TW202209169A

TW202209169A - 指紋感測裝置

Info

Publication number: TW202209169A
Application number: TW110102833A
Authority: TW
Inventors: 曾淑雯; 陳彥良; 羅睿騏
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2022-03-01
Also published as: TW202209691A; TW202208885A; TW202208907A; TWI764634B; TWI785478B; TWI761139B; TWI759153B

Abstract

一種指紋感測裝置，具有感測區、操作區及周邊區，其中操作區位於感測區與周邊區之間。指紋感測裝置包括：基板、感測元件、操作元件、第一訊號線、第一平坦層、第一絕緣層以及第一遮光層。感測元件位於感測區。操作元件位於操作區。第一訊號線位於周邊區。第一平坦層位於基板上，且具有第一溝槽，其中第一溝槽重疊第一訊號線。第一絕緣層位於第一平坦層上以及第一溝槽中，且具有第一開口，其中第一開口位於第一溝槽中。第一遮光層位於第一絕緣層上，且通過第一開口連接第一訊號線。

Description

指紋感測裝置

本發明是有關於一種指紋感測裝置，且特別是有關於一種可防濕及抗靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)的指紋感測裝置。

指紋辨識功能可支援多種應用，提昇使用者體驗並增加附加價值，為目前業界的重點開發項目之一。為了提高指紋辨識度，在現有的指紋感測裝置中，需要使用有機材料來堆疊足夠的厚度，以利微透鏡聚焦及光線的準直化，目的是為了得到更清晰的指紋影像。然而，有機材料本身有高吸濕的特性，會增加對導線的腐蝕風險，甚至造成指紋感測裝置作動異常。

此外，現有的指紋感測裝置為單板電路架構，且無設置金屬框架，故尚缺乏抗ESD的保護結構。

本發明提供一種指紋感測裝置，可防濕及抗ESD。

本發明的一個實施例提出一種指紋感測裝置，具有感測區、操作區及周邊區，其中操作區位於感測區與周邊區之間。指紋感測裝置包括：基板；感測元件，位於感測區；操作元件，位於操作區；第一訊號線，位於周邊區；第一平坦層，位於基板上，且具有第一溝槽，其中第一溝槽重疊第一訊號線；第一絕緣層，位於第一平坦層上以及第一溝槽中，且具有第一開口，其中第一開口位於第一溝槽中；以及第一遮光層，位於第一絕緣層上，且通過第一開口連接第一訊號線。

在本發明的一實施例中，上述的操作元件包括驅動元件及測試元件。

在本發明的一實施例中，上述的第一平坦層包括有機材料。

在本發明的一實施例中，上述的第一絕緣層包括無機材料。

在本發明的一實施例中，上述的第一開口重疊第一訊號線。

在本發明的一實施例中，上述的金屬層包括鋁層、鉬層、鈦層或其組合。

在本發明的一實施例中，上述的第一訊號線為接地線或直流電源線。

在本發明的一實施例中，上述的第一平坦層還具有第二溝槽，第二溝槽位於第一溝槽與操作元件之間；第一絕緣層還具有第二開口，第二開口位於第二溝槽中；且第一遮光層位於第二開口中。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測裝置於第一遮光層上還依序包括第三平坦層、第二絕緣層以及第二遮光層，其中：第三平坦層具有第三溝槽，第三溝槽重疊第一溝槽；第二絕緣層具有第三開口，第三開口位於第三溝槽中；且第二遮光層通過第三開口連接第一遮光層。

在本發明的一實施例中，上述的第一平坦層還具有第二溝槽，第二溝槽位於第一溝槽與操作元件之間，第一絕緣層還具有第二開口，第二開口位於第二溝槽中，且第一遮光層位於第二開口中。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測裝置於第二遮光層上還依序包括第四平坦層、第三絕緣層、第五平坦層、第四絕緣層、第三遮光層以及微透鏡結構，其中：第四平坦層、第三絕緣層以及第五平坦層具有第四溝槽，第四溝槽重疊第三溝槽；第四絕緣層具有第四開口，第四開口位於第四溝槽中；且第三遮光層通過第四開口連接第二遮光層。

在本發明的一實施例中，上述的第三遮光層具有第三通孔，且微透鏡結構設置於第三通孔中。

在本發明的一實施例中，上述的第三遮光層包括金屬層及透明氧化物層。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測裝置，還包括第二訊號線，且於第一遮光層上還依序包括第三平坦層、第二絕緣層以及第二遮光層，其中：第一訊號線位於第二訊號線與操作元件之間；第一平坦層還具有第五溝槽，第五溝槽重疊第二訊號線；第一絕緣層還具有第五開口，第五開口位於第五溝槽中；第三平坦層具有第六溝槽，第六溝槽重疊第五溝槽；第二絕緣層具有第六開口，第六開口位於第五開口中；且第二遮光層通過第六開口連接第二訊號線。

在本發明的一實施例中，上述的第一遮光層包括金屬層及透明氧化物層。

在本發明的一實施例中，上述的第二遮光層包括金屬層及透明氧化物層。

在本發明的一實施例中，上述的第二訊號線為接地線或直流電源線。

在本發明的一實施例中，上述的指紋感測裝置適用於顯示裝置，其中感測元件位於顯示裝置與基板之間。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A是本發明一實施例的指紋感測裝置100的上視示意圖。圖1B是圖1A之指紋感測裝置100的感測區SA的區域I的放大示意圖。圖1C是沿圖1B的剖面線A-A’所作的剖面示意圖。圖1D是圖1A之指紋感測裝置100的周邊區PA的區域II的放大示意圖。圖1E是沿圖1A的剖面線B-B’所作的剖面示意圖。圖1F是沿圖1A的剖面線C-C’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖1A省略了第一平坦層PL1、第二平坦層PL2以及第一遮光層BM1。

以下，請同時參照圖1A至圖1F，以清楚地理解指紋感測裝置100的整體結構。指紋感測裝置100具有感測區SA、操作區MA及周邊區PA，其中操作區MA位於感測區SA與周邊區PA之間。指紋感測裝置100包括基板110、感測元件120、操作元件130、第一訊號線SL1、第一平坦層PL1、第一絕緣層BP1以及第一遮光層BM1。感測元件120位於基板110上，且位於感測區SA。操作元件130位於基板110上，且位於操作區MA。第一訊號線SL1位於基板110上，且位於周邊區PA。第一平坦層PL1位於基板110上，且具有第一溝槽T1，其中第一溝槽T1重疊第一訊號線SL1。第一絕緣層BP1位於第一平坦層PL1上以及第一溝槽T1中，且具有第一開口OP1，其中第一開口OP1位於第一溝槽T1中。第一遮光層BM1位於第一絕緣層BP1上，且通過第一開口OP1連接第一訊號線SL1。

承上述，在本發明的一實施例的指紋感測裝置100中，利用第一溝槽T1來分隔第一平坦層PL1，並藉由設置於第一平坦層PL1的上方與側面的第一絕緣層BP1來阻絕水氣，能夠防止第一平坦層PL1吸收水氣，從而降低水氣對操作元件130造成的影響。另外，第一遮光層BM1連接第一訊號線SL1可導出靜電，而能夠對指紋感測裝置100提供抗ESD保護。

以下，配合圖1A至圖1F，繼續說明指紋感測裝置100的各個元件與膜層的實施方式，但本發明不以此為限。

請參照圖1A，基板110可以是透明基板或非透明基板，其材質可以是石英基板、玻璃基板、高分子基板或其他適當材質，但本發明不以此為限。基板110上可設置用以形成例如訊號線、驅動元件、測試元件、開關元件、儲存電容等的各種膜層。

指紋感測裝置100的操作區MA可以位於感測區SA的周邊。舉例而言，在本實施例中，操作區MA可以圍繞感測區SA，但本發明不以此為限。在一些實施例中，操作區MA可以位於感測區SA的一側。操作區MA中主要設置操作元件130，操作元件130可以包括驅動元件131、132以及測試元件133，但本發明不以此為限。舉例而言，在本實施例中，驅動元件131、132可以分別包括閘極驅動電路(Gate on Array)，而測試元件133可以包括用於測試例如感測元件120的測試電路，例如，測試元件133可以包括由多個薄膜電晶體構成的測試電路。

指紋感測裝置100的周邊區PA可以位於操作區MA的外圍。舉例而言，在本實施例中，操作區MA圍繞感測區SA，且周邊區PA圍繞操作區MA，但本發明不以此為限。在一些實施例中，操作區MA僅位於感測區SA的一側，且周邊區PA可以圍繞在感測區SA以及操作區MA的外圍。周邊區PA可以包含晶片接合區IC，晶片接合區IC例如可用於設置晶片。

請同時參照圖1B以及圖1C，指紋感測裝置100的感測區SA是指紋感測裝置100的主要感測區域，且感測區SA中可以設置多個感測元件120。舉例而言，在本實施例中，感測元件120可以包括第一電極121、感測層122以及第二電極123。

在一些實施例中，第一電極121可以位於基板110上。在一些實施例中，第一電極121與基板110之間可以設置例如與第一電極121電性連接的開關元件以及其他絕緣層。第一電極121的材質例如是鉬、鋁、鈦、銅、金、銀或其他導電材料或上述兩種以上之材料的堆疊。在一些實施例中，感測層122設置於第一電極121上。感測層122的材質例如是富矽氧化物（Silicon-rich oxide，SRO）或其他合適的材料。在一些實施例中，第二電極123位於感測層122上，使得感測層122被夾於第一電極121與第二電極123之間。第二電極123的材質較佳為透明導電材料，例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物或其他合適的氧化物或者是上述至少二者之堆疊層。

在本實施例中，第一平坦層PL1位於第一電極121與第二電極123之間，且指紋感測裝置100還可以包括第二平坦層PL2，第二平坦層PL2可覆蓋第二電極123，但本發明不限於此。在一些實施例中，第一平坦層PL1具有多個孔洞TH，且第二電極123共形地(conformally)形成於第一平坦層PL1上，使得第二電極123相應地形成有多個凹部ST。舉例而言，第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2的材質可以包括有機材料，例如壓克力(acrylic)材料、矽氧烷(siloxane)材料、聚醯亞胺(polyimide)材料、環氧樹脂(epoxy)材料或上述材料的疊層，但本發明不限於此。

在本實施例中，第一絕緣層BP1位於第二平坦層PL2與第一遮光層BM1之間。在感測區SA，第一遮光層BM1可以具有多個通孔V1，且多個通孔V1分別重疊感測元件120的第二電極123的多個凹部ST。如此一來，感測元件120便可接收通過通孔V1的光線而進行感測。

請同時參照圖1A以及圖1D至圖1F，在本實施例中，第一平坦層PL1、第二平坦層PL2、第一絕緣層BP1以及第一遮光層BM1可以從感測區SA延伸經過操作區MA，並延伸至周邊區PA。第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2可以具有第一溝槽T1，且第一溝槽T1位於周邊區PA。在一些實施例中，第一溝槽T1於基板110的正投影落入第一訊號線SL1於基板110的正投影內。

第一絕緣層BP1可以延伸進入第一溝槽T1中，並包覆第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2的側壁。第一絕緣層BP1的第一開口OP1可以重疊第一訊號線SL1，而暴露出第一訊號線SL1，使得第一遮光層BM1可以通過第一開口OP1連接第一訊號線SL1。在本實施例中，第一絕緣層BP1的材質可以包括無機材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述材料的疊層，但本發明不限於此。

在本實施例中，第一遮光層BM1例如可以包括金屬層以及透明氧化物層，其中金屬層可位於第一絕緣層BP1與透明氧化物層之間，但本發明不限於此。上述金屬層的材質可以包括導電性良好的金屬，例如鋁、鉬、鈦等金屬。在一些實施例中，上述金屬層也可以具有單層結構或多層結構，多層結構例如鋁層、鉬層、鈦層之組合，例如鋁層、鉬層、鈦層中任意兩層或更多層的疊層，可視需要進行組合與變化。舉例而言，上述金屬層可以包括依續堆疊的鈦層、鋁層以及鈦層或是依續堆疊的鉬層、鋁層以及鉬層，但本發明不以此為限。上述透明氧化物層的材質可以包括反射率低的透明氧化物，例如鉬鉭氧化物(MoTaOx)，但本發明不以此為限。

在本實施例中，第一訊號線SL1可以是接地線，但本發明不限於此。在一些實施例中，第一訊號線SL1也可以是具有強電壓的直流電源線，視實際的設計需求而定。第一訊號線SL1的材質可以是導電性良好的金屬或合金，例如：金、銀、銅、鋁、鈦、鉬或其組合等，但本發明不以此為限。

以下，繼續說明本發明的另一實施例。圖2A是本發明一實施例的指紋感測裝置100A的上視示意圖。圖2B是沿圖2A的剖面線D-D’所作的剖面示意圖。圖2C是沿圖2A的剖面線E-E’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖2A省略了第一平坦層PL1、第二平坦層PL2以及第一遮光層BM1。以下，配合圖2A至圖2C，繼續說明指紋感測裝置100A的各個元件與膜層的實施方式，且沿用1A至圖1F的實施例中所採用的元件標號與相關內容，但本發明不以此為限。

與圖1A至圖1F所示的指紋感測裝置100相比，如圖2A至圖2C所示的指紋感測裝置100A中的結構的不同之處在於：第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2還具有第二溝槽T2，第二溝槽T2位於第一溝槽T1與操作元件130之間。另外，第一絕緣層BP1具有第一開口OP1以及第二開口OP2，第二開口OP2位於第二溝槽T2中，且第一遮光層BM1位於第一開口OP1以及第二開口OP2中。

在本實施例中，第一遮光層BM1通過第一開口OP1連接第一訊號線SL1，以對指紋感測裝置100A提供抗ESD保護。另外，第二開口OP2可以暴露出第一平坦層PL1下方的膜層，且第一遮光層BM1可以接觸第一平坦層PL1下方的膜層，使得第二溝槽T2中的第一絕緣層BP1以及第一遮光層BM1可以阻絕水氣進入第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2中。由於第二溝槽T2中的第一絕緣層BP1以及第一遮光層BM1可以更近距離地包覆操作元件130(包括驅動元件131、132以及測試元件133)旁的第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2，因此，能夠更近距離地防止水氣進入操作元件130周圍的第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2中。

圖3A是本發明一實施例的指紋感測裝置100B的上視示意圖。圖3B是圖3A之指紋感測裝置100B的感測區SA的區域III的放大示意圖。圖3C是沿圖3B的剖面線F-F’所作的剖面示意圖。圖3D是圖3A之指紋感測裝置100B的周邊區PA的區域IV的放大示意圖。圖3E是沿圖3A的剖面線G-G’所作的剖面示意圖。圖3F是沿圖3A的剖面線H-H’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖3A省略了第一平坦層PL1、第二平坦層PL2、第一絕緣層BP1、第一遮光層BM1、第三平坦層PL3以及第二遮光層BM2。以下，配合圖3A至圖3F，繼續說明指紋感測裝置100B的各個元件與膜層的實施方式，且沿用1A至圖1F的實施例中所採用的元件標號與相關內容，但本發明不以此為限。

與圖1A至圖1F所示的指紋感測裝置100相比，如圖3A至圖3F所示的指紋感測裝置100B中的結構的不同之處在於：指紋感測裝置100B於第一遮光層BM1上還依序包括第三平坦層PL3、第二絕緣層BP2以及第二遮光層BM2，其中第三平坦層PL3具有第三溝槽T3，且第三溝槽T3重疊第一溝槽T1。第二絕緣層BP2具有第三開口OP3，且第三開口OP3位於第三溝槽T3中。第二遮光層BM2通過第三開口OP3連接第一遮光層BM1。

請同時參照圖3A至圖3C，在本實施例中，第二遮光層BM2於感測區SA可以具有多個通孔V2，且通孔V2分別重疊第一遮光層BM1中的通孔V1。如此一來，通孔V1以及通孔V2可以調控感測元件120的收光角度，使感測元件120具有良好的指紋影像品質，從而使指紋感測裝置100B具有良好的指紋辨識度。

在本實施例中，第二遮光層BM2的材質可以包括金屬、黑色樹脂或石墨等遮光材料、或上述遮光材料的疊層。舉例而言，在一些實施例中，第二遮光層BM2可以包括金屬層以及透明氧化物層的疊層，其中金屬層的材質可以包括導電性良好的金屬，例如鋁、鉬、鈦等金屬或其疊層，透明氧化物層的材質可以包括反射率低的透明氧化物，例如鉬鉭氧化物(MoTaOx)。在一些實施例中，第二遮光層BM2可以包括黑色樹脂或石墨等非導電性材料。

請同時參照圖3A以及圖3D至圖3F，在本實施例中，第三平坦層PL3位於第一遮光層BM1與第二絕緣層BP2之間，且第二絕緣層BP2位於第三平坦層PL3與第二遮光層BM2之間。第三平坦層PL3、第二絕緣層BP2以及第二遮光層BM2可以從感測區SA延伸經過操作區MA，並延伸至周邊區PA。第三平坦層PL3的材質可以包括有機材料，例如壓克力(acrylic)材料、矽氧烷(siloxane)材料、聚醯亞胺(polyimide)材料、環氧樹脂(epoxy)材料或上述材料的疊層，但本發明不限於此。第二絕緣層BP2的材質可以包括無機材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述材料的疊層，但本發明不限於此。

在本實施例中，第二絕緣層BP2可以延伸進入第三溝槽T3中，並完全包覆第三平坦層PL3的側壁，以阻絕水氣進入第三平坦層PL3。第三開口OP3至少暴露出第一遮光層BM1於第一溝槽T1內的部分，以便第二遮光層BM2通過第三開口OP3接觸第一遮光層BM1。

圖4A是本發明一實施例的指紋感測裝置100C的上視示意圖。圖4B是沿圖4A的剖面線J-J’所作的剖面示意圖。圖4C是沿圖4A的剖面線K-K’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖4A省略了第一平坦層PL1、第二平坦層PL2、第一遮光層BM1、第三平坦層PL3以及第二遮光層BM2。以下，配合圖4A至圖4C，繼續說明指紋感測裝置100C的各個元件與膜層的實施方式，且沿用3A至圖3F的實施例中所採用的元件標號與相關內容，但本發明不以此為限。

與圖3A至圖3F所示的指紋感測裝置100B相比，如圖4A至圖4C所示的指紋感測裝置100C中的結構的不同之處在於：第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2還具有第二溝槽T2，第二溝槽T2位於第一溝槽T1與操作元件130之間。另外，第一絕緣層BP1還具有第二開口OP2，第二開口OP2位於第二溝槽T2中，且第一遮光層BM1位於第二開口中OP2。

在本實施例中，第二溝槽T2可二度分隔第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2，且第二溝槽T2中的第一絕緣層BP1以及第一遮光層BM1可以阻絕水氣進入第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2中。由於第二溝槽T2中的第一絕緣層BP1以及第一遮光層BM1可以更近距離地包覆操作元件130(包括驅動元件131、132以及測試元件133)旁的第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2，因此，能夠更近距離地降低水氣對操作元件130造成的影響。

圖5A是本發明一實施例的指紋感測裝置100D的上視示意圖。圖5B是圖5A之指紋感測裝置100D的感測區SA的區域V的放大示意圖。圖5C是沿圖5B的剖面線L-L’所作的剖面示意圖。圖5D是沿圖5A的剖面線M-M’所作的剖面示意圖。圖5E是沿圖5A的剖面線N-N’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖5A省略了第一平坦層PL1、第二平坦層PL2、第一絕緣層BP1、第一遮光層BM1、第三平坦層PL3、第二絕緣層BP2、第二遮光層BM2、第四平坦層PL4、第三絕緣層BP3、第五平坦層PL5、第三遮光層BM3以及微透鏡結構ML。以下，配合圖5A至圖5E，繼續說明指紋感測裝置100D的各個元件與膜層的實施方式，且沿用3A至圖3F的實施例中所採用的元件標號與相關內容，但本發明不以此為限。

與圖3A至圖3F所示的指紋感測裝置100B相比，如圖圖5A至圖5E所示的指紋感測裝置100D中的結構的不同之處在於：指紋感測裝置100D於第二遮光層BM2上還依序包括第四平坦層PL4、第三絕緣層BP3、第五平坦層PL5、第四絕緣層BP4、第三遮光層BM3以及微透鏡結構ML，其中第四平坦層PL4、第三絕緣層BP3以及第五平坦層PL5具有第四溝槽T4，第四溝槽T4重疊第三溝槽T3。第四絕緣層BP4具有第四開口OP4，第四開口OP4位於第四溝槽T4中。第三遮光層BM3通過第四開口OP4連接第二遮光層BM2。

請同時參照圖5A至圖5C，在本實施例中，第三遮光層BM3於感測區SA可以具有多個通孔V3，通孔V3分別重疊第二遮光層BM2中的通孔V2，且通孔V3中可以設置微透鏡結構ML。微透鏡結構ML可以是中心厚度較邊緣厚度大的透鏡結構，例如對稱雙凸透鏡、非對稱雙凸透鏡、平凸透鏡或凹凸透鏡。微透鏡結構ML可以提升光準直，使散射光或折射光所導致之漏光及混光的問題能夠降低，進而提高圖像解像力。如此一來，來自外界的光線可以先通過微透鏡結構ML、通孔V2以及通孔V1提升準直度，再進入感測元件120，以使感測元件120可以取得品質良好的指紋影像，從而使指紋感測裝置100D具有良好的指紋辨識度。

在本實施例中，第三遮光層BM3的材質可以包括金屬、黑色樹脂或石墨等遮光材料、或上述遮光材料的疊層。舉例而言，在一些實施例中，第三遮光層BM3可以包括金屬層以及透明氧化物層的疊層，其中金屬層的材質可以包括導電性良好的金屬，例如鋁、鉬、鈦等金屬或其疊層，透明氧化物層的材質可以包括反射率低的透明氧化物，例如鉬鉭氧化物(MoTaOx)。在一些實施例中，第三遮光層BM3可以包括黑色樹脂或石墨等非導電性材料。

請同時參照圖5A以及圖5D至圖5E，在本實施例中，第四平坦層PL4位於第二遮光層BM2與第三絕緣層BP3之間；且第三絕緣層BP3位於第四平坦層PL4與第五平坦層PL5之間。在一些實施例中，指紋感測裝置100D還可以包括紅外線遮蔽層IR，紅外線遮蔽層IR可位於第三絕緣層BP3與第五平坦層PL5之間。第四平坦層PL4、第三絕緣層BP3、紅外線遮蔽層IR以及第五平坦層PL5可以從感測區SA延伸經過操作區MA，並延伸至周邊區PA。

第四平坦層PL4以及第五平坦層PL5的材質可以包括有機材料，例如壓克力(acrylic)材料、矽氧烷(siloxane)材料、聚醯亞胺(polyimide)材料、環氧樹脂(epoxy)材料或上述材料的疊層，但本發明不限於此。第三絕緣層BP3以及第四絕緣層BP4的材質可以包括無機材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述材料的疊層，但本發明不限於此。紅外線遮蔽層IR可以阻擋紅外線進入，以避免強光環境下破壞指紋影像。紅外線遮蔽層IR的材質包括例如綠色色阻。

在本實施例中，第四絕緣層BP4可以延伸進入第四溝槽T4中，並完全包覆第四平坦層PL4、第三絕緣層BP3、紅外線遮蔽層IR以及第五平坦層PL5的側壁，以阻絕水氣進入第四平坦層PL4以及第五平坦層PL5。第四開口OP4至少暴露出第二遮光層BM2於第三溝槽T3內的部分，以便第三遮光層BM3通過第四開口OP4接觸第二遮光層BM2。

圖6A是本發明一實施例的指紋感測裝置100E的上視示意圖。圖6B是沿圖6A的剖面線P-P’所作的剖面示意圖。圖6C是沿圖6A的剖面線Q-Q’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖6A省略了第一平坦層PL1、第二平坦層PL2、第一遮光層BM1、第三平坦層PL3以及第二遮光層BM2。以下，配合圖6A至圖6C，繼續說明指紋感測裝置100E的各個元件與膜層的實施方式，且沿用圖1A至圖1F的實施例中所採用的元件標號與相關內容，但本發明不以此為限。

與圖1A至圖1F所示的指紋感測裝置100相比，如圖6A至圖6C所示的指紋感測裝置100E中的結構的不同之處在於：指紋感測裝置100E還包括第二訊號線SL2，且指紋感測裝置100E於第一遮光層BM1上還依序包括第三平坦層PL3、第二絕緣層BP2以及第二遮光層BM2。第一訊號線SL1位於第二訊號線SL2與操作元件130之間。第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2還具有第五溝槽T5，第五溝槽T5重疊第二訊號線SL2。第一絕緣層BP1還具有第五開口OP5，第五開口OP5位於第五溝槽T5中。第三平坦層PL3具有第六溝槽T6，第六溝槽T6重疊第五溝槽T5。第二絕緣層BP2具有第六開口OP6，且第六開口OP6位於第五開口OP5中。第二遮光層BM2通過第六開口OP6連接第二訊號線SL2。

在本實施例中，第二訊號線SL2可以是接地線，但本發明不限於此。在一些實施例中，第二訊號線SL2也可以是具有強電壓的直流電源線，視實際的設計需求而定。第二訊號線SL2的材質可以是導電性良好的金屬或合金，例如：金、銀、銅、鋁、鈦、鉬或其組合等，但本發明不以此為限。

請同時參照圖6A至圖6C，在本實施例中，第一絕緣層BP1可以先延伸進入第一溝槽T1中，再延伸進入第五溝槽T5中，也就是說，第一絕緣層BP1可以完全包覆第一平坦層PL1以及第二平坦層PL2。另外，第一遮光層BM1可以延伸至第一溝槽T1中與第一訊號線SL1連接即可，而不再繼續延伸至第五溝槽T5。

在本實施例中，第三平坦層PL3位於第一遮光層BM1與第二絕緣層BP2之間，且第二絕緣層BP2位於第三平坦層PL3與第二遮光層BM2之間。第三平坦層PL3、第二絕緣層BP2以及第二遮光層BM2可以從感測區SA延伸經過操作區MA，並延伸至周邊區PA。第三平坦層PL3的材質可以包括有機材料，例如壓克力(acrylic)材料、矽氧烷(siloxane)材料、聚醯亞胺(polyimide)材料、環氧樹脂(epoxy)材料或上述材料的疊層，但本發明不限於此。第二絕緣層BP2的材質可以包括無機材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述材料的疊層，但本發明不限於此。

第二絕緣層BP2可以延伸進入第六溝槽T6中，並完全包覆第三平坦層PL3的側壁，以阻絕水氣進入第三平坦層PL3。在一些實施例中，第二絕緣層BP2還可以沿著第一絕緣層BP1的上表面延伸進入第五開口OP5中。此外，第二絕緣層BP2的第六開口OP6可以重疊第五開口OP5，而暴露出第二訊號線SL2，因此，第二遮光層BM2可以通過第六開口OP6連接第二訊號線SL2。當第二遮光層BM2為導電材料時，第二遮光層BM2能夠經由第二訊號線SL2導出靜電，從而對指紋感測裝置100E提供抗ESD保護。

在本實施例中，第一遮光層BM1以及第二遮光層BM2中至少一者可以包括金屬層以及透明氧化物層的疊層，其中金屬層可位於第一絕緣層BP1或第二絕緣層BP2與透明氧化物層之間。上述金屬層的材質可以包括導電性良好的金屬，例如鋁、鉬、鈦等金屬。在一些實施例中，上述金屬層也可以具有單層結構或多層結構，多層結構例如上述導電金屬中任意兩層或更多層的疊層，可視需要進行組合與變化。舉例而言，上述金屬層可以包括依續堆疊的鈦層、鋁層以及鈦層或是依續堆疊的鉬層、鋁層以及鉬層，但本發明不以此為限。上述透明氧化物層的材質可以包括反射率低的透明氧化物，例如鉬鉭氧化物(MoTaOx)，但本發明不以此為限。

圖7是本發明一實施例的顯示設備10的剖面示意圖。以下，配合圖7繼續說明顯示設備10的各個元件與膜層的實施方式，且沿用圖1A至圖1F的實施例中所採用的元件標號與相關內容，但本發明不以此為限。

顯示設備10包括指紋感測裝置100F以及顯示裝置200，其中指紋感測裝置100F適用於顯示裝置200，以為顯示設備10提供指紋辨識的功能。指紋感測裝置100F的結構可類似於前述的指紋感測裝置100、100A、100B、100C、100D、100E，因此，指紋感測裝置100F可具有良好的防濕及抗ESD功能。

在一些實施例中，指紋感測裝置100F可設置於顯示裝置200的背側，使得上述實施例中的感測元件120可位於顯示裝置200與基板110之間，但本發明不限於此。顯示裝置200例如可以包括畫素陣列基板210與蓋基板220，且畫素陣列基板210可位於指紋感測裝置100F與蓋基板220之間。

在本實施例中，當手指F靠近蓋基板220時，畫素陣列基板210中發出的光線LR可被手指F反射至指紋感測裝置100F中的感測元件120。由於通孔V1、通孔V2或微透鏡結構ML具有光準直效果，因此，光線LR被手指F反射所產生的反射光可準直地進入感測元件120中，使得感測元件120能夠感測出清晰的指紋紋峰/紋谷訊號，從而得到品質良好的指紋影像。

綜上所述，本發明的指紋感測裝置利用溝槽來分隔平坦層，並藉由平坦層與絕緣層的有機材料/無機材料疊構來阻絕水氣，能夠防止有機材料吸收水氣，以避免水氣影響操作元件的性質。另外，遮光層連接訊號線可以導出靜電，而能夠對指紋感測裝置提供抗ESD保護。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:顯示設備 100、100A、100B、100C、100D、100E、100F:指紋感測裝置 110:基板 120:感測元件 121:第一電極 122:感測層 123:第二電極 130:操作元件 131:驅動元件 132:驅動元件 133:測試元件 200:顯示裝置 210:畫素陣列基板 220:蓋基板 A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’、F-F’、G-G’、H-H’、J-J’、K-K’、L-L’、M-M’、N-N’、P-P’、Q-Q’:剖面線 BM1:第一遮光層 BM2:第二遮光層 BM3:第三遮光層 BP1:第一絕緣層 BP2:第二絕緣層 BP3:第三絕緣層 BP4:第四絕緣層 F:手指 I、II、III、IV、V:區域 IC:晶片接合區 IR:紅外線遮蔽層 LR:光線 MA:操作區 ML:微透鏡結構 OP1:第一開口 OP2:第二開口 OP3:第三開口 OP4:第四開口 OP5:第五開口 OP6:第六開口 PA:周邊區 PL1:第一平坦層 PL2:第二平坦層 PL3:第三平坦層 PL4:第四平坦層 PL5:第五平坦層 SA:感測區 SL1:第一訊號線 SL2:第二訊號線 ST:凹部 T1:第一溝槽 T2:第二溝槽 T3:第三溝槽 T4:第四溝槽 T5:第五溝槽 T6:第六溝槽 TH:孔洞 V1、V2、V3:通孔

圖1A是本發明一實施例的指紋感測裝置100的上視示意圖。圖1B是圖1A之指紋感測裝置100的感測區SA的區域I的放大示意圖。圖1C是沿圖1B的剖面線A-A’所作的剖面示意圖。圖1D是圖1A之指紋感測裝置100的周邊區PA的區域II的放大示意圖。圖1E是沿圖1A的剖面線B-B’所作的剖面示意圖。圖1F是沿圖1A的剖面線C-C’所作的剖面示意圖。圖2A是本發明一實施例的指紋感測裝置100A的上視示意圖。圖2B是沿圖2A的剖面線D-D’所作的剖面示意圖。圖2C是沿圖2A的剖面線E-E’所作的剖面示意圖。圖3A是本發明一實施例的指紋感測裝置100B的上視示意圖。圖3B是圖3A之指紋感測裝置100B的感測區SA的區域III的放大示意圖。圖3C是沿圖3B的剖面線F-F’所作的剖面示意圖。圖3D是圖3A之指紋感測裝置100B的周邊區PA的區域IV的放大示意圖。圖3E是沿圖3A的剖面線G-G’所作的剖面示意圖。圖3F是沿圖3A的剖面線H-H’所作的剖面示意圖。圖4A是本發明一實施例的指紋感測裝置100C的上視示意圖。圖4B是沿圖4A的剖面線J-J’所作的剖面示意圖。圖4C是沿圖4A的剖面線K-K’所作的剖面示意圖。圖5A是本發明一實施例的指紋感測裝置100D的上視示意圖。圖5B是圖5A之指紋感測裝置100D的感測區SA的區域V的放大示意圖。圖5C是沿圖5B的剖面線L-L’所作的剖面示意圖。圖5D是沿圖5A的剖面線M-M’所作的剖面示意圖。圖5E是沿圖5A的剖面線N-N’所作的剖面示意圖。圖6A是本發明一實施例的指紋感測裝置100E的上視示意圖。圖6B是沿圖6A的剖面線P-P’所作的剖面示意圖。圖6C是沿圖6A的剖面線Q-Q’所作的剖面示意圖。圖7是本發明一實施例的顯示設備10的剖面示意圖。

100:指紋感測裝置

110:基板

120:感測元件

131:驅動元件

B-B’:剖面線

BM1:第一遮光層

BP1:第一絕緣層

MA:操作區

OP1:第一開口

PA:周邊區

PL1:第一平坦層

PL2:第二平坦層

SA:感測區

SL1:第一訊號線

T1:第一溝槽

V1:通孔

Claims

一種指紋感測裝置，具有一感測區、一操作區及一周邊區，其中該操作區位於該感測區與該周邊區之間，該指紋感測裝置包括：一基板；一感測元件，位於該感測區；一操作元件，位於該操作區；一第一訊號線，位於該周邊區；一第一平坦層，位於該基板上，且具有一第一溝槽，其中該第一溝槽重疊該第一訊號線；一第一絕緣層，位於該第一平坦層上以及該第一溝槽中，且具有一第一開口，其中該第一開口位於該第一溝槽中；以及一第一遮光層，位於該第一絕緣層上，且通過該第一開口連接該第一訊號線。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中該操作元件包括驅動元件及測試元件。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中該第一平坦層包括有機材料。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中該第一絕緣層包括無機材料。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中該第一開口重疊該第一訊號線。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中該第一遮光層包括金屬層及透明氧化物層。
如請求項6所述的指紋感測裝置，其中該金屬層包括鋁層、鉬層、鈦層或其組合。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中該第一訊號線為接地線或直流電源線。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中：該第一平坦層還具有一第二溝槽，該第二溝槽位於該第一溝槽與該操作元件之間；該第一絕緣層還具有一第二開口，該第二開口位於該第二溝槽中；且該第一遮光層位於該第二開口中。
如請求項1所述的指紋感測裝置，其中於該第一遮光層上還依序包括一第三平坦層、一第二絕緣層以及一第二遮光層，其中：該第三平坦層具有一第三溝槽，該第三溝槽重疊該第一溝槽；該第二絕緣層具有一第三開口，該第三開口位於該第三溝槽中；且該第二遮光層通過該第三開口連接該第一遮光層。
如請求項10所述的指紋感測裝置，其中該第二遮光層包括金屬層及透明氧化物層。
如請求項10所述的指紋感測裝置，其中該第一平坦層還具有一第二溝槽，該第二溝槽位於該第一溝槽與該操作元件之間，該第一絕緣層還具有一第二開口，該第二開口位於該第二溝槽中，且該第一遮光層位於該第二開口中。
如請求項10所述的指紋感測裝置，其中於該第二遮光層上還依序包括一第四平坦層、一第三絕緣層、一第五平坦層、一第四絕緣層、一第三遮光層以及一微透鏡結構，其中：該第四平坦層、該第三絕緣層以及該第五平坦層具有一第四溝槽，該第四溝槽重疊該第三溝槽；該第四絕緣層具有一第四開口，該第四開口位於該第四溝槽中；且該第三遮光層通過該第四開口連接該第二遮光層。
如請求項13所述的指紋感測裝置，其中該第三遮光層具有第三通孔，且該微透鏡結構設置於該第三通孔中。
如請求項13所述的指紋感測裝置，其中該第三遮光層包括金屬層及透明氧化物層。
如請求項1所述的指紋感測裝置，還包括一第二訊號線，且於該第一遮光層上還依序包括一第三平坦層、一第二絕緣層以及一第二遮光層，其中：該第一訊號線位於該第二訊號線與該操作元件之間；該第一平坦層還具有一第五溝槽，該第五溝槽重疊該第二訊號線；該第一絕緣層還具有一第五開口，該第五開口位於該第五溝槽中；該第三平坦層具有一第六溝槽，該第六溝槽重疊該第五溝槽；該第二絕緣層具有一第六開口，該第六開口位於該第五開口中；且該第二遮光層通過該第六開口連接該第二訊號線。
如請求項16所述的指紋感測裝置，其中該第一遮光層包括金屬層及透明氧化物層。
如請求項16或17所述的指紋感測裝置，其中該第二遮光層包括金屬層及透明氧化物層。
如請求項16所述的指紋感測裝置，其中該第二訊號線為接地線或直流電源線。
如請求項1所述的指紋感測裝置，適用於一顯示裝置，其中該感測元件位於該顯示裝置與該基板之間。