CN111062367A

CN111062367A - 指纹识别装置

Info

Publication number: CN111062367A
Application number: CN201911407052.XA
Authority: CN
Inventors: 李远航
Original assignee: Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-04-24

Abstract

本发明公开一种指纹识别装置。所述指纹识别装置包括发光结构、光学感应元件以及至少一个光学透镜。所述发光结构包括发光区以及围绕设置所述发光区的非发光区，其中所述非发光区包括准直结构。所述光学感应元件，设置于所述发光结构的所述非发光区的下方。所述至少一个光学透镜，设置于所述准直结构的上方。

Description

指纹识别装置

技术领域

本发明涉及一种识别装置，特别是涉及一种指纹识别装置。

背景技术

随着平板等显示终端设备步入全面屏时代，显示终端正面指纹识别区受全面屏的挤压，使屏下(Under-display或Under-screen)指纹识别技术越来越受到关注。屏下指纹识别技术是指将指纹识别模组安装在显示屏下方，从而实现在显示屏的显示区域内进行指纹识别操作，而不需在电子设备正面除显示区域外的区域设置指纹采集区域。

光学屏下指纹识别技术的工作原理是使用从设备显示组件的顶面返回的光来进行指纹感应以及其他感应操作。该返回的光携带与该顶面接触的物体(例如，手指)的信息，通过采集以及检测该返回的光，来实现位于显示屏下方的特定光学传感器模块。光学传感器模块的设计可以为通过恰当地配置用于采集以及检测返回的光的光学元件来实现期望的光学成像。对于有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)屏幕，光学屏下指纹识别的光源来自于OLED自发光层。然而，光学指纹识别模组由于屏幕发光，屏幕光以及自然光在一定程度上对指纹图像成像造成一定干扰，因此，降低了指纹采集效率。

以下将藉由图1以及图2对现有技术的屏下指纹识别技术在使用上所遇到的问题做进一步的说明。

在图1中，现有技术的屏下指纹识别结构1包括OLED面板10以及指纹识别感应元件20，其中指纹识别感应元件20设置于OLED面板10的下方，且指纹识别感应元件20由下往上依序例如包括CMOS光感元件22、准直结构24以及光学透镜26。由于现有的指纹识别感应元件20具有复杂的光学结构，因而会显着地增加屏下指纹识别结构1的总体厚度。

更详细来说，请参照图2所示，OLED面板10可以分为发光区A1以及非发光区A2。在发光区A1中，OLED面板10由下至上依序例如包括驱动电路层102(例如，LTPS阵列驱动电路层)、绝缘层104、阳极108、发光层110、阴极114、封装层116以及触控层118，其中绝缘层104以及封装层116之间包括绝缘层106，且阳极108以及发光层110设置于绝缘层106中。详细来说，指纹识别感应元件20所接收到的光信号主要来自三种不同光路来源。第一光信号L1(虚线箭头)的光路是从发光层110发出并经过多个膜层(例如，封装层116、触控层118)折射或反射；第二光信号L2(点链线箭头)的光路是自然光发出并经过膜层(例如，触控层118)折射；第三光信号L3(实线箭头)的光路是从发光层110发出并经过手指30反射，其中光信号L1以及光信号L2皆属于干扰光信号，只有光信号L3为有效的指纹识别信号。因此，如何减少光信号L1以及光信号L2，以提高指纹识别效率以及安全性，是亟待改善的问题。

故，有必要提供一种指纹识别装置以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种指纹识别装置，基于莫尔成像原理，将光学透镜以及准直结构集成于发光结构中，藉此有效地降低整体指纹识别装置的厚度；同时利用以黑色聚酰亚胺为材料形成的准直结构可吸收干扰光信号的特性，以及光学透镜对光线的汇聚作用，藉此提高指纹识别装置的指纹识别效率以及安全性。

为达成本发明的前述目的，本发明提供一种指纹识别装置，所述指纹识别装置包括发光结构、光学感应元件以及至少一个光学透镜。所述发光结构包括发光区以及围绕设置所述发光区的非发光区，其中所述非发光区包括准直结构。所述光学感应元件，设置于所述发光结构的所述非发光区的下方。所述至少一个光学透镜，设置于所述准直结构的上方。

根据本发明一实施例，所述发光结构由下至上依序包括驱动电路层、绝缘层、隔离层、封装层以及触控层，其中所述发光结构在所述发光区中更包括设置于所述隔离层中的发光层。

根据本发明一实施例，所述准直结构包括至少一个过孔，且所述至少一个过孔贯穿所述绝缘层以及所述隔离层。

根据本发明一实施例，所述至少一个过孔对应所述至少一个光学透镜，且所述至少一个过孔的截面直径等于所述至少一个光学透镜的直径。

根据本发明一实施例，所述至少一个过孔的截面直径等于相邻两个所述发光区之间的最小间距的三分之一。

根据本发明一实施例，所述至少一个过孔的截面形状为圆形、多边形或其组合。

根据本发明一实施例，所述绝缘层以及所述隔离层的材料为黑色聚酰亚胺。

根据本发明一实施例，所述至少一个光学透镜设置于所述发光结构的所述触控层上。

根据本发明一实施例，所述至少一个光学透镜设置于所述封装层以及所述触控层之间。

根据本发明一实施例，所述至少一个光学透镜靠近所述光学感应元件的表面为平面，所述至少一个光学透镜远离所述光学感应元件的表面为凸面。

根据本发明一实施例，所述至少一个光学透镜具有梯形结构，其中所述梯形结构靠近所述光学感应元件的第一底边大于所述梯形结构远离所述光学感应元件的第二底边。

本发明的有益效果为：本发明的指纹识别装置基于莫尔成像原理，将指纹识别感应元件中的光学透镜以及准直结构集成于发光结构中，能有效降低整体指纹识别装置的厚度，并降低工艺成本。进一步而言，采用黑色聚酰亚胺为材料的准直结构可吸收干扰光信号，且光学透镜的设置可增强对光线的汇聚，皆有利于提高指纹识别效率。因此，本发明不仅可实现屏下指纹识别触控集成，并可使指纹识别装置达到更轻薄、灵敏、安全。

附图说明

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图1为根据现有技术所绘示的一种屏下指纹识别结构的截面示意图。

图2为图1的屏下指纹识别结构的局部放大示意图。

图3为根据本发明一实施例所绘示的一种指纹识别装置的截面示意图。

图4为根据本发明另一实施例所绘示的一种指纹识别装置的截面示意图。

图5为根据本发明又一实施例所绘示的一种指纹识别装置的截面示意图。

图6为根据本发明一实施例所绘示的一种指纹识别装置的发光结构中子像素与准直结构之间配置关系的上视示意图。

图7为根据本发明另一实施例所绘示的一种指纹识别装置的发光结构中子像素与准直结构之间配置关系的上视示意图。

图8为根据本发明一实施例所绘示的一种指纹识别装置应用于显示屏的示意图。

图9为根据本发明另一实施例所绘示的一种指纹识别装置应用于显示屏的示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

图3为根据本发明一实施例所绘示的一种指纹识别装置2的截面示意图。图4为根据本发明另一实施例所绘示的一种指纹识别装置3的截面示意图。图5为根据本发明又一实施例所绘示的一种指纹识别装置4的截面示意图。

请参照图3所示，本发明的指纹识别装置2包括发光结构200、光学感应元件22a以及至少一个光学透镜224。发光结构200包括发光区A1以及围绕设置发光区A1的非发光区A2，其中非发光区A2包括准直结构205，光学感应元件22a设置于发光结构200的非发光区A2的下方，且至少一个光学透镜224设置于准直结构205的上方。

在一些实施例中，发光结构200由下至上依序包括驱动电路层202、绝缘层204、隔离层206、封装层216以及触控层218。在一些实施例中，发光结构200例如是OLED面板，但本发明不限于此。

在发光区A1中，发光结构200更包括设置于隔离层206中的阳极208以及发光层210，其中发光层210设置于阳极208上。在一具体实施例中，发光层210例如是指一单像素。换句话说，非发光区A2是指相邻的两个单像素之间的区域。

在一些实施例中，驱动电路层202例如是LTPS阵列驱动电路，举例来说，驱动电路层202可以例如包括基板、钝化层、栅金属层、有源层、源漏金属层等结构，或是藉由上述这些结构所组成的薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)或驱动TFT。在本发明中，并未特别限定驱动电路层202的具体结构，只要驱动电路层202可以驱动发光结构200发光即可。

在一些实施例中，在非发光区A2中，准直结构205包括至少一个过孔205a，其中过孔205a贯穿绝缘层204以及隔离层206。请参照图3，在本实施例中，过孔205a的数量是以三个举例说明，但本发明不限于此。在其他实施例中，过孔205a的数量也可以是一个、两个或三个以上。在一些实施例中，过孔205a可以具有一定的深宽比，可根据不同的结构特征调整其数值，本发明不特别限定其数值。在一些实施例中，过孔205a的截面直径例如等于相邻两个发光区A1之间的最小间距的三分之一，但本发明不限于此。在一些实施例中，每个过孔205a分别对应一个光学透镜224(后文详述)，在此情况下，过孔205a的截面直径例如等于光学透镜224的直径。在一些实施例中，过孔205a的深度等于绝缘层204以及隔离层206两者的厚度和。在一些实施例中，过孔205a的截面形状例如为圆形、多边形或其组合。举例来说，多边形可以例如为菱形、方形或任意多边形。

应注意的是，过孔205a的设置需避开发光层210。也就是说，当发光层210例如是指一单像素时，过孔205a的位置例如是设置于RGB像素之间的区域，故不会影响像素发光。此外，后续阴极以及走线的形成也应避开过孔205a的位置来设置。

在一些实施例中，绝缘层204以及隔离层206的材料例如为不透光的材料，举例来说，绝缘层204以及隔离层206的材料例如为黑色聚酰亚胺(black polyimide)。值得一提的是，由于黑色聚酰亚胺相较于一般聚酰亚胺具有吸收光线的效果，有利于准直结构205的过孔205a吸收干扰光信号，进而可提高指纹识别效率。

在一些实施例中，在发光区A1中，发光结构100的封装层216包括阴极214以及设置于阴极214两侧的光敏间隙(photo spacer)层212。在一些实施例中，光敏间隙层212的材料也可以例如为黑色聚酰亚胺，故同样可用于吸收干扰光信号，而可提高指纹识别效率。

在一些实施例中，过孔205a以及光敏间隙层212的形成例如是对绝缘材料层、隔离材料层以及光敏间隙材料层(未示出)依序进行单层的光刻工艺，但本发明不限于此。在其他实施例中，过孔205a以及光敏间隙层212的形成也可以例如是先对绝缘材料层进行单层的光刻工艺，接着再对隔离材料层以及光敏间隙材料层(未示出)进行半影式光罩(halftone)的光刻工艺。

在一些实施例中，光学透镜224可以例如设置于发光结构200的触控层218上。请参照图3所示，发光结构200的触控层218例如为OLED整合式触控(on-cell touch)层，也就是说，触控层218的上方更包括保护层222以及在触控层218与保护层222之间的黏合层220，在本实施例中，光学透镜224例如是设置于最上层的保护层222中，但本发明不限于此。在一些实施例中，保护层222可以为高透过率的有机材料层或无机材料层。举例来说，当保护层222的材料为有机材料(例如，透明聚酰亚胺或OC)时，可以例如采用纳米压印或半影式光罩工艺制作；而当保护层222的材料为无机材料(例如，SiNx、SiOx)时，可以例如采用半影式光罩工艺制作。在其他实施例中，光学透镜224也可以例如设置于封装层216以及触控层218之间。在一具体实施例中，光学透镜224例如是设置于封装层216以及触控层218之间的无机材料层(例如，SiNx、SiOx)，在此情况下，可以例如采用半影式光罩工艺制作。值得一提的是，由于每个光学透镜224分别对应一个过孔205a，因此藉由光学透镜224对光线的汇聚，可进一步增强指纹识别效率。

请参照图3所示，在本实施例中，由于光学透镜224以及准直结构205集成于发光结构200中，因此，可降低整体指纹识别装置的厚度。进一步来说，光学透镜224以及准直结构205集成于发光结构200中，同时可降低屏幕光以及自然光所产生的干扰光讯号，使光学感应元件22a仅接收由指纹反射的光讯号。如图3中所示，光讯号L1’(虚线箭头)以及光讯号L2’(点链线箭头)皆被准直结构205的黑色聚酰亚胺吸收，仅光讯号L3’(实线箭头)到达光学感应元件22a，故可增强指纹识别效率以及指纹识别安全性。

在一些实施例中，光学透镜例如是平凸透镜或是具有梯形结构的透镜。请参照图4所示，在本实施例中，光学透镜324例如是平凸透镜，其中光学透镜324靠近光学感应元件的表面为平面，光学透镜324远离光学感应元件的表面为凸面。请参照图5所示，在本实施例中，光学透镜424例如是具有梯形结构的透镜，其中梯形结构靠近光学感应元件的一底边大于梯形结构远离光学感应元件的另一底边。在本发明中，只要光学透镜能将指纹反射的光汇聚至发光结构下方的光学感应元件，且不影响发光层的出光率，光学透镜的焦点以及相关尺寸参数可依据光学原理设计，本发明对此不做特殊限定。在本发明中，可例如藉由调整光学透镜以及通孔的参数条件，来达到滤除干扰光讯号L4，并可同时汇聚实际所欲感应的光讯号L5，使其到达光学感应元件。在图4以及图5中，主要在于表达光学透镜的形状及配置，故仅简单示意驱动电路层302、402、绝缘层304、404、隔离层306、406、封装层316、416触控层318、418、保护层322、422、准直结构305、405、过孔305a、405a以及发光层310、410的相对位置。

图6为根据本发明一实施例所绘示的一种指纹识别装置的发光结构中子像素与准直结构之间配置关系的上视示意图。图7为根据本发明另一实施例所绘示的一种指纹识别装置的发光结构中子像素与准直结构之间配置关系的上视示意图。

如上所述，过孔和光学透镜彼此对应设置，且两者皆避开发光像素而设置于每个单像素之间的区域。请参照图6所示，在本实施例中，过孔505a的截面形状例如为圆形。请参照图7所示，在本实施例中，过孔605a的截面形状例如为菱形。在图6以及图7中，第一子像素510a、610a、第二子像素510b、610b以及第三子像素510c、610c例如分别代表红光子像素、蓝光子像素以及绿光子像素，但本发明不限于此。

图8为根据本发明一实施例所绘示的一种指纹识别装置2a应用于显示屏40的示意图。图9为根据本发明另一实施例所绘示的一种指纹识别装置2b应用于显示屏40的示意图。

在一些实施例中，本发明的指纹识别装置可以应用于显示屏中，且数量不限于一个。举例来说，请参照图8所示，在本实施例中，单一个指纹识别装置2a设置于显示屏40中。请参照图9所示，在本实施例中，四个指纹识别装置2b以阵列排列的方式设置于显示屏40中，故可扩大指纹识别的范围。

基于上述，本发明的指纹识别装置基于莫尔成像原理，将指纹识别感应元件中的光学透镜以及准直结构集成于发光结构中，能有效降低整体指纹识别装置的厚度，并降低工艺成本。进一步而言，采用黑色聚酰亚胺为材料的准直结构可吸收干扰光信号，且光学透镜的设置可增强对光线的汇聚，皆有利于提高指纹识别效率。因此，本发明不仅可实现屏下指纹识别触控集成，并可使指纹识别装置达到更轻薄、灵敏、安全。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例幷非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims

1.一种指纹识别装置，其特征在于：所述指纹识别装置包括：

发光结构，包括发光区以及围绕设置所述发光区的非发光区，其中所述非发光区包括准直结构；

光学感应元件，设置于所述发光结构的所述非发光区的下方；以及

至少一个光学透镜，设置于所述准直结构的上方。

2.如权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于：所述发光结构由下至上依序包括驱动电路层、绝缘层、隔离层、封装层以及触控层，其中所述发光结构在所述发光区中更包括设置于所述隔离层中的发光层。

3.如权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于：所述准直结构包括至少一个过孔，且所述至少一个过孔贯穿所述绝缘层以及所述隔离层。

4.如权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于：所述至少一个过孔对应所述至少一个光学透镜，且所述至少一个过孔的截面直径等于所述至少一个光学透镜的直径。

5.如权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于：所述至少一个过孔的截面直径等于相邻两个所述发光区之间的最小间距的三分之一。

6.如权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于：所述至少一个过孔的截面形状为圆形、多边形或其组合。

7.如权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于：所述绝缘层以及所述隔离层的材料为黑色聚酰亚胺。

8.如权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于：所述至少一个光学透镜设置于所述发光结构的所述触控层上。

9.如权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于：所述至少一个光学透镜设置于所述封装层以及所述触控层之间。

10.如权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于：所述至少一个光学透镜靠近所述光学感应元件的表面为平面，所述至少一个光学透镜远离所述光学感应元件的表面为凸面。

11.如权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于：所述至少一个光学透镜具有梯形结构，其中所述梯形结构靠近所述光学感应元件的第一底边大于所述梯形结构远离所述光学感应元件的第二底边。