生物特征识别装置及其制造方法与流程

1.本公开涉及一种生物特征识别装置及其制造方法。


背景技术：

2.目前的电子装置大多具有身分认证机制，其中利用生物特征进行身分识别的方式是近年来的趋势。常见的认证方式为指纹识别，因为指纹识别易于整合在电子装置中。然而，目前的生物特征识别装置，由于受到显示像素与感测元件之间重复性排列导致的摩尔纹路的影响，导致影像识别结果容易产生误判或准确度差的问题。
3.有鉴于此，如何提供一种可降低摩尔纹路产生的生物特征识别装置仍是本领域努力研发的目标。


技术实现要素：

4.本公开的一技术实施方式为一种生物特征识别装置。
5.在一实施例中，生物特征识别装置包含显示装置以及感测装置。显示装置包含多个像素，像素沿着第一方向排列，像素中至少一个具有至少一子像素，且至少一子像素包含至少一显示元件电性连接至少一切换元件。感测装置与显示装置重叠，感测装置包含多个感测单元，感测单元分别对应像素，感测单元沿着第二方向排列，且每一感测单元包含至少一感测元件。当显示装置与感测装置的空间频率关系为|4*(re/100)
‑
(1/su)|>a时，第一方向等同于第二方向，且生物特征识别装置满足以下条件式：a<|4*(re/100)
‑
(1/su)|<b；当显示装置与感测装置的空间频率关系为|4*(re/100)
‑
(1/su)|≤a时，第一方向与第二方向具有夹角，且生物特征识别装置满足以下条件式：a<|4*(re/100)
‑
{1/[su*cos(
ɑ
)]}|<c；其中re为显示装置的分辨率，su为感测单元的尺寸，
ɑ
为夹角，0
°
<
ɑ
<90
°
，b与c>a，且a不为0。
[0006]
在一实施例中，a为生物特征的空间频率，生物特征包含多个重复图案，且空间频率为生物特征的两相邻的重复图案的峰或谷之间的距离的倒数。
[0007]
在一实施例中，a大致在2mm
‑1到5mm
‑1的范围。
[0008]
在一实施例中，b大致在9mm
‑1到11mm
‑1的范围。
[0009]
在一实施例中，c大致在10mm
‑1到18mm
‑1的范围。
[0010]
在一实施例中，生物特征识别装置包含光路调整层，设置于显示装置与感测装置之间，且光路调整层具有相邻的两遮光部及位于相邻的遮光部之间的至少一透光部，其中透光部对应于感测单元的感测元件的一部分。
[0011]
本公开的另一技术实施方式为一种生物特征识别装置的制造方法。
[0012]
在一实施例中，生物特征识别装置的制造方法包含重叠显示装置与感测装置，以及计算|4*(re/100)
‑
(1/su)|的数值。显示装置包含多个像素，该些像素沿着第一方向排列，像素其中至少一个具有至少一子像素，且子像素包含至少一显示元件电性连接至少一切换元件，以及感测装置包含多个感测单元，感测单元分别与像素对应，感测单元沿着第二方向排列，且每一感测单元包含至少一感测元件。当|4*(re/100)
‑
(1/su)|>a时，第一方向
等同于第二方向，且生物特征识别装置满足以下条件式：a<|4*(re/100)
‑
(1/su)|<b；或者当|4*(re/100)
‑
(1/su)|≤a时，旋转显示装置与感测装置其中一者，以使得第一方向与第二方向具有夹角，且生物特征识别装置满足以下条件式：a<|4*(re/100)
‑
{1/[su*cos(
ɑ
)]}|<c；其中re为显示装置的分辨率，su为感测单元尺寸，
ɑ
为夹角，0
°
<
ɑ
<90
°
，b与c>a，且a不为0。
[0013]
在一实施例中，a为生物特征的空间频率，生物特征包含多个重复图案，且空间频率为生物特征的两相邻的重复图案的峰或谷之间的距离的倒数。
[0014]
在一实施例中，a大致在2mm
‑1到5mm
‑1的范围。
[0015]
在一实施例中，b大致在9mm
‑1到11mm
‑1的范围。
[0016]
在一实施例中，c大致在10mm
‑1到18mm
‑1的范围。
[0017]
在一实施例中，生物特征识别装置包含光路调整层，设置于显示装置与感测装置之间，且光路调整层具有相邻的两遮光部及位于相邻的遮光部之间的至少一透光部，其中透光部对应于感测单元的感测元件的一部分。
[0018]
在上述实施例中，通过使得生物特征识别装置的显示装置与感测装置之间的空间频率关系符合a<|4*(re/100)
‑
(1/su)|<b或者a<|4*(re/100)
‑
{1/[su*cos(
ɑ
)]}|<c的条件式，可有效降低摩尔纹路的产生，进而避免误判指纹识别结果或指纹识别准确度降低等问题。
附图说明
[0019]
图1为根据本公开一实施例的生物特征识别装置的俯视图。
[0020]
图2为沿着图1的线段2
‑
2的局部剖面图。
[0021]
图3为根据本公开另一实施例的生物特征识别装置的局部剖面图。
[0022]
图4a为现有生物特征识别装置获取的线对影像。
[0023]
图4b为图1的生物特征识别装置获取的线对影像。
[0024]
图5a为现有生物特征识别装置获取的复制指纹影像。
[0025]
图5b为图1的生物特征识别装置获取的复制指纹影像。
[0026]
图6为图1的生物特征识别装置获取的线对影像。
[0027]
图7为图1的生物特征识别装置获取的线对影像。
[0028]
图8为图1的生物特征识别装置获取的线对影像。
[0029]
图9为根据本公开另一实施例的生物特征识别装置的俯视图。
[0030]
附图标记说明：
[0031]
10,10a,20：生物特征识别装置
[0032]
100：显示装置
[0033]
110：像素
[0034]
112：切换元件
[0035]
114、116、118：子像素
[0036]
1142、1162、1182：显示元件
[0037]
120：基板
[0038]
200：感测装置
[0039]
210：感测单元
[0040]
220：基板
[0041]
300：光路调整层
[0042]
310：第一遮光层
[0043]
312：第一遮光部
[0044]
314：第一透光部
[0045]
320：第二遮光层
[0046]
322：第二遮光部
[0047]
324：第二透光部
[0048]
330：第一介电层
[0049]
340：第二介电层
[0050]
350：红外线截止膜
[0051]
360：第三介电层
[0052]
370：微透镜
[0053]
380：第三遮光层
[0054]
d1：第一方向
[0055]
d2：第二方向
[0056]
f：法线方向
[0057]
re：分辨率
[0058]
su：感测单元尺寸
[0059]
ɑ
：夹角
[0060]
s1～s7：数据选取区段
[0061]2‑
2：线段
具体实施方式
[0062]
以下将以附图公开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，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式示出的。且为了清楚起见，附图中的层和区域的厚度可能被夸大，并且在附图的描述中相同的元件符号表示相同的元件。
[0063]
图1为根据本公开一实施例的生物特征识别装置10的俯视图。图2为沿着图1的线段2
‑
2的局部剖面图。同时参照图1及图2。生物特征识别装置10包含显示装置100以及感测装置200。感测装置200与显示装置100重叠。生物特征识别装置10具有识别生物特征的功能，例如指纹识别。生物特征识别装置10可识别指纹的脊谷纹构成的特征，但本公开并不以此为限。
[0064]
显示装置100包含多个像素110，像素110沿着第一方向d1排列。每个像素110具有切换元件112。感测装置200包含多个感测单元210，感测单元210沿着第二方向d2排列。在本实施例中，第一方向d1与第二方向d2平行。具体来说，多个像素110构成一像素阵列，且像素阵列的每一列由沿着第一方向d1排列的像素110组成。多个感测单元210构成一感测阵列，
且感测阵列的每一列由沿着第一方向d1排列的感测单元210组成。换句话说，本实施例的显示装置100与感测单元210彼此无旋转。
[0065]
像素110分别与感测单元210对应设置。在本实施例中，像素110与感测单元210的对应关系为在垂直投影方向上互相重叠。换句话说，感测装置200与显示装置100分别设置在基板120与基板220上。在图1中的视角下，感测装置200是位在显示装置100下方，因此感测装置200以虚线表示。然而为了方便说明，将显示装置100与感测装置200重叠的部分省略，合先叙明。在其他实施例中，感测装置200可位在显示装置100上方。
[0066]
图3为根据本公开另一实施例的生物特征识别装置10a的局部剖面图。生物特征识别装置10a的像素110与感测单元210对应关系为在垂直投影方向上不重叠。换句话说，感测装置200与显示装置100设置在相同基板120上。
[0067]
参阅图2，显示装置100的每一像素110具有至少一个子像素，本实施例以三个子像素114、116、118为例，但本公开并不以此为限。子像素114、116、118分别具有显示元件1142、1162、1182。显示元件1142、1162、1182电性连接切换元件112。在本实施例中，显示装置100为有机发光二极管显示装置(organic light
‑
emitting diodes,oled)，显示元件1142、1162、1182可以是自发光元件，分别发出红光、蓝光及绿光，但本公开并不依此为限。在其他实施例中，每个子像素114、116、118可为非自发光元件。
[0068]
参阅图2，感测单元210具有感测元件212。在本实施例中，感测元件212优选地为光感测元件。光感测元件的材料可包含有机材料、无机材料、或其他适合用于光感测元件的材料，或者上述的复合式材料或堆叠皆可。
[0069]
参阅图2，生物特征识别装置10还包含设置于显示装置100与感测装置200之间的光路调整层300。光路调整层300包含第一遮光层310、第二遮光层320、第一介电层330以及第二介电层340。第一介电层330位在第一遮光层310上，且第二介电层340位在第二遮光层320上。第一遮光层310设置于感测元件212与第一介电层330之间，第二遮光层320设置于第一介电层330与第二介电层340之间。在其他实施例中，光路调整层300可只包含一层遮光层及一层介电层。
[0070]
第一遮光层310具有多个第一遮光部312以及位于相邻两第一遮光部312之间的第一透光部314。第二遮光层320具有多个第二遮光部322以及位于相邻两第二遮光部322之间的第二透光部324。举例来说，第一遮光层310及第二遮光层320的材料可以是金属、有机或无机材料。第一透光部314及第二透光部324分别是在第一遮光层310及第二遮光层320上的孔洞，配置以使光线穿过。第一遮光部312及第二遮光部322具有遮蔽光线的效果，且第一遮光层310及第二遮光层320可过滤掉大角度的光线，以达到过滤噪声的效果。
[0071]
第一透光部314及/或第二透光部324分别与感测元件212的一部分对应。在本实施例中，第一透光部314分别重叠于感测元件212的一部分，第二透光部324分别重叠于第一透光部314的一部分。因此，本实施例的光路调整层300配置以使沿着法线方向f进入感测元件212的光线比例较多。
[0072]
在一些其他实施例中，第一透光部314及/或第二透光部324不重叠于感测元件212的一部分。或者，在一些其他实施例中，第二透光部324也可不重叠于第一透光部314。在上述实施例中，光路调整层使偏离法线方向f进入感测元件212的光线比例较多。
[0073]
本实施例的生物特征识别装置10还包含红外线截止膜350，配置以阻挡红外线并
维持可见光的穿透。在其他实施例中，生物特征识别装置可不具有红外线截止膜350。
[0074]
本实施例的生物特征识别装置10还包含位在红外线截止膜350上的第三介电层360以及位在第三介电层360上的多个微透镜370，且微透镜370可通过第三遮光层380隔开。但本公开并不以此为限。本实施例的微透镜370与感测元件212对应。微透镜370汇聚从手指反射回来的反射光，使反射光通过对应的第二透光区324及第一透光区314行进至感测元件212。感测元件212可汇聚反射光而得到指纹影像。在其他实施例中，生物特征识别装置可不具有微透镜370。
[0075]
在本实施例中，生物特征识别装置10的显示装置100具有分辨率re。感测单元210具有感测单元尺寸su，且感测单元尺寸su为感测单元210沿着第二方向d2上的宽度。本实施例的生物特征识别装置10满足以下条件式：
[0076]
a<|4*(re/100)
‑
(1/su)|<b
ꢀꢀꢀ
公式(1)
[0077]
b大于a，且a不为0。公式(1)的a为生物特征的空间频率。生物特征具有多个重复图案，例如指纹的脊纹跟谷纹。因此，生物特征的空间频率为相邻的脊纹或相邻的谷纹之间的距离的倒数。
[0078]
举例来说，成人指纹的相邻脊纹或相邻谷纹的距离大约在300um至500um的范围，其对应的空间频率(即距离的倒数)大约在2mm
‑1至3mm
‑1的范围。儿童指纹的相邻脊纹或相邻谷纹的距离大约在100um至300um的范围，对应的空间频率大约在3mm
‑1至10mm
‑1的范围。在一些成人指纹较细(～200um)的实施例中，a大致在2mm
‑1至5mm
‑1的范围。
[0079]
公式(1)的4*(re/100)是显示装置100的分辨率re的空间频率，也就是像素110的尺寸的倒数。举例来说，在一些实施例中，分辨率re大约为300ppi(pixels per inch)至700ppi，其对应的单一像素尺寸大约在0.036mm至0.085mm的范围，但本公开不以此为限。因此分辨率re的空间频率大约在11.8mm
‑1至27.6mm
‑1的范围，且空间频率数值可表示为4*(re/100)mm
‑1。
[0080]
公式(1)的(1/su)为感测单元210的空间频率，也就是感测单元尺寸su的倒数。在一些实施例中，感测单元尺寸su大约在30um至70um的范围中，其对应的空间频率大约在14.3mm
‑1到33.3mm
‑1的范围。
[0081]
在一些优选的实施例中，公式(1)的b大致在9mm
‑
1到11mm
‑
1的范围。b的数值取决于显示装置100的分辨率re与感测单元尺寸su。举例来说，在图1及图2的实施例中，也就是显示装置100与感测装置200无相对旋转的状况下，以生物特征的空间频率a为3做为示例，其相当于不同年龄或性别的人的指纹特征的交集数值。在上述条件下，生物特征识别装置10满足以下条件式：
[0082]
3<|4*(re/100)
‑
(1/su)|<9
ꢀꢀꢀ
公式(2)
[0083]
例如，当显示装置110的分辨率re为522ppi，且感测单元尺寸su为70um时，可计算得出：|4*(re/100)
‑
(1/su)|＝6.58mm
‑1。当生物特征识别装置10满足上述条件式时，可避免摩尔纹路产生，而影响指纹影像识别准确性。在后续段落中，将搭配影像分析及数据说明。
[0084]
在一些其他实施例中，生物特征识别装置10可为4k显示装置，例如3840
×
2160像素或4096
×
2160像素。4k显示装置根据显示装置尺寸的不同可能具有不同的分辨率。在此条件下，生物特征识别装置可满足以下条件式：
[0085]
3<|4*(re/100)
‑
(1/su)|<11
ꢀꢀꢀ
公式(3)
[0086]
同理，当生物特征识别装置10满足上述条件式时，可避免摩尔纹路产生，而影响指纹影像识别准确性。
[0087]
图4a为现有生物特征识别装置获取的线对影像。图4b为图1的生物特征识别装置10获取的线对影像。图4a及图4b中使用了模拟相邻脊纹或谷纹的距离在400um的指纹的线对做为影像分析目标，线对具有斜向的条纹。如图4a上方的影像所示，现有生物特征识别装置所获取的图像中可看出明显沿着垂直方向分布的摩尔纹路。如图4a下方的灰阶值与距离图表可看出，数据选取区段s1获取的灰阶值明显呈现由摩尔纹路形成的波峰与波谷，其对应的影像对比度可达到98.0mv。
[0088]
如图4b上方的影像所示，生物特征识别装置10所获取的图像可看出线对图案。如图4b下方的灰阶值与距离图表可看出，数据选取区段s2得到的灰阶值具有符合线对图案的波峰与波谷，其对应的影像对比度大约为41.0mv。
[0089]
根据图4a及图4b的影样分析结果可知，受到摩尔纹路干扰的影像对比度(98.0mv)高于线对图案的影像对比度(41.0mv)，因此影像分析结果可能误将摩尔纹路判断为线对，进而导致影像分析结果与实际影像所表示的信息有落差。因此，通过使得生物特征识别装置10符合至少一个前述公式(1)～公式(3)的条件式，可有效降低摩尔纹路的产生，进而避免误判影像识别结果或影像识别准确度降低等问题。
[0090]
图5a为现有生物特征识别装置获取的复制指纹影像。图5b为图1的生物特征识别装置10获取的复制指纹影像。实际指纹可由具有不同空间频率的脊纹或谷纹组合而成，不同区域中的相邻脊纹或谷纹的距离可落在300um至800um的范围中。图5a及图5b使用指纹压印后的影像做为影像分析目标。
[0091]
如图5a上方的影像所示，现有生物特征识别装置所获取的图像中可看出斜向分布的摩尔纹路。如图5a下方的灰阶值与距离图表可看出，数据选取区段s3得到的灰阶值呈现明显由摩尔纹路形成的波峰与波谷，其对应的影像对比度可达到156.2mv。
[0092]
如图5b上方的影像所示，生物特征识别装置10所获取的图像可看出指纹的脊纹或谷纹。如图5b下方的灰阶值与距离图表可看出，数据选取区段s4得到的灰阶值具有符合脊纹或谷纹的波峰与波谷，其对应的影像对比度大约为70.3mv。
[0093]
根据图5a及图5b的影样分析结果可知，受到摩尔纹路干扰的影像对比度(156.2mv)高于线对图案的影像对比度(70.3mv)，因此影像分析结果可能误将摩尔纹路判断为指纹的脊纹或谷纹，进而导致影像分析结果与实际影像所表示的信息有落差。因此，通过使得生物特征识别装置10符合至少一个前述公式(1)～公式(3)的条件式，可有效降低摩尔纹路的产生，进而避免误判指纹识别结果或指纹识别准确度降低等问题。
[0094]
图6为图1的生物特征识别装置10获取的线对影像。图6使用了模拟相邻脊纹或谷纹的距离在300um的指纹的线对做为影像分析目标，线对具有斜向的条纹。生物特征识别装置10所获取的图像可看出线对图案。如图6下方的灰阶值与距离图表可看出，数据选取区段s5得到的灰阶值具有符合线对图案的波峰与波谷，其对应的影像对比度大约为29.3mv。
[0095]
图7为图1的生物特征识别装置10获取的线对影像。图7使用了模拟相邻脊纹或谷纹的距离在600um的指纹的线对做为影像分析目标，线对具有斜向的条纹。生物特征识别装置10所获取的图像可看出线对图案。如图7下方的灰阶值与距离图表可看出，数据选取区段s6得到的灰阶值具有符合线对图案的波峰与波谷，其对应的影像对比度大约为80.1mv。
[0096]
图8为图1的生物特征识别装置10获取的线对影像。图8使用了模拟相邻脊纹或谷纹的距离在800mm的指纹的线对做为影像分析目标，线对具有斜向的条纹。生物特征识别装置10所获取的图像可看出线对图案。如图8下方的灰阶值与距离图表可看出，数据选取区段s7得到的灰阶值具有符合线对图案的波峰与波谷，其对应的影像对比度大约为87.9mv。
[0097]
根据上述图4b、图6至图8中通过生物特征识别装置10获取的线对影像可看出，当线对密度越小，其影像对比度越大，符合利用线对分析影像可推测得知的趋势。由此可知，图4b以及图6至图8中的线对影像较不受到摩尔纹路影响，影像识别准确度较高，可进一步确保实际指纹(亦即具有不同空间频率的混合的影像)的影像识别准确度。
[0098]
图9为根据本公开另一实施例的生物特征识别装置20的俯视图。生物特征识别装置20与生物特征识别装置10大致相同，其差异在于生物特征识别装置20的感测装置200的感测单元210是沿着不同于第一方向d1的第二方向d2排列，也就是第一方向d1与第二方向d2具有夹角
ɑ
。在本实施例中，生物特征识别装置20不满足前述的公式(1)，而是满足空间频率关系：|4*(re/100)
‑
(1/su)|≤a。因此，通过使生物特征识别装置20的感测装置200相对于显示装置100旋转，可使生物特征识别装置20满足以下条件式：
[0099]
a<|4*(re/100)
‑
{1/[su*cos(
ɑ
)]}|<c
ꢀꢀꢀ
公式(4)
[0100]
ɑ
为夹角，0
°
<
ɑ
<90
°
，c>a，且a不为0。
[0101]
在本实施中，通过使感测装置200相对于显示装置100旋转，可增加公式(4)中的{1/[su*cos(
ɑ
)]}的数值。换句话说，通过旋转感测装置200可增加感测单元210与显示装置100的像素110之间的排列不规则性，进一步减少摩尔纹路的干扰。在一些优选实施例中，c大致在10mm
‑1到18mm
‑1的范围。
[0102]
c的数值取决于显示装置100的分辨率re与感测单元尺寸su。举例来说，在图9的实施例中，也就是显示装置100与感测装置200有相对旋转的状况下，取生物特征的空间频率a为3，生物特征识别装置20满足以下条件式：
[0103]
a<|4*(re/100)
‑
{1/[su*cos(
ɑ
)]}|<1
ꢀꢀꢀ
公式(5)
[0104]
当生物特征识别装置20满足公式(5)时，可避免摩尔纹路产生，而影响指纹影像识别准确性。
[0105]
在一些其他实施例中，生物特征识别装置20可为4k显示装置，例如3840
×
2160像素或4096
×
2160像素。4k显示装置根据尺寸的不同可能具有不同的分辨率。在此条件下，生物特征识别装置20可满足以下条件式：
[0106]
3<|4*(re/100)
‑
(1/su)|<18
ꢀꢀꢀ
公式(6)
[0107]
同理，当生物特征识别装置20满足公式(6)时，可避免摩尔纹路产生，而影响指纹影像识别准确性。生物特征识别装置20也具有与前述生物特征识别装置10相同的技术效果，于此不再赘述。
[0108]
参阅图2，生物特征识别装置的制造方法包含重叠显示装置100与感测装置200，并根据所选择的显示装置100的分辨率re及感测装置200的感测单元尺寸su计算|4*(re/100)
‑
(1/su)|的数值。如同前述，显示装置100与感测装置200的重叠关系可以是显示装置100位在感测装置200上方、显示装置100位在感测装置200下方、或是显示装置100与感测装置200位在同一基板上。
[0109]
当|4*(re/100)
‑
(1/su)|>3时，即可以图1所示的方式设置显示装置100与感测装
置200，也就是第一方向d1等同于第二方向d2，并使得生物特征识别装置满足公式(1)。
[0110]
或者，当|4*(re/100)
‑
(1/su)|≤3时，即可以图9所示的方式设置显示装置100与感测装置200，也就是旋转显示装置100与感测装置200其中一者。因此，第一方向d1与第二方向d2具有夹角
ɑ
，并使生物特征识别装置满足公式(4)。换句话说，通过旋转感测装置200可增加感测单元210与显示装置100的像素110之间的排列不规则性，进一步减少摩尔纹路的干扰。在其他实施例中，也可以使显示装置100相对感测装置200旋转，皆可达到相同技术效果。
[0111]
如图2所示，当感测装置200与显示装置100分别设置在不同基板(即基板110、基板220)上时，可分别将显示装置100与感测装置200制备完成后再组装。当制造过程中发现生物特征识别装置不满足公式(1)时，可旋转显示装置100与感测装置200其中一者，其中以旋转感测装置200为佳。
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如图3所示，当感测装置200与显示装置100设置在相同基板120上时，可直接根据前述公式(1)～公式(6)等条件先计算好显示装置100与感测装置200的尺寸再进行制备，以减少生物特征识别装置的厚度。
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综上所述，本公开通过使生物特征识别装置的显示装置与感测装置的空间频率关系符合至少一个前述的条件式(公式(1)～公式(6))，可有效降低摩尔纹路的产生，进而避免误判指纹识别结果或指纹识别准确度降低等问题。