CN211403454U - 屏下指纹识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种屏下指纹识别装置，适于识别手指。屏下指纹识别装置包括图像传感模块以及显示模块。图像传感模块包括传感层、透光层、第一遮光层、第二遮光层以及微透镜层。传感层包括多个传感像素。透光层配置于传感层。第一遮光层配置于透光层，具有多个第一开口。第二遮光层配置于透光层，具有多个第二开口。微透镜层配置于透光层，包括多个微透镜。显示模块配置于图像传感模块，其中第一遮光层位于第二遮光层与传感层之间。第二遮光层位于微透镜层与第一遮光层之间。在垂直方向上，第一开口的位置对齐于第二开口的位置以及至少一部份传感像素的位置。本实用新型提供的屏下指纹识别装置可有效减少体积，并且避免像素间光学互相干涉。

Description

屏下指纹识别装置

技术领域

本实用新型涉及一种电子装置，尤其涉及一种屏下指纹识别装置。

背景技术

为了提高显示器的屏占比，屏下指纹传感技术已成为趋势。简单来说，屏下指纹传感技术乃是将指纹传感器配置在电子装置的显示屏幕的下方。在电子装置检测到用户接触显示屏幕后，电子装置会控制显示屏幕发光以照亮用户的手指表面。光线可经由用户的手指反射进入显示屏幕下方的指纹传感器，并由指纹传感器将反射光线转换为数字图像信号，即可得到用户指纹图像。

然而，在目前的发展中，具有屏下指纹传感技术的可携式电子装置较厚，堆栈较高。若需保持相邻像素间光学互不干涉，通常膜层堆栈的厚度需达到将近200微米。此外，为了减少像素间光学干涉，制程中的光罩也较难制作。

实用新型内容

本实用新型提供一种屏下指纹识别装置，可减少体积且避免像素间光学互相干涉。

本实用新型的一种屏下指纹识别装置，适于传感手指。屏下指纹识别装置包括图像传感模块以及显示模块。图像传感模块包括传感层、透光层、第一遮光层、第二遮光层以及微透镜层。传感层包括多个传感像素。透光层配置于传感层。第一遮光层配置于透光层，具有多个第一开口。第二遮光层配置于透光层，具有多个第二开口。微透镜层配置于透光层，包括多个微透镜。显示模块配置于图像传感模块，其中第一遮光层位于第二遮光层与传感层之间。第二遮光层位于微透镜层与第一遮光层之间。在垂直方向上，第一开口的位置对齐于第二开口的位置以及至少一部份传感像素的位置。

在本实用新型的一实施例中，上述的第一开口的尺寸相同于第二开口的尺寸。

在本实用新型的一实施例中，上述的微透镜的曲率半径与微透镜的曲面顶点至传感像素的收光面的距离呈正比。

在本实用新型的一实施例中，上述的屏下指纹识别装置还包括红外滤光层，适于吸收红外光，形成于微透镜层。微透镜层位于红外滤光层与透光层之间。

在本实用新型的一实施例中，上述的屏下指纹识别装置还包括红外滤光层，适于吸收红外光，形成于第二遮光层及透光层上。

在本实用新型的一实施例中，上述的红外滤光层隔开透光层与第二遮光层。

在本实用新型的一实施例中，上述的部份红外滤光层位于第二开口中。

在本实用新型的一实施例中，上述的屏下指纹识别装置还包括红外滤光层，适于吸收红外光，形成于第一遮光层。

在本实用新型的一实施例中，上述的红外滤光层隔开传感层与第一遮光层。

在本实用新型的一实施例中，上述的部份红外滤光层位于第一开口中。

在本实用新型的一实施例中，上述的透光层包括第一透光层及第二透光层。

在本实用新型的一实施例中，上述的屏下指纹识别装置还包括红外滤光层，适于吸收红外光，形成于第一透光层与第二透光层之间。

在本实用新型的一实施例中，上述的红外滤光层隔开第一透光层与第一遮光层。

基于上述，在本实用新型的屏下指纹识别装置中，图像传感模块配置于显示模块下方，且图像传感模块包括在垂直方向上第一开口的位置对齐于第二开口的位置的第一遮光层及第二遮光层。因此使用者手指所反射传感光可通过微透镜层产生聚焦作用，并通过第二遮光层及第一遮光层传递至不同位置的传感像素。如此一来，可有效减少体积，并且避免像素间光学互相干涉。

为让本实用新型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1A为本实用新型一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图1B为图1A的屏下指纹识别装置中A区域的放大示意图；

图2为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图3为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图4为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图5为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图6为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图7为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图8为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图9为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图10为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图11为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图12为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图13为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图14为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图；

图15为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。

附图标记说明：

10：手指；

50：屏下指纹识别装置；

100～100N：图像传感模块；

110：传感层；

120、120A：透光层；

122：第一透光层；

124：第二透光层；

130、130A：第一遮光层；

140、140A：第二遮光层；

150：微透镜层；

160、160A、160B、160C：红外滤光层；

200：显示模块；

D：距离；

N1：第一开口；

N2：第二开口；

M：微透镜；

P：传感像素；

R：曲率半径。

具体实施方式

图1A为本实用新型一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图1A。本实施例提供一种屏下指纹识别装置50，适于传感手指10。屏下指纹识别装置50包括图像传感模块100以及显示模块200，其中显示模块200配置于图像传感模块100的上方。因此，在进行屏下指纹识别时，使用者可将手指10放置于显示模块200上，并通过位于显示模块200下方的图像传感模块10接收手指10所反射传感光以进行指纹识别。传感光可由显示模块200或额外配置的光源提供，本实用新型并不限于此。

详细而言，显示模块200例如是有机发光二极管(organic light-emittingdiode，OLED)显示面板、发光二极管(light-emitting diode，LED)显示面板、微发光二极管(micro light-emitting diode，Micro LED)显示面板或次毫米发光二极管(mini light-emitting diode，Mini LED)显示面板，但本实用新型并不限于此。

图像传感模块100包括传感层110、透光层120、第一遮光层130、第二遮光层140以及微透镜层150。传感层110包括多个传感像素P，适于朝向显示模块200的一侧收光。多个传感像素P可连续或不连续排列，本实用新型并不限于此。

透光层120配置于传感层110，以覆盖传感层110。透光层120适于让手指10所反射的传感光通过。透光层120的折射率例如介于1.3至1.8之间，或者是，适于通过透光层120的光波长例如介于380nm至780nm之间，但本实用新型并不限于此。在不同的实施例中，透光层120可依据制程手段而配置为多层，本实用新型并不限于此。在本实施例中，透光层120的厚度可依据对图像质量要求而做调整，将由后续段落中详细说明。

第一遮光层130配置于透光层120，具有多个第一开口N1。而第二遮光层140也同样配置于透光层120，且具有多个第二开口N2。第一遮光层130位于第二遮光层140与传感层110之间，且在垂直方向上，第一遮光层130的第一开口N1的位置对齐于第二遮光层140的第二开口N2的位置以及至少一部份传感像素P的位置。举例而言，在本实施例中，每一第一开口N1的位置即分别对齐每一第二开口N2的位置，且同时分别对齐每一传感像素P的位置。但在不同的实施例中，每一第一开口N1的位置可对齐于每多个传感像素P的位置。此外，第一开口N1的尺寸相同于第二开口N2的尺寸。但在一些实施例中，第二开口N2的尺寸可略大于第一开口N1的尺寸，本实用新型亦不限于此。第一开口N1的直径越小则图像质量越好，例如是介于1微米至50微米之间。第一遮光层130及第二遮光层140例如为黑色材料，且以贴附或镀膜方式形成于其他构件的表面。

微透镜层150配置于透光层120上以覆盖透光层120。微透镜层150由多个微透镜M排列所组成，且在本实施例中，每一微透镜M对齐于不同的第一开口N1。在不同的实施例中，根据微透镜M的高与宽设计，相邻微透镜M间可为相连或不相连，本实用新型并不限于此。在本实施例中，第二遮光层140位于透光层120与微透镜层150之间，且透光层120位于第一遮光层130与第二遮光层140之间。换句话说，由传感层110朝向显示模块200的一侧依序为传感层110、第一遮光层130、透光层120、第二遮光层140以及微透镜层150。因此，手指10所反射传感光可通过微透镜层150产生聚焦作用，并通过第二遮光层140及第一遮光层130传递至不同位置的传感像素P。如此一来，可有效减少体积，并且避免像素间光学互相干涉。

值得一提的是，在本实施例中，相邻传感像素P的间距可依据指纹波峰的尺寸进一步设计。举例而言，由奈奎斯特－夏农取样定理(Nyquist-Shannon sampling theorem)可知，取样空间频率必须为至少两倍以上于被取样空间信号。换句话说，在本实施例中，可依据指纹波峰的间距周期(约介于0.1毫米至0.3毫米0.3之间)而计算出适当的传感像素P间距周期可为5微米至150微米之间。举例而言，在本实施例中，传感像素P间距周期为25微米。因此，在本实施例中，第一遮光层130的第一开口N1、第二遮光层140的第二开口N2，以及微透镜层150的微透镜M的间距周期也同为25微米，但本实用新型并不限于此。

图1B为图1A的屏下指纹识别装置中A区域的放大示意图。请参考图1B。另一方面，在本实施例中，微透镜M的曲率半径R与微透镜M的曲面顶点至传感像素P收光面的距离D的相对关系可用下列公式(1)表示：

其中，

R_M为微透镜M的曲率半径R；

T为微透镜M的曲面顶点至传感像素P收光面的距离D；

n为微透镜M的折射率。

换句话说，微透镜M的曲率半径R与微透镜M的曲面顶点至传感像素P收光面的距离D呈正比，并且，微透镜M的曲面顶点至传感像素P收光面的距离D可通过设计透光层120的厚度加以调整。在一些实施例中，根据对图像质量的不同要求，距离D可设计介于理论长度乘上正负50％，本实用新型并不限于此。

图2为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图2。本实施例的图像传感模块100A类似于图1A及图1B所显示的图像传感模块100。两者不同之处在于，在本实施例中，图像传感模块100A还包括红外滤光层160，适于吸收红外光，形成于微透镜层150，而微透镜层150位于红外滤光层160与透光层120之间。详细而言，红外滤光层160以镀膜方式形成于微透镜层150中每个微透镜M的弯曲表面上。如此一来，图像传感模块100A可进一步减少环境中红外光的影响，进而提升屏下指纹识别装置50的传感光学质量。

图3为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图3。本实施例的图像传感模块100B类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，形成第二遮光层140之后，将透光层120填充于第二遮光层140的第二开口N2中。换句话说，透光层120的顶面与第二遮光层140切齐。因此，可简化配置透光层120的制程。详细而言，在本实施例中，微透镜M的曲面顶点至第二遮光层140的底面的距离约为4.7微米，且第二遮光层140的底面至传感层110顶面的距离约为30微米。

图4为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图4。本实施例的图像传感模块100C类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，第一遮光层130A的第一开口N1A的直径小于图2所显示的第一遮光层130的第一开口N1的直径，且第二遮光层140A的第二开口N2A的直径小于图2所显示的第二遮光层140的第一开口N2的直径。因此，可进一步减少相邻像素间的光学干涉，进而提升屏下指纹识别装置的传感光学质量。此外，遮光层开口的直径的设计也可适配于不同分辨率的传感组件(即传感层110中传感像素P的尺寸或排列密度)中

图5为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图5。本实施例的图像传感模块100D类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，在形成透光层120之后，将红外滤光层160A形成透光层120上。换句话说，即红外滤光层160A隔开透光层120与第二遮光层140。因此，可进一步提升红外滤光层160A的平坦度，进而简化红外滤光层160A的制程，且使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有

图6为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图6。本实施例的图像传感模块100E类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，在形成第二遮光层140之后，将红外滤光层160B形成第二遮光层140及透光层120上。换句话说，即部份红外滤光层160B位于第二开口N2中。因此，可进一步提升红外滤光层160B的平坦度，进而简化红外滤光层160B的制程，且使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有较佳的视觉外观效果。

图7为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图7。本实施例的图像传感模块100F类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，透光层120A包括第一透光层122及第二透光层124，且红外滤光层160C形成于第一透光层122及第二透光层124之间。换句话说，即红外滤光层160C与第一遮光层120及第二遮光层140具有间隔。因此，可进一步提升红外滤光层160C的平坦度，进而简化红外滤光层160C的制程，且使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有较佳的视觉外观效果。

图8为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图8。本实施例的图像传感模块100G类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，在形成第一遮光层130之后，将红外滤光层160B形成第一遮光层130及传感层110上。换句话说，即部份红外滤光层160B位于第一开口N1中。因此，可进一步提升红外滤光层160B的平坦度，进而简化红外滤光层160B的制程，且使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有较佳的视觉外观效果。

图9为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图9。本实施例的图像传感模块100H类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，将红外滤光层160A形成在传感层110上。换句话说，即红外滤光层160A隔开传感层110与第一遮光层130。因此，可进一步提升红外滤光层160A的平坦度，进而简化红外滤光层160A的制程，且使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有较佳的视觉外观效果。此外，在本实施例中，由于传感层110与红外滤光层160A的材料皆为无机材料，故在制程上，红外滤光层160A可以高温方式镀膜在传感层110上，进而提升镀膜质量。

图10为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图10。本实施例的图像传感模块100I类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，透光层120A包括第一透光层122及第二透光层124，且红外滤光层160A形成于第一透光层122上。换句话说，即红外滤光层160A隔开第一透光层122与第二透光层124。因此，可进一步提升红外滤光层160A的平坦度，进而简化红外滤光层160A的制程，且使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有较佳的视觉外观效果。此外，在一些实施例中，传感层110的表面不一定为平坦表面，故先形成第一透光层122以作为平坦层将有助于提升红外滤光层160A的平坦度。

图11为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图11。本实施例的图像传感模块100J类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，透光层120A包括第一透光层122及第二透光层124，且红外滤光层160B形成于第一遮光层130上。换句话说，即部份红外滤光层160B位于第一开口N1中。因此，可进一步提升红外滤光层160B的平坦度，进而简化红外滤光层160B的制程，且使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有较佳的视觉外观效果。

图12为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图12。本实施例的图像传感模块100K类似于图2所显示的图像传感模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，透光层120A包括第一透光层122及第二透光层124，且第二遮光层140形成于第一透光层122与第二透光层124之间。因此，可进一步使得使用者在使用屏下指纹识别装置时有较佳的视觉外观效果。

图13为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。图14为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。图15为本实用新型另一实施例的屏下指纹识别装置的剖面示意图。请参考图13至图15。图13至图15的实施例的图像传感模块100L、100M、100N类似于图12所显示的图像传感模块100K。不同之处在于，在图13至图15的实施例中，在垂直方向上，图像传感模块100L、100M、100N的第一开口N1的位置错位于第二开口N2的位置以及至少一部份传感像素的位置。换句话说，第一遮光层130的第一开口N1可不对齐于第二遮光层140的第二开口N2。因此，图像传感模块100L、100M、100N可适于让光线斜向进入。如此一来，图像传感模块100A可进一步减少环境中红外光的影响，进而提升屏下指纹识别装置50的传感光学质量。

综上所述，在本实用新型的屏下指纹识别装置中，图像传感模块配置于显示模块下方，且图像传感模块包括在垂直方向上第一开口的位置对齐于第二开口的位置的第一遮光层及第二遮光层。因此使用者手指所反射传感光可通过微透镜层产生聚焦作用，并通过第二遮光层及第一遮光层传递至不同位置的传感像素。如此一来，可有效减少体积，并且避免像素间光学互相干涉。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种屏下指纹识别装置，适于传感手指，其特征在于，包括：

图像传感模块，包括：

传感层，包括多个传感像素；

透光层，配置于所述传感层；

第一遮光层，配置于所述透光层，具有多个第一开口；

第二遮光层，配置于所述透光层，具有多个第二开口；以及

微透镜层，配置于所述透光层，包括多个微透镜；以及

显示模块，配置于所述图像传感模块，其中所述第一遮光层位于所述第二遮光层与所述传感层之间，所述第二遮光层位于所述微透镜层与所述第一遮光层之间，且在垂直方向上，所述多个第一开口的位置对齐或错位于所述多个第二开口的位置以及至少一部份所述多个传感像素的位置。

2.根据权利要求1所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，所述多个第一开口的尺寸可小于或等于所述多个第二开口的尺寸。

3.根据权利要求1所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，所述多个微透镜的曲率半径与所述多个微透镜的曲面顶点至所述多个传感像素的收光面的距离呈正比。

4.根据权利要求1所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，还包括：

红外滤光层，适于吸收红外光，形成于所述微透镜层，所述微透镜层位于所述红外滤光层与所述透光层之间。

5.根据权利要求1所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，还包括：

红外滤光层，适于吸收红外光，形成于所述第二遮光层及所述透光层上。

6.根据权利要求5所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，所述红外滤光层隔开所述透光层与所述第二遮光层。

7.根据权利要求5所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，部份所述红外滤光层位于所述多个第二开口中。

8.根据权利要求1所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，还包括：

红外滤光层，适于吸收红外光，形成于所述第一遮光层。

9.根据权利要求8所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，所述红外滤光层隔开所述传感层与所述第一遮光层。

10.根据权利要求8所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，部份所述红外滤光层位于所述多个第一开口中。

11.根据权利要求1所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，所述透光层包括第一透光层及第二透光层。

12.根据权利要求11所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，还包括：

红外滤光层，适于吸收红外光，形成于所述第一透光层与所述第二透光层之间。

13.根据权利要求12所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，所述红外滤光层隔开所述第一透光层与所述第一遮光层。

14.根据权利要求12所述的屏下指纹识别装置，其特征在于，部份所述红外滤光层位于所述多个第一开口中。

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