TW201627916A

TW201627916A - 光動能指紋辨識模組

Info

Publication number: TW201627916A
Application number: TW104102836A
Authority: TW
Inventors: 巫仁杰; 洪浚郎
Original assignee: 金佶科技股份有限公司
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2016-08-01
Also published as: TWI539385B; CN105989353A; US20160219195A1; EP3051462A1; US9813594B2; CN105989353B

Abstract

一種用以偵測一指紋的光動能指紋辨識模組，其包括至少一發光單元以及一半導體感光陣列。發光單元用以發出一感測光束至手指，手指及指紋將感測光束反射為一訊號光束。半導體感光陣列包括多個排成陣列的半導體感光單元，這些半導體感光單元用以接收自手指反射回來的訊號光束並產生多個電訊號。每個半導體感光單元自靠近手指的一側依序包括有一抗反射結構、一第一型摻雜半導體層以及一第二型摻雜半導體層。第一型摻雜半導體層堆疊於抗反射結構及第二型摻雜半導體層之間。

Description

光動能指紋辨識模組

本發明是有關於一種指紋辨識模組，且特別是有關於一種光動能指紋辨識模組。

在以往的身份辨識技術中，指紋辨識的方法例如是利用將手指按壓墨水後轉印到紙張上形成指紋圖形，接著再利用光學掃描輸入電腦作建檔或比對。上述的指紋辨識方法具有無法即時處理的缺點，也無法符合現今社會中對於即時身份認證的需求。因此，電子指紋感應裝置成為了目前科技發展的主流之一。

現有的電子指紋感應裝置中，例如有電容式指紋感測裝置，其利用積體電路來感應手指碰觸一感測區時，所述感測區的電容值差異，進而藉由電容值差異來輸出對應的指紋訊號。然而，上述電容式指紋感測裝置需要精準控制感測區上每一點的電容值，因此感測區上例如是電極等電子元件的配置密度及精準度也隨之提高，進而提昇了製作難度及成本。另一方面，為了要讓正負電極之間形成電容，電容式指紋感測裝置往往也需要額外增加正電極及負電極之間的間距，進而增加了電容式指紋感測裝置的體積及厚度。

本發明提供一種光動能指紋辨識模組，其具有簡單的構造及較高的靈敏度。

本發明的實施例的用以偵測一手指的指紋的光動能指紋辨識模組包括至少一發光單元以及一半導體感光陣列。發光單元用以發出一感測光束至手指，手指及指紋將感測光束反射為一訊號光束。半導體感光陣列包括多個排成陣列的半導體感光單元，這些半導體感光單元用以接收自手指反射回來的訊號光束並產生多個電訊號。每個半導體感光單元自靠近手指的一側依序包括有一抗反射結構、一第一型摻雜半導體層以及一第二型摻雜半導體層。第一型摻雜半導體層堆疊於抗反射結構及第二型摻雜半導體層之間。

在本發明的一實施例中，上述的光動能指紋辨識模組更包括一基板。發光單元及半導體感光陣列配置於基板的一表面上，且半導體感光陣列位於手指及基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的基板的表面包括一感測區域以及至少一發光區域，且至少一發光區域位於感測區域旁。這些半導體感光單元排列於感測區域中，發光單元配置於發光區域中。

在本發明的一實施例中，上述的至少一發光區域為多個發光區域，至少一發光單元為多個發光單元。這些發光區域位於感測區域的週邊區域。

在本發明的一實施例中，上述的感測區域具有一矩形外型，且感測區域的每一邊長大於等於4公釐(millimeter,mm)。

在本發明的一實施例中，上述的發光單元沿著一垂直於表面的方向發出光束。

在本發明的一實施例中，上述的發光單元沿著一傾斜於表面的方向發出光束。

在本發明的一實施例中，上述的抗反射結構為一抗反射層，且感測面位於抗反射層背對基板的一側。

在本發明的一實施例中，每個上述的半導體感光單元的抗反射結構為至少一光學微結構。

在本發明的一實施例中，上述的發光單元與這些半導體感光單元的最短距離小於等於20公釐。

在本發明的一實施例中，上述的半導體感光陣列更包括多個第一電極以及一第二電極。每個第一電極電性連接這些半導體感光單元的其中之一的第一型摻雜半導體層，第二電極電性連接這些第二型摻雜半導體層，其中這些第一電極用以傳輸這些電訊號。

在本發明的一實施例中，上述的這些半導體感光單元適於感測一目標光束，目標光束的波長位於一特定波段，特定波段包括感測光束的波長。

在本發明的一實施例中，上述的特定波段的波長大於等於300奈米(nanometer,nm)並小於等於3微米(micrometer,μm)。

在本發明的一實施例中，上述的光動能指紋辨識模組更包括至少一處理單元。處理單元電性連接這些半導體感光單元，並且將這些電訊號轉換為至少一數位訊號。

基於上述，本發明的實施例的光動能指紋辨識模組藉由發光元件來發出感測光束照射手指，並藉由半導體感光陣列來接收手指被感測光束照射後所反射回來的訊號光束，進而輸出對應到上述指紋的電訊號。上述的光動能指紋辨識模組因為利用半導體感光陣列來形成，因此可以藉由薄化半導體感光陣列來使光動能指紋辨識模組的整體體積縮小。另一方面，上述的半導體感光陣列的半導體感測單元包括鄰近手指配置的抗反射層，因此可以藉由抗反射層來提高半導體感測單元的進光量，也就是提昇半導體感測陣列對訊號光束接收效率及靈敏度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

A、B、C、D‧‧‧區域

d1‧‧‧厚度

d2、d3‧‧‧距離

d4、d5、d6‧‧‧邊長

L1、L3‧‧‧感測光束

L2、L4‧‧‧訊號光束

S1‧‧‧電訊號

50‧‧‧手指

52‧‧‧指紋

100、100A、100B、100C‧‧‧光動能指紋辨識模組

110、110A、110B、110C‧‧‧發光單元

111、111A‧‧‧發光面

112‧‧‧透光封裝

120、120A、120B、120C‧‧‧半導體感光陣列

130、130A、130B‧‧‧半導體感光單元

132、132A‧‧‧抗反射結構

134、134A‧‧‧第一型摻雜半導體層

136、136A‧‧‧第二型摻雜半導體層

140、140A、140B、140C‧‧‧基板

141、141A、141B、141C‧‧‧表面

151、151A‧‧‧第一電極

152、152A‧‧‧第二電極

160B、160C‧‧‧處理單元

圖1是依照本發明的第一實施例的一種光動能指紋辨識模組的局部剖面圖。

圖2是依照本發明的第二實施例的一種光動能指紋辨識模組的局部剖面圖。

圖3是依照本發明的第三實施例的一種光動能指紋辨識模組的俯視圖及局部放大圖。

圖4是依照本發明的第四實施例的一種光動能指紋辨識模組的俯視圖。

圖1是依照本發明的第一實施例的一種光動能指紋辨識模組的局部剖面圖。請參照圖1，在本發明的第一實施例中，用以偵測一手指50的指紋52的光動能指紋辨識模組100包括至少一發光單元110以及一半導體感光陣列120。發光單元110用以發出一感測光束L1至手指50，手指50及指紋52將感測光束L1反射為一訊號光束L2。上述訊號光束L2並不限於圖1所繪示的來自手指50表面的反射光束，更包括穿透手指50表面後經手指50內組織所反射的光束，圖1僅是示例性的繪示出其中一光束，其並非用以限定本發明。

請參照圖1，在本實施例中，半導體感光陣列120包括多個排成陣列的半導體感光單元130。為了清楚說明上述各元件的配置關係，圖1所繪示的是這些半導體感光單元130的其中之一和發光單元110的示意圖，其並非用以限定本發明。半導體感光單元130用以接收自手指50反射回來的訊號光束L2並產生電訊號S1。半導體感光單元130自靠近手指50的一側依序包括有一抗反射結構132、一第一型摻雜半導體層134以及一第二型摻雜半導體層136。第一型摻雜半導體層134堆疊於抗反射結構132及第二型摻雜半導體層136之間。因此，這些半導體感光單元130可以感測多個反射自手指50的訊號光束L2，且這些訊號光束L2會依據手指50內部及指紋52各位置不同的結構而具有不同的光能量特性，進而使這些半導體感光單元130所輸出的這些電訊號S1也帶有手指50及指紋52的訊息。另一方面，抗反射結構132可以輔助訊號光束L2進入半導體感光單元130，因此本實施例的發光單元110及半導體感光陣列120可以提供一個良好的指紋辨識效果。

在本實施例中，半導體感光單元130的第一型摻雜半導體層134例如是摻雜n型摻質之半導體材料，第二型摻雜半導體層136例如是摻雜p型摻質之半導體材料。第一型摻雜半導體層134及第二型摻雜半導體層136之半導體材料可包括矽、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵二硒(CuInGaSe2，CIGS)、銅銦二硒(CuInSe2，CIS)、碲化鎘(CdTe)、半導體有機材料(organic material)或上述材料堆疊之多層結構。上述之矽包括單晶矽(single crystal silicon)、多晶矽(polycrystal silicon)、非晶矽(amorphous silicon)或是微晶矽(microcrystal silicon)。摻雜於半導體材料中之n型摻質可以是選自元素週期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。摻雜於半導體材料中之p型摻質可以是選自元素週期表中三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)等等，本發明不限於此。也就是說，本實施例的半導體感光單元130是當訊號光束L2照射到第一型摻雜半導體層134及第二型摻雜半導體層136時，藉由訊號光束L2所提供的能量來產生光電流並形成電訊號S1，因此所形成電訊號S1會根據例如是訊號光束L2的強度而改變。

詳細來說，在本實施例中，半導體感光陣列120更包括多個第一電極151以及一第二電極152。每個第一電極151電性連接這些半導體感光單元130的其中之一的第一型摻雜半導體層134，第二電極152電性連接這些第二型摻雜半導體層136，其中這些第一電極151用以傳輸這些電訊號S1。具體來說，第二電極152例如是接地電極，而第一電極151配合第二電極152來輔助第一型摻雜半導體層134及第二型摻雜半導體層136中被機發出的電子電洞的移動，並傳輸所述電子電洞所形成的光電流。

請參照圖1，在本實施例中，光動能指紋辨識模組100更包括一基板140。發光單元110及半導體感光陣列120配置於基板140的一表面141上，且半導體感光陣列120位於手指50及基板140之間。也就是說，本實施例的發光單元110與半導體感光陣列120位於相同平面上，且半導體感光陣列120中的半導體感光單元130垂直於表面141的厚度D1例如小於5000微米。在本發明的一實施例中，半導體感光單元的厚度例如小於200微米。

另一方面，本實施例的發光單元110與這些半導體感光單元130的最短距離d2小於等於20公釐。因此，手指50在半導體感光陣列120上可以充分的被發光單元110所照射，而手指50及指紋52所反射的訊號光束L2可以帶有更完整的訊號，同時可以減少整體光動能指紋辨識模組100的體積。

在本實施例中，發光單元110具有一發光面111，發光面111平行於表面141。也就是發光單元110往垂直於表面141的方向發出感測光束L1。詳細來說，本實施例的發光單元110外更可以具有一透光封裝112，感測光束L1藉由透光封裝112的折射來形成良好的光源，但本發明不限於此。圖2是依照本發明的第二實施例的一種光動能指紋辨識模組的局部剖面圖。請參照圖2，在本發明的第二實施例中，發光單元110A的發光面111A更可以是傾斜於表面141A設置，其中發光面111A和表面141A的角度端視半導體感光陣列120A的大小來設計，進而使感測光束L3更容易傳遞至手指50並反射出訊號光束L4。因此，光動能指紋辨識模組100A可以提供一個良好的指紋辨識功能。另一方面，由於發光單元110A與半導體感光單元130A的最短距離d3小於等於20公釐，因此本實施例的發光單元110A不但可以作為良好的光源，還可以減少整體光動能指紋辨識模組100A的體積。

另一方面，請參照圖1，在本發明的第一實施例中，半導體感光單元130的抗反射結構132例如是多個光學微結構。進一步來說，在本發明的第一實施例中，半導體感光單元130的抗反射結構132例如是藉由粗糙化第一型摻雜半導體層134的表面來形成的多個光學微結構，但本發明不限於此。

請參照圖2，在本發明的第二實施例中，半導體感光單元130A的抗反射結構132A例如是一抗反射層。詳細來說，本實施例的半導體感光單元130A例如是自基板140A的表面141A依序堆疊第二電極152A、第二型摻雜半導體層136A、第一型摻雜半導體層134A、第一電極151A及抗反射層132A而成，其中抗反射層132A例如是多層抗反射鍍膜，但本發明不限於此。另一方面，本實施例的抗反射層132A例如是各自配置於這些半導體感光單元130A的多個抗反射層132A，但本發明不限於此。在本發明的其他實施例中，抗反射層更可以是一個覆蓋全部半導體感光陣列120A的抗反射層，本發明不限於此。在本發明的實施例中，第一電極與抗反射層的配置並不限於上述第一電極151A及抗反射層123A的配置方式，在本發明的其他實施例中，抗反射層更可以配置於第一型摻雜半導體層及第一電極之間。

在本發明上述的實施例中，半導體感光單元130、130A例如適於感測一目標光束，目標光束的波長位於一特定波段，特定波段包括感測光束L1、L3的波長。進一步來說，在本發明的一實施例中，特定波段的波長大於等於300奈米並小於等於3微米。也就是說，上述的半導體感光單元130、130A例如主要是用以感測位於一特定波段中之波長的光束，因此半導體感光單元130、130A可以針對訊號光束L2、L4作感測，進而提供良好的指紋辨識效果。上述的發光單元110、110A例如是發光二極體(Light Emitting Diode,LED)、雷射發光二極體(Laser Diode,LD)或有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)，但本發明不限於此。在本發明的其他實施例中，發光單元更可以根據半導體感光單元所感測的主要波段來使用適當的發光光源。另一方面，在本發明的實施例中，發光單元發出的光束例如是可見光、不可見光或具有單一波長的光，本發明不限於此。在本發明的較佳實施例中，半導體感光單元用以接收300奈米至3微米的電磁波訊號。

圖3是依照本發明的第三實施例的一種光動能指紋辨識模組的俯視圖及局部放大圖。請參照圖3，在本發明的第三實施例中，基板140B的表面141B包括一感測區域A以及二發光區域B，且發光區域B位於感測區域A的週邊區域。這些半導體感光單元130B排列於感測區域A中，也就是半導體感光陣列120B配置於感測區域A，而發光單元110B配置於發光區域B中。詳細來說，在本實施例中，發光區域B位於感測區域A的兩側，且這些發光單元110B配置於感測區域A的兩側。因此，當例如是上述的手指50按壓於感測區域A時，這些發光單元110B發出的光可以更均勻地對手指50照射，進而使光動能指紋辨識模組100B提供良好的指紋辨識效果。

圖4是依照本發明的第四實施例的一種光動能指紋辨識模組的俯視圖。本發明的實施例並不限於上述感測區域A及發光區域B的配置。在本發明的第四實施例中，基板140C的表面141C 上的發光區域D更可以圍繞感測區域C，且這些發光單元110C圍繞感測區域C，進而使一手指靠近感測區域C時可以被這些發光單元110C更均勻的照射，因此光動能指紋辨識模組100C可以提供一個良好的指紋辨識效果。另一方面，本發明的實施例中的發光單元並不限於上述發光單元110、110A的發光面是平行於基板表面或傾斜於基板表面，在本發明的第四實施例中，發光單元110C的發光面更可以垂直於基板140C的表面141C，也就是以水平的方式在半導體感光陣列120C上照射光束，本發明不限於此。

更詳細來說，上述的感測區域A及感測區域C例如具有一矩形外型。請參照圖3及圖4，在本實施例中，感測區域A及感測區域C例如具有正方形外型，且感測區域A的邊長d4及感測區域C的邊長d5大於等於4公釐，且這些半導體感測單元130B平行於表面141C的表面例如具有矩形外型，其每一邊長d6(請參照圖3)例如大於等於10微米並小於等於50微米，因此再搭配上述發光區域B或發光區域D的設計，都可以對一手指作良好的指紋辨識，但本發明不限於此。在本發明的一實施例中，感測區域更可以具有例如是長方形的矩形外型。在本發明的一實施例中，感測區域的矩形外型的每一邊長大於等於4公釐且小於等於50公分。

請參照圖3，在本發明的第二實施例中，光動能指紋辨識模組100B更包括處理單元160B。處理單元160B電性連接這些半導體感光單元130B，並且將這些半導體感光單元130B所產生的電訊號轉換為至少一數位訊號，但本發明不限於此。請參照圖4，光動能指紋辨識模組100C更可以包括多個處理單元160C，對半導體感光陣列120C的這些半導體感光單元作分組的訊號處理或個別對每個半導體感光單元作訊號處理，本發明不限於此。本發明的實施例中，上述的處理單元例如包括一類比數位轉換器(analog digital converter)，藉由類比數位轉換器來形成至少一數位訊號，且所述數位訊號因為包括有指紋的訊息，因此可以讓指紋辨識的後端訊號處理更加便利。

綜上所述，本發明的實施例的光動能指紋辨識模組藉由發光元件來發出感測光束照射手指，並藉由半導體感光陣列中多個半導體感光單元接收手指被感測光束照射後所反射回來的多個訊號光束，進而輸出對應到上述指紋的電訊號。由於上述的光動能指紋辨識模組的厚度取決於這些半導體感光單元的厚度，因此可以藉由薄化半導體感光陣列的這些半導體感光單元來使光動能指紋辨識模組的整體厚度減少。同時，這些半導體感光單元具有抗反射層來輔助接收訊號光束，也就是藉由抗反射層來提高半導體感測單元的進光量，並提昇半導體感測陣列對訊號光束接收效率，因此本發明的實施例的光動能指紋辨識模組可以提供高靈敏度的指紋辨識效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

d1‧‧‧厚度

d2‧‧‧距離

L1‧‧‧感測光束

L2‧‧‧訊號光束

S1‧‧‧電訊號

50‧‧‧手指

52‧‧‧指紋

100‧‧‧光動能指紋辨識模組

110‧‧‧發光單元

111‧‧‧發光面

112‧‧‧透光封裝

120‧‧‧半導體感光陣列

130‧‧‧半導體感光單元

132‧‧‧抗反射結構

134‧‧‧第一型摻雜半導體層

136‧‧‧第二型摻雜半導體層

140‧‧‧基板

141‧‧‧表面

151‧‧‧第一電極

152‧‧‧第二電極

Claims

一種光動能指紋辨識模組，用以偵測一手指的指紋，該光動能指紋辨識模組包括：至少一發光單元，該發光單元用以發出一感測光束至該手指，該手指及該指紋將該感測光束反射為一訊號光束；以及一半導體感光陣列，包括多個排成陣列的半導體感光單元，該些半導體感光單元用以接收自該手指反射回來的訊號光束並產生多個電訊號，每個該半導體感光單元自靠近該手指的一側依序包括有一抗反射結構、一第一型摻雜半導體層以及一第二型摻雜半導體層，該第一型摻雜半導體層堆疊於該抗反射結構及該第二型摻雜半導體層之間。
如申請專利範圍第1項所述的光動能指紋辨識模組，更包括一基板，該至少一發光單元及該半導體感光陣列配置於該基板的一表面上，且該半導體感光陣列位於該手指及該基板之間。
如申請專利範圍第2項所述的光動能指紋辨識模組，其中該基板的該表面包括一感測區域以及至少一發光區域，該至少一發光區域位於該感測區域旁，該些半導體感光單元排列於該感測區域中，該發光單元配置於該發光區域中。
如申請專利範圍第3項所述的光動能指紋辨識模組，其中該至少一發光區域為多個發光區域，該至少一發光單元為多個發光單元，該些發光區域位於該感測區域的週邊區域。
如申請專利範圍第3項所述的光動能指紋辨識模組，其中該感測區域具有一矩形外型，且該感測區域的每一邊長大於等於4公釐。
如申請專利範圍第2項所述的光動能指紋辨識模組，其中該至少一發光單元具有一發光面，該發光面平行於該表面。
如申請專利範圍第2項所述的光動能指紋辨識模組，其中該至少一發光單元具有一發光面，該發光面傾斜於該表面。
如申請專利範圍第1項所述的光動能指紋辨識模組，其中該些抗反射結構為一抗反射層。
如申請專利範圍第1項所述的光動能指紋辨識模組，其中每個該半導體感光單元的該抗反射結構為多個光學微結構。
如申請專利範圍第1項所述的光動能指紋辨識模組，其中該發光單元與該些半導體感光單元的最短距離小於等於20公釐。
如申請專利範圍第1項所述的光動能指紋辨識模組，其中該半導體感光陣列更包括多個第一電極以及一第二電極，每個該第一電極電性連接該些半導體感光單元的其中之一的該第一型摻雜半導體層，該第二電極電性連接該些第二型摻雜半導體層，該些第一電極用以傳輸該些電訊號。
如申請專利範圍第1項所述的光動能指紋辨識模組，其中該些半導體感光單元適於感測一目標光束，該目標光束的波長位於一特定波段，該特定波段包括該感測光束的波長。
如申請專利範圍第12項所述的光動能指紋辨識模組，其中該特定波段的波長大於等於300奈米並小於等於3微米。
如申請專利範圍第1項所述的光動能指紋辨識模組，更包括至少一處理單元，該至少一處理單元電性連接該些半導體感光單元，並且將該些電訊號轉換為至少一數位訊號。