TWI738488B - 指紋識別模組與顯示裝置 - Google Patents

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TWI738488B
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徐維宏
葉尚祐
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勝薪科技股份有限公司
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Abstract

一種指紋識別模組，用於屏下的指紋識別，其包括光學傳感模組、至少兩個發光元件、至少兩個第一偏振片、第二偏振片以及至少兩個偏振旋轉器。每一個發光元件設置於光學傳感模組的周邊。光學傳感模組用於採集由發光元件發射且由手指反射的光以形成指紋圖像。每一個發光元件的出光面的一側設置有第一偏振片。第二偏振片正對光學傳感模組且位於該光學傳感模組獲取指紋光信號的一側，第一偏振片的偏振軸與第二偏振片的偏振軸相互垂直。正對每一個第一偏振片設置有偏振旋轉器，每一個偏振旋轉器位於第一偏振片遠離發光元件的一側，用於旋轉第一偏振片產生的偏振光以改變該偏振光的偏振態。本發明還提供一種應用指紋識別模組的顯示裝置。

Description

指紋識別模組與顯示裝置
本發明涉及一種指紋識別模組與顯示裝置。
顯示裝置的屏幕上玻璃不開孔洞加上指紋辨識功能(即，全屏幕指紋識別)被使用者青睞。全屏幕指紋識別目前以光學式以及超聲波式為主流，超聲波式指紋辨識成本較高，容易受到穿透厚度及適用屏幕等限制。光學式識別相對成本較低，穿透厚度及適用屏幕限制較小。
在顯示屏下的指紋識別模組中，當顯示屏使用輔助光源作為光學指紋檢測輔助光源來產生指紋影像，所述指紋識別模組的輔助光源和採集指紋圖像的光學傳感模組位於顯示屏的下方。顯示屏中的結構件(比如反射片)會反射所述輔助光源發射的一部分光，並使其進入光學傳感模組內，成為採集指紋光信號過程中的雜散光，雜散光易導致光學傳感模組的成像質量受到干擾，影響指紋辨識的正確性。
本發明一方面提供一種指紋識別模組，用於屏下的指紋識別，其包括：光學傳感模組； 至少兩個發光元件，每一個發光元件設置於所述光學傳感模組的周邊，所述光學傳感模組用於採集由所述發光元件發射且由手指反射的光以形成指紋圖像；每一個發光元件的出光面的一側設置有第一偏振片；第二偏振片，正對所述光學傳感模組且位於所述光學傳感模組獲取指紋光信號的一側，所述第一偏振片的偏振軸與所述第二偏振片的的偏振軸相互垂直；以及，正對每一個第一偏振片設置有偏振旋轉器，每一個偏振旋轉器位於所述第一偏振片遠離所述發光元件的一側，用於旋轉所述第一偏振片產生的偏振光以改變該偏振光的偏振態。
顯示屏；蓋板，覆蓋所述顯示屏以保護所述顯示屏；背光模組，位於所述顯示屏遠離所述蓋板的一側；以及，所述指紋識別模組，位於所述背光模組遠離所述顯示屏的一側且用於所述顯示屏下的指紋識別。
相對於習知技術，所述指紋識別模組利用所述第一偏振片、所述第二偏振片與所述偏振旋轉器能抑制非指紋信號的雜散光進入所述光學傳感模組，有效地提高了所述光學傳感模組產生的指紋圖像的清晰度。
100、200:顯示裝置
10、40:指紋識別模組
20:顯示屏
101:光學傳感模組
1011:鏡筒
1012:鏡頭
1013:晶片傳感晶片
102:發光元件
103:第一偏振片
104:第二偏振片
105:偏振旋轉器
106:偏振片組
1061:第三偏振片
1062:第四偏振片
30:背光模組
301:反射片
302:背光源
303:導光板
50:蓋板
圖1為本發明實施例一的顯示裝置與指紋識別模組的結構示意圖。
圖2為本發明實施例一的包含背光模組的顯示裝置的結構示意圖。
圖3為發光元件圍繞光學傳感模組的片面示意圖。
圖4為本發明實施例二的顯示裝置與指紋識別模組的結構示意圖。
附圖中示出了本發明的實施例，本發明可以藉由多種不同形式實現，而並不應解釋為僅局限於這裏所闡述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本發明更為全面和完整的公開，並使所屬領域的技術人員更充分地瞭解本發明的範圍。
實施例一
參閱圖1，本發明實施例一提供的顯示裝置100，其包括顯示屏20與位於所述顯示屏20下的指紋識別模組10，當手指按壓所述顯示裝置100時，所述指紋識別模組10用於屏下指紋圖像採集與指紋識別。
本實施例中，所述顯示屏20為液晶顯示屏，其可包括彩色濾光基板、與所述彩色濾光基板相對設置的薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)陣列基板、位於所述彩色濾光基板與TFT陣列基板之間的液晶層，所述顯示屏20還包括位於所述彩色濾光基板背離所述液晶層一側的上偏振片和位於所述TFT陣列基板背離所述液晶層一側的下偏振片。
如圖1所示，指紋識別模組10包括光學傳感模組101、至少兩個發光元件102、第一偏振片103、第二偏振片104與偏振旋轉器105。所述至少兩個發光元件102設置在所述光學傳感模組101周邊，每一個發光元件102的出光面朝向所述顯示屏20，即朝向所述光學傳感模組101獲取指紋光信號的方向。每一個發光元件102的出光面的一側設置有第一偏振片103，所述第一偏振片103偏振所述發光元件102發射的光。所述第二偏振片104正對所述光學傳感模組101且位於所述光學傳感模組101獲取指紋光信號的一側，亦即所述第二偏振片104位於所述光學傳感模組101靠近所述顯示屏20的一側；所述第一偏振片103的偏振軸與所述第二偏振片104的偏振 軸相互垂直。正對每一個第一偏振片103設置有偏振旋轉器105，每一個偏振旋轉器105位於所述第一偏振片103遠離所述發光元件102的一側，用於旋轉與所述偏振旋轉器正對的第一偏振片103產生的偏振光以改變該偏振光的偏振態。每一個偏振旋轉器105位於其正對的第一偏振片103產生的偏振光的光路上。
在本實施例中，所述發光元件102作為指紋檢測輔助光源，所述光學傳感模組101用於採集由所述發光元件102發射且由手指反射的光以形成指紋圖像。
在本實施例中，每一個所述發光元件102與位於其出光面一側的第一偏振片103相互平行；每一個偏振旋轉器105與其正對的所述第一偏振片103平行。
在本實施例中，所述偏振旋轉器105位於所述顯示屏20與所述第一偏振片103之間，所述第二偏振片104位於所述光學傳感模組101與所述顯示屏20之間。每一個偏振旋轉器105與其正對的第一偏振片103之間間隔設置，所述間隔的尺寸不做具體限制，只要保證所述第一偏振片103產生偏振光能藉由所述偏振旋轉器105即可。在其他實施例中，每一個偏振旋轉器105與其正對的第一偏振片103也可以不間隔設置，依照實際情況設計。
參照圖2，所述顯示裝置100還包括背光模組30，為所述顯示屏20提供圖像顯示所需的光源。所述背光模組30位於所述顯示屏20與所述指紋識別模組10之間。所述背光模組30包括位於所述顯示屏20靠近所述指紋識別模組10一側的反射片301，位於所述反射片301與所述顯示屏20之間的導光板303，以及位於所述反射片301與所述顯示屏20一側的背光源302。所述反射片301反射所述背光源302發射的光，且所述導光板303 對背光源302發射的光進行導光，從而所述反射片301與所述導光板303有利於使得背光源成為所述顯示屏20的面光源。在本實施例中，每一個偏振旋轉器105位於所述反射片301遠離所述顯示屏20的一側。
在一實施例中，每一個偏振旋轉器105可以貼合在反射片301遠離所述顯示屏20的一側。
在習知的指紋識別模組中，當每一個發光元件發射的光進過反射片時，所述發光元件發射的光會被反射片反射從而進入光學傳感模組中，成為光學傳感模組採集指紋光信號時的雜散光，造成指紋圖像模糊。但，在本實施例中，每一個發光元件102發射的光經過一個第一偏振片103成為特定偏振態的偏振光A，當部分所述特定偏振態的偏振光A被所述反射片301反射至所述第二偏振片104時，由於所述第二偏振片104的偏振軸與所述第一偏振片103的偏振軸相互垂直，此部分特定偏振態的偏振光A無法藉由所述第二偏振片104進入所述光學傳感模組101。故，所述第二偏振片104與所述第一偏振片103的配合使用能有效避免因前述雜散光進入光學傳感模組101造成的指紋圖像模糊的問題。
在本實施例中，每一個發光元件102的出光面被一個所述第一偏振片103覆蓋，所述光學傳感模組101獲取指紋光信號的一側被所述第二偏振片覆蓋每，從而每一個第一偏振片103能使每一個發光元件102出射光盡可能地全部變成偏振光，以及使得由手指指紋反射的光均先進入所述第二偏振片104再進入所述光學傳感模組101。如此，可最大程度地防止前述雜散光進入光學傳感模組101，從而造成的指紋圖像模糊的現象。
在避免所述雜散光進入所述光學傳感模組101同時，為確保穿過所述顯示屏20傳送至手指並由手指反射後的所述偏振光A能穿過所述第二偏振片104進入所述光學傳感模組101。進一步地，在本實施例中，在每一 個發光元件102出光面的一側且正對每一個第一偏振片103的位置設置有所述偏振旋轉器105。因為所述偏振旋轉器105旋轉所述第一偏振片103產生的偏振光A並改變了所述偏振光A的偏振態，所以使得傳送至手指後且由手指反射的偏振光A能夠藉由所述第二偏振片104進入所述光學傳感模組101。
在本實施例中，所述背光模組30還包括位於所述反射片301與所述顯示屏20之間層疊設置的擴散片與增光片(圖中未示)。
在本實施例中，每一個發光元件為發光二極體(light emitting diode,LED)。每一個發光元件102與所述光學傳感模組101間的距離、傾斜角度與排列方式不作具體限制，每一個發光元件102圍繞所述光學傳感模組101排列方式可以為方格狀、同心圓狀、對角狀等任意形狀。圖3示意了四個發光元件圍繞所述光學傳感模組101形成矩形方格和同心圓狀的情況。
在本實施例中，每一個發光元件102皆發射可見光或不可見光。所述第一偏振片103、所述第二偏振片104與所述偏振旋轉器105根據每一個發光元件102發射的光的波長範圍進行選擇。具體地，當每一個發光元件102發射可見光時，所述第一偏振片103與所述第二偏振片104為可見光偏振片，且所述偏振旋轉器105用於旋轉所述第一偏振片103產生的可見光波長範圍內的偏振光並改變該偏振光的偏振態；此時，所述偏振旋轉器105為雙折射性質的塑膠、玻璃或者其他透光的材質。當每一個發光元件102發射不可見光時，所述第一偏振片103與所述第二偏振片104為不可見光偏振片，且所述偏振旋轉器105用於旋轉所述第一偏振片103產生的不可見光波長範圍內的偏振光並改變該偏振光的偏振態；此時所述偏振旋轉器105為半導體材料構成。
在一實施例中，所述偏振旋轉器105可為半波片。所述第一偏振片103與所述第二偏振片104可為金屬線柵偏振片，且所述金屬線柵偏振片的格柵內的齒狀結構的間隔範圍為50nm~250nm，且所述格柵內的齒狀結構的佔空比範圍為0.2~0.6。如圖2所示，所述光學傳感模組101還包括鏡筒1011、位於鏡筒1011內鏡頭1012，以及位於鏡筒1011遠離所述第二偏振片104一側的傳感晶片1013。所述第二偏振片104位於所述鏡筒1011遠離所述傳感晶片1013的一側且正對所述鏡頭1012。所述鏡筒1011用於固定所述鏡頭1012，所述鏡頭1012用以匯聚指紋光信號，所述傳感晶片1013用於根據所述鏡頭1012匯聚的指紋光信號進行成像。
在一實施例中，所述第二偏振片104位於所述鏡筒1011上，所述第二偏振片104覆蓋所述鏡筒1011，使得進入所述光學傳感模組101的光線先藉由所述第二偏振片，有利於防止前述雜散光。
在本實施例中，所述鏡頭1012包括至少一片透鏡(圖未示)。所述傳感晶片1013可為但不限於光學指紋傳感器。所述傳感晶片1013可為包括具有複數光學感應單元的感應陣列(圖未示)，此時，所述鏡頭1012為具有由複數微透鏡形成的微透鏡陣列，微透鏡陣列位於在傳感晶片1013的感應陣列上方，並且每一個微透鏡可以對應於所述感應陣列的其中一個感應單元。
如圖2所示，所述顯示裝置100還包括蓋板50，所述蓋板50位於所述顯示屏20遠離所述背光模組30的一側，所述蓋板50覆蓋所述顯示屏20以保護所述顯示屏20。
在本實施例中，所述蓋板50可以具體為透明蓋板，比如玻璃蓋板或者藍寶石蓋板。人體手指按壓所述顯示裝置300實際上可以是指手指按壓所述蓋板50。
在本實施例中，所述顯示裝置100還包括位於所述光學傳感模組101遠離所述第二偏振片104一側的電路板。所述光學傳感模組101可以藉由焊盤焊接到所述電路板，並藉由所述電路板實現與所述顯示裝置300的其他元件的電性互連和信號傳輸。所述電路板可為軟性電路板(flexible printed circuit，FPC)。
實施例二
參閱圖4，本發明實施例二提供的顯示裝置200包括上述顯示屏20、所述背光模組30及位於所述顯示屏20下的指紋識別模組40，當手指按壓所述顯示裝置200時，所述指紋識別模組40用於屏下指紋圖像採集與指紋識別。所述指紋識別模組40也包括所述光學傳感模組101、至少兩個發光元件102、所述第一偏振片103、所述第二偏振片104與所述偏振旋轉器105。所述光學傳感模組101、每一個發光元件102、所述第一偏振片103、所述第二偏振片104與所述偏振旋轉器105在所述顯示裝置200中的位置和作用與在所述顯示裝置200中的位置和作用是相同的。
如圖4所示，所述指紋識別模組40還包括偏振片組106，所述偏振片組106正對所述第二偏振片104設置，且位於所述第二偏振片104遠離所述光學傳感模組101的一側。所述偏振片組106由沿所述偏振片組106指向所述第二偏振片104方向層疊設置的第三偏振片1061與第四偏振片1062構成，且所述第三偏振片1061的偏振軸與所述第四偏振片1062的偏振軸相互垂直。在本實施例中所述第三偏振片1061與所述第四偏振片1062上下位置可以變換，所述第三偏振片1061與所述第四偏振片1062可以貼合在一起也可以間隔設置，只要保證所述第三偏振片1061的偏振軸與所述第四偏振片1062的偏振軸相互垂直即可；所述第三偏振片1061在所述第四偏振片1062上的正投影至少部覆蓋所述第四偏振片1062。
在本實施例中，所述偏振片組106與所述第二偏振片104間隔設置的。所述偏振片組106位於所述反射片301遠離所述顯示屏20的一側，所述偏振片組106可貼合在所述反射片301上。所述偏振片組106與所述第二偏振片104之間的間隔的尺寸不做具體限制，只要保證藉由所述偏振片組106的光能傳送至所述第二偏振片104即可。在其他實施例中，所述偏振片組106與所述第二偏振片104也可以不間隔設置，依照實際情況設計。
在本實施例中，每一個發光元件102為近紅外光的發光二極體，所述第一偏振片103與第二偏振片104為近紅外光偏振片，所述偏振旋轉器105為半導體材料構成，且所述第三偏振片1061與所述第四偏振片1062為均為可見光偏振片。可以理解的，此時，所述第三偏振片1061與所述第四偏振片1062構成的偏振片組106只能對可見光進行偏振，不能偏振每一個發光元件102發射的近紅外光。在其他實施例中，每一個發光元件102發射其他波長範圍的不可見光。
在本實施例中，所述第三偏振片1061與所述第四偏振片1062可為吸收型的高分子材料構成的可見光偏振片或為雙折射材料構成的可見光偏振片，但不限於此。
在上述不包含所述偏振片組106的指紋識別模組10中，在所述顯示屏20亮屏狀態下，所述顯示屏20的背光源302發射的光會穿過所述反射片301，使得所述顯示屏20下方的所述光學傳感模組101會同時接收發光元件102發射的且被手指反射的光以及所述顯示屏20的背光源302發射的光，從而導致所述光學傳感模組101採集的指紋圖像出現模糊甚至過度曝光的問題。然，在所述指紋識別模組40中，對可見光進行偏振且偏振軸相互垂直的所述第三偏振片1061與所述第四偏振片1062可將背光源302發射 的光衰減至0.005%以下，從而抑制了所述顯示屏20的背光源302發射的光進入所述光學傳感模組101。
在本實施例中，在使用相同的可見光的偏振片情況下，每一個發光元件102發射的近紅外光穿過可見光偏振片(所述第一偏振片103與所述第二偏振片104)的透光率可以到達90%以上。因此，在相同的照度下，所述光學傳感模組101所接收到的近紅外光强度與可見光强度的相差4至5個級數(近紅外光强度與可見光强度的相差104至105)，從而使用發射近紅外光的發光元件102可有效提高指紋識別模組40偵測指紋圖像的效率。
在一實施例中，偏振軸相互垂直的所述第三偏振片1061與所述第四偏振片1062為正對設置，且兩者的尺寸一樣，以保證經過所述第三偏振片1061的光量與經過所述第四偏振片1062的光量是一樣的；所述偏振片組106在所述第二偏振片104上的正投影完全覆蓋所述第二偏振片104。如此，使得所述背光源302發射的光盡可能地先經過所述偏振片組106再進入所述光學傳感器模組101，進一步有效地抑制因所述背光源302引起的指紋圖像模糊與過度曝光的問題。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，圖示中出現的上、下、左及右方向僅為了方便理解，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
100:顯示裝置
10:指紋識別模組
20:顯示屏
101:光學傳感模組
102:發光元件
103:第一偏振片
104:第二偏振片
105:偏振旋轉器

Claims (8)

  1. 一種指紋識別模組，用於屏下的指紋識別，其改良在於，包括：光學傳感模組；至少兩個發光元件，每一個發光元件設置於所述光學傳感模組的周邊，所述光學傳感模組用於採集由所述發光元件發射且由手指反射的光以形成指紋圖像；每一個發光元件的出光面的一側設置有第一偏振片；第二偏振片，正對所述光學傳感模組且位於所述光學傳感模組獲取指紋光信號的一側，所述第一偏振片的偏振軸與所述第二偏振片的偏振軸相互垂直；以及正對每一個第一偏振片設置有偏振旋轉器，每一個偏振旋轉器位於所述第一偏振片遠離所述發光元件的一側，用於旋轉與所述偏振旋轉器正對的第一偏振片產生的偏振光以改變該偏振光的偏振態；其中，每一個發光元件發射不可見光，每一個第一偏振片與所述第二偏振片為不可見光偏振片，且所述偏振旋轉器用於旋轉所述第一偏振片產生的不可見光波長範圍的偏振光以改變該偏振光的偏振態；所述指紋識別模組還包括正對所述第二偏振片設置的偏振片組，所述偏振片組位於所述第二偏振片遠離所述光學傳感模組的一側；所述偏振片組由沿所述偏振片組指向所述第二偏振片方向層疊設置的兩片偏振片構成，且該兩片偏振片的偏振軸相互垂直。
  2. 如請求項1所述的指紋識別模組，其中，每一個發光元件的出光面被一個所述第一偏振片覆蓋，所述光學傳感模組獲取指紋光信號的一側被所述第二偏振片覆蓋。
  3. 如請求項1所述的指紋識別模組，其中，所述發光元件為發射近紅 外的發光二極體，所述第一偏振片與所述第二偏振片為近紅外光偏振片，且所述偏振片組的兩片偏振片均為可見光偏振片。
  4. 如請求項1所述的指紋識別模組，其中，所述偏振片組的兩片偏振片尺寸相同且正對設置；所述偏振片組在所述第二偏振片上的正投影完全覆蓋所述第二偏振片。
  5. 如請求項1所述的指紋識別模組，其中，所述第一偏振片與所述第二偏振片為金屬線柵偏振片，所述金屬線柵偏振片的格柵內的齒狀結構的間隔範圍為50nm~250nm，且所述格柵內的齒狀結構的佔空比範圍為0.2~0.6。
  6. 如請求項1所述的指紋識別模組，其中，所述偏振旋轉器為半波片。
  7. 如請求項1所述的指紋識別模組，其中，所述光學傳感模組還包括鏡筒、位於鏡筒內的鏡頭，以及位於鏡筒遠離所述第二偏振片一側的傳感晶片，所述第二偏振片位於所述鏡筒遠離所述傳感晶片的一側且正對所述鏡頭，所述鏡頭用以匯聚指紋光信號，所述傳感晶片用於根據所述鏡頭匯聚的指紋光信號進行成像。
  8. 一種顯示裝置，其改良在於，包括：顯示屏；蓋板，覆蓋所述顯示屏以保護所述顯示屏；背光模組，位於所述顯示屏遠離所述蓋板的一側；以及如請求項1至7任意一項中所述的指紋識別模組，所述指紋識別模組位於所述背光模組遠離所述顯示屏的一側，用於所述顯示屏下的指紋識別。
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