TWI724723B - 指紋感測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種指紋感測裝置，包括一顯示部、一覆蓋層、一觸控感測器及一光學感測器。該顯示部包含一不透光圖案，該不透光圖案包含一第一孔洞，該第一孔洞供光線通過該顯示部。覆蓋層覆蓋該顯示部。該觸控感測器在該覆蓋層上方，包含一第二孔洞，該第二孔洞供光線通過該觸控感測器。該光學感測器設置在顯示部下方，用以感測指紋。該顯示部、覆蓋層與該觸控感測器沿著第一方向堆疊，且該第一孔洞、該第二孔洞及該光學感測器在該第一方向上至少部分重疊。

Description

指紋感測裝置
本發明是有關一種指紋感測裝置，特別是關於一種光學式(optical)指紋感測裝置。
目前的一些可攜式電子裝置(例如手機或平板電腦)將光學式紋感測裝置設置在螢幕下方。光學式指紋感測裝置是利用光學感測器感測由手指反射的光線來判斷指紋的紋脊或紋谷，該光學感測器可以是光二極體(PhotoDiode; PD)，理想上，光學感測器應該只接收來自其正上方的指紋所反射的光線以判斷在其正上方的指紋影像，但實際上，光二極體也會接收到來自其他位置的指紋所反射的光線。如何讓光學感測器只接收其正上方的反射光，是光學指紋感測裝置整合到可攜式電子裝置的一項重要課題。
本發明的目的，在於提出一種與顯示器整合的光學式指紋感測裝置。
根據本發明，一種指紋感測裝置包括一顯示部、一覆蓋層、一觸控感測器及一光學感測器。該顯示部包含一不透光圖案，該不透光圖案包含一第一孔洞，該第一孔洞供光線通過該顯示部。覆蓋層覆蓋該顯示部。該觸控感測器在該覆蓋層上方，包含一第二孔洞，該第二孔洞供光線通過該觸控感測器。該光學感測器設置在顯示部下方，用以感測指紋。該顯示部、該覆蓋層與該觸控感測器沿著第一方向堆疊，且該第一孔洞、該第二孔洞及該光學感測器在該第一方向上至少部分重疊。
本發明利用顯示部的第一孔洞與觸控感測器的第二孔洞形成指紋感測裝置的準直器，有助於減少指紋感測裝置的厚度。
根據本發明的第一實施例，指紋感測裝置10的局部側視圖係如圖1所示。指紋感測裝置10包括基板12、光學感測器14、顯示部16、覆蓋層18及觸控感測器20。基板12、顯示部16、覆蓋層18及觸控感測器20沿著Z方向堆疊。光學感測器14設置在基板12上用以感測指紋，光學感測器14可以是但不限於光二極體。顯示部16形成在基板12上方，用以顯示影像。顯示部16可以是但不限於有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode; OLED)顯示器。顯示部16包括介電層1602及1604、多個像素電極1606以及至少一不透光圖案1608。不透光圖案1608不與該多個像素電極1606重疊。在此實施例中，多個像素電極1606及不透光圖案1608形成在介電層1602上且位於同一層。在其他實施例中，多個像素電極1606及不透光圖案1608形成在不同的導體層。不透光圖案1608可以是但不限於金屬，例如銅。不透光圖案1608具有孔洞1610，光線L1可經由孔洞1610通過顯示部16。介電層1604覆蓋該多個像素電極1606及不透光圖案1608。覆蓋層18為一薄膜封裝(Thin Film Encapsulation; TFE)層，用以覆蓋及保護顯示部16。觸控感測器20設置在覆蓋層18上。觸控感測器20連接至一觸控控制器(圖中未示出)，用於感測手指或物件的接觸。觸控感測器20包括孔洞2002供光線L1通過觸控感測器20。在一實施例中，觸控感測器20係以金屬網格(metal mesh)製作，形成有多個開口。孔洞1610、孔洞2002及光學感測器14在Z方向上至少部分重疊，使得光線L1能進入光學感測器14。孔洞1610與2002的組合相當於是一個準直器(collimator)。請注意，圖1僅是指紋感測裝置10的一部份，指紋感測裝置10包括多個光學感測器14。在一實施例中，指紋感測器10的多個光學感測器14呈矩陣式排列。每一個光學感測器14上方對應一個由孔洞1610與2002組合成的準直器。
在圖1的實施例中，孔洞2002的直徑小於兩個像素電極1606之間的間距，且大於等於光學感測器14的寬度，孔洞2002的直徑一般在5~15um。孔洞1610的直徑小於兩個像素電極1606之間的間距，且大於等於光學感測器14的寬度，孔洞1610的直徑一般在5~15um。孔洞2002的直徑大於孔洞1610的直徑，以避免大角度光透過二次反射進入光學感測器14，即光線打到不透光圖案1608反射到觸控感測器20再反射進光學感測器14。孔洞2002到孔洞1610距離為介電層1604加上覆蓋層18的厚度，該距離一般在5~20um之間。介電層1602的厚度在0.5~5um之間。在此所揭示的尺寸為本發明的其中一種實施例，本發明並未限制只能用這些尺寸來實現。
圖2為一俯視的示意圖，用於說明圖1的不透光圖案1608與多個像素電極1606的配置。在圖2的實施例中，不透光圖案1608包括一導線1609。導線1609係形成在兩行(或兩列)的像素電極1606之間。導線1609的材質可以是例如銅。導線1609上包括多個孔洞1610。孔洞1610的位置是在四個相鄰像素電極1606的中心處。孔洞1610離相鄰的四個像素電極1606的距離相同。在另一實施例中，不透光圖案1608與像素電極1606的配置係如圖3所示。在圖3中，不透光圖案1608是一個網格圖案，其包括二條X方向的金屬導線DX1及DX2以及二條Y方向的金屬導線DY1及DY2圍繞形成孔洞1610。金屬導線DX1及DX2相互平行，並且形成在兩行像素電極1606之間。金屬導線DY1及DY2相互平行，並且形成在兩列像素電極1606之間。在此實施例中，金屬導線段DX1、DX2、DY1及DY2與像素電極1606位於同一導電層。在其他實施例中，顯示部16更包括一層以上的導電層，金屬導線段DX1、DX2可以位於同一導電層，金屬導線段DY1及DY2可以位於另一導電層。
圖4是一俯視的示意圖，用以說明觸控感測器20的配置。在此實施例中，觸控感測器20是以金屬網格(metal mesh)製作，具有多個開口2004。開口2004的尺寸至少大於一個像素電極1606，並且，開口2004在Z方向上與至少一個像素電極1606重壘。在圖4中，觸控感測器20包括X方向的兩金屬導線TX1與TX2，以及Y方向的金屬導線TY1與TY2。在Z方向上，觸控感測器20不與像素電極1606重疊。觸控感測器20包括多個孔洞2002。孔洞2002是位於兩不同方向的金屬導線的交會處，位於孔洞1610的上方。光學感測器14及孔洞1610形成在孔洞2002的下方。
本發明的指紋感測裝置10利用觸控感測器20及不透光圖案1608形成準直器來限縮可以進入光學感測器14的光線角度。使得除了光學感測器14正上方的指紋所反射的光線L1之外，其他位置的指紋所反射的光線L2及L3幾乎無法進入光學感測器14(如圖1所示)。因此，本發明可以提高光學感測器14所產生的指紋影像的正確性。形成孔洞1610可以是在製作顯示部的過程中一併形成。舉例來說，在形成像素電極1606的同個製程中，形成具有孔洞1610的不透光圖案1608。孔洞2002可以是在製作觸控感測器20時一併形成。因此，本發明的指紋感測裝置10無需額外製程來形成用於光學感測器14的準直器。如此一來，可攜式電子裝置具有指紋感測的功能，但不會增加厚度。
圖1中孔洞1610及2002的大小及形狀是可以改變的，例如圖5所示的本發明指紋感測裝置10的第二實施例，其中孔洞1610及2002的大小與光學感測器14相同，而且孔洞1610及2002與光學感測器14在Z方向上完全重疊。
圖6顯示本發明指紋感測裝置10的第三實施例，其與圖1的指紋感測裝置10的差異在於，圖6的介電層1602在孔洞1610的下方具有一凹陷1612。該凹陷1612與孔洞1610及光學感測器14在Z方向上至少部分重疊。介電層1602的折射率小於介電層1604的折射率，因此凹陷1612的區域可視為一可折射光線的透鏡，避免不想要的光線L4進入光學感測器14。
圖7顯示本發明指紋感測裝置10的第四實施例，其與圖1的指紋感測裝置10的差異在於，圖7的不透光圖案1608在孔洞1610的外側具有斜面1614用以反射光線，避免不想要的光線L5進入光學感測器14。形成斜面1614的方式係在介電層1604上先形成一道溝，然後再沈積金屬材料在該溝中。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由之後的申請專利範圍及其均等來決定。
10:指紋感測裝置 12:基板 14:光學感測器 16:顯示部 1602:介電層 1604:介電層 1606:像素電極 1608:不透光圖案 1609:導線 1610:孔洞 1612:凹陷 1614:斜面 18:覆蓋層 20:觸控感測器 2002:孔洞 2004:開口
圖1顯示本發明指紋感測裝置的第一實施例。 圖2顯示圖1中不透光圖案與多個像素電極的俯視圖。 圖3顯示圖1中不透光圖案與多個像素電極的另一實施例。 圖4顯示圖1中觸控感測器的俯視圖。 圖5顯示本發明指紋感測裝置的第二實施例。 圖6顯示本發明指紋感測裝置的第三實施例。 圖7顯示本發明指紋感測裝置的第四實施例。
10:指紋感測裝置
12:基板
14:光學感測器
16:顯示部
1602:介電層
1604:介電層
1606:像素電極
1608:不透光圖案
1610:孔洞
18:覆蓋層
20:觸控感測器
2002:孔洞

Claims (12)

  1. 一種指紋感測裝置，包括： 一顯示部，包含一不透光圖案，該不透光圖案包含一第一孔洞，其中該第一孔洞供光線通過該顯示部； 一覆蓋層，覆蓋該顯示部； 一觸控感測器，在該覆蓋層上方，包含一第二孔洞，其中該第二孔洞供光線通過該觸控感測器；以及 一光學感測器，設置在該顯示部下方，用以感測指紋； 其中，該顯示部、該覆蓋層與該觸控感測器沿著一第一方向堆疊，且該第一孔洞、該第二孔洞及該光學感測器在該第一方向上至少部分重疊。
  2. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該顯示部為OLED顯示器。
  3. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該顯示部包括多個像素電極，該不透光圖案與該多個像素電極形成於同一層。
  4. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該不透光圖案包括一金屬導線具有該第一孔洞。
  5. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該不透光圖案包括多條不同方向金屬導線圍繞出該第一孔洞。
  6. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該顯示部包括： 一第一介電層，其上表面形成該不透光圖案，該第一介電層具有一凹陷，該凹陷與該第一孔洞在該第一方向上至少部分重疊；以及 一第二介電層，覆蓋該不透光圖案； 其中，該第一介電層的折射率小於該第二介電層的折射率。
  7. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該不透光圖案於該孔洞的外側具有一斜面供反射光線。
  8. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該觸控感測器為一金屬網格。
  9. 如請求項8之指紋感測裝置，其中該第一孔洞形成在該金屬網格的二金屬導線交會處。
  10. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該第二孔洞的直徑大於該第一孔洞的直徑。
  11. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該第一孔洞的直徑為5~15um，該第二孔洞的直徑為5~15um。
  12. 如請求項1之指紋感測裝置，其中該第一孔洞與該第二孔洞之間的距離為5~20um。
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