CN107799541B - 集成化感测模块及其制造方法以及集成化感测组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成化感测模块，包括：一图像感测芯片，包括多个图像感测单元，排列成二维阵列；一微孔层，位于图像感测芯片上，并具有一个或多个微孔，微孔对应于图像感测单元，其中图像感测单元通过微孔感测一物体的光学图像；以及一透光盖板或一透光盖板组合，位于微孔层上方。一种集成化感测组件及集成化感测模块的制造方法亦一并提供。其达到尺寸微小化，制造标准化，品质易控管，以利降低成本。利用单一微孔或多个微孔进行光学图像感测的效果，更可轻易地与显示器整合，达到显示触控及生物细微特征感测的功效。

Description

集成化感测模块及其制造方法以及集成化感测组件
技术领域
本发明涉及一种集成化感测模块及其制造方法以及集成化感测组件，且特别涉及利用针孔成像原理来达成生物特征感测的集成化感测模块及其制造方法。
背景技术
传统的光学生物特征传感器，例如光学指纹传感器，是利用光学图像传感器，例如CMOS图像传感器(CIS)或电荷耦合元件(CCD)图像传感器来感测生物特征，其中可以利用一个透镜或多个透镜组成的阵列来执行直接的光学感测。
图1显示一种常见的光学式指纹传感器500，请参见图1，其主要是通过光在指纹FP接触的光学平面(其通常为菱镜510的一平面512)与指纹FP间形成的全反射原理，以在一图像传感器530上建构出指纹的图像，这种感测原理，最大的缺点是对于干燥的手指无法显示出好的连续性纹路图像，致使在特征点萃取时会有误读的问题。同时，也需要提供一准直性的光源520来当作全反射原理的光源，这也增加了成本以及设计时的复杂度。而且这样的感测模块都是以组装方式将不同组件组合而成，其制造时耗时耗力，且品质控管不易，因此不易大量量产，成本也高。
上述传统的光学式指纹传感器的另一个缺点是尺寸很大，应用场合适合大型的产品，譬如门禁管制系统。当指纹传感器要应用在手机等薄型化产品时，其厚度限制是必须小于1mm，因此，目前的主流产品还是电容式指纹传感器，其需要装设在按钮的下方，或者手机的正面或背面需要开洞，不仅破坏外观，且会藏污纳垢。而且，电容式指纹传感器也有其他缺点，譬如若要将其放在玻璃面板的下方，则感测单元与指纹的电容值远小于1fF，使得感测灵敏度不佳，随着手机的演进，无边框(edge less)屏幕更是未来的趋势，因此电容式指纹传感器更无法将其设置于屏幕正下方(under display)。
发明内容
因此，本发明的一个目的是为了解决上述技术问题，而提供一种集成化感测模块及其制造方法以及集成化感测组件，其利用微孔成像的原理，配合半导体晶片(wafer)制造的方式，将光学模块与光学感测芯片以晶片堆迭的方式，完成其结构，达到尺寸微小化，制造标准化，品质易控管，以利降低成本。
本发明的另一目的是提供一种集成化感测模块及其制造方法，可以利用单一微孔进行光学图像感测的效果，更可轻易地与显示器整合，达到显示触控及生物细微特征感测的功效。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种集成化感测模块，包括：
一图像感测芯片，包括多个图像感测单元，排列成二维阵列；
一微孔层，位于所述图像感测芯片上，并具有一个或多个微孔，所述一个或多个微孔对应于所述的多个图像感测单元，其中所述的多个图像感测单元通过所述一个或多个微孔感测一物体的光学图像；以及
一透光盖板或一透光盖板组合，位于所述微孔层上方。
所述图像感测芯片包括：
一基板；
所述的多个图像感测单元，形成于所述基板上；
一层间金属介电层组及一金属连接层，位于所述基板及所述的多个图像感测单元上；
一上金属层，位于所述层间金属介电层组上；以及
一保护层，位于所述层间金属介电层组及所述上金属层上，其中所述上金属层遮蔽所述一个或多个微孔到所述的多个图像感测单元的部分光线。
所述微孔层包括一图案化的光学基板。
所述微孔层还包括一光通滤波器，其中所述光通滤波器设置于所述图案化的光学基板中或上方，或所述图像感测芯片与所述图案化的光学基板之间。
所述的多个微孔是以多对一的方式对应于所述的多个图像感测单元。
所述的多个微孔是以一对一的方式对应于所述的多个图像感测单元。
对应于所述的多个微孔的一图案化的光学基板的一第一部分具有聚光或散光的效果，而对应于所述的多个微孔的所述图案化的光学基板的一第二部分不具有聚光或散光的效果，以让所述集成化感测模块感测不同的深度图像。
所述的多个微孔具有多组孔径且交错排列，配合不同波长的光源，以让所述集成化感测模块感测不同的深度图像。
所述的多个微孔对应于多个重迭的感测范围。
所述微孔是以一对多的方式对应于所述的多个图像感测单元，通过所述一个微孔的成像原理，即可由所述的多个图像感测单元得到所述光学图像。
所述的多个图像感测单元通过所述微孔感测位于所述透光盖板组合之上或上方的所述物体的所述光学图像。
所述透光盖板组合是为一个有机发光二极管(OLED)显示器或微型发光二极管(Micro LED)显示器的一部分。
所述图像感测芯片还包括多个额外图像感测单元，位于所述的多个图像感测单元的一侧或多侧。
所述图像感测芯片包括：一基板，其中形成有所述的多个图像感测单元；一层间金属介电层组，形成于所述基板上；以及一第一保护层，形成于所述层间金属介电层组上。
所述微孔层包括：一图案化的光学基板，接合至所述第一保护层上。
所述层间金属介电层组、所述第一保护层及所述图案化的光学基板的周围涂有一遮蔽胶，以形成一暗室。
所述透光盖板组合包括：一透光盖板；以及一黏着层，将所述透光盖板黏着至所述微孔层，其中所述透光盖板的一上表面与所述物体接触或接近。
所述透光盖板组合与所述微孔层构成一个有机发光二极管(OLED)显示器或微型发光二极管(Micro LED)显示器的一部分。
所述透光盖板组合包括：一黏着层；一下玻璃板，被所述黏着层黏着至所述微孔层的一保护层；一薄膜晶体管(TFT)层组，位于所述下玻璃板上；一阴极层，位于所述TFT层组上，并具有一光圈；一有机活性层或微发光二极管(Micro LED)层，位于所述阴极层上；一氧化铟锡(ITO)阳极层，位于所述有机活性层或Micro LED层上；一上玻璃板，位于所述ITO阳极层上；一偏光板层，位于所述上玻璃板上；一黏胶层，位于所述偏光板层上；以及一透光盖板，位于所述黏胶层上，所述黏胶层将所述偏光板层黏着至所述透光盖板。
所述微孔层包括：一黏着层；一下玻璃板，所述黏着层将所述下玻璃板黏着至所述图像感测芯片的一保护层；一薄膜晶体管(TFT)层组，位于所述下玻璃板上；以及一阴极层，具有所述微孔，其中所述透光盖板组合包括：一有机活性层或微发光二极管(Micro LED)层，形成于所述阴极层上；一氧化铟锡(ITO)阳极层，形成于所述有机活性层或Micro LED层上；一上玻璃板，形成于所述ITO阳极层上；一偏光板层，位于所述上玻璃板上；一黏胶层，位于所述偏光板层上；以及一透光盖板，位于所述黏胶层上，其中所述黏胶层将所述透光盖板黏着至所述偏光板层。
所述微孔形成于所述阴极层的相邻的两个电极板之中与之间或形成于所述阴极层的单一个电极板中。
一种集成化感测组件，包括：
一电路板；
一光源，设置于所述电路板上；
上述所述集成化感测模块，其中所述集成化感测模块是设置于所述电路板上并电连接至所述电路板，且所述光源位于所述透光盖板或所述透光盖板组合的一侧或多侧，所述光源的光线从所述透光盖板或所述透光盖板组合的侧面投射到所述物体。
一种集成化感测模块的制造方法，包括：
提供一个图像感测芯片，包括多个图像感测单元，排列成二维阵列；
形成一图案化的光学基板于所述图像感测芯片上，其中所述图案化的光学基板为一微孔层的一部分，所述微孔层位于所述图像感测芯片上，并具有一个或多个微孔，所述一个或多个微孔对应于所述的多个图像感测单元，其中所述的多个图像感测单元通过所述一个或多个微孔感测一物体的光学图像；以及
于所述微孔层上方形成一透光盖板或一透光盖板组合，其中所述的多个图像感测单元通过所述一个或多个微孔感测位于所述透光盖板或所述透光盖板组合之上或上方的所述物体的所述光学图像。
所述图案化的光学基板的所述一个或多个微孔是通过以下步骤形成：
(a)刻蚀穿过光学基板；
(b)刻蚀不穿过光学基板；或
(c)利用一图案化的遮光层覆盖在光学基板上。
本发明的有益效果：其达到尺寸微小化，制造标准化，品质易控管，以利降低成本。利用单一微孔或多个微孔进行光学图像感测的效果，更可轻易地与显示器整合，达到显示触控及生物细微特征感测的功效。
附图说明
图1显示一种常见的光学式指纹传感器。
图2显示依据本发明第一实施例的集成化感测模块的示意图。
图2A显示微孔成像的示意图。
图3A至图3F显示依据本发明较佳实施例的集成化感测模块的制造方法的各步骤的示意图。
图4A至图4F显示透光基板的多个例子的示意图。
图5显示图2的集成化感测模块的一个变化例的示意图。
图6显示透光基板的另一变化例的示意图。
图7显示图像感测单元的灰阶值拼凑成图像的一个例子。
图8显示依据本发明第二实施例的集成化感测模块的示意图。
图9显示依据本发明第三实施例的集成化感测模块的示意图。
图10显示依据本发明第四实施例的集成化感测模块的示意图。
图11与图12显示光圈或微孔的形成位置的两个例子。
图13A显示依据本发明较佳实施例的电子装置的一个例子。
图13B显示依据本发明较佳实施例的电子装置的另一个例子。
图14与图15显示依据本发明较佳实施例的集成化感测模块的两种应用。
图16显示遮蔽胶的应用的示意图。
图17显示依据本发明第五实施例的具有多微孔的集成化感测模块的应用。
图18显示依据本发明第五实施例的具有多微孔的集成化感测模块的应用。
d：孔径；F：物体；f：焦距；FP：指纹；OP：光路；X：物尺寸；X’：像尺寸；1：阵列图像感测模块/集成化感测模块；1A：集成化感测模块；1B：集成化感测模块；1C：集成化感测模块；10：图像感测芯片；11：基板；12'、12：图像感测单元；12A至12D：感测范围；13：层间金属介电层组；14：上金属层；15：保护层/第一保护层；30、30'：微孔层；31、31'：微孔；31A至31D：微孔；32：透光基板；32A：不透光基板；33：图案化金属层；35：保护层/第二保护层；36：黏着剂；36A：深凹槽；36B：浅凹槽；36C：凸状曲面；40：透光盖板组合；41：金属层；42：下玻璃板；43：TFT层组；43A：遮蔽层；44：阴极层；44A：光圈；44B：电极板；44C：空隙；45：有机活性层或Micro LED层；46：ITO阳极层；47：上玻璃板；47A：偏光板层；48：黏胶层；49：透光盖板；50：透光盖板；51：上表面；52：下表面；53：黏着剂；60：光通滤波器；61：遮蔽胶；70：软性电路板；71：锡球；72：光源；100：透光基板；120：图像传感器；300、300'：电子装置；310：显示器；320：透光盖板；500：光学式指纹传感器；510：菱镜；512：平面；520：光源；530：图像传感器。
具体实施方式
以下实施例最大精神在于一集成化感测模块的结构，且利用半导体晶片制造的方式，将光学模块与光学感测芯片以晶片堆迭的方式，完成其结构，以克服上述所有已知技术的缺点，达到尺寸微小化，制造标准化，品质易控管，以利降低成本。
图2显示依据本发明第一实施例的阵列图像感测模块或集成化感测模块1的示意图。参见图2，一种阵列图像感测模块1包括：一图像感测芯片10，包括多个图像感测单元12，排列成二维阵列；以及一微孔层30，位于图像感测芯片10上，并具有多个微孔31，排列成二维微孔阵列，多个微孔31对应于多个图像感测单元12(可以是一对一、一对多、多对一的几何排列，以配合应用时的系统设计，但是其并不脱离本发明的基本架构及原理)，其中多个图像感测单元12通过多个微孔31感测一物体F的光学图像(走光路OP)。光学图像可以为表皮/真皮指纹图像、皮下静脉图像及/或者阵列图像感测模块可量测其他生物特征图像或信息，例如血氧浓度、心跳信息等等。
图像感测芯片10包括一基板11及形成于基板11上的多个图像感测单元12，可以还包括一IMD(层间金属介电)层组13(实际上可能有多个IMD层及金属连接层位于基板及多个图像感测单元上)、一上金属层14(位于IMD层组13上)以及一保护层15(位于IMD层组13及上金属层14上)，上金属层14可以当作遮蔽多个微孔31到多个图像感测单元12的部分光线的遮蔽层，避免光线互相干扰，也可限制光路及/或光量，保护层15譬如是氧化硅/二氧化硅或者其他绝缘层材料，用于覆盖上金属层14。
图2A显示微孔成像的示意图。本发明是利用微孔成像的原理，用来计算微孔的最佳直径的公式如下：
Figure BDA0001397797220000061
其中，f是焦距，λ是是光的波长。红光的波长是700nm，绿光的波长是546nm，蓝光的波长是436nm。计算的时候，通常取红光与绿光的波长的平均值，即623nm。
多个微孔31到多个图像感测单元12的焦距取决于系统设计而介于100至1000微米(um)之间，特别是150至600um之间。以下显示部分计算结果。
f(um) λ(nm) d(um) 备注
150 940 16.79286 红外光
300 940 23.74868 红外光
150 700 14.49138 红光
300 700 20.4939 红光
150 546 12.79844 绿光
300 546 18.09972 绿光
150 436 11.43678 蓝光
300 436 16.17405 蓝光
所计算出的多个微孔31的孔径d大约可以介于10至25um之间。当然以目前半导体的光刻技术(photo lithography)，这样的尺度是可以被实施的。
如图2所示，阵列图像感测模块1还包括一透光盖板50，位于微孔层30上，其中物体F贴合于透光盖板50的一上表面51上，连同透光盖板50可以称为是集成化感测模块。一黏着剂53(当然不限定单一层材料，亦可称为黏着层)将透光盖板50的一下表面52黏着至一保护层35(保护层35在另一实施例也是可以省略的)。透光盖板50并非是必要元件，因为也可以利用其他结构让图像感测芯片10感测光学图像。在本实施例，透光盖板50可以是手机的屏幕盖板，这代表说阵列图像感测模块是设置于手机屏幕盖板下方，俗称玻璃下(underglass)模块，亦或透光盖板不限定于单一均质材料，其也可以为一多层板组合，例如可以为一OLED显示面板组结构，其具有部分透光的设计，以利光路OP通过即可，这代表说阵列图像感测模块是设置于手机屏幕正下方，俗称屏幕下(under display)模块，特别一个有机发光二极管(OLED)显示器或微型发光二极管(Micro LED)显示器的一部分。
微孔层30可由一透光基板32，以及形成于透光基板32上的一图案化金属层33所形成，图案化金属层33上面可以覆盖有保护层35，保护层35在另一实施例也是可以省略的，另外保护层本身也可以是一种只让特定光波长通过的光通滤波器，例如只容许红外光穿透，亦或者一光通滤波器60可以设置于透光基板32与图案化金属层33中间，如图5所示，抑或者光通滤波器60可以设置于图像感测芯片10与透光基板32之间或图案化的光学基板或上方(图中未示，光通滤波器也可以被归纳不属于微孔层的一部分)。透光基板材料例如玻璃、石英及蓝宝石等等，本发明采用的优点为相较于使用高分子材料的状况而言，透光基板材料的热膨胀系数与感测芯片基板(例如硅等等)差异较小，所产生的热应力相对小，更能有稳定度的品质。
透光盖板50的厚度介于300与1000um之间，特别是500与900um之间，更特别是600与800um之间，又更特别是650与750um之间，又更特别是大约等于700um，但并未将本发明限制于此。
以下说明制造方法。
如图3A所示，本发明制造为晶片级制造，为了方便说明，在此是以局部的芯片示意尺度说明。首先提供一个图像感测芯片10，例如是利用CMOS制造工艺制造的CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor(CIS)，但是不限定于此。然后将一个透光基板100接合至图像感测芯片10，如图3B所示，可以使用低温键结接合(fusion bonding)、胶合或其他技术。或者，也可以用晶片级制造技术来一次制作多个阵列图像感测模块1，于此情况下，首先提供包括多个图像感测芯片10的第一晶片(本实施例为硅晶片，当然不限定于此，同时图像芯片可以是前侧照明(front-side illumination,FSI)或者背侧照明(back-side illumination,BSI))，然后将一个第二晶片(透光基板100)接合至第一晶片，然后执行以下步骤，最后再进行切割即可。为简化起见，以下以单一阵列图像感测模块1的制作来说明。
然后，如图3C所示，将透光基板100磨薄(当然也可以不需要研磨)，譬如进行研磨、抛光、表面处理来产生具有预定厚度的透光基板32，因为此厚度与焦距f相当接近，因此利用半导体的晶片制造方式来控管，更是比传统的加工组装方式，更利于提高良率及品质。
接着，如图3D所示，在透光基板32上面形成一金属层41，然后进行光刻胶涂布、曝光、显影、刻蚀等步骤来将金属层41予以图案化，以形成图案化金属层33，接着去除残留光刻胶层，如图3E所示。
当光通滤波器60设置于透光基板32与图案化金属层33中间时，如图5所示，可以先在透光基板32上形成一光通滤波器60，然后再于光通滤波器60上形成上述金属层41以及相关的步骤，于此不再赘述。上述步骤可以被解释为形成一图案化的光学基板于图像感测芯片上。
然后，如图3F所示，在图案化金属层33与透光基板32上面形成保护层35。实际应用时，可以利用黏着剂53将保护层35贴合到透光盖板50，譬如是手机的屏幕模块或者盖板玻璃。
透光基板32可以是实心(图3F)、空心的(图4A，形成有深凹槽36A)，或实心与空心的混合(图4B，形成有浅凹槽36B)。透光基板32也可以提供聚光(图4C的凸状曲面36C)或散光(类似图4C，未显示)的效果，可以进一步调整光路。如图4D所示，所有对应于微孔31的透光基板32的第一部分具有聚光或散光的效果，第二部分不具有聚光或散光的效果，可以感测不同的深度图像。当然如果采用如图4A的空心设计，则透光基板32也可以被不透光基板32A(例如硅基板等等)所取代，此时保护层35及图案化金属层33是可以省略的，结构如图6所示，于此情况下只需要对不透光基板32A图案化即可。透光基板32与不透光基板32A也可被上位化成为光学基板，所以微孔层包括一图案化的光学基板，其中图案化的结构包括刻蚀穿过光学基板，刻蚀不穿过光学基板或利用图案化的遮光或黑胶层覆盖在光学基板上来形成微孔的相关对应结构，譬如图案化的光学基板可以是透光基板32与图案化金属层33的组合，且本发明并未严格受限于此。
如图3F所示，所有微孔31具有相同的孔径d。如图4E所示，多个微孔31及31'具有不同的孔径d，譬如是两组、三组、四组孔径d，交错排列而成，配合不同波长的光源，如此可以感测不同的深度图像，例如将表皮层及真皮层及指静脉图形同时感测，这种设计在传统的光学感测模块都是做不到的，也是本发明另一特点，此一概念也适用于图4A、图4B、图4C、4D及图6。
如图4F所示，利用两组微孔层30与30'的不同大小的微孔31与31'，来达成感测不同的深度图像的效果。可以从图3F的结构，再施以类似图3A至3F的制造方式来制作，即可在保护层35上依序形成另一微孔层30'的透光基板32'、图案化金属层33'及保护层35'。
本发明也提供一种电子设备，安装有上述的阵列图像感测模块，电子设备譬如是手机、平板电脑，透光盖板50为电子设备的显示屏幕(特别是触控屏幕)，特别是一个有机发光二极管(OLED)显示器或微型发光二极管(Micro LED)显示器。
为了感测生物图像，集成化感测模块本身就必须要有阵列感测元结构，也可称为阵列图像感测模块。
上述实施例中，微孔的数目与图像感测单元的数目是呈现一对一的对应关系，因此，通过每一个微孔所成像的每一个图像感测单元所获得的感测值只有灰阶度，将所有微孔所成像的所有图像感测单元的感测值拼凑起来，才能得到生物特征的图像，如图7所示，图7显示图像感测单元的灰阶值拼凑成图像的一个例子。值得注意的是，上述所有类似特征将适用于以下的集成化感测模块。
以下实施例将提供一种集成化感测模块，其中微孔的数目与图像感测单元的数目是呈现一对多的对应关系。因此，通过一个微孔的成像原理，即可由图像感测单元得到生物特征的图像。
本发明制造为晶片级制造，为了方便说明，在此是以局部的芯片示意尺度说明。首先提供一个图像感测芯片10，例如是利用CMOS制造工艺制造的CMOS Image Sensor(CIS)，但是不限定于此。图8显示依据本发明第二实施例的集成化感测模块1A的示意图。如图8所示，本实施例的集成化感测模块1A包括：一图像感测芯片10，包括多个图像感测单元12，排列成二维阵列；一微孔层30，位于图像感测芯片10上，并具有一微孔31，微孔31对应于多个图像感测单元12；以及一透光盖板组合40，位于微孔层30上，其中多个图像感测单元12通过微孔31感测位于透光盖板组合40之上或上方的一物体F的光学图像。
包括透光盖板组合40的理由是因为整个集成化感测模块的尺寸(亦即物空间与像空间的相对距离)要确定，而透光盖板组合40定义的就是物距，微孔层30至图像感测单元12定义的则是像距，才能呈现微孔成像的效果。图像感测芯片10可以还包括额外图像感测单元12'，位于多个图像感测单元12的一侧或多侧，好处是在组装时万一有没对准的状态，使图像感测芯片10仍能正常运作。图像感测单元12'与12构成一个图像传感器120。另外本发明利用单一微孔成像，其另一重要关系式为物空间的物尺寸X与像空间的像尺寸X’并不一定相等(除非f/h＝1)，也就是X’/X＝f/h(如果不考虑成像像差的话)，当然实际状况像差是存在的，而且会影响所能检测物空间的解析度S，代表成像系统实际的物理解析几何，以指纹为例，如果要能满足500dpi，则物空间的S就必须大约是50um，将像差纳入考量，则S＝d(X/X’+1)，其中d为微孔孔径，因此可以得到整个设计的法则。因此本发明实施例是以满足上述公式为设计原理的。
此外，透光盖板组合40可具有一滤波器(filter，譬如是抗反射层、特定光光通层等)，位于透光盖板组合40的顶面、底面，或中间。微孔层30也可具有滤波器，位于微孔层30的顶面、底面或中间。
微孔层30和透光盖板组合40的各层材料的折射系数相同或相近(差异在0％至30％之间)，以让光线能够以几乎直线的方式行进。或者，微孔层30的等效折射系数与透光盖板组合40的等效折射系数相同或相近，亦可达到相同的效果。
以下将说明细部结构。图像感测芯片10包括：一基板11，其中形成有多个图像感测单元12；一层间金属介电层组13，形成于基板11上；以及一第一保护层15，形成于层间金属介电层组13上。
此外，微孔层30包括：一透光基板32，接合至第一保护层15；一图案化金属层33，其中形成微孔31；以及一第二保护层35，形成于透光基板32及图案化金属层33上。值得注意的是，图案化金属层33亦可以被不透光材料层所取代。
透光盖板组合40包括：一透光盖板50；以及一黏着剂53，将透光盖板50黏着至微孔层30。透光盖板50的一上表面51与物体F接触或接近。透光盖板50的一下表面52被黏着剂53黏着至第二保护层35。
于本实施例中，在不考虑像差情况下，(透光盖板组合(含黏胶)40的厚度)/(微孔层30的透光基板、层间金属介电层组13与第一保护层15的总厚度)＝(物体F的被感测面积)/(成像于多个图像感测单元12的面积)。此为微孔成像原理所造成的相似三角形的尺寸关系，藉此达到微孔成像的效果。值得注意的是，第二实施例的制造方法与第一实施例相似，于此不再赘述。
图9显示依据本发明第三实施例的集成化感测模块1B的示意图。如图9所示，本实施例类似于第二实施例，不同之处在于透光盖板组合40为一个有机发光二极管(OLED)显示器或微型发光二极管(Micro LED)显示器的一部分。如此，可由显示器提供光源来照射物体。
于本实施例中，透光盖板组合40包括：一黏着剂53；一下玻璃板42，被黏着剂53黏着至第二保护层35；一薄膜晶体管(TFT)层组(含最顶层的保护材料)43，位于下玻璃板42上；一阴极层44，位于TFT层组43上，并具有一光圈(aperture)44A；一有机活性层或MicroLED层45，位于阴极层44上；一氧化铟锡(ITO)阳极层46，位于有机活性层或Micro LED层45上；一上玻璃板47，位于ITO阳极层46上；一偏光板层47A，位于上玻璃板47上；一黏胶层48，位于偏光板层47A上；以及一透光盖板49，位于黏胶层48上。黏胶层48将偏光板层47A黏着至透光盖板49。透光盖板49是与物体F接近或接触的元件。当然以上描述的例如OLED显示器结构可能随着技术演进而有材料层的增减，本发明精神并不因此而有改变。
亦即，将第二实施例的图像感测芯片10与微孔层30贴合至OLED或Micro LED显示器的下方(under display)，即可完成本实施例。光圈44A做为透光及限制光量使用，与针孔成像原理并无直接关系。因为譬如是铝层的阴极层44占了显示器相当大的面积，目的是要将有机活性层或Micro LED层45的光线往上反射回去，来提高显示亮度，所以都是不透光的。因此，需要开设一个光圈44A来给图像感测单元12使用。当然这个光圈44A可以通过现成OLED结构层的材料来完成，当然也可以增加新的结构层例如黑胶层来完成，这些在制造上是有弹性的，并不会限制本发明的精神。
图10显示依据本发明第四实施例的集成化感测模块1C的示意图。如图10所示，本实施例类似于第二实施例，不同之处在于透光盖板组合40与微孔层30构成一个OLED显示器或Micro LED显示器的一部分。
于本实施例中，微孔层30包括：一黏着剂36(亦可称为黏着层)；一下玻璃板42，黏着剂36将下玻璃板42黏着至第一保护层15；一TFT层组43，位于下玻璃板42上；以及一阴极层44，具有微孔31，当然这个微孔31可以通过现成OLED结构层的材料来完成，当然也可以增加新的结构层例如黑胶层来完成，这些在制造上是有弹性的，并不会限制本发明的精神。
透光盖板组合40包括：一有机活性层或Micro LED层45，形成于阴极层44上；一ITO阳极层46，形成于有机活性层或Micro LED层45上；一上玻璃板47，形成于ITO阳极层46上；一偏光板层47A，位于上玻璃板47上；一黏胶层48，位于偏光板层47A上；以及一透光盖板49，位于黏胶层48上。黏胶层48将透光盖板49黏着至偏光板层47A。如此，可由显示器提供光源给物体F。或者，也可以设置另一光源在透光盖板组合的一侧或多侧，打入红外光(显示器无法提供红外光)或其他特殊波长的光源。
图11与图12显示光圈44A或微孔31的形成位置的两个例子。如图11所示，光圈44A或微孔31形成于相邻的阴极层44的两个电极板44B之中与之间，所以阴极层44下方的TFT层组43也提供一部分来形成光圈44A或微孔31。于一例子中，单一电极板44B的水平宽度约为30um，两电极板44B之间的水平间隙约为2～3um。光圈44A或微孔31的尺寸约为10至25um，故需跨越两电极板44B。如图12所示，光圈44A或微孔31也可以完整地形成于单一电极板44B中，但是电极板44B下方的TFT层组43也需提供透光或镂空的部分使光线穿过。
值得注意的是，图11的阴极层44的电极板44B之间的空隙44C，在设计时可以通过TFT层组43的导体(譬如是多晶硅polysilicon)所形成的遮蔽层43A遮蔽而不透光，避免绕射光影响针孔成像的感测效果。值得注意的是，遮蔽层43A在单一OLED或Micro LED显示器是没有被设计的，但是为了避免绕射光影响针孔成像的感测效果，在本实施例中，更有其存在的功效及价值。
图13A显示依据本发明较佳实施例的电子装置300的一个例子。如图13A所示，譬如是智能手机的电子装置300包括一显示器310及一位于显示器310上的透光盖板320。电子装置300可以安装有集成化感测模块1A或1B或1C，其是一种盖板下方(under cover plate)的集成化感测模块，也可以安装有集成化感测模块1A或1B或1C，其是一种显示器下方(underdisplay)的集成化感测模块(这种安装方式可以适用于任何显示器位置)。
当然，OLED或micro LED显示器为已知技术，本发明的描述仅以主结构的部分予以描述，而非重新定义其结构与材料，不够详细的显示器部分可以参酌现有技术，并不会影响本发明实施例的创新。本实施例最重要特色，是要使使用者可以在显示器的任何指定位置同时获得显示器内容及生物识别的能力(显示器的任何指定位置可以执行显示及生物特征感测)，这种设计是目前市场完全没有的。这对例如手机产品的设计相当重要，可以有一全新的工业设计，窄边框以及全屏幕概念。图13B显示依据本发明较佳实施例的电子装置300'的另一个例子。如图13B所示，譬如是智能手机的电子装置300'包括一显示器310及一位于显示器310上的透光盖板320。显示器310是以全屏幕的型态呈现。电子装置300'可以安装有集成化感测模块1A、1B或1C。
图14与图15显示依据本发明较佳实施例的集成化感测模块1A/1B/1C的两种应用，称为集成化感测组件。如图14所示，集成化感测模块可以通过TSV或从侧边拉出导线的方式将焊接垫设置在背面，通过锡球71焊接至电路板(特别是软性电路板)70上，软性电路板70上也设置有光源72，光源可以通过导光板的设计(图中未示)将光源导向物体。图15的架构与图14类似，不同之处在于光源72几乎是水平投射至透光盖板50中，通过波导的原理将光线投射到物体。因此，光源可以位在透光盖板组合40的一侧或多侧，可以位于同一高度或不同高度，从透光盖板组合40的侧面进入，利用波导的原理将光线投射到物体F。
本发明实施例还包括如图16所显示的遮蔽胶61的应用。如图16所示，层间金属介电层组13、第一保护层15及透光基板32的周围涂有遮蔽胶61，避免光线外露或进入干扰，形成一个完美的暗室。
藉此，可以达成以单一微孔进行光学图像感测的效果，更可轻易地与显示器整合，达到显示触控及生物细微特征感测的功效。
图17显示依据本发明第五实施例的具有多微孔的集成化感测模块的应用。于本非限制性的实施例中，是有四个微孔31A至31D，对应于四个感测单元阵列的四个彼此重迭的感测范围12A至12D。此举可以让集成化感测模块的感测面积增大，更适用于图13B的显示器下方(under display)的应用。譬如说，原本单一微孔所对应的感测面积是5mm*5mm，采用四个微孔可以将感测面积增大成10mm*10mm，可以一次感测整只手指的面积，且让通过所有微孔的总光量增加，获得较佳的感测结果，其错误接受率(FAR)及错误拒绝率(FRR)都会获得更进一步的改善，且手指与集成化感测模块的对准状态也不需要很严格对准。感测范围12A至12D所得到的感测结果可以是各自独立处理，也可以利用联集方式接图成为一个大的感测图像。值得注意的是，虽然以四个微孔做为例子来说明，但也可以使用其他数量的微孔来实施本发明。
图17的感测范围12A至12D具有相同尺寸。但是并未将本发明限制于此。图18显示依据本发明第五实施例的具有多微孔的集成化感测模块的应用。于类似于图17的本非限制性的实施例中，四个微孔31A至31D是不同尺寸，对应于四个感测单元阵列的四个彼此重迭的感测范围12A至12D也是不同尺寸。配合不同波长的光源通过不同的微孔，如此可以感测不同的深度图像，例如将同一手指的表皮层及真皮层及指静脉图形同时感测，具有一次获得多种生物特征的效果，手指也可以在感测区域上进行上下左右的移动，可以获得多种局部生物特征的接图效果。
通过上述实施例，可以提供一种集成化感测模块，利用半导体晶片制造的方式，将光学模块与光学感测芯片以晶片堆迭的方式，完成其结构，以克服上述所有已知技术的缺点，达到尺寸微小化，制造标准化，品质易控管，以利降低成本。利用单一微孔或多个微孔进行光学图像感测的效果，更可轻易地与显示器整合，达到显示触控及生物细微特征感测的功效。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及以下申请专利范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。

Claims (24)

1.一种集成化感测模块，其特征在于：包括：
一图像感测芯片，包括多个图像感测单元，排列成二维阵列；
一微孔层，位于所述图像感测芯片上，并具有一个或多个微孔，所述一个或多个微孔对应于所述的多个图像感测单元；以及
一透光盖板组合，具有一透光盖板及一显示器，所述显示器位于所述透光盖板下方以及位于所述图像感测芯片上方，其中所述多个图像感测单元通过所述一个或多个微孔以及通过所述显示器的不透光层的光圈来感测物体的光学图像，以便使显示及生物特征感测可在所述显示器上方的指定位置执行。
2.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述图像感测芯片包括：
一基板；
所述的多个图像感测单元，形成于所述基板上；
一层间金属介电层组及一金属连接层，位于所述基板及所述的多个图像感测单元上；
一上金属层，位于所述层间金属介电层组上；以及
一保护层，位于所述层间金属介电层组及所述上金属层上，其中所述上金属层遮蔽所述一个或多个微孔到所述的多个图像感测单元的部分光线。
3.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述微孔层包括一图案化的光学基板。
4.根据权利要求3所述的集成化感测模块，其特征在于：所述微孔层还包括一光通滤波器，其中所述光通滤波器设置于所述图案化的光学基板中或上方，或所述图像感测芯片与所述图案化的光学基板之间。
5.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述的多个微孔是以多对一的方式对应于所述的多个图像感测单元。
6.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述的多个微孔是以一对一的方式对应于所述的多个图像感测单元。
7.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：对应于所述的多个微孔的一图案化的光学基板的一第一部分具有聚光或散光的效果，而对应于所述的多个微孔的所述图案化的光学基板的一第二部分不具有聚光或散光的效果，以让所述集成化感测模块感测不同的深度图像。
8.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述的多个微孔具有多组孔径且交错排列，配合不同波长的光源，以让所述集成化感测模块感测不同的深度图像。
9.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述的多个微孔对应于多个重迭的感测范围。
10.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述微孔是以一对多的方式对应于所述的多个图像感测单元，通过所述一个微孔的成像原理，即可由所述的多个图像感测单元得到所述光学图像。
11.根据权利要求10所述的集成化感测模块，其特征在于：所述的多个图像感测单元通过所述微孔感测位于所述透光盖板组合之上或上方的所述物体的所述光学图像。
12.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述透光盖板组合是为一个有机发光二极管显示器或微型发光二极管显示器的一部分。
13.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述图像感测芯片还包括多个额外图像感测单元，位于所述的多个图像感测单元的一侧或多侧。
14.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述图像感测芯片包括：一基板，其中形成有所述的多个图像感测单元；一层间金属介电层组，形成于所述基板上；以及一第一保护层，形成于所述层间金属介电层组上。
15.根据权利要求14所述的集成化感测模块，其特征在于：所述微孔层包括：一图案化的光学基板，接合至所述第一保护层上。
16.根据权利要求15所述的集成化感测模块，其特征在于：所述层间金属介电层组、所述第一保护层及所述图案化的光学基板的周围涂有一遮蔽胶，以形成一暗室。
17.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述透光盖板组合还包括：一黏着层，将所述透光盖板黏着至所述微孔层，其中所述透光盖板的一上表面与所述物体接触或接近。
18.根据权利要求1所述的集成化感测模块，其特征在于：所述透光盖板组合与所述微孔层构成一个有机发光二极管显示器或微型发光二极管显示器的一部分。
19.根据权利要求18所述的集成化感测模块，其特征在于：所述透光盖板组合包括：一黏着层；一下玻璃板，被所述黏着层黏着至所述微孔层的一保护层；一薄膜晶体管层组，位于所述下玻璃板上；一阴极层，位于所述薄膜晶体管层组上，并具有所述光圈；一有机活性层或微发光二极管层，位于所述阴极层上；一氧化铟锡阳极层，位于所述有机活性层或微发光二极管层上；一上玻璃板，位于所述氧化铟锡阳极层上；一偏光板层，位于所述上玻璃板上；一黏胶层，位于所述偏光板层上；以及所述透光盖板，位于所述黏胶层上，所述黏胶层将所述偏光板层黏着至所述透光盖板。
20.根据权利要求18所述的集成化感测模块，其特征在于：所述微孔层包括：一黏着层；一下玻璃板，所述黏着层将所述下玻璃板黏着至所述图像感测芯片的一保护层；一薄膜晶体管层组，位于所述下玻璃板上；以及一阴极层，具有所述微孔，其中所述透光盖板组合包括：一有机活性层或微发光二极管层，形成于所述阴极层上；一氧化铟锡阳极层，形成于所述有机活性层或微发光二极管层上；一上玻璃板，形成于所述氧化铟锡阳极层上；一偏光板层，位于所述上玻璃板上；一黏胶层，位于所述偏光板层上；以及所述透光盖板，位于所述黏胶层上，其中所述黏胶层将所述透光盖板黏着至所述偏光板层。
21.根据权利要求20所述的集成化感测模块，其特征在于：所述微孔形成于所述阴极层的相邻的两个电极板之中与之间或形成于所述阴极层的单一个电极板中。
22.一种集成化感测组件，其特征在于：包括：
一电路板；
一光源，设置于所述电路板上；
如权利要求1的所述的集成化感测模块，其中所述集成化感测模块是设置于所述电路板上并电连接至所述电路板，且所述光源位于所述透光盖板或所述透光盖板组合的一侧或多侧，所述光源的光线从所述透光盖板或所述透光盖板组合的侧面投射到所述物体。
23.一种集成化感测模块的制造方法，其特征在于：包括：
提供一个图像感测芯片，包括多个图像感测单元，排列成二维阵列；
形成一图案化的光学基板于所述图像感测芯片上，其中所述图案化的光学基板为一微孔层的一部分，所述微孔层位于所述图像感测芯片上，并具有一个或多个微孔，所述一个或多个微孔对应于所述的多个图像感测单元；以及
于所述微孔层上方形成一透光盖板组合，其中所述透光盖板组合具有一透光盖板及一显示器，所述显示器位于所述透光盖板下方以及位于所述图像感测芯片上方，其中所述多个图像感测单元通过所述一个或多个微孔以及通过所述显示器的不透光层的光圈来感测物体的光学图像，以便使显示及生物特征感测可在所述显示器的指定位置执行。
24.根据权利要求23所述的集成化感测模块的制造方法，其特征在于：所述图案化的光学基板的所述一个或多个微孔是通过以下步骤形成：
(a)刻蚀穿过光学基板；
(b)刻蚀不穿过光学基板；或
(c)利用一图案化的遮光层覆盖在光学基板上。
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