CN111129056A - 光学感测器、光学感测系统以及光学感测器的制造方法 - Google Patents

光学感测器、光学感测系统以及光学感测器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种光学感测器、光学感测系统以及光学感测器的制造方法，该光学感测器包含一基板，基板具有多个感测像素。光学感测器也包含一第一遮光层，第一遮光层设置于基板之上，并具有多个第一通孔，第一通孔对应于感测像素。光学感测器还包含一透明介质层，透明介质层设置于第一遮光层之上。光学感测器包含多个光导向元件。光导向元件中的每一个包含一微棱镜及一微透镜。微棱镜设置于透明介质层中并对应于第一通孔的其中之一。微透镜设置于微棱镜之上。

Description

光学感测器、光学感测系统以及光学感测器的制造方法
技术领域
本公开实施例是涉及一种光学感测器、应用其的光学感测系统及其制造方法，且特别涉及一种具有可控角度的光(能量)导向结构(angle controllable light(energy)directing structure)的光学感测器、应用其的光学感测系统及其制造方法。
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)通常配备有生物识别系统，例如指纹识别、脸部识别、虹膜识别等，用以保护个人资料安全。由于移动支付普及化，生物识别更是变成一种标准的功能。
随着移动电子装置走向大显示区域及窄边框的趋势，已发展出新的光学成像装置设置于屏幕下方。这种光学成像装置可通过屏幕(例如，有机发光二极体(organic lightemitting diode,OLED)屏幕)部分透光，以提取按压于屏幕上方的物体的影像(例如，指纹影像，其可称为屏幕下指纹感测(fingerprint on display,FOD)。
然而，前述光学成像装置的模块由于内部结构导致无法薄型化(例如其厚度至少3mm)，且为了配合使用者按压位置的习惯，此模块的位置会与行动电子装置中设置电池的部分区域重叠，必须要缩小电池的尺寸以让出空间设置此光学成像装置，可能导致行动电子装置的续航力下降。此外，随着技术发展，行动电子装置的耗电量越来越大，因此，如何在不牺牲电池空间的前提下薄型化光学成像装置，为各家努力的重点。
发明内容
本公开实施例提出一种具有可控角度的光能量导向结构(光导向元件)的光学感测器、应用其的光学感测系统及其制造方法。在一些实施例中，通过此光导向元件可消除不必要的杂散光，并可有效缩小光学感测器的厚度。
本公开实施例包含一种光学感测器。光学感测器包含一基板，基板具有多个感测像素。光学感测器也包含一第一遮光层，第一遮光层设置于基板之上，并具有多个第一通孔，第一通孔对应于感测像素。光学感测器还包含一透明介质层，透明介质层设置于第一遮光层之上。光学感测器包含多个光导向元件。光导向元件中的每一个包含一微棱镜及一微透镜。微棱镜设置于透明介质层中并对应于第一通孔的其中之一。微透镜设置于微棱镜之上。
本公开实施例包含一种光学感测系统。光学感测系统包含一框架，框架具有一容置槽。光学感测系统也包含前述的光学感测器，光学感测器设置于容置槽中。光学感测系统还包含一显示器，显示器设置于光学感测器之上。
本公开实施例包含一种光学感测器的制造方法。此制造方法包含提供一基板。基板具有多个感测像素。此制造方法也包含在基板之上形成一第一遮光层。第一遮光层具有多个第一通孔，且第一通孔对应于感测像素。此制造方法还包含在第一遮光层之上形成一透明介质层。此制造方法包含在透明介质层中形成多个微棱镜，微棱镜对应于感测像素。此制造方法也包含在微棱镜之上形成多个微透镜。
附图说明
以下将配合所附附图详述本公开实施例。应注意的是，各种特征部件并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，元件的尺寸可能经放大或缩小，以清楚地表现出本公开实施例的技术特征。
图1至图4是一系列的剖面图，其绘示根据本公开一实施例的光学感测器的制造方法。
图5是图4所示的光学感测器的部分放大图。
图6绘示根据本公开另一实施例的光学感测器的剖面图。
图7绘示根据本公开一实施例的光学感测系统的剖面图。
图8绘示根据本公开另一实施例的光学感测系统的剖面图。
图9绘示根据本公开一实施例的光学感测器的剖面图。
图10绘示根据本公开另一实施例的光学感测器的剖面图。
附图标记说明如下：
200、200-1、200-2、200-3～光学感测器
201～基板
202～介电层
203～感测像素
204～第一遮光层
204A～第一通孔
205～保护层
206～光学滤波层
207～透明介质层
208～第二遮光层
208A～第二通孔
209～透明介质层
210、210_1、210_K、210_N～光导向元件
211、211_1、211_K、211_N～微透镜
212、212_1、212_K、212_N～微棱镜
212T、212_NT～顶面
212B、212_NB～底面
213～透镜遮光层
300～显示器
300B～下表面
400～框架
410～容置槽
420～底部
500～电池
600、600’～光学感测系统
610～底座
900～光学滤波板
1300光学感测器模块
1301～承载板
1302～软性电路板
1303～焊线
1305～框体
1306～封胶层
A1～第一孔径
A2～第二孔径
ANG_1、ANG_N～收光方位角
ANG_212_N～倾斜角
ANGX_1、ANGX_K、ANGX_N～偏离方位角
CR～待测物面积
d～距离
F～目标物
G～间隙
L1～杂散光
L2～杂散光
L_1、L_K、L_N～目标入射光
LX_1、LX_K、LX_N～非目标入射光
NORM～光学感测器的法线
SR～感测像素的阵列的面积
TA_1、TA_I、TA_J、TA_K、TA_N：光能量传导轴
θ～夹角
具体实施方式
以下所公开的不同实施例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
在本公开的一些实施例中，可通过光学感测器中的遮光层及光导向元件等部件，使感测像素接收来自特定入射角范围的光，消除不必要的杂散光，并可有效缩小光学感测器的厚度。因此，可使本公开实施例的光学感测器能轻易地设置于手机等行动电子装置的电池与显示器之间，更可利用显示器的光源实现屏幕下光学感测。
图1至图4是一系列的剖面图，其绘示根据本公开一实施例的光学感测器200的制造方法。要特别注意的是，为了清楚说明本公开实施例的特征，图1至图4中可能省略部分元件。
参照图1，首先，提供一基板201，基板201可具有多个感测像素(sensor pixel)203。在一些实施例中，基板201可为半导体基板，例如硅基板。此外，在一些实施例中，前述半导体基板亦可包含元素半导体(elemental semiconductor)，例如：锗(germanium)；化合物半导体(compound semiconductor)，例如：氮化镓(gallium nitride)、碳化硅(siliconcarbide)、砷化镓(gallium arsenide)、磷化镓(gallium phosphide)、磷化铟(indiumphosphide)、砷化铟(indium arsenide)及/或锑化铟(indium antimonide)；合金半导体(alloy semiconductor)，例如：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)或前述材料的组合。
在一些实施例中，基板201也可以是绝缘层上覆半导体(semiconductor oninsulator)基板，前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，基板201的导电类型可为n型或p型。
在一些实施例中，基板201可包含各种隔离部件(未示出)，用以定义主动区，并电性隔离基板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前述的组合。
在一些实施例中，基板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，掺杂区可形成电晶体、光电二极体(photodiode)等元件。此外，基板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)。
在一些实施例中，感测像素203可与信号处理电路(signal processingcircuitry)(未示出)连接。在一些实施例中，感测像素203的数量取决于光学感测区的面积(如图4所示的光学感测区的面积SR)的大小。每个感测像素203可包含一或多个光检测器(photodetector)。在一些实施例中，光检测器可包含光电二极体。光电二极体可包含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(photoelectric material)。本质层可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电洞，进而产生电流信号。在一些实施例中，光检测器可为CMOS影像感测器，例如前照式(front-side illumination,FSI)CMOS影像感测器或背照式(back-side illumination,BSI)CMOS影像感测器。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)感测器、主动感测器、被动感测器、其他适合的感测器或前述的组合。在一些实施例中，感测像素203可通过光检测器将接收到的光信号转换成电信号，并通过信号处理电路处理前述电信号。
在一些实施例中，感测像素203可为阵列排列，从而形成感测像素阵列，但本公开实施例并非以此为限。在本公开的附图中所示的剖面图仅示出感测像素203的阵列的其中一列，并位于基板201的上表面的下方。应注意的是，在所有实施例的附图中所示的感测像素203的数量与排列方式仅为示例性的，本公开实施例并非以此为限。感测像素203可为任意行列数目的阵列或其他的排列方式。
参照图2，在基板201上形成一介电层202。如图2所示，介电层202可覆盖感测像素203。在一些实施例中，介电层202的材料可包含透明光阻、聚亚酰胺、环氧树脂、其他适当的材料或前述材料的组合，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，介电层202可包括光固化材料、热固化材料或前述的组合。举例而言，可使用旋转涂布工艺(spin-oncoating process)将介电层202涂布于基板201与感测像素203之上，但本公开实施例并非以此为限。
接着，在介电层202上形成一第一遮光层204。亦即，介电层202形成于基板201与第一遮光层204之间，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，也可在基板201上直接形成第一遮光层204，而不包含介电层202。如图2所示，第一遮光层204可具有多个第一通孔(aperture)204A，且第一通孔204A可对应于感测像素203。第一遮光层204可包含遮光材料，其对于在1200nm波长范围以下的光的穿透率小于1％以下，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，第一遮光层204可包含金属材料，例如钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)或钛(Ti)等，但本公开实施例并非以此为限。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(physical vapor deposition,PVD)(例如：真空蒸镀(vacuum evaporation)、溅镀(sputtering)、脉冲激光沉积(pulsed laserdeposition,PLD))、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、其他适合的沉积或前述的组合，将第一遮光层204形成于基板201上。在一些实施例中，第一遮光层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204形成于基板201上。通过前述方法所形成的第一遮光层204的厚度在约0.3μm至约5μm的范围，例如可为2μm。在一些实施例中，第一遮光层204的厚度取决于第一遮光层204的材料的遮光能力。举例来说，第一遮光层204所包含的遮光材料的遮光能力可与其厚度呈负相关。
接着，可对第一遮光层204执行图案化工艺，以形成具有第一孔径A1的多个第一通孔204A。前述的图案化工艺可包含光刻工艺与蚀刻工艺。光刻工艺可包含光刻胶涂布(例如旋转涂布)、软烘烤、曝光图案、曝光后烘烤、光刻胶显影、清洗及干燥(例如硬烘烤)、其他适当的工艺或前述的组合。蚀刻工艺可包含湿式蚀刻工艺、干式蚀刻工艺(例如反应离子蚀刻(reactive ion etching,RIE))、等离子体蚀刻、离子研磨)、其他适合的工艺或前述的组合。通过前述方法所形成的第一通孔204A的第一孔径A1在约0.3μm至约50μm的范围，例如可为约4μm至约5μm，但本公开实施例并非以此为限。
应注意的是，在图2中所示的第一通孔204A与感测像素203是以一对一的方式对应设置。然而，在本公开的其他实施例中，第一通孔204A与感测像素203亦可以一对多或多对一的方式对应设置。举例来说，一个第一通孔204A可露出两个以上的感测像素203，或者一个感测像素203可从两个以上的第一通孔204A露出。图2仅示出示例性的设置方式，本公开实施例并非以此为限。根据本公开的一些实施例，通过控制图案化第一遮光层204的第一孔径A1，可调整入射光的视角(field of view,FOV)范围。
参照图3，在第一遮光层204上依序形成一保护层205及一光学滤波层206。在一些实施例中，保护层205可作为积体电路的保护层，且保护层205的材料可包含氧化硅、氮化硅、其他合适的材料或前述的组合，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，例如在第一遮光层204的材料包含具有遮光特性的高分子材料的状况下，也可不形成此保护层205。在一些实施例中，光学滤波层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)，而红外光对于此红外线滤光层则具有高反射率(reflectivity)，可以减少例如来自太阳光的红外线干扰。
参照图4，在光学滤波层206之上形成一透明介质层207。亦即，光学滤波层206可形成于第一遮光层204与透明介质层207之间，但本公开并非以此为限。在一些其他的实施例中，透明介质层207也可直接形成于第一遮光层204上，而不设置光学滤波层206或将光学滤波层206以其他形式设置。举例来说，光学滤波层206可以一独立的光学滤波板的形式，设置于透明介质层207之上(类似于后方图8所示的结构)。
在一些实施例中，透明介质层207可包含光固化材料(UV-curable material)、热固化材料(thermosetting material)或前述的组合。举例来说，透明介质层207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(polyethylene terephthalate,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)、亚克力树酯、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(polyvinylchloride,PVC)、其他适当的材料或前述的组合，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，可以旋转涂布(spin-coating)、干膜(dry film)工艺、铸模(casting)、棒状涂布(bar coating)、刮刀涂布(blade coating)、滚筒涂布(rollercoating)、线棒涂布(wire bar coating)、浸渍涂布(dip coating)、化学气相沉积法(CVD)或其他适合的方法，将透明介质层207形成于第一遮光层204上，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，通过前述工艺所形成的透明介质层207的厚度在约1μm至约100μm的范围，例如可为10μm至50μm。根据本公开的一些实施例，通过前述工艺所形成的透明介质层207可具有高良率及良好的品质。此外，通过控制透明介质层207的厚度可增加或减少光线经过后续形成的光导向元件(210)后偏移的距离，进而提升感测像素203的阵列所能接收的入射光角度的精准度。
如图4所示，在透明介质层207中形成多个微棱镜212并在透明介质层207上形成多个微透镜211，举例来说，可在微棱镜212之上形成微透镜211。在一些实施例中，微透镜211与微棱镜212可对应于感测像素203。具体而言，每个微棱镜212对应于第一遮光层204的多个第一通孔204A的其中之一，而微棱镜212可连接(直接接触)于微透镜211，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，微透镜211与微棱镜212也可彼此分离，即微透镜211与微棱镜212可间隔一距离。
在一些实施例中，透明介质层207、微透镜211及微棱镜212可以是同质材料或异质材料，可依据实际需求而选择合适的材料组合。举例来说，可使用灰阶光罩在透明介质层207进行曝光、显影、蚀刻成形等工艺后填入合适的材料，以形成微棱镜212。
在一些实施例中，可通过高温回焊(reflow)将一高分子材料的厚膜形成于透明介质层207上，并通过其内聚力形成半球结构，以形成微透镜211，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，透明介质层207、微透镜211及微棱镜212也可包含介电材料，例如玻璃等，其可进一步提高透光性，但本公开实施例并非以此为限。在这些实施例中，可在光刻工艺的干燥(例如硬烘烤)步骤中，利用表面张力的效果来形成半球状的微透镜211，并可通过控制加热的温度来调整所需要的微透镜211的曲率半径。在一些实施例中，微透镜211的厚度在约1μm至约50μm之间的范围。应注意的是，微透镜211的轮廓并不以半球状为限，本公开实施例亦可根据所需要的入射光角度调整微透镜211的轮廓，例如可为非球面状(aspheric)。
在本公开实施例中，微透镜211与微棱镜212可视为一光导向元件210，光导向元件210可排列成阵列，但本公开实施例并非以此为限。亦即，光导向元件210与感测像素203可以一对一、一对多或多对一方式对应设置，但本公开实施例并非以此为限。在形成光导向元件210后，即完成本公开实施例的光学感测器200。在一些其他实施例中，光学感测器200的光学滤波层206可以一独立的光学滤波板的形式，设置于光导向元件210之上(类似于后方图8所示的结构)，但本公开实施例并非以此为限。
如图4所示，在本公开的一些实施例中，微棱镜212可具有一顶面212T与一底面212B，且顶面212T与底面212B可形成一夹角θ。在一些实施例中，顶面212T与底面212B所形成的夹角θ为可变的(variable)，其可依据微棱镜212设置的位置调整。此外，如图4所示，在这些光导向元件212中，越靠近光学感测器200中央的微棱镜212，其顶面212T与底面212B所形成的夹角θ越小，但本公开实施例并非以此为限。
由于各光导向元件随其设置的位置而有所不同，为便于说明，将以210_N代表各光导向元件，以TA_N代表各光导向元件的光能量传导轴，以ANG_N代表各光导向元件的收光方位角，以L_N代表各光导向元件的平行的目标入射光，以LX_N代表各光导向元件的平行的非目标入射光，以ANGX_N代表各光导向元件的平行的非目标入射光相对于其光能传导轴TA_N的偏离方位角。其中，“_N”为各光能量导向元件的数字编号。
图5是图4所示的光学感测器200的部分放大图。参照图5，光导向元件210_N可包含一微透镜211_N与一微棱镜212_N，微透镜211_N可用于会聚光线，而微棱镜212_N可用于偏折光线。微棱镜212_N的底面212_NB(或称为倾斜面)与垂直于光学感测器200的法线NORM的平面之间具有一倾斜角ANG_212_N(或微棱镜212_N的顶面212_NT与底面212_NB所形成的夹角)，其可使微透镜211_N会聚后的入射光入射至此底面212_NB时发生偏折。
如图5所示，光导向元件210_N可具有一光能量传导轴TA_N，光能量传导轴TA_N所对应的一收光方位角ANG_N是光学感测器200的法线NORM与光能量传导轴TA_N在微透镜211_N交界处朝向目标物所张的方位角。若入射光沿着此光能量传导轴TA_N传输，则光导向元件210_N可导引入射光最后正向入射至对应的感测像素203。因此，前述多个平行的目标入射光，即为平行各光能量传导轴TA_N而入射至微透镜211_N的入射光L_N；而前述多个平行的非目标入射光，即不平行各光能量传导轴TA_N而入射至微透镜211_N的入射光LX_N。此外，非目标入射光LX_N与各光能量传导轴TA_N具有一偏离方位角ANGX_N。
在图5所示的实施例中，目标入射光L_N是沿着光能量传导轴TA_N行进(即与光能量传导轴TA_N平行)，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，可以通过光导向元件210_N被感测像素203接收到的目标入射光L_N与光能量传导轴TA_N的夹角的范围可介于-3.5度至3.5度之间、-4度至+4度之间或-5度至+5度之间；偏离方位角ANGX_N可介于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，与光能量传导轴TA_N的夹角大于3.5度(或大于4度、或大于5度)的非目标入射光LX_N将无法入射至感测像素203。
简单来说，光学感测器200的光导向元件210_N可将从外界进入光学感测器200的目标入射光L_N，通过透明介质层207而入射至感测像素203，并将从外界进入光学感测器200的非目标入射光LX_N入射于感测像素203的外部，藉此感测目标物的一影像。举例来说，目标入射光L_N可通过第一通孔204A而入射至感测像素203，非目标入射光LX_N则不会通过第一通孔204A(例如入射至第一遮光层204扣除第一通孔204A的其他区域)。
本公开实施例的光学感测器200通过光导向元件210的透镜211、微棱镜212与第一光孔204A(及感测像素203)的相对位置(例如对准光能量传导轴)，可以控制特定入射光的角度(平行光能量传导轴)才能被感测像素203感测，因此可以有效提高光学感测器200的品质。相较于现有的光学感测器，本公开实施例的光学感测器可有效降低工艺成本及并简化制造流程。
由于各光导向元件随其设置的位置而有所不同，各光导向元件的目标入射光与非目标入射光可能有所不同。举例来说，如图4所示，光导向元件210_1与光导向元件210_K分别具有不同的光能量传导轴TA_1与光能量传导轴TA_K。光导向元件210_1的目标入射光L_1与光导向元件210_K的目标入射光L_K虽然来自不同的收光方位角，但其分别经由光导向元件210_1与光导向元件210_K导向正面入射至对应的感测像素203。光导向元件210_1的非目标入射光LX_1与光导向元件210_K的非目标入射光LX_K分别具有偏离方位角ANGX_1与偏离方位角ANGX_K，其分别入射至光导向元件210_1与光导向元件210_K后，将无法进入对应的感测像素203。
如图4所示，在感测像素203所排列成的阵列中，由中心至外围所对应的光导向元件210的光能量传导轴(例如，图4中的TA_1、TA_K、TA_I与TA_J)，可通过各光导向元件的微棱镜，将各光导向元件的收光方位角从0度偏移到可对应至预定的斜向角度(例如，35度)。举例来说，可渐进式地改变入射斜向角度(光能量传导轴的收光方位角连续性变化)。如同图4所示，光学感测器200可以较小的感测像素203的阵列的面积SR，感测较大的待测物面积CR(例如指纹接触面积)，藉此增加感测的精准度并有效降低成本，但本公开实施例并非以此为限。
图6绘示根据本公开另一实施例的光学感测器200-1的剖面图。与图4所示的光学感测器200的不同之处在于，光学感测器200-1可以较大的感测像素203的阵列的面积SR，感测较小的待测物面积CR。可依据实际需求调整光导向元件210(微棱镜212)的位置，以达成不同的收光效果。
图7绘示根据本公开一实施例的光学感测系统600的剖面图。在一些实施例中，光学感测系统600可例如是手机或平板电脑等电子设备，其可包含一框架400、一光学感测器200及一显示器300，但本公开实施例并非以此为限。
参照图7，在一些实施例中，光学感测系统600可进一步包含一底座610，底座610可例如为电子设备的外壳的一部分。电池500可设置于底座610上。框架400可设置于电池500的上方，并具有一容置槽410，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他实施例中，框架400也可不具有容置槽410，可视实际需求而定。
光学感测器200可设置于框架400之上。如图7所示，光学感测器200可设置于框架400的容置槽410中，并位于容置槽410的一底部420上，用以感测一目标物F的影像。光学感测器200的结构可如前所述，在此不多加赘述。显示器300可设置于光学感测器200的上方，用于显示信息。目标物F可位于显示器300上或上方。在一些实施例中，光学感测器200可通过显示器300感测目标物F的影像，而电池500可供给电力至光学感测器200与显示器300，以维持电子设备的运作。
在一些实施例中，容置槽410的底部420与显示器300之间的一距离d可介于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，但本公开实施例并非以此为限。在此，距离d可定义为容置槽410的底部420与显示器300在平行于框架400的法线方向的一方向ND的最短距离。
在一些实施例中，将光学感测器200应用于光学感测系统600中，可使模块的整体高度或厚度低于0.5mm，达到薄型化的需求，因此可在不影响电池500的配置下，将光学感测器200设置于电子装置的屏幕(例如显示器300)下与电池之间。要特别注意的是，本公开实施例的光学感测器与应用其的光学感测系统，并不受限于指纹辨识，其也可应用于例如静脉、血流速及血氧检测。或者，本公开实施例的光学感测器与应用其的光学感测系统可用以进行非接触的影像拍摄(例如屏幕下相机等)，以拍摄例如人脸(例如用于脸部辨识)或眼睛(例如用于虹膜辨识)或者执行一般的拍照功能。
在一些实施例中，显示器300可包含有机发光二极体(organic light-emittingdiode,OLED)显示器或微型发光二极体(micro LED)显示器或者其他各种显示器。在一些实施例中，可利用光学感测系统600中的显示器300作为光源，其发出的光线将照射与显示器300的上表面接触或非接触的目标物F，目标物F再将此光线反射至设置于显示器300下的光学感测器200，以对目标物F的轮廓特征(例如，手指的指纹特征)进行感测与识别。应注意的是，光学感测系统600中的光学感测器200也可搭配其他形态及波长的光源(例如，红外线光源)，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，光学感测器也可以可进行被动式影像提取，即不需要投射光源至待测目标物(物体)F。
如图7所示，在一些实施例中，光学感测器200可被设置为包含于一光学感测器模块1300中。举例来说，光学感测器模块1300可包含一承载板1301、一软性电路板1302及将光学感测器200与软性电路板1302电性连接的焊线(bond wire)1303，焊线1303可由封胶层1306所封装并保护。封胶层1306的顶面可与透明介质层207的顶面齐平，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，焊线1303的材料可包含铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、前述的合金、其他合适的导电材料或前述的组合，但本公开实施例并非以此为限。
图8绘示根据本公开另一实施例的光学感测系统600’的剖面图。与图7所示的光学感测系统600的不同之处在于，光学感测系统600’以光学滤波板900来取代光学滤波层206。举例来说，光学滤波板900可为一独立的光学滤波板，可利用设置于软性电路板1302上的支撑体(dam structure)或框体1305承载光学滤波板900。亦即，光学滤波板900可通过光学感测器模块1300设置于微透镜210的上方。如图8所示，在本实施例中，透明介质层207设置于保护层250上。光学滤波板900设置于光导向元件210的上方，并对入射光进行光线波长过滤。其余与图7相同的部分在此不多加赘述。
应注意的是，虽然图8所示的光学感测器模块1300与光学滤波板900是设置于框架400之上并与显示器300分离，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他实施例中，光学感测器模块1300与光学滤波板900也可贴合于显示器300的下表面300B。
图9绘示根据本公开一实施例的光学感测器200-2的剖面图。与图4所示的光学感测器200的不同之处在于，图9绘示的光学感测器200-2还包含一透镜遮光层213(可视为第二遮光层)，透镜遮光层213设置于第一遮光层204之上。更详细来说，透镜遮光层213可设置于透明介质层207上，并位于微透镜211之间的多个间隙G中。透镜遮光层213可例如裸露微透镜211的(至少部分)曲面区域。换言之，透镜遮光层213可具有多个通孔(对应于间隙G)，且光导向元件210的微透镜211可设置于这些通孔中，但本公开实施例并非以此为限。
在一些情况下，可能有光线(例如图9所示的杂散光L1)从微透镜211之间的空白区域(譬如间隙G所指的区域)入射，并通过第一通孔204A入射至感测像素203，因而造成干扰，降低影像品质。在图9所示的光学感测器200-2中，透镜遮光层213可阻挡前述杂散光L1入射至感测像素203，有效防止杂散光干扰，并提升影像品质。
图10绘示根据本公开另一实施例的光学感测器200-3的剖面图。与图4所示的光学感测器200的不同之处在于，图10绘示的光学感测器200-3还包含一第二遮光层208及一透明介质层209，第二遮光层208及透明介质层209皆设置于第一遮光层204之上。更详细来说，第二遮光层208位于透明介质层207上，透明介质层209位于第二遮光层208上，而光导向元件210位于透明介质层209上(例如，微透镜211设置于透明介质层209上，而微棱镜212设置于透明介质层209中)。
参照图10，第二遮光层208可具有多个第二通孔208A，第二通孔208A可对应于第一通孔204A，且每个第二通孔208A可具有第二孔径A2。在一些实施例中，第二通孔208A的第二孔径A2大于第一通孔204的第一孔径A1，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，第二遮光层208的厚度与第一遮光层204的厚度不同。举例来说，第二遮光层208的厚度可大于第一遮光层204的厚度，但本公开实施例并非以此为限。如图10所示，在一些实施例中，光导向元件210的微棱镜212设置于第二通孔208A中。举例来说，微棱镜212可完全或只有部分设置于第二通孔208A中，但本公开实施例并非以此为限。
在一些情况下，相邻的光导向元件210之间(不限于最邻近的光导向元件210)可能会产生串扰(cross talk)。亦即，一目标光导向元件的相邻光导向元件的杂散光(例如图10所示的杂散光L2)可能会耦合进入目标光导向元件的目标入射光，一起通过第一通孔204A入射至与目标光导向元件对应的感测像素203，因而造成干扰，降低影像品质。在图10所示的光学感测器200-3中，第二遮光层208可遮蔽从外界进入此等相邻光导向元件的杂散光L2入射至感测像素203，有效防止杂散光干扰，并提升影像品质。
在一些实施例中，可以图9所示的光学感测器200-2或图10所示的光学感测器200-3取代图4所示的光学感测器200设置于图7所示之光学感测系统600(或图8所示的光学感测系统600’)中，在此不多加赘述。
综上所述，本公开的实施例通过光导向元件，可达成在不具备额外的遮光层的情况下，使得感测像素亦能接收来自特定范围的视角入射的光线，并可降低光学感测器的厚度。
以上概述数个实施例的部件，以便在本公开所属技术领域中普通技术人员可以更理解本公开实施例的观点。在本公开所属技术领域中普通技术人员应该理解，他们能以本公开实施例为基础，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。在本公开所属技术领域中普通技术人员也应该理解到，此类等效的结构并无悖离本公开的精神与范围，且他们能在不违背本公开的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本公开的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。另外，虽然本公开已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本公开。
整份说明书对特征、优点或类似语言的引用，并非意味可以利用本公开实现的所有特征和优点应该或者可以在本公开的任何单个实施例中实现。相对地，涉及特征和优点的语言被理解为其意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因而，在整份说明书中对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定代表相同的实施例。
再者，在一个或多个实施例中，可以任何合适的方式组合本公开的所描述的特征、优点和特性。根据本文的描述，相关领域的技术人员将意识到，可在没有特定实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实现本公开。在其他情况下，在某些实施例中可辨识附加的特征和优点，这些特征和优点可能不存在于本公开的所有实施例中。

Claims (21)

1.一种光学感测器，包括：
一基板，具有多个感测像素；
一第一遮光层，设置于该基板之上，并具有多个第一通孔，所述多个第一通孔对应于所述多个感测像素；
一透明介质层，设置于该第一遮光层之上；以及
多个光导向元件，其中所述多个光导向元件中的每一个包括：
一微棱镜，设置于该透明介质层中并对应于所述多个第一通孔的其中之一；及
一微透镜，设置于该微棱镜之上。
2.如权利要求1所述的光学感测器，其中该微棱镜连接于该微透镜。
3.如权利要求1所述的光学感测器，其中该微棱镜具有一顶面与一底面，且该顶面与该底面形成一夹角。
4.如权利要求3所述的光学感测器，其中该夹角为可变的。
5.如权利要求4所述的光学感测器，其中在所述多个光导向元件中，越靠近该光学感测器中央的微棱镜的该夹角越小。
6.权利要求1所述的光学感测器，还包括：
一介电层，设置于该基板与该第一遮光层之间，并覆盖所述多个感测像素。
7.如权利要求1所述的光学感测器，还包括：
一光学滤波层，设置于该第一遮光层与该透明介质层之间。
8.如权利要求1所述的光学感测器，还包括：
一光学滤波板，设置于所述多个光导向元件之上。
9.如权利要求1所述的光学感测器，还包括：
至少一第二遮光层，设置于该第一遮光层之上，并具有多个第二通孔。
10.如权利要求9所述的光学感测器，其中所述多个第二通孔中的每一个的孔径大于所述多个第一通孔中的每一个的孔径。
11.如权利要求9所述的光学感测器，其中该第二遮光层的厚度与该第一遮光层的厚度不同。
12.如权利要求9所述的光学感测器，其中该第二遮光层设置于该透明介质层之上，且所述多个光导向元件的微透镜设置于所述多个第二通孔中。
13.如权利要求9所述的光学感测器，其中该第二遮光层设置于该透明介质层中，且所述多个第二通孔对应于所述多个第一通孔。
14.如权利要求13所述的光学感测器，其中在所述多个光导向元件中的部分微棱镜位于所述多个第二通孔中。
15.一种光学感测系统，包括：
一框架，具有一容置槽；
如权利要求1～14中任一项所述的光学感测器，设置于该容置槽中；以及
一显示器，设置于该光学感测器之上。
16.如权利要求15所述的光学感测系统，其中该容置槽的底部与该显示器之间的距离介于0.1mm至0.5mm。
17.一种光学感测器的制造方法，包括：
提供一基板，其中该基板具有多个感测像素；
在该基板之上形成一第一遮光层，其中该第一遮光层具有多个第一通孔，且所述多个第一通孔对应于所述多个感测像素；
在该第一遮光层之上形成一透明介质层；
在该透明介质层中形成多个微棱镜，其中所述多个微棱镜对应于所述多个感测像素；以及
在所述多个微棱镜之上形成多个微透镜。
18.如权利要求17所述的光学感测器的制造方法，还包括：
在该基板与该第一遮光层之间形成一介电层，其中该介电层并覆盖所述多个感测像素。
19.如权利要求17所述的光学感测器的制造方法，还包括：
在该第一遮光层与该透明介质层之间形成一光学滤波层。
20.如权利要求17所述的光学感测器的制造方法，还包括：
在所述多个光导向元件之上形成一光学滤波板。
21.如权利要求17所述的光学感测器的制造方法，还包含：
在该第一遮光层之上形成至少一第二遮光层，其中该第二遮光层具有多个第二通孔。
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