TW202208885A

TW202208885A - 指紋感測模組

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Publication number: TW202208885A
Application number: TW110110148A
Authority: TW
Inventors: 黃郁涵; 丘兆仟; 呂詩樺
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-03-01
Also published as: TW202209169A; TW202209691A; TW202208907A; TWI764634B; TWI785478B; TWI761139B; TWI759153B

Abstract

一種指紋感測模組包括基板、多個感光元件、準直結構層、遮光層、中介層以及多個微透鏡。這些感光元件設置於基板上。準直結構層設置於這些感光元件上。遮光層設置在準直結構層上，且具有表面以及自此表面凹陷的多個第一開口。這些第一開口分別重疊於這些感光元件。中介層設置於準直結構層上，且位於遮光層的部分第一開口內。這些微透鏡設置於中介層上，且分別重疊於這些第一開口。

Description

指紋感測模組

本發明是有關於一種光學感測模組，且特別是有關於一種指紋感測模組。

為了提高顯示器的屏占比以實現窄邊框的設計，屏下指紋感測技術已成為趨勢。簡單來說，屏下指紋感測技術乃是將指紋感測模組配置在電子裝置的顯示面板的下方。在電子裝置偵測到使用者接觸顯示螢幕後，電子裝置會控制顯示面板發光以照亮使用者的手指表面。感測光線會經由使用者的手指（漫）反射進入顯示面板下方的指紋感測模組，並透過多個微透鏡及準直結構將反射光線匯聚在感光元件上，以轉換為數位影像信號，即可得到使用者指紋影像。

為了避免此類的指紋感測模組因這些微透鏡之間的間隔較大而容易接收到大角度入射的雜散光，造成指紋影像模糊。這些微透鏡之間可設置遮光層。然而，這些微透鏡在此遮光層上的附著力容易因為材料的搭配性不佳而下降，導致這些微透鏡在遮光層的表面容易產生剝離而影響整體的生產良率。

本發明提供一種具有防偽功能的指紋感測模組，其製程工序數較少。

本發明提供一種指紋感測模組，其製程良率較高。

本發明一實施例的指紋感測模組，包括基板、多個感光元件、準直結構層、遮光層、中介層以及多個微透鏡。這些感光元件設置於基板上。準直結構層設置於這些感光元件上。遮光層設置在準直結構層上，且具有表面以及自此表面凹陷的多個第一開口。這些第一開口分別重疊於這些感光元件。中介層設置於準直結構層上，且位於遮光層的部分第一開口內。這些微透鏡設置於中介層上，且分別重疊於這些第一開口。

本發明一實施例的指紋感測模組，包括基板、多個感光元件、準直結構層、遮光層、中介層以及多個微透鏡。這些感光元件設置於基板上。準直結構層設置於這些感光元件上。遮光層設置在準直結構層上，且具有表面以及自此表面凹陷的多個第一開口。這些第一開口分別重疊於這些感光元件。中介層設置於準直結構層上，且覆蓋遮光層的所述表面。這些微透鏡設置於中介層上，且重疊於這些第一開口和部分中介層。

基於上述，在本發明的一實施例的指紋感測模組中，遮光層具有重疊多個感光元件的多個第一開口。透過在部分的第一開口內設置中介層，可進一步增加多道光線在通過這些第一開口並傳遞至對應的感光元件後的光學特性（例如光譜分布）差異。據此，可讓指紋感測模組具有防偽功能，且其製程工序數也較一般的色阻防偽結構來得少。在本發明的另一實施例的指紋感測模組中，遮光層位於多個第一開口的表面上設有中介層。透過重疊設置於這些第一開口的多個微透鏡延伸至遮光層的所述表面上並接觸此中介層，可有效降低這些微透鏡發生剝離的風險，從而提升指紋感測模組的生產良率。此外，也可增加遮光層和微透鏡的材料選用的自由度。

本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或例如±30%、±20%、±15%、±10%、±5%內。再者，本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」可依量測性質、切割性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區域等的厚度。應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接。再者，「電性連接」可為二元件間存在其它元件。

現將詳細地參考本發明的示範性實施方式，示範性實施方式的實例說明於所附圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。

圖1是本發明的一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖2是圖1的指紋感測模組的剖視示意圖。圖2對應於圖1的剖線A-A’。圖3是圖1的中介層與輔助層的折射率對波長的曲線圖。特別說明的是，為清楚呈現及說明起見，圖1僅繪示出圖2的基板100、輔助層130、遮光層140的開口140a、中介層150以及多個微透鏡160。

請參照圖1及圖2，指紋感測模組10包括基板100、感光元件層110、準直結構層120、輔助層130、遮光層140、中介層150與多個微透鏡160。感光元件層110設置在基板100上。舉例來說，感光元件層110可包括多個感光元件115與多個控制元件（未繪示），且控制元件與感光元件115的電性連接關係可以是一對一或一對多。此處的控制元件例如是薄膜電晶體（thin film transistor，TFT），且這些控制元件適於在時序上將來自這些感光元件115的電訊號依序經由多條訊號線（未繪示）傳遞至一訊號處理電路（未繪示），以進行指紋影像的辨識工作，但不以此為限。

準直結構層120設置在感光元件層110上，且包括至少一遮光圖案層。在本實施例中，準直結構層120可選擇性地包括兩個遮光圖案層，分別為第一遮光圖案層121與第二遮光圖案層123。這些遮光圖案層都設置在多個微透鏡160與感光元件層110之間，且第二遮光圖案層123設置在這些微透鏡160與第一遮光圖案層121之間。第一遮光圖案層121具有多個第一開孔121a，且這些第一開孔121a在兩遮光圖案層的疊置方向（例如方向Z）上分別重疊於這些微透鏡160。第二遮光圖案層123具有多個第二開孔123a，且這些第二開孔123a在方向Z上分別重疊於這些第一開孔121a（或多個微透鏡160）。

在本實施例中，多個微透鏡160設置在準直結構層120上，且各自與對應的一個第一開孔121a、對應的一個第二開孔123a以及感光元件層110的對應的一個感光元件115相對應。然而，本發明不限於此。根據其他實施例，每一個微透鏡160也可與感光元件層110的至少兩個感光元件115相對應。為了取得光線準直的效果，第一遮光圖案層121與第二遮光圖案層123之間設有平坦層122，且第二遮光圖案層123與這些微透鏡160之間還可選擇性地設有平坦層124，但不以此為限。在本實施例中，多個微透鏡160可以陣列的方式進行排列，例如：這些微透鏡160可分別在方向X與方向Y上排成多列與多行，但不以此為限。在其他實施例中，多個微透鏡160的排列方式當可根據實際的產品設計而調整，例如也可以是蜂巢狀或不等間距的排列方式。

為了避免指紋感測模組10因這些微透鏡160之間的間隔較大而容易接收到大角度入射的雜散光，造成指紋影像模糊，這些微透鏡160與準直結構層120之間設有遮光層140。遮光層140具有表面140s以及自此表面140s凹陷的多個開口140a，且多個微透鏡160（或多個感光元件115）在方向Z上分別重疊於這些開口140a。在本實施例中，遮光層140的材質例如是鉬金屬，準直結構層120的平坦層124的材質例如是有機光阻材料。為了穩固遮光層140與準直結構層120的連接關係，遮光層140與平坦層124之間設有輔助層130，且此輔助層130的材質例如是氮化矽（SiN_x ）。

另一方面，在本實施例中，微透鏡160的材質例如是有機光阻材料。為了降低多個微透鏡160在遮光層140和輔助層130上發生剝離的風險，這些微透鏡160與遮光層140之間設有中介層150。也就是說，此中介層150的設置可穩固微透鏡160與準直結構層120間的連接關係。在本實施例中，中介層150的材質例如是銦錫氧化物（indium tin oxide，ITO），但不以此為限。在其他實施例中，中介層150的材質也可以是銦鋅氧化物（indium zinc oxide，IZO）、或其他合適的透明導電材料。

在本實施例中，中介層150還可選擇性地覆蓋遮光層140的表面140s。亦即，遮光層140的多個開口140a（或多個微透鏡160）之間的區域也可設有中介層150。透過多個微透鏡160在方向Z上部分重疊於遮光層140的表面140s，並且直接接觸中介層150覆蓋遮光層140的表面140s的部分，可進一步降低微透鏡160發生剝離的風險，從而提升指紋感測模組10的生產良率。

特別說明的是，此中介層150的設置除了上述的功效外，還能讓指紋感測模組10具有防偽功能。舉例來說，中介層150可選擇性地設置於遮光層140的一部分開口140a內，且具有在方向Z上重疊於另一部分開口140a的多個開口150a，如此可讓光線通過設有中介層150的開口140a後的光譜分布不同於光線通過未設有中介層150的開口140a後的光譜分布。

在本實施例中，輔助層130可選擇性地具有在方向Z上重疊於部分開口140a的多個開口130a，且部分的中介層150還可位於輔助層130的部分開口130a內。因此，可進一步增加光線通過遮光層140的多個開口140a並傳遞至感光元件層110時的光譜分布差異。為了實現上述的光譜分布差異，本實施例的中介層150和輔助層130的折射率在可見光波段須具有一定的變化率。例如：圖3的曲線C1示出以ITO材料製作成的中介層150在可見光波段的折射率變化，圖3的曲線C2示出以IZO材料製作成的中介層150在可見光波段的折射率變化，而圖3的曲線C3示出以氮化矽製作成的輔助層130在可見光波段的折射率變化。

舉例來說，輔助層130和中介層150在圖2左側的微透鏡160的設置區域內都具有開口，而在圖2中間的微透鏡160的設置區域內都不具有開口。在圖2右側的微透鏡160的設置區域內只有輔助層130具有開口130a，且輔助層130的此開口130a內設有中介層150。因此，入射這三個微透鏡160的光線在入射準直結構層120時的光譜分布都不同。從另一觀點來說，透過上述中介層150和輔助層130的開口設計還能簡化具有防偽功能的指紋感測模組10的製程工序。

詳細而言，輔助層130的開口130a暴露出準直結構層120的平坦層124的表面124s，且圖2左側的微透鏡160可直接接觸平坦層124的此表面124s。由於本實施例的微透鏡160與平坦層124的材質可選擇性地相同，因此讓微透鏡160直接接觸平坦層124有助於增加微透鏡160的附著性，但不以此為限。另一方面，輔助層130還具有被遮光層140的開口140a暴露的表面130s，中介層150的一部分更覆蓋輔助層130的此表面130s，且圖2中間的微透鏡160直接接觸中介層150位於遮光層140的開口140a內的此部分。中介層150的另一部分更覆蓋平坦層124被輔助層130的開口130a暴露的表面124s，且圖2右側的微透鏡160直接接觸中介層150位於輔助層130的開口130a內的此另一部分。雖然這些微透鏡160的設置區域內的膜層結構不盡相同，但透過中介層150的設置可避免微透鏡160直接接觸輔助層130和遮光層140而增加自這些膜層的表面剝離的風險。從另一觀點來說，中介層150的設置還可增加輔助層130、遮光層140和微透鏡160的材料選用的自由度。

以下將列舉另一些實施例以詳細說明本揭露，其中相同的構件將標示相同的符號，並且省略相同技術內容的說明，省略部分請參考前述實施例，以下不再贅述。

圖4是本發明的另一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖5是圖4的指紋感測模組的剖視示意圖。圖5對應於圖4的剖線B-B’。特別說明的是，為清楚呈現及說明起見，圖4僅繪示出圖5的基板100、遮光層140的開口140a、中介層150A以及多個微透鏡160。

請參照圖4及圖5，本實施例的指紋感測模組20與圖1的指紋感測模組10的差異在於：中介層和輔助層的配置方式不同。在本實施例中，指紋感測模組20的中介層150A在方向Z上不重疊於遮光層140的多個開口140a。更具體地說，中介層150A具有多個開口150a，且這些開口150a在方向Z上分別重疊於遮光層140的這些開口140a。相似地，輔助層130A具有多個開口130a，這些開口130a在方向Z上分別重疊於遮光層140的這些開口140a。亦即，輔助層130A在方向Z上也不重疊於遮光層140的這些開口140a。換句話說，本實施例的指紋感測模組20並不具有圖2的指紋感測模組10的防偽功能。

特別注意的是，本實施例的所有微透鏡160分別貫穿中介層150A的這些開口150a、遮光層140的這些開口140a以及輔助層130A的這些開口130a與準直結構層120的平坦層124的表面124s直接接觸。舉例來說，在本實施例中，中介層150A的開口150a、遮光層140的開口140a和輔助層130A的開口130a在方向Z上可選擇性地切齊於彼此。更具體地說，中介層150A、遮光層140和輔助層130A的這些開口可在同一蝕刻製程中形成。

由於本實施例的微透鏡160與平坦層124的材質可選擇性地相同（例如都是有機光阻材料），因此讓微透鏡160盡可能避開輔助層130A和遮光層140並直接接觸平坦層124，能有效降低微透鏡160剝離的風險。

另一方面，透過多個微透鏡160在方向Z上部分重疊於遮光層140的表面140s，並且直接接觸中介層150覆蓋遮光層140的表面140s的部分，可進一步降低微透鏡160發生剝離的風險，從而提升指紋感測模組20的生產良率。

綜上所述，在本發明的一實施例的指紋感測模組中，遮光層具有重疊多個感光元件的多個第一開口。透過在部分的第一開口內設置中介層，可進一步增加多道光線在通過這些第一開口並傳遞至對應的感光元件後的光學特性（例如光譜分布）差異。據此，可讓指紋感測模組具有防偽功能，且其製程工序數也較一般的色阻防偽結構來得少。在本發明的另一實施例的指紋感測模組中，遮光層位於多個第一開口的表面上設有中介層。透過重疊設置於這些第一開口的多個微透鏡延伸至遮光層的所述表面上並接觸此中介層，可有效降低這些微透鏡發生剝離的風險，從而提升指紋感測模組的生產良率。此外，也可增加遮光層和微透鏡的材料選用的自由度。

10、20:指紋感測模組 100:基板 110:感光元件層 115:感光元件 120:準直結構層 121、123:遮光圖案層 121a、123a:開孔 122、124:平坦層 124s、130s、140s:表面 130、130A:輔助層 130a、140a、150a:開口 140:遮光層 150、150A:中介層 160:微透鏡 X、Y、Z:方向 A-A’、B-B’:剖線

圖1是本發明的一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖2是圖1的指紋感測模組的剖視示意圖。圖3是圖1的中介層與輔助層的折射率對波長的曲線圖。圖4是本發明的另一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖5是圖4的指紋感測模組的剖視示意圖。

10:指紋感測模組

100:基板

110:感光元件層

115:感光元件

120:準直結構層

121、123:遮光圖案層

121a、123a:開孔

122、124:平坦層

124s、130s、140s:表面

130:輔助層

130a、140a、150a:開口

140:遮光層

150:中介層

160:微透鏡

X、Y、Z:方向

A-A’:剖線

Claims

一種指紋感測模組，包括：一基板；多個感光元件，設置於該基板上；一準直結構層，設置於該些感光元件上；一遮光層，設置於該準直結構層上，該遮光層具有一表面以及自該表面凹陷的多個第一開口，該些第一開口分別重疊於該些感光元件；一中介層，設置於該準直結構層上，且位於該遮光層的部分該些第一開口內；以及多個微透鏡，設置於該中介層上，且分別重疊於該些第一開口。
如請求項1所述的指紋感測模組，更包括：一輔助層，設置在該遮光層與該準直結構層之間，該輔助層具有重疊於部分該些第一開口的多個第二開口。
如請求項2所述的指紋感測模組，其中該準直結構層包括連接該輔助層的一平坦層，該輔助層的部分該些第二開口暴露出該平坦層的一表面，且部分該些微透鏡直接接觸該平坦層的該表面。
如請求項3所述的指紋感測模組，其中該些微透鏡與該平坦層的材質相同。
如請求項2所述的指紋感測模組，其中該中介層更設置在該輔助層的部分該些第二開口內。
如請求項2所述的指紋感測模組，其中該輔助層還具有被部分該些第一開口暴露的一表面，且該中介層覆蓋該輔助層的該表面。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該中介層覆蓋該遮光層的該表面。
如請求項7所述的指紋感測模組，其中該些微透鏡部分重疊於該遮光層的該表面，且直接接觸該中介層覆蓋該遮光層的該表面的一部分。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該中介層的材質包括鉬金屬。
一種指紋感測模組，包括：一基板；多個感光元件，設置於該基板上；一準直結構層，設置於該些感光元件上；一遮光層，設置於該準直結構層上，該遮光層具有一表面以及自該表面凹陷的多個第一開口，該些第一開口分別重疊於該些感光元件；一中介層，設置於該準直結構層上，且覆蓋該遮光層的該表面；以及多個微透鏡，設置於該中介層上，且重疊於該些第一開口和部分該中介層。
如請求項10所述的指紋感測模組，其中該中介層不重疊於該遮光層的該些第一開口。
如請求項10所述的指紋感測模組，更包括：一輔助層，設置在該遮光層與該準直結構層之間，該輔助層具有重疊於該些第一開口的多個第二開口。
如請求項12所述的指紋感測模組，其中該準直結構層包括連接該輔助層的一平坦層，該輔助層的該些第二開口暴露出該平坦層的一表面，且該些微透鏡直接接觸該平坦層的該表面。
如請求項13所述的指紋感測模組，其中該些微透鏡與該平坦層的材質相同。
如請求項12所述的指紋感測模組，其中該中介層具有重疊於該些第一開口的多個第三開口，且該遮光層的該些第一開口、該輔助層的該些第二開口以及該中介層的該些第三開口彼此相互切齊。
如請求項12所述的指紋感測模組，其中該輔助層的材質包括氮化矽，該些微透鏡的材質包括有機光阻材料。
如請求項10所述的指紋感測模組，其中該遮光層的材質包括鉬金屬。