CN113792571A - 指纹感测模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种指纹感测模块，包括第一基板、主动元件、感光元件层、准直结构层、第二基板、多个微透镜与间隙图案。主动元件设置于第一基板上。感光元件层设置于第一基板上，且电性连接主动元件。准直结构层设置于感光元件层上。第二基板设置于准直结构层上。多个微透镜设置在准直结构层背离感光元件层的一侧表面上，且重叠于感光元件层。这些微透镜区分为多个微透镜群，且这些微透镜群分别位于指纹感测模块的多个感测像素区内。间隙图案延伸于这些微透镜群之间。在本发明的的指纹感测模块可增加指纹感测模块的外力耐受性以及制造工艺裕度，从而提升制造工艺良率以及指纹感测模块的可靠度。

Description

指纹感测模块
技术领域
本发明涉及一种感测模块，尤其涉及一种指纹感测模块。
背景技术
为了提高显示器的屏占比以实现窄边框的设计，屏下指纹感测技术已成为趋势。简单来说，屏下指纹感测技术乃是将指纹感测模块配置在电子装置的显示面板的下方。在电子装置侦测到使用者接触显示屏幕后，电子装置会控制显示面板发光以照亮使用者的手指表面。感测光线会经由使用者的手指(漫)反射进入显示面板下方的指纹感测模块，并通过多个微透镜及准直结构将反射光线汇聚在感光元件上，以转换为数字影像信号，即可得到使用者指纹影像。然而，此类的指纹感测模块因这些微透镜之间的间隔较大而容易接收到大角度入射的杂散光，造成指纹影像模糊。此外，当使用者按压显示面板以进行指纹辨识时，弯曲的显示面板会增加这些微透镜被压伤的风险，导致长时间操作的可靠度下降。
发明内容
本发明提供一种指纹感测模块，其具有较佳的外力耐受性。
本发明提供一种指纹感测模块，其制造工艺裕度较大。
本发明提供一种指纹感测模块，其具有较佳的感测灵敏度。
根据本发明的一方面，提供一种指纹感测模块，包括第一基板、主动元件、感光元件层、准直结构层、第二基板、多个微透镜与间隙图案。主动元件设置于第一基板上。感光元件层设置于第一基板上，且电性连接至主动元件。准直结构层设置于感光元件层上。第二基板设置于准直结构层上。多个微透镜设置在准直结构层背离感光元件层的一侧表面上，且重叠于感光元件层。这些微透镜区分为多个微透镜群，且这些微透镜群分别位于指纹感测模块的多个感测像素区内。间隙图案延伸于这些微透镜群之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块的间隙图案围绕各个微透镜群。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块的间隙图案延伸于多个微透镜的任两相邻者之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块的间隙图案包括多个柱状部与多个延伸部。这些柱状部分别设置于多个感测像素区内。这些延伸部延伸于多个微透镜与多个柱状部之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括遮光图案层，设置于第二基板上。遮光图案层具有多个开口，且这些开口分别重叠于多个微透镜。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括滤光层，设置在感光元件层与准直结构层之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括遮光图案层与红外光截止滤光层。遮光图案层设置于第二基板上。间隙图案设置于第二基板上，且红外光截止滤光层位于间隙图案与遮光图案层之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括彩色滤光层。彩色滤光层重叠设置于红外光截止滤光层，且位于感光元件层与红外光截止滤光层之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括辅助层。辅助层覆盖多个微透镜，且位于这些微透镜与间隙图案之间。
根据本发明的另一方面，提供一种指纹感测模块，包括第一基板、感光元件层、准直结构层、第二基板、多个微透镜与间隙图案。感光元件层设置于第一基板上。准直结构层设置于感光元件层上。第二基板设置于准直结构层上。多个微透镜设置在准直结构层与第二基板之间，且重叠于感光元件层。间隙图案与部分多个微透镜相重叠。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块具有多个感测像素区。多个微透镜区分为多个微透镜群。这些微透镜群分别位于这些感测像素区内。间隙图案围绕各个微透镜群。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括滤光层，设置在第二基板上，且位于多个微透镜与第二基板之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块的多个微透镜设置在第二基板上。间隙图案设置在准直结构层背离感光元件层的一侧表面上。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括遮光图案层，设置在第二基板上，且具有多个开口。多个微透镜设置在准直结构层背离感光元件层的一侧表面上。间隙图案设置于第二基板上，且位于遮光图案层的部分多个开口内。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块还包括遮光图案层与滤光层。遮光图案层设置在第二基板上，且具有多个开口。多个微透镜设置在准直结构层背离感光元件层的一侧表面上，且分别重叠于遮光图案层的这些开口。滤光层覆盖遮光图案层。滤光层位于间隙图案与遮光图案层之间。
根据本发明的另一方面，提供一种指纹感测模块，包括第一基板、感光元件层、准直结构层、第二基板、多个微透镜、遮光图案层、平坦层与间隙图案。感光元件层设置于第一基板上。准直结构层设置于感光元件层上。第二基板设置于准直结构层上。多个微透镜设置在准直结构层与第二基板之间，且重叠于感光元件层。遮光图案层具有多个第一开口，且这些第一开口分别重叠于这些微透镜。平坦层不重叠于这些微透镜。间隙图案重叠设置于平坦层。平坦层位于间隙图案与遮光图案层之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块的遮光图案层、平坦层与间隙图案设置于第二基板上。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块具有多个感测像素区。这些微透镜区分为多个微透镜群。这些微透镜群分别位于这些感测像素区内，且平坦层与间隙图案围绕各个微透镜群。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块的平坦层与间隙图案更延伸于多个微透镜在至少一方向上排列的任两相邻者之间。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测模块的平坦层完全覆盖遮光图案层，且具有重叠于多个第一开口的多个第二开口。
基于上述，在本发明的一实施例的指纹感测模块中，通过将多个微透镜与间隙图案设置在第一基板与第二基板之间，可增加指纹感测模块的外力耐受性以及制造工艺裕度，从而提升制造工艺良率以及指纹感测模块的可靠度。另一方面，用于承载间隙图案的平坦层具有重叠于这些微透镜的开口，可增加指纹感测模块对于感测光线的光能利用率，从而提升整体的感测灵敏度。
附图说明
图1A是本发明的第一实施例的显示装置的俯视示意图；
图1B是图1A的显示装置的剖视示意图；
图2A是本发明的第二实施例的显示装置的俯视示意图；
图2B是图2A的显示装置的剖视示意图；
图3A是本发明的第三实施例的显示装置的俯视示意图；
图3B是图3A的显示装置的剖视示意图；
图4是本发明的第四实施例的显示装置的剖视示意图；
图5A是本发明的第五实施例的显示装置的俯视示意图；
图5B是图5A的显示装置的剖视示意图；
图6A是本发明的第六实施例的显示装置的俯视示意图；
图6B是图6A的显示装置的剖视示意图；
图7A是本发明的第七实施例的显示装置的俯视示意图；
图7B是图7A的显示装置的剖视示意图；
图8是本发明的第八实施例的显示装置的剖视示意图；
图9是本发明的第九实施例的显示装置的剖视示意图；
图10A是本发明的第十实施例的显示装置的俯视示意图；
图10B是图10A的显示装置的剖视示意图；
图11是本发明的第十实施例的显示装置的俯视示意图；
图12A是本发明的第十一实施例的显示装置的俯视示意图；
图12B是图12A的显示装置的剖视示意图；
图13A是本发明的第十二实施例的显示装置的俯视示意图；
图13B是图13A的显示装置的剖视示意图；
图14是本发明的第十三实施例的显示装置的俯视示意图；
图15是本发明的第十四实施例的显示装置的剖视示意图；
图16是图15的指纹感测模块的局部放大图。
附图标记说明如下：
10、11、12、13、20、21、22、23、24、30、31、32、40、41、50:显示装置
100:显示面板
200、200A、200B、200C、200D、200E、200F、200G、200H、200I、200J、200K、200L:指纹感测模块
201:第一基板
202:第二基板
210:感光元件层
211:栅绝缘层
212:绝缘层
213:光电转换图案
214、215:平坦层
220、220A、220B:准直结构层
220s:表面
221、223、250、250A、250B、250C:遮光图案层
221a、223a:开孔
222、224、270、270A、270B、280:平坦层
224a、224b:平坦子层
230、230A、230B、230C、230D、230E、230F、230G、230H、230I、230J:间隙图案
231、231B、231D、231G、235、235G、271、272:延伸部
233、233B、233D、233H、233I、234H、273A、274A:柱状部
240、240A、241、242:微透镜
250a、250a1、250a2、270a:开口
260:滤光层
261:红外光截止滤光层
262、262A:彩色滤光层
262P1、262P2、262P3、262P1A、262P2A、262P3A:彩色滤光图案
290:辅助层
300:框胶层
350:驱动芯片
CH:通道区
DE:漏极
DR:漏极区
E1:第一电极
E2:第二电极
GE:栅极
L:长度
PD:感测元件
S:间距
SA、SA’、SA”:感测像素区
SC:半导体图案
SE:源极
SR:源极区
T:主动元件
X、Y、Z:方向
A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’、F-F’、G-G’、H-H’:剖线
具体实施方式
本文使用的“约”、“近似”、“本质上”或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或例如±30％、±20％、±15％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”、“本质上”或“实质上”可依量测性质、切割性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。
在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”可为二元件间存在其它元件。
现将详细地参考本发明的示范性实施方式，示范性实施方式的实例说明于所附附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1A是本发明的第一实施例的显示装置的俯视示意图。图1B是图1A的显示装置的剖视示意图。图1B对应于图1A的剖线A-A’。特别说明的是，为清楚呈现起见，图1A仅示出出图1B的感光元件层210、准直结构层220的遮光图案层223、间隙图案230与遮光图案层250。
请参照图1A及图1B，显示装置10包括显示面板100与指纹感测模块200。指纹感测模块200重叠设置于显示面板100，且具有多个感测像素区SA。这些感测像素区SA可以阵列的方式进行排列，例如：这些感测像素区SA可分别沿着方向X与方向Y排成多列与多行。在本实施例中，指纹感测模块200可设置在显示面板100的背侧。更具体的说，显示装置10可以是屏下指纹辨识(Fingerprint on display)装置。
显示面板100例如是有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)面板、微型发光二极管(micro light emitting diode，micro-LED)面板、次毫米发光二极管(mini light emitting diode，mini-LED)面板或其他合适的自发光型显示面板。特别说明的是，在本实施例中，显示面板100同时可作为指纹辨识时的照明光源。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，显示面板也可以是非自发光型显示面板(例如：液晶显示面板)，且显示装置是利用背光源来提供指纹辨识所需的照明光线。
指纹感测模块200包括第一基板201、第二基板202、感光元件层210、准直结构层220、间隙图案230与多个微透镜240。感光元件层210设置在第一基板201上。准直结构层220设置在感光元件层210上。第二基板202设置在感光元件层210与显示面板100之间。举例来说，感光元件层210可包括多个感光元件(未示出)与多个控制元件(未示出)，且控制元件与感光元件的电性连接关系可以是一对一或一对多。此处的控制元件例如是薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)，且这些控制元件适于在时序上将来自这些感光元件的电信号依序经由多条信号线(未示出)传递至一信号处理电路(未示出)，以进行指纹影像的辨识工作，但不以此为限。
在本实施例中，多个微透镜240可选择性地设置在准直结构层220背离感光元件层210的一侧表面220s上，但不以此为限。这些微透镜240可区分为多个微透镜群，且这些微透镜群分别位于多个感测像素区SA内。举例来说，这些感测像素区SA各自所设置的微透镜240数量为八个，且这八个微透镜240构成上述的一个微透镜群，但不以此为限。在其他实施例中，设置在每一个感测像素区SA内(或微透镜群)的微透镜240数量可根据实际的产品设计而调整。例如：每一个感测像素区SA内只有设置一个微透镜240和一个感测元件，且彼此的对应关系为一对一。
进一步而言，准直结构层220包括至少一遮光图案层。举例来说，在本实施例中，准直结构层220可选择性地包括两个遮光图案层，分别为第一遮光图案层221与第二遮光图案层223。这些遮光图案层都设置在这些微透镜240与感光元件层210之间，且第二遮光图案层223设置在这些微透镜240与第一遮光图案层221之间。第一遮光图案层221具有多个第一开孔221a，且这些第一开孔221a在两遮光图案层的迭置方向(例如方向Z)上分别重叠于这些微透镜240。第二遮光图案层223具有多个第二开孔223a，且这些第二开孔223a在方向Z上分别重叠于这些第一开孔221a(或多个微透镜240)。
在本实施例中，这些微透镜240各自与对应的一个第一开孔221a、对应的一个第二开孔223a以及感光元件层210的对应的一个感光元件相对应。然而，本发明不限于此。根据其他实施例，每一个微透镜240也可与感光元件层210的至少两个感光元件相对应。为了取得光线准直的效果，第一遮光图案层221与第二遮光图案层223之间设有平坦层222，且第二遮光图案层223与这些微透镜240之间还可选择性地设有平坦层224，但不以此为限。特别一提的是，此平坦层224的设置，还可增加微透镜240与准直结构层220间的粘着性。
在本实施例中，间隙图案230可选择性地设置在准直结构层220的表面220s上，且不重叠于多个微透镜240。举例来说，间隙图案230包括多个延伸部231与多个柱状部233。这些延伸部231延伸于多个感测像素区SA之间。从另一观点来说，这些延伸部231可定义出指纹感测模块200的多个感测像素区SA，而前述的多个微透镜群被这些延伸部231所围绕。另一方面，多个柱状部233分别设置在这些感测像素区SA内。在本实施例中，设置在每一个感测像素区SA内的柱状部233数量是以一个为例进行示范性的说明，并不表示本发明以附图公开内容为限制。在其他未示出的实施例中，每一个感测像素区SA内设置的柱状部233数量可根据实际的产品需求而调整为两个以上。
需说明的是，本发明并不加以局限延伸部231和柱状部233在感光元件层210上的垂直投影轮廓。举例来说，在其他实施例中，柱状部在感光元件层210上的垂直投影轮廓也可以是矩形、椭圆形、多边形或适合配置在多个微透镜240之间的任意形状，而延伸部在感光元件层210上的垂直投影轮廓也可具有弧线状、波浪状、折线状或其他合适的线形。此外，在一些实施例中，间隙图案的柱状部和延伸部也可选择性地相连接，但不以此为限。
通过在显示面板100与多个微透镜240之间设置第二基板202以及在第二基板202与准直结构层220之间设置间隙图案230，可避免使用者在进行指纹辨识时，弯曲的显示面板100压伤这些微透镜240。换句话说，可增加指纹感测模块200的外力耐受性，从而提升显示装置10的可靠度。此外，倘若显示装置有轻薄化的需求，上述的配置方式还可避免这些微透镜240在基板的薄化过程中受挤压而损伤，从而增加制造工艺裕度，有助于提升整体的制造工艺良率。
指纹感测模块200还可选择性地包括设置在第二基板202上的另一遮光图案层250。此遮光图案层250具有多个开口250a，且这些开口250a在指纹感测模块200的收光方向(例如方向Z)上分别重叠于多个微透镜240。另一方面，指纹感测模块200还可选择性地包括滤光层260，且此滤光层260可选择性地设置在准直结构层220与感光元件层210之间。在本实施例中，为了降低非预期光线的干扰，此滤光层260可以是红外光截止滤光层(infraredcut-off filter)，且此红外光截止滤光层的材料可包括Cyan色阻材料。举例来说，此利用Cyan色阻材料制作而成的红外光截止滤光层对于波长介于495nm至570nm之间的光线穿透率可大于80％，而对于波长介于400nm至450nm之间以及625nm至700nm之间的光线穿透率可小于10％，但不以此为限。
然而，本发明不限于此。在其他实施例中，为了让指纹感测模块200具有防伪功能，此滤光层260也可以是具有多种色阻图案排列的彩色滤光层。
以下将列举另一些实施例以详细说明本公开，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。
图2A是本发明的第二实施例的显示装置的俯视示意图。图2B是图2A的显示装置的剖视示意图。图2B对应于图2A的剖线B-B’。特别说明的是，为清楚呈现起见，图2A仅示出出图2B的感光元件层210、准直结构层220的遮光图案层223、间隙图案230A与遮光图案层250。
请参照图2A及图2B，本实施例的显示装置11与图1A的显示装置10的差异在于：间隙图案的配置方式不同。具体而言，显示装置11的间隙图案230A更延伸于每一个感测像素区SA内的多个微透镜240的任两相邻者之间。举例来说，在本实施例中，间隙图案230A还包括多个延伸部235，延伸于多个微透镜240与多个柱状部233之间。这些延伸部235进一步将每一个感测像素区SA区分为多个子区，且每一个子区设有一个微透镜240。通过这些延伸部235的设置，可进一步增加指纹感测模块200A的外力耐受性及制造工艺裕度。
另一方面，在本实施例中，间隙图案230A的材料可包括吸光材料(例如黑色树脂材料)，但不以此为限。因此，间隙图案230A的设置还可避免这些微透镜240接收到大角度入射的杂散光以提高准直效果，从而提升指纹感测模块200A的指纹辨识能力(意即，指纹影像的解析力)。
图3A是本发明的第三实施例的显示装置的俯视示意图。图3B是图3A的显示装置的剖视示意图。图3B对应于图3A的剖线C-C’。图4是本发明的第四实施例的显示装置的剖视示意图。特别说明的是，为清楚呈现起见，图3A仅示出出图3B的感光元件层210、准直结构层220的遮光图案层223、间隙图案230B与遮光图案层250。
请参照图3A及图3B，本实施例的显示装置12与图1A的显示装置10的主要差异在于：滤光层的数量不同。在本实施例中，显示装置12具有两种滤光层，分别为红外光截止滤光层261和彩色滤光层262，且这两种滤光层在方向Z上相互重叠。红外光截止滤光层261设置在第二基板202上，并且覆盖遮光图案层250。彩色滤光层262设置在第一基板201上，且位于感光元件层210与准直结构层220之间。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，指纹感测模块200C的彩色滤光层262也可设置在第二基板202上，且红外光截止滤光层261位于第二基板202与彩色滤光层262之间(如图4所示)。
另一方面，不同于前述实施例，本实施例的间隙图案230B是设置在第二基板202上，且红外光截止滤光层261位于间隙图案230B与第二基板202之间。除此之外，由于间隙图案230B的延伸部231B与柱状部233B的构形及其所欲取得的技术功效相似于图1A的间隙图案230，因此，详细的说明请参见前述实施例的相关段落，于此便不再赘述。
在本实施例中，红外光截止滤光层261的材料可包括Cyan色阻材料。也因此，红外光截止滤光层261可兼具平坦层的效果，有利于间隙图案230B的形成。
图5A是本发明的第五实施例的显示装置的俯视示意图。图5B是图5A的显示装置的剖视示意图。图5B对应于图5A的剖线D-D’。特别说明的是，为清楚呈现起见，图5A仅示出出图5B的感光元件层210、准直结构层220A的遮光图案层223、间隙图案230C与微透镜240A。
请参照图5A及图5B，本实施例的显示装置20与图1A的显示装置10的主要差异在于：间隙图案的配置方式不同。具体而言，显示装置20的指纹感测模块200D的间隙图案230C在方向Z上可选择性地重叠于部分的微透镜240A。
举例来说，在本实施例中，多个微透镜240A可区分为多个第一微透镜241与多个第二微透镜242，这些第一微透镜241用于将来自指纹感测模块200D的收光面(例如显示面板100与指纹感测模块200D的交界面)的光线汇聚在感光元件层210的感光元件(未示出)上，而这些第二微透镜242并不作为导光用。亦即，第二微透镜242为虚设(dummy)微透镜。也因此，准直结构层220A的遮光图案层221与遮光图案层223重叠于这些第二微透镜242的部分并不具有开孔。
特别注意的是，本实施例的间隙图案230C(例如多个柱状部)在方向Z上重叠于这些第二微透镜242的至少一部分，且部分的第二微透镜242是直接抵靠在间隙图案230C上。据此，可增加间隙图案230C的设计裕度。举例来说，在本实施例中，间隙图案230C的材料可具有弹性，以避免这些第二微透镜242与间隙图案230C在受外力挤压下产生损伤，从而确保第二微透镜242与间隙图案230C的抵接关系所产生的支撑效果在长时间的操作下不易劣化。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，间隙图案230C的材料也可具有特定的挺性(stiffness)。
在本实施例中，间隙图案230C的一个柱状部重叠于多个第二微透镜242。例如：重叠于间隙图案230C的一个柱状部的第二微透镜242数量为四个，但不以此为限。在其他实施例中，与每一个柱状部重叠的第二微透镜242数量当可根据实际的产品设计(例如：外力耐受性的大小或材料选用)而调整。
另一方面，在本实施例中，微透镜240A与滤光层260是设置在第二基板202上，且滤光层260位于多个微透镜240A与第二基板202之间。也因此，第一微透镜241与准直结构层220A间具有足够的空间，致使准直结构层220A可不具有图1B的平坦层224，但不以此为限。
图6A是本发明的第六实施例的显示装置的俯视示意图。图6B是图6A的显示装置的剖视示意图。图6B对应于图6A的剖线E-E’。特别说明的是，为清楚呈现起见，图6A仅示出出图6B的感光元件层210、准直结构层220A的遮光图案层223、间隙图案230D与微透镜240A。
请参照图6A及图6B，本实施例的显示装置21与图5A的显示装置20的主要差异在于：间隙图案的组成及配置方式不同。具体而言，显示装置21的间隙图案230D的柱状部233D在方向Z上所重叠的第二微透镜242数量为一个。为了提升支撑效果，间隙图案230D还具有定义多个感测像素区SA的多个延伸部231D，且前述的多个微透镜群分别位于这些感测像素区SA内。也就是说，这些延伸部231D围绕每一个微透镜群。
由于本实施例的间隙图案230D的延伸部231D相似于图1A的间隙图案230的延伸部231，详细的说明请参见前述实施例的相关段落，于此便不再赘述。
图7A是本发明的第七实施例的显示装置的俯视示意图。图7B是图7A的显示装置的剖视示意图。图7B对应于图7A的剖线F-F’。特别说明的是，为清楚呈现起见，图7A仅示出出图7B的感光元件层210、准直结构层220A的遮光图案层223、间隙图案230E与微透镜240A。
请参照图7A及图7B，本实施例的显示装置22与图6A的显示装置21的差异在于：间隙图案的组成不同。具体而言，显示装置22的间隙图案230E还包括多个延伸部235，延伸于多个微透镜240A与多个柱状部233D之间。这些延伸部235进一步将每一个感测像素区SA区分为多个子区，且每一个子区设有一个微透镜240A。通过这些延伸部235的设置，可进一步增加指纹感测模块200F的外力耐受性及制造工艺裕度。此外，还可避免这些微透镜240A接收到大角度入射的杂散光以提高准直效果，从而提升指纹感测模块200F的指纹辨识能力(意即，指纹影像的解析力)。
图8是本发明的第八实施例的显示装置的剖视示意图。图9是本发明的第九实施例的显示装置的剖视示意图。请参照图8，本实施例的显示装置23与图7B的显示装置22的主要差异在于：间隙图案的配置方式以及滤光层的配置方式不同。在本实施例中，显示装置23的指纹感测模块200G的间隙图案230F是设置在第二基板202上。
特别注意的是，指纹感测模块200G还可选择性地包括设置在第二基板202上的另一遮光图案层250A。此遮光图案层250A具有多个开口250a1与多个开口250a2。在指纹感测模块200G的收光方向(例如方向Z)上，这些开口250a1分别重叠于多个第一微透镜241，而这些开口250a2分别重叠于多个第二微透镜242。间隙图案230F位于在这些开口250a2内，并直接接触第二基板202。
另一方面，在本实施例中，第一微透镜241、第二微透镜242与滤光层260都是设置在第一基板201上。举例来说，准直结构层220B还具有依序堆叠于遮光图案层223上的平坦子层224a与平坦子层224b，且滤光层260设置在这两个平坦子层之间。特别一提的是，此平坦子层224b的设置，还可增加微透镜(例如第一微透镜241与第二微透镜242)与准直结构层220B间的粘着性。然而，本发明不限于此。在其他实施例中，显示装置24的指纹感测模块200H的滤光层260也可设置在第二基板202上，且位于遮光图案层250A与间隙图案230F之间(如图9所示)。
图10A是本发明的第十实施例的显示装置的俯视示意图。图10B是图10A的显示装置的剖视示意图。图10B对应于图10A的剖线G-G’。特别说明的是，为清楚呈现起见，图10A仅示出出图10B的感光元件层210、准直结构层220A的遮光图案层223、间隙图案230G、遮光图案层250与平坦层270。
请参照图10A及图10B，本实施例的显示装置30与图1A的显示装置10的差异在于：指纹感测模块的组成及配置方式不同。具体而言，显示装置30还包括平坦层270，且此平坦层270在方向Z上不重叠于多个微透镜240。
在本实施例中，间隙图案230G与平坦层270设置在第二基板202(或遮光图案层250)上，且平坦层270位于间隙图案230G与遮光图案层250之间。举例来说，间隙图案230G包括多个延伸部231G与多个延伸部235G，这些延伸部231G可定义出指纹感测模块200I的多个感测像素区SA，且这些延伸部235G延伸于每一个感测像素区SA内的多个微透镜240在方向X上排列的任两相邻者之间。亦即，在本实施例中，这些延伸部235G的延伸方向可平行于方向Y，但不以此为限。在其他实施例中，这些延伸部235G的延伸方向还可平行于方向X，以形成如图2A中延伸部235的设置态样。
特别一提的是，此平坦层270的设置，可让间隙图案230G的设置表面具有较佳的平整度(flatness)。为了避免来自指纹感测模块200I的收光面(例如显示面板100与指纹感测模块200D的交界面)的感测光线在通过此平坦层270时产生光能的损耗，从而增加指纹感测模块200I对于感测光线的光能利用率，本实施例的平坦层270可对应于间隙图案230G的配置来进行图案化。
举例来说，平坦层270可包括多个延伸部271与多个延伸部272。在方向Z上，这些延伸部271分别重叠于间隙图案230G的多个延伸部231G，而这些延伸部272分别重叠于间隙图案230G的多个延伸部235G。也就是说，平坦层270的这些延伸部271也可围绕每一个微透镜群设置，且平坦层270的这些延伸部272也可延伸于每一个感测像素区SA内的多个微透镜240在方向X上排列的任两相邻者之间。另一方面，在本实施例中，指纹感测模块200I的滤光层260是设置在第二基板202上，且位于遮光图案层250与第二基板202之间。
图11是本发明的第十实施例的显示装置的俯视示意图。请参照图11，本实施例的显示装置31与图10A的显示装置30的差异在于：间隙图案的配置方式不同。具体而言，显示装置31的间隙图案230H具有多个柱状部233H与多个柱状部234H，且这些柱状部2334H与这些柱状部234H分别设置在多个微透镜群的多个微透镜240之间。在本实施例中，柱状部233H与柱状部234H于遮光图案层250上的两垂直投影轮廓可彼此不同。举例来说，柱状部233H于遮光图案层250上的垂直投影轮廓为圆形，而柱状部234H于遮光图案层250上的垂直投影轮廓为方形，但不以此为限。在其他实施例中，间隙图案的柱状部在遮光图案层250上的垂直投影轮廓及投影面积可根据不同的产品设计(例如：微透镜的排列方式及间隔)而调整。
另一方面，在本实施例中，平坦层270A具有对应于间隙图案230H的这些柱状部233H的多个柱状部273A以及对应于间隙图案230H的这些柱状部234H的多个柱状部274A，且平坦层270A的这些柱状部273A与这些柱状部274A在指纹感测模块的收光方向(例如方向Z)上不重叠于遮光图案层250的多个开口250a(或多个微透镜)。据此，可避免来自指纹感测模块的收光面(例如图10B的显示面板100与指纹感测模块200I的交界面)的感测光线在通过此平坦层270A时产生光能的损耗，从而增加指纹感测模块对于感测光线的光能利用率。
图12A是本发明的第十一实施例的显示装置的俯视示意图。图12B是图12A的显示装置的剖视示意图。图12B对应于图12A的剖线H-H’。特别说明的是，为清楚呈现起见，图12A仅示出出图12B的感光元件层210、准直结构层220A的遮光图案层223、间隙图案230G、遮光图案层250与平坦层270B。
请参照图12A及图12B，本实施例的显示装置32与图10A的显示装置30的差异在于：平坦层的配置方式不同。具体而言，显示装置32的指纹感测模块200J的平坦层270B在方向Z上完全覆盖遮光图案层250，且具有重叠于多个开口250a的多个开口270a。举例来说，在本实施例中，平坦层270B的这些开口270a在方向Z上可选择性地切齐遮光图案层250的这些开口250a，但不以此为限。也就是说，平坦层270B与遮光图案层250的图案化可共用同一光罩来进行，有助于降低生产成本。
图13A是本发明的第十二实施例的显示装置的俯视示意图。图13B是图13A的显示装置的剖视示意图。为清楚呈现起见，图13A仅示出图13B的感光元件层210、准直结构层220A的遮光图案层223、间隙图案230I、遮光图案层250B与彩色滤光层262A。
请参照图13A及图13B，本实施例的显示装置40与图1A的显示装置10的主要差异在于：在本实施例中，显示装置40的多个微透镜240与间隙图案230I之间还设有辅助层290。更具体地说，此辅助层290覆盖这些微透镜240，且间隙图案230I设置在此辅助层290上。辅助层290的材质可包括金属氧化物(例如铟锡氧化物或铟锌氧化物)与氮化硅(SiNx)。
通过此辅助层290的设置，可避免这些微透镜240受后续间隙图案230I的制造工艺影响而劣化，有助于确保指纹感测模块200K的影像感测品质。特别注意的是，在本实施例中，间隙图案230I与感测像素区SA’仅在方向X上交替排列。亦即，间隙图案230I并未如图1A的间隙图案230围绕每一个感测像素区SA’。
在本实施例中，在方向X上相邻的两个感测像素区SA’之间都设有间隙图案230I，但不以此为限。在其他实施例中，也可以是每三个感测像素区SA’配置一个间隙图案。据此，可稳定指纹感测模块200K的辅助层290(或微透镜240)与准直结构层220A之间的间隔距离，以改善指纹辨识信号的稳定度。
另一方面，在本实施例中，间隙图案230I与微透镜240都是设置在第二基板202上，且遮光图案层250B位于第二基板202与这些微透镜240(或间隙图案230I)之间。特别注意的是，本实施例的遮光图案层250B的多个开口250a处设有滤光层。举例来说，此滤光层例如是彩色滤光层262A，且包括彩色滤光图案262P1、彩色滤光图案262P2以及彩色滤光图案262P3。这些彩色滤光图案在方向Z上分别重叠遮光图案层250B位在多个感测像素区SA’内的部分多个开口250a，并且适于让不同的色光(例如红光、绿光与蓝光)通过。为了增加微透镜240的设置表面的平整度，本实施例的微透镜240与遮光图案层250B(或彩色滤光层262A)之间还可设有平坦层280。
在本实施例中，每一个感测像素区SA’所包含的微透镜240数量与每一个彩色滤光图案所重叠的开口250a(或微透镜240)数量分别是以六个与四个为例进行示范性地说明，并不表示本发明以附图公开内容为限制。在其他实施例中，这些构件的数量当可根据实际的产品应用与规格而调整。由于本实施例的准直结构层220A相似于图6A的显示装置21，因此详细的说明请参见前述实施例的相关段落，于此便不再重述。
图14是本发明的第十三实施例的显示装置的俯视示意图。请参照图14，本实施例的显示装置41与图1A的显示装置10的主要差异在于：间隙图案的构型与配置方式不同。在本实施例中，间隙图案230J可具有多个柱状部233I，且这些柱状部233I分散地设置在每一个感测像素区SA”内。为了提高显示装置41的组立(assembly)良率，位于同一感测像素区SA”内的多个柱状部233I于感光元件层210上的垂直投影面积与每一个感测像素区SA”于感光元件层210上的垂直投影面积的百分比值可介于1％至5％之间。
另一方面，不同于图13A的显示装置40，本实施例的每一个彩色滤光图案(例如彩色滤光图案262P1A、彩色滤光图案262P2A与彩色滤光图案262P3A)所重叠的遮光图案层250C的开口250a(或微透镜)数量为一个，且每一个感测像素区SA”设有可让三种不同色光(例如红光、绿光与蓝光)通过的彩色滤光图案262P1A、彩色滤光图案262P2A与彩色滤光图案262P3A，据以实现指纹辨识的防伪效果。
图15是本发明的第十四实施例的显示装置的剖视示意图。图16是图15的指纹感测模块的局部放大图。请参照图15，在本实施例中，显示装置50可实现全显示面的屏下指纹感测。因此，本实施例的指纹感测模块200L的尺寸可略小于显示面板100的尺寸。在本实施例中，指纹感测模块200L还包括围绕多个感测像素区SA的框胶层300。此框胶层300设置在准直结构层220与第二基板202之间。
从另一观点来说，框胶层300、准直结构层220和第二基板202定义出一容置空间，且间隙图案230和多个微透镜240设置在此容置空间内。通过此框胶层300的设置，可阻绝外来水气和异物的侵入，有助于提升指纹感测模块200L的信赖性(reliability)。
在本实施例中，显示装置50例如是具有指纹辨识功能的智能手表、智能手机或平板电脑，但不以此为限。于部分实施例中，由于指纹感测模块200L的尺寸与显示面板100的显示面尺寸相当，可让使用者更为便利地在显示面上的任意区域进行指纹辨识，以解锁并操作显示装置50。
请同时参照图16，在本实施例中，感光元件层210包括多个主动元件T和多个感测元件PD。这些感测元件PD分别对应遮光图案层250的多个开口250a设置，且电性连接这些主动元件T。举例来说，形成主动元件T的方法可包括以下步骤：于第一基板201上依序形成栅极GE、栅绝缘层211、半导体图案SC、源极SE与漏极DE，其中源极SE与漏极DE直接接触半导体图案SC的不同两区(例如源极区SR与漏极区DR)。在本实施例中，半导体图案SC位于源极区SR和漏极区DR之间的通道区CH沿着方向X的长度L大于等于1微米。适当的通道区长度L，形成适当大小的指纹感测模块，更适于进行指纹的辨识。
在本实施例中，主动元件T的栅极GE可选择性地配置在半导体图案SC的下方，以形成底部栅极型薄膜晶体管(bottom-gate TFT)，但本发明不以此为限。根据其他的实施例，主动元件的栅极GE也可配置在半导体图案SC的上方，以形成顶部栅极型薄膜晶体管(top-gate TFT)。半导体图案SC的材质例如是非晶硅材料。也就是说，主动元件T可以是非晶硅薄膜晶体管(Amorphous Silicon TFT，a-Si TFT)。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，主动元件也可以是低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)、微晶硅薄膜晶体管(micro-Si TFT)或金属氧化物晶体管(Metal Oxide Transistor)。
另一方面，感测元件PD包括第一电极E1、第二电极E2和光电转换图案213。第一电极E1和第二电极E2分别设置在光电转换图案213的相对两侧。举例来说，在本实施例中，感测元件PD的第一电极E1与主动元件T的源极SE和漏极DE可选择性地属于同一膜层，但不以此为限。感光元件层210还包括绝缘层212、平坦层214和平坦层215。绝缘层212覆盖主动元件T，且感测元件PD的光电转换图案213贯穿绝缘层212以电性连接第一电极E1。平坦层214覆盖主动元件T和光电转换图案213。感测元件PD的第二电极E2设置在平坦层214与平坦层215之间，并且贯穿平坦层214以电性连接光电转换图案213。
综上所述，在本发明的一实施例的指纹感测模块中，通过将多个微透镜与间隙图案设置在第一基板与第二基板之间，可增加指纹感测模块的外力耐受性以及制造工艺裕度，从而提升制造工艺良率以及指纹感测模块的可靠度。另一方面，用于承载间隙图案的平坦层具有重叠于这些微透镜的开口，可增加指纹感测模块对于感测光线的光能利用率，从而提升整体的感测灵敏度。

Claims (20)

1.一指纹感测模块，具有多个感测像素区，还包括：
一第一基板；
一主动元件，设置于该第一基板上；
一感光元件层，设置于该第一基板上，且电性连接至该主动元件；
一准直结构层，设置于该感光元件层上；
一第二基板，设置于该准直结构层上；
多个微透镜，设置在该准直结构层背离该感光元件层的一侧表面上，且重叠于该感光元件层，该多个微透镜区分为多个微透镜群，该多个微透镜群分别位于该多个感测像素区内；以及
一间隙图案，延伸于该多个微透镜群之间。
2.如权利要求1所述的指纹感测模块，其中该间隙图案围绕各该多个微透镜群。
3.如权利要求1所述的指纹感测模块，其中该间隙图案延伸于该多个微透镜的任两相邻者之间。
4.如权利要求3所述的指纹感测模块，其中该间隙图案包括：
多个柱状部，分别设置于该多个感测像素区内；以及
多个延伸部，延伸于该多个微透镜与该多个柱状部之间。
5.如权利要求1所述的指纹感测模块，还包括一遮光图案层，设置于该第二基板上，该遮光图案层具有多个开口，且该多个开口分别重叠于该多个微透镜。
6.如权利要求1所述的指纹感测模块，还包括一滤光层，设置在该感光元件层与该准直结构层之间。
7.如权利要求1所述的指纹感测模块，还包括：
一遮光图案层，设置于该第二基板上；以及
一红外光截止滤光层，其中该间隙图案设置于该第二基板上，且该红外光截止滤光层位于该间隙图案与该遮光图案层之间。
8.如权利要求7所述的指纹感测模块，还包括一彩色滤光层，重叠设置于该红外光截止滤光层，且位于该感光元件层与该红外光截止滤光层之间。
9.如权利要求1所述的指纹感测模块，还包括：
一辅助层，覆盖该多个微透镜，且位于该多个微透镜与该间隙图案之间。
10.一种指纹感测模块，包括：
一第一基板；
一感光元件层，设置于该第一基板上；
一准直结构层，设置于该感光元件层上；
一第二基板，设置于该准直结构层上；
多个微透镜，设置在该准直结构层与该第二基板之间，且重叠于该感光元件层；以及
一间隙图案，与部分该多个微透镜相重叠。
11.如权利要求10所述的指纹感测模块，其中该指纹感测模块具有多个感测像素区，该多个微透镜区分为多个微透镜群，该多个微透镜群分别位于该多个感测像素区内，该间隙图案围绕各该多个微透镜群。
12.如权利要求10所述的指纹感测模块，还包括一滤光层，设置在该第二基板上，且位于该多个微透镜与该第二基板之间。
13.如权利要求10所述的指纹感测模块，其中该多个微透镜设置在该第二基板上，该间隙图案设置在该准直结构层背离该感光元件层的一侧表面上。
14.如权利要求10所述的指纹感测模块，还包括：
一遮光图案层，设置在该第二基板上，且具有多个开口，该多个微透镜设置在该准直结构层背离该感光元件层的一侧表面上，该间隙图案设置于该第二基板上，且位于该遮光图案层的部分该多个开口内。
15.如权利要求10所述的指纹感测模块，还包括：
一遮光图案层，设置在该第二基板上，且具有多个开口，该多个微透镜设置在该准直结构层背离该感光元件层的一侧表面上，且分别重叠于该遮光图案层的该多个开口；以及
一滤光层，覆盖该遮光图案层，该滤光层位于该间隙图案与该遮光图案层之间。
16.一种指纹感测模块，包括：
一第一基板；
一感光元件层，设置于该第一基板上；
一准直结构层，设置于该感光元件层上；
一第二基板，设置于该准直结构层上；
多个微透镜，设置在该准直结构层与该第二基板之间，且重叠于该感光元件层；
一遮光图案层，具有多个第一开口，该多个第一开口分别重叠于该多个微透镜；
一平坦层，不重叠于该多个微透镜；以及
一间隙图案，重叠设置于该平坦层，其中该平坦层位于该间隙图案与该遮光图案层之间。
17.如权利要求16所述的指纹感测模块，其中该遮光图案层、该平坦层与该间隙图案设置于该第二基板上。
18.如权利要求16所述的指纹感测模块，其中该指纹感测模块具有多个感测像素区，该多个微透镜区分为多个微透镜群，该多个微透镜群分别位于该多个感测像素区内，且该平坦层与该间隙图案围绕各该多个微透镜群。
19.如权利要求18所述的指纹感测模块，其中该平坦层与该间隙图案还延伸于该多个微透镜在至少一方向上排列的任两相邻者之间。
20.如权利要求16所述的指纹感测模块，其中该平坦层完全覆盖该遮光图案层，且具有重叠于该多个第一开口的多个第二开口。
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