CN114582904A - 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。第二感测元件层位于第一感测元件层上，且包括多个第二感测元件，其中第二感测元件于第一基板的正投影重叠第一感测元件于第一基板的正投影。
Description
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，各式感测器已广泛应用于日常生活中，例如，用于感测指纹、静脉图像、心率、血氧浓度等生物特征的各式光学感测器。由于各式感测器的使用需求日益增加，将各式感测器整合、进而以单机提供多种感测功能将是未来应用的趋势。然而，不同感测器的结构不尽相同，如何简化多感测器的整合结构仍是相关业者寻求改进的目标之一。
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；以及第二感测元件层，位于第一感测元件层上，且包括多个第二感测元件，其中第二感测元件于第一基板的正投影重叠第一感测元件于第一基板的正投影。
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，上述的双感测装置还包括遮光层，位于第一感测元件上且具有开口，第一感测元件包括感测层，且开口于第一基板的正投影重叠感测层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角控制层，位于第一感测元件上，且光角控制层于第一基板的正投影重叠第一感测元件于第一基板的正投影。
在本发明的一实施例中，上述的光角控制层为第二感测元件的电极。
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，上述的第一感测元件及第二感测元件为不同波长的不可见光感测元件。
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，且光敏层位于电子传输层与第一基板之间。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还具有开口区，且第一感测元件及第二感测元件位于开口区之外。
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，上述的双感测装置还包括第二基板，其中第二感测元件层位于第二基板与第一感测元件层之间。
在本发明的一实施例中，上述的双感测装置还包括第二开关元件，位于第二感测元件层与第二基板之间，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光源，位于第一基板上与第一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通过使第二感测元件层的第二感测元件于第一基板的正投影重叠第一感测元件层的第一感测元件于第一基板的正投影，能够简化双感测装置的整合结构，同时增大双感测装置的开口区，借以提升感测元件的感测效果。
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1是依照本发明一实施例的双感测装置的剖面示意图。
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：第一感测元件层
130、130B：第二感测元件层
140：第二基板
AC：光角控制层
CG：玻璃盖板
CH1、CH2：半导体层
DE1、DE2：漏极
DL1、DL2、DL3：驱动电路层
E11、E12、E21、E22：电极
ET：电子传输层
FG：手指
GE1、GE2：栅极
HT：空穴传输层
I1、I6：缓冲层
I2、I7：栅极绝缘层
I3、I8：层间绝缘层
I4、I5、I9：绝缘层
IW：侧壁
LI：不可见光
LS：光源
LV：可见光
O1：开口
OP：侧向透光开口
OA：开口区
PL1～PL9：平坦层
PT：光敏层
S1：第一感测元件
S2：第二感测元件
SE1、SE2：源极
SH：遮光层
SL：信号线
SR：感测层
T1：第一开关元件
T2：第二开关元件
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1是依照本发明一实施例的双感测装置10的剖面示意图。双感测装置10包括：第一基板110；第一感测元件层120，位于第一基板110上，且包括多个第一感测元件S1；以及第二感测元件层130，位于第一感测元件层120上，且包括多个第二感测元件S2，其中第二感测元件S2于第一基板110的正投影重叠第一感测元件S1于第一基板110的正投影。
在本发明的一实施例的双感测装置10中，通过使第一感测元件S1于第一基板110的正投影部分重叠或完全重叠第二感测元件S2于第一基板110的正投影，能够简化双感测装置10的整合结构，同时增大双感测装置10的开口区OA。以下，配合图1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。
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。
在本实施例中，第一感测元件层120可以包括多个第一感测元件S1、平坦层PL2、绝缘层I4以及遮光层SH，其中第一感测元件S1可以是可见光感测元件，例如指纹感测元件，但不以此为限。举例而言，第一感测元件S1可以包括电极E11、感测层SR以及电极E12，感测层SR位于电极E11与电极E12之间，且电极E12可以位于平坦层PL2与绝缘层I4之间。遮光层SH可以位于第一感测元件S1上且具有开口O1，开口O1于第一基板110的正投影可以重叠感测层SR于第一基板110的正投影，以调控感测层SR的收光范围。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，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组合或堆叠。感测层SR的材质可以是富硅氧化物(Silicon-RichOxide，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，但不限于此。绝缘层I4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、上述材料的叠层或其他适合的材料。遮光层SH的材质可以包括金属、金属氧化物、金属氮氧化物、黑色树脂或石墨等材料、或上述材料的堆叠，但不限于此。
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120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。举例而言，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。
在本实施例中，第二感测元件层130叠置于第一感测元件层120上，且第二感测元件层130可以包括多个第二感测元件S2、平坦层PL3、PL4以及绝缘层I5，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可用于例如感测血氧浓度，或提取静脉图像以用于活体防伪，或是用于提取指纹图像。举例而言，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、空穴传输层HT、光敏层PT、电子传输层ET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，且光敏层PT可以位于电子传输层ET与第一基板110之间，但不限于此。在一些实施例中，光敏层PT可以位于空穴传输层HT与第一基板110之间。另外，在某些实施例中，第一感测元件S1及第二感测元件S2可以皆为不可见光感测元件，且第一感测元件S1与第二感测元件S2的感测波长范围可以不同。
举例而言，电极E21可以是不透明导电材料，例如银层或铝层；空穴传输层HT可以包括PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylene-dioxythiophene:polystyrene sulfonate))或高功函数金属氧化物(例如MoO3)；光敏层PT可以包括在红外光(IR)区域及/或近红外光(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-butyric acid methyl ester)；电子传输层ET可以包括氧化锌(ZnO)或铝锌氧化物(AZO)；且电极E22的材质可以是透明导电材料，例如铟锡氧化物(ITO)。
在一些实施例中，驱动电路层DL1的第一开关元件T1还可以电性连接第二感测元件S2的电极E21或电极E22，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。
在本实施例中，双感测装置10还可以包括光源LS，光源LS可以设置于第一基板110上与第一感测元件层120相对的一侧，且光源LS可以包括可见光光源以及不可见光光源。在一些实施例中，光源LS可以包括多个发光二极管，其中一部分的发光二极管可以发出可见光LV，且另一部分的发光二极管可以发出不可见光LI，例如红外光。举例而言，光源LS发出的可见光LV可以经手指FG反射而进入第一感测元件S1，且光源LS发出的不可见光LI可以经手指FG反射而进入第二感测元件S2。
在一些实施例中，双感测装置10还可以包括平坦层PL5以及玻璃盖板CG，其中平坦层PL5可以位于玻璃盖板CG与第二感测元件层130之间，且使用者可以以其手指FG触摸玻璃盖板CG来进行诸如指纹、指静脉活体防伪、血氧浓度的感测。
进一步而言，双感测装置10可以具有开口区OA，其中第一感测元件S1及第二感测元件S2可以位于开口区OA之外，也就是说，开口区OA不设置第一感测元件S1及第二感测元件S2。由于第一感测元件S1于第一基板110的正投影重叠第二感测元件S2于第一基板110的正投影，开口区OA能够具有增大的面积。如此一来，来自光源的可见光LV及不可见光LI可以经由开口区OA到达手指FG，而不会被第一感测元件S1及第二感测元件S2遮挡，使得第一感测元件S1及第二感测元件S2能够接收到强度增加且噪声减少的入射光，从而提高其感测性能。
在本实施例中，还可以利用电极E21来调控第一感测元件S1的感测层SR的收光角度，也就是说，电极E21可以作为第一感测元件S1的光角控制层。举例而言，电极E21于第一基板110的正投影可以重叠第一感测元件S1于第一基板110的正投影，同时电极E21还可沿着绝缘层I5的侧壁IW朝向第一感测元件S1延伸，使得电极E21能够遮挡来自第一感测元件S1正上方及左上方的光线，且可见光LV经手指FG反射后仅能从电极E21与遮光层SH之间的平坦层PL3及绝缘层I5中的侧向透光开口OP进入第一感测元件S1的感测层SR。如此一来，仅有斜向大角度的光能够通过开口OP、O1而进入感测层SR，经实验证实，此种设计能够有效提升第一感测元件S1的感测效果。另外，经手指FG反射的不可见光LI可以先进入第二感测元件S2的电子传输层ET，使得第二感测元件S2能够具有较佳的光电转换效率(EQE)。
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1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1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、驱动电路层DL1、第一感测元件层120、第二感测元件层130B以及光源LS，且第二感测元件层130B的第二感测元件S2于第一基板110的正投影重叠第一感测元件层120的第一感测元件S1于第一基板110的正投影。
与如图1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还包括第二基板140，其中第二感测元件层130B可以位于第二基板140与第一感测元件层120之间，且第一感测元件层120及第二感测元件层130B可以分别设置于第一基板110及第二基板140上。如此一来，通过将设置于第一基板110的第一感测元件层120与设置于第二基板140的第二感测元件层130B对组即可完成双感测装置20的制作。
在本实施例中，第二感测元件层130B可以包括多个第二感测元件S2、平坦层PL8、PL9以及绝缘层I9，且平坦层PL9可以位于第二感测元件S2与第一感测元件层120之间，第二感测元件S2的电子传输层ET可以位于光敏层PT与第二基板140之间。
在本实施例中，双感测装置20还可以包括光角控制层AC，且光角控制层AC可以位于绝缘层I5与平坦层PL6之间。具体而言，光角控制层AC于第一基板110的正投影可以重叠第一感测元件S1于第一基板110的正投影，尤其光角控制层AC可以重叠遮光层SH的开口O1，同时光角控制层AC还可沿着绝缘层I5的侧壁IW朝向第一感测元件S1延伸，使得光角控制层AC能够遮挡来自第一感测元件S1正上方及左上方的光线。如此一来，仅有斜向大角度的光能够通过开口OP、O1而进入感测层SR，使得第一感测元件S1的感测效果能够得到提升。
在一些实施例中，双感测装置20还可以包括位于第二感测元件层130B与第二基板140之间的驱动电路层DL2。驱动电路层DL2可以包括双感测装置20需要的元件或线路，例如信号线SL，且第二感测元件S2的电极E22可以电性连接信号线SL。在一些实施例中，第二感测元件S2可以经由信号线SL及/或周边走线电性连接至驱动电路层DL1的第一开关元件T1。
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、驱动电路层DL1、第一感测元件层120、第二感测元件层130B、光源LS、第二基板140以及光角控制层AC，且第二感测元件层130B的第二感测元件S2于第一基板110的正投影重叠第一感测元件层120的第一感测元件S1于第一基板110的正投影。
与如图2所示的双感测装置20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还包括位于第二感测元件层130B与第二基板140之间的驱动电路层DL3，且驱动电路层DL3可以包括排列成阵列的多个第二开关元件T2。
举例而言，在本实施例中，驱动电路层DL3可以包括第二开关元件T2、缓冲层I6、栅极绝缘层I7、层间绝缘层I8以及平坦层PL7。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，且第二感测元件S2的电极E22可以通过平坦层PL7中的通孔VA2电性连接漏极DE2，使得双感测装置30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。第二开关元件T2的结构可以类似于第一开关元件T1，于此不再赘述。
此外，前述缓冲层I1、I6、栅极绝缘层I2、I7、层间绝缘层I3、I8以及绝缘层I4、I5、I9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～PL9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、I6、栅极绝缘层I2、I7、层间绝缘层I3、I8、绝缘层I4、I5、I9以及平坦层PL1～PL9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。
综上所述，本发明的双感测装置通过使第二感测元件层的第二感测元件于第一基板的正投影重叠第一感测元件层的第一感测元件于第一基板的正投影，能够简化双感测装置的整合结构，同时增大双感测装置的开口区，借以提升感测元件的感测效果。
虽然本发明已以实施例公开如上，然而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；以及
第二感测元件层，位于所述第一感测元件层上，且包括多个第二感测元件，其中所述第二感测元件于所述第一基板的正投影重叠所述第一感测元件于所述第一基板的正投影。
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，还包括遮光层，位于所述第一感测元件上且具有开口，所述第一感测元件包括感测层，且所述开口于所述第一基板的正投影重叠所述感测层于所述第一基板的正投影。
5.如权利要求1所述的双感测装置，还包括光角控制层，位于所述第一感测元件上，且所述光角控制层于所述第一基板的正投影重叠所述第一感测元件于所述第一基板的正投影。
6.如权利要求5所述的双感测装置，其中所述光角控制层为所述第二感测元件的电极。
7.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。
8.如权利要求1所述的双感测装置，其中所述第一感测元件及所述第二感测元件为不同波长的不可见光感测元件。
9.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。
10.如权利要求9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，且所述光敏层位于所述电子传输层与所述第一基板之间。
11.如权利要求1所述的双感测装置，还具有开口区，且所述第一感测元件及所述第二感测元件位于所述开口区之外。
12.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。
13.如权利要求1所述的双感测装置，还包括第二基板，其中所述第二感测元件层位于所述第二基板与所述第一感测元件层之间。
14.如权利要求13所述的双感测装置，还包括第二开关元件，位于所述第二感测元件层与所述第二基板之间，且电性连接所述第二感测元件。
15.如权利要求1所述的双感测装置，还包括光源，位于所述第一基板上与所述第一感测元件层相对的一侧。
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