CN114565951A - 双感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种双感测装置，包括第一基板、第一感测元件层、第二基板以及第二感测元件层。第一感测元件层位于第一基板上，且包括多个第一感测元件。第二基板位于第一感测元件层上。第二感测元件层位于第二基板上靠近第一感测元件层的一侧，且包括多个第二感测元件。

Description

双感测装置
技术领域
本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种双感测装置。
背景技术
为了提供建构智能生活环境所需的信息，感测技术已广泛应用于各式电子装置中。举例而言，手机及智能型手表等可携式装置采用各式光学感测器来感测生物特征，例如指纹、静脉图像、心率、血氧浓度等等，不仅能够保护个人数据安全，还能支持诸如个人健康管理、移动支付等应用，同时也增加了电子装置的附加价值。
然而，不同感测器的结构不尽相同，造成其不易整合于电子装置的结构中。另外，当应用于显示装置时，更多的感测器还会占用更多的显示面积，导致显示装置的开口率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双感测装置，具有简化的整合结构。
本发明的一个实施例提出一种双感测装置，包括：第一基板；第一感测元件层，位于第一基板上，且包括多个第一感测元件；第二基板，位于第一感测元件层上；以及第二感测元件层，位于第二基板上靠近第一感测元件层的一侧，且包括多个第二感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的第一感测元件为可见光感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的第一感测元件为指纹感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的第二感测元件为红外光感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的第二感测元件为指纹感测元件或活体防伪感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的第二感测元件为有机光电二极管。
在本发明的一实施例中，上述的有机光电二极管包括电子传输层、空穴传输层以及位于电子传输层与空穴传输层之间的光敏层，且电子传输层位于光敏层与第二基板之间。
在本发明的一实施例中，上述的第二感测元件于第一基板的正投影在第一感测元件于第一基板的正投影之外。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还包括多个间隙物，位于第一感测元件层与第二感测元件层之间。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还包括第一开关元件，位于第一基板上，且电性连接第一感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的第一开关元件还电性连接第二感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还包括第二开关元件，位于第二基板上且电性连接第二感测元件。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还包括第一准直结构，位于第一感测元件上。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还包括第二准直结构，位于第二感测元件层上靠近第一感测元件层的一侧，且第二准直结构于第一基板的正投影重叠第一准直结构于第一基板的正投影。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还包括光源，位于第二基板上与第二感测元件层相对的一侧。
本发明的有益效果在于，本发明的双感测装置的第一感测元件及第二感测元件分别设置于第一基板及第二基板上，除了能够简化双感测装置的整合结构及相应的工艺之外，当应用于显示装置时，也不会影响显示装置的开口率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明一实施例的双感测装置的俯视示意图。
图1B是沿图1A的剖面线A-A’所作的剖面示意图。
图1C是沿图1A的剖面线B-B’所作的剖面示意图。
图2是依照本发明一实施例的双感测装置的剖面示意图。
图3是依照本发明一实施例的双感测装置的剖面示意图。
附图标记如下：
10、20、30：双感测装置
110：第一基板
120：第二基板
130：第一感测元件层
140：第二感测元件层
A-A’、B-B’：剖面线
BM1、BM2、BM3：遮光层
CF：倒装芯片薄膜
CH1、CH2：半导体层
CL：准直层
DE1、DE2：漏极
DL1、DL2：驱动电路层
E11、E12、E21、E22：电极
ET：电子传输层
F1：下表面
F2：上表面
GE1、GE2：栅极
GP：间隙
H1、H2：导电胶
HT：空穴传输层
I1、I5：缓冲层
I2、I6：栅极绝缘层
I3、I7：层间绝缘层
I4：绝缘层
LS：光源
ML1、ML2：准直结构
PL1～PL9：平坦层
PS：间隙物
PT：光敏层
RC：红外光遮蔽层
S1：第一感测元件
S2：第二感测元件
SE1、SE2：源极
SL：信号线
SR：感测层
ST：凹部
SU：感测单元
T1：第一开关元件
T2：第二开关元件
TH：孔洞
V1、V2、V3：通孔
VA1、VA2：通孔
具体实施方式
在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。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。相反地，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”或“耦合”可为二元件间存在其它元件。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、层及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一“元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本文的教导。
这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，除非内容清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在包括复数形式，包括“至少一个”或表示“及/或”。如本文所使用的，术语“及/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包含”及/或“包括”指定所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件及/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件及/或其组合的存在或添加。
此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧的元件将被定向在其他元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下”或“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下”或“下方”可以包括上方和下方的取向。
图1A是依照本发明一实施例的双感测装置10的俯视示意图。图1B是沿图1A的剖面线A-A’所作的剖面示意图。图1C是沿图1A的剖面线B-B’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图1A示意性示出第一基板110、第一感测元件S1以及第二感测元件S2，并省略其他构件。
请参照图1A至图1C，双感测装置10包括：第一基板110；第一感测元件层130，位于第一基板110上，且包括多个第一感测元件S1；第二基板120，位于第一感测元件层130上；以及第二感测元件层140，位于第二基板120上靠近第一感测元件层130的一侧，且包括多个第二感测元件S2。
在本发明的一实施例的双感测装置10中，通过将第一感测元件S1及第二感测元件S2分别设置于第一基板110及第二基板120上再对组，能够简化双感测装置10的整合结构。以下，配合图1A至图1C，继续说明双感测装置10的各个元件的实施方式，但本发明不以此为限。
请参照图1A，在本实施例中，一个第一感测元件S1及一个第二感测元件S2可以构成一个感测单元SU，但不以此为限。一般而言，第一感测元件S1与第二感测元件S2的数量比并无特殊限制，且第一感测元件S1的数量可以大于、等于或小于第二感测元件S2的数量。举例而言，在一些实施例中，可以在每个感测单元SU中设置一个第一感测元件S1，且在多个(例如2个、4个、6个、9个或更多个)感测单元SU中设置一个第二感测元件S2。在一些实施例中，可以在每个感测单元SU中设置一个第二感测元件S2，且在多个(例如2个、4个、6个、9个或更多个)感测单元SU中设置一个第一感测元件S1。
另外，在本实施例中，每个感测单元SU中的第一感测元件S1与第二感测元件S2的形状及面积比并无特殊限制，且第一感测元件S1的面积可以大于、等于或小于第二感测元件S2的面积。此外，第一感测元件S1与第二感测元件S2于第一基板110的正投影可以完全错开或部分重叠，只要第二感测元件S2不影响第一感测元件S1收光即可。举例而言，第二感测元件S2于第一基板110的正投影可以在第一感测元件S1于第一基板110的正投影之外，但不限于此。
请参照图1B，在本实施例中，第一基板110可以是透明基板或不透明基板，其材质可以是陶瓷基板、石英基板、玻璃基板、高分子基板或其他适当材质，但不限于此。
第一感测元件层130可以包括平坦层PL2、PL3以及多个第一感测元件S1，其中第一感测元件S1可以是可见光感测元件，例如可见光指纹感测元件，但不以此为限。在一些实施例中，第一感测元件S1可以是不可见光感测元件。举例而言，在本实施例中，第一感测元件S1可以包括电极E11、感测层SR以及电极E12，且感测层SR位于电极E11与电极E12之间，电极E12可以位于平坦层PL2、PL3之间。在一些实施例中，平坦层PL2可以具有多个孔洞TH，且电极E12可以共形地(conformally)形成于平坦层PL2上，使得电极E12相应地形成有多个凹部ST。
举例而言，电极E11的材质可以是钼、铝、钛、铜、金、银或其他导电材料、或上述两种以上的材料的合金或堆叠。感测层SR的材质可以是富硅氧化物(Silicon-Rich Oxide，SRO)、掺杂锗的富硅氧化物或其他合适的材料。电极E12的材质较佳为透明导电材料，例如铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟镓锌氧化物或其他合适的氧化物或者是上述至少二者的堆叠层。平坦层PL2、PL3的材质可以包括有机材料，例如压克力(acrylic)材料、硅氧烷(siloxane)材料、聚酰亚胺(polyimide)材料、环氧树脂(epoxy)材料或上述材料的叠层，但本发明不限于此。
在本实施例中，双感测装置10还可以包括位于第一感测元件层130与第一基板110之间的驱动电路层DL1。驱动电路层DL1可以包括双感测装置10需要的元件或线路，例如驱动元件、开关元件、电源线、驱动信号线、时序信号线、检测信号线等等。举例而言，可以利用薄膜沉积工艺、光刻工艺以及蚀刻工艺来形成驱动电路层DL1，且驱动电路层DL1可以包括有源元件阵列，其中有源元件阵列可以包括排列成阵列的多个第一开关元件T1，且多个第一开关元件T1分别电性连接多个第一感测元件S1。
具体而言，驱动电路层DL1可以包括第一开关元件T1、缓冲层I1、栅极绝缘层I2、层间绝缘层I3以及平坦层PL1。第一开关元件T1可以由半导体层CH1、栅极GE1、源极SE1与漏极DE1所构成。半导体层CH1重叠栅极GE1的区域可视为第一开关元件T1的通道区。栅极绝缘层I2位于栅极GE1与半导体层CH1之间，层间绝缘层I3设置在源极SE1与栅极GE1之间以及漏极DE1与栅极GE1之间。栅极GE1及源极SE1可分别接收来自例如驱动元件的信号，且第一感测元件S1的电极E11可以通过平坦层PL1中的通孔VA1电性连接漏极DE1。当栅极GE1接收信号而开启第一开关元件T1时，可使源极SE1接收的信号通过漏极DE1传递至第一感测元件S1的电极E11。在其他实施例中，驱动电路层DL1还可以视需要包括更多的绝缘层以及导电层。
举例而言，半导体层CH1的材质可以包括硅质半导体材料(例如多晶硅、非晶硅等)、氧化物半导体材料、有机半导体材料，而栅极GE1、源极SE1以及漏极DE1的材质可包括导电性良好的金属，例如铝、钼、钛、铜等金属，或是上述金属的合金或叠层，但不限于此。缓冲层I1、栅极绝缘层I2以及层间绝缘层I3的材质可以包括透明的绝缘材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述材料的叠层，但本发明不限于此。平坦层PL1的材质可以包括透明的绝缘材料，例如有机材料、压克力(acrylic)材料、硅氧烷(siloxane)材料、聚酰亚胺(polyimide)材料、环氧树脂(epoxy)材料等，但不限于此。缓冲层I1、栅极绝缘层I2、层间绝缘层I3以及平坦层PL1也可以分别具有单层结构或多层结构，多层结构例如上述绝缘材料中任意两层或更多层的叠层，可视需要进行组合与变化。
在一些实施例中，双感测装置10还可以视需要包括准直层CL，准直层CL可以位于第一感测元件层130上，以限制第一感测元件S1的收光角度，进而提升第一感测元件S1的感光效率。
举例而言，准直层CL可以包括遮光层BM1、平坦层PL4、遮光层BM2、平坦层PL5、红外光遮蔽层RC、平坦层PL6、遮光层BM3以及准直结构ML1，其中遮光层BM1、遮光层BM2以及遮光层BM3可以分别具有通孔V1、V2、V3，且通孔V1、V2、V3于电极E12的正投影皆落入凹部ST中。准直结构ML1可以设置于通孔V3中，准直结构ML1可以是中心厚度较边缘厚度大的透镜结构，例如对称双凸透镜、非对称双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。准直结构ML1可以提升光准直，使散射光或折射光所导致的漏光及混光的问题能够降低，进而提高图像解像力。举例而言，光线可以先通过准直结构ML1、通孔V2以及通孔V1提升准直度，再进入第一感测元件S1的凹部ST，以取得品质良好的指纹图像，从而提供良好的指纹辨识度。
遮光层BM1、遮光层BM2以及遮光层BM3的材质可以包括金属、黑色树脂或石墨等遮光材料、或上述遮光材料的叠层。举例而言，在一些实施例中，遮光层BM1、遮光层BM2或遮光层BM3可以包括金属层以及半透明金属氧化物层的叠层，其中金属层的材质可以包括导电性良好的金属，例如铝、钼、钛、铜、银等金属或其叠层，半透明金属氧化物层的材质包括可以降低金属层反射率的金属氧化物，例如钼钽氧化物(MoTaOx)或钼铌氧化物(MoNbOx)等，但不以此为限。
在本实施例中，第二基板120可以是透明基板，其材质包括石英基板、玻璃基板、高分子基板等，但不限于此。
第二感测元件层140可以包括平坦层PL7、PL8、绝缘层I4以及多个第二感测元件S2，其中第二感测元件S2可以是不可见光感测元件，例如红外光感测元件，使得第二感测元件S2可用于例如提取静脉图像以用于活体防伪，或用于提取指纹图像，也就是说，第二感测元件S2可以是不可见光指纹感测元件或活体防伪感测元件。在本实施例中，第二感测元件S2可以是有机光电二极管(Organic Photodiode，OPD)，且第二感测元件S2可以包括电极E21、电子传输层ET、光敏层PT、空穴传输层HT以及电极E22，其中电子传输层ET、光敏层PT以及空穴传输层HT位于电极E21与电极E22之间，光敏层PT位于电子传输层ET与空穴传输层HT之间，且电子传输层ET可以位于光敏层PT与邻接电极E21的第二基板120之间。
举例而言，电极E21的材质可以是透明导电材料，例如铟锡氧化物(ITO)；电子传输层ET可以包括氧化锌(ZnO)或铝锌氧化物(AZO)；光敏层PT可以包括在红外光(IR)区域及近红外光(NIR)区域进行吸收的光敏性聚合物，例如P3HT:PCBM(poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)或PDPP3T-PCBM(poly-(diketopyrrole-terthiophene):[6,6]-phenyl-C61-butyricacid methyl ester)；空穴传输层HT可以包括PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene:polystyrene sulfonate))或高功函数金属氧化物(例如MoO3)；且电极E22可以是银层或铝层。
在本实施例中，双感测装置10还可以包括位于第二感测元件层140与第二基板120之间的驱动电路层DL2。驱动电路层DL2可以包括双感测装置10需要的元件或线路，例如信号线SL，且信号线SL可以电性连接第二感测元件S2的电极E21。
在本实施例中，双感测装置10还可以包括多个间隙物PS，间隙物PS可以位于第一感测元件层130与第二感测元件层140之间。举例而言，当双感测装置10包括设置于第一感测元件层130上方的准直层CL时，则间隙物PS可以设置于准直层CL的平坦层PL6与第二感测元件层140的平坦层PL8之间，使得平坦层PL6与平坦层PL8之间能够形成间隙GP，而避免准直层CL的准直结构ML1受到外力压迫。
在本实施例中，双感测装置10还可以包括光源LS，光源LS可以设置于第二基板120上与第二感测元件层140相对的一侧，光源LS可以包括可见光光源以及不可见光光源，例如红外光光源。光源LS发出的可见光可以经手指反射而进入第一感测元件S1，光源LS发出的红外光可以经手指反射而进入第二感测元件S2。如此一来，第二感测元件S2的电子传输层ET可以比空穴传输层HT更靠近上方的光源LS，使得第二感测元件S2能够具有较佳的光电转换效率(EQE)。
举例而言，在一些实施例中，光源LS可以是发光二极管显示模块，使得双感测装置10可以作为能够提供指纹感测功能及静脉图像提取功能的显示装置，而且第一感测元件S1及第二感测元件S2并不会影响显示装置的开口率。
请参照图1C，在一些实施例中，双感测装置10还可以包括倒装芯片薄膜(Chip onfilm)CF，倒装芯片薄膜CF可以位于双感测装置10的周边区，且倒装芯片薄膜CF可以电性连接第一感测元件层130与第二感测元件层140。
举例而言，倒装芯片薄膜CF可被夹于第一感测元件层130与第二感测元件层140之间，且倒装芯片薄膜CF可以延伸于第一基板110的周边区与第二基板120的周边区之间。倒装芯片薄膜CF的下表面F1及上表面F2上可分别设置有多个引脚，其中位于下表面F1的引脚可以通过导电胶H1或其他导电材料(例如银膏)电性连接至第一感测元件S1，且位于上表面F2的引脚可以通过导电胶H2或其他导电材料电性连接至第二感测元件S2。
在一些实施例中，倒装芯片薄膜CF可以通过驱动电路层DL1中的第一开关元件T1电性连接第一感测元件S1，且倒装芯片薄膜CF可以通过驱动电路层DL2中的信号线SL电性连接第二感测元件S2，使得第一开关元件T1也能够电性连接第二感测元件S2。如此一来，双感测装置10还能够利用第一开关元件T1来控制第二感测元件S2的信号接收，进而通过时序控制在不同时段接收第一感测元件S1及第二感测元件S2的信号。
以下，使用图2至图3继续说明本发明的其他实施例，并且，沿用图1A至图1C的实施例的元件标号与相关内容，其中，采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明，可参考图1A至图1B的实施例，在以下的说明中不再重述。
图2是依照本发明一实施例的双感测装置20的剖面示意图。双感测装置20包括第一基板110、第二基板120、第一感测元件层130、第二感测元件层140、驱动电路层DL1、DL2、准直层CL、光源LS以及多个间隙物PS。与如图1A至图1C所示的双感测装置10相比，图2所示的双感测装置20的不同之处在于：双感测装置20还包括准直结构ML2。
在本实施例中，准直结构ML2可以位于第二感测元件层140上靠近第一感测元件层130的一侧。举例而言，准直结构ML2可以设置于第二感测元件层140的平坦层PL8上而凸出于间隙GP中，且准直结构ML2于第一基板110的正投影可重叠准直结构ML1于第一基板110的正投影。较佳地，准直结构ML2的中心轴可与准直结构ML1的中心轴同轴，以有效提升进入第一感测元件层130的光线的光准直效果。
图3是依照本发明一实施例的双感测装置30的剖面示意图。双感测装置30包括第一基板110、第二基板120、第一感测元件层130、第二感测元件层140、驱动电路层DL1、DL2、准直层CL、光源LS以及多个间隙物PS。与如图1A至图1C所示的双感测装置10相比，图3所示的双感测装置30的不同之处在于：双感测装置30的驱动电路层DL2包括第二开关元件T2。
举例而言，在本实施例中，驱动电路层DL2可以包括第二开关元件T2、缓冲层I5、栅极绝缘层I6、层间绝缘层I7以及平坦层PL9。第二开关元件T2可以由半导体层CH2、栅极GE2、源极SE2与漏极DE2所构成。半导体层CH2重叠栅极GE2的区域可视为第二开关元件T2的通道区。栅极绝缘层I6位于栅极GE2与半导体层CH2之间，层间绝缘层I7设置在源极SE2与栅极GE2之间以及漏极DE2与栅极GE2之间。栅极GE2及源极SE2可分别接收来自例如驱动元件的信号，且第二感测元件S2的电极E21可以通过平坦层PL9中的通孔VA2电性连接漏极DE2。当栅极GE2接收信号而开启第二开关元件T2时，可使源极SE2接收的信号通过漏极DE2传递至第二感测元件S2的电极E21。如此一来，双感测装置30还能够利用第一开关元件T1及第二开关元件T2分别控制第一感测元件S1及第二感测元件S2的信号接收。
综上所述，本发明的双感测装置的第一感测元件及第二感测元件分别设置于第一基板及第二基板上，除了能够简化双感测装置的整合结构及相应的工艺之外，当应用于显示装置时，也不会影响显示装置的开口率。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种双感测装置，包括：
第一基板；
第一感测元件层，位于所述第一基板上，且包括多个第一感测元件；
第二基板，位于所述第一感测元件层上；以及
第二感测元件层，位于所述第二基板上靠近所述第一感测元件层的一侧，且包括多个第二感测元件。
2.如权利要求1所述的双感测装置，其中所述第一感测元件为可见光感测元件。
3.如权利要求1所述的双感测装置，其中所述第一感测元件为指纹感测元件。
4.如权利要求1所述的双感测装置，其中所述第二感测元件为红外光感测元件。
5.如权利要求1所述的双感测装置，其中所述第二感测元件为指纹感测元件或活体防伪感测元件。
6.如权利要求1所述的双感测装置，其中所述第二感测元件为有机光电二极管。
7.如权利要求6所述的双感测装置，其中所述有机光电二极管包括电子传输层、空穴传输层以及位于所述电子传输层与所述空穴传输层之间的光敏层，且所述电子传输层位于所述光敏层与所述第二基板之间。
8.如权利要求1所述的双感测装置，其中所述第二感测元件于所述第一基板的正投影在所述第一感测元件于所述第一基板的正投影之外。
9.如权利要求1所述的双感测装置，还包括多个间隙物，位于所述第一感测元件层与所述第二感测元件层之间。
10.如权利要求1所述的双感测装置，还包括第一开关元件，位于所述第一基板上，且电性连接所述第一感测元件。
11.如权利要求10所述的双感测装置，其中所述第一开关元件还电性连接所述第二感测元件。
12.如权利要求10所述的双感测装置，还包括第二开关元件，位于所述第二基板上且电性连接所述第二感测元件。
13.如权利要求1所述的双感测装置，还包括第一准直结构，位于所述第一感测元件上。
14.如权利要求13所述的双感测装置，还包括第二准直结构，位于所述第二感测元件层上靠近所述第一感测元件层的一侧，且所述第二准直结构于所述第一基板的正投影重叠所述第一准直结构于所述第一基板的正投影。
15.如权利要求1所述的双感测装置，还包括光源，位于所述第二基板上与所述第二感测元件层相对的一侧。
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