影像感測裝置及其光學膜片的製作方法

2023-05-12 02:52:29

本發明關於一種影像感測裝置及其使用的光學膜片；具體而言，本發明關於一種應用於指紋辨識的影像感測裝置及其使用的光學膜片。

背景技術：

隨著信息技術、無線移動通信和信息家電的快速發展與應用，為了達到操作更人性化的目的，許多信息產品，如智慧型手機、筆記本電腦等，多配有供指紋辨識的影像感測裝置。在現有的影像感測裝置中，光源所發出的光線經基板投射至使用者的手指上，通過基板上的電路擷取手指影像，以判斷手指移動的方向和距離或是辨識出手指的紋路。

然而，在現有的影像感測裝置中，通常需搭配多層光學膜，以優化擷取到的手指影像。此外，基板的背側通常設有防爆膜，以提供基板保護及使用上的安全。多層光學膜及防爆膜的設置使得現有的影像感測裝置具有一定的厚度，不易於超薄化。此外，現有的影像感測裝置中，多半採用特殊的發光二極體作為光源，例如紅光發光二極體，使用特殊的發光二極體有發光效率不佳及成本較高的問題。因此，現有影像感測裝置的結構仍有待改進。

技術實現要素：

本發明的一目的在於提供一種影像感測裝置，具有整體厚度減少的設計。

本發明的另一目的在於提供一種光學膜片，具有提高影像清晰度的效果。

本發明的一實施例提供一種影像感測裝置，包含基板、光感應電路、光學膜片和光源。基板具有相對的第一表面和第二表面。光感應電路設置於第一表面。光學膜片設置於第二表面。光源設置於光學膜片背向基板的一面。光學膜片包含透光膜體以及光柵結構。透光膜體具有相對的第一面及第二面。透光膜體對於紅光波段的光穿透率大於對於藍光波段的光穿透率。光柵結構設置於第一面及第二面至少其一上，光柵結構的光穿透率小於透光膜體的光穿透率。

本發明的另一實施例提供一種光學膜片，供用於一背光模塊，光學膜片包含透光膜體以及光柵結構。透光膜體具有相對的第一面及第二面。透光膜體對於紅光波段的光穿透率大於對於藍光波段的光穿透率。光柵結構設置於第一面及第二面至少其一上，光柵結構的光穿透率小於透光膜體的光穿透率。

基於上述實施例，本發明的技術效果在於：

通過光學膜片提高長波長可見光波段的穿透率可提高影像清晰度。

附圖說明

圖1為本發明影像感測裝置的一實施例剖視圖；

圖2為透光膜體於可見光波段穿透率示意圖；

圖3為基板的實施例上視圖；

圖4為光柵結構自第二面的上視圖；

圖5為光學膜片與光柵結構的放大剖視圖；

圖6為本發明影像感測裝置的另一實施例剖視圖；

圖7為透光膜體於藍光波段及紫外光波段的穿透率示意圖；

圖8為光柵結構設置於第一面及第二面的實施例剖視圖；

圖9為光學膜片與光柵結構對應圖8的實施例放大剖視圖；

圖10A及圖10B為光柵結構自第二面及第一面的上視圖；以及

圖11為光柵結構設置保護層的實施例剖視圖。

附圖標記說明：

具體實施方式

本發明提供一種影像感測裝置，具有整體厚度減少的設計，其利用光學膜片中的光柵結構來減少背光模塊入射光線至基板後產生的雜散光，以改善影像感測裝置的光學表現。本發明的影像感測裝置較佳可用於具有觸控的液晶顯示器，或可用於指紋辨識裝置。

圖1為本發明影像感測裝置10的一實施例剖視圖。如圖1所示，影像感測裝置10包含基板100、光感應電路110以及背光模塊200。基板100具有相對的第一表面102和第二表面104。光感應電路110設置於第一表面102(參考圖3)。背光模塊200設置於鄰近第二表面104，且背光模塊200包含光學膜片210、光學膜組件220以及光源230。光學膜片210設置於鄰近第二表面104。光學膜組件220與光源230設置於光學膜片210遠離基板100的一側。

如圖1所示，光源230包含導光板232及發光模塊234以形成側入光式的背光結構。導光板232設置於光學膜片210遠離基板100的一側。光學膜組件220設置於導光板232與光學膜片210之間。光學膜組件220可由多層不同光學片材所組成，例如增亮膜及擴散膜，藉此可引導發光模塊234發出的光線並使光線均勻分布。發光模塊234設置於導光板232的一端，並沿導光板232的側緣211分布。發光模塊234產生光線進入導光板232，並經導光板232導引抵達光學膜片210。圖1的實施例中繪示發光模塊234分布沿導光板232的一側，但不以此為限。發光模塊234可視需求沿導光板232的不同側設置，形成多側設有發光模塊的影像感測裝置。於本實施例的變形例中，光源230可以是直下式的背光結構，也就是光源230僅包含發光模塊234，而無須配置導光板，發光模塊234直接均勻配置於光學膜組件220下方，以提供均勻的光線。

如圖1所示，光學膜片210具有透光膜體212以及光柵結構218。透光膜體212具有相對的第一面214及第二面216。在圖1所示的實施例，光柵結構218設置於第二面216(朝向光源的一面)上，包含多條第一格線與多條第二格線並分別沿第一方向X(例如水平方向)及第二方向Y(例如進出紙面方向)排列。第一方向X及第二方向Y均平行第一面214延伸且彼此相交。如圖1所示，透光膜體212的第一面214未設有其他微結構而與基板100的第二表面104緊密貼合，以增加基板100的結構強度；然而在不同實施例中，光柵結構218亦可設置於第一面214上。

光學膜片較佳採用對於紅光波段的光穿透率大於對於藍光波段的光穿透率的透光膜體。如圖2繪示的穿透率示意圖，光學膜片在波長大於600nm的區域的穿透率相較于波長小於450nm的區域的穿透率來得高。例如，採用聚醯亞胺(Polyimide,PI)製成的透光膜體在長波長波段具有良好的穿透率。由於可見光中長波長波段對於指紋紋路的波峰波谷有較佳的識別效果，因此藉此設計，可使光源發出的可見光線中長波長波段的穿透率大於短波長波段的穿透率，以提高影像的清晰度。在其它實施例，較佳可採用在波長大於600nm的區域的穿透率大於60％，在波長小於450nm的區域的穿透率小於40％的透光材質作為透光膜體。此外，採用長波長波段具有良好穿透率的光學膜片可搭配白光發光二極體，亦可避免因使用特殊發光二極體而造成的發光效率的問題，也可節省光源的使用成本。

相較於透光膜體，光柵結構的光穿透率小於透光膜體的光穿透率。例如，以金屬材質(如銅)形成光柵結構。在其它實施例中，亦可以絕緣遮光材質(例如油墨)形成光柵結構。採用絕緣遮光材質形成的光柵結構利用吸收光的方式，使部分光線(方向偏斜的光線)被吸收，部分光線通過光柵結構後保持準直。採用金屬或其他具高反射性材質形成的光柵結構則是將方向偏斜的光線反射，使光線經重複反射後可保持準直出射，且相較吸光方式可進一步提高整體亮度。藉此光柵結構的設計，可使光線經光柵結構後減少雜散光線並保持準直。

圖3為基板100的實施例上視圖。如圖3所示，光感應電路110設置於基板100的第一表面102。舉例而言，光感應電路110為光學式影像感測電路。光感應電路110包含薄膜電晶體、光感測器等，當手指觸碰基板100時，觸碰位置反射的光線由光感應電路110接收以進行位置確認及指紋辨識。

圖4為光柵結構218自第二面216的上視圖。如圖4所示，光柵結構218形成網格。網格由多條第一格線218a及多條第二格線218b交錯形成。第一格線218a沿前述第一方向X排列，如圖4所示，多條第一格線218a彼此平行且間隔排列。類似地，第二格線218b沿前述第二方向Y排列，多條第二格線218b彼此平行且間隔排列。

如前所述，光線經光柵結構後可使光線保持準直。具體而言，相鄰兩條第一格線218a的間距B與第一格線218a的寬度C的比較佳介於1:1至1:5之間(即B：C＝1:1至1:5)。在較佳實施例中，將第一格線218a的寬度C加大並將相鄰第一格線218a的間距B縮小可減少偏斜光線穿過的機會，提供良好的光線準直效果。相鄰兩第一方向格線218a的間距B較佳介於10μm至50μm之間。類似地，相鄰兩條第二格線218b的間距B與第二格線218b的寬度C的比較佳介於1:1至1:5之間，且相鄰兩條第二格線218b的間距B較佳介於10μm至50μm之間。因此，使光線經網格狀的光柵結構可保持準直。此外，採用本發明的光學膜片，可省去現有影像感測裝置中光學膜組件220的部分光學膜，以減少整體厚度。需補充的是，網格可由金屬材質或絕緣遮光材質形成，其影響光線的效果已如上說明，在此不另贅述。

就光柵結構高度而言，其亦可提供光線準直的效果。圖5為光學膜片210的放大剖視圖。如圖5所示，光柵結構218在第一方向X上的截面(例如沿圖4的剖切位置AA』)上具有彼此相間隔的多個突出的第二格線218b，相鄰兩條第二格線218b間具有間距B。如前所述，間距B與第二格線218b寬度C的比較佳介於1:1至1:5之間。就間距B與第二格線218b高度A而言，間距B與第二格線218b高度A的比較佳介於1:2至1:10之間(即B：A＝1:2至1:10)。換言之，相鄰兩第二格線218b的間距B與第二格線218b的高度A的比介於1:2至1:10之間。因此，使光線經網格狀的光柵結構可保持準直。

需注意的是，上述網格狀的形式並不限於如圖4所示的正方形。網格形狀可視需求改變。換言之，不同方向格線於交會處的形狀可以改變。例如配合光柵結構的製作方式，將網格形狀調整為圓孔狀或是六角形。

圖6為本發明影像感測裝置10的另一實施例剖視圖。在圖6所示的實施例，影像感測裝置10的光學膜片210採用經染色透光膜體212a。例如，採用聚醯亞胺作為透光膜體，並進一步將聚醯亞胺染色。染色可為黃色或是紅色，藉此使長波長波段的光線通過，並濾除短波長波段的光線，以增加長波長波段的光線的穿透率。在其它實施例中，透光膜體212a可採用如聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)進行染色。

需補充的是，若考量紫外光波段對光學膜片210及光學膜組件220可能造成的變質影響，則較佳採用藍光波段的光穿透率大於對於紫外光波段的光穿透率的透光膜體212。如圖7繪示的穿透率示意圖，光學膜片在波長450nm附近的區域的穿透率相較于波長小於400nm的區域的穿透率來得高。例如，採用聚醯亞胺作為透光膜體212，其具有紫外光低穿透率的特性，可減少光學膜片及光學膜組件受紫外光影響，提高使用壽命。在其它實施例，可選擇在光學膜片210加上紫外線吸收膜，以減少光學膜片210及光學膜組件220受紫外光影響。

圖8為光柵結構218設置於第一面214及第二面216的實施例剖視圖。與前述實施例的差異在於，光學膜片210a具有雙層的光柵結構218。如圖8所示，網格狀的光柵結構218分別分布於第一面214及第二面216上。此外，分布於第一面214及第二面216上的網格於透光膜體212a上的投影範圍彼此實質上對齊。換言之，第一面214及第二面216上的光柵結構218的位置對應重疊，當正視於第一面214的光柵結構218時，另一面上的光柵結構218完全被遮擋。

相較於單面形成網格狀的光柵結構，圖8所採用的雙層網格光柵結構可減少製作時等待光柵結構高度累積的時間(約節省一半時間)，以提高生產速率。另由於一面上的光柵結構高度可以降低，因此可減少製造上的困難度，增加產品良率。此外，光學膜片採用金屬材質的光柵結構，可增加基板剛性，以達到整體結構強度及使用安全性提高的效果。

圖9為對應圖8實施例的光學膜片210放大剖視圖。如圖9所示，間距B與第二格線218b寬度C的比介於1:1至1:5之間。就第二格線218b高度A與兩相鄰第二格線218b的間距B而言，間距B與第二格線218b高度A的比較佳介於1:2至1:10之間。須說明的是，對於雙層光柵結構的設計，高度指上下兩層光柵結構的總合，即A＝A1+A2。因此，使光線經網格狀的光柵結構可保持準直。

圖10A及圖10B為光柵結構218分別自第二面216及第一面214的上視圖。如圖10A及圖10B所示，與前述實施例的差異在於，在透光膜體212相反兩面上的光柵結構218沿單一方向分布，其中一層的光柵結構沿第一方向(或第二方向)延伸，另一層的光柵結構沿第二方向(或第一方向)延伸。如圖10A所示，第二格線218b設置於第二面216上。第二格線218b沿第二方向Y排列，多條第二方向格線218b彼此平行且間隔排列。第一格線218a設置於第一面214上。類似地，第一格線218a沿第一方向X排列，多條第一格線218a彼此平行且間隔排列。自上視圖觀之，位於不同面上的單向光柵結構218a/218b共同形成網格狀結構。相較於兩面都形成網格狀的光柵結構218，圖10A及圖10B所採用的雙層單向排列結構可進一步減少製作時間，提高生產速率。

圖11為光柵結構218設置保護層250的實施例剖視圖。在圖11的實施例，影像感測裝置10另包含粘著層240與保護層250。如圖11所示，粘著層240設置於光學膜片210和基板100之間。藉粘著層240可避免基板100破損時的碎片四散，進一步提高使用的安全性。保護層250覆蓋於光柵結構218上。藉保護層250的設置，可避免光柵結構218刮傷受損的情形。

綜上所述，本發明的影像感測裝置利用可見光長/短波長波段不同穿透率的光學膜片提高影像清晰度。光學膜片中的光柵結構可使出射光準直，避免雜散光線降低影像品質。此外，調整光柵結構的間距與寬度的比、間距與高度的比可進一步提高影像清晰度。另外，採用本發明具光柵結構的光學膜片可省去過多的光學膜，使整體裝置的厚度減少。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的範例。必需指出的是，已公開的實施例並未限制本發明的範圍。相反地，包含於權利要求的精神及範圍的修改及均等設置均包含於本發明的範圍內。