CN211087274U - 指纹检测装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种指纹检测装置和电子设备。所述指纹检测装置适用于具有显示屏的电子设备以实现屏下指纹识别，所述显示屏由上至下依次包括透明盖板、第一透明介质层、光学胶层和显示层；所述指纹检测装置包括：指纹传感器芯片，所述指纹传感器芯片包括光学感应像素阵列，所述光学感应像素阵列用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器芯片用于接收外部光源发出的经由所述显示屏上方的手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息；其中，所述第一透明介质层的折射率分别小于所述光学胶层的折射率和所述透明盖板的折射率，使得所述外部光源发出的光信号能够在所述透明盖板的内部进行全反射。所述第一透明介质层可以提升指纹图像的质量和指纹识别效果。

Description

指纹检测装置和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及领域指纹检测领域，并且更具体地，涉及指纹检测装置和电子设备。

背景技术

目前，屏下指纹识别主要应用于有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode，OLED)屏，其原理是：OLED屏下指纹识别模组利用OLED屏本身具备的透光特性，接收OLED屏自身发出的经过手指反射后形成的反射光检测指纹。但是，由于液晶显示(LiquidCrystal Display，LCD)屏的发光原理和具体结构和OLED屏不同，因此，OLED屏下指纹识别方案并不适用LCD屏。针对LCD屏，需要单独的设置补光灯，所述补光灯用于生成用于指纹识别的光信号。此外，针对OLED屏，也可以设置补光灯，相应的，可以结合所述OLED屏发出的光线和所述补光灯发出的光线进行指纹识别。

通常情况下，所述补光灯可以设置在玻璃盖板的侧方，以便所述补光灯发出的光信号通过所述玻璃盖板传输至手指，进而经由手指反射或散射后返回至指纹识别模组。例如，作为一种预期，所述玻璃盖板可以通过光学胶贴合至显示层，当调节补光灯的出光方向与玻璃盖板处于特定的夹角范围时，补光灯发出的光线会在玻璃盖板内部以近似全反射的方式进行传播。

但是，由于玻璃盖板折射率为1.5左右，光学胶的折射率一般为1.47～1.5，两者折射率非常接近，当玻璃盖板上表面与空气达成全反射条件时，所述玻璃盖板的下表面与所述光学胶的界面未能够达成光的全反射条件。相应的，即使继续调节发光角度也很难达成全反射条件。

因此，补光灯发出的光信号如何在显示屏中的玻璃盖板中以近似全反射的方式进行传播，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

提供一种指纹检测装置和电子设备，能够使得外部光源发出的光信号在显示屏中的玻璃盖板中以近似全反射的方式进行传播，进而提升指纹图像的质量和指纹识别效果。

第一方面，提供了一种指纹检测装置，所述指纹检测装置适用于具有显示屏的电子设备以实现屏下指纹识别，所述显示屏由上至下依次包括透明盖板、第一透明介质层、光学胶层和显示层；

所述指纹检测装置包括：

指纹传感器芯片，所述指纹传感器芯片用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器芯片包括光学感应像素阵列，所述光学感应像素阵列用于接收外部光源发出的经由所述显示屏上方的手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息；

其中，所述第一透明介质层的折射率分别小于所述光学胶层的折射率和所述透明盖板的折射率，使得所述外部光源发出的光信号能够在所述透明盖板的内部进行全反射。

通过在所述透明盖板和所述光学胶层设置所述第一透明介质层，并使得所述第一透明介质层的折射率分别小于所述光学胶层的折射率和所述透明盖板的折射率，可以使得所述透明盖板和所述第一透明介质层之间的界面能够满足全反射条件，进而使得以一定角度(入射角大于临界角)射向所述透明盖板和所述第一透明介质层之间的界面的光信号可以在所述透明盖板内以全反射的方式进行传播，进而提升指纹图像的质量和指纹识别效果。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层的折射率大于空气的折射率。

通过所述第一透明介质层的折射率大于空气的折射率，可以使得以一定角度(入射角大于临界角)射向所述透明盖板和所述第一透明介质层的界面的光信号可以在所述透明盖板内以全反射的方式进行传播，进而提升指纹图像的质量和指纹识别效果；而且，通过控制所述第一透明介质层的折射率，可以避免针对所述第一透明介质层和所述光学胶层之间的界面的临界角(即全反射角)过小，有利于所述显示层发出的具有一定辐射角的光信号通过所述光学胶层传输至所述第一透明介质层，相应的，会增加手指接收到的光信号的信号量以及提升屏幕亮度。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层的不同折射率对应不同的波长范围，所述波长范围为所述外部光源发出的光信号的波长范围。

通过将所述第一透明介质层的折射率和所述外部光源发出的光信号的波长范围相关联，不仅保证了在所述透明盖板内全反射所述外部光源发出的光信号，而且能够减小所述显示层发出的光信号在所述透明盖板发生全反射的可能性或概率，有利于提升所述电子设备的性能。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层的折射率的范围为1.1-1.3。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层的透光率大于90％。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层的材料包括以下材料中的至少一种：

有机涂层材料、无机氧化物、无机氟化物以及无机氮化物。

通过将所述第一透明介质层的材料设定为上述材料，不仅方便在所述透明盖板和所述光学胶层之间设置所述第一透明介质层，而且不影响将设置有所述第一透明介质层的透明盖板通过光学胶层贴合或粘合至所述显示层的上表面。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层通过所述光学胶层贴合至所述显示层。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏还包括第二透明介质层，所述第二透明介质层设置在所述第一透明介质层的下方，所述第二透明介质层通过所述光学胶层贴合至所述显示层，其中，所述第二透明介质层的折射率小于所述光学胶层的折射率，以降低所述显示屏发出的光信号进入所述透明盖板时的产生的损耗。

通过在所述第一透明介质层和所述光学胶层之间设备第二透明介质层，相当于在所述显示层发出的光信号传输至所述透明盖板的路径中，将一个具有小的全反射角的界面(即所述光学胶层和所述第一透明介质层之间的界面)转换为两个具有大的全反射角的界面(即所述光学胶层和所述第二透明介质层之间的界面，以及所述第二透明介质层和所述第一透明介质层之间的界面)，相当于，整体上增大了所述显示层发出的光信号的全反射角，进而增加了所述显示层发出的光信号的光通量，不仅保证了手指能够接收到足够的光信号，还能够保证具有足够的光信号显示图像，相应的，能够提升指纹图像质量和指纹识别效果，还能够保证所述电子设备的性能。

在一些可能的实现方式中，所述第二透明介质层的折射率大于所述第一透明介质层的折射率。

将所述第二透明介质层的折射率构造为大于所述第一透明介质层的折射率，能够保证针对所述第二透明介质层和所述光学胶层之间的界面的全反射角大于在未设置所述第二透明介质层的情况下所述第一透明介质层和所述光学胶层之间的界面的全反射角，相应的，能够在提升指纹图像质量和指纹识别效果的同时，保证所述电子设备的性能。

在一些可能的实现方式中，所述第二透明介质层的材料包括以下材料中的至少一种：

有机涂层材料、无机氧化物、无机氟化物以及无机氮化物。

将所述第二透明介质层的材料构造为上述材料，不仅便于设置所述第二透明介质层，而能够保证所述第一透明介质层和所述光学胶层之间的连接以及稳定性。

在一些可能的实现方式中，所述第二透明介质层包括至少一个介质层，所述至少一个介质层对应的至少一个折射率相同，或所述至少一个折射率部分相同，或所述至少一个折射率互不相同。

由此，在整体上，能够有效增大针对所述显示层发出的光信号的全反射角，有利于增加光通量。

在一些可能的实现方式中，所述外部光源设置在所述透明盖板的下方，且位于所述显示层的一侧；或者，所述外部光源设置在所述透明盖板的内部。

在一些可能的实现方式中，所述指纹传感器芯片还用于接收所述显示屏发出的经由所述手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息。

在一些可能的实现方式中，所述透明盖板为玻璃盖板，或所述透明盖板的材料为柔性材料。

第二方面，提供了一种电子设备，包括：

显示屏；以及

第一方面或第一方面中任一种可能的实现方式中所述的指纹检测装置，所述指纹检测装置设置在所述显示屏的下方，所述指纹检测装置包括指纹传感器芯片，所述指纹传感器芯片包括光学感应像素阵列，所述光学感应像素阵列用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器芯片用于接收外部光源发出的经由所述显示屏上方的手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息；

其中，所述显示屏由上至下依次包括透明盖板、第一透明介质层、光学胶层和显示层，所述第一透明介质层的折射率分别小于所述光学胶层的折射率和所述透明盖板的折射率，使得所述外部光源发出的光信号能够在所述透明盖板的内部进行全反射。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏还包括位于所述显示层下方的后面板，所述后面板的材料为不透光材料，所述后面板设置有开孔，所述指纹检测装置设置在所述开孔的下方，使得所述指纹检测装置中的指纹传感器芯片通过所述开孔接收经由手指返回的光信号。

附图说明

图1是本申请可以适用的电子设备的示意性结构图。

图2是图1所示的电子设备的剖面示意图。

图3是本申请可以适用的电子设备的另一示意性结构图。

图4是图3所示的电子设备的剖面示意图。

图5至图9是本申请实施例的指纹检测装置和电子设备的显示屏之间的关系的示意性结构图。

图10是本申请实施例的光通量和辐射角之间的关系的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

本申请实施例的技术方案可以应用于各种电子设备。例如，智能手机、笔记本电脑、平板电脑、游戏设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。但本申请实施例对此并不限定。

本申请实施例的技术方案可以用于生物特征识别技术。其中，生物特征识别技术包括但不限于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别以及活体识别等识别技术。为了便于说明，下文以指纹识别技术为例进行说明。

本申请实施例的技术方案可以用于屏下指纹识别技术和屏内指纹识别技术。

屏下指纹识别技术是指将指纹识别模组安装在显示屏下方，从而实现在显示屏的显示区域内进行指纹识别操作，不需要在电子设备正面除显示区域外的区域设置指纹采集区域。具体地，指纹识别模组使用从电子设备的显示组件的顶面返回的光来进行指纹感应和其他感应操作。这种返回的光携带与显示组件的顶面接触或者接近的物体(例如手指)的信息，位于显示组件下方的指纹识别模组通过采集和检测这种返回的光以实现屏下指纹识别。其中，指纹识别模组的设计可以为通过恰当地配置用于采集和检测返回的光的光学元件来实现期望的光学成像，从而检测出所述手指的指纹信息。

相应的，屏内(In-display)指纹识别技术是指将指纹识别模组或者部分指纹识别模组安装在显示屏内部，从而实现在显示屏的显示区域内进行指纹识别操作，不需要在电子设备正面除显示区域外的区域设置指纹采集区域。

图1至图4示出了本申请实施例可以适用的电子设备的示意图。其中，图1和图3为电子设备10的定向示意图，图2和图4分别为图1和图3所示的电子设备10的剖面示意图。

请参见图1至图4，电子设备10可以包括显示屏120和光学指纹识别模组130。

其中，显示屏120可以为自发光显示屏，其采用具有自发光的显示单元作为显示像素。比如显示屏120可以为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。在其他可替代实施例中，显示屏120也可以为液晶显示屏(Liquid Crystal Display,LCD)或者其他被动发光显示屏，本申请实施例对此不做限制。进一步地，显示屏120还可以具体为触控显示屏，其不仅可以进行画面显示，还可以检测用户的触摸或者按压操作，从而为用户提供一个人机交互界面。比如，在一种实施例中，电子设备10可以包括触摸传感器，所述触摸传感器可以具体为触控面板(Touch Panel,TP)，其可以设置在所述显示屏120表面，也可以部分集成或者整体集成到所述显示屏120内部，从而形成所述触控显示屏。

光学指纹模组130包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括具有多个光学感应像素131(也可以称为光学感应单元、感光像素或像素单元等)的光学感应像素阵列133(也可称为光学感应单元阵列、感应像素阵列或像素单元阵列等)。所述光学感应像素阵列133所在区域或者光学指纹模组130的感光区域(也称为感应区域)对应于所述光学指纹模组130的指纹检测区域103(也称为指纹采集区域、指纹识别区域等)。

需要说明的是，光学感应像素阵列中的每一个光学感应像素阵列可以包括感光区域和非感光区域，其中，感光区域可以是设置有用于将光信号转换为电信号的器件，例如光探测器，所述非感光区域可以是未设置有将光信号转换为电信号的器件，所述非感光区域可以设置有至少一层金属布线层，以实现将感光区域的电信号传输至其他器件。

当然，也可以在不太可能接收到光信号的感光区域的表面设置用于传输电信号的至少一层金属布线层，本申请对此不做限制。

换言之，所述光学感应像素131可以包括光探测器，即所述光学感应像素阵列133具体可以包括光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器。

其中，所述光学指纹模组130设置在所述显示屏120下方的局部区域。

请继续参见图1，所述指纹检测区域103可以位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种可替代实施例中，所述光学指纹模组130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将来自所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹模组130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。

针对电子设备10，用户在需要对所述电子设备10进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的电子设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个电子设备10的正面。

请继续参见图2，所述光学指纹模组130可以包括光检测部分134和光学组件132。所述光检测部分134包括光学指纹传感器(也可称为所述光学感应像素阵列133)以及与所述光学感应像素阵列133电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)上，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器。所述光学组件132可以设置在所述光检测部分134的光学感应像素阵列133的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构、以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述导光层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光导引至所述光学感应像素阵列133进行光学检测。

在本申请的一些实施例中，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。

在本申请的一些实施例中，所述光学指纹模组130的光学感应像素阵列133的所在区域或者光感应范围对应所述光学指纹模组130的指纹检测区域103。其中，所述光学指纹模组130的指纹采集区域103可以等于或不等于所述光学指纹模组130的光学感应像素阵列133的所在区域的面积或者光感应范围，本申请实施例对此不做具体限定。

例如，通过光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹模组130的指纹检测区域103可以设计成与所述光学指纹模组130的光学感应像素阵列133的面积基本一致。

又例如，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线会聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹模组130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹模组130的光学感应像素阵列133的面积。

下面对光学组件132可以包括的光路引导结构进行示例性说明。

以所述光路引导结构采用具有高深宽比的通孔阵列的光学准直器为例，所述光学准直器可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的传感器芯片接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个传感器芯片基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，能够有效提高图像分辨率，进而提高指纹识别效果。

以所述光路引导结构采用光学镜头的光路设计为例，所述光路引导结构可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光会聚到其下方的光检测部分134的光学感应像素阵列133，以使得所述光学感应像素阵列133可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。进一步地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔或者微孔光阑，比如，在所述透镜单元的光路中可以形成有一个或者多个遮光片，其中至少一个遮光片可以在所述透镜单元的光轴或者光学中心区域形成有透光微孔，所述透光微孔可以作为上述针孔或者微孔光阑。所述针孔或者微孔光阑可以配合所述光学透镜层和/或所述光学透镜层上方的其他光学膜层，扩大光学指纹模组130的视场，以提高所述光学指纹模组130的指纹成像效果。

以所述光路引导结构采用微透镜(Micro-Lens)层的光路设计为例，所述光路引导结构可以为包括由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述光检测部分134的光学感应像素阵列133上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述光学感应像素阵列133的其中一个感应单元。并且所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层。更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔(或称为开孔)的挡光层(或称为遮光层、阻光层等)，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜会聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述感应单元以进行光学指纹成像。

应理解，上述针对光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用。

例如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层的上方或下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。

另一方面，所述光学组件132还可以包括其他光学元件，比如滤光层(Filter)或其他光学膜片，其可以设置在所述光路引导结构和所述光学指纹传感器之间或者设置在所述显示屏120与所述光路引导结构之间，主要用于隔离外界干扰光对光学指纹检测的影响。其中，所述滤光层可以用于滤除穿透手指并经过所述显示屏120进入所述光学指纹传感器的环境光，与所述光路引导结构相类似，所述滤光层可以针对每个光学指纹传感器分别设置以滤除干扰光，或者也可以采用一个大面积的滤光层同时覆盖所述多个光学指纹传感器。

指纹识别模组140可以用于采集用户的指纹信息(比如指纹图像信息)。

以显示屏120采用具有自发光显示单元的显示屏为例，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。所述光学指纹模组130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)作为光学指纹检测的激励光源。当手指140按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指140内部散射而形成散射光(透射光)。在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的脊(ridge)141与谷(valley)142对于光的反射能力不同，因此，来自指纹脊的反射光151和来自指纹谷的反射光152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹模组130中的光学感应像素阵列133所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在电子设备10实现光学指纹识别功能。

在其他替代方案中，光学指纹模组130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测识别的光信号。在这种情况下，光学指纹模组130不仅可以适用于如OLED显示屏等自发光显示屏，还可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。

以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，电子设备10的光学指纹***还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在电子设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹模组130可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹模组130；或者，所述光学指纹模组130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹模组130。当采用所述光学指纹模组130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面描述内容是一致的。

在具体实现上，所述电子设备10还可以包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述电子设备10的正面。因此，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。

另一方面，所述光学指纹模组130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹模组130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹模组130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。在其他替代实施例中，所述光学指纹模组130可以具体包括多个光学指纹传感器。所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的指纹检测区域共同构成所述光学指纹模组130的指纹检测区域103。从而所述光学指纹模组130的指纹检测区域103可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。进一步地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域103还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。

请参见图3和图4，所述电子设备10中的光学指纹模组130可以包括多个光学指纹传感器，所述多个光学指纹传感器可以通过例如拼接等方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的指纹检测区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。

进一步地，所述光学组件132可以包括多个光路引导结构，每个光路引导结构分别对应一个光学指纹传感器(即光学感应像素阵列133)，并分别贴合设置在其对应的光学指纹传感器的上方。或者，所述多个光学指纹传感器也可以共享一个整体的光路引导结构，即所述光路引导结构具有一个足够大的面积以覆盖所述多个光学指纹传感器的光学感应像素阵列133。

以所述光学组件132采用具有高深宽比的通孔阵列的光学准直器为例，所述当光学指纹模组130包括多个光学指纹传感器时，可以为每个光学指纹传感器的光学感应像素阵列133中的一个光学感应像素配置一个或多个准直单元，并贴合设置在其对应的光学感应像素的上方。当然，所述多个光学感应像素也可以共享一个准直单元，即所述一个准直单元具有足够大的孔径以覆盖多个光学感应像素。由于一个准直单元可以对应多个光学感应像素或一个光学感应像素对应多个准直单元，破坏了显示屏120的空间周期和光学指纹传感器的空间周期的对应性，因此，即使显示屏120的发光显示阵列的空间结构和光学指纹传感器的光学感应像素阵列133的空间结构类似，也能够有效避免光学指纹模组130利用经过显示屏120的光信号进行指纹成像生成莫尔条纹，有效提高了光学指纹模组130的指纹识别效果。

以所述光学组件132采用光学镜头为例，当光学指纹模组130包括多个传感器芯片时，可以为每一个传感器芯片配置一个光学镜头进行指纹成像，或者为多个传感器芯片配置一个光学镜头来实现光线会聚和指纹成像。甚至于，当一个传感器芯片具有两个光学感应像素阵列(Dual Array)或多个光学感应像素阵列(Multi-Array)时，也可以为这个传感器芯片配置两个或多个光学镜头配合所述两个光学感应像素阵列或多个光学感应像素阵列进行光学成像，从而减小成像距离并增强成像效果。

应当理解，附图1至4仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。

例如，本申请对指纹传感器的数量、尺寸和排布情况不做具体限定，其可以根据实际需求进行调整。例如，光学指纹模组130可以包括多个呈方形或圆形分布的多个指纹传感器。

又例如，所述光学指纹模组130或电子设备10还可以包括外部光源(类似于上述激励光源)，所述外部光源发出的光信号由于补强所述显示屏120发出的光信号，所述外部光源发出的光信号可以用于指纹检测，也可以用于显示图像。所述外部光源发出的光信号可以在显示屏120中的透明盖板中以近似全反射的方式进行传播，进而提升指纹图像的质量和指纹识别效果。为便于说明，下面以指纹检测装置和显示屏之间的关系的示意图为例对所述显示屏的结构和光传输原理进行说明。

图5至图9是本申请实施例的指纹检测装置205(类似于上述光学模组130)和电子设备200(类似于上述电子设备10)的显示屏(类似于上述120)之间的关系的示意性结构图。所述指纹检测装置205适用于具有显示屏的电子设备20以实现屏下指纹识别。

如图5所示，通常情况下，所述显示屏由上至下依次可以包括透明盖板201、光学胶层202以及显示层203。其中，所述透明盖板201可以用作指纹检测或指纹识别的触摸界面，也可以用作显示图像的显示界面。所述光学胶层202可以是由光学胶层(Optical ClearAdhesive，OCA)，所述光学胶层202可以是固体胶或液体胶。所述显示层203可以是自发光显示层或非自发光显示层。例如，所述显示层203也可以称为显示面板。所述显示面板可以包括多个发光像素。所述多个发光像素发出的光信号用于显示图像，此外所述多个发光像素中的至少一部分发光像素感触的光信号用于指纹检测或指纹识别。

其中，所述指纹检测装置205或所述电子设备200还可以包括外部光源204。可选地，所述外部光源204可以设置于所述透明盖板201的下方，也可以设置在所述电子设备200的底部边缘处。所述外部光源204发出的光信号的传输路径可以被构造为：当调节外部光源204的出光方向与玻璃盖板处于特定的夹角范围时，所述外部光源204发出的光线如图5所示会在所述透明盖板201的内部以近似全反射的方式进行传播。

进一步地，如图6所示，当手指206接触到所述透明盖板201时，所述透明盖板201与空气达成全反射条件的界面被手指206破坏(手指角质层折射率一般为1.55左右，大于空气)；相应的，在所述透明盖板201中传输的光信号进入手指206，并将手指206照亮；使得携带有指纹信号的光线穿过整个显示屏后，被显示屏下方的指纹检测装置205(例如包括指纹识别传感器以及光路***的整体模组结构)接收并处理，从而进行指纹识别。

需要说明的是，可以作为单独的指纹识别光源使用所述外部光源204，也可以用作现有光源的补强光源使用所述外部光源204(可以由OLED屏幕发光提供现有光源)。

在本申请的一些实施例中，所述电子设备200还可以包括设置在所述透明盖板201和所述光学胶层202之间的第一透明介质层。

例如，如图7所示，所述显示屏由上至下依次包括透明盖板201、第一透明介质层207、光学胶层202和显示层203；其中，所述指纹检测装置205包括指纹传感器芯片。例如，所述指纹传感器芯片包括光学感应像素阵列，所述光学感应像素阵列用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器芯片用于接收外部光源204发出的经由所述显示屏上方的手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息；其中，所述第一透明介质层207的折射率可以分别小于光学胶层202的折射率和所述透明盖板201，使得所述外部光源204发出的光信号能够在所述透明盖板201的内部进行全反射。可选地，所述第一透明介质层207通过所述光学胶层202贴合至所述显示层203。

需要说明的是，所述第一透明介质层207可以依附在所述透明盖板201的下表面，此时将所述第一透明介质层207通过所述光学胶层202贴合至所述显示层203，相当于所述透明盖板201通过所述第一透明介质层207贴合至所述光学胶层202。

换言之，在制备过程中，所述第一透明介质层207可以直接制备在所述透明盖板201的下表面，安装时，直接将所述透明盖板201的制备有所述第一透明介质层207所在的表面通过所述光学胶层202贴合至所述显示层203。

当然，在制备和安装过程中，也可以将所述第一透明介质层207以作为与所述透明盖板201在物理上分开的介质层，本申请对此不做具体限定。

通过在所述透明盖板201和所述光学胶层202设置所述第一透明介质层207，并使得所述第一透明介质层207的折射率小于所述光学胶层202的折射率，可以使得所述透明盖板201和所述第一透明介质层207之间的界面能够满足全反射条件，进而使得以一定角度(入射角大于临界角)射向所述透明盖板201和所述第一透明介质层207之间的界面的光信号可以在所述透明盖板201内以全反射的方式进行传播，进而提升指纹图像的质量和指纹识别效果。

在其他可替代实施例中，也可以直接减小所述光学胶层202的折射率，使得所述光学胶层202的折射率接近空气的折射率。

但是，由于所述光学胶层202的折射率过低会影响所述显示层203的光通量，即减少由所述显示层203发出的通过所述光学胶层202的光信号。而通过设置所述第一透明介质层207可以将所述第透明介质层的折射率仅设置为针对所述外部光源的波长的折射率，进而与所述显示层203发出的光信号的波长区分开，以保证光通量的情况下提升指纹图像质量和指纹检测或识别效果。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层207的折射率大于空气的折射率。

换言之，所述第一透明介质层207的折射率大于空气的折射率且小于所述光学胶层202的折射率。

通过所述第一透明介质层207的折射率大于空气的折射率，可以使得以一定角度(入射角大于临界角)射向所述透明盖板201和所述第一透明介质层207之间的界面的光信号可以在所述透明盖板201内以全反射的方式进行传播，进而提升指纹图像的质量和指纹识别效果；而且，通过控制所述第一透明介质层207的折射率，可以避免针对所述第一透明介质层207和所述光学胶层202之间的界面的临界角(即全反射角)过小，有利于所述显示层203发出的具有一定辐射角的光信号通过所述光学胶层202传输至所述第一透明介质层207，相应的，会增加手指接收到的光信号的信号量以及提升屏幕亮度。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层207的不同折射率对应不同的波长范围，所述波长范围为所述外部光源204发出的光信号的波长范围。

换言之，所述第一透明介质层207的折射率与所述外部光源204发出的光信号的波长范围有对应关系。例如，假设外部光源204发出的光信号的波长为550nm，所述第一透明介质层207的折射率指在550nm对应的折射率。又例如，假设外部光源204发出的光信号的波长范围为800nm～900nm，则所述第一透明介质层207的折射率是指在波长范围为800nm～900nm对应的折射率。

通过将所述第一透明介质层207的折射率和所述外部光源204发出的光信号的波长范围相关联，不仅保证了在所述透明盖板201内全反射所述外部光源204发出的光信号，而且能够减小所述显示层203发出的光信号在所述透明盖板201发生全反射的可能性或概率，有利于提升所述电子设备的性能。

在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层207的折射率的范围为1.1-1.3。例如，所述第一透明介质层207的折射率可以为1.2。此时，根据全反射定律，当透明盖板201的折射率为1.5且空气折射率为1时，在透明盖板201与空气界面处，其全反射临界角为41.8°，所述透明盖板201与低折射率材料界面处，其全反射临界角为53.1°。换言之，当满足射向透明盖板201与第一透明介质层207的界面处的光线入射角大于53.1°时，其在透明盖板201上下表面均满足全反射条件，从而产生全反射现象，进而在透明盖板201内进行全反射传播。当手指接触到所述透明盖板201的表面时，所述透明盖板201与空气的全反射界面条件被破坏，光线可以传播到手指中，从而照亮手指。

需要说明的是，本申请对所述第一透明介质层207的材料和具体结构不做限定，能够使得所述外部光源204发出的光信号可以在所述透明盖板201内进行全反射的透明介质，均可以作为所述第一透镜介质层207。

例如，所述第一透明介质层207的透光率大于90％。

又例如，所述第一透明介质层207的材料包括以下材料中的至少一种：

有机涂层材料、无机氧化物、无机氟化物以及无机氮化物。

通过将所述第一透明介质层207的材料设定为上述材料，不仅方便在所述透明盖板201和所述光学胶层202之间设置所述第一透明介质层207，而且不影响将设置有所述第一透明介质层207的透明盖板201通过光学胶层202贴合或粘合至所述显示层203的上表面。

在一些可能的实现方式中，所述电子设备200还可以包括设置在所述第一透明介质层207和所述光学胶层202之间的第二透明介质层。

例如，如图7所示，所述显示屏还可以包括第二透明介质层208，所述第二透明介质层208设置在所述第一透明介质层207的下方，所述第二透明介质层208通过所述光学胶层202贴合至所述显示层203，其中，所述第二透明介质层208的折射率小于所述光学胶层202的折射率，以降低所述显示屏发出的光信号进入所述透明盖板201时的产生的损耗。

通过在所述第一透明介质层207和所述光学胶层202之间设备第二透明介质层208，相当于在所述显示层203发出的光信号传输至所述透明盖板201的路径中，将一个具有小的全反射角的界面(如图8所示，所述光学胶层202和所述第一透明介质层207之间的界面)转换为两个具有大的全反射角的界面(如图9所示，所述光学胶层202和所述第二透明介质层208之间的界面，以及所述第二透明介质层208和所述第一透明介质层207之间的界面)，相当于，整体上增大了所述显示层203发出的光信号的全反射角，进而增加了所述显示层203发出的光信号的光通量，不仅保证了手指能够接收到足够的光信号，还能够保证具有足够的光信号显示图像，相应的，能够提升指纹图像质量和指纹识别效果，还能够保证所述电子设备的性能。

当在透明盖板201的下方设置由第一透明介质层207时，光学胶层202的材料与所述第一透明介质层207的材料具有相对较大的折射率差别，当所述光学胶层202的折射率为1.47，且所述第一透明介质层207的折射率为1.2时，根据全反射定律，当显示层203发出的光线到达所述光学胶层202与所述第一透明介质层207的界面时，若入射角大于等于54.2°，所述光线会发生全反射现象。例如，如图10所示，基于OLED屏中的发光层发出的光信号的辐射角与光通量的关系，当辐射角θ大于54.2°时，光通量大概占显示层发出的光的总量的10.8％。换言之，在考虑全反射损失的情况下，在透明盖板201的下方设置由第一透明介质层207时，预估OLED的光通量损失大于10.8％。

然而，若在所述第一透明介质层207与光学胶层202之间在设置至少一层折射率介于所述第一透明介质层207与所述光学胶层202之间的第二透明介质层208。即，所述光学胶层202的折射率>所述第二透明介质层208的折射率>所述第一透明介质层207的折射率。假设所述第二透明介质层208的折射率为1.38，考虑到在所述光学胶层202与所述第二透明介质层208之间的界面以及所述第二透明介质层208与所述第一透明介质层207之间的界面发生的全反射的影响，预估OLED的光通量损失为4.1％，大大降低了OLED的光通量的损失。

在一些可能的实现方式中，所述第二透明介质层208的折射率大于所述第一透明介质层207的折射率。

将所述第二透明介质层208的折射率构造为大于所述第一透明介质层207的折射率，能够保证针对所述第二透明介质层208和所述光学胶层202之间的界面的全反射角大于在未设置所述第二透明介质层208的情况下所述第一透明介质层207和所述光学胶层202之间的界面的全反射角，相应的，能够在提升指纹图像质量和指纹识别效果的同时，保证所述电子设备的性能。

与所述第一透明介质层207类似，能够使得所述整体上增大所述显示屏的全反射角的透明介质，均可以作为所述第二透镜介质层208。

例如，所述第二透明介质层208的材料包括以下材料中的至少一种：

有机涂层材料、无机氧化物、无机氟化物以及无机氮化物。

将所述第二透明介质层208的材料构造为上述材料，不仅便于设置所述第二透明介质层208，而能够保证所述第一透明介质层207和所述光学胶层202之间的连接以及稳定性。

在一些可能的实现方式中，所述第二透明介质层208包括至少一个介质层，所述至少一个介质层对应的至少一个折射率相同，或所述至少一个折射率部分相同，或所述至少一个折射率互不相同。

由此，在整体上，能够有效增大针对所述显示层203发出的光信号的全反射角，有利于增加光通量。

在一些可能的实现方式中，所述外部光源204设置在所述透明盖板201的下方，且位于所述显示层203的一侧；或者，所述外部光源204设置在所述透明盖板201的内部。

在一些可能的实现方式中，所述指纹传感器芯片还用于接收所述显示屏发出的经由所述手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息。

在一些可能的实现方式中，所述透明盖板201为玻璃盖板，或所述透明盖板201的材料为柔性材料。

此外，本申请实施例还提供了一种电子设备(类似于上述电子设备10或电子设备200)，所述电子设备可以包括显示屏以及上位所述的指纹检测装置，所述指纹检测装置设置在所述显示屏的下方，所述指纹检测装置包括指纹传感器芯片，所述指纹传感器芯片用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器芯片用于接收外部光源发出的经由所述显示屏上方的手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息；

其中，所述显示屏由上至下依次包括透明盖板、第一透明介质层、光学胶层和显示层，所述第一透明介质层的折射率小于光学胶层的折射率，使得所述外部光源发出的光信号能够在所述透明盖板的内部进行全反射。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏还包括位于所述显示层下方的后面板，所述后面板的材料为不透光材料，所述后面板设置有开孔，所述指纹检测装置设置在所述开孔的下方，使得所述指纹检测装置中的指纹传感器芯片通过所述开孔接收经由手指返回的光信号。

可选地，该电子设备包括但不限于手机、电脑、多媒体机和游戏机。

需要说明的是，在本申请实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。

例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

所属领域的技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。

如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电子设备、装置和方法，可以通过其它的方式实现。

例如，以上所描述的装置实施例中单元或模块或组件的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些单元或模块或组件可以忽略，或不执行。

又例如，上述作为分离/显示部件说明的单元/模块/组件可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块/组件来实现本申请实施例的目的。

最后，需要说明的是，上文中显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上内容，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种指纹检测装置，其特征在于，所述指纹检测装置适用于具有显示屏的电子设备以实现屏下指纹识别，所述显示屏由上至下依次包括透明盖板、第一透明介质层、光学胶层和显示层；

所述指纹检测装置包括：

指纹传感器芯片，所述指纹传感器芯片用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器芯片包括光学感应像素阵列，所述光学感应像素阵列用于接收外部光源发出的经由所述显示屏上方的手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息；

其中，所述第一透明介质层的折射率分别小于所述光学胶层的折射率和所述透明盖板的折射率，使得所述外部光源发出的光信号能够在所述透明盖板的内部进行全反射。

2.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一透明介质层的折射率大于空气的折射率。

3.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一透明介质层的不同折射率对应不同的波长范围，所述波长范围为所述外部光源发出的光信号的波长范围。

4.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一透明介质层的折射率的范围为1.1-1.3。

5.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一透明介质层的透光率大于90％。

6.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一透明介质层的材料包括以下材料中的至少一种：

有机涂层材料、无机氧化物、无机氟化物以及无机氮化物。

7.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一透明介质层通过所述光学胶层贴合至所述显示层。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述显示屏还包括第二透明介质层，所述第二透明介质层设置在所述第一透明介质层的下方，所述第二透明介质层通过所述光学胶层贴合至所述显示层，其中，所述第二透明介质层的折射率小于所述光学胶层的折射率，以降低所述显示屏发出的光信号进入所述透明盖板时的产生的损耗。

9.根据权利要求8所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第二透明介质层的折射率大于所述第一透明介质层的折射率。

10.根据权利要求8所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第二透明介质层的材料包括以下材料中的至少一种：

有机涂层材料、无机氧化物、无机氟化物以及无机氮化物。

11.根据权利要求8所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第二透明介质层包括至少一个介质层，所述至少一个介质层对应的至少一个折射率相同，或所述至少一个折射率部分相同，或所述至少一个折射率互不相同。

12.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述外部光源设置在所述透明盖板的下方，且位于所述显示层的一侧；或者，所述外部光源设置在所述透明盖板的内部。

13.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹传感器芯片还用于接收所述显示屏发出的经由所述手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息。

14.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述透明盖板为玻璃盖板，或所述透明盖板的材料为柔性材料。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏；以及

根据权利要求1至14中任一项所述的指纹检测装置，所述指纹检测装置设置在所述显示屏的下方，所述指纹检测装置包括指纹传感器芯片，所述指纹传感器芯片包括光学感应像素阵列，所述光学感应像素阵列用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器芯片用于接收外部光源发出的经由所述显示屏上方的手指返回的光信号，以检测所述手指的指纹信息；

其中，所述显示屏由上至下依次包括透明盖板、第一透明介质层、光学胶层和显示层，所述第一透明介质层的折射率分别小于所述光学胶层的折射率和所述透明盖板的折射率，使得所述外部光源发出的光信号能够在所述透明盖板的内部进行全反射。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏还包括位于所述显示层下方的后面板，所述后面板的材料为不透光材料，所述后面板设置有开孔，所述指纹检测装置设置在所述开孔的下方，使得所述指纹检测装置中的指纹传感器芯片通过所述开孔接收经由手指返回的光信号。

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