CN108960208B - 光线准直结构及其制造方法以及光学指纹识别装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种光线准直结构及其制造方法以及光学指纹识别装置。该光线准直结构包括：包括相互附接在一起的多个微孔单元；每个微孔单元包括：基底，具有第一侧面和第二侧面；设置在所述基底的第一侧面和第二侧面的膜材料，所述膜材料上设置有沟槽；其中，相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽相对设置以形成通光口以使所述微孔单元的半收光角范围内的光通过所述通光口。采用本公开的方案，可以克服光线准直结构中加工难度大的问题。

Description

光线准直结构及其制造方法以及光学指纹识别装置

技术领域

本公开涉及显示技术，尤其涉及一种光线准直结构及其制造方法以及光学指纹识别装置。

背景技术

在光学指纹识别过程中，当手指与传感器的距离较大时，由于经过手指反射后的光线的散射，会造成获取的图像模糊的问题，进而导致根据传感器接收到的光线识别出的指纹信息不准确。现有的指纹识别的传感部分包括如图15所示的通孔滤光方式，或者透镜加光阑方式。如图15所示，通过在传感器101上方的材料中开设通孔102，使得入射到传感器101上的光线的半收光角θ足够小，以将指纹的谷与脊信息区分。要实现如图15中左侧的理想通孔101的结构需要特定材料能达到较高的深宽比，但是现有工艺在光刻过程中会出现类似‘倒角’的结构，使得收光角变大(如图15中右侧的图所示)，导致相邻谷脊光线信息会发生串扰，识别出的指纹信息不准确，进而导致图像模糊。透镜加光阑的方式同样存在工艺加工难度大的问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种光线准直膜片及其制造方法以及光学指纹识别装置，能够克服光线准直结构中加工难度大的问题。

根据本公开的一个方面，提供了一种光线准直结构，包括：

包括相互附接在一起的多个微孔单元；

每个微孔单元包括：

基底，具有第一侧面和第二侧面；

设置在所述基底的第一侧面和第二侧面的膜材料，所述膜材料上设置有沟槽；

其中，相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽相对设置以形成通光口用以接收光以使所述微孔单元的半收光角范围内的光通过所述通光口。

根据本公开的另一个方面，提供了有种光学指纹识别装置，包括：

发光器件，用于在进行指纹识别时发光，发出的光线被指纹反射；

如上所述的光线准直结构，设置在所述发光器件下方，用于接收被指纹反射的光；

传感器，设置在所述光线准直结构下方，用于接收经由所述光线准直结构传输的光。

根据本公开的另一方面，提供了一种光线准直结构的制造方法，包括：

在多个基底的第一侧面和第二侧面上形成膜材料，并在所述膜材料上形成沟槽，以形成多个微孔单元；

将所述多个微孔单元相互附接，使得相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽相对设置以形成通光口用以接收光以使所述微孔单元的半收光角范围内的光通过所述通光口。

在本公开实施例提供的技术方案中，每个微孔单元的基底的两侧贴附有膜材料，该膜材料上设置有沟槽，相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽相对设置以形成通光口。这样，通过多个通光口来允许特定的光通过(在光线准直结构的半收光角之外的光线无法被光线准直结构下方的传感器接收到)，从而可以实现光线准直的功能。另外，沟槽可以通过压印或曝光等工艺来形成，而无需特定的工艺，降低了工艺难度。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了根据本公开一示例性实施例的光线准直结构的俯视图。

图2是图1中每个微孔单元的俯视图。

图3中示出了微孔单元的局部放大图。

图4示出了沿着图1中的A-A’线截取的剖视图。

图5示出了图1所示光光线准直结构的光学仿真结果。

图6示出了根据本公开另一示例性实施例的光线准直结构的俯视图。

图7是图6中每个微孔单元的俯视图。

图8中示出了微孔单元的局部放大图。

图9示出了沿着图6中的线B-B’截取的剖视图。

图10示出了图6所示光光线准直结构的光学仿真结果。

图11示出了根据本公开一示例性实施例的光学指纹识别装置的结构示意图。

图12示出了根据本公开另一示例性实施例的光线准直结构的示意图。

图13示出了根据本公开另一示例性实施例的光线准直结构的示意图。

图14示出了根据本公开一示例性实施例的光线准直结构的制造方法的流程图。

图15示出了相关技术中的通孔滤光方式。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按照比例绘制。图中相同的附图标记标识相同或相似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

图1示出了根据本公开一示例性实施例的光线准直结构的俯视图，图2是图1中每个微孔单元的俯视图。如图1和图2所示，光线准直结构包括相互附接在一起的多个微孔单元(Multi-pinhole)MP。每个微孔单元MP包括基底11和膜材料12，基底具有第一侧面和第二侧面，膜材料12设置在第一侧面和第二侧面上，并且膜材料12上设置有沟槽13。参见图1，相邻的微孔单元MP中膜材料上的沟槽13相对设置以形成通光口以使微孔单元的半收光角范围内的光通过通光口。也就是说，在半收光交范围内的光可以通过通光口以获得准直效果，而在半收光角之外的光则会被微孔单元上的膜材料阻挡而无法通过通光口。图1中，膜材料上的沟槽的剖面例如是等腰直角三角形，相邻微孔单元MP的膜材料12上的沟槽相对设置以形成正方形形状的通光孔。

参见图2，膜材料上设置有间隔同样尺寸为m的多条沟槽，沟槽的剖面为等腰直角三角形，等腰直角三角形的直角边为d。图3中示出了微孔单元MP的局部放大图，沟槽的长度为h，沟槽的长度h是指沟槽的取向方向上的长度。图4示出了沿着图1中的A-A’线截取的剖视图，从图4中可以更清楚地看出微孔单元沟槽的结构。

继续参见图2，基底厚度为k，膜材料12的厚度为u。沟槽剖面的两个直角边之间的夹角为90度。等腰直角三角形斜边长度为

参见图1，多块微孔单元MP组成等间距的光学层，光学层厚度为微孔单元沟道的长度h。相邻微孔单元的沟槽形成剖面为正方形的通光孔。

微孔单元MP的膜材料的厚度u与等腰直角三角形的边长d满足以下关系：

微孔单元的沟道长度h和等腰直角三角形的边长d限制光学层的半收光角θ的范围,

如图1所示，光学层中相邻通光口之间的间距p(pitch)为

根据一实施例，膜材料和基底可以由黑色吸光材料(例如黑色树脂)制成，或者由也可以是对某波段范围内(例如380nm-780nm，依赖于指纹识别所用的信号光)光波吸收材料或者吸收某特定波长的材料制成。

根据另一实施例，每个所述微孔单元的膜材料上还设置有粘结剂，所述多个微孔单元之间通过所述粘结剂附接在一起。例如，如图4所示，基底两侧膜材料沟槽墙体上贴上黑色吸光粘接剂，粘接剂很薄(例如1000埃或更薄)不会对光路照成影响。最后把微孔单元贴合粘接成如图1所示的光线准直结构。黑色吸光粘接剂可以使用OPP材料，或者厚度很薄(1000埃左右)的黑色吸光材料粘接剂。

根据另一实施例，膜材料是具有静电的材料，所述多个微孔单元之间通过静电吸附在一起。例如，膜材料上可以不涂粘接剂，而是可以采用如黑色PE、黑色PVC等静电性强的材质制造膜材料，这样制作的微孔单元之间可以通过静电吸附在一起，省去粘接工艺环节。

下面结合实施例描述光学准学准直结构的光学仿真结果。

使得指纹的谷脊恰好区分开的最小半收光角度θ，这里取5.7度，d取工艺极限值6um，则h为59um。k取工艺极限值2um，由公式(3)可以算出p为6.2um。把上述设计的参数d、p、沟道长度h进行光学仿真，得到结果如图5所示的光学仿真结果。

如图5所示，深色部分对应指纹的谷，浅色部分对应指纹的脊，图5中深色条纹之间清楚地间隔开，可见光线准直结构可将小角度的光线近于准直化的筛选出，并且使所筛选出来的每束光线可以一一精确的与指纹的谷脊对应，不会有其他杂散光串扰，可实现精确识别。需要说明的是，整个膜系光学层结构整体小于60um，相比现有结构更轻薄。

图6示出了根据本公开另一示例性实施例的光线准直结构的俯视图，图7是图6中每个微孔单元的俯视图。图6和图7所示的实施例的区别之处在于，图6和图7所示的实施例中，膜材料12上沟槽的剖面是半圆形，而不是等腰直角三角形。

参见图7，沟槽剖面半圆形的半径为R，沟槽长度为h。图8中示出了微孔单元的局部放大图，从该图中可以看出沟槽长度是指沟槽取向方向的长度。图9示出了沿着图6中的线B-B’截取的剖视图，从图中可以看出半圆形的半径R和沟槽长度限定了半收光角，R与h之间满足如下关系：

θ＝2R/h

θ为所述微孔单元的半收光角，所述半收光角为5.7度或更小。

参见图6，相邻通光口之间的间距p(pitch)(例如图6中黑色箭头所指)为p＝2R+k。膜材料的厚度u与沟槽截面半圆半径R满足以下关系：R＝u。

下面结合实施例描述光线准直结构的光学仿真结果。

谷脊恰好区分开的最小半收光角度θ，这里取5.7度，R取工艺极限值3um，则H为42um。k取工艺极限值2um，由公式(3)可以算出p为5um。把上述设计的参数R、p、沟道长度h进行光学仿真，得到结果如图10所示的光学仿真结果。

如图10所示，深色部分对应指纹的谷，浅色部分对应指纹的脊，图10中深色条纹之间清楚地间隔开，从图中可以看出光线准直结构可将小角度的光线近于准直化的筛选出，并且使所筛选出来的每束光线可以一一精确的与指纹的谷脊对应，不会有其他杂散光串扰，可实现精确识别。

图11示出了根据本公开一示例性实施例的光学指纹识别装置的结构示意图。该光学指纹识别装置包括：发光器件21、光线准直结构22以及传感器23。发光器件21用于在进行指纹识别时发光，发出的光线被指纹反射；光线准直结构22设置在发光器件21下方，用于接收被指纹反射的光；传感器23，设置在光线准直结构22下方，用于接收经由所述光线准直结构传输的光。

该光线准直结构22可以具有前面实施例中所描述的结构。下面结合图11以及图1来描述光学指纹识别装置的原理。

发光器件21可以是各种发光器件，例如可以是OLED，该OLED从上到下可以包括盖板(cover glass)、OCA(Optically Clear Adhesive)、偏光片、薄膜封装TFE、阴极、EL发光层、各膜层以及基底背板等(图中未示出)。

传感器23可以是多个传感器单元形成的传感器阵列，例如光敏传感器阵列。

光线准直结构22位于发光器件21的下表面层，具有筛选光学的性能。在指纹识别过程中，当手指触摸到显示屏幕时，光线准直结构22可将小角度的光线近于准直化的筛选出(即将半收光角范围内的光筛选出)，使其到达下方光敏感传感器23，传感器23可以探测取出光线的强度，由谷与脊向下漫反射光的能量不同，传感器23的阵列探测得到的光强不同，由此获取指纹信息。

图12示出了根据本公开另一示例性实施例的光线准直结构的示意图。在该实施例中，膜材料上的沟槽中填充有透明材料T。该透明材料T例如可以是透明PI(聚酰亚胺)或者可以是对某波段范围内光波透过率很高的透光材料或者是对某特定波长透过率很高的材料。例如，如果透明材料假设可以让某一个波段的光透过，则该波段的光不能透过膜材料12。填充透明材料可以防止沟槽中留有杂质(如水汽或其他灰尘杂质颗粒)，影响光线在通光口中的传播。

图13示出了根据本公开另一示例性实施例的光线准直结构的示意图。在该实施例中，半圆形剖面的沟槽中同样填充有透明材料T。

在本公开实施例提供的技术方案中，每个微孔单元的基底的两侧贴附有膜材料，该膜材料上设置有沟槽，相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽相对设置以形成通光口。这样，通过多个通光口来允许特定的光通过，从而可以实现光线准直的功能。另外，沟槽可以通过压印或曝光等工艺来形成，而无需特定的工艺，降低了工艺难度。

本公开中通过设计微孔单元并限定微孔单元的具体尺寸，可以使所筛选出来的每束光线可以一一精确的与指纹的谷脊对应，不会有其他杂散光串。同时，本公开中微孔单元工艺加工难度低,相比于现有的光学式指纹识别，器加工工艺更简单，结构更轻薄。

图14示出了根据本公开一示例性实施例的光线准直结构的制造方法的流程图。该方法包括：

步骤S21，在多个基底的第一侧面和第二侧面上形成膜材料，并在所述膜材料上形成沟槽，以形成多个微孔单元；

步骤S22，将所述多个微孔单元相互附接，使得相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽相对设置以形成通光口以使所述微孔单元的半收光角范围内的光通过所述通光口。

具体而言，参见图1和图2，首先在基底11的第一侧面和第二侧面上形成膜材料12，然后通过例如纳米压印或者曝光等在膜材料12上形成沟槽(如前文所述，可以是等腰直角三角形或半圆形等)，以获得微孔单元。之后，通过工艺机械手将MP基本单元结构翻转90°，如图4所示。然后在图4所示的基底两侧膜材料沟道墙体上贴上黑色吸光粘接剂，粘接剂很薄(例如1000埃或更薄)不会对光路照成影响。最后把多个微孔单元MP贴合粘接成如图1所示的结构。黑色吸光粘接剂可以使用OPP材料，或者厚度很薄(1000埃左右)的黑色吸光材料粘接剂。此外，也可以不在膜材料上涂粘结剂，如黑色PE、黑色PVC静电性强的材质，这样制作的多孔单元MP之间可以通过静电吸附粘接在一起，省去粘接工艺环节。

采用上述工艺步骤，可以实现本申请提出的光线准直结构的制造。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (18)

1.一种光线准直结构，包括：

包括相互附接在一起的多个微孔单元；

每个微孔单元包括：

基底，具有第一侧面和第二侧面；以及

设置在所述基底的第一侧面和第二侧面的膜材料，所述膜材料上设置有沟槽；

其中，相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽在同一平面上相对设置以形成通光口以使所述微孔单元的半收光角范围内的光通过所述通光口。

2.根据权利要求1所述的光线准直结构，所述沟槽的剖面为等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的直角边为d，所述沟槽的长度为h，d和h满足如下关系：

θ为所述微孔单元的半收光角，所述半收光角为5.7度或更小。

3.根据权利要求2所述的光线准直结构，其中，相邻通光口之间的间距满足如下关系：

其中，p为相邻通光口之间的间距，k为所述基底的厚度。

4.根据权利要求2所述的光线准直结构，其中，所述膜材料的厚度为u，u与d之间满足如下关系：

5.根据权利要求1所述的光线准直结构，其中，所述沟槽的剖面为半圆形，所述半圆形的半径为R，所述沟槽的长度为h，R与h之间满足如下关系：

θ＝2R/h

θ为所述微孔单元的半收光角，所述半收光角为5.7度或更小。

6.根据权利要求5所述的光线准直结构，其中，所述膜材料的厚度u与所述半圆形的半径R之间满足如下关系：

R＝u。

7.根据权利要求5所述的光线准直结构，其中，相邻通光口之间的间距为：

p＝2R+k

p为相邻通光口之间的间距，k为所述基底的厚度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光线准直结构，其中，在所述沟槽中填充有透明材料。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的光线准直结构，其中，所述膜材料和所述基底由黑色吸光材料制成，或者由吸收第一波长范围的光的材料制成，所述第一波长范围是380nm-780nm。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的光线准直结构，其中，每个所述微孔单元的膜材料上还设置有粘结剂，所述多个微孔单元之间通过所述粘结剂附接在一起。

11.根据权利要求10所述的光线准直结构，其中，所述粘结剂是黑色吸光粘结剂，厚度在1000或更小。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的光线准直结构，其中，所述膜材料是具有静电的材料，所述多个微孔单元之间通过静电吸附在一起。

13.一种光学指纹识别装置，包括：

发光器件，用于在进行指纹识别时发光，发出的光线被指纹反射；

根据权利要求1至12中任一项所述的光线准直结构，设置在所述发光器件下方，用于接收被指纹反射的光；

传感器，设置在所述光线准直结构下方，用于接收经由所述光线准直结构传输的光。

14.一种光线准直结构的制造方法，包括：

在多个基底的第一侧面和第二侧面上形成膜材料，并在所述膜材料上形成沟槽，以形成多个微孔单元；

将所述多个微孔单元相互附接，使得相邻的微孔单元中膜材料上的沟槽在同一平面上相对设置以形成通光口以使所述微孔单元的半收光角范围内的光通过所述通光口。

15.根据权利要求14所述的方法，在所述膜材料上形成沟槽，包括：

通过纳米压印或者曝光在所述膜材料上形成沟槽。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述多个微孔单元相互附接包括：

在每个所述微孔单元的膜材料上设置粘结剂；

通过所述粘结剂将多个微孔单元附接在一起。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述膜材料是具有静电的材料；

将所述多个微孔单元相互附接包括：通过所述膜材料的静电将所述多个微孔单元之间附接在一起。

18.根据权利要求14-17中任一项所述的方法，其中，所述沟槽的剖面是等腰直角三角形或者半圆形。

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