CN213182775U - 屏下指纹识别传感机构和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种屏下指纹识别传感机构和电子设备，其涉及屏下指纹识别技术领域，所述屏下指纹识别传感机构包括：显示屏；设置在所述显示屏下的光源单元和光传感器；所述光源单元用于提供照射所述显示屏上方的手指的红外探测光线，所述红外探测光线的中心波长在1300nm及以上；所述光传感器用于接收被所述显示屏上方的手指反射的红外探测光线，所述光传感器为CMOS图像传感器或锗硅宽谱传感器。本申请能够有效提高OLED屏幕的显示效果，同时有助于指纹识别。

Description

屏下指纹识别传感机构和电子设备

技术领域

本实用新型涉及屏下指纹识别技术领域，特别涉及一种屏下指纹识别传感机构和电子设备。

背景技术

目前在智能手机中已经将指纹识别模块的功能通过手机触摸屏幕来实现。现在大多数全面屏手机是采用OLED屏幕，利用OLED的自发光特性，光线穿透玻璃盖板后遇手指指纹后反射，由屏幕下方的接收识别模块接收并识别。可见光在人体手指表面反射，其只能携带较为有限的指纹信息，为了探测更多的生物特征信息，需要增加对人体皮肤穿透能力更强的红外波段，而目前的OLED屏幕无法发出外红波段的探测光线，因此需要在屏幕下设置红外光源，但由于环境光中也包含了一部分红外探测光线，因此由红外光源发出的红外探测光线的接收和识别容易受环境光的影响，影响了指纹识别效果。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种屏下指纹识别传感机构和电子设备，提高OLED屏幕的显示效果，同时有助于指纹识别。

本实用新型实施例的具体技术方案是：

一种屏下指纹识别传感机构，所述屏下指纹识别传感机构包括：显示屏；设置在所述显示屏下的光源单元和光传感器；

所述光源单元用于提供照射所述显示屏上方的手指的红外探测光线，所述红外探测光线的中心波长在1300nm及以上；

所述光传感器用于接收被所述显示屏上方的手指反射的红外探测光线，所述光传感器为CMOS图像传感器或锗硅宽谱传感器。优选地，所述红外探测光线的中心波长在1300nm至1600nm之间。

优选地，所述光源单元为一个或多个近红外LED。

优选地，所述光源单元包括基于III-V族半导体化合物形成的半导体发光元件。

优选地，所述显示屏上具有用于供用户手指触摸检测指纹的触摸区域；

所述屏下指纹识别传感机构还包括：导光机构，所述导光机构用于将所述光源单元照射出的红外探测光线引导至所述触摸区域。

优选地，所述导光机构为设置在所述光源单元与所述显示屏之间的光学镜头，其能对所述光源单元照射出的红外探测光线聚焦并引导至所述触摸区域，所述光学镜头具有多层光透明介质，所述介质的界面处为凹面或凸面状，以使光线在界面处发生折射而改变光路方向。

优选地，所述导光机构为设置在所述显示屏上表面的第一光反射层和设置在所述显示屏下表面的第二光反射层，所述光源单元射出的红外探测光线经过所述第一光反射层反射后，到达所述第二光反射层，经过所述第二光反射层反射后至所述触摸区域。

优选地，所述导光机构包括设置在所述显示屏下表面上的由多层透光材料形成透光层，所述光源单元射出的红外探测光线经过多层所述透光层后至所述触摸区域。

优选地，所述导光机构包括设置在所述光源单元表面的由透光材料形成的透光层，所述透光层上具有一斜面，所述斜面上设置有光反射材料形成第一反射区域，所述透光层的下表面至少部分设置有光反射材料形成第二反射区域，所述光源单元射出的红外探测光线进入透光层后，经过所述第一反射区域反射和所述第二反射区域反射后至所述触摸区域。

优选地，所述光传感器具有传感层，所述传感层上设置有光过滤层或光过滤器，所述光过滤层或所述光过滤器用于过滤掉特定波段的光线。

优选地，所述光传感器具有传感层，所述传感层上设置有聚光层或聚光器，所述聚光层或所述聚光器用于将光线进行汇聚，以使更多的光线能到达所述光传感器。

一种电子设备，所述电子设备包括如上述任一所述的屏下指纹识别传感机构；存储器，所述存储器用于存储通过光传感器收集的用户指纹信息；微处理器；所述微处理器用于处理光传感器收集的用户指纹信息的电信号，并将其与存储器中的用户指纹信息进行比对，以识别用户或用户操作。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中光源单元所发出的红外探测光线的中心波长在1300nm及以上，当其照射在手指上并被反射接收后，可以有效过滤环境光的影响，因为环境光中可见光处于800nm以下，在1300nm以上波段主要是红外探测光线，没有可见光，因此当我们选择用1300nm以上波段的光作为探测光时，光线的接收和识别受到环境光的干扰最小。同时，本申请中采用锗硅宽谱传感器或CMOS图像传感器作为光传感器，该种光传感器能够有效的对1300nm以上波段的红外光线进行接收，有效的减小接收到1300nm以下波段的红外探测光线，从而减少环境光的干扰，有助于指纹识别。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型实施例中屏下指纹识别传感机构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中导光机构在第一种实施方式下的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中导光机构在第二种实施方式下的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中导光机构在第三种实施方式下的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中导光机构在第四种实施方式下的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中导光机构在第五种实施方式下的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中光源单元与光传感器集成在同一芯片上的示意图；

图8为本实用新型实施例中光传感器处在一种可行的实施方式中的结构示意图；

图9为本实用新型实施例中电子设备的结构示意图。

以上附图的附图标记：

1、显示屏；11、触摸区域；2、光源单元；3、光传感器；31、传感层；4、导光机构；41、光学镜头；42、第一光反射层；43、第二光反射层；44、透光层；45、第一反射区域；46、第二反射区域；47、第三反射区域；5、光过滤层；6、聚光层；7、遮光层；8、连接板；9、手指。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够有效提高OLED屏幕的显示效果，同时有助于指纹识别，在本申请中提出了一种屏下指纹识别传感机构，图1为本实用新型实施例中屏下指纹识别传感机构的结构示意图，如图1所示，屏下指纹识别传感机构可以包括：显示屏1；设置在显示屏1下的光源单元2和光传感器3；光源单元2用于提供照射显示屏1上方的手指9的红外探测光线，红外探测光线的中心波长在1300nm及以上；光传感器3用于接收被显示屏1上方的手指9反射的红外探测光线，所述光传感器为锗硅宽谱传感器或CMOS图像传感器。

本申请中光源单元所发出的红外探测光线的中心波长在1300nm及以上，当其照射在手指上并被反射接收后，可以有效过滤环境光的影响，因为环境光中可见光处于800nm以下，在1300nm以上波段主要是红外探测光线，没有可见光，因此当我们选择用1300nm以上波段的光作为探测光时，光线的接收和识别受到环境光的干扰最小。同时，本申请中采用锗硅宽谱传感器或CMOS图像传感器作为光传感器，该种光传感器能够有效的对1300nm以上波段的红外光线进行接收，有效的减少接收到1300nm以下波段的红外探测光线，从而减少环境光的干扰，有助于指纹识别。

为了能够更好的了解本申请中的屏下指纹识别传感机构，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，屏下指纹识别传感机构可以包括：显示屏1；设置在显示屏1下的光源单元2和光传感器3。

显示屏1上具有用于供用户手指9触摸检测指纹的触摸区域11。当用户的手指9触摸显示屏1上的触摸区域11时，光源单元2用于提供照射显示屏1上方的手指9的红外探测光线，红外探测光线在用户手指9表面产生反射，光传感器3则用于接收被显示屏1上方的手指9反射的红外探测光线，并进行相应的处理，从而获取到用户手指9表面的指纹等信息。显示屏1可以是自发光显示屏1，也可以是被动发光显示屏1，在本申请中并不对其做任何限制。

通过相应的研究和实验发现，当红外探测光线的中心波长处于在1300nm至1600nm之间时，可以有效减少环境光的干扰，有助于指纹识别。

光源单元2为了产生符合要求的红外探测光线，其可以采用近红外LED。在一种优选地的实施方式中，近红外LED可以采用基于III-V族半导体化合物形成的半导体发光元件。例如，该半导体发光元件在InP衬底上通过外延生长获得的多层InGaAsP系III-V族半导体层作为活性层，发光中心波长由活性层的成分决定，发光中心波长可以在近红外波段选择。通过调整多层InGaAsP系III-V族半导体层所构成的活性层的成分、层厚、生长方式等参数，从而可以获得中心波长在1300nm及以上的半导体发光元件。

光源单元2也可以采用红外激光器。在一种优选的实施例中，红外激光器可以采用VCSEL或EEL，用以发出中心波长在1300nm-1600nm波段的探测光线。

光传感器3采用能够接收红外探测光线一类的光传感器。优选地，光传感器3可以采用锗硅宽谱传感器或CMOS图像传感器。对于近红外中心波长的光线，特别是1100nm以上的中心波长，硅作为光传感材料时的光吸收率较低，而锗的直接能隙更低，因此利用锗硅工艺的传感器的特性，其更适合应用在在近红外或更长波长的频段，接收该类光线的效果更好。CMOS图像传感器可以具有宽的光谱响应范围，覆盖从可见光到红外，通过选择合适的CMOS图像传感器，可以使其有效的对1300nm以上波段的红外光线进行接收，减小接收到1300nm以下波段的红外探测光线，优选地，可以选用基于CMOS的石墨烯图像传感器。光源单元2和光传感器3可以设置在同一连接板8上。

在一种可行的实施方式中，为了尽可能的调高红外中心波长的光线进入光传感器3，阻挡其它中心波长的光线进入光传感器3以造成干扰，图8为本实用新型实施例中光传感器处在一种可行的实施方式中的结构示意图，如图8所示，光传感器3具有传感层31，该传感层31用于接收被显示屏1上方的手指9反射的红外探测光线。在传感层31上可以设置有光过滤层5或光过滤器，光过滤层5或光过滤器用于过滤掉特定波段的光线，以只允许红外波段的光线通过。例如，光过滤层5或光过滤器可以只允许红外波段的光线通过的可见光过滤器；也可以是窄带滤光片，如目标波长在一预设值的窄带滤光片，只允许中心波长为该预设值的光线通过；也是可以红外增透膜和窄带滤光片，用于提高红外光透过效率，并且只允许中心波长为一预设值的光线通过。上述预设值可以是1300nm至1600nm之前的某一目标波长。

当传感层31上设置有光过滤层5时，光过滤层5可以直接设置在传感层31的上表面和/或传感层31上方其它器件或介质层的表面，两者结合呈一体。当传感层31上设置有光过滤器时，光过滤器设置在显示屏1和光传感器3之间，显示屏1上方的手指9反射的红外探测光线能够经过光过滤器到达光传感器3的传感层31即可。

由于光传感器3上的传感层31具有一个个排列的感光像素点，为了使得每一个感光像素点接收到更多的被显示屏1上方的手指9反射的红外探测光线，同时减少其它红外光线等的干扰。传感层31上设置有遮光层7，遮光层7上开设有位置与感光像素点相对应的开孔，光能够通过该开孔穿过遮光层7，遮光层7的其它区域能够对光实现阻挡作用。传感层31上设置有聚光层6或聚光器，聚光层6或聚光器用于将光线进行汇聚，以使更多的光线能到达光传感器3。聚光层6或聚光器可以位于遮光层7的上方，聚光层6或聚光器中具有多个与开孔一一相对应的凸镜，以使光线达到汇聚作用。被显示屏1上方的手指9反射的红外探测光线先经过聚光层6或聚光器中进行汇聚，汇聚后的红外探测光线经过遮光层7的开孔能够到达该开孔相对应下方的光传感器3传感层31的感光像素点。

如图8所示，在一个具体的实施方式中，光传感器3上的传感层31上可以设置有遮光层7和聚光层6，聚光层6位于遮光层7的上方。在传感层31与遮光层7之间可以设置有光过滤层5，在遮光层7与聚光层6之间也可以设置有光过滤层5。被显示屏1上方的手指9反射的红外探测光线先经过聚光层6中进行汇聚，汇聚后的红外探测光线经过光过滤层5进行过滤，以仅使红外中心波长的光线通过，之后，再经过遮光层7的开孔到达传感层31与遮光层7之间的光过滤层5再次进行过滤，以达到更好的过滤效果，最终到达该开孔相对应下方的光传感器3传感层31的感光像素点。

在一种可行的实施方式中，图7为本实用新型实施例中光源单元与光传感器集成在同一芯片上的示意图，如图7所示，为了安装方便，光源单元2与光传感器3可以集成在同一芯片上，两者可共同安装在显示屏1下方的连接板8上。

由于光源单元2一般不会位于显示屏1的触摸区域11的正下方，因此，需要将光源单元2照射出的红外探测光线引导至触摸区域11，在一种可行的实施方式中，屏下指纹识别传感机构可以包括：导光机构4，导光机构4用于将光源单元2照射出的红外探测光线引导至触摸区域11。导光机构4的位置可以设置在显示屏1与光传感器3之间，或与显示屏1结合呈一体等等。

例如，图2为本实用新型实施例中导光机构在第一种实施方式下的结构示意图，如图2所示，在一种具体的实施方式中，导光机构4为设置在光源单元2与显示屏1之间的光学镜头41，其能对光源单元2照射出的红外探测光线聚焦并引导至触摸区域11，光学镜头41可以具有多层光透明介质，介质的界面处为凹面或凸面状，以使光线在界面处发生折射而改变光路方向，从而改变光源单元2照射出的红外探测光线的方向，使其射向触摸区域11。

又例如，图3为本实用新型实施例中导光机构在第二种实施方式下的结构示意图，如图3所示，在一种具体的实施方式中，导光机构4为设置在显示屏1上表面的第一光反射层42和设置在显示屏1下表面的第二光反射层43。第一光反射层42和第二光反射层43可以与显示屏1结合呈一体，第一光反射层42具有一与显示屏1的表面呈锐角的用于反射的斜面，其大体朝向第二光反射层43方向。光源单元2射出的红外探测光线经过第一光反射层42的斜面反射后，到达第二光反射层43，经过第二光反射层43反射后至触摸区域11。之后经过触摸区域11上手指9反射后射向光传感器3。

又例如，图4为本实用新型实施例中导光机构在第三种实施方式下的结构示意图，如图4所示，在一种具体的实施方式中，导光机构4包括设置在显示屏1下表面上的由多层透光材料形成透光层44，透光层44可以固定设置在显示屏1下表面上，两者连接在一起。透光层44可以具有使得光线变向的斜面或曲线。光源单元2射出的红外探测光线经过多层透光层44时方向慢慢发生改变，最后射向至触摸区域11。

又例如，图5为本实用新型实施例中导光机构在第四种实施方式下的结构示意图，如图5所示，在一种具体的实施方式中，导光机构4可以包括设置在光源单元2表面的由透光材料形成的透光层44，透光层44的上表面上具有一斜面，该斜面大体具有朝向光传感器3的趋势。斜面上设置有光反射材料形成第一反射区域45，透光层44的下表面至少部分设置有光反射材料形成第二反射区域46，第二反射区域46可以位于光源单元2与光传感器3之间。光源单元2射出的红外探测光线进入透光层44后，经过第一反射区域45反射，再到达第二反射区域46反射后至触摸区域11。当然，经过第一反射区域45反射，再到达第二反射区域46反射后，也可以再反射至第一反射区域45或透光层44的上表面上的第三反射区域47，之后经过第二反射区域46反射后至触摸区域11。红外探测光线经过触摸区域11上手指9反射后射向光传感器3，也可以经过透光层44后射向光传感器3。因此，透光层44也可以设置在光源单元2和光传感器3的上表面上，三者结合在一起。

又例如，图6为本实用新型实施例中导光机构在第五种实施方式下的结构示意图，如图6所示，在一种具体的实施方式中，导光机构4可以为显示屏1上的触摸区域11处的多个透光的开孔，从而使得光源单元2射出的部分红外探测光线能穿过开孔到达触摸区域11处用户手指9进行反射。导光机构4也可以为在触摸区域11的显示屏1上设置比其它区域更稀疏的像素或不设置像素，从而使得光源单元2射出的部分红外探测光线能更好的穿过显示屏1到达触摸区域11处用户手指9进行反射。

在本申请中还提出了一种电子设备，图9为本实用新型实施例中电子设备的结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括如上述任一所述的屏下指纹识别传感机构；存储器，所述存储器用于存储通过光传感器收集的用户的生物特征，如指纹信息；微处理器；所述微处理器用于处理光传感器收集的用户的生物特征的电信号，如指纹信息的电信号，并将其与存储器中的生物特征(指纹信息)进行比对，以识别用户或用户操作。例如，该电子设备可以是手机、电脑、电子手表等等。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

以上仅为本实用新型的几个实施方式，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述屏下指纹识别传感机构包括：显示屏；设置在所述显示屏下的光源单元和光传感器；

所述光源单元用于提供照射所述显示屏上方的手指的红外探测光线，所述红外探测光线的中心波长在1300nm及以上；

所述光传感器用于接收被所述显示屏上方的手指反射的红外探测光线，所述光传感器为CMOS图像传感器或锗硅宽谱传感器。

2.根据权利要求1所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述红外探测光线的中心波长在1300nm至1600nm之间。

3.根据权利要求1所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述光源单元为一个或多个近红外LED。

4.根据权利要求1所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述光源单元包括基于III-V族半导体化合物形成的半导体发光元件。

5.根据权利要求1所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述显示屏上具有用于供用户手指触摸检测指纹的触摸区域；

所述屏下指纹识别传感机构还包括：导光机构，所述导光机构用于将所述光源单元照射出的红外探测光线引导至所述触摸区域。

6.根据权利要求5所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述导光机构为设置在所述光源单元与所述显示屏之间的光学镜头，其能对所述光源单元照射出的红外探测光线聚焦并引导至所述触摸区域，所述光学镜头具有多层光透明介质，所述介质的界面处为凹面或凸面状，以使光线在界面处发生折射而改变光路方向。

7.根据权利要求5所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述导光机构为设置在所述显示屏上表面的第一光反射层和设置在所述显示屏下表面的第二光反射层，所述光源单元射出的红外探测光线经过所述第一光反射层反射后，到达所述第二光反射层，经过所述第二光反射层反射后至所述触摸区域。

8.根据权利要求5所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述导光机构包括设置在所述显示屏下表面上的由多层透光材料形成透光层，所述光源单元射出的红外探测光线经过多层所述透光层后至所述触摸区域。

9.根据权利要求5所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述导光机构包括设置在所述光源单元表面的由透光材料形成的透光层，所述透光层上具有一斜面，所述斜面上设置有光反射材料形成第一反射区域，所述透光层的下表面至少部分设置有光反射材料形成第二反射区域，所述光源单元射出的红外探测光线进入透光层后，经过所述第一反射区域反射和所述第二反射区域反射后至所述触摸区域。

10.根据权利要求1所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述光传感器具有传感层，所述传感层上设置有光过滤层或光过滤器，所述光过滤层或所述光过滤器用于过滤掉特定波段的光线。

11.根据权利要求1所述的屏下指纹识别传感机构，其特征在于，所述光传感器具有传感层，所述传感层上设置有聚光层或聚光器，所述聚光层或所述聚光器用于将光线进行汇聚，以使更多的光线能到达所述光传感器。

12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至11中任一所述的屏下指纹识别传感机构；存储器，所述存储器用于存储通过光传感器收集的用户指纹信息；微处理器；所述微处理器用于处理光传感器收集的用户指纹信息的电信号，并将其与存储器中的用户指纹信息进行比对，以识别用户或用户操作。

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