电子装置

技术领域

本发明涉及一种装置，尤其涉及一种电子装置。

背景技术

目前电子装置应用于智能型手机的指纹识别，以电容式指纹识别系统为其主流。主动与被动电容式指纹识别系统附加于智能型手机时，可用于解锁与功能启动。对于目前市场上的状况来说，指纹识别系统的安装主要以智能型手机的背面为主。如要安装于前视区，则须针对玻璃显示区进行开孔或是执行减薄程序，这造成加工费用的增加。除此之外，市场上的指纹识别系统还包括超声波指纹系统与光学式指纹识别系统。因为光学式指纹识别具有光的高穿透性而能不对玻璃显示区进行开孔，即能针对指纹等特征进行辨识。因此，光学式指纹识别系统已成为下一代指纹识别辨识的主流。

目前针对光学式指纹识别的成像系统有几种方式，例如反射式、薄膜反射式、针孔成像、光纤成像或是搭配多组镜片成为较大型的指纹识别成像系统。

然而，由于薄型化、安装于面板玻璃下而不开孔而应用于行动装置等市场上的趋势，造成光学式指纹识别系统的设计上的困难。举例来说，显示设备的玻璃面板的厚度分布落在500μm至1mm的范围内，加上显示设备的发光元件与空气层的厚度，设计人员必须使指纹识别系统的厚度小于400μm。再考虑感测元件的厚度约为200μm以及指纹识别系统的承载基板(substrate，例如印刷电路板)的厚度约为150μm，因此其余的组件的整体厚度被限制在50μm的范围内。

再者，因为指纹识别的分辨率必须至少有500dpi(dots per inch，每英寸点数)，因此，指纹识别系统的每一像素的尺寸必须小于50μm。然而，以目前市场上透镜的造模(molding)或机械加工，仍然无法达成这样的精准设计与对位。

发明内容

本发明是针对一种电子装置，其能在电子装置的整体厚度缩减的情况下，仍能良好地使微透镜设置在所需的位置。

本发明的一实施例的电子装置包括多个微透镜、一限光结构、一第一透光结构以及一感测元件。这些微透镜排成阵列。感测元件包括多个感测像素。感测元件、第一透光结构、限光结构以及这些微透镜在一堆垛方向上依序堆垛。每一感测像素在堆垛方向上对应这些微透镜中的至少两个微透镜。

在本发明的一实施例中，电子装置还包括一第二透光结构，设置在这些微透镜与限光结构之间。第二透光结构在堆垛方向上的厚度落在8至15微米的范围内。

在本发明的一实施例中，上述的第二透光结构为钝化层。

在本发明的一实施例中，上述的这些微透镜在堆垛方向上的最大高度落在1至3微米的范围内。

在本发明的一实施例中，上述的限光结构为金属层。

在本发明的一实施例中，上述的限光结构包括多个透光孔。这些透光孔的孔径落在1至3微米的范围内。每一微透镜在堆垛方向上对应这些透光孔的其中之一。

在本发明的一实施例中，上述的第一透光结构包括多个内金属介电层。

在本发明的一实施例中，上述的第一透光结构还包括一内层介电层，设置在这些内金属介电层与感测元件之间。

在本发明的一实施例中，上述的第一透光结构在堆垛方向上的厚度落在8至15微米的范围之间。

在本发明的一实施例中，电子装置还包括多个内金属层以及一驱动元件。这些内金属层分别嵌设在这些内金属介电层内。第一透光结构设置在限光结构与驱动元件之间。驱动元件与感测元件电性连接，并通过这些内金属层与限光结构电性连接。

基于上述，在本发明实施例的电子装置中，由于每一感测像素在堆垛方向上对应多个微透镜中的至少两个微透镜，使得每个感测像素可接收的入光量增加。因此，电子装置的感测效果较佳。

附图说明

图1是依据本发明的一实施例的电子装置的局部剖面示意图；

图2是依据本发明的一实施例的电子装置的感测像素对应于微透镜的示意图。

附图标记说明

100:电子装置

110:微透镜

120:限光结构

121:透光孔

130:第一透光结构

131:内金属介电层

132:内层介电层

140:感测元件

141:感测像素

150:第二透光结构

160:内金属层

170:驱动元件

200:基板

201:表面

D:堆垛方向

h:高度

t:宽度

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。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。

图1是依据本发明的一实施例的电子装置的局部剖面示意图。图2是依据本发明的一实施例的电子装置的感测像素对应于微透镜的示意图。在此需说明的是，图1与图2中各堆垛层之间的相对厚度仅为清楚示意而呈现，其附图中的相对厚度并不反应实际的相对厚度。请同时参考图1与图2，本发明的一实施例的电子装置100包括多个微透镜110、一限光结构120、一第一透光结构130以及一感测元件140。感测元件140、第一透光结构130、限光结构120以及微透镜110在一堆垛方向D上依序堆垛。

具体来说，第一透光结构130、限光结构120以及微透镜110例如是在形成感测元件140之后，接着以半导体制程或光刻制程依序形成第一透光结构130、限光结构120以及微透镜110。在本实施例中，感测元件140包括多个感测像素141。感测元件140可为互补金氧半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)或电荷耦合器件(Charge CoupledDevice，CCD)。微透镜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适的材料形成。

为了使电子装置100扣除了感测元件140后，在堆垛方向D上的整体厚度可小于等于50微米，并使微透镜110可经由光刻制程形成，在本实施例中，微透镜110在堆垛方向D上的最大高度h落在1至3微米的范围内。再者，为了提高电子装置100的分辨率，每一感测像素141的大小须小于50微米。然而，对于以光刻制程形成的每个微透镜110而言，50微米的尺寸太大，因此，在本实施例中，多个微透镜110排成阵列，且每一感测像素141在堆垛方向D上对应多个微透镜110中的至少两个微透镜110。举例而言，每一感测像素141在堆垛方向D上至少部分重叠于其对应的上述至少两个微透镜110。

图2示意了电子装置100上设有一基板200。基板例如是有机发光二极管等透明显示面板。当使用者的手指按压至基板200的表面201上时，基板200发出的光束经手指反射，其反射光束被电子装置100的感测元件140所接收，以使电子装置100取得指纹影像。图2示意了每一感测像素141在堆垛方向D上对应2×2个微透镜110阵列。但本发明不以此为限，每一感测像素141可在堆垛方向D上对应m×n、1×n或m×1个微透镜110阵列，其中m与n为大于等于2的正整数。

再者，在本实施例中，限光结构120为金属层，且限光结构120在堆垛方向D上的厚度小于等于0.5微米。限光结构120包括多个透光孔121。透光孔121的孔径t落在1至2微米的范围内，且每一微透镜110在堆垛方向D上对应透光孔121的其中之一。举例而言，每一微透镜110在堆垛方向D上与其对应的透光孔121重叠。

此外，在本实施例中，第一透光结构130包括多个内金属介电层(Inter-MetalDielectric layer，IMD layer)131以及一内层介电层(Inter-layer Dielectric layer，ILD layer)132。内层介电层132设置在内金属介电层131与感测元件140之间。内金属介电层131与内层介电层132可为二氧化硅或氮化硅等绝缘材料，但本发明不以此为限。再者，内金属介电层131与内层介电层132可由相同或不相同的材料形成。

在本实施例中，第一透光结构130在堆垛方向D上的厚度落在8至15微米的范围之间。为方便说明，图1简单示意了四层金属介电层131。但本发明不以此为限，金属介电层131的数量应依设计需求而定。

除此之外，在本实施例中，电子装置100还包括一第二透光结构150。第二透光结构150设置在微透镜110与限光结构120之间。第二透光结构150可为氧化硅或氮化硅等绝缘材质所形成的钝化层(passivation layer)，用以防止电子装置100内各元件的氧化。

基于上述，在本发明实施例的电子装置100中，微透镜110与限光结构120的设置使得反射光束可良好地在感测元件140上成像。虽然微透镜110与限光结构120的设置限制了反射光束的收光角度，同时也降低了入光量，但由于每一感测像素141在堆垛方向D上对应多个微透镜110中的至少两个微透镜110，使得每个感测像素141可接收的入光量增加。因此，电子装置100的感测效果较佳。再者，通过增加第二透光结构150的厚度，可进一步限制反射光束的收光角度，且同时也增加了反射光束由微透镜110至感测元件140的光程，此时也增加了电子装置100的取像纵深(depth of view,DOF)。在本实施例中，第二透光结构150在堆垛方向D上的厚度较佳落在8至15微米的范围内。

除此之外，在本实施例中，电子装置还包括多个内金属层160以及一驱动元件170。第一透光结构130设置在限光结构120与驱动元件170之间。内金属层160分别嵌设在内金属介电层131内，并与限光结构120电性连接。驱动元件170与感测元件140电性连接，并通过内金属层160与限光结构120电性连接。也就是说，限光结构120、内金属层160以及驱动元件170可为控制感测元件140的控制电路的一部分。在本实施例中，驱动元件170可为以半导体制程形成的晶体管(transistors)电路层。第一透光结构130的内层介电层132覆盖感测元件140以及驱动元件170，以使其他堆垛层可依序堆垛于内层介电层132上。第一透光结构130的金属介电层131用以避免内金属层160之间彼此直接接触而发生短路的现象。

综上所述，在本发明实施例的电子装置中，微透镜与限光结构的设置使得反射光束可良好地在感测元件上成像。再者，由于每一感测像素在堆垛方向上对应多个微透镜中的至少两个微透镜，使得每个感测像素可接收的入光量增加。因此，电子装置的感测效果较佳。而且，相较于以造模或机械加工等方式形成的透镜，本发明实施例的电子装置可在较小的范围内形成微透镜阵列，且每个微透镜仍可良好的设置在所需的位置。此外，再者，通过增加第二透光结构的厚度，可进一步限制反射光束的收光角度，且同时也增加了反射光束由微透镜至感测元件的光程，此时也增加了电子装置的取像纵深。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。