JP6932807B2 - 光学指紋センサー - Google Patents

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Description

本発明は、光学指紋センサーに関するものであり、特に、感度および視野（ＦＯＶ）を増加させることができる光学指紋センサーに関するものである。
従来の光学指紋センサーでは、傾斜光（例えば、大角度の入射光）は、遮光層によってブロックされ、フォトダイオードに到達できないため、センサーが十分な光を集光できず、感度が低下し、画像のコントラストが低下することになる。
感度を高めるために、マイクロレンズアレイが遮光層の開口の上に配置されて（即ち、１つのフォトダイオードに対応する１つのマイクロレンズ）、さまざまな角度でより多くの光を集光している。しかしながら、形成された視野（ＦＯＶ）は依然として十分な光を収光するのに不十分である。
従って、広視野（ＦＯＶ）の光学指紋センサーの開発が望まれる。
広視野（ＦＯＶ）の光学指紋センサーを提供する。
本発明の一実施形態によれば、光学指紋センサーが提供される。光学指紋センサーは、複数の光電変換ユニットを有する基板、基板上に配置された複数の第１の開口を有する第１の遮光層、および第１の遮光層の上に配置された第２の開口の複数のグループを有する第２の遮光層を含む。各第１の開口は、第２の開口の各グループに対応する。
いくつかの実施形態では、第２の開口の各グループは、中央開口、および中央開口を囲む複数の周辺開口を含む。周辺開口は、第１の周辺開口および第２の周辺開口を含む。第１の周辺開口の中心点、中央開口の中心点、および第２の周辺開口の中心点は、直線状に配置される。第１の周辺開口の中心点と第２の周辺開口の中心点との間の距離、第１の周辺開口の半径、および第２の周辺開口の半径の合計は、第２の幅として定義される。いくつかの実施形態では、各第１の開口は第１の幅を有し、第２の幅は第１の幅より大きい。
いくつかの実施形態では、光学指紋センサーは、第１の遮光層と第２の遮光層との間に配置された第３の遮光層をさらに含む。第３の遮光層は、第１の開口にそれぞれ対応する複数の第３の開口を有し、各第３の開口は第３の幅を有する。いくつかの実施形態では、第２の幅は第３の幅より大きく、第３の幅は第１の幅以上である。
いくつかの実施形態では、光学指紋センサーは、第２の遮光層上に配置されたマイクロレンズの複数のグループをさらに含む。マイクロレンズの各グループは、中央マイクロレンズ、および中央マイクロレンズを囲む複数の周辺マイクロレンズを含む。マイクロレンズの各グループの中央のマイクロレンズは、第２の開口の各グループの中央開口に配置され、マイクロレンズの各グループの周辺マイクロレンズは、第２の開口の各グループの周辺開口上にそれぞれ配置される。いくつかの実施形態では、各周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて、マイクロレンズの各グループに多角形を形成する。いくつかの実施形態では、多角形は、方形、六角形、または八角形を含む。いくつかの実施形態では、マイクロレンズの隣接するグループの２つの中央マイクロレンズの間にはそれぞれピッチがある。いくつかの実施形態では、ピッチは４０μmから１００μmの範囲にある。いくつかの実施形態において、マイクロレンズの各グループが４つの周辺マイクロレンズを有するとき、４つの周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて方形を形成する。いくつかの実施形態では、マイクロレンズの各グループが６つの周辺マイクロレンズを有するとき、６つの周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて六角形を形成する。いくつかの実施形態では、マイクロレンズの各グループが８つの周辺マイクロレンズを有するとき、８つの周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて八角形を形成する。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズの中心点と、マイクロレンズの各グループの各周辺マイクロレンズの中心点との間の距離は同じである。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズおよび周辺マイクロレンズは、５μmから３０μmの範囲の直径を有する。いくつかの実施形態では、周辺マイクロレンズの直径は同じである。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズの直径は、マイクロレンズの各グループの周辺マイクロレンズの直径と同じである。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズの直径は、マイクロレンズの各グループの周辺マイクロレンズの直径より大きいか、または小さい。
いくつかの実施形態では、光学指紋センサーは、第１の遮光層と第２の遮光層との間に配置され、第１の開口に充填される透明層をさらに含む。
いくつかの実施形態では、光学指紋センサーは、第１の透明層および第２の透明層をさらに含む。第１の透明層は、第１の遮光層と第３の遮光層との間に配置され、第１の開口に充填される。第２の透明層は、第３の遮光層と第２の遮光層との間に配置され、第３の開口に充填される。
本発明では、１つの光電変換ユニット（例えば、１つのフォトダイオード）に対応するマイクロレンズ、例えば５〜９つのマイクロレンズの数を増加させることにより、感度と視野（ＦＯＶ）が向上されることができる。マイクロレンズのグループは、中央マイクロレンズと、中央マイクロレンズを囲む複数の周辺マイクロレンズ、例えば、４つ、６つ、または８つの周辺マイクロレンズを含む。周辺マイクロレンズは多角形に配置される。即ち、各周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて、対称の多角形、例えば方形、正六角形、または正八角形を形成する。このようなマイクロレンズのグループの配置は、異なる方向の光を３つのマイクロレンズで同時に受光でき、十分な視野（ＦＯＶ）を維持することができる。マイクロレンズ（中央マイクロレンズおよび周辺マイクロレンズを含む）の最適な直径は、約５μmから約３０μmの範囲にある。また、マイクロレンズの各グループの中央マイクロレンズと各周辺マイクロレンズと間の距離は同じであるため、同じグループの各マイクロレンズが受光する光の量は一定であり、画像の均一性を向上させる。また、マイクロレンズの隣接するグループのそれぞれの２つの中央マイクロレンズ間の最適なピッチサイズは、約４０μmから約１００μmの範囲にある。従って、画像解像度は約２５４ｄｐｉから約６３５ｄｐｉの適切な範囲に維持することができる。チップ上では、マイクロレンズの各グループ間の配置と寸法は同じであるため、適切なピッチサイズを維持し、クロストーク効果と不均一な画像が避けられる。
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び例を読むことで、より完全に理解することができる。
図１は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーの断面図である。 図２は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーのマイクロレンズのグループの配置および寸法の上面図である。 図３は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーの断面図である。 図４は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーの断面図である。 図５は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーのマイクロレンズのグループの配置および寸法の上面図である。 図６は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーの断面図である。 図７は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーのマイクロレンズのグループの配置および寸法の上面図である。 図８は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーの断面図である。 図９は、本発明の一実施形態による光学指紋センサーのマイクロレンズのグループの配置および寸法の上面図である。
以下の説明では、本発明を実施するベストモードを開示している。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のものであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参考にして決定される。
図１および図２に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学指紋センサー１０が提供される。図１は、光学指紋センサー１０の断面図である。図２は、光学指紋センサー１０のマイクロレンズのグループの配置および寸法の上面図である。
図１では、光学指紋センサー１０は、基板１２、第１の光電変換ユニット１４、第２の光電変換ユニット１６、第１の遮光層１８、複数の第１の開口２０、透明層２２、第２の遮光層２４、第２の開口の第１のグループ２６、第２の開口の第２のグループ２８、マイクロレンズの第１のグループ３０、およびマイクロレンズの第２のグループ３２を含む。第１の光電変換ユニット１４および第２の光電変換ユニット１６は、基板１２に配置される。第１の遮光層１８は、基板１２上に配置される。第１の開口２０は、第１の遮光層１８に形成され、第１の光電変換ユニット１４および第２の光電変換ユニット１６にそれぞれ整合する。各第１の開口２０の幅は、第１の幅「Ｗ１」として定義される。透明層２２は、第１の遮光層１８と第２の遮光層２４との間に配置され、第１の開口２０に充填される。第２の遮光層２４は、透明層２２上に配置される。第２の開口の第１のグループ２６および第２の開口の第２のグループ２８は、第２の遮光層２４に形成され、様々な第１の開口２０とそれぞれ整合する。第２の開口の第１のグループ２６は、中央開口２６ａと、中央開口２６ａを囲む複数の周辺開口２６ｂ、例えば６つの周辺開口とを含む。図１では、中央開口２６ａの左側に位置した周辺開口２６ｂは、第１の周辺開口として定義される。中央開口２６ａの右側に位置した周辺開口２６ｂは、第２の周辺開口として定義される。第１の周辺開口２６ｂの中心点「２６ｂＰｃ１」、中央開口２６ａの中心点「２６ａＰｃ」、および第２の周辺開口２６ｂの中心点「２６ｂＰｃ２」は直線上に配置される。第１の周辺開口２６ｂの中心点「２６ｂＰｃ１」と第２の周辺開口２６ｂの中心点「２６ｂＰｃ２」との間の距離「ｄ」、第１の周辺開口２６ｂの半径「ｒ１」、および第２の周辺開口２６ｂの半径「ｒ２」の合計は、第２の幅「Ｗ２」として定義される。同様に、第２の開口の第２のグループ２８は、中央開口２８ａと、中央開口２８ａを囲む複数の周辺開口部２８ｂ、例えば６つの周辺開口とを含む。中央開口２８ａの左側に位置した周辺開口２８ｂは、第１の周辺開口として定義される。中央開口２８ａの右側に位置した周辺開口２８ｂは、第２の周辺開口として定義される。第１の周辺開口２８ｂの中心点「２８ｂＰｃ１」、中央開口２８ａの中心点「２８ａＰｃ」、および第２の周辺開口２８ｂの中心点「２８ｂＰｃ２」は直線上に配置される。第１の周辺開口２８ｂの中心点「２８ｂＰｃ１」と第２の周辺開口２８ｂの中心点「２８ｂＰｃ２」との間の距離「ｄ」、第１の周辺開口２８ｂの半径「ｒ１」、および第２の周辺開口２８ｂの半径「ｒ２」の合計は、第２の幅「Ｗ２」として定義される。具体的には、マイクロレンズの第１のグループ３０は、第２の開口の第１のグループ２６の上方に配置され、第１の光電変換ユニット１４と整合する。マイクロレンズの第２のグループ３２は、第２の開口の第２のグループ２８の上方に配置され、第２の光電変換ユニット１６と整合する。
いくつかの実施形態では、基板１２は、例えば、シリコンまたはその他の適切な半導体材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の光電変換ユニット１４および第２の光電変換ユニット１６は、光を電気信号に変換することができる適切な構成要素、例えば様々なフォトダイオード（ＰＤ）を含む。いくつかの実施形態では、第１の遮光層１８および第２の遮光層２４は、例えば、適切な不透明な有機材料または無機材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の遮光層１８と第２の遮光層２４との間に配置された透明層２２は、例えば、適切な透明有機材料または低い消衰係数を有する無機材料を含む。いくつかの実施形態では、第２の開口の第１のグループ２６の第２の幅「Ｗ２」は、第２の開口の第１のグループ２６と整合する第１の開口２０の第１の幅「Ｗ１」より大きい。第２の開口の第２のグループ２８の第２の幅「Ｗ２」は、第２の開口の第２のグループ２８と整合する第１の開口２０の第１の幅「Ｗ１」より大きい。
図２に示すように、マイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法がより明確に明らかにされている。図２は、マイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法の上面図である。図１のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の断面プロファイルは、図２の断面線Ａ−Ａ’に沿って得られる。図２では、マイクロレンズの第１のグループ３０は、１つの中央マイクロレンズ３０ａと、中央マイクロレンズ３０ａを囲む６つの周辺マイクロレンズ３０ｂとを含む。マイクロレンズの第２のグループ３２は、１つの中央マイクロレンズ３２ａと、中央マイクロレンズ３２ａを囲む６つの周辺マイクロレンズ３２ｂとを含む。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａは、第２の開口の第１のグループ２６の中央開口２６ａに配置される。マイクロレンズの第１のグループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂは、第２の開口の第１のグループ２６の周辺開口２６ｂ上にそれぞれ配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａは、第２の開口の第２のグループ２８の中央開口２８ａ上に配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂは、図１に示されるように、第２の開口の第２のグループ２８の周辺開口２８ｂ上にそれぞれ配置される。図２では、各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点「Ｐｃ」は互いに接続されて、マイクロレンズの第１のグループ３０に「六角形」３４を形成する。同様に、各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点「Ｐｃ」は互いに接続されて、マイクロレンズの第２のグループ３２に「六角形」３４’を形成する。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａとマイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａとの間にはピッチ「Ｄ」がある。いくつかの実施形態では、ピッチ「Ｄ」は約４０μｍから約１００μｍの範囲にある。
中央マイクロレンズ３０ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第１のグループ３０において「Ｄｃｐ１」として定義される。マイクロレンズの第１のグループ３０の距離「Ｄｃｐ１」は全て同じである。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第２のグループ３２において「Ｄｃｐ２」として定義される。マイクロレンズの第２のグループ３２の距離「Ｄｃｐ２」は全て同じである。距離「Ｄｃｐ１」は距離「Ｄｃｐ２」に等しい。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」、および周辺マイクロレンズ（３０ｂおよび３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」および「Ｄｐ２」は、約５μｍから約３０μｍの範囲にある。図２では、中央のマイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」は同じである。周辺マイクロレンズ（３０ｂと３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」と「Ｄｐ２」は同じである。中央マイクロレンズ３０ａの直径「Ｄｃ１」は、マイクロレンズの第１のグループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂの直径「Ｄｐ１」と同じである。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの直径「Ｄｃ２」は、マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂの直径「Ｄｐ２」と同じである。
図３に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学指紋センサー１０が提供される。図３は、光学指紋センサー１０の断面図を示している。
図３では、光学指紋センサー１０は、基板１２、第１の光電変換ユニット１４、第２の光電変換ユニット１６、第１の遮光層１８、複数の第１の開口２０、第１の透明層２２ａ、第２の遮光層２４、複数の第２の開口（２６および２８）、第２の透明層２２ｂ、第３の遮光層２５、第３の開口の第1のグループ２７、第３の開口の第２のグループ２９、マイクロレンズの第1のグループ３０、およびマイクロレンズの第２のグループ３２を含む。第１の光電変換ユニット１４および第２の光電変換ユニット１６は、基板１２に配置される。第１の遮光層１８は、基板１２上に配置される。第１の開口２０は、第１の遮光層１８に形成され、第１の光電変換ユニット１４および第２の光電変換ユニット１６にそれぞれ整合する。各第１の開口２０の幅は、第１の幅「Ｗ１」として定義される。第１の透明層２２ａは、第１の遮光層１８と第２の遮光層２４との間に配置され、第１の開口２０に充填される。第２の遮光層２４は、第１の透明層２２ａ上に配置される。第２の開口（２６および２８）は、第２の遮光層２４に形成され、それぞれ様々な第１の開口２０と整合する。各第２の開口（２６および２８）の幅は、第２の幅「Ｗ２」として定義される。第２の透明層２２ｂは、第２の遮光層２４と第３の遮光層２５との間に配置され、第２の開口（２６および２８）に充填される。第３の遮光層２５は、第２の透明層２２ｂ上に配置される。第３の開口の第１のグループ２７および第３の開口の第２のグループ２９は、第３の遮光層２５に形成され、第２の開口（２６および２８）とそれぞれ整合する。第３の開口の第１のグループ２７は、中央開口２７ａと、中央開口２７ａを囲む複数の周辺開口２７ｂ、例えば６つの周辺開口とを含む。図３では、中央開口２７ａの左側に位置した周辺開口２７ｂは、第１の周辺開口として定義される。中央開口２７ａの右側に位置した周辺開口２７ｂは、第２の周辺開口として定義される。第１の周辺開口２７ｂの中心点「２７ｂＰｃ１」、中央開口２７ａの中心点「２７ａＰｃ」、および第２の周辺開口２７ｂの中心点「２７ｂＰｃ２」は直線上に配置される。第１の周辺開口２７ｂの中心点「２７ｂＰｃ１」と第２の周辺開口２７ｂの中心点「２７ｂＰｃ２」との間の距離「ｄ」、第１の周辺開口２７ｂの半径「ｒ１」、および第２の周辺開口２７ｂの半径「ｒ２」の合計は、第３の幅「Ｗ３」として定義される。同様に、第３の開口の第２のグループ２９は、中央開口２９ａと、中央開口２９ａを囲む複数の周辺開口部２９ｂ、例えば６つの周辺開口とを含む。中央開口２９ａの左側に位置した周辺開口２９ｂは、第１の周辺開口として定義される。中央開口２９ａの右側に位置した周辺開口２９ｂは、第２の周辺開口として定義される。第１の周辺開口２９ｂの中心点「２９ｂＰｃ１」、中央開口２９ａの中心点「２９ａＰｃ」、および第２の周辺開口２９ｂの中心点「２９ｂＰｃ２」は直線上に配置される。第１の周辺開口２９ｂの中心点「２９ｂＰｃ１」と第２の周辺開口２９ｂの中心点「２９ｂＰｃ２」との間の距離「ｄ」、第１の周辺開口２９ｂの半径「ｒ１」、および第２の周辺開口２９ｂの半径「ｒ２」の合計は、第３の幅「Ｗ３」として定義される。具体的には、マイクロレンズの第１のグループ３０は、第３の開口の第１のグループ２７の上方に配置され、第１の光電変換ユニット１４と整合する。マイクロレンズの第２のグループ３２は、第３の開口の第２のグループ２９の上方に配置され、第２の光電変換ユニット１６と整合する。
いくつかの実施形態では、基板１２は、例えば、シリコンまたは他の適切な半導体材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の光電変換ユニット１４および第２の光電変換ユニット１６は、光を電気信号に変換することができる適切なコンポーネント、例えば、様々なフォトダイオード（ＰＤ）を含む。いくつかの実施形態では、第１の遮光層１８、第２の遮光層２４、および第３の遮光層２５は、例えば、適切な不透明有機材料または無機材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の遮光層１８と第２の遮光層２４との間に配置された第１の透明層２２ａ、および第２の遮光層２４と第３の遮光層２５との間に配置された第２の透明層２２ｂは、例えば、適切な透明有機材料または低消衰係数の無機材料を含む。いくつかの実施形態では、第３の開口の第１のグループ２７の第３の幅「Ｗ３」は、第３の開口の第１のグループ２７と整合する第２の開口２６の第２の幅「Ｗ２」より大きい。第２の開口２６の第２の幅「Ｗ２」は、第２の開口２６と整合する第１の開口２０の第１の幅「Ｗ１」以上である。同様に、第３の開口の第２のグループ２９の第３の幅「Ｗ３」は、第３の開口の第２のグループ２９と整合する第２の開口２８の第２の幅「Ｗ２」より大きい。第２の開口２８の第２の幅「Ｗ２」は、第２の開口２８と整合する第１の開口２０の第１の幅「Ｗ１」以上である。
図３の光学指紋センサー１０のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法は、図２に示されたものと同様である。
図４に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学指紋センサー１０が提供される。図４は、光学指紋センサー１０の断面図を示している。
図４の光学指紋センサー１０の構造は、図３に示された光学指紋センサー１０の構造と同様である。それらの間の区別は、マイクロレンズの第１のグループ３０とマイクロレンズの第２のグループ３２の寸法変化にある。
図５に示すように、図４の光学指紋センサー１０のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法は、より明確に明らかにされる。図５は、マイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法の上面図である。図４のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の断面プロファイルは、図５の断面線Ｂ−Ｂ’に沿って得られる。図５では、マイクロレンズの第１のグループ３０は、１つの中央マイクロレンズ３０ａと、中央マイクロレンズ３０ａを囲む６つの周辺マイクロレンズ３０ｂとを含む。マイクロレンズの第２のグループ３２は、１つの中央マイクロレンズ３２ａと、中央マイクロレンズ３２ａを囲む６つの周辺マイクロレンズ３２ｂとを含む。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａは、第３の開口の第１のグループ２７の中央開口２７ａ上に配置される。マイクロレンズの第１のグループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂは、第３の開口の第１のグループ２７の周辺開口２７ｂ上にそれぞれ配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａは、第３の開口の第２のグループ２９の中央開口２９ａに配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂは、図４に示されるように、第３の開口の第２のグループ２９の周辺開口２９ｂ上にそれぞれ配置される。図５では、各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点「Ｐｃ」は、互いに接続されて、マイクロレンズの第１のグループ３０に「六角形」３４を形成する。同様に、各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点「Ｐｃ」は互いに接続されて、マイクロレンズの第２のグループ３２に「六角形」３４’を形成する。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａとマイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａとの間にはピッチ「Ｄ」がある。いくつかの実施形態では、ピッチ「Ｄ」は約４０μｍから約１００μｍの範囲にある。
中央マイクロレンズ３０ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第１のグループ３０において「Ｄｃｐ１」として定義される。マイクロレンズの第１のグループ３０の距離「Ｄｃｐ１」は全て同じである。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第２のグループ３２において「Ｄｃｐ２」として定義される。マイクロレンズの第２のグループ３２の距離「Ｄｃｐ２」は全て同じである。距離「Ｄｃｐ１」は距離「Ｄｃｐ２」に等しい。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」ならびに周辺マイクロレンズ（３０ｂおよび３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」および「Ｄｐ２」は、約５μｍから約３０μｍの範囲にある。図５では、中央のマイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」は同じである。周辺マイクロレンズ（３０ｂと３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」と「Ｄｐ２」は同じである。具体的には、中央マイクロレンズ３０ａの直径「Ｄｃ１」は、マイクロレンズの第１のグループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂの直径「Ｄｐ１」より小さい。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの直径「Ｄｃ２」は、マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂの直径「Ｄｐ２」より小さい。
図６に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学指紋センサー１０が提供される。図６は、光学指紋センサー１０の断面図を示している。
図６の光学指紋センサー１０の構造は、図３に示される光学指紋センサー１０の構造と同様である。それらの間の区別は、マイクロレンズの第１のグループ３０とマイクロレンズの第２のグループ３２の配置と寸法の変形にある。
図７に示すように、図６の光学指紋センサー１０のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法はより明確に明らかにされる。図７は、マイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法の上面図である。図６のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の断面プロファイルは、図７の断面線Ｃ−Ｃ’に沿って得られる。図７では、マイクロレンズの第１のグループ３０は、１つの中央マイクロレンズ３０ａと、中央マイクロレンズ３０ａを囲む８つの周辺マイクロレンズ３０ｂとを含む。マイクロレンズの第２のグループ３２は、１つの中央マイクロレンズ３２ａと、中央マイクロレンズ３２ａを囲む８つの周辺マイクロレンズ３２ｂとを含む。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａは、第３の開口の第１のグループ２７の中央開口２７ａ上に配置される。マイクロレンズの第１グループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂは、第３の開口の第１のグループ２７の周辺開口２７ｂ上にそれぞれ配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａは、第３の開口の第２のグループ２９の中央開口２９ａに配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂは、図６に示されるように、第３の開口の第２のグループ２９の周辺開口２９ｂ上にそれぞれ配置される。図７では、各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点「Ｐｃ」は互いに接続されて、マイクロレンズの第１のグループ３０に「八角形」３６を形成する。同様に、各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点「Ｐｃ」は互いに接続されて、マイクロレンズの第２のグループ３２に「八角形」３６’を形成する。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａとマイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａとの間にはピッチ「Ｄ」がある。いくつかの実施形態では、ピッチ「Ｄ」は約４０μｍから約１００μｍの範囲にある。
中央マイクロレンズ３０ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第１のグループ３０において「Ｄｃｐ１」として定義される。マイクロレンズの第１のグループ３０の距離「Ｄｃｐ１」は全て同じである。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第２のグループ３２において「Ｄｃｐ２」として定義される。マイクロレンズの第２のグループ３２の距離「Ｄｃｐ２」は全て同じである。距離「Ｄｃｐ１」は距離「Ｄｃｐ２」に等しい。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」ならびに周辺マイクロレンズ（３０ｂおよび３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」および「Ｄｐ２」は、約５μｍから約３０μｍの範囲にある。図７では、中央のマイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」は同じである。周辺マイクロレンズ（３０ｂと３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」と「Ｄｐ２」は同じである。具体的には、中央マイクロレンズ３０ａの直径「Ｄｃ１」は、マイクロレンズの第１のグループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂの直径「Ｄｐ１」より大きい。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの直径「Ｄｃ２」は、マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂの直径「Ｄｐ２」より大きい。
図８に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学指紋センサー１０が提供される。図８は、光学指紋センサー１０の断面図を示している。
図８の光学指紋センサー１０の構造は、図３に示される光学指紋センサー１０の構造と同様である。それらの間の区別は、マイクロレンズの第１のグループ３０とマイクロレンズの第２のグループ３２の配置の変形にある。
図９に示すように、図８の光学指紋センサー１０のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法はより明確に明らかにされる。図９は、マイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の配置および寸法の上面図である。図８のマイクロレンズの第１のグループ３０およびマイクロレンズの第２のグループ３２の断面プロファイルは、図９の断面線Ｄ−Ｄ’に沿って得られる。図９では、マイクロレンズの第１のグループ３０は、１つの中央マイクロレンズ３０ａと、中央マイクロレンズ３０ａを囲む４つの周辺マイクロレンズ３０ｂとを含む。マイクロレンズの第２のグループ３２は、１つの中央マイクロレンズ３２ａと、中央マイクロレンズ３２ａを囲む４つの周辺マイクロレンズ３２ｂとを含む。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａは、第３の開口の第１のグループ２７の中央開口２７ａ上に配置される。マイクロレンズの第１グループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂは、第３の開口の第１のグループ２７の周辺開口２７ｂ上にそれぞれ配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａは、第３の開口の第２のグループ２９の中央開口２９ａに配置される。マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂは、図８に示されるように、第３の開口の第２のグループ２９の周辺開口２９ｂ上にそれぞれ配置される。図９では、各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点「Ｐｃ」は互いに接続されて、マイクロレンズの第１のグループ３０に「方形」３８を形成する。同様に、各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点「Ｐｃ」は互いに接続されて、マイクロレンズの第２のグループ３２に「方形」３８’を形成する。マイクロレンズの第１のグループ３０の中央マイクロレンズ３０ａとマイクロレンズの第２のグループ３２の中央マイクロレンズ３２ａとの間にはピッチ「Ｄ」がある。いくつかの実施形態では、ピッチ「Ｄ」は約４０μｍから約１００μｍの範囲にある。
中央マイクロレンズ３０ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３０ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第１のグループ３０において「Ｄｃｐ１」として定義される。マイクロレンズの第１のグループ３０の距離「Ｄｃｐ１」は全て同じである。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの中心点と各周辺マイクロレンズ３２ｂの中心点との間の距離は、マイクロレンズの第２のグループ３２において「Ｄｃｐ２」として定義される。マイクロレンズの第２のグループ３２の距離「Ｄｃｐ２」は全て同じである。距離「Ｄｃｐ１」は距離「Ｄｃｐ２」に等しい。いくつかの実施形態では、中央マイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」ならびに周辺マイクロレンズ（３０ｂおよび３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」および「Ｄｐ２」は、約５μｍから約３０μｍの範囲にある。図９では、中央のマイクロレンズ（３０ａおよび３２ａ）の直径「Ｄｃ１」および「Ｄｃ２」は同じである。周辺マイクロレンズ（３０ｂと３２ｂ）の直径「Ｄｐ１」と「Ｄｐ２」は同じである。具体的には、中央マイクロレンズ３０ａの直径「Ｄｃ１」は、マイクロレンズの第１のグループ３０の周辺マイクロレンズ３０ｂの直径「Ｄｐ１」と同じである。同様に、中央マイクロレンズ３２ａの直径「Ｄｃ２」は、マイクロレンズの第２のグループ３２の周辺マイクロレンズ３２ｂの直径「Ｄｐ２」と同じである。
本発明では、１つの光電変換ユニット（例えば１つのフォトダイオード）に対応するマイクロレンズの数を、例えば５から９に増加させることにより、感度および視野（ＦＯＶ）が向上されることができる。マイクロレンズのグループは、中央マイクロレンズと、中央マイクロレンズを囲む複数の周辺マイクロレンズ、例えば、４つ、６つ、または８つの周辺マイクロレンズを含む。周辺マイクロレンズは多角形に配置される。即ち、各周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて、対称の多角形、例えば方形、正六角形、または正八角形を形成する。このようなマイクロレンズのグループの配置は、異なる方向の光を３つのマイクロレンズで同時に受光でき、十分な視野（ＦＯＶ）を維持することができる。マイクロレンズ（中央マイクロレンズおよび周辺マイクロレンズを含む）の最適な直径は、約５μmから約３０μmの範囲にある。また、マイクロレンズの各グループの中央マイクロレンズと各周辺マイクロレンズと間の距離は同じであるため、同じグループの各マイクロレンズが受光する光の量は一定であり、画像の均一性を向上させる。また、マイクロレンズの隣接するグループのそれぞれの２つの中央マイクロレンズ間の最適なピッチサイズは、約４０μmから約１００μmの範囲にある。従って、画像解像度は約２５４ｄｐｉから約６３５ｄｐｉの適切な範囲に維持することができる。チップ上では、マイクロレンズの各グループ間の配置と寸法は同じであるため、不均一な画像が避けられる。
本発明は、例として及び好ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
１０ 光学指紋センサー
１２ 基板
１４ 第１の光電変換ユニット
１６ 第２の光電変換ユニット
１８ 第１の遮光層
２０ 第１の開口
２２ 透明層
２４ 第２の遮光層
２６ 第２の開口の第１のグループ
２６ａ 中央開口
２６ａＰｃ 中央開口の中心点
２６ｂ 周辺開口
２６ｂＰｃ１ 第１の周辺開口の中心点
２６ｂＰｃ２ 第２の周辺開口の中心点
２８ 第２の開口の第２のグループ
２８ａ 中央開口
２８ａＰｃ 中央開口の中心点
２８ｂ 周辺開口
２８ｂＰｃ１ 第１の周辺開口の中心点
２８ｂＰｃ２ 第２の周辺開口の中心点
３０ マイクロレンズの第１のグループ
３０ａ 中央マイクロレンズ
３０ｂ 周辺マイクロレンズ
３２ マイクロレンズの第２のグループ
３２ａ 中央マイクロレンズ
３２ｂ 周辺マイクロレンズ
Ｗ１ 第１の開口の第１の幅
Ｗ２ ｄと第１の周辺開口の半径と第２の周辺開口の半径の合計、第２の開口の幅
ｄ 第１の周辺開口の中心点と第２の周辺開口の中心点との間の距離
ｒ１ 第１の周辺開口の半径
ｒ２ 第２の周辺開口の半径
Ｄｃｐ１ マイクロレンズの第１のグループの距離
Ｄｃｐ２ マイクロレンズの第２のグループの距離
３４ マイクロレンズの第１のグループの六角形
３４’ マイクロレンズの第２のグループの六角形
Ｐｃ 周辺マイクロレンズの中心点
Ａ−Ａ’ 断面線
Ｄｃ１、Ｄｃ２ 中央マイクロレンズの直径
Ｄｐ１、Ｄｐ２ 周辺マイクロレンズの直径
Ｄ マイクロレンズの第１のグループの中央マイクロレンズとマイクロレンズの第２のグループの中央マイクロレンズとの間のピッチ
２２ａ 第１の透明層
２２ｂ 第２の透明層
２５ 第３の遮光層
２７ 第３の開口の第１のグループ
２７ａ 中央開口
２７ａＰｃ 中央開口の中心点
２７ｂ 周辺開口
２７ｂＰｃ１ 第１の周辺開口の中心点
２７ｂＰｃ２ 第２の周辺開口の中心点
２９ 第３の開口の第２のグループ
２９ａ 中央開口
２９ａＰｃ 中央開口の中心点
２９ｂ 周辺開口
２９ｂＰｃ１ 第１の周辺開口の中心点
２９ｂＰｃ２ 第２の周辺開口の中心点
Ｗ３ ｄと第１の周辺開口の半径と第２の周辺開口の半径の合計
Ｂ−Ｂ’ 断面線
３６ マイクロレンズの第１のグループの八角形
３６’ マイクロレンズの第２のグループの八角形
Ｃ−Ｃ’ 断面線
３８ マイクロレンズの第１のグループの方形
３８’ マイクロレンズの第２のグループの方形
Ｄ−Ｄ’ 断面線

Claims (12)

  1. 複数の光電変換ユニットを有する基板、
    前記基板上に配置され、複数の第１の開口を有する第１の遮光層、および
    前記第１の遮光層の上に配置され、第２の開口の複数のグループを有し、各第１の開口は、前記第２の開口の各グループに対応する第２の遮光層を含み、
    前記第２の開口の各グループは、中央開口、および前記中央開口を囲む複数の周辺開口を含み、前記複数の周辺開口の中心点が前記中央開口の中心点から所定の距離離れ、前記複数の周辺開口のそれぞれの中心点を結ぶと多角形になるように、前記複数の周辺開口が配置される光学指紋センサー。
  2. 前記複数の周辺開口は、第１の周辺開口および第２の周辺開口を含み、前記第１の周辺開口の中心点、前記中央開口の中心点、および前記第２の周辺開口の中心点は、直線状に配置され、前記第１の周辺開口の前記中心点と前記第２の周辺開口の前記中心点との間の距離、前記第１の周辺開口の半径、および前記第２の周辺開口の半径の合計は、第２の幅として定義される請求項１に記載の光学指紋センサー。
  3. 前記第１の遮光層と前記第２の遮光層との間に配置された第１の開口にそれぞれ対応する複数の第３の開口を有する第３の遮光層をさらに含み、各第１の開口は第１の幅を有し、各第３の開口は第３の幅を有し、前記第２の幅は、前記第１の幅より大きく、前記第２の幅は前記第３の幅より大きく、前記第３の幅は、前記第１の幅以上である請求項２に記載の光学指紋センサー。
  4. 前記第２の遮光層上に配置されたマイクロレンズの複数のグループをさらに含み、前記マイクロレンズの各グループは、中央マイクロレンズ、および前記中央マイクロレンズを囲む複数の周辺マイクロレンズを含み、前記マイクロレンズの各グループの前記中央のマイクロレンズは、前記第２の開口の各グループの前記中央開口に配置され、前記マイクロレンズの各グループの前記周辺マイクロレンズは、前記第２の開口の各グループの前記周辺開口上にそれぞれ配置される請求項２に記載の光学指紋センサー。
  5. 前記マイクロレンズの隣接するグループの２つの中央マイクロレンズの間にはそれぞれピッチがあり、ピッチは４０μmから１００μmの範囲にある請求項４に記載の光学指紋センサー。
  6. 各周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されてマイクロレンズの各グループに多角形を形成し、前記マイクロレンズの各グループが４つの周辺マイクロレンズを有するとき、前記４つの周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて方形を形成する請求項４に記載の光学指紋センサー。
  7. 各周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されてマイクロレンズの各グループに多角形を形成し、前記マイクロレンズの各グループが６つの周辺マイクロレンズを有するとき、前記６つの周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて六角形を形成する請求項４に記載の光学指紋センサー。
  8. 各周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されてマイクロレンズの各グループに多角形を形成し、前記マイクロレンズの各グループが８つの周辺マイクロレンズを有するとき、前記８つの周辺マイクロレンズの中心点は互いに接続されて八角形を形成する請求項４に記載の光学指紋センサー。
  9. 前記中央マイクロレンズの中心点と、前記マイクロレンズの各グループの各周辺マイクロレンズの中心点との間の距離は同じであり、前記中央マイクロレンズおよび前記周辺マイクロレンズは、５μmから３０μmの範囲の直径を有する請求項４に記載の光学指紋センサー。
  10. 前記周辺マイクロレンズの直径が同じであるとき、前記中央マイクロレンズの直径は、前記マイクロレンズの各グループの前記周辺マイクロレンズの直径と同じであるか、または前記中央マイクロレンズの直径は、前記マイクロレンズの各グループの前記周辺マイクロレンズの直径より大きいか、または小さい請求項９に記載の光学指紋センサー。
  11. 前記第１の遮光層と前記第２の遮光層との間に配置され、前記第１の開口に充填される透明層をさらに含む請求項１に記載の光学指紋センサー。
  12. 第１の透明層および第２の透明層をさらに含み、前記第１の透明層は、前記第１の遮光層と前記第３の遮光層との間に配置され、前記第１の開口に充填され、前記第２の透明層は、前記第３の遮光層と前記第２の遮光層との間に配置され、前記第３の開口に充填される請求項３に記載の光学指紋センサー。
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