TWI843391B - 生物特徵辨識裝置 - Google Patents

Abstract

一種生物特徵辨識裝置，包括感光元件層、第一準直結構 層、第一微透鏡層以及第二準直結構層。第一微透鏡層具備多個第一微透鏡，每一第一微透鏡具有橫向尺寸L₂以及高度H。第一準直結構層具備多個第一透光孔。第二準直結構層具備多個第二透光孔，且每一第二透光孔具有橫向尺寸L₁。第一準直結構層以及第一微透鏡層之間的距離為H₁，且第一微透鏡層與第二準直結構層之間的距離為H₂-H。生物特徵辨識裝置滿足條件式H₁、H₂-H>0以及 ，其中FOV為生物特徵辨識裝置的視場。

Description

生物特徵辨識裝置

本發明是有關於一種生物特徵辨識裝置。

屏下式指紋辨識裝置所偵測的指紋訊號是透過顯示面板的透光區傳遞到下方，經由其下方的微鏡層收集後，再入射感光元件層的各感光元件。為了降低側向光所造成的雜訊問題，通常會在微鏡層與感光元件層之間配置多個準直結構層。然而，受限於微鏡層與感光元件層之間的空間太小，該些準直結構層彼此間距太小，無法明顯地阻隔側向光。此外，連續層疊的多個準直結構層需要較高的製造成本。

本發明提供一種生物特徵辨識裝置以及顯示設備，不需要連續配置多個準直結構層，降低製造成本，且能夠明顯地阻隔側向光，有效地提高訊雜比。

根據本發明一實施例，提供一種生物特徵辨識裝置，包括由下至上依序層疊配置的感光元件層、第一準直結構層、平坦層、 第一微透鏡層以及第二準直結構層，其中第一微透鏡層具備多個第一微透鏡，每一第一微透鏡具有橫向尺寸L₂以及縱向高度H，第一準直結構層具備多個第一透光孔，且每一第一透光孔具有橫向尺寸L₃，第二準直結構層具備多個第二透光孔，且每一第二透光孔具有橫向尺寸L₁，第一準直結構層以及第一微透鏡層之間的距離為H₁，且第一微透鏡層與第二準直結構層之間的距離為H₂-H。感光元件層具備多個感光元件，多個感光元件、多個第一透光孔、多個第一微透鏡以及多個第二透光孔相對應，且生物特徵辨識裝置滿足條件式H₁、H₂-H>0以及

，其中FOV為生物特徵辨識裝置的視場。

根據本發明另一實施例，提供一種顯示設備，包括生物特徵辨識裝置以及顯示面板。顯示面板配置於生物特徵辨識裝置上。顯示面板提供照明光束以照射生物特徵，且生物特徵辨識裝置感測來自生物特徵的反射光束，以產生生物特徵資訊。

基於上述，在本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置以及顯示設備中，第一準直結構層以及第二準直結構層分別配置於第一微透鏡層的不同側，相較於習知技藝將第一準直結構層以及第二準直結構層連續層疊配置於感光元件層以及第一微透鏡層之間的狀況，結構較簡單，感光元件層與第一微透鏡層之間只有單一個準直結構層(即，第一準直結構層)，因而避免了連續層疊多個準直結構層所需的高製造成本。此外，第一準直結構層以及第一微 透鏡層之間的距離以及第一微透鏡層與第二準直結構層之間的距離皆大於0。相較於習知技藝將第一準直結構層以及第二準直結構層連續層疊配置於感光元件層以及第一微透鏡層之間的狀況，本發明實施例提供的第一準直結構層以及第二準直結構層之間具有足夠大的距離，使得側向光得以有效的被阻隔，大幅提高訊雜比。並且，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置以及顯示設備還滿足條件式

，得以偵測足夠的光量，避免過長的辨識時間，提升使用者的體驗品質，並在製造過程中具備足夠的對位裕度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

1:顯示設備

100、100A、100B、100C、100D:生物特徵辨識裝置

101:感光元件層

102:第一準直結構層

102H:第一透光孔

103:平坦層

104、107:第一微透鏡層

105:第二準直結構層

105H:第二透光孔

106:透明基板

108:第二微透鏡層

200:顯示面板

201:發光層

202:透明保護層

300:保護層

FOV:視場

H、H₄、H₅:縱向高度

H₀、H₁、h₁、H₂、h₃:距離

ML、ML1:第一微透鏡

ML2:第二微透鏡

L:光束

L₁、L₂、L₃、L₄:橫向尺寸

PD:感光元件

圖1是根據本發明的實施例的顯示設備的示意圖。

圖2至圖5是根據本發明的實施例的生物特徵辨識裝置的示意圖。

參照圖1，根據本發明實施例，顯示設備1包括生物特徵辨識裝置100以及顯示面板200。顯示面板200配置於生物特徵辨 識裝置100上。顯示面板200包括發光層201以及透明保護層202，發光層201發出光束L，光束L受到待辨識的生物特徵(如，指紋)反射後入射生物特徵辨識裝置100，對應產生生物特徵資訊，以辨識生物特徵。接下來請參照圖2至圖5，上述的生物特徵辨識裝置100可以由下述的各種實施例中的生物特徵辨識裝置100A、100B、100C或100D來實現。

參照圖2。在圖2所繪示的橫截面圖中，生物特徵辨識裝置100A包括由下至上依序層疊配置的感光元件層101、第一準直結構層102、平坦層103、第一微透鏡層104、第二準直結構層105以及透明基板106，其中平坦層103與透明基板106之間藉由多個間隔件(未繪示)支撐，以間隔兩者。感光元件層101與第一準直結構層102之間的距離為H₀。

第一微透鏡層104具備多個第一微透鏡ML，每一第一微透鏡ML具有橫向尺寸L₂以及縱向高度H，其中橫向尺寸L₂為橫向最大寬度，縱向高度H為縱向最大高度。在本實施例中，每一第一微透鏡ML的上表面為一球面的一部分，且第一微透鏡ML符合條件式：

，其中R₀為該球面的曲率半徑。在一些實施例中，第一微透鏡ML的橫向尺寸L₂落在10微米至30微米的範圍內。

第一準直結構層102具備多個第一透光孔102H，且每一 第一透光孔102H具有橫向尺寸L₃(即，寬度L₃)。第二準直結構層105具備多個第二透光孔105H，且每一第二透光孔105H具有橫向尺寸L₁。第一準直結構層102以及第一微透鏡層104之間的距離為H₁，且第一微透鏡層104與第二準直結構層105之間的距離為H₂與H之差(即H₂-H)。感光元件層101具備多個感光元件PD。多個感光元件PD、多個第一透光孔102H、多個第一微透鏡ML以及多個第二透光孔105H相對應，也就是說，一個感光元件PD、一個第一透光孔102H、一個第一微透鏡ML以及一個第二透光孔105H相對齊。在一些實施例中，第一微透鏡層104與第二準直結構層105之間的距離(H₂-H)落在5微米至10微米的範圍內。並且，生物特徵辨識裝置100A滿足條件式H₁、H₂-H>0以及

，其中FOV為生物特徵辨識裝置100A的視場。根據本發明一些實施例，視場FOV落在3度至10度的範圍內。在一些實施例中，第一透光孔102H的橫向尺寸L₃落在2微米至5微米的範圍內，並且，根據生物特徵辨識裝置100A的視場FOV的大小(以3度至10度的範圍為例)、第一微透鏡層104與第二準直結構層105之間的距離(即H₂-H，以5微米至10微米的範圍為例)以及製程變異(以±3μm為例)，第二透光孔105H的橫向尺寸L₁符合條 件式：

，其中L₂為第一微透鏡ML的橫向尺寸。

具體而言，請參照圖2，感光元件層101以及第一微透鏡層104之間只有一層準直結構層(即，第一準直結構層102)，相較於習知技藝將感光元件層101以及第一微透鏡層104之間配置多層準直結構層的狀況，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置100A的結構簡單，避免了連續層疊多個準直結構層所需的高製造成本。

還應當說明的是，第一準直結構層102以及第一微透鏡層104之間的距離為H₁，第一微透鏡層104與第二準直結構層105之間的距離為H₂與H之差，且上述兩距離皆大於0。相較於習知技藝將第一準直結構層102以及第二準直結構層105連續層疊配置於感光元件層101以及第一微透鏡層104之間的狀況，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置100A的第一準直結構層102以及第二準直結構層105之間具有足夠大的距離H₁+H₂-H，而不會受限於感光元件層101以及第一微透鏡層104之間的空間，使得側向光得以有效的被阻隔，大幅提高訊雜比。

再者，由於第二透光孔105H的橫向尺寸L₁大於第一微透鏡ML的橫向尺寸L₂，並且根據圖2所示的幾何關係，橫向尺寸L₁、L₂符合條件式

，因此本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置100A得以偵測足夠的光量，避免過長的辨識時間，提升使用者的體驗品質，並在製造過程中具備足夠的對位裕度。

此外，由於第一準直結構層102以及第二準直結構層105被配置於第一微透鏡層104的不同側，相較於習知技藝將第一準直結構層102以及第二準直結構層105連續層疊配置於感光元件層101以及第一微透鏡層104之間因而需要考慮各層之間的應力的情況，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置100A的第一準直結構層102的材料可以不同於第二準直結構層105的材料，不必受限於將第一準直結構層102的材料以及第二準直結構層105的材料配置為相同。在一些實施例中，第一準直結構層102的材料可以包括金屬氧化物以及金屬，而第二準直結構層105的材料可以包括深色樹脂。由於第二準直結構層105的材料不必受限於包括金屬氧化物及金屬，因此製造成本可以被降低。

同樣參照圖2，在本實施例中，第一準直結構102層配置於平坦層103的下表面上，第一微透鏡層104配置於平坦層103的上表面上，平坦層103的厚度為H₁，且第一微透鏡層104與平坦層103一體成形配置，材料相同。

根據關於透鏡成像的光學原理，在本發明一實施例中，特徵辨識裝置100A還滿足條件式：

，其中N₁為平坦層103以及第一微透鏡層104的折射率，R₀為第一微透鏡ML的曲率半徑。

在本發明一實施例中，特徵辨識裝置100A還滿足下列條件式，以提高訊雜比：

為了充分說明本發明的各種實施態樣，將在下文描述本發明的其他實施例。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

參照圖3，其繪示根據本發明一實施例的生物特徵辨識裝置的示意圖。在圖3所繪示的橫截面圖中，生物特徵辨識裝置100B包括由下至上依序層疊配置的感光元件層101、第一準直結構層102、平坦層103、第一微透鏡層104、透明基板106以及第二準直結構層105。生物特徵辨識裝置100B相較於生物特徵辨識裝置100A的差別在於，可以將第二準直結構層105配置於透明基板106的上表面。上述生物特徵辨識裝置100A所符合的條件式同樣為生物特徵辨識裝置100B所符合，於此不贅述。

參照圖4，其繪示根據本發明一實施例的生物特徵辨識裝 置的示意圖。在圖4所繪示的橫截面圖中，生物特徵辨識裝置100C包括由下至上依序層疊配置的感光元件層101、第一準直結構層102、平坦層103、第二微透鏡層108、第一微透鏡層107、保護層300、第二準直結構層105以及透明基板106。

第一微透鏡層107具備多個第一微透鏡ML1，每一第一微透鏡ML1具有橫向尺寸L₂以及縱向高度H₅，其中橫向尺寸L₂為橫向最大寬度，縱向高度H₅為縱向最大高度。在本實施例中，每一第一微透鏡ML1的上表面為一球面的一部分，且第一微透鏡ML1符合條件式：

，其中R₁為該球面的曲率半徑。

第二微透鏡層108具備多個第二微透鏡ML2，每一第二微透鏡ML2具有橫向尺寸L₄以及縱向高度H₄，其中橫向尺寸L₄為橫向最大寬度，縱向高度H₄為縱向最大高度。在本實施例中，每一第二微透鏡ML2的上表面為一球面的一部分，且第二微透鏡ML2符合條件式：

，其中R₂為該球面的曲率半徑。

第一準直結構層102具備多個第一透光孔102H，且每一第一透光孔102H具有橫向尺寸L₃(即，寬度L₃)。第二準直結構層105具備多個第二透光孔105H，且每一第二透光孔105H具有 橫向尺寸L₁。第一準直結構層102以及第二微透鏡層108之間的距離為h₁，第二微透鏡層108以及第一微透鏡層107之間的距離為h₃-H₄-H₅，第一準直結構層102以及第一微透鏡層107之間的距離為H₁-H₅，且第一微透鏡層107以及第二準直結構層105之間的距離為H₂。感光元件層101具備多個感光元件PD。多個感光元件PD、多個第一透光孔102H、多個第一微透鏡ML1、多個第二微透鏡ML2以及多個第二透光孔105H相對應，且生物特徵辨識裝置100C滿足條件式H₁、H₂>0以及

，其中FOV為生物特徵辨識裝置100C的視場。根據本發明一些實施例，視場FOV落在3度至10度的範圍內。第二微透鏡層108以及第一微透鏡層107之間的距離h₃-H₄-H₅落在5微米至10微米的範圍內。第一透光孔102H的橫向尺寸L₃落在2微米至5微米的範圍內。並且，根據生物特徵辨識裝置100C的視場FOV的大小(以3度至10度的範圍為例)、第一微透鏡層107與第二準直結構層105之間的距離H₂以及製程變異(以±3μm為例)，第二透光孔105H的橫向尺寸L₁符合條件式：

，其中L₂為第一微透鏡ML1的橫向尺寸。在一些實施例中，第一微透鏡ML1的橫向尺寸L₂以及第二微透鏡ML2的橫向尺寸L₄落在10微米至30微米的範圍內。

同樣參照圖4，在本實施例中，第一準直結構102層配置 於平坦層103的下表面上，第二微透鏡層108配置於平坦層103的上表面上，平坦層103的厚度為h₁，小於第一準直結構層102以及第一微透鏡層107之間的距離H₁-H₅，且第二微透鏡層108與平坦層103一體成形配置，材料相同。

相較於圖2所示的生物特徵辨識裝置100A，生物特徵辨識裝置100C的第二微透鏡層108可以使入射光更準直，且生物特徵辨識裝置100C還滿足條件式：

，其中L₄為每一第二微透鏡ML2的橫向尺寸。

參照圖5，其繪示根據本發明一實施例的生物特徵辨識裝置的示意圖。在圖5所繪示的橫截面圖中，生物特徵辨識裝置100D包括由下至上依序層疊配置的感光元件層101、第一準直結構層102、平坦層103、第二微透鏡層108、第一微透鏡層107、透明基板106以及第二準直結構層105。生物特徵辨識裝置100D相較於生物特徵辨識裝置100C的差別在於，可以將第二準直結構層105配置於透明基板106的上表面。上述生物特徵辨識裝置100C所符合的條件式同樣為生物特徵辨識裝置100D所符合，於此不贅述。

綜上所述，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置以及顯示設備中，第一準直結構層以及第二準直結構層分別配置於第一微透鏡層的不同側，相較於習知技藝將第一準直結構層以及第二準直結構層連續層疊配置於感光元件層以及第一微透鏡層之間的狀況，結構較簡單，感光元件層與第一微透鏡層之間只有單一個 準直結構層，因而避免了連續層疊多個準直結構層所需的高製造成本。此外，第一準直結構層以及第一微透鏡層之間的距離以及第一微透鏡層與第二準直結構層之間的距離皆大於0。相較於習知技藝將第一準直結構層以及第二準直結構層連續層疊配置於感光元件層以及第一微透鏡層之間的狀況，本發明實施例提供的第一準直結構層以及第二準直結構層之間具有足夠大的距離，使得側向光得以有效的被阻隔，大幅提高訊雜比。並且，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置以及顯示設備還滿足條件式

，得以偵測足夠的光量，避免過長的辨識時間，提升使用者的體驗品質，並在製造過程中具備足夠的對位裕度。

100A:生物特徵辨識裝置

101:感光元件層

102:第一準直結構層

102H:第一透光孔

103:平坦層

104:第一微透鏡層

105:第二準直結構層

105H:第二透光孔

106:透明基板

FOV:視場

H:縱向高度

H₀、H₁、H₂:距離

ML:第一微透鏡

L₁、L₂、L₃:橫向尺寸

PD:感光元件

Claims (10)

1. 一種生物特徵辨識裝置，包括由下至上依序層疊配置的感光元件層、第一準直結構層、平坦層、第一微透鏡層以及第二準直結構層，其中所述第一微透鏡層具備多個第一微透鏡，每一所述第一微透鏡具有第一橫向尺寸(L₂)以及縱向高度(H)，所述第一準直結構層具備多個第一透光孔，且每一所述第一透光孔具有第二橫向尺寸(L₃)，所述第二準直結構層具備多個第二透光孔，且每一所述第二透光孔具有第三橫向尺寸(L₁)，所述第一準直結構層以及所述第一微透鏡層之間具備第一距離(H₁)，且所述第一微透鏡層與所述第二準直結構層之間具備第二距離(H₂-H)，所述感光元件層具備多個感光元件，所述多個感光元件、所述多個第一透光孔、所述多個第一微透鏡以及所述多個第二透光孔相對應，且所述生物特徵辨識裝置滿足條件式H₁、H₂-H>0以及

   

   其中FOV為所述生物特徵辨識裝置的視場。
2. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，其中所述生物特徵辨識裝置的視場FOV落在3度至10度的範圍內。
3. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，其中所述感光元件層以及所述第一微透鏡層之間的準直結構層的數量是一個。
4. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，其中所述第一準直結構層的材料不同於所述第二準直結構層的材料。
5. 如請求項4所述的生物特徵辨識裝置，其中所述第一準直結構層的材料包括金屬氧化物以及金屬，且所述第二準直結構層的材料包括深色樹脂。
6. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，其中所述第一準直結構層配置於所述平坦層的下表面上，所述第一微透鏡層配置於所述平坦層的上表面上，所述平坦層的厚度等於所述第一距離(H₁)，且所述第一微透鏡層的材料與所述平坦層的材料相同。
7. 如請求項6所述的生物特徵辨識裝置，其中所述生物特徵辨識裝置還滿足條件式：

   

   ，其中N₁為所述平坦層以及所述第一微透鏡層的折射率，R₀為每一所述第一微透鏡的曲率半徑。
8. 如請求項7所述的生物特徵辨識裝置，其中所述生物特徵辨識裝置還滿足條件式：

   
9. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，還包括第二微透鏡層，配置於所述第一準直結構層以及所述第一微透鏡層之 間，其中所述第一準直結構層配置於所述平坦層的下表面上，所述第二微透鏡層配置於所述平坦層的上表面上。
10. 如請求項9所述的生物特徵辨識裝置，其中所述第二微透鏡層具備多個第二微透鏡，所述生物特徵辨識裝置還滿足條件式：

    

    ，其中L₄為每一所述第二微透鏡的橫向尺寸。

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