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KR102365607B1 - 지문 검출 장치 및 전자 장치 - Google Patents

지문 검출 장치 및 전자 장치 Download PDF

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Publication number
KR102365607B1
KR102365607B1 KR1020207027319A KR20207027319A KR102365607B1 KR 102365607 B1 KR102365607 B1 KR 102365607B1 KR 1020207027319 A KR1020207027319 A KR 1020207027319A KR 20207027319 A KR20207027319 A KR 20207027319A KR 102365607 B1 KR102365607 B1 KR 102365607B1
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KR
South Korea
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light blocking
optical
micro lens
fingerprint
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KR1020207027319A
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Inventor
쓰차오 장
쥔시옌 린
인 왕
페이신 차이
Original Assignee
선전 구딕스 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드
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Publication date
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Abstract

지문 검출 장치 및 전자 장치를 제공하고, 상기 지문 검출 장치는 표시 화면의 하방에 적용되어, 언더 디스플레이 광학 지문 검출을 실현하고, 상기 지문 검출 장치는 마이크로 렌즈 어레이, Z개의 차광층, 광학 감지 픽셀 어레이를 포함하되, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 표시 화면의 하방에 설치되고, 상기 Z개의 차광층은 상기 마이크로 렌즈 어레이의 하방 설치되고, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층에는 핀홀 어레이가 설치되고, Z는 양의 정수이고, 상기 광학 감지 픽셀 어레이는 상기 Z개의 차광층 중의 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하부에 설치되고, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
Figure 112020100663901-pct00104
을 만족한다. 핀홀 어레이에서 핀홀의 구조적 매개변수를 제약함으로써, 손가락의 상이한 위치를 통해 리턴된 광 신호의 엘리어싱을 방지할 수 있고, 즉 지문 이미지 콘트라스트 비를 보장함으로써 지문 이미지의 밝기가 증가하고, 지문 이미지의 신호 대 잡음비 및 해상도가 증가하며, 지문인식 효과 및 인식 정확도가 향상된다.

Description

지문 검출 장치 및 전자 장치
본 출원의 실시예는 지문 검출 분야에 관한 것이고, 또한 더 구체적으로, 지문 검출 장치 및 전자 장치에 관한 것이다.
미래 휴대용 전자 제품의 소형화가 증가함에 따라, 현재 렌즈형 언더 스크린 광학 지문 제품의 크기는 이러한 추세에 적응하기 어려우므로, 더 얇은 두께, 더 작은 부피, 높은 집적도 방향으로의 개발이 시급하다. 그러나 현재 존재하는 소형화 방안에서, 시준 홀에 의해 이미징된 이미지 콘트라스트 비는 시준 홀의 깊이와 관련이 있고, 높은 이미징 품질을 실현하기 위해서는 큰 깊이가 필요하고, 동시에 이러한 방안은 광선 이용율이 낮다. 마이크로 렌즈에 의해 집광하는 방안은, 공정 및 렌즈 형태에 따라 제한적이고, 광선 이용율은 높지만, 광 경로 설계가 복잡하고, 표준화된 설계 매개변수가 부족하므로, 상이한 위치의 광 신호의 앨리어싱(Aliasing)이 쉬워져, 신호 콘트라스트(contrast) 비가 낮아지고, 지문의 이미징의 품질이 높지 않다.
본 출원의 실시예는 핀홀 어레이에서 핀홀의 구조적 매개변수를 제약함으로써, 손가락의 상이한 위치를 통해 리턴된 광 신호의 엘리어싱을 방지할 수 있고, 즉 지문 이미지 콘트라스트 비를 보장함으로써 지문 이미지의 밝기가 증가하고, 지문 이미지의 신호 대 잡음비 및 해상도가 증가하며, 지문인식 효과 및 인식 정확도가 향상되는 지문 검출 장치 및 전자 장치를 제공한다.
제1 측면에서, 표시 화면의 하방에 적용되어, 언더 디스플레이 광학 지문 검출을 실현하는 지문 검출 장치를 제공하되, 상기 지문 검출 장치는, 마이크로 렌즈 어레이, Z개의 차광층, 광학 감지 픽셀 어레이를 포함하고,
상기 마이크로 렌즈 어레이는, 상기 표시 화면의 하방에 설치되고,
상기 Z개의 차광층은, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 하방에 설치되고, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층에는 핀홀 어레이가 설치되고, Z는 양의 정수이고,
상기 광학 감지 픽셀 어레이는, 상기 Z개의 차광층 중의 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하방에 설치되고,
여기서, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
Figure 112020100663901-pct00001
을 만족함으로써, 상기 표시 화면 상부의 손가락으로부터 리턴된 광 신호가 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 수렴된 후, 상기 Z개의 차광층에 설치된 핀홀 어레이을 통해 상기 광학 감지 픽셀 어레이로 전송되고, 상기 광 신호는 상기 손가락의 지문 정보를 검출하고,
Figure 112020100663901-pct00002
는 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직거리를 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00003
는 상기 마이크로 렌즈 어레이가 위치하는 평면에서의 제1 중심과 제2 중심의 투사 사이의 거리를 나타내고, 상기 제1 중심은 상기 마이크로 렌즈 어레이 중 마이크로 렌즈의 중심이고, 상기 제2 중심은 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층 중의, 상기 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 광 신호를 전송하기 위한 핀홀의 중심이다.
핀홀 어레이에서 핀홀의 구조적 매개변수를 제약함으로써, 손가락의 상이한 위치를 통해 리턴된 광 신호의 엘리어싱을 방지할 수 있고, 즉 지문 이미지 콘트라스트 비를 보장함으로써 지문 이미지의 밝기가 증가하고, 지문 이미지의 신호 대 잡음비 및 해상도가 증가하며, 지문인식 효과 및 인식 정확도가 향상된다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
Figure 112020100663901-pct00004
을 만족시킨다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀은
Figure 112020100663901-pct00005
을 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00006
는 상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀의 최대 구경이다.
핀홀 이미징을 통해 획득된 지문 이미지는, 이미지 콘트라스트 비가 클수록 밝기(즉 핀홀에 들어오는 빛의 양)가 낮아지고, 대응하게, 밝기가 클수록, 이미지 콘트라스트 비가 작아지고, 본 실시예에서, 핀홀 어레이에서 핀홀의 최대 구경을 제약함으로써, 광학 감지 픽셀 어레이의 각각의 광학 감지 픽셀이 충분한 광 신호를 수신할 수 있도록 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 이미징된 이미지가 충분한 밝기를 갖도록 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀은
Figure 112020100663901-pct00007
를 만족한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00008
를 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00009
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 두께를 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00010
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 구경을 나타낸다.
핀홀 이미징을 통해 지문 이미지를 획득 시, 마이크로 렌즈 어레이 중 마이크로 렌즈의 구면 수차가 이미징 품질에 영향을 미치지 않도록 보장해야 한다. 본 실시예에서, 마이크로 렌즈의 최대 두께와 최대 구경 사이의 비율을 제약함으로써, 소형화된 지문 검출 장치의 기초하에, 마이크로 렌즈가 수렴된 광 신호를 하부 차광층의 핀홀에 집중시키도록 보장할 수 있어, 지문 이미지의 이미징 품질을 보장한다. 다시 말하면,
Figure 112020100663901-pct00011
및
Figure 112020100663901-pct00012
의 비율을 제약함으로써, 지문 검출 장치는 작은 두께를 갖는 것을 보장하는 기초하에, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 구면 수차를 감소시켜, 지문인식 효과를 보장한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00013
를 만족한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이는
Figure 112020100663901-pct00014
을 만족한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이는
Figure 112020100663901-pct00015
을 만족한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는
Figure 112020100663901-pct00016
을 만족하고,
Figure 112020100663901-pct00017
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타낸다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는
Figure 112020100663901-pct00018
를 만족한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀과 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00019
를 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00020
는 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀의 구경을 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00021
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타낸다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀과 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00022
를 만족한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는
Figure 112020100663901-pct00023
를 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00024
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 구경을 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00025
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타낸다.
Figure 112020100663901-pct00026
와
Figure 112020100663901-pct00027
사이의 비율을 제약함으로써, 마이크로 렌즈 어레이의 듀티비가 증가될 수 있어, 상기 지문 검출 장치는 작은 부피를 갖도록 보장한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 Z개의 차광층은
Figure 112020100663901-pct00028
을 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00029
는 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직거리를 나타낸다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 Z개의 차광층은 복수의 차광층이다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 복수의 차광층 중의 상부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 복수의 광학 감지 픽셀에 대응한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 복수의 차광층 중의 상부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 하나의 광학 감지 픽셀에 대응한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 복수의 차광층 중 동일한 광학 감지 픽셀에 대응하는 오픈 홀은 구경이 위에서 아래로 순차적으로 감소한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 Z개의 차광층은 하나의 차광층이다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 광학 감지 픽셀 어레이의 금속 배선 층은 상기 마이크로 렌즈 어레이의 후초점면 위치에 설치되고, 상기 금속 배선 층은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 각각의 광학 감지 픽셀 상부에 하나의 오픈 홀에, 상기 하부 차광층을 형성한다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 지문 검출 장치는,
투명 매개층을 더 포함하고,
상기 투명 매개층은 상기 마이크로 렌즈 어레이, 상기 Z개의 차광층 및 상기 광학 감지 픽셀 어레이를 연결하도록 사용된다.
일부 가능한 실시예에서, 상기 지문 검출 장치는,
필터층을 더 포함하고,
상기 필터층은 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 감지 픽셀 어레이 사이의 광 경로에 설치되거나 상기 마이크로 렌즈 어레이의 상부에 설치되고, 상기 필터층은 비-목표 대역의 광 신호를 걸러내어, 목표 대역의 광 신호를 투과시킨다.
제2 측면에서,
표시 화면; 및
제1 측면 또는 제1 측면 중 어느 하나의 가능한 실현 방식에 따른 지문 검출 장치;를 포함하고, 상기 장치는 상기 표시 화면의 하부에 설치되어, 언더 디스플레이 광학 지문 검출을 실현하는 전자 장치를 제공한다.
도 1은 본 출원이 적용될 수 있는 전자 장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자 장치의 개략적인 단면도다.
도 3은 본 출원이 적용될 수 있는 전자 장치의 다른 개략적인 구조도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전자 장치의 개략적인 단면도다.
도 5 내지 도 29는 본 출원의 실시예의 지문 검출부의 개략적인 구조도이다.
도 30은 본 출원의 실시예의 지문 검출 장치의 개략적인 평면도이다.
도 31은 도 30에 도시된 지문 검출 장치의 B-B'방향에 따른 개략적인 측면 단면도.
도 32는 본 출원의 실시예의 지문 검출 장치 중 구조적 매개변수의 개략적인 구조도이다.
도 33 및 도 34는 모두 도 32에 도시된 지문 검출 장치의 개략적인 평면도이다.
이하에서는 도면을 결합하여, 본 출원의 기술방안을 설명할 것이다.
본 출원의 실시예의 기술방안은 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 예를 들면, 스마트폰, 노트북, 태블릿PC, 게임 장비 등 휴대용 또는 이동형 컴퓨팅 장치, 및 전자 데이터베이스, 자동차, 현금 자동 인출금기(Automated Teller Machine, ATM)등 기타 전자 장치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 그러나 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다.
본 출원의 실시예의 기술방안은 생체 인식 기술에 적용될 수 있다. 생체 인식 기술은 지문인식, 홍채인식, 안면 인식 및 활동체 인식 등 인식 기술을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 지문인식 기술을 예시로 설명한다.
본 출원의 실시예의 기술방안은 언더 스크린 지문인식 기술 및 스크린 내 지문인식기술에 사용될 수 있다.
언더 스크린 지문인식 기술이라고 함은 지문인식 모듈을 표시 화면의 하부에 설치하여, 표시 화면의 표시 영역 내에서 지문인식 조작을 실현하는 것을 의미하고, 표시 영역을 제외하고 전자 장치의 정면에 지문수집 영역을 설정할 필요가 없다. 구체적으로, 지문인식 모듈은 전자 장치의 디스플레이 어셈블리의 상부표면으로부터 리턴된 광을 사용하여 지문 감지 및 다른 감지 조작을 진행한다. 이러한 리턴된 광은 디스플레이 어셈블리의 상부표면과 접촉하거나 가까이 있는 물체(예를 들면 손가락)의 정보를 지니고, 디스플레이 어셈블리의 하부에 위치한 지문인식 모듈은 이러한 리턴된 광을 수집 및 검출하여 언더 스크린 지문인식을 실현한다. 여기서, 지문인식 모듈의 설계는 리턴된 광을 수집 및 검출하기 위한 광학 소자를 적절히 설치함으로써 원하는 광학 이미징을 실현하여, 상기 손가락의 지문 정보를 검출하는 것일 수 있다.
상응하게, 인 디스플레이(In-display)지문인식 기술이라고 함은 지문인식 모듈 또는 일부 지문인식 모듈을 표시 화면 내부에 설치하여, 표시 화면의 표시 영역 내에서 지문인식 조작을 실현하는 것이고, 표시 영역을 제외하고 전자 장치의 정면에 지문수집 영역을 설정할 필요가 없다.
도 1 내지 도 4는 본 출원의 실시예가 적용될 수 있는 전자 장치의 개략도이다. 여기서, 도 1 및 도 3은 전자 장치(10)의 정해진 방향(定向)의 개략도이고, 도 2 및 도 4는 각각 도 1 및 도 3에 도시된 전자 장치(10)의 개략적인 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 전자 장치(10)는 표시 화면(120) 및 광학 지문인식 모듈(130)을 포함할 수 있다.
여기서, 표시 화면(120)은 자체발광을 갖는 표시부를 디스플레이 픽셀로서 사용하는 자체발광 표시 화면일 수 있다. 예를 들어, 표시 화면(120)은 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED)표시 화면 또는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)표시 화면일 수 있다. 다른 대체 가능한 실시예에서, 표시 화면(120)은 액정 표시 화면(Liquid Crystal Display, LCD) 또는 다른 수동 발광 표시 화면일 수도 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다. 추가적으로, 표시 화면(120)은 또한, 화면을 디스플레이 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자의 터치 또는 프레스 조작을 검출하여, 사용자에게 하나의 인간-컴퓨터 상호작용 인터페이스를 제공할 수 있는, 터치 표시 화면일 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 전자 장치(10)는 터치 센서를 포함할 수 있고, 상기 터치 센서는 구체적으로 상기 터치 표시 화면을 형성하도록 상기 표시 화면(120)의 표면에 설치될 수 있고, 상기 표시 화면(120)의 내부에 부분적으로 통합 또는 전체적으로 통합될 수도 있는 터치 패널(Touch Panel, TP)일 수 있다.
광학 지문 모듈(130)은 광학 지문 센서를 포함하고, 상기 광학 지문 센서는 복수의 광학 감지부(131)(광학 감지 픽셀, 감광 픽셀, 픽셀 유닛 등으로 칭할 수 있다)를 포함한 감지 어레이(133)를 포함한다. 상기 감지 어레이(133)가 위치한 영역 또는 그 감지영역은 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)(지문수집 영역, 지문인식 영역 등으로 칭할 수도 있다)이다. 예를 들면, 상기 광학 감지부(131)는 광 검출기일 수 있고, 즉 상기 감지 어레이(133)는 구체적으로 어레이식으로 분포된 복수의 광 검출기를 포함하는 광 검출기(Photo detector) 어레이일 수 있다.
상기 광학 지문 모듈(130)은 상기 표시 화면(120)의 하부의 일부 영역에 설치된다.
계속하여 도 1을 참조하면, 상기 지문 검출 영역(103)은 상기 표시 화면(120)의 표시 영역 내에 위치될 수 있다. 대체 가능한 실시예에서, 상기 광학 지문 모듈(130)은 또한 상기 표시 화면(120)의 측면 또는 상기 전자 장치(10)의 가장자리의 비투과 영역과 같은 다른 위치에 설치될 수 있고, 광 경로 설계를 통해 상기 표시 화면(120)의 표시 영역의 적어도 일부로부터의 광 신호를 상기 광학 지문 모듈(130)로 유도함으로써, 상기 지문 검출 영역(103)은 실제로 상기 표시 화면(120)의 표시 영역에 위치된다.
전자 장치(10)에 대해, 사용자가 상기 전자 장치(10)에 대해 잠금 해제 또는 기타 지문 인증을 해야 할 경우, 손가락을 상기 표시 화면(120)에 위치한 지문 검출 영역(103)에 누르기만하면 지문 입력을 실현한다. 지문 검출은 화면 내에서 실현될 수 있으므로, 상기 구조의 전자 장치(10)를 사용하는 그 정면에 지문 버튼(예를 들어 홈 버튼)을 설치하기 위해 특별히 공간을 미리 남겨둘 필요가 없어, 전체 화면 방안을 사용할 수 있고, 즉 상기 표시 화면(120)의 표시 영역은 거의 전체 전자 장치(10)의 정면으로 확장될 수 있다.
계속하여 도 2를 참조하면, 상기 광학 지문 모듈(130)은 광 검출부(134) 및 광학 어셈블리(132)를 포함할 수 있다. 상기 광 검출부(134)는 상기 감지 어레이(133)(광학 지문 센서로 칭할 수도 있다) 및 상기 감지 어레이(133)와 전기적으로 연결된 판독 회로 및 기타 보조 회로를 포함하되, 반도체 공정을 통해 광학 이미징 다이 또는 광학 지문 센서와 같은 하나의 다이(Die)에 제작될 수 있다. 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 광 검출부(134)의 감지 어레이(133)의 상부에 설치될 수 있고, 구체적으로 필터층, 도광층 또는 광 경로(光路) 안내 구조 및 기타 광학 소자를 포함할 수 있고, 상기 필터층은 손가락을 통과하는 주변광을 걸러낼 수 있고, 상기 도광층 또는 광 경로 안내 구조는 주로 광학 검출을 진행하도록 손가락 표면에서 반사되어 돌아오는 반사광을 상기 감지 어레이(133)로 유도한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 광 검출부(134)와 함께 동일한 광학 지문 부재에 패키징될 수 있다. 예를 들어 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 광학 검출부(134)와 함께 동일한 광학 지문 다이에 패키징될 수 있고, 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 광 검출부(134)가 위치한 다이 외부에 설치될 수도 있고, 예를 들어 상기 광학 어셈블리(132)는 상기 다이 상부에 접합되거나, 또는 상기 광학 어셈블리(132)의 일부 소자가 상기 칩 다이 내에 통합된다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 광학 지문 모듈(130)의 감지 어레이(133)가 위치한 영역 또는 광 감지 범위는 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)에 대응한다. 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문수집 영역(103)은 상기 광학 지문 모듈(130)의 감지 어레이(133)가 위치한 면적 또는 광 감지 범위와 같거나 같지 않을 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
예를 들면, 광선 시준 방식에 의해 광 경로를 안내하고, 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)은 상기 광학 지문 모듈(130)의 감지 어레이의 면적과 거의 일치하도록 설계될 수 있다.
또한 예를 들면, 렌즈 이미징 등을 통한 광 경로 설계, 반사식 폴딩 광 경로 설계 또는 기타 광선 수렴 또는 반사 등과 같은 광 경로 설계를 통해, 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)의 면적이 상기 광학 지문 모듈(130)의 감지 어레이(133)의 면적보다 클 수 있다.
이하에서는 광학 어셈블리(132)에 포함될 수 있는 광 경로 안내 구조에 대해 예시적으로 설명한다.
상기 광 경로 안내 구조는 높은 종횡비를 갖는 관통홀 어레이를 갖는 광학 시준기를 사용한 것을 예로 들면, 상기 광학 시준기는 구체적으로 반도체 실리콘 웨이퍼 제작과정에서 만들어진 시준기(Collimator)층일 수 있고, 복수의 시준부 또는 미세홀을 구비하고, 상기 시준부는 구체적으로 핀홀일 수 있고, 손가락에서 반사되어 돌아오는 반사광 중, 상기 시준부에 수직으로 입사되는 광선은 그 하부의 센서 다이를 통과하면서 수신될 수 있고, 입사각이 너무 큰 광선은 상기 시준부 내부에서 수회 반사를 거쳐 약화되므로, 각 센서 다이는 기본적으로 바로 위의 지문 무늬에서 반사되어 돌아오는 반사광만을 수신할 수 있으므로 이미지 해상도를 효과적으로 향상시킬 수 있고, 지문인식 효과가 향상된다.
상기 광 경로 안내 구조는 광학 렌즈를 사용한 광 경로 설계인 것을 예로 들면, 상기 광 경로 안내 구조는 하나 또는 복수의 비구면 렌즈로 구성된 렌즈 그룹과 같은, 하나 또는 복수의 렌즈부를 구비하는 광학 렌즈(Lens)층일 수 있고, 손가락에서 반사되어 돌아오는 반사광을 그 하부의 광 검출부(134)의 감지 어레이(133)로 수렴시켜, 상기 감지 어레이(133)는 상기 반사광에 기초하여 이미징을 진행할 수 있어, 상기 손가락의 지문 이미지를 얻을 수 있다. 추가적으로, 상기 광학 렌즈층은 핀홀 또는 미세홀 다이어프램이 상기 렌즈부의 광 경로에 형성될 수 있고, 예를 들어, 하나 또는 복수의 차광 시트가 상기 렌즈부의 광 경로에 형성될 수 있고, 적어도 하나의 차광 시트는 상기 렌즈부의 광축 또는 광학 중심 영역에 광 투과 미세공이 형성될 수 있고, 상기 광 투과 미세공은 상술한 핀홀 또는 미세홀 다이어프램으로 사용될 수 있다. 상기 핀홀 또는 미세홀 다이어프램은 상기 광학 렌즈층 및/또는 상기 광학 렌즈층 상부의 기타 광학 필름층이 결합될 수 있고, 광학 지문 모듈(130)의 시야를 확대시켜, 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 이미징 효과를 향상시킨다.
상기 광 경로 안내 구조는 마이크로 렌즈(Micro-Lens)층을 사용한 광 경로 설계인 것을 예로 들면, 상기 광 경로 안내 구조는 복수의 마이크로 렌즈로 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있고, 반도체 성장 공정 또는 기타 공정을 통해 상기 광 검출부(134)의 감지 어레이(133)의 상방에 형성될 수 있고, 각 마이크로 렌즈는 상기 감지 어레이(133) 중 하나의 감지부에 각각 대응할 수 있다. 또한 상기 마이크로 렌즈층 및 상기 감지부 사이에 매개층 또는 둔화층과 같은 기타 광학 필름층을 더 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 마이크로 렌즈층과 상기 감지부 사이에 미세홀(또는 오픈 홀로 칭함)이 구비된 차광층(또는 차광층(shading), 차광층(blocking) 등으로 칭함)을 더 포함할 수 있고, 상기 미세홀은 그에 대응하는 마이크로 렌즈와 감지부 사이에 형성되고, 상기 차광층은 인접한 마이크로 렌즈와 감지부 사이의 광학 간섭을 차단할 수 있고, 또한 상기 감지부에 대응하는 광선이 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 미세홀 내부로 수렴되어 상기 미세홀을 거쳐 상기 감지부로 전송되어 광학 지문 이미징을 진행하도록 한다.
이해해야 할 것은, 광 경로 안내 구조에 대한 상술한 몇 가지 실현 방안은 단독으로 사용될 수 있거나 결합되어 사용될 수도 있다.
예를 들면, 상기 시준기 층 또는 상기 광학 렌즈층의 상방 또는 하방에 마이크로 렌즈층을 추가로 설치할 수 있다. 물론, 상기 시준기 층 또는 상기 광학 렌즈층은 상기 마이크로 렌즈층과 결합되어 사용될 경우, 구체적인 적층 구조 또는 광 경로는 실제 필요에 따라 조절되어야 할 수 있다.
또한, 상기 광학 어셈블리(132)는 필터층(Filter) 또는 기타 광학 필름 시트와 같은 광학 소자를 더 포함할 수 있고, 상기 광 경로 안내 구조와 상기 광학 지문 센서 사이에 설치될 수 있거나, 또는 상기 표시 화면(120)과 상기 광 경로 안내 구조 사이에 설치될 수 있고, 주로 광학 지문 검출에 대한 외부 간섭 광의 영향을 차단한다. 상기 필터층은 손가락을 통과하여 상기 표시 화면(120)을 통해 상기 광학 지문 센서로 들어오는 주변광을 걸러낼 수 있고, 상기 광 경로 안내 구조와 유사하게, 상기 필터층은 각 광학 지문 센서에 대해 각각 설치함으로써 간섭광을 걸러내거나, 또는 하나의 큰 면적의 필터층으로 상기 복수의 광학 지문 센서를 동시에 커버할 수도 있다.
지문인식 모듈(130)은 사용자의 지문 정보(예를 들어 지문 이미지 정보)를 수집할 수 있다.
표시 화면(120)은 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED)표시 화면 또는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)표시 화면과 같은 자체발광 표시부가 구비된 표시 화면을 사용하는 것을 예로 든다. 상기 광학 지문 모듈(130)은 상기 OLED 표시 화면(120)의 상기 지문 검출 영역(103)에 위치한 표시부(즉 OLED광원)를 이용하여 광학 지문 검출의 여기 광원으로 할 수 있다. 손가락(140)을 상기 지문 검출 영역(103)에 누르면, 표시 화면(120)은 상기 지문 검출 영역(103) 상부의 타켓 손가락(140)으로 광(111)을 방출하고, 상기 광(111)은 손가락(140)의 표면에서 반사가 일어나 반사광을 형성하거나 또는 상기 손가락(140)의 내부를 통해 산란되어 산란광(투과광)을 형성한다. 관련된 특허출원에서, 설명의 편의를 위해, 상술한 반사광 및 산란광을 통칭하여 반사광이라고 한다. 지문의 융선(ridge)(141)과 골(valley)(142)는 광에 대한 반사능력이 상이므로, 지문의 융선으로부터의 반사광(151) 및 지문의 골로부터의 반사광(152)은 상이한 광 강도를 가지며, 반사광은 광학 어셈블리(132)를 통과한 후, 광학 지문 모듈(130) 중의 감지 어레이(133)에 의해 수신되어 상응한 전기 신호, 즉 지문 검출 신호로 전환되고, 상기 지문 검출 신호에 기초하여 지문 이미지 데이터를 얻을 수 있고, 또한 지문 일치 검증을 추가로 진행하여, 전자 장치(10)에서 광학 지문인식 기능을 실현할 수 있다.
기타 대체 방안에서, 광학 지문 모듈(130)은 내부 광원 또는 외부 광원을 사용하여 지문 검출 인식을 진행하기 위한 광 신호를 제공할 수도 있다. 이러한 경우, 광학 지문 모듈(130)은 표시 화면 등과 같은 자체발광 표시 화면에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 액정 표시 화면 또는 기타 수동형 발광표시 화면과 같은 비자체 발광 표시 화면에 적용될 수 있다.
백라이트 모듈 및 액정 패널을 구비한 액정 표시 화면에 적용되는 것을 예로 들면, 액정 표시 화면의 언더 스크린 지문 검출을 지지하기 위해, 전자 장치(10)의 광학 지문 시스템은 광학 지문 검출에 사용되는 여기 광원을 더 포함할 수 있고, 상기 여기 광원은 구체적으로 적외선 광원 또는 특정 파장의 비가시적 광원일 수 있고, 상기 액정 표시 화면의 백라이트 모듈의 하방에 설치될 수 있거나 또는 전자 장치(10)의 보호커버의 하방 가장자리 영역에 설치될 수 있고, 상기 광학 지문 모듈(130)은 액정 패널 또는 보호커버의 가장자리 영역의 하방에 설치되고 광 경로를 통해 안내될 수 있어 지문 검출광은 상기 광학 지문 모듈(130)에 도달할 수 있거나, 또는, 상기 광학 지문 모듈(130)은 상기 백라이트 모듈의 하방에 설치될 수도 있고, 또한 상기 백라이트 모듈은 확산시트, 휘도 향상 시트 및 반사 시트와 같은 필름층에 대해 오픈 홀 또는 기타 광학 설계를 수행하여 지문 검출광이 액정 패널 및 백라이트 모듈을 통과하여 상기 광학 지문 모듈(130)에 도달하게 한다. 상기 광학 지문 모듈(130)은 내부 광원 또는 외부 광원을 사용하여 지문 검출을 위한 광 신호를 제공하는 것을 사용할 경우, 검출 원리는 상술한 내용과 일치하다.
구체적인 구현에서, 상기 전자 장치(10)는 투명 보호커버를 포함할 수 있고, 상기 커버는 유리 커버 또는 사파이어 커버일 수 있고, 상기 표시 화면(120)의 상부에 위치하고 상기 전자 장치(10)의 정면을 커버한다. 따라서, 본 출원의 실시예에서, 손가락을 상기 표시 화면(120)에 누른다고 하는 것은 실질적으로 상기 표시 화면(120)의 상방의 커버에 누르거나 상기 커버판의 보호층 표면을 덮어 가리는 것이다.
또한, 상기 광학 지문 모듈(130)은 하나의 광학 지문 센서만 포함할 수 있고, 이때 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)의 면적이 작고 위치가 고정되므로, 사용자는 지문 입력 시 손가락을 상기 지문 검출 영역(103)의 특정 위치에 눌러야 하며, 그렇지 않으면 광학 지문 모듈(130)이 지문 이미지를 수집하지 못하여 사용자 체험감이 좋지 않을 수 있다. 기타 실시예에서, 상기 광학 지문 모듈(130)은 구체적으로 복수의 광학 지문 센서를 포함할 수 있다. 상기 복수의 광학 지문 센서는 스플라이싱에 의해 상기 표시 화면(120)의 하방에 나란히 배열될 수 있고, 또한 상기 복수의 광학 지문 센서의 감지영역은 공통으로 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)을 구성한다. 이에 따라 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)은 상기 표시 화면의 하반부의 주요 영역으로 확장될 수 있고, 즉 손가락이 일반적으로 눌려지는 영역으로 확장될 수 있어, 블라인드 프레스 지문 입력 조작을 실현한다. 추가적으로, 상기 광학 지문 센서의 수가 충분할 경우, 상기 지문 검출 영역(103)은 절반 또는 심지어 전체 표시 영역으로 더 확장될 수 있어, 반 화면 또는 전체 화면 지문 검출을 실현한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 전자 장치(10) 중의 광학 지문 모듈(130)은 복수의 광학 지문 센서를 포함할 수 있고, 상기 복수의 광학 지문 센서는 스플라이싱 등과 같은 방식으로 상기 표시 화면(120)의 하방에 나란히 배열될 수 있고, 또한 상기 복수의 광학 지문 센서의 감지영역은 공통으로 상기 광학 지문 모듈(130)의 지문 검출 영역(103)을 구성한다.
추가적으로, 상기 광학 어셈블리(132)는 복수의 광 경로 안내 구조를 포함할 수 있고, 각 광 경로 안내 구조는 각각 하나의 광학 지문 센서(즉 감지 어레이(133))에 대응하고, 또한 대응하는 광학 지문 센서의 상방에 각각 부착되거나, 또는 상기 복수의 광학 지문 센서는 하나의 전체적인 광 경로 안내 구조를 공유할 수도 있고, 즉 상기 광 경로 안내 구조는 상기 복수의 광학 지문 센서의 감지 어레이를 커버하기에 충분히 큰 면적을 갖는다.
상기 광학 어셈블리(132)가 높은 종횡비를 갖는 관통홀 어레이를 구비한 광학 시준기를 사용한 것을 예로 들면, 상기 광학 지문 모듈(130)은 복수의 광학 지문 센서를 포함하는 경우, 각 광학 지문 센서의 광학 감지 어레이 중의 하나의 광학 감지부에 하나 또는 복수의 시준부를 배치할 수 있고, 또한 대응하는 광학 감지부의 상방에 각각 부착된다. 물론, 상기 복수의 광학 감지부는 하나의 시준부를 공유할 수도 있고, 즉 상기 하나의 시준부는 복수의 광학 감지부를 커버하기에 충분히 큰 구경을 갖는다. 하나의 시준부는 복수의 광학 감지부에 대응할 수 있거나, 또는 하나의 광학 감지부는 복수의 시준부에 대응할 수 있으므로, 표시 화면(120)의 공간 주기와 광학 지문 센서의 공간 주기의 대응성을 파괴하였고, 따라서, 표시 화면(120)의 발광 표시 어레이의 공간 구조와 광학 지문 센서의 광학감지 어레이의 공간 구조가 유사하더라도, 광학 지문 모듈(130)이 표시 화면(120)을 통과하는 광 신호를 사용하여 지문 이미징을 진행하여 모아레 무늬를 생성하는 것을 효과적으로 피할 수 있고, 광학 지문 모듈(130)의 지문인식 효과를 효과적으로 향상시킨다.
상기 광학 어셈블리(132)는 광학 렌즈를 사용하는 것을 예로 들면, 광학 지문 모듈(130)은 복수의 센서 다이를 포함하는 경우, 각 센서 다이에 하나의 광학 렌즈를 배치하여 지문 이미징을 진행할 수 있거나, 또는 복수의 센서 다이에 하나의 광학 렌즈를 배치하여 광선 수렴 및 지문 이미징을 실현할 수 있다. 심지어, 하나의 센서 다이는 2개의 감지 어레이(Dual Array) 또는 복수의 감지 어레이(Multi-Array)를 구비하는 경우, 상기 센서 다이에 2개 또는 복수의 광학 렌즈를 배치하고 상기 2개의 감지 어레이 또는 복수의 감지 어레이를 결합하여 광학 이미징을 진행하여, 이미징 거리를 줄이고 이미징 효과를 향상시킬 수 있다.
이해해야 할 것은, 도 1 내지 도 4는 본 출원의 예시일 뿐이며, 본 출원을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
예를 들면, 본 출원은 지문 센서의 수량, 크기, 배열 상황에 대해 구체적으로 한정하지 않았고, 실제 필요에 따라 조절할 수 있다. 예를 들면, 광학 지문 모듈(130)은 복수의 정사각형 또는 원형으로 분포되는 복수의 지문 센서를 포함할 수 있다.
설명드릴 것은, 광학 어셈블리(132)에 포함되는 광학 안내 구조는 광학 시준기 또는 마이크로 렌즈 어레이라고 가정하면, 상기 광학 지문 모듈(130)의 감지 어레이(133)의 유효 시야(有效)는 광학 어셈블리의 면적에 의해 제한된다. 마이크로 렌즈 어레이를 예로 들면, 일반적인 설계에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 감지 어레이(133)의 바로 위 또는 경사 상부에 위치하고, 또한 하나의 마이크로 렌즈는 하나의 광학 감지부에 대응하고, 즉 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는 수신된 광선을 동일한 마이크로 렌즈에 대응하는 광학 감지부에 집광시킨다. 따라서, 상기 감지 어레이(133)의 지문인식 영역은 마이크로 렌즈 어레이의 크기에 영향을 받는다.
따라서, 지문인식의 영역을 개선하는 것은, 시급히 해결되어야 할 기술문제가 되었다.
본 출원의 실시예의 지문 검출의 장치는 표시 화면의 하부에 적용됨으로써 언더 디스플레이 광학 지문 검출을 실현한다. 상기 지문 검출 장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 전자 장치(10)에 적용될 수 있거나, 또는 상기 장치는 도 2 또는 도 4에 도시된 광학 지문 모듈(130)일 수 있다. 예를 들면, 상기 지문 검출 장치는 복수의 도 5에 도시된 지문 검출부(21)를 포함한다.
이해해야 할 것은, 상기 지문 검출 장치는 어레이식으로 분포되거나 엇갈리게 설치된 복수의 지문 검출부를 포함할 수 있고, 중심 대칭 또는 축 대칭 방식으로 분포된 복수의 지문 검출부를 포함하고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 구체적으로 한정하지 않는다. 예를 들면, 상기 지문 검출 장치는 구조적으로 독립적으로 설치되지만 배열 방식은 엇갈리게 설치된 복수의 지문 검출부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 지문 검출 장치 중의 인접한 2개의 열 또는 2개의 행의 지문 검출부는 엇갈리게 설치된다. 물론, 상기 지문 검출 장치는 구조적으로 서로 엇갈리는 복수의 지문 검출부를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 지문 검출 장치 중의 각 지문 검출부 중의 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 인접한 복수의 지문 검출부 중의 마이크로 렌즈 하방의 광학 감지 픽셀로 수렴시킬 수 있다. 다시 말하면, 각 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 동일한 마이크로 렌즈와 인접한 복수의 마이크로 렌즈 하부의 광학 감지 픽셀로 수렴시킨다.
상기 복수의 지문 검출부 중의 각 지문 검출부는 복수의 광학 감지 픽셀, 적어도 하나의 마이크로 렌즈 및 적어도 하나의 차광층을 포함한다.
구체적인 구현에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈는 상기 복수의 광학 감지 픽셀 상방에 설치될 수 있거나, 또는 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 적어도 하나의 상기 마이크로 렌즈와 인접한 복수의 마이크로 렌즈 하방에 각각 설치될 수 있고, 상기 적어도 하나의 차광층은 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈와 상기 복수의 광학 감지 픽셀 사이에 설치될 수 있고, 상기 적어도 한 층의 차광층 중 각각의 차광층에는 상기 복수의 광학 감지 픽셀에 대응하는 오픈 홀이 설치된다. 상기 표시 화면 상방의 손가락으로부터 반사된 복수 방향의 경사 광 신호는 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈를 통해 수렴된 후, 상기 적어도 한 층의 차광층 중에 설치된 오픈 홀을 통해 상기 복수의 광학 감지 픽셀로 각각 전송되고, 상기 경사 광 신호는 상기 손가락의 지문 정보를 검출하도록 사용된다.
적어도 하나의 마이크로 렌즈에 의해 수신된 복수 방향의 경사 광 신호는 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈에 대한 경사 광의 입사 방향일 수 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈는 하나의 전체로서 간주될 수 있고, 이때 평면도에서, 상기 복수의 방향은 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈에 의해 수신된 상, 하, 좌 및 우 4개 방향으로부터의 광 신호일 수 있고, 상기 4개 방향의 경사 광 신호의 상기 표시 화면이 위치하는 평면에 대한 각도는 동일할 수 있고, 상이할 수 있다. 상기 복수의 방향은 상기 표시 화면이 위치한 평면에 대한 방향일 수 있고, 입체공간에 대한 방향일 수도 있다. 상기 복수의 방향은 서로 상이하거나, 부분적으로 상이할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈는 수렴 기능을 갖는 다양한 렌즈일 수 있으며, 시야를 증가시키고, 감광 픽셀로 전송되는 광 신호의 양을 증가시킨다. 상기 마이크로 렌즈의 재료는 수지와 같은 유기 재료일 수 있다.
상기 광학 감지 픽셀은 광전 센서일 수 있고, 광 신호를 전기 신호로 변환하는데 사용되는 광 센서일 수 있다. 선택적으로, 상기 광학 감지 픽셀은 하나의 PN접합으로 구성된 반도체 소자이며, 단방향 전도성 특성을 갖는 상호 보완 산화철 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 소자를 사용할 수 있다. 선택적으로, 청색광, 녹색광, 적색광 또는 적색광에 대한 상기 광학 감지 픽셀의 광 감도는 제1 소정의 임계 값보다 크고, 양자 효율은 제2 소정의 임계 값보다 크다. 예를 들면, 상기 제1 소정의 임계 값은 0.5v/lux-sec일 수 있고, 상기 제2 소정의 임계 값은 40%일 수 있다. 다시 말하면, 청색광(파장 460±30nm), 녹색광(파장은 540±30nm), 적색광 또는 적색광(파장≥610nm)에 대해 감광 픽셀은 높은 광 감도 및 높은 양자 효율을 가지므로 상응한 광의 검출에 용이하다.
설명드릴 것은, 본 출원의 실시예는 상기 마이크로 렌즈 및 상기 광학 감지 픽셀의 구체적인 형상을 제한하지 않는다. 예를 들면, 상기 복수의 광학 감지 픽셀 중 각각의 광학 감지 픽셀은 사각형 또는 육각형 픽셀과 같은 다각형 픽셀일 수 있거나, 원형 픽셀과 같은 다른 형상의 픽셀일 수도 있어, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 더 높은 대칭성, 더 높은 샘플링 효율, 인접 픽셀의 등거리, 더 높은 각도 해상도, 더 적은 엘리어싱 효과를 갖는다. 또한, 광학 감지 픽셀의 상술한 매개변수는 지문 검출에 필요한 광에 대응할 수 있고, 예를 들면, 지문 검출에 필요한 광이 단지 하나의 대역의 광인 경우, 감광 픽셀의 상술한 매개변수는 상기 대역의 광의 요구 사항을 충족시키기만 하면 된다.
상기 복수의 광학 감지 픽셀에 의해 수시된 신호는 복수 방향의 경사 광 신호다. 즉 경사지게 입사되는 복수 방향의 광 신호이다.
마른 손가락 지문과 OLED화면 사이의 접촉이 좋지 않으면, 수직방향의 지문 이미지의 지문의 융선과 지문의 골의 콘트라스트 비가 좋지 않고, 이미지가 너무 흐려 지문의 선을 인식할 수 없게 된다. 본 출원은 합리적인 광 경로 설계를 통해 광 경로가 경사 광 신호를 수신할 수 있도록 함으로써, 정상적인 손 지문을 잘 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 마른 손가락 지문 이미지를 더 잘 감지할 수 있다. 손을 씻은 후, 아침에 일어난 후, 손가락이 어지러워진 경우, 저온 등 정상적인 생활 환경에서, 손가락은 일반적으로 건조하고, 표피가 고르지 않으며, OLED화면을 누를 경우, 손가락의 일부 영역에서 접촉이 잘되지 않을 수 있다. 이러한 상황이 발생하면 현재의 광학 지문 방안은 손 지문 인식에 좋지 않은 영향을 미치며, 본 출원의 유익한 효과는 마른 손가락 지문 이미징 효과를 개선하여, 마른 손가락 지문 이미지를 선명하게 하는 것이다.
또한, 적어도 하나의 상기 마이크로 렌즈를 통해 상기 복수 방향의 경사 광 신호에 대해 비 직사광 이미징(즉 경사 광 이미징)을 진행할 수있고, 적어도 하나의 상기 마이크로 렌즈 내지 상기 광학 감지 픽셀 어레이 사이의 광 경로 설계층의 두께를 단축시킬 수 있어, 상기 지문 검출 장치의 두께를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이와 동시에, 복수 방향의 경사 광 신호를 이미징하는 것을 통해, 광학 시스템의 물(物)측 렌즈 개구 수(Numerical Aperture, NA)를 확대시킬 수 있어, 지문 검출 장치의 견고성 및 공차 허용범위를 향상시킨다. 개구수는 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈에 의해 수집될 수 있는 광의 각도 범위를 측정하는데 사용될 수 있다. 다시 말하면, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 복수 방향의 광 신호를 수신함으로써 상기 지문 검출부의 시야각 및 시야를 더 확장시킬 수 있어, 상기 지문 검출 장치의 시야각 및 시야를 증가시키고, 예를 들면 상기 지문 검출 장치의 시야는 6x9mm2에서 7.5x10.5mm2로 확장되고, 지문인식 효과를 더욱 향상시킨다.
또한, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈 하부에 복수의 광학 감지 픽셀을 설치함으로써, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈의 수와 상기 복수의 광학 감지 픽셀의 수가 동일하지 않은 경우, 마이크로 렌즈의 공간 주기(즉, 인접한 마이크로 렌즈 사이의 간격) 및 광학 감지 픽셀의 공간 주기(즉, 인접한 광학 감지 픽셀 사이의 간격)를 동일하지 않게 함으로써, 지문 이미지에 모아레 무늬가 형성되는 것을 방지할 수 있고 지문인식 효과를 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈의 수가 상기 복수의 광학 감지 픽셀의 수보다 작을 경우, 렌즈의 비용이 감소되고 상기 복수의 광학 감지 픽셀의 밀도를 향상시킴으로써 상기 지문 검출 장치의 크기 및 비용이 감소될 수 있다.
이와 동시에, 단일 지문 검출부를 통해 복수 방향의 광 신호를 다중화(複用)할 수 있어(예를 들면 싱글 마이크로 렌즈는 4개의 각도의 광 신호를 다중화할 수 있다), 상이한 물측 개구각의 광속을 분할 및 이미지화 할 수 있어, 지문 검출 장치로 들어오는 빛의 양이 효과적으로 증가하여, 광학 감지 픽셀의 노출 시간이 줄어들 수 있다.
또한, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 각각 복수의 방향으로부터 경사 광 신호를 수신할 수 있으므로, 경사 광 신호의 방향을 따라, 상기 복수의 광학 감지 픽셀을 복수의 광학 감지 픽셀 그룹으로 분할할 수 있고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀 그룹은 각각 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 수신할 수 있고, 즉 각각의 광학 감지 픽셀 그룹은 수신된 경사 광 신호에 기초하여 하나의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 이에 의해 상기 복수의 광학 감지 픽셀 그룹은 복수의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 이러한 경우, 상기 복수의 지문 이미지를 중첩하여, 고해상도 지문 이미지를 얻을 수 있어, 상기 고해상도의 지문 이미지에 기초하여 지문인식을 진행함으로써, 지문인식 성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 분석을 통해 알 수 있듯이, 상기 표시 화면 상부의 손가락으로부터 반사되는 복수 방향의 경사 광 신호는 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈를 통해 수렴된 후, 상기 적어도 한 층의 차광층 중에 설치된 오픈 홀을 통해 상기 복수의 광학 감지 픽셀로 각각 전송되며, 상기 복수의 광학 감지 픽셀의 노광 시간, 지문 검출 장치의 두께 및 비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 지문 검출 장치의 견고성, 공차 허용범위, 시야각 및 시야를 개선할 수 있어, 지문인식 효과를 향상시키고, 특히 마른 손가락의 지문인식 효과를 향상시킨다.
이하에서는 도면을 결합하여 본 출원의 실시예의 지문 검출부를 설명한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈의 수는 상기 복수의 광학 감지 픽셀의 수와 동일하고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀 상부에는 하나의 마이크로 렌즈가 설치된다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈는 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이이고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이이고, 상기 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이 중의 각각의 광학 감지 픽셀의 바로 위에는 하나의 마이크로 렌즈가 설치된다. 다른 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈는 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이이고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이이고, 상기 2x2광학 감지 픽셀직사각형 어레이 중의 각각의 광학 감지 픽셀의 경사 상방에는 하나의 마이크로 렌즈가 설치된다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(21)는 직사각형 어레이식으로 분포된 4개의 광학 감지 픽셀(211) 및 4개의 마이크로 렌즈(212)를 포함할 수 있고, 각각의 광학 감지 픽셀(211)의 바로 위에는 하나의 마이크로 렌즈(212)가 설치된다. 이때, 광 경로 설계의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(21)는 상부 차광층 및 하부 차광층을 포함할 수 있다. 상기 상부 차광층은 상기 4개의 마이크로 렌즈(212)에 각각 대응하는 4개의 오픈 홀(2141)을 포함할 수 있고, 상기 하부 차광층은 상기 4개의 마이크로 렌즈(212)에 각각 대응하는 4개의 오픈 홀(213)을 포함할 수 있다.
광선을 전송하는 과정에서, 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이는 시계방향을 따라 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 수신하고, 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 상기 시계방향의 인접한 마이크로 렌즈 하방의 광학 감지 픽셀로 수렴시키거나, 또는 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이는 시계 반대방향을 따라 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 수신하고, 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 상기 시계 반대방향의 인접한 마이크로 렌즈 하방의 광학 감지 픽셀로 수렴시킨다. 도 7을 결합하면, 상기 4개의 마이크로 렌즈(212)는 다음의 경로를 따라 복수 방향의 경사 광 신호를 상기 4개의 광학 감지 픽셀(211)로 각각 수렴시킬 수 있다: 우측 상부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 좌측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시키고, 좌측 상부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 좌측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시키고, 좌측 하부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 우측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시키고, 우측 하부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 우측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시킨다. 따라서, 상기 지문 검출 장치는 어레이식으로 분포된 복수의 지문 검출부를 포함할 경우, 수신된 복수 방향의 광 신호에 기초하여 복수의 지문 이미지를 생성하여, 하나의 고해상도의 지문 이미지를 얻음으로써, 지문인식 효과를 향상시킬 수 있다.
다시 말하면, 상기 4x4지문 검출부 직사각형 어레이는 도 8에 도시된바와 같은 광학 감지 픽셀 어레이를 포함할 수 있고, 그 중 “1”은 제1 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타내고, “2”는 제2 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타내고, “3”은 제3 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타내고, “4”는 제4 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타낸다. 다시 말하면, “1”, “2”, “3” 및 “4”로 표시되는 광학 감지 픽셀은 각각 하나의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 즉, 총 4개의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 상기 4개의 지문 이미지는 하나의 고해상도의 지문 이미지로 병합될 수 있어, 지문 검출 장치의 인식 효과가 향상된다. 도 7을 결합하면, 상기 제1 방향 내지 제4 방향은 각각 우측 하부 코너 마이크로 렌즈(212), 우측 상부 코너 마이크로 렌즈(212), 좌측 상부 코너 마이크로 렌즈(212) 및 좌측 하부 코너 마이크로 렌즈(212)에 의해 수신되는 경사 광 신호가 위치하는 방향일 수 있다.
도 9는 표시 화면의 하부에 위치한 지문 검출 장치의 측면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출 장치는 어레이식으로 분포된 마이크로 렌즈(212), 마이크로 렌즈(212) 하부에 위치한 상부 차광층 및 하부 차광층 및 하부 차광층 하부에 위치한 어레이식으로 분포된 광학 감지 픽셀을 포함할 수 있고, 각 마이크로 렌즈(212)에 대해, 상기 상부 차광층 및 하부 차광층은 대응하는 오픈 홀(2141) 및 오픈 홀(213)이 각각 형성된다. 상기 지문 검출 장치는 표시 화면(216)의 하부에 설치된다. 각 마이크로 렌즈(212)는 대응하는 오픈 홀(2141) 및 오픈 홀(213)을 통해, 수신된 특정방향을 갖는 경사 광 신호(도면에서 실선으로 도시된 광 신호)를 대응하는 광학 감지 픽셀에 수렴시키고, 또한 수신된 비특정방향의 경사 광 신호(도면에서 점선으로 도시된 광 신호)를 차광층 중 오픈 홀(2141) 및 오픈 홀(214)을 제외한 영역으로 전송함으로써, 다른 광학 감지 픽셀에 의해 수신되는 것을 방지하고, 지문 이미지의 분할 및 이미징을 실현한다.
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 2개의 방향의 경사 광 신호에 대한 광 경로 개략도이다.
도 7을 결합하면, 도 10은 도 7에 도시된 지문 검출부의 지문 검출 장치의 A-A'방향에 따른 개략적인 측면 단면도일 수 있고, 이때, 지문 검출부 중의 하나의 마이크로 렌즈(212)(예를 들면 도 7에 도시된 우측 상부 코너의 마이크로 렌즈(212))에 대응하는 오픈 홀(2141) 및 오픈 홀(213)을 통해, 수신된 하나의 방향(즉 상기 제2 방향)의 경사 광 신호(도 10에서 실선으로 도시된 광 신호)를 대응하는 광학 감지 픽셀(예를 들면 도 7에 도시된 좌측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(211))로 수렴시키고, 지문 검출부 중의 다른 하나의 마이크로 렌즈(212)(예를 들면 도 7에 도시된 좌측 하부 코너의 마이크로 렌즈(212))는 대응하는 오픈 홀(2141) 및 오픈 홀(213)을 통해, 수신된 다른 방향(즉 상기 제4 방향)의 경사 광 신호(도 10에서 점선으로 도시된 광 신호)를 대응하는 광학 감지 픽셀(예를 들면 도 7에 도시된 우측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(211))로 수렴시킨다.
지문을 수집하는 동안, 도 10에 도시된 지문 검출 장치의 지문인식 영역(지문수집 영역 또는 지문 검출 영역이라고도 칭함)은 제1 인식 영역 및 제2 인식 영역을 포함하고, 상기 제2 방향의 경사 광 신호를 수렴시키기 위한 마이크로 렌즈(212)에 대응하는 지문인식 영역은 제1 인식 영역이고, 상기 제4 방향의 경사 광 신호를 수렴시키기 위한 마이크로 렌즈에 대응하는 지문인식 영역은 제2 인식 영역이다. 상기 제1 인식 영역은 광학 감지 픽셀에 의해 형성된 어레이에 대해 우측으로 제1 증가영역만큼 오프셋되고, 상기 제2 인식 영역은 광학 감지 픽셀에 의해 형성된 어레이에 대해 좌측으로 제2 증가영역만큼 오프셋된다. 다시 말하면, 상기 제1 인식 영역 및 상기 제2 인식 영역은 모두 상기 광학감지 픽셀 어레이가 위치한 영역과 동일하다고 가정하면, 하나의 방향으로만 광 신호를 수신하는 지문 검출 장치에 비해, 도 10에 도시된 지문 검출 장치의 인식 영역은 상기 제1 증가영역 및 상기 제2 증가영역을 추가로 포함하며, 가시영역(즉 시야)을 효과적으로 향상시켰다. 또한, 상기 제1 인식 영역 및 상기 제2 인식 영역의 중첩 영역은, 지문 이미지의 이미지 해상도를 효과적으로 향상시킬 수 있어, 지문인식 효과를 향상시킨다.
이해해야 할 것은, 도 7에 도시된 광 경로 설계는 본 출원의 예시일 뿐이며, 본 출원을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
광 경로 설계에 대해, 다른 일 실시예에서, 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이는 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이의 대각선 방향을 따라 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 수신하고, 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이 중 각 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 상기 대각선 방향의 인접한 마이크로 렌즈 하부의 광학 감지 픽셀로 수렴시킨다. 예를 들면, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 4개의 마이크로 렌즈(212)는 다음의 경로를 따라 복수 방향의 경사 광 신호를 상기 4개의 광학 감지 픽셀(211)로 각각 수렴시킨다: 우측 상부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 좌측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시키고, 좌측 하부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 우측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시키고, 좌측 상부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 우측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시키고, 우측 하부 코너의 마이크로 렌즈(212)는 수신된 경사 광 신호를 좌측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(211)로 수렴시킨다. 따라서, 상기 지문 검출 장치는 어레이식으로 분포된 복수의 지문 검출부를 포함할 경우, 수신된 복수 방향의 광 신호에 기초하여 복수의 지문 이미지를 생성하여, 하나의 고해상도의 지문 이미지를 얻음으로써, 지문인식 효과를 향상시킬 수 있다.
유사하게, 상기 4x4지문 검출부 직사각형 어레이는 도 8에 도시된바와 같은 광학 감지 픽셀 어레이를 포함할 수 있고, 그 중 “1”은 제1 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타내고, “2”은 제2 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타내고, “3”은 제3 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타내고, “4”는 제4 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타낸다. 다시 말하면, “1”, “2”, “3” 및 “4”로 표시되는 광학 감지 픽셀은 각각 하나의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 즉 총 4개의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 상기 4개의 지문 이미지는 하나의 고해상도의 지문 이미지로 병합될 수 있어, 지문 검출 장치의 인식 효과가 향상된다. 도 11을 결합하면, 상기 제1 방향 내지 제4 방향은 좌측 하부 코너 마이크로 렌즈(212), 우측 하부 코너 마이크로 렌즈(212), 우측 상부 코너 마이크로 렌즈(212), 좌측 상부 코너 마이크로 렌즈(212)에 의해 수신되는 경사 광 신호가 위치하는 방향일 수 있다.
상기 지문 검출 장치는 적어도 하나의 차광층 및 광학 감지 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 차광층은 복수의 차광층이다. 상기 복수의 차광층 중의 각각의 차광층 중의 핀홀 어레이 중의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 복수의 광학 감지 픽셀에 대응하거나, 또는 상기 복수의 차광층 중의 각각의 차광층 중의 핀홀 어레이 중의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 하나의 광학 감지 픽셀에 대응한다. 예를 들면, 상기 복수의 차광층 중의 상부 차광층 중의 핀홀 어레이 중의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 복수의 광학 감지 픽셀에 대응한다. 또 예를 들면, 상기 복수의 차광층 중의 상부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 하나의 광학 감지 픽셀에 대응한다. 상기 복수의 차광층 중의 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 하나의 광학 감지 픽셀에 대응한다. 선택적으로, 상기 복수의 차광층 중 동일한 광학 감지 픽셀에 대응하는 오픈 홀은 구경이 위에서 아래로 순차적으로 감소한다. 다른 실시예에서, 상기 Z개의 차광층은 하나의 차광층이다. 선택적으로, 상기 하나의 차광층의 두께는 소정의 임계 값보다 크다. 선택적으로, 상기 광학 감지 픽셀 어레이의 금속 배선 층은 상기 마이크로 렌즈 어레이의 후초점면 위치에 설치되고, 상기 금속 배선 층은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 각각의 광학 감지 픽셀 상부의 하나의 오픈 홀에 있어, 상기 하부 차광층을 형성한다.
다시 말하면, 상기 지문 검출부는 적어도 하나의 차광층 및 복수의 광학 감지 픽셀을 포함할 수 있고, 상기 적어도 한 층의 차광층 중 각각의 차광층 중에는 상기 복수의 광학 감지 픽셀에 대응하는 오픈 홀이 설치된다. 예를 들면, 상기 적어도 한 층의 차광층은 다층 차광층일 수 있고, 상기 다층 차광층의 상부 차광층은 상기 복수의 광학 감지 픽셀에 대응하는 적어도 하나의 오픈 홀이 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하나의 핀홀은 상기 복수의 광학 감지 픽셀 중의 적어도 2개의 광학 감지 픽셀에 대응한다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 한 층의 차광층은 상부 차광층 및 하부 차광층을 포함할 수 있고, 상기 상부 차광층은 4개의 광학 감지 픽셀에 각각 대응하는 4개의 오픈 홀(2141)이 설치된다. 하부 차광층은 4개의 광학 감지 픽셀에 각각 대응하는 4개의 오픈 홀(213)이 설치된다. 또 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 한 층의 차광층은 상부 차광층 및 하부 차광층을 포함할 수 있고, 상기 상부 차광층은 4개의 광학 감지 픽셀에 대응하는 하나의 오픈 홀(2142)이 설치된다. 하부 차광층은 4개의 광학 감지 픽셀에 각각 대응하는 4개의 오픈 홀(213)이 설치된다.
설명드릴 것은, 도 12 및 도 13에서 차광층에 설치된 오픈 홀은 도 11에 도시된 지문 검출부만을 예시로 설명드렸고, 구현방식은 본 출원의 다양한 실시예에 적용될 수 있고, 본 출원은 이에 대해 한정하지 않는다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 차광층은 2개 층 이상의 차광층일 수 있다. 또는, 상기 적어도 하나의 차광층은 한 층의 차광층일 수 있고, 즉 상기 적어도 하나의 차광층은 특정 두께를 가진 수직(直) 홀 시준기 또는 경사(斜) 홀 시준기일 수 있다. 더 이해해야 할 것은, 도 5 내지 도 13은 각각의 광학 감지 픽셀 상부에 하나의 마이크로 렌즈가 설치되는 예시일 뿐이며, 본 출원에 대한 제한으로 이해해서는 안된다. 예를 들면, 상기 지문 검출부는 다른 개수 또는 다른 배열방식의 마이크로 렌즈 또는 광학 감지 픽셀을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 다른 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈는 복수 배열의 마이크로 렌즈이고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 상기 복수 배열의 마이크로 렌즈에 대응하는 복수 배열의 광학 감지 픽셀이고, 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀은 대응하는 하나의 행의 마이크로 렌즈 하방에 위치가 엇갈리게(錯位) 설치된다. 선택적으로, 상기 복수 배열의 마이크로 렌즈는 복수의 열 또는 복수의 행의 마이크로 렌즈일 수 있다. 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀은 복수의 열 또는 복수의 행의 광학 감지 픽셀일 수 있다.
상기 적어도 한 층의 차광층은 대응하는 광 경로 설계가 설치됨으로써, 상기 복수 배열의 마이크로 렌즈는 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀의 엇갈리는 방향을 따라 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 수신할 수 있고, 상기 복수 배열의 마이크로 렌즈 중의 각 배열의 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 동일한 배열의 마이크로 렌즈 또는 인접한 마이크로 렌즈 하부의 광학 감지 픽셀에 수렴시킨다.
예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(22)는 직사각형 어레이식으로 분포된 4개의 열의 광학 감지 픽셀 및 상기 4개의 열의 광학 감지 픽셀에 대응하는 4개의 열의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있고, 상기 4개의 열의 광학 감지 픽셀 중의 각 열의 광학 감지 픽셀은 6개의 광학 감지 픽셀(221)을 포함하고, 상기 4개의 열의 마이크로 렌즈 중의 각 열의 마이크로 렌즈는 6개의 마이크로 렌즈(222)를 포함하고, 하나의 광학 감지 픽셀(221)은 하나의 마이크로 렌즈(222)의 하방에 엇갈리게 설치된다. 지문 검출부(22)는 상부 차광층 및 하부 차광층을 더 포함한다. 이때, 각 마이크로 렌즈(222)에 대해, 상기 상부 차광층과 상기 하부 차광층은 대응하는 오픈 홀(2241) 및 오픈 홀(2231)이 각각 설치될 수 있다. 상기 복수 배열의 마이크로 렌즈 중의 각 배열의 마이크로 렌즈 중의 각 마이크로 렌즈(222)는 대응하는 오픈 홀(2241) 및 오픈 홀(2231)을 통해, 수신된 광 신호를 동일한 마이크로 렌즈(222)의 경사진 하부의 광학 감지 픽셀(221)로 수렴시킬수 있다. 따라서, 상기 지문 검출 장치는 어레이식으로 분포된 복수의 지문 검출부를 포함하는 경우, 수신된 복수 방향의 광 신호에 기초하여 복수의 지문 이미지를 생성하여, 하나의 고해상도의 지문 이미지를 얻을 수 있어, 지문인식 효과가 향상된다.
다시 말하면, 도 14에 도시된 지문 검출부는 도 15에 도시된바와 같은 광학 감지 픽셀 어레이를 포함할 수 있고, 그 중 “1”은 제1 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타내고, “2”은 제2 방향의 경사 광 신호를 수신하기 위한 광학 감지 픽셀을 나타낸다. 다시 말하면, “1” 및 “2”로 표시되는 광학 감지 픽셀은 각각 하나의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 즉 총 2개의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 상기 2개의 지문 이미지는 하나의 고해상도의 지문 이미지로 병합될 수 있어, 지문 검출 장치의 인식 효과가 향상된다. 도 14를 결합하면, 좌측에서 우측으로, 상기 제1 방향은 제1 열 및 제2 열의 마이크로 렌즈 중의 마이크로 렌즈에 의해 수신되는 경사 광 신호가 위치하는 방향일 수 있고, 상기 제2 방향은 제3 열 및 제4 열의 마이크로 렌즈에 의해 수신되는 경사 광 신호가 위치하는 방향일 수 있다.
본 출원의 일 실시예에서, 상기 표시 화면이 위치하는 평면에서 상기 복수 배열의 마이크로 렌즈 중의 각 배열의 마이크로 렌즈 중의 각 마이크로 렌즈의 투영은 원형이고, 상기 표시 화면이 위치하는 평면에서 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀의 투영은 직사각형이고, 상기 표시 화면이 위치하는 평면에서 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀의 중심의 투영은, 상기 표시 화면이 위치하는 평면에서 대응하는 마이크로 렌즈의 중심의 투영에 비해, 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀의 엇갈리는 방향을 따라 소정의 거리만큼 오프셋되고, 상기 소정의 거리는 상기 직사각형의 변의 길이보다 작거나 같고, 또는 상기 소정의 거리는 상기 원형의 직경보다 작거나 같다. 일 실시예에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 엇갈리는 방향은 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀의 대각선 방향이고, 즉 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀(221)은 동일한 광학 감지 픽셀(221)의 대각선 방향을 따라 소정의 거리만큼 오프셋된다. 이때, 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀(221)의 상방에는 대응하는 오픈 홀(2241) 및 오픈 홀(2231)이 설치될 수 있고, 즉 상기 지문 검출부(22)중의 적어도 한 층의 차광층은, 대응하는 오픈 홀이 각각의 광학 감지 픽셀(221)의 상방에 설치된다. 상기 엇갈리는 방향은 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀의 수직 변의 길이가 위치하는 방향이다. 상기 수직 변의 길이는 광학 감지 픽셀의 배열방향과 평행하는 방향일 수 있다.
설명드릴 것은, 상기 소정의 거리는 광학 감지 픽셀(221)의 변의 길이가 위치하는 방향에서의 오프셋 거리일 수도 있고, 예를 들면, 광학 감지 픽셀(221)의 2개의 변의 길이를 X축 방향 및 Y축 방향으로 할때, 상기 소정의 거리는 X축 방향을 따른 오프셋 거리 및 Y축 방향을 따른 오프셋 거리를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 감지 픽셀의 변의 길이는 12.5mm이고, 상기 마이크로 렌즈의 직경은 11.5mm라고 가정하면, X축 방향을 따른 오프셋 거리는 4~5mm일 수 있고, Y축 방향을 따른 오프셋 거리는 4~5mm일 수 있다. 물론, 상술한 매개변수는 예시일 뿐이며, 본 출원을 제한하는 것으로 해석되어서는 안되고, 예를 들면, 상기 X축 방향을 따른 오프셋 거리는 Y축 방향을 따른 오프셋 거리와 동일하지 않을 수도 있고, 또 예를 들면, 상기 X축 방향을 따른 오프셋 거리 또는 상기 Y축 방향을 따른 오프셋 거리는 5mm 보다 크거나 4mm보다 작을 수 있다.
상기 엇갈리는 방향에 대해, 다른 일 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(22)는 상부 차광층 및 하부 차광층을 포함할 수 있다. 이때, 각 마이크로 렌즈(222)에 대해, 상기 상부 차광층과 상기 하부 차광층은 대응하는 오픈 홀(2242) 및 오픈 홀(2232)이 각각 설치될 수 있다. 상기 복수 배열의 마이크로 렌즈 중의 각 배열의 마이크로 렌즈 중의 각 마이크로 렌즈(222)는 대응하는 오픈 홀(2242) 및 오픈 홀(2232)을 통해, 수신된 경사 광 신호를 인접한 마이크로 렌즈(222)의 바로 아래의 광학 감지 픽셀(221)로 수렴시킬 수 있다. 예를 들면, 좌측 상부 코너의 마이크로 렌즈(222)는 수신된 경사 광 신호를 인접한 제2 행의 제1 열의 마이크로 렌즈(222) 바로 아래의 광학 감지 픽셀(221)에 수렴시킬 수 있다. 이때, 상기 하부 차광층은 대응하는 오픈 홀(2232)이 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀(221)의 상방에 설치될 수 있고, 상기 상부 차광층은 대응하는 오픈 홀(2242)이 동일한 광학 감지 픽셀(221)과 인접한 광학 감지 픽셀(221)의 상방에 설치될 수 있다.
이해해야 할 것은, 상기 엇갈리는 방향은 다른 방향일 수도 있다. 예를 들면, 상기 엇갈리는 방향은 상기 복수 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각 배열의 광학 감지 픽셀 중의 각각의 광학 감지 픽셀의 수평 변의 길이가 위치하는 방향이다. 상기 수평 변의 길이는 광학 감지 픽셀의 배열 방향과 수직하는 방향일 수 있다.
본 출원의 다른 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈의 수는 상기 복수의 광학 감지 픽셀의 수보다 작다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈는 하나의 마이크로 렌즈이고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이이고, 상기 하나의 마이크로 렌즈는 상기 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이의 바로 위에 설치된다. 예를 들면, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(23)는 하나의 마이크로 렌즈(232) 및 직사각형 어레이식으로 분포된 4개의 광학 감지 픽셀(231)을 포함할 수 있다.
구체적인 광 경로 설계에서, 상기 지문 검출부(23)중의 적어도 하나의 차광층은 상기 하나의 마이크로 렌즈 하부에 상기 4개의 광학 감지 픽셀(231)에 대응하는 오픈 홀이 각각 설치될 수 있어, 상기 하나의 마이크로 렌즈는 상기 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이의 대각선 방향을 따라 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 수신할 수 있고, 상기 하나의 마이크로 렌즈는 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 상기 대각선 방향을 따라 상기 광학 감지 픽셀 직사각형 어레이 중의 광학 감지 픽셀로 각각 수렴시킬 수 있어, 각각의 광학 감지 픽셀이 수신할 수 있는 신호량이 증가되어, 지문인식 효과가 향상된다. 예를 들면, 도 18 또는 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 하나의 차광층은 상부 차광층 및 하부 차광층을 포함할 수 있다. 상기 상부 차광층은 상기 하나의 마이크로 렌즈(232)의 하부에 상기 4개의 광학 감지 픽셀(231)에 각각 대응하는 오픈 홀(2341)이 설치되고, 상기 하부 차광층은 상기 하나의 마이크로 렌즈(232)의 하부에 상기 4개의 광학 감지 픽셀(231)에 각각 대응하는 오픈 홀(233)이 설치된다. 상기 하나의 마이크로 렌즈(232)는 대응하는 오픈 홀(2341) 및 오픈 홀(233)을 통해, 수신된 복수 방향의 광 신호를 상기 4개의 광학 감지 픽셀(231)로 각각 수렴시킨다. 물론, 상기 상부 차광층의 상기 4개의 광학 감지 픽셀(231)에 대응하는 4개의 핀홀은 하나의 큰 홀로 병합될 수도 있다. 예를 들면 도 20 또는 도 21에 도시된 오픈 홀(2342)과 같다.
다른 일 실시예에서, 적어도 하나의 상기 마이크로 렌즈는 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이이고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 3x3광학 감지 픽셀 직사각형 어레이이고, 상기 3x3직사각형 어레이 중 각 인접한 4개의 광학 감지 픽셀의 바로 위에는 하나의 마이크로 렌즈가 설치된다. 예를 들면, 상기 3x3직사각형 어레이 중 각 인접한 4개의 광학 감지 픽셀의 중심 위치의 바로 위에는 하나의 마이크로 렌즈가 설치된다. 예를 들면, 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(24)는 직사각형 어레이식으로 분포된 4개의 마이크로 렌즈(242) 및 직사각형 어레이식으로 분포된 9개의 광학 감지 픽셀(241)을 포함할 수 있다.
구체적인 광 경로 설계에서, 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(24) 중의 적어도 하나의 차광층은 상기 3x3광학 감지 픽셀 직사각형 어레이의 4개의 코너 상의 광학 감지 픽셀(241)에 대응하는 오픈 홀이 각각 설치될 수 있어, 상기 2x2마이크로 렌즈 직사각형 어레이 중의 각 마이크로 렌즈(242)는 수신된 경사 광 신호를 상기 3x3광학 감지 픽셀 직사각형 어레이의 4개의 코너 상의 광학 감지 픽셀(241)중의 거리가 동일한 마이크로 렌즈(242)거리와 가장 가까운 광학 감지 픽셀(241)로 수렴시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 차광층은 상부 차광층 및 하부 차광층을 포함할 수 있다. 상기 상부 차광층은 상기 4개의 코너 상의 광학 감지 픽셀(241)에 각각 대응하는 오픈 홀(244)이 설치되고, 상기 하부 차광층은 상기 4개의 코너 상의 광학 감지 픽셀(241)에 각각 대응하는 오픈 홀(243)이 설치된다. 이에 따라, 상기 4개의 마이크로 렌즈(242)는 대응하는 오픈 홀(2341) 및 오픈 홀(244)을 통해 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 상기 4개의 코너 상의 광학 감지 픽셀(241)로 각각 수렴시킬 수 있다.
상기 3x3광학 감지 픽셀 직사각형 어레이에는 4개의 코너 상의 광학 감지 픽셀(241)만이 지문 정보를 검출하기 위한 경사 광 신호를 수신하므로, 광학 감지 픽셀의 이용률을 증가시키기 위해, 본 출원의 일부 실시예에서, 엇갈리게 배열되는 방식으로 복수의 지문 검출부(24)를 포함하는 지문 검출 장치를 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 24에 도시된 바와 같이, 중간 위치에 위치한 중심 지문 검출부는, 좌측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(241)과 우측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(241) 사이의 광학 감지 픽셀(241)은 다른 지문 검출부의, 좌측 하부 코너에 위치한 광학 감지 픽셀(241)로 다중화될 수 있고, 상기 중심 지문 검출부의, 좌측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(241)과 좌측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(241) 사이의 광학 감지 픽셀(241)은 다른 지문 검출부의, 우측 하부 코너에 위치한 광학 감지 픽셀(241)로 다중화될 수 있고, 상기 중심 지문 검출부의 좌측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(241) 및 우측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(241) 사이의 광학 감지 픽셀(241)은 다른 지문 검출부의, 우측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(241)로 다중화될 수 있고, 상기 중심 지문 검출부의 우측 하부 코너의 광학 감지 픽셀(241) 및 우측 상부 코너의 광학 감지 픽셀(241) 사이의 광학 감지 픽셀(241)은 다른 지문 검출부의 좌측 상부 코너에 위치한 광학 감지 픽셀(241)로 다중화될 수 있다.
다시 말하면, 상기 지문 검출 장치는 도 25에 도시된바와 같은 복수의 광학 감지 픽셀을 포함할 수 있고, “0”은 광 신호를 수신하지 않는 광학 감지 픽셀을 나타내고, “1”, “2”, “3” 및 “4”는 각각 4개의 상이한 방향의 광학 감지 픽셀을 수신하는 것을 나타낸다. 다시 말하면, “1”, “2”, “3” 및 “4”로 표시되는 광학 감지 픽셀은 각각 하나의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 즉 총 4개의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 상기 4개의 지문 이미지는 하나의 고해상도의 지문 이미지로 병합될 수 있어, 지문 검출 장치의 인식 효과가 향상된다.
다른 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 마이크로 렌즈는 3x3마이크로 렌즈 직사각형 어레이이고, 상기 복수의 광학 감지 픽셀은 4x4광학 감지 픽셀 직사각형 어레이이고, 상기 4x4광학 감지 픽셀 직사각형 어레이 중 각 인접한 4개의 광학 감지 픽셀의 바로 위에는 하나의 마이크로 렌즈가 설치된다. 예를 들면, 도 26에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출부(25)는 직사각형 어레이식으로 분포된 9개의 마이크로 렌즈(252) 및 직사각형 어레이식으로 분포된 16개의 광학 감지 픽셀(251)을 포함할 수 있다. 상기 16개의 광학 감지 픽셀(251) 중 각 인접한 4개의 광학 감지 픽셀(251) 바로 위에는 하나의 마이크로 렌즈(252)가 설치된다.
구체적인 광 경로 설계에서, 상기 지문 검출부(25) 중의 적어도 하나의 차광층은 상기 16개의 광학 감지 픽셀(251)에 대응하는 오픈 홀이 각각 설치될 수 있어, 상기 3x3마이크로 렌즈 직사각형 어레이 중의 중심 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 상기 중심 마이크로 렌즈 하방의 4개의 광학 감지 픽셀로 각각 수렴시키고, 상기 3x3마이크로 렌즈 직사각형 어레이 중의 4개의 코너 상의 마이크로 렌즈 중의 각 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 동일한 마이크로 렌즈 하방의, 상기 4x4광학 감지 픽셀 직사각형 어레이의 코너 상에 위치한 광학 감지 픽셀로 수렴시키고, 상기 3x3마이크로 렌즈 직사각형 어레이 중의 기타 마이크로 렌즈 중의 각 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 동일한 마이크로 렌즈 하방의 외부의 2개의 광학 감지 픽셀로 수렴시킨다. 예를 들면, 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 하나의 차광층은 상부 차광층 및 하부 차광층을 포함할 수 있다. 상기 상부 차광층에는 상기 16개의 광학 감지 픽셀(251)에 각각 대응하는 오픈 홀(2541)이 설치되고, 상기 하부 차광층에는 상기 16개의 광학 감지 픽셀(251)에 각각 대응하는 오픈 홀(253)이 설치된다. 이에 따라, 상기 9개의 마이크로 렌즈(252)는 대응하는 오픈 홀(2541) 및 오픈 홀(253)을 통해, 상기 복수 방향의 경사 광 신호를 상기 16개의 광학 감지 픽셀(251)로 각각 수렴시킬 수 있다.
다시 말하면, 상기 지문 검출 장치는 도 28에 도시된바와 같은 복수의 광학 감지 픽셀을 포함할 수 있고, “1”, “2”, “3” 및 “4”는 각각 4개의 상이한 방향의 광학 감지 픽셀을 수신하는 것을 나타낸다. 다시 말하면, “1”, “2”, “3” 및 “4”로 표시되는 광학 감지 픽셀은 각각 하나의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 즉 총 4개의 지문 이미지를 생성할 수 있고, 상기 4개의 지문 이미지는 하나의 고해상도의 지문 이미지로 병합될 수 있어, 지문 검출 장치의 인식 효과가 향상된다.
물론, 도 27은 본 출원의 예시일 뿐이며, 본 출원을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
예를 들면, 도 29에 도시된 바와 같이, 상기 4x4광학 감지 픽셀 직사각형 어레이 중의, 2개의 코너 사이에 위치한 2개의 광학 감지 픽셀(251)의, 상부 차광층에 대응하는 2개의 핀홀은, 하나의 큰 홀로 병합될 수 있고, 상기 4x4광학 감지 픽셀 직사각형 어레이 중의, 중심 위치에 위치한 4개의 인접한 광학 감지 픽셀(251)의 상부 차광층에 대응하는 4개의 핀홀은, 하나의 큰 홀로 병합될 수 있어, 가공의 어려움이 줄고, 수렴된 광 신호의 양을 증가시킴으로써, 상기 지문 검출 장치의 지문인식 효과를 향상시킨다.
상술한 배열방식에 있어서 엇갈리는 설치가 가능한 지문 검출부에 대해 설명하였고, 이하에서는 광 경로 구조 상에서 엇갈리게 설치되는 지문 검출부를 설명한다.
예를 들면, 지문 검출 장치는 어레이식으로 분포되거나 엇갈리게 설치되는 복수의 지문 검출부를 포함할 수 있고, 상기 복수의 지문 검출부 중의 각 지문 검출부는 하나의 마이크로 렌즈, 적어도 하나의 차광층 및 복수의 광학 감지 픽셀을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 차광층에는 상기 복수의 광학 감지 픽셀에 대응하는 오픈 홀이 각각 설치되고, 상기 적어도 하나의 차광층은 적어도 하나의 상기 마이크로 렌즈와 상기 복수의 광학 감지 픽셀의 중간에 설치된다. 상기 복수의 지문 검출부 중의 마이크로 렌즈는 수신된 경사 광 신호를 인접한 복수의 지문 검출부 중의 광학 감지 픽셀로 수렴시킬 수 있다. 다시 말하면, 상기 지문 검출 장치 중의 각 지문 검출부 중의 복수의 광학 감지 픽셀은 인접한 복수의 지문 검출부 중의 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 경사 광 신호를 수신한다. 설명의 편의를 위해, 이하에서는 지문 검출 장치의, 각도가 엇갈리게 설치된 복수의 지문 검출부에 대해 설명한다.
도 30은 본 출원의 실시예의 지문 검출 장치(30)의 개략적인 평면도이고, 도 31은 도 30에 도시된 지문 검출 장치(30)의 B-B'방향을 따른 측면 단면도이다.
도 30에 도시된 바와 같이, 지문 검출 장치(30)는 3x3지문 검출부를 포함할 수 있고, 상기 3x3지문 검출부 중의 각 지문 검출부는 하나의 마이크로 렌즈와 상기 하나의 마이크로 렌즈 하방에 위치한 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이를 포함한다. 3x3지문 검출부 중 중간 위치에 위치한 중간 지문 검출부를 예로 들면, 상기 중간 지문 검출부 중의 2x2광학 감지 픽셀 직사각형 어레이는 3x3지문 검출부 중의, 4개의 코너 상에 위치한 지문 검출부 중의 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 경사 광 신호를 각각 수신한다. 다시 말하면, 상기 3x3지문 검출부 직사각형 어레이 중의, 중심 위치에 위치한 중심 지문 검출부 중의 마이크로 렌즈는 수신된 복수 방향의 경사 광 신호를 3x3지문 검출부 직사각형 어레이의 대각선 방향을 따라, 인접한 지문 검출부 중의 상기 중심 지문 검출부에 가까운 광학 감지 픽셀로 수렴시킨다. 물론, 대체 가능하게, 지문 검출 장치(30) 중의 각 마이크로 렌즈는 수신된 복수 방향의 경사 광 신호를 동일한 마이크로 렌즈를 중심으로하는 3x3마이크로 렌즈 직사각형 어레이의 변의 길이방향을 따라, 인접한 마이크로 렌즈 하부에 설치된 광학 감지 픽셀로 수렴시킬 수도 있다.
도 31에 도시된 바와 같이, 상기 지문 검출 장치(30)는 마이크로 렌즈 어레이(310), 적어도 한 층의 차광층 및 광학 감지 픽셀 어레이(340)를 포함한다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(310)는 전자 장치의 표시 화면의 하방에 설치될 수 있고, 상기 적어도 한 층의 차광층은 상기 마이크로 렌즈 어레이(310)의 하방에 설치될 수 있고, 상기 광학 감지 픽셀 어레이(340)는 상기 적어도 하나의 차광층의 하방에 설치될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(310) 및 상기 적어도 한 층의 차광층은 도 3 또는 도 4에 도시된 광학 어셈블리(132)에 포함된 도광 구조일 수 있고, 상기 광학 감지 픽셀 어레이(340)는 도 1 내지 도 4에 도시된, 복수의 광학 감지부(131)(광학 감지 픽셀, 감광 픽셀, 픽셀 유닛 등으로 칭할 수도 있다)를 구비한 감지 어레이(133)일 수 있고, 반복을 피하기 위해 설명을 생략한다.
마이크로 렌즈 어레이(310)는 복수의 마이크로 렌즈를 포함한다. 예를 들면 상기 마이크로 렌즈 어레이(310)는 제1 마이크로 렌즈(311), 제2 마이크로 렌즈(312) 및 제3 마이크로 렌즈(313)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 차광층은 복수의 차광층을 포함할 수 있고, 예를 들면 상기 적어도 하나의 차광층은 제1 차광층(320) 및 제2 차광층(330)을 포함할 수 있다. 상기 광학 감지 픽셀 어레이(340)는 복수의 광학 감지 픽셀을 포함할 수 있고, 예를 들면 상기 광학 감지 픽셀 어레이는 제1 광학 감지 픽셀(341), 제2 광학 감지 픽셀(342), 제3 광학 감지 픽셀(343), 제4 광학 감지 픽셀(344), 제5 광학 감지 픽셀(345) 및 제6 광학 감지 픽셀(346)을 포함할 수 있다. 제1 차광층(320) 및 제2 차광층(330)에는 상기 복수의 마이크로 렌즈(즉 제1 마이크로 렌즈(311), 제2 마이크로 렌즈(312) 및 제3 마이크로 렌즈(313)) 중 각 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 하나의 오픈 홀이 각각 설치된다. 예를 들면, 상기 제1 차광층(320)에는 제1 마이크로 렌즈(311)에 대응하는 제1 오픈 홀(321) 및 제2 오픈 홀(322)이 설치되고, 상기 제1 차광층(320)은 제2 마이크로 렌즈(312)에 대응하는 제2 오픈 홀(322) 및 제3 오픈 홀(323)이 더 설치되고, 상기 제1 차광층(320)은 제3 마이크로 렌즈(313)에 대응하는 제3 오픈 홀(323) 및 제4 오픈 홀(324)이 설치된다. 유사하게, 상기 제2 차광층(330)은 제1 마이크로 렌즈(311)에 대응하는 제5 오픈 홀(331) 및 제6 오픈 홀(332)이 설치되고, 상기 제2 차광층(330)은 제2 마이크로 렌즈(312)에 대응하는 제7 오픈 홀(333) 및 제8 오픈 홀(334)이 더 설치되고, 상기 제2 차광층(330)은 제3 마이크로 렌즈(313)에 대응하는 제9 오픈 홀(335) 및 제10 오픈 홀(336)이 설치된다.
구체적인 광 경로 설계에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이(310) 중의 각 마이크로 렌즈 하방에는 복수의 광학 감지 픽셀이 설치된다. 상기 각 마이크로 렌즈 하방에 설치된 복수의 광학 감지 픽셀은 인접한 복수의 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 광 신호를 각각 수신한다. 상기 제2 마이크로 렌즈(312)를 예로 들면, 상기 제2 마이크로 렌즈(312)의 하부는 제3 광학 감지 픽셀(343) 및 제4 광학 감지 픽셀(344)이 설치될 수 있고, 상기 제3 광학 감지 픽셀(343)은 제1 마이크로 렌즈(311)를 통해 수렴되고 제2 오픈 홀(322) 및 제7 오픈 홀(333)을 통과하는 경사 광 신호를 수신할 수 있고, 상기 제4 광학 감지 픽셀(344)은 제3 마이크로 렌즈(313)를 통해 수렴되고 제3 오픈 홀(323) 및 제8 오픈 홀(334)을 통하는 경사 광 신호를 수신할 수 있다.
다시 말하면, 상기 적어도 하나의 차광층은 마이크로 렌즈 어레이(310) 중의 각 마이크로 렌즈에 대응하는 복수의 도광 통로가 형성되고, 상기 각 마이크로 렌즈에 대응하는 복수의 도광 통로의 저부는 인접한 복수의 마이크로 렌즈 하부로 각각 연장된다. 상기 제2 마이크로 렌즈(312)를 예로 들면, 상기 제2 마이크로 렌즈(312)에 대응하는 복수의 도광 통로는 제2 오픈 홀(322) 및 제6 오픈 홀(332)에 의해 형성된 도광 통로 및 제3 오픈 홀(323) 및 제9 오픈 홀(335)에 의해 형성된 도광 통로를 포함할 수 있다. 제2 오픈 홀(322) 및 제6 오픈 홀(332)에 의해 형성된 도광 통로는 제1 마이크로 렌즈(311)의 하방으로 연장된다, 제3 오픈 홀(323) 및 제9 오픈 홀(335)로 형성된 도광 통로는 제3 마이크로 렌즈(313)의 하부로 연장된다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(310) 중의 각 마이크로 렌즈에 대응하는 복수의 도광 통로 중의 각 도광 통로의 하방에는 하나의 광학 감지 픽셀이 설치될 수 있다. 상기 제2 마이크로 렌즈(312)를 예로 들면, 제2 오픈 홀(322) 및 제6 오픈 홀(332)에 의해 형성된 도광 통로의 하방에는 제2 광학 감지 픽셀(342)이 설치되고, 제3 오픈 홀(323) 및 제9 오픈 홀(335)에 의해 형성된 도광 통로의 하부에는 제5 광학 감지 픽셀(345)이 설치된다.
각 마이크로 렌즈에 대응하는 복수의 도광 통로의 합리적인 설계를 통해, 광학 감지 픽셀 어레이(340)는 복수 방향의 경사 광 신호를 수신할 수 있고, 싱글 마이크로 렌즈를 통해 복수 방향의 경사 광 신호를 수렴하고, 단일 원심 마이크로 렌즈 어레이 방안은 노광 시간이 긴 문제를 해결할 수 있다. 다시 말하면, 상기 지문 검출 장치(30)는 마른 손가락에 대한 수직 광 신호의 인식 효과가 좋지 않은 문제 및 단일 원심 마이크로 렌즈 어레이 방안의 노광 시간이 너무 긴 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 두께가 과도하고 공차 허용범위가 좋지 않고 크기가 너무 큰 문제를 해결할 수 있다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예는 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 배열 방식 및 크기를 구체적으로 한정하지 않았다. 예를 들면, 상기 지문 검출부는 복수의 다각형(예를 들면 마름모 모양), 원형 또는 타원형으로 분포되는 광학 감지 픽셀을 포함할 수 있다.
도 31을 참조하면, 지문 검출 장치(30)는 투명 매개층(350)을 더 포함할 수 있다.
투명 매개층(350)은 상기 마이크로 렌즈 어레이(310) 및 상기 적어도 하나의 차광층 사이; 상기 적어도 하나의 차광층 사이; 및 상기 적어도 하나의 차광층 및 광학 감지 픽셀 어레이(340) 사이; 중 적어도 하나의 위치에 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 매개층(350)은 상기 마이크로 렌즈 어레이(310) 및 상기 적어도 하나의 차광층(즉 상기 제1 차광층(320)) 사이에 위치한 제1 매개층(351) 및 상기 제1 차광층(320) 및 상기 제2 차광층(330) 사이에 위치한 제2 매개층(352)을 포함할 수 있다.
투명 매개층(350)의 재료는 유리일 수 있고, 공기 또는 진공에 의해 전이될 수 있는, 광에 대해 투명한 임의의 투명 재료이며, 본 출원은 이에 대해 구체적으로 한정하지 않았다.
상기에서 지문 검출부 또는 지문 검출 장치의 구조에 대해 소개하였고, 예를 들면 광 신호에 의한 전송 예상 구축 지문 검출부 또는 지문 검출 장치의 구조이며, 제조 과정에서, 구체적인 매개변수에 기초하여 대량 생산을 진행해야 하고, 이하에서는 지문 검출 장치의 구체적인 설계 매개변수를 예시적으로 설명한다.
도 32는 본 출원의 실시예의 지문 검출 장치의 개략적인 구조도이고, 이해를 돕기 위해, 이하 도 32를 결합하여 상기 지문 검출 장치의 설계 매개변수를 설명한다.
예로서, 지문 검출 장치는 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 어레이 하방에 위치한 Z개의 차광층 및 상기 Z개의 차광층 하방에 위치한 광학 감지 픽셀 어레이를 포함하고, Z는 양의 정수이다. 상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 표시 화면의 하방에 설치되고, Z개의 차광층은 상기 마이크로 렌즈 어레이의 하방에 설치되고, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층에는 핀홀 어레이가 설치되고, 광학 감지 픽셀 어레이는 상기 Z개의 차광층 중의 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하방에 설치된다.
이해해야 할 것은, 상기 지문 검출 장치 및 상기 지문 검출 장치 중의 상기 마이크로 렌즈 어레이, 상기 Z개의 차광층, 상기 광학 감지 픽셀 어레이는 전술한 관련 설명을 참조할 수 있으며, 반복을 피하기 위해, 설명을 생략한다.
도 32에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 복수의 마이크로 렌즈(411)을 포함할 수 있고, 상기 Z개의 차광층은 상부 차광층(412), 중간 차광층(413) 및 하부 차광층(414)을 포함할 수 있고, 상기 광학 감지 픽셀 어레이는 복수의 광학 감지 픽셀(415)을 포함할 수 있다. C는 단일 마이크로 렌즈의 최대 구경을 나타내고, 정사각형 또는 기타 형상의 마이크로 렌즈인 경우, C는 주기적 방향의 마이크로 렌즈 단면의 최대 길이일 수 있다. P는 마이크로 렌즈의 주기를 나타낸다. H는 단일 마이크로 렌즈의 높이, 즉 마이크로 렌즈의 정점에서 평평한 상부까지의 높이를 나타낸다. D1, D2, D3은 각각 하부 차광층(414), 중간 차광층(413) 및 상부 차광층(412) 중의 핀홀 최대 구경을 나타내고, 즉 오픈 홀의 최대 구경부분의 크기이다. X1, X2, X3는 각각 상기 마이크로 렌즈 어레이가 위치하는 평면에서의 하부 차광층(414), 중간 차광층(413) 및 상부 차광층(412) 중 오픈 홀의 중심 위치와 대응하는 마이크로 렌즈의 중심 위치의 오프셋 량이다. Z1, Z2, Z3는 각각 하부 차광층(414), 중간 차광층(413) 및 상부 차광층(412)과 상기 마이크로 렌즈 어레이의 저부(예를 들면 하부 표면) 사이의 거리이다.
상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는 원형 마이크로 렌즈일 수 있고, 즉 도 32는 도 33에 도시된 지문 검출 장치(40)의 E-E'방향에 따른 측면 단면도이다. 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는 정사각형 마이크로 렌즈일 수도 있다. 즉 도 32는 도 34에 도시된 지문 검출 장치(40)의 F-F'방향에 따른 측면 단면도이다. 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는 원형 마이크로 렌즈이고, 원형 마이크로 렌즈 행렬 중 인접한 원형 마이크로 렌즈 사이의 갭이 크면 유효한 수광 면적이 차지하는 비율이 작아지며, 이는 일반적으로 60%이고, 정사각형 마이크로 렌즈 행렬 중의 마이크로 렌즈는 구(球)체를 사각형태로 절단하여 정사각형 마이크로 렌즈를 얻을 수 있고, 원형 마이크로 렌즈 행렬과 비교하여, 보다 높은 수광 면적 비율(예를 들면 98%이상)을 얻을 수 있다. 물론, 높은 듀티비(Duty Ratio)를 실현하기 위해, 단일 마이크로 렌즈는 다른 형태일 수도 있다.
이하에서는 도 32에 도시된 구조를 예로 들어, 지문 검출 장치의 구체적인 매개변수를 설계한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
Figure 112020100663901-pct00030
을 만족함으로써, 상기 표시 화면 상방의 손가락으로부터 리턴된 광 신호는 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 수렴된 후, 상기 Z개의 차광층에 설치된 핀홀 어레이를 통해 상기 광학 감지 픽셀 어레이로 전송되고, 상기 광 신호는 상기 손가락의 지문 정보를 검출한다.
Figure 112020100663901-pct00031
는 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직거리를 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00032
는 상기 마이크로 렌즈 어레이가 위치하는 평면에서 제1 중심과 제2 중심의 투사 사이의 거리를 나타내고, 상기 제1 중심은 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 중심이고, 상기 제2 중심은 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층 중의 상기 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 광 신호를 전송하기 위한 핀홀의 중심이다. 예를 들면,
Figure 112020100663901-pct00033
는 상기 하부 차광층의 하부 표면 및 상기 마이크로 렌즈 어레이의 하부 표면 사이의 수직거리이다. 또 예를 들면,
Figure 112020100663901-pct00034
는 상기 하부 차광층의 상부 표면 및 상기 마이크로 렌즈 어레이의 하부 표면 사이의 수직거리이다. 예를 들면, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
Figure 112020100663901-pct00035
을 만족한다. 또 예를 들면, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
Figure 112020100663901-pct00036
을 만족한다.
상기 제i 번째 차광층은 위에서 아래로 제i 번째 차광층일 수 있고, 아래에서 위로 제i 번째 차광층일 수도 있다.
핀홀 어레이에서 핀홀의 구조적 매개변수를 제약함으로써, 손가락의 상이한 위치를 통해 리턴된 광 신호의 엘리어싱을 방지할 수 있고, 즉 지문 이미지 콘트라스트 비를 보장함으로써 지문 이미지의 밝기가 증가하고, 지문 이미지의 신호 대 잡음비 및 해상도가 증가하며, 지문인식 효과 및 인식 정확도가 향상된다.
설명드릴 것은, 핀홀 어레이에서 핀홀의 구조적 매개변수
Figure 112020100731974-pct00037
는 제1 중심 및 제2 중심 사이의 거리이고, 이는 공간 직교 좌표계에서 3개의 매개변수로 나눌 수 있다. 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈의 중심 위치를 원점으로 하고, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 행이 위치하는 방향은 X축으로 하고, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 열이 위치하는 방향은 Y축하고, X-Y평면에 수직하는 방향은 Z축으로 할 수 있다. 이때, 핀홀 매개변수
Figure 112020100731974-pct00038
를 핀홀의 X-Y좌표계에서의 위치로 대체하고, 핀홀 매개변수
Figure 112020100731974-pct00039
를 핀홀 어레이 중의 핀홀의 Z축 방향에서의 매개변수로 대체할 수 있다. 또 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 중심 위치를 원점으로, 핀홀 어레이 중 각 핀홀의 공간 위치를 확인할 수도 있다.
더 설명드릴 것은, 핀홀 어레이 중 핀홀의 관련 매개변수에 대해, 하나의 마이크로 렌즈는 수렴된 광 신호를 복수의 핀홀을 통해 대응하는 광학 감지 픽셀로 전송할 수도 있으므로, 하나의 마이크로 렌즈는 복수의 매개변수
Figure 112020100663901-pct00040
에 대응할 수 있다. 또한, 복수의 마이크로 렌즈는 하나의 핀홀을 통해 수렴된 광 신호를 대응하는 광학 감지 픽셀로 전송하게 될 수 있으므로, 유사하게, 하나의 핀홀은 복수의 매개변수
Figure 112020100663901-pct00041
에 대응할수 있고, 다시 말하면, 복수의 매개변수
Figure 112020100663901-pct00042
를 통해 하나의 핀홀의 공간 구조를 설계할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 하부 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀의 최대 구경은 제1 소정의 값보다 크고 제2 소정의 값보다 작아야 한다.
예를 들면, 상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀은
Figure 112020100663901-pct00043
을 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00044
는 상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀의 최대 구경을 나타낸다. 예를 들면, 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀은
Figure 112020100663901-pct00045
를 만족한다. 또 예를 들면, 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀은
Figure 112020100663901-pct00046
를 만족한다.
핀홀 이미징을 통해 획득된 지문 이미지는, 이미지 콘트라스트 비가 클수록 밝기(즉 핀홀에 들어오는 빛의 양)가 더 작고, 대응하게, 밝기가 클수록 이미지 콘트라스트 비가 더 작고, 본 실시예에서, 핀홀 어레이 중 핀홀의 최대 구경을 제약함으로써, 광학 감지 픽셀 어레이의 각각의 광학 감지 픽셀이 충분한 광 신호를 수신할 수 있도록 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 이미징된 이미지가 충분한 밝기를 갖도록 보장할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00047
를 만족할 수 있고, 여기서
Figure 112020100663901-pct00048
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 두께를 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00049
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 구경을 나타낸다. 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00050
를 만족한다. 또 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00051
를 만족한다.
상기 마이크로 렌즈의 최대 구경은 상기 마이크로 렌즈의 가장 큰 면적을 갖는 단면의 최대 폭일 수 있다. 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈는 반구형 렌즈이고, 상기 마이크로 렌즈의 최대 구경은 상기 반구형 렌즈의 평면의 최대 폭일 수 있다.
다시 말하면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중 각 마이크로 렌즈는 반구형 마이크로 렌즈이고, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중 각 마이크로 렌즈의 곡률은 0.5보다 작거나 같다.
핀홀 이미징을 통해 지문 이미지를 획득 시, 마이크로 렌즈 어레이 중 마이크로 렌즈의 구면 수차가 이미징 품질에 영향을 미치지 않도록 보장해야 한다. 본 실시예에서, 마이크로 렌즈의 최대 두께와 최대 구경 사이의 비율을 제약함으로써, 소형화된 지문 검출 장치의 기초하에, 마이크로 렌즈가 수렴된 광 신호를 하부 차광층의 핀홀 내에 집중시켜, 지문 이미지의 이미징 품질을 보장할 수 있다. 다시 말하면,
Figure 112020100663901-pct00052
와
Figure 112020100663901-pct00053
의 비율을 제약함으로써, 지문 검출 장치는 작은 두께를 갖는 것을 보장하는 기초하에, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 구면 수차를 감소시켜, 지문인식 효과를 보장한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이는
Figure 112020100663901-pct00054
을 만족한다. 예를 들면, 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이는
Figure 112020100663901-pct00055
을 만족한다. 또 예를 들면, 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이는
Figure 112020100663901-pct00056
을 만족한다.
하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 매개변수를 제약함으로써, 상기 지문 검출 장치의 두께를 효과적으로 줄일 수 있다. 물론, 상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 최대 거리 또는 최소 거리를 제약할 수도 있고, 이는 모두 본 출원의 실시예에서 보호하는 기술방안에 속한다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는
Figure 112020100663901-pct00057
를 만족한다. 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈 어레이는
Figure 112020100663901-pct00058
를 만족한다. 또 예를 들면, 상기 마이크로 렌즈 어레이는
Figure 112020100663901-pct00059
를 만족한다. 여기서,
Figure 112020100663901-pct00060
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타낸다.
다시 말하면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 중 인접한 2개의 마이크로 렌즈의 중심 위치 사이의 거리는
Figure 112020100663901-pct00061
를 만족하고, 즉
Figure 112020100663901-pct00062
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중 인접한 2개의 마이크로 렌즈의 중심 위치 사이의 거리를 나타낼 수도 있다.
마이크로 렌즈 어레이의 주기를 제약함으로써, 마이크로 렌즈 어레이를 단독으로 생산하는데 용이할 뿐만 아니라, 공간에 광학 감지 픽셀 어레이를 결합하는 데 용이하며, 원하는 해상도를 갖는 광학 지문 이미지를 얻는다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀과 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00063
를 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00064
는 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀의 구경을 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00065
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타낸다. 예를 들면, 상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀과 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00066
를 만족한다. 또 예를 들면, 상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀과 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는
Figure 112020100663901-pct00067
를 만족한다.
다시 말하면, 지문 검출 장치 중 핀홀 어레이 중의 하나의 핀홀은 하나의 마이크로 렌즈 또는 복수의 마이크로 렌즈에 대응할 수 있다. 즉 하나 또는 복수의 마이크로 렌즈는 핀홀 어레이 중의 하나의 핀홀을 통해 광 신호를 대응하는 광학 감지 픽셀로 전송할 수 있다.
어레이식으로 분포된 마이크로 렌즈 어레이 및 핀홀 어레이에 대해, 매개변수
Figure 112020100663901-pct00068
를 통해, 광 경로 매개변수의 설계를 효과적으로 단순화할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는
Figure 112020100663901-pct00069
를 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00070
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 구경이고,
Figure 112020100663901-pct00071
는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타낸다.
Figure 112020100663901-pct00072
와
Figure 112020100663901-pct00073
사이의 비율을 제약함으로써, 마이크로 렌즈 어레이의 듀티비가 증가될 수 있어, 상기 지문 검출 장치가 작은 부피를 갖도록 보장할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에서, 상기 Z개의 차광층은
Figure 112020100663901-pct00074
를 만족하고, 여기서,
Figure 112020100663901-pct00075
는 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직거리를 나타내고,
Figure 112020100663901-pct00076
는 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직거리를 나타낸다. 예를 들면, 상기 Z개의 차광층은
Figure 112020100663901-pct00077
를 만족한다.
다시 말하면, 매개변수
Figure 112020100663901-pct00078
를 규정함으로써, 상기 Z개의 차광층의 설계 매개변수를 단순화할 수 있어, 대량 생산과정에서, 상기 Z개의 차광층의 설치 효율을 향상시킬 수 있다.
다음은 상술한 매개변수의 구체적인 값의 예이다.
매개변수 예시 1 예시 2 예시 3 예시 4 예시 5 예시 6 예시 7 예시 8 예시 9
P 16.88 10.45 22.50 8.75 7.86 18.14 12.50 13.63 11.50
C 15.53 9.61 22.50 8.75 7.86 16.68 9.09 12.54 10.58
H 4.37 1.71 6.55 2.76 3.17 3.63 2.06 1.96 2.47
D1 1.38 2.17 5.30 1.62 1.59 4.30 2.59 2.41 1.71
D2 13.51 4.01 7.47 3.12 4.09 6.50 5.81 7.97 12.22
D3 무 9.44 무 무 무 17.33 무 13.47 무
X1 0.00 0.00 0.00 0.00 11.91 10.68 9.13 8.64 8.19
X2 0.00 0.00 0.00 0.00 9.93 6.85 3.10 3.40 2.79
X3 무 0.00 무 무 무 0.00 무 2.00 무
Z1 18.13 19.90 27.34 11.79 12.78 25.43 21.45 23.74 22.20
Z2 1.79 16.25 15.44 8.41 7.74 20.90 13.30 15.24 14.99
Z3 무 0.75 무 무 무 1.72 무 10.86 무
표 1에 도시된 바와 같이, 지문 검출 장치는 2개의 차광층(즉 Z1 및 Z2와 관련된 차광층)이 설치될 수 있고, 3개의 차광층(즉 Z1, Z2 및 Z3과 관련된 차광층)이 설치될 수도 있고, 물론, 설치된 차광층의 수는 1개 또는 3개 이상일 수도 있고, 본 출원은 이에 대해 구제척으로 제한하지 않는다.
표 1의 매개변수의 값에 기초하면, 표 2는 예시적으로, 2개의 매개변수 비율에 의해 설계된 지문 검출 장치의 구조적 매개변수를 보여줬다.
매개변수 예시 1 예시 2 예시 3 예시 4 예시 5 예시 6 예시 7 예시 8 예시 9
P 16.88 10.45 22.50 8.75 7.86 18.14 12.50 13.63 11.50
Z1 18.13 19.90 27.34 11.79 12.78 25.43 21.45 23.74 22.20
D1 1.38 2.17 5.30 1.62 1.59 4.30 2.59 2.41 1.71
H/C 0.28 0.18 0.29 0.31 0.40 0.22 0.23 0.16 0.23
C/P 0.92 0.92 1.00 1.00 1.00 0.92 0.73 0.92 0.92
D1/P 0.08 0.21 0.24 0.18 0.20 0.24 0.21 0.18 0.15
D2/P 0.80 0.38 0.33 0.36 0.52 0.36 0.46 0.59 1.06
D3/P 무 0.90 무 무 무 0.96 무 0.99 무
X1/Z1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.93 0.42 0.43 0.36 0.37
X2/Z1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.78 0.27 0.14 0.14 0.13
X3/Z1 무 0.00 무 무 무 0.00 무 0.08 무
Z1/Z1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
Z2/Z1 0.10 0.82 0.56 0.71 0.61 0.82 0.62 0.64 0.68
Z3/Z1 무 0.04 무 무 무 0.07 무 0.46 무
표 2에 도시된 바와 같이, 상술한 설명과 관련된 2개의 매개변수의 비율에 의해 지문 검출 장치의 구조를 설계할 수도 있다. 설명드릴 것은, 본 출원의 실시예는 상술한 구체적인 값으로 제한되지 않으며, 당업자는 실제 광 경로 설계 요건에 따라 각 매개변수의 구체적인 값을 결정할 수 있다. 예를 들면, 상술한 매개변수는 소수점 이하 세자리 또는 네자리까지 정확할 수 있다.
이해해야 할 것은, 상술한 도면은 본 출원의 예시일 뿐이며, 본 출원을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
예를 들면, 본 출원의 일부 실시예에서, 상기 지문 검출 장치는 필터층을 더 포함한다. 상기 필터층은 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 감지 픽셀 어레이 사이의 광 경로에 설치되거나 또는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 상방에 설치되고, 상기 필터층은 비 목표 대역의 광 신호를 걸러내어, 목표 대역의 광 신호를 투과시킨다.
예를 들면, 상기 필터층은 편광판, 컬러 필터 및 적외선 필터 등일 수 있고, 이로서 편광 선택, 특정 스펙트럼 선택 등과 같은 기능을 실현한다.
또 예를 들면, 상기 필터층은 목표 대역에 대한 광의 투과율은 소정의 임계 값보다 크거나 같을 수 있고, 비 목표 대역에 대한 광의 컷오프(cut-off)율은 상기 소정의 임계 값보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들면, 상기 소정의 임계 값은 80%일 수 있다. 선택적으로, 상기 필터층은 독립적으로 형성된 필터층일 수 있다. 예를 들면, 상기 필터층은 청색 결정 또는 청색 유리를 담체로서 사용하여 형성된 필터층일 수 있다. 선택적으로, 상기 필터층은 상기 광 경로에서 임의의 한 층의 표면에 형성된 도금필름일 수 있다. 예를 들면, 광학 감지 픽셀의 표면, 투명 매개층 중 임의의 층의 표면 또는 마이크로 렌즈의 표면 상에 도금 필름을 형성하여, 필터층을 형성할 수 있다.
이상 도면을 결합하여 본 출원의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 출원은 상술한 실시예 중의 구체적인 사항에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 출원의 기술 구상 범위 내에서, 본 출원의 기술방안을 다양하고 간단하게 변형시킬 수 있고, 이러한 간단한 변형은 모두 본 출원의 보호범위에 해당한다.
예를 들면, 상술한 구체적인 실시예에서 설명된 각각의 구체적인 기술특징은, 모순이 없는 한, 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있고, 불필요한 반복을 피하기 위해, 본 출원은 다양한 가능한 결합 방식에 대해 별도로 설명하지 않는다.
또 예를 들면, 본 출원의 다양한 실시예 사이에 임의의 조합을 진행할 수도 있고, 본 출원의 사상을 위반하지 않는 한, 동일하게 본 출원에 공개된 내용으로 간주하여야 한다.
이해해야 할 것은, 본 발명의 다양한 실시예에서, 상기 각 과정의 순번의 크기는 실행 순서의 선후를 의미하지 않으며, 각 과정의 실행 순서는 그 기능과 내재적 논리에 따라 결정되며, 본 발명의 실시예의 실시 과정에 대해 어떠한 한정도 해서는 안 된다.
본 출원의 실시예는 전자 장치를 더 제공하며, 상기 전자 장치는 표시 화면 및 상술한 본 출원의 실시예의 지문 검출 장치를 포함할 수 있고, 상기 지문 검출 장치는 상기 표시 화면의 하방에 설치되고, 언더 디스플레이 광학 지문 검출을 실현한다.
상기 전자 장치는 표시 화면을 갖는 모든 전자 장치일 수 있다. 예를 들면, 상기 전자 장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 전자 장치(10)일 수 있다.
표시 화면은 OLED표시 화면 또는 기타 표시 화면과 같은 상기에서 설명된 표시 화면을 사용할 수 있고, 표시 화면의 관련 설명은 상술한 설명에서 표시 화면과 관련된 설명을 참조할 수 있고, 간결함을 위해, 설명을 생략한다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예의 구체적인 예시는, 본 출원의 실시예에 대한 당업자의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 출원의 실시예의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 출원의 실시예를 제한하기 위한 것은 아니다. 예를 들면, 본 출원의 실시예 및 특허청구범위에서 사용된 단수 형태의 “하나의”, “상술한” 및 “상기”는 문맥에서 다른 의미를 명확하게 나타내지 않는 한 복수 형태를 포함한다.
당업자는 본문에서 공개한 실시예에서 설명한 각 예시의 유닛은 결합하면, 전자식 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 양자의 결합으로 실현할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 호환 가능성을 명확하게 설명하기 위하여, 상술한 설명에서는 각 예의 구성 및 단계에 대해 기능에 따라 일반적으로 설명했다.　이러한 기능을 하드웨어 방식 아니면 소프트웨어 방식으로 실행할지는 기술방안의 특정 응용 및 설계 규제 조건에 의해 결정된다. 당업자는 각각의 특정 응용에 따라 서로 다른 방법으로 상기 기능을 실현할 수 있으나, 이러한 실현을 본 발명의 범위를 초과한 것으로 판단해서는 안 된다.
본 발명에서 제공한 여러 실시예에서, 개시된 시스템, 장치는 다른 방식으로도 실현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어 상술한 장치의 실시예는 단지 개략적인 것이며, 예를 들어 상기 유닛의 구분은 단지 논리적 기능을 구분한 것이며, 실제 실현할 때 다르게 구분될 수 있고, 예를 들어, 복수의 유닛 또는 어셈블리는 다른 시스템에 결합시키거나 또는 통합시킬 수 있거나, 또는 일부 특징을 생략하거나 또는 실행하지 않을 수도 있다. 또한, 도시되었거나 또는 논의된 상호 결합 간의 결합 또는 직접 결합 또는 통신 연결은 일부의 인터페이스를 통해 실현될 수 있으며, 장치 또는 유닛 간의 간접 결합 또는 통신 연결은, 전기적으로, 기계적으로 또는 다른 형태로 연결될 수 있다.
상기 분리 부재로 설명되는 유닛은, 물리적으로 분리되는 것일 수도 있고, 아닐 수도 있으며, 유닛으로 나타낸 부재들은 물리적 유닛일 수도 있고 아닐 수도 있으며, 즉 한 곳에 위치하거나 또는 복수의 네트워크 유닛 상에 분포될 수도 있다. 실제의 필요에 따라 이러한 유닛 중 일부 또는 전체를 선택하여 본 실시예 방안의 목적을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 각 실시예에서의 각 기능 유닛은 하나의 처리 유닛에 통합시킬 수 있으며, 또한 각 유닛은 물리적으로 단독으로 존재할 수도 있으며, 2개 이상의 유닛을 하나의 유닛에 통합시킬 수도 있다. 상술한 통합 유닛은 하드웨어 형식으로 실현될 수도 있고, 소프트웨어 기능 유닛 형식으로 실현될 수도 있다.
상기 통합된 유닛을 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 실현하여 독립된 제품으로 판매 또는 사용할 경우, 하나의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장할 수 있다. 이러한 이해를 바탕으로, 본 발명의 기술방안은 본질적으로 또는 종래 기술에 대해 기여하는 부분 또는 상기 기술방안의 일부 또는 전부는 소프트웨어 제품의 형태로 구현될 수 있고, 상기 컴퓨터 소프트웨어 제품은 하나의 저장 매체에 저장되며, 컴퓨터 장치(예를 들면 개인 컴퓨터, 서버, 또는 네트워크 장치 등)가 본 발명의 각 실시예의 상기 방법의 일부 또는 전부 단계를 수행하도록 복수의 명령을 포함한다. 상술한 저장 매체는 USB메모리, 이동식 하드디스크, ROM(Read-Only-Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 디스크 또는 광 디스크 등 각종 프로그램 코드를 저장할 수 있는 매체를 포함한다.
상술한 내용은 본 발명의 구체적 실시 방식에 불과하며, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 않고, 당업자가 본 발명에 의해 공개된 기술 범위 내에서 다양한 등가 변경 또는 대체를 쉽게 생각해 낼 수 있고, 이러한 변경 또는 대체는 모두 본 발명의 보호범위에 포함되어야 한다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 청구범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (23)

  1. 지문 검출 장치에 있어서,
    표시 화면의 하방에 적용되어, 언더 디스플레이 광학 지문 검출을 실현하고, 상기 지문 검출 장치는 마이크로 렌즈 어레이, Z개의 차광층, 광학 감지 픽셀 어레이를 포함하되,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 표시 화면의 하방에 설치되고,
    상기 Z개의 차광층은 상기 마이크로 렌즈 어레이의 하방에 설치되고, Z개의 차광층 중의 각각의 차광층에는 핀홀 어레이가 설치되고, Z는 양의 정수이며,
    상기 광학 감지 픽셀 어레이는 상기 Z개의 차광층 중의 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하부에 설치되고,
    여기서, 상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
    Figure 112021149167139-pct00079
    을 만족함으로써, 상기 표시 화면 상부의 손가락으로부터 리턴된 광 신호가 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 수렴된 후, 상기 Z개의 차광층에 설치된 핀홀 어레이를 통해 상기 광학 감지 픽셀 어레이로 전송되고, 상기 광 신호는 상기 손가락의 지문 정보를 검출하고,
    Figure 112021149167139-pct00080
    는 상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직거리를 나타내고,
    Figure 112021149167139-pct00081
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이가 위치하는 평면에서의 제1 중심과 제2 중심의 투사 사이의 거리를 나타내고, 상기 제1 중심은 상기 마이크로 렌즈 어레이 중 마이크로 렌즈의 중심이고, 상기 제2 중심은 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층 중의 상기 마이크로 렌즈에 의해 수렴된 광 신호를 전송하기 위한 핀홀의 중심이고,
    상기 Z개의 차광층은
    Figure 112021149167139-pct00139
    을 만족하고, 여기서,
    Figure 112021149167139-pct00140
    는 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직거리를 나타내는,
    지문 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Z개의 차광층 중의 각각의 차광층의 핀홀 어레이는
    Figure 112020100663901-pct00082
    을 만족하는 지문 검출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀은
    Figure 112020100663901-pct00083
    을 만족하고, 여기서,
    Figure 112020100663901-pct00084
    는 상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀의 최대 구경을 나타내는 지문 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 차광층 중의 핀홀 어레이의 핀홀은
    Figure 112020100663901-pct00085
    을 만족하는 지문 검출 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는
    Figure 112020100731974-pct00086
    을 만족하고, 여기서,
    Figure 112020100731974-pct00087
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 두께를 나타내고,
    Figure 112020100731974-pct00088
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 구경을 나타내는, 지문 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 각 마이크로 렌즈는
    Figure 112020100663901-pct00089
    을 만족하는 지문 검출 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직 거리는
    Figure 112020100731974-pct00090
    을 만족하는 지문 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하부 차광층과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 수직 거리는
    Figure 112020100731974-pct00091
    을 만족하는 지문 검출 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는
    Figure 112020100731974-pct00092
    을 만족하고,
    Figure 112020100731974-pct00093
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타내는, 지문 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는
    Figure 112020100663901-pct00094
    를 만족하는 지문 검출 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀과 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는
    Figure 112020100731974-pct00095
    을 만족하고, 여기서,
    Figure 112020100731974-pct00096
    는 상기 Z개의 차광층 중 제i 번째 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀의 구경을 나타내고,
    Figure 112020100731974-pct00097
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타내는, 지문 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 Z개의 차광층 중 각각의 차광층 중 핀홀 어레이 중의 핀홀과 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈는
    Figure 112020100663901-pct00098
    을 만족하는 지문 검출 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는
    Figure 112020100731974-pct00099
    을 만족하고, 여기서,
    Figure 112020100731974-pct00100
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 최대 구경을 나타내고,
    Figure 112020100731974-pct00101
    는 상기 마이크로 렌즈 어레이 중의 마이크로 렌즈의 주기를 나타내는, 지문 검출 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 Z개의 차광층은 복수의 차광층인 지문 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 차광층 중의 상부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 복수의 광학 감지 픽셀 대응하는 지문 검출 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 차광층 중의 상부 차광층 중의 핀홀 어레이의 하나의 오픈 홀은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 하나의 광학 감지 픽셀에 대응하는 지문 검출 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 차광층 중 동일한 광학 감지 픽셀에 대응하는 오픈 홀은 구경이 위에서 아래로 순차적으로 감소되는 지문 검출 장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 Z개의 차광층은 하나의 차광층인 지문 검출 장치.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 감지 픽셀 어레이의 금속 배선 층은 상기 마이크로 렌즈 어레이의 후초점면 위치에 설치되고, 상기 금속 배선 층은 상기 광학 감지 픽셀 어레이 중의 각각의 광학 감지 픽셀 상부에 하나의 홀이 오픈 되고, 상기 하부 차광층을 형성하는, 지문 검출 장치.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지문 검출 장치는
    투명 매개층을 포함하고,
    상기 투명 매개층은 상기 마이크로 렌즈 어레이, 상기 Z개의 차광층 및 상기 광학 감지 픽셀 어레이를 연결하는, 지문 검출 장치.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지문 검출 장치는
    필터층을 더 포함하고,
    상기 필터층은 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 광학 감지 픽셀 어레이 사이의 광 경로에 설치되거나, 또는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 상방에 설치되고, 상기 필터층은 비 목표 대역의 광 신호를 걸러내어, 목표 대역의 광 신호를 투과시키는, 지문 검출 장치.
  22. 전자 장치에 있어서,
    표시 화면; 및
    제1항 또는 제2항에 따른 지문 검출 장치를 포함하고,
    상기 지문 검출 장치는 상기 표시 화면의 하방에 설치되어, 언더 디스플레이 광학 지문 검출을 실현하는 전자 장치.
  23. 삭제
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