TW201734887A - 具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明為一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其包括：穿透層、光學膜、以及光學感測元件，其中光學膜係形成於穿透層之第二表面位於穿透層與光學感測元件之間，且光學膜與光學感測元件可以相接觸，或是具有一間距。另一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置則同樣包括：穿透層、光學膜、以及光學感測元件，其中光學膜形成於穿透層之第一表面使穿透層位於光學膜與光學感測元件之間，且穿透層與可以相接觸，或是具有一間距。藉本發明之實施，指紋辨識系統之製造不須複雜製程或製造設備，實施成本低廉；可節省使用空間，大幅提高應用範圍；適合使用不同厚度之穿透層；可以使入射至光學感測元件的指紋信號具有空間特定角度之指向性，增加指紋信號之對比，強化指紋特徵點判別並降低指紋辨識之誤判率。

Description

具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置
本發明係關於一種指紋辨識裝置，特別是關於一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置。
傳統的光學式指紋辨識系統或裝置，為了能夠獲得指紋的影像，通常於裝置內加上一個成像系統 (Image System)。而且，由於傳統裝置的使用/佔用空間大，能夠便利於以使用一個正透鏡 (Positive Lens) 的方式於成像系統內進行成像。
傳統的光學式指紋辨識系統或裝置，為了能夠獲得指紋的影像，通常於裝置內加上一個成像系統 (Image System)。而且，由於傳統裝置的使用/佔用空間大，能夠便利於以使用一個正透鏡 (Positive Lens) 的方式於成像系統內進行成像。
然而，隨著指紋辨識系統或裝置日漸普及至現今大量使用的手持裝置或行動裝置，在手持裝置或行動裝置講究輕薄短小的現在，可供指紋辨識系統或指紋辨識裝置使用的空間非常的有限。
因此，若將指紋辨識系統或裝置應用於空間較小的應用裝置時，會因為物理限制而無法使用正透鏡成像的方法。
有鑒於此，本案將提出一種薄型化且具有高成像品質的具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，不但可將之應用於薄型裝置、超薄型裝置、迷你型裝置、或是智慧型手持裝置等的有限空間之內，更可增加指紋信號之對比，強化指紋特徵點判別並降低指紋辨識之誤判率。
本發明為一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其包括：穿透層、光學膜、以及光學感測元件，其中光學膜係形成於穿透層之第二表面位於穿透層與光學感測元件之間，且光學膜與光學感測元件可以相接觸，或是具有一間距。另一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置則同樣包括：穿透層、光學膜、以及光學感測元件，其中光學膜形成於穿透層之第一表面使穿透層位於光學膜與光學感測元件之間，且穿透層與可以相接觸，或是具有一間距。藉本發明之實施，指紋辨識系統之製造不須複雜製程或製造設備，實施成本低廉；可節省使用空間，大幅提高應用範圍；適合使用不同厚度之穿透層；可以使入射至光學感測元件的指紋信號具有空間特定角度之指向性，增加指紋信號之對比，強化指紋特徵點判別並降低指紋辨識之誤判率。
本發明係提供一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，用以感測或辨識一指紋，並包括有：一透光層，其為透光材質所形成，具有相對的一第一表面及一第二表面；一光學膜，形成於第二表面；以及一光學感測元件，與光學膜相鄰設置，其中指紋係與上表面相接觸。
本發明又提供一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，用以感測或辨識一指紋，並包括有：一透光層，其為透光材質所形成，具有相對的第一表面及第二表面；一光學膜，形成於第一表面；以及一光學感測元件，與第二表面相鄰設置，其中指紋係與光學膜相接觸。
藉由本發明之實施，至少可以達到下列進步功效： 一、   不須複雜製程，實施成本低廉。 二、   大幅節省指紋辨識裝置之使用空間，可應用於薄型裝置、超薄型裝置、迷你型裝置、或是智慧型手持裝置等的有限空間之內，提高應用範圍。 三、   高解析度，可以正確判別及辨識指紋。 四、   適合使用不同厚度之穿透層。 五、   可以使入射至光學感測元件的指紋信號具有空間特定角度之指向性，增加指紋信號之對比，強化指紋特徵點判別並降低指紋辨識之誤判率。
為使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
請參考如第1圖所示，為實施例之一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100，其包括：透光層 10；光學膜20；以及光學感測元件30。
如第1圖所示，具有相對的第一表面11及第二表面12之透光層 10，可以為玻璃或其他透光材質所形成的透光板或是透光膜，透光層 10並且可以選擇為能受可見光、紅外光、或是紫外光所穿透。
在指紋辨識或是指紋偵測的應用實施例中，透光層 10 的厚度可以選擇為介於1微米~300微米之間，或是介於300微米~500微米之間，其中微米=μm，micro-meter。
如第1圖及第2圖所示，進行指紋偵測或指紋辨識之時，受辨識之指紋300，係與至少一部份透光層 10的第一表面11相接觸，此時由指紋300的至少一紋路凸部301或至少一紋路凹部302所反射的光線，便會穿透過透光層 10而到達光學膜20。
再者，由指紋300所反射的光線包括有垂直入射光201及傾斜入射光202，其中垂直入射光201係指由指紋300反射而垂直射至光學膜20的光線，傾斜入射光202則是指由指紋300反射而以與垂直方向成一角度入射至光學膜20的光線。
如第1圖及第2圖所示，形成於透光層 10第二表面12的光學膜20，則係對由指紋300反射而照射至的光線進行空間濾波，使得射至光學膜20的垂直入射光201大部份通過而到達光學感測元件30，也就是說，只有一小部份的垂直入射光201被光學膜20反射成為垂直反射光211。
同時，光學膜20對由指紋300反射而照射至的光線進行空間濾波，也使得射至光學膜20的傾斜入射光202大部分被光學膜20反射成為傾斜反射光212，而僅有極些微的部份可以抵達光學感測元件30。
進一步來說，於應用實施例中，所形成的光學膜20可以選擇，使入射角為-50度至+50度間的傾斜入射光202之反射率大於25%。
或是也可以選擇形成光學膜20，使得入射角為-50度至+50度間的傾斜入射光202之反射率大於50%。
另一方面，如第7圖所示，亦可以使所形成的光學膜20，在入射角為-10度至+10度間的傾斜入射光202入射時，其對光學膜20的最大穿透率Imax係大於入射角為-80度至+80度間的傾斜入射光202入射時對光學膜20的最小穿透率Imin之2倍以上。
或是也可以使所形成的光學膜20，在入射角為-10度至+10度間的傾斜入射光202入射時，其對光學膜20的最大穿透率Imax，係大於入射角為-50度至+50度間的傾斜入射光202入射時對光學膜20的最小穿透率Imin之2倍以上。
如此，便能夠大幅提高指紋信號之對比，強化指紋特徵點判別並降低指紋辨識之誤判率。
光學膜20可以形成為鏡面或粗糙面，並可以對入射的光線進行反射，而在光線經過薄膜時，鏡面的光學膜20，可以對入射光202進行往前或往後的鏡面反射(Specular reflection)，粗糙面的光學膜20則可以對入射光202進行多方向散射(Lambertian scattering)。
進一步來說，實施例之光學膜20具有特定波長的反射率，正向的反射率與斜向的反射率，為波長的函數，且工作波長的光波在正向時反射率小，在斜向時反射率大，如此即可減少雜訊光進入光學感測元件30。
在實施例中，光學膜20可以通過50%以上的垂直入射光201，亦即垂直反射光211的強度為垂直入射光201的強度之50%以下。同時50%以上的傾斜入射光202則受光學膜20所反射，亦即傾斜反射光212的強度為傾斜入射光202的強度之50%以上。
藉由適當的選擇光學膜20的結構，前述的50%可以提高為50%~99%之間，也就是，光學膜20可以通過50%~99%的垂直入射光201，同時50%~99%以上的傾斜入射光202則受光學膜20所反射。
如此，指紋300所反射的大角度之散射光，經光學膜20反射後，便會降低其通過光學膜20的光量，有效降低其所造成之雜訊產生的影響，進而提升具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100中之光學感測元件30所讀取到的指紋訊號(光學訊號)之對比度。
這樣，即可改善，甚至消除，因為指紋300的紋路圖案，亦即指紋300的至少一紋路凸部301及至少一紋路凹部302所反射的光訊號產生之散射對光學感測元件30所造成之模糊效應。
接著，仍請參考如第1圖及第2圖所示，具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100的光學膜20與光學感測元件30之間可以具有一間距40。
間距40之大小可視應用需求而定，一般說來，間距40可以介於0 mm至5 mm之間；且間距40中可以僅填滿空氣，也可填入使指紋300反射之光線可以通過的光學膠。
接下來，請參考如第3A圖所示，具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100的光學膜20與光學感測元件30之間可以進一步形成有一柱狀結構層50。
如第3A圖及第3B圖所示，柱狀結構層50係與光學感測元件30相連接，並位於光學膜20與光學感測元件30之間，且柱狀結構層50可以是由具有複數個柱狀通孔51之不透光填充體52所形成。
如此，穿透過穿透層10及光學膜的光訊號，一部分被柱狀結構層50的不透光填充體52遮蔽，而剩下的部分則由柱狀結構層50的柱狀通孔51通過，更進一步地對傾斜入射光202進行抑制或隔離，又再一次提升所讀取的指紋300之指紋訊號(光學訊號)的對比度。
再者，柱狀通孔51內亦可以填充至少一種透光物質，在柱狀通孔51仍可受指紋300反射的光線通過的狀況下，提高柱狀通孔51及整個柱狀結構層50對外力的耐受程度。
至於柱狀通孔51的孔徑，則可以設定、選擇或形成使任何一個柱狀通孔51的孔徑形成為大於2μm, 或是介於2μm及100 μm之間。
而如第3C圖所示，柱狀結構層50亦可以由複數個二氧化矽(SiO2)柱狀體61所形成，且任二個二氧化矽柱狀體61間之空隙係填滿光吸收材質62，另外亦可以選擇所使用的光吸收材質62之透光率為0.01%~30%之間。
接下來，請參考如第1圖至第4圖所示，光學感測元件30，係用以接收指紋300的至少一紋路凸部301及至少一紋路凹部302所反射的指紋訊號(光學訊號)，並對接收的光訊號進行處理。
所述之光學感測元件30可以是由至少一個光學感測晶片(optical sensor chip)所組成。
請參考如第5圖所示，為實施例之另一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置200，其同樣包括透光層10；光學膜20；以及光學感測元件30。
如第5圖所示，在實施例中，具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置200 的光學膜20係設置或形成於透光層10之第一表面11上，光學膜20之光學特性為一種高反射率之薄膜，並且同樣具有對特定波長的反射率。所述高反射率係指反射率50%以上，而特定波長為指紋300所反射之指紋訊號(光學訊號)的波長。
如第5圖所示，將光學膜20設置或形成於透光層10之第一表面11，使得指紋300直接可以觸碰到光學膜20之表面，指紋300的紋路凸部301之訊號會直接穿透光學膜20並進入透光10；而相對的，沒有觸碰到光學膜20之表面的指紋300的紋路凹部302之訊號，當打到光學膜20時，則會因高反射率，而被反射掉，使整體指紋300的紋路凸部301與紋路凹部302的對比增強，而可增加指紋訊號的辨識度。
除了光學膜20係設置或形成於透光層10之第一表面11之外，具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置200之透光層10、光學膜20、光學感測元件30及可以具有間距40之技術特徵或連接關係，皆與具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100之透光層10、光學膜20、光學感測元件30及間距40之技術特徵或連接關係相同，於此不再贅述。
而如第6圖所示，具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置200的透光層10與光學感測元件30之間也可以進一步具有一柱狀結構層50。
此柱狀結構層50與前述具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100的柱狀結構層50之技術特徵也相同，於此亦不再贅述。
總而言之，因為具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100或具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置200，不僅不須複雜製程，實施成本低廉；大幅節省指紋辨識裝置之使用空間，可應用於薄型裝置、超薄型裝置、迷你型裝置、或是智慧型手持裝置等的有限空間之內，提高應用範圍；又因具有光學膜20之空間濾波功效，可以對大角度的入射光進行抑制或隔離，而可以大幅提升整體具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100或具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置200所讀取的指紋訊號(光學訊號)之解析度及對比度，強化指紋特徵點判別並降低指紋辨識之誤判率。
再進一步結合柱狀結構層50於光學感測元件30與透光層10之間，則更可以增加對大角度的光訊號的抑制或隔離之功效，更加提升整體具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置100或具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置200所讀取的指紋訊號(光學訊號)之對比度。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
100‧‧‧具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置
10‧‧‧穿透層
11‧‧‧第一表面
12‧‧‧第二表面
20‧‧‧光學膜
30‧‧‧光學感測元件
40‧‧‧間距
50‧‧‧柱狀結構層
51‧‧‧柱狀通孔
52‧‧‧不透光填充體
61‧‧‧二氧化矽柱狀體
62‧‧‧光吸收材質
201‧‧‧垂直入射光
202‧‧‧傾斜入射光
211‧‧‧垂直反射光
212‧‧‧傾斜反射光
300‧‧‧指紋
301‧‧‧紋路凸部
302‧‧‧紋路凹部
Imax‧‧‧最大穿透率
Imin‧‧‧最小穿透率
第1圖係為本發明實施例之一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置之組成結構示意圖。 第2圖係為第1圖實施例中指紋信號之正向入射光及斜向入射光產生不同反射強度之示意圖。 第3A圖係為本發明實施例之一種結合有柱狀結構層的具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置之組成結構示意圖。 第3B圖係為本發明實施例之一種柱狀結構層之示意圖。 第3C圖係為本發明實施例之另一種柱狀結構層之示意圖。 第4圖係為第3A圖實施例中指紋信號之正向入射光及斜向入射光產生不同反射強度之示意圖。 第5圖係為本發明實施例之另一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置之組成結構示意圖。 第6圖係為第5圖實施例之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置進一步結合有柱狀結構層之組成結構示意圖。 第7圖係為本發明實施例之一種光學膜對入射光線之穿透率與入射角之關係曲線示意圖。
100‧‧‧具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置
10‧‧‧透光層
11‧‧‧上表面
12‧‧‧下表面
20‧‧‧光學膜
30‧‧‧光學感測元件
300‧‧‧指紋
301‧‧‧紋路凸部
302‧‧‧紋路凹部

Claims (15)

  1. 一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，用以感測或辨識一指紋，該具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置包括有： 一透光層，其為透光材質所形成，具有相對的一第一表面及一第二表面； 一光學膜，形成於該第二表面；以及 一光學感測元件，與該光學膜相鄰設置， 其中該指紋係與該上表面相接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該光學膜與該光學感測元件間係具有一間距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該透光層係受可見光、紅外光、或是紫外光所穿透。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該透光層之厚度係介於1微米~300微米，或是介於300微米~500微米之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該光學膜及該光學感測元件之間，進一步形成一柱狀結構層，該柱狀結構層係由具有複數個柱狀通孔之不透光填充體所形成。
  6. 一種具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，用以感測或辨識一指紋，該具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置包括有： 一透光層，其為透光材質所形成，具有相對的一第一表面及一第二表面； 一光學膜，形成於該第一表面；以及 一光學感測元件，與該第二表面相鄰設置， 其中該指紋係與該光學膜相接觸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該第二表面與該光學感測元件間係具有一間距。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該透光層係受可見光、紅外光、或是紫外光所穿透。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該透光層之厚度係介於1微米~300微米，或是介於300微米~500微米之間。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該第二表面及該光學感測元件之間，進一步形成一柱狀結構層，該柱狀結構層係由具有複數個柱狀通孔之不透光填充體所形成。
  11. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該第二表面及該光學感測元件之間，進一步形成一柱狀結構層，該柱狀結構層係由具有複數二氧化矽(SiO2)柱狀體所形成，且任二個二氧化矽柱狀體間之空隙係填有光吸收材質。
  12. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該光學膜係使入射角為-50度至+50度間的傾斜入射光之反射率大於25%。
  13. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該光學膜係使入射角為-50度至+50度間的傾斜入射光之反射率大於50%。
  14. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該傾斜入射光以-10度至+10度間的角度入射時，其對該光學膜的最大穿透率係大於入射角為-80度至+80度間的角度入射時對該光學膜的最小穿透率之2倍以上。
  15. 如申請專利範圍第1項或第6項所述之具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置，其中該傾斜入射光以-10度至+10度間的角度入射時，其對該光學膜的最大穿透率係大於入射角為-50度至+50度間的角度入射時對該光學膜的最小穿透率之2倍以上。
TW105140726A 2016-03-17 2016-12-08 具有光學膜之薄型化指紋辨識裝置 TWI610249B (zh)

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