CN107392132A - 一种显示面板及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种显示面板及显示装置，显示面板包括：依次层叠设置的阵列基板、偏光片和防护盖板；多个指纹识别单元，位于所述偏光片远离所述防护盖板一侧；菲涅耳棱镜，位于所述阵列基板远离所述防护盖板一侧；指纹识别光源，位于所述菲涅耳棱镜远离所述防护盖板一侧，所述指纹识别光源发出平行光；所述菲涅耳棱镜具有与所述偏光片平行的底面，所述指纹识别光源发出的平行光垂直于所述菲涅耳棱镜的入光面入射；所述指纹识别光源发出的平行光的入射方向与所述偏光片所在平面的法线形成入射面，所述入射面与所述偏光片的吸收轴所在方向垂直或平行。本发明提供一种显示面板及显示装置，以提高指纹识别的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示面板及显示装置。
背景技术
由于指纹对于每一个人而言是与身俱来的，是独一无二的。随着科技的发展，市场上出现了多种带有指纹识别功能的显示装置，如手机、平板电脑以及智能可穿戴设备等。这样，用户在操作带有指纹识别功能的显示装置前，只需要用手指触摸显示装置的指纹识别单元，就可以进行权限验证，简化了权限验证过程。
指纹由位于指端皮肤表面的一系列脊和谷组成，由于指纹识别单元接收到的脊和谷反射的光线强度不同，使得由在脊的位置处形成的反射光和在谷的位置处形成的反射光转换成的电流/电压信号大小不同，然后根据电流/电压信号大小可以进行指纹识别。一般来说，在脊的位置处除了发生反射外，还会发生散射以及折射，导致在脊的位置处形成的反射光的强度小于在谷的位置处形成的反射光的强度，但是无论是在脊的位置处形成的反射光的强度还是在谷的位置处形成的反射光的强度都是比较小的，这就为指纹传感器的探测能力提出了较高的要求，影响指纹识别的精确度。
发明内容
本发明提供一种显示面板及显示装置，以实现提高指纹识别的精确度。
第一方面，本发明实施例提供一种显示面板，包括：
依次层叠设置的阵列基板、偏光片和防护盖板；
多个指纹识别单元，位于所述偏光片远离所述防护盖板一侧；
菲涅耳棱镜，位于所述阵列基板远离所述防护盖板一侧；
指纹识别光源，位于所述菲涅耳棱镜远离所述防护盖板一侧，所述指纹识别光源发出平行光；
所述菲涅耳棱镜具有与所述偏光片平行的底面，所述指纹识别光源发出的平行光垂直于所述菲涅耳棱镜的入光面入射；所述指纹识别光源发出的平行光的入射方向与所述偏光片所在平面的法线形成入射面，所述入射面与所述偏光片的吸收轴所在方向垂直或平行。
第二方面，本发明实施例还提供一种显示装置，包括第一方面所述的显示面板。
本发明提供的显示面板包括阵列基板、偏光片、防护盖板、多个用于指纹识别的指纹识别单元、指纹识别光源以及菲涅耳棱镜，指纹识别光源可以发出平行光，能够避免不同触摸位置处的反射光线被同一个指纹识别单元接收造成的串扰，菲涅耳棱镜具有与偏光片平行的底面，因此从菲涅耳棱镜的底面到偏光片以及防护盖板之间的显示面板结构可以看作是平行平板，光线在平行平板中的传播符合光的折射定律且在同一个平面内。通常情况下，一束线偏振光经过反射后变为一束椭圆偏振光，而椭圆偏振光经过偏光片后光强会减弱，本发明实施例中，指纹识别光源发出的平行光垂直于菲涅耳棱镜的入光面入射，指纹识别光源发出的平行光的入射方向与偏光片所在平面的法线形成入射面，指纹识别光源发出的平行光经过偏光片后偏振状态变为线偏振，入射面与偏光片的吸收轴所在方向垂直或平行，此时，线偏振光经过防护盖板的反射后的偏振状态为线偏振，因此可以无损地通过偏光片到达指纹识别单元，消除了偏光片对指纹反射光(指纹信号)的减弱效应，提高了指纹识别的精确度。
附图说明
图1为一种光线在平行平板中传播的示意图；
图2a为本发明实施例提供的一种显示面板的剖面结构示意图；
图2b为图2a中显示面板的部分结构的立体结构示意图；
图2c为本发明实施例提供的一种菲涅耳棱镜的截面图；
图3为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图；
图5a为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图；
图5b为图5a中所示光线传播的光路图；
图6为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图；
图7为一种线偏振光在防护盖板与空气的界面处发生全反射的光路图；
图8为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为一种光线在平行平板中传播的示意图，如图1所示，箭头方向表示光线传播方向，多个平行平板顺次放置，从第一个平行平板j1入射的光线在第一个平行平板j1与第二个平行平板j2的交界面发生折射，根据光的折射定律可以得到：nj1·sin(β1)＝nj2·sin(β2)，其中，nj1为第一个平行平板j1的折射率，β1为第一个平行平板的入射角，nj2为第二个平行平板的折射率，β2为第二个平行平板的入射角；从第二个平行平板j2入射的光线在第二个平行平板j2与第三个平行平板j3的交界面发生折射，根据光的折射定律可以得到：nj2·sin(β2)＝nj3·sin(β3)，其中，nj3为第三个平行平板的折射率，β3为第三个平行平板的入射角，由以上分析可得：nj1·sin(β1)＝nj2·sin(β2)＝nj3·sin(β3)，如果共有m个平行平板顺次放置，根据上述分析依次类推可以得到：nj1·sin(β1)＝nj2·sin(β2)＝nj3·sin(β3)＝...＝njm·sin(βm)，其中，njm为第m个平行平板的折射率，βm为第m个平行平板的入射角。
从第一个平行平板j1入射的光线，在第一个平行平板j1与第二个平行平板j2的交界面发生折射后在第二个平行平板中沿直线传播，在第二个平行平板j2与第三个平行平板j3的交界面发生折射后在第三个平行平板中沿直线传播，依次类推，光线在第m个平行平板中沿直线传播，且第二个平行平板j2中的光线既是第一个平行平板j1与第二个平行平板j2的交界面的折射光线，又是第二个平行平板j2与第三个平行平板j3的交界面的入射光线，第三个平行平板j3中的光线既是第二个平行平板j2与第三个平行平板j3的交界面的折射光线，又是第三个平行平板j3与第四个平行平板j4的交界面的入射光线，依次类推至多个顺次放置的平行平板。本领域技术人员应当知道，入射光线和折射光线在同一个平面内，则光线在多个平行平板中传播时在同一个平面内。
图2a为本发明实施例提供的一种显示面板的剖面结构示意图，图2b为图2a中显示面板的部分结构的立体结构示意图，图2c为本发明实施例提供的一种菲涅耳棱镜的截面图，结合图2a、图2b和图2c所示，箭头方向表示光线传播方向，显示面板包括：依次层叠设置的阵列基板10、偏光片21和防护盖板30。防护盖板30具有保护显示面板免受机械损伤的作用，对显示面板进行触控操作时防护盖板30可以与手指接触。多个指纹识别单元40位于偏光片21远离防护盖板30一侧。菲涅耳棱镜50位于阵列基板10远离防护盖板30一侧。指纹识别光源60位于菲涅耳棱镜50远离防护盖板30一侧，指纹识别光源60发出平行光。菲涅耳棱镜50具有与偏光片21平行的底面51，指纹识别光源60发出的平行光垂直于菲涅耳棱镜50的入光面52入射，指纹识别光源60发出的平行光的入射方向与偏光片21所在平面的法线形成入射面S0，入射面S0与偏光片21的吸收轴PP所在方向垂直或平行，图2b中以入射面S0与偏光片21的吸收轴PP所在方向平行进行示例性解释，并非对本发明的限定。其中，一束非偏振光经过偏光片21后变为线偏振光，与偏光片21的吸光轴PP方向平行的偏振分量被偏光片吸收，与偏光片21的吸光轴方向垂直的偏振分量能够无损地透过，则经过偏光片21后变为的线偏振光的偏振方向与偏光片21的吸光轴PP方向垂直。
本发明实施例提供的显示面板包括阵列基板、偏光片、防护盖板、多个用于指纹识别的指纹识别单元、指纹识别光源以及菲涅耳棱镜，指纹识别光源可以发出平行光，能够避免不同触摸位置处的反射光线被同一个指纹识别单元接收造成的串扰，菲涅耳棱镜具有与偏光片平行的底面，因此从菲涅耳棱镜的底面到偏光片以及防护盖板之间的显示面板结构可以看作是平行平板，光线在平行平板中的传播符合光的折射定律且在同一个平面内。通常情况下，一束线偏振光经过反射后变为一束椭圆偏振光，这是由于线偏振光的偏振方向同时存在平行分量(平行于入射面)和垂直分量(垂直于入射面)，在入射到反射界面之前，垂直分量和水平分量之间的相位差为π的整数倍，而经过反射界面的反射后，垂直分量和水平分量之间的相位差不再为π的整数倍，从而导致反射光变为椭圆偏振光，而椭圆偏振光经过偏光片后光强会减弱，本发明实施例中，指纹识别光源发出的平行光垂直于菲涅耳棱镜的入光面入射，指纹识别光源发出的平行光的入射方向与偏光片所在平面的法线形成入射面，指纹识别光源发出的平行光经过偏光片后偏振状态变为线偏振，入射面与偏光片的吸收轴所在方向垂直或平行，此时，线偏振光的偏振方向为在入射面内或垂直于入射面，即线偏振光的偏振方向只存在平行分量(平行于入射面)或垂直分量(垂直于入射面)中的一个，线偏振光经过防护盖板的反射后的偏振状态仍然为线偏振，且偏振方向与吸光轴方向垂直，因此可以无损地通过偏光片到达指纹识别单元，消除了偏光片对指纹反射光(指纹信号)的减弱效应，提高了指纹识别的精确度。
指纹由位于指端皮肤表面的一系列脊71和谷72组成，由于指纹识别单元40接收到的脊71和谷72反射的光线强度不同，使得由在脊71的位置处形成的反射光和在谷72的位置处形成的反射光转换成的电流/电压信号大小不同，然后根据电流/电压信号大小可以进行指纹识别。一般来说，在脊71的位置处除了发生反射外，还会发生散射以及折射，导致在脊71的位置处形成的反射光的强度小于在谷72的位置处形成的反射光的强度。可选地，防护盖板30的折射率为n1，菲涅耳棱镜50的折射率为n2，指纹识别光源60发出的平行光入射到防护盖板30远离阵列基板10一侧表面的入射角为θ1，指纹识别光源60发出的平行光入射到菲涅耳棱镜50的底面51的入射角为θ2，θ1和θ2满足：当指纹识别光源60发出的平行光在防护盖板30与外界空气(对应于谷72的位置)的交界面发生全反射时，满足：n1·sinθ1≥nair·sin(90°)，其中，nair为空气的折射率，即nair＝1，且从菲涅耳棱镜50的底面51到偏光片21以及防护盖板30之间的显示面板结构可以看作是平行平板，n1·sinθ1＝n2·sinθ2，因此当θ1和θ2满足：时，指纹识别光源60发出的平行光在防护盖板30与外界空气的交界面发生全反射，由于发生全反射时，入射到防护盖板30与外界空气的交界面的所有的光能量，均由防护盖板30与外界空气的交界面反射到显示面板中，极大地增强了谷72位置处反射光的光强；对于脊71位置处不会发生全发射，而是会发生反射、散射以及折射，反射光强较弱。本发明实施例通过使指纹识别光源发出的平行光在防护盖板中对应于指纹的谷的位置发生全反射，增强了谷位置处反射光的光强，提高了指纹识别的精确度。另外，由于脊71位置处的反射光强几乎没有变化，而谷72位置处的反射光强增大较多，因此增大了脊71位置处和谷72位置处反射光强的差值，提高了对比度，因此更利于形成清晰的指纹探测图像。为了得到更清晰的指纹探测图像，在一实施方式中，例如可以设置指纹识别单元40的探测数值分为两个等级：0和1。其中，0对应于指纹识别单元40接收到的光强度小于设定阈值时，即0对应于脊71的位置处；1对应于指纹识别单元40接收到的光强度大于等于设定阈值时，即1对应于谷72的位置处。或者，设置0对应于指纹识别单元40接收到的光强度大于等于设定阈值时，即0对应于谷72的位置处；1对应于指纹识别单元40接收到的光强度小于设定阈值时，即1对应于脊71的位置处。
可选地，菲涅耳棱镜为三棱镜，三棱镜的外观形状呈三棱柱状，一般而言，使用三棱柱的侧面作为三棱镜的入光面、反射界面/折射界面，入射光线在三棱镜的截面内。三棱镜的截面为等腰三角形，等腰三角形的顶角为时，由图2c可以得到：即满足：可见，当知道指纹识别光源60发出的平行光入射到菲涅耳棱镜50的底面51的入射角为θ2时，可以根据公式来获得截面为等腰三角形的三棱镜的顶角大小。
可选地，防护盖板30的折射率为n1，菲涅耳棱镜50的折射率为n2，防护盖板30与菲涅耳棱镜50具有相同的折射率，即n1＝n2，此时θ1＝θ2。防护盖板30和菲涅耳棱镜50采用相同的材料制成以便具有相同的折射率。
可选地，防护盖板30通过液态光学胶80贴附于偏光片21远离阵列基板10一侧的表面。液态光学胶80具有无色透明的特点，且其可以达到透光率98％以上，粘接强度良好，可在常温或中温条件下固化，且具有固化收缩率小、耐黄变等特点。
图3为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图，如图3所示，箭头方向表示光线传播方向，多个指纹识别单元40位于阵列基板10远离偏光片21的一侧。如果将指纹识别单元40设置于显示面板中，例如将指纹识别单元40设置于显示面板的阵列基板10中，则需要考虑到指纹识别单元40与阵列基板中的有机发光结构以及数据线、扫描线等的兼容性，设计复杂，且需要改变原有的显示面板生产设备和制程。因此将多个指纹识别单元设置于阵列基板远离偏光片的一侧，可以在不改变显示面板原有的功能设计的基础上，实现对指纹的探测。
可选地，显示面板还包括第一基板90，第一基板90位于阵列基板10与菲涅耳棱镜50之间，且多个指纹识别单元40集成在第一基板90远离菲涅耳棱镜50一侧的表面。第一基板90起到支撑并保护多个指纹识别单元40的作用。
图4为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图，如图4所示，箭头方向表示光线传播方向，第一基板90与菲涅耳棱镜50一体成型。第一基板90与菲涅耳棱镜50可以采用同样的材料制成，形成第一基板90与菲涅耳棱镜50的过程例如可以是：提供一基板；使用干法或湿法刻蚀的方法将该基板的一面刻蚀成凹凸状结构，且凹凸状结构呈三棱柱状。一方面，将第一基板与菲涅耳棱镜一体成型设置，可以简化工艺制程；另一方面，若第一基板和菲涅耳棱镜分开设计并通过光学胶的方式粘结，即便是第一基板与菲涅耳棱镜以同样的材料制成，由于光学胶的折射率与第一基板和菲涅耳棱镜的折射率不同，因此也会在第一基板和光学胶的交界面以及光学胶和菲涅耳棱镜的交界面之间因发生反射现象，造成入射到显示面板中的光能量较小，造成指纹识别光源的能量利用率低。因此，将第一基板与菲涅耳棱镜一体成型设置，有利于提高指纹识别光源的能量利用率。
图5a为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图，图5b为图5a中所示光线传播的光路图，结合图5a和图5b所示，箭头方向表示光线传播方向，显示面板还包括四分之一波片22，四分之一波片22位于偏光片21远离防护盖板30一侧，且四分之一波片22与偏光片21构成圆偏光片20。太阳光或灯光等外界光照射到显示面板中并由显示面板中的部件反射会造成炫光，圆偏光片具有防止炫光的作用。显示面板中对外界光具有反射作用的部件例如可以是反射电极、薄膜晶体管的源漏极和金属走线等。
为了清晰起见，下面以四分之一波片22采用方解石材料制作为例，对圆偏光片20防止炫光的过程进行简单介绍：本发明实施例迎着光线传播方向观察，一束非偏振的光线(例如太阳光)进入显示面板时，其先由非偏振的光线经过偏光片21后变为偏振方向与吸收轴PP方向垂直的线偏振光，然后线偏振光经过四分之一波片22后变为左旋圆偏振光，该左旋圆偏振光经过显示面板中部件(例如薄膜晶体管的漏极)的反射后反向(即与入射到显示面板中的方向相反的方向)出射，则迎着光线传播方向观察左旋圆偏振光变为右旋圆偏振光，该右旋圆偏振光先经过四分之一波片22后变为偏振方向与吸收轴PP相同的线偏振光，而偏振方向与吸收轴PP相同的线偏振光完全被偏光片21吸收，无法出射到显示面板外部，因此圆偏光片20具有防止炫光的作用。
图6为本发明实施例提供的另一种显示面板的剖面结构示意图，如图6所示，箭头方向表示光线传播方向，显示面板包括：依次层叠设置的阵列基板10、偏光片21和防护盖板30。防护盖板30具有保护显示面板免受机械损伤的作用，对显示面板进行触控操作时防护盖板30可以与手指接触。多个指纹识别单元40位于偏光片21远离防护盖板30一侧。指纹识别光源60位于显示面板的端面S1一侧，显示面板的端面S1为垂直于显示面板的一个平面，指纹识别光源60发出平行光。指纹识别光源60发出的平行光以接近垂直于显示面板的端面S1的方式入射，具体地，可以从阵列基板10入射，其入射角度为θ3，折射角度为θ4，阵列基板10的折射率为n4，根据折射率公式可以得到：nair·sinθ3＝n4·sinθ4。阵列基板10远离偏光片21一侧表面与防护盖板30远离偏光片21一侧表面之间的距离为d，多个指纹识别单元40中与显示面板的端面S1距离最近的一指纹识别单元40与显示面板的端面S1之间的距离为L1，多个指纹识别单元40中与显示面板的端面S1距离最远的一指纹识别单元40与显示面板的端面S1之间的距离为L2，θ4满足：此时防护盖板30中的入射光线在防护盖板30与空气(对应指纹的谷的位置处)的交界面处处掠入射且发生全反射，θ1满足：88°<θ1<90°。可以理解的是，由于附图篇幅大小限制，图6中仅以两个指纹识别单元示意出来L1与L2，现实产品中包括多个指纹识别单元。
图7为一种线偏振光在防护盖板与空气的界面处发生全反射的光路图，结合图6和图7所示，线偏振光的电场为E1，电场E1、s轴、p轴共面，线偏振光的电场E1在s轴和p轴方向上具有平行分量Ep以及水平分量Es，s轴垂直于入射面(纸面)，线偏振光在防护盖板与空气的界面处发生全反射后平行分量Ep和水平分量Es之间的相位差满足：
其中
入射光线在防护盖板30与空气的交界面处掠入射且发生全反射时，反射后平行分量Ep和水平分量Es之间的相位差满足：其中l为正整数。则反射光线为线偏振光，而不是通常状况下的椭圆偏振光，而全反射后的线偏振光能够无损地通过偏光片21，消除了偏光片对指纹反射光(指纹信号)的减弱效应，提高了指纹识别的精确度。需要说明的是，图7中以指纹识别光源位于显示面板的端面一侧为例进行了解释性说明，在其他实施方式中，可以设置以多个指纹识别光源分别位于显示面板的不同端面处，本发明对此不做限定。
本发明实施例还提供了一种显示装置，图8为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图，如图8所示，本发明实施例提供的显示装置100包括本发明任意实施例所述的显示面板，其可以为如图8中所示的手机，也可以为电脑、电视机、智能穿戴设备等，本实施例对此不作特殊限定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种显示面板，其特征在于，包括：
依次层叠设置的阵列基板、偏光片和防护盖板；
多个指纹识别单元，位于所述偏光片远离所述防护盖板一侧；
菲涅耳棱镜，位于所述阵列基板远离所述防护盖板一侧；
指纹识别光源，位于所述菲涅耳棱镜远离所述防护盖板一侧，所述指纹识别光源发出平行光；
所述菲涅耳棱镜具有与所述偏光片平行的底面，所述指纹识别光源发出的平行光垂直于所述菲涅耳棱镜的入光面入射；所述指纹识别光源发出的平行光的入射方向与所述偏光片所在平面的法线形成入射面，所述入射面与所述偏光片的吸收轴所在方向垂直或平行。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述防护盖板的折射率为n1，所述菲涅耳棱镜的折射率为n2；所述指纹识别光源发出的平行光入射到所述防护盖板远离所述阵列基板一侧表面的入射角为θ1；所述指纹识别光源发出的平行光入射到所述菲涅耳棱镜的底面的入射角为θ2；θ1和θ2满足：
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<mi>&theta;</mi>
<mn>1</mn>
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<mo>&GreaterEqual;</mo>
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<mo>,</mo>
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<mrow>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>arcsin</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>n</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>sin&theta;</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>n</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>.</mo>
</mrow>
3.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述菲涅耳棱镜为三棱镜，所述三棱镜的截面为等腰三角形，等腰三角形的顶角为 满足：
4.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，n1＝n2。
5.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板还包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述偏光片远离所述防护盖板一侧，且所述四分之一波片与所述偏光片构成圆偏光片。
6.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述防护盖板通过液态光学胶贴附于所述偏光片远离所述阵列基板一侧的表面。
7.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述多个指纹识别单元位于所述阵列基板远离所述偏光片的一侧。
8.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板还包括第一基板，所述第一基板位于所述阵列基板与所述菲涅耳棱镜之间，且所述多个指纹识别单元集成在所述第一基板远离所述菲涅耳棱镜一侧的表面。
9.根据权利要求8所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板与所述菲涅耳棱镜一体成型。
10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的显示面板。
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