CN210142340U - 指纹识别装置和电子设备 - Google Patents

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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，能够提高光路引导结构的成像效果。所述指纹识别装置适用于具有显示屏的电子设备，包括：光学指纹传感器，用于设置在显示屏的下方以实现屏下光学指纹检测，光学指纹传感器包括感光区域，感光区域包括多个感应单元，感应单元用于检测在手指表面反射而返回的光信号；光路引导结构，用于设置在显示屏和光学指纹传感器之间，以将在手指表面反射而返回的光信号传输到光学指纹传感器的感光区域；滤光膜，形成在所述指纹传感器的感光区域的上方，用于对光信号进行滤波以滤除干扰光。

Description

指纹识别装置和电子设备
本申请是申请日为2019年2月2日、申请号为201920187665.6、名称为“指纹识别装置和电子设备”的实用新型申请的分案申请。
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
随着手机行业的高速发展，指纹识别技术越来越受到人们重视，屏下指纹识别技术的实用化已成为大众所需。光学屏下指纹识别技术是通过光学指纹传感器采集光源发出的光线在手指发生反射形成的反射光，反射光中携带手指的指纹信息，从而实现屏下指纹识别。
传统的光学指纹识别装置可以包括光路引导结构，光路引导结构可以将手指反射的光信号直接成像在指纹传感器上。但是，光路引导结构的成像效果与光路引导结构与手指之间的光程有关，光路引导结构与手指之间的光程越长，成像效果就越差。因此，如何减小光路引导结构与手指之间的光程，提高光路引导结构的成像效果称为亟需解决的问题。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种指纹识别装置以及电子设备，能够提高光路引导结构的成像效果。
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，其特征在于，包括：光学指纹传感器，用于设置在所述显示屏的下方以实现屏下光学指纹检测，所述光学指纹传感器包括感光区域，所述感光区域包括多个感应单元，所述感应单元用于检测在手指表面反射而返回的光信号；光路引导结构，用于设置在所述显示屏和所述光学指纹传感器之间，以将所述在手指表面反射而返回的光信号传输到所述光学指纹传感器的感光区域；滤光膜，所述滤光膜形成在所述指纹传感器的感光区域的上方，用于对所述光信号进行滤波以滤除干扰光。
在一些可能的实现方式中，所述滤光膜为形成在所述光学指纹传感器的表面的镀膜，并且所述镀膜覆盖所述感应区域的感应单元。
在一些可能的实现方式中，所述光学指纹传感器作为所述滤光膜的基材，以承载所述滤光膜而形成用于滤除所述干扰光的滤波器。
在一些可能的实现方式中，所述滤光膜为形成在所述光路引导结构的表面的镀膜，并且所述镀膜覆盖所述光路引导结构与所述光学指纹传感器的感应区域相对应的部分。
在一些可能的实现方式中，所述光路引导结构作为所述滤光膜的基材，以承载所述滤光膜而形成用于滤除所述干扰光的滤波器。
在一些可能的实现方式中，所述光路引导结构与所述滤光膜和所述光学指纹传感器集成在同一个光学指纹传感器芯片；或者，所述光路引导结构作为一个独立的部件设置在所述光学指纹传感器的上方。
在一些可能的实现方式中，所述光路引导结构包括微透镜层和微孔层，所述微透镜层包括具有多个微透镜的微透镜阵列，所述微孔层包括具有多个微孔的微孔阵列，所述微孔阵列形成在所述微透镜阵列的下方。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜和所述微孔之间具有一一对应的关系，且每一对微透镜和微孔分别对应于所述光学指纹传感器的其中一个感应单元；所述微透镜用于将所述在手指表面反射而返回的光信号汇聚到所述微孔，并通过所述微孔将所述光信号传输至其对应的感应单元。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜和所述微孔以垂直于所述光学指纹传感器表面的方向与所述感应单元进行对齐，以将垂直方向的光信号传输至其下方的感应单元。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜和所述微孔以与所述光学指纹传感器表面具有一定倾斜角度的方向与所述感应单元进行对齐，以将倾斜角度入射的光信号传输至其下方的感应单元。
在一些可能的实现方式中，所述光路引导结构还包括形成在所述微透镜层表面的平坦层，所述平坦层覆盖所述微透镜阵列，且所述滤光膜形成在所述平坦层表面，其中所述平坦层用于作为所述滤光膜的基材以承载所述滤光膜。
在一些可能的实现方式中，所述光路引导结构还包括第一透明介质层和第二透明介质层，所述第一透明介质层形成在所述微孔层上方，并至少部分填充所述微孔；所述第二透明介质层形成在所述微孔层的下方。
在一些可能的实现方式中，所述滤光膜形成在所述第二透明介质层的下表面，且所述第二透明介质层用于作为承载所述滤光膜的基材。
在一些可能的实现方式中，所述光路引导结构包括准直器，所述准直器设置于所述滤光膜的上方，且其包括具有多个准直通孔的准直通孔阵列，所述准直通孔的延伸方向垂直于所述光学指纹传感器表面或者与所述光学指纹传感器的表面具有一定的倾斜角度。
在一些可能的实现方式中，所述光学指纹传感器的上表面设置有用于与基板连接的第一焊盘。
在一些可能的实现方式中，所述光学指纹传感器设置有沟渠，所述沟渠的表面低于所述光学指纹传感器的上表面，所述沟渠的表面设置有用于与基板连接的第二焊盘，所述第一焊盘和所述第二焊盘通过重新布线层电连接。
在一些可能的实现方式中，所述沟渠的表面与所述光学指纹传感器的上表面之间的高度差大于或等于30μm。
在一些可能的实现方式中，所述光学指纹传感器还包括硅通孔，所述硅通孔用于将所述第一焊盘连接到所述基板。
在一些可能的实现方式中，所述光学指纹传感器的下表面设置有用于焊接至所述基板的锡球，所述第一焊盘通过所述硅通孔连接至所述锡球。
在一些可能的实现方式中，所述光学指纹传感器为背照式指纹传感器，所述背照式指纹传感器通过倒封装方式进行设置，以使其正面朝向基板而背面朝向显示屏，且所述滤光膜镀在所述光学指纹传感器的背面。
第二方面，提供一种电子设备，包括：显示屏，以及第一方面以及第一方面中任一可能实现的方式中所述的指纹识别装置。
本申请提供的技术方案，通过将滤光膜设置在光学指纹传感器的感光区域的上方，可以省去传统滤光器中的基材，而将光学指纹传感器或光路引导结构作为滤光膜的基材。因此，指纹识别装置中可以减小基材的厚度，从而能够减小光路引导结构与显示屏之间的距离，有利于提高光路引导结构的成像效果。
附图说明
图1是本申请实施例所使用的电子设备的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的结构示意图。
图3是本申请实施例提供的另一种指纹识别装置的结构示意图。
图4是本申请实施例提供的另一种指纹识别装置的结构示意图。
图5是本申请实施例提供的另一种指纹识别装置的结构示意图。
图6是本申请实施例提供的另一种指纹识别装置的结构示意图。
图7是本申请实施例提供的另一种指纹识别装置的结构示意图。
图8是本申请实施例提供的另一种指纹识别装置的结构示意图。
图9是本申请实施例提供的另一种指纹识别装置的结构示意图。
图10是本申请实施例提供的一种电子设备的示意性框图。
图11是本申请实施例提供的指纹识别装置的光路引导结构一种实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
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、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他终端设备；更具体地，在上述终端设备中，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。或者，所述指纹识别装置也可以部分或者全部集成至所述终端设备的显示屏内部，从而形成屏内(in-display)光学指纹系统。
如图1所示为本申请实施例可以适用的终端设备的结构示意图，所述终端设备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感应单元131的感应阵列133，所述感应阵列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的侧面或者所述终端设备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的感应阵列的面积不同，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感应阵列的面积。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的感应阵列的面积基本一致。
因此，使用者在需要对所述终端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终端设备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终端设备10的正面。
作为一种可选的实现方式，如图1所示，所述光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，所述光检测部分134包括所述感应阵列以及与所述感应阵列电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器，所述感应阵列具体为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元；所述光学组件132可以设置在所述光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(filter)、导光层或光路引导结构以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述导光层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光导引至所述感应阵列进行光学检测。
在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。
其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个光学感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，从而所述感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。
在另一种实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光汇聚到其下方的光检测部分134的感应阵列，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹装置的视场，以提高所述光学指纹装置130的指纹成像效果。
在其他实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层，更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜汇聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述感应单元以进行光学指纹成像。应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。
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(vally)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，反射光经过光学组件132后，被光学指纹装置130中的感应阵列134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。
在其他实施例中，所述光学指纹装置130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。在这种情况下，所述光学指纹装置130可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，所述终端设备10的光学指纹系统还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述终端设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹装置130可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹装置130；或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹装置130。当采用所述光学指纹装置130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面描述内容是一致的。
应当理解的是，在具体实现上，所述终端设备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的上方并覆盖所述终端设备10的正面。因为，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模组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。
图2所示为一种指纹识别装置的结构示意图，该指纹识别装置也可以指上文描述的光学指纹装置。该指纹识别装置可以包括至少一个光学指纹传感器，光学指纹传感器可以设置在显示屏的下方，用于接收显示屏上方的手指反射的光信号，所述手指反射的光信号可以称为指纹检测信号，其用于生成手指的指纹信息。
其中，显示屏可以是自发光显示屏，例如OLED显示屏，也可以是非自发光显示屏，例如液晶显示屏(liquid crystal display，LCD)显示屏。
以图2为例，图2所示的显示屏为OLED显示屏。显示屏中的自发光单元可以发出光信号211，当手指按压在显示屏表面的指纹采集区域时，发光单元发出的光可以照亮手指的指纹区域。光信号211到达手指后，可以在手指的表面发生反射或散射，形成返回至光学指纹传感器的反射光或散射光，为便于描述，以下统称为反射光212。反射光212可以被显示屏下方的光学指纹传感器接收到，以进行指纹采集。该光学指纹传感器可以包括具有感光阵列的图像传感器，能够接收光信号212，所述光信号可以用于生成手指的指纹图像信息，完成指纹图像的采集。
该光学指纹识别装置还可以包括光路引导结构，所述光路引导结构用于将所述光信号传输到所述光学指纹传感器，以使所述光学指纹传感器可以检测到所述手指的指纹信息。所述光路引导结构可以设置在所述光学指纹传感器的上方，具体地，所述光学指纹传感器可以包括有效感光区域(或简称为感光区域)，该光路引导结构可以设置在光学指纹传感器的有效感光区域的上方。所述有效感光区域可以具体是所述光学指纹传感器的感应阵列在所述光学指纹传感器表面上的对应区域，即所述有效感光区域设置有多个感应单元；换句话说，所述有效感光区域可以是所述光学指纹传感器用于进行指纹识别的区域。
作为一种实施例，如图11所示，所述光路引导结构可以包括微透镜层1101和微孔层1106，所述微透镜层1101包括由阵列排布的多个微透镜(Micro-lens或ulens)形成的微透镜阵列，所述微孔层1106可以包括在至少一个挡光层形成的多个微孔，所述多个微孔形成一个为微孔阵列；其中，所述微孔阵列设置在所述微透镜阵列的下方。可选地，所述微透镜和所述微孔之间可以是一一对应的关系，并分别进一步对应于光学指纹传感器的其中一个感应单元1202。其中，所述微透镜可以将上述从手指反射的光信号212汇聚到所述微孔，并进一步通过所述微孔将所述光信号传输到其对应的感应单元。
作为一种可选的实现方式，所述微透镜、所述微孔和所述感应单元可以是以垂直于所述光学指纹传感器表面的方向进行对齐，如图11所示，此时所述微透镜与所述微孔配合便可以将垂直方向的光信号212传输至其下方的感应单元。可替代地，所述微透镜、所述微孔和所述感应单元也可以是以与所述光学指纹传感器表面具有一定倾斜角度的方向进行对齐，此时所述微透镜与所述微孔配合便可以将倾斜角度入射的光信号传输至其对应的感应单元。
更进一步地，所述光路引导结构还可以包括其他光学膜层，比如图11所示的钝化层1102、第一透明介质层1103和第二透明介质层1104，其中，所述第一透明介质层1103可以形成在所述微孔层1106上方，并且至少部分填充所述微孔；所述钝化层1102可以形成在所述微透镜层1101和所述第一介质层1103之间，而所述第二透明介质层1104形成在所述微孔层1106的下方。另一方面，所述微透镜层1101、所述钝化层1102、所述第一透明介质层1103和所述第二透明介质层1104之间可以根据需要选择性地形成有缓冲层，且所述微透镜层1101表面也可以形成有平坦层。
另一方面，所述光路引导结构可以作为一个独立部件设置在所述光学指纹传感器的上方，也可以直接通过半导体制作工艺生长在所述光学指纹传感器的上方，也即是说，所述光路引导结构可以集成在所述光学指纹传感器，从而形成一体式光学传感器芯片，采用这种结构一方面可以减小所述光学指纹装置的整体厚度，也有利于所述微透镜、所述微孔和所述感应单元之间的相互对准，提高产品良率，并且还有利于形成大面积的光学指纹装置。
作为一种替代实施例，所述光路引导结构也可以为准直器，准直器可为具有一定深宽比的准直通孔阵列，所述准直通孔阵列的准直通孔可以允许与通孔延伸方向一致的光信号穿过，并衰减跟准直通孔具有一定夹角的光信号。比如，所述准直器的准直通孔可以垂直于准直器表面，此时其可以允许垂直入射到准直器中的手指反射的光信号穿过，并被准直器下方的光学指纹传感器接收到；可替代地，所述准直器的准直通孔的延伸方向也可以相对于所述准直器表面具有一定的倾斜角度，在这种情况下，所述准直器可以允许具有上述倾斜角度的光信号通过并传输至所述光学指纹传感器相应的感应单元，并衰减掉与上述倾斜角度不一致的光信号。
另外，该指纹识别装置还可以包括滤波器，该滤波器可以设置在所述光路引导结构的上方，用于过滤掉手指反射的光信号中的环境光或者其他干扰光，从而选择出所需要的光波长，减小环境光对指纹图像的干扰。在具体实施例中，所述滤波器可以具体包括红外截止滤波器(IR-cut Filter)。
图2所示的指纹识别装置主要利用所述光路引导结构(比如上述微透镜或者准直器)进行成像，利用所述光路引导结构的成像效果与所述光路引导结构与手指之间的光程有关。该光程可以指，经手指反射之后的光信号到达所述光路引导结构所需要经过的距离。其中，所述光路引导结构与手指之间的光程越长，光线扩散就会越严重，所述光路引导结构的成像效果越差。因此，为了提高所述光路引导结构的成像效果，需要减小所述光路引导结构与手指之间的光程。
通常，对于一个厚度确定的显示屏而言，所述光路引导结构与手指之间的光程主要取决于显示屏下表面与所述光路引导结构之间的距离，用P表示。
在图2所示的架构中，P＝Pmin+d+T/n。
其中，Pmin表示显示屏的下表面与滤波器的上表面之间的最小距离，该最小距离Pmin是结构组装上必须预留的安全间隙，换句话说，Pmin是为安装滤波器预留的最小安装间隙，存在工艺极限最小值。
d为滤波器的下表面到所述光路引导结构上表面之间的距离，这个距离也是结构组装必须预留的安全间隙，存在工艺极限最小值。
T表示滤波器的厚度，n表示滤波器的等效折射率，因此该滤波器的等效光程为T/n。
综上，在图2所示的架构中，由于工艺上的限制，P值不能继续减小，较大的P值会影响准直器的成像效果。因此，如何设计一种指纹识别装置，提高所述光路引导结构的成像效果成为亟需解决的问题。
此外，如果P值越大，整个指纹识别装置的厚度也会越大，不利于节约尺寸空间。
本申请实施例提供一种指纹识别装置，能够减小所述光路引导结构与手指之间的光程，改善所述光路引导结构的成像效果。
本申请实施例对滤波器的结构进行分析得到，可以通过省去滤波器的基材，以达到减小所述光路引导结构与手指之间的光程的目的。下面对本申请实施例提供的技术方案进行详细描述。
图3是一种典型的滤波器的结构示意图。通常，滤波器的结构包括基材和镀膜。基材可以是玻璃片、水晶片或薄膜片，主要用于作为镀膜的载体。基材通常比较厚，其厚度一般超过100μm，也就是说，T是大于100μm的。镀膜是滤波器的核心，用于完成光波滤除的效果。镀膜通常很薄，只有1～5μm。
考虑到滤波器的基材只是作为镀膜的载体，在光波滤除过程中不占主要作用，而且基材还占用很大的厚度。综上考虑，本申请实施例提供一种指纹识别装置，可以省去滤波器的基材，将镀膜直接镀在光学指纹传感器或所述光路引导结构的表面，以光学指纹传感器或所述光路引导结构作为镀膜的载体，这样也能达到同样的光波滤除的效果。
省去滤波器基材的指纹识别装置，可以减小所述光路引导结构与显示屏下表面之间的距离，也就是说，能够减小所述光路引导结构与手指之间的光程，提高所述光路引导结构的成像效果。此外，省去滤波器的基材后，也能够减小指纹识别装置的厚度，有利于节约尺寸空间。
图4是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的示意图，该指纹识别装置包括光学指纹传感器320，该光学指纹传感器320包括感光区域321，在该感光区域321上镀有滤光膜310。该滤光膜310可以指上文描述的镀膜。
该滤光膜310可以对到达感光区域321的光信号进行滤波，以滤除进入所述感光区域321的干扰光，比如环境光或者其他对指纹检测信号造成干扰的光信号，而仅使特定波段的光信号(即指纹检测信号对应的波段的光信号)到达光学指纹传感器320的感光区域321；比如，所述滤光膜310可以为红外截止滤光膜，其可以滤除红外波段的光信号，或者同时滤除部分红光波。
镀有滤光膜的光学指纹传感器既可以作为光学指纹传感器进行指纹图像的采集，还可以作为滤光膜的基材以承载所述滤光膜，并与所述滤光膜一起形成用于滤除干扰光的滤波器而完成光波滤除的效果。将滤光膜集成在光学指纹传感器上，能够省去滤光器的基材，有利于减小指纹识别装置的厚度。
该滤光膜可以是镀在光学指纹传感器上的感光区域上，还可以是镀在光学指纹传感器的整个表面，或者可以镀在比感光区域稍大一点的区域，换句话说，所述滤光膜可以通过镀膜方式至少覆盖在所述光学指纹传感器的感光区域的部分感应单元。另一方面，根据实际需要，所述滤光膜和所述光学指纹传感器之间也可以设置有缓冲层或者介质层以保证二者之间的具有良好的结合性而保证滤波效果，本申请实施例对此不做具体限定。
对于传统的光学指纹传感器，传感器的感光面朝向指纹传感器的正面，或者朝向指纹传感器的上表面，对于这种情况，可以将滤光膜镀在光学指纹传感器的正面，将光学指纹传感器作为滤光膜的基材，以滤除手指反射的光信号中的环境光，达到光波滤除的效果。
该指纹识别装置还可以包括如上所述的光路引导结构，该光路引导结构可以设置在滤光膜上。该光路引导结构可用于将手指反射的光信号引导至感光区域。
如图5所示，可以将滤波器的滤光膜520直接做到光学指纹传感器530的表面，例如，滤光膜520可以设置在光学指纹传感器530的感光区域531上。这样可以达到同样的光波滤除效果，并且省去了滤波器基材的厚度。光路引导结构510可以采用如图11所示的结构或者准直器结构，其可以通过半导体制作工艺生长在滤光膜520的上表面，在这种情况下所述光路引导结构510、所述滤光膜520和所述光学指纹传感器530可以集成在同一个芯片上；或者，所述光路引导结构510也可以作为一个独立部件放置在滤光膜520的上表面，对手指反射的光信号进行过滤。
当采用图11所示的光路引导结构时，所述第二透明介质层可以形成在所述滤光膜520的上方，且二者之间还可以根据需要设置缓冲层或者其他介质层或光学膜层。
所述光学指纹传感器530的表面还可设置有与基板540连接的第一焊盘550。该第一焊盘550也可以称为焊垫，或者结合区。该第一焊盘550上可设置有输入输出焊盘(input-output pad，IO pad)，用于实现所述光学指纹传感器530内部与外部信号的传输。
基板540可以是电路板，如柔性电路板(flexible printed circuit，FPC)板，光学指纹传感器530可以通过第一焊盘550焊接到基板540，并通过基板540实现与其他外围电路或者电子设备的其他元件的电性互连和信号传输。
第一焊盘550与基板540的连接方式通常是使用引线连接的方式，如通过引线键合的方式将焊盘连接到基板，如图5所示。当然，第一焊盘550还可以通过其他的方式连接到基板，本申请实施例对此不做限定。
在图5所示的架构中，所述光路引导结构510的上表面与显示屏503下表面之间的距离P为：P＝Pmin+d1。
其中，Pmin表示引线560的弧顶到显示屏503下表面之间的距离，该Pmin也是结构组装上的最小安全间隙，d1表示引线560的弧顶到所述光路引导结构510的上表面之间的距离。
与基板540连接的引线560(或称结合线)的弧形高度需通常达到100μm高，也就是说，引线560的弧顶通常比光学指纹传感器530上第一焊盘550的位置高100μm。而集成在光学指纹传感器530表面的所述光路引导结构510的厚度通常只有20μm高，因此，引线560的弧顶比准直器510的上表面高出d1的距离。
很显然，在预留的安全间隙Pmin相同的情况下，d1的值小于(d+T/n)的值。因此，在该架构中，所述光路引导结构510与显示屏503之间的距离的最小值小于图2所示架构中的所述光路引导结构与显示屏之间的距离。
因此，本申请实施例提供的技术方案能够减小显示屏503与所述光路引导结构510之间的距离，提高所述光路引导结构510的成像效果。另外，所述光路引导结构510与显示屏503之间的距离减小后，也有利于减小指纹识别装置的整体尺寸，节约尺寸空间。
另外，本申请实施例还提供另一种指纹识别装置，能够进一步减小所述光路引导结构与显示屏之间的距离。
图5所示的指纹识别装置，由于引线560弧顶的高度，使得所述光路引导结构510与显示屏503之间存在d1的距离。本申请实施例提供的另一种指纹识别装置，能够进一步减小所述光路引导结构与显示屏之间的距离。
如图6所示，该光学指纹传感器530上还设置有沟渠(trench)，该沟渠的表面534低于光学指纹传感器530的上表面533，换句话说，该沟渠的表面534与光学指纹传感器530的上表面之间存在高度差m。具体地，可以采用沟渠工艺，在光学指纹传感器530的表面切割出一道沟渠，该沟渠的表面534比光学指纹传感器530的上表面533下沉的高度为m。该沟渠可以是在光学指纹传感器530表面切割出的一个凹槽，或者，是在光学指纹传感器530表面切割出的一个台阶，该凹槽或台阶的表面低于光学指纹传感器530的上表面。所述沟渠的深度可以根据实际需要而定，作为一种可选的实施例，所述沟渠的表面534与所述光学指纹传感器530的上表面之间的高度差可以大于或等于30μm。
在该沟渠的表面534设置有与基板540连接的焊盘570，该焊盘570可以通过引线键合的方式连接到基板540。这样，由于沟渠表面的焊盘570位置比图5所示的传感器上表面的第一焊盘550的位置低m的高度，因此，在引线560弧顶到焊盘的距离固定(例如均为100μm)的情况下，本实施例中的引线560弧顶到所述光路引导结构510上表面的距离比图5中引线弧顶到所述光路引导结构上表面的距离小m，也就是说，引线560的弧顶至所述光路引导结构510上表面的距离小于d1，从而所述光路引导结构510上表面到显示屏下表面的距离变为Pmin+d1-m，因此所述光路引导结构510上表面到显示屏503下表面的距离进一步减小，能够进一步提高所述光路引导结构510的成像效果。
作为一种实现方式，该光学指纹传感器530的上表面533上设置有原先的焊盘550，称为第一焊盘550。在第一焊盘550的外侧，可以切割出一道沟渠。在该沟渠的表面设置有新焊盘570，称为第二焊盘570。该第二焊盘570与第一焊盘550对应，在切割出的沟渠表面，可以设置导电层580，该导电层580可以将第一焊盘550连接至沟渠上的第二焊盘570。
该导电层580可以是重新布线层，可以利用重新布线层(redistribution layer，RDL)工艺进行重新布线，通过RDL走线将第一焊盘550引到沟渠内的第二焊盘570的位置。
可选地，m的值可以大于或等于d1。当m大于或等于d1时，所述光路引导结构510上表面到显示屏503下表面之间的距离减小为Pmin，该Pmin为工艺极限最小值。通过这种方式，可以将所述光路引导结构510与显示屏503之间的距离减小到最小，能够更进一步地提高所述光路引导结构510的成像效果。
作为一种实现方式，m可以大于或等于30μm。但是30μm的下沉高度仅是一种举例，本申请实施例并不限于此。
为了达到光路引导结构510上表面到显示屏503下表面之间的距离减小为Pmin，下沉高度m的值取决于引线键合的工艺技术。如果引线键合的工艺要求引线的弧顶高度最小为50μm，则m的值可以大于或等于30μm；如果引线键合的工艺要求引线的弧顶高度最小为100μm，则m的值可以大于或等于80μm。因此，本申请实施例对下沉高度m的值并不做具体限定，只要引线的弧顶高度不超过光路引导结构的上表面即可。
此外，本申请实施例还提供另一种指纹识别装置，也能够实现所述光路引导结构的上表面与显示屏下表面之间的距离为Pmin。
如图7所示，第一焊盘550上可以设置与基板540连接的硅通孔502，该硅通孔502的表面可以镀有导电层，例如可以镀上金属使其导电，从而可以将位于光学指纹传感器530上表面的第一焊盘550连接到光学指纹传感器530的下表面。光学指纹传感器530下表面的硅通孔502的孔口可以与基板540连接，从而实现第一焊盘550与基板540的连接。
该光学指纹传感器530的下表面可以设置锡球501，该锡球501可以作为新焊区。锡球501与硅通孔502对应，也就是说，锡球501与第一焊盘550对应，每个焊盘对应一个锡球。这个过程可以实现将光学指纹传感器530上表面的第一焊盘550引线到下表面的锡球501，然后通过将锡球501焊接到基板540上实现光学指纹传感器530与基板540的连接。
作为一种实现方式，锡球501可以设置在硅通孔502的孔口处，每个硅通孔502的孔口处均设置有一个对应的锡球501。作为另一种实现方式，锡球501在光学指纹传感器530的下表面呈阵列排布，然后可以在光学指纹传感器530的下表面制作导电层580，通过导电层580将硅通孔502的孔口连接到对应的锡球501上，从而实现将第一焊盘550引线到指定位置的锡球501上。该导电层580例如可以为上文描述的利用RDL工艺制作的重新布线层。
当然，锡球501也可以不是呈阵列分布，可以是其他的分布形式，只要相邻锡球的间距能够满足焊料球的最小间距即可。
通过重新布线，将硅通孔502的位置连接到新焊区，使得新焊区的锡球501满足最小间距的要求，避免相邻硅通孔502之间的距离过小，造成电路故障。因此，在光学指纹传感器530的下表面重新对锡球501的位置进行排列，特别适用于第一焊盘550位置过密的情形。
光学指纹传感器530上表面的所有第一焊盘550均可以通过硅通孔502连接到下表面的锡球501，下表面的锡球501可以通过表面贴装技术(surface mount technology，SMT)焊接到基板上。
通过硅通孔(through silicon vias，TSV)技术进行封装，省去了引线，能够避免采用引线封装所带来的引线弧顶过高的问题。通过TSV封装，同样也能够实现所述光路引导结构510的上表面到显示屏503的下表面之间的距离为P＝Pmin。
对于TSV的连接方式，并不限于图7所示的架构，例如，还可以在图6所示架构的基础上，在沟渠的位置采用TSV的封装方式，也能够实现光路引导结构的上表面与显示屏下表面之间的距离为Pmin。在沟渠表面进行TSV封装与在光学指纹传感器上表面进行TSV封装的过程类似，此处不再赘述。
上文描述的光学指纹传感器均是以传统的光学指纹传感器为例进行描述的，该光学指纹传感器的感光面朝向指纹传感器的上表面，或者朝向指纹传感器的正面。这种传统的光学指纹传感器应用到上文描述的任一种实施例中。
此外，本申请实施例的指纹识别装置还可以使用背照式指纹传感器。如图8所示，背照式指纹传感器530表示光学指纹传感器的感光面531朝向背照式指纹传感器530的下表面507(或称背面)。背照式指纹传感器530可以采用倒装封装技术，也就是说，背照式指纹传感器530的正面507朝下，朝向基板540的封装方式，通过将背照式指纹传感器530上表面507的第一焊盘550连接至基板540，实现背照式指纹传感器530与基板540的连接。
如图8所示，手指反射的光信号可以到达背照式指纹传感器530的背部的感光区域531，感光区域531可以根据接收到的光信号进行指纹识别。
可选地，可以在第一焊盘550的位置制作锡球501，将锡球501焊接至基板540，实现背照式指纹传感器530与基板540的连接。或者，可以在指纹传感器530的正面507制作锡球阵列，通过RDL工艺将原先的第一焊盘550连接到指定的锡球501上，通过锡球阵列可以将背照式指纹传感器530倒置焊接到基板540上，实现背照式指纹传感器530与基板540的连接。
与前面实施例的光学指纹传感器不同，本实施例提供的背照式指纹传感器530的滤光膜520可以镀在背照式指纹传感器530的背面506。例如，可以镀在背照式指纹传感器530背面506的感测区域上。准直器510可以设置在滤光膜520上。这样，光路引导结构510与显示屏503之间的距离也能达到最小，即P＝Pmin。
上文均是以滤光膜镀在指纹传感器的表面为例进行描述的，本申请实施例并不限于此。如图9所示，滤光膜910也可以镀在光路引导结构920的表面，将所述光路引导结构920作为镀膜的基材，达到光波滤除的效果。
例如，该滤光膜910可以镀在所述光路引导结构920的上表面，当采用图11所示的光路引导结构时，所述微透镜层表面可以设置有平坦层，且所述滤光膜910可以镀设在所述平坦层的表面；或者，所述滤光膜910也可以镀在准直器920的下表面；当采用图11所示的光路引导结构时，所述滤光膜910可以具体镀设在所述第二透明介质层的下方。
与上文描述的将滤光膜镀在光学指纹传感器的表面的原理类似，将滤光膜镀在光路引导结构的表面后，也同样可以省去滤波器的基材，减小准直器与显示屏之间的距离。
本申请实施例的指纹识别装置可以包括光路引导结构920和光学指纹传感器940。该光路引导结构920的表面可以镀有滤光膜910，且该光路引导结构920可以设置在光学指纹传感器940的表面，例如可以设置在光学指纹传感器940的感光区域930上。
镀有滤光膜910的光路引导结构920可以对显示屏上方的手指反射的光信号进行过滤，并将该光信号引导至光学指纹传感器940的感光区域930。光学指纹传感器940可以接收经过光路引导结构920的光信号，所述光信号可以用于生成手指的指纹信息。
在实施例中，所述滤光膜910可以具体为形成在所述光路引导结构920的表面的镀膜，并且所述镀膜覆盖所述光路引导结构920与所述光学指纹传感器940的感应区域相对应的部分。其中，所述光路引导结构940的平坦层或者其中一个介质层可以作为所述滤光膜910的基材，以承载所述滤光膜910而形成用于滤除所述干扰光的滤波器。
采用本申请实施例的方案，所述滤光膜和光路引导结构可以集成在所述光学指纹传感器，从而实现超薄一体式光学指纹装置。
本申请实施例还提供一种封装结构，该封装结构可以包括上文描述的指纹识别装置，以及封装基板。该封装基板可以是指上文描述的基板540。该封装基板可以是FPC板或者其他电路板。指纹识别装置可以包括指纹传感器，该指纹传感器上设置有与封装基板连接的焊盘，该焊盘可以通过上文描述的任一种方式封装在该封装基板上，实现指纹传感器与基板的连接。
该焊盘也可以称为与基板连接的结合区。
可选地，在本申请实施例中，指纹识别装置可以为指纹模组，或者，指纹识别装置可以为包括指纹模组和基板的设备，或者指纹识别装置可以为包括指纹模组的电子设备，本申请实施例对此不做限定。
图10是本申请实施例提供的一种电子设备1000的示意性结构图，该电子设备1000具有指纹识别的功能。该电子设备1000可以包括指纹识别装置1010，该指纹识别装置1010可以为上文描述的任一种指纹识别装置。由于该指纹识别装置1010能够减小光路引导结构与显示屏之间的距离，从而能够减小指纹识别装置的厚度。因此，采用上述指纹识别装置的电子设备，能够减小该电子设备的厚度，提高用户体验。
该电子设备1000可以包括显示屏，指纹识别装置可以设置于该显示屏的下方，接收该显示屏上方的手指反射的光信号，该光信号可用于生成手指的指纹信息。
该显示屏可以是自发光的显示屏，例如OLED显示屏，也可以是非自发光的显示屏，例如LCD显示屏。
需要说明的是，本申请实施例中的光学指纹传感器可以表示光学指纹传感器芯片。
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。
所属领域的技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。
如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电子设备、装置和方法，可以通过其它的方式实现。
例如，以上所描述的装置实施例中单元或模块或组件的划分，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，例如，多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些单元或模块或组件可以忽略，或不执行。
又例如，上述作为分离/显示部件说明的单元/模块/组件可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块/组件来实现本申请实施例的目的。
最后，需要说明的是，上文中显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上内容，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例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实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

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，包括：
光学指纹传感器，用于设置在所述显示屏的下方以实现屏下光学指纹检测，所述光学指纹传感器包括感光区域，所述感光区域包括多个感应单元，所述感应单元用于检测在手指表面反射而返回的光信号；
滤光膜，所述滤光膜形成在所述光学指纹传感器的感光区域的上方，用于对所述光信号进行滤波以滤除干扰光。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述滤光膜为形成在所述光学指纹传感器的表面的镀膜，并且所述镀膜覆盖所述感光区域的感应单元。
3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学指纹传感器作为所述滤光膜的基材，以承载所述滤光膜而形成用于滤除所述干扰光的滤波器。
4.根据权利要求1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：
光路引导结构，用于设置在所述显示屏和所述光学指纹传感器之间，以将所述在手指表面反射而返回的光信号传输到所述光学指纹传感器的感光区域。
5.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构与所述滤光膜和所述光学指纹传感器集成在同一个光学指纹传感器芯片；
或者，所述光路引导结构作为一个独立的部件设置在所述光学指纹传感器的上方。
6.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构包括微透镜层和微孔层，所述微透镜层包括具有多个微透镜的微透镜阵列，所述微孔层包括具有多个微孔的微孔阵列，所述微孔阵列形成在所述微透镜阵列的下方。
7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜和所述微孔之间具有一一对应的关系，且每一对微透镜和微孔分别对应于所述光学指纹传感器的其中一个感应单元；所述微透镜用于将所述在手指表面反射而返回的光信号汇聚到所述微孔，并通过所述微孔将所述光信号传输至其对应的感应单元。
8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜和所述微孔以垂直于所述光学指纹传感器表面的方向与所述感应单元进行对齐，以将垂直方向的光信号传输至其下方的感应单元。
9.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜和所述微孔以与所述光学指纹传感器表面具有一定倾斜角度的方向与所述感应单元进行对齐，以将倾斜角度入射的光信号传输至其下方的感应单元。
10.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构还包括第一透明介质层和第二透明介质层，所述第一透明介质层形成在所述微孔层上方，并至少部分填充所述微孔；所述第二透明介质层形成在所述微孔层的下方。
11.根据权利要求10所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构还包括钝化层，所述钝化层形成在所述微透镜层和所述第一透明介质层之间。
12.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构还包括形成在所述微透镜层表面的平坦层，所述平坦层覆盖所述微透镜层。
13.根据权利要求1-12中任一项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：
基板，用于实现所述光学指纹传感器与外围电路或者所述电子设备的其他元件的电性互联和信号传输。
14.根据权利要求13所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学指纹传感器的上表面设置有用于与所述基板连接的第一焊盘。
15.根据权利要求14所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一焊盘通过引线键合的方式连接到所述基板。
16.根据权利要求14所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学指纹传感器还包括硅通孔，所述硅通孔用于将所述第一焊盘连接到所述基板。
17.根据权利要求16所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学指纹传感器的下表面设置有用于焊接至所述基板的锡球，所述第一焊盘通过所述硅通孔连接至所述锡球。
18.根据权利要求1-12中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学指纹传感器为背照式指纹传感器，所述背照式指纹传感器通过倒封装方式进行设置，以使其正面朝向基板而背面朝向显示屏，且所述滤光膜镀在所述光学指纹传感器的背面。
19.一种电子设备，其特征在于，包括显示屏和如权利要求1至18中任一项所述的指纹识别装置，其中所述指纹识别装置设置在所述显示屏的下方。
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