生物特征辨识装置

技术领域

本发明涉及一种辨识装置，尤其涉及一种生物特征辨识装置。

背景技术

光学感测技术的发展开启了多元化应用的可能，凡智能型手环、搭载指纹辨识的电子产品(例如笔记本电脑、智能手机等)、甚至是具有光学触控功能的显示面板，都可见其踪迹。尽管这些商品所搭载的感测技术采用的光源、感测元件以及检测标的有所不同，但如何提高光学感测的灵敏度却是相关厂商所必须解决的共同难题。

举例来说，在现有的指纹辨识技术中，当光线照射在手指指纹上时，指纹的高低起伏会造成不同程度的反射光场。因此不同的指纹样貌会被感测元件所分辨出来。为了提高辨识的成功率，现有的指纹辨识装置的背光源会搭配准直膜。然而，准直膜不仅昂贵且使现有的指纹辨识装置的整体厚度无法下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物特征辨识装置，可改善价格昂贵且厚度较大的问题。

本发明的生物特征辨识装置包括一基板、一光感件层、一透光层以及一光角控制层。光感件层设置于基板上。光感件层具有至少一光感件。光感件包含一第一电极、一第二电极及位于第一电极与第二电极之间的一光感层，且第一电极电性连接于至少一读取元件。透光层设置于基板上且位于光感件层上。光角控制层设置于基板上，且光角控制层与光感件层重叠。光角控制层至少具有一第一遮光层及一第二遮光层。透光层位于第一遮光层与第二遮光层之间。第一遮光层具有至少一第一透光区。第二遮光层具有至少一第二透光区。第一透光区与第二透光区重叠且对应于光感件。第一遮光层与第二遮光层分别至少包含一遮光导电材与一低反射材的堆叠结构。

在本发明的一实施例中，第一遮光层邻设于光感件，且第二遮光层远离光感件。

在本发明的一实施例中，第一遮光层与第二遮光层皆与光感件部分重叠。

在本发明的一实施例中，光感件的顶部及第二遮光层的顶部间的距离相对于第一透光区的宽度的比值为0.1至10。

在本发明的一实施例中，光感件的顶部及第二遮光层的顶部间的距离相对于第一透光区的宽度的比值为0.5至5。

在本发明的一实施例中，生物特征辨识装置还包含一透光盖板，其包含触控板、显示面板与保护板其中至少一个。

在本发明的一实施例中，第一透光区与第二透光区为贯孔。

在本发明的一实施例中，第一电极位于光感层下，第二电极位于光感层上，且第一遮光层位于第二电极上。

在本发明的一实施例中，低反射材的材料包含金属氧化物或金属氮氧化物。

在本发明的一实施例中，低反射材的厚度相对于低反射材及遮光导电材的总厚度的比值小于1且大于0。

一种生物特征辨识装置，包含一基板、一光感件层、一光角控制层以及一透光层。光感件层设置于基板上。光感件层具有至少一光感件。光感件包含一第一电极、一第二电极及位于第一电极与第二电极之间的一光感层，且第一电极电性连接于至少一读取元件。光角控制层设置于基板上。光角控制层至少具有一第一遮光层及一第二遮光层。透光层设置于基板上，且位于光角控制层与光感件层之间。透光层具有至少一凸部与光感件部分重叠。第一遮光层设置于凸部的顶面。第二遮光层设置凸部的部分侧面。第一遮光层连接第二遮光层以形成朝向凸部的另一部分侧面的一开口。

在本发明的一实施例中，第二遮光层不平行于光感件。

在本发明的一实施例中，第二遮光层不与光感件的第一电极及第二电极其中至少一个连接。

在本发明的一实施例中，生物特征辨识装置还包含一透光盖板，其包含触控板、显示面板与保护板其中至少一个。

在本发明的一实施例中，第一遮光层与第二遮光层分别至少包含一遮光导电材与一低反射材的堆叠结构。

在本发明的一实施例中，低反射材的材料包含金属氧化物或金属氮氧化物。

在本发明的一实施例中，低反射材的厚度相对于低反射材及遮光导电材的总厚度的比值小于1且大于0。

在本发明的一实施例中，生物特征辨识装置还包含一保护层，覆盖于光角控制层及基板上。

在本发明的一实施例中，第一遮光层在基板上的正投影的面积实质上大于或等于光感件在基板上的正投影的面积。

在本发明的一实施例中，开口与第二遮光层位于凸部的相对侧。

基于上述，在本发明的生物特征辨识装置中，利用两个遮光层的透光区产生准直的效果，或者利用透光层的凸部的侧边入光来提高大角度入光量及侧边入光的准直效果。因此，可降低本发明的生物特征辨识装置的成本并使整体厚度可以下降。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例的生物特征辨识装置的局部俯视示意图。

图2是图1的生物特征辨识装置沿A-A线的剖面示意图。

图3是依照本发明的另一实施例的生物特征辨识装置的局部俯视示意图。

图4A是依照本发明的又一实施例的生物特征辨识装置的俯视示意图。

图4B是图4A的生物特征辨识装置沿B-B线的局部剖面示意图。

附图标记如下：

50:指纹

100,300,400:生物特征辨识装置

105:背光模组

110:基板

120,320:光感件层

122,322:光感件

122A:第一电极

122B,342:第二电极

122C:光感层

130,430:透光层

140,340,440,540,640:光角控制层

142,342,442,542,642:第一遮光层

142A:第一透光区

144,244,344,444,544,644:第二遮光层

144A,244A:第二透光区

150:读取元件

170:透光盖板

M12:遮光导电材

M14:低反射材

W10:宽度

D10:距离

460:保护层

P10,P20,P30:开口

432:凸部

432A,632A:顶面

432B,432C,632B,632C:侧面

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”可依测量性质、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。

此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件的“下”侧的元件将被定向在其它元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”或“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“上面”或“下面”可以包括上方和下方的取向。

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附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是依照本发明的一实施例的生物特征辨识装置的局部俯视示意图。图2是图1的生物特征辨识装置沿A-A线的剖面示意图。请参照图1与图2，本实施例的生物特征辨识装置100包括一基板110、一光感件层120、一透光层130以及一光角控制层140。光感件层120设置于基板110上。光感件层120具有至少一光感件122。为了方便说明，图2中仅示意了一个光感件122，但在其他实施例中也可以是多个光感件。光感件122包含一第一电极122A、一第二电极122B及位于第一电极122A与第二电极122B之间的一光感层122C，且第一电极122A电性连接于至少一读取元件150。读取元件150例如是薄膜晶体管，但本发明不以此为限。此外，本实施例的读取元件150是以顶栅极的型态为例，但也可以是底栅极或其他型态，本发明不以此为限。

透光层130设置于基板110上且位于光感件层120上。光角控制层140设置于基板110上，且光角控制层140与光感件层120重叠。光角控制层140至少具有一第一遮光层142及一第二遮光层144。透光层130位于第一遮光层142与第二遮光层144之间。第一遮光层142具有至少一第一透光区142A。第二遮光层144具有至少一第二透光区144A。第一透光区142A与第二透光区144A重叠且对应于光感件122。第一遮光层142与第二遮光层144分别至少包含一遮光导电材M12与一低反射材M14的堆叠结构。

在本实施例的生物特征辨识装置100中，通过第一遮光层142的第一透光区142A与第二遮光层144的第二透光区144A的搭配，可以对于入射光感件122的光线产生准直的效果。因此，本实施例的生物特征辨识装置100在搭配背光模块使用时，背光模块内不需要搭配昂贵的准直膜，可以降低本实施例的生物特征辨识装置100的成本与整体的厚度。

此外，本实施例的第一遮光层142与第二遮光层144分别至少包含一遮光导电材M12与一低反射材M14的堆叠结构。遮光导电材M12的材料可以是金属，例如是Mo、Al或其他金属或合金，但也可以是其他遮光导电材。遮光导电材M12还可以是单一材料层或是多种材料层的堆叠，例如钼/铝/钼的堆叠层。低反射材M14的材料可以是金属氧化物或金属氮氧化物或其他适当的低反射材料，例如钼钽氧化物、钼钽氮氧化物等等。遮光导电材M12可提供遮光的效果，而低反射材M14可降低遮光导电材M12对于外界入射的环境光的反射率，避免二次反射的光线使得辨识率下降。低反射材M14的光反射率低于遮光导电材M12。此外，低反射材M14的厚度相对于低反射材M14及遮光导电材M12的总厚度的比值例如是小于1且大于0，但本发明不以此为限。换言之，低反射材M14的厚度例如是占第一遮光层142的总厚度的50％以下，而低反射材M14的厚度例如是占第二遮光层144的总厚度的50％以下。遮光导电材M12与低反射材M14的厚度例如是小于等于0.05微米。

在本实施例中，第一遮光层142邻设于光感件122，且第二遮光层144远离光感件122。换言之，透光层130以及第一遮光层142位于光感件122与第二遮光层144之间。本实施例的透光层130是以两个材料层所构成为例，但在其他实施例中也可以是单一材料层或更多材料层的组合。

在本实施例中，第一遮光层142与第二遮光层144皆与光感件122部分重叠。换言之，第一遮光层142在基板110上的正投影与光感件122在基板110上的正投影部分重叠，第二遮光层144在基板110上的正投影与光感件122在基板110上的正投影部分重叠。当然，完全重叠的状况也包含在部分重叠的状况中。

在本实施例中，光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10相对于第一透光区142A的宽度W10的比值例如为0.1至10。在本实施例中，第一透光区142A与第二透光区144A例如为贯孔。虽然本实施例的第一透光区142A与第二透光区144A的大小相同，但也可以是第一透光区142A的大小大于第二透光区144A的大小或是相反，本发明不对此加以限制。

在实际测量中，当第一透光区142A与第二透光区144A分别为直径4微米的圆形(即宽度W10为4微米)，而光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10是12微米时，测量到的指纹50的图像的平均灰阶值为73.6，最小灰阶值为50。当第一透光区142A与第二透光区144A的数量分别为7个，且分别为直径4微米的圆形(即宽度W10为4微米)，而光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10是12微米时，测量到的指纹50的图像的平均灰阶值为74.2，最小灰阶值为48。由此可知，当第一透光区142A与第二透光区144A的数量变多的时候，生物特征辨识装置100的辨识能力有提高的趋势。

请再参照图1，本实施例的第二遮光层144具有一个第二透光区144A，且第二透光区144A呈圆形。图1是图2的生物特征辨识装置的第二遮光层的俯视示意图。图3是依照本发明的另一实施例的生物特征辨识装置的局部俯视示意图。请参照图3，另一实施例的第二遮光层244具有两个第二透光区244A，且第二透光区244A呈圆形。在其他实施例中，第二透光区144A也可以是呈其他规则的几何形状或是任意的形状，而当第二透光区144A的数量是多个时其分布方式也可依需求调整，且多个第二透光区144A的形状不一定要相同。

请再参照图2，当第一透光区142A与第二透光区144A分别为直径5微米的圆形(即宽度W10为5微米)，而光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10是12微米时，测量到的指纹50的图像的平均灰阶值为70.4，最小灰阶值为50。当第一透光区142A与第二透光区144A分别为直径6微米的圆形(即宽度W10为6微米)，而光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10是12微米时，测量到的指纹50的图像的平均灰阶值为70.3，最小灰阶值为39。当第一透光区142A与第二透光区144A分别为直径12微米的圆形(即宽度W10为12微米)，而光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10是12微米时，测量到的指纹50的图像的平均灰阶值为56.4，最小灰阶值为33。当第一透光区142A与第二透光区144A分别为直径20微米的圆形(即宽度W10为20微米)，而光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10是12微米时，测量到的指纹50的图像的平均灰阶值为52.3，最小灰阶值为35。由此可知，当第一透光区142A与第二透光区144A的宽度W10变大的时候，测量到的指纹50的图像的平均灰阶值与最小灰阶值都有降低的趋势，生物特征辨识装置100的辨识能力有下降的趋势。

因此，光感件122的顶部及第二遮光层144的顶部间的距离D10相对于第一透光区142A的宽度W10的比值可设定是0.5至5。

在本实施例中，生物特征辨识装置100还包含一透光盖板170，其可以是触控板、显示面板、保护板或其他盖板，其中显示面板可以是自发光形式或非自发光形式。换言之，使用者的指纹50是接触透光盖板170。在本实施例中，生物特征辨识装置100还包含至少一个微透镜与第二透光区144A对应。微透镜(未示出)可以是凸透镜、凹透镜、柱状棱镜或其他适合的形式的透镜。微透镜(未示出)用于将指纹50所反射的光线传递至光感件122。

在本实施例中，第一电极122A位于光感层122C下，第二电极122B位于光感层122C上且接触第一遮光层142。当第一遮光层142接触第二电极122B的部分具有导电性时，有助于降低第二电极122B的传输阻抗。第二电极122B可以由透光的导电材料制作，例如金属氧化物材料，以允许光线穿透而入射到光感层122C。金属氧化物材料包括氧化铟锡、氧化铟、氧化锌等。第一电极122A可以由不透光的导电材料制作。光感层122C可具有将光能转换为电能的特性，而实现光学感测作用。光感层122C的材质包括富硅材料，例如富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物、富硅碳氧化物、氢化富硅氧化物、氢化富硅氮化物、氢化富硅碳化物、具高功函数元素参杂材料，例如：硅锗化合物或其他合适的有机材料或上述材料的堆叠组合。

图4A是依照本发明的又一实施例的生物特征辨识装置的俯视示意图。图4B是图4A的生物特征辨识装置沿B-B线的局部剖面示意图。请参照图4A与图4B，本实施例的生物特征辨识装置400与图2的生物特征辨识装置100相似，在此仅说明两者的差异处，而图2的实施例中其他未在本实施例说明的部分也可应用于本实施例。本实施例的生物特征辨识装置400包含一基板110、一光感件层120、一光角控制层440以及一透光层430。光感件层120设置于基板110上。光感件层120具有至少一光感件122。光感件122包含一第一电极122A、一第二电极122B及位于第一电极122A与第二电极122B之间的一光感层122C，且第一电极122A电性连接于至少一读取元件150。光角控制层440设置于基板110上。光角控制层440至少具有一第一遮光层442及一第二遮光层444。透光层430设置于基板110上，且位于光角控制层440与光感件层120之间。透光层430具有至少一凸部432与光感件122部分重叠。第一遮光层442设置于凸部432的顶面432A。第二遮光层444设置凸部432的部分侧面432B。第一遮光层442连接第二遮光层444以形成朝向凸部432的另一部分侧面432C的一开口P10。

在本实施例的生物特征辨识装置400中，背光模块105提供的光线被指纹50反射后，从开口P10照射到光感件122。通过第一遮光层442及一第二遮光层444的设置，可以获得大角度的入射光，减少相邻的光感件122所获得的感测结果而有串音(cross talk)的现象发生，进而提高辨识率。此外，即使本实施例的生物特征辨识装置400所搭配的背光模块内没有昂贵的准直膜而使得光线较为发散，但于pixel design上，集中最大开口率设计于光角控制层440的开口P10，则可允许较多的入射光而提升指纹50的图像的亮度，进而提升指纹辨识率。在一实施例中，像素的设计是以让第一遮光层与第二遮光层形成的开口朝向像素或相邻像素的最大开口率的区域为目标。

在本实施例中，透光层430是以大致具有均匀的厚度为例，而凸部432则是如图4B中以虚线框起的部分。在其他实施例中，透光层也可以仅在凸部的位置具有实际凸起的外观，而非大致具有均匀的厚度。也可以说，本实施例的凸部432是由位于凸部432的顶面432A的第一遮光层442及位于凸部432的侧面432B的第二遮光层444共同定义的。本实施例的凸部432的侧面432B是斜面。换言之，位于凸部432的侧面432B的第二遮光层444是倾斜的，亦即第二遮光层444不平行于基板110与光感件122。本实施例的第二遮光层444不与光感件122的第一电极122A及第二电极122B其中至少一个连接。

图1的透光盖板170也可应用于本实施例中。本实施例的第一遮光层442及第二遮光层444可以跟图2的第一遮光层142及第二遮光层144，都是遮光导电材与低反射材的堆叠结构，且遮光导电材与低反射材的其他细节也与图2的实施例相同。

在本实施例中，生物特征辨识装置400还包含一保护层460，覆盖于光角控制层440及基板110上。本实施例的第一遮光层442在基板110上的正投影的面积实质上大于或等于光感件122在基板110上的正投影的面积，但本发明不局限于此。换言之，第一遮光层442可大致遮蔽从光感件122的正上方入射的光线。

在本实施例中，开口P10与第二遮光层444位于凸部432的相对侧。具体来说，开口P10位于凸部432的侧面432C，而第二遮光层444位于凸部432的侧面432B。从图4A来看，凸部432(标示于图4B)大致呈矩形，光角控制层440设置于凸部432一侧。在其他实施例中，光角控制层也可位于凸部的三侧。在其他实施例中，从俯视图来看，凸部也可以是大致呈圆形、三角形。凸部也可以是三角锥状、多角锥状、圆形半球状、椭圆形半球状或其他适合的设计，但本发明不以此为限。

综上所述，在本发明的生物特征辨识装置中，利用两个遮光层经由透光区产生准直的效果，或者利用透光层的凸部的侧向开口设计来收集斜向大角度光，故不需使用传统的准直膜。因此，可降低本发明的生物特征辨识装置的制造成本并使整体厚度可以下降。