指纹识别基板和具有其的显示装置的制作方法

1.本技术涉及屏下光学指纹识别技术领域，尤其涉及一种指纹识别基板和具有其的显示装置。


背景技术：

2.全面屏的制造技术不断发展，随着屏幕占比的提高，光学指纹识别模块通常包括指纹识别传感器阵列及其背板，以及设置于指纹识别传感器阵列上方的光学结构层。在进行指纹识别时，为了防止相邻传感器接收到较远位置的指纹信息，导致传感器接收的信息混乱，因此需要在指纹识别传感器阵列上设置一层光学结构，用以去除杂散光，实现指纹识别，但是现有的技术方案只是通过形成多层的bm层来防止大角度光的串扰，效果不佳，存在室外45
°
强光下，女生薄手指指纹图像不清晰等问题。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种指纹识别基板，所述指纹识别基板能够提升准直效果，防止光的串扰，提升强光下获取的薄手指的指纹图像清晰度。
4.根据本发明的指纹识别基板，包括：沿第一方向依次层叠的衬底基板、位于衬底基板上的多个光电转换元件、金属光阑层、位于各光电转换元件入光侧的准直光学结构、微透镜层以及玻璃盖板，光电转换元件用于采集经指纹反射的光线，金属光阑层包括多个第一透光孔，准直光学结构包括依次层叠的遮光组，每组遮光组包括沿第一方向依次层叠的透光层和遮光层，每层遮光层包括多个第二透光孔，沿逐渐远离衬底基板的方向，多组遮光组的第二透光孔的直径逐层增大，第一透光孔的直径小于相邻的第二透光孔的直径，微透镜层包括多个微透镜组，在衬底基板所在的平面内投影，微透镜组、第二透光孔、第一透光孔以及光电转换元件一一对应，相对应的微透镜组、第二透光孔、第一透光孔的正投影至少部分重叠，且交叠区域与光电转换元件的正投影至少部分交叠。
5.根据本发明的指纹识别基板，通过设置金属光阑层，由于金属材质决定，可以开孔的直径尺寸更小，金属光阑层上的第一透光孔直径比第二透光孔的直径更小，能够更好地使光进行汇聚，防止光的串扰，提升强光下获取的薄手指的指纹图像清晰度。
6.根据本发明的指纹识别基板，准直光学结构包括功能区和与功能区邻接的过渡区，在衬底基板所在的平面内投影，功能区的正投影覆盖对应的微透镜组的正投影以及对应的光电转换元件的正投影，过渡区中的每一组遮光组的横截面呈直角正梯形结构，过渡区的每一层包括沿长度方向位于其两端的直角端和非直角端，过渡区的每一层的直角端与功能区的相应的每一层邻接且平齐，沿第一方向，过渡区的多组遮光组的非直角端呈正阶梯状依次排布。
7.可选地，准直光学结构包括第一遮光组和第二遮光组，第一遮光组与金属光阑层邻接，过渡区的长度大于等于1700μm。
8.可选地，第一遮光组与第二遮光组的长度差值的范围为1.5～5μm。
9.可选地，第一遮光组的遮光层和透光层的长度方向的两端平齐，第二遮光组的遮光层和透光层的长度方向的两端平齐。
10.可选地，第一遮光组的透光层与遮光层之间的长度差值的范围为1.5～5μm，第二遮光组的透光层与遮光层之间的长度差值的范围为1.5～5μm。
11.根据本发明的指纹识别基板，金属光阑层与准直光学结构之间设有红外滤光层，红外滤光层的厚度范围为2.4～3μm。
12.根据本发明的指纹识别基板，微透镜组包括偶数个微透镜，微透镜形成为倒梯形结构。
13.可选地，在衬底基板所在的平面内投影，微透镜的正投影形状为圆形，或微透镜的正投影形状为正方形，微透镜的四个角端圆滑过渡。
14.根据本发明的显示装置，包括上述的指纹识别基板。
15.根据本发明的显示装置，通过设置金属光阑层，由于金属材质决定，可以开孔的直径尺寸更小，金属光阑层上的第一透光孔直径比第二透光孔的直径更小，能够更好地使光进行汇聚，防止光的串扰，提升显示装置在强光下获取的薄手指的指纹图像清晰度。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
17.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，对于本领域普通技术人员而言，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。
18.图1为根据本发明实施例的指纹识别基板的剖视图；
19.图2为根据本发明实施例的指纹识别基板的微透镜的剖视图；
20.图3为根据本发明的一个实施例的指纹识别基板的微透镜组的示意图；
21.图4为根据本发明的再一个实施例的指纹识别基板的微透镜组的示意图；
22.图5为根据本发明的实施例一的指纹识别基板的准直光学结构的侧视图；
23.图6为图5中准直光学结构的微观金相图；
24.图7为根据本发明的实施例二的指纹识别基板的准直光学结构的侧视图；
25.图8为图7中准直光学结构的微观金相图；
26.图9为根据本发明的实施例三的指纹识别基板的准直光学结构的侧视图；
27.图10为图9中准直光学结构的微观金相图；
28.图11为根据本发明实施例的指纹识别基板的准直光学结构的过渡区的第一遮光组的透光层的微观金相图；
29.图12为根据本发明实施例的指纹识别基板的准直光学结构的过渡区的第一遮光组的遮光层的长度与膜厚关系曲线图；
30.图13为根据本发明实施例的指纹识别基板的准直光学结构的过渡区的第二遮光组的透光层的长度与膜厚关系曲线图；
31.图14为根据本发明实施例的指纹识别基板的准直光学结构的过渡区的第二遮光
组的遮光层的长度与膜厚关系曲线图；
32.图15为根据本发明实施例的指纹识别基板的准直光学结构的过渡区的第二遮光组与微透镜层之间的遮光层的长度与膜厚关系曲线图；
33.图16为根据本发明实施例的指纹识别基板的红外滤光层的不同厚度滤光能力的曲线图。
34.附图标记：
35.指纹识别基板1，衬底基板10，光电转换元件20，金属光阑层30，第一透光孔31，准直光学结构40，第一遮光组41a，第二遮光组41b，透光层412，遮光层414，第二透光孔4142，微透镜层50，微透镜组51，微透镜512，红外滤光层60，功能区a，过渡区b，
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.如图1所示，根据本发明实施例的指纹识别基板1，包括：沿第一方向依次层叠的衬底基板10、位于衬底基板10上的多个光电转换元件20、金属光阑层30、位于各光电转换元件20入光侧的准直光学结构40、微透镜层50以及玻璃盖板。
38.具体地，光电转换元件20用于采集经指纹反射的光线，依据的是光的全反射原理，光线照到压有指纹的玻璃盖板的表面，反射光线由光电转换元件20去获取，反射光的量依赖于压在玻璃盖板表面指纹的脊和谷的深度和皮肤与玻璃间的油脂和水分，光线经玻璃盖板射到谷的地方后在透光层412与空气界面发生全反射，光线被反射到光电转换元件20，而射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与玻璃盖板的接触面吸收或者漫反射到别的地方，这样就在光电转换元件20上形成了指纹的图像。
39.光电转换元件20包括层叠设置的p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层。
40.金属光阑层30包括多个第一透光孔31，准直光学结构40包括依次层叠的遮光组，每组遮光组包括沿第一方向依次层叠的透光层412和遮光层414，每层遮光层414包括多个第二透光孔4142，沿逐渐远离衬底基板10的方向，多组遮光组的第二透光孔4142的直径逐层增大，第一透光孔31的直径小于相邻的第二透光孔4142的直径，微透镜层50包括多个微透镜组51，在衬底基板10所在的平面内投影，微透镜组51、第二透光孔4142、第一透光孔31以及光电转换元件20一一对应，相对应的微透镜组51、第二透光孔4142、第一透光孔31的正投影至少部分重叠，且交叠区域与光电转换元件20的正投影至少部分交叠。
41.在一些实施例中，为了提高准直光学结构40对指纹反射光线的准直效果，设置第一透光孔31与对应的相互交叠的第二透光孔4142的轴线重合，也就是说相互交叠的第二透光孔4142以及对应的第一透光孔31在衬底基板10上的正投影中心相同，当然，考虑到工艺等影响因素，实际产品中允许相互交叠的第二透光孔4142以及对应的第一透光孔31的正投影中心略有偏移。其中，此处的轴线沿第一方向。
[0042]“沿逐渐远离衬底基板10的方向，多组遮光组的第二透光孔4142的直径逐层增大”，例如，准直光学结构40包括沿第一方向依次层叠的第一遮光组41a、第二遮光组41b、第
三遮光组......第n遮光组，定义金属光阑层30的第一透光孔31的直径为w0，第一遮光组41a的遮光层414上的第二透光孔4142的直径为w1，第二遮光组41b的遮光层414上的第二透光孔4142的直径为w2，第三遮光组的遮光层414上的第二透光孔4142的直径为w3，第n遮光组的遮光层414上的第二透光孔4142的直径为wn，w0、w1、w2、w3......wn满足：w0《w1《w2《w3《......《wn。
[0043]
位于同一层的第二透光孔4142的直径相同，例如，第一遮光组41a的遮光层414上的多个第二透光孔4142的直径均相等，第二遮光组41b的遮光层414上的多个第二透光孔4142的直径均相等。
[0044]
在一些实施例中，如图1所示，准直光学结构40包括第一遮光组41a和第二遮光组41b，第一遮光组41a与金属光阑层30邻接，第二遮光组41b位于第一遮光组41a的远离金属光阑层30的一侧，定义金属光阑层30的第一透光孔31的直径为w0，第一遮光组41a的遮光层414上的第二透光孔4142的直径为w1，第二遮光组41b的遮光层414上的第二透光孔4142的直径为w2，w0、w1、w2满足:w0《w1《w2。2《w0《4μm，10《w1《12μm，20《w2《22μm，微透镜的厚度h为8～10μm，如此能够保障指纹识别基板1的防止光串扰的能力的同时，防止指纹识别基板1过厚，使得指纹识别基板1整体轻薄化。其中，w0可以是2.5μm、3μm以及3.5μm等，w1可以是10.5μm、11μm以及11.5μm等，w2可以是20.5μm、21μm以及21.5μm等，h可以是8μm、8.5μm、9μm、9.5μm以及10μm。
[0045]
根据本发明实施例的指纹识别基板1，微透镜组51包括偶数个微透镜512，优选地，如图3和图4所示，微透镜组51包括四个微透镜512，四个微透镜512与一个光电转换元件20对应。如图2所示，微透镜512的底壁平行于衬底基板10，微透镜512的侧壁与底壁的夹角为
ɑ
，
ɑ
满足：90
°
《
ɑ
《170
°
。其中，
ɑ
可以是100
°
、110
°
、120
°
、130
°
、140
°
、150
°
、160
°
以及170
°
。
[0046]
在一些实施例中，在衬底基板10所在的平面内投影，如图3所示，微透镜512的正投影形状为圆形；或如图4所示，微透镜512的正投影形状为正方形，微透镜512的四个角端圆滑过渡。如此，可以使得微透镜512之间存在间隙，从而使得大角度的光线可以穿出而不发生反射与其他光束串扰，任意相邻的微透镜512的边界间隔，任意相邻的微透镜512的边界之间的间距满足0.6《l《1.5μm，其中优选地，l为1μm。
[0047]
根据本发明实施例的指纹识别基板1，通过设置金属光阑层30，由于金属材质决定，可以开孔的直径尺寸更小，金属光阑层30上的第一透光孔31直径比第二透光孔4142的直径更小，能够更好地使光进行汇聚，防止光的串扰，提升强光下获取的薄手指的指纹图像清晰度。
[0048]
表一为本技术的技术方案与现有的技术方案的防止光串扰的能力区别数据，其中，fwhm的英文全称为full width at half maxima，中文名称为半峰全宽，由表一可以看出，光束与衬底基板10形成角度为45
°
时的串扰率，现有技术的方案为4％，本技术为0％，可见，本技术的防串扰效果更好，现有技术的防止光束串扰的积分面积为3.61，本技术的方案防止光束串扰的积分面积达到5.42，相对于对比例的微透镜紧挨的方案提升了50％，可见本技术的防止光束串扰的积分面积更大，防止串扰的效果更佳。
[0049]
表一本技术的技术方案与现有的技术方案的防止光串扰的能力区别数据
[0050][0051]
如图5、图7、以及图9所示，根据本发明实施例的指纹识别基板1，准直光学结构40包括功能区a和与功能区a邻接的过渡区b。
[0052]
实施例一：
[0053]
如图5所示，在衬底基板10所在的平面内投影，功能区a的正投影覆盖对应的微透镜组51的正投影以及对应的光电转换元件20的正投影，过渡区b中的每一组遮光组的横截面呈直角正梯形结构，过渡区b的每一层包括沿长度方向位于其两端的直角端和非直角端，过渡区b的每一层的直角端与功能区a的相应的每一层邻接且平齐，也就是说准直光学结构40的功能区a和过渡区b中的每一层都共用同一层，在成型工艺中，功能区a和过渡区b的对应的每一层均为一体成型，之所以区分过渡区b和功能区a，是为了保障与光电转换元件20正对的功能区a的每一层的膜厚均稳定。
[0054]
在一些实施例中，遮光层414包括bm(black matrix)树脂，透光层412包括oc(over coat)，设置过渡区b的原因是准直光学结构40中的遮光层414和透光层412是逐层制备的，由于透光层412的厚度较厚，在大段差的影响下，准直光学结构40中的每一层的厚度从边缘到靠近功能区a的方向存在“爬坡”的过程，经过一段的距离后每一层的厚度才能够达到稳定，这是在实际生产过程会存在的问题，由于光路串扰程度和成像效果对遮光层414的厚度以及透光层412的厚度非常敏感，因此需要设置过渡区b，确保功能区a的每一层的厚度稳定可控。
[0055]
其中，“横截面”是指，在垂直于衬底基板10的方向上，经过微透镜512的中心轴线的横截面，“长度方向”是指，在横截面中垂直于第一方向的方向。
[0056]
也就是说，指纹识别基板1在准直光学结构40的过渡区b对应的层叠结构是，沿第一方向依次层叠的衬底基板10、光电转换元件20、金属光阑层30、过渡区b、填充层以及玻璃盖板。
[0057]
实施例二：
[0058]
在衬底基板10所在的平面内投影，功能区a的正投影覆盖对应的微透镜组51的正投影以及对应的光电转换元件20的正投影，过渡区b中的每一组遮光组的横截面的非直角端平齐。
[0059]
实施例三：
[0060]
在衬底基板10所在的平面内投影，功能区a的正投影覆盖对应的微透镜组51的正投影以及对应的光电转换元件20的正投影，过渡区b中的远离光电转换元件20的遮光组的包裹靠近光电转换元件20的遮光组。
[0061]
由于透光层412的膜厚较大，因此在制备遮光层414时，容易将部分制备遮光层414的原料残留在透光层412的边缘，如此会影响透光层412的透光性，因此，沿第一方向，过渡区b的多组遮光组的非直角端呈正阶梯状依次排布。如此，能够极大地减少透光层412上的遮光层414的原料残留的可能性。如图8中采用实施例二的结构所示，在透光层412上的遮光层原料残留长度达到9.8μm，图9中实施例三的结构所示，在透光层412上的遮光层原料残留长度达到23μm，如图6所示，采用实施例一中的结构，在透光层412上的遮光层原料残留长度能够减少到6.2μm。因此，优选实施例一种的结构。
[0062]
在一些实施例中，准直光学结构40包括第一遮光组41a和第二遮光组41b，准直光学结构40还包括设于第二遮光组41b与微透镜层50之间的透光层412，从而将第二遮光组41b的遮光层414与微透镜层50间隔开，第一遮光组41a与金属光阑层30邻接，过渡区b的长度l大于等于1700μm。
[0063]
在一些实施例中，如图11所示，第一遮光组41a的透光层412的由边缘向功能区a方向膜厚逐渐稳定的长度至少为20μm；如图12所示，第一遮光组41a的遮光层414的膜厚由边缘处逐渐增加直至稳定的过长度至少为800μm；如图13所示，第二遮光组41b的透光层412的膜厚由边缘处逐渐增加直至稳定的长度至少为1200μm；如图14所示，第二遮光组41b的遮光层414的膜厚由边缘处逐渐增加直至稳定的长度至少为1400μm，如图15所示，第二遮光组41b与微透镜层50之间的透光层412的膜厚由边缘处逐渐增加至稳定的长度至少为1700μm，因此设置过渡区b的长度大于等于1700μm，能够保障在功能区a第一遮光组41a的透光层412、遮光层414以及第二遮光组41b的透光层412、遮光层414的膜厚稳定可靠。
[0064]
在一些实施例中，第一遮光组41a与第二遮光组41b的长度差值m的范围为1.5～5μm。其中，m可以是1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm以及5μm等。
[0065]
在一些实施例中，第一遮光组41a的遮光层414和透光层412的长度方向的两端平齐，第二遮光组41b的遮光层414和透光层412的长度方向的两端平齐。
[0066]
在一些实施例中，第一遮光组41a的透光层412与遮光层414之间的长度差值m1的范围为1.5～5μm，其中，m1可以是1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm以及5μm等。
[0067]
第二遮光组41b的透光层412与遮光层414之间的长度差值m2的范围为1.5～5μm。其中，m2可以是1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm以及5μm等。
[0068]
根据本发明实施例的指纹识别基板1，如图1所示，金属光阑层30与准直光学结构40之间设有红外滤光层60，从而通过红外滤光层60可以将600nm以上的环境光进行过滤，防止环境光透过女性或者小孩等较薄的手指进入光电转换元件20中产生识别干扰，提升指纹信号的清晰度。
[0069]
如图16所示，红外滤光层60的厚度范围为2.4～3μm。红外滤光层60的厚度越厚，对环境光的过滤效果越好，但是随着红外滤光层60的厚度的增加也会使得指纹识别基板1的厚度增加，因此，应该选择合适的红外滤光层60的厚度。其中，在一些实施例中，优选地，红外滤光层60的厚度为2.71μm，经过试验验证，在强光条件下测试，厚度为2.71μm的红外滤光
层60的误差率保持在3％以内，对600nm的光束的截止率达到为88％以上，对620nm的光束的截止率达到1％以上。
[0070]
根据本发明实施例的显示装置，包括上述的指纹识别基板1。
[0071]
根据本发明实施例的显示装置，通过设置金属光阑层30，由于金属材质决定，可以开孔的直径尺寸更小，金属光阑层30上的第一透光孔31直径比第二透光孔4142的直径更小，能够更好地使光进行汇聚，防止光的串扰，提升显示装置在强光下获取的薄手指的指纹图像清晰度。
[0072]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0073]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0074]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。