TWI738322B - 電子裝置 - Google Patents
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Abstract
一種電子裝置，包括多個微透鏡、一限光結構、一第一透光結構以及一感測元件。這些微透鏡排成陣列。感測元件包括多個感測像素。感測元件、第一透光結構、限光結構以及這些微透鏡在一堆疊方向上依序堆疊。每一感測像素在堆疊方向上對應這些微透鏡中的至少兩個微透鏡。
Description
本發明是有關於一種裝置，且特別是有關於一種電子裝置。
目前電子裝置應用於智慧型手機的指紋辨識，以電容式指紋辨識系統為其主流。主動與被動電容式指紋辨識系統附加於智慧型手機時，可用於解鎖與功能啟動。對於目前市場上的狀況來說，指紋辨識系統的安裝主要以智慧型手機的背面為主。如要安裝於前視區，則須針對玻璃顯示區進行開孔或是執行減薄程序，這造成加工費用的增加。除此之外，市場上的指紋辨識系統還包括超聲波指紋系統與光學式指紋辨識系統。因為光學式指紋辨識具有光的高穿透性而能不對玻璃顯示區進行開孔，即能針對指紋等特徵進行辨識。因此，光學式指紋辨識系統已成為下一代指紋辨識辨識的主流。
目前針對光學式指紋辨識的成像系統有幾種方式，例如反射式、薄膜反射式、針孔成像、光纖成像或是搭配多組鏡片成為較大型的指紋辨識成像系統。
然而，由於薄型化、安裝於面板玻璃下而不開孔而應用於行動裝置等市場上的趨勢，造成光學式指紋辨識系統的設計上的困難。舉例來說，顯示裝置的玻璃面板的厚度分布落在500μm至1mm的範圍內，加上顯示裝置的發光元件與空氣層的厚度，設計人員必須使指紋辨識系統的厚度小於400μm。再考量感測元件的厚度約為200μm以及指紋辨識系統的承載基板（substrate，例如印刷電路板）的厚度約為150μm，因此其餘的元件的整體厚度被限制在50μm的範圍內。
再者，因為指紋辨識的解析度必須至少有500dpi（dots per inch，每英吋點數），因此，指紋辨識系統的每一像素的尺寸必須小於50μm。然而，以目前市場上透鏡的造模（molding）或機械加工，仍然無法達成這樣的精準設計與對位。
本發明提供一種電子裝置，其能在電子裝置的整體厚度縮減的情況下，仍能良好地使微透鏡設置在所需的位置。
本發明的一實施例的電子裝置包括多個微透鏡、一限光結構、一第一透光結構以及一感測元件。這些微透鏡排成陣列。感測元件包括多個感測像素。感測元件、第一透光結構、限光結構以及這些微透鏡在一堆疊方向上依序堆疊。每一感測像素在堆疊方向上對應這些微透鏡中的至少兩個微透鏡。
在本發明的一實施例中，電子裝置更包括一第二透光結構，設置在這些微透鏡與限光結構之間。第二透光結構在堆疊方向上的厚度落在8至15微米的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述的第二透光結構為鈍化層。
在本發明的一實施例中，上述的這些微透鏡在堆疊方向上的最大高度落在1至3微米的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述的限光結構為金屬層。
在本發明的一實施例中，上述的限光結構包括多個透光孔。這些透光孔的孔徑落在1至3微米的範圍內。每一微透鏡在堆疊方向上對應這些透光孔的其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的第一透光結構包括多個內金屬介電層。
在本發明的一實施例中，上述的第一透光結構更包括一內層介電層，設置在這些內金屬介電層與感測元件之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一透光結構在堆疊方向上的厚度落在8至15微米的範圍之間。
在本發明的一實施例中，電子裝置更包括多個內金屬層以及一驅動元件。這些內金屬層分別嵌設在這些內金屬介電層內。第一透光結構設置在限光結構與驅動元件之間。驅動元件與感測元件電性連接，並透過這些內金屬層與限光結構電性連接。
基於上述，在本發明實施例的電子裝置中，由於每一感測像素在堆疊方向上對應多個微透鏡中的至少兩個微透鏡，使得每個感測像素可接收的入光量增加。因此，電子裝置的感測效果較佳。
圖1是依據本發明的一實施例的電子裝置的局部剖面示意圖。圖2是依據本發明的一實施例的電子裝置的感測像素對應於微透鏡的示意圖。在此需說明的是，圖1與圖2中各堆疊層之間的相對厚度僅為清楚示意而呈現，其圖式中的相對厚度並不反應實際的相對厚度。請同時參考圖1與圖2，本發明的一實施例的電子裝置100包括多個微透鏡110、一限光結構120、一第一透光結構130以及一感測元件140。感測元件140、第一透光結構130、限光結構120以及微透鏡110在一堆疊方向D上依序堆疊。
具體來說，第一透光結構130、限光結構120以及微透鏡110例如是在形成感測元件140之後，接著以半導體製程或微影製程依序形成第一透光結構130、限光結構120以及微透鏡110。在本實施例中，感測元件140包括多個感測像素141。感測元件140可為互補金氧半導體（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）或電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）。微透鏡110例如是以聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）等高分子材料或其他合適的材料形成。
為了使電子裝置100扣除了感測元件140後，在堆疊方向D上的整體厚度可小於等於50微米，並使微透鏡110可經由微影製程形成，在本實施例中，微透鏡110在堆疊方向D上的最大高度h落在1至3微米的範圍內。再者，為了提高電子裝置100的解析度，每一感測像素141的大小須小於50微米。然而，對於以微影製程形成的每個微透鏡110而言，50微米的尺寸太大，因此，在本實施例中，多個微透鏡110排成陣列，且每一感測像素141在堆疊方向D上對應多個微透鏡110中的至少兩個微透鏡110。舉例而言，每一感測像素141在堆疊方向D上至少部分重疊於其對應的上述至少兩個微透鏡110。
圖2示意了電子裝置100上設有一基板200。基板例如是有機發光二極體等透明顯示面板。當使用者的手指按壓至基板200的表面201上時，基板200發出的光束經手指反射，其反射光束被電子裝置100的感測元件140所接收，以使電子裝置100取得指紋影像。圖2示意了每一感測像素141在堆疊方向D上對應2×2個微透鏡110陣列。但本發明不以此為限，每一感測像素141可在堆疊方向D上對應m×n、1×n或m×1個微透鏡110陣列，其中m與n為大於等於2的正整數。
再者，在本實施例中，限光結構120為金屬層，且限光結構120在堆疊方向D上的厚度小於等於0.5微米。限光結構120包括多個透光孔121。透光孔121的孔徑t落在1至2微米的範圍內，且每一微透鏡110在堆疊方向D上對應透光孔121的其中之一。舉例而言，每一微透鏡110在堆疊方向D上與其對應的透光孔121重疊。
此外，在本實施例中，第一透光結構130包括多個內金屬介電層（Inter-Metal Dielectric layer，IMD layer）131以及一內層介電層（Inter-layer Dielectric layer，ILD layer）132。內層介電層132設置在內金屬介電層131與感測元件140之間。內金屬介電層131與內層介電層132可為二氧化矽或氮化矽等絕緣材料，但本發明不以此為限。再者，內金屬介電層131與內層介電層132可由相同或不相同的材料形成。
在本實施例中，第一透光結構130在堆疊方向D上的厚度落在8至15微米的範圍之間。為方便說明，圖1簡單示意了四層金屬介電層131。但本發明不以此為限，金屬介電層131的數量應依設計需求而定。
除此之外，在本實施例中，電子裝置100更包括一第二透光結構150。第二透光結構150設置在微透鏡110與限光結構120之間。第二透光結構150可為氧化矽或氮化矽等絕緣材質所形成的鈍化層（passivation layer），用以防止電子裝置100內各元件的氧化。
基於上述，在本發明實施例的電子裝置100中，微透鏡110與限光結構120的設置使得反射光束可良好地在感測元件140上成像。雖然微透鏡110與限光結構120的設置限制了反射光束的收光角度，同時也降低了入光量，但由於每一感測像素141在堆疊方向D上對應多個微透鏡110中的至少兩個微透鏡110，使得每個感測像素141可接收的入光量增加。因此，電子裝置100的感測效果較佳。再者，藉由增加第二透光結構150的厚度，可進一步限制反射光束的收光角度，且同時也增加了反射光束由微透鏡110至感測元件140的光程，此時也增加了電子裝置100的取像縱深（depth of view, DOF）。在本實施例中，第二透光結構150在堆疊方向D上的厚度較佳落在8至15微米的範圍內。
除此之外，在本實施例中，電子裝置更包括多個內金屬層160以及一驅動元件170。第一透光結構130設置在限光結構120與驅動元件170之間。內金屬層160分別嵌設在內金屬介電層131內，並與限光結構120電性連接。驅動元件170與感測元件140電性連接，並透過內金屬層160與限光結構120電性連接。也就是說，限光結構120、內金屬層160以及驅動元件170可為控制感測元件140的控制電路的一部分。在本實施例中，驅動元件170可為以半導體製程形成的電晶體（transistors）電路層。第一透光結構130的內層介電層132覆蓋感測元件140以及驅動元件170，以使其他堆疊層可依序堆疊於內層介電層132上。第一透光結構130的金屬介電層131用以避免內金屬層160之間彼此直接接觸而發生短路的現象。
綜上所述，在本發明實施例的電子裝置中，微透鏡與限光結構的設置使得反射光束可良好地在感測元件上成像。再者，由於每一感測像素在堆疊方向上對應多個微透鏡中的至少兩個微透鏡，使得每個感測像素可接收的入光量增加。因此，電子裝置的感測效果較佳。而且，相較於以造模或機械加工等方式形成的透鏡，本發明實施例的電子裝置可在較小的範圍內形成微透鏡陣列，且每個微透鏡仍可良好的設置在所需的位置。此外，再者，藉由增加第二透光結構的厚度，可進一步限制反射光束的收光角度，且同時也增加了反射光束由微透鏡至感測元件的光程，此時也增加了電子裝置的取像縱深。
100:電子裝置
110:微透鏡
120:限光結構
121:透光孔
130:第一透光結構
131:內金屬介電層
132:內層介電層
140:感測元件
141:感測像素
150:第二透光結構
160:內金屬層
170:驅動元件
200:基板
201:表面
D:堆疊方向
h:高度
t:寬度
圖1是依據本發明的一實施例的電子裝置的局部剖面示意圖。
圖2是依據本發明的一實施例的電子裝置的感測像素對應於微透鏡的示意圖。
110:微透鏡
120:限光結構
121:透光孔
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150:第二透光結構
160:內金屬層
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D:堆疊方向
h:高度
t:寬度
Claims (10)
- 一種電子裝置，包括： 多個微透鏡，該些微透鏡排成陣列； 一限光結構； 一第一透光結構；以及 一感測元件，包括多個感測像素； 其中該感測元件、該第一透光結構、該限光結構以及該些微透鏡在一堆疊方向上依序堆疊，每一感測像素在該堆疊方向上對應該些微透鏡中的至少兩個微透鏡。
- 如請求項1所述的電子裝置，更包括一第二透光結構，設置在該些微透鏡與該限光結構之間，該第二透光結構在該堆疊方向上的厚度落在8至15微米的範圍內。
- 如請求項2所述的電子裝置，其中該第二透光結構為鈍化層。
- 如請求項1所述的電子裝置，其中該些微透鏡在該堆疊方向上的最大高度落在1至3微米的範圍內。
- 如請求項1所述的電子裝置，其中該限光結構為金屬層。
- 如請求項1所述的電子裝置，其中該限光結構包括多個透光孔，該些透光孔的孔徑落在1至2微米的範圍內，每一微透鏡在該堆疊方向上對應該些透光孔的其中之一。
- 如請求項1所述的電子裝置，其中該第一透光結構包括多個內金屬介電層。
- 如請求項7所述的電子裝置，其中該第一透光結構更包括一內層介電層，設置在該些內金屬介電層與該感測元件之間。
- 如請求項1所述的電子裝置，其中該第一透光結構在該堆疊方向上的厚度落在8至15微米的範圍內。
- 如請求項7所述的電子裝置，更包括： 多個內金屬層，分別嵌設在該些內金屬介電層內；以及 一驅動元件，其中該第一透光結構設置在該限光結構與該驅動元件之間，該驅動元件與該感測元件電性連接，並透過該些內金屬層與該限光結構電性連接。
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| TW202129371A (zh) | 2021-08-01 |
| CN113140578A (zh) | 2021-07-20 |
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