CN113553969B

CN113553969B - 指纹感测模块

Info

Publication number: CN113553969B
Application number: CN202110862255.9A
Authority: CN
Inventors: 黄郁涵; 丘兆仟; 吕诗桦
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AUO Corp
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2041-07-29
Also published as: US11308307B2; CN113553969A; US20220050989A1

Abstract

本发明公开一种指纹感测模块，其包括基板、多个感光元件、准直结构层、遮光层、中介层以及多个微透镜。这些感光元件设置于基板上。准直结构层设置于这些感光元件上。遮光层设置在准直结构层上，且具有表面以及自此表面凹陷的多个第一开口。这些第一开口分别重叠于这些感光元件。中介层设置于准直结构层上，且位于遮光层的部分第一开口内。这些微透镜设置于中介层上，且分别重叠于这些第一开口。

Description

指纹感测模块

技术领域

本发明涉及一种光学感测模块，且特别涉及一种指纹感测模块。

背景技术

为了提高显示器的屏占比以实现窄边框的设计，屏下指纹感测技术已成为趋势。简单来说，屏下指纹感测技术乃是将指纹感测模块配置在电子装置的显示面板的下方。在电子装置侦测到使用者接触显示荧幕后，电子装置会控制显示面板发光以照亮使用者的手指表面。感测光线会经由使用者的手指(漫)反射进入显示面板下方的指纹感测模块，并透过多个微透镜及准直结构将反射光线汇聚在感光元件上，以转换为数字图像信号，即可得到使用者指纹图像。

为了避免此类的指纹感测模块因这些微透镜之间的间隔较大而容易接收到大角度入射的杂散光，造成指纹图像模糊。这些微透镜之间可设置遮光层。然而，这些微透镜在此遮光层上的附着力容易因为材料的搭配性不佳而下降，导致这些微透镜在遮光层的表面容易产生剥离而影响整体的生产良率。

发明内容

本发明提供一种具有防伪功能的指纹感测模块，其工艺工序数较少。

本发明提供一种指纹感测模块，其工艺良率较高。

本发明一实施例的指纹感测模块，包括基板、多个感光元件、准直结构层、遮光层、中介层以及多个微透镜。这些感光元件设置于基板上。准直结构层设置于这些感光元件上。遮光层设置在准直结构层上，且具有表面以及自此表面凹陷的多个第一开口。这些第一开口分别重叠于这些感光元件。中介层设置于准直结构层上，且位于遮光层的部分第一开口内。这些微透镜设置于中介层上，且分别重叠于这些第一开口。

本发明一实施例的指纹感测模块，包括基板、多个感光元件、准直结构层、遮光层、中介层以及多个微透镜。这些感光元件设置于基板上。准直结构层设置于这些感光元件上。遮光层设置在准直结构层上，且具有表面以及自此表面凹陷的多个第一开口。这些第一开口分别重叠于这些感光元件。中介层设置于准直结构层上，且覆盖遮光层的所述表面。这些微透镜设置于中介层上，且重叠于这些第一开口和部分中介层。

基于上述，在本发明的一实施例的指纹感测模块中，遮光层具有重叠多个感光元件的多个第一开口。通过在部分的第一开口内设置中介层，可进一步增加多道光线在通过这些第一开口并传递至对应的感光元件后的光学特性(例如光谱分布)差异。据此，可让指纹感测模块具有防伪功能，且其工艺工序数也较一般的色阻防伪结构来得少。在本发明的另一实施例的指纹感测模块中，遮光层位于多个第一开口的表面上设有中介层。通过重叠设置于这些第一开口的多个微透镜延伸至遮光层的所述表面上并接触此中介层，可有效降低这些微透镜发生剥离的风险，从而提升指纹感测模块的生产良率。此外，也可增加遮光层和微透镜的材料选用的自由度。

附图说明

图1是本发明的一实施例的指纹感测模块的俯视示意图；

图2是图1的指纹感测模块的剖视示意图；

图3是图1的中介层与辅助层的折射率对波长的曲线图；

图4是本发明的另一实施例的指纹感测模块的俯视示意图；以及

图5是图4的指纹感测模块的剖视示意图。

符号说明

10、20：指纹感测模块

100：基板

110：感光元件层

115：感光元件

120：准直结构层

121、123：遮光图案层

121a、123a：开孔

122、124：平坦层

124s、130s、140s：表面

130、130A：辅助层

130a、140a、150a：开口

140：遮光层

150、150A：中介层

160：微透镜

X、Y、Z：方向

A-A’、B-B’：剖线

具体实施方式

本文使用的“约”、“近似”、“本质上”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或例如±30％、±20％、±15％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”、“本质上”、或“实质上”可依量测性质、切割性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。

在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”可为二元件间存在其它元件。

现将详细地参考本发明的示范性实施方式，示范性实施方式的实例说明于所附图示中。只要有可能，相同元件符号在图示和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是本发明的一实施例的指纹感测模块的俯视示意图。图2是图1的指纹感测模块的剖视示意图。图2对应于图1的剖线A-A’。图3是图1的中介层与辅助层的折射率对波长的曲线图。特别说明的是，为清楚呈现及说明起见，图1仅绘示出图2的基板100、辅助层130、遮光层140的开口140a、中介层150以及多个微透镜160。

请参照图1及图2，指纹感测模块10包括基板100、感光元件层110、准直结构层120、辅助层130、遮光层140、中介层150与多个微透镜160。感光元件层110设置在基板100上。举例来说，感光元件层110可包括多个感光元件115与多个控制元件(未绘示)，且控制元件与感光元件115的电性连接关系可以是一对一或一对多。此处的控制元件例如是薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)，且这些控制元件适于在时序上将来自这些感光元件115的电信号依序经由多条信号线(未绘示)传递至一信号处理电路(未绘示)，以进行指纹图像的辨识工作，但不以此为限。

准直结构层120设置在感光元件层110上，且包括至少一遮光图案层。在本实施例中，准直结构层120可选择性地包括两个遮光图案层，分别为第一遮光图案层121与第二遮光图案层123。这些遮光图案层都设置在多个微透镜160与感光元件层110之间，且第二遮光图案层123设置在这些微透镜160与第一遮光图案层121之间。第一遮光图案层121具有多个第一开孔121a，且这些第一开孔121a在两遮光图案层的叠置方向(例如方向Z)上分别重叠于这些微透镜160。第二遮光图案层123具有多个第二开孔123a，且这些第二开孔123a在方向Z上分别重叠于这些第一开孔121a(或多个微透镜160)。

在本实施例中，多个微透镜160设置在准直结构层120上，且各自与对应的一个第一开孔121a、对应的一个第二开孔123a以及感光元件层110的对应的一个感光元件115相对应。然而，本发明不限于此。根据其他实施例，每一个微透镜160也可与感光元件层110的至少两个感光元件115相对应。为了取得光线准直的效果，第一遮光图案层121与第二遮光图案层123之间设有平坦层122，且第二遮光图案层123与这些微透镜160之间还可选择性地设有平坦层124，但不以此为限。在本实施例中，多个微透镜160可以阵列的方式进行排列，例如：这些微透镜160可分别在方向X与方向Y上排成多列与多行，但不以此为限。在其他实施例中，多个微透镜160的排列方式当可根据实际的产品设计而调整，例如也可以是蜂巢状或不等间距的排列方式。

为了避免指纹感测模块10因这些微透镜160之间的间隔较大而容易接收到大角度入射的杂散光，造成指纹图像模糊，这些微透镜160与准直结构层120之间设有遮光层140。遮光层140具有表面140s以及自此表面140s凹陷的多个开口140a，且多个微透镜160(或多个感光元件115)在方向Z上分别重叠于这些开口140a。在本实施例中，遮光层140的材质例如是钼金属，准直结构层120的平坦层124的材质例如是有机光阻材料。为了稳固遮光层140与准直结构层120的连接关系，遮光层140与平坦层124之间设有辅助层130，且此辅助层130的材质例如是氮化硅(SiN_x)。

另一方面，在本实施例中，微透镜160的材质例如是有机光阻材料。为了降低多个微透镜160在遮光层140和辅助层130上发生剥离的风险，这些微透镜160与遮光层140之间设有中介层150。也就是说，此中介层150的设置可稳固微透镜160与准直结构层120间的连接关系。在本实施例中，中介层150的材质例如是铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)，但不以此为限。在其他实施例中，中介层150的材质也可以是铟锌氧化物(indium zincoxide，IZO)、或其他合适的透明导电材料。

在本实施例中，中介层150还可选择性地覆盖遮光层140的表面140s。亦即，遮光层140的多个开口140a(或多个微透镜160)之间的区域也可设有中介层150。透过多个微透镜160在方向Z上部分重叠于遮光层140的表面140s，并且直接接触中介层150覆盖遮光层140的表面140s的部分，可进一步降低微透镜160发生剥离的风险，从而提升指纹感测模块10的生产良率。

特别说明的是，此中介层150的设置除了上述的功效外，还能让指纹感测模块10具有防伪功能。举例来说，中介层150可选择性地设置于遮光层140的一部分开口140a内，且具有在方向Z上重叠于另一部分开口140a的多个开口150a，如此可让光线通过设有中介层150的开口140a后的光谱分布不同于光线通过未设有中介层150的开口140a后的光谱分布。

在本实施例中，辅助层130可选择性地具有在方向Z上重叠于部分开口140a的多个开口130a，且部分的中介层150还可位于辅助层130的部分开口130a内。因此，可进一步增加光线通过遮光层140的多个开口140a并传递至感光元件层110时的光谱分布差异。为了实现上述的光谱分布差异，本实施例的中介层150和辅助层130的折射率在可见光波段须具有一定的变化率。例如：图3的曲线C1示出以ITO材料制作成的中介层150在可见光波段的折射率变化，图3的曲线C2示出以IZO材料制作成的中介层150在可见光波段的折射率变化，而图3的曲线C3示出以氮化硅制作成的辅助层130在可见光波段的折射率变化。

举例来说，辅助层130和中介层150在图2左侧的微透镜160的设置区域内都具有开口，而在图2中间的微透镜160的设置区域内都不具有开口。在图2右侧的微透镜160的设置区域内只有辅助层130具有开口130a，且辅助层130的此开口130a内设有中介层150。因此，入射这三个微透镜160的光线在入射准直结构层120时的光谱分布都不同。从另一观点来说，通过上述中介层150和辅助层130的开口设计还能简化具有防伪功能的指纹感测模块10的工艺工序。

详细而言，辅助层130的开口130a暴露出准直结构层120的平坦层124的表面124s，且图2左侧的微透镜160可直接接触平坦层124的此表面124s。由于本实施例的微透镜160与平坦层124的材质可选择性地相同，因此让微透镜160直接接触平坦层124有助于增加微透镜160的附着性，但不以此为限。另一方面，辅助层130还具有被遮光层140的开口140a暴露的表面130s，中介层150的一部分还覆盖辅助层130的此表面130s，且图2中间的微透镜160直接接触中介层150位于遮光层140的开口140a内的此部分。中介层150的另一部分还覆盖平坦层124被辅助层130的开口130a暴露的表面124s，且图2右侧的微透镜160直接接触中介层150位于辅助层130的开口130a内的此另一部分。虽然这些微透镜160的设置区域内的膜层结构不尽相同，但通过中介层150的设置可避免微透镜160直接接触辅助层130和遮光层140而增加自这些膜层的表面剥离的风险。从另一观点来说，中介层150的设置还可增加辅助层130、遮光层140和微透镜160的材料选用的自由度。

以下将列举另一些实施例以详细说明本披露，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。

图4是本发明的另一实施例的指纹感测模块的俯视示意图。图5是图4的指纹感测模块的剖视示意图。图5对应于图4的剖线B-B’。特别说明的是，为清楚呈现及说明起见，图4仅绘示出图5的基板100、遮光层140的开口140a、中介层150A以及多个微透镜160。

请参照图4及图5，本实施例的指纹感测模块20与图1的指纹感测模块10的差异在于：中介层和辅助层的配置方式不同。在本实施例中，指纹感测模块20的中介层150A在方向Z上不重叠于遮光层140的多个开口140a。更具体地说，中介层150A具有多个开口150a，且这些开口150a在方向Z上分别重叠于遮光层140的这些开口140a。相似地，辅助层130A具有多个开口130a，这些开口130a在方向Z上分别重叠于遮光层140的这些开口140a。亦即，辅助层130A在方向Z上也不重叠于遮光层140的这些开口140a。换句话说，本实施例的指纹感测模块20并不具有图2的指纹感测模块10的防伪功能。

特别注意的是，本实施例的所有微透镜160分别贯穿中介层150A的这些开口150a、遮光层140的这些开口140a以及辅助层130A的这些开口130a与准直结构层120的平坦层124的表面124s直接接触。举例来说，在本实施例中，中介层150A的开口150a、遮光层140的开口140a和辅助层130A的开口130a在方向Z上可选择性地切齐于彼此。更具体地说，中介层150A、遮光层140和辅助层130A的这些开口可在同一蚀刻工艺中形成。

由于本实施例的微透镜160与平坦层124的材质可选择性地相同(例如都是有机光阻材料)，因此让微透镜160尽可能避开辅助层130A和遮光层140并直接接触平坦层124，能有效降低微透镜160剥离的风险。

另一方面，透过多个微透镜160在方向Z上部分重叠于遮光层140的表面140s，并且直接接触中介层150覆盖遮光层140的表面140s的部分，可进一步降低微透镜160发生剥离的风险，从而提升指纹感测模块20的生产良率。

综上所述，在本发明的一实施例的指纹感测模块中，遮光层具有重叠多个感光元件的多个第一开口。通过在部分的第一开口内设置中介层，可进一步增加多道光线在通过这些第一开口并传递至对应的感光元件后的光学特性(例如光谱分布)差异。据此，可让指纹感测模块具有防伪功能，且其工艺工序数也较一般的色阻防伪结构来得少。在本发明的另一实施例的指纹感测模块中，遮光层位于多个第一开口的表面上设有中介层。通过重叠设置于这些第一开口的多个微透镜延伸至遮光层的所述表面上并接触此中介层，可有效降低这些微透镜发生剥离的风险，从而提升指纹感测模块的生产良率。此外，也可增加遮光层和微透镜的材料选用的自由度。

Claims

1.一种指纹感测模块，包括：

基板；

多个感光元件，设置于该基板上；

准直结构层，设置于该些感光元件上；

遮光层，设置于该准直结构层上，该遮光层具有一表面以及自该表面凹陷的多个第一开口，该些第一开口分别重叠于该些感光元件；

中介层，设置于该准直结构层上，且位于该遮光层的部分该些第一开口内；以及

多个微透镜，设置于该中介层上，且分别重叠于该些第一开口。

2.如权利要求1所述的指纹感测模块，还包括：

辅助层，设置在该遮光层与该准直结构层之间，该辅助层具有重叠于部分该些第一开口的多个第二开口。

3.如权利要求2所述的指纹感测模块，其中该准直结构层包括连接该辅助层的平坦层，该辅助层的部分该些第二开口暴露出该平坦层的一表面，且部分该些微透镜直接接触该平坦层的该表面。

4.如权利要求3所述的指纹感测模块，其中该些微透镜与该平坦层的材质相同。

5.如权利要求2所述的指纹感测模块，其中该中介层还设置在该辅助层的部分该些第二开口内。

6.如权利要求2所述的指纹感测模块，其中该辅助层还具有被部分该些第一开口暴露的一表面，且该中介层覆盖该辅助层的该表面。

7.如权利要求1所述的指纹感测模块，其中该中介层覆盖该遮光层的该表面。

8.如权利要求7所述的指纹感测模块，其中该些微透镜部分重叠于该遮光层的该表面，且直接接触该中介层覆盖该遮光层的该表面的一部分。

9.如权利要求1所述的指纹感测模块，其中该中介层的材质包括钼金属。

10.一种指纹感测模块，包括：

基板；

多个感光元件，设置于该基板上；

准直结构层，设置于该些感光元件上；

中介层，设置于该准直结构层上，且覆盖该遮光层的该表面；以及

多个微透镜，设置于该中介层上，且重叠于该些第一开口和部分该中介层。

11.如权利要求10所述的指纹感测模块，其中该中介层不重叠于该遮光层的该些第一开口。

12.如权利要求10所述的指纹感测模块，还包括：

辅助层，设置在该遮光层与该准直结构层之间，该辅助层具有重叠于该些第一开口的多个第二开口。

13.如权利要求12所述的指纹感测模块，其中该准直结构层包括连接该辅助层的平坦层，该辅助层的该些第二开口暴露出该平坦层的一表面，且该些微透镜直接接触该平坦层的该表面。

14.如权利要求13所述的指纹感测模块，其中该些微透镜与该平坦层的材质相同。

15.如权利要求12所述的指纹感测模块，其中该中介层具有重叠于该些第一开口的多个第三开口，且该遮光层的该些第一开口、该辅助层的该些第二开口以及该中介层的该些第三开口彼此相互切齐。

16.如权利要求12所述的指纹感测模块，其中该辅助层的材质包括氮化硅，该些微透镜的材质包括有机光阻材料。

17.如权利要求10所述的指纹感测模块，其中该遮光层的材质包括钼金属。