TW201939112A - 準直儀濾波器 - Google Patents

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丹尼爾 透德拉沙維多
葛溫 Ｈ 吉林克
山迪普 昂尼克夏那
海爾奇 Ｂ 阿克曼
巴特 彼得斯
艾伯特 Ｊ Ｊ Ｍ 凡比爾曼
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荷蘭商荷蘭Ｔｎｏ自然科學組織公司
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Abstract

一種準直儀濾波器包含一入射表面以在不同的入射角接收入射光及一出射表面以允許輸出光從該準直儀濾波器離開。在該入射表面與該出射表面之間的一濾波器結構只透射具有低於一臨界角之入射角的該入射光的部分。該濾波器結構包含一圖案化的碳奈米管陣列，其中該等奈米管在該入射表面與該出射表面之間被對齊在該主透射方向中做延伸。該等奈米管被佈置成形成一橫向於該主透射方向的二維圖案。在該圖案中沒有奈米管的開放區域在該等奈米管之間形成微孔徑，用於把該輸出光透射穿過該濾波器結構。

Description

準直儀濾波器
發明領域
本發明係有關於一種準直儀濾波器以及製造該準直儀濾波器的方法。
發明背景
對於各種應用，諸如行動電話解鎖及支付，可以使用一指紋掃描器來確保該已註冊的使用者被授權，而非一冒名頂替者。目前對在顯示區域內之一高解析度指紋掃描器的整合有興趣，所以該Home鍵可被移除或被遺落在該行動裝置的頂側而所謂的全平面顯示器可被實現。然而，在一顯示器應用中，許多塗層、薄膜、以及覆蓋玻璃會有效地增加在該光探測器與該手指之間的距離。沒有玻璃覆蓋，反射自手指的光可以顯示出指紋山脊及指紋山谷的細節特徵。當添加該覆蓋玻璃時，即使在信號處理之後，這些特徵可能會被惡化，例如被模糊化，因而有效地降低了該指紋影像的該解析度。
美國專利9,829,614 B2描述了用於在一指紋感測器中光學成像的系統及方法。該光學指紋感測器包括一影像感測器陣列；一準直儀濾波器層被設置在該影像感測器陣列上方，該準直儀濾波器層具有一孔徑陣列；以及設置在該準直儀濾波器層上方的一照明層。該準直儀濾波器層過濾反射光，使得僅有某些反射光束會到達該影像感測器陣列中的光學感測元件。採用準直儀濾波器層可防止模糊，同時允許一較低設定檔的影像感測器。
還有一需求就是要提供一種改進的準直儀濾波器及製造的方法。
發明概要
本發明的各方面提供了一種準直儀濾波器及製造的方法。在該準直儀濾波器中，一入射表面可以以不同的入射角接收入射光。一出射表面可允許輸出光從該準直儀器濾波器射出。在該入射表面與該出射表面之間的一濾波器結構較佳地可把該入射光的至少一部分透射作為該輸出光，該入射光具有相對於之該主透射方向低於一臨界角的入射角，並且阻擋具有高於該臨界角之入射角的入射光使之無法通過該濾波器結構。如本文所述，該濾波器結構可包含一圖案化的奈米管陣列，其在該入射表面與該出射表面之間沿著該主透射方向做延伸。該等奈米管較佳地被地佈置成形成一個橫向於該主透射方向的二維圖案。因此，在該圖案中沒有奈米管的開放區域可以在該等奈米管之間形成微孔徑，用於選擇性地把該輸出光穿透過過該濾波器結構。
本發明人發現碳奈米管可特別地適用於建構一準直過濾波器的目的。不受理論所束縛，本發明人發現該等奈米管可被使用來精確地且可重複地製造微觀特徵，特別是用於準直之具有該孔徑直徑比上該孔徑長度之一小寬深比的微孔，同時仍保持該長度非常小以提供一個非常薄的準直儀濾波器，並同時基本上吸收以更高入射角撞擊該孔徑之該等孔壁之所有未準直的光，因此這種光不會被無意地反射穿過該孔徑。
較佳實施例之詳細說明
用於描述特定實施例的術語不旨在限制本發明。如本文中所使用的，該等單數形式「一」、「一個」以及「該」旨在也包括該等複數形式，除非上下文另有明確說明。術語「及/或」包括一或多個該等相關聯所列項目之任何及所有的組合。將被理解的是，術語「包含」及/或「包含有」指定所陳述特徵的存在，但不排除存在有或添加一或多個其他的特徵。將進一步被理解的是，當一方法的一特定步驟被稱為在另一步驟之後時，它可以直接跟在該其他的步驟之後，或者可以在執行該特定步驟之前執行一或多個中間步驟，除非另有說明。同樣地，將被理解的是，當描述在結構或組件之間的一連接時，除非另有說明，否則可以直接的方式或透過中間結構或組件來建立該連接。
下面參考該等附圖，本發明會被更全面地描述，在該等附圖中本發明的實施例被展示出。在該等附圖中，為了清楚起見，可能會誇大系統、組件、層、以及區域之絕對及相對的尺寸。實施例係參照本發明之可能理想化的實施例及中間結構之示意性及/或橫截面圖來被描述。在說明書和附圖中，相同的標號始終表示相同的元件。相對術語及其衍生詞應被解釋為指隨後描述之或如所討論之附圖中所展示的方向。這些相對術語係為了便於描述，並不要求該系統係以特定的方向來被建構或操作，除非另有說明。
圖1A圖示出描繪數個奈米管1之一示意性的側視圖。典型地，該等奈米管1由圓柱形奈米結構形成，例如具有相對小至100奈米的直徑以及相對高至大約十、百、或甚至千微米(一或多個毫米)之數量級的長度。較佳地該等奈米結構基本上由碳原子(用「C」表示)構成。以這種方式，可以形成碳奈米管(CNT)。雖然CNT係高度優選的，例如，有鑑於它們的光學和結構性質以及它們的可製造性，原則上本教導也可以適用於形成奈米管的其他材料。雖然該圖顯示了單壁奈米管(SWNT)，但多壁奈米管(MWNT)也可被設想。通常，該等各別奈米管可以自身對齊，例如它們可以藉由凡得瓦(Van der Waals)力及/或π堆積作用被保持在一起。在一較佳的實施例中，如圖所示，該等奈米管1主要係以它們的長度或管方向「Zt」沿著一主要方向來對齊。最佳的是，該等奈米管的該主要排列方向與該準直儀濾波器10的該主透射方向「Z」重合。
圖1B圖示出一碳奈米管陣列1之一實施例的一示意性頂視圖。在一些實施例中，該等奈米管1例如被並排地聚集在一起，以形成更大的結構，諸如壁「W」。例如，許多奈米管1的壁「W」可被佈置成來限定微觀尺寸的隔室孔徑(「A」)。該等壁「W」可具有一厚度「Dw」，其典型地係由奈米管1之多層(Nw)或多排對齊在一起來確定的。使用較厚的壁或更多層的奈米管1可以改善該等壁「W」的結構完整性及/或對齊性。通常，形成該等壁「W」的奈米管層「Nw」的數量至少是三、五、十、二十、或更多。
在一些實施例中，該等奈米管1被佈置在壁「W」中以形成一胞格「E」的圖案。例如，每一個胞格E可以在它們圍繞該孔徑之牆「W」之間包圍一相應的微孔徑「A」。例如，圖1B展示出一單一胞格E的一實施例，其可以用相同或不同形狀之相鄰的胞格被重複。較佳地是，該等壁「W」係以一圖案「P」被佈置以形成複數個互連的胞格「E」，例如在它們之間共享該等共同的壁。在一較佳的實施例中，該圖案係由重複的單元胞格所形成的，每一個單元胞格具有基本上或本質上相同的形式及/或尺寸。例如，圖1C展示出重複胞格「E」的一圖案「P」。
在一個實施例中，如在圖1B中所示，該胞格E可具有大致六邊形的形狀。這種形狀可能是較佳的，例如，因為可以用一有效的填充因子來重複該形狀以覆蓋該濾波器的一表面。替代地或另外地，也可以設想出其他形狀的胞格諸如三角形或方形胞格(圖中未示出)。作為另一種選擇或除此之外，還可設想出其他的形狀和圖案，包含有具有選自兩種或更多種重複形狀胞格之全部相同的胞格或圖案，或一般不同的胞格，或具有形成微孔徑之壁的其他結構。較佳的是，該等胞格具有至少一種三重的旋轉對稱性，例如與一細長的矩形胞格相比，細長的矩形胞格在有可能會在導致異向準直性(例如，在X中比在Y中更為準直)之不同的橫向方向上具有不同的長度。
在一些實施例中，在相應胞格「E」內被形成的該等微孔徑「A」被圓形化或係圓形的。換句話說，該等微孔徑「A」的該內徑的「Da」可基本上係恆定的，例如在20％之內、10％之內、5％之內、或更小百分比之內本質上係恆定的，正如在一基本上圓形的孔徑中。這可以在等向準直性特性中提供進一步的改進。例如，該(極座標)臨界角度θmax最好係恆定的，或者對該光被入射的該方位角Φi具有最小的相依性，如在圖1C中所示。例如，在圖4A和4C中特別可見的一較佳圖案「P」包含根據重複胞格「E」之一種六邊形排列的CNTS，其中形成在該等胞格「E」之該等壁「W」內部的該等微孔徑「A」係圓形的或被圓形化的。儘管該圓形內部係最有效地把該等單元胞格適配在一種六邊形的圖案中，但原則上，該圓形化的內部也可被提供在其他的佈置中，例如正方形或三角形，但是會付出在該等角部會有較厚壁的代價。
圖1C圖示出用於一準直儀濾波器10之一較佳實施例的一示意性透視圖。在該所示的實施例中，該準直儀濾波器10包含一入射表面11，用於相對於該準直儀濾波器10之一主透射方向「Z」以不同的入射角(分別為θi及θi')接收入射光(Li及Li')。一出射表面12(有指出但在此視圖中係不可見的)可被設置在相對於該入射表面11在該準直儀濾波器10之一相反側處用於允許輸出光Lo從該準直儀濾波器10離開。一濾波器結構可被佈置在該入射表面11與該出射表面12之間，用於把相對於該主透射方向「Z」具有入射角θi低於一臨界角θmax之該入射光Li的至少一部分透射作為該輸出光Lo，並且阻擋具有高於該臨界角θmax之入射角θi'的該入射光Li'之基本上所有的部分(例如>99％)避免通過該濾波器結構。
如本文所描述的，該濾波器結構包含一圖案化之諸如CNT的奈米管陣列1。較佳的是，該等奈米管1以它們的管長度「Zt」被對齊，該管長度在該入射表面11與該出射表面12之間的該主要透射方向「Z」上本質上地或主要地做延伸。較佳的是，該等奈米管1以它們的直徑被並排佈置，以形成橫向於該主透射方向「Z」的一個二維圖案「P」。在一較佳的實施例中，該圖案「P」的開放區域，即沒有奈米管1之穿透該濾波器結構的開放體積或管子形成在該等奈米管1之間的微孔徑「A」，用於把該輸出光Lo透射穿過該濾波器結構。
在一較佳的實施例中，該濾波器結構可被封裝在一透明基質2中，如在圖1C中的該等虛線所示，並且會在圖2的橫截面視圖中被進一步地展示出。例如，包裹該等奈米管的該基質可以形成一固體塊或材料片。有所助益的是，該透明基質2基本上可以固定該等奈米管1及/或保護它們免受環境的影響。該固定還可以例如有助於在製造之後從一基板(圖中未示出)處任選地移除該準直儀濾波器。
較佳的是，該透明基質2本質上由一光學透明材料所構成，至少要在該濾波器將被使用於其上的一波長範圍內。例如，該透明基質2對於可見光波長(例如，400-700nm)及/或紅外線波長(例如700nm-1mm)的一範圍或至少一子範圍係透明的。對於一些應用，該透明基質2可以附加地或替代地允許至少一些UV光(低於400nm)穿透過。例如，該透明基質2透射超過百分之五十的這種光，較佳地係超過百分之八十，更較佳係超過百分之九十，或甚至基本上所有的該種光，例如在百分之九十五至百分之百之間。
較佳的是，該透明基質2具有最小的散射特性，以透過該等微孔徑「A」來透射經準直的光，而不會例如散射到該等奈米管壁「W」中及/或防止非準直的光藉由巧合地散射在該主要透射方向「Z」中而無意中地通過該等微孔徑「A」。例如，該透明基質2散射少於百分之三十的通過光，較佳地係少於百分之十或更少，最佳的是，基本上沒有該種光將被該透明基質2散射，例如零到百分之五。
在一些實施例中，最好可以使用一柔性或彈性材料來形成該透明基質2。允許該材料彎曲而不會破裂可改善穩固性。在封裝之後，還可以有助於從一基板移除，例如剝離該濾波器。在一些實施例中，該濾波器例如箔可被認為是柔性的，如果它具有一相對低的抗撓剛度，例如小於500 Pa⋅m3 、小於100 Pa⋅m3 、或甚至小於10 Pa⋅m3 。在其他或進一步的實施例中，如果該濾波器可以在小於十厘米、或小於五厘米、或更小之一曲率半徑上被滾動或被彎曲而該濾波器不會失去必要的光學功能，則該濾波器可以被認為是柔性的。
在一個實施例中，該透明基質2包含一聚合有機矽化合物。例如聚二甲基矽氧烷(PDMS)具有用於該等當前目的之各種有利的性質。其他例如類似的材料也可被使用作為該(可選擇的)透明基質。在一些實施例中，該透明基質2係由一液體前體被形成，其在施用之後被固化。
在一些實施例中，例如，如在圖2中所示，較佳的是該等微孔徑「A」至少部分地係由該透明基質2的材料2a來填充。在其他或進一步的實施例中，該透明基質2可以形成一覆蓋層2t以覆蓋該入射表面11及/或出射表面12的至少一部分。在一個實施例中，該透明基質2被製造(或之後研磨、拋光、或重疊)，以形成一光學平坦的入射表面11及/或出射表面12。特別地是，該光學入射表面11可以是相對光滑的，以防止或最小化該入射光Li的散射。例如，取決於該應用，該等一或多個表面係光學平坦的，其表面偏差小於一微米、小於五百奈米、小於三百奈米、小於百奈米、小於五十奈米、或更小。較佳的是，該等表面偏差的該大小至少小於該孔徑直徑或尺寸「Da」。可替代地，或除了在該等奈米管1之頂部具有一厚度的該透明覆蓋層2t之外，該覆蓋層可被省略或該覆蓋層的該厚度可被減小到一最小值，例如小於百奈米、小於五十奈米、或甚至不到十奈米。例如，該等奈米管可以一直到達該透明基質的該末端(這裡未示出)。
例如，如在圖2中所示，一準直儀器濾波器可被使用於來過濾一光線流，例如光，使得僅允許那些平行於或幾乎平行於一指定方向行進的光線才能通過。例如，這對於諸如增加由在該準直儀底部上之一檢測器所檢測到之在該準直儀器頂部上之一影像的解析度的這種應用會是有利的，但並不限於此。允許光線通過的該主要方向在此被稱為該濾波器的主要透射方向。該準直儀濾波器10可以根據該入射光Li相對於該主透射方向「Z」的一入射角θi來選擇性地透射光。在一較佳的實施例中，如圖所示，該主透射方向「Z」與該入射表面11的一法向量N對齊。這意味著只有在法向或接近法向入射角θ的光Li才能被透射過該準直儀濾波器10，而在較高角度的光則被阻擋。例如，該準直儀濾波器10可以僅透射入射角相對於該主透射方向「Z」小於十度(平面角)、小於五度、小於兩度、或甚至小於一度的光。該臨界角θmax越小，該光會被更好地準直(然而，這個的代價為可能會阻擋更多非準直的光)。
有較高入射角的光Li'最好可被該等奈米管1吸收，例如在該等微孔徑「A」內部。在一較佳的實施例中，該等奈米管壁「W」具有一高光吸收性「La」，至少在該等微孔徑「A」內，例如吸收超過90％之落在該等壁上之(使用過的)光，最好可超過99％。例如，CNT可吸收>99.9％的該光。例如，照射一物體「F」的該光Ls可以源自於一光源(這裡未示出)，該光源位在諸如使用該準直儀濾波器10之一指紋檢測器的裝置內。例如，可以使用可見光或紅外光。藉由吸收該光的大部分或全部，可以防止非準直的光Li'撞擊該等奈米管壁「W」後仍然可以例如藉由反射來通過該孔徑。
將被理解的是，該等微孔徑「A」可被確定尺寸以限定該臨界角度θmax。例如，該等微孔徑「A」具有一(最大或平均)孔徑直徑「Da」橫向於該主透射方向「Z」以及沿著該主透射方向「Z」之一(最小或平均)孔徑長度Ha。例如，該臨界角度θmax可被定義為該孔徑直徑「Da」除以該孔徑長度或高度「Ha」的反正切函數(tan-1 )，即tan(θmax)=Da/Ha。例如，可以以一Da/Ha>0.17的寬度深度比，即tan(10)或小於約1：5來實現一小於十度的臨界角度θmax。例如，可以以一Da/Ha>0.087的寬度深度比，即tan(5)或小於約1：10來實現一小於五度的臨界角度θmax。例如，可以以一Da/Ha>0.017的寬度深度比，即tan(1)或小於約1：50來實現一小於一度的臨界角度θmax。該寬度深度比Da/Ha越低，該經濾波的光就越準直。例如，該等微孔徑「A」可以具有在0.1-20μm之間的一橫截面直徑「Da」，最好是在一至十微米之間。同時，該等微孔徑「A」可以例如具有一長度或高度「Ha」至少十微米，最好可至少五十或至少百微米，或更多，例如高至一或甚至數毫米。
在一較佳的實施例中，該等奈米管1被聚集在一起以形成一互連壁「W」的圖案，其中該等微孔徑「A」各自被該等壁「W」之相應的部分包圍。在一些實施例中，該孔徑直徑「Da」由該奈米管1圖案所形成之微結構之間的該(最大)距離來限定，例如在該等壁「W」之間的該間隙。例如，該孔徑長度Ha可以與該等壁「W」的該高度「Hw」相同，或者在該主透射方向「Z」上與該等奈米管1的該長度相同。例如，在圖4B中的該等壁「W」具有一大於百微米的高度。
在一些實施例中，該等壁「W」具有約一微米數量級的一厚度「Dw」，例如在百奈米至十微米之間，最好是在半微米至二微米或五微米之間。例如，一單一奈米管可具有在十至百奈米之間的一(有效)直徑，通常係在二十至五十奈米之間。例如，大約20層各自直徑約為五十奈米的奈米管可形成大約一微米的一平均壁厚。當然其他的尺寸也可被使用。
在一較佳的實施例中，該壁厚「Dw」小於該孔徑直徑「Da」，至少為一倍(即至少有相同的大小)，較佳係至少為兩倍(即，該直徑係壁厚的兩倍)，更佳係至少三倍、四倍、十倍、二十倍、或更多倍。例如，如在圖4A中所示，該壁厚約為一微米而該壁直徑為四微米。其他的大小也是可能的。該孔徑直徑「Da」相對於該壁厚「Dw」越大，該(準直的)光可越多地落在該等微孔徑「A」上而不是落在該等壁的頂部上。較佳的是，由該等微孔徑「A」所覆蓋的濾波器的一總表面積要盡可能的大，例如相對於由該等奈米管1所覆蓋的該面積，同時保持該等壁的一結構完整性。例如，該等微孔徑「A」可以覆蓋該面積的至少百分之三十、至少百分之四十、至少百分之五十、至少百分之六十、或更多。由該等微孔徑「A」所覆蓋的該濾波器面積越大，透射(準直的)光會透射得越多。
在一些實施例中，如在圖2中所示，該等壁「W」的一頂部被一反射層3所覆蓋(同時使該等孔徑保持敞開)。這可以提高光效率，例如，擊中該壁之該頂部的光被反射回來，因此它可被重新使用來照亮一將被成像之物體的另一部分，諸如在一(透明)覆蓋30之上的一手指或其他的物體「F」。例如，藉由金屬濺射在該等壁「W」的頂部上來施加該反射頂塗層。
本發明的方面也會涉及一影像檢測器。例如，如在圖2中所示，一光檢測器20可以包含一光敏檢測器像素陣列21，用於檢測光Lo以形成一附近物體「F」的一影像。可選擇地，該影像檢測器具有一透明蓋板30，這裡用一厚度「Hg」來表示。如之前所解釋的，該(最小的)距離「Hg」可能會使該物體的該成像惡化。為了減輕這種情況，該影像檢測器可以包括如本文所描述的該準直儀濾波器10。例如，如圖所示，該準直儀濾波器10被設置在該透明蓋板30與該光檢測器20之間，用於僅使來自該物體「F」之該入射光Li的部分可通過，該入射光Li係在該準直儀濾波器10之該入射表面11的一法線方向「N」處或其附近被接收，用以改善在該等檢測器像素21上之該成像物體「F」的影像解析度(由該最大允許的範圍ΔX來表示)。較佳的是，該準直儀濾波器10盡可能的靠近該等檢測器像素21，例如接觸。可選擇的(這裡未示出)，在該等檢測器像素21與該準直儀濾波器10之間還可以存在一(最好係薄的)透明覆蓋層。
較佳的是，該準直儀濾波器10被佈置成盡可能地靠近該等檢測器像素21，例如在一毫米內、在百微米內、在十微米內、在一微米內、或更少，例如接觸該等像素。較佳的是，該等胞格「E」的該間距或週期性小於或等於該等檢測器像素21的該像素大小「Xp」。因為該準直儀濾波器的該厚度也會貢獻在該物體與該等像素之間的該距離，所已將可被理解的是，減小準直儀濾波器10的該厚度可以提供更好的效能。因此，如果該濾波器的該厚度將被減小，這意味著該等壁「W」的該高度「Hw」將被減小，並且該直徑會被相應地減少以維持一特定的臨界角θmax。因此，在一些實施例中，較佳的方式是該等檢測器像素21的每一個由複數個微孔徑「A」來覆蓋。例如，該等檢測器像素21可以具有一種五十微米的大小，並且該等對應的胞格「E」具有一種五微米的間距，使得大約十個胞格在一像素上並排裝配，或者大約一百個以覆蓋一正方形像素。當然，其他相關的措施也可被設想。
在該所示的實施例中，該待被成像的物體「F」靠近或按壓該透明蓋板30。例如，該影像檢測器包含一光源，例如背光(這裡未示出)以使用來自該透明蓋板30之一側的來源光Ls來照亮該物體「F」。本發明的特定應用可以例如涉及包含有如該所述影像檢測器的一指紋檢測器，其中該物體「F」係按壓在該透明蓋板30上的一手指。可選擇地，該指紋檢測器可包含影像處理電路(圖中未示出)，以從該影像檢測器接收一手指指紋的一影像並處理該影像以識別出該指紋，例如藉由與一預定的參考指紋進行比較。除了指紋檢測之外，其他(高解析度)的成像也可被設想。
在一些實施例中，如圖所示的該透明蓋板30可以不存在或被替換成不同層的一種堆疊(圖中未示出)，例如從頂部到底部，包括有但不侷限於一或多個保護裝置蓋(例如~200μm厚)、可能的覆蓋玻璃(例如~0.6mm厚)、一觸控板(例如~150μm厚)、一偏振器(例如~150μm厚)。這可能達到約1mm的一總厚度，這可能例如惡化一檢測到指紋的該品質，其可以使用該準直儀濾波器10來被減輕。
本發明的替代或其他方面還可以在包含有一如所述之指紋或其他影像檢測器的一顯示器裝置中找到應用。例如，圖3A和3B圖示出一顯示器裝置的可能的實施例，該顯示器裝置具有一顯示器螢幕43被組配成用於顯示一影像並檢測或成像諸如按壓或在該顯示器螢幕43附近中之一手指的一物體兩者。典型地，該顯示螢幕包含顯示器像素41以發出用於顯示在該顯示器螢幕43上之該影像的光Ld，例如透過該透明蓋板30。
在一個實施例中，如在圖3A中所示，該等顯示器像素41被設置在該準直儀濾波器10的前面，即在該準直儀濾波器10與該顯示器螢幕43(的一視圖側)之間。例如，該顯示器像素41可被稀疏地分佈，使來自該物體的該入射光Li、Li'中的至少一些通過之。在一些實施例中，一擴展的準直儀濾波器10可被使用來覆蓋下面的該等檢測器像素21，用於僅允許該準直的光Li通過，同時阻擋該非準直的光Li'。
在另一個或另外的實施例，如在圖3B中所示，該等顯示器像素41可以在該等檢測器像素21之間的線中被充分的部分地設置。例如，該顯示器及該等檢測器像素可以是相同的基質的一部分或者兩個基質可被部分地重疊。在一另外較佳的實施例中，如圖所示，該準直儀濾波器10的該等準直部分可被定位以專門地覆蓋該等檢測器像素21。例如，該準直儀濾波器10可僅在該等檢測器像素21的頂部被局部地生長，或該準直儀器濾波器10可包含用於使該等顯示器像素41之該光Ld經過的孔徑。以這種方式，該等相鄰的顯示器像素41可以自由地發射它們的光Ld以無阻礙地到達該顯示器螢幕43。
在一些實施例中，如在圖3A及3B中所示，該檢測器(具有或不具有顯示器像素)可包含一背光42。例如，該背光42被設置在該等檢測器像素21及/或顯示器像素41的後面。在一較佳的實施例中，該背光42被組配成發射在該可見光譜外之一波長的來源光Ls，例如(近)紅外光，可由該等檢測器像素21來檢測。這可以具有以下的一優點：一使用者不會被用於照亮及成像該物體的該光所困擾。從該背光所發射的該來源Ls可以穿透過該像素網格。可選擇地，一或多個波長濾波器(圖中未示出)可被設置在該被照射物體F與該等檢測器像素21(但不是該等顯示器像素)之間，使得除了該來源光Ls的波長之外的其他的波長被濾除並且該等檢測器像素21的專門接收該預期的來源光，例如不是來自該等顯示器像素41的光。在一些實施例中，該基質材料本身用作為該波長濾波器。例如，可以把波長吸收分子添加到一另外的透明基質中，或者已經選擇該基質材料以僅透射對應於該背光之選擇性的波長。例如，該背光可以發射可見光來源光，其在吸收(外部的)紅外波長的同時被通過該基質材料。在一個實施例中，該基質材料被調適成基本上通過大部分在一可見光波長範圍內的光(對應於該來源光Ls)，同時吸收大部分在一(接近)紅外線光波長範圍內的光。例如，該基質材料阻擋一波長超過六百奈米之該光的至少百分之九十、或更多。使用該基質材料本身作為一波長濾波器可以提供一更為緊密的設計。當然，取決於該來源光，其他波長截止也可被使用。
替代地或另外地，為了使用一專用背光42來照射該物體F，該物體也可以由該等顯示器像素41本身來被照射。在一些實施例中，可以在該等顯示器像素之間包括附加的像素，例如來發射紅外線，用於照射物體。可選擇地，該影像檢測器或顯示器螢幕還可以包含一觸控介面，用於檢測在該顯示器螢幕43上一或多個物體，例如手指的該存在。在一些實施例中，該成像的檢測器本身可以充當一觸控介面。例如，一個應用可以是一行動裝置，例如智慧型電話，其包含具有如本文所述之指紋檢測器的一顯示器螢幕。
本教導也可被具體實現在製造如本文所述之該準直儀濾波器10的方法中。在一較佳的實施例中，該方法包含在該主透射方向「Z」上之一基板頂部上生長或以其他的方式提供奈米管1的該圖案「P」。例如，Joshi等人[J. Mater. Chem., 2010,20,1717-1721]描述了超長碳奈米管之該圖案化的生長。例如，Hasegawa等人[arXiv：0704.1903 (cond-mat.mtrl-sci)]描述了毫米厚的單壁化之碳奈米管森林的生長窗口及有可能的機制。例如，美國專利9.221,684 B2描述了層級的碳奈米及微結構。
在一個實施例中，該基板根據該圖案「P」被提供一種子或催化劑層，並且在該層上被選擇性地生長出該等奈米管1。在另一或另外的實施例中，該生長係由一遮罩圖案來被實現。在一些實施例中，使用光學微影術來提供種一子或遮罩圖案。
在一個較佳的實施例中，該方法包含把該等奈米管1包封在一透明基質2中。例如，藉由施加被固化的一液體前體來包封該濾波器結構。例如，該液體前體可以流入該等孔徑中及/或覆蓋該濾波器結構的至少一個表面。在一些實施例中，在封裝之後移除該基板。或者，可以保留該基板。例如，該等奈米管可以在一透明基板上被生長出。例如，該等奈米管可被直接生長在一光檢測器前面的該等透明層中之一個上。替代地或另外地，該光檢測器的一光活性部分本身可以充當該基板。例如，該等奈米管可被直接生長在該光檢測器上，例如一或多個像素，以形成一整合式的準直光檢測器。
圖4A-4D顯示在不同的放大倍數下所得到的濾波器結構的影像。圖4A展示出一經透視放大的電子顯微鏡影像，其中仍然可以通過胞格「E」、壁「W」、以及孔徑「A」的示例測量來區分出該等各別的CNT。圖3B展示出了一側視圖之一更為放大的影像，其圖示出該等壁「W」的一示例高度。圖4C類似於圖4A，但被進一步縮小以圖示出重複胞格「E」的該較大圖案「P」。圖3D展示出該準直儀濾波器10之一常規顯微鏡影像的俯視圖，其中該等較亮的點圖示出通過該準直儀濾波器10的光Lo。
圖5A和5B分別圖示出沒有覆蓋玻璃(NCG)以及有覆蓋玻璃(CG)的情況下一指紋的影像。圖5C圖示出在不同情況下之測量結果的一比較。具體地說，該圖展示出該調變轉移函數(MTF)的測量曲線對上每毫米在線對中的該橫向解析度(lp/mm)。在沒有覆蓋玻離(NCG)的情況下，該MTF是最好的，例如在1 lp/mm提供了幾乎99％的MTF。引入0.6毫米的覆蓋玻璃(CG)顯著地惡化了這種情況到在1 lp/mm下大約10％的MTF。然而，包括有碳奈米管(+CNT)大大地改善了這樣的情況，對於僅為20μm的一CNT厚度，在1 lp/mm下產生大約30％的MTF，對於150μm的一CNT厚度，在1 lp/mm時產生超過90％的MTF。
在解讀該等所附請求項時，應被理解的是，「包含有」該詞不排除除了在一給定請求項中所列出的那些之外存在有其他的元件或動作；在一元件前面的該詞「一」或「一個」並不排除有複數個如此元件的存在；在該等請求項中的任何參考標記並不限制其範圍；數個「構件」可用相同或不同的項目或實施結構或功能來被表示；除非另外特別說明，否則任何揭露裝置或其部分可被組合在一起或被分開成另外的部分。當一個請求項涉及另一個請求項時，這可以表示藉由它們各自特徵的組合來實現的協作的優勢。但事實上是，在相互不同的請求項中所陳述之某些措施並不表示這些措施的組合也無法被使用來獲益。因此，本發明的實施例可以包括該等請求項之所有效的組合，其中每一個請求項原則上可以參考任何前述請求項，除非在上下文中被明確地排除。
1‧‧‧奈米管
2‧‧‧透明基質
2a‧‧‧材料
2t‧‧‧覆蓋層
3‧‧‧反射層
10‧‧‧準直儀濾波器
11‧‧‧入射表面
12‧‧‧出射表面
20‧‧‧光檢測器
21‧‧‧光敏檢測器像素陣列
30‧‧‧透明蓋板
41‧‧‧顯示器像素
42‧‧‧背光
43‧‧‧顯示器螢幕
從以下描述、所附請求項、以及附圖，本發明之該等裝置、系統以及方法的這些和其他的特徵、方面、以及優點將變得更好地理解，其中：
圖1A圖示出描繪奈米管之一示意性的側視圖；
圖1B圖示出一碳奈米管陣列之一實施例的一示意性頂視圖；
圖1C圖示出一準直儀濾波器之一實施例的一示意性透視圖；
圖2圖示出一準直儀濾波器的之一實施例的一示意性剖視圖；
圖3A及3B圖示出一具有準直儀濾波器之一顯示器裝置之實施例的一示意性橫截面；
圖4A-D圖示出實例濾波器結構的影像；
圖5A及5B圖示出在沒有及有覆蓋玻璃的情況下測量一指紋的該效果；
圖5C圖示出在不同情況下之測量的對比圖。

Claims (15)

  1. 一種準直儀濾波器，其包含有： 一入射表面，用於在相對於該準直儀濾波器之一主透射方向之不同的入射角接收入射光； 一出射表面，其相對於該入射表面位於該準直儀濾波器的一相對面，用於允許輸出光從該準直儀濾波器離開；以及 在該入射表面與該出射表面之間的一濾波器結構，用於把具有相對於該主透射方向低於一臨界角之入射角的該入射光的至少部分透射作為該輸出光，並且阻擋具有高於該臨界角之入射角的入射光使之無法通過該濾波器結構； 其中該濾波器結構包含一圖案化的碳奈米管陣列，其中該等奈米管在該入射表面與該出射表面之間沿該主透射方向延伸被排列；其中該等奈米管被佈置成形成一橫向於該主透射方向的二維圖案，用於吸收撞擊該等奈米管的該入射光，其中在該圖案中沒有奈米管的開放區域在該等奈米管之間形成微孔徑，用於把該輸出光透射穿過該濾波器結構。
  2. 如請求項1之準直儀濾波器，其中該濾波器結構被封裝在一透明固體基質中以固定該等奈米管。
  3. 如請求項2之準直儀濾波器，其中該等微孔徑至少部分地由該透明基質的材料填充。
  4. 如請求項2或3之準直儀濾波器，其中該透明基質形成一光學平坦的覆蓋層以覆蓋該入射表面。
  5. 如任一前述請求項之準直儀濾波器，其中該等微孔徑具有在一微米與十微米之間的一橫截面直徑，其中該等微孔徑具有至少五十倍於該孔徑直徑的一孔徑高度。
  6. 如任一前述請求項之準直儀濾波器，其中該濾波器結構被形成為具有一厚度小於半毫米的一薄片。
  7. 如任一前述請求項之準直儀濾波器，其中該等奈米管形成一互連壁的圖案，其中該等微孔徑各自被該等壁之相應的部分包圍，其中該等壁有一介於半微米與兩微米之間的厚度，其中該壁厚小於該孔徑直徑至少三倍，其中由該等微孔徑所覆蓋之該濾波器結構的一總表面積至少為百分之四十。
  8. 如任一前述請求項之準直儀濾波器，其中該等奈米管形成包圍該等微孔徑之一互連壁的圖案，其中該等壁的一頂部由一反射層所壁覆，而該等微 孔徑沒有該反射層以允許該等奈米管吸收以高於該臨界角之入射角撞擊在該等微孔徑內該等壁的光。
  9. 如任一前述請求項之準直儀濾波器，其中該等奈米管被佈置在該等壁中以形成以一種六邊形圖案被佈置的一胞格圖案，其中形成在各個胞格內部之該等微孔徑係圓形的。
  10. 一種影像檢測器，其包含有： 一光感測器，其包含有一光敏檢測器像素陣列，用於檢測光來形成一附近物體的一影像； 一具有一厚度的透明蓋板；以及 根據任一前述請求項之準直儀濾波器，其中，該準直儀濾波器被設置在該透明蓋板與該光檢測器之間，用於僅使來自該物體之該入射光的部分可通過，該入射光係在該準直儀濾波器之該入射表面的一法線方向或其附近被接收，用以改善在該等檢測器像素上之該已成像物體的影像解析度。
  11. 如請求項10之影像檢測器，其中該等檢測器像素的每一個由複數個微孔徑所覆蓋。
  12. 一種指紋檢測器，其包含有： 如請求項10或11之影像檢測器，其中該將被成像的物體係一按壓在該透明蓋板上的一手指；以及 影像處理電路，用以從該影像檢測器接收該手指之一指紋的一影像，並處理該影像以藉由與一參考指紋進行比較來識別該指紋。
  13. 一種顯示器裝置，其包含有： 如請求項12之指紋檢測器，用於檢測按壓在該顯示器裝置之一顯示器螢幕上的一手指；以及 顯示器像素，其被組配成發射光以在該顯示器螢幕上顯示一影像，其中該等顯示器像素在該等檢測器像素之間被排成一行，其中該準直儀濾波器被定位成專門地覆蓋該等檢測器像素，保持該等顯示器像素可自由地把它們的光發射到該顯示器螢幕，而不受該準直儀濾波器的阻礙。
  14. 一種製造根據任一前述請求項之準直儀濾波器的方法，其包含有： 以主透射方向在一基板之頂部上生長奈米管的圖案；以及 把該等奈米管封裝在一透明基質中。
  15. 如請求項14之方法，其中該等經封裝的奈米管從該基板上被剝離，其中該透明基質包含一柔性材料以便利於該剝離。
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