CN113076785A - 光感测***及奈米结构层 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光感测***及奈米结构层，光感测***包括一全反射传导层，具有一上表面与一下表面，配置为使一光信息在全反射传导层中全反射传递，其中，当一物体接触全反射传导层的上表面时，使光信息的全反射传递被破坏并输出该光信息；一光感测层，设置于全反射传导层的下方，配置为接收该光信息；一光输出层，设置在全反射传导层与光感测层之间，光输出层具有一奈米结构层，奈米结构层配置为将全反射传导层中所输出的光信息传导至该光感测层，具有防止光信息反射作用。因此，本发明能有效的增进光感测***的稳定度，特别是光感测层的准确度。

Description

光感测***及奈米结构层

技术领域

本发明涉及一种光感测***，特别是关于一种利用具有防反射的奈米结构层实现全屏幕屏下感测的光感测***。

背景技术

近年来，指纹辨识发展再度掀起热潮，目前市场上显示屏幕屏下指纹辨识的应用，可分为传统电容式指纹辨识、超音波指纹辨识、光学式指纹辨识等三种***。

其中，光学式指纹辨识***应用领域最为广泛，其优点在成本低、技术成熟并且较不受环境光所干扰。其主要原理为依靠传感器投射出光线，接着获取反射后的光线并绘制指纹图样，最后与***内存指纹图像进行比对从而达到辨识功能。

就目前而言，熟知的光学式指纹辨识***为了增加感测面积，一般采用薄膜晶体管的制程技术，应用a-Si/m-Si可吸收可见光波长产生电讯号的特性，将其作为光感测器以制造出大屏幕的光感测器。然而，由于a-Si/m-Si的量子效率不高，因而要取得较为强烈的光信息以提升电信息的转换，因此如何提升所接收的光信息的讯杂比则为研发人员应解决的问题之一。

发明内容

本发明为基于上述技术问题所完成者，可提供一种光感测***及奈米结构层，除了能有效的在不增加或少量增加屏幕厚度下提升光感测器的准确度，并能利用奈米结构层防止光信息反射，从而提升光信息的讯杂比。

本发明的目的在于提供一种具有全反射传导层和奈米结构层的光感测***，包括：全反射传导层，配置为使光信息在其中全反射传递，当物体接触全反射传导层的上表面时，破坏光信息的全反射传递并输出光信息；光感测层，设置于全反射传导层的下方，配置为接收光信息；光输出层，设置在全反射传导层与光输出层之间，并且直接或间接设置在全反射传导层的下表面，该光输出层具有奈米结构层，该奈米结构层配置为将全反射传导层中所输出的光信息传导至光感测层；其中，光感测层设置为直接或间接位于该奈米结构层下方，配置为接收该奈米结构层输出的该光信息。

可选的，所述光感测层设置在所述光输出层下方。

可选的，所述奈米结构层形成于所述光输出层的一表面，所述光输出层位于全反射传导层的下表面。

在本发明的一实施方式中，由外部光源输出的光信息具有较高的准直性，亦即其具有较小的发散角度，从而使得在全反射传导层中全反射传递的光信息传递较远的距离，使得传输至光感测层的光信息可以具有较高的讯杂比。

较佳地，在本发明的一实施方式中，该发散角度的范围介于0.3度至5度之间。

在本发明的一实施方式中，该奈米结构层形成于该全反射传导层的表面。

较佳地，在本发明的一实施方式中，光输出层以印压方式设置于全反射层表面，用于防止全反射层中所输出的光信息反射，并且传输光信息至光感测层。

较佳地，在本发明的另一实施方式中，光输出层为薄膜，将该薄膜黏附于全反射层上，用于防止全反射层中所输出的光信息反射，并且传输光信息至光感测层。

本发明的另一目的在于提供一种具奈米结构层，用于上述的光感测***中，其包含奈米结构，将全反射传导层中所输出的光信息传导至光感测层，该奈米结构层用于防止从全反射传导层输出的光信息反射，进而造成光信息的衰减。

在本发明的一实施方式中，该奈米结构可以由塑料制成。

在本发明的一实施方式中，该奈米结构的形状可以为圆锥、四棱锥、三棱锥等锥形，或四棱柱、圆柱、椭圆柱等柱形，或以上任一的组合。

在本发明的一实施方式中，奈米结构的形状的直径以及高度介于10nm至100nm之间。

在本发明的一实施方式中，奈米结构的折射率小于全反射层的折射率。

可选的，所述奈米结构的折射率介于1.3至1.5之间。

为使熟悉该项技艺人士了解本发明的目的、特征及功效，这里通过下述具体实施例，并配合所附的图式，对本发明详加说明如下。

附图说明

图1为现有技术中习知的光学式指纹辨识***；

图2为本发明的光感测***的示意图；

图3为本发明一实施例之外部光源输出光信息的示意图；

图4为根据本发明一实施例的奈米结构层的示意图；

图5A为本发明的另一实施例的光感测***的示意图；

图5B为本发明的另一实施例的光感测***的示意图；

图5C为本发明的另一实施例的光感测***的示意图；

图5D为本发明的另一实施例的光感测***的示意图。

附图标记说明：

101、光输出器；

102、接触接口；

103、光感测器；

200、光感测***；

201、全反射传导层；

202、奈米结构层；

203、光输出层；

204、光感测层；

205、外部光源；

400、奈米结构；

510、光感测***；

511、液晶显示面板；

512、背光板；

513、外部光源；

520、光感测***；

521、有机发光显示面板；

530、光感测***；

533、外部光源；

540、光感测***；

θ、发散角。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地描述本发明的实施例。整份说明书中，相同的附图标记基本上表示相同的组件。在下文的描述中，当确定相关的习知技术或配置的详细描述将使本发明所公开的内容针对的技术混淆时，将省略其详细描述。在描述几个实施例时，本说明书中的介绍部分代表性地描述了相同的组件，并且在其他实施例中可以省略。

包含序数的术语，例如第一和第二，可以用于描述各种组件，但是该些组件不受术语的限制。这些术语仅用于区分一个组件与另一个组件。

图1为现有技术中熟知的光学式指纹辨识***，包含：光输出器101、接触接口102以及光感测器103，然而目前市面上的智能型手机所使用的屏幕下光学式指纹辨识***，受限于手机体积必须舍弃传统的的光学照射***，借助手机面板的光作为光源。然而由于液晶显示面板本身无法自体发光，因此具有屏幕下光学式指纹辨识的产品目前一般皆是采用有机发光显示面板作为屏幕。使用有机发光显示面板作为屏幕的智能型手机，由于有机发光显示面板一般由固态材料蒸镀或液态材料旋转涂覆等方法制成，因此像素与像素之间至少具有一间隔，因此能够保证光线透过。当用户手指接触到屏幕时，通过有机发光显示面板的屏幕发出的光线会将手指区域照亮，反射后的光线再透过屏幕像素间隙传输至屏幕下的传感器，形成的图像再与数据库储存的数据比对分析。

图2为本发明的光感测***的示意图。如图2中所示的光感测***200包括：全反射传导层201、光输出层203以及光感测层204，其中，光输出层203包含奈米结构层202。如图2所示，将光信息输出至全反射层201中进行全反射传递，并且传递范围可以达到全屏幕，而非仅使用光感测***中的面板本身的光作为光感测***的光源，因此可以在由液晶显示面板或有机发光显示面板作为屏幕的智能型手机上，实现全屏指纹辨识。

较佳地，全反射传导层201可以为玻璃、ITO或TFT等透明材料。

其中，如图2所示，奈米结构层202设置在全反射传导层201与光感测层204之间，并且直接或间接设置在全反射层201的下表面，光输出层203配置为将全反射层201中所输出的光信息传导至光感测层204，光输出层203具有奈米结构层202，奈米结构层202用于将全反射传导层201中所输出的光信息传导至光感测层204，具有防止光信息反射作用；光感测层204，可以设置在光输出层204的上方或下方，其配置为接收光输出层203所输出的光信息。

较佳地，图3为本发明一实施例之外部光源205输出光信息的示意图，如图3所示，外部光源205输出光信息时该光信息具有发散角θ，当发散角θ越大时代表光外部光源205的准直性越低，造成光信息在全反射传导层201中全反射传递时，较晚传输的光信息可能因为发散角θ而与较早传输的光信息重迭产生噪声，使光信息的讯杂比降低。反之，当发散角θ越小时代表外部光源205的准直性越高，由于光信息集中使得光信息的行进距离可以较长而不易产生噪声，能够有效提升光信息的讯杂比。根据本发明一实施例的外部光源205所输出的光信息的发散角介于0.3度至5度之间，较佳为0.4度至4度之间，例如：0.5度或3度。如此一来，根据本发明一实施例的外部光源205具有较佳的准直性并且发散角较小，有效提升讯杂比使光线集中，使得指纹影像辨识更为清晰以及精确。

较佳地，图4为根据本发明一实施例的奈米结构层的示意图，如图4所示，奈米结构层202包含奈米结构400，配置为防止从全反射传导层201中所输出的光信息传输至奈米结构400中时产生反射或者噪声，造成该光信息的衰减或降低其讯杂比。

其中，奈米结构400的形状可以为圆锥、四棱锥、三棱锥等锥形，或四棱柱、圆柱、椭圆柱等柱形，或以上任一的组合。需要进一步说明的是，从在可见光区域的波长380nm至700nm的所有区域内得到充分地低反射特性的观点出发，奈米结构400的高度将影响不同波长的可见光的反射率，特别是在可见光中长波长的区域中会显著变化，因此，根据本发明的一实施例，奈米结构400高度介于10nm至100nm之间，较佳为20nm至90nm之间，例如：30nm或80nm。

另外，该些奈米结构400的形状之间的间距的大小若相较于可见光的波长极小时，则间距的大小不会影响反射光的特性，然而当间距的大小接近可见光的波长下限即380nm时，在可见光中短波长的区域的反射率会有明显的影响，因此，根据本发明的一实施例，奈米结构400直径介于10nm至100nm之间，较佳为20nm至90nm之间，例如：30nm或80nm。

较佳地，根据本发明的一实施例，该些奈米结构400的形状与输入的光信息之间的角度，可以根据光感测层203的配置进行调整，亦即不同的光感测组件作为光感测层203时可以具有不同的角度，同时根据不同的光感测层203所感测到影像也可以透过软件的算法进行调整以及校正，使得每个方向所取得的指纹影像具备一致性。

较佳地，根据本发明的一实施例，奈米结构400可以由塑料制成。

较佳地，根据本发明的一实施例，光输出层203可以用压印方式设置于全反射传导层201的下表面。需要进一步说明的是，根据本发明的一实施例，可以由化学及/或物理程序硬化压印材料。并且，根据本发明的另一实施例，可以通过电磁辐射和/或通过温度硬化压印材料。

较佳地，根据本发明的一实施例，当光输出层203以压印方式设置于全反射传导层201的下表面时，奈米结构400所使用的材料的折射率，可以小于全反射传导层201的折射率。因此，奈米结构400所使用的材料的折射率可以介于1.2至1.55之间，较佳为介于1.3至1.51之间，例如该材料的折射率为1.45。

较佳地，根据本发明的另一实施例，光输出层203为薄膜，厚度介于10nm至1000nm之间，其可以贴附于全反射传导层201的下表面。此时，奈米结构400所使用的材料的折射率，可以小于全反射传导层201的折射率，因此奈米结构400所使用的材料的折射率可以介于1.2至1.55之间，较佳为介于1.3至1.51之间，例如该材料的折射率为1.45。

在本发明一实施方式中，如图5A所示，光感测***510包含：全反射传导层201、奈米结构层202、液晶显示面板511、背光板512以及光感测层204。其中，如图5A所示，外部光源513包含液晶显示面板511、背光板512以及光感测层204。需要进一步说明的是，根据本发明一实施例的光感测层204为透明的光感测层，因此其可以设置于液晶显示面板511与背光板512之间。

具体地，如图5A所示，首先，外部光源513输出光信息至全反射传导层201中使其全反射传递，当物体接触全反射传导层201时，破坏该光信息的全反射传递，使得全反射传导层201输出该光信息至设置于下方的奈米结构层202，其中，奈米结构层202具有防反射的奈米结构400；接着，光信息由奈米结构层202穿透液晶显示面板511后传导至光感测层203；最后，通过光感测层204实现指纹影像辨识。

虽然图5A显示了光感测***510的一种实施方式，但本发明不限于此，图5B为根据本发明另一实施例的光感测***520包含：全反射传导层201、奈米结构层202、有机发光显示面板521以及光感测层204。其特征在于使用有机发光显示面板521时，能够有效减少光感测***520的厚度，使得其应用范围更为广泛。然而，如图5A和图5B所示的光发射器120的实施方式中，皆将光感测层204设置于液晶显示面板511或有机发光显示面板521下方，造成光感测层204对于指纹影像辨识的清晰度以及精确性下降。

因此，如图5C所示，根据本发明另一实施例的光感测***530包含：全反射传导层201、奈米结构层202、光感测层204、液晶显示面板511以及背光板512。其中，如图5A所示，外部光源513包含液晶显示面板511和背光板512。如此一来，可以有效提升光感测层204对于指纹影像辨识的清晰度以及精确性，然而本发明不限于此。

进一步地，如图5D所示，在本发明的另一实施例中，光感测***540包含：全反射传导层201、奈米结构层202、光感测层203以及有机发光显示面板521。如此一来，同时有效提升光感测层204对于指纹影像辨识的清晰度以及精确性，并有效减少光感测***540的厚度。

因此，本发明具有以下的实施功效及技术功效：

其一，本发明通过全反射传导层201使光信息在其中全反射传递，而非使用面板的光作为光源，同时透过将光感测层204设置于液晶显示面板511与背光板512之间，如此一来，不论采用有机发光显示面板或液晶显示面板作为屏幕，皆可以实现屏幕下光学式指纹辨识，从而提升根据本发明一实施例的光感测***的泛用性。

其二，本发明通过具有防反射奈米结构400的奈米结构层202，进而提高由全反射传导层201输出至光感测层204的光信息的噪声比，使得光感测层204对于指纹影像辨识的清晰度以及精确性得到提升。

其三，本发明进一步透过将光感测层204直接设置于奈米结构层202下方，有效提升光感测层204的辨识速度和精准度。

以上是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的专利范围内。

Claims (12)

1.一种光感测***，其特征在于，包括：

一全反射传导层，具有一上表面与一下表面，用于使一光信息在所述全反射传导层中全反射传递，其中，当一物体接触所述全反射传导层的所述上表面时，使所述光信息的全反射传递被破坏并输出所述光信息；

一光感测层，设置于所述全反射传导层的下方，用于接收所述光信息；

一光输出层，设置在所述全反射传导层与所述光感测层之间，并且直接或间接设置在所述全反射传导层的所述下表面，所述光输出层具有一奈米结构层，所述奈米结构层用于将所述全反射传导层中所输出的所述光信息传导至所述光感测层，其具有防止光信息反射作用；

其中，所述光感测层设置为直接或间接位于所述奈米结构层下方，以接收所述奈米结构层所输出的所述光信息。

2.如权利要求1所述的光感测***，其特征在于，所述光感测层设置在所述光输出层下方。

3.如权利要求1所述的光感测***，其特征在于，所述奈米结构层形成于所述光输出层的一表面，所述光输出层位于全反射传导层的下表面。

4.如权利要求1所述的光感测***，其特征在于，所述光输出层以一压印方式设置于所述全反射传导层的所述下表面，以防止所述全反射传导层中所输出的所述光信息反射，并且传输所述光信息至所述光感测层。

5.如权利要求1所述的光感测***，其特征在于，所述光输出层为一薄膜，将所述薄膜黏附于所述全反射传导层的所述下表面，以防止所述全反射传导层中所输出的所述光信息反射，并且传输所述光信息至所述光感测层。

6.一种奈米结构层，应用于如权利要求1所述的光感测***，其特征在于，包括一奈米结构，用于防止一全反射传导层中所输出的一光信息反射，并且传输所述光信息至一光感测层。

7.如权利要求6所述的奈米结构层，其特征在于，所述奈米结构的形状设置为锥形、柱形或以上任一的组合。

8.如权利要求6所述的奈米结构层，其特征在于，形成于所述全反射传导层的一下表面。

9.如权利要求7所述的奈米结构层，其特征在于，所述奈米结构的形状的直径及其高度皆介于10nm至100nm之间。

10.如权利要求7所述的奈米结构层，其特征在于，所述奈米结构层由塑料制成。

11.如权利要求7所述的奈米结构层，其特征在于，所述奈米结构的折射率小于所述全反射传导层的折射率。

12.如权利要求11所述的奈米结构层，其特征在于，所述奈米结构的折射率介于1.3至1.5之间。

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