TWM595262U

TWM595262U - 屏下指紋辨識裝置

Info

Publication number: TWM595262U
Application number: TW108217312U
Authority: TW
Inventors: 林哲玄; 蕭嘉源; 葉俊宏; 葉佳明
Original assignee: 敦捷光電股份有限公司
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-05-11

Abstract

一種屏下指紋辨識裝置，適於感測一手指。屏下指紋辨識裝置包括一影像感測模組以及一顯示模組。影像感測模組包括一感測層、一透光層、一第一遮光層、一第二遮光層以及一微透鏡層。感測層包括多個感測畫素。透光層配置於感測層。第一遮光層配置於透光層，具有多個第一開口。第二遮光層配置於透光層，具有多個第二開口。微透鏡層配置於透光層，包括多個微透鏡。顯示模組配置於影像感測模組，其中第一遮光層位於第二遮光層與感測層之間。第二遮光層位於微透鏡層與第一遮光層之間。在垂直方向上，第一開口的位置對齊於第二開口的位置以及至少一部份感測畫素的位置。

Description

屏下指紋辨識裝置

本新型創作是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種屏下指紋辨識裝置。

為了提高顯示器的屏占比，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器配置在電子裝置的顯示螢幕的下方。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螢幕發光以照亮使用者的手指表面。光線可經由使用者的手指反射進入顯示螢幕下方的指紋感測器，並由指紋感測器將反射光線轉換為數位影像信號，即可得到使用者指紋影像。

然而，在目前的發展中，具有屏下指紋感測技術的可攜式電子裝置較厚，堆疊較高。若需保持相鄰畫素間光學互不干涉，通常膜層堆疊的厚度需達到將近200微米。此外，為了減少畫素間光學干涉，製程中的光罩也較難製作。

本新型創作提供一種屏下指紋辨識裝置，可減少體積且避免畫素間光學互相干涉。

本新型創作提供一種屏下指紋辨識裝置，適於感測一手指。屏下指紋辨識裝置包括一影像感測模組以及一顯示模組。影像感測模組包括一感測層、一透光層、一第一遮光層、一第二遮光層以及一微透鏡層。感測層包括多個感測畫素。透光層配置於感測層。第一遮光層配置於透光層，具有多個第一開口。第二遮光層配置於透光層，具有多個第二開口。微透鏡層配置於透光層，包括多個微透鏡。顯示模組配置於影像感測模組，其中第一遮光層位於第二遮光層與感測層之間。第二遮光層位於微透鏡層與第一遮光層之間。在垂直方向上，第一開口的位置對齊於第二開口的位置以及至少一部份感測畫素的位置。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一開口的尺寸相同於第二開口的尺寸。

在本新型創作的一實施例中，上述的微透鏡的曲率半徑與微透鏡的曲面頂點至感測畫素的收光面的距離呈正比。

在本新型創作的一實施例中，上述的屏下指紋辨識裝置還包括一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於微透鏡層。微透鏡層位於紅外濾光層與透光層之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的屏下指紋辨識裝置還包括一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於第二遮光層及透光層上。

在本新型創作的一實施例中，上述的紅外濾光層隔開透光層與第二遮光層。

在本新型創作的一實施例中，上述的部份紅外濾光層位於第二開口中。

在本新型創作的一實施例中，上述的屏下指紋辨識裝置還包括一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於第一遮光層。

在本新型創作的一實施例中，上述的紅外濾光層隔開感測層與第一遮光層。

在本新型創作的一實施例中，上述的部份紅外濾光層位於第一開口中。

在本新型創作的一實施例中，上述的透光層包括一第一透光層及一第二透光層。

在本新型創作的一實施例中，上述的屏下指紋辨識裝置還包括一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於第一透光層與第二透光層之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的紅外濾光層隔開第一透光層與第一遮光層。

基於上述，在本新型創作的屏下指紋辨識裝置中，影像感測模組配置於顯示模組下方，且影像感測模組包括在垂直方向上第一開口的位置對齊於第二開口的位置的第一遮光層及第二遮光層。因此使用者手指所反射感測光可通過微透鏡層產生聚焦作用，並藉由第二遮光層及第一遮光層傳遞至不同位置的感測畫素。如此一來，可有效減少體積，並且避免畫素間光學互相干涉。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為本新型創作一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖1A。本實施例提供一種屏下指紋辨識裝置50，適於感測一手指10。屏下指紋辨識裝置50包括一影像感測模組100以及一顯示模組200，其中顯示模組200配置於影像感測模組100的上方。因此，在進行屏下指紋辨識時，使用者可將手指10放置於顯示模組200上，並藉由位於顯示模組200下方的影像感測模組10接收手指10所反射感測光以進行指紋辨識。感測光可由顯示模組200或額外配置的光源提供，本新型創作並不限於此。

詳細而言，顯示模組200例如是有機發光二極體（organic light-emitting diode，OLED）顯示面板、發光二極體（light-emitting diode，LED）顯示面板、微發光二極體（micro light-emitting diode，Micro LED）顯示面板或次毫米發光二極體（mini light-emitting diode，Mini LED）顯示面板，但本新型創作並不限於此。

影像感測模組100包括一感測層110、一透光層120、一第一遮光層130、一第二遮光層140以及一微透鏡層150。感測層110包括多個感測畫素P，適於朝向顯示模組200的一側收光。多個感測畫素P可連續或不連續排列，本新型創作並不限於此。

透光層120配置於感測層110，以覆蓋感測層110。透光層120適於讓手指10所反射的感測光通過。透光層120的折射率例如介於1.3至1.8之間，或者是，適於通過透光層120的光波長例如介於380nm至780nm之間，但本新型創作並不限於此。在不同的實施例中，透光層120可依據製程手段而配置為多層，本新型創作並不限於此。在本實施例中，透光層120的厚度可依據對影像品質要求而做調整，將由後續段落中詳細說明。

第一遮光層130配置於透光層120，具有多個第一開口N1。而第二遮光層140也同樣配置於透光層120，且具有多個第二開口N2。第一遮光層130位於第二遮光層140與感測層110之間，且在垂直方向上，第一遮光層130的第一開口N1的位置對齊於第二遮光層140的第二開口N2的位置以及至少一部份感測畫素P的位置。舉例而言，在本實施例中，每一第一開口N1的位置即分別對齊每一第二開口N2的位置，且同時分別對齊每一感測畫素P的位置。但在不同的實施例中，每一第一開口N1的位置可對齊於每多個感測畫素P的位置。此外，第一開口N1的尺寸相同於第二開口N2的尺寸。但在一些實施例中，第二開口N2的尺寸可略大於第一開口N1的尺寸，本新型創作亦不限於此。第一開口N1的直徑越小則影像品質越好，例如是介於1微米至50微米之間。第一遮光層130及第二遮光層140例如為黑色材料，且以貼附或鍍膜方式形成於其他構件的表面。

微透鏡層150配置於透光層120上以覆蓋透光層120。微透鏡層150由多個微透鏡M排列所組成，且在本實施例中，每一微透鏡M對齊於不同的第一開口N1。在不同的實施例中，根據微透鏡M的高與寬設計，相鄰微透鏡M間可為相連或不相連，本新型創作並不限於此。在本實施例中，第二遮光層140位於透光層120與微透鏡層150之間，且透光層120位於第一遮光層130與第二遮光層140之間。換句話說，由感測層110朝向顯示模組200的一側依序為感測層110、第一遮光層130、透光層120、第二遮光層140以及微透鏡層150。因此，手指10所反射感測光可通過微透鏡層150產生聚焦作用，並藉由第二遮光層140及第一遮光層130傳遞至不同位置的感測畫素P。如此一來，可有效減少體積，並且避免畫素間光學互相干涉。

值得一提的是，在本實施例中，相鄰感測畫素P的間距可依據指紋波峰的尺寸進一步設計。舉例而言，由奈奎斯特－夏農取樣定理（Nyquist-Shannon sampling theorem）可知，取樣空間頻率必須為至少兩倍以上於被取樣空間信號。換句話說，在本實施例中，可依據指紋波峰的間距週期（約介於0.1毫米至0.3毫米0.3之間）而計算出適當的感測畫素P間距週期可為5微米至150微米之間。舉例而言，在本實施例中，感測畫素P間距週期為25微米。因此，在本實施例中，第一遮光層130的第一開口N1、第二遮光層140的第二開口N2，以及微透鏡層150的微透鏡M的間距週期也同為25微米，但本新型創作並不限於此。

圖1B為圖1A的屏下指紋辨識裝置中A區域的放大示意圖。請參考圖1B。另一方面，在本實施例中，微透鏡M的曲率半徑R與微透鏡M的曲面頂點至感測畫素P收光面的距離D的相對關係可用下列公式（1）表示：

----------------------------------------　（1）其中， R _M為微透鏡M的曲率半徑R； T為微透鏡M的曲面頂點至感測畫素P收光面的距離D； n為微透鏡M的折射率。

換句話說，微透鏡M的曲率半徑R與微透鏡M的曲面頂點至感測畫素P收光面的距離D呈正比，並且，微透鏡M的曲面頂點至感測畫素P收光面的距離D可藉由設計透光層120的厚度加以調整。在一些實施例中，根據對影像品質的不同要求，距離D可設計介於理論長度乘上正負50%，本新型創作並不限於此。

圖2為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖2。本實施例的影像感測模組100A類似於圖1所顯示的影像感測模組100。兩者不同之處在於，在本實施例中，影像感測模組100A還包括一紅外濾光層160，適於吸收紅外光，形成於微透鏡層150，而微透鏡層150位於紅外濾光層160與透光層120之間。詳細而言，紅外濾光層160以鍍膜方式形成於微透鏡層150中每個微透鏡M的彎曲表面上。如此一來，影像感測模組100A可進一步減少環境中紅外光的影響，進而提升屏下指紋辨識裝置50的感測光學品質。

圖3為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖3。本實施例的影像感測模組100B類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，形成第二遮光層140之後，將透光層120填充於第二遮光層140的第二開口N2中。換句話說，透光層120的頂面與第二遮光層140切齊。因此，可簡化配置透光層120的製程。詳細而言，在本實施例中，微透鏡M的曲面頂點至第二遮光層140的底面的距離約為4.7微米，且第二遮光層140的底面至感測層110頂面的距離約為30微米。

圖4為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖4。本實施例的影像感測模組100C類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，第一遮光層130A的第一開口N1A的直徑小於圖2所顯示的第一遮光層130的第一開口N1的直徑，且第二遮光層140A的第二開口N2A的直徑小於圖2所顯示的第二遮光層140的第一開口N2的直徑。因此，可進一步減少相鄰畫素間的光學干涉，進而提升屏下指紋辨識裝置的感測光學品質。此外，遮光層開口的直徑的設計也可適配於不同解析度的感測元件（即感測層110中感測畫素P的尺寸或排列密度）中，進而使不同解析度的感測元件皆能感測適當的感測目標。

圖5為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖5。本實施例的影像感測模組100D類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，在形成透光層120之後，將紅外濾光層160A形成透光層120上。換句話說，即紅外濾光層160A隔開透光層120與第二遮光層140。因此，可進一步提升紅外濾光層160A的平坦度，進而簡化紅外濾光層160A的製程，且使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。

圖6為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖6。本實施例的影像感測模組100E類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，在形成第二遮光層140之後，將紅外濾光層160B形成第二遮光層140及透光層120上。換句話說，即部份紅外濾光層160B位於第二開口N2中。因此，可進一步提升紅外濾光層160B的平坦度，進而簡化紅外濾光層160B的製程，且使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。

圖7為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖7。本實施例的影像感測模組100F類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，透光層120A包括一第一透光層122及一第二透光層124，且紅外濾光層160C形成於第一透光層122及第二透光層124之間。換句話說，即紅外濾光層160C與第一遮光層120及第二遮光層140具有間隔。因此，可進一步提升紅外濾光層160C的平坦度，進而簡化紅外濾光層160C的製程，且使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。

圖8為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖8。本實施例的影像感測模組100G類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，在形成第一遮光層130之後，將紅外濾光層160B形成第一遮光層130及感測層110上。換句話說，即部份紅外濾光層160B位於第一開口N1中。因此，可進一步提升紅外濾光層160B的平坦度，進而簡化紅外濾光層160B的製程，且使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。

圖9為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖9。本實施例的影像感測模組100H類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，將紅外濾光層160A形成在感測層110上。換句話說，即紅外濾光層160A隔開感測層110與第一遮光層130。因此，可進一步提升紅外濾光層160A的平坦度，進而簡化紅外濾光層160A的製程，且使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。此外，在本實施例中，由於感測層110與紅外濾光層160A的材料皆為無機材料，故在製程上，紅外濾光層160A可以高溫方式鍍膜在感測層110上，進而提升鍍膜品質。

圖10為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖10。本實施例的影像感測模組100I類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，透光層120A包括一第一透光層122及一第二透光層124，且紅外濾光層160A形成於第一透光層122上。換句話說，即紅外濾光層160A隔開第一透光層122與第二透光層124。因此，可進一步提升紅外濾光層160A的平坦度，進而簡化紅外濾光層160A的製程，且使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。此外，在一些實施例中，感測層110的表面不一定為平坦表面，故先形成第一透光層122以作為平坦層將有助於提升紅外濾光層160A的平坦度。

圖11為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖11。本實施例的影像感測模組100J類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，透光層120A包括一第一透光層122及一第二透光層124，且紅外濾光層160B形成於第一遮光層130上。換句話說，即部份紅外濾光層160B位於第一開口N1中。因此，可進一步提升紅外濾光層160B的平坦度，進而簡化紅外濾光層160B的製程，且使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。

圖12為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖12。本實施例的影像感測模組100K類似於圖2所顯示的影像感測模組100A。兩者不同之處在於，在本實施例中，透光層120A包括一第一透光層122及一第二透光層124，且第二遮光層140形成於第一透光層122與第二透光層124之間。因此，可進一步使得使用者在使用屏下指紋辨識裝置時有較佳的視覺外觀效果。

圖13為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖14為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖15為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。請參考圖13至圖15。圖13至圖15的實施例的影像感測模組100L、100M、100N類似於圖12所顯示的影像感測模組100K。不同之處在於，在圖13至圖15的實施例中，在垂直方向上，影像感測模組100L、100M、100N的第一開口N1的位置錯位於第二開口N2的位置以及至少一部份感測畫素的位置。換句話說，第一遮光層130的第一開口N1可不對齊於第二遮光層140的第二開口N2。因此，影像感測模組100L、100M、100N可適於讓光線斜向進入。如此一來，影像感測模組100A可進一步減少環境中紅外光的影響，進而提升屏下指紋辨識裝置50的感測光學品質。

綜上所述，在本新型創作的屏下指紋辨識裝置中，影像感測模組配置於顯示模組下方，且影像感測模組包括在垂直方向上第一開口的位置對齊於第二開口的位置的第一遮光層及第二遮光層。因此使用者手指所反射感測光可通過微透鏡層產生聚焦作用，並藉由第二遮光層及第一遮光層傳遞至不同位置的感測畫素。如此一來，可有效減少體積，並且避免畫素間光學互相干涉。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:手指 50:屏下指紋辨識裝置 100~100N:影像感測模組 110:感測層 120、120A:透光層 122:第一透光層 124:第二透光層 130、130A:第一遮光層 140、140A:第二遮光層 150:微透鏡層 160、160A、160B、160C:紅外濾光層 200:顯示模組. D:距離 N1:第一開口 N2:第二開口 M:微透鏡 P:感測畫素 R:曲率半徑

圖1A為本新型創作一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖1B為圖1A的屏下指紋辨識裝置中A區域的放大示意圖。圖2為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖3為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖4為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖5為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖6為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖7為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖8為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖9為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖10為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖11為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖12為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖13為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖14為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。圖15為本新型創作另一實施例的屏下指紋辨識裝置的剖面示意圖。

10:手指

50:屏下指紋辨識裝置

100:影像感測模組

110:感測層

120:透光層

130:第一遮光層

140:第二遮光層

150:微透鏡層

200:顯示模組

N1:第一開口

N2:第二開口

M:微透鏡

P:感測畫素

Claims

一種屏下指紋辨識裝置，適於感測一手指，包括：一影像感測模組，包括：一感測層，包括多個感測畫素；一透光層，配置於該感測層；一第一遮光層，配置於該透光層，具有多個第一開口；一第二遮光層，配置於該透光層，具有多個第二開口；以及一微透鏡層，配置於該透光層，包括多個微透鏡；以及一顯示模組，配置於該影像感測模組，其中該第一遮光層位於該第二遮光層與該感測層之間，該第二遮光層位於該微透鏡層與該第一遮光層之間，且在垂直方向上，該些第一開口的位置對齊或錯位於該些第二開口的位置以及至少一部份該些感測畫素的位置。
如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識裝置，其中該些第一開口的尺寸可小於或等於該些第二開口的尺寸。
如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識裝置，其中該些微透鏡的曲率半徑與該些微透鏡的曲面頂點至該些感測畫素的收光面的距離呈正比。
如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識裝置，還包括：一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於該微透鏡層，該微透鏡層位於該紅外濾光層與該透光層之間。
如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識裝置，還包括：一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於該第二遮光層及該透光層上。
如申請專利範圍第5項所述的屏下指紋辨識裝置，其中該紅外濾光層隔開該透光層與該第二遮光層。
如申請專利範圍第5項所述的屏下指紋辨識裝置，其中部份該紅外濾光層位於該些第二開口中。
如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識裝置，還包括：一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於該第一遮光層。
如申請專利範圍第8項所述的屏下指紋辨識裝置，其中該紅外濾光層隔開該感測層與該第一遮光層。
如申請專利範圍第8項所述的屏下指紋辨識裝置，其中部份該紅外濾光層位於該些第一開口中。
如申請專利範圍第1項所述的屏下指紋辨識裝置，其中該透光層包括一第一透光層及一第二透光層。
如申請專利範圍第11項所述的屏下指紋辨識裝置，還包括：一紅外濾光層，適於吸收紅外光，形成於該第一透光層與該第二透光層之間。
如申請專利範圍第12項所述的屏下指紋辨識裝置，其中該紅外濾光層隔開該第一透光層與該第一遮光層。
如申請專利範圍第12項所述的屏下指紋辨識裝置，其中部份該紅外濾光層位於該些第一開口中。