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TWI593094B - 光學感測器 - Google Patents

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TWI593094B
TWI593094B TW106100686A TW106100686A TWI593094B TW I593094 B TWI593094 B TW I593094B TW 106100686 A TW106100686 A TW 106100686A TW 106100686 A TW106100686 A TW 106100686A TW I593094 B TWI593094 B TW I593094B
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filter unit
acute angle
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林國峰
謝錦全
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采鈺科技股份有限公司
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Description

光學感測器
本發明主要關於一種光學感測器，尤指一種具有彩色濾光單元之光學感測器。
光學感測器，例如光譜感測器或是影像感測器，用以偵測光線或是取得一物體之影像。光學感測器一般安裝於如光譜儀或是相機等電子裝置。
第1圖為習知光學感測器B1的示意圖。光學感測器B1包括一感測層B10、多個彩色濾光單元B20、以及多個微透鏡B30。感測層B10包括用以感測光線以及轉換光線至電子訊號之多個光二極體B11。彩色濾光單元B20設置於感測層B10上，且彩色濾光單元B20之剖面為矩形。微透鏡B30設置於彩色濾光單元B20上，且用以將光線聚焦於光二極體B11。
然而，隨著電子裝置之發展，對於電子裝置有著薄型化以及降低製造成本之要求，並且需減少習知光學感測器B1的厚度以配合薄型化之電子裝置。因此，需要提供改進光學感測器之方案。
本揭露提供具有較薄厚度及較低製造成本之光學感測器。
本揭露提供一種光學感測器，包括一感測層、一 第一彩色濾光單元、以及一格狀結構。感測層包括一光二極體。第一彩色濾光單元設置於感測層之一第一底部、以及設置於第一底部之一第一頂部，其中第一頂部包括連接於第一底部之一第一底面、相對於第一底面傾斜之一第一傾斜面、以及對應於第一傾斜面且相對於第一底面傾斜之一第二傾斜面。
格狀結構環繞第一頂部。第一傾斜面與第一底面具有一第一銳角，且第二傾斜面與第一底面之間具有一第二銳角。
於一些實施例中，第一銳角以及第二銳角約為65度至89度。於一些實施例中，第一銳角等於第二銳角。第一傾斜面以及第二傾斜面相對於第一彩色濾光單元之一對稱平面對稱排列。
於一些實施例中，第一頂部更包括相反於第一底面之一頂面，且第一頂部由第一底面至頂面逐漸變窄。
於一些實施例中，第一頂部之剖面具有一梯形，且第一頂部之剖面垂直於第一底面以及第一傾斜面。
於一些實施例中，第一底部與第一頂部一體成形，且包括相同之材質。
於一些實施例中，更包括環繞第一底部之一遮光結構，其中格狀結構設置於遮光結構上。
於一些實施例中，格狀結構包括設置於遮光結構之一第一格狀層、設置於第一格狀層之一第二格狀層、以及設置於第二格狀層之一第三格狀層，其中第一格狀層之折射率大於第二格狀層之折射率，以及第二格狀層之折射率大於第三格 狀層之折射率。
於一些實施例中，第一格狀層以及第二格狀層為V型。第一格狀層、第二格狀層以及第三格狀層之材質為不同的。於一些實施例中，第一彩色濾光單元之厚度大於1um。
於一些實施例中，第一彩色濾光單元更包括設置於第一頂部之第一穹頂部，且第一穹頂部包括一弧形頂面，其中第一底部、第一頂部以及穹頂部為一體成形，且包括相同之材質。
於一些實施例中，彩色濾光單元更包括一第二彩色濾光單元以及一第三彩色濾光單元。第二彩色濾光單元包括設置於感測層上之一第二底部、設置於第二底部上之一第二頂部，其中第二頂部包括連接於第二底部之一第二底面，以及相對於第二底面之一第三傾斜面。
第三彩色濾光單元，包括設置於感測層上之一第三底部、以及設置於第三底部上之一第三頂部，其中第三頂部包括連接於第三底部之一第三底面、以及相對於第三底面傾斜之一第四傾斜面。第三傾斜面與第二底面之間具有一第三銳角，第四傾斜面與第三底面之間具有一第四銳角，第一銳角大於第三銳角，且第三銳角大於第四銳角。
於一些實施例中，第一彩色濾光單元為一藍色之彩色濾光單元，第二彩色濾光單元為一綠色之彩色濾光單元，且第三彩色濾光單元為一紅色之彩色濾光單元。
於一些實施例中，第一彩色濾光單元更包括設置於第一頂部之一第一穹頂部，第二彩色濾光單元更包括設置於 第二頂部之一第二穹頂部，且第三彩色濾光單元更包括設置於第三頂部之一第三穹頂部。
於一些實施例中，第一穹頂部相對於第一頂部之高度大於第二穹頂部相對於第二頂部之高度，且第二穹頂部相對於第二頂部之高度大於第三穹頂部相對於第三頂部之高度。
於一些實施例中，第一穹頂部相對於第一頂部之高度、第二穹頂部相對於第二頂部之高度、以及第三穹頂部相對於第三頂部之高度約為50nm至150nm。
於一些實施例中，更包括設置於第一頂部、第二頂部以及第三頂部之一抗反射膜，其中抗反射膜之厚度約為100nm至250nm。
於一些實施例中，於第一頂部上之抗反射膜的厚度大於於第二頂度上之抗反射膜的厚度，以及於第二頂部上之抗反射膜之厚度大於於第三頂部上之抗反射膜的厚度。
綜上所述，藉由彩色濾光單元之結構，光學感測器並不需要包括習知之微透鏡，因此可減少光學感測器之厚度的製造成本。
1‧‧‧光學感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧基材
12‧‧‧光二極體
20、20a、20b、20c‧‧‧彩色濾光單元
21‧‧‧底部
22、22a、22b、22c‧‧‧頂部
221、221a、221b、221c‧‧‧底面
222‧‧‧頂面
223、223a、223b、223c‧‧‧傾斜面
224‧‧‧傾斜面
23、23a、23b、23c‧‧‧穹頂部
231‧‧‧弧形頂面
30‧‧‧遮光結構
40‧‧‧格狀結構
41‧‧‧第一格狀層
42‧‧‧第二格狀層
43‧‧‧第三格狀層
44‧‧‧底端
45‧‧‧頂面
50‧‧‧抗反射膜
A1、A2、A3、A4、A5‧‧‧銳角
B1‧‧‧光學感測器
B10‧‧‧感測層
B11‧‧‧光二極體
B20‧‧‧彩色濾光單元
B30‧‧‧微透鏡
D1‧‧‧疊置方向
P1、P2‧‧‧參考平面
P3‧‧‧對稱平面
第1圖為習知光學感測器的示意圖。
第2圖為根據本揭露之一些實施例中光學感測器的示意圖。
第3圖為本揭露之光學感測器以及習知具有微透鏡之光學感測器之波長對QE光譜的曲線圖。
第4A圖為以域有限差分(Finite-difference time-domain,FDTD)模擬方法，模擬以波長530nm之光束照射本揭露之光學感測器而於本揭露之光學感測器之一剖面上產生的電場分佈圖。
第4B圖為以域有限差分模擬方法，模擬以波長530nm之光束照射習知光學感測器而於本揭露之光學感測器之一剖面上產生的電場分佈圖。
第5A圖為根據本揭露之一些實施例之光學感測器1以及習知光學感測器之銳角對SNR 10的曲線圖。
第5B為根據本揭露之一些實施例之光學感測器1以及習知光學感測器之銳角對G-感光度(G-Sensitivity)的曲線圖。
第6圖本揭露之光學感測器1以及習知具有微透鏡之光學感測器以530nm之入射光線照射的入射角對QE光譜的曲線圖。
第7圖為根據本揭露之一些實施例之光學感測器的示意圖。
以下之說明提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本發明之不同特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本發明，其僅作為例子，而並非用以限制本發明。例如，第一特徵在一第二特徵上或上方的結構之描述包括了第一和第二特徵之間直接接觸，或是以另一特徵設置於第一和第二特徵之間，以致於第一和第二特徵並不是直接接觸。
此外，本說明書於不同的例子中沿用了相同的元件標號及/或文字。前述之沿用僅為了簡化以及明確，並不表示於不同的實施例以及設定之間必定有關聯。再者，圖式中之形狀、尺寸、厚度、以及傾斜之角度可能為了清楚說明之目的而未依照比例繪製或是被簡化，僅提供說明之用。
可理解的是，於下列各實施例之方法中的各步驟中，可於各步驟之前、之後以及其間增加額外的步驟，且於前述的一些步驟可被置換、刪除或是移動。
第2圖為根據本揭露之一些實施例中光學感測器1的示意圖。光學感測器1用以感測光線，且轉換光線為電子訊號。
於一些實施例中，光學感測器1可為互補式金屬氧化物半導體(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)感測器。於一些實施例中，光學感測器1可為一背照式(BSI，backside illumination)CMOS感測器。於一些實施例中，光學感測器1為一影像感測器，用以獲得一影像。光學感測器可應用於一影像設備，例如一數位相機。
於一些實施例中，光學感測器1可為一光譜感測器，用以偵測一物體之光譜。光譜感測器可應用於一光譜儀。
光學感測器1包括一感測層10、彩色濾光單元20、一遮光結構30、格狀結構40、以及一抗反射膜50。感測層10可沿一參考平面P1延伸。感測層10用以根據照射於感測層10之光線來偵測入射光線。
感測層10可包括所有下列元件，但只要達到感測 層10於使用上之目的，可不需包括所有下列之元件。感測層10包括一基材11以及多個光二極體12。於一些實施例中，感測層10更包括其他元件或是層(圖未示)，例如光二極體12下之電路、以及用以保護電路之保護層(passivation layer)。
光二極體12設置於基材11之內，且可以陣列的方式排列於一參考平面P1上。每一光二極體12根據照射於其上之光線的強度感測光線且產生電子訊號。於一些實施例中，可藉由一處理晶片(圖未示)根據上述電子訊號產生影像。
彩色濾光單元20設置於感測層10上。於一些實施例中，彩色濾光單元20為波導(wave-guided)彩色濾光單元。於一疊置方向D1上，每一彩色濾光單元20位於一個光二極體12上。疊置方向D1垂直於感測層10以及參考平面P1。彩色濾光單元20以陣列的方式排列於平行參考平面P1之一平面上。彩色濾光單元20之厚度大於1um。
每一彩色濾光單元20允許光線於一特定範圍內之波長通過。於一些實施例中，彩色濾光單元20包括紅色之彩色濾光單元、綠色之彩色濾光單元、以及藍色之彩色濾光單元。舉例而言，紅色之彩色濾光單元允許光線於620nm至750nm的波長(紅光)通過至光二極體12。綠色之彩色濾光單元允許光線於495nm至570nm的波長(綠光)通過至光二極體12。藍色之彩色濾光單元允許光線於476nm至495nm的波長(藍光)通過至光二極體12。
每一彩色濾光單元20包括一底部21以及一頂部22。底部21設置於感測層10上，且頂部22設置於底部21上。底 部21以及頂部22為一體成形，且包括相同之材質。
遮光結構30設置於感測層10上。遮光結構30環繞且連接於底部21。遮光結構30排列於平行參考平面P1之一平面。於一些實施例中，遮光結構30具有低於30%之透光率。遮光結構30用以止擋光線通過。因此，減少了光線由一彩色濾光單元20穿透至另一相鄰之彩色濾光單元20的量。
格狀結構40設置於遮光結構30上。格狀結構40環繞且連接於頂部22。格狀結構40排列於平行參考平面P1之一平面。格狀結構40包括連接於遮光結構30之底端44、以及連接於抗反射膜50之頂面45。於一些實施例中，格狀結構40之頂面45為平坦之平面。
格狀結構40之透光率大於80%或是90%。格狀結構40用以反射彩色濾光單元20內之光線至光二極體12。
於一些實施例中，格狀結構40及/或遮光結構30之折射率低於彩色濾光單元20之折射率，因此彩色濾光單元20、格狀結構40及/或遮光結構30形成一光管結構可引導光線至光二極體12。
於一些實施例中，格狀結構40之折射率約為1.2至1.5的範圍之間。遮光結構30之折射率約為1.3至1.9的範圍之間。彩色濾光單元20之折射率約為1.7至3.2的範圍之間。
抗反射膜50設置於頂部22以及格狀結構40之上。抗反射膜50用以減少射向光學感測器1之光線的反射。於一些實施例中，抗反射膜50為一平坦結構，且平行於感測層10。抗反射膜50之厚度約為100nm至250nm。
如第2圖所示，底部21之剖面包括矩形。頂部22之剖面包括梯形。遮光結構30之剖面包括矩形。格狀結構40之剖面包括三角形。
上述之剖面垂直於參考平面P1、參考平面P2、底面221、以及感測層10。於一些實施例中，上述剖面垂直於傾斜面223及/或傾斜面224。
每一頂部22包括一底面221、一頂面222、一傾斜面223、以及一傾斜面224。於一些實施例中，底面221、頂面222、傾斜面223、及/或傾斜面224為平坦之表面。
底面221連接於底部21。於一些實施例中，底面221以及遮光結構30之頂面位於平行於參考平面P1之一參考平面P2上。
頂面222相反於底面221，且平行於底面221。頂面222連接於抗反射膜50。底面221之面積大於頂面222之面積。頂部22由底面221至頂面222逐漸變窄。
傾斜面223相對於底面221傾斜。傾斜面224相反於傾斜面223，且相對於底面221傾斜。傾斜面223以及傾斜面224相對於彩色濾光單元20之一對稱平面P3對稱排列。對稱平面P3位於彩色濾光單元20之中央，且平行於底面221。
傾斜面223與底面221之間為一銳角A1，且傾斜面224與底面221之間為一銳角A2。銳角A1以及銳角A2約為65度至89度。於此實施例中，銳角A1等於銳角A2。
傾斜面223與傾斜面224之間的距離由底面221至頂面222逐漸變窄。上述之距離於平行於底面221之方向而被測 量。
藉由彩色濾光單元20以及格狀結構40之結構以及設計，射向光學感測器1之光線被良好地引導至光二極體12。於本實施例中，習知之微透鏡可不包括於光學感測器1中。藉由省略習知之微透鏡，可減少光學感測器1之厚度以及製造成本。
第3圖為本揭露之光學感測器以及習知具有微透鏡之光學感測器之波長對量子效率(Quantum Efficiency，QE)光譜的曲線圖。於本例子中，舉例而言，光學感測器1之銳角A1、A2為78度。於第3圖中，具有不同波長之光線射向紅色之彩色濾光單元、綠色之彩色濾光單元、以及藍色之彩色濾光單元。
於第3圖中，根據量子效率光譜，本揭露之光學感測器1之感光度較佳。光學感測器1之QE peaks相對於習知之具有微透鏡的光學感測器增加。此外，光學感測器1之光互擾雜訊相對於習知之光學感測器減少。
如第4A圖所示，於本揭露之光學感測器1中，電場強度於綠色之彩色濾光單元20b以及綠色之彩色濾光單元20b下之感測層10較為明顯。此外，電場較少地分布於相鄰於彩色濾光單元20之區域，例如紅色之彩色濾光單元或是藍色之彩色濾光單元，以及相鄰之彩色濾光單元20下的感測層10。因此，降低了光學感測器1之光互擾雜訊。此外，彩色濾光單元20之反射較少，且降低了彩色濾光單元20之駐波效應(standing wave effect)。根據第4A圖顯示通過綠色之彩色濾光單元20b及其下 的感測層10之電場較深且較垂直之情況，綠色之彩色濾光單元20b及其下的感測層10具有高的光通量(photo flux)。
如第4B圖所示，相較於第4A圖，在習知光學感測器中，通過綠色之彩色濾光單元及其下之感測層(在第4B圖的虛線的左側)的電場分布較淺且未如第4A圖所示般垂直穿透上述感測層，顯示習知光學感測器的綠色之彩色濾光單元及其下的感測層具有較低的光通量。此外，在相鄰於綠色之彩色濾光單元之區域，例如紅色之彩色濾光單元或是藍色之彩色濾光單元(在第4B圖的虛線的右側)，電場分布密度遠高於第4A圖所示情況，顯示習知光學感測器有較嚴重的光互擾雜訊的問題。因此，藉由本揭露之光學感測器1，可以改善量子效率且可以降低光學感測器1中的光互擾雜訊。
第5A圖為根據本揭露之一些實施例之光學感測器1以及習知光學感測器之銳角對SNR 10的曲線圖。訊號雜訊比(SNR)為影像感測器(光學感測器)於低照度下之關鍵性能指標。上述之低照度可代表於陰天、黃昏、室內等光線較暗之環境。在實際應用中，當訊號雜訊比被控制於一定值時，相對應的照明等級越低代表影像感測器所能產生之影像的表現越佳。一般而言，當影像之訊號雜訊比到達10時，影像之品質為可接受的。因此，在實際應用中，使用了SNR 10作為於低照度的條件下SNR之性能指標。SNR 10被定義為於白平衡(white balance)與色彩校正(color correction)後訊號雜訊比為10時照射於影像感測器之照度(lux)。如第5A圖所示，當SNR 10(照度，lux)越低時，光學感測器1能於較低照度的環境下能產生SNR為 10的影像品質。當銳角A1以及銳角A2大於65度，本揭露之光學感測器1的SNR 10低於習知之光學感測器。因此，本揭露之光學感測器1於相同低照度下之影像品質可優於習知之光學感測器。
第5B為根據本揭露之一些實施例之光學感測器1以及習知光學感測器之銳角對G-感光度的曲線圖。當銳角A1、A2大於65度，本揭露之光學感測器1之G-感光度大於習知之光學感測器。
第6圖本揭露之光學感測器1以及習知具有微透鏡之光學感測器以530nm之入射光線照射的入射角對QE光譜的曲線圖。當530nm光線之入射角於約0度至30度時，光學感測器1之QE G-peak相對於習知之光學感測器為較佳的。當530nm入射光線之入射角約為0度至30度時，光學感測器1之QE R-peak以及QE B-peak相對於習知之光學感測器為較佳的。
因此，光學感測器1藉由彩色濾光單元20之結構以及設計可具有較佳之效率，且光學感測器1可不需要習知之微透鏡。
第7圖為根據本揭露之一些實施例之光學感測器1的示意圖。格狀結構40包括至少兩層相互疊置之格狀層，且包括至少兩種不同的材質。於本實施例中，格狀結構40包括一第一格狀層41、一第二格狀層42、以及一第三格狀層43。第一格狀層41設置於遮光結構30上。第二格狀層42設置於第一格狀層41上。第三格狀層43設置於第二格狀層42上。
第一格狀層41、第二格狀層42、以及第三格狀層 43之材質為不同的。於一些實施例中，第一格狀層41之折射率大於第二格狀層42之折射率。第二格狀層42之折射率大於第三格狀層43之折射率。於一些實施例中，第一格狀層41之剖面以及第二格狀層42之剖面為V型。第三格狀層43之剖面為三角形。上述剖面垂直於底面221。
藉由格狀結構40之結構以及設計，光學感測器1之光線能被良好地引導至光二極體12。
於一些實施例中，彩色濾光單元20包括彩色濾光單元20a、20b、以及20c。彩色濾光單元20a可為藍色之彩色濾光單元。彩色濾光單元20b可為綠色之彩色濾光單元。彩色濾光單元20c可為紅色之彩色濾光單元。
彩色濾光單元20a之頂部22a的傾斜面223a相對於底面221a傾斜。傾斜面223a與底面221a之間為銳角A3。彩色濾光單元20b之頂部22b的傾斜面223b相對於底面221b傾斜。傾斜面223b與底面221b之間為銳角A4。
彩色濾光單元20c之頂部22c之傾斜面223c相對於底面221c傾斜。傾斜面223c與底面221c為銳角A5。銳角A3大於銳角A4。銳角A4大於銳角A5。銳角A3、A4以及A5約為65度至89度。
藉由彩色濾光單元20之銳角A3、A4以及A5，光線被引導至彩色濾光單元20a的量大於光線被引導至彩色濾光單元20b的量。光線被引導至彩色濾光單元20b的量大於光線被引導至彩色濾光單元20c的量。因此，光學感測器1所產生之影像的品質可藉由彩色濾光單元20之銳角A3、A4以及A5加強。
彩色濾光單元20更包括設置於頂部22之穹頂部23。每一穹頂部23包括一弧形頂面231。因此，穹頂部23之功能可如同習知之微透鏡，穹頂部23可將光線聚焦於光二極體12。藉由穹頂部23之結構以及設計，照射於光學感測器1之光線能被良好地引導至光二極體12。
於一些實施例中，彩色濾光單元20a更包括設置於頂部22a之一穹頂部23a。彩色濾光單元20b更包括設置於頂部22b之一穹頂部23b。彩色濾光單元20c更包括設置於頂部22c之一穹頂部23c。穹頂部23a相對於頂部22a之高度大於穹頂部23b相對於頂部22b之高度。穹頂部23b相對於頂部22b之高度大於穹頂部23c相對於頂部22c之高度。穹頂部23a、23b以及23c之高度約為50nm至150nm。
藉由穹頂部23之高度，光線被引導至彩色濾光單元20a的量大於光線被引導至彩色濾光單元20b的量。光線被引導至彩色濾光單元20b的量大於光線被引導至彩色濾光單元20c的量。光學感測器1所產生影像之品質可藉由調整穹頂部23之高度來加強。
於一些實施例中，於頂部22a上之抗反射膜50的厚度大於頂部22b上之抗反射膜50的厚度。頂部22b上之抗反射膜50的厚度大於頂部22c上之抗反射膜50的厚度。
藉由抗反射膜50之厚度，光線被引導至彩色濾光單元20a的量可大於光線被引導至彩色濾光單元20b的量。光線被引導至彩色濾光單元20b的量可大於光線被引導至彩色濾光單元20c的量。光學感測器1所產生之影像的品質可藉由調整抗 反射膜50的厚度來加強。
綜上所述，藉由彩色濾光單元之結構，光學感測器並不需要包括習知之微透鏡，因此可減少光學感測器之厚度的製造成本。
上述已揭露之特徵能以任何適當方式與一或多個已揭露之實施例相互組合、修飾、置換或轉用，並不限定於特定之實施例。
本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧光學感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧基材
12‧‧‧光二極體
20‧‧‧彩色濾光單元
21‧‧‧底部
22‧‧‧頂部
221‧‧‧底面
222‧‧‧頂面
223‧‧‧傾斜面
224‧‧‧傾斜面
30‧‧‧遮光結構
40‧‧‧格狀結構
44‧‧‧底端
45‧‧‧頂面
50‧‧‧抗反射膜
A1、A2‧‧‧銳角
D1‧‧‧疊置方向
P1、P2‧‧‧參考平面
P3‧‧‧對稱平面

Claims (12)

  1. 一種光學感測器，包括：一感測層，包括一光二極體；一第一彩色濾光單元，包括設置於該感測層之一第一底部、以及設置於該第一底部之一第一頂部，其中該第一頂部包括連接於該第一底部之一第一底面、相對於該第一底面傾斜之一第一傾斜面、以及對應於該第一傾斜面且相對於該第一底面傾斜之一第二傾斜面；以及一格狀結構，環繞該第一頂部，其中該第一傾斜面與該第一底面具有一第一銳角，且該第二傾斜面與該第一底面之間具有一第二銳角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該第一銳角以及該第二銳角約為65度至89度，該第一銳角等於該第二銳角，且該第一傾斜面以及該第二傾斜面相對於該第一彩色濾光單元之一對稱平面對稱排列。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該第一頂部更包括相反於該第一底面之一頂面，且該第一頂部由該第一底面至該頂面逐漸變窄，其中該第一頂部之剖面具有一梯形，且該第一頂部之剖面垂直於該第一底面以及該第一傾斜面，且該第一底部與該第一頂部一體成形，且包括相同之材質。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，更包括環繞該第一底部之一遮光結構，其中該格狀結構設置於該遮光結構上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學感測器，其中該格狀結構包括設置於該遮光結構之一第一格狀層、設置於該第一格狀層之一第二格狀層、以及設置於該第二格狀層之一第三格狀層，其中該第一格狀層之折射率大於該第二格狀層之折射率，以及該第二格狀層之折射率大於該第三格狀層之折射率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光學感測器，其中該第一格狀層以及該第二格狀層為V型，且該第一格狀層、該第二格狀層以及該第三格狀層之材質為不同的。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該第一彩色濾光單元之厚度大於1um。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，其中該第一彩色濾光單元更包括設置於該第一頂部之一第一穹頂部，且該第一穹頂部包括一弧形頂面，其中該第一底部、該第一頂部以及該穹頂部為一體成形，且包括相同之材質。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器，更包括：一第二彩色濾光單元，包括設置於該感測層上之一第二底部、設置於該第二底部上之一第二頂部，其中該第二頂部包括連接於該第二底部之一第二底面，以及相對於該第二底面之一第三傾斜面；以及一第三彩色濾光單元，包括設置於該感測層上之一第三底部、以及設置於該第三底部上之一第三頂部，其中該第三頂部包括連接於該第三底部之一第三底面、以及相對於該第三底面傾斜之一第四傾斜面， 其中該第三傾斜面與該第二底面之間具有一第三銳角，該第四傾斜面與該第三底面之間具有一第四銳角，該第一銳角大於該第三銳角，且該第三銳角大於該第四銳角。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光學感測器，其中該第一彩色濾光單元更包括設置於該第一頂部之一第一穹頂部，該第二彩色濾光單元更包括設置於該第二頂部之一第二穹頂部，且該第三彩色濾光單元更包括設置於該第三頂部之一第三穹頂部。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光學感測器，其中該第一穹頂部相對於該第一頂部之高度大於該第二穹頂部相對於該第二頂部之高度，且該第二穹頂部相對於該第二頂部之高度大於該第三穹頂部相對於該第三頂部之高度，其中該第一穹頂部相對於該第一頂部之高度、該第二穹頂部相對於該第二頂部之高度、以及該第三穹頂部相對於該第三頂部之高度約為50nm至150nm。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之光學感測器，更包括設置於該第一頂部、該第二頂部以及該第三頂部之一抗反射膜，該抗反射膜之厚度約為100nm至250nm，其中於該第一頂部上之該抗反射膜的厚度大於該第二頂部上之該抗反射膜的厚度，以及於該第二頂部上之該抗反射膜之厚度大於該第三頂部上之該抗反射膜的厚度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI679404B (zh) * 2018-03-01 2019-12-11 美商梅瑞堤儀器公司 基於可適應性模組化光學感測器的製程控制系統及其操作方法

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102600673B1 (ko) 2016-08-05 2023-11-13 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10269844B2 (en) * 2017-06-27 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Structure and formation method of light sensing device
US10983318B2 (en) * 2018-08-02 2021-04-20 Visera Technologies Company Limited Optical elements
US10684400B2 (en) * 2018-08-03 2020-06-16 Visera Technologies Company Limited Optical elements and method for fabricating the same
CN110823845B (zh) * 2018-08-08 2021-05-25 京东方科技集团股份有限公司 光谱仪及其制作方法
US10955597B2 (en) * 2019-01-04 2021-03-23 Visera Technologies Company Limited Optical devices
US10770602B1 (en) * 2019-02-20 2020-09-08 Vanguard International Semiconductor Corporation Optical sensor and method for forming the same
CN110010634B (zh) * 2019-02-27 2021-07-06 德淮半导体有限公司 隔离结构及其形成方法，图像传感器及其制造方法
JP2020177059A (ja) * 2019-04-16 2020-10-29 大日本印刷株式会社 レンズアレイ、撮像モジュール、撮像装置及びレンズアレイの製造方法
TWI749864B (zh) * 2020-11-12 2021-12-11 友達光電股份有限公司 光學感測模組
US20240194700A1 (en) * 2021-03-26 2024-06-13 Sony Semiconductor Solutions Corporation Light detection device and electronic device
US20250151432A1 (en) * 2022-10-20 2025-05-08 Visera Technologies Company Ltd. Optical element with distant layer
US20240398304A1 (en) * 2023-06-02 2024-12-05 AI Mnemonic Limited Apparatus and method for detecting and recognizing human activities and measuring attention level

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009224980A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Panasonic Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JP2010239076A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP2010272654A (ja) 2009-05-20 2010-12-02 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2012191136A (ja) * 2011-03-14 2012-10-04 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器
US8742525B2 (en) * 2011-03-14 2014-06-03 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP4872024B1 (ja) 2011-04-22 2012-02-08 パナソニック株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP2013156463A (ja) 2012-01-31 2013-08-15 Fujifilm Corp 撮像素子
JP6141024B2 (ja) 2012-02-10 2017-06-07 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像システム
US9502453B2 (en) * 2013-03-14 2016-11-22 Visera Technologies Company Limited Solid-state imaging devices
US20140339606A1 (en) 2013-05-16 2014-11-20 Visera Technologies Company Limited Bsi cmos image sensor
JP6262496B2 (ja) 2013-11-08 2018-01-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US9425228B2 (en) * 2013-11-29 2016-08-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Image sensor with reduced optical path
KR20150089644A (ko) * 2014-01-28 2015-08-05 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US9513411B2 (en) 2014-07-31 2016-12-06 Visera Technologies Company Limited Double-lens structures and fabrication methods thereof
JP2016066695A (ja) 2014-09-24 2016-04-28 株式会社東芝 固体撮像装置及びその製造方法
US9825078B2 (en) * 2014-11-13 2017-11-21 Visera Technologies Company Limited Camera device having an image sensor comprising a conductive layer and a reflection layer stacked together to form a light pipe structure accommodating a filter unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI679404B (zh) * 2018-03-01 2019-12-11 美商梅瑞堤儀器公司 基於可適應性模組化光學感測器的製程控制系統及其操作方法
US10763144B2 (en) 2018-03-01 2020-09-01 Verity Instruments, Inc. Adaptable-modular optical sensor based process control system, and method of operation thereof

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Publication number Publication date
US9991302B1 (en) 2018-06-05
US20180138329A1 (en) 2018-05-17
CN108074942B (zh) 2020-09-18
JP2018082138A (ja) 2018-05-24
TW201820599A (zh) 2018-06-01
JP6283762B1 (ja) 2018-02-21
CN108074942A (zh) 2018-05-25

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