生物识别成像装置和电子装置的制作方法

1.本发明涉及适于集成在显示面板中的光学生物识别成像装置。特别地，本发明涉及适于指纹感测的光学生物识别成像装置，其中，感测装置包括多个微透镜。


背景技术：

2.生物识别系统被广泛用作增强例如移动电话等的个人电子装置的便利性和安全性的手段。目前，在所有新近发布的例如移动电话的大部分消费电子装置中均特别地包含指纹感测系统。
3.光学指纹传感器为人所知已有一段时间，并且在某些应用中，光学指纹传感器可以是例如电容式指纹传感器的可行的替选。光学指纹传感器可以例如基于小孔成像原理和/或可以采用微通道(即，准直器或微透镜)来将入射光聚焦到图像传感器上。
4.us 2007/0109438描述了一种可以用作指纹传感器的光学成像系统，在该系统中，微透镜被布置成将光重定向到检测器上。在所描述的成像系统中，每个微透镜构成采样点，并且微透镜被彼此靠近地布置以提高图像分辨率。为了避免从相邻微透镜接收到的光的混合，在微透镜与检测器之间布置有微通道或孔口。
5.然而，为了实现高分辨率传感器，必须使微透镜小并且必须要以高精度制造微透镜，这使得制造工艺复杂且对变化敏感，并且包括小的微透镜的所述类型的传感器也将对覆盖传感器的任何层的在透射率方面的空间差异敏感。
6.因此，理想的是提供一种改进的光学指纹感测装置。


技术实现要素：

7.鉴于现有技术的上述及其他缺点，本发明的目的是提供一种改进的生物识别成像装置，其适合在电子用户装置中的显示盖玻璃下使用。
8.根据本发明的第一方面，提供了一种生物识别成像装置，其包括：图像传感器，其包括形成光电检测器像素阵列的多个像素；第一孔口层，其包括位于与像素阵列的像素对准的位置中的开口；第一过滤层，其包括配置成阻挡预定的第一波长范围内的光的透明材料；布置在第一过滤层上的透明间隔层，其中，透明间隔层配置成吸收预定第二波长范围内的光；以及布置在透明间隔层上的微透镜阵列，其中，微透镜与第一孔口层中的开口对准。
9.第一孔口层是包括开口的不透明层，开口用于使到达像素的光束变窄，从而减小通过每个准直结构、即通过每个透镜和孔口组合看到的视场。
10.第一过滤层优选地是阻挡ir区域中的光的层，并且过滤层的透明材料因此可以被称为ir截止材料。因此，该材料用作滤光器，当在阳光下使用生物识别成像装置时，该滤光器特别重要。
11.微透镜可以例如以六边形或直线格子布置方式来布置以形成阵列。此外，微透镜阵列可以形成为单个块，或者可以形成为布置成阵列的单独透镜。
12.根据本发明的一个实施方式，透明间隔层是着色玻璃层。着色玻璃层也可以称为
混合红外截止滤光器，其中，着色玻璃配置成吸收红外波长范围及以上范围内的光，以使可见光可以到达图像传感器。可以通过在制造过程中将添加剂掺入玻璃中来获得着色玻璃层，其中，添加剂可以是五氧化二磷(p2o5)或氧化铜(cuo)。此外，通过控制添加剂的种类和浓度，可以控制着色玻璃层的光吸收特性。
13.根据本发明的一个实施方式，透明间隔层随着波长的增加展现出逐渐增加的光吸收，使得可见光被透射，并且红外光被吸收。如上所述，可以通过控制层中添加剂的量来控制和定制透明间隔层的吸收曲线。
14.根据本发明的示例实施方式，透明间隔层对于600nm至700nm范围内的波长可以具有在40％至60％范围内的透射率，并且其中，具有更长波长的光被阻挡。由此，透明间隔层用作红外截止层，以减少到达图像传感器的红外波长范围内的光的量。
15.根据本发明的一个实施方式，该生物识别成像装置还包括第二过滤层，该第二过滤层包括配置成阻挡第一波长范围内的光的透明材料。第二过滤层有助于进一步减少到达图像传感器的红外光的量。
16.根据本发明的一个实施方式，第一过滤层和第二过滤层分别布置在透明间隔层的相应两侧上。通过分别在着色玻璃层的相应两侧上布置过滤层，可以减小玻璃层中的张力，从而降低透明间隔层翘曲和弯曲的风险。
17.根据本发明的一个实施方式，该生物识别成像装置还包括第二孔口层，该第二孔口层包括位于与像素阵列的像素对准的位置中的开口。第二孔口层可以例如位于第一孔口层的上方，在这种情况下，第二孔口层中的开口大于第一孔口层中的开口。由此，可以减少杂散光并且显著减少来自邻近透镜的串扰。可以在第一孔口层与第二孔口层之间布置光学透明粘合剂(oca)，以连接各层并控制两个孔口层之间的距离。
18.根据本发明的一个实施方式，该生物识别成像装置还可以包括位于相邻的微透镜之间的阻光层。阻光层可以是作为掩模布置在透明间隔层上或者第二过滤层——如果使用这种层的话——上的层。阻光层配置成防止光尚未穿过微透镜就到达成像装置。因此，除微透镜的位置以外，阻光掩模层优选地覆盖成像装置的最上表面的整个表面。阻光层也可以与微透镜略微交叠，这意味着阻光层中的开口小于微透镜。
19.由此，减少了可能干扰所捕获图像的到达图像传感器的杂散光的量。实际上，一些杂散光是可以允许的，但是理想的是减少像素之间的光学“串扰”量。
20.根据本发明的一个实施方式，该生物识别成像装置还可以包括布置在微透镜与阻光层之间的透明基层。透明基层可以由与微透镜相同的材料制成，并且基层也可以在与微透镜相同的块中，使得可以在一个步骤中模制或压印由基层支承的整个微透镜阵列。
21.根据本发明的一个实施方式，第一过滤层和第二过滤层可以配置成阻挡具有大于550nm或570nm的波长的光，从而用作红外截止层。
22.第一孔口层可以是图像传感器中的顶部金属层。可以使用包括多个金属层的cmos工艺来制造图像传感器，并且通过使用cmos芯片的顶部金属层作为孔口层，生物识别成像装置的制造过程得以简化，原因在于不需要用于形成孔口层的附加步骤。
23.第一孔口层也可以布置在图像传感器上。孔口层在此被设置为布置在图像传感器上的单独的层。还可以在图像传感器与孔口层之间设置附加的间隔层。
24.根据本发明的一个实施方式，微透镜配置成使焦点位于图像传感器的表面处。因
此，来自生物识别对象的一部分的到达一个微透镜的反射光被聚焦至图像传感器上，可以在该图像传感器上捕获反射光。
25.微透镜还可以配置成使焦点位于孔口层的平面中，该孔口层位于图像传感器上或作为图像传感器的一部分并且直接位于图像传感器的像素上方。
26.还提供了一种电子装置，该电子装置包括：显示屏；以及根据前述实施方式中的任一实施方式的生物识别成像装置，其布置在显示屏的下面。因此，生物识别成像装置可以集成在显示面板中或位于显示面板下面，使得可以在显示器的整个表面上方进行生物识别成像。显示器的像素在此将用作生物识别成像传感器的光源，使得从显示面板发射的光由与显示面板的外表面接触的生物识别对象反射并朝向图像传感器反射回去，其中，可以形成生物识别对象的图像。生物识别对象可以例如是指纹或掌纹。此外，电子装置可以是智能手机、平板计算机等。
27.提供了一种生物识别成像装置，其包括：图像传感器，其包括形成光电检测器像素阵列的多个像素；第一孔口层，其包括位于与像素阵列的像素对准的位置中的开口；透明间隔层，其中，透明间隔层配置成吸收在红外波长范围内的预定的第二波长范围内的光；以及微透镜阵列，其中，微透镜与第一孔口层中的开口对准，并且其中，透明间隔层位于微透镜阵列与孔口层之间。
28.本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于本发明的第一方面所描述的效果和特征。
29.当研究所附权利要求书和以下的描述时，本发明的其他特征和利用本发明的优点将变得明显。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以产生除了下文中描述的那些实施方式之外的实施方式。
附图说明
30.现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图来更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
31.图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物识别成像系统；
32.图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物识别成像系统；
33.图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物识别成像系统；以及
34.图4示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物识别成像系统。
具体实施方式
35.在本详细描述中，主要参考指纹成像传感器来描述根据本发明的生物识别成像系统的各种实施方式，该指纹成像传感器适于在消费装置例如智能手机、平板计算机等的显示面板下使用。
36.图1示意性地示出了生物识别成像装置100的一部分。特别地，图1示出了生物识别成像装置100的一部分的截面，并且应当理解，成像装置进一步延伸以形成合适尺寸的成像装置。
37.生物识别成像装置100包括：图像传感器102，其又包括形成光电探测器像素阵列的多个像素104；以及第一孔口层106，其包括位于与像素阵列的像素104对准的位置中的开
口108。孔口层106中的每个开口108与图像传感器102的像素104对准。然而，图像传感器102可以包括比孔口多的像素，使得图像传感器中的一些像素没有被使用。
38.第一孔口层106可以由其中形成有图像传感器102的cmos芯片中的最顶部金属层形成。因此，可以在相同的制造过程中形成图像传感器102和第一孔口层106。
39.生物识别成像装置100还包括：第一过滤层110，其包括配置成阻挡预定的第一波长范围内的光的透明材料110；以及透明间隔层112，其在此布置在第一过滤层110上，其中，透明间隔层112配置成吸收预定的第二波长范围内的光。在图1中所示的生物识别成像装置100中，第一过滤层110位于透明间隔层112下面。然而，第一过滤层110也可以同样地位于透明间隔层112的顶部上，使得透明间隔层112布置在第一孔口层106上。
40.第一过滤层110优选地配置成阻挡具有大于570nm的波长的光的至少50％。因此，第一波长范围包括大于570nm的波长。
41.此外，生物识别成像装置100包括微透镜114的阵列，微透镜114的阵列在此布置在透明间隔层112上，其中，微透镜114与第一孔口层106中的开口118对准。在第一过滤层110布置在透明间隔层112的顶部上的实施方式中，微透镜阵列将布置在第一过滤层110上。
42.在所描述的实施方式中，透明间隔层112是着色玻璃层，该着色玻璃层随着波长的增加展现出逐渐增加的光吸收，使得可见光被透射，并且红外光被吸收。因此，透明间隔层112的目的是减少到达图像传感器的红外光的量。透明间隔层112也可以称为吸光层，其总吸收取决于该层的厚度。因此，可以将透明间隔层的厚度配置成充分减少光学串扰和其他内部反射。可以通过控制层的组成来控制透明间隔层112的截止波长，即，光的50％被吸收的波长。具体地，透明间隔层112的透射特性可以通过选择玻璃材料中添加剂的类型和数量来控制。对于光学指纹传感器，可能期望具有在590nm至630nm的范围内的截止区域。
43.透明间隔层对于600nm至700nm的范围内的波长可以例如具有在40％至60％的范围内的透射率，并且其中，具有更长波长的光被阻挡。因此，第一波长范围可以被描述为600nm以上的波长范围。第二波长范围也可以与第一波长范围相同。
44.透明间隔层112与第一过滤层110之间的区别在于：呈着色玻璃层形式的透明间隔层112配置成吸收红外光，而第一过滤层110配置成阻挡红外光。配置成基于干涉来阻挡光的过滤层可以具有作为波长的函数的尖的透射曲线，并且透射也会取决于入射光的角度。在光吸收层中，过渡更平滑并且没有角度依赖性。因此，通过将吸收层与阻挡层组合，可以利用各个层的有利特性。
45.生物识别成像装置100还可以包括本文中未描述的附加的中间层，只要这些中间层足够透明以允许光在没有过多损失的情况下从微透镜行进至图像传感器即可。
46.图2示意性地示出了生物识别成像装置200，生物识别成像装置200还包括第二孔口层208，第二孔口层208包括位于与像素阵列的像素104对准的位置中的开口210。第二孔口层208中的开口210大于第一孔口层中的开口108，使得两个孔口层106、208一起起到使到达像素104的光束变窄的作用。可以是光学透明粘合剂(oca)层的透明层206布置在第一孔口层106与第二孔口层208之间以限定层106与层208之间的距离。
47.图2的生物识别成像装置200还包括第二过滤层202，第二过滤层202包括配置成阻挡第一波长范围内的光的透明材料。因此，第二过滤层202的特性与第一过滤层110的特性相同。然而，可以提供与第一过滤层相比具有不同的光学特性的第二过滤层。
48.此外，生物识别成像装置200包括位于相邻的微透镜114之间的阻光层204。换句话说，阻光层204包括位于微透镜114的位置处的开口。阻光层204可以在微透镜114形成之前或之后沉积在装置上，并且阻光层204原则上可以位于透镜的底部平面上方或位于与透镜相同的平面内。在任一种情况下，阻光层204的开口的尺寸等于或小于微透镜114的尺寸。阻光层204还允许微透镜阵列中的微透镜114的稀疏布置方式，使得相邻的微透镜114之间存在一定距离。由此，到达图像传感器102的光必定穿过微透镜114。
49.图3示意性地示出了生物识别成像传感器300，生物识别成像传感器300还包括透明基层302，透明基层302布置在微透镜114与阻光层204之间。透明基层302可以由与微透镜114相同的材料制成，并且其可以与微透镜114一起形成为单件。
50.图2和图3的生物识别成像装置200、300的其他特征类似于以上参照图1的生物识别成像装置100描述的特征。
51.图4示意性地示出了与图1中所示的装置100类似的生物识别成像装置400。不同之处在于图4的生物识别成像装置400不包括第一过滤层110。相反，透明间隔层112填充微透镜114阵列与第一孔口层106之间的体积。在一些应用中，可能仅通过呈透明间隔层形式的阻光层就足以减少到达图像传感器的红外光的量。对于阻光层，吸收的光的量与层的厚度成正比，并且在一些应用中，孔口层与微透镜阵列之间的距离可以足够大，以使透明间隔层112在没有图1所示的过滤层110的情况下提供足够的吸收。
52.即使已经参考本发明的具体的例示实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的替代方案、改型等将变得明显。此外，应当注意，装置的部件可以以各种方式被省去、互换或布置，但是该装置仍然能够执行本发明的功能。
53.此外，根据对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现对所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被使用来获得优点。