光学指纹识别的微透镜膜片及光学图像采集单元的制作方法

1.本实用新型涉及一种光学指纹识别的微透镜膜片及光学图像采集单元。


背景技术：

2.屏下生物特征识别技术是将生物特征识别模组设置于显示屏下，通过光学图像采集，实现屏下生物特征识别。随着终端产品的发展，对屏下生物特征识别的要求越来越高，相应地，对光学图像采集产品的要求也越来越高。
3.现有技术中影像传感器的多个单元像素与上方的透光元件(微透镜单元)和限光元件(限光层)之间需要一一对准，相邻的光学图像采集单元之间容易发生光线的串扰，影响成像质量。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种可以避免相邻的光学图像采集单元在图像采集时发生光线串扰，提高成像质量的光学指纹识别的微透镜膜片及光学图像采集单元。
5.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光学指纹识别的微透镜膜片，包括胶层、限光层、设置在所述限光层上方的透明基材、设置在所述透明基材上的微透镜层、以及遮光层，所述限光层具有若干使光信号通过的开口，所述微透镜层包括若干微透镜，所述微透镜的正投影至少部分覆盖所述限光层上的开口，所述遮光层包括设置在相邻两个微透镜之间的遮光部，所述遮光部与所述开口相互交错设置。
6.进一步地，相邻的两个所述微透镜之间形成间距，所述遮光部设置在所述间距上。
7.进一步地，所述微透镜层还包括形成在相邻两个微透镜之间的平谷部，所述遮光部设置在所述平谷部上。
8.进一步地，所述微透镜的中轴线与对应的开口的中轴线大致重叠。
9.进一步地，所述透明基材为透光材料，所述透明基材可以是玻璃或树脂；所述透明基材的光学特性满足在波长380～780nm的可见光的透过滤在90％以上，折射率在1.5～1.6。
10.进一步地，所述遮光层对可见光380～780nm的光透过率小于1％，反射率小于10％，所述遮光层为光阻剂材料。
11.进一步地，所述微透镜的周期为d2，曲率半径为r，所述开口的直径为d1，其中满足0<d2
‑
d1/2<5um。进一步地，所述限光层的开口直径设置在2～6um之间，厚度设置在1～8um，所述开口通过刻蚀或激光的方式实现。
12.进一步地，所述胶层与所述限光层贴合设置后填充所述开口。
13.本实用新型还提供了一种光学图像采集单元，所述光学图像采集单元包括传感器芯片、如上述中任一项所述的光学膜片，将光学膜片通过所述胶层与所述传感器芯片贴合，所述传感器芯片上设置有单元像素，所述微透镜层中形成与单元像素一对一设置的微透镜单元，所述微透镜单元的排布方式包括阵列排布，每个所述微透镜单元由n*n个微透镜组
成，n≥2正整数。
14.本实用新型的有益效果在于：通过将微透镜的正投影至少部分覆盖限光层上的开口，并且通过在相邻微透镜之间设置遮光部，且该遮光部与限光层的开口相互交错设置，从而可以在保证入光量的同时可以避免相邻的光学图像采集单元在图像采集时发生光线串扰，进而提高成像质量。
15.同时，胶层与限光层贴合时将限光层的开口填满胶，可以防止空气回包在开口内影响光线的信号。
16.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
17.图1为本实用新型一实施例所示的光学图像采集系统和电子设备的示意图；
18.图2为本实用新型一实施例所示的光学图像采集单元的示意图；
19.图3为图2中微透镜层的俯视示意图；
20.图4为图2中遮光层的俯视示意图；
21.图5为图2中限光层的俯视示意图。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本实用新型的描述中，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
26.本实用新型一较佳实施例所示的光学图像采集单元可应用于各种电子设备，例如智能手机，笔记本电脑、平板电脑、游戏设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(automated teller machine，atm)等其他电子设备。但本技术实施例对此并不限定。本技术实施例的技术方案可以用于生物特征识别技术。其中，生物特征识别
技术包括但不限于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别以及活体识别等识别技术。为了便于说明，下文以屏下光学指纹图像采集和指纹识别技术为例进行说明。
27.请参见图1，电子设备500可以包括显示屏200、设置在显示屏200下方的红外截止滤光片300和光学图像采集系统。多个光学图像采集单元形成阵列，多个该光学图像采集单员采集的指纹或掌纹的纹路经过拼接形成光学图像采集系统，并用于生物识别监测和电子设备。其中，显示屏200用以提供指纹纹理需要的光源，红外截止滤光片300用于截止非目标波段的光束，从而减少杂散光对图像采集精度的干扰，目标波段即为波长380～780nm的可见光。具体的，显示屏200可以为有机发光二极管(organic light
‑
emitting diode，oled)显示屏或者微型发光二极管(micro
‑
led)显示屏。红外截止滤光片300可以是透明的树脂片或玻璃，对可见光波段380～780nm的透过率要求设置在90％，厚度设置在1～10um。
28.请参见图1和图2，本实用新型一较佳实施例所示的光学图像采集单元包括传感器芯片006和设置在传感器芯片006上方的光学膜片。其中，光学膜片包括与传感器芯片006贴合设置的胶层005、限光层004、设置在限光层004上方的透明基材003、设置在透明基材003上的透光层002、及设置在透光层002上方的微透镜层100。
29.传感器芯片006上设置有像素单元104，用以接收光信号，并将光信号转换为相应的电信号。传感器芯片006为cmos光学指纹传感器或tft光学指纹传感器，该cmos光学指纹传感器或tft光学指纹传感器为现有常规的芯片，其结构及功能均为本领域技术人员熟知的，故在此不对其进行详细描述。
30.请参见图1、图2、及图5，限光层004亦称之为光阻层，限光层004具有开口102和围设在开口102外围的遮挡部103，该开口102与像素单元104可以为一对一设置。开口102可使光信号通过以进入至传感器芯片006，遮挡部103用以阻挡光信号通过，该限光层004采用光阻材料，吸光度大于3，其对特定波长的光具有较低的透过率和反射率，比如可见光或610纳米的波段的透过率在10％以下，反射率在20％以下，通过采用此种阻光材料避免相应的光信号的通过和反射，减少相邻的图像采集单元的串扰问题。具体的，经过透光镜层100的大角度光线会被遮挡部103吸收，使其无法到达对应的像素单元104，从而避免发生光线串扰问题，进而影响每个像素单元104的成像质量。本实施例中，该限光层004可采用黑色有机光阻材料或金属材料。当采用黑色有机光阻材料时，例如，该黑色有机光阻材料为黑色遮光油墨或黑色光阻剂时，可以通过涂布或喷涂的方式成型；当采用金属材料时，可采用通过蒸镀或溅镀的方式形成在传感器芯片006上。开口102的直径设置在2～6um之间，厚度设置在1～8um。若干开口102形成用以准直经过微透镜层100的汇聚光线的开口102阵列，该开口102阵列与若干微透镜110为对准关系，其公差小于0.5um。本实施例中，该开口102可以通过使用红外激光器发射出的平行光经过微透镜层100汇聚后对限光层004的黑色油墨进行高温灼烧形成，其他实施例中，该开口102还可以通过刻蚀等方式形成。该遮挡部103对可见光380～780nm的透过率小于1％，反射率小于10％。
31.胶层005设置在限光层004和传感器芯片006之间，且胶层005的一侧与传感器芯片贴合设置，胶层005的另一侧与限光层004贴合设置后填充开口102，以防止空气回包在开口102内影响光线的信号。需要说明的是，该胶层为光学oca胶水。
32.透明基材003为透光材料，可以采用玻璃或树脂或其他透明材料，透明材料的光学特性满足在波长380～780nm的可见光的透过滤在90％以上，折射率在1.5～1.6。
33.微透镜层100包括若干微透镜110，微透镜110的正投影至少部分覆盖限光层004上的开口102，且微透镜110的中轴线与对应的开口102的中轴线大致重叠，其公差范围小于0.5um。微透镜110和透光层002的材质皆为透明材料，如uv胶、丙烯酸树脂、透明玻璃等，其光学特性满足：1、在波长380～780纳米的可见光的透过滤在90％以上；2、折射率在1.5～1.6。微透镜层100和透光层002可以通过纳米压印技术设置在透明基材003上。
34.微透镜层100中形成与像素单元104一对一设置的微透镜单元，即，每个微透镜单元对应一个像素单元104。微透镜单元的排布方式可以为阵列排布，本实施例中，每个微透镜单元由n*n个微透镜组成，n≥2正整数。在本实施例中，每个微透镜单元包括9个呈阵列排布的圆形的微透镜(即，3*3个呈阵列排布的圆形的微透镜)。请参见图3和图4，每个微透镜单元与像素单元104之间的关系为：
35.微透镜的x方向的间距p1与传感器的像素单元104的长度l满足n*p1＝l；
36.微透镜的y方向的间距p2与传感器的像素单元104的宽度w满足n*p2＝w；
37.其中，p1为微透镜的x方向的间距，l为传感器单元的像素单元104的x方向的长度，p2为微透镜的y方向的间距，w为传感器单元的像素单元104的y方向的宽度，n为大于等于3的正整数。
38.请参见图1、图2，为了避免相邻的光学图像采集单元在图像采集时发生光线串扰而影响采集的成像质量，微透镜层上还设置有遮光层001。该遮光层001包括设置在相邻两个微透镜110之间的遮光部011。本实施例中，相邻的两个微透镜110之间形成间距，遮光部011设置在间距上且与限光层004上的开口102相互交错设置。相邻的两个微透镜110也可以相互邻接，微透镜层100还包括形成在相邻两个微透镜110之间的平谷部(未标号)，遮光部011设置在平谷部上。遮光层001对可见光380～780nm的光透过率小于1％，遮光层001可以是光阻剂材料，其形成方法为：先通过旋涂的工艺形成在微透镜层100表面，在通过光刻的工艺在微透镜110的上方曝光显影形成窗口101，以使得微透镜110接收汇聚光线。微透镜110的周期为d2，曲率半径为r，窗口101的宽度为d1，其中满足0＜d2
‑
d1/2＜5um。
39.该光学图像采集单元的工作原理如下：显示屏200发出的可见光信号经过手指的脊骨形成的反射光信号会被微透镜110汇聚收集，超过一定角度的杂散光会被遮光层001吸收或反射，光信号路径为光信号依次穿过其下方区域的红外截止滤光片300、微透镜上的窗口101、透明基材003、然后通过限光层004的开口102到达传感器芯片006，传感器芯片006根据所获得的光信号将其转化为电信号，而当手指触摸在显示屏上后，手指下方区域被遮挡，手指下方的光信号路线被改变。
40.综上所述：上述光学图像采集单元的制作方法如下：在透明基材003上表面形成微透镜阵列，并在透明基材003的下表面形成限光层004，使用平行激光经过微透镜聚焦在限光层004上形成开口102阵列后，在限光层004下表面贴合光学oca胶水，最终在微透镜层100表面形成遮光层001并通过光刻工艺形成窗口101阵列。其具有如下优点：通过在微透镜层100上设置遮光部011，遮光部011与限光层004的开口102相互交错设置，且微透镜110的正投影至少部分覆盖限光层004上的开口102，可以避免相邻的光学图像采集单元在图像采集时发生光线串扰，进而影响采集的成像质量。
41.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
42.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。