CN111868577A - 准直仪滤波器 - Google Patents

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CN111868577A CN201980017777.XA CN201980017777A CN111868577A CN 111868577 A CN111868577 A CN 111868577A CN 201980017777 A CN201980017777 A CN 201980017777A CN 111868577 A CN111868577 A CN 111868577A
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丹尼尔·托尔德拉·萨尔瓦多
格温·赫尔曼纳斯·格林克
桑迪普·乌尼克里希南
希尔克·布勒·阿克曼
巴特·佩特斯
阿尔贝特·霍斯·简·玛丽·范·布里曼
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Abstract

一种准直仪滤波器(10)，包含：一入射表面(11)，以接收具有不同的入射角(θi，θi')的入射光(Li，Li')；及一出射表面(12)，以允许输出光(Lo)从该准直仪滤波器(10)离开。在该入射表面(11)与该出射表面(12)之间的一滤波器结构只透射具有低于一临界角(θmax)的入射角(θi)的该入射光(Li)的部分。该滤波器结构包含一图案化的多个碳纳米管(1)的阵列，其中，该多个纳米管在该入射表面(11)与该出射表面(12)之间沿该主透射方向(Z)对齐地延伸。该多个纳米管(1)被布置成形成一横向于该主透射方向(Z)的二维图案(P)。在该图案(P)中的没有纳米管(1)的开放区域在该多个纳米管(1)之间形成微孔径(A)，用于使该输出光(Lo)透射穿过该滤波器结构。

Description

准直仪滤波器
技术领域
本发明是有关于一种准直仪滤波器以及制造该准直仪滤波器的方法。
背景技术
对于各种应用，诸如移动电话解锁及支付，可以使用一指纹扫描仪来确保该已注册的用户被授权，而非一冒名顶替者。目前对在显示区域内的一高分辨率指纹扫描仪的整合有兴趣，所以该Home键可被移除或被保留在该移动装置的顶侧而所谓的全平面显示器可被实现。然而，在一显示器应用中，许多涂层、薄膜、以及覆盖玻璃会有效地增加在该光检测器与该手指之间的距离。没有玻璃覆盖，反射自手指的光可以显示出指纹脊及指纹谷的细节特征。当添加该覆盖玻璃时，即使在信号处理之后，这些特征可能会被恶化，例如被模糊化，因而有效地降低了该指纹图像的该分辨率。
美国专利9,829,614 B2描述了用于在一指纹传感器中光学成像的系统及方法。该光学指纹传感器包括一图像传感器阵列；一准直仪滤波器层被设置在该图像传感器阵列上方，该准直仪滤波器层具有一孔径阵列；以及设置在该准直仪滤波器层上方的一照明层。该准直仪滤波器层过滤反射光，使得仅有某些反射光束会到达该图像传感器阵列中的光学感测元件。采用准直仪滤波器层可防止模糊，同时允许一较低配置文件的图像传感器。
还有一需求就是要提供一种改进的准直仪滤波器及制造的方法。
发明内容
本发明的各方面提供了一种准直仪滤波器及制造的方法。在该准直仪滤波器中，一入射表面可以接收具有不同的入射角的入射光。一出射表面可允许输出光从该准直仪滤波器射出。在该入射表面与该出射表面之间的一滤波器结构优选地可使该入射光的至少一部分透射作为该输出光，该入射光的该至少一部分相对于该主透射方向具有低于一临界角的入射角，并且阻挡具有高于该临界角的入射角的入射光使之无法通过该滤波器结构。如本文所述，该滤波器结构可包含一图案化的多个纳米管的阵列，其在该入射表面与该出射表面之间沿着该主透射方向延伸。该多个纳米管优选地被地布置成形成一个横向于该主透射方向的二维图案。因此，在该图案中的没有纳米管的开放区域可以在该多个纳米管之间形成微孔径，用于选择性地使该输出光透射穿过该滤波器结构。
本发明人发现碳纳米管可特别地适用于构建一准直滤波器的目的。不受理论所束缚，本发明人发现该纳米管可被使用来精确地且可重复地制造微观特征，特别是用于准直的具有该孔径直径比上该孔径长度的一小的宽深比的微孔径，同时仍保持该长度非常小以提供一个非常薄的准直仪滤波器，并同时基本上吸收以更高入射角撞击该孔径的壁的所有未准直的光，因此这种光不会被无意地反射穿过该孔径。
附图说明
从以下描述、所附权利要求、以及附图，本发明的该装置、系统以及方法的这些和其他的特征、方面、以及优点将变得更好地理解，其中：
图1A图示出描绘纳米管的一示意性侧视图；
图1B图示出一碳纳米管阵列的一实施例的一示意性俯视图；
图1C图示出一准直仪滤波器的一实施例的一示意性透视图；
图2图示出一准直仪滤波器的的一实施例的一示意性横截面视图；
图3A及图3B图示出一具有准直仪滤波器的一显示器装置的实施例的一示意性横截面；
图4A至图4D图示出实例滤波器结构的图像；
图5A及图5B图示出在没有覆盖玻璃和有覆盖玻璃的情况下测量一指纹的效果；
图5C图示出在不同情况下的测量的对比图。
具体实施方式
用于描述特定实施例的术语不旨在限制本发明。如本文中所使用的，该单数形式“一”、“一个”以及“该”旨在也包括该复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“及/或”包括一或多个该相关联所列项目的任何及所有的组合。将被理解的是，术语“包含”及/或“包含有”指定所陈述特征的存在，但不排除存在有或添加一或多个其他的特征。将进一步被理解的是，当一方法的一特定步骤被称为在另一步骤之后时，它可以直接跟在所述其他的步骤之后，或者可以在执行该特定步骤之前执行一或多个中间步骤，除非另有说明。同样地，将被理解的是，当描述在结构或组件之间的一连接时，除非另有说明，否则可以直接的方式或通过中间结构或组件来建立该连接。
下面参考附图，更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。在附图中，为了清楚起见，可能会夸大系统、组件、层、以及区域的绝对及相对的尺寸。实施例是参照本发明的可能理想化的实施例及中间结构的示意性及/或横截面图来被描述。在说明书和附图中，相同的标号始终表示相同的元件。相对术语及其衍生词应被解释为指随后描述的或如所讨论的附图中所示的方向。这些相对术语是为了便于描述，并不要求该系统是以特定的方向来被构建或操作，除非另有说明。
图1A图示出描绘数个纳米管1的一示意性的侧视图。典型地，该纳米管1由圆柱形纳米结构形成，例如，具有相对小至百纳米的直径以及相对高至在十、百、或甚至千微米(一或一毫米以上)的数量级的长度。优选地，该纳米结构基本上由碳原子(用“C”表示)构成。以这种方式，可以形成碳纳米管(CNT)。虽然CNT是高度优选的，例如，有鉴于它们的光学和结构性质以及它们的可制造性，但是原则上本教导也可以适用于形成纳米管的其他材料。虽然该图显示了单壁纳米管(SWNT)，但是也可以设想多壁纳米管(MWNT)。通常，该各个纳米管可以自身对齐，例如它们可以通过范德华力及/或π堆积作用被保持在一起。在一优选的实施例中，如图所示，该纳米管1主要是以它们的长度或管方向“Zt”沿着一主要方向来对齐。最优选的是，该纳米管的该主要对齐方向与该准直仪滤波器10的该主透射方向“Z”重合。
图1B图示出一碳纳米管1的阵列的一实施例的一示意性俯视图。在一些实施例中，该纳米管1例如被并排地聚集在一起，以形成更大的结构，诸如壁“W”。例如，许多纳米管1的壁“W”可被布置成来限定微观尺寸的隔室孔径(“A”)。该壁“W”可具有一厚度“Dw”，其典型地是由纳米管1的多层(Nw)或多排对齐在一起来确定的。使用较厚的壁或更多层的纳米管1可以改善该壁“W”的结构完整性及/或对齐性。通常，形成该壁“W”的纳米管层“Nw”的数量至少是三、五、十、二十、或更多。
在一些实施例中，该纳米管1被布置在壁“W”中以形成一胞格“E”的图案。例如，每一个胞格E可以在它们围绕该孔径的壁“W”之间包围一相应的微孔径“A”。例如，图1B示出一单一胞格E的一实施例，其可以用相同或不同形状的相邻的胞格重复。优选地是，该壁“W”是以一图案“P”布置，以形成多个互连的胞格“E”，例如以在它们之间共享该共同的壁。在一优选的实施例中，该图案是由重复的单元胞格所形成的，每一个单元胞格具有基本上或本质上相同的形式及/或尺寸。例如，图1C示出重复胞格“E”的一图案“P”。
在一个实施例中，如在图1B中所示，该胞格E可具有大致六边形的形状。这种形状可能是优选的，例如，因为可以用一有效的填充因子来重复该形状以覆盖该滤波器的一表面。替代地或另外地，也可以设想出其他形状的胞格，诸如三角形或方形胞格(图中未示出)。作为另一种选择或除此之外，还可设想出其他的形状和图案，包括具有选自两种或更多种重复形状胞格的全部相同的胞格或图案、或一般不同的胞格、或具有形成微孔径的壁的其他结构。优选的是，该胞格具有至少一种三重的旋转对称性，例如与一细长的矩形胞格相比，该细长的矩形胞格在可能导致异向准直性(例如，在X中比在Y中更为准直)的不同的横向方向上具有不同的长度。
在一些实施例中，在相应胞格“E”内被形成的该微孔径“A”被圆形化或是圆形的。换句话说，该微孔径“A”的该内径的“Da”可基本上是恒定的，例如在20％之内、10％之内、5％之内、或更小百分比之内，例如本质上是恒定的，正如在一基本上为圆形的孔径中。这可以在等向准直性特性中提供进一步的改进。例如，该(极坐标)临界角θmax优选是恒定的，或者对该光入射的该方位角Φi具有最小的相依性，如在图1C中所示。例如，在图4A和图4C中特别可见的一优选图案“P”包含根据重复胞格“E”的一种六边形排列的CNTS，其中形成在该胞格“E”的该壁“W”内部的该微孔径“A”是圆形的或被圆形化的。尽管该圆形内部是最有效地将该单元胞格适配在一种六边形的图案中，但原则上，该圆形化的内部也可被提供在其他的布置中，例如正方形或三角形，但是会付出在该角部会有较厚壁的代价。
图1C图示出用于一准直仪滤波器10的一优选实施例的一示意性透视图。在该所示的实施例中，该准直仪滤波器10包含一入射表面11，用于接收具有相对于该准直仪滤波器10的一主透射方向“Z”的不同的入射角(分别为θi及θi')的入射光(Li及Li')。一出射表面12(有指出但在此视图中是不可见的)可被设置在该准直仪滤波器10的相对于该入射表面11的一相反侧，以用于允许输出光Lo从该准直仪滤波器10离开。一滤波器结构可被布置在该入射表面11与该出射表面12之间，用于使相对于该主透射方向“Z”具有低于一临界角θmax的入射角θi的该入射光Li的至少一部分透射作为该输出光Lo，并且阻挡具有高于该临界角θmax的入射角θi'的该入射光Li'的基本上所有的部分(例如>99％)避免通过该滤波器结构。
如本文所描述的，该滤波器结构包含一图案化的诸如CNT的纳米管1的阵列。优选的是，该纳米管1以它们的管长度“Zt”对齐，或者该管长度在该入射表面11与该出射表面12之间的该主透射方向“Z”上本质上地或主要地延伸。优选的是，该纳米管1以它们的直径并排布置，以形成横向于该主透射方向“Z”的一个二维图案“P”。在一优选的实施例中，该图案“P”的开放区域，即没有纳米管1的穿透该滤波器结构的开放体积或管形成该纳米管1之间的微孔径“A”，用于使该输出光Lo透射穿过该滤波器结构。
在一优选的实施例中，该滤波器结构可被封装在一透明基质2中，如在图1C中的该虚线所示，并且在图2的横截面视图中被进一步地示出。例如，包裹该纳米管的该基质可以形成一固体块或材料薄片。有所帮助的是，该透明基质2基本上可以固定该纳米管1及/或保护它们免受环境的影响。该固定还可以例如有助于在制造之后从一基板(图中未示出)处任选地移除该准直仪滤波器。
优选的是，该透明基质2本质上由一光学透明材料所构成，至少要在该滤波器将被使用于其上的一波长范围内光学透明。例如，该透明基质2对于可见光波长(例如，400-700nm)及/或红外线波长(例如700nm-1mm)的一范围或至少一子范围是透明的。对于一些应用，该透明基质2可以附加地或替代地允许至少一些UV光(低于400nm)穿过。例如，该透明基质2透射超过百分之五十的这种光，优选地是超过百分之八十，更优选是超过百分之九十，或甚至基本上所有的该种光，例如在百分之九十五至百分之百之间。
优选的是，该透明基质2具有最小的散射特性，以通过该微孔径“A”来透射经准直的光，而不会例如散射到该纳米管壁“W”中及/或防止非准直的光通过巧合地散射在该主透射方向“Z”中而无意中地通过该微孔径“A”。例如，该透明基质2散射少于百分之三十的通过光，优选地是少于百分之十或更少，最佳的是，基本上没有该种光将被该透明基质2散射，例如零到百分之五被散射。
在一些实施例中，优选可以使用一柔性或弹性材料来形成该透明基质2。允许该材料弯曲而不会破裂可改善稳固性。在封装之后，还可以有助于从一基板移除(例如剥离)该滤波器。在一些实施例中，该滤波器(例如箔)可被认为是柔性的，如果它具有一相对低的抗挠刚度，例如小于500Pa·m3、小于100Pa·m3、或甚至小于10Pa·m3。在其他或进一步的实施例中，如果该滤波器可以在小于十厘米、或小于五厘米、或更的一曲率半径上被滚动或被弯曲而该滤波器不会失去必要的光学功能，则该滤波器可以被认为是柔性的。
在一个实施例中，该透明基质2包含一聚合有机硅化合物。例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有用于该当前目的的各种有利的性质。其他例如类似的材料也可被使用作为该(可选择的)透明基质。在一些实施例中，该透明基质2由一液体前体形成，该液体前体在施用之后被固化。
在一些实施例中，例如，如在图2中所示，优选的是该微孔径“A”至少部分地是由该透明基质2的材料2a来填充。在其他或进一步的实施例中，该透明基质2可以形成一覆盖层2t以覆盖该入射表面11及/或出射表面12的至少一部分。在一个实施例中，该透明基质2被制造(或之后研磨、抛光、或重叠)，以形成一光学平坦的入射表面11及/或出射表面12。特别地是，该光学入射表面11可以是相对光滑的，以防止或最小化该入射光Li的散射。例如，取决于该应用，该一或多个表面是光学平坦的，其表面偏差小于一微米、小于五百纳米、小于三百纳米、小于百纳米、小于五十纳米、或更小。优选的是，该表面偏差的该大小至少小于该孔径直径或尺寸“Da”。可替代地，或除了在该纳米管1的顶部具有一厚度的该透明覆盖层2t之外，该覆盖层可被省略或该覆盖层的该厚度可被减小到一最小值，例如小于百纳米、小于五十纳米、或甚至不到十纳米。例如，该纳米管可以一直到达该透明基质的该末端(这里未示出)。
例如，如在图2中所示，一准直仪滤波器可被使用于来过滤一射线流，例如光，使得仅允许那些平行于或几乎平行于一指定方向行进的射线才能通过。例如，这对于诸如增加由在该准直仪底部上的一检测器所检测到的在该准直仪顶部上的一图像的分辨率的这种应用会是有利的，但并不限于此。允许射线通过的该主要方向在此被称为该滤波器的主透射方向。该准直仪滤波器10可以根据该入射光Li相对于该主透射方向“Z”的一入射角θi来选择性地透射光。在一优选的实施例中，如图所示，该主透射方向“Z”与该入射表面11的一法向量N对齐。这意味着只有在法向或接近法向入射角θ的光Li才能被透射通过该准直仪滤波器10，而在较高角度的光则被阻挡。例如，该准直仪滤波器10可以仅透射入射角相对于该主透射方向“Z”小于十度(平面角)、小于五度、小于两度、或甚至小于一度的光。该临界角θmax越小，该光会被更好地准直(然而，这个的代价为可能会阻挡更多非准直的光)。
有较高入射角的光Li'优选地(例如在该微孔径“A”内部)被该纳米管1吸收。在一优选的实施例中，至少在该微孔径“A”内，该纳米管的壁“W”具有一高光吸收性“La”，例如吸收超过90％的落在该壁上的(使用过的)光，优选地超过99％。例如，CNT可吸收>99.9％的该光。例如，照射一物体“F”的该光Ls可以源自于一光源(这里未示出)，该光源位于诸如使用该准直仪滤波器10的一指纹检测器的装置内。例如，可以使用可见光或红外光。通过吸收该光的大部分或全部，可以防止非准直的光Li'撞击该纳米管壁“W”后仍然可以例如借由反射来通过该孔径。
将被理解的是，该微孔径“A”可被确定尺寸以限定该临界角θmax。例如，该微孔径“A”具有横向于该主透射方向“Z”的一(最大或平均)孔径直径“Da”以及沿着该主透射方向“Z”的一(最小或平均)孔径长度Ha。例如，该临界角θmax可被定义为该孔径直径“Da”除以该孔径长度或高度“Ha”的反正切函数(tan-1)，即tan(θmax)＝Da/Ha。例如，可以以Da/Ha<0.17(即tan(10)或小于约1：5)的宽度深度比，来实现一小于十度的临界角θmax。例如，可以以一Da/Ha<0.087(即tan(5)或小于约1：10)的宽度深度比，来实现一小于五度的临界角θmax。例如，可以以一Da/Ha<0.017(即tan(1)或小于约1：50)的宽度深度比，来实现一小于一度的临界角θmax。该宽度深度比Da/Ha越低，该经滤波的光就越准直。例如，该微孔径“A”可以具有在0.1-20μm之间的一横截面直径“Da”，优选地是在一至十微米之间。同时，该微孔径“A”可以例如具有一长度或高度“Ha”，其为至少十微米，优选地至少五十或至少百微米，或更更优选地，例如高至一或甚至数毫米。
在一优选的实施例中，该纳米管1被聚集在一起以形成互连的多个壁“W”的图案，其中该微孔径“A”均被该多个壁“W”的相应的部分包围。在一些实施例中，该孔径直径“Da”由该纳米管1的图案所形成的微结构之间的该(最大)距离来限定，例如在该壁“W”之间的该间隙。例如，该孔径长度Ha可以与该多个壁“W”的该高度“Hw”相同，或者在该主透射方向“Z”上与该多个纳米管1的该长度相同。例如，在图4B中的该壁“W”具有一大于百微米的高度。
在一些实施例中，该壁“W”具有约一微米数量级的一厚度“Dw”，例如在百纳米至十微米之间，优选地是在半微米至两微米或至五微米之间。例如，一单一纳米管可具有在十至百纳米之间的一(有效)直径，通常是在二十至五十纳米之间。例如，大约20层的各自直径约为五十纳米的纳米管可形成大约一微米的一平均壁厚。当然其他的尺寸也可被使用。
在一优选的实施例中，该壁厚“Dw”小于该孔径直径“Da”，至多为该孔径直径“Da”的一倍(即至多有相同的大小)，优选是至多为该孔径直径“Da”的二分之一(即，该直径是壁厚的两倍)，更优选地是至多三分之一、四分之一、十分之一、二十分之一、或更多分之一。例如，如在图4A中所示，该壁厚约为一微米而该壁直径为四微米。其他的大小也是可能的。该孔径直径“Da”相对于该壁厚“Dw”越大，该(准直的)光可越多地落在该微孔径“A”上而不是落在该壁的顶部上。优选的是，由该微孔径“A”所覆盖的滤波器的一总表面积要尽可能的大，例如相对于由该纳米管1所覆盖的该面积，同时保持该壁的一结构完整性。例如，该微孔径“A”可以覆盖该面积的至少百分之三十、至少百分之四十、至少百分之五十、至少百分之六十、或更多。由该微孔径“A”所覆盖的该滤波器面积越大，透射(准直的)光会透射得越多。
在一些实施例中，如在图2中所示，该多个壁“W”的一顶部被一反射层3所覆盖(同时使该孔径保持敞开)。这可以提高光效率，例如，击中该壁的该顶部的光被反射回来，因此它可被重新使用来照亮一将被成像的物体的另一部分，诸如在一(透明)覆盖30之上的一手指或其他的物体“F”。例如，通过金属溅射在该壁“W”的顶部上来施加该反射顶涂层。
本发明的方面也会涉及一图像检测器。例如，如在图2中所示，一光检测器20可以包含一光敏检测器像素21的阵列，用于检测光Lo以形成一附近物体“F”的一图像。可选择地，该图像检测器具有一透明盖板30，这里用一厚度“Hg”来表示。如之前所解释的，该(最小的)距离“Hg”可能会使该物体的该成像恶化。为了减轻这种情况，该图像检测器可以包括如本文所描述的该准直仪滤波器10。例如，如图所示，该准直仪滤波器10被设置在该透明盖板30与该光检测器20之间，用于仅使来自该物体“F”的该入射光Li的部分可通过，该入射光Li的部分在该准直仪滤波器10的该入射表面11的一法线方向“N”处或其附近被接收，用以改善在该光敏检测器像素21上的该成像物体“F”的图像分辨率(由该最大允许的范围ΔX来表示)。优选的是，该准直仪滤波器10尽可能的靠近该光敏检测器像素21，例如接触。可选择的(这里未示出)，在该光敏检测器像素21与该准直仪滤波器10之间还可以存在一(优选地是薄的)透明覆盖层。
优选的是，该准直仪滤波器10被布置成尽可能地靠近该光敏检测器像素21，例如在一毫米内、在百微米内、在十微米内、在一微米内、或更少，例如接触该像素。优选的是，该胞格“E”的该间距或周期性小于或等于该光敏检测器像素21的该像素大小“Xp”。因为该准直仪滤波器的该厚度也会贡献在该物体与该像素之间的该距离，所以将可被理解的是，减小准直仪滤波器10的该厚度可以提供更好的性能。因此，如果该滤波器的该厚度将被减小，这意味着该壁“W”的该高度“Hw”将被减小，并且该直径会被相应地减少以维持一特定的临界角θmax。因此，在一些实施例中，优选的方式是该光敏检测器像素21的每一个由多个微孔径“A”来覆盖。例如，该光敏检测器像素21可以具有一种五十微米的大小，并且该对应的胞格“E”具有一种五微米的间距，使得大约十个胞格在一像素上并排装配，或者大约一百个以覆盖一正方形像素。当然，其他相关的措施也可被设想。
在该所示的实施例中，该待成像的物体“F”靠近或按压该透明盖板30。例如，该图像检测器包含一光源，例如背光(这里未示出)以使用来自该透明盖板30的一侧的源光Ls来照亮该物体“F”。本发明的特定应用可以例如涉及包含有如该所述图像检测器的一指纹检测器，其中该物体“F”是按压在该透明盖板30上的一手指。可选择地，该指纹检测器可包含图像处理电路(图中未示出)，以从该图像检测器接收一手指指纹的一图像并处理该图像以识别出该指纹，例如通过与一预定的参考指纹进行比较来识别。除了指纹检测之外，其他(高分辨率)的成像也可被设想。
在一些实施例中，如图所示的该透明盖板30可以不存在或被替换成不同层的一种堆栈(图中未示出)，例如从顶部到底部，包括有但不局限于一或多个保护装置盖(例如～200μm厚)、可能的覆盖玻璃(例如～0.6mm厚)、一触摸板(例如～150μm厚)、一偏振器(例如～150μm厚)。这可能达到约1mm的一总厚度，这可能例如恶化一检测到指纹的该质量，其可以使用该准直仪滤波器10来被减轻。
本发明的替代或其他方面还可以应用于在包含有一如所述的指纹或其他图像检测器的一显示器装置。例如，图3A和图3B图示出一显示器装置的可能的实施例，该显示器装置具有一显示器屏幕43，该屏幕被配置成用于显示一图像并检测或成像一物体，诸如按压或在该显示器屏幕43附近中的一手指。典型地，该显示器屏幕包含显示器像素41以发出用于显示在该显示器屏幕43上的该图像的光Ld，例如通过该透明盖板30。
在一个实施例中，如在图3A中所示，该显示器像素41被设置在该准直仪滤波器10的前面，即在该准直仪滤波器10与该显示器屏幕43(的一视图侧)之间。例如，该显示器像素41可被稀疏地分布，使来自该物体的该入射光Li、Li'中的至少一些通过该显示器像素41。在一些实施例中，一扩展的准直仪滤波器10可被用来覆盖下面的该光敏检测器像素21，用于仅允许该准直的光Li通过，同时阻挡该非准直的光Li'。
在另一个或另外的实施例，如在图3B中所示，该显示器像素41可以在该光敏检测器像素21之间部分或完全地成行设置。例如，该显示器及该光敏检测器像素可以是相同的基质的一部分或者可以是两个部分重叠的基质。在另外一优选的实施例中，如图所示，该准直仪滤波器10的该准直部分可被定位以专门地覆盖该光敏检测器像素21。例如，该准直仪滤波器10可仅在该光敏检测器像素21的顶部被局部地设置，或该准直仪滤波器10可包含用于使该显示器像素41的该光Ld穿过的孔径。以这种方式，该相邻的显示器像素41可以自由地发射它们的光Ld以无阻碍地到达该显示器屏幕43。
在一些实施例中，如在图3A及图3B中所示，该检测器(具有或不具有显示器像素)可包含一背光42。例如，该背光42被设置在该光敏检测器像素21及/或显示器像素41的后面。在一优选的实施例中，该背光42被配置成发射在该可见光谱外的一波长的源光Ls，例如(近)红外光，该源光Ls可由该光敏检测器像素21来检测。这可以具有以下的一优点：一用户不会被用于照亮及成像该物体的该光所困扰。从该背光所发射的该来源Ls可以透射穿过该像素网格。可选择地，一或多个波长滤波器(图中未示出)可被设置在该被照射物体F与该光敏检测器像素21(但不是该显示器像素)之间，使得除了该源光Ls的波长之外的其他的波长被滤除并且该光敏检测器像素21专门接收该预期的源光，例如而不是来自该显示器像素41的光。在一些实施例中，该基质材料本身用作为该波长滤波器。例如，可以将波长吸收分子添加到一另外的透明基质中，或者已经选择该基质材料以仅透射对应于该背光的选择性的波长。例如，该背光可以发射可见光源光，其在吸收(外部的)红外波长的同时被通过该基质材料。在一个实施例中，该基质材料被适配成基本上使在一可见光波长范围内的大部分光(对应于该源光Ls)通过，同时吸收在一(接近)红外线光波长范围内的大部分光。例如，该基质材料阻挡一波长超过六百纳米的该光的至少百分之九十、或更多。使用该基质材料本身作为一波长滤波器可以提供一更为紧密的设计。当然，取决于该源光，其他波长截止也可被使用。
替代地或另外地，为了使用一专用背光42来照射该物体F，该物体也可以由该显示器像素41本身来被照射。在一些实施例中，可以在该显示器像素之间包括附加的像素，例如来发射红外线，用于照射物体。可选择地，该图像检测器或显示器屏幕还可以包含一触控接口，用于检测在该显示器屏幕43上一或多个物体(例如手指)的存在。在一些实施例中，该成像的检测器本身可以充当一触控接口。例如，一个应用可以是一移动装置，例如智能电话，其包含具有如本文所述的指纹检测器的一显示器屏幕。
本教导也可被具体实现在制造如本文所述的该准直仪滤波器10的方法中。在一优选的实施例中，该方法包含在该主透射方向“Z”上的一基板顶部上设置或以其他的方式提供纳米管1的该图案“P”。例如，Joshi等人[J.Mater.Chem.,2010,20,1717-1721]描述了超长碳纳米管的该图案化的设置。例如，Hasegawa等人[arXiv：0704.1903(cond-mat.mtrl-sci)]描述了毫米厚的单壁化的碳纳米管森林的生长窗口及有可能的机制。例如，美国专利9.221,684 B2描述了分层的碳纳米及微结构。
在一个实施例中，该基板根据该图案“P”被提供一种子或催化剂层，并且在该层上被选择性地生长出该纳米管1。在另一或另外的实施例中，该生长是由一掩模图案来实现。在一些实施例中，使用光刻来提供种子或掩模图案。
在一个优选的实施例中，该方法包含将该纳米管1包封在一透明基质2中。例如，通过施加被固化的一液体前体来包封该滤波器结构。例如，该液体前体可以流入该孔径中及/或覆盖该滤波器结构的至少一个表面。在一些实施例中，在封装之后移除该基板。或者，可以保留该基板。例如，该纳米管可以在一透明基板上生长出。例如，该纳米管可被直接生长在一光检测器前面的该透明层中的一个上。替代地或另外地，该光检测器的一光活性部分本身可以充当该基板。例如，该纳米管可被直接生长在该光检测器上，例如一或多个像素，以形成一整合式的准直光检测器。
图4A至图4D显示在不同的放大倍数下所得到的滤波器结构的图像。图4A示出一经透视放大的电子显微镜图像，其中仍然可以通过胞格“E”、壁“W”、以及孔径“A”的示例测量来区分出各个CNT。图3B示出了一侧视图的一更为放大的图像，其图标出该壁“W”的一示例高度。图4C类似于图4A，但被进一步缩小以图示出重复胞格“E”的该较大图案“P”。图3D示出该准直仪滤波器10的一常规显微镜图像的俯视图，其中该较亮的点图示出通过该准直仪滤波器10的光Lo。
图5A和图5B分别图示出没有覆盖玻璃(NCG)以及有覆盖玻璃(CG)的情况下一指纹的图像。图5C图示出在不同情况下的测量结果的一比较。具体地说，该图示出针对每毫米线对中的横向分辨率(lp/mm)的调制传递函数(MTF)的测量曲线。在没有覆盖玻离(NCG)的情况下，该MTF是优选的，例如在1lp/mm提供了几乎99％的MTF。引入0.6毫米的覆盖玻璃(CG)将这种情况显著地恶化为在1lp/mm下大约10％的MTF。然而，包括有碳纳米管(+CNT)大大地改善了这样的情况，对于仅为20μm的一CNT厚度，在1lp/mm下产生大约30％的MTF，并且对于150μm的一CNT厚度，在1lp/mm下产生超过90％的MTF。
在解读所附权利要求时，应被理解的是，“包含有”该词不排除除了在一给定权利要求中所列出的那些之外存在有其他的元件或动作；在一元件前面的该词“一”或“一个”并不排除有多个如此元件的存在；在该权利要求中的任何参考标记并不限制其范围；数个“构件”可用相同或不同的项目或实施结构或功能来被表示；除非另外特别说明，否则任何揭露装置或其部分可被组合在一起或被分开成另外的部分。当一个权利要求涉及另一个权利要求时，这可以表示通过它们各自特征的组合来实现的协作的优势。但事实上是，在相互不同的权利要求中所陈述的某些措施并不表示这些措施的组合也无法被使用来获益。因此，本发明的实施例可以包括该权利要求的所有效的组合，其中每一个权利要求原则上可以参考任何前述权利要求，除非在上下文中被明确地排除。

Claims (15)

1.一种准直仪滤波器(10)，其包含有：
一入射表面(11)，用于接收具有相对于该准直仪滤波器(10)的一主透射方向不同的入射角(θi，θi')的入射光(Li，Li')；
一出射表面(12)，其位于该准直仪滤波器(10)的相对于该入射表面(11)的相反一侧，用于允许输出光(Lo)从该准直仪滤波器(10)离开；以及
一滤波器结构，在该入射表面(11)与该出射表面(12)之间，用于使具有相对于该主透射方向(Z)的低于一临界角(θmax)的入射角(θi)的该入射光(Li)的至少部分透射作为该输出光(Lo)，并且阻挡具有高于该临界角(θmax)的入射角(θi')的入射光(Li')使之无法通过该滤波器结构；
其中，该滤波器结构包含一图案化的碳纳米管(1)的阵列，其中，该多个纳米管(1)在该入射表面(11)与该出射表面(12)之间沿该主透射方向(Z)对齐地延伸，其中，该多个纳米管(1)被布置成形成一横向于该主透射方向(Z)的二维图案(P)，以用于吸收撞击该多个纳米管的该入射光(Li')，其中，在该图案(P)中的没有该多个纳米管(1)的开放区域在该多个纳米管(1)之间形成多个微孔径(A)，以用于使该输出光(Lo)透射穿过该滤波器结构。
2.根据权利要求1所述的准直仪滤波器(10)，其中，该滤波器结构被封装在一透明固体基质(2)中以固定该多个纳米管。
3.根据权利要求2所述的准直仪滤波器(10)，其中，该多个微孔径(A)至少部分地由该透明基质(2)的材料(2a)填充。
4.根据权利要求2或3所述的准直仪滤波器(10)，其中，该透明基质形成一光学平坦的覆盖层(2a)以覆盖该入射表面(11)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的准直仪滤波器(10)，其中，该多个微孔径(A)具有在一微米与十微米之间的一横截面直径(Da)，其中，该多个微孔径(A)具有至少为该孔径直径(Da)的五十倍的一孔径高度(Ha)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的准直仪滤波器(10)，其中，该滤波器结构被形成为具有小于半毫米的一厚度的一薄片。
7.根据前述权利要求中任一项所述的准直仪滤波器(10)，其中，该多个纳米管(1)形成互连的多个壁(W)的一图案，其中，该多个微孔径(A)均被该多个壁(W)的相应的部分包围，其中，该多个壁(W)具有一介于半微米与两微米之间的厚度(Dw)，其中，该壁的厚度(Dw)至多为该孔径直径(Da)的三分之一，其中，该滤波器结构的由该多个微孔径(A)所覆盖的总表面积至少为百分之四十。
8.根据前述权利要求中任一项所述的准直仪滤波器(10)，其中，该多个纳米管(1)形成包围该多个微孔径(A)的互连的多个壁(W)的一图案，其中，该多个壁(W)的一顶部由一反射层(3)所覆盖，而没有该反射层(3)的该多个微孔径(A)允许该多个纳米管(1)吸收以高于该临界角(θmax)的入射角(θi')撞击在该多个微孔径(A)内的该多个壁上的光。
9.根据前述权利要求中任一项所述的准直仪滤波器(10)，其中，该多个纳米管(1)以该多个壁(W)布置以形成以一种六边形图案布置的一胞格(E)的图案，其中，形成在各个胞格(E)内部的该多个微孔径(A)是圆形的。
10.一种图像检测器，其包含有：
一光检测器(20)，其包含有一光敏检测器像素(21)的阵列，用于检测光(Lo)来形成一附近的物体(F)的一图像；
一具有一厚度(Hg)的透明盖板(30)；以及
根据前述权利要求中任一项所述的准直仪滤波器(10)，其中，该准直仪滤波器(10)被设置在该透明盖板(30)与该光检测器(20)之间，用于仅使来自该物体(F)的该入射光(Li)的部分通过，该入射光(Li)在该准直仪滤波器(10)的该入射表面(11)的一法线方向(N)或其附近被接收，用以改善在该多个检测器像素(21)上的已成像的该物体(F)的图像分辨率(ΔX)。
11.根据权利要求10所述的图像检测器，其中，该多个检测器像素(21)中的每一个由多个微孔径(A)所覆盖。
12.一种指纹检测器，其包含有：
根据权利要求10或11所述的图像检测器，其中，将被成像的该物体(F)是一按压在该透明盖板(30)上的一手指；以及
图像处理电路，用以从该图像检测器接收该手指的一指纹的一图像，并处理该图像以通过与一参考指纹进行比较来识别该指纹。
13.一种显示器装置，其包含有：
根据权利要求12所述的指纹检测器，用于检测按压在该显示器装置的一显示器屏幕(43)上的一手指；以及
显示器像素(41)，其被配置成发射光(Ld)以在该显示器屏幕(43)上显示一图像，其中，该多个显示器像素(41)成行地设置在该多个检测器像素(21)之间，其中，准直仪滤波器(10)被定位成专门地覆盖该多个检测器像素(21)，以保持该多个显示器像素自由地将它们的光(Ld)发射到该显示器屏幕(43)，而不受该准直仪滤波器(10)的阻碍。
14.一种制造根据前述权利要求中任一项所述的准直仪滤波器(10)的方法，其包含有：
以主透射方向(Z)在一基板的顶部上生长多个纳米管(1)的图案(P)；以及
将该多个纳米管封装在一透明基质(2)中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，经封装的该多个纳米管被从该基板上剥离，其中，该透明基质(2)包含一柔性材料以便利于剥离。
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