本发明涉及一种用于生物识别装置的光准直元件及制造方法、生物识别装置及制造方法。
背景技术：
生物特征识别的种类包括脸部、声音、虹膜、视网膜、静脉、指纹和掌纹识别等。由于每个人的指纹都是独一无二的，且指纹不易随着年龄或身体健康状况而变化，因此指纹识别装置已成为目前最普及的一种生物特征识别装置。依照感测方式的不同，指纹识别装置可分为光学式与电容式。电容式指纹识别装置组装于电子产品(例如：手机、平板计算机)时，电容式指纹识别装置上方多设有保护元件(coverlens)。一般而言，需额外加工(例如钻孔或薄化)保护元件，以使电容式指纹识别装置能够感测到手指触碰所造成的容值或电场变化。
相较于电容式指纹识别装置，光学式指纹识别装置获取容易穿透保护元件的光束以进行指纹识别，而可以不用额外加工保护元件，因此在与电子产品的结合上较为便利。
光学式指纹识别装置通常包括发光元件、图像获取元件及盖板。发光元件用以发出光束，以照射按压在盖板上的手指。手指的指纹是由多条不规则的凸纹与凹纹所组成。被凸纹与凹纹作用(例如：漫射)的光束会在图像获取元件的光接收面上形成为明暗交错的指纹图像。图像获取元件可将指纹图像转换为对应的图像信息，并将图像信息输入处理单元。处理单元可利用算法计算对应于指纹的图像信息，以进行用户的身份识别。在上述的取像过程中，被指纹漫射的光束易散乱地传递至图像获取元件，而造成取像质量不佳，影响识别结果。
技术实现要素：
本发明是针对一种用于生物识别装置的光准直元件，制程简单。
本发明是针对一种用于生物识别装置的光准直元件的制造方法，制程简单。
本发明是针对一种生物识别装置，取像质量佳。
本发明是针对一种生物识别装置的制造方法，能制作取像质量佳的生物识别装置。
根据本发明的实施例，用于生物识别装置的光准直元件包括透光基板、至少一第一遮光单元、第二遮光层及至少一第二遮光单元。至少一第一遮光单元位于透光基板的第一表面上。每一第一遮光单元包括第一遮光层及第一间隔层。第一遮光层具有分别与多个像素区重叠的多个第一开口。第一间隔层覆盖第一遮光层且填入第一遮光层的多个第一开口中。第二遮光层位于至少一第一遮光单元上且具有分别与多个第一开口重叠的多个第二开口。至少一第二遮光单元位于透光基板的第二表面上。每一第二遮光单元包括第三遮光层及第二间隔层。第三遮光层具有分别与多个像素区重叠的多个第三开口。第二间隔层覆盖第三遮光层且填入第三遮光层的多个第三开口中。
在根据本发明的实施例的用于生物识别装置的光准直元件中，用于生物识别装置的光准直元件还包括第四遮光层。第四遮光层位于至少一第二遮光单元上且具有分别与多个第三开口重叠的多个第四开口。
在根据本发明的实施例的用于生物识别装置的光准直元件中，用于生物识别装置的光准直元件还包括图像获取元件以及黏着层。粘着层连接于第四遮光层与图像获取元件之间。
在根据本发明的实施例的用于生物识别装置的光准直元件中，第一间隔层的材质为单一种材料，且第二间隔层的材质为单一种材料。
在根据本发明的实施例的用于生物识别装置的光准直元件中，第一间隔层的材质为光致抗蚀剂、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二酯，而第二间隔层的材质为光致抗蚀剂、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二酯。
根据本发明的实施例，生物识别装置包括发光元件、导光元件、图像获取元件、透光基板、至少一第一遮光单元、第二遮光层以及至少一第二遮光单元。发光元件用以提供光束。导光元件位于光束的传递路径上。图像获取元件具有多个像素区。透光基板具有相对的第一表面与第二表面。至少一第一遮光单元位于透光基板的第一表面上。每一第一遮光单元包括第一遮光层以及第一间隔层。第一遮光层具有分别与多个像素区重叠的多个第一开口。第一间隔层覆盖第一遮光层且填入第一遮光层的多个第一开口中。第二遮光层位于至少一第一遮光单元上且具有分别与多个第一开口重叠的多个第二开口。至少一第二遮光单元位于透光基板的第二表面上。每一第二遮光单元包括第三遮光层以及第二间隔层。第三遮光层具有分别与多个像素区重叠的多个第三开口。第二间隔层覆盖第三遮光层且填入第三遮光层的多个第三开口中。透光基板、至少一第一遮光单元、第二遮光层以及至少一第二遮光单元位于导光元件与图像获取元件之间。
在根据本发明的实施例的生物识别装置中，导光元件具有供待识别物按压的表面。
在根据本发明的实施例的生物识别装置中，导光元件的材质包括玻璃。
在根据本发明的实施例的生物识别装置中，生物识别装置还包括盖板。盖板位于导光元件上，其中盖板具有供待识别物按压的表面。
根据本发明的实施例，用于生物识别装置的光准直元件的制造方法包括下列步骤：提供具有相对的第一表面与第二表面的透光基板；在透光基板的第一表面上形成至少一第一遮光单元，每一第一遮光单元包括第一间隔层及位于第一间隔层与第一表面之间的第一遮光层，第一遮光层具有多个第一开口，第一间隔层覆盖第一遮光层且填入多个第一开口；在至少一第一遮光单元上形成第二遮光层，第二遮光层具有分别与多个第一开口重叠的多个第二开口；翻转透光基板；在透光基板的第二表面上形成至少一第二遮光单元，每一第二遮光单元包括第二间隔层及位于第二间隔层与第二表面之间的第三遮光层，第三遮光层具有多个第三开口，第二间隔层覆盖第三遮光层且填入多个第三开口。
在根据本发明的实施例的用于生物识别装置的光准直元件的制造方法中，用于生物识别装置的光准直元件的制造方法还包括：提供具有多个像素区的图像获取元件；以及连接第四遮光层与图像获取元件，以使第四遮光层位于至少一第二遮光单元与图像获取元件之间，且多个第四开口分别与多个像素区重叠。
在根据本发明的实施例的用于生物识别装置的光准直元件的制造方法中，利用粘着层连接第四遮光层与图像获取元件。
根据本发明的实施例，生物识别装置的制造方法包括下列步骤：提供具有相对的第一表面与第二表面的透光基板；在透光基板的第一表面上形成至少一第一遮光单元，每一第一遮光单元包括第一间隔层及位于第一间隔层与第一表面之间的第一遮光层，第一遮光层具有多个第一开口，第一间隔层覆盖第一遮光层且填入多个第一开口；在至少一第一遮光单元上形成第二遮光层，第二遮光层具有分别与多个第一开口重叠的多个第二开口；翻转透光基板；在透光基板的第二表面上形成至少一第二遮光单元，每一第二遮光单元包括第二间隔层以及位于第二间隔层与第二表面之间的第三遮光层，第三遮光层具有多个第三开口，第二间隔层覆盖第三遮光层且填入多个第三开口；组装发光元件、导光元件及图像获取元件，且使透光基板、至少一第一遮光单元、第二遮光层以及至少一第二遮光单元位于导光元件与图像获取元件之间。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1a至图1h为本发明一实施例的用于生物识别装置的光准直元件的制造方法的剖面示意图；
图2为本发明另一实施例的用于生物识别装置的光准直元件的剖面示意图；
图3a至图3i为本发明另一实施例的生物识别装置的制造方法的剖面示意图；
图4a至图4b示出本发明另一实施例的第一间隔层的制造方法。
附图标号说明
10：待识别物；
20：光罩；
100、100a：生物识别装置；
110：透光基板；
112：第一表面；
114：第二表面；
120、120-1、120-2：第一遮光单元；
122、122-1、122-2：第一间隔层；
122’：第一间隔材料层；
122c、142c：凹陷；
124、124-1、124-2：第一遮光层；
124’：第一遮光材料层；
124a：第一开口；
130：第二遮光层；
130a：第二开口；
140、140-1、140-2：第二遮光单元；
142、142-1、142-2：第二间隔层；
144、144-1、144-2：第三遮光层；
144a：第三开口；
150：第四遮光层；
150a：第四开口；
160、160a：准直元件；
160a：光通道；
170：粘着层；
180：图像获取元件；
180a：像素区；
190：发光元件；
192：导光元件；
192a、192b：表面；
194、194a：盖板；
b、b’：光束；
w：宽度。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1a至图1h为本发明一实施例的用于生物识别装置的光准直元件的制造方法的剖面示意图。请参照图1a，首先，提供透光基板110。透光基板110具有相对的第一表面112与第二表面114。举例而言，在本实施例中，透光基板110的材质可为玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚酰亚胺(polyimide，pi)或其他适当的透光材料，但本发明不以此为限。
请参照图1b及图1c，接着，在透光基板110的第一表面112上形成至少一第一遮光单元120。每一第一遮光单元120包括第一间隔层122及第一遮光层124，第一遮光层124位于第一间隔层122与透光基板110之间且具有多个第一开口124a，第一间隔层122覆盖第一遮光层124且填入第一遮光层124的多个第一开口124a。举例而言，在本实施例中，可在透光基板110的第一表面112上形成两个第一遮光单元120-1、120-2。详言之，如图1b所示，可先在透光基板110的第一表面112上形成第一遮光层124-1；然后，于第一遮光层124-1上形成第一间隔层122-1，以覆盖第一遮光层124-1及与第一开口124a重叠的部份的第一表面112，与此便完成了第一个第一遮光单元120-1。请参照图1c，接着，可在第一遮光单元120-1的第一间隔层122-1上形成具有多个第一开口124a的第一遮光层124-2；然后，于第一遮光层124-2上形成第一间隔层122-2，以覆盖第一遮光层124-2以及与第一开口124a重叠的部份的第一间隔层122-1，与此便完成了第二个第一遮光单元120-2。需说明的是，上述是以形成两个第一遮光单元120-1、120-2为示例，但本发明并不限制于此，第一遮光单元120的形成数量可视实际需求而定，在其他实施例中，也可利用类似方法形成1个、3个或3个以上的第一遮光单元120。
在本实施例中，第一间隔层122的材质为单一种材料。举例而言，第一间隔层122的材质可为光致抗蚀剂(例如：su-8)、聚酰亚胺(polyimide，pi)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)或其他适当材料。另外，第一遮光层124的材质以选用吸光材料为佳。举例而言，在本实施例中，可采用含有吸光材料(例如：碳)的硅胶系、压克力系或光致抗蚀剂材料制作第一遮光层124，但本发明不限于此，在其他实施例中，第一遮光层124的材质也可选用其他适当的遮光材料，例如：反光材料。
请参照图1d，接着，在第一遮光单元120-2上形成第二遮光层130，第二遮光层130具有分别与多个第一开口124a重叠的多个第二开口130a。在本实施例中，第二遮光层130的材质以选用吸光材料为佳。举例而言，可采用含有吸光材料(例如：碳)的硅胶系、压克力系或光致抗蚀剂材料制作第二遮光层130。但本发明不限于此，在其他实施例中，第二遮光层130的材质也可选用其他适当的遮光材料，例如：反光材料。
请参照图1d及图1e，接着，翻转透光基板110，以使透光基板110的第二表面114朝上。请参照图1f，接着，在透光基板110的第二表面114上形成至少一第二遮光单元140，每一第二遮光单元140包括第二间隔层142以及位于第二间隔层142与第二表面114之间的第三遮光层144，第三遮光层144具有多个第三开口144a，第二间隔层142覆盖第三遮光层144且填入多个第三开口144a。举例而言，在本实施例中，可在透光基板110的第二表面114上形成两个第二遮光单元140-1、140-2。详言之，可先在透光基板110的第二表面114上形成第三遮光层144-1；然后，在第三遮光层144-1上形成第二间隔层142-1，以覆盖第三遮光层144-1及与第三开口144a重叠的部份的第二表面114，与此便完成了第一个第二遮光单元140-1。接着，可在第二遮光单元140-1的第二间隔层142-1上形成具有多个第三开口144a的第三遮光层144-2；然后，在第三遮光层144-2上形成第二间隔层142-2，以覆盖第三遮光层144-2及与第三开口144a重叠的部份的第二间隔层142-1，与此便完成了第二个第二遮光单元140-2。需说明的是，上述是以形成两个第二遮光单元140-1、140-2为示例，但本发明并不限制于此，第二遮光单元140的形成数量可视实际需求而定，在其他实施例中，也可利用类似方法形成1个、3个或3个以上的第二遮光单元140。
在本实施例中，第二间隔层142的材质为单一种材料。举例而言，第二间隔层142的材质可为光致抗蚀剂(例如：su-8)、聚酰亚胺(polyimide，pi)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)或其他适当材料。另外，第三遮光层144的材质以选用吸光材料为佳。举例而言，在本实施例中，可采用含有吸光材料(例如：碳)的硅胶系、压克力系或光致抗蚀剂材料制作第三遮光层144，但本发明不限于此，在其他实施例中，第三遮光层144的材质也可选用其他适当的遮光材料，例如：反光材料。
请参照图1f，接着，在第二遮光单元140-2上形成第四遮光层150，第四遮光层150具有分别与多个第三开口144a重叠的多个第四开口150a。在本实施例中，第四遮光层150的材质以选用吸光材料为佳。举例而言，可采用含有吸光材料(例如：碳)的硅胶系、压克力系或光致抗蚀剂材料制作第四遮光层150。但本发明不限于此，在其他实施例中，第四遮光层150的材质也可选用其他适当的遮光材料，例如：反光材料。
请参照图1f，多个第四开口150a、多个第三开口144a、多个第一开口124a及多个第二开口130a相重叠。第四遮光层150的多个第四开口150a、部份第二间隔层142-2、第三遮光层144-2的多个第三开口144a、部份第二间隔层142-1、第三遮光层144-1的多个第三开口144a、部份透光基板110、第一遮光层124-1的多个第一开口124a、部份第一间隔层122-1、第一遮光层124-2的多个第一开口124a、部份第一间隔层122-2及第二遮光层130的多个第二开口130a形成多个光通道160a。被待识别物10(绘在图1h)的多处作用(例如：漫射)的光束b’可分别通过多个光通道160a而传递至对应的多个像素区180a(绘在图1h)。换言之，第四遮光层150、第二遮光单元140、透光基板110、第一遮光单元120及第二遮光层130形成准直元件(collimator)160。
在本实施例中，第四遮光层150的第四开口150a的宽度w可小于或等于第三遮光层144-2的第三开口144a的宽度w，第三遮光层144-2的第三开口144a的宽度w可小于或等于第三遮光层144-1的第三开口144a的宽度w，第三遮光层144-1的第三开口144a的宽度w可小于或等于第一遮光层124-1的第一开口124a的宽度w，第一遮光层124-1的第一开口124a的宽度w可小于或等于第一遮光层124-2的第一开口124a的宽度w，而第一遮光层124-2的第一开口124a的宽度w可小于或等于第二遮光层130的第二开口130a的宽度w。举例而言，在本实施例中，第四遮光层150的第四开口150a的宽度w、第三遮光层144-2的第三开口144a的宽度w、第三遮光层144-1的第三开口144a的宽度w、第一遮光层124-1的第一开口124a的宽度w、第一遮光层124-2的第一开口124a的宽度w及第二遮光层130的第二开口130a的宽度w可相同。进一步而言，第四遮光层150的第四开口150a、第三遮光层144-2的第三开口144a、第三遮光层144-1的第三开口144a、第一遮光层124-1的第一开口124a、第一遮光层124-2的第一开口124a及第二遮光层130的第二开口130a可具有相同或实质上相同的形状及尺寸。所谓实质上相同的形状及尺寸是考虑到制作工艺所造成的误差。第四遮光层150的第四开口150a、第三遮光层144-2的第三开口144a、第三遮光层144-1的第三开口144a、第一遮光层124-1的第一开口124a、第一遮光层124-2的第一开口124a及第二遮光层130的第二开口130a的形状可为圆形、矩形、三角形、五边形或其他适当形状。
请参照图1g，接着，提供具有多个像素区180a的图像获取元件180。在本实施例中，图像获取元件180可为电荷耦合元件(charge-coupleddevice,ccd)、互补金属氧化物半导体complementarymetaloxidesemiconductor,cmos)元件或其他适当的图像传感器。
请参照图1g，接着，连接第四遮光层150与图像获取元件180，以使第四遮光层150位于第二遮光单元140-2与图像获取元件180之间，且多个第四开口150a分别与多个像素区180a重叠。举例而言，在本实施例中，可利用粘着层170连接第四遮光层150与图像获取元件180。粘着层170连接在第四遮光层150与图像获取元件180之间。详言之，可先在图1f的第四遮光层150上形成粘着层170，之后再将准直单元160与粘着层170一起翻转，而令第四遮光层150下方的粘着层170与图像获取元件180接触。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，准直单元160也可利用其他适当方式与图像获取元件180连接。在本实施例中，粘着层170可透光。举例而言，粘着层170可为光学胶(opticalclearadhesive，oca)或薄膜型粘晶层(dieattachfilm，daf)，但本发明不以此为限。在本实施例中，图1f所示130、准直单元160、粘着层170及图像获取元件180可视为整合型的的光准直元件。
请参照图1h，接着，可组装发光元件190、导光元件192及图像获取元件180，于此便完成了生物识别装置100。发光元件190用以发出光束b。在本实施例中，发光元件190可为非可见光光源、可见光光源或其组合。每一发光元件190可为发光二极管或其他适当种类的发光元件。图1f示意地绘出两个发光元件190，且两个发光元件190位于图像获取元件180的相对侧。但本发明不限于此，在其他实施例中，发光元件190的数量及配置方式可依实际需求做适当的改变。导光元件192位于光束b的传递路径上。准直元件160位于导光元件192与图像获取元件180之间。在本实施例中，导光元件192的材质可为玻璃、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或其他适当材料。导光元件192用以将光束b导向待识别物10。在正常的使用情况下，待识别物10可为生物的生物特征，例如：指纹、静脉、掌纹或上述至少二者的组合等。然而，本发明不限于此，在不正常的使用情况下，待识别物10也可能是伪造物，例如：假手指。
在本实施例中，导光元件192具有足够的耐压性，而导光元件192的表面192a，其中表面192a可选择性地为供待识别物10按压的按压面。来自发光元件190的光束b在进入导光元件192后可在表面192a发生全内反射。被待识别物10作用(例如：漫射)的光束b’可通过导光元件192的表面192a而自导光元件192的另一表面192b出射。光束b’自表面192b出射后可通过准直元件160的光通道160a(标示在图1g)而传递至对应的像素区180a，而不易误入其他像素区180a。藉此，生物识别装置100的取像质量能提升。
需说明的是，本发明并不限制导光元件192的表面192a必需为按压面，图2为本发明另一实施例的生物识别装置的剖面示意图，在图2的实施例中，生物识别装置100a还可包括位于导光元件192上的盖板(coverlens)194。导光元件192位于盖板194与准直元件160之间。供待识别物10按压的按压面也可以是盖板194的表面194a。在本实施例中，盖板194可为所欲组装的电子产品(例如：触控面板或触控显示面板)的保护元件(coverlens)，但本发明不以此为限。在一实施例中，盖板194与导光元件192可通过连接机构或粘着层(例如：光学胶)而固定在一起，但本发明不以此为限。
图3a至图3i为本发明另一实施例的生物识别装置的制造方法的剖面示意图。请参照图3a，首先，提供透光基板110。请参照图3b，接着，在透光基板110的第一表面112上形成第一遮光单元120-1。特别是，本实施例的生物识别装置的制造方法与前述实施例的差异在于，形成第一遮光单元120-1的方式不同。详言之，可利用半调光罩(halftonemask)或灰阶光罩20(graytonemask)图案化第一间隔材料层(未示出)，以形成具有多个凹陷122c的第一间隔层122-1。请参照图3c，接着，在第一间隔层122-1上形成第一遮光材料层124’，以全面性覆盖第一间隔层122-1。请参照图3c及图3d，接着，可利用半调光罩(halftonemask)或灰阶光罩(graytonemask)20图案化第一遮光材料层124’，以形成第一遮光层124-2。与前述实施例不同的是，至少部分的第一遮光层124-2陷入第一间隔层122-1的凹陷122c；也就是说，至少部分的第一遮光层124-2位于第一间隔层122-1中。请参照图3e，接着，利用与形成第一间隔层122-1类似的方法形成具有凹陷122c的第一间隔层122-2；然后，利用与形成第一遮光层124-2类似的方法形成陷入第一间隔层122-2的凹陷122c内的第二遮光层130，进而完成准直元件160a的上半部。请参照图3f，接着，翻转透光基板110，以使透光基板110的第二表面114朝上。请参照图3g，接着，可利用类似的方法形成第二遮光单元140-1、第二遮光单元140-2及第四遮光层150进而完成准直元件160a的下半部。类似地，与前述实施例不同的是，至少部分的第三遮光层144-2陷入第二间隔层142-1的凹陷142c，至少部分的第四遮光层150陷入第二间隔层142-2的凹陷142c；也就是说，至少部分的第一遮光层124-2位于第一间隔层122-1中，至少部分的第四遮光层150位于第二间隔层142-2中。
请参照图3h，接着，连接第四遮光层150与图像获取元件180，以使第四遮光层150位于第二遮光单元140-2与图像获取元件180之间，且多个第四开口150a分别与多个像素区180a重叠。在本实施例中，准直元件160a、粘着层170及图像获取元件180可视为整合型的光准直元件。请参照图3i，接着，可组装发光元件190、导光元件192及图像获取元件180，且使准直元件160a位于导光元件190与图像获取元件180之间。于此便完成了本实施例的生物识别装置100a。生物识别装置100a及其制造方法具有与生物识别装置100及其制造方法类似的功效与优点，于此便不再重述。
需说明的是，形成具有多个凹陷122c的第一间隔层122并不限于利用半调光罩(halftonemask)或灰阶光罩20(graytonemask)图案化第一间隔材料层，在其他实施例中，也可利用其它适当方法形成具有多个凹陷122c的第一间隔层122。图4a至图4b示出本发明另一实施例的第一间隔层122的制造方法。在图4a至图4b的实施例中，也可在第一遮光层124-1上形成第一间隔材料层122’，以全面性覆盖第一遮光层124-1及透光基板110。接着，在第一间隔材料层122’上形成具有多个开口30a的蚀刻阻挡图案30，蚀刻阻挡图案30可与第一开口124a重叠，开口30a可与第一遮光层124-1重叠。请参照图4a及图4b，接着，以蚀刻阻挡图案30为遮罩，并利用干式蚀刻制程图案化第一间隔材料层122’，以形成具有多个凹陷122c的第一间隔层122-1。然后，可移除蚀刻阻挡图案30；接着，再形成前述的第一遮光层124-2，进而完成准直元件160a的上半部。此外，也可利用与形成图3b的第一间隔层122-1类似的方法形成第一遮光层124-2，第二遮光层130、第三遮光层144、第二间隔层142及第四遮光层150，本领域技术人员根据前述说明应可实现的，在此便不再重述。
综上所述，在本发明一实施例的用于生物识别装置的光准直元件的制造方法中，是在透光基板的相对两表面上形成至少一第一遮光单元、至少一第二遮光层及第二遮光单元，以形成光准直元件。光准直元件的内部设有第一遮光层及第三遮光层。通过将设置在光准直元件内部的第一遮光层及第三遮光层，发散角度大的光束会被位于光准直元件内部的第一遮光层和/或第三遮光层阻挡。藉此，被待识别物的每一处作用的光束可传递至对应的像素区而不易误入其他像素区，进而提升生物识别装置的取像质量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。