光学结构及其制作方法、显示基板及显示装置与流程

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种光学结构及其制作方法、显示基板及显示装置。

背景技术：

在光学图像获取过程中，当物体与光学传感单元的距离过大的时候，会造成获取的图像模糊的问题。而且获取的物体的光线存在串扰问题，无法获取物体的清晰图像。

技术实现要素：

本发明提供一种光学结构及其制作方法、显示基板及显示装置，用以解决图像获取过程中，物体与光学传感单元的距离过大，且存在光线串扰的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例中提供一种光学结构，包括：

透明的第一介质层；

设置在所述第一介质层上的不透光层，所述不透光层中具有多个过孔；

所述光学结构用于使经过每一个所述过孔的光线投射至与所述过孔一一对应的光线接收区域。

如上所述的光学结构，其中，所述不透光层包括：

设置在所述第一介质层的第一表面上的第一子不透光层，所述第一子不透光层中具有多个第一过孔；

设置在所述第一介质层的与所述第一表面相对的第二表面上的第二子不透光层，所述第二子不透光层中具有多个第二过孔；

所述第一过孔和所述第二过孔在所述第一介质层上的正投影部分或完全重合。

如上所述的光学结构，其中，所述光学结构还包括透明的第二介质层，其位于所述第一介质层的出光侧；

所述光学结构满足以下条件：n1为第一介质层的折射率，n2为第二介质层的折射率，h为第一介质层的厚度，l为所述过孔的周期，d为所述过孔的孔径，n1大于n2。

如上所述的光学结构，其中，所述第一介质层包括至少两个子介质层，任意相邻的两个子介质层之间设置有第三子不透光层，所述第三子不透光层中具有多个第三过孔，所述第三过孔、所述第二过孔和所述第一过孔在所述第一介质层上的正投影部分或完全重合。

如上所述的光学结构，其中，所述第一介质层包括m个子介质层，所述光学结构还包括透明的第二介质层，其位于所述第一介质层的出光侧；

所述光学结构满足以下条件：其中，m个子介质层的折射率均为n1，n2为第二介质层的折射率，h为第一介质层的厚度，l为所述过孔的周期，d为所述过孔的孔径，n1大于n2，m大于等于2。

如上所述的光学结构，其中，所述不透光层中的多个过孔等间距设置。

如上所述的光学结构，其中，25um≤l≤50um。

如上所述的光学结构，其中，所述至少两个子介质层的厚度相同。

如上所述的光学结构，其中，所述第一介质层为玻璃层或聚酰亚胺层。

本发明实施例中还提供一种显示基板，包括基底和如上所述的光学结构，所述光学结构设置在所述基底上。

如上所述的显示基板，其中，所述第一介质层与所述基底为同一结构。

如上所述的显示基板，其中，所述基底上设置有阵列结构，所述光学结构设置在所述基底上远离所述阵列结构的一侧。

如上所述的显示基板，其中，所述显示基板是oled显示基板或qled显示基板。

本发明实施例中还提供一种显示装置，包括：

如上所述的显示基板；

多个光学传感单元，所述光学传感单元与所述过孔一一对应设置在光线接收区域，用于接收经过待检测物体反射后且经过所述显示基板和所述光学结构的光线；

控制单元，与所述光学传感单元连接，用于根据所述光学传感单元接收的光线来获取所述待检测物体的图形。

本发明实施例中还提供一种光学结构的制作方法，包括：

提供第一介质层；

在所述第一介质层上形成不透光层；

通过构图工艺在所述不透光层上形成多个过孔。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案中，所述光学结构包括具有多个过孔的不透光层，使经过每一个过孔的光线投射至一一对应的光线接收区域，避免透过不同过孔的光线在光线接收侧发生串扰，有利于实现对透过每一过孔的光线进行单独检测。当本发明的光学结构应用于光学图像获取装置上时，通过在光线接收区域设置光学传感单元，用于接收透过对应的过孔投射的光线。由于克服了透过不同过孔的光线发生串扰的问题，能够获得物体的清晰图像。而且所述过孔限制了物体的光线到达光学传感单元的角度，能够减小物体与光学传感单元的距离，使整个模组的厚度较薄。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中光学结构的结构示意图一；

图2表示本发明实施例中光学结构的结构示意图二；

图3表示本发明实施例中光学结构的结构示意图三；

图4表示本发明实施例中包括图3示意的光学结构的显示装置的结构示意图；

图5表示本发明实施例中光学结构的结构示意图四；

图6表示本发明实施例中包括图5示意的光学结构的显示装置的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

结合图1和图2，以及图3和图4所示，本实施例中提供一种光学结构，可以用于获取物体的光学图像。

所述光调结构包括：

透明的第一介质层2；

设置在所述第一介质层2上的不透光层1，所述不透光层1中具有多个过孔4；

所述光学结构用于使经过每一个所述过孔4的光线投射至与所述过孔4一一对应的光线接收区域101，过孔4用于限制投射至光线接收区域101的光线的角度α。

上述光学结构，通过设置具有多个过孔的不透光层，并使经过每一个过孔的光线投射至一一对应的光线接收区域，能够避免透过不同过孔的光线在光线接收侧发生串扰，有利于实现对透过每一过孔的光线进行单独检测。

相应地，本实施例中还提供一种光学结构的制作方法，包括：

提供第一介质层；

在所述第一介质层上形成不透光层；

通过构图工艺在所述不透光层上形成多个过孔。

例如，所述不透光层由黑色树脂材料制成，可通过一次构图工艺形成不透光层上的过孔。具体的，所述构图工艺包括曝光、显影等步骤。

当本发明的光学结构应用于光学图像获取装置上时，通过在光线接收区域设置光学传感单元，用于接收透过对应的过孔投射的光线。由于克服了透过不同过孔的光线发生串扰的问题，能够获得物体的清晰图像。而且所述过孔限制了物体的光线到达光学传感单元的角度，能够减小物体与光学传感单元的距离，使整个模组的厚度较薄。

其中，光学图像获取装置可以但并不局限于为显示装置。当本发明的光学结构应用于显示装置上时，具体可以用于获取用户触摸显示屏的指纹图像，进行指纹识别，执行相应的操作，如：解锁。

可选的，不透光层1中的多个过孔4等间距设置，实现透过不透光层1的光线均匀分布。当应用于光学图像获取装置上时，使获取的光学图像更加均匀，提升获取的光学图像的质量。

如图3所示，本实施例中，设置不透光层1包括：

设置在第一介质层2的第一表面上的第一子不透光层11，第一子不透光层11中具有多个第一过孔41；

设置在第一介质层2的与所述第一表面相对的第二表面上的第二子不透光层12，第二子不透光层12中具有多个第二过孔42；

所述第一过孔41和所述第二过孔42在所述第一介质层上的正投影部分或完全重合，即，第一过孔41和第二过孔42的开口尺寸可以相同也可以不相同，具体根据光线到达光线接收区域的所需角度α来设置。

则，不透光层1中的过孔包括位置一一对应的第一过孔41和第二过孔42。

上述不透光层包括两个子不透光层，并在两个子不透光层中设置位置一一对应的过孔，光线依次经过两个子不透光层中位置对应的两个过孔投射至光线接收区域。由于两个子不透光层中过孔的开口尺寸及两个子不透光层的距离可控，因此，能够更好控制光线到达光线接收区域的角度α，调整获取的光线的分布精度。当应用于光学图像获取装置上时，有利于提高光学图像的获取精度，提升光学图像的质量。

进一步地，设置第一子不透光层11的第一过孔41等间距设置，第二子不透光层12的第二过孔42也等间距设置，实现透过不透光层1的光线均匀分布。当应用于光学图像获取装置上时，使获取的光学图像更加均匀，提升获取的光学图像的质量。

本实施例中，所述光学结构能够使经过每一个所述过孔的光线投射至与该过孔一一对应的光线接收区域，实现透过不同过孔的光线不会发生串扰。

为了实现上述目的，本实施例中设置所述光学结构还包括：

透明的第二介质层3，其位于第一介质层2的出光侧。

其中，第一介质层2的折射率n1大于第二介质层3的折射率n2，以使透过其它过孔的光线因全反射作用无法投射至与透过不透光层1中的某一过孔的一一对应的光线接收区域101。例如：附图中的光线1因在第一介质层2和第二介质层3的界面上发生全反射而无法投射至与某一过孔一一对应的光线接收区域101。

上述光学结构通过设置具有多个过孔的不透光层，来限制光线投射至光线接收区域的角度。并在第一介质层的出光侧设置透明的第二介质层，利用全反射原理，使透过其它过孔的光线因全反射作用无法投射至与透过不透光层中的某一过孔一一对应的光线接收区域，避免透过不同过孔的光线发生串扰，有利于实现对每一光线入射区域的光线进行单独检测。

其中，第一介质层2可以为折射率n1为1.5的玻璃层或折射率为1.8到1.9聚酰亚胺层等，第二介质层3可以为空气层。由于空气层3的折射率n2为1，从第一介质层2所在侧入射的光线在第一介质层2和第二介质层3的界面上能够发生全反射，实现本发明的技术方案。由于空气层不需要通过单独的工艺来制作，能够简化工艺，降低成本。

当然，所述第二介质层也可以不为空气层，由折射率较小的透明材料制得，在此不再一一列举。

在一个具体的实施方式中，所述光学结构包括：

透明且相对设置的第一介质层2和第二介质层3；

不透光层1。

其中，不透光层1为双层结构，包括：

设置在第一介质层2和第二介质层3之间的第一子不透光层11，第一子不透光层11中具有多个第一过孔41；

设置在第一介质层2的背离第二介质层3的一侧的第二子不透光层12，第二子不透光层12中具有多个第二过孔42；

所述第一过孔41和所述第二过孔42在第一介质层2上的正投影部分或完全重合。

所述光学结构满足以下条件：

其中个，n1为第一介质层的折射率，n2为第二介质层的折射率，h为第一介质层的厚度，l为所述过孔的周期，d为所述过孔的孔径，n1大于n2。

上述具体实施方式，通过设置第一介质层和第二介质层的折射率满足上述公式1)，能够保证透过其它过孔的光线由于发生全反射而不能投射至与不透过光层中的某一过孔一一对应的光线接收区域，避免透过不同的光线在光线接收侧发生串扰。同时，通过设置不透光层为双层结构能够更好控制光线到达光线接收区域的角度α，调整获取的光线的分布精度。

上述公式1)的推导原理为：

为了保证透过其它过孔的光线(例如光线1和光线2)不能投射至与不透过光层中的某一过孔一一对应的光线接收区域，需要设置β≥c，其中，c为全反射角，即当入射至第一介质层2和第二介质层3的界面上的光线入射角大于或等于c时，发生全反射。

利用三角函数关系tanβ≥tanc，sinc＝n2/n1，tanβ＝(l-d)/h，计算可得：

其中，n1为第一介质层2的折射率，n2为第二介质层3的折射率，h为第一介质层2的厚度，l为不透光层1中过孔的周期，d为所述过孔的孔径。

可选的，设置第一过孔41和第二过孔42的孔径相同。

上述具体实施方式中，只有当满足公式1)的时候才能利用全反射原理避免透过不同过孔的光线在光线接收侧发生串扰的问题，在实际应用于光学图像的获取时，l值如果太大，会造成光学图像的获取不够精细，例如：待检测物体是指纹，指纹的谷和脊之间的距离在200um到300um之间，l值就要小于200um，为了更精细的获取指纹的纹路提高安全性，l值选取25um到50um的范围。当h值为100um时，比l-d大的比较多的时候，会造成数值比较大，远大于2，因为材料之间的折射率比值一般不会比2大很多，结果就是目前很难找到合适的材料来制备第一介质层和第二介质层。

为了解决上述技术问题，本实施例中，设置所述不透光层为多层结构，包括至少三个子不透光层，则位于中间的子不透光层还能够形成阻挡，使得透过一些过孔的光线即使不符合全反射也因为被中间的子不透光层所阻挡，而无法投射至与其它过孔一一对应的光线接收区域。参见图5所示，具体可以为：

在上述具体实施方式的基础上，设置第一介质层2包括至少两个子介质层21，相邻的两个子介质层21之间设置有第三子不透光层13，第三子不透光层13中具有多个第三过孔43。所述第三过孔43、所述第二过孔42和所述第一过孔41在所述第一介质层上的正投影部分或完全重合。

则，不透光层1中过孔由位置对应的第一过孔41、第二过孔42和第三过孔43组成。

其中，第三过孔43的开口尺寸不小于第一过孔41和第二过孔42的开口尺寸，以不影响第一过孔41和第二过孔42限制光线到达光线接收区域101的角度α。

上述技术方案，通过在第一子不透光层和第二子不透光层之间设置至少一个第三子不透光层，并在第三子不透光层中对应过孔的位置开设第三过孔，从而在不影响第一子不透光层和第二子不透光层限制光线到达光线接收区域的角度α的前提下，第三子不透光层还能够形成阻挡，阻挡透过一些过孔的光线(例如图5中的光线1)投射至某一过孔一一对应的光线接收区域，克服第一介质层和第二介质层在材料选择上的局限性。

具体可以设置第一介质层2的所有子介质层21的厚度相同，当第一子不透光层和第二子不透光层之间仅具有一层第三子不透光层13时，可以缩小第三过孔43的孔径，增加第三子不透光层13阻挡光线的效果，而且更容易实现利用全反射原理来实现透过其它过孔的光线无法投射至某一过孔一一对应的光线接收区域。当第一子不透光层和第二子不透光层之间具有至少两层第三子不透光层时，至少两层第三子不透光层可以等间隔设置在第一子不透光层和第二子不透光层之间，也有利于减小所有第三子不透光层中第三过孔的孔径。

其中，第一介质层2的至少两个子介质层21的折射率可以相同，也可以不同。只需保证与第二介质层3接触的子介质层21的折射率大于第二介质层3的折射率即可。

如图5所示，下面以所述不透光层为三层结构为例，来具体介绍其原理：

其中，经过不透光层1中的过孔的光线投射至与所述过孔一一对应的光线接收区域101。第一介质层2包括两个折射率相同的子介质层21。

利用三角函数关系tanβ≥tanc，sinc＝n2/n1，tanβ＝(2l-d)/h，计算可得：

其中，n1为第一介质层2的折射率，n2为第二介质层3的折射率，n1大于n2，h为第一介质层的厚度，l为不透光层1中过孔的周期，d为所述过孔的孔径。

对于三层结构的不透光层，经过一些过孔的光线(例如附图5中的光线1)不需要满足全反射的条件也不会投射至其它过孔一一对应的光线接收区域，不会导致光线串扰问题。而透过另一些过孔的光线(例如附图5中的光线2)虽然会透过不透光层中的过孔，但也因入射角α较大，实现全反射，无法投射至其它过孔一一对应的光线接收区域，不会导致光线串扰问题。另外，因为2l-d更大，对于n2/n1的最小值会变小，有利于找到实现全反射所需要的第一介质层和第二介质层的材料。

很容易推出，当第一介质层包括m个子介质层，并在相邻两个子介质层之间均设置所述第三子不透光层时，其中，m≥3，为正整数。所述光学结构满足以下公式：

其中，n1为第一介质层2的折射率，n2为第二介质层3的折射率，n1大于n2，h为第一介质层的厚度，l为不透光层1中过孔的周期，d为所述过孔的孔径。

当m≥3时，由于ml-d更大，n2/n1的最小值更小，更容易找到实现全反射所需要的第一介质层和第二介质层的材料。

如图5所示，本实施例中，所述光学结构具体包括：

透明且层叠设置的第一介质层2和第二介质层3，第二介质层3位于第一介质层2的出光侧；

不透光层1，不透光层1中具有多个过孔，经过每一个所述过孔的光线投射至与该过孔一一对应的光线接收区域101。

其中，不透光层1包括：

设置在第一介质层2和第二介质层3之间的第一子不透光层11，第一子不透光层11中具有多个第一过孔41；

设置在第一介质层2的背离第二介质层3的一侧的第二子不透光层12，第二子不透光层12中具有多个第二过孔42。

第一介质层2包括两个厚度相同且折射率相同的子介质层21，相邻的两个子介质层21之间设置有第三子不透光层13，第三子不透光层13中具有多个第三过孔43。

所述第三过孔43、所述第二过孔42和所述第一过孔41在第一介质层2上的正投影完全重合。不透光层1中的过孔由位置对应的第一过孔41、第二过孔42和第三过孔43组成。

所述光学结构满足以下公式：

其中，n1为第一介质层2的折射率，n2为第二介质层3的折射率，n1大于n2，h为第一介质层2的厚度，l为不透光层1中过孔的周期，d为所述过孔的孔径。

上述光学结构设置第一介质层包括两个相同的子介质层，并在两个子介质层之间设置所述第三子不透光层，增加了所述第三子不透光层对光线的阻挡效果，使得经过一些过孔的光线因第三子不透光层的阻挡作用而不会投射至与某一过孔一一对应的光线接收区域，避免出现经过不同过孔的光线产生串扰的问题。而且更有利于利用全反射原理来避免出现经过不同过孔的光线产生串扰的问题，便于找到实现全反射所需要的第一介质层和第二介质层的材料。同时，第一子不透光层和第二子不透光层中位置对应的第一过孔和第二过孔能够更好控制光线到达光线接收区域的角度，调整获取的光线的分布精度。

实施例二

结合图4和图6所示，本实施例中提供一种显示基板和显示装置，包括基底和实施例一种的光学结构，所述光学结构设置在所述基底上。所述显示装置包括所述显示基板。

所述显示装置包括对盒的第一基板和第二基板，所述第一基板靠近显示侧设置，则所述显示基板具体为第二基板。当用户触摸显示装置时，显示光线照射到位于显示侧的用户手指10，手指10反射的光线经过所述第一基板、第二基板和第二基板上的光学结构后投射至光线接收区域。

所述显示装置还包括控制单元和多个光学传感单元，所述光学传感单元与所述光学结构的过孔一一对应设置在光线接收区域，用于接收经过待检测物体10反射后且经过所述显示基板和所述光学结构的光线。所述控制单元与所述光学传感单元连接，用于根据所述光学传感单元接收的光线来获取所述待检测物体的图形。具体的，所述待检测物体10可以是用户的手指，控制单元根据光学传感单元接收的光线获取用户的指纹图形。

上述技术方案的显示装置，通过设置所述光学结构，能够通过过孔限制手指的光线到达光学传感单元的角度，减小手指与光学传感单元的距离，以减薄整个显示模组的厚度。而且所述光学结构能够使经过每一个所述过孔的光线投射至与所述过孔一一对应的光线接收区域，从而使得手指的不同区域反射的光线经过不同的过孔投射至与所述过孔一一对应的光线接收区域，防止发生串扰，获取指纹的清晰图像。

其中，所述显示基板可以为oled显示基板或qled显示基板，还包括设置在所述基底上的阵列结构，用于实现显示过程。例如，所述阵列结构可以包括薄膜晶体管、阳极、发光层和阴极等。经过待检测物体反射的光线可以通过阵列结构之间的缝隙投射至光学结构。

所述光学结构的第一介质层可以与所述基底为同一结构，以简化结构，进一步减薄模组的厚度。

当然，也可以将所述光学结构设置在所述基底上远离所述阵列结构的一侧。

结合图4和图6所示，本实施例中的显示装置具体包括：

显示面板200；

实施例一中的光学结构，所述光学结构设置在显示面板200的背离显示侧的一侧，用户触摸显示面板200的手指10反射的光线经过显示面板后入射至所述光学结构；

多个光学传感单元，所述光学传感单元与所述光学结构的过孔一一对应设置在光线接收区域101，用于接收手指指纹的某一区域经过所述显示面板和光线结构投射的光线；

控制单元，与所述光学传感单元连接，用于根据所述光学传感单元接收的光线来获取用户的指纹图形。

上述显示装置，通过采用实施例一中的光学结构来限制来自指纹的光线到达光学传感单元的角度，能够减小手指与光学传感单元的距离，使整个模组的厚度较薄。同时，还能够避免来自手指的不同区域的光线投射至同一光线接收区域的光学传感单元，克服光线串扰问题，获得手指指纹的清晰图像。

基于指纹的谷和脊之间的距离在200um到300um之间，设置所述光学结构的不透光层中的过孔的周期l≤200um。为了更精细的获取指纹的纹路提高安全性，设置25um≤l≤50um。

可选的，结合图4和图6所示，设置所述光学结构的不透光层1为三层结构，包括：

设置在第一介质层2和第二介质层3之间的第一子不透光层11，第一子不透光层11中具有多个第一过孔41；

设置在第一介质层2的背离第二介质层3的一侧的第二子不透光层12，第二子不透光层12中具有多个第二过孔42。

第一介质层2包括两个厚度相同且折射率的子介质层21，相邻的两个子介质层21之间设置有第三子不透光层13，第三子不透光层13中具有多个第三过孔43。

其中，第三过孔43、第二过孔42和第一过孔41在第一介质层2上的正投影完全重合，不透光层1中的过孔由位置对应的第一过孔41、第二过孔42和第三过孔43组成。

上述显示装置通过设置第一介质层包括两个相同的子介质层，并在两个子介质层之间设置所述第三子不透光层，增加了所述第三子不透光层对光线的阻挡效果，以避免出现光线产生串扰的问题，而且更有利于利用全反射原理来避免出现光线产生串扰的问题，便于找到实现全反射所需要的第一介质层和第二介质层的材料。同时，第一子不透光层和第二子不透光层中位置对应的第一过孔和第二过孔能够更好控制光线到达光线接收区域的角度，调整获取的光线的分布精度，提高获取的指纹图像的精度。

需要说明的是，本发明的光学结构也适用于其他光学图像获取装置，并不局限于适用于显示装置。也适用于人脸或其他生物特征的识别，或其他物体的光学图像的获取。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。