CN114419682A - 指纹感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种指纹感测装置，包括一显示面板、一光传感器阵列、一光程结构、第一像素偏振片阵列以及第二像素偏振片阵列。光传感器阵列包括一光传感器。光程结构设置在显示面板和光传感器阵列之间。第一像素偏振片阵列设置在光程结构上并包括第一像素偏振片。第二像素偏振片阵列设置在显示面板上并包括第二像素偏振片。第一像素偏振片、第二像素偏振片和光传感器在一垂直投影方向上重叠，且第一像素偏振片的偏振方向与第二像素偏振片的偏振方向相同。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学感测装置，尤指一种应用于指纹辨识的指纹感测装置。
背景技术
目前拥有无边界全屏幕外观与薄型化的智能型手机已成主流趋势，加上个人隐私保护的意识增强，屏幕上玻璃不开孔洞加上指纹辨识功能的需求逐渐上升。
在薄型化智能型手机的趋势、量产与成本的考虑下，应用于薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)与主动矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED display)的全屏幕智能型手机中的指纹辨识成像系统主要有针孔成像式(pinhole imaging)、单一镜片成像式(single lens imaging)与微透镜阵列成像式(micro-lens array imaging)。其中针孔成像式与微透镜阵列成像式能够在晶圆厂大量生产，故效率较高。然而针孔成像式由于针孔特性的关系，限制了大部分的指纹反射光进入感测组件，使指纹成像亮度低，辨识效率差。然而微透镜成像式虽然收光效率较针孔成像式佳，但仍有影像分辨率较低的问题需要克服。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是指纹感测装置的指纹影像分辨率较低且辨识效率较差。
为解决上述技术问题，本发明提供一种指纹感测装置，包括一显示面板、一光传感器阵列、一光程结构、一第一像素偏振片阵列以及一第二像素偏振片阵列。显示面板包括第一侧和相对于第一侧的第二侧。光传感器阵列设置在显示面板的下方，且光传感器阵列包括第一光传感器。光程结构设置在显示面板和光传感器阵列之间，光程结构包括第一侧和相对于第一侧的第二侧，且光传感器阵列设置在光程结构的第一侧。第一像素偏振片阵列设置在光程结构的第二侧，且第一像素偏振片阵列包括第一像素偏振片。第二像素偏振片阵列设置在显示面板的第一侧，第一像素偏振片阵列设置在第二像素偏振片阵列和光程结构之间，且第二像素偏振片阵列包括第二像素偏振片。第一像素偏振片、第二像素偏振片和第一光传感器在一垂直投影方向上重叠，且第一像素偏振片的一偏振方向与第二像素偏振片的一偏振方向相同。
在本发明的指纹感测装置中，指纹感测光线能更准直地进入下方的光传感器，进而减少指纹感测射光线对于相邻像素的光传感器所造成的干扰。
附图说明
图1为本发明一实施例的指纹感测装置的剖面示意图。
图2为所述实施例的像素偏振片阵列和微透镜阵列的局部仰视示意图。
图3为图1的局部放大示意图。
附图标记：
10:指纹感测装置
100:显示面板
100P:像素
102:光传感器阵列
1021,1022:光传感器
104:微透镜阵列
1041:微透镜
106:光程结构
108,110:像素偏振片阵列
1101,1102,1081,1082:像素偏振片
112:覆盖层
114:框架
116:空气间隙
D1:第一方向
D2:第二方向
S1,Sa:第一侧
S2,Sb:第二侧
T1:高度
T2:距离
T3:厚度
V:垂直投影方向
具体实施方式
通过参考以下的详细描述并同时结合附图可以理解本发明，需注意的是，为了使读者能容易了解及附图的简洁，本发明中的多张附图只绘出指纹感测装置的一部分，且附图中的特定组件并非依照实际比例绘图。此外，图中各组件的数量及尺寸仅作为示意，并非用来限制本发明的范围。
应了解到，当组件或膜层被称为在另一个组件或膜层“上”、“设置”在另一个组件或膜层“上”或“连接到”另一个组件或膜层时，它可以直接在此另一组件或膜层上或直接连接到此另一组件或层，或者两者之间存在有插入的组件或膜层(非直接情况)。相反地，当组件被称为“直接”在另一个组件或膜层“上”、“直接设置”在另一个组件或膜层“上”或“直接连接到”另一个组件或膜层时，两者之间不存在有插入的组件或膜层。
请参考图1至图3，图1为本发明一实施例的指纹感测装置的剖面示意图，图2为所述实施例的像素偏振片阵列和微透镜阵列的局部仰视示意图，而图3为图1的局部放大示意图，其中图1的部分结构对应于图2的剖线A-A’。如图1所示，本实施例的指纹感测装置10包括一显示面板100、一光传感器阵列102、一微透镜阵列104、一光程结构106、一像素偏振片阵列108(或称为第一像素偏振片阵列)、一像素偏振片阵列110(或称为第二像素偏振片阵列)以及一覆盖层112。本实施例的指纹感测装置10可应用在智能型手机中，但不以此为限。
本实施例的显示面板100可以是一主动矩阵有机发光二极管显示器(AMOLEDdisplay)，但不以此为限。显示面板100包括多个像素100P，所述像素100P可各自发出不同或相同颜色的光，使得显示面板100能够提供彩色的画面。在图1中，显示面板100包括了第一侧S1和相对于第一侧S1的第二侧S2。
像素偏振片阵列110设置在显示面板100的第一侧S1而覆盖层112设置在显示面板100的第二侧S2，换言之，显示面板100设置在覆盖层112和像素偏振片阵列110之间。举例而言，像素偏振片阵列110可设置于显示面板100在第一侧S1的一表面上，而覆盖层112可设置于显示面板100在第二侧S2的一表面上。
覆盖层112可对显示面板100提供保护的效果，而本实施例的覆盖层112可以是一透明的硬质基板，如玻璃盖板(cover glass)，但不以此为限。玻璃盖板的厚度介于500微米至1毫米之间，但不以此为限。
如图1及图2所示，像素偏振片阵列110包括多个像素偏振片1101(或称为第二像素偏振片)和多个像素偏振片1102(或称为第四像素偏振片)。像素偏振片1101和像素偏振片1102在一第一方向D1及/或一第二方向D2上交替排列，换言之，像素偏振片1101与像素偏振片1102在第一方向D1及/或第二方向D2上相邻。
在本实施例中，像素偏振片1102的偏振方向和像素偏振片1101的偏振方向不同，且像素偏振片1102的偏振方向和像素偏振片1101的偏振方向垂直。如图2所示，像素偏振片阵列110的像素偏振片1101、1102包括金属线栅结构(metal wire grid structure)，其中像素偏振片1101的金属线沿第二方向D2延伸，而像素偏振片1102的金属线沿第一方向D1延伸，且第一方向D1与第二方向D2垂直。
如图1所示，光程结构106设置在显示面板100和光传感器阵列102之间，且光程结构106包括第一侧Sa和相对于第一侧Sa的第二侧Sb。光传感器阵列102设置在光程结构106的第一侧Sa，而像素偏振片阵列108设置在光程结构106的第二侧Sb，换言之，像素偏振片阵列108设置在像素偏振片阵列110和光程结构106之间。举例而言，光传感器阵列102可设置于光程结构106在第一侧Sa的一表面上，而像素偏振片阵列108可设置于光程结构106在第二侧Sb的一表面上。
光传感器阵列102设置在显示面板100的下方，且光传感器阵列102包括多个光传感器1021(或称为第一光传感器)和多个光传感器1022(或称为第二光传感器)。如图1，光传感器1021在垂直投影方向V上对应于像素偏振片1101设置，而光传感器1022在垂直投影方向V上与像素偏振片1102对应设置。光传感器1021和光传感器1022可在第一方向D1及/或第二方向D2上交替排列，换言之，一个光传感器1021可在第一方向D1及/或第二方向D2上相邻于一个光传感器1022。光传感器可包括互补金属氧化物半导体(complementary metaloxide semiconductor，CMOS)传感器、光电二极管(photodiode，PD)等光电转换组件。
如图1及图2所示，像素偏振片阵列108包括多个像素偏振片1081(或称为第一像素偏振片)和多个像素偏振片1082(或称为第三像素偏振片)。像素偏振片1081在垂直投影方向V上与像素偏振片1101对应设置，且像素偏振片1081和像素偏振片1101在垂直投影方向V上重叠。像素偏振片1082在垂直投影方向V上与像素偏振片1102对应设置，且像素偏振片1082和像素偏振片1102在垂直投影方向V上重叠。在本实施例中，像素偏振片1081的偏振方向与像素偏振片1101的偏振方向相同，且像素偏振片1082的偏振方向与像素偏振片1102的偏振方向相同。
再者，在本实施例中，像素偏振片1081、像素偏振片1101和光传感器1021在垂直投影方向V上重叠，且像素偏振片1082、像素偏振片1102和光传感器1022在垂直投影方向V上重叠。
此外，像素偏振片1081和像素偏振片1082在第一方向D1及/或第二方向D2上交替排列，换言之，一个像素偏振片1081与一个像素偏振片1082在第一方向D1及/或第二方向D2上相邻。像素偏振片1082的偏振方向和像素偏振片1081的偏振方向不同，且像素偏振片1082的偏振方向和像素偏振片1081的偏振方向垂直。如图2所示，像素偏振片阵列108的像素偏振片1081、1082包括金属线栅结构，其中像素偏振片1081的金属线沿第二方向D2延伸，而像素偏振片1082的金属线沿第一方向D1延伸。
在本实施例中，像素偏振片1081、1082、1101、1102的尺寸(如面积)可和显示面板100的像素100P的尺寸(如面积)大体上相同。在其他实施例中，像素偏振片也可以是高分子偏振片(polymer-based polarizer)、光子晶体偏振片(photonic crystal polarizer)或其他适合类型的偏振片。另如图1所示，像素偏振片阵列108、110可平行于光传感器阵列102。
此外，可对应不同指纹感测光线的波长来调整像素偏振片1081、1082、1101、1102中金属线的间距。因此，在指纹感测装置10中可使用可见光、红外光等适合波长的光线来进行指纹感测。
微透镜阵列104设置在光程结构106的第二侧Sb，且像素偏振片阵列108设置在微透镜阵列104和光程结构106之间。举例而言，微透镜阵列104可设置于光程结构106在第二侧Sb的表面上。微透镜阵列104包括多个微透镜1041，且微透镜1041可以以矩阵方式排列(如图2)。如图1所示，微透镜阵列104中的微透镜1041可覆盖像素偏振片阵列108中的像素偏振片1081、1082。此外，各个光传感器(如光传感器1021或光传感器1022)与多个微透镜1041对应设置，且各个光传感器和多个微透镜1041在垂直投影方向V上重叠。在某些实施例中，像素偏振片阵列108可设置在微透镜阵列104之上。
如图1和图2所示，微透镜1041具有半圆的形状，但不以此为限。微透镜1041可包括有机或无机的透明(transparent)或半透明(translucent)材料，但不以此为限。举例而言，微透镜1041的高度T1介于1微米至2.5微米之间，其中微透镜1041的高度T1可以是微透镜1041的顶端和微透镜1041的底面之间的距离。此外，微透镜1041的顶端到光传感器(如光传感器1021或光传感器1022)的距离T2约为10微米。
如图1所示，指纹感测装置10还包括一框架114设置在光程结构106的边缘，框架114可将显示面板100和光传感器阵列102隔开，并使得显示面板100和微透镜阵列104之间可具有一空气间隙(air gap)116。空气间隙116可用来保护微透镜阵列104，且空气间隙116的厚度T3可介于250微米至500微米之间。此外，框架114的材料可包括塑料，但不以此为限。
如图3所示，指纹感测装置10还包括设置在微透镜阵列104和光传感器阵列102之间的一限光结构118，且限光结构118可设置在光程结构106内。光程结构106可包括第一部分P1及第二部分P2，且第一部分P1设置在第二部分P2和光传感器阵列102之间。光程结构106的第一部分P1设置在光传感器阵列102上，第一部分P1中可包括光传感器的集成电路(integrated circuit，IC)，因此第一部分P1中可包括一个或多个透明或半透明介电层及一个或多个导体层，但不以此为限。在本实施例中，限光结构118可设置在光程结构106的第一部分P1内。
限光结构118包括一遮蔽层1181，在本实施例中，遮蔽层1181可以是集成电路中的最上层导体层。举例而言，遮蔽层1181可以是金属层，并且可以是集成电路中的最上层金属层(top metal layer)。然而，遮蔽层1181并不限于金属层，遮蔽层1181也可包括其他适合的不透光(opaque)材料。
限光结构118还包括多个开孔1183，开孔1183设置在遮蔽层1181中，且各个开孔1183在垂直投影方向V上与其中一个微透镜1041对应设置。举例而言，开孔1183的直径介于1微米至2微米之间。
此外，光程结构106的第二部分P2设置在第一部分P1上，且第二部分P2可包括透明或半透明的材料层，但不以此为限。所述材料层的厚度介于3微米至20微米之间。
如图3，指纹感测装置10还包括多个分隔物120。分隔物120可设置在光程结构106之中并沿垂直投影方向V延伸，且一个分隔物120可设置在相邻的两个光传感器之间。例如，一个分隔物120可设置在相邻的一个光传感器1021和一个光传感器1022a之间，且另一个分隔物120可设置在相邻的一个光传感器1021和一个光传感器1022b之间。本实施例的分隔物120可包括金属材料，但不以此为限。分隔物120可减少指纹反射光线对于相邻像素的光传感器所造成的干扰。
以下将说明本发明所取得的效果，如图3，光线R1及光线R2可表示受指纹所反射的感测光线，且光线R1及光线R2皆可具有多种偏振方向。例如，光线R1及光线R2皆可具有S偏振及P偏振，其中S偏振及P偏振两者互相垂直。此外，像素偏振片1081、1101和像素偏振片1082、1102的偏振方向垂直，像素偏振片1081、1101可挡住具有S偏振的光线并让具有P偏振的光线通过，而像素偏振片1082、1102可挡住具有P偏振的光线并让具有S偏振的光线通过。
首先，以光线R1为例，光线R1通过像素偏振片1101之后成为仅具有P偏振的光线R3。接着，光线R3穿过微透镜1041，且光线R3的入射角经折射而改变。接着，由于像素偏振片1081可只让具有P偏振的光线通过，因此光线R3可穿过像素偏振片1081并进入光程结构106。接着，光线R3可进一步穿过限光结构118的开孔1183，并可被光传感器1021所吸收。
另外，以光线R2为例，光线R2应由光传感器1022a所吸收，然而光线R2却朝相邻像素的光传感器1021前进。首先，光线R2通过像素偏振片1102之后成为仅具有S偏振的一光线R4。然而，由于像素偏振片1081仅让具有P偏振的光线通过，因此光线R4无法通过像素偏振片1081并被像素偏振片1081所反射。藉此，可避免光传感器1021接收到相邻像素的指纹感测光线。
如图3所示，微透镜1041和限光结构118可用于聚集光线以避免光传感器接收到相邻像素的指纹感测光线。虽然微透镜1041和限光结构118可将指纹感测光线的入射角缩减至+/-10度，但受指纹所反射的感测光线需通过覆盖层112和空气间隙116，而覆盖层112和空气间隙116的厚度增加感测光线行进的距离，使光传感器仍可能会接收到相邻像素的指纹感测光线，进而导致指纹影像模糊。
为了克服以上问题，在显示面板100上设置像素偏振片1101、1102并在微透镜阵列104和光程结构106之间设置像素偏振片1081、1082。其中，对应相邻两像素的两上像素偏振片(如像素偏振片1101、1102)或两下像素偏振片(如偏振片1081、1082)具有互相垂直的偏振方向，且在垂直投影方向V上互相对应的上像素偏振片和下像素偏振片具有相同的偏振方向，使得指纹感测光线能更准直地进入下方的光传感器，进一步减少指纹感测射光线对于相邻像素的光传感器所造成的干扰。藉此，可使指纹感测光线具有更准确的空间分布，以达到大面积的取像纵深(depth of field，DOF)，进而提高指纹辨识的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种指纹感测装置，其特征在于，包括：
一显示面板，包括第一侧和相对于所述第一侧的第二侧；
一光传感器阵列，设置在所述显示面板的下方，且所述光传感器阵列包括第一光传感器；
一光程结构，设置在所述显示面板和所述光传感器阵列之间，所述光程结构包括第一侧和相对于所述第一侧的第二侧，且所述光传感器阵列设置在所述光程结构的所述第一侧；
一第一像素偏振片阵列，设置在所述光程结构的所述第二侧，且所述第一像素偏振片阵列包括第一像素偏振片；以及
一第二像素偏振片阵列，设置在所述显示面板的所述第一侧，所述第一像素偏振片阵列设置在所述第二像素偏振片阵列和所述光程结构之间，且所述第二像素偏振片阵列包括第二像素偏振片，
其中所述第一像素偏振片、所述第二像素偏振片和所述第一光传感器在一垂直投影方向上重叠，且所述第一像素偏振片的一偏振方向与所述第二像素偏振片的一偏振方向相同。
2.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述第一像素偏振片阵列还包括相邻于所述第一像素偏振片的第三像素偏振片，所述第二像素偏振片阵列还包括相邻于所述第二像素偏振片的第四像素偏振片，所述第三像素偏振片的偏振方向和所述第一像素偏振片的所述偏振方向不同，且所述第四像素偏振片的偏振方向和所述第二像素偏振片的所述偏振方向不同。
3.如权利要求2所述的指纹感测装置，其特征在于，所述第三像素偏振片和所述第四像素偏振片在所述垂直投影方向上重叠，且所述第三像素偏振片的所述偏振方向与所述第四像素偏振片的所述偏振方向相同。
4.如权利要求3所述的指纹感测装置，其特征在于，所述光传感器阵列还包括相邻于所述第一光传感器的第二光传感器，且所述第三像素偏振片、所述第四像素偏振片和所述第二光传感器在所述垂直投影方向上重叠。
5.如权利要求2所述的指纹感测装置，其特征在于，所述第三像素偏振片的所述偏振方向和所述第一像素偏振片的所述偏振方向垂直，且所述第四像素偏振片的所述偏振方向和所述第二像素偏振片的所述偏振方向垂直。
6.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述第一像素偏振片阵列或所述第二像素偏振片阵列包括金属线栅结构。
7.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，还包括设置在所述光程结构的所述第二侧的微透镜阵列，且所述第一像素偏振片阵列设置在所述微透镜阵列和所述光程结构之间。
8.如权利要求7所述的指纹感测装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括多个微透镜，且所述多个微透镜和所述第一光传感器在所述垂直投影方向上重叠。
9.如权利要求7所述的指纹感测装置，其特征在于，还包括设置在所述微透镜阵列和所述光传感器阵列之间的限光结构，其中所述限光结构包括一遮蔽层和多个开孔，所述多个开孔设置在所述遮蔽层中，且各个所述开孔在所述垂直投影方向上与相应的所述微透镜对应设置。
10.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，还包括设置在所述显示面板的所述第二侧的覆盖层。
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Publications (1)
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