CN114759049A - 光学感测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种光学感测装置，包括：一薄膜晶体管；一感测单元，由该薄膜晶体管驱动；以及一滤光片，其中一被检测的光在被该感测单元收集之前通过该滤光片，且该滤光片使得该被检测的光的近红外光波段的光强度下降。

Description

光学感测装置
技术领域
本申请有关于一种光学感测装置，特别是有关于一种配置有可过滤特定波段的滤光片的光学感测装置。
背景技术
以触控显示器为例，当手指触碰面板时，内部发光元件发出光源，待光源到达手指后，产生反射光，而进入光学感测装置，将接收的光信号转为电信号。然而，环境中的近红外光(750纳米至1,100纳米)会穿透手指及显示器，造成光学感测装置的噪声。
光学感测装置中的硅基PIN光电二极管对于近红外光波段的反应度较可见光波段高出许多，也就是，环境中的近红外光对光电二极管的影响程度高。
发明内容
根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置，包括：一薄膜晶体管；一感测单元，以该薄膜晶体管驱动；以及一滤光片，其中一被检测的光在被该感测单元收集之前通过该滤光片，且该滤光片使得该被检测的光的近红外光波段的光强度下降。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1根据本申请的一实施例，一种电子装置的剖面示意图；
图2根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图3A根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图3B根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图4根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图5根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图6根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图7A根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图7B根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图8根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图9A根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图9B根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；
图10根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图；图11根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的电路图；以及图12根据本申请的一实施例，一种光学感测装置的剖面示意图。
图中元件标号说明：
10：电子装置
12：面板
14：基板
16：绝缘层
16a：第一绝缘层
16b：第二绝缘层
16c：第三绝缘层
18：电路
20：发光元件
22：玻璃盖板
24：手指
26：光源
28：反射光
100：光学感测装置
100a：第一像素
100b：第二像素
100c：第三像素
102：基板
104：薄膜晶体管
106：感测单元
108：第一绝缘层
110：第一遮光层
112：第一开孔
114：第二绝缘层
116：滤光片
116a：第一滤光片
116b：第二滤光片
118：第三绝缘层
120：第二遮光层
122：第二开孔
124：第四绝缘层
126：聚光元件
128：第五绝缘层
130：第六绝缘层
132：光路径
134：柱状结构
136：开孔
138：重置电路
140：第一薄膜晶体管
142：外部电压
144：列选择线路
146：第二薄膜晶体管
148：行选择线路
150：有源层
152：栅极
154：源极
156：漏极
158：下电极
160：N型半导体层
162：本征半导体层
164：P型半导体层
166：上电极
168：第一介电层
170：第二介电层
172：第三介电层
174：第四介电层
176：第五介电层
178：无机介电层
179：导电结构
180：穿孔
201,202,203：染料
H：柱状结构的高度
H1：第一开孔的高度
H2：第二开孔的高度
W：柱状结构的宽度
W1：第一开孔的宽度
W2：第二开孔的宽度
具体实施方式
以下的申请内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的申请内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本申请实施例叙述了一第一特征部件形成于一第二特征部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征部件与上述第二特征部件是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征部件形成于上述第一特征部件与上述第二特征部件之间，而使上述第一特征部件与第二特征部件可能未直接接触的实施例。
应理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，部分的操作步骤可被取代或省略。
此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“在…上方”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词是为了便于描述附图中一个(些)元件或特征部件与另一个(些)元件或特征部件之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转45度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。
在说明书中，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值的正负20％之内，或正负10％之内，或正负5％之内，或正负3％之内，或正负 2％之内，或正负1％之内，或正负0.5％之内的范围。在此给定的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。
应当理解的是，虽然本文使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述不同的元件、部件、区域、层及/或区段，这些元件、部件、区域、层及/或区段不应当被这些术语所限制。这些术语可以仅被用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一元件、部件、区域、层或区段区分开来。因此，在不脱离本申请的技术的前提下，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与本领域技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本申请的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本申请实施例有特别定义。
请参阅图1，根据本申请的一实施例，提供一种电子装置10。图1为电子装置10的剖面示意图。
在图1所示的实施例中，电子装置10包括面板12与光学感测装置100。面板12设置于光学感测装置100上。面板12包括基板14、多层绝缘层16、电路18、发光元件20、以及玻璃盖板22。基板14可包括任何适合的硬式或软式基板材料。多层绝缘层16包括例如第一绝缘层16a、第二绝缘层16b、以及第三绝缘层16c，设置于基板14上，但本申请不限于此。在一些实施例，电路 18设置于基板14上，位于第一绝缘层16a中。电路18可包括用来驱动发光元件20的电路，例如，电路18可以是由7个薄膜晶体管与2个电容所组成的7T2C 型电路结构，但本申请不限于此。根据一些实施例，发光元件20设置于基板 14上，位于第二绝缘层16b中。发光元件20可包括发光二极管(light-emitting diode，LED)，例如，有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)、无机发光二极管(inorganic light-emittingdiode)、毫发光二极管(mini LED)、微发光二极管(micro LED)、或量子点发光二极管(quantum dot light-emitting diode， QLED)，但本申请不限于此。在一些实施例，电路18与发光元件20电性连接。光学感测装置100可包括借由内部光敏感元件将接收的各种光信号转换成电信号的光学装置，例如，红外线光传感器、紫外线光传感器、影像传感器、或深度传感器，但本申请不限于此。
在图1中，当手指24触碰玻璃盖板22时，发光元件20发出光26，待光 26到达手指24后，产生反射光28，而进入光学感测装置100。此时，光学感测装置100即接收来自手指24的反射光28，并将此光信号转换成电信号。在一些实施例中，电子装置外的环境中，近红外光29(near IR light)会穿过手指 24及面板12，而进入光学感测装置100，也就是说，光学感测装置100所接收的被检测的光，除了目标的反射光28以外，还包含环境中的近红外光29。前述近红外光29例如可以是波长介于大约750纳米至大约1,100纳米之间的近红外光。
请参阅图2，根据本申请的一实施例，进一步说明光学感测装置100的详细结构。图2为光学感测装置100的剖面示意图。
在图2所示的实施例中，光学感测装置100包括基板102、薄膜晶体管 (thin-filmtransistor,TFT)104、感测单元106、第一绝缘层108、第一遮光层110、第一开孔112、第二绝缘层114、滤光片116、第三绝缘层118、第二遮光层120、第二开孔122、第四绝缘层124、聚光元件126、以及第五绝缘层128。基板102 可包括任何适合的硬式或软式基板材料。薄膜晶体管104设置于基板102上。感测单元106设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。上述所谓“感测单元106以薄膜晶体管104驱动”表示感测单元106与薄膜晶体管104之间形成电性连接。感测单元106可包括光转电感光元件，例如，硅基(silicon-based) 光电二极管。上述所谓“硅基”是指非晶硅(a-Si)、硒(a-Se)、或硅锗(a-SiGe) 材料。感测单元106可包括无机PIN光电二极管或有机光电二极管(organic photodiode，OPD)。
在图2中，薄膜晶体管104与感测单元106设置于基板102上，并与基板 102接触，但本申请不限于此。在部分实施例中，薄膜晶体管104与感测单元 106设置于基板102上，未与基板102接触。在部分实施例中，薄膜晶体管104 与感测单元106之间形成直接电性连接。在部分实施例中，薄膜晶体管104与感测单元106之间形成间接电性连接。第一绝缘层108设置于基板102上，覆盖薄膜晶体管104与感测单元106。第一绝缘层108可包括任何适合的绝缘材料，例如，氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅。第一绝缘层108可为单层或复合层。第一遮光层110设置于第一绝缘层108上。第一遮光层110可由黑色光阻或金属等遮光材料所组成，但本申请不限于此。第一开孔112形成于第一遮光层110 中。第一开孔112是指第一遮光层110经图案化形成的开口区。第二绝缘层114 设置于第一绝缘层108上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。第二绝缘层114可包括任何适合的绝缘材料，例如，氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅。滤光片116设置于第二绝缘层114上。滤光片116可由单层或多层的有机材料或无机材料所组成。上述有机材料可包括有色的有机材料，例如，染料(dye)或色素(pigment)。至少一种染料或色素可吸收或反射具有某特定波段的光。
在图2中，滤光片116为单层有机材料层。滤光片116为过滤光的结构，也就是，可过滤特定波段光的结构，例如，可过滤波长介于大约750纳米至大约1,100纳米之间的近红外光。根据一些实施例，过滤特定波段光的结构，可以是一种吸收及/或反射光的结构，使得被检测的光在通过该结构后，被检测的光的特定波段光强度降低，换句话说，滤光片116可包含至少一种材料可以针对特定波段光产生反射及/或吸收的效果。由于滤光片116的配置，使得被检测的光在由感测单元106收集之前通过滤光片116，被检测的光的近红外光波段的透过率可因此下降。上述所谓“被检测的光”是指全数进入光学感测装置100 的光线。举例来说，如图1所示，反射光28与近红外光29为进入光学感测装置100的光线，因此反射光28与近红外光29可以是本申请所谓“被检测的光”。
又如图2所示，在一些实施例中，感测单元106例如于近红外光波段的响应(response)比可见光波段(例如波长介于400纳米至750纳米的可见光)高，环境中的近红外光29若没有被过滤掉，可能会提高感测单元106产生噪声的机会，进而影响例如指纹辨识的品质，在一实施例中，被检测的光(例如包含反射光28与近红外光29)在进入感测单元106之前通过滤光片116，环境中的近红外光29可被滤光片116过滤，使近红外光29的光强度降低或使近红外光29 的光强度趋近于零，可降低感测单元106产生噪声的机会。换句话说，近红外光29通过滤光片116后的光强度小于近红外光29通过滤光片116前的光强度。在一些实施例中，近红外光29入射光学感测装置100并通过滤光片116后进入感测单元106，感测单元106检测到的光强度小于入射光学感测装置100前近红外光29的光强度。值得注意的是，近红外光29在通过滤光片116前，可通过设置于滤光片116上的其他层别(例如第二遮光层120)。在一些实施例中，感测单元106检测到的光强度可以是入射光学感测装置100前近红外光29的光强度的50％或者小于50％，但本申请不限于此。本申请于感测单元106上方设置可过滤近红外光(NIR)的滤光片116，可降低近红外光达到感测单元106产生噪声的机会，提升感测单元106的感测品质。值得注意的是，滤光片116可过滤近红外光波段仅本申请的一实施例，在其他实施例中，滤光片116可过滤其他波段，只要是能够达成提升感测单元106的感测品质即可。
滤光片116可借由涂布或贴附方式设置于第二绝缘层114上。第三绝缘层 118设置于滤光片116上。第三绝缘层118可包括任何适合的绝缘材料，例如，氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅。第二遮光层120设置于第三绝缘层118上。第二遮光层120可由黑色光阻或金属等遮光材料所组成，但本申请不限于此。第二开孔122形成于第二遮光层120中。第二开孔122是指第二遮光层120经图案化形成的开口区。第四绝缘层124设置于第三绝缘层118上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。第四绝缘层124可包括任何适合的绝缘材料，例如，氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅。聚光元件126设置于第四绝缘层124上。聚光元件126是指可将光聚焦至感测单元106上的元件，例如，微透镜或准直器(collimator)等。在图2中，所使用的聚光元件126为微透镜。被检测的光在过滤之前先通过聚光元件126。换句话说，被检测的光在通过滤光片116前，可先通过聚光元件126。由聚光元件126聚焦被检测的光在过滤之前先通过第二开孔122。换句话说，被检测的光在通过滤光片116前，可先通过第二开孔 122。上述所谓“聚焦”是指将比较发散的光线集中，使光线聚焦于感测单元 106。滤光片116设置于聚光元件126与第一开孔112之间。第五绝缘层128 设置于第四绝缘层124上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。第五绝缘层128可包括任何适合的绝缘材料，例如，氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅。值得注意的是，在图2所示的实施例中，滤光片116对基板102的投影与感测单元106对基板102的投影重叠，且滤光片116设置于第一遮光层110 与第二遮光层120之间。根据一些实施例，第一开孔112、第二开孔122与感测单元106对应设置。
请参阅图3A，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图 3A为光学感测装置100的剖面示意图。
在图3A所示的实施例中，光学感测装置100包括基板102、薄膜晶体管 104、感测单元106、第一绝缘层108、第一遮光层110、第一开孔112、第二绝缘层114、第三绝缘层118、第二遮光层120、第二开孔122、第四绝缘层124、滤光片116、第五绝缘层128、聚光元件126、以及第六绝缘层130。上述各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系提出说明。如图3A所示，薄膜晶体管104设置于基板102上。感测单元106设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。第一绝缘层108设置于基板102上，覆盖薄膜晶体管104与感测单元106。第一遮光层110设置于第一绝缘层108上。第一开孔112形成于第一遮光层110中。第二绝缘层114设置于第一绝缘层108上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。第三绝缘层118设置于第二绝缘层114上。第二遮光层120设置于第三绝缘层118上。第二开孔122形成于第二遮光层120中。第四绝缘层124 设置于第三绝缘层118上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。滤光片116设置于第四绝缘层124上。举例来说，根据一些实施例，第四绝缘层124 可与第三绝缘层118接触。在图3A中，滤光片116可以为单层或多层有机材料层所组成，但本申请不限于此。第五绝缘层128设置于滤光片116上。聚光元件126设置于第五绝缘层128上。在图3A中，所使用的聚光元件126为微透镜，但本申请不限于此。第六绝缘层130设置于第五绝缘层128上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。值得注意的是，在图3A所示的实施例中，滤光片116对基板102的投影与感测单元106对基板102的投影重叠，且滤光片116设置于第一遮光层110与第二遮光层120上方。
请参阅图3B，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图 3B为光学感测装置100的剖面示意图。
在图3B所示的实施例中，光学感测装置100包括基板102、薄膜晶体管 104、感测单元106、第一绝缘层108、滤光片116、第一遮光层110、第一开孔112、第二绝缘层114、第二遮光层120、第二开孔122、第三绝缘层118、聚光元件126、以及第四绝缘层124。上述各元件及各层别的结构、材料与图2 所示的实施例类似，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系提出说明。如图3B所示，薄膜晶体管104设置于基板102上。感测单元106设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。第一绝缘层108设置于基板102上，包围薄膜晶体管104与感测单元106。举例来说，如图3B所示，部分第一绝缘层108位于薄膜晶体管104与感测单元106之间。滤光片116设置于第一绝缘层108上，并与感测单元106接触。在图3B中，滤光片116为单层有机材料层，但本申请不限于此。第一遮光层110设置于滤光片116上。第一开孔112形成于第一遮光层110中。第二绝缘层114设置于滤光片116上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。第二遮光层120设置于第二绝缘层114上。第二开孔122形成于第二遮光层120中。第三绝缘层118设置于第二绝缘层114 上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。聚光元件126设置于第三绝缘层118上。在图3B中，所使用的聚光元件126为微透镜，但本申请不限于此。第四绝缘层124设置于第三绝缘层118上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。在部分实施例中，于滤光片116与感测单元106之间亦可增加设置单层或多层绝缘层(未附图)。值得注意的是，在图3B所示的实施例中，滤光片116对基板102的投影与感测单元106对基板102的投影重叠，且滤光片116设置于第一遮光层110与第二遮光层120下方。在一些实施例中，滤光片116设置于第一遮光层110与感测单元106之间。
请参阅图4，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图4 为光学感测装置100的剖面示意图。
在图4所示的实施例中，光学感测装置100包括基板102、薄膜晶体管104、感测单元106、第一绝缘层108、第二绝缘层114、第一遮光层110、第一开孔 112、滤光片116、第三绝缘层118、第二遮光层120、第二开孔122、第四绝缘层124、聚光元件126、以及第五绝缘层128。上述各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系提出说明。如图4所示，薄膜晶体管104设置于基板102上。感测单元106设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。第一绝缘层108设置于基板102 上，包围薄膜晶体管104与感测单元106。第二绝缘层114设置于第一绝缘层 108上，并与感测单元106接触。第一遮光层110设置于第二绝缘层114上。第一开孔112形成于第一遮光层110中。滤光片116设置于第二绝缘层114上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。在图4中，滤光片116为单层有机材料层，但本申请不限于此。第三绝缘层118设置于滤光片116上。第二遮光层120设置于第三绝缘层118上。第二开孔122形成于第二遮光层120中。第四绝缘层124设置于第三绝缘层118上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。聚光元件126设置于第四绝缘层124上。在图4中，所使用的聚光元件126为微透镜，但本申请不限于此。第五绝缘层128设置于第四绝缘层124 上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。值得注意的是，在图 4所示的实施例中，滤光片116对基板102的投影与感测单元106对基板102 的投影重叠，且滤光片116设置于第二绝缘层114上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。
请参阅图5，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图5 为光学感测装置100的剖面示意图。
在图5所示的实施例中，光学感测装置100的各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系提出说明。如图5所示，薄膜晶体管104设置于基板102上。感测单元106 设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。第一绝缘层108设置于基板102 上，覆盖薄膜晶体管104与感测单元106。第一遮光层110设置于第一绝缘层 108上。第一开孔112形成于第一遮光层110中，第一开孔112的位置相对于感测单元106设置的位置形成一特定距离的偏移。也就是说，第一开孔112于基板102的法线方向上与感测单元106部分重叠。第二绝缘层114设置于第一绝缘层108上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。滤光片116设置于第二绝缘层114上，滤光片116设置的位置相对于感测单元106设置的位置形成一特定距离的偏移。在图5中，滤光片116为单层有机材料层，但本申请不限于此。第三绝缘层118设置于滤光片116上。第二遮光层120设置于第三绝缘层118上。第二开孔122形成于第二遮光层120中，第二开孔122的位置相对于感测单元106设置的位置形成一特定距离的偏移。第四绝缘层124设置于第三绝缘层118上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。聚光元件 126设置于第四绝缘层124上，聚光元件126设置的位置相对于感测单元106 设置的位置形成一特定距离的偏移。在图5中，所使用的聚光元件126为微透镜，但本申请不限于此。第五绝缘层128设置于第四绝缘层124上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。值得注意的是，在图5所示的实施例中，滤光片116设置于第一遮光层110与第二遮光层120之间，但滤光片116 对基板102的投影与感测单元106对基板102的投影不重叠。与图2所示的实施例相较，在图5中，第一开孔112的位置、滤光片116设置的位置、第二开孔122的位置、以及聚光元件126设置的位置相对于感测单元106设置的位置均形成不同特定距离的偏移，此结构态样适用于大角度入射光的检测，例如入射角度大于90度的入射光，本申请不限于此。由于第一开孔112的位置、滤光片116设置的位置、第二开孔122的位置、以及聚光元件126设置的位置均位在同一大角度被检测的光路径132上，因此依此结构可达到降低被检测的光中，近红外光波段的光强度的功效。
请参阅图6，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图6 为光学感测装置100的剖面示意图。
在图6所示的实施例中，光学感测装置100包括基板102、薄膜晶体管104、感测单元106、第一绝缘层108、第一遮光层110、第一开孔112、第二绝缘层 114、滤光片116、第三绝缘层118、第四绝缘层124、聚光元件126、第五绝缘层128、第二遮光层120、第二开孔122、以及第六绝缘层130。上述各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系提出说明。如图6所示，薄膜晶体管104设置于基板102 上。感测单元106设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。第一绝缘层 108设置于基板102上，覆盖薄膜晶体管104与感测单元106。第一遮光层110 设置于第一绝缘层108上。第一开孔112形成于第一遮光层110中。第二绝缘层114设置于第一绝缘层108上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。滤光片116设置于第二绝缘层114上。在图6中，滤光片116为单层有机材料层，但本申请不限于此。第三绝缘层118设置于滤光片116上。第四绝缘层124 设置于第三绝缘层118上。聚光元件126设置于第四绝缘层124上。在图6中，所使用的聚光元件126为微透镜，但本申请不限于此。第五绝缘层128设置于第四绝缘层124上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。第二遮光层120设置于第五绝缘层128上。第二开孔122形成于第二遮光层120中。第六绝缘层130设置于第五绝缘层128上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。值得注意的是，在图6所示的实施例中，滤光片116对基板102的投影与感测单元106对基板102的投影重叠，且第二遮光层120(包含第二开孔 122)设置于聚光元件126上方。
请参阅图7A，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图 7A为光学感测装置100的剖面示意图。
在图7A所示的实施例中，光学感测装置100包括基板102、薄膜晶体管 104、感测单元106、第一绝缘层108、第一遮光层110、第一开孔112、第二绝缘层114、滤光片116、第三绝缘层118、第二遮光层120、第二开孔122、第四绝缘层124、聚光元件126、以及第五绝缘层128。上述各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似(除滤光片116的配置以外)，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系及滤光片116的配置提出说明。如图7A 所示，薄膜晶体管104设置于基板102上。感测单元106设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。第一绝缘层108设置于基板102上，覆盖薄膜晶体管104与感测单元106。第一遮光层110设置于第一绝缘层108上。第一开孔 112形成于第一遮光层110中。第二绝缘层114设置于第一绝缘层108上，覆盖第一遮光层110，并填入第一开孔112。滤光片116包括第一滤光片116a与第二滤光片116b，依序设置于第二绝缘层114上。
在图7A中，滤光片116为多层有机材料层，例如滤光片116为双层有机材料，但本申请不限于此。在部分实施例中，第一滤光片116a与第二滤光片 116b可分别过滤不同波段的光，例如，第一滤光片116a可过滤波长介于大约 700纳米至大约900纳米之间的光，第二滤光片116b可过滤波长介于大约900 纳米至大约1,100纳米之间的近红外光，或反之，第一滤光片116a可过滤波长介于大约900纳米至大约1,100纳米之间的近红外光，第二滤光片116b可过滤波长介于大约700纳米至大约900纳米之间的光，由于第一滤光片116a与第二滤光片116b的过滤加成作用，使得滤光片116可过滤光的总波长范围介于大约700纳米至大约1,100纳米之间。由于滤光片116为多层有机材料层的组合，各层滤光片仅需填充单一种染料或色素，即可达到过滤加成的作用，可降低成本，或可提供多重滤光波段的选择。在一些实施例中，滤光片116可设计过滤可见光波段与红外光波段，例如，感测单元106需感测绿光波段，则可将滤光片116设计多层有机材料层的组合，并在每一层中设计不同的过滤光波段，使被检测的光在通过滤光片116后，降低非绿光波段的光强度，提高感测单元106 的感测品质。
第三绝缘层118设置于滤光片116上。第二遮光层120设置于第三绝缘层 118上。第二开孔122形成于第二遮光层120中。第四绝缘层124设置于第三绝缘层118上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。聚光元件126设置于第四绝缘层124上。在图7A中，所使用的聚光元件126为微透镜，但本申请不限于此。第五绝缘层128设置于第四绝缘层124上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。值得注意的是，在图7A所示的实施例中，滤光片116对基板102的投影与感测单元106对基板102的投影重叠，且滤光片 116(包括第一滤光片116a与第二滤光片116b，彼此相互接触)设置于第一遮光层110与第二遮光层120之间。
请参阅图7B，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图 7B为光学感测装置100的剖面示意图。
在图7B所示的实施例中，光学感测装置100的各元件及各层别的结构、材料与图7A所示的实施例类似(除第一滤光片116a与第二滤光片116b的配置以外)，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系及滤光片116的配置提出说明。如图7B所示，薄膜晶体管104设置于基板102上。感测单元106 设置于基板102上，并以薄膜晶体管104驱动。第一绝缘层108设置于基板102 上，覆盖薄膜晶体管104与感测单元106。第一滤光片116a设置于第一绝缘层 108上。第一遮光层110设置于第一滤光片116a上。第一开孔112形成于第一遮光层110中。第二绝缘层114设置于第一滤光片116a上，覆盖第一遮光层 110，并填入第一开孔112。第二滤光片116b设置于第二绝缘层114上。第一滤光片116a与第二滤光片116b(即多层有机材料层)组成滤光片116，但本申请不限于此。有关第一滤光片116a与第二滤光片116b的过滤波段及所达功效与图7A所示的实施例类似，此处不再赘述。第三绝缘层118设置于第二滤光片 116b上。第二遮光层120设置于第三绝缘层118上。第二开孔122形成于第二遮光层120中。第四绝缘层124设置于第三绝缘层118上，覆盖第二遮光层120，并填入第二开孔122。聚光元件126设置于第四绝缘层124上。在图7B中，所使用的聚光元件126为微透镜，但本申请不限于此。第五绝缘层128设置于第四绝缘层124上，覆盖聚光元件126，可作为聚光元件126的保护层。值得注意的是，在图7B所示的实施例中，滤光片116对基板102的投影与感测单元 106对基板102的投影重叠，第一滤光片116a与第二滤光片116b彼此未实质接触，举例来说，第一滤光片116a设置于第一遮光层110下方，以及第二滤光片116b设置于第一遮光层110与第二遮光层120之间，但本申请不限于此。
请参阅图8，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图8 为光学感测装置100的剖面示意图。
在图8所示的实施例中，以光学感测装置100中的三个相邻像素为例做说明。如图8所示，光学感测装置100包括第一像素100a、第二像素100b、以及第三像素100c。第二像素100b位于第一像素100a与第三像素100c之间。值得注意的是，第一像素100a与第二像素100b之间可设置行选择线路(未绘示) 与第二像素100b或第一像素100a电性连接，例如借由行选择线路读取第二像素100b或第一像素100a中的薄膜晶体管104的电压值，但本申请不限于此。同样地，第二像素100b与第三像素100c之间可设置另一条行选择线路(未绘示)，与第二像素100b或第三像素100c电性连接。第一像素100a、第二像素100b 与第三像素100c内各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似(除滤光片116的配置以外)，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系及滤光片116的配置提出说明。如图8所示，在第一像素100a中，滤光片116 设置于第一遮光层110与第二遮光层120之间。在第二像素100b中，未设置滤光片116，露出至少部分的感测单元106，用以检测红外光(IR)及/或近红外光信号。在第三像素100c中，滤光片116设置于第一遮光层110与第二遮光层 120之间。在部分实施例中，第一像素100a与第三像素100c中滤光片116设置的位置及数量亦可加以调整成如图4、图5、图6、图7、图8所示的实施例。
请参阅图9A，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图 9A为光学感测装置100的剖面示意图。
在图9A所示的实施例中，光学感测装置100的各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似(除滤光片116的组成以外)，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系及滤光片116的组成提出说明。如图9A所示，滤光片116设置于第一遮光层110与第二遮光层120之间，且滤光片116包含多种染料，例如，201、202、203。由于每一种染料可吸收或反射具有某特定波段的光，因此混合多种染料的滤光片116具有过滤加成效果，其过滤近红外光的总波长范围可介于大约700纳米至大约1,100纳米之间。
请参阅图9B，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图 9B为光学感测装置100的剖面示意图。
在图9B所示的实施例中，光学感测装置100的各元件及各层别的结构、材料与图9A所示的实施例类似(除滤光片116的配置及组成以外)，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系及滤光片116的配置及组成提出说明。如图9B所示，滤光片116包括第一滤光片116a与第二滤光片116b，设置于第一遮光层110与第二遮光层120之间，且第一滤光片116a包含染料201，第二滤光片116b包含染料202，染料201与染料202分别吸收或反射具有不同特定波段的光。在部分实施例中，第一滤光片116a与第二滤光片116b亦可分别包含多种染料。由于滤光片116为多层有机材料层的组合(第一滤光片116a与第二滤光片116b)，各层滤光片仅需填充单一种染料，即可达到过滤加成的作用，除有效降低成本之外，亦可提供多重滤光波段的选择。
请参阅图10，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图10 为光学感测装置100的剖面示意图。
在图10所示的实施例中，以光学感测装置100中的多个相邻像素为例做说明。相邻像素之间可设置行选择线路(未绘示)分别与各像素电性连接，例如借由行选择线路读取各像素中的薄膜晶体管104的电压值，但本申请不限于此。像素内各元件及各层别的结构、材料与图2所示的实施例类似(除聚光元件126 的配置以外)，此处不再赘述，以下仅就各元件间的相对位置关系及聚光元件 126的配置提出说明。如图10所示，聚光元件126设置于第四绝缘层124上。此处所使用的聚光元件126为一种准直结构(collimator)，例如由多个柱状结构 134及开孔136所组成，但本申请不限于此。值得注意的是，请参考图10，柱状结构134的高宽比(H/W)大于第二开孔122的高宽比(H2/W2)与第一开孔112 的高宽比(H1/W1)。第五绝缘层128设置于第四绝缘层124上，覆盖柱状结构 134，并填入开孔136，可作为聚光元件126的保护层。聚光元件126的开孔 136对应第二开孔122、第一开孔112、以及感测单元106，使得由聚光元件126 聚焦的被检测的光续通过第二开孔122及第一开孔112，而聚焦于感测单元106。
请参阅图11，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100的电路图。
图11公开光学感测装置100中薄膜晶体管104与感测单元106的电路连接及作动关系。重置电路138于进行电路重置后关闭。感测单元106收集光线后，将光信号转为电信号。当此电信号足够大时，即开启第一薄膜晶体管140，使外部电压142导入。此时，列选择线路144提供电压，开启第二薄膜晶体管 146，并借由行选择线路148读取第二薄膜晶体管146的电压值。根据所读取第二薄膜晶体管146的电压值，并参考感测单元106的电压值，进以判断感测单元106的收光强度。重置电路138可以是由一颗晶体管所组成，或是由多个晶体管、电容或电阻所组成的电路。
请参阅图12，根据本申请的一实施例，提供一种光学感测装置100。图12 为光学感测装置100的剖面示意图。
图12所示实施例与图2所示实施例的差异主要在于薄膜晶体管104与感测单元106之间设置的相对位置关系。在图12中，感测单元106设置于薄膜晶体管104上，但本申请不限于此，薄膜晶体管104与感测单元106之间的其他相对位置关系亦适用于本申请。如图12所示，光学感测装置100包括基板 102、薄膜晶体管(TFT)104、感测单元106、以及第一绝缘层108。基板102可包括任何适合的硬式或软式基板材料。薄膜晶体管104包括有源层150、栅极电极152、源极电极154、以及漏极电极156。薄膜晶体管104设置于基板102 上，位于第一绝缘层108中。感测单元106包括下电极158、N型半导体层160、本征半导体层162、P型半导体层164、以及上电极166。感测单元106设置于基板102上，位于第一绝缘层108中，未与基板102接触，并以薄膜晶体管104 驱动。感测单元106可包括光转电感光元件，例如，硅基(silicon-based)光电二极管。感测单元106可包括无机PIN光电二极管或有机光电二极管(organic photodiode，OPD)。第一绝缘层108包括由第一介电层168、第二介电层170、第三介电层172、第四介电层174、以及第五介电层176组成的复合层，但本申请不限于此。在图12中，第一介电层168可为缓冲层，第二介电层170可为闸绝缘层，第三介电层172可为层间介电层，第四介电层174可为钝化层，第五介电层176可为平坦层，但本申请不限于此，有关第一绝缘层108的层数及功能可依产品需求做设计。在图12中，薄膜晶体管104与感测单元106之间形成直接电性连接，例如，薄膜晶体管104借由漏极电极156与感测单元106 的下电极158形成直接电性连接。在部分实施例中，薄膜晶体管104与感测单元106之间可形成间接电性连接。在部分实施例中，于第一绝缘层108的第五介电层176上，可选择性地设置无机介电层178，如图12所示。根据一些实施例，可选择性地设计导电结构179，导电结构179可设置于上电极166上，并与上电极166电性连接。又于另一实施例中，导电结构179可通过无机介电层 178与第五介电层176的穿孔180与上电极166电性连接。
以上概述数个实施例的部件，以便本领域技术人员可以更理解本申请实施例的观点。本领域技术人员应该理解，他们能以本申请实施例为基础，设计或修改其他制程和结构以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。本领域技术人员也应该理解到，此类等效的结构并无悖离本申请的精神与范围，且他们能在不违背本申请的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本申请的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。另外，虽然本申请已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本申请。
整份说明书对特征、优点或类似语言的引用，并非意味可以利用本申请实现的所有特征和优点应该或者可以在本申请的任何单个实施例中实现。相对地，涉及特征和优点的语言被理解为其意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因而，在整份说明书中对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定代表相同的实施例。
再者，在一个或多个实施例中，可以任何合适的方式组合本申请的所描述的特征、优点和特性。根据本文的描述，相关领域的技术人员将意识到，可在没有特定实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实现本申请。在其他情况下，在某些实施例中可辨识附加的特征和优点，这些特征和优点可能不存在于本申请的所有实施例中。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种光学感测装置，包括：
一薄膜晶体管；
一感测单元，以该薄膜晶体管驱动；以及
一滤光片，其中一被检测的光在被该感测单元收集之前通过该滤光片，且该滤光片使该被检测的光的近红外光波段的光强度下降。
2.如权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，该滤光片由有机材料所组成。
3.如权利要求1所述的光学感测装置，更包括一聚光元件，该被检测的光在过滤之前通过该聚光元件。
4.如权利要求3所述的光学感测装置，更包括一开孔，由该聚光元件聚焦的该被检测的光在过滤之前通过该开孔。
5.如权利要求3所述的光学感测装置，更包括一开孔，其中该滤光片设置于该聚光元件与该开孔之间。
6.如权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，该感测单元为一硅基光电二极管。
7.如权利要求1所述的光学感测装置，其特征在于，该感测单元为一有机光电二极管。
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