TW201523398A - 使用橫向法布立－柏若諧振器作爲偵測器之嵌入式光學感測器 - Google Patents

使用橫向法布立－柏若諧振器作爲偵測器之嵌入式光學感測器 Download PDF

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Abstract

一種用以偵測處於一波長範圍及一入射角度範圍之光之偵測器，該偵測器包含：一基板；複數介電結構，位於該基板上，各該介電結構用以經由該介電結構之與該基板相對之一側接收光；以及複數導電性結構，位於該基板上，在該等導電性結構其中之連續導電性結構之間具有該等介電結構其中之一對應介電結構，其中該等連續導電性結構與該對應介電結構形成一空腔，以因應於接收到該波長範圍之光而誘發一吸收諧振。

Description

使用橫向法布立-柏若諧振器作為偵測器之嵌入式光學感測器 【優先權聲明】
本專利申請案主張於2013年12月3日提出申請且名稱為「使用橫向法布立-柏若諧振器作為偵測器之嵌式光學感測器(Embedded Optical Sensors Using Transverse Fabry-Perot Resonator as Detectors)」之美國臨時專利申請序列第61/911,426號之優先權及權利，該美國專利申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
本發明之實施例係關於一種使用橫向法布立-柏若諧振器(Fabry-Perot resonator)作為偵測器且可嵌入一顯示裝置中之光學感測器。
顯示裝置已變得日益普及並廣泛用於例如手機、電腦監視器、電視機、平板電腦等裝置中。該等顯示裝置可係為任何適宜類型(種類)之顯示器，包含有機發光顯示器(organic light emitting display；OLED)、液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)等。具體而言，已開發出包含光學感測器之顯示裝置，例如，以偵測一使用者與顯示裝置之交互作用(例如，藉由使用者之手指或藉由使用一尖筆(stylus)與顯示裝置交互作用)、感測周圍光線、掃描檔案、掃描指紋等。
在具有觸控功能之顯示系統領域中，先前技術之方法係為將一觸控面板以物理方式結合於顯示裝置上。然而，結合一觸控面板會降低顯示效能參數(例如，對比率及光通量)並增加顯示系統之厚度及重量。此外，在觸控面板中所常常採用之電容式內置觸控解決方案(capacitive in-cell touch solution)具有顯著之良率及雜訊處理問題，進而導致製造成本增加。
對於嵌入式光學感測陣列，存在多種解決方案；然而，該等先前技術解決方案往往存在許多缺點。舉例而言，先前技術之嵌入式光學感測器幾乎不會提供感測波長選擇，進而在正常周圍光照條件下導致訊雜比低。光學感測器通常吸收一廣譜之光而非僅對一窄頻帶之光敏感。此可能需要使用可能會非常昂貴之光學濾波器，並且在某些應用中，甚至可能會由於結構性限制而不可行。此外，由於難以整合光學濾波器，現存之嵌入式解決方案提供非常有限之成像能力。先前技術感測器幾乎不具有或根本不具有角度選擇性，此限制了其對於校準感測光之情形之應用，進而使其在大部分情形中不可行。此外，先前技術之嵌入式感測器呈現出低之光偵測效率。為增大偵測效率，可增大光感測材料之厚度，而此會不利地影響響應時間並且可能成本高昂。
期望提供一種無需光學透鏡或濾波器便能提供高之角度選擇性及波長選擇性以及偵測效率之廉價嵌入式光學感測器。
本發明實施例之態樣係關於一種使用橫向法布立-柏若(transverse Fabry-Perot；TFP)諧振器作為偵測器之光學感測器及其操作方法。
本發明實施例之態樣係關於一種對波長及方向具有靈敏度(及選擇性)之偵測器(例如，紅外偵測器)，其可整合入一顯示系統以與該顯示系統進行各種新形式之交互作用。
本發明之實施例提供一種偵測器，該偵測器在一基板上包含由具有波長尺度(wavelength-scale)之橫向諧振空腔形成之一薄膜二維圖案，該等空腔引起對沿垂直於該基板或與該基板成一角度之方向入射之光之諧振吸收，並大幅提高對一預定波長之入射光之靈敏度。在某些實施例中，該等偵測器之波長及取向係為特定的以達成無透鏡成像(lenseless imaging)。此外，可使用偵測器之各種組合來達成可能以先前技術感測器無法達成之一高的角度選擇性。
在某些實施例中，偵測器係為超薄的以使得能夠在顯示結構內部或外部(例如，在顯示畫素下面之TFT基板上)構造複數偵測器，此可降低(例如，最小化)該等偵測器對顯示效能之影響。該等偵測器可相容於在顯示系統中所常常使用之線性及圓形偏振器對比度增強膜(contrast enhancement film)。
根據本發明某些實施例，提供一種用以偵測處於一波長範圍及一入射角度範圍之光之偵測器，該偵測器包含：一基板；複數介電結構，位於該基板上，各該介電結構用以經由該介電結構之與該基板相對之一側接收光；以及複數導電性結構，位於該基板上，在該等導電性結構其中之連續導電性結構之間具有該等介電結構其中之一對應介電結構，其中該等連續導電性結構與該對應介電結構形成一空腔，以因應於接收到該波長範圍之光而誘發一吸收諧振。
在某些實施例中，該等介電結構其中各順次之介電結構之寬 度逐漸增大。
在某些實施例中，該等導電性結構其中各順次之導電性結構之寬度逐漸增大。
在某些實施例中，該等介電結構包含複數半導體材料。
在某些實施例中，該等半導體材料包含矽、多晶矽、非晶矽至少其中之一。
在某些實施例中，該等導電性結構包含金、銀、鋁、銅至少其中之一。
在某些實施例中，其中該等連續導電性結構係用以接收一差分電壓(differential voltage)，其中該差分電壓使該空腔因應於由該等導電性結構及該等介電結構吸收之光而產生一電流。
在某些實施例中，該等介電結構與該等導電性結構形成包含該空腔在內之複數空腔，各該空腔用以因應於所接收之具有該波長範圍之光而產生一訊號，所產生之該訊號指示所接收之具有該波長範圍之該光之入射角度(極角及方位角二者)。
在某些實施例中，該偵測器更包含一偵測電路，用以以一預定相位關係來組合該等空腔中相鄰空腔所產生之該等訊號，並且當所接收之具有該波長範圍之該光之一入射角度處於該入射角度範圍內時產生一輸出訊號，其中該入射極角係為該入射光之傳播方向與偵測器平面之法線間之一角度，而該方位角係為垂直於該偵測器平面之一預先選擇之平面與由該光傳播方向及該偵測器法線界定之入射平面間之角度。
在某些實施例中，該空腔係對可見光實質上透明。
根據本發明某些實施例，提供一種用以偵測處於一波長範圍 之一垂直入射光之多元偵測單元(multi-cell detection unit)，該多元偵測單元包含：複數偵測器，各該偵測器用以因應於偵測到一波長範圍之光而產生一訊號，該光所具有之一入射平面垂直於該偵測器並平行於該偵測器之一空腔之一縱向方向，各該偵測器包含：一基板；複數介電結構，位於該基板上，各該介電結構用以經由該介電結構之與該基板相對之一側而接收光；以及複數導電性結構，位於該基板上，在該等導電性結構其中之連續導電性結構之間具有該等介電結構其中之一對應介電結構，其中該等連續導電性結構與該對應介電結構形成一空腔，以因應於接收到該波長範圍之該光而誘發一吸收諧振，其中該等偵測器其中之一第一偵測器與一第二偵測器之空腔之縱向方向係彼此成一角度。
在某些實施例中，由該第一偵測器及該第二偵測器進行之一 並行偵測指示對該波長範圍之該垂直入射光之偵測。
在某些實施例中，該第一偵測器與該第二偵測器係處於一同 一平面上，且該第一偵測器及該第二偵測器之該等空腔之該等縱向方向係彼此正交。
根據本發明某些實施例，提供一種用以偵測處於一波長範圍 之一光之光學光感測器，該光學光感測器包含：複數p型半導體及複數n型半導體，沿一橫向方向交替排列；複數本質半導體(intrinsic semiconductor)，各該本質半導體位於該等p型半導體其中之一對應者與該等n型半導體其中之一對應者之間；以及複數電極，位於該等p型半導體及該等n型半導體上，並在其與該等本質半導體其中之對應者之間形成複數空腔，其中位於該等p型半導體上之該等電極其中之各個電極係耦合於一起， 且位於該等n型半導體上之該等電極其中之各個電極係耦合於一起，其中該等空腔至少其中之一係沿一縱向方向暴露於入射光。
在某些實施例中，該等空腔之該至少其中之一用以因應於所接收之該波長範圍之光而誘發一吸收諧振。
在某些實施例中，該光學光感測器更包含一絕緣層，該絕緣層位於該等本質半導體及該等電極上。
在某些實施例中，該光學光感測器更包含一閘電極，該閘電極位於該等空腔其中之一空腔上，並用以阻擋該波長範圍之光到達該空腔。
在某些實施例中，該等本質半導體其中各順次之本質半導體之寬度及/或該等電極其中各順次之電極之寬度逐漸增大。
根據本發明某些實施例，提供一種用以偵測處於一波長範圍之一光之光學感測陣列，該光學感測陣列包含：複數列導體；複數行導體，與該等列導體交叉；複數光學光感測器，耦合至該等列導體及該等行導體，各該光學光感測器包含：複數p型半導體及複數n型半導體，沿一橫向方向交替排列；複數本質半導體，各該本質半導體位於該等p型半導體其中之一對應者與該等n型半導體其中之一對應者之間；複數電極，位於該等p型半導體及該等n型半導體上，並在其與該等本質半導體其中之對應本質半導體之間形成複數空腔；以及一閘電極，位於該等空腔其中之一空腔上，並用以阻擋該波長範圍之光到達該空腔，該閘電極係耦合至該等行導體其中之一，其中該等p型半導體上之該等電極其中之各個電極耦合於一起，且該等n型半導體上之該等電極其中之各個電極耦合於一起，其中該等空腔至少其中之一被配置成沿一縱向方向暴露於入射光。
在某些實施例中，各該光學光感測器用以在該列導體經由一 列驅動器被定址時，因應於所接收到之該波長範圍之光而產生與所接收到之該波長範圍之該光成比例之一電流。
根據本發明某些實施例，提供一種包含該光學感測陣列之顯示裝置。
100‧‧‧橫向法布立-柏若諧振器
100a‧‧‧橫向法布立-柏若諧振器
100b‧‧‧橫向法布立-柏若諧振器
102‧‧‧導電性結構/導體
104‧‧‧介電結構
104a‧‧‧介電結構/介電性光吸收結構
104b‧‧‧介電結構
104c‧‧‧翼片
105‧‧‧空腔
106‧‧‧基板
110‧‧‧電壓源
210‧‧‧曲線圖
212‧‧‧曲線
214‧‧‧曲線
216‧‧‧曲線
220‧‧‧曲線圖
222‧‧‧曲線
224‧‧‧曲線
226‧‧‧曲線
300‧‧‧偵測器
302‧‧‧空腔
310‧‧‧曲線圖
312‧‧‧曲線
314‧‧‧曲線
316‧‧‧曲線
320‧‧‧曲線圖
324‧‧‧曲線
400‧‧‧偵測器/漸變式偵測器
500‧‧‧偵測器
500a‧‧‧偵測器
500b‧‧‧偵測器
500c‧‧‧偵測器
500d‧‧‧偵測器
502‧‧‧靈敏度平面
510‧‧‧二元偵測單元
510a‧‧‧多元偵測單元
600‧‧‧偵測器
602‧‧‧靈敏度平面
610‧‧‧多元偵測單元
700‧‧‧偵測器
710‧‧‧偵測矩陣
800‧‧‧光感測器
802‧‧‧本質半導體區域
804‧‧‧p型半導體區域
805‧‧‧電極
806‧‧‧n型半導體區域
807‧‧‧電極
808‧‧‧絕緣層
810‧‧‧導電性光阻擋結構
812‧‧‧閘極電晶體
814‧‧‧偵測器
900‧‧‧光學感測陣列
902‧‧‧第一行電極/第一行導體
903‧‧‧行電極/行導體
904‧‧‧第一列電極
906‧‧‧交叉部位
908‧‧‧行驅動器
910‧‧‧列驅動器
912‧‧‧電流感測器
1000‧‧‧顯示面板
1002‧‧‧底基板
1004‧‧‧頂基板
1006‧‧‧發光層
1100‧‧‧濾波器
1102‧‧‧透明層
1104‧‧‧非晶矽層
1106‧‧‧絕緣層
1108‧‧‧基板
1110‧‧‧橫向法布立-柏若偵測器
1122‧‧‧曲線
1124‧‧‧曲線
1126‧‧‧曲線
1200‧‧‧曲線圖
1202‧‧‧曲線
1204‧‧‧曲線
1210‧‧‧曲線圖
1212‧‧‧曲線
1214‧‧‧曲線
1216‧‧‧曲線
1218‧‧‧曲線
1300‧‧‧零位配置
1302‧‧‧節點
1304‧‧‧節點
D‧‧‧阻斷二極體
i‧‧‧i型半導體
I-I’‧‧‧線
L‧‧‧長度
n‧‧‧n型半導體
p‧‧‧p型半導體
R‧‧‧區域
R1‧‧‧電阻器
R2‧‧‧電阻器
t‧‧‧厚度
V1‧‧‧電壓
V2‧‧‧電壓
w‧‧‧寬度
WA‧‧‧空腔寬度
WB‧‧‧空腔寬度
WC‧‧‧空腔寬度
WD‧‧‧空腔寬度
WE‧‧‧空腔寬度
WO‧‧‧橫向法布立-柏若諧振器100b之寬度
WS‧‧‧分隔
x‧‧‧x方向
y‧‧‧y方向
z‧‧‧z方向
θ‧‧‧極角
φ‧‧‧方位角
藉由參照附圖來詳細闡述本發明之實例性實施例，本發明實施例之以上及其他態樣將變得更顯而易見，其中：第1A圖係為根據本發明某些實例性實施例之一橫向法布立-柏若(TFP)諧振器之立體圖；第1B圖係為根據本發明某些實例性實施例之一橫向法布立-柏若諧振器之剖視圖；第2A圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，對於一特定波長之入射光，橫向法布立-柏若諧振器之光吸收率作為介電層寬度之一函數之曲線圖；第2B圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，對於不同裝置寬度，橫向法布立-柏若諧振器之模擬吸收光譜作為波長之一函數之曲線圖；第2C圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，對於不同裝置寬度，橫向法布立-柏若諧振器100之所量測吸收光譜作為波長之一函數之曲線圖；第3A圖係為根據本發明某些實例性實施例，包含均勻相間之橫向法布立-柏若諧振器之一偵測器之一部分的剖視圖； 第3B圖係為根據本發明某些實例性實施例，比較一獨立式橫向法布立-柏若諧振器與具有複數均勻相間之橫向法布立-柏若諧振器之一偵測器之模擬正規化角度靈敏度之曲線圖；第3C圖係為根據本發明某些實例性實施例，比較一單一橫向法布立-柏若諧振器之模擬角度響應與包含二個相鄰橫向法布立-柏若諧振器之一偵測器之一差分響應的曲線圖；第4圖例示根據本發明某些實例性實施例，包含漸變式(chirped)橫向法布立-柏若諧振器之一偵測器之一部分；第5A圖係為根據本發明某些實例性實施例之偵測器及其靈敏度平面之立體圖；第5B圖係為根據本發明某些實例性實施例之包含二個正交偵測器之一二元偵測單元之立體圖；第5C圖例示根據本發明某些實例性實施例，包含具有各種取向之偵測器之一多元偵測單元之俯視圖；第6A圖例示根據本發明某些實例性實施例，包含對不同方向敏感之偵測器之一多元偵測單元之俯視圖；第6B圖係為第6A圖所示多元偵測單元之剖視圖表示，其例示沿線I-I’截取之第6A圖所示水平截面之偵測器元件之方向靈敏度；第7圖例示根據本發明某些實例性實施例包含大量偵測器之一偵測矩陣；第8A圖係為根據本發明某些實施例，包含一電晶體及一偵測器之一橫 向法布立-柏若光感測器之剖視圖；第8B圖例示第8A圖所示橫向法布立-柏若光感測器之等效電路圖；第8C圖係為根據本發明某些實例性實施例，偵測器之電極佈局之俯視圖；第9圖係為根據本發明某些實施例，一光學感測陣列之一示意性表示；第10A圖及第10B圖例示根據本發明某些實例性實施例之具有積體光學感測陣列之顯示面板之剖視圖；第11A圖係為根據本發明某些實例性實施例，位於一偵測器頂部上之一濾波器之剖視圖；第11B圖例示根據本發明某些實例性實施例之濾波器1100之光譜吸收、反射、及透射；第12A圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，相較於不具有一諧振空腔之一矽光偵測器，橫向法布立-柏若諧振器在諧振條件下之光吸收之增強之曲線圖；第12B圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，導電性結構之各種材料對一橫向法布立-柏若諧振器之Q-因數之影響之曲線圖；以及第13圖係為根據本發明某些實例性實施例，用於減去一偵測器中一對相鄰之橫向法布立-柏若諧振器之響應的一零位配置(nulling configuration)的示意性表示。
以下，將參照其中顯示本發明實例性實施例之附圖來更充分 地闡述本發明之各實施例。熟習此項技術者將知，在不背離本發明之精神或範圍之條件下，易於對所述之實施例作出各種潤飾及替代形式。為清晰說明本發明，可省略對於完全理解本發明而言並非必需之某些元件或特徵。
本說明書中所用用語僅用於描述特定實施例，而並非旨在限 制本發明。舉例而言，應理解，儘管本文中可能使用用語「第一」、「第二」等來描述各種元件，然而該等元件不應受限於對該等用語之狹義解釋。相反，該等用語僅係用於區分各個元件。此外，除非上下文中具有一明顯不同之意義，否則以單數形式使用之一表達囊括複數形式之表達。在本說明書中，應理解，例如「包含(comprising)」、「包含(including)」、「具有(having)」等用語旨在指明該說明書中所揭露特徵、數目、步驟、操作、組件、部件、或其各種組合之存在，而並非旨在排除可存在或可添加一或多個其他特徵、數目、步驟、操作、組件、部件、或其各種組合之可能性。
應理解，當闡述一元件或層位於另一元件或層「上(on)」、 「連接至(connected to)」或「耦合至(coupled to)」另一元件或層時，該元件或層可直接位於該另一元件或層上、直接連接至或耦合至該另一元件或層，抑或亦可存在一或多個中間元件或層。類似地，當闡述一元件或層「連接於(connected at)」或「耦合於(coupled at)」另一元件或層時，該元件或層可直接或間接「連接於」或「耦合於」該另一元件或層。當闡述一元件「直接(directly)」位於另一元件或層「上(on)」、「直接連接至(directly connected to)」、「直接耦合至(directly coupled to)」、「直接連接於(directly connected at)」或「直接耦合於(directly coupled on)」另一元件或層時，則不存在中間元件或層。通篇中相同之編號係指相同之元件。本文中所用之用語「及/或(and/or)」包含相關列出項其中之一或多個項之任意及所有組 合。
在本文中，為便於說明，可使用空間相對關係用語，例如 「在...之下(beneath)」、「在...下面(below)」、「下方的(lower)」、「在...之上(above)」、「上方的(upper)」等來闡述圖中所例示之一元件或特徵與另一(其他)元件或特徵之關係。應理解，該等空間相對關係用語旨在除圖中所示取向以外亦包含裝置在使用或操作過程中之各種不同取向。舉例而言，若圖中之裝置被翻轉，則被描述為在其他元件或特徵「下面」或「之下」之元件此時將被取向為在其他元件或特徵「之上」。因此，實例性用語「在...下面」可既包含上方亦包含下方之取向。該裝置亦可具有其他取向(例如，旋轉90度或其他取向)，且本文中所用之空間相對關係用語將相應地進行解釋。當將措詞「至少其中之一(at least one of)」應用於一列表時，其適用於整個列表，而並非僅適用於該列表之個別組員。
除非另外定義，否則本文所用之全部用語(包括技術及科學 用語)之意義皆與本發明所屬技術領域中之通常知識者所通常理解之意義相同。更應理解，該等用語(例如在常用字典中所定義之用語)應被解釋為具有與其在相關技術背景中之意義一致之意義，且除非本文中進行明確定義，否則不應將其解釋為具有理想化或過於正式之意義。此外，當闡述本發明之實施例時，所用之「可(may)」係指「本發明之一或多個實施例」。
本文所用用語「實質上(substantially)」、「大約(about)」 及類似用語用作近似值之用語、而並非作為程度之用語，並且旨在慮及此項技術中之通常知識者將知之量測值或計算值之固有偏差。此外，用語「使用(use)」、「正使用(using)」、及「被使用(used)」可視為分別與用語「利用(utilize)」、「正利用(utilizing)」、及「被利用(utilized)」同義。
附圖中相同之參考編號指示相同之元件，且可不對其進行重複說明。
根據本發明某些實施例，一偵測器(例如，一橫向法布立-柏若偵測器)包含一橫向法布立-柏若諧振器，該橫向法布立-柏若諧振器呈現出對所設計波長之光之諧振吸收、同時透射或反射其他波長之光。因此，該橫向法布立-柏若諧振器(因而該偵測器)顯示出對所設計之波長(其可構成一窄波長帶)具有一高之靈敏度。
在某些實施例中，偵測器包含一橫向法布立-柏若諧振器陣列，其中之橫向法布立-柏若諧振器係根據一間距(例如，預定間距)排列。該等諧振器間之間距及相鄰諧振器間之相對相位(例如，偵測來自相鄰諧振器之光電訊號係為同相還是異相(差分訊號))可被設計成使該偵測器僅吸收實質垂直入射之光。由於光干涉現象，適宜間距之配置及相對相位關係可使偵測器呈現出光吸收對於角度之強依賴性。舉例而言，各偵測器間之一特定間距可使偵測器僅對一傾斜入射光敏感。
根據某些實施例，由橫向法布立-柏若諧振器形成之方向靈敏度陣列係與一顯示系統(例如，一顯示矩陣)相整合(例如，嵌入該顯示系統中)，以達成對觸控(多點觸控)、懸停手勢、成像、及其他功能之高訊雜比偵測而無需使用聚焦光學器件。舉例而言，本發明實施例可用於一超薄指紋掃描裝置中，該超薄指紋掃描裝置可安裝於一移動裝置(例如，一智慧型電話)中。
第1A圖係為根據本發明某些實例性實施例之一橫向法布立-柏若諧振器100之立體圖。第1B圖係為根據本發明某些實例性實施例之一橫向法布立-柏若諧振器100a之剖視圖。
根據某些實施例，橫向法布立-柏若諧振器(例如，奈米橫 向法布立-柏若諧振器)100包含：二個導電性結構(例如，二個電極或金屬層)102，在該二個導電性結構之間夾合有一介電結構(例如，一半導體結構)104；以及一基板106，導電性結構102及介電結構104位於(例如，形成於)基板106上。導電性結構102可係為同一種金屬或可係為不同之金屬，在某些實施例中，所述金屬對感興趣之波長具有最小之吸收率。導電性結構102可包含一金屬，例如金、銀、銅或鋁。介電結構104可包含一半導體，例如矽及鍺以及其各種晶體形式(例如，單晶矽、多晶矽、非晶矽、及/或類似物)。基板106可包含任何適宜絕緣材料，只要該絕緣材料之折射率低於介電層之折射率即可。在某些實例中，基板106可包含二氧化矽(SiO2)及其特殊晶體形式石英、以及氮化矽(SiN)。導體結構102與介電結構104之間大的介電性反差形成一空腔(例如，一狹縫空腔)105，空腔105能夠在表面法向光入射(surface-normal light incidence)條件下激發一或多個面內吸收諧振(in-plane absorption resonance)(例如，X-Y平面內之諧振，如第1圖所示)。因此，導體-半導體-導體之幾何結構形成一橫交於光傳播方向(例如，Z方向，如第1圖所示)之法布立-柏若諧振器。可在諧振波長條件下達成接近或大約為1之一吸收比率。
可藉由改變介電結構104(或空腔105)之寬度W而微調橫向 法布立-柏若諧振器100之諧振吸收。舉例而言，當寬度W增大時，諧振吸收之波長亦可增大。在某些實施例中，寬度W可介於約50奈米至約900奈米。 此外，橫向法布立-柏若諧振器100可被製作成超薄的，乃因厚度t僅需要足以在諧振器100之一給定寬度W條件下支持諧振即可。舉例而言，厚度t可為約120奈米，並可處於約50奈米至約250奈米之範圍內。儘管以上提供了橫向法布立-柏若諧振器之大小之值及範圍之實例，然而本發明實施例並非僅 限於此，而是可針對一所需之諧振波長採用任何其他適宜之大小。
所吸收之光子(例如，具有諧振波長之光子)可轉變成會改 變橫向法布立-柏若結構之電性特性(例如，降低電阻)之電荷載子對(charge carrier pair)或轉變成一電荷載子流(電流)，接著可藉由各種適宜之方法而感測該等電荷載子對或電荷載子流以使橫向法布立-柏若諧振器成為一感光裝置。在某些實施例中，經由電壓源110而施加一電壓V，並且橫向法布立-柏若諧振器100可能會由於由所吸收之光子產生之電荷載子增加而電阻降低。
參照第1B圖，在本發明某些實施例中，橫向法布立-柏若諧 振器100a之介電結構104a可具有帶有翼片104c之一鰭片結構(fin-structure)，該鰭片結構在導電性結構102之下延伸。該等翼片可非常薄，例如為幾奈米(例如，約5奈米)厚，但其會顯著增強導電性電極與介電性光吸收結構(例如，介電性光吸收鰭片)104a間之電接觸。在其他方面，橫向法布立-柏若諧振器100a之功能及結構類似於橫向法布立-柏若諧振器100。
儘管本文所述之某些實例及實施例可提及橫向法布立-柏若 諧振器100，然而所述之概念並非依賴於介電結構之結構，而是可同等地應用於例如橫向法布立-柏若諧振器100a。因此，以下在每次提及橫向法布立-柏若諧振器100及/或介電結構104時，應被理解為亦提及橫向法布立-柏若諧振器100a及/或介電結構104a。
第2A圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，對於一特 定波長之入射光，橫向法布立-柏若諧振器之光吸收率作為介電層寬度之一函數之曲線圖。在某些實施例中，介電結構104之介電材料係為介電常數為 n2之多晶矽，且入射光具有一波長λ。該裝置在λ/2n、3λ/2n、5λ/2n、7λ/2n...處顯示出諧振吸收率，並在5λ/2n處顯示出最強諧振吸收率(如第2A圖所示)，其中n為介電材料之折射率。
第2B圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，對於介電 結構104之不同寬度(例如，鰭片寬度)，橫向法布立-柏若諧振器之模擬吸收光譜作為波長之一函數之曲線圖210。第2C圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，對於裝置100之不同寬度(例如，鰭片寬度)，橫向法布立-柏若諧振器100之所量測正規化吸收光譜作為波長之一函數之曲線圖220。
參照第2B圖，曲線212、214、及216代表橫向法布立-柏若諧 振器100之模擬吸收橫截面(為橫截面之一比例形式)，其分別具有等於約500奈米、550奈米、及600奈米之寬度W。參照第2C圖，曲線222、224、及226代表橫向法布立-柏若諧振器100之所量測吸收光譜(為橫截面之一比例形式)，其分別具有等於約500奈米、550奈米、及600奈米之寬度W。曲線222、224、及226之吸收橫截面已按比例縮放成使最大響應為1。如第2B圖及第2C圖所示，橫向法布立-柏若諧振器100之諧振波長隨著諧振器100之介電結構104之寬度增大而增大。
橫向法布立-柏若諧振器100可對偏振靈敏及對角度靈敏。舉 例而言，諧振器100之空腔可能夠偵測僅來自空腔平面中一窄範圍之入射角度之光。然而，一橫向法布立-柏若諧振器陣列可以一適宜之方式排列而形成具有改進之特性(例如，角度選擇性窄於一單一橫向法布立-柏若諧振器100之偵測範圍及/或位於該偵測範圍之外)之一偵測器。
第3A圖係為根據本發明某些實例性實施例，包含均勻相間 之橫向法布立-柏若諧振器100之一偵測器300之一部分的剖視圖。第3B圖係 為根據本發明某些實例性實施例，比較一獨立式橫向法布立-柏若諧振器100與具有複數均勻相間之橫向法布立-柏若諧振器100之一偵測器300中一橫向法布立-柏若諧振器之模擬角度選擇性之曲線圖310。第3C圖係為根據本發明某些實例性實施例，比較一單一橫向法布立-柏若諧振器100之模擬角度響應與包含二個均勻相間之橫向法布立-柏若諧振器100之一偵測器之一差分響應的曲線圖320。第3C圖中所示偵測器300之差分響應(由曲線324表示)具有一峰值角度選擇性，該峰值角度選擇性相對於一單一橫向法布立-柏若諧振器100之峰值角度選擇性發生移位。
參照第3A圖，一偵測器可包含均勻相間之複數橫向法布立- 柏若諧振器100(例如，相鄰橫向法布立-柏若諧振器100之空腔302可均等地分隔開)。
如第3B圖所示，儘管一單一橫向法布立-柏若諧振器100可具 有一窄的角度靈敏度(由曲線312所示)，然而一相鄰橫向法布立-柏若諧振器100之存在可使各該橫向法布立-柏若諧振器100之角度選擇性銳化(例如，更窄)(由曲線314所示)，曲線314係為二個橫向法布立-柏若諧振器100之正規化吸收光譜並被偵測到同相。在包含大的橫向法布立-柏若諧振器100陣列(此可在奈米規模上輕易地達成)之一偵測器中，每一橫向法布立-柏若諧振器100之角度選擇性可被進一步銳化(例如，變窄)，如由曲線316所表示。橫向法布立-柏若諧振器100之角度選擇性在角度θ為零度時呈現一峰值。(形成第3B圖至第3C圖所示曲線圖310及320之橫軸之角度θ係相對於正交於(例如，垂直於)偵測器300之一上表面之一條線來量測，如第3A圖所示)。在第3B圖所示實例中，各該橫向法布立-柏若諧振器100之空腔寬度WC可為約575奈米，且相鄰(例如，鄰近)空腔302間之間隔WS可為約370 奈米。橫向法布立-柏若諧振器100之諧振波長顯示出與空腔長度之相關性。然而，對於約1.5微米或更大之一空腔長度來說(例如，為空腔寬度之數倍之一長度)，諧振波長可接近漸近線，並且對於第3A圖所示實施例而言，諧振吸收波長為約824奈米。
根據某些實例性實施例，偵測器300可藉由對相鄰橫向法布立-柏若諧振器100之對應輸出訊號(例如，諧振響應)進行組合(例如，相減)來達成角度選擇性。如第3C圖所示，各相鄰橫向法布立-柏若諧振器100之響應之間的差異(由曲線324表示)可在一發生位移(例如，非零)之入射角度(此角度移位亦被稱為相散(phase scattering))處具有一峰值。在第3C圖所示實例中，各該橫向法布立-柏若諧振器100之空腔寬度WC可為約575奈米，且相鄰(例如，鄰近)空腔302間之間隔WS可為約100奈米。此可形成一約15度之角度選擇性移位。
根據某些實施例，可藉由調整空腔寬度(例如，鰭片寬度)WC及間隔WS而將偵測器300之吸收響應(因而，角度選擇性)之峰值差異微調至任何所需之角度。在某些實例性實施例中，空腔寬度WC決定橫向法布立-柏若諧振器100之諧振波長(或偵測器300之諧振波長)，但可能不會影響偵測器300之角度靈敏度(例如，方向性角度選擇性)。在某些實施例中，角度靈敏度(例如，使差分響應達到峰值之角度)取決於間隔WS。
第4圖例示根據本發明某些實例性實施例，包含漸變式(chirped)橫向法布立-柏若諧振器100之一偵測器400之一部分。
在某些實施例中，可增大各個連續之橫向法布立-柏若諧振器100之空腔寬度(例如，WA、WB、WC、WD、及WE)(例如，逐漸增大以使WA<WB<WC<WD<WE)，以形成具有一微調之方向選擇性之一偵測 器(例如，一漸變式偵測器)400。由於空腔寬度之漸變，當入射光具有會形成適當(例如，略微不同)之相位延遲之一特定角度方向時，可使淨吸收率最大化。在某些實例性實施例中，漸變可為線性的，在此種情形中，可在形成偵測器400之一部分之各連續橫向法布立-柏若諧振器100之間存在如下關係：
其中△、γ及δ分別表示漸變式偵測器400之一橫向法布立-柏若諧振器100之空腔寬度、諧振頻率、及入射光相位延遲之增量。根據某些實施例，漸變可被選擇成使最窄橫向法布立-柏若諧振器100與最寬橫向法布立-柏若諧振器100之諧振中心波長之差處於諧振器100之一吸收光譜之半峰全幅值(full width at half maximum)之幾倍以內，例如，為半峰全幅值之二倍。
漸變式偵測器400可對來自相鄰橫向法布立-柏若諧振器100之響應(例如，響應訊號)進行組合以達成方向選擇性。組合方法可相依於漸變式偵測器400中橫向法布立-柏若諧振器100之數目及尺寸。在某些實例性實施例中，為達成一特定方向選擇性，使來自相鄰橫向法布立-柏若諧振器100之響應訊號之相位相對於彼此延遲一或多個預定量、並接著相加於一起(或求平均值)。可在將響應訊號數位化並輸入至一基於處理器之裝置之後，經由硬體(例如，相位延遲元件)引入相位延遲及/或在軟體中執行相位延遲。
儘管第4圖所示漸變式偵測器400具有一漸變空腔寬度，然而 本發明實施例並非僅限於此，並且在本發明某些實施例中，可使空腔寬度及空腔間隔其中之任一者或二者漸變。介電層寬度之漸變會使中心波長吸收率移位，而空腔間隔之漸變則由於諧振光吸收之間距而引起相移之變化。
第5A圖係為根據本發明某些實例性實施例之偵測器500及 其靈敏度平面502之立體圖。第5B圖係為根據本發明某些實例性實施例，包含二個正交偵測器500a及500b之一二元偵測單元510之立體圖。第5C圖例示根據本發明某些實例性實施例，包含具有各種取向之偵測器之一多元偵測單元510a之俯視圖。
參照第5A圖，一偵測器500包含一由橫向法布立-柏若諧振 器100形成之陣列，並具有一方向靈敏度(例如，選擇性)，方向靈敏度係由二維靈敏度平面(例如，選擇平面)502表示。在入射於偵測器500之表面上之光線中，平行於靈敏度平面502之光線可在偵測器500處產生最大響應。視需要，可藉由在導電層102及/或介電層104之寬度中引入一漸變及/或以一特定方式組合偵測器500之各橫向法布立-柏若諧振器100之響應，來調整靈敏度平面502之靈敏度角度θ，靈敏度角度θ係相對於與偵測器500之表面垂直之一方向量測。
未落入靈敏度平面502範圍內之入射光(例如，所具有之一 入射平面之入射角度不同於靈敏度角度θ之光)可使來自偵測器300之一響應不恰當-該響應小於最大值但符合偵測器500之一靈敏度分佈。(第3B圖所示曲線316及第3C圖所示曲線324例示各實施例之靈敏度分佈之實例。)入射平面可被定義為平行於入射光之一假想平面(imaginary plane)，該假想平面亦平行於空腔105之縱向方向(例如，第1A圖所示Y-方向)，並且入 射角度可被定義為入射平面與一法平面(例如，與偵測器500之頂面正交之一假想平面，其亦平行於空腔105之縱向方向)間之最小角度。因此，可使用偵測器500來量測入射光之角度(例如，極角)。另外，可利用偵測器500來進行入射光是否落入一窄的入射角度範圍內之一二元判定(binary determination)。
在某些實例性實施例中，將被設定成彼此成角度之二或更多 個偵測器500組合於一起以形成具有方向靈敏度(例如，方向選擇性)之一多元偵測單元，該方向靈敏度不僅縮窄至極角(polar angle)θ之一範圍，且亦縮窄至方位角φ之一範圍。舉例而言，如第5B圖所示，將彼此成角度(例如，具有彼此正交之空腔長度方向)之二個偵測器500a及500b組合於一起的一二元偵測單元510可具有縮窄至極角θ及方位角φ之一範圍內之一方向靈敏度。因此，可使用設定成不同角度之二個偵測器來確定入射光之極角θ及方位角φ。增大一多元偵測單元中偵測器(或偵測器元件)之數目可使入射光之極角θ及方位角φ之選擇性範圍更窄。
根據某些實施例，多元偵測單元中之偵測器(例如，偵測器 500a及500b)係處於同一平面上(例如，第5B圖所示X-Y平面)，並且在操作上實質上類似於根據第5A圖所述之偵測器500。視所需之選擇極角θ及方位角φ而定，各偵測器可具有處於實質上相同或不同角度之選擇平面。
在某些實例性實施例中，二元偵測單元510包含二個正交對 稱偵測器500a及500b(例如，二個不具有漸變之正交偵測器)，正交對稱偵測器500a及500b不具有角度偏置(例如，具有與偵測器500a及500b之表面正交之靈敏度平面502)。在此等實施例中，一入射法向光可同時激發該二感測器，然而一非法向光源(off-normal light source)只能激發該等偵測器其 中之一或二者皆不激發。因此，二元偵測單元510可用以偵測實質上垂直於偵測器500a及500b之表面之光。然而，當存在多個光源時，此一二元偵測單元510可能會給出一誤報(false positive)。此可藉由增加偵測器取向之數目來克服。
舉例而言，第5D圖所示多元偵測單元510a包含二組被設定 為彼此成一角度之正交偵測器(例如，被設定為彼此成45度角度之偵測器500a、500b、500c、及500d)，在存在多個光源時，多元偵測單元510a可較不易於對法向入射光進行誤偵測。增大具有不同取向之偵測器元件之數目可更增強(例如，增大)多元偵測單元510a之偵測穩健性(robustness)。
第6A圖例示根據本發明某些實例性實施例，包含對不同方 向靈敏之偵測器600之一多元偵測單元610之俯視圖。第6B圖係為第6A圖所示多元偵測單元610之剖視圖表示，其例示沿(第6A圖所示)線I-I’截取之偵測器元件之方向靈敏度。各該偵測器600係實質上類似於第5A圖所示偵測器500，且此處可不再對其結構及操作予以贅述。
參照第6A圖，一多元偵測單元610包含複數偵測器(例如， 偵測器元件)600，偵測器600係對由極角及方位角(θ，φ)表示之9個不同方向靈敏。第6A圖顯示各該靈敏度平面(例如，選擇平面)602在與該等偵測器600(其存在於X-Y平面中，如第6A圖中所示)其中之對應者相交時之取向。第6B圖顯示偵測器600沿線I-I’截取之靈敏度平面(例如，選擇平面)602在其與垂直於偵測器之平面之一平面(例如，第6B圖中所示X-Y平面)相交時之取向。藉由比較多元偵測單元610之各不同偵測器600之輸出，可估計出可不垂直於多元偵測單元610之表面的一入射光之角度方向。
此外，當偵測器600之靈敏度平面602會聚於多元偵測單元 610上方之一區域R處時，區域R中之一光源可激發(例如，最大程度地激發)多元偵測單元610之所有偵測器600，而區域R外部之一光源可根據其相對於多元偵測單元610之位置而僅激發(例如，最大程度地激發)偵測器600其中之某些或一個也不激發。因此，除估計入射光之一角度之外，多元偵測單元610亦可用來偵測一光源(例如，一反光之物體)是否存在於其表面上方之一區域(例如，區域R)內。
第7圖例示根據本發明某些實例性實施例，包含大量偵測器 700之一偵測矩陣710。各該偵測器700係實質上類似於第5A圖所示偵測器500，此處不再對其結構及操作予以贅述。
參照第7圖，大量(例如，多於9個)偵測器700可組合形成 一偵測矩陣710。矩陣中之每一偵測器700可係為一或多個能夠偵測入射光之角度方向及/或偵測在多元偵測單元上方之空間中一特定區域處是否存在一光源之多元偵測單元(類似於第6A圖所示之多元偵測單元610)之一部分。因此，偵測矩陣包含複數可交疊(例如，共享通用偵測器700)之多元偵測單元。藉由組合各偵測器700之輸出(例如，該等多元偵測單元之輸出)，可拍攝一物體之一影像及/或可確定該物體(或一光源)之一空間位置。 因此，本發明實施例可達成無透鏡成像及/或懸停估計。上述概念因而提出一種用以替代光場成像(light field imaging)之方法。
根據其中偵測矩陣710充當一成像器(imager)之本發明某 些實施例，偵測器700可不具有角度偏置(例如，具有實質等於零之一極角θ)，因而偵測實質上垂直於偵測矩陣710之表面之光。來自一物體上之一點(例如，一使用者之手指，如第7圖所示)之光可沿所有方向輻照(例如，反射)並自所有方向到達成像器矩陣，然而，該成像器可僅偵測垂直入射 光。藉由拍攝來自物體上各個點之垂直入射光，成像器可拍攝物體之一影像。所述之此種成像技術不具有放大率且不使用聚焦光學器件，乃因成像功率(imaging power)不對物體相對於成像器之距離敏感。此一成像器之解析度可部分地取決於偵測矩陣中所利用之偵測器之角度靈敏度(例如，清晰度(sharpness))。舉例而言，為解析一指紋，當角度偵測清晰度為1度時，手指可距成像器多達3毫米而無需使用任何聚焦光學器件。
第8A圖係為根據本發明某些實施例，包含一閘極電晶體812 及一偵測器814之一光感測器800之剖視圖，偵測器814係為一橫向法布立-柏若諧振器。橫向法布立-柏若諧振器在電性方面可近似為二個背對背肖特基二極體(back to back Schottky diodes)，因而橫向法布立-柏若諧振器偵測器可近似被視為一光二極體偵測器，如第8A圖所示。第8B圖例示第8A圖所示橫向法布立-柏若光感測器800之等效電路圖。第8C圖係為根據本發明某些實例性實施例之偵測器814之電極佈局之俯視圖。
在本發明某些實施例中，橫向法布立-柏若光感測器800包含 一由橫向法布立-柏若諧振器100b形成之陣列，其中除介電結構104b外，每一諧振器100b之操作及結構皆類似於第1圖所示橫向法布立-柏若諧振器。根據某些實施例，介電結構104b包含位於一p型半導體區域804與一n型半導體區域806間之一本質半導體區域(例如，一未摻雜半導體或i型半導體區域)802。因此，介電結構104b可類似於第1B圖所示之鰭片狀介電結構104b。p型(p通道)半導體區域804及n型(n通道)半導體區域806可經重摻雜以充當歐姆接觸點(ohmic contact)，並且可位於導電性結構102之下。介電結構104b之區域802、804、及806可包含任何適宜之半導體材料，例如矽(Si)及/或類似材料。由夾合於該二個導電性結構(例如，電極)102間之本質半 導體區域802形成一空腔。橫向法布立-柏若諧振器100b之頂面係由一絕緣層808覆蓋，絕緣層808對所需偵測波長之光(例如，紅外光)實質上透明，此會使光通過橫向法布立-柏若諧振器100b之空腔。舉例而言，絕緣層808可包含玻璃(例如，SiO2)、矽酸鉿(hafnium silicate)、二氧化鉿(hafnium dioxide)、氧化鋯(zirconium dioxide)等。在某些實施例中，一導電性光阻擋結構(conductive light blocking structure)810位於絕緣層808上以交疊(例如，覆蓋整個)橫向法布立-柏若諧振器100b其中之一之一本質半導體區域802。導電性光阻擋結構810包含任何適宜之材料(例如，金、銀、鋁或類似材料)，該適宜之材料係為導電的並且亦對所需偵測波長之光不透明。因此，導電性光阻擋結構810可阻擋(例如，防止)所需偵測波長之光透入或到達下伏空腔(tnderlying cavity)。除阻擋光到達下伏橫向法布立-柏若諧振器100b之空腔之外，導電性光阻擋結構810亦可用作一閘電極，其與下伏橫向法布立-柏若諧振器100b之結構一起形成一電晶體(例如，一肖特基障壁場效電晶體(schottky barrier field effect transistor))812。因此，如第8A圖及第8B圖所示，橫向法布立-柏若光感測器800包含：一橫向法布立-柏若諧振器100b，由導電性光阻擋結構810覆蓋，並充當一電晶體(例如，開關)；以及複數橫向法布立-柏若諧振器100b，暴露於外部光(且不被任何光阻擋層覆蓋)，並充當一偵測器(例如，光二極體)814。偵測器814之結構及操作類似於第5A圖所示偵測器500，且此處不再對其予以贅述。
儘管第8A圖例示具有僅一個導電性光阻擋結構810之一橫 向法布立-柏若光感測器800，然而本發明實施例並非僅限於此。實際上，根據本發明之其他實施例，橫向法布立-柏若光感測器可具有任何適宜數目之導電性光阻擋層及對應之被阻擋光之橫向法布立-柏若諧振器100b。
根據某些實施例，偵測器814之對應於(例如，交疊或覆蓋) p型半導體區域804之導電性結構102係經由一電極805而耦合至(例如，電性連接至)彼此，並且類似地，偵測器814之對應於n型半導體區域806之導電性結構102係經由一電極807耦合至彼此。如第8C圖所示，橫向法布立-柏若諧振器100b之大小及數目可被選擇成使橫向法布立-柏若光感測器800填充一矩形畫素(例如，正方形畫素)。在某些實施例中，各該橫向法布立-柏若諧振器100b之寬度WO可為約60奈米，且由橫向法布立-柏若光感測器800形成之畫素之長度L可為約120微米。
第9圖係為根據本發明某些實施例，包含偵測器800之一光學感測陣列900之示意性表示，偵測器800係為橫向法布立-柏若諧振器100。
在某些實施例中，一光學感測陣列900更包含第一行電極902及列電極904。第一行電極902係耦合至每一行橫向法布立-柏若偵測器800之場效電晶體812之源電極，且該等列電極904係耦合至場效電晶體812之閘極(選擇電極)。場效電晶體812之汲極係耦合至每一光二極體814(其係為橫向法布立-柏若諧振器)，光二極體814係耦合至一組第二行電極903。可在第一行導體902與第一列導體903之間在每一交叉部位906處存在一絕緣層。
各該第一行電極902之一端係耦合至(例如，電性連接至)一行驅動器908，並且各該列電極904之一端係耦合至(例如，電性連接至)一列驅動器910。在各該第二行電極903之另一端處，光學感測陣列900包含電流感測器912。
在某些實施例中，列驅動器910藉由經由感測器800之肖特基場效電晶體之閘電極施加一適宜之電壓至欲選擇之對應列電極904而對一列橫向法布立-柏若光感測器800供電，並且行驅動器908經由對應之第一行 電極902而施加源電壓至各行橫向法布立-柏若光感測器800。因此，藉由行驅動器908與列驅動器910之組合操作，可對一單獨橫向法布立-柏若光感測器800進行定址。
可接著由一電流感測器912量測被定址之橫向法布立-柏若 光感測器800之電流(其代表橫向法布立-柏若光感測器800對入射光之響應)。電流感測器912可利用此項技術中已知之任何適宜之電路及方法來量測橫向法布立-柏若光感測器800之光電流。舉例而言，電流可流經具有已知值之一電阻器，並且量測該電阻器兩端之電壓。電流感測器912可耦合至一處理單元(例如，一顯示裝置)以用於處理光學感測陣列900中各該橫向法布立-柏若光感測器800之響應，進而例如拍攝一物體之一影像及/或偵測/追蹤物體之位置/移動。
第10A圖及第10B圖例示根據本發明某些實例性實施例，具 有積體光學感測陣列之顯示面板之剖視圖。
在本發明某些實施例中，光學感測陣列900係與一成像裝置 或一顯示裝置(例如，一顯示面板1000)或類似裝置相整合。參照第10A圖及第10B圖，光學感測陣列900可整合入(例如，嵌入)一顯示面板(例如，一有機發光顯示器面板)1000，顯示面板1000包含一底基板1002、一頂基板1004、及位於底基板1002與頂基板1004間之一發光層1006。發光層1006可包含具有紅色發光體、綠色發光體、及藍色發光體(其可為頂部或底部發光型)之畫素。偵測器814可位於發光層1006上方(例如，沿發光之方向)或位於發光層1006下方(例如，背離發光之方向)。在某些實例中，偵測器814可位於頂基板1004或底基板1002之內表面或外表面上。
在某些實施例中，每一顯示畫素或更高數目之顯示畫素可存 在一個偵測器814(或橫向法布立-柏若光感測器800)。此外，偵測器814可位於薄膜電晶體、黑色矩陣、或一顯示畫素之另一區域正上方。另外，在某些實施例中，偵測器814係對波長處於可見光範圍之外(例如，處於紅外光範圍內)之光敏感(例如，呈現出諧振)，因而，會透射發光層1006之紅光、綠光、及藍光。因此，光學感測陣列900對顯示面板1000之光透射率之影響可微乎其微。
以上所述及第10A圖及第10B圖所示之顯示面板1000僅係出 於例示目的，且根據本發明實施例，偵測器、橫向法布立-柏若光感測器、及/或光學感測陣列可整合入一顯示面板中，該顯示面板具有如此項技術中之通常知識者所習知之任何適宜之結構。
第11A圖係為根據本發明某些實例性實施例，位於一橫向法 布立-柏若偵測器1110之頂部上之一濾波器1100之剖視圖。第11B圖例示根據本發明某些實例性實施例，濾波器1100之光譜吸收、反射、及透射。偵測器1110可在結構及運作方面實質上類似於第5A圖所示之偵測器500或第8圖所示之偵測器814，且此處不再對其予以贅述。
在某些實施例中，偵測器1110可由一濾波器1100覆蓋，濾波 器1100透射會在偵測器1110內造成激發之一波長範圍、同時實質上過濾掉該範圍外之波長之光。在某些實例性實施例中，濾波器1100包含彼此堆疊之一透明層(例如，一玻璃層)1102、一非晶矽(a：Si)層1104、一絕緣層(包含例如二氧化矽)1106、及一基板(包含例如矽)。由於非晶矽強烈地吸收可見光譜範圍(例如，約400奈米至約600奈米)並透射近紅外光譜範圍(例如，約750奈米至約1000奈米)，濾波器1100可充當一日光阻擋濾波器(day-light blocking filter)。
參照第11B圖，曲線1122、1124、及1126表示一濾波器1100 之光吸收、反射、及透射(作為波長之一函數)，濾波器1100包含一約110奈米厚之非晶矽層1104以及一約330奈米厚之二氧化矽絕緣層1106。可藉由增大非晶矽層1104及二氧化矽絕緣層1106之厚度及/或在濾波器1100中使用多層非晶矽及二氧化矽來達成更銳化之吸收/透射截止點(sharper absorption/transmission cut-off)。
第12A圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，相較於使 用相同材料但不具有諧振腔之一感測器，橫向法布立-柏若諧振器在諧振條件下之光吸收之增強之曲線圖1200。
在第12A圖中，曲線1202及1204分別以波長之一函數形式表 示一橫向法布立-柏若諧振器100及一使用相同感光性介電層或半導體層製成但不具有鰭片結構之感測器之吸收比例。在本發明某些實施例中，橫向法布立-柏若諧振器100使諧振條件下之吸收率增強約70倍。可藉由調整橫向法布立-柏若諧振器100之空腔尺寸來微調此種增強。在某些實施例中，諧振具有約為75之一品質因數(Q-因數)及約11奈米之一半峰全幅值(full width at half maximum；FWHM)。橫向法布立-柏若諧振器100之窄的帶寬能夠實質排除不期望之波長。
第12B圖係為例示根據本發明某些實例性實施例，導電性結 構102之各種材料對一橫向法布立-柏若諧振器100之Q-因數之影響之曲線圖1210。
在第12B圖中，曲線1212、1214、1216、及1218表示作為波 長之一函數之橫向法布立-柏若諧振器之吸收功率比例(吸收因數)，每一橫向法布立-柏若諧振器分別具有由金、銀、銅及鋁製成之一導電性結構102 (即，其中一者由金製成、其中一者由銀製成，依此類推)。如第12B圖所示，導電性結構102之材料之選擇會改變橫向法布立-柏若諧振器100之空腔之比例對比度(index contrast)或Q-因數。舉例而言，鋁之吸收增強可係為金之吸收增強之約0.34倍。
第13圖係為根據本發明某些實例性實施例，用於減去一偵測器中一對相鄰之橫向法布立-柏若諧振器100之響應的一零位配置(nulling configuration)的示意性表示。
在某些實施例中，各對橫向法布立-柏若諧振器100在一零位配置1300中耦合於一起，以估計一非法向光入射角度。零位配置1300可包含二個相鄰之橫向法布立-柏若諧振器100，該二個相鄰之橫向法布立-柏若諧振器100在一端上在節點1302處耦合於一起(例如，直接耦合於一起)，並在其另一端經由二個電阻器R1及R2耦合於一起。一阻斷二極體(blocking diode)D可耦合至節點1302。在阻斷二極體之自由端與節點1304間量測之電壓(例如，V1-V2)係與相鄰橫向法布立-柏若諧振器100之輸出電流之差成比例。可藉由調整電阻器R1及R2之電阻值來修改各該橫向法布立-柏若諧振器100之電流在減去過程中之相對權重。
儘管零位配置1300顯示一種組合一偵測器之橫向法布立-柏若諧振器100之輸出之特定方法，然而本發明實施例並非僅限於此，且可使用通常知識者所習知之用於組合各輸出之任何其他適宜之零位配置或方法。
利用一或多個偵測器之一成像裝置可利用一本地光源或外部光源來發出處於該一或多個偵測器之諧振波長範圍之光。在一觸控螢幕裝置之實例中，光源可與一觸控螢幕相整合或定位於該觸控螢幕之周邊 處，並且照射該觸控螢幕上方之空間。
儘管已結合某些實例性實施例闡述了本發明，然而應理解，本發明並非僅限於所揭露之實施例，相反，本發明旨在涵蓋包含於隨附申請專利範圍及其等效範圍之精神及範圍內之各種潤飾及等效設置。
100‧‧‧橫向法布立-柏若諧振器
100a‧‧‧橫向法布立-柏若諧振器
102‧‧‧導電性結構/導體
104‧‧‧介電結構
104a‧‧‧介電結構/介電性光吸收結構
104c‧‧‧翼片
105‧‧‧空腔
106‧‧‧基板
110‧‧‧電壓源
t‧‧‧厚度
w‧‧‧寬度
x‧‧‧x方向
y‧‧‧y方向
z‧‧‧z方向

Claims (21)

  1. 一種用以偵測處於一波長範圍及一入射角度範圍之光之偵測器，該偵測器包含：一基板；複數介電結構，位於該基板上，各該介電結構用以經由該介電結構之與該基板相對之一側接收光；以及複數導電性結構，位於該基板上，在該等導電性結構其中之連續導電性結構之間具有該等介電結構其中之一對應介電結構，其中該等連續導電性結構與該對應介電結構形成一空腔，以因應於接收到該波長範圍之光而誘發一吸收諧振。
  2. 如請求項1所述之偵測器，其中該等介電結構其中各順次之介電結構之寬度逐漸增大。
  3. 如請求項1所述之偵測器，其中該等導電性結構其中各順次之導電性結構之寬度逐漸增大。
  4. 如請求項1所述之偵測器，其中該等介電結構包含複數半導體材料。
  5. 如請求項4所述之偵測器，其中該等半導體材料包含矽、非晶矽至少其中之一。
  6. 如請求項1所述之偵測器，其中該等導電性結構包含金、銀、鋁、銅至少其中之一。
  7. 如請求項1所述之偵測器， 其中該等連續導電性結構係用以接收一差分電壓(differential voltage)，其中該差分電壓使該空腔因應於由該等導電性結構及該等介電結構吸收之光而產生一電流。
  8. 如請求項1所述之偵測器，其中該等介電結構與該等導電性結構形成包含該空腔在內之複數空腔，各該空腔用以因應於所接收之具有該波長範圍之光而產生一訊號，所產生之該訊號指示所接收之具有該波長範圍之該光之一入射角度。
  9. 如請求項8所述之偵測器，更包含一偵測電路，用以以一預定相位關係來組合該等空腔中相鄰空腔所產生之該等訊號，並且當所接收之具有該波長範圍之該光之該入射角度處於該入射角度範圍內時產生一輸出訊號，其中，該入射角度係為一入射平面與正交該偵測器之一法平面間之一角度，該入射平面及該法平面皆平行於該等空腔其中之一空腔之一縱向方向。
  10. 如請求項1所述之偵測器，其中該空腔係對可見光實質上透明。
  11. 一種用以偵測處於一波長範圍之一垂直入射光之多元偵測單元(multi-cell detection unit)，該多元偵測單元包含：複數偵測器，各該偵測器用以因應於偵測到一波長範圍之光而產生一訊號，該光所具有之一入射平面垂直於該偵測器並平行於該偵測器之一空腔之一縱向方向，各該偵測器包含： 一基板；複數介電結構，位於該基板上，各該介電結構用以經由該介電結構之與該基板相對之一側而接收光；以及複數導電性結構，位於該基板上，在該等導電性結構其中之連續導電性結構之間具有該等介電結構其中之一對應介電結構，其中該等連續導電性結構與該對應介電結構形成一空腔，以因應於接收到該波長範圍之該光而誘發一吸收諧振，其中該等偵測器其中之一第一偵測器與一第二偵測器之空腔之縱向方向係彼此成一角度。
  12. 如請求項11所述之多元偵測單元，其中由該第一偵測器及該第二偵測器進行之一並行偵測指示對該波長範圍之該垂直入射光之偵測。
  13. 如請求項11所述之多元偵測單元，其中該第一偵測器與該第二偵測器係處於一同一平面上，且該第一偵測器及該第二偵測器之該等空腔之該等縱向方向係彼此正交。
  14. 一種用以偵測處於一波長範圍之一光之光學光感測器，該光學光感測器包含：複數p型半導體及複數n型半導體，沿一橫向方向交替排列；複數本質半導體(intrinsic semiconductor)，各該本質半導體位於該等p型半導體其中之一對應者與該等n型半導體其中之一對應者之間；以及複數電極，位於該等p型半導體及該等n型半導體上，並在其與該等 本質半導體其中之對應者之間形成複數空腔，其中位於該等p型半導體上之該等電極其中之各個電極係耦合於一起，且位於該等n型半導體上之該等電極其中之各個電極係耦合於一起，其中該等空腔至少其中之一係沿一縱向方向暴露於入射光。
  15. 如請求項14所述之光學光感測器，其中該等空腔之該至少其中之一用以因應於所接收之該波長範圍之光而誘發一吸收諧振。
  16. 如請求項14所述之光學光感測器，更包含一絕緣層，該絕緣層位於該等本質半導體及該等電極上。
  17. 如請求項16所述之光學光感測器，更包含一閘電極，該閘電極位於該等空腔其中之一空腔上，並用以阻擋該波長範圍之光到達該空腔。
  18. 如請求項14所述之光學光感測器，其中該等本質半導體其中各順次之本質半導體之寬度及/或該等電極其中各順次之電極之寬度逐漸增大。
  19. 一種用以偵測處於一波長範圍之一光之光學感測陣列，該光學感測陣列包含：複數列導體；複數行導體，與該等列導體交叉；複數光學光感測器，耦合至該等列導體及該等行導體，各該光學光感測器包含：複數p型半導體及複數n型半導體，沿一橫向方向交替排列；複數本質半導體，各該本質半導體位於該等p型半導體其中之 一對應者與該等n型半導體其中之一對應者之間；複數電極，位於該等p型半導體及該等n型半導體上，並在其與該等本質半導體其中之對應本質半導體之間形成複數空腔；以及一閘電極，位於該等空腔其中之一空腔上，並用以阻擋該波長範圍之光到達該空腔，該閘電極係耦合至該等行導體其中之一；其中該等p型半導體上之該等電極其中之各個電極耦合於一起，且該等n型半導體上之該等電極其中之各個電極耦合於一起，其中該等空腔至少其中之一被配置成沿一縱向方向暴露於入射光。
  20. 如請求項19所述之光學感測陣列，其中各該光學光感測器用以在該列導體經由一列驅動器被定址時，因應於所接收到之該波長範圍之光而產生與所接收到之該波長範圍之該光成比例之一電流。
  21. 一種顯示裝置，包含如請求項19所述之光學感測陣列。
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