TWI655786B - 光學裝置 - Google Patents
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Abstract
一種光學裝置，包括透明基板、第一遮光層、第二遮光層、多個感光元件以及反射層。第一遮光層位於透明基板的第一面上，且具有第一開口。第二遮光層位於透明基板的第二面上，且具有第二開口。至少部分感光元件位於第二遮光層上。至少一感光元件包括第一電極、感光層以及第二電極。第二遮光層位於第一電極與透明基板之間。感光層形成於第一電極上。第二電極形成於感光層上。第一電極、感光層以及第二電極不與第二開口重疊。反射層與透明基板相隔一間距。感光層位於反射層以及第二遮光層之間。
Description
本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種具有感光元件的光學裝置。
感光元件是一種被普遍應用的檢測裝置，感光元件將所接收到之光信號轉換成與對應的電信號。
目前，市場的需求傾向於更多功能集成的電子設備，如將多種元器件集成在一起之電子設備。現有之具備顯示裝置的電子設備中，例如：手機、平板電腦、數位相機等，通常將感光元件設置於顯示面板的周邊區（或邊框區）中，增加了顯示面板中周邊區的大小。此外，在一些感光元件需要搭配針孔陣列的裝置中，一般是於基板上鑽孔以作為針孔使用，然而以鑽孔製程所製造出來的針孔往往過大，使整個裝置的厚度必須被放大才能使針孔與感光元件之間有足夠的像距，這導致了整個裝置的尺寸難以縮小。因此，目前急需一種能解決前述問題的方法。
本發明之至少一實施例提供一種光學裝置，能解決感光元件之尺寸難以縮小的問題。
本發明之至少一實施例提供一種光學裝置，包括透明基板、第一遮光層、第二遮光層、多個感光元件以及反射層。第一遮光層位於透明基板的第一面上，且具有至少一第一開口。第二遮光層位於透明基板的第二面上，且具有至少一第二開口。感光元件至少部分位於第二遮光層上。至少一感光元件包括第一電極、感光層以及第二電極。第二遮光層位於第一電極與透明基板之間。感光層形成於第一電極上。第二電極形成於感光層上。在透明基板的法線方向上，第一電極、感光層以及第二電極不與第二開口重疊。反射層與透明基板相隔一間距。感光層位於反射層以及第二遮光層之間。
本發明之目的之一為縮減光學裝置的尺寸。
本發明之目的之一為降低光學裝置的製造成本，並提升光學裝置的良率。
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。
圖1A是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的上視示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。圖2例如是沿圖1A剖線aa’的剖面示意圖。
請參考圖1A與圖2，光學裝置10包括透明基板100、第一遮光層110、第二遮光層120、多個感光元件T、反射層200以及多個發光元件E。
透明基板100之材質可為玻璃、石英、有機聚合物、藍寶石水晶玻璃或是其他可適用的材料。透明基板100的厚度P例如為50微米至800微米。
第一遮光層110位於透明基板100的第一面F1之上，且具有至少一個第一開口O1。第二遮光層120位於透明基板100的第二面F2之上，且具有至少一個第二開口O2。在一些實施例中，第一遮光層110的厚度例如為0.2微米至2微米，且第二遮光層120的厚度例如為0.2微米至2微米。在一些實施例中，第一開口O1的開口尺寸W1例如為25微米至100微米，且第二開口O2的開口尺寸W2例如為25微米至100微米。相鄰的第一開口O1之間的距離例如為第一開口O1之開口尺寸的十倍。第一遮光層110與第二遮光層120例如包括相同或不同的材料，在一些實施例中，一遮光層110與第二遮光層120的材料包括金屬、金屬化合物(例如鹵化銀)、樹脂或其他合適的材料。
位於透明基板100上之第一遮光層110的第一開口O1與位於透明基板100上之第二遮光層120的第二開口O2互相配合能作為針孔使用，待測物X（例如手指指紋、掌紋、臉孔或其他物體）所反射的光線L（或發射出來的光線）可以通過第一開口O1與第二開口O2所組成的針孔。
在一些實施例中，第一遮光層110的第一開口O1與第二遮光層120的第二開口O2是藉由微影蝕刻製程所形成，因此，以第一開口O1與第二開口O2所組成之針孔的開口尺寸（例如等於第一開口O1的開口尺寸W1或第二開口O2的開口尺寸W2或兩者的平均）可以較小，具有成本低廉且良率高等優點。
在一些實施例中，第一開口O1的面積與第二開口O2的面積實質上相同。第一開口O1與第二開口O2具有較小的面積，因此光學裝置10不需要很大的像距就能夠有效的進行光感測，因此，可以減少光學裝置10的尺寸。
在本實施例中，第一開口O1的開口輪廓與第二開口O2的開口輪廓為正方形，但不以此為限。在其他實施例中，第一開口O1的開口輪廓與第二開口O2的開口輪廓可以為圓形(如圖1B所示)、橢圓形、三邊形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或其他幾何形狀。在一些實施例中，第一開口O1的開口輪廓與第二開口O2的開口輪廓實質上相同。
在本實施例中，開口輪廓為正方形的第一開口O1與正方形的發光元件E以陣列式排列，但不以此為限。在其他實施例中，如圖1C所示，開口輪廓為正六邊形的第一開口O1可以搭配發光元件E以蜂窩形陣列排列。
感光元件T位於第二遮光層110上，且感光元件T不與第二開口O2重疊。反射層200與透明基板100相隔一間距H。感光元件T位於反射層200以及第二遮光層120之間。
發光元件E例如包括有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，OLED）或是微型發光二極體（Micro Light-Emitting Diode）。發光元件E位於該第一遮光層110上，且發光元件E不與第一開口O1重疊。在本實施例中，發光元件E包括多個可見光發光元件以及至少一紅外光發光元件I。可見光發光元件可以包括紅光發光元件、藍光發光元件以及綠光發光元件中的至少其中一種顏色的發光元件，例如可以包含多個紅光發光元件，或者例如可以包含多個紅光發光元件與多個綠光發光元件的組合。在本實施例中，發光元件E包括多個紅光發光元件R、多個藍光發光元件B、多個綠光發光元件G以及多個紅外光發光元件I，但本發明不以此為限。發光元件E還可以包括能發射出其他波長之光的發光元件。
在本實施例中，光學裝置10的每個重複單元PU包括一個紅光發光元件R、一個藍光發光元件B、一個綠光發光元件G以及一個紅外光發光元件I，其中紅光發光元件R、藍光發光元件B以及綠光發光元件G能發出可見光，直接影響光學裝置10所顯示出來之畫面的品質，紅外光發光元件I能發出紅外光，紅外光（例如是光線L）照到待測物X後反射回光學裝置10，並由光學裝置10的感光元件T蒐集反射回來的紅外光以偵測待測物X。
光線L通過第一開口O1與第二開口O2所組成的針孔並抵達反射層200，接著被反射層200反射至感光元件T。藉由感光元件T蒐集光線L以偵測待測物X。反射層200可以是塗佈在基板（未繪出）上的塗層，也可以是金屬基板或其他可以反射光線的基板。
在本實施例中，感測區SR介於反射層200與第二遮光層120之間，反射層200的設置使光線L在感測區SR中的移動路徑增加，因此，反射層200與透明基板100之間的間距H不用很大，光線L在感測區SR中就能有足夠的移動距離（例如是針孔至感光元件T的像距），並可以進一步縮減光學裝置10的尺寸。
在一些實施例中，待測物X與透明基板100之間的間距H1大於反射層200與透明基板100之間的間距H，能獲得完整的還原影像。
雖然在本實施例中，以感光元件T將紅外光轉換成電子訊號為例，但本發明不以此為限。在其他實施例中，感光元件T也可以將其他波長的光線轉換成電子訊號。雖然在本實施例中，感光元件T所偵測到之紅外光的光源為紅外光發光元件I，但本發明不以此為限。感光元件T也可以偵測環境光照到待測物X後反射的光線。
在本實施例中，第一開口O1與第二開口O2例如是對應重複單元PU中紅外光發光元件I的位置設置，換句話說，設置了第一開口O1與第二開口O2只會減少紅外光發光元件I的數量而不會減少紅光發光元件R、藍光發光元件B以及綠光發光元件G的數量，因此能維持光學裝置10所顯示出來之畫面的品質。在本實施例中，紅外光發光元件I的數量少於紅光發光元件R的數量、藍光發光元件B的數量或綠光發光元件G的數量。換而言之，在一實施例中，該些紅外光發光元件和該至少一第一開口的數量總和等於該些紅光發光元件、該些藍光發光元件或該些綠光發光元件的數量。
在本實施例中，每個重複單元PU包括四個子畫素區，紅色子畫素區、藍色子畫素區綠色子畫素區以及紅外光子畫素區，分別對應紅光發光元件R、藍光發光元件B、綠光發光元件G以及紅外光發光元件I，且每個子畫素區的大小約等於四分之一個重複單元PU的面積。在一實施例中，第一開口O1的面積與第二開口O2的面積例如小於或等於一個子畫素區的面積。在一些實施例中，第一開口O1與第二開口O2的開口尺寸例如約為50微米，且可整合至254每英寸像素（Pixels Per Inch，ppi）的光學裝置中（例如為顯示裝置）。在一些實施例中。第一開口O1與第二開口O2的開口尺寸例如約為25微米，且可整合至508每英寸像素的光學裝置中（例如為顯示裝置）。
圖3是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖3的實施例沿用圖2的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。
請參考圖3，光學裝置20包括多個發光元件E。在本實施例中，發光元件E為微型發光二極體。發光元件E例如是在其他基板（或稱生長基板）上形成後，藉由轉移技術移至透明基板100的第一面F1上。
絕緣層130與黏著層140位於透明基板100與發光元件E之間。絕緣層130位於發光元件E與第一遮光層110之間。黏著層140位於發光元件E與絕緣層130之間。在一些實施例中，絕緣層130具有黏性，因此不需要形成黏著層140即可將發光元件E黏在第一遮光層110上。
雖然在本實施例中，絕緣層130並未覆蓋第一開口O1，但本發明不以此為限。在一些實施例中，絕緣層130非不透明材質，絕緣層130可以覆蓋第一開口O1並與透明基板100接觸。
發光元件E包括第一半導體層310、發光層320、第二半導體層330、第一接墊312以及第二接墊332。第一半導體層310與第二半導體層330例如分別是N型摻雜半導體以及P型摻雜半導體。發光層320位於第一半導體層310與第二半導體層330之間，且發光層320例如包括量子井層。絕緣層340覆蓋部分第一半導體層310、部分發光層320以及部分第二半導體層330。第一接墊312以及第二接墊332穿過絕緣層340且分別電性連接第一半導體層310與第二半導體層330，第一訊號線314與第二訊號線334分別電性連接第一接墊312以及第二接墊332。
在一些實施例中，透明基板100還包括多個與發光元件E電性連接的開關元件（未繪出），開關元件例如是電性連接至第一訊號線314或第二訊號線334。
雖然本實施例的發光元件E是以水平式發光二極體為例，但本發明不以此為限。在其他實施例中，發光元件E可以是垂直式發光二極體、有機發光二極體或其他發光元件。
保護層150以及平坦層160依序形成於發光元件E上，且覆蓋發光元件E。在一些實施例中，保護層150以及平坦層160還會形成於第一開口O1上。
感光元件T形成於透明基板100的第二面F2上，且與第二遮光層120重疊。在本實施例中，感光元件T位於第二遮光層120上，且整個感光元件T與第二遮光層120重疊，也就是說，感光元件T的電極不會與第二開口O2重疊，但本發明不以此為限。感光元件T與第二遮光層120之間例如夾有絕緣層180，但本發明不以此為限。
感光元件T包括主動元件400、第一電極442、感光層460以及第二電極470。
主動元件400形成於透明基板100的第二面F2上。在本實施例中，主動元件400位於第二遮光層120上。主動元件400包括閘極410、閘極絕緣層420、通道層430以及源極/汲極440。閘極410位於絕緣層180上。通道層430與閘極410重疊，且通道層430與閘極410之間夾有閘極絕緣層420。源極/汲極440電性連接至通道層430。雖然本實施例中的主動元件400以底部閘極型薄膜電晶體為例，但本發明不以此為限。主動元件400也可以是頂部閘極型薄膜電晶體或其他類型的主動元件。
儲存電容電極412位於絕緣層180上，且例如是與閘極410在同一道圖案化製程中形成。導通結構446與儲存電容電極412電性連接。在本實施例中，儲存電容電極412與第一電極442共同組成一儲存電容，且儲存電容電極412透過導通結構446而與第二電極470電性連接，以與感光層460形成並聯結構。
第一電極442與主動元件400的源極/汲極440電性連接，且導通結構446以及第一電極442例如是與源極/汲極440在同一道圖案化製程中形成。第二遮光層120位於第一電極442與透明基板100之間。
絕緣層450覆蓋源極/汲極440以及導通結構446。感光層460形成於第一電極442上，且位於絕緣層450的開口中。第二電極470形成於感光層460上，且穿過絕緣層450而與導通結構446電性連接。第二電極470的材料例如包括銦錫氧化物、銦鋅氧化物、金屬奈米線、石墨烯或是其他透明或半透明導電材料。第一電極442、感光層460、第二電極470以及第二遮光層120互相重疊，例如是在透明基板100的法線方向D上互相重疊，且第一電極442、感光層460以及第二電極470不與第二開口O2重疊。感光層460位於反射層200以及第二遮光層120之間，待測物X反射的光線（例如光線L）穿過第一開口O1與第二開口O2後抵達反射層200，反射層200反射光線L，被反射層200反射後之光線L穿過第二電極470後抵達感光層460，感光層460可以將光線L轉變成電子訊號。
在本實施例中，光學裝置20選擇性的可以包括遮光層480以及絕緣層490。遮光層480大致上對應於主動元件400的通道層430設置，遮光層480例如是與通道層430在透明基板100的法線方向D上互相重疊。遮光層480能夠降低光線造成主動元件400漏電的問題。絕緣層490覆蓋遮光層480以及第二電極470，且可以有保護遮光層480以及第二電極470的功能。
雖然在本實施例中，絕緣層180、閘極絕緣層420、絕緣層450以及絕緣層490並未覆蓋第二開口O2，但本發明不以此為限。在一些實施例中，絕緣層180、閘極絕緣層420、絕緣層450以及絕緣層490非不透明材料，絕緣層180、閘極絕緣層420、絕緣層450以及絕緣層490可以覆蓋第二開口O2。
圖4是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。圖5是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖4、圖5的實施例沿用圖3的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。
圖4、圖5之光學裝置30的感光元件T以及發光元件E的數量及大小僅是用於示意，感光元件T以及發光元件E實際的數量及大小可因應實際需求而調整。
請參考圖4，在本實施例中，第一開口O1與第二開口O2在透明基板100的法線方向D上重疊，其中法線方向D即垂直透明基板100的方向。一部分光線L在穿過第一開口O1與第二開口O2且被反射層200反射後，落入第二開口O2的範圍內，不能被感光元件T接收並轉換成電子訊號。因此，待測物X可以分成光學裝置30偵測不到的第一區R1以及感光元件T可以偵測到的第二區R2。
為了改善光學裝置30偵測不到待測物X之部分區域的問題，調整了第一開口O1與第二開口O2的相對位置，如圖5所示。
請參考圖5，第一開口O1與第二開口O2在透明基板100的法線方向D上的相對位置出現傾斜，以獲得傾斜的針孔。在本實施例中，以第一開口O1與第二開口O2在透明基板100的法線方向D上不重疊為例。
在本實施例中，待測物X的第一區R1反射出來的光線L在穿過最鄰近所述第一區R1的第一開口O1與第二開口O2後，會被反射層200反射，並落入最鄰近所述第一區R1的第二開口O2的範圍內。然而，所述第一區R1反射出來的光線L可以穿過另外一個第一開口O1與另外一個第二開口O2（例如是離所述第一區R1較遠之第一開口O1與第二開口O2），且被反射層200反射後能落入感光元件T的範圍內，因此，第一區R1反射的光線還是可以被光學裝置40所偵測，解決了光學裝置40偵測不到待測物X之部分區域的問題。
本發明之至少一實施例使用透明基板上之第一遮光層的第一開口與第二遮光層的第二開口來作為針孔，因此可以製作出較小針孔，且還有製造成本低廉以及良率高的優點。
本發明之至少一實施例藉由反射層的設置，縮減光學裝置的尺寸。
本發明之至少一實施例解決了光學裝置偵測不到待測物之部分區域的問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30、40‧‧‧光學裝置
100‧‧‧透明基板
110‧‧‧第一遮光層
120‧‧‧第二遮光層
130‧‧‧絕緣層
140‧‧‧黏著層
150‧‧‧保護層
160‧‧‧平坦層
180、450‧‧‧絕緣層
200‧‧‧反射層
310‧‧‧第一半導體層
312‧‧‧第一接墊
314‧‧‧第一訊號線
320‧‧‧發光層
330‧‧‧第二半導體層
332‧‧‧第二接墊
334‧‧‧第二訊號線
340‧‧‧絕緣層
400‧‧‧主動元件
410‧‧‧閘極
412‧‧‧儲存電容電極
420‧‧‧閘極絕緣層
430‧‧‧通道層
440‧‧‧源極/汲極
442‧‧‧第一電極
446‧‧‧導通結構
60‧‧‧感光層
470‧‧‧第二電極
480‧‧‧遮光層
490‧‧‧絕緣層
B‧‧‧藍光發光元件
E‧‧‧發光元件
F1‧‧‧第一面
F2‧‧‧第二面
G‧‧‧綠光發光元件
H、H1‧‧‧間距
I‧‧‧紅外光發光元件
L‧‧‧光線
O1‧‧‧第一開口
O2‧‧‧第二開口
P‧‧‧厚度
R‧‧‧紅光發光元件
R1‧‧‧第一區
R2‧‧‧第二區
SR‧‧‧感測區
T‧‧‧感光元件
W1、W2‧‧‧開口尺寸
X‧‧‧待測物
圖1A是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的上視示意圖。 圖1B是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的上視示意圖。 圖1C是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的上視示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。 圖5是依照本發明的一實施例的一種光學裝置的剖面示意圖。
Claims (13)
- 一種光學裝置，包括：一透明基板，包含相對設置的一第一面與一第二面；一第一遮光層，位於該透明基板的該第一面之上，且具有至少一第一開口；一第二遮光層，位於該透明基板的該第二面之上，且具有至少一第二開口；多個感光元件，至少部分位於該第二遮光層上，其中至少一感光元件包括：一第一電極，該第二遮光層位於該第一電極與該透明基板之間；一感光層，位於該第一電極上；以及一第二電極，位於該感光層上，其中該第一電極、該感光層以及該第二電極不與該至少一第二開口在該透明基板的一法線方向上重疊；一反射層，與該透明基板相隔一間距，其中該至少一感光元件的該感光層位於該反射層以及該第二遮光層之間；以及多個發光元件，位於該第一遮光層上，且該些發光元件未覆蓋該至少一第一開口。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該些發光元件包括多個可見光發光元件以及至少一紅外光發光元件。
- 如申請專利範圍第2項所述的光學裝置，其中該些可見光發光元件包括多個紅光發光元件、多個藍光發光元件以及多個綠光發光元件中的至少其中一種顏色的發光元件。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該些發光元件包括多個紅光發光元件、多個藍光發光元件、多個綠光發光元件以及多個紅外光發光元件，該些紅外光發光元件的數量少於該些紅光發光元件、該些藍光發光元件或該些綠光發光元件的數量。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該些發光元件包括微型發光二極體。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，更包括一絕緣層，位於該些發光元件與該第一遮光層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該至少一第一開口與該至少一第二開口在該透明基板的該法線方向上重疊。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該至少一第一開口與該至少一第二開口在該透明基板的該法線方向上不重疊。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該至少一第一開口的面積與該至少一第二開口的面積實質上相同。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該至少一第一開口的開口輪廓與該至少一第二開口的開口輪廓實質上相同。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該至少一感光元件更包括一主動元件，形成於該透明基板的該第二面上，且與該第一電極電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該至少一第一開口包括兩個第一開口，該兩個第一開口之間的間距為該兩個第一開口的開口尺寸的十倍。
- 一種光學裝置，包括：一透明基板，包含相對設置的一第一面與一第二面；一第一遮光層，位於該透明基板的該第一面之上，且具有至少一第一開口；一第二遮光層，位於該透明基板的該第二面之上，且具有至少一第二開口，其中該至少一第一開口的開口輪廓實質上與該至少一第二開口的開口輪廓相同；多個感光元件，至少部分位於該第二遮光層上，其中至少一感光元件包括：一第一電極，該第二遮光層位於該第一電極與該透明基板之間；一感光層，位於該第一電極上；以及一第二電極，位於該感光層上，其中該第一電極、該感光層以及該第二電極不與該至少一第二開口在該透明基板的一法線方向上重疊；一反射層，與該透明基板相隔一間距，其中該至少一感光元件的該感光層位於該反射層以及該第二遮光層之間；以及多個可見光發光元件，位於該第一遮光層上，且該些可見光發光元件位於該至少一第一開口周圍。
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