指纹识别装置及其形成方法与流程

1.本发明涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种指纹识别装置及其形成方法。


背景技术：

2.指纹识别装置可实现指纹自动采集，广泛应用于考勤机、门禁、手机或者平板电脑等设备上。
3.按指纹成像原理，指纹识别装置可分为光学指纹识别装置、半导体电容识别装置、半导体热敏识别装置、半导体压感识别装置等。
4.其中，光学指纹识别装置主要是利用光的折射和反射原理，光源射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗不同，光学传感器相应会收集到不同明暗程度的图片信息，从而完成指纹的采集。
5.光学指纹识别装置具有较强的环境适应性及良好的稳定性，且生产成本低，因而光学指纹识别装置应用较为广泛。
6.但是，现有光学指纹识别装置仍有待改进。


技术实现要素：

7.本发明解决的问题是提供一种指纹识别装置及其形成方法，有助于改善指纹成像质量。
8.为解决上述问题，本发明提供一种指纹识别装置，包括：基底；红外光源，位于所述基底上；光学传感器，位于所述基底上，与所述红外光源具有间距；显示屏，所述显示屏具有相对的触摸面及背面，所述显示屏位于所述基底上方，所述背面朝向所述基底，所述背面包括覆盖区及暴露区，所述红外光源朝向所述背面的投影位于所述覆盖区内，所述光学传感器朝向所述背面的投影位于所述暴露区内；内反射吸收片，位于所述背面上且覆盖所述覆盖区，所述内反射吸收片露出所述暴露区。
9.可选的，所述内反射吸收片包括：线性偏光片及位于所述线性偏光片上的1/4波片，所述1/4波片位于所述背面与所述线性偏光片之间。
10.可选的，所述1/4波片的光轴方向与所述线性偏光片的选择方向的夹角为45
°
。
11.可选的，所述内反射吸收片还包括：胶层，所述胶层位于所述线性偏光片与所述1/4波片之间。
12.可选的，所述线性偏光片包括核心材料层、第一保护层及第二保护层，所述核心材料层位于所述第一保护层及所述第二保护层之间。
13.可选的，所述核心材料层的材料为聚乙烯醇。
14.可选的，所述第一保护层及所述第二保护层的材料均为三醋酸纤维素。
15.可选的，所述显示屏包括：显示面板及位于所述显示面板上的保护玻璃板，所述显示面板底面为所述背面，所述保护玻璃板顶面为所述触摸面，所述显示面板内具有多个间隔排布的发光单元。
16.可选的，所述显示面板包括下基板及上基板，所述发光单元位于所述下基板与所述上基板之间，所述下基板及所述上基板的材料均为玻璃。
17.可选的，还包括：位于所述基底上的遮光挡墙，所述遮光挡墙位于所述红外光源与所述光学传感器之间。
18.可选的，所述遮光挡墙的顶部高于所述红外光源的顶部，且所述遮光挡墙的顶部高于所述光学传感器的顶部。
19.可选的，所述遮光挡墙朝向所述背面的投影位于所述覆盖区内。
20.可选的，所述遮光挡墙的表面为黑色吸光面，所述遮光挡墙的内部材料为泡棉、塑料或者金属。
21.本发明提供一种上述指纹识别装置的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成红外光源；在所述基底上形成光学传感器，所述光学传感器与所述红外光源具有间距；在所述基底上方形成显示屏，所述显示屏具有相对的触摸面及背面，所述背面朝向所述基底，所述背面包括覆盖区及暴露区，所述红外光源朝向所述背面的投影位于所述覆盖区内，所述光学传感器朝向所述背面的投影位于所述暴露区内；在所述背面上形成内反射吸收片，所述内反射吸收片覆盖所述覆盖区，且所述内反射吸收片露出所述暴露区。
22.可选的，所述内反射吸收片包括：线性偏光片及位于所述线性偏光片上的1/4波片；所述内反射吸收片的形成步骤包括：提供1/4波片；在所述1/4波片上形成线性偏光片；将所述1/4波片粘附于所述背面的所述覆盖区上，所述1/4波片位于所述背面与所述线性偏光片之间。
23.可选的，所述内反射吸收片还包括：胶层；提供所述1/4波片后，且在形成所述线性偏光片前，还包括：形成覆盖所述1/4波片的胶层，所述胶层位于所述线性偏光片与所述1/4波片之间。
24.可选的，所述线性偏光片包括核心材料层、第一保护层及第二保护层，所述核心材料层位于所述第一保护层及所述第二保护层之间；其中，所述核心材料层的形成步骤包括：提供核心材料膜；对所述核心材料膜进行染色；对染色后的所述核心材料膜进行延伸；对延伸后的所述核心材料膜进行脱水及烘干，形成所述核心材料层。
25.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
26.所述显示屏具有相对的触摸面及背面，所述背面包括覆盖区及暴露区。所述红外光源朝向所述背面的投影位于所述覆盖区内。所述内反射吸收片位于所述背面上且覆盖所述覆盖区，所述红外光源发出的初始红外光经所述内反射吸收片朝所述显示屏照射。所述红外光源发出的部分初始红外光直接在所述背面附近发生反射形成的干扰红外反射光。所述红外光源发出的另一部分初始红外光在触摸面处发生反射形成有效红外反射光。所述内反射吸收片能够滤除经过所述内反射吸收片的所述干扰红外反射光，从而降低所述光学传感器接收到的干扰红外反射光接收量。所述光学传感器朝向所述背面的投影位于所述暴露区内，利于接收光线方向偏离所述内反射吸收片的有效红外反射光，避免有效红外反射光被所述内反射吸收片滤除掉而无法被所述光学传感器接收到，保证所述光学传感器对有效红外反射光的接收性能，又由于所述内反射吸收片可降低干扰红外反射光接收量，因而能够提高所述光学传感器的指纹成像质量。
附图说明
27.图1是本发明一实施例的指纹识别装置的结构示意图；
28.图2是本发明一实施例的内反射吸收片的结构示意图。
具体实施方式
29.现结合一种指纹识别装置进行分析，所述指纹识别装置包括光学传感器及位于光学传感器上方的显示屏；所述显示屏具有相对的触摸面及背面，所述背面朝向所述光学传感器；所述显示屏内具有多个间隔排布的发光单元。在采集指纹时，手指按压所述显示屏的，所述发光单元发出的光线经手指表面反射形成携带有指纹信息的反射光，所述光学传感器接收所述反射光形成指纹图像。
30.利用所述发光单元作为成像光源，所述发光单元启动时间较长，导致指纹采集时间较长。为缩短指纹采集时间，可在所述指纹识别装置内增加红外光源作为另一种成像光源。但是红外光源发出的部分初始红外光照射至所述发光单元上即发生反射，形成的干扰红外反射光直接进入所述光学传感器，影响指纹成像质量。
31.发明人对上述指纹识别装置进行了研究，经创造性劳动，发明人注意到，通过在所述背面的覆盖区贴附内反射吸收片，并使得所述红外光源朝向所述背面的投影位于所述覆盖区内，所述光学传感器朝向所述背面的投影位于暴露区内，有助于降低所述光学传感器对干扰红外反射光的吸收，提升指纹成像质量。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
33.参考图1，一种指纹识别装置100，包括：基底110、红外光源200、光学传感器300、显示屏400及内反射吸收片500。所述红外光源200及所述光学传感器300均位于所述基底110上，且所述红外光源200与所述光学传感器300间具有间距。所述显示屏400位于所述基底110上方，所述显示屏400具有相对的触摸面401及背面402，所述背面402朝向所述基底110，所述内反射吸收片500覆盖所述背面402的一部分。
34.本实施例中，所述背面402包括覆盖区ⅰ及暴露区ⅱ。所述红外光源200朝向所述背面402的投影位于所述覆盖区ⅰ内。所述光学传感器300朝向所述背面402的投影位于所述暴露区ⅱ内。
35.所述内反射吸收片500位于所述背面402上且覆盖所述覆盖区ⅰ，所述内反射吸收片500露出所述暴露区ⅱ。
36.所述红外光源200发出的初始红外光经所述内反射吸收片500朝所述显示屏400照射。所述红外光源200发出的部分初始红外光直接在所述背面402附近发生反射形成的干扰红外反射光702。所述红外光源200发出的另一部分初始红外光在触摸面401处发生反射形成有效红外反射光712。所述干扰红外反射光702是显示屏400内部的反射光，属于无用光信号，甚至是干扰光信号或有害光信号。所述有效红外反射光712是手指和屏幕接触界面处的反射光，属于有用光信号，这部分光信号包含了指纹的纹路信息。
37.所述内反射吸收片500能够滤除经过所述内反射吸收片500的所述干扰红外反射光702，从而降低所述光学传感器300接收到的干扰红外反射光702接收量。
38.所述光学传感器300朝向所述背面402的投影位于所述暴露区ⅱ内，利于接收光线
方向偏离所述内反射吸收片500的有效红外反射光712，避免有效红外反射光712被所述内反射吸收片500滤除进而无法被所述光学传感器300接收到，保证所述光学传感器300对有效红外反射光712的接收性能，又由于所述内反射吸收片500可降低所述光学传感器300对干扰红外反射光702的接收量，因而所述光学传感器300的指纹成像质量能够得到显著提高。
39.本实施例中，所述光学传感器300包括cmos光电芯片和位于cmos光电芯片上方的聚焦透镜等光学部件。其中，cmos光电芯片用于吸收入射光产生图像信号，光学部件用于将入射近红外光聚焦成像到cmos光电芯片的感光面。所述光学传感器300还包括滤光层，用于吸收或反射所述红外光源200发出的红外光波长之外波长的可见光以及红外光，避免环境光或显示屏400发射的光透过显示屏400进入所述光学传感器300，影响指纹成像。
40.本实施例中，所述显示屏400包括：显示面板410及位于所述显示面板410上的保护玻璃板420，所述显示面板410底面为所述背面402，所述保护玻璃板420顶面为所述触摸面401，所述显示面板410内具有多个间隔排布的发光单元413。
41.本实施例中，所述发光单元413作为一种成像光源。在采集指纹时，手指按压所述触摸面401，所述发光单元413发出的光线经手指表面反射形成第一反射光。由于手指表面包括凹凸不平的脊及谷，使得脊与谷处形成的第一反射光的强度具有差异，因而第一反射光携带有指纹信息。所述第一反射光穿过所述显示屏400，被所述光学传感器300接收，实现指纹成像。
42.本实施例中，所述红外光源200作为另一种成像光源。在采集指纹时，手指按压所述触摸面401，所述红外光源200发出的红外光经手指表面反射形成第二反射光，所述第二反射光携带有指纹信息。所述第二反射光穿过所述显示屏400，被所述光学传感器300接收，也可实现指纹成像。
43.本实施例中，所述指纹识别装置100支持所述发光单元413及所述红外光源200两种成像光源，适用场景更广。利用所述红外光源200作为成像光源进行指纹采集，采集时间短，流程简单。在所述红外光源200出现故障时，则可选择以所述发光单元413作为成像光源以像素点的方式点亮，避免耽误指纹采集流程。
44.在其他实施例中，仅利用所述红外光源200作为成像光源。在采集指纹时，手指按压所述触摸面401，所述红外光源200发出的红外光经手指表面反射形成反射光，所述反射光携带有指纹信息。所述反射光穿过所述显示屏400被所述光学传感器300接收，实现指纹成像。这种方案，由于仅仅采用红外光源200作为成像光源，不仅采集速度更快，而且红外光闪烁不易引起用户察觉，用户体验更好。
45.本实施例中，所述红外光源200发出的红外光为波长大于700nm且小于1200nm的窄波段近红外光(波段宽度小于100nm)。采用近红外光的目的，是避免用户能够看见光源发出的用于指纹采集的光，避免影响显示屏400的显示效果。另外由于采集过程中，用户感觉不到光线，用户体验更好。
46.所述发光单元413的导线及像素底电极均为金属材料，这些金属材料使得所述发光单元413具有强烈的反光性。选择以所述红外光源200作为成像光源时，若所述红外光源200发出的初始红外光照射至所述发光单元413上即发生反射，形成的干扰红外反射光702直接进入所述光学传感器300，会严重影响指纹成像质量。为避免该情况发生，在所述背面
402的一部分上覆盖所述内反射吸收片500。
47.所述线性偏光片和1/4波片的作用波长包含所述红外光源的光波长。如果有效波长仅仅是所述红外光源200发出的窄波段近红外光(波段宽度小于100nm)，制作起来更简单，成本更低。
48.所述内反射吸收片500能够滤除所述红外光源200发出的干扰初始红外光701照射至所述发光单元413上反射形成的干扰红外反射光702。
49.本实施例中，所述内反射吸收片500包括：线性偏光片510及位于所述线性偏光片510上的1/4波片520，所述1/4波片520位于所述背面402与所述线性偏光片510之间。
50.本实施例中，所述线性偏光片510的材料为有机物。所述1/4波片520的材料也为有机物。
51.下面以图1中干扰初始红外光701的行进过程为例详细描述所述内反射吸收片500的作用。
52.所述干扰初始红外光701经过所述线性偏光片510选择后形成入射线偏振红外光，所述入射线偏振红外光经过所述1/4波片520后，在两个相互垂直分量上产生1/4波长相位差，形成入射圆偏振红外光。所述入射圆偏振红外光照射至所述发光单元413上反射，形成反射圆偏振红外光。所述反射圆偏振红外光经过所述1/4波片520，两个分量上再次叠加1/4波长相位差，共1/2波长相位差，形成反射线偏振红外光。所述反射线偏振红外光的偏振方向与所述线性偏光片510的选择方向相垂直，因而所述反射线偏振红外光无法通过所述线性偏光片510，从而被过滤掉。
53.其中，所述线性偏光片510的选择方向为所述线性偏光片510的偏振化方向，即自然光经过所述线性偏光片510后形成的线偏振光的偏振方向。所述线性偏光片510只允许平行于偏振化方向振动的光通过，同时吸收垂直于偏振化方向振动的光。
54.本实施例中，所述1/4波片520的光轴方向与所述线性偏光片510的选择方向的夹角为45
°
。
55.本实施例中，所述线性偏光片510的选择方向平行于水平面，因而所述入射线偏振红外光为水平线偏振光。
56.本实施例中，所述入射圆偏振红外光为右圆偏振光，所述反射圆偏振红外光为左圆偏振光。
57.本实施例中，所述反射线偏振红外光为垂直线偏振光，偏振方向沿垂直方向，无法通过所述线性偏光片510。
58.参考图2，所述内反射吸收片500还包括：胶层530，所述胶层530位于所述线性偏光片510与所述1/4波片520之间。图1中所述胶层未示出。
59.所述胶层530能够提高所述线性偏光片510与所述1/4波片520间的黏附强度。
60.所述线性偏光片510包括核心材料层511、第一保护层512及第二保护层513，所述核心材料层511位于所述第一保护层512及所述第二保护层513之间。
61.本实施例中，所述核心材料层511的材料为高分子聚合物，具体的，所述核心材料层511的材料为聚乙烯醇。
62.所述核心材料层511的材料为聚乙烯醇，使得所述核心材料层511具有亲水性。所述第一保护层512及所述第二保护层513能够降低所述核心材料层511在湿热的环境中变形
的风险，防止所述核心材料层511发生收缩或松弛影响偏振性能，还有助于提高所述核心材料层511的强度，改善所述核心材料层511质脆易破的问题，便于所述核心材料层511的使用和加工。
63.本实施例中，所述第一保护层512及所述第二保护层513的材料均为三醋酸纤维素。三醋酸纤维素材料具有强度高、透光率高及耐湿热的优点，采用三醋酸纤维素材料制作的所述第一保护层512及所述第二保护层513，能够实现对所述核心材料层511的保护效果，提高形成的所述1/4波片520的耐湿热性能及强度。
64.在其他实施例中，还可以所述核心材料层511的顶面或者底面其中之一具有保护层。
65.如图1所示，所述红外光源200发出的部分初始红外光穿过两相邻所述发光单元413的间隙朝向所述触摸面401照射。所述部分初始红外光为有效初始红外光711。
66.所述有效初始红外光711在所述触摸面401处经手指表面反射形成有效红外反射光712。所述有效红外反射光712被所述光学传感器300吸收后能够用于指纹成像。
67.所述红外光源200朝向所述背面402的投影位于所述覆盖区ⅰ内，而所述光学传感器300朝向所述背面402的投影位于所述暴露区ⅱ内，有助于提高所述光学传感器300接收到的所述有效红外反射光712的强度。
68.具体的，所述有效初始红外光711在入射过程中会穿过所述内反射吸收片500，为实现所述有效初始红外光711顺利进入所述光学传感器300，需保证所述有效红外反射光712在行进过程中不会经过所述内反射吸收片500，从而避免所述内反射吸收片500对所述有效红外反射光712进行滤光。所述光学传感器300朝向所述背面402的投影位于所述暴露区ⅱ内，能够增加所述有效红外反射光712与所述有效初始红外光711间的横向偏移距离，降低所述有效红外反射光712经过所述内反射吸收片500的风险。
69.本实施例中，所述显示面板410包括下基板411及上基板412，所述发光单元413位于所述下基板411与所述上基板412之间，所述下基板411及所述上基板412的材料均为玻璃，避免影响光路。
70.所述指纹识别装置100还包括：遮光挡墙600，所述遮光挡墙600位于所述基底110上，且所述遮光挡墙600位于所述红外光源200与所述光学传感器300之间。
71.所述遮光挡墙600能够屏蔽所述红外光源200发出的光线角度超过预定阈值的边缘初始红外光721，避免所述边缘初始红外光721在所述发光单元413处发生反射后形成边缘红外反射光，进而防止强烈的边缘红外反射光被所述光学传感器300接收影响指纹成像质量。其中所述光线角度为光线方向与竖直方向的夹角。
72.本实施例中，所述遮光挡墙600的顶部高于红外光源200的顶部，且所述遮光挡墙600的顶部高于所述光学传感器300的顶部，利用保证所述遮光挡墙600对所述边缘初始红外光721的屏蔽效果。
73.本实施例中，所述遮光挡墙600与所述红外光源200间具有间距，且所述遮光挡墙600与所述光学传感器300间也具有间距。所述红外光源200、所述遮光挡墙600及所述光学传感器300在所述基底110上分立排列。
74.本实施例中，所述遮光挡墙600朝向所述背面402的投影位于所述覆盖区ⅰ内，能够屏蔽掉光线方向朝向所述内反射吸收片500底部边缘的所述边缘初始红外光721。
75.本实施例中，所述遮光挡墙600的表面为黑色粗糙的吸光面，所述遮光挡墙600的内部材料为泡棉、塑料或者金属。
76.本实施例中，所述内反射吸收片500与所述遮光挡墙600之间具有空气间隙。所述内反射吸收片500与所述红外光源200之间也具有空气间隙。所述背面402与所述光学传感器300之间也具有空气间隙。
77.相较于利用粘接层粘接内反射吸收片500与遮光挡墙600、内反射吸收片500与红外光源200、背面402与所述光学传感器300，保留所述空气间隙对光路改变小，不必考虑粘接层自身影响光路，或者粘接层内含有的气泡或者杂质影响光路。
78.本实施例中，所述覆盖区ⅰ及所述暴露区ⅱ只是所述显示屏400的背面402的一部分，所述背面402还包括其他区域。
79.在一些实施例中，在除所述覆盖区ⅰ及所述暴露区ⅱ之外的所述背面402的其他区域上覆盖有遮光层，以确保外界光不会透过显示屏400后再反射回去之后再穿过显示屏400，有助于改善显示屏400的对比度及均匀性等性能，提高显示屏400的显示效果。
80.参考图1，本发明还提供一种所述指纹识别装置100的形成方法，包括：提供基底110；在所述基底110上形成红外光源200；在所述基底110上形成光学传感器300，所述光学传感器300与所述红外光源200具有间距；在所述基底110上方形成显示屏400，所述显示屏400具有相对的触摸面401及背面402，所述背面402朝向所述基底110，所述背面402包括覆盖区ⅰ及暴露区ⅱ，所述红外光源200朝向所述背面402的投影位于所述覆盖区ⅰ内，所述光学传感器300朝向所述背面402的投影位于所述暴露区ⅱ内；在所述背面402上形成内反射吸收片500，所述内反射吸收片500覆盖所述覆盖区ⅰ，且所述内反射吸收片500露出所述暴露区ⅱ。
81.参考图1及图2，本实施例中，所述内反射吸收片500的形成步骤包括：提供1/4波片520；在所述1/4波片520上形成线性偏光片510；将所述1/4波片520粘附于所述背面402的所述覆盖区ⅰ上，所述1/4波片520位于所述背面402与所述线性偏光片510之间。
82.本实施例中，所述1/4波片520与所述背面402的所述覆盖区ⅰ通过透明胶相粘接。
83.本实施例中，形成线性偏光片510前，还包括：形成覆盖所述1/4波片520的胶层530，所述胶层530位于所述线性偏光片510与所述1/4波片520之间。
84.所述胶层530能够提高所述线性偏光片510与所述1/4波片520间的黏附强度。
85.所述线性偏光片510包括核心材料层511、第一保护层512及第二保护层513，所述核心材料层511位于所述第一保护层512及所述第二保护层513之间。
86.所述核心材料层511的形成方法包括：提供核心材料膜；用具有二向色性的有机染料对所述核心材料膜进行染色，同时在一定的湿度和温度条件下对所述核心材料膜进行延伸，使所述核心材料膜吸收有机染料形成偏振性能；对延伸后的所述核心材料膜进行脱水及烘干，形成所述核心材料层511。
87.本实施例中，所述核心材料层511的材料为聚乙烯醇。
88.本实施例中，所述第一保护层512及所述第二保护层513的材料均为三醋酸纤维素。
89.所述第一保护层512及所述第二保护层513能够降低所述核心材料层511在湿热的环境中变形的风险，防止所述核心材料层511发生收缩或松弛。
90.本实施例中，所述形成方法还包括：在所述基底110上形成遮光挡墙600，所述遮光挡墙600位于所述红外光源200与所述光学传感器300之间。
91.所述遮光挡墙600能够屏蔽所述红外光源200发出的光线角度超过预定阈值的边缘初始红外光721，进一步改善指纹成像质量。
92.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。