CN108629250A - 生物辨识装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物辨识装置及其制造方法，包括影像获取元件及直接形成于影像获取元件上的准直元件。准直元件包括遮光单元及第二遮光层。每一遮光单元包括第一遮光层及间隔层。第一遮光层具有分别与多个像素区重叠的多个第一开口。间隔层覆盖第一遮光层且填入多个第一开口。最靠近影像获取元件的一个遮光单元的间隔层与影像获取元件的多个像素区接触。第二遮光层位于遮光单元上且具有分别与多个第一开口重叠的多个第二开口。由于准直元件是直接形成于影像获取元件上，因此生物辨识装置的处理能简化。

Description

生物辨识装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种生物辨识装置及其制造方法。

背景技术

生物特征辨识的种类包括脸部、声音、虹膜、视网膜、静脉、指纹和掌 纹辨识等。由于每个人的指纹都是独一无二的，且指纹不易随着年龄或身体 健康状况而变化，因此指纹辨识装置已成为目前最普及的一种生物特征辨识 装置。依照检测方式的不同，指纹辨识装置可分为光学式与电容式。电容式 指纹辨识装置组装于电子产品(例如：手机、平板计算机)时，电容式指纹 辨识装置上方多设有保护元件(cover lens)。一般而言，需额外加工(例如 钻孔或薄化)保护元件，以使电容式指纹辨识装置能够检测到手指触碰所造 成的容值或电场变化。

相较于电容式指纹辨识装置，光学式指纹辨识装置获取容易穿透保护元 件的光束以进行指纹辨识，而可以不用额外加工保护元件，因此在与电子产 品的结合上较为便利。

光学式指纹辨识装置通常包括发光元件、影像获取元件及盖板。发光元 件用以发出光束，以照射按压在盖板上的手指。手指的指纹是由多条不规则 的凸纹与凹纹所组成。被凸纹与凹纹作用(例如：漫射)的光束会在影像获 取元件的光接收面上形成为明暗交错的指纹影像。影像获取元件可将指纹影 像转换为对应的影像信息，并将影像信息输入处理单元。处理单元可利用算 法计算对应于指纹的影像信息，以进行用户的身份辨识。在上述的取像过程 中，被指纹漫射的光束易散乱地传递至影像获取元件，而造成取像质量不佳，影响辨识结果。

发明内容

本发明是针对一种生物辨识装置，取像质量佳且处理简单。

本发明是针对一种生物辨识装置的制造方法，处理简单。

根据本发明的实施例，生物辨识装置包括影像获取元件及直接形成于影 像获取元件上的准直元件。准直元件包括遮光单元及第二遮光层。每一遮光 单元包括第一遮光层及间隔层。第一遮光层具有分别与多个像素区重叠的多 个第一开口。间隔层覆盖第一遮光层且填入多个第一开口。最靠近影像获取 元件的一个遮光单元的间隔层与影像获取元件的多个像素区接触。第二遮光 层位于遮光单元上且具有分别与多个第一开口重叠的多个第二开口。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，影像获取元件还具有像素区 外的非像素区，而最靠近影像获取元件的遮光单元的第一遮光层与影像获取 元件的非像素区接触。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括发光元 件及导光元件。发光元件用以提供光束。导光元件位于光束的传递路径上。 准直元件位于导光元件与影像获取元件之间。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，导光元件具有供待辨识物按 压的表面。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，导光元件的材质包括玻璃。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置中，生物辨识装置还包括盖板。 盖板位于所述导光元件上，其中盖板具有供待辨识物按压的表面

根据本发明的实施例，生物辨识装置的制造方法包括下列步骤：提供具 有多个像素区的影像获取元件；直接在影像获取元件上形成至少一遮光单元， 其中每一遮光单元包括间隔层及位于间隔层与影像获取元件之间的第一遮光 层，其中第一遮光层具有多个第一开口，间隔层覆盖第一遮光层且填入第一 遮光层的多个第一开口；在至少一遮光单元上形成第二遮光层，第二遮光层 具有分别与多个第一开口重叠的多个第二开口。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置的制造方法中，最靠近影像获取 元件的一个遮光单元的间隔层与影像获取元件的多个像素区接触。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置的制造方法中，影像获取元件还 具有多个像素区外的非像素区，而最靠近所述影像获取元件的一个遮光单元 的第一遮光层与影像获取元件的非像素区接触。

在根据本发明的实施例的生物辨识装置的制造方法中，至少一遮光单元 及第二遮光层形成准直元件，而生物辨识装置的制造方法还包括下列步骤： 组装发光元件、导光元件及所述影像获取元件，且使所述准直元件位于所述 导光元件与所述影像获取元件之间。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明 书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原 理。

图1A至图1D为本发明一实施例的生物辨识装置的制造方法的剖面示意 图；

图2为本发明另一实施例的生物辨识装置的剖面示意图；

图3A至图3F为本发明另一实施例的生物辨识装置的制造方法的剖面示 意图；

图4A至图4B示出本发明另一实施例的间隔层的制造方法。

附图标号说明

10：待辨识物；

20：光罩；

30：蚀刻阻挡图案；

30a：开口；

100、100A、100B：生物辨识装置；

110：影像获取元件；

110a：像素区；

110b：非像素区；

120、120-1、120-2：遮光单元；

122、122-1、122-2：间隔层；

122’：间隔材料层；

122c：凹陷；

124、124-1、124-2：第一遮光层；

124’：第一遮光材料层；

124a：第一开口；

130：第二遮光层；

130a：第二开口；

140：准直元件；

140a：光通道；

150：发光元件；

160：导光元件；

160a、160b、170a：表面；

170：盖板；

B、B’：光束；

W：宽度。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附 图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1A至图1D为本发明一实施例的生物辨识装置的制造方法的剖面示意 图。请参照图1A，首先，提供影像获取元件110。影像获取元件110具有多 个像素区110a及像素区110a外的非像素区110b。像素区110a指影像获取元 件110中能将光束B’(绘于图1D)转换为电信息的区域，而非像素区110b 指影像获取元件110中无法将光束B’转换为电信息的区域。举例而言，影 像获取元件110可包括具有光电转换功能的多个感光二极管(photodiode)及 与感光二极管电性连接的驱动电路(例如：晶体管等)，其中感光二极管所在处域可为像素区110a，而驱动电路所在处可为非像素区110b。具体而言， 在本实施例中，影像获取元件110可为电荷耦合元件(Charge-Coupled Device, CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)元件或其他适当的影像检测器。

请参照图1B，接着，直接在影像获取元件110上形成至少一遮光单元120。 每一遮光单元120包括间隔层122及第一遮光层124，第一遮光层124位于 间隔层122与影像获取元件110之间且具有多个第一开口124a，间隔层122 覆盖第一遮光层124且填入第一遮光层124的多个第一开口124a。举例而言， 在本实施例中，可在影像获取元件110上形成两个遮光单元120-1、120-2。 详言之，可先在影像获取元件110上形成第一遮光层124-1；然后，于第一 遮光层124-1上形成间隔层122-1，以覆盖第一遮光层124-1及与第一开口 124a重叠的像素区110a，与此便完成了第一个遮光单元120-1。接着，可在 遮光单元120-1的间隔层122-1上形成具有多个第一开口124a的第一遮光层 124-2；然后，于第一遮光层124-2上形成间隔层122-2，以覆盖第一遮光层 124-2以及与第一开口124a重叠的部份的间隔层122-1，与此便完成了第二 个遮光单元120-2。需说明的是，上述是以形成两个遮光单元120-1、120-2 为示例，但本发明不限制于此，遮光单元120的形成数量可视实际需求而定， 在其他实施例中，也可形成1个、3个或3个以上的遮光单元120。

由于是直接在影像获取元件110上形成至少一遮光单元120，因此最靠 近影像获取元件110的一个遮光单元120-1的间隔层122-1会填入第一遮光 层124-1的第一开口124a而与影像获取元件110的像素区110a接触。另一 方面，最靠近影像获取元件110的遮光单元120-1的第一遮光层124-1会与 影像获取元件110的非像素区110b接触。在本实施例中，间隔层122的材质 可为单一种材料。举例而言，间隔层122的材质可为光阻(例如：SU-8)、 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他适当材料。另外，第一遮光层124的材质 以选用吸光材料为佳。举例而言，在本实施例中，可采用含有吸光材料(例 如：碳)的硅胶系、压克力系或光阻材料制作第一遮光层124，但本发明不 限于此，在其他实施例中，第一遮光层124的材质也可选用其他适当的遮光 材料，例如：反光材料。

请参照图1C，接着，在遮光单元120-2上形成第二遮光层130，第二遮 光层130具有分别与多个第一开口124a重叠的多个第二开口130a。在本实施 例中，第二遮光层130的材质以选用吸光材料为佳。举例而言，可采用含有 吸光材料(例如：碳)的硅胶系、压克力系或光阻材料制作第二遮光层130。 但本发明不限于此，在其他实施例中，第二遮光层130的材质也可选用其他 适当的遮光材料，例如：反光材料。

请参照图1C，第二遮光层130的多个第二开口130a、部份的间隔层 122-2、第一遮光层124-2的多个第一开口124a、部份的间隔层122-1及第一 遮光层124-1的多个第一开口124a形成多个光通道140a。被待辨识物10(绘 于图1D)的多处作用(例如：漫射)的光束B’可分别通过多个光通道140a 而传递至对应的多个像素区110a。换言之，第二遮光层130及至少一遮光单 元120可形成准直元件(collimator)140。

在本实施例中，第二遮光层130的第二开口130a的宽度W可大于或等 于第一遮光层124-2的第一开口124a的宽度W，而第一遮光层124-2的第一 开口124a的宽度W可大于或等于第一遮光层124-1的第一开口124a的宽度 W。举例而言，在本实施例中，第二遮光层130的第二开口130a的宽度W、 第一遮光层124-2的第一开口124a的宽度W及第一遮光层124-1的第一开 口124a的宽度W可相同。进一步而言，第二遮光层130的第二开口130a、 第一遮光层124-2的第一开口124a及第一遮光层124-1的第一开口124a可 具有相同或实质上相同的形状及尺寸。所谓实质上相同的形状及尺寸是考虑 到制作工艺所造成的误差。第二遮光层130的第二开口130a、第一遮光层 124-2的第一开口124a及第一遮光层124-1的第一开口124a的形状可为圆 形、矩形、三角形、五边形或其他适当形状。

请参照图1D，接着，可组装发光元件150、导光元件160、影像获取元 件110及形成于影像获取元件110上的准直单元140，且使准直元件140位 于导光元件160与影像获取元件110之间，于此便完成了生物辨识装置100。 发光元件150用以发出光束B。在本实施例中，发光元件150可为非可见光 光源、可见光光源或其组合。每一发光元件150可为发光二极管或其他适当 种类的发光元件。图1D示意地绘出两个发光元件150，且两个发光元件150 位在影像获取元件110的相对侧。但本发明不限于此，在其他实施例中，发 光元件150的数量及配置方式可依实际需求做适当的改变。导光元件160位 于光束B的传递路径上。在本实施例中，导光元件160的材质可为玻璃、聚 碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他适当材料。导光元件160 用以将光束B导向待辨识物10。于正常的使用情况下，待辨识物10可为生 物的生物特征，例如：指纹、静脉、掌纹或上述至少二者的组合等。然而， 本发明不限于此，于不正常的使用情况下，待辨识物10也可能是伪造物，例 如：假手指。

在本实施例中，导光元件160具有足够的耐压性，而导光元件160的表 面160a可选择性地为供待辨识物10按压的按压面。来自发光元件150的光 束B在进入导光元件160后可在按压面(例如：表面160a)发生全内反射。 被待辨识物10作用(例如：漫射)的光束B’可通过导光元件160的表面160a 而自导光元件160的另一表面160b出射。光束B’自表面160b出射后可通 过准直元件140的光通道140a(标示于图1C)而传递至对应的像素区110a， 而不易误入其他像素区110a。藉此，生物辨识装置100的取像质量能提升。

需说明的是，本发明并不限制导光元件160的表面160a必需为按压面， 图2为本发明另一实施例的生物辨识装置的剖面示意图，在图2的实施例中， 生物辨识装置100A还可包括位于导光元件160上的盖板(cover lens)170。 导光元件160位于盖板170与准直元件140之间。供待辨识物10按压的按压 面也可以是盖板170的表面170a。在本实施例中，盖板170可为所欲组装的 电子产品(例如：触控面板或触控显示面板)的保护元件(coverlens)，但 本发明不以此为限。在一实施例中，盖板170与导光元件160可通过连接机 构或粘着层(例如：光学胶)而固定在一起，但本发明不以此为限。

图3A至图3F为本发明另一实施例的生物辨识装置的制造方法的剖面示 意图。请参照图3A，首先，提供影像获取元件110。请参照图3A及图3B， 接着，在影像获取元件110上形成遮光单元120-1。特别是，本实施例的生 物辨识装置的制造方法与前述实施例的差异在于，形成遮光单元120-1的方 式不同。详言之，可利用半调光罩(half tone mask)或灰阶光罩20(gray tone mask)图案化间隔材料层(未显示)，以形成具有多个凹陷122c的间隔层122-1。请参照图3C，接着，在第一间隔层122-1上形成第一遮光材料层124’， 以全面性覆盖间隔层122-1。请参照图3C及图3D，接着，可利用半调光罩 (half tone mask)或灰阶光罩(gray tone mask)20图案化第一遮光材料层 124’，以形成第一遮光层124-2。与前述实施例不同的是，至少部分的第一 遮光层124-2陷入间隔层122-1的凹陷122c；也就是说，至少部分的第一遮 光层124-2位于间隔层122-1中。请参照图3E，接着，利用与形成间隔层122-1类似的方法形成具有凹陷122c的间隔层122-2；然后，利用与形成第一遮光 层124-2类似的方法形成陷入间隔层122-2的凹陷122c内的第二遮光层130， 进而完成准直元件140A。请参照图3F，接着，可组装发光元件150、导光元 件160及影像获取元件110，且使准直元件140A位于导光元件160与影像获 取元件110之间。于此便完成了本实施例的生物辨识装置100A。生物辨识装 置100A及其制造方法具有与生物辨识装置100及其制造方法类似的功效与 优点，于此便不再重述。

需说明的是，形成具有多个凹陷122c的间隔层122并不限于利用半调光 罩(halftone mask)或灰阶光罩20(gray tone mask)图案化间隔材料层， 在其他实施例中，也可利用其它适当方法形成具有多个凹陷122c的间隔层 122。图4A至图4B示出本发明另一实施例的间隔层122的制造方法。在图 4A至图4B的实施例中，也可在第一遮光层124-1上形成间隔材料层122’， 以全面性覆盖第一遮光层124-1及影像获取元件110。接着，在间隔材料层122’上形成具有多个开口30a的蚀刻阻挡图案30，蚀刻阻挡图案30可与第 一开口124重叠，开口30a可与第一遮光层124-1重叠。请参照图4A及图 4B，接着，以蚀刻阻挡图案30为遮罩，并利用干式蚀刻处理图案化间隔材料 层122’，以形成具有多个凹陷122c的第一间隔层122-1。然后，可移除蚀 刻阻挡图案30；接着，再形成前述的第一遮光层124-2，进而完成准直元件 140A。此外，也可利用与形成图4B的间隔层122-1类似的方法形成第一遮 光层124-2及第二遮光层130，本领域技术人员根据前述说明应可实现之， 于此便不再重述。

此外，在前述的生物辨识装置100、生物辨识装置100A或生物辨识装置 100B中，于准直元件的最上面一层的遮光层(例如：图1D的第二遮光层130、 图2的第二遮光层130或图3F的第二遮光层130)上可设置透光的保护层(未 显示)，以覆盖及保护准直元件(例如：图1D的准直元件140、图2的准直 元件140或图3F的准直元件140B)。

综上所述，在本发明一实施例的生物辨识装置的制造方法中，准直元件 是直接形成在影像获取元件上。举例而言，准直元件可利用晶圆级处理(wafer levelmanufacturing process)，例如微影技术(lithography technology)直 接形成在影像获取元件上。藉此，准直元件与影像获取元件的对位精度高， 且不需利用额外的粘着层或连接机构相连接，进而能简化生物辨识装置的处 理。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种生物辨识装置，其特征在于，包括：

影像获取元件，具有多个像素区；以及

准直元件，直接形成于所述影像获取元件上且包括：

至少一遮光单元，每一遮光单元包括：

第一遮光层，具有分别与所述多个像素区重叠的多个第一开口；

间隔层，覆盖所述第一遮光层且填入所述多个第一开口，其中最靠近所述影像获取元件的一个遮光单元的所述间隔层与所述影像获取元件的所述多个像素区接触；以及

第二遮光层，位于所述至少一遮光单元上且具有分别与所述多个第一开口重叠的多个第二开口。

2.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，所述影像获取元件还具有所述多个像素区外的非像素区，而最靠近所述影像获取元件的所述遮光单元的所述第一遮光层与所述影像获取元件的所述非像素区接触。

3.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，还包括：

发光元件，用以提供光束；以及

导光元件，位于所述光束的传递路径上，其中所述准直元件位于所述导光元件与所述影像获取元件之间。

4.根据权利要求3所述的生物辨识装置，其特征在于，所述导光元件具有供待辨识物按压的表面。

5.根据权利要求4所述的生物辨识装置，其特征在于，所述导光元件的材质包括玻璃。

6.根据权利要求1所述的生物辨识装置，其特征在于，还包括：

盖板，位于所述导光元件上，其中所述盖板具有供待辨识物按压的表面。

7.一种生物辨识装置的制造方法，其特征在于，包括：

提供具有多个像素区的影像获取元件；

直接在所述影像获取元件上形成至少一遮光单元，其中每一遮光单元包括间隔层及位于所述间隔层与所述影像获取元件之间的第一遮光层，其中所述第一遮光层具有多个第一开口，所述间隔层覆盖所述第一遮光层且填入所述第一遮光层的所述多个第一开口；以及

在所述至少一遮光单元上形成第二遮光层，所述第二遮光层具有分别与所述多个第一开口重叠的多个第二开口。

8.根据权利要求7所述的生物辨识装置的制造方法，其特征在于，最靠近所述影像获取元件的一个遮光单元的所述间隔层与所述影像获取元件的所述多个像素区接触。

9.根据权利要求7所述的生物辨识装置的制造方法，其特征在于，所述影像获取元件还具有所述多个像素区外的非像素区，而最靠近所述影像获取元件的一个遮光单元的所述第一遮光层与所述影像获取元件的所述非像素区接触。

10.根据权利要求7所述的生物辨识装置的制造方法，其特征在于，所述至少一遮光单元及所述第二遮光层形成准直元件，而所述生物辨识装置的制造方法还包括：

组装发光元件、导光元件及所述影像获取元件，且使所述准直元件位于所述导光元件与所述影像获取元件之间。