TWI765170B

TWI765170B - 光學感測器、光學感測系統及其製造方法

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Publication number: TWI765170B
Application number: TW108129675A
Authority: TW
Inventors: 范成至; 黃振昌; 傅同龍; 黃郁湘
Original assignee: 神盾股份有限公司
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2022-05-21
Also published as: TW202010140A

Abstract

一種光學感測器，包含：具有多個感測畫素排列成陣列的基板、位於基板的上方的第一透明介質層、以及排列成陣列並位於第一透明介質層上或上方的多個微透鏡。此些微透鏡分別將從外界進入此些微透鏡的多個平行的正向入射光，通過第一透明介質層而入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入此些微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測一目標物的一圖像。

Description

光學感測器、光學感測系統及其製造方法

本發明有關於一種光學元件，特別是有關於一種具有可控角度准直結構的光學感測器、光學感測系統及其製造方法。

現今的移動電子裝置(例如手機、平板電腦、筆記型電腦等)通常配備有使用者生物識別系統，包括了例如指紋、臉型、虹膜等等不同技術，用於保護個人資料安全，其中例如應用於手機或智慧手錶等攜帶型裝置，也兼具有行動支付的功能，對於使用者生物識別更是變成一種標準的功能，而手機等攜帶型裝置的發展更是朝向全螢幕(或超窄邊框)的趨勢，使得傳統電容式指紋按鍵(例如iphone 5到iphone 8的按鍵)無法再被繼續使用，進而演進出新的微小化光學成像裝置(非常類似傳統的相機模組，具有互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) Image Sensor (簡稱CIS))感測元件及光學鏡頭模組)。將微小化光學成像裝置設置於螢幕下方(可稱為屏下)，通過螢幕部分透光(特別是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)螢幕)，可以擷取按壓於螢幕上方的物體的圖像，特別是指紋圖像，可以稱為螢幕下指紋感測(Fingerprint On Display，FOD)。

這種已知的微小化光學成像裝置設計成模組後，其厚度大於3mm，而且為了配合使用者按壓位置的習慣，所述模組的位置會與部分手機電池的區域重迭，因此就必須要縮小電池的尺寸以讓出空間設置所述微小化光學成像裝置。為此，手機電池就無法有較長的使用時間。又因為未來新的5G手機的耗電量更大，對於電池的使用更是斤斤計較。

因此，如何提供超薄的光學成像裝置，特別是可以不犧牲電池的空間，而且可以設置於電池與螢幕之間的超窄區域(>0.5 mm)，正是本發明的重點。

本發明的實施例提供一種光學感測器，包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於基板的上方；以及多個微透鏡，排列成陣列，並位於第一透明介質層上或上方，其中此些微透鏡分別將從外界進入此些微透鏡的多個平行的正向入射光，通過第一透明介質層而入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入此些微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測一目標物的一圖像。目標物產生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行於此些微透鏡的多個光軸，各斜向入射光與各光軸夾出一個角度。

本發明的實施例更提供一種光學感測器，包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於基板的上方；以及多個偏移微透鏡，排列成陣列，並位於第一透明介質層上或上方。此些偏移微透鏡分別將從外界進入此些偏移微透鏡的多個平行的正向入射光，通過第一透明介質層而入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的外部，並將從外界進入此些偏移微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的內部，藉此感測一目標物的一圖像，目標物產生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行於此些偏移微透鏡的多個光軸，各斜向入射光與各光軸夾出一個角度。

本發明的實施例再提供一種光學感測系統，包括：一底座；一電池，設置於底座上；一框架，設置於電池的上方；一光學感測器，用於感測一目標物的一圖像；一顯示器，用於顯示資訊，其中光學感測器裝設於框架或貼合於顯示器的一下表面，目標物位於顯示器上或上方，光學感測器通過顯示器感測目標物的圖像，電池供電給光學感測器與顯示器。

本發明的實施例又提供一種光學感測器的製造方法，包括以下步驟：提供一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；於基板的上方形成一第一透明介質層；以及於第一透明介質層上或上方形成多個微透鏡，排列成陣列。此些微透鏡分別將從外界進入此些微透鏡的多個平行的正向入射光，通過第一透明介質層而入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入此些微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測一目標物的一圖像，目標物產生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行於此些微透鏡的多個光軸，各斜向入射光與各光軸夾出一個角度。

本發明的實施例又提供一種光學感測器的製造方法，包括以下步驟：提供一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；於基板的上方形成一第一透明介質層；以及於第一透明介質層上或上方形成多個偏移微透鏡，排列成陣列。此些偏移微透鏡分別將從外界進入此些偏移微透鏡的多個平行的正向入射光，通過第一透明介質層而入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的外部，並將從外界進入此些偏移微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於此些感測畫素總數的一部分或全部的內部，藉此感測一目標物的一圖像，目標物產生此些平行的正向入射光以及此些平行的斜向入射光，此些正向入射光平行於此些偏移微透鏡的多個光軸，各斜向入射光與各光軸夾出一個角度。

本發明的一些實施例提供一種光學感測器，包含：基底、第一遮光層、微透鏡層、以及第一透明介質層。此基底包含感測畫素陣列。此第一遮光層位於此感測畫素陣列上方且具有多個第一開孔，其中這些第一開孔露出此感測畫素陣列的多個感測畫素。此微透鏡層位於此第一遮光層上方且包含多個微透鏡。此第一透明介質層位於此感測畫素陣列上方且介於此微透鏡層與此感測畫素陣列之間，其中此第一透明介質層具有第一厚度。此微透鏡層用以引導入射光穿透此第一透明介質層至這些第一開孔下方的這些感測畫素。

本發明的一些實施例提供一種光學感測器，包含：基底、第一透明介質層、以及微透鏡層。此基底包含感測畫素陣列，其中此感測畫素陣列包含多個感測畫素，而每一該感測畫素具有一畫素尺寸。此第一透明介質層位於此感測畫素陣列之上方。此微透鏡層位於此第一透明介質層之上方且包含多個微透鏡，而每一該微透鏡具有一直徑，其中這些微透鏡用以引導入射光穿透此第一透明介質層至這些感測畫素。此畫素尺寸在3微米至10微米的範圍之間,而此直徑在10微米至50微米的範圍。

通過上述實施例，通過對光學感測器的遮光層、微透鏡及感測畫素的設計，可以讓的感測畫素接收來自特定入射角範圍的光線，消除不必要的雜散光，並可有效縮小光學感測器的厚度，可以使光學感測器能輕易地設置於手機等電子設備的電池與顯示器之間，更可利用顯示器的光源實現屏下光學感測。

為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。

以下公開提供了許多的實施例或範例，各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例的說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。此外，本發明實施例可能在不同的範例中重複參考數位及/或字母。如此重複是為了簡明和清楚，而非用以表示所討論的不同實施例之間的關係。

此外，其中可能用到與空間相對用詞，例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，這些空間相對用詞為了便於描述圖示中一個（些）元件或特徵與另一個（些）元件或特徵之間的關係，這些空間相對用詞包括使用中或操作中的裝置的不同方位，以及附圖中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時（旋轉90度或其他方位），則其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。

在此，“約”、“大約”、“大抵”的用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，優選是10%之內，且優選是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。應注意的是，說明書中所提供的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明“約”、“大約”、“大抵”的情況下，仍可隱含“約”、“大約”、“大抵”的含義。

雖然所述的一些實施例中的步驟以特定順序進行，這些步驟亦可以其他合邏輯的順序進行。在不同實施例中，可替換或省略一些所述的步驟，亦可於本發明實施例所述的步驟之前、之中、及/或之後進行一些其他操作。本發明實施例中的光學感測器及光學感測系統可加入其他的特徵。在不同實施例中，可替換或省略一些特徵。

[第一組實施例]

第1圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測系統的剖面示意圖。第2圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的剖面示意圖。如第1圖與第2圖所示，本實施例的一種光學感測系統1-600，譬如是手機或平板電腦的電子設備，包含一底座1-610、一電池1-500、一框架1-400、一光學感測器1-200及一顯示器1-300。

底座1-610為電子設備的機殼的一部分，電池1-500設置於底座1-610上。框架1-400設置於電池1-500的上方，並具有一容置槽1-410(這一容置槽得視設計予以省略)。光學感測器1-200裝設於容置槽1-410的一容置底部1-420上，用於感測一目標物1-F的一圖像。當容置槽被省略時，光學感測器1-200裝設於框架1-400。顯示器1-300設置於光學感測器1-200的上方，用於顯示資訊。目標物1-F位於顯示器1-300上或上方。光學感測器1-200通過顯示器1-300感測目標物1-F的圖像，電池1-500供電給光學感測器1-200與顯示器1-300，以維持電子設備的運作。供光學感測器1-200安裝的框架1-400的容置底部1-420與顯示器1-300之間的一最短距離1-d介於0.1 mm至0.5 mm之間；0.2至0.5mm之間；0.3至0.5mm之間；或0.4至0.5mm之間。

光學感測器1-200包含一基板1-201、一第一透明介質層1-207以及多個微透鏡1-210。基板1-201具有多個感測畫素(Sensor Pixel)203，排列成陣列。第一透明介質層1-207位於基板1-201的上方。此些微透鏡1-210排列成陣列，並位於第一透明介質層1-207上(第1圖)或上方(譬如後述的第9圖)。此些微透鏡1-210分別將從外界進入此些微透鏡1-210的多個平行的正向入射光(或稱直向入射光)1-L1，通過第一透明介質層1-207而入射於此些感測畫素1-203總數的一部分(後述的第16A圖與16B，指的是某些感測畫素1-203)或全部(圖1)的內部(表示對應的感測畫素1-203收得到光)，並將從外界進入此些微透鏡1-210的多個平行的斜向入射光L2入射於此些感測畫素1-203總數的一部分(後述的第16A圖與16B，指的是某些感測畫素1-203)或全部(圖1)的外部(表示對應的感測畫素1-203收不到光)，藉此感測目標物1-F的一圖像。有關感測畫素1-203總數的一部分的意義說明如下。譬如，總數為(M+N)個感測畫素1-203，其中M與N為自然數，而M個感測畫素1-203就是感測畫素1-203總數的一部分。有關感測畫素1-203總數的全部的意義說明如下。譬如，總數為(M+N)個感測畫素1-203，其中(M+N)個感測畫素1-203就是感測畫素1-203總數的全部。目標物1-F可以反射來自環境光、顯示器1-300所提供的光線或兩者的混合而產生此些平行的正向入射光1-L1以及此些平行的斜向入射光1-L2。此些正向入射光1-L1平行於此些微透鏡1-210的多個光軸1-OA。各斜向入射光1-L2與各光軸1-OA夾出一個角度1-ANG。由於第2圖所繪製的正向入射光1-L1是沿著鉛直方向行進，故與光軸1-OA平行。但本實施例並未將正向入射光1-L1限制成與光軸1-OA平行。於一實施例中，可以通過微透鏡1-210被感測畫素1-203接收到的正向入射光1-L1與光軸1-OA的夾角的範圍在-3.5度至3.5度之間；-4度至+4度之間；或-5度至+5度之間，也就是角度1-ANG介於3.5度到90度之間；4度到90度之間；或5度到90度之間。亦即，與光軸1-OA的夾角大於3.5度或5度的斜向入射光1-L2都無法進入到感測畫素1-203中。

以下說明第一實施例的細部結構。光學感測器1-200還包含一介電層組1-202、一第一遮光層1-204、一保護層1-205以及一光學濾波層1-206(保護層1-205也可以被視為是光學濾波層1-206的一部分)。介電層組1-202位於基板1-201上並覆蓋此些感測畫素1-203。第一遮光層1-204位於介電層組1-202上，並具有多個第一光孔(Aperture)1-204A。此些正向入射光1-L1通過此些第一光孔1-204A，此些斜向入射光1-L2不通過此些第一光孔1-204A。保護層1-205位於第一遮光層1-204上，並可填入於第一遮光層1-204中。光學濾波層1-206位於保護層1-205上，並對此些正向入射光1-L1與此些斜向入射光1-L2執行光線波長過濾動作，其中第一透明介質層1-207位於光學濾波層1-206上，且此些微透鏡1-210位於第一透明介質層1-207上。

因此，本發明提供了光學感測器及應用此光學感測器的光學感測系統及其製造方法，特別是一種應用於螢幕下光學式生物識別感測器及應用此光學感測器的光學感測系統。如第1圖所示，本發明實施例所提供的光學感測器1-200具有可控角度准直結構(Angle Controllable Collimator)，此可控角度准直結構包含了露出感測畫素1-203的第一遮光層1-204及去除部分第一遮光層1-204所形成的第一光孔1-204A、形成在第一遮光層1-204及第一光孔1-204A上的光學濾波層1-206及第一透明介質層1-207、以及形成在第一透明介質層1-207上的微透鏡1-210。

此可控角度准直結構是利用微透鏡1-210與第一光孔1-204A(包含感測畫素1-203)間的相對位置設計(例如光軸對準或偏移)，可以控制特定入射光的角度(正向入射或者斜向入射)才能被感測畫素1-203感測，因此可以有效提高光學感測器的品質。本發明所提供的光學感測器的可控角度准直結構的形成方式，相較於傳統製程之下，具有成本及製造流程簡化的優點，最重要的是，使用此光學感測器，其模組設計的高度或厚度更可以低於0.5mm，完全可以在不影響電池的配置下，將所述光學感測器模組，設置於螢幕下與電池之間，完全解決已知技術的問題。值得一提的是，應用本發明的感測器及光學感測器模組，並不受限於如背景技術所述的指紋應用，其更可以應用於包含指靜脈、血流速及血氧檢測。甚者，其可以用來做非接觸的圖像拍攝，例如屏下像機等，拍攝例如人臉或眼睛或者一般的拍照功能，用於作為人臉識別或虹膜識別等等。

當第1圖的光學感測器1-200應用於例如手機系統的光學感測系統1-600時，由於手機系統為已知技術，在此並不會展示所有的細部結構，反而只針對配合本發明的光學感測器1-200必須要整合一起考慮的幾個關鍵元件做描述。光學感測系統1-600包含顯示器1-300以及在顯示器1-300的下方的光學感測器1-200，其中顯示器1-300可為有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器、或者其他未來可能發展的各種顯示幕。在一些實施例中，可利用光學感測系統1-600中的顯示器1-300作為光源，其發出的光線將照射與顯示器1-300的上表面接觸或非接觸的目標物1-F，目標物1-F再將此光線反射至設置在顯示器1-300下的光學感測器1-200以對目標物1-F的輪廓特徵(例如：手指的指紋特徵)進行感測與識別。值得注意的是，光學感測系統1-600中的光學感測器1-200也可搭配其他形態及波長的光源(例如紅外線光源)，故本發明實施例並不以此為限，所述光學感測器也可以是被動式拍照，也就是不需要投射光源到待測目標物(物體) 1-F。另外，值得說明的是，本發明為了說明簡化起見，光學感測器1-200的結構並沒有顯示出所有的細部結構層，例如CMOS製造製程分為前段(Front End Of Line, FEOL)及後段(Back End Of Line, BEOL)，前段包含金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor, MOS)結構，或者後段包含多層的金屬連接層及金屬間介電層(Inter-Metal Dielectric, IMD)，在此大部分省略，僅著重於本發明創新精神之處加以說明，此一部分將在後面製造流程再詳細說明。

在第1圖中，光學感測器1-200被設置成包含於一光學感測器模組1-1300中，光學感測器模組1-1300包含一承載硬版1-1301、一軟性電路板1-1302及將光學感測器1-200與軟性電路板1-1302電連接的焊線(bond wire) 1-1303，焊線1-1303由封膠層1-1306封裝保護住。封膠層1-1306的頂面可與第一透明介質層1-207的頂面齊平，但不限定於此。在一些實施例中，焊線1-1303可由鋁(Aluminum)、銅(Copper)、金(Gold)、其他適當的導電材料、上述的合金、或上述的組合所形成。

光學感測器模組1-1300(包含光學感測器1-200)被設置於一手機內部組裝支撐使用的框架1-400(俗稱中框)上，所述框架1-400通常為一金屬材料所製成。如本發明前言所提，為了將本發明的光學感測器模組1-1300設置於小於0.5mm的狹小距離1-d內(在本發明中定義為光學感測器模組1-1300的底部到顯示器1-300的底部的距離)，當然框架1-400也可以事先製造形成一凹處(如圖所示，當然不限定於此，也可以不需要凹處，亦或者所述中框可以形成一穿孔，所述模組設置於所述穿孔中，此時的光學感測器1-200裝設於框架1-400)，以供光學感測器模組1-1300設置，增加整體厚度設計時的彈性。另外在框架1-400的底下設置電池1-500，用於說明本發明最主要的重點就是，在不需要讓出部分電池的空間下，提出超薄的光學感測器模組1-1300(包含光學感測器1-200)，設置於框架1-400(電池1-500)與顯示器1-300之間，當然設置的方式為了便於生產維修，也可以是採用膠合、螺絲或其他方式的固定。

根據本發明的一些實施例，在第1圖中所示出的光學感測器1-200包含具有排列成陣列的感測畫素(例如光電二極體(Photodiode)) 1-203的基板1-201、介電層組(可包含一個或多個介電層及一個或多個金屬導線層) 1-202、具有多個第一光孔1-204A的第一遮光層1-204、保護層1-205、光學濾波層1-206(用於過濾太陽光中的紅外光，當然不限定於此)、第一透明層1-207以及微透鏡1-210。在一些實施例中，第一光孔1-204A與感測畫素1-203可以是一對一、一對多或多對一的設計；微透鏡1-210與感測畫素1-203也可以是一對一、一對多或多對一的設計。

以下將用第2圖來解釋本發明的光學感測器1-200的操作原理，正向入射光1-L1、斜向入射光1-L2分別以不同的角度入射至光學感測器1-200。如果微透鏡1-210與第一光孔1-204A對準同一光軸，則因為透鏡的聚焦效應，正向入射光1-L1就會被聚焦到感測畫素1-203，而斜向入射光1-L2也因為透鏡效應而被偏離光軸聚焦，因而被第一遮光層1-204阻擋。因此便具有可控角度准直結構的功能。第3圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的特性曲線圖。第3圖清楚的展現利用本發明所量測到的資料，可以輕易的控制半高寬僅有3.5度左右的發散角，證明了本發明的可控角度准直結構的特殊性及優越性。

第4圖顯示依據本發明第二實施例的光學感測系統的剖面示意圖。如第4圖所示，本實施例類似於第一實施例，不同點在於由集成化晶圓製造(晶圓的薄膜製造製程)所形成的光學濾波層1-206是以光學濾波板1-900來取代，其中光學濾波板1-900為一後段模組組裝的獨立光學濾波板，利用一設置於一軟性電路板1-1302上的支撐體(dam structure)或框體1-1305，用於承載光學濾波板1-900，其餘部分皆相同於第1圖的各部件說明，因此在此就不贅述。因此，保護層1-205位於第一遮光層1-204上，此些微透鏡1-210位於第一透明介質層1-207上。光學濾波板1-900位於此些微透鏡1-210的上方，並對此些正向入射光1-L1與此些斜向入射光1-L2執行光線波長過濾動作。譬如，光學濾波板1-900通過光學感測器模組1-1300而設置於微透鏡1-210的上方。

值得注意的是，雖然本發明的光學感測系統1-600的光學感測器模組1-1300是設置於框架1-400的上方或中間，但其他實施例也可以是貼合於顯示器1-300的一下表面1-300B。

第5圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的工作狀態的示意圖。如第5圖所示，因為組成的陣列的微透鏡1-210彼此之間在製造時會有留下空白區域(譬如間隙1-G所指區域)，如圖所示的平坦區。這主要是因為微透鏡1-210為圓形結構，而微透鏡1-210下方的感測畫素1-203的陣列因為光罩佈局，而無法完全匹配微透鏡1-210的幾何尺度。因此如果有光線從微透鏡1-210之間的空白區域入射，例如圖中所示的第二斜向入射光(或稱相鄰間隙雜散光)L3，因而進入第一光孔1-204A中所露出的感測畫素1-203，則會造成雜光干擾，降低圖像品質。

第6圖顯示依據本發明第三實施例的光學感測器的剖面示意圖。如第6圖所示，本實施例類似於第一實施例，不同點在於在相鄰微透鏡1-210之間的空白處設置一透鏡遮光層1-211，而僅露出微透鏡1-210的曲面區域，這樣可以有效解決上述第二斜向入射光1-L3造成的相鄰間隙雜散光干擾問題。

因此，光學感測器1-200可以還包含透鏡遮光層1-211，位於第一透明介質層1-207上，以及此些微透鏡1-210之間的多個間隙1-G中，以遮蔽從外界進入此些間隙1-G中的多個平行的第二斜向入射光1-L3免於進入第一透明介質層1-207及此些感測畫素1-203中。有關第2圖的斜向入射光1-L2的特徵，同樣適用於本實施例，故亦可參見第2圖的相關說明。

第7圖顯示依據本發明第三實施例的光學感測器的特性曲線圖。如第7圖所示為實際的量測結果圖，微透鏡1-210之間的相鄰間隙雜散光可以被有效壓制。譬如，曲線1-CV1是沒有設置透鏡遮光層1-211的結果，而曲線1-CV2是有設置透鏡遮光層1-211的結果。

第8圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的另一工作狀態的示意圖。如第8圖所示，類似於第5圖的相鄰間隙雜散光干擾，當相鄰的微透鏡之間(不限於第一個相鄰的微透鏡)會有串擾(Cross Talk)的問題，即一目標微透鏡1-210M的隔壁的相鄰微透鏡1-210N的第三斜向入射光(或稱相鄰透鏡雜散光) 1-L4會耦合進入目標微透鏡1-210M的正向入射光1-L1，一起入射至從第一光孔1-204A露出的一目標感測畫素1-203M，會造成干擾，降低圖像品質。以下將說明解決上述問題的方法。

第9圖顯示依據本發明第四實施例的光學感測器的剖面示意圖。如第9圖所示，光學感測器1-200還包含一第二遮光層1-208及一第二透明介質層1-209。第二遮光層1-208位於第一透明介質層1-207上，並具有多個第二光孔1-208A，此些光軸1-OA分別通過此些第二光孔1-208A。第二透明介質層1-209位於第二遮光層1-208上。此些微透鏡1-210位於第二透明介質層1-209上。為簡化說明，定義此些微透鏡1-210的其中一個為目標微透鏡1-210M，目標微透鏡1-210M所具有的光軸1-OA定義為一目標光軸1-OAM，目標光軸1-OAM所通過的感測畫素1-203定義為目標感測畫素1-203M，與目標微透鏡1-210M相鄰的此些微透鏡1-210定義為相鄰微透鏡1-210N。於此狀態下，第二遮光層1-208遮蔽從外界進入此些相鄰微透鏡1-210N的多個平行的第三斜向入射光1-L4免於進入第一透明介質層1-207及目標感測畫素1-203M中。有關第2圖的斜向入射光1-L2的特徵，同樣適用於本實施例，故亦可參見第2圖的相關說明。

因此，通過設置第二遮光層1-208及第二光孔1-208A於微透鏡1-210與第一遮光層1-204及第一光孔1-204A之間，則可以有效遮擋來自於相鄰透鏡間的串擾所造成的光線干擾。

第10圖顯示第8圖的光學感測器的特性曲線圖。第11圖顯示第9圖的光學感測器的特性曲線圖。如第10圖所示，沒有設置第二遮光層1-208時，感測畫素接收到正向入射光1-L1(通過目標微透鏡1-210M)與第三斜向入射光1-L4(通過相鄰微透鏡1-210N)，造成圖像重影現象。如第11圖所示，有設置第二遮光層1-208時，感測畫素僅接收到正向入射光1-L1，而沒有接收到第三斜向入射光，不會造成圖像重影現象。因此，第二遮光層1-208可以非常有效的解決串擾問題，增強信號品質，提高圖像清晰度。同時，通過設置第二遮光層1-208，不僅可以有效解決串擾問題，連同第5圖所描述的微透鏡之間的空白區域的雜光干擾，也可以同時被壓抑，是很有效的一石兩鳥的作法。

第12圖顯示依據本發明第四實施例的光學感測器的工作原理的局部剖面示意圖。通過第9圖的結構的優越特性，第12圖可以更細部的闡述如何結合微透鏡1-210、第一光孔1-204A與第二光孔1-208A的幾何設計並且結合第一透明介質層1-207與第二透明介質層1-209的控制，設計出不同解析度的光學感測器，以利應用於不同的系統及應用。當設計任何一種感測陣列元件時，有一個品質因數(Figure Of Merit)就是要儘量提高單一感測元有效的填充因數(Fill Factor)(有效感測區面積/單一畫素面積)。應用此觀念於本發明的光學感測器，就是要提高每一微透鏡1-210的填充因數(包含了對應的感測畫素1-203)，在第6圖中，最佳的填充因數就是相鄰微透鏡1-210之間幾乎沒有留下空白。在第12圖中，A1是第一光孔1-204A的直徑(孔徑)，而A2是第二光孔1-208A的直徑(孔徑)，h為第一遮光層1-204與第二遮光層1-208之間的厚度，而H則是第一遮光層1-204至微透鏡1-210的底面1-210B之間的厚度。通過幾何三角關係(相似三角形)，可以得到一種解析度的設計公式，也就是X(兩微透鏡1-210之間的節距或間距(pitch))表示如下：

，也就是

。

在作為指紋感測使用時，一個較佳實施例可以設計為H約等於43µm，h約等於15µm，A1約等於4.5µm，A2約等於9µm，則根據上述公式，X約等於20µm。因此這公式可以做為設計不同解析度的光學感測器的一種設計準則，當然由於製造的工序不可能完美，因此，此公式不是採用完全的”=”號，而是” ”近似號，其誤差是可以被容許在20µm以內。

因此，在光學感測器1-200中，第一遮光層1-204位於基板1-201的上方，並具有多個第一光孔1-204A；第二遮光層1-208位於第一遮光層1-204的上方，並具有多個第二光孔1-208A。此些微透鏡1-210分別位於此些第二光孔1-208A的上方，且此些光軸1-OA分別通過此些第二光孔1-208A及此些第一光孔1-204A。此些微透鏡1-210的間距(pitch)X由以下公式表示：

X=A1+(H/h)*(A2-A1)±20µm

其中A1表示第一光孔1-204A的孔徑，A2表示第二光孔1-208A的孔徑，H表示微透鏡1-210的底面1-210B與第一遮光層1-204之間的距離，h表示第二遮光層1-208與第一遮光層1-204之間的距離。

第13圖顯示依據本發明第五實施例的光學感測器的剖面示意圖。如第13圖所示，本實施例類似於第一實施例，不同點在於感測畫素1-203'的橫向尺寸(第13圖的水準方向的尺寸)被設計成接收到此些正向入射光1-L1，但不接收到此些斜向入射光1-L2，而光學感測器1-200於第一透明介質層1-207與此些感測畫素1-203'之間不具有任何遮光層來遮蔽此些斜向入射光1-L2。

詳細來說，在光學感測器1-200中，介電層組1-202，位於基板1-201上並覆蓋此些感測畫素1-203'，保護層1-205位於介電層組1-202上，光學濾波層1-206位於保護層1-205上，並對此些正向入射光1-L1與此些斜向入射光1-L2執行光線波長過濾動作。第一透明介質層1-207位於光學濾波層1-206上，此些微透鏡1-210位於第一透明介質層1-207上。因此，本實施例並沒有第2圖的第一遮光層1-204及第一光孔1-204A的設計，而是通過設計感測畫素1-203'的幾何尺寸(約相當於第2圖中第一光孔1-204A的尺寸)，以避開如第2圖中的斜向入射光1-L2所造成的干擾，此舉可以有效簡化製造製程步驟及成本。

第14圖顯示依據本發明第六實施例的光學感測器的局部剖面示意圖。第15圖顯示第14圖的光學感測器的特性曲線圖。第16A圖與第16B圖顯示依據本發明第七實施例的光學感測器的兩個例子的局部剖面示意圖。如第14圖至第16圖所示，為避免混淆起見，僅繪製出遮光層的剖面線，本實施例類似於第一實施例，不同點在於光學感測器1-200還包含：多個偏移微透鏡1-210A，排列成陣列，並位於第一透明介質層1-207上或上方；以及類似於第6圖的透鏡遮光層1-211，位於第一透明介質層1-207上，以及此些偏移微透鏡1-210A之間的間隙1-G中。於第16A圖中，此些偏移微透鏡1-210A排列於此些微透鏡1-210的週邊。此些微透鏡1-210分別將此些平行的正向入射光1-L1入射於此些感測畫素1-203總數的一部分的內部，並將此些平行的斜向入射光1-L2(參見第2圖)入射於此些感測畫素1-203總數的一部分的外部。此些偏移微透鏡1-210A分別將從外界進入此些偏移微透鏡1-210A的多個平行的第二正向入射光1-L1'，通過第一透明介質層1-207而入射於此些感測畫素1-203總數的其餘部分的外部，並將從外界進入此些偏移微透鏡1-210A的多個平行的第四斜向入射光1-L5入射於此些感測畫素1-203總數的其餘部分的內部。目標物1-F產生此些平行的第二正向入射光1-L1'以及此些平行的第四斜向入射光1-L5。此些第二正向入射光1-L1'平行於此些偏移微透鏡1-210A的多個光軸1-OAA。各第四斜向入射光1-L5與各光軸1-OAA夾出一個第二角度1-ANG2(參見第14圖)。如第15圖的角度回應結果所示，本實施例可以控制35度±3.5度左右的第四斜向入射光1-L5進入到感測畫素1-203，也就是本實施例的第二角度1-ANG2介於31.5度與38.5度之間，當然這個第二角度1-ANG2是可以通過設計來選定的，在本發明中，介於3.5或5度到60度之間的任一角度的斜向入射光可以入射於所述感測畫素1-203的內部。故第二角度1-ANG2是可以選擇性改變的。第16B圖類似於第16A圖，不同點在於併入第二遮光層1-208及第二透明介質層1-209，相關特徵可參見第9圖的相關說明，於此不再贅述。

因此，在第14圖中，是將前述幾個實施例僅允許正向入射光1-L1的准直器的設計，更改為全部或者部分畫素僅允許第四斜向入射光1-L5進入其中，或者是允許幾個斜向角度的入射光，亦或者是漸進式的改變入射斜向角度的入射光進入其中。由於可以實施的方式很多種，為了簡化說明，第14圖僅描述允許一特定斜向角度入射的設計。圖中所示，並不需要增加新的材料或結構(相較於第2圖)，而是通過設計將微透鏡1-210的光軸偏移，使其不與相對應的第一光孔1-204A對齊，因而包含正向入射的光線會被第一遮光層1-204阻擋(如第14圖中的第二正向入射光1-L1')。從第14圖顯示的實際量測資料中，可以看出即使在斜向35度左右的入射光，依然可以得到半高寬約3.5度的品質(相較於第3圖的正向入射的數據)。

應用第14圖的發明精神，第16A圖與16B結合了第2圖與第14圖，在感測畫素1-203所排列成的陣列中，由中心至週邊所對應的微透鏡1-210的光軸與光孔的偏移量，從0度偏移到可以對應於預定的斜向角度(例如35度)，其中可以允許幾個斜向角度(幾個光軸的偏移量)，亦或者是漸進式的改變入射斜向角度(連續性光軸偏移)，這樣可以用較小的感測畫素1-203的陣列的面積1-SR，感測到更大的待測物面積1-CR(例如指紋接觸面積)，不僅增加感測的准度(隨面積增大而增大)，也有效降低成本(隨感測器面積降低而降低)。熟悉本項技藝者，當可以通過本發明的幾個實施例的描述，組合出不同的設計，這些都不超出本實施例及發明的範圍。

值得注意的是，依據第14圖所示的結構，本實施例亦提供一種光學感測器1-200，包含一基板1-201、一第一透明介質層1-207以及多個偏移微透鏡1-210A。基板1-201具有多個感測畫素1-203，排列成陣列。第一透明介質層1-207位於基板1-201的上方。此些偏移微透鏡1-210A排列成陣列，並位於第一透明介質層1-207上或上方。此些偏移微透鏡1-210A分別將從外界進入此些偏移微透鏡1-210A的多個平行的正向入射光1-L1'，通過第一透明介質層1-207而入射於此些感測畫素1-203總數的一部分或全部的外部，並將從外界進入此些偏移微透鏡1-210A的多個平行的第四斜向入射光1-L5入射於此些感測畫素1-203總數的一部分或全部的內部，藉此感測一目標物1-F的一圖像，目標物1-F產生此些平行的正向入射光1-L1'以及此些平行的第四斜向入射光1-L5，此些正向入射光1-L1'平行於此些偏移微透鏡1-210A的多個光軸1-OAA，各第四斜向入射光1-L5與各光軸1-OAA夾出第二角度1-ANG2。

於光學感測器1-200中，介電層組1-202位於基板1-201上並覆蓋此些感測畫素1-203；第一遮光層1-204位於介電層組1-202上，並具有多個第一光孔1-204A。此些正向入射光1-L1'不通過此些第一光孔1-204A，此些第四斜向入射光1-L5通過此些第一光孔1-204A。保護層1-205位於第一遮光層1-204上。光學濾波層1-206位於保護層1-205上，並對此些正向入射光1-L1'與此些第四斜向入射光1-L5執行光線波長過濾動作。第一透明介質層1-207位於光學濾波層1-206上，此些偏移微透鏡1-210A位於第一透明介質層1-207上。第14圖的光學感測器1-200亦可應用於第1圖的光學感測系統1-600，本領域具有通常知識者可以輕易推敲其應用於第1圖的光學感測系統1-600的設置方式，故於此不再詳述。

第17A圖至第17E圖顯示依據本發明第八實施例的光學感測器的製造方法的各步驟的結構剖面示意圖。本實施例的結構類似於第2圖的第一實施例，不同點在於更具有透鏡遮光層1-211。首先，如第17A圖所示，提供一基板1-201，具有多個感測畫素1-203，排列成陣列。接著，如第17B圖至第17D圖所示，於基板1-201的上方形成第一透明介質層1-207。詳細而言，如第17B圖所示，於基板1-201上形成介電層組1-202，再於介電層組1-202上形成第一遮光層1-204(也就是於基板1-201與第一透明介質層1-207之間形成第一遮光層1-204)以及第一光孔1-204A。然後，如第17C圖所示，於第一遮光層1-204與第一光孔1-204A上形成保護層1-205，再於保護層1-205上形成光學濾波層1-206。接著，如第17D圖所示，於光學濾波層1-206上形成第一透明介質層1-207。然後，於第一透明介質層1-207上或上方形成多個微透鏡1-210，排列成陣列，至此形成第2圖的光學感測器1-200。

接著，如第17E圖所示，於第一透明介質層1-207上與此些微透鏡1-210之間形成透鏡遮光層1-211。亦即，於此些微透鏡1-210之間的多個間隙1-G中形成透鏡遮光層1-211。

值得注意的是，上述製造方法亦可應用於第14圖的偏移微透鏡1-210A而製造出具有偏移微透鏡1-210A的光學感測器1-200。本領域具有通常知識者可以輕易推敲此光學感測器1-200的製造方法，故於此不再詳述。

第18A圖至第18F圖顯示依據本發明第九實施例的光學感測器的製造方法的各步驟的結構剖面示意圖。本實施例的結構類似於第9圖的第四實施例，不同點在於更具有透鏡遮光層1-211。第19A圖至第19F圖顯示依據本發明第十實施例的光學感測器的製造方法的各步驟的結構剖面示意圖。本實施例的結構類似於第13圖的第五實施例，不同點在於更具有第二遮光層1-208、第二透明介質層1-209與透鏡遮光層1-211。

以下將通過製造方法的各步驟的結構圖對第17A圖到第17F圖、第18A圖到第18F圖以及第19A圖到第19F圖作綜合說明。

在第17A/18A/19A圖中，基板1-201可為半導體基板，例如矽基板。此外，在一些實施例中，上述半導體基板亦可為元素半導體(Elemental Semiconductor)，包含：鍺(Germanium)；化合物半導體(Compound Semiconductor)，包含：氮化鎵(Gallium Nitride)、碳化矽(Silicon Carbide)、砷化鎵(Gallium Arsenide)、磷化鎵(Gallium Phosphide)、磷化銦(Indium Phosphide)、砷化銦(Indium Arsenide)及/或銻化銦(Indium Antimonide)；合金半導體(Alloy Semiconductor)，包含：矽鍺合金(SiGe)、磷砷鎵合金(GaAsP)、砷鋁銦合金(AlInAs)、砷鋁鎵合金(AlGaAs)、砷銦鎵合金(GaInAs)、磷銦鎵合金(GaInP)、及/或磷砷銦鎵合金(GaInAsP)、或上述材料的組合。在其他實施例中，基板1-201也可以是絕緣層上覆半導體(Semiconductor On Insulator)基板，上述絕緣層上覆半導體基板可包含底板、設置於底板上的埋藏氧化層、及設置於埋藏氧化層上的半導體層。此外，基板1-201可為N型或P型導電類型。

在一些實施例中，基板1-201可包含各種隔離部件(未示出)，用於定義主動區，並電性隔離基板1-201之中/之上的主動區元件。在一些實施例中，隔離部件包含淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI)部件、局部矽氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)部件、其他合適的隔離部件、或上述的組合。

在一些實施例中，基板1-201可包含各種以如離子布植及/或擴散製程所形成的P型摻雜區及/或N型摻雜區(未示出)。在一些實施例中，摻雜區可形成電晶體、光電二極體(Photodiode)等元件。此外，基板1-201亦可包含各種主動元件、無源元件以及各種導電部件(例如：導電墊、導線或導孔)。

在基板1-201中形成感測畫素1-203/1-203’的陣列，並且感測畫素1-203/1-203’可與信號處理電路(Signal Processing Circuitry)(未示出)連接。在一些實施例中，感測畫素1-203/1-203’的數量取決於光學感測區的面積1-SR的大小。每個感測畫素1-203/1-203’可包含一或多個光檢測器(Photodector)。在一些實施例中，光檢測器可包含光電二極體，其中光電二極體可包含P型半導體層、本質層(Intrinsic Layer)、以及N型半導體層的三層結構的光電材料(Photoelectric Material)，本質層吸收光以產生出激子(Exciton)，並且激子會在P型半導體層及N型半導體層的接面分成電子與空穴，進而產生電流信號。在一些實施例中，光檢測器可為CMOS圖像感測器，例如前照式(Front-Side Illumination，FSI)CMOS圖像感測器或背照式(Back-Side Illumination，BSI)CMOS圖像感測器。在一些其他實施例中，光檢測器也可包含電荷耦合元件(Charged Coupling Device，CCD)感測器、主動感測器、被動感測器、其他適合的感測器或上述的組合。在一些實施例中，感測畫素1-203/1-203’可通過光檢測器將接收到的光信號轉換成電子信號，並通過信號處理電路處理上述電子信號。

在一些實施例中，感測畫素1-203/1-203’為陣列排列，從而形成感測畫素陣列。然而，在第2圖中所示的剖面圖僅示出感測畫素1-203/1-203’的陣列的其中一列，並位於基板1-201的上表面的下方。值得注意的是，在所有實施例圖中所示出的感測畫素1-203/1-203’的數量與排列方式僅為例示性的，本發明實施例並不以此為限。感測畫素1-203/1-203’可為任意行列數目的陣列或其他的排列方式。

在第17B/18B/19B圖中，介電層組1-202形成於基板1-201與感測畫素1-203/1-203’上方，介電層組1-202主要為積體電路製造製程的後段BEOL金屬連接線及金屬間介電層的組合，由於其為已知技術，在此不贅述，特別注意的是在設計時，在光的入射光路上，不要有任何的金屬以免遮蔽。接著，形成第一遮光層1-204在介電層組1-202上。第一遮光層1-204可包含遮光材料，其對於在1200納米波長範圍以下的光穿透率小於1%以下，但當然不限定於此。

在一些實施例中，第一遮光層1-204可包含金屬材料(在本實施例為積體電路製造製程的最後一道金屬)，例如鎢(W)、鉻(Cr)、鋁(Al)或鈦(Ti)等。在此實施例中，可通過例如化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理氣相沉積製程(Physical Vapor Deposition，PVD)(例如：真空蒸鍍製程(Vacuum Evaporation Process)、濺鍍製程(Sputtering Process)、脈衝鐳射沉積(Pulsed Laser Deposition，PLD))、原子層沉積(Atomic Layer Deposition，ALD)、其他適合的沉積製程、或前述的組合，來毯覆性地形成第一遮光層1-204。在一些實施例中，第一遮光層1-204可包含具有遮光特性的高分子材料，例如環氧樹脂、聚醯亞胺等。在此實施例中，可通過例如旋轉塗布法(Spin-Coating)、化學氣相沉積法(CVD)、其他適當的方法、或上述的組合將第一遮光層1-204形成於介電層組1-202上。通過上述方法所形成的第一遮光層1-204的厚度在約0.3微米(micrometer，µm)至約5微米的範圍，例如可為2微米。在一些實施例中，第一遮光層1-204的選用厚度取決於第一遮光層1-204的材料的遮光能力，例如第一遮光層1-204所包含的遮光材料的遮光能力與其厚度呈負相關。

接著對第一遮光層1-204執行圖案化製程，以形成具有第一孔徑A1的多個第一光孔1-204A。上述的圖案化製程可包含光刻製程與刻蝕製程。光刻製程可包含例如：光刻膠塗布(例如旋轉塗布)、軟烤、曝光圖案、曝光後烘烤、光刻膠顯影、清洗及乾燥(例如硬烤)、其他適當的製程、或上述的組合。刻蝕製程可包含例如：濕式刻蝕製程、幹式刻蝕製程(例如反應離子刻蝕(Reactive Ion Etching，RIE))、等離子體刻蝕、離子研磨)、其他適合的製程、或上述的組合。通過上述方法所形成的第一孔徑A1在約0.3微米至約50微米的範圍，例如可為約4微米至約5微米。

值得注意的是，在第5圖中所示出的第一光孔1-204A與感測畫素1-203是以一對一的方式對應設置，然而，在本發明的其他實施例中的第一光孔1-204A與感測畫素1-203亦可以一對多或多對一的方式對應設置。舉例來說，一個第一光孔1-204A可露出兩個以上的感測畫素1-203(未示出)，或者一個感測畫素1-203可從兩個以上的第一光孔1-204A露出(未示出)。第5圖僅示出例示性的設置方式，本發明並不以此為限。根據本發明的一些實施例，通過控制圖案化第一遮光層1-204的第一孔徑A1，可調整入射光的視場角的範圍。

在第17C/18C/19C圖中，一保護層1-205及一光學濾波層1-206形成於第一遮光層1-204及第一光孔1-204A上方。在本實施例中，保護層1-205為積體電路的保護層，其可以為氧化矽或氮化矽材料或兩者的組合。當然此一保護層1-205可以選擇性不要(參見第20圖與第21圖)，例如在第一遮光層1-204材料為具有遮光特性的高分子材料的狀況下。光學濾波層1-206可為紅外線濾光層(Infrared Cut Filter，ICF)。可見光(Visible Light)對於此紅外線濾光層具有高穿透率(Transmittance)，而紅外光對其則具有高反射率(Reflectivity)，可以減少例如來自太陽光的紅外線的干擾。

在第17D/19D圖中，形成第一透明介質層1-207於光學濾波層1-206上，第一透明介質層1-207可包含光固化材料(UV-Curable Material)、熱固化材料(Thermosetting Material)、或上述的組合。舉例來說，第一透明介質層1-207可包含例如聚甲基丙烯酸甲酯(Poly (Methyl Methacrylate)，PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate，PEN) 聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、全氟環丁基(Perfluorocyclobutyl，PFCB)聚合物、聚亞醯胺(Polyimide，PI)、亞克力樹酯、環氧樹脂(Epoxy resins)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、其他適當的材料、或上述的組合。在一些實施例中，可以旋轉塗布法(Spin-Coating)、幹膜(Dry Film)製程、鑄模(Casting)、棒狀塗布(Bar Coating)、刮刀塗布(Blade Coating)、滾筒塗布(Roller Coating)、線棒塗布(Wire Bar Coating)、浸漬塗布(Dip Coating)、化學氣相沉積法(CVD)、其他適合的方法。在一些實施例中，通過上述方法所形成的第一透明介質層1-207的厚度在約1微米至約100微米的範圍，例如可為10至50微米。根據本發明的一些實施例，通過上述製程方法所形成的第一透明介質層1-207具有高良率及良好的品質。並且，通過控制第一透明介質層1-207的厚度可增加或減少光線經過微透鏡1-210後偏移的距離，進而提升感測畫素1-203的陣列所能接收的入射光角度的精準度。

微透鏡1-210形成於第一透明介質層1-207上方，兩者可以是同質材料或異質材料(在此為同質)，其形成方法通常是通過高溫回焊(Reflow)將一厚膜高分子材料通過內聚力的方式形成半球結構。當然第一透明介質層1-207及微透鏡1-210也可以是介電材料，例如玻璃等，其更可以提高透光性。在這些實施例中，可在光刻製程中乾燥(例如硬烤)的步驟利用表面張力的效果來形成半球狀的微透鏡1-210，並且，可通過控制加熱的溫度來調整所需要的微透鏡1-210的曲率半徑。在一些實施例中，所形成的微透鏡1-210的厚度在約1微米至約50微米之間的範圍。值得注意的是，微透鏡1-210的輪廓並不以半球狀為限，本發明實施例亦可根據所需要的入射光角度來調整微透鏡1-210的輪廓，例如可為非球面狀(aspheric)。

在第18D/19D圖中，其為增加一第二遮光層1-208的結構，其材料特性在本實施例相同於第一遮光層1-204，在此不贅述。並且通過光刻技術形成第二光孔1-208A於第二遮光層1-208中，相同於第一光孔1-204A的形成方法，在此不贅述。

在第18E/19E圖中，形成第二透明介質層1-209於第二遮光層1-208及第二光孔1-208A上方，第二透明介質層1-209的材料與形成方法與第一透明介質層1-207相同，在此不贅述。綜合來說，於微透鏡1-210與第一透明介質層1-207之間形成第二遮光層1-208與第二透明介質層1-209。最後形成微透鏡1-210於第二透明介質層1-209上方，形成方法與材料前面已描述，在此省略。

在第17E/18F/19F圖中，可以根據需求更進一步形成一透鏡遮光層1-211於微透鏡1-210之間的空白處，透鏡遮光層1-211的材料可以相同於第一遮光層1-204/第二遮光層1-208的材料，因此不贅述。

第20圖顯示依據本發明第八實施例的變化例的光學感測器的結構剖面示意圖。本變化例是省去第17E圖的保護層1-205的結構，相同之處不再贅述。於本變化例中，光學濾波層1-206位於第一遮光層1-204上，並且可以填入第一光孔1-204A中。如此可以減少製造步驟數目，降低製造成本，並減少光學感測器的厚度。

第21圖顯示依據本發明第十實施例的變化例的光學感測器的結構剖面示意圖。本變化例是省去第19F圖的保護層1-205的結構，相同之處不再贅述。於本變化例中，光學濾波層1-206位於介電層組1-202上。如此可以減少製造步驟數目，降低製造成本，並減少光學感測器的厚度。

綜上所述，本發明的實施例所提供的光學感測系統包含利用顯示器(例如移動裝置的螢幕面板)作為光源的設計。再者，在光學感測系統中，光學感測器所包含的具有不同橫向偏移距離的微透鏡與第一遮光層的第一開孔的配置及/或其他參數(例如第一開孔的孔徑、第一透明介質層的厚度、及/或微透鏡的曲率半徑)的配置，可使得感測畫素接收來自不同入射角範圍的光線。據此，從特定範圍的視場角入射的光線可入射至感測畫素。另外，由於本發明所提供的光學感測系統可接收斜角入射的光，使得光學感測區的面積可小於待測物面積，而實現縮小光學感測器的面積並取得良好的圖像品質的技術效果。

綜上所述，本發明的實施例通過符合上述關係式的微透鏡與具有較小尺寸的感測畫素的配置，可達成在不具備額外的遮光層的情況下，使得感測畫素亦能接收來自特定範圍的視場角入射的光線，並可降低光學感測器的厚度。通過將電路設計配置於具有較小尺寸的感測畫素之間，可有效提升光學感測器的集成密度。本發明的實施例所提供的光學感測器可利用顯示器(例如移動裝置的螢幕面板)作為光源的設計。再者，光學感測器所包含的具有不同橫向偏移距離的微透鏡層與感測畫素的配置及/或其他參數(例如感測畫素的尺寸、第一透明介質層的折射率、第一透明介質層的厚度、微透鏡的焦距、微透鏡的直徑)的配置，可使得感測畫素接收來自不同入射角範圍的光線。據此，從特定範圍的視場角入射的光線可入射至感測畫素。

[第二組實施例]

本發明提供了光學感測器、光學感測系統及其形成方法，特別是一種應用於螢幕下光學式指紋識別系統的光學感測器及光學感測系統。本發明實施例所提供的光學感測器具有虛擬准直（virtual collimators）結構，此虛擬准直結構包含了露出感測畫素（sensor pixel）的第一遮光層、形成在第一遮光層上且覆蓋感測畫素的第一透明介質層、以及形成在第一透明介質層上的微透鏡。此虛擬准直結構利用微透鏡引導入射光穿透第一透明介質層至從第一遮光層露出的感測畫素。本發明所提供的光學感測器的虛擬准直結構的形成方式與傳統製程相比具有成本及難度較低的優點。並且，本發明所提供的包含虛擬准直結構的光學感測器的厚度可小於500微米（micrometers，um），比傳統的光學感測器更加輕薄，因而更易於整合至輕薄的移動電子裝置。

第22圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測系統2-100感測目標物2-F（例如：手指的指紋）的簡化示意圖。光學感測系統2-100包含蓋板層2-101及在蓋板層2-101下的光學感測器2-200。當目標物2-F接觸蓋板層2-101的上表面時，目標物2-F將光源（未示出）發出的光反射到光學感測器2-200以接收光信號。目標物2-F具有各種輪廓特徵，例如凸部2-F1與凹部2-F2。因此，當目標物2-F接觸蓋板層2-101的上表面，目標物2-F的凸部2-F1與蓋板層2-101的上表面接觸，而目標物2-F的凹部2-F2則不與蓋板層2-101的上表面接觸，亦即在凹部2-F2與蓋板層2-101的上表面間有一間隙。因此，在目標物2-F的凸部2-F1與凹部2-F2下方的感測畫素所接受到的光線（例如光線2-L1及光線2-L2）強度將會不同，從而可借此對目標物2-F的輪廓特徵（例如：指紋圖樣特徵）進行感測與識別。

第23圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測系統2-100的範例結構感測目標物2-F的示意圖。光學感測系統2-100包含顯示器2-300以及在顯示器2-300的下的光學感測器2-200，其中顯示器2-300可為有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示器或微型發光二極體（Micro LED）顯示器。在一些實施例中，可利用光學感測系統2-100中的顯示器2-300作為光源，其發出的光線將照射與顯示器2-300的上表面接觸的目標物2-F，目標物2-F再將此光線反射至設置在顯示器2-300下的光學感測器2-200以對目標物2-F的輪廓特徵（例如：手指的指紋特徵）進行感測與識別。值得注意的是，光學感測系統2-100中的光學感測器2-200也可搭配其他形態的光源，故本發明實施例並不以此為限。

根據本發明的一些實施例，在第23圖中所示出的光學感測器2-200包含具有感測畫素陣列2-202的基底2-201、具有多個第一開孔2-205的第一遮光層2-204、第一透明介質層2-206以及微透鏡層2-209。在一些實施例中，設置於基底2-201上的第一遮光層2-204的多個第一開孔2-205露出感測畫素陣列2-202的多個感測畫素2-203。設置於第一遮光層2-204上的第一透明介質層2-206覆蓋了從多個第一開孔2-205中露出的感測畫素2-203。微透鏡層2-209所包含的多個微透鏡2-210對應設置在位於第一透明介質層2-206上。在一些實施例中，這些微透鏡2-210可用來引導從目標物2-F反射而入射至光學感測器2-200的光線穿透第一透明介質層2-206至感測畫素2-203。

如第23圖所示，光線2-L1、光線2-L2、光線2-L3分別以不同的角度入射至光學感測器2-200，其中光線2-L1及光線2-L3為斜角入射的光，而光線2-L2為垂直入射的光。在一實施例中，光線2-L1入射至微透鏡層2-209的其中一個微透鏡2-210A而被引導至從第一遮光層2-204的其中一個第一開孔2-205A露出的感測畫素2-203A，其中此微透鏡2-210A的中心線2-C1A與此第一開孔2-205A的中心線2-C2A具有第一橫向偏移距離2-S1。在另一實施例中，光線2-L2入射至微透鏡層2-209的其中另一個微透鏡2-210B而被引導至從第一遮光層2-204的其中另一個第一開孔2-205B露出的感測畫素2-203B，其中此微透鏡2-210B的中心線與此第一開孔2-205B的中心線重疊。在又另一實施例中，光線2-L3入射至微透鏡層2-209的其中又另一個微透鏡2-210C而被引導至從第一遮光層2-204的其中又另一個第一開孔2-205C露出的感測畫素2-203C，其中此微透鏡2-210C的中心線2-C1C與此第一開孔2-205C的中心線2-C2C具有第二橫向偏移距離2-S2。

根據本發明的一些實施例，可通過調整微透鏡2-210的中心線2-C1與第一開孔2-205的中心線2-C2的橫向偏移距離以使得感測畫素2-203接收來自不同角度的光線。此外，也可一併調整第一開孔2-205的孔徑A1’、第一透明介質層2-206的厚度T、及/或微透鏡2-210的曲率半徑R，以使得感測畫素2-203接收來自不同的視場角（field of view angle）的光線而實現高收光效率（Light collection efficiency）。再者，在本發明所提供的光學感測器2-200中，可整合具有不同橫向偏移距離的微透鏡2-210與第一開孔2-205的配置及/或其他參數（例如第一開孔2-205的孔徑A1’、第一透明介質層2-206的厚度T、及/或微透鏡2-210的曲率半徑R）的配置。通過本發明所提供的光學感測器2-200中虛擬准直結構的配置，可使得光學感測區2-SR與目標物接觸區2-CR的面積不需要以一比一的方式配置（例如光學感測區2-SR的面積可小於目標物接觸區2-CR的面積），而實現縮小光學感測器2-200的感測面積並取得良好的影像品質的技術效果。

第24圖、第25圖、第26A圖、第26B圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測器2-200於製程的各種階段的剖面示意圖。如第24圖所示，在一些實施例中，提供包含感測畫素陣列2-202的基底2-201，並在基底2-201上形成第一遮光層2-204。基底可為半導體基板，例如：矽基板。此外，在一些實施例中，上述半導體基板亦可為元素半導體（elemental semiconductor），包含：鍺（germanium）；化合物半導體（compound semiconductor），包含：氮化鎵（gallium nitride）、碳化矽（silicon carbide）、砷化鎵（gallium arsenide）、磷化鎵（gallium phosphide）、磷化銦（indium phosphide）、砷化銦（indium arsenide）及/或銻化銦（indium antimonide）；合金半導體（alloy semiconductor），包含：矽鍺合金（SiGe）、磷砷鎵合金（GaAsP）、砷鋁銦合金（AlInAs）、砷鋁鎵合金（AlGaAs）、砷銦鎵合金（GaInAs）、磷銦鎵合金（GaInP）、及/或磷砷銦鎵合金（GaInAsP）、或上述材料的組合。在其他實施例中，基底2-201也可以是絕緣層上覆半導體（semiconductor on insulator）基板，上述絕緣層上覆半導體基板可包含底板、設置於底板上的埋藏氧化層、及設置於埋藏氧化層上的半導體層。此外，基底2-201可為N型或P型導電類型。

在一些實施例中，基底2-201可包含各種隔離部件（未示出），用以定義主動區，並電性隔離基底2-201之中/之上的主動區元件。在一些實施例中，隔離部件包含淺溝槽隔離（shallow trench isolation，STI）部件、局部矽氧化（local oxidation of silicon，LOCOS）部件、其他合適的隔離部件、或上述的組合。

在一些實施例中，基底2-201可包含各種以如離子布植及/或擴散製程所形成的P型摻雜區及/或N型摻雜區（未示出）。在一些實施例中，摻雜區可形成電晶體、光電二極體（photodiode）等元件。此外，基底2-201亦可包含各種主動元件、無源元件、以及各種導電部件（例如：導電墊、導線、或導孔）。

參照第24圖，在一些實施例中，基底2-201所包含的感測畫素陣列2-202具有多個感測畫素2-203，並且感測畫素2-203可與信號處理電路（signal processing circuitry）（未示出）連接。在一些實施例中，感測畫素陣列2-202所具有的感測畫素2-203的數量取決於光學感測區2-SR的面積大小。每個感測畫素2-203可包含一或多個光檢測器（photodector）。在一些實施例中，光檢測器可包含光電二極體，其中光電二極體可包含P型半導體層、本質層（intrinsic layer）、以及N型半導體層的三層結構的光電材料（photoelectric material），本質層吸收光以產生出激子（exciton），並且激子會在P型半導體層及N型半導體層的接面分成電子與空穴，進而產生電流信號。在一些實施例中，光檢測器可為互補式金屬氧化物半導體（complimentary metal-oxide-semiconductor，CMOS）影像感測器，例如前照式（front-side illumination，FSI）CMOS影像感測器或背照式（back-side illumination，BSI）CMOS影像感測器。在一些其他實施例中，光檢測器也可包含電荷耦合元件（charged coupling device，CCD）感測器、主動感測器、被動感測器、其他適合的感測器、或上述的組合。在一些實施例中，感測畫素2-203可通過光檢測器將接收到的光信號轉換成電子信號，並通過信號處理電路處理上述電子信號。

在一些實施例中，感測畫素2-203為陣列排列從而形成感測畫素陣列2-202。然而，在第24圖中所示的剖面圖僅示出感測畫素陣列2-202的其中一列，並位於基底2-201上表面的下方。值得注意的是，在第24圖所示出的感測畫素陣列2-202所包含的感測畫素2-203的數量與排列方式僅為例示性的，本發明實施例並不以此為限。感測畫素2-203可為任意行列數目的陣列或其他的排列方式。

在一些實施例中，如第24圖所示，形成第一遮光層2-204在基底2-201上。第一遮光層2-204可包含遮光材料，其對於在1200納米波長範圍以下的光穿透率小於1%以下。

在一些實施例中，第一遮光層2-204可包含金屬材料，例如鎢（W）、鉻（Cr）、鋁（Al）或鈦（Ti）等。在此實施例中，可通過例如化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）、物理氣相沉積製程（physical vapor deposition，PVD）（例如：真空蒸鍍製程（vacuum evaporation process）、濺鍍製程（sputtering process）、脈衝鐳射沉積（pulsed laser deposition，PLD））、原子層沉積（Atomic Layer Deposition，ALD）、其他適合的沉積製程、或前述的組合來毯覆性地形成第一遮光層2-204於基底2-201上。在一些實施例中，第一遮光層2-204可包含具有遮光特性的高分子材料，例如環氧樹脂、聚醯亞胺等。在此實施例中，可通過例如旋轉塗布法（spin-coating）、化學氣相沉積法（CVD）、其他適當的方法、或上述的組合將第一遮光層2-204形成於基底2-201上。通過上述方法所形成的第一遮光層2-204的厚度在約0.3微米（micrometer，µm）至約5微米的範圍，例如可為2微米。在一些實施例中，第一遮光層2-204的選用厚度取決於第一遮光層2-204的材料的遮光能力，例如第一遮光層2-204所包含的遮光材料的遮光能力與其厚度呈負相關。

參照第25圖，根據本發明的一些實施例，可對形成於基底2-201上的第一遮光層2-204執行圖案化製程。上述經過圖案化製程的第一遮光層2-204具有多個第一開孔2-205，其中這些第一開孔2-205具有第一孔徑A1’。在一些實施例中，形成於基底2-201上的第一遮光層2-204的多個第一開孔2-205露出感測畫素陣列2-202的多個感測畫素2-203。在一些實施例中，上述的圖案化製程可包含光刻製程與蝕刻製程。光刻製程可包含例如：光刻膠塗布（例如旋轉塗布）、軟烤、曝光圖案、曝光後烘烤、光刻膠顯影、清洗及乾燥（例如硬烤）、其他適當的製程、或上述的組合。蝕刻製程可包含例如：濕式蝕刻製程、幹式蝕刻製程（例如反應離子蝕刻（RIE）、等離子體蝕刻、離子研磨）、其他適合的製程、或上述的組合。通過上述方法所形成的第一孔徑A1’在約0.3微米至約50微米的範圍，例如可為約4微米至約5微米。

值得注意的是，在第25圖中所示出的第一開孔2-205與感測畫素2-203是以一對一的方式對應設置，然而，在本發明的其他實施例中的第一開孔2-205與感測畫素2-203亦可以一對多或多對一的方式對應設置。舉例來說，一個第一開孔2-205可露出兩個以上的感測畫素2-203，或者一個感測畫素2-203可從兩個以上的第一開孔2-205露出（未示出）。第25圖僅示出例示性的設置方式，本發明並不以此為限。根據本發明的一些實施例，通過控制圖案化第一遮光層2-204的第一孔徑A1’，可調整入射光的視場角的範圍。再者，通過形成第一遮光層2-204於基底2-201上，可避免感測畫素陣列2-202接收到不需要的光線，並可防止入射至光學感測器2-200的光線所產生的串音，進而提升光學感測器2-200的效能。

參照第26A圖，根據本發明的一些實施例，可形成第一透明介質層2-206於第一遮光層2-204上並覆蓋從第一遮光層2-204的第一開孔2-205露出的感測畫素陣列2-202。第一透明介質層2-206可包含光固化材料（UV-curable material）、熱固化材料（thermosetting material）、或上述的組合。舉例來說，第一透明介質層2-206可包含例如聚甲基丙烯酸甲酯（poly（methyl methacrylate，PMMA）、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN) 聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、全氟環丁基（perfluorocyclobutyl，PFCB）聚合物、聚亞醯胺（Polyimide，PI）、亞克力樹酯、環氧樹脂（Epoxy resins）、聚丙烯（Polypropylene，PP）、聚乙烯（polyethylene，PE）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）、聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）、其他適當的材料、或上述的組合。在一些實施例中，可以旋轉塗布法（spin-coating）、幹膜（dry film）製程、鑄模（casting）、棒狀塗布（bar coating）、刮刀塗布（blade coating）、滾筒塗布（roller coating）、線棒塗布（wire bar coating）、浸漬塗布（dip coating）、化學氣相沉積法（CVD）、其他適合的方法、或上述的組合在第一遮光層2-204及其露出的感測畫素陣列2-202上形成第一透明介質層2-206。在一些實施例中，通過上述方法所形成的第一透明介質層2-206的厚度T在約1微米至約100微米的範圍，例如可為50微米。根據本發明的一些實施例，通過上述製程方法所形成的第一透明介質層2-206具有高良率及良好的品質。並且，通過控制第一透明介質層2-206的厚度T可增加或減少光線經過微透鏡2-210後偏移的距離，進而提升感測畫素陣列2-202所能接收的入射光角度的精準度。

另一方面，參照第26B圖，根據本發明的其他實施例，亦可先形成第一透明介質子層2-206A於感測畫素陣列2-202上，再將第一遮光層2-204形成於第一透明介質子層2-206A上，其中位於感測畫素陣列2-202上的第一透明介質子層2-206A從第一遮光層2-204的第一開孔2-205部分露出。接著，在第一遮光層2-204的形成之後，將第一透明介質子層2-206B形成於第一遮光層2-204上。通過控制第一透明介質子層2-206A、206B的厚度2-T_A 、2-T_B 可增加或減少光線經過微透鏡2-210後偏移的距離（例如增加厚度2-T_A 、2-T_B 可增加光線經過微透鏡2-210後偏移的距離），進而提升感測畫素陣列2-202所能接收的入射光角度的精準度。

第27A圖至第27F圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測器2-200的剖面示意圖。具體而言，第27A圖至第27F圖示出至少一微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的第一開孔2-205的中心線2-C2重疊的光學感測器2-200的剖面示意圖。如第27A圖所示，在一些實施例中，形成圖案化第二遮光層2-207於第一透明介質層2-206上，其中經圖案化製程的第二遮光層2-207的多個第二開孔2-208是對應於從第一遮光層2-204露出的多個感測畫素2-203。值得注意的是，在第27A圖中所示出的第二開孔2-208與感測畫素2-203是以一對一的方式對應設置，然而，在本發明的其他實施例中的第二開孔2-208與感測畫素2-203亦可以一對多或多對一的方式對應設置。舉例來說，進入一個第二開孔2-208的光線可入射至兩個以上的感測畫素2-203，或者進入兩個以上的第二開孔2-208的光線可入射至同一個感測畫素2-203（未示出）。第27A圖僅示出例示性的設置方式，本發明並不以此為限。

再者，圖案化第二遮光層2-207的材料、形成方法、厚度、以及孔徑大抵與第一遮光層2-204相同，故此處不再贅述。根據本發明的一些實施例，通過形成第二遮光層2-207於第一透明介質層2-206上，可避免感測畫素陣列2-202接收到不需要的光線，並可防止入射至光學感測器2-200的光線所產生的串音，進而提升信號雜訊比（Signal-to-noise ratio，S/N）。

參照第27B圖，在一些實施例中，將微透鏡層2-209所包含的多個微透鏡2-210對應設置於第二遮光層2-207的多個第二開孔2-208中，其中這些微透鏡2-210用以引導入射光穿透第一透明介質層2-206至從第一開孔2-205中露出的感測畫素2-203。在一些實施例中，微透鏡層2-209的材料可包含透明的光固化材料或熱固化材料，其形成方法大抵相同於第一透明介質層2-206的形成方法，故此處不再贅述。在這些實施例中，所形成的微透鏡層2-209可經過圖案化製程來控制微透鏡2-210的曲率半徑R。在其他實施例中，微透鏡層2-209的材料可為光刻膠材料。在此情況下，可通過包含例如：光刻膠塗布（例如旋轉塗布）、軟烤、曝光圖案、曝光後烘烤、光刻膠顯影、清洗及乾燥（例如硬烤）、其他適當的製程、或上述的組合的光刻製程來形成微透鏡層2-209。在這些實施例中，可在光刻製程中乾燥（例如硬烤）的步驟利用表面張力的效果來形成半球狀的微透鏡2-210，並且，可通過控制加熱的溫度來調整所需要的微透鏡2-210的曲率半徑R。在一些實施例中，所形成的微透鏡2-210的厚度在約1微米至約50微米之間的範圍。值得注意的是，微透鏡2-210的輪廓並不以半球狀為限，本發明實施例亦可根據所需要的入射光角度來調整微透鏡2-210的輪廓，例如可為非球面狀（aspheric）。

參照第27C圖，在其他實施例中，亦可直接將微透鏡層2-209所包含的多個微透鏡2-210設置於第一透明介質層2-206上（即不具有微透鏡2-210之間的遮光層），其中這些微透鏡2-210用以引導入射光穿透第一透明介質層2-206至從第一開孔2-205中露出的感測畫素2-203。在一些實施例中，微透鏡層2-209的材料及其形成方法大抵相同於第27B圖所示之微透鏡層2-209的材料及形成方法，故此處不再贅述。

參照第27D圖，其所示之結構與第27C圖所示之結構相似，差異在於第27D圖所示微透鏡層2-209之形成是接續在第26B圖所示之結構。在這些實施例中，微透鏡層2-209的材料及其形成方法大抵相同於第27B圖、第27C圖所示之微透鏡層2-209的材料及形成方法，故此處不再贅述。此外，在另一些實施例中，可在第27D圖的結構另增加一第二遮光層於微透鏡2-210之間（如第27B圖的第二遮光層2-207）。

參照第27E圖，其所示之結構與第27C圖所示之結構相似，差異在於微透鏡2-210與感測畫素2-203可以多對一的方式對應設置。如第27E圖所示，兩個以上的微透鏡2-210可對應於從兩個第一開孔2-205可露出的單一個感測畫素2-203。值得注意的是，本發明實施例所提供的數量配置僅為例示性的，其可依據產品設計調整微透鏡2-210與感測畫素2-203的對應方式，本發明並不以此為限。

參照第27F圖，其為第27B圖的局部放大圖。根據本發明的一些實施例，第27F圖示出利用控制橫向偏移距離（即一個微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的第一開孔2-205的中心線2-C2的橫向偏移距離）、微透鏡2-210的曲率半徑R、第一透明介質層2-206的厚度T、以及第一遮光層2-204的第一開孔2-205的孔徑A1’，調整所允許的光線的入射角範圍。在一些實施例中，如第27F圖所示，通過控制橫向偏移距離等於零（即微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的第一開孔2-205的中心線2-C2重疊）並控制第一透明介質層2-206的厚度T及第一開孔2-205的孔徑A1’，使得感測畫素2-203可接收來自θ±θ1的角度範圍的入射光。可理解的是，雖然此處並未示出第27C、27D、27E圖的局部放大圖，第27C、27D、27E圖所示的實施例（即不具有微透鏡2-210之間的遮光層）用來調整所允許的光線的入射角範圍的機制大抵相同於第27B圖所示的實施例（即具有微透鏡2-210之間的遮光層），故此處不再贅述。

根據本發明的一些實施例，主要角度θ為入射光與感測畫素2-203的上表面所夾的角度，以及容許度±θ1為從主要角度θ以順時針及逆時針方向偏移的角度θ1。舉例來說，當橫向偏移距離等於零，主要角度θ可為90度，並可控制其他參數（例如第一透明介質層2-206的厚度T及第一遮光層2-204的第一開孔2-205的孔徑A1’）使得容許度±θ1為±5度。因此，在此範例中的感測畫素2-203可接收從85度至95度的角度範圍入射的光。在一些實施例中，主要角度θ主要取決於橫向偏移距離，容許度±θ1則主要取決於第一開口的孔徑，而第一透明介質層2-206的厚度T主要可調整感測畫素2-203可接收的入射角的精準度。

第28A圖至第28C圖是根據本發明的其他一些實施例，示出光學感測器2-200的剖面示意圖。具體而言，第28A圖至第28C圖示出包含至少一微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的第一開孔2-205的中心線2-C2具有一橫向偏移距離2-S的光學感測器2-200的剖面示意圖。如第28A圖所示，在一些實施例中，形成圖案化第二遮光層2-207於第一透明介質層2-206上，其中經圖案化製程的第二遮光層2-207的多個第二開孔2-208是對應於從第一遮光層2-204露出的多個感測畫素2-203。值得注意的是，第28A圖所示出的實施例與第27A圖所示出的實施例的差異在於第28A圖中的第二開孔2-208與感測畫素2-203是以一對一的方式斜向對應設置。換句話說，微透鏡層2-209的其中一個微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的第一開孔2-205的中心線2-C2具有一橫向偏移距離2-S（搭配參照第28B圖）。然而，在本發明的其他實施例中的第二開孔2-208與感測畫素2-203亦可以一對多或多對一的方式斜向對應設置（未示出）。第28A圖僅示出例示性的設置方式，本發明並不以此為限。

參照第28B圖，在一些實施例中，將微透鏡層2-209所包含的多個微透鏡2-210設置於第二遮光層2-207的多個第二開孔2-208中，以斜向對應於感測畫素2-203。其中這些微透鏡2-210用以引導斜角入射光穿透第一透明介質層2-206而入射至從第一開孔2-205中露出的感測畫素2-203。在一些實施例中，第28B圖所示出的微透鏡層2-209的材料、形成方法、以及輪廓與第27B圖所示出的微透鏡層2-209大抵相同，故此處不再贅述。在其他實施例中，亦可直接將微透鏡層2-209所包含的多個微透鏡2-210設置於第一透明介質層2-206上（即不具有微透鏡2-210之間的遮光層）（未示出），以斜向對應於感測畫素2-203。其中這些微透鏡2-210用以引導斜角入射光穿透第一透明介質層2-206而入射至第一開孔2-205下方的感測畫素2-203。在這些實施例中，微透鏡層2-209的材料及其形成方法大抵相同於第27C圖所示之微透鏡層2-209的材料及形成方法，故此處不再贅述。

參照第28C圖，其為第28B圖的局部放大圖。根據本發明的一些實施例，第28C圖示出利用控制橫向偏移距離2-S、微透鏡2-210的曲率半徑R、第一透明介質層2-206的厚度T、以及第一遮光層2-204的第一開孔2-205的孔徑A1’，調整所允許的光線的入射角範圍。在一些實施例中，如第28C圖所示，通過控制橫向偏移距離2-S（即微透鏡層2-209的其中至少一個微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的第一開孔2-205的中心線2-C2的橫向偏移距離）並控制第一透明介質層2-206的厚度T及第一開孔2-205的孔徑A1’，使得感測畫素2-203可接收來自θ’±θ2的角度範圍的入射光。

根據本發明的一些實施例，主要角度θ’為入射光與感測畫素2-203的上表面所夾的角度，以及容許度±θ2為從主要角度θ’以順時針及逆時針方向偏移的角度θ2。舉例來說，可控制橫向偏移距離使得主要角度θ’可為45度，並可控制其他參數（例如第一透明介質層2-206的厚度T及第一遮光層2-204的第一開孔2-205的孔徑A1’）使得容許度±θ2為±5度。因此，在此範例中的感測畫素2-203可接收從40度至50度的角度範圍入射的光。在一些實施例中，主要角度θ’主要取決於橫向偏移距離2-S，容許度±θ2則主要取決於第一開口的孔徑A1’，而第一透明介質層2-206的厚度T主要可調整感測畫素2-203可接收的入射角的精準度。值得注意的是，本發明實施例所提供的角度範圍僅為例示性的，本發明並不以此為限。本發明實施例可視需要而控制結構來調整上述各個參數。

根據第27A圖至第27F圖及第28A圖至第28C圖所示出的實施例，在本發明所提供的光學感測器2-200中，可整合具有不同橫向偏移距離的微透鏡2-210與第一開孔2-205的配置及/或其他參數（例如第一開孔2-205的孔徑A1’、第一透明介質層2-206的厚度T、及/或微透鏡2-210的曲率半徑R）的配置，例如可將第27B圖、第28B圖所示的結構整合於光學感測器2-200中。通過本發明所提供的光學感測器2-200中結構的配置，可使得光學感測區2-SR與目標物接觸區2-CR的面積不需要以一比一的方式配置（例如光學感測區2-SR的面積可小於目標物接觸區2-CR的面積）（如第23圖所示），而實現縮小光學感測器2-200的面積並取得良好的影像品質的技術效果。可以理解的是多個微透鏡2-210可以具有相同或不同的曲率半徑R，而第一開孔2-205也可以具有相同或不同的孔徑A1’。

第29圖至第32圖是根據本發明的一些其他實施例，例如基於在第27B圖、第27C圖、第27D圖、第27E圖、第28B圖中所示的結構，示出包含額外結構的光學感測器2-200的剖面示意圖。參照第29圖，是根據本發明的一些其他實施例，示出順應地覆蓋微透鏡層2-209及第二遮光層2-207的保護層2-800。可理解的是，保護層2-800亦可順應形成於如第27C圖、第27D圖、第27E圖所示的結構上，其中因為微透鏡2-210之間不具有遮光層，因此保護層2-800直接接觸在微透鏡層2-209下方的第一透明介質層2-206（未示出）。在一些實施例中，保護層2-800可由二氧化矽所形成，並可通過等離子體增強化學氣相沉積（plasma-enhanced CVD，PECVD）、遠距等離子體增強化學氣相沉積（remote plasma-enhanced CVD，RPECVD）、其他類似的方法、或上述的組合來沉積二氧化矽於微透鏡層2-209及第二遮光層2-207之上。由二氧化矽所形成的保護層2-800不會影響微透鏡層2-209的引導光線的能力。再者，保護層2-800可有效地保護微透鏡層2-209，以避免微透鏡層2-209在後續的封裝製程過程中遭受破壞。

參照第30圖，是根據本發明的一些其他實施例，示出設置於第一透明介質層2-206與第二遮光層2-207及/或微透鏡2-210之間的濾光層900。在一些實施例中，可繼續第26A圖中所形成的光學感測器2-200的部分結構來形成第30圖所示出的結構。在其他實施例中，亦可繼續第26B圖中所形成的光學感測器2-200的部分結構來形成如第30圖所示出的濾光層2-900（未示出）。在形成第一透明介質層2-206（或第一透明介質子層2-206A）之後，可在第一透明介質層2-206之上形成濾光層2-900，並且在形成濾光層2-900之後形成第二遮光層2-207及微透鏡層2-209。如前所述，在另一些實施例中，可以不具有第二遮光層2-207。

此外，在一些實施例中，濾光層2-900可為紅外線濾光層（infrared cut filter，IRC）。可見光（visible light）對於此紅外線濾光層具有高穿透率（transmittance），而紅外光對其則具有低穿透率。在一些實施例中，可通過在第一透明介質層2-206與第二遮光層2-207及/或微透鏡2-210之間設置濾光層2-900（例如紅外線濾光層），修正光學感測器2-200的色偏現象並減少紅外線的干擾。

參照第31A圖，是根據本發明的一些其他實施例，示出設置於第一透明介質層2-206與第二遮光層2-207之間的第二透明介質層2-1001，以及設置於第一透明介質層2-206與第二透明介質層2-1001之間的圖案化第三遮光層2-1002。在一些實施例中，可繼續第26A圖中所形成的光學感測器2-200的部分結構來形成第31A圖所示出的結構。另一方面，參照第31B圖，所示之結構與第31A圖所示之結構相似，差異在第31B圖所示之結構是將微透鏡層2-209所包含的多個微透鏡2-210直接設置於第一透明介質層2-206上（即不具有微透鏡2-210之間的遮光層）。

在形成第一透明介質層2-206之後，可在第一透明介質層2-206之上形成圖案化第三遮光層2-1002。在一些實施例中，圖案化第三遮光層2-1002的材料、形成方法、厚度、以及孔徑大抵相同於上述的圖案化第一遮光層2-204及圖案化第二遮光層2-207，故此處不再贅述。在一些實施例中，第二透明介質層2-1001的材料、形成方法大抵相同於上述的第一透明介質層2-206，故此處不再贅述。第二透明介質層2-1001的厚度T在約1微米至約100微米的範圍，例如可為30微米。

根據本發明的一些實施例，通過形成第三遮光層2-1002於第一透明介質層2-206上，可避免感測畫素陣列2-202接收到不需要的光線，並可防止入射到光學感測器2-200的光線所產生的串音，進而提升信號雜訊比（S/N）。舉例來說，如第31A、31B圖所示，至少一個第一開孔2-205的中心線2-C2、第三遮光層2-1002中對應的一個第三開孔2-1003的中心線2-C3、以及對應的微透鏡2-210的中心線2-C1為重疊。在第31A、31B圖中，光線2-L1為能由感測畫素2-203所接收的入射光，而光線2-L2為來自於所允許入射至感測畫素2-203的入射角範圍外的光線。因此，光線2-L2將被第三遮光層2-1002吸收或阻擋而無法入射至感測畫素2-203。

參照第32圖，第32圖所示出的結構相似於第31A圖所示出的結構。第32圖與第31A圖之間的差異在於至少一個第一開孔2-205的中心線2-C2、第三遮光層2-1002的一個對應第三開孔2-1003的中心線2-C3、以及對應的微透鏡2-210的中心線2-C1皆不重疊。在第32圖中，光線2-L1為能由感測畫素2-203所接收的入射光，而光線2-L2為來自於所允許入射至感測畫素2-203的入射角範圍外的光線。因此，光線2-L2將被第三遮光層2-1002吸收或阻擋而無法入射至感測畫素2-203。根據本發明的一些實施例，第32圖所示出的結構可有利於感測畫素2-203接收斜角入射的光。再者，通過形成第三遮光層2-1002於第一透明介質層2-206上，可避免感測畫素陣列2-202接收到不需要的光線，並可防止入射至光學感測器2-200的光線所產生的串音，進而提升信號雜訊比（S/N）。

值得注意的是，在第29圖至第32圖中所示出的光學感測器2-200所包含的各種額外結構雖在不同的實施例中描述，但這些額外結構皆可相互搭配並視需要而整合於單一個光學感測器2-200。

第33圖是根據本發明的一些實施例，示出包含顯示器2-300的範例結構的光學感測系統2-100的剖面示意圖。在一些實施例中，顯示器2-300可包含有機發光二極體顯示器或微型發光二極體顯示器。值得注意的是，為了簡明地描述本發明的實施例並突顯其特徵，在第33圖中所示出的光學感測器2-200與顯示器2-300的封裝結構將在第34、35圖所示的實施例中詳細描述。如第33圖所示，顯示器2-300包含第一透光材料2-1201、位於第一透光材料2-1201上的薄膜電晶體（thin-film transistor，TFT）層2-1202、位於薄膜電晶體層2-1202上的陰極層2-1203、位於陰極層2-1203上的發光層2-1204、位於發光層2-1204上的陽極層2-1205、位於陽極層2-1205上的第二透光材料2-1206、位於第二透光材料2-1206上的偏光板2-1207、位於偏光板2-1207上的粘著層2-1208、以及位於粘著層2-1208上的透光蓋板2-1209。在一些實施例中，顯示器2-300還包含了光圈2-1210，其設置於陰極層2-1203之中，並且位於薄膜電晶體層2-1202的上方。通過光圈2-1210的設置，可使得從發光層2-1204發出的光線經由目標物2-F反射後，入射至光學感測器2-200，而不會被陰極層2-1203遮蔽。另一方面，也可直接使用透明電極材料所形成的陰極層2-1203，而使得經由目標物2-F反射後的光線入射至光學感測器2-200而不會被遮蔽。當然，以上描述的例如OLED顯示器結構可能隨著技術演進而有材料層的增減或變化，需注意的是，本發明的構思並不因此而有所改變。

在一些實施例中，第一透光材料2-1201、第二透光材料2-1206、以及透光蓋板2-1209可包含例如玻璃、石英（quartz）、藍寶石（sapphire）、或透明聚合物等，其允許光線通過。在一些實施例中，陰極層2-1203與陽極層2-1205可為透明的電極材料（例如銦錫氧化物），使得經由目標物2-F反射後入射至光學感測器2-200的光線不會被遮蔽。在一些實施例中，根據顯示器2-300的種類，發光層2-1204可包含有機發光層或微型發光二極體層。在本發明所提供的光學感測系統2-100中，可以顯示器2-300中的發光層2-1204作為光源，其發出的光線將照射與透光蓋板2-1209的上表面接觸的目標物2-F，此光線經目標物2-F反射後會穿過顯示器2-300而入射至光學感測器2-200。

第34圖至第35圖是根據本發明的一些其他實施例，示出包含不同封裝結構的光學感測系統2-100的剖面示意圖。然而，為了簡明地描述本發明的實施例並突顯其特徵，在第34圖至第35圖中並未示出顯示器2-300的具體結構。在一些實施例中，本發明所提供的光學感測系統2-100可通過晶片直接封裝（chip on board，COB）製程來形成。具體而言，參照第34圖，在一些實施例中，光學感測器2-200是接合至電路板2-1303，並通過導線2-1302將光學感測器2-200的基底2-201中的導電墊2-1301連接至電路板2-1303。接著，通過點膠製程塗布粘著材料於電路板2-1303上並環繞光學感測器2-200而形成框架2-1305，並且通過框架2-1305將光學感測器2-200及其下方的電路板2-1303一同粘著至顯示器2-300（例如顯示器2-300的第一透光材料2-1201）的下表面。在一些實施例中，導線2-1302可由鋁（Aluminum）、銅（Copper）、金（Gold）、其他適當的導電材料、上述的合金、或上述的組合所形成。在一些實施例中，形成框架的粘著材料可為光固化材料、熱固化材料、或其他類似的材料。在一些實施例中，電路板2-1303可為柔性電路板（flexible printed circuit，FPC），並且可將此柔性電路板2-1303設置於補強板2-1304（例如為金屬補強板）之上。

在其他實施例中，如第35圖所示，本發明實施例亦提供另一種封裝結構。在一些實施例中，在將光學感測器2-200接合至電路板2-1303後，設置框架2-1401（例如塑膠框架）於電路板2-1303上並環繞光學感測器2-200，塗布粘著材料2-1402於框架2-1401內並圍繞光學感測器2-200，並且通過粘著層2-1403將光學感測器2-200及其下方的電路板2-1303粘著至顯示器2-300（例如顯示器2-300的第一透光材料2-1201）的下表面。

在第34圖、35中所示出的例示性的封裝結構中，顯示器2-300可包含有機發光二極體顯示器或微型發光二極體顯示器。通過本發明的一些實施例所包含的將光學感測器2-200設置於顯示器2-300下的配置，可將顯示器2-300作為光源，其發出的光線將照射與顯示器2-300的上表面接觸的目標物2-F，此光線會經由目標物2-F反射後入射至光學感測器2-200。值得注意的是，光學感測系統2-100中的光學感測器2-200也可搭配其他形態的光源，故本發明實施例並不以此為限。再者，本發明的一些實施例所提供的光學感測系統2-100可通過上述的封裝結構而有效提升可靠度。

第36圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測系統2-100接收不同角度的入射光2-L1、2-L2、2-L3的示意圖。在一些實施例中，如第36圖所示，當目標物2-F（例如指紋）接觸顯示器2-300的透光蓋板2-1209時，由發光層2-1204所發出的光將被目標物2-F反射而以不同角度入射（例如光線2-L1、2-L2、2-L3）至設置於顯示器2-300下方的光學感測器2-200。其中光線2-L1及光線2-L3為斜角入射的光，而光線2-L2為垂直入射的光。在本發明所提供的光學感測系統2-100中，可整合具有不同橫向偏移距離的微透鏡2-210與第一開孔2-205的配置及/或其他參數（例如第一開孔2-205的孔徑A1’、第一透明介質層2-206的厚度T、及/或微透鏡2-210的曲率半徑R）的配置。通過本發明所提供的光學感測器2-200中結構的配置，可使得光學感測區2-SR與目標物接觸區2-CR的面積不需要以一比一的方式配置（例如光學感測區2-SR的面積可小於目標物接觸區2-CR的面積），而實現縮小光學感測器2-200的面積並取得良好的影像品質的技術效果。並且，光學感測系統2-100所包含的顯示器2-300可提供所需的光源，因此不需要額外的獨立光源。

綜上所述，本發明的實施例所提供的光學感測系統包含利用顯示器（例如移動裝置的螢幕面板）作為光源的設計。再者，在光學感測系統中，光學感測器所包含的具有不同橫向偏移距離的微透鏡層與第一遮光層的第一開孔的配置及/或其他參數（例如第一開孔的孔徑、第一透明介質層的厚度、及/或微透鏡的曲率半徑）的配置，可使得感測畫素接收來自不同入射角範圍的光線。據此，從特定範圍的視場角入射的光線可入射至感測畫素。另外，由於本發明所提供的光學感測系統可接收斜角入射的光，使得光學感測區2-SR的面積可小於目標物接觸區2-CR的面積，而實現縮小光學感測器的面積並取得良好的影像品質的技術效果。

第37圖、第38圖是根據本發明的另一些實施例，示出光學感測器2-200’於製程的各種階段的剖面示意圖。第39A圖、第39B圖是根據本發明的另一些實施例，示出光學感測器2-200’的剖面示意圖。第40圖是根據本發明的另一些實施例，示出微透鏡與感測畫素的配置的剖面的局部放大示意圖。光學感測器2-200’ 可類似於上述實施例之光學感測器（例如：光學感測器2-200），而光學感測器2-200’與上述實施例之光學感測器之差異將於後文段落中討論。

參照第37圖，在一些實施例中，基底2-201所包含的感測畫素陣列2-202具有多個感測畫素2-203，並且兩個相鄰的感測畫素2-203之間可設置有電路結構2-1601，例如：記憶裝置或信號處理電路（signal processing circuitry）。在一些實施例中，感測畫素陣列2-202所具有的感測畫素2-203的數量取決於光學感測區2-SR的面積大小。感測畫素2-203的寬度P，取決於光學感測之系統設計需求，可以設計在3微米至10微米的範圍。

值得注意的是，在第37圖所示出的感測畫素陣列2-202所包含的感測畫素2-203的數量與排列方式與第24圖所示出的數量與排列方式大抵相同，故此處不再贅述。

接著參照第38圖，根據本發明的另一些實施例，可直接形成第一透明介質層2-206於基底2-201上並覆蓋感測畫素陣列2-202。在此實施例中，感測畫素陣列2-202並未被遮光層覆蓋。第一透明介質層2-206之材料及形成方法與第26A圖所示出之第一透明介質層2-206之材料及形成方法大抵相同，故此處不再贅述。根據本發明的另一些實施例，可依據所需的折射率大小來決定第一透明介質層2-206之材料的選擇。在一些實施例中，通過上述方法所形成的第一透明介質層2-206的厚度T在約1微米至約100微米的範圍，例如可為50微米。通過控制第一透明介質層2-206的厚度T可增加或減少光線經過微透鏡2-210後偏移的距離，進而提升感測畫素陣列2-202所能接收的入射光角度的精準度。

接著參照第39A圖，示出包含至少一微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的感測畫素2-203的中心線2-C2重疊的光學感測器2-200’的剖面示意圖。在這些實施例中，將微透鏡層2-209所包含的多個微透鏡2-210對應設置於第二遮光層2-207的多個開孔中，其中這些微透鏡2-210用以引導入射光穿透第一透明介質層2-206至感測畫素2-203。在這些實施例中，所形成的微透鏡層2-209可經過圖案化製程來控制微透鏡2-210的焦距f。在此實施例中，可依據取像解析度來調整微透鏡2-210的直徑D在10微米至50微米的範圍，例如30微米。根據本發明之一些實施例，可調整感測畫素2-203的寬度P與微透鏡2-210的直徑D的比值在0.06至1的範圍，以達成有效提升取像解析度的目的。在一些實施例中，微透鏡層2-209的材料及形成方法大抵相同於第27B圖所繪示之微透鏡層2-209，故此處不再贅述。此外，在一些實施例中，光學感測器2-200’可以不具有第二遮光層2-207。也就是說，微透鏡2-210之間不具有遮光層。

接著參照第39B圖，其所示出的實施例與第39A圖所示出的實施例的差異在於第39B圖中的微透鏡2-210與感測畫素2-203是以一對一的方式斜向對應設置。換句話說，微透鏡層2-209的其中一個微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的感測畫素2-203的中心線2-C2具有一橫向偏移距離2-S。然而，在本發明的其他實施例中的微透鏡2-210與感測畫素2-203亦可以一對多或多對一的方式斜向對應設置（未示出）。第39B圖僅示出例示性的設置方式，本發明並不以此為限。

根據第39A圖至第39B圖所示出的實施例，光學感測器2-200’包含基底2-201，而感測畫素陣列2-202是設置於基底2-201，其中感測畫素陣列2-202包含具有多個感測畫素203。第一透明介質層2-206是位於感測畫素陣列2-202之上方。微透鏡層2-209是位於第一透明介質層2-206之上方且包含多個微透鏡2-210。微透鏡2-210會引導入射光穿透第一透明介質層2-206至感測畫素2-203。在一些實施例中，感測畫素203的寬度P系介於微米至10微米之間，而微透鏡2-210的直徑D系介於10微米至50微米之間。此外，第二遮光層2-207是設置於第一透明介質層2-206的上方，而微透鏡層2-209的多個微透鏡2-210是對應設置於第二遮光層2-207的多個開孔中。如前所述，在另一些實施例中，光學感測器2-200’可以不具有第二遮光層2-207。也就是說，微透鏡2-210之間不具有遮光層。

在本發明所提供的光學感測器2-200’中，可整合具有不同橫向偏移距離的微透鏡2-210與感測畫素2-203的配置及/或其他參數（例如感測畫素2-203的尺寸（例如寬度P）、第一透明介質層2-206的厚度T、及/或微透鏡2-210的焦距f）的配置，例如可將第39A圖、第39B圖所示的結構整合於光學感測器2-200’中。通過本發明所提供的光學感測器2-200’中結構的配置，可使得光學感測區2-SR與目標物接觸區2-CR的面積不需要以一比一的方式配置（例如光學感測區2-SR的面積可小於目標物接觸區2-CR的面積），而實現縮小光學感測器2-200的面積並取得良好的影像品質的技術效果。

接著參照第40圖，其為第39A圖的局部放大圖。根據本發明的一些實施例，第40圖示出利用控制微透鏡2-210的中心線2-C1與所對應的感測畫素2-203的中心線2-C2之橫向偏移距離2-S、感測畫素2-203的寬度P、第一透明介質層2-206之折射率n、第一透明介質層2-206之厚度T、微透鏡2-210的焦距f、微透鏡2-210的直徑D，調整所允許的光線的入射角範圍（例如斜角入射的光線）。具體而言，若所述之各項參數與入射光L的入射角θ_i 及入射光L的折射角θ_r 符合下列關係式： sinθ_i = n * sinθ_r （式一） f =( (D/2)² +T² )^1/2 （式二） P/2 = f * tanθ_r （式三），

則可藉由微透鏡2-210引導入射光L穿過第一透明介質層2-206後直接入射至具有符合上述關係式之寬度P的感測畫素2-203，以達成在不具備額外的遮光層的情況下，感測畫素2-203能夠接收來自特定範圍的視場角入射的光線。再者，藉由上述配置可有效降低光學感測器2-200’的厚度。

值得注意的是，在第29圖、第30圖中所示出的光學感測器2-200所包含的各種額外結構（例如保護層800、濾光層900）亦可應用於光學感測器2-200’中（未示出），並且這些額外結構皆可相互搭配並視需要而整合於單一個光學感測器2-200’中。再者，光學感測器2-200’亦可結合如第33圖所示出的顯示器2-300以及第34圖、第35圖所示出的封裝結構（未示出），此處不再贅述。通過將本發明的上述實施例所包含的光學感測器2-200’設置於顯示器下的配置，可將顯示器作為光源，其發出的光線將照射與顯示器的上表面接近或接觸的目標物，此光線會經由目標物反射後入射至光學感測器2-200’。值得注意的是，光學感測器2-200’也可搭配其他形態的光源，例如，設置在光學感測器2-200’側邊或斜上方的獨立光源（例如，LED光源），故本發明實施例並不以此為限。再者，本發明的一些實施例所提供的光學感測器2-200’與顯示器之結合可通過上述的封裝結構而有效提升可靠度。

綜上所述，本發明的實施例通過符合上述關係式之微透鏡與具有較小尺寸的感測畫素的配置，可達成在不具備額外的遮光層的情況下，感測畫素亦能夠接收來自特定範圍的視場角入射的光線，並可降低光學感測器的厚度。通過將電路結構配置於具有較小尺寸的感測畫素之間，可有效提升光學感測器的集成密度。本發明的實施例所提供的光學感測器可利用顯示器（例如移動裝置的螢幕面板）作為光源的設計。再者，光學感測器所包含的具有不同橫向偏移距離的微透鏡層與感測畫素的配置及/或其他參數（例如感測畫素的尺寸、第一透明介質層之折射率、第一透明介質層之厚度、微透鏡的焦距、微透鏡的直徑）的配置，可使得感測畫素接收來自不同入射角範圍的光線。據此，從特定範圍的視場角入射的光線可入射至感測畫素。由於本發明所提供的光學感測系統可接收斜角入射的光，使得光學感測區2-SR的面積可小於目標物接觸區2-CR的面積，而實現縮小光學感測器的面積並取得良好的影像品質的技術效果。

值得注意的是，雖然此處所討論的範例所公開的例示性實施方式（例如第一實施例與第二實施例）涉及應用於移動裝置的指紋感測系統，但本發明所提供的技術也可應用至其他形態的感測器，而不僅止於應用在檢測指紋的感測器裝置。舉例來說，亦可應用於檢測表皮/真皮（epidermis /dermis）指紋影像、皮下靜脈（subcutaneous veins）影像、以及測量其他生物特徵影像或資訊（例如血氧濃度（blood oxygen level）、心跳（heartbeat）等），並不局限於上述實施例所公開的範圍。

以上概述數個實施例，以便在本發明所屬技術領域中技術人員可以更理解本發明實施例的觀點。在本發明所屬技術領域中技術人員應該理解，他們能以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同的目的及/或優勢。在本發明所屬技術領域中技術人員也應該理解到，此類等效的製程和結構並無悖離本發明的構思與範圍，且他們能在不違背本發明的構思和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。

1-ANG‧‧‧角度 1-ANG2‧‧‧第二角度 1-CR‧‧‧待測物面積 1-CV1‧‧‧曲線 1-CV2‧‧‧曲線 1-d、H、h‧‧‧距離 1-F‧‧‧目標物 1-G‧‧‧間隙 1-L1‧‧‧正向入射光 1-L1'‧‧‧正向入射光 1-L2‧‧‧斜向入射光 1-L3‧‧‧第二斜向入射光 1-L4‧‧‧第三斜向入射光 1-L5‧‧‧第四斜向入射光 1-OA‧‧‧光軸 1-OAA‧‧‧光軸 1-OAM‧‧‧目標光軸 1-SR‧‧‧面積 1-203、1-203'、1-203M‧‧‧感測畫素 1-200‧‧‧光學感測器 1-201‧‧‧基板 1-202‧‧‧介電層組 1-204‧‧‧第一遮光層 1-204A‧‧‧第一光孔 1-205‧‧‧保護層 1-206‧‧‧光學濾波層 1-207‧‧‧第一透明介質層 1-208‧‧‧第二遮光層 1-208A‧‧‧第二光孔 1-209‧‧‧第二透明介質層 1-210‧‧‧微透鏡 1-210A‧‧‧偏移微透鏡 1-210B‧‧‧底面 1-210M‧‧‧目標微透鏡 1-211‧‧‧透鏡遮光層 1-300‧‧‧顯示器 1-300B ~下表面 1-400‧‧‧框架 1-410‧‧‧容置槽 1-420‧‧‧容置底部 1-500‧‧‧電池 1-600‧‧‧光學感測系統 1-610‧‧‧底座 1-900‧‧‧光學濾波板 1-1300‧‧‧光學感測器模組 1-1301‧‧‧承載硬版 1-1302‧‧‧軟性電路板 1-1303‧‧‧焊線 1-1305‧‧‧框體 1-1306‧‧‧封膠層 A1、A2‧‧‧孔徑 X‧‧‧間距 2-100‧‧‧光學感測系統 2-101‧‧‧蓋板層 2-200、2-200’‧‧‧光學感測器 2-300‧‧‧顯示器 2-201‧‧‧基底 2-202‧‧‧感測畫素陣列 2-203、2-203A、2-203B、2-203C‧‧‧感測畫素 2-204‧‧‧第一遮光層 2-205、2-205A、2-205B、2-205C‧‧‧第一開孔 2-206‧‧‧第一透明介質層 2-206A、2-206B‧‧‧第一透明介質子層 2-207‧‧‧第二遮光層 2-208‧‧‧第二開孔 2-209‧‧‧微透鏡層 2-210、2-210A、2-210B、2-210C‧‧‧微透鏡 2-800‧‧‧保護層 2-900‧‧‧濾光層 2-1001‧‧‧第二透明介質層 2-1002‧‧‧第三遮光層 2-1003‧‧‧第三開孔 2-1201‧‧‧第一透光材料 2-1202‧‧‧薄膜電晶體層 2-1203‧‧‧陰極層 2-1204‧‧‧發光層 2-1205‧‧‧陽極層 2-1206‧‧‧第二透光材料 2-1207‧‧‧偏光板 2-1208‧‧‧粘著層 2-1209‧‧‧透光蓋板 2-1210‧‧‧光圈 2-1301‧‧‧導電墊 2-1302‧‧‧導線 2-1303‧‧‧電路板 2-1304‧‧‧補強板 2-1305、2-1401‧‧‧框架 2-1402‧‧‧粘著材料 2-1403‧‧‧粘著層 2-1601‧‧‧電路結構 2-C、2-C1、2-C2、2-C3、2-C1A、2-C2A、2-C1C、2-C2C‧‧‧中心線 2-CR‧‧‧目標物接觸區 2-F‧‧‧目標物 2-F1‧‧‧凸部 2-F2‧‧‧凹部 2-L1、2-L2、2-L3‧‧‧光線 2-S、2-S1、2-S2‧‧‧橫向偏移距離 2-SR‧‧‧光學感測區 2-T_A、2-T_B‧‧‧厚度 A1’‧‧‧第一孔徑 A2’‧‧‧第二孔徑 D‧‧‧直徑 f‧‧‧焦距 L‧‧‧入射光 n‧‧‧折射率 P‧‧‧寬度 R‧‧‧曲率半徑 T‧‧‧厚度θ、θ’‧‧‧主要角度 θ1、θ2‧‧‧容許度 θ_i‧‧‧入射角 θ_r‧‧‧折射角

以下將配合說明書附圖詳述本發明實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本發明實施例的特徵。第1圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測系統的剖面示意圖。第2圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的剖面示意圖。第3圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的特性曲線圖。第4圖顯示依據本發明第二實施例的光學感測系統的剖面示意圖。第5圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的工作狀態的示意圖。第6圖顯示依據本發明第三實施例的光學感測器的剖面示意圖。第7圖顯示依據本發明第三實施例的光學感測器的特性曲線圖。第8圖顯示依據本發明第一實施例的光學感測器的另一工作狀態的示意圖。第9圖顯示依據本發明第四實施例的光學感測器的剖面示意圖。第10圖顯示第8圖的光學感測器的特性曲線圖。第11圖顯示第9圖的光學感測器的特性曲線圖。第12圖顯示依據本發明第四實施例的光學感測器的工作原理的局部剖面示意圖。第13圖顯示依據本發明第五實施例的光學感測器的剖面示意圖。第14圖顯示依據本發明第六實施例的光學感測器的局部剖面示意圖。第15圖顯示第14圖的光學感測器的特性曲線圖。第16A圖與第16B圖顯示依據本發明第七實施例的光學感測器的兩個例子的局部剖面示意圖。第17A圖至第17E圖顯示依據本發明第八實施例的光學感測器的製造方法的各步驟的結構剖面示意圖。第18A圖至第18F圖顯示依據本發明第九實施例的光學感測器的製造方法的各步驟的結構剖面示意圖。第19A圖至第19F圖顯示依據本發明第十實施例的光學感測器的製造方法的各步驟的結構剖面示意圖。第20圖顯示依據本發明第八實施例的變化例的光學感測器的結構剖面示意圖。第21圖顯示依據本發明第十實施例的變化例的光學感測器的結構剖面示意圖。第22圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測系統感測目標物的示意圖。第23圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測系統的範例結構感測目標物的示意圖。第24圖至第26B圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測器於製程的各種階段的剖面示意圖。第27A圖至第27F圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測器的剖面示意圖。第28A圖至第28C圖是根據本發明的其他實施例，示出光學感測器的剖面示意圖。第29圖至第32圖是根據本發明的一些其他實施例，示出包含額外結構的光學感測器的剖面示意圖。第33圖是根據本發明的一些實施例，示出包含顯示器的範例結構的光學感測系統的剖面示意圖。第34圖至第35圖是根據本發明的一些其他實施例，示出包含不同封裝結構的光學感測系統的剖面示意圖。第36圖是根據本發明的一些實施例，示出光學感測系統接收入射光的示意圖。第37圖至第38圖是根據本發明的另一些實施例，示出光學感測器於製程的各種階段的剖面示意圖。第39A圖至第39B圖是根據本發明的另一些實施例，示出微透鏡的配置的剖面示意圖。第40圖是根據本發明的另一些實施例，示出微透鏡與感測畫素的配置的剖面的局部放大示意圖。

1-d‧‧‧距離

1-F‧‧‧目標物

1-203‧‧‧感測畫素

1-200‧‧‧光學感測器

1-201‧‧‧基板

1-202‧‧‧介電層組

1-204‧‧‧第一遮光層

1-204A‧‧‧第一光孔

1-205‧‧‧保護層

1-206‧‧‧光學濾波層

1-207‧‧‧第一透明介質層

1-210‧‧‧微透鏡

1-300‧‧‧顯示器

1-400‧‧‧框架

1-410‧‧‧容置槽

1-420‧‧‧容置底部

1-500‧‧‧電池

1-600‧‧‧光學感測系統

1-610‧‧‧底座

1-1300‧‧‧光學感測器模組

1-1301‧‧‧承載硬版

1-1302‧‧‧軟性電路板

1-1303‧‧‧焊線

1-1305‧‧‧框體

1-1306‧‧‧封膠層

Claims

一種光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於所述基板的上方；多個微透鏡，排列成陣列，並位於所述第一透明介質層上或上方，其中所述多個微透鏡分別將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測一目標物的一圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；一第一遮光層，位於所述基板的上方，並具有多個第一光孔；一第二遮光層，位於所述第一遮光層的上方，並具有多個第二光孔，其中所述多個微透鏡分別位於所述多個第二光孔的上方，且所述多個光軸分別通過所述多個第二光孔及所述多個第一光孔，其中所述多個微透鏡的間距(pitch)(X)由以下公式表示：X=A1+(H/h)*(A2-A1)±20μm其中A1表示所述第一光孔的一孔徑，A2表示所述第二光孔的一孔徑，H表示所述微透鏡的一底面與所述第一遮光層之間的距離，h表示所述第二遮光層與所述第一遮光層之間的距離；以及一光學濾波層，位於所述第一遮光層上，且配置於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，並對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作，其中所述第一透明介質層位於所述光學濾波層上。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述角度介於5度到90度之間。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：所述多個平行的正向入射光通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光不通過所述多個第一光孔；以及所述多個微透鏡位於所述第一透明介質層上。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：一透鏡遮光層，位於所述第一透明介質層上，以及所述多個微透鏡之間的多個間隙中，以遮蔽從外界進入所述多個間隙中的多個平行的第二斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述多個感測畫素中。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：所述多個平行的正向入射光通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光不通過所述多個第一光孔；所述多個微透鏡位於所述第一透明介質層上；以及一透鏡遮光層，位於所述第一透明介質層上，以及所述多個微透鏡之間的多個間隙中，以遮蔽從外界進入所述多個間隙中的多個平行的第二斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述多個感測畫素中。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：一第二透明介質層，位於所述第二遮光層上，所述多個微透鏡位於所述第二透明介質層上，其中定義所述多個微透鏡的其中一個為一目標微透鏡，所述目標微透鏡所具有的所述光軸定義為一目標光軸，所述目標光軸所通過的所述感測畫素定義為一目標感測畫素，與所述目標微透鏡相鄰的所述多個微透鏡定義為相鄰微透鏡，所述第二遮光層遮蔽從外界進入所述相鄰微透鏡的多個平行的第三斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述目標感測畫素中。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：所述多個平行的正向入射光通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光不通過所述多個第一光孔；以及一第二透明介質層，位於所述第二遮光層上，所述多個微透鏡位於所述第二透明介質層上，其中定義所述多個微透鏡的其中一個為一目標微透鏡，所述目標微透鏡所具有的所述光軸定義為一目標光軸，所述目標光軸所通過的所述感測畫素定義為一目標感測畫素，與所述目標微透鏡相鄰的所述多個微透鏡定義為相鄰微透鏡，所述第二遮光層遮蔽從外界進入所述相鄰微透鏡的多個平行的第三斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述目標感測畫素中。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：多個偏移微透鏡，排列成陣列，並位於所述第一透明介質層上或上方，其中：所述多個微透鏡分別將所述多個平行的正向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分的內部，並將所述多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分的外部；所述多個偏移微透鏡分別將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的第二正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的其餘部分的外部，並將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的第四斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的其餘部分的內部，所述目標物產生所述多個平行的第二正向入射光以及所述多個平行的第四斜向入射光，所述多個平行的第二正向入射光平行於所述多個偏移微透鏡的多個光軸，各所述第四斜向入射光與各所述光軸夾出一個第二角度。
如申請專利範圍第8項所述的光學感測器，其特徵在於，所述多個偏移微透鏡排列於所述多個微透鏡的週邊。
如申請專利範圍第8項所述的光學感測器，其特徵在於，所述第二角度介於3.5度與60度之間。
如申請專利範圍第1-10項中的任一項所述的光學感測器，其特徵在於，所述多個感測畫素被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積。
如申請專利範圍第1-10項中的任一項所述的光學感測器，其特徵在於，所述光學感測器還包括：一介電層組，位於所述基板上並覆蓋所述多個感測畫素。
如申請專利範圍第1項所述的光學感測器，其特徵在於，所述光學感測器還包括：一介電層組，位於所述基板上並覆蓋所述多個感測畫素，所述第一遮光層位於所述介電層組上。
一種光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於所述基板的上方；多個微透鏡，排列成陣列，並位於所述第一透明介質層上或上方，其中所述多個微透鏡分別將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測一目標物的一圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；一第一遮光層，並具有多個第一光孔，所述多個平行的正向入射光通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光不通過所述多個第一光孔；以及一光學濾波層，位於所述多個微透鏡的上方，且配置於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，並對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作，所述多個微透鏡位於所述第一透明介質層上。
一種光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於所述基板的上方；多個微透鏡，排列成陣列，並位於所述第一透明介質層上或上方，其中所述多個微透鏡分別將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測一目標物的一圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；以及一光學濾波層，配置於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作；其中所述第一透明介質層位於所述光學濾波層上，所述多個微透鏡位於所述第一透明介質層上，其中所述多個感測畫素的橫向尺寸被設計成接收到所述多個平行的正向入射光，但不接收到所述多個平行的斜向入射光，而所述光學感測器於所述第一透明介質層與所述多個感測畫素之間不具有任何遮光層來遮蔽所述多個平行的斜向入射光。
一種光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於所述基板的上方；多個偏移微透鏡，排列成陣列，並位於所述第一透明介質層上或上方，其中：所述多個偏移微透鏡分別將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，並將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，藉此感測一目標物的一圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個偏移微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；以及一第一遮光層，位於所述基板的上方，並具有多個第一光孔；以及一光學濾波層，位於所述第一遮光層上，且配置於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，並對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作，其中所述第一透明介質層位於所述光學濾波層上。
如申請專利範圍第16項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：所述多個平行的正向入射光不通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光通過所述多個第一光孔；以及所述多個偏移微透鏡位於所述第一透明介質層上。
申請專利範圍第16項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：一透鏡遮光層，位於所述第一透明介質層上，以及所述多個偏移微透鏡之間的多個間隙中，以遮蔽從外界進入所述多個間隙中的多個平行的第二斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述多個感測畫素中。
如申請專利範圍第16項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：所述多個平行的正向入射光通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光不通過所述多個第一光孔；所述多個偏移微透鏡位於所述第一透明介質層上；以及一透鏡遮光層，位於所述第一透明介質層上，以及所述多個偏移微透鏡之間的多個間隙中，以遮蔽從外界進入所述多個間隙中的多個平行的第二斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述多個感測畫素中。
如申請專利範圍第16項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：一第二遮光層，位於所述第一透明介質層上，並具有多個第二光孔；以及一第二透明介質層，位於所述第二遮光層上，所述多個偏移微透鏡位於所述第二透明介質層上，其中定義所述多個偏移微透鏡的其中一個為一目標微透鏡，所述目標微透鏡所具有的所述光軸定義為一目標光軸，所述目標光軸所通過的所述感測畫素定義為一目標感測畫素，與所述目標微透鏡相鄰的所述多個偏移微透鏡定義為相鄰微透鏡，所述第二遮光層遮蔽從外界進入所述相鄰微透鏡的多個平行的第三斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述目標感測畫素中。
如申請專利範圍第16項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：所述多個平行的正向入射光不通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光通過所述多個第一光孔；一第二遮光層，位於所述第一透明介質層上，並具有多個第二光孔；以及一第二透明介質層，位於所述第二遮光層上，所述多個偏移微透鏡位於所述第二透明介質層上，其中定義所述多個偏移微透鏡的其中一個為一目標微透鏡，所述目標微透鏡所具有的所述光軸定義為一目標光軸，所述目標光軸所通過的所述感測畫素定義為一目標感測畫素，與所述目標微透鏡相鄰的所述多個偏移微透鏡定義為相鄰微透鏡，所述第二遮光層遮蔽從外界進入所述相鄰微透鏡的多個平行的第三斜向入射光免於進入所述第一透明介質層及所述目標感測畫素中。
如申請專利範圍第16-21項中的任一項所述的光學感測器，其特徵在於，所述多個感測畫素被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積。
如申請專利範圍第16項所述的光學感測器，其特徵在於，所述的光學感測器還包括：一第二遮光層，位於所述第一遮光層的上方，並具有多個第二光孔，其中所述多個偏移微透鏡分別位於所述多個第二光孔的上方，至少一個第一光孔的中心線、對應的第二光孔的中心線以及對應的微透鏡的中心線皆不重疊。
如申請專利範圍第23項所述的光學感測器，其特徵在於，所述多個感測畫素被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積。
申請專利範圍第16-21及23-24項中的任一項所述的光學感測器，其特徵在於，所述光學感測器還包括：一介電層組，位於所述基板上並覆蓋所述多個感測畫素。
如申請專利範圍第16、19及21項中的任一項所述的光學感測器，其特徵在於，所述光學感測器還包括：一介電層組，位於所述基板上並覆蓋所述多個感測畫素，所述第一遮光層位於所述介電層組上。
一種光學感測系統，其特徵在於，所述的光學感測系統包括：一底座；一電池，設置於所述底座上；一框架，設置於所述電池的上方；如申請專利範圍第1項所述的一光學感測器，用於感測一目標物的一圖像；一顯示器，用於顯示資訊，其中所述光學感測器裝設於所述框架或貼合於所述顯示器的一下表面，所述目標物位於所述顯示器上或上方，所述光學感測器通過所述顯示器感測所述目標物的所述圖像，所述電池供電給所述光學感測器與所述顯示器；供所述光學感測器安裝的所述框架的一容置底部與所述顯示器之間的一最短距離介於0.1mm至0.5mm之間。
一種光學感測系統，其特徵在於，所述的光學感測系統包括：一底座；一電池，設置於所述底座上；一框架，設置於所述電池的上方；一光學感測器，用於感測一目標物的一圖像；一顯示器，用於顯示資訊，其中所述光學感測器裝設於所述框架或貼合於所述顯示器的一下表面，所述目標物位於所述顯示器上或上方，所述光學感測器通過所述顯示器感測所述目標物的所述圖像，所述電池供電給所述光學感測器與所述顯示器；所述光學感測器包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於所述基板的上方；以及多個偏移微透鏡，排列成陣列，並位於所述第一透明介質層上或上方，其中：所述多個偏移微透鏡分別將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，並將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，藉此感測所述目標物的所述圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個偏移微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；所述多個感測畫素被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積，所述光學感測器更包括一光學濾波層，配置於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，並對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作。
一種光學感測系統，其特徵在於，所述的光學感測系統包括：一底座；一電池，設置於所述底座上；一框架，設置於所述電池的上方；一光學感測器，用於感測一目標物的一圖像；一顯示器，用於顯示資訊，其中所述光學感測器裝設於所述框架或貼合於所述顯示器的一下表面，所述目標物位於所述顯示器上或上方，所述光學感測器通過所述顯示器感測所述目標物的所述圖像，所述電池供電給所述光學感測器與所述顯示器；所述光學感測器包括：一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；一第一透明介質層，位於所述基板的上方；以及多個微透鏡，排列成陣列，並位於所述第一透明介質層上或上方，其中所述多個微透鏡分別將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測所述目標物的一圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；所述多個感測畫素被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積，所述光學感測器更包括一光學濾波層，配置於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，並對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作。
如申請專利範圍第28或29項所述的光學感測系統，其特徵在於，所述光學感測器還包括：一第一遮光層，位於所述基板的上方，並具有多個第一光孔；以及一第二遮光層，位於所述第一遮光層的上方，並具有多個第二光孔，其中所述多個微透鏡分別位於所述多個第二光孔的上方，其中，至少一個第一光孔的中心線、對應的第二光孔的中心線以及對應的微透鏡的中心線皆不重疊。
一種光學感測器的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法包括以下步驟：提供一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；於所述基板的上方形成一第一透明介質層；於所述第一透明介質層上或上方形成多個微透鏡，排列成陣列，其中所述多個微透鏡分別將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，並將從外界進入所述多個微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，藉此感測一目標物的一圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；於所述基板的上方形成一第一遮光層，其具有多個第一光孔；於所述第一遮光層的上方形成一第二遮光層，其具有多個第二光孔，其中所述多個微透鏡分別位於所述多個第二光孔的上方，且所述多個光軸分別通過所述多個第二光孔及所述多個第一光孔，其中所述多個微透鏡的間距(pitch)(X)由以下公式表示：X=A1+(H/h)*(A2-A1)±20μm其中A1表示所述第一光孔的一孔徑，A2表示所述第二光孔的一孔徑，H表示所述微透鏡的一底面與所述第一遮光層之間的距離，h表示所述第二遮光層與所述第一遮光層之間的距離；以及於所述第一遮光層上形成一光學濾波層，且使所述光學濾波層位於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，所述光學濾波層對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作，其中所述第一透明介質層位於所述光學濾波層上。
如申請專利範圍第31項所述的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法還包括以下步驟：所述第一遮光層是形成於所述基板與所述第一透明介質層之間，所述多個平行的正向入射光通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光不通過所述多個第一光孔。
如申請專利範圍第31項所述的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法還包括以下步驟：所述第二遮光層是形成於所述多個微透鏡與所述第一透明介質層之間，且於所述多個微透鏡與所述第一透明介質層之間形成一第二透明介質層，所述第二透明介質層位於所述第二遮光層上，所述多個微透鏡位於所述第二透明介質層上，所述第二遮光層遮蔽相鄰透鏡雜散光免於進入所述多個感測畫素中。
如申請專利範圍第31項所述的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法還包括以下步驟：於所述多個微透鏡之間的多個間隙中形成一透鏡遮光層，以遮蔽相鄰間隙雜散光免於進入所述多個感測畫素中。
一種光學感測器的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法包括以下步驟：提供一基板，具有多個感測畫素，排列成陣列；於所述基板的上方形成一第一透明介質層；於所述第一透明介質層上或上方形成多個偏移微透鏡，排列成陣列，其中所述多個偏移微透鏡分別將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的正向入射光，通過所述第一透明介質層而入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的外部，並將從外界進入所述多個偏移微透鏡的多個平行的斜向入射光入射於所述多個感測畫素總數的一部分或全部的內部，藉此感測一目標物的一圖像，所述目標物產生所述多個平行的正向入射光以及所述多個平行的斜向入射光，所述多個平行的正向入射光平行於所述多個偏移微透鏡的多個光軸，各所述平行的斜向入射光與各所述光軸夾出一個角度；於所述基板的上方形成一第一遮光層，其具有多個第一光孔；以及於所述第一遮光層上形成一光學濾波層，且使所述光學濾波層位於所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光的光路徑上，所述光學濾波層對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作，其中所述第一透明介質層位於所述光學濾波層上。
如申請專利範圍第35項所述的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法還包括以下步驟：所述第一遮光層是形成於所述基板與所述第一透明介質層之間，所述多個平行的正向入射光不通過所述多個第一光孔，所述多個平行的斜向入射光通過所述多個第一光孔。
如申請專利範圍第35項所述的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法還包括以下步驟：於所述多個偏移微透鏡與所述第一透明介質層之間形成一第二遮光層與一第二透明介質層，所述第二遮光層具有多個第二光孔，所述第二透明介質層位於所述第二遮光層上，所述多個偏移微透鏡位於所述第二透明介質層上，所述第二遮光層遮蔽相鄰透鏡雜散光免於進入所述多個感測畫素中。
如申請專利範圍第35項所述的製造方法，其特徵在於，所述的光學感測器的製造方法還包括以下步驟：於所述多個偏移微透鏡之間的多個間隙中形成一透鏡遮光層，以遮蔽相鄰間隙雜散光免於進入所述多個感測畫素中。
一種光學感測器，包括：一基底，包括一感測畫素陣列；一第一遮光層，位於該感測畫素陣列上方且具有多個第一開孔，其中該些第一開孔露出該感測畫素陣列的多個感測畫素；一微透鏡層，位於該第一遮光層上方且包括多個微透鏡；一第一透明介質層，位於該感測畫素陣列上方且介於該微透鏡層與該感測畫素陣列之間，其中該第一透明介質層具有一第一厚度；其中該微透鏡層用以引導一入射光穿透該第一透明介質層至該些第一開孔下方的該些感測畫素；以及一光學濾波層，位於所述第一遮光層上，且配置於進入所述微透鏡層的多個平行的正向入射光與多個平行的斜向入射光的光路徑上，並對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作，其中所述第一透明介質層位於所述光學濾波層上。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，還包括：一保護層，順應覆蓋該微透鏡層。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，其中至少一微透鏡的中心線與所對應的至少一第一開孔的中心線具有一偏移距離。
如申請專利範圍第41項所述的光學感測器，其中該偏移距離、該些微透鏡的曲率半徑、該第一厚度、以及該些第一開孔的孔徑是配置用以使該些感測畫素接收一斜角入射的光。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，其中至少一微透鏡的中心線與所對應的至少一第一開孔的中心線重疊。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，其中該些第一開孔與該些感測畫素相互以一對一、一對多或多對一對應。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，其中該些微透鏡與該些感測畫素相互以一對一、一對多或多對一對應。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，其中該第一遮光層的厚度在約0.3微米至約5微米的範圍，以及該些第一開孔的孔徑在0.3 微米至50微米的範圍。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，其中該第一透明介質層的該第一厚度在1微米至50微米的範圍。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，還包括：一第二透明介質層，位於該第一遮光層與該微透鏡層之間。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，還包括：一第二遮光層，位於該第一透明介質層上且具有多個第二開孔。
如申請專利範圍第49項所述的光學感測器，其中該第二遮光層的厚度在約0.3微米至約5微米的範圍，以及該些第二開孔的孔徑在約0.3微米至約50微米的範圍。
如申請專利範圍第39項所述的光學感測器，還包括：一第二透明介質層，位於該第一透明介質層與該微透鏡層之間；以及一第三遮光層，位於該第一透明介質層與該第二透明介質層之間。
如申請專利範圍第39-51項中的任一項所述的光學感測器，其中，所述感測畫素陣列被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積。
如申請專利範圍第49項所述的光學感測器，其中至少一個第一開孔的中心線、對應的第二開孔的中心線以及對應的微透鏡的中心線皆不重疊。
如申請專利範圍第53項所述的光學感測器，其中，所述感測畫素陣列被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積。
一種光學感測器，包括：一基底，包括一感測畫素陣列，其中該感測畫素陣列包括多個感測畫素，而每一該感測畫素具有一畫素尺寸；一第一透明介質層，位於該感測畫素陣列之上方；一微透鏡層，位於該第一透明介質層之上方且包括多個微透鏡，而每一該微透鏡具有一直徑，其中該些微透鏡用以引導一入射光穿透該第一透明介質層至該些感測畫素；以及一光學濾波層，配置於進入該些微透鏡的多個平行的正向入射光與多個平行的斜向入射光的光路徑上，並對所述多個平行的正向入射光與所述多個平行的斜向入射光執行光線波長過濾動作，其中該畫素尺寸在3微米至10微米的範圍，而該直徑在10微米至50微米的範圍，其中該第一透明介質層具有一折射率n，該第一透明介質層具有一厚度T，該些微透鏡具有一焦距f以及一直徑D，且該入射光具有一入射角θi以及一折射角θr；其中該畫素尺寸P、該折射率n、該厚度T、該焦距f、該直徑D、該入射角θi、以及該折射角θr符合下列關係式：sinθi=n*sinθr，f=((D/2)2+T2)1/2，P/2=f*tanθr。
如申請專利範圍第55項所述的光學感測器，其中該基底還包括一電路結構，位於該些感測畫素中相鄰的兩者之間。
如申請專利範圍第55項所述的光學感測器，其中至少一微透鏡的中心線與所對應的感測畫素的中心線具有一偏移距離。
如申請專利範圍第57項所述的光學感測器，其中該偏移距離、該畫素尺寸、該折射率、該厚度、該焦距、以及該直徑是配置用以使該些感測畫素接收一斜角入射的光。
如申請專利範圍第55項所述的光學感測器，其中至少一微透鏡的中心線與所對應的感測畫素的中心線重疊。
如申請專利範圍第55項所述的光學感測器，其中該些微透鏡與該些感測畫素相互以一對一、一對多或多對一對應。
如申請專利範圍第55項所述的光學感測器，其中該第一透明介質層的該第一厚度在1微米至50微米的範圍。
如申請專利範圍第55項所述的光學感測器，其中該畫素尺寸與該直徑之比值在0.06至1的範圍。
如申請專利範圍第55項所述的光學感測器，其中位於該第一透明介質層上之該微透鏡層更具有一第二焦距的多個微透鏡，以引導另一入射光穿透該第一透明介質層至該些感測畫素。
如申請專利範圍第55-63項中的任一項所述的光學感測器，其中，所述感測畫素陣列被配置為使得光學感測區的面積小於目標物接觸區的面積。