KR20230008215A - 지문 인식 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20230008215A
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Abstract

본 출원의 실시예는 광 경로 적층 구조 및 가공 과정을 단순화하여 대량 생산의 작업 효율을 향상시킬 수 있는 지문 인식 장치 및 전자 기기를 개시한다. 상기 지문 인식 장치는, 지문 센서 칩; 상기 지문 센서 칩의 상방에 설치된 적외선 차단 필터층; 상기 적외선 차단 필터층의 상면에 도금 방식으로 설치되고, 제1 핀홀 어레이가 설치되어 있고, 상기 제1 핀홀 어레이 중 핀홀의 단면은 역사다리꼴인 차광층; 상기 제1 핀홀 어레이의 일부 핀홀에 형성되어 상기 일부 핀홀을 커버하는 제1 컬러 필터 유닛을 포함하는 투광성 매개층; 및 상기 투광성 매개층의 상방에 설치되는 마이크로렌즈 어레이;를 포함한다.

Description

지문 인식 장치 및 전자 기기
본 출원의 실시예는 지문 인식 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 지문 인식 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
풀 스크린 핸드폰 시대에 접어 들면서, 언더 스크린 지문이 점점 더 널리 응용되고 있고, 언더 스크린 광학 지문이 가장 보편적이다.
일반적으로 광학 지문 인식 장치는 지문 센서 칩, 적외선 차단 필터층, 차광층, 컬러 필터층 및 마이크로렌즈 어레이층을 아래에서 위로 순차적으로 포함한다. 기존의 광학 지문 인식 장치는 적외선 차단 필터층과 차광층 사이에 접착 완충층으로 투명 매개층을 이용해야 하고, 차광층과 컬러 필터층 사이 및 컬러 필터층과 마이크로렌즈 어레이층 사이의 평탄 완충층으로 투명 매개층을 이용하므로, 전체적인 광 경로 구조가 상대적으로 복잡하고, 가공 과정이 상대적으로 번거롭고, 출력 효율이 상대적으로 낮다.
본 출원의 실시예는 광 경로 적층 구조 및 가공 과정을 단순화하여 대량 생산의 작업 효율을 향상시킬 수 있는 지문 인식 장치 및 전자 기기를 제공한다.
제1 방면에서, 표시 화면을 구비한 전자 기기에 적용되는 지문 인식 장치를 제공하고, 상기 지문 인식 장치는 상기 표시 화면의 하방에 설치되도록 사용되고, 상기 지문 인식 장치는, 지문 센서 칩; 상기 지문 센서 칩의 상방에 설치된 적외선 차단 필터층; 상기 적외선 차단 필터층의 상면에 도금 방식으로 설치되고, 제1 핀홀 어레이가 설치되어 있고, 상기 제1 핀홀 어레이 중 제1 핀홀의 단면은 역사다리꼴인 차광층; 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀 내에 형성되어 상기 일부 제1 핀홀을 커버하고, 적색광, 청색광 및 녹색광 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 투과시키는 제1 컬러 필터 유닛을 포함하는 투광성 매개층; 상기 투광성 매개층의 상방에 설치되는 마이크로렌즈 어레이;를 포함하고, 상기 지문 센서 칩은 상기 표시 화면 상방의 손가락에 의해 리턴되어 상기 마이크로렌즈 어레이를 통해 수렴된 후 상기 제1 핀홀 어레이에 의해 안내되는 광신호를 수신하고, 상기 광신호는 지문 인식을 위한 것이다.
차광층은 도금 방식으로 제조되고, 차광층의 핀홀은 역사다리꼴 형상을 실현할 수 있음으로써, 컬러 필터 유닛을 차광층에 직접 설치할 수 있어, 지문 인식 효과에 영향을 미치지 않으면서, 차광층과 컬러 필터층 사이의 투명 매개층의 수를 줄이고, 광 경로 적층 구조 및 가공 과정을 크게 단순화하여, 대량 생산의 작업 효율을 향상시킨다.
또한, 차광층은 BM 포토레지스트를 코팅하는 방식으로 제조되는 것이 아니라, 도금 방식으로 제조되고, 특정 유형의 재료의 필름층 두께와 구조를 매칭시킴으로써, BM 포토레지스트와 동등한 광학 효과를 얻을 수 있고, 이는 재료 선택을 어느 정도 풍부하게 할 수 있고, 제조 경로를 넓혀, 지문 인식 장치의 개발 및 응용에 유리하여 생산 능력의 병목 현상을 완화시킬 수 있다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 유기 컬러 레지스트 재료를 사용하여, 코팅, 노광 및 현상에 의해 패터닝된 후 상기 일부 제1 핀홀 내에 형성된다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 무기 재료를 사용하고, 도금 및 리프트 오프 공정을 통해 패터닝된 후 상기 일부 제1 핀홀 내에 형성된다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 이산화규소, 이산화티타늄 및 오산화니오븀 중 적어도 하나의 재료로 제조된다.
예를 들면, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 이산화규소, 이산화티타늄 또는 오산화니오븀을 사용할 수 있다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 컬러 필터 유닛의 두께는 0.5-3μm이다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 적외선 차단 필터층은 상기 지문 센서 칩의 상면에 형성된 도금층이다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 투광성 매개층은 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층을 더 포함하고, 상기 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층은 상기 제1 핀홀 어레이 중 상기 일부 제1 핀홀을 제외한 다른 일부 제1 핀홀에 형성되어 상기 다른 일부 제1 핀홀을 커버하고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 상기 제1 컬러 필터 유닛과 다른 색상의 광을 투과시킨다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식 장치는 상기 투광성 매개층의 상면에 설치된 제2 투명 매개층을 더 포함하고, 상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 제2 투명 매개층의 상면에 설치된다.
차광층은 도금 방식으로 제조되고, 차광층의 핀홀은 역사다리꼴 형상을 실현할 수 있음으로써, 컬러 필터층 유닛을 차광층에 연결 설치할 수 있어, 전체 광 경로 구조에는 투광성 매개층과 마이크로렌즈 어레이 사이에 한 층의 투명 매개층만 설치되어도, 적외선 차단 필터층, 차광층, 컬러 필터 유닛 및 마이크로렌즈 어레이 사이의 접착, 성형 및 보호를 실현할 수 있어, 지문 인식 효과에 영향을 미치지 않으면서, 투명 매개층의 수를 줄이고, 광 경로 적층 구조 및 가공 과정을 크게 단순화하여, 대량 생산의 작업 효율을 향상시킨다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 제1 컬러 필터 유닛과 다른 색상의 광을 투과시키고, 예를 들면, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 적색광을 투과시키고, 제2 컬러 필터 유닛은 녹색광을 투과시킨다.
제2 컬러 필터 유닛을 설치하는 것을 통해, 주변 광신호의 영향을 줄이고, 이는 지문 인식 성능을 향상시키는데 도움이 된다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛과 제1 컬러 필터 유닛의 형성 방식은 유사할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 유기 컬러 레지스트 재료를 사용하여, 코팅, 노광 및 현상에 의해 패터닝된 후 상기 다른 일부 제1 핀홀 내에 형성된다. 또 예를 들면, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 무기 재료를 사용하고, 도금 및 리프트 오프 공정을 통해 패터닝된 후 상기 다른 일부 제1 핀홀 내에 형성된다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층의 두께는 제1 컬러 필터 유닛의 두께와 동일할 수 있고, 예를 들면, 0.5-3μm일 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 이산화규소, 이산화티타늄 및 오산화니오븀 중 적어도 하나로 제조될 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛과 제1 컬러 필터 유닛에 사용된 재료는 동일하거나 상이할 수 있다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 지문 센서 칩은 복수의 픽셀 유닛이 구비된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 픽셀 유닛은 감광 영역의 유효 픽셀 유닛 및 다크 픽셀 영역의 다크 픽셀 유닛을 포함하고 상기 다크 픽셀 영역은 상기 감광 영역을 둘러싸고, 상기 투광성 매개층은 상기 감광 영역의 최외곽의 적어도 한 바퀴의 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 복수의 제1 컬러 필터 유닛 및 상기 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치된 “구口”자형의 복수의 제1 컬러 필터 유닛을 포함하고, 상기 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛은 상기 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛에 연결된다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛은 이산적으로 분포된다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛은 연속으로 분포된다.
선택적으로, 제2 컬러 필터 유닛은 감지 영역 내에서 상기 최외곽의 적어도 한 바퀴의 유효 픽셀 유닛을 제외한 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치될 수 있다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 지문 센서 칩은 복수의 픽셀 유닛이 구비된 픽셀 어레이 및 금속 패턴층을 포함하고, 상기 금속 패턴층은 상기 픽셀 어레이의 상방에 설치되고, 상기 금속 패턴층에는 제2 핀홀 어레이가 설치되고, 상기 제2 핀홀 어레이의 제2 핀홀은 상기 픽셀 어레이의 픽셀 유닛에 일대일 대응하고, 상기 픽셀 어레이는 상기 표시 화면 상방의 손가락에 의해 리턴되어 상기 마이크로렌즈 어레이를 통해 수렴된 후, 상기 제1 핀홀 어레이 및 상기 제2 핀홀 어레이에 의해 안내되는 광신호를 수신한다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 400nm~1200nm 파장 대역 광신호에 대한 상기 차광층의 비개구 영역의 반사율과 투과율은 모두 0.1%보다 작다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 차광층 중의 제1 핀홀 어레이는 노광 및 현상 후 식각 또는 리프트 오프 공정을 통해 형성된다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 가시광 파장 대역 광신호에 대한 상기 제1 투명 매개층 및/또는 상기 제2 투명 매개층의 투과율은 98%보다 높다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 투명 매개층 및/또는 상기 제2 투명 매개층은 코팅방식이나 도금 방식으로 설치된다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 투명 매개층 및/또는 상기 제2 투명 매개층은 질화 규소, 이산화규소 및 산질화규소 중 적어도 하나의 재료로 제조된다.
예를 들면, 상기 제1 투명 매개층 및/또는 상기 제2 투명 매개층은 질화 규소, 이산화규소 또는 산질화규소를 사용할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 투명 매개층 및 상기 제2 투명 매개층은 동일한 투명 매개층일 수 있다.
제2 방면에서, 표시 화면, 그리고 제1 측면 및 그 임의의 구현 가능한 방식에 따른 지문 인식 장치를 포함하는 전자 기기를 제공한다.
제3 방면에서, 지문 인식 장치의 제조 방법을 제공하고, 상기 제조 방법은, 지문 센서 칩의 상면에 적외선 차단 필터층을 도금 방식으로 제조하는 단계; 상기 적외선 차단 필터층의 상면에 도금을 진행하고, 리프트 오프 공정으로 패터닝하여, 제1 핀홀 어레이가 구비된 차광층을 형성하고, 상기 제1 핀홀 어레이 중 제1 핀홀의 단면은 역사다리꼴인 단계; 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀에 제1 컬러 필터 유닛을 제조하고, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 적색광, 청색광 및 녹색광 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 투과시키도록 사용되는 단계;를 포함한다.
차광층은 도금 방식으로 제조되고, 차광층의 핀홀은 역사다리꼴 형상을 실현할 수 있음으로써, 컬러 필터층은 차광층 상에 직접 설치할 수 있어, 지문 인식 효과에 영향을 미치지 않으면서, 차광층과 컬러 필터층 사이의 투명 매개층을 줄이고, 광 경로 적층 구조 및 가공 과정을 크게 단순화하여, 대량 생산의 작업 효율을 향상시킨다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀 어레이에 제1 컬러 필터 유닛을 제조하는 상기 단계는, 유기 컬러 레지스트 재료를 사용하여 상기 차광층의 상면 및 상기 제1 핀홀 어레이 내부에 코팅하는 단계; 노광 및 현상에 의한 패터닝으로, 상기 유기 컬러 레지스트 재료가 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀을 커버하여 상기 제1 컬러 필터 유닛을 형성하는 단계;를 포함한다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀 어레이에 제1 컬러 필터 유닛을 제조하는 상기 단계는, 상기 차광층의 상면 및 상기 제1 핀홀 어레이 내부를 무기 재료로 도금하는 단계; 리프트 오프 공정에 의한 패터닝으로, 상기 유기 컬러 레지스트 재료가 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀을 커버하여 상기 제1 컬러 필터 유닛을 형성하는 단계;를 포함한다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 방법은, 상기 제1 핀홀 어레이 중 상기 일부 제1 핀홀을 제외한 다른 일부 핀홀에 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층을 제조하고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 상기 제1 컬러 필터 유닛과 다른 색상의 광을 투과시키고, 상기 제1 컬러 필터 유닛과 상기 제2 컬러 필터 유닛은 투광성 매개층을 형성하거나, 또는 상기 제1 컬러 필터 유닛과 상기 제1 투명 매개층은 투광성 매개층을 형성하는 단계;를 더 포함한다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 적색광을 투과시키고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 녹색광을 투과시킨다.
하나의 구현 가능한 방식에서, 상기 방법은, 상기 투광성 매개층의 상면에 제2 투명 매개층을 제조하는 단계; 상기 제2 투명 매개층의 상면에 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 단계;를 더 포함한다.
도 1은 본 출원의 실시예에 사용되는 전자 기기의 구조 개략도이다.
도 2은 지문 인식 장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 픽셀 어레이에서 유효 픽셀 유닛 및 다크 픽셀 유닛의 분포도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 제1 컬러 필터 유닛의 하나의 분포도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 제2 컬러 필터 유닛의 다른 하나의 분포도이다.
도 6은 지문 인식 장치에서 각 적층의 상대적 위치의 평면도이다.
도 7은 컬러 필터층에 의해 차광층에 존재하는 잔여물을 직접 커버하는 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 지문 인식 장치의 개략적인 구조도이다.
도 9는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 지문 인식 장치의 다른 하나의 개략적인 구조도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 지문 인식 장치의 다른 하나의 개략적인 구조도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 전자 기기의 개략적인 블록도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 지문 인식 장치의 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.
이하 도면을 결합하여, 본 출원의 기술방안을 설명한다.
시대의 발전 및 과학기술의 발전에 따라, 전자 제품의 화면 비율이 갈수록 높아지고 있으며, 풀 스크린은 이미 많은 전자제품의 발전 추세가 되었다. 이러한 풀 스크린의 발전 추세에 맞춰, 전자 제품의 지문 인식, 전면 카메라와 같은 감광 장치도 스크린의 아래에 배치된다. 언더 스크린 지문 인식 기술에 가장 많이 응용되는 것은 언더 스크린 광학 지문 인식 기술이며, 언더 스크린 광학 지문 장치의 특수성으로 인해, 지문 신호를 포함한 광선이 스크린을 통과해 하방의 지문 센서로 전달될 수 있도록 하여, 지문 신호를 얻어야 한다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예는 광학 지문 시스템에 응용될 수 있고, 광학 지문 인식 시스템 및 광학 지문 이미징에 기반한 의료 진단 제품을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 출원의 실시예는 광학 지문 시스템을 예로 설명했을 뿐, 본 출원의 실시예를 한정하기 위한 것은 아니며, 본 출원의 실시예는 광학 이미징 기술을 사용한 다른 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
일반적인 응용으로서, 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 광학 지문 시스템은 스마트폰, 태블릿PC, 게임 장비 등 휴대용 또는 이동형 컴퓨팅 장치 및 전자 데이터베이스, 자동차, 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM) 등 기타 전자 장치에 적용될 수 있으나, 본 출원의 실시예는 이에 한정되지 않으며, 본 출원의 실시예는 기타 표시 화면을 구비한 이동 단말 또는 기타 전자 장치에 응용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상술한 전자 장치에서, 지문 인식 장치는 구체적으로 광학 지문 장치일 수 있고, 표시 화면 하방의 일부 영역 또는 전체 영역에 설치되어, 언더 디스플레이(Under-display) 광학 지문 시스템을 형성할 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시예에 적용될 수 있는 전자 기기의 구조 개략도를 나타낸다. 상기 전자 기기(10)는 표시 화면(120) 및 광학 지문 장치(130)를 포함하고, 상기 광학 지문 장치(130)는 상기 표시 화면(120) 하방의 일부 영역에 설치된다. 상기 광학 지문 장치(130)는 광학 지문 센서를 포함하고, 상기 광학 지문 센서는 복수의 광학 픽셀 유닛(131)이 구비된 픽셀 어레이(133)를 포함하고, 상기 픽셀 어레이(133)가 위치한 영역 또는 상기 픽셀 어레이(133)의 감지 영역은 상기 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출 영역(103)은 상기 표시 화면(120)의 표시 영역에 위치한다. 하나의 대체 실시예에서, 상기 광학 지문 장치(130)는 또한 상기 표시 화면(120)의 측면 또는 상기 전자 기기(10)의 가장자리의 비 투광 영역과 같은 다른 위치에 설치될 수 있고, 광 경로 설계를 통해 상기 표시 화면(120)의 적어도 일부 표시 영역의 광신호를 상기 광학 지문 장치(130)로 안내하여, 상기 지문 검출 영역(103)이 실제로 상기 표시 화면(120)의 표시 영역에 위치하도록 한다.
이해해야 할 것은, 상기 지문 검출 영역(103)의 면적은 상기 광학 지문 장치(130)의 픽셀 어레이의 면적과 다를 수 있고, 예를 들면 렌즈 이미징을 통한 광 경로 설계, 반사식 폴딩 광 경로 설계 또는 기타 광 수렴 또는 반사와 같은 광 경로 설계를 통해, 상기 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)의 면적은 상기 광학 지문 장치(130)의 픽셀 어레이의 면적 보다 클 수 있다. 다른 대안적인 구현 방식에서, 광선 시준 방식에 의해 광 경로를 유도할 경우, 상기 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)은 상기 광학 지문 장치(130)의 픽셀 어레이의 면적과 거의 일치하도록 설계될 수도 있다.
따라서, 사용자가 상기 전자 기기를 잠금 해제하거나 다른 지문 검증을 진행하고자 할 때, 손가락으로 상기 표시 화면(120)에 위치한 지문 검출 영역(103)을 누르기만 하면, 지문 입력을 실현할 수 있다. 지문 검출은 화면 내에서 실현될 수 있으므로 상기 구조를 사용한 전자 기기(10)는 그 정면에 지문 버튼(예를 들어 홈 버튼)을 설치하기 위해 특별히 공간을 미리 남겨둘 필요가 없어, 풀 스크린 방식을 사용할 수 있고, 즉 상기 표시 화면(120)의 표시 영역은 거의 전자 기기(10)의 정면 전체로 확장될 수 있다.
선택 가능한 실시예로서, 상기 표시 화면(120)은 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED) 표시 화면 또는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED) 표시 화면과 같은 자체 발광 표시부가 구비된 표시 화면을 사용할 수 있다. OLED표시 화면을 사용하는 것을 예로 들면, 상기 광학 지문 장치(130)는 상기 OLED표시 화면(120)의 상기 지문 검출 영역(103)에 위치한 표시부(즉 OLED광원)를 광학 지문 검출의 여기 광원으로 사용할 수 있다. 손가락(140)으로 상기 지문 검출 영역(103)을 누르면, 표시 화면(120)은 상기 지문 검출 영역(103) 상방의 대상 손가락(140)으로 광(111)을 방출하고, 상기 광(111)은 손가락(140)의 표면에서 반사되어 반사광을 형성하거나 상기 손가락(140) 내부를 통해 산란되어 산란광을 형성하고, 설명의 편의를 위해, 관련 특허출원에서는 상기 반사광 및 산란광을 통칭하여 반사광이라 한다. 지문의 융선(ridge)과 골(valley)은 광에 대한 반사 능력이 상이하므로, 지문의 융선으로부터의 반사광(151) 및 지문의 골로부터의 반사광(152)은 상이한 광 강도를 가지며, 반사광은 광학 지문 장치(130) 중의 복수의 픽셀 유닛(131)로 구성된 픽셀 어레이에 의해 수신되어 상응한 전기 신호(즉 지문 검출 신호)로 전환되고, 상기 지문 검출 신호에 기초하여 지문 이미지 데이터를 얻을 수 있고, 또한 지문 일치 검증을 추가로 진행하여, 상기 단말 장치(10)에서 광학 지문 인식 기능을 실현할 수 있다.
이해해야 할 것은, 구체적인 구현에서, 상기 전자 기기(10)는 투명 보호 커버를 더 포함하고, 상기 커버는 유리 커버 또는 사파이어 커버일 수 있고, 상기 표시 화면(120)의 상방에 위치하여 상기 전자 기기(10)의 정면을 커버한다. 따라서, 본 출원의 실시예에서, 손가락으로 상기 표시 화면(120)을 누른다는 것은 실질적으로 상기 표시 화면(120) 상방의 커버 또는 상기 커버의 보호층 표면을 누르는 것이다.
다른 하나의 측면에서, 일부 실시예에서, 상기 광학 지문 장치(130)는 하나의 광학 지문 센서만 포함할 수 있고, 이때 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)의 면적이 작고 위치가 고정되므로, 사용자는 지문 입력 시 손가락으로 상기 지문 검출 영역(103)의 특정 위치를 눌러야 하며, 그렇지 않으면 광학 지문 장치(130)가 지문 이미지를 수집하지 못하여 사용자 체험감이 좋지 않을 수 있다. 기타 대안적인 실시예에서, 상기 광학 지문 장치(130)는 구체적으로 복수의 광학 지문 센서를 포함할 수 있고, 상기 복수의 광학 지문 센서는 스플라이싱 방식으로 상기 표시 화면(120)의 하방에 나란히 배열될 수 있고, 또한 상기 복수의 광학 지문 센서의 감지 영역은 상기 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)을 공통으로 구성한다. 즉, 상기 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)은 복수의 서브 영역을 포함할 수 있고, 각각의 서브 영역은 광학 지문 센서의 감지 영역 중 하나에 각각 대응되어, 상기 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)을 상기 표시 화면의 하반부의 주요 영역으로 확장(즉 손가락이 일반적으로 누르게 되는 영역으로 확장)시켜, 블라인드 프레스 지문 입력 조작을 실현할 수 있다. 대안적으로, 상기 광학 지문 센서의 수가 충분할 경우, 상기 지문 검출 영역(103)은 절반 또는 심지어 전체 표시 영역으로 더 확장될 수 있어, 반 화면 또는 전체 화면의 지문 검출을 실현한다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예에서, 광학 지문 장치의 픽셀 어레이는 감지 어레이로도 지칭될 수 있고, 픽셀 어레이의 광학 픽셀 유닛 또는 픽셀 유닛은 감지 유닛으로도 지칭될 수 있다. 또한, 상기 광학 지문 센서는 지문 센서 또는 지문 센서 칩으로도 지칭될 수 있다.
더 이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예의 광학 지문 장치는 광학 지문 인식 모듈, 지문 인식 장치, 지문 인식 모듈, 지문 모듈, 지문 수집 장치 등으로도 지칭될 수 있으며, 상기 용어는 서로 대체될 수 있다.
일반적으로, 광학 지문 장치(130)는 광학 어셈블리를 더 포함하고, 상기 광학 어셈블리는 광학 지문 센서의 상방에 설치될 수 있고, 필터층(Filter), 광 경로 안내 구조 및 기타 광학 소자를 포함할 수 있다. 필터층은 지문 인식에 영향을 미치는 주변광을 필터링할 수 있고 예를 들면, 적외선 차단 필터층은 주변광 중의 적외선 광을 필터링한다.
현재 업계에서 대량 생산되고 있는 언더 스크린 광학 지문 장치 중의 광 경로 안내 구조는 주로 두 가지 방안이 있다. 하나는 관통홀의 핀홀 이미징 원리를 이용하는 것으로, 핀홀은 손가락에 의해 반사된 광신호를 표시 화면 하방의 센서 칩으로 안내하여, 지문 인식을 진행할 수 있다. 이론적으로, 핀홀의 구경이 작을수록 해상도가 높아진다. 그러나 실제 산업 생산에서, 핀홀의 크기를 더 이상 줄일 수 없어 해상도 향상에 한계가 있다. 동시에 핀홀은 수직 방향의 광신호만 유입될 수 있으므로, 이미징 신호가 제한되고 센서 칩의 수집 영역에 충분한 광신호를 제공할 수 없다. 다른 하나는 광학 렌즈를 이용하여 이미징하는 것으로, 해당 방법은 카메라 이미징 원리와 유사하며, 구면 또는 비구면 렌즈를 사용하여 이미징 해상도를 향상시킨다. 또한, 렌즈는 빛을 수렴시키는 기능을 가지므로, 핀홀 이미징 방식에 비해 렌즈 이미징은 상대적으로 많은 광 신호를 센서 칩으로 안내할 수 있다.
전자 기기의 초박형화 방향으로의 발전으로, 현재 지문 인식 장치는 대부분 마이크로렌즈-핀홀의 구조를 사용하고, 즉, 상기 지문 인식 장치는 마이크로렌즈 어레이 및 차광층을 포함할 수 있고, 마이크로렌즈 어레이는 차광층의 상방에 설치될 수 있고, 차광층은 핀홀 어레이가 설치되어 있다. 마이크로렌즈 어레이는 손가락에 의해 반사된 광신호를 핀홀 어레이로 수렴시키고, 핀홀 어레이는 수신된 광신호를 차광층 하방의 지문 센서 칩으로 안내한다. 지문 센서 칩은 수신된 광신호에 따라 지문 인식을 진행할 수 있다.
마이크로렌즈는 빛을 수렴하는 기능을 가지고 있어, 지문 센서 칩에 의해 생성된 이미지의 해상도를 높일 수 있다. 핀홀 어레이는 광신호를 필터링하는 기능을 가지며, 예를 들면 핀홀 어레이는 큰 각도의 간섭 광신호를 통과시키지 않고, 원하는 특정 각도 범위 내의 광신호만 통과시켜, 지문 인식 효과를 향상시킨다.
인간 피부 조직의 피부 두께, 헤모글로빈 농도, 멜라닌 함량 등 요인의 영향으로 인해, 적색광과 같은 특정 파장의 광에 대한 인간 피부 조직의 반사 성능은 실리콘, 종이 및 테이프와 같은 인공 재료와 상당히 다르다. 따라서, 픽셀 어레이 중의 일부 픽셀 유닛의 상방에 컬러 필터층을 설치하여 손가락의 진위를 분별할 수 있다.
또한, 상이한 지문 인식 환경은 상이한 수집 매개변수에 대응되고, 수집 매개변수는 지문 인식 장치가 지문 광 신호를 수집할 때 사용한 매개변수이며, 수집 매개변수는 노광 시간일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 강광 환경에서, 지문 광 신호를 수집하는 노광 시간은 비교적 짧고, 약광 환경에서 지문 광 신호를 수집하는 노광 시간은 비교적 길다. 만약 지문 인식 장치가 지문 광 신호를 수집할 때 현재의 지문 인식 환경을 정확히 인식할 수 없다면, 예를 들면 강광 환경을 정상 환경이라고 잘못 판단한다면, 지문 인식 장치가 지문 광 신호를 수집할 때 사용한 수집 매개변수는 지문 인식 환경에 대응되지 않아, 지문 이미지에 모자이크 등 모양이 나타나는 상황이 발생하므로, 오거부률(FRR, False Rejection Rate) 및 오수락률(FAR, False Acceptance Rate)이 증가하여, 지문 인식의 정확도가 크게 떨어진다. 픽셀 유닛의 일부에 컬러 필터층을 설치하는 것을 통해, 상기 컬러 필터층은 하방의 픽셀 유닛이 상이한 색상의 광신호를 감지할 수 있도록 상이한 색상의 광신호를 투과시키고, 감지된 상이한 색상의 광신호에 기초하여 강한 광 검출을 진행함으로써 지문 인식 환경을 인식한 다음 지문 인식 환경에 기초하여 지문 광신호를 수집하여, 지문 인식의 정확도를 높일 수 있다.
도 2는 지문 인식 장치의 구조 개략도를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지문 인식 장치는 지문 센서 칩(210), 적외선 차단(Infrared Radiation Cut, IRC)필터층(220), 차광층(230), 컬러 필터층(240) 및 마이크로렌즈 어레이(250)를 아래에서 위로 순차적으로 포함할 수 있다.
지문 센서 칩(210)은 복수의 픽셀 유닛(211)이 구비된 픽셀 어레이를 포함할 수 있고, 상기 픽셀 어레이는 손가락에서 리턴되는 광신호를 수신하여, 지문 인식을 진행하기 위한 것일 수 있다. 또한, 지문 센서 칩(210)에는 금속 패턴층(212)이 더 설치될 수 있고, 상기 금속 패턴층(212)은 픽셀 어레이의 상방에 위치한다. 상기 금속 패턴층(212)에는 제2 핀홀 어레이가 설치되어 있고, 상기 제2 핀홀 어레이는 손가락에서 리턴되는 광신호를 픽셀 어레이로 안내할 수 있는 복수의 제2 핀홀을 포함한다.
이해할 수 있듯이, 상기 금속 패턴층(212)은 지문 센서 칩(210) 내부의 회로층이고, 상기 금속 패턴층(212)는 지문 센서 칩(210) 내부의 차광층에 해당하고, 손가락에서 리턴되는 광신호를 추가로 선별하여, 특정 각도의 광신호를 픽셀 어레이로 안내함으로써, 미광을 줄이고 입사광의 시준을 높이고 이미지 대비를 향상시킬 수 있다.
상기 금속 패턴층(212)의 제2 핀홀 어레이는 지문 센서 칩의 복수의 픽셀 유닛에 일대일 대응될 수 있고, 제2 핀홀 어레이의 하나의 제2 핀홀은 복수의 픽셀 유닛 중 하나의 픽셀 유닛에 대응하고, 상기 하나의 핀홀은 손가락에서 리턴되는 광신호를 대응하는 하나의 픽셀 유닛으로 안내할 수 있다.
상기 지문 인식 장치는 IRC필터층(220)을 더 포함할 수 있고, IRC필터층(220)은 도금(스퍼터링 또는 증착) 방식으로 지문 센서 칩(210)의 상면에 증착될 수 있고, IRC필터층(220)은 무기 도금층 재료로 제조될 수 있고, 상기 IRC필터층(220)은 적외선 대역의 광신호를 필터링할 수 있다.
상기 지문 인식 장치는 차광층(230)을 더 포함할 수 있고, 상기 차광층(230)에는 제1 핀홀 어레이가 설치될 수 있고, 상기 제1 핀홀 어레이는 복수의 제1 핀홀을 포함한다. 상기 제1 핀홀 어레이는 금속 패턴층(212)의 위치 또는 복수의 픽셀 유닛의 위치에 따라 차광층(230)에 홀을 개구하여 형성할 수 있다. 제1 핀홀 어레이의 개공 위치는 금속 패턴층(212)의 제2 핀홀 어레이의 위치 및 복수의 픽셀 유닛의 위치와 매칭되어야 하고, 즉, 개공 후 형성된 제1 핀홀 어레이는 지문 센서 칩(210)의 픽셀 어레이 및 금속 패턴층(212)의 제2 핀홀 어레이와 대응 관계를 갖는다.
지문 인식 장치는 빛을 수렴시키는 역할을 할 수 있는 마이크로렌즈 어레이(250)를 더 포함할 수 있고, 지문 센서 칩에 의해 생성된 지문 이미지의 해상도를 향상시키는데 유리하고, 상기 마이크로렌즈 어레이(250)는 복수의 마이크로렌즈를 포함할 수 있고, 상기 복수의 마이크로렌즈는 차광층(230)의 제1 핀홀 어레이, 금속 패턴층(212)의 제2 핀홀 어레이 및 지문 센서 칩(210)의 픽셀 어레이와 대응 관계를 갖는다.
예를 들면, 마이크로렌즈 어레이(250)의 하나의 마이크로렌즈는 제1 핀홀 어레이의 하나의 제1 핀홀에 대응하고, 제1 핀홀 어레이의 하나의 제1 핀홀은 제2 핀홀 어레이의 하나의 제2 핀홀에 대응하고, 제2 핀홀 어레이의 하나의 제2 핀홀은 픽셀 어레이의 하나의 픽셀 유닛에 대응하고, 즉, 마이크로렌즈 어레이(250)의 마이크로렌즈, 제1 핀홀 어레이의 제1 핀홀, 제2 핀홀 어레이의 제2 핀홀 및 픽셀 어레이의 픽셀 유닛은 각각 일대일 대응한다.
또 예를 들면, 마이크로렌즈 어레이(250)의 하나의 마이크로렌즈는 제1 핀홀 어레이의 하나의 제1 핀홀에 대응하고, 제1 핀홀 어레이의 하나의 제1 핀홀은 제2 핀홀 어레이의 복수의 제2 핀홀에 대응하고, 제2 핀홀 어레이의 하나의 제2 핀홀은 픽셀 어레이의 하나의 픽셀 유닛에 대응하고, 즉, 마이크로렌즈 어레이(250)의 하나의 마이크로렌즈는 제1 핀홀 어레이의 하나의 제1 핀홀에 대응하고, 제2 핀홀 어레이의 복수의 제2 핀홀에 대응하고, 픽셀 어레이의 복수의 픽셀 유닛에 대응하고, 예를 들면, 하나의 마이크로렌즈는 하나의 제1 핀홀에 대응하고, 4개의 제2 핀홀에 대응하고 4개의 픽셀 유닛에 대응하고, 하나의 마이크로렌즈는 하나의 제1 핀홀에 대응하고, 9개의 제2 핀홀에 대응하고 및 9개의 픽셀 유닛에 대응하거나 또는 하나의 마이크로렌즈는 하나의 제1 핀홀에 대응하고, 16개의 제2 핀홀에 대응하고 16개의 픽셀 유닛에 대응하는 등이다.
또 예를 들면, 마이크로렌즈 어레이(250)의 하나의 마이크로렌즈는 제1 핀홀 어레이의 복수의 제1 핀홀에 대응하고, 제1 핀홀 어레이의 하나의 제1 핀홀은 제2 핀홀 어레이의 하나의 제2 핀홀에 대응하고, 제2 핀홀 어레이의 하나의 제2 핀홀은 픽셀 어레이의 하나의 픽셀 유닛에 대응하고, 즉, 마이크로렌즈 어레이(250)의 하나의 마이크로렌즈는 제1 핀홀 어레이의 복수의 제1 핀홀에 대응하고, 제2 핀홀 어레이의 복수의 제2 핀홀에 대응하고, 픽셀 어레이의 복수의 픽셀 유닛에 대응하고, 예를 들면, 하나의 마이크로렌즈는 4개의 제1 핀홀에 대응하고, 4개의 제2 핀홀에 대응하고, 4개의 픽셀 유닛에 대응하고, 하나의 마이크로렌즈는 9개의 제1 핀홀에 대응하고, 9개의 제2 핀홀에 대응하고, 9개의 픽셀 유닛에 대응하고, 하나의 마이크로렌즈는 16개의 제1 핀홀에 대응하고, 16개의 제2 핀홀에 대응하고, 16개의 픽셀 유닛에 대응하는 등이다.
상기 지문 인식 장치는 컬러 필터층(240)을 더 포함할 수 있고, 상기 컬러 필터층(240)은 그래픽 레이어에 해당하고, 즉, 컬러 필터층(240)은 지문 센서 칩의 일부 픽셀 유닛(즉 일부 픽셀 유닛)의 상방에만 설치되고, 나머지 영역의 컬러 필터층은 노광 및 현상 공정을 통해 제거될 수 있다. 다시 말하면, 지문 인식 장치는 실질적으로 복수의 컬러 필터 유닛을 포함하고, 상기 복수의 컬러 필터 유닛은 일부 픽셀 유닛의 상방(상기 일부 픽셀 유닛은 특징 픽셀 유닛으로 기재될 수 있다)에 설치되고, 대부분 픽셀 유닛의 상방에는 지문 인식을 위한 가시광 신호가 유입될 수 있도록(상기 일부 픽셀 유닛은 일반 픽셀 유닛으로 기재될 수 있다) 컬러 필터 유닛이 설치되지 않는다. 선택적으로, 일반 픽셀 유닛의 상방에는 투명 재료가 채워져, 특징 픽셀 유닛과 평탄하게 유지될 수 있다.
일반적으로, 픽셀 어레이는 유효 픽셀 유닛 및 다크 픽셀 유닛을 포함할 수 있고, 유효 픽셀 유닛은 감광성 픽셀 유닛이기도 하고, 다크 픽셀은 비 감광 픽셀 유닛이고, 다크 픽셀 유닛은 광신호가 없을 때의 출력 신호를 감지하기 위한 것이고 즉 픽셀 유닛의 잡음 플로어를 감지하고, 이러한 방식으로 유효 픽셀 유닛의 출력 신호에서 잡음 플로어를 제거하여 실제 출력 신호를 얻을 수 있어, 화질이 향상된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다크 픽셀 유닛은 일반적으로 유효 픽셀 유닛을 중심으로 설치된다. 즉 픽셀 어레이의 중심 영역의 픽셀 유닛은 유효 픽셀 유닛이고, 상기 중심 영역은 감광 영역이라고도 지칭될 수 있고, 외곽 영역의 픽셀 유닛은 다크 픽셀 유닛이고, 상기 외곽 영역은 다크 픽셀 영역이라고도 지칭될 수 있다.
컬러 필터층은 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치되는 것 외에도, 다크 픽셀 유닛의 상방에 더 설치될 수 있다. 즉, 컬러 필터층은 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 복수의 컬러 필터 유닛 및 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치된 복수의 컬러 필터 유닛을 포함한다. 예를 들면, 감광 영역의 최외곽의 적어도 한 바퀴의 유효 픽셀 유닛의 상방에 복수의 컬러 필터 유닛이 설치될 수 있고, 상기 복수의 컬러 필터 유닛은 이산적으로 설치될 수 있고(도 4에 도시된 바와 같음), 또 예를 들면, 감광 영역의 최외곽의 적어도 한 바퀴의 유효 픽셀 유닛의 상방에 복수의 컬러 필터 유닛이 설치될 수 있고, 상기 복수의 컬러 필터 유닛은 연속적으로 설치될 수 있다(도 5에 도시된 바와 같음). 예를 들면, 감광 영역의 최외곽 한 바퀴, 최외곽 두 바퀴 또는 최외곽 세 바퀴 등의 유효 픽셀 유닛의 상방에 복수의 컬러 필터 유닛이 설치될 수 있고, 이해해야 할 것은, 컬러 필터 유닛의 수가 적게 설치될수록 지문 인식에 미치는 영향이 적어진다.
선택적으로, 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치된 복수의 컬러 필터 유닛은 “口”자일 수 있고, 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 복수의 컬러 필터 유닛을 둘러싸서 연결하여, 유효 픽셀 유닛의 상방의 컬러 필터 유닛의 리프트 오프를 보호하고 방지할 수 있다.
도 6은 컬러 필터층이 설치된 픽셀 유닛의 상방의 각 적층의 상대적 위치를 나타낸 평면도이다. 하나의 픽셀 유닛에는, 차광층, 컬러 필터층 및 마이크로렌즈가 아래에서 위로 순차적으로 설치되고, 전체 지문 센서 칩의 픽셀 유닛의 상방에는 모두 IRC필터층이 설치되므로, 여기서는 IRC필터층은 도시되지 않았고, 일반적으로 컬러 필터층은 전체 픽셀 영역을 채우도록 설계되고, 차광층의 개공 및 마이크로렌즈의 크기는 필요에 따라 설정될 수 있다.
현재 차광층(230)은 주로 블랙 매트릭스(black matrix, BM) 포토레지스트를 코팅하는 방식으로 제조되고, 지문 인식 장치는 차광층 재료의 광학 흡수 성능에 대한 요구사항이 매우 높으므로, 차광층(230)은 일반적으로 블랙 글루 재질로 구현된다. IRC필터층(220)과 블랙 글루 재질의 차광층(230) 사이의 접착력을 높이기 위해, 양자 사이에 접착 완충층으로서 투명 매개층(260)을 설치하여, 차광층(230)과 IRC필터층(220) 사이의 접착 강도를 향상시켜야 하고, 또한, IRC필터층(220)은 지문 센서 칩(210)에서 일부 영역만 커버하는 것일 수 있기 때문에, 패터닝된 가장자리의 기복이 있는 지형으로 인한 블랙 매트릭스 포토레지스트의 코팅 작업 효과에 미치는 영향을 방지하기 위해, IRC필터층(220)과 차광층(230) 사이에 투명 매개층(260)을 추가할 수 있고, 상기 투명 매개층(260)은 또한 IRC필터층(220) 표면을 평탄화하는 효과를 가지며, 또한, 차광층(230) 및 컬러 필터층(240)은 모두 패터닝 지형이므로, 즉 차광층(230) 및 컬러 필터층(240)은 모두 평탄한 층이 아니고, 예를 들면, 차광층(230)은 제1 핀홀 어레이가 구비되도록 가공해야 하고, 컬러 필터층(240)은 일부 픽셀 유닛만 커버하도록 가공되어야 하므로, 차광층(230)과 컬러 필터층(240) 사이에 투명 매개층(270)을 설치하고, 컬러 필터층(240)과 마이크로렌즈 어레이(250) 사이에 투명 매개층(280)을 설치하여 차광층(230)의 표면 및 컬러 필터층(240)의 표면을 평탄화해야 한다.
상기 내용을 요약하면, 도 2에 도시된 지문 인식 장치의 구조는 3층의 투명 매개층을 설치해야 하므로, 전체적인 광 경로 구조가 상대적으로 복잡하고, 가공 과정이 상대적으로 번거롭고, 출력 효율이 상대적으로 낮다.
또한, 출원인은, 블랙 글루는 기본적으로 네거티브 포토레지스트이므로, 노광 및 현상 후 핀홀의 단면은 정사다리꼴인 것이 특징이고, 상기 정사다리꼴의 하부 바닥의 길이는 상부 바닥의 길이 보다 크므로, 블랙 글루는 핀홀의 바닥에 함몰 구조를 형성하고, 컬러 필터층(240)을 차광층(230)의 상면에 직접 설치하는 경우, 다음과 같은 일련의 문제가 발생하게 된다: 1. 네거티브 포토레지스트의 컬러 필터층은 일반적으로 모두 차광층보다 얇고, 차광층의 함몰 구조는 컬러 필터층을 코팅할 때 네거티브 포토레지스트의 유변학적 거동에 영향을 미쳐 컬러 필터층의 코팅성이 좋지 않아, 네거티브 포토레지스트의 접착층이 파단되거나 불연속화되어, 컬러 필터층이 탈락되거나 기타 신뢰성 문제가 발생하기 쉽고, 도 7에 도시된 바와 같이, P부분의 함몰 구조로 인해 컬러 필터층의 코팅성이 좋지 않다. 2. 차광층의 함몰 구조는 컬러 필터층의 현상이 불완전한 문제를 일으키기 쉽고, 즉 차광층의 구경 내에는 컬러 필터층의 재료가 잔류하게 되고, 원래 컬러 필러층을 유지할 필요가 없는 차광층의 구멍에 컬러 필터층의 재료가 잔류하면, 일반적으로 백색광 신호만 유입되면 되는 감광 유닛에 일부 적색광이 유입되어, 정상적인 지문 신호의 인식을 방해하고, 지문 이미지 품질 및 인식 성능에 영향을 미치며, 도 7에 도시된 바와 같이, Q부분의 함몰 구조로 인해 컬러 필터층의 재료가 잔류하게 된다.
설명드릴 것은, 도 7의 도면 부호 230, 240 및 260은 도 2 및 도 6에서 나타낸 부재와 동일하고, 예를 들면, 230은 차광층을 나타내고, 240은 컬러 필터층을 나타내고, 260은 적외선 차단 필터층(220)과 차광층(230) 사이의 투명 매개층을 나타낸다.
따라서, 본 출원의 실시예는 요구되는 투명 매개층의 수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 광 경로 적층 구조 및 가공 과정을 크게 단순화하여 대량 생산의 작업 효율을 향상시킬 수 있는 지문 인식 장치를 제공하고, 또한, 본 출원의 실시예의 지문 인식 장치는 컬러 필터층의 불완전한 현상으로 인해 지문 인식 효과에 영향을 미치는 문제가 없다.
도 8 내지 도 10을 결합하여, 본 출원의 실시예의 지문 인식 장치의 구조를 상세하게 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 지문 인식 장치(300)는 표시 화면을 구비한 전자 기기에 적용될 수 있고, 상기 지문 인식 장치(300)는 표시 화면의 하방에 설치될 수 있다. 상기 지문 인식 장치(300)는 지문 센서 칩(310), IRC필터층(320), 차광층(330), 제1 컬러 필터 유닛(340)을 포함한 투광성 매개층 및 마이크로렌즈 어레이(350)를 아래에서 위로 순차적으로 포함한다.
상기 차광층(330)은 도금 방식으로 IRC필터층(320)의 상면에 설치될 수 있고, 상기 차광층(330)에는 제1 핀홀 어레이가 설치될 수 있고, 상기 제1 핀홀 어레이 중 핀홀의 단면은 역사다리꼴이고, 상기 역사다리꼴의 상부 바닥의 길이는 하부 바닥의 길이 보다 크다.
선택적으로, 상기 도금 방식은 스퍼터링 또는 증착 등 방식을 포함할 수 있다.
상기 차광층(330)의 비개구 영역은 특정 파장 대역의 광신호에 대해 강력한 흡수 효과가 있고, 예를 들면 400nm~1200nm파장 대역 광신호에 대한 차광층(330)의 비개구 영역의 반사율과 투과율은 모두 0.1%보다 작고, 즉 광학 밀도(Optical Density, OD)값은 3이상이고, 도금에 의해 형성된 차광층(330)은 도 2에 도시된 블랙 매트릭스 포토레지스트와 동일한 광학 흡수 효과를 얻을 수 있어, 비개구 영역에 도달하는 400nm~1200nm파장 대역의 대부분 광신호는 모두 비개구 영역에 의해 흡수될 수 있다.
본 출원의 실시예는 차광층(330)에 사용된 재료에 대해 구체적으로 한정하지 않고, 예를 들면, 상기 차광층은 금속, 비금속 화합물 및 금속 산화물 중 적어도 하나로 제조될 수 있다.
비금속 화합물은 예를 들면 비금속 산화물 및/또는 질화물을 포함할 수 있다. 금속은 예를 들면 크롬(Cr), 구리Cu), 나노 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 비금속 산화물은 예를 들면 이산화규소(SiO2)일 수 있고, 질화물은 예를 들면 질화 규소(SiNX)일 수 있고, 금속 산화물은 예를 들면 산화티타늄(TiO2) 및/또는 니오븀 산화물(Nb2O5)을 포함할 수 있다.
차광층(330)은 또한 상기 2종 이상의 재료로 제조될 수 있고, 또한 이러한 재료를 서로 교대로 적층 증착시켜 형성된 마이크로 나노 적층구조일 수 있고, 증착 두께는 1~3μm일 수 있다.
예를 들면, 차광층(330)은 샌드위치와 유사한 구조일 수 있고, 제조 과정에서, 먼저 바닥층에 300-500nm의 나노 은 필름 또는 구리 필름을 증착시킨 후, 두께가 100-200nm인 유전체 스페이서층(SiO2 또는 TiO2)을 증착시키고, 마지막으로 상단층에 두께가 10-50nm인 한 층의 얇은 은 필름을 증착시키고, 또한 표면에 나노입자 아일랜드 모양의 구조를 가지며, 마이크로 나노 구조와 입사광파 사이의 전자결합을 이용하여 광전흡수 효과를 구현한다.
본 출원의 실시예에서, 차광층(330)의 두께는 제품의 실제 필요에 따라 설치될 수 있고, 예를 들면, 차광층(330)의 두께는 0.5-5μm일 수 있고, 추가적으로, 차광층(330)의 두께는 0.5-3μm이다.
차광층(330) 상의 제1 핀홀 어레이는 노광 및 현상 후, 식각 공정 또는 리프트 오프(lift-off) 공정으로 형성될 수 있다.
제1 컬러 필터 유닛(340)은 제1 핀홀 어레이의 일부 핀홀 내에 형성되어 상기 일부 핀홀을 커버할 수 있다.
차광층(330)은 도금 방식으로 제조되고, 그 중의 핀홀 단면은 역사다리꼴일 수 있어, 컬러 필터층(340)은 차광층(330)의 상면에 직접 제조될 수 있다.
설명드릴 것은, 본 출원의 실시예의 핀홀 단면은 직사각형 또는 핀홀의 측벽과 바닥부가 대략 수직인 역사다리꼴일 수도 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다.
선택적으로, 제1 컬러 필터 유닛(340)은 일부 픽셀 유닛의 상방의 핀홀 내에 설치될 수 있다. 예를 들면, 하나의 픽셀 유닛의 상방에는 하나의 제1 컬러 필터 유닛이 설치된다. 제1 컬러 필터 유닛이 설치된 픽셀 유닛은 특징 픽셀 유닛으로 기재될 수 있고, 특징 픽셀 유닛을 통해 수집된 지문 이미지는 즉 해상도가 낮은 컬러 지문 이미지이다. 상이한 재료(예를 들면, 사람의 손가락 및 실리카겔 등 인공 재료)의 경우, 상기 해상도가 낮은 컬러 지문 이미지는 현저히 다른 특성을 가지므로, 특징 픽셀 유닛에 의해 수집된 낮은 해상도의 컬러 지문 이미지의 차이에 따라 지문 이미지의 진위를 판단할 수 있다.
즉, 제1 컬러 필터 유닛(340)은 진짜 손가락과 가짜 손가락의 위조를 방지하는 역할을 할 수 있다. 선택적으로, 상기 제1 컬러 필터 유닛(340)은 강한 주변광 환경도 인식할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 컬러 필터 유닛(340)은 감광 영역의 최외곽의 적어도 한 바퀴의 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치될 수 있고, 예를 들면, 상기 제1 컬러 필터 유닛(340)은 감광 영역의 최외곽의 한 바퀴, 두 바퀴 또는 세 바퀴 등의 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치될 수 있고, 이해해야 할 것은, 제1 컬러 필터 유닛(330)의 수가 적게 설치될수록, 지문 인식에 대한 영향이 적어진다.
선택적으로, 상기 제1 컬러 필터 유닛(340)은 다크 픽셀 영역의 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치될 수도 있고, 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치된 제1 컬러 필터 유닛(340)은 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 제1 컬러 필터 유닛을 “구口”자형으로 둘러싸고 접촉 설치되어 유효 픽셀 유닛의 상방의 제1 컬러 필터 유닛(340)의 리프트 오프를 보호하고 방지한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 제1 컬러 필터 유닛(340)은 이산적으로 분포될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 제1 컬러 필터 유닛(340)은 연속으로 분포될 수도 있다.
선택적으로, 제1 컬러 필터 유닛(340)은 유기 컬러 레지스트 재료를 사용하여 먼저 차광층(330)의 상면에 도포된 다음, 노광 및 현상에 의한 패터닝으로, 일부 제1 핀홀 내에 형성될 수 있다.
구체적으로, 먼저 일반적인 네거티브 포토레지스트를 통해 노광 및 패터닝하여 역사다리꼴의 네거티브 포토레지스트의 형상을 정의하여 형성한 다음 이를 바탕으로 도금을 진행하고, lift-off공정으로 접착제를 제거한 후, 단면이 역사다리꼴인 개공을 형성할 수 있다. 다음 이러한 구조를 바탕으로, 유기 접착제 재료의 컬러 필터층의 코팅을 진행하고, 차광층의 개공은 역사다리꼴이므로, 즉 위에서 아래로 구경이 점차 좁아지므로, 컬러 필터층의 코팅성이 떨어지지 않고, 따라서 제1 컬러 필터 유닛을 차광층 상에 직접 코팅하는 것이 가능하다. 코팅 후의 제1 컬러 필터 유닛은 노광 및 현상에 의해 패터닝된 후 일부 픽셀 유닛의 상방에만 형성된다.
컬러 필터 유닛을 코팅으로 제조하는 공정은 비교적 성숙하고 조작이 비교적 간단하다.
선택적으로, 제1 컬러 필터 유닛(340)은 무기 재료를 사용하여 먼저 차광층(330)의 상면에 도금된 다음, 리프트 오프(lift-off) 공정을 통해 패터닝되어 일부 제1 핀홀 내부에 형성될 수 있다.
구체적으로, 먼저 일반적인 네거티브 포토레지스트를 통해 노광 패너팅을 진행하여 역사다리꼴의 네거티브 포토레지스트 형상을 정의하여 형성한 다음, 이에 기초하여 도금을 진행하고, lift-off 공정으로 접착제를 제거한 후, 단면이 역사다리꼴인 개공을 형성한다. 이러한 구조를 바탕으로 도금을 진행한 다음(도금 재질은 유기 컬러 필터 재료와 동일한 필터 스펙트럼을 얻을 수 있다), lift-off공정을 통해 접착제를 제거하고, 일부 네거티브 포토레지스트를 제거하여(네거티브 포토레지스트 상의 도금층도 동기적으로 리프트 오프된다), 재료 필터층이 필요한 도금층 재료를 남겨, 도금 컬러 필터층의 패터닝을 구현할 수 있다.
차광층은 도금 방식으로 제조되므로, 공정의 통합도 및 동기적 실시의 관점에서 고려할 때, 제1 컬러 필터 유닛은 도금 방식으로 제조될 수도 있다.
무기 재료는 예를 들면 SiO2, TiO2 및 Nb2O5를 포함할 수 있다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, 제1 컬러 필터 유닛은 일반적으로 특정 파장 대역 범위 내의 광 신호만 통과시키고, 지문 검출을 위한 광원의 방출광의 파장 대역 범위는 상기 제1 컬러 필터 유닛의 파장 대역, 및 해당 파장 대역 이외의 적어도 일부의 기타 파장 대역을 포함해야 하고, 즉, 제1 컬러 필터 유닛의 파장 대역은 상기 방출광의 일부 파장 대역만 포함한다. 이로써, 상기 방출광은 인식 대상 물체의 표면에서 반사된 후 제1 컬러 필터 유닛으로 유입되고, 제1 컬러 필터 유닛을 통해 광신호의 일부를 필터링하여 제거함과 동시에 광신호의 일부를 통과시켜, 특징 픽셀 유닛 상에 추가로 이미징되어 해상도가 낮은 컬러 지문 이미지을 얻을 수 있다.
예를 들어, 상기 광원이 백색광을 방출하는 경우, 즉 지문 검출 영역에 백색광 점이 표시되는 경우, 제1 컬러 필터 유닛은 적색광 파장 대역만 통과시키는 적색 필터 유닛일 수 있거나, 청색광 파장 대역만 통과시키는 청색광 필터 유닛일 수도 있고, 녹색 파장 대역만 통과시키는 녹색광 필터 유닛일 수도 있고, 녹색광과 청색광 파장 대역을 동시에 통과시키는 청색 필터 유닛일 수도 있고, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 일부 파장 대역의 광신호를 걸러냄과 동시에 기타 파장 대역의 광신호를 통과시킬 수 있는 한 가능하며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다.
예를 들면, 청색 필터 유닛의 파장 대역 범위는 중심 파장 대역이 440nm~475nm이고, 상한 파장 대역이 약 550nm일 수 있고, 청색광의 투과율은 녹색광 및 적색광 보다 높고, 녹색광 필터 유닛의 파장 대역 범위는 중심 파장 대역이 520nm~550nm이고, 상한 및 하한 파장 대역이 약 620nm, 460nm일 수 있고, 녹색광의 투과율은 청색광 및 적색광보다 높고, 적색 필터 유닛의 파장 대역 범위는 하한 파장 대역이 550nm일 수 있고, 적색광의 투과율은 녹색광 및 청색광 보다 높다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 지문 인식 장치의 제1 컬러 필터 유닛의 두께는 0.5~3μm일 수 있다.
컬러 필터 유닛의 두께는 컬러 필터 유닛을 통과하는 광선 투과율을 조절하고, 상이한 두께에 따라 상이한 투과율을 실현할 수 있어, 상이한 성능 요구사항에 대응할 수 있다.
선택적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 투광성 매개층은 제2 컬러 필터 유닛(370)을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 제1 핀홀 어레이 중 제1 컬러 필터 유닛(340)으로 채워진 일부 제1 핀홀을 제외한 다른 일부 제1 핀홀에 형성된다. 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 적외선, 청색광 및 녹색광 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 투과시키고, 구체적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 제1 컬러 필터 유닛(340)과 다른 색상의 광을 투과시키고, 예를 들면, 제1 컬러 필터 유닛(340)은 적외선을 투과시키고, 제2 컬러 필터 유닛(370)은 녹색광을 투과시킨다. 또는, 제1 컬러 필터 유닛(340)은 녹색광을 투과시키고, 제2 컬러 필터 유닛(370)은 청색광을 투과시킨다.
제2 컬러 필터 유닛을 설치하는 것을 통해, 주변 광신호의 영향을 줄여, 지문 인식 성능을 향상시킬 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 제1 컬러 필터 유닛(340)의 형성 방식과 유사하다. 예를 들면, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 유기 컬러 레지스트 재료를 사용하여, 코팅, 노광 및 현상에 의해 패터닝된 후 상기 다른 일부 제1 핀홀 내에 형성된다. 또 예를 들면, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 무기 재료를 사용하고, 도금 및 리프트 오프 공정을 통해 패터닝된 후 상기 다른 일부 제1 핀홀 내에 형성된다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 제1 컬러 필터 유닛(340)의 두께와 동일하거나 상이할 수 있고, 예를 들면, 0.5-3μm일 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 제1 컬러 필터 유닛(340)에 사용된 재료와 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제2 컬러 필터 유닛(370)은 이산화규소, 이산화티타늄 및 오산화니오븀 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
선택적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 투광성 매개층은 제1 투명 매개층(380)을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 투명 매개층은 제1 핀홀 어레이 중 제1 컬러 필터 유닛(340)으로 채워진 일부 제1 핀홀 이외의 다른 일부 제1 핀홀에 형성된다.
선택적으로, 상기 제1 투명 매개층(380)은 광 투과율이 우수하고, 예를 들면, 가시광 파장 대역의 광신호에 대한 상기 제1 투명 매개층(380)의 투과율은 98%보다 크다.
선택적으로, 상기 제1 투명 매개층(380)은 코팅 또는 도금 방식으로 상기 제1 핀홀 어레이의 다른 일부 제1 핀홀 내에 설치될 수 있다.
투명 매개층을 코팅방식으로 제조하는 공정은 비교적 성숙하고 조작이 비교적 간단하고, 코팅방식으로 형성된 광학투명 매개층의 표면은 비교적 평탄하므로, 상기 제1 투명 매개층(380)은 코팅방식으로 제조될 수 있다.
선택적으로, 제1 투명 매개층(380)은 코팅방식으로 제조되는 경우, 유기 재료를 사용할 수 있다.
또한, 제1 투명 매개층(380)은 도금 방식으로 제조될 수도 있다. 선택적으로, 제1 투명 매개층(380)은 도금 방식으로 제조되는 경우, 무기 재료를 사용할 수 있다.
제1 투명 매개층(380)은 광학 투명도에 대한 요구사항이 상대적으로 높으므로, 무기 산화물층을 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 투명 매개층(380)은 질화 규소, 이산화규소 및 산질화규소 중 적어도 하나의 재료로 제조될 수 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 지문 인식 장치는 제2 투명 매개층(360)을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 투명 매개층(360)은 차광층(330) 및 투광성 매개층에 형성된 적층구조의 표면을 평탄화하기 위한 것이다. 선택적으로, 상기 제2 투명 매개층(360)은 또한 손가락에서 리턴되는 광신호에서 지문 센서 칩(310) 까지의 광 경로를 조절하기 위한 것일 수 있다.
상기 제2 투명 매개층(360)은 광 투과율이 우수하고, 예를 들면, 가시광 파장 대역의 광신호에 대한 상기 제2 투명 매개층(360)의 투과율은 98%보다 높다이다.
손가락에서 리턴되는 광신호에서 지문 센서 칩까지의 광 경로는 지문 센서 칩의 검출 성능에 영향을 미치므로, 본 출원의 실시예는 상기 제2 투명 매개층(360)을 통해 상기 광 경로의 크기를 조절하여, 지문 센서 칩로 하여금 우수한 검출 성능을 가지도록 할 수 있다. 제2 투명 매개층(360)의 두께가 클수록, 광 경로가 길어지고, 제2 투명 매개층(360)의 두께가 작을수록 광 경로가 짧아진다.
본 출원의 실시예의 제2 투명 매개층(360)의 두께는 예를 들면 5-15μm일 수 있다.
선택적으로, 제2 투명 매개층(360)은 코팅 또는 도금 방식으로 설치될 수 있다.
투명 매개층을 코팅방식으로 제조하는 공정은 비교적 성숙하고 조작이 비교적 간단하고, 코팅방식으로 형성된 광학투명 매개층의 표면은 비교적 평탄하므로, 상기 제2 투명 매개층(360)은 코팅방식으로 제조될 수 있다.
선택적으로, 제2 투명 매개층(360)은 코팅방식으로 제조되는 경우, 유기 재료를 사용할 수 있다.
또한, 차광층(330)은 도금 방식으로 제조되므로, 공정의 통합도 및 동기적 실시의 관점에서 고려할 때, 제2 투명 매개층(360)은 도금 방식으로 제조될 수도 있다. 선택적으로, 제2 투명 매개층(360)은 도금 방식으로 제조되는 경우, 무기 재료를 사용할 수 있다.
제2 투명 매개층(360)은 광학 투명도에 대한 요구사항이 상대적으로 높으므로, 무기 산화물층을 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 투명 매개층(360)은 질화 규소, 이산화규소 및 산질화규소 중 적어도 하나의 재료로 제조될 수 있다.
도금 방식으로 제조된 제2 투명 매개층(360)의 표면은 고르지 않으므로, 선택적으로, 본 출원의 실시예는 또한 접촉층을 통해 제2 투명 매개층(360)의 표면을 평탄화할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 투명 매개층(380) 및 제2 투명 매개층(360)은 일체로 형성될 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 즉, 지문 인식 장치는 제1 투명 매개층(380)을 포함하지 않고, 제2 투명 매개층(360)만 포함하고, 상기 제2 투명 매개층(360)은 제1 컬러 필터 유닛(340) 및 차광층(330)을 커버하는 것 외에도, 제1 핀홀 어레이 중 제1 컬러 필터 유닛(340)으로 채워진 일부 제1 핀홀 이외의 다른 일부 제1 핀홀을 채워야 한다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예의 IRC필터층(320)은 적외선을 필터링하기 위한 것일 뿐만 아니라 비 대상 파장 대역의 광신호를 필터링하여, 비대상 파장 대역의 광신호의 지문 인식에 대한 영향을 방지한다. 대상 파장 대역의 광신호는 예를 들면 지문 검출에 사용되는 광신호일 수 있고, 비 대상 파장 대역의 광신호는 예를 들면 적색광 및 적외선 대역의 광신호일 수 있다.
본 출원의 실시예는 IRC필터층(320)의 설치방식에 대해 구체적으로 한정하지 않는다. IRC필터층(320)은 지문 센서 칩(310)의 상면에 형성된 도금층일 수 있거나, 또는 IRC필터층(320)은 기타 투명 캐리어와 결합되어 필터 시트를 형성한 다음 상기 필터 시트가 지문 센서의 칩 표면에 설치된 것일 수 있다.
바람직하게는, IRC필터층(320)은 도금 방식으로 지문 센서 칩(310)의 상면에 설치될 수 있고, 이 경우, 지문 센서 칩(310)은 수신된 광신호에 따라 지문 인식을 진행하기 위한 것일 수 있을 뿐만 아니라, IRC필터층(320)을 탑재하는 기판으로 사용될 수도 있고, IRC필터층(320)과 함께 필터를 형성한다.
IRC필터층(320)은 지문 센서 칩(310)과 차광층(330) 사이에 설치될 수 있으며, 차광층(330)의 상방에 설치될 수도 있고, 이 경우, 차광층(330)은 도금 방식으로 지문 센서 칩(310)의 상면에 설치될 수 있다. 또는 IRC필터층(320)은 또한 컬러 필터층(340)의 상방에 설치될 수 있고, 본 출원의 실시예는 IRC필터층(320)의 위치에 대해 한정하지 않는다.
상기 지문 인식 장치는 투명 매개층(360)의 상면에 설치된 마이크로렌즈 어레이(350)를 더 포함한다. 본 출원의 실시예의 마이크로렌즈는 원형 렌즈일 수 있거나, 또는 마이크로렌즈는 사각 렌즈, 육각 렌즈 등의 다각형 렌즈일 수 있다.
지문 센서 칩(310)은, 표시 화면 상방의 손가락에서 반사되고, 마이크로렌즈 어레이(350)를 통해 수렴된 후, 차광층(330)의 제1 핀홀 어레이에 의해 전송되는 광신호를 수신할 수 있고, 상기 광신호는 지문 인식에 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 지문 센서 칩(310)은 복수의 픽셀 유닛(311)이 구비된 픽셀 어레이를 포함할 수 있고, 상기 픽셀 어레이는 표시 화면 상방의 손가락에서 반사되고, 마이크로렌즈 어레이(350)를 통해 수렴된 후, 차광층(330)의 제1 핀홀 어레이에 의해 전송되는 광신호를 수신할 수 있다.
상기 지문 센서 칩(310)은 또한 금속 패턴층(312)을 설치할 수 있고, 상기 금속 패턴층(312)은 픽셀 어레이의 상방에 위치하고, 상기 금속 패턴층(312)에는 제2 핀홀 어레이가 설치되고, 상기 제2 핀홀 어레이는 손가락에서 리턴되는 광신호를 픽셀 어레이로 안내할 수 있다. 즉, 픽셀 어레이는, 표시 화면 상방의 손가락에서 반사되고, 마이크로렌즈 어레이(350)를 통해 수렴된 후, 차광층(330)의 제1 핀홀 어레이 및 지문 센서 칩(310)의 제2 핀홀 어레이에 의해 전송되는 광신호를 수신할 수 있다.
이해할 수 있는 바, 상기 금속 패턴층(312)은 지문 센서 칩(310) 내부의 회로층이다. 상기 금속 패턴층(312)은 손가락에서 리턴되는 광신호를 선별하여, 특정 각도의 광신호를 픽셀 어레이로 안내할 수 있는 지문 센서 칩(310) 내부의 차광층에 해당할 수 있다.
상기 금속 패턴층(312)의 제2 핀홀 어레이는 지문 센서 칩(310)의 픽셀 어레이와 대응 관계를 가지고, 제2 핀홀 어레이의 하나의 핀홀은 픽셀 어레이 중의 하나의 픽셀 유닛에 대응하고, 상기 하나의 핀홀은 손가락에서 리턴되는 광신호를 대응하는 하나의 픽셀 유닛으로 안내할 수 있다.
따라서, 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 지문 인식 장치, 차광층은 도금 방식으로 제조되고, 차광층의 핀홀은 역사다리꼴 형상을 실현할 수 있음으로써, 컬러 필터 유닛을 차광층에 직접 설치할 수 있어, 지문 인식 효과에 영향을 미치지 않으면서, 차광층과 컬러 필터층 사이의 투명 매개층을 줄이고, 광 경로 적층 구조 및 가공 과정을 크게 단순화하여, 대량 생산의 작업 효율을 향상시킨다. 동시에, 차광층의 핀홀은 역사다리꼴 형상이므로, 컬러 필터 유닛의 차광층이 필요하지 않은 핀홀 내에서도, 컬러 필터 유닛(제거해야 될 부분)은 충분히 현상되고, 즉 홀 내에 컬러 필터 유닛 재료가 잔류하여 정상적인 백색광 신호의 유입에 영향을 미쳐 지문 이미지 품질이 저하되고 인식 성공률에 영향을 미치는 것이 방지된다.
또한, 차광층은 BM 포토레지스트을 코팅하는 방식으로 제조되는 것이 아니라, 도금 방식으로 제조되고, 특정 유형의 재료의 필름층 두께와 구조를 매칭시킴으로써, BM 포토레지스트와 동등한 광학 효과를 얻을 수 있고, 이는 재료 선택을 어느 정도 풍부하게 할 수 있고, 제조 경로를 넓혀, 지문 인식 장치의 개발 및 응용에 유리하여 생산 능력의 병목 현상을 완화시킬 수 있다.
상기 지문 인식 장치의 구조에서, 마이크로렌즈 어레이(350), 차광층(330)중의 제1 핀홀 어레이, 금속 패턴층(312) 중의 제2 핀홀 어레이, 및 지문 센서 칩(310) 중의 픽셀 어레이 사이는 대응 관계를 가지고, 대응 관계는 도 2의 마이크로렌즈 어레이(250), 차광층(230)의 제1 핀홀 어레이, 금속 패턴층(212)의 제2 핀홀 어레이 및 지문 센서 칩(210)의 픽셀 어레이 사이의 대응 관계를 참조할 수 있고, 간결함을 위해 여기서는 설명을 생략한다.
선택적으로, 마이크로렌즈 어레이(350)의 제1 마이크로렌즈의 광 중심, 제1 핀홀 어레이의 제1 핀홀의 중심, 제2 핀홀 어레이의 제2 핀홀의 중심은 픽셀 어레이중의 제1 픽셀 유닛의 중심에 대응하고, 즉, 제1 마이크로렌즈의 광 중심, 제1 핀홀의 중심, 제2 핀홀의 중심은 제1 픽셀 유닛의 하나의 직선에 위치하거나 유사하게 위치하고 이러한 방식으로 제1 픽셀 유닛은 손가락에서 리턴되는 광신호를 수신하여 지문 인식을 진행할 수 있다.
해당 4개의 중심이 위치한 직선은 지문 센서 칩의 표면에 수직일 수 있거나, 지문 센서 칩의 표면에 경사질 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다.
선택적으로, 지문 센서 칩(310)의 픽셀 유닛은 어레이로 분포될 수도 있고, 마이크로렌즈 어레이(350)의 마이크로렌즈는 픽셀 유닛에 일대일 대응하지 않고, 예를 들면, 하나의 마이크로렌즈는 복수의 픽셀 유닛에 대응할 수 있고, 각각의 픽셀 유닛은 모두 하나의 광 안내 통로에 대응하고, 광 안내 통로는 제1 핀홀 어레이 및 제2 핀홀 어레이로 구성될 수 있고, 따라서, 하나의 픽셀 유닛은 대응하는 마이크로렌즈에 의해 수렴된 후 대응하는 광 안내 통로에 의해 전달되는 경사 광 신호를 수신할 수 있다.
도 2 및 도 8 내지 도 10은 지문 센서 칩 외부에 하나의 차광층을 포함하는 것에 대해서만 예로 들어 설명하였고, 본 출원의 실시예는 이에 한정되지 않고, 지문 센서 칩 외부는 2개 이상의 차광층을 포함할 수 있고, 복수의 차광층은 적층 방식으로 설치될 수 있다.
지문 인식 장치는 복수의 차광층을 포함하는 경우, 상층에 위치한 차광층 상의 핀홀의 구경은 하층에 위치한 차광층 상의 핀홀의 구경보다 클 수 있다.
도 11은 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 전자 기기의 개략적인 블록도를 나타낸다. 상기 전자 기기(500)는 표시 화면(510) 및 지문 인식 장치(520)를 포함한다. 상기 지문 인식 장치(520)는 표시 화면(510)의 하방에 설치되어, 표시 화면(510) 상방의 손가락에 대해 지문 인식을 진행할 수 있다.
상기 표시 화면(510)은 상술한 임의의 표시 화면일 수 있고, 상기 표시 화면(510)은 예를 들면 OLED화면과 같은 자체 발광 표시 화면일 수 있다.
상기 지문 인식 장치(520)는 상술한 임의의 지문 인식 장치일 수 있고, 설명의 간결함을 위해 여기서는 설명을 생략한다.
도 12는 본 출원의 실시예에 의해 더 제공되는 지문 인식 장치의 제조 방법(600)의 개략적인 흐름도를 나타낸다. 상기 방법(600)은,
지문 센서 칩의 상면에 적외선 차단 필터층을 도금 방식으로 제조하는 단계(S610);
상기 적외선 차단 필터층의 상면에 도금을 진행하고, 리프트 오프 공정으로 패터닝하여, 제1 핀홀 어레이가 구비된 차광층을 형성하고, 상기 제1 핀홀 어레이 중 제1 핀홀의 단면은 역사다리꼴인 단계(S620);
상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀에 제1 컬러 필터 유닛을 제조하고, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 적색광, 청색광 및 녹색광 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 투과시키도록 사용되는 단계(S630);를 포함한다.
선택적으로, 하나의 실시예에서, 먼저 일반적인 네거티브 포토레지스트를 통해 노광 패너닝을 진행하여 역사다리꼴의 네거티브 포토레지스트 형상을 정의하여 형성한 다음, 이에 기초하여 도금을 진행하고, lift-off 공정으로 접착제를 제거한 후, 단면이 역사다리꼴인 개공을 형성할 수 있다. 이러한 구조를 바탕으로, 유기 접착제의 컬러 필터층을 코팅을 진행하고, 차광층의 개공은 역사다리꼴이므로, 즉 위에서 아래로 구경이 점차 좁아지므로, 컬러 필터층의 코팅성이 떨어지지 않고, 따라서 컬러 필터 유닛을 차광층 상에 직접 코팅하는 것이 가능하다. 코팅 후의 컬러 필터층은 노광 및 현상에 의해 패터닝된 후, 차광층의 일부 핀홀만 커버한다.
구체적으로, 먼저 유기 접착제를 차광층의 상면 및 제1 핀홀 어레이에 코팅한 후, 차광층의 상면 및 제1 핀홀 어레이의 포토레지스트(유기 컬러 레지스트 재료)에 코팅하여 패터닝 노광을 진행하고, 노광된 유기 접착제를 현상하여 제거하고, 계속하여 식각을 진행하고, 마지막으로 나머지 유기 접착제를 리프트 오프하고, 차광층에 커버된 일부 핀홀의 제1 컬러 필터 유닛이 남게 된다.
선택적으로, 다른 하나의 실시예에서, 먼저 일반적인 네거티브 포토레지스트를 통해 노광 및 패터닝하여 역사다리꼴의 네거티브 포토레지스트 형상을 정의하여 형성한 다음, 이를 바탕으로 도금을 진행하고, lift-off 공정으로 접착제를 제거한 후, 단면이 역사다리꼴인 개공을 형성할 수 있다. 이러한 구조를 바탕으로 도금을 진행하고(도금 재질은 유기 컬러 필터 재료와 동일한 필터 스펙트럼을 얻을 수 있다), lift-off 공정을 통해 접착제를 제거하고, 일부 네거티브 포토레지스트를 제거하고(네거티브 포토레지스트 상의 도금층도 동기적으로 리프트 오프된다), 재료 필터층이 필요한 도금층 재료를 남겨, 도금 컬러 필터층의 패터닝을 구현할 수 있어, 컬러 필터층은 차광층의 일부 핀홀만 커버하게 된다.
구체적으로, 먼저 차광층의 상면 및 제1 핀홀 어레이에 코팅된 일반 포토레지스트를 패터닝 노광을 진행하고, 노광된 일반 포토레지스트를 현상하여 제거한 후, 도금을 진행하고(도금 재질은 유기 컬러 필터 재료와 동일한 필터 스펙트럼을 얻을 수 있다), 마지막으로 나머지 일반 포토레지스트 및 상부의 도금을 함께 리프트 오프하고, 차광층에 커버된 일부 핀홀의 제1 컬러 필터 유닛이 남게 된다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, 상기 방법은, 상기 제1 핀홀 어레이 중 상기 일부 제1 핀홀을 제외한 다른 일부 핀홀에 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층을 제조하고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 상기 제1 컬러 필터 유닛과 다른 색상의 광을 투과시키기 위한 것이고, 상기 제1 컬러 필터 유닛 및 상기 제2 컬러 필터 유닛은 투광성 매개층을 형성하거나 또는 상기 제1 컬러 필터 유닛 및 상기 제1 투명 매개층은 투광성 매개층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 제2 컬러 필터 유닛의 제조 방식은 제1 컬러 필터 유닛을 참조할 수 있고, 간결함을 위해 여기서는 설명을 생략한다.
상기 제1 투명 매개층은 도금 또는 코팅 방식으로 제조될 수 있다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, 상기 방법은, 상기 투광성 매개층의 상면에 제2 투명 매개층을 제조하는 단계; 상기 제2 투명 매개층의 상면에 상기 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 단계;를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 제2 투명 매개층은 도금 또는 코팅 방식으로 제조될 수도 있다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서 적외선 차단 필터층은 지문 센서 칩 내부에 통합될 수도 있고, 이때 차광층은 지문 센서 칩의 상면에 도금 방식으로 직접 형성된다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 방법 실시예에서, 상기 각 과정의 순번의 크기는 실행 순서의 선후를 의미하지 않으며, 각 과정의 실행 순서는 그 기능과 내재적 논리에 따라 결정되며, 본 출원의 실시예의 실시 과정에 대해 어떠한 한정도 해서는 안 된다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 출원의 실시예를 제한하기 위한 것은 아니다.
예를 들면, 본 출원의 실시예 및 특허청구범위에서 사용된 단수 형태의 "하나의", "상술한" 및 "상기"는 문맥에서 다른 의미를 명확하게 나타내지 않는 한 복수 형태를 포함한다.
예를 들어, 본 출원의 실시예 및 청구범위에 사용된 단수 형태 "하나의", "전술한" 및 "상기의"는 문맥이 다른 의미를 명확하게 나타내지 않는 한 복수 형태를 포함하도록 의도된다.
설명해야 할 것은, 모순되지 않는 한, 본 출원에서 설명한 각 실시예 및/또는 각 실시예의 기술 특징은 임의로 서로 결합될 수 있고, 결합된 기술 방안은 모두 본 출원의 보호범위에 포함된다.
본 출원의 실시예에 의해 공개된 시스템, 장치 및 방법은 다른 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 상술한 방법 실시예의 일부 특징이 생략될 수 있거나 또는 실행되지 않을 수도 있다. 이상 상술한 장치 실시예는 개략적인 것에 불과하며, 유닛의 구분은 단지 논리적 기능을 구분한 것이며, 실제 구현 시 다르게 구분될 수 있고, 복수의 유닛 또는 어셈블리는 다른 시스템에 결합되거나 또는 통합될 수 있다. 또한, 각 유닛 사이의 결합 또는 각 어셈블리 사이의 결합은 직접 결합 또는 간접 결합될 수 있으며, 상기 결합은 전기적, 기계적 또는 다른 형태로 연결될 수 있다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예의 구체적인 예시는, 본 출원의 실시예에 대한 당업자의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 출원의 실시예의 범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 당업자는 상기 실시예를 바탕으로, 다양한 개선 및 변형을 진행할 수 있으며, 이러한 개선 또는 변형은 모두 본 출원의 보호 범위에 포함된다.
상술한 내용은 본 출원의 구체적인 실시 방식에 불과하며, 본 출원의 보호범위는 이에 한정되지 않고, 당업자라면 본 출원에 의해 공개된 기술 범위 내에서 변경 또는 대체를 쉽게 생각해 낼 수 있고, 이러한 변경 또는 대체는 모두 본 출원의 보호범위에 포함되어야 한다. 따라서, 본 출원의 보호범위는 청구범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (23)

  1. 표시 화면을 구비한 전자 기기에 적용되는 지문 인식 장치에 있어서,
    상기 지문 인식 장치는 상기 표시 화면의 하방에 설치되고, 상기 지문 인식 장치는,
    지문 센서 칩;
    상기 지문 센서 칩의 상방에 설치된 적외선 차단 필터층;
    상기 적외선 차단 필터층의 상면에 도금 방식으로 설치되고, 제1 핀홀 어레이가 설치되어 있고, 상기 제1 핀홀 어레이 중 제1 핀홀의 단면은 역사다리꼴인 차광층;
    상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀 내에 형성되어 상기 일부 제1 핀홀을 커버하고, 적색광, 청색광 및 녹색광 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 투과시키는 제1 컬러 필터 유닛을 포함하는 투광성 매개층; 및
    상기 투광성 매개층의 상방에 설치된 마이크로렌즈 어레이;를 포함하고,
    상기 지문 센서 칩은 상기 표시 화면 상방의 손가락에 의해 리턴되어 상기 마이크로렌즈 어레이를 통해 수렴된 후 상기 제1 핀홀 어레이에 의해 안내되는 광신호를 수신하고, 상기 광신호는 지문 인식을 위한 것인, 지문 인식 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터 유닛은 유기 컬러 레지스트 재료를 사용하여, 코팅, 노광 및 현상에 의해 패터닝된 후 상기 일부 제1 핀홀 내에 형성되는, 지문 인식 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터 유닛은 무기 재료를 사용하고, 도금 및 리프트 오프 공정을 통해 패터닝된 후 상기 일부 제1 핀홀 내에 형성되는, 지문 인식 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터 유닛은 이산화규소, 이산화티타늄 또는 오산화니오븀으로 제조되는, 지문 인식 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터 유닛의 두께는 0.5-3μm인, 지문 인식 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터층은 상기 지문 센서 칩의 상면에 형성된 도금층인, 지문 인식 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 매개층은 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층을 더 포함하고, 상기 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층은 상기 제1 핀홀 어레이 중 상기 일부 제1 핀홀을 제외한 다른 일부 제1 핀홀에 형성되어 상기 다른 일부 제1 핀홀을 커버하고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 상기 제1 컬러 필터 유닛과 다른 색상의 광을 투과시키는, 지문 인식 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지문 인식 장치는,
    상기 투광성 매개층의 상면에 설치된 제2 투명 매개층;을 더 포함하고,
    상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 제2 투명 매개층의 상면에 설치되는, 지문 인식 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 컬러 필터 유닛은 적색광을 투과시키고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 녹색광을 투과시키는, 지문 인식 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지문 센서 칩은 복수의 픽셀 유닛이 구비된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 픽셀 유닛은 감광 영역의 유효 픽셀 유닛 및 다크 픽셀 영역의 다크 픽셀 유닛을 포함하고, 상기 다크 픽셀 영역은 상기 감광 영역을 둘러싸고, 상기 투광성 매개층은 상기 감광 영역의 최외곽의 적어도 한 바퀴의 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 복수의 제1 컬러 필터 유닛 및 상기 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치된 "口"자형의 복수의 제1 컬러 필터 유닛을 포함하고, 상기 다크 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛은 상기 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛에 연결되는, 지문 인식 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛은 이산적으로 분포되는, 지문 인식 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 유효 픽셀 유닛의 상방에 설치된 상기 복수의 제1 컬러 필터 유닛은 연속으로 분포되는, 지문 인식 장치.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지문 센서 칩은 복수의 픽셀 유닛이 구비된 픽셀 어레이 및 금속 패턴층을 포함하고, 상기 금속 패턴층은 상기 지문 센서 칩 내부의 회로층이고,
    상기 금속 패턴층은 상기 픽셀 어레이의 상방에 설치되고, 상기 금속 패턴층에는 제2 핀홀 어레이가 설치되고, 상기 제2 핀홀 어레이의 제2 핀홀은 상기 픽셀 어레이의 픽셀 유닛에 일대일 대응하고,
    상기 픽셀 어레이는 상기 표시 화면 상방의 손가락에 의해 리턴되어 상기 마이크로렌즈 어레이를 통해 수렴된 후 상기 제1 핀홀 어레이 및 상기 제2 핀홀 어레이에 의해 안내되는 광신호를 수신하는, 지문 인식 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    400nm~1200nm 파장 대역 광신호에 대한 상기 차광층의 비개구 영역의 반사율과 투과율은 모두 0.1%보다 작은, 지문 인식 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광층 중의 제1 핀홀 어레이는 노광 및 현상 후 식각 또는 리프트 오프 공정을 통해 형성되는, 지문 인식 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    가시광 파장 대역 광신호에 대한 상기 제1 투명 매개층 및/또는 상기 제2 투명 매개층의 투과율은 98%보다 큰, 지문 인식 장치.
  17. 전자 기기에 있어서,
    표시 화면; 및
    제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 지문 인식 장치;를 포함하고, 상기 지문 인식 장치는 상기 표시 화면의 하방에 설치되는, 전자 기기.
  18. 지문 인식 장치의 제조 방법에 있어서,
    지문 센서 칩의 상면에 적외선 차단 필터층을 도금 방식으로 제조하는 단계;
    상기 적외선 차단 필터층의 상면에 도금을 진행하고, 리프트 오프 공정으로 패터닝하여, 제1 핀홀 어레이가 구비된 차광층을 형성하되, 상기 제1 핀홀 어레이 중 제1 핀홀의 단면은 역사다리꼴인 단계;
    상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀에 제1 컬러 필터 유닛을 제조하되, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 적색광, 청색광 및 녹색광 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 투과시키는 단계;를 포함하는, 지문 인식 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀에 제1 컬러 필터 유닛을 제조하는 단계는,
    유기 컬러 레지스트 재료를 사용하여 상기 차광층의 상면 및 상기 제1 핀홀 어레이 내부에 코팅하는 단계;
    노광 및 현상에 의한 패터닝으로, 상기 유기 컬러 레지스트 재료가 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀을 커버하여 상기 제1 컬러 필터 유닛을 형성하는 단계;를 포함하는, 지문 인식 장치의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 핀홀 어레이 중의 상기 일부 제1 핀홀에 제1 컬러 필터 유닛을 제조하는 단계는,
    상기 차광층의 상면 및 상기 제1 핀홀 어레이 내부를 무기 재료로 도금하는 단계;
    리프트 오프 공정에 의한 패터닝으로, 상기 유기 컬러 레지스트 재료가 상기 제1 핀홀 어레이 중의 일부 제1 핀홀을 커버하여 상기 제1 컬러 필터 유닛을 형성하는 단계;를 포함하는, 지문 인식 장치의 제조 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제1 핀홀 어레이 중 상기 일부 제1 핀홀을 제외한 다른 일부 핀홀에 제2 컬러 필터 유닛 또는 제1 투명 매개층을 제조하고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 상기 제1 컬러 필터 유닛과 다른 색상의 광을 투과시키고, 상기 제1 컬러 필터 유닛과 상기 제2 컬러 필터 유닛은 투광성 매개층을 형성하거나, 또는 상기 제1 컬러 필터 유닛과 상기 제1 투명 매개층은 투광성 매개층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 지문 인식 장치의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 컬러 필터 유닛은 적색광을 투과시키고, 상기 제2 컬러 필터 유닛은 녹색광을 투과시키는, 지문 인식 장치의 제조 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 투광성 매개층의 상면에 제2 투명 매개층을 제조하는 단계;
    상기 제2 투명 매개층의 상면에 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 단계;를 포함하는, 지문 인식 장치의 제조 방법.
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