DE112018005770T5

DE112018005770T5 - Display mit fingerabdruck-erkennungsfunktion

Info

Publication number: DE112018005770T5
Application number: DE112018005770.4T
Authority: DE
Inventors: Dong Wook Nam; Byung Il Min; Kwang Sue Park; Bong Seok Kim
Original assignee: ArcSoft Corp Ltd
Current assignee: ArcSoft Corp Ltd
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-07-30
Also published as: KR20190065920A; JP2021506040A; KR102398578B1; US11080508B2; KR102397692B1; US20210326568A1; KR102475417B1; US11580773B2; KR20190065909A; US20210174053A1; CN111448652B; KR20190065915A; CN111448652A; JP7204767B2

Abstract

Halbleiterpaket, umfassend: ein Gehäuse mit einem Wandabschnitt zum Umgeben eines Raums, in dem ein Halbleiterchip eingebaut ist; eine Prismenfläche mit Prismenspitzen und Prismentälern; und eine ebene Oberfläche, die der Prismenfläche zugewandt ist, wobei die Prismenfläche dem Halbleiterchip zugewandt ist, die ebene Oberfläche an einer Abdeckung befestigt ist und die Prismenfläche einen Damm aufweisen kann, der in einer Erstreckungsrichtung ausgebildet ist, die sich von der Erstreckungsrichtung der Prismenspitzen unterscheidet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Display.
Erörterung des Standes der Technik
Ein Fingerabdrucksensor erfasst ein Bild eines Fingerabdrucks und wandelt das erfasste Bild in ein elektrisches Signal um. Um ein Fingerabdruckbild zu erfassen, weist ein herkömmlicher optischer Fingerabdrucksensor ein optisches System auf, das einen Fingerabdruck mit Licht bestrahlt, so dass der Fingerabdruck das Licht reflektieren kann. Da das optische System, das ein Prisma, einen Spiegel und eine Linse aufweist, jedoch im Allgemeinen ein beträchtliches Volumen hat, ist es schwierig, die Größe eines elektronischen Geräts, das den optischen Fingerabdrucksensor aufweist, zu verringern.
Andererseits hat die Zahl der Arten von elektronischen Geräten und die Zahl der elektronischen Geräte, die mit einen damit gekoppelten Fingerabdrucksensor aufweisen, wie tragbare elektronische Geräte wie zum Beispiel Mobiltelefone und Tablets, zugenommen. Um einen Fingerabdrucksensor an der vorderen Oberfläche eines elektronischen Geräts anzubringen, ist es notwendig, einen Sensorteil des Fingerabdrucksensors, der in Kontakt mit einem Fingerabdruck steht, nach außen freizulegen. Dementsprechend ist es schwierig, einen Fingerabdrucksensor, der eine kapazitive Methode zur Erfassung der Kapazitätsänderung verwendet, an der vorderen Oberfläche eines elektronischen Geräts anzubringen, wenn die gesamte vordere Oberfläche eines elektronischen Geräts mit einem Schutzmedium wie einer Glasabdeckung oder einer transparenten Folie bedeckt ist, um ein Anzeigefeld zu schützen oder aufgrund seines eigenen Designs. Es ist auch schwierig, den Fingerabdrucksensor unter einem Anzeigefeld zu positionieren.
Elektronische Schaltungen, die auf einem Siliziumwafer ausgebildet sein, werden in eine Vielzahl von Chips geschnitten und dann in Gehäuse verpackt. Das Verpacken dient dazu, den Chip elektrisch nach außen zu koppeln und den Chip zugleich zu schützen. Traditionell diente das Gehäuse zur Aufnahme eines Halbleiterchips. In letzter Zeit entsteht ein neuer Bedarf, wie beispielsweise das Positionieren oder Stapeln von mehr als zwei Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse oder das Stapeln einer Nicht-Halbleiterstruktur auf einem Halbleiterchip. Da herkömmliche Pakete für die Aufnahme eines einzelnen Halbleiterchips ausgelegt sind, sind sie nicht dafür geeignet, einen Halbleiterchip oder eine Nicht-Halbleiterstruktur zu stapeln.
Um das Gehäuse zum Schutz von gestapelten Halbleiterchips oder Nicht-Halbleiterstrukturen zu versiegeln, sollte eine Gehäuseabdeckung mit einer unteren Struktur des Gehäuses durch Klebstoff verbunden werden. Wenn die Paketabdeckung nach dem Auftragen des Klebstoffs angedrückt wird, kann eine kleine Menge Klebstoff in die gestapelten Halbleiterchips oder die Nicht-Halbleiterstruktur fließen. Falls es sich bei der Nicht-Halbleiterstruktur um eine optische Struktur handelt, kann dies eine negative Auswirkung auf den normalen Betrieb des Pakets haben.
Insbesondere im Falle einer Nicht-Halbleiterstruktur wird eine Ausrichtung auf den darunter anzuordnenden Halbleiterchip erforderlich sein. Obwohl es möglich ist, die Ausrichtung mit Hilfe von maschinellem Sehen auf einige zehn Mikrometer genau vorzunehmen, ist es nicht einfach, die Ausrichtung in einer Struktur vorzunehmen, in der maschinelles Sehen nicht verfügbar ist oder in einer anderen Struktur, in der das Paket direkt nach einem Stapelvorgang versiegelt werden soll.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Display wird zur Verfügung gestellt, das eingerichtet ist, um ein Fingerabdruckbild unter Verwendung eines Anzeigefeldes als Lichtquelle in einer Umgebung, in der die Intensität des Umgebungslichts sehr gering ist, und in anderen Umgebungen unter Verwendung von Umgebungslicht erstellt werden kann. Das Umgebungslicht und das Licht von dem Anzeigefeld können über die gesamte Haut des Fingers gestreut werden.
Grate von Fingerabdrücken können mit einer Glasabdeckung in Kontakt sein, aber Täler von Fingerabdrücken können nicht mit der Glasabdeckung in Kontakt sein. Da der Unterschied in den Brechungsindizes zwischen Haut und der Glasabdeckung relativ geringer ist als der Unterschied in den Brechungsindizes zwischen Luft und der Glasabdeckung, unterscheidet sich ein Bereich des Einfallswinkels eines Lichtstrahls, der direkt vom Grat auf die Glasabdeckung einfällt, von einem Bereich des Einfallswinkels eines Lichtstrahls, der vom Tal durch die Luft auf die Glasabdeckung einfällt. Es ist möglich, das Fingerabdruckbild mit Lichtstrahlen zu erzeugen, die nicht aus dem Tal kommen können, basierend auf dem Prinzip, dass der Einfallswinkel von auf die Glasabdeckung einfallenden Lichtstrahlen aufgrund der Brechungsindizes zwischen Haut und Glasabdeckung eingegrenzt werden kann.
Eine Ausführungsform nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Display bereit, das in der Lage ist, Fingerabdrücke zu erkennen. Das Display, das in der Lage ist, einen Fingerabdruck zu erfassen, umfasst ein Anzeigefeld, das aus einer oberen Oberfläche, die mit einer Glasabdeckung zu koppeln ist, und einer unteren Oberfläche besteht, auf der eine Prismenfläche, die abwechselnd eine Vielzahl von Prismentälern und eine Vielzahl von Prismenspitzen aufweist und die eingerichtet ist, Lichtstrahlen unter verschiedenen Einfallswinkeln zu brechen, die Grate und Täler eines die Glasabdeckung berührenden Fingers darstellen, und eine Bildsensorebene, die unter dem Anzeigefeld angeordnet und eingerichtet ist, einen Ziel-Lichtstrahl mit einem Ziel-Einfallswinkel aus Lichtstrahlen mit verschiedenen Einfallswinkeln zu erfassen.
In einer Ausführungsform umfasst die Bildsensorebene ein Mikrolinsenarray, das in der Vielzahl von Prismentälern angeordnet und eingerichtet ist, Lichtstrahlen zu brechen, die von der Prismenfläche gebrochen werden, eine den optischen Pfad verlängernde Schicht, die unter dem Mikrolinsenarray angeordnet ist, und einen Bildsensor, der unter der den optischen Pfad verlängernden Schicht angeordnet und eingerichtet ist, Lichtstrahlen zu erfassen, die von dem Mikrolinsenarray gebrochen werden, um einen Pixelstrom auszugeben, wobei ein optischer Pfad, durch den sich der Ziel-Lichtstrahl von dem Mikrolinsenarray zu dem Bildsensor ausbreitet, geneigt sein kann.
In einer Ausführungsform kann ein Display, das in der Lage ist, Fingerabdrücke zu erfassen, des Weiteren einen Ausrichtungsbalken umfassen, der so ausgebildet ist, dass er sich in Längsrichtung des Prismentals auf einer oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht erstreckt, wobei der Ausrichtungsbalken so ausgebildet ist, dass er von dem Mikrolinsenarray beabstandet ist, wobei die Bildsensorebene innerhalb des Prismentals untergebracht sein kann.
In einer Ausführungsform können mehr als zwei Ausrichtungsbalken auf jeder Seite des Mikrolinsenarrays ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform können das Mikrolinsenarray und der Ausrichtungsbalken gleichzeitig durch ein Reflow-Verfahren ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann die Prismenfläche durch Anbringen der Prismenplatte auf einer unteren Oberfläche des Anzeigefeldes ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann das Anzeigefeld ein Substrat enthalten, auf dem eine Vielzahl von Pixeln ausgebildet ist, und die Prismenfläche kann auf der unteren Oberfläche des Substrats ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform sind die Vielzahl von Prismenspitzen und die Vielzahl von Prismentälern durch eine Vielzahl von ersten geneigten Flächen und eine Vielzahl von zweiten geneigten Flächen ausgebildet, die abwechselnd angeordnet sind, wobei die erste geneigte Fläche den Ziel-Lichtstrahl unter einem ersten Winkel aus Lichtstrahlen mit verschiedenen Einfallswinkeln bricht, wobei ein Einfallswinkel der ersten geneigten Fläche und ein Einfallswinkel der zweiten geneigten Fläche im Wesentlichen identisch sein können.
In einer Ausführungsform sind die Vielzahl von Prismenspitzen und die Vielzahl von Prismentälern durch eine Vielzahl von ersten geneigten Flächen und eine Vielzahl von zweiten geneigten Flächen ausgebildet, die abwechselnd angeordnet sind, wobei die erste geneigte Fläche den Ziel-Lichtstrahl unter einem ersten Winkel aus Lichtstrahlen mit verschiedenen Einfallswinkeln bricht, wobei ein Einfallswinkel der ersten geneigten Fläche und ein Einfallswinkel der zweiten geneigten Fläche voneinander verschieden sein können.
In einer Ausführungsform ist ein oberes Ende der ersten geneigten Fläche mit einem oberen Ende der zweiten geneigten Fläche verbunden, und ein unteres Ende der ersten geneigten Fläche und ein unteres Ende der zweiten geneigten Fläche sind jeweils mit jedem Ende einer Bodenfläche verbunden, die sich in einer parallelen Richtung erstreckt.
Eine Ausführungsform gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleiterpaket bereit, das eine selbstausgerichtete Struktur aufweist. Das Halbleiterpaket weist einen Halbleiterchip auf oder einen Bildsensor oder einen Fingerabdruck-Bildsensor mit einem aktiven Bereich und zumindest einem Randbereich, der um den aktiven Bereich herum positioniert ist, wobei auf dem Randbereich in Längsrichtung ein Ausrichtungsbalken angeordnet ist, und wobei auf dem Halbleiterchip oder dem Bildsensor oder dem Fingerabdruck-Bildsensor eine obere Struktur angeordnet ist, die auf einer unteren Oberfläche eine Rille aufweist, wobei sich die Rille in Längsrichtung erstreckt und zur Aufnahme des Ausrichtungsbalkens eingerichtet ist.
In einer Ausführungsform können im Randbereich zumindest zwei Ausrichtungsbalken ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform können die Ausrichtungsbalken auf Randbereichen ausgebildet sein, die sich auf jeder Seite des aktiven Bereichs befinden.
In einer Ausführungsform kann der Ausrichtungsbalken zumindest zwei Balkensegmente aufweisen, die entlang einer Linie angeordnet sind.
In einer Ausführungsform kann das Halbleiterpaket des Weiteren ein Mikrolinsenarray aufweisen, die aus einer Vielzahl von Mikrolinsen besteht, die über der aktiven Bereich ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform kann das Halbleiterpaket des Weiteren eine den optischen Pfad verlängernde Schicht aufweisen, die auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, um den gesamten aktiven Bereich und zumindest einen Teil des Randbereichs abzudecken, wobei das Mikrolinsenarray und der Ausrichtungsbalken auf der den optischen Pfad verlängernden Schicht ausgebildet sein können.
In einer Ausführungsform können das Mikrolinsenarray und der Ausrichtungsbalken gleichzeitig durch ein Reflow-Verfahren ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann der Ausrichtungsbalken im Randbereich mit einem Abstand von dem n (n ist eine natürliche Zahl) -fachen des Mikrolinsenabstands von dem Mikrolinsenarray ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken, die auf demselben Randbereich ausgebildet sind, um den Mikrolinsenabstand voneinander beabstandet sein.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken, die auf demselben Randbereich ausgebildet sind, in einem Abstand voneinander angeordnet sein, der sich von dem Mikrolinsenabstand unterscheidet.
In einer Ausführungsform können eine Höhe der Mikrolinse und eine Höhe des Ausrichtungsbalkens voneinander verschieden sein.
In einer Ausführungsform können ein Durchmesser der Mikrolinse und eine Breite des Ausrichtungsbalkens identisch sein.
In einer Ausführungsform kann die obere Struktur eine Prismenplatte sein, die eine Vielzahl der ersten geneigten Flächen und einer Vielzahl der zweiten geneigten Flächen aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, um die Vielzahl von Prismenspitzen und die Vielzahl von Prismentälern zu bilden, und die Rille kann das Prismental sein.
Eine Ausführungsform nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleiterpaket bereit, das eine selbstausgerichtete Struktur aufweist. Das Halbleiterpaket weist einen Halbleiterchip auf mit einem aktiven Bereich und zumindest einem Randbereich, der um den aktiven Bereich herum positioniert ist, wobei eine den optischen Pfad verlängernde Schicht auf einer Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist, um den aktiven Bereich und zumindest einen Teil des Randbereichs abzudecken, mit einem Mikrolinsenarray, das aus einer Vielzahl von Mikrolinsen besteht, die auf einem dem aktiven Bereich entsprechenden ersten Bereich ausgebildet ist, und einem Ausrichtungsbalken, der auf einem dem Randbereich entsprechenden zweiten Bereich ausgebildet ist, und einer oberen Struktur, die über der den optischen Pfad verlängernden Schicht angeordnet ist und eine Rille aufweist, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und zur Aufnahme des auf einer unteren Oberfläche ausgebildeten Ausrichtungsbalkens eingerichtet ist.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken auf dem zweiten Bereich ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform können die Ausrichtungsbalken auf den zweiten Bereichen ausgebildet sein, die zu beiden Seiten des ersten Bereichs positioniert sind.
In einer Ausführungsform können das Mikrolinsenarray und der Ausrichtungsbalken gleichzeitig durch ein Reflow-Verfahren ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann der Ausrichtungsbalken auf dem zweiten Bereich ausgebildet sein, wobei er von dem Mikrolinsenarray um das n-fache des Mikrolinsenabstandes beabstandet ist.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken, die auf demselben zweiten Bereich ausgebildet sind, um den Mikrolinsenabstand voneinander beabstandet sein.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken, die auf demselben zweiten Bereich ausgebildet sind, um einen Abstand voneinander beabstandet sein, der sich von dem Mikrolinsenabstand unterscheidet.
In einer Ausführungsform kann die obere Struktur eine Prismenplatte sein, die eine Vielzahl der ersten geneigten Flächen und eine Vielzahl der zweiten geneigten Flächen aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, um die Vielzahl von Prismenspitzen und die Vielzahl von Prismentälern zu bilden, und die Rille kann das Prismental sein.
In einer Ausführungsform kann die obere Struktur eine Prismenplatte sein, die eine Vielzahl der ersten geneigten Flächen und eine Vielzahl der zweiten geneigten Flächen aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, um die Vielzahl von Prismenspitzen und die Vielzahl von Prismentälern zu bilden, wobei ein oberes Ende der ersten geneigten Fläche mit einem oberen Ende der zweiten geneigten Fläche verbunden ist und ein unteres Ende der ersten geneigten Fläche und ein unteres Ende der zweiten geneigten Fläche jeweils mit jedem Ende einer unteren Oberfläche verbunden sind, die sich in einer parallelen Richtung erstreckt, und die Rille kann das Prismental sein.
Eine Ausführungsform nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Herstellung eines Halbleiterpakets, das eine selbstausgerichtete Struktur aufweist. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer Vielzahl von Mikrolinsenmustern und eines Ausrichtungsbalkenmusters auf einer den optischen Pfad verlängernden Schicht, das Ausbilden eines Mikrolinsenarrays und eines Ausrichtungsbalkens durch Aufschmelzen der Vielzahl von Mikrolinsenmustern und des Ausrichtungsbalkenmusters, das Anordnen der den optischen Pfad verlängernden Schicht auf einer oberen Oberfläche eines Halbleiterchips, die einen aktiven Bereich und zumindest einen Randbereich um den aktiven Bereich herum aufweist, und das Anordnen einer oberen Struktur, die eine Rille aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie sich in einer Längsrichtung auf einer unteren Oberfläche der oberen Struktur auf der den optischen Pfad verlängernden Schicht erstreckt.
In einer Ausführungsform können die Vielzahl von Mikrolinsenmustern und das Ausrichtungsmuster aus dem gleichen Material ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann die Vielzahl von Mikrolinsenmustern auf einem dem aktiven Bereich entsprechenden ersten Bereich der oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht ausgebildet sein, und das Ausrichtungsbalkenmuster kann auf einem dem Randbereich entsprechenden zweiten Bereich der oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht ausgebildet sein.
Eine Ausführungsform nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleiterpaket bereit, das eine selbstausgerichtete Struktur aufweist. Das Halbleiterpaket umfasst einen Halbleiter mit einem aktiven Bereich, einer den optischen Pfad verlängernden Schicht, die auf einer Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist, um zumindest einen Teil des aktiven Bereichs abzudecken, mit einem Mikrolinsenarray, das aus einer Vielzahl von Mikrolinsen besteht, die auf einem dem aktiven Bereich entsprechenden ersten Bereich ausgebildet sind, und einem Ausrichtungsbalken, der auf zumindest einem zweiten Bereich ausgebildet ist, der um den ersten Bereich herum angeordnet ist, und einer oberen Struktur, die über der den optischen Pfad verlängernden Schicht angeordnet ist und eine Rille aufweist, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und zur Aufnahme des auf einer unteren Oberfläche ausgebildeten Ausrichtungsbalkens eingerichtet ist.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken auf dem zweiten Bereich ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform können die Ausrichtungsbalken auf den zweiten Bereichen ausgebildet sein, die zu beiden Seiten des ersten Bereichs positioniert sind.
In einer Ausführungsform können das Mikrolinsenarray und der Ausrichtungsbalken gleichzeitig durch ein Reflow-Verfahren ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform kann der Ausrichtungsbalken auf dem zweiten Bereich ausgebildet sein, wobei er von dem Mikrolinsenarray um das n-fache des Mikrolinsenabstandes beabstandet ist.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken, die auf demselben zweiten Bereich ausgebildet sind, um den Mikrolinsenabstand voneinander beabstandet sein.
In einer Ausführungsform können zumindest zwei Ausrichtungsbalken, die auf demselben zweiten Bereich ausgebildet sind, um einen Abstand voneinander beabstandet sein, der vom Mikrolinsenabstand verschieden ist.
Eine Ausführungsform nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleiterpaket bereit, das eine Prismenplatte mit Dammstruktur aufweist. Das Halbleiterpaket kann ein Gehäuse umfassen, das eine Wand aufweist, die eingerichtet ist, um einen Raum zu umgeben, in dem ein Halbleiterchip eingebaut ist, und eine Prismenplatte, die eine Prismenfläche, die aus einer Vielzahl von Prismenspitzen und einer Vielzahl von Prismentälern besteht, und eine flachen Oberfläche, die der Prismenfläche zugewandt ist, aufweist, wobei die Prismenfläche dem Halbleiterchip zugewandt ist und die ebene Oberfläche mit einer Abdeckung gekoppelt ist, wobei ein Damm, der sich in einer Richtung erstreckt, die sich von einer Erstreckungsrichtung der Prismenspitze unterscheidet, auf der Prismenfläche ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform ist die Erstreckungsrichtung des Dammes senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Prismenspitze.
In einer Ausführungsform kann der Damm in der Vielzahl der Prismentäler ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann der Damm in der Nähe einer Seitenfläche der Prismenplatte ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann die Höhe des Dammes gleich der Höhe der Prismenspitze sein.
In einer Ausführungsform kann ein Querschnitt des Dammes ein Dreieck sein.
In einer Ausführungsform kann ein Querschnitt des Dammes ein Rechteck sein.
In einer Ausführungsform kann die Länge des Dammes in der Erstreckungsrichtung kürzer als die Prismenplatte sein.
In einer Ausführungsform kann der Halbleiterchip ein Bildsensor sein.
In einer Ausführungsform kann das Halbleiterpaket des Weiteren eine den optischen Pfad verlängernde Schicht, die auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, und ein Mikrolinsenarray, das auf einer oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht angeordnet ist, aufweisen.
In einer Ausführungsform können die Vielzahl von Prismenspitzen und die Vielzahl von Prismentälern durch eine Vielzahl von ersten geneigten Flächen und eine Vielzahl von zweiten geneigten Flächen ausgebildet sein, die abwechselnd angeordnet sind, wobei ein Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche und ein Neigungswinkel der zweiten geneigten Fläche voneinander verschieden sind.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zum leichteren Verständnis der Erfindung werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die in den Zeichnungen dargestellten Konfigurationen sind Beispiele für die Beschreibung der Erfindung und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein. Insbesondere sind in den Zeichnungen einige Elemente zum Zwecke des leichten Verständnisses der Erfindung leicht überzeichnet dargestellt. Da die Zeichnungen dazu dienen, die Erfindung leicht zu verstehen, ist zu beachten, dass sich die Breiten, Dicken und dergleichen der in den Zeichnungen dargestellten Elemente zum Zeitpunkt der tatsächlichen Ausführung der Erfindung ändern können.

1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Teil eines Displays eines elektronischen Geräts darstellt, an das ein Display gekoppelt ist, das eine Fingerabdruckerfassungsfunktion aufweist;
2A und 2B stellen ein Konzept zur Erzeugung eines Fingerabdruckbildes im Diffusionsverfahren dar unter Verwendung von Feldlicht oder Umgebungslicht;
3A, 3B, 3C und 3D sind Diagramme, die schematisch ein Funktionsprinzip der Erstellung des Fingerabdruckbildes im Diffusionsverfahren veranschaulichen;
4 ist eine Schnittdarstellung des Displays entlang der Linie I-I' in 1, das in der Lage ist, aufgenommen Fingerabdrücke zu erfassen;
5 veranschaulicht ein Verfahren zur Anordnung der Bildsensorebene und des Anzeigefeldes bei der Herstellung des Displays, das in 4 gezeigt wird;
6 stellt eine Querschnittsansicht des Anzeigefeldes nach einer Ausführungsform dar;
7 stellt eine Querschnittsansicht der mit dem Anzeigefeld gekoppelten Bildsensorebene dar;
8 stellt eine Querschnittsansicht des Anzeigefeldes nach einer anderen Ausführungsform dar;
9 stellt eine Querschnittsansicht der mit dem Anzeigefeld gekoppelten Bildsensorebene dar;
10 stellt einen Halbleiterchip dar, der einen Ausrichtungsbalken zur Kopplung an eine obere Struktur aufweist;
11 stellt einen aktiven Bereich und einen Randbereich auf dem in 10 gezeigten Halbleiterchip dar;
12A und 12B veranschaulichen ein Verfahren zum Formen des in 10 gezeigten Ausrichtungsbalkens;
13A, 13B, 13C und 13D stellen das Reflow-Verfahren des Mikrolinsenmusters und des Ausrichtungsbalkenmusters, die in 11 gezeigt sind, dar;
14A und 14B stellen einen Halbleiterchip und eine über dem Halbleiterchip angeordnete obere Struktur dar;
15A, 15B, 15C und 15D stellen Ausrichtungsbalken dar, die aus den Ausrichtungsbalkenmustern ausgebildet sind;
16A, 16B und 16C stellen eine Fehlausrichtung dar, die aufgrund eines Spalts zwischen Mikrolinsen auftritt;
17A und 17B stellen eine präzise Ausrichtung mit Hilfe des Ausrichtungsbalkens dar;
18 stellt den Halbleiterchip mit vertikalen Ausrichtungsbalken zur Ausrichtung der oberen Struktur dar;
19 stellt ein Halbleiterpaket mit einer Prismenplatte dar, auf der eine Dammstruktur ausgebildet ist;
20 stellt eine Ausführungsform der Prismenplatte mit Dammstruktur dar;
21 stellt die Dammstruktur der Prismenplatte dar;
22A und 22B stellen ein Verfahren zum Anbringen des Gehäuses des Halbleiterpakets an der in 20 gezeigten Prismenplatte dar;
23 stellt eine weitere Ausführungsform der Prismenplatte mit Dammstruktur dar;
24A, 24B und 24C stellen einen Vorgang der Kopplung des Gehäuses des Halbleiterpakets an die in 23 gezeigte Prismenplatte dar;
25 stellt eine Prismenplattenform dar; und
26A, 26B und 26C stellen eine weitere Ausführungsform der Prismenplatten mit Dammstruktur dar.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen, die im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, können einzeln oder in Kombination mit anderen Ausführungsformen umgesetzt werden. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf eine bestimmte Ausführungsform zu beschränken, und es sollte verstanden werden, dass alle Änderungen, Modifikationen, Äquivalente oder Ersetzungen innerhalb des Geistes und Umfangs der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind. Insbesondere kann jede der Funktionen, Merkmale und/oder Ausführungsformen unabhängig oder gemeinsam mit anderen Ausführungsformen umgesetzt werden. Dementsprechend ist zu beachten, dass der Umfang der Erfindung nicht auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist.
Unter den in dieser Spezifikation verwendeten Begriffen werden einerseits Begriffe wie „im Wesentlichen“, „fast“ und „ungefähr“ verwendet, um eine Marge oder einen Fehler zum Zeitpunkt der tatsächlichen Ausführung zu berücksichtigen. Zum Beispiel sollte „im Wesentlichen 90 Grad“ so ausgelegt werden, dass es Winkel einschließt, bei denen die gleichen Vorteile wie bei 90 Grad erwartet werden können. Zum Beispiel sollte „fast null“ so ausgelegt werden, dass es eine minimal vorhandene, aber vernachlässigbare Größe einschließt.
Andererseits wird, sofern nicht anders beschrieben, „seitlich“ oder „horizontal“ verwendet, um eine Rechts-Links-Richtung in den Zeichnungen zu beschreiben, und „vertikal“ wird verwendet, um eine Aufwärts-Abwärts-Richtung in den Zeichnungen zu beschreiben. Sofern nicht anders definiert, werden ein Winkel, ein Einfallswinkel und dergleichen in Bezug auf eine virtuelle gerade Linie senkrecht zu einer in den Zeichnungen dargestellten horizontalen ebenen Fläche definiert.
In den beigefügten Zeichnungen wird auf gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen verwiesen.
1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Teil eines Displays eines elektronischen Geräts darstellt, an das ein Display gekoppelt ist, das eine Fingerabdruckerfassungsfunktion aufweist.
Ein elektronisches Gerät kann ein Display 20 und eine Bildsensorebene 10 oder einen Fingerabdruck-Bildsensor (10' in 10) enthalten. Die Bildsensorebene 10 oder der Fingerabdruck-Bildsensor 10' sind in der Lage, ein Fingerabdruckbild zu erzeugen, indem sie ein Bild eines Fingerabdrucks von einem Finger 50 erfassen, der auf einer darüber angeordneten Glasabdeckung 30 positioniert ist. Das Display 20 umfasst ein Anzeigefeld 21, das eine Prismenfläche 22 aufweist. Die Bildsensorebene 10 kann auf einem Teil oder der gesamten Prismenfläche ausgebildet oder mit einem Teil oder der gesamten Prismenfläche gekoppelt werden, um das Fingerabdruckbild an einer beliebigen Stelle zu erstellen. Der Fingerabdruck-Bildsensor 10' kann auf einer unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 angeordnet sein und das Fingerabdruckbild an der angeordneten Stelle erstellen. Mit Ausnahme eines Bereiches auf der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21, der Stelle, an der das Fingerabdruckbild erzeugt werden kann, und/oder der Art und Weise der Anbringung an dem Anzeigefeld 21 sind die Bildsensorebene 10 und der Fingerabdruck-Bildsensor 10' im Prinzip und im Aufbau im Wesentlichen identisch; im Folgenden wird hauptsächlich die Bildsensorebene 10 beschrieben.
1 stellt als Beispiel für das elektronische Gerät ein Smartphone dar, an dessen vorderer Oberfläche eine Glasabdeckung 30 angebracht ist. Obere und untere beschichtete Bereiche 32a und 32b, die Bereiche für das Freilegen eines Displays 20 definieren, sind auf oder unter der unteren Oberfläche der Glasabdeckung 30 ausgebildet. Andererseits können rechte und linke beschichtete Bereiche (nicht abgebildet) mit beiden Enden der oberen und unteren beschichteten Bereiche 32a und 32b verbunden sein, abhängig vom Typ des elektronischen Geräts. Das Display 20 weist eine relativ große Fläche auf, und ein Lautsprecher, eine Kamera und/oder ein Sensor, die eine relativ kleine Fläche aufweisen, können auf der vorderen Oberfläche des elektronischen Geräts angeordnet werden. Die Glasabdeckung 30 bedeckt die gesamte Anzeige 20, oder sie kann je nach Art des elektronischen Geräts einen Teil oder die gesamte vordere Oberfläche des elektronischen Geräts abdecken. Die Anzeige 20 befindet sich unterhalb der Glasabdeckung 30, und eine Bildsensorebene 10 befindet sich unterhalb der Anzeige 20.
Die Bildsensorebene 10 kann so eingerichtet sein, dass das Fingerabdruckbild unter Verwendung von Licht, das das Anzeigefeld 21 erzeugt (im Folgenden als „Feldlicht“ bezeichnet), und/oder von Umgebungslicht erstellt wird. Bei dem Umgebungslicht handelt es sich um direktes Licht oder reflektiertes Licht von der Sonne oder anderen künstlichen Beleuchtungen, mit Ausnahme des Feldlichtes. Wie das Feldlicht kann das Umgebungslicht Licht in einem Bereich zwischen Rot und nahem Infrarot enthalten, das durch die Haut eines Fingers gestreut werden kann.
2A und 2B veranschaulichen ein Konzept zur Erzeugung eines Fingerabdruckbildes im Diffusionsverfahren unter Verwendung von Feldlicht oder Umgebungslicht.
Wie in 2A und 2B dargestellt, kann das Diffusionsverfahren das Fingerabdruckbild erstellen, indem sie das Phänomen nutzt, dass das von dem Anzeigefeld 21 erzeugte Feldlicht 34 oder das Umgebungslicht 33 durch die Haut gestreut werden kann. Wenn ein Grat des Fingerabdrucks die Glasabdeckung 30 berührt, kann Licht, das durch die Haut gestreut wird, an einem Kontaktpunkt zwischen der Glasabdeckung 30 und dem Grat auf die Glasabdeckung 30 einfallen. Der Kontaktpunkt kann als unendliche Punktlichtquelle dienen. Andererseits wird Licht, das aus einem Tal des Fingerabdrucks austritt, in einem begrenzten Winkel gebrochen, da es durch eine Grenzfläche zwischen Luft und der Glasabdeckung 30 auf die Glasabdeckung 30 einfällt. Somit besteht ein nicht überlappender Bereich zwischen dem Einfallswinkel des Lichts von dem Grat und dem Einfallswinkel des Lichts aus dem Tal, und ein Zieleinfallswinkel kann aus dem nicht überlappenden Bereich gewählt werden. Da das Licht von dem Grat des Fingerabdrucks erfasst wird, erscheint im Fingerabdruckbild nach dem Diffusionsverfahren der Grat relativ heller und das Tal relativ dunkler. Das Schema zur Erstellung des Fingerabdruckbildes nach dem Diffusionsverfahren wird unter Bezugnahme auf 3 und 6 bis 8, ausführlich beschrieben.
In einer Ausführungsform kann eine Lichtquelle zur Erzeugung des für die Erstellung des Fingerabdruckbildes benötigten Feldlichtes 34 das Anzeigefeld 21 sein. Das Anzeigefeld 21 kann das auf den Finger einfallende Feldlicht 34 erzeugen, indem eine Kombination von R-, G- und B-Pixeln eingeschaltet wird. Das Feldlicht 34 kann sichtbares Licht wie beispielsweise weißes oder rotes Licht sein. 2A zeigt zwar das senkrecht auf den Finger 50 einfallende Feldlicht 34, aber dies ist nur eine verkürzte Darstellung und nicht dazu gedacht, eine Richtung des Feldlichts 34 auf eine senkrechte Richtung zu begrenzen. Wenn der Finger 50 auf einem Fingerabdruckerfassungsbereich 31 auf dem Anzeigefeld 21 des elektronischen Geräts positioniert wird, kann eine Kombination von R-, G- und B-Pixeln, die unter dem oder außerhalb des Fingerabdruckerfassungsbereichs 31 positioniert sind, eingeschaltet werden.
In einer anderen Ausführungsform kann das Display das Fingerabdruckbild auch nur mit dem Umgebungslicht erzeugen, in einer Umgebung, in der das Umgebungslicht eine für die Erstellung des Fingerabdruckbildes ausreichende Lichtintensität liefert, beispielsweise im Freien. Währenddessen, obwohl 2A das senkrecht auf den Finger 50 einfallende Umgebungslicht 33 darstellt, ist dies für eine kurze Darstellung gedacht und soll nicht eine Richtung des Umgebungslichts 33 auf eine senkrechte Richtung begrenzen. Ein Anzeigetreiber, der für die Ansteuerung des Anzeigefeldes 21 eingerichtet ist, und/oder ein Anwendungsprozessor des elektronischen Geräts kann eine Messung erhalten, die die Helligkeit des Umgebungslichts von einem Beleuchtungsstärkesensor anzeigt, und kann auf der Grundlage der Messung bestimmen, ob das Anzeigefeld 21 als Lichtquelle verwendet wird. Wenn es beispielsweise möglich ist, das Fingerabdruckbild nur mit dem Umgebungslicht zu erstellen, braucht der Anzeigetreiber und/oder der Anwendungsprozessor die Kombination von R-, G- und B-Pixeln, die unter oder außerhalb des Fingerabdruckerfassungsbereichs 31 positioniert sind, nicht einschalten.
3A, 3B, 3C und 3D sind Diagramme, die schematisch ein Funktionsprinzip der Erstellung des Fingerabdruckbildes nach dem Diffusionsverfahren veranschaulichen, bei dem ein Teil des in 1 dargestellten Fingerabdruckerfassungsbereichs 31 vergrößert wird.
Unter Bezugnahme auf 3A weist die Bildsensorebene 10 eine Struktur auf, bei der nur Lichtstrahlen mit einem Zieleinfallswinkel aus den Lichtstrahlen, die von den Graten eines Fingerabdrucks auf die Bildsensorebene 10 einfallen, zu den Lichtaufnahmeabschnitten der Bildsensorebene 10 gelangen und Lichtstrahlen mit anderen Winkeln als dem Zieleinfallswinkel nicht zu den Lichtaufnahmeabschnitten gelangen. Das heißt, wenn Lichtstrahlen auf die Haut einfallen, dienen die Lichtstrahlen als unendliche Punktlichtquellen auf der Haut des Fingers 50. Wenn der Finger auf der Glasabdeckung 30 positioniert ist, emittieren ein Teil, der mit der Glasabdeckung 30 in Kontakt ist, wie beispielsweise Grate des Fingerabdrucks, und ein Teil, der nicht mit der Glasabdeckung 30 in Kontakt ist, wie beispielsweise Täler des Fingerabdrucks, Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Glasabdeckung 30. Insbesondere die von den Tälern des Fingerabdrucks ausgehenden Lichtstrahlen durchdringen die Luft zwischen der Haut und der Glasabdeckung 30 und fallen dann auf die Glasabdeckung 30. Dementsprechend ist der Bereich der Einfallswinkel der aus den Tälern des Fingerabdrucks emittierten Lichtstrahlen schmaler als der Bereich der Einfallswinkel der von den Graten des Fingerabdrucks auf die Glasabdeckung 30 einfallenden Lichtstrahlen. Ein Fingerabdruckbild kann mit Lichtstrahlen mit einem Einfallswinkel erstellt werden, die nur von den Graten des Fingerabdrucks ausgehen, mit Ausnahme von Lichtstrahlen mit dem gemeinsamen Einfallswinkelbereich. Dieses Prinzip wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3B bis 3D ausführlich beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3B umfasst ein Fingerabdruck Grate und Täler, wobei die Grate mit der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 in Kontakt kommen und die Täler nicht mit der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 in Kontakt kommen. Ein Schutzmedium ist ein optisch transparentes Medium, das Lichtstrahlen durchlassen kann und Schäden an der Außenfläche des elektronischen Geräts verhindert. Ein Beispiel für das Schutzmedium ist die Glasabdeckung 30, die an die vordere Oberfläche eines Mobiltelefons gekoppelt ist und das Anzeigefeld 21 schützt. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Glasabdeckung 30 ein Beispiel für das Schutzmedium ist.
Die Grate und Täler eines Fingerabdrucks dienen als mehrere Lichtquellen, die Lichtstrahlen von der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 auf die lichtempfangenden Teile der Bildsensorebene 10 richten. Punkte A, an denen die Grate mit der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 in Kontakt kommen, dienen als Lichtquellen, emittieren Lichtstrahlen in alle Richtungen und leiten Lichtstrahlen von der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 auf die Innenseite der Glasabdeckung 30. Andererseits gelangen die Lichtstrahlen, die von den Tälern, die nicht mit der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 in Berührung kommen, durch die Luft zwischen den Tälern und der Glasabdeckung 30 zu den Punkten B auf der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30, so dass die Lichtstrahlen an den Punkten B gebrochen werden. Dementsprechend gehören die Einfallswinkel θ_r der Lichtstrahlen, die von den Punkten A auf die Glasabdeckung 30 einfallen, zu einem Bereich von etwa 0 Grad bis etwa 180 Grad, und die Einfallswinkel θ_v der Lichtstrahlen, die an den Punkten B auf die Glasabdeckung 30 einfallen, gehören aufgrund eines Unterschieds zwischen einem Brechungsindex der Luft und einem Brechungsindex der Glasabdeckung zu einem relativ engen Bereich im Vergleich zu den Einfallswinkeln θ_r der Glasabdeckung. Hier wird angenommen, dass der Glasabdeckungs-Einfallswinkel von Lichtstrahlen, die nach links gerichtet werden, um im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 zu sein, 0 Grad beträgt, der Glasabdeckungs-Einfallswinkel der Lichtstrahlen, die auf die obere Oberfläche der Glasabdeckung einfallen, um im Wesentlichen senkrecht dazu zu sein, 90 Grad beträgt, und der Glasabdeckungs-Einfallswinkel von Lichtstrahlen, die nach rechts gerichtet werden, um im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 30 zu sein, 180 Grad beträgt. Hier wird der Winkel eines Lichtstrahls, der auf die Glasabdeckung 30 einfällt, als Einfallswinkel der Glasabdeckung definiert.
Die Bildsensorebene 10 ist mit der Unterseite des Anzeigefeldes 21 gekoppelt. Im Gegensatz zu einer LCD, die eine zusätzliche Struktur zur Erzeugung von Lichtstrahlen benötigt, wie beispielsweise eine Hintergrundbeleuchtung oder einen Reflektor auf der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21, benötigt eine AMOLED oder eine Quantenpunktanzeige keine zusätzliche Struktur, da ein Einheitspixel selbst einen Lichtstrahl erzeugt. Andererseits sind Elektroden und/oder Verdrahtungen, die einen beträchtlichen Teil einer Pixeleinheitsfläche des Anzeigefeldes 21 einnehmen, aus lichtundurchlässigem Material ausgebildet, wie beispielsweise Metall, und können voneinander beabstandet oder aufeinander gestapelt werden, indem optisch transparentes Material wie beispielsweise IMD zur elektrischen Isolierung verwendet wird. Aufgrund des transparenten Materials besteht zwischen Elektroden und/oder Verdrahtungen ein Bereich oder ein Raum, durch den Licht hindurchgelangen kann. Dementsprechend kann das Anzeigefeld 21, das zwischen der Glasabdeckung 30 und der Bildsensorebene 10 angeordnet ist, einen erweiterten optischen Pfad bereitstellen, durch den die von der Glasabdeckung 30 einfallenden Lichtstrahlen hindurchtreten können. Mit anderen Worten, es sind im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse zu erwarten wie bei der Ausbildung der Bildsensorebene 10 auf der unteren Oberfläche einer Glasabdeckung, die dicker ist als eine übliche Glasabdeckung. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird, besitzt die Bildsensorebene 10 eine Struktur zur Auswahl eines Einfallswinkels eines zu erfassenden Lichtstrahls. Dementsprechend können selbst dann, wenn ein Phänomen auftritt, bei dem die von dem Anzeigefeld 21 einfallenden Lichtstrahlen bis zu einem gewissen Grad gebrochen werden, Lichtstrahlen mit dem Zieleinfallswinkel unterhalb des Anzeigefeldes 21 erkannt werden, indem eine oder mehrere Bedingungen für die Auswahl des Zieleinfallswinkels der Lichtstrahlen eingestellt werden.
Die mit einer Prismenfläche 22 gekoppelte Bildsensorebene 10 wählt aus den Lichtstrahlen, die durch die Glasabdeckung 30 und das Anzeigefeld 21 auf die oberen Oberfläche der Bildsensorebene 10 einfallen, Lichtstrahlen mit einem vorbestimmten Zieleinfallswinkel θ₁ aus. Die Prismenfläche 22 und eine Mikrolinse 11 bilden eine Lichtauswahlstruktur. 3C zeigt Lichtstrahlen mit einem Einfallswinkel θ_r' , der durch die Lichtauswahlstruktur aus Lichtstrahlen ausgewählt wird, die auf die obere Oberfläche der Bildsensorebene 10 einfallen, und 3D zeigt Lichtstrahlen mit dem Zieleinfallswinkel θ₁ , die aus Lichtstrahlen mit dem Einfallswinkel θ_r' schließlich in den lichtempfangenden Teilen des Bildsensors ankommen. Das heißt, die Lichtauswahlstruktur wählt Lichtstrahlen mit dem Zieleinfallswinkel aus, indem sie Lichtstrahlen mit einem vorbestimmten Einfallswinkel auf den Boden der Bildsensorebene 10 lenkt, an dem sich die lichtempfangenden Teile positioniert sind. In der folgenden Beschreibung wird ein Lichtstrahl mit dem Ziel-Einfallswinkel θ₁ als Ziel-Lichtstrahl bezeichnet.
Konkret blockiert die Lichtauswahlstruktur in 3C Lichtstrahlen, die auf der linken Seite der Punkte A und B einfallen, von Lichtstrahlen, die auf die Bildsensorebene 10 einfallen, und blockiert zusätzlich Lichtstrahlen, die den gleichen Einfallswinkel wie der Einfallswinkel der Lichtstrahlen haben, die auf der rechten Seite der Punkte B einfallen, von Lichtstrahlen, die auf der rechten Seite der Punkte A einfallen. Dementsprechend können Lichtstrahlen mit dem Einfallswinkel θ_r ausgewählt werden. Wenn beispielsweise der Einfallswinkel θ_r einer Glasabdeckung in einen Bereich von etwa 0 Grad bis etwa 180 Grad und der Einfallswinkel θ_v , einer Glasabdeckung in einen Bereich von etwa 42 Grad bis etwa 132 Grad fällt, gehört der Einfallswinkel θ_r' in einen Bereich von etwa 132 Grad bis etwa 140 Grad, was nur ein Beispiel ist und je nach den Eigenschaften der Lichtauswahlstruktur variieren kann.
In 3D können Lichtstrahlen mit dem Zieleinfallswinkel θ₁ , die auf die lichtempfangenden Teile auftreffen sollen, aus den durch die Lichtauswahlstruktur ausgewählten Lichtstrahlen ausgewählt werden. Wenn beispielsweise der Einfallswinkel θ_r' in einen Bereich von 132 Grad bis 140 Grad fällt, dann fällt der Zieleinfallswinkel θ₁ in einen Bereich von 135 Grad bis 140 Grad, was nur ein Beispiel ist und je nach Eigenschaften der Lichtauswahlstruktur wie Position, Durchmesser und Größe der Mikrolinsen variieren kann. Hier werden die Lichtstrahlen mit dem Zieleinfallswinkel θ₁ beim Durchgang durch die Lichtauswahlstruktur gebrochen, und der Winkel θr zum Zeitpunkt des endgültigen Eintreffens in den lichtempfangenden Teilen kann von dem Zieleinfallswinkel θ₁ verschieden sein. In 3C und 3D ist eine Struktur zum Blockieren von Lichtstrahlen dargestellt, die links von den Punkten A einfallen, und die Erstellung eines Fingerabdruckbilds ist dargestellt, und im Wesentlichen dasselbe Fingerabdruckbild kann mit einer Struktur zum Blockieren von Lichtstrahlen erstellt werden, die rechts von den Punkten A einfallen.
Da der Zieleinfallswinkel θ₁ ein Winkel ist, der nur durch Lichtstrahlen, die von den Graten des Fingerabdrucks erzeugt werden, eingenommen werden kann, kann mit dem Zieleinfallswinkel θ₁ ein klares Fingerabdruckbild mit einem hohen Kontrastverhältnis erstellt werden. Wie in 3B dargestellt, treffen, wenn der Fingerabdruck auf der Glasabdeckung 30 positioniert ist, zusätzlich zu den Lichtstrahlen von den Graten auch Lichtstrahlen aus den Tälern auf die Glasabdeckung. Da ein optischer Fingerabdrucksensor nach dem Stand der Technik eine Struktur zur Erfassung senkrecht einfallender Lichtstrahlen hat, werden zusätzlich zu den Lichtstrahlen, die im Wesentlichen senkrecht auf die oberen Oberflächen der Lichtempfangsabschnitte von den Tälern einfallen, auch Lichtstrahlen erfasst, die im Wesentlichen senkrecht auf die oberen Oberflächen der Lichtempfangsabschnitte aus den Graten einfallen. Dementsprechend wird ein Fingerabdruckbild erstellt, in dem eine Grenze zwischen einem Grat und einem Tal des Fingerabdrucks nicht klar ist. Da andererseits das erfindungsgemäße Display, das in der Lage ist, einen Fingerabdruck zu erkennen, eine Struktur aufweist, um aus den Lichtstrahlen, die aufgrund einer Kontaktfläche eines Fingerabdrucks erzeugt werden, nur zumindest einen Teil der auf den Graten basierenden Lichtstrahlen zu erkennen, ist es möglich, ein klareres Fingerabdruckbild zu erzeugen als der optische Fingerabdrucksensor nach dem entsprechenden Stand der Technik.
4 ist eine Schnittdarstellung des Displays entlang der Linie I-I' in 1, das in der Lage ist, aufgenommen Fingerabdrücke zu erfassen.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst die Bildsensorebene 10 die Mikrolinse 11, eine den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 und einen Bildsensor 13, und eine Anzeige 20 umfasst das Anzeigefeld 21 mit der Prismenfläche 22. Die Glasabdeckung 30 ist mit der oberen Oberfläche des Anzeigefeldes 21 gekoppelt.
Die untere Oberfläche des Anzeigefeldes 21 ist die Prismenfläche 22, auf der abwechselnd Prismentäler und Prismenspitzen ausgebildet sind. Die obere Oberfläche des Anzeigefeldes 21 ist mit der Glasabdeckung 30 gekoppelt, so dass das Licht, das das Anzeigefeld 21 erzeugt, durch die Glasabdeckung 30 nach außen dringen kann. Die Prismentäler und die Prismenspitzen auf der Prismenfläche 22 sind durch die erste geneigte Fläche 221 und die zweite geneigte Fläche 222 gebildet. Die Prismentäler sind der Glasabdeckung 30 zugewandt, und die Prismenspitzen sind der Mikrolinse zugewandt. Die Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 221 und der zweiten geneigten Fläche können im Wesentlichen identisch oder unterschiedlich sein.
Die Bildsensorebene 10 umfasst den Bildsensor 13, die über dem Bildsensor 13 angeordnete, den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 und eine Vielzahl von Mikrolinsen 11, die auf der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ausgebildet sind. Die Vielzahl von Mikrolinsen 11 bricht als zweites Lichtstrahlen, die von der Prismenfläche 22 zuerst gebrochen werden, damit sie sich in Richtung des lichtempfangenden Teils 131 in dem Bildsensor 13 ausbreiten.
Die Lichtauswahlstruktur umfasst die Prismenfläche 22 des Anzeigefeldes 21 und die über der Bildsensorebene 10 gebildete Vielzahl von Mikrolinsen 11. Durch die Lichtauswahlstruktur kann der Lichtstrahl, der den Zieleinfallswinkel aufweist, den Lichtempfangsteil des Bildsensors 13 erreichen, aber Lichtstrahlen mit einem anderen Einfallswinkel als dem Zieleinfallswinkel können den Lichtempfangsteil nicht erreichen. Da in dem Anzeigefeld 21 ein Bereich, durch den ein Lichtstrahl nicht hindurchtreten kann, relativ größer ist als ein Bereich, durch den ein Lichtstrahl hindurchtreten kann, sollten die Prismenfläche 22 und die Vielzahl von Mikrolinsen 11 auf dem Bereich positioniert sein, durch den ein Lichtstrahl hindurchtreten kann. Das heißt, wenn die Prismenfläche 22 nicht dem Bereich entspricht, durch den ein Lichtstrahl hindurchtreten kann, kann der Lichtstrahl nicht auf den Bildsensor 13 einfallen. Daher sollte die Lichtauswahlstruktur auf dem Bereich ausgebildet sein, durch den der Lichtstrahl hindurchtreten kann.
In einer Ausführungsform kann die Prismenfläche 22 durch Anbringen einer Prismenplatte auf der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes in einem Herstellungsprozess des Anzeigefeldes ausgebildet sein. Durch Anordnen der Vielzahl von Mikrolinsen innerhalb der Prismentäler nach Anbringen der Prismenplatte auf der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 kann die Lichtauswahlstruktur vervollständigt werden. Dieses Herstellungsverfahren ist vorteilhafter als ein Verfahren, bei der eine bereits mit den Mikrolinsen gekoppelte obere Oberfläche der Prismenplatte auf der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 angebracht wird. Wenn die Prismenplatte bei dem Herstellungsverfahren des Anzeigefeldes gekoppelt wird, ist es sehr einfach, die Prismentäler und/oder die Prismenspitzen entlang des Bereichs, durch den Licht gelangen kann, auszurichten.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Prismenfläche 22 auf der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 ausgebildet sein. Die Prismenfläche umfasst die Prismenspitzen und die Prismentäler, die abwechselnd angeordnet sind. Die Prismenspitzen und die Prismentäler können durch Ätzen einer Unterseite des Substrats ausgebildet sein, auf der die Prismenspitzen und die Prismentäler nicht ausgebildet sind. Die Prismenfläche 22 kann zumindest auf einem Teil oder auf der gesamten unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 ausgebildet sein. Insbesondere wenn die Prismenfläche 22 auf der gesamten unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 ausgebildet ist, kann die Bildsensorebene 10 an jeder beliebigen Stelle mit der Prismenfläche 22 gekoppelt werden.
Es ist vorteilhaft, dass das Anzeigefeld 21, das die Prismenfläche 22 aufweist, die Kosten für die Implementierung einer Funktion zur Erfassung von Fingerabdrücken auf dem Display reduzieren kann. Im Stand der Technik zur Implementierung einer Fingerabdruckerfassungsfunktion muss eine Pixelstruktur des Anzeigefeldes verändert werden. Andererseits braucht die Pixelstruktur bei der Verwendung eines verpackten Fingerabdruckerkennungsgeräts nicht geändert werden. Es ist jedoch eine präzise Anordnung erforderlich, um es an dem Anzeigefeld zu befestigen, und wenn es nicht korrekt angeordnet ist, funktioniert es möglicherweise nicht richtig. Darüber hinaus werden sich aufgrund der Verpackungskosten die Herstellungskosten für das Anzeigefeld erhöhen.
5 veranschaulicht ein Verfahren zur Anordnung der Bildsensorebene und des Anzeigefeldes bei dem Vorgang der Herstellung des Displays, das in 4 gezeigt wird.
Das Anzeigefeld 21 und die Prismenfläche 22 sollten so angeordnet werden, dass der Ziel-Lichtstrahl auf den Bildsensor 13 auftrifft. Die Prismenfläche 22 der Prismenplatte weist Prismenspitzen/-täler auf, die in einer Richtung angeordnet sind, und das Anzeigefeld 21 weist komplexe Strukturen auf, wie beispielsweise Verdrahtungen, die parallel oder senkrecht zu den Prismenspitzen/-tälern verlaufen und die Lichtausbreitung beeinflussen können. Daher kann der Bildsensor 13 nur dann ein klares Fingerabdruckbild erstellen, wenn das Anzeigefeld 21 und die Prismenfläche richtig ausgerichtet sind.
So kann beispielsweise die Prismenplatte, die die Prismenfläche aufweist, mit der Unterseite des Anzeigefeldes 21 unter Verwendung optisch transparenter Klebstoffe wie beispielsweise einem transparenten Epoxidharz verbunden werden. Wenn beispielsweise vor dem Aushärten des Klebstoffs ein Licht auf die obere Oberfläche des Anzeigefeldes 21 gerichtet wird, tritt Licht aus der Prismenfläche 22 aus, das durch das Anzeigefeld 21 und die Prismenplatte hindurchtritt. Das Licht von der Prismenfläche 22 weist je nach Ausrichtungszustand zwischen dem Anzeigefeld 21 und der Prismenfläche 22 unterschiedliche Moire-Muster auf.
Der Zustand der Ausrichtung zwischen dem Anzeigefeld 21 und der Prismenfläche 22 kann anhand des Moire-Musters bestimmt werden, das sich auf der Prismenfläche 22 bildet, die optisch mit dem Anzeigefeld 21 gekoppelt ist. Ein Ausrichtungsbild kann erhalten werden, indem eine Kamera 35, die mit einer Prozessanlage (nicht abgebildet) gekoppelt ist, ein Bild von der gesamten oder einem Teil 22a der Prismenfläche 22 aufnehmen lässt. Die Prozessanlage kann die Prismenplatte entsprechend dem auf dem Ausrichtungsbild erscheinenden Moire-Muster so lange drehen oder vertikal/horizontal bewegen, bis das Moire-Muster verschwindet oder eine vorbestimmte Bedingung (beispielsweise Mindestwerte der Musterverschiebung und/oder Musterbreite) auf dem Ausrichtungsbild erfüllt. Ein Anordnungsbild 22a1, das erhalten wird, wenn eine korrekte Ausrichtung nicht erreicht wird, weist das Moire-Muster mit der kürzesten Musterverschiebung und der schmalsten Musterbreite auf. In diesem Zustand kann sich die Prozessanlage im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn drehen oder die Prismenplatte vertikal/horizontal bewegen. Bei den Ausrichtungsbildern 22a2, 22a3, die während der Rotation/Bewegung des Anzeigefeldes 21 und der Prismenfläche 22 oder nach korrekter Ausrichtung aufgenommen wurden, können die Musterverschiebung und die Musterbreite zunehmen. Ein Ausrichtungsbild 22a4 zeigt, dass das Moire-Muster im Zustand der idealen Ausrichtung verschwinden kann.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des Anzeigefeldes gemäß einer Ausführungsform, und 7 zeigt eine Querschnittsansicht der mit dem Anzeigefeld gekoppelten Bildsensorebene.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 umfasst die Bildsensorebene 10 die Vielzahl von Mikrolinsen 11, die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12, und den Bildsensor 13. Die Lichtauswahlstruktur umfasst die Prismenfläche 22, die an das Display gekoppelt oder auf dem Display ausgebildet ist, und die Vielzahl von Mikrolinsen 11. Die Prismenfläche 22 und die Vielzahl von Mikrolinsen 11 wählen den Ziel-Lichtstrahl aus Lichtstrahlen aus, die unter verschiedenen Einfallswinkeln durch die Glasabdeckung 30 und das Anzeigefeld 21 auf die Bildsensorebene 10 einfallen.
In 6 weist die Prismenfläche 22 die ersten geneigten Flächen 221 und die zweiten geneigten Flächen 222 auf. Die ersten geneigten Flächen 221 und die zweiten geneigten Flächen 222, die abwechselnd angeordnet sind, bilden abwechselnd eine Prismenspitze und ein Prismental. Die Prismenspitzen sind der Vielzahl von Mikrolinsen 11 zugewandt, und die Prismentäler sind dem Display zugewandt.
Die ersten geneigten Flächen 221 der Prismenfläche 22 brechen die Lichtstrahlen 40, 41 und 42, die sich von der oberen linken Seite zu der unteren rechten Seite ausbreiten, und die zweiten geneigten Flächen 222 brechen die Lichtstrahlen, die sich von der oberen rechten Seite zu der unteren linken Seite ausbreiten. Zu diesem Zweck ist die erste geneigte Fläche 221 schräg zwischen einer Prismenspitze 223a und einem Prismental 224b gebildet, und die zweite geneigte Fläche 222 ist schräg zwischen einer Prismenspitze 223a und einem Prismental 224a gebildet. In 6 ist ein Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 221 θ_P1, und ein Neigungswinkel der zweiten geneigten Fläche 222 ist θ_P2. In der in 6 gezeigten Ausführungsform unterscheiden sich θ_P1 und θ_P2 voneinander, aber θ_P1 und θ_P2 können auch im Wesentlichen gleich sein. In 6 wird angenommen, dass θ_P1 im Bereich von etwa 15 Grad bis etwa 20 Grad und θ_P2 im Bereich von etwa 30 Grad bis etwa 50 Grad liegt. Mit Zunahme von θ_P2 kann die Lichtintensität des auf den lichtempfangenden Teil 131 auftreffenden Ziel-Lichtstrahls zunehmen. Ein Innenwinkel der Prismenspitzen und der Prismentäler, die durch die ersten geneigten Flächen 221 und die zweiten geneigten Flächen 222 ausgebildet sind, beträgt θ_P1 + θ_P2, und der Zieleinfallswinkel, unter dem die Lichtstrahlen auf den lichtempfangenden Teil 131 einfallen, kann in Abhängigkeit vom Innenwinkel θ_P1 + θ_P2 oder einem Prismenabstand (d.h. einem Abstand zwischen der Prismenspitze 223a und der Prismenspitze 223b oder einem Abstand zwischen dem Prismental 224a und dem Prismental 224b) bestimmt werden.
Die zweite geneigte Fläche 222 kann Lichtstrahlen blockieren, die sich von der oberen rechten Seite zu der unteren linken Seite ausbreiten. Zu diesem Zweck kann auf der Oberfläche der zweiten geneigten Fläche 222 eine lichtabsorbierende Schicht mit einem lichtabsorbierenden Material ausgebildet sein. Die lichtabsorbierende Schicht, die auf der Oberfläche der zweiten geneigten Flächen 222 gebildet wird, absorbiert Lichtstrahlen, die sich von der oberen rechten Seite zu der unteren linken Seite ausbreiten. Infolgedessen gelangen Lichtstrahlen, die einen anderen Einfallswinkel als den Zieleinfallswinkel haben, nicht in die lichtempfangenden Teile 131 hinein.
In 7 bricht die Vielzahl von Mikrolinsen 11 die Lichtstrahlen, die durch die Prismenfläche 22 hindurchgehen, um sich zu einem unteren Teil der Bildsensorebene 10, d.h. dem Bildsensor 13, auszubreiten. Um die Selektivität des Einfallswinkels durch die Vielzahl der Mikrolinsen 11 zu verbessern, kann die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 zwischen der Vielzahl der Mikrolinsen 11 und dem Bildsensor 13 eingefügt werden. Die Dicke der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 kann beispielsweise etwa das Fünffache der mittleren Dicke der Mikrolinse 11 betragen, was jedoch nur ein Beispiel ist, und in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise einer sphärischen Aberration der Mikrolinse 11 oder dem Zieleinfallswinkel, zu- oder abnehmen. Die Brechungsindizes der Vielzahl der Mikrolinsen 11 und der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 können im Wesentlichen gleich sein. In einer Ausführungsform kann eine lichtabsorbierende Schicht 121, die ein lichtabsorbierendes Material enthält, in einigen Bereichen ausgebildet sein, in denen die Vielzahl der Mikrolinsen 11 nicht auf der oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ausgebildet ist. Die lichtabsorbierende Schicht 121 verhindert, dass Lichtstrahlen, die einen anderen Einfallswinkel als den Zieleinfallswinkel aufweisen, durch die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 hindurchgehen und auf den Bildsensor 13 auftreffen.
Anstelle des herkömmlichen Zwecks, die Lichtintensität der auf die lichtempfangenden Teile 131 einfallenden Lichtstrahlen zu erhöhen, wird die Vielzahl der Mikrolinsen 11 zu dem Zweck verwendet, nur Lichtstrahlen mit einem bestimmten Winkel auf die lichtempfangenden Teile 131 in der Bildsensorebene 10 auftreffen zu lassen. Die Vielzahl von Mikrolinsen 11 befindet sich unterhalb der Prismenfläche 22 und ist von der Prismenfläche 22 beabstandet. Dementsprechend ist ein Stoff mit einem Brechungsindex, der sich von den Brechungsindizes der Prismenfläche 22 oder der Vielzahl von Mikrolinsen unterscheidet, wie beispielsweise Luft, zwischen der Prismenfläche 22 und der Vielzahl von Mikrolinsen 11 angeordnet. Durch Einsatz eines Brechungsindexunterschieds zwischen der Prismenplatte und der Luft und eines Brechungsindexunterschieds zwischen der Luft und der Mikrolinse kann der Ziel-Lichtstrahl aus Lichtstrahlen, die sich von der oberen Oberfläche der Glasabdeckung 200 ausbreiten, durch einen richtig ausgestalteten optischen Pfad hindurchgehen, und Lichtstrahlen mit anderen Einfallswinkeln als dem Zieleinfallswinkel können von dem optischen Pfad abgelenkt werden.
Der Bildsensor 13 umfasst die lichtempfangenden Teile 131, die auf einem Substrat 130 ausgebildet sind, und die Metallschicht 132, die oberhalb oder unterhalb der lichtempfangenden Teile 131 ausgebildet ist. Die lichtempfangenden Teile 131 dienen zur Erfassung einfallender Lichtstrahlen und zur Erzeugung eines Pixelstroms. Der Pixelstrom kann durch die Metallschicht 132 nach außen geleitet werden.
Um die Selektivität des Einfallswinkels zu verbessern, können der Mittelpunkt des lichtempfangenden Teils 131 und der Mittelpunkt der entsprechenden Mikrolinse 11 nicht miteinander zusammenfallen. In 7 befindet sich der lichtempfangende Teil 131 auf der rechten Seite des Mittelpunkts der entsprechenden Mikrolinse 11. Hier befindet sich der lichtempfangende Teil 131 an einer Position, die von dem Ziel-Lichtstrahl erreicht werden kann, der von der entsprechenden Mikrolinse 11 gebrochen wird, und die durch verschiedene Faktoren wie den Zieleinfallswinkel, den Brechungsindex der Mikrolinse 11 und eine Höhe der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12, usw. bestimmt werden kann. Durch diese Anordnung kann die Einfallswinkelselektivität der Bildsensorebene 10 verbessert werden.
Um andererseits die Selektivität des Einfallswinkels zu verbessern, wird die Breite jedes lichtempfangenden Teils 131 kleiner als der Durchmesser jeder Mikrolinse 11 eingestellt. Wenn die Breite des lichtempfangenden Teils 131 relativ groß ist, können auch Lichtstrahlen mit einem anderen Winkel als dem Zieleinfallswinkel erfasst werden. Wenn der lichtempfangende Teil 131 an einem Punkt gebildet wird, der von dem Ziel-Lichtstrahl erreicht werden kann, der von der Lichtauswahlstruktur gebrochen wird, erreichen dementsprechend Lichtstrahlen mit einem anderen Einfallswinkel als dem Ziel-Einfallswinkel die untere Oberfläche des Substrats 130, auf der kein lichtempfangender Teil 131 ausgebildet ist.
Die Metallschicht 132 für den optischen Pfad und die elektrische Verdrahtung kann oberhalb des lichtempfangenden Teils 131 (rückwärtige Beleuchtung; BSI) ausgebildet sein. Dagegen kann die Metallschicht 132, die unterhalb des lichtempfangenden Teils 131 ausgebildet ist, nur als elektrische Verdrahtung dienen (vorderseitige Beleuchtung; FSI). Eine Vielzahl von Metallleitungen, die die Metallschicht 132 bilden, bilden eine elektrische Verdrahtung zur Übertragung eines Steuersignals zu den lichtempfangenden Teilen 131 oder zum Ziehen eines von den lichtempfangenden Teilen 131 erzeugten Pixelstroms nach außen. Die Vielzahl der Metallleitungen können durch ein intermetallisches Dielektrikum (IMD) oder ähnliches elektrisch voneinander isoliert sein. Die durch die Vielzahl der Metallleitungen definierten optischen Pfade 133 können durch das IMD ausgebildet sein. Da beispielsweise ein von der Mikrolinse 11 ausgewählter Lichtstrahl schräg auf die Oberfläche des lichtempfangenden Teils 131 einfällt, kann der optische Pfad auch schräg ausgebildet sein. Andererseits kann jeder optische Pfad 133 so ausgebildet sein, dass er eine Schnittfläche aufweist, die relativ schmaler ist als die eines optischen Pfades eines gewöhnlichen CMOS-Bildsensors (CIS). Zum Beispiel können die optischen Pfade 133, die durch die Vielzahl der Metallleitungen definiert sind, so ausgebildet sein, dass sie senkrecht zu der oberen Oberfläche der lichtempfangenden Teile 131 verlaufen. Ein solcher optischer Pfad mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche ist in der offengelegten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2016-0048646 offenbart, die hier als Literatur aufgenommen wird.
Im Folgenden wird das Prinzip der Auswahl eines Ziel-Lichtstrahls in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel auf der Bildsensorebene 10 beschrieben.
7 stellt die Lichtstrahlen 40, 41 und 42 dar, die je nach Einfallswinkel θ auf der Bildsensorebene 10 in horizontaler Richtung an verschiedenen Punkten eintreffen. In der folgenden Beschreibung bezieht sich ein Einfallswinkel auf einen Winkel zwischen einer Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls, wenn der Lichtstrahl auf die Prismenfläche 22 des Anzeigefeldes 21 auftrifft, und einer virtuellen Linie, die senkrecht zu der oberen Oberfläche des Anzeigefeldes 21 verläuft.
Der Lichtstrahl 40 mit einem Einfallswinkel θ größer als der Zieleinfallswinkel θ₁ wird im Uhrzeigersinn durch die erste geneigte Fläche 221 der Prismenfläche 22 und die Mikrolinse 11 gebrochen. Hier ist der Zieleinfallswinkel θ₁ im Wesentlichen der gleiche wie der Einfallswinkel der Glasabdeckung, wenn er sich von der Glasabdeckung 30 ausbreitet. Das Verhältnis, in dem der Lichtstrahl 40 mit einem Einfallswinkel θ größer als der Zieleinfallswinkel θ₁ von der ersten geneigten Fläche 221, die auf die Mikrolinse 11 auftrifft, gebrochen wird, ist relativ geringer als das der anderen Lichtstrahlen 41, 42. Der Lichtstrahl 40 kann auf die erste geneigte Fläche 221 zwischen Punkt f und dem Prismental 224b der Prismenfläche einfallen, und zwar deshalb, weil der Lichtstrahl 40, der sich zwischen Punkt f und der Prismenspitze 223a in Richtung der ersten geneigten Fläche 221 ausbreitet, durch das Tal 224a der Prismenfläche 22 auf der linken Seite der ersten geneigten Fläche 221 blockiert wird. Der Lichtstrahl, der auf die erste geneigte Fläche 221 zwischen Punkt d und dem Prismental 224b der Prismenfläche einfällt, wird gebrochen und breitet sich in Richtung eines Bereichs zwischen benachbarten Mikrolinsen 11 aus. Wenn die lichtabsorbierende Schicht 121 auf diesem Bereich ausgebildet ist, wird der gebrochene Lichtstrahl durch die lichtabsorbierende Schicht 121 blockiert. Der zwischen Punkt e und Punkt d einfallende Lichtstrahl wird gebrochen und breitet sich in Richtung der Mikrolinse 11 aus, aber da der Einfallswinkel am Punkt g stark zunimmt, wird der gebrochene Lichtstrahl 401, der sich in Richtung der rechten Seite des Punktes g auf der Mikrolinse 11 ausbreitet, reflektiert. Somit wird der Lichtstrahl 40, der auf die erste geneigte Fläche 221 zwischen Punkt f und Punkt e auftrifft, von der Mikrolinse gebrochen und breitet sich zum Bildsensor 13 aus. Der Lichtstrahl 402, der auf die erste geneigte Fläche 221 zwischen Punkt f und Punkt e auftrifft und von der Mikrolinse 11 gebrochen wird, kann sich in Richtung Punkt F₄ ausbreiten, wird jedoch von der Metallschicht 132 blockiert.
Der Lichtstrahl 41 mit dem Zieleinfallswinkel θ₁ wird im Uhrzeigersinn an der ersten geneigten Fläche 221 in Richtung der Mikrolinse 11 gebrochen. Da hier der Brechungsindex der Prismenfläche 22 relativ größer ist als der von Luft, ist der Brechungswinkel relativ größer als der Einfallswinkel an der ersten geneigten Fläche 221.
Der von der ersten geneigten Fläche 221 gebrochene Lichtstrahl 411 wird von der Mikrolinse 11 in Richtung des lichtempfangenden Teils 131 gebrochen. Die sphärische Aberration der Mikrolinse 11 wird so bestimmt, dass der Lichtstrahl 41 mit dem Zieleinfallswinkel θ₁ , der von der ersten geneigten Fläche 221 gebrochen wird, sich beim Auftreffen auf die Mikrolinse 11 in Richtung des lichtempfangenden Teils 131 ausbreitet. Der Einfallswinkel des gebrochenen Lichtstrahls 411 auf die Mikrolinse 11 kann im Wesentlichen gleich oder kleiner als 20 Grad sein. Da die Normale am Punkt a der Mikrolinse 11 im Wesentlichen gleich dem Einfallswinkel des gebrochenen Lichtstrahls 411 ist, breitet sich der Lichtstrahl 411 zum lichtempfangenden Teil 131 aus, ohne gebrochen zu werden. Ein Winkel zwischen der Normalen und dem Lichtstrahl 411 vergrößert sich zu der linken Seite der Normalen hin, d.h. im Gegenuhrzeigersinn von Punkt a zu Punkt c, und auch ein Winkel zwischen der Normalen und dem Lichtstrahl 411 vergrößert sich zu der rechten Seite der Normalen hin, d.h. im Uhrzeigersinn. Dementsprechend wird der Lichtstrahl 411 am Punkt b im Uhrzeigersinn gebrochen und breitet sich in Richtung des lichtempfangenden Teils 131 aus. Der Lichtstrahl 411 wird am Punkt c im Gegenuhrzeigersinn gebrochen und breitet sich zum lichtempfangenden Teil 131 aus. Da der Einfallswinkel des Lichtstrahls 411, der auf der rechten Seite des Punktes b einfällt, stark zunimmt, wird der Lichtstrahl 411, der auf der rechten Seite des Punktes b einfällt, stark reflektiert. Da hier der Lichtstrahl 411 durch die Luft auf die Mikrolinse 11 auftrifft und der Brechungsindex der Luft kleiner als der Brechungsindex der Mikrolinse ist, ist der Brechungswinkel durch die Mikrolinse 11 kleiner als der Einfallswinkel auf die Mikrolinse 11.
Der Lichtstrahl 42 mit einem Einfallswinkel θ, der kleiner als der Zieleinfallswinkel θ₁ ist, wird durch die erste geneigte Fläche 221 zu der Mikrolinse 11 hin gebrochen. Wenn sich der Einfallswinkel θ des Lichtstrahls 42 verkleinert, vergrößert sich der Einfallswinkel auf der ersten geneigten Fläche 221. Wenn der Einfallswinkel auf der ersten geneigten Fläche 221 größer wird als ein Totalreflexionswinkel, wird der Lichtstrahl 42 von der ersten geneigten Fläche voll reflektiert. Wenn sich er Einfallswinkel des Lichtstrahls 42 verkleinert, breitet sich der von der ersten geneigten Fläche 221 gebrochene Lichtstrahl 421 in Richtung der linken Seite der Mikrolinse 11 aus. Der auf der linken Seite der Mikrolinse 11 einfallende Lichtstrahl 421 wird von der Mikrolinse 11 gebrochen und breitet sich zum Bildsensor 13 aus. Der durch die Mikrolinse 11 gebrochene Lichtstrahl 422 breitet sich in Richtung Punkt F₃ aus, wird jedoch durch die Metallschicht 132 blockiert.
8 zeigt eine Querschnittsansicht des Anzeigefeldes nach einer weiteren Ausführungsform, und 9 zeigt eine Querschnittsansicht der mit dem Anzeigefeld gekoppelten Bildsensorebene. Die Elemente, die im Wesentlichen identisch mit oder ähnlich zu den in 6 und 7 dargestellten sind, werden nicht beschrieben, und im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu den in 6 und 7 dargestellten beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 umfasst die Bildsensorebene 10 die Vielzahl von Mikrolinsen 11, die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12, und den Bildsensor 13. Die Lichtauswahlstruktur umfasst die Prismenfläche 22a des Anzeigefeldes 21 und die Vielzahl der Mikrolinsen 11. Die Prismenfläche 22a und die Vielzahl von Mikrolinsen 11 wählen den Ziel-Lichtstrahl aus Lichtstrahlen aus, die sich unter verschiedenen Einfallswinkeln durch die Glasabdeckung 30 und das Anzeigefeld 21 in Richtung der Bildsensorebene 10 ausbreiten.
In 8 weist die Prismenfläche 22a eine selbstausgerichtete und selbsttragende Struktur auf. Im Vergleich zu der in 6 dargestellten Prismenfläche 22 hat die Prismenfläche 22a eine Struktur, bei der ein Ende einer Prismenspitze entfernt ist. Insbesondere ist ein oberes Ende 221a der ersten geneigten Fläche 221 mit einem oberen Ende 222a einer zweiten geneigten Fläche 222 verbunden, um ein Prismental zu bilden, wobei beide Enden einer unteren Oberfläche 225, die sich seitlich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Oberfläche des Anzeigefeldes 21 erstreckt, jeweils mit einem unteren Ende 221b der ersten geneigten Fläche 221 und einem unteren Ende 222b der zweiten geneigten Fläche 222 verbunden sind. Die Breite der unteren Oberfläche 225 kann im Wesentlichen gleich oder kleiner als ein Abstand zwischen den Mikrolinsen 11 sein. Dementsprechend können die Prismenfläche 22a und die Vielzahl der Mikrolinsen 11 ausgerichtet werden, indem nur die untere Oberfläche 225 der Prismenfläche 22a zwischen den Mikrolinsen 11 angeordnet wird. Da die Prismenfläche 22a von der Bodenfläche 225, die im Wesentlichen horizontal ist, gestützt werden kann, ist eine besondere Struktur zum Stützen oder Befestigen der Prismenfläche 22a nicht erforderlich.
10 stellt einen Halbleiterchip mit einem Ausrichtungsbalken zur Ankopplung an eine obere Struktur dar, und 11 stellt einen aktiven Bereich und einen Randbereich auf dem Halbleiterchip dar. Hier ist die obere Struktur beispielsweise ein Display 20 mit einer darauf ausgebildeten Prismenfläche 22 oder ein Display 20 mit einer Prismenplatte und einem Anzeigefeld 21, und der Halbleiterchip ist beispielsweise ein Bildsensor 13 oder ein Fingerabdruck-Bildsensor 10', ist aber nicht auf diese Sensoren beschränkt.
Unter Bezugnahme auf 10 und 11 weist der Fingerabdruck-Bildsensor 10', der mit der Prismenfläche 22 gekoppelt werden soll, darauf ausgebildete Ausrichtungsbalken 110t, 110b auf. Die Ausrichtungsbalken 110t, 110b können auf dem Bildsensor 13 oder einer den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ausgebildet sein. Die Ausrichtungsbalken 110t, 110b können gleichzeitig mit dem Mikrolinsenarray 11' ausgebildet sein. Die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 kann eine Planarisierungsschicht sein, die direkt auf der oberen Oberfläche des Bildsensors 13 zum Zweck der Planarisierung der oberen Oberfläche des Bildsensors gebildet wird, oder um ein optisch transparentes Substrat, das separat hergestellt und dann mit der oberen Oberfläche des Bildsensors 13 gekoppelt wird. Im Folgenden wird CIS (CMOS-Bildsensor) als Beispiel für den Bildsensor 13 herangezogen, ist aber nicht auf CIS beschränkt.
Der Bildsensor 13 kann den aktiven Bereich 134, den Randbereich 135 und einen Pad-Bereich 136 umfassen. Im aktiven Bereich 134 sind eine Vielzahl von Pixeln mit dem Lichtempfangsteil angeordnet. Der Randbereich befindet sich an der Peripherie des aktiven Bereichs 134. In dem Randbereich 135 befindet sich ein Treiber/Prozessor, der für die Ansteuerung von Pixeln in dem aktiven Bereich 134 oder die Verarbeitung von Pixelströmen aus den Pixeln eingerichtet ist, oder es befinden sich keine Pixel darauf. Der Randbereich kann in mehr als zwei Rand-Unterbereiche aufgeteilt werden, und 10 zeigt vier Rand-Unterbereiche 1351, 135r, 135t, 135b. Hier können zwei Rand-Unterbereiche, die zueinander senkrecht sind, einander überlappen. In CIS kann der aktive Bereich das Pixelarray darauf angeordnet haben, und der Randbereich 135, der keine Pixel aufweist, kann das Pixelarray umgeben. Der Pad-Bereich 136 dient zur Anordnung einer Vielzahl von Metallpads, die für den elektrischen Anschluss eingerichtet sind. Abhängig vom Typ des Bildsensors 13 kann der Randbereich 135 auch sehr klein sein oder nicht vorhanden sein.
In einer Ausführungsform umfasst für den Fall, dass die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 separat hergestellt und dann mit dem Bildsensor 13 gekoppelt wird, die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 den ersten Bereich 12a, der dem aktiven Bereich 134 entspricht, und mehr als einer der zweiten Bereiche 121, 12r, 12t, 12b, die dem Randbereich 135 entsprechen. Das Mikrolinsenarray 11', das aus der Vielzahl von Mikrolinsen 11 besteht, ist auf dem ersten Bereich 12a ausgebildet, und der Ausrichtungsbalken 110t ist auf dem zweiten Bereich 12t unter der Vielzahl der zweiten Bereiche 121, 12r, 12t, 12b ausgebildet. Die Mikrolinse 11 hat in der Draufsicht eine kreisförmige Form und weist eine konvexe Oberfläche auf, die nicht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ist, und eine ebene Oberfläche, die in Kontakt mit der oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ist. Andererseits kann die Mikrolinse 11 auch eine halbzylindrische Form aufweisen.
Auf dem zweiten Bereich 12t können mehr als zwei der Ausrichtungsbalken 110t ausgebildet sein. Zusätzlich können mehr als zwei der Ausrichtungsbalken 110b auf dem zweiten Bereich 12b ausgebildet sein. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann ein einzelner Ausrichtungsbalken aus zumindest zwei auf derselben Linie geformten Balkensegmenten bestehen. Die Anzahl der Ausrichtungsbalken 110t und/oder 110b kann in Abhängigkeit von der Breite des Bereichs, auf dem der Balken gebildet wird, und/oder einem Linsenabstand des Mikrolinsenarrays 11' zunehmen oder abnehmen.
Der erste Bereich 12a der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 kann mit dem aktiven Bereich 134 des Bildsensors 13 übereinstimmen oder auch nicht. Insbesondere kann sich der erste Bereich 12a direkt über dem aktiven Bereich 134 befinden und die gleiche Abmessung und Form haben. Dementsprechend kann der erste Bereich 12a den gesamten aktiven Bereich 134 abdecken. Andererseits kann sich der erste Bereich 12a direkt über einem Teil des aktiven Bereichs 134 befinden und eine unterschiedliche Abmessung und/oder Form als der aktive Bereich 134 aufweisen. Dementsprechend kann der erste Bereich 12a auch einen Teil des aktiven Bereichs 134 bedecken.
In ähnlicher Weise können die zweiten Bereiche 121, 12r, 12t, 12b der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 mit dem Randbereich 135 des Bildsensors 13 übereinstimmen oder auch nicht. Wenn beispielsweise der erste Bereich 12a einen Teil des aktiven Bereichs 134 abdeckt oder der Bildsensor keinen Randbereich 135 aufweist, können die zweiten Bereiche 121, 12r, 12t, 12b der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 direkt über einem Teil des aktiven Bereichs 134 angeordnet sein.
In einer anderen Ausführungsform kann für den Fall, dass die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 Teil des Bildsensors ist (beispielsweise Planarisierungsschicht) oder nicht vorhanden ist, ein Paar Ausrichtungsbalken 110t auf dem Rand-Unterbereich135t ausgebildet sein. Zusätzlich kann ein Paar Ausrichtungsbalken 110b auf dem Rand-Unterbereich 135b des Bildsensors 13 ausgebildet sein.
Die 12A und 12B veranschaulichen ein Verfahren zur Ausbildung des in 10 gezeigten Ausrichtungsbalkens, und 13A, 13B, 13C und 13D veranschaulichen das Reflow-Verfahren des Mikrolinsenmusters und des Ausrichtungsbalkenmusters, die in 11 gezeigt sind.
Unter Bezugnahme auf die 12A und 12B können die Ausrichtungsbalken 110t und 110b gleichzeitig mit der Unterseite des Anzeigefeldes 21, das die Prismenfläche 22 aufweist, ausgebildet sein, wenn das Mikrolinsenarray gebildet wird. Wenn die Ausrichtungsbalken 110t, 110b und das Mikrolinsenarray 11' gleichzeitig ausgebildet sind, muss ein Höhenunterschied auf der oberen Oberfläche des Bildsensors 13 oder der oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 nicht auftreten. Wenn die Ausrichtungsbalken 110t, 110b und das Mikrolinsenarray 11' getrennt ausgebildet sind, können die Höhen der oberen Oberfläche des Bildsensors 13 oder der oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 durch Ätzen und/oder Härten ungleichmäßig werden. Dadurch kann auch der Höhenunterschied der Ausrichtungsbalken 110t, 110b entstehen. Wenn die Höhen der Ausrichtungsbalken 110t, 110b geändert werden, kann sich der Fingerabdruck-Bildsensor 10' beim Ankoppeln an die untere Oberfläche des Anzeigefeldes neigen, so dass dies angeglichen werden sollte. Im Gegenteil dazu kann, wenn die Ausrichtungsbalken 110t, 110b und das Mikrolinsenarray 11' während desselben Muster-Reflow-Härteprozesses ausgebildet werden, eine Veränderung der Ebenheit über die obere Oberfläche des Bildsensors 13 oder die obere Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 minimiert werden.
Unter Bezugnahme auf die 13A und 13B werden ein Mikrolinsenmuster 11" und ein Ausrichtungsbalkenmuster 110t' auf der oberen Oberfläche des Bildsensors 13 oder der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 im gleichen Musterbildungsprozess gebildet. Das Mikrolinsenmuster 11" wird auf dem aktiven Bereich 134 oder auf dem ersten Bereich 12a gebildet, und das Ausrichtungsbalkenmuster 110t' wird auf dem Rand-Unterbereich 135t oder auf dem zweiten Bereich 12t ausgebildet. Das zur Bildung des Mikrolinsenmusters 11" und des Ausrichtungsbalkenmusters 110t' verwendete Material kann dasselbe sein und kann optisch transparent sein.
Das Mikrolinsenmuster 11" ist zylindrisch ausgebildet, und das Ausrichtungsbalkenmuster 110t' rechteckig parallelepipedisch ausgebildet. Da diese während desselben Strukturierungsprozesses ausgebildet werden, kann die Dicke des Mikrolinsenmusters 11" und des Ausrichtungsbalkenmusters 110t' identisch sein. Andererseits können ein Durchmesser des Mikrolinsenmusters 11" und eine Breite des Ausrichtungsbalkenmusters 110t' im Wesentlichen identisch sein.
Unter Bezugnahme auf die 13C und 13D können die Mikrolinse 11 und der Ausrichtungsbalken 110t durch ein Reflow-Verfahren des Mikrolinsenmusters 11" und des Ausrichtungsbalkenmusters 110t' hergestellt werden. Wenn dem Mikrolinsenmuster 11" und dem Ausrichtungsbalkenmuster 110t' im festen Zustand Wärme zugeführt wird, werden das Mikrolinsenmuster 11" und das Ausrichtungsbalkenmuster 110t' geschmolzen, um verflüssigt zu werden. Obwohl sie verflüssigt werden, bleibt die Form der Unterseite der Muster 11" und 110t' erhalten, aber der verflüssigte obere Teil bildet aufgrund einer Oberflächenspannung eine gekrümmte Oberfläche.
Unter der Annahme, dass das Volumen des zylindrischen Mikrolinsenmusters 11" und das Volumen der Mikrolinse 11 im Wesentlichen identisch sind, kann die Mikrolinse 11 höher sein als das Mikrolinsenmuster 11". Das verflüssigte Mikrolinsenmuster 11" wird aufgrund der Oberflächenspannung eine sphärische Form haben. Obwohl sie je nach Durchmesser und Dicke des Mikrolinsenmusters 11" variiert, da sich ein Kugelmittelpunkt unterhalb einer Grenzfläche zwischen dem Muster und der oberen Oberfläche befindet, erhebt sich der Mittelpunkt des verflüssigten Mikrolinsenmusters 11" über den Umfang des Mittelpunkts. Aufgrund der Oberflächenspannung, die radial auf die Oberfläche des verflüssigten Mikrolinsenmusters 11" wirkt, kann nämlich die konvexe Oberfläche ausgebildet werden.
In ähnlicher Weise kann, wenn man annimmt, dass das Volumen des rechteckigen parallelepipedischen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' und das Volumen des Ausrichtungsbalkens 110t im Wesentlichen identisch sind, der Ausrichtungsbalken 110t höher sein als das Ausrichtungsbalkenmuster 110t'. Es wird angenommen, dass die Höhe und Breite des Mikrolinsenmusters 11" und des Ausrichtungsbalkenmusters 110t' im Wesentlichen identisch sind. Die Oberflächenspannung wirkt auch auf die Oberfläche des verflüssigten Ausrichtungsbalkenmusters 110t', so dass sie es eine gekrümmte Oberfläche ausbilden lässt. Im Gegensatz zum Mikrolinsenmuster 11" ist eine Oberflächenspannung, die in einer seitlichen Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung wirkt, viel größer als eine Oberflächenspannung, die in Längsrichtung wirkt, da die untere Oberfläche des Ausrichtungsbalkenmusters 110t' rechteckig ist. Aus diesem Grund erhebt sich der Mittelpunkt des verflüssigten Ausrichtungsbalkenmusters 110t' über den Umfang des Mittelpunkts, und der Mittelpunkt des Ausrichtungsbalkens 110t kann höher liegen als der Mittelpunkt der Mikrolinse 11.
Der Fingerabdruck-Bildsensor 10' kann selbstausgerichtet sein, wenn er mit der Prismenfläche 22 des Anzeigefeldes 21 gekoppelt wird. Die Ausrichtungsbalken 110t, 110b sind in den Prismentälern untergebracht. Die Vielzahl von Mikrolinsen 11, aus denen das Mikrolinsenarray 11' besteht, sind so ausgebildet, dass sie einen bestimmten Abstand voneinander haben. So sind die Prismenspitzen der Prismenfläche 22 zwischen den Mikrolinsen angeordnet, und die Vielzahl von Mikrolinsen 11 und Ausrichtungsbalken 110t, 110b ist in den Prismentälern untergebracht. Dementsprechend wird es möglich sein, den Fingerabdruck-Bildsensor 10' an die Prismenfläche 22 zu koppeln ohne einen zusätzlichen Vorgang der Ausrichtung.
Obwohl das Verfahren zur gleichzeitigen Ausbildung des Mikrolinsenarrays und des Ausrichtungsbalkens durch das Reflow-Verfahren beschrieben wird, ist es auch möglich, gleichzeitig das Mikrolinsenarray und den Ausrichtungsbalken durch Spritzgießen mit einer Schablone mit eingraviertem Mikrolinsenarray und Ausrichtungsbalken auszubilden und diese auf die obere Oberfläche des Fingerabdruckbildsensors 10' oder die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12 aufzudrucken. Neben diesen Verfahren können verschiedene Verfahren, beispielsweise eine Ätzung mit einem Pulslaser, eine Trockenätzung, eine Glasoberflächenbearbeitung mit einem Laser oder eine Polymerabscheidung mit einem Laser, zur gleichzeitigen Ausbildung des Mikrolinsenarrays und des Ausrichtungsbalkens verwendet werden.
14A und 14B stellen den Halbleiterchip und die obere Struktur da, die über dem Halbleiterchip angeordnet ist, und im Detail ist 14A eine Querschnittsansicht, die zeigt, dass die obere Struktur auf dem Mikrolinsenarray angeordnet ist, und 14B ist eine vergrößerte Ansicht von A. Die obere Struktur ist beispielsweise das Anzeigefeld 21 mit der darauf ausgebildeten Prismenfläche 22, das Anzeigefeld 21 mit der darauf gekoppelten Prismenplatte 22' (siehe 19) oder einer Abdeckung 350 (siehe 19), und der Halbleiterchip ist beispielsweise der Bildsensor 13 oder der Fingerabdruck-Bildsensor 10', ist aber nicht darauf begrenzt.
Unter Bezugnahme auf 14A und 14B kann die Prismenfläche 22 eine von zwei Flächen der Prismenplatte sein. Die Prismenfläche 22 umfasst die erste geneigte Fläche 221 und die zweite geneigte Fläche 222. Die erste geneigte Fläche 221 und die zweite geneigte Fläche 222, die abwechselnd angeordnet sind, bilden abwechselnd die Prismenspitzen und die Prismentäler. Die Prismenspitzen sind den Mikrolinsen 11 zugewandt, und die Prismentäler sind der oberen Oberfläche 226 der Prismenfläche 22 zugewandt.
Die Prismenfläche 22 ist eine selbsttragende Struktur. Das obere Ende 221a der ersten geneigten Fläche 221 ist mit einem oberen Ende 222a einer zweiten geneigten Fläche 222 verbunden, um das Prismental zu bilden, beide Enden einer unteren Oberfläche 225, die sich seitlich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Oberfläche des Anzeigefeldes 21 erstreckt, sind mit einem unteren Ende 221b der ersten geneigten Fläche 221 und einem unteren Ende 222b der zweiten geneigten Fläche 222 verbunden. Die Breite der unteren Oberfläche 225 kann im Wesentlichen gleich oder kleiner als der Abstand zwischen den beiden benachbarten Mikrolinsen 11 sein. Da die Prismenfläche 22 von der unteren Oberfläche 225, die im Wesentlichen horizontal ist, gestützt werden kann, ist eine besondere Struktur zur Stützung der Prismenfläche 22 nicht erforderlich.
Darüber hinaus können die Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 221 und der zweiten geneigten Fläche 222 im Wesentlichen identisch oder voneinander verschieden sein. Der Neigungswinkel ist ein Winkel zwischen einer zu der oberen Oberfläche 226 der Prismenfläche 22 senkrechten Linie und den ersten/zweiten geneigten Flächen 221, 222. Mit zunehmendem Neigungswinkel nimmt die Lichtmenge, die auf die Neigungsfläche mit großem Neigungswinkel einfällt, zu.
Es kann ein paralleler Ausrichtungsbalken 110t ausgebildet sein, der von der Mikrolinse 11 um das n-fache (n ist eine natürliche Zahl) des Linsenabstands P des Mikrolinsenarrays 11' beabstandet ist. Falls mehr als zwei parallele Ausrichtungsbalken 110t ausgebildet sind, kann zusätzlich ein Abstand der parallelen Ausrichtungsbalken identisch mit dem Linsenabstand P oder dem n-fachen des Linsenabstands P sein. Hier kann der Linsenabstand P als Entfernung zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Mikrolinsen definiert werden und kann gleich oder kleiner als der Prismenabstand (Entfernung zwischen zwei benachbarten Prismentälern) sein. Der Durchmesser W_lens (oder die Breite) der Mikrolinse 11 und die Breite W_{dam structure} des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t können identisch sein und können gleich oder kleiner als der Prismenabstand sein. Durch Positionieren des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t so, dass er das n-fache des Linsenabstands von der Mikrolinse 11 beabstandet ist, ist es möglich, die Prismenfläche ohne Verformung oder zusätzliche Prozesse intakt auf dem Bildsensor oder der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 anzuordnen.
Da der parallele Ausrichtungsbalken 110t aus dem gleichen Material besteht wie die Mikrolinse 11, kann es außerdem zu Interferenzen zwischen ihnen kommen, wenn er in der Nähe der Mikrolinse 11 ausgebildet wird. Daher darf sich keine Mikrolinse zwischen der Mikrolinse 11 auf dem äußersten Teil des Mikrolinsenarrays 11' und dem parallelen Ausrichtungsbalken 110t befinden
15A, 15B, 15C und 15D stellen Ausrichtungsbalken dar, die aus den Ausrichtungsbalkenmustern ausgebildet sind.
Unter Bezugnahme auf 15A kann die Höhe H_dam des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t unter Beibehaltung der Breite W_dam erhöht werden. Zu diesem Zweck werden die parallelen Ausrichtungsbalkenmuster 110t' so geformt, dass die Höhe H_dam' des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' um dh' höher ist als die Höhe des Mikrolinsenmusters 11". Der Durchmesser des Mikrolinsenmusters 11" und die Breite des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' können im Wesentlichen identisch sein, und das parallele Ausrichtungsbalkenmuster 110t' ist von dem Mikrolinsenmuster 11", das auf dem äußersten Teil des Mikrolinsenarrays 11' positioniert ist, um das n-fache des Linsenabstands P beabstandet. Der Abstand der parallelen Ausrichtungsbalkenmuster 110t' kann im Wesentlichen identisch mit dem Linsenabstand P sein. In diesem Fall kann die Höhe H_dam des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t um dh größer sein als die Höhe H_lens der Mikrolinse 11. Mit zunehmender Höhe H_dam des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t kann die Prismenfläche 22 fester gekoppelt werden.
Unter Bezugnahme auf 15B kann die Höhe H_dam des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t gleich der Höhe H_lens der Mikrolinse 11 sein. Zu diesem Zweck werden die parallelen Ausrichtungsbalkenmuster 110t' so ausgebildet, dass die Höhe H_dam' des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' um dh' kleiner ist als die Höhe des Mikrolinsenmusters 11". Der Durchmesser des Mikrolinsenmusters 11" und die Breite des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' können im Wesentlichen identisch sein, und das parallele Ausrichtungsbalkenmuster 110t' ist von dem Mikrolinsenmuster 11", das auf dem äußersten Teil des Mikrolinsenarrays 11' positioniert ist, um das n-fache des Linsenabstands P beabstandet. Der Abstand der parallelen Ausrichtungsbalkenmuster 110t' ist im Wesentlichen identisch mit dem Linsenabstand P. Diese Struktur kann für den Fall angewendet werden, dass die Höhe des Prismentals und/oder der Neigungswinkel ausreicht, um die Mikrolinse 11 aufzunehmen, aber nicht ausreicht, um den parallelen Ausrichtungsbalken 110t mit unterschiedlicher Höhe aufzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 15C kann die Höhe H_dam des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t gleich der Höhe H_lens der Mikrolinse 11 sein. Zu diesem Zweck kann die Breite W_dam' des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' schmaler als die Breite des Mikrolinsenmusters 11" sein. Die Höhe des Mikrolinsenmusters 11" und die Höhe des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' sind im Wesentlichen identisch, und das parallele Ausrichtungsbalkenmuster 110t' ist von dem Mikrolinsenmuster 11", das auf dem äußersten Teil des Mikrolinsenarrays 11' positioniert ist, um das n-fache des Linsenabstands P beabstandet. Der Abstand P₂ der parallelen Ausrichtungsbalken 110t' ist von dem Linsenabstand P₁ verschieden. Da die Breite W_dam des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t und die Breite des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' im Wesentlichen identisch sind, kann der Ausrichtungsbalken eine Funktion zur Ausrichtung der Prismenfläche 22 verlieren, wenn der Abstand P₂ und der Abstand P₁ identisch werden. Somit kann der Abstand P₂ größer als der Abstand P₁ sein, so dass der erste parallele Ausrichtungsbalken 110ta die zweite geneigte Fläche berührt und der zweite parallele Ausrichtungsbalken 110tb die erste geneigte Fläche berührt. Im Gegenteil dazu kann, obwohl dies nicht gezeigt ist, der Abstand P₂ kleiner als der Abstand P₁ sein, so dass der erste parallele Ausrichtungsbalken 110ta die erste geneigte Fläche berührt und der zweite parallele Ausrichtungsbalken 110tb die zweite geneigte Fläche berührt.
Unter Bezugnahme auf 15D können die Höhe H_dam, die Breite W_dam und der Abstand P₂ des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t so ausgebildet sein, dass sie mit der Höhe H_lens, der Breite W_lens und dem Abstand P₁ der Mikrolinse identisch sind. Zu diesem Zweck kann die Breite W_dam' des parallelen Ausrichtungsbalkenmusters 110t' kleiner als die Breite des Mikrolinsenmusters 11" sein, die Höhe H_dam' kann größer als die Höhe des Mikrolinsenmusters 11" sein, und der Abstand P₂ kann von dem Abstand P₁ verschieden sein. Das parallele Ausrichtungsbalkenmuster 110t' ist von dem Mikrolinsenmuster 11", das auf dem äußersten Teil des Mikrolinsenarrays 11" positioniert ist, um einen bestimmten Abstand entfernt. Daher kann der Abstand P₂ größer als der Abstand P₁ sein, so dass der erste parallele Ausrichtungsbalken 110ta die zweite geneigte Fläche berührt und der zweite parallele Ausrichtungsbalken 110tb die erste geneigte Fläche berührt. Im Gegenteil dazu kann, obwohl dies nicht dargestellt ist, der Abstand P₂ kleiner als der Abstand P₁ sein, so dass der erste parallele Ausrichtungsbalken 110ta die erste geneigte Fläche berührt und der zweite parallele Ausrichtungsbalken 110tb die zweite geneigte Fläche berührt.
Die 16A, 16B und 16C veranschaulichen eine Fehlausrichtung, die aufgrund eines Spalts zwischen den Mikrolinsen auftritt. Im Detail stellt 16A die Prismenfläche 22 dar, die entlang eines mittleren Punkts zwischen den benachbarten Mikrolinsen 11 ausgerichtet ist, 16B stellt die Prismenfläche 22 dar, die schräg ausgerichtet ist, und 16C stellt die Prismenfläche 22 dar, die nahe der Mikrolinse 11 ausgerichtet ist. Die 17A und 17B veranschaulichen eine präzise Ausrichtung unter Verwendung des Ausrichtungsbalkens und stellen einen Querschnitt von 16C dar.
Unter Bezugnahme auf 16A bis 17B, ist die Breite W_support der unteren Oberfläche 225 der Prismenfläche 22 kleiner als die Entfernung D_lens zwischen zwei benachbarten Mikrolinsen 11. Das Mikrolinsenarray 11' und die Prismenfläche 22, die über dem Bildsensor 13 ausgebildet oder angeordnet sind, können den optischen Pfad für die auf den Bildsensor 13 auftreffenden Lichtstrahlen definieren. Somit sollte die Ausrichtung sehr genau vorgenommen werden, auch wenn die Entfernung D_lens zwischen zwei benachbarten Mikrolinsen 11 mehrere zehn Mikrometer beträgt. Eine besonders genaue Ausrichtung wird dann erforderlich sein, wenn die Neigungswinkel der ersten/zweiten geneigten Flächen 221, 222 voneinander verschieden sind oder die Entfernung D_lens zwischen zwei benachbarten Mikrolinsen 11 relativ größer ist als die Breite W_support der unteren Oberfläche 225.
16A veranschaulicht, dass die untere Oberfläche 225 der Prismenfläche 22 durch den parallelen Ausrichtungsbalken 110t entlang des mittleren Punktes zwischen den Mikrolinsen 11 angeordnet ist, 16C veranschaulicht, dass die untere Oberfläche 225 der Prismenfläche 22 durch den parallelen Ausrichtungsbalken 110t nahe der Mikrolinse 11 angeordnet ist. Die 16A und 16B veranschaulichen, wie die Prismenfläche 22 richtig ausgerichtet ist. Verschiedene parallele Ausrichtungsbalken 110t, die in den 15A bis 15D gezeigt sind, können ebenso verwendet werden.
Im Gegenteil dazu stellt 16B die Fehlausrichtung dar, bei der die Prismenfläche 22 schräg zu einer Anordnungsrichtung der Mikrolinsen 11 ausgerichtet ist. Die Fehlausrichtung kann alle Fälle umfassen, wie beispielsweise die untere Oberfläche der Prismenfläche, die an einer Position angeordnet ist, die nicht mit einer Konzeption übereinstimmt, sowie die schräg ausgerichtete untere Oberfläche. Die Fehlausrichtung kann die Qualität des Bildes, das vom Bildsensor erstellt wird, verschlechtern.
Wie in 16C und 17B gezeigt, kann die Prismenfläche 22 durch die parallelen Ausrichtungsbalken 110ta, 110tb in seitlicher Richtung um den Entfernung d bewegt werden. Die seitliche Bewegung der Prismenfläche 22 kann erforderlich sein, um den optischen Pfad zwischen der Prismenfläche 22 und der Mikrolinse 11 zu bestimmen. Eine Position, an der die Prismenfläche 22 angeordnet ist, kann mit den parallelen Ausrichtungsbalken 110ta, 110tb eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann der Abstand P₂ der parallelen Ausrichtungsbalken 110ta, 110tb größer oder kleiner als der Linsenabstand P₁ sein. Der Abstand P₂ kann nämlich größer als der Linsenabstand P₁ sein, so dass der erste parallele Ausrichtungsbalken 110ta die zweite geneigte Fläche berührt und der zweite Ausrichtungsbalken 110tb die erste geneigte Fläche berührt. Im Gegenteil dazu kann, obwohl dies nicht dargestellt ist, der Abstand P₂ kleiner als der Linsenabstand P₁ sein, so dass der erste parallele Ausrichtungsbalken 110ta die erste geneigte Fläche berührt und der zweite Ausrichtungsbalken 110tb die zweite geneigte Fläche berührt. Zudem kann eine Entfernung zwischen der Mikrolinse, die an dem äußersten Teil des Mikrolinsenarrays 11 positioniert ist, und dem parallelen Ausrichtungsbalken 110ta, der näher an dem Mikrolinsenarray 11 liegt als der parallele Ausrichtungsbalken 110tb, auch nicht n-mal so groß wie der Linsenabstand P₁ sein. Es können nämlich die parallelen Ausrichtungsbalken 110ta, 110tb an einer Stelle ausgebildet sein, die von dem Mikrolinsenarray 11 um die Entfernung d in seitlicher Richtung beabstandet ist.
18 stellt den Halbleiterchip mit vertikalen Ausrichtungsbalken zur Ausrichtung der oberen Struktur dar.
Unter Bezugnahme auf 18 umfasst der Fingerabdruck-Bildsensor 10', der mit der Prismenfläche 22 gekoppelt werden soll, den vertikalen Ausrichtungsbalken 1101. Der vertikale Ausrichtungsbalken 1101 kann als Ersatz für den parallelen Ausrichtungsbalken 110t oder zusammen mit dem parallelen Ausrichtungsbalken 110t ausgebildet sein. Der vertikale Ausrichtungsbalken 1101 und das Mikrolinsenarray 11' können gleichzeitig auf dem Bildsensor 13 oder der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ausgebildet sein. In einer Ausführungsform kann der vertikale Ausrichtungsbalken 1101 verwendet werden, um eine Erstreckungsrichtung des Prismentals (oder der Prismenspitze) der Prismenfläche 22 zur Ausrichtung um 90 Grad oder 270 Grad zu drehen. In einer anderen Ausführungsform kann der vertikale Ausrichtungsbalken 1101 gleichzeitig mit dem parallelen Ausrichtungsbalken 110t ausgebildet werden und zur Einstellung der Position, in der die Prismenfläche 22 angeordnet ist, verwendet werden. Auf der unteren Oberfläche der Prismenfläche 22 kann eine parallele Rille zur Aufnahme des parallelen Ausrichtungsbalkens 110t und eine vertikale Rille zur Aufnahme des vertikalen Ausrichtungsbalkens 1101 ausgebildet sein.
Wie der parallele Ausrichtungsbalken 110t kann der vertikale Ausrichtungsbalken 1101 auf dem Randbereich 1351 des Bildsensors 13 oder auf dem zweiten Bereich 121 der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ausgebildet sein, und mehr als zwei der vertikalen Ausrichtungsbalken 1101 können auf dem Randbereich 1351 oder dem zweiten Bereich 121 ausgebildet sein. Zudem kann ein zusätzlicher vertikaler Ausrichtungsbalken 110r auf dem Randbereich 135r, der dem Randbereich 1351 gegenüberliegt, oder auf dem zweiten Bereich 12r mit dem aktiven Bereich 134 oder dem ersten Bereich 12a zwischen ihnen ausgebildet sein.
19 zeigt ein Halbleiterpaket, das eine Prismenplatte aufweist, auf der eine Dammstruktur ausgebildet ist.
Unter Bezugnahme auf 19 kann das Halbleiterpaket ein Gehäuse 300 enthalten, in dem ein Halbleiterchip wie der Bildsensor 13 oder der Fingerabdruck-Bildsensor 10' (im Folgenden zusammenfassend als Bildsensor 13 bezeichnet) positioniert ist. Das Gehäuse 300 kann beispielsweise aus Kunstharz bestehen. Ein Leadframe (nicht abgebildet), der aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Metall oder einer Metalllegierung gefertigt ist, kann im Inneren des Gehäuses 300 angeordnet werden. Der Leadframe weist eine Vielzahl von Leitungen auf, und die Vielzahl der Leitungen erstreckt sich bis außerhalb des Gehäuses 300. Auf einer oberen Fläche und einer unteren Fläche des Bildsensors 13 kann eine Vielzahl von Anschluss-Pads ausgebildet sein, die für den Empfang elektrischer Signale von außen oder für die Ausgabe elektrischer Signale nach außen eingerichtet sind. Der Bildsensor kann mit dem Leadframe gekoppelt werden, und ein Teil der Pads kann elektrisch mit einem Teil der Leitungen verbunden sein.
Hier ist die obere Struktur beispielsweise ein Anzeigefeld 21 mit einer Prismenfläche 22, die auf der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 ausgebildet ist, oder ein Anzeigefeld 21 mit einer Prismenplatte 22', die mit der unteren Oberfläche gekoppelt ist, oder eine Abdeckung 350, und der Halbleiterchip ist beispielsweise der Bildsensor 13, aber ist nicht beschränkt auf den Bildsensor.
In einer Ausführungsform kann das Halbleiterpaket des Weiteren die Abdeckung 350 enthalten, die mit dem Gehäuse 300 gekoppelt wird. Die Abdeckung 350 kann beispielsweise aus Kunstharz ausgebildet sein. Die Abdeckung 350 kann das Eindringen von Fremdstoffen in das Innere des Halbleiterpakets verhindern. Wenn es sich bei dem Halbleiterchip um den Bildsensor 13 handelt, kann die Abdeckung 250 aus optisch transparentem Material bestehen. In einer Ausführungsform kann die Prismenplatte 22' mit Dammstruktur an eine untere Oberfläche der Abdeckung 350 gekoppelt sein. Die Prismenplatte 22' kann eine Prismenfläche aufweisen, auf der die Prismenspitzen, die Prismentäler und die Dammstruktur ausgebildet sind, sowie eine ebene Fläche, die der Prismenfläche zugewandt ist. Die ebene Fläche kann mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 350 gekoppelt sein, so dass die Prismenfläche mit Dammstruktur dem Bildsensor 13 zugewandt sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Prismenfläche mit Dammstruktur auf der unteren Oberfläche der Abdeckung 350 ausgebildet sein.
In einer anderen Ausführungsform kann das Halbleiterpaket beispielsweise an die untere Oberfläche des Anzeigefeldes 21 gekoppelt werden. Die Prismenplatte 22', deren Prismenfläche die darauf gebildete Dammstruktur aufweist, kann mit der unteren Oberfläche des Anzeigefeldes 21 gekoppelt werden. Die Prismenfläche mit der darauf ausgebildeten Dammstruktur kann dem Bildsensor 13 zugewandt sein. Das Gehäuse 300, in dem der Bildsensor angeordnet ist, kann mit der Prismenfläche mit Dammstruktur gekoppelt werden.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen kann die Prismenplatte 22' durch einen flüssigen Klebstoff mit dem Gehäuse verbunden werden. Da die seitlich verlaufenden Prismenspitzen und -täler auf der Prismenfläche der Prismenplatte 22' ausgebildet sind, kann der flüssige Klebstoff entlang der Prismentäler in einen Bereich oberhalb des Bildsensors 13 einfließen. Andererseits können Fremdmaterialien in das Innere des Halbleiterpakets eindringen, wenn in einem durch den flüssigen Klebstoff gekoppelten Bereich zwischen der Prismenplatte und dem Gehäuse 300 ein Spalt besteht. Wenn es sich bei dem Halbleiterchip um den Bildsensor 13 handelt, können der entlang der Prismenfläche eingeflossene Klebstoff und/oder die Fremdmaterialien Fehler im Bildsensor verursachen oder dazu führen, dass der Bildsensor kein klares Bild erzeugt. Die Dammstruktur ist auf der Prismenfläche in der Nähe ihrer Seitenfläche ausgebildet und ist senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der Prismenspitze. Die Dammstruktur kann das Eindringen von Klebstoff und Fremdmaterialien in das Innere des Halbleiterpakets verhindern.
Eine optische Struktur 60 ist auf der oberen Oberfläche des Bildsensors 13 angeordnet. Die optische Struktur 60 kann beispielsweise die den optischen Pfad verlängernde Schicht 12, die optisch transparent ist, und das Mikrolinsenarray 11' umfassen, die aus der Vielzahl von Mikrolinsen 11 besteht, die auf der den optischen Pfad verlängernden Schicht 12 ausgebildet sind.
20 stellt eine Ausführungsform der Prismenplatte mit Dammstruktur dar.
Unter Bezugnahme auf 20 umfasst die Prismenplatte 22' mit Dammstruktur die Prismenfläche, auf der sich die Prismenspitzen 260 in seitlicher Richtung erstrecken. Die Prismenspitze 260 wird durch die erste geneigte Fläche 221 und die zweite geneigte Fläche 222 gebildet. Die Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 221 und der zweiten geneigten Fläche 222 können im Wesentlichen identisch oder voneinander verschieden sein. Der Neigungswinkel ist ein Winkel zwischen der ebenen Fläche der Prismenplatte 22' und jeder der geneigten Flächen. Die Prismenspitze 260 wird durch Koppeln eines unteren Endes der ersten geneigten Fläche 221 und eines unteren Endes der zweiten geneigten Fläche gebildet, und das Prismental wird durch Koppeln eines oberen Endes der ersten geneigten Fläche 221 und eines oberen Endes der zweiten geneigten Fläche gebildet. Auf der Prismenplatte ohne Dammstruktur kann das Prismental eine Leitung oder ein Weg für Gas oder Flüssigkeit sein, um entlang der Erstreckungsrichtung zu fließen.
Der Damm 270 ist auf der Prismenplatte 22' nahe ihrer Seitenfläche ausgebildet und ist senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der Prismenspitze 260. Die Prismenplatte 22', deren Prismenfläche dem Bildsensor 13 zugewandt ist, ist mit einer oberen Oberfläche der Wand 310 des Gehäuses 300 gekoppelt. Die Wand 310 kann auf dem Umfang des Gehäuses 300 positioniert sein, und die obere Oberfläche der Wand 310 kann parallel zu einer unteren Oberfläche des Gehäuses 300 sein. Eine Außenfläche der Wand 310 kann eine Seitenfläche des Gehäuses 300 sein, und eine Innenfläche der Wand 310 bildet einen Innenraum zur Unterbringung des Bildsensors 13 aus. In einer Ausführungsform kann der Damm 270 innerhalb eines Bereiches von der Seitenfläche der Prismenplatte 22' bis zu einer Entfernung d_w ausgebildet sein, die einer Dicke der Wand 310 entspricht. Zum Beispiel kann der Damm 270 näher an einer Stelle ausgebildet sein, die der Innenfläche der Wand 310 entspricht. Als weiteres Beispiel kann eine Abmessung der Prismenplatte 22', beispielsweise Länge und Breite, kleiner sein als die der Wand 310, so dass der Damm 270 näher an der Seitenfläche der Prismenplatte 22' ausgebildet sein kann. In noch einem weiteren Beispiel kann der Damm 270 in einem Bereich von der Seitenfläche bis zu der Entfernung dmax ausgebildet sein, der einer Seitenfläche der optischen Struktur 60 oder des Bildsensors 13 entspricht, muss jedoch nicht in einem Bereich jenseits des Abstands dmax zu der Mitte der Prismenplatte 22' ausgebildet sein.
Der Damm wird innerhalb des Prismentals gebildet. Das Prismental erstreckt sich zwischen jeder Seitenfläche der Prismenplatte 22'. Dementsprechend kann Gas oder Flüssigkeit durch das Prismental strömen, und durch das Prismental gelangen auch Fremdstoffe in das Innere des Halbleiterpakets. Der innerhalb des Prismentals gebildete Damm 270 kann Flüssigkeit oder Fremdstoffe, die einen Betrieb des Bildsensors 13 beeinträchtigen, daran hindern, in das Innere des Halbleiterpakets einzudringen. In einer Ausführungsform kann der Damm 270 so ausgebildet sein, dass er eine Höhe aufweist, die der Höhe der Prismenspitze 260 entspricht. Wenn der Damm 270 und die Prismenspitze gleich hoch sind, kann der Damm 270 Gas und/oder Flüssigkeit daran hindern, durch das Prismental zu strömen. In einer anderen Ausführungsform kann der Damm 270 so ausgebildet sein, dass er höher ist als die Prismenspitze 260. Wenn der Damm 270 höher als die Prismenspitze 260 ist, kann der Damm 270 näher an der Seitenfläche der optischen Struktur 60 oder des Bildsensors 13 ausgebildet sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Damm 270 niedriger als die Prismenspitze 260 ausgebildet sein.
Der Damm 270 ist in einer Richtung ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zu der Prismenspitze / dem Prismental ist. In einer Ausführungsform kann sich der Damm 270 von einer Oberseite der Prismenplatte 22' bis zu einer Unterseite der Prismenplatte 22' erstrecken. In einer anderen Ausführungsform kann sich der Damm 270 von einer Stelle in der Nähe der Oberseite der Prismenplatte 22' bis zu einer Stelle in der Nähe der Unterseite der Prismenplatte 22' erstrecken. Es kann nämliche die Länge des Dammes in vertikaler Richtung gleich oder kürzer als die der Prismenplatte 22' sein.
21 veranschaulicht die Dammstruktur der Prismenplatte und zeigt eine vergrößerte Ansicht von D in 20 zusammen mit einem vertikalen Querschnitt und einem horizontalen Querschnitt der Prismenplatte 22'.
Unter Bezugnahme auf 21 umfasst die Prismenplatte 22' die Prismenfläche und die der Prismenfläche zugewandte ebene Fläche. Die Prismenfläche wird durch die erste geneigte Fläche 221 und die zweite geneigte Fläche 222 ausgebildet, die abwechselnd so angeordnet sind, dass sie abwechselnd die Prismenspitzen 260 und die Prismentäler 261 bilden. Wie oben beschrieben, kann der Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 221 und der zweiten geneigten Fläche im Wesentlichen identisch oder voneinander verschieden sein. In der in 21 gezeigten Struktur ist der Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 221 kleiner als der Neigungswinkel der zweiten geneigten Fläche 222. Wenn der Abstand zwischen zwei Prismenspitzen 260 gleich P ist, ist das Prismental 261 nicht an einer Zwischenstelle positioniert, die von zwei Prismenspitzen 260 um P/2 gleich weit entfernt ist. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann, wenn der Neigungswinkel der ersten und der zweiten geneigten Fläche 221, 222 im Wesentlichen identisch ist, das Prismental an einer Zwischenstelle positioniert sein, die von zwei Prismenspitzen 260 um P/2 gleich weit entfernt ist.
Der Damm 270 kann so ausgebildet sein, dass er von der Seitenfläche der Prismenplatte 22', beispielsweise einer rechten Seitenfläche um die Entfernung d beabstandet ist. In einer Ausführungsform kann die Entfernung d zwischen 0 und d_w liegen. Hier ist d_w eine Dicke der Wand 310 in seitlicher Richtung. In einer anderen Ausführungsform kann die Entfernung d zwischen 0 und dmax liegen. Hier ist dmax ein Abstand zwischen der Außenfläche des Gehäuses 300 und der Seitenfläche des Bildsensors 13.
Der Damm 270 umfasst zwei dreieckige Flächen 270l, 270r, die sich eine Seite C₁-C₂ teilen. Zwei dreieckige Flächen 270l, 270r erstrecken sich von einer Mittellinie 270c bis zu dem Prismental 261. Die Mittellinie 270c verläuft im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Prismenspitze 260 oder des Prismentals 261. Die Schnittpunkte zwischen zwei Prismenspitzen 260 und der Mittellinie 270c sind zwei Scheitelpunkte C₁ , C₂ der dreieckigen Flächen 270l, 270r, und die übrigen Scheitelpunkte C_l , C_r befinden sich jeweils in den Prismentälern 261. In einer Ausführungsform ist der Abstand zwischen C_l und C_r w_d , und der Abstand von der Mittellinie 270c zu C_l und C_r ist w_d/2. Dementsprechend kann ein Querschnitt der Prismenplatte 22' entlang des Prismentals 261 (Linie B-B') in Form des gleichseitig dreieckigen Damms 270 vorliegen, dessen Unterseite sich in dem Prismental 261 befindet. Dagegen kann ein Querschnitt der Prismenplatte 22' entlang der Prismenspitze 260 (Linie C-C') rechteckig sein. In einer anderen Ausführungsform können die Abstände von der Mittellinie 270c zu C_l und C_r voneinander verschieden sein.
Die 22A und 22B veranschaulichen ein Verfahren zum Anbringen des Gehäuses des Halbleiterpakets an der in 20 gezeigten Prismenplatte.
In 22A wird das Gehäuse 300 mit Hilfe eines flüssigen Klebstoffs 70 mit der Prismenplatte 22' verbunden. Eine bestimmte Menge Klebstoff 70 wird auf die Wand 310 des Gehäuses 300 aufgetragen. Die Prismenplatte 22' wird zu der Wand 310 hin abgesenkt.
In 22B wird, sobald die Prismenfläche der Prismenplatte 22' den Klebstoff 70 berührt, der durch die Prismenplatte 22' gepresste Klebstoff 70 in seitlicher Richtung verteilt. Der größte Teil des Klebstoffs 70 füllt die Prismentäler aus, und überschüssiger Klebstoff bewegt sich entlang der Prismentäler in Richtung der Mitte der Prismenplatte 22'. Der Damm 270 verhindert, dass sich der Klebstoff 70 entlang der Prismentäler zu dem Mittelpunkt der Prismenplatte 22' hin bewegt. In Bezug auf 22B sind somit die Prismentäler auf der rechten Seite des Dammes zumindest teilweise mit dem Klebstoff 70 gefüllt, aber die Prismentäler auf der linken Seite des Dammes sind frei von dem Klebstoff. Sobald UV-Licht oder Wärme beaufschlagt wird, härtet der Klebstoff aus, so dass das Gehäuse 300 fest mit der Prismenplatte 22' verbunden ist.
Bei einer Prismenplatte ohne Dammstruktur kann der Klebstoff 70 entlang der Prismentäler zu der Mitte der Prismenplatte fließen. Der Klebstoff 70, der in die Prismenplatte geflossen ist, kann die Funktion des Bildsensors 13 beeinträchtigen. Im Gegenteil dazu kann die Prismenplatte 22' mit Dammstruktur nicht nur das Einfließen von Klebstoff verhindern, sondern auch das Halbleiterpaket dicht verschließen. Dementsprechend können Fremdmaterialien nicht in das Innere des Halbleiterpakets gelangen.
23 zeigt eine weitere Ausführungsform der Prismenplatte mit Dammstruktur, und 24A, 24B und 24C veranschaulichen einen Vorgang der Kopplung des Gehäuses des Halbleiterpakets an die in 23 gezeigte Prismenplatte. Da die Beschreibung dieselbe ist wie die, die bereits mit Bezug auf 20 gegeben wurde, wird sie weggelassen.
Unter Bezugnahme auf 23 umfasst die Wand 315 des Gehäuses 300 die erste obere Oberfläche 315a und die zweite obere Oberfläche 315b. Die erste obere Oberfläche 315a und die zweite obere Oberfläche 315b sind in seitlicher Richtung parallel, und die erste obere Oberfläche 315a ist höher als die zweite obere Oberfläche 315b. Der Höhenunterschied zwischen der ersten und der zweiten oberen Oberfläche 315a, 315b kann gleich sein wie oder größer als zumindest eine Dicke der Prismenplatte 22', beispielsweise eine Entfernung zwischen der Prismenspitze und der ebenen Fläche der Prismenplatte 22'. Die Breite der ersten oberen Oberfläche 315a ist w₁ und die Breite der zweiten oberen Oberfläche ist w₂. Die Länge der Prismenplatte 22' in Querrichtung ist kleiner als die Länge der Abdeckung 350 in Querrichtung. In 23 befindet sich die rechte Seitenfläche der Prismenplatte 22' auf der linken Seite der rechten Seitenfläche der Abdeckung 350 und ist in einer Entfernung von zumindest d₁ beabstandet. So kann ein Bereich auf der unteren Oberfläche der Abdeckung 350 zwischen der rechten Seitenfläche der Abdeckung 350 und der rechten Seitenfläche der Prismenplatte 22' (beispielsweise der Bereich, der der Breite w₁ entspricht) so angeordnet sein, dass er die erste obere Oberfläche 315a der Wand 315 berührt, und ein Bereich auf der Prismenfläche der Prismenplatte 22' von der rechten Seitenfläche bis zu der Breite w₂ kann so angeordnet sein, dass er die zweite obere Oberfläche 315b der Wand 315 berührt.
Unter Bezugnahme auf 24A wird eine bestimmte Menge Klebstoff 70 auf die erste obere Oberfläche 315a des Gehäuses 300 aufgetragen. Der Deckel 350 und die mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 350 verbundene Prismenplatte 22' wird zu der Wand 315 hin abgesenkt. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Klebstoff 70 nur auf die zweite obere Oberfläche 315b oder sowohl auf die erste obere Oberfläche 315a als auch auf die zweite obere Oberfläche 315b aufgetragen werden.
Unter Bezugnahme auf 24B und 24C wird, wenn die untere Oberfläche der Abdeckung 250 den Klebstoff 70 berührt, der Klebstoff 70, der von der Prismenplatte 22' gepresst wird, in seitlicher Richtung verteilt. Ein Teil des Klebstoffs, der durch die untere Oberfläche der Abdeckung 350 gepresst wird, kann die zweite obere Oberfläche 315B erreichen. Der erste Teil 71 des Klebstoffs 70 wird über die erste obere Oberfläche 315a verteilt, und der zweite Teil 72 des Klebstoffs 70 wird über die zweite obere Oberfläche 315b verteilt. Der größte Teil des zweiten Teils 72 füllt die Prismentäler aus, und der Überschuss des zweiten Teils 72 bewegt sich in Richtung zum Mittelpunkt der Prismenplatte 22'. Der Damm 270 verhindert, dass sich der zweite Teil 72 in Richtung zum Mittelpunkt der Prismenplatte 22' entlang der Prismentäler bewegt. So sind die Prismentäler auf der rechten Seite des Dammes zumindest teilweise mit dem Klebstoff 70 gefüllt, aber die Prismentäler auf der linken Seite des Dammes sind frei von dem Klebstoff. Sobald UV-Licht oder Wärme beaufschlagt wird, härtet der Klebstoff aus, so dass das Gehäuse 300 fest mit der Prismenplatte 22' verbunden ist.
25 zeigt eine Prismenplattenform.
Unter Bezugnahme auf 25 ist eine gravierte Prismenfläche 265 für die Prismenfläche in der Erstreckungsrichtung der Prismenspitze/des Prismentals (der ersten Richtung) und ein gravierter Damm 275 in der Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (der zweiten Richtung) auf der Prismenplattenfräse 22" zur Herstellung der Prismenplatte mit Dammstruktur ausgebildet. Der gravierte Damm 275 kann durch Entfernen eines Teils eines geprägten Stücks der gravierten Prismenfläche 265 ausgebildet sein.
26A, 26B und 26C stellen eine weitere Ausführungsform der Prismenplatten mit Dammstruktur dar.
In 26A kann eine Vielzahl von Dämmen 110a, 110b auf der Prismenfläche ausgebildet sein. Die Vielzahl der Dämme 270a, 270b kann so ausgebildet sein, dass sie senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Prismenspitze/des Prismentals sind und eine gewisse Entfernung zueinander aufweisen. Die Höhen der Dämme 270a, 270b können im Wesentlichen identisch oder voneinander verschieden sein. Falls mehr als drei Dämme ausgebildet sind, können die Entfernungen zwischen den Dämmen im Wesentlichen identisch oder voneinander verschieden sein.
In 26B kann ein Querschnitt des Dammes 271 ein Polygon sein, beispielsweise ein Rechteck, und in 26C kann ein Querschnitt des Dammes 272 ein Halbkreis sein. Die Formen des Dammes in 26B und 26C können durch Querschnitte des eingravierten Dammes bestimmt werden. Im Vergleich zu dem in 20 gezeigten Damm 270 kann die Oberseite des Dammes 271 ein schmaler Streifen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Prismenspitze/des Prismentals sein. In einer Ausführungsform kann die obere Oberfläche des Dammes 271 parallel zu der ebenen Fläche der Prismenplatte 22' verlaufen. In einer anderen Ausführungsform kann die obere Oberfläche des Dammes 271 geneigt ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Rille ausgebildet sein, die sich von der oberen Oberfläche des Dammes 271 in Richtung der Innenseite des Dammes 271 erstreckt.
Die obige Beschreibung der Erfindung ist beispielhaft, und der Durchschnittsfachmann kann verstehen, dass die Erfindung in anderen Formen modifiziert werden kann, ohne das technische Konzept oder das wesentliche Merkmal der Erfindung zu ändern. Es sollte sich daher verstehen, dass die oben genannten Ausführungsformen in jeder Hinsicht beispielhaft, aber nicht endgültig sind.
Der Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert, nicht durch die obige detaillierte Beschreibung, und es ist so auszulegen, dass alle Änderungen oder Modifikationen, die sich aus der Bedeutung und dem Umfang der Ansprüche und deren äquivalenten Konzepten ableiten, in dem Umfang der Erfindung beinhaltet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 1020160048646 [0106]

Claims

Halbleiterpaket, umfassend: ein Gehäuse, das eine Wand aufweist, die eingerichtet ist, einen Raum zu umgeben, in dem ein Halbleiterchip eingebaut ist; und eine Prismenplatte, die eine Prismenfläche, die aus einer Vielzahl von Prismenspitzen und einer Vielzahl von Prismentälern besteht, und eine ebene Oberfläche aufweist, die der Prismenfläche zugewandt ist, wobei die Prismenfläche dem Halbleiterchip zugewandt ist und die ebene Oberfläche mit einer Abdeckung gekoppelt ist, wobei ein Damm, der sich in einer Richtung erstreckt, die sich von einer Erstreckungsrichtung der Prismenspitze unterscheidet, auf der Prismenfläche ausgebildet ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei die Erstreckungsrichtung des Dammes senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Prismenspitze ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei der Damm in der Vielzahl der Prismentäler ausgebildet ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei der Damm nahe einer seitlichen Oberfläche der Prismenplatte ausgebildet ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei die Höhe des Dammes gleich der Höhe der Prismenspitze ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt des Dammes ein Dreieck ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt des Dammes ein Rechteck ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei eine Länge des Dammes in der Erstreckungsrichtung kürzer als die Prismenplatte ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterchip ein Bildsensor ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: eine den optischen Pfad verlängernde Schicht, die auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet ist; und ein Mikrolinsenarray, das auf einer oberen Oberfläche der den optischen Pfad verlängernden Schicht angeordnet ist.
Halbleiterpaket nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Prismenspitzen und die Vielzahl von Prismentälern durch eine Vielzahl von ersten geneigten Flächen und eine Vielzahl von zweiten geneigten Flächen ausgebildet sind, die abwechselnd angeordnet sind, wobei ein Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche und ein Neigungswinkel der zweiten geneigten Fläche voneinander verschieden sind.