Filtre infrarouge

La présente demande est basée sur la demande de brevet français n° 22/01861, déposée le 3 mars 2022, dont elle revendique la priorité et dont le contenu est incorporé par référence dans les limites prévues par la loi.

Domaine technique

[0001] La présente description concerne de façon générale les dispositifs d'acquisition d'images ou capteurs d'images, et vise plus particulièrement, les dispositifs d'acquisition d'images à base de photodétecteurs organiques.

Technique antérieure

[0002] Des filtres infrarouges, réjecteurs ou coupe bande des longueurs d'onde infrarouges, c'est-à-dire bloquant les transmissions à travers le filtre par réflexion ou absorption, sont généralement utilisés pour des capteurs d'empreintes digitales .

Résumé de l'invention

[0003] Il existe un besoin d'amélioration des dispositifs de filtrage infrarouge pour des dispositif d'acquisition d ' images .

[0004] Un mode de réalisation prévoit un filtre dont un empilement comprend : un filtre interf érentiel ; et au moins un filtre organique.

[0005] Selon un mode de réalisation, le filtre organique opère par absorption.

[0006] Selon un mode de réalisation, le filtre interf érentiel opère par réflexion. [0007] Selon un mode de réalisation, le filtre interf érentiel présente une densité optique moyenne de l'ordre de 2 dans une plage de longueurs d'ondes allant de 600 nm à 900 nm.

[0008] Selon un mode de réalisation, le filtre organique présente une densité optique moyenne de l'ordre de 1 dans une plage de longueurs d'ondes allant de 600 nm à 900 nm.

[0009] Selon un mode de réalisation, au moins un filtre organique est au-dessus du filtre interf érentiel .

[0010] Selon un mode de réalisation, le filtre comporte en outre une couche absorbant le rouge au-dessus du filtre interf érentiel .

[0011] Un mode de réalisation prévoit un capteur d'empreintes digitales comportant un filtre tel que décrit.

[0012] Selon un mode de réalisation, un filtre angulaire est intercalé entre le filtre interf érentiel et un filtre organique .

[0013] Selon un mode de réalisation, le capteur comporte :

- un ensemble de photodétecteurs ;

- un filtre angulaire ;

- un filtre tel que décrit ; et

- un écran d'affichage et/ou dispositif d'éclairement.

Brève description des dessins

[0014] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation et de mise en oeuvre particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

[0015] la figure IA représente, de façon partielle et schématique, un empilement de couches constituant un filtre interf érentiel ; [0016] la figure IB illustre un exemple de réponse en densité optique du filtre de la figure IA ;

[0017] la figure 2A représente, de façon partielle et schématique, un mode de réalisation d'un filtre organique ;

[0018] la figure 2B illustre un exemple de réponse du filtre de la figure 2A ;

[0019] la figure 3A, la figure 3B, la figure 3C, sont des vues schématiques illustrent des modes de réalisation de filtre d'images réalisés à partir de filtres des figures IA et 2A ;

[0020] la figure 4 représente, de façon partielle et schématique, un autre more de réalisation d'un filtre d ' images ;

[0021] la figure 5 représente, de façon partielle et schématique, un exemple de capteur d'image intégrant un filtre tel que décrit.

Description des modes de réalisation

[0022] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation et de mise en œuvre peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques .

[0023] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation et de mise en œuvre décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des circuits électroniques de contrôle et de lecture des photodétecteurs des dispositifs décrits n'a pas été détaillée. En outre, les diverses applications que peuvent avoir les dispositifs décrits n'ont pas été détaillées. [0024] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

[0025] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.

[0026] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près ou à 10° près, de préférence à 5 % près ou à 5° près.

[0027] Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400 nm et 700 nm et on appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1 mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 1,7 m.

[0028] Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %, de préférence, supérieure à 50 %. [0029] Dans certaines applications de capteurs d'empreintes digitales, les capteurs utilisés sont sensibles à la lumière du jour. Ce problème est en particulier présent lors d'un fonctionnement en environnement extérieur, les rayonnements solaires (dans le domaine infrarouge) perturbant la détection par les photodétecteurs du capteur d'empreintes digitales.

[0030] Plus particulièrement, on cherche à obtenir une densité optique ou absorbance de plusieurs unités, de préférence de l'ordre de 3, voire davantage, dans le proche infrarouge et plus particulièrement dans l'infrarouge très proche (longueurs d'ondes comprise entre 600 et 900 nm) .

[0031] La densité optique représente l'opposé du logarithme décimal de la transmittance (OD = -Log ( transmittance ) ) , la transmittance représentant le pourcentage de rayon d'une longueur d'onde X donnée traversant l'échantillon (le filtre)

[0032] Les capteurs d'empreintes digitales sont généralement équipés de filtres réjecteur d'infrarouge entre une surface (par exemple un afficheur transparent, une surface ou dispositif d'illumination, etc.) d'apposition d'un ou de doigts d'un utilisateur et un réseau de photodétecteurs.

[0033] La figure IA représente, de façon partielle et schématique, un empilement de couches constituant un filtre interf érentiel 11.

[0034] La réalisation d'un tel filtre 11 est en elle-même usuelle .

[0035] La figure IB illustre un exemple de réponse en densité optique OD du filtre de la figure IA.

[0036] Un filtre 11 du type de celui illustré en figure IA est constitué d'un empilement de couches successives formant un filtre interf érentiel bloquant (réfléchissant) les rayonnements infrarouges IR et laissant passer le rayonnement dans le domaine du visible V. [0037] Comme l'illustre la figure IB, un filtre interf érentiel multicouche 11 est relativement performant (densité optique de l'ordre de 2) pour filtrer (bloquer) le rayonnement proche infrarouge IR, notamment le très proche infrarouge. Toutefois, il réfléchit également le rouge R (entre 600 et 700 nm) et ne laisser passer essentiellement que les composantes bleue B et verte G du visible V.

[0038] Il n'est généralement pas souhaitable d'accroître le nombre de couches pour augmenter la densité optique d'un filtre interf érentiel car cela engendre des contraintes (stress en anglais) mécaniques sur le filtre interf érentiel pouvant engendrer des fissures (cracks en anglais) .

[0039] Par ailleurs, dans certaines applications, la réflexion du rouge confère au capteur d'empreintes un aspect peu agréable à l'utilisateur. Cette réflexion est en outre particulièrement gênante lorsque le capteur d'empreintes digitales est placé sous l'écran d'un téléphone mobile ou d'un écran d'affichage. En effet, la réflexion du rayonnement rouge nuit à la qualité de l'affichage.

[0040] La figure 2A représente, de façon partielle et schématique, un mode de réalisation d'un filtre organique infrarouge 13.

[0041] La figure 2B illustre un exemple de réponse en densité optique CD du filtre de la figure 2A.

[0042] Un filtre organique 13 est constitué d'un polymère (par exemple une résine organique) incluant des pigments colorés. Un tel filtre a pour propriétés de pouvoir sélectivement absorber certaines longueurs d'onde en fonction notamment de la nature des pigments utilisés.

[0043] Un filtre organique 13 peut donc présenter une densité optique plus importante sur une plage de longueurs d'onde et être choisi pour filtrer sélectivement le très proche infrarouge. Cependant, comme l'illustre la figure 2B, la densité OD présente souvent des pics localisés, ce qui peut poser problème lorsque l'on souhaite une réjection homogène sur la plage de 600 à 900 nm.

[0044] Dans l'exemple de la figure 2B, on suppose que le filtre 13 présente une densité optique moyenne de l'ordre de 1 dans le très proche infrarouge.

[0045] Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit d'adjoindre, à un filtre infrarouge interf érentiel 11 du type de celui illustré aux figures IA et IB, au moins un filtre organique 13 du type de celui illustré aux figures 2A et 2B.

[0046] La figure 3A, la figure 3B, la figure 3C, sont des vues schématiques illustrent des modes de réalisation de filtres 1 réalisés à partir de filtres 11 et 13 des figures IA et 2A.

[0047] L'adjonction d'un filtre organique 13 à un filtre interf érentiel 11 permet d' accroître la densité optique du filtre 1 et, en particulier d'atteindre des densités optiques supérieures à 3. En effet, les densités optiques respectives d'un filtre interf érentiel et d'un ou plusieurs filtres organiques superposés s'additionnent.

[0048] La combinaison de filtres 11 et 13 du type de ceux illustrés par les figures IA, IB, 2A et 2B permet donc de s'affranchir de la perturbation du rayonnement solaire (des longueurs d'ondes dans le très proche infrarouge) qui influent autrement sur le fonctionnement du capteur d'empreintes. En effet, on peut, en empilant ou superposant ces structures additionner leurs densités optiques respectives.

[0049] La figure 3A représente un exemple de filtre 1 dans lequel un filtre organique 13 est situé dessous (par rapport à un écran non représenté mais supposé au-dessus de l'ensemble) un filtre interf érentiel 11. [0050] La figure 3B représente un exemple dans lequel un filtre organique 13 est situé au-dessus d'un filtre interf érentiel 11.

[0051] La figure 3C représente un exemple dans lequel deux filtres organiques 13 prennent en sandwich un filtre interf érentiel 11.

[0052] En fonction de la sélectivité et de la réponse du filtre organique 13, celui-ci peut également bloquer (absorber) les composantes rouges. Dans ce cas, on tire profit du caractère non-réfléchissant du filtre organique 13 lorsque le filtre organique 13 se trouve au-dessus du filtre interf érentiel 11 (cas des figures 3B et 3C) . Il participe alors, en absorbant le rouge réfléchit par le filtre interf érentiel 11, à réduire l'impact visuel pour

1 ' utilisateur .

[0053] La figure 4 représente, de façon partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un filtre 1 pour capteur d'empreintes digitales.

[0054] Dans le mode de réalisation de la figure 4, on prévoit de recouvrir un empilement du type décrit en figure 3A, d'une couche 15 absorbant les longueurs d'ondes dans le rouge. L'adjonction d'une telle couche 15 absorbant le rouge en face supérieure du filtre 1 permet d'éliminer la réflexion provoquée par le filtre interf érentiel 11.

[0055] La couche 15 est par exemple une couche non-adhésive . Par exemple, il s'agit d'une résine intégrant des pigments colorés (rouges) . Dans ce cas, le filtre organique 13 apporte le complément de densité optique (de l'ordre de 1 ) au filtre interf érentiel 11 de façon à atteindre une densité optique de l'ordre de 3. Toutefois, comme la composante rouge est réfléchie par le filtre 11 et non captée par le filtre 13 qui est situé dessous, on rajoute une couche 15 avec des pigments rouges pour le confort visuel de l'utilisateur (le rendu de l'afficheur n'est plus modifié) .

[0056] Dans certaines applications, le processus d'intégration du filtre requiert de prévoir une couche adhésive sous le filtre interf érentiel 11 pour coller le filtre à un capteur d'images ou à un autre filtre optique. Le cas échéant, on prévoit en outre une couche de finition (tampon) non-adhésive, par exemple pour disposer d'une lame d'air entre le filtre 1 et un écran d'affichage.

[0057] La figure 5 représente, de façon partielle et schématique, un exemple de capteur d'images intégrant un filtre 1 tel que décrit.

[0058] La structure de filtrage 1 décrite en relation avec les figures précédentes est, de préférence, associée à un capteur d'images constitués d'un réseau de photodétecteurs.

[0059] Par exemple, un empilement du type de ceux décrits en relation avec les figures 3A, 3B, 3C et 4 peut être intercalé entre un filtre angulaire 3 surmontant un réseau de photodétecteurs 2 et un écran d'affichage 4 ou un dispositif d ' éclairement .

[0060] Selon une variante de réalisation, le filtre angulaire 2 est intercalé entre le filtre interf érentiel 11 et le filtre organique 13. Il se trouve alors intégré dans le filtre 1.

[0061] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les longueurs d'onde de coupure des filtres interf érentiels pris pour exemple sont de l'ordre de 600 à 900 nm en considérant que les photodétecteurs du capteur d'empreintes digitales ne sont pas sensibles au-delà (et ne sont donc pas perturbés par les longueurs d'onde supérieures) . Ces longueurs d'onde pourront néanmoins être adaptées si les photodétecteurs sont sensibles à des longueurs d'ondes infrarouge supérieures.

[0062] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.