CN108875475A - 光学指纹感测器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种光学指纹感测器，包括：一影像感测层，具有由多个感测区块所组成的阵列；一准直层，配置于该影像感测层上，并具有多个从该准直层的上表面贯穿到该准直层的下表面的通孔；一导光层，配置在该准直层上；玻璃壳层，配置于该导光层上，该玻璃壳层的上表面用以接收一手指的触控，其中该光学指纹感测器的影像解析度由所述多个感测区块的数目所定义，每一个该感测区块的正上方覆盖了多个该准直层的通孔。

Description

光学指纹感测器
技术领域
本发明是有关于一种光学指纹感测器，且特别有关于一种因为具有薄的准直层而容易在硅晶圆制程中制造的光学指纹感测器。
背景技术
指纹辨识系统在近年相当流行。指纹辨识系统会拍摄使用者的指纹的影像，并根据该指纹影像来决定是否授权给该使用者存取安装了这个指纹辨识系统的装置。指纹辨识系统除了用在门禁保全装置外，也可以应用在各种移动装置，例如移动电话、笔记型计算机、平板计算机等。
常见的指纹辨识系统为电容式指纹触控系统。由于电容式指纹触控系统在感测器与指纹的距离较长的状况下不容易感测到细部的指纹特征，因此现在光学指纹触控系统也积极地被研发来做为指纹辨识系统的另一个发展方向。
现有的光学指纹辨识系统，为了防止从指纹反射的杂散光入射影像感测器，会配置准直层于影像感测器上，并利用准直层上多个通孔，使得只有接近垂直角度的光能够穿过通孔入射到影像感测器上。
然而，为了达成良好的准直效果，准直层必须有足够的厚度，一般约在100～200μm左右。这个厚度对于硅晶圆制程来说太厚，相当不容易制作。因此，希望能有一种准直层厚度较薄的光学指纹辨识系统，来减低硅晶圆制程的制造难度。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提出一种光学指纹感测器，包括：一影像感测层，具有由多个感测区块所组成的阵列；一准直层，配置于该影像感测层上，并具有多个从该准直层的上表面贯穿到该准直层的下表面的通孔；一导光层，配置在该准直层上；以及一玻璃壳层，配置于该导光层上，该玻璃壳层的上表面用以接收一手指的触控，其中该光学指纹感测器的影像解析度由所述多个感测区块的数目所定义，每一个该感测区块的正上方覆盖了多个该准直层的通孔。
在上述光学指纹感测器中，该感测区块由单一影像感测像素所构成。在这个构造下，该感测区块中的该单一影像感测像素所感测到的信号强度对应手指的指纹的一个取样点的反射光强度。
在上述光学指纹感测器中，该感测区块由多个影像感测像素所构成。在这个构造下，该感测区块中的所述多个影像感测像素所感测到的信号强度的总和对应手指的指纹的一个取样点的反射光强度。
在上述光学指纹感测器中，在该准直层的厚度被设计时，该准直层的厚度是与该在光学指纹感测器的垂直剖面中位于一个该感测区块的正上方的通孔的数目成反比。
在上述光学指纹感测器中，该准直层的厚度在5～20μm。
根据上述各实施型态中，本发明能够提出一种具有薄的准直层而容易在硅晶圆制程中制造的光学指纹感测器。
附图说明
图1是显示本发明的光学指纹感测器的概要侧剖面图；
图2A-图2C是用以说明本发明的光学指纹感测器中的准直层的设计概念图；图2A显示传统的光学指纹感测器中的准直层的通孔的剖面图；图2B显示本发明的光学指纹感测器中的准直层的通孔的剖面图；图2C显示图2A及图2B重叠的剖面图；
图3A-图3B是显示本发明的感测区块的两个实施例的剖面图。
【符号说明】
10～光学指纹感测器；
101～影像感测层；
101b～感测区块；
102、102’～准直层；
102h、102h’～通孔；
103～导光层；
104～玻璃壳层；
104u～玻璃壳层的上表面；
105～光源；
F～手指；
P～影像感测像素。
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。
此外，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。附图中的形状、尺寸、厚度、以及倾斜的角度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明之用。
图1是显示本发明的光学指纹感测器的概要侧剖面图。光学指纹感测器10包括：影像感测层101、准直层102、导光层103、玻璃壳层104、光源105。影像感测层101上包括由多个感测区块所形成的阵列，每个感测区块可由一个或多个影像感测元件来实施，影像感测元件例如CCD或CMOS等的光学感测元件。准直层102配置在影像感测层101之上，具有多个从准直层的上表面穿过到下表面的垂直通孔102h，由于准直层102的材料是由光吸收材料所组成，所以任何从准直层102的上方入射的光，如果不是以接近垂直方向向下穿过通孔102h入射的话，就会碰到准直层102的上表面或是通孔壁而被吸收。因此，准直层102的作用就是避免杂散光入射影像感测层101，只让几乎来自于准直层102的各个通孔102h的正上方的光入射到影像感测层101。
导光层103配置在准直层102上，且其侧边的边缘配设了光源105。导光层103利用全反射的特性，让光源105的光一边朝向水平方向前进，一边往上方射出，将来自光源105的光整体转为平面状往上方照射。玻璃壳层104配置在导光层103之上，做为保护整个装置的外壳，其上表面104u提供使用者的手指F进行触控，以进行指纹辨识。
以下说明上述的光学指纹感测器10的基本动作原理。光源105的光从导光层103的侧面入射，这些光在导光层103中一边往远离光源105的方向传递，一边往导光层103的上方射出。往导光层103的上方射出的光会穿过玻璃壳层照射到手指的指纹上，然后从手指的指纹反射回来，通过玻璃壳层104、导光层103后往准直层102入射。能够穿过准直层102的通孔102h的光就会入射影像感测层101，使得影像感测层101中位于该通孔102h的正下方的感测区块能够读取到来自正上方的反射光的强度。由于指纹是由高峰与低谷的表面所形成，从高峰与低谷反射的光强度不同，因此影像感测层101就能够通过感测区块阵列所检测出的光强度的2维分布，来获得指纹影像。
如前所述，准直层102的设计就是为了只让几乎从通孔102h的正上方入射的光到达影像感测层101，以避免杂散光入射影像感测层101而接收到错误的影像。因此通孔102h的长度(亦即准直层102的厚度)与通孔102h的开口大小会决定能够通过通孔102h到达影像感测器层102的入射光的角度范围。需注意的是，当通孔102h为圆形时，上述通孔102h的开口大小指的就是通孔102h的开口直径，以下说明都会假设通孔102h为圆形来说明。
传统上，会因应于准直层102的上表面到指纹的距离以及所希望得到的指纹的影像解析度，来设计通孔102h的长度与通孔102h的开口直径。一般来说，通孔102h的长度相对于通孔102h的开口直径的比在5：1～20：1之间。在指纹感测的应用中，影像感测元件(也就是像素)的边长约在50μm左右，而较好的情况下是影像感测元件的边长在25μm左右，这样就能够拍摄更细微的指纹影像。假设准直层102的通孔102h的开口直径是大致与影像感测元件的边长相近的20μm。从上述5：1及20：1的比例来算，可知通孔102h的长度(或是准直层102的厚度)高达100～400μm。而这个厚度对于硅晶圆制造厂来说，制作通孔102h需要对晶圆蚀刻很深的深度，在制造上相当不容易，也会导致生产合格率偏低。
图2A-图2C是用以说明本发明的光学指纹感测器中的准直层的设计概念图。图2A显示传统的光学指纹感测器中的准直层的通孔的剖面图；图2B显示本发明的光学指纹感测器中的准直层的通孔的剖面图；图2C显示图2A及图2B重叠的剖面图。在图2A-图2C中均只画出一个通孔102h与周围元件的几何关系。如图2A所示，影像感测层101中的感测区块101b是用来产生指纹图形中的一个解析点的最小有效感测单位。因此光学指纹感测器的影像解析度是由于感测区块101b的数目所决定。在图2A所示的传统的光学指纹感测器中，每一个感测区块101b的上方会配置一个通孔102h，因此，在传统的光学指纹感测器中，光学指纹感测器的解析点数目相当于通孔102h的数目。
以下定义各个元件的尺寸，当准直层102的下表面与影像感测层101的上表面足够接近时，感测区块101b的边长与通孔102h的开口直径几乎相同，因此以下为了方便理解，将感测区块101b的边长及通孔102h的开口直径都以相同的尺寸来表示。在图2A所示的传统的光学指纹感测器中，假设感测区块101b的边长为WP，准直层102的厚度(通孔102h的长度)为HB，指纹在水平方向上可以被感测区块101b所感测到的离感测区块101b的边缘最长的距离为WSFT，准直层102的上表面到达指纹的垂直距离为HGAP。传统的光学指纹感测器，如图2A所示，根据相似三角形的比例关系，可以从下式(1)得到准直层102的厚度(通孔102h的长度)HB。
HB＝(WP/WSFT)×HGAP…(1)
接着，在图2B所示的本发明的光学指纹感测器中，准直层102’具有较短的厚度。在维持感测区块101b的边长WP、指纹在水平方向上可以被感测区块101b所感测到的离感测区块101b的边缘最长的距离WSFT、准直层102’的上表面到达指纹的垂直距离为HGAP三者不变的情况下，将准直层102的厚度从HB至减少至HSB。为了维持相同的相似三角形的比例关系，本发明将一个感测区块101b的正上方配置多个开口直径更小的通孔102h’，如图2B所示一个感测区块101b的正上方有4个通孔102h’，则感测区块101b的边长WP被分隔为4段，每一段的长度为WSP。本发明的光学指纹感测器，如图2B所示，同样根据相似三角形的比例关系，可以从下式(2)得到准直层102’的厚度(通孔102h’的长度)HSB。
HSB＝(WSP/WSFT)×HGAP…(2)
另外，假设感测区块101b的边长WP被分隔为N段，则每一小段的长度WSP会等于WP/N。将WSP以WP/N代入式(2)后并与式(1)相除，可得到下式(3)。
HSB＝(HB/N)…(3)
因此，在本发明当中，准直层102的厚度HSB会与感测区块101b正上方的通孔102h’的数目(也就是感测区块101b的边长被分割为多段的数目)成反比。也就是说，如图2C所示，当感测区块101b正上方有4个通孔102h’时，本发明的光学指纹感测器中的准直层102’的厚度HSB就相当于传统的光学指纹感测器中的准直层102的厚度HB的1/4。因此，例如传统的光学指纹感测器中的准直层102的厚度为100μm，在本实施例中就会减少为25μm。又，在一些实施例中，上述感测区块101b的边长可以被分割为10段，也就是说在一个感测区块101b的正上方配置10个通孔102h’，这样一来，准直层102’的厚度可以减少至传统的1/10。在本发明中，准直层的厚度的范围在5～20μm之间更佳。
根据上述实施例，通过在用来感测指纹图形中的一个解析点的感测区块正上方配置多个通孔，可以大幅地减少准直层的厚度。而本发明的光学指纹感测器中的准直层的厚度则相对地容易在硅晶圆制程中制造，能够大幅减低制造难度并增加制程合格率。
图3A-图3B是显示本发明的感测区块的两个实施例的剖面图。在上述说明中，均以感测区块101b来表示感测指纹图形中的一个解析点的最小有效感测单位。在本发明的一个实施例中，如图3A所示，感测区块101b由一个影像感测像素P所构成，因此影像感测像素P所感测的到强度信号就对应该手指的指纹的一个取样点的反射光强度。又，在本发明得另一个实施例中，如图3B所示，感测区块101b由多个影像感测像素P所构成，因此这些多个影像感测像素P所感测的到强度信号的总和就对应该手指的指纹的一个取样点的反射光强度。
本发明虽以各种实施例揭露如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种光学指纹感测器，其特征在于，包括：
一影像感测层，具有由多个感测区块所组成的阵列；以及
一准直层，配置于该影像感测层上，并具有多个从该准直层的上表面贯穿到该准直层的下表面的通孔，
其中该光学指纹感测器的影像解析度由所述多个感测区块的数目所定义，每一个该感测区块的正上方覆盖了多个该准直层的通孔。
2.根据权利要求1所述的光学指纹感测器，其特征在于，该感测区块由单一影像感测像素所构成。
3.根据权利要求2所述的光学指纹感测器，其特征在于，该感测区块中的该单一影像感测像素所感测到的信号强度对应手指的指纹的一个取样点的反射光强度。
4.根据权利要求1所述的光学指纹感测器，其特征在于，该感测区块由多个影像感测像素所构成。
5.根据权利要求4所述的光学指纹感测器，其特征在于，该感测区块中的所述多个影像感测像素所感测到的信号强度的总和对应手指的指纹的一个取样点的反射光强度。
6.根据权利要求1所述的光学指纹感测器，其特征在于，在该准直层的厚度被设计时，该准直层的厚度是与该在光学指纹感测器的垂直剖面中位于一个该感测区块的正上方的通孔的数目成反比。
7.根据权利要求1所述的光学指纹感测器，其特征在于，该准直层的厚度在5～20μm。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111353383A (zh) * 2019-12-31 2020-06-30 义隆电子股份有限公司 指纹感测装置
CN112163482A (zh) * 2020-09-16 2021-01-01 瑞芯微电子股份有限公司 一种光学准直器、指纹识别模组及电子设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220004729A (ko) * 2019-06-19 2022-01-11 에지스 테크놀러지 인코포레이티드 전자 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105550664A (zh) * 2016-01-08 2016-05-04 上海箩箕技术有限公司 光学指纹传感器模组
CN106462765A (zh) * 2014-11-12 2017-02-22 深圳市汇顶科技股份有限公司 具有像素内光学传感器的指纹传感器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102254168B (zh) 2011-08-19 2013-03-27 苏州孔雀信天游电子有限公司 活体人手指掌纹图像采集装置
US10091402B1 (en) * 2015-12-11 2018-10-02 Gingy Technology Inc. Image capture apparatus
US9829614B2 (en) 2015-02-02 2017-11-28 Synaptics Incorporated Optical sensor using collimator
KR20180085607A (ko) * 2017-01-19 2018-07-27 삼성전자주식회사 지문 인식 장치 및 방법
CN106897699B (zh) * 2017-02-24 2019-12-31 京东方科技集团股份有限公司 一种指纹识别器件、oled显示装置
US10680121B2 (en) * 2017-06-15 2020-06-09 Egis Technology Inc. Optical fingerprint sensor and manufacturing method of sensing module thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106462765A (zh) * 2014-11-12 2017-02-22 深圳市汇顶科技股份有限公司 具有像素内光学传感器的指纹传感器
CN105550664A (zh) * 2016-01-08 2016-05-04 上海箩箕技术有限公司 光学指纹传感器模组

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111353383A (zh) * 2019-12-31 2020-06-30 义隆电子股份有限公司 指纹感测装置
CN112163482A (zh) * 2020-09-16 2021-01-01 瑞芯微电子股份有限公司 一种光学准直器、指纹识别模组及电子设备

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