TWM602226U - 指紋感測模組及電子裝置 - Google Patents

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TWM602226U
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黃郁湘
范成至
鄭裕國
周正三
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神盾股份有限公司
鄭裕國
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Abstract

一種指紋感測模組，適於接收感測光束。指紋感測模組包括感測元件、透光層、微透鏡層以及第一遮光層。透光層配置於感測元件上。微透鏡層配置於透光層上。第一遮光層配置於透光層中，包括多個陣列排列的第一開口，其中第一開口在奇數列的位置相同，第一開口在偶數列的位置相同，且第一開口在奇數列的位置不同於第一開口在偶數列的位置。感測光束包括多個第一光束以及多個第二光束。第一光束以第一傳遞方向入射至感測單元的至少一部份，且第二光束以第二傳遞方向入射至感測單元的另外至少一部份，第一傳遞方向與第二傳遞方向不同。

Description

指紋感測模組及電子裝置
本新型創作是有關於一種感測模組，且特別是有關於一種指紋感測模組與電子裝置。
隨著可攜式電子裝置（例如智慧型手機或平板電腦）朝向大屏佔比或全面屏發展，傳統位於螢幕旁的電容式指紋感測模組無法再配置於電子裝置的正面。於是，配置於電子裝置側面或背面的電容式指紋感測模組的方案便被採用。然而，放置於側面或背面的電容式指紋感測模組在使用上有其不便之處，所以近來發展出放置於螢幕下方的方案的光學式指紋感測模組。
一般而言，指紋感測模組的感測面積與指紋感測模組本身的尺寸成正比。在一些做法中，為了增加指紋感測模組的感測面積，會將指紋感測模組設計成適於接收傾斜入射之光線，以增加指紋感測模組的感測面積。然而，此種作法需針對指紋感測模組中的不同畫素依據不同位置而設計角度，進而形成漸變式的結構。因此，此種作法將增加製作難易度，且由於通過每個畫素的光路不同，故不同位置的畫素的感測光之間會產生光程差，進而造成感測影像失真。
本新型創作提供一種指紋感測模組及電子裝置，可增加感測面積，且具有良好的光學感測品質。
本新型創作提供一種指紋感測模組，適於接收感測光束。指紋感測模組包括感測元件、透光層、微透鏡層以及第一遮光層。透光層配置於感測元件上。微透鏡層配置於透光層上。第一遮光層配置於透光層中，包括多個陣列排列的第一開口，其中第一開口在奇數列的位置相同，第一開口在偶數列的位置相同，且第一開口在奇數列的位置不同於第一開口在偶數列的位置。感測光束包括多個第一光束以及多個第二光束。第一光束以第一傳遞方向入射至感測單元的至少一部份，且第二光束以第二傳遞方向入射至感測單元的另外至少一部份，第一傳遞方向與第二傳遞方向不同。
本新型創作提供一種指紋感測模組，適於接收一感測光束，包括一感測元件、一透光層、一微透鏡層以及一第一遮光層。感測元件包括陣列排列的多個感測單元。透光層配置於感測元件上。微透鏡層配置於透光層上，包括陣列排列的多個微透鏡。第一遮光層配置於透光層中，包括多個陣列排列的第一開口，其中第一開口在奇數列的位置相同，第一開口在偶數列的位置相同，且第一開口在奇數列的位置不同於第一開口在偶數列的位置。感測光束包括多個第一光束以及多個第二光束，第一光束以一第一傳遞方向入射至感測單元的至少一部份，且第二光束以一第二傳遞方向入射至感測單元的另外至少一部份。第一傳遞方向與第二傳遞方向不同。
本新型創作另外提供一種電子裝置，包括一顯示面板以及一指紋感測模組。顯示面板適於提供一照明光束至一手指以反射出一感測光束。指紋感測模組配置於顯示面板下方，適於感測由手指所反射的感測光束。指紋感測模組包括一感測元件、一透光層、一微透鏡層以及一第一遮光層。感測元件包括陣列排列的多個感測單元。透光層配置於感測元件上。微透鏡層配置於透光層上，包括陣列排列的多個微透鏡。第一遮光層配置於透光層中，包括多個陣列排列的第一開口，其中第一開口在奇數列的位置相同，第一開口在偶數列的位置相同，且第一開口在奇數列的位置不同於第一開口在偶數列的位置。感測光束包括多個第一光束以及多個第二光束，第一光束以一第一傳遞方向入射至感測單元的至少一部份，且第二光束以一第二傳遞方向入射至感測單元的另外至少一部份，第一傳遞方向與第二傳遞方向不同。
基於上述，在本新型創作的指紋感測模組及電子裝置中，配置於透光層中的第一遮光層包括多個第一開口，且位在奇數列的這第一開口的位置不同於位在偶數列的第一開口的位置。因此，可使得感測光束的其中一部份以第一傳遞方向入射至感測元件，而感測光束的另外其中一部份以第二傳遞方向入射至感測元件。如此一來，可同時增加感測面積、降低製作難易度，且避免產生光程差以提升良好的光學感測品質。
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1為本新型創作一實施例的電子裝置的示意圖。請參照圖1。本實施例提供一種電子裝置10，適於藉由發出感測一手指20的生物資訊，例如是指紋。電子裝置10包括一顯示面板50以及一指紋感測模組100。顯示面板50適於提供一照明光束L1至一手指20以反射出一感測光束L2。顯示面板50例如為有機發光二極體（organic light-emitting diode, OLED）顯示面板。然而，在其他實施例中，顯示面板50亦可以是液晶顯示面板或其他適當的顯示面板。
指紋感測模組100配置於顯示面板50下方，適於感測由手指20所反射的感測光束L2。換句話說，即感測光束L2帶有指紋信號。具體而言，使用者可將手指20放置於顯示面板50的指紋感測區域52上，經由手指20反射出的感測光束L2穿透顯示面板50傳遞至指紋感測模組100。在本實施例中，顯示面板50例如為透明顯示面板。然而，在其他實施例中，顯示面板50亦可以是在指紋感測模組100上方的區域具有透光開口的顯示面板。電子裝置10例如為手機、平板電腦、筆記型電腦或其他適當的電子裝置。
圖2為圖1的電子裝置的A區域的放大示意圖。請同時參照圖1及圖2。指紋感測模組100包括一感測元件110、一透光層120、一微透鏡層130以及一第一遮光層140。感測元件110包括陣列排列的多個感測單元112。在本實施例中，感測元件110例如是互補式金氧半導體（complementary metal oxide semiconductor, CMOS）或電荷耦合元件（charge coupled device, CCD）等光感測器，而感測單元112則為光感測器中的感測畫素。感測元件110的感測單元112適於接收感測光束L2以轉換成電訊號。透光層120配置於感測元件110上，適於讓感測光束L2傳遞通過。此外，藉由製程的進行，可在製作透光層120時配置其他結構在未完成的透光層120中，以使所配置的結構能固定於透光層120中的特定高度或位置，例如是後述說明的遮光層、濾光層或其他種類結構，本新型創作並不限於此。微透鏡層130配置於透光層120上，包括陣列排列的多個微透鏡132。在本實施例中，微透鏡132的中心線與感測單元112的中心線對齊，但本新型創作亦不限於此。
圖3為本新型創作一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖4A及圖4B分別為圖3的指紋感測模組沿B-B’線及C-C’線的剖面示意圖。請同時參考圖3至圖4B。第一遮光層140配置於透光層120中，包括多個陣列排列的第一開口O1。其中，奇數列E1的第一開口O1的位置朝對應的感測單元112其中一側偏移，例如為圖3中朝左方偏移，而偶數列E2的第一開口O1的位置朝對應的感測單元112其中另一側偏移，例如為圖3中朝右方偏移。因此，奇數列E1的第一開口O1的位置與偶數列E2的第一開口O1分別朝對應的感測單元112的不同方向偏移。具體而言，在本實施例中，位在奇數列E1的第一開口O1的位置與對應的感測單元112錯位，如圖3及圖4A所繪示。以使得感測光束L2的一部份以一傾斜角度（例如是由左向右傾斜）入射至對應的感測單元112。另一方面，位在偶數列E2的第一開口O1的位置同樣地也與對應的感測單元112錯位，如圖3及圖4B所繪示。以使得以另一傾斜角度（例如，由右向左傾斜）入射的感測光束L2入射至對應的感測單元112。
換句話說，感測光束L2包括多個第一光束L21以及多個第二光束L22，第一光束L21以一第一傳遞方向D1入射至至少一部份的感測單元112，第二光束L22以一第二傳遞方向D2入射至另外一部份的感測單元112，第一傳遞方向D1與第二傳遞方向D2不同。詳細而言，第一傳遞方向D1在水平面上的方向與第二傳遞方向D2在水平面上的方向相反。此外，奇數列E1的每一個第一開口O1的間距彼此相同，偶數列E2的每一個第一開口O1 的間距彼此相同，且奇數列E1的第一開口O1間距相同於偶數列E2的第一開口O1間距，且奇數列E1與偶數列E2的第一開口O1的位置彼此錯位。
圖5為圖3的指紋感測模組的感測面積示意圖。請參考圖1及圖5。如此一來，藉由上述第一遮光層140中奇數列E1的第一開口O1與偶數列E2的第一開口O1的錯位設計，能使得感測元件110可接收斜向的入射感測光束L2。換句話說，指紋感測區域52的面積可被允許設計為大於指紋感測模組100投影在顯示面板50的顯示表面上的面積，如圖5所繪示的指紋感測區域52面積大小與指紋感測模組100的面積大小。在較佳的實施例中，第一傳遞方向D1與第二傳遞方向D2與垂直方向夾約35度角，可增幅指紋感測區域52的寬度D（例如，達到約800微米），如圖1及圖5所標示。相較於一般漸進式的傾斜設計，本實施例的第一開口O1的間距為等距，故可降低製作難易度，同時，也可使不同部份感測光束L2的光程維持相同，進而避免產生光程差，故可維持良好光學感測效果。
請繼續參考圖2。值得一提的是，本實施例指紋感測模組100的最大感測範圍，可藉由結構的尺寸設計進行調整。詳細而言，本實施例的指紋感測模組100符合下列公式(1)、(2)：
Figure 02_image001
………(1)；
Figure 02_image003
……………(2)。 其中， X為指紋感測模組100中單一畫素寬度X或相鄰兩微透鏡132的節距（pitch）（例如是一個微透鏡132的中心點至另一個微透鏡132的中心點的距離）； ΔX為指紋感測模組100中單一畫素寬度X與微透鏡132的寬度Y的差； H為微透鏡層130底面至第二遮光層150底面的距離H； h為感測元件110至第一遮光層140的距離h； P為第一遮光層140的第一開口O1的寬度P； θ為感測光束L2的中央入射角度θ； 因此，由上述公式可知，在不同的情境中，可調整單一畫素寬度X與距離H以改變感測光束L2的中央入射角度θ。第一開口O1的寬度P設計在符合公式(1)下+/-5μm的範為內都是可以接受之合理範圍。換句話說，即表示
Figure 02_image005
5μm。
補充說明的是，於圖2中還顯示了感測光束L2中入射單一微透鏡132相對兩邊緣的第一臨界光束L31以及第二臨界光束L32。本實施例也可藉由第一臨界光束L31以及第二臨界光束L32傳遞進入透光層120產生折射路徑從而獲得其他結構的設計參數。第一臨界光束L31以及第二臨界光束L32傳遞進入透光層120所產生折射與其他結構參數的相關公式參考如下(3)、(4)：
Figure 02_image007
………(3)；
Figure 02_image009
………(4)。
除此之外，在本實施例中，指紋感測模組100還可包括一第二遮光層150，包括陣列排列的多個第二開口O2，配置於感測元件110之上表面。而第二開口O2分別暴露感測單元112的一部份。另外，指紋感測模組100還可包括一濾光層160，配置於透光層120中。濾光層160例如為紅外光截止濾光片。然而，在其他實施例中，濾光層160亦可以是過濾其他可見光波段或不可見光波段的濾光片。
圖6為本新型創作另一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。請參考圖6。本實施例的指紋感測模組100A類似於圖3所顯示的指紋感測模組100。兩者不同之處在於，在本實施例中，在奇數列E1及奇數行F1中的第一開口O1位於對應的感測單元112的一第一位置，例如為圖6中朝左方偏移。在奇數列E1及偶數行F2中的第一開口O1位於對應的感測單元112的一第二位置，例如為圖6中朝上方偏移。在偶數列E2及奇數行F1中的第一開口O1位於對應的感測單元112的一第三位置，例如為圖6中朝下方偏移。在偶數列E2及偶數行F2中的第一開口O1位於對應的感測單元112的一第四位置，例如為圖6中朝右方偏移。換句話說，上述位於對應的感測單元112的第一位置、第二位置、第三位置以及第四位置的第一開口O1分別朝其對應的感測單元112的不同方向偏移。
具體而言，在本實施例中，位在第一位置的第一開口O1適於讓由左向右傾斜入射的感測光束L2入射至感測單元112。另一方面，位在第二位置的第一開口O1適於讓由上向下傾斜入射的感測光束L2傾斜入射至感測單元112。依此類推，位在第三位置的第一開口O1適於讓由下向上傾斜入射的感測光束L2傾斜入射至感測單元112。另一方面，位在第四位置的第一開口O1適於讓由右向左傾斜入射的感測光束L2入射至感測單元112。
換句話說，本實施例的第一開口O1以2 x 2陣列為一單位重複排列。相較於圖3實施例中的指紋感測模組100，本實施例的感測光束L2還可依據入射方向包括多個第三光束以及多個第四光束，而第三光束以第三傳遞方向入射至感測單元，且第四光束以第四傳遞方向入射至感測單元。其中，第三傳遞方向在水平面上的方向與第四傳遞方向在水平面上的方向相反，且第三傳遞方向在水平面上的方向及第四傳遞方向在水平面上的方向垂直於第一傳遞方向在水平面上的方向與第二傳遞方向在水平面上的方向。
圖7為圖6的指紋感測模組的感測面積示意圖。請參考圖7。如此一來，藉由上述第一遮光層140的第一開口O1的四個位置的錯位設計，能使得感測元件110可接收斜向的入射感測光束L2。換句話說，指紋感測區域52的面積可被允許設計為大於指紋感測模組100A投影在顯示面板50（見如圖1）的顯示表面上的面積，如圖7所繪示的指紋感測區域52。在較佳的實施例中，第一傳遞方向至第四傳遞方向與垂直方向夾約35度角，可使指紋感測區域52的增幅寬度D達到約800微米，如圖7所標示。此外，相較於一般漸進式的傾斜設計，本實施例的第一開口O1的間距皆設計為等距，故可降低製作難易度，同時，也可使不同部份感測光束L2的光程維持相同，進而避免產生光程差，故可維持良好光學感測效果。
綜上所述，在本新型創作的指紋感測模組及電子裝置中，配置於透光層中的第一遮光層包括多個第一開口，且位在奇數列的這第一開口的位置不同於位在偶數列的第一開口的位置。因此，可使得感測光束的其中一部份以第一傳遞方向入射至感測元件，而感測光束的另外其中一部份以第二傳遞方向入射至感測元件。如此一來，可同時增加感測面積、降低製作難易度，且避免產生光程差以提升良好的光學感測品質。
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:電子裝置 20:手指 50:顯示面板 52:指紋感測區域 100、100A:指紋感測模組 110:感測元件 112:感測單元 120:透光層 130:微透鏡層 132:微透鏡 140:第一遮光層 150:第二遮光層 160:濾光層 D、P、X、Y:寬度 D1:第一傳遞方向 D2:第二傳遞方向 E1:奇數列 E2:偶數列 F1:奇數行 F2:偶數行 H、h:距離 L1:照明光束 L2:感測光束 L21:第一光束 L22:第二光束 L31:第一臨界光束 L32:第二臨界光束 O1:第一開口 O2:第二開口 θ:入射角度 θ1,θ2:角度
圖1為本新型創作一實施例的電子裝置的示意圖。 圖2為圖1的電子裝置的A區域的放大示意圖。 圖3為本新型創作一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。 圖4A及圖4B分別為圖3的指紋感測模組沿B-B’線及C-C’線的剖面示意圖。 圖5為圖3的指紋感測模組的感測面積示意圖。 圖6為本新型創作另一實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。 圖7為圖6的指紋感測模組的感測面積示意圖。
100:指紋感測模組
110:感測元件
112:感測單元
120:透光層
130:微透鏡層
132:微透鏡
140:第一遮光層
150:第二遮光層
160:濾光層
P、X、Y:寬度
D2:第二傳遞方向
H、h:距離
L2:感測光束
L31:第一臨界光束
L32:第二臨界光束
O1:第一開口
O2:第二開口
θ:入射角度
θ1,θ2:角度

Claims (20)

  1. 一種指紋感測模組，適於接收一感測光束，包括： 一感測元件，包括陣列排列的多個感測單元； 一透光層，配置於該感測元件上； 一微透鏡層，配置於該透光層上，包括陣列排列的多個微透鏡；以及 一第一遮光層，配置於該透光層中，包括多個陣列排列的第一開口，其中該些第一開口在奇數列的位置相同，該些第一開口在偶數列的位置相同，且該些第一開口在奇數列的位置不同於該些第一開口在偶數列的位置，該感測光束包括多個第一光束以及多個第二光束，該些第一光束以一第一傳遞方向入射至該些感測單元的至少一部份，且該些第二光束以一第二傳遞方向入射至該些感測單元的另外至少一部份，該第一傳遞方向與該第二傳遞方向不同。
  2. 如請求項1所述的指紋感測模組，其中該第一傳遞方向在水平面上的方向與該第二傳遞方向在水平面上的方向相反。
  3. 如請求項1所述的指紋感測模組，其中該感測光束還包括多個第三光束以及多個第四光束，該些第三光束以一第三傳遞方向入射至該些感測單元的另外至少一部份，且該些第四光束以一第四傳遞方向入射至該些感測單元的另外至少一部份。
  4. 如請求項3所述的指紋感測模組，其中該第三傳遞方向在水平面上的方向與該第四傳遞方向在水平面上的方向相反，且該第三傳遞方向在水平面上的方向及該第四傳遞方向在水平面上的方向垂直於該第一傳遞方向在水平面上的方向與該第二傳遞方向在水平面上的方向。
  5. 如請求項1所述的指紋感測模組，其中該些第一開口在奇數列的間距彼此相同，該些第一開口在偶數列的間距彼此相同，該些第一開口在奇數列的間距相同於該些第一開口在偶數列的間距，且該些第一開口在奇數列的位置錯位於該些第一開口在偶數列的位置。
  6. 如請求項1所述的指紋感測模組，其中該些第一開口在奇數列中奇數行位於一第一位置，該些第一開口在奇數列中偶數行位於一第二位置，該些第一開口在偶數列中奇數行位於一第三位置，該些第一開口在偶數列中偶數行位於一第四位置，該些第一位置、該些第二位置、該些第三位置以及該些第四位置彼此不同。
  7. 如請求項1所述的指紋感測模組，其中該些感測單元的位置在垂直方向上對齊於該些微透鏡的位置。
  8. 如請求項1所述的指紋感測模組，包括： 一第二遮光層，包括陣列排列的多個第二開口，配置於該感測元件，該些第二開口分別暴露該些感測單元的至少一部份。
  9. 如請求項1所述的指紋感測模組，包括： 一濾光層，配置於該透光層。
  10. 如請求項1所述的指紋感測模組，其中該指紋感測模組符合：
    Figure 03_image011
    ； 以及
    Figure 03_image003
    ， 其中，X為該指紋感測模組中單一畫素寬度，ΔX為所述指紋感測模組中單一畫素寬度與單一個該些微透鏡的寬度的差，H為該微透鏡層的底面至第二遮光層的底面的距離，h為該感測元件至該第一遮光層的距離，P為該第一遮光層的單一該些第一開口的寬度，θ為該感測光束的中央入射角度。
  11. 一種電子裝置，包括： 一顯示面板，適於提供一照明光束至一手指以反射出一感測光束；以及 一指紋感測模組，配置於該顯示面板下方，適於感測由該手指所反射的該感測光束，該指紋感測模組包括： 一感測元件，包括陣列排列的多個感測單元； 一透光層，配置於該感測元件上； 一微透鏡層，配置於該透光層上，包括陣列排列的多個微透鏡；以及 一第一遮光層，配置於該透光層中，包括多個陣列排列的第一開口，其中該些第一開口在奇數列的位置相同，該些第一開口在偶數列的位置相同，且該些第一開口在奇數列的位置不同於該些第一開口在偶數列的位置，該感測光束包括多個第一光束以及多個第二光束，該些第一光束以一第一傳遞方向入射至該些感測單元的至少一部份，且該些第二光束以一第二傳遞方向入射至該些感測單元的另外至少一部份，該第一傳遞方向與該第二傳遞方向不同。
  12. 如請求項11所述的電子裝置，其中該第一傳遞方向在水平面上的方向與該第二傳遞方向在水平面上的方向相反。
  13. 如請求項11所述的電子裝置，其中該感測光束還包括多個第三光束以及多個第四光束，該些第三光束以一第三傳遞方向入射至該些感測單元的另外至少一部份，且該些第四光束以一第四傳遞方向入射至該些感測單元的另外至少一部份。
  14. 如請求項13所述的電子裝置，其中該第三傳遞方向在水平面上的方向與該第四傳遞方向在水平面上的方向相反，且該第三傳遞方向在水平面上的方向及該第四傳遞方向在水平面上的方向垂直於該第一傳遞方向在水平面上的方向與該第二傳遞方向在水平面上的方向。
  15. 如請求項11所述的電子裝置，其中該些第一開口在奇數列的間距彼此相同，該些第一開口在偶數列的間距彼此相同，該些第一開口在奇數列的間距相同於該些第一開口在偶數列的間距，且該些第一開口在奇數列的位置錯位於該些第一開口在偶數列的位置。
  16. 如請求項11所述的電子裝置，其中該些第一開口在奇數列中奇數行的位於一第一位置，該些第一開口在奇數列中偶數行位於一第二位置，該些第一開口在偶數列中奇數行位於一第三位置，該些第一開口在偶數列中偶數行位於一第四位置，該些第一位置、該些第二位置、該些第三位置以及該些第四位置彼此不同。
  17. 如請求項11所述的電子裝置，其中該些感測單元的位置在垂直方向上對齊於該些微透鏡的位置。
  18. 如請求項11所述的電子裝置，其中該指紋感測模組包括一第二遮光層，該第二遮光層包括陣列排列的多個第二開口，配置於該感測元件，該些第二開口分別暴露該些感測單元的至少一部份。
  19. 如請求項11所述的電子裝置，包括： 一濾光層，配置於該透光層。
  20. 如請求項11所述的電子裝置，其中該指紋感測模組符合：
    Figure 03_image011
    ；以及
    Figure 03_image003
    ， 其中，X為該指紋感測模組中單一畫素寬度，ΔX為所述指紋感測模組中單一畫素寬度與單一個該些微透鏡的寬度的差，H為該微透鏡層的底面至第二遮光層的底面的距離，h為該感測元件至該第一遮光層的距離，P為該第一遮光層的單一該些第一開口的寬度，且θ為該感測光束的中央入射角度。
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