TWI744027B

TWI744027B - 感測元件基板

Info

Publication number: TWI744027B
Application number: TW109134844A
Authority: TW
Inventors: 陳信學; 蘇志中; 陳亦偉
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2021-10-21
Also published as: TW202119188A

Abstract

感測元件基板包括基板、主動元件、感光單元以及光準直結構。主動元件位於基板上且包括汲極。感光單元位於基板上且與主動元件電性連接。光準直結構位於基板與感光單元之間。光準直結構在基板的正投影落在感光單元在基板的正投影之內，光準直結構之至少一部份與汲極或閘極屬於同一膜層。

Description

感測元件基板

本揭露是關於一種感測元件基板。

近年來，電子裝置常會設置感測元件以擴充其功能，舉例而言，電子裝置可設置指紋感測元件，以便能夠作為保護電子裝置的資訊安全之憑證。指紋感測元件常見是製作於畫素陣列基板上，但這會導致畫素開口率降低的問題。為了提升開口率，解決方案之一是將指紋感測元件製作於對向基板，但須額外貼附光線控制膜層以增加指紋感測元件的靈敏度。然而，這樣不僅會增加製作成本、增加面板的厚度，還會造成視角不佳的問題。故，目前亟需一種可以解決前述問題的方法。

本揭露提供一種感測元件基板，其可同時具有輕薄化與良好指紋解析度的優點。

本揭露的感測元件基板包括基板、主動元件、感光單元以及光準直結構。主動元件位於基板上，主動元件包括汲極。感光單元位於基板上且與主動元件電性連接。光準直結構位於基板與感光單元之間。光準直結構在基板的正投影落在感光單元在基板的正投影之內，汲極與光準直結構屬於同一膜層，且汲極的材料與光準直結構的材料相同。

在本揭露的一實施例中，上述的感測元件基板更包括層間介電層。層間介電層位於基板與感光單元之間且具有多個通孔。光準直結構包括多個延伸部，各延伸部位於層間介電層的各通孔中，延伸部的延伸方向實質上平行於基板的法線方向，且延伸部之間的間距為2微米至10微米。

在本揭露的一實施例中，上述的測元件基板更包括控制線。控制線位於基板上且與主動元件電性連接，延伸部與控制線實質上垂直。

在本揭露的一實施例中，上述的各延伸部的深寬比為0.1至6。

在本揭露的一實施例中，上述的延伸部更包括多個第一子延伸部及多個第二子延伸部。各第二子延伸部與各第一子延伸部交錯配置，使第二子延伸部與第一子延伸部構成網狀圖案，且第一子延伸部的數量為大於2個，第二子延伸部的數量為大於2個。

在本揭露的一實施例中，上述的感測元件基板更包括控制線。控制線位於基板上且與主動元件電性連接，第二子延伸部的延伸方向與控制線交錯。

在本揭露的一實施例中，上述的感測元件基板更包括控制線。控制線位於基板上且與主動元件電性連接，第二子延伸部與控制線實質上平行。

基於上述，在本揭露的感測元件基板中，透過設置光準直結構於基板與感光單元之間，可以使指紋的波峰及波谷所反射的光線朝感光單元行進的路徑更加的準直，且光準直結構之至少一部份與汲極或閘極屬於同一膜層，由於無須額外貼附光準直膜層於顯示裝置，因此顯示裝置可同時具有輕薄化與良好指紋解析度的優點。光準直結構在基板的正投影落在感光單元在基板的正投影之內，從而不影響畫素陣列基板的開口率或視角。

本揭露的感測元件基板包括基板包括基板、主動元件、感光單元以及光準直結構。主動元件位於基板上，主動元件包含閘極與汲極。感光單元位於基板上且與主動元件電性連接。光準直結構位於基板與感光單元之間。光準直結構在基板的正投影落在感光單元在基板的正投影之內，光準直結構包括多個延伸部，延伸部的延伸方向實質上平行於基板的法線方向，各延伸部具有相連接的下部與上部，下部與閘極屬於同一膜層，且下部的材料與閘極的材料相同，上部與汲極屬於同一膜層，且上部的材料與汲極的材料相同。

在本揭露的一實施例中，上述的各延伸部的下部接觸基板，且各延伸部的深寬比為0.1至6。

在本揭露的一實施例中，上述的感測元件基板更包括層間介電層。層間介電層位於基板與感光單元之間且具有多個通孔。光準直結構更包括位於延伸部的上部的上方的多個島部，各延伸部的上部及下部位於層間介電層的各通孔中，島部位於通口外。

基於上述，在本揭露的感測元件基板中，透過設置光準直結構於基板與感光單元之間，可以使指紋的波峰及波谷所反射的光線朝感光單元行進的路徑更加的準直，且閘極與光準直結構的下部屬於同一膜層，且閘極的材料與光準直結構的下部的材料相同，汲極與光準直結構的上部屬於同一膜層，且汲極的材料與光準直結構的上部的材料相同，由於無須額外貼附光準直膜層於顯示裝置，因此顯示裝置可同時具有輕薄化與良好指紋解析度的優點。光準直結構在基板的正投影落在感光單元在基板的正投影之內，從而不影響畫素陣列基板的開口率或視角。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

第1圖是依照本揭露一實施例的顯示裝置10的剖面示意圖。顯示裝置10包括感測元件基板100、畫素陣列基板200、顯示介質層300及背光模組400。顯示介質層300位於畫素陣列基板200與感測元件基板100之間，背光模組400設置於畫素陣列基板200下方，換言之，畫素陣列基板200位於感測元件基板100與背光模組400之間。第1圖省略繪示了感測元件基板100的部分構件及畫素陣列基板200的構件。第2圖是第1圖的感測元件基板100的俯視示意圖，第3A圖是沿著第2圖的剖線A-A’的剖面示意圖，第3B圖是第2圖的剖線B-B’的剖面示意圖，第3C圖是第2圖的剖線C-C’的剖面示意圖，第3D圖是依照第2圖的剖線D-D’的剖面示意圖。請同時參照第1圖、第2圖以及第3A圖，感測元件基板100包括基板SUB及位於基板SUB上的主動元件T、感光單元102及光準直結構104。於一實施例中，感測元件基板100還包括遮光層SM、緩衝層106、絕緣層108以及層間介電層110。遮光層SM位於基板SUB上，遮光層SM的材質例如為金屬、樹脂、石墨或其他可適用的材料。遮光層SM可用以避免主動元件T產生光漏電的問題。緩衝層106位於遮光層SM上方及基板SUB上方。基板SUB的材質例如為玻璃、石英或有機聚合物。

主動元件T位於絕緣層108上，主動元件T包括閘極G、源極S、汲極D以及半導體通道層CH。半導體通道層CH位於絕緣層108上，閘極G在基板SUB的正投影重疊於半導體通道層CH在基板SUB的正投影，且閘極G與半導體通道層CH之間夾有絕緣層108。

於本實施例中，感測元件基板100還包括位於基板SUB上的資料線DL、控制線CL以及訊號線SL。為了方便說明，第2圖中繪示了第一方向D1與第二方向D2，且第一方向D1與第二方向D2相異，例如第一方向D1與第二方向D2分別為第1圖的縱向方向與橫向方向，且其彼此呈正交關係。於本實施例中，控制線CL沿著第二方向D2延伸，資料線DL及訊號線SL沿著第一方向D1延伸。主動元件T的閘極G與控制線CL電性連接。在本實施例中，閘極G與控制線CL屬於同一膜層，即由同一材料層圖案化而成。也就是說，閘極G的材料和控制線CL的材料相同。層間介電層110位於絕緣層108上，源極S與汲極D位於絕緣層108上，且源極S與資料線DL電性連接。在本實施例中，源極S、汲極D、資料線DL、訊號線SL屬於同一膜層，即由同一材料層圖案化而成。也就是說，源極S、汲極D、資料線DL、訊號線SL的材料相同。源極S與汲極D分別經由接觸洞TH1、TH2而電性連接至半導體通道層CH，接觸洞TH1、TH2例如是位於絕緣層108及層間介電層110中。上述之主動元件T是以頂閘型薄膜電晶體來說明，但本揭露不限於此。於其他實施例中，上述之主動元件T也可以是底閘型薄膜電晶體，或其他適合之薄膜電晶體。在本實施例中，基於導電性的考量，閘極G、控制線CL、資料線DL、訊號線SL、汲極D及源極S的材料是使用金屬材料。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，閘極G、控制線CL、資料線DL、訊號線SL、汲極D及源極S也可使用其他導電材料，例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、或其他合適的材料、或是金屬材料與其他導電材料的堆疊層。

感測元件基板100還包括黑色矩陣BM、彩色濾光圖案CF及蓋板OC。黑色矩陣BM位於主動元件T上，彩色濾光圖案CF位於黑色矩陣BM上，彩色濾光圖案CF例如包括紅色濾光圖案、綠色濾光圖案及藍色濾光圖案。彩色濾光圖案CF對應於畫素陣列基板200的開口區而設置。黑色矩陣BM例如是對應於控制線CL、資料線DL、訊號線SL、主動元件T及感光單元102而設置。光準直結構104位於基板SUB與感光單元102之間。於本實施例中，光準直結構104在基板SUB的正投影落在感光單元102在基板SUB的正投影之內，從而不影響畫素陣列基板200的開口率或視角。蓋板OC與基板SUB對向設置，蓋板OC的材質例如是可撓性基板(例如塑膠基板)或剛性基板(例如玻璃基板或石英基板)。在本實施例中，光準直結構104的材料是金屬材料。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，光準直結構104的材料也可使用其他導電材料，例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、或其他合適的材料、或是金屬材料與其他導電材料的堆疊層。

本實施例中的感測元件基板100是以其蓋板OC面對畫素陣列基板200進行組裝，也就是說，蓋板OC位於畫素陣列基板200與基板SUB之間。使用者手指F所接觸或接近到的是感測元件基板100的基板SUB之外側，舉例來說，當使用者手指F碰觸感測元件基板100的基板SUB，背光模組400所發出的光線L1照到指紋的波峰及波谷後，波峰與波谷會反射強度不同的光束，而使分別對應波峰及波谷的多個感光單元102接收到強度不同的反射光束，從而感測元件基板100可獲得使用者的指紋影像。光準直結構104可以使指紋的波峰及波谷所反射的光線朝感光單元102行進的路徑更加的準直。藉此，可以提升感測元件基板100的指紋解析度。於本實施例中，汲極D、源極S與光準直結構104屬於同一膜層，即由同一材料層圖案化而成。也就是說，光準直結構104的材料和汲極D、源極S的材料相同。舉例而言，於汲極D、源極S的材料包括金屬材料的實施例中，光準直結構104亦包括金屬材料。由於無須額外貼附光準直膜層於顯示裝置10，因此顯示裝置10同時具有輕薄化與良好指紋解析度的優點。

感光單元102位於緩衝層106上。感光單元102包括第一電極層102A、相對於第一電極層102A的第二電極層102B以及夾設於第一電極層102A與第二電極層102B之間的感測層102S，第二電極層102B相較於第一電極層102A更靠近畫素陣列基板200。第一電極層102A電性連接訊號線SL。於本實施例中，請參考第3B圖，第一電極層102A透過接觸洞TH3電性連接至訊號線SL。第一電極層102A的材質包括透明導電材料，例如為銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物或其他合適的氧化物或者是上述至少二者之堆疊層。感測層102S的材質例如是富矽氧化物(silicon-rich oxide；SRO)或其他合適的材料。

感光單元102與主動元件T電性連接，舉例而言，第二電極層102B電性連接主動元件T。於本實施例中，第二電極層102B透過接觸洞TH4電性連接主動元件T，接觸洞TH4例如是位於絕緣層108中。第二電極層102B的材質例如是鉬、鋁、鈦、銅、金、銀或其他導電材料或上述兩種以上之材料的堆疊。

在本實施例中，感測元件基板100更包括絕緣層112及鈍化層114，絕緣層112覆蓋主動元件T及光準直結構104，鈍化層114位於絕緣層112上，且鈍化層114覆蓋感光單元102(例如第一電極層102A、第二電極層102B)。

層間介電層110位於基板SUB與感光單元102之間且具有多個通孔H1。光準直結構104包括多個延伸部104A，各延伸部104A位於層間介電層110的各通孔H1中，層間介電層110的通孔H1與接觸洞TH1、TH2的形成方式例如是於層間介電層110上全面形成一層光阻材料(未示)，接著使用光罩來圖案化光阻材料以形成圖案化光阻層，接著對層間介電層110進行蝕刻以形成通孔H1及接觸洞TH1、TH2，而後移除圖案化光阻材料。由於通孔H1與接觸洞TH1、TH2是由同一道光罩所製備而成，無須額外的光罩來製作通孔H1，從而有助於降低製造成本，且毋須重新測試層間介電層110的蝕刻參數。於本實施例中，光準直結構104延伸至絕緣層108的通孔H2而接觸到緩衝層106的頂面。

延伸部104A的延伸方向實質上平行於基板SUB板的法線方向，且延伸部104A之間的間距S1為2微米至10微米，間距S1足夠小可以使光線在相鄰的延伸部104A之間以小角度行進，從而可控制指紋的波峰及波谷所反射的光線朝感光單元102行進的路徑更加的準直。於本實施例中，光準直結構104更包括位於延伸部104A的上方的多個島部104B，島部104B位於通口H1外。

於本實施例中，延伸部104A沿著剖線D-D’的剖面為片狀(見第3D圖)。自俯視方向觀看的情況中，延伸部104A為沿著第一方向D1延伸的條狀，使得光準直結構104具有製程簡易的優點，舉例而言，延伸部104A實質上平行於資料線DL及訊號線SL。於一實施例中，延伸部104A的數量為大於2個。各延伸部104A的深寬比為0.1至6，深寬比足夠大從而可進一步提升光準直效果。於本實施例中，光準直結構104位於緩衝層106上。於其他實施例中，光準直結構104可延伸於緩衝層106中的通孔H3中(見第4圖)並接觸基板SUB。

第5A圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板100a的俯視示意圖。第5A圖的感測元件基板100a與第2圖的感測元件基板100的主要差異在於：延伸部104A更包括多個第一子延伸部E1及多個第二子延伸部E2。在一實施例中，各第二子延伸部E2與各第一子延伸部E1交錯配置，使第二子延伸部E2與第一子延伸部E1構成網狀圖案，可進一步提升光準直效果。且第一子延伸部E1的數量為大於2個，第二子延伸部E2的數量為大於2個。於本實施例中，第二子延伸部E2為沿著第二方向D2延伸的片狀，舉例而言，第二子延伸部E2與控制線CL實質上平行。於其他實施例中，自俯視方向觀看第二子延伸部E2的情況下，第二子延伸部E2與第一子延伸部E1夾一非直角的角度A1(見第5B圖)。

第6A圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板100b的剖面示意圖。第6A圖的感測元件基板100b與第3B圖的感測元件基板100的主要差異在於：各延伸部104A具有相連接的下部P1與上部P2，下部P1與閘極G屬於同一膜層，即由同一材料層圖案化而成。也就是說，下部P1的材料和閘極G的材料相同。舉例而言，於閘極G的材料包括金屬材料的實施例中，下部P1亦包括金屬材料。上部P2與汲極D、源極S屬於同一膜層，即由同一材料層圖案化而成。也就是說，上部P2的材料和汲極D、源極S的材料相同。舉例而言，於汲極D、源極S的材料包括金屬材料的實施例中，上部P2亦包括金屬材料。由於無須額外貼附光準直膜層(未示)於顯示裝置10，因此顯示裝置10同時具有輕薄化與良好指紋解析度的優點。各延伸部104A的下部P1接觸基板SUB，且各延伸部104A的上部P2與下部P1的組合的深寬比為0.1至6。

第6B圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板100c的剖面示意圖。本實施例的感測元件基板100c和第6A圖的感測元件基板100b的主要差異在於：各延伸部104A的下部P1延伸至絕緣層108的通孔H2而接觸到緩衝層106的頂面。

第7A圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板100d的剖面示意圖。本實施例的感測元件基板100d和第3B圖的感測元件基板100的主要差異在於：光準直結構104與閘極G屬於同一膜層，即由同一材料層圖案化而成。也就是說，光準直結構104的材料和閘極G的材料相同。舉例而言，於閘極G的材料包括金屬材料的實施例中，光準直結構104亦包括金屬材料。由於無須額外貼附光準直膜層(未示)於顯示裝置10，因此顯示裝置10同時具有輕薄化與良好指紋解析度的優點。於本實施例中，光準直結構104延伸至絕緣層108的通孔H2而接觸到緩衝層106的頂面。

第7B圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板100e的剖面示意圖。本實施例的感測元件基板100e和第7A圖的感測元件基板100d的主要差異在於：光準直結構104延伸於緩衝層106中的通孔H3中並接觸基板SUB。

綜上所述，本揭露的實施例的感測元件基板，藉由設置光準直結構於基板與感光單元之間，可以使指紋的波峰及波谷所反射的光線朝感光單元行進的路徑更加的準直，且閘極或汲極與光準直結構之至少一部份屬於同一膜層，閘極或汲極的材料和光準直結構之至少一部份的材料相同，由於無須額外貼附光準直膜層於顯示裝置，因此顯示裝置可同時具有輕薄化與良好指紋解析度的優點。光準直結構在基板的正投影落在感光單元在基板的正投影之內，從而不影響畫素陣列基板的開口率或視角。

10:顯示裝置 100:感測元件基板 100a:感測元件基板 100b:感測元件基板 100c、100d、100e:感測元件基板 102:感光單元 102A:第一電極層 102B:第二電極層 102S:感測層 104:光準直結構 104A:延伸部 104B:島部 106:緩衝層 108:絕緣層 110:層間介電層 112:絕緣層 114:鈍化層 200:畫素陣列基板 300:顯示介質層 400:背光模組 A1:角度 A-A’:剖線 B-B’:剖線 BM:黑色矩陣 C-C’:剖線 CF:彩色濾光圖案 CH:半導體通道層 CL:控制線 D:汲極 D1:第一方向 D2:第二方向 D-D’:剖線 DL:資料線 E1:第一子延伸部 E2:第二子延伸部 F:手指 G:閘極 H1:通孔 L1:光線 OC:蓋板 P1:下部 P2:上部 S:源極 S1:間距 SL:訊號線 SM:遮光層 SUB:基板 T:主動元件 TH1、TH2、TH3、TH4:接觸洞 H1、H2、H3:通孔

閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本揭露之多個樣態。需留意的是，圖式中的多個特徵並未依照該業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上，所述之特徵的尺寸可以任意的增加或減少以利於討論的清晰性。第1圖是依照本揭露一實施例的顯示裝置的剖面示意圖。第2圖是第1圖的感測元件基板的俯視示意圖。第3A圖是沿著第2圖的剖線A-A’的剖面示意圖。第3B圖是第2圖的剖線B-B’的剖面示意圖。第3C圖是第2圖的剖線C-C’的剖面示意圖。第3D圖是依照第2圖的剖面D-D’的剖面示意圖。第4圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板的剖面示意圖。第5A圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板的俯視示意圖。第5B圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板的俯視示意圖。第6A圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板的剖面示意圖。第6B圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板的剖面示意圖。第7A圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板的剖面示意圖。第7B圖為依照本揭露另一實施例的感測元件基板的剖面示意圖。

100:感測元件陣列基板

102:感光單元

102A:第一電極層

102B:第二電極層

102S:感測層

104:光準直結構

104A:延伸部

104B:島部

106:緩衝層

108:絕緣層

110:層間介電層

112:絕緣層

114:鈍化層

B-B’:剖線

BM:黑色矩陣

CF:彩色濾光圖案

CH:半導體通道層

D:汲極

G:閘極

H1、H2:通孔

OC:蓋板

S:源極

S1:間距

SM:遮光層

SUB:基板

T:主動元件

TH1、TH2、TH4:接觸洞

Claims

一種感測元件基板，包含：一基板；一主動元件，位於該基板上，其中該主動元件包含一汲極；一感光單元，位於該基板上且與該主動元件電性連接；以及一光準直結構，位於該基板與該感光單元之間，其中該光準直結構在該基板的正投影落在該感光單元在該基板的正投影之內，該汲極與該光準直結構屬於同一膜層，且該汲極的材料與該光準直結構的材料相同。
如請求項1所述之感測元件基板，更包含：一層間介電層，位於該基板與該感光單元之間且具有多個通孔，其中該光準直結構包含多個延伸部，各該延伸部位於該層間介電層的各該通孔中，該些延伸部的延伸方向實質上平行於該基板的一法線方向，且該些延伸部之間的間距為2微米至10微米。
如請求項2所述之感測元件基板，更包含：一控制線，位於該基板上且與該主動元件電性連接，其中該些延伸部與該控制線實質上垂直。
如請求項2所述之感測元件基板，其中各該延伸部的深寬比為0.1至6。
如請求項2所述之感測元件基板，其中該些延伸部更包含：多個第一子延伸部；以及多個第二子延伸部，其中各該第二子延伸部與各該第一子延伸部交錯配置，使該些第二子延伸部與該些第一子延伸部構成網狀圖案，且該些第一子延伸部的數量為大於2個，該些第二子延伸部的數量為大於2個。
如請求項5所述之感測元件基板，更包含：一控制線，位於該基板上且與該主動元件電性連接，其中該些第二子延伸部的延伸方向與該控制線交錯。
如請求項5所述之感測元件基板，更包含：一控制線，位於該基板上且與該主動元件電性連接，其中該些第二子延伸部與該控制線實質上平行。
一種感測元件基板，包含：一基板；一主動元件，位於該基板上，其中該主動元件包含一閘極與一汲極；一感光單元，位於該基板上且與該主動元件電性連接；以及一光準直結構，位於該基板與該感光單元之間，其中該光準直結構在該基板的正投影落在該感光單元在該基板的正投影之內，該光準直結構包含多個延伸部，該些延伸部的延伸方向實質上平行於該基板的一法線方向，各該延伸部具有相連接的一下部與一上部，該下部與該閘極屬於同一膜層，且該下部的材料與該閘極的材料相同，該上部與該汲極屬於同一膜層，且該上部的材料與該汲極的材料相同。
如請求項8所述之感測元件基板，其中各該延伸部的該下部接觸該基板，且各該延伸部的深寬比為0.1至6。
如請求項8所述之感測元件基板，更包含：一層間介電層，位於該基板與該感光單元之間且具有多個通孔，其中該光準直結構更包含位於該些延伸部的該上部的上方的多個島部，各該延伸部的該上部及該下部位於該層間介電層的各該通孔中，該些島部位於該些通口外。
一種感測元件基板，包含：一基板；一主動元件，位於該基板上，其中該主動元件包含一閘極與一汲極；一感光單元，位於該基板上且與該主動元件電性連接；以及一光準直結構，位於該基板與該感光單元之間，其中該光準直結構在該基板的正投影落在該感光單元在該基板的正投影之內，該閘極與該光準直結構屬於同一膜層，且該閘極的材料與該光準直結構的材料相同。