【专利解密】汇顶专利公开的LCD屏下指纹解锁最新技术

作者：嘉德IPR

2020-06-09

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【嘉德点评】汇顶科技发明的LCD屏下指纹解锁系统，通过将透射单元的视场角大于预设角度，指纹产生的反射光可以穿透单层棱镜膜进入透射单元，并使得透射单元将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域上，从而使得指纹图像不会存在从中间被分割的现象，保证了指纹图像的完整性。

集微网消息，在光学指纹识别技术领域，汇顶科技已获得多个终端厂商共计19款旗舰机型的商用，如华为P40系列、OPPO Find X2系列、小米10系列及一加8系列等，成为5G安卓终端市场的主流选择。

随着科技的发展，全面屏逐渐成为当下电子设备，尤其是智能手机的主流设计元素，而搭载屏下指纹识别功能的液晶显示(LCD)屏幕也在显示屏领域占有一席之地。

而现有的LCD在搭载指纹识别模组时却有一个致命的问题，就是指纹图像会存在从中间被分割的现象，具体如下图所示。

如图为现有技术中搭载屏下指纹识别模组的LCD光学指纹识别系统结构示意图，LCD光学指纹识别系统从上至下依次包括：LCD液晶面板、背光模组和LCD屏下指纹识别模组。其中LCD液晶面板从上至下依次包括：玻璃盖板以及液晶层，背光模组从上至下依次包括：第一棱镜膜（201）、第二棱镜膜（202）、扩散膜、导光板、反射膜和钢板。

其中，两层棱镜膜的作用是利用折射和全反射原理使分散的光线集中于一定的角度从背光源中发出。LCD屏下指纹识别模组包括透镜和光学传感器，透镜用于接收指纹产生的反射光，并将该反射光聚焦至光学传感器上，光学传感器用于将反射光转化为电信号，并将电信号传输至处理器，以使处理器根据电信号生成指纹图像。

然而，正是因为这种结构中棱镜膜的存在，指纹图像会存在从中间被分割的现象，从而影响了指纹图像的完整性，进而使得指纹识别过程难以完成。

为了解决这样的问题，汇顶科技在近期公开了一项名为“屏下指纹识别模组、LCD光学指纹识别系统及电子设备”的发明专利（申请号：201980004075.8），申请人为深圳市汇顶科技股份有限公司。

根据目前该专利公开的资料，让我们一起来看看这项LCD屏下指纹识别系统吧。

首先我们先从指纹识别光学系统中的棱镜膜和棱镜膜的结构入手探索为何会有这样的指纹被切断的现象，如上图所示，上方是棱镜膜，下方是棱镜膜的局部示意图，B角为棱镜角度，其可以等于90度，d为棱镜周期。由于棱镜膜结构会限制小角度的光进入光学传感器，根据全反射定律，基本平行棱镜的入射光线，才能形成垂直的出射光线，以到达光学传感器。

然而，由于基本平行棱镜的入射光线很难实现，因此形成垂直的出射光线并不现实，从而这种现象使得指纹图像会存在从中间被分割的现象，影响了指纹图像的完整性，进而使得指纹识别过程难以完成。

如上图为该专利中提供的屏下指纹识别模组的示意图，屏下指纹识别模组包括：指纹传感器304和透射单元303。透射单元用于接收指纹产生的反射光，并将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域3041上；指纹传感器用于将反射光转化为电信号，电信号用于生成指纹图像。

此外透射单元的视场角A大于预设角度，视场角A为射至感应区域上的光线与竖直方向之间的夹角，例如可以为35度或者35度-80度之间的数值。透射单元平行设置在指纹传感器以及背光模组的棱镜膜之间，但是透射单元在竖直方向上的投影偏离于指纹传感器的感应区域的中心位置。

屏下指纹识别模组还包括：基板301，以及设置在基板上形成容置空间的支架302，其中，在容置空间中设置指纹传感器。透射单元设置在支架相对于基板的侧壁上，以于指纹传感器上的感应区域相对设置。

这样，通过将透射单元的视场角大于预设角度之后，指纹产生的反射光可以穿透单层棱镜膜进入透射单元，并使得透射单元将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域上，在通过指纹传感器将反射光转化为电信号，以生成用于进行屏下指纹识别的指纹图像，并且所生成的指纹图像不会存在从中间被分割的现象，从而保证了指纹图像的完整性，进而促进指纹识别过程顺利完成。

最后我们来看看该专利中的LCD光学指纹识别系统，如下图所示。

可以看到，LCD光学指纹识别系统包括：液晶面板100、背光模组200以及屏下指纹识别模组300。其中，背光模组设置在液晶面板的下侧，屏下指纹识别模组设置在背光模组的下侧。

液晶面板从上至下依次包括：玻璃盖板101以及液晶层102，背光模组从上至下依次包括：棱镜膜201、扩散膜203、导光板204、反射膜105和钢板106。为了提升背光模组的亮度，从而弥补单层棱镜膜导致的显示亮度变暗，还可以设置指纹光源400。

指纹光源可以设置在LCD光学指纹识别系统的液晶面板上，例如可以是在玻璃盖板下方的油墨层1021，与液晶走线区1022相邻设置，从而使指纹光源发出的光线穿过油墨层后，经玻璃盖板射出至指纹视场区域，以使指纹产生反射光。

以上就是汇顶科技发明的LCD屏下指纹解锁系统，通过将透射单元的视场角大于预设角度之后，指纹产生的反射光可以穿透单层棱镜膜进入透射单元，并使得透射单元将反射光聚焦至指纹传感器的感应区域上，再通过指纹传感器将反射光转化为电信号，以生成用于屏下指纹识别的指纹图像。从而使得指纹图像不会存在从中间被分割的现象，保证了指纹图像的完整性，进而使得指纹识别过程顺利完成！

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