JP7425002B2 - 紋様画像取得装置、表示装置及びコリメート部材 - Google Patents

紋様画像取得装置、表示装置及びコリメート部材 Download PDF

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Description

本開示の実施例は紋様画像取得装置、表示装置及びコリメート部材に関する。
移動端末の普及が進んでいることに伴い、ますます多くのユーザは、移動端末を使用して身元確認、電子決済等の操作を行う。皮膚紋様のパターンの唯一性により、光学撮像を組み合わせた指紋認識技術及び掌紋認識技術等は、身元確認、電子決済等のために、移動電子機器に徐々に用いられている。
本開示の少なくとも１つの実施例は、コリメート部材と画像センサを備える紋様画像取得装置を提供する。前記コリメート部材は前記画像センサの上に積層され、前記コリメート部材は、順に積層して設けられるレンズアレイ、第１絞り層、及び前記画像センサに隣接する第２絞り層を備える。前記レンズアレイは、光を収束し前記第１絞り層に入射させるように構成され、前記第１絞り層は、前記第１絞り層に入射された光を透過させて前記第２絞り層に入射させ、前記第１絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、前記第２絞り層は、前記第２絞り層に入射された光を透過させ、前記第２絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、前記画像センサは、紋様画像を取得するために、前記画像センサに入射された光を検出するように構成される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記レンズアレイはアレイ状に配列される複数のレンズユニットを備え、前記第１絞り層はアレイ状に配列される複数の第１貫通孔を備える。前記複数のレンズユニットと前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、少なくとも１つの前記レンズユニットの曲率半径Ｒ、口径Ｄ及び矢高ｈは以下の関係式を満たす。
Figure 0007425002000001
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記コリメート部材の厚さは１００ミクロン未満であり、少なくとも１つの前記レンズユニットの口径は１～４０ミクロンであり、少なくとも１つの前記第１貫通孔の開口径は１～２０ミクロンである。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記第２絞り層はアレイ状に配列される複数の第２貫通孔を備え、前記複数の第２貫通孔と前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記第１貫通孔は第１開口中心を有し、前記第２貫通孔は第２開口中心を有し、前記第１貫通孔の第１開口中心と前記第１貫通孔に対応する第２貫通孔の第２開口中心とは、前記画像センサに垂直な方向に重なっている。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記第１貫通孔の開口径は、対応する第２貫通孔の開口径の以上である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記複数のレンズユニット、前記複数の第１貫通孔及び前記複数の第２貫通孔の数は同じである。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記第１貫通孔は第１開口中心を有し、且つ前記第１開口中心は、前記第１貫通孔に対応するレンズユニットの焦点に位置する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記コリメート部材は、前記レンズアレイと前記第１絞り層の間に位置する透明な第１充填層と、前記第１絞り層と前記第２絞り層の間に位置する透明な第２充填層と、をさらに備える。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記第１充填層の厚さは前記レンズユニットの焦点距離に等しい。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記第１充填層の厚さと前記第２充填層の厚さの比の範囲は４～６である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置は、中間媒体をさらに備える。前記中間媒体は前記画像センサと前記コリメート部材の間に設けられ、前記中間媒体は、前記画像センサと前記コリメート部材を接着し、且つ前記画像センサに垂直な方向での前記画像センサと前記コリメート部材の間の間隔を調節するように構成される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、前記複数のレンズユニットは六角形のアレイ状に配列される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置は、第３絞り層をさらに備える。前記第３絞り層は、前記第２絞り層と前記画像センサの間に位置し、且つ光を透過させて前記画像センサに入射させ、前記第３絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成される。
本開示の少なくとも１つの実施例は、表示パネルと、前記表示パネルと積層して設けられる上記紋様画像取得装置とを備える表示装置をさらに提供する。前記表示パネルは表示側及び前記表示側とは反対する裏側を備え、前記紋様画像取得装置は前記表示パネルの裏側に位置し、前記コリメート部材は前記表示パネルと前記画像センサの間に位置する。前記紋様画像取得装置は、前記表示パネルの表示側の対象紋様から反射され前記表示パネルを通過する光を検出するように構成される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置において、前記表示パネルは表示領域と周辺領域を備える。前記コリメート部材と前記画像センサは、前記表示パネルの表示領域に設けられ、前記表示パネルの裏側に位置する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置は接着フレームをさらに備える。前記接着フレームは前記表示パネルと前記コリメート部材の間に設けられ、前記接着フレームは、前記表示パネルの周辺領域に設けられ、前記表示パネルの裏側に位置する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置は充填媒体をさらに備える。前記充填媒体は、前記表示パネルと前記コリメート部材の間に設けられ、前記表示パネルの裏側と前記コリメート部材のレンズアレイとの間の隙間に充填される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置において、前記表示パネルは、有機発光ダイオード表示パネル、量子ドット発光ダイオード表示パネル又は液晶表示パネルを含む。
本開示の少なくとも１つの実施例は、順に積層して設けられるレンズアレイ、第１絞り層、及び第２絞り層を備えるコリメート部材をさらに提供する。前記レンズアレイは、光を収束し前記第１絞り層に入射させるように構成され、前記第１絞り層は、前記第１絞り層に入射された前記光を透過させて前記第２絞り層に入射させ、前記第１絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、前記第２絞り層は、前記第２絞り層に入射された前記光を透過させ、前記第２絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材において、前記レンズアレイはアレイ状に配列される複数のレンズユニットを備え、前記第１絞り層はアレイ状に配列される複数の第１貫通孔を備え、前記複数のレンズユニットと前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材において、少なくとも１つの前記レンズユニットの曲率半径Ｒ、口径Ｄ及び矢高ｈは以下の関係式を満たす。
Figure 0007425002000002
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材において、前記第２絞り層はアレイ状に配列される複数の第２貫通孔を備え、前記複数の第２貫通孔と前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材において、前記第１貫通孔の開口径は、前記第１貫通孔に対応する第２貫通孔の開口径の以上である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材において、前記コリメート部材は、前記レンズアレイと前記第１絞り層の間に位置する透明な第１充填層と、前記第１絞り層と前記第２絞り層の間に位置する透明な第２充填層と、をさらに備える。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材において、前記第１充填層の厚さは前記レンズユニットの焦点距離に等しい。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材において、前記第１充填層の厚さと前記第２充填層の厚さの比の範囲は４～６である。
本開示の実施例の技術案をより明確に説明するために、以下、実施例の図面を簡単に説明し、明らかなように、以下に説明される図面は、本開示を限定するものではなく、本開示のいくつかの実施例に関するものに過ぎない。
図１Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置の概略ブロック図である。 図１Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置の断面図である。 図２Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材の構造模式図である。 図２Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材のレンズアレイの平面模式図である。 図２Ｃは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材のレンズアレイの別の平面模式図である。 図２Ｄは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材の別の構造模式図である。 図３Ａは本開示の少なくとも１つの例示的な実施例に係るコリメート部材の具体的な構造模式図である。 図３Ｂは本開示の少なくとも１つの例示的な実施例に係るコリメート部材の設計シミュレーション図である。 図３Ｃ及び図３Ｄは本開示の少なくとも１つの実施例に係る単層絞りを備えるコリメート部材の光シミュレーション結果図である。 図３Ｃ及び図３Ｄは本開示の少なくとも１つの実施例に係る単層絞りを備えるコリメート部材の光シミュレーション結果図である。 図３Ｅは本開示の少なくとも１つの実施例に係る二重層絞りを備えるコリメート部材の光シミュレーション結果図である。 図４Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る別の紋様画像取得装置の模式図である。 図４Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る別の紋様画像取得装置の断面図である。 図４Ｃは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置の画像センサの平面模式図である。 図５は本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置の模式図である。 図６Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置の表示パネルの模式図である。 図６Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示パネルの表示アレイ層の模式図である。 図６Ｃは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示パネルの表示アレイ層の別の模式図である。 図６Ｄは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示パネルの平面模式図である。 図７は本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置の断面模式図である。 図８Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置の紋様シミュレーション図である。 図８Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る図８Ａの紋様に対する表示装置の光シミュレーション結果図である。 図９Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置の表示パネルとコリメート部材との貼り付け方式の模式図である。 図９Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置の表示パネルとコリメート部材との別の貼り付け方式の模式図である。 図１０は本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置の製造方法のフローチャートである。
本開示の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、図面を参照しながら、本開示の実施例の技術案を明確、かつ完全に説明する。明らかなように、説明される実施例は本開示の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。説明される本開示の実施例に基づき、当業者が進歩性のある労働を必要とせずに得る全ての他の実施例は、本開示の保護の範囲に属する。
特に定義されない限り、本開示で使用される技術用語又は科学用語は、当業者が理解できる一般的な意味を有する。本開示で使用される「第１」、「第２」及び類似する用語は、何らかの順序、数又は重要性を示すものではなく、異なる構成要素を区別するためのものに過ぎない。同様に、「１つ」、「一」又は「該」等の類似する用語は、数の制限を示すものではなく、少なくとも１つが存在することを示す。「備える」又は「含む」等の類似する用語は、該用語の前に記載された素子又は部材が、該用語の後に列挙される素子又は部材及びそれらの同等物を含むことを指し、他の素子又は部材を排除しない。「接続」又は「結合」等の類似する用語は、物理的又は機械的接続に限定されず、直接接続されるか間接的に接続されるかにかかわらず、電気的接続を含んでもよい。「上」、「下」、「左」、「右」等は、相対位置関係を示すことのみに用いられ、説明対象の絶対位置が変化すると、該相対位置関係もそれに対応して変化する可能性がある。
紋様認識については、例えば、光学指紋認識プロセスで、指と画像センサの間の間隔が大きい場合、指に反射された光が散乱するため、画像センサが取得した画像の不鮮明な問題をもたらし、さらに、画像センサが受光した光に基づいて認識された指紋情報は不正確になってしまう。従って、画像センサに入射された光をコリメートする必要がある。関連技術の指紋認識の技術案では、指紋の谷部と山部の情報を正確に取得するために、光をコリメートする方法は、光ファイバーコリメートと貫通孔コリメートを含む。しかしながら、関連技術の光ファイバーコリメータは全体的に厚いが（例えば、厚さが４００ミクロン以上である）、通常の応用場面では、薄いコリメート構造（例えば、厚さが１００ミクロン以下である）が必要である。また、貫通孔コリメート構造の製造プロセスは非常に難しく、コストが高く、且つ歩留まりが低い。
従って、本開示の実施例は、コリメート機能を有し且つ構造がより軽くて薄い紋様画像取得装置を提供し、光学紋様の認識プロセスで認識された紋様情報の精度を向上させることができる。
本開示の少なくとも１つの実施例は、コリメート部材と画像センサを備える紋様画像取得装置を提供する。コリメート部材は画像センサの上に積層され、コリメート部材は、順に積層して設けられるレンズアレイ、第１絞り層、及び画像センサに隣接する第２絞り層を備える。レンズアレイは、光を収束し第１絞り層に入射させるように構成され、第１絞り層は、第１絞り層に入射された光を透過させて第２絞り層に入射させ、第１絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、第２絞り層は、第２絞り層に入射された光を透過させ（例えば、透過すると画像センサに入射できる）、前記第２絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、該画像センサは、紋様画像を取得するために、画像センサに入射された光を検出するように構成される。
本開示の少なくとも１つの実施例は、表示パネルと、該表示パネルと積層して設けられる上記紋様画像取得装置とを備える表示装置をさらに提供する。該表示パネルは表示側及び該表示側とは反対する裏側を備え、紋様画像取得装置は表示パネルの裏側に位置し、コリメート部材は表示パネルと画像センサの間に位置する。紋様画像取得装置は、表示パネルの表示側の対象紋様から反射され表示パネルを通過する光を検出するように構成される。
本開示の少なくとも１つの実施例は、順に積層して設けられるレンズアレイ、第１絞り層、及び第２絞り層を備えるコリメート部材をさらに提供する。レンズアレイは、光を収束し第１絞り層に入射させるように構成される。第１絞り層は、第１絞り層に入射された光を透過させて第２絞り層に入射させ、第１絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成される。第２絞り層は、第２絞り層に入射された光を透過させ、第２絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成される。
本開示の実施例に係るコリメート部材、紋様画像取得装置及び表示装置は、コリメート機能を有し、且つ光クロストークを減少することができ、それにより、取得された画像情報の精度を向上させ、且つ構造が軽くて薄いという優位性を有し、製造プロセスと応用場面でのニーズを満たす。
以下、図面を参照しながら本開示の実施例及びその例を詳細に説明する。
図１Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置１０の概略ブロック図であり、図１Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置１０の断面図である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例は紋様画像取得装置１０を提供し、図１Ａと図１Ｂに示すように、該紋様画像取得装置１０はコリメート部材１１０と画像センサ１２０を備える。例えば、コリメート部材１１０は画像センサ１２０の上に積層され、画像センサ１２０の光入射経路に位置し、画像センサ１２０に対して、該コリメート部材１１０は、上から下へ順に積層して設けられるレンズアレイ１１１、第１絞り層１１２、及び第２絞り層１１３を備える。該第２絞り層１１３は画像センサ１２０に隣接する。例えば、レンズアレイ１１１は、光を収束し第１絞り層１１２に入射させるように構成され、第１絞り層１１２は、光を透過させて第２絞り層１１３に入射させ、該第１絞り層１１２から透過できる光の角度を制限するように構成され、第２絞り層１１３は、光を透過させて画像センサ１２０に入射させ、該第２絞り層１１３から透過できる光の角度を制限するように構成され、画像センサ１２０は、紋様画像を取得するために、該画像センサ１２０に照射された光を検出するように構成される。該画像センサ１２０は、適切なタイプの画像センサ、例えばＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの画像センサであってもよく、例えば、シリコンベースの画像センサであってもよく、例えば、製造方式は、単結晶シリコンウエハに感光画素アレイを製造して切断することであってもよく、又はガラス基板画像センサであってもよく、例えば、製造方式は、ガラス基板に感光画素アレイを製造して切断することであってもよい。
なお、実際の状況に応じて、該紋様画像取得装置１０は他の構造又は機能層を備えてもよい。紋様画像取得装置１０の上記構造又は機能層については、層と層の間は直接接触してもよく、他のフィルム層又は部材が設けられてもよい。上記紋様画像取得装置１０において、レンズアレイ１１１と、第１絞り層１１２と、第２絞り層１１３とを備えるコリメート部材１１０は、特定の角度範囲（すなわち、受光角であり、一般的に小さな角度である）でレンズアレイ１１１に入射された光をコリメート化と同様に選別することができ、選別後の光は下方の画像センサ１２０に到達して、画像センサ１２０は光の強度を検出しやすくなる。例えば、光はレンズアレイ１１１を通過した後、収束され、第１絞り層１１２に到達する。第１絞り層１１２は該第１絞り層１１２から透過した光の角度を制限することができ（例えば、該角度は０～Ｘであり、Ｘの値の範囲は、例えば、５．７°～８．５°である）、角度要件を満たす光は第１絞り層１１２から透過できるが、角度が大きすぎる光は第１絞り層１１２から透過できないため、コリメート機能を実現する。光は、第１絞り層１１２を通過した後、第２絞り層１１３に到達し、第２絞り層１１３は、該第２絞り層１１３から透過する光の角度を制限できることに加えて、さらに、レンズアレイ１１１の隣接するレンズユニットが収束した光を遮断して、光クロストークを防止することができる。従って、本開示の実施例に係る紋様画像取得装置１０は、コリメート機能を有するだけでなく、光クロストークを効果的に防止することができ、それにより、取得した画像情報（例えば、皮膚の谷部と山部の情報）の精度を向上させ、さらに光の散乱による取得された画像の不鮮明な問題を改善することができる。
なお、本開示の実施例では、コリメート部材１１０は個別の製品であってもよく、該コリメート部材１１０は、光をコリメートする必要がある任意の場面に適用でき、本開示の実施例はこれを限定しない。
図２Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材２１０の構造模式図であり、図２Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材２１０のレンズアレイ２１０の平面模式図であり、図２Ｃは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材２１０のレンズアレイ２１０の別の平面模式図であり、図２Ｄは本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材２１０の別の構造模式図である。図２Ａに示すように、例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、コリメート部材２１０は、順に積層して設けられるレンズアレイ２１１、第１絞り層２１２、及び第２絞り層２１３を備える。レンズアレイ２１１はアレイ状に配列される複数のレンズユニット２１１０を備え、第１絞り層２１２はアレイ状に配列される複数の第１貫通孔２１２０を備え、該複数のレンズユニット２１１０と複数の第１貫通孔２１２０は、第１絞り層２１２に垂直な方向に１対１で対応して重なっている。
なお、複数のレンズユニット２１１０と複数の第１貫通孔２１２０が第１絞り層２１２に垂直な方向に１対１で対応して重なっていることは、第１絞り層２１２上の第１貫通孔２１２０の正投影と、第１絞り層２１２上の対応するレンズユニット２１１０の正投影とが重なっていることを指してもよく、部分的な重なり又は完全な重なりを含み、例えば、第１貫通孔２１２０の正投影は対応するレンズユニット２１１０の正投影内に位置する等である。本開示の実施例はこれを限定せず、実際のニーズに応じて調整することができる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、コリメート部材２１０の厚さ（例えば、各フィルム層の厚さの合計、又は該コリメート部材２１０の総厚さ）は、１００ミクロン未満であってもよく、例えば１～５０ミクロンであり、さらに、例えば１５～４０ミクロンである。各レンズユニット２１１０の口径のサイズは、１～４０ミクロンであってもよく、例えば１５～３０ミクロンであり、各第１貫通孔２１２０の開口径は、１～２０ミクロンであってもよく、例えば８～１５ミクロンである。関連技術の光ファイバーコリメータの厚さは４００ミクロン以上であり、従って、本開示の実施例に係るコリメート部材２１０は、構造が軽くて薄いという優位性を有し、市場でのコリメート部材の厚さに対する要件を満たし、複数の応用場面に適用できる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図２Ａ～２Ｃに示すように、レンズアレイ２１１はアレイ状に配列されるレンズユニット２１１０を備えてもよく、実際の応用ニーズに応じて、該レンズユニット２１１０はマイクロレンズであってもよく、マイクロレンズの直径は、ミリメートル、ミクロン又はナノメートルレベルのサイズであってもよい。例えば、該マイクロレンズは、球面レンズ、非球面レンズ又は二元光学レンズ（例えば、フレネルレンズ）等として実現され得る。例えば、図２Ａ～２Ｂに示すように、レンズユニット２１１０の第１絞り層２１２に近い一方側は平面である。例えば、各レンズユニット２１１０が球面レンズ又は非球面レンズである場合、レンズユニット２１１０の第１絞り層２１２から離れる一方側は曲面である。例えば、レンズユニット２１１０の曲面を有する一方側は入光側であり、レンズユニット２１１０の平面を有する一方側は出光側である。例えば、レンズアレイ２１１の材料は、アクリル系の紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂、エポキシ系のＵＶ硬化型樹脂、熱硬化型樹脂等を含んでもよく、他の適切な材料であってもよく、適切な成形プロセスで製造することができ、例えば、モールドプレス成形、フォトエッチング成形等であり、本開示の実施例はこれを限定しない。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図２Ａに示すように、コリメート部材２１０の第２絞り層２１３はアレイ状に配列される複数の第２貫通孔２１３０を備え、複数の第２貫通孔２１３０と複数の第１貫通孔２１２０は、第１絞り層２１２に垂直な方向に１対１で対応して重なっている。
なお、複数の第２貫通孔２１３０と複数の第１貫通孔２１２０が第１絞り層２１２に垂直な方向に１対１で対応して重なっていることは、第１絞り層２１２上の第１貫通孔２１２０の正投影と、第１絞り層２１２上の対応する第２貫通孔２１３０の正投影とが重なっていることを指してもよく、部分的な重なり又は完全な重なりを含み、例えば、第２貫通孔２１３０の正投影は対応する第１貫通孔２１２０の正投影内に位置する等であり、本開示の実施例はこれを限定せず、実際のニーズに応じて調整することができる。
なお、本開示の実施例では、第１貫通孔２１２０と第２貫通孔２１３０の開口形状は限定されず、例えば、円形、正方形、六角形等の規則形状であってもよく、任意の不規則形状であってもよい。レンズアレイ２１１に平行な平面でのレンズユニット２１１０の断面形状は、例えば、円形、正方形、六角形等の規則形状であってもよく、又は任意の不規則形状であってもよく、本開示の実施例はこれを限定しない。例えば、一例では、第１貫通孔２１２０と第２貫通孔２１３０の開口形状はいずれも円形であり、レンズアレイ２１１に平行な平面でのレンズユニット２１１０の断面形状も円形であり、それにより、画像センサ１２０に収束された光の各方向での光強度の均一性が良好になり、取得された画像情報の精度をさらに向上させることができる。
例えば、図２Ｂと図２Ｃに示すように、本開示の実施例では、複数のレンズユニット２１１０は、行列が揃っている方式でアレイ状に配列されてもよく（図２Ｂに示される）、特定の形状（例えば、六角形）でアレイ状に配列されてもよく（図２Ｃに示される）、本開示の実施例はこれを限定しない。例えば、いくつかの実施例では、レンズアレイ２１１が六角形でアレイ状に配列される（図２Ｃに示される）レンズユニット２１１０を備える場合、画像センサ１２０に収束された光をより十分にし、取得された画像情報の精度をさらに向上させることができる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１貫通孔２１２０は第１開口中心を有し、且つ該第１開口中心は、第１貫通孔２１２０に対応するレンズユニット２１１０の焦点に位置する。なお、第１貫通孔２１２０が規則形状である場合、第１貫通孔２１２０の第１開口中心はその幾何学的中心を含んでもよく、第１貫通孔２１２０が不規則形状である場合、第１貫通孔２１２０の第１開口中心は第１貫通孔２１２０の図心又は面積中心であってもよく、これは、実際のニーズに応じて決められ、本開示の実施例はこれを限定しない。例えば、いくつかの例では、第１貫通孔２１２０が不規則形状である場合、第１貫通孔２１２０の第１開口中心はレンズユニット２１１０の主光軸に位置してもよく、該主光軸はレンズユニット２１１０の光学中心を通過する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１貫通孔２１２０は第１開口中心を有し、第２貫通孔２１３０は第２開口中心を有し、該第１貫通孔２１２０の第１開口中心と、該第１貫通孔２１２０に対応する第２貫通孔２１３０の第２開口中心とは、第１絞り層２１２に垂直な方向に重なっている。
なお、第１貫通孔２１２０の第１開口中心と、対応する第２貫通孔２１３０の第２開口中心とが第１絞り層２１２に垂直な方向に重なっていることは、例えば、第１貫通孔２１２０の第１開口中心と、対応する第２貫通孔２１３０の第２開口中心とが同軸であることを指してもよく、つまり、第１絞り層２１２上の第１貫通孔２１２０の正投影の中心と、第１絞り層２１２上の対応する第２貫通孔２１３０の正投影の中心とは重なっている。本開示の実施例はこれを限定せず、実際のニーズに応じて調整することができる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１貫通孔２１２０の開口径は、対応する第２貫通孔２１３０の開口径の以上である。例えば、第１貫通孔２１２０の開口径は１～２０ミクロンであってもよく、この場合、第２貫通孔の開口径の値も１～２０ミクロンであってもよく、また例えば、両者は８～１５ミクロンであってもよい。本開示の実施例はこれを限定せず、実際の状況に応じて調整することができる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、複数のレンズユニット２１１０、複数の第１貫通孔２１２０及び複数の第２貫通孔２１３０は１対１で対応し、例えば、互いに対応する１つのレンズユニット２１１０、１つの第１貫通孔２１２０及び１つの第２貫通孔２１３０を１セットのコリメートユニットとして、受光した光から１つのコリメート光を選別することに用いることができる。従って、該実施例では、複数のレンズユニット２１１０、複数の第１貫通孔２１２０及び複数の第２貫通孔２１３０の数は同じである。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１絞り層２１２と第２絞り層２１３の材料は、遮光材料、例えば、可視光（波長が約３８０～７８０ｎｍである）を吸収する材料であってもよく、クロム、酸化クロム、黒色樹脂等が挙げられ、例えば、散乱率が低い金属フィルム等であり、本開示の実施例はこれを具体的に限定しない。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図２Ａに示すように、コリメート部材２１０は、透明な第１充填層２１４と透明な第２充填層２１５をさらに備える。第１充填層２１４は、レンズアレイ２１１と第１絞り層２１４の間に位置し、第２充填層２１５は、第１絞り層２１４と第２絞り層２１５の間に位置する。該第１充填層２１４と第２充填層２１５の材料は、例えば、光透過率が９０％以上の透明材料等であってもよく、無機材料又は有機材料であってもよく、本開示の実施例はこれを具体的に限定しない。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、実際のニーズに応じて、製造プロセスについては、コリメート部材２１０に備えられるレンズアレイ２１１、第１絞り層２１２、第２絞り層２１３、第１充填層２１４及び第２充填層２１５は、画像センサ（図２Ａに示されていない）の上方に直接レイヤ硬化を行うことができ、それによりコリメート部材２１０の一体化を実現する。なお、本開示の実施例は製造プロセスの具体的なステップを限定せず、実際の状況に応じて調整することができる。例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、レンズアレイ２１１、第１絞り層２１２、第２絞り層２１３、第１充填層２１４及び第２充填層２１５の材料はそれぞれ異なってもよいが、それらの屈折率が基本的に一致し又は相互間の差が小さいことを確保する必要がある。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図２Ｄに示すように、コリメート部材２１０は、順に積層して設けられるレンズアレイ２１１、第１絞り層２１２、第２絞り層２１３、及び第３絞り層２３０を備えてもよい。該第３絞り層２３０は、第２絞り層２１３と画像センサ１２０の間に設けられ、且つ光を透過させて画像センサ１２０に入射させ、該第３絞り層２３０から透過できる光の角度を制限するように構成される。第３絞り層２３０の具体的な構造設計については、上記第１絞り層２１２と第２絞り層２１３の構造を参照することができ、ここで繰り返し説明しない。
図３Ａは本開示の例示的な一実施例に係るコリメート部材３１０の具体的な構造模式図を示し、図３Ｂは本開示の例示的な一実施例に係るコリメート部材３１０の設計シミュレーション図を示し、図３Ｃと３Ｄは本開示の少なくとも１つの実施例に係る単層絞りを備えるコリメート部材の光シミュレーション結果図を示し、図３Ｅは本開示の少なくとも１つの実施例に係る二重層絞りを備えるコリメート部材の光シミュレーション結果図を示す。
例えば、図３Ａに示すように、該コリメート部材３１０は、順に積層して設けられるレンズアレイ３１１、第１充填層３１４、第１絞り層３１２、第２充填層３１５、及び第２絞り層３１３を備える。レンズアレイ３１１はアレイ状に配列される複数のレンズユニット３１１０を備え、第１絞り層３１２はアレイ状に配列される複数の第１貫通孔３１２０を備え、第２絞り層３１３はアレイ状に配列される複数の第２貫通孔３１３０を備える。例えば、図３Ａに示すように、レンズユニット３１１０は、例えば、マイクロレンズ３１１０であってもよく、図３ＡのＤはマイクロレンズ３１１０の口径のサイズ、ｈはマイクロレンズ３１１０の矢高、Ｒはマイクロレンズ３１１０の曲率半径、ｆはマイクロレンズ３１１０の焦点距離、Ｈはコリメート部材３１０の厚さ、ｈ１は第１充填層３１４の厚さ、ｈ２は第２充填層３１５の厚さ、ｄ１は第１貫通孔３１２０の口径のサイズ、ｄ２は第２貫通孔３１３０の口径のサイズ、角度θは第１貫通孔３１２０の受光角（例えば、θの範囲は約５．７°～８．５°である）を示す。例えば、上記構造パラメータ間の関係は下式を満たす。
Figure 0007425002000003
第１絞り層３１２と第２絞り層３１３の厚さが１ミクロン以下であり、ひいては１ミクロンよりもはるかに小さいため、無視してもよい。
なお、本開示の上式はコリメート部材３１０の構造パラメータ間の具体的な関係式を示しているが、実際の操作中に、上記具体的な式に厳密に従わなくてもよく、例えば、実際の応用ニーズに応じて、又は複数回の実験結果又はシミュレーションの結果に基づいて各構造パラメータを微調整することができ、それにより、最適な効果に達する。従って、本開示の実施例は構造パラメータの具体的な値を厳密に限定しない。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、実際の応用ニーズに応じて、例えば、コリメート部材３１０の厚さは、１００ミクロン未満であってもよく、例えば、約１～５０ミクロンであり、例えば、レンズユニット３１１０の口径のサイズＤは約１～２５ミクロンであってもよく、例えば、第１絞り層３１２の第１貫通孔３１２０の開口径ｄ１は約１～１５ミクロンであってもよい。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１充填層３１４の厚さｈ１は、レンズユニット３１１０（例えば、マイクロレンズ）の焦点距離ｆにほぼ等しくてもよい。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１充填層３１４の厚さｈ１と第２充填層３１５の厚さｈ２の比の範囲は４～６であってもよく、例えば、４．２～５．３である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１絞り層３１２の第１貫通孔３１２０の開口径ｄ１は、対応する第２貫通孔３１３０の開口径ｄ２よりも大きくてもよく、対応する第２貫通孔３１３０の開口径ｄ２に等しくてもよい。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、第１絞り層３１２の第１貫通孔３１２０は第１開口中心を有し、且つ該第１開口中心は、該第１貫通孔３１２０に対応するレンズユニット３１１０の焦点に位置する。なお、第１貫通孔３１２０が規則形状である場合、第１貫通孔３１２０の第１開口中心はその幾何学的中心を含んでもよく、第１貫通孔３１２０が不規則形状である場合、第１貫通孔３１２０の第１開口中心は第１貫通孔３１２０の図心又は面積中心等であってもよく、これは、実際のニーズに応じて決められ、本開示の実施例はこれを限定しない。例えば、いくつかの例では、第１貫通孔３１２０が不規則形状である場合、第１貫通孔３１２０の第１開口中心はレンズユニット３１１０の主光軸に位置してもよく、該主光軸はレンズユニット３１１０の光学中心を通過する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置において、コリメート部材３１０の厚さは２０ミクロンである。
例えば、本開示の例示的な実施例に係るコリメート部材３１０において、上式及び実験結果に基づき各構造パラメータを複数回調整した後、１セットの例示的な構造パラメータが得られ、各構造パラメータは以下のように設計される。
Figure 0007425002000004
第１絞り層３１２と第２絞り層３１３の厚さが無視できるので、得られるコリメート部材３１０の厚さはＨ＝１９μｍである。実際の操作中に、第１絞り層３１２と第２絞り層３１３の厚さを考慮すると、該コリメート部材３１０の厚さＨは約２０ミクロンである。それに対応して、該コリメート部材３１０の設計シミュレーション図を得ることができ、図３Ｂに示される。図３Ｂから分かるように、該コリメート部材３１０のマイクロレンズ３１１０は受光した光を収束することができ、第１貫通孔３１２０は、小さい角度範囲（例えば、θ＝５．７°～８．５°）内の光（例えば、図３Ｂの実線１）のみを通過させることができ、第２貫通孔３１３０は、隣接するレンズユニット３１１０からの光（例えば、図３Ｂの実線２）を遮断することができる。従って、本開示の実施例に係るコリメート部材３１０はコリメート機能を有するだけでなく、隣接するレンズユニットからの光クロストークを効果的に防止することができる。また、本開示の少なくとも１つの実施例に係るコリメート部材３１０の厚さＨは、約１９～２１ミクロンだけであり、一般的なコリメート部材の通常の厚さよりもはるかに小さく、市場でのコリメート構造に対する軽くて薄いという要件を満たす。
第２絞り層３１３の光クロストーク防止機能を明確に説明するために、図３Ｃ～３Ｅを参照することができる。例えば、図３Ｃと３Ｄに示すように、コリメート部材が単層絞り（例えば、第１絞り層３３１）のみを備える場合、該単層絞り３３１の各絞り（例えば、図３Ｃの絞りＡ又は絞りＢ）は、例えば、レンズアレイ３３０から対応するレンズユニットの光を受光し、且つ該絞りから透過する光の角度を制限することができるが、隣接するレンズユニット（例えば、図３ＣのＣ点又はＤ点）からの光の透過は不可避である。隣接するレンズユニットからの光を効果的に遮断するために、コリメート部材に第２層絞り３３２を導入することができ、図３Ｅに示すように、コリメート部材が二重層絞り（例えば、第１絞り層３３１と第２絞り層３３２）を備える場合、隣接するレンズユニットからの光が第２層絞り３３２から透過することを効果的に防止できる。従って、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置は、取得された画像情報の精度を効果的に向上させることができる。図４Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置４０の別の概略ブロック図であり、図４Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置４０の別の断面図であり、図４Ｃは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置４０の画像センサ４２０の平面図である。
例えば、図４Ａに示すように、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置４０はコリメート部材４１０と画像センサ４２０を備え、該コリメート部材４１０は画像センサ４２０の上に積層される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図４Ｃに示すように、画像センサ４２０はアレイ状に配列される複数の撮像画素４２１を備えてもよい。例えば、各撮像画素４２１は適切な方式で実現されてもよく、例えば、フォトダイオードとスイッチングトランジスタを含んでもよく、フォトダイオードは、それに照射された光信号を電気信号に変換することができ、スイッチングトランジスタはフォトダイオードに電気的に接続して、フォトダイオードが光信号を収集する状態にあるか否か、及び光信号を収集する時間を制御することができる。例えば、フォトダイオードのタイプと設置形態は、実際の応用ニーズに応じて設定でき、本開示の実施例はこれを具体的に限定しない。例えば、フォトダイオードはＰＩＮ接合型フォトダイオード又はフォトトランジスタ等であってもよく、それにより、フォトダイオードの応答速度を高めることができる。例えば、撮像画素４２１は、コリメート部材４１０から透過した光を検出して、画像情報を取得するように構成される。
なお、本開示の実施例は画像センサ４２０に備えられる撮像画素４２１の具体的な数を限定せず、例えば、１つの撮像画素４２１は上記１セットのコリメートユニットに対応して設けられてもよく、１つの撮像画素４２１は上記複数セットのコリメートユニットに対応して設けられてもよく、撮像画素の数は実際の応用ニーズに応じて設定できる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図４Ｂに示すように、画像センサ４２０は撮像画素４２１を備え、撮像画素４２１はスイッチングトランジスタ４２０１とフォトダイオード４２０２を備えてもよい。スイッチングトランジスタ４２０１、フォトダイオード４２０２はいずれもベース基板４２１１上に設けられる。例えば、スイッチングトランジスタ４２０１は、活性層４２３、ゲート電極４２２、第１電極４２４１及び第２電極４２４２を備える。スイッチングトランジスタ４２０１のゲート電極４２２はベース基板４２１１上に設けられ、第１絶縁層４２９１により被覆される。スイッチングトランジスタ４２０１の活性層４２３は第１絶縁層４２９１上に設けられ、第２絶縁層４２９２により被覆される。例えば、スイッチングトランジスタ４２０１の第１電極４２４１と第２電極４２４２は対称的に設けられ、両者が相互に交換でき、その一方がソース電極であり、他方がドレイン電極である。例えば、フォトダイオード４２０２は、ＰＩＮ接合４２６、第１電極４２５及び第２電極４２７を備える。例えば、第２電極４２７は透明な導電性材料で製造され、例えば、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）が挙げられる。適切な構造（例えば、カップ状の構造）を用いることにより、第２電極４２７はさらに集光層として多重化することができ、それにより、第２電極４２７に入射された光をＰＩＮ接合４２６に最大限に入射させる。第２電極４２７は金属層４２８を介してバイアス電圧線（図示せず）に電気的に接続され、第１電極４２５はスイッチングトランジスタ４２０１の第２電極４２４２に電気的に接続される。例えば、金属層４２８はスイッチングトランジスタ４２０１の活性層４２３まで被覆でき、それにより、スイッチングトランジスタ４２０１の活性層４２３が外部の光の影響を受けるのを防止して、漏れ電流を回避する。なお、本開示の実施例では、スイッチングトランジスタ４２０１はトップゲート薄膜トランジスタであってもよく、ボトムゲート薄膜トランジスタであってもよく、図４Ｂは、ボトムゲート薄膜トランジスタの状況を示している。上記トランジスタがトップゲート薄膜トランジスタである場合、フォトダイオード４２０２とスイッチングトランジスタ４２０１の位置を対応して調整し、又はプロセスを調整すればよい。
なお、本開示の上記実施例では、フォトダイオード４２０２はＰＩＮ接合型であるが、本開示の実施例はこれに限定されず、フォトダイオード４２０２の受光感度が使用のニーズを満たす限り、フォトダイオード４２０２はＰＮ接合型であってもよい。該画像センサ４２０の各フィルム層の材料は通常の材料を用いることができ、各フィルム層の説明については、通常の設計を参照することができ、ここで繰り返し説明しない。
なお、図４Ｂに示される積層構造において、各フィルム層の相対位置関係とサイズ比関係は、限定的なものではなく、例示的なものである。実際の応用において、第１絞り層４１１におけるフォトダイオード４２０２のＰＩＮ接合４２６の感光面の正投影は複数の第１貫通孔４１１０を被覆することができ、第２絞り層４１２におけるフォトダイオード４２０２のＰＩＮ接合４２６の感光面の正投影は複数の第２貫通孔４１２０を被覆することができ、これは実際のニーズに応じて設定でき、本開示の実施例はこれを限定しない。
図４Ａと４Ｂに示すように、本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置４０のコリメート部材４１０と画像センサ４２０の貼り付け方式は、実際の応用ニーズに応じて設定でき、本開示の実施例はこれを具体的に限定しない。例えば、コリメート部材４１０と画像センサ４２０は接着の方式で貼り付けてもよい。例えば、コリメート部材４１０と画像センサ４２０が接着の方式で貼り付けられる場合、紋様画像取得装置４０は中間媒体層４３０をさらに備えてもよい。中間媒体層４３０は、コリメート部材４１０と画像センサ４２０の間に設けられ、接着性を有し、且つコリメート部材４１０と画像センサ４２０を接着することができる。例えば、中間媒体層４３０は光学的に透明な接着剤（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ、ＯＣＡ）であってもよい。例えば、中間媒体層４３０は、画像センサ４２０に垂直な方向におけるコリメート部材４１０と画像センサ４２０の間の間隔を調節する役割をさらに果たし得る。例えば、光学的に透明な接着剤の厚さを調節することにより、画像センサ４２０に垂直な方向におけるコリメート部材４１０と画像センサ４２０の間の間隔を調節することができる。また例えば、中間媒体層４３０は、透明基板（図示せず）をさらに備えてもよく、透明基板の両側にいずれも光学的に透明な接着剤を設けることができ（例えば、透明基板は光学的に透明な接着剤に挿入できる）、それにより、中間媒体層４３０の間隔調節能力を向上させることができる。
なお、実際の状況に応じて、該紋様画像取得装置４０は、他の構造又は機能層をさらに備えてもよい。層と層の間は直接接触してもよく、他のフィルム層又は部材が設けられてもよい。
図５は本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置５０の模式図である。例えば、図５に示すように、本開示の少なくとも１つの実施例は、表示パネル５００と、該表示パネル５００と積層して設けられる紋様画像取得装置５０１とを備える表示装置５０を提供する。例えば、紋様画像取得装置５０１は上記紋様画像取得装置１０／４０であってもよい。例えば、該表示パネル５００は表示側及び該表示側とは反対する裏側を備え、該紋様画像取得装置５０１は表示パネル５００の裏側に位置し、紋様画像取得装置５０１のコリメート部材５１０は該表示パネル５００と画像センサ５２０の間に位置する。該紋様画像取得装置５０１は、表示パネル５００の表示側の対象紋様（例えば、指紋、掌紋等）から反射され該表示パネル５００を通過する光を検出するように構成される。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、表示パネル５００は有機発光ダイオード表示パネル又は量子ドット発光ダイオード表示パネルであってもよく、液晶表示パネルであってもよく、本開示の実施例はこれを具体的に限定しない。
図６Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置６０の表示パネル６１０の模式図であり、図６Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示パネル６１０の表示アレイ層６０３の模式図であり、図６Ｃは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示パネル６１０の表示アレイ層６０３の別の模式図であり、図６Ｄは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示パネル６１０の平面模式図である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図６Ａに示すように、該表示装置６０は、表示パネル６１０と、該表示パネル６１０と積層して設けられるコリメート部材６２０、画像センサ６３０と、を備える。例えば、図６Ａに示すように、本開示の少なくとも１つの実施例では、該表示パネル６１０は、上部フィルム６０１、薄膜パッケージ６０２、表示アレイ層６０３、可撓性ベース６０４、及び下部フィルム６０５等の構造を備える。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、下部フィルム６０５は、その上に位置する他の構造及び機能層に保護及び支持機能を提供し、例えば、強度が大きいプラスチック基板又はガラス基板である。可撓性ベース６０４は、緩衝を提供することに用いられ、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の材料で製造される可撓性ベースである。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、表示アレイ層６０３は可撓性ベース６０４上に形成され、例えば、表示アレイ層６０３は、所定のアレイとして配列される複数の画素ユニット６２１と、電気信号（走査信号、データ信号、検出信号等を含む）を提供するための信号線（ゲート線、データ線、検出線等を含む）と、を備えてもよく、各画素ユニット６２１は、発光デバイス（例えば、ＯＬＥＤデバイス）と、該発光デバイス（ＯＬＥＤデバイス）を駆動して発光させるための画素駆動回路等とを備える。画素ユニット６２１は光１０１を発光し、光１０１は表示に用いられ、また、例えば画面内指紋検出の入射光とする。例えば、画素ユニット６２１の発光デバイスが作動する時に発光した光１０１は、表示パネルの表示側のユーザの皮膚（指又は手のひら）６５０から反射され、さらにユーザの皮膚紋様画像の取得に用いられる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、薄膜パッケージ６０２は表示アレイ層６０３に被覆されて、外部の水蒸気が表示アレイ層６０３に入ってその老化又は劣化を引き起こすことを防止し、それは多層薄膜パッケージであってもよく、例えば、積層された無機絶縁層と有機絶縁層等を備える。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、上部フィルム６０１は、カバープレートであってもよく、例えば、ガラス又はプラスチックで製造される基板又は厚いフィルムであり、支持と保護を提供することに用いられ、例えば、ユーザがタッチ、押圧等の操作を行うことに用いられる。
なお、必要に応じて、該表示パネル６１０は他の構造又は機能層をさらに備えてもよい。例えば、表示パネル６１０はタッチ機能を実現するためにタッチ構造を備えてもよい。該タッチ構造は、例えば、表示アレイ層６０３に内蔵されてもよく、又は上部フィルム６０１上などに形成され、例えば、静電容量式、抵抗式等であってもよい。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図６Ａ～６Ｃに示すように、表示アレイ層６０３はアレイ状に配列される複数の画素ユニット６２１を備えてもよい。例えば、各画素ユニット６２１は発光ダイオード６２２を備えてもよく、発光ダイオード６２２は、有機発光ダイオード、量子ドット発光ダイオードであってもよく、無機発光ダイオード６２２であってもよく、本開示の実施例はこれを具体的に限定しない。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図６Ｂと図６Ｃに示すように、各発光ダイオード６２２は、陰極６２５、発光層６２４及び陽極６２３を備えてもよい。例えば、発光ダイオード６２２は反射電極を備えてもよく、それにより、発光ダイオード６２２から発光された光を表示側（例えば、上部フィルム６０１）に反射し、さらに発光ダイオード６２２の発光効率を向上させることができ、且つ画像センサ６２０への影響を低減させることができる。例えば、トップエミッション型の有機発光ダイオード６２２の場合、陽極６２３は反射電極を備えるように配置されてもよく、例えば、陽極６２３は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）と金属層により積層して製造されてもよい。例えば、図６Ｂに示すように、反射電極は開口６２９を有してもよく、それにより、表示側から反射された光を通過させることができる。例えば、開口６２９は上部フィルム６０１から反射された光を通過させることができ、また例えば、開口６２９はさらに、指の皮膚６５０から反射された光を通過させることができる。また、開口６２９の対応する箇所に陽極又は陰極が設けられないため、該箇所は発光せず、画像情報の取得への影響を回避する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図６Ｃに示すように、発光ダイオード６２２は反射層６２８をさらに備えてもよく、該反射層６２８は発光ダイオード６２２から発光された光を表示側に反射することができ、この場合、発光ダイオード６２２の陰極６２５と陽極６２３は透明な導電性材料又は厚さの薄い金属で製造され、それにより、陰極６２５と陽極６２３は透明又は半透明の性質を有する（例えば、陰極６２５と陽極６２３はそれぞれ透明な導電性酸化物材料と透明な合金材料で製造され得る）。例えば、反射層６２８は多層誘電体フィルムであってもよく、該多層誘電体フィルムは、発光ダイオード６２２から出射された光を反射することができ、例えば、可視光を反射することができる。例えば、実際の応用ニーズに応じて、反射層６２８は開口（図６Ｃに示されていない）を有してもよく、それにより、表示側から反射された光を通過させることができる。また例えば、実際の応用ニーズに応じて、反射層６２８は特定の波帯（例えば、赤外線波帯）又は波長（例えば、９７６ｎｍ）の光を透過させる能力を有してもよい。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、表示パネル６１０が液晶表示パネルである場合、液晶表示パネルに備えられるバックライト（すなわち、コリメート部材６２０に近い一方側）に１つ又は複数の開口を設けることにより、表示側から反射された光は開口を通過してコリメート部材６２０に到達し、さらに、コリメート部材６２０を透過して画像センサ６３０に到達することができ、それにより光検出を実現する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図６Ｄに示すように、例えば、表示パネル６１０は表示領域６１１と周辺領域６１２を備えてもよく、表示パネル１００の周辺領域６１２は表示パネル６１０のエッジに位置する領域であってもよく、表示パネル１００の表示領域６１１は周辺領域６１２により囲まれる領域であってもよい。図４Ｃ及びその関連する詳細な説明を参照し、画像センサ４２０はアレイ状に配列される複数の撮像画素４２１を備えてもよく、いくつかの実施例では、例えば、複数の撮像画素４２１は表示パネル６１０の表示領域６１１にアレイ状に配列されてもよい。例えば、撮像画素４２１は皮膚（例えば、指、手のひら等）６５０から反射されコリメート部材６２０を透過した光を検出することができ、それにより画像情報を取得できる。
例えば、図６Ａ～６Ｄの上記詳細な説明を参照し、画素ユニット６２１から出射された光が表示パネル６１０の表示側（例えば、上部フィルム６０１）のインタフェースに入射すると、光の一部は該インタフェースから反射され、他部は表示パネル６１０から出射され、表示パネル６１０から出射された光が皮膚（例えば、指、手のひら等）に入射する場合に反射され、且つ反射された光の一部は表示パネル６１０に戻り、これらの反射された光は、分析、認識のために撮像に用いられる。例えば、以下、図７に示される表示装置７０を例として、本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置７０の紋様画像取得のプロセスを具体的に説明する。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図７に示すように、指の指紋７０１は凸部（すなわち指紋山部）と凹部（指紋谷部）等から形成された紋様を含み、指が表示側基板（例えば、カバープレート）７１１に接触すると、指紋山部は表示側基板７１１に接触し、指紋谷部は表示側基板７１１に接触せず、指紋谷部と表示側基板７１１の間の空気は表示側基板７１１と第１インタフェース７１２を形成し、指紋山部（すなわち、皮膚）は表示側基板７１１と第２インタフェース７１３を形成する。例えば、空気の屈折率（例えば、空気の屈折率が１である）に比べて、皮膚の屈折率（例えば、皮膚の屈折率が１．５５である）は、表示側基板７１１の屈折率（例えば、一般的なガラスカバープレートの場合、屈折率が１．５である）に近く、従って、画素ユニット６２１から出射された光の第１インタフェース７１２での反射光の強度は、第２インタフェース７１３での反射光の強度よりも大きい。例えば、垂直に入射される場合、インタフェースの反射率は以下である。
Figure 0007425002000005
ｎｒは相対屈折率である。例えば、空気の屈折率、皮膚の屈折率、及び表示側基板７１１の屈折率はそれぞれ１、１．５５及び１．５である場合、第１インタフェース７１２の相対屈折率ｎｒは１．５であり、第２インタフェース７１３の相対屈折率ｎｒは約０．９７であり、従って、第１インタフェース７１２の反射光の強度と第２インタフェース７１３の反射光の強度との比は、（４％）／（０．０２３％）＝１７３．９である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、インタフェース（例えば、第１インタフェース７１２）から反射されて表示パネル７１０に戻り、且つコリメート部材７２０を通過して画像センサ７３０に入射された光の強度に比べて、指皮膚から反射されて表示パネル７１０に戻り、且つコリメート部材７２０を通過して画像センサ７３０に入射された光の強度は弱く（例えば、ひいては無視してもよい）、従って、画像センサ７３０で取得された指紋画像において、指紋谷部に対応する画像領域の輝度は高く、指紋山部に対応する画像領域の輝度は低い。
図８Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様シミュレーション図であり、図８Ｂは、図８Ａの紋様に対する、図３Ａのコリメート部材３１０を用いた表示装置の光シミュレーション結果図である。図８Ａは皮膚紋様をシミュレーションする４つの縦縞であり、表示パネルの表示側に置かれ、表示側の表示領域に位置し、図８Ｂは画像センサで検出された光束図である。図８Ａと図８Ｂを比較して分かるように、皮膚山部（すなわち、図８Ａの縦縞）に対応する画像領域の光束は弱く、皮膚谷部（すなわち、図８Ａの隣接する縦縞間の空白領域）に対応する画像領域の光束は強く、それにより、画像センサに基づき検出された光強度は異なり、皮膚の谷部と山部の正確な情報を正確に得て、紋様画像の取得を実現することができる。
図９Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置９０に備えられる表示パネル９００とコリメート部材９１０の貼り付け方式の模式図であり、図９Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る表示装置９０に備えられる表示パネル９００とコリメート部材９１０の別の貼り付け方式の模式図である。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図９Ａに示すように、表示パネル９００とコリメート部材９１０はフレーム貼り付けの方式で貼り付けられてもよい。例えば、図９Ａに示すように、該表示装置９０は接着フレーム９０１を備えてもよく、接着フレーム９０１は表示パネル９００とコリメート部材９１０の間に設けられる。例えば、接着フレーム９０１は、表示パネル９００の裏側（例えば、図６Ａに示される下部フィルム６０５の下方）とコリメート部材９１０の第１充填層９１４との間に設けられ、表示パネル９００の周辺領域（図６の６１２）に位置してもよい。例えば、接着フレーム９０１は、表示パネル９００とコリメート部材９１０を接着し、支持機能を提供することができる。例えば、図９Ａに示される貼り付け方式（フレーム貼り付け）の場合、レンズアレイ９１１に備えられる複数のレンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０の周囲の媒体は空気であってもよく、従って、レンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０の周囲の媒体の屈折率は１であり、この場合、レンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０は屈折率が約１．４～１．６（例えば、１．４８～１．５５）の材料で製造されてもよく、レンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）材料で製造されてもよく、この場合、レンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０の屈折率は約１．４９１８であり、本開示の実施例はこれを含むが、これに限定されない。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、図９Ｂに示すように、表示パネル９００とコリメート部材９１０はさらに表面貼り付けの方式で貼り付けられてもよい。例えば、表面貼り付け方式を用いる場合、該表示パネル９００は充填媒体９０２をさらに備えてもよく、充填媒体９０２は表示パネル９００とコリメート部材９１０の間に設けられ、レンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０の周囲に充填される。例えば、図９Ｂに示される貼り付け方式の場合、レンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０は屈折率が約１．７～１．９（例えば、１．７５～１．８５）の材料で製造されてもよく、レンズユニット（例えば、マイクロレンズ）９１１０の屈折率は、例えば、約１．８であってもよく、充填媒体９０２は屈折率が約１．２～１．４（例えば、１．２５～１．３５）の材料で製造されてもよく、この場合、充填媒体９０２の屈折率は、例えば、約１．３であってもよく、本開示の実施例はこれを含むが、これに限定されない。
なお、コリメート部材９１０と表示パネル９００の貼り付け方式は実際の応用ニーズに応じて選択することができ、本開示の実施例はこれを具体的に限定しない。
図１０は本開示の少なくとも１つの実施例に係る紋様画像取得装置の製造方法のフローチャートである。
図１０に示すように、該紋様画像取得装置の製造方法は、
画像センサを提供するステップＳ１０１と、
画像センサ上にコリメート部材を提供するステップＳ１０２と、を含む。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、画像センサ上にコリメート部材を提供するステップは、コリメート部材に備えられるレンズアレイ、第１絞り層、第２絞り層、第１充填層及び第２充填層に対して画像センサの上方に直接レイヤ硬化を行い、それによりコリメート部材の一体化を実現することを含む。例えば、画像センサ上に第２絞り層を形成して硬化させる。次に、第２絞り層上に第２充填層を形成して硬化させる。続いて、第２充填層上に第１絞り層を形成して硬化させる。次に、第１絞り層上に第１充填層を形成して硬化させる。最後に、第１充填層上にレンズアレイを形成して硬化させる。このようにして、各フィルム層を一体的に形成し、コリメート部材の一体化を実現することができる。
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、コリメート部材のレイヤ硬化を行うことは、コーティング、スパッタリング、プリベーク、露光、現像、ポストベーク等のプロセスを含むが、それらに限定されず、なお、本開示の実施例は製造プロセスの具体的なステップを制限せず、実際の状況に応じて調整することができる。例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、黒色樹脂又は反射率が低い金属（例えば、モリブデン）を使用し、露光の方式で第１絞り層と第２絞り層を製造する。例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、徐々に硬化する方式（最終的な成膜厚さが、例えば０．０５ミクロンである）で第１充填層と第２充填層を製造する。例えば、本開示の少なくとも１つの実施例では、露光の方式でレンズアレイの配列パターンを形成してから、ポストベークによってレンズユニットを成形する（例えば、中央が厚くて両側が薄い）。なお、コリメート部材のレンズアレイ、第１絞り層、第２絞り層、第１充填層及び第２充填層の材料はそれぞれ異なってもよいが、それらの屈折率が基本的に一致することを確保する必要がある。
本開示については、以下を説明する必要がある。
（１）本開示の実施例の図面は、本開示の実施例に係る構造のみに関し、他の構造は通常の設計を参照すればよい。
（２）矛盾がない限り、本開示の実施例及び実施例の特徴を互いに組み合わせて新たな実施例を得ることができる。
以上は、本開示の具体的な実施形態に過ぎないが、本開示の保護範囲はこれに限定されず、本開示の保護範囲は前記特許請求の範囲の保護範囲を基準とするべきである。

Claims (26)

  1. コリメート部材と画像センサを備える紋様画像取得装置であって、
    前記コリメート部材は前記画像センサの上に積層され、前記コリメート部材は、順に積層して設けられるレンズアレイ、第１絞り層、及び前記画像センサに隣接する第２絞り層を備え、
    前記レンズアレイは、光を収束し前記第１絞り層に入射させるように構成され、
    前記第１絞り層は、前記第１絞り層に入射された光を透過させて前記第２絞り層に入射させ、前記第１絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、
    前記第２絞り層は、前記第２絞り層に入射された光を透過させ、前記第２絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、
    前記画像センサは、紋様画像を取得するために、前記画像センサに入射された光を検出するように構成され、
    前記レンズアレイはアレイ状に配列される複数のレンズユニットを備え、
    少なくとも１つの前記レンズユニットの曲率半径Ｒ、口径Ｄ及び矢高ｈは関係式
    を満たす、紋様画像取得装置。
  2. 前記第１絞り層はアレイ状に配列される複数の第１貫通孔を備え、
    前記複数のレンズユニットと前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている、請求項１に記載の紋様画像取得装置。
  3. 前記コリメート部材の厚さは１００ミクロン未満であり、
    少なくとも１つの前記レンズユニットの口径は１～４０ミクロンであり、
    少なくとも１つの前記第１貫通孔の開口径は１～２０ミクロンである、請求項２に記載の紋様画像取得装置。
  4. 前記第２絞り層はアレイ状に配列される複数の第２貫通孔を備え、
    前記複数の第２貫通孔と前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている、請求項２又は３に記載の紋様画像取得装置。
  5. 前記第１貫通孔は第１開口中心を有し、前記第２貫通孔は第２開口中心を有し、
    前記第１貫通孔の第１開口中心と前記第１貫通孔に対応する第２貫通孔の第２開口中心とは、前記画像センサに垂直な方向に重なっている、請求項４に記載の紋様画像取得装置。
  6. 前記第１貫通孔の開口径は、前記第１貫通孔に対応する第２貫通孔の開口径の以上である、請求項４又は５に記載の紋様画像取得装置。
  7. 前記複数のレンズユニットの数、前記複数の第１貫通孔の数及び前記複数の第２貫通孔の数は同じである、請求項４～６のいずれか一項に記載の紋様画像取得装置。
  8. 前記第１貫通孔は第１開口中心を有し、且つ前記第１開口中心は、前記第１貫通孔に対応するレンズユニットの焦点に位置する、請求項２～４のいずれか一項に記載の紋様画像取得装置。
  9. 前記コリメート部材は、
    前記レンズアレイと前記第１絞り層の間に位置する透明な第１充填層と、
    前記第１絞り層と前記第２絞り層の間に位置する透明な第２充填層と、をさらに備える、請求項２～８のいずれか一項に記載の紋様画像取得装置。
  10. 前記第１充填層の厚さは前記レンズユニットの焦点距離に等しい、請求項９に記載の紋様画像取得装置。
  11. 前記第１充填層の厚さと前記第２充填層の厚さの比の範囲は４～６である、請求項９又は１０に記載の紋様画像取得装置。
  12. 中間媒体をさらに備え、
    前記中間媒体は前記画像センサと前記コリメート部材の間に設けられ、
    前記中間媒体は、前記画像センサと前記コリメート部材を結合し、且つ前記画像センサに垂直な方向での前記画像センサと前記コリメート部材の間の間の間隔を調節するように構成される、請求項１～１１のいずれか一項に記載の紋様画像取得装置。
  13. 前記複数のレンズユニットは六角形のアレイ状に配列される、請求項２～１１のいずれか一項に記載の紋様画像取得装置。
  14. 第３絞り層をさらに備え、
    前記第３絞り層は、前記第２絞り層と前記画像センサの間に位置し、且つ光を透過させて前記画像センサに入射させ、前記第３絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の紋様画像取得装置。
  15. 表示装置であって、
    表示パネルと、
    前記表示パネルと積層して設けられる請求項１～１４のいずれか一項に記載の紋様画像取得装置と、を備え、
    前記表示パネルは表示側及び前記表示側とは反対する裏側を備え、前記紋様画像取得装置は前記表示パネルの裏側に位置し、前記コリメート部材は前記表示パネルと前記画像センサの間に位置し、
    前記紋様画像取得装置は、前記表示パネルの表示側の対象紋様から反射され前記表示パネルを通過する光を検出するように構成される、表示装置。
  16. 前記表示パネルは表示領域と周辺領域を備え、
    前記コリメート部材と前記画像センサは、前記表示パネルの表示領域に設けられ、前記表示パネルの裏側に位置する、請求項１５に記載の表示装置。
  17. 接着フレームをさらに備え、
    前記接着フレームは前記表示パネルと前記コリメート部材の間に設けられ、前記接着フレームは、前記表示パネルの周辺領域に設けられ、前記表示パネルの裏側に位置する、請求項１６に記載の表示装置。
  18. 充填媒体をさらに備え、
    前記充填媒体は、前記表示パネルと前記コリメート部材の間に設けられ、且つ前記表示パネルの裏側と前記コリメート部材のレンズアレイとの間の隙間に充填される、請求項１６に記載の表示装置。
  19. 前記表示パネルは、有機発光ダイオード表示パネル、量子ドット発光ダイオード表示パネル又は液晶表示パネルを含む、請求項１５～１８のいずれか一項に記載の表示装置。
  20. 順に積層して設けられるレンズアレイ、第１絞り層、及び第２絞り層を備えるコリメート部材であって、
    前記レンズアレイは、光を収束し前記第１絞り層に入射させるように構成され、
    前記第１絞り層は、前記第１絞り層に入射された光を透過させて前記第２絞り層に入射させ、前記第１絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、
    前記第２絞り層は、前記第２絞り層に入射された光を透過させ、前記第２絞り層から透過できる光の角度を制限するように構成され、
    前記レンズアレイはアレイ状に配列される複数のレンズユニットを備え、
    少なくとも１つの前記レンズユニットの曲率半径Ｒ、口径Ｄ及び矢高ｈは関係式
    を満たす、コリメート部材。
  21. 前記第１絞り層はアレイ状に配列される複数の第１貫通孔を備え、
    前記複数のレンズユニットと前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている、請求項２０に記載のコリメート部材。
  22. 前記第２絞り層はアレイ状に配列される複数の第２貫通孔を備え、
    前記複数の第２貫通孔と前記複数の第１貫通孔は、前記第１絞り層に垂直な方向に１対１で対応して重なっている、請求項２１に記載のコリメート部材。
  23. 前記第１貫通孔の開口径は、前記第１貫通孔に対応する第２貫通孔の開口径の以上である、請求項２２に記載のコリメート部材。
  24. 前記コリメート部材は、
    前記レンズアレイと前記第１絞り層の間に位置する透明な第１充填層と、
    前記第１絞り層と前記第２絞り層の間に位置する透明な第２充填層と、をさらに備える、請求項２０～２３のいずれか一項に記載のコリメート部材。
  25. 前記第１充填層の厚さは前記レンズユニットの焦点距離に等しい、請求項２４に記載のコリメート部材。
  26. 前記第１充填層の厚さと前記第２充填層の厚さの比の範囲は４～６である、請求項２４又は２５に記載のコリメート部材。
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