CN110501833B

CN110501833B - 一种显示装置

Info

Publication number: CN110501833B
Application number: CN201910796273.4A
Authority: CN
Inventors: 郑庸滨
Original assignee: Xiamen Tianma Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Xiamen Tianma Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: CN110501833A

Abstract

本发明实施例公开了一种显示装置。该显示装置包括指纹识别区域与非指纹识别区域；显示装置包括背光模组、显示面板、指纹识别模组以及光路调节单元；显示面板设置于背光模组的出光侧，指纹识别模组设置于背光模组背离显示面板的一侧，光路调节单元设置于背光模组和显示面板之间，且光路调节单元至少设置于指纹识别区域；显示面板的工作状态包括显示阶段和指纹识别阶段；在显示阶段，光路调节单元用于增大指纹识别区域的背光模组发出的光线的发散角；在指纹识别阶段，光路调节单元用于减小指纹识别区域的指纹识别光的发散角。本发明实施例的技术方案，可以调整不同状态时内部光线传播路径，使显示阶段具有大视角，指纹识别阶段具有高识别精度。

Description

一种显示装置

技术领域

本发明实施例涉及光学指纹识别技术，尤其涉及一种显示装置。

背景技术

由于指纹具有唯一性，可以用于身份识别，各种指纹识别技术得到了广泛的应用，例如电子设备终端中的手机、平板电脑等。以手机为例，随着技术发展，手机显示屏的屏占比越来越高，传统的电容式指纹识别模组没有了设置空间，屏下光学指纹越来越受到关注。

目前，对于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)的屏下指纹识别已有应用。对于液晶显示面板(Liquid Crystal Display，LCD)的屏下指纹识别，由于LCD的背光模组一般设置有扩散背光的棱镜结构，为了在指纹识别时使指纹识别光线视角收敛，会设计逆棱镜结构，而逆棱镜结构的存在会影响正常显示时的视角，使LCD失去原本的广视角优势。

发明内容

本发明实施例提供一种显示装置，该显示装置可以调整不同状态时内部光线传播路径，使显示阶段具有大视角，指纹识别阶段具有高识别精度。

本发明实施例提供了一种显示装置，包括指纹识别区域与非指纹识别区域；

所述显示装置包括背光模组、显示面板、指纹识别模组以及光路调节单元；

所述显示面板设置于所述背光模组的出光侧，所述指纹识别模组设置于所述背光模组背离所述显示面板的一侧，所述光路调节单元设置于所述背光模组和所述显示面板之间，且所述光路调节单元至少设置于所述指纹识别区域；

所述显示面板的工作状态包括显示阶段和指纹识别阶段；

在所述显示阶段，所述光路调节单元用于增大所述指纹识别区域的所述背光模组发出的光线的发散角；

在所述指纹识别阶段，所述光路调节单元用于减小所述指纹识别区域的指纹识别光的发散角。

本发明实施例提供的显示装置，包括指纹识别区域与非指纹识别区域；显示装置包括背光模组、显示面板、指纹识别模组以及光路调节单元；通过将显示面板的工作状态分为显示阶段和指纹识别阶段，在显示阶段，通过光路调节单元增大指纹识别区域的背光模组发出的光线的发散角，从而保证显示装置具有广视角；在指纹识别阶段，通过光路调节单元减小指纹识别区域的指纹识别光的发散角，从而保证尽可能多的指纹识别光线被指纹模组接收，提高指纹识别精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种显示装置的俯视结构示意图；

图2为沿图1中剖线A-A'的一种剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种显示装置的俯视结构示意图；

图4为沿图1中剖线A-A'的另一种剖面结构示意图；

图5和图6分别为沿图1中剖线A-A'的又一种剖面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种光路调节单元的结构示意图；

图8为图7中的光线汇聚单元的棱角处于倾倒状态的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种光路调节单元的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的又一种光路调节单元的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的又一种光路调节单元的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的又一种光路调节单元的结构示意图；

图13为沿图1中剖线A-A'的又一种剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。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。

图1所示为本发明实施例提供的一种显示装置的俯视结构示意图，图2所示为沿图1中剖线A-A'的一种剖面结构示意图。参考图1和图2，本实施例提供的显示装置包括指纹识别区域1与非指纹识别区域2；显示装置包括背光模组10、显示面板20、指纹识别模组30以及光路调节单元40；显示面板20设置于背光模组10的出光侧，指纹识别模组30设置于背光模组10背离显示面板20的一侧，光路调节单元40设置于背光模组10和显示面板20之间，且光路调节单元40至少设置于指纹识别区域1；显示面板20的工作状态包括显示阶段和指纹识别阶段；在显示阶段，光路调节单元40用于增大指纹识别区域1的背光模组10发出的光线的发散角；在指纹识别阶段，光路调节单元40用于减小指纹识别区域的指纹识别光的发散角。

可以理解的是，本发明实施例提供的显示装置可以为手机、平板电脑等，该显示装置可以为液晶显示装置，显示面板20可以为液晶显示面板，液晶显示面板一般包括彩色滤光片(Color Filter，CF)基板和薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)阵列基板，以及位于CF基板与TFT基板之间的液晶层(图2中未示出)。液晶显示的工作原理为通过施加驱动电压控制液晶层内液晶分子旋转，背光模组10提供的背光透过液晶显示面板的TFT阵列基板，从液晶显示面板的液晶层折射出来，并经由CF基板产生彩色画面。为了获得显示时的大视角，显示装置内一般会设置扩散片等结构增大背光的发散角度，但对于需要透射显示面板20的指纹识别光，其光线越收敛，指纹识别模组30能接收到越多的光线。参考图2，光路调节单元40至少设置于指纹识别区域1，在具体实施时，由于制作工艺等原因，光路调节单元40的覆盖的区域可以大于指纹识别区域1。光路调节单元40利用光线折射原理，用于调节光线的发散角，示例性的，光路调节单元40可以为逆棱镜结构(棱角朝向背光模组10一侧)，逆棱镜结构的棱角形状可以改变，由于逆棱镜结构具有收敛从背光模组10指向显示面板20方向光线发散角的作用，在显示阶段，可以控制逆棱镜的棱角发生形变，例如使棱角向一侧倾斜，以增大指纹识别区域1的背光模组10发出的光线的发散角；在指纹识别阶段，对于从背光模组10指向显示面板20方向的指纹识别光线，可以保持逆棱镜结构的棱角，对于从显示面板20指向背光模组10的指纹识别光线，控制逆棱镜的棱角发生形变，以减小指纹识别区域的指纹识别光的发散角。

需要说明的是，图1中所示的指纹识别区域1的形状为圆形仅是示例性的，在其他实施例中，指纹识别区域可以为其他形状，图3所示为本发明实施例提供的另一种显示装置的俯视结构示意图，参考图3，指纹识别区域1可以为矩形，例如可以占据显示区下方的1/3～1/2的面积。示例性的，当本实施例提供的显示装置用于手机等应用时，显示区下方1/3～1/2的区域为用户单手握持手指容易触碰到的区域，设置指纹识别区域1占据显示区下方1/3～1/2的面积，既可以避免全屏设置指纹识别模组导致内部走线过于复杂，又符合用户习惯，便于实现解锁、支付等应用场景。在其他实施例中，还可以设置其他形状或面积的指纹识别区域，具体实施时可以根据实际需求设计。本发明实施例对此不作限定。

本发明实施例的技术方案，通过将显示面板的工作状态分为显示阶段和指纹识别阶段，在显示阶段，通过光路调节单元增大指纹识别区域的背光模组发出的光线的发散角，从而保证显示装置具有广视角；在指纹识别阶段，通过光路调节单元减小指纹识别区域的指纹识别光的发散角，从而保证尽可能多的指纹识别光线被指纹模组接收，提高指纹识别精度。

在上述实施例的基础上，图4所示为沿图1中剖线A-A'的另一种剖面结构示意图。参考图4，可选的，本实施例提供的显示装置还包括指纹识别光源50，指纹识别模组30包括指纹传感器31；指纹识别光源50发出的指纹识别光a经触摸主体100反射后被指纹传感器30接收；指纹识别光a包括指纹检测光a1和指纹信号光a2；指纹检测光a1由指纹识别光源50发出，经显示面板20后入射到触摸主体100上；指纹信号光a2，由触摸主体100对指纹检测光a1反射形成，经显示面板20后入射到指纹传感器31中；在指纹识别阶段，光路调节单元40用于减小指纹检测光a1的发散角；和/或在指纹识别阶段，光路调节单元40用于减小指纹信号光a2的发散角。

可以理解的是，显示阶段和指纹识别阶段持续时间和间隔时间一般都比较短，显示装置用于显示的光线为可见光，为了避免指纹识别光源50发出的光线对正常显示造成干扰，可选的，指纹识别光源50可以采用不可见光，例如红外光，指纹识别光源50可以为红外发光二极管。在指纹识别阶段，指纹识别光源50发出的指纹检测光a1从下向上传播，经过光路调节单元40时具有一定的收敛作用，使光线更集中；指纹检测光a1在经过触摸主体100反射后形成的指纹信号光a2从上向下传播，经过光路调节单元40时可以再次收敛，指纹识别光a在传播过程中的发散角经过至少一次收敛作用，可以有效增加指纹传感器31接收光线的强度，提高指纹识别精度和识别效率。

需要说明的是，图4中所示的指纹识别光源50设置于背光模组10背离显示面板20的一侧仅是示意性的，并不是对本发明实施例的限定，在其他实施例中，指纹识别光源50还可以设置于背光模组的一个侧边，只需保证指纹识别光源50发出的指纹识别光a能到达触摸主体100并反射至指纹传感器31即可。

可选的，本实施例提供的显示装置还包括指纹识别光源；背光模组包括导光板；导光板的入光面位于导光板的侧面或底面；指纹识别光源与导光板的入光面相对；光路调节单元包括光线汇聚结构和控制结构；光线汇聚结构设置于导光板与显示面板之间；控制结构用于根据显示装置当前工作状态，调整光线汇聚结构的汇聚能力。

示例性的，图5和图6所示分别为沿图1中剖线A-A'的又一种剖面结构示意图。参考图5，显示装置包括指纹识别光源50，背光模组10包括导光板11；导光板11的入光面位于导光板11的侧面；指纹识别光源50与导光板11的入光面相对，在具体实施时，显示装置的背光源(图5中未示出)和指纹识别光源50都可以设置于导光板11的一个侧面，形成侧入式光源；光路调节单元40包括光线汇聚结构41和控制结构42，控制结构42根据显示装置的工作状态(显示阶段还是指纹识别阶段)控制光线汇聚结构41的发散光线或者收敛光线，保证显示阶段具有广视角，指纹识别阶段具有高识别精度。参考图6，与图5不同的是，导光板11的入光面位于导光板的底面，即背离显示面板20一侧的表面，在具体实施时，显示装置的背光源和指纹识别光源50都可以设置于导光板11的一个侧面，形成侧入式光源。

需要说明的是，在其他实施例中，也可以将导光板的侧面和底面均设置成入光面，显示装置的背光源和指纹识别光源位于导光板的不同侧，本发明实施例对此不做限定。

图7所示为本发明实施例提供的一种光路调节单元的结构示意图。参考图7，可选的，光线汇聚结构41包括多个光线汇聚单元411，光线汇聚单元411具有形状记忆性；沿由背光模组指向显示面板的方向x，光线汇聚单元411在初始情况下，平行于背光模组出光面的横截面逐渐增大；控制结构42通过改变光线汇聚单元411的形状，以调整光线汇聚单元411的汇聚能力。

可以理解的是，此处所描述的形状记忆性指的是在外部作用(例如施加力)下改变形状，外部作用消除后恢复初始形状。示例性的，图7所示的光线汇聚单元411为棱镜的棱角结构。在初始状态下，光线汇聚单元411的棱角呈直立状态，图7中还示例性的示出光线经过光线汇聚单元411后的传播路径。参考图7，一束与x方向呈较大夹角的光线经过光线汇聚单元411后，光线朝向靠近x方向偏折，即光线的发散角收敛。图8所示为图7中的光线汇聚单元的棱角处于倾倒状态的结构示意图。参考图8，当控制结构42控制光线汇聚单元411的形状发生改变，例如使光线汇聚单元411的棱角呈倾倒状态，则光线经过光线汇聚单元411后不再收敛，相对于初始状态增大了光线的发散角。

在利用图7所示的光路调节单元时，在显示阶段，控制结构42控制光线汇聚单元411的棱角处于倾倒状态，以避免指纹识别区域的视角变小；在指纹识别阶段，指纹检测光通过时控制光线汇聚单元411的棱角处于直立状态，指纹信号光通过时控制光线汇聚单元411的棱角处于倾倒状态，以提高指纹识别精度。

图9所示为本发明实施例提供的另一种光路调节单元的结构示意图。参考图9，可选的，光线汇聚结构41包括多个光线汇聚单元411，光线汇聚单元411具有形状记忆性；沿由背光模组指向显示面板的方向x，光线汇聚单元411在初始情况下，平行于背光模组出光面的横截面逐渐增减小；控制结构42通过改变光线汇聚单元411的形状，以调整光线汇聚单元411的汇聚能力。

可以理解的是，图9所示的光线汇聚单元411与图7中的棱角方向相反，在显示阶段，控制结构42控制光线汇聚单元411的棱角处于直立状态，以避免指纹识别区域的视角变小；在指纹识别阶段，指纹检测光通过时控制光线汇聚单元411的棱角处于倾倒状态，指纹信号光通过时控制光线汇聚单元411的棱角处于直立状态，以提高指纹识别精度。

可选的，参考图7或图9，光线汇聚单元411的形状可以为圆锥、圆台、棱锥、棱台或三棱柱。具体实施时可以根据实际需求灵活选择，本发明实施例对此不做限定。

可选的，光线汇聚结构背离导光板的一侧设置有磁性光学涂层或者光线汇聚结构内掺杂有磁性光学材料；控制结构包括一磁性控制结构，通过控制磁性控制结构具有磁性或失去磁性，改变光线汇聚单元的形状，以调整光线汇聚单元的汇聚能力。

示例性的，图10所示为本发明实施例提供的又一种光路调节单元的结构示意图。参考图10，光线汇聚结构41背离导光板的一侧设置有磁性光学涂层412；控制结构42包括一磁性控制结构421，通过控制磁性控制结构421具有磁性或失去磁性，改变光线汇聚单元411的形状，以调整光线汇聚单元411的汇聚能力。图11所示为本发明实施例提供的又一种光路调节单元的结构示意图。参考图11，光线汇聚结构41内掺杂有磁性光学材料413，控制结构42包括一磁性控制结构421，通过控制磁性控制结构421具有磁性或失去磁性，改变光线汇聚单元411的形状，以调整光线汇聚单元411的汇聚能力。

可选的，磁性光学涂层和磁性光学材料包括由铁钴合金和氟化铝混合制成的纳米颗粒材料。

可以理解的是，磁性控制结构421可以是电磁铁，当电磁铁通电时具有磁性，断电时失去磁性，对于图10所示的光路调节单元，光学汇聚单元411表面覆盖有磁性光学涂层412，光线汇聚单元11由弹性胶材料制成，具有自动恢复性。当电磁铁通电时，对磁性光学涂层412产生吸引力，磁性光学涂层412对光线汇聚单元411施加压力，将棱角由直立状态压变形为倾倒状态，当电磁铁断电时，光线汇聚单元411由于自身弹性恢复原状。对于图11所示的光路调节单元，光线汇聚单元411内掺杂透明的磁性光学材料413，当电磁铁通电时，吸引磁性光学材料413使对光线汇聚单元411发生形变，棱角由直立状态压变形为倾倒状态，当电磁铁断电时，光线汇聚单元411由于自身弹性恢复原状。在本实施例中，磁性光学材料由纳米级磁性金属颗粒铁钴合金和绝缘物质氟化铝混合制成，在室温下具有很好的透光性和磁性，在其他实施例中，也可以选择其他在室温下能够显示出很高的透光性和强磁性的材料。

需要说明的是，图10和图11所示的光路调整单元中光线汇聚单元411的棱角朝向x的负方向仅是示意性的，棱角朝向x方向时与此类似，此处不再详述。对于棱角朝向x方向的实施例，光线汇聚结构可以直接利用现有技术中的增亮膜，简化显示装置结构。

可选的，磁性控制结构设置于指纹识别模组背离导光板的一侧或设置于指纹识别模组与导光板之间。

可以理解的是，由于磁性引起的吸引力不需要进行接触，在具体实施时，磁性控制结构可以设置在指纹识别模组和导光板之间，也可以设置在指纹识别模组背离导光板的一侧，本发明实施例对此不作限定。

图12所示为本发明实施例提供的又一种光路调节单元的结构示意图。参考

图12，可选的，光线汇聚单元411包括红外光敏形变材料；控制结构42包括红外光源422，通过控制红外光源422开启或关闭，改变光线汇聚单元411的形状，以调整光线汇聚单元411的汇聚能力。

可以理解的是，红外光敏形变材料在受到红外光照射时，材料发生聚集缩收，使光线汇聚单元411发生形变，棱角结构坍塌；当红外光关闭时，材料在内应力作用下，又恢复到初始状况。在本实施例中，可选的，红外光敏形变材料可以包括热塑性聚合物复合材料、聚苯乙烯掺杂红外光诱导形状记忆复合材料、以及聚对苯二甲酸类塑料基体中混合石墨烯纳米片制成的石墨烯/弹性体复合材料中的任意一种。

可选的，指纹识别光源复用为红外光源。

可以理解的是，在具体实施时，指纹识别光源可以与光路调节单元的红外光源共用，从而简化制作工艺。

图13所示为沿图1中剖线A-A'的又一种剖面结构示意图。参考图13，可选的，本实施例提供的显示装置还包括指纹识别光源50，指纹识别模组30包括指纹传感器31；背光模组10包括支撑板12，支撑板12设置于背光模组10背离显示面板20的一侧；支撑板12在指纹识区域设置有贯穿支撑板12厚度方向的通孔121，用于使指纹识别光透射至指纹传感器31。

可以理解的是，支撑板12可以为固定和支撑背光模组10的金属框，例如铁框，由于铁框不透明，而指纹识别模组30设置在背光模组10的背面，因此支撑部12需要设置通孔121，以透过指纹识别光线。在其他实施例中，为了提高背光模组10的出光效率，背光模组10还会设置反射片、扩散片等结构，具体实施时，反射片、扩散片等结构可以选用对采用红外光的指纹识别光线具有透过性的材料，也可以在在反射片、扩散片对应指纹识别区域设置通孔，具体实施时可以根据实际情况设置。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种显示装置，其特征在于，包括指纹识别区域与非指纹识别区域；

所述显示面板的工作状态包括显示阶段和指纹识别阶段；

在所述指纹识别阶段，所述光路调节单元用于减小所述指纹识别区域的指纹识别光的发散角；

所述光路调节单元包括光线汇聚结构和控制结构，所述光线汇聚结构包括多个光线汇聚单元，所述光线汇聚单元具有形状记忆性；

沿由所述背光模组指向所述显示面板的方向，所述光线汇聚单元在初始情况下，平行于所述背光模组出光面的横截面逐渐增大或逐渐减小；

所述控制结构通过改变所述光线汇聚单元的形状，以调整所述光线汇聚单元的汇聚能力。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括指纹识别光源，所述指纹识别模组包括指纹传感器；所述指纹识别光源发出的指纹识别光经触摸主体反射后被所述指纹传感器接收；

所述指纹识别光包括指纹检测光和指纹信号光；

所述指纹检测光由所述指纹识别光源发出，经所述显示面板后入射到所述触摸主体上；所述指纹信号光，由所述触摸主体对所述指纹检测光反射形成，经所述显示面板后入射到所述指纹传感器中；

在所述指纹识别阶段，所述光路调节单元用于减小指纹检测光的发散角；和/或

在所述指纹识别阶段，所述光路调节单元用于减小指纹信号光的发散角。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括指纹识别光源；所述背光模组包括导光板；

所述导光板的入光面位于所述导光板的侧面或底面；

所述指纹识别光源与所述导光板的入光面相对；

所述光线汇聚结构设置于所述导光板与所述显示面板之间；所述控制结构用于根据所述显示装置当前工作状态，调整所述光线汇聚结构的汇聚能力。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光线汇聚单元的形状为圆锥、圆台、棱锥、棱台或三棱柱。

5.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述光线汇聚结构背离所述导光板的一侧设置有磁性光学涂层或者所述光线汇聚结构内掺杂有磁性光学材料；

所述控制结构包括一磁性控制结构，通过控制所述磁性控制结构具有磁性或失去磁性，改变所述光线汇聚单元的形状，以调整所述光线汇聚单元的汇聚能力。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述磁性光学涂层和所述磁性光学材料包括由铁钴合金和氟化铝混合制成的纳米颗粒材料。

7.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述磁性控制结构设置于所述指纹识别模组背离所述导光板的一侧或设置于所述指纹识别模组与所述导光板之间。

8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光线汇聚单元包括红外光敏形变材料；

所述控制结构包括红外光源，通过控制所述红外光源开启或关闭，改变所述光线汇聚单元的形状，以调整所述光线汇聚单元的汇聚能力。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述红外光敏形变材料包括热塑性聚合物复合材料、聚苯乙烯掺杂红外光诱导形状记忆复合材料、以及聚对苯二甲酸类塑料基体中混合石墨烯纳米片制成的石墨烯/弹性体复合材料中的任意一种。

10.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述指纹识别光源包括红外发光二极管。

11.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述指纹识别光源复用为所述红外光源。

12.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括指纹识别光源，所述指纹识别模组包括指纹传感器；所述背光模组包括支撑板，所述支撑板设置于所述背光模组背离所述显示面板的一侧；

所述支撑板在所述指纹识别区域设置有贯穿所述支撑板厚度方向的通孔，用于使指纹识别光透射至所述指纹传感器。