CN113065445A - 指纹识别装置和电子设备 - Google Patents

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CN113065445A CN202110328590.0A CN202110328590A CN113065445A CN 113065445 A CN113065445 A CN 113065445A CN 202110328590 A CN202110328590 A CN 202110328590A CN 113065445 A CN113065445 A CN 113065445A
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Abstract

本申请实施例公开了一种指纹识别装置和电子设备，能够简化光路叠层结构及加工过程，从而提高了量产作业效率。该指纹识别装置包括：指纹传感器芯片；红外截止滤光层，设置在该指纹传感器芯片的上方；挡光层，通过镀膜方式设置在该红外截止滤光层的上表面，该挡光层设置有第一小孔阵列，该第一小孔阵列中小孔的横截面呈倒梯形；包括第一彩色滤光单元的透光介质层，该第一彩色滤光单元形成在该第一小孔阵列中的部分小孔内以覆盖该部分小孔；微透镜阵列，设置在该透光介质层的上方。

Description

指纹识别装置和电子设备
技术领域
本申请实施例涉及指纹识别领域，并且更具体地，涉及一种指纹识别装置和电子设备。
背景技术
随着手机全面屏时代的到来，屏下指纹的应用越来越广泛，其中以光学式屏下指纹最为普及。
通常光学指纹识别装置从下到上依次包括指纹传感器芯片、红外截止滤光层、挡光层、彩色滤光层和微透镜阵列层。现有的光学指纹识别装置需要利用透明介质层作为红外截止滤光层和挡光层之间的粘附缓冲层，并且利用透明介质层作为挡光层和彩色滤光层之间以及彩色滤光层和微透镜阵列层之间的平坦缓冲层，从而使得总体光路结构相对复杂、加工过程较为繁琐，产出效率相对较低。
发明内容
本申请实施例提供一种指纹识别装置和电子设备，能够简化光路叠层结构及加工过程，从而提高了量产作业效率。
第一方面，提供了一种指纹识别装置，适用于具有显示屏的电子设备，该指纹识别装置用于设置在该显示屏的下方，该指纹识别装置包括：指纹传感器芯片；红外截止滤光层，设置在该指纹传感器芯片的上方；挡光层，通过镀膜方式设置在该红外截止滤光层的上表面，该挡光层设置有第一小孔阵列，该第一小孔阵列中第一小孔的横截面呈倒梯形；包括第一彩色滤光单元的透光介质层，该第一彩色滤光单元形成在该第一小孔阵列中的部分第一小孔内以覆盖该部分第一小孔，该第一彩色滤光单元用于透过红光、蓝光和绿光中的至少一种波段的光；微透镜阵列，设置在该透光介质层的上方；其中，该指纹传感器芯片用于接收经过该显示屏上方的手指返回的并通过该微透镜阵列会聚后，再经由该第一小孔阵列引导的光信号，该光信号用于进行指纹识别。
通过镀膜方式来进行挡光层的制作，可以实现挡光层的小孔呈现倒梯形形状，从而可以将彩色滤光单元直接设置于挡光层之上，从而在不影响指纹识别效果的情况下，减少了挡光层与彩色滤光层之间的透明介质层的数量，极大地简化光路叠层结构及加工过程，提高了量产作业效率。
另外，挡光层不是采用涂布BM光阻的方式制作的，而是采用镀膜方式制作的，通过特定类型材料的膜层厚度与结构搭配，可以实现与BM光阻等同的光学效果，这在一定程度上能够丰富材料的选型，拓宽制备的途径，有利于指纹识别装置的开发和应用，能够缓解产能瓶颈。
在一种可能的实现方式中，该第一彩色滤光单元采用有机色阻材料，通过涂布以及曝光显影图形化后形成在该部分第一小孔内。
在一种可能的实现方式中，该第一彩色滤光单元采用无机材料，通过镀膜以及剥离工艺图形化后形成在该部分第一小孔内。
在一种可能的实现方式中，该第一彩色滤光单元采用二氧化硅、二氧化钛和五氧化二铌中的至少一种材料制作。
例如，该第一彩色滤光单元可以采用二氧化硅、二氧化钛或者五氧化二铌。
在一种可能的实现方式中，该第一彩色滤光单元的厚度为0.5-3μm。
在一种可能的实现方式中，该红外截止滤光层为形成在该指纹传感器芯片的上表面的镀膜层。
在一种可能的实现方式中，所述透光介质层还包括第二彩色滤光单元或第一透明介质层，所述第二彩色滤光单元或第一透明介质层形成在所述第一小孔阵列中除所述部分第一小孔之外的另一部分第一小孔以覆盖所述另一部分第一小孔，所述第二彩色滤光单元用于透过与所述第一彩色滤光单元不同颜色的光。
在一种可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括：第二透明介质层，设置在所述透光介质层的上表面；其中，所述微透镜阵列设置在所述第二透明介质层的上表面。
通过镀膜方式来进行挡光层的制作，可以实现挡光层的小孔呈现倒梯形形状，从而可以将彩色滤光层单元接设置于挡光层之上，使得整个光路结构只需要在透光介质层与微透镜阵列之间设置1层透明介质层，即可以实现红外截止滤光层、挡光层、彩色滤光单元以及微透镜阵列之间的粘附、成型和保护，从而在不影响指纹识别效果的情况下，减少了透明介质层的数量，极大地简化光路叠层结构及加工过程，提高了量产作业效率。
可选地，该第二彩色滤光单元用于透过与第一彩色滤光单元不同颜色的光，例如，该第一彩色滤光单元用于透过红光，第二彩色滤光单元用于透过绿光。
通过设置第二彩色滤光单元，有利于降低环境光信号的影响，从而能够提升指纹识别性能。
可选地，该第二彩色滤光单元与第一彩色滤光单元的形成方式可以类似。例如，该第二彩色滤光单元采用有机色阻材料，通过涂布以及曝光显影图形化后形成在所述另一部分第一小孔内。再例如，该第二彩色滤光单元采用无机材料，通过镀膜以及剥离工艺图形化后形成在所述另一部分第一小孔内。
可选地，该第二彩色滤光单元或第一透明介质层的厚度可以与第一彩色滤光单元的厚度相同，例如，可以为0.5-3μm。
可选地，该第二彩色滤光单元也可以采用二氧化硅、二氧化钛和五氧化二铌中的至少一种制作。
可选地，该第二彩色滤光单元与第一彩色滤光单元所采用的材料可以相同也可以不同。
在一种可能的实现方式中，该指纹传感器芯片包括具有多个像素单元的像素阵列，该多个像素单元包括感光区域的有效像素单元和暗像素区域的暗像素单元，该暗像素区域包围该感光区域，该透光介质层包括设置于该感光区域的最外围至少一圈的有效像素单元上方的多个第一彩色滤光单元以及设置于该暗像素单元上方的呈口字型的多个第一彩色滤光单元，设置于该暗像素单元上方的该多个第一彩色滤光单元与设置于该有效像素单元上方的该多个第一彩色滤光单元连接。
在一种可能的实现方式中，该设置于所述有效像素单元上方的多个第一彩色滤光单元离散分布。
在一种可能的实现方式中，该设置于所述有效像素单元上方的多个第一彩色滤光单元连续分布。
可选地，第二彩色滤光单元可以设置在感应区域内除该最外围至少一圈的有效像素单元之外的有效像素单元的上方。
在一种可能的实现方式中，该指纹传感器芯片包括具有多个像素单元的像素阵列和金属图形层；该金属图形层设置在该像素阵列的上方，该金属图形层设置有第二小孔阵列，该第二小孔阵列中的第二小孔与该像素阵列中的像素单元一一对应；该像素阵列用于接收经过该显示屏上方的手指返回的并通过该微透镜阵列会聚后，再经由该第一小孔阵列和该第二小孔阵列引导的光信号。
在一种可能的实现方式中，该挡光层的非开孔区域对400nm～1200nm波段下光信号的反射率与透过率均小于0.1％。
在一种可能的实现方式中，该挡光层中的第一小孔阵列是通过曝光显影后采用刻蚀或剥离工艺形成的。
在一种可能的实现方式中，该第一透明介质层和/或该第二透明介质层对可见光波段的光信号的透过率大于98％。
在一种可能的实现方式中，该第一透明介质层和/或该第二透明介质层通过涂布方式或镀膜方式设置。
在一种可能的实现方式中，该第一透明介质层和/或该第二透明介质层采用氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅中的至少一种材料制作。
例如，该第一透明介质层和/或该第二透明介质层可以采用氮化硅、二氧化硅或者氮氧化硅。
可选地，该第一透明介质层和该第二透明介质层可以为同一透明介质层。
第二方面，提供一种电子设备，包括：显示屏，以及第一方面及其任一种可能的实现方式中的指纹识别装置。
第三方面，提供了一种制备指纹识别装置的方法，包括：通过镀膜方式在指纹传感器芯片的上表面制作红外截止滤光层；在该红外截止滤光层的上表面进行镀膜，并采用剥离工艺进行图形化，以形成具有第一小孔阵列的挡光层，该第一小孔阵列中第一小孔的横截面呈倒梯形；在该第一小孔阵列中的部分第一小孔中制作第一彩色滤光单元，该第一彩色滤光单元用于透过红光、蓝光和绿光中的至少一种波段的光。
通过镀膜方式来进行挡光层的制作，可以实现挡光层的小孔呈现倒梯形形状，使得彩色滤光层可以直接设置于挡光层之上，从而在不影响指纹识别效果的情况下，减少了挡光层与彩色滤光层之间的透明介质层，极大地简化光路叠层结构及加工过程，提高了量产作业效率。
在一种可能的实现方式中，该在该第一小孔阵列中的部分第一小孔阵列中制作第一彩色滤光单元，包括：采用有机色阻材料在该挡光层的上表面以及该第一小孔阵列内进行涂布；通过曝光显影进行图形化，使得该有机色阻材料覆盖该第一小孔阵列中的部分第一小孔，以形成该第一彩色滤光单元。
在一种可能的实现方式中，该在该第一小孔阵列中的部分第一小孔阵列中制作第一彩色滤光单元，包括：采用无机材料在该挡光层的上表面以及该第一小孔阵列内进行镀膜；通过剥离工艺进行图形化，使得该有机色阻材料覆盖该第一小孔阵列中的部分第一小孔，以形成该第一彩色滤光单元。
在一种可能的实现方式中，该方法还包括：在该第一小孔阵列中除该部分第一小孔之外的另一部分小孔中制作第二彩色滤光单元或第一透明介质层，该第二彩色滤光单元用于透过与该第一彩色滤光单元不同颜色的光，该第一彩色滤光单元和该第二彩色滤光单元形成透光介质层或该第一彩色滤光单元和该第一透明介质层形成透光介质层。
在一种可能的实现方式中，该第一彩色滤光单元用于透过红光，该第二彩色滤光单元用于透过绿光。
在一种可能的实现方式中，该方法还包括：在该透光介质层的上表面制作第二透明介质层；在该第二透明介质层的上表面制作微透镜阵列。
附图说明
图1是本申请实施例所使用的电子设备的一种结构示意图。
图2是一种指纹识别装置的示意性结构图。
图3是本申请实施例提供的像素阵列中有效像素单元和暗像素单元的分布图。
图4是本申请实施例提供的第一彩色滤光单元的一分布图。
图5是本申请实施例提供的第二彩色滤光单元的另一分布图。
图6是指纹识别装置中各叠层相对位置的俯视图。
图7是彩色滤光层直接覆盖挡光层存在残留的示意图。
图8是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的示意性结构图。
图9是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的另一示意性结构图。
图10是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的另一示意性结构图。
图11是本申请实施例提供的一种电子设备的示意性框图。
图12是本申请实施例提供的一种制备指纹识别装置的方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
伴随时代的发展和科技的进步，电子产品屏幕的屏占比越来越高，全面屏已经成为众多电子产品的发展趋势。为适应这种全面屏的发展趋势，电子产品中的感光器件例如指纹识别、前置摄像头等也将被放置在屏幕之下。屏下指纹识别技术应用最多的是屏下光学指纹识别技术，由于屏下光学指纹器件的特殊性，要求带有指纹信号的光能够透过屏幕传递到下方的指纹传感器，进而得到指纹信号。
应理解，本申请实施例可以应用于光学指纹系统，包括但不限于光学指纹识别系统和基于光学指纹成像的医疗诊断产品，本申请实施例仅以光学指纹系统为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用光学成像技术的系统等。
作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹系统可以应用在智能手机、平板电脑、游戏设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(automated teller machine，ATM)等其他电子设备，但本申请实施例对此并不限定，本申请实施例可以应用在其他具有显示屏的移动终端或者其他电子设备；更具体地，在上述电子设备中，指纹识别装置可以具体为光学指纹装置，其可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下(Under-display)光学指纹系统。
图1示出了本申请实施例可以适用的电子设备的结构示意图。所述电子设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，所述光学指纹装置130设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述光学指纹装置130包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括具有多个光学像素单元131的像素阵列133，所述像素阵列133所在区域或者其感应区域为所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，所述光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹装置130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。
应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹装置130的像素阵列的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线汇聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹装置130像素阵列的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹装置130的像素阵列的面积基本一致。
因此，使用者在需要对所述电子设备进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的电子设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个电子设备10的正面。
作为一种可选的实施例，所述显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。以采用OLED显示屏为例，所述光学指纹装置130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。当手指140按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指140内部散射而形成散射光，在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的嵴(ridge)与峪(valley)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光151和来自指纹峪的发生过152具有不同的光强，反射光被光学指纹装置130中由多个像素单元131组成的像素阵列所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在所述终端设备10实现光学指纹识别功能。
应当理解的是，在具体实现上，所述电子设备10还包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述电子设备10的正面。因此，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。
另一方面，在某些实施例中，所述光学指纹装置130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹装置130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。在其他替代实施例中，所述光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。也即是说，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个光学指纹传感器的感应区域，从而将所述光学指纹装置130的指纹采集区域103可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。可替代地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域130还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。
应理解，在本申请实施例中，光学指纹装置中的像素阵列也可以称为感应阵列，像素阵列中的光学像素单元或像素单元也可称为感应单元。另外，上述光学指纹传感器也可以称为指纹传感器或者指纹传感器芯片。
还应理解，本申请实施例中的光学指纹装置也可以称为光学指纹识别模组、指纹识别装置、指纹识别模组、指纹模组、指纹采集装置等，上述术语可相互替换。
通常，光学指纹装置130还包括光学组件，该光学组件可以设置在光学指纹传感器的上方，其可以包括滤光层(Filter)、光路引导结构以及其他光学元件。滤光层可以用来滤除对指纹识别有影响的环境光，例如，红外截止滤光层用来滤除环境光中的红外光。
当前业界量产的屏下光学指纹装置中的光路引导结构主要有两种方案。一种是利用通孔小孔成像原理，小孔可以将手指反射的光信号引导至显示屏下方的传感器芯片，以进行指纹识别。理论上来说，小孔的孔径越小分辨率越高。但在实际的工业制造中，小孔的尺寸无法进一步缩小，从而限制其分辨率的提升。同时由于小孔只容许垂直方向的光信号进入，导致成像信号有限，无法提供足够的光信号到传感器芯片的采集区域。另一种方法利用光学透镜进行成像，此种方式与摄像头成像的原理类似，利用球面或非球面镜头聚光，以提升成像分辨率。另外，由于透镜具有汇聚光线的作用，因此，相比于小孔成像的方式，透镜成像能够引导较多的光信号到达传感器芯片。
随着电子设备朝着超薄化的方向发展，目前的指纹识别装置大多采用微透镜-小孔的结构，也就是说，该指纹识别装置可以包括微透镜阵列和挡光层，微透镜阵列可以设置在挡光层的上方，挡光层设置有小孔阵列。微透镜阵列用于将手指反射的光信号汇聚至小孔阵列，小孔阵列可以将接收到的光信号引导至挡光层下方的指纹传感器芯片。指纹传感器芯片可以根据接收到的光信号进行指纹识别。
微透镜具有汇聚光线的作用，从而能够提高指纹传感器芯片生成的图像的分辨率。小孔阵列具有筛选光信号的作用，例如小孔阵列不允许大角度的干扰光信号通过，仅允许期望的特定角度范围内的光信号通过，以提高指纹识别效果。
由于受人体皮肤组织的皮层厚度、血红蛋白浓度、黑色素含量等因素的影响，人体皮肤组织对特定波长光线例如红色光线的反射性能与硅胶、纸张和胶带等人工材料具有显著差别。因此，还可以通过在像素阵列中的部分像素单元的上方设置彩色滤光层以用来辨别手指的真假。
另外，不同的指纹识别环境对应不同的采集参数，其中，采集参数为指纹识别装置采集指纹光信号时所使用的参数，采集参数可以是但不限于曝光时间。比如，强光环境下采集指纹光信号的曝光时间较短，暗光环境下采集指纹光信号的曝光时间较长。如果指纹识别装置在采集指纹光信号时不能准确地识别出当前的指纹识别环境，例如，将强光环境误判为正常环境，这样指纹识别装置采集指纹光信号时使用的采集参数可能会与指纹识别环境不对应，出现指纹图像呈现马赛克等样子的情况，从而会增大拒识率(False RejectionRate，FRR)和误识率(False Acceptance Rate，FAR)，使得指纹识别的准确率大幅降低。通过在部分像素单元上设置彩色滤光层，该彩色滤光层可以透过不同颜色的光信号，使得其下方的像素单元可以感测到不同颜色的光信号，以基于感测的不同颜色的光信号进行强光检测，从而可以识别出指纹识别环境，然后再基于指纹识别环境采集指纹光信号，从而可以提高指纹识别的准确率。
图2示出了一种指纹识别装置的结构示意图。如图2所示，该指纹识别装置从下到上依次可以包括：指纹传感器芯片210、红外截止(Infrared Radiation Cut，IRC)滤光层220、挡光层230、彩色滤光层240以及微透镜阵列250。
其中，指纹传感器芯片210可以包括具有多个像素单元211的像素阵列，该像素阵列可用于接收手指返回的光信号，以进行指纹识别。另外，指纹传感器芯片210上还可以设置有金属图形层212，该金属图形层212位于像素阵列的上方。该金属图形层212上设置有第二小孔阵列，该第二小孔阵列包括多个第二小孔，可用于将手指返回的光信号引导至像素阵列。
可以理解的是，该金属图形层212为指纹传感器芯片210内部的线路层，该金属图形层212相当于指纹传感器芯片210内部的挡光层，能够进一步对手指返回的光信号进行筛选，将特定角度的光信号引导至像素阵列，从而有利于减少杂散光，增加入射光线准直度，提高图像对比度。
该金属图形层212中的第二小孔阵列可以与指纹传感器芯片中的多个像素单元一一对应，第二小孔阵列中的一个第二小孔与多个像素单元中的一个像素单元对应，该一个小孔能够将手指返回的光信号引导至对应的一个像素单元上。
该指纹识别装置还包括IRC滤光层220，IRC滤光层220可以通过镀膜(溅射或蒸镀)的方式沉积在指纹传感器芯片210的上表面，IRC滤光层220可以采用无机镀膜层材料进行制作，该IRC滤光层220可用于滤除红外光波段的光信号。
该指纹识别装置还可以包括挡光层230，该挡光层230上可以设置第一小孔阵列，所述第一小孔阵列包括多个第一小孔。该第一小孔阵列可以是根据金属图形层212所在的位置或多个像素单元所在的位置在挡光层230上进行开孔形成的。第一小孔阵列的开孔位置需要与金属图形层212中的第二小孔阵列的位置以及多个像素单元的位置相匹配，也就是说，经过开孔后形成的第一小孔阵列与指纹传感器芯片210的像素阵列以及金属图形层212的第二小孔阵列具有对应关系。
指纹识别装置还可以包括微透镜阵列250，微透镜阵列250能够起到汇聚光线的作用，有利于提高指纹传感器芯片生成的指纹图像的分辨率，其中该微透镜阵列250可以包括多个微透镜，并且该多个微透镜与挡光层230的第一小孔阵列、金属图形层212的第二小孔阵列以及指纹传感器芯片210的像素阵列具有对应关系。
例如，微透镜阵列250中的一个微透镜对应第一小孔阵列中的一个第一小孔，并且第一小孔阵列中的一个第一小孔对应第二小孔阵列中的一个第二小孔，以及第二小孔阵列中的一个第二小孔对应像素阵列中的一个像素单元，也就是说，微透镜阵列250中的微透镜、第一小孔阵列中的第一小孔、第二小孔阵列中的第二小孔以及像素阵列中的像素单元分别一一对应。
再例如，微透镜阵列250中的一个微透镜对应第一小孔阵列中的一个第一小孔，第一小孔阵列中的一个第一小孔对应第二小孔阵列中的多个第二小孔，第二小孔阵列中的一个第二小孔对应像素阵列中的一个像素单元，也就是说，微透镜阵列250中的一个微透镜对应第一小孔阵列中的一个第一小孔、对应第二小孔阵列中的多个第二小孔，以及对应像素阵列中的多个像素单元，例如，1个微透镜对应1个第一小孔、对应4个第二小孔以及对应4个像素单元、1个微透镜对应1个第一小孔、对应9个第二小孔以及对应9个像素单元或者1个微透镜对应1个第一小孔、对应16个第二小孔以及对应16个像素单元等。
再例如，微透镜阵列250中的一个微透镜对应第一小孔阵列中的多个第一小孔，并且第一小孔阵列中的一个第一小孔对应第二小孔阵列中的一个第二小孔，以及第二小孔阵列中的一个第二小孔对应像素阵列中的一个像素单元，也就是说，微透镜阵列250中的一个微透镜对应第一小孔阵列中的多个第一小孔、对应第二小孔阵列中的多个第二小孔、以及对应像素阵列中的多个像素单元，例如，1个微透镜对应4个第一小孔、对应4个第二小孔以及对应4个像素单元；1个微透镜对应9个第一小孔、对应9个第二小孔以及对应9个像素单元；1个微透镜对应16个第一小孔、对应16个第二小孔以及对应16个像素单元等。
该指纹识别装置还可以包括彩色滤光层240，该彩色滤光层240属于图形化层，也就是说，彩色滤光层240仅设置在指纹传感器芯片中的部分像素单元(即部分像素单元)的上方，其余区域的彩色滤光层可以通过曝光显影工艺去除掉。换句话说，指纹识别装置实际上包括多个彩色滤光单元，该多个彩色滤光单元设置在部分像素单元的上方(该部分像素单元可以记为特征像素单元)，而大部分像素单元上方未设置彩色滤光单元以使得用于指纹识别的可见光信号进入(该部分像素单元可以记为普通像素单元)。可选地，可以在普通像素单元上方填充透明材料，以与特征像素单元保持平坦。
通常，像素阵列可以包括有效像素单元和暗像素单元，其中，有效像素单元也即用于感光的像素单元，暗像素则为不感光的像素单元，暗像素单元是用来检测没有光信号时的输出信号即检测像素单元的本底噪声，这样将有效像素单元的输出信号减去本底噪声就能得到真实的输出信号，从而提高图像质量。
如图3所示，暗像素单元一般围绕有效像素单元设置。即像素阵列的中心区域的像素单元为有效像素单元，该中心区域也可以称为感光区域，而外围区域的像素单元为暗像素单元，该外围区域也可以称为暗像素区域。
彩色滤光层除了设置于有效像素单元上方，还可以设置于暗像素单元上方。也就是说，彩色滤光层包括设置于有效像素单元上方的多个彩色滤光单元和设置于暗像素单元上方的多个彩色滤光单元。例如，可以在感光区域的最外围至少一圈的有效像素单元上方设置若干个彩色滤光单元，该若干个彩色滤光单元可以离散设置，如图4所示；再例如，可以在感光区域的最外围至少一圈的有效像素单元上方设置若干个彩色滤光单元，该若干个彩色滤光单元可以连续设置，如图5所示。例如，可以在感光区域的最外围1圈、最外围2圈或者最外围3圈等的有效像素单元上方设置若干个彩色滤光单元，应理解，彩色滤光单元的数量设置越少，对指纹识别的影响越小。
可选地，设置在暗像素单元上方的多个彩色滤光单元可以呈口字型，其可以包围并连接设置在有效像素单元上方的多个彩色滤光单元，以保护并防止有效像素单元上方的彩色滤光单元的剥落。
图6示出了设置有彩色滤光层的像素单元上方各叠层相对位置的俯视图。在一个像素单元中，从下往上依次设置有挡光层、彩色滤光层、微透镜，由于在整个指纹传感器芯片的像素单元的上方均设置IRC滤光层，此处并未示出IRC滤光层，一般彩色滤光层会设计填满整个像素区域，而挡光层的开孔和微透镜的大小可根据需求进行设定。
目前的挡光层230主要是通过涂布黑色矩阵(black matrix，BM)光阻的方式制作的，而指纹识别装置对挡光层材料的光学吸收性能要求非常高，因此，挡光层230一般采用黑胶材料实现。为了增加IRC滤光层220和黑胶材料的挡光层230之间的粘附，需要在二者之间设置透明介质层260作为粘附缓冲层，以提高挡光层230和IRC滤光层220之间的粘结强度，此外，由于IRC滤光层220可能是只在指纹传感器芯片210上作部分区域覆盖，为了避免其图形化边缘起伏的地形影响黑色矩阵光阻的涂布作业效果，可以在IRC滤光层220和挡光层230之间增加透明介质层260，该透明介质层260还具有平坦化IRC滤光层220表面的作用；另外，由于挡光层230和彩色滤光层240均为图形化地形，即挡光层230和彩色滤光层240均不是平坦层，例如，挡光层230需要加工成具有第一小孔阵列，而彩色滤光层240需要加工成只覆盖部分像素单元，因此，需要在挡光层230和彩色滤光层240之间设置透明介质层270以及在彩色滤光层240和微透镜阵列250之间设置透明介质层280以平坦化挡光层230的表面以及彩色滤光层240的表面。
综上所述，图2所示的指纹识别装置的结构需要设置3层透明介质层，总体光路结构相对复杂，加工过程较为繁琐，产出效率会相对较低。
另外，申请人发现，由于黑胶基本为负性光刻胶，其特性为曝光显影后的小孔的横截面呈正梯形，该正梯形的下底长度大于上底长度，从而使得黑胶在小孔的底部形成内凹结构，若直接将彩色滤光层240直接设置在挡光层230的上表面，会带来一系列问题：1、负性光刻胶的彩色滤光层一般都要薄于挡光层，挡光层的内凹结构会影响彩色滤光层涂布时负性光刻胶的流体行为，从而会造成彩色滤光层的涂布性差，导致负性光刻胶的胶层断裂或不连续，容易发生彩色滤光层剥落或者其他可靠性问题，如图7所示，由于P处的内凹结构导致彩色滤光层的涂布性差；2、挡光层的内凹结构容易造成彩色滤光层的显影不完全，即挡光层的孔径内会有彩色滤光层的材料残留，在原本不需要保留彩色滤光层的挡光层的孔内如果存在彩色滤光层的材料残留，则正常原本只需要白光信号进入的感光单元中会有部分红光进入，则会干扰正常指纹信号的识别，影响指纹图像质量和识别性能，如图7所示，由于Q处的内凹结构导致彩色滤光层的材料残留。
需要说明的是，图7中的附图标记230、240以及260与图2和图6中所代表的部件相同，例如，230表示挡光层，240表示彩色滤光层，260表示红外截止滤光层220与挡光层230之间的透明介质层。
因此，本申请实施例提供了一种指纹识别装置，既可以减少所需要的透明介质层的数量，极大地简化了光路叠层结构及加工过程，从而提高了量产作业效率；另外，本申请实施例的指纹识别装置也不会存在由于彩色滤光层显影不完全而影响指纹识别效果的问题。
下面将结合图8至图10，详细描述本申请实施例的指纹识别装置的结构。
如图8至图10所示，指纹识别装置300可以适用于具有显示屏的电子设备，并且该指纹识别装置300可以设置在显示屏的下方。该指纹识别装置300从下到上依次包括：指纹传感器芯片310、IRC滤光层320、挡光层330、包括第一彩色滤光单元340的透光介质层，以及微透镜阵列350。
该挡光层330可以通过镀膜方式设置在IRC滤光层320的上表面，该挡光层330可以设置有第一小孔阵列，该第一小孔阵列中小孔的横截面呈倒梯形，该倒梯形的上底长度大于下底长度。
可选地，该镀膜方式可以包括溅射或者蒸镀等方式。
该挡光层330的非开孔区域对特定波段的光信号的具有较强的吸收效果，如挡光层330的非开孔区域对400nm～1200nm波段下的光信号的反射率与透过率均小于0.1％，即光密度(Optical Density，OD)值大于或等于3，镀膜形成的挡光层330可以实现与图2所示的黑色矩阵光阻同样的光学吸收效果，使得到达非开孔区域的400nm～1200nm波段下的大部分光信号都能被非开孔区域吸收。
本申请实施例对挡光层330所使用的材料不做具体限定，例如，该挡光层可以是采用以下材料中的至少一种制作的：金属、非金属化合物和金属氧化物。
非金属化合物例如可以包括非金属氧化物和/或氮化物。金属例如可以包括以下中的至少一种：铬(Cr)、铜(Cu)、纳米银(Ag)；非金属氧化物例如可以为二氧化硅(SiO2)；氮化物例如可以为氮化硅(SiNX)；金属氧化物例如可以包括氧化钛(TiO2)和/或氧化铌(Nb2O5)。
挡光层330还可以是使用上述两种或两种以上的材料制作的，且是通过将这些材料进行相互交叠沉积而形成的微纳叠层结构，沉积厚度可以是1～3μm。
例如，挡光层330可以为类三明治结构，在制作过程中，可以在底层先沉积300-500nm的纳米银膜或铜膜，然后再沉积厚度为100-200nm的介质隔离层SiO2或TiO2，最后在顶层沉积一层相对较薄的银膜，其厚度为10-50nm，且具有表面纳米颗粒岛状结构，利用微纳结构与入射光波的电子耦合实现光学全吸收效果。
在本申请实施例中，挡光层330的厚度可以依据产品实际需求设置，例如，挡光层330的厚度可以为0.5-5μm，进一步地，挡光层330的厚度为0.5-3μm。
挡光层330上的第一小孔阵列可以是通过曝光显影后采用刻蚀工艺或剥离(lift-off)工艺等工艺形成的。
第一彩色滤光单元340可以形成在第一小孔阵列中的部分小孔内以覆盖该部分小孔。
由于挡光层330是通过镀膜方式制作的，并且其中的小孔横截面可以是倒梯形，使得彩色滤光层340可以直接在挡光层330的上表面进行制作。
需要说明的是，本申请实施例中的小孔横截面也可以是矩形或者小孔的侧壁与底部呈近似垂直的倒梯形，本申请实施例对此不构成限定。
可选地，第一彩色滤光单元340可以设置在部分像素单元上方的小孔内。例如，一个像素单元上方设置一个第一彩色滤光单元。设置有第一彩色滤光单元的像素单元可以记为特征像素单元，通过特征像素单元采集的指纹图像即为低分辨率的彩色指纹图像。对于不同的材料(例如，人体手指和硅胶等人工材料)而言，该低分辨率彩色指纹图像具有明显不同的特性，因此，可以根据特征像素单元采集的低分辨率的彩色指纹图像的差异，确定指纹图像的真假。
也就是说，第一彩色滤光单元340可以起到真假手指防伪的作用。可选地，该第一彩色滤光单元340还可以对强烈环境光场景起到识别作用。
可选地，该第一彩色滤光单元340可以设置在感光区域的最外围至少一圈的有效像素单元上方，例如，该第一彩色滤光单元340可以在感光区域的最外围1圈、2圈或3圈等的有效像素单元上方设置，应理解，第一彩色滤光单元330的数量设置越少，对指纹识别的影响越小。
可选地，该第一彩色滤光单元340也可以设置在暗像素区域的暗像素单元上方，并且设置在暗像素单元上方的第一彩色滤光单元340可以呈口字型包围并且接触设置在有效像素单元上方的第一彩色滤光单元以保护并防止有效像素单元上方的第一彩色滤光单元340的剥落。
如图4所示，设置在有效像素单元上方的第一彩色滤光单元340可以离散分布；如图5所示，设置在有效像素单元上方的第一彩色滤光单元340也可以连续分布。
可选地，第一彩色滤光单元340可以采用有机色阻材料先涂布到挡光层330的上表面，再通过曝光显影进行图形化，形成在部分第一小孔内。
具体地，可以先通过常规负性胶进行曝光图形化定义形成倒梯形的负性光刻胶形貌，然后再基于此进行镀膜，采用lift-off工艺去胶之后，形成横截面呈倒梯形的开孔。基于此结构，再进行有机胶材的彩色滤光层的涂布，由于挡光层的开孔呈倒梯形，即从上到下的口径逐渐变窄，不会造成彩色滤光层的涂布性差，因此将第一彩色滤光单元直接涂布于挡光层之上是可行的。涂布之后的第一彩色滤光单元经过曝光显影进行图形化之后，只形成在部分像素单元的上方。
涂布制作彩色滤光单元的工艺比较成熟，操作比较简单。
可选地，第一彩色滤光单元340可以采用无机材料先镀膜到挡光层330的上表面，再通过剥离(lift-off)工艺进行图形化，形成在部分第一小孔内。
具体地，可以先通过常规负性胶进行曝光图形化定义形成倒梯形的负性光刻胶形貌，然后再基于此进行镀膜，采用lift-off工艺去胶之后，形成横截面呈倒梯形的开孔。基于此结构进行镀膜(镀膜材质可以实现与有机彩色滤光材质一样的滤光光谱)，再通过lift-off工艺去胶，剥离掉部分负性光刻胶(负性光刻胶上的镀膜层也同步被剥离)，留下需要材料滤光层的镀膜层材料，从而实现镀膜彩色滤光层的图形化。
由于挡光层是通过镀膜方式制作的，从工艺的整合度和同步实施的角度考虑，第一彩色滤光单元也可以采用镀膜的方式制作。
无机材料例如可以包括SiO2、TiO2以及Nb2O5。
可选地，在本申请实施例中，第一彩色滤光单元通常只允许特定波段范围内的光信号通过，而用于指纹检测的光源的发射光的波段范围需要包括该第一彩色滤光单元的波段，以及除此波段以外的至少部分其他波段，也就是说，第一彩色滤光单元的波段只包括该发射光的部分波段。这样，该发射光在待识别物体的表面反射后，进入第一彩色滤光单元，经过第一彩色滤光单元滤除一部分光信号，同时允许一部分光信号通过，进一步在特征像素单元上成像，进而可以得到低分辨率的彩色指纹图像。
举例来说，若该光源发射的是白光，即在指纹检测区域显示的是白色光斑，则第一彩色滤光单元可以为红色滤光单元，只允许红光波段通过，或者也可以为蓝色滤光单元，只允许蓝光波段通过，或者也可以为绿色滤光单元，只允许绿色波段通过，或者也可以为青色滤光单元，同时允许绿光和蓝光波段通过，等等，只要该第一彩色滤光单元能够滤除部分波段的光信号，同时允许其他波段的光信号通过即可，本申请实施例对此不做限定。
例如，蓝色滤光单元的波段范围可以是中心波段为440nm～475nm，上截止波段约为550nm，蓝光的透过率高于绿光和红光；绿色滤光单元的波段范围可以是中心波段为520nm～550nm，上下截止波段约为620nm、460nm，绿光的透过率高于蓝光和红光；红色滤光单元的波段范围可以是下截止波段约为550nm，红光的透过率高于绿光和蓝光。
可选地，本申请实施例提供的指纹识别装置中的第一彩色滤光单元的厚度可以是0.5～3μm。
彩色滤光单元的厚度是用来调节穿过彩色滤光单元的光线透过率的，不同的厚度可以实现不同的透过率，进而可以对应于不同的性能需求。
可选地，如图9所示，该透光介质层还可以包括第二彩色滤光单元370，该第二彩色滤光单元370形成在第一小孔阵列中除第一彩色滤光单元340所填充的部分第一小孔之外的另一部分第一小孔。该第二彩色滤光单元370用于透过红光、蓝光和绿光中至少一种波段的光，具体地，该第二彩色滤光单元370用于透过与第一彩色滤光单元340不同颜色的光，例如，第一彩色滤光单元340用于透过红光，第二彩色滤光单元370用于透过绿光。或者，第一彩色滤光单元340用于透过绿光，第二彩色滤光单元370用于透过蓝光等。
通过设置第二彩色滤光单元，有利于降低环境光信号的影响，从而能够提升指纹识别性能。
可选地，该第二彩色滤光单元370与第一彩色滤光单元340的形成方式类似。例如，该第二彩色滤光单元370采用有机色阻材料，通过涂布以及曝光显影图形化后形成在所述另一部分第一小孔内。再例如，该第二彩色滤光单元370采用无机材料，通过镀膜以及剥离工艺图形化后形成在所述另一部分第一小孔内。
可选地，该第二彩色滤光单元370可以与第一彩色滤光单元340的厚度相同或不相同，例如，可以为0.5-3μm。
可选地，该第二彩色滤光单元370与第一彩色滤光单元340所采用的材料可以相同也可以不同。例如，该第二彩色滤光单元370可以采用二氧化硅、二氧化钛和五氧化二铌中的至少一种制作。
可选地，如图10所示，该透光介质层还可以包括第一透明介质层380，该第一透明介质层形成在第一小孔阵列中除第一彩色滤光单元340所填充的部分第一小孔之外的另一部分第一小孔。
可选地，该第一透明介质层380具有较好的光线透过率，例如，该第一透明介质层380对可见光波段的光信号的透过率大于98％。
可选地，该第一透明介质层380可以通过涂布或镀膜的方式设置在该第一小孔阵列中的另一部分第一小孔中。
涂布制作透明介质层的工艺比较成熟，操作比较方便，并且涂布方式形成的光学透明介质层的表面比较平整，因此，该第一透明介质层380可以通过涂布方式制作。
可选地，若第一透明介质层380采用涂布方式制作时，可以采用有机材料。
另外，第一透明介质层380也可以采用镀膜的方式进行制作。可选地，若第一透明介质层380采用镀膜方式制作时，可以采用无机材料。
由于第一透明介质层380对光学透明度的要求比较高，因此可以选择无机氧化物层。例如，该第一透明介质层380可以采用以下材料中的至少一种制作的：氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅等。
如图9和图10，该指纹识别装置还可以包括第二透明介质层360，该第二透明介质层360用于平坦化挡光层330和透光介质层形成的叠层结构的表面。可选地，该第二透明介质层360还可以用于调整手指返回的光信号到指纹传感器芯片310的光程。
该第二透明介质层360具有较好的光线透过率，例如，该第二透明介质层360对可见光波段的光信号的透过率大于98％。
由于手指返回的光信号到指纹传感器芯片的光程会影响指纹传感器芯片的检测性能，因此，本申请实施例可以通过该第二透明介质层360对该光程的大小进行调整，使得指纹传感器芯片具有较好的检测性能。第二透明介质层360的厚度越大，光程越长；第二透明介质层360的厚度越小，光程越短。
本申请实施例中的第二透明介质层360的厚度例如可以为5-15μm。
可选地，第二透明介质层360可以通过涂布或镀膜的方式设置。
涂布制作透明介质层的工艺比较成熟，操作比较方便，并且涂布方式形成的光学透明介质层的表面比较平整，因此，该第二透明介质层360可以通过涂布方式制作。
可选地，若第二透明介质层360采用涂布方式制作时，可以采用有机材料。
另外，由于挡光层330是通过镀膜方式制作的，从工艺的整合度、同步实施的角度考虑，第二透明介质层360也可以采用镀膜的方式进行制作。可选地，若第二透明介质层360采用镀膜方式制作时，可以采用无机材料。
由于第二透明介质层360对光学透明度的要求比较高，因此可以选择无机氧化物层。例如，该第二透明介质层360可以采用以下材料中的至少一种制作的：氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅等。
由于镀膜方式制作的第二透明介质层360的表面不平整，可选地，本申请实施例还可以通过接触层平坦化第二透明介质层360的表面。
可选地，该第一透明介质层380和第二透明介质层360可以为一个整体，如图8所示，也就是说，指纹识别装置不包括第一透明介质层380，只包括第二透明介质层360，该第二透明介质层360除了覆盖第一彩色滤光单元340和挡光层330之外，还要填充第一小孔阵列中除第一彩色滤光单元340填充的部分第一小孔之外的另一部分第一小孔。
应理解，本申请实施例中的IRC滤光层320不止用于滤除红外光，其可以用于滤除非目标波段的光信号，以防止非目标波段的光信号对指纹识别造成影响。目标标段的光信号例如可以是用于指纹检测的光信号，非目标波段的光信号例如可以为红光和红外光波段的光信号。
本申请实施例对IRC滤光层320的设置方式不做具体限定。IRC滤光层320可以是形成在指纹传感器芯片310的上表面的镀膜层，或者IRC滤光层320可以是和其他透明载体结合形成滤光片，然后该滤光片设置在指纹传感器芯片的表面。
优选的，IRC滤光层320可以通过镀膜方式设置在指纹传感器芯片310的上表面，在该情况下，指纹传感器芯片310不仅可用于根据接收的光信号进行指纹识别，还用于作为承载IRC滤光层320的基材，与IRC滤光层320一起形成滤光器。
IRC滤光层320除了可以设置在指纹传感器芯片310与挡光层330之间，还可以设置在挡光层330的上方，在该情况下，挡光层330可以通过镀膜方式设置在指纹传感器芯片310的上表面。或者IRC滤光层320还可以设置在彩色滤光层340的上方，本申请实施例对IRC滤光层320的位置不作限定。
该指纹识别装置还包括微透镜阵列350，设置于透明介质层360的上表面。本申请实施例中的微透镜可以为圆形透镜，或者微透镜可以为多边形透镜，例如正方形透镜或六边形透镜。
指纹传感器芯片310可以用于接收从显示屏上方的手指反射的，并且通过微透镜阵列350会聚后，再经由挡光层330的第一小孔阵列传导的光信号，该光信号可以用于指纹识别。具体地，该指纹传感器芯片310可包括具有多个像素单元311的像素阵列，该像素阵列可用于接收从显示屏上方的手指反射的，并且通过微透镜阵列350会聚后，再经由挡光层330的第一小孔阵列传导的光信号。
该指纹传感器芯片310还可以设置金属图形层312，该金属图形层312位于像素阵列的上方，该金属图形层312上设置有第二小孔阵列，该第二小孔阵列可用于将手指返回的光信号引导至像素阵列。也就是说，像素阵列可用于接收从显示屏上方的手指反射的，并且通过微透镜阵列350会聚后，再经由挡光层330的第一小孔阵列和指纹传感器芯片310的第二小孔阵列传导的光信号。
可以理解的是，该金属图形层312为指纹传感器芯片310内部的线路层。该金属图形层312可以相当于指纹传感器芯片310内部的挡光层，能够对手指返回的光信号进行筛选，将特定角度的光信号引导至像素阵列。
该金属图形层312中的第二小孔阵列与指纹传感器芯片310中像素阵列具有对应关系，第二小孔阵列中的一个小孔与像素阵列中的一个像素单元对应，该一个小孔能够将手指返回的光信号引导至对应的一个像素单元上。
因此，本申请实施例提供的指纹识别装置，通过镀膜方式来进行挡光层的制作，可以实现挡光层的小孔呈现倒梯形形状，从而可以将彩色滤光单元直接设置于挡光层之上，从而在不影响指纹识别效果的情况下，减少了挡光层与彩色滤光层之间的透明介质层，极大地简化光路叠层结构及加工过程，提高了量产作业效率。同时，由于挡光层的小孔呈现倒梯形形状，在不需要彩色滤光单元的挡光层的小孔内，彩色滤光单元(需去除的部分)也会得到充分显影，即不会由于孔内有彩色滤光单元材料残留而影响正常的白光信号进入而造成指纹图像质量下降，进而影响识别成功率。
另外，挡光层不是采用涂布BM光阻的方式制作的，而是采用镀膜方式制作的，通过特定类型材料的膜层厚度与结构搭配，可以实现与BM光阻等同的光学效果，这在一定程度上能够丰富材料的选型，拓宽制备的途径，有利于指纹识别装置的开发和应用，能够缓解产能瓶颈。
在上述指纹识别装置的结构中，微透镜阵列350、挡光层330中的第一小孔阵列、金属图形层312中的第二小孔阵列、以及指纹传感器芯片310中的像素阵列之间具有对应关系，其对应关系可参见图2中的微透镜阵列250、挡光层230中的第一小孔阵列、金属图形层212中的第二小孔阵列以及指纹传感器芯片210中的像素阵列之间的对应关系，为了简洁，此处不再赘述。
可选地，微透镜阵列350中的第一微透镜的光心、第一小孔阵列中的第一小孔的中心、第二小孔阵列中的第二小孔的中心，与像素阵列中的第一像素单元的中心相对应，也就是说，第一微透镜的光心、第一小孔的中心、第二小孔的中心与第一像素单元的中心位于或近似位于一条直线上，这样能够保证第一像素单元能够接收到手指返回的光信号，以进行指纹识别。
这四个中心所在的直线可以垂直于指纹传感器芯片的表面，也可以相对指纹传感器芯片的表面倾斜，本申请实施例对此不作具体限定。
可选地，指纹传感器芯片310中的像素单元也可以呈阵列分布，微透镜阵列350中的微透镜与像素单元不一一对应，例如，一个微透镜可以对应多个像素单元，而每一个像素单元都对应一个导光通道，导光通道可以是由第一小孔阵列和第二小孔阵列构成的，因此，一个像素单元可以接收经过其对应的微透镜会聚之后，再经由对应的导光通道传导的倾斜光信号。
图2以及图8-图10仅是以指纹传感器芯片外部包括一个挡光层为例进行描述的，本申请实施例并不限于此，指纹传感器芯片外部还可以包括两个或更多的挡光层，多个挡光层可通过堆叠的方式进行设置。
如果指纹识别装置包括多个挡光层，则位于上层的挡光层上的小孔的孔径可以大于位于下层的挡光层上的小孔的孔径。
图11示出了本申请实施例提供的一种电子设备的示意性框图。该电子设备500包括显示屏510以及指纹识别装置520。该指纹识别装置520可以设置在显示屏510的下方，以对显示屏510上方的手指进行指纹识别。
该显示屏510可以是上文描述的任一种显示屏，该显示屏510例如可以为自发光显示屏，如OLED屏。
该指纹识别装置520可以为上文描述的任一种指纹识别装置，为简化描述，此处不再赘述。
图12示出了本申请实施例还提供的一种制备指纹识别装置的方法600的示意性流程图。该方法600包括：
S610，通过镀膜方式在指纹传感器芯片的上表面制作红外截止滤光层；
S620，在所述红外截止滤光层的上表面进行镀膜，并采用剥离工艺进行图形化，以形成具有第一小孔阵列的挡光层，所述第一小孔阵列中第一小孔的横截面呈倒梯形；
S630，在所述第一小孔阵列中的部分第一小孔中制作第一彩色滤光单元，所述第一彩色滤光单元用于透过红光、蓝光和绿光中的至少一种波段的光。
可选地，在一种实施例中，可以先通过常规负性胶进行曝光图形化定义形成倒梯形的负性光刻胶形貌，然后再基于此进行镀膜，采用lift-off工艺去胶之后，形成横截面呈倒梯形的开孔。基于此结构，再进行有机胶材的彩色滤光层的涂布，由于挡光层的开孔呈倒梯形，即从上到下的口径逐渐变窄，不会造成彩色滤光层的涂布性差，因此将彩色滤光层直接涂布于挡光层之上是可行的。涂布之后的彩色滤光层经过曝光显影进行图形化之后，只覆盖挡光层的部分小孔。
具体地，可以先将有机胶材涂布在挡光层的上表面以及第一小孔阵列中，然后再对涂布在挡光层的上表面以及第一小孔阵列中的光刻胶(有机色阻材料)进行图形化曝光，显影去除曝光的有机胶材，接着进行刻蚀，最后将剩余有机胶材剥离，留下来的就是覆盖在挡光层的部分小孔中的第一彩色滤光单元。
可选地，在另一种实施例中，可以先通过常规负性胶进行曝光图形化定义形成倒梯形的负性光刻胶形貌，然后再基于此进行镀膜，采用lift-off工艺去胶之后，形成横截面呈倒梯形的开孔。基于此结构进行镀膜(镀膜材质可以实现与有机彩色滤光材质一样的滤光光谱)，再通过lift-off工艺去胶，剥离掉部分负性光刻胶(负性光刻胶上的镀膜层也同步被剥离)，留下需要材料滤光层的镀膜层材料，从而实现镀膜彩色滤光层的图形化，以使得彩色滤光层只覆盖挡光层的部分小孔。
具体地，可以首先将涂布在挡光层的上表面以及第一小孔阵列中的普通光刻胶进行图形化曝光，显影去除曝光的普通光刻胶，然后进行镀膜(镀膜材质可以实现与有机彩色滤光材质一样的滤光光谱)，最后将剩余普通光刻胶和上面的镀膜一起剥离，留下来的就是覆盖在挡光层的部分小孔中的第一彩色滤光单元。
可选地，在本申请实施例中，所述方法还包括：在所述第一小孔阵列中除所述部分第一小孔之外的另一部分小孔中制作第二彩色滤光单元或第一透明介质层，所述第二彩色滤光单元用于透过与所述第一彩色滤光单元不同颜色的光，所述第一彩色滤光单元和所述第二彩色滤光单元形成透光介质层或所述第一彩色滤光单元和所述第一透明介质层形成透光介质层。
可选地，该第二彩色滤光单元的制作方式可以参见第一彩色滤光单元，为了简洁，此处不再赘述。
该第一透明介质层可以通过镀膜或涂布的方式制作。
可选地，在本申请实施例中，所述方法还包括：在所述透光介质层的上表面制作第二透明介质层；在所述第二透明介质层的上表面制作所述微透镜阵列。
可选地，该第二透明介质层也可以通过镀膜或者涂布的方式制作。
可选地，在本申请实施例中，红外截止滤光层也可以集成在指纹传感器芯片内部，那么挡光层可以通过镀膜方式直接形成在指纹传感器芯片的上表面。
应理解，在本申请的方法实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
需要说明的是，在本申请实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。
例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。
本申请实施例中所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它方式实现。例如，以上所描述的方法实施例的一些特征可以忽略或者不执行。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统。另外，各单元之间的耦合或各个组件之间的耦合可以是直接耦合，也可以是间接耦合，上述耦合包括电的、机械的或其它形式的连接。
应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种指纹识别装置，适用于具有显示屏的电子设备，其特征在于，所述指纹识别装置用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹识别装置包括：
指纹传感器芯片；
红外截止滤光层，设置在所述指纹传感器芯片的上方；
挡光层，通过镀膜方式设置在所述红外截止滤光层的上表面，所述挡光层设置有第一小孔阵列，所述第一小孔阵列中第一小孔的横截面呈倒梯形；
包括第一彩色滤光单元的透光介质层，所述第一彩色滤光单元形成在所述第一小孔阵列中的部分第一小孔内以覆盖所述部分第一小孔，所述第一彩色滤光单元用于透过红光、蓝光和绿光中的至少一种波段的光；
微透镜阵列，设置在所述透光介质层的上方；
其中，所述指纹传感器芯片用于接收经过所述显示屏上方的手指返回的并通过所述微透镜阵列会聚后，再经由所述第一小孔阵列引导的光信号，所述光信号用于进行指纹识别。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一彩色滤光单元采用有机色阻材料，通过涂布以及曝光显影图形化后形成在所述部分第一小孔内。
3.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一彩色滤光单元采用无机材料，通过镀膜以及剥离工艺图形化后形成在所述部分第一小孔内。
4.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一彩色滤光单元采用二氧化硅、二氧化钛或五氧化二铌制作。
5.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一彩色滤光单元的厚度为0.5-3μm。
6.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述红外截止滤光层为形成在所述指纹传感器芯片的上表面的镀膜层。
7.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述透光介质层还包括第二彩色滤光单元或第一透明介质层，所述第二彩色滤光单元或第一透明介质层形成在所述第一小孔阵列中除所述部分第一小孔之外的另一部分第一小孔以覆盖所述另一部分第一小孔，所述第二彩色滤光单元用于透过与所述第一彩色滤光单元不同颜色的光。
8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括：
第二透明介质层，设置在所述透光介质层的上表面；
其中，所述微透镜阵列设置在所述第二透明介质层的上表面。
9.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一彩色滤光单元用于透过红光，所述第二彩色滤光单元用于透过绿光。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹传感器芯片包括具有多个像素单元的像素阵列，所述多个像素单元中包括感光区域的有效像素单元和暗像素区域的暗像素单元，所述暗像素区域包围所述感光区域，所述透光介质层包括设置于所述感光区域的最外围至少一圈的有效像素单元上方的多个第一彩色滤光单元以及设置于所述暗像素单元上方的呈口字型的多个第一彩色滤光单元，设置于所述暗像素单元上方的所述多个第一彩色滤光单元与设置于所述有效像素单元上方的所述多个第一彩色滤光单元连接。
11.根据权利要求10所述的指纹识别装置，其特征在于，所述设置于所述有效像素单元上方的多个第一彩色滤光单元离散分布。
12.根据权利要求10所述的指纹识别装置，其特征在于，所述设置于所述有效像素单元上方的多个第一彩色滤光单元连续分布。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹传感器芯片包括具有多个像素单元的像素阵列和金属图形层，所述金属图形层为所述指纹传感器芯片内部的线路层；
所述金属图形层设置在所述像素阵列的上方，所述金属图形层设置有第二小孔阵列，所述第二小孔阵列中的第二小孔与所述像素阵列中的像素单元一一对应；
所述像素阵列用于接收经过所述显示屏上方的手指返回的并通过所述微透镜阵列会聚后，再经由所述第一小孔阵列和所述第二小孔阵列引导的光信号。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述挡光层的非开孔区域对400nm～1200nm波段下光信号的反射率与透过率均小于0.1％。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述挡光层中的第一小孔阵列是通过曝光显影后采用刻蚀或剥离工艺形成的。
16.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一透明介质层和/或所述第二透明介质层对可见光波段的光信号的透过率大于98％。
17.一种电子设备，其特征在于，包括：
显示屏；
以及如权利要求1至16中任一项所述的指纹识别装置，所述指纹识别装置设置在所述显示屏的下方。
18.一种制备指纹识别装置的方法，其特征在于，包括：
通过镀膜方式在指纹传感器芯片的上表面制作红外截止滤光层；
在所述红外截止滤光层的上表面进行镀膜，并采用剥离工艺进行图形化，以形成具有第一小孔阵列的挡光层，所述第一小孔阵列中第一小孔的横截面呈倒梯形；
在所述第一小孔阵列中的部分第一小孔中制作第一彩色滤光单元，所述第一彩色滤光单元用于透过红光、蓝光和绿光中的至少一种波段的光。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述在所述第一小孔阵列中的部分第一小孔中制作第一彩色滤光单元，包括：
采用有机色阻材料在所述挡光层的上表面以及所述第一小孔阵列内进行涂布；
通过曝光显影进行图形化，使得所述有机色阻材料覆盖所述第一小孔阵列中的部分第一小孔，以形成所述第一彩色滤光单元。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述在所述第一小孔阵列中的部分第一小孔中制作第一彩色滤光单元，包括：
采用无机材料在所述挡光层的上表面以及所述第一小孔阵列内进行镀膜；
通过剥离工艺进行图形化，使得所述有机色阻材料覆盖所述第一小孔阵列中的部分第一小孔，以形成所述第一彩色滤光单元。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一小孔阵列中除所述部分第一小孔之外的另一部分小孔中制作第二彩色滤光单元或第一透明介质层，所述第二彩色滤光单元用于透过与所述第一彩色滤光单元不同颜色的光，所述第一彩色滤光单元和所述第二彩色滤光单元形成透光介质层或所述第一彩色滤光单元和所述第一透明介质层形成透光介质层。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一彩色滤光单元用于透过红光，所述第二彩色滤光单元用于透过绿光。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述透光介质层的上表面制作第二透明介质层；
在所述第二透明介质层的上表面制作微透镜阵列。
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