TWI739610B - 光學指紋感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光學指紋感測器。該光學指紋感測器包括：基板，具有複數個光電轉換單元；第一遮光層，設置於該基板上，該第一遮光層具有複數個第一開孔；以及第二遮光層，設置於該第一遮光層上，該第二遮光層具有複數個第二開孔群組，其中每一該第一開孔對應每一該第二開孔群組。

Description

光學指紋感測器
本發明係有關於一種光學指紋感測器，特別是有關於一種可提升靈敏度及視野(field of view，FOV)的光學指紋感測器。
在傳統光學指紋感測器中，斜向光(例如大角度的入射光)會被遮光層阻擋，無法到達光二極體，使得感測器無法收集足夠光線，導致靈敏度低及影像對比不佳。
為了提高靈敏度，將微透鏡陣列配置在遮光層中的開孔上方(即，一個微透鏡對應一個光二極體)，以收集更多不同角度的光。然而，所形成的視野(field of view，FOV)仍不足以收集足夠的光。
因此，開發一種具有寬視野(FOV)的光學指紋感測器是眾所期待的。
根據本發明的一實施例，提供一種光學指紋感測器。該光學指紋感測器包括：一基板，具有複數個光電轉換單元；一第一遮光層，設置於該基板上，該第一遮光層具有複數個第一開孔；以及一第二遮光層，設置於該第一遮光層上，該第二遮光層具有複數個第二開孔群組，其中每一該第一開孔對應每一該第二開孔群組。
在部分實施例中，每一該第二開孔群組包括一中心開孔與複數個外圍開孔，該等外圍開孔包圍該中心開孔。該等外圍開孔包括一第一外圍開孔與一第二外圍開孔。該第一外圍開孔的一中心點、該中心開孔的一中心點、以及該第二外圍開孔的一中心點排列成一直線。該第一外圍開孔的該中心點與該第二外圍開孔的該中心點之間的一距離、該第一外圍開孔的一半徑、以及該第二外圍開孔的一半徑的總合定義為一第二寬度。在部分實施例中，每一該第一開孔具有一第一寬度，且該第二寬度大於該第一寬度。
在部分實施例中，該光學指紋感測器更包括一第三遮光層，設置於該第一遮光層與該第二遮光層之間。該第三遮光層具有複數個第三開孔，分別對應該等第一開孔，且每一該第三開孔具有一第三寬度。在部分實施例中，該第二寬度大於該第三寬度，且該第三寬度大於或等於該第一寬度。
在部分實施例中，該光學指紋感測器更包括複數個微透鏡群組，設置於該第二遮光層上。每一該微透鏡群組包括一中心微透鏡與複數個外圍微透鏡，該等外圍微透鏡包圍該中心微透鏡。每一該微透鏡群組中的該中心微透鏡位於每一該第二開孔群組中的該中心開孔上，且每一該微透鏡群組中的該等外圍微透鏡分別位於每一該第二開孔群組中的該等外圍開孔上。在部分實施例中，於每一該微透鏡群組中的每一該外圍微透鏡的一中心點彼此連接形成一多邊形。在部分實施例中，該多邊形包括一四邊形、一六邊形、或一八邊形。在部分實施例中，分別於相鄰該等微透鏡群組中的兩中心微透鏡之間具有一間距。在部分實施例中，該間距介於40微米至100微米之間。在部分實施例中，當每一該微透鏡群組具有四個外圍微透鏡時，該等四個外圍微透鏡的中心點彼此連接形成該四邊形。在部分實施例中，當每一該微透鏡群組具有六個外圍微透鏡時，該等六個外圍微透鏡的中心點彼此連接形成該六邊形。在部分實施例中，當每一該微透鏡群組具有八個外圍微透鏡時，該等八個外圍微透鏡的中心點彼此連接形成該八邊形。在部分實施例中，於每一該微透鏡群組中的該中心微透鏡的一中心點與每一該外圍微透鏡的一中心點之間的距離相同。在部分實施例中，該等中心微透鏡與該等外圍微透鏡的直徑介於5微米至30微米之間。在部分實施例中，該等外圍微透鏡的該等直徑相同。在部分實施例中，於每一該微透鏡群組中，該中心微透鏡的該直徑與該等外圍微透鏡的該直徑相同。在部分實施例中，於每一該微透鏡群組中，該中心微透鏡的該直徑大於或小於該等外圍微透鏡的該直徑。
在部分實施例中，該光學指紋感測器更包括一透明層，設置於該第一遮光層與該第二遮光層之間，並填入該等第一開孔。
在部分實施例中，該光學指紋感測器更包括一第一透明層與一第二透明層。該第一透明層設置於該第一遮光層與該第三遮光層之間，並填入該等第一開孔。該第二透明層設置於該第三遮光層與該第二遮光層之間，並填入該等第三開孔。
在本發明中，藉由增加對應單一光電轉換單元(例如單一光二極體)的微透鏡數目(例如，五至九個微透鏡)，以提升靈敏度及視野(FOV)。一個微透鏡群組包括一個中心微透鏡與複數個包圍中心微透鏡的外圍微透鏡(例如，四個、六個、或八個外圍微透鏡)。外圍微透鏡以多邊形配置，也就是，每一外圍微透鏡的中心點彼此連接形成對稱多邊形(例如，正四邊形、正六邊形、或正八邊形)。此種微透鏡群組的排列方式可使不同方向的光同時被三個微透鏡所接收，從而保持足夠寬的視野(FOV)。微透鏡(包括中心與外圍微透鏡)的最佳直徑介於大約5微米至大約30微米之間。此外，在每一微透鏡群組中，中心微透鏡與每一外圍微透鏡之間的距離維持相同，以使同一群組中的每個微透鏡接收的光量保持一致，有效提升影像均勻性。再者，分別在相鄰微透鏡群組中的兩中心微透鏡之間的最佳間距介於大約40微米至大約100微米之間。綜上，使得影像解析度可維持在大約254dpi至大約635dpi的適當範圍內。在晶片上，每一微透鏡群組之間的排列態樣與尺寸均相同，以維持適當的間距大小，避免串音干擾及影像的不均勻性。
請參閱第1、2圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學指紋感測器10。第1圖為光學指紋感測器10的剖面示意圖。第2圖為光學指紋感測器10的微透鏡群組其排列態樣與尺寸的上視圖。
在第1圖中，光學指紋感測器10包括基板12、第一光電轉換單元14、第二光電轉換單元16、第一遮光層18、複數個第一開孔20、透明層22、第二遮光層24、第二開孔的第一群組26、第二開孔的第二群組28、第一微透鏡群組30、以及第二微透鏡群組32。第一光電轉換單元14與第二光電轉換單元16設置於基板12中。第一遮光層18設置於基板12上。第一開孔20形成於第一遮光層18中，並分別對準第一光電轉換單元14與第二光電轉換單元16。每一第一開孔20的寬度定義為第一寬度W1。透明層22設置於第一遮光層18與第二遮光層24之間，並填入第一開孔20。第二遮光層24設置於透明層22上。第二開孔的第一群組26與第二開孔的第二群組28形成於第二遮光層24中，並分別對準不同的第一開孔20。第二開孔的第一群組26包括中心開孔26a與複數個外圍開孔26b，例如，六個外圍開孔，外圍開孔26b包圍中心開孔26a。在第1圖中，位於中心開孔26a左側的外圍開孔26b定義為第一外圍開孔。位於中心開孔26a右側的外圍開孔26b定義為第二外圍開孔。第一外圍開孔26b的中心點26bPc1、中心開孔26a的中心點26aPc、以及第二外圍開孔26b的中心點26bPc2排列成一直線。第一外圍開孔26b的中心點26bPc1與第二外圍開孔26b的中心點26bPc2之間的距離d、第一外圍開孔26b的半徑r1、以及第二外圍開孔26b的半徑r2的總合定義為第二寬度W2。同樣地，第二開孔的第二群組28包括中心開孔28a與複數個外圍開孔28b，例如，六個外圍開孔，外圍開孔28b包圍中心開孔28a。位於中心開孔28a左側的外圍開孔28b定義為第一外圍開孔。位於中心開孔28a右側的外圍開孔28b定義為第二外圍開孔。第一外圍開孔28b的中心點28bPc1、中心開孔28a的中心點28aPc、以及第二外圍開孔28b的中心點28bPc2排列成一直線。第一外圍開孔28b的中心點28bPc1與第二外圍開孔28b的中心點28bPc2之間的距離d、第一外圍開孔28b的半徑r1、以及第二外圍開孔28b的半徑r2的總合定義為第二寬度W2。值得注意的是，第一微透鏡群組30設置於第二開孔的第一群組26上，並對準第一光電轉換單元14。第二微透鏡群組32設置於第二開孔的第二群組28上，並對準第二光電轉換單元16。
在部分實施例中，基板12包括，例如，矽或其他適合的半導體材料。在部分實施例中，第一光電轉換單元14與第二光電轉換單元16包括可將光轉換為電訊號的適合元件，例如，各式的光二極體(PDs)。在部分實施例中，第一遮光層18與第二遮光層24包括，例如，適合的不透明有機材料或無機材料。在部分實施例中，設置於第一遮光層18與第二遮光層24之間的透明層22包括，例如，具有低消光係數(extinction coefficient)適合的透明有機材料或無機材料。在部分實施例中，第二開孔的第一群組26的第二寬度W2大於與第二開孔的第一群組26對準的第一開孔20的第一寬度W1。第二開孔的第二群組28的第二寬度W2大於與第二開孔的第二群組28對準的第一開孔20的第一寬度W1。
請參閱第2圖，更清楚地揭示第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的排列態樣與尺寸。第2圖為第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32其排列態樣與尺寸的上視圖。第1圖中第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的剖面輪廓態樣是沿第2圖的剖面線A-A’所得到。在第2圖中，第一微透鏡群組30包括一個中心微透鏡30a與六個包圍中心微透鏡30a的外圍微透鏡30b。第二微透鏡群組32包括一個中心微透鏡32a與六個包圍中心微透鏡32a的外圍微透鏡32b。第一微透鏡群組30中的中心微透鏡30a位於第二開孔的第一群組26中的中心開孔26a上。第一微透鏡群組30中的外圍微透鏡30b分別位於第二開孔的第一群組26中的外圍開孔26b上。第二微透鏡群組32中的中心微透鏡32a位於第二開孔的第二群組28中的中心開孔28a上。第二微透鏡群組32中的外圍微透鏡32b分別位於第二開孔的第二群組28中的外圍開孔28b上，如第1圖所示。在第2圖中，在第一微透鏡群組30中，每一外圍微透鏡30b的中心點Pc彼此連接形成六邊形34。同樣地，在第二微透鏡群組32中，每一外圍微透鏡32b的中心點Pc彼此連接亦形成六邊形34。第一微透鏡群組30的中心微透鏡30a與第二微透鏡群組32的中心微透鏡32a之間具有間距D。在部分實施例中，間距D介於大約40微米至大約100微米之間。
在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離定義為Dcp1。在第一微透鏡群組30中，所有的中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離Dcp1均相同。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離定義為Dcp2。在第二微透鏡群組32中，所有的中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離Dcp2均相同。距離Dcp1與距離Dcp2相同。在部分實施例中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)與外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)介於大約5微米至大約30微米之間。在第2圖中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)均相同。外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)均相同。在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的直徑Dc1與外圍微透鏡30b的直徑Dp1相同。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的直徑Dc2與外圍微透鏡32b的直徑Dp2相同。
請參閱第3圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學指紋感測器10。第3圖為光學指紋感測器10的剖面示意圖。
在第3圖中，光學指紋感測器10包括基板12、第一光電轉換單元14、第二光電轉換單元16、第一遮光層18、複數個第一開孔20、第一透明層22a、第二遮光層24、複數個第二開孔(26、28)、第二透明層22b、第三遮光層25、第三開孔的第一群組27、第三開孔的第二群組29、第一微透鏡群組30、以及第二微透鏡群組32。第一光電轉換單元14與第二光電轉換單元16設置於基板12中。第一遮光層18設置於基板12上。第一開孔20形成於第一遮光層18中，並分別對準第一光電轉換單元14與第二光電轉換單元16。每一第一開孔20的寬度定義為第一寬度W1。第一透明層22a設置於第一遮光層18與第二遮光層24之間，並填入第一開孔20。第二遮光層24設置於第一透明層22a上。第二開孔(26、28)形成於第二遮光層24中，並分別對準不同的第一開孔20。每一第二開孔(26、28)的寬度定義為第二寬度W2。第二透明層22b設置於第二遮光層24與第三遮光層25之間，並填入第二開孔(26、28)。第三遮光層25設置於第二透明層22b上。第三開孔的第一群組27與第三開孔的第二群組29形成於第三遮光層25中，並分別對準第二開孔(26、28)。第三開孔的第一群組27包括中心開孔27a與複數個外圍開孔27b，例如，六個外圍開孔，外圍開孔27b包圍中心開孔27a。在第3圖中，位於中心開孔27a左側的外圍開孔27b定義為第一外圍開孔。位於中心開孔27a右側的外圍開孔27b定義為第二外圍開孔。第一外圍開孔27b的中心點27bPc1、中心開孔27a的中心點27aPc、以及第二外圍開孔27b的中心點27bPc2排列成一直線。第一外圍開孔27b的中心點27bPc1與第二外圍開孔27b的中心點27bPc2之間的距離d、第一外圍開孔27b的半徑r1、以及第二外圍開孔27b的半徑r2的總合定義為第三寬度W3。同樣地，第三開孔的第二群組29包括中心開孔29a與複數個外圍開孔29b，例如，六個外圍開孔，外圍開孔29b包圍中心開孔29a。位於中心開孔29a左側的外圍開孔29b定義為第一外圍開孔。位於中心開孔29a右側的外圍開孔29b定義為第二外圍開孔。第一外圍開孔29b的中心點29bPc1、中心開孔29a的中心點29aPc、以及第二外圍開孔29b的中心點29bPc2排列成一直線。第一外圍開孔29b的中心點29bPc1與第二外圍開孔29b的中心點29bPc2之間的距離d、第一外圍開孔29b的半徑r1、以及第二外圍開孔29b的半徑r2的總合定義為第三寬度W3。值得注意的是，第一微透鏡群組30設置於第三開孔的第一群組27上，並對準第一光電轉換單元14。第二微透鏡群組32設置於第三開孔的第二群組29上，並對準第二光電轉換單元16。
在部分實施例中，基板12包括，例如，矽或其他適合的半導體材料。在部分實施例中，第一光電轉換單元14與第二光電轉換單元16包括可將光轉換為電訊號的適合元件，例如，各式的光二極體(PDs)。在部分實施例中，第一遮光層18、第二遮光層24、以及第三遮光層25包括，例如，適合的不透明有機材料或無機材料。在部分實施例中，設置於第一遮光層18與第二遮光層24之間的第一透明層22a以及設置於第二遮光層24與第三遮光層25之間的第二透明層22b包括，例如，具有低消光係數(extinction coefficient)適合的透明有機材料或無機材料。在部分實施例中，第三開孔的第一群組27的第三寬度W3大於與第三開孔的第一群組27對準的第二開孔26的第二寬度W2。第二開孔26的第二寬度W2大於或等於與第二開孔26對準的第一開孔20的第一寬度W1。同樣地，第三開孔的第二群組29的第三寬度W3大於與第三開孔的第二群組29對準的第二開孔28的第二寬度W2，以及第二開孔28的第二寬度W2大於或等於與第二開孔28對準的第一開孔20的第一寬度W1。
第3圖中光學指紋感測器10的第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的排列態樣與尺寸與第2圖所示類似。
請參閱第4圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學指紋感測器10。第4圖為光學指紋感測器10的剖面示意圖。
第4圖中光學指紋感測器10的結構與第3圖所示光學指紋感測器10的結構類似，兩者的差異在於第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的尺寸變化。
請參閱第5圖，更清楚地揭示第4圖中光學指紋感測器10的第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的排列態樣與尺寸。第5圖為第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32其排列態樣與尺寸的上視圖。第4圖中第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的剖面輪廓態樣是沿第5圖的剖面線B-B’所得到。在第5圖中，第一微透鏡群組30包括一個中心微透鏡30a與六個包圍中心微透鏡30a的外圍微透鏡30b。第二微透鏡群組32包括一個中心微透鏡32a與六個包圍中心微透鏡32a的外圍微透鏡32b。第一微透鏡群組30中的中心微透鏡30a位於第三開孔的第一群組27中的中心開孔27a上。第一微透鏡群組30中的外圍微透鏡30b分別位於第三開孔的第一群組27中的外圍開孔27b上。第二微透鏡群組32中的中心微透鏡32a位於第三開孔的第二群組29中的中心開孔29a上。第二微透鏡群組32中的外圍微透鏡32b分別位於第三開孔的第二群組29中的外圍開孔29b上，如第4圖所示。在第5圖中，在第一微透鏡群組30中，每一外圍微透鏡30b的中心點Pc彼此連接形成六邊形34。同樣地，在第二微透鏡群組32中，每一外圍微透鏡32b的中心點Pc彼此連接亦形成六邊形34。第一微透鏡群組30的中心微透鏡30a與第二微透鏡群組32的中心微透鏡32a之間具有間距D。在部分實施例中，間距D介於大約40微米至大約100微米之間。
在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離定義為Dcp1。在第一微透鏡群組30中，所有的中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離Dcp1均相同。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離定義為Dcp2。在第二微透鏡群組32中，所有的中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離Dcp2均相同。距離Dcp1與距離Dcp2相同。在部分實施例中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)與外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)介於大約5微米至大約30微米之間。在第5圖中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)均相同。外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)均相同。值得注意的是，在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的直徑Dc1小於外圍微透鏡30b的直徑Dp1。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的直徑Dc2小於外圍微透鏡32b的直徑Dp2。
請參閱第6圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學指紋感測器10。第6圖為光學指紋感測器10的剖面示意圖。
第6圖中光學指紋感測器10的結構與第3圖所示光學指紋感測器10的結構類似，兩者的差異在於第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的排列態樣與尺寸的變化。
請參閱第7圖，更清楚地揭示第6圖中光學指紋感測器10的第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的排列態樣與尺寸。第7圖為第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32其排列態樣與尺寸的上視圖。第6圖中第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的剖面輪廓態樣是沿第7圖的剖面線C-C’所得到。在第7圖中，第一微透鏡群組30包括一個中心微透鏡30a與八個包圍中心微透鏡30a的外圍微透鏡30b。第二微透鏡群組32包括一個中心微透鏡32a與八個包圍中心微透鏡32a的外圍微透鏡32b。第一微透鏡群組30中的中心微透鏡30a位於第三開孔的第一群組27中的中心開孔27a上。第一微透鏡群組30中的外圍微透鏡30b分別位於第三開孔的第一群組27中的外圍開孔27b上。第二微透鏡群組32中的中心微透鏡32a位於第三開孔的第二群組29中的中心開孔29a上。第二微透鏡群組32中的外圍微透鏡32b分別位於第三開孔的第二群組29中的外圍開孔29b上，如第6圖所示。在第7圖中，在第一微透鏡群組30中，每一外圍微透鏡30b的中心點Pc彼此連接形成八邊形36。同樣地，在第二微透鏡群組32中，每一外圍微透鏡32b的中心點Pc彼此連接亦形成八邊形36。第一微透鏡群組30的中心微透鏡30a與第二微透鏡群組32的中心微透鏡32a之間具有間距D。在部分實施例中，間距D介於大約40微米至大約100微米之間。
在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離定義為Dcp1。在第一微透鏡群組30中，所有的中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離Dcp1均相同。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離定義為Dcp2。在第二微透鏡群組32中，所有的中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離Dcp2均相同。距離Dcp1與距離Dcp2相同。在部分實施例中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)與外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)介於大約5微米至大約30微米之間。在第7圖中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)均相同。外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)均相同。值得注意的是，在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的直徑Dc1大於外圍微透鏡30b的直徑Dp1。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的直徑Dc2大於外圍微透鏡32b的直徑Dp2。
請參閱第8圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學指紋感測器10。第8圖為光學指紋感測器10的剖面示意圖。
第8圖中光學指紋感測器10的結構與第3圖所示光學指紋感測器10的結構類似，兩者的差異在於第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的排列態樣變化。
請參閱第9圖，更清楚地揭示第8圖中光學指紋感測器10的第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的排列態樣與尺寸。第9圖為第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32其排列態樣與尺寸的上視圖。第8圖中第一微透鏡群組30與第二微透鏡群組32的剖面輪廓態樣是沿第9圖的剖面線D-D’所得到。在第9圖中，第一微透鏡群組30包括一個中心微透鏡30a與四個包圍中心微透鏡30a的外圍微透鏡30b。第二微透鏡群組32包括一個中心微透鏡32a與四個包圍中心微透鏡32a的外圍微透鏡32b。第一微透鏡群組30中的中心微透鏡30a位於第三開孔的第一群組27中的中心開孔27a上。第一微透鏡群組30中的外圍微透鏡30b分別位於第三開孔的第一群組27中的外圍開孔27b上。第二微透鏡群組32中的中心微透鏡32a位於第三開孔的第二群組29中的中心開孔29a上。第二微透鏡群組32中的外圍微透鏡32b分別位於第三開孔的第二群組29中的外圍開孔29b上，如第8圖所示。在第9圖中，在第一微透鏡群組30中，每一外圍微透鏡30b的中心點Pc彼此連接形成四邊形38。同樣地，在第二微透鏡群組32中，每一外圍微透鏡32b的中心點Pc彼此連接亦形成四邊形38。第一微透鏡群組30的中心微透鏡30a與第二微透鏡群組32的中心微透鏡32a之間具有間距D。在部分實施例中，間距D介於大約40微米至大約100微米之間。
在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離定義為Dcp1。在第一微透鏡群組30中，所有的中心微透鏡30a的中心點與每一外圍微透鏡30b的中心點之間的距離Dcp1均相同。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離定義為Dcp2。在第二微透鏡群組32中，所有的中心微透鏡32a的中心點與每一外圍微透鏡32b的中心點之間的距離Dcp2均相同。距離Dcp1與距離Dcp2相同。在部分實施例中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)與外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)介於大約5微米至大約30微米之間。在第9圖中，中心微透鏡(30a、32a)的直徑(Dc1、Dc2)均相同。外圍微透鏡(30b、32b)的直徑(Dp1、Dp2)均相同。值得注意的是，在第一微透鏡群組30中，中心微透鏡30a的直徑Dc1與外圍微透鏡30b的直徑Dp1相同。同樣地，在第二微透鏡群組32中，中心微透鏡32a的直徑Dc2與外圍微透鏡32b的直徑Dp2相同。
在本發明中，藉由增加對應單一光電轉換單元(例如單一光二極體)的微透鏡數目(例如，五至九個微透鏡)，以提升靈敏度及視野(FOV)。一個微透鏡群組包括一個中心微透鏡與複數個包圍中心微透鏡的外圍微透鏡(例如，四個、六個、或八個外圍微透鏡)。外圍微透鏡以多邊形配置，也就是，每一外圍微透鏡的中心點彼此連接形成對稱多邊形(例如，正四邊形、正六邊形、或正八邊形)。此種微透鏡群組的排列方式可使不同方向的光同時被三個微透鏡所接收，從而保持足夠寬的視野(FOV)。微透鏡(包括中心與外圍微透鏡)的最佳直徑介於大約5微米至大約30微米之間。此外，在每一微透鏡群組中，中心微透鏡與每一外圍微透鏡之間的距離維持相同，以使同一群組中的每個微透鏡接收的光量保持一致，有效提升影像均勻性。再者，分別在相鄰微透鏡群組中的兩中心微透鏡之間的最佳間距介於大約40微米至大約100微米之間。綜上，使得影像解析度可維持在大約254dpi至大約635dpi的適當範圍內。在晶片上，每一微透鏡群組之間的排列態樣與尺寸均相同，以維持適當的間距大小，避免串音干擾及影像的不均勻性。
上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明精神與範疇，並可在未脫離本發明之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。
10:光學指紋感測器 12:基板 14:第一光電轉換單元 16:第二光電轉換單元 18:第一遮光層 20:第一開孔 22:透明層 22a:第一透明層 22b:第二透明層 24:第二遮光層 25:第三遮光層 26:第二開孔的第一群組/第二開孔 26a:第二開孔的第一群組的中心開孔 26aPc,27aPc,28aPc,29aPc:中心開孔的中心點 26b:第二開孔的第一群組的外圍開孔(第一外圍開孔/第二外圍開孔) 26bPc1,27bPc1,28bPc1,29bPc1:第一外圍開孔的中心點 26bPc2,27bPc2,28bPc2,29bPc2:第二外圍開孔的中心點 27:第三開孔的第一群組 27a:第三開孔的第一群組的中心開孔 27b:第三開孔的第一群組的外圍開孔(第一外圍開孔/第二外圍開孔) 28:第二開孔的第二群組/第二開孔 28a:第二開孔的第二群組的中心開孔 28b:第二開孔的第二群組的外圍開孔(第一外圍開孔/第二外圍開孔) 29:第三開孔的第二群組 29a:第三開孔的第二群組的中心開孔 29b:第三開孔的第二群組的外圍開孔(第一外圍開孔/第二外圍開孔) 30:第一微透鏡群組 30a:第一微透鏡群組的中心微透鏡 30b:第一微透鏡群組的外圍微透鏡 32:第二微透鏡群組 32a:第二微透鏡群組的中心微透鏡 32b:第二微透鏡群組的外圍微透鏡 34:六邊形 36:八邊形 38:四邊形 d:第一外圍開孔的中心點與第二外圍開孔的中心點之間的距離 D:第一微透鏡群組的中心微透鏡與第二微透鏡群組的中心微透鏡的間距 Dc1,Dc2:中心微透鏡的直徑 Dcp1,Dcp2:中心微透鏡的中心點與每一外圍微透鏡的中心點之間的距離 Dp1,Dp2:外圍微透鏡的直徑 Pc:外圍微透鏡的中心點 r1:第一外圍開孔的半徑 r2:第二外圍開孔的半徑 W1:第一寬度(第一開孔的寬度) W2:第二寬度(第二開孔的第一群組的寬度/第二開孔的第二群組的寬度/第二開孔的寬度) W3:第三寬度(第三開孔的第一群組的寬度/第三開孔的第二群組的寬度)
第1圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的剖面示意圖； 第2圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的微透鏡群組其排列態樣與尺寸的上視圖； 第3圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的剖面示意圖； 第4圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的剖面示意圖； 第5圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的微透鏡群組其排列態樣與尺寸的上視圖； 第6圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的剖面示意圖； 第7圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的微透鏡群組其排列態樣與尺寸的上視圖； 第8圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的剖面示意圖；以及 第9圖係根據本發明的一實施例，一種光學指紋感測器的微透鏡群組其排列態樣與尺寸的上視圖。
10:光學指紋感測器
12:基板
14:第一光電轉換單元
16:第二光電轉換單元
18:第一遮光層
20:第一開孔
22a:第一透明層
22b:第二透明層
24:第二遮光層
25:第三遮光層
26,28:第二開孔
27:第三開孔的第一群組
27a:第三開孔的第一群組的中心開孔
27aPc,29aPc:中心開孔的中心點
27b:第三開孔的第一群組的外圍開孔(第一外圍開孔/第二外圍開孔)
27bPc1,29bPc1:第一外圍開孔的中心點
27bPc2,29bPc2:第二外圍開孔的中心點
29:第三開孔的第二群組
29a:第三開孔的第二群組的中心開孔
29b:第三開孔的第二群組的外圍開孔(第一外圍開孔/第二外圍開孔)
30:第一微透鏡群組
30a:第一微透鏡群組的中心微透鏡
30b:第一微透鏡群組的外圍微透鏡
32:第二微透鏡群組
32a:第二微透鏡群組的中心微透鏡
32b:第二微透鏡群組的外圍微透鏡
d:第一外圍開孔的中心點與第二外圍開孔的中心點之間的距離
r1:第一外圍開孔的半徑
r2:第二外圍開孔的半徑
W1:第一寬度(第一開孔的寬度)
W2:第二寬度(第二開孔的寬度)
W3:第三寬度(第三開孔的第一群組的寬度/第三開孔的第二群組的寬度)

Claims (11)

  1. 一種光學指紋感測器，包括：一基板，具有複數個光電轉換單元；一第一遮光層，設置於該基板上，該第一遮光層具有複數個第一開孔；一第二遮光層，設置於該第一遮光層上，該第二遮光層具有複數個第二開孔群組，其中每一該第一開孔對應每一該第二開孔群組；以及一第三遮光層，設置於該第一遮光層與該第二遮光層之間，該第三遮光層具有複數個第三開孔，分別對應該等第一開孔，其中每一該第一開孔具有一第一寬度，每一該第三開孔具有一第三寬度，每一該第二開孔群組具有一第二寬度，該第二寬度大於該第一寬度，該第二寬度大於該第三寬度，以及該第三寬度大於或等於該第一寬度。
  2. 如請求項1所述的光學指紋感測器，其中每一該第二開孔群組包括一中心開孔與複數個外圍開孔，該等外圍開孔包圍該中心開孔，該等外圍開孔包括一第一外圍開孔與一第二外圍開孔，其中該第一外圍開孔的一中心點、該中心開孔的一中心點、以及該第二外圍開孔的一中心點排列成一直線。
  3. 如請求項2所述的光學指紋感測器，更包括複數個微透鏡群組，設置於該第二遮光層上，其中每一該微透鏡群組包括一中心微透鏡與複數個外圍微透鏡，該等外圍微透鏡包圍該中心微透鏡，其中每一該微透鏡群組中的該中心微透鏡位於每一該第二開孔群組中的該中心開孔上，以及每一該微透鏡群組中的該等外圍微 透鏡分別位於每一該第二開孔群組中的該等外圍開孔上。
  4. 如請求項3所述的光學指紋感測器，其中分別於相鄰該等微透鏡群組中的兩中心微透鏡之間具有一間距，該間距介於40微米至100微米之間。
  5. 如請求項3所述的光學指紋感測器，其中於每一該微透鏡群組中的每一該外圍微透鏡的一中心點彼此連接形成一多邊形，且當每一該微透鏡群組具有四個外圍微透鏡時，該等四個外圍微透鏡的中心點彼此連接形成一四邊形。
  6. 如請求項3所述的光學指紋感測器，其中於每一該微透鏡群組中的每一該外圍微透鏡的一中心點彼此連接形成一多邊形，且當每一該微透鏡群組具有六個外圍微透鏡時，該等六個外圍微透鏡的中心點彼此連接形成一六邊形。
  7. 如請求項3所述的光學指紋感測器，其中於每一該微透鏡群組中的每一該外圍微透鏡的一中心點彼此連接形成一多邊形，且當每一該微透鏡群組具有八個外圍微透鏡時，該等八個外圍微透鏡的中心點彼此連接形成一八邊形。
  8. 如請求項3所述的光學指紋感測器，其中於每一該微透鏡群組中的該中心微透鏡的一中心點與每一該外圍微透鏡的一中心點之間的距離相同，且該等中心微透鏡與該等外圍微透鏡的直徑介於5微米至30微米之間。
  9. 如請求項8所述的光學指紋感測器，其中於每一該微透鏡群組中，當該等外圍微透鏡的該等直徑相同時，該中心微透鏡的該直徑與該等外圍微透鏡的該直徑相同，或該中心微透鏡的該直徑大於或小於該等外圍微透鏡的該直徑。
  10. 如請求項1所述的光學指紋感測器，更包括一透明層，設置於該第一遮光層與該第二遮光層之間，並填入該等第一開孔。
  11. 如請求項1所述的光學指紋感測器，更包括一第一透明層與一第二透明層，其中該第一透明層設置於該第一遮光層與該第三遮光層之間，並填入該等第一開孔，以及該第二透明層設置於該第三遮光層與該第二遮光層之間，並填入該等第三開孔。
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