TWI599801B - 影像感測裝置及其光學膜片 - Google Patents

Description

影像感測裝置及其光學膜片

本發明係關於一種影像感測裝置及其使用之光學膜片；具體而言，本發明係關於一種應用於指紋辨識之影像感測裝置及其使用之光學膜片。

隨著資訊技術、無線移動通訊和資訊家電的快速發展與應用，為了達到操作更人性化的目的，許多資訊產品，如智慧型手機、筆記型電腦等，多配有供指紋辨識的影像感測裝置。在習知的影像感測裝置中，光源所發出的光線經基板投射至使用者的手指上，透過基板上的電路擷取手指影像，以判斷手指移動的方向和距離或是辨識出手指的紋路。

然而，在習知的影像感測裝置中，通常需搭配多層光學膜，以優化擷取到的手指影像。此外，基板的背側通常設有防爆膜，以提供基板保護及使用上的安全。多層光學膜及防爆膜的設置使得習知的影像感測裝置具有一定的厚度，不易於薄型化。此外，習知的影像感測裝置中，多半採用特殊的發光二極體作為光源，例如紅光發光二極體，使用特殊的發光二極體有發光效率不佳及成本較高的問題。因此，現有影像感測裝置的結構仍有待改進。

本發明之一目的在於提供一種影像感測裝置，具有整體厚度減少的設計。

本發明之另一目的在於提供一種光學膜片，具有提高影像清晰度的效果。

影像感測裝置包含基板以及背光模組。基板具有相對之第一表面和第二表面。光感應電路係設置於第一表面。背光模組係設置於第二表面，且包含光學膜片以及光源。光學膜片係設置於第二表面。光源係設置於光學膜片背向基板之一面。光學膜片包含透光膜體以及光柵結構。透光膜體具有相對之第一面及第二面。透光膜體對於紅光波段之光穿透率大於對於藍光波段之光穿透率。光柵結構係設置於第一面及第二面至少其一上，並分別沿平行第一面延伸且彼此相交之第一方向及第二方向排列。光柵結構之光穿透率小於透光膜體之光穿透率。

光學膜片包含透光膜體以及光柵結構。透光膜體具有相對之第一面及第二面。透光膜體對於紅光波段之光穿透率大於對於藍光波段之光穿透率。光柵結構係設置於第一面及第二面至少其一上，並分別沿平行第一面延伸且彼此相交之第一方向及第二方向排列。光柵結構之光穿透率小於透光膜體之光穿透率。藉由光學膜片提高長波長可見光波段的穿透率可提高影像清晰度。

10‧‧‧影像感測裝置

100‧‧‧基板

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

110‧‧‧光感應電路

200‧‧‧背光模組

210‧‧‧光學膜片

211‧‧‧側緣

212‧‧‧透光膜體

214‧‧‧第一面

216‧‧‧第二面

218‧‧‧光柵結構

218a‧‧‧第一格線

218b‧‧‧第二格線

220‧‧‧光學膜組件

230‧‧‧光源

232‧‧‧導光板

234‧‧‧發光模組

240‧‧‧黏著層

250‧‧‧保護層

A,A1,A2‧‧‧高度

B‧‧‧間距

C‧‧‧寬度

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

圖1為本發明影像感測裝置之一實施例剖視圖； 圖2為透光膜體於可見光波段穿透率示意圖；圖3為基板之實施例上視圖；圖4為光柵結構自第二面之上視圖；圖5為光學膜片與光柵結構之放大剖視圖；圖6為本發明影像感測裝置之另一實施例剖視圖；圖7為透光膜體於藍光波段及紫外光波段之穿透率示意圖；圖8為光柵結構設置於第一面及第二面之實施例剖視圖；圖9為光學膜片與光柵結構對應圖8之實施例放大剖視圖；圖10A及圖10B為光柵結構自第二面及第一面之上視圖；以及圖11為光柵結構設置保護層之實施例剖視圖。

本發明係提供一種影像感測裝置，具有整體厚度減少的設計，其係利用光學膜片中的光柵結構來減少背光模組入射光線至基板後產生的雜散光，以改善影像感測裝置的光學表現。本發明之影像感測裝置較佳可用於具有觸控的液晶顯示器，或可用於指紋辨識裝置。

圖1為本發明影像感測裝置10之一實施例剖視圖。如圖1所示，影像感測裝置10包含基板100、光感應電路110以及背光模組200。基板100具有相對之第一表面102和第二表面104。光感應電路110係設置於第一表面102(參考圖3)。背光模組200係設置於鄰近第二表面104，且背光模組200包含光學膜片210、光學膜組件220以及光源230。光學膜片210係設置於鄰近第二表面104。光學膜組件220與光源230係設置於光學膜片210遠離基板100之一側。

如圖1所示，光源230包含導光板232及發光模組234以形 成側入光式之背光結構。導光板232設置於光學膜片210遠離基板100之一測。光學膜組件220設置於導光板232與光學膜片210之間。光學膜組件220可由多層不同光學片材所組成，例如增亮膜及擴散膜，藉此可引導發光模組234發出的光線並使光線均勻分布。發光模組234係設置於導光板232之一端，並沿導光板232之側緣211分佈。發光模組234產生光線進入導光板232，並經導光板232導引抵達光學膜片210。圖1的實施例中係繪示發光模組234分布沿導光板232的一側，但不以此為限。發光模組234可視需求沿導光板232的不同側設置，形成多側設有發光模組的影像感測裝置。於本實施例之變形例中，光源230可以是直下式的背光結構，亦即光源230僅包含發光膜組234，而無須配置導光板，發光模組234直接均勻配置於光學膜組件220下方，以提供均勻的光線。

如圖1所示，光學膜片210具有透光膜體212以及光柵結構218。透光膜體212具有相對之第一面214及第二面216。在圖1所示的實施例，光柵結構218係設置於第二面216(朝向光源之一面)上，包含複數第一格線與複數第二格線並分別沿第一方向X(例如水平方向)及第二方向Y(例如進出紙面方向)排列。第一方向X及第二方向Y均平行第一面214延伸且彼此相交。如圖1所示，透光膜體212的第一面214未設有其他微結構而與基板100之第二表面104緊密貼合，以增加基板100的結構強度；然而在不同實施例中，光柵結構218亦可設置於第一面214上。

光學膜片較佳係採用對於紅光波段之光穿透率大於對於藍光波段之光穿透率的透光膜體。如圖2繪示之穿透率示意圖，光學膜片在波長大於600nm之區域的穿透率相較於波長小於450nm之區域的穿透率來得高。例如，採用聚醯亞胺(Polyimide,PI)製成的透光膜體在長波長波段具有良好的穿透率。由於可見光中長波長波段對於指紋紋路的波峯波谷有較 佳的識別效果，因此藉此設計，可使光源發出之可見光線中長波長波段的穿透率大於短波長波段的穿透率，以提高影像的清晰度。在其它實施例，較佳可採用在波長大於600nm之區域的穿透率大於60%，在波長小於450nm之區域的穿透率小於40%的透光材質作為透光膜體。此外，採用長波長波段具有良好穿透率的光學膜片可搭配白光發光二極體，亦可避免因使用特殊發光二極體而造成的發光效率的問題，也可節省光源的使用成本。

相較於透光膜體，光柵結構之光穿透率係小於透光膜體之光穿透率。例如，以金屬材質(如銅)形成光柵結構。在其它實施例中，亦可以絕緣遮光材質(例如油墨)形成光柵結構。採用絕緣遮光材質形成的光柵結構係利用吸收光的方式，使部分光線(方向偏斜的光線)被吸收，部分光線通過光柵結構後保持準直。採用金屬或其他具高反射性材質形成的光柵結構則是將方向偏斜的光線反射，使光線經重覆反射後可保持準直出射，且相較吸光方式可進一步提高整體亮度。藉此光柵結構之設計，可使光線經光柵結構後減少雜散光線並保持準直。

圖3為基板100之實施例上視圖。如圖3所示，光感應電路110係設置於基板100的第一表面102。舉例而言，光感應電路110為光學式影像感測電路。光感應電路110包含薄膜電晶體、光感測器等，當手指觸碰基板100時，觸碰位置反射之光線由光感應電路110接收以進行位置確認及指紋辨識。

圖4為光柵結構218自第二面216之上視圖。如圖4所示，光柵結構218係形成網格。網格由複數條第一格線218a及複數條第二格線218b交錯形成。第一格線218a係沿前述第一方向X排列，如圖4所示，複數條第一格線218a係彼此平行且間隔排列。類似地，第二格線218b係沿前述第二方向Y排列，複數條第二格線218b係彼此平行且間隔排列。

如前所述，光線經光柵結構後可使光線保持準直。具體而言，相鄰兩條第一格線218a之間距B與第一格線218a之寬度C比較佳介於1：1至1：5之間(即B：C=1：1至1：5)。在較佳實施例中，將第一格線218a之寬度C加大並將相鄰第一格線218a之間距B縮小可減少偏斜光線穿過的機會，提供良好的光線準直效果。相鄰兩第一方向格線218a之間距B較佳介於10μm至50μm之間。類似地，相鄰兩條第二格線218b之間距B與第二格線218b之寬度C比較佳介於1：1至1：5之間，且相鄰兩第二格線218b之間距B較佳介於10μm至50μm之間。藉此，使光線經網格狀的光柵結構可保持準直。此外，採用本發明的光學膜片，可省去習知影像感測裝置中光學膜組件220的部分光學膜，以減少整體厚度。需補充的是，網格可由金屬材質或絕緣遮光材質形成，其影響光線的效果已如上說明，在此不另贅述。

就光柵結構高度而言，其亦可提供光線準直的效果。圖5為光學膜片210之放大剖視圖。如圖5所示，光柵結構218在第一方向X上之截面(例如沿圖4之剖切位置AA’)上具有彼此相間隔的複數個突出的第二格線218b，相鄰兩第二格線218b間具有間距B。如前所述，間距B與第二格線218b寬度C之比較佳介於1：1至1：5之間。就間距B與第二格線218b高度A而言，間距B與第二格線218b高度A之比較佳介於1：2至1：10之間(即B：A=1：2至1：10)。換言之，相鄰兩第二格線218b之間距B與第二格線218b之高度A比介於1：2至1：10之間。藉此，使光線經網格狀的光柵結構可保持準直。

需注意的是，上述網格狀的形式並不限於如圖4所示的正方形。網格形狀可視需求改變。換言之，不同方向格線於交會處之形狀可以改變。例如配合光柵結構的製作方式，將網格形狀調整為圓孔狀或是六角 形。

圖6為本發明影像感測裝置10之另一實施例剖視圖。在圖6所示的實施例，影像感測裝置10之光學膜片210係採用經染色透光膜體212a。例如，採用聚醯亞胺作為透光膜體，並進一步將聚醯亞胺染色。染色可為黃色或是紅色，藉此使長波長波段之光線通過，並濾除短波長波段之光線，以增加長波長波段之光線的穿透率。在其它實施例中，透光膜體212a可採用如聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)進行染色。

需補充的是，若考量紫外光波段對光學膜片210及光學膜組件220可能造成的變質影響，則較佳採用藍光波段之光穿透率大於對於紫外光波段之光穿透率的透光膜體212。如圖7繪示之穿透率示意圖，光學膜片在波長450nm附近之區域的穿透率相較於波長小於400nm之區域的穿透率來得高。例如，採用聚醯亞胺作為透光膜體212，其具有紫外光低穿透率的特性，可減少光學膜片及光學膜組件受紫外光影響，提高使用壽命。在其它實施例，可選擇在光學膜片210加上紫外線吸收膜，以減少光學膜片210及光學膜組件220受紫外光影響。

圖8為光柵結構218設置於第一面214及第二面216之實施例剖視圖。與前述實施例的差異在於，光學膜片210a具有雙層的光柵結構218。如圖8所示，網格狀的光柵結構218係分別分佈於第一面214及第二面216上。此外，分佈於第一面214及第二面216上之網格於透光膜體212a上之投影範圍彼此實質上對齊。換言之，第一面214及第二面216上之光柵結構218的位置對應重疊，當正視於第一面214的光柵結構218時，另一面上的光柵結構218完全被遮擋。

相較於單面形成網格狀的光柵結構，圖8所採用的雙層網格 光柵結構可減少製作時等待光柵結構高度累積的時間(約節省一半時間)，以提高生產速率。另由於一面上的光柵結構高度可以降低，因此可減少製造上的困難度，增加產品良率。此外，光學膜片採用金屬材質的光柵結構，可增加基板剛性，以達到整體結構強度及使用安全性提高的效果。

圖9為對應圖8實施例之光學膜片210放大剖視圖。如圖9所示，間距B與第二格線218b寬度C之比介於1：1至1：5之間。就第二格線218b高度A與兩相鄰第二格線218b之間距B而言，間距B與第二格線218b高度A之比較佳介於1：2至1：10之間。須說明的是，對於雙層光柵結構的設計，高度係指上下兩層光柵結構的總合，即A=A1+A2。藉此，使光線經網格狀的光柵結構可保持準直。

圖10A及圖10B為光柵結構218分別自第二面216及第一面214之上視圖。如圖10A及圖10B所示，與前述實施例的差異在於，在透光膜體212相反兩面上的光柵結構218係沿單一方向分布，其中一層的光柵結構沿第一方向(或第二方向)延伸，另一層的光柵結構沿第二方向(或第一方向)延伸。如圖10A所示，第二格線218b係設置於第二面216上。第二格線218b係沿第二方向Y排列，複數條第二方向格線218b係彼此平行且間隔排列。第一格線218a係設置於第一面214上。類似地，第一格線218a係沿第一方向X排列，複數條第一格線218a係彼此平行且間隔排列。自上視圖觀之，如圖10A所示，第一格線218a於第二面216的投影係與第二格線218b相交，藉此使得位於不同面上的單向光柵結構218a/218b共同形成網格狀結構。相較於兩面都形成網格狀的光柵結構218，圖10A及圖10B所採用的雙層單向排列結構可進一步減少製作時間，提高生產速率。

圖11為光柵結構218設置保護層250之實施例剖視圖。在圖11的實施例，影像感測裝置10另包含黏著層240與保護層250。如圖 11所示，黏著層240係設置於光學膜片210和基板100之間。藉黏著層240可避免基板100破損時的碎片四散，進一步提高使用的安全性。保護層250係覆蓋於光柵結構218上。藉保護層250之設置，可避免光柵結構218刮傷受損的情形。

綜上所述，本發明之影像感測裝置利用可見光長/短波長波段不同穿透率的光學膜片提高影像清晰度。光學膜片中的光柵結構可使出射光準直，避免雜散光線降低影像品質。此外，調整光柵結構的間距/寬度比、間距/高度比可進一步提高影像清晰度。另外，採用本發明具光柵結構的光學膜片可省去過多的光學膜，使整體裝置的厚度減少。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

10‧‧‧影像感測裝置

100‧‧‧基板

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

110‧‧‧光感應電路

200‧‧‧背光模組

210‧‧‧光學膜片

211‧‧‧側緣

212‧‧‧透光膜體

214‧‧‧第一面

216‧‧‧第二面

218‧‧‧光柵結構

220‧‧‧光學膜組件

230‧‧‧光源

232‧‧‧導光板

234‧‧‧發光模組

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

Claims (19)

1. 一種影像感測裝置，包含：一基板，具有相對之一第一表面和一第二表面；一光感應電路，設置於該第一表面；一光學膜片，設置於該基板之該第二表面，其中該光學膜片具有：一透光膜體，具有相對之一第一面及一第二面，其中該透光膜體對於紅光波段之光穿透率大於對於藍光波段之光穿透率；以及一光柵結構，設置於該第一面及該第二面之至少其一上，其中該光柵結構之光穿透率小於該透光膜體之光穿透率；以及一光源，設置於該光學膜片背向該基板之一面。
2. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該光柵結構係一網格，該網格包含彼此平行且間隔排列之複數條第一格線及彼此平行且間隔排列之複數條第二格線，該複數條第一格線以及該複數條第二格線係分別沿一第一方向以及一第二方向延伸且彼此相交而成為該網格。
3. 如請求項2所述之影像感測裝置，其中任兩相鄰該第一格線之間距與該第一格線之高度比介於1：2至1：10之間。
4. 如請求項2所述之影像感測裝置，其中任兩相鄰該第一格線之間距與該第一格線之寬度比介於1：1至1：5之間。
5. 如請求項3或請求項4所述之影像感測裝置，其中任兩相鄰該第一格線之該間距介於10μm至50μm之間。
6. 如請求項2所述之影像感測裝置，其中該光柵結構係設置於該第一面及該第二面上，且分佈於該第一面上之該網格及該第二面上之該網格於該透光膜體上之投影範圍彼此實質上對齊。
7. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該光柵結構係一網格，該網格包 含彼此平行且間隔排列之複數條第一格線及彼此平行且間隔排列之複數條第二格線，該些第一格線係設置於該第一面上沿一第一方向延伸，該些第二格線則設置於該第二面上沿一第二方向延伸，該些第一格線於該第二面的投影係與該些第二格線相交並共同形成該網格。
8. 如請求項2所述之影像感測裝置，其中該網格係由金屬材質形成。
9. 如請求項2所述之影像感測裝置，其中該網格係由絕緣遮光材質形成。
10. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該透光膜體係經染色之黃色或紅色透光膜體。
11. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該透光膜體對於藍光波段之光穿透率大於對於紫外光波段之光穿透率。
12. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該透光膜體係由聚醯亞胺(Polyimide,PI)或聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)製成。
13. 如請求項1所述之影像感測裝置，進一步包含一黏著層，設置於該光學膜片和該基板之間。
14. 如請求項1所述之影像感測裝置，進一步包含一保護層，覆蓋於該光柵結構上。
15. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該光源包含：一導光板，設置於該光學膜片背向該基板之一面；以及一發光模組，設置於該導光板之一端，其中該發光模組係用以產生光線進入該導光板，並經該導光板導引抵達該光學膜片。
16. 一種光學膜片，供用於一背光模組，包含：一透光膜體，具有相對之一第一面及一第二面，其中該透光膜體對於紅光波段之光穿透率大於對於藍光波段之光穿透率；以及 一光柵結構，設置於該第一面及該第二面至少其一上；其中，該光柵結構之光穿透率小於該透光膜體之光穿透率，該光柵結構係一網格，該網格包含彼此平行且間隔排列之複數條第一格線及彼此平行且間隔排列之複數條第二格線，該複數條第一格線以及該複數條第二格線係分別沿一第一方向以及一第二方向延伸且彼此相交而成為該網格。
17. 如請求項16所述之光學膜片，其中任兩相鄰該第一格線之間距與該第一格線之寬度比介於1：1至1：5之間。
18. 如請求項16所述之光學膜片，其中該光柵結構係設置於該第一面及該第二面上，且分佈於該第一面上之該網格及該第二面上之該網格於該透光膜體上之投影範圍彼此實質上對齊。
19. 如請求項16所述之光學膜片，其中該透光膜體對於藍光波段之光穿透率大於對於紫外光波段之光穿透率。