TWM585937U - 光學指紋感測模組 - Google Patents

光學指紋感測模組 Download PDF

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Abstract

一種光學指紋感測模組，包含一基板、一設置於基板上方之影像感測器、一設置於影像感測器上方之準直層、一設置於準直層上方之透光層以及一設置於透光層上之開孔層。前述準直層形成有複數個準直孔，前述開孔層形成有複數個開孔，其中前述準直孔的數量大於前述開孔的數量。

Description

光學指紋感測模組
本新型是有關於一種指紋感測模組，特別是有關於一種屏幕下(under-display)指紋感測模組。
近年來，隨著生物辨識技術逐漸成熟，許多不同的生物特徵皆可被用來辨識使用者的身分。在現行的生物特徵辨識技術領域中，由於指紋辨識技術之辨識率及準確率較其它生物特徵辨識技術更好，故目前指紋辨識之應用層面較廣。
一般指紋辨識技術主要是先使用感測裝置感測使用者的指紋圖像，再擷取指紋圖像中獨特的指紋特徵並儲存至記憶體中，或是直接儲存指紋圖像。之後，當使用者再次進行指紋掃描時，指紋感測裝置會感測指紋圖像並且擷取指紋特徵，以便與先前所儲存之指紋特徵進行比對以進行辨識，或是也可直接與先前所儲存之指紋圖像進行比對。若二者相符，則使用者之身分得以確認。
然而，在屏幕下指紋影像感測裝置(under-display fingerprint image sensing device)的領域中，由於其內部準直器(collimator)的高度受限而容易產生光干擾(light cross-talk)的問題，如此一來將導致影像感測器的成像品質不佳。有鑑於此，如何能在光學指紋感測裝置中準直器高度受限的情形下克服光干擾的問題始成為一重要之挑戰。
有鑑於前述習知問題點，本新型之一實施例提供一種光學指紋感測模組，用以感測一手指之指紋圖像，其主要包含一基板、一影像感測器、一準直層、一透光層以及一開孔層。前述影像感測器設置於前述基板上方，前述準直層設置於前述影像感測器上方並形成有複數個準直孔。前述透光層設置於前述準直層上方。前述開孔層設置於前述透光層上並形成有複數個開孔，其中前述準直孔的數量大於前述開孔的數量。
於一實施例中，一顯示面板模組設置於前述開孔層上方並具有一感測面，其中前述顯示面板模組發出光線至位於前述感測面上之前述手指，且光線經由前述手指反射後，依序穿過前述開孔、前述透光層以及前述準直孔而到達前述影像感測器。
以下說明本新型實施例之光學指紋感測模組。然而，可輕易了解本新型實施例提供許多合適的新型概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本新型，並非用以侷限本新型的範圍。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。
有關本新型之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下各實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，實施方式中所使用的方向用語是用來說明並非用來限制本新型。
首先請參閱第1圖，其中第1圖表示本新型一實施例之光學指紋感測裝置的示意圖。如第1圖所示，本實施例之光學指紋感測裝置可用以感測一手指的指紋圖像，其主要包括一基板10、一影像感測器20、一準直層30(collimating layer)、一透光層40、一開孔層50(pinhole layer)以及一顯示面板模組D，其中影像感測器20設置於基板10上方，且影像感測器20和基板10可透過一連接層A1而相互連接固定。應了解的是，位在顯示面板模組D下方的結構可組成一光學指紋感測模組(optical fingerprint sensing module)，其至少包含有前述基板10、影像感測器20、準直層30、透光層40以及開孔層50。
舉例而言，前述影像感測器20可為一含有積體電路元件之電荷耦合元件(Charge Coupled Device, CCD)影像感測器或者CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor, CIS)，其內部含有複數個以矩陣排列的像素單元(pixel units)，且每一像素單元皆具有至少一個光敏元件(photosensitive element)。此外，前述基板10則例如為一軟性印刷電路板(flexible printed circuit board)，電性連接前述影像感測器20。
前述連接層A1可為一晶片接合膜(die attachment film)或黏膠(adhesive paste)，用以穩固地連接前述影像感測器20和基板10。在本實施例中，前述基板10的高度H1約為120um，前述連接層A1的高度H2約為20um，前述影像感測器20的高度H3則約為120um。
請繼續參閱第1圖，準直層30係設置於影像感測器20上方，且在準直層30和影像感測器20之間設有一光學膜F1，其中光學膜F1可為一紅外線截止濾光膜(infrared cut-off filter film)或其他濾光膜層，且其高度H4約為6um。
應了解的是，前述準直層30係由不透光的材質所製成，且在前述準直層30內部形成有複數個長條形的準直孔31(collimating holes)，其中前述準直孔31係以矩陣方式排列，且準直孔31的數量會大於前述影像感測器20內部之像素單元的數量；舉例而言，前述影像感測器20中的每一像素單元可對應於兩個或兩個以上的準直孔31。
在本實施例中，前述準直層30的高度H5約為75um，每一準直孔31的孔徑(diameter)約為5um，兩個相鄰準直孔31間的距離則為5um，其中準直孔31的高度/孔徑比值約為15。
從第1圖可以看出，透光層40位於前述準直層30的上方，且在透光層40和準直層30之間設有一光學膜F2以及一連接層A2，其中前述連接層A2例如為具有透光性之晶片接合膜或透明光學膠(Optically Clear Adhesive, OCA)，用以連接前述光學膜F2以及準直層30。在本實施例中，前述連接層A2的高度H6約為20um，前述光學膜F2的高度H7約為6um，前述透光層40的高度H8則約為402um。
舉例而言，前述光學膜F2可以是紅外線截止濾光膜或偏光膜(polarizing film)；然而，於另一實施例中，也可以不設置光學膜F2，而直接透過連接層A2(例如晶片接合膜或黏膠)連接前述透光層40以及準直層30。
需特別說明的是，在透光層40的上方表面設有一開孔層50(pinhole layer)，其中複數個以矩陣方式排列之開孔51(pinholes)係形成於開孔層50上，前述開孔51的孔徑大於前述準直孔31的孔徑，且開孔51的節距(pitch)亦大於準直孔31的節距。
舉例而言，前述開孔層50可含有金屬或黑色光阻(black photoresist)材質，用以阻擋並過濾部分光線，其中開孔層50的厚度H9係介於1~5um，開孔51的孔徑介於10~20um，開孔51的節距則是介於20~50um。在本實施例中，前述開孔層50的厚度H9約為5um，前述開孔51的孔徑約為20um，且開孔51的節距約為40um。
請繼續參閱第1圖，前述顯示面板模組D係設置於開孔層50的上方，且在顯示面板模組D和開孔層50之間相隔一距離。於本實施例中，前述顯示面板模組D可以是有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)顯示模組、薄膜電晶體液晶(TFT-LCD)顯示模組、或者觸控顯示(touch display)模組。
應了解的是，前述顯示面板模組D的上方形成有一感測面S，用以感測一手指的指紋圖像。此外，前述顯示面板模組D的內部設有複數個發光單元(未圖示)，用來發射光線以照向放置於感測面S上的手指，光線經過手指反射後會穿出顯示面板模組D的下表面，然後再通過開孔層50的開孔51而進入到透光層40內部。
由於前述開孔層50係以不透光之金屬或黑色光阻材質所組成，因此可用以阻擋部分光線進入到透光層40；也就是說，唯有通過開孔51之光線才能進入到透光層40內部，藉此能收斂並過濾光線，以防止經手指反射後的光線因角度發散而導致下方影像感測器20所接收到的光訊號產生干擾(light cross-talk)。
如前所述，光線通過前述開孔層50之開孔51後會進入到透光層40內部。接著，光線會朝下方穿出透光層40，並依序經過光學膜F2以及連接層A2而進入到準直層30中的準直孔31。由於前述準直孔31具有導正光線角度之功能，因此經過準直孔31引導後之光線可沿垂直方向穿過光學膜F1而到達影像感測器20。
當影像感測器20接收到穿過準直孔31以及光學膜F1之光線後，便可將光訊號轉換為包含有指紋資訊的電訊號；接著，影像感測器20即可將該電訊號傳送到一處理器(未圖示)，以進行後續的指紋資料儲存或辨識程序。
請參閱第2圖，其中第2圖表示第1圖中之光學指紋感測裝置的局部放大圖。如第2圖所示，前述開孔層50中的每一開孔51係具有一孔徑W1，前述準直層30中的每一準直孔31則具有一孔徑W2，其中W1≧W2。
從第2圖亦可看出，兩個相鄰準直孔31之間的距離為W3，其中W1=2(W2+W3)，意即開孔層50中的每一開孔51會對應到兩個的準直孔31，且準直層30中的準直孔31的數量會大於開孔層50中的開孔51的數量。然而，也可以使開孔層50中的每一開孔51對應到兩個以上的準直孔31，同時前述開孔51的數量亦可與影像感測器20中之像素單元的數量相等且位置相對應，舉例而言，每一個開孔51是對齊於(aligned to)一個像素單元。此外，兩個相鄰準直孔31之間的距離W3可大於、等於或小於準直孔31的孔徑W2。
需特別說明的是，前述開孔層50的頂面到準直層30的底面之間形成有一距離H，其中H=H5+H6+H7+H8+H9，且H/H5的比值係介於5~8之間，而H/W2的比值則是介於80~120之間。在本實施例中，前述之H/H5的比值約為6.8，前述H/W2的比值則約為100。
本實施例藉由在透光層40上方形成開孔層50，並使前述開孔層50中的每一開孔51對應到兩個或兩個以上的準直孔31，藉此可預先收斂並過濾光線，以避免進入到透光層40內部之光線產生嚴重的光訊號干擾(light cross-talk)。如此一來，不僅能確保影像感測器20的成像品質，同時也能減少準直層30所需之高度H5，以降低整體製程的困難度並提高產品的良率，更可以降低光學指紋感測裝置的厚度與生產成本。
再請參閱第3圖，第3圖表示第1圖中之開孔層50以及透光層40的局部放大圖。如第3圖所示，前述開孔層50具有高度H9，且每一開孔51具有孔徑W1，此外開孔51的節距為P1，其中節距P1介於20~50um，W1/H9的比值介於2~20，P1/W1的比值則介於2~5。
舉例而言，前述開孔層50可透過化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)、蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)、塗佈(Coating)、噴塗(Dispensing)、電鍍(electroplating)或無電電鍍(electroless plating)等半導體製程而形成於透光層40的表面上。如前所述，由於開孔層50係以不透光之金屬或黑色光阻材質所組成，因此可用以阻擋部分光線進入到透光層40，藉此能收斂並過濾光線，以避免進入到透光層40內部之光線產生嚴重的光訊號干擾(light cross-talk)。
第4圖表示第1圖中之準直層30的局部放大圖。如第4圖所示，由於本實施例係藉由設置開孔層50以預先收斂並過濾光線，因此對於準直層30及準直孔31的高度要求可以略為降低，從而能有助於降低製造成本並提升產品的良率，也可以降低光學指紋感測裝置的厚度。
在本實施例中，準直孔31的高度/孔徑比值約為15，意即H5/W2=15，然而實際上仍可視不同的性能需求而使H5/W2介於10~50之間。此外，前述開孔層50中之開孔51的節距P1係大於準直孔31的節距P2；舉例而言，開孔51的節距P1可以是準直孔31的節距P2之整數倍。
接著請參閱第5圖，其中第5圖表示本新型另一實施例之光學指紋感測裝置的局部放大圖。本實施例與第1圖所示之光學指紋感測裝置的主要不同之處在於：本實施例之透光層40表面更形成有複數個微透鏡41，其中前述微透鏡41係分別位於開孔層50的開孔51內。
如第5圖所示，當光線被手指反射後會先通過位於前述開孔51內部的微透鏡41，接著再進入到透光層40內部，其中藉由設置前述開孔層50以及微透鏡41，可阻擋部分光線進入透光層40，同時也能進一步地導正並收斂光線，以避免進入到透光層40內部之光線產生嚴重的光訊號干擾(light cross-talk)。
綜上所述，本新型藉由在透光層40上方形成開孔層50，並使開孔層50中的每一開孔51對應到兩個或兩個以上的準直孔31，藉此可預先收斂並過濾光線，以確保影像感測器20的成像品質，同時也能降低準直層30的高度，以大幅降低製造成本並提高產品的良率，以及降低光學指紋感測裝置的厚度。
雖然本新型的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本新型之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本新型揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本新型使用。因此，本新型之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本新型之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。
雖然本新型已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此項工藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧基板
20‧‧‧影像感測器
30‧‧‧準直層
31‧‧‧準直孔
40‧‧‧透光層
41‧‧‧微透鏡
50‧‧‧開孔層
51‧‧‧開孔
A1‧‧‧連接層
A2‧‧‧連接層
D‧‧‧顯示面板模組
F1‧‧‧光學膜
F2‧‧‧光學膜
H‧‧‧距離
H1‧‧‧高度
H2‧‧‧高度
H3‧‧‧高度
H4‧‧‧高度
H5‧‧‧高度
H6‧‧‧高度
H7‧‧‧高度
H8‧‧‧高度
H9‧‧‧高度
P1‧‧‧節距
P2‧‧‧節距
S‧‧‧感測面
W1‧‧‧孔徑
W2‧‧‧孔徑
W3‧‧‧距離
第1圖表示本新型一實施例之光學指紋感測裝置的示意圖。
第2圖表示第1圖中之光學指紋感測裝置的局部放大圖。
第3圖表示第1圖中之開孔層50以及透光層40的局部放大圖。
第4圖表示第1圖中之準直層30的局部放大圖。
第5圖表示本新型另一實施例之光學指紋感測裝置的局部放大圖。

Claims (14)

  1. 一種光學指紋感測模組，用以感測設置於一顯示面板模組上之一手指的指紋圖像，其中該顯示面板模組發出之一光線被該手指反射，該光學指紋感測模組包含：
    一基板；
    一影像感測器，設置於該基板上方；
    一準直層，設置於該影像感測器上方並形成有複數個準直孔；
    一透光層，設置於該準直層上方；以及
    一開孔層，設置於該透光層上並形成有複數個開孔，其中該些準直孔的數量大於該些開孔的數量；
    其中，光線經由該手指反射後，依序穿過該些開孔、該透光層以及該些準直孔而到達該影像感測器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中每一該開孔具有一孔徑W1，且每一該準直孔具有一孔徑W2，其中W1≧W2。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學指紋感測模組，其中該開孔層之一頂面和該準直層之一底面之間形成有一距離H，且該準直層具有一高度H5，其中H/H5的比值介於5~8之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光學指紋感測模組，其中H/W2的比值介於80~120間。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之光學指紋感測模組，其中該準直層具有一高度H5，且H5/W2的比值介於10~50之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該些開孔的節距大於該些準直孔的節距。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學指紋感測模組，其中該些開孔的節距介於20~50um。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該光學指紋感測模組更包含一光學膜，設置於該準直層和該影像感測器之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學指紋感測模組，其中該光學膜為一紅外線截止濾光膜。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該影像感測器具有複數個像素單元，且每一該像素單元具有一光敏元件，其中該些像素單元的數量等於該些開孔的數量。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該開孔層含有金屬或黑色光阻材質。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該光學指紋感測模組更包含複數個微透鏡，設置於該透光層上且分別位於該些開孔內。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該開孔層透過化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、塗佈、噴塗、電鍍或無電電鍍之方式形成於該透光層上。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該顯示面板模組為有機發光二極體顯示面板模組或薄膜電晶體液晶顯示面板模組。
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