FR3133239A3 - Infrared filter - Google Patents
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Abstract
Filtre infrarouge La présente description concerne un filtre comprenant au moins un filtre interférentiel (11) et au moins un filtre organique (13). Figure pour l'abrégé : Fig. 4Infrared filter The present description relates to a filter comprising at least one interference filter (11) and at least one organic filter (13). Figure for abstract: Fig. 4
Description
La présente description concerne de façon générale les dispositifs d'acquisition d'images ou capteurs d'images, et vise plus particulièrement, les dispositifs d'acquisition d'images à base de photodétecteurs organiques.The present description generally concerns image acquisition devices or image sensors, and aims more particularly at image acquisition devices based on organic photodetectors.
Des filtres infrarouges, réjecteurs ou coupe bande des longueurs d'onde infrarouges, c'est-à-dire bloquant les transmissions à travers le filtre par réflexion ou absorption, sont généralement utilisés pour des capteurs d'empreintes digitales.Infrared filters, rejectors or band cutters of infrared wavelengths, that is to say blocking transmissions through the filter by reflection or absorption, are generally used for fingerprint sensors.
Il existe un besoin d'amélioration des dispositifs de filtrage infrarouge pour des dispositif d'acquisition d'images.There is a need to improve infrared filtering devices for image acquisition devices.
Un mode de réalisation prévoit un filtre dont un empilement comprend :
un filtre interférentiel ; et
au moins un filtre organique.One embodiment provides a filter, a stack of which comprises:
an interference filter; And
at least one organic filter.
Selon un mode de réalisation, le filtre organique opère par absorption.According to one embodiment, the organic filter operates by absorption.
Selon un mode de réalisation, le filtre interférentiel opère par réflexion.According to one embodiment, the interference filter operates by reflection.
Selon un mode de réalisation, le filtre interférentiel présente une densité optique moyenne de l'ordre de 2 dans une plage de longueurs d'ondes allant de 600 nm à 900 nm.According to one embodiment, the interference filter has an average optical density of the order of 2 in a wavelength range ranging from 600 nm to 900 nm.
Selon un mode de réalisation, le filtre organique présente une densité optique moyenne de l'ordre de 1 dans une plage de longueurs d'ondes allant de 600 nm à 900 nm.According to one embodiment, the organic filter has an average optical density of the order of 1 in a wavelength range ranging from 600 nm to 900 nm.
Selon un mode de réalisation, au moins un filtre organique est au-dessus du filtre interférentiel.According to one embodiment, at least one organic filter is above the interference filter.
Selon un mode de réalisation, le filtre comporte en outre une couche absorbant le rouge au-dessus du filtre interférentiel.According to one embodiment, the filter further comprises a red absorbing layer above the interference filter.
Un mode de réalisation prévoit un capteur d'empreintes digitales comportant un filtre tel que décrit.One embodiment provides a fingerprint sensor comprising a filter as described.
Selon un mode de réalisation, un filtre angulaire est intercalé entre le filtre interférentiel et un filtre organique.According to one embodiment, an angular filter is inserted between the interference filter and an organic filter.
Selon un mode de réalisation, le capteur comporte :
- un ensemble de photodétecteurs ;
- un filtre angulaire ;
- un filtre tel que décrit ; et
- un écran d'affichage et/ou dispositif d'éclairement.According to one embodiment, the sensor comprises:
- a set of photodetectors;
- an angular filter;
- a filter as described; And
- a display screen and/or lighting device.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation et de mise en oeuvre particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :These characteristics and advantages, as well as others, will be explained in detail in the following description of particular embodiments and implementations made on a non-limiting basis in relation to the attached figures among which:
la
la
la
la
la
la
la
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation et de mise en œuvre peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.The same elements have been designated by the same references in the different figures. In particular, the structural and/or functional elements common to the different embodiments and implementations may have the same references and may have identical structural, dimensional and material properties.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation et de mise en œuvre décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des circuits électroniques de contrôle et de lecture des photodétecteurs des dispositifs décrits n’a pas été détaillée. En outre, les diverses applications que peuvent avoir les dispositifs décrits n’ont pas été détaillées.For the sake of clarity, only the steps and elements useful for understanding the embodiments and implementation described have been represented and are detailed. In particular, the creation of the electronic circuits for controlling and reading the photodetectors of the devices described has not been detailed. In addition, the various applications that the devices described may have have not been detailed.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.Unless otherwise specified, when we refer to two elements connected to each other, this means directly connected without intermediate elements other than conductors, and when we refer to two elements connected (in English "coupled") to each other, this means that these two elements can be connected or be linked through one or more other elements.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.In the following description, when referring to absolute position qualifiers, such as "front", "back", "up", "down", "left", "right", etc., or relative, such as the terms "above", "below", "superior", "lower", etc., or to qualifiers of orientation, such as the terms "horizontal", "vertical", etc., it is referred to unless otherwise specified in the orientation of the figures.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près ou à 10° près, de préférence à 5 % près ou à 5° près.Unless otherwise specified, the expressions "approximately", "approximately", "substantially", and "of the order of" mean to the nearest 10% or to the nearest 10°, preferably to the nearest 5% or to the nearest 5°.
Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm et on appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,7 μm.In the remainder of the description, visible light is electromagnetic radiation whose wavelength is between 400 nm and 700 nm and infrared radiation is electromagnetic radiation whose wavelength is between 700 nm and 1 mm. . In infrared radiation, we distinguish in particular near infrared radiation whose wavelength is between 700 nm and 1.7 μm.
Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %, de préférence, supérieure à 50 %.In the remainder of the description, a layer or film is said to be transparent to radiation when the transmittance of the radiation through the layer or film is greater than 10%, preferably greater than 50%.
Dans certaines applications de capteurs d'empreintes digitales, les capteurs utilisés sont sensibles à la lumière du jour. Ce problème est en particulier présent lors d'un fonctionnement en environnement extérieur, les rayonnements solaires (dans le domaine infrarouge) perturbant la détection par les photodétecteurs du capteur d'empreintes digitales.In some fingerprint sensor applications, the sensors used are sensitive to daylight. This problem is particularly present when operating in an outdoor environment, solar radiation (in the infrared range) disrupting detection by the photodetectors of the fingerprint sensor.
Plus particulièrement, on cherche à obtenir une densité optique ou absorbance de plusieurs unités, de préférence de l'ordre de 3, voire davantage, dans le proche infrarouge et plus particulièrement dans l'infrarouge très proche (longueurs d'ondes comprise entre 600 et 900 nm).More particularly, we seek to obtain an optical density or absorbance of several units, preferably of the order of 3, or even more, in the near infrared and more particularly in the very near infrared (wavelengths between 600 and 900 nm).
La densité optique représente l'opposé du logarithme décimal de la transmittance (OD = -Log(transmittance)), la transmittance représentant le pourcentage de rayon d'une longueur d'onde λ donnée traversant l'échantillon (le filtre)Optical density represents the opposite of the decimal logarithm of transmittance (OD = -Log(transmittance)), with transmittance representing the percentage of rays of a given wavelength λ passing through the sample (the filter)
Les capteurs d'empreintes digitales sont généralement équipés de filtres réjecteur d'infrarouge entre une surface (par exemple un afficheur transparent, une surface ou dispositif d'illumination, etc.) d'apposition d'un ou de doigts d'un utilisateur et un réseau de photodétecteurs.Fingerprint sensors are generally equipped with infrared rejector filters between a surface (for example a transparent display, an illumination surface or device, etc.) on which one or more fingers of a user are placed and a network of photodetectors.
La
La réalisation d'un tel filtre 11 est en elle-même usuelle.The production of such a filter 11 is in itself usual.
La
Un filtre 11 du type de celui illustré en
Comme l'illustre la
Il n'est généralement pas souhaitable d'accroître le nombre de couches pour augmenter la densité optique d'un filtre interférentiel car cela engendre des contraintes (stress en anglais) mécaniques sur le filtre interférentiel pouvant engendrer des fissures (cracks en anglais).It is generally not desirable to increase the number of layers to increase the optical density of an interference filter because this generates mechanical stress on the interference filter which can cause cracks.
Par ailleurs, dans certaines applications, la réflexion du rouge confère au capteur d'empreintes un aspect peu agréable à l'utilisateur. Cette réflexion est en outre particulièrement gênante lorsque le capteur d'empreintes digitales est placé sous l'écran d'un téléphone mobile ou d'un écran d'affichage. En effet, la réflexion du rayonnement rouge nuit à la qualité de l'affichage.Furthermore, in certain applications, the reflection of red gives the fingerprint sensor an appearance that is not very pleasant for the user. This reflection is also particularly annoying when the fingerprint sensor is placed under the screen of a mobile phone or display screen. Indeed, the reflection of red radiation harms the quality of the display.
La
La
Un filtre organique 13 est constitué d'un polymère (par exemple une résine organique) incluant des pigments colorés. Un tel filtre a pour propriétés de pouvoir sélectivement absorber certaines longueurs d'onde en fonction notamment de la nature des pigments utilisés.An organic filter 13 is made of a polymer (for example an organic resin) including colored pigments. Such a filter has the properties of being able to selectively absorb certain wavelengths depending in particular on the nature of the pigments used.
Un filtre organique 13 peut donc présenter une densité optique plus importante sur une plage de longueurs d'onde et être choisi pour filtrer sélectivement le très proche infrarouge. Cependant, comme l'illustre la
Dans l'exemple de la
Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit d'adjoindre, à un filtre infrarouge interférentiel 11 du type de celui illustré aux figures 1A et 1B, au moins un filtre organique 13 du type de celui illustré aux figures 2A et 2B.According to the embodiments described, it is planned to add, to an interference infrared filter 11 of the type of that illustrated in Figures 1A and 1B, at least one organic filter 13 of the type of that illustrated in Figures 2A and 2B.
La
L'adjonction d'un filtre organique 13 à un filtre interférentiel 11 permet d'accroitre la densité optique du filtre 1 et, en particulier d'atteindre des densités optiques supérieures à 3. En effet, les densités optiques respectives d'un filtre interférentiel et d'un ou plusieurs filtres organiques superposés s'additionnent.The addition of an organic filter 13 to an interference filter 11 makes it possible to increase the optical density of the filter 1 and, in particular, to achieve optical densities greater than 3. Indeed, the respective optical densities of an interference filter and one or more superimposed organic filters are added.
La combinaison de filtres 11 et 13 du type de ceux illustrés par les figures 1A, 1B, 2A et 2B permet donc de s'affranchir de la perturbation du rayonnement solaire (des longueurs d'ondes dans le très proche infrarouge) qui influent autrement sur le fonctionnement du capteur d'empreintes. En effet, on peut, en empilant ou superposant ces structures additionner leurs densités optiques respectives.The combination of filters 11 and 13 of the type illustrated in Figures 1A, 1B, 2A and 2B therefore makes it possible to overcome the disturbance of solar radiation (wavelengths in the very near infrared) which otherwise influence the operation of the fingerprint sensor. Indeed, we can, by stacking or superimposing these structures, add their respective optical densities.
La
La
La
En fonction de la sélectivité et de la réponse du filtre organique 13, celui-ci peut également bloquer (absorber) les composantes rouges. Dans ce cas, on tire profit du caractère non-réfléchissant du filtre organique 13 lorsque le filtre organique 13 se trouve au-dessus du filtre interférentiel 11 (cas des figures 3B et 3C). Il participe alors, en absorbant le rouge réfléchit par le filtre interférentiel 11, à réduire l'impact visuel pour l'utilisateur.Depending on the selectivity and response of the organic filter 13, it can also block (absorb) the red components. In this case, we take advantage of the non-reflective nature of the organic filter 13 when the organic filter 13 is above the interference filter 11 (case of Figures 3B and 3C). It then helps, by absorbing the red reflected by the interference filter 11, to reduce the visual impact for the user.
La
Dans le mode de réalisation de la
La couche 15 est par exemple une couche non-adhésive. Par exemple, il s'agit d'une résine intégrant des pigments colorés (rouges). Dans ce cas, le filtre organique 13 apporte le complément de densité optique (de l'ordre de 1) au filtre interférentiel 11 de façon à atteindre une densité optique de l'ordre de 3. Toutefois, comme la composante rouge est réfléchie par le filtre 11 et non captée par le filtre 13 qui est situé dessous, on rajoute une couche 15 avec des pigments rouges pour le confort visuel de l’utilisateur (le rendu de l'afficheur n’est plus modifié).Layer 15 is for example a non-adhesive layer. For example, it is a resin incorporating colored pigments (red). In this case, the organic filter 13 provides the additional optical density (of the order of 1) to the interference filter 11 so as to achieve an optical density of the order of 3. However, as the red component is reflected by the filter 11 and not captured by the filter 13 which is located below, we add a layer 15 with red pigments for the visual comfort of the user (the rendering of the display is no longer modified).
Dans certaines applications, le processus d'intégration du filtre requiert de prévoir une couche adhésive sous le filtre interférentiel 11 pour coller le filtre à un capteur d'images ou à un autre filtre optique. Le cas échéant, on prévoit en outre une couche de finition (tampon) non-adhésive, par exemple pour disposer d'une lame d'air entre le filtre 1 et un écran d'affichage.In certain applications, the filter integration process requires providing an adhesive layer under the interference filter 11 to stick the filter to an image sensor or another optical filter. If necessary, a non-adhesive finishing layer (buffer) is also provided, for example to provide an air gap between the filter 1 and a display screen.
La
La structure de filtrage 1 décrite en relation avec les figures précédentes est, de préférence, associée à un capteur d'images constitués d'un réseau de photodétecteurs.The filtering structure 1 described in relation to the preceding figures is preferably associated with an image sensor made up of a network of photodetectors.
Par exemple, un empilement du type de ceux décrits en relation avec les figures 3A, 3B, 3C et 4 peut être intercalé entre un filtre angulaire 3 surmontant un réseau de photodétecteurs 2 et un écran d'affichage 4 ou un dispositif d'éclairement.For example, a stack of the type described in relation to Figures 3A, 3B, 3C and 4 can be inserted between an angular filter 3 surmounting an array of photodetectors 2 and a display screen 4 or a lighting device.
Selon une variante de réalisation, le filtre angulaire 2 est intercalé entre le filtre interférentiel 11 et le filtre organique 13. Il se trouve alors intégré dans le filtre 1.According to an alternative embodiment, the angular filter 2 is inserted between the interference filter 11 and the organic filter 13. It is then integrated into the filter 1.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les longueurs d'onde de coupure des filtres interférentiels pris pour exemple sont de l'ordre de 600 à 900 nm en considérant que les photodétecteurs du capteur d'empreintes digitales ne sont pas sensibles au-delà (et ne sont donc pas perturbés par les longueurs d'onde supérieures). Ces longueurs d'onde pourront néanmoins être adaptées si les photodétecteurs sont sensibles à des longueurs d'ondes infrarouge supérieures.Various embodiments and variants have been described. Those skilled in the art will understand that certain features of these various embodiments and variants could be combined, and other variants will become apparent to those skilled in the art. In particular, the cut-off wavelengths of the interference filters taken as an example are of the order of 600 to 900 nm considering that the photodetectors of the fingerprint sensor are not sensitive beyond that (and are therefore not disturbed by higher wavelengths). These wavelengths could nevertheless be adapted if the photodetectors are sensitive to higher infrared wavelengths.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.Finally, the practical implementation of the embodiments and variants described is within the reach of those skilled in the art based on the functional indications given above.
Claims (10)
un filtre interférentiel (11) ; et
au moins un filtre organique (13).Filter (1) of which a stack comprises:
an interference filter (11); And
at least one organic filter (13).
- un ensemble de photodétecteurs (2) ;
un filtre angulaire (3) ;
un filtre selon l'une quelconques des revendications 1 à 9 ;
un écran d'affichage et/ou dispositif d'éclairement (4).Sensor according to claim 8 or 9 comprising:
- a set of photodetectors (2);
an angle filter (3);
a filter according to any one of claims 1 to 9;
a display screen and/or lighting device (4).
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