TW202209082A

TW202209082A - 指紋感測模組

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Publication number: TW202209082A
Application number: TW110112455A
Authority: TW
Inventors: 朱訓箴
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2022-03-01
Also published as: TWI767758B; TW202209182A; TW202209179A; TW202209138A; TWI757053B; TWI756097B; TW202209170A; TWI766583B; TWI769700B

Abstract

一種指紋感測模組包括感光元件層與彩色濾光層。感光元件層具有多個感光區，且包括基板與多個感光畫素。這些感光畫素具有重疊於這些感光區的多個感光圖案。這些感光畫素包括重疊於這些感光區的多個第一感光區的多個第一感光畫素以及重疊於這些感光區的多個第二感光區的多個第二感光畫素。這些第二感光畫素的數量與這些感光畫素的數量的百分比值小於30%。各個第一感光區於基板上的正投影面積不同於各個第二感光區於基板上的正投影面積。彩色濾光層具有重疊於這些第一感光畫素的多個開口以及重疊於這些第二感光畫素的多個第一彩色濾光圖案。

Description

指紋感測模組

本發明是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種指紋感測模組。

為了提高顯示器的屏占比以實現窄邊框的設計，屏下指紋感測技術已成為趨勢。簡單來說，屏下指紋感測技術乃是將指紋感測模組配置在電子裝置的顯示面板的下方。在電子裝置偵測到使用者接觸顯示螢幕後，電子裝置會控制顯示面板發光以照亮使用者的手指表面。光線可經由使用者的手指（漫）反射進入顯示面板下方的指紋感測模組，並由指紋感測模組將反射光線轉換為數位影像信號，即可得到使用者指紋影像。

然而，在指紋感測模組中，用於將光線轉換成電訊號的感光材料在不同波長範圍內的量子效率（quantum efficiency，QE%）並不相同。因此，感光材料在不同色光的照射下所產生的光電流大小會明顯不同，導致具有相同結構設計的不同感光畫素對於不同色光的感測靈敏度存在差異而影響整體的影像感測品質。

本發明提供一種指紋感測模組，其各個感光畫素的感測靈敏度差異較小。

本發明的指紋感測模組，包括感光元件層與彩色濾光層。彩色濾光層設置於感光元件層上。感光元件層具有多個感光區，且包括基板與多個感光畫素。這些感光畫素設置於彩色濾光層與基板之間，且具有重疊於這些感光區的多個感光圖案。這些感光畫素包括多個第一感光畫素和多個第二感光畫素。這些第一感光畫素重疊於這些感光區的多個第一感光區。這些第二感光畫素重疊於這些感光區的多個第二感光區。這些第二感光畫素的數量與這些感光畫素的數量的百分比值小於30%，且各個第一感光區於基板上的正投影面積不同於各個第二感光區於基板上的正投影面積。彩色濾光層具有多個開口與多個第一彩色濾光圖案。這些開口分別重疊於這些第一感光畫素。這些第一彩色濾光圖案分別重疊於這些第二感光畫素。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對通過多個開口的第一色光的量子效率不同於這些感光圖案對通過多個第一彩色濾光圖案的第二色光的量子效率。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對第一色光的量子效率大於這些感光圖案對第二色光的量子效率，且各個第一感光區於基板上的正投影面積小於各個第二感光區於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光畫素更包括多個第三感光畫素。這些第三感光畫素重疊於多個感光區的多個第三感光區。這些第二感光畫素與這些第三感光畫素的數量總和與這些感光畫素的數量的百分比值小於30%。彩色濾光層還具有分別重疊於這些第三感光畫素的多個第二彩色濾光圖案，且這些感光圖案對通過這些第二彩色濾光圖案的第三色光的量子效率不同於這些感光圖案對第一色光的量子效率與這些感光圖案對第二色光的量子效率。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對第一色光的量子效率大於這些感光圖案對第二色光的量子效率。這些感光圖案對第二色光的量子效率大於這些感光圖案對第三色光的量子效率。各個第一感光區於基板上的正投影面積小於各個第二感光區於基板上的正投影面積，且各個第二感光區於基板上的正投影面積小於各個第三感光區於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組更包括遮光圖案層，設置於多個感光圖案上，並且定義出多個感光區。遮光圖案層包括重疊於至少部分感光圖案的多個第一開孔與多個第二開孔。這些第一開孔重疊於多個第一感光畫素。這些第二開孔重疊於多個第二感光畫素，且各個第一開孔所占區域於基板上的正投影面積不同於各個第二開孔所占區域於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對第一色光的量子效率大於這些感光圖案對第二色光的量子效率，且各個第一開孔所占區域於基板上的正投影面積小於各個第二開孔所占區域於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的遮光圖案層與多個感光圖案之間設有絕緣層。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個第一感光畫素具有多個感光圖案中的多個第一感光圖案。多個第二感光畫素具有這些感光圖案中的多個第二感光圖案，且各個第一感光圖案於基板上的正投影面積不同於各個第二感光圖案於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對通過多個開口的第一色光的量子效率大於這些感光圖案對通過多個第一彩色濾光圖案的第二色光的量子效率，且各個第一感光圖案於基板上的正投影面積小於各個第二感光圖案於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的各個感光畫素還具有第一電極、第二電極與導電圖案。第一電極與第二電極分別設置在對應的一個感光圖案的相對兩側並且電性連接此感光圖案。第一電極重疊於導電圖案並且位於感光圖案與導電圖案之間。第一電極電性絕緣於導電圖案。各個第一感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積不同於各個第二感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對通過多個開口的第一色光的量子效率大於這些感光圖案對通過多個第一彩色濾光圖案的第二色光的量子效率，且各個第一感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積大於各個第二感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的各個第一感光區於基板上的正投影面積小於各個第二感光區於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組更包括多個紅外光截止濾光圖案，設置於彩色濾光層的多個開口內，且分別重疊於多個第一感光畫素。

本發明的指紋感測模組，包括感光元件層與彩色濾光層。彩色濾光層設置於感光元件層上。感光元件層具有多個感光區，且包括基板與多個感光畫素。這些感光畫素設置於基板上，且各自具有重疊於這些感光區的其中一者的感光圖案、第一電極、第二電極與導電圖案。第一電極與第二電極分別設置在感光圖案的相對兩側並且電性連接感光圖案。第一電極位於感光圖案與導電圖案之間，並且重疊於導電圖案以形成一儲存電容器。這些感光畫素包括多個第一感光畫素與多個第二感光畫素。這些感光畫素位於彩色濾光層與基板之間。彩色濾光層具有多個開口與多個第一彩色濾光圖案。這些開口分別重疊於這些第一感光畫素。這些第一彩色濾光圖案分別重疊於這些第二感光畫素。這些感光圖案對通過這些開口的第一色光的量子效率不同於這些感光圖案對通過這些第一彩色濾光圖案的第二色光的量子效率，且各個第一感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積不同於各個第二感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對第一色光的量子效率大於這些感光圖案對第二色光的量子效率。各個第一感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積大於各個第二感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積。多個感光區包括重疊於這些第一感光畫素的多個第一感光區以及重疊於這些第二感光畫素的多個第二感光區。各個第一感光區於基板上的正投影面積等於各個第二感光區於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光區包括重疊於多個第一感光畫素的多個第一感光區以及重疊於多個第二感光畫素的多個第二感光區。各個第一感光區於基板上的正投影面積不同於各個第二感光區於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個感光圖案對第一色光的量子效率大於多個感光圖案對第二色光的量子效率。各個第一感光區於基板上的正投影面積小於各個第二感光區於基板上的正投影面積。各個第一感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積大於各個第二感光畫素的導電圖案於基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測模組的多個第二感光畫素的數量與多個感光畫素的數量的百分比值小於30%。

基於上述，在本發明一實施例的指紋感測模組中，用於感測不同色光的第一感光畫素和第二感光畫素因各自的感光區大小不同或儲存電容值不同而具有差異較小的感測靈敏度。據此以提升指紋感測模組的影像感測品質。

本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或例如±30%、±20%、±15%、±10%、±5%內。再者，本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」可依量測性質、切割性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區域等的厚度。應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接。再者，「電性連接」可為二元件間存在其它元件。

現將詳細地參考本發明的示範性實施方式，示範性實施方式的實例說明於所附圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。

圖1是本發明的第一實施例的指紋辨識裝置的示意圖。圖2是圖1的指紋感測模組的俯視示意圖。圖3A及圖3B是圖2的指紋感測模組的剖視示意圖。圖4是圖3A及圖3B的感光圖案的量子效率對波長的曲線圖。圖5是圖3B的指紋感測模組的另一種變形例的剖視示意圖。為清楚呈現起見，圖2省略了圖3A及圖3B中絕緣層115、第二電極122與絕緣層150的繪示。

請參照圖1，指紋辨識裝置1包括顯示面板DP與指紋感測模組10。此指紋感測模組10例如設置在顯示面板DP的下方（即，位於顯示面板DP背離顯示面DPs的一側），且顯示面板DP為自發光型顯示面板（例如有機發光二極體面板、次毫米發光二極體面板或微型發光二極體面板）。意即，本實施例的指紋辨識裝置1為一屏下指紋辨識（Fingerprint on display）裝置，但不以此為限。舉例來說，當指紋辨識裝置1偵測到使用者的手指FG接觸顯示面板DP時，會控制顯示面板DP發光以照亮使用者的手指FG表面（即指紋表面FPs）。顯示面板DP發出的光線LB在經由指紋表面FPs的（漫）反射後通過顯示面板DP並傳遞至指紋感測模組10。

請同時參照圖2至圖3B，指紋感測模組10包括彼此重疊設置的感光元件層100與彩色濾光層200。感光元件層100包括基板105以及設置於基板105上的多個感光畫素PX。這些感光畫素PX位於彩色濾光層200與基板105之間，且分別具有多個感光圖案130。彩色濾光層200設置在感光元件層100與顯示面板DP之間，且具有多個彩色濾光圖案與多個開口200a。這些彩色濾光圖案與這些開口200a在基板105的法線方向（例如方向Z）上分別重疊於這些感光畫素PX。

在本實施例中，彩色濾光層200可包括適於讓三種色光通過的三種彩色濾光圖案，例如：適於讓紅色光線LB1通過的彩色濾光圖案210、適於讓綠色光線LB2通過的彩色濾光圖案220以及適於讓藍色光線LB3通過的彩色濾光圖案230，但不以此為限。值得注意的是，彩色濾光層200的這些彩色濾光圖案是分散地設置在多個開口200a之間（如圖2所示）。因此，被指紋表面FPs反射的一部分光線LB會經由這些彩色濾光圖案的濾光後才傳遞至一部分的感光畫素PX，而另一部分光線LB則會經由彩色濾光層200的這些開口200a直接傳遞至另一部分的感光畫素PX。也因此，通過這些開口200a的光線LB（例如是第一色光）可以是紅光、綠光、藍光或上述的組合。換句話說，通過這些開口200a的光線LB顏色可相同或不同於藍色光線LB3、綠色光線LB2與紅色光線LB1（例如是第二色光、第三色光與第四色光）。

透過此彩色濾光層200的配置，可讓指紋感測模組10具有防偽功能，其中重疊於彩色濾光圖案的感光畫素PX可定義為防偽畫素，而重疊於開口200a的感光畫素PX可定義為非防偽畫素。在本實施例中，這些彩色濾光圖案所重疊的多個感光畫素PX（即防偽畫素）的數量與感光元件層100的所有感光畫素PX的數量（即防偽畫素與非防偽畫素的數量總和）的百分比值可小於30%。在一較佳的實施例中，前述的百分比值可介於2%至9%之間。

然而，本發明不限於此。為了降低非預期光線的干擾，本實施例的彩色濾光層200的這些開口200a內也可選擇性地設置多個紅外光截止（infrared cut-off）濾光圖案240以形成圖5所示的指紋感測模組10A的彩色濾光層200A，其中紅外光截止濾光圖案240適於將來自指紋表面FPs的部分光線LB的紅外光波段濾除以形成光線LB4，且此光線LB4可以是紅光、綠光、藍光或上述的組合。

在本實施例中，感光圖案130的材質例如是富矽氧化物（Silicon-rich oxide, SRO），且對於不同色光的量子效率彼此不同。舉例來說，如圖3A至圖4所示，本實施例的感光圖案130對光線LB4（例如第一色光）的量子效率可大於感光圖案130對藍色光線LB3（例如第二色光）的量子效率，感光圖案130對藍色光線LB3的量子效率可大於感光圖案130對綠色光線LB2（例如第三色光）的量子效率，感光圖案130對綠色光線LB2的量子效率可大於感光圖案130對紅色光線LB1（例如第四色光）的量子效率。

需說明的是，本發明並不加以限制感光圖案130對不同色光的量子效率的大小關係。在其他實施例中，此大小關係可根據不同的材料組成（例如合適的化合物半導體材料）而變動，例如：感光圖案對綠色光線LB2的量子效率可大於對紅色光線LB1的量子效率，而感光圖案對紅色光線LB1的量子效率可大於對藍色光線LB3的量子效率。

由於感光圖案130在一光線照射下所產生的光電流大小正比於感光圖案130的收光面積（例如：本實施例的感光圖案130於基板105上的正投影面積）與感光圖案130對該光線的量子效率的乘積值，因此，本實施例是透過調整感光畫素PX的感光圖案130於基板105上的正投影面積大小來改變感光圖案130在不同光線照射下的光電流值，使感光畫素PX在不同色光照射下所產生的光電流值能控制在相同程度的量值範圍內，從而改善感光畫素PX對於不同色光的感測靈敏度（sensitivity）差異。在本實施例中，感光元件層100可包括感光畫素PX1、感光畫素PX2、感光畫素PX3與感光畫素PX4，且這些感光畫素各自的感光圖案130於基板105上的正投影面積彼此不同，但不以此為限。在其他實施例中，感光元件層所設置的感光圖案130的大小種類也可以是五種以上或三種以下。

舉例來說，若將本實施例的四種感光圖案130按照四種感光畫素PX1~PX4各自的感光圖案130於基板105上的正投影面積大小進行排序，則由大至小依序為感光畫素PX1的感光圖案131、感光畫素PX2的感光圖案132、感光畫素PX3的感光圖案133以及感光畫素PX4的感光圖案134。從另一觀點來說，在本實施例中，感光畫素PX的感光圖案130可定義出感光元件層100的感光區，例如：感光圖案131、感光圖案132、感光圖案133與感光圖案134可分別定義出感光區SR1、感光區SR2、感光區SR3與感光區SR4，且這些感光區於基板105上的正投影面積彼此不同。

由於這些感光區的大小彼此不同，用於感測不同色光的感光畫素間（例如感光畫素PX1~感光畫素PX4）的感測靈敏度差異得以縮小，有助於提升指紋感測模組10的影像感測品質。

進一步而言，感光畫素PX還具有主動元件T、第一電極121與第二電極122。舉例來說，指紋感測模組10更包括多條掃描線GL和多條資料線DL。這些掃描線GL沿著方向Y排列並且在方向X上延伸，而這些資料線DL沿著方向X排列並且在方向Y上延伸。亦即，這些資料線DL與這些掃描線GL相交，並定義出多個畫素區。前述多個感光畫素PX即是設置在這些畫素區內，並且各自與對應的一條掃描線GL和對應的一條資料線DL電性連接。也就是說，本實施例的多個感光畫素PX是以陣列的方式排列於基板105上，但不以此為限。

第一電極121與第二電極122分別設置在感光圖案130的相對兩側，並且與其電性連接，其中第一電極121經由前述的主動元件T電性耦接一條資料線DL和一條掃描線GL。此處的主動元件T例如是薄膜電晶體（thin film transistor，TFT），且這些主動元件適於在時序上將來自這些感光畫素PX的電訊號依序經由多條資料線DL傳遞至一訊號處理電路（未繪示），以進行指紋影像的辨識工作，但不以此為限。另外，第一電極121與第二電極122間設有絕緣層125以確保此兩電極間的電性獨立，且感光圖案130貫穿此絕緣層125以電性連接於第一電極121與第二電極122之間。

第一電極121例如是反射式電極，反射式電極的材質包括金屬、合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、或其他合適的材料、或是金屬材料與其他導電材料的堆疊層。第二電極122例如是光穿透式電極，光穿透式電極的材質包括金屬氧化物，例如：銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、或其它合適的氧化物、或者是上述至少兩者之堆疊層。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，第一電極121與第二電極122的材質可分別根據實際的收光面設計或製程考量而調整。

另一方面，感光畫素PX還可選擇性地具有導電圖案110。第一電極121在基板105表面的法線方向（例如方向Z）上重疊於導電圖案110，並且位於感光圖案130與導電圖案110之間。第一電極121與導電圖案110之間設有絕緣層115以彼此電性絕緣，並且形成感光畫素PX的儲存電容器（storage capacitor）。在本實施例中，感光元件層100與彩色濾光層200之間可選擇性地設有絕緣層150，此絕緣層150例如是平坦層，但不以此為限。在其他實施例中，絕緣層150也可以由準直結構層來取代，所述準直結構層例如是至少兩個遮光圖案層與多個絕緣層的交互堆疊結構，且用以限制光線LB進入感光元件層100的入射角度，從而提高指紋感測模組10的指紋辨識能力（或指紋影像的解析力）。

以下將列舉另一些實施例以詳細說明本揭露，其中相同的構件將標示相同的符號，並且省略相同技術內容的說明，省略部分請參考前述實施例，以下不再贅述。

圖6是本發明的第二實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖7A及圖7B是圖6的指紋感測模組的剖視示意圖。為清楚呈現起見，圖6省略了圖7A及圖7B中絕緣層115、第二電極122與絕緣層150的繪示。

請參照圖6至圖7B，本實施例的指紋感測模組11與圖2的指紋感測模組10的差異在於：指紋感測模組11更包括設置於多個感光圖案130上的遮光圖案層140。在本實施例中，遮光圖案層140包括與多個感光畫素PXA對應設置的多個遮光圖案，且這些遮光圖案具有四種不同尺寸大小的開口。遮光圖案層140的材質可包括金屬、黑色樹脂、或其他合適的吸光材料。

舉例來說，遮光圖案層140位於感光畫素PX1A、感光畫素PX2A、感光畫素PX3A與感光畫素PX4A的遮光圖案141、遮光圖案142、遮光圖案143與遮光圖案144分別具有開口141a、開口142a、開口143a與開口144a，且這些開口定義出感光畫素PX1A、感光畫素PX2A、感光畫素PX3A與感光畫素PX4A的感光區SR1A、感光區SR2A、感光區SR3A與感光區SR4A。若將本實施例的這些感光區按照四種感光畫素PX1A~PX4A各自的感光區於基板105上的正投影面積大小進行排序，則由大至小依序為感光畫素PX1A的感光區SR1A、感光畫素PX2A的感光區SR2A、感光畫素PX3A的感光區SR3A與感光畫素PX4A的感光區SR4A。

在本實施例中，由於感光畫素PXA的感光區是由遮光圖案層140的多個開口來定義，因此，感光元件層100A的每一個感光畫素PXA的感光圖案130A（例如：感光畫素PX1A的感光圖案131A、感光畫素PX2A的感光圖案132A、感光畫素PX3A的感光圖案133A與感光畫素PX4A的感光圖案134A）於基板105上的正投影面積可選擇性地相同，但不以此為限。

圖8是本發明的第三實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。請參照圖8，本實施例的指紋感測模組11A與圖6的指紋感測模組11的差異在於：遮光圖案層140A的部分遮光圖案的開口構型不同於遮光圖案層140的部分遮光圖案的開口構型。舉例來說，在本實施例中，遮光圖案層140A定義感光畫素PX2B的感光區SR2B的遮光圖案142A的開口142b是由多個彼此分離的子開口所組成，且遮光圖案142A的這些子開口沿著方向X間隔排列。相似地，遮光圖案層140A定義感光畫素PX3B的感光區SR3B的遮光圖案143A的開口143b是由多個彼此分離的子開口所組成，且遮光圖案143A的這些子開口分別沿著方向X與方向Y間隔排列。另外，遮光圖案層140A定義感光畫素PX4B的感光區SR4B的遮光圖案144A的開口144b於基板105上的正投影輪廓為矩形。

換句話說，本發明並不加以限制感光元件層100B的每一個感光畫素PXB的感光區於基板105上的正投影構型，只要感光畫素PX1A、感光畫素PX2B、感光畫素PX3B與感光畫素PX4B各自的感光區於基板105上的正投影面積的相對大小滿足前述實施例（如圖6的指紋感測模組11）的感光畫素PX1A~感光畫素PX4A各自的感光區的大小關係即可。

圖9A及圖9B是本發明的第四實施例的指紋感測模組的剖視示意圖。請參照圖9A及圖9B，本實施例的指紋感測模組11B與圖6至圖7B的指紋感測模組11的差異在於：指紋感測模組11B的感光元件層100C與遮光圖案層140B之間設有一絕緣層151，且遮光圖案層140B與彩色濾光層200之間設有另一絕緣層152。

更具體地說，本發明並不加以侷限遮光圖案層在感光元件層上的配置膜層。舉例來說，指紋感測模組11B還可包括位於彩色濾光層200與感光元件層100C之間的至少一金屬導電層（未繪示），且遮光圖案層140B與其中一金屬導電層可選擇性地屬於同一膜層。透過此遮光圖案層140B與既有膜層製程的整合，可避免增加額外的生產成本。

圖10是本發明的第五實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖11A及圖11B是圖10的指紋感測模組的剖視示意圖。圖12是圖10的指紋感測模組的電路簡圖。為清楚呈現起見，圖10省略了圖11A及圖11B中絕緣層115、第二電極122與絕緣層150的繪示。

請參照圖10至圖11B，本實施例的指紋感測模組20與圖2至圖3B的指紋感測模組10的主要差異在於：導電圖案與感光圖案的配置方式不同。在本實施例中，感光元件層100D的每一個感光畫素PXC的感光圖案130A於基板105上的正投影面積都大致上相同。舉例來說，感光畫素PX1C的感光圖案131A（或感光區SR1C）、感光畫素PX2C的感光圖案132A（或感光區SR2C）、感光畫素PX3C的感光圖案133A（或感光區SR3C）與感光畫素PX4C的感光圖案134A（或感光區SR4C）於基板105上的正投影面積都彼此相同。

請同時參照圖12，在本實施例中，指紋感測模組20的感光畫素PXC例如是主動像素感測器（active pixel sensor，APS），但不以此為限。舉例來說，感光元件層100D的感光畫素PXC的主動元件數量可以是兩個，分別為第一主動元件T1與第二主動元件T2。第一主動元件T1的閘極接收一個閘極驅動信號SCAN，第一主動元件T1的汲極耦接一系統低電壓VSS，第一主動元件T1的源極耦接第二主動元件T2的閘極、感光元件PD的一端與儲存電容器Cs的一端。感光元件PD的另一端與儲存電容器Cs的另一端接收一設定電壓Vs，此設定電壓Vs例如是經由另一條掃描線傳遞的偏壓訊號。第二主動元件T2的源極接收一系統高電壓VDD，第二主動元件T2的汲極輸出一電壓訊號Vout，且此電壓訊號Vout與感光元件PD在光線照射下於儲存電容器Cs兩端所產生的跨壓變化量呈現正相關。

特別說明的是，上述的感光元件PD是由感光圖案130A、第一電極121與第二電極122所構成，而上述的儲存電容器Cs是由第一電極121與導電圖案110A所構成。由於感光畫素PXC的感光圖案130A對於不同色光的量子效率不盡相同，因此在不同色光的照射下，即使光強度與照射面積都相同，感光圖案130A所產生的光電流仍不同。為了平衡感光畫素PX對於不同色光的感測靈敏度（sensitivity），本實施例是透過調整感光畫素PXC的儲存電容器Cs的電容值，使感光畫素PXC在不同色光（例如：紅色光線LB1、綠色光線LB2與藍色光線LB3）照射下於儲存電容器Cs兩端所產生的跨壓變化量能控制在相同程度的量值範圍內。

具體而言，在這些感光畫素各自的第一電極121於基板105上的正投影面積都相同的情況下，這些感光畫素各自的導電圖案110A於基板105上的正投影面積彼此不同。舉例來說，若將這些感光畫素的多個導電圖案110A按照這些導電圖案110A於基板105上的正投影面積大小進行排序，則由大至小依序為感光畫素PX4C的導電圖案114A、感光畫素PX3C的導電圖案113A、感光畫素PX2C的導電圖案112A與感光畫素PX1C的導電圖案111A。亦即，若將這些感光畫素按照儲存電容器Cs的電容值大小進行排序，則由大至小依序為感光畫素PX4C、感光畫素PX3C、感光畫素PX2C與感光畫素PX1C。

即使這些感光畫素PXC的感光圖案130A對不同色光的量子效率都不同，透過上述這些感光畫素PXC的儲存電容器Cs的電容值大小關係，使感光畫素PXC在不同色光照射下於儲存電容器Cs兩端所產生的跨壓變化量能控制在相同程度的量值範圍內。據此以縮減這些感光畫素PXC對於不同色光的感測靈敏度差異，從而提升指紋感測模組20的影像感測品質。

圖13是本發明的第六實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖14A及圖14B是圖13的指紋感測模組的剖視示意圖。圖15是圖13的指紋感測模組的電路簡圖。為清楚呈現起見，圖13省略了圖14A及圖14B中絕緣層115、第二電極122與絕緣層150的繪示。

請參照圖13至圖15，本實施例的指紋感測模組20A與圖10的指紋感測模組20的差異在於：指紋感測模組20A的感光畫素PXD為被動像素感測器（passive pixel sensor，PPS）。不同於指紋感測模組20的感光畫素PXC，本實施例的感光畫素PXD僅具有一個主動元件T。此主動元件T的閘極接收一個閘極驅動信號SCAN，主動元件T的源極耦接感光元件PD的一端與儲存電容器Cs的一端，主動元件T的汲極耦接至一訊號轉換電路，且感光元件PD的另一端與儲存電容Cs的另一端都接地。

其中，訊號轉換電路可包括運算放大器OPA、電容器C與重置開關RST。主動元件T的汲極耦接運算放大器OPA的反相輸入端（inverting input），電容器C與重置開關RST連接於運算放大器OPA的反相輸入端與輸出端之間。運算放大器OPA的非反相輸入端（non-inverting input）接收一設定電壓Vs’，且此設定電壓Vs’例如是一低電壓。運算放大器OPA的輸出端輸出一電壓訊號Vout。

在本實施例中，感光元件層100E的感光畫素PX1D、感光畫素PX2D、感光畫素PX3D與感光畫素PX4D各自的感光圖案130（即感光區）的大小配置相似於圖2的感光元件層100的感光畫素PX1、感光畫素PX2、感光畫素PX3與感光畫素PX4。亦即，若將本實施例的四種感光畫素PX1D~PX4D按照各自的感光圖案130於基板105上的正投影面積大小進行排序，則由大至小依序為感光畫素PX1D、感光畫素PX2D、感光畫素PX3D與感光畫素PX4D。

由於這四種感光畫素PX1D~PX4D的感光圖案130於基板105上的正投影面積都不同，因此這些感光畫素PX1D~PX4D的感光元件PD的電容值也不同。特別說明的是，感光畫素PXD的感光元件PD的電容值若過大，則感光元件PD在光線照射下所產生的光電流與儲存電容器Cs兩端所產生的跨壓變化量會呈現非線性關係，造成感光元件PD對於光線的感測靈敏度不穩定。為了避免上述的問題，本實施例的四種感光畫素PX1D~PX4D各自的導電圖案110A於基板105上的正投影面積都不同。

舉例來說，將本實施例的四種感光畫素PX1D~PX4D按照各自的導電圖案110A於基板105上的正投影面積大小進行排序，則由大至小依序為感光畫素PX4D、感光畫素PX3D、感光畫素PX2D與感光畫素PX1D。也就是說，這些感光畫素PX1D~PX4D的導電圖案的大小關係相反於這些感光畫素PX1D~PX4D的感光圖案130的大小關係。由於感光畫素PXD的感光元件PD與儲存電容器Cs並聯，因此，透過調整（例如減少）感光畫素PXD的儲存電容器Cs的電容值可解決感光畫素PXD因感光元件PD的電容值過大而造成感測靈敏度不穩定的問題。

圖16是本發明的另一實施例的指紋辨識裝置的示意圖。請參照圖16，本實施例的指紋辨識裝置2與圖1的指紋辨識裝置1的差異在於：指紋感測模組的配置方式不同。具體而言，在本實施例中，指紋辨識裝置2的顯示面板例如是液晶顯示面板，且指紋感測模組是直接整合至此液晶顯示面板中。意即，本實施例的指紋辨識裝置2為一屏內指紋辨識裝置（in-cell fingerprint sensing display）。舉例來說，液晶顯示面板包括畫素陣列基板50、彩色濾光層200B與液晶層300。液晶層300設置在畫素陣列基板50與彩色濾光層200B之間。特別注意的是，用於顯示的顯示畫素DPX以及用於光感測的感光畫素SPX都是設置在畫素陣列基板50上。

特別說明的是，本發明並不加以侷限指紋感測模組與顯示面板的整合方式，在其他實施例中，指紋感測模組可設置在顯示面板的上方，例如屏上指紋/影像辨識裝置。

綜上所述，在本發明一實施例的指紋感測模組中，用於感測不同色光的第一感光畫素和第二感光畫素因各自的感光區大小不同或儲存電容值不同而具有差異較小的感測靈敏度。據此以提升指紋感測模組的影像感測品質。

1、2:指紋辨識裝置 10、10A、11、11A、11B、20、20A:指紋感測模組 50:畫素陣列基板 100、100A、100B、100C、100D、100E:感光元件層 105:基板 110、110A、111A、112A、113A、114A:導電圖案 115、125、150、151、152:絕緣層 121:第一電極 122:第二電極 130、131、132、133、134、130A、131A、132A、133A、134A:感光圖案 140、140A、140B:遮光圖案層 141、142、143、144、142A、143A、144A:遮光圖案 141a、142a、143a、144a、142b、143b、144b:開口 200、200B:彩色濾光層 200a:開口 210、220、230:彩色濾光圖案 240:紅外光截止濾光圖案 300:液晶層 C:電容器 Cs:儲存電容器 DL:資料線 DP:顯示面板 DPs:顯示面 DPX:顯示畫素 FG:手指 FPs:指紋表面 GL:掃描線 LB、LB1、LB2、LB3:光線 OPA:運算放大器 PD:感光元件 PX、PX1、PX2、PX3、PX4、PXA、PX1A、PX2A、PX3A、PX4A、PXB、PX2B、PX3B、PX4B、PXC、PX1C、PX2C、PX3C、PX4C、PXD、PX1D、PX2D、PX3D、PX4D、SPX:感光畫素 RST:重置開關 SCAN:閘極驅動信號 SR1、SR2、SR3、SR4、SR1A、SR2A、SR3A、SR4A、SR2B、SR3B、SR4B、SR1C、SR2C、SR3C、SR4C:感光區 T、T1、T2:主動元件 Vout:電壓訊號 Vs、Vs’:設定電壓 VDD:系統高電壓 VSS:系統低電壓 X、Y、Z:方向

圖1是本發明的第一實施例的指紋辨識裝置的示意圖。圖2是圖1的指紋感測模組的俯視示意圖。圖3A及圖3B是圖2的指紋感測模組的剖視示意圖。圖4是圖3A及圖3B的感光圖案的量子效率對波長的曲線圖。圖5是圖3B的指紋感測模組的另一種變形例的剖視示意圖。圖6是本發明的第二實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖7A及圖7B是圖6的指紋感測模組的剖視示意圖。圖8是本發明的第三實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖9A及圖9B是本發明的第四實施例的指紋感測模組的剖視示意圖。圖10是本發明的第五實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖11A及圖11B是圖10的指紋感測模組的剖視示意圖。圖12是圖10的指紋感測模組的電路簡圖。圖13是本發明的第六實施例的指紋感測模組的俯視示意圖。圖14A及圖14B是圖13的指紋感測模組的剖視示意圖。圖15是圖13的指紋感測模組的電路簡圖。圖16是本發明的另一實施例的指紋辨識裝置的示意圖。

10:指紋感測模組

105:基板

121:第一電極

130、131、132、133、134:感光圖案

200:彩色濾光層

210、220、230:彩色濾光圖案

DL:資料線

GL:掃描線

PX、PX1、PX2、PX3、PX4:感光畫素

SR1、SR2、SR3、SR4:感光區

T:主動元件

X、Y、Z:方向

Claims

一種指紋感測模組，包括：一感光元件層，具有多個感光區，且包括：一基板；以及多個感光畫素，設置於該基板上，且具有重疊於該些感光區的多個感光圖案，該些感光畫素包括多個第一感光畫素與多個第二感光畫素，該些第一感光畫素重疊於該些感光區的多個第一感光區，該些第二感光畫素重疊於該些感光區的多個第二感光區，其中該些第二感光畫素的數量與該些感光畫素的數量的百分比值小於30%，且各該些第一感光區於該基板上的正投影面積不同於各該些第二感光區於該基板上的正投影面積；以及一彩色濾光層，設置於該感光元件層上，且該些感光畫素位於該彩色濾光層與該基板之間，該彩色濾光層具有多個開口與多個第一彩色濾光圖案，該些開口分別重疊於該些第一感光畫素，該些第一彩色濾光圖案分別重疊於該些第二感光畫素。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對通過該些開口的一第一色光的量子效率不同於該些感光圖案對通過該些第一彩色濾光圖案的一第二色光的量子效率。
如請求項2所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對該第一色光的量子效率大於該些感光圖案對該第二色光的量子效率，且各該些第一感光區於該基板上的正投影面積小於各該些第二感光區於該基板上的正投影面積。
如請求項2所述的指紋感測模組，其中該些感光畫素更包括多個第三感光畫素，該些第三感光畫素重疊於該些感光區的多個第三感光區，該些第二感光畫素與該些第三感光畫素的數量總和與該些感光畫素的數量的百分比值小於30%，該彩色濾光層還具有分別重疊於該些第三感光畫素的多個第二彩色濾光圖案，且該些感光圖案對通過該些第二彩色濾光圖案的一第三色光的量子效率不同於該些感光圖案對該第一色光的量子效率與該些感光圖案對該第二色光的量子效率。
如請求項4所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對該第一色光的量子效率大於該些感光圖案對該第二色光的量子效率，該些感光圖案對該第二色光的量子效率大於該些感光圖案對該第三色光的量子效率，各該些第一感光區於該基板上的正投影面積小於各該些第二感光區於該基板上的正投影面積，且各該些第二感光區於該基板上的正投影面積小於各該些第三感光區於該基板上的正投影面積。
如請求項2所述的指紋感測模組，更包括一遮光圖案層，設置於該些感光圖案上，並且定義出該些感光區，該遮光圖案層包括重疊於至少部分該些感光圖案的多個第一開孔與多個第二開孔，該些第一開孔重疊於該些第一感光畫素，該些第二開孔重疊於該些第二感光畫素，且各該些第一開孔所占區域於該基板上的正投影面積不同於各該些第二開孔所占區域於該基板上的正投影面積。
如請求項6所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對該第一色光的量子效率大於該些感光圖案對該第二色光的量子效率，且各該些第一開孔所占區域於該基板上的正投影面積小於各該些第二開孔所占區域於該基板上的正投影面積。
如請求項6所述的指紋感測模組，其中該遮光圖案層與該些感光圖案之間設有一絕緣層。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該些第一感光畫素具有該些感光圖案中的多個第一感光圖案，該些第二感光畫素具有該些感光圖案中的多個第二感光圖案，且各該些第一感光圖案於該基板上的正投影面積不同於各該些第二感光圖案於該基板上的正投影面積。
如請求項9所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對通過該些開口的一第一色光的量子效率大於該些感光圖案對通過該些第一彩色濾光圖案的一第二色光的量子效率，且各該些第一感光圖案於該基板上的正投影面積小於各該些第二感光圖案於該基板上的正投影面積。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中各該些感光畫素還具有一第一電極、一第二電極與一導電圖案，該第一電極與該第二電極分別設置在對應的一該感光圖案的相對兩側並且電性連接該感光圖案，該第一電極重疊於該導電圖案並且位於該感光圖案與該導電圖案之間，該第一電極電性絕緣於該導電圖案，各該些第一感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積不同於各該些第二感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積。
如請求項11所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對通過該些開口的一第一色光的量子效率大於該些感光圖案對通過該些第一彩色濾光圖案的一第二色光的量子效率，且各該些第一感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積大於各該些第二感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積。
如請求項12所述的指紋感測模組，其中各該些第一感光區於該基板上的正投影面積小於各該些第二感光區於該基板上的正投影面積。
如請求項1所述的指紋感測模組，更包括多個紅外光截止濾光圖案，設置於該彩色濾光層的該些開口內，且分別重疊於該些第一感光畫素。
一種指紋感測模組，包括：一感光元件層，具有多個感光區，且包括：一基板；以及多個感光畫素，設置於該基板上，且各自具有重疊於該些感光區的其中一者的一感光圖案、一第一電極、一第二電極與一導電圖案，該第一電極與該第二電極分別設置在該感光圖案的相對兩側並且電性連接該感光圖案，該第一電極位於該感光圖案與該導電圖案之間，並且重疊於該導電圖案以形成一儲存電容器，該些感光畫素包括多個第一感光畫素與多個第二感光畫素；以及一彩色濾光層，設置於該感光元件層上，且該些感光畫素位於該彩色濾光層與該基板之間，該彩色濾光層具有多個開口與多個第一彩色濾光圖案，該些開口分別重疊於該些第一感光畫素，該些第一彩色濾光圖案分別重疊於該些第二感光畫素，其中該些感光圖案對通過該些開口的一第一色光的量子效率不同於該些感光圖案對通過該些第一彩色濾光圖案的一第二色光的量子效率，且各該些第一感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積不同於各該些第二感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積。
如請求項15所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對該第一色光的量子效率大於該些感光圖案對該第二色光的量子效率，各該些第一感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積大於各該些第二感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積，且該些感光區包括重疊於該些第一感光畫素的多個第一感光區以及重疊於該些第二感光畫素的多個第二感光區，且各該些第一感光區於該基板上的正投影面積等於各該些第二感光區於該基板上的正投影面積。
如請求項15所述的指紋感測模組，其中該些感光區包括重疊於該些第一感光畫素的多個第一感光區以及重疊於該些第二感光畫素的多個第二感光區，且各該些第一感光區於該基板上的正投影面積不同於各該些第二感光區於該基板上的正投影面積。
如請求項17所述的指紋感測模組，其中該些感光圖案對該第一色光的量子效率大於該些感光圖案對該第二色光的量子效率，各該些第一感光區於該基板上的正投影面積小於各該些第二感光區於該基板上的正投影面積，且各該些第一感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積大於各該些第二感光畫素的該導電圖案於該基板上的正投影面積。
如請求項15所述的指紋感測模組，其中該些第二感光畫素的數量與該些感光畫素的數量的百分比值小於30%。
如請求項15所述的指紋感測模組，更包括多個紅外光截止濾光圖案，設置於該彩色濾光層的該些開口內，且分別重疊於該些第一感光畫素。