CN111258096A - 指纹识别显示面板、指纹识别方法和显示装置 - Google Patents

指纹识别显示面板、指纹识别方法和显示装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种指纹识别显示面板、指纹识别方法和显示装置，其中，指纹识别显示面板包括依次层叠布置的背光源、第一偏振片、阵列基板、液晶层、彩膜基板、第二偏振片和保护层，在彩膜基板面对阵列基板的一侧设置有黑矩阵，在阵列基板远离彩膜基板的一侧设置有光传感器层，所述光传感器层包括多个光传感器，所述多个光传感器与黑矩阵在层叠方向上对齐布置，其中，部分像素位置的液晶层组成点图案用于形成点光源。采用本申请方案的技术结构简单、识别精度和准确率高。

Description

指纹识别显示面板、指纹识别方法和显示装置
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体地，涉及一种指纹识别显示面板、指纹识别方法和显示装置。
背景技术
随着现代社会的进步，个人身份识别以及个人信息安全的重要性逐步受到人们的关注。由于人体指纹具有唯一性和不变性，使得指纹识别技术具有安全性好，可靠性高，使用简单方便的特点，因而指纹识别技术被广泛应用于保护个人信息安全的各种领域，包括显示领域，尤其是具有显示功能的电子设备领域，例如手机、笔记本电脑、平板的电脑、数码相机等。其对于增强电子设备的安全性，扩展其应用范围等均具有重要的意义。尤其是当前兴起的移动消费，电子指纹识别更是成为手机必不可少的一部分。
指纹识别的主要技术为准直光路或小孔技术，通过点亮一个点光源在传感器上形成的图像，如图1，图像存在两个区域，一个区域为非成像区域WX，此区域内指纹不成像，另一部分为成像区域TX，指纹可在此区域成像。如图2所示，通过间隔一定距离的两个点光源，可将上述点光源所形成的非成像区域补全，以提高指纹识别的准确率以及识别率。
然而当前的指纹识别技术的研究主要是针对OLED屏下指纹技术，对于液晶显示装置(LCD),由于其采用背光源非自发光器件，并且液晶显示存在开口率的要求，不能随意增加部件以避免降低开口率，使得LCD屏下指纹识别一直没有得到突破。
发明内容
鉴于现有技术中液晶显示技术的上述缺陷或不足，本申请提供了一种指纹识别显示面板，包括依次层叠布置的背光源、第一偏振片、阵列基板、液晶层、彩膜基板、第二偏振片和保护层，其特征在于：在彩膜基板面对阵列基板的一侧设置有黑矩阵，在阵列基板远离彩膜基板的一侧设置有光传感器层，所述光传感器层包括多个光传感器，所述多个光传感器与黑矩阵在层叠方向上布置，其中，部分像素位置的液晶层组成点图案用于形成点光源。
进一步地，所述光传感器在垂直于层叠方向的表面形状为L形，其中L形的两条边分别沿着黑矩阵的边框相邻的两条边平行延伸。
进一步地，所述光传感器及对应的检测电路设置在阵列基板上。
进一步地，所述光传感器层还包括光传感基板，所述光传感器及对应的检测电路设置在所述光传感基板上。
进一步地，所述光传感器靠近背光源一侧的电极为遮光金属，远离背光源一侧的电极为透明金属。
进一步地，所述光传感器为PIN光敏器件、PN光敏器件或肖特基型光敏器件。
进一步地，所述检测电路包括：数据读取信号线和薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极与驱动电路的控制信号线电连接，薄膜晶体管的第一极与光传感器的第一电极连接，薄膜晶体管的第二极与数据读取信号线连接。
本申请还提供一种指纹识别方法，其使用上述任一方案所述的指纹识别显示面板实现。
进一步地，背光源发出的背光经过第一偏光板、点图案、第二偏光板后形成点光源。
本申请还提供一种显示装置，其包括了上述方案任一项所述的指纹识别显示面板。
采用本申请的方案，背光经过两个偏光板和液晶层形成的点图案构成点光源，不需要设置单独的点光源，结构更加简单方便，而且点光源位置可灵活调整。
并且，光传感器设置在阵列基板远离彩膜基板的一面，且黑矩阵正对，避免了光传感器由于对背光的阻挡而对液晶的照亮发生影响。
此外，光传感器与黑矩阵的距离至少超过阵列基板和液晶层的厚度，使得指纹的谷和脊反射的光不易受到黑矩阵的遮挡，提高了检测的准确性。并且由于存在该距离，不需要很大角度的光就能透过，也不需要将黑矩阵做窄。
最后，光传感器设置在第一偏振片原理背光源一侧，使得指纹反射的光在穿过第一偏振片之前到达光传感器，避免了反射光被第一偏振片滤除，提高了识别效果。
L形的光传感器形状设计，相比于一个边的方向设置，避免了相邻黑矩阵遮挡局部区域无法成像的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一个点光源在光学图像传感器阵列上形成的图像示意图；
图2为两个点光源同时发射光束的成像示意图；
图3为本申请实施例1显示面板结构示意图；
图4为光传感器与黑矩阵位置关系示意图；
图5为检测电路图；
图6为PIN光电器件与晶体管连接示意图；
图7为本申请实施例2显示面板结构示意图。
图中：100阵列基板；200彩膜基板；201黑矩阵；300液晶层；301点图案；400光传感器层；401光传感器；402光传感器基板；500第一偏光板；600背光源；700第二偏光片；800保护层；900点光源；1000指纹。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请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相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
本申请中使用的“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部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“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。
图3所示为本申请的指纹识别显示面板，包括：
由阵列基板(array glass)100和彩膜基板(color filter)200对盒成形的液晶盒；
位于液晶盒内的液晶层(liquid crystal)300；
位于阵列基板100远离彩膜基板200一侧的光传感器(light sensor)层400；
位于光传感器层400背离阵列基板100一侧的第一偏光板(Polarizer)500；
位于第一偏光板500背离光传感器层400一侧的背光源(back light)600；
位于彩膜基板200远离阵列基板100一侧的第二偏光板(Polarizer)700；
和位于第二偏光板700远离彩膜基板200一侧的保护层(cover)800。
其中，彩膜基板200上面对阵列基板100的一侧设置有黑矩阵(black matrix)201。
其中，部分像素位置的液晶层300组成点图案301用于形成点光源，其中，点图案所对应的像素的位置和数量根据实际情况下需要进行设置。具体地，背光源600发射的背光经过第一偏光板500、液晶层300的点图案301、第二偏光板700形成点光源900。
其中，点光源900的光线穿过保护层800，到达手指的指纹1000，并发生发射，指纹100的谷和脊反射的光亮度不同，反射的光穿过保护层800、第二偏光板700、液晶盒并到达阵列基板100另一侧的光传感器层400。
其中，光传感器层400包括多个光传感器401，用于接收所述指纹1000的谷和脊反射的光，并形成相应的电信号。所述多个光传感器401与黑矩阵201在各个层的层叠方向上正对设置。由于点光源的成像原理，光电传感器接收大角度指纹反射光线(与手指触碰面的法向夹角约41-70度)，所以光传感器401与黑矩阵201的正对设置不会影响对指纹反射光线的检测。
采用这样的方案，背光经过两个偏光板和液晶层形成的点图案301构成点光源，不需要设置单独的点光源，结构更加简单方便，而且点光源位置可灵活调整。此外，光传感器401设置在阵列基板100远离彩膜基板200的一面，且黑矩阵201正对，避免了光传感器401由于对背光的阻挡而对液晶的照亮发生影响，此外，光传感器401与黑矩阵201的距离至少超过阵列基板100和液晶层300的厚度，使得指纹1000的谷和脊反射的光不易受到黑矩阵201的遮挡，提高了检测的准确性。并且由于存在该距离，不需要很大角度的光就能透过，也不需要将黑矩阵做窄。
优选地，所述阵列基板、保护层、光传感器基板的基体材料为透明玻璃。
优选地，如图4所示，所述光传感器401在垂直于层叠方向的表面形状为L形，所述L形的两条边分别沿着黑矩阵201的边框的两个相邻的边平行延伸。光传感器401设置为L型的有益效果为，不会由于在一个边的方向设置，而使得其他相邻黑矩阵遮挡局部区域无法成像。
优选地，所述光传感器层400还包括光传感器基板402，多个传感器401设置在光传感器基板402上，在光传感器基板402上设置有检测电路。
在另一优选方案中，所述光传感器层400设置在阵列基板100上，检测电路也设置在阵列基板100上。
优选地，所述光传感器靠近背光源一侧的电极为遮光金属，远离背光源一侧的电极为透明金属，以使得手指反射光进入光传感器而生成电流,阴极为遮光金属，避免背光源600发射的背光对光传感器形成干扰。
具体地，当多个传感器401设置在光传感器基板402上时，阳极401D为透明金属,阴极40E为遮光金属。
具体地，当多个传感器401设置在阵列基板100上时，阳极401D为遮光金属,阴极40E为透明金属。
优选地，检测电路的局部视图如图5所示(图中光传感器401以PIN型光敏器件为例)，所述检测电路包括：数据读取信号线Readline和控制光敏器件PIN开关的薄膜晶体管T1，该薄膜晶体管T1的栅极与控制信号线Gate1/Gate2电连接，薄膜晶体管T1的第一极(例如源极)与光敏器件PIN的第一电极连接，薄膜晶体管T1的第二极(例如漏极)与数据读取信号线Readline连接，光敏器件PIN的第二电极与偏置电压Vbias连接。
其中，通过控制信号线Gate1控制薄膜晶体管T1的开关，数据读取信号线Readline可读取第一个光敏器件PIN产生的光电流。通过控制信号线Gate2控制薄膜晶体管T1的开关，数据读取信号线Readline可读取第二个光敏器件PIN产生的光电流。
图6示出了光敏器件PIN与薄膜晶体管T1的连接示意图，其中，所述光敏器件PIN包括依次层叠的P型材料区401A、本征区401B和N型材料区401C，P型材料区401A的远离本征区401B的一侧与阳极401E连接，N型材料区401C的远离本征区401B的一侧与阴极401E连接，阴极401D与T1的第一极连接。其中，阳极401D为透明金属，以使得手指反射光进入PIN结构而生成电流,阴极40E为遮光金属，避免背光源600发射的背光对光敏器件PIN形成干扰。
优选地，光传感器401还可以选择PN光敏器件或肖特基型光敏器件等，只要能够将其进行光电转换即可。
本发明还提供一种指纹识别显示面板的识别方法，其中采用了上面所述的指纹识别显示面板实现，其中，根据需要形成点光源的位置，在液晶层300上形成点图案301。
这样背光源600发出的背光经过第一偏光板500、液晶层300的点图案301、第二偏光板700形成点光源900；点光源900的光线穿过保护层800，到达手指指纹1000，并发生发射，指纹1000的谷和脊反射的光亮度不同，发射的光穿过保护层800、第二偏光板700、液晶盒并到达阵列基板100另一侧的光传感器层400。
优选地，所述点光源900数量优选为两个或更多。更优选地，每个点光源900的尺寸为5×5mm。
工作时，可以采用分时点亮的方式进行检测，具体地第一时刻先点亮一个点光源900，第二时刻两个点光源900都点亮，通过对光传感器401的检测结果进行计算，以实现精确的指纹检测(其原理和现有技术一样，这里不再赘述)，所述分时点亮具体可通过液晶图案的切换实现。
本发明还提供一种显示装置，其包括了前述的指纹识别显示面板，进一步地，还包括显示面板的驱动电路等。
实施例1
图3示出了本发明实施例1的指纹识别显示面板，包括阵列基板100和彩膜基板200形成液晶盒和位于液晶盒内的液晶层；彩膜基板200上面对阵列基板100的一侧设置有黑矩阵201；
在阵列基板100远离彩膜基板200依次设置的光传感器层400、第一偏光板500和背光源600；
在彩膜基板200远离阵列基板100一侧依次层叠设置的第二偏光板700和保护层800。
其中，光传感器层400包括光传感器基板402和光传感器基板402上设置的多个光传感器401和检测电路。且光传感器401的位置与黑矩阵201的位置在各个层的层叠方向上正对。
其中，光传感器401为PIN光敏器件，其阳极为透明金属，阴极为遮光金属。光传感器基板402为玻璃基板。
在进行指纹识别工作时，背光源600发出的背光经过第一偏光片500、光传感器基板402、阵列基板100到达液晶层。其中，光传感器401阴极为遮光金属，避免了背光对于光传感器401的干扰，而且由于光传感器401的位置与黑矩阵201的位置在各个层的层叠方向上正对，使得阴极对背光的遮挡不会影响对液晶层的显示画面的照射。
此时，在液晶层的指纹识别区对应位置形成一个点图案301，点图案周围一定范围区域显示为黑或暗色，背光照射该点图案301后，该点图案301产生的光线穿过彩膜基板200和第二偏振片700，并形成点光源900，该点光源900的光线向上穿过保护层900到达表面的手指指纹1000，指纹1000的谷和脊产生的光反射穿过保护层800、第二偏振片700、彩膜基板200、液晶层300、阵列基板100到达光传感器401的阳极，并穿过该透明金属构成的阳极进入PIN结构生成电流。
其中，点光源900发出的光线相对于层叠方向的角度θ在41-72度之间时，可到达指纹表面并被光传感器接收(当角度大于72度时，发生全发射，不会有光线射出到指纹表面，不能实现对于指纹的检测；小于41度时，反射光线的强度太大，光区分度较低，也影响识别效果)。
在下一时刻，在液晶层300增加一个点图案301(即两个点图案)，背光源600发出的光线重复上述过程，形成两个点光源900，点光源900发出并反射的光由光传感器401接收并生成电流。并通过计算实现了指纹的精确识别(通过先后点亮两个点光源进而检测指纹的算法是本领域现有技术，此处不再赘述)。
实施例2：
图7示出了本发明实施例2的指纹识别显示面板，其大部分结构与实施例1相同，不再重复描述。与实施例1不同之处在于，其中的光传感器层400不包括光传感器基板402，而是直接设置在阵列基板100的远离彩膜基板200的一侧，同时检测电路也设置在阵列基板100上。
PIN光敏器件的阴极靠近阵列基板100的表面，阳极更靠近背光源600一侧，此时，为了方便PIN材料接收到指纹反射光，阴极采用透明金属，而为了避免背光对PIN材料的干扰，阳极为遮光金属。
指纹识别的工作过程与实施例1相同。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种指纹识别显示面板，包括依次层叠布置的背光源、第一偏振片、阵列基板、液晶层、彩膜基板、第二偏振片和保护层，其特征在于：在彩膜基板面对阵列基板的一侧设置有黑矩阵，在阵列基板远离彩膜基板的一侧设置有光传感器层，所述光传感器层包括多个光传感器，所述多个光传感器与黑矩阵在层叠方向上对齐布置，其中，部分像素位置的液晶层组成点图案用于形成点光源。
2.根据权利要求1所述的指纹识别显示面板，其特征在于：所述光传感器在垂直于层叠方向的表面形状为L形，其中L形的两条边分别沿着黑矩阵的边框相邻的两条边平行延伸。
3.根据权利要求1所述的指纹识别显示面板，其特征在于：所述光传感器及对应的检测电路设置在阵列基板上。
4.根据权利要求1所述的指纹识别显示面板，其特征在于：所述光传感器层还包括光传感基板，所述光传感器及对应的检测电路设置在所述光传感基板上。
5.根据权利要求3或4所述的指纹识别显示面板，其特征在于：所述光传感器靠近背光源一侧的电极为遮光金属，远离背光源一侧的电极为透明金属。
6.根据权利要求3或4所述的指纹识别显示面板，其特征在于：所述光传感器为PIN光敏器件、PN光敏器件或肖特基型光敏器件。
7.根据权利要求6所述的指纹识别显示面板，其特征在于：所述检测电路包括：数据读取信号线和薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极与驱动电路的控制信号线电连接，薄膜晶体管的第一极与光传感器的第一电极连接，薄膜晶体管的第二极与数据读取信号线连接。
8.一种指纹识别方法，其特征在于使用权利要求1-7任一项所述的指纹识别显示面板实现。
9.根据权利要求8所述的指纹识别方法，其特征在于：背光源发出的背光经过第一偏光板、点图案、第二偏光板后形成点光源。
10.一种显示装置，其特征在于包括了权利要求1-7任一项所述的指纹识别显示面板。
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