KR20220013487A - 지문 인식 장치 및 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
지문 인식 장치 및 전자 장치로서, 지문 인식 장치의 박형화를 구현함과 동시에, 지문 이미징 품질을 향상시킨다. 지문 인식 장치는 표시 화면 하방에 적용되고, 어레이식으로 분포된 복수의 지문 인식부를 포함하며, 각 지문 인식부는 마이크로 렌즈, 적어도 하나의 차광층, N개의 픽셀부를 포함하고, 그 중 각 층의 차광층에 모두 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 하부 차광층에 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있으며, 서로 다른 방향의 N개의 도광 통로를 형성하도록 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.02≤D1/CA≤0.4를 만족시키고, N개의 픽셀부는 상기 적어도 하나의 차광층 하방에 설치되고, N개의 도광 통로의 하부에 일대일 대응되게 설치되고, 표시 화면 상방의 손가락에 의해 반사 또는 산란되어 리턴된 지문 광 신호는 마이크로 렌즈를 통해 수렴된 후, 서로 다른 방향의 N개의 목표 지문 광 신호가 각각 상기 N개의 도광 경로를 통해 N개의 픽셀부로 전송되어, 지문 인식에 사용된다.
Description
본 출원은 광학 지문 기술 분야에 관한 것이고, 더 구체적으로, 지문 인식 장치 및 전자 장치에 관한 것이다.
휴대용 전자 제품들이 갈수록 소형화됨에 따라, 현재 렌즈형의 언더 디스플레이 광학 지문 제품의 크기는 이러한 추세에 적응하기 어려우므로, 두께가 더 얇고, 부피가 더 작으며, 집적도가 더 높은 방향으로 발전하는 것이 시급하다. 그러나, 현존하는 소형화 방안에서, 시준 홀로 이미징된 이미지의 콘트라스트비는 시준 홀의 깊이와 관련이 있고, 높은 이미징 품질을 실현하기 위해서는 큰 깊이가 필요하고, 동시에 이러한 방안은 광선 이용율이 낮다. 마이크로 렌즈에 의해 집광하는 방안은, 공정 및 렌즈면 형태의 제한을 받으며, 광선 이용율은 높지만, 신호의 앨리어싱이 발생하기 쉬워, 신호 콘트라스트비가 낮아지고, 지문의 이미징 품질이 높지 않다.
따라서, 광학 지문 장치의 박형화를 구현함과 동시에, 지문 이미징 품질을 어떻게 향상시킬지가 시급히 해결해야 할 기술문제이다.
본 출원의 실시예는 지문 인식 장치의 박형화를 구현함과 동시에, 지문 이미징 품질을 향상시키는 지문 인식 장치 및 전자 장치를 제공한다.
제1 측면에서, 언더 디스플레이 광학 지문 인식을 구현하도록 표시 화면의 하방에 적용되는 지문 인식 장치를 제공하고, 상기 지문 인식 장치는 어레이식으로 분포된 복수의 지문 인식부를 포함하고, 상기 복수의 지문 인식부 중의 각 지문 인식부는, 마이크로 렌즈, 적어도 하나의 차광층, N개의 픽셀부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 차광층 중 각 층의 차광층에는 모두 투광 핀홀이 설치되어 있고, 상기 적어도 하나의 차광층의 하부 차광층에 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 서로 다른 방향의 N개의 도광 통로를 형성하도록 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.02≤D1/CA≤0.4를 만족시키고, N은 1보다 큰 양의 정수이고, 상기 N개의 픽셀부는 상기 적어도 하나의 차광층 하방에 설치되고, 상기 N개의 픽셀부는 상기 N개의 도광 통로의 하부에 일대일 대응되게 설치되고, 상기 표시 화면 상방의 손가락에 의해 반사 또는 산란되어 리턴된 지문 광 신호는 상기 마이크로 렌즈를 통해 수렴된 후, 서로 다른 방향의 N개의 목표 지문 광 신호가 각각 상기 N개의 도광 경로를 통해 상기 N개의 픽셀부로 전송되고, 상기 N개의 목표 지문 광 신호는 상기 손가락의 지문 정보를 검출하는 사용되어 지문 인식을 진행하도록 한다.
본 출원의 실시예의 기술방안에서, 지문 인식 장치 중 하나의 마이크로 렌즈는 N개의 픽셀부에 대응되므로, 지문 인식 장치로 들어오는 빛의 양을 증가시키고, 노광 시간을 줄이고, 시야를 증가시킬 수 있다. 이와 동시에, 단일 마이크로 렌즈와 복수의 픽셀부가 결합된 이미징 광 경로를 통해 지문의 물체측 광속에 대해 비 직사광 이미징(즉 경사 광 이미징)을 진행할 수 있으므로, 마른 손가락의 인식 효과를 향상시킬 수 있고, 광학 시스템의 물체측 개구수를 확대시키고 픽셀 어레이의 광 경로 설계의 두께를 줄일 있어, 최종적으로 지문 인식 장치의 두께를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
추가로, 원가, 공정, 지문 이미징 성능 등 요소를 종합적으로 고려하여, 적어도 하나의 차광층의 하부 차광층에 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1-)과 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.02≤ D1/CA≤0.4를 만족시킴으로써, 지문 인식 장치의 광학 시스템의 구조 및 매개 변수를 제한하여, 초박형 지문 인식 장치를 구현함과 동시에, 이미지에 대한 미광의 영향을 더 줄이고, 이미지 앨리어싱을 감소시키며, 이미지의 밝기 및 콘트라스트비가 균형을 이루게 하여, 지문을 포함한 다양한 목표의 더 나은 이미징 효과를 구현하여, 지문 인식 장치의 성능을 더욱 향상시키고, 지문 인식 정확도를 향상시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.08≤ D1/CA≤0.18을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.12≤ D1/CA≤0.14을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 상기 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.25≤ROC/Z1≤0.75을 만족시킨다.
본 실시방식의 기술방안을 통해, 마이크로 렌즈(411)의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 마이크로 렌즈(411)의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)가 0.25≤ROC/Z1≤0.75의 조건을 만족시키도록 제한하고, 마이크로 렌즈의 초점과 하부 차광층의 위치 사이의 비율 관계를 종합적으로 고려하여, N개 방향의 목표 지문 광 신호 중 각 방향의 목표 지문 광 신호를 마이크로 렌즈(411)에 의해 수렴시킨 후, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀에 모두 초점이 맞거나 또는 근접하게 하여, 이미지 품질 및 인식 성공율을 향상시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 상기 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.4≤ROC/Z1≤0.6을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 상기 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.47≤ROC/Z1≤0.49을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0＜ S1/Z1≤1을 만족시키고, 여기서 S1은 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 중심에서 상기 마이크로 렌즈의 상기 하부 차광층 상의 투영 중심까지의 거리이다.
본 출원의 실시방식에서, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치를 추가로 제한하여, N개 방향의 목표 지문 광 신호가 하부 차광층 중 각 투광 핀홀로 더욱 정확히 전송되게 함으로써, 추가적으로 이미지 품질을 향상시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0.2≤ S1/Z1≤0.5를 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 적어도 하나의 차광층은 다층 차광층이고, 상기 다층 차광층 중 상기 하부 차광층을 제외한, 제 i층 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0≤Si/Z1≤1을 만족시키고, 여기서 Si 는 제i층 차광층 중 각 투광 핀홀의 중심에서 상기 마이크로 렌즈의 상기 제 i층 차광층 상의 투영 중심까지의 거리이다.
본 출원의 실시 방식에서, 하부 차광층을 제외한 기타 차광층 중 복수의 투광 핀홀의 위치를 추가로 제한하여, 도광 통로의 도광 성능을 더 최적화하여, 즉 목표 방향의 광 신호가 통과하도록 허용하고, 비 목표 방향의 광 신호를 차단하여, 이미징에 대한 미광의 영향을 감소시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 제 i층 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0.2≤ Si/Z1≤0.5을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식 장치 중 마이크로 렌즈의 배열 주기(Pb)와 상기 지문 인식 장치 중의 픽셀부의 배열 주기(Pa)는 1＜ Pb/Pa≤4을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, Pb/Pa=2이고，N=4이다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식 장치 중 마이크로 렌즈의 배열 주기(Pb)는 5㎛≤Pb≤40㎛을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식 장치 중 마이크로 렌즈의 배열 주기(Pb)는 10㎛≤Pb≤30㎛을 만족시킨다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 보호층을 더 포함하고, 상기 보호층은 상기 하부 차광층 상방에 설치되고, 상기 하부 차광층, 상기 N개 픽셀부와 함께 센서 칩에 통합된다.
구현 가능한 방식에서, 상기 적어도 하나의 차광층은 2층 차광층이고, 상기 2층 차광층 중의 상부 차광층에 하나의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 상기 복수의 도광 통로의 상기 상부 차광층에서의 투광 핀홀은 중첩된다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 적외선 필터층을 더 포함하고, 상기 적외선 필터층은 적외선을 차단하도록 상기 센서 칩의 표면에 도금 성장된 필터층이다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 접착층을 더 포함하고, 상기 접착층은 상기 적외선 필터층의 표면에 도포된 평탄한 투명층이고, 상기 상부 차광층은 상기 접착층 상방에 설치된다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 상기 상부 차광층 상방에 설치되고 상기 상부 차광층 중의 투광 핀홀을 채우는 제1 투명 매개층을 더 포함한다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 컬러 필터층을 더 포함하고, 상기 컬러 필터층은 상기 마이크로 렌즈와 상기 제1 투명 매개층 사이에 설치되고, 상기 컬러 필터층은 적색 필터층, 청색 필터층, 녹색 필터층 또는 백색 필터층을 포함한다.
구현 가능한 방식에서, 상기 적어도 하나의 차광층은 2층 차광층이고, 상기 2층 차광층 중의 상부 차광층에는 상기 N개 픽셀부와 일대일 대응되는 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있다.
구현 가능한 방식에서, 상기 상부 차광층은 상기 보호층의 상부 표면에 설치된다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 제2 투명 매개층을 더 포함하고, 상기 제2 투명 매개층은 상기 상부 차광층 상방에 설치되고 상기 상부 차광층 중의 투광 핀홀을 채운다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 적외선 필터층을 더 포함하고, 상기 적외선 필터층은 적외선을 차단하도록 상기 제2 투명 매개층의 표면에 도금 성장된 필터층이다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 상기 적외선 필터층 상방에 설치된 컬러 필터층을 더 포함하고, 상기 컬러 필터층은 적색 필터층, 청색 필터층, 녹색 필터층 또는 백색 필터층을 포함한다.
구현 가능한 방식에서, 상기 지문 인식부는 상기 마이크로 렌즈와 상기 컬러 필터층 사이에 설치되는 제3 투명 매개층을 더 포함한다.
구현 가능한 방식에서, 상기 적어도 하나의 차광층 중의 투광 핀홀은 원형의 투광 핀홀 또는 모서리가 둥근 직사각형 홀이며, 상기 마이크로 렌즈는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈이다.
제2 측면에서, 표시 화면; 및 제1 측면 또는 제1 측면 중 어느 하나의 구현 가능한 방식에 따른 지문 인식 장치;를 포함하고, 상기 지문 인식 장치는 언더 디스플레이 광학 지문 인식을 구현하도록 상기 표시 화면의 하방에 설치되는 전자 장치를 제공한다.
전자 장치에 상기 지문 인식 장치를 설치하여, 지문 인식 장치의 지문 인식 성능을 향상시킴으로써, 상기 전자 장치의 지문 인식 성능을 향상시킨다.
도 1은 본 출원이 적용될 수 있는 전자 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2 및 도 3은 지문 인식 장치의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치의 개략적인 단면도, 개략적인 평면도 및 개략적인 사시도이다.
도 7 내지 도 9은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치의 개략적인 단면도, 개략적인 평면도 및 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치 중 픽셀 어레이의 배열 개략도이다.
도 11 및 도 12는 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 13 및 도 14는 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식부의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 15는 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도이다.
도 16 및 도 17은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 18은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도이다.
도 19는 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치에 의해 수집된 이미지의 콘트라스트 및 밝기의 ROC/Z1변화에 따른 곡선도이다.
도 20은 본 출원의 실시예에 따른 세 가지 ROC/Z1제한 조건에서 이미지를 수집하는 개략도이다.
도 21은 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치에 의해 수집된 이미지의 콘트라스트 및 밝기의 D1/CA변화에 따른 곡선도이다.
도 22는 본 출원의 실시예에 따른 세 가지 D1/CA제한 조건에서 이미지를 수집하는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 지문 인식 장치의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치의 개략적인 단면도, 개략적인 평면도 및 개략적인 사시도이다.
도 7 내지 도 9은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치의 개략적인 단면도, 개략적인 평면도 및 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치 중 픽셀 어레이의 배열 개략도이다.
도 11 및 도 12는 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 13 및 도 14는 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식부의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 15는 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도이다.
도 16 및 도 17은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 18은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지문 인식 장치 및 그 지문 인식부의 개략적인 단면도이다.
도 19는 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치에 의해 수집된 이미지의 콘트라스트 및 밝기의 ROC/Z1변화에 따른 곡선도이다.
도 20은 본 출원의 실시예에 따른 세 가지 ROC/Z1제한 조건에서 이미지를 수집하는 개략도이다.
도 21은 본 출원의 실시예에 따른 지문 인식 장치에 의해 수집된 이미지의 콘트라스트 및 밝기의 D1/CA변화에 따른 곡선도이다.
도 22는 본 출원의 실시예에 따른 세 가지 D1/CA제한 조건에서 이미지를 수집하는 개략도이다.
이하에서는 도면을 결합하여, 본 출원의 실시예 중의 기술방안을 설명한다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예는 광학 지문 시스템에 응용될 수 있고, 광학 지문 인식 시스템 및 광학 지문 이미징에 기초한 제품을 포함하나, 이에 한정되지 않으며, 본 출원의 실시예는 단지 광학 지문 시스템을 예시로 설명했을 뿐, 본 출원의 실시예를 한정하기 위한 것은 아니며, 본 출원의 실시예는 기타 광학 이미징 기술을 이용한 시스템 등에도 동일하게 적용될 수 있다.
일반적인 응용으로서, 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 광학 지문 시스템은 스마트폰, 태블릿PC 및 표시 화면이 구비된 기타 이동 단말기 또는 기타 전자 장치에 응용될 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 전자 장치에서, 지문 인식 장치는 구체적으로, 표시 화면 하방의 일부 영역 또는 전체 영역에 설치되어, 언더 디스플레이(Under-display) 광학 지문 시스템을 형성할 수 있다. 또는, 상기 지문 장치는 전자 장치의 표시 화면 내부에 부분적으로 또는 완전히 통합되어, 인 디스플레이(In-display) 광학 지문 시스템을 형성할 수도 있다.
도 1은 본 출원의 실시예가 적용될 수 있는 전자 장치의 구조 개략도이고, 상기 전자 장치(10)는 표시 화면(120)과 광학 지문 장치(130)를 포함하고, 상기 광학 지문 장치(130)는 표시 화면(120) 하방의 일부 영역에 설치된다. 상기 광학 지문 장치(130)는 광학 지문 센서를 포함하고, 상기 광학 지문 센서는 복수의 광학 감지부(131)가 구비된 감지 어레이(133)를 포함하고, 상기 감지 어레이(133)가 위치한 영역 또는 그 감지 영역은 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지문 검출 영역(103)은 표시 화면(120)의 표시 영역 내에 위치한다. 대안적인 실시예에서, 광학 지문 장치(130)는 다른 위치, 예를 들어 표시 화면(120)의 측면 또는 전자 장치(10)의 가장자리의 비투과 영역에 설치될 수도 있으며, 광 경로 설계를 통해 표시 화면(120)의 적어도 일부 표시 영역의 광 신호를 광학 지문 장치(130)로 유도함으로써, 지문 검출 영역(103)이 실제로 표시 화면(120)의 표시 영역에 위치하도록 한다.
이해해야 할 것은, 지문 검출 영역(103)의 면적은 광학 지문 장치(130)의 감지 어레이(133)의 면적과 다를 수 있고, 예컨대 렌즈 이미징의 광 경로 설계, 반사식 폴딩 광 경로 설계 또는 기타 광선 수렴 또는 반사 등의 광 경로 설계를 통해, 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)의 면적이 광학 지문 장치(130)의 감지 어레이(133)의 면적보다 크게 할 수 있다. 기타 대안적인 구현 방식에서, 예를 들어 광선 시준 방식에 의해 광 경로를 유도할 경우, 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)은 상기 광학 인식 장치(130)의 감지 어레이(133)의 면적과 거의 일치하게 설계할 수도 있다.
따라서, 사용자가 전자 장치에 대해 잠금 해제 또는 기타 지문 인증을 해야 할 경우, 손가락으로 표시 화면(120)에 위치한 지문 검출 영역(103)을 누르기만 하면 지문 입력을 실현할 수 있다. 지문 검출은 화면 내에서 실현될 수 있으므로, 상기 구조를 사용한 전자 장치(10)는 그 정면에 지문 버튼(예를 들면 홈 버튼)을 설치하기 위한 공간을 미리 남겨둘 필요가 없어, 전체 화면 방안을 사용할 수 있다. 즉, 표시 화면(120)의 표시 영역은 거의 전체 전자 장치(10)의 정면으로 확장될 수 있다.
선택 가능한 구현 방식으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 지문 장치(130)는 광 검출부(134) 및 광학 어셈블리(132)를 포함하고, 상기 광 검출부(134)는 감지 어레이 및 상기 감지 어레이와 전기적으로 연결된 판독 회로 및 기타 보조 회로를 포함하되, 반도체 공정을 통해 하나의 다이(Die)(예를 들면 광학 이미징 칩 또는 광학 지문 센서)에 제작될 수 있고, 상기 감지 어레이는 구체적으로 어레이식으로 분포된 복수의 광 검출기를 포함하는 광 검출기(Photo detector) 어레이이고, 상기 광 검출기는 상술한 바와 같은 광학 감지부로 사용될 수 있다. 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 광 검출부(134)의 감지 어레이의 상방에 설치될 수 있고, 구체적으로 도광층 또는 광 경로 안내 구조 및 기타 광학 소자를 포함할 수 있으며, 상기 도광층 또는 광 경로 안내 구조는 주로 광학 검출을 진행하도록 손가락 표면에서 반사되어 리턴된 반사광을 상기 감지 어레이로 유도한다.
구체적인 구현에서, 광학 어셈블리(132)는 광 검출부(134)와 함께 동일한 광학 지문 부재에 패키징될 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 광학 검출부(134)와 함께 동일한 광학 지문 다이에 패키징될 수 있고, 상기 광학 어셈블리(132)를 상기 광 검출부(134)가 위치한 다이 외부에 설치할 수도 있으며, 예를 들면 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 다이 상부에 접합되거나, 또는 상기 광학 어셈블리(132)의 일부 소자가 상기 다이 내에 통합된다.
상기 광학 어셈블리(132)의 도광층 또는 광 경로 안내 구조는 다양한 구현 방안이 있다. 예를 들면, 상기 도광층은 구체적으로 반도체 실리콘 웨이퍼 제작 과정에서 만들어진 시준기(Collimator)층일 수 있고, 복수의 시준부 또는 미세홀 어레이를 구비하며, 상기 시준부는 구체적으로 핀홀일 수 있고, 손가락에서 반사되어 리턴된 반사광 중, 상기 시준부에 수직으로 입사되는 광선은 그 하부의 광학 감지부를 통과하여 수신될 수 있고, 입사각이 너무 큰 광선은 상기 시준부 내부에서 수회 반사를 거쳐 약화되기 때문에, 각 광학 감지부는 기본적으로 바로 위의 지문 무늬에서 반사되어 리턴된 반사광만을 수신할 수 있으므로, 감지 어레이는 손가락의 지문 이미지를 검출할 수 있다.
다른 실시예에서, 도광층 또는 광 경로 안내 구조는 하나 또는 복수의 비구면 렌즈로 구성된 렌즈 그룹과 같은 하나 또는 복수의 렌즈부를 구비하는 광학 렌즈(Lens)층일 수도 있고, 손가락에서 반사되어 리턴된 반사광을 그 하방의 광 검출부(134)의 감지 어레이로 수렴시켜, 상기 감지 어레이가 상기 반사광에 기초하여 이미징을 진행할 수 있도록 하므로, 상기 손가락의 지문 이미지를 얻을 수 있다. 선택적으로, 상기 광학 렌즈층은 상기 렌즈부의 광 경로에 핀홀이 더 형성될 수 있고, 상기 핀홀은 상기 광학 렌즈층과 함께 광학 지문 장치(130)의 시야를 확대시켜, 광학 지문 장치(130)의 지문 이미징 효과를 향상시킬 수 있다.
기타 실시예에서, 도광층 또는 광 경로 안내 구조는 구체적으로 마이크로 렌즈(Micro-Lens)층을 사용할 수도 있고, 상기 마이크로 렌즈층은 복수의 마이크로 렌즈로 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고, 반도체 성장 공정 또는 기타 공정을 통해 광 검출부(134)의 감지 어레이 상방에 형성될 수 있고, 각 마이크로 렌즈는 감지 어레이 중 하나의 감지부에 각각 대응할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈층과 감지부 사이에 매개층 또는 둔화층과 같은 기타 광학 필름층을 더 형성할 수 있고, 더욱 구체적으로, 마이크로 렌즈층과 감지부 사이에 미세홀이 구비된 차광층을 더 포함할 수 있고, 상기 미세홀은 그에 대응하는 마이크로 렌즈와 감지부 사이에 형성되고, 차광층은 인접한 마이크로 렌즈와 감지부 사이의 광학 간섭을 차단할 수 있고, 또한 상기 감지부에 대응하는 광선이 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 미세홀 내부로 수렴되어 상기 미세홀을 거쳐 상기 감지부로 전송되어 광학 지문 이미징을 진행할 수 있도록 한다. 이해해야 할 것은, 상기 광 경로 안내 구조의 몇 가지 구현 방안은 단독으로 사용할 수도 있고 결합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면, 상기 시준기층 또는 광학 렌즈층의 하방에 마이크로 렌즈층을 추가로 설치할 수 있다. 물론, 시준기층 또는 광학 렌즈층을 마이크로 렌즈층과 결합하여 사용할 경우, 구체적인 적층 구조 또는 광 경로는 실제 필요에 따라 조절해야 할 수 있다.
선택 가능한 실시예으로서, 표시 화면(120)은 자체 발광 표시부를 가진 표시 화면을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 표시 화면(120)은 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED) 표시 화면 또는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED) 표시 화면일 수 있다. OLED 표시 화면을 사용하는 것을 예로 들면, 광학 지문 장치(130)는OLED 표시 화면(120)의 지문 검출 영역(103)에 위치한 표시부(즉 OLED광원)를 이용하여 광학 지문 검출의 여기 광원으로 할 수 있다. 손가락(140)으로 지문 검출 영역(103)을 누르면, 표시 화면(120)은 지문 검출 영역(103) 상방의 목표 손가락(140)으로 광(111)을 방출하고, 상기 광(111)은 손가락(140)의 표면에서 반사가 일어나 반사광을 형성하거나 또는 상기 손가락(140)의 내부를 통해 산란되어 산란광을 형성하게 된다. 관련된 특허 출원에서, 설명의 편의를 위해, 상술한 반사광 및 산란광을 통칭하여 반사광이라고 한다. 지문의 융선(ridge)과 골(valley)은 광에 대한 반사능력이 상이하므로, 지문의 융선으로부터의 반사광(151) 및 지문의 골로부터의 반사광(152)은 상이한 광 강도를 가지며, 반사광은 광학 어셈블리(132)를 통과한 후, 광학 지문 장치(130) 중의 광학 검출부(134)에 의해 수신되어 상응한 전기 신호, 즉 지문 검출 신호로 전환된다. 상기 지문 검출 신호에 기초하여 지문 이미지 데이터를 얻을 수 있고, 또한 지문 일치 검증을 추가로 진행하여, 전자 장치(10)에서 광학 지문 인식 기능을 실현할 수 있다.
기타 실시예에서, 광학 지문 장치(130)는 내부 광원 또는 외부 광원을 사용하여 지문 검출을 진행하기 위한 광 신호를 제공할 수도 있다. 이러한 경우, 상기 광학 지문 장치(130)는 액정 표시 화면 또는 기타 수동형 발광 표시 화면과 같은 비자체 발광 표시 화면에 적용될 수 있다. 백라이트 모듈 및 액정 패널을 구비한 액정 표시 화면에 적용되는 것을 예로 들면, 액정 표시 화면의 언더 디스플레이 지문 검출을 지원하기 위해, 전자 장치(10)의 광학 지문 시스템은 광학 지문 검출에 사용되는 여기 광원을 더 포함할 수 있고, 상기 여기 광원은 구체적으로 적외선 광원 또는 특정 파장의 비가시적 광원일 수 있으며, 액정 표시 화면의 백라이트 모듈의 하방에 설치되거나 또는 전자 장치(10)의 보호커버의 하방 가장자리 영역에 설치될 수 있고, 광학 지문 장치(130)는 광 경로 안내를 통해 지문 검출 광이 광학 지문 장치(130)에 도달할 수 있도록 액정 패널 또는 보호커버의 가장자리 영역의 하방에 설치되거나, 또는, 광학 지문 장치(130)는 백라이트 모듈의 하방에 설치될 수도 있으며, 백라이트 모듈은 확산 시트, 밝기 향상 시트, 반사 시트와 같은 필름층에 대해 구멍을 내거나 또는 기타 광학 설계를 수행하여 지문 검출 광이 액정 패널 및 백라이트 모듈을 투과하여 광학 지문 장치(130)에 도달하도록 허용한다. 광학 지문 장치(130)가 내부 광원 또는 외부 광원을 사용하여 지문 검출을 위한 광 신호를 제공할 경우, 검출 원리는 상술한 내용과 일치한다.
이해해야 할 것은, 구체적인 구현에서, 전자 장치(10)는 투명 보호커버를 포함할 수 있고, 상기 커버는 유리 커버 또는 사파이어 커버일 수 있고, 표시 화면(120)의 상방에 위치하여 전자 장치(10)의 정면을 커버한다. 따라서, 본 출원의 실시예에서, 손가락으로 표시 화면(120)을 누른다고 하는 것은 실질적으로 표시 화면(120)의 상방의 커버를 누르거나 상기 커버판의 보호층 표면을 덮어 가리는 것이다.
이해해야 할 것은, 전자 장치(10)는 또한 회로판(150)을 포함할 수 있고, 상기 회로판(150)은 광학 지문 장치(130)의 하방에 설치된다. 광학 지문 장치(130)는 뒷면 접착제를 통해 회로판(150) 상에 접착될 수 있고, 용접 패드 및 금속와이어를 통해 회로판(150)과 전기적으로 연결된다. 광학 지문 장치(130)는 회로판(150)을 통해 기타 주변 회로 또는 전자 장치(10)의 다른 소자와의 전기적인 연결 및 신호 전송을 실현할 수 있다. 예를 들면, 광학 지문 장치(130)는 회로판(150)을 통해 전자 장치(10)의 처리부의 제어신호를 수신할 수 있고, 또한 회로판(150)을 통해 광학 지문 장치(130)로부터의 지문 검출 신호를 전자 장치(10)의 처리부 또는 제어부 등으로 출력할 수 있다.
한편, 일부 실시예에서, 광학 지문 장치(130)는 하나의 광학 지문 센서만 포함할 수 있고, 이때 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)의 면적이 작고 위치가 고정되므로, 사용자는 지문 입력 시 손가락으로 지문 검출 영역(103)의 특정 위치를 눌러야 하며, 그렇지 않으면 광학 지문 장치(130)가 지문 이미지를 수집하지 못하여 사용자 체험감이 저하될 수 있다. 기타 대안적인 실시예에서, 광학 지문 장치(130)는 복수의 광학 지문 센서를 포함할 수 있다. 상기 복수의 광학 지문 센서는 이어 맞춤 방식에 의해 표시 화면(120)의 하방에 나란히 배열될 수 있고, 또한 상기 복수의 광학 지문 센서의 감지 영역은 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)을 공동으로 구성한다. 이로써, 광학 지문 장치(130)의 지문 검출 영역(103)은 복수의 서브 영역을 포함할 수 있고, 각 서브 영역은 각각 그중의 하나의 광학 지문 센서의 감지 영역에 대응되므로, 광학 지문 장치(130)의 지문 수집 영역(103)은 표시 화면의 하반부의 주요 영역으로 확장되어(즉 손가락이 일반적으로 누르게 되는 영역으로 확장)되어, 블라인드 프레스 지문 입력 조작을 실현할 수 있다. 대체 가능하게, 광학 지문 센서의 수가 충분할 경우, 지문 검출 영역(103)은 절반 또는 심지어 전체 표시 영역으로 더 확장될 수 있어, 반 화면 또는 전체 화면 지문 검출을 실현할 수 있다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예에서, 광학 지문 장치 중의 감지 어레이는 픽셀 어레이로도 칭할 수 있고, 감지 어레이 중의 광학 감지부 또는 감지부도 픽셀부로 칭할 수 있다.
설명해야 할 것은, 본 출원의 실시예에서의 광학 지문 장치는 광학 지문 인식 모듈, 지문 인식 장치, 지문 인식 모듈, 지문 모듈, 지문 수집 장치 등으로 칭할 수도 있으며, 상기 용어는 서로 대체할 수 있다.
도 2 및 도 3은 지문 인식 장치의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 지문 인식 장치(200)는 마이크로 렌즈 어레이(210), 적어도 한 층의 차광층(220) 및 픽셀 어레이(230)을 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이(210)는 픽셀 어레이(230)와 적어도 한 층의 차광층(220)의 바로 위에 위치하고, 하나의 마이크로 렌즈(211)는 하나의 픽셀부(231)에 대응되고, 즉 마이크로 렌즈 어레이(210) 중의 각 마이크로 렌즈(211)는 수신된 광선을 적어도 한 층의 차광층(220)의 핀홀(2201)을 통해 동일한 마이크로 렌즈(211)에 대응하는 픽셀부(231)에 집광시킨다. 각 마이크로 렌즈(211)가 수신한 광 신호는 주로 표시 화면 상방의 손가락에 의해 반사 또는 산란된 후 마이크로 렌즈 어레이(210)에 수직으로 입사되는 지문 광 신호이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이(230) 중의 픽셀부(231)는 주기적으로 배열되고, 픽셀 어레이(230) 중의 각 픽셀부(231)의 감광 영역(2311)은 모두 동일한 픽셀부의 중심 위치에 설치되어, 감광 영역의 듀티비를 향상시킨다.
다시 말하면, 마이크로 렌즈 어레이(210) 중의 복수의 마이크로 렌즈(211)와 픽셀 어레이(230) 중의 복수의 픽셀부(231)는 일대일 대응되고, 픽셀 어레이(230) 중 복수의 픽셀부(231)의 감광 영역(2311)은 주기적으로 배열되고, 균일하게 분포된다.
그러나, 픽셀 어레이(230)의 감광 영역은 마이크로 렌즈 어레이(210)의 크기에 영향을 받고, 지문 인식 장치(200)의 두께가 상대적으로 두꺼워, 지문 인식 장치(200)의 광 경로의 가공 난이도, 주기 및 원가를 증가시킨다.
상기 지문 인식 장치(200)에서, 복수의 마이크로 렌즈가 서로 가까이 있기 때문에, 광선은 기타 마이크로 렌즈로부터 다이 표면에 입사되어, 이미징 효과에 영향을 줄 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈와 픽셀부는 일대일 대응되므로, 하나의 픽셀부가 수신할 수 있는 이론적 최대 신호량은 마이크로 렌즈가 하나의 픽셀부의 면적을 모두 차지한 후, 수신된 시준 광의 에너지량이다. 이러한 수신 방식은 이미지 신호량의 추가적인 증가를 제한하므로, 조명이 약한 곳에서, 신호 대 잡음비가 낮아, 이미징 품질에 영향을 미친다.
또한, 손을 씻은 후, 아침에 일어난 후, 손가락이 더러워진 경우, 저온 등 정상적인 생활 환경에서, 손가락은 일반적으로 비교적 건조하여, 표피가 고르지 않으므로, 표시 화면을 누를 경우, 손가락의 일부 영역에서 접촉이 잘되지 않을 수 있다. 건조한 손가락과 표시 화면의 접촉이 불량일 경우, 상기 지문 인식 장치(200)에 의해 형성된 수직 방향의 지문 이미지의 지문 융선과 지문 골의 콘트라스트비가 좋지 않아, 이미지는 지문의 무늬를 인식할 수 없을 정도로 모호해지므로, 상기 지문 인식 장치(200)는 건조한 손가락에 대한 지문 인식 성능이 좋지 않다.
상기 문제에 기초하여, 본 출원은 지문 인식 장치(300)를 제시하고, 핀홀 어레이가 설치된 한 층 이상의 차광층을 사용하여 마이크로 렌즈 어레이와 서로 결합하고, 각 마이크로 렌즈마다 N개의 픽셀부에 대응되고, 여기서 N은 1보다 큰 양의 정수이다. N개의 픽셀부 중 각 픽셀부는 모두 전체 마이크로 렌즈가 수렴하는 경사 시준광을 수신할 수 있으나, 하나의 마이크로 렌즈에 대응되는 N개 픽셀부는, 수신하는 입사광의 경사 방향이 상이하다. 궁극적으로, 이미지 칩 어레이에서 N장의 이미지를 추출할 수 있고, 각 이미지는 모두 동일한 경사 방향으로 수신하는 픽셀부에 의해 구성된다. 이러한 수신 방식은 이미지의 콘트라스트 및 밝기를 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 물체측의 시야 크기를 확대하는 등의 다른 응용 방향을 구현할 수도 있다.
도 4 내지 도 6은 다른 지문 인식 장치의 개략적인 단면도, 개략적인 평면도 및 개략적인 사시도를 나타낸다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 지문 인식 장치(300)는 마이크로 렌즈 어레이(310), 적어도 한 층의 차광층(예를 들면 도면에 도시된 제1 차광층(321)과 제2 차광층(322)) 및 픽셀 어레이(330)를 포함한다. 상기 적어도 하나의 차광층은 마이크로 렌즈 어레이(310) 중의 각 마이크로 렌즈에 대응되는 복수의 상이한 방향의 도광 통로가 형성되어 있고, 또한 복수의 상이한 방향의 도광 통로 중 각 도광 통로 저부에는 모두 하나의 픽셀부가 설치되어 있다.
구체적인 구현에서, 적어도 한 층의 차광층 중의 각 차광층은 특정 대역(예를 들면 가시 광선 또는 610nm이상의 대역)의 광에 대한 투과율은 소정의 임계값(예를 들면 20%)보다 작아, 상응하는 광이 통과하는 것을 방지한다.
본 출원의 실시예에서, 각 마이크로 렌즈에 대응하는 복수의 도광 통로 및 복수의 도광 통로 저부에 설치된 픽셀부는 하나의 지문 인식부(301)로 볼 수 있으며, 본 출원의 실시예의 지문 인식 장치(300)는 복수의 지문 인식부(301) 어레이으로 형성된 장치로 볼 수 있다. 복수의 지문 인식부(301) 중의 복수의 마이크로 렌즈는 상기 마이크로 렌즈 어레이(310)를 형성하고, 복수의 지문 인식부(301) 중의 일부 차광층을 조합하여 상기 적어도 하나의 차광층을 형성하고, 복수의 지문 인식부(301) 중의 복수의 픽셀부는 상기 픽셀 어레이(330)를 형성한다.
설명의 편의성을 위해, 이하 지문 인식부(301)를 단위로 하여 본 출원의 실시예의 지문 인식 장치를 소개하며, 지문 인식부(301) 중의 일부 차광층을 차광층으로 약칭한다.
일부 실시방식에서, 지문 인식부(301)에서, 하나의 마이크로 렌즈는 4개의 픽셀부에 대응된다.
예를 들면, 도4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 지문 인식부(301)에서, 제1 마이크로 렌즈(311) 하방에 제1 픽셀부(311), 제2 픽셀부(332), 제3 픽셀부(333) 및 제4 픽셀부(334)가 대응되게 설치되고, 상기 4개의 픽셀부는 4개의 상이한 방향의 도광 통로의 저부에 각각 위치한다.
구체적으로, 각 픽셀부에는 모두 4개의 도광 채널을 통과하는 4개의 목표 지문 광 신호를 각각 수신하여 대응되는 광 신호로 변환하기 위한 감광 영역(Active Area，AA)이 설치되어 있다. 상기 감광 영역은 픽셀부에서 광전 다이오드가 위치하는 영역, 즉 픽셀부에서 광 신호를 수신하는 영역일 수 있으며, 픽셀부 중의 기타 영역은 픽셀부의 기타 회로의 설치 및 픽셀간 배선의 배열에 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 픽셀부(331) 중의 제1 감광 영역(3311), 제2 픽셀부(332) 중의 제2 감광 영역(3321), 제3 픽셀부(333) 중의 제3 감광 영역(3331) 및 제4 픽셀부(334) 중의 제4 감광 영역(3341)은 모두 상기 4개의 상이한 방향의 도광 통로의 저부에 설치된다.
선택적으로, 일부 실시방식에서, 예를 들면, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 마이크로 렌즈(311)에 대응되는 4개의 도광 통로는 제1 차광층(321) 및 제2 차광층(322)에 모두 4개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 각 층의 차광층 상의 4개의 투광 핀홀은 4개의 픽셀부에 대응된다. 예를 들면, 도5에서, 제1 차광층(321)에는 제1 픽셀부(331)에 대응되는 1#투광 핀홀(3211)이 설치되어 있고, 제2 차광층(322)에는 제1 픽셀부(331)에 대응되는 2#투광 핀홀(3221)이 설치되어 있고，상기 1#투광 핀홀(3211)과 2#투광 핀홀(3221)은 모두 제1 픽셀부(331)에 대응되는 제1 도광 통로 상의 투광 핀홀이고, 다시 말해, 상기 1#투광 핀홀(3211)과 2#투광 핀홀(3221)은 제1 픽셀부(331)에 대응되는 제1 도광 통로를 형성한다. 선택적으로, 상기 1#투광 핀홀(3211)과 2#투광 핀홀(3221)의 중심은 한 직선 상에 있을 수 있고, 상기 직선의 방향은 바로 제1 도광 통로의 방향이다. 제1 방향의 경사 광 신호(31)는 제1 마이크로 렌즈(311)를 통해 수렴된 후, 제1 도광 통로를 통해 제1 픽셀부(331) 중의 제1 감광 영역(3311)으로 전송되고, 기타 방향의 광 신호(예를 들면, 도면에서 점선으로 표시된 광 신호)는 차광층에 의해 차단되어, 픽셀부로 전송될 수 없다.
상기 제1 방향의 경사 광 신호(31)는 표시 화면 상방의 손가락을 거쳐 반사 또는 산란된 후, 표시 화면을 관통하여, 제1 투명 렌즈(311)에 도달하는 제1 방향의 지문 경사 관 신호이고, 상기 제1 방향의 경사 광 신호(31)는 지문 정보의 검출에 사용될 수 있다.
유사하게, 제1 투명 렌즈(311) 하방의 기타 픽셀부에 대응되는 투광 핀홀의 설치는 상기 제1 픽셀부에 대응되는 투광 핀홀의 설치를 참조할 수 있고, 기타 픽셀부도 마찬가지로 기타 방향의 경사 지문 광 신호를 수신할 수 있고, 상기 기타 방향의 경사 지문 광 신호는 제1 투명 렌즈(311)를 통해 수렴된 후, 투광 핀홀로 형성된 도광 통로를 거친 후, 대응되는 픽셀부로 전송된다. 예를 들면, 도 4에서, 제3 방향의 경사 광 신호(33)는 제1 투명 렌즈(311)를 통해 수렴된 후, 제3 도광 통로를 통해 제3 픽셀부(333) 중의 제1 감광 영역(3311)으로 전송된다.
다른 일부 실시방식에서, 각 마이크로 렌즈에 대응되는 4개의 도광 통로는 제1 차광층(321)에 4개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 상기 4개의 투광 핀홀은 4개의 픽셀부에 대응되고, 제2 차광층(322)에는 1개의 투광 핀홀만이 설치된다. 다시 말해, 4개의 투광 통로는 제2 차광층(322) 상의 투광 핀홀이 중첩된다.
도 7 내지 도 9는 다른 지문 인식 장치의 개략적인 단면도, 개략적인 평면도 및 개략적인 사시도를 나타낸다.
도7, 도8 및 도 9에서, 제1 차광층(321)에는 제1 픽셀부(331)에 대응되는 1#투광 핀홀(3211)이 설치되어 있고, 제2 차광층(322)에는 1개의 큰 2#투광 핀홀(3221)이 설치되어 있고, 상기 2#투광 핀홀(3221)은 4개의 픽셀부에 대응된다. 상기 1#투광 핀홀(3221)과 2#투광 핀홀(3221)은 제1 픽셀부(331)에 대응되는 제1 도광 통로를 형성한다. 선택적으로, 상기 1#투광 핀홀(3211)과 2#투광 핀홀(3221)의 중심은 한 직선 상에 있을 수 있고, 상기 직선의 방향은 바로 제1 도광 통로의 방향이다. 제1 방향의 경사 광 신호(31)는 제1 마이크로 렌즈(311)를 통해 수렴된 후, 제1 도광 통로를 통해 제1 픽셀부(331) 중의 제1 감광 영역(3311)으로 전송되고, 기타 방향의 광 신호(예를 들면, 도면에서 점선으로 표시된 광 신호)는 차광층에 의해 차단되어, 픽셀부로 전송될 수 없다.
유사하게, 기타 픽셀부에 대응되는 투광 핀홀의 설치는 상술한 제1 픽셀부에 대응되는 투광 핀홀의 설치를 참조할 수 있으며, 여기서 설명은 생략한다.
상술한 본 출원의 실시예에서, 지문 인식 장치(300) 중 각 마이크로 렌즈에 대응되는 4개의 픽셀부는 모두 4개의 서로 다른 방향의 도광 통로를 통해 4개의 서로 다른 방향의 경사 광 신호를 수신한다. 이를 통해, 지문 인식 장치(300) 중의 픽셀 어레이(330)는 수신된 4개의 서로 다른 방향의 광 신호에 기초하여 4개의 지문 이미지를 생성하여, 하나의 고해상도 지문 이미지를 얻음으로써, 지문 인식 효과를 향상시킬 수 있다.
도 10은 픽셀 어레이(330)의 개략적인 배열도를 나타내고, 도 10에 도시한 바와 같이, 도면에서 “1”은 제1 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 픽셀부를 나타내고, “2”는 제2 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 픽셀부를 나타내고, “3”은 제3 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 픽셀부를 나타내고, “4”는 제4 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 픽셀부를 나타낸다. 다시 말하면, 픽셀 어레이(330)에서, “1”로 표시되는 모든 픽셀부는 각각 제1 지문 이미지를 생성할 수 있고, “2”로 표시되는 모든 픽셀부는 각각 제2 지문 이미지를 생성할 수 있고, “3”으로 표시되는 모든 픽셀부는 각각 제3 지문 이미지를 생성할 수 있고, “4”로 표시되는 모든 픽셀부는 각각 제4 지문 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 총 4개의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 상기 4개의 지문 이미지는 단독으로 지문 인식에 사용되거나 또는 하나의 고해상도 지문 이미지로 병합될 수 있어, 지문 인식 장치의 인식 효과를 향상시킨다.
추가적으로, 4개의 지문 이미지는 서로 다른 방향의 경사 광 신호에 의해 생성되므로, 상기 4개의 지문 이미지는 서로 다른 물체측 이미지 영역에 대응되고, 또한 물체측의 시야 크기를 확대하는 등의 다른 응용 방향을 구현할 수도 있다.
상기 실시예의 방안에 의해, 광 경로의 설계를 통하여, 단일 마이크로 렌즈에 대응하는 4개의 픽셀부는 동시에 4개 방향의 광 신호를 수신하여, 지문 인식 장치로 들어오는 빛의 양을 증가시키고, 노광 시간을 줄이고, 시야를 증가시킬 수 있다. 이와 동시에, 단일 마이크로 렌즈와 복수의 픽셀부가 결합된 이미징 광 경로를 통해 지문의 물체측 광속에 대해 비 직사광 이미징(즉 경사 광 이미징)을 진행할 수 있으므로, 마른 손가락의 인식 효과를 향상시킬 수 있고, 광학 시스템의 물체측 개구수를 확대시키고 픽셀 어레이의 광 경로 설계의 두께를 줄일 수 있어, 최종적으로 지문 인식 장치의 두께를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이해할 수 있는 바와 같이, 이상은 지문 인식부(301) 중 하나의 마이크로 렌즈가 4개의 픽셀부에 대응되는 것을 예로 하여, 지문 인식 장치의 구조 및 지문 이미징 원리를 설명하였고, 선택적으로, 지문 인식부(301)에서, 하나의 마이크로 렌즈는 2개, 3개, 또는 4개 이상의 픽셀부에 대응될 수도 있으며, 본 출원의 실시예에서는 지문 인식부 중 픽셀부의 수에 대해 제한하지 않는다.
상술한 지문 인식 장치 중 하나의 마이크로 렌즈가 N개의 픽셀부에 대응하는 기술 방안을 기초로, 추가로, 원가, 공정, 지문 이미징 성능 등 요소를 종합적으로 고려하여, 지문 인식 장치의 광학 시스템의 구조 및 매개 변수를 제한하여, 초박형 지문 인식 장치를 구현함과 동시에, 이미지에 대한 미광의 영향을 더 줄이고, 이미지 앨리어싱을 감소시키며, 이미지의 밝기 및 콘트라트스비가 균형을 이루게 하여, 지문을 포함한 다양한 목표의 더 나은 이미징 효과를 구현하여, 지문 인식 장치의 성능을 더욱 향상시키고, 지문 인식 정확도를 향상시킨다.
구체적으로, 본 출원의 실시예는 지문 인식 장치(400)를 제공하고, 상기 지문 인식 장치(400)는 언더 디스플레이 광학 지문 인식을 구현하도록 표시 화면의 하방에 적용되고, 상기 지문 인식 장치는 직사각형 어레이식으로 분포된 복수의 지문 인식부(401)를 포함한다.
도 11 및 도 12는 지문 인식 장치(400)의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도를 나타낸다.
도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 지문 안식 장치(400)에서, 각 지문 인식부(401)는, 마이크로 렌즈(411), 적어도 하나의 차광층, N개의 픽셀부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 차광층 중 각 차광층에는 투광 핀홀이 설치되어 있고, 상기 적어도 하나의 차광층의 하부 차광층(예를 들면, 도 11 및 도 12의 제1 차광층(421))에 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 서로 다른 방향의 N개의 도광 통로를 형성하도록 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 마이크로 렌즈(411)의 최대 구경(CA)은 0.02≤ D1/CA≤0.4를 만족시키고,
상기 N개의 픽셀부는 상기 적어도 하나의 차광층 하방에 설치되고, 상기 N개의 픽셀부는 상기 N개의 도광 통로의 하부에 일대일 대응되게 설치되고,
표시 화면 상방의 손가락에 의해 반사 또는 산란되어 리턴된 지문 광 신호는 상기 마이크로 렌즈(411)를 통해 수렴된 후, 서로 다른 방향의 N개의 목표 지문 광 신호가 각각 상기 N개의 도광 경로를 통해 상기 N개의 픽셀부로 전송되고, 상기 N개의 목표 지문 광 신호는 지문 인식을 진행하도록 상기 손가락의 지문 정보를 검출하기 위한 것이다.
선택적으로, 공정 및 원가 문제를 고려하면, 본 출원의 실시예에서, 각 지문 인식부(401) 중 픽셀부의 수(N)는 A×A이고, 여기서, 1＜A≤4이고, 또한 A는 양의 정수이고, 바람직하게는 A=2 또는 3이다.
예를 들면, 도 11 및 도 12에서 A=2，N=2×2일 때의 지문 인식부(401) 및 지문 인식 장치(400)의 구조를 도시하였고, 이와 관련된 방안은 상술한 도 4 내지 도 7의 관련 설명을 참조할 수 있다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, A= Pb/Pa 이고, Pb는 지문 인식 장치 중 복수의 마이크로 렌즈의 배열 주기이고, Pa는 지문 인식 장치 중 복수의 픽셀부의 배열 주기이다.
예를 들면, 도 12에 도시한 바와 같이, 복수의 지문 인식부(401) 어레이는 배열 후, 복수의 마이크로 렌즈가 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고, 복수의 픽셀부가 픽셀 어레이를 형성하며, 수평면에서, 복수의 마이크로 렌즈의 X방향 및 Y방향에서의 배열 주기는 모두 Pb이고, 복수의 픽셀부의 X방향 및 Y방향에서의 배열 주기는 모두 Pa이고, 본 출원에서, 수평면은 표시 화면이 위치하는 평면과 평행하고, 수직면은 표시 화면이 위치하는 평면과 수직이다.
이미지 공간 샘플링 비율과 공정 원가를 종합적으로 고려하면, 일부 실시방식에서, 5㎛≤ Pb≤40㎛이고，바람직하게는 10㎛≤ Pb≤30㎛이다.
구체적으로, 본 출원의 실시예에서, D1은 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경을 나타낸다. 일부 실시방식에서, 도 12에 도시한 바와 같이, 하부 차광층, 즉 도 12의 제1 차광층(421) 중 복수의 투광 핀홀이 원형 핀홀이면, D1은 투광 핀홀의 직경을 나타낸다.
다른 일부 실시방식에서, 하부 차광층 중 복수의 투광 핀홀이 모서리가 둥근 직사각형 핀홀이면, D1은 투광 핀홀의 대각 사이의 거리를 나타낸다.
본 출원의 실시예에서, 원형 투광 핀홀 또는 모서리가 둥근 직사각형 핀홀을 사용하면, 대칭성이 좋아, 각 방향 상의 광 신호에 대해 대칭되는 투광 성능을 가지므로, 각 방향에서의 이미지의 균형성을 향상시킬 수 있어, 이미지 품질을 향상시킨다.
구체적으로, 본 출원의 실시예에서, CA는 마이크로 렌즈(441)의 최대 구경을 나타내고, 상기 CA는 마이크로 렌즈(411)의 수평면 방향에서 가장 큰 단면에서의 최대 폭일 수 있다.
선택적으로, 마이크로 렌즈(411)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈일 수 있고, 그 상부 표면은 구면 또는 비구면이고, 하부 표면은 수평면이며, 상기 마이크로 렌즈(411)의 최대 구경(CA)은 그 하부 표면의 최대 폭일 수 있다.
예를 들면, 도 11 및 도 12에서, 마이크로 렌즈(411)는 구면 렌즈일 수 있고, 그 하부 표면은 원형 수평면이고, 상기 마이크로 렌즈(411)의 최대 구경(CA)은 원형 수평면의 직경이다.
본 출원의 실시예의 기술방안을 통해, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)가 0.02≤ D1/CA≤0.4를 만족시키도록 제한하고, 마이크로 렌즈의 수광 면적과 투광 핀홀 크기의 비율 관계를 종합적으로 고려하여, 상기 비율 관계가 0.4 이하이면, 현재 마이크로 렌즈 하방의 하부 차광층 중 각 투광 핀홀은 인접한 마이크로 렌즈에 의해 전도되는 미광을 잘 차단하여, 이미지의 엘리어싱을 감소시키므로, 이미징의 콘트라스트비를 향상시키거나 또는 이미지의 콘트라스트를 향상시키고, 상기 비율 관계가 0.0.2 이상이면, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀이 충분한 광 신호를 통과시키도록 보장함으로써, 이미징의 밝기를 보장한다. 따라서, 본 출원의 실시예의 방안을 사용하면, 이미지 밝기 및 이미지 콘트라스트비를 고루 챙겨, 이미지 품질 및 인식 성공률을 향상시킬 수 있다.
일반적으로, 이미지의 밝기 및 이미지 콘트라스트비를 향상시켜야 하는 경우, 지문 인식부 중 마이크로 렌즈에 대응되는 픽셀부의 수를 증가시킬 수 있으며, 그러면 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 광 신호를 충분히 이용할 수 있고, 이미지의 공간 샘플링 비율을 향상시킬 수 있으므로, 이미지의 밝기 및 콘트라스트비를 향상시킬 수 있으나, 상기 방식을 사용하면 제조 공정 난이도가 상승하고, 원가가 증가한다. 따라서, 본 출원의 실시예의 기술방안을 사용하고, 제조 공정 및 원가를 고려하는 것을 기초로, 지문 인식 장치 중의 매개 변수가 일정한 조건을 만족시키도록 제한하여, 이미지 밝기 및 콘트라스트비의 요구를 만족시킨다.
일부 실시방식에서, 0.08≤D1/CA≤0.18이다. 바람직하게는, 0.12≤ D1/CA≤0.14이고，예를 들면, D1/CA=0.12，0.13 또는 14이거나, 또는 D1/CA는 0.12 내지 0.14 사이의 임의의 수일 수도 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.
이미지의 콘트라스트비 및 밝기를 균형적으로 향상시키기 위하여, 상술한 하부 차광층 중 각 핀홀의 최대 구경(D1)과 마이크로 렌즈(411)의 최대 구경(CA)이 0.02≤ D1/CA≤0.4의 조건을 만족시키도록 제한하는 것 외에，본 출원은 또한 아래 방안을 제시한다.
구체적으로, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 지문 인식 장치(400)에서, 각 지문 인식부(401)는, 마이크로 렌즈(411), 적어도 하나의 차광층, N개의 픽셀부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 차광층 중 각 차광층에는 모두 투광 핀홀이 설치되어 있고, 서로 다른 방향의 N개의 도광 통로를 형성하도록 상기 적어도 하나의 차광층의 하부 차광층(예를 들면, 도 11 및 도 12의 제1 차광층(421))에 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 마이크로 렌즈(411)의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 마이크로 렌즈(411)의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.25≤ROC/Z1≤0.75을 만족시키고,
상기 N개의 픽셀부는 상기 적어도 하나의 차광층 하방에 설치되고, 상기 N개의 픽셀부는 상기 N개의 도광 통로의 하부에 일대일 대응되게 설치되고,
표시 화면 상방의 손가락에 의해 반사 또는 산란되어 리턴된 지문 광 신호는 상기 마이크로 렌즈(411)를 통해 수렴된 후, 서로 다른 방향의 N개의 목표 지문 광 신호가 각각 상기 N개의 도광 경로를 통해 상기 N개의 픽셀부로 전송되고, 상기 N개의 목표 지문 광 신호는 상기 손가락의 지문 정보를 검출하기 위한 것이다.
상기 실시예와 유사하게, 본 출원의 실시예에서, 각 지문 인식부(401) 중 픽셀부의 수(N)는 A×A일 수 있고, 1＜A≤4이고, A는 양의 정수이고, 바람직하게는 A=2 또는 3이다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서， A=Pb/Pa이고, Pb는 지문 인식 장치 중 복수의 마이크로 렌즈의 배열 주기이고, Pa는 지문 인식 장치 중 복수의 픽셀부의 배열 주기이다. 이미지 공간 샘플링 비율과 공정 원가를 종합적으로 고려하면, 일부 실시방식에서, 5㎛≤ Pb ≤40㎛이고，바람직하게는，10㎛≤ Pb ≤30㎛이다.
구체적으로, 본 출원의 실시예에서, 마이크로 렌즈(411)가 구면 렌즈일 경우, 상기 마이크로 렌즈(411)의 곡률 반경(ROC)은 아래 공식을 통해 계산할 수 있다.
여기서, MLH는 마이크로 렌즈(411)의 높이, 즉 마이크로 렌즈의 꼭지점에서 하부 표면까지의 높이이며, CA는 마이크로 렌즈(411)의 최대 구경이다.
물론, 비구면 렌즈의 곡률 반경도 계산 방식이 있으며, 구체적인 계산 방식은 관련 기술의 계산 방법을 참조할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
N개 방향의 목표 지문 광 신호 중 각 방향의 목표 지문 광 신호가 마이크로 렌즈(411)에 의해 수렴된 후, 모두 하부 차광층 중 각 투광 핀홀에 집광될 경우, 이때 이미징 효과가 가장 좋으며, 이미지 밝기를 고려하면서 동시에 이미지 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 출원의 실시예의 기술방안을 통해, 마이크로 렌즈(411)의 곡률 반경(ROC)와 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 마이크로 렌즈(411)의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)가 0.25≤ROC/Z1≤0.75을 만족시키도록 제한하고, 마이크로 렌즈의 초점과 하부 차광층의 위치 사이의 비율 관계를 종합적으로 고려하여, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀이 상기 조건을 만족시키거나 또는 근접하게 함으로써, 이미지 품질 및 인식 성공율을 향상시킨다.
일부 실시방안에서, 0.4≤ROC/Z1≤0.6이다. 바람직하게는, 0.47≤ROC/Z1≤0.49이고, 예를 들면 ROC/Z1=0.47，0.48또는 0.49이거나고, 또는 ROC/Z1는 0.47 내지 0.49 사이의 임의의 수일 수도 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.
추가적으로, 본 출원의 실시예에서, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치를 제한하여, N개 방향의 목표 지문 광 신호가 하부 차광층 중 각 투광 핀홀에 더욱 정확히 전송되게 함으로써, 추가적으로 이미지 품질을 향상시킨다.
선택적으로, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 제한 조건은 0＜ S1/Z1≤1일 수 있고, 여기서 S1은 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 중심에서 마이크로 렌즈(411)의 상기 하부 차광층 상의 투영 중심까지의 오프셋이다.
바람직하게는, 일부 실시방안에서, 0.2≤ S1/Z1≤0.5이다.
추가로 설명해야 할 점은, 기타 일부 실시방안에서, 상기 S1/Z1의 제한 범위를 조절한 후, 상기 S1/Z1의 제한 범위에 따라, 상기 ROC/Z1의 제한 범위를 조절하여, 하부 차광층 중 투광 핀홀의 위치를 조절함으로써, 필요한 목표 지문 광 신호의 각도를 조절한 다음, 마이크로 렌즈의 곡률 반경 및 하부 차광층의 하부 표면에서 마이크로 렌즈(411)의 하부 표면 까지의 깊이 거리를 조절하여, 본 출원의 실시예의 지문 인식 장치가 우수한 이미징 조건을 만족시킴과 동시에, 다양한 각도의 경사 광 신호를 수신할 수 있도록 하여, 더욱 광범위한 응용 장면에 적용할 수 있다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 중심에서 마이크로 렌즈(411)의 상기 하부 차광층 상의 투영 중심까지의 오프셋(S1)은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.
상기 본 출원의 두 실시예에서, 모두 제조 공정 및 원가를 고려하는 것에 기초하여, 지문 인식 장치 중의 매개 변수가 일정한 조건을 만족시키도록 제한함으로써, 이미지 밝기와 콘트라스트비의 요구를 만족시킬 수 있다.
따라서, 제3 실시방안에서, 마이크로 렌즈(411)의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 마이크로 렌즈(411)의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.25≤ROC/Z1≤0.75을 만족시키고, 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.02≤ D1/CA≤0.14를 만족시키며, 2가지 제한 조건을 종합하면, 이미지 밝기 및 콘트라스트비의 요구를 더욱 정확하게 충족시켜, 이미지 품질을 더욱 최적화할 수 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 지문 인식 장치(400)를 기초로, 추가적으로, 각 지문 인식부(401) 중 적어도 하나의 차광층은 다층 차광층일 수 있어, 우수한 도광 작용을 추가적으로 구현할 수 있다.
선택적으로, 일부 실시방식에서, 적어도 하나의 차광층 중의 상부 차광층에는 투광 핀홀이 설치되고, 다시 말해, 복수개의 도광 통로의 상부 차광층에서의 투광 핀홀은 중첩된다.
다른 일부 실시방식에서, 적어도 하나의 차광층 중의 상부 차광층에는 마찬가지로 복수의 투광 핀홀이 설치되고, 복수의 투광 핀홀을 설치함으로써 미광을 추가로 차단할 수 있어, 광 신호의 픽셀 사이에서의 혼선을 방지한다.
추가적으로, 적어도 하나의 차광층에서, 도광 성능이 우수한 도광 통로를 형성하도록, 각 차광층에는 모두 복수의 투광 핀홀이 설치될 수 있다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, 각 지문 인식부(401) 중 적어도 하나의 차광층은 2층 차광층이고, 우수한 도광 작용을 구현함과 동시에, 지문 인식 장치의 원가를 줄일 수 있다.
도 13 내지 도 14는 지문 인식부(401)의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도를 나타낸다.
예시로서, 도 13 내지 도 14에서, 지문 인식부(401)에는 제1 픽셀부(431), 제2 픽셀부(432), 제3 픽셀부(433), 제4 픽셀부(434)가 포함되고, 적어도 하나의 차광층 중의 투광 핀홀은 상기 4개의 픽셀부에 대응되는 4개의 도광 통로를 형성한다. 구체적으로, 본 출원의 실시예에서, 제1 차광층(421)은 하부 차광층이고, 제2 차광층(422)은 제1 차광층(421) 상방에 위치하는 상부 차광층이다. 상기 제1 차광층(421)과 제2 차광층(422)에는 모두 4개의 투광 핀홀이 설치되어, 4개의 서로 다른 방향의 도광 통로를 형성한다.
구체적으로, 상기 지문 인식부(401)는 도 4 내지 도 6의 지문 인식부(301)일 수 있고, 그 차광층 및 픽셀부의 설계는 상기 도 4 내지 도 6의 관련 소개 및 설명을 참조할 수 있으므로, 설명은 생략한다.
추가적으로, 본 출원의 실시예에서, 하부 차광층 외에, 기타 차광층(예를 들면, 도 13 및 도 14의 제2 차광층(422))에도 마찬가지로 복수의 투광 핀홀이 설치되면, 기타 차광층 중 복수의 투광 핀홀의 위치를 제한하여, 도광 통로의 도광 성능을 추가로 최적화할 수 있으며, 즉 목표 방향의 광 신호가 통과할 수 있도록 허용하고, 비 목표 방향의 광 신호를 차단한다.
선택적으로, 기타 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 마찬가지로 0≤ Si/Z1≤로 제한할 수 있다. 바람직하게는, 일부 실시방식에서, 0.2≤ Si/Z1≤0.5이고，Si는 지문 인식부 중의 제i층 차광층 중의 각 투광 핀홀에서 마이크로 렌즈의 상기 제i층 차광층 상의 투영 중심까지의 오프셋이다. 유사하게, 지문 인식부 중의 제i 차광층 중의 각 투광 핀홀의 직경은 Di로 나타낼 수 있고, 제i층 차광층의 하부 표면에서 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리는 Zi로 나타낼 수 있다. 예시로서, 도 13 및 도 14에서, 제2 차광층(422) 중 각 투광 핀홀에서 마이크로 렌즈의 상기 제2 차광층(422) 상의 투영 중심까지의 오프셋은 S2로 나타내고, 제2 차광층(422) 중 각 투광 핀홀의 직경은 D2로 나타내며, 제2 차광층(422)의 하부 표면에서 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리는 Z2로 나타낼 수 있다.
이해해야 할 점은, 상기 제i 층 차광층 중 각 투광 핀홀의 중심에서 마이크로 렌즈의 상기 제i층 차광층 상의 투영 중심까지의 오프셋(Si)은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.
도 13 및 도 14의 실시예를 기초로, 도 15는 다른 지문 인식 장치(400) 및 그 지문 인식부(401)의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 15에 도시한 바와 같이, 상기 지문 인식부(401)에서, 마이크로 렌즈(411) 및 이에 대응되는 4개의 픽셀부, 제1 차광층(421) 및 제2 차광층(422) 외에, 보호층(441)을 더 포함하고, 상기 보호층(441)은 제1 차광층(421) 상방에 위치한다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, 제1 차광층(421) 및 픽셀부는 모두 센서 칩에 통합되고, 상기 제1 차광층(421)은 센서 칩 중의 금속 회로층이거나 또는 상기 제1 차광층(421)은 기타 가시광선 투과율이 낮은 재료층일 수도 있다.
상기 보호층(441)은 마찬가지로 센서 칩 중의 적층 구조일 수 있고, 센서 칩의 표면에 형성되어, 센서 칩이 외부 수증기와 입자에 의해 오염되어 센서 성능이 저하되는 것을 방지한다. 선택적으로, 상기 보호층(441)은 규소의 산화물 및/또는 규소의 질화물을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
이해해야 할 점은, 상기 보호층(441)도 마찬가지로 투명 재료층이고, 광 신호에 대해 높은 투과율을 가지며, 상기 보호층(411)의 높이를 설정하는 것을 통하여, 센서 칩 중의 픽셀부에 일정한 초점 거리를 제공할 수 있다.
도 15에 도시한 바와 같이, 제2 차광층(422)은 상기 센서 칩의 상부 표면, 즉 상기 보호층(441)의 상부 표면에 설치된다. 이러한 설치는 제1 차광층(421)과 제2 차광층(422) 사이의 거리를 감소시킬 수 있고, 2층 차광층에 형성된 도광 통로의 도광 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적인 구현에서, 상기 제2 차광층은 환경 중의 대부분의 광 신호를 흡수하도록 흑색 고분자 흡광 재료일 수 있다.
추가적으로, 지문 인식부(401)는 제2 투명 매개층(442)을 더 포함하고, 상기 제2 투명 매개층(442)은 상기 제2 차광층(422) 상방에 설치되어 상기 제2 차광층(422) 중의 투광 핀홀을 채운다. 상기 제2 투명 매개층(442)도 마찬가지로 광학적으로 투과율이 높은 재료로 형성된 매개층이다.
선택적으로, 상기 제2 투명 매개층(442)은 반도체 스핀 코팅 공정과 경화 공정을 통해 제2 차광층(422) 상방에 형성되어 상기 제2 차광층(422) 중의 투광 핀홀을 채우고, 상기 제2 투명 매개층(442)의 높이를 설정하는 것을 통하여, 센서 칩 중의 픽셀부에 일정한 초점 거리를 제공할 수 있다.
계속하여 도 15을 참조하면, 지문 인식부(401)는 적외선 광 및 일부 적색광을 차단하여, 상기 적외선 광 및 일부 적색광이 픽셀부로 들어가 이미징 효과에 영향을 주는 것을 방지하는 적외선 필터층(450)을 더 포함한다.
예를 들면, 빛이 강한 상황에서, 환경 중 적외선 광이 비교적 강하고, 상기 강한 적외선 광이 픽셀부로 들어가면, 픽셀부의 신호가 포화되기 쉽고, 또한 적외선 광은 손가락을 쉽게 통과하여, 손가락의 투사광을 형성하고, 이 부분의 투사광은 정상적인 지문 인식 과정에서 손가락 반사광의 이미지에 영향을 미치며, 두 측면의 원인을 종합하면, 적외선 광은 지문 이미징에 대한 영향이 비교적 크므로, 적외선 필터층을 통해 제거해야 한다.
일부 실시방식에서, 상기 적외선 필터층(450)은 다층 무기 재료층을 포함하고, 상기 다층 무기 재료층은 코팅 공정으로 제2 투명 매개층(442)에 도금하여 형성되고, 상기 도금 공정은 물리적 기상 증착(phySical vapor depoSition, PVD) 도금법을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 다층 무기 재료층은 이산화티타늄/이산화규소(TiO2/SiO2)가 교대로 성장한 다층 무기 재료층이거나, 또는 오산화니오븀/실리카(Nb2O5/SiO2)가 교대로 성장한 다층 무기 재료층이거나, 또는 기타 적외선 광 신호를 차단하기 위한 유기 또는 무기 재료일 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다.
도 15에 도시한 바와 같이, 상기 지문 인식부(401)는 컬러 필터층(460)을 더 포함하고, 상기 컬러 필터층(460)은 상기 적외선 필터층(450) 상방에 설치되어, 목표 대역의 광신호를 통과시키고, 상기 목표 대역의 채색 광 신호 이외의 기타 비목표 대역의 광 신호를 차단하며, 상기 컬러 필터층은 반도체 포토리소그래피 공정을 통해 구현될 수 있다.
선택적으로, 상기 컬러 필터층은 적색 필터층, 청색 필터층, 녹색 필터층 또는 백색 필터층을 포함하나 이에 한정되지 않고, 적색 신호, 청색 신호, 녹색 신호 또는 백색광 신호를 투과시킨다.
한편으로, 컬러 필터층이 채색 필터층인 경우, 채색 광 신호를 투과시키고, 상기 지문 인식부(401) 중의 픽셀부가 수신한 것은 채색 광 신호이며, 지문 위조 방지를 진행하여 손가락 진위를 판단할 있다. 컬러 필터층이 백색 필터층이면, 백색 광 신호를 투과시키고, 상기 지문 인식부(401)의 픽셀부가 수신한 것은 백색광 신호이며, 지문 인식을 진행하도록 지문 이미지를 생성할 수 있다. 본 출원의 실시예에서 제공된 지문 인식 장치는 지문 인식에 기초하여 추가로 지문 위조 방지 판단을 진행하여, 지문 인식의 성공율을 향상시킬 수 있다.
다른 한편으로, 상기 컬러 필터층은 그 하부의 적외선 필터층에 의해 반사된 광 신호를 흡수할 수 있어, 반사된 광 신호가 표시 화면을 통과하여 사람의 눈에 의해 수신되는 것을 방지하여, 언더 디스플레이의 지문 인식 장치의 외관 문제를 해결할 수 있다.
이해해야 할 점은, 컬러 필터층이 백색 필터층이면, 여기서의 컬러 필터층은 투명 매개층 또는 기타 가시광선이 통과할 수 있는 필터 재료일 수 있으며, 본 출원의 실시예는 컬러 필터층의 구조에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.
계속하여 도 15를 참조하면, 컬러 필터층(460) 상방에서, 상기 지문 인식부(410)는 제3 투명 매개층(443)을 더 포함하고, 상기 제3 투명 매개층(443)은 마이크로 렌즈(411)와 상기 컬러 필터층(460) 사이에 설치된다.
선택적으로, 상기 제2 투명 매개층(442)도 마찬가지로 광학적으로 투과율이 높은 재료로 형성된 매개층이며, 반도체 스핀 코팅 공정 및 경화 공정을 통해 컬러 필터층(460) 상방에 형성되고, 상기 제3 투명 매개층(443)의 높이를 설정하는 것을 통하여, 센서 칩 중의 픽셀부에 일정한 초점 거리를 제공할 수 있다.
지문 인식부(401)의 최상층은 마이크로 렌즈(411)이고, 그 재료는 일반적으로 수지와 같은 광학 투명 유기 재료이며, 반도체 포토리소그래피 공정에 의해 마이크로 렌즈(411)의 크기 및 형상을 설계할 수 있고, 열 리플로우(thermal reflow) 공정에 의해 성형될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈(411)는 구면 마이크로 렌즈 또는 비구면 마이크로 렌즈일 수 있다.
도 16 내지 도 17은 다른 지문 인식부(401)의 개략적인 단면도 및 개략적인 평면도를 나타낸다.
선택적으로, 본 출원의 실시예에서, 상기 지문 인식부(401)는 도 7 내지 도 9의 지문 인식부(301)일 수 있고, 또한 차광층 및 픽셀부의 설계는 상기 도 7 내지 도 9의 관련 소개 및 설명을 참조할 수 있으므로, 설명은 생략한다.
본 출원의 실시예에서, 하부 차광층 외에, 상부 차광층(예를 들면, 도 16 및 도 17중의 제2 차광층(422))에 하나의 투광 핀홀이 설치되고, 이러한 실시 방식을 사용하면, 도광 성능을 보장함과 동시에, 공정 요구를 낮춰, 생산 수율을 향상시키고, 생산 원가를 줄일 수 있다.
선택적으로, 도 17에 도시한 바와 같이, 상기 제2 차광층(422)에 설치된 투광 핀홀은 모서리가 둥근 직사각형 홀이거나 또는 상기 제2 차광층(422)에 설치된 투광 핀홀은 원형 홀 일 수 있다.
제2 차광층(422)에 모서리가 둥근 직사각형 홀을 설치하면, 원형 홀에 비해, 상기 모서리가 둥근 직사각형 홀의 모서리가 둥글지 않는 영역에서의 누광을 감소시켜, 비목표 방향의 미광이 상기 제2 차광층(422)을 통과하는 것을 감소시킬 수 있어, 충분한 광 신호의 통과를 보장함과 동시에, 미광을 흡수하여, 도광 통로의 도광 성능을 추가로 향상시킨다.
본 출원의 실시예에서, 제2 차광층(422) 중의 하나의 투광 핀홀의 중심은 마이크로 렌즈(411)의 상기 제2 차광층(422) 상의 투영 중심과 중첩된다. 다시 말해, 제2 차광층(422) 중의 하나의 투광 핀홀의 중심과 마이크로 렌즈(411)의 상기 제2 차광층(422) 상의 투영 중심의 오프셋은 0이며, 본 출원의 실시예에서, S2/Z1=0이고，S2는 제2 차광층(422) 중 투광 핀홀에서 마이크로 렌즈의 상기 제2 차광층(422) 상의 투영 중심까지의 오프셋이다.
도 18은 다른 지문 인식 장치(400) 및 그 지문 인식부(401)의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 18에 도시한 바와 같이, 상기 지문 인식부(401)에서, 마이크로 렌즈(411) 및 이에 대응되는 4개의 픽셀부, 제1 차광층(421) 및 제2 차광층(422) 이외에, 보호층(441)을 더 포함하고, 상기 보호층(441)은 제1 차광층(421) 상방에 위치한다.
선택적으로, 도 18에 도시한 바와 같이, 상기 지문 인식부(401)는 적외선 필터층(450)을 더 포함하고, 상기 적외선 필터층(450)은 적외선 광 신호를 차단하도록 보호층(441)의 표면에 형성된다.
추가로, 상기 적외선 필터층(450) 상방에서, 상기 지문 인식부(410)는 제2 차광층(422) 및 적외선 필터층(450)을 연결하기 위한 접착층(470)을 더 포함한다.
선택적으로, 상기 접착층(470)은 적외선 필터층(450) 상방에 도포되는 광학적으로 투과율이 높은 유기 재료층일 수 있고, 반도체 스핀 코팅 공정과 경화 공정을 통해 구현될 수 있다. 상기 접착층(470)은 표면이 평탄한 평면 투명층일 수 있고, 다층 유기 재료층로 형성된 적외선 필터층(450)에 휨이 발생하여 제2 차광층(422)의 평탄도에 영향을 주는 것을 방지함으로써, 이미징 효과에 영향을 주는 것을 방지한다.
계속하여 도 18을 참조하면, 제2 차광층(442) 상방에 제1 투명 매개층(444)이 더 형성되고 있고, 상기 제1 투명 매개층(444)은 반도체 스핀 코팅 공정 및 경화 공정을 통해 제2 차광층(442) 상방에 형성되어 상기 제2 차광층(442) 중의 투광 핀홀을 채우고, 상기 제1 투명 매개층(444)의 높이를 설정하는 것을 통하여, 센서 칩 중의 픽셀부에 일정한 초점 거리를 제공할 수 있다.
선택적으로, 상기 지문 인식부(401)는 컬러 필터층(460)을 더 포함하고, 상기 컬러 필터층(460)은 상기 제1 투명 매개층(444) 상방에 설치되고, 제1 투명 매개층(444) 및 마이크로 렌즈(411)에 연결된다. 상기 컬러 필터층(460)은 목표 대역의 광 신호를 통과시키고, 상기 목표 대역의 채색 광 신호 이외의 기타 비 목표 대역의 광 신호를 차단한다. 마찬가지로, 상기 컬러 필터층은 적색 필터층, 청색 필터층, 녹색 필터층 또는 백색 필터층을 포함하나, 이에 한정되지 않고, 적색 광 신호, 청색 광 신호, 적색 광 신호 또는 백색 광 신호를 투과시킨다.
구체적으로, 본 출원의 실시예의 보호층(441), 제1 차광층(421), 제2 차광층(422), 적외선 필터층(450), 컬러 필터층(460)의 관련 기술방안은 상기 도 15의 관련된 설명을 참조할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
이상 본 출원에 의해 공개된 다양한 지문 인식 장치의 구조 및 그중 매개변수의 제한 조건을 설명하였고, 아래 표1 및 표2는 몇 가지 구체적인 실시예의 지문 인식 장치 중 매개변수의 값 및 제한 조건 수치를 나타내고, 표1에서 각 매개변수의 단위는 모두 ㎛이고, 표2에서 Pb매개변수의 단위는 ㎛이다.
| 제1 유형 | 제2 유형 | ||||||
| 실시예 | 예1 | 예2 | 예3 | 예4 | 예5 | 예6 | 예7 |
| Pa(㎛) | 10.50 | 14.00 | 11.50 | 10.00 | 10.00 | 12.50 | 7.50 |
| Pb(㎛) | 21.00 | 28.00 | 23.00 | 20.00 | 20.00 | 25.00 | 15.00 |
| CA(㎛) | 16.15 | 21.85 | 18.50 | 19.00 | 19.50 | 23.50 | 14.50 |
| MLH(㎛) | 4.20 | 5.80 | 4.80 | 5.00 | 6.10 | 8.90 | 3.00 |
| ROC (㎛) |
9.86 | 13.19 | 11.31 | 11.53 | 10.84 | 12.21 | 10.26 |
| Z1(㎛) | 23.30 | 27.57 | 20.93 | 22.64 | 21.91 | 24.06 | 18.23 |
| S1(㎛) | 8.20 | 9.62 | 7.51 | 7.60 | 6.05 | 10.08 | 5.09 |
| D1(㎛) | 2.38 | 2.70 | 2.18 | 2.40 | 2.00 | 2.70 | 1.84 |
| Z2(㎛) | 15.25 | 16.82 | 17.54 | 18.89 | 18.37 | 19.85 | 15.11 |
| S2(㎛) | 0.00 | 0.00 | 5.17 | 5.16 | 4.50 | 7.03 | 3.28 |
| D2(㎛) | 13.30 | 15.88 | 3.48 | 3.84 | 3.28 | 5.18 | 3.20 |
표1에 나타낸 바와 같이, 제1 유형의 실시예1 및 실시예2는 도 16 내지 도 18의 지문 인식부(401) 및 그 지문 인식 장치(400)에 대응될 수 있고, 제2유형의 실시예3 내지 실시예7은 도 13 내지 도 15의 지문 인식부(401) 및 그 지문 인식 장치(400)에 대응될 수 있다.표 1의 매개변수의 수치에 기초하여, 표 2는 다양한 실시예의 상이한 제한 조건에 따른 계산 수치를 예시적으로 보여줬다.
| 제1 유형 | 제2 유형 | ||||||
| 실시예 | 예1 | 예2 | 예3 | 예4 | 예5 | 예6 | 예7 |
| ROC/Z1 | 0.42 | 0.48 | 0.54 | 0.51 | 0.49 | 0.51 | 0.56 |
| D1/CA | 0.15 | 0.12 | 0.12 | 0.13 | 0.10 | 0.11 | 0.13 |
| S1/Z1 | 0.35 | 0.37 | 0.36 | 0.34 | 0.28 | 0.42 | 0.28 |
| S2/Z1 | 0.00 | 0.00 | 0.25 | 0.23 | 0.21 | 0.29 | 0.18 |
| Pb(㎛) | 21.00 | 28.00 | 23.00 | 20.00 | 20.00 | 25.00 | 15.00 |
| Pb/Pa | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 |
표2에 나타낸 바와 같이, 표2에서 언급된 제한 값을 이용하여 지문 인식 장치 중의 매개변수를 설계할 수도 있으며, 표1의 각 실시예에서 열거된 구체적인 매개 변수에 한정되지 않는다.설명해야 할 점은, 본 출원의 실시예는 상기 구체적인 수치에 한정되지 않으며, 당업자는 실제의 광 경로 설계 요구에 따라 각 매개 변수의 구체적인 수치를 결정할 수 있다. 예를 들면, 상기 매개 변수는 소수점 이하 3자리 또는 4자리까지 정확할 수 있다.
상기 실시예에 기초하여, 도 19는 지문 인식 장치에 의해 수집된 이미지의 콘트라스트 및 밝기의 ROC/Z1변화에 따른 곡선도이고, 도 20은 세 가지 ROC/Z1제한 조건에서 이미지를 수집하는 개략도이다. 이미지 콘트라스트가 나타내는 것은 이미지의 명암 차이이며, 이미지의 콘트라스트비로 이해할 수도 있다.
도 19에 도시한 바와 같이, ROC/Z1의 증가에 따라, 이미지 밝기가 높아지나, 이미지 콘트라스트는 먼저 증가한 후 감소하고, ROC/Z1≒0.47에서, 이미지 콘트라스트가 최대이다. 추가적으로 도 20을 통해 알 수 있듯이, ROC/Z1=0.47일 경우, 이미지의 밝기 및 콘트라스트비가 비교적 높고, 이미지의 이미징 효과가 가장 좋으며, D1/CA가 크거나 작으면, 이미지가 너무 밝거나 너무 어두워, 이미지의 콘트라스트비가 좋지 않고, 이미지의 이미징 효과가 나쁘다.
유사하게, 도 21은 지문 인식 장치에 의해 수집된 이미지의 콘트라스트 및 밝기의 D1/CA변화에 따른 곡선도이며, 도 22는 세 가지 D1/CA 제한 조건에서 이미지를 수집하는 개략도이다.
도 21에 도시한 바와 같이, D1/CA의 증가에 따라, 이미지 밝기가 높아지나, 이미지 콘트라스트는 감소하고, 이미지 밝기와 콘트라스트를 종합적으로 고려하여, D1/CA의 값은 상기 0.08 내지 0.18 사이에서 선택할 수 있고, 바람직하게는, D1/CA의 값은 0.13이다. 추가적으로 도 22를 통해 알 수 있듯이, D1/CA=0.13일 경우, 이미지의 이미징 효과가 가장 좋고, D1/CA가 크거나 작으면, 이미지의 이미징 효과는 나쁘다.
여기서 설명해야 할 점은, 상기 도 19 내지 도 22는 단지 예시적 설명일 뿐, 본 출원의 실시 방식에 대한 한정은 아니다.
이상 도면을 결합하여 본 출원의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 출원은 상술한 실시방식 중의 구체적인 사항에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 출원의 기술 구상 범위 내에서, 본 출원의 기술방안을 다양하고 간단하게 변형시킬 수 있고, 이러한 간단한 변형은 모두 본 출원의 보호범위에 해당한다.
예를 들면, 상술한 구체적인 실시방식에서 설명된 각각의 구체적인 기술특징은, 모순이 없는 한, 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있고, 불필요한 반복을 피하기 위해, 본 출원은 다양한 가능한 결합 방식에 대해 별도로 설명하지 않는다.
또 예를 들면, 본 출원의 다양한 실시방식 사이에 임의의 조합을 진행할 수도 있고, 본 출원의 사상을 위반하지 않는 한, 동일하게 본 출원에 공개된 내용으로 간주하여야 한다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 다양한 방법 실시예에서, 상기 각 과정의 순번의 크기는 실행 순서의 선후를 의미하지 않으며, 각 과정의 실행 순서는 그 기능과 내재적 논리에 따라 결정되며, 본 출원의 실시예의 실시 과정에 대해 어떠한 한정도 해서는 안 된다.
본 출원의 실시예는 전자 장치를 더 제공하며, 상기 전자 장치는 표시 화면 및 상술한 본 출원의 실시예의 지문 인식 장치를 포함할 수 있고, 상기 지문 인식 장치는 표시 화면의 하부에 설치되고, 언더 디스플레이 광학 지문 인식을 실현한다.
상기 전자 장치는 표시 화면을 갖는 모든 전자 장치일 수 있다. 예를 들면, 상기 전자 장치는 도 1에 도시된 전자 장치(10)일 수 있다.
표시 화면은 OLED표시 화면 또는 기타 표시 화면과 같은 상기에서 설명된 표시 화면을 사용할 수 있고, 표시 화면의 관련 설명은 상술한 설명에서 표시 화면과 관련된 설명을 참조할 수 있고, 간결함을 위해, 설명을 생략한다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예의 구체적인 예시는, 본 출원의 실시예에 대한 당업자의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 출원의 실시예의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 출원의 실시예를 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들면, 본 출원의 실시예 및 특허청구범위에서 사용된 “하나의”, “상술한” 및 “상기”와 같은 단수 형태들은 문맥에서 다른 의미를 명백하게 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함한다.
당업자는 본문에서 공개한 실시예에서 설명한 각 예시의 유닛은, 전자식 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 양자의 결합으로 구현할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 호환 가능성을 명확하게 설명하기 위하여, 상술한 설명에서는 각 예의 구성 및 단계에 대해 기능에 따라 일반적으로 설명했다. 이러한 기능을 하드웨어 방식 아니면 소프트웨어 방식으로 실행할지는 기술방안의 특정 응용 및 설계 규제 조건에 의해 결정된다. 당업자라면 각각의 특정 응용에 따라 서로 다른 방법으로 상기 기능을 구현할 수 있으나, 이러한 구현들이 본 출원의 범위를 벗어난 것으로 간주해서는 안 된다.
본 출원에서 제공한 여러 실시예에서, 개시된 시스템, 장치는 다른 방식으로도 실현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어 상술한 장치의 실시예는 개략적인 것에 불과하며, 예를 들어 상기 유닛의 구분은 단지 논리적 기능을 구분한 것이며, 실제 구현 시 다르게 구분될 수 있고, 예를 들어, 복수의 유닛 또는 어셈블리는 다른 시스템에 결합되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 일부 특징이 생략될 수 있거나 또는 실행되지 않을 수도 있다. 또한, 도시되었거나 또는 논의된 상호 결합 간의 결합 또는 직접 결합 또는 통신 연결은 일부의 인터페이스를 통해 실현될 수 있으며, 장치 또는 유닛 간의 간접 결합 또는 통신 연결은, 전기적, 기계적 또는 다른 형태로 연결될 수 있다.
상기 분리 부재로 설명되는 유닛은, 물리적으로 분리되는 것일 수도 있고, 아닐 수도 있으며, 유닛으로 나타낸 부재들은 물리적 유닛일 수도 있고 아닐 수도 있으며, 즉 한 곳에 위치하거나 또는 복수의 네트워크 유닛 상에 분포될 수도 있다. 실제의 필요에 따라 이러한 유닛 중 일부 또는 전체를 선택하여 본 출원의 실시예 방안의 목적을 실현할 수 있다.
또한, 본 출원의 각 실시예들의 각 기능 유닛은 하나의 처리 유닛에 통합시킬 수 있으며, 또한 각 유닛은 물리적으로 단독으로 존재할 수도 있으며, 2개 이상의 유닛을 하나의 유닛에 통합시킬 수도 있다. 상술한 통합 유닛은 하드웨어 형식으로 실현될 수도 있고, 소프트웨어 기능 유닛 형식으로 실현될 수도 있다.
상기 통합된 유닛을 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현하여 독립된 제품으로 판매 또는 사용할 경우, 하나의 컴퓨터 판독 가능 저장 매개체에 저장할 수 있다. 이러한 이해를 바탕으로, 본 출원의 기술방안은 본질적으로 또는 종래 기술에 대해 기여하는 부분 또는 상기 기술방안의 일부 또는 전부가 소프트웨어 제품의 형태로 구현될 수 있고, 상기 컴퓨터 소프트웨어 제품은 하나의 저장 매개체에 저장되며, 컴퓨터 장치(예를 들면 개인 컴퓨터, 서버, 또는 네트워크 장치 등)가 본 출원의 각 실시예의 상기 방법의 전체 또는 일부 단계를 수행하도록 복수의 명령을 포함한다. 상술한 저장 매개체는 USB메모리, 이동식 하드디스크, ROM(Read-Only-Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 디스크 또는 광 디스크 등 각종 프로그램 코드를 저장할 수 있는 매개체를 포함한다.
상술한 내용은 본 출원의 구체적 실시 방식에 불과하며, 본 출원의 보호범위는 이에 한정되지 않고, 당업자가 본 출원에 의해 공개된 기술 범위 내에서 다양한 등가 변경 또는 대체를 쉽게 생각해 낼 수 있고, 이러한 변경 또는 대체는 모두 본 출원의 보호범위에 포함되어야 한다. 따라서, 본 출원의 보호범위는 청구범위를 기준으로 해야 한다.
Claims (28)
- 언더 디스플레이 광학 지문 인식을 구현하도록 표시 화면의 하방에 적용되고, 어레이식으로 분포된 복수의 지문 인식부를 포함하는 지문 인식 장치에 있어서,
상기 복수의 지문 인식부 중의 각 지문 인식부는, 마이크로 렌즈, 적어도 하나의 차광층, N개의 픽셀부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 차광층 중 각 차광층에는 모두 투광 핀홀이 설치되어 있고, 상기 적어도 하나의 차광층의 하부 차광층에 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있고, 서로 다른 방향의 N개의 도광 통로를 형성하도록 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 마이크로 렌즈(411)의 최대 구경(CA)은 0.02≤D1/CA≤0.4를 만족시키고, N은 1보다 큰 양의 정수이고,
상기 N개의 픽셀부는 상기 적어도 하나의 차광층 하방에 설치되고, 상기 N개의 픽셀부는 상기 N개의 도광 통로의 하부에 일대일 대응되게 설치되고, 표시 화분 상방의 손가락에 의해 반사 또는 산란되어 리턴된 지문 광 신호는 상기 마이크로 렌즈(411)를 통해 수렴된 후, 서로 다른 방향의 N개의 목표 지문 광 신호가 각각 상기 N개의 도광 경로를 통해 상기 N개의 픽셀부로 전송되고, 상기 N개의 목표 지문 광 신호는 상기 손가락의 지문 정보를 검출하는데 사용되어 지문 인식을 진행하도록 하는, 지문 인식 장치. - 제1항에 있어서,
상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.08≤ D1/CA≤0.18을 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제2항에 있어서,
상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 최대 구경(D1)과 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경(CA)은 0.12≤ D1/CA≤0.14을 만족시키는, 지문 인식 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 상기 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.25≤ROC/Z1≤0.75을 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제4항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 상기 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.4≤ROC/Z1≤0.6을 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제5항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경(ROC)과 상기 하부 차광층의 하부 표면에서 상기 마이크로 렌즈의 하부 표면까지의 깊이 거리(Z1)는 0.47≤ROC/Z1≤0.49을 만족시키는, 지문 인식 장치.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0＜S1/Z1≤1을 만족시키고, 여기서 S1은 상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 중심에서 상기 마이크로 렌즈의 상기 하부 차광층 상의 투영 중심까지의 거리인, 지문 인식 장치. - 제7항에 있어서,
상기 하부 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0.2≤S1/Z1≤0.5를 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 차광층은 다층 차광층이고, 상기 다층 차광층 중 상기 하부 차광층을 제외한, 제 i층 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0≤Si/Z1≤1을 만족시키고, 여기서 Si는 제i층 차광층 중 각 투광 핀홀의 중심에서 상기 마이크로 렌즈의 상기 제 i층 차광층 상의 투영 중심까지의 거리인, 지문 인식 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제i층 차광층 중 각 투광 핀홀의 위치는 0.2≤Si/Z1≤0.5을 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지문 인식 장치 중 마이크로 렌즈의 배열 주기(Pb)와 상기 지문 인식 장치 중의 픽셀부의 배열 주기(Pa)는 1＜Pb/Pa≤4을 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제11항에 있어서,
Pb/Pa =2이고，N=4인, 지문 인식 장치. - 제11항에 있어서,
상기 지문 인식 장치 중 마이크로 렌즈의 배열 주기(Pb)는 5㎛≤Pb≤40㎛을 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제13항에 있어서,
상기 지문 인식 장치 중 마이크로 렌즈의 배열 주기(Pb)는 10㎛≤Pb ≤30㎛을 만족시키는, 지문 인식 장치. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지문 인식부는 보호층을 더 포함하고,
상기 보호층은 상기 하부 차광층 상방에 설치되고, 상기 하부 차광층, 상기 N개의 픽셀부와 함께 센서 칩에 통합되는, 지문 인식 장치. - 제15항에 있어서,
상기 적어도 하나의 차광층은 2층 차광층이고,
상기 2층 차광층 중의 상부 차광층에는 투광 핀홀이 설치되어 있고,
상기 복수의 도광 통로의 상기 상부 차광층에서의 투광 핀홀은 중첩되는, 지문 인식 장치. - 제16항에 있어서,
상기 지문 인식부는 적외선 필터층을 더 포함하고,
상기 적외선 필터층은 적외선을 차단하도록 상기 센서 칩의 표면에 도금 성장되는, 지문 인식 장치. - 제17항에 있어서,
상기 지문 인식부는 접착층을 더 포함하고,
상기 접착층은 상기 적외선 필터층의 표면에 도포된 평탄한 투명층이고,
상기 상부 차광층은 상기 접착층 상방에 설치되는, 지문 인식 장치. - 제18항에 있어서,
상기 지문 인식부는,
상기 상부 차광층 상방에 설치되고 상기 상부 차광층 중의 투광 핀홀을 채우는 제1 투명 매개층을 더 포함하는, 지문 인식 장치. - 제19항에 있어서,
상기 지문 인식부는 컬러 필터층을 더 포함하고,
상기 컬러 필터층은 상기 마이크로 렌즈와 상기 제1 투명 매개층 사이에 설치되고, 상기 컬러 필터층은 적색 필터층, 청색 필터층, 녹색 필터층 또는 백색 필터층을 포함하는, 지문 인식 장치. - 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 차광층은 2층 차광층이고, 상기 2층 차광증 중의 상부 차광층에는 상기 N개 픽셀부에 일대일 대응되는 N개의 투광 핀홀이 설치되어 있는, 지문 인식 장치. - 제21항에 있어서,
상기 상부 차광층은 상기 보호층의 상부 표면에 설치되는, 지문 인식 장치. - 제22항에 있어서,
상기 지문 인식부는,
상기 상부 차광층 상방에 설치되고 상기 상부 차광층 중의 투광 핀홀을 채우는 제2 투명 매개층을 더 포함하는, 지문 인식 장치.
- 제23항에 있어서,
상기 지문 인식부는 적외선 필터층을 더 포함하고,
상기 적외선 필터층은 적외선을 차단하도록 상기 제2 투명 매개층 표면에 도금 성장된 필터층인, 지문 인식 장치. - 제24항에 있어서,
상기 지문 인식부는 상기 적외선 필터층 상방에 설치되는 컬러 필터층을 더 포함하고, 상기 컬러 필터층은 적외선 필터층, 청색 필터층, 녹색 필터층 또는 백색 필터층을 포함하는, 지문 인식 장치. - 제25항에 있어서,
상기 지문 인식부는 상기 마이크로 렌즈와 상기 컬러 필터층 사이에 설치되는 제3 투명 매개층을 더 포함하는, 지문 인식 장치. - 제1항 내지 제26항에 있어서,
상기 적어도 하나의 차광층 중의 투광 핀홀은 원형 투광 핀홀 또는 모서리가 둥근 직사각형 홀이고, 상기 마이크로 렌즈는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈인, 지문 인식 장치.
- 전자 장치에 있어서,
표시 화면; 및
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 따른 지문 인식 장치;를 포함하고, 상기 지문 인식 장치는 언더 디스플레이 광학 지문 인식을 구현하도록 상기 표시 화면의 하방에 설치되는, 전자 장치.
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