CN111987129B - 一种显示基板及显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种显示基板及显示装置，所述显示基板包括：衬底基板；设置在衬底基板一侧的点光源，点光源用于发出信号光；设置在衬底基板背离点光源一侧的光学层，光学层远离衬底基板一侧的表面为非平面结构，非平面结构用于将被手指反射的信号光输出所述显示基板。本申请技术方案通过在衬底基板的下方设置光学层，由于该光学层的下表面为非平面结构，从而可以避免被手指反射的信号光在光学层的下表面发生全反射，使被手指反射的信号光正常射出显示基板，进而穿过空气层进入感光层中的光敏感应单元，实现感光层与显示基板的非紧密贴合。

Description

一种显示基板及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种显示基板及显示装置。

背景技术

得益于OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)产能瓶颈的打破、OLED屏幕生产技术成熟度逐渐提高，生产成本逐渐下降。目前新的光学指纹识别技术抛弃了传统的光学指纹的光路结构，转而借用显示屏幕的光线来作为光源。目前主流的解决方案是通过可以自发光的OLED屏幕来执行光学指纹识别。由于最新的指纹成像方案抛弃了传统的光路结构，因此减小了整个成像系统的厚度，同时也降低了成像系统的成本。这种无光路结构的新光学指纹识别技术包含点光源成像、线光源成像等方案，通过多次扫描手指，然后对扫描得到的图像进行拼接即可形成完整的指纹图像。

其中，点光源成像是利用OLED发出的大角度光线在OLED与手指形成界面上的指纹谷位置发生全反射，而指纹脊位置反射率较低，这些反射光线由感光层中的光敏感应单元采集并生成指纹图案。

相关技术中的点光源方案需要确保感光层与屏幕紧密贴合，紧密贴合容易引起以下问题：一方面，在紧密贴合的过程中很容易造成屏幕或感光层的损坏；另一方面，用户在更换屏幕时需连带感光层一起更换，或者若感光层出现问题时则需要同时更换屏幕，增加了维修与置换成本。

发明内容

本发明提供一种显示基板及显示装置，以实现感光层与屏幕的非紧密贴合。

为了解决上述问题，本发明公开了一种显示基板，所述显示基板包括：

衬底基板；

设置在所述衬底基板一侧的点光源，所述点光源用于发出信号光；

设置在所述衬底基板背离所述点光源一侧的光学层，所述光学层远离所述衬底基板一侧的表面为非平面结构，所述非平面结构用于将被手指反射的信号光输出所述显示基板。

在一种可选的实现方式中，所述光学层远离所述衬底基板一侧的表面包括多个斜面，各所述斜面的坡度角大于或等于42°，且小于或等于70°。

在一种可选的实现方式中，所述光学层的折射率大于或等于1.4，且小于或等于1.6。

在一种可选的实现方式中，所述光学层包括多个光学单元，各所述光学单元在所述衬底基板上的正投影的尺寸小于或等于25μm。

在一种可选的实现方式中，所述光学单元为三棱锥单元，多个所述三棱锥单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

在一种可选的实现方式中，所述光学单元为四棱锥单元，多个所述四棱锥单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

在一种可选的实现方式中，所述光学单元为微圆锥单元，多个所述微圆锥单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

在一种可选的实现方式中，所述光学单元为微透镜单元，多个所述微透镜单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种显示装置，包括任一实施例所述的显示基板。

在一种可选的实现方式中，所述显示装置还包括设置在所述光学层背离所述衬底基板一侧的感光层，所述感光层包括多个光敏感应单元，各所述光敏感应单元用于接收所述显示基板输出的信号光，以对手指指纹进行识别。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本申请技术方案提供了一种显示基板及显示装置，所述显示基板包括：衬底基板；设置在衬底基板一侧的点光源，点光源用于发出信号光；设置在衬底基板背离点光源一侧的光学层，光学层远离衬底基板一侧的表面为非平面结构，非平面结构用于将被手指反射的信号光输出所述显示基板。本申请技术方案通过在衬底基板的下方设置光学层，由于该光学层的下表面为非平面结构，从而可以避免被手指反射的信号光在光学层的下表面发生全反射，使被手指反射的信号光正常射出显示基板，进而穿过空气层进入感光层中的光敏感应单元，实现感光层与显示基板的非紧密贴合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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示出了无光路结构的光学指纹识别技术中点光源成像的原理示意图；

图2示出了点光源对指纹所成的图像；

图3示出了单个点光源单次成像的示意图；

图4示出了对单个点光源两次成像进行拼接得到的指纹图像；

图5示出了相关技术中空气层对点光源成像的影响；

图6示出了本申请实施例提供的一种显示基板剖面上的光路示意图；

图7示出了本申请实施例提供的第一种光学层的结构示意图；

图8示出了本申请实施例提供的第二种光学层的结构示意图；

图9示出了本申请实施例提供的第三种光学层的结构示意图；

图10示出了本申请实施例提供的一种显示装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，点光源成像的基本原理是利用入射光在手指触控表面上发生全反射，入射角度大于全反射角的光线，在指纹谷的区域由于存在空气发生了全反射，在感光层sensor上形成了较亮的信号；相反在指纹脊的区域由于破坏了全反射，由指纹脊区域反射至感光层sensor的光线较少，从而在感光层sensor上形成了较暗的信号，因此在全发射角以外的区域可以形成亮暗相间的指纹图像，如图2所示。在全反射角以内(入射角度小于全反射角的光线)，反射至感光层sensor的光线较少，因此会在指纹图像中看到一个较暗的圆形区域，如图3所示，黑色部分为不成像区域，白色圆环为指纹成像区域。

由于光学放大关系，点光源经手指反射后在感光层sensor上所成的图像为正立放大的像，因此为了避免光源之间相互干扰，无法同时点亮两个距离较近的光源。在实际应用中，为了得到完整的指纹图像，可以多次点亮不同位置的点光源，各点光源的不成像区域刚好被其他点光源的成像区域覆盖，从而可以得到完整的指纹图像。这样，通过在多次成像的过程中点亮不同位置的点光源，从时间维度上避免了光源之间的相互影响。参照图4示出了对两次成像进行拼接的结果。

目前的指纹识别技术是在OLED显示面板的下方直接放置感光层sensor，参照图5，如果感光层sensor与OLED显示面板之间存在空气层，则由OLED显示面板上表面全反射下来的光线会在OLED下表面再次发生全反射，导致无有效光线进入感光层sensor，从而无法成像。因此现有的点光源成像方案必须对感光层sensor与OLED显示面板进行紧密贴合。

然而，感光层sensor与屏幕之间紧密贴合容易引起以下问题：一方面，在紧密贴合的过程中很容易造成屏幕或感光层sensor的损坏；另一方面，用户在更换屏幕时需连带感光层sensor一起更换，或者若感光层sensor出现问题时则需要同时更换屏幕，增加了维修与置换成本。

为了实现感光层sensor与显示基板的非紧密贴合，本申请一实施例提供了一种显示基板，参照图6，该显示基板可以包括：衬底基板61；设置在衬底基板61一侧的点光源62，点光源62用于发出信号光；设置在衬底基板61背离点光源62一侧的光学层63，光学层63远离衬底基板61一侧的表面为非平面结构，非平面结构用于将被手指反射的信号光输出显示基板。

本实施例提供的显示基板可以为OLED显示基板，点光源62可以包括多个OLED像素单元。

光学层63可以贴合在衬底基板61背离点光源62的一侧表面上。

参照图6示出了显示基板剖面上的光路图，由于光学层63的下表面为非平面结构，在手指的指纹谷位置全反射下来的信号光可以以较小的入射角入射至光学层63的下表面，即非平面结构破坏了信号光在光学层63下表面的全反射条件，即使在感光层与显示基板之间存在空气层，信号光也能正常射出光学层63的下表面，从而可以实现显示基板与感光层之间的非紧密贴合。

本实施例提供的显示基板，通过衬底基板的下方贴合光学层，由于该光学层的下表面为非平面结构，相对于平面结构，改变了被手指反射的信号光在光学层下表面的入射角度，避免被手指反射的信号光在光学层的下表面再次发生全反射，使成像所需的信号光射出显示基板，进而穿过空气层进入感光层，实现感光层与显示基板的非紧密贴合。

为了进一步提高信号光在光学层63下表面的透过率，在一种可选的实现方式中，光学层63远离衬底基板一侧的表面(非平面结构)包括多个斜面，各斜面的坡度角可以大于或等于42°，且小于或等于70°。这种结构的光学层63可以使绝大部分从手指的指纹谷位置全反射下来的信号光，在下表面的入射角度不符合全反射条件，从而无损地射出显示基板。其中，各斜面的坡度角具体指的是各斜面与衬底基板61所在平面之间的夹角。

为了提高信号光在衬底基板61与光学层63的界面处的透过率，在一种可选的实现方式中，光学层63的折射率可以与衬底基板61的折射率之差小于或等于预设阈值。该预设阈值的数值可以根据实际情况设定，本实施例不作限定。当衬底基板61为玻璃(折射率为1.5)时，光学层63的折射率可以大于或等于1.4，且小于或等于1.6。光学层63的材质可以与衬底基板61的材质相同。

参照图7至图9示出了几种光学层的三维结构和排布示意图。光学层63可以包括多个光学单元。为尽可能保证指纹图像的均匀性，各光学单元在衬底基板61上的正投影尺寸要足够小，可以小于感光层中光敏感应单元(即感光层的像素单元)尺寸的一半。一般来说光敏感应单元的尺寸约为50～100um，因此，各光学单元在衬底基板61上的正投影尺寸可以小于或等于25μm。其中，正投影尺寸具体指的是正投影外接圆的直径尺寸。

其中，光学单元可以为三棱锥单元、四棱锥单元、微圆锥单元或微透镜单元等，凡是能够通过紧密排列可以获得非平面结构表面的光学单元均在本实施例的保护范围之内，本实施例对光学单元的具体结构不作限定。

参照图7，当光学单元可以为三棱锥单元时，多个三棱锥单元的底面按照六边形均匀紧密排列且靠近衬底基板61设置。

参照图8，当光学单元为四棱锥单元时，多个四棱锥单元的底面均匀紧密排列且靠近衬底基板61设置。

参照图9，当光学单元为微圆锥单元时，多个微圆锥单元的底面均匀紧密排列且靠近衬底基板61设置。为了提高指纹识别的完整性和连续性，相邻的两个微圆锥单元之间的距离可以小于或等于150μm。

当光学单元为微透镜单元时，多个微透镜单元的底面均匀紧密排列且靠近衬底基板设置。

本申请另一实施例还提供了一种显示装置，该显示装置包括任一实施例所述的显示基板。

需要说明的是，本实施例中的显示装置可以为：显示面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有2D或3D显示功能的产品或部件。

在一种可选的实现方式中，参照图10，该显示装置还可以包括设置在光学层背离衬底基板一侧的感光层101，感光层101包括多个光敏感应单元，各光敏感应单元用于接收显示基板输出的信号光，以对手指指纹进行识别。

参照图10，由手指指纹谷全反射下来的信号光顺利通过光学层63，进而穿过空气层进入感光层101。

在具体实现中，感光层101可以贴合在手机中框上，在光学层63与感光层101可以存在空气层，这样就实现了感光层sensor与屏幕的完全分离。

本申请实施例提供了一种显示基板及显示装置，其中显示基板包括：衬底基板；设置在衬底基板一侧的点光源，点光源用于发出信号光；设置在衬底基板背离点光源一侧的光学层，光学层远离衬底基板一侧的表面为非平面结构，非平面结构用于将被手指反射的信号光输出所述显示基板。本申请技术方案通过在衬底基板的下方设置光学层，由于该光学层的下表面为非平面结构，从而避免被手指反射的信号光在光学层的下表面发生全反射，使被手指反射的信号光正常射出显示基板，进而穿过空气层进入光敏感应单元，实现感光层sensor与显示基板的非紧密贴合。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语″包括″、″包含″或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句″包括一个......″限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种显示基板及显示装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种显示基板，其特征在于，所述显示基板包括：

衬底基板；

设置在所述衬底基板一侧的点光源，所述点光源用于发出信号光，以对指纹进行成像；

贴合在所述衬底基板背离所述点光源一侧的光学层，所述光学层远离所述衬底基板一侧的表面为非平面结构，所述非平面结构用于将被手指反射的信号光输出所述显示基板；

其中，所述光学层包括多个光学单元，所述光学单元为三棱锥单元、四棱锥单元、微圆锥单元或微透镜单元通过紧密排列得到的；所述光学层远离所述衬底基板一侧的表面包括多个斜面，各所述斜面的坡度角大于或等于42°，且小于或等于70°，以使绝大部分从手指的指纹谷位置全反射下来的信号光，在下表面的入射角度不符合全反射条件，无损地射出所述显示基板。

2.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述光学层的折射率大于或等于1.4，且小于或等于1.6。

3.根据权利要求1至2任一项所述的显示基板，其特征在于，所述光学层包括多个光学单元，各所述光学单元在所述衬底基板上的正投影的尺寸小于或等于25μm。

4.根据权利要求3所述的显示基板，其特征在于，所述光学单元为三棱锥单元，多个所述三棱锥单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

5.根据权利要求3所述的显示基板，其特征在于，所述光学单元为四棱锥单元，多个所述四棱锥单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

6.根据权利要求3所述的显示基板，其特征在于，所述光学单元为微圆锥单元，多个所述微圆锥单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

7.根据权利要求3所述的显示基板，其特征在于，所述光学单元为微透镜单元，多个所述微透镜单元的底面紧密排列且靠近所述衬底基板设置。

8.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的显示基板。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括设置在所述光学层背离所述衬底基板一侧的感光层，所述感光层包括多个光敏感应单元，各所述光敏感应单元用于接收所述显示基板输出的信号光，以对手指指纹进行识别。