CN210864753U - 指纹识别装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹识别装置和电子设备，能够提升指纹识别装置的性能。该指纹识别装置，用于设置在电子设备的显示屏下方，包括：传感器芯片，包括光检测阵列和芯片保护环，该芯片保护环设置在该光检测阵列周围；阻光层，形成于该光检测阵列上方，其中，该阻光层设置有多个通光小孔，该阻光层覆盖该光检测阵列的全部区域并至少覆盖该芯片保护环的部分区域；其中，经过该显示屏上方手指反射或散射后返回的指纹光信号通过该阻光层上的多个通光小孔传输至该光检测阵列以进行指纹识别。

Description

指纹识别装置和电子设备

技术领域

本申请涉及光学指纹技术领域，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，屏下指纹识别装置的应用越来越广泛，其中以屏下光学指纹识别装置最为普及。目前业界量产的屏下光学指纹识别装置主要采用两种方案，一种是采用小孔成像方案，在实际的工业制造中，小孔的尺寸无法进一步缩小，从而限制其指纹图像分辨率的提升；且小孔只允许垂直方向的入射光进入，无法提供足够的光线导致成像信号相对有限，影响指纹图像质量。另一种是采用光学透镜方案，利用球面或者非球面镜头聚光成像。在手机轻薄化的发展趋势下，从手指按压手机屏表面到光学芯片的指纹采集区的距离较短，光学镜头的总光学厚度较小，因而该方案的指纹采集的面积是非常有限的，无法进行大面积指纹采集，影响了指纹识别装置的性能。

因此，如何提升屏下光学指纹识别装置的性能，成为一项亟需解决的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种指纹识别装置和电子设备，能够提升指纹识别装置的性能。

第一方面，提供了一种指纹识别装置，用于设置在电子设备的显示屏下方，包括：

传感器芯片，包括光检测阵列和芯片保护环，该芯片保护环设置在该光检测阵列周围；

阻光层，形成于该光检测阵列上方，其中，该阻光层设置有多个通光小孔，该阻光层覆盖该光检测阵列的全部区域并至少覆盖该芯片保护环的部分区域；

其中，经过所述显示屏上方手指反射或散射后返回的指纹光信号通过所述阻光层上的多个通光小孔传输至所述光检测阵列以进行指纹识别。

本申请实施例的方案，指纹光信号通过阻光层的多个通光小孔传输至光检测阵列以进行指纹识别，可以在实现大面积高分辨率的指纹识别图像，此外，通过阻光层覆盖芯片保护环，避免杂光信号对指纹识别的干扰以及避免指纹识别装置反射的光信号传输至显示屏外被人眼接收，在提升指纹识别装置的性能的同时，还能解决指纹识别装置的外观问题。

在一种可能的实现方式中，指纹识别装置还包括：微透镜阵列，设置于该阻光层上方；其中，该微透镜阵列用于将该指纹光信号汇聚至该阻光层上的多个通光小孔，该指纹光信号通过该多个通光小孔传输至所述光检测阵列。

本申请实施例的方案，通过微透镜阵列将指纹光信号会聚至阻光层的多个通光小孔，指纹光信号通过阻光层的多个通光小孔传输至光检测阵列以进行指纹识别，可以在实现大面积高分辨率的指纹识别图像的同时，减小指纹识别装置的厚度。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别装置还包括：滤波层，设置于该阻光层与该传感器芯片之间，用于滤掉非目标波段的光信号，透过目标波段的光信号，该滤波层覆盖该光检测阵列的全部区域并覆盖该芯片保护环的部分区域。

通过本申请实施例的方案，滤波层覆盖芯片保护环的部分区域，使得滤波层在完全覆盖光检测阵列的同时，其边缘距离光检测阵列的距离较远，滤波层边缘的工艺问题不会影响光检测阵列接收的指纹光信号，从而进一步提高了指纹识别装置的性能。

在一种可能的实现方式中，该传感器芯片还包括：芯片焊接区域，包括多个芯片焊盘；该芯片保护环为多边形环状结构，该芯片焊接区域位于该芯片保护环中并靠近于该芯片保护环的第一侧；

该阻光层未覆盖该芯片焊接区域及该芯片保护环的第一侧。

在一种可能的实现方式中，该芯片保护环为四边形环状结构，该阻光层覆盖该芯片保护环除该第一侧外的至少一侧。

在一种可能的实现方式中，该滤波层未覆盖该芯片焊接区域及该芯片保护环的第一侧。

在一种可能的实现方式中，该芯片保护环为四边形环状结构，该滤波层覆盖该芯片保护环除该第一侧外的至少一侧。

在一种可能的实现方式中，该阻光层覆盖该传感器芯片的切割道的部分区域。

在一种可能的实现方式中，该滤波层覆盖该传感器芯片的切割道的部分区域。

在一种可能的实现方式中，该阻光层为多层阻光层中的一层，该多层阻光层中的至少一层阻光层覆盖该光检测阵列的全部区域并至少覆盖该芯片保护环的部分区域。

在一种可能的实现方式中，该滤波层为在该光检测阵列上方形成的滤光材料薄膜，且该滤波层与该光检测阵列一起集成在该传感器芯片中。

在一种可能的实现方式中，该滤波层覆盖该光检测阵列的全部区域，且该滤波层的边界与该光检测阵列的边界的距离大于150μm。

在一种可能的实现方式中，该滤波层的厚度在1μm至10μm之间，该目标波段的波长范围包括400nm至650nm。

在一种可能的实现方式中，该滤波层包括多层氧化物薄膜，其中，硅氧化物薄膜和钛氧化物薄膜依次交叠形成该多层氧化物薄膜，或者硅氧化物和铌氧化物依次交叠形成该多层氧化物薄膜。

在一种可能的实现方式中，该阻光层对波长范围为400nm至600nm的可见光的透过率小于8％。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别装置还包括：

表面遮光层，形成于该阻光层上方，其中设置有开窗，该微透镜阵列设置于该开窗中；

该表面遮光层用于阻挡该微透镜阵列周围的光信号进入该光检测阵列。

通过本申请实施例的方案，表面遮光层用于阻挡微透镜阵列周围的光信号进入光检测阵列，同时还防止指纹识别装置的反射的光信号穿过显示屏被人眼接收，通过设置该表面遮光层，能够进一步的防止杂光信号对于指纹检测的干扰，还能进一步解决显示屏下方指纹识别装置的外观问题，从而进一步优化指纹识别装置的性能。

在一种可能的实现方式中，该表面遮光层的边缘覆盖该阻光层的边缘和/或该滤波层的边缘。

在一种可能的实现方式中，该表面遮光层对波长范围为400nm至600nm的可见光的透过率小于8％。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别装置还包括：第一介质层和第二介质层；

该第一介质层生长在该滤波层的表面，该阻光层生长在该第一介质层的表面；

该第二介质层生长在该阻光层的表面并填充该阻光层的多个通光小孔。

在一种可能的实现方式中，该微透镜阵列中的每个微透镜为四边形微透镜或圆形透镜。

在一种可能的实现方式中，该微透镜阵列中的每个微透镜的上表面为球面或者非球面。

在一种可能的实现方式中，该指纹光信号为垂直于该显示屏的垂直方向光信号或者为倾斜于该显示屏的特定方向光信号。

第二方面，提供了一种电子设备，包括显示屏以及如第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中的指纹识别装置。

在一种可能的实现方式中，该显示屏为有机发光二极管显示屏，该显示屏的发光层包括多个有机发光二极管光源，其中，该指纹识别装置采用至少部分有机发光二极管光源作为指纹识别的激励光源。

通过在电子设备中设置上述指纹识别装置，使得该电子设备具有良好的指纹识别性能，提升指纹识别成功率，提高用户体验。

附图说明

图1是本申请实施例所适用的电子设备的结构示意图。

图2是根据本申请实施例的一种指纹识别装置的示意性结构图。

图3是图2中指纹识别装置的示意性俯视图。

图4是根据本申请实施例的另一种指纹识别装置的示意性结构图。

图5是图4中指纹识别装置的示意性俯视图。

图6是根据本申请实施例的另一种指纹识别装置的示意性结构图。

图7是图6中指纹识别装置的示意性俯视图。

图8是根据本申请实施例的另一种指纹识别装置的示意性结构图。

图9是根据本申请实施例的一种电子设备的示意性框图。

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。或者，该指纹识别装置也可以部分或者全部集成至电子设备的显示屏内部，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电子设备的结构示意图，该电子设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，该光学指纹装置130设置在显示屏120下方的局部区域。该光学指纹装置130包括光学指纹传感器，该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，该感应阵列133所在区域或者其感应区域为光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，指纹检测区域103位于显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如显示屏120的侧面或者电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到光学指纹装置130，从而使得指纹检测区域103实际上位于显示屏120的显示区域。

应当理解，指纹检测区域103的面积可以与光学指纹装置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，可以使得光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于光学指纹装置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，光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与该光学指纹装置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。

作为一种可选的实现方式，如图1所示，光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，该光检测部分134包括感应阵列以及与该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，该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，该光探测器可以作为上述的光学感应单元；该光学组件132可以设置在光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括导光层或光路引导结构以及其他光学元件，该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感应阵列进行光学检测。

在具体实现上，光学组件132可以与光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，该光学组件132可以与该光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将该光学组件132设置在该光检测部分134所在的芯片外部，比如将该光学组件132贴合在该芯片上方，或者将该光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。

其中，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，该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，该准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到该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该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，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，以使得该感应阵列可以基于该反射光进行成像，从而得到该手指的指纹图像。可选地，该光学透镜层在该透镜单元的光路中还可以形成有针孔，该针孔可以配合该光学透镜层扩大光学指纹装置的视场，以提高光学指纹装置130的指纹成像效果。

在其他实施例中，导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，该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感应阵列的其中一个感应单元。并且，微透镜层和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，微透镜层和感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中该微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得感应单元所对应的光线通过微透镜汇聚到微孔内部并经由该微孔传输到该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，可以在准直器层或者光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在准直器层或者光学透镜层与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，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，光学指纹装置130可以利用OLED显示屏120位于指纹检测区域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按压在指纹检测区域103时，显示屏120向指纹检测区域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和来自指纹峪的反射光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；基于该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，从而在电子设备10实现光学指纹识别功能。

在其他实施例中，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，该光学指纹装置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，电子设备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，该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，其可以设置在液晶显示屏的背光模组下方或者设置在电子设备10的保护盖板下方的边缘区域，而光学指纹装置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光学指纹装置130；或者，光学指纹装置130也可以设置在背光模组下方，且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光学指纹装置130。当采用光学指纹装置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，电子设备10还包括透明保护盖板，该盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于显示屏120的上方并覆盖电子设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在显示屏120实际上是指按压在显示屏120上方的盖板或者覆盖该盖板的保护层表面。

还应当理解，电子设备10还可以包括电路板150，该电路板设置在光学指纹装置130的下方。光学指纹装置130可以通过背胶粘接在电路板150上，并通过焊盘及金属线焊接与电路板150实现电性连接。光学指纹装置130可以通过电路板150实现与其他外围电路或者电子设备10的其他元件的电性互连和信号传输。比如，光学指纹装置130可以通过电路板150接收电子设备10的处理单元的控制信号，并且还可以通过电路板150将来自光学指纹装置130的指纹检测信号输出给电子设备10的处理单元或者控制单元等。

另一方面，在某些实施例中，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，光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；该多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在显示屏120的下方，且该多个光学指纹传感器的感应区域共同构成光学指纹装置130的指纹检测区域103。也即是说，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，从而将光学指纹装置130的指纹采集区域103可以扩展到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，当光学指纹传感器数量足够时，指纹检测区域103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。

还应理解，在本申请实施例中，光学指纹装置中的感应阵列也可以称为像素阵列，感应阵列中的光学感应单元或感应单元也可称为像素单元。

需要说明的是，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。

由于大面积指纹识别、高分辨率指纹图像、厚度轻薄化等因素的需求，对光学指纹识别装置的设计要求越来越高。本申请实施例提供了一种改进的光学指纹识别装置，在大面积采集指纹图像的同时，提高指纹图像的分辨率，减小指纹识别装置的厚度，进一步提升屏下光学指纹识别的性能。

以下，结合图2至图9，详细介绍本申请实施例的指纹识别装置。

需要说明的是，为便于理解，在以下示出的实施例中，相同的结构采用相同的附图标记，并且为了简洁，省略对相同结构的详细说明。

图2是本申请实施例提供的一种指纹识别装置200的示意性结构图，图3是图2中指纹识别装置200的示意性俯视图，如图2和图3所示，该指纹识别装置200包括：

传感器芯片230，包括光检测阵列231和芯片保护环232，该芯片保护环232设置在该光检测阵列231周围；

阻光层220，形成于该光检测阵列231上方，其中，该阻光层220设置有多个通光小孔，该阻光层220覆盖上述光检测阵列231的全部区域并至少覆盖上述芯片保护环232中的部分区域；

其中，经过显示屏上方手指反射或散射后返回的指纹光信号通过阻光层220上的多个通光小孔传输至光检测阵列231以进行指纹识别。

可选地，如图2所示，该指纹识别装置200还可以包括：微透镜阵列210，设置于该阻光层220上方；

其中，该微透镜阵列210用于将经过显示屏上方手指反射或散射后返回的指纹光信号汇聚至阻光层220的多个通光小孔，该指纹光信号通过阻光层220的多个通光小孔传输至光检测阵列231以进行指纹识别。

具体地，如图2所示，上述微透镜阵列210包括多个微透镜，该多个微透镜中包括第一微透镜211，该第一微透镜211用于将其上方的指纹光信号会聚至其下方的第一通光小孔221中，指纹光信号通过该第一通光小孔221传输至光检测阵列231中的第一像素单元2311。

可选地，第一微透镜211可以用于将其上方垂直于显示屏的光信号会聚于第一通光小孔221。

可选地，第一微透镜211还可以用于将其上方倾斜于显示屏的光信号会聚于第一通光小孔221。

第一像素单元2311接收指纹光信号后，其转换得到的电信号用于形成指纹图像中的一个像素。

可选地，第一微透镜211的上表面可以为球面或者非球面。

可选地，第一微透镜211为多边形透镜或者圆形透镜，例如，当第一微透镜211为四边形透镜时，该四边形透镜为上表面为球面或者非球面，下表面为四边形。

可选地，该微透镜阵列210的材料为透明介质，该透明介质的光透过率大于99％，例如该透明介质为树脂、玻璃等。

应理解，第一微透镜211为微透镜阵列210中多个微透镜中的任意一个，该微透镜阵列210中多个微透镜可以与该第一微透镜211的形状大小相同或不同，本申请实施例对多个微透镜的形状大小不做限定。

具体地，在本申请实施例中，上述阻光层220完全覆盖传感器芯片230中的光检测阵列231。具体地，可以采用微纳加工工艺或者纳米印刷工艺在传感器芯片230上进行制备，例如，采用微纳加工工艺，通过旋涂、喷涂、原子层沉积、溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、离子束镀膜等方法在传感器芯片230上方制备一层或多层非透光材料薄膜，再进行小孔图形光刻和刻蚀，形成多个通光小孔。可选地，图1中的光学组件132可以包括上述微透镜阵列210以及阻光层220。

具体地，该阻光层220用于阻挡环境光、杂散光等干扰指纹检测的光信号。例如，该阻光层220对特定波段(比如可见光或者610nm以上波段)的光的透过率小于一定阈值，避免相应的光通过。可选地，该阻光层220的材料可以为金属或黑色不透光材料。

可选地，在一种可能的实施方式中，该阻光层220对波长范围为400nm至600nm的可见光的透过率小于8％。

可选地，阻光层220上的通光小孔可以为圆形小孔，其直径小于10μm，以便进行光学成像，并且可以通过减小通光小孔的尺寸，提高光学成像的分辨率，从而提高指纹图像的分辨率。

可选地，通光小孔的直径还可以大于一定阈值，以便通过足够的光信号进行成像，提高成像质量。

可选地，如图2所示，阻光层220上多个通光小孔的位置呈阵列排布，每个通光小孔对应一个微透镜阵列上的微透镜。

具体地，在本申请实施例中，传感器芯片230中的光检测阵列231用于接收经过微透镜阵列210以及阻光层220的指纹光信号并将指纹光信号转换为电信号，可选地，所述光检测阵列对该电信号处理得到指纹图像信号以进行指纹识别。

可选地，如图2所示，光检测阵列231包括多个像素单元，该像素单元可以包括光电二极管(Photo Diode，PD)、金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)等器件。可选地，该像素单元对于特定波长光具有较高的光灵敏度和较高的量子效率，以便于检测相应波长的光信号。

可选地，该光检测阵列231可以图1中的光检测部分134中的感应阵列相同，在传感器芯片230中，功能电路除了光检测阵列231外，还包括与该光检测阵列231连接的读取电路以及其他辅助电路，用于实现光检测阵列231的正常运行以及读取并处理该光检测阵列231形成的指纹电信号。

具体地，传感器芯片230中的芯片保护环(Seal Ring)232是一种由金属层、氧化物层、氮化物层等多层材料堆叠而成的环状结构，其位于传感器芯片230的四周边缘。传感器芯片230中的功能电路位于该芯片保护环232之中，且与该芯片保护环232的距离大于一定阈值，例如，传感器芯片230中的光检测阵列231的边缘距离该芯片保护环232需大于一定阈值。此外，该芯片保护环232的外部区域即为晶圆上的切割道(Scribe Line)，通过在晶圆上的切割道上进行切割，分离得到该传感器芯片230。

可选地，如图3所示，当指纹识别装置200中的传感器芯片230为四边形芯片时，其中的芯片保护环231也可以为四边形的环状结构，能够保护芯片中的功能电路。具体地，芯片保护环231可以防止芯片在切割时受到机械损伤，将芯片保护环231接地，能够屏蔽芯片外的干扰，还能够防止水汽从芯片的断面进入芯片内部造成芯片工作异常。

应理解，本申请实施例中的芯片保护环231与现有技术中芯片中的芯片保护环(Seal Ring)相同，本领域技术人员可以通过现有技术在传感器芯片中实现该芯片保护环，此处不再赘述其详细的技术方案。

还应理解，本申请实施例中，芯片保护环包括但不限于为四边形环状结构，还可以为其它多边形或者是圆形的环状结构，其具体形态与芯片的形态的相关，本申请实施例对此不做限定。

为了方便描述，下文以传感器芯片为四边形芯片，以及芯片保护环为四边形环状结构为例进行说明，当芯片保护环为其它形状结构时，具体方案可以参考相关说明，此处不再赘述。

具体地，在本申请实施例中，当芯片保护环232为多边形环状结构时，阻光层220覆盖光检测阵列231的全部区域，并且覆盖芯片保护环232的至少一侧，例如，如图2和图3所示，阻光层220覆盖芯片保护环232的右侧的部分区域。

在传感器芯片230中，芯片保护环232外部的区域为切割道233。可选地，阻光层200的边缘可以位于芯片保护环的正上方，未覆盖芯片保护环232外侧的切割道233。

可选地，阻光层220的边缘还可以位于芯片保护环的斜上方，在覆盖至少一侧芯片保护环的同时，还覆盖芯片保护环232外侧的部分切割道233。

例如，如图3所示，当阻光层220覆盖芯片保护环232的右侧部分区域时，该阻光层220还覆盖芯片保护环232右侧外部部分切割道区域。同样的，当阻光层220覆盖芯片保护环232的其它侧部分区域时，对应的，该阻光层220还覆盖芯片保护环232其它侧外部部分切割道区域。

可选地，当指纹识别装置200包括多层阻光层时，上述阻光层220为多层阻光层中的任意一层，该多层阻光层上均设置有多个通光小孔，用于传输指纹光信号至光检测阵列。其中，该多层阻光层中的至少一层阻光层覆盖上述光检测阵列231的全部区域并至少覆盖上述芯片保护环232中的部分区域。

可选地，多层阻光层中的所有阻光层可以均覆盖芯片保护环232的部分区域，例如，当芯片保护环为多边形环状结构时，所有阻光层覆盖芯片保护环的一侧或者多侧。可选地，多层阻光层中也可以只有一层，例如上述阻光层220或者部分阻光层覆盖芯片保护环的部分区域，本申请实施例对此不做具体限定。

本申请实施例的方案，通过微透镜阵列将指纹光信号会聚至阻光层的多个通光小孔，指纹光信号通过阻光层的多个通光小孔传输至光检测阵列以进行指纹识别，可以在实现大面积高分辨率的指纹识别图像的同时，减小指纹识别装置的厚度，此外，通过阻光层覆盖芯片保护环，避免杂光信号对指纹识别的干扰以及避免指纹识别装置反射的光信号传输至显示屏外，在提升指纹识别装置的性能的同时，还能解决指纹识别装置的外观问题。

可选地，指纹识别装置200的传感器芯片230中还包括芯片焊接区域234，该芯片焊接区域234上设置有至少一个芯片焊盘2341，该芯片焊盘用于与电路板等其它电学装置进行电连接，传输光检测阵列210产生的电信号。在本申请实施例中，该芯片焊接区域234同样属于传感器芯片230的功能电路，位于芯片保护环232内。

可选地，如图2和图3所示，该芯片焊接区域234可以靠近于芯片保护环232的左侧(芯片保护环的第一侧的一例)，此时，阻光层220未覆盖该芯片焊接区域234，且未覆盖芯片保护环232的左侧部分。

可选地，如图2和图3所示，当该芯片焊接区域234靠近于芯片保护环232的左侧设置时，阻光层220可以只覆盖芯片保护环232的右侧部分。

应理解，除上述情况之外，阻光层220也可以覆盖芯片保护环232的右侧部分、上侧部分以及下侧部分中的任意一侧部分或者任意多侧部分。例如，阻光层同时覆盖芯片保护环232的右侧部分、上侧部分以及下侧部分。

还应理解，该芯片焊接区域234还可以靠近于芯片保护环的多侧设置，例如，芯片焊接区域234靠近于芯片保护环232的左侧和上侧设置，此时，芯片保护环232的左侧和上侧附近设置有多个芯片焊盘2341，阻光层220未覆盖芯片保护环的左侧和上侧部分，而只覆盖芯片保护环的下侧部分和/或右侧部分。

图4示出了另一种指纹识别装置200的示意性结构图，图5为图4中的指纹识别装置200的示意性俯视图。

如图4和图5所示，该指纹识别装置200还包括：滤波层240，该滤波层240设置于上述阻光层220和传感器芯片230之间，用于滤掉非目标波段的光信号，透过目标波段的光信号，有利于降低非目标波段的光信号的影响，从而能够提升指纹识别性能。

可选地，该滤波层240生长于传感器芯片230的表面，并集成在该传感器芯片230中，该滤波层240完全覆盖传感器芯片230中的光检测阵列231。

具体地，可以采用物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)工艺在传感器芯片230的多个像素单元上进行镀膜形成上述滤波层240，例如，通过原子层沉积、溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、离子束镀膜等方法在传感器芯片230上方制备多层滤光材料薄膜。

可选地，在本申请实施例中，滤波层240包括多层氧化物薄膜，其中，该多层氧化物薄膜包括硅氧化物薄膜和钛氧化物薄膜，该硅氧化物薄膜和钛氧化物薄膜依次交替生长形成该滤波层240；或者该多层氧化物薄膜包括硅氧化物薄膜和铌氧化物薄膜，该硅氧化物薄膜和铌氧化物薄膜依次交替生长形成该滤波层240。

可选地，本申请实施例中，滤波层240的厚度在1μm至10μm之间。

可选地，滤波层240用于通过400nm至650nm波段范围的光信号，换言之，上述目标波段的波长范围包括400nm至650nm。

可选地，在本申请实施例中，滤波层240至少覆盖芯片保护环232的部分区域，使得滤波层240在完全覆盖光检测阵列231的同时，滤波层的整体面积较大，其边缘距离光检测阵列231的距离较远。在滤波层240生长过程中，滤波层240的边缘区域由于生长工艺以及设备的影响，会影响其上方生长的材料质量，例如影响到阻光层220的生长质量，或者还有可能影响到滤波层与阻光层之间的介质层的生长质量，从而影响指纹检测装置接收的光信号质量以及指纹检测装置的性能，因此，通过本申请实施例的方案，滤波层240的边缘区域距离光检测阵列231较远，因此，滤波层240的工艺问题不会影响光检测阵列231接收的指纹光信号，从而进一步提高了指纹识别装置的性能。

可选地，在一种可能的实施方式中，该滤波层240的边界与光检测阵列231的边界的距离大于150μm，例如，图5中，滤波层240的上边界与光检测阵列231的上边界的距离A大于150μm。此处需要说明的是，该滤波层240的边界为滤波层240在传感器芯片230上的投影的边界，该滤波层240的边界与光检测阵列231的边界的距离为两者之间的最短距离。

可选地，如图5所示，滤波层240覆盖芯片保护环232的右侧部分区域以及下侧部分区域。可选地，滤波层240还可以覆盖芯片保护环232的上侧区域、右侧区域以及下侧区域中的任意一侧区域或者任意多侧区域。例如，滤波层240同时覆盖芯片保护环232的右侧部分、上侧部分以及下侧部分。

可选地，滤波层240的边缘可以位于芯片保护环的正上方，未覆盖芯片保护环232外侧的切割道233。

可选地，滤波层240的边缘还可以位于芯片保护环的斜上方，在覆盖芯片保护环的同时，还覆盖芯片保护环232外侧的切割道233。

可选地，当滤波层240覆盖芯片保护环232的右侧部分区域以及下侧部分区域时，该滤波层240还覆盖芯片保护环232右侧外部部分切割道区域以及下侧外部部分切割道区域。同样的，当滤波层240覆盖芯片保护环232的其它侧部分区域时，对应的，该滤波层240还覆盖芯片保护环232其它侧外部部分切割道区域。

可选地，如图5所示，芯片焊接区域234同样靠近于芯片保护环232的左侧区域设置，滤波层240不覆盖该芯片焊接区域234，也不覆盖该芯片保护环232的左侧区域。

同样的，当芯片焊接区域234靠近于芯片保护环232的其它一侧或者多侧区域设置时，滤波层240不覆盖该芯片保护环232的其它一侧或者多侧。

图6示出了另一种指纹识别装置200的示意性结构图，图7为图6中的指纹识别装置200的示意性俯视图。

如图6和图7所示，该指纹识别装置200还包括：表面遮光层250，形成与上述阻光层220上方，该表面遮光层250中形成有开窗251，微透镜阵列210设置于该开窗251中。具体地，该表面遮光层250用于阻挡微透镜阵列210周围的光信号进入光检测阵列231，同时还防止指纹识别装置200的反射的光信号穿过显示屏被人眼接收，通过设置该表面遮光层，能够进一步的防止杂光信号对于指纹检测的干扰，还能进一步解决显示屏下方指纹识别装置的外观问题，从而进一步优化指纹识别装置的性能。

可选地，在本申请实施例中，该表面遮光层250的边缘覆盖上述阻光层220的边缘和/或滤波层240的边缘。可选地，该表面遮光层250的边缘完全覆盖上述阻光层220的边缘和/或滤波层240的边缘。可选地，该表面遮光层250的边缘也可以只覆盖上述阻光层的边缘的部分区域和/或滤波层的边缘的部分区域。例如，表面遮光层250中仅有三侧边缘覆盖阻光层220对应的三侧边缘，另一侧边缘未覆盖阻光层220对应的另一侧边缘。

如图7所示，当阻光层220覆盖芯片保护环232的上侧部分区域，下侧部分区域以及右侧区域时，该表面遮光层250的边缘可以覆盖阻光层220的四边边缘，与此同时，该表面遮光光层同样覆盖芯片保护环232的上侧部分区域，下侧部分区域以及右侧区域，并且覆盖传感器芯片230上侧、下侧以及右侧的部分切割道。

可选地，如图7所示，该表面遮光层250还同时覆盖滤光层240的四边边缘。

具体地，在本申请实施例中，表面遮光层250同样可以采用微纳加工工艺或者纳米印刷工艺在传感器芯片230上进行制备，例如，采用微纳加工工艺，通过旋涂、喷涂、原子层沉积、溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、离子束镀膜等方法在阻光层220上方制备非透光材料薄膜。

具体地，该表面遮光层250同样对特定波段(比如可见光或者610nm以上波段)的光的透过率小于一定阈值，避免相应的光通过。可选地，该表面遮光层的材料可以为金属或黑色不透光材料。

可选地，在一种可能的实施方式中，该表面遮光层对波长范围为400nm至600nm的可见光的透过率小于8％。

如图6和图7所示，该表面遮光层250中形成有开窗251，该开窗251的面积略大于或等于微透镜阵列210的面积，使得该微透镜阵列210可以设置于该开窗251中。

可选地，该阻光层220与微透镜阵列210之间设置有透明介质层，该表面遮光层250设置于该透明介质层上方，该微透镜阵列210通过光学透明胶粘接层粘接在该透明介质层上方。

可选地，图8示出了另一种指纹识别装置200的示意性结构图。

如图8所示，指纹识别装置200还包括：第一介质层261和第二介质层262；

第一介质层261生长在上述滤波层240的表面，上述阻光层220生长在该第一介质层261的表面，第二介质层262生长在阻光层220的表面并填充该阻光层220的多个通光小孔，微透镜阵列210以及表面遮光层250形成于该第二介质层262的表面。

可选地，该第一介质层261和第二介质层262可以通过半导体工艺生长，例如通过原子层沉积、溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、离子束镀膜等镀膜方法生长制备。

可选地，该第一介质层261和第二介质层262为有机透明介质材料或者无机透明介质材料，例如树脂或氧化硅。

可选地，该第一介质层261和第二介质层262还可以为光学透明胶粘结层，用于连接微透镜阵列210、阻光层220以及滤波层240等。

可选地，该第一介质层261和第二介质层262的介质材料相同或者不同。

可选地，上述阻光层220、第一介质层261以及第二介质层262均与该光检测阵列231集成在传感器芯片230中。例如，该第一介质层261和该第二介质层262均为氧化硅，首先在滤波层240上方形成第一介质层261，然后在该第一介质层261上方制备阻光层220，然后在该阻光层220上方制备第二介质层262。

应理解，指纹识别装置200包括多层阻光层时，多层阻光层之间同样设置有介质层，该介质层的材料可以与上述第一介质层或第二介质层相同，用于连接相邻的两层阻光层。

还应理解，指纹识别装置200还可以包括用于支撑该指纹识别装置200的支撑结构件，以及相应的处理芯片等，本申请实施例对此不做限定。

如图9所示，本申请实施例还提供了一种电子设备20，该电子设备20可以包括上述显示屏120以及上述申请实施例的指纹识别装置200，其中，该指纹识别装置20设置于显示屏120下方。

该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备。

可选地，在本申请一个实施例中，显示屏120可以具体为自发光显示屏(比如OLED显示屏)，且其包括多个自发光显示单元(比如OLED像素或者OLED光源)。在光学图像采集系统为生物特征识别系统时，显示屏中的部分自发光显示单元可以作为生物特征识别系统进行生物特征识别的激励光源，用于向生物特征检测区域发射光信号，以用于生物特征检测。

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。

应理解，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”、“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。

本领域普通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，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所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，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元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，或者该技术方案的全部或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)执行本申请各个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(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，用于设置在电子设备的显示屏下方，包括：

传感器芯片，包括光检测阵列和芯片保护环，所述芯片保护环设置在所述光检测阵列周围；

阻光层，形成于所述光检测阵列上方，其中，所述阻光层设置有多个通光小孔，所述阻光层覆盖所述光检测阵列的全部区域并至少覆盖所述芯片保护环的部分区域；

其中，经过所述显示屏上方手指反射或散射后返回的指纹光信号通过所述阻光层上的多个通光小孔传输至所述光检测阵列以进行指纹识别。

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括：微透镜阵列，设置于所述阻光层上方；

其中，所述微透镜阵列用于将所述指纹光信号汇聚至所述阻光层上的多个通光小孔，所述指纹光信号通过所述多个通光小孔传输至所述光检测阵列。

3.根据权利要求2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：滤波层，设置于所述阻光层与所述传感器芯片之间，用于滤掉非目标波段的光信号，透过目标波段的光信号，所述滤波层覆盖所述光检测阵列的全部区域并至少覆盖所述芯片保护环的部分区域。

4.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述传感器芯片还包括：芯片焊接区域，包括多个芯片焊盘；

所述芯片保护环为多边形环状结构，所述芯片焊接区域位于所述芯片保护环中并靠近于所述芯片保护环的第一侧；

所述阻光层未覆盖所述芯片焊接区域及所述芯片保护环的第一侧。

5.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述芯片保护环为四边形环状结构，所述阻光层覆盖所述芯片保护环除所述第一侧外的至少一侧。

6.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述滤波层未覆盖所述芯片焊接区域及所述芯片保护环的第一侧。

7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述芯片保护环为四边形环状结构，所述滤波层覆盖所述芯片保护环除所述第一侧外的至少一侧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述阻光层覆盖所述传感器芯片的切割道的部分区域。

9.根据权利要求3-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述滤波层覆盖所述传感器芯片的切割道的部分区域。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述阻光层为多层阻光层中的一层，所述多层阻光层中的至少一层阻光层覆盖所述光检测阵列的全部区域并至少覆盖所述芯片保护环的部分区域。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述阻光层对波长范围为400nm至600nm的可见光的透过率小于8％。

12.根据权利要求3-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述滤波层为在所述光检测阵列上方形成的滤光材料薄膜，且所述滤波层与所述光检测阵列一起集成在所述传感器芯片中。

13.根据权利要求3-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述滤波层覆盖所述光检测阵列的全部区域，且所述滤波层的边界与所述光检测阵列的边界的距离大于150μm。

14.根据权利要求3-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述滤波层的厚度在1μm至10μm之间，所述目标波段的波长范围包括400nm至650nm。

15.根据权利要求3-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述滤波层包括多层氧化物薄膜，其中，硅氧化物薄膜和钛氧化物薄膜依次交叠形成所述多层氧化物薄膜，或者硅氧化物和铌氧化物依次交叠形成所述多层氧化物薄膜。

16.根据权利要求3-7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：

表面遮光层，形成于所述阻光层上方，其中设置有开窗，所述微透镜阵列设置于所述开窗中；

所述表面遮光层用于阻挡所述微透镜阵列周围的光信号进入所述光检测阵列。

17.根据权利要求16所述的指纹识别装置，其特征在于，所述表面遮光层的边缘覆盖所述阻光层的边缘和/或所述滤波层的边缘。

18.根据权利要求16所述的指纹识别装置，其特征在于，所述表面遮光层对波长范围为400nm至600nm的可见光的透过率小于8％。

19.根据权利要求3-7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：第一介质层和第二介质层；

所述第一介质层生长在所述滤波层的表面；

所述阻光层生长在所述第一介质层的表面；

所述第二介质层生长在所述阻光层的表面并填充所述阻光层的多个通光小孔。

20.根据权利要求2-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜阵列中的每个微透镜的上表面为球面或者非球面。

21.根据权利要求1-7中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹光信号为垂直于所述显示屏的垂直方向光信号或者为倾斜于所述显示屏的特定方向光信号。

22.一种电子设备，其特征在于，包括：显示屏以及，

如权利要求1至21中任一项所述的指纹识别装置。

23.根据权利要求22所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管显示屏，所述显示屏的发光层包括多个有机发光二极管光源，其中，所述指纹识别装置采用至少部分有机发光二极管光源作为指纹识别的激励光源。

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