CN112043285A - 光线探测结构、指纹模组及终端 - Google Patents

光线探测结构、指纹模组及终端 Download PDF

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Abstract

一种光线探测结构、指纹模组及终端。所述光线探测结构包括：基底；所述光线探测结构包括：基底；位于基底上方的像素阵列；位于所述像素阵列上方掩膜层；其中，所述掩膜层自下而上依次包括：位于所述像素阵列上方的第一掩膜层；以及位于所述第一掩膜层上方的第二掩膜层；所述第一掩膜层包括：若干第一遮光部，以及设置在相邻第一遮光部之间的若干第一透光部；所述第二掩膜层包括：若干第二遮光部，相邻所述第二遮光部之间设置有第二透光部；所述第二遮光部与所述第一透光部一一对应，且各所述第二遮光部分别位于对应的所述第一透光部的上方。应用本发明的技术方案，可以抑制全部的环境光，提高指纹图像的清晰度。

Description

光线探测结构、指纹模组及终端
本申请要求2019年6月5日提交中国专利局、申请号为201910495912.3、发明名称为“光线探测结构、指纹模组及终端”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，具体涉及一种光线探测结构、指纹模组及终端。
背景技术
目前，大多数终端都设置有指纹模组。通常情况下，该指纹模组可以包括有机电激发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示结构以及位于OLED显示结构下方的光线探测结构。其中，OLED显示结构为自发光结构，不需背光源。
用户通过OLED显示结构中的显示屏输入指纹时，OLED显示结构发出的光线经OLED显示屏的反射，被OLED显示结构下方的光线探测结构收集，光线探测结构基于收集到的光线信息形成指纹图像，并将指纹图像发送至后续的指纹识别电路，完成对指纹的识别。
然而，现有指纹模组中的光线探测结构，在收集光线时，容易受到环境光的干扰，导致收集到的关系信息受到影响，最终影响指纹图像的清晰度。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何抑制环境光、提高指纹图像的清晰度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光线探测结构，所述光线探测结构自下之上依次包括：基底；位于基底上方的像素阵列；位于所述像素阵列上方掩膜层；其中，所述掩膜层自下而上依次包括：位于所述像素阵列上方的第一掩膜层；以及位于所述第一掩膜层上方的第二掩膜层；所述第一掩膜层包括：若干第一遮光部，以及设置在所述若干第一遮光部之间的若干第一透光部；所述第二掩膜层包括：若干第二遮光部，相邻所述第二遮光部之间设置有第二透光部；所述第二遮光部与所述第一透光部一一对应，且各所述第二遮光部分别位于对应的所述第一透光部的上方；以全反射临界角作为入射角沿所述第二遮光部边缘向对应第一透光部照射的第一光线，在与所述第一掩膜层相交时，交点位于所述对应第一透光部的边缘上或者位于所述对应第一透光部外。
可选地，当所述第一光线与所述第一掩膜层相交时，所述第二遮光部在所述第一掩膜层上投影的半径，小于或等于全反射临界角的正切值与所述掩膜层的厚度值之间的乘积。
可选地，所述第二遮光部及所述第一透光部均为圆形，且所述第二遮光部与对应第一透光部之间圆心的连线，垂直于所述第二遮光部与对应第一透光部所在平面。
可选地，所述第二遮光部的半径与相应第一透光部的半径之间的差值，等于全反射临界角角度值的正切值与所述掩膜层的厚度值之间的乘积。
可选地，所述像素阵列包括：若干呈阵列排布的光电二极管。
可选地，所述若干第二遮光部之间按照六边形阵列排布。
可选地，所述若干第二遮光部之间按照条形阵列排布。
本发明实施例还提供了一种指纹模组，所述指纹模组包括：OLED显示结构；以及上述任一种所述的光线探测结构；所述OLED显示结构位于所述光线探测结构中所述掩膜层的上方。
可选地，所述OLED显示结构自下而上依次包括：基底，位于基底上方的OLED阵列，以及位于所述OLED阵列上方的盖板。
可选地，所述OLED显示结构发出的信号光线包含在所述第一掩膜层的入射角度大于所述全反射临界角的光线。
本发明实施例还提供了一种终端，所述终端包括上述任一种所述的指纹模组。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
采用本发明实施例中的光线探测结构，由于环境光从低折射率的空气中入射时，其折射光线照射至第一掩膜层上的入射角均小于全反射临界角，故通过设置以全反射临界角作为入射角沿所述第二遮光部边缘向对应第一透光部照射的第一光线，在与所述对应第一透光部相交时，交点要么位于所述对应第一透光部的边缘上，要么位于所述对应第一透光部外，可以使得环境光的折射光线大部分入射至第一透光部外，由此光线探测结构可以抑制全部的环境光。
采用本发明实施例中的指纹模组，通过控制OLED阵列所发出光线的入射角的角度值大于所述全反射临界角，可以使得OLED阵列所发出光线能够尽可能入射至被所述第一掩膜层的第一透光部内，进而可以提高指纹模组的光效率。
附图说明
图1是本发明实施例中一种指纹模组的剖面示意图；
图2是本发明实施例中一种第二遮光部的排布示意图；
图3是本发明实施例中另一种第二遮光部的排布示意图；
图4是本发明实施例中一种单个第一透光部与第二掩膜层之间对应关系的结构示意图；
图5是本发明实施例中另一种单个第一透光部与第二掩膜层之间对应关系的结构示意图；
图6是一种信号光线的路线示意图；
图7是本发明一个实施例的所述第一遮光部a1和所述第二遮光部b1的图案示意图；
图8是采用本发明前述实施例的光线探测结构测量的环境光的光强分布；
图9是采用本发明前述实施例的光线探测结构测量的信号光的光强分布。
具体实施方式
现有指纹模组中的光线探测结构，在收集光线时，容易受到环境光的干扰，环境光的光线被大量吸收，进而影响光线探测结构对OLED信号光线的吸收，最终影响指纹图像的清晰度。
针对上述问题，本发明实施例提供了一种光线探测结构，应用所述探测结构，通过设置以全反射临界角作为入射角沿所述第二遮光部边缘向对应第一透光部照射的第一光线(信号光线)，在与所述对应第一透光部相交时，交点要么位于所述对应第一透光部的边缘上，要么位于所述对应第一透光部外，可以使得环境光的折射光线大部分入射至第一透光部外，由此光线探测结构可以抑制全部的环境光，提高指纹图像的清晰度。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。
参照图1，本发明实施例提供了一种指纹模组，所述指纹模组可以：OLED显示结构10以及光线探测结构20。所述OLED显示结构10位于所述光线探测结构20的上方。
在具体实施中，所述OLED显示结构10自下而上依次包括：基底101，位于基底上方的OLED阵列102，以及位于所述OLED阵列上方的盖板103。
其中，OLED阵列102由若干呈阵列排布的OLED构成。所述OLED能够自发光。盖板103通常为玻璃盖板，用户可以在盖板103上输入指纹。当有电流通过OLED阵列102时，OLED阵列102中的像素结构会发出信号光，信号光的光线L1照射至盖板103上，产生相应的反射光线L1’。反射光线L1’会被OLED显示结构10下方的光线探测结构20收集，以形成指纹图像。
在具体实施中，除信号光外，环境光的光线L2也会照射至盖板103，并产生相应的折射光线L2’。环境光的折射光线L2’也会被光线探测结构20收集。由于环境光折射光线L2’强度通常较大，会影响光线探测结构20所形成的指纹图像的色彩饱和度，进而影响指纹图像的清晰度。
本发明的实施例中，所述光线探测结构20自下之上依次可以包括：基底201，位于基底上方的像素阵列202以及位于所述像素阵列202上方掩膜层203。
其中，所述掩膜层203自下而上依次包括：位于所述像素阵列202上方的第一掩膜层203a；以及位于所述第一掩膜层203a上方的第二掩膜层203b。
所述第一掩膜层203a可以包括：第一遮光部a1，以及设置在所述第一遮光部a1内的若干第一透光部a2；
所述第二掩膜层203b可以包括：若干第二遮光部b1，相邻所述第二遮光部b1之间设置有第二透光部b2；所述第二遮光部b1与所述第一透光部a2一一对应，且各所述第二遮光部b1分别位于对应的所述第一透光部a2的上方。
在具体实施中，环境光的折射光线经第二透光部b2照射至第一掩膜层203a上。OLED阵列102发出的信号光经第二遮光部b1的反射，产生的反射光线照射至第一掩膜层203a。
所述像素阵列202可以包括：若干呈阵列排布的光电二极管。所述光电二极管能够将所述第一透光部a2收集的光信号转换为电信号，以完成后续的指纹识别。
在一些实施例中，所述第一透光部a2和所述第二透光部b2可以是开口或者透光材料。
在具体实施中，所述第一遮光部a1内第一透光部a2的数量不作限制，具体可以根据实际需求设定。所述第一遮光部a1内第一透光部a2的形状可以为任意形状。第一遮光部a1作为第一透光部a2的边框，与所述第一透光部a2的形状匹配即可。
在具体实施中，所述第二掩膜层203b上第二遮光部b1的数量及形状均不作限制，根据实际需求设定即可。相邻第二遮光部b1间第二透光部b2形状与第二遮光部b1的形状匹配即可。
在具体实施中，OLED阵列102大约在50微米左右，光线探测结构20大约在100微米左右。第一掩膜层203a及第二掩膜层203b大小约为几微米，故在一个光线探测结构20上，对应会有几百个第二遮光部b1及第一透光部a2。第二遮光部b1及第一透光部a2之间上下相对准。
在本发明的一实施例中，如图2所示，多个第二遮光部b1之间可以按照条形阵列排布。如图3所示，多个第二遮光部b1之间也可以按照六边形阵列排布。通过使得多个第二遮光部b1之间按照条形阵列或六边形阵列排布，可以使得第一掩膜层203a及第二掩膜层203b在各个方向上对称更加均匀，进而使得指纹模组可以选择不对称的光源，增强用户体验。相应地，每个第二遮光部b1下方，唯一对应一个第一透光部a2。第一透光部a2根据所述第二遮光部b1的排布形状而变化。
在本发明的一实施例中，参照图4，为了提高光线探测结构20的对称性，以尽可能地提高指纹模组的光效率，可以设置所述第二遮光部b1及第一透光部a2均为圆形，第二透光部b2可以为圆环形状。并且，所述第二遮光部b1与对应第一透光部a2之间圆心的连线，垂直于所述第二遮光部b1与对应第一透光部a2所在平面。
在本发明的实施例中，为了便于描述。假设OLED显示结构10及光线探测结构20的折射率相同。
在具体实施中，参照图4，环境光的光线L2照射至盖板103后，相应的折射光线L2’经第二掩膜层203b的第二透光部b2，可能会入射至第一遮光部a1上，也可能会入射至第一透光部a2内。由于光线探测结构20是基于第一透光部a2内收集的光线形成指纹图像，故在环境光的折射光线L2’入射至第一透光部a2内时，会影响所形成的指纹图像的清晰度。
为了降低环境光对指纹图像清晰度的影响，在本发明的实施例中，设置以全反射临界角θC作为入射角沿所述第二遮光部b1边缘向对应第一透光部a2照射的第一光线，在与所述对应第一透光部a2相交时，交点位于所述对应第一透光部的边缘上或者位于所述对应第一透光部a2外。
在具体实施中，由于空气的折射率较低，故环境光的折射光线L2’照射至第一掩膜层203a时，入射角均小于或等于全反射临界角θC。因此，通过设置第一光线与所述对应第一透光部a2相交的交点位于所述对应第一透光部的边缘上或者位于所述对应第一透光部a2外，可以保证环境光的折射光线L2’与对应第一透光部a2不相交，进而对应第一透光部a2不会收集到环境光的折射光线L2’，由此可以避免环境光对指纹图像清晰度的影响。
在具体实施中，可以采用多种方法，使得第一光线与所述对应第一透光部a2相交的交点位于所述对应第一透光部的边缘上或者位于所述对应第一透光部a2外，此处不作限制。比如，可以仅减小第一透光部a2的尺寸，或者仅增大第二遮光部b1的尺寸，当然也可以同时减小第一透光部a2的尺寸并增大第二遮光部b1的尺寸。无论采用何种方法，只要使得第一光线与所述对应第一透光部a2相交的交点位于所述对应第一透光部的边缘上或者位于所述对应第一透光部a2外，均在本发明的保护范围之内。
参照图5，
Figure BDA0002521069060000071
表示第一透光部a2在第二遮光部b1上投影的面积，
Figure BDA0002521069060000072
表示第二遮光部b1上超出第一透光部a2边缘的面积。
在本发明的一实施例中，参照图5，为了使得第一光线与所述对应第一透光部a2相交的交点位于所述对应第一透光部a2的边缘上或者位于所述对应第一透光部a2外，所述第二遮光部b1在所述第一掩膜层203上投影的半径R0，小于或等于θC的正切值与所述掩膜层203的厚度值h。
在具体实施中，所述第二遮光部b1在所述第一掩膜层203上投影的半径，即所述第一光线与所述第二遮光部b1边缘的交点m1，和所述第一光线与所述对应第一透光部a2的交点m2在所述第二遮光部上的投影点m3之间连线长度。
设置点m1与点m3之间连线长度R0的最大值等于h*tanθC，即第一光线一旦与所述对应第一透光部a2相交，则交点只能位于所述对应第一透光部a2的边缘。此时，入射角小于全反射临界角θC的光线均位于所述对应第一透光部a2外。
以所述第二遮光部b1及所述第一透光部a2均为圆形，且所述第二遮光部b1与对应第一透光部a2之间圆心的连线，垂直于所述b1与对应第一透光部a2所在平面为例，在本发明的一实施例中，可以设置所述第二遮光部b1的半径R与相应第一透光部a2的半径r之间的差值R0，等于全反射临界角角度值θC的正切值与所述掩膜层的厚度值h之间的乘积。
由此可知，点m1与点m3之间连线长度R0，不仅与第一透光部a2的半径r及第二遮光部b1的半径R有关，还与掩膜层的厚度h及全反射临界角θC相关。故可以通过调整R、r、h及θC，来调整R0的长度。点m1与点m3之间连线长度R0，可以基于光线探测结构20本身面积利用率的要求进行调整。
以盖板为玻璃为例，由于玻璃的折射率为1.5，故全反射临界角θC＝41.8。
参照图5，在本发明的一实施例中，可以设置第一透光部a2的半径为r，第二遮光部b1的半径R＝2r，第二透光部b2的径向宽度为r，掩膜层的厚度h＝(R-r)*tan(θC)≈r，光线探测结构20本身面积利用率＝π*r2/π(R+r)2＝r2/(R+r)2＝1/9。
在图5所示的实施例中，环境光的光线以45°至71°范围内的入射角照射至盖板103上时，相应折射光线照射至第一掩膜层203a上的入射角小于或等于全反射临界角θC。此时，该折射光线入均入射至第一透光部a2外。
在具体实施中，考虑到OLED阵列102发出的信号光线L1经盖板103反射后，对应的反射光线L1’的入射角度可能接近于全反射临界角，若接近于全反射临界角的反射光线L1’没有第一透光部a2收集，会导致指纹模组的光效率降低。
在本发明的一实施例中，参照图6，可以调整反射光线L1’在第一掩膜层203a上的入射角度，使得反射光线L1’在第一掩膜层203a上的入射角度大于所述全反射临界角。这样，OLED阵列102发出的信号光线均会被a2收集，有效提高指纹模组的光效率。
图7是本发明一个实施例的所述第一遮光部a1(右图中的黑色区域)和所述第二遮光部b1(左图中的黑色区域)的图案示意图。其中所述第二遮光部b1，其中第一遮光部a1之间的第一透光部的总面积是第二遮光部b1的第二透光部的总面积的80％。
在一些实施例中，每个第一遮光部a1的面积大于对应的第二透光部的面积。具体地，所述第一透光部a1的边长可以是所述第二遮光部b1的边长的0.7～0.99，例如可以是0.8，或0.9。
图8是采用本发明前述实施例的光线探测结构测量的环境光的光强分布，图9是采用本发明前述实施例的光线探测结构测量的信号光的光强分布。可以清晰地看出环境光被抑制，信号光得到增强。
本发明的实施例还提供了一种终端，所述终端包括上述任一种所述的指纹模组。用户可以在所述指纹模组的盖板103上输入指纹，由所述指纹模组采集指纹信息，完成身份验证。
在本发明的实施例中，所述终端包括但不限于手机、笔记本、平板电脑以及车载电脑等设备。可以理解的是，所述终端具体为何种设备，均不构成对本发明的限制，且均在本发明的保护范围之内。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种光线探测结构，其特征在于，所述光线探测结构包括：
基底；
位于基底上方的像素阵列；
位于所述像素阵列上方掩膜层；其中，所述掩膜层自下而上依次包括：位于所述像素阵列上方的第一掩膜层；以及位于所述第一掩膜层上方的第二掩膜层；
所述第一掩膜层包括：若干第一遮光部，以及设置在相邻第一遮光部之间的若干第一透光部；
所述第二掩膜层包括：若干第二遮光部，相邻所述第二遮光部之间设置有第二透光部；所述第二遮光部与所述第一透光部一一对应，且各所述第二遮光部分别位于对应的所述第一透光部的上方。
2.如权利要求1所述的光线探测结构，其特征在于，以全反射临界角作为入射角沿所述第二遮光部边缘向对应第一透光部照射的第一光线，在与所述第一掩膜层相交时，交点位于所述对应第一透光部的边缘上或者位于所述对应第一透光部外。
3.如权利要求2所述的光线探测结构，其特征在于，当所述第一光线与所述第一掩膜层相交时，所述第二遮光部在所述第一掩膜层上投影的半径，小于或等于全反射临界角的正切值与所述掩膜层的厚度值之间的乘积。
4.如权利要求3所述的光线探测结构，其特征在于，所述第二遮光部及所述第一透光部均为圆形，且所述第二遮光部与对应第一透光部之间圆心的连线，垂直于所述第二遮光部与对应第一透光部所在平面。
5.如权利要求4所述的光线探测结构，其特征在于，所述第二遮光部的半径与相应第一透光部的半径之间的差值，等于全反射临界角角度值的正切值与所述掩膜层的厚度值之间的乘积。
6.如权利要求1所述的光线探测结构，其特征在于，所述像素阵列包括：若干呈阵列排布的光电二极管。
7.如权利要求1所述的光线探测结构，其特征在于，所述若干第二遮光部之间按照六边形阵列排布。
8.如权利要求1所述的光线探测结构，其特征在于，所述若干第二遮光部之间按照条形阵列排布。
9.一种指纹模组，其特征在于，包括：
OLED显示结构；
以及权利要求1至8任一项所述的光线探测结构；
所述OLED显示结构位于所述光线探测结构中所述掩膜层的上方。
10.如权利要求9所述的指纹模组，其特征在于，所述OLED显示结构自下而上依次包括：基底，位于基底上方的OLED阵列，以及位于所述OLED阵列上方的盖板。
11.如权利要求9所述的指纹模组，其特征在于，所述OLED显示结构发出的信号光线包含在所述第一掩膜层的入射角度大于所述全反射临界角的光线。
12.一种终端，其特征在于，包括权利要求9至11任一项所述的指纹模组。
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