WO2019223626A1 - 指纹识别装置 - Google Patents
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Abstract
一种指纹识别装置，包括：阵列基板（21）；多个发光单元（22），设置在所述阵列基板（21）上；光检测电路（23），设置在所述阵列基板（21）上，散布在所述多个发光单元（22）之间的空隙内；偏光片（24），设置在所述阵列基板（21）上；调光结构（25），设置在所述偏光片（24）上，所述调光结构（25）产生不同的折射率，与所述光检测电路（23）的光接收范围对应的所述调光结构（25）的折射率大于所述光检测电路（23）的光接收范围之外的所述调光结构（25）的折射率。因此可以提高指纹识别的精度。
Description
本公开涉及指纹识别技术，尤其涉及一种指纹识别装置。
随着指纹识别技术的发展，使其在诸多领域得到广泛应用，如电子设备终端中的手机、平板电脑和电视等；安全防护系统中的门禁和保险柜等。指纹采集的实现方式主要有光学式、电容式和超声成像式等技术，其中光学式指纹识别技术的识别范围相对较大，且成本相对较低。
目前，液晶显示器包括手机等移动终端使用的光学式指纹识别技术尚不成熟，并且相关技术中多以背光板照明手指后由手指将光束进行漫反射至光电传感器装置进行判别指纹纹路。具体形式如图12所示，背光作为光源照明手指后，光束由手指发生漫反射，其中一部分光束会被光电传感器接收，所接收的手指指纹的波谷(以下称为谷)和波峰(以下称为脊)漫反射光能会有所差异，谷的光能相对于脊低，由此差异来进行指纹识别。然而，由于液晶层的透过率较低，因此上述液晶显示器中背光源的光束两次经过液晶层后到达光电传感器的光能量是非常低的，并且光电传感器只是接收到了很少一部分的手指漫反射的光束，而且手指指纹的谷和脊所漫反射的发散光的光能量差异是极小的，同时在手指指纹的谷脊之间还存在环境光的干扰，因此上述液晶显示器很难对指纹进行准确的识别，识别准确率低。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种指纹识别装置，以提高指纹识别的精度。
根据本公开的一个方面，提供了一种指纹识别装置，包括：
阵列基板；
多个发光单元，设置在所述阵列基板上
光检测电路，设置在所述阵列基板上，散布在所述多个发光单元之间的空隙内；
偏光片，设置在所述阵列基板上；
调光结构，设置在所述偏光片上，所述调光结构产生不同的折射率，与所述光检测电路的光接收范围对应的所述调光结构的折射率大于所述光检测电路的光接收范围之外的所述调光结构的折射率。
根据一示例性实施例，所述调光结构包括上基板、下基板以及夹设在所述上基板和所述下基板之间的液晶层，并且还包括设置在所述阵列基板上的偏光片。
其中所述上基板用于接收用户指纹。
根据一示例性实施例，所述多个发光单元包括多个白光发光器件，在所述阵列基板上所述多个白光发光器件之间的空隙内设置有多个光检测电路。
根据一示例性实施例，所述多个发光单元形成多个发光集合，每个所述发光集合包括一个红光发光器件、一个绿光发光器件以及一个蓝光发光器件，在所述阵列基板上每个集合的空隙内设置有一个光检测电路。
根据一示例性实施例，所述调光结构具有多个像素周期D，每个像素周期D满足：D小于等于一个光检测电路的宽度与一个发光单元的宽度之和，并且大于或等于一个光检测电路的宽度。
根据一示例性实施例，在每个像素周期D内，与所述光检测电路的光接收范围对应的所述调光结构的折射率大于所述光检测电路的光接收范围之外的所述调光结构的折射率。
根据一示例性实施例，所述下基板上设置有多个分离的下电极，所述上基板上设置有上电极。
根据一示例性实施例，所述指纹识别装置还包括：
驱动电路，分别与所述上电极和所述下电极连接，用于分别向所述上电极和所述下电极施加电压，使得所述液晶层中的液晶形成不同偏转。
根据一示例性实施例，所述偏光片的透光轴与所述液晶层中液晶分子的长轴平行。
根据一示例性实施例，所述多个发光单元与所述光检测电路被设置在封装层中。
采用本公开实施例提供的指纹识别装置，通过在偏光偏上设置调光结构，该调光结构产生不同的折射率，与所述光检测电路的光接收范围对应的所述调光结构的折射率大于所述光检测电路的光接收范围之外的所述调光结构的折射率。这样，对于大角度入射的光线，将被偏折到水平方向出射，降低干扰光线对光检测电路的影响；对于光检测电路正上方入射的光线，将会被限制在调光结构的垂直方向传播，增加光检测电路接收到正上方的光线强度，降低串扰，提高指纹识准确率。
另外，在本公开提供的方案中，将光检测电路散布在所述多个发光单元之间的空隙内，也就是说光检测电路和发光单元设置在同一层，从而减小了指纹识别装置的尺寸(例如厚度)，进而提高了指纹识别装置的集成度。
通过参照附图来详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附 图中：
图1示出本公开一示例性实施例的指纹识别装置的结构示意图。
图2示出本公开一示例性实施例的指纹识别装置的结构示意图。
图3示出本公开一示例性实施例的指纹识别装置中的上下电极的示意图。
图4示出了本公开一示例性实施例的发光单元与光检测电路的布置方式。
图5示出了本公开一示例性实施例的发光单元与光检测电路的另一布置方式。
图6示出了液晶偏转状态；
图7示出了另一种液晶偏转状态。
图8示出了调光结构中液晶层折射率的示意图。
图9示出了大角度入射光线经过调光结构后的光路示意图。
图10为大角度入射光线经过调光结构后的光路示意图。
图11示出了本公开实施例提供的指纹检测装置的光学效果示意图。
图12为相关技术中光学式指纹识别装置的示意图。
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按照比例绘制。图中相同的附图标记标识相同或相似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
图1示出了根据本公开一示例性实施例的指纹识别装置的侧视结构示意图。该指纹识别装置包括阵列基板21、多个发光单元22、光检测电路23、偏光片24以及调光结构25。
多个发光单元22设置在所述阵列基板21上。光检测电路23设置在阵列基板21上，散布在多个发光单元22之间的空隙内。偏光片24设置在所述阵列基板21上。调光结构25设置在偏光片24上。调光结构25产生不同的折射率，与光检测电路23的光接收范围对应的调光结构的折射率大于光检测电路23的光接收范围之外的调光结构的折射率。
采用本公开实施例提供的指纹识别装置，通过在偏光偏上设置调光结构，该调光结构产生不同的折射率，与所述光检测电路的光接收范围对应的所述调光结构的折射率大于所述光检测电路的光接收范围之外的所述调光结构的折射率。这样，对于大角度入射的光线， 将被偏折到水平方向出射，降低干扰光线对光检测电路的影响；对于光检测电路正上方入射的光线，将会被限制在调光结构的垂直方向传播，增加光检测电路接收到正上方的光线强度，降低串扰，提高指纹识准确率。
另外，在本公开提供的方案中，将光检测电路散布在所述多个发光单元之间的空隙内，也就是说光检测电路和发光单元设置在同一层，从而减小了指纹识别装置的尺寸(例如厚度)，进而提高了指纹识别装置的集成度。
图2示出了根据本公开一示例性实施例的指纹识别装置的侧视结构示意图。在该实施例中，调光结构25包括上基板251、下基板252以及夹设在上基板251和下基板252之间的液晶层253。上基板251用于接收用户指纹。调光结构还包括了偏光片24，偏光片24设置在阵列基板21上。
该多个发光单元22与光检测电路23被设置在封装层26中。
在该调光结构中，偏光片可以是线偏光，例如+λ/4延迟片，设置封装层26和下基板252之间。偏光片的透光轴可以与液晶分子的长轴平行。
下基板252上可以设置有多个分离的下电极252a，上基板252上可以设置有上电极251a，如图3所示。下电极252a和上电极251a用于形成垂直电场，液晶初始垂直取向。还可以包括驱动电路(图中未示出)，分别与所述上电极251a和所述下电极252a连接，用于分别向所述上电极251a和所述下电极252a施加电压，使得液晶层中的液晶形成不同偏转。该驱动电路可以是各种用于施加电压以驱动液晶偏转的器件或电路，例如可以是施加电信号的集成电路(IC)等。
根据本公开的一示例性实施例，多个发光单元可以包括多个白光发光器件，在阵列基板上多个白光发光器件之间的空隙内设置有多个光检测电路。图4示出了根据本公开一示例性实施例的发光单元与光检测电路的布置方式。如图4所示，多个白光发光器件(例如白光LED)22W布置成阵列，在白光发光器件22W之间的空隙内设置有多个光检测电路(例如光敏传感器)23。
根据本公开的另一示例性实施例，述多个发光单元包括多个发光集合，每个所述发光集合包括一个红光发光器件、一个绿光发光器件以及一个蓝光发光器件，在所述阵列基板上每个集合的空隙内设置有一个光检测电路。图5示出了根据本公开一示例性实施例的发光单元与光检测电路的布置方式。如图5所示，多个发光单元包括多个发光集合22L，每个发光集合包括一个红光发光器件22R(例如一个红光LED)、一个绿光发光器件22G(例如一个绿光LED)以及一个蓝光发光器件22B(例如一个蓝光LED)。在每个集合22G的空隙内，布置有一个光检测电路23(例如光敏传感器)。
需要说明的是，在本公开的实施例中，发光单元可以采用各种发光器件，例如可以采用有机发光二极管(OLED)，本公开对此没有具体限制。
在本申请的实施例中，由于指纹的谷脊对入射的光线反射率的不同，根据检测单元上接收到的光强的不同，可以达到指纹识别的目的。
下面详细描述本公开实施例中指纹识别装置的工作原理。
在正常显示时，即不需要指纹识别功能时，调光结构中液晶垂直排列(垂直取向)，液晶层不起作用，处于休眠状态(参见图3)。
我们定义调光结构的一个像素周期为D，每个像素周期D满足：一个光检测电路宽度≤D≤(一个光检测电路宽度+一个发光单元的宽度)，D的大小可根据电极分支(slit)宽度的工艺极限和需要的不同折射率的层数来定。
当开启指纹识别功能时(参见图6)，固定上基板上的上电极的电压信号，给上基板和下基板的下电极施加不同的像素电压，可实现如图6所示的对称型的液晶偏转，或者也可以为图7形式的液晶偏转。
通过液晶的不同偏转，可以在调光结构中每个像素周期D内形成中间大两边小的折射率。具体而言，在每个像素周期D内，与光检测电路的光接收范围对应的所述调光结构的折射率大于所述光检测电路的光接收范围之外的所述调光结构的折射率。
一个像素周期D可以对应于一个光检测电路。例如参见图6和图7，在一个像素周期D的中心部分，折射率是ne，通常是1.9左右，在一个像素周期边缘部分的折射率是no,通常是1.5左右，在边缘部分到中心部分的过度区域形成梯度递进的折射率n1、n2、……。图8示出了调光结构中液晶层折射率的示意图。
图9示出了大角度入射光线经过调光结构后的光路示意图。通过图9示出的光线路径可以理解为什么本公开提供的指纹识别装置可以将大角度入射光线折射出去。参见图9，可以利用光束在梯度折射率基板偏折的原理，其中，介质的折射率分布为n1＜n2＜n3…＜nx，光束由光疏介质到光密介质，折射光束与界面法线夹角逐渐减小，并且由于折射率是连续变化的，抑制了光束在介质分界面处的反射和全反射，保证光束始终被折射出射。
图10为大角度入射光线经过调光结构后的光路示意图。由于梯度折射率材料中间的部分折射率最大，从正上方入射的光线，根据入射角的不同，会被限制在中间一层或几层全反射传播，保证光检测电路只接收到它正上方入射的那一部分光线。
图11示出了本公开实施例提供的指纹检测装置的光学效果示意图，图中虚线示意光线。
本发明通过在封装层上方形成调光结构，调光结构中具有梯度折射率，即折射率呈现中间大两边小的分布，对于大角度入射的光线，将偏折到水平方向出射，降低干扰光线对光检测电路的影响；对于正上方入射的光线，将会被限制在梯度折射率材料的垂直方向传播，增加光检测电路接收到正方上的光线强度。
由于在本公开的实施例中，只利用满足上述限定条件的光线进行光学指纹识别，不满足上述条件的光线将不会被限定在波导中，那这部分光线可能经过折射和各膜层的反射会被光检测电路接收到。由于这部分杂散光是固定存在的，我们可以在指纹识别器件结构形成之后，进行清零处理，即在指纹识别之前将光检测电路接收到杂散光进行记录，即在杂散光光强的基础上进行指纹谷脊差值的识别。
在本公开的实施例中，在发光单元之间设置光检测电路，由于指纹的谷脊对入射的光线反射率的不同，根据光检测电路上接收到的光强的不同，可以达到指纹识别的目的。
在光检测电路上方设置一调光结构，通过给液晶层的不同位置施加不同电压可实现液晶的偏转角度不同，从而实现液晶层对入射偏振光的折射率不同(no-ne变化)，对入射光的折射率呈现中间大两边小的分布；对于大角度入射的光线，将偏折到水平方向出射，降低干扰光线对光检测的影响；对于光检测电路正上方入射的光线，将会被限制在梯度折射率材料的垂直方向传播，增加光检测电路接收到正上方的光线强度。因此，本公开实施例提供的指纹识别装置可以降低串扰，提高指纹识别的准确率。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
- 一种指纹识别装置，包括：阵列基板；多个发光单元，设置在所述阵列基板上；光检测电路，设置在所述阵列基板上，散布在所述多个发光单元之间的空隙内；偏光片，设置在所述阵列基板上；调光结构，设置在所述偏光片上，所述调光结构产生不同的折射率，与所述光检测电路的光接收范围对应的所述调光结构的折射率大于所述光检测电路的光接收范围之外的所述调光结构的折射率。
- 根据权利要求1所述的指纹识别装置，其中，所述调光结构包括上基板、下基板以及夹设在所述上基板和所述下基板之间的液晶层。其中所述上基板用于接收用户指纹。
- 根据权利要求1所述的指纹识别装置，其中，所述多个发光单元包括多个白光发光器件，在所述阵列基板上所述多个白光发光器件之间的空隙内设置有多个光检测电路。
- 根据权利要求1所述的指纹识别装置，其中，所述多个发光单元形成多个发光集合，每个所述发光集合包括一个红光发光器件、一个绿光发光器件以及一个蓝光发光器件，在所述阵列基板上每个集合的空隙内设置有一个光检测电路。
- 根据权利要求1所述的指纹识别装置，其中，所述调光结构具有多个像素周期D，每个像素周期D满足：D小于等于一个光检测电路的宽度与一个发光单元的宽度之和，并且大于或等于一个光检测电路的宽度。
- 根据权利要求5所述的指纹识别装置，其中，在每个像素周期D内，与所述光检测电路的光接收范围对应的所述调光结构的折射率大于所述光检测电路的光接收范围之外的所述调光结构的折射率。
- 根据权利要求2所述的指纹识别装置，其中，所述下基板上设置有多个分离的下电极，所述上基板上设置有上电极。
- 根据权利要求7所述的指纹识别装置，还包括：驱动电路，分别与所述上电极和所述下电极连接，用于分别向所述上电极和所述下电极施加电压，使得所述液晶层中的液晶形成不同偏转。
- 根据权利要求1至8中任一项所述的指纹识别装置，其中，所述偏光片的透光轴与所述液晶层中液晶分子的长轴平行。
- 根据权利要求1至8中任一项所述的指纹识别装置，其中，所述多个发光单元与所述光检测电路被设置在封装层中。
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