TWI676925B - 光學指紋感測模組 - Google Patents

Abstract

一種光學指紋感測裝置，包含一顯示面板模組、一電路板、一影像感測器、一框架、一光學透鏡以及一紅外線濾光元件。前述影像感測器及前述框架設置於前述電路板上，且前述影像感測器位於前述框架內，其中前述框架具有抗紅外線材質，以防止前述框架外之紅外線光進入前述影像感測器。前述光學透鏡設置於前述框架中，前述紅外線濾光元件設置於前述影像感測器上方，其中前述顯示面板模組所發出之光線經由一手指反射後，依序穿過前述光學透鏡以及前述紅外線濾光元件而到達前述影像感測器。

Description

光學指紋感測模組

本發明是有關於一種指紋感測模組，特別是有關於一種屏幕下(under-display)指紋感測模組。

近年來，隨著生物辨識技術逐漸成熟，許多不同的生物特徵皆可被用來辨識使用者的身分。其中，由於指紋辨識技術之辨識率及準確率較其它生物特徵之辨識技術更好，故目前指紋辨識之應用層面較廣。

一般指紋辨識技術主要是先使用感測裝置感測使用者的指紋圖案(pattern)，再擷取指紋圖案中獨特的指紋特徵並儲存至記憶體中，或是直接儲存指紋圖案。之後，當使用者再次進行指紋掃描時，指紋感測裝置會感測指紋圖案並且擷取指紋特徵，以便與先前所儲存之指紋特徵進行比對以進行辨識，或是也可直接與先前所儲存之指紋圖案進行比對。若二者相符，則使用者之身分得以確認。

然而，在進行指紋感測的過程中，由光源所產生之紅外線光往往容易成為干擾雜訊，故可能導致影像感測器的成像品質不佳而影響到指紋辨識的正確性，尤其在屏幕下指紋影像感測裝置(under-display fingerprint image sensing device)的領域中，其光源是來自於有機發光二極體(OLED)等低照度之光源，因此如何能在指紋感測裝置中克服紅外線光所產生的雜訊干擾始成為一重要之課題。

有鑑於前述習知問題點，本發明之一實施例提供一種光學指紋感測裝置，用以感測一手指之指紋圖案，其主要包含一顯示面板模組以及設置於顯示面板模組下方之一光學指紋感測模組。前述光學指紋感測模組包含一電路板、一影像感測器、一框架、一光學透鏡以及一紅外線濾光元件。前述顯示面板模組具有一透光元件以及一顯示元件，其中前述顯示元件設置於前述透光元件下方，且前述顯示元件發出光線穿過前述透光元件並照向放置於前述透光元件上之前述手指。

前述影像感測器設置於前述電路板上，前述框架設置於前述電路板上，且前述影像感測器位於前述框架內，其中前述框架具有抗紅外線材質，以防止前述框架外之紅外線光進入前述影像感測器。前述光學透鏡設置於前述框架中且對應於前述顯示面板模組之一感測區域。前述紅外線濾光元件設置於前述影像感測器上方，其中前述顯示元件所發出之部分光線經由放置於前述感測區域內之前述手指反射後，依序穿過前述光學透鏡以及前述紅外線濾光元件而到達前述影像感測器。

於一實施例中，前述光學指紋感測模組更包含複數個微透鏡(micro lens)，且前述影像感測器具有與前述微透鏡相互對應之複數個影像感測單元(image sensing unit)，用以接收經過前述手指反射後之光線。

於一實施例中，前述光學指紋感測模組更包含一阻隔層，形成於前述影像感測器上且圍繞前述微透鏡，其中前述阻隔層含有抗紅外線材質，以防止紅外線光進入前述影像感測單元。

本發明一實施例更提供一種光學指紋感測裝置，用以感測一手指之指紋圖案，其主要包含一顯示面板模組以及設置於顯示面板模組下 方之一光學指紋感測模組。前述光學指紋感測模組包含一電路板、一框架、一光學透鏡、一影像感測器、複數個微透鏡、一阻隔層以及一紅外線濾光元件。前述顯示面板模組具有一透光元件以及一顯示元件，其中前述顯示元件設置於前述透光元件下方，且前述顯示元件發出光線穿過前述透光元件並照向放置於前述透光元件上之前述手指。

前述框架設置於前述電路板上，前述光學透鏡設置於前述框架中且對應於前述顯示面板模組之一感測區域。前述影像感測器設置於前述電路板上且位於前述框架內，其中前述影像感測器具有複數個影像感測單元。

前述微透鏡設置於前述影像感測器上且對應於前述影像感測單元。前述阻隔層形成於前述影像感測器上且圍繞前述微透鏡，以防止紅外線光進入前述影像感測單元。

前述紅外線濾光元件，設置於前述微透鏡上方，其中前述顯示元件所發出之部分光線經由放置於前述感測區域內之前述手指反射後，依序穿過前述光學透鏡、前述紅外線濾光元件以及前述微透鏡而到達前述影像感測器。

B‧‧‧底板

C‧‧‧阻隔層

C0‧‧‧孔洞

CU‧‧‧重疊區域

D‧‧‧顯示面板模組

D1‧‧‧顯示元件

D2‧‧‧透光元件

D21‧‧‧感測面

F‧‧‧紅外線濾光元件

H‧‧‧框架

H0‧‧‧容納空間

H1‧‧‧本體

H2‧‧‧塗層

L‧‧‧光線

L1‧‧‧紅外線光

L2‧‧‧紅外線光

L3‧‧‧紅外線光

M1‧‧‧光學透鏡

M2‧‧‧微透鏡

O‧‧‧光軸

P‧‧‧電路板

R‧‧‧感測區域

S‧‧‧影像感測器

U‧‧‧影像感測單元

第1圖表示本發明一實施例之光學指紋感測裝置的示意圖。

第2圖表示第1圖中A1部分之剖視放大圖。

第3圖表示本發明另一實施例之光學指紋感測裝置示意圖。

第4圖表示第3圖中A2部分之剖視放大圖。

第5圖表示複數個微透鏡M2分別容置於阻隔層C上複數個孔洞C0內之局部 上視圖。

第6圖表示本發明另一實施例之光學指紋感測裝置的局部剖視放大圖。

以下說明本發明實施例之光學指紋感測模組。然而，可輕易了解本發明實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包含技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下各實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，實施方式中所使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

首先請參閱第1圖，其中第1圖表示本發明一實施例之光學指紋感測裝置的示意圖。如第1圖所示，本實施例之光學指紋感測裝置可用以感測一手指的指紋圖案，其主要包含一顯示面板模組D以及設置於顯示面板模組D下方之一光學指紋感測模組。前述光學指紋感測模組包含一底板B、一電路板P、一框架H、一光學透鏡M1、一影像感測器S以及一紅外線濾光元件F，其中前述電路板P設置於底板B上，前述框架H以及影像感測器 S設置於電路板P上，前述光學透鏡M1則是設置於框架H之一開孔內。

舉例而言，前述影像感測器S可為一電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)影像感測器或者CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor,CIS)。另一方面，前述電路板P則例如為一軟性印刷電路板(flexible printed circuit board)，且前述底板B可採用較前述電路板P硬度更高之塑膠或金屬基板，以提供前述電路板P以及影像感測器S足夠的支撐強度。

在本實施例中，前述顯示面板模組D主要包含有一顯示元件D1以及設置於顯示元件D1上方之一透光元件D2，其中前述透光元件D2例如為一平板玻璃(sheet glass)，且前述顯示元件D1例如為一有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)顯示元件、薄膜電晶體液晶(TFT-LCD)顯示元件、或者觸控顯示(touch display)元件。應了解的是，在前述顯示元件D1內部設有複數個發光單元，可作為一光源，藉以發出光線穿過透光元件D2並照向放置於透光元件D2上之一手指。

請繼續參閱第1圖，前述框架H具有一中空結構，且其內部形成有一容納空間H0，用以容納前述影像感測器S以及紅外線濾光元件F。在本實施例中，前述紅外線濾光元件F例如為一紅外線截止濾光片(infrared cut-off filter sheet)，設置於影像感測器S上方，藉此可用以防止大部分的紅外線光進入影像感測單元S，以確保影像感測器S的成像品質。

從第1圖中可以看出，當欲利用本實施例之光學指紋感測裝置進行指紋感測時，可將手指放置在透光元件D2上方的感測面D21，且使手指位於顯示面板模組D之一感測區域R內；接著，由顯示元件D1內部光源所發出之光線會穿過透光元件D2並到達位於感測區域R內的手指，然後光線會經由手指反射而穿出顯示元件D1(如第1圖中之光線L所示)，並依序穿過光學透鏡M1以及紅外線濾光元件F後到達影像感測器S。

當影像感測器S接收到穿過光學透鏡M1以及紅外線濾光元件F後之光線L時，便可將光訊號轉換為電訊號，並藉由前述電路板P將含有指紋圖案資訊之電訊號傳送到一處理器(未圖示)，以進行後續的指紋資料儲存與指紋圖案辨識程序。

接著請參閱第2圖，其中第2圖表示第1圖中A1部分之剖視放大圖。如第2圖所示，由於本實施例係藉由在影像感測器S上設置紅外線濾光元件F，因此可阻隔由顯示元件D1內部光源所產生的大部分紅外線光，以避免其造成光訊號中的雜訊(noise)而影響到影像感測器S的成像品質；然而，由於前述紅外線濾光元件F事實上並無法完全阻隔掉所有的紅外線光，因此仍可能有少量的紅外線光(例如第2圖中的紅外線光L1、L2)會穿過設置於影像感測器S表面上的微透鏡M2(micro lenses)，而進入到影像感測器S內部的影像感測單元U；或者，亦可能有少量的紅外線光(例如第2圖中的紅外線光L3)會直接穿過影像感測器S的表面而進入到影像感測器S內部的影像感測單元U。

如前所述，由於前述微透鏡M2以及影像感測器S的表面並未具有阻絕紅外線光之功能，所以一旦有紅外線光(例如第2圖中的紅外線光L1、L2、L3)進入到影像感測器S內部的影像感測單元U時，其仍有可能會產生或多或少的雜訊干擾，進而影響到影像感測器S的成像品質。

再請參閱第閱第3圖，其中第3圖表示本發明另一實施例之光學指紋感測裝置示意圖。如第3圖所示，本實施例之光學指紋感測裝置與第1圖中之光學指紋感測裝置同樣包含有一顯示面板模組D以及設置於顯示面板模組D下方之一光學指紋感測模組。前述光學指紋感測模組包含一底板B、一電路板P、一框架H、一光學透鏡M1、一影像感測器S以及一紅外線濾光元件F，惟第3圖所示之框架H與第1圖所示之框架H不同之處在於： 第3圖所示之框架H具有一本體H1以及一塗層H2，其中前述塗層H2形成於前述本體H1表面且含有抗紅外線材質。

應了解的是，前述塗層H2例如為一紅外線截止濾光塗層(infrared cut-off filter coating)，其可透過塗佈的方式形成於框架H的本體H1表面上，藉以有效地阻隔框架H外之紅外線光進入到框架H內的影像感測器S。

舉例而言，前述塗層H2可塗佈於本體H1的所有表面；或者，前述塗層H2也可以僅塗佈於前述本體H1的外側表面或內側表面上，以達到阻隔框架H外的紅外線光進入到框架H內部之效果。

於一實施例中，亦可將框架H直接採用抗紅外線材質製成，如此一來同樣能有效地阻隔框架H外之紅外線光進入到框架H內部，以確保影像感測器S的成像品質。

接著請參閱第4圖，其中第4圖表示第3圖中A2部分之剖視放大圖。如第4圖所示，在本實施例中除了可採用含有抗紅外線材質之框架H(例如在框架H的本體H1上形成含有抗紅外線材質之塗層H2)外，更可在影像感測器S的表面上形成一含有抗紅外線材質之阻隔層C，藉以更有效地阻絕影像感測器S外部的紅外線光進入到影像感測器S內部，以防止影像感測器S內部的影像感測單元U接收到紅外線光而產生訊號干擾。

舉例而言，前述阻隔層C可透過化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)、蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)、塗佈(Coating)、噴塗(Dispensing)、電鍍(electroplating)或無電電鍍(electrcless plating)等半導體製程形成於影像感測器S的表面上。

再請一併參閱第4、5圖，其中第5圖表示複數個微透鏡M2分別容置於阻隔層C上複數個孔洞C0內之局部上視圖。從第4、5圖中可以看 出，前述阻隔層C係形成於影像感測器S的表面上且圍繞前述微透鏡M2，其中前述微透鏡M2分別容置於阻隔層C的複數個孔洞C0內。舉例而言，前述阻隔層C可含有用以阻隔可見光與紅外線光之黑色光阻(black photoresist)材質，或者其亦可構成一紅外線遮蔽膜(IR cut film)，用以阻絕影像感測器S外部的若干紅外線光(例如第4圖所示的紅外線光L3)直接經由影像感測器S的表面而進入到影像感測器S內部的影像感測單元U。

需特別說明的是，於本實施例中之阻隔層C與影像感測器S內部的影像感測單元U在微透鏡M2之光軸O方向上至少部分重疊(例如第4圖中的重疊區域CU所示)。

再請參閱第6圖，其中第6圖表示本發明另一實施例之光學指紋感測裝置的局部剖視放大圖。本實施例中之阻隔層C與第4圖所示之阻隔層C同樣可包含黑色光阻材質或紅外線遮蔽膜，惟第6圖中所示之阻隔層C係嵌入微透鏡M2的內部，使得部分進入到微透鏡M2內部的紅外線光(例如第6圖所示的紅外線光L2)也會受到阻隔層C的阻擋，而不會到達影像感測器S內部的影像感測單元U。此外，由第6圖也可以看出，本實施例中之阻隔層C與影像感測器S內部的影像感測單元U在微透鏡M2之光軸O方向上同樣係至少部分重疊。

如前所述，本實施例藉由在影像感測器S表面形成阻隔層C，並使阻隔層C嵌入微透鏡M2內部，可進一步地防止阻絕影像感測器S外部之紅外線光(例如第6圖所示的紅外線光L2、L3)進入到影像感測器S內部的影像感測單元U，故可有效減少紅外線光對影像感測器S造成訊號干擾，以確保影像感測器S的成像品質。

應了解的是，雖然第1~6圖中的紅外線濾光元件F可消除來自光源的大部分紅外線光，但由於本發明之光學影像感測器係為一種屏幕下 指紋影像感測裝置(under-display fingerprint image sensing device)，其光源是來自例如有機發光二極體(OLED)等低照度之光源，故屬於低照度之影像感測器(low light level imaging sensor)。基於上述原因，即便少量的紅外線光進入到影像感測器S內部也可能會造成可觀的雜訊而影響到成像品質。

有鑑於此，本發明除了透過設置於影像感測器上方的紅外線濾光元件F外，更可利用含有抗紅外線材質之框架H，或者形成於影像感測器S表面上且含有抗紅外線材質之阻隔層C，藉以達到有效減少紅外線光進入影像感測器S內部之目的，從而能改善影像感測器S的成像品質並提升指紋影像辨識的正確性。

雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本發明使用。因此，本發明之保護範圍包含上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包含各個申請專利範圍及實施例的組合。

雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項工藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (16)

1. 一種光學指紋感測模組，用以感測放置於一顯示面板模組上之一手指之指紋圖案，其中該顯示面板模組發出之一光線被該手指反射，該光學指紋感測模組包含：一電路板；一影像感測器，設置於該電路板上；一框架，設置於該電路板上，且該影像感測器位於該框架內，其中該框架具有一本體以及一塗層，其中該塗層形成於該本體之一內側表面上且含有抗紅外線材質；一光學透鏡，設置於該框架中且對應於該顯示面板模組之一感測區域；以及一紅外線濾光元件，設置於該影像感測器上方，其中該顯示面板模組所發出之該光線經由放置於該感測區域內之該手指反射後，依序穿過該光學透鏡以及該紅外線濾光元件而到達該影像感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，更包含複數個微透鏡以及一阻隔層，該阻隔層形成於該影像感測器上，該些微透鏡穿過該阻隔層，且分別容置於該阻隔層上複數個孔洞內，其中該阻隔層含有抗紅外線材質，以防止紅外線光進入該些影像感測單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該塗層更形成於該本體之一外側表面上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，更包含複數個微透鏡，且該影像感測器具有與該些微透鏡相互對應之複數個影像感測單元，用以接收經由該手指反射後之光線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學指紋感測模組，更包含一阻隔層，形成於該影像感測器上且圍繞該些微透鏡，其中該阻隔層含有抗紅外線材質，以防止紅外線光進入該些影像感測單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學指紋感測模組，其中該阻隔層透過化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、塗佈、噴塗、電鍍或無電電鍍之方式形成於該影像感測器上。
7. 如申請專利範圍第4項所述之光學指紋感測模組，其中該阻隔層與該些影像感測單元在該些微透鏡之一光軸方向上至少部分重疊。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該光學指紋感測模組更包含一底板，且該電路板設置於該底板上，其中該底板的硬度大於該電路板的硬度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該光學指紋感測模組更包括一紅外線截止濾光片，且該紅外線截止濾光片設置於該影像感測器上方。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋感測模組，其中該顯示面板模組包含有一有機發光二極體顯示元件或薄膜電晶體液晶顯示元件。
11. 一種光學指紋感測模組，用以感測放置於一顯示面板模組上之一手指之指紋圖案，其中該顯示面板模組發出之一光線被該手指反射，該光學指紋感測模組包含：一電路板；一框架，設置於該電路板上；一光學透鏡，設置於該框架中且對應於該顯示面板模組之一感測區域；一影像感測器，設置於該電路板上且位於該框架內，其中該影像感測器具有複數個影像感測單元；複數個微透鏡，設置於該影像感測器上且對應於該些影像感測單元；一阻隔層，形成於該影像感測器上且圍繞該些微透鏡，以防止紅外線光進入該些影像感測單元，其中該些微透鏡穿過該阻隔層，且分別容置於該阻隔層上的複數個孔洞內；以及一紅外線濾光元件，設置於該些微透鏡上方，其中該顯示面板模組所發出之該光線經由放置於該感測區域內之該手指反射後，依序穿過該光學透鏡、該紅外線濾光元件以及該些微透鏡而到達該影像感測器。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學指紋感測模組，其中該阻隔層透過化學氣相沉積、蒸鍍、濺鍍、塗佈、噴塗、電鍍或無電電鍍之方式形成於該影像感測器上。
13. 如申請專利範圍第11項所述之光學指紋感測模組，其中該阻隔層與該些影像感測單元在該些微透鏡之一光軸方向上至少部分重疊。
14. 如申請專利範圍第11項所述之光學指紋感測模組，其中該光學指紋感測模組更包含一底板，且該電路板設置於該底板上，其中該底板的硬度大於該電路板的硬度。
15. 如申請專利範圍第11項所述之光學指紋感測模組，其中該光學指紋感測模組更包括一紅外線截止濾光片，且該紅外線截止濾光片設置於該影像感測器上方。
16. 如申請專利範圍第11項所述之光學指紋感測模組，其中該顯示面板模組包含有一為有機發光二極體顯示元件或薄膜電晶體液晶顯示元件。