，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述遮光图案到所述遮光层的距离为H，则：
D＝d2+2H×tanθ1，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角。
9.根据权利要求7所述的纹路识别装置，其中，所述多个图像传感器中的每个的感光元件与所述多个第一开口中的至少两个至少部分重叠，且所述多个遮光图案与所述多个第一开口一一对应且至少部分重叠；
对于对应设置的一个感光元件、至少两个第一开口和至少两个遮光图案，在平行于所述触摸侧表面的第一方向上，所述遮光图案的长度为D，相邻两个遮光图案之间的距离为P，所述第一开口的长度为d2，在垂直于所述触摸侧表面的方向上，所述遮光图案到所述遮光层的距离为H，则：
D＝d2+2H×tanθ1，
P＝H×(tanθ1+tanθ2)，
其中，θ1为纹路识别的光路的最小临界角，θ2为纹路识别的光路的最大临界角。
10.根据权利要求8或9所述的纹路识别装置，其中，所述第一开口的平面形状为圆形、正方形或者矩形；
在所述第一开口的平面形状为圆形的情形下，所述圆形的直径为d2，且2μm≤d2≤12.8μm；或者，
在所述第一开口的平面形状为正方形或者矩形的情形下，所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽沿所述第一方向延伸，从而所述正方形的边长或者所述矩形的长或宽的尺寸为d2，且2μm≤d2≤12.8μm。
11.根据权利要求10所述的纹路识别装置，其中，所述遮光图案到所述遮光层的距离H的范围为：4μm≤H≤6μm。
12.根据权利要求1-9任一所述的纹路识别装置，还包括显示面板，其中，所述显示面板包括阵列基板，所述阵列基板包括衬底基板以及设置所述衬底基板上的子像素阵列，所述子像素阵列包括多个子像素，
所述光源阵列包括所述子像素阵列，所述多个光源包括所述多个子像素。
13.根据权利要求12所述的纹路识别装置，其中，所述多个子像素中的每个包括设置在所述衬底基板上的像素驱动电路，所述像素驱动电路包括薄膜晶体管，所述多个图像传感器中的每个还包括设置在所述衬底基板上的开关晶体管，
所述薄膜晶体管与所述开关晶体管同层设置。
14.根据权利要求13所述的纹路识别装置，其中，所述感光元件设置在所述开关晶体管的远离所述衬底基板的一侧，包括第一电极、第二电极和所述第一电极和所述第二电极之间的半导体层，所述第一电极与所述开关晶体管电连接；
所述阵列基板还包括设置在所述感光元件的远离所述衬底基板一侧的平坦化层，所述平坦化层中具有第一过孔和第二过孔；
所述多个子像素中的每个还包括发光器件，所述发光器件设置在所述平坦化层的远离所述衬底基板的一侧，所述发光器件包括第一发光驱动电极、第二发光驱动电极和所述第一发光驱动电极和所述第二发光驱动电极之间的发光层，所述第一发光驱动电极至少通过所述第一过孔与所述薄膜晶体管电连接；
所述阵列基板还包括与所述第一发光驱动电极同层设置的连接走线，所述连接走线通过所述第二过孔与所述感光元件的第二电极电连接。
15.根据权利要求14所述的纹路识别装置，其中，所述阵列基板还包括设置在所述第一发光驱动电极和所述连接走线远离所述衬底基板一侧的像素界定层，
所述像素界定层中具有暴露所述第一发光驱动电极的第二开口，所述发光层和所述第二发光驱动电极分别至少部分形成在所述第二开口中；
所述遮光矩阵设置在所述像素界定层的远离所述衬底基板的一侧。
16.根据权利要求15所述的纹路识别装置，其中，所述像素界定层配置为可过滤波长大于600nm的光。
17.根据权利要求15所述的纹路识别装置，其中，所述平坦化层配置为包括遮光层，或者
所述像素界定层配置为包括遮光层，或者
所述平坦化层和所述像素界定层均配置为包括遮光层。
18.一种电子装置，包括如权利要求1-17任一所述的纹路识别装置。
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