CN109145682B - 一种光学指纹识别装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学指纹识别装置及其制备方法，包括透明基板、发光光源和光学感应器，透明基板上设有手指触压区；发光光源位于手指触压区的周围全部区域或部分区域，且位于透明基板的下方；光学感应器设置于所述手指触压区的下方，发光光源为一平面光源，发光光源上还设有用于限制其光线发出角度的遮光结构，发光光源的发出光线经遮光结构遮光后部分进入到手指触压区。本发明提供的光学指纹识别装置，采用平面光源，可以有效的减薄装置，同时在平面光源上设置遮光结构，平面光源的部分发射光线会被遮光结构阻隔，从而避免了一些光线的漏光干扰，使指纹讯号与光源信号件的信噪比大大降低，提高了对指纹讯号的辨识能力。

Description

一种光学指纹识别装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学指纹识别技术领域，具体涉及一种光学指纹识别装置及其制备方法。

背景技术

光学指纹采集器是一款光学指纹采集器，需要自有光源，目前的光源采用LED芯片及导光板的方式，存在着能效低、光照不匀、组装要求高、成本较高的缺点。

指纹辨识技术现今主流技术为电容式指纹辨识技术与光学式指纹辨识技术；电容式目前有体积小之优势，广泛应用在移动设备之中，如：手机、笔记本、平板计算机等，但本身在辨识上的要求比较严苛，其原因是因为传感器是辨识“电容”的讯号，因为指纹的高低差使其与传感器接触时产生不同的讯号达到辨识功能，当手指存在潮湿、轻微脏污的条件下，都有可能让辨识失效或误判。采用光学式指纹辨识，准确率较高，但现行光学架构需要一块棱镜做为标准模块零件，很难达到薄型化的目标，因此应用上多为固定式指纹辨识***。

中国专利文献CN 104751121公开了基于光栅的光波导式指纹识别***，其利用光栅与外接式LED光源制作波导内全内反射的平行光源，此光栅需要较高制程技术，指纹接触波导后改变全内反射平行光讯号，接收器以此判断指纹讯号，该方案辨识能力有待商榷，利用同向全反射平行光源的变异探测讯号，此原理对表面洁净度要求很高，任何脏污都有可能造成判断失败，并且光栅与外接光源无法做到全平面指纹辨识。

随着光学传感器的进步，对于光学讯号的解析能力有显著的提升，让光学辨识***实现薄型化、轻量化的目标，薄型后最有竞争力的光源为平面光源，因为平面光源厚度极小，但薄型后的指纹传感器模块光源自身直接入射传感器或经由波导反射讯号过强，容易造成指纹讯号与光源信号间的信噪比过高，让指纹讯号无法辨识，从而造成对指纹的辨识能力较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中平面光源存在指纹讯号与光源信号间的信噪比过高的问题，从而提供一种光学指纹识别装置及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种光学指纹识别装置，包括透明基板、发光光源和光学感应器，所述透明基板上设有手指触压区；所述发光光源位于所述手指触压区的周围全部区域或部分区域，且位于所述透明基板的下方；所述光学感应器设置于所述手指触压区的下方，所述发光光源为一平面光源，所述发光光源上还设有用于限制其光线发出角度的遮光结构，所述发光光源的发出光线经所述遮光结构遮光后部分进入到所述的手指触压区，经所述手指触压区反射后进入到所述光学感应器形成指纹识别信号。

所述的遮光结构为一上端开口的不透明光源座，所述发光光源的发出光线由所述不透明光源座的上端开***出，并进入所述的透明基板中。

位于所述手指触压区周围的所述透明基板上分别设有第一遮光层，所述第一遮光层位于所述发光光源的正上方。

所述第一遮光层在靠近所述手指触压区一侧的外边缘至所述发光光源的边缘距离L≥d*tan(θ_c),其中θ_c＝sin^-1(1/n),n为透明基板折射率；d为透明基板厚度；θ_c为透明基板的极限全反射角。

所述第一遮光层呈对称于所述发光光源的中线设置。

所述手指触压区与所述光学感应器之间还设有封装层和第二遮光层，所述第二遮光层上成型有多个通光孔，其设置于所述光学感应器的正上方。

所述不透明光源座设置于所述封装层上，所述第二遮光层设置于所述封装层的内侧面或外侧面。

所述的通光孔的直径为10um-500um，所述相邻所述通光孔之间的间距为10um-10mm。

所述的平面光源为OLED光源。

另一方面，本发明还提供了一种光学指纹识别装置的制备方法，包括以下步骤：

S1、在透明基板上侧面的手指触压区周围全部区域或部分区域通过旋涂光刻工艺形成第一遮光层；

S2、位于第一遮光层下方的透明基板下侧面上通过溅射工艺形成OLED阳极层，并光刻成所需的平面光源形状；

S3、在所述阳极层上依次蒸镀有机层和阴极层，在阴极层上制备所述的遮光结构,所述遮光结构包覆平面光源；

S4、在所述遮光结构层上制备封装层和第二遮光层；

S5、将光学感应器设置于所述第二遮光层或封装层的下方，制得所述光学指纹识别装置。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

A.本发明提供的光学指纹识别装置，采用平面光源，可以有效的减薄装置，同时在平面光源上设置遮光结构，平面光源的部分发射光线会被遮光结构阻隔，入射至手指触压区的光线进入全反射模式的透明基板中，全反射模式的光线待指纹按压至透明基板上方时，通过合理的角度、基板材质和厚度的控制，使光源发出的光线在基板中发生全反射，当手指触压到手指触压区时，光线因指纹接触面造成全反射模式破坏而射出，光线接触指纹后反射进入光学感应器中进行分析，从而避免了一些光线的漏光干扰，使指纹讯号与光源信号件的信噪比大大降低，提高对指纹讯号的辨识能力达50％以上。

B.本发明所提供的光学指纹识别装置采用平面光源更具薄型化，取代电容式指纹传感器作为新一代光学式指纹传感器，准确性与使用条件限制较少。

C.本发明在不透明光源座位置上方的基板外侧面设置了第一遮光层，第一遮光层可以避免发光光源的折射出光，发光光源发光穿过玻璃基板，当发光角度小于极限全反射角θ_c时，光线被第一遮光层阻挡或吸收，发光角度大于极限全反射角θ_c的光线进入全反射模式于玻璃基板中，这样进一步减少光源信号，降低信噪比，有助于提高指纹讯号的辨识能力。

D.本发明通过在光学感应器和透明基板之间设置第二遮光层，在第二遮光层上成型有多个通光孔，当手指按压在手指触压区位置时，被透明基板反射下来的光线在到达光学感应器之前，会通过第二遮光层进行过滤，经过通光孔后的光线会被光学感应器捕捉，部分未进入到通光孔中的光线，会被第二遮光层阻隔或吸收，通过小孔成像的原理，获得高清晰度的指纹图形。

E.本发明的手指触压区为非发光区域，在没有手指触压时，几乎看不到光亮，当感应到手指触压时才会在手指周围出现微光，因此，本发明更适合应用于手机或电脑屏幕上的指纹识别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明光学指纹识别***的结构示意图；

图2为光学指纹识别装置的第二实施方式结构示意图；

图3为第二遮光层的结构示意图；

图4为光学指纹识别装置的第三实施方式结构示意图。

图5为光学指纹识别装置的第四实施方式结构示意图。

附图标记说明：1-透明基板，11-手指触压区；2-发光光源，3-封装层，4-光学感应器，51-第二遮光层，52-不透明光源座，53-第一遮光层；6-通光孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1和图2所示，一种光学指纹识别装置，包括透明基板1、发光光源2和光学感应器4，在透明基板1上设有手指触压区11；发光光源2位于手指触压区11的周围全部区域或部分区域，且位于透明基板1的下方；光学感应器4设置于手指触压区11的下方，本发明所采用的发光光源2为一平面光源，在发光光源2上还设有用于限制其光线发出角度的遮光结构，发光光源2的发出光线经遮光结构遮光后部分进入到手指触压区11，经手指触压区11反射后进入到光学感应器4形成指纹识别信号。

其中的遮光结构为一上端开口的不透明光源座52，其由不透明材料制成，发光光源2的发出光线由不透明光源座52的上端开***出，并进入透明基板1中进行全反射，当手指按压到手指触压区11时，光线因指纹接触面造成全反射模式破坏而射出，光线反射到下方的光学感应器4进行指纹识别。

实施例1

为了避免一些光线直射入透明基板中，并通过折射射出，然后遇到手指反射到光学感应器4中，本发明优选地在手指触压区11周围的透明基板1上分别设有第一遮光层53，第一遮光层53位于发光光源2的正上方。对于所发出的一些直射光线将直接进入到透明基板1中，然后被上面覆盖的第一遮光层53吸收，避免这部分没有进入手指触压区11内的光线直接折射出光，影响指纹识别装置的美观。

这里的第一遮光层的材质无特殊要求，只要不透光即可实现发明目的，可以为金属层，比如Mo/Al/Mo，Ag等。

优选地，如图2所示，其中的第一遮光层53在靠近手指触压区11一侧的外边缘至发光光源的边缘距离L≥d*tan(θ_c),其中θ_c＝sin^-1(1/n),n为透明基板折射率；d为透明基板厚度；θ_c为透明基板的极限全反射角。

因此第一遮光层53的面积大小取决于平面光源几何形状、玻璃材质与厚度。

本发明在不透明光源座52位置上方的透明基板1上设置了第一遮光层53，第一遮光层53可以阻隔发光光源2发光穿过玻璃基板1，当发光角度小于极限全反射角θ_c光线被第一遮光层阻挡或吸收，发光角度大于极限全反射角θ_c的光线进入全反射模式于玻璃基板中，这样进一步减少光源信号，降低信噪比，有助于提高指纹讯号的辨识能力。

进一步优选地，第一遮光层53呈对称于发光光源2的中线设置，当然，也可以将位于第一遮光层外侧边缘向着透明基板的两端延伸，只保证第一遮光层内侧边缘到发光光源的内侧边缘距离L满足上述公式关系即可。

实施例2

如图1所示，为了进一步对指纹光学识别装置进行降噪，在手指触压区11与光学感应器4之间还设有封装层3和第二遮光层51，在第二遮光层51上成型有多个通光孔6，其设置于光学感应器4的正上方。

本实施例中的不透明光源座52设置于透明的封装层3上，第二遮光层51设置于封装层3的外侧面上。

本发明对第二遮光层51的材质无特殊要求，只要不透光即可实现发明目的，可以为金属层，比如Mo/Al/Mo，Ag等。

其中的通光孔直径为10um-500um，本发明中优选15um，相邻通光孔之间的间距为10um-10mm，本发明优选0.68mm，如图3所示。

本发明对第二遮光层51的通光孔6形状无特殊要求，可以为圆形，六边形，正方形，三角形，菱形、五边形中的一种或几种。

需要说明的是，此处的通光孔的直径具有下述含义：如果通光孔为圆形，直径即为通常意义的圆形直径；当通光孔的形状为其他形状时，所述的直径为其外接圆的直径，当为不规则形状时，所述的直径为该图形宽度最宽的两点直接的距离。相邻通光孔之间的间距是指相邻两个通光孔最近两点之间的距离。

本发明通过在光学感应器4和透明基板1之间设置第二遮光层51，在第二遮光层51上成型有多个通光孔6，当手指按压在手指触压区11位置时，被透明基板1反射下来的光线在到达光学感应器4之前，先通过封装层3，然后进入第二遮光层51进行过滤，经过通光孔6后的光线通过小孔成像原理被光学感应器4捕捉，获得高清晰度的指纹图像。部分未进入到通光孔6中的光线，会被第二遮光层51阻隔或吸收。

实施例3

与实施例2不同的是，如图4所示，不透明光源座52设置于第二遮光层51上，第二遮光层51设置在封装层3的内侧面上。

当手指按压在手指触压区11位置时，被透明基板1反射下来的光线在到达光学感应器4之前，先通过第二遮光层51进行过滤，经过通光孔6后的光线再通过封装层3后，最后被光学感应器4捕捉，部分未进入到通光孔6中的光线，会被第二遮光层51阻隔或吸收，利用小孔成像的原理，获得高清晰度的指纹图形，有利于提高光学感应器对指纹图像的识别精度。

如图4所示，具体制备光学指纹识别装置的方法如下：

S1、在透明基板上侧面的手指触压区周围全部区域或部分区域通过旋涂光刻工艺形成第一遮光层。

S2、位于第一遮光层下方的透明基板下侧面上通过溅射工艺形成OLED阳极层，并光刻成所需的平面光源形状；

S3、在所述阳极层上依次蒸镀有机层和阴极层，在阴极层上制备不透明的遮光结构，遮光结构包裹平面光源；不透明遮光结构可以对所制得的平面光源进行底面和侧面的遮光。

S4、在不透明的遮光结构层上依次制备封装层和第二遮光层；其中第二遮光层的通光孔直径15um，相邻通光孔之间的间距为0.68mm。

S5、将光学感应器设置于第二遮光层的下方，制得光学指纹识别装置。

实施例4

与实施例3结构不同的是，本实施例中将第二遮光层设置在两个不透明光源座之间，而第二遮光层于封装层的内侧面，具体如图5所示，这里对其不再赘述。

如图5所示，具体制备光学指纹识别装置的方法如下：

S1、在透明基板上侧面的手指触压区周围全部区域或部分区域通过旋涂光刻工艺形成第一遮光层。

S2、位于第一遮光层下方的透明基板下侧面上通过溅射工艺形成OLED阳极层，并光刻成所需的平面光源形状；

S3、在所述阳极层上依次蒸镀有机层和阴极层，在阴极层上制备不透明光源座，遮光结构包裹平面光源；不透明光源座可以对所制得的平面光源进行底面和侧面的遮光。

S4、在不透明光源座上之间制作第二遮光层；并在第二遮光层和不透明光源座的下方制作封装层；其中第二遮光层的通光孔直径15um，相邻通光孔之间的间距为0.68mm。

S5、将光学感应器设置于封装层的外侧面，制得光学指纹识别装置。

上面各个实施例中的手指触压区可以为不同的几何形状，光源可以设计成不同的形状与手指触压区相配合，这里的平面光源发光形状可以为任意”点””线””面”的发光形状，其幾何形狀並不限定。

采用本发明所公开的技术方案，由于光学指纹识别是利用玻璃基板内全反射的光线，在此通过目视是不会看到辨识模组存在发光，指纹接触后破坏全反射的接触面(即玻璃与空气的界面)，达到指纹辨识的目的。另外，由于玻璃全反射的光线具有特定行进角度的特性,因此辨识准确率较现有技术提升50％以上，即辨识成功率提升50％以上。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种光学指纹识别装置，包括透明基板、发光光源和光学感应器，所述透明基板上设有手指触压区；所述发光光源位于所述手指触压区的周围全部区域或部分区域，且位于所述透明基板的下方；所述光学感应器设置于所述手指触压区的下方，其特征在于，所述发光光源为一平面光源，所述发光光源上还设有用于限制其光线发出角度的遮光结构，所述发光光源的发出光线经所述遮光结构遮光后部分进入到所述的手指触压区，经所述手指触压区反射后进入到所述光学感应器形成指纹识别信号；所述的遮光结构为一上端开口的不透明光源座，所述发光光源的发出光线由所述不透明光源座的上端开***出，并进入所述的透明基板中。

2.根据权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，位于所述手指触压区周围的所述透明基板上分别设有第一遮光层，所述第一遮光层位于所述发光光源的正上方。

3.根据权利要求2所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第一遮光层在靠近所述手指触压区一侧的外边缘至所述发光光源的边缘距离L≥d*tan(θ_c),其中θ_c＝sin^-1(1/n),n为透明基板折射率；d为透明基板厚度；θ_c为透明基板的极限全反射角。

4.根据权利要求3所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第一遮光层呈对称于所述发光光源的中线设置。

5.根据权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述手指触压区与所述光学感应器之间还设有封装层和第二遮光层，所述第二遮光层上成型有多个通光孔，其设置于所述光学感应器的正上方。

6.根据权利要求5所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述不透明光源座设置于所述封装层上，所述第二遮光层设置于所述封装层的内侧面或外侧面。

7.根据权利要求5或6所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述的通光孔的直径为10um-500um，所述相邻所述通光孔之间的间距为10um-10mm。

8.根据权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述的平面光源为OLED光源。

9.一种光学指纹识别装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在透明基板上侧面的手指触压区周围全部区域或部分区域通过旋涂光刻工艺形成第一遮光层；

S2、位于第一遮光层下方的透明基板下侧面上通过溅射工艺形成OLED阳极层，并光刻成所需的平面光源形状；

S3、在所述阳极层上依次蒸镀有机层和阴极层，在阴极层上制备遮光结构,所述遮光结构包覆平面光源；

S4、在所述遮光结构层上制备封装层和第二遮光层；

S5、将光学感应器设置于所述第二遮光层或封装层的下方，制得所述光学指纹识别装置。

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