CN212365015U - 取像装置、使用其的电子装置与嵌入式液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

一种取像装置、使用其的电子装置与嵌入式液晶显示装置，其中取像装置，包括基板、影像感测层与光学元件层。影像感测层位于基板之上。光学元件层位于影像感测层之上，并包括多个第一微结构透镜。光学元件层的多个第一微结构透镜的一者与影像感测层的多个像素感测器的一者在垂直方向上对应的光通道是由至少一层以上的遮光件构成。

Description

取像装置、使用其的电子装置与嵌入式液晶显示装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于获取生物特征影像的取像装置，且特别是一种能够设置于盖板（例如，显示面板、触控面板或指压板）下的取像装置与使用此取像装置而具有生物特征辨识功能的电子装置，另外，本实用新型相关于使用上述取像装置的嵌入式液晶显示装置，以减少整体厚度。

背景技术

指纹辨识装置有分电容式与光学式，电容式的指纹辨识装置主要通过多个触碰点的电容变化来记录指纹特征，而光学式的指纹辨识装置则是直接地获取指纹影像来记录指纹特征。电容式的指纹辨识装置容易受到湿气或其它电子噪声影响，而有误判问题。再者，采用电容式的指纹辨识装置的电子装置（如智能型手机或平板）若有贴设保护贴或钢化玻璃之类的物品，则可能导致电容式的指纹辨识装置无法辨识出指纹。

光学式的指纹辨识装置虽可以解决因贴设保护贴或钢化玻璃而无法辨识指纹的技术问题，但是现有光学式的指纹辨识装置中的取像装置是使用金属材质的导线来电性连接影像感测层的像素感测器与基板上的电路或芯片，如果没有通过封装材料的覆盖与保护，则会有氧化的问题，导致电性表现较差并造成误判问题。再者，为了电子装置的小型化的要求与趋势，取像装置也必须微型化（即，体积需要更小且厚度需要更薄），故造成取像装置有机械强度变差与易于毁损等问题，从而导致光学式的指纹辨识装置之产品良率下滑。

请参照图1，图1是传统取像装置的堆栈结构示意图。于图1中，用于获取指纹影像的传统取像装置1包括光通道层OCL、影像感测层ISL、基板SUB与导线WR，其中基板SUB上形成有黏着层AD2以使得影像感测层ISL黏贴于基板SUB的表面上，以及影像感测层ISL上具有黏着层AD1以使得光通道层OCL黏贴于影像感测层ISL的表面上。另外，导线WR则用于使得影像感测层ISL之像素感测器与基板SUB上的电路或芯片彼此电性连接。传统取像装置1可以通过黏贴、卡合或锁固等方式来与透明的盖板连接固定，其中盖板可以是触控面板、显示面板或指压板等。举例来说，通过布设黏胶于传统取像装置1的周边外缘来使传统取像装置1与盖板连接固定，或者，使用架体容置来传统取像装置1并通过架体使传统取像装置1与盖板彼此卡合或锁固。由于，导线WR没有被封装材料所覆盖，故具有上述氧化的问题，再者，当传统取像装置1与盖板连接固定时，由于导线WR与光通道层OCL没有任何保护，故还可能造成导线WR与光通道层OCL触碰到盖板而毁损。

另外，图1中的光通道层OCL可以由高吸光率的光吸收材料形成的多个遮光件与高透光材质的透光材料层构成，并形成有多个光通道位于任两相邻的光吸收材料之间，以让光线通过光通道，而到达影像感测层ISL的像素感测器。换言之，光通道层OCL可以是一个准直层（collimator layer）。光通道层OCL可能会导致光线的照射效率降低，甚至影响指纹影像的影像质量。再者，为了使得聚光效果较佳，通常光通道层OCL可能不止一层，此亦造成了传统取像装置1的制造成本与元件空间的增加，而不符合目前微型化（轻薄短小）的趋势。另外，传统的取像装置多半是贴在显示面板之下，其缺点在于未能与显示面板有效地整合，增加了整体装置的厚度，不符合目前微型化（轻薄短小）的趋势。

实用新型内容

基于前述目的的至少其中之一者，本实用新型实施例提供一种取像装置，其包括基板、影像感测层与光学元件层。影像感测层位于所述基板之上。光学元件层位于所述影像感测层之上，并包括多个第一微结构透镜。所述多个第一微结构透镜对应于所述影像感测层的多个像素感测器，所述多个第一微结构透镜的一者与所述影像感测层的多个像素感测器的一者于垂直方向上对应的光通道系由堆栈的两层以上的遮光件构成，其中第一层遮光件与对应的第二层遮光件之间的高度间距为HC，且HC≤π((WM/2)²+H²)/2H。

于上述取像装置中，两相邻的第一层遮光件之间开孔的第一尺径小于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的第二尺径；或者，两相邻的第一层遮光件之间开孔的第一尺径大于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的第二尺径。

于上述取像装置中，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积。

于上述取像装置中，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积。

于上述取像装置中，所述光学元件层更包括滤光层，所述滤光层设置于所述影像感测层之上、所述第一层遮光件与所述第二层遮光件之间、所述第一层遮光件与所述第二层遮光件之上或所述多个第一微结构透镜之上。

基于前述目的的至少其中之一者，本实用新型实施例提供一种取像装置，其包括基板、影像感测层与光学元件层。影像感测层位于所述基板之上。光学元件层位于所述影像感测层之上，并包括多个第一微结构透镜。所述多个第一微结构透镜对应于所述影像感测层的多个像素感测器，所述多个第一微结构透镜的一者与所述影像感测层的多个像素感测器的一者于垂直方向上对应的光通道系由堆栈的两层以上的遮光件构成，其中第一层遮光件与对应的第二层遮光件之间的高度间距为HC，且HC大于或等于0。

于上述取像装置中，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积。

于上述取像装置中，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积。

于上述取像装置中，所述第一微结构透镜的厚度表示为H，以及所述第一微结构透镜的尺径表示为WM，且HC≤π((WM/2)²+H²)/2H。

于上述取像装置中，HC≤π((WM/2)²+H²)/4H。

基于前述目的的至少其中之一者，本实用新型实施例提供一种取像装置，其包括基板、影像感测层与光学元件层。影像感测层位于所述基板之上。光学元件层位于所述影像感测层之上，并包括多个第一微结构透镜。所述多个第一微结构透镜对应于所述影像感测层的多个像素感测器，所述多个第一微结构透镜的一者与所述影像感测层的多个像素感测器的一者于垂直方向上对应的光通道系由堆栈的两层以上的遮光件构成，其中第一层遮光件与对应的第二层遮光件之间的高度间距为HC，HC大于0；其中两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积。

于上述取像装置中，所述第一微结构透镜的厚度表示为H，以及所述第一微结构透镜的尺径表示为WM，且HC≤π((WM/2)²+H²)/2H。

于上述取像装置中，HC≤π((WM/2)²+H²)/2H。

基于前述目的的至少其中之一者，本实用新型实施例提供一种电子装置，其包括前述任一种取像装置与盖板，其中所述取像装置设置于所述盖板下。

基于前述目的的至少其中之一者，本实用新型实施例提供一种嵌入式液晶显示装置，其包括彩色滤光片层、薄膜电晶体层、液晶层以及背光源。薄膜电晶体层包括多个薄膜电晶体与如前述其中之一所述的取像装置。液晶层设置于所述彩色滤光片层与所述薄膜电晶体层之间。背光源用于提供光线至所述液晶层。

于上述嵌入式液晶显示装置中，所述彩色滤光片层的多个彩色滤光片之间的遮光材料设有对应于所述取像装置的所述像素感测器的至少一开孔。

于上述嵌入式液晶显示装置中，所述遮光材料的多个开孔对应于所述取像装置的所述像素感测器。

于上述嵌入式液晶显示装置中，所述彩色滤光片层的多个彩色滤光片之间设有对应于所述取像装置的所述像素感测器的白光滤光片、可见光滤光片或非可见光滤光片。

于上述嵌入式液晶显示装置中，所述薄膜电晶体层的多个薄膜电晶体之一者每隔X帧控制对应于所述白光滤光片、所述可见光滤光片或所述非可见光滤光片之下的液晶，以使所述取像装置的所述像素感测器进行取像，其中X为大于或等于1。

简言之，本实用新型一个实施例提供的取像装置于组装时，其微结构透镜不会容易受损，以及本实用新型另一个实施例提供的取像装置可以获取较佳影像质量的生物特征影像。另外，本实用新型实施例还提供一种使用上述取像装置的嵌入式液晶显示装置，其充分发挥整合性，以减少装置的整体厚度，且液晶显示装置与取像装置可以于同一个制程内实现，而不需额外的贴合程序。

为让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能更明显易懂，配合所附图示，做详细说明如下。

附图说明

图1是传统取像装置的堆栈结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例的取像装置的堆栈结构示意图。

图3是本实用新型第二实施例的取像装置的堆栈结构示意图。

图4是本实用新型第三实施例的取像装置的堆栈结构示意图。

图5是本实用新型第四实施例的电子装置的堆栈结构示意图。

图6是本实用新型第五实施例的电子装置的堆栈结构示意图。

图7是本实用新型第六实施例的电子装置的堆栈结构示意图。

图8是本实用新型第七实施例的电子装置的堆栈结构示意图。

图9是本实用新型第八实施例的取像装置中的的微结构层、光通道层与影像感测层之堆栈结构示意图。

图10是本实用新型第九实施例的取像装置中的微结构层、光通道层与影像感测层的堆栈结构示意图。

图11是本实用新型第十实施例的取像装置中的微结构层、光通道层与影像感测层的堆栈结构示意图。

图12是本实用新型第十一实施例的取像装置中的微结构层、光通道层与影像感测层的堆栈结构示意图。

图13是本实用新型第七至第十一实施例的像素感测器产生的电信号的波形图。

图14是本实用新型之第七至第十一实施例的取像装置的像素感测器的感测面积的示意图。

图15是本实用新型之第七至第十一实施例的取像装置的平面示意图。

图16是本实用新型的第十二实施例的电子装置的堆栈结构示意图。

其中：

1：传统取像装置 OCL、OCL1～OCLN：光通道层

ISL：影像感测层 SUB：基板

WR：导线 AD1、AD2：黏着层

2、3、4、75、85、95：取像装置 MRL、MRL1～MRLN：微结构层

SWS：周边突起结构 MR、MR1～MRN：第一微结构透镜

BM、BM_1～BM_N：遮光件 BM1：第一层遮光件

BM2：第二层遮光件 BM3：第三层遮光件

CH、CH_1～CH_N：光通道 CH1：第一光通道

CH2：第二光通道 FIR：滤光层

OL：光学元件层 IS：像素感测器

PAD：焊盘 PL：封装层

PP：定位部

5、6、7、8、9：电子装置 CV：盖板

MF：中框 W1：第一尺径

W2：第二尺径 W3：第三尺径

WM、WS：尺径 HT：厚度

HC：高度间距 H：厚度

AM：投影面积。

具体实施方式

为充分了解本实用新型的目的、特征及功效，由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本实用新型做一详细说明，说明如后。

请先参照图2至5，本实用新型其中一个实施例提供一种用以获取生物特征影像的取像装置2、3、4、5，其可以设置于盖板CV之下。取像装置2的光学元件层OL设有多个第一微结构透镜MR与至少一周边突起结构SWS，其中至少一周边突起结构SWS围绕多个第一微结构透镜MR，且周边突起结构SWS的高度大于每一个第一微结构透镜MR的高度。再者，用于电性连接取像装置2、3、4、5的影像感测层ISL的像素感测器IS与基板SUB上的电路或芯片的导线WR与部分基板SUB被封装层PL所覆盖。如此，由上述的架构，可以解决传统取像装置2、3、4、5的导线WR易氧化、导线WR与焊盘PAD接合不良以及光学元件层OL或芯片易触碰到盖板CV而造成毁损的技术问题。另外，不考虑导线WR易氧化、导线WR与焊盘PAD接合不良的技术问题时，上述封装层PL也可以选择性地不被设置。

本实用新型另一个实施例提供了另一种用以获取生物特征影像的取像装置2、3、4、5，其可以设置在盖板CV之下。取像装置2、3、4、5的光学元件层OL设有多个微结构透镜MR，光学元件层OL还具有光通道层OCL设置在多个微结构透镜MR之下与多个像素感测器IS之上，光通道层OCL的多个光通道CH对应于多个微结构透镜MR与多个像素感测器IS而配置，且对应于每一个微结构透镜MR与每一个像素感测器IS设置有通过堆栈的一层或多层的遮光件BM形成的光通道CH，且经过上述堆栈后，光通道CH可以是一层或多层的，此外，遮光件BM是可以采用彩色滤光片所形成，在此并不加以局限。

请参见图9，在一个实施例中，由上往下，光通道层OCL至少设有多个第一层遮光件BM1与多个第二层遮光件BM2，其中两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的第一尺径W1会小于或等于对应两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的第二尺径W2（即，两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的面积A1小于或等于对应两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的面积A2）。

此时，请参见图9，当第一层遮光件BM1与对应的第二层遮光件BM2之间彼此接触，即无高度间距（HC=0），两相邻第一层遮光件BM1之间开孔与对应两相邻第二层遮光件BM2之间开孔形成一个渐扩的光通道CH。请参见图8，当第一层遮光件BM1与对应的第二层遮光件BM2之间彼此未接触，即无高度间距（HC>0），则表示两相邻第一层遮光件BM1之间开孔形成第一光通道CH1，以及对应两相邻第二层遮光件BM2之间开孔形成第二光通道CH2。更进一步地，可以设计成两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的面积A2小于像素感测器IS的感测面积As(为相邻像素感测器IS间距所围矩形的面积，即相邻四个像素感测器IS的中心点围成的面积，如图14所示)或微结构透镜MR的投影面积Am，亦即，「A1≤A2<Am」或「A1≤A2<As」，且更加地，可以是像素感测器IS的感测面积As更大于微结构透镜MR的投影面积Am，亦即，「A1≤A2<Am<As」。或者，如图11所示，可以设计成两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的面积A1大于或等于对应两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的面积A2，且成两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的面积A1小于像素感测器IS的感测面积As，「A2≤A1<Am」或「A2≤A1<As」，且更加地，可以是像素感测器IS的感测面积As更大于微结构透镜MR的投影面积Am，亦即，「A2≤A1<Am<As」。通过上述设计方式「A1<Am<As」或「A2<Am<As」，取像装置可获得较佳影像质量的生物特征影像，且选择性地不用设计成具有多个光通道层，以此解决取像装置的厚度太厚的技术问题。

另外，除了设计两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的面积A1、两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的面积A2、像素感测器IS的感测面积As与微结构透镜的投影面积Am外，获取较佳影像质量的生物特征影像的另一种方式可以是设计厚度的关系，且此作法还可以解决传统取像装置的厚度太厚的技术问题。于本实用新型实施例中，设计关系式HC≤π((WM/2)²+H²)/2H成立即可以达到上述目的，其中HC为第一层遮光件与对应的第二层遮光件之间的高度间距、H为所述第一微结构透镜MR的厚度，以及WM为所述第一微结构透镜MR的尺径。

再者，本实用新型再一个实施例提供了能够辨识生物特征的电子装置，其包括上述任一种取像装置、上述盖板与处理电路，且处理电路电性连接取像装置以接收与识别取像装置获取的生物特征影像。所述盖板可以是透光板、指压板、显示面板、触控面板、有机发光显示面板、量子点显示面板或者是带有触控电极的显示面板的其中之一或者组合，且本实用新型并不加以局限。所述生物特征影像例如是指纹影像、静脉影像、血氧影像、掌纹影像、瞳孔影像、虹膜影像或血糖影像，且本实用新型不以此为限制。在此请注意，上述盖板与生物特征影像的类型皆非用以限制本实用新型。另外，当盖板为触控面板或显示面板时，触控面板或显示面板能以其中框与取像装置直接或间接地接合。例如，中框可以是通过直接黏贴、卡固或锁固的方式来与取像装置接合，或者取像装置可以与卡固件或锁固件组合后再卡固或锁固于中框来进行接合。总而言之，本实用新型不以中框与取像装置之接合方式为限制。举例来说，亦可以是盖板本身与取像装置黏贴、卡固或锁固，而非通过盖板的中框来与取像装置接合。

请参照图2，图2是本实用新型第一实施例的取像装置的堆栈结构示意图。于图2中，取像装置2包括光学元件层OL（其包括微结构层MRL、光通道层OCL与滤光层FIR）、影像感测层ISL、基板SUB、导线WR与封装层PL。影像感测层ISL位于基板SUB之上，光学元件层OL位于影像感测层ISL之上，导线WR用于电性连接影像感测层ISL上之像素感测器IS与基板SUB上的电路或芯片，以及封装层PL用于覆盖基板SUB的部分与导线WR，以此保护导线WR与/或基板SUB上的电路或芯片。

影像感测层ISL包括多个像素感测器IS，其以阵列的方式排列于影像感测层ISL的上表面。再者，影像感测层ISL更具有焊盘PAD设置于影像感测层的上表面的一侧，且焊盘PAD电性连接多个像素感测器IS，其中导线WR用于电性连接焊盘PAD与基板SUB上的电路或芯片。封装层PL覆盖导线WR、焊盘PAD、基板SUB的上表面的周围部分及影像感测层ISL上表面的焊盘PAD所处位置的一侧。通过封装层PL的保护作用，可以减少导线WR易氧化及导线WR与焊盘PAD接合不良等技术问题，甚至，因为封装层PL的保护作用，基板SUB上的电路与芯片不会因为取像装置2与盖板接合，而有碰触毁损的技术问题。

另外，滤光层FIR位于影像感测层ISL的上表面，以覆盖所有的像素感测器IS。滤光层FIR可以滤除特定频波长的光线，以使像素感测器IS感测特定波长的光线，从而获取影像质量较佳的生物特征影像。举例来说，滤光层FIR可以是远红外光、近红外光、红外光、可见光或特定波长的滤光层，且本实用新型不限制滤光层FIR的类型，滤光层FIR的类型可以依据实际应用而被选择。再者，滤光层FIR的位置与数量亦非用于限制本实用新型，可以视其需求，将滤光层FIR而移到影像感测层ISL之上的其它位置，甚至滤光层FIR可以是非必要元件，而被移除。另外，影像感测层ISL与基板SUB、滤光层FIR之间的接合方式可以通过黏合来完成（例如，通过黏着层（图2未绘示）），但本实用新型不以此为限制。

于第一实施例中，图2虽没有绘示光源，但实际上，光源可以配置于取像装置2的背面或侧面（即，光源可以是背光源或侧光源），或者，当盖板为显示面板或触控显示面板，光源可以使用盖板之光源或其它辅助光源，再者，光源可以是可见光、远红外光、近红外光或其它波长的光源。总而言之，本实用新型不限制光源的类型与其类型。基板SUB视其应用情况可以是多层或单层、可挠或不可挠、透明或非透明的电路板，其材质可以是硅、压克力或玻璃等，且本实用新型不此为限制。

再者，光通道层OCL位于影像感测层ISL之上，光通道层OCL可以由高吸光率的遮光件BM与高透光材质的透光材料，也可以选用可导电的材料（遮光件BM之外的部分，且透光材料可为一体成形）构成，且遮光件BM以阵列方式铺设以形成黑矩阵（black matrix），其中多个遮光件BM的任两相邻者之间开孔形成了光通道CH（即，光通道层OCL可形成为一个准直层或光束定向层）。微结构层MRL包括周边突起结构SWS与多个第一微结构透镜MR（其形状可为半球型或等边长或不等边长的半椭圆状、球面状或非球面状，但本实用新型不以此为限制），其中周边突起结构SWS围绕多个第一微结构透镜MR。每一个光通道CH对应于一个像素感测器IS与微结构层MRL之一个第一微结构透镜MR。光源发射的光线会被靠近取像装置2的物件（例如，手指，但本实用新型不以此为限制）所反射，并经过第一微结构透镜MR的聚焦作用而通过对应的光通道CH，以被像素感测器IS所吸收。多个像素感测器IS用于将接收的光线转换为多个电信号，以此产生生物特征影像。

于第一实施例中，周边突起结构SWS的高度大于每一个第一微结构透镜MR的高度，且周边突起结构SWS的高度与封装层PL的高度相同，因此，在把盖板与取像装置2接合时，周边突起结构PL起了保护的作用，使得盖板不会碰触到第一微结构透镜MR，导致第一微结构透镜MR受损。在此请注意，于第一实施例中，周边突起结构SWS为微结构层MRL的一部分（即，第一微结构透镜MR与周边突起结构SWS为一体成形），但于其它实施例中，周边突起结构SWS可以是封装层PL的一部分，且本实用新型不以此为限制。另外，封装层PL的高度亦可以与周边突起结构SWS的高度不同，而是高于或低于周边突起结构SWS的高度，但较佳地需大于第一微结构透镜MR的高度。除此之外，周边突起结构SWS于第一实施例中可以是围墙或第二微结构透镜，且本实用新型不以此为限制。

另外，请参照图3，图3是本实用新型第二实施例的取像装置的堆栈结构示意图。不同于图3的第一实施例的封装层PL是最后才形成并覆盖影像感测层ISL与基板SUB，于第二实施例中，取像装置3的封装层PL是在光学元件层OL贴合前形成，封装层PL位于影像感测层ISL的周围部分者形成定位部PP。光学元件层OL通过封装层PL的定位部PP固定在影像感测层ISL之上，并与影像感测层ISL保持一个垂直距离。如此一来，可以避免像素感测器IS与光学元件层OL之间因热膨胀系数不同所造成的贴合损耗，再者，由于定位部PL在形成时，可以控制其高度，故影像感测层ISL与光学元件层OL之间的垂直距离可以因此被调整，以使得生物特征影像的影像质量与清晰度可以被提升。

接着，请参照本案图4，图4是本实用新型第三实施例的取像装置的堆栈结构示意图。不同于图2的第一实施例的光通道层CH，垂直方向上仅有一个光通道CH对应于一个像素感测器IS与第一微结构透镜MR（即，仅在光通道层OCL中铺设一层阵列排列的遮光件BM），于第三实施例中，取像装置4的光通道层OCL中的遮光件BM以多层的方式铺设（例如，三层），且垂直相邻的遮光件BM之间具有所述透光材料，使得垂直方向上有三个光通道CH对应于一个像素感测器IS与第一微结构透镜MR，从而增加准直的效果，提升生物特征影像的影像质量与清晰度。再者，垂直方向上对应的多个光通道由上往下可以是渐缩、渐扩或等径的态样，且本实用新型不以此为限制。

另外，请参照图5，图5是本实用新型第四实施例的电子装置的堆栈结构示意图。于第四实施例中，电子装置5包括盖板CV与取像装置2（于此实施例，取像装置2亦可以使用本实用新型实施例的其它取像装置替代，且本实用新型不限制于此），其中取像装置2的封装层PL的顶面与周边突起结构SWS的部分顶面与盖板CV的中框MF贴合，以形成电子装置4。电子装置4可以是智能手机、平板计算机、银行自动柜员机或工作机台等，且电子装置4的类型并非用于限制本实用新型。

此外，所述的周边突起结构SWS于一可行的实施例中呈一阶梯状，且中框MF的长度可以延伸至部份的周边突起结构SWS，以加强与上述盖板CV的紧固性。再者，如前面所述，本实用新型也不局限所述中框MF与盖板CV之间的连接关系，除以胶贴合外，其它可以具体实现的方案(如卡合或螺丝锁固)等方式，均在本实用新型的任一实施例应当被涵盖。

另外，请参照图6，图6是本实用新型第五实施例的电子装置的堆栈结构示意图。不同于图5的第四实施例的电子装置5，取像装置2的封装层PL的顶面与周边突起结构SWS的部分顶面是与盖板CV的中框MF贴合，于第五实施例中，电子装置5的盖板CV的中框MF仅与封装层PL的顶面贴合。换言之，本实用新型不以贴合的位置与细节为限制。

请接着参照图7，图7是本实用新型第六实施例的电子装置的堆栈结构示意图。于第六实施例中，电子装置7包括取像装置75与盖板CV，其中不同于第一实施例的滤光层FIR位于光通道层OCL与影像感测层ISL之间，取像装置75的光学元件层OL的滤光层FIR位于封装层PL与微结构层MRL的周边突起结构SWS之上，且盖板CV是直接贴合于滤光层FIR。由于滤光层FIR与盖板CV贴合的面积相较于第四实施例的中框MF与周边突起结构SWS及封装层PL贴合的面积来得大，因此取像装置75与盖板CV之间具有更佳的贴合力，以减少取像装置75与盖板CV脱离或取像装置75破损的机率。再者，如前面所述，滤光层的数量可以没有限制，因此可以除了设置滤光层FIR于封装层PL与微结构层MRL的周边突起结构SWS之上外，还可以再设置另一个滤光层在影像感测层ISL与光通道层OCL之间。

请接着参考图8，图8是本实用新型第七实施例的电子装置的堆栈结构示意图。于第七实施例中，电子装置8包括取像装置85与盖板CV，盖板CV贴合于取像装置85，不同于第一实施例中的取像装置2，取像装置85不具有滤光层FIR（但本实用新型不以滤光层FIR的有无做为限制）的光学元件层OL的光通道层OCL的阵列配置的遮光件共有两层（分别由多个第一层遮光件BM1与多个第二层遮光件BM2形成），以在垂直方向上有两个光通道（由上往下，称谓第一光通道CH1与第二光通道CH2）对应于一个第一微结构透镜MR与一个像素感测器IS。进一步地说，两相邻第一层遮光件BM1之间开孔形成第一光通道CH1，以及两相邻第二层遮光件BM2之间开孔形成第一光通道CH2，且每一个第一光通道CH1被设置对应于一个第二光通道CH2。

于第七实施例中，由于光通道层OCL位于为微结构层MRL与影像感测层ISL之间，故可以减少大角度的光线的串扰（crosstalk），从而提升生物特征影像的影像质量。再者，通过此设计方式，更可以选择性地使得光通道层OCL不用过厚，以使取像装置85符合微型化的趋势，进一步地说，相较于现有技术的光通道层的厚度高达130微米，光通道层OCL加上微结构层MR的厚度HT可以减少至80微米。

于图8中，第一层遮光件BM1与对应的第二层遮光件BM2之间的高度间距为HC，在HC大于0的情况下，每一个像素感测器IS对应的光通道数量会有两个。然而当HC等于0的情况下，光通道会变成一个。请参照本图9～图11，图9～图11分别是本实用新型第八至第十实施例的取像装置中的微结构层、光通道层与影像感测层的堆栈结构示意图。于图9中，HC等于0，两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的第一尺径W1小于两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的第二尺径W2，换言之，由上往下，光通道CH为一个渐扩的光通道。于图10中，HC等于0，两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的第一尺径W1等于两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的第二尺径W2，换言之，由上往下，光通道CH为一个等径的光通道。于图11中，HC等于0，两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的第一尺径W1大于两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的第二尺径W2，换言之，由上往下，光通道CH为一个渐缩的光通道。

附带一提的是，第七实施例虽无滤光层FIR的设置，但为了增加取像质量，滤光层FIR可以选择性地设置于影像感测层ISL之上、第一层遮光件BM1与第二层遮光件BM2之间、第一层遮光件BM1与第二层遮光件BM2之上或第一微结构透镜MR之上，且滤光层FIR的设置数量可以是一个以上。总之，滤光层FIR的设置数量、设置方式与是否设置等，皆非用以限制本实用新型。

另外，请参照图12，图12是本实用新型第十一实施例的取像装置中的微结构层、光通道层与影像感测层的堆栈结构示意图。于图11中，于图12中，HC等于0，但光通道层OCL设计有第一至第三层遮光件BM1～BM3，其中两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的第一尺径W1小于两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的第二尺径W2，以及两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的第二尺径W2小于两相邻第三层遮光件BM3之间开孔的第三尺径W3，换言之，由上往下，光通道CH为一个渐扩的光通道。再者，如前面所述，也可以设计光通道CH为一个等径或渐缩的光通道。

请一并参照图8至图12的其中一者与图13，图13是本实用新型第七至第十一实施例的像素感测器产生的电信号的波形图。当物件（例如，手指）触碰盖板时，由于手指会有指纹纹路，因此，多个像素感测器根据接收的光线的照度获取的多个电信号会包括图8的高幅值信号与低幅值信号。评估生物特征影像是否可以辨识的方式可以使用评估因子来衡量，评估因子的公式为E=avg(low)/avg(high)，其中E为评估因子，avg(high)为高幅值信号的平均值，而avg(low)为低幅值信号的平均值。当评估因子小于或等于30%时，则表示生物特征影像为可辨识者，否则则表示生物特征影像为不可辨识者。

请接着配合参照图8至图12的其中一者与图14、图15，图14是本实用新型的第七至第十一实施例的取像装置的像素感测器的感测面积的示意图，图15是本实用新型之第七至第十一实施例的取像装置的平面示意图。于第七至第十一实施例中，为了使得生物特征影像的影像质量可以更佳，两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的面积A1、两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的面积A2、像素感测器IS的感测面积As(为像素感测器IS间距所围矩形的面积)与第一微结构透镜212的投影面积Am需要经过设计，使得「A1≤A2<Am」、「A1≤A2<As」或「A1≤A2<Am<As」之关系式成立（且较佳地为「A1≤A2<Am<As」），或者使得「A2≤A1<Am」、「A2≤A1<As」或「A2≤A1<Am<As」之关系式成立（且较佳地为「A2≤A1<Am<As」）。两相邻第一层遮光件BM1之间开孔的面积A1与两相邻第二层遮光件BM2之间开孔的面积A2分别关联于第一尺径W1（依其开孔形状，第一尺径W1可能是第一层遮光件BM1之间开孔的直径或宽度）与第二尺径W2（依其开孔形状，第二尺径W2可能是第二层遮光件BM2之间开孔的直径或宽度），第一微结构透镜MR的投影面积Am关联于第一微结构透镜MR的尺径WM（依其形状，尺径WM可能是第一微结构透镜MR的直径或宽度），以及像素感测器IS的感测面积As关联于像素感测器IS的尺径WS（依其形状，像素感测器IS的尺径WS可能是相邻像素感测器IS的中心点之间的距离）。整体来说，相较于现有技术，图8的取像装置85及图9至图12形成的取像装置除了厚度大幅减少外，其像素感测器IS所获得的光线的照度更大概增加了10倍。

另外，第一层遮光件BM1与对应的第二层遮光件BM2之间的高度间距为HC与第一微结构透镜MR的厚度H也会影响生物特征影像的影像质量（通过评估因子来衡量）。请参照表一，表一是列示各种试验例下的评估因子，由表一可以知悉，当「HC≤π((WM/2)²+H²)/2H」的关系式成立，会有更佳的影像质量，且当「HC≤π((WM/2)²+H²)/4H」的关系式成立时，影像质量又更佳。简单地说，可以通过设计上述厚度与/或面积的关系，来达到获取较佳影像质量之生物特征影像与减少传统取像装置之厚度的目的。

表一

于第七至第十实施例中，只要能够满足「A1≤A2<Am」、「A1≤A2<Am」或「A1≤A2<Am<As」的关系式，第一尺径W1与第二尺径W2的范围可以从2微米至30微米。两相邻第一层遮光件BM1之间开孔、两相邻第一层遮光件BM1之间开孔与第一微结构透镜MR的投影面积Am之形状可以是圆形、方形或多边形，且其形状并非用于限制本实用新型。再者，盖板CV本身或其中框（图13未绘示）可以使用胶黏的方式，以口字型与封装层PL、周边突起结构SWS贴合。

接着，请参照图14，图14是本实用新型的第十一实施例的电子装置的堆栈结构示意图。于第十一实施例中，电子装置9包括盖板CV与取像装置95，第八实施例的取像装置95大致上与第七实施例的取像装置85相同，其差异仅在于，取像装置95设置有多个光通道层OCL1～OCLN与多个微结构层MRL1～MRLN，其中由上而下，分别设置有微结构层MRL1、光通道层OCL1、…、微结构层MRLN、光通道层OCLN与影像感测层ISL，以使得每一个像素感测器IS于垂直方向上对应有N个第一微结构透镜MR1、…、MRN以及N个光通道CH_1、…、CH_N。于第十一实施例中，第一微结构透镜MR1、…、MRN的任一者更可以是多层的第一微结构透镜，且本实用新型不以此为限制。再者，虽然图14未绘示周边突起结构，但取像装置95亦可以有前述之周边突起结构。

附带一提的是，上述各实施例的光通道层的光通道系以遮光件与透光材料实现，但光通道层亦可以是通过设置光纤、准直器、针孔、经图案化所形成的小孔或光栅的方式来实现光通道，总而言之，本实用新型不以此为限制。再者，上述盖板的材质可以是刚性材料或柔性材料，例如，玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PI）或他材料，且盖板的材质通常选对可见光的透射率大于80%的材料，但本实用新型不以盖板的材料为限制。除此之外，为了避免使用者使用具有生物特征之伪造物件的情况发生，取像装置更可以具有温度感测器或者同时获取不同类型的生物特征影像，以达到防伪的目的。

再者，本实用新型实施例还提供一种嵌入式液晶显示装置，其包括彩色滤光片层、薄膜电晶体层、液晶层以及背光源。薄膜电晶体层包括多个薄膜电晶体与如前述其中之一所述的取像装置。液晶层设置于所述彩色滤光片层与所述薄膜电晶体层之间。背光源用于提供光线至所述液晶层。所述彩色滤光片层的多个彩色滤光片之间的遮光材料可设有对应于所述取像装置的所述像素感测器的至少一开孔，以让物件反射的光线可以通过开孔被所述取像装置的所述像素感测器接收，以获取生物特征影像。较佳地，所述遮光材料的多个开孔对应于所述取像装置之所述像素感测器，以增加取像的质量。

除了设置开孔之外，另外一种做法是在所述彩色滤光片层的多个彩色滤光片之间设有对应于所述取像装置的所述像素感测器的白光滤光片、可见光滤光片或非可见光滤光片，以让所述取像装置之所述像素感测器可以接收让物件反射的光线来获取生物特征影像。较佳地，所述薄膜电晶体层的多个薄膜电晶体之一者每隔X帧控制对应于所述白光滤光片、所述可见光滤光片或所述非可见光滤光片之下的液晶，以使所述取像装置的所述像素感测器进行取像，其中X为大于或等于1，如此，可以避免液晶通光率不佳所导致取像质量不佳的技术问题。

综合以上所述，本实用新型其中一个实施例的取像装置使用了封装层与周边突起结构，以解决传统取像装置之导线易氧化、导线与焊盘接合不良以及光学元件层或芯片易触碰到盖板而造成毁损之技术问题。另外，本实用新型另一个实施例的取像装置通过设计同层之两相邻遮光件之间开孔的面积、像素感测器的感测面积与微结构透镜的投影面积，以获得较佳影像质量的生物特征影像，从而可以选择性地不用设计成具有多个光通道层，以此解决传统取像装置之厚度太厚与影像质量不佳的技术问题。另外，本实用新型实施例还提供一种使用上述取像装置的嵌入式液晶显示装置，其充分发挥整合性，以减少装置的整体厚度，且液晶显示装置与取像装置可以于同一个制程内实现，而不需额外的贴合程序。

本实用新型在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，上述实施例仅用于描绘本实用新型，而不应解读为限制本实用新型之范围。应注意的是，举凡与前述实施例等效之变化与置换，均应设为涵盖于本实用新型之范畴内。

Claims (19)

1.一种取像装置，其特征在于，包括：

一基板；

一影像感测层，位于所述基板之上；以及

一光学元件层，位于所述影像感测层之上，包括多个第一微结构透镜，所述多个第一微结构透镜对应于所述影像感测层的多个像素感测器，所述多个第一微结构透镜的一者与所述影像感测层的所述多个像素感测器的一者在垂直方向上对应的光通道是由堆栈的两层以上的遮光件构成，其中第一层遮光件与对应的第二层遮光件之间的高度间距为HC，且HC≤π((WM/2)²+H²)/2H，H为第一微结构透镜的厚度，WM为第一微结构透镜的尺径。

2.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，其中两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的第一尺径小于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的第二尺径；或者，两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的第一尺径大于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的第二尺径。

3.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，其中两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积。

4.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，其中两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器之中心点连线围成的面积；或者两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积。

5.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，其中所述光学元件层更包括一滤光层，所述滤光层设置于所述影像感测层之上、所述第一层遮光件与所述第二层遮光件之间、所述第一层遮光件与所述第二层遮光件之上或所述多个第一微结构透镜之上。

6.一种取像装置，其特征在于，包括：

一基板；

一影像感测层，位于所述基板之上；以及

一光学元件层，位于所述影像感测层之上，包括多个第一微结构透镜，所述多个第一微结构透镜对应于所述影像感测层的多个像素感测器，所述多个第一微结构透镜的一者与所述影像感测层的所述多个像素感测器的一者在垂直方向上对应的光通道是由堆栈的两层以上的遮光件构成，其中第一层遮光件与对应的第二层遮光件之间的高度间距为HC，且HC大于或等于0。

7.如权利要求6所述的取像装置，其特征在于，其中两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，且两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积或所述第一微结构透镜的投影面积。

8.如权利要求6所述的取像装置，其特征在于，其中两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积。

9.如权利要求6所述的取像装置，其特征在于，其中第一微结构透镜的厚度表示为H，以及所述第一微结构透镜的尺径表示为WM，且HC≤π((WM/2)²+H²)/2H。

10.如权利要求9所述的取像装置，其特征在于，其中HC≤π((WM/2)²+H²)/4H。

11.一种取像装置，其特征在于，包括：

一基板；

一影像感测层，位于所述基板之上；以及

一光学元件层，位于所述影像感测层之上，包括多个第一微结构透镜，所述多个第一微结构透镜对应于所述影像感测层的多个像素感测器，所述多个第一微结构透镜的一者与所述影像感测层的所述多个像素感测器的一者在垂直方向上对应的光通道是由堆栈的两层以上的遮光件构成，其中第一层遮光件与对应的第二层遮光件之间的高度间距为HC，HC大于0；

其中两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积，其中所述像素感测器的感测面积定义为相邻所述多个像素感测器的中心点连线围成的面积；或者，两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积大于或等于对应两相邻的所述第二层遮光件之间开孔的面积，两相邻的所述第一层遮光件之间开孔的面积小于所述像素感测器的感测面积，以及所述像素感测器的感测面积大于所述第一微结构透镜的投影面积。

12.如权利要求11所述的取像装置，其特征在于，其中第一微结构透镜的厚度表示为H，以及所述第一微结构透镜的尺径表示为WM，且HC≤π((WM/2)²+H²)/2H。

13.如权利要求12所述的取像装置，其特征在于，其中HC≤π((WM/2)²+H²)/4H。

14.一种电子装置，其特征在于，包括；

如权利要求1至13任意一项所述的取像装置；以及

一盖板，其中所述取像装置设置于所述盖板下。

15.一种嵌入式液晶显示装置，其特征在于，包括；

一彩色滤光片层；

一薄膜电晶体层，包括多个薄膜电晶体与如权利要求1至13任意一项所述的取像装置；

一液晶层，设置在所述彩色滤光片层与所述薄膜电晶体层之间；以及

一背光源，用于提供光线至所述液晶层。

16.如权利要求15所述的嵌入式液晶显示装置，其特征在于，其中所述彩色滤光片层的多个彩色滤光片之间的遮光材料设有对应于所述取像装置的所述像素感测器的至少一开孔。

17.如权利要求16所述的嵌入式液晶显示装置，其特征在于，其中所述遮光材料的多个开孔对应于所述取像装置的所述像素感测器。

18.如权利要求15所述的嵌入式液晶显示装置，其特征在于，其中所述彩色滤光片层的多个彩色滤光片之间设有对应于所述取像装置的所述像素感测器的一白光滤光片、一可见光滤光片或一非可见光滤光片。

19.如权利要求18所述的嵌入式液晶显示装置，其特征在于，其中所述薄膜电晶体层的所述多个薄膜电晶体之一者每隔X帧控制对应于所述白光滤光片、所述可见光滤光片或所述非可见光滤光片之下的液晶，以使所述取像装置的所述像素感测器进行取像，其中X为大于或等于1。

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