TW202247439A

TW202247439A - 感光裝置

Info

Publication number: TW202247439A
Application number: TW110144977A
Authority: TW
Inventors: 黃彥棠; 陳彥良
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2022-12-01
Also published as: TWI798974B

Abstract

一種感光裝置，包括第一基板、第二基板、支撐結構、多個第一微透鏡、多個第二微透鏡、第一感光元件、第二感光元件以及準直結構。第二基板與第一基板對向設置，且第一基板與第二基板之間具有間隙。支撐結構位於第一基板與第二基板之間的間隙。第一微透鏡與第二微透鏡分別設置於間隙的第一側與第二側。第一感光元件重疊於第一微透鏡中的一者與第二微透鏡中的一者。第二感光元件重疊於第二微透鏡中的另一者。準直結構位於第一基板與第一微透鏡之間。

Description

感光裝置

本發明是有關於一種感光裝置，且特別是有關於一種具有微透鏡的感光裝置。

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感光裝置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。感測光線會經由使用者的手指（漫）反射進入顯示面板下方的感光裝置，並透過多個微透鏡及準直結構將反射光線匯聚在感光元件上，以轉換為數位影像信號，即可得到使用者指紋影像。

一般而言，若欲辨識彩色的影像，通常會需要於感光裝置中設置用於接收不同波長之光線的感光元件。然而，在相同的材料中，不同波長之光線會具有不同的折射率。具體地說，波長越長的光線在介質中的折射率越小，因此，會導致了不同顏色的光線在感光裝置中具有不一樣的聚焦深度，並使感光裝置的影像辨識度及集光能力變差。

本發明提供一種感光裝置，其影像感測的品質佳。

本發明的至少一實施例提供一種感光裝置，其包括第一基板、第二基板、支撐結構、多個第一微透鏡、多個第二微透鏡、第一感光元件、第二感光元件以及準直結構。第二基板與第一基板對向設置，且第一基板與第二基板之間具有間隙。支撐結構位於第一基板與第二基板之間的間隙。第一微透鏡與第二微透鏡分別設置於間隙的第一側與第二側。第一感光元件重疊於第一微透鏡中的一者與第二微透鏡中的一者。第二感光元件重疊於第二微透鏡中的另一者。準直結構位於第一基板與第一微透鏡之間。

本發明的至少一實施例提供一種感光裝置，其包括第一基板、第二基板、多個第一微透鏡、多個第二微透鏡、第一感光元件以及第二感光元件。第二基板與第一基板對向設置，且第一基板與第二基板之間具有間隙。第一微透鏡與第二微透鏡分別設置於間隙的第一側與第二側。第一微透鏡的材料不同於第二微透鏡的材料及/或第一微透鏡的曲率半徑不同於第二微透鏡的曲率半徑。第一感光元件重疊於第一微透鏡中的一者。第二感光元件重疊於第二微透鏡中的一者，且不重疊於第一微透鏡。

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是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖2是圖1的感光裝置的局部放大示意圖。

請參考圖1及圖2，顯示裝置10包括彼此重疊設置的感光裝置100、顯示面板200以及蓋板250。舉例來說，感光裝置100和顯示面板200是以整面性分布的光學膠層220相貼合。光學膠層220的材料例如包括水膠（Optical Clear Resin，OCR）、光學透明膠（Optical Clear Adhesive，OCA）、感壓膠（Pressure Sensitive Adhesive，PSA）、或其他適合的膠材。

在本實施例中，感光裝置100可設置在顯示面板200的背側。舉例來說，感光裝置100為指紋辨識模組，且顯示裝置10可以是屏下指紋辨識（Fingerprint on display）裝置，但本發明不以此為限。

顯示面板200例如是有機發光二極體（organic light emitting diode，OLED）面板、微型發光二極體（micro light emitting diode，micro-LED）面板、次毫米發光二極體（mini light emitting diode，mini-LED）面板、或其他合適的自發光型顯示面板。特別說明的是，在本實施例中，顯示面板200同時可作為指紋辨識時的照明光源。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，顯示面板也可以是非自發光型顯示面板（例如：液晶顯示面板），且顯示裝置是利用背光源來提供指紋辨識所需的照明光線。

感光裝置100包括第一基板101、第二基板102、支撐結構180、多個第一微透鏡ML1、多個第二微透鏡ML2、感光元件層PSL以及第一準直結構CM1。在本實施例中，感光裝置100還包括第二準直結構CM2、第三準直結構CM3、遮光圖案層LS、第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193。

第一基板101包括透明或不透明的基板。舉例來說，第一基板101包括玻璃、石英、有機聚合物、或是不透光/反射材料（例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷或其他可適用的材料）或是其他可適用的材料。若使用導電材料或金屬時，則在第一基板101上覆蓋一層絕緣層（未繪示），以避免短路問題。

感光元件層PSL位於第一基板101上方，且包括多個主動元件和多個感光元件。在圖1中，繪示了感光元件層PSL中的第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116，並省略繪示電性連接至第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116的多個主動元件。在一些實施例中，第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116是一起形成的，且第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116皆與第一基板101之間具有相同的垂直距離。換句話說，在一些實施例中，以第一基板101的表面為基準，第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116位於相同的水平高度。

第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116分別電性連接至對應的主動元件。為了說明感光元件與主動元件的電性連接方式，圖2以第一感光元件112為例進行說明，而第二感光元件114以及第三感光元件116亦採用與圖2相同的方式電性連接至對應的主動元件。

請參考圖2，第一感光元件112（亦可為第二感光元件114或第三感光元件116）電性連接主動元件T。主動元件T具有源極SE、汲極DE、閘極GE和半導體圖案SC。在本實施例中，半導體圖案SC為單層或多層結構，其包含非晶矽、多晶矽、微晶矽、單晶矽、有機半導體材料、氧化物半導體材料（例如：銦鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物或是其他合適的材料、或上述材料之組合）或其他合適的材料或上述材料之組合，但本發明不以此為限。半導體圖案SC位於第一基板101之上。在本實施例中，半導體圖案SC與第一基板101之間選擇性地設置了緩衝層110。閘極GE重疊於半導體圖案SC，且與半導體圖案SC之間夾有閘絕緣層120。在本實施例中，閘極GE可選擇性地設置在半導體圖案SC的上方以形成頂部閘極型（top-gate）薄膜電晶體，但本發明不以此為限。在其他實施例中，閘極GE也可改設置在半導體圖案SC的下方以形成底部閘極型（bottom-gate）薄膜電晶體。層間絕緣層130位於閘極GE以及閘絕緣層120上。源極SE和汲極DE位於層間絕緣層130上，且電性連接半導體圖案SC。

平坦層140位於層間絕緣層130上。第一感光元件112（亦可為第二感光元件114或第三感光元件116）位於層間絕緣層130之上，且電性連接至主動元件T的汲極DE。在本實施例中，第一感光元件112（亦可為第二感光元件114或第三感光元件116）包括第一電極E1、光電轉換層PCL以及第二電極E2。光電轉換層PCL為單層結構或多層結構。舉例來說，光電轉換層PCL例如為富矽氧化物（Silicon-rich oxide，SRO）。在其他實施例中，光電轉換層PCL為P型半導體、本質半導體與N型半導體的堆疊層。平坦層150位於第二電極E2上。

請繼續參考圖1，第一準直結構CM1、第二準直結構CM2以及第三準直結構CM3位於第一基板101上方。第一準直結構CM1具有對應於感光元件（包括第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116）的多個第一孔洞CM1a，第二準直結構CM2具有對應於感光元件的多個第二孔洞CM2a，且第三準直結構CM3具有對應於感光元件的多個第三孔洞CM3a。第一孔洞CM1a、第二孔洞CM2a以及第三孔洞CM3a在方向Z上重疊。在本實施例中，這些孔洞可以陣列的方式進行排列，例如：分別沿著方向X和方向Y排成多列與多行，但不以此為限。

在本實施例中，平坦層162位於感光元件層PSL上，第一準直結構CM1位於平坦層162上。平坦層164位於第一準直結構CM1上，第二準直結構CM2位於平坦層164上。平坦層166位於第二準直結構CM2上，第三準直結構CM3位於平坦層166上。

第一微透鏡ML1設置在第一基板101之上。第一準直結構CM1以及第二準直結構CM2位於第一基板101與第一微透鏡ML1之間。

在本實施例中，第一微透鏡ML1可以沿著方向X和方向Y排成多列與多行。在本實施例中，部分的第三孔洞CM3a中設置有第一微透鏡ML1，而另一部分的第三孔洞CM3a中未設置有第一微透鏡ML1。因此，在本實施例中，部分感光元件（例如第一感光元件112與第三感光元件116）在方向Z上重疊於第一微透鏡ML1，而部分感光元件（例如第二感光元件114）在方向Z上未重疊於第一微透鏡ML1。

在一些實施例中，第一微透鏡ML1可以是有機光阻材料製作而成，但本發明不以此為限。

第二基板102與第一基板101對向設置。第二基板102包括透明的基板。舉例來說，第二基板102包括玻璃、石英、有機聚合物或是其他可適用的材料。

遮光圖案層LS設置在第二基板102上。舉例來說，遮光圖案層LS設置在第二基板102與第一基板101之間。遮光圖案層LS具有多個孔洞LSa。在本實施例中，遮光圖案層LS的孔洞LSa在方向Z上重疊於第一孔洞CM1a、第二孔洞CM2a以及第三孔洞CM3a。

第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193設置於第二基板102上。舉例來說，第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193設置於第二基板102與第一基板101之間，且分別填入對應的孔洞LSa中。

第一濾光元件191重疊於第一感光元件112，且被配置成使具有第一波長λ1的光線L1通過。第二濾光元件192重疊於第二感光元件114，且被配置成使具有第二波長λ2的光線L2通過。第三濾光元件193重疊於第三感光元件116，且被配置成使具有第三波長λ3的光線L3通過。

在本實施例中，第一波長λ1大於第三波長λ3，且第三波長λ3大於第二波長λ2，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一波長λ1大於第二波長λ2，且第二波長λ2大於第三波長λ3。在一些實施例中，光線L1、光線L2以及光線L3為可見光，例如綠光、藍光以及紅光，但本發明不以此為限。在其他實施例中，光線L1、光線L2以及光線L3亦可包含非可見光，例如紅外光。

在一些實施例中，設置第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193，以將光線轉換成預定波長之光線，但本發明不以此為限。在其他實施例中，不需要設置第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193，藉由選擇能發出預定波長之光線的光源以獲得具有預定波長之光線。

批覆層171設置於第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193上。

第二微透鏡ML2設置在第二基板102上。第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193的至少一者位於第二基板102與第二微透鏡ML2之間。

在本實施例中，第二微透鏡ML2可以沿著方向X和方向Y排成多列與多行。在本實施例中，部分感光元件（例如第二感光元件114與第一感光元件112）在方向Z上重疊於第二微透鏡ML2，而部分感光元件（例如第三感光元件116）在方向Z上未重疊於第二微透鏡ML2。

在一些實施例中，第二微透鏡ML2可以是有機光阻材料製作而成，但本發明不以此為限。

在本實施例中，第一基板101與第二基板102之間具有間隙GP，其中間隙GP例如為空氣間隙。支撐結構180位於第一基板101與第二基板102之間的間隙GP，也可以說第一基板101與第二基板102之間的間隙GP的厚度是藉由支撐結構180的厚度所定義。在本實施例中，支撐結構180用於支撐第一基板101與第二基板102之間的間隙GP，避免第一基板101與第二基板102之間的間隙GP坍塌。

在一些實施例中，支撐結構180的高度180h大於或等於第一微透鏡ML1的高度h1與第二微透鏡ML2的高度h2之和，但本發明不以此為限。在其他實施例中，支撐結構180下方設有虛置的第一微透鏡ML1，而支撐結構180位於虛置的第一微透鏡ML1上，此時，支撐結構180的高度180h大於或等於第二微透鏡ML2的高度h2。在一些實施例中，第三準直結構CM3的厚度相對較薄因此可以省略。

第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2分別設置於間隙GP的第一側S1與第二側S2。在本實施例中，間隙GP的第一側S1為間隙GP靠近第一基板101的一側，且第二側S2為間隙GP靠近第二基板102的一側。換句話說，第一微透鏡ML1設置於間隙GP靠近第一基板101的一側，且第二微透鏡ML2設置於間隙GP靠近第二基板102的一側。在其他實施例中，第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2的位置可以互相對換。

在本實施例中，第一感光元件112在方向Z上重疊於第一微透鏡ML1中的一者與第二微透鏡ML2中的一者。第二感光元件114在方向Z上重疊於第二微透鏡ML2中的一者，且不重疊於第一微透鏡ML1。第三感光元件116在方向Z上重疊於第一微透鏡ML1中的一者，且不重疊於第二微透鏡ML2。

在本實施例中，第一微透鏡ML1以及第二微透鏡ML2為凸面透鏡，而凸面透鏡的焦聚可以藉由公式1計算。公式1

在公式1中，f為微透鏡的焦距，n為折射率，且R為微透鏡的曲率半徑。

在本實施例中，光線L1、光線L2以及光線L3各自具有不一樣的波長。波長越長的光線在介質中的折射率n越小，且越容易聚焦在比較深的位置。在本實施例中，藉由第一微透鏡ML1的曲率半徑R1不同於第二微透鏡ML2的曲率半徑R2，避免光線L1以及光線L2聚焦在不一樣的深度位置。具體來說，在本實施例中，光線L3的第三波長λ3大於光線L2的第二波長λ2，因此，當第一微透鏡ML1的材料與第二微透鏡ML2的材料相同時，光線L3在第一微透鏡ML1中的折射率n3小於光線L2在第二微透鏡ML2中的折射率n2。藉由使第二微透鏡ML2的曲率半徑R2大於第一微透鏡ML1的曲率半徑R1，以改善因折射率n3小於折射率n2而導致之光線L3的聚焦位置比光線L2的聚焦位置更深的問題。在本實施例中，通過第一微透鏡ML1之光線L3聚焦於第三感光元件116的位置，且通過第二微透鏡ML2之光線L2聚焦於第二感光元件114的位置。

另外，第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2組合在一起時，焦聚可以藉由公式2計算。公式2

在公式2中，f為第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2組合在一起後的焦距，f1為第一微透鏡ML1的焦距，f2為第二微透鏡ML2的焦距，且d為第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2之間的垂直間距。在本實施例中，d遠小於f1以及f2或甚至d等於0，因此，d/f ₁f ₂趨近於0。舉例來說，d小於1微米，而f1以及f2分別為10微米至25微米。因此，公式2可進一步省略變成公式3。公式3

在本實施例中，光線L1的第一波長λ1大於光線L3的第三波長λ3以及光線L2的第二波長λ2，因此，當第一微透鏡ML1的材料與第二微透鏡ML2的材料相同時，光線L1在第一微透鏡ML1或第二微透鏡ML2中的折射率n1小於光線L3在第一微透鏡ML1中的折射率n3以及光線L2在第二微透鏡ML2中的折射率n2。藉由使第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2重疊在一起，以改善因第一波長λ1大於第三波長λ3與第二波長λ2而導致之光線L1的聚焦位置過深的問題。在本實施例中，通過第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2之光線L1聚焦於第一感光元件112的位置。

基於上述，藉由第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2的設置，可以使光線L1、光線L2以及光線L3可以分別聚焦至第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116的位置，藉此提升影像感測的品質。此外，所有的第一微透鏡ML1是由相同的製程形成於同一層，且所有的第二微透鏡ML2是由另外相同的製程形成於另外的同一層。換句話說，本實施例中具有不同曲率半徑的第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2各自形成於不同層，相較於在同一層中形成不同曲率半徑的第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2可以具有較低的製造成本。

另外，雖然在圖1中，感光裝置100被配置成用於接收3種不同波長之光線L1、光線L2以及光線L3，但本發明不以此為限。在其他實施例中，感光裝置被配置成用於接收光線L1、光線L2以及光線L3中的至少兩者。換句話說，在其他實施例中，微透鏡的設置方法包括感光元件同時重疊於第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2、感光元件僅重疊於第一微透鏡ML1以及感光元件僅重疊於第二微透鏡ML2中的至少兩種。換句話說，本發明並未限制感光裝置100必須同時具備感光元件同時重疊於第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2、感光元件僅重疊於第一微透鏡ML1以及感光元件僅重疊於第二微透鏡ML2這三種特徵。

圖3是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖3的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖3的顯示裝置20與圖1的顯示裝置10之差異在於：在顯示裝置20中，第一微透鏡ML1的曲率半徑R1等於第二微透鏡ML2的曲率半徑R2，而第一微透鏡ML1的材料不同於第二微透鏡ML2的材料。

在一些實施例中，調整第一微透鏡ML1的材料使光線L3在第一微透鏡ML1中的折射率n3’增加（例如大於顯示裝置10中之光線L3在第一微透鏡ML1中的折射率n3）。在其他實施例中，調整第二微透鏡ML2的材料使光線L2在第二微透鏡ML2中的折射率n2’減少（例如小於顯示裝置10中之光線L2在第二微透鏡ML2中的折射率n2）。在一些實施例中，同時調整第一微透鏡ML1的材料與第二微透鏡ML2的材料。

在本實施例中，在相同波長的光線下，第一微透鏡ML1的折射率大於第二微透鏡ML2的折射率，且使較長波長之光線L3在第一微透鏡ML1中的折射率約等於具有較短波長之光線L2在第二微透鏡ML2中的折射率。基於此，可以改善因第三波長λ3大於第二波長λ2而導致之光線L1的聚焦深度比光線L2的聚焦深度更深的問題。

另外，雖然在圖3中，感光裝置100被配置成用於接收3種不同波長之光線L1、光線L2以及光線L3，但本發明不以此為限。在其他實施例中，感光裝置被配置成用於接收光線L1、光線L2以及光線L3中的至少兩者。換句話說，在其他實施例中，微透鏡的設置方法包括感光元件同時重疊於第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2、感光元件僅重疊於第一微透鏡ML1以及感光元件僅重疊於第二微透鏡ML2中的至少兩種。換句話說，本發明並未限制感光裝置100必須同時具備感光元件同時重疊於第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2、感光元件僅重疊於第一微透鏡ML1以及感光元件僅重疊於第二微透鏡ML2這三種特徵。

圖4是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖4的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖4的顯示裝置30與圖1的顯示裝置10之差異在於：在顯示裝置30中，間隙GP設置有第一微透鏡ML1的第一側S1為間隙GP靠近第二基板102的一側，且間隙GP設置有第二微透鏡ML2的第二側S2為間隙GP靠近第一基板101的一側。

在本實施例中，第一微透鏡ML1設置在第二基板102上，且第二微透鏡ML2設置在第一基板101上。

在本實施例中，第一微透鏡ML1的曲率半徑R1小於第二微透鏡ML2的曲率半徑R2。在本實施例中，第一微透鏡ML1的材料相同於第二微透鏡ML2的材料，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一微透鏡ML1的材料不同於第二微透鏡ML2的材料。

另外，雖然在圖4中，感光裝置100被配置成用於接收3種不同波長之光線L1、光線L2以及光線L3，但本發明不以此為限。在其他實施例中，感光裝置被配置成用於接收光線L1、光線L2以及光線L3中的至少兩者。換句話說，在其他實施例中，微透鏡的設置方法包括感光元件同時重疊於第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2、感光元件僅重疊於第一微透鏡ML1以及感光元件僅重疊於第二微透鏡ML2中的至少兩種。換句話說，本發明並未限制感光裝置100必須同時具備感光元件同時重疊於第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2、感光元件僅重疊於第一微透鏡ML1以及感光元件僅重疊於第二微透鏡ML2這三種特徵。

圖5是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖5的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

圖5的顯示裝置40與圖1的顯示裝置10之差異在於：在顯示裝置40中，第一感光元件112重疊於第一微透鏡ML1中的一者以及第二微透鏡ML2中的一者，在重疊於第一感光元件112之第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2的組合中，第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2之間的垂直間距d等於第一微透鏡ML1的焦距f1加上第二微透鏡ML2的焦距f2。

在本實施例中，光線L1之第一波長λ1大於光線L2之第二波長λ2。由公式2可以得知，在垂直間距d等於焦距f1加上焦距f2時，第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2組合在一起後的焦距f近乎於無限大。換句話說，第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2之組合可以將光線L1轉變為平行光。在本實施例中，雖然光線L1因為波長太長，微透鏡超出工藝能力，難以使光聚焦的問題，但透過第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2之組合可以使光線L1改善收斂，並獲得準直效果，藉此提升成像品質。

在本實施例中，第一微透鏡ML1相較於第二微透鏡ML2更靠近第一感光元件112。第二微透鏡ML2的焦距f2大於第一微透鏡ML1的焦距f1，且第一微透鏡ML1與第二微透鏡ML2的組合的放大倍率（M）等於-f1/f2，-f1/f2小於-1。在本實施例中，第一微透鏡ML1的曲率半徑與第二微透鏡ML2的曲率半徑相同，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一微透鏡ML1的曲率半徑與第二微透鏡ML2的曲率半徑不同。本實施例中，第一微透鏡ML1的材料與第二微透鏡ML2的材料相同，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一微透鏡ML1的材料與第二微透鏡ML2的材料不同。

在一些實施例中，支撐結構180的高度180h大約等於垂直間距d、第一微透鏡ML1的高度h1與第二微透鏡ML2的高度h2之和，但本發明不以此為限。在其他實施例中，支撐結構180下方設有虛置的第一微透鏡ML1，而支撐結構180位於虛置的第一微透鏡ML1上，此時，支撐結構180的高度180h約等於垂直間距d與第二微透鏡ML2的高度h2之和。

另外，雖然在圖5中，第二感光元件114重疊於第一微透鏡ML1而不重疊於第二微透鏡ML2，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第二感光元件114重疊於第二微透鏡ML2而不重疊於第一微透鏡ML1。

綜上所述，在本發明的感光裝置中，藉由第一微透鏡與第二微透鏡的設置，能改善因為光線的波長不一致而造成聚焦深度不同的問題，進而提升影像感測的品質。

圖6是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖6的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。

請參考圖6，在本實施例中，第一感光元件112、第二感光元件114以及第三感光元件116各自接重疊於第一微透鏡ML1中的一者以及第二微透鏡ML2中的一者。

在本實施例中，第一微透鏡ML1和第二微透鏡ML2分別具有第一曲率半徑R1和第二曲率半徑R2，且第一曲率半徑R1和第二曲率半徑R2可選擇性地相同，但不以此為限。

舉例來說，顯示裝置50在顯示面板200背離感光裝置100的一側（或者是，第二基板102背離第一基板101的一側）還可設有蓋板250，且蓋板250具有遠離第二基板102（或顯示面板200）的蓋板表面250s。遮光圖案層LS還具有朝向第二基板102的表面LS1s。蓋板250的蓋板表面250s與遮光圖案層LS的表面LS1s之間具有距離D ₀，披覆層171的表面171s與遮光圖案層LS的表面LS1s之間具有距離D ₁。遮光圖案層LS的孔洞LSa和第二微透鏡ML2沿著排列方向（例如方向X）分別具有長度L ₁和長度L ₂。第二微透鏡ML2還具有沿著垂直於排列方向的高度h2。

在一較佳的實施例中，第二微透鏡ML2的第二曲率半徑R2可滿足以下關係式：

，且孔洞LSa的長度L ₁可滿足以下關係式：

。

另一方面，第一準直結構CM1還具有朝向間隙GP的表面CM1s。在本實施例中，平坦層166位於第一準直結構CM1的表面CM1s。第一感光元件112至第三感光元件116各自具有朝向間隙GP的收光面115rs。平坦層166的表面166s與第一準直結構CM1的表面CM1s之間具有距離D ₅，第一準直結構CM1的表面CM1s與第一感光元件112至第三感光元件116的收光面115rs之間具有距離D ₆。第一微透鏡ML1和第一孔洞CM1a沿著排列方向（例如方向X）分別具有長度L ₃和長度L ₄（即孔徑）。第一微透鏡ML1還具有沿著垂直於排列方向的高度h1。第一感光元件112至第三感光元件116沿著方向X具有長度L ₅。此處的長度L ₅例如是由第一感光元件112至第三感光元件116的第二電極E2與光電轉換層PCL的交界面沿著方向X的長度來界定。

在一較佳的實施例中，第一微透鏡ML1的第一曲率半徑R1可滿足以下關係式：

，且第一孔洞CM1a的長度L ₄可滿足以下關係式：

。

特別注意的是，披覆層171和平坦層166之間還設有多個間隙物180，且這些間隙物180、披覆層171的表面171s和平坦層166的表面166s定義出可容置這些微透鏡的間隙GP。更具體地說，這些第一微透鏡ML1和這些第二微透鏡ML2之間因設有間隙GP而在披覆層171的表面171s的法線方向（例如方向Z）上彼此間隔開來。此處的間隙GP可以是填充有空氣、特定氣體或處在近似真空狀態的空間。

在本實施例中，對應設置的第一微透鏡ML1和第二微透鏡ML2沿著方向Z是以垂直間距d間隔開來，且此垂直間距d滿足以下關係式：

。當第一微透鏡ML1的第一曲率半徑R1、第二微透鏡ML2的第二曲率半徑R2以及第一微透鏡ML1和第二微透鏡ML2之間的垂直間距d設計在上述的範圍內時，多道指紋影像光線FPi在間隙GP內是以平行光的方式進行傳遞。因此，間隙GP的間隙厚度（例如垂直間距d）變異並不會影響指紋影像的訊號品質。

舉例來說，以適當角度入射感光裝置100的指紋影像光線FPi在通過遮光圖案層LS的孔洞LSa並經由第二微透鏡ML2和第一微透鏡ML1的折射後，通過第一準直結構CM1的第一孔洞CM1a並傳遞至對應的第一感光元件112至第三感光元件116的收光面115rs。此處的收光面115rs例如是由第一感光元件112至第三感光元件116的第二電極E2朝向第二基板102的表面所界定。在其他實施例中，也可由第一感光元件112至第三感光元件116的光電轉換層PCL朝向第二基板102的表面來界定。

相反地，以較大入射角入射感光裝置100的指紋影像光線uFPi（或非預期的外部環境光）在通過遮光圖案層LS的孔洞LSa並經由第二微透鏡ML2的折射後會被第一準直結構CM1所遮擋而無法傳遞至對應的第一感光元件112至第三感光元件116。也就是說，分別設置在兩基板上且彼此對應的第一微透鏡ML1和第二微透鏡ML2能縮減傳遞至第一感光元件112至第三感光元件116的光線入射角度。亦即，第一微透鏡ML1和第二微透鏡ML2的搭配設計可局限感光裝置100的收光範圍，並且有效抑制背景雜訊（即非預期光線所產生的感測訊號），以增加指紋訊號的訊噪比（signal-to-noise ratio，SNR）。此外，還可取代一般指紋感測模組所使用的部分遮光圖案層及其間的間隔層（例如平坦層），有助於簡化感光裝置100的製造流程。

另一方面，由於本揭露的第一微透鏡ML1和第二微透鏡ML2是設置在第一基板101與第二基板102之間，因此可避免這些微透鏡在後續製程中受非預期外力的撞擊或刮傷而損壞，有助於增加指紋感測模組的生產良率和製程裕度。

為了讓感光裝置100具有防偽功能，遮光圖案層LS的部分孔洞LSa處還可選擇性地設有多個彩色濾光圖案，例如：第一濾光元件191、第二濾光元件192以及第三濾光元件193，但不以此為限。在其他實施例中，指紋感測模組也可以不設有這些彩色濾光圖案。

特別說明的是，由於本揭露的感光裝置100在朝向顯示面板200的一側表面未設有微透鏡，因此適合採用全平面貼合（direct bond）製程來連接顯示面板200與感光裝置100。如此可降低光線在顯示面板200與感光裝置100之間發生多次反射的現象，進而大幅改善顯示裝置50的指紋感測訊號。舉例來說，感光裝置100和顯示面板200是以整面性分布的光學膠層220相貼合。

10, 20, 30, 40, 50:顯示裝置 100:感光裝置 101:第一基板 102:第二基板 110:緩衝層 112:第一感光元件 114:第二感光元件 115rs:收光面 116:第三感光元件 120:閘絕緣層 130:層間絕緣層 140, 150:平坦層 162, 164, 166:平坦層 171s, 166s, LS1s, CM1s, 250s:表面 171:批覆層 180:支撐結構 180h, h1, h2:高度 191:第一濾光元件 192:第二濾光元件 193:第三濾光元件 200:顯示面板 220:光學膠層 250:蓋板 CM1:第一準直結構 CM2:第二準直結構 CM3:第三準直結構 CM1a:第一孔洞 CM2a:第二孔洞 CM3a:第三孔洞 d:垂直間距 D ₀, D ₁, D ₅, D ₆:距離 DE:汲極 E1:第一電極 E2:第二電極 FPi, uFPi:指紋影像光線 GE:閘極 GP:間隙 H ₁, H ₂:高度 L1, L2, L3:光線 L ₁, L ₂, L ₃, L ₄, L ₅:長度 LS:遮光圖案層 LSa:孔洞 ML1:第一微透鏡 ML2:第二微透鏡 PCL:光電轉換層 PSL:感光元件層 R1, R2:曲率半徑 S1:第一側 S2:第二側 SC:半導體圖案 SE:源極 T:主動元件 X, Y, Z:方向

圖1是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖2是圖1的感光裝置的局部放大示意圖。圖3是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖4是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖5是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖6是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。

10:顯示裝置

100:感光裝置

101:第一基板

102:第二基板

112:第一感光元件

114:第二感光元件

116:第三感光元件

162,164,166:平坦層

171:批覆層

180:支撐結構

180h,h1,h2:高度

191:第一濾光元件

192:第二濾光元件

193:第三濾光元件

200:顯示面板

220:光學膠層

250:蓋板

CM1:第一準直結構

CM2:第二準直結構

CM3:第三準直結構

CM1a:第一孔洞

CM2a:第二孔洞

CM3a:第三孔洞

d:垂直間距

GP:間隙

L1,L2,L3:光線

LS:遮光圖案層

LSa:孔洞

ML1:第一微透鏡

ML2:第二微透鏡

PSL:感光元件層

R1,R2:曲率半徑

S1:第一側

S2:第二側

X,Y,Z:方向

Claims

一種感光裝置，包括：一第一基板；一第二基板，與該第一基板對向設置，且該第一基板與該第二基板之間具有間隙；一支撐結構，位於該第一基板與該第二基板之間的該間隙；多個第一微透鏡與多個第二微透鏡，分別設置於該間隙的一第一側與一第二側；一第一感光元件，重疊於該些第一微透鏡中的一者與該些第二微透鏡中的一者；一第二感光元件，重疊於該些第二微透鏡中的另一者；以及一準直結構，位於該第一基板與該些第一微透鏡之間。
如請求項1所述的感光裝置，其中該第二感光元件不重疊於該些第一微透鏡。
如請求項2所述的感光裝置，更包括：一第三感光元件，重疊於該些第一微透鏡中的另一者，且不重疊於該些第二微透鏡。
如請求項3所述的感光裝置，更包括：一第一濾光元件，重疊於該第一感光元件，且被配置成使具有第一波長的光線通過；以及一第二濾光元件，重疊於該第二感光元件，且被配置成使具有第二波長的光線通過；以及一第三濾光元件，重疊於該第三感光元件，且被配置成使具有第三波長的光線通過，其中該第一波長大於該第三波長，且該第三波長大於該第二波長。
如請求項1所述的感光裝置，其中該些第二微透鏡的曲率半徑大於該些第一微透鏡的曲率半徑。
如請求項5所述的感光裝置，其中該些第一微透鏡的材料與該些第二微透鏡的材料相同。
如請求項1所述的感光裝置，其中在相同波長的光線下，該些第一微透鏡的折射率大於該些第二微透鏡的折射率。
如請求項7所述的感光裝置，其中該些第一微透鏡的曲率半徑等於該些第二微透鏡的曲率半徑。
如請求項1所述的感光裝置，其中該些第一微透鏡與該些第二微透鏡之間的垂直間距d小於1微米。
如請求項1所述的感光裝置，其中該些第一微透鏡相較於該些第二微透鏡更靠近該第一感光元件，該些第一微透鏡與該些第二微透鏡之間的垂直間距d等於該些第一微透鏡的焦距f1加上該些第二微透鏡的焦距f2，且該焦距f2大於該焦距f1。
如請求項1所述的感光裝置，其中該第二感光元件重疊於該些第一微透鏡中的另一者。
一種感光裝置，包括：一第一基板；一第二基板，與該第一基板對向設置，且該第一基板與該第二基板之間具有間隙；多個第一微透鏡與多個第二微透鏡，分別設置於該間隙的一第一側與一第二側，其中該些第一微透鏡的材料不同於該些第二微透鏡的材料及/或該些第一微透鏡的曲率半徑不同於該些第二微透鏡的曲率半徑；一第一感光元件，重疊於該些第一微透鏡中的一者；以及一第二感光元件，重疊於該些第二微透鏡中的一者，且不重疊於該些第一微透鏡。
如請求項12所述的感光裝置，其中該第一感光元件與該第二感光元件位於該第一基板上，該間隙的該第一側為該間隙靠近該第一基板的一側，且該間隙的該第二側為該間隙靠近該第二基板的一側。
如請求項12所述的感光裝置，其中該第一感光元件與該第二感光元件位於該第一基板上，該間隙的該第一側為該間隙靠近該第二基板的一側，且該間隙的該第二側為該間隙靠近該第一基板的一側。
如請求項12所述的感光裝置，其中該第一感光元件重疊於該些第一微透鏡中的該一者以及該些第二微透鏡中的另一者，該些第一微透鏡相較於該些第二微透鏡更靠近該第一感光元件，該些第一微透鏡與該些第二微透鏡之間的垂直間距d等於該些第一微透鏡的焦距f1加上該些第二微透鏡的焦距f2，且該焦距f2大於該焦距f1。