CN112989876A - 光学识别模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学识别模块，其包括半导体基底、多个屏蔽层以及微透镜。半导体基底具有至少一感测区。这些屏蔽层设置在半导体基底上方，其中各屏蔽层具有至少一开口，且这些屏蔽层的多个开口形成至少一光通孔，以使外界的光经由光通孔倾斜导引至感测区。各开口于半导体基底上的正投影位置与感测区具有一平行于半导体基底的位移。微透镜设置在这些屏蔽层中最远离半导体基底的屏蔽层所具有的开口上，以使外界的光倾斜导引至感测区。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学模块，尤其涉及一种光学识别模块。
背景技术
随着物联网技术的蓬勃发展，生物识别技术的应用及需求因此迅速扩张。目前市面上常见的生物识别技术主要是利用光学、电容或超音波等方式识别指纹、掌纹、静脉分布、虹膜、视网膜或脸部特征等生物特征，藉此达到身分识别或认证的目的。相较于以电容或超音波方式识别生物特征的识别模块，以光学方式识别生物特征的光学识别模块通过图像传感器的感测区接收被待测物反射的光，以进行生物特征的识别，因此具有耐用度高且成本低廉的优势。然而，被待测物反射的光束容易散乱地传递至感测区，而造成取像品质不佳，影响识别结果。此外，屏下式光学识别模块的检测光源(通常为有机发光二极管面板的发光像素)所发出的光会有一大部分往正下方照射，而使得像素正下方的感测区大量接收到此与指纹无关的光而形成较大的噪音，而进而影响识别的结果。
发明内容
本发明提供一种光学识别模块，其具有良好的识别能力。
本发明的光学识别模块包括半导体基底、多个屏蔽层以及微透镜。半导体基底具有至少一感测区。这些屏蔽层设置在半导体基底上方，其中各屏蔽层具有至少一开口，且这些屏蔽层的多个开口形成至少一光通孔，以使外界的光经由该至少一光通孔倾斜传递至此至少一感测区。各开口于半导体基底上的正投影位置与此至少一感测区具有一平行于半导体基底的位移。微透镜设置在这些屏蔽层中最远离半导体基底的屏蔽层所具有的开口上，以将外界的光经由此至少一光通孔倾斜导引至此至少一感测区。
在本发明的一实施例中，微透镜将来自手指的指纹脊线反射的相对半导体基板倾斜的斜向光倾斜导引至此至少一感测区，将非指纹脊线反射的光导引至此至少一感测区之外。
在本发明的一实施例中，多个屏蔽层的多个开口于半导体基板上的正投影沿着一排列方向依序排列，且排列方向与半导体基板的表面平行。
在本发明的一实施例中，光通孔的延伸方向与半导体基版之间具有一夹角，且夹角不等于90度。
在本发明的一实施例中，微透镜一边的平均切线斜率大于另一边的平均切线斜率。
在本发明的一实施例中，微透镜呈镜像对称。
在本发明的一实施例中，微透镜于半导体基底上的正投影与多个屏蔽层的至少其中之一重叠。
在本发明的一实施例中，至少一感测区为多个感测区，且微透镜的中心于半导体基底上的正投影位于这些感测区之间。
在本发明的一实施例中，多个屏蔽层的材质为金属。
在本发明的一实施例中，多个屏蔽层是通过集成电路的一金属内连线而形成。
在本发明的一实施例中，光学识别模块还包括反射层，设置于半导体基底的顶面上，反射层具有至少一针孔，针孔在半导体基底上的正投影与至少一感测区重叠。
在本发明的一实施例中，反射层的针孔与多个屏蔽层中最接近半导体基底的屏蔽层的开口于半导体基底上的正投影彼此重叠。
在本发明的一实施例中，上述反射层的针孔的尺寸小于感测区的尺寸。
在本发明的一实施例中，上述的光学识别模块还包括多个介电层，其中各介电层分别位于其中二屏蔽层之间。
基于上述，本发明的实施例的光学识别模块中，利用多个屏蔽层及微透镜以将外界的光倾斜导引至感测区，以有效改善光学干扰(crosstalk)、达到光学降噪并提升图像解析度，也可避免检测光源所发出的朝向正下方传递的强光影响识别结果。因此，本发明的实施例的光学识别模块可具有良好的识别能力。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的光学识别模块的剖面示意图；
图2是依照本发明的一实施例的电子装置的剖面示意图；
图3是依照本发明的另一实施例的光学识别模块的剖面示意图；
图4A是依照本发明的又一实施例的光学识别模块的剖面示意图；
图4B是依照本发明的再一实施例的光学识别模块的上视示意图；
图5是依照本发明的另一实施例的光学识别模块的剖面示意图。
附图标号说明：
100、200、300、400：光学识别模块
110：半导体基板
120、120A：屏蔽层
50：有机发光二极管
CG：保护玻璃
DL：介电质
DP：显示面板
D1：排列方向
ED：电子装置
FP：指纹脊线
IL：光
NIL：非指纹脊线反射的光
L1、L2、L3：微透镜
OP：开口
PH：针孔
R：感测区
RL1、RL2：反射层
TH：光通孔
具体实施方式
在附图中，各附图示出的是特定示范实施例中所使用的方法、结构和/或材料的通常性特征。然而，所述附图并不局限于下列实施例的结构或特征，且这些附图不应被解释为界定或限制由这些示范实施例所涵盖的范围或性质。举例来说，为了清楚起见，各膜层、区域和/或结构的相对厚度及位置可能缩小或放大。
在各附图中使用相似或相同的元件符号倾向于标示相似或相同元件或特征的存在。附图中的相似元件符号标示相似的元件并且将省略其赘述。
下列实施例所列举的光学识别模块适于获取待测物的生物特征。待测物可为手指或手掌。对应地，生物特征可为指纹、静脉或掌纹，但不以此为限。
图1是依照本发明的一实施例的光学识别模块的剖面示意图。请参照图1，本实施例的光学识别模块100包括半导体基底110、多个屏蔽层120以及微透镜L1。
半导体基底110具有至少一感测区R，所述至少一感测区R为半导体基底110中的收光区域，适于接收被待测物(例如手指)反射的光(即外界的光IL，其带有生物特征信息)。举例来说，一个感测区R可为电荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)、互补式金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)或其他适当种类的图像传感器的一个像素或数个像素，而在本实施例中半导体基板110上具有排成二维阵列的感测区R(例如排成阵列的像素)。
这些屏蔽层120设置在半导体基底110上方。进一步而言，其中各屏蔽层120具有至少一开口OP，且这些屏蔽层120的多个开口OP形成至少一光通孔TH，以使外界的光IL经由至少一光通孔TH倾斜传递至此至少一感测区R，如图1所示，光通孔TH可导引外界小部分朝向正下方传递的光及外界大部分的斜向光，然而在其它实施例中，也可以都导引斜向光，其中每个开口OP于半导体基底110上的正投影位置与至少一感测区R具有一平行于半导体基底110的位移，藉此改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度同时也可避免检测光源所发出的朝向正下方传递的强光影响识别结果。另一方面，在本实施例中，这些屏蔽层120是通过光学识别模块100的一金属内连线而形成。换言之，在本实施例中，这些屏蔽层120的材质为金属(如：铜、钨或铝等金属)，但本发明不以此为限。在另一实施例中，这些屏蔽层120亦可由光学识别模块100中其他的结构(如：黑光阻)而形成，本发明皆不以此为限。
微透镜L1设置在这些屏蔽层120中最远离半导体基底110的屏蔽层120(即图1中最上方的屏蔽层120)所具有的开口OP上，以将外界的光IL经由此至少一光通孔TH倾斜导引至此至少一感测区R，如图1所示，可以导引小部分朝向正下方传递的光、大部分斜向光，然而在其它实施例中，也可以都导引斜向光。如此一来，便能使至少一感测区R读取并识别外界光线所携带的图像信息。
如图1所示，在本实施例中，光学识别模块100还包括多个介电层DL，且各介电层DL分别位于相邻二屏蔽层120之间，或者是覆盖屏蔽层120。
如图1所示，在本实施例中，这些屏蔽层120的这些开口OP于半导体基板110上的正投影沿着一排列方向D1(如图1的水平方向)依序排列，且排列方向D1与半导体基板110的表面平行，因此，这些开口OP能形成至少一光通孔TH。如此，在本实施例中，至少一光通孔TH的延伸方向会与半导体基板110之间具有一夹角，且夹角不等于90度。如此一来，便能使外界的光IL经由至少一光通孔TH倾斜传递至此至少一感测区R，藉此改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度，也可避免检测光源所发出的朝向正下方传递的强光影响识别结果。
在本实施例中，微透镜L1一边的平均切线斜率大于另一边的平均切线斜率(例如图1中微透镜L1的左边较为陡峭，而右边较为平缓)，以更有效率的会聚光束并倾斜引导外界的光IL至此至少一感测区R，进而能使此至少一感测区R能读取并更清晰的识别外界光线中的图像信息。
图2是依照本发明一实施例的电子装置的剖面示意图。请参照图2，本实施例的电子装置ED包括如图1的光学识别模块100、保护玻璃CG、显示面板的基板DP以及基板DP上的有机发光二极管(organic light-emitting diode)50。如图2所示(光学识别模块100所包括的构件请参考图1所示)，在本实施例中，来自手指的指纹脊线FP反射的光IL为相对半导体基板110倾斜的斜向光IL，微透镜L1将来自手指的指纹脊线FP反射的光IL(斜向光)倾斜导引至光学识别模块100的此至少一感测区R，而非指纹脊线反射的光NIL被导引至此至少一感测区R之外。在本实施例中，由于检测光源(例如为朗伯特光源(Lambertian))所发光的光指向性高，因此来自检测光源的噪音以30度角内入射居绝大部分，来自待测物反射的光IL则以斜向入射居多。故本发明的一实施例以微透镜L1接收光IL(斜向光)进入至少一感测区R，直下的会产生噪音的光(即直接来自有机发光二极管50而非手指反射的光)则偏折到感测区R之外。
图3是依照本发明的另一实施例的光学识别模块的剖面示意图。请参照图3，本实施例的光学识别模块200与图1中光学识别模块100类似，而两者的主要差异如下所述。在本实施例中，光学识别模块200还可包括一反射层RL1，设置在半导体基底110的顶面上，且位于感测区R与屏蔽层120之间。反射层RL1具有至少一针孔PH，至少一针孔PH在半导体基底110上的正投影与至少一感测区R重叠，以进一步改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度。
在本实施例中，反射层RL1的至少一个针孔PH与这些屏蔽层120中最接近半导体基底110的屏蔽层120的开口OP于半导体基底110上的正投影重叠。此外，针孔PH的尺寸小于感测区R尺寸，以有效抑制光学干扰。
图4A是依照本发明的又一实施例的光学识别模块的剖面示意图，而图4B是依照本发明的再一实施例的光学识别模块的上视示意图。请先参照图4A，本实施例的光学识别模块300与图3中光学识别模块200类似，而两者的主要差异如下所述。请参照图4A，在本实施例中，微透镜L2呈镜像对称。此外，微透镜L2于半导体基底110上的投影与多个屏蔽层120A的至少其中之一重叠，以阻挡检测光源所发出的朝向正下方传递的噪音及强光。进一步而言，在本实施例中，至少一感测区R为多个感测区R，例如为图4A所示的两个感测区R共用一个微透镜L2，最接近半导体基底110的屏蔽层120A具有多个开口OP(例如图4A中的两个开口)，且分别与这些屏蔽层120A上的多个开口OP形成多个光通孔TH(例如图4A中的两个光通孔TH)。反射层RL2具有多个针孔PH，这些针孔PH在半导体基底110上的正投影分别与这些感测区R重叠，且微透镜L2的中心于半导体基底110上的正投影位于这些感测区R之间，在本实施例中，微透镜L2与这些感测区R的设置关系是一对二。然而，在另一实施例中，一个微透镜L2所对应的感测区R的数量可依需求改变，而不限于图4A所示的两个，请参照图4B所示的光学识别模块300的上视示意图，一个微透镜L2所对应的感测区R的数量例如可以为四个，也就是微透镜L2与这些传感器R的关系为一对四，且微透镜L2的中心于半导体基底110上的正投影位于四个感测区R之间。此外，在本实施例中，虽是以光学识别模块300具备反射层RL2为例，但本发明不以此为限。在另一实施例中，光学识别模块300亦可不具备反射层RL2。
图5是依照本发明的另一实施例的光学识别模块的剖面示意图。请参照图5，本实施例的光学识别模块400与图3中的光学识别模块200类似，而两者的主要差异如下所述。在光学识别模块400中，微透镜L3呈镜像对称(例如在图5中是左右对称的)。通过这些屏蔽层120的这些开口OP所形成光通孔TH的导引，亦能将镜像对称的微透镜L3所会聚的光IL倾斜导引至感测区R。
综上所述，本发明的实施例的光学识别模块中，利用多个屏蔽层及微透镜以将外界的光倾斜导引至感测区，以有效改善光学干扰(crosstalk)、达到光学降噪并提升图像解析度，也可避免检测光源所发出的朝向正下方传递的强光影响识别结果。因此，本发明的实施例的光学识别模块可具有良好的识别能力。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (13)
1.一种光学识别模块，包括：
半导体基底，具有至少一感测区；
多个屏蔽层，设置在所述半导体基底上方，其中各屏蔽层具有至少一开口，且所述多个屏蔽层的多个开口形成至少一光通孔，以使外界的光经由所述至少一光通孔倾斜传递至所述至少一感测区，其中各所述开口于所述半导体基底上的正投影位置与所述至少一感测区具有平行于所述半导体基底的位移；以及
微透镜，设置在所述多个屏蔽层中最远离所述半导体基底的屏蔽层所具有的开口上，以将外界的光经由所述至少一光通孔倾斜导引至所述至少一感测区。
2.根据权利要求1所述的光学识别模块，其中所述微透镜将来自手指的指纹脊线反射的相对所述半导体基板倾斜的斜向光倾斜导引至所述至少一感测区，将非所述指纹脊线反射的光导引至所述至少一感测区之外。
3.根据权利要求1所述的光学识别模块，其中所述多个屏蔽层的所述多个开口于所述半导体基板上的正投影沿着排列方向依序排列，且所述排列方向与所述半导体基板的表面平行。
4.根据权利要求3所述的光学识别模块，所述至少一光通孔的延伸方向与所述半导体基版之间具有夹角，且所述夹角不等于90度。
5.根据权利要求4所述的光学识别模块，其中所述微透镜一边的平均切线斜率大于另一边的平均切线斜率。
6.根据权利要求4所述的光学识别模块，其中所述微透镜呈镜像对称。
7.根据权利要求6所述的光学识别模块，其中所述微透镜于所述半导体基底上的正投影与所述多个屏蔽层的至少其中之一重叠。
8.根据权利要求7所述的光学识别模块，其中所述至少一感测区为多个感测区，且所述微透镜的中心于所述半导体基底上的正投影位于所述多个感测区之间。
9.根据权利要求1所述的光学识别模块，其中所述多个屏蔽层的材质为金属。
10.根据权利要求1所述的光学识别模块，其中所述多个屏蔽层是通过集成电路的金属内连线而形成。
11.根据权利要求1所述的光学识别模块，还包括：
反射层，设置于所述半导体基底的顶面上，所述反射层具有至少一针孔，所述针孔在所述半导体基底上的正投影与所述至少一感测区重叠。
12.根据权利要求11所述的光学识别模块，其中所述反射层的所述针孔与所述多个屏蔽层中最接近所述半导体基底的屏蔽层的所述开口于所述半导体基底上的正投影彼此重叠。
13.根据权利要求11所述的光学识别模块，其中所述反射层的所述针孔的尺寸小于所述感测区的尺寸。
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