TW202306138A - 生物特徵感測模組 - Google Patents

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Abstract

生物特徵感測模組包含分光材料層、紅外光截止層以及多個感光元件。紅外光截止層位在分光材料層下方。紅外光截止層在波長400奈米至590奈米的範圍中的穿透率為大於50%，且紅外光截止層在波長590奈米至630奈米的範圍中的穿透率為大於10%且小於60%。感光元件位在紅外光截止層下方。

Description

生物特徵感測模組
本揭露是有關於一種生物特徵感測模組。
目前的電子裝置大多具有身分認證機制，其中利用生物特徵進行身分辨識的方式是近年來的趨勢。常見的認證方式為指紋辨識，因為指紋辨識易於整合在電子裝置中。
然而，目前的生物特徵感測模組中的紅外光截止層的綠光波段具有較高的穿透率，感測模組的吸收光譜則多分佈在藍綠光波段。如此一來，紅外光截止層將導致感光元件接收到的訊號下降。此外，紅外光截止層無法與紅光波段的濾光層搭配使用，導致生物特徵感測模組的防偽功能下降。
有鑒於此，如何提供一種可解決上述問題的生物特徵感測模組仍是本領域努力研發的目標。
本揭露之一技術態樣為一種生物特徵感測模組。
生物特徵感測模組包含分光材料層、紅外光截止層以及多個感光元件。紅外光截止層位在分光材料層下方。紅外光截止層在波長400奈米至590奈米的範圍中的穿透率為大於50%，且紅外光截止層在波長590奈米至630奈米的範圍中的穿透率為大於10%且小於60%。感光元件位在紅外光截止層下方。
在一實施例中，紅外光截止層在波長630奈米以上的波段的穿透率為大於5%且小於15%。
在一實施例中，生物特徵感測模組還包含第一遮光層，位在紅外光截止層與感光元件之間，第一遮光層具有多個開孔。
在一實施例中，分光材料層包含第一濾光層與第二濾光層，第一遮光層包含與第一濾光層於垂直方向上重疊的第一區域以及與第二濾光層於垂直方向上重疊的第二區域，其中位在第一區域中的開孔具有第一總面積，位在第二區域中的開孔具有小於第一總面積的第二總面積。
在一實施例中，第一濾光層為紅色，第二濾光層為藍色。
在一實施例中，第一濾光層為紅色，第二濾光層為綠色。
在一實施例中，生物特徵感測模組還包含第二遮光層，位在第一遮光層與紅外光截止層之間或者第一遮光層與感光元件之間。
在一實施例中，分光材料層包含多個濾光層，多個濾光層中之一者為藍色，且此濾光層在波長400奈米至495奈米的範圍中的穿透率大於50%。
在一實施例中，分光材料層包含多個濾光層，多個濾光層中之一者為紅色，且此濾光層在波長大於590奈米以上的波段的穿透率大於50%。
在一實施例中，分光材料層包含多個濾光層，多個濾光層中之一者為綠色，且此綠色濾光層在波長495奈米至590奈米的範圍中的穿透率大於50%。
本揭露之另一技術態樣為一種生物特徵感測模組。
在一實施例中，生物特徵感測模組包含多個畫素，其中每一畫素包含分光材料層、紅外光截止層以及感光元件。紅外光截止層位在分光材料層下方。感光元件位在紅外光截止層下方。多個畫素中之一者的分光材料層包含具有不同顏色的第一濾光層與第二濾光層，且第一濾光層與第二濾光層於垂直投影方向上重疊。
在一實施例中，第一濾光層為藍色濾光層，且第二濾光層為綠色濾光層。
在一實施例中，分光材料層在波長590奈米以上的波段的穿透率小於50%。
在一實施例中，紅外光截止層在波長570奈米以上的波段的穿透率小於10%。
在上述實施例中，藉由搭配分光材料層與具有特定穿透率分布的紅外光截止層，可使本揭露的生物特徵感測模組同時具有過濾環境光與利用分光材料層分光的防偽功能。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。且為了清楚起見，圖式中之層和區域的厚度可能被誇大，並且在圖式的描述中相同的元件符號表示相同的元件。
第1圖為根據本揭露一實施例之生物特徵辨識裝置10的側視圖。生物特徵辨識裝置10包含生物特徵感測模組100與電子裝置200生物感測模組。生物特徵感測模組100為屏下式光學感測模組。生物特徵感測模組100位在電子裝置200的生物特徵辨識區域210。電子裝置200為有機發光二極體顯示裝置，但本揭露不以此為限。當手指300按壓於生物特徵辨識區域210時，光線被手指300反射後進入生物特徵感測模組100。
生物特徵感測模組100包含防偽區域1002。本實施例中的防偽區域1002彼此分隔，但本揭露不以此為限。在其他實施例中，防偽區域1002可以遍佈整個生物特徵辨識區域210。
第2圖為第1圖中的防偽區域1002的上視圖。每個防偽區域1002中具有畫素陣列。在本實施例中，以9x9的畫素陣列為例。第3圖為沿著第2圖中線段3-3的剖面圖。參照第3圖。電子裝置200包含蓋板230與顯示面板220。生物特徵感測模組100包含分光材料層110、紅外光截止層120、第一遮光層130、第二遮光層140以及感光元件150。分光材料層110位在紅外光截止層120上方，但本揭露不以此為限。感光元件150位在第一遮光層130與第二遮光層140下方。防偽區域1002的每個畫素各別包含一個感光元件150。生物特徵感測模組100包含覆蓋分光材料層110的平坦層112，使分光材料層110的表面平坦並保護分光材料層110的顏色。第一遮光層130與第二遮光層140位在紅外光截止層120與感光元件150之間。第一遮光層130包含多個開孔132，其中每個畫素內涵蓋至少一個開孔132。在本實施例中，第二遮光層140具有與開孔132相同的多個開孔142，但本揭露不以此為限。
生物特徵感測模組100包含位在第一遮光層130與第二遮光層140之間的介電層144，介電層144為透明的。第二遮光層140可選擇性地設置於分光材料層110上方， 而不限制於本實施例中的位置。
參照第3圖。生物特徵感測模組100還包含微透鏡陣列160以及間隔層170。微透鏡陣列160位在第一遮光層130上方，間隔層170位在紅外光截止層120與微透鏡陣列160之間。微透鏡陣列160包含多個微透鏡162，且每個微透鏡162對應於一個感光元件150。間隔層170由多個間隔柱172構成。生物特徵感測模組100還包含位在分光材料層110上方的玻璃基板180以及位在感光元件150下方的玻璃基板182。紅外光截止層120、第一遮光層130、第二遮光層140、微透鏡陣列160以及間隔層170涵蓋整個防偽區域1002。
參照第3圖。在本實施例中，生物特徵感測模組100是由上板100A與下板100B構成。上板100A為分光結構，由玻璃基板180、分光材料層110、紅外光截止層120以及間隔層170組成，用以對手指300反射的光線進行分光。下板100B為準直結構，由微透鏡陣列160、第一遮光層130、第二遮光層140、感光元件150以及玻璃基板182組成，用以使分光後的光線準直。在其他實施例中，生物特徵感測模組中用以分光的結構與用以使光線準直的結構可整合。
參照第2圖。防偽區域1002包含紅色畫素1004R、藍色畫素1004B、綠色畫素1004G以及基本畫素1004I。紅色畫素10042R中的分光材料層110為紅色濾光層110R、藍色畫素1004B中的分光材料層110為藍色濾光層110B、綠色畫素1004G中的分光材料層110為綠色濾光層110G。基本畫素1004I中不具有上述的濾光層，而由平坦層112(見第3圖)填補。換句話說，在第2圖的視角中，基本畫素1004I中紅外光截止層120自分光材料層110露出。
第2圖中所示的紅色畫素1004R、藍色畫素1004B以及綠色畫素1004G的排列方式以及分布密度僅為示例，本揭露不以此為限。在本實施例中，每3x3個畫素為單位的陣列中包含一個紅色畫素1004R、一個藍色畫素1004B以及一個綠色畫素1004G。換句話說，本實施例中的生物特徵感測模組100b利用三種分光波段執行防偽功能。在其他實施例中，只要每3x3個畫素為單位的陣列中至少包含具有一種以上顏色的濾光層即可。應理解到，在第2圖中，紅色濾光層110R、藍色濾光層110B與綠色濾光層110G分別示例性地繪示成覆蓋整個紅色畫素1004R、綠色畫素1004G與藍色畫素1004B，但本揭露不以此為限。
第4圖根據本揭露一實施例之濾光層的穿透率與波長關係圖。如曲線S1所示，藍色濾光層110B在波長400奈米至495奈米的範圍中的穿透率大於50%，其中在波長450奈米具有最高的穿透率，約為85%。如曲線S2所示，綠色濾光層110G在波長495奈米至590奈米的範圍中的穿透率大於50%，其中在波長540奈米具有最高的穿透濾，約為90%。如曲線S3所示，紅色濾光層110R在波長大於590奈米的波段具有大於50%的穿透率，其中在波長大約630奈米具有最高的穿透率，約為95%。生物特徵感測模組100藉由不同顏色的濾光層，得到被手指300反射的光線的分光頻譜，以辨別指紋的真偽。
第5圖為根據本揭露一實施例之紅外光截止層120的穿透率與波長關係圖。紅外光截止層120在波長400奈米至600奈米的範圍中的穿透率大於50%，有利於藍光與綠光穿透。此外，在波長440奈米至波長560奈米的範圍中的穿透率大於90%。換句話說，對應於藍色濾光層110B穿透率最高的波段(約波長450奈米)以及綠色濾光層110G穿透率最高的波段(約波長540奈米)的光線幾乎都可穿過紅外光截止層120，可避免過濾掉穿透藍色濾光層110B以及綠色濾光層110G後的光線。
紅外光截止層120在波長590奈米至630奈米的範圍中的穿透率大於10%且小於60%。紅外光截止層120在波長630奈米以上的波段(例如630奈米至700奈米)的穿透率大於5%且小於15%，且平均穿透率約為10%。如此一來，在對應於紅色濾光層110R的波段(即590奈米至630奈米)仍具有大於10%的穿透率，可避免過濾掉穿透紅色濾光層110R後的光線。在容易穿透手指300造成過曝的波段(即630奈米以上)的穿透率則降低至約10%，藉此達到過濾環境光的功效。
根據上述可知，藉由搭配分光材料層110與具有特定穿透率分布的紅外光截止層120，可使本揭露的生物特徵感測模組100同時具有過濾環境光與利用分光材料層110分光的防偽功能。
第6圖為第2圖中框選範圍A的第一遮光層130的上視圖。在本實施例中，第二遮光層140可具有與第一遮光層130相同的開孔分佈，以下僅以第一遮光層130最為範例說明。
如第6圖所示，第一遮光層130位在綠色畫素1004G中的遮光區域130G具有一個開孔132，第一遮光層130位在藍色畫素1004B中的遮光區域130B具有兩個開孔132，而第一遮光層130位在紅色畫素1004R中的遮光區域130R具有八個開孔132。換句話說，同時參照第2圖與第6圖，與紅色濾光層110R重疊的開孔132的數量大於與藍色濾光層110B重疊的開孔132的數量，與藍色濾光層110B重疊的開孔132的數量大於與綠色濾光層110G重疊的開孔132的數量。
根據第4圖與第5圖可知，通過紅色濾光層110R的光線相對較少。因此，藉由增加位在紅色畫素1004R中的第一遮光層130的開孔132數量可平衡感光元件150接收到的紅光、藍光與綠光之間的強度分佈。
如第5圖所示，在本實施例中，由穿透率與波長的積分面積大小計算可得知，綠色濾光層110G的穿透率分佈略大於藍色濾光層110B的穿透率分佈，因此，如第6圖所示，藍色畫素1004B中的第一遮光層130的開孔132的數量也大於綠色畫素1004G中的第一遮光層130的開孔132的數量。在一些實施例中，綠色濾光層110G與藍色濾光層110B中的第一遮光層130的開孔132的數量可相同。
在本實施例中，第一遮光層130位在基本畫素1004I中的遮光區域130I具有九個開孔132，但本揭露不以此為限。本領域人士可根據實際需求調整基本畫素1004I中的開孔132數量。
應理解到，上述的開孔數量大小的分佈是以開孔大小相同為前提。上述第一遮光層130的開孔132數量大小關係也相當於以第一遮光層130的開孔132的總面積大小關係。換言之，本揭露不限於開孔132的大小皆相同的態樣。
如第6圖所示，紅色畫素1004R中的開孔132的總面積大於藍色畫素1004B中的開孔132總面積，紅色畫素1004R中的開孔132的總面積也大於綠色畫素1004G中的開孔132的總面積。同理，本實施例中的藍色畫素1004B中的開孔132的總面積大於綠色畫素1004G中的開孔132的總面積。
藉由上述的設計，可平衡感光元件150接收到的紅光、藍光與綠光之間的強度分佈。在一實施例中，紅色畫素1004R中的第一遮光層130的開孔132總面積約佔據紅色畫素1004R中的第一遮光層130的面積的80%，藍色畫素1004B中的第一遮光層130的開孔132總面積約佔據藍色畫素1004B中的第一遮光層130的面積的20%，而綠色畫素1004G中的第一遮光層130的開孔132總面積約佔據綠色畫素1004G中的第一遮光層130的面積的10%。上述的開孔132的總面積比例僅為示例，其並非用以限制本揭露。具體來說，在考慮環境光與防偽功能的狀況下，只要紅色畫素1004R中的第一遮光層130的開孔132不會導致指紋過曝即可。
第7圖為根據本揭露另一實施例之生物特徵辨識裝置10a的局部剖面圖。生物特徵感測模組100a與第3圖所示的生物特徵感測模組100大致相同，其差別在於生物特徵感測模組100a的分光材料層110與紅外光截止層120是位在第一遮光層130與第二遮光層140之間，且微透鏡陣列160是位在第二遮光層140上方。本實施例中的第一遮光層130也具有第6圖中所示的開孔132分佈，因此生物特徵感測模組100a與生物特徵感測模組100具有相同的技術功效，於此不贅述。
第8圖為根據本揭露另一實施例之生物特徵感測模組的防偽區域1002a的上視圖。第9圖為沿著第8圖中線段9-9的剖面圖。同時參照第8圖與第9圖。生物特徵感測模組100b與第3圖所示的生物特徵感測模組100大致相同，其差別在於生物特徵感測模組100b具有參考畫素1004N，而不具有紅色畫素1004R。分光材料層110a只包含藍色濾光層110B與綠色濾光層110G，分光材料層110a在對應於紅光的波段的穿透率小於50%。換句話說，分光材料層110a在波長大於590奈米的波段的穿透率小於50%。由此可知，本實施例中的生物特徵感測模組100b是利用兩種分光波段執行防偽功能。
參考畫素1004N中的濾光層110N是由藍色濾光層110B與綠色濾光層110G於垂直方向Z上堆疊而成。如此一來，進入參考畫素1004N的光線藉由藍色濾光層110B、綠色濾光層110G與紅外光截止層120a依序過濾。換句話說，光線無法通過參考畫素1004N中的濾光層110N。因此，位於參考畫素1004N中的感光元件150接收到的訊號代表非來自於光照的背景雜訊。防偽區域1002以及正常感測區域(基本畫素1004I、藍色畫素1004B以及綠色畫素1004G)的訊號可扣除此背景雜訊以達到校正效果。
第9圖中所示的參考畫素1004N、藍色畫素1004B以及綠色畫素1004G的排列方式僅為示例，本揭露不以此為限。濾光層110N中的藍色濾光層110B與綠色濾光層110G於垂直方向Z上的堆疊位置亦無限制，只要可使手指300反射的光線不進入參考畫素1004N的感光元件150即可。
第10圖為根據本揭露另一實施例之紅外光截止層的穿透率與波長關係圖。第10圖所示的紅外光截止層可應用於第8圖的生物特徵感測模組100b。如第10圖所示，當生物特徵感測模組100b不具有紅色畫素1004R時，紅外光截止層120a在波長570奈米以上的波段的穿透率小於10%。換句話說，紅外光截止層120a的截止波段大約為570奈米。紅外光截止層120a在波長400奈米至570奈米的範圍中的穿透率大於20%，其中在420奈米至550奈米的範圍中的穿透率大於50%。如此一來，可進一步優化過濾環境光的效果，並同時具有防偽及校正雜訊的技術功效。
綜上所述，本揭露的藉由搭配濾光層與具有特定穿透率分布的紅外光截止層，可使本揭露的生物特徵感測模組同時具有過濾環境光與利用分光材料層分光的防偽功能。此外，藉由將第一遮光層的開孔數量根據分光波段調整，可平衡感光元件接收到的不同波段的光線之間的強度分佈。在其他實施例中，藉由去除紅色濾光層，並改為參考畫素，可具有降低雜訊的效果。此外，紅外光截止層的截止波段可縮減，以進一步優化過濾環境光的效果。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10,10a:生物特徵辨識裝置 100,100a,100b:生物特徵感測模組 100A:上板 100B:下板 1002,1002a:防偽區域 1004R:紅色畫素 1004G:綠色畫素 1004B:藍色畫素 1004N:參考畫素 1004I:基本畫素 110,110a:分光材料層 110R:紅色濾光層 110G:綠色濾光層 110B:藍色濾光層 110N:濾光層 112:平坦層 120,120a:紅外光截止層 130:第一遮光層 130G,130B,130R,130I:遮光區域 132,142:開孔 140:第二遮光層 144:介電層 150:感光元件 160:微透鏡陣列 162:微透鏡 170:間隔層 172:間隔柱 180,182:玻璃基板 200:電子裝置 210:生物特徵辨識區域 220:顯示面板 230:蓋板 300:手指 Z:垂直方向 A:框選範圍 S1,S2,S3:曲線 3-3,9-9:線段
第1圖為根據本揭露一實施例之生物特徵辨識裝置的側視圖。 第2圖為第1圖中的防偽區域的上視圖。 第3圖為沿著第2圖中線段3-3的剖面圖。 第4圖根據本揭露一實施例之濾光層的穿透率與波長關係圖。 第5圖為根據本揭露一實施例之紅外光截止層的穿透率與波長關係圖。 第6圖為第2圖中框選範圍的第一遮光層的上視圖。 第7圖為根據本揭露另一實施例之生物特徵感測裝置的局部剖面圖。 第8圖為根據本揭露另一實施例之生物特徵感測模組的防偽區域的上視圖。 第9圖為沿著第8圖中線段9-9的剖面圖。 第10圖為根據本揭露另一實施例之紅外光截止層的穿透率與波長關係圖。
10:生物特徵辨識裝置
100:生物特徵感測模組
100A:上板
100B:下板
1002:防偽區域
110:分光材料層
110R:紅色濾光層
110G:綠色濾光層
110B:藍色濾光層
112:平坦層
120:紅外光截止層
130:第一遮光層
132,142:開孔
140:第二遮光層
144:介電層
150:感光元件
160:微透鏡陣列
162:微透鏡
170:間隔層
172:間隔柱
180,182:玻璃基板
200:電子裝置
220:顯示面板
230:蓋板
300:手指
Z:垂直方向

Claims (14)

  1. 一種生物特徵感測模組，包含： 一分光材料層； 一紅外光截止層，位在該分光材料層下方，其中該紅外光截止層在波長400奈米至590奈米的範圍中的穿透率為大於50%，且該紅外光截止層在波長590奈米至630奈米的範圍中的穿透率為大於10%且小於60%；以及 複數個感光元件，位在該紅外光截止層下方。
  2. 如請求項1所述之生物特徵感測模組，其中該紅外光截止層在波長630奈米以上的穿透率為大於5%且小於15%。
  3. 如請求項1所述之生物特徵感測模組，還包含： 一第一遮光層，位在該紅外光截止層與該些感光元件之間，其中該第一遮光層具有複數個開孔。
  4. 如請求項3所述之生物特徵感測模組，其中該分光材料層包含一第一濾光層與一第二濾光層，該第一遮光層包含與該第一濾光層於垂直方向上重疊的一第一區域以及與該第二濾光層於垂直方向上重疊的一第二區域，其中位在該第一區域中的該些開孔具有一第一總面積，且位在該第二區域中的該些開孔具有小於該第一總面積的一第二總面積。
  5. 如請求項4所述之生物特徵感測模組，其中該第一濾光層為紅色，該第二濾光層為藍色。
  6. 如請求項4所述之生物特徵感測模組，其中該第一濾光層為紅色，該第二濾光層為綠色。
  7. 如請求項3所述之生物特徵感測模組，還包含： 一第二遮光層，位在該第一遮光層與該紅外光截止層之間或者該第一遮光層與該些感光元件之間。
  8. 如請求項1所述之生物特徵感測模組，其中該分光材料層包含複數個濾光層，該些濾光層中之一者為藍色，且該濾光層在波長400奈米至495奈米的範圍中的穿透率大於50%。
  9. 如請求項1所述之生物特徵感測模組，其中該分光材料層包含複數個濾光層，該些濾光層中之一者為紅色，且該濾光層在波長590奈米以上的波段的穿透率大於50%。
  10. 如請求項1所述之生物特徵感測模組，其中該分光材料層包含複數個濾光層，該些濾光層中之一者為綠色，且該濾光層在波長495奈米至590奈米的範圍中的穿透率大於50%。
  11. 一種生物特徵感測模組，包含： 複數個畫素，其中每一該些畫素包含： 一分光材料層； 一紅外光截止層，位在該分光材料層下方；以及 一感光元件，位在該紅外光截止層下方； 其中該些畫素中之一者的該分光材料層包含具有不同顏色的一第一濾光層與一第二濾光層，且該第一濾光層與該第二濾光層於垂直方向上重疊。
  12. 如請求項11所述之生物特徵感測模組，其中該第一濾光層為藍色，且該第二濾光層為綠色。
  13. 如請求項11所述之生物特徵感測模組，其中該分光材料層在波長590奈米以上的波段的穿透率小於50%。
  14. 如請求項11所述之生物特徵感測模組，其中該紅外光截止層在波長570奈米以上的波段的穿透率小於10%。
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