CN114566514A - 感光装置 - Google Patents

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Abstract

一种感光装置，包括第一基板、第二基板、支撑结构、多个第一微透镜、多个第二微透镜、第一感光元件、第二感光元件以及准直结构。第二基板与第一基板对向设置，且第一基板与第二基板之间具有间隙。支撑结构位于第一基板与第二基板之间的间隙。第一微透镜与第二微透镜分别设置于间隙的第一侧与第二侧。第一感光元件重叠于第一微透镜中的一个与第二微透镜中的一个。第二感光元件重叠于第二微透镜中的另一个。准直结构位于第一基板与第一微透镜之间。

Description

感光装置
技术领域
本发明涉及一种感光装置，尤其涉及一种具有微透镜的感光装置。
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感光装置配置在电子装置的显示面板的下方。在电子装置检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感光装置，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，以转换为数字图像信号，即可得到使用者指纹图像。
一般而言，若欲辨识彩色的图像，通常会需要于感光装置中设置用于接收不同波长的光线的感光元件。然而，在相同的材料中，不同波长的光线会具有不同的折射率。具体地说，波长越长的光线在介质中的折射率越小，因此，会导致了不同颜色的光线在感光装置中具有不一样的聚焦深度，并使感光装置的图像辨识度及集光能力变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种感光装置，其图像感测的品质佳。
本发明的至少一实施例提供一种感光装置，其包括第一基板、第二基板、支撑结构、多个第一微透镜、多个第二微透镜、第一感光元件、第二感光元件以及准直结构。第二基板与第一基板对向设置，且第一基板与第二基板之间具有间隙。支撑结构位于第一基板与第二基板之间的间隙。第一微透镜与第二微透镜分别设置于间隙的第一侧与第二侧。第一感光元件重叠于第一微透镜中的一个与第二微透镜中的一个。第二感光元件重叠于第二微透镜中的另一个。准直结构位于第一基板与第一微透镜之间。
本发明的至少一实施例提供一种感光装置，其包括第一基板、第二基板、多个第一微透镜、多个第二微透镜、第一感光元件以及第二感光元件。第二基板与第一基板对向设置，且第一基板与第二基板之间具有间隙。第一微透镜与第二微透镜分别设置于间隙的第一侧与第二侧。第一微透镜的材料不同于第二微透镜的材料及/或第一微透镜的曲率半径不同于第二微透镜的曲率半径。第一感光元件重叠于第一微透镜中的一个。第二感光元件重叠于第二微透镜中的一个，且不重叠于第一微透镜。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。
图2是图1的感光装置的局部放大示意图。
图3是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。
图4是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。
图5是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。
图6是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。
附图标记如下：
10,20,30,40,50:显示装置
100:感光装置
101:第一基板
102:第二基板
110:缓冲层
112:第一感光元件
114:第二感光元件
115rs:收光面
116:第三感光元件
120:栅绝缘层
130:层间绝缘层
140,150:平坦层
162,164,166:平坦层
171s,166s,LS1s,CM1s,250s:表面
171:批覆层
180:支撑结构
180h,h1,h2:高度
191:第一滤光元件
192:第二滤光元件
193:第三滤光元件
200:显示面板
220:光学胶层
250:盖板
CM1:第一准直结构
CM2:第二准直结构
CM3:第三准直结构
CM1a:第一孔洞
CM2a:第二孔洞
CM3a:第三孔洞
d:垂直间距
D0,D1,D5,D6:距离
DE:漏极
E1:第一电极
E2:第二电极
FPi,uFPi:指纹图像光线
GE:栅极
GP:间隙
H1,H2:高度
L1,L2,L3:光线
L1,L2,L3,L4,L5:长度
LS:遮光图案层
LSa:孔洞
ML1:第一微透镜
ML2:第二微透镜
PCL:光电转换层
PSL:感光元件层
R1,R2:曲率半径
S1:第一侧
S2:第二侧
SC:半导体图案
SE:源极
T:有源元件
X,Y,Z:方向
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”可依测量性质、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1是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。图2是图1的感光装置的局部放大示意图。
请参考图1及图2，显示装置10包括彼此重叠设置的感光装置100、显示面板200以及盖板250。举例来说，感光装置100和显示面板200是以整面性分布的光学胶层220相贴合。光学胶层220的材料例如包括水胶(Optical Clear Resin，OCR)、光学透明胶(OpticalClear Adhesive，OCA)、感压胶(Pressure Sensitive Adhesive，PSA)、或其他适合的胶材。
在本实施例中，感光装置100可设置在显示面板200的背侧。举例来说，感光装置100为指纹辨识模块，且显示装置10可以是屏下指纹辨识(Fingerprint on display)装置，但本发明不以此为限。
显示面板200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200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。
感光装置100包括第一基板101、第二基板102、支撑结构180、多个第一微透镜ML1、多个第二微透镜ML2、感光元件层PSL以及第一准直结构CM1。在本实施例中，感光装置100还包括第二准直结构CM2、第三准直结构CM3、遮光图案层LS、第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193。
第一基板101包括透明或不透明的基板。举例来说，第一基板101包括玻璃、石英、有机聚合物、或是不透光/反射材料(例如：导电材料、金属、晶片、陶瓷或其他可适用的材料)或是其他可适用的材料。若使用导电材料或金属时，则在第一基板101上覆盖一层绝缘层(未示出)，以避免短路问题。
感光元件层PSL位于第一基板101上方，且包括多个有源元件和多个感光元件。在图1中，示出了感光元件层PSL中的第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116，并省略示出电性连接至第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116的多个有源元件。在一些实施例中，第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116是一起形成的，且第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116皆与第一基板101之间具有相同的垂直距离。换句话说，在一些实施例中，以第一基板101的表面为基准，第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116位于相同的水平高度。
第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116分别电性连接至对应的有源元件。为了说明感光元件与有源元件的电性连接方式，图2以第一感光元件112为例进行说明，而第二感光元件114以及第三感光元件116亦采用与图2相同的方式电性连接至对应的有源元件。
请参考图2，第一感光元件112(亦可为第二感光元件114或第三感光元件116)电性连接有源元件T。有源元件T具有源极SE、漏极DE、栅极GE和半导体图案SC。在本实施例中，半导体图案SC为单层或多层结构，其包含非晶硅、多晶硅、微晶硅、单晶硅、有机半导体材料、氧化物半导体材料(例如：铟锌氧化物、铟镓锌氧化物或是其他合适的材料、或上述材料的组合)或其他合适的材料或上述材料的组合，但本发明不以此为限。半导体图案SC位于第一基板101之上。在本实施例中，半导体图案SC与第一基板101之间选择性地设置了缓冲层110。栅极GE重叠于半导体图案SC，且与半导体图案SC之间夹有栅绝缘层120。在本实施例中，栅极GE可选择性地设置在半导体图案SC的上方以形成顶部栅极型(top-gate)薄膜晶体管，但本发明不以此为限。在其他实施例中，栅极GE也可改设置在半导体图案SC的下方以形成底部栅极型(bottom-gate)薄膜晶体管。层间绝缘层130位于栅极GE以及栅绝缘层120上。源极SE和漏极DE位于层间绝缘层130上，且电性连接半导体图案SC。
平坦层140位于层间绝缘层130上。第一感光元件112(亦可为第二感光元件114或第三感光元件116)位于层间绝缘层130之上，且电性连接至有源元件T的漏极DE。在本实施例中，第一感光元件112(亦可为第二感光元件114或第三感光元件116)包括第一电极E1、光电转换层PCL以及第二电极E2。光电转换层PCL为单层结构或多层结构。举例来说，光电转换层PCL例如为富硅氧化物(Silicon-rich oxide，SRO)。在其他实施例中，光电转换层PCL为P型半导体、本质半导体与N型半导体的堆叠层。平坦层150位于第二电极E2上。
请继续参考图1，第一准直结构CM1、第二准直结构CM2以及第三准直结构CM3位于第一基板101上方。第一准直结构CM1具有对应于感光元件(包括第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116)的多个第一孔洞CM1a，第二准直结构CM2具有对应于感光元件的多个第二孔洞CM2a，且第三准直结构CM3具有对应于感光元件的多个第三孔洞CM3a。第一孔洞CM1a、第二孔洞CM2a以及第三孔洞CM3a在方向Z上重叠。在本实施例中，这些孔洞可以阵列的方式进行排列，例如：分别沿着方向X和方向Y排成多列与多行，但不以此为限。
在本实施例中，平坦层162位于感光元件层PSL上，第一准直结构CM1位于平坦层162上。平坦层164位于第一准直结构CM1上，第二准直结构CM2位于平坦层164上。平坦层166位于第二准直结构CM2上，第三准直结构CM3位于平坦层166上。
第一微透镜ML1设置在第一基板101之上。第一准直结构CM1以及第二准直结构CM2位于第一基板101与第一微透镜ML1之间。
在本实施例中，第一微透镜ML1可以沿着方向X和方向Y排成多列与多行。在本实施例中，部分的第三孔洞CM3a中设置有第一微透镜ML1，而另一部分的第三孔洞CM3a中未设置有第一微透镜ML1。因此，在本实施例中，部分感光元件(例如第一感光元件112与第三感光元件116)在方向Z上重叠于第一微透镜ML1，而部分感光元件(例如第二感光元件114)在方向Z上未重叠于第一微透镜ML1。
在一些实施例中，第一微透镜ML1可以是有机光刻胶材料制作而成，但本发明不以此为限。
第二基板102与第一基板101对向设置。第二基板102包括透明的基板。举例来说，第二基板102包括玻璃、石英、有机聚合物或是其他可适用的材料。
遮光图案层LS设置在第二基板102上。举例来说，遮光图案层LS设置在第二基板102与第一基板101之间。遮光图案层LS具有多个孔洞LSa。在本实施例中，遮光图案层LS的孔洞LSa在方向Z上重叠于第一孔洞CM1a、第二孔洞CM2a以及第三孔洞CM3a。
第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193设置于第二基板102上。举例来说，第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193设置于第二基板102与第一基板101之间，且分别填入对应的孔洞LSa中。
第一滤光元件191重叠于第一感光元件112，且被配置成使具有第一波长λ1的光线L1通过。第二滤光元件192重叠于第二感光元件114，且被配置成使具有第二波长λ2的光线L2通过。第三滤光元件193重叠于第三感光元件116，且被配置成使具有第三波长λ3的光线L3通过。
在本实施例中，第一波长λ1大于第三波长λ3，且第三波长λ3大于第二波长λ2，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第一波长λ1大于第二波长λ2，且第二波长λ2大于第三波长λ3。在一些实施例中，光线L1、光线L2以及光线L3为可见光，例如绿光、蓝光以及红光，但本发明不以此为限。在其他实施例中，光线L1、光线L2以及光线L3亦可包含非可见光，例如红外光。
在一些实施例中，设置第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193，以将光线转换成预定波长的光线，但本发明不以此为限。在其他实施例中，不需要设置第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193，通过选择能发出预定波长的光线的光源以获得具有预定波长的光线。
批覆层171设置于第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193上。
第二微透镜ML2设置在第二基板102上。第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193的至少一个位于第二基板102与第二微透镜ML2之间。
在本实施例中，第二微透镜ML2可以沿着方向X和方向Y排成多列与多行。在本实施例中，部分感光元件(例如第二感光元件114与第一感光元件112)在方向Z上重叠于第二微透镜ML2，而部分感光元件(例如第三感光元件116)在方向Z上未重叠于第二微透镜ML2。
在一些实施例中，第二微透镜ML2可以是有机光刻胶材料制作而成，但本发明不以此为限。
在本实施例中，第一基板101与第二基板102之间具有间隙GP，其中间隙GP例如为空气间隙。支撑结构180位于第一基板101与第二基板102之间的间隙GP，也可以说第一基板101与第二基板102之间的间隙GP的厚度是通过支撑结构180的厚度所定义。在本实施例中，支撑结构180用于支撑第一基板101与第二基板102之间的间隙GP，避免第一基板101与第二基板102之间的间隙GP坍塌。
在一些实施例中，支撑结构180的高度180h大于或等于第一微透镜ML1的高度h1与第二微透镜ML2的高度h2之和，但本发明不以此为限。在其他实施例中，支撑结构180下方设有虚置的第一微透镜ML1，而支撑结构180位于虚置的第一微透镜ML1上，此时，支撑结构180的高度180h大于或等于第二微透镜ML2的高度h2。在一些实施例中，第三准直结构CM3的厚度相对较薄因此可以省略。
第一微透镜ML1与第二微透镜ML2分别设置于间隙GP的第一侧S1与第二侧S2。在本实施例中，间隙GP的第一侧S1为间隙GP靠近第一基板101的一侧，且第二侧S2为间隙GP靠近第二基板102的一侧。换句话说，第一微透镜ML1设置于间隙GP靠近第一基板101的一侧，且第二微透镜ML2设置于间隙GP靠近第二基板102的一侧。在其他实施例中，第一微透镜ML1与第二微透镜ML2的位置可以互相对换。
在本实施例中，第一感光元件112在方向Z上重叠于第一微透镜ML1中的一个与第二微透镜ML2中的一个。第二感光元件114在方向Z上重叠于第二微透镜ML2中的一个，且不重叠于第一微透镜ML1。第三感光元件116在方向Z上重叠于第一微透镜ML1中的一个，且不重叠于第二微透镜ML2。
在本实施例中，第一微透镜ML1以及第二微透镜ML2为凸面透镜，而凸面透镜的焦聚可以通过公式1计算。
公式1
Figure BDA0003527774030000091
在公式1中，f为微透镜的焦距，n为折射率，且R为微透镜的曲率半径。
在本实施例中，光线L1、光线L2以及光线L3各自具有不一样的波长。波长越长的光线在介质中的折射率n越小，且越容易聚焦在比较深的位置。在本实施例中，通过第一微透镜ML1的曲率半径R1不同于第二微透镜ML2的曲率半径R2，避免光线L1以及光线L2聚焦在不一样的深度位置。具体来说，在本实施例中，光线L3的第三波长λ3大于光线L2的第二波长λ2，因此，当第一微透镜ML1的材料与第二微透镜ML2的材料相同时，光线L3在第一微透镜ML1中的折射率n3小于光线L2在第二微透镜ML2中的折射率n2。通过使第二微透镜ML2的曲率半径R2大于第一微透镜ML1的曲率半径R1，以改善因折射率n3小于折射率n2而导致的光线L3的聚焦位置比光线L2的聚焦位置更深的问题。在本实施例中，通过第一微透镜ML1的光线L3聚焦于第三感光元件116的位置，且通过第二微透镜ML2的光线L2聚焦于第二感光元件114的位置。
另外，第一微透镜ML1与第二微透镜ML2组合在一起时，焦聚可以通过公式2计算。
公式2
Figure BDA0003527774030000101
在公式2中，f为第一微透镜ML1与第二微透镜ML2组合在一起后的焦距，f1为第一微透镜ML1的焦距，f2为第二微透镜ML2的焦距，且d为第一微透镜ML1与第二微透镜ML2之间的垂直间距。在本实施例中，d远小于f1以及f2或甚至d等于0，因此，d/f1f2趋近于0。举例来说，d小于1微米，而f1以及f2分别为10微米至25微米。因此，公式2可进一步省略变成公式3。
公式3
Figure BDA0003527774030000102
在本实施例中，光线L1的第一波长λ1大于光线L3的第三波长λ3以及光线L2的第二波长λ2，因此，当第一微透镜ML1的材料与第二微透镜ML2的材料相同时，光线L1在第一微透镜ML1或第二微透镜ML2中的折射率n1小于光线L3在第一微透镜ML1中的折射率n3以及光线L2在第二微透镜ML2中的折射率n2。通过使第一微透镜ML1与第二微透镜ML2重叠在一起，以改善因第一波长λ1大于第三波长λ3与第二波长λ2而导致的光线L1的聚焦位置过深的问题。在本实施例中，通过第一微透镜ML1与第二微透镜ML2的光线L1聚焦于第一感光元件112的位置。
基于上述，通过第一微透镜ML1与第二微透镜ML2的设置，可以使光线L1、光线L2以及光线L3可以分别聚焦至第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116的位置，由此提升图像感测的品质。此外，所有的第一微透镜ML1是由相同的工艺形成于同一层，且所有的第二微透镜ML2是由另外相同的工艺形成于另外的同一层。换句话说，本实施例中具有不同曲率半径的第一微透镜ML1与第二微透镜ML2各自形成于不同层，相较于在同一层中形成不同曲率半径的第一微透镜ML1与第二微透镜ML2可以具有较低的制造成本。
另外，虽然在图1中，感光装置100被配置成用于接收3种不同波长的光线L1、光线L2以及光线L3，但本发明不以此为限。在其他实施例中，感光装置被配置成用于接收光线L1、光线L2以及光线L3中的至少两者。换句话说，在其他实施例中，微透镜的设置方法包括感光元件同时重叠于第一微透镜ML1与第二微透镜ML2、感光元件仅重叠于第一微透镜ML1以及感光元件仅重叠于第二微透镜ML2中的至少两种。换句话说，本发明并未限制感光装置100必须同时具备感光元件同时重叠于第一微透镜ML1与第二微透镜ML2、感光元件仅重叠于第一微透镜ML1以及感光元件仅重叠于第二微透镜ML2这三种特征。
图3是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图3的实施例沿用图1的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似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前述实施例，在此不赘述。
图3的显示装置20与图1的显示装置10的差异在于：在显示装置20中，第一微透镜ML1的曲率半径R1等于第二微透镜ML2的曲率半径R2，而第一微透镜ML1的材料不同于第二微透镜ML2的材料。
在一些实施例中，调整第一微透镜ML1的材料使光线L3在第一微透镜ML1中的折射率n3’增加(例如大于显示装置10中的光线L3在第一微透镜ML1中的折射率n3)。在其他实施例中，调整第二微透镜ML2的材料使光线L2在第二微透镜ML2中的折射率n2’减少(例如小于显示装置10中的光线L2在第二微透镜ML2中的折射率n2)。在一些实施例中，同时调整第一微透镜ML1的材料与第二微透镜ML2的材料。
在本实施例中，在相同波长的光线下，第一微透镜ML1的折射率大于第二微透镜ML2的折射率，且使较长波长的光线L3在第一微透镜ML1中的折射率约等于具有较短波长的光线L2在第二微透镜ML2中的折射率。基于此，可以改善因第三波长λ3大于第二波长λ2而导致的光线L1的聚焦深度比光线L2的聚焦深度更深的问题。
另外，虽然在图3中，感光装置100被配置成用于接收3种不同波长的光线L1、光线L2以及光线L3，但本发明不以此为限。在其他实施例中，感光装置被配置成用于接收光线L1、光线L2以及光线L3中的至少两者。换句话说，在其他实施例中，微透镜的设置方法包括感光元件同时重叠于第一微透镜ML1与第二微透镜ML2、感光元件仅重叠于第一微透镜ML1以及感光元件仅重叠于第二微透镜ML2中的至少两种。换句话说，本发明并未限制感光装置100必须同时具备感光元件同时重叠于第一微透镜ML1与第二微透镜ML2、感光元件仅重叠于第一微透镜ML1以及感光元件仅重叠于第二微透镜ML2这三种特征。
图4是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图4的实施例沿用图1的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似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前述实施例，在此不赘述。
图4的显示装置30与图1的显示装置10的差异在于：在显示装置30中，间隙GP设置有第一微透镜ML1的第一侧S1为间隙GP靠近第二基板102的一侧，且间隙GP设置有第二微透镜ML2的第二侧S2为间隙GP靠近第一基板101的一侧。
在本实施例中，第一微透镜ML1设置在第二基板102上，且第二微透镜ML2设置在第一基板101上。
在本实施例中，第一微透镜ML1的曲率半径R1小于第二微透镜ML2的曲率半径R2。在本实施例中，第一微透镜ML1的材料相同于第二微透镜ML2的材料，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第一微透镜ML1的材料不同于第二微透镜ML2的材料。
另外，虽然在图4中，感光装置100被配置成用于接收3种不同波长的光线L1、光线L2以及光线L3，但本发明不以此为限。在其他实施例中，感光装置被配置成用于接收光线L1、光线L2以及光线L3中的至少两者。换句话说，在其他实施例中，微透镜的设置方法包括感光元件同时重叠于第一微透镜ML1与第二微透镜ML2、感光元件仅重叠于第一微透镜ML1以及感光元件仅重叠于第二微透镜ML2中的至少两种。换句话说，本发明并未限制感光装置100必须同时具备感光元件同时重叠于第一微透镜ML1与第二微透镜ML2、感光元件仅重叠于第一微透镜ML1以及感光元件仅重叠于第二微透镜ML2这三种特征。
图5是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图5的实施例沿用图1的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似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前述实施例，在此不赘述。
图5的显示装置40与图1的显示装置10的差异在于：在显示装置40中，第一感光元件112重叠于第一微透镜ML1中的一个以及第二微透镜ML2中的一个，在重叠于第一感光元件112的第一微透镜ML1与第二微透镜ML2的组合中，第一微透镜ML1与第二微透镜ML2之间的垂直间距d等于第一微透镜ML1的焦距f1加上第二微透镜ML2的焦距f2。
在本实施例中，光线L1的第一波长λ1大于光线L2的第二波长λ2。由公式2可以得知，在垂直间距d等于焦距f1加上焦距f2时，第一微透镜ML1与第二微透镜ML2组合在一起后的焦距f近乎于无限大。换句话说，第一微透镜ML1与第二微透镜ML2的组合可以将光线L1转变为平行光。在本实施例中，虽然光线L1因为波长太长，微透镜超出工艺能力，难以使光聚焦的问题，但通过第一微透镜ML1与第二微透镜ML2的组合可以使光线L1改善收敛，并获得准直效果，由此提升成像品质。
在本实施例中，第一微透镜ML1相较于第二微透镜ML2更靠近第一感光元件112。第二微透镜ML2的焦距f2大于第一微透镜ML1的焦距f1，且第一微透镜ML1与第二微透镜ML2的组合的放大倍率(M)等于-f1/f2，-f1/f2小于-1。在本实施例中，第一微透镜ML1的曲率半径与第二微透镜ML2的曲率半径相同，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第一微透镜ML1的曲率半径与第二微透镜ML2的曲率半径不同。本实施例中，第一微透镜ML1的材料与第二微透镜ML2的材料相同，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第一微透镜ML1的材料与第二微透镜ML2的材料不同。
在一些实施例中，支撑结构180的高度180h大约等于垂直间距d、第一微透镜ML1的高度h1与第二微透镜ML2的高度h2之和，但本发明不以此为限。在其他实施例中，支撑结构180下方设有虚置的第一微透镜ML1，而支撑结构180位于虚置的第一微透镜ML1上，此时，支撑结构180的高度180h约等于垂直间距d与第二微透镜ML2的高度h2之和。
另外，虽然在图5中，第二感光元件114重叠于第一微透镜ML1而不重叠于第二微透镜ML2，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第二感光元件114重叠于第二微透镜ML2而不重叠于第一微透镜ML1。
综上所述，在本发明的感光装置中，通过第一微透镜与第二微透镜的设置，能改善因为光线的波长不一致而造成聚焦深度不同的问题，进而提升图像感测的品质。
图6是依照本发明的一实施例的一种显示装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图6的实施例沿用图1的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似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前述实施例，在此不赘述。
请参考图6，在本实施例中，第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116各自接重叠于第一微透镜ML1中的一个以及第二微透镜ML2中的一个。
在本实施例中，第一微透镜ML1和第二微透镜ML2分别具有第一曲率半径R1和第二曲率半径R2，且第一曲率半径R1和第二曲率半径R2可选择性地相同，但不以此为限。
举例来说，显示装置50在显示面板200背离感光装置100的一侧(或者是，第二基板102背离第一基板101的一侧)还可设有盖板250，且盖板250具有远离第二基板102(或显示面板200)的盖板表面250s。遮光图案层LS还具有朝向第二基板102的表面LS1s。盖板250的盖板表面250s与遮光图案层LS的表面LS1s之间具有距离D0，披覆层171的表面171s与遮光图案层LS的表面LS1s之间具有距离D1。遮光图案层LS的孔洞LSa和第二微透镜ML2沿着排列方向(例如方向X)分别具有长度L1和长度L2。第二微透镜ML2还具有沿着垂直于排列方向的高度h2。
在一较佳的实施例中，第二微透镜ML2的第二曲率半径R2可满足以下关系式：
Figure BDA0003527774030000141
且孔洞LSa的长度L1可满足以下关系式：
Figure BDA0003527774030000151
另一方面，第一准直结构CM1还具有朝向间隙GP的表面CM1s。在本实施例中，平坦层166位于第一准直结构CM1的表面CM1s。第一感光元件112至第三感光元件116各自具有朝向间隙GP的收光面115rs。平坦层166的表面166s与第一准直结构CM1的表面CM1s之间具有距离D5，第一准直结构CM1的表面CM1s与第一感光元件112至第三感光元件116的收光面115rs之间具有距离D6。第一微透镜ML1和第一孔洞CM1a沿着排列方向(例如方向X)分别具有长度L3和长度L4(即孔径)。第一微透镜ML1还具有沿着垂直于排列方向的高度h1。第一感光元件112至第三感光元件116沿着方向X具有长度L5。此处的长度L5例如是由第一感光元件112至第三感光元件116的第二电极E2与光电转换层PCL的交界面沿着方向X的长度来界定。
在一较佳的实施例中，第一微透镜ML1的第一曲率半径R1可满足以下关系式：
Figure BDA0003527774030000152
且第一孔洞CM1a的长度L4可满足以下关系式：
Figure BDA0003527774030000153
特别注意的是，披覆层171和平坦层166之间还设有多个间隙物180，且这些间隙物180、披覆层171的表面171s和平坦层166的表面166s定义出可容置这些微透镜的间隙GP。更具体地说，这些第一微透镜ML1和这些第二微透镜ML2之间因设有间隙GP而在披覆层171的表面171s的法线方向(例如方向Z)上彼此间隔开来。此处的间隙GP可以是填充有空气、特定气体或处在近似真空状态的空间。
在本实施例中，对应设置的第一微透镜ML1和第二微透镜ML2沿着方向Z是以垂直间距d间隔开来，且此垂直间距d满足以下关系式：
Figure BDA0003527774030000154
当第一微透镜ML1的第一曲率半径R1、第二微透镜ML2的第二曲率半径R2以及第一微透镜ML1和第二微透镜ML2之间的垂直间距d设计在上述的范围内时，多道指纹图像光线FPi在间隙GP内是以平行光的方式进行传递。因此，间隙GP的间隙厚度(例如垂直间距d)变异并不会影响指纹图像的信号品质。
举例来说，以适当角度入射感光装置100的指纹图像光线FPi在通过遮光图案层LS的孔洞LSa并经由第二微透镜ML2和第一微透镜ML1的折射后，通过第一准直结构CM1的第一孔洞CM1a并传递至对应的第一感光元件112至第三感光元件116的收光面115rs。此处的收光面115rs例如是由第一感光元件112至第三感光元件116的第二电极E2朝向第二基板102的表面所界定。在其他实施例中，也可由第一感光元件112至第三感光元件116的光电转换层PCL朝向第二基板102的表面来界定。
相反地，以较大入射角入射感光装置100的指纹图像光线uFPi(或非预期的外部环境光)在通过遮光图案层LS的孔洞LSa并经由第二微透镜ML2的折射后会被第一准直结构CM1所遮挡而无法传递至对应的第一感光元件112至第三感光元件116。也就是说，分别设置在两基板上且彼此对应的第一微透镜ML1和第二微透镜ML2能缩减传递至第一感光元件112至第三感光元件116的光线入射角度。也就是说，第一微透镜ML1和第二微透镜ML2的搭配设计可局限感光装置100的收光范围，并且有效抑制背景噪声(即非预期光线所产生的感测信号)，以增加指纹信号的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)。此外，还可取代一般指纹感测模块所使用的部分遮光图案层及其间的间隔层(例如平坦层)，有助于简化感光装置100的制造流程。
另一方面，由于本公开的第一微透镜ML1和第二微透镜ML2是设置在第一基板101与第二基板102之间，因此可避免这些微透镜在后续工艺中受非预期外力的撞击或刮伤而损坏，有助于增加指纹感测模块的生产良率和工艺裕度。
为了让感光装置100具有防伪功能，遮光图案层LS的部分孔洞LSa处还可选择性地设有多个彩色滤光图案，例如：第一滤光元件191、第二滤光元件192以及第三滤光元件193，但不以此为限。在其他实施例中，指纹感测模块也可以不设有这些彩色滤光图案。
特别说明的是，由于本公开的感光装置100在朝向显示面板200的一侧表面未设有微透镜，因此适合采用全平面贴合(direct bond)工艺来连接显示面板200与感光装置100。如此可降低光线在显示面板200与感光装置100之间发生多次反射的现象，进而大幅改善显示装置50的指纹感测信号。举例来说，感光装置100和显示面板200是以整面性分布的光学胶层220相贴合。

Claims (15)

1.一种感光装置，包括：
一第一基板；
一第二基板，与该第一基板对向设置，且该第一基板与该第二基板之间具有间隙；
一支撑结构，位于该第一基板与该第二基板之间的该间隙；
多个第一微透镜与多个第二微透镜，分别设置于该间隙的一第一侧与一第二侧；
一第一感光元件，重叠于多个所述第一微透镜中的一个与多个所述第二微透镜中的一个；
一第二感光元件，重叠于多个所述第二微透镜中的另一个；以及
一准直结构，位于该第一基板与多个所述第一微透镜之间。
2.如权利要求1所述的感光装置，其中该第二感光元件不重叠于多个所述第一微透镜。
3.如权利要求2所述的感光装置，还包括：
一第三感光元件，重叠于多个所述第一微透镜中的另一个，且不重叠于多个所述第二微透镜。
4.如权利要求3所述的感光装置，还包括：
一第一滤光元件，重叠于该第一感光元件，且被配置成使具有第一波长的光线通过；以及
一第二滤光元件，重叠于该第二感光元件，且被配置成使具有第二波长的光线通过；以及
一第三滤光元件，重叠于该第三感光元件，且被配置成使具有第三波长的光线通过，其中该第一波长大于该第三波长，且该第三波长大于该第二波长。
5.如权利要求1所述的感光装置，其中多个所述第二微透镜的曲率半径大于多个所述第一微透镜的曲率半径。
6.如权利要求5所述的感光装置，其中多个所述第一微透镜的材料与多个所述第二微透镜的材料相同。
7.如权利要求1所述的感光装置，其中在相同波长的光线下，多个所述第一微透镜的折射率大于多个所述第二微透镜的折射率。
8.如权利要求7所述的感光装置，其中多个所述第一微透镜的曲率半径等于多个所述第二微透镜的曲率半径。
9.如权利要求1所述的感光装置，其中多个所述第一微透镜与多个所述第二微透镜之间的垂直间距d小于1微米。
10.如权利要求1所述的感光装置，其中多个所述第一微透镜相较于多个所述第二微透镜更靠近该第一感光元件，多个所述第一微透镜与多个所述第二微透镜之间的垂直间距d等于多个所述第一微透镜的焦距f1加上多个所述第二微透镜的焦距f2，且该焦距f2大于该焦距f1。
11.如权利要求1所述的感光装置，其中该第二感光元件重叠于多个所述第一微透镜中的另一个。
12.一种感光装置，包括：
一第一基板；
一第二基板，与该第一基板对向设置，且该第一基板与该第二基板之间具有间隙；
多个第一微透镜与多个第二微透镜，分别设置于该间隙的一第一侧与一第二侧，其中多个所述第一微透镜的材料不同于多个所述第二微透镜的材料及/或多个所述第一微透镜的曲率半径不同于多个所述第二微透镜的曲率半径；
一第一感光元件，重叠于多个所述第一微透镜中的一个；以及
一第二感光元件，重叠于多个所述第二微透镜中的一个，且不重叠于多个所述第一微透镜。
13.如权利要求12所述的感光装置，其中该第一感光元件与该第二感光元件位于该第一基板上，该间隙的该第一侧为该间隙靠近该第一基板的一侧，且该间隙的该第二侧为该间隙靠近该第二基板的一侧。
14.如权利要求12所述的感光装置，其中该第一感光元件与该第二感光元件位于该第一基板上，该间隙的该第一侧为该间隙靠近该第二基板的一侧，且该间隙的该第二侧为该间隙靠近该第一基板的一侧。
15.如权利要求12所述的感光装置，其中该第一感光元件重叠于多个所述第一微透镜中的该一个以及多个所述第二微透镜中的另一个，多个所述第一微透镜相较于多个所述第二微透镜更靠近该第一感光元件，多个所述第一微透镜与多个所述第二微透镜之间的垂直间距d等于多个所述第一微透镜的焦距f1加上多个所述第二微透镜的焦距f2，且该焦距f2大于该焦距f1。
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