光学指纹传感器模组的制作方法

本发明涉及光学指纹识别领域，尤其涉及一种光学指纹传感器模组。

背景技术：

指纹成像识别技术，是通过指纹传感器采集到人体的指纹图像，然后与系统里的已有指纹成像信息进行比对，来判断正确与否，进而实现身份识别的技术。由于其使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域。比如公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

指纹成像识别技术的实现方式有光学成像、电容成像、超声成像等多种技术。相对来说，光学指纹成像技术，其成像效果相对较好，设备成本相对较低。

现有光学指纹传感器模组的结构有待改进，性能有待提高。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种光学指纹传感器模组，以提高所述光学指纹传感器模组的性能，从而提高采用所述光学指纹传感器模组获得的指纹图像质量。

为解决上述问题，本发明提供一种光学指纹传感器模组，包括：保护层；光学指纹传感器，所述光学指纹传感器位于所述保护层下方；背光源；所述保护层下表面具有向上凹入的凹槽，所述凹槽具有顶部；所述背光源位于所述凹槽内，所述背光源发出的光线从所述凹槽的至少其中一个表面进入所述保护层。

可选的，所述凹槽的表面中，到所述光学指纹传感器距离最小的表面为第一表面，所述背光源发出的光线从所述第一表面进入所述保护层。

可选的，所述凹槽的顶部表面与所述保护层的上表面和下表面均平行；所述第一表面为平面，所述第一表面与所述凹槽的顶部表面和所述保护层的下表面的夹角都为直角。

可选的，所述凹槽的顶部表面与所述保护层的上表面和下表面均平行；所述第一表面为平面，所述第一表面与所述凹槽的顶部表面和所述保护层的下表面的夹角都为钝角。

可选的，所述第一表面为凹曲面，所述凹曲面的上边缘与所述凹槽的顶部表面连接，所述凹曲面的下边缘与所述保护层的下表面连接。

可选的，所述第一表面具有光增透层，所述光增透层能够增加所述背光源的光线进入所述保护层的比例。

可选的，所述保护层的上表面中，与所述背光源正对的部分具有遮光层；或者，所述凹槽的顶部表面具有遮光层；或者，所述保护层的上表面与所述背光源正对的部分具有遮光层，且所述凹槽的顶部表面也具有遮光层。

可选的，所述背光源包括至少一个LED灯，所述LED灯的光为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

可选的，所述背光源包括两个以上的LED灯，所述LED灯均位于所述凹槽中，所述LED灯的光为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

可选的，所述凹槽的个数与所述LED灯的个数相等，一个所述LED灯位于一个所述凹槽中，所述凹槽均匀分布在所述保护层中。

可选的，所述背光源和所述第一表面之间具有透光介质，所述背光源的光线先进入所述透光介质再从所述第一表面进入保护层。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，保护层具有向上凹入的凹槽，背光源设置在保护层中的凹槽内，从而使得整个光学指纹传感器模组的整体机构更加简单，厚度可以制作得更薄。背光源发出的光线通过凹槽的第一表面进入保护层时，相应光线与保护层上表面中用于接触指纹的区域所成的夹角为锐角。此时，背光源发出的光线能够按相应的偏移量在保护层上表面和手指指纹的界面发生反射和折射等现象，并使大部分有效反射光线照射到光学指纹传感器的感光区域中，因此，整个光学指纹传感器模组不需要导光板等结构，就能够实现指纹图像的识别，形成清晰的指纹图像，并且简化了结构，降低了成本。

与此同时，一方面，背光源位于保护层中的凹槽内，因此，背光源到保护层上表面的距离更小，这也使得背光源的光线到达保护层上表面时，与垂直于保护层上表面的法线之间的夹角增大；另一方面，在光线进入第一表面时会发生折射，从而可以再次增大上述夹角。所述夹角增大又带来以下两个优点：第一，反射进入光学指纹传感器的光线区域宽度增大，能够更好地利用光学指纹传感器的感光区域；第二，相应的光线能够在保护层上表面和空气的界面中会发生全反射，而在手指指纹脊部与保护层上表面接触的界面则正常地进行反射和折射等光学现象，此时，手指指纹图像的不同位置(即谷位置和脊位置)对比度会明显改善，指纹图像质量提高。

附图说明

图1是一种光学指纹传感器模组的结构示意图；

图2是本发明第一实施例所提供的光学指纹传感器模组的俯视结构示意图；

图3是本发明第一实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图；

图4是本发明第二实施例所提供的光学指纹传感器模组的俯视结构示意图；

图5是本发明第二实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图；

图6是本发明第三实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图；

图7是本发明第四实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图。

具体实施方式

一种光学指纹传感器模组如图1所示，包括保护层100、光学指纹传感器110和背光源120。背光源120位于保护层100下方，光学指纹传感器110直接接触层叠于保护层100下方。背光源120位于光学指纹传感器110的侧边。此时，背光源120发出的光线照射进入保护层100的入射角a较小，因此，光学指纹传感器110能够接收到反射光的区域宽度A较小，导致光学指纹传感器110大部分区域无法运用于指纹图像采集，因此图1所示光学指纹传感器模组性能有待提高，图1所示光学指纹传感器模组采集到的指纹图像质量有待提高。

更加重要的是，为了采集更高质量的指纹图像，通常希望在入射光线到达保护层100上表面时，能够在保护层100上表面与空气所形成的第一界面发生全反射(指纹谷位置与保护层100上表面之间会有空气，因此指纹谷位置与保护层100上表面所形成的界面属于第一界面的一部分)，并且在保护层100上表面与指纹脊位置(指纹脊位置能够与保护层上表面接触)所形成的第二界面正常进行折射和反射(即不发生全反射)，从而提高指纹不同位置(谷位置和脊位置)的对比度，提高指纹图像质量。而图1所示的指纹传感器模组无法实现上述第一界面发生全反射且第二界面不发生全反射的情况，因此，图1所示光学指纹传感器模组无法提高指纹图像质量。

为此，本发明提供一种光学指纹传感器模组，将背光源设置在保护层下表面上制作的凹槽内，从而使得整个光学指纹传感器模组的整体机构更加简单，厚度可以制作得更薄。背光源发出的光线通过凹槽的第一表面进入保护层时，相应光线与保护层上表面中用于接触指纹的区域所成的夹角为锐角。此时，背光源发出的光线能够按相应的偏移量在保护层上表面和手指指纹的界面发生反射和折射等现象，并使大部分有效反射光线照射到光学指纹传感器的感光区域中，因此，整个光学指纹传感器模组不需要导光板等结构，就能够实现指纹图像的识别，形成清晰的指纹图像，简化了结构，降低了成本。

同时，背光源位于保护层中的凹槽内，因此，背光源到保护层上表面的距离更小，使得背光源的光线到达保护层上表面时，与垂直于保护层上表面的法线之间的夹角增大；光线从第一表面进入保护层时会发生折射，从而可以再次增大上述夹角。夹角增大，能够使反射进入光学指纹传感器的光线区域宽度增大，提高光学指纹传感器的感光区域利用率。同时，夹角增大，相应的光线能够在保护层上表面和空气的界面中会发生全反射，而在手指指纹脊部与保护层上表面接触的界面则正常地进行反射和折射等光学现象，此时，手指指纹图像的不同位置(即谷位置和脊位置)对比度会明显改善，指纹图像质量提高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明第一实施例提供一种光学指纹传感器模组，请结合参考图2和图3。图2是所述光学指纹传感器模组的俯视结构示意图。图3是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。图3可视为图2沿CC点划线剖切后得到的剖面示意图。

所述光学指纹传感器模组包括保护层200、光学指纹传感器210和背光源220。光学指纹传感器210位于保护层200下方。保护层200的下表面中，具有向上凹入的凹槽201。由于是向上凹入的凹槽201，因此，凹槽201具有顶部(未标注)而没有底部。背光源220位于凹槽201内，背光源220发出的光线从凹槽201的第一表面2011进入保护层200。

本实施例中，第一表面2011为凹槽201各个表面中，到光学指纹传感器210距离最小的表面(即将凹槽201中距离光学指纹传感器210最近的表面作为第一表面2011)。在凹槽201中，通常包括多个表面，例如本实施例中，凹槽201具有顶部表面，同时，本实施例凹槽201的俯视形状如图2所示的矩形，此时凹槽201还包括四个侧壁表面，其中一个侧壁表面为第一表面2011。

需要说明的是，各个表面到光学指纹传感器的距离，为各表面的表面中心到光学指纹传感器的距离。

需要说明的是，背光源发出的光线可以从凹槽的至少其中一个表面进入保护层，因此，其它实施例中，背光源发出的光线可以从凹槽的两个以上的表面进入保护层。

需要说明的是，图2中，凹槽201、光学指纹传感器210和背光源220显示为虚线，因为它们在图2中实际上是被保护层200所覆盖，因此用虚线表示。同时，图2中省略显示遮光层230。

本实施例中，背光源220发出的光线从第一表面2011进入保护层200，并在保护层200上表面与手指240指纹的界面处发生反射和折射等光学现象，部分反射光线向下(斜向下)穿过保护层200后，进入光学指纹传感器210。其中，可以通过调整背光源220发出光线的光线范围，从而使光线更多地从第一表面2011进入保护层200。

需要说明的是，本实施例控制背光源220发出的光线具有斜向上的传播角度(即背光源220发出的光线开始时向上或者斜向上传播，而不向下直接向光学指纹传感器210传播)，从而保证背光源220发出的光线一定是在经过了“在保护层200上表面与手指240指纹的界面处发生反射和折射等光学现象”后，再进入光学指纹传感器210。也就是说，本实施例避免存在这样一种光线：这种光线由背光源220发出，并在背光源220发出后，未经过“在保护层200上表面与手指240指纹的界面处发生反射和折射等光学现象”，就直接进入光学指纹传感器210。这种光线未携带指纹图像信息。如果这种光线和其它光线一同照射到光学指纹传感器210，会造成指纹图像变模糊。通过上述控制，避免这种光线，则可以提高最终获得的指纹图像质量。

请参考图3，保护层200的上表面中，与背光源220正对的部分具有遮光层230(即保护层200的部分上表面上具有遮光层230)。

在上述相应位置设置遮光层230，目的是为了遮挡背光源220不被用户发觉。因此，除了将遮光层230设置在保护层200的部分上表面，其它实施例还可以将遮光层230设置在其它位置中，例如设置在凹槽201的顶部表面。当不要求背光源220不被用户发觉时，也可以不必设置遮光层230。

本实施例中，背光源220包括一个LED灯(当背光源220不包括其它结构时，也可以说背光源220为一个LED灯)。并且，所述LED灯的光可以为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

其它实施例中，背光源可以为包括其它灯源的结构。

本实施例中，凹槽201位于保护层200的左侧。其它实施例中，凹槽也可以位于光学指纹传感器的其它侧。

本实施例中，背光源220位于凹槽201中，即背光源220全部或者大部分都位于凹槽201内。即便有部分背光源220向下露出于凹槽201外，也是小部分。

本实施例中，凹槽201的顶部表面与保护层200的上表面和下表面均平行。第一表面2011为平面，通常，凹槽201的四个侧壁表面均为平面。同时，第一表面2011与凹槽201的顶部表面和保护层200的下表面的夹角为直角。这种形状规则的凹槽201较容易形成，可以简化相应的制作工艺。

本实施例中，光学指纹传感器210和保护层200直接层叠，所述“直接层叠”指光学指纹传感器210和保护层200之间直接接触在一起或者直接粘贴在一起。保护层200和所述光学指纹传感器210之间可以通过胶层层叠粘接。所述胶层可以是光学胶层，所述光学胶层的材料具体可以是热敏光学胶层、光敏光学胶层或光学双面胶带。

本实施例中，凹槽201与光学指纹传感器210之间具有间隔(所述间隔即一定的距离，未标注)，这个间隔的大小通常与第一表面2011到光学指纹传感器210的距离相等。所述间隔的存在可以保证背光源220的光线更好地分布反射到光学指纹传感器210。所述间隔的具体大小可以根据设计需要而定。

图中虽未显示，但是，第一表面2011上还可以具有光增透层，所述光增透层能够增加背光源220的光线进入保护层200的比例。

其他实施例中，第一表面2011和背光源220之间可以具有透光介质，此时，背光源220的光线先进入所述透光介质再从所述第一表面进入保护层。透光介质的折射率可以选择与保护层200的折射率接近，从而增加光的入射量，减小反射量。

图中虽未显示，但是保护层200的上表面、下表面和光学指纹传感器210上表面的至少其中之一，可以具有滤光层。所述滤光层可以用于过滤环境光或改变保护层200或光学指纹传感器210的外观颜色，从而改善整个模组的外观颜色。

本实施例中，光学指纹传感器210为能够实现指纹识别的传感器器件。光学指纹传感器210可以为基于硅晶圆的以CMOS工艺制作的图像传感器，也可以是基于玻璃基板的以TFT工艺制作的图像传感器，其包括多个感光像素等结构。

本实施例所提供的光学指纹传感器模组中，通过将背光源220设置在保护层200中的凹槽201内，从而使得整个光学指纹传感器模组的整体机构更加简单，厚度可以制作得更薄。背光源220发出的光线通过第一表面2011进入保护层200时，相应光线与保护层200上表面中用于接触指纹的区域所成的夹角为锐角。此时，背光源220发出的光线能够按相应的偏移量(所述偏移量指图3中的水平方向偏移距离)在保护层200上表面和手指240指纹的界面发生反射和折射等现象，并使大部分有效反射光线照射到光学指纹传感器210的感光区域中(具体照射到离相应反射点基本相同偏移距离处的感光像素中)，因此，整个光学指纹传感器模组不需要导光板等结构，就能够实现指纹图像的识别，形成清晰的指纹图像，并且简化了结构，降低了成本。

更加重要的是，一方面，由于背光源220位于保护层200中的凹槽201内，因此，背光源220到保护层200上表面的距离更小，这也使得背光源220的光线到达保护层200上表面时，与垂直于保护层200上表面的法线之间的夹角增大，即角度b增大；另一方面，在光线进入第一表面2011时会发生折射，从而可以再次增大角度b。两个方面的原因都导致图3中的角度b比图1中的角度a大。也就是说，光线在保护层200上表面的入射角度能够增大。而入射角度增大又带来以下两个优点：第一，反射进入光学指纹传感器210的光线区域宽度(光学指纹传感器210接收光线区域的宽度为宽度B，对比图1和图3可知宽度B远大于宽度A)增大，能够更好地利用光学指纹传感器210的感光区域；第二，入射角度增大到一定水平时，相应的光线能够在保护层200上表面和空气的界面中会发生全反射，而在手指240指纹脊部与保护层200上表面接触的界面则正常地进行反射和折射等光学现象，此时，手指240指纹图像的不同位置(即谷位置和脊位置)对比度会明显改善，指纹图像质量提高。

本发明第二实施例提供另一种光学指纹传感器模组，请结合参考图4和图5。图4是所述光学指纹传感器模组的俯视结构示意图。图5是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。图5可视为图4沿DD点划线剖切后得到的剖面示意图。

所述光学指纹传感器模组包括保护层300、光学指纹传感器310和背光源(未标注)。光学指纹传感器310位于保护层300下方。保护层300具有向上凹入的凹槽301和凹槽302。由于是向上凹入的凹槽301和凹槽302，因此，凹槽301和凹槽302具有顶部(未标注)而没有底部。所述背光源位于凹槽301和凹槽302内，所述背光源发出的光线从凹槽301的第一表面3011和和凹槽302的第一表面3021进入保护层300。

本实施例中，所述背光源包括两个LED灯，分别为LED灯321和LED灯322。LED灯321和LED灯322发出的光均可以为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光，并且两灯发出的光颜色可以相同，也可以不相同。

本实施例中，第一表面3011为凹槽301中到光学指纹传感器310距离最小的表面(即将凹槽301中距离光学指纹传感器310最近的表面作为第一表面3011)，第一表面3021为凹槽302中到光学指纹传感器310距离最小的表面(即将凹槽302中距离光学指纹传感器310最近的表面作为第一表面3021)。

图4中，凹槽301、凹槽302、光学指纹传感器310、LED灯321和LED灯322显示为虚线，因为它们在图4中实际上是被保护层300所覆盖，因此用虚线表示。同时，图4中省略显示遮光层。

请参考图5，保护层300的上表面中，与LED灯321正对的部分具有遮光层331，与LED灯322正对的部分具有遮光层332(即保护层300的部分上表面上具有遮光层)。

本实施例中，凹槽301位于保护层300的左侧，凹槽302位于保护层300的右侧。

本实施例中，LED灯321整个位于凹槽301中，LED灯322整个位于凹槽302中。也就是说，凹槽的个数与LED灯的个数相等，一个LED灯位于一个凹槽中，凹槽均匀分布在保护层中。

请返回参考图2和图3，由于LED等点光源的出射光有一定的发散角，当仅有一个LED灯作为背光源时(可以参考前述实施例相应内容)，背光源的出射光和反射光与平行光差别较大。也就是说，照射到保护层上表面各处的光的角度会有较大差别，最终导致不同反射点的反射光入射到光学指纹传感器感光像素的偏离距离不同，从而使指纹图像会有畸变。

为了解决上述指纹图像畸变问题，本实施例所提供的光学指纹传感器模组中，所述背光源包括两个LED灯，两个LED灯均匀分布在保护层300的下方，同时均匀分布在光学指纹传感器310两侧。此时，两个LED灯发出的光线虽然各自都可能是非平行光，但是同时利用这两个LED灯，可以实现对非平行光时的图像畸变的矫正。具体的，两个LED灯可以采取轮流采图(轮流采图指两个灯按时序先后分别进行采图)的方式，然后通过图像处理，做畸变校正，提高指纹图像质量，提高指纹识别准确性。

需要说明的是，其它实施例中，为了令多个LED灯均匀分布在保护层的下方，在俯视方向上，可以使得相应的多个LED灯以光学指纹传感器的俯视图形中心为对称点(例如当光学指纹传感器的俯视图形为规则多边形时很容易找到图形中心)，呈中心对称或者轴对称的方式，均匀分布在光学指纹传感器周边。均匀分布时，可以使得相邻LED灯之间的间距相等，此时，可以利用这多个的LED灯轮流采图，达到提高指纹图像质量，提高指纹识别准确性的作用。

更多本实施例所提供的光学指纹传感器模组的结构、性质和优点可以参考前述实施例相应内容。

本发明第三实施例提供另一种光学指纹传感器模组，请参考图6。图6是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。

所述光学指纹传感器模组包括保护层400、光学指纹传感器410和背光源420。光学指纹传感器410位于保护层400下方。保护层400具有向上凹入的凹槽401。由于是向上凹入的凹槽401，因此，凹槽401具有顶部(未标注)而没有底部。背光源420位于凹槽401内，背光源420发出的光线从凹槽401的第一表面4011进入保护层400。保护层400的上表面接受手指的接触，如图6中显示了手指440按压在保护层400上表面。

本实施例中，第一表面4011为凹槽401中到光学指纹传感器410距离最小的表面。

本实施例中，背光源420发出的光线从第一表面4011进入保护层400，并在保护层400上表面与手指440指纹的界面处发生反射和折射等光学现象，部分反射光线向下(斜向下)穿过保护层400后，进入光学指纹传感器410。

本实施例中，背光源420包括一个LED灯。并且，所述LED灯的光可以为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

本实施例中，凹槽401位于保护层400的左侧。其它实施例中，凹槽也可以位于光学指纹传感器的其它侧。

与前述实施例不同的，本实施例中，凹槽401的顶部表面具有遮光层430，遮光层430用于遮挡背光源420，以使得背光源420不被用户发觉。其它实施例中，也可以在凹槽的顶部表面具有遮光层的同时，在保护层的上表面与背光源正对的部分具有遮光层。

本实施例中，凹槽401的顶部表面与保护层400的上表面和下表面均平行。第一表面4011为平面，并且本实施例中，第一表面4011与凹槽401顶部表面的夹角为钝角。由于凹槽401的顶部表面与保护层400的上表面和下表面均平行，因此，第一表面4011与保护层400下表面的夹角也为钝角，即第一表面4011为倾斜的平面。

本实施例所提供的光学指纹传感器模组中，设置第一表面4011为倾斜的平面，从而能够增大第一表面4011的面积。而背光源420发出的光线从第一表面4011进入保护层400，因此，增大第一表面4011的面积能够使更多的光线从背光源420进入保护层400，即更多的背光源420光线用于指纹图像的采集，从而提高光学指纹传感器模组的指纹识别性能。并且，当第一表面5011为倾斜的平面时，还能够进一步通过调整此倾斜平面的倾斜角度，来调整光线进入保护层时的入射角度范围，以更好地对指纹识别性能进行灵活调整。

更多本实施例所提供的光学指纹传感器模组的结构、性质和优点可以参考前述实施例相应内容。

本发明第四实施例提供另一种光学指纹传感器模组，请参考图7。图7是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。

所述光学指纹传感器模组包括保护层500、光学指纹传感器510和背光源520。光学指纹传感器510位于保护层500下方。保护层500具有向上凹入的凹槽501。由于是向上凹入的凹槽501，因此，凹槽501具有顶部(未标注)而没有底部。背光源520位于凹槽501内，背光源520发出的光线从凹槽501的第一表面5011进入保护层500。保护层500的上表面接受手指的接触，如图7中显示了手指540按压在保护层500上表面。

本实施例中，第一表面5011为凹槽501中到光学指纹传感器510距离最小的表面。

本实施例中，背光源520发出的光线从第一表面5011进入保护层500，并在保护层500上表面与手指250指纹的界面处发生反射和折射等光学现象，部分反射光线向下(斜向下)穿过保护层500后，进入光学指纹传感器510。

本实施例中，背光源520包括一个LED灯。

本实施例中，凹槽501位于保护层500的左侧。其它实施例中，凹槽也可以位于光学指纹传感器的其它侧。

本实施例中，凹槽501的顶部表面具有遮光层530，遮光层530用于遮挡背光源520，以使得背光源520不被用户发觉。其它实施例中，也可以在凹槽的顶部表面具有遮光层的同时，在保护层的上表面与背光源正对的部分具有遮光层。

与前述实施例不同的，本实施例中，凹槽501的顶部表面与保护层500的上表面和下表面均平行，但第一表面5011为凹曲面，凹曲面的上边缘与凹槽501的顶部表面连接，凹曲面的下边缘与保护层500的下表面连接。

本实施例所提供的光学指纹传感器模组中，设置第一表面5011为凹曲面，从而能够增大第一表面5011的面积。而背光源520发出的光线从第一表面5011进入保护层500，因此，增大第一表面5011的面积能够使更多的光线从背光源520进入保护层500，即更多的背光源520光线用于指纹图像的采集，从而提高光学指纹传感器模组的指纹识别性能。并且，当第一表面5011为凹曲面时，还能够进一步利用此凹曲面调整光线进入保护层时的入射角度范围，更好地对指纹识别性能进行灵活调整。

更多本实施例所提供的光学指纹传感器模组的结构、性质和优点可以参考前述实施例相应内容。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。