CN110473887A - 光学传感器、光学传感系统及其制造方法 - Google Patents

光学传感器、光学传感系统及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学传感器、光学传感系统及其制造方法。该光学传感器包括：一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；一第一透明介质层，位于基板的上方；以及多个微透镜，排列成阵列，并位于第一透明介质层上或上方。此些微透镜分别将从外界进入微透镜的多个平行的正向入射光通过第一透明介质层而入射于传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入微透镜的多个平行的斜向入射光入射于传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感目标物的图像。目标物产生平行的正向入射光以及平行的斜向入射光，正向入射光平行于微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一角度。使用该光学传感器的光学传感系统及光学传感器的制造方法亦一并提供。

Description

光学传感器、光学传感系统及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学传感(感测)器、光学传感系统及其制造方法，特别涉及一种具可控角度准直结构(Angle Controllable Collimator)的光学传感器、及应用此光学传感器的光学传感系统及其制造方法。
背景技术
现今的移动电子装置(例如手机、平板电脑、笔记本电脑等)通常配备有使用者生物识别系统，包括了例如指纹、脸型、虹膜等等不同技术，用于保护个人数据安全，其中例如应用于手机或智能手表等携带型装置，也兼具有移动支付的功能，对于使用者生物识别更是变成一种标准的功能，而手机等携带型装置的发展更是朝向全屏幕(或超窄边框)的趋势，使得传统电容式指纹按键(例如iphone 5到iphone 8的按键)无法再被继续使用，进而演进出新的微小化光学成像装置(非常类似传统的相机模块，具有互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor(CMOS)Image Sensor(简称CIS))传感元件及光学镜头模块)。将微小化光学成像装置设置于屏幕下方(可称为屏下)，通过屏幕部分透光(特别是有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)屏幕)，可以撷取按压于屏幕上方的物体的图像，特别是指纹图像，可以称为屏幕下指纹传感(Fingerprint OnDisplay，FOD)。
这种已知的微小化光学成像装置设计成模块后，其厚度大于3mm，而且为了配合使用者按压位置的习惯，所述模块的位置会与部分手机电池的区域重叠，因此就必须要缩小电池的尺寸以让出空间设置所述微小化光学成像装置。为此，手机电池就无法有较长的使用时间。又因为未来新的5G手机的耗电量更大，对于电池的使用更是斤斤计较。
因此，如何提供超薄的光学成像装置，特别是可以不牺牲电池的空间，而且可以设置于电池与屏幕之间的超窄区域(<0.5mm)，正是本发明的重点。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有可控角度准直结构的光学传感器、及应用此光学传感器的光学传感系统及其制造方法，以便消除不必要的杂散光，并可有效缩小光学传感器的厚度而便于应用于光学传感系统中。
为达上述目的，本发明的实施例提供一种光学传感器，包括：一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；一第一透明介质层，位于基板的上方；以及多个微透镜，排列成阵列，并位于第一透明介质层上或上方，其中此些微透镜分别将从外界进入此些微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入此些微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像。目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。
本发明的实施例更提供一种光学传感器，包括：一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；一第一透明介质层，位于基板的上方；以及多个偏移微透镜，排列成阵列，并位于第一透明介质层上或上方。此些偏移微透镜分别将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物的一图像，目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些偏移微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。
本发明的实施例再提供一种光学传感系统，包括：一底座；一电池，设置于底座上；一框架，设置于电池的上方；一光学传感器，用于传感一目标物的一图像；一显示器，用于显示信息，其中光学传感器装设于框架或贴合于显示器的一下表面，目标物位于显示器上或上方，光学传感器通过显示器传感目标物的图像，电池供电给光学传感器与显示器。
本发明的实施例又提供一种光学传感器的制造方法，包括以下步骤：提供一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；于基板的上方形成一第一透明介质层；以及于第一透明介质层上或上方形成多个微透镜，排列成阵列。此些微透镜分别将从外界进入此些微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入此些微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像，目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。
本发明的实施例又提供一种光学传感器的制造方法，包括以下步骤：提供一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；于基板的上方形成一第一透明介质层；以及于第一透明介质层上或上方形成多个偏移微透镜，排列成阵列。此些偏移微透镜分别将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过第一透明介质层而入射于此些传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入此些偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于此些传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物的一图像，目标物产生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行于此些偏移微透镜的多个光轴，各斜向入射光与各光轴夹出一个角度。
本发明的一些实施例提供一种光学传感器，包含：基底、第一遮光层、微透镜层、以及第一透明介质层。此基底包含传感像素阵列。此第一遮光层位于此传感像素阵列上方且具有多个第一开孔，其中这些第一开孔露出此传感像素阵列的多个传感像素。此微透镜层位于此第一遮光层上方且包含多个微透镜。此第一透明介质层位于此传感像素阵列上方且介于此微透镜层与此传感像素阵列之间，其中此第一透明介质层具有第一厚度。此微透镜层用以引导入射光穿透此第一透明介质层至这些第一开孔下方的这些传感像素。
本发明的一些实施例提供一种光学传感器，包含：基底、第一透明介质层、以及微透镜层。此基底包含传感像素阵列，其中此传感像素阵列包含多个传感像素，而每一该传感像素具有一像素尺寸。此第一透明介质层位于此传感像素阵列的上方。此微透镜层位于此第一透明介质层的上方且包含多个微透镜，而每一该微透镜具有一直径，其中这些微透镜用以引导入射光穿透此第一透明介质层至这些传感像素。此像素尺寸在3微米至10微米的范围之间,而此直径在10微米至50微米的范围。
通过上述实施例，通过对光学传感器的遮光层、微透镜及传感像素的设计，可以让的传感像素接收来自特定入射角范围的光线，消除不必要的杂散光，并可有效缩小光学传感器的厚度，可以使光学传感器能轻易地设置于手机等电子设备的电池与显示器之间，还可利用显示器的光源实现屏下光学传感。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
以下将配合说明书附图详述本发明实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本发明实施例的特征。
图1显示依据本发明第一实施例的光学传感系统的剖面示意图。
图2显示依据本发明第一实施例的光学传感器的剖面示意图。
图3显示依据本发明第一实施例的光学传感器的特性曲线图。
图4显示依据本发明第二实施例的光学传感系统的剖面示意图。
图5显示依据本发明第一实施例的光学传感器的工作状态的示意图。
图6显示依据本发明第三实施例的光学传感器的剖面示意图。
图7显示依据本发明第三实施例的光学传感器的特性曲线图。
图8显示依据本发明第一实施例的光学传感器的另一工作状态的示意图。
图9显示依据本发明第四实施例的光学传感器的剖面示意图。
图10显示图8的光学传感器的特性曲线图。
图11显示图9的光学传感器的特性曲线图。
图12显示依据本发明第四实施例的光学传感器的工作原理的局部剖面示意图。
图13显示依据本发明第五实施例的光学传感器的剖面示意图。
图14显示依据本发明第六实施例的光学传感器的局部剖面示意图。
图15显示图14的光学传感器的特性曲线图。
图16A与图16B显示依据本发明第七实施例的光学传感器的两个例子的局部剖面示意图。
图17A至图17E显示依据本发明第八实施例的光学传感器的制造方法的各步骤的结构剖面示意图。
图18A至图18F显示依据本发明第九实施例的光学传感器的制造方法的各步骤的结构剖面示意图。
图19A至图19F显示依据本发明第十实施例的光学传感器的制造方法的各步骤的结构剖面示意图。
图20显示依据本发明第八实施例的变化例的光学传感器的结构剖面示意图。
图21显示依据本发明第十实施例的变化例的光学传感器的结构剖面示意图。
图22是根据本发明的一些实施例，示出光学传感系统传感目标物的示意图。
图23是根据本发明的一些实施例，示出光学传感系统的范例结构传感目标物的示意图。
图24至图26B是根据本发明的一些实施例，示出光学传感器于工艺的各种阶段的剖面示意图。
图27A至图27F是根据本发明的一些实施例，示出光学传感器的剖面示意图。
图28A至图28C是根据本发明的其他实施例，示出光学传感器的剖面示意图。
图29至图32是根据本发明的一些其他实施例，示出包含额外结构的光学传感器的剖面示意图。
图33是根据本发明的一些实施例，示出包含显示器的范例结构的光学传感系统的剖面示意图。
图34至图35是根据本发明的一些其他实施例，示出包含不同封装结构的光学传感系统的剖面示意图。
图36是根据本发明的一些实施例，示出光学传感系统接收入射光的示意图。
图37至图38是根据本发明的另一些实施例，示出光学传感器于工艺的各种阶段的剖面示意图。
图39A至图39B是根据本发明的另一些实施例，示出微透镜的配置的剖面示意图。
图40是根据本发明的另一些实施例，示出微透镜与传感像素的配置的剖面的局部放大示意图。
附图标记说明如下：
1-ANG～角度
1-ANG2～第二角度
1-CR～待测物面积
1-CV1～曲线
1-CV2～曲线
1-d、H、h～距离
1-F～目标物
1-G～间隙
1-L1～正向入射光
1-L1'～正向入射光
1-L2～斜向入射光
1-L3～第二斜向入射光
1-L4～第三斜向入射光
1-L5～第四斜向入射光
1-OA～光轴
1-OAA～光轴
1-OAM～目标光轴
1-SR～面积
1-203、1-203'、1-203M～传感像素
1-200～光学传感器
1-201～基板
1-202～介电层组
1-204～第一遮光层
1-204A～第一光孔
1-205～保护层
1-206～光学滤波层
1-207～第一透明介质层
1-208～第二遮光层
1-208A～第二光孔
1-209～第二透明介质层
1-210～微透镜
1-210A～偏移微透镜
1-210B～底面
1-210M～目标微透镜
1-211～透镜遮光层
1-300～显示器
1-300B～下表面
1-400～框架
1-410～容置槽
1-420～容置底部
1-500～电池
1-600～光学传感系统
1-610～底座
1-900～光学滤波板
1-1300～光学传感器模块
1-1301～承载硬版
1-1302～柔性电路板
1-1303～焊线
1-1305～框体
1-1306～封胶层
A1、A2～孔径
X～间距
2-100～光学传感系统
2-101～盖板层
2-200、2-200’～光学传感器
2-300～显示器
2-201～基底
2-202～传感像素阵列
2-203、2-203A、2-203B、2-203C～传感像素
2-204～第一遮光层
2-205、2-205A、2-205B、2-205C～第一开孔
2-206～第一透明介质层
2-206A、2-206B～第一透明介质子层
2-207～第二遮光层
2-208～第二开孔
2-209～微透镜层
2-210、2-210A、2-210B、2-210C～微透镜
2-800～保护层
2-900～滤光层
2-1001～第二透明介质层
2-1002～第三遮光层
2-1003～第三开孔
2-1201～第一透光材料
2-1202～薄膜晶体管层
2-1203～阴极层
2-1204～发光层
2-1205～阳极层
2-1206～第二透光材料
2-1207～偏光板
2-1208～粘着层
2-1209～透光盖板
2-1210～光圈
2-1301～导电垫
2-1302～导线
2-1303～电路板
2-1304～补强板
2-1305、2-1401～框架
2-1402～粘着材料
2-1403～粘着层
2-1601～电路结构
2-C、2-C1、2-C2、2-C3、2-C1A、2-C2A、2-C1C、2-C2C～中心线
2-CR～目标物接触区
2-F～目标物
2-F1～凸部
2-F2～凹部
2-L1、2-L2、2-L3～光线
2-S、2-S1、2-S2～横向偏移距离
2-SR～光学传感区
2-TA、2-TB～厚度
A1’～第一孔径
A2’～第二孔径
D～直径
f～焦距
L～入射光
n～折射率
P～宽度
R～曲率半径
T～厚度θ、θ’～主要角度
θ1、θ2～容许度
θi～入射角
θr～折射角
具体实施方式
以下公开提供了许多的实施例或范例，各元件和其配置的具体范例描述如下，以简化本发明实施例的说明。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明实施例。举例而言，叙述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接触的实施例，也可能包含额外的元件形成在第一和第二元件之间，使得它们不直接接触的实施例。此外，本发明实施例可能在不同的范例中重复参考数字及/或字母。如此重复是为了简明和清楚，而非用以表示所讨论的不同实施例之间的关系。
此外，其中可能用到与空间相对用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相对用词为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相对用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相对形容词也将依转向后的方位来解释。
在此，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，优选是10％之内，且优选是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。应注意的是，说明书中所提供的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。
虽然所述的一些实施例中的步骤以特定顺序进行，这些步骤亦可以其他合逻辑的顺序进行。在不同实施例中，可替换或省略一些所述的步骤，亦可于本发明实施例所述的步骤之前、之中、及/或之后进行一些其他操作。本发明实施例中的光学传感器及光学传感系统可加入其他的特征。在不同实施例中，可替换或省略一些特征。
[第一组实施例]
图1显示依据本发明第一实施例的光学传感系统的剖面示意图。图2显示依据本发明第一实施例的光学传感器的剖面示意图。如图1与2所示，本实施例的一种光学传感系统1-600，譬如是手机或平板电脑的电子设备，包括一底座1-610、一电池1-500、一框架1-400、一光学传感器1-200及一显示器1-300。
底座1-610为电子设备的机壳的一部分，电池1-500设置于底座1-610上。框架1-400设置于电池1-500的上方，并具有一容置槽1-410(这一容置槽得视设计予以省略)。光学传感器1-200装设于容置槽1-410的一容置底部1-420上，用于传感一目标物1-F的一图像。当容置槽被省略时，光学传感器1-200装设于框架1-400。显示器1-300设置于光学传感器1-200的上方，用于显示信息。目标物1-F位于显示器1-300上或上方。光学传感器1-200通过显示器1-300传感目标物1-F的图像，电池1-500供电给光学传感器1-200与显示器1-300，以维持电子设备的运作。供光学传感器1-200安装的框架1-400的容置底部1-420与显示器1-300之间的一最短距离1-d介于0.1mm至0.5mm之间；0.2至0.5mm之间；0.3至0.5mm之间；或0.4至0.5mm之间。
光学传感器1-200包括一基板1-201、一第一透明介质层1-207以及多个微透镜1-210。基板1-201具有多个传感像素(Sensor Pixel)203，排列成阵列。第一透明介质层1-207位于基板1-201的上方。此些微透镜1-210排列成阵列，并位于第一透明介质层1-207上(图1)或上方(譬如后述的图9)。此些微透镜1-210分别将从外界进入此些微透镜1-210的多个平行的正向入射光(或称直向入射光)1-L1，通过第一透明介质层1-207而入射于此些传感像素1-203总数的一部分(后述的图16A与16B，指的是某些传感像素1-203)或全部(图1)的内部(表示对应的传感像素1-203收得到光)，并将从外界进入此些微透镜1-210的多个平行的斜向入射光L2入射于此些传感像素1-203总数的一部分(后述的图16A与16B，指的是某些传感像素1-203)或全部(图1)的外部(表示对应的传感像素1-203收不到光)，借此传感目标物1-F的一图像。有关传感像素1-203总数的一部分的意义说明如下。譬如，总数为(M+N)个传感像素1-203，其中M与N为自然数，而M个传感像素1-203就是传感像素1-203总数的一部分。有关传感像素1-203总数的全部的意义说明如下。譬如，总数为(M+N)个传感像素1-203，其中(M+N)个传感像素1-203就是传感像素1-203总数的全部。目标物1-F可以反射来自环境光、显示器1-300所提供的光线或两者的混合而产生此些平行的正向入射光1-L1以及此些平行的斜向入射光1-L2。此些正向入射光1-L1平行于此些微透镜1-210的多个光轴1-OA。各斜向入射光1-L2与各光轴1-OA夹出一个角度1-ANG。由于图2所绘制的正向入射光1-L1是沿着铅直方向行进，故与光轴1-OA平行。但本实施例并未将正向入射光1-L1限制成与光轴1-OA平行。于一实施例中，可以通过微透镜1-210被传感像素1-203接收到的正向入射光1-L1与光轴1-OA的夹角的范围在-3.5度至3.5度之间；-4度至+4度之间；或-5度至+5度之间，也就是角度1-ANG介于3.5度到90度之间；4度到90度之间；或5度到90度之间。亦即，与光轴1-OA的夹角大于3.5度或5度的斜向入射光1-L2都无法进入到传感像素1-203中。
以下说明第一实施例的详细结构。光学传感器1-200还包括一介电层组1-202、一第一遮光层1-204、一保护层1-205以及一光学滤波层1-206(保护层1-205也可以被视为是光学滤波层1-206的一部分)。介电层组1-202位于基板1-201上并覆盖此些传感像素1-203。第一遮光层1-204位于介电层组1-202上，并具有多个第一光孔(Aperture)1-204A。此些正向入射光1-L1通过此些第一光孔1-204A，此些斜向入射光1-L2不通过此些第一光孔1-204A。保护层1-205位于第一遮光层1-204上，并可填入于第一遮光层1-204中。光学滤波层1-206位于保护层1-205上，并对此些正向入射光1-L1与此些斜向入射光1-L2执行光线波长过滤动作，其中第一透明介质层1-207位于光学滤波层1-206上，且此些微透镜1-210位于第一透明介质层1-207上。
因此，本发明提供了光学传感器及应用此光学传感器的光学传感系统及其制造方法，特别是一种应用于屏幕下光学式生物识别传感器及应用此光学传感器的光学传感系统。如图1所示，本发明实施例所提供的光学传感器1-200具有可控角度准直结构(AngleControllable Collimator)，此可控角度准直结构包括了露出传感像素1-203的第一遮光层1-204及去除部分第一遮光层1-204所形成的第一光孔1-204A、形成在第一遮光层1-204及第一光孔1-204A上的光学滤波层1-206及第一透明介质层1-207、以及形成在第一透明介质层1-207上的微透镜1-210。
此可控角度准直结构是利用微透镜1-210与第一光孔1-204A(包括传感像素1-203)间的相对位置设计(例如光轴对准或偏移)，可以控制特定入射光的角度(正向入射或者斜向入射)才能被传感像素1-203传感，因此可以有效提高光学传感器的质量。本发明所提供的光学传感器的可控角度准直结构的形成方式，相较于传统工艺之下，具有成本及制造流程简化的优点，最重要的是，使用此光学传感器，其模块设计的高度或厚度还可以低于0.5mm，完全可以在不影响电池的配置下，将所述光学传感器模块，设置于屏幕下与电池之间，完全解决已知技术的问题。值得一提的是，应用本发明的传感器及光学传感器模块，并不受限于如背景技术所述的指纹应用，其还可以应用于包括指静脉、血流速及血氧检测。甚者，其可以用来做非接触的图像拍摄，例如屏下像机等，拍摄例如人脸或眼睛或者一般的拍照功能，用于作为人脸识别或虹膜识别等等。
当图1的光学传感器1-200应用于例如手机系统的光学传感系统1-600时，由于手机系统为已知技术，在此并不会展示所有的详细结构，反而只针对配合本发明的光学传感器1-200必须要整合一起考虑的几个关键组件做描述。光学传感系统1-600包括显示器1-300以及在显示器1-300的下方的光学传感器1-200，其中显示器1-300可为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示器或微型发光二极管(Micro LED)显示器、或者其他未来可能发展的各种显示屏。在一些实施例中，可利用光学传感系统1-600中的显示器1-300作为光源，其发出的光线将照射与显示器1-300的上表面接触或非接触的目标物1-F，目标物1-F再将此光线反射至设置在显示器1-300下的光学传感器1-200以对目标物1-F的轮廓特征(例如：手指的指纹特征)进行传感与识别。值得注意的是，光学传感系统1-600中的光学传感器1-200也可搭配其他形态及波长的光源(例如红外线光源)，故本发明实施例并不以此为限，所述光学传感器也可以是被动式拍照，也就是不需要投射光源到待测目标物(物体)1-F。另外，值得说明的是，本发明为了说明简化起见，光学传感器1-200的结构并没有显示出所有的详细结构层，例如CMOS制造工艺分为前段(Front End Of Line,FEOL)及后段(Back End Of Line,BEOL)，前段包括金属氧化物半导体(Metal OxideSemiconductor,MOS)结构，或者后段包括多层的金属连接层及金属间介电层(Inter-MetalDielectric,IMD)，在此大部分省略，仅着重于本发明创新精神之处加以说明，此一部分将在后面制造流程再详细说明。
在图1中，光学传感器1-200被设置成包括于一光学传感器模块1-1300中，光学传感器模块1-1300包括一承载硬版1-1301、一柔性电路板1-1302及将光学传感器1-200与柔性电路板1-1302电连接的焊线(bond wire)1-1303，焊线1-1303由封胶层1-1306封装保护住。封胶层1-1306的顶面可与第一透明介质层1-207的顶面齐平，但不限定于此。在一些实施例中，焊线1-1303可由铝(Aluminum)、铜(Copper)、金(Gold)、其他适当的导电材料、上述的合金、或上述的组合所形成。
光学传感器模块1-1300(包括光学传感器1-200)被设置于一手机内部组装支撑使用的框架1-400(俗称中框)上，所述框架1-400通常为一金属材料所制成。如本发明前言所提，为了将本发明的光学传感器模块1-1300设置于小于0.5mm的狭小距离1-d内(在本发明中定义为光学传感器模块1-1300的底部到显示器1-300的底部的距离)，当然框架1-400也可以事先制造形成一凹处(如图所示，当然不限定于此，也可以不需要凹处，亦或者所述中框可以形成一穿孔，所述模块设置于所述穿孔中，此时的光学传感器1-200装设于框架1-400)，以供光学传感器模块1-1300设置，增加整体厚度设计时的弹性。另外在框架1-400的底下设置电池1-500，用于说明本发明最主要的重点就是，在不需要让出部分电池的空间下，提出超薄的光学传感器模块1-1300(包括光学传感器1-200)，设置于框架1-400(电池1-500)与显示器1-300之间，当然设置的方式为了便于生产维修，也可以是采用胶合、螺丝或其他方式的固定。
根据本发明的一些实施例，在图1中所示出的光学传感器1-200包括具有排列成阵列的传感像素(例如光电二极管(Photodiode))1-203的基板1-201、介电层组(可包括一个或多个介电层及一个或多个金属导线层)1-202、具有多个第一光孔1-204A的第一遮光层1-204、保护层1-205、光学滤波层1-206(用于过滤太阳光中的红外光，当然不限定于此)、第一透明层1-207以及微透镜1-210。在一些实施例中，第一光孔1-204A与传感像素1-203可以是一对一、一对多或多对一的设计；微透镜1-210与传感像素1-203也可以是一对一、一对多或多对一的设计。
以下将用图2来解释本发明的光学传感器1-200的操作原理，正向入射光1-L1、斜向入射光1-L2分别以不同的角度入射至光学传感器1-200。如果微透镜1-210与第一光孔1-204A对准同一光轴，则因为透镜的聚焦效应，正向入射光1-L1就会被聚焦到传感像素1-203，而斜向入射光1-L2也因为透镜效应而被偏离光轴聚焦，因而被第一遮光层1-204阻挡。因此便具有可控角度准直结构的功能。图3显示依据本发明第一实施例的光学传感器的特性曲线图。图3清楚的展现利用本发明所测量到的数据，可以轻易的控制半高宽仅有3.5度左右的发散角，证明了本发明的可控角度准直结构的特殊性及优越性。
图4显示依据本发明第二实施例的光学传感系统的剖面示意图。如图4所示，本实施例类似于第一实施例，不同点在于由集成化晶圆制造(晶圆的薄膜制造工艺)所形成的光学滤波层1-206是以光学滤波板1-900来取代，其中光学滤波板1-900为一后段模块组装的独立光学滤波板，利用一设置于一柔性电路板1-1302上的支撑体(dam structure)或框体1-1305，用于承载光学滤波板1-900，其余部分皆相同于图1的各部件说明，因此在此就不赘述。因此，保护层1-205位于第一遮光层1-204上，此些微透镜1-210位于第一透明介质层1-207上。光学滤波板1-900位于此些微透镜1-210的上方，并对此些正向入射光1-L1与此些斜向入射光1-L2执行光线波长过滤动作。譬如，光学滤波板1-900通过光学传感器模块1-1300而设置于微透镜1-210的上方。
值得注意的是，虽然本发明的光学传感系统1-600的光学传感器模块1-1300是设置于框架1-400的上方或中间，但其他实施例也可以是贴合于显示器1-300的一下表面1-300B。
图5显示依据本发明第一实施例的光学传感器的工作状态的示意图。如图5所示，因为组成的阵列的微透镜1-210彼此之间在制造时会有留下空白区域(譬如间隙1-G所指区域)，如图所示的平坦区。这主要是因为微透镜1-210为圆形结构，而微透镜1-210下方的传感像素1-203的阵列因为掩模布局，而无法完全匹配微透镜1-210的几何尺度。因此如果有光线从微透镜1-210之间的空白区域入射，例如图中所示的第二斜向入射光(或称相邻间隙杂散光)L3，因而进入第一光孔1-204A中所露出的传感像素1-203，则会造成杂光干扰，降低图像品质。
图6显示依据本发明第三实施例的光学传感器的剖面示意图。如图6所示，本实施例类似于第一实施例，不同点在于在相邻微透镜1-210之间的空白处设置一透镜遮光层1-211，而仅露出微透镜1-210的曲面区域，这样可以有效解决上述第二斜向入射光1-L3造成的相邻间隙杂散光干扰问题。
因此，光学传感器1-200可以还包括透镜遮光层1-211，位于第一透明介质层1-207上，以及此些微透镜1-210之间的多个间隙1-G中，以遮蔽从外界进入此些间隙1-G中的多个平行的第二斜向入射光1-L3免于进入第一透明介质层1-207及此些传感像素1-203中。有关图2的斜向入射光1-L2的特征，同样适用于本实施例，故亦可参见图2的相关说明。
图7显示依据本发明第三实施例的光学传感器的特性曲线图。如图7所示为实际的测量结果图，微透镜1-210之间的相邻间隙杂散光可以被有效压制。譬如，曲线1-CV1是没有设置透镜遮光层1-211的结果，而曲线1-CV2是有设置透镜遮光层1-211的结果。
图8显示依据本发明第一实施例的光学传感器的另一工作状态的示意图。如图8所示，类似于图5的相邻间隙杂散光干扰，当相邻的微透镜之间(不限于第一个相邻的微透镜)会有串扰(Cross Talk)的问题，即一目标微透镜1-210M的隔壁的相邻微透镜1-210N的第三斜向入射光(或称相邻透镜杂散光)1-L4会耦合进入目标微透镜1-210M的正向入射光1-L1，一起入射至从第一光孔1-204A露出的一目标传感像素1-203M，会造成干扰，降低图像品质。以下将说明解决上述问题的方法。
图9显示依据本发明第四实施例的光学传感器的剖面示意图。如图9所示，光学传感器1-200还包括一第二遮光层1-208及一第二透明介质层1-209。第二遮光层1-208位于第一透明介质层1-207上，并具有多个第二光孔1-208A，此些光轴1-OA分别通过此些第二光孔1-208A。第二透明介质层1-209位于第二遮光层1-208上。此些微透镜1-210位于第二透明介质层1-209上。为简化说明，定义此些微透镜1-210的其中一个为目标微透镜1-210M，目标微透镜1-210M所具有的光轴1-OA定义为一目标光轴1-OAM，目标光轴1-OAM所通过的传感像素1-203定义为目标传感像素1-203M，与目标微透镜1-210M相邻的此些微透镜1-210定义为相邻微透镜1-210N。于此状态下，第二遮光层1-208遮蔽从外界进入此些相邻微透镜1-210N的多个平行的第三斜向入射光1-L4免于进入第一透明介质层1-207及目标传感像素1-203M中。有关图2的斜向入射光1-L2的特征，同样适用于本实施例，故亦可参见图2的相关说明。
因此，通过设置第二遮光层1-208及第二光孔1-208A于微透镜1-210与第一遮光层1-204及第一光孔1-204A之间，则可以有效遮挡来自于相邻透镜间的串扰所造成的光线干扰。
图10显示图8的光学传感器的特性曲线图。图11显示图9的光学传感器的特性曲线图。如图10所示，没有设置第二遮光层1-208时，传感像素接收到正向入射光1-L1(通过目标微透镜1-210M)与第三斜向入射光1-L4(通过相邻微透镜1-210N)，造成图像重影现象。如图11所示，有设置第二遮光层1-208时，传感像素仅接收到正向入射光1-L1，而没有接收到第三斜向入射光，不会造成图像重影现象。因此，第二遮光层1-208可以非常有效的解决串扰问题，增强信号品质，提高图像清晰度。同时，通过设置第二遮光层1-208，不仅可以有效解决串扰问题，连同图5所描述的微透镜之间的空白区域的杂光干扰，也可以同时被压抑，是很有效的一石两鸟的作法。
图12显示依据本发明第四实施例的光学传感器的工作原理的局部剖面示意图。通过图9的结构的优越特性，图12可以更详细的阐述如何结合微透镜1-210、第一光孔1-204A与第二光孔1-208A的几何设计并且结合第一透明介质层1-207与第二透明介质层1-209的控制，设计出不同分辨率的光学传感器，以利应用于不同的系统及应用。当设计任何一种传感阵列元件时，有一个品质因数(Figure Of Merit)就是要尽量提高单一传感元有效的填充因子(Fill Factor)(有效传感区面积/单一像素面积)。应用此观念于本发明的光学传感器，就是要提高每一微透镜1-210的填充因子(包括了对应的传感像素1-203)，在图6中，最佳的填充因子就是相邻微透镜1-210之间几乎没有留下空白。在图12中，A1是第一光孔1-204A的直径(孔径)，而A2是第二光孔1-208A的直径(孔径)，h为第一遮光层1-204与第二遮光层1-208之间的厚度，而H则是第一遮光层1-204至微透镜1-210的底面1-210B之间的厚度。通过几何三角关系(相似三角形)，可以得到一种分辨率的设计公式，也就是X(两微透镜1-210之间的节距或间距(pitch))表示如下：
也就是
在作为指纹传感使用时，一个优选实施例可以设计为H约等于43μm，h约等于15μm，A1约等于4.5μm，A2约等于9μm，则根据上述公式，X约等于20μm。因此这公式可以做为设计不同分辨率的光学传感器的一种设计准则，当然由于制造的工序不可能完美，因此，此公式不是采用完全的”＝”号，而是”≈”近似号，其误差是可以被容许在20μm以内。
因此，在光学传感器1-200中，第一遮光层1-204位于基板1-201的上方，并具有多个第一光孔1-204A；第二遮光层1-208位于第一遮光层1-204的上方，并具有多个第二光孔1-208A。此些微透镜1-210分别位于此些第二光孔1-208A的上方，且此些光轴1-OA分别通过此些第二光孔1-208A及此些第一光孔1-204A。此些微透镜1-210的间距(pitch)X由以下公式表示：
X＝A1+(H/h)*(A2-A1)±20μm
其中A1表示第一光孔1-204A的孔径，A2表示第二光孔1-208A的孔径，H表示微透镜1-210的底面1-210B与第一遮光层1-204之间的距离，h表示第二遮光层1-208与第一遮光层1-204之间的距离。
图13显示依据本发明第五实施例的光学传感器的剖面示意图。如图13所示，本实施例类似于第一实施例，不同点在于传感像素1-203'的横向尺寸(图13的水平方向的尺寸)被设计成接收到此些正向入射光1-L1，但不接收到此些斜向入射光1-L2，而光学传感器1-200于第一透明介质层1-207与此些传感像素1-203'之间不具有任何遮光层来遮蔽此些斜向入射光1-L2。
详细来说，在光学传感器1-200中，介电层组1-202，位于基板1-201上并覆盖此些传感像素1-203'，保护层1-205位于介电层组1-202上，光学滤波层1-206位于保护层1-205上，并对此些正向入射光1-L1与此些斜向入射光1-L2执行光线波长过滤动作。第一透明介质层1-207位于光学滤波层1-206上，此些微透镜1-210位于第一透明介质层1-207上。因此，本实施例并没有图2的第一遮光层1-204及第一光孔1-204A的设计，而是通过设计传感像素1-203'的几何尺寸(约相当于图2中第一光孔1-204A的尺寸)，以避开如图2中的斜向入射光1-L2所造成的干扰，此举可以有效简化制造工艺步骤及成本。
图14显示依据本发明第六实施例的光学传感器的局部剖面示意图。图15显示图14的光学传感器的特性曲线图。图16A与16B显示依据本发明第七实施例的光学传感器的两个例子的局部剖面示意图。如图14至16所示，为避免混淆起见，仅绘制出遮光层的剖面线，本实施例类似于第一实施例，不同点在于光学传感器1-200还包括：多个偏移微透镜1-210A，排列成阵列，并位于第一透明介质层1-207上或上方；以及类似于图6的透镜遮光层1-211，位于第一透明介质层1-207上，以及此些偏移微透镜1-210A之间的间隙1-G中。于图16A中，此些偏移微透镜1-210A排列于此些微透镜1-210的外围。此些微透镜1-210分别将此些平行的正向入射光1-L1入射于此些传感像素1-203总数的一部分的内部，并将此些平行的斜向入射光1-L2(参见图2)入射于此些传感像素1-203总数的一部分的外部。此些偏移微透镜1-210A分别将从外界进入此些偏移微透镜1-210A的多个平行的第二正向入射光1-L1'，通过第一透明介质层1-207而入射于此些传感像素1-203总数的其余部分的外部，并将从外界进入此些偏移微透镜1-210A的多个平行的第四斜向入射光1-L5入射于此些传感像素1-203总数的其余部分的内部。目标物1-F产生此些平行的第二正向入射光1-L1'以及此些平行的第四斜向入射光1-L5。此些第二正向入射光1-L1'平行于此些偏移微透镜1-210A的多个光轴1-OAA。各第四斜向入射光1-L5与各光轴1-OAA夹出一个第二角度1-ANG2(参见图14)。如图15的角度响应结果所示，本实施例可以控制35度±3.5度左右的第四斜向入射光1-L5进入到传感像素1-203，也就是本实施例的第二角度1-ANG2介于31.5度与38.5度之间，当然这个第二角度1-ANG2是可以通过设计来选定的，在本发明中，介于3.5或5度到60度之间的任一角度的斜向入射光可以入射于所述传感像素1-203的内部。故第二角度1-ANG2是可以选择性改变的。图16B类似于图16A，不同点在于并入第二遮光层1-208及第二透明介质层1-209，相关特征可参见图9的相关说明，于此不再赘述。
因此，在图14中，是将前述几个实施例仅允许正向入射光1-L1的准直器的设计，更改为全部或者部分像素仅允许第四斜向入射光1-L5进入其中，或者是允许几个斜向角度的入射光，亦或者是渐进式的改变入射斜向角度的入射光进入其中。由于可以实施的方式很多种，为了简化说明，图14仅描述允许一特定斜向角度入射的设计。图中所示，并不需要增加新的材料或结构(相较于图2)，而是通过设计将微透镜1-210的光轴偏移，使其不与相对应的第一光孔1-204A对齐，因而包括正向入射的光线会被第一遮光层1-204阻挡(如图14中的第二正向入射光1-L1')。从图14显示的实际测量数据中，可以看出即使在斜向35度左右的入射光，依然可以得到半高宽约3.5度的品质(相较于图3的正向入射的数据)。
应用图14的发明构思，图16A与图16B结合了图2与图14，在传感像素1-203所排列成的阵列中，由中心至外围所对应的微透镜1-210的光轴与光孔的偏移量，从0度偏移到可以对应于预定的斜向角度(例如35度)，其中可以允许几个斜向角度(几个光轴的偏移量)，亦或者是渐进式的改变入射斜向角度(连续性光轴偏移)，这样可以用较小的传感像素1-203的阵列的面积1-SR，传感到更大的待测物面积1-CR(例如指纹接触面积)，不仅增加传感的准度(随面积增大而增大)，也有效降低成本(随传感器面积降低而降低)。熟悉本项技艺者，当可以通过本发明的几个实施例的描述，组合出不同的设计，这些都不超出本实施例及发明的范围。
值得注意的是，依据图14所示的结构，本实施例亦提供一种光学传感器1-200，包括一基板1-201、一第一透明介质层1-207以及多个偏移微透镜1-210A。基板1-201具有多个传感像素1-203，排列成阵列。第一透明介质层1-207位于基板1-201的上方。此些偏移微透镜1-210A排列成阵列，并位于第一透明介质层1-207上或上方。此些偏移微透镜1-210A分别将从外界进入此些偏移微透镜1-210A的多个平行的正向入射光1-L1'，通过第一透明介质层1-207而入射于此些传感像素1-203总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入此些偏移微透镜1-210A的多个平行的第四斜向入射光1-L5入射于此些传感像素1-203总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物1-F的一图像，目标物1-F产生此些平行的正向入射光1-L1'以及此些平行的第四斜向入射光1-L5，此些正向入射光1-L1'平行于此些偏移微透镜1-210A的多个光轴1-OAA，各第四斜向入射光1-L5与各光轴1-OAA夹出第二角度1-ANG2。
于光学传感器1-200中，介电层组1-202位于基板1-201上并覆盖此些传感像素1-203；第一遮光层1-204位于介电层组1-202上，并具有多个第一光孔1-204A。此些正向入射光1-L1'不通过此些第一光孔1-204A，此些第四斜向入射光1-L5通过此些第一光孔1-204A。保护层1-205位于第一遮光层1-204上。光学滤波层1-206位于保护层1-205上，并对此些正向入射光1-L1'与此些第四斜向入射光1-L5执行光线波长过滤动作。第一透明介质层1-207位于光学滤波层1-206上，此些偏移微透镜1-210A位于第一透明介质层1-207上。图14的光学传感器1-200亦可应用于图1的光学传感系统1-600，本领域技术人员可以轻易推敲其应用于图1的光学传感系统1-600的设置方式，故于此不再详述。
图17A至图17E显示依据本发明第八实施例的光学传感器的制造方法的各步骤的结构剖面示意图。本实施例的结构类似于图2的第一实施例，不同点在于更具有透镜遮光层1-211。首先，如图17A所示，提供一基板1-201，具有多个传感像素1-203，排列成阵列。接着，如图17B至17D所示，于基板1-201的上方形成第一透明介质层1-207。详细而言，如图17B所示，于基板1-201上形成介电层组1-202，再于介电层组1-202上形成第一遮光层1-204(也就是于基板1-201与第一透明介质层1-207之间形成第一遮光层1-204)以及第一光孔1-204A。然后，如图17C所示，于第一遮光层1-204与第一光孔1-204A上形成保护层1-205，再于保护层1-205上形成光学滤波层1-206。接着，如图17D所示，于光学滤波层1-206上形成第一透明介质层1-207。然后，于第一透明介质层1-207上或上方形成多个微透镜1-210，排列成阵列，至此形成图2的光学传感器1-200。
接着，如图17E所示，于第一透明介质层1-207上与此些微透镜1-210之间形成透镜遮光层1-211。亦即，于此些微透镜1-210之间的多个间隙1-G中形成透镜遮光层1-211。
值得注意的是，上述制造方法亦可应用于图14的偏移微透镜1-210A而制造出具有偏移微透镜1-210A的光学传感器1-200。本领域技术人员可以轻易推敲此光学传感器1-200的制造方法，故于此不再详述。
图18A至图18F显示依据本发明第九实施例的光学传感器的制造方法的各步骤的结构剖面示意图。本实施例的结构类似于图9的第四实施例，不同点在于更具有透镜遮光层1-211。图19A至图19F显示依据本发明第十实施例的光学传感器的制造方法的各步骤的结构剖面示意图。本实施例的结构类似于图13的第五实施例，不同点在于更具有第二遮光层1-208、第二透明介质层1-209与透镜遮光层1-211。
以下将通过制造方法的各步骤的结构图对图17A到17E、图18A到18F以及图19A到19F作综合说明。
在图17A/图18A/图19A中，基板1-201可为半导体基板，例如硅基板。此外，在一些实施例中，上述半导体基板亦可为元素半导体(Elemental Semiconductor)，包括：锗(Germanium)；化合物半导体(Compound Semiconductor)，包括：氮化镓(GalliumNitride)、碳化硅(Silicon Carbide)、砷化镓(Gallium Arsenide)、磷化镓(GalliumPhosphide)、磷化铟(Indium Phosphide)、砷化铟(Indium Arsenide)及/或锑化铟(IndiumAntimonide)；合金半导体(Alloy Semiconductor)，包括：硅锗合金(SiGe)、磷砷镓合金(GaAsP)、砷铝铟合金(AlInAs)、砷铝镓合金(AlGaAs)、砷铟镓合金(GaInAs)、磷铟镓合金(GaInP)、及/或磷砷铟镓合金(GaInAsP)、或上述材料的组合。在其他实施例中，基板1-201也可以是绝缘层上覆半导体(Semiconductor On Insulator)基板，上述绝缘层上覆半导体基板可包括底板、设置于底板上的埋藏氧化层、及设置于埋藏氧化层上的半导体层。此外，基板1-201可为N型或P型导电类型。
在一些实施例中，基板1-201可包括各种隔离部件(未示出)，用于定义主动区，并电性隔离基板1-201之中/之上的主动区元件。在一些实施例中，隔离部件包括浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)部件、局部硅氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)部件、其他合适的隔离部件、或上述的组合。
在一些实施例中，基板1-201可包括各种以如离子布植及/或扩散工艺所形成的P型掺杂区及/或N型掺杂区(未示出)。在一些实施例中，掺杂区可形成晶体管、光电二极管(Photodiode)等元件。此外，基板1-201亦可包括各种主动元件、无源元件以及各种导电部件(例如：导电垫、导线或导孔)。
在基板1-201中形成传感像素1-203/1-203’的阵列，并且传感像素1-203/1-203’可与信号处理电路(Signal Processing Circuitry)(未示出)连接。在一些实施例中，传感像素1-203/1-203’的数量取决于光学传感(感测)区的面积1-SR的大小。每个传感像素1-203/1-203’可包括一或多个光检测器(Photodector)。在一些实施例中，光检测器可包括光电二极管，其中光电二极管可包括P型半导体层、本质层(Intrinsic Layer)、以及N型半导体层的三层结构的光电材料(Photoelectric Material)，本质层吸收光以产生出激子(Exciton)，并且激子会在P型半导体层及N型半导体层的接面分成电子与空穴，进而产生电流信号。在一些实施例中，光检测器可为CMOS图像传感器，例如前照式(Front-SideIllumination，FSI)CMOS图像传感器或背照式(Back-Side Illumination，BSI)CMOS图像传感器。在一些其他实施例中，光检测器也可包括电荷耦合元件(Charged Coupling Device，CCD)传感器、主动传感器、被动传感器、其他适合的传感器或上述的组合。在一些实施例中，传感像素1-203/1-203’可通过光检测器将接收到的光信号转换成电子信号，并通过信号处理电路处理上述电子信号。
在一些实施例中，传感像素1-203/1-203’为阵列排列，从而形成传感像素阵列。然而，在图2中所示的剖面图仅示出传感像素1-203/1-203’的阵列的其中一列，并位于基板1-201的上表面的下方。值得注意的是，在所有实施例图中所示出的传感像素1-203/1-203’的数量与排列方式仅为例示性的，本发明实施例并不以此为限。传感像素1-203/1-203’可为任意行列数目的阵列或其他的排列方式。
在图17B/图18B/图19B中，介电层组1-202形成于基板1-201与传感像素1-203/1-203’上方，介电层组1-202主要为集成电路制造工艺的后段BEOL金属连接线及金属间介电层的组合，由于其为已知技术，在此不赘述，特别注意的是在设计时，在光的入射光路上，不要有任何的金属以免遮蔽。接着，形成第一遮光层1-204在介电层组1-202上。第一遮光层1-204可包括遮光材料，其对于在1200纳米波长范围以下的光穿透率小于1％以下，但当然不限定于此。
在一些实施例中，第一遮光层1-204可包括金属材料(在本实施例为集成电路制造工艺的最后一道金属)，例如钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)或钛(Ti)等。在此实施例中，可通过例如化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理气相沉积工艺(Physical VaporDeposition，PVD)(例如：真空蒸镀工艺(Vacuum Evaporation Process)、溅镀工艺(Sputtering Process)、脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，PLD))、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)、其他适合的沉积工艺、或前述的组合，来毯覆性地形成第一遮光层1-204。在一些实施例中，第一遮光层1-204可包括具有遮光特性的高分子材料，例如环氧树脂、聚酰亚胺等。在此实施例中，可通过例如旋转涂布法(Spin-Coating)、化学气相沉积法(CVD)、其他适当的方法、或上述的组合将第一遮光层1-204形成于介电层组1-202上。通过上述方法所形成的第一遮光层1-204的厚度在约0.3微米(micrometer，μm)至约5微米的范围，例如可为2微米。在一些实施例中，第一遮光层1-204的选用厚度取决于第一遮光层1-204的材料的遮光能力，例如第一遮光层1-204所包括的遮光材料的遮光能力与其厚度呈负相关。
接着对第一遮光层1-204执行图案化工艺，以形成具有第一孔径A1的多个第一光孔1-204A。上述的图案化工艺可包括光刻工艺与刻蚀工艺。光刻工艺可包括例如：光刻胶涂布(例如旋转涂布)、软烤、曝光图案、曝光后烘烤、光刻胶显影、清洗及干燥(例如硬烤)、其他适当的工艺、或上述的组合。刻蚀工艺可包括例如：湿式刻蚀工艺、干式刻蚀工艺(例如反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE))、等离子体刻蚀、离子研磨)、其他适合的工艺、或上述的组合。通过上述方法所形成的第一孔径A1在约0.3微米至约50微米的范围，例如可为约4微米至约5微米。
值得注意的是，在图5中所示出的第一光孔1-204A与传感像素1-203是以一对一的方式对应设置，然而，在本发明的其他实施例中的第一光孔1-204A与传感像素1-203亦可以一对多或多对一的方式对应设置。举例来说，一个第一光孔1-204A可露出两个以上的传感像素1-203(未示出)，或者一个传感像素1-203可从两个以上的第一光孔1-204A露出(未示出)。图5仅示出例示性的设置方式，本发明并不以此为限。根据本发明的一些实施例，通过控制图案化第一遮光层1-204的第一孔径A1，可调整入射光的视场角的范围。
在图17C/图18C/图19C中，一保护层1-205及一光学滤波层1-206形成于第一遮光层1-204及第一光孔1-204A上方。在本实施例中，保护层1-205为集成电路的保护层，其可以为氧化硅或氮化硅材料或两者的组合。当然此一保护层1-205可以选择性不要(参见图20与图21)，例如在第一遮光层1-204材料为具有遮光特性的高分子材料的状况下。光学滤波层1-206可为红外线滤光层(Infrared Cut Filter，ICF)。可见光(Visible Light)对于此红外线滤光层具有高穿透率(Transmittance)，而红外光对其则具有高反射率(Reflectivity)，可以减少例如来自太阳光的红外线的干扰。
在图17D/图19D中，形成第一透明介质层1-207于光学滤波层1-206上，第一透明介质层1-207可包括光固化材料(UV-Curable Material)、热固化材料(ThermosettingMaterial)、或上述的组合。举例来说，第一透明介质层1-207可包括例如聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(Methyl Methacrylate)，PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate，PEN)聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、全氟环丁基(Perfluorocyclobutyl，PFCB)聚合物、聚亚酰胺(Polyimide，PI)、亚克力树脂、环氧树脂(Epoxy resins)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、其他适当的材料、或上述的组合。在一些实施例中，可以旋转涂布法(Spin-Coating)、干膜(Dry Film)工艺、铸模(Casting)、棒状涂布(Bar Coating)、刮刀涂布(BladeCoating)、滚筒涂布(Roller Coating)、线棒涂布(Wire Bar Coating)、浸渍涂布(DipCoating)、化学气相沉积法(CVD)、其他适合的方法。在一些实施例中，通过上述方法所形成的第一透明介质层1-207的厚度在约1微米至约100微米的范围，例如可为10至50微米。根据本发明的一些实施例，通过上述工艺方法所形成的第一透明介质层1-207具有高良率及良好的品质。并且，通过控制第一透明介质层1-207的厚度可增加或减少光线经过微透镜1-210后偏移的距离，进而提升传感像素1-203的阵列所能接收的入射光角度的精准度。
微透镜1-210形成于第一透明介质层1-207上方，两者可以是同质材料或异质材料(在此为同质)，其形成方法通常是通过高温回焊(Reflow)将一厚膜高分子材料通过内聚力的方式形成半球结构。当然第一透明介质层1-207及微透镜1-210也可以是介电材料，例如玻璃等，其还可以提高透光性。在这些实施例中，可在光刻工艺中干燥(例如硬烤)的步骤利用表面张力的效果来形成半球状的微透镜1-210，并且，可通过控制加热的温度来调整所需要的微透镜1-210的曲率半径。在一些实施例中，所形成的微透镜1-210的厚度在约1微米至约50微米之间的范围。值得注意的是，微透镜1-210的轮廓并不以半球状为限，本发明实施例亦可根据所需要的入射光角度来调整微透镜1-210的轮廓，例如可为非球面状(aspheric)。
在图18D/图19D中，其为增加一第二遮光层1-208的结构，其材料特性在本实施例相同于第一遮光层1-204，在此不赘述。并且通过光刻技术形成第二光孔1-208A于第二遮光层1-208中，相同于第一光孔1-204A的形成方法，在此不赘述。
在图18E/图19E中，形成第二透明介质层1-209于第二遮光层1-208及第二光孔1-208A上方，第二透明介质层1-209的材料与形成方法与第一透明介质层1-207相同，在此不赘述。综合来说，于微透镜1-210与第一透明介质层1-207之间形成第二遮光层1-208与第二透明介质层1-209。最后形成微透镜1-210于第二透明介质层1-209上方，形成方法与材料前面已描述，在此省略。
在图17E/图18F/图19F中，可以根据需求更进一步形成一透镜遮光层1-211于微透镜1-210之间的空白处，透镜遮光层1-211的材料可以相同于第一遮光层1-204/第二遮光层1-208的材料，因此不赘述。
图20显示依据本发明第八实施例的变化例的光学传感器的结构剖面示意图。本变化例是省去图17E的保护层1-205的结构，相同之处不再赘述。于本变化例中，光学滤波层1-206位于第一遮光层1-204上，并且可以填入第一光孔1-204A中。如此可以减少制造步骤数目，降低制造成本，并减少光学传感器的厚度。
图21显示依据本发明第十实施例的变化例的光学传感器的结构剖面示意图。本变化例是省去图19F的保护层1-205的结构，相同之处不再赘述。于本变化例中，光学滤波层1-206位于介电层组1-202上。如此可以减少制造步骤数目，降低制造成本，并减少光学传感器的厚度。
综上所述，本发明的实施例所提供的光学传感系统包括利用显示器(例如移动装置的屏幕面板)作为光源的设计。再者，在光学传感系统中，光学传感器所包括的具有不同横向偏移距离的微透镜与第一遮光层的第一开孔的配置及/或其他参数(例如第一开孔的孔径、第一透明介质层的厚度、及/或微透镜的曲率半径)的配置，可使得传感像素接收来自不同入射角范围的光线。据此，从特定范围的视场角入射的光线可入射至传感像素。另外，由于本发明所提供的光学传感系统可接收斜角入射的光，使得光学传感区的面积可小于待测物面积，而实现缩小光学传感器的面积并取得良好的图像品质的技术效果。
综上所述，本发明的实施例通过符合上述关系式的微透镜与具有较小尺寸的传感像素的配置，可实现在不具备额外的遮光层的情况下，使得传感像素亦能接收来自特定范围的视场角入射的光线，并可降低光学传感器的厚度。通过将电路设计配置于具有较小尺寸的传感像素之间，可有效提升光学传感器的集成密度。本发明的实施例所提供的光学传感器可利用显示器(例如移动装置的屏幕面板)作为光源的设计。再者，光学传感器所包括的具有不同横向偏移距离的微透镜层与传感像素的配置及/或其他参数(例如传感像素的尺寸、第一透明介质层的折射率、第一透明介质层的厚度、微透镜的焦距、微透镜的直径)的配置，可使得传感像素接收来自不同入射角范围的光线。据此，从特定范围的视场角入射的光线可入射至传感像素。
[第二组实施例]
本发明提供了光学传感器、光学传感系统及其形成方法，特别是一种应用于屏幕下光学式指纹识别系统的光学传感器及光学传感系统。本发明实施例所提供的光学传感器具有虚拟准直(virtual collimators)结构，此虚拟准直结构包含了露出传感像素(sensorpixel)的第一遮光层、形成在第一遮光层上且覆盖传感像素的第一透明介质层、以及形成在第一透明介质层上的微透镜。此虚拟准直结构利用微透镜引导入射光穿透第一透明介质层至从第一遮光层露出的传感像素。本发明所提供的光学传感器的虚拟准直结构的形成方式与传统工艺相比具有成本及难度较低的优点。并且，本发明所提供的包含虚拟准直结构的光学传感器的厚度可小于500微米(micrometers，um)，比传统的光学传感器更加轻薄，因而更易于整合至轻薄的移动电子装置。
图22是根据本发明的一些实施例，示出光学传感系统2-100传感目标物2-F(例如：手指的指纹)的简化示意图。光学传感系统2-100包括盖板层2-101及在盖板层2-101下的光学传感器2-200。当目标物2-F接触盖板层2-101的上表面时，目标物2-F将光源(未示出)发出的光反射到光学传感器2-200以接收光信号。目标物2-F具有各种轮廓特征，例如凸部2-F1与凹部2-F2。因此，当目标物2-F接触盖板层2-101的上表面，目标物2-F的凸部2-F1与盖板层2-101的上表面接触，而目标物2-F的凹部2-F2则不与盖板层2-101的上表面接触，亦即在凹部2-F2与盖板层2-101的上表面间有一间隙。因此，在目标物2-F的凸部2-F1与凹部2-F2下方的传感像素所接受到的光线(例如光线2-L1及光线2-L2)强度将会不同，从而可借此对目标物2-F的轮廓特征(例如：指纹图样特征)进行感测与识别。
图23是根据本发明的一些实施例，示出光学传感系统2-100的范例结构传感目标物2-F的示意图。光学传感系统2-100包含显示器2-300以及在显示器2-300的下的光学传感器2-200，其中显示器2-300可为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示器或微型发光二极管(Micro LED)显示器。在一些实施例中，可利用光学传感系统2-100中的显示器2-300作为光源，其发出的光线将照射与显示器2-300的上表面接触的目标物2-F，目标物2-F再将此光线反射至设置在显示器2-300下的光学传感器2-200以对目标物2-F的轮廓特征(例如：手指的指纹特征)进行感测与识别。值得注意的是，光学传感系统2-100中的光学传感器2-200也可搭配其他形态的光源，故本发明实施例并不以此为限。
根据本发明的一些实施例，在图23中所示出的光学传感器2-200包含具有传感像素阵列2-202的基底2-201、具有多个第一开孔2-205的第一遮光层2-204、第一透明介质层2-206以及微透镜层2-209。在一些实施例中，设置于基底2-201上的第一遮光层2-204的多个第一开孔2-205露出传感像素阵列2-202的多个传感像素2-203。设置于第一遮光层2-204上的第一透明介质层2-206覆盖了从多个第一开孔2-205中露出的传感像素2-203。微透镜层2-209所包含的多个微透镜2-210对应设置在位于第一透明介质层2-206上。在一些实施例中，这些微透镜2-210可用来引导从目标物2-F反射而入射至光学传感器2-200的光线穿透第一透明介质层2-206至传感像素2-203。
如图23所示，光线2-L1、光线2-L2、光线2-L3分别以不同的角度入射至光学传感器2-200，其中光线2-L1及光线2-L3为斜角入射的光，而光线2-L2为垂直入射的光。在一实施例中，光线2-L1入射至微透镜层2-209的其中一个微透镜2-210A而被引导至从第一遮光层2-204的其中一个第一开孔2-205A露出的传感像素2-203A，其中此微透镜2-210A的中心线2-C1A与此第一开孔2-205A的中心线2-C2A具有第一横向偏移距离2-S1。在另一实施例中，光线2-L2入射至微透镜层2-209的其中另一个微透镜2-210B而被引导至从第一遮光层2-204的其中另一个第一开孔2-205B露出的传感像素2-203B，其中此微透镜2-210B的中心线与此第一开孔2-205B的中心线重叠。在又另一实施例中，光线2-L3入射至微透镜层2-209的其中又另一个微透镜2-210C而被引导至从第一遮光层2-204的其中又另一个第一开孔2-205C露出的传感像素2-203C，其中此微透镜2-210C的中心线2-C1C与此第一开孔2-205C的中心线2-C2C具有第二横向偏移距离2-S2。
根据本发明的一些实施例，可通过调整微透镜2-210的中心线2-C1与第一开孔2-205的中心线2-C2的横向偏移距离以使得传感像素2-203接收来自不同角度的光线。此外，也可一并调整第一开孔2-205的孔径A1’、第一透明介质层2-206的厚度T、及/或微透镜2-210的曲率半径R，以使得传感像素2-203接收来自不同的视场角(field of view angle)的光线而实现高收光效率(Light collection efficiency)。再者，在本发明所提供的光学传感器2-200中，可整合具有不同横向偏移距离的微透镜2-210与第一开孔2-205的配置及/或其他参数(例如第一开孔2-205的孔径A1’、第一透明介质层2-206的厚度T、及/或微透镜2-210的曲率半径R)的配置。通过本发明所提供的光学传感器2-200中虚拟准直结构的配置，可使得光学传感区2-SR与目标物接触区2-CR的面积不需要以一比一的方式配置(例如光学传感区2-SR的面积可小于目标物接触区2-CR的面积)，而实现缩小光学传感器2-200的感测面积并取得良好的影像品质的技术效果。
图24、图25、图26A、图26B是根据本发明的一些实施例，示出光学传感器2-200于工艺的各种阶段的剖面示意图。如图24所示，在一些实施例中，提供包含传感像素阵列2-202的基底2-201，并在基底2-201上形成第一遮光层2-204。基底可为半导体基板，例如：硅基板。此外，在一些实施例中，上述半导体基板亦可为元素半导体(elementalsemiconductor)，包含：锗(germanium)；化合物半导体(compound semiconductor)，包含：氮化镓(gallium nitride)、碳化硅(silicon carbide)、砷化镓(gallium arsenide)、磷化镓(gallium phosphide)、磷化铟(indium phosphide)、砷化铟(indium arsenide)及/或锑化铟(indium antimonide)；合金半导体(alloy semiconductor)，包含：硅锗合金(SiGe)、磷砷镓合金(GaAsP)、砷铝铟合金(AlInAs)、砷铝镓合金(AlGaAs)、砷铟镓合金(GaInAs)、磷铟镓合金(GaInP)、及/或磷砷铟镓合金(GaInAsP)、或上述材料的组合。在其他实施例中，基底2-201也可以是绝缘层上覆半导体(semiconductor on insulator)基板，上述绝缘层上覆半导体基板可包含底板、设置于底板上的埋藏氧化层、及设置于埋藏氧化层上的半导体层。此外，基底2-201可为N型或P型导电类型。
在一些实施例中，基底2-201可包含各种隔离部件(未示出)，用以定义主动区，并电性隔离基底2-201之中/之上的主动区元件。在一些实施例中，隔离部件包含浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)部件、局部硅氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)部件、其他合适的隔离部件、或上述的组合。
在一些实施例中，基底2-201可包含各种以如离子布植及/或扩散工艺所形成的P型掺杂区及/或N型掺杂区(未示出)。在一些实施例中，掺杂区可形成晶体管、光电二极管(photodiode)等元件。此外，基底2-201亦可包含各种主动元件、无源元件、以及各种导电部件(例如：导电垫、导线、或导孔)。
参照图24，在一些实施例中，基底2-201所包含的传感像素阵列2-202具有多个传感像素2-203，并且传感像素2-203可与信号处理电路(signal processing circuitry)(未示出)连接。在一些实施例中，传感像素阵列2-202所具有的传感像素2-203的数量取决于光学传感区2-SR的面积大小。每个传感像素2-203可包含一或多个光检测器(photodector)。在一些实施例中，光检测器可包含光电二极管，其中光电二极管可包含P型半导体层、本质层(intrinsic layer)、以及N型半导体层的三层结构的光电材料(photoelectricmaterial)，本质层吸收光以产生出激子(exciton)，并且激子会在P型半导体层及N型半导体层的接面分成电子与空穴，进而产生电流信号。在一些实施例中，光检测器可为互补式金属氧化物半导体(complimentary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像传感器，例如前照式(front-side illumination，FSI)CMOS影像传感器或背照式(back-sideillumination，BSI)CMOS影像传感器。在一些其他实施例中，光检测器也可包含电荷耦合元件(charged coupling device，CCD)传感器、主动传感器、被动传感器、其他适合的传感器、或上述的组合。在一些实施例中，传感像素2-203可通过光检测器将接收到的光信号转换成电子信号，并通过信号处理电路处理上述电子信号。
在一些实施例中，传感像素2-203为阵列排列从而形成传感像素阵列2-202。然而，在图24中所示的剖面图仅示出传感像素阵列2-202的其中一列，并位于基底2-201上表面的下方。值得注意的是，在图24所示出的传感像素阵列2-202所包含的传感像素2-203的数量与排列方式仅为例示性的，本发明实施例并不以此为限。传感像素2-203可为任意行列数目的阵列或其他的排列方式。
在一些实施例中，如图24所示，形成第一遮光层2-204在基底2-201上。第一遮光层2-204可包含遮光材料，其对于在1200纳米波长范围以下的光穿透率小于1％以下。
在一些实施例中，第一遮光层2-204可包含金属材料，例如钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)或钛(Ti)等。在此实施例中，可通过例如化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、物理气相沉积工艺(physical vapor deposition，PVD)(例如：真空蒸镀工艺(vacuumevaporation process)、溅镀工艺(sputtering process)、脉冲激光沉积(pulsed laserdeposition，PLD))、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)、其他适合的沉积工艺、或前述的组合来毯覆性地形成第一遮光层2-204于基底2-201上。在一些实施例中，第一遮光层2-204可包含具有遮光特性的高分子材料，例如环氧树脂、聚酰亚胺等。在此实施例中，可通过例如旋转涂布法(spin-coating)、化学气相沉积法(CVD)、其他适当的方法、或上述的组合将第一遮光层2-204形成于基底2-201上。通过上述方法所形成的第一遮光层2-204的厚度在约0.3微米(micrometer，μm)至约5微米的范围，例如可为2微米。在一些实施例中，第一遮光层2-204的选用厚度取决于第一遮光层2-204的材料的遮光能力，例如第一遮光层2-204所包含的遮光材料的遮光能力与其厚度呈负相关。
参照图25，根据本发明的一些实施例，可对形成于基底2-201上的第一遮光层2-204执行图案化工艺。上述经过图案化工艺的第一遮光层2-204具有多个第一开孔2-205，其中这些第一开孔2-205具有第一孔径A1’。在一些实施例中，形成于基底2-201上的第一遮光层2-204的多个第一开孔2-205露出传感像素阵列2-202的多个传感像素2-203。在一些实施例中，上述的图案化工艺可包含光刻工艺与蚀刻工艺。光刻工艺可包含例如：光刻胶涂布(例如旋转涂布)、软烤、曝光图案、曝光后烘烤、光刻胶显影、清洗及干燥(例如硬烤)、其他适当的工艺、或上述的组合。蚀刻工艺可包含例如：湿式蚀刻工艺、干式蚀刻工艺(例如反应离子蚀刻(RIE)、等离子体蚀刻、离子研磨)、其他适合的工艺、或上述的组合。通过上述方法所形成的第一孔径A1’在约0.3微米至约50微米的范围，例如可为约4微米至约5微米。
值得注意的是，在图25中所示出的第一开孔2-205与传感像素2-203是以一对一的方式对应设置，然而，在本发明的其他实施例中的第一开孔2-205与传感像素2-203亦可以一对多或多对一的方式对应设置。举例来说，一个第一开孔2-205可露出两个以上的传感像素2-203，或者一个传感像素2-203可从两个以上的第一开孔2-205露出(未示出)。图25仅示出例示性的设置方式，本发明并不以此为限。根据本发明的一些实施例，通过控制图案化第一遮光层2-204的第一孔径A1’，可调整入射光的视场角的范围。再者，通过形成第一遮光层2-204于基底2-201上，可避免传感像素阵列2-202接收到不需要的光线，并可防止入射至光学传感器2-200的光线所产生的串音，进而提升光学传感器2-200的效能。
参照图26A，根据本发明的一些实施例，可形成第一透明介质层2-206于第一遮光层2-204上并覆盖从第一遮光层2-204的第一开孔2-205露出的传感像素阵列2-202。第一透明介质层2-206可包含光固化材料(UV-curable material)、热固化材料(thermosettingmaterial)、或上述的组合。举例来说，第一透明介质层2-206可包含例如聚甲基丙烯酸甲酯(poly (methyl methacrylate，PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、全氟环丁基(perfluorocyclobutyl，PFCB)聚合物、聚亚酰胺(Polyimide，PI)、亚克力树脂、环氧树脂(Epoxy resins)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、其他适当的材料、或上述的组合。在一些实施例中，可以旋转涂布法(spin-coating)、干膜(dry film)工艺、铸模(casting)、棒状涂布(bar coating)、刮刀涂布(bladecoating)、滚筒涂布(roller coating)、线棒涂布(wire bar coating)、浸渍涂布(dipcoating)、化学气相沉积法(CVD)、其他适合的方法、或上述的组合在第一遮光层2-204及其露出的传感像素阵列2-202上形成第一透明介质层2-206。在一些实施例中，通过上述方法所形成的第一透明介质层2-206的厚度T在约1微米至约100微米的范围，例如可为50微米。根据本发明的一些实施例，通过上述工艺方法所形成的第一透明介质层2-206具有高良率及良好的品质。并且，通过控制第一透明介质层2-206的厚度T可增加或减少光线经过微透镜2-210后偏移的距离，进而提升传感像素阵列2-202所能接收的入射光角度的精准度。
另一方面，参照图26B，根据本发明的其他实施例，亦可先形成第一透明介质子层2-206A于传感像素阵列2-202上，再将第一遮光层2-204形成于第一透明介质子层2-206A上，其中位于传感像素阵列2-202上的第一透明介质子层2-206A从第一遮光层2-204的第一开孔2-205部分露出。接着，在第一遮光层2-204的形成之后，将第一透明介质子层2-206B形成于第一遮光层2-204上。通过控制第一透明介质子层2-206A、206B的厚度2-TA、2-TB可增加或减少光线经过微透镜2-210后偏移的距离(例如增加厚度2-TA、2-TB可增加光线经过微透镜2-210后偏移的距离)，进而提升传感像素阵列2-202所能接收的入射光角度的精准度。
图27A至图27F是根据本发明的一些实施例，示出光学传感器2-200的剖面示意图。具体而言，图27A至图27F示出至少一微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的第一开孔2-205的中心线2-C2重叠的光学传感器2-200的剖面示意图。如图27A所示，在一些实施例中，形成图案化第二遮光层2-207于第一透明介质层2-206上，其中经图案化工艺的第二遮光层2-207的多个第二开孔2-208是对应于从第一遮光层2-204露出的多个传感像素2-203。值得注意的是，在图27A中所示出的第二开孔2-208与传感像素2-203是以一对一的方式对应设置，然而，在本发明的其他实施例中的第二开孔2-208与传感像素2-203亦可以一对多或多对一的方式对应设置。举例来说，进入一个第二开孔2-208的光线可入射至两个以上的传感像素2-203，或者进入两个以上的第二开孔2-208的光线可入射至同一个传感像素2-203(未示出)。图27A仅示出例示性的设置方式，本发明并不以此为限。
再者，图案化第二遮光层2-207的材料、形成方法、厚度、以及孔径大抵与第一遮光层2-204相同，故此处不再赘述。根据本发明的一些实施例，通过形成第二遮光层2-207于第一透明介质层2-206上，可避免传感像素阵列2-202接收到不需要的光线，并可防止入射至光学传感器2-200的光线所产生的串音，进而提升信号噪声比(Signal-to-noise ratio，S/N)。
参照图27B，在一些实施例中，将微透镜层2-209所包含的多个微透镜2-210对应设置于第二遮光层2-207的多个第二开孔2-208中，其中这些微透镜2-210用以引导入射光穿透第一透明介质层2-206至从第一开孔2-205中露出的传感像素2-203。在一些实施例中，微透镜层2-209的材料可包含透明的光固化材料或热固化材料，其形成方法大抵相同于第一透明介质层2-206的形成方法，故此处不再赘述。在这些实施例中，所形成的微透镜层2-209可经过图案化工艺来控制微透镜2-210的曲率半径R。在其他实施例中，微透镜层2-209的材料可为光刻胶材料。在此情况下，可通过包含例如：光刻胶涂布(例如旋转涂布)、软烤、曝光图案、曝光后烘烤、光刻胶显影、清洗及干燥(例如硬烤)、其他适当的工艺、或上述的组合的光刻工艺来形成微透镜层2-209。在这些实施例中，可在光刻工艺中干燥(例如硬烤)的步骤利用表面张力的效果来形成半球状的微透镜2-210，并且，可通过控制加热的温度来调整所需要的微透镜2-210的曲率半径R。在一些实施例中，所形成的微透镜2-210的厚度在约1微米至约50微米之间的范围。值得注意的是，微透镜2-210的轮廓并不以半球状为限，本发明实施例亦可根据所需要的入射光角度来调整微透镜2-210的轮廓，例如可为非球面状(aspheric)。
参照图27C，在其他实施例中，亦可直接将微透镜层2-209所包含的多个微透镜2-210设置于第一透明介质层2-206上(即不具有微透镜2-210之间的遮光层)，其中这些微透镜2-210用以引导入射光穿透第一透明介质层2-206至从第一开孔2-205中露出的传感像素2-203。在一些实施例中，微透镜层2-209的材料及其形成方法大抵相同于图27B所示的微透镜层2-209的材料及形成方法，故此处不再赘述。
参照图27D，其所示的结构与图27C所示的结构相似，差异在于图27D所示微透镜层2-209的形成是接续在图26B所示的结构。在这些实施例中，微透镜层2-209的材料及其形成方法大抵相同于图27B、27C所示的微透镜层2-209的材料及形成方法，故此处不再赘述。此外，在另一些实施例中，可在图27D的结构另增加一第二遮光层于微透镜2-210之间(如图27B的第二遮光层2-207)。
参照图27E，其所示的结构与图27C所示的结构相似，差异在于微透镜2-210与传感像素2-203可以多对一的方式对应设置。如图27E所示，两个以上的微透镜2-210可对应于从两个第一开孔2-205可露出的单一个传感像素2-203。值得注意的是，本发明实施例所提供的数量配置仅为例示性的，其可依据产品设计调整微透镜2-210与传感像素2-203的对应方式，本发明并不以此为限。
参照图27F，其为图27B的局部放大图。根据本发明的一些实施例，图27F示出利用控制横向偏移距离(即一个微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的第一开孔2-205的中心线2-C2的横向偏移距离)、微透镜2-210的曲率半径R、第一透明介质层2-206的厚度T、以及第一遮光层2-204的第一开孔2-205的孔径A1’，调整所允许的光线的入射角范围。在一些实施例中，如图27F所示，通过控制横向偏移距离等于零(即微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的第一开孔2-205的中心线2-C2重叠)并控制第一透明介质层2-206的厚度T及第一开孔2-205的孔径A1’，使得传感像素2-203可接收来自θ±θ1的角度范围的入射光。可理解的是，虽然此处并未示出图27C、27D、27E的局部放大图，图27C、27D、27E所示的实施例(即不具有微透镜2-210之间的遮光层)用来调整所允许的光线的入射角范围的机制大抵相同于图27B所示的实施例(即具有微透镜2-210之间的遮光层)，故此处不再赘述。
根据本发明的一些实施例，主要角度θ为入射光与传感像素2-203的上表面所夹的角度，以及容许度±θ1为从主要角度θ以顺时针及逆时针方向偏移的角度θ1。举例来说，当横向偏移距离等于零，主要角度θ可为90度，并可控制其他参数(例如第一透明介质层2-206的厚度T及第一遮光层2-204的第一开孔2-205的孔径A1’)使得容许度±θ1为±5度。因此，在此范例中的传感像素2-203可接收从85度至95度的角度范围入射的光。在一些实施例中，主要角度θ主要取决于横向偏移距离，容许度±θ1则主要取决于第一开口的孔径，而第一透明介质层2-206的厚度T主要可调整传感像素2-203可接收的入射角的精准度。
图28A至图28C是根据本发明的其他一些实施例，示出光学传感器2-200的剖面示意图。具体而言，图28A至图28C示出包含至少一微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的第一开孔2-205的中心线2-C2具有一横向偏移距离2-S的光学传感器2-200的剖面示意图。如图28A所示，在一些实施例中，形成图案化第二遮光层2-207于第一透明介质层2-206上，其中经图案化工艺的第二遮光层2-207的多个第二开孔2-208是对应于从第一遮光层2-204露出的多个传感像素2-203。值得注意的是，图28A所示出的实施例与图27A所示出的实施例的差异在于图28A中的第二开孔2-208与传感像素2-203是以一对一的方式斜向对应设置。换句话说，微透镜层2-209的其中一个微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的第一开孔2-205的中心线2-C2具有一横向偏移距离2-S(搭配参照图28B)。然而，在本发明的其他实施例中的第二开孔2-208与传感像素2-203亦可以一对多或多对一的方式斜向对应设置(未示出)。图28A仅示出例示性的设置方式，本发明并不以此为限。
参照图28B，在一些实施例中，将微透镜层2-209所包含的多个微透镜2-210设置于第二遮光层2-207的多个第二开孔2-208中，以斜向对应于传感像素2-203。其中这些微透镜2-210用以引导斜角入射光穿透第一透明介质层2-206而入射至从第一开孔2-205中露出的传感像素2-203。在一些实施例中，图28B所示出的微透镜层2-209的材料、形成方法、以及轮廓与图27B所示出的微透镜层2-209大抵相同，故此处不再赘述。在其他实施例中，亦可直接将微透镜层2-209所包含的多个微透镜2-210设置于第一透明介质层2-206上(即不具有微透镜2-210之间的遮光层)(未示出)，以斜向对应于传感像素2-203。其中这些微透镜2-210用以引导斜角入射光穿透第一透明介质层2-206而入射至第一开孔2-205下方的传感像素2-203。在这些实施例中，微透镜层2-209的材料及其形成方法大抵相同于图27C所示的微透镜层2-209的材料及形成方法，故此处不再赘述。
参照图28C，其为图28B的局部放大图。根据本发明的一些实施例，图28C示出利用控制横向偏移距离2-S、微透镜2-210的曲率半径R、第一透明介质层2-206的厚度T、以及第一遮光层2-204的第一开孔2-205的孔径A1’，调整所允许的光线的入射角范围。在一些实施例中，如图28C所示，通过控制横向偏移距离2-S(即微透镜层2-209的其中至少一个微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的第一开孔2-205的中心线2-C2的横向偏移距离)并控制第一透明介质层2-206的厚度T及第一开孔2-205的孔径A1’，使得传感像素2-203可接收来自θ’±θ2的角度范围的入射光。
根据本发明的一些实施例，主要角度θ’为入射光与传感像素2-203的上表面所夹的角度，以及容许度±θ2为从主要角度θ’以顺时针及逆时针方向偏移的角度θ2。举例来说，可控制横向偏移距离使得主要角度θ’可为45度，并可控制其他参数(例如第一透明介质层2-206的厚度T及第一遮光层2-204的第一开孔2-205的孔径A1’)使得容许度±θ2为±5度。因此，在此范例中的传感像素2-203可接收从40度至50度的角度范围入射的光。在一些实施例中，主要角度θ’主要取决于横向偏移距离2-S，容许度±θ2则主要取决于第一开口的孔径A1’，而第一透明介质层2-206的厚度T主要可调整传感像素2-203可接收的入射角的精准度。值得注意的是，本发明实施例所提供的角度范围仅为例示性的，本发明并不以此为限。本发明实施例可视需要而控制结构来调整上述各个参数。
根据图27A至图27F及图28A至图28C所示出的实施例，在本发明所提供的光学传感器2-200中，可整合具有不同横向偏移距离的微透镜2-210与第一开孔2-205的配置及/或其他参数(例如第一开孔2-205的孔径A1’、第一透明介质层2-206的厚度T、及/或微透镜2-210的曲率半径R)的配置，例如可将图27B、图28B所示的结构整合于光学传感器2-200中。通过本发明所提供的光学传感器2-200中结构的配置，可使得光学传感区2-SR与目标物接触区2-CR的面积不需要以一比一的方式配置(例如光学传感区2-SR的面积可小于目标物接触区2-CR的面积)(如图23所示)，而实现缩小光学传感器2-200的面积并取得良好的影像品质的技术效果。可以理解的是多个微透镜2-210可以具有相同或不同的曲率半径R，而第一开孔2-205也可以具有相同或不同的孔径A1’。
图29至图32是根据本发明的一些其他实施例，例如基于在图27B、图27C、图27D、图27E、图28B中所示的结构，示出包含额外结构的光学传感器2-200的剖面示意图。参照图29，是根据本发明的一些其他实施例，示出顺应地覆盖微透镜层2-209及第二遮光层2-207的保护层2-800。可理解的是，保护层2-800亦可顺应形成于如图27C、图27D、图27E所示的结构上，其中因为微透镜2-210之间不具有遮光层，因此保护层2-800直接接触在微透镜层2-209下方的第一透明介质层2-206(未示出)。在一些实施例中，保护层2-800可由二氧化硅所形成，并可通过等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced CVD，PECVD)、远距等离子体增强化学气相沉积(remote plasma-enhanced CVD，RPECVD)、其他类似的方法、或上述的组合来沉积二氧化硅于微透镜层2-209及第二遮光层2-207之上。由二氧化硅所形成的保护层2-800不会影响微透镜层2-209的引导光线的能力。再者，保护层2-800可有效地保护微透镜层2-209，以避免微透镜层2-209在后续的封装工艺过程中遭受破坏。
参照图30，是根据本发明的一些其他实施例，示出设置于第一透明介质层2-206与第二遮光层2-207及/或微透镜2-210之间的滤光层900。在一些实施例中，可继续图26A中所形成的光学传感器2-200的部分结构来形成图30所示出的结构。在其他实施例中，亦可继续图26B中所形成的光学传感器2-200的部分结构来形成如图30所示出的滤光层2-900(未示出)。在形成第一透明介质层2-206(或第一透明介质子层2-206A)之后，可在第一透明介质层2-206之上形成滤光层2-900，并且在形成滤光层2-900之后形成第二遮光层2-207及微透镜层2-209。如前所述，在另一些实施例中，可以不具有第二遮光层2-207。
此外，在一些实施例中，滤光层2-900可为红外线滤光层(infrared cut filter，IRC)。可见光(visible light)对于此红外线滤光层具有高穿透率(transmittance)，而红外光对其则具有低穿透率。在一些实施例中，可通过在第一透明介质层2-206与第二遮光层2-207及/或微透镜2-210之间设置滤光层2-900(例如红外线滤光层)，修正光学传感器2-200的色偏现象并减少红外线的干扰。
参照图31A，是根据本发明的一些其他实施例，示出设置于第一透明介质层2-206与第二遮光层2-207之间的第二透明介质层2-1001，以及设置于第一透明介质层2-206与第二透明介质层2-1001之间的图案化第三遮光层2-1002。在一些实施例中，可继续图26A中所形成的光学传感器2-200的部分结构来形成图31A所示出的结构。另一方面，参照图31B，所示的结构与图31A所示的结构相似，差异在图31B所示的结构是将微透镜层2-209所包含的多个微透镜2-210直接设置于第一透明介质层2-206上(即不具有微透镜2-210之间的遮光层)。
在形成第一透明介质层2-206之后，可在第一透明介质层2-206之上形成图案化第三遮光层2-1002。在一些实施例中，图案化第三遮光层2-1002的材料、形成方法、厚度、以及孔径大抵相同于上述的图案化第一遮光层2-204及图案化第二遮光层2-207，故此处不再赘述。在一些实施例中，第二透明介质层2-1001的材料、形成方法大抵相同于上述的第一透明介质层2-206，故此处不再赘述。第二透明介质层2-1001的厚度T在约1微米至约100微米的范围，例如可为30微米。
根据本发明的一些实施例，通过形成第三遮光层2-1002于第一透明介质层2-206上，可避免传感像素阵列2-202接收到不需要的光线，并可防止入射到光学传感器2-200的光线所产生的串音，进而提升信号噪声比(S/N)。举例来说，如图31A、31B所示，至少一个第一开孔2-205的中心线2-C2、第三遮光层2-1002中对应的一个第三开孔2-1003的中心线2-C3、以及对应的微透镜2-210的中心线2-C1为重叠。在图31A、31B中，光线2-L1为能由传感像素2-203所接收的入射光，而光线2-L2为来自于所允许入射至传感像素2-203的入射角范围外的光线。因此，光线2-L2将被第三遮光层2-1002吸收或阻挡而无法入射至传感像素2-203。
参照图32，图32所示出的结构相似于图31A所示出的结构。图32与图31A之间的差异在于至少一个第一开孔2-205的中心线2-C2、第三遮光层2-1002的一个对应第三开孔2-1003的中心线2-C3、以及对应的微透镜2-210的中心线2-C1皆不重叠。在图32中，光线2-L1为能由传感像素2-203所接收的入射光，而光线2-L2为来自于所允许入射至传感像素2-203的入射角范围外的光线。因此，光线2-L2将被第三遮光层2-1002吸收或阻挡而无法入射至传感像素2-203。根据本发明的一些实施例，图32所示出的结构可有利于传感像素2-203接收斜角入射的光。再者，通过形成第三遮光层2-1002于第一透明介质层2-206上，可避免传感像素阵列2-202接收到不需要的光线，并可防止入射至光学传感器2-200的光线所产生的串音，进而提升信号噪声比(S/N)。
值得注意的是，在图29至图32中所示出的光学传感器2-200所包含的各种额外结构虽在不同的实施例中描述，但这些额外结构皆可相互搭配并视需要而整合于单一个光学传感器2-200。
图33是根据本发明的一些实施例，示出包含显示器2-300的范例结构的光学传感系统2-100的剖面示意图。在一些实施例中，显示器2-300可包含有机发光二极管显示器或微型发光二极管显示器。值得注意的是，为了简明地描述本发明的实施例并突显其特征，在图33中所示出的光学传感器2-200与显示器2-300的封装结构将在图34、35所示的实施例中详细描述。如图33所示，显示器2-300包含第一透光材料2-1201、位于第一透光材料2-1201上的薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)层2-1202、位于薄膜晶体管层2-1202上的阴极层2-1203、位于阴极层2-1203上的发光层2-1204、位于发光层2-1204上的阳极层2-1205、位于阳极层2-1205上的第二透光材料2-1206、位于第二透光材料2-1206上的偏光板2-1207、位于偏光板2-1207上的粘着层2-1208、以及位于粘着层2-1208上的透光盖板2-1209。在一些实施例中，显示器2-300还包含了光圈2-1210，其设置于阴极层2-1203之中，并且位于薄膜晶体管层2-1202的上方。通过光圈2-1210的设置，可使得从发光层2-1204发出的光线经由目标物2-F反射后，入射至光学传感器2-200，而不会被阴极层2-1203遮蔽。另一方面，也可直接使用透明电极材料所形成的阴极层2-1203，而使得经由目标物2-F反射后的光线入射至光学传感器2-200而不会被遮蔽。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或变化，需注意的是，本发明的构思并不因此而有所改变。
在一些实施例中，第一透光材料2-1201、第二透光材料2-1206、以及透光盖板2-1209可包含例如玻璃、石英(quartz)、蓝宝石(sapphire)、或透明聚合物等，其允许光线通过。在一些实施例中，阴极层2-1203与阳极层2-1205可为透明的电极材料(例如铟锡氧化物)，使得经由目标物2-F反射后入射至光学传感器2-200的光线不会被遮蔽。在一些实施例中，根据显示器2-300的种类，发光层2-1204可包含有机发光层或微型发光二极管层。在本发明所提供的光学传感系统2-100中，可以显示器2-300中的发光层2-1204作为光源，其发出的光线将照射与透光盖板2-1209的上表面接触的目标物2-F，此光线经目标物2-F反射后会穿过显示器2-300而入射至光学传感器2-200。
图34至图35是根据本发明的一些其他实施例，示出包含不同封装结构的光学传感系统2-100的剖面示意图。然而，为了简明地描述本发明的实施例并突显其特征，在图34至图35中并未示出显示器2-300的具体结构。在一些实施例中，本发明所提供的光学传感系统2-100可通过芯片直接封装(chip on board，COB)工艺来形成。具体而言，参照图34，在一些实施例中，光学传感器2-200是接合至电路板2-1303，并通过导线2-1302将光学传感器2-200的基底2-201中的导电垫2-1301连接至电路板2-1303。接着，通过点胶工艺涂布粘着材料于电路板2-1303上并环绕光学传感器2-200而形成框架2-1305，并且通过框架2-1305将光学传感器2-200及其下方的电路板2-1303一同粘着至显示器2-300(例如显示器2-300的第一透光材料2-1201)的下表面。在一些实施例中，导线2-1302可由铝(Aluminum)、铜(Copper)、金(Gold)、其他适当的导电材料、上述的合金、或上述的组合所形成。在一些实施例中，形成框架的粘着材料可为光固化材料、热固化材料、或其他类似的材料。在一些实施例中，电路板2-1303可为柔性电路板(flexible printed circuit，FPC)，并且可将此柔性电路板2-1303设置于补强板2-1304(例如为金属补强板)之上。
在其他实施例中，如图35所示，本发明实施例亦提供另一种封装结构。在一些实施例中，在将光学传感器2-200接合至电路板2-1303后，设置框架2-1401(例如塑胶框架)于电路板2-1303上并环绕光学传感器2-200，涂布粘着材料2-1402于框架2-1401内并围绕光学传感器2-200，并且通过粘着层2-1403将光学传感器2-200及其下方的电路板2-1303粘着至显示器2-300(例如显示器2-300的第一透光材料2-1201)的下表面。
在图34、35中所示出的例示性的封装结构中，显示器2-300可包含有机发光二极管显示器或微型发光二极管显示器。通过本发明的一些实施例所包含的将光学传感器2-200设置于显示器2-300下的配置，可将显示器2-300作为光源，其发出的光线将照射与显示器2-300的上表面接触的目标物2-F，此光线会经由目标物2-F反射后入射至光学传感器2-200。值得注意的是，光学传感系统2-100中的光学传感器2-200也可搭配其他形态的光源，故本发明实施例并不以此为限。再者，本发明的一些实施例所提供的光学传感系统2-100可通过上述的封装结构而有效提升可靠度。
图36是根据本发明的一些实施例，示出光学传感系统2-100接收不同角度的入射光2-L1、2-L2、2-L3的示意图。在一些实施例中，如图36所示，当目标物2-F(例如指纹)接触显示器2-300的透光盖板2-1209时，由发光层2-1204所发出的光将被目标物2-F反射而以不同角度入射(例如光线2-L1、2-L2、2-L3)至设置于显示器2-300下方的光学传感器2-200。其中光线2-L1及光线2-L3为斜角入射的光，而光线2-L2为垂直入射的光。在本发明所提供的光学传感系统2-100中，可整合具有不同横向偏移距离的微透镜2-210与第一开孔2-205的配置及/或其他参数(例如第一开孔2-205的孔径A1’、第一透明介质层2-206的厚度T、及/或微透镜2-210的曲率半径R)的配置。通过本发明所提供的光学传感器2-200中结构的配置，可使得光学传感区2-SR与目标物接触区2-CR的面积不需要以一比一的方式配置(例如光学传感区2-SR的面积可小于目标物接触区2-CR的面积)，而实现缩小光学传感器2-200的面积并取得良好的影像品质的技术效果。并且，光学传感系统2-100所包含的显示器2-300可提供所需的光源，因此不需要额外的独立光源。
综上所述，本发明的实施例所提供的光学传感系统包含利用显示器(例如移动装置的屏幕面板)作为光源的设计。再者，在光学传感系统中，光学传感器所包含的具有不同横向偏移距离的微透镜层与第一遮光层的第一开孔的配置及/或其他参数(例如第一开孔的孔径、第一透明介质层的厚度、及/或微透镜的曲率半径)的配置，可使得传感像素接收来自不同入射角范围的光线。据此，从特定范围的视场角入射的光线可入射至传感像素。另外，由于本发明所提供的光学传感系统可接收斜角入射的光，使得光学传感区2-SR的面积可小于目标物接触区2-CR的面积，而实现缩小光学传感器的面积并取得良好的影像品质的技术效果。
图37、图38是根据本发明的另一些实施例，示出光学传感器2-200’于工艺的各种阶段的剖面示意图。图39A、图39B是根据本发明的另一些实施例，示出光学传感器2-200’的剖面示意图。图40是根据本发明的另一些实施例，示出微透镜与传感像素的配置的剖面的局部放大示意图。光学传感器2-200’可类似于上述实施例的光学传感器(例如：光学传感器2-200)，而光学传感器2-200’与上述实施例的光学传感器的差异将于后文段落中讨论。
参照图37，在一些实施例中，基底2-201所包含的传感像素阵列2-202具有多个传感像素2-203，并且两个相邻的传感像素2-203之间可设置有电路结构2-1601，例如：存储装置或信号处理电路(signal processing circuitry)。在一些实施例中，传感像素阵列2-202所具有的传感像素2-203的数量取决于光学传感区2-SR的面积大小。传感像素2-203的宽度P，取决于光学感测的系统设计需求，可以设计在3微米至10微米的范围。
值得注意的是，在图37所示出的传感像素阵列2-202所包含的传感像素2-203的数量与排列方式与图24所示出的数量与排列方式大抵相同，故此处不再赘述。
接着参照图38，根据本发明的另一些实施例，可直接形成第一透明介质层2-206于基底2-201上并覆盖传感像素阵列2-202。在此实施例中，传感像素阵列2-202并未被遮光层覆盖。第一透明介质层2-206的材料及形成方法与图26A所示出的第一透明介质层2-206的材料及形成方法大抵相同，故此处不再赘述。根据本发明的另一些实施例，可依据所需的折射率大小来决定第一透明介质层2-206的材料的选择。在一些实施例中，通过上述方法所形成的第一透明介质层2-206的厚度T在约1微米至约100微米的范围，例如可为50微米。通过控制第一透明介质层2-206的厚度T可增加或减少光线经过微透镜2-210后偏移的距离，进而提升传感像素阵列2-202所能接收的入射光角度的精准度。
接着参照图39A，示出包含至少一微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的传感像素2-203的中心线2-C2重叠的光学传感器2-200’的剖面示意图。在这些实施例中，将微透镜层2-209所包含的多个微透镜2-210对应设置于第二遮光层2-207的多个开孔中，其中这些微透镜2-210用以引导入射光穿透第一透明介质层2-206至传感像素2-203。在这些实施例中，所形成的微透镜层2-209可经过图案化工艺来控制微透镜2-210的焦距f。在此实施例中，可依据取像分辨率来调整微透镜2-210的直径D在10微米至50微米的范围，例如30微米。根据本发明的一些实施例，可调整传感像素2-203的宽度P与微透镜2-210的直径D的比值在0.06至1的范围，以实现有效提升取像分辨率的目的。在一些实施例中，微透镜层2-209的材料及形成方法大抵相同于图27B所示出的微透镜层2-209，故此处不再赘述。此外，在一些实施例中，光学传感器2-200’可以不具有第二遮光层2-207。也就是说，微透镜2-210之间不具有遮光层。
接着参照图39B，其所示出的实施例与图39A所示出的实施例的差异在于图39B中的微透镜2-210与传感像素2-203是以一对一的方式斜向对应设置。换句话说，微透镜层2-209的其中一个微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的传感像素2-203的中心线2-C2具有一横向偏移距离2-S。然而，在本发明的其他实施例中的微透镜2-210与传感像素2-203亦可以一对多或多对一的方式斜向对应设置(未示出)。图39B仅示出例示性的设置方式，本发明并不以此为限。
根据图39A至图39B所示出的实施例，光学传感器2-200’包括基底2-201，而传感像素阵列2-202是设置于基底2-201，其中传感像素阵列2-202包括具有多个传感像素203。第一透明介质层2-206是位于传感像素阵列2-202的上方。微透镜层2-209是位于第一透明介质层2-206的上方且包括多个微透镜2-210。微透镜2-210会引导入射光穿透第一透明介质层2-206至传感像素2-203。在一些实施例中，传感像素203的宽度P介于微米至10微米之间，而微透镜2-210的直径D介于10微米至50微米之间。此外，第二遮光层2-207是设置于第一透明介质层2-206的上方，而微透镜层2-209的多个微透镜2-210是对应设置于第二遮光层2-207的多个开孔中。如前所述，在另一些实施例中，光学传感器2-200’可以不具有第二遮光层2-207。也就是说，微透镜2-210之间不具有遮光层。
在本发明所提供的光学传感器2-200’中，可整合具有不同横向偏移距离的微透镜2-210与传感像素2-203的配置及/或其他参数(例如传感像素2-203的尺寸(例如宽度P)、第一透明介质层2-206的厚度T、及/或微透镜2-210的焦距f)的配置，例如可将图39A、图39B所示的结构整合于光学传感器2-200’中。通过本发明所提供的光学传感器2-200’中结构的配置，可使得光学传感区2-SR与目标物接触区2-CR的面积不需要以一比一的方式配置(例如光学传感区2-SR的面积可小于目标物接触区2-CR的面积)，而实现缩小光学传感器2-200的面积并取得良好的影像品质的技术效果。
接着参照图40，其为图39A的局部放大图。根据本发明的一些实施例，图40示出利用控制微透镜2-210的中心线2-C1与所对应的传感像素2-203的中心线2-C2的横向偏移距离2-S、传感像素2-203的宽度P、第一透明介质层2-206的折射率n、第一透明介质层2-206的厚度T、微透镜2-210的焦距f、微透镜2-210的直径D，调整所允许的光线的入射角范围(例如斜角入射的光线)。具体而言，若所述的各项参数与入射光L的入射角θi及入射光L的折射角θr符合下列关系式：
sinθi＝n*sinθr (式一)
f＝((D/2)2+T2)1/2 (式二)
P/2＝f*tanθr (式三)，
则可通过微透镜2-210引导入射光L穿过第一透明介质层2-206后直接入射至具有符合上述关系式的宽度P的传感像素2-203，以实现在不具备额外的遮光层的情况下，传感像素2-203能够接收来自特定范围的视场角入射的光线。再者，通过上述配置可有效降低光学传感器2-200’的厚度。
值得注意的是，在图29、图30中所示出的光学传感器2-200所包含的各种额外结构(例如保护层800、滤光层900)亦可应用于光学传感器2-200’中(未示出)，并且这些额外结构皆可相互搭配并视需要而整合于单一个光学传感器2-200’中。再者，光学传感器2-200’亦可结合如图33所示出的显示器2-300以及图34、图35所示出的封装结构(未示出)，此处不再赘述。通过将本发明的上述实施例所包含的光学传感器2-200’设置于显示器下的配置，可将显示器作为光源，其发出的光线将照射与显示器的上表面接近或接触的目标物，此光线会经由目标物反射后入射至光学传感器2-200’。值得注意的是，光学传感器2-200’也可搭配其他形态的光源，例如，设置在光学传感器2-200’侧边或斜上方的独立光源(例如，LED光源)，故本发明实施例并不以此为限。再者，本发明的一些实施例所提供的光学传感器2-200’与显示器的结合可通过上述的封装结构而有效提升可靠度。
综上所述，本发明的实施例通过符合上述关系式的微透镜与具有较小尺寸的传感像素的配置，可实现在不具备额外的遮光层的情况下，传感像素亦能够接收来自特定范围的视场角入射的光线，并可降低光学传感器的厚度。通过将电路结构配置于具有较小尺寸的传感像素之间，可有效提升光学传感器的集成密度。本发明的实施例所提供的光学传感器可利用显示器(例如移动装置的屏幕面板)作为光源的设计。再者，光学传感器所包含的具有不同横向偏移距离的微透镜层与传感像素的配置及/或其他参数(例如传感像素的尺寸、第一透明介质层的折射率、第一透明介质层的厚度、微透镜的焦距、微透镜的直径)的配置，可使得传感像素接收来自不同入射角范围的光线。据此，从特定范围的视场角入射的光线可入射至传感像素。由于本发明所提供的光学传感系统可接收斜角入射的光，使得光学传感区2-SR的面积可小于目标物接触区2-CR的面积，而实现缩小光学传感器的面积并取得良好的影像品质的技术效果。
值得注意的是，虽然此处所讨论的范例所公开的例示性实施方式(例如第一实施例与第二实施例)涉及应用于移动装置的指纹传感系统，但本发明所提供的技术也可应用至其他形态的传感器，而不仅止于应用在检测指纹的传感器装置。举例来说，亦可应用于检测表皮/真皮(epidermis/dermis)指纹影像、皮下静脉(subcutaneous veins)影像、以及测量其他生物特征影像或信息(例如血氧浓度(blood oxygen level)、心跳(heartbeat)等)，并不局限于上述实施例所公开的范围。
以上概述数个实施例，以便在本发明所属技术领域中技术人员可以更理解本发明实施例的观点。在本发明所属技术领域中技术人员应该理解，他们能以本发明实施例为基础，设计或修改其他工艺和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。在本发明所属技术领域中技术人员也应该理解到，此类等效的工艺和结构并无悖离本发明的构思与范围，且他们能在不违背本发明的构思和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。

Claims (57)

1.一种光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器包括：
一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
一第一透明介质层，位于所述基板的上方；以及
多个微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中所述多个微透镜分别将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。
2.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述角度介于5度到90度之间。
3.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；以及
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上。
4.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；以及
一光学滤波板，位于所述多个微透镜的上方，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上。
5.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。
6.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上；以及
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。
7.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一第二遮光层，位于所述第一透明介质层上，并具有多个第二光孔，所述多个光轴分别通过所述多个第二光孔；以及
一第二透明介质层，位于所述第二遮光层上，所述多个微透镜位于所述第二透明介质层上，其中定义所述多个微透镜的其中一个为一目标微透镜，所述目标微透镜所具有的所述光轴定义为一目标光轴，所述目标光轴所通过的所述传感像素定义为一目标传感像素，与所述目标微透镜相邻的所述多个微透镜定义为相邻微透镜，所述第二遮光层遮蔽从外界进入所述相邻微透镜的多个平行的第三斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述目标传感像素中。
8.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上；
一第二遮光层，位于所述第一透明介质层上，并具有多个第二光孔，所述多个光轴分别通过所述多个第二光孔；以及
一第二透明介质层，位于所述第二遮光层上，所述多个微透镜位于所述第二透明介质层上，其中定义所述多个微透镜的其中一个为一目标微透镜，所述目标微透镜所具有的所述光轴定义为一目标光轴，所述目标光轴所通过的所述传感像素定义为一目标传感像素，与所述目标微透镜相邻的所述多个微透镜定义为相邻微透镜，所述第二遮光层遮蔽从外界进入所述相邻微透镜的多个平行的第三斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述目标传感像素中。
9.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一第一遮光层，位于所述基板的上方，并具有多个第一光孔；以及
一第二遮光层，位于所述第一遮光层的上方，并具有多个第二光孔，其中所述多个微透镜分别位于所述多个第二光孔的上方，且所述多个光轴分别通过所述多个第二光孔及所述多个第一光孔，其中所述多个微透镜的间距X由以下公式表示：
X＝A1+(H/h)*(A2-A1)±20μm
其中A1表示所述第一光孔的一孔径，A2表示所述第二光孔的一孔径，H表示所述微透镜的一底面与所述第一遮光层之间的距离，h表示所述第二遮光层与所述第一遮光层之间的距离。
10.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述多个传感像素的横向尺寸被设计成接收到所述多个平行的正向入射光，但不接收到所述多个平行的斜向入射光，而所述光学传感器于所述第一透明介质层与所述多个传感像素之间不具有任何遮光层来遮蔽所述多个平行的斜向入射光。
11.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；以及
一光学滤波层，位于所述介电层组上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个微透镜位于所述第一透明介质层上，其中所述多个传感像素的横向尺寸被设计成接收到所述多个平行的正向入射光，但不接收到所述多个平行的斜向入射光，而所述光学传感器于所述第一透明介质层与所述多个传感像素之间不具有任何遮光层来遮蔽所述多个平行的斜向入射光。
12.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
多个偏移微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中：
所述多个微透镜分别将所述多个平行的正向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分的内部，并将所述多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分的外部；
所述多个偏移微透镜分别将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的第二正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的其余部分的外部，并将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的第四斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的其余部分的内部，所述目标物产生所述多个平行的第二正向入射光以及所述多个平行的第四斜向入射光，所述多个平行的第二正向入射光平行于所述多个偏移微透镜的多个光轴，各所述第四斜向入射光与各所述光轴夹出一个第二角度。
13.如权利要求12所述的光学传感器，其特征在于，所述多个偏移微透镜排列于所述多个微透镜的外围。
14.如权利要求12所述的光学传感器，其特征在于，所述第二角度介于0度与60度之间。
15.一种光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器包括：
一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
一第一透明介质层，位于所述基板的上方；以及
多个偏移微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中：
所述多个偏移微透镜分别将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个偏移微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。
16.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光不通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光通过所述多个第一光孔；以及
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个偏移微透镜位于所述第一透明介质层上。
17.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个偏移微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。
18.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上，所述多个偏移微透镜位于所述第一透明介质层上；以及
一透镜遮光层，位于所述第一透明介质层上，以及所述多个偏移微透镜之间的多个间隙中，以遮蔽从外界进入所述多个间隙中的多个平行的第二斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述多个传感像素中。
19.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一第二遮光层，位于所述第一透明介质层上，并具有多个第二光孔；以及
一第二透明介质层，位于所述第二遮光层上，所述多个偏移微透镜位于所述第二透明介质层上，其中定义所述多个偏移微透镜的其中一个为一目标微透镜，所述目标微透镜所具有的所述光轴定义为一目标光轴，所述目标光轴所通过的所述传感像素定义为一目标传感像素，与所述目标微透镜相邻的所述多个偏移微透镜定义为相邻微透镜，所述第二遮光层遮蔽从外界进入所述相邻微透镜的多个平行的第三斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述目标传感像素中。
20.如权利要求15所述的光学传感器，其特征在于，所述的光学传感器还包括：
一介电层组，位于所述基板上并覆盖所述多个传感像素；
一第一遮光层，位于所述介电层组上，并具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光不通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光通过所述多个第一光孔；
一光学滤波层，位于所述第一遮光层上，并对所述多个平行的正向入射光与所述多个平行的斜向入射光执行光线波长过滤动作，其中所述第一透明介质层位于所述光学滤波层上；
一第二遮光层，位于所述第一透明介质层上，并具有多个第二光孔；以及
一第二透明介质层，位于所述第二遮光层上，所述多个偏移微透镜位于所述第二透明介质层上，其中定义所述多个偏移微透镜的其中一个为一目标微透镜，所述目标微透镜所具有的所述光轴定义为一目标光轴，所述目标光轴所通过的所述传感像素定义为一目标传感像素，与所述目标微透镜相邻的所述多个偏移微透镜定义为相邻微透镜，所述第二遮光层遮蔽从外界进入所述相邻微透镜的多个平行的第三斜向入射光免于进入所述第一透明介质层及所述目标传感像素中。
21.一种光学传感系统，其特征在于，所述的光学传感系统包括：
一底座；
一电池，设置于所述底座上；
一框架，设置于所述电池的上方；
一光学传感器，用于传感一目标物的一图像；
一显示器，用于显示信息，其中所述光学传感器装设于所述框架或贴合于所述显示器的一下表面，所述目标物位于所述显示器上或上方，所述光学传感器通过所述显示器传感所述目标物的所述图像，所述电池供电给所述光学传感器与所述显示器。
22.如权利要求21所述的光学传感系统，其特征在于，供所述光学传感器安装的所述框架的一容置底部与所述显示器之间的一最短距离介于0.1mm至0.5mm之间。
23.如权利要求21所述的光学传感系统，其特征在于，所述光学传感器包括：
一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
一第一透明介质层，位于所述基板的上方；以及
多个微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中所述多个微透镜分别将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感所述目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。
24.如权利要求21所述的光学传感系统，其特征在于，所述光学传感器包括：
一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
一第一透明介质层，位于所述基板的上方；以及
多个偏移微透镜，排列成阵列，并位于所述第一透明介质层上或上方，其中：
所述多个偏移微透镜分别将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感所述目标物的所述图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个偏移微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。
25.一种光学传感器的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法包括以下步骤：
提供一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
于所述基板的上方形成一第一透明介质层；以及
于所述第一透明介质层上或上方形成多个微透镜，排列成阵列，其中所述多个微透镜分别将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，并将从外界进入所述多个微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，借此传感一目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。
26.如权利要求25所述的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法还包括以下步骤：
于所述基板与所述第一透明介质层之间形成一第一遮光层，所述第一遮光层具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光不通过所述多个第一光孔。
27.如权利要求25所述的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法还包括以下步骤：
于所述多个微透镜与所述第一透明介质层之间形成一第二遮光层与一第二透明介质层，所述第二遮光层具有多个第二光孔，所述第二透明介质层位于所述第二遮光层上，所述多个微透镜位于所述第二透明介质层上，所述第二遮光层遮蔽相邻透镜杂散光免于进入所述多个传感像素中。
28.如权利要求25所述的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法还包括以下步骤：
于所述多个微透镜之间的多个间隙中形成一透镜遮光层，以遮蔽相邻间隙杂散光免于进入所述多个传感像素中。
29.一种光学传感器的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法包括以下步骤：
提供一基板，具有多个传感像素，排列成阵列；
于所述基板的上方形成一第一透明介质层；以及
于所述第一透明介质层上或上方形成多个偏移微透镜，排列成阵列，其中所述多个偏移微透镜分别将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的正向入射光，通过所述第一透明介质层而入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的外部，并将从外界进入所述多个偏移微透镜的多个平行的斜向入射光入射于所述多个传感像素总数的一部分或全部的内部，借此传感一目标物的一图像，所述目标物产生所述多个平行的正向入射光以及所述多个平行的斜向入射光，所述多个平行的正向入射光平行于所述多个偏移微透镜的多个光轴，各所述平行的斜向入射光与各所述光轴夹出一个角度。
30.如权利要求29所述的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法还包括以下步骤：
于所述基板与所述第一透明介质层之间形成一第一遮光层，所述第一遮光层具有多个第一光孔，所述多个平行的正向入射光不通过所述多个第一光孔，所述多个平行的斜向入射光通过所述多个第一光孔。
31.如权利要求29所述的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法还包括以下步骤：
于所述多个偏移微透镜与所述第一透明介质层之间形成一第二遮光层与一第二透明介质层，所述第二遮光层具有多个第二光孔，所述第二透明介质层位于所述第二遮光层上，所述多个偏移微透镜位于所述第二透明介质层上，所述第二遮光层遮蔽相邻透镜杂散光免于进入所述多个传感像素中。
32.如权利要求29所述的制造方法，其特征在于，所述的光学传感器的制造方法还包括以下步骤：
于所述多个偏移微透镜之间的多个间隙中形成一透镜遮光层，以遮蔽相邻间隙杂散光免于进入所述多个传感像素中。
33.一种光学传感器，包括：
一基底，包括一传感像素阵列；
一第一遮光层，位于该传感像素阵列上方且具有多个第一开孔，其中该些第一开孔露出该传感像素阵列的多个传感像素；
一微透镜层，位于该第一遮光层上方且包括多个微透镜；以及
一第一透明介质层，位于该传感像素阵列上方且介于该微透镜层与该传感像素阵列之间，其中该第一透明介质层具有一第一厚度；
其中该微透镜层用以引导一入射光穿透该第一透明介质层至该些第一开孔下方的该些传感像素。
34.如权利要求33所述的光学传感器，还包括：
一保护层，顺应覆盖该微透镜层。
35.如权利要求33所述的光学传感器，其中至少一微透镜的中心线与所对应的至少一第一开孔的中心线具有一偏移距离。
36.如权利要求35所述的光学传感器，其中该偏移距离、该些微透镜的曲率半径、该第一厚度、以及该些第一开孔的孔径是配置用以使该些传感像素接收一斜角入射的光。
37.如权利要求33所述的光学传感器，其中至少一微透镜的中心线与所对应的至少一第一开孔的中心线重叠。
38.如权利要求33所述的光学传感器，其中该些第一开孔与该些传感像素相互以一对一、一对多或多对一对应。
39.如权利要求33所述的光学传感器，其中该些微透镜与该些传感像素相互以一对一、一对多或多对一对应。
40.如权利要求33所述的光学传感器，其中该第一遮光层的厚度在约0.3微米至约5微米的范围，以及该些第一开孔的孔径在0.3微米至50微米的范围。
41.如权利要求33所述的光学传感器，其中该第一透明介质层的该第一厚度在1微米至50微米的范围。
42.如权利要求33所述的光学传感器，还包括：
一第二透明介质层，位于该第一遮光层与该微透镜层之间。
43.如权利要求33所述的光学传感器，还包括：
一滤光层，位于该第一透明介质层与该微透镜层之间。
44.如权利要求33所述的光学传感器，还包括：
一第二遮光层，位于该第一透明介质层上且具有多个第二开孔。
45.如权利要求44所述的光学传感器，其中该第二遮光层的厚度在约0.3微米至约5微米的范围，以及该些第二开孔的孔径在约0.3微米至约50微米的范围。
46.如权利要求33所述的光学传感器，还包括：
一第二透明介质层，位于该第一透明介质层与该微透镜层之间；以及
一第三遮光层，位于该第一透明介质层与该第二透明介质层之间。
47.一种光学传感器，包括：
一基底，包括一传感像素阵列，其中该传感像素阵列包括多个传感像素，而每一该传感像素具有一像素尺寸；
一第一透明介质层，位于该传感像素阵列的上方；以及
一微透镜层，位于该第一透明介质层的上方且包括多个微透镜，而每一该微透镜具有一直径，其中该些微透镜用以引导一入射光穿透该第一透明介质层至该些传感像素，
其中该像素尺寸在3微米至10微米的范围,而该直径在10微米至50微米的范围。
48.如权利要求47所述的光学传感器，其中该第一透明介质层具有一折射率n，该第一透明介质层具有一厚度T，该些微透镜具有一焦距f以及一直径D，且该入射光具有一入射角θi以及一折射角θr；
其中该像素尺寸P、该折射率n、该厚度T、该焦距f、该直径D、该入射角θi、以及该折射角θr符合下列关系式：
sinθi＝n*sinθr，
f＝((D/2)2+T2)1/2，
P/2＝f*tanθr。
49.如权利要求47所述的光学传感器，其中该基底还包括一电路结构，位于该些传感像素中相邻的两者之间。
50.如权利要求48所述的光学传感器，其中至少一微透镜的中心线与所对应的传感像素的中心线具有一偏移距离。
51.如权利要求50所述的光学传感器，其中该偏移距离、该像素尺寸、该折射率、该厚度、该焦距、以及该直径是配置用以使该些传感像素接收一斜角入射的光。
52.如权利要求47所述的光学传感器，其中至少一微透镜的中心线与所对应的传感像素的中心线重叠。
53.如权利要求47所述的光学传感器，其中该些微透镜与该些传感像素相互以一对一、一对多或多对一对应。
54.如权利要求47所述的光学传感器，其中该第一透明介质层的第一厚度在1微米至50微米的范围。
55.如权利要求47所述的光学传感器，其中该像素尺寸与该直径的比值在0.06至1的范围。
56.如权利要求47所述的光学传感器，其中位于该第一透明介质层上的该微透镜层更具有一第二焦距的多个微透镜，以引导另一入射光穿透该第一透明介质层至该些传感像素。
57.如权利要求47所述的光学传感器，还包括：
一第二遮光层，位于该第一透明介质层上且具有多个第二开孔，其中该些微透镜对应设置于该些第二开孔中。
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