电子装置与指纹辨识模块的制作方法

1.本揭示内容是关于一种电子装置，且特别是关于一种具有指纹辨识模块的电子装置。


背景技术：

2.随着科技的进步，应用于移动装置上的生物辨识(biometrics)已渐渐成为市场主流，生物辨识利用人体上独有的特征做为移动装置上的密码，以达到辨识用户的目的。生物辨识的应用有指纹辨识、脸部辨识、虹膜辨识等。
3.指纹辨识可分成电容式和光学式指纹辨识。光学式指纹辨识有别于电容式指纹辨识，较不易因为汗水等干扰而影响辨识程度，具有耐用度较高、稳定性较好的优点。然而，光学式指纹辨识仍有需要改善的地方。


技术实现要素：

4.本揭示内容提供了一种电子装置，包含显示面板、背板和指纹辨识模块。背板与显示面板相对设置，且背板具有指纹接触区，指纹接触区用于感测指纹并可供光线穿透。指纹辨识模块位于显示面板与背板之间，且指纹辨识模块包含光学式指纹感测晶片，其中光学式指纹感测晶片具有感测面面向背板的指纹接触区，以感测来自指纹接触区的光线。
5.在一些实施方式中，背板具有洞口以及透光媒介体设置于洞口的区域内，用作指纹接触区。
6.在一些实施方式中，背板为透光材质，透光材质的区域为用作指纹接触区。
7.在一些实施方式中，指纹辨识模块还包括至少一光源，用于提供光线的光源。
8.在一些实施方式中，至少一光源包含多个光源，且光源相对于光学式指纹感测晶片的中心点呈现对称配置。
9.在一些实施方式中，指纹辨识模块还包含导光结构，用以导引至少一光源的光线至指纹接触区，以及/或导引指纹接触区的光线至感测面。
10.在一些实施方式中，至少一光源具有发光面，且发光面不面向背板的指纹接触区。
11.在一些实施方式中，至少一光源具有发光面，且发光面面向背板的指纹接触区。
12.在一些实施方式中，指纹辨识模块还包括遮光结构，用于遮蔽至少一光源的部分光线。
13.在一些实施方式中，遮光结构配置在至少一光源与光学式指纹感测晶片之间。
14.在一些实施方式中，遮光结构具有开口，位于感测面与指纹接触区之间，开口允许来自指纹接触区的光线进入感测面。
15.在一些实施方式中，导光结构包含透镜、微透镜阵列、光准直元件、滤光片当中的一或多者，设置在指纹接触区与光学式指纹感测晶片的感测面之间。
16.在一些实施方式中，指纹辨识模块还包含基板，且光学式指纹感测晶片、至少一光源以及遮光结构设置在基板上，其中遮光结构包含围壁以及顶板，围壁连接基板，且围绕光
学式指纹感测晶片。顶板由围壁向内延伸出，顶板的边缘定义出开口的轮廓。
17.在一些实施方式中，还包括均光层，配置在指纹辨识模块与背板的指纹接触区之间。
18.在一些实施方式中，还包含导光板(light guide plate)，导光板配置在指纹辨识模块与背板的指纹接触区之间，其中导光板具有上表面，来自指纹接触区的光线进入上表面。
19.在一些实施方式中，还包含光扩散片以及反射层。光扩散片配置在导光板与背板的指纹接触区之间。反射层配置在导光板与指纹辨识模块之间。
20.在一些实施方式中，还包含固定件，固定件连接导光板以及至少一光源，用以固定导光板以及至少一光源。
21.在一些实施方式中，显示面板位于电子装置的正面，背板位于电子装置的背面。
22.在一些实施方式中，电子装置为移动通讯装置。
23.在一些实施方式中，还包括处理器，用于接收指纹辨识模块所提供的感测数据，辨识出指纹。
24.在一些实施方式中，处理器更依据感测数据侦测人体微血管中血液流动的变化。
25.本揭示内容提供了一种指纹辨识模块，用于设置于电子装置中，电子装置包含显示面板与背板，背板与显示面板相对设置，且背板具有指纹接触区，指纹接触区用于感测指纹并可供光线穿透，其中指纹辨识模块用于设置于显示面板与背板之间，且指纹辨识模块包含光学式指纹感测晶片，其中光学式指纹感测晶片具有感测面，用于设置为面向背板的指纹接触区以感测来自指纹接触区的光线。
26.在一些实施方式中，还包括至少一光源，用于提供光线的光源。
27.在一些实施方式中，至少一光源包含多个光源，且光源相对于光学式指纹感测晶片的中心点呈现对称配置。
28.在一些实施方式中，还包含遮光结构，配置在至少一光源与光学式指纹感测晶片之间。
29.在一些实施方式中，遮光结构具有开口，位于感测面与指纹接触区之间，开口允许来自指纹接触区的光线进入感测面。
30.在一些实施方式中，还包含导光结构，用以导引至少光源的光线至指纹接触区，以及/或导引指纹接触区的光线至感测面。
31.在一些实施方式中，导光结构包含光准直元件、透镜、微透镜阵列与滤光片当中的至少一者，用于设置在指纹接触区与光学式指纹感测晶片的感测面之间。
32.在一些实施方式中，指纹辨识模块是用于将感测数据提供至处理器，使处理器辨识出指纹。
33.在一些实施方式中，处理器更依据感测数据侦测人体微血管中血液流动的变化。
34.应该理解的是，前述的一般性描述和下列具体说明仅仅是示例性和解释性的，并旨在提供所要求的本发明的进一步说明。
附图说明
35.当结合随附附图进行阅读时，本揭示的详细描述将能被充分地理解。应注意，根据
业界标准实务，各特征并非按比例绘制且仅用于图示目的。事实上，出于论述清晰的目的，可任意增加或减小各特征的尺寸。
36.图1为根据本发明的一实施方式所绘示的电子装置的剖面示意图；
37.图2至图12为根据本发明的不同实施方式所绘示的电子装置的局部剖面示意图；
38.图13至图14为根据本发明的一些实施方式所绘示的微透镜阵列示意图；
39.图15至图16为根据本发明的一些实施方式所绘示的电子装置的剖面示意图；
40.图17为根据本发明的一实施方式所绘示的电子装置的局部剖面示意图；
41.图18至图20为根据本发明的一些实施方式所绘示的电子装置的剖面示意图。
42.【符号说明】
43.100:电子装置
44.110:显示面板
45.120:背板
46.122:洞口
47.124:透光媒介体
48.130:指纹辨识模块
49.132:光学式指纹感测晶片
50.134:遮光结构
51.134a:开口
52.135:围壁
53.136:顶板
54.138:透镜
55.139:基板
56.140:光源
57.142:微透镜阵列
58.144:滤光片
59.146:光准直元件
60.150:均光层
61.160:导光板
62.160a:入光面
63.170:光扩散片
64.180:反射层
65.190:固定件
66.192:摄像镜头
67.200:手指
68.210:晶片
69.220:电池
70.a1:指纹接触区
71.c:中心点
72.s1:感测面
具体实施方式
73.为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。
74.以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
75.请参阅图1，图1为根据本发明的一实施方式所绘示的电子装置的剖面示意图。如图1所示，一种电子装置100由上而下依序为背板120、指纹辨识模块130和显示面板110。详言之，背板120与显示面板110相对设置，且背板120具有指纹接触区a1，指纹接触区a1用于感测手指200的指纹并可供光线穿透。须说明的是，指纹接触区a1可为背板120上的一特定区域，具有相对于光学式指纹感测晶片132可感测到的区域范围。指纹辨识模块130位于显示面板110与背板120之间，且指纹辨识模块130包含光学式指纹感测晶片132、基板139以及光源140，其中光学式指纹感测晶片132具有一感测面s1面向背板120的指纹接触区a1，以感测来自指纹接触区a1的光线。更详细而言，光学式指纹感测晶片132与光源140可设置在基板139上，其中，光源140用于提供光线，光源140可以光学式指纹感测晶片132的中心点c为中心，设置于光学式指纹感测晶片132的一至多测(譬如两侧)。
76.在一实施方式中，显示面板110可为薄膜晶体管(thin film transistor,tft)显示面板、薄膜二极管(thin film diode,tfd)显示面板、有机发光二极管(organic light-emitting diode,oled)显示面板、主动矩阵有机发光二极管(active-matrix organic light-emitting diode,amoled)显示面板等，但不限于此。
77.在一实施方式中，电子装置100的背板120为透光材质，透光材质的区域用作指纹接触区a1。在一实施方式中，电子装置100的背板120为光源140可穿透的材质，举例来说，电子装置100的背板120的材料可为玻璃、蓝宝石、塑料或是陶瓷材料等，但不限于此。在此实施例中，背板由于为透光材质，故可以不需要挖洞以作为指纹接触区a1。在替代实施例中，背板120具有洞口122以及透光媒介体124设置于洞口122的区域内，用作指纹接触区a1。背板120本身可为不透光材质。
78.在一些实施方式中，背板120可为均匀材质，亦可为不均匀材质。在一实施方式中，电子装置100可还包含其他一或多层导光结构，譬如导光板(light guide plate)、反射层、光扩散片、均光层或上述的组合。
79.换言之，指纹接触区a1可至少设置有背板本身的材质，或为背板挖洞另外增设的透光媒介体。另外，指纹接触区a1的结构可为单层(背板本身或透光媒介体)或多层结构(另外增加如导光板、反射层、光扩散片、均光层等等)。
80.在一实施方式中，光源140的数量可以是多个，且多个光源140相对于光学式指纹感测晶片132的中心点c可呈现对称配置。具体来说，光源140可为一个或两个以上，当光源140为两个以上时，以主动区(active area)为中心成对称排列。
81.在一实施方式中，光源140具有发光面，且发光面面向背板120的指纹接触区a1，譬如为下打光设计。在替代实施例，光源140具有发光面，且发光面不面向背板120的指纹接触区a1，譬如为侧打光设计。
82.在一些实施方式中，光源140可依应用的不同而设计，光源140可为可见光、红外光、紫外光等，但不限于此。在一些实施方式中，光源140的发光源可为发光二极管(light-emitting diode,led)或其他光源，例如红外线发光二极管(ir led)。
83.在一实施方式中，指纹辨识模块130还包含导光结构，用以导引光源140的光线至指纹接触区a1，以及/或导引指纹接触区a1的光线至感测面s1。于不同实施例中，可根据设计应用需求设置有不同的导光结构，导光结构可包含透镜138、微透镜阵列142、光准直元件146、滤光片144当中的一或多者，设置在指纹接触区a1与光学式指纹感测晶片132的感测面s1之间。
84.在一些实施方式中，若光源140为可见光，指纹辨识模块130的导光结构可包含红外线滤光器(ir filter)，用以阻挡红外线，能避免成像时因为杂散光等因素而导致影像不清晰。在一些实施方式中，若光源140为红外线光，指纹辨识模块130包含带通滤光片(ir bandpass filter)，可依设计需求而配置宽带滤光片或是窄带滤光片，也可依设计需求不配置带通滤光片。
85.在一实施方式中，电子装置100中的显示面板110位于电子装置100的正面，背板120位于电子装置100的背面。在一实施方式中，电子装置100为移动通讯装置，如手机或是平板电脑。
86.在一些实施例中，利用反射光或/和穿透光进行生物辨识并兼具防伪。电子装置可还包括处理器，譬如应用处理器(application processor)，用于接收指纹辨识模块130所提供的感测数据，与数据库内的指纹数据比对而辨识出指纹并对使用者认证。换言之，感测数据是包括指纹辨识的相关数据。在一些实施例中，处理器可更依据感测数据侦测人体微血管中血液流动的变化。换言之，感测数据是包括更多与血液流动等生物辨识相关的数据
87.具体来说，影像成像可包括从光源140提供光线经背板120的指纹接触区a1至手指200，接着光线从手指200反射经背板120的指纹接触区a1至光学式指纹感测晶片132，光学式指纹感测晶片132通过接收到的反射光线或/和穿透光线分析手指200指纹，得以进行辨识。
88.除此之外，在一些实施例中，光源140提供光线，可利用光线照射手指200，电子装置更可侦测人体微血管中血液流动的变化，得以计算出人体心律及心跳，借此进行生物识别。
89.值得注意的是，这些实施例提供设置于如手机背盖的指纹辨识以及心律/心跳侦测，有别于传统的屏下指纹辨识，可增加了其他的生物辨识，可让使用者通过手机背盖而达到防伪且提高辨识率的效果。
90.图2至图12为根据本发明的不同实施方式所绘示的电子装置的局部剖面示意图。为了便于说明，图2至图12中的电子装置100仅绘示背板120以及指纹辨识模块130，其余部分大致上与图1所揭露的结构相似，故不再赘述。
91.参照图2，指纹辨识模块130还包含有微透镜阵列142，用于提升光学成像品质。微透镜阵列142可设置于光学式指纹感测晶片132上，且位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
92.参照图3，指纹辨识模块130可还包含有滤光片144，用于滤除特定波长以外的光线，提升光学成像品质。滤光片144可设置于光学式指纹感测晶片132上，且位于光学式指纹
感测晶片132和背板120之间。
93.参照图4，指纹辨识模块130还包含有光准直元件(collimator)146，用于改善光路，提升光学成像品质。光准直元件146可设置于光学式指纹感测晶片132上，且位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
94.值得注意的是，图2至图4所述的微透镜阵列142、滤光片144和光准直元件146也可以依照不同的设计需求进行组合以及设置排列，详细说明可以参照图5至图12。
95.参照图5，指纹辨识模块130还包含有微透镜阵列142和滤光片144。微透镜阵列142设置于光学式指纹感测晶片132上，而滤光片144设置于微透镜阵列142上，且微透镜阵列142和滤光片144位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
96.参照图6，指纹辨识模块130还包含有微透镜阵列142和滤光片144。滤光片144设置于光学式指纹感测晶片132上，而微透镜阵列142设置于滤光片144上，且微透镜阵列142和滤光片144位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
97.参照图7，指纹辨识模块130还包含有微透镜阵列142和光准直元件146。微透镜阵列142设置于光学式指纹感测晶片132上，而光准直元件146设置于微透镜阵列142上，且微透镜阵列142和光准直元件146位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
98.参照图8，指纹辨识模块130还包含有微透镜阵列142和光准直元件146。光准直元件146设置于光学式指纹感测晶片132上，而微透镜阵列142设置于光准直元件146上，且微透镜阵列142和光准直元件146位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
99.参照图9，指纹辨识模块130还包含有滤光片144和光准直元件146。滤光片144设置于光学式指纹感测晶片132上，而光准直元件146设置于滤光片144上，且滤光片144和光准直元件146位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
100.参照图10，指纹辨识模块130还包含有滤光片144和光准直元件146。光准直元件146设置于光学式指纹感测晶片132上，而滤光片144设置于光准直元件146上，且滤光片144和光准直元件146位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
101.参照图11，指纹辨识模块130还包含有微透镜阵列142、滤光片144和光准直元件146。微透镜阵列142设置于光学式指纹感测晶片132上，滤光片144设置于微透镜阵列142上，光准直元件146设置于滤光片144上，且微透镜阵列142、滤光片144和光准直元件146位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
102.参照图12，指纹辨识模块130还包含有微透镜阵列142、滤光片144和光准直元件146。滤光片144设置于光学式指纹感测晶片132上，光准直元件146设置于滤光片144上，微透镜阵列142设置于滤光片144上，且微透镜阵列142、滤光片144和光准直元件146位于光学式指纹感测晶片132和背板120之间。
103.值得注意的是，如以上图2到图12的导光结构与背板120是配置为无间隙。于实际设计中，可根据需求设计为两者之间有间隙，亦即可以分离设置。
104.图13至图14为根据本发明的一些实施方式所绘示的微透镜阵列示意图。在一实施方式中，如图13所示，微透镜阵列142的口径形状为圆形。在一实施方式中，如图14所示，微透镜阵列142的口径形状为方形。
105.请参阅图15，图15为根据本发明的一些实施方式所绘示的电子装置的剖面示意图。须说明的是，图15中与图1相同或相似的元件被给予相同的符号，并省略相关说明，不再
赘述。如图15所示，指纹辨识模块130还包括遮光结构134和透镜138，遮光结构134用于遮蔽光源140的部分光线，而透镜138设置于光学式指纹感测晶片132之上，用于供来自指纹接触区a1的光线穿透。遮光结构134包含围壁135和顶板136，围壁135连接基板139，且围绕光学式指纹感测晶片132，配置在光学式指纹感测晶片132和光源140之间，而顶板136由围壁135向内延伸出，顶板136的边缘定义出开口134a的轮廓。开口134a位于感测面s1与指纹接触区a1之间，开口134a允许来自指纹接触区a1的光线进入感测面s1。
106.在其他实施例中，指纹辨识模块130可更选择性地包含导光结构，导光结构可包括有微透镜阵列142、光准直元件146、滤光片144当中的一或多者，设置在指纹接触区a1与光学式指纹感测晶片132的感测面s1之间，在此便不再重复。
107.请参阅图16，图16为根据本发明的一些实施方式所绘示的电子装置的剖面示意图。须说明的是，图16中与图15相同或相似的元件被给予相同的符号，并省略相关说明，不再赘述。如图16所示，背板120具有洞口122以及透光媒介体124设置于洞口122的区域内，用作指纹接触区a1。
108.请参阅图17，指纹辨识模块130可包含导光结构，其包括光准直元件146和微透镜阵列142，微透镜阵列142设置于光学式指纹感测晶片132上，光准直元件146设置于微透镜阵列142上，且微透镜阵列142和光准直元件146位于光学式指纹感测晶片132和遮光结构134之间。于不同实施例中，可根据设计应用需求设置有不同的导光结构，导光结构可包含透镜138、微透镜阵列142、光准直元件146、滤光片144当中的一或多者，设置在指纹接触区a1与光学式指纹感测晶片132的感测面s1之间。
109.在一实施例中，光源140提供光线从电子装置100内部经背板120的指纹接触区a1感测手指200指纹，由于手指200上的指纹具有不平滑的表面，故被手指200所反射的光线角度也各不相同。被反射的光线经背板120、透镜138、光准直元件146和/或微透镜阵列142至光学式指纹感测晶片132，光学式指纹感测晶片132通过接收到的反射光线分析手指200指纹，得以进行辨识。加上遮光结构134可以避免漫射或是发射光的干扰，提升侦测品质的描述。
110.图18至图20为根据本发明的一些实施方式所绘示的电子装置的剖面示意图。须说明的是，图18至图20中，与图15相同或相似的元件被给予相同的符号，并省略相关说明，不再赘述。
111.请参阅图18所示，电子装置100还包含均光层150，其功用是为了让手指200于不同位置所接受的光强度更为均匀，均光层150配置在指纹辨识模块130与背板120的指纹接触区a1之间。
112.请参阅图19，电子装置100包含有导光板160、光扩散片170和反射层180，其功用是为了让手指200于不同位置所接受的光强度更为均匀。导光板160、光扩散片170和反射层180配置于指纹辨识模块130与背板120的指纹接触区a1之间，具体来说，光扩散片170配置于背板120下，导光板160配置于光扩散片170下，反射层180配置于导光板160下，其中导光板160具有上表面，使来自指纹接触区a1的光线进入上表面。需注意的是，导光板160、光扩散片170和反射层180的配置不限于此，可依设具需求而改变其配置。提供光线的光源140配置于导光板160侧边，光源140的发光面不面向背板120而是朝向导光板160。导光板160具有入光面160a，用以接收来自光源140的光线。在一实施方式中，电子装置100还包含基板139，
光学式指纹感测晶片132设置于基板139之上。
113.在一实施方式中，电子装置100还包含摄像镜头192，摄像镜头192譬如可配置于固定件190和背板120中，且具有向外的镜头，如图19所示。
114.在一实施方式中，电子装置100还包含晶片210和电池220，光学式指纹感测晶片132和晶片210设置于基板139之上，而电池220设置于基板139之下。
115.晶片210中是设置有处理器，用于耦接至指纹辨识模块130，并接收指纹辨识模块130所提供的感测数据，辨识出指纹。在一些实施例中，处理器可更依据感测数据侦测人体微血管中血液流动的变化，得以计算出人体心律及心跳，借此进行生物识别。
116.请参阅图20，与图19相似，提供光线的光源140配置于导光板160侧边。此外，电子装置100可还包含固定件190，其可连接导光板160以及光源140，用以固定导光板160以及光源140。在一实施方式中，电子装置100还包含摄像镜头192，摄像镜头192譬如可配置于固定件190和背板120中，且具有向外的镜头，如图20所示。
117.本揭示内容提供了一种光学式指纹辨识器的机构应用，本揭示内容电子装置中的光学式指纹感测晶片具有感测面面向背板的指纹接触区，可应用于例如移动通讯装置(如手机)的背盖。另外，本揭示内容的电子装置可利用红外线发光二极管或其他光源为发光源。除了可以进行指纹辨识之外，一些实施例可增加其他的生物辨识，例如心跳或心律侦测，因此可做防伪及提高辨识率。
118.尽管已经参考某些实施方式相当详细地描述了本发明，但是亦可能有其他实施方式。因此，所附权利要求范围的精神和范围不应限于此处包含的实施方式的描述。
119.对于所属技术领域人员来说，显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明的结构进行各种修改和变化。鉴于前述内容，本发明意图涵盖落入所附申请专利范围内的本发明的修改和变化。