集成窄视场准直器、基于TFT的有机成像模块

Patently Apple 最近又发现了一系列新的苹果专利申请，这些新的专利申请已提交了欧洲专利局，不过目前还没有在美国看到。这里介绍的专利申请是这一系列提交世界知识产权组织（WIPO）专利中的第二项。这项专利的内容涉及一种新型的屏下光学指纹传感器技术。具体来说，该发明涉及一种具有窄视场（NFV，Narrow Field-View）准直器和薄膜晶体管（TFT）基有机成像模块的屏下光学指纹传感器。

之前苹果也在该技术上作了很多专利布局，这些专利申请从侧面也反映了苹果公司各工程团队在现有各种 iDevice 基础上进一步开发屏下指纹传感器技术的工作和努力。

在该专利申请中，苹果指出，随着使用时间的推移，屏幕上小匹配区域（Small Area Matching）内的玻璃——空气界面并不稳定，这会影响到光学指纹传感器技术的普遍应用。另一方面，设计使用基于互补金属氧化物半导体（CMOS）的大面积传感器方案，成本效益也不高。最后还有一个问题是，将不同角度反射的光线和相应入射光线对应起来非常困难。为此，设计上需要使用图案化照明方案，这样会延迟指纹的拍照时间。

苹果在该专利申请中着重针对上述问题，提出了一种具有窄视场准直器和有机成像模块的光学指纹传感方案。

该方案具体包括触摸显示层，准直器层和像素化图像传感器层。其中，触摸显示层可以是有机发光二极管（OLED）显示器，其上方具有透明的覆盖层（例如盖板玻璃），这种情况下，显示器发出的光可以穿过透明的覆盖层并在空气和覆盖层的界面上发生反射，最后从表面反射的光进一步投向底下的准直器和有机成像模块层。

这里，准直器层可以准直反射光，而有机成像模块作为像素化的图像传感器可以感知上述被准直的反射光并形成图像。

在一个或多个实施方式中，上述准直器可以对反射光进行准直，这种准直过程可以让手指表面接触透明覆盖层的区域与其在像素化图像传感器上形成的图像一一对应，也就是说前述的那种入射光线和反射光线不能对应的问题通过这种方式很好地解决了。换句话说，被准直器层准直并抵达像素化图像传感器的反射光线，其反射的指纹面积和成像面积基本相同。

上述像素化图像传感器可以是基于薄膜晶体管（TFT）的有机成像模块。在一些实施例中，该准直器层是一张光纤板，它由不透明分隔器材料和一组光纤膜贴附在一起制成。

在一些实施方案中，微孔板的顶部可以设计微透镜层以分离不同角度的反射光线。触摸显示层和下面各层的总特征信噪比（FSNR）值大于约 12dB。

应用中，接触透明覆盖层表面的是用户手指表面的“脊”和“谷”纹，上述准直器层设计的目的是分离这些“谷”纹壁上微弱反射的照明光线。

下图摘自苹果的该项专利申请，其中，附图 1A~1B 是屏下光学指纹传感器和相应信号水平的一个示例。图 3 是上述窄视场滤波器（NFVF）信噪特性的示意图。最后，图 7 是一种实施本技术方案的一种通信设备（比如 iPhone 产品）示意框图。

下图同样摘自苹果的上述专利申请，其中，图 4A~4B 是光纤板和微孔阵列的截面示意图。图 5A 和图 5C 则是微透镜阵列结构的截面示意图，最后，图 6 是一种用来搭建屏下光学指纹传感器的流程示意图。

苹果的这项专利申请于 2019 年 7 月在欧洲提交，并于 2020 年 4 月 2 日公布。考虑到这只是一项专利申请，因此目前尚不知道该产品上市的时间。