TWI759758B - 光線探測結構、指紋模組及顯示終端機 - Google Patents

Abstract

一種光線探測結構、指紋模組及顯示終端機。該光線探測結構包括基底；位於基底上方的像素陣列；位於該像素陣列上方的覆蓋層；其中，該覆蓋層自下而上依次包括位於該像素陣列上方的第一覆蓋層；以及位於該第一覆蓋層上方的第二覆蓋層；該第一覆蓋層包括數個第一遮光部以及設置在相鄰的第一遮光部之間的數個第一透光部；該第二覆蓋層包括數個第二遮光部，及相鄰的第二遮光部之間設置有第二透光部；該等第二遮光部分別與該等第一透光部一一對應，且每一個第二遮光部位於對應的第一透光部的上方。應用本發明的技術方案，可以抑制全部的環境光，提高指紋圖像的清晰度。

Description

光線探測結構、指紋模組及顯示終端機

本發明是有關於一種指紋識別技術領域，特別是指一種光線探測結構、指紋模組及顯示終端機。

目前，大多數顯示終端機都設置有指紋模組。通常情況下，該指紋模組可以包括有機電激發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示結構以及位於OLED顯示結構下方的光線探測結構。其中，OLED顯示結構為自發光結構，不需背光源。

使用者通過OLED顯示結構中的OLED顯示螢幕輸入指紋時，OLED顯示結構發出的光線經OLED顯示螢幕的反射，被OLED顯示結構下方的光線探測結構收集。光線探測結構基於收集到的光線資訊形成指紋圖像，並將指紋圖像發送至後續的指紋識別電路，完成對指紋的識別。

然而，現有指紋模組中的光線探測結構，在收集光線時，容易受到環境光的干擾，導致收集到的關係資訊受到影響，最終影 響指紋圖像的清晰度。

因此，本發明的第一目的，即在提供一種能夠抑制環境光、提高指紋圖像的清晰度的光線探測結構。

於是，本發明光線探測結構，由下而上依次包括：基底；位於基底上方的像素陣列；位於該像素陣列上方的覆蓋層；其中，該覆蓋層自下而上依次包括位於該像素陣列上方的第一覆蓋層，以及位於該第一覆蓋層上方的第二覆蓋層；該第一覆蓋層包括：數個第一遮光部，以及數個第一透光部，且每一個第一透光部設置在相鄰的第一遮光部之間；該第二覆蓋層包括數個第二遮光部，及相鄰的第二遮光部之間設置有第二透光部；該等第二遮光部分別與該等第一透光部一一對應，且每一個第二遮光部位於對應的第一透光部的上方；以全反射臨界角作為入射角沿該等第二遮光部邊緣向對應第一透光部照射的第一光線，在與該第一覆蓋層相交時，交點位於對應的第一透光部的邊緣上或者位於對應的第一透光部外。

可選地，當該第一光線與該第一覆蓋層相交時，該等第二遮光部在該第一覆蓋層上投影的半徑小於或等於全反射臨界角的正切值與該覆蓋層的厚度值之間的乘積。

可選地，該等第二遮光部及該等第一透光部均為圓形，且每一第二遮光部與對應的第一透光部之間圓心的連線垂直於每 一個第二遮光部與對應的第一透光部所在平面。

可選地，每一個第二遮光部的半徑與相應的第一透光部的半徑之間的差值等於全反射臨界角角度值的正切值與該覆蓋層的厚度值之間的乘積。

可選地，該像素陣列包括數個呈陣列排布的光電二極體。

可選地，該等第二遮光部按照六邊形陣列排布。

可選地，該等第二遮光部按照條形陣列排布。

本發明的第二目的，即在提供一種指紋模組。

本發明指紋模組，包括：OLED顯示結構；以及上述任一種的光線探測結構；該OLED顯示結構位於該光線探測結構中該覆蓋層的上方。

可選地，該OLED顯示結構自下而上依次包括基底、位於基底上方的OLED陣列，以及位於該OLED陣列上方的蓋板。

可選地，該OLED顯示結構發出的訊號光的線包含在該第一覆蓋層的入射角度大於該全反射臨界角的光線。

本發明的第三目的，即在提供一種顯示終端機。

本發明顯示終端機，包括：上述任一種的指紋模組。

本發明的功效在於：採用本發明實施例中的光線探測結構，由於環境光從低折射率的空氣中入射時，其折射光線照射至第一覆蓋層上的入射角均小於全反射臨界角，故通過設置以全反射臨 界角作為入射角沿該第二遮光部邊緣向對應的第一透光部照射的第一光線，在與對應的第一透光部相交時，交點位於對應第一透光部的邊緣上，或者位於對應的第一透光部外，可以使得環境光的折射光線大部分入射至第一透光部外，由此光線探測結構可以抑制全部的環境光。

採用本發明實施例中的指紋模組，通過控制OLED陣列所發出光線的入射角的角度值大於該全反射臨界角，可以使得OLED陣列所發出光線能夠盡可能入射至被該第一覆蓋層的第一透光部內，進而可以提高指紋模組的光效率。

10:OLED顯示結構

101:基底

102:OLED陣列

103:基板

20:光線探測結構

201:基底

202:像素陣列

203:覆蓋層

203a:第一覆蓋層

a1:第一遮光部

a2:第一透光部

a2’:第一透光部的投影

203b:第二覆蓋層

b1:第二遮光部

b2:第二透光部

L1:訊號光的光線

L1’:反射光線

L2:環境光的光線

L2’:折射光線

θ _C:全反射臨界角

m1:交點

m2:交點

m3:投影點

R0:投影半徑

R:半徑

r:半徑

r’:半徑

h:厚度值

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明實施例中一種指紋模組的剖面示意圖；圖2是發明實施例中一種第二遮光部的排布示意圖；圖3是本發明實施例中另一種第二遮光部的排布示意圖；圖4是本發明實施例中一種單個第一透光部與第二覆蓋層之間對應關係的結構示意圖；圖5是本發明實施例中另一種單個第一透光部與第二覆蓋層之間對應關係的結構示意圖； 圖6是一種訊號光的光線的路線示意圖；圖7是本發明一個實施例的第一遮光部和第二遮光部的圖案示意圖；圖8是採用本發明前述實施例的光線探測結構測量的環境光的光強分佈；及圖9是採用本發明前述實施例的光線探測結構測量的訊號光的光強分佈。

現有指紋模組中的光線探測結構，在收集光線時，容易受到環境光的干擾，環境光的光線被大量吸收，進而影響光線探測結構對OLED訊號光線的吸收，最終影響指紋圖像的清晰度。

針對上述問題，本發明實施例提供了一種光線探測結構，應用該光線探測結構，通過設置以全反射臨界角作為入射角沿該第二遮光部邊緣向對應第一透光部照射的第一光線(訊號光線)，在與該對應第一透光部相交時，交點位於對應第一透光部的邊緣上，或位於對應第一透光部外，可以使得環境光的折射光線大部分入射至第一透光部外，由此光線探測結構可以抑制全部的環境光，提高指紋圖像的清晰度。

為使本發明的上述目的、特徵和有益效果能夠更為明顯 易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細地說明。

參照圖1，本發明實施例提供了一種指紋模組，該指紋模組可以：OLED顯示結構10以及光線探測結構20。該OLED顯示結構10位於該光線探測結構20的上方。

在具體實施中，該OLED顯示結構10自下而上依次包括：基底101，位於基底上方的OLED陣列102，以及位於該OLED陣列上方的蓋板103。

其中，OLED陣列102由數個呈陣列排布的OLED所構成。該OLED能夠自發光。蓋板103通常為玻璃蓋板，用戶可以在蓋板103上輸入指紋。當有電流通過OLED陣列102時，OLED陣列102中的像素結構會發出訊號光，訊號光的光線L1照射至蓋板103上，產生相應的反射光線L1’。反射光線L1’會被OLED顯示結構10下方的光線探測結構20收集，以形成指紋圖像。

在具體實施中，除訊號光外，環境光的光線L2也會照射至蓋板103，並產生相應的折射光線L2’。環境光的折射光線L2’也會被光線探測結構20收集。由於環境光的折射光線L2’強度通常較大，會影響光線探測結構20所形成的指紋圖像的色彩飽和度，進而影響指紋圖像的清晰度。

本發明的實施例中，該光線探測結構20自下之上依次可以包括基底201、位於基底201上方的像素陣列202，以及位於該像 素陣列202上方的覆蓋層203。

其中，該覆蓋層203自下而上依次包括位於該像素陣列202上方的第一覆蓋層203a；以及位於該第一覆蓋層203a上方的第二覆蓋層203b。

該第一覆蓋層203a可以包括數個第一遮光部a1，以及數個第一透光部a2。每一個第一透光部a2設置在相鄰的第一遮光部a1間；該第二覆蓋層203b可以包括數個第二遮光部b1及數個第二透光部b2。每一個第二透光部b2設置在相鄰的第二遮光部b1之間；該等第二遮光部b1分別與該等第一透光部a2一一對應，且每一個第二遮光部b1位於對應的第一透光部a2的上方。

在具體實施中，環境光的折射光線L2’經第二透光部b2照射至第一覆蓋層203a上，並被該第一覆蓋層203a的第一遮光部a1遮擋。OLED陣列102發出的訊號光經第二覆蓋層203b的第二遮光部b1之間的間隙(即第二透光部b2)，入射至第一覆蓋層203a並經過第一覆蓋層203a的第一透光部a2，而被該像素陣列202接收。

該像素陣列202可以包括數個呈陣列排布的光電二極體。該等光電二極體能夠將該等第一透光部a2收集的光訊號轉換為電信號，以完成後續的指紋識別。

在一些實施例中，該第一透光部a2和該第二透光部b2可以是開口或者透光材料。

在具體實施中，該等第一透光部a2的數量不作限制，具體可以根據實際需求設定。該等第一透光部a2的形狀可以為任意形狀。第一遮光部a1作為第一透光部a2的邊框，與該第一透光部a2的形狀匹配即可。

在具體實施中，該第二覆蓋層203b上第二遮光部b1的數量及形狀均不作限制，根據實際需求設定即可。相鄰第二遮光部b1間第二透光部b2形狀與第二遮光部b1的形狀匹配即可。

在具體實施中，OLED陣列102大約在50微米左右，光線探測結構20大約在100微米左右。第一覆蓋層203a及第二覆蓋層203b大小約為幾微米，故在一個光線探測結構20上，對應會有幾百個第二遮光部b1及第一透光部a2。第二遮光部b1及第一透光部a2之間上下相對準。

在本發明的一實施例中，如圖2所示，多個第二遮光部b1之間可以按照條形陣列排布。如圖3所示，多個第二遮光部b1之間也可以按照六邊形陣列排布。通過使得多個第二遮光部b1之間按照條形陣列或六邊形陣列排布，可以使得第一覆蓋層203a及第二覆蓋層203b在各個方向上對稱更加均勻，進而使得指紋模組可以選擇不對稱的光源，增強用戶體驗。相應地，每個第二遮光部b1下方，唯一對應一個第一透光部a2。第一透光部a2根據第二遮光部b1的排布形狀而變化。

在本發明的一實施例中，參照圖4，為了提高光線探測結構20的對稱性，以儘可能地提高指紋模組的光效率，可以設置該等第二遮光部b1及第一透光部a2均為圓形，第二透光部b2可以為圓環形狀。並且，該第二遮光部b1與對應第一透光部a2之間圓心的連線垂直於該第二遮光部b1與對應第一透光部a2所在平面。

在本發明的實施例中，為了便於描述。假設OLED顯示結構10及光線探測結構20的折射率相同。

在具體實施中，參照圖4，環境光的光線L2照射至蓋板103後，相應的折射光線L2’經第二覆蓋層203b的第二透光部b2，可能會入射至第一覆蓋層203a的第一遮光部a1上，也可能會入射至第一覆蓋層203a的第一透光部a2內。由於光線探測結構20是基於第一透光部a2內收集的光線形成指紋圖像，故在環境光的折射光線L2’入射至第一透光部a2內時，會影響所形成的指紋圖像的清晰度。

為了降低環境光對指紋圖像清晰度的影響，在本發明的實施例中，設置以全反射臨界角θ _C作為入射角沿該第二遮光部b1邊緣向對應第一透光部a2照射的第一光線，在與該對應第一透光部a2相交時，交點位於對應的第一透光部的邊緣上或者位於對應的第一透光部a2外。

在具體實施中，由於空氣的折射率較低，故環境光的折 射光線L2’照射至第一覆蓋層203a時，入射角均小於或等於全反射臨界角θ _C。因此，通過設置第一光線與該對應第一透光部a2相交的交點位於對應的第一透光部的邊緣上或者位於對應的第一透光部a2外，可以保證環境光的折射光線L2’與對應的第一透光部a2不相交，進而對應的第一透光部a2不會收集到環境光的折射光線L2’，由此可以避免環境光對指紋圖像清晰度的影響。

在具體實施中，可以採用多種方法，使得第一光線與該對應第一透光部a2相交的交點位於該對應第一透光部的邊緣上或者位於該對應第一透光部a2外，此處不作限制。比如，可以僅減小第一透光部a2的尺寸，或者僅增大第二遮光部b1的尺寸，當然也可以同時減小第一透光部a2的尺寸並增大第二遮光部b1的尺寸。無論採用何種方法，只要使得第一光線與該對應第一透光部a2相交的交點位於該對應第一透光部的邊緣上或者位於該對應第一透光部a2外，均在本發明的保護範圍之內。

參照圖5，矩形表示第一透光部a2在第二遮光部b1上投影的面積，三角形表示第二遮光部b1上超出第一透光部a2邊緣的面積。

在本發明的一實施例中，參照圖5，為了使得第一光線與對應的第一透光部a2相交的交點位於對應的第一透光部a2的邊緣上或者位於對應的第一透光部a2外，該第二遮光部b1在該第一覆蓋 層203上投影的半徑R0小於或等於θ _C的正切值與該覆蓋層203的厚度值h。

在具體實施中，該第二遮光部b1在該第一覆蓋層203上投影的半徑R0，即該第一光線與對應的第二遮光部b1邊緣的交點m1，和該第一光線與對應的第一透光部a2的交點m2在對應的第二遮光部b1上的投影點m3之間連線長度。

交點m1與投影點m3之間連線長度R0(即該第二遮光部b1在該第一覆蓋層203上投影的半徑)的最大值等於h×tan θ _C，即第一光線一旦與對應的第一透光部a2相交，則交點只能位於對應的第一透光部a2的邊緣。此時，入射角小於全反射臨界角θ _C的光線均位於對應的第一透光部a2外。

以該第二遮光部b1及該第一透光部a2均為圓形，且該第二遮光部b1與對應的第一透光部a2之間圓心的連線垂直於該b1與對應的第一透光部a2所在平面為例，在本發明的一實施例中，可以設置該第二遮光部b1的半徑R與相應的第一透光部a2的半徑r之間的差值R0等於全反射臨界角角度值θ _C的正切值與該覆蓋層的厚度值h之間的乘積。

由此可知，交點m1與投影點m3之間連線長度R0(即該第二遮光部b1在該第一覆蓋層203上投影的半徑)，不僅與第一透光部a2的半徑r及第二遮光部b1的半徑R有關，還與覆蓋層的厚度h及 全反射臨界角θ _C相關。故可以通過調整R、r、h及θ _C，來調整R0的長度。交點m1與投影點m3之間連線長度R0，可以基於光線探測結構20本身面積利用率的要求進行調整。

以蓋板103為玻璃為例，由於玻璃的折射率為1.5，故全反射臨界角θ _C=41.8。

參照圖5，在本發明的一實施例中，可以設置第一透光部a2的半徑為r，第二遮光部b1的半徑R=2r，第二透光部b2的徑向寬度為r’，在一些實施例中，r=r’，覆蓋層203的厚度h=(R+r’)×tan(θ_C)

r，光線探測結構20本身面積利用率=π×r²/π(R+r’)²=r²/(R+r’)²=1/9。

在圖5所示的實施例中，環境光的光線以45°至71°範圍內的入射角照射至蓋板103上時，相應折射光線L2’(參閱圖4)照射至第一覆蓋層203a上的入射角小於或等於全反射臨界角θ _C。此時，該折射光線L2’均入射至第一透光部a2外。

參閱圖1，在具體實施中，考慮到OLED陣列102發出的訊號光的光線L1經蓋板103反射後，對應的反射光線L1’的入射角度可能接近於全反射臨界角，若接近於全反射臨界角的反射光線L1’沒有被第一透光部a2收集，會導致指紋模組的光效率降低。

在本發明的一實施例中，參照圖6，可以調整反射光線L1’在第一覆蓋層203a上的入射角度，使得反射光線L1’在第一 覆蓋層203a上的入射角度大於該全反射臨界角。這樣，OLED陣列102發出的訊號光的光線L1均會被第一透光部a2收集，有效提高指紋模組的光效率。

圖7是本發明一個實施例的該第一遮光部a1(右圖中的黑色區域)和該第二遮光部b1(左圖中的黑色區域)的圖案示意圖。其中該等第一透光部a2的總面積是該等第二透光部b2的總面積的80%。

在一些實施例中，每個第一遮光部a1的面積大於對應的第二透光部b2的面積。具體地，該第一遮光部a1的邊長可以是該第二遮光部b1的邊長的0.7~0.99，例如可以是0.8，或0.9。

圖8是採用本發明前述實施例的光線探測結構20測量的環境光的光強分佈，圖9是採用本發明前述實施例的光線探測結構20測量的訊號光的光強分佈。可以清晰地看出環境光被抑制，訊號光得到增強。

本發明的實施例還提供了一種顯示終端機，該顯示終端機包括上述任一種的指紋模組。用戶可以在該指紋模組的蓋板103上輸入指紋，由該指紋模組採集指紋資訊，完成身份驗證。

在本發明的實施例中，該顯示終端機包括但不限於手機、筆記本、平板電腦以及車載電腦等設備。可以理解的是，該顯示終端機具體為何種設備，均不構成對本發明的限制，且均在本發 明的保護範圍之內。

雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為准。

103:基板

203a:第一覆蓋層

203b:第二覆蓋層

a2:第一透光部

a2’:第一透光部的投影

b1:第二遮光部

b2:第二透光部

L2:環境光的光線

L2’:折射光線

Claims (11)

1. 一種光線探測結構，包含：基底；位於基底上方的像素陣列；位於該像素陣列上方的覆蓋層；其中，該覆蓋層自下而上依次包括位於該像素陣列上方的第一覆蓋層及位於該第一覆蓋層上方的第二覆蓋層；該第一覆蓋層包括數個第一遮光部，以及數個第一透光部，且每一個第一透光部設置在相鄰的第一遮光部之間；及該第二覆蓋層包括數個第二遮光部，及相鄰的該第二遮光部之間設置有第二透光部；該等第二遮光部分別與該等第一透光部一一對應，且每一個第二遮光部位於對應的第一透光部的上方；其中，以全反射臨界角作為入射角沿該等第二遮光部邊緣向對應的第一透光部照射的第一光線，在與該第一覆蓋層相交時，交點位於對應的第一透光部的邊緣上或者位於對應的第一透光部外。
2. 如請求項1所述的光線探測結構，其中，當該第一光線與該第一覆蓋層相交時，該等第二遮光部在該第一覆蓋層上投影的半徑小於或等於全反射臨界角的正切值與該覆蓋層的厚度值之間的乘積。
3. 如請求項2所述的光線探測結構，其中，該等第二遮光部及該等第一透光部均為圓形，且每一個第二遮光部與對 應的第一透光部之間圓心的連線垂直於每一個第二遮光部與對應的第一透光部所在平面。
4. 如請求項3所述的光線探測結構，其中，每一個第二遮光部的半徑與相應的第一透光部的半徑之間的差值等於全反射臨界角角度值的正切值與該覆蓋層的厚度值之間的乘積。
5. 如請求項1所述的光線探測結構，其中，該像素陣列包括數個呈陣列排布的光電二極體。
6. 如請求項1所述的光線探測結構，其中，該等第二遮光部按照六邊形陣列排布。
7. 如請求項1所述的光線探測結構，其中，該等第二遮光部按照條形陣列排布。
8. 一種指紋模組，包括：。OLED顯示結構；及請求項1至7中任一項的光線探測結構；該OLED顯示結構位於該光線探測結構中該覆蓋層的上方。
9. 如請求項8所述的指紋模組，其中，該OLED顯示結構自下而上依次包括基底、位於基底上方的OLED陣列，以及位於該OLED陣列上方的蓋板。
10. 如請求項8所述的指紋模組，其中，該OLED顯示結構發出的訊號光的光線包含在該第一覆蓋層的入射角度大於該全反射臨界角的光線。
11. 一種顯示終端機，包括請求項8至10中任一項所述的指 紋模組。

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