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TWI895581B - 用於在光學感測器裝置之光敏元件上製造包含至少一個光學各向異性膜之空間受限的膜堆疊之方法，電子裝置，電子裝置之用途及電子裝置在顯示器裝備中之用途 - Google Patents

用於在光學感測器裝置之光敏元件上製造包含至少一個光學各向異性膜之空間受限的膜堆疊之方法，電子裝置，電子裝置之用途及電子裝置在顯示器裝備中之用途

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Publication number
TWI895581B
TWI895581B TW111103158A TW111103158A TWI895581B TW I895581 B TWI895581 B TW I895581B TW 111103158 A TW111103158 A TW 111103158A TW 111103158 A TW111103158 A TW 111103158A TW I895581 B TWI895581 B TW I895581B
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TW
Taiwan
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layer
liquid crystal
optical sensor
sensor device
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Application number
TW111103158A
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TW202246737A (zh
Inventor
大衛 皮爾斯
李察 法蘭茲
Original Assignee
瑞士商羅立克科技股份公司
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Publication date
Application filed by 瑞士商羅立克科技股份公司 filed Critical 瑞士商羅立克科技股份公司
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本發明係關於一種用於在具有光敏元件之光學感測器裝置上製造包含光學各向異性膜之空間受限的膜堆疊的方法，使得該膜堆疊覆蓋該光敏元件但不覆蓋該光學感測器裝置之整個表面區域。根據本發明之方法製造之電子裝置可用於分析光之偏振狀態。

Description

用於在光學感測器裝置之光敏元件上製造包含至少一個光學各向異性膜之空間受限的膜堆疊之方法，電子裝置，電子裝置之用途及電子裝置在顯示器裝備中之用途
本發明係關於對包含聚合或交聯液晶之光學元件進行空間限制的方法。
對光之偏振狀態的分析在許多應用中變得至關重要。在一些應用中，不同來源之光係由光之偏振狀態進行編碼。偵測落入表面上之光的偏振狀態允許確定來自例如兩種不同類型之光源的光量。
US 9612152 B2揭示一種用於確定落在有機發光二極體(OLED)顯示器上之環境光的量的方法，該顯示器具有如自檢視者所見位於顯示螢幕後的光感測器裝置。因為到達感測器之光為環境光與自OLED顯示器發射之光的混合物，所以需要區分來自兩個不同光源之光。在所揭示具體實例中之一者中，由 線性偏振器及四分之一波延遲器組成之圓形偏振器配置於OLED顯示器之前側處，此提供額外益處，亦即減少由OLED結構引起之反射。已通過圓形偏振器之入射環境光係呈圓形偏振的，而自OLED顯示器發射之光係非偏振的。位於顯示器之後側處的光感測器裝置具有兩個通道。兩個通道中之第一通道偵測環境光及藉由顯示器發射的光兩者。第二通道配備有與顯示器之前側上的圓形偏振器相比具有相反偏手性的圓形偏振器。因此，圓形偏振的環境光在第二通道中被阻擋且僅偵測到自顯示器發射的光。環境光之強度可隨後根據在兩個通道中偵測到的光強度之差來判定。光感測器裝置因此用作環境光感測器。然而，專利說明書未揭示圓形偏振器如何應用於光感測器裝置之第二通道。
US 2020191648 A1亦揭示一種用於OLED顯示器之環境光敏元件。類似於US 9612152 B2之解決方案，圓形偏振器配置於OLED顯示器之前側處，且包含兩個通道之環境光感測器位於顯示器之後側處。兩個通道均配備有圓形偏振器但具有相反偏手性。圓形偏振的環境光因此在一個通道中被阻擋，而其可在另一通道中通過圓形偏振器。自OLED顯示器發射之非偏振光類似地由兩個通道偵測到。環境光之強度可根據在兩個通道中偵測到的光強度之差來確定。然而，US 2020191648 A1未揭示如何將具有相反偏手性之圓形偏振器應用於光感測器裝置之兩個通道。
在諸如用作如上文所解釋之環境光感測器之光學感測器裝置中，一或多個光敏元件可佔用半導體晶片區域之一部分。可能希望晶片之此等部分由諸如圓形偏振器膜的光學膜覆蓋，而晶片的其他區域(諸如接合墊)不應由光學膜覆蓋。此外，在包含多於一個光敏元件(例如光敏元件陣列)之光學感測器裝置中，個別光敏元件可能需要具有彼此不同的光學特性之光學膜。因此必需將光學膜或層精確地限制在基板或裝置之特定區域。
另外，對於微光學應用，待由光學膜覆蓋之有效光學區域可在微 米範圍內。因此，幾乎不可能使用標準光學膜，標準光學膜厚度遠遠大於待覆蓋的有效光學區域的尺寸。
因此，需要有方法能以非常高的位置精確度及高解析度在微米範圍內的區域中生成或施加具有各向異性光學特性之光學膜或層。
已知定向液晶聚合物提供高雙折射率，其允許製造延遲器膜，諸如四分之一波或半波延遲器，其層厚度僅為幾微米。液晶聚合物(LCP)層可藉由在基板上塗佈一層液晶單體來製造，該基板典型地具有能夠定向液晶之表面。在液晶單體定向之後，使其聚合或交聯以便固化材料。若二色性染料包括在液晶組成物中，則LCP層各向異性地吸收光且因此充當線性偏振器。
為了在基板上建立LCP層的有限區域，主要存在兩種方法。在第一種方法中，LCP層例如藉由印刷方法以正確大小及位置局部施加。在第二方法中，LCP層係在較大區域中產生，該較大區域分別涵蓋所要較小區域或待創建之區域的圖案。此可例如藉由塗佈來進行。在後續步驟中，移除所要圖案之區域外部的LCP。
作為第一種方法之一實例，WO 02/061470 A1描述一種方法，其中藉由將呈所需圖案之液晶單體噴射印刷至基板上來產生LCP區域之圖案，該基板具有對準液晶之能力。隨後，藉由曝露於紫外光使液晶單體交聯。此方法之較大優點為圖案生成可藉由電腦控制，其允許創建單獨的LCP圖案。然而，尺寸、厚度及形狀之精確度可能不足以在數微米範圍內創建界限分明的LCP區域。
作為第二方法之一實例，WO2008/077261描述一種使用液晶單體之特殊調配物之方法。在形成此材料層之後，典型地在對準層頂部，液晶單體僅在該層之需要含有LCP膜的彼等區域中藉由選擇性紫外線照射進行固化。隨後，藉由在適當溶劑中洗滌來移除未交聯之液晶材料。儘管與標準液晶單體材料相比，由於使用特殊材料調配物，可達成的橫向解析度得到提高，但此方法可達成 的橫向解析度對於高解析度應用可能並不足夠。
因此，本發明之一目標為提供一種用於在作為光學感測器裝置之部分的光敏元件之頂部上產生空間受限的光學各向異性膜或層的改良方法。本發明之另一目標為提供包含光學感測器裝置之新穎電子裝置，該光學感測器裝置具有覆蓋有空間受限的各向異性光學膜之一或多個光敏元件。本發明之另一目標為提供使用本發明之電子裝置的應用。
根據本發明之第一態樣，提供一種用於在光學感測器裝置之光敏元件上製造包含至少一個光學各向異性膜之空間受限的膜堆疊的方法，其中該空間受限的膜堆疊覆蓋該光敏元件但不覆蓋該光學感測器裝置之整個表面區域，該方法包含以下步驟，- 提供具有光敏元件之光學感測器裝置，其中該光敏元件不在該光學感測器裝置之整個區域上延伸，- 在該光學感測器裝置上製備包含第一定向聚合液晶層之膜堆疊，- 藉由乾式或濕式蝕刻選擇性地自該膜堆疊中移除材料來形成該空間受限的膜堆疊，或- 提供基板，- 在該基板上製備包含第一定向聚合液晶層之膜堆疊，- 藉由將該膜堆疊之區域自該基板選擇性轉移至該光學感測器裝置來形成該空間受限的膜堆疊。
較佳地，光學感測器裝置包含兩個或更多個光敏元件，且形成空間受限的膜堆疊，使得其不覆蓋所有光敏元件。
較佳地，該方法包括製備膜堆疊之步驟，該膜堆疊在光學感測器裝置上包含第一定向聚合液晶層及第二定向聚合液晶層。另一較佳方法包括製備膜堆疊之步驟，該膜堆疊在光學感測器裝置上包含第一、第二及第三定向聚合液晶層。另一較佳方法包括製備膜堆疊之步驟，該膜堆疊在光學感測器裝置上包含第一、第二、第三及第四定向聚合液晶層。
關於「定向聚合液晶層」之術語「第一」、「第二」、「第三」及「第四」僅用以指個別層。然而，其不應暗示層之特定順序。舉例而言，視情況選用之第三聚合液晶層可在第一及第二定向聚合液晶層之間。
根據本發明之一第二態樣，提供一種電子裝置，其包含：- 具有光敏元件之光學感測器裝置，- 包含定向聚合液晶層之空間受限的膜堆疊，其中該空間受限的膜堆疊覆蓋該光敏元件，但不覆蓋該光學感測器裝置之全部區域。
較佳地，光學感測器裝置包含兩個或更多個光敏元件，且空間受限的膜堆疊不覆蓋所有光敏元件。
較佳地，空間受限的膜堆疊包含第一定向聚合液晶層及第二定向聚合液晶層。另一較佳膜堆疊包含第一、第二及第三定向聚合液晶層。
10,10a:光學感測器裝置
11,11a,11b:光敏元件
12:接合墊
13:積體電路
14:膜堆疊
20:光學感測器裝置
21,21a:膜堆疊
22,22a:光阻劑層
23:硬遮罩
23a:硬遮罩圖案
24a:膜堆疊
25a:硬遮罩圖案
31:平坦化層
32:膽固醇型LCP層
33:對準層
34:LCP層
34a:第一區域
34b:第二區域
35:對準層
36:LCP層
36a:第一區域
36b:第二區域
37,37a,37b:偏振方向
38,38a,38b:光軸方向
40:基板
41,41a:膜堆疊
42:釋放層
44:黏接層
50:電光顯示器
51:四分之一波延遲器膜
52:線形薄片偏振器
53:眼睛
進一步由隨附繪圖說明本發明。應強調，各種特徵未必係按比例繪製。
[圖1]展示光學感測器裝置的實施例，該光學感測器裝置在圖1a中之俯視圖中具有兩個光學感測器元件及三個接合墊，且在圖1b中之側視圖中具有其橫截面。
[圖2]展示圖1a中所描繪之光學感測器裝置，根據本發明，該光學 感測器裝置具有包含至少一個覆蓋光敏元件而非接合墊之光學各向異性膜的膜堆疊。
[圖3a]至[圖3f]示出了用於製造圖2之空間受限的膜堆疊的方法的第一變體的步驟。
[圖4]展示光學感測器裝置上之空間受限的膜堆疊的變體，其中該膜堆疊僅覆蓋光敏元件之區域。
[圖5]展示光學感測器裝置上之空間受限的膜堆疊的另一變體，其中不同膜堆疊施加在不同光敏元件上。
[圖6]展示光學感測器裝置上之膜堆疊的第一具體實例，其中該膜堆疊包含膽固醇型LCP層。
[圖7]展示光學感測器裝置上之膜堆疊的具體實例，其中該膜堆疊包含膽固醇型LCP層及LCP延遲器層。
[圖8]展示光學感測器裝置上之膜堆疊的具體實例，其中該膜堆疊包含線性偏振LCP層。
[圖9]展示光學感測器裝置上之圖8的膜堆疊的俯視圖，其中線性偏振LCP層具有位向圖案。
[圖10]展示光學感測器裝置上之膜堆疊的具體實例，其中該膜堆疊包含線性偏振LCP層及LCP延遲器層。
[圖11]展示圖10之具體實例的變體，其中LCP延遲器層具有光軸之位向圖案。
[圖12]展示圖10之具體實例的變體，其中線性偏振LCP層具有偏振方向之位向圖案。
[圖13a]至[圖13f]示出了用於製造圖2之空間受限的膜堆疊的方法的第二變體的步驟。
[圖14]展示根據本發明之電子裝置在顯示器後側上作為環境光感測器的用途。
光敏元件為對光敏感且將光強度轉換成電子信號或改變該元件之傳導性的電光學元件。本發明中所使用之光敏元件可對可見光、紫外(uv)光及/或紅外(IR)光敏感。較佳地，光敏元件對可見光敏感。
在本申請案之上下文中，光敏元件可為任何已知類型，諸如光電二極體、光電晶體、光電電阻器，且亦可指感測器陣列之個別像素，諸如電荷耦合裝置(CCD)或用作成像裝置之互補金屬氧化物半導體(CMOS)。較佳地，光敏元件為半導體。
在本申請案之上下文中，光學感測器裝置包含光敏元件及其他結構及/或功能元件。較佳地，光學感測器裝置包含兩個光敏元件。更佳地，光學感測器裝置包含超過兩個光敏元件。較佳地，光學感測器裝置包含具有多個光敏元件之陣列。較佳地，光學感測器裝置為電荷耦合裝置(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置。
較佳地，光學感測器裝置含有電子電路，該電子電路提供信號處理。較佳地，該電子電路為積體電路。光學感測器裝置可在諸如矽晶圓之半導體晶圓上產生。典型地，在晶圓上產生複數個光學感測器裝置，其隨後進行分割以獲得個別光學感測器裝置。
光學感測器裝置可具有負責不同電氣及/或非電氣功能之不同材料的橫向配置。因此，裝置之不同區域可具有不同表面高度位準。較佳地，作為高度位準之最大差異的結構深度小於10μm，更佳小於1μm，且最佳小於0.5μm。光學感測器裝置之表面可具有其他局部變化之特性，諸如不同表面張力。
較佳地，光學感測器裝置具有用於電連接之接合墊。
如本申請案之上下文內所使用的「液晶聚合物材料(LCP材料)」將意謂液晶材料，其包含液晶單體及/或液晶寡聚物及/或液晶聚合物及/或交聯液晶。在液晶材料包含液晶單體之情況下，此類單體可經聚合，典型地在其已定向之後，例如歸因於與對準層接觸。可藉由熱處理或藉由曝露於光化光(其較佳包含紫外光)來引發聚合。LCP材料可僅包含單一類型之液晶化合物，但亦可包含額外可聚合及/或非可聚合化合物，其中並非所有化合物必須具有液晶特性。此外，LCP材料可含有添加劑，例如光引發劑、抑制劑、光穩定劑、黏著促進劑、調平劑、IR吸收物質、UV吸收劑、碳奈米管、手性摻雜劑及/或各向同性或各向異性螢光及/或非螢光染料。較佳地，LCP材料包含各向異性吸收物質，諸如碳奈米管或二色性染料，其可以各向異性方式吸收在光之紫外範圍、可見範圍及/或紅外波長範圍內的光。較佳地，LCP材料包含二色性染料或碳奈米管，其以各向異性方式吸收在可見波長範圍內之光。在本申請案之上下文中，假定LCP層中之各向異性吸收物質根據LCP層之局部位向而對準。亦較佳為包含手性摻雜劑之LCP材料。較佳地，LCP材料為膽固醇型的。適合之液晶單體例如揭示於WO00/48985中。較佳液晶單體具有可聚合基團，其為丙烯酸酯或二丙烯酸酯、甲基丙烯酸脂、二甲基丙烯酸酯、烯丙基、乙烯基或丙烯醯胺。適合之二色性染料例如揭示於WO2015/177062中。
術語「可聚合」及「聚合」將分別包括「可交聯」及「交聯」之意義。同樣地，「聚合」將包括「交聯」之意義。
如本申請案中所使用之LCP層可藉由任何已知塗佈或印刷方法由LCP材料形成，較佳地溶解於適當溶劑中。
LCP層中液晶分子之對準可藉由不同方法達成，諸如在施加至基板期間或之後剪切材料或藉由將LCP材料施加至含具有對準能力之表面(諸如經 擦刷、光對準之表面)或各向異性表面結構之基板上來進行。
較佳地，LCP層之LCP材料藉由包含光可對準性材料之層進行對準，該層已曝露於對準光以提供具有對準能力之表面。即使在捲輪式製造中，光對準允許容易地產生具有位向圖案之對準表面。另外，可在具有構形之表面上應用光對準，此係由於在光對準層中產生對準之光可遵循表面調變，此情況並非用於大部分替代性對準方法之狀況。
在本申請案之上下文中，術語「位向方向」應係指LCP材料或LCP層中液晶之長軸沿著其對準的方向。若術語「位向方向」用於關於對準層(諸如光對準層)中產生的對準方向，則其應指與對準層接觸的液晶將採納的位向方向。
術語「位向圖案」應意謂LCP層或對準層中之圖案，其包含至少兩個在位向方向上不同的區域。
定向LCP層典型地為雙折射的，其由既不包括各向異性吸收物質亦不包括手性摻雜劑之LCP材料製成，且充當光學延遲器層。光學延遲取決於LCP層之厚度，且因此可調整為自幾奈米直至若干微米的任何值。較佳地，用於本申請案中之LCP延遲器層設計為四分之一波片或半波片。
定向LCP層各向異性地吸收光，其已由包含各向異性吸收物質之LCP材料製成，且因此在各別各向異性吸光度之波長範圍中充當線性偏振器。因此，此類LCP材料提供可塗佈偏振器。有可能藉由包括若干物質(例如二色性染料)而延伸各向異性吸收度之波長範圍，該等物質各向異性地吸收不同波長範圍，以使得疊置個別各向異性吸收物質之吸收曲線。以此方式，舉例而言，有可能覆蓋完整可見光波長範圍。
已由包含手性摻雜劑之LCP材料製成的定向LCP層採用扭轉組態且可充當扭轉延遲器。較佳地，手性摻雜劑之濃度足夠高，以使得LCP層充當 膽固醇型層，從而在光之紫外或可見或紅外波長範圍中提供選擇性反射。較佳地，選擇性反射頻帶在光之可見波長範圍內。
在本申請案之上下文中，「光可對準性材料」為一種材料，其中液晶材料之對準能力可在曝露於對準光時經誘發，與光反應機制無關。適合之光可對準性材料為(例如)在曝露於對準光之後藉由光二聚化、光分解、轉順異構化或光弗里斯(fries)重排來誘發對準能力之材料。較佳為藉由光二聚化誘發對準的光可對準性材料。適合之光可對準性材料例如揭示於美國專利US6107427中。
術語「光對準材料」用於指已藉由曝露於對準光而對準之光可對準性材料。
術語「光對準」、「光可對準的」及「光對準的」分別與術語「光位向」、「光可定向」及「光定向的」同義地使用。
術語「光對準層」用於包含光可對準及/或光對準材料之層，無論其已曝露於對準光或未曝露於對準光。因此，如本文所用之光對準層可不具有對準能力，只要其尚未曝露於對準光，且在其曝露於對準光之後具有對準能力。光對準層典型地形成為厚度在幾奈米至數百奈米範圍內之薄層。
若光對準層之整個區域曝露於對準光，則產生單軸對準結果。對準光可經塑形使得光對準層之一部分僅曝露於對準光，例如藉由光遮罩覆蓋某些區域或僅藉由掃描光束至所要區域。後續曝光步驟可與對準光之不同偏振平面一起添加以在光對準層上產生位向圖案。亦可使用藉由光對準產生對準圖案之已知任何其他方法，包括曝光於具有空間經調變偏振平面的對準光。因此，可在光對準層的表面中產生複數個位向方向。
術語「對準光」應意謂在光可定向材料中可誘發各向異性且至少部分經線性或成橢圓形偏振及/或自傾斜方向入射至光可定向材料之表面的光。 較佳地，對準光以大於5：1之偏振度線性偏振。視光可定向物質之感光性而定選擇對準光之波長、強度及能量。典型地，波長在UV-A、UV-B及/或UV-C範圍中或在可見光範圍中。較佳地，對準光包含波長小於450nm之光。更佳為對準光包含波長小於420nm之光。
若對準光經線性偏振，則對準光之偏振平面應意謂藉由對準光之傳播方向及偏振方向所界定之平面。倘若對準光經橢圓偏振，偏振平面應意謂藉由光之傳播方向及藉由偏振橢圓之主軸所界定的平面。
與層以及層之表面結合使用的相對術語「上部」及「下部」、「上面」及「下面」以及「頂部」為分別相對於基板或光學感測器裝置之位置而定義的。因此，層之下部部分面向基板或光學感測器裝置，而上部部分背對基板或光學感測器裝置。類似地，在層之頂部分別意謂與面對基板或光學感測器裝置之層的一面相對的層的另一面。
圖1a之圖式展示光學感測器裝置10之實施例的俯視圖。其含有兩個光敏元件11、接合墊12及提供信號處理之積體電路13。不同部分之表面處的材料可不同。舉例而言，接合墊典型地包含金屬。雖然接合墊可為單一金屬層，但其他區域可具有較複雜結構，諸如光敏元件。因此，光敏元件之區域、積體電路之區域及接合墊之區域中的表面可能處於不同的高度位準，從而形成如圖1b所說明之表面構形，其為穿過圖1a之光學感測器裝置的橫截面。
圖2展示光學感測器裝置20，其可在使用本發明之方法在光學感測器裝置10之光敏元件11上方製備空間受限的膜堆疊14時產生。空間受限的膜堆疊14覆蓋光敏元件，但不覆蓋光學感測器裝置之接合墊。較佳地，光學感測器裝置包含兩個或更多個光敏元件，且空間受限的膜堆疊14不覆蓋所有光敏元件。此情形具有如下優點：未覆蓋之光敏元件可偵測尚未由空間受限的膜堆疊14改變之光，且因此可用於入射光之強度的參考量測，而不管(例如)入射光之偏振 狀態如何。
圖3a至圖3f中說明根據本發明之第一態樣之方法的第一變體的步驟，其中空間受限的膜堆疊形成於光學感測器裝置上，諸如圖2中所描繪的光學感測器裝置上。該方法開始於提供具有光敏元件之光學感測器裝置。在以下描述中，將圖1之光學感測器裝置10用作一實施例，其中假定光學感測器裝置為包含兩個光敏元件11、接合墊12及積體電路13之半導體晶片。儘管描述參考單個光學感測器裝置，但該方法可同時應用於例如半導體晶圓上之複數個光學感測器裝置，隨後將其分割成單個晶片。
根據該方法，在光學感測器裝置10上製備包含至少一個定向聚合液晶層之膜堆疊21，如圖3a中所示。膜堆疊21可包含額外光學各向異性及/或各向同性層，例如彩色濾光片、IR濾光片、UV濾光片、抗反射塗層及障壁層。用以施加膜堆疊之個別層的方法取決於個別層之材料的性質，且可包括不同印刷及塗佈方法，較佳地為旋塗，而且包括真空沈積技術，諸如蒸發或濺鍍。可將該等層施加於光學感測器裝置之整個表面區域上，但此並非所需的。甚至有可能膜堆疊的個別層不覆蓋相同的區域。較佳地，膜堆疊21包含用於液晶之位向的對準層。膜堆疊21亦可包含光學感測器裝置與第一聚合液晶層之間的平坦化層。可能需要平坦化層來為膜堆疊中之其他層，特別係為液晶層提供平坦表面。可進一步藉由化學機械拋光(CMP)降低平坦化層之表面粗糙度。另一方面，若光學感測器裝置之表面形貌之結構深度低，則可能不需要平坦化層。儘管圖3a至圖3f中之膜堆疊21的上部表面被描繪為扁平的，但其可採用來自光學感測器裝置之某一表面構形，特別係在未施加平坦化層的情況下。取決於用於該方法之不同步驟中的材料，亦可需要包括保護層，以保護光學感測器裝置免受在不同方法步驟中使用的溶劑及蝕刻處理的影響。
在下一步驟中，例如藉由塗佈將光阻劑層22施加至膜堆疊21之頂 部，如圖3b中所描繪。接著藉由使用標準光微影製程在所要空間受限的膜堆疊14之區域中移除光阻劑，而光阻劑層22a保持在此區域外部，如圖3c中所示。
接著將硬遮罩23沈積至膜堆疊上，如圖3d中所描繪。隨後，將光阻劑溶解於適當溶劑中，該溶劑移除光阻劑層22a以及層22a區域中的硬遮罩，如圖3e中所說明。以此方式產生之硬遮罩圖案23a覆蓋所要空間受限的膜堆疊14之區域且保護此區域下方之材料免受以下方法步驟之蝕刻反應影響。可替代地使用用於產生硬遮罩圖案23a的任何其他方法。對所應用的乾式或濕式蝕刻製程具有高選擇性的任何材料可用於硬遮罩23。較佳地，硬遮罩之材料包含無機氧化物，諸如氧化矽或氧化鋁，或氮化矽或金屬，諸如鋁。更佳地，硬遮罩之材料包含二氧化矽。較佳地，硬遮罩層23為透明的。此具有以下優點：其不阻擋光進入光敏元件中，且因此其不必在其他蝕刻步驟完成之後而被移除。此可具有其他優勢：其即使在光學感測器裝置上製造膜堆疊已完成之後仍可充當遮罩下方之有機材料的保護層。
在另一步驟中，藉由乾式或濕式蝕刻移除未由硬遮罩圖案23a覆蓋之區域中之膜堆疊21的材料。如圖3f中所展示，在所要區域中形成與圖2之空間受限的膜堆疊14相對應的空間受限的膜堆疊21a。較佳地，自膜堆疊21移除材料之製程包括乾式蝕刻，較佳反應性離子蝕刻(RIE)、感應耦合電漿RIE(ICP-RIE)或電漿灰化，較佳使用O2電漿。在任何狀況下，材料及程序應經選擇使得光學感測器裝置之表面不受損。
在圖3a至圖3f中所說明及上文所描述之製程中，假定單一空間受限的膜堆疊21a覆蓋兩個光敏元件11。取決於應用，可需要必須自膜堆疊21移除材料使得膜堆疊21之島狀物保持不彼此連接。舉例而言，可能需要膜堆疊僅保持在諸如圖4中所展示之光敏元件中之每一者的頂部，而不保持在個別光感測器之間的間隙區域中。顯然，此需要比用於圖3之實施例更高的精確度。然而，只要 膜堆疊相同，其便不會改變製程步驟之數目。其僅需要必須產生不同的硬遮罩圖案23a。在本申請案之上下文中，在材料已自同一膜堆疊(諸如薄膜堆疊21)移除之後剩餘的個別未連接區域被視為單一空間受限的膜的一部分，諸如圖4中之兩個光敏元件上方的膜堆疊21a的兩個區域。
倘若在不同光敏元件上需要不同的空間受限的膜堆疊，如圖5中所示，則本發明之方法可必須應用兩次。舉例而言，可如上文關於圖3a至圖3f之方法中所描述製備空間受限的膜堆疊21a，而不移除硬遮罩圖案23a。隨後，如上文所描述類似地應用及處理空間受限的膜堆疊24a以及硬遮罩圖案25a所需的膜。因為硬遮罩23a尚未移除，所以其保護空間受限的膜堆疊21a免受針對形成空間受限的膜堆疊24a之形狀所執行的蝕刻反應。空間受限的膜堆疊21a及24a例如可在層之數目、層之材料、層之厚度及/或層之光學功能方面不同。
膜堆疊21中使用之層的類型取決於膜堆疊之所需光學特性。可以有支援層結構而不具有光學功能的附加層，諸如液晶的平坦化層、黏附層、保護層及/或對準層。在第一具體實例中，如圖6中所說明，膜堆疊21包含膽固醇型LCP層32作為根據本發明之第一定向聚合液晶層。在光學感測器裝置具有具較大結構深度之表面構形的情況下，圖6的膜堆疊中亦描述了視情況選用之平坦化層31，其可能會有幫助。膽固醇型LCP層32在其選擇性反射頻帶內充當圓形偏振器。波長在選擇性反射頻帶內的圓形偏振光可僅穿過膽固醇型LCP層32，且若其具有用於膽固醇型LCP層之傳輸所需的適當偏手性，則可藉由光敏元件11偵測。因此，裝置充當某些波長之圓形偏振光的分析器。
圖6之膜堆疊21的製備包括使用適合材料將平坦化層施加於光學感測器裝置10上，該適合材料與光學感測器裝置的表面材料及待塗佈於頂部上之膽固醇型LCP材料相容。接下來，膽固醇型LCP層32係藉由將包括手性摻雜劑之LCP材料施加至平坦化層之頂部上而形成，較佳地使用塗佈技術。隨後可增加 LCP層之溫度以便移除殘餘溶劑且支援液晶分子之對準。最後，LCP材料較佳藉由曝露於光化光來進行交聯，因此結束製備根據本發明之第一定向聚合液晶層。對於一些應用，在膜堆疊中包括對準層可為有幫助的(圖6中未展示)，其支援膽固醇型液晶材料之對準。
圖7之具體實例中之膜堆疊21包含膽固醇型LCP層32作為如圖6中之第一定向聚合液晶層，且另外包含由對準層33對準之第二定向聚合液晶層34。第二LCP層形成為延遲器層。對準層33可展現轉移至LCP層中液晶之位向圖案，因此形成包含位向圖案之圖案化延遲器。第二LCP層較佳設計成充當四分之一波延遲器或半波延遲器。若第二LCP層經設計以充當四分之一波延遲器，則自膜堆疊上方入射至膜堆疊的線性偏振光(偏振平面與LCP層34的光軸成+45°或-45°角)被轉換為左手或右手圓形偏振光。波長在選擇性反射頻帶內的圓形偏振光可僅穿過膽固醇型LCP層32，且若其具有用於膽固醇型LCP層32之傳輸所需的適當偏手性，則可藉由光敏元件11偵測。因此，裝置充當某些波長之線性偏振光的分析器。
圖7之膜堆疊21的製備包括如上文關於圖6所描述之製程步驟。在膽固醇型LCP層的頂部上，藉由塗佈適合材料且隨後對其進行處理以產生所要對準能力而形成對準層33。對準層較佳包含光可對準性材料，其中藉由曝露於對準光產生對準能力。在此情況下，可以容易地生成視情況選用之位向圖案，例如，藉由使用具有相應遮罩圖案的光罩多次曝光於對準光。隨後，藉由形成一層LCP材料，較佳藉由塗佈或印刷，視情況增加該層的溫度，以移除殘餘溶劑且支援液晶分子的對準，交聯LCP材料，較佳藉由曝露於光化光下，在對準層頂部製備第二LCP層。
圖8展示膜堆疊21之另一具體實例，其中第一定向聚合液晶層36包含各向異性吸收物質且因此充當線性偏振器。因此，圖8的裝置充當線性偏振 光的分析器。在圖8中所說明之實施例中，假定光學感測器裝置10a具有較小結構深度，因此不需要平坦化層，但平坦化層仍係可視情況選用，如在具體實例中之每一者中一般。除各向異性地吸收LCP層36以外，圖8中所說明之膜堆疊21因此僅展示對準層35，該對準層為各向異性地吸收LCP層36中之液晶提供對準。對準層可展現位向圖案，以便在各向異性吸收LCP層36中誘發對應位向圖案，因此形成包含因偏振方向而彼此不同之區域的圖案化偏振器。在具體實例之較佳變體(其在圖9中描繪為俯視圖)中，光學感測器裝置10a包含第一光敏元件11a及第二光敏元件11b，且LCP偏振器36具有位向圖案，以使得在覆蓋第一光敏元件11a之第一區域36a中，該LCP偏振器展現第一偏振方向37a，且在覆蓋該第二光敏元件11b之第二區域36b中，該LCP偏振器展現第二偏振方向37b，其中該第一偏振方向不同於該第二偏振方向。較佳地，第一偏振方向37a與第二偏振方向37b的夾角相差在40°及50°之間，更佳在43°及47°之間，且在最佳情況下為45°，或第一偏振方向37a與第二偏振方向37b的夾角相差在80°及100°之間，更佳在85°及95°之間，且在最佳情況下為90°。在圖8之具體實例的另一較佳變體(圖中未示出)中，光學感測器裝置包含第一、第二及第三光敏元件，且LCP偏振器36具有位向圖案，以使得在覆蓋第一光敏元件之第一區域中，該LCP偏振器展現第一偏振方向，且在覆蓋該第二光敏元件之第二區域中，該LCP偏振器展現第二偏振方向，且在覆蓋該第三光敏元件之第三區域中，該LCP偏振器展現第三偏振方向，其中該第一、第二及第三偏振方向彼此不同。較佳地，第一與第二偏振方向的夾角相差在40°及50°之間，更佳在43°及47°之間，且在最佳情況下為45°，且第一與第三偏振方向的夾角相差在80°及100°之間，更佳在85°及95°之間，且在最佳情況下為90°。
在圖8之具體實例之另一較佳變體(圖中未示出)中，光學感測器裝置包含第一、第二、第三及第四光敏元件，且LCP偏振器36具有位向圖案，以使得在第一、第二、第三及第四光上方之區域中，LCP偏振器分別具有第一、 第二、第三及第四偏振方向。第一、第二、第三及第四偏振方向彼此不同。較佳地，第一與第二偏振方向的夾角相差45°，第一與第三偏振方向的夾角相差90°，且第一與第四偏振方向的夾角相差135°。雖然上述角度差為較佳的，但容許與以上數值的偏差。較佳地，偏差分別不超過+10°或-10°，更佳不超過+5°或-5°且最佳不超過+2°或-2°。根據此變體製造之電子裝置較佳用於易於量測描述光偏振狀態之斯托克(stokes)參數。
圖8之膜堆疊21的製備包括藉由將適合材料層施加在光學感測器裝置上，例如藉由塗佈，且隨後對其進行處理以產生所要對準能力而形成對準層35。對準層較佳包含光可對準性材料，其中藉由曝露於對準光產生對準能力。在此情況下，可以容易地生成例如如上文所描述的較佳偏振器圖案所需的視情況選用之位向圖案，例如，藉由使用具有相應遮罩圖案的光罩多次曝光於對準光。隨後，藉由形成一層包含各向異性吸收物質之LCP材料，較佳藉由塗佈或印刷，在對準層頂部製備各向異性吸收LCP層36。可增加該裝置上之層的溫度以便移除殘餘溶劑且支架液晶分子及各向異性吸收物質兩者之對準。最後，LCP材料較佳藉由曝露於光化光來進行交聯，因此結束製備圖8之具體實例之第一定向聚合液晶層。
圖10之具體實例中之膜堆疊21包含對準層35及各向異性吸收LCP層36作為如圖8中之第一定向聚合液晶層，且另外包含由對準層33對準之第二定向聚合液晶層34。第二LCP層形成為延遲器層且較佳地經設計以充當四分之一波延遲器或半波延遲器。較佳地，LCP延遲器層34中存在覆蓋光敏元件區域的區域，其中光軸方向相對於同一光敏元件上方相應區域中的各向異性吸收LCP層36的偏振方向以0°、+45°、-45°或90°的角度定向。雖然以上角度中的任一者表示最佳角度，但所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，裝置亦將按偏離以上值的角度操作。較佳地，偏差分別不超過+10°或-10°，更佳不超過+5°或-5°且最佳不 超過+2°或-2°。若光軸方向與偏振方向呈+45°或-45°定向，且LCP延遲器層34經設計為四分之一波延遲器，則自上方入射至膜堆疊的圓形偏振光被四分之一波片轉換為線性偏振光，其偏振平面與LCP偏振器36的偏振方向平行或垂直，取決於圓形偏振光的偏手性。因此，可藉由光感測器偵測某一偏手性之入射圓形偏振光，而相反偏手性之圓形偏振光無法穿過膜堆疊21，且因此在相應光敏元件中不產生信號。因此，圖10之裝置充當圓形偏振光的分析器。
對準層33可展現位向圖案，其在LCP延遲器層34中轉移至液晶，因此形成圖案化延遲器，該圖案化延遲器包含在光軸方向上彼此不同之區域。在具體實例之較佳變體(其在圖11中繪示)中，光學感測器裝置10a包含第一光敏元件11a及第二光敏元件11b，LCP偏振器36具有統一的偏振方向37，LCP延遲器層34具有位向圖案，以使得在覆蓋第一光敏元件11a之第一區域34a中，該LCP延遲器層展現第一光軸方向38a，且在覆蓋該第二光敏元件11b之第二區域34b中，該LCP延遲器層展現第二光軸方向38b，其中該第一光軸方向不同於該第二光軸方向。較佳地，LCP層34經設計為四分之一波延遲器，且第一光軸方向38a與第二光軸方向38b的夾角相差在80°及100°之間，更佳在85°及95°之間，且最佳為90°，且第一光軸方向38a與LCP偏振器36的偏振方向37的夾角相差在+40°及+50°之間，更佳在+43°及+47°之間，在最佳情況下為+45°。第一光敏元件11a可接著偵測與第二光敏元件11b相反之偏手性的入射圓形偏振光。兩個光敏元件中產生的信號之間的差異為入射光之圓形偏振程度之量度。兩個光敏元件11a及11b以及頂部上之膜堆疊可例如用作偵測系統之兩個通道，該系統可分析兩個通道中之左手及右手圓形偏振光的量。
在圖11之組態之修改變體(圖中未示出)中，LCP層34經設計為半波延遲器且第一光軸方向38a平行或垂直於LCP偏振器36之偏振方向37，且第二光軸方向38b與偏振方向37的夾角在40°及50°之間，更佳在43°及47°之間，在 最佳情況下為45°。術語平行及垂直應將包括較佳±10°、更佳±5°及最佳±2°之偏差。接著膜堆疊21類似於圖案化線性偏振器而起作用。舉例而言，若第一光軸方向38a平行於LCP偏振器36之偏振方向37，則在膜堆疊之區域34A中傳輸自上方入射之且偏振方向主要平行於偏振方向37的線性偏振光，以使得第一光敏元件11a可偵測入射線性偏振光，而在區域34b中，線性偏振光之偏振方向旋轉90°，且光無法通過線性偏振器36且因此無法達到光敏元件11b。藉由判定在兩個光敏元件中產生之信號之間的差異，可判定入射偏振光之偏振方向。
作為對準層33之替代或除圖案化對準層33以外，對準層35可展現一種定向圖案，該圖案轉移至各向異性吸收LCP層36中之液晶，因此形成一種圖案化偏振器，該偏振器包含按偏振方向彼此不同的區域。在一較佳具體實例(其在圖12中繪示)中，光學感測器裝置10a包含第一光敏元件11a及第二光敏元件11b，LCP偏振器36經圖案化，以使得在覆蓋第一光敏元件11a之第一區域中，其具有第一偏振方向37a且在覆蓋該第二光敏元件11b之第二區域中，其具有第二偏振方向37b，其中該第一偏振方向不同於該第二偏振方向，且LCP延遲器層34具有光軸的統一位向38。較佳地，LCP層34經設計為四分之一波延遲器，且第一偏振方向37a與光軸方向38的夾角在+40°及+50°之間，更佳在+43°及+47°之間，在最佳情況下為+45°，且第二偏振方向37b與光軸方向38的夾角在-40°及-50°之間，更佳在-43°及-47°之間，且在最佳情況下為-45°。與圖11之具體實例類似，第一光敏元件11a可偵測與第二光敏元件11b相反之偏手性的入射圓形偏振光。兩個光敏元件中產生的信號之間的差異為入射光之圓形偏振程度之量度。
在更複雜具體實例中，其中光學感測器裝置上之光敏元件的數目高於二，LCP延遲器層34之光軸方向及各向異性吸收LCP層36之偏振方向兩者可經圖案化。
根據圖11至圖13之膜堆疊21的製備包括如上文關於圖8所描述之 製程步驟。在各向異性吸收LCP層36的頂部上，藉由塗佈適合材料且隨後對其進行處理以產生所要對準能力而形成對準層33。對準層較佳包含光可對準性材料，其中藉由曝露於對準光產生對準能力。在此狀況下，可易於產生視情況選用之位向圖案，如上文已經描述。隨後，藉由形成一層LCP材料，較佳藉由塗佈或印刷，視情況增加該層的溫度，以移除殘餘溶劑且支援液晶分子的對準，且交聯LCP材料，較佳藉由曝露於光化光下，在對準層頂部製備LCP延遲器層34。
較佳地，膜堆疊21包含垂直定向聚合液晶層，較佳地作為第二或第三定向聚合液晶層。由於垂直位向，光軸垂直於層平面且因此垂直LCP層以充當平面外延遲器，亦稱為c板延遲器。較佳地，上文關於圖7至圖13所描述之膜堆疊21之組態包含額外的垂直定向聚合液晶層。由於液晶在垂直LCP延遲器中之垂直位向，因此其不需要提供平面內位向方向之對準層。然而，在將LCP材料施加於垂直LCP層之前，將具有適當表面張力之材料的薄層施加於支援液晶的垂直位向的膜堆疊上可能為有益的。
較佳地，膜堆疊21包含定向聚合液晶層，其中液晶分子相對於層平面傾斜，使得其形成傾斜光軸之延遲器層，亦稱為o板延遲器。
較佳地，膜堆疊21包含定向聚合液晶層，其中垂直於層平面的折射率小於層平面內的平均折射率，亦稱為負c板延遲器。
根據本發明方法之第二變體，在基板上製備包含第一定向聚合液晶層之膜堆疊，且隨後將膜堆疊之選擇性區域自基板轉移至光學感測器裝置，使得空間受限的膜堆疊僅覆蓋所需區域。
本發明方法之第二變體繪示於圖6a至圖6f中且開始於提供基板40(圖13a)。可用於方法中之基板可包含任何材料或由任何材料組成。基板較佳包含塑膠、玻璃或金屬。基板可為剛性或可撓性的且可具有任何形式或形狀。在基板為可撓性之情況下，較佳地基板為塑膠或金屬箔。較佳地，基板被製備為轉 移箔，其支援膜堆疊容易轉移至光學感測器裝置。基板較佳為透明的。
基板可包含額外層，諸如有機、介電或金屬層。該等層可具有不同功能。舉例而言，有機層可經塗佈作為底塗層，其可增加待塗佈之材料與基板之相容性。較佳地，基板包含釋放層42，其支援自基板移除施加於釋放層上方之層。較佳地，釋放層為熱釋放層，其在升高基板之溫度後釋放。若基板與膜堆疊之間的黏著力較弱，則可省略釋放層。釋放層42因此為視情況選用的。
根據該方法，例如藉由塗佈或印刷在基板上製備包含至少一個定向聚合液晶層之膜堆疊41，如圖13b中所描繪。膜堆疊41可包含額外光學各向異性及/或各向同性層，其與上文關於膜堆疊21所描述之彼等者類似，例如對準層、偏振層、彩色濾光片、IR濾光片、UV濾光片、抗反射塗層及障壁層。用以施加膜堆疊之個別層的方法取決於個別層之材料的性質，且可包括不同印刷及塗佈方法，而且包括真空沈積技術，諸如蒸發或濺鍍。
基板可在個別層之沈積期間移動。舉例而言，有可能藉由將各別材料沈積至移動可撓性箔(其較佳為塑膠或金屬箔)上而在捲輪式製程中產生個別層。
較佳地，膜堆疊包含用於液晶之位向的對準層。
為了僅轉移在基板上製備之膜堆疊的選擇性區域，較佳移除待轉移區域外部之材料。存在選擇性地自基板上之膜堆疊移除材料之不同方法，諸如使用粒子及/或電磁輻射之燒蝕方法。粒子輻射可由原子、分子、離子及/或電子組成。電磁輻射可使用IR、可見光、UV光或x射線。較佳地，藉由雷射燒蝕選擇性地移除材料。用以選擇性地自膜堆疊移除材料之另一方法包含結合乾式或濕式蝕刻之光微影方法。亦可將可聚合液晶材料自身用作光阻劑。液晶單體隨後僅在需要轉移至光學感測器裝置之區域中交聯，例如藉由使用光罩選擇性曝露於紫外光。在未曝露於紫外光之區域中，液晶材料不交聯且可用恰當溶劑洗掉。作 為選擇性地移除材料之結果，形成具有待轉移至光學感測器裝置之所要區域的膜堆疊41a，如圖13c中所展示。視情況選用之釋放層42是否被移除在膜堆疊41a的區域之外無關緊要。
為了將膜堆疊41a精確轉移至光學感測器裝置之光敏元件，可能需要在光學感測器裝置及基板40兩者上對齊標記。視情況選用之黏接層44可施加於膜堆疊41a之頂部上以為光敏元件與轉移膜堆疊之間提供足夠的黏著力，如圖13d中所示。儘管不一定需要，但較佳使用黏接層44。替代地，可將黏接層施加至光學感測器裝置。黏接層較佳包含壓敏黏著劑。藉由將膜堆疊41a(較佳地與可選對齊標記對齊)層壓至光學感測器裝置10而進行轉移，如圖13e中所描繪(對齊標記圖中未示)。若基板包含熱釋放層，則可在層壓製程期間施加熱以便與層壓製程中同時釋放基板。在移除基板40之後，光學感測器裝置10之光敏元件11由膜堆疊41a覆蓋，如圖13f中所說明。
在光敏元件上具有空間受限的膜堆疊的光學感測器裝置的功能應相同，無論使用何種方法將空間受限的膜堆疊施加於光敏元件。特定言之，本發明方法之第一及第二變體意欲在光敏元件之頂部產生空間受限的膜堆疊之同一光學功能。此需要在光感測器頂部之空間受限的膜堆疊中，根據兩種方法的變體進行處理而產生的定向聚合液晶層的順序為相同的。因此，在轉移至光敏元件11之後空間受限的膜堆疊41a中之LCP層及空間受限的膜堆疊21a中之對應LCP層的LCP層具有相同順序。因此，為達成上文關於膜堆疊21及相關圖6至12所解釋的光學特性，不同類型之LCP層必須根據方法之第二變體施加於基板上，以使得當自光敏元件檢視時，轉移至光敏元件11的空間受限的膜堆疊41a中之LCP層具有與空間受限的膜堆疊21a中之對應LCP層相同的順序，且因此亦在膜堆疊21中。舉例而言，為了藉由該方法之第二變體實現圖10中之膜堆疊21的光學功能，LCP延遲器層34將係施加於圖13b中之堆疊41的基板上之最低LCP層。隨後將偏 振LCP層36塗佈於LCP延遲器層34上方。因此，該LCP層之順序相對於膜堆疊21中之LCP層相反。在根據圖13c至圖13f之方法選擇性轉移膜堆疊後，光敏元件頂部的空間受限的膜堆疊41a中之LCP層的順序與圖10之膜堆疊21的順序一致。當然，在轉移的空間受限的膜堆疊41a中，用於對準LCP層的對準層在各別LCP層之頂部上，而在膜堆疊21中，其在各別LCP層下方。然而，因為對準層並不促成膜堆疊之光學特性，所以其位置並不改變膜堆疊之光學功能。
按照圖13e至圖13f中所示之方法，可首先將膜堆疊41或空間受限的膜堆疊41a轉移至第二基板，而非直接將膜堆疊41a轉移至光學感測器裝置10，然後與上文所描述之方法類似地進行進一步處理，且隨後作為空間受限的膜堆疊41a轉移至光學感測器裝置10。由於LCP層之順序可在膜堆疊之每次轉移後反轉，因此將LCP層施加至第一基板之順序可與圖6至圖12之堆疊21中的LCP層之順序一致，以便達成相同光學功能。
在上述為LCP材料中之液晶提供對準的方法中之任一者中，在LCP材料之沈積之後增加LCP層的溫度可係有幫助的。
如上文所描述，膜堆疊可包含一或多個定向聚合液晶層。較佳地，膜堆疊中之至少一個聚合液晶層藉由包含光可對準物質之層進行定向，該層已曝露於對準光以提供具有對準能力之表面。
對於包含一個以上聚合液晶層之膜堆疊中之任一者(例如關於圖8及圖11至圖13中關於膜堆疊21所描述之彼等)，較佳地，藉由在用於下部LCP層之LCP材料中添加適合的可光對準材料來避免聚合液晶層之間的對準層。因而該LCP層除具有光學功能外，亦具有對準層之功能，且因此為光可對準LCP層。可用於在光可對準LCP層中產生對準之方法與用於在光對準層中產生對準之方法相同。舉例而言，用於製備光可對準LCP層之方法以及適合材料揭示於WO2018/019691中，其以引用之方式併入本文中。
在本發明之一較佳方法中，提供一種光學感測器裝置，其包含第一光敏元件及第二光敏元件，且在該光敏元件之頂部上製備膜堆疊，該膜堆疊包含一或多個定向聚合液晶層，其中至少在一個聚合液晶層中產生位向圖案，以使得液晶在第一光敏元件上方之區域中的位向不同於在第二光敏元件上方之區域中的位向。
上文所描述之膜堆疊之任何實施方式亦可出於不同目的包含額外層。
根據本發明之第二態樣之電子裝置包含具有光敏元件之光學感測器裝置及包含定向聚合液晶層之空間受限的膜堆疊，其中空間受限的膜堆疊覆蓋光敏元件，但不覆蓋光學感測器裝置之整個區域。
較佳電子裝置為由如上文所描述之根據本發明之第一態樣之方法的具體實例產生的彼等電子裝置。詳言之，較佳電子裝置係圖3f、圖4至圖12以及圖13f中所說明且上文所進一步描述之電子裝置以及不同變體，儘管圖中未示，但在以上描述中對其進行解釋。
根據本發明之第三態樣，提供利用根據本發明之第二態樣之電子裝置的不同應用。
根據本發明之第二態樣提供之大多數電子裝置可用於分析光之偏振狀態。在第一較佳用途中，如上文進一步所描述，根據本發明之電子裝置用於量測描述光偏振狀態之斯托克參數。較佳地，空間受限的膜堆疊21a之至少一個定向聚合液晶層(34、36)包含在覆蓋不同光敏元件之區域中具有兩個或三個或四個不同位向方向之位向圖案。
在第二較佳用途中，根據本發明之電子裝置20用作在電光顯示器50後方的環境光感測器，如自檢視者所見，且在圖14中說明。較佳地，顯示器為OLED顯示器。較佳地，圓形偏振器(較佳包含線形薄片偏振器52及四分之一波 延遲器膜51)配置在顯示器之前側，其為圖14中之頂側。電子裝置20包含兩個或更多個光敏元件且空間受限的膜堆疊21a包含第一及第二定向聚合液晶層(34、36)，其中第一定向聚合液晶層(36)充當線性偏振器且第二定向聚合液晶層(34)充當四分之一波延遲器，且其中第一定向聚合液晶層(36)位於光敏元件與第二定向聚合液晶層(34)之間。
實施例 實施例中所用之材料 化合物 光對準材料PA
如專利申請案WO2012/085048 A1中所描述進行合成。
可交聯液晶化合物LCC
二色性染料dDye
根據WO2015/177062進行製備。
組成物 可聚合液晶材料M-LCP
95.4wt% LCC
4wt% Irgacure 907(BASF)
0.5wt% Tego Flow 300(Evonik)
0.1wt% BHT(Aldrich)
可聚合液晶材料M-dLCP，其包含二色性染料
87.8wt% LCC
10wt% dDye
2wt% Irgacure 369(BASF)
0.2wt% BHT(Aldrich)
溶液 S-LPP
藉由將3wt%光對準材料PA溶解於97wt%甲氧基丙基乙酸酯中且將該溶液在室溫下攪拌30分鐘來製備溶液S-LPP。
S-LCP
藉由將10wt% M-LCP溶解於90wt%之80wt%甲氧基丙基酮、10wt%二氧雜環戊烷及10wt%環己酮之溶劑混合物中，且在室溫下攪拌溶液30分鐘來製備溶液S-LCP。
S-dLCP
藉由將40wt% M-dLCP溶解於80% MEK及20%環己酮之60wt%的溶劑混合物中且在室溫下攪拌溶液30分鐘來製備溶液S-dLCP。
本發明方法之第一變體的實施例
該實施例描述在光學感測器裝置之兩個光敏元件上方製備層堆疊，使得不覆蓋裝置之接合墊，且使得層堆疊在覆蓋第一光敏元件及第二光敏元件之區域中充當具有相反偏手性之圖案化圓形偏振器。在半導體晶圓上提供多個光學感測器裝置(其中之每一者包含兩個光敏元件及接合墊)。藉由使用表面輪廓儀進行分析，發現光敏元件之頂部表面、接合墊及各光學感測器裝置之一些其他區域處於不同高度位準。因此，晶圓展現出某一表面構形。
半導體晶圓之表面使用以下參數用O2電漿活化：功率80%(200W，40kHz)，O2流量5sccm，時間5分鐘。
接著在晶圓上藉由旋轉塗佈(2'500rpm，持續60秒，繼之以3'000rpm，持續4秒)自調平材料LevelTM M10-44(Brewer Science)來在晶圓頂部上製備平坦化層，隨後在100℃下在熱板上退火1分鐘，隨後在室溫下在N2氛圍下曝露於1'500mJ/cm2 UVA光下，且隨後在140℃下在熱板上烘烤2分鐘。如藉由表面輪廓儀之分析所發現，所得平坦化層具有減小的表面構形之結構深度的效果。
隨後以1'700rpm藉助於旋轉塗佈將光對準材料溶液S-LPP塗佈至平坦化層上持續30秒。所產生之膜在熱板上在100℃下退火10分鐘。隨後將膜在室溫下曝露於225mJ/cm2 UVB光下，該UVB光平行於晶圓上之參考軸呈線性偏振的。
隨後，將溶液S-dLCP藉助於旋轉塗佈(300rpm，持續40秒，繼 之以3'000rpm，持續4秒)塗佈至LPP層上。所得膜在熱板上在90℃下退火90秒。隨後在室溫下在N2氛圍下將膜曝露於2'000mJ/cm2 UVA光下以藉由交聯使層固化。當利用線性偏振器觀測由S-dLCP製成的層時，發現晶圓上之層充當線性偏振器。
隨後藉助於旋轉塗佈(1'700rpm，持續30秒)直接將Dymax 4021(MPA中20重量%固體含量)之溶液塗佈至dLCP層上，且在80℃下在熱板上烘烤60秒以便形成障壁層。隨後在室溫下在N2氛圍下將膜曝露於1'500mJ/cm2 UVA光下。障壁層為視情況選用的，但可有助於保護dLCP層免受製備其他層中所用之溶劑影響。
藉由塗佈溶液S-LPP，藉助於在1'700rpm下旋轉塗佈30秒且在100℃下在熱板上退火10分鐘，以在障壁層之頂部製備第二LPP層。具有恰當設計的光罩配置於晶圓的塗佈側上方，使得多個光學感測器裝置上的僅兩個光敏元件中的每一者的第一個上方區域為透明的，而光罩的其他區域為不透明的。隨後在室溫下經由光罩將膜曝露於444mJ/cm2 UVB光下，該UVB光相對於晶圓上之上述參考軸沿135°之方向呈線性偏振的。隨後，在移除光罩之後，再次在室溫下將膜曝露於223mJ/cm2 UVB光下，該UVB光相對於晶圓上之上述參考軸沿45°之方向呈線性偏振的。
藉由在第二層LPP上塗佈溶液S-LCP，藉助於旋轉塗佈(1'800rpm，持續120秒)且在熱板上在80℃下退火75秒，製備具有光軸根據LPP層雙重曝光產生的位向圖案局部變化的四分之一波延遲器層。隨後在室溫下在N2氛圍下將膜曝露於1'500mJ/cm2 UVA光下。
藉助於旋轉塗佈(150rpm，持續15秒，繼之以2'000rpm，持續60秒)將負性光阻劑AZ nLOF 2035(MicroChemicals GmbH)塗佈至LCP延遲器層上且在熱板上在110℃下進一步烘烤60秒來製備光阻劑層。
具有恰當設計的光罩配置於晶圓之頂部的光阻劑層上方，使得對於每一光學感測器裝置，光罩之不透明區域包含兩個光敏元件，而對於每一光學感測器裝置的剩餘區域(包括接合墊)，光罩為透明的。隨後在室溫下經由光罩將光阻劑層曝露於44mJ/cm2 UVB光下，且隨後在110℃下在熱板上烘烤120秒。此外，將經塗佈之半導體晶圓用AZ 400K(MicroChemicals GmbH)沖洗，在去離子水(1：2.5)中稀釋2分鐘，接著用去離子水沖洗，用乾燥N2吹乾，接著在熱板上在110℃下烘烤120秒。在此製程之後，部分曝露LCP層表面。
其藉助於物理氣相沈積(PVD)將厚度為100nm之SiO2薄層沈積於層結構之頂部上，以使得覆蓋剩餘光阻劑層及LCP層之曝露部分。
接著將晶圓在60℃之溫度下浸沒於NI555(MicroChemicals GmbH)中40分鐘。此製程步驟移除光阻劑層以及覆蓋光阻劑層的SiO2層。SiO2層之覆蓋LCP層之曝露區域的部分保持完整。晶圓接著用去離子水沖洗且用乾燥N2吹乾。
晶圓隨後在具有基礎壓力為2.5x10-5毫巴、O2流量48sccm、壓力200毫托、RIE功率200W、反射功率4W、DC電壓228V、溫度45℃及時間40分鐘之腔室中藉助於O2反應性離子蝕刻(RIE)而進行乾式蝕刻。
本發明及不同具體實例可藉由以下項目概括：
1.一種方法，用於在光學感測器裝置(10、10a)之光敏元件(11、11a、11b)上製造包含至少一個光學各向異性膜(32、34、36)之空間受限的膜堆疊(14、21a、24a、41a)，其中該空間受限的膜堆疊覆蓋該光敏元件但不覆蓋該光學感測器裝置之整個表面區域，該方法包含以下步驟，- 提供具有光敏元件(11、11a、11b)之光學感測器裝置(10、10a)，其中該光敏元件不在該光學感測器裝置之整個區域上延伸， - 在該光學感測器裝置上製備包含第一定向聚合液晶層(32，36)之膜堆疊(21)，- 藉由乾式或濕式蝕刻選擇性地自該膜堆疊中移除材料來形成該空間受限的膜堆疊(14、21a、24a)，或- 提供基板(40)，- 在該基板上製備包含第一定向聚合液晶層(32，36)之膜堆疊(41)，- 藉由將該膜堆疊之區域自該基板選擇性轉移至該光學感測器裝置(10)來形成該空間受限的膜堆疊(41a)。
2.如項目1之方法，其中所提供之該光學感測器裝置(10、10a)含有電子電路，該電子電路提供信號處理且較佳地為積體電路(13)。
3.如前述項目中任一項之方法，其中該光學感測器裝置包含兩個或更多個光敏元件(11、11a、11b)，且形成該空間受限的膜堆疊使得其不覆蓋所有該等光敏元件。
4.如前述項目中任一項之方法，其中該第一定向聚合液晶層(36)包含各向異性吸收物質。
5.如前述項目中任一項之方法，其中藉由施加包括手性摻雜劑之LCP材料來形成該第一定向聚合液晶層(32)。
6.如前述項目中任一項之方法，其中製備膜堆疊(21、41)，該膜堆疊在該光學感測器裝置上包含第一定向聚合液晶層(32、34、36)及第二定向聚合液晶層(34)。
7.如項目6之方法，其中該第二定向聚合液晶層(34)形成為延遲器層。
8.如前述項目中任一項之方法，其中製備膜堆疊(21，41)，該膜堆疊包含一或多個定向聚合液晶層(32、34、36)，且至少一個聚合液晶層藉由包含光可 對準物質之層(33、35)進行定向，該層已曝露於對準光以提供具有對準能力之表面。
9.如前述項目中任一項之方法，其中該光學感測器裝置包含第一光敏元件(11a)及第二光敏元件(11b)，且製備膜堆疊(21、41)，該膜堆疊包含一或多個定向聚合液晶層(32、34、36)，其中至少在一個聚合液晶層(34、36)中產生位向圖案，使得該液晶在該第一光敏元件(11a)上方之區域中的位向不同於在該第二光敏元件(11b)上方之區域中的位向。
10.如前述項目中任一項之方法，其包含以下步驟，- 提供具有光敏元件(11、11a、11b)之光學感測器裝置(10、10a)，其中該光敏元件不在該光學感測器裝置之整個區域上延伸，- 在該光學感測器裝置上製備包含第一定向聚合液晶層(32，36)之膜堆疊(21)，- 在該膜堆疊之頂部上製備硬遮罩圖案(23a，25a)，該硬遮罩覆蓋該所要空間受限的膜堆疊(14、21a、24a)之區域，- 在未由該硬遮罩覆蓋之該區域中藉由乾式或濕式蝕刻該膜堆疊而自該膜堆疊選擇性地移除材料來形成該空間受限的膜堆疊(14、21a、24a)。
11.如項目10之方法，其中該硬遮罩包含氮化矽或無機氧化物，較佳地氧化矽，更佳地二氧化矽。
12.如前述項目中任一項之方法，其包含以下步驟，- 提供具有光敏元件(11、11a、11b)之光學感測器裝置(10、10a)，其中該光敏元件不在該光學感測器裝置之整個區域上延伸，- 在該光學感測器裝置上製備包含第一定向聚合液晶層(32，36)之膜堆疊(21)，- 藉由乾式蝕刻，較佳反應性離子蝕刻(RIE)、感應耦合電漿RIE(ICP- RIE)或電漿灰化，較佳使用O2電漿而選擇性地自該膜堆疊中移除材料來形成該空間受限的膜堆疊(14、21a、24a)。
13.一種電子裝置(20)，其包含- 具有光敏元件(11、11a、11b)之光學感測器裝置(10、10a)，- 包含定向聚合液晶層(32、34、36)之空間受限的膜堆疊(14、21a、24a、41a)，其中該空間受限的膜堆疊覆蓋該光敏元件，但不覆蓋該光學感測器裝置之全部區域。
14.如項目13之電子裝置，其中該空間受限的膜堆疊(14、21a、24a、41a)包含第一定向聚合液晶層及第二定向聚合液晶層，且較佳地第三定向聚合液晶層。
15.如項目13至14中任一項之電子裝置，其中該光學感測器裝置(10、10a)含有電子電路，該電子電路提供信號處理且較佳地為積體電路(13)。
16.如項目13至15中任一項之電子裝置，其中該光學感測器裝置包含兩個或更多個光敏元件且該空間受限的膜堆疊不覆蓋所有該等光敏元件。
17.如項目13至16中任一項之電子裝置，其中該第一定向聚合液晶層(32、36)為膽固醇型LCP層或充當線性偏振器。
18.如項目14至17中任一項之電子裝置，其中該第二定向聚合液晶層(34)為延遲器層，其較佳具有四分之一波或半波延遲。
19.如項目13至18中任一項之電子裝置，其中該空間受限的膜堆疊(14、21a、24a、41a)包含一或多個定向聚合液晶層(32、34、36)，該等液晶層中之至少一者藉由包含光對準物質之層(33、35)進行定向。
20.如項目14至19中任一項之電子裝置，其中該第一定向聚合液晶層(36)充當線性偏振器且該第二定向聚合液晶層(34)充當四分之一波延遲器。
21.如項目13至20中任一項之電子裝置，其中該光學感測器裝置(10、10a) 包含第一光敏元件(11a)及第二光敏元件(11b)，且覆蓋兩個光敏元件之空間受限的膜堆疊(14、21a、24a、41a)包含一或多個定向聚合液晶層(32、34、36)，其中該聚合液晶層(34、36)中之至少一個包含位向圖案，使得該液晶在該第一光敏元件(11a)上方之區域中的位向不同於在該第二光敏元件(11b)上方之區域中的位向。
22.如項目21之電子裝置，其中該第一定向聚合液晶層(36)充當線性偏振器且該第二定向聚合液晶層(34)充當四分之一波延遲器，且其中該第一定向聚合液晶層(36)位於該等光敏元件與該第二定向聚合液晶層(34)之間。
23.一種如項目13至22中任一項之電子裝置之用途，其用於分析光之偏振狀態。
24.一種如項目13至22中任一項之電子裝置在顯示器裝備中之用途，該電子裝置如檢視者所見位於該顯示器後方作為用於分析環境光強度之環境光感測器裝置。
10:光學感測器裝置 11:光敏元件 12:接合墊 13:積體電路

Claims (13)

  1. 一種用於在光學感測器裝置（10a）之光敏元件（11、11a、11b）上製造包含至少一個光學各向異性膜（32、34、36）之空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）之方法，該光學感測器裝置（10a）包含第一光敏元件（11a）及第二光敏元件（11b），其中該空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）覆蓋該光敏元件（11、11a、11b）但不覆蓋該光學感測器裝置（10a）之整個表面區域，該方法包含以下步驟： 提供具有該光敏元件（11、11a、11b）之該光學感測器裝置（10a），其中該光敏元件（11、11a、11b）不在該光學感測器裝置（10a）之整個區域上延伸， 在該光學感測器裝置（10a）上製備包含一或多個定向聚合液晶層（32、34、36）之膜堆疊（21），該一或多個定向聚合液晶層（32、34、36）包括第一定向聚合液晶層（32、36），其中至少在一個聚合液晶層（34、36）中產生位向圖案，使得該等液晶在該第一光敏元件（11a）上方之區域中的位向不同於在該第二光敏元件（11b）上方之區域中的位向，及 藉由乾式或濕式蝕刻選擇性地自該膜堆疊（21）中移除材料來形成該空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）。
  2. 如請求項1之方法，其中所提供之該光學感測器裝置（10a）含有電子電路，該電子電路提供信號處理且較佳地為積體電路（13）。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該第一定向聚合液晶層（32、36）包含各向異性吸收物質或手性摻雜劑。
  4. 如請求項1或2之方法，其中製備膜堆疊（21），該膜堆疊（21）在該光學感測器裝置（10a）上包含該第一定向聚合液晶層（32、36）及第二定向聚合液晶層（34），其中該第二定向聚合液晶層（34）較佳形成為延遲器層。
  5. 如請求項1或2之方法，其包含以下步驟： 提供具有該光敏元件（11、11a、11b）之該光學感測器裝置（10a），其中該光敏元件（11、11a、11b）不在該光學感測器裝置（10a）之整個區域上延伸， 在該光學感測器裝置（10a）上製備包含該第一定向聚合液晶層（32、36）之該膜堆疊（21）， 在該膜堆疊（21）之頂部上製備具有圖案（23a，25a）之硬遮罩（23），該硬遮罩（23）覆蓋該所要空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）之區域，其中該硬遮罩（23）較佳包含氮化矽或無機氧化物，較佳地氧化矽，更佳地二氧化矽，及 在未由該硬遮罩（23）覆蓋之該區域中藉由乾式或濕式蝕刻該膜堆疊（21）而自該膜堆疊（21）選擇性地移除材料來形成該空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）。
  6. 如請求項1或2之方法，其包含以下步驟： 提供具有該光敏元件（11、11a、11b）之該光學感測器裝置（10a），其中該光敏元件（11、11a、11b）不在該光學感測器裝置（10a）之整個區域上延伸， 在該光學感測器裝置（10a）上製備包含該第一定向聚合液晶層（32、36）之該膜堆疊（21）， 藉由反應性離子蝕刻（RIE）、感應耦合電漿RIE（ICP-RIE）或電漿灰化，較佳使用O2電漿而選擇性地自該膜堆疊（21）中移除材料來形成該空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）。
  7. 一種電子裝置（20），其包含 具有光敏元件（11、11a、11b）之光學感測器裝置（10a），該光學感測器裝置（10a）包含第一光敏元件（11a）及第二光敏元件（11b）， 包含一或多個定向聚合液晶層（32、34、36）之空間受限的膜堆疊（14、21a、24a），其中該空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）覆蓋該二個光敏元件（11a、11b），但不覆蓋該光學感測器裝置（10a）之全部區域，其中至少在一個聚合液晶層（34、36）中產生位向圖案，使得該等液晶在該第一光敏元件（11a）上方之區域中的位向不同於在該第二光敏元件（11b）上方之區域中的位向。
  8. 如請求項7之電子裝置（20），其中該空間受限的膜堆疊（14、21a、24a）包含第一定向聚合液晶層（32、36）及第二定向聚合液晶層，且較佳地第三定向聚合液晶層。
  9. 如請求項7或8之電子裝置（20），其中該光學感測器裝置（10a）含有電子電路，該電子電路提供信號處理且較佳地為積體電路（13）。
  10. 如請求項7或8之電子裝置（20），其中第一定向聚合液晶層（32、36）為膽固醇型LCP層或充當線性偏振器。
  11. 如請求項7或8之電子裝置（20），其中第二定向聚合液晶層（34）為延遲器層，其較佳具有四分之一波或半波延遲。
  12. 一種如請求項7至11中任一項之電子裝置（20）之用途，其用於分析光之偏振狀態。
  13. 一種如請求項7至11中任一項之電子裝置（20）在顯示器裝備中之用途，該電子裝置如檢視者所見位於該顯示器後方作為用於分析環境光強度之環境光感測器裝置（10a）。
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