显示装置及其指纹识别方法与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示装置及其指纹识别方法。

背景技术：

随着液晶显示技术的发展，用户对手机、平板电脑、相机等电子产品的功能以及外观的要求越来越高。目前，手机的发展趋势是轻薄、全面屏。为了实现全面屏或接近全面屏效果，屏下生物特征检测技术应运而生。屏下生物特征检测技术指的是将生物特征检测模组放在显示屏的下方，通过发送以及接收检测光束实现生物特征检测。目前部分厂商开发出侧打光屏下指纹识别的产品，但这种产品会增加显示屏的下边框的尺寸(至少增加0.14毫米至0.4毫米)，使得屏占比减小，而且指纹识别区域必须紧靠下边框，无法实现指纹识别区域的自由定义，使得用户体验不佳。

上述的侧打光屏下指纹识别的产品的检测原理是：当手指按压在显示屏上时，手指的脊与显示屏直接接触，侧打光的检测光源发射检测光束进入盖板后，检测光束在手指的脊的地方会进入手指，在手指里面发生漫反射，由于不存在空气间隙，会有较多的检测光束经反射后向下传播至检测传感器，而手指的谷的地方，与显示屏之间存在空气间隙，光线较弱，故而侧打光屏下指纹识别会形成脊亮谷暗的指纹图像。然而由于指纹的谷和脊的区别并不明显，导致识别的指纹图像的亮暗对比度不够，导致指纹识别的准确率不高。故，有必要改善这一缺陷。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种显示装置，用于解决现有技术的显示装置，采用侧打光屏下指纹识别，导致屏占比降低、指纹识别区域不能自由定义，以及形成的指纹图像的亮暗对比度不够，导致指纹识别的准确率不高的技术问题。

本发明实施例提供一种显示装置，包括背板、位于所述背板之上的第一红外光源和光学传感器、位于所述第一红外光源和所述光学传感器之上的背光模组、位于所述背光模组之上的显示面板、位于所述显示面板之上的盖板；所述盖板包括第一指纹识别区域，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光的方向与所述背板的法线方向形成的第一夹角大于或等于所述盖板的全反射临界角；其中，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第一区域，所述光学传感器位于所述第一区域外。

在本发明实施例提供的显示装置中，所述第一指纹识别区域内设置有至少一个指纹采集区域。

在本发明实施例提供的显示装置中，所述指纹采集区域的面积的范围为0.5平方厘米至1.5平方厘米。

在本发明实施例提供的显示装置中，所述指纹采集区域的形状为圆形、矩形或圆角矩形。

在本发明实施例提供的显示装置中，所述光学传感器在所述盖板上的正投影位于所述第一指纹识别区域内。

在本发明实施例提供的显示装置中，所述光学传感器的数量大于或者等于2个。

在本发明实施例提供的显示装置中，所述背板上还设置有第二红外光源，所述盖板还包括与所述第一指纹识别区域部分重叠的第二指纹识别区域，所述第二红外光源发射至所述第二指纹识别区域的出射光的方向与所述背板的法线方向形成的第二夹角大于或等于所述盖板的全反射临界角，所述第二红外光源发射至所述第二指纹识别区域的出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第二区域，所述光学传感器位于所述第二区域外，其中，所述第二指纹识别区域内设置有至少一个指纹采集区域。

在本发明实施例提供的显示装置中，所述第一红外光源和所述第二红外光源的出射光的方向与所述背板的法线方向形成的夹角的范围均大于0度且小于或等于80度。

本发明实施例还提供一种显示装置的指纹识别方法，包括步骤：提供一显示装置，所述显示装置包括控制模块、背板、位于所述背板之上的第一红外光源和光学传感器、位于所述第一红外光源和所述光学传感器之上的背光模组、位于所述背光模组之上的显示面板、位于所述显示面板之上的触摸板、位于所述触摸板之上的盖板，其中，所述盖板包括第一指纹识别区域，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光的方向与所述背板的法线方向形成的第一夹角大于或等于所述盖板的全反射临界角，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第一区域，所述光学传感器位于所述第一区域外，所述第一指纹识别区域内设置有至少一个指纹采集区域；若所述触摸板侦测到所述指纹采集区域被触摸时，所述触摸板发出指纹识别讯号通知所述控制模块进行指纹图像识别；所述控制模块控制所述第一红外光源发射出射光；所述光学传感器接收所述出射光经触摸物体漫反射后的反射光并将传感讯号传递至所述控制模块进行所述指纹图像识别；以及所述控制模块于完成所述指纹图像识别后，控制所述第一红外光源关闭。

在本发明实施例提供的显示装置的指纹识别方法中，所述背板上还设置有第二红外光源，所述盖板还包括与所述第一指纹识别区域部分重叠的第二指纹识别区域，所述第二红外光源发射至所述第二指纹识别区域的出射光的方向与所述背板的法线方向形成的第二夹角大于或等于所述盖板的全反射临界角，所述第二红外光源发射至所述第二指纹识别区域的出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第二区域，所述光学传感器位于所述第二区域外，所述第二指纹识别区域内设置有至少一个指纹采集区域，其中，若所述触摸板侦测到所述第一指纹识别区域内的所述指纹采集区域被触摸时，所述控制模块控制所述第一红外光源开启、所述第二红外光源关闭；若所述触摸板侦测到所述第二指纹识别区域内的所述指纹采集区域被触摸时，所述控制模块控制所述第一红外光源关闭、所述第二红外光源开启。

有益效果：本发明实施例提供的一种显示装置，通过将第一红外光源和光学传感器设置于盖板下方，所述盖板包括第一指纹识别区域，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光的方向与背板的法线方向形成的第一夹角大于所述盖板的全反射临界角，所述光学传感器位于所述出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第一区域外，不仅能缩小下边框的尺寸、提高屏占比、自由定义指纹识别区域，还使得光学传感器仅接收指纹的脊漫反射的检测光束，不接收指纹的谷全反射的检测光束，可以提高指纹成像的对比度，提高指纹识别的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例提供的显示装置的基本结构示意图。

图2是本发明实施例提供的显示装置的指纹识别原理图。

图3是本发明实施例提供的显示装置的一俯视图。

图4是本发明实施例提供的显示装置的另一俯视图。

图5是本发明实施例提供的显示装置的又一俯视图。

图6是图5的纵向剖面图。

图7是本发明实施例提供的另一显示装置的基本结构示意图。

图8是本发明实施例提供的另一显示装置的指纹识别方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在附图中，为了清晰及便于理解和描述，附图中绘示的组件的尺寸和厚度并未按照比例。

如图1所示，为本发明实施例提供的显示装置的基本结构示意图，所述显示装置包括背板10、位于所述背板10之上的第一红外光源201和光学传感器30、位于所述第一红外光源201和所述光学传感器30之上的背光模组40、位于所述背光模组40之上的显示面板50、位于所述显示面板50之上的盖板60；所述盖板60包括第一指纹识别区域z1，所述第一红外光源201发射至所述第一指纹识别区域z1的出射光l2的方向与所述背板10的法线l0方向形成的第一夹角a大于或等于所述盖板60的全反射临界角c(对应于出射光l1)；其中，所述第一红外光源201发射至所述第一指纹识别区域z1的出射光经所述盖板60全反射后传播至所述背板10的第一区域a1，所述光学传感器30位于所述第一区域a1外。

需要说明的是，全反射指的是光由光密介质(指光在此介质中的折射率大的)射到光疏介质(指光在此介质中折射率小的)的界面时，全部被反射回原介质内的现象。产生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质；②入射角必须大于或等于临界角c。当进行指纹识别时，将手指贴在所述盖板60上，手指的脊与所述盖板60直接接触，因此不满足条件①，所述第一红外光源201发射的出射光会进入手指内部发生漫反射；而手指的谷与所述盖板60之间存在空气间隙，由于空气的折射率小于所述盖板60的折射率，因此，满足条件①，当所述第一红外光源201发射的出射光的夹角大于或等于临界角c时，即会产生全反射。

可以理解的是，临界角c的公式为c＝arcsin(n2/n1)，其中，n2指的是光疏介质的折射率，n1指的是光密介质的折射率。空气的折射率约等于1，本发明以所述盖板60的折射率为1.51为例进行说明，因此可计算出所述临界角c约等于42度。因此，当所述第一红外光源201发射的出射光的夹角大于或等于42度时，发生全反射。

本发明实施例通过将所述第一红外光源201和所述光学传感器30放置在所述盖板60的下方，且所述光学传感器30位于所述第一红外光源201发射的出射光经所述盖板60全反射后传播至所述背板10的第一区域a1外，当有手指按压所述第一指纹识别区域z1的时候，所述第一红外光源201发射的出射光传播至所述盖板60上，经过手指按压处的脊的地方的出射光会进入手指内，发生漫反射，经漫反射后会有部分反射光被所述光学传感器30接收从而形成亮条纹；而经过手指按压处的谷的地方由于与所述盖板60之间存在空气间隙，出射光在所述盖板60与空气的临界面会发生全反射，经全反射后的反射光传播至所述背板10上的第一区域a1内而不被所述光学传感器30接收，因此对应于指纹谷处形成暗条纹。故而在手指按压时形成脊亮谷暗的指纹图像，可实现指纹识别。由于指纹谷处的全反射光线未被所述光学传感器30接收，故而接近于黑态；而指纹脊处的漫反射光线被所述光学传感器30接收，亮度较高，故而在指纹按压后形成高对比度的脊亮谷暗的指纹图像，增强了指纹脊、谷之间的特征差异，有利于指纹成像。由于所述第一红外光源201和所述光学传感器30放置在所述盖板60的下方，不需要占用下边框区a2的大小，缩小了下边框区a2的尺寸，提高了屏占比，且只需要固定所述第一红外光源201和所述光学传感器30的相对位置，故而可以实现指纹识别区域的自由定义。

在一种实施例中，所述第一红外光源201的出射光的方向与所述背板10的法线l0方向形成的第一夹角a的范围大于0度且小于或等于80度。所述光学传感器30具体为仅接收不可见光的光学传感器。所述盖板60的厚度范围为1.8毫米至2.4毫米，特别地，所述盖板60的厚度为2.1毫米。

在一种实施例中，本发明实施例提供的背光模组40的结构为侧入式背光模组。所述背光模组40包括反射片401、位于所述反射片401之上的导光板402、位于所述导光板402一侧的背光源(未图示)、位于所述导光板402之上的扩散片403以及位于所述扩散片403之上的光学膜片组404，所述光学膜片组404包括棱镜片(未图示)、反射型偏光增亮膜(未图示)。其中，所述反射片401为可穿透红外光、但反射可见光的反射片。

需要说明的是，所述反射片401的主要作用是把从所述导光板402中泄漏出来的可见光再反射回去，以提高背光源(未图示)的利用率。所述导光板402的主要作用是引导光线方向，即把所述背光源(未图示)水平入射的光线转换为垂直出射的光线。所述扩散片403的主要作用是进一步对垂直出射的光线进行柔散化并提升光线向上的亮度，使垂直出射的光线更均匀。所述棱镜片(未图示)的主要作用是汇聚所述扩散片403中入射来的光线，提高正面亮度。所述反射型偏光增亮膜(未图示)的主要作用是提高背光源(未图示)的利用率，即提高了显示装置的开口率。

在一种实施例中，本发明实施例提供的显示面板50为液晶显示面板，包括下偏光片501、位于所述下偏光片501之上的阵列基板502、位于所述阵列基板502之上的彩膜基板503、位于所述彩膜基板503之上的上偏光片504以及位于所述阵列基板502和所述彩膜基板503之间的液晶分子层(未图示)。其中，所述彩膜基板503上设置有彩色色阻层，所述彩色色阻层包括多个红色色阻5031、多个绿色色阻5032以及多个蓝色色阻5033。分别经过所述多个红色色阻5031、所述多个绿色色阻5032以及所述多个蓝色色阻5033的可见光以不同比例混合可实现显示装置的全彩显示。

在一种实施例中，所述盖板60通过透明光学胶70与所述显示面板50固定。

接下来，请参阅图2，本发明实施例提供的显示装置的指纹识别原理图，本发明实施例提供的显示装置的第一指纹识别区域对应于所述第一红外光源201的出射光的第一夹角大于或等于42度(对应临界角c)且小于或等于80度(对应a2)时投射在所述盖板60上的环形区域(图3中的阴影区域)。所述第一红外光源201发射至第一指纹识别区域的出射光大于或等于所述盖板60的全反射临界角c(42度)，当无手指按压的时候，所述第一指纹识别区域内的出射光均发生全反射，由于所述光学传感器30的放置位置为第一区域a1外(即光线全反射区外)，故而不接收经全反射的反射光线。当手指按压在所述第一指纹识别区域时，手指谷的位置和无手指按压的原理一致，故而形成暗条纹；手指脊的位置由于脊与所述盖板60直接接触，因而不满足全反射的条件，经过脊的位置的出射光l3会进入手指内，发生漫反射，进而改变了出射光的反射路径，使脊处的反射光线可以被所述光学传感器30接收，故而形成亮条纹，因此在手指按压后形成脊亮谷暗的指纹图像，从而可实现指纹识别。其中，所述出射光l3的方向与所述背板10的法线l0的方向形成的夹角a1的范围为大于或等于42度且小于或等于80度。

具体地，如图3所示，为本发明实施例提供的显示装置的一俯视图，盖板60包括第一指纹识别区域z1，所述第一指纹识别区域z1为环形区域(图3中的阴影区域)，所述第一指纹识别区域z1、第一红外光源201、光学传感器30均以虚线绘示。其中，所述第一红外光源201位于所述环形区域的中心。所述环形区域的内圆半径大于或等于所述第一红外光源201的出射角为42度(对应临界角c)时对应的所述出射光在所述盖板60上的正投影的长度，且小于所述环形区域的外圆半径。所述环形区域的外圆半径小于或等于所述第一红外光源201的出射角为80度(对应图2中的a2)时对应的所述出射光在所述盖板60上的正投影的长度。即所述环形区域对应于所述出射光的第一夹角大于或等于42度(临界角c)且小于或等于80度时投射在所述盖板60上的区域。

在一种实施例中，所述第一指纹识别区域z1内设置有至少一个指纹采集区域c1。所述指纹采集区域c1用于提示用户在此区域内进行按压以实现指纹识别功能，由于所述指纹采集区域c1位于所述环形区域内，因此当进行指纹采集时，对应于手指的脊的地方的全反射会被破坏，从而发生漫反射；而对应于手指的谷的地方可发生全反射，因此在手指按压后形成脊亮谷暗的指纹图像，从而可实现指纹识别。

在一种实施例中，所述指纹采集区域c1的形状可以为圆形、矩形或圆角矩形，所述指纹采集区域c1的面积的范围为0.5平方厘米至1.5平方厘米，特别地，所述指纹采集区域c1的面积为1平方厘米。

在一种实施例中，所述光学传感器30在所述盖板60上的正投影位于所述第一指纹识别区域z1内。故而所述光学传感器30能接收到比较多的漫反射光线，因此可以进一步提高指纹成像的亮暗对比度，提高指纹识别的准确率。

在一种实施例中，如图4所示，为本发明实施例提供的显示装置的另一俯视图，与图3的不同之处在于所述光学传感器30的数量大于或者等于2个，图4中绘示2个为例。可以理解的是，当设置多个光学传感器30时，所接收的漫反射光线更多，使得指纹识别的准确率进一步提高。

在一种实施例中，如图5、图6所示，为本发明实施例提供的显示装置的又一俯视图及其纵向剖面图，与图4的不同之处在于背板10上还设置有第二红外光源202，盖板60还包括与第一指纹识别区域z1部分重叠的第二指纹识别区域z2，所述第二红外光源202发射至所述第二指纹识别区域z2的出射光的方向与所述背板10的法线(如图1的l0)方向形成的第二夹角大于或等于所述盖板60的全反射临界角c，所述第二红外光源202发射至所述第二指纹识别区域z2的出射光经所述盖板60全反射后传播至所述背板的第二区域a3，光学传感器30位于所述第二区域a3外，其中，所述第二指纹识别区域z2内设置有至少一个指纹采集区域c1。

需要说明的是，所述第二指纹识别区域z2与所述第一指纹识别区域z1部分重叠，具体指所述第二指纹识别区域z2包含所述第一指纹识别区域z1的内圆区域，所述内圆区域指的是所述第一红外光源201的出射光的第一夹角大于0度且小于或等于42度的圆形区域，这部分圆形区域的出射光不发生全反射，不属于所述第一指纹识别区域z1的识别区，无法进行指纹识别，本发明实施例通过设置第二红外光源202，通过使第二红外光源202对应的所述第二指纹识别区域z2包含上述圆形区域，即所述内圆区域被所述第二指纹识别区域z2覆盖，可实现对内圆区域的补充检测，同理，所述第二指纹识别区域z2的内圆区域也被所述第一指纹识别区域z1覆盖，也可实现对所述第二指纹识别区域z2的内圆区域的补充检测，即通过将第一指纹识别区域z1和第二指纹识别区域z2交叉布置，能使得部分重叠的第一指纹识别区域z1和第二指纹识别区域z2互相补充检测，减小指纹识别的盲区，增大指纹识别区域的范围。

具体地，当所述第一指纹识别区域z1内的所述指纹采集区域c1被触摸时，可将所述第一红外光源201开启、所述第二红外光源202关闭，此时，仅所述第一指纹识别区域z1有效，所述第二红外光源202不会对所述第一红外光源201造成干扰；当所述第二指纹识别区域z2内的所述指纹采集区域c1被触摸时，可将所述第一红外光源201关闭、所述第二红外光源202开启，此时，仅所述第二指纹识别区域z2有效，所述第一红外光源201不会对所述第二红外光源202造成干扰，且所述第二指纹识别区域z2包含所述第一指纹识别区域z1的内圆区域，即可实现对所述第一指纹识别区域z1的内圆区域的补充检测，同理，所述第一指纹识别区域z1也包含所述第二指纹识别区域z2的内圆区域，即可实现对所述第二指纹识别区域z2的内圆区域的补充检测，使得检测区域面积更大，更完善。

可以理解的是，当设置多个红外光源201、202时，所述显示面板的指纹识别区域变大，可设置更多的指纹采集区域，可实现多区域的指纹识别，同理，指纹识别区域的设置也更灵活。

需要说明的是，所述第二红外光源202的出射光的方向与所述背板10的法线方向形成的夹角的范围大于0度且小于或等于80度。

接下来，请参阅图7，本发明实施例提供的另一显示装置的基本结构示意图，所述显示装置包括控制模块80、背板10、位于所述背板10之上的第一红外光源201和光学传感器30、位于所述第一红外光源201和所述光学传感器30之上的背光模组40、位于所述背光模组40之上的显示面板50、位于所述显示面板50之上的触摸板90、位于所述触摸板90之上的盖板60，其中，所述盖板60包括第一指纹识别区域z1，所述第一红外光源201发射至所述第一指纹识别区域z1的出射光的方向与所述背板10的法线l0方向形成的第一夹角大于或等于所述盖板60的全反射临界角c，所述第一红外光源201发射至所述第一指纹识别区域z1的出射光经所述盖板60全反射后传播至所述背板10的第一区域a1，所述光学传感器30位于所述第一区域a1外，所述第一指纹识别区域z1内设置有至少一个指纹采集区域c1(如图3)。

具体地，如图8所示，本发明实施例提供的另一显示装置的指纹识别方法流程图，所述指纹识别方法包括步骤：

s801、提供一显示装置，所述显示装置包括控制模块、背板、位于所述背板之上的第一红外光源和光学传感器、位于所述第一红外光源和所述光学传感器之上的背光模组、位于所述背光模组之上的显示面板、位于所述显示面板之上的触摸板、位于所述触摸板之上的盖板，其中，所述盖板包括第一指纹识别区域，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光的方向与所述背板的法线方向形成的第一夹角大于或等于所述盖板的全反射临界角，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第一区域，所述光学传感器位于所述第一区域外，所述第一指纹识别区域内设置有至少一个指纹采集区域；

s802、若所述触摸板侦测到所述指纹采集区域被触摸时，所述触摸板发出指纹识别讯号通知所述控制模块进行指纹图像识别；

s803、所述控制模块控制所述第一红外光源发射出射光；

s804、所述光学传感器接收所述出射光经触摸物体漫反射后的反射光并将传感讯号传递至所述控制模块进行所述指纹图像识别；以及

s805、所述控制模块于完成所述指纹图像识别后，控制所述第一红外光源关闭。

可以理解的是，本发明实施例通过控制模块控制所述第一红外光源在需要指纹图像识别时开启，在不需要指纹图像识别时关闭，可以减小所述第一红外光源的功耗，提升所述第一红外光源的使用寿命，即提升了显示装置的使用寿命。

在一种实施例中，所述背板上还设置有第二红外光源，所述盖板还包括与所述第一指纹识别区域部分重叠的第二指纹识别区域，所述第二红外光源发射至所述第二指纹识别区域的出射光的方向与所述背板的法线方向形成的第二夹角大于或等于所述盖板的全反射临界角，所述第二红外光源发射至所述第二指纹识别区域的出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第二区域，所述光学传感器位于所述第二区域外，所述第二指纹识别区域内设置有至少一个指纹采集区域，其中，若所述触摸板侦测到所述第一指纹识别区域内的所述指纹采集区域被触摸时，所述控制模块控制所述第一红外光源开启、所述第二红外光源关闭；若所述触摸板侦测到所述第二指纹识别区域内的所述指纹采集区域被触摸时，所述控制模块控制所述第一红外光源关闭、所述第二红外光源开启。

具体地，所述第一红外光源和所述第二红外光源的相对位置关系以及工作原理请参阅图5、图6及相关描述，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的一种显示装置，通过将第一红外光源和光学传感器设置于盖板下方，所述盖板包括第一指纹识别区域，所述第一红外光源发射至所述第一指纹识别区域的出射光的方向与背板的法线方向形成的第一夹角大于或等于所述盖板的全反射临界角，所述光学传感器位于所述出射光经所述盖板全反射后传播至所述背板的第一区域外，不仅能缩小下边框的尺寸、提高屏占比、自由定义指纹识别区域，还使得光学传感器仅接收指纹的脊漫反射的检测光束，不接收指纹的谷全反射的检测光束，可以提高指纹成像的对比度，提高指纹识别的准确率，解决了现有技术的显示装置，采用侧打光屏下指纹识别，导致屏占比降低、指纹识别区域不能自由定义，以及形成的指纹图像的亮暗对比度不够，导致指纹识别的准确率不高的技术问题。

以上对本发明实施例所提供的一种显示装置及其指纹识别方法进行了详细介绍。应理解，本文所述的示例性实施方式应仅被认为是描述性的，用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，而并不用于限制本发明。