生物特征感测装置以及生物特征感测群体的制作方法

1.本发明涉及一种感测装置，且特别涉及一种生物特征感测装置以及生物特征感测群体。


背景技术：

2.近年来，包括有生物识别系统(例如指纹或虹膜)的生物特征感测装置被大量应用于便携式电子装置中。以屏下光学感测器为例，其为将微型光学成像装置设置于便携式电子装置的屏幕下方，通过屏幕的部分透光区域获取按压于屏幕上方的物体的图像。
3.为了能成功识别生物特征，生物特征感测装置一般会配至有光机结构层，以聚焦入射光且提高其准直性；然而，在元件之间的间距随着科技的发展而越来越小的情况下，光学串扰(crosstalk)现象仍无可避免地产生，此将造成感测的影像分辨率较差。再者，在大量的生物特征感测装置于母板上制成时，位于母板边缘的生物特征感测装置易产生工艺偏移，使得光学串扰现象更易发生于此生物特征感测装置中。


技术实现要素：

4.本发明提供一种生物特征感测装置，其可避免光学串扰现象的发生而具有良好的识别性能。
5.本发明的生物特征感测装置包括感测元件层、第一遮光层以及第二遮光层。感测元件层设置于基板上且包括用以感测光线的多个感测元件。第一遮光层设置于感测元件层上且包括多个第一孔洞，其中多个第一孔洞中的至少一者具有的孔宽为w
n
，相邻的两个第一孔洞之间具有第一遮光部，且第一遮光部具有的宽度为gn。第二遮光层设置于第一遮光层上且包括多个第二孔洞，其中相邻的两个第二孔洞之间具有第二遮光部，且第二遮光部与第一遮光部对应。在基板的法线方向上，第一遮光部与第二遮光部之间的距离为h
n
，其中多个第二孔洞中的一者的中心轴与光线夹设的夹角为α，且0
°
<α<60
°
。当多个第二孔洞中的一者的中心轴与所对应的多个第一孔洞中的一者的中心轴重叠时，wn、gn、h
n
与α符合式1：2h
n
*
│
tan(α)
│
≤(2gn wn)。当多个第二孔洞中的一者的中心轴与所对应的多个第一孔洞中的一者的中心轴不重叠时，wn、gn、h
n
与α符合式2：2h
n
*
│
tan(α)
│
≤(gn wn)。
6.本发明提供一种生物特征感测群体，其包括的生物特征感测装置皆可避免光学串扰现象的发生而具有良好的识别性能。
7.本发明的生物特征感测装置包括基板、感测元件层、第一遮光层以及第二遮光层。基板具有第一区域以及第二区域，其中第二区域邻近于基板的边缘，且第一区域远离基板的边缘。感测元件层设置于基板上且包括用以感测光线的多个感测元件。第一遮光层设置于感测元件层上且包括多个第一孔洞，且相邻的两个第一孔洞之间具有第一遮光部。第二遮光层设置于第一遮光层上且包括多个第二孔洞，其中相邻的两个第二孔洞之间具有第二遮光部，且第二遮光部与第一遮光部对应。位于第一区域的多个第二孔洞中的一者的中心轴与所对应的多个第一孔洞中的一者的中心轴重叠，且位于第二区域的多个第二孔洞中的
一者的中心轴与所对应的多个第一孔洞中的一者的中心轴不重叠。
8.综上所述，在本发明的生物特征感测群体中，使位于远离基板边缘的区域中的生物特征感测装置的第一孔洞具有的孔宽、第一遮光部具有的宽度、第一遮光层与第二遮光层之间的距离以及第二孔洞的中心轴与通过第二孔洞的中心的光线夹设的最大角度符合关系式1；且使位于靠近基板边缘的区域中的生物特征感测装置的第一孔洞具有的孔宽、第一遮光部具有的宽度、第一遮光层与第二遮光层之间的距离以及第二孔洞的中心轴与通过第二孔洞的中心的光线夹设的最大角度符合关系式2，借此可以使本发明提供的生物特征感测装置皆具有良好的识别性能。
附图说明
9.图1为一实施例的生物特征感测群体的俯视示意图。
10.图2a为依据图1的剖线a1
‑
a1’的一实施例的生物特征感测装置的剖面示意图。
11.图2b为依据图1的剖线a2
‑
a2’的另一实施例的生物特征感测装置的剖面示意图。
12.图3a至图3d为依照图2a的生物特征感测装置用于感测指纹时所拍摄的影像图，其中图3a是于分辨率为0.4线对(linepair/mm)的情况下拍摄的影像，图3b是于分辨率为0.6线对的情况下拍摄的影像，图3c是于分辨率为0.8线对的情况下拍摄的影像，且图3d是使用者使用图2a的生物特征感测装置时所拍摄的指纹影像。
13.图4a至图4d为依照图2b的生物特征感测装置用于感测指纹时所拍摄的影像图，其中图4a是于分辨率为0.4线对的情况下拍摄的影像，图4b是于分辨率为0.6线对的情况下拍摄的影像，图4c是于分辨率为0.8线对的情况下拍摄的影像，且图4d是使用者使用图2b的生物特征感测装置时所拍摄的指纹影像。
14.附图标记说明：
15.10：生物特征感测群体
16.100、200：生物特征感测装置
17.a1
‑
a1’、a2
‑
a2’：剖线
18.bl1：第一遮光层
19.bl2：第二遮光层
20.bl3：第三遮光层
21.bm1：第一遮光部
22.bm1_t：第一遮光部的顶表面
23.bm2：第二遮光部
24.bm2_t：第二遮光部的顶表面
25.bm3：第三遮光部
26.bm3_t：第三遮光部的顶表面
27.ca：第一区域
28.d
n
：第一遮光层的顶表面与感测元件层的顶表面之间的距离
29.d
n 1
：第二遮光层的顶表面与感测元件层的顶表面之间的距离
30.gn：第一遮光部的宽度
31.gn 1：第二遮光部的宽度
32.h
n
：第一遮光层与第二遮光层之间的距离
33.il1：第一绝缘层
34.il2：第二绝缘层
35.il3：第三绝缘层
36.l：光线
37.ml：微透镜
38.ml_c：微透镜的中心轴
39.n：法线方向
40.op1：第一孔洞
41.op1_c：第一孔洞的中心轴
42.op2：第二孔洞
43.op2_c：第二孔洞的中心轴
44.op3：第三孔洞
45.pa：第二区域
46.sb：基板
47.se：感测元件层
48.se_t：感测元件层的顶表面
49.sn：偏移距离
50.su：感测元件
51.wn：第一孔洞的孔宽
52.wn 1：第二孔洞的孔宽
53.α：最大夹角
具体实施方式
54.本文使用的“约”、“近似”、“本质上”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或例如
±
30％、
±
20％、
±
15％、
±
10％、
±
5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”、“本质上”、或“实质上”可依测量性质、切割性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。
55.在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”可为二元件间存在其它元件。
56.此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件的“下”侧的元件将被定向在其它元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决
于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”或“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“上面”或“下面”可以包括上方和下方的取向。
57.现将详细地参考本发明的示范性实施方式，示范性实施方式的实例说明于说明书附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
58.图1为一实施例的生物特征感测群体的俯视示意图。请参照图1，本实施例的生物特征感测群体10包括有基板sb以及多个生物特征感测装置100、200，其中基板sb具有第一区域ca以及第二区域pa，第一区域ca远离于基板sb的边缘，且第二区域pa邻近于基板sb的边缘。在本实施例中，第二区域pa环绕第一区域ca，但本发明不以此为限。生物特征感测装置100与生物特征感测装置200例如各自位于基板sb的第一区域ca以及第二区域pa中，以下将参照图2a与图2b介绍生物特征感测装置100与生物特征感测装置200包括的构件及其具有的特定参数关系。
59.图2a为依据图1的剖线a1
‑
a1’的一实施例的生物特征感测装置的剖面示意图。请先参照图2a，本实施例的生物特征感测装置100包括感测元件层se、第一遮光层bl1以及第二遮光层bl2。
60.感测元件层se例如设置于基板sb上且包括用以感测光线l的多个感测元件su。在一些实施例中，基板sb可为柔性基板或刚性基板，本发明不以此为限。本实施例的感测元件层se除了包括多个感测元件su之外，还可包括主动元件(未示出)、扫描线(未示出)以及读取线(未示出)等走线，但本发明不以此为限。在一些例示性实施例中，主动元件、扫描线以及读取线亦例如设置于基板sb上，其中扫描线与主动元件的源极电性连接，且读取线与主动元件的漏极电性连接，以读取感测元件su感测到的信号。在一些例示性实施例中，感测元件su可包括第一电极(未示出)、感光层(未示出)以及第二电极(未示出)。第一电极、感光层以及第二电极例如以此顺序按序堆叠于基板sb上。第一电极与第二电极可例如包括透光的导电材料或不透光的导电材料，其视生物特征感测装置100的用途而定。在本实施例中，生物特征感测装置100可作为屏下指纹感测器来使用，因此，来自外界的光(例如经指纹反射的光)会穿过第二电极而入射至感光层，基于此，第二电极是使用透光的导电材料制作。感光层则具有将光能转换为电能的特性，以实现光学感测的功能。在一些实施例中，感光层的材料可包括富硅材料，其可为富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物、富硅碳氧化物、氢化富硅氧化物、氢化富硅氮化物、氢化富硅碳化物、具高功函数元素参杂材料，例如：硅锗化合物或其他合适的有机材料，或上述材料的组合。另外，在一些实施例中，感测元件层se可还包括覆盖多个感测元件su的绝缘层(未示出)，此绝缘层可为单层结构或多层结构，且可包括有机材料或无机材料，本发明不以此为限。
61.第一遮光层bl1例如设置于感测元件层se上且包括多个第一孔洞op1，从另一个角度来看，第一遮光层bl1包括有位于相邻的两个第一孔洞op1之间的多个第一遮光部bm1。在本实施例中，第一遮光层bl1具有的多个第一孔洞op1可用以定义出光通过区域，其中第一遮光部bm1具有宽度gn，多个第一孔洞op1中的至少一者具有孔宽wn，且多个第一孔洞op1中的至少一者具有中心轴op1_c。在一些实施例中，第一遮光层bl1的材料包括遮光及/或反射材料，其可为金属、合金、前述材料的氮化物、前述材料的氧化物、前述材料的氮氧化物、或是其它合适的遮光及/或反射材料。举例而言，第一遮光层bl1的材料可为钼、氧化钼或其堆
叠层。基于此，未设置有第一遮光层bl1的区域即可定义出光通过区域。在本实施例中，第一孔洞op1与感测元件层se中的感测元件su对应地设置，以使感测元件su可将穿过第一孔洞op1的外界的光线l转换为对应的电信号。另外，在一些实施例中，设置有第一遮光部bm1的区域可用于遮蔽感测元件su的主动元件。详细地说，第一遮光部bm1可例如位于主动元件的上方且至少遮蔽主动元件的半导体层，借此以避免来自外界的光照射至半导体层，从而避免主动元件产生漏电的情况。
62.在一些实施例中，本实施例的生物特征感测装置100可还包括设置于感测元件层se与第一遮光层bl1之间的第一绝缘层il1。第一绝缘层il1可例如为无机层或有机层。在第一绝缘层il1为无机层的情况下，其包括的材料可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或上述至少二种材料的堆叠层。在第一绝缘层il1为有机层的情况下，其包括的材料可为聚亚酰胺、聚酯、苯并环丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯苯酚、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、六甲基二硅氧烷或上述至少二种材料的堆叠层。或者，第一绝缘层il1可包括具有滤光技术效果的有机材料。举例而言，第一绝缘层il1可为红外线截止(ir
‑
cut)滤光层，以避免显示出来的影像受到红外光影响而有失真或是色散的情形发生，但本发明不以此为限。在一些实施例中，第一绝缘层il1可为单层结构或多层结构，本发明不以此为限。
63.第二遮光层bl2例如设置于第一遮光层bl1上且包括多个第二孔洞op2，从另一个角度来看，第二遮光层bl2包括有位于相邻的两个第二孔洞op2之间的多个第二遮光部bm2。第二遮光层bl2具有的多个第二孔洞op2亦可例如用以定义出光通过区域，其中第二遮光部bm2具有宽度gn 1，多个第二孔洞op2中的至少一者具有孔宽wn 1，且多个第二孔洞op2中的至少一者具有中心轴op2_c。在一些实施例中，在基板sb的法线方向n上，第二遮光层bl2具有的第二孔洞op2对应于第一遮光层bl1具有的第一孔洞op1。举例而言，本实施例的第二孔洞op2具有的中心轴op2_c与第一孔洞op1具有的中心轴op1_c重叠，即，第二孔洞op2的中心轴op2_c与第一孔洞op1的中心轴op1_c之间不具有偏移距离，但本发明不以此为限。在另一些实施例中，第二孔洞op2的中心轴op2_c与第一孔洞op1的中心轴op1_c之间可具有偏移距离。从另一个角度来看，在基板sb的法线方向n上，第二遮光部bm2会与第一遮光部bm1对应且部分重叠，但本发明不限于此。
64.在一些实施例中，第二孔洞op2具有的孔宽wn 1可大于第一孔洞op1具有的孔宽wn，且第二遮光部bm2具有的宽度gn 1可小于第一遮光部bm1具有的宽度gn，本发明不以此为限。另外，在基板sb的法线方向n上，第一遮光层bl1与第二遮光层bl2之间具有距离h
n
，值得说明的是，此处的距离h
n
为第一遮光层bl1的顶表面bm1_t与第二遮光层bl2的顶表面bm2_t之间的距离，但本发明不以此为限，其亦可为第一遮光层bl1的底表面与第二遮光层bl2的底表面之间的距离。
65.在一些实施例中，第二孔洞op2具有的中心轴op2_c与通过第二孔洞op2的中心的光线l夹设有最大夹角α。详细地说，此处所提到的最大夹角α为通过第二孔洞op2的中心的光线l不穿过非与第二孔洞op2对应的第一孔洞op1的临界角度。在本实施例中，最大夹角α为通过第二孔洞op2的中心的光线l照射至第一遮光部bm1的顶表面bm1_t的边缘的路径与第二孔洞op2的中心轴op2_c所夹的最大角度。在本实施例中，0
°
<α<60
°
，但本发明不限于此。另外，在本实施例中，第一孔洞op1具有的孔宽wn、第一遮光部bm1具有的宽度gn、第一遮光层bl1与第二遮光层bl2之间的距离h
n
以及第二孔洞op2的中心轴op2_c与通过第二孔洞
op2的中心的光线l夹设的最大夹度α符合下列式1。
66.2h
n
*
│
tan(α)
│
≤(2gn wn)
……
式1
67.当本实施例的生物特征感测装置100包括的参数具有上述的关系(wn、gn、h
n
与α符合上述关系式1)时，可避免产生光学串扰现象导致影像的分辨率下降，借此使本实施例的生物特征感测装置具有良好的识别性能。
68.另外，在一些实施例中，在基板sb的法线方向n上，第一遮光层bl1的顶表面bm1_t与感测元件层se的顶表面se_t之间具有距离d
n
，且第二遮光层bl2的顶表面bm2_t与感测元件层se的顶表面se_t之间具有距离d
n 1
，且d
n
、d
n 1
与h
n
符合下列式3。举例而言，距离d
n
为第一遮光部bm1的顶表面bm1_t与感测元件层se的顶表面se_t之间的距离，且距离d
n 1
为第二遮光部bm2的顶表面ml2_t与感测元件层se的顶表面se_t之间的距离。
69.0<h
n
≤(d
n 1
‑
d
n
)
……
式3。
70.在一些实施例中，本实施例的生物特征感测装置100可还包括设置于第一遮光层bl1与第二遮光层bl2之间的第二绝缘层il2。第二绝缘层il2包括的材料及其结构与上述的第一绝缘层il1类似，本实施例不再予以赘述。
71.在一些实施例中，本实施例的生物特征感测装置100可还包括第三遮光层bl3以及多个微透镜ml。第三遮光层bl3与多个微透镜ml例如设置第二遮光层bl2上，其中第三遮光层bl3包括有多个第三孔洞op3，从另一个角度来看，第三遮光层bl3包括有位于相邻的两个第三孔洞op3之间的多个第三遮光部bm3。第三遮光层bl3亦用以定义出光通过区域，且多个微透镜ml设置于此光通过区域中。在一些实施例中，多个微透镜ml对应于多个第二孔洞op2。举例而言，在部分的实施例中，多个微透镜ml具有的中心轴ml_c与第二遮光层bl2具有的第二孔洞op2的中心轴op2_c重叠，但本发明不以此为限，在另一些实施例中，多个微透镜ml具有的中心轴ml_c可不与第二遮光层bl2具有的第二孔洞op2的中心轴op2_c重叠。多个第一孔洞op1、第二孔洞op2与第三孔洞op3可例如用于更进一步提升光准直的效果，以降低散射光或折射光所导致的漏光及混光的问题。在一些实施例中，多个微透镜ml可为对称双凸透镜、非对称双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜，本发明不以此为限。另外，多个微透镜ml的每一者或多者会与一个感测元件su对应地设置，但本发明不以此为限。相对于微透镜ml，第三遮光部bm3的顶表面bm3_t可具有平缓的表面，但本发明不以此为限。
72.在一些实施例中，本实施例的生物特征感测装置100可还包括设置于第二遮光层bl2与多个微透镜ml之间的第三绝缘层il3。第三绝缘层il3包括的材料及其结构与上述的第一绝缘层il1类似，本实施例不再予以赘述。
73.在一些实施例中，本实施例的生物特征感测装置100可还包括与基板sb重叠的盖板(未示出)。盖板例如设置于多个微透镜ml的上方，且包括显示面板、触控面板以及保护板中的至少一者，其中显示面板可以是自发光形式或非自发光形式。在本实施例的生物特征感测装置100被使用时，使用者的指纹是接触盖板。
74.基于上述，当本实施例的生物特征感测装置100包括的参数至少具有上述的关系时，可避免产生光学串扰现象导致影像的分辨率下降，借此使本实施例的生物特征感测装置具有良好的识别性能。
75.图2b为依据图1的剖线a2
‑
a2’的另一实施例的生物特征感测装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图2b示出的实施例沿用图2a的实施例的元件标号与部分内容，其中采
用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例描述与效果，下述实施例不再重复赘述，而图2b示出的实施例中至少一部分未省略的描述可参阅后续内容。
76.请参照图2b，本实施例的生物特征感测装置200与前述实施例的生物特征感测装置100的主要差异在于：本实施例的第二遮光层bl2的多个第二孔洞op2中的一者的中心轴op2_c与所对应的多个第一孔洞op1中的一者的中心轴op1_c不重叠。此是因当包括多个生物特征感测群体100、200的生物特征感测群体形成时，位于邻近于基板sb的边缘的第二区域pa中的生物特征感测装置200易发生工艺偏移的现象，使得生物特征感测群体200中的第二遮光层bl2的第二孔洞op2的中心轴op2_c与第一孔洞op1的中心轴op1_c之间具有偏移距离sn。
77.为了避免因上述的工艺偏移导致生物特征感测群体200更易出现光学串扰的现象，本实施例使第一孔洞op1具有的孔宽wn、第一遮光部bm1具有的宽度gn、第一遮光层bl1与第二遮光层bl2之间的距离h
n
以及第二孔洞op2的中心轴op2_c与通过第二孔洞op2的中心的光线l夹设的最大夹度α符合下列式2。
78.2h
n
*
│
tan(α)
│
≤(gn wn)
……
式2
79.当本实施例的生物特征感测装置200包括的参数至少具有上述的关系(wn、gn、h
n
与α符合上述关系式2)时，可避免产生光学串扰现象导致影像的分辨率下降，借此使本实施例的生物特征感测装置具有良好的识别性能。
80.图3a至图3d为依照图2a的生物特征感测装置用于感测指纹时所拍摄的影像图，其中图3a是于分辨率为0.4线对的情况下拍摄的影像，图3b是于分辨率为0.6线对的情况下拍摄的影像，图3c是于分辨率为0.8线对的情况下拍摄的影像，且图3d是使用者使用图2a的生物特征感测装置时所拍摄的指纹影像。图4a至图4d为依照图2b的生物特征感测装置用于感测指纹时所拍摄的影像图，其中图4a是于分辨率为0.4线对的情况下拍摄的影像，图4b是于分辨率为0.6线对的情况下拍摄的影像，图4c是于分辨率为0.8线对的情况下拍摄的影像，且图4d是使用者使用图2b的生物特征感测装置时所拍摄的指纹影像。
81.请参照图3a至图3d，其示出了生物特征感测装置100具有良好的影像分辨率，此是因生物特征感测装置100具有的参数符合上述的关系式1，借此可避免光学串扰现象的产生。类似地，请参照图4a至图4d，其示出了生物特征感测装置200亦具有良好的影像分辨率，此是因生物特征感测装置200具有的参数符合上述的关系式2，借此可避免光学串扰现象的产生。
82.综上所述，在本发明的生物特征感测群体中，使位于远离基板边缘的区域中的生物特征感测装置的第一孔洞具有的孔宽、第一遮光部具有的宽度、第一遮光层与第二遮光层之间的距离以及第二孔洞的中心轴与通过第二孔洞的中心的光线夹设的最大夹度符合关系式1；且使位于靠近基板边缘的区域中的生物特征感测装置的第一孔洞具有的孔宽、第一遮光部具有的宽度、第一遮光层与第二遮光层之间的距离以及第二孔洞的中心轴与通过第二孔洞的中心的光线夹设的最大夹度符合关系式2，借此可以使本发明提供的生物特征感测装置皆具有良好的识别性能。