TWM605463U - 螢幕下光學指紋識別元件及電子設備 - Google Patents

Abstract

本創作關於螢幕下光學指紋識別元件及電子設備，螢幕下光學指紋識 別元件包括蓋板，發光元件，以及光學指紋識別模組。蓋板加工有一反射面，使發光元件發出的光進入蓋板後能夠在蓋板內全反射。當手指進入蓋板的指紋識別區域內時，發光元件射入蓋板的光被手指指紋反射穿過蓋板和液晶顯示模組後由光學指紋識別模組拍攝而完成指紋圖像採集。本創作透過設置反射面使發光元件入射蓋板的光在蓋板內形成全反射，大幅減少了光損失，確保光學指紋識別模組能夠拍攝到清晰的指紋圖像；另外，將發光元件設置在蓋板覆蓋範圍內，使螢幕下光學指紋元件不會影響LCD螢幕，乃至配備LCD螢幕的結構設計，簡化了結構，降低了成本。

Description

螢幕下光學指紋識別元件及電子設備

本創作關於生物特徵偵測元件及其應用設備，特別是關於指紋識別元件及採用該指紋識別元件的電子設備。

習知技術螢幕下光學指紋識別模組大多運用在有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)顯示幕，假設直接參考其手段用於液晶顯示幕(Liquid Crystal Display,LCD)形成第一手段，如圖2所示，LCD螢幕包括LCD模組961和背光模組962，在LCD模組961上覆蓋玻璃蓋板93，在背光模組962下設置光源941和光學指紋識別模組95。如箭頭所示，透過光源941照射蓋板93上的手指99的指紋，並將反射回的光資訊透過光學指紋識別模組95採集而獲得指紋圖像。由於LCD螢幕的結構相對複雜，光源941射出的光路需要兩次穿過LCD模組961和背光模組962，光損失隨著穿過LCD螢幕的次數以指數級遞增，光損失嚴重，光學指紋識別模組95無法拍攝清晰的圖像，導致該手段無法用於量產。

為減少光路透過LCD螢幕的次數，提出如圖3所示的第二手段，將光源942貼合在蓋板93下，透過光源942照射手指99，光學指紋識別模組95採集被手指99反射的光資訊而獲得指紋圖像。該手段中光源942與蓋板93貼合結構複雜，良率低，成本高；光源942發出的光進入蓋板93後大多射出蓋板93而損失在空氣中，蓋板93內的光經過手指99反射穿過LCD模組961和背光模組962 到達光學指紋識別模組95時，光源942發出的光已經損失殆盡，無法獲取有效的指紋圖像，導致該手段也無法用於量產。

為減少蓋板93內的光損失，提出如圖4所示的第三手段，將光源943設置在蓋板93周邊，使光源943發出的光能夠直接照射指紋識別區域內的手指99，經過手指99反射的光資訊穿過LCD模組961和背光模組962到達光學指紋識別模組95以獲取指紋圖像。雖然該手段能夠減少部分光損，但是習知技術對顯示幕的需求有著向縮小邊框和無邊框發展的趨勢，使用顯示幕的設備的結構不允許在蓋板93周邊設置光源943，或者需要用複雜的結構設計實現光源943設置，成本高，導致該手段無市場前景，無法用於量產。

綜上，對於結構相對複雜的LCD螢幕，習知技術螢幕下光學指紋識別模組還沒有能夠實現量產的可行手段，同時光學指紋識別模組運用於LCD螢幕也受到當前配備LCD螢幕的設備的結構性限制而無法形成量產手段。

本創作要解決的技術問題在於避免習知技術的不足之處，提出一種能夠減少光損且結構簡單的、能夠實現量產的、用於LCD螢幕的螢幕下光學指紋識別元件。

本創作解決所述技術問題可以透過採用以下技術手段來實現：

設計、製造一種螢幕下光學指紋識別元件，用於液晶顯示模組，所述螢幕下光學指紋識別元件包括覆蓋液晶顯示模組、用透光材料製成的蓋板，設置在蓋板下的發光元件，以及設置在液晶顯示模組下的光學指紋識別模組。所述蓋板的表面具有供手指按壓的指紋識別區域，所述光學指紋識別模組設置在指紋 識別區域的正下方。所述蓋板加工有一反射面，使發光元件發出的光進入蓋板後能夠被反射面反射，並且該反射光在蓋板內發生全反射。當手指進入蓋板的指紋識別區域內時，發生全反射的光被手指指紋反射穿過蓋板和液晶顯示模組後由光學指紋識別模組拍攝而完成指紋圖像採集。

為簡化結構，所述反射面加工在蓋板的一端部而成為蓋板的端面。

具體地，所述反射面由蓋板的頂面向底面方向傾斜切割形成，所述反射面和蓋板底面形成的夾角為銳角。

為增強反射功效，所述反射面上設置有一層反射膜。

具體而言，所述反射面是平面、圓弧面、橢圓弧面、曲面、球面、非球面和自由曲面中的任一種，或者是將它們中的兩種以上經過拼合形成的面。

當蓋板兩側介質不同時，所述第一次反射光的入射角既不小於蓋板內頂面的臨界角，也不小於蓋板內底面的臨界角。

具體地，所述光學指紋識別模組包括用於拍攝指紋圖像的鏡頭。

為改善光特性，所述發光元件還包括能夠改變光路和/或能夠增強光強的光轉換構件。該光轉換構件包括透鏡、棱鏡、聚光鏡和菲涅耳透鏡中的至少一種。

具體而言，所述發光元件是紅外發光二極體。

本創作解決所述技術問題還可以透過採用以下技術手段來實現：

設計、製造一種電子設備，包括液晶顯示模組和螢幕下光學指紋識別元件，所述螢幕下光學指紋識別元件包括覆蓋液晶顯示模組、用透光材料製成的蓋板，設置在蓋板下的發光元件，以及設置在液晶顯示模組下的光學指紋識別模組。所述蓋板的表面具有供手指按壓的指紋識別區域，所述光學指紋識別模組設置在指紋識別區域的正下方。所述蓋板加工有一反射面，使發光元件發出的光進入蓋板後能夠被反射面反射，並且該反射光在蓋板內發生全反射。

同習知技術相比較，本創作“螢幕下光學指紋識別元件及電子設備”的技術功效在於：

本創作透過設置反射面使發光元件入射蓋板的光在蓋板內形成全反射，大幅減少了光損失，確保光學指紋識別模組能夠拍攝到清晰的指紋圖像；另外，將發光元件設置在蓋板覆蓋範圍內，使螢幕下光學指紋元件不會影響LCD螢幕，乃至配備LCD螢幕的結構設計，簡化了結構，降低了成本。

1:反射膜

2:反射面

3:蓋板

4:發光元件

5:光學指紋識別模組

6:液晶顯示模組

7:手指

61:液晶顯示器

62:背光模組

71:指紋

93:蓋板

95:光學指紋識別模組

99:手指

941:光源

942:光源

943:光源

961:LCD模組

962:背光模組

FL:反射光

OP:法線

θ:入射角

圖1是本創作較佳實施例的剖面視示意圖；圖2是習知技術第一手段的剖面示意圖；圖3是習知技術第二手段的剖面示意圖；圖4是習知技術第三段的剖面示意圖。

以下結合附圖所示較佳實施例作進一步詳述。

本創作較佳實施例提出一種螢幕下光學指紋識別元件，用於液晶顯示模組6。如圖1所示，所述螢幕下光學指紋識別元件包括覆蓋液晶顯示模組6、用透光材料製成的蓋板3，設置在蓋板3下的發光元件4，以及設置在液晶顯示模組6下的光學指紋識別模組5。所述蓋板3的表面具有供手指按壓的指紋識別區域，所述光學指紋識別模組設置在指紋識別區域的正下方。所述蓋板3加工有一反射面2，使發光元件4發出的光進入蓋板3後能夠被反射面2反射形成反射光FL，如圖1箭頭所示，並且該反射光FL在蓋板3發生全反射。也就是反射光FL在蓋板3的內面以不小於臨界角的入射角θ入射在蓋板3的底面(θ是反射光FL與蓋板3內底面的法線OP的夾角)，從而使發光元件4射入蓋板3的光在蓋板3內全反射。當手指7進入蓋板3的指紋識別區域內時，發光元件4射入蓋板3的全反射光路被破壞，一部分的光經過手指7反射，進入指紋識別區域下方位置的光學指紋識別模組5，所述光學指紋識別模組5包括用於拍攝指紋圖像的鏡頭。因為指紋71的脊反射的光較多，指紋71的谷反射的光較少，使得指紋71的脊對應的信號量較大，指紋71的谷對應的信號量較小，可進行信號放大等中間操作，從而使得光學指紋識別模組5透過偵測信號的波形變化獲取指紋圖像，進而進行指紋識別。所述臨界角是，當光線由光密介質(折射率較大)射到光疏介質(折射率較小)時，使折射角達到90度的該光線的入射角，一旦達到或者超過臨界角，該光線入射只會產生反射而不會產生折射。

本創作透過設置反射面2使發光元件4入射蓋板3的光在蓋板3內形成全反射，大幅減少了光損失，確保光學指紋識別模組5能夠拍攝到清晰的指紋圖像；另外，將發光元件4設置在蓋板3覆蓋範圍內，使螢幕下光學指紋元件不會影響LCD螢幕，乃至配備LCD螢幕的結構設計，簡化了結構，降低了成本，使本創作能夠實現量產。

本創作還可根據光線強度要求或者其它工藝需求設置複數個發光元件4。

本創作較佳實施例，如圖1所示，所述反射面2加工在蓋板3的一端部而成為蓋板3的端面，從而以較為簡單的結構實現反射面2。顯然，透過現代工藝，也能夠在蓋板3內置入一反射面2。

本創作較佳實施例，如圖1所示，所述反射面2由蓋板3的頂面向底面方向傾斜切割形成，所述反射面2和蓋板3底面形成的夾角為銳角。

透過設計發光元件4發出光線的角度，反射面2的材質以及反射面2的傾斜角度，使發光元件4射入蓋板3的光以不小於臨界角的角度入射反射面，從而使發光元件4射入蓋板3的光在反射面2表面反射而形成反射光FL，反射光FL在蓋板3內產生全反射。本實施例中，如圖1所示，蓋板3的反射面2還鍍反射膜1，如將反射面2鍍成鏡面以達到防折射功效，此處實施方式很多，不一一例舉。

本創作較佳實施例，如圖1所示，所述反射面2是平面。根據發光元件4的發光特性，例如發光路徑、光強，以及對反射面2提出一些改善進入蓋板3的光的特性的需求，所述反射面2還可以是圓弧面、橢圓弧面、曲面、球面、非球面和自由曲面中的任一種，或者是將它們中的兩種以上經過拼合形成的面。藉由各種反射面2的結構至少能夠實現：在蓋板3的下方設置發光元件4，發光元件4射入蓋板3的光能夠透過反射面2在蓋板3內實現全反射。本創作較佳實施例，如圖1所示，發光元件4發出的光垂直射入蓋板3的底面。而實際運用中，根據設計需求的變化，發光元件4發出的光應當能夠以各種方向入射蓋板3，透過反射面2的結構設計而使反射光FL符合需求。

當蓋板3的頂面和底面所接觸的介質不同時，所述第一次反射光FL的入射角既不小於蓋板3內頂面的臨界角，也不小於蓋板3內底面的臨界角。

本創作較佳實施例，如圖1所示，直接採用發光元件4發出的光射入蓋板3。在實際應用中，還可以將發光元件4與各種光轉換構件組合以達到改善光路，調整光強的功效，因此，所述發光元件4還包括能夠改變光路和/或能夠增強光強的光轉換構件。該光轉換構件包括透鏡、棱鏡、聚光鏡和菲涅耳透鏡中的至少一種，透過它們中的一種，或者兩種以上的組合達到改變光路的功效，增強光強的功效，乃至兩者皆有的功效。

本創作較佳實施例，如圖1所示，所述發光元件4是紅外發光二極體，即Infrared Light-emitting Diode。

本創作較佳實施例，如圖1所示，所述液晶顯示模組6包括液晶顯示器61和設置在液晶顯示器61下方的背光模組62。

本創作還提出一種電子設備，包括液晶顯示模組和螢幕下光學指紋識別元件，螢幕下光學指紋識別元件包括覆蓋液晶顯示模組、用透光材質製成的蓋板，設置在蓋板下的發光元件，以及設置在液晶顯示模組下的光學指紋識別模組；蓋板的表面具有供手指按壓的指紋感測區域，所述光學指紋識別模組設置在指紋識別區域的正下方；所述蓋板加工有一反射面，使發光元件發出的光進入蓋板後能夠被反射面反射，並且該反射光在蓋板內發生全反射。當手指進入蓋板的指紋識別區域內時，發生全反射的光被手指指紋反射穿過蓋板和液晶顯示模組後由光學指紋識別模組拍攝而完成指紋圖像採集。所述電子設備是移動通信終端、電腦、掌上型電腦、平板電腦、視頻/音訊播放裝置或者電子手錶。

以上實施方式僅用以說明本創作的技術手段而非限制，儘管參照以上較佳實施方式對本創作進行了詳細說明，本創作所屬領域具通常知識者應當理解，可以對本創作的技術手段進行修改或等同替換都不應脫離本創作技 術手段的精神和範圍。本創作所屬領域具通常知識者還可在本創作精神內做其它變化等用在本創作的設計，只要其不偏離本創作的技術功效均可。這些依據本創作精神所做的變化，都應包含在本創作所要求保護的範圍之內。

1:反射膜

2:反射面

3:蓋板

4:發光元件

5:光學指紋識別模組

6:液晶顯示模組

7:手指

61:液晶顯示器

62:背光模組

71:指紋

FL:反射光

OP:法線

θ:入射角

Claims (10)

1. 一種螢幕下光學指紋識別元件，其特徵在於：所述螢幕下光學指紋識別元件用於液晶顯示模組；所述螢幕下光學指紋識別元件包括覆蓋液晶顯示模組、用透光材料製成的蓋板，設置在蓋板下的發光元件，以及設置在液晶顯示模組下的光學指紋識別模組；所述蓋板的表面具有供手指按壓的指紋識別區域，所述光學指紋識別模組設置在指紋識別區域的正下方；所述蓋板加工有一反射面，使發光元件發出的光進入蓋板後能夠被反射面反射，並且該反射光在蓋板內發生全反射；當手指進入蓋板的指紋識別區域內時，發生全反射的光被手指指紋反射穿過蓋板和液晶顯示模組後由光學指紋識別模組拍攝而完成指紋圖像採集。
2. 如請求項1所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中：所述反射面加工在蓋板的一端部而成為蓋板的端面。
3. 如請求項2所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中：所述反射面由蓋板的頂面向底面方向傾斜切割形成，所述反射面和蓋板底面形成的夾角為銳角。
4. 如請求項1至3中任一所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中：所述反射面上設置有一層反射膜。
5. 如請求項1或2所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中： 所述反射面是平面、圓弧面、橢圓弧面、曲面、球面、非球面和自由曲面中的任一種面，或者是將它們中的兩種以上經過拼合形成的面。
6. 如請求項1所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中：所述反射光的入射角既不小於蓋板內頂面的臨界角，也不小於蓋板內底面的臨界角。
7. 如請求項1所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中：所述光學指紋識別模組包括用於拍攝指紋圖像的鏡頭。
8. 如請求項7所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中：所述發光元件還包括能夠改變光路和/或能夠增強光強的光轉換器件；該光轉換構件包括透鏡、棱鏡、聚光鏡和菲涅耳透鏡中的至少一種。
9. 如請求項1所述的螢幕下光學指紋識別元件，其中：所述發光元件是紅外發光二極體。
10. 一種電子設備，包括液晶顯示模組和螢幕下光學指紋識別元件，其特徵在於：所述螢幕下光學指紋識別元件包括覆蓋液晶顯示模組、用透光材料製成的蓋板，設置在蓋板下的發光元件，以及設置在液晶顯示模組下的光學指紋識別模組；所述蓋板的表面具有供手指按壓的指紋識別區域，所述光學指紋識別模組設置在指紋識別區域的正下方；所述蓋板加工有一反射面，使發光元件發出的光進入蓋板後能夠被反射面反射，並且該反射光在蓋板內發生全反射。

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