微透镜阵列的制备方法、微透镜阵列及屏下指纹模组

技术领域

本发明大致涉及光学技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列的制备方法、微透镜阵列及屏下指纹模组。

背景技术

现有技术中的微透镜阵列是通过将多个微透镜设置在透明光学材料基底上。如图1所示，当入射光透过该种结构的微透镜时，也可能会透过与其相邻的微透镜，不同透镜之间光线发生相互串扰，易导致信噪比低，进而影响成像质量。除此以外，如图2所示，也可以利用光刻技术做一层或者多层遮光层，但此种做法的缺点是成本高。而且，为了防止光线串扰，微透镜阵列中的通光孔径开口设置的较小，从而影响了入射光的透过率，进而影响了成像面的照度及均匀性。另外，使用单层或多层遮光层的结构，会导致一些大角度的光也容易透过，从而导致信噪比降低。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种微透镜阵列的制备方法，其中所述微透镜阵列具有相反的第一侧和第二侧，所述第二侧具有凹陷部，所述制备方法包括：

S101：制备或提供与微透镜阵列的第一侧的面形相对应的第一母版；

S102：制备或提供与微透镜阵列的第二侧的面形相对应的第二母版；

S103：利用所述第一母版，通过透镜基材形成所述微透镜阵列的第一侧的面形；

S104：利用所述第二母版，通过透镜基材形成所述微透镜阵列的第二侧的面形；

S105：向所述凹陷部填涂吸光材料；和

S106：使所述吸光材料固化，形成微透镜阵列的遮光部。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S101包括：通过激光直写、光刻或者超精密机床将所述微透镜阵列的第一侧的面形加工成第一母版；所述步骤S102包括：通过激光直写、光刻或者超精密机床将所述微透镜阵列的第二侧的面形加工成第二母版。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S105还包括：控制所述吸光材料的量，使所述吸光材料固化后形成的遮光部的外表面不高于所述第二侧上与所述遮光部相邻的表面。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S103和S104通过压印工艺实施，所述压印工艺包括纳米压印。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S103和S104对不同的透镜基材实施；所述制备方法还包括：将形成有所述第一侧面形的透镜基材和形成有所述第二侧面形的透镜基材粘结起来。

根据本发明的一个方面，其中所述步骤S103和S104通过下面的方式实施：

在所述第一母版上涂覆所述透镜基材；

将所述第二母版和所述第一母版对准压合，形成所述微透镜阵列的第一侧和第二侧。

根据本发明的一个方面，还包括：调节所述第一母版和所述第二母版之间的间距。

本发明还涉及一种微透镜阵列，包括：

透光本体，所述透光本体具有相反的第一侧和第二侧，所述第一侧上具有多个微透镜，所述第二侧具有凹陷部；

遮光部，所述遮光部填充于所述凹陷部。

根据本发明的一个方面，其中所述遮光部的外表面不高于所述第二侧上与其相邻的平面。

根据本发明的一个方面，其中所述微透镜阵列中的单个微透镜的宽度为DL，所述遮光部的横截面为梯形，梯形遮光部的高为H1，所述微透镜阵列的高为H2,图像传感器像元的尺寸为W，其中DL≤W/3，H1＜H2。

根据本发明的一个方面，其中所述梯形遮光部的高H1的范围为30μm～100μm，所述微透镜阵列的高H2的范围为35μm～115μm。

根据本发明的一个方面，其中所述微透镜阵列中的单个微透镜的宽度为DL，所述遮光部的横截面为梯形，梯形遮光部的高为H1，内表面的开孔直径为D1，所述微透镜阵列的高为H2,所述D1满足0.9*H1*DL/H2≤D1≤DL。

根据本发明的一个方面，其中所述遮光部的横截面为梯形，梯形遮光部的外表面的开孔直径为D2，所述D2的范围为2μm～10μm。

根据本发明的一个方面，其中所述遮光部的折射率大于等于所述透光本体的折射率，且两者折射率差小于0.25。

本发明还涉及一种屏下指纹模组，包括如上任一项所述的微透镜阵列。

本发明的实施例涉及一种微透镜阵列的制备方法、微透镜阵列及包括其的屏下指纹模组。所述微透镜阵列是指一定数量微纳尺度的球面，非球面或自由曲面透镜的排列组合，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、轻薄、集成度高等特点。所述微透镜阵列光学元件可广泛应用于生物识别如屏下指纹识别模组、手机、相机及其他成像电子设备，较传统透镜方案更轻薄。但微透镜阵列相邻透镜之间的大角度的光线通常易形成串扰，导致信噪比降低或者降低成像质量，因此需要设计吸光的结构来遮挡入射角较大的杂光。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中微透镜阵列的结构图；

图2示出了现有技术中具有单层或多层遮光层的微透镜阵列的结构图；

图3示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列制备方法的流程图；

图4示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列的结构图；

图5示出了根据本发明一个实施例的第一母版的示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列的第一侧的示意图；

图7示出了根据本发明一个实施例的第二母版的示意图；

图8示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列的第一侧和第二侧的示意图；

图9示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列的凹陷部填涂的示意图；

图10示出了根据本发明一个实施例的调节微透镜阵列中间层厚度的示意图；

图11示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列和图像传感器的示意图；

图12示出了包括本发明一个实施例的立体式光阑微透镜阵列的光学模组的示意图；和

图13示出了根据本发明与现有技术设计的微透镜阵列的信噪比的对比图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图3示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列制备方法100的流程图，图4示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列200的结构图。下面参考附图详细描述。如图4所示，所述微透镜阵列200具有相反的第一侧210和第二侧220，所述第二侧220具有凹陷部221。如图3所示，所述微透镜阵列200的制备方法100包括以下步骤，下面分别对其进行详细描述。

所述制备方法100包括步骤S101：制备或提供与微透镜阵列的第一侧210的面形相对应的第一母版310。图5示出了根据本发明一个实施例的第一母版的示意图，图6示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列的第一侧的示意图。参照图5和图6所示，所述第一母版310的面形311设置为与所述微透镜阵列的第一侧210的面形211对应。其中所述面形211的横截面例如为连续的向外凸起的圆弧状，则所述面形311的横截面设置为与其对应的连续的向内凹陷的圆弧状。因此所述第一母版310可根据所述第一侧210的面形211的负形加工获得。另外，也可以根据已有的母版直接提供所述第一母版310。

所述制备方法100包括步骤S102：制备或提供与微透镜阵列的第二侧220的面形相对应的第二母版320。图7示出了根据本发明一个实施例的第二母版的示意图，图8示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列的第一侧和第二侧的示意图。参照图7和图8所示，所述第二母版320的面形321设置为与所述微透镜阵列的第二侧220的面形222对应。其中所述面形222的横截面例如为连续的向外凸起的梯形状，则所述面形321的横截面设置为与其对应的连续的向内凹陷的梯形状。因此所述第二母版320可根据所述第二侧220的面形222的负形加工获得。另外，也可以根据已有的母版直接提供所述第二母版320。

所述制备方法100包括步骤S103：利用所述第一母版310，通过透镜基材形成所述微透镜阵列的第一侧210的面形211。参照图5和图6所示，根据已得到的第一母版310，基于所述面形311，由透镜基材制备所述微透镜阵列的第一侧210，并且得到面形211。

所述制备方法100包括步骤S104：利用所述第二母版320，通过透镜基材形成所述微透镜阵列的第二侧220的面形222。参照图7和图8所示，根据已得到的第二母版320，基于所述面形321，由透镜基材制备所述微透镜阵列的第二侧220，并且得到面形222。

所述制备方法100包括步骤S105：向所述凹陷部221填涂吸光材料。图9示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列的凹陷部填涂的示意图。参照图8和图9所示，所述面形222中每两个连续的向外凸起的梯形之间形成一个凹陷，多个所述凹陷组成了第二侧220的凹陷部221。将所述微透镜阵列200放置水平，并向所述凹陷部221内滴吸光材料，所述吸光材料例如为黑色吸光材料。

所述制备方法100还包括步骤S106：使所述吸光材料固化，形成微透镜阵列的遮光部230。参照图9所示，填涂吸光材料之后，等待所述吸光材料流平或者施加一定的离心力，并控制旋转速度，可缩短流平的时间。所述吸光材料固化后形成遮光部230。

根据本发明的一个实施例，其中所述步骤S101包括：通过激光直写、光刻或者超精密机床将所述微透镜阵列的第一侧210的面形211加工成第一母版310。同理，所述步骤S102包括：通过激光直写、光刻或者超精密机床将所述微透镜阵列的第二侧220的面形222加工成第二母版320。

根据本发明的一个实施例，参照图9所示，所述步骤S105还包括：控制所述吸光材料的量，使所述吸光材料固化后形成的遮光部230的外表面231不高于所述第二侧220上与所述遮光部230相邻的表面223。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S103和S104通过压印工艺实施，所述压印工艺包括纳米压印。具体地，参照图5和图6所示，所述步骤S103包括，在基材上涂敷UV透明胶水，使用所述第一母版310将所述UV透明胶水通过纳米压印的方式复制出微透镜阵列的第一侧210及其面形211；或者使用所述第一母版310将一片透镜基材直接通过热压印的方式复制出微透镜阵列的第一侧210及其面形211。进一步地，参照图6、图7和图8所示，所述步骤S104包括，在上述已经制备好的微透镜阵列的第一侧210平的一面212上涂敷UV透明胶水，使用所述第二母版320将所述UV透明胶水通过纳米压印的方式复制出微透镜阵列的第二侧220及其面形222。

根据本发明的另一个实施例，所述步骤S103和S104分别对不同的透镜基材实施，分别得到微透镜阵列的第一侧210和第二侧220。参照图8所示，所述制备方法100还包括：将形成有所述第一侧面形211的透镜基材(第一侧210)和形成有所述第二侧面形222的透镜基材(第二侧220)粘结起来。

根据本发明的再一个实施例，参照图5、图7和图8所示，所述步骤S103和S104通过下面的方式实施：首先，在所述第一母版310的面形311上涂覆所述透镜基材。其次，将所述第二母版320有面形321的一侧和所述第一母版310有面形311的一侧对准压合，通过纳米压印的方式使所述透镜基材形成所述微透镜阵列的第一侧210和第二侧220。通过这种方式得到的第一侧210和第二侧220直接即为一体式。

图10示出了根据本发明一个实施例的调节微透镜阵列中间层厚度的示意图。可选地，参照图10所示，上述制备方法100还包括：调节所述第一母版310和所述第二母版320之间的间距，从而调节所述微透镜阵列200的中间层厚度。

本发明还涉及一种微透镜阵列。可选地，所述微透镜阵列200可以通过上述制备方法100获得。参照图4和图9所示，所述微透镜阵列200包括：透光本体201和遮光部230。其中所述透光本体201具有相反的第一侧210和第二侧220，所述第一侧210上具有多个微透镜(200-1，200-2，…，200-n)，所述第二侧220具有凹陷部221。所述遮光部230填充于所述凹陷部221。

根据本发明的一个实施例，参照图9所示，所述遮光部230的外表面231不高于所述第二侧220上与其相邻的平面223。

图11示出了根据本发明一个实施例的微透镜阵列和图像传感器的示意图。如图所示，所述微透镜阵列200中的单个微透镜200-1的宽度为DL，所述遮光部230的横截面为梯形，梯形遮光部230的高为H1，所述微透镜阵列200的高为H2，最大聚光角度为θ,图像传感器400像元的尺寸为W，其中DL≤W/3，H1＜H2。

根据本发明的一个实施例，如图11所示，所述梯形遮光部230的高H1的范围为30μm～100μm，所述微透镜阵列200的高H2的范围为35μm～115μm。

根据本发明的一个实施例，如图11所示，其中所述梯形遮光部230的内表面的开孔直径为D1，所述梯形遮光部230的外表面的开孔直径为D2。所述D1满足0.9*H1*DL/H2≤D1≤DL，所述D2的范围为2μm～10μm。

根据本发明的一个实施例，所述遮光部230的折射率大于等于所述透光本体201的折射率，且两者折射率差小于0.25。

本发明还涉及一种屏下指纹模组，所述屏下指纹模组包括所述的微透镜阵列200。

图12示出了包括本发明一个实施例的立体式光阑微透镜阵列的光学模组的示意图，其中所述微透镜阵列与图像传感器通过光学胶粘结在一起。本发明的发明人发现，微透镜阵列为立体式的光阑结构(如图12所示)时能更好的吸收非信号光，提高信噪比。基于此本发明的发明人设计了独特的吸光结构并采用创新的纳米压印工艺，有效防止了微透镜间大角度光线的串扰，提高了入射光透过微透镜后的成像效果，并提高了微透镜的聚光效率。图13示出了根据本发明与现有技术设计的微透镜阵列的信噪比的对比图。由图13可知，本发明的实施例的信噪比与现有技术设计的信噪比相比，得到了很大的提高，信号光区域对应的图像传感器接收到的能量与无信号光区域对应的图像传感器接收的能量之比有很大提高。微透镜阵列不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、轻薄、集成度高等特点，可广泛应用于生物识别如屏下指纹识别模组、手机、相机及其他成像电子设备，较传统透镜方案更轻薄。本发明的实施例通过设计独特的吸光结构并采用创新的纳米压印工艺，从而防止了微透镜间的大角度光线的串扰，提高了入射光透过微透镜后形成的图像的效果，并提高了微透镜的聚光效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。