CN110175493B - 光学指纹感测模块 - Google Patents

Abstract

一种光学指纹感测模块，包含一电路板、一影像感测器、一框架、一光学透镜以及一红外线滤光元件。前述影像感测器及前述框架设置于前述电路板上，且前述影像感测器位于前述框架内，其中前述框架具有抗红外线材质，以防止前述框架外的红外线光进入前述影像感测器。前述光学透镜设置于前述框架中，前述红外线滤光元件设置于前述影像感测器上方，其中一显示面板模块所发出的光线经由一手指反射后，依序穿过前述光学透镜以及前述红外线滤光元件而到达前述影像感测器。

Description

光学指纹感测模块

技术领域

本发明涉及一种指纹感测模块，特别涉及一种屏幕下(under-display)指纹感测模块。

背景技术

近年来，随着生物辨识技术逐渐成熟，许多不同的生物特征皆可被用来辨识使用者的身分。其中，由于指纹辨识技术的辨识率及准确率较其它生物特征的辨识技术更好，故目前指纹辨识的应用层面较广。

一般指纹辨识技术主要是先使用感测装置感测使用者的指纹图案(pattern)，再获取指纹图案中独特的指纹特征并存储至存储器中，或是直接存储指纹图案。之后，当使用者再次进行指纹扫描时，指纹感测装置会感测指纹图案并且获取指纹特征，以便与先前所存储的指纹特征进行比对以进行辨识，或是也可直接与先前所存储的指纹图案进行比对。若二者相符，则使用者的身分得以确认。

然而，在进行指纹感测的过程中，由光源所产生的红外线光往往容易成为干扰噪声，故可能导致影像感测器的成像品质不佳而影响到指纹辨识的正确性，尤其在屏幕下指纹影像感测装置(under-display fingerprint image sensing device)的领域中，其光源是来自于有机发光二极管(OLED)等低照度的光源，因此如何能在指纹感测装置中克服红外线光所产生的噪声干扰始成为一重要的课题。

发明内容

有鉴于前述现有问题点，本发明的一实施例提供一种光学指纹感测模块，用以感测放置于一显示面板模块上的一手指的指纹图案，其主要包含一电路板、一影像感测器、一框架、一光学透镜以及一红外线滤光元件。前述显示面板模块具有一透光元件以及一显示元件，其中前述显示元件设置于前述透光元件下方，且前述显示元件发出光线穿过前述透光元件并照向放置于前述透光元件上的前述手指。

前述影像感测器设置于前述电路板上，前述框架设置于前述电路板上，且前述影像感测器位于前述框架内，其中前述框架具有抗红外线材质，以防止前述框架外的红外线光进入前述影像感测器。前述光学透镜设置于前述框架中且对应于前述显示面板模块的一感测区域。前述红外线滤光元件设置于前述影像感测器上方，其中前述显示元件所发出的光线经由放置于前述感测区域内的前述手指反射后，依序穿过前述光学透镜以及前述红外线滤光元件而到达前述影像感测器。

于一实施例中，前述光学指纹感测模块还包含多个微透镜(micro lens)，且前述影像感测器具有与前述微透镜相互对应的多个影像感测单元(image sensing unit)，用以接收经过前述手指反射后的光线。

于一实施例中，前述光学指纹感测模块还包含一阻隔层，形成于前述影像感测器上且围绕前述微透镜，其中前述阻隔层含有抗红外线材质，以防止红外线光进入前述影像感测单元。

本发明一实施例更提供一种光学指纹感测模块，用以感测放置于一显示面板模块上的一手指的指纹图案，其主要包含一电路板、一框架、一光学透镜、一影像感测器、多个微透镜、一阻隔层以及一红外线滤光元件。前述显示面板模块具有一透光元件以及一显示元件，其中前述显示元件设置于前述透光元件下方，且前述显示元件发出光线穿过前述透光元件并照向放置于前述透光元件上的前述手指

前述框架设置于前述电路板上，前述光学透镜设置于前述框架中且对应于前述显示面板模块的一感测区域。前述影像感测器设置于前述电路板上且位于前述框架内，其中前述影像感测器具有多个影像感测单元。

前述微透镜设置于前述影像感测器上且对应于前述影像感测单元。前述阻隔层形成于前述影像感测器上且围绕前述微透镜，以防止红外线光进入前述影像感测单元。

前述红外线滤光元件，设置于前述微透镜上方，其中前述显示元件所发出的部分光线经由放置于前述感测区域内的前述手指反射后，依序穿过前述光学透镜、前述红外线滤光元件以及前述微透镜而到达前述影像感测器。

附图说明

图1表示本发明一实施例的光学指纹感测装置的示意图。

图2表示图1中A1部分的剖视放大图。

图3表示本发明另一实施例的光学指纹感测装置示意图。

图4表示图3中A2部分的剖视放大图。

图5表示多个微透镜M2分别容置于阻隔层C上多个孔洞C0内的局部上视图。

图6表示本发明另一实施例的光学指纹感测装置的局部剖视放大图。

其中，附图标记说明如下：

底板 B

阻隔层 C

孔洞 C0

重叠区域 CU

显示面板模块 D

显示元件 D1

透光元件 D2

感测面 D21

红外线滤光元件 F

框架 H

容纳空间 H0

本体 H1

涂层 H2

光线 L

红外线光 L1

红外线光 L2

红外线光 L3

光学透镜 M1

微透镜 M2

光轴 O

电路板 P

感测区域 R

影像感测器 S

影像感测单元 U

具体实施方式

以下说明本发明实施例的光学指纹感测模块。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。

除非另外定义，在此使用的全部用语(包含技术及科学用语)具有与此篇公开所属的一般技艺者所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与技术效果，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下各实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，实施方式中所使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

首先请参阅图1，其中图1表示本发明一实施例的光学指纹感测装置的示意图。如图1所示，本实施例的光学指纹感测装置可用以感测一手指的指纹图案，其主要包含一显示面板模块D以及设置于显示面板模块D下方的光学指纹感测模块。前述光学指纹感测模块包含一底板B、一电路板P、一框架H、一光学透镜M1、一影像感测器S以及一红外线滤光元件F，其中前述电路板P设置于底板B上，前述框架H以及影像感测器S设置于电路板P上，前述光学透镜M1则是设置于框架H的一开孔内。

举例而言，前述影像感测器S可为一电荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)影像感测器或者CMOS影像感测器(CMOS Image Sensor,CIS)。另一方面，前述电路板P则例如为一柔性印刷电路板(flexible printed circuit board)，且前述底板B可采用较前述电路板P硬度更高的塑胶或金属基板，以提供前述电路板P以及影像感测器S足够的支撑强度。

在本实施例中，前述显示面板模块D主要包含有一显示元件D1以及设置于显示元件D1上方的一透光元件D2，其中前述透光元件D2例如为一平板玻璃(sheet glass)，且前述显示元件D1例如为一有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示元件、薄膜晶体管液晶(TFT-LCD)显示元件、或者触控显示(touch display)元件。应了解的是，在前述显示元件D1内部设有多个发光单元，可作为一光源，借此发出光线穿过透光元件D2并照向放置于透光元件D2上的一手指。

请继续参阅图1，前述框架H具有一中空结构，且其内部形成有一容纳空间H0，用以容纳前述影像感测器S以及红外线滤光元件F。在本实施例中，前述红外线滤光元件F例如为一红外线截止滤光片(infrared cut-off filter sheet)，设置于影像感测器S上方，借此可用以防止大部分的红外线光进入影像感测单元S，以确保影像感测器S的成像品质。

从图1中可以看出，当欲利用本实施例的光学指纹感测装置进行指纹感测时，可将手指放置在透光元件D2上方的感测面D21，且使手指位于显示面板模块D的一感测区域R内；接着，由显示元件D1内部光源所发出的光线会穿过透光元件D2并到达位于感测区域R内的手指，然后光线会经由手指反射而穿出显示元件D1(如图1中的光线L所示)，并依序穿过光学透镜M1以及红外线滤光元件F后到达影像感测器S。

当影像感测器S接收到穿过光学透镜M1以及红外线滤光元件F后的光线L时，便可将光信号转换为电信号，并通过前述电路板P将含有指纹图案信息的电信号传送到一处理器(未图示)，以进行后续的指纹数据存储与指纹图案辨识程序。

接着请参阅图2，其中图2表示图1中A1部分的剖视放大图。如图2所示，由于本实施例是通过在影像感测器S上设置红外线滤光元件F，因此可阻隔由显示元件D1内部光源所产生的大部分红外线光，以避免其造成光信号中的噪声(noise)而影响到影像感测器S的成像品质；然而，由于前述红外线滤光元件F事实上并无法完全阻隔掉所有的红外线光，因此仍可能有少量的红外线光(例如图2中的红外线光L1、L2)会穿过设置于影像感测器S表面上的微透镜M2(micro lenses)，而进入到影像感测器S内部的影像感测单元U；或者，亦可能有少量的红外线光(例如图2中的红外线光L3)会直接穿过影像感测器S的表面而进入到影像感测器S内部的影像感测单元U。

如前所述，由于前述微透镜M2以及影像感测器S的表面并未具有阻绝红外线光的功能，所以一旦有红外线光(例如图2中的红外线光L1、L2、L3)进入到影像感测器S内部的影像感测单元U时，其仍有可能会产生或多或少的噪声干扰，进而影响到影像感测器S的成像品质。

再请参阅图3，其中图3表示本发明另一实施例的光学指纹感测装置示意图。如图3所示，本实施例的光学指纹感测装置与图1中的光学指纹感测装置同样包含有一显示面板模块D、一底板B、一电路板P、一框架H、一光学透镜M1、一影像感测器S以及一红外线滤光元件F，而图3所示的框架H与图1所示的框架H不同之处在于：图3所示的框架H具有一本体H1以及一涂层H2，其中前述涂层H2形成于前述本体H1表面且含有抗红外线材质。

应了解的是，前述涂层H2例如为一红外线截止滤光涂层(infrared cut-offfilter coating)，其可通过涂布的方式形成于框架H的本体H1表面上，借此有效地阻隔框架H外的红外线光进入到框架H内的影像感测器S。

举例而言，前述涂层H2可涂布于本体H1的所有表面；或者，前述涂层H2也可以仅涂布于前述本体H1的外侧表面或内侧表面上，以达到阻隔框架H外的红外线光进入到框架H内部的效果。

于一实施例中，亦可将框架H直接采用抗红外线材质制成，如此一来同样能有效地阻隔框架H外的红外线光进入到框架H内部，以确保影像感测器S的成像品质。

接着请参阅图4，其中图4表示图3中A2部分的剖视放大图。如图4所示，在本实施例中除了可采用含有抗红外线材质的框架H(例如在框架H的本体H1上形成含有抗红外线材质的涂层H2)外，还可在影像感测器S的表面上形成一含有抗红外线材质的阻隔层C，借此更有效地阻绝影像感测器S外部的红外线光进入到影像感测器S内部，以防止影像感测器S内部的影像感测单元U接收到红外线光而产生信号干扰。

举例而言，前述阻隔层C可通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)、蒸镀(Evaporation)、溅镀(Sputtering)、涂布(Coating)、喷涂(Dispensing)、电镀(electroplating)或无电电镀(electroless plating)等半导体制程形成于影像感测器S的表面上。

再请一并参阅图4、图5，其中图5表示多个微透镜M2分别容置于阻隔层C上多个孔洞C0内的局部上视图。从图4、图5中可以看出，前述阻隔层C是形成于影像感测器S的表面上且围绕前述微透镜M2，其中前述微透镜M2分别容置于阻隔层C的多个孔洞C0内。举例而言，前述阻隔层C可含有用以阻隔可见光与红外线光的黑色光刻胶(black photoresist)材质，或者其亦可构成一红外线遮蔽膜(IR cut film)，用以阻绝影像感测器S外部的若干红外线光(例如图4所示的红外线光L3)直接经由影像感测器S的表面而进入到影像感测器S内部的影像感测单元U。

需特别说明的是，于本实施例中的阻隔层C与影像感测器S内部的影像感测单元U在微透镜M2的光轴O方向上至少部分重叠(例如图4中的重叠区域CU所示)。

再请参阅图6，其中图6表示本发明另一实施例的光学指纹感测装置的局部剖视放大图。本实施例中的阻隔层C与图4所示的阻隔层C同样可包含黑色光刻胶材质或红外线遮蔽膜，而图6中所示的阻隔层C是嵌入微透镜M2的内部，使得部分进入到微透镜M2内部的红外线光(例如图6所示的红外线光L2)也会受到阻隔层C的阻挡，而不会到达影像感测器S内部的影像感测单元U。此外，由图6也可以看出，本实施例中的阻隔层C与影像感测器S内部的影像感测单元U在微透镜M2的光轴O方向上同样是至少部分重叠。

如前所述，本实施例通过在影像感测器S表面形成阻隔层C，并使阻隔层C嵌入微透镜M2内部，可进一步地防止阻绝影像感测器S外部的红外线光(例如图6所示的红外线光L2、L3)进入到影像感测器S内部的影像感测单元U，故可有效减少红外线光对影像感测器S造成信号干扰，以确保影像感测器S的成像品质。

应了解的是，虽然图1～图6中的红外线滤光元件F可消除来自光源的大部分红外线光，但由于本发明的光学影像感测器是为一种屏幕下指纹影像感测装置(under-displayfingerprint image sensing device)，其光源是来自例如有机发光二极管(OLED)等低照度的光源，故属于低照度的影像感测器(low light level imaging sensor)。基于上述原因，即便少量的红外线光进入到影像感测器S内部也可能会造成可观的噪声而影响到成像品质。

有鉴于此，本发明除了通过设置于影像感测器上方的红外线滤光元件F外，还可利用含有抗红外线材质的框架H，或者形成于影像感测器S表面上且含有抗红外线材质的阻隔层C，借此达到有效减少红外线光进入影像感测器S内部的目的，从而能改善影像感测器S的成像品质并提升指纹影像辨识的正确性。

虽然本发明的实施例及其优点已公开如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作变动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中技术人员可从本发明公开内容中理解现行或未来所发展出的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明使用。因此，本发明的保护范围包含上述制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本发明的保护范围也包含各个权利要求及实施例的组合。

虽然本发明已以优选实施例公开于上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项工艺者，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种光学指纹感测模块，用以感测放置于一显示面板模块上的一手指的指纹图案，其中，由该显示面板模块发出的一光线被该手指反射，该光学指纹感测模块包含：

一电路板；

一影像感测器，设置于该电路板上；

一框架，设置于该电路板上，且该影像感测器位于该框架内，其中该框架具有抗红外线材质；

一光学透镜，设置于该框架中且对应于该显示面板模块的一感测区域；以及

一红外线滤光元件，设置于该影像感测器上方，其中该显示面板模块所发出的该光线经由放置于该感测区域内的该手指反射后，依序穿过该光学透镜以及该红外线滤光元件而到达该影像感测器。

2.如权利要求1所述的光学指纹感测模块，其中，该框架具有一本体以及一涂层，该涂层形成于该本体的表面上且含有抗红外线材质。

3.如权利要求2所述的光学指纹感测模块，其中，该本体具有一内侧表面以及一外侧表面，该涂层形成于该内侧表面或该外侧表面上。

4.如权利要求1所述的光学指纹感测模块，其中，该光学指纹感测模块还包含多个微透镜，且该影像感测器具有与所述微透镜相互对应的多个影像感测单元，用以接收经由该手指反射后的光线。

5.如权利要求4所述的光学指纹感测模块，其中，该光学指纹感测模块还包含一阻隔层，形成于该影像感测器上且围绕所述微透镜，其中该阻隔层含有抗红外线材质，以防止红外线光进入所述影像感测单元。

6.如权利要求5所述的光学指纹感测模块，其中，该阻隔层通过化学气相沉积、蒸镀、溅镀、涂布、喷涂、电镀或无电电镀的方式形成于该影像感测器上。

7.如权利要求5所述的光学指纹感测模块，其中，该阻隔层与所述影像感测单元在所述微透镜的一光轴方向上至少部分重叠。

8.如权利要求1所述的光学指纹感测模块，其中，该光学指纹感测模块还包含一底板，且该电路板设置于该底板上，其中，该底板的硬度大于该电路板的硬度。

9.如权利要求1所述的光学指纹感测模块，其中，该红外线滤光元件为一红外线截止滤光片。

10.如权利要求1所述的光学指纹感测模块，其中，该显示面板模块包含一有机发光二极管显示元件或薄膜晶体管液晶显示元件。

11.一种光学指纹感测模块，用以感测放置于一显示面板模块上的一手指的指纹图案，其中，由该显示面板模块发出的一光线被该手指反射，该光学指纹感测模块包含：

一电路板；

一框架，设置于该电路板上；

一光学透镜，设置于该框架中且对应于该显示面板模块的一感测区域；

一影像感测器，设置于该电路板上且位于该框架内，其中该影像感测器具有多个影像感测单元；

多个微透镜，设置于该影像感测器上且对应于所述影像感测单元；

一阻隔层，形成于该影像感测器上且围绕所述微透镜，以防止红外线光进入所述影像感测单元；以及

一红外线滤光元件，设置于所述微透镜上方，其中该显示面板模块所发出的该光线经由放置于该感测区域内的该手指反射后，依序穿过该光学透镜、该红外线滤光元件以及所述微透镜而到达该影像感测器。

12.如权利要求11所述的光学指纹感测模块，其中，该阻隔层通过化学气相沉积、蒸镀、溅镀、涂布、喷涂、电镀或无电电镀的方式形成于该影像感测器上。

13.如权利要求11所述的光学指纹感测模块，其中，该阻隔层与所述影像感测单元在所述微透镜的一光轴方向上至少部分重叠。

14.如权利要求11所述的光学指纹感测模块，其中，该光学指纹感测模块还包含一底板，且该电路板设置于该底板上，其中，该底板的硬度大于该电路板的硬度。

15.如权利要求11所述的光学指纹感测模块，其中，该红外线滤光元件为一红外线截止滤光片。

16.如权利要求11所述的光学指纹感测模块，其中，该显示面板模块包含一有机发光二极管显示元件或薄膜晶体管液晶显示元件。

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