CN108985235A - 光线准直膜片及其制造方法以及光学指纹识别装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种光线准直膜片及其制造方法以及光学指纹识别装置。该光线准直膜片包括：第一滤光膜区域；以及多个第二滤光膜单元，散布在所述第一滤光膜区域中以与所述第一滤光膜区域形成一平坦膜片，所述第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于所述多个第二滤光单元允许通过的光的波长。采用本公开的方案，可以克服光学准直结构中加工难度大的问题。

Description

光线准直膜片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膜片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12所示的通孔滤光方式，或者透镜加光阑方式。如图12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上的光线的收光角足够小，以将指纹的谷与脊信息区分。要实现如图12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12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，能够克服光学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膜片，包括：
第一滤光膜区域；以及
多个第二滤光膜单元，散布在所述第一滤光膜区域中以与所述第一滤光膜区域形成一平坦膜片，所述第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于所述多个第二滤光单元允许通过的光的波长。
根据本公开的另一方面，提供了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；
如上文所述的光线准直膜片，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膜片下方，用于接收经由所述光线准直膜片传输的光。
根据本公开的另一方面，提供了一种光线准直膜片的制造方法，包括：
步骤S21，在所述基板上形成第一滤光膜材料；
步骤S22，使用具有多个孔洞的掩模板对所述第一滤光膜材料进行图案化，形成第一滤光膜区域的图案；
步骤S23，使用所述具有多个孔洞的掩模板，形成第二滤光膜材料，使得所述第二滤光膜材料通过所述孔洞沉积到未形成有所述第一滤光膜材料的区域，得到多个第二滤光膜单元，其中多个第二滤光膜单元散布在第一滤光膜区域中以与所述第一滤光膜区域形成一平坦膜片，所述第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于所述多个第二滤光单元允许通过的光的波长。
在本公开实施例提供的技术方案中，多个第二滤光膜单元散布在第一滤光膜区域中以与第一滤光膜区域形成一平坦膜片，第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于多个第二滤光单元允许通过的光的波长。这样，通过多个第二滤光膜单元来允许特定波长光的通过，第二滤光膜单元的尺寸可以设计得较小，从而可以实现光线准直的功能。另外，第二滤光膜单元可以通过掩模板来形成，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膜片的平面示意图。
图2是沿着图1中的线II-II’截取的剖视图。
图3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4是本公开实施例中光学指纹识别装置的一种识别效果图。
图5是本公开实施例中光学指纹识别装置的另一种识别效果图。
图6示出了根据本公开一示例性实施例的光线准直膜片的制造方法的流程图。
图7至图11示出制造光线准直膜片的工艺步骤。
图12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膜片的平面示意图，图2是沿着图1中的线II-II’截取的剖视图。如图1和图2所示，光线准直膜片包括第一滤光膜区域1以及多个第二滤光膜单元2。多个第二滤光膜单元2散布在第一滤光膜区域1中以与第一滤光膜区域1形成一平坦膜片，第一滤光膜区域1允许通过的光的波长不同于多个第二滤光单元2允许通过的光的波长。
如图1所示的光线准直膜片中，多个第二滤光膜单元2可以具有各种形状，例如圆形、正方形或六边形等，在图1中以多个第二滤光膜单元2是圆形为例进行描述。多个第二滤光膜单元2可以以阵列形式散布在第一滤光膜区域1中。具体而言，如图1所示，从平面图上看，布置在第一滤光膜区域1中的多个滤光膜单元2形成为三行三列的阵列。
每个第二滤光膜单元2的直径或边长为w，平坦膜片(即光线准直膜片)的厚度为H，w和H满足如下关系：
θ＝w/2H
其中θ为平坦膜片的半收光角，收光角α＝2θ为表征经过手指指纹最小可分辨谷脊反射的光线入射到平坦膜片的角度，并且θ小于或等于5.7°。
其中，平坦膜片的厚度H为42～100um，每个所述第二滤光膜单元2的直径或边长w为6um或更小，多个第二滤光膜单元2之间的间距P(参见图1)可以根据光线准直膜片的透光率确定，即根据光学指纹识别装置中传感器的响应能力确定。例如，为了实现期望的透光率，光线准直膜片中多个第二滤光膜单元2之间的间距P可以进行调整。例如，间距越小，透光率越大；间距越大，透光率越小。
第一滤光膜区域1可以由不同折射率的介质层交替层叠而成；第二滤光膜单元中的每一个可以由不同折射率的介质层交替层叠而成。例如，所述第一滤光膜区域交替层叠的介质层的数量与所述第二滤光膜单元中交替层叠的介质层的数量不同；所述第一滤光膜区域交替层叠的多个介质层中每一层的厚度与所述第二滤光膜单元中交替层叠的多个介质层中每一层的厚度不同。也就是说，第一滤光膜区域1和第二滤光膜单元2都可以通过膜层堆叠形成，但是膜层数目和厚度可以不一样。
在本公开实施例提供的技术方案中，多个第二滤光膜单元散布在第一滤光膜区域中以与第一滤光膜区域形成一平坦膜片，第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于多个第二滤光单元允许通过的光的波长。这样，第二滤光膜单元允许通过特定波长的光通过，第二滤光膜单元的尺寸可以设计得较小，例如通过设计第二滤光膜单元的直径或边长与光线准直膜片的厚度，可以实现光线准直的功能。另外，第二滤光膜单元可以通过掩模板来形成，而无需如现有技术中那样需要特定的工艺来形成高深宽比通孔或光阑，降低了工艺难度。
另外，在公开实施例提供的技术方案中，通过不同折射率的膜层层叠而形成第一滤光膜区域和多个第二滤光膜单元，主体结构主要涉及膜层而不包括其他光学器件，因而整体厚度可以做得比较小。
图3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11、光学12以及传感器13。发光器件11用于在进行指纹识别时发光，发出的光线被指纹反射；光线准直膜片12设置在发光器件11下方，用于接收被指纹反射的光；传感器13，设置在光线准直膜片12下方，用于接收经由所述光线准直膜片12传输的光。
该光线准直膜片12可以具有如图1和图2所示的结构。下面结合图1至图3来描述光学指纹识别装置的原理。
发光器件11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13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。
光线准直膜片12位于发光器件11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，光线准直膜片12中的第二滤光膜单元2可以允许特定波长的光通过，可将小角度的光线近于准直化的筛选出，使其到达下方的传感器13，传感器13可以探测取出光线的强度。由于谷与脊向下漫反射光的能量不同，传感器13探测得到的光强不同，由此获取指纹信息。
可选的，第一滤光膜区域1可以包括长通滤光膜以允许近红外波长范围(例如，780nm到3000nm)的光通过，多个第二滤光膜单元2可以包括短通滤光膜以允许可见光波长范围(例如，380nm到780nm)的光通过。例如第一滤光膜区域1只允许长波长(λ0)的光透过，波长小于λ0的光都被过滤和吸收；多个第二滤光膜单元2只允许短波长(λ1)的光透过，波长高于λ1的光都被过滤和吸收。
第一滤光膜区域1和多个第二滤光膜单元2可以由若干高、低折射率介质层交替组成，经特定膜系设计后可将中心波长精确控制在需要的范围。当手指触摸到显示屏幕时，手指反射回来的光线被第一滤光膜区域1过滤和吸收，而可以透过多个第二滤光膜单元2到达下方的传感器13。
以多个第二滤光膜单元2是圆形形状为例，每个第二滤光膜单元2的半径为w，多个第二滤光膜单元2之间的间距为P，光线准直膜片的厚度为H。参见图3，w和H满足如下关系：
θ＝w/2H
其中θ为平坦膜片的半收光角，收光角α＝2θ表征为经过手指指纹最小可分辨谷脊反射的光线入射到平坦膜片的角度。半收光角度θ例如可以取θ＝5.7°。为了实现更精确的谷脊区分，半收光角θ可以取比5.7°更小的角。根据一实施方式，w可以为6um，为了满足收光角的要求，H可以为42um。多个第二滤光膜单元2由若干高、低折射率介质层交替组成，经特定膜系设计后可将中心波长精确控制在可见光范围(380nm～780nm)，并将膜层厚度控制为42um；第一滤光膜区域由若干高、低折射率介质层交替组成，经特定膜系设计后可将中心波长精确控制在近红外范围(800nm～1200nm),并将膜层厚度控制为42um。当手指触摸到显示屏幕时，OLED发出的光(可见光范围)会经手指反射回来，但会被第一滤光膜区域1过滤和吸收，而可以透过多个第二滤光膜单元2到达光线准直膜层12下方的传感器13。传感器13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13探测得到的光强不同，由此获取指纹信息，将谷与脊的信息区分开来。
把上述设计的参数w、P、第一滤光膜区域1以及多个第二滤光膜单元2进行光学仿真，得到结果如图4所示的光学仿真结果，从图中可以看出通过控制第一滤光膜区域1和多个第二滤光膜单元2的透光范围和位置(l)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扰，可实现精确识别。通过采用本公开实施例提供的技术方案，整个膜系光学层结构整体做到厚度小于50um，相比现有结构更轻薄。
根据一替代实施例，所述第一滤光膜区域1可以包括截止滤光膜以允许非可见光波长范围的光通过，所述多个第二滤光膜单元2可以包括带通滤光膜以允许可见光波长范围的光通过。具体而言，指纹识别的光属于可见光范围，第一滤光膜区域1经特定膜系设计后可将中心波长精确控制在需要的范围(非可见光范围)，多个第二滤光膜单元经特定膜系设计后可将中心波长精确控制在需要的范围(可见光范围)。当手指触摸到显示屏幕时，OLED发出的光(可见光范围)会经手指反射回来，但会被膜系光学层中的第一滤光膜区域1(即截止滤光膜)过滤和吸收，而可以透过多个第二滤光膜单元2(即带通滤光膜)到达光线准直膜12下方的传感器13。传感器13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13探测得到的光强不同，由此获取指纹信息。
把上述设计的参数w(6um)、P、第一滤光膜区域1(截止滤光膜)、多个第二滤光膜单元2(带通滤光膜系)进行光学仿真，得到结果如图5所示的光学仿真结果，从图中可以看出通过控制截至滤光膜系“1”和带通滤光膜系“2”的透光范围和位置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扰，可实现精确识别。
根据一示例性实施例，为了实现期望的透光率，光线准直膜片中多个第二滤光膜单元2之间的间距可以进行调整。例如，间距越小，透光率越大；间距越大，透光率越小。
另外，根据一示例性实施例，为了实现期望的收光角，可以对光线准直膜片的厚度进行调整。厚度越小，收光角越大；厚度越大，收光角越小。
图6示出了根据本公开一示例性实施例的光线准直膜片的制造方法的流程图。该方法包括：
S21：在所述基板上形成第一滤光膜材料；
S22：使用具有多个孔洞的掩模板对所述第一滤光膜材料进行图案化，形成第一滤光膜区域的图案；
S23:使用所述具有多个孔洞的掩模板，形成第二滤光膜材料，使得所述第二滤光膜材料通过所述孔洞沉积到未形成有所述第一滤光膜材料的区域，得到多个第二滤光膜单元。其中多个第二滤光膜单元散布在第一滤光膜区域中以与所述第一滤光膜区域形成一平坦膜片，所述第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于所述多个第二滤光单元允许通过的光的波长。
上述方法还可以包括：重复所述步骤1到步骤3以形成由不同折射率的介质层交替层叠而成的第一滤光膜区域以及由不同折射率的介质层交替层叠而成的第二滤光膜单元；其中在每次重复中，步骤1中所使用的第一滤光膜材料的折射率与前一次重复中步骤1中所使用的第一滤光膜材料的折射率不同，在步骤3中所使用的第二滤光膜材料的折射率与前一次重复中步骤3中所使用的第二滤光膜材料的折射率不同。通过这种层叠方式，可以通过不同折射率的多个介质材料层叠而获得第一滤光膜区域，并通过不同折射率的多个介质材料层叠而获得第二滤光膜单元。
图7至图11示出具体的制造工艺流程。
首先，基板15上形成(例如沉积)第一滤光膜材料1a，如图7所示。
接着，使用具有多个孔洞的掩膜板M，形成光刻胶P，如图8所示。掩模板M的平面图如图9所示，该掩模板包括多个孔洞(例如圆孔)M0，这些孔洞M0的位置与多个第二滤光膜单元2对应。
之后对未被光刻胶P覆盖的区域进行蚀刻，之后去除光刻胶，得到第一滤光膜区域1的图案，如图10所示。
接着，采用图9所示的掩模板，在如图10所示的结构上形成(例如沉积)第二滤光膜材料2a，第二滤光膜材料2a可以通过掩模板上的孔洞沉积到第一滤光膜中被蚀刻掉的区域，如图11所示。
可以重复上述参照图7至图11描述的步骤，进而形成由不同折射率的介质层交替层叠而成的第一滤光膜区域1和第二滤光膜单元2。
在制造完如图11所示的结构之后，可以进行剥离工艺将基板剥离。或者，可以将发光器件的下表面作为基板，或者可以将传感器的封装作为基板，这样可以省略剥离工艺。
采用上述工艺步骤，可以实现本申请提出的光线准直膜片的制造。
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 (11)

1.一种光线准直膜片，包括：
第一滤光膜区域；以及
多个第二滤光膜单元，散布在所述第一滤光膜区域中以与所述第一滤光膜区域形成一平坦膜片，所述第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于所述多个第二滤光膜单元允许通过的光的波长。
2.根据权利要求1所述的光线准直膜片，其中，所述多个第二滤光膜单元以阵列形式散布在所述第一滤光膜区域中。
3.根据权利要求2所述的光线准直膜片，其中，所述多个第二滤光模单元的形状为圆形、正方形或六边形中的一个，每个所述第二滤光膜单元的直径或边长为w，所述平坦膜片的厚度为H，w和H满足如下关系：
θ＝w/2H
其中θ为所述平坦膜片的半收光角，并且θ小于或等于5.7°。
4.根据权利要求1至3中任一所述的光线准直膜片，其中，所述平坦膜片的厚度H为42～100um，每个所述第二滤光膜单元的直径或边长w为6um或更小。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光线准直膜片，其中，所述第一滤光膜区域由多个不同折射率的介质层交替层叠而成；
所述第二滤光膜单元中的每一个由多个不同折射率的介质层交替层叠而成。
6.根据权利要求5所述的光线准直膜片，其中，所述第一滤光膜区域交替层叠的介质层的数量与所述第二滤光膜单元中交替层叠的介质层的数量不同；
所述第一滤光膜区域交替层叠的多个介质层中每一层的厚度与所述第二滤光膜单元中交替层叠的多个介质层中每一层的厚度不同。
7.根据权利要求5所述的光线准直膜片，其中，所述第一滤光膜区域包括长通滤光膜以允许第一波长范围的光通过，所述多个第二滤光膜单元包括短通滤光膜以允许第二波长范围的光通过，所述第一波长范围是800nm～1200nm，所述第二波长范围是380nm～780nm。
8.根据权利要求5所述的光线准直膜片，其中，所述第一滤光膜区域包括截止滤光膜以允许第三波长范围的光通过，所述多个第二滤光膜单元包括带通滤光膜以允许第二波长范围的光通过，所述第二波长范围是380nm～780nm，所述第三波长范围是除所述第二波长范围之外的其他波长范围。
9.一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8中任一项所述的光线准直膜片，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膜片下方，用于接收经由所述光线准直膜片传输的光。
10.一种光线准直膜片的制造方法，包括：
步骤S21，在基板上形成第一滤光膜材料；
步骤S22，使用具有多个孔洞的掩模板对所述第一滤光膜材料进行图案化，形成第一滤光膜区域的图案；
步骤S23，使用所述具有多个孔洞的掩模板，形成第二滤光膜材料，使得所述第二滤光膜材料通过所述孔洞沉积到未形成有所述第一滤光膜材料的区域，得到多个第二滤光膜单元，其中多个第二滤光膜单元散布在第一滤光膜区域中以与所述第一滤光膜区域形成一平坦膜片，所述第一滤光膜区域允许通过的光的波长不同于所述多个第二滤光单元允许通过的光的波长。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
重复所述步骤S21到步骤S23以形成由不同折射率的介质层交替层叠而成的第一滤光膜区域以及由不同折射率的介质层交替层叠而成的第二滤光膜单元；其中在每次重复中，步骤1中所使用的第一滤光膜材料的折射率与前一次重复中步骤1中所使用的第一滤光膜材料的折射率不同，在步骤3中所使用的第二滤光膜材料的折射率与前一次重复中步骤3中所使用的第二滤光膜材料的折射率不同。
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