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TWI815361B - 感測裝置以及電子裝置 - Google Patents

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TWI815361B
TWI815361B TW111110536A TW111110536A TWI815361B TW I815361 B TWI815361 B TW I815361B TW 111110536 A TW111110536 A TW 111110536A TW 111110536 A TW111110536 A TW 111110536A TW I815361 B TWI815361 B TW I815361B
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劉侑宗
李淂裕
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群創光電股份有限公司
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Abstract

本揭露提供一種感測裝置，包含驅動基板、感測模組以及複數個接合墊，驅動基板包含第一基板以及設置於第一基板上的複數個驅動電路，複數個驅動電路各自包含複數個薄膜電晶體，感測模組接合於驅動基板上，感測模組包含第二基板以及設置於第二基板上的複數個感測元件，感測模組透過複數個接合墊接合於驅動基板，並且，複數個驅動電路各自電性連接至複數個感測元件的至少一者。本揭露亦提供一種包含前述感測裝置的電子裝置。

Description

感測裝置以及電子裝置
本揭露係有關於電子裝置，特別係有包含感測功能的電子裝置。
光學感測裝置廣泛地應用於智慧型手機、穿戴式裝置等消費電子產品，已成為現代社會不可或缺的必需品。隨著這類消費電子產品的蓬勃發展，消費者對這些產品的品質、功能或價格抱有很高的期望。
光學感測裝置中的感測元件可將接收的光線轉換為電訊號，產生的電訊號可傳輸至光學感測裝置中的驅動元件以及邏輯電路等進行處理以及分析。然而感測晶片的尺寸會隨著裝置的解析度提升而增加，製作成本也會大幅增加，造成相關的應用不容易普及。
因此，發展出可進一步降低光學感測裝置的製作成本且維持感測靈敏度的結構設計仍為目前業界致力研究的課題之一。
根據本揭露一些實施例，提供一種感測裝置，包含驅動基板、感測模組以及複數個接合墊，驅動基板包含第一基板以及設置於第一基板上的複數個驅動電路，複數個驅動電路各自包含複數個薄膜電晶體，感測模組接合於驅動基板上，感測模組包含第二基板以及設置於第二基板上的複數個感測元件，感測模組透過複數個接合墊接合於驅動基板，並且，複數個驅動電路各自電性連接至複數個感測元件的至少一者。
根據本揭露一些實施例，提供一種電子裝置，包含顯示面板以及感測裝置，顯示面板具有顯示側，感測裝置貼附於顯示面板相對於顯示側的一側。感測裝置包含驅動基板、感測模組以及複數個接合墊，驅動基板包含第一基板以及設置於第一基板上的複數個驅動電路，複數個驅動電路各自包含複數個薄膜電晶體，感測模組接合於驅動基板上，感測模組包含第二基板以及設置於第二基板上的複數個感測元件，感測模組透過複數個接合墊接合於驅動基板，並且，複數個驅動電路各自電性連接至複數個感測元件的至少一者。
為讓本揭露之特徵或優點能更明顯易懂，下文特舉出一些實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下針對本揭露實施例的感測裝置以及電子裝置作詳細說明。應了解的是，以下之敘述提供許多不同的實施例，用以實施本揭露一些實施例之不同態樣。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單清楚描述本揭露一些實施例。當然，這些僅用以舉例而非本揭露之限定。此外，在不同實施例中可能使用類似及/或對應的標號標示類似及/或對應的元件，以清楚描述本揭露。然而，這些類似及/或對應的標號的使用僅為了簡單清楚地敘述本揭露一些實施例，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。
應理解的是，實施例中可能使用相對性用語，例如「較低」或「底部」或「較高」或「頂部」，以描述圖式的一個元件對於另一元件的相對關係。可理解的是，如果將圖式的裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在「較低」側的元件將會成為在「較高」側的元件。本揭露實施例可配合圖式一併理解，本揭露之圖式亦被視為揭露說明之一部分。應理解的是，本揭露之圖式並未按照比例繪製，事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸以便清楚表現出本揭露的特徵。
再者，當元件或膜層被稱為在另一個元件或膜層「上」或「連接到」另一個元件或膜層時，它可以直接在此另一元件或膜層上或直接連接到此另一元件或層，或者兩者之間存在有插入的元件或膜層(非直接情況)。相反地，當元件被稱為「直接」在另一個元件或膜層「上」或「直接連接到」另一個元件或膜層時，兩者之間不存在有插入的元件或膜層。
此外，應理解的是，說明書與申請專利範圍中所使用的序數例如「第一」、「第二」等之用詞用以修飾元件，其本身並不意含及代表該(或該些)元件有任何之前的序數，也不代表某一元件與另一元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚區分。申請專利範圍與說明書中可不使用相同用詞，例如，說明書中的第一元件在申請專利範圍中可能為第二元件。
在本揭露一些實施例中，關於接合、連接之用語例如「連接」、「耦接」等，除非特別定義，否則可指兩個結構係直接接觸，或者亦可指兩個結構並非直接接觸，其中有其它結構設於此兩個結構之間。且此關於接合、連接之用語亦可包含兩個結構都可移動，或者兩個結構都固定之情況。此外，用語「電性連接」或「電性耦接」包含任何直接及間接的電性連接手段。
於文中，「約」、「實質上」之用語通常表示在一給定值或範圍的10%內、或5%內、或3%之內、或2%之內、或1%之內、或0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「實質上」的情況下，仍可隱含「約」、「實質上」之含義。用語「範圍大於或等於第一數值且小於或等於第二數值」表示所述範圍包含第一數值、第二數值以及它們之間的其它數值。
本揭露的電子裝置可包括顯示裝置、天線裝置、感測裝置、觸控電子裝置(touch display)、曲面電子裝置(curved display)或非矩形電子裝置(free shape display)，但不以此為限。電子裝置可為可彎折或可撓式電子裝置。電子裝置可例如包括發光二極體、液晶(liquid crystal)、螢光(fluorescence)、磷光(phosphor)、量子點(quantum dot，QD)、其它合適的顯示介質、或前述之組合，但不以此為限。發光二極體可例如包括有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)、無機發光二極體(inorganic light-emitting diode，LED)、次毫米發光二極體(mini LED)、微發光二極體(micro LED)或量子點發光二極體(可例如為QLED、QDLED)、或其他適合之材料或上述的任意排列組合，但不以此為限。顯示裝置可例如包括拼接顯示裝置，但不以此為限。天線裝置可例如是液晶天線，但不以此為限。天線裝置可例如包括天線拼接裝置，但不以此為限。需注意的是，電子裝置可為前述之任意排列組合，但不以此為限。此外，電子裝置的外型可為矩形、圓形、多邊形、具有彎曲邊緣的形狀或其他適合的形狀。電子裝置可以具有驅動系統、控制系統、光源系統、層架系統…等週邊系統以支援顯示裝置、天線裝置或拼接裝置。下文將以顯示裝置說明本揭露內容，但本揭露不以此為限。
應理解的是，以下所舉實施例可以在不脫離本揭露的精神下，可將數個不同實施例中的特徵進行替換、組合、重組以完成其它實施例。各實施例間特徵只要不違背發明精神或相衝突，均可任意重組搭配使用。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包含技術及科學用語)具有與本揭露所屬技術領域的技術人員通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語例如在通常使用的字典中定義用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。
請參照第1圖，第1圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置10的剖面結構示意圖。應理解的是，為了清楚說明，圖中省略感測裝置10的部分元件，僅示意地繪示部分元件。根據一些實施例，可添加額外特徵於以下所述之感測裝置10。根據另一些實施例，以下所述感測裝置10的部分特徵可以被取代或省略。根據另一些實施例，以下所述感測裝置10可感測光訊號或熱訊號，但不以此為限。本揭露實施例將以感測裝置10可感測光訊號進行說明。
如第1圖所示，感測裝置10可包含驅動基板100、感測模組200以及接合墊300，感測模組200可透過接合墊300接合於驅動基板100上並且與驅動基板100電性連接。感測模組200可接收光線，並將其轉換為電訊號，產生的電訊號可傳輸至驅動基板100進行後續的處理以及分析。首先，針對感測模組200進行說明，關於驅動基板100的詳細結構將於第2圖進行說明，而接合墊300也將於後續段落進行說明。
根據一些實施例，感測模組200可包含第二基板202以及設置於第二基板202上的複數個感測元件PD。感測元件PD可為光電二極體(photodiode)，可將光訊號轉換為電訊號。詳細而言，根據一些實施例，感測模組200可包含設置於第二基板202上的第一膜層204、第二膜層206以及摻雜區208，摻雜區208可設置於第二膜層206中。根據一些實施例，感測元件PD可包含部分的第一膜層204、第二膜層206以及摻雜區208。
根據一些實施例，第二基板202、第一膜層204、第二膜層206以及摻雜區208可由半導體材料形成。感測元件PD可包含半導體材料，半導體材料可包含磷化銦(InP)、銻化銦(InSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、硫化鉛(PbS)、硒化鉛(PbSe)、碲化汞鎘(HgCdTe)、其他合適的半導體材料或前述之組合，但不限於此。根據一些實施例，第二基板202可為磊晶基板。
根據一些實施例，前述半導體材料可以包含III族或V族元素進而具有P型或N型導電類型。例如，根據一些實施例，第二基板202、第一膜層204以及第二膜層206可具有相同的導電類型，摻雜區208可具有它們不同的導電類型，藉此於形成感測元件PD的PN接面。例如，根據一些實施例，第二基板202、第一膜層204以及第二膜層206具有P型導電型，而摻雜區208具有N型導電類型。根據另一些實施例，第二基板202、第一膜層204以及第二膜層206具有N型導電類型，而摻雜區208具有P型導電類型。更具體而言，根據一些實施例，第二基板202可為N型的InP，第一膜層204可為N型的InGaAs，第二膜層206可為N型的InP，且可於第二膜層206中佈植III族元素以形成P型的摻雜區208，但不限於此。
根據一些實施例，可使用金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)製程、分子束磊晶(molecular beam epitaxy，MBE)製程、氫化物氣相磊晶(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)製程、液相磊晶(liquid phase epitaxy，LPE)製程、或其它合適的製程形成前述的第二基板202、第一膜層204以及第二膜層206，但本揭露不以此為限。再者，根據一些實施例，可使用離子佈植製程、擴散製程、或其它合適的製程形成前述的摻雜區208，但本揭露不以此為限。
根據一些實施例，感測元件PD係用以吸收特定波段的光線。本揭露所指特定波段的光線，可例如為可見光源或不可見光源，可見光源可例如為雷射(laser)光源，不可見光源可例如為紅外光(infrared light，IR)光源，但不以此為限。具體而言，根據一些實施例，前述紅外光波段的波長範圍大於或等於約750奈米(nm)且小於或等於約1500奈米(即，750nm ≤ 波長 ≤ 1500nm)。值得注意的是，吸收特定波段的光線的感測元件PD可減少環境光線被感測元件PD吸收所產生的雜訊，改善感測模組200的感測靈敏度。
如第1圖所示，根據一些實施例，感測裝置10可包含複數個接合墊300，感測模組200可藉由複數個接合墊300接合於驅動基板100上，並且與設置於驅動基板100上的驅動電路100C(將於第3圖進行說明)電性連接。詳細而言，根據一些實施例，感測裝置10可包含複數個第一電極120以及複數個第二電極220，第一電極120設置於驅動基板100上，第二電極220設置於感測模組200上，接合墊300可設置於第一電極120以及第二電極220之間，接合墊300可與第一電極120以及第二電極200接合，使第一電極120與第二電極200電性連接。也就是說，感測模組200包含設置於第二基板202上的複數個感測元件PD，當感測元件PD將光訊號傳換成電訊號後，可透過複數個接合墊300、第一電極120以及第二電極200，將電訊號傳輸至驅動基板100。
如第1圖所示，根據一些實施例，於一第一方向上接合墊300具有一第一寬度W1，第一電極120具有一第二寬度W2，且第二電極200具有一第三寬度W3，其中第一寬度W1、第二寬度W2和第三寬度W3可例如為最大寬度，但不以此為限。具體而言，第一寬度W1可大於等於第二寬度W2，第一寬度W1可大於等於第三寬度，且第二寬度W2可約等於第三寬度W3，但不以此為限。透過上述設置可提升感測模組200與驅動基板100之間的接合性，進一步提升電性連接關係。其中，第一方向（X方向）與第二方向（Y方向）分別垂直第三方向（Z方向），第三方向可例如為基板的法線方向。
再者，根據一些實施例，感測元件PD之間的間距(pitch)D1範圍可大於或等於約10μm且小於或等於約30μm(即，10μm ≤ 間距D1 ≤ 30μm)，或大於或等於約15μm且小於或等於約20μm。具體而言，感測元件PD之間的間距D1指的是分別與相鄰的兩個感測元件PD電性連接的兩個相鄰第一電極120之間的間距。舉例來說，間距D1指的是第一電極120與鄰近的另一第一電極120’之間的距離，或者間距D1指的是第一電極120與最靠近的另一第一電極120’之間的距離，所述距離可為第一電極120的中心點與相鄰的另一第一電極120’的中心點之間的距離。詳細而言，例如於一剖面示意圖中，第一電極120的中心點為第一電極120兩對角線的交會點，另一第一電極120’的中心點為另一第一電極120’兩對角線的交會點。或者，根據一些實施例，前述第一電極120與鄰近的另一第一電極120’之間的距離可為第一電極120的側邊與鄰近的另一第一電極120’的側邊之間的距離。詳細而言，第一電極120具有一第一側邊1201，另一第一電極120’具有一第二側邊1202與一第三側邊1203，其中第三側邊1203較第二側邊1202沿一X方向遠離第一側邊1201，也就是說，所述距離可為第一電極120的第一側邊1201與鄰近的另一第一電極120’的第三側邊1203之間的距離。另一第一電極側邊1202可根據產品狀況選擇合適的量測方式，以獲得感測元件PD之間的間距，但不以此為限。
根據一些實施例(未繪示)，可省略第一電極120或第二電極200，則感測元件PD之間的間距D1指的是分別與相鄰的兩個感測元件PD電性連接的兩個相鄰接合墊300之間的間距，詳細而言，間距D1指的是接合墊300與鄰近的另一接合墊300’之間的距離，接合墊300與鄰近的另一接合墊300’之間的距離可為接合墊300的側邊與鄰近的另一接合墊300’的側邊之間的距離，但不以此為限。可根據需求選擇合適的量測方式以獲得間距D1。透過上述間距D1設置，可避免感測元件PD設置數量不足，影響感測靈敏度，或者感測元件PD設置數量過度，進而造成成本提升。
此外，應理解的是，根據本揭露實施例，可使用光學顯微鏡(optical microscopy，OM)、掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)、薄膜厚度輪廓測量儀(α-step)、橢圓測厚儀、或其它合適的方式量測各元件之間的間距或距離、或各元件的寬度、厚度、高度或面積。詳細而言，根據一些實施例，可使用掃描式電子顯微鏡取得包含欲量測的元件的剖面結構影像，並量測各元件之間的間距或距離、或各元件的寬度、厚度、高度或面積。
此外，根據一些實施例，感測裝置10可進一步包含鈍化層210以及間隔材料302，鈍化層210以及間隔材料302可設置於感測模組200與驅動基板100之間。根據一些實施例，鈍化層210可設置於第二膜層206上，且鈍化層210具有通孔，一部分的第二電極220設置於通孔中以將摻雜區208以及接合墊300電性連接。根據一些實施例，間隔材料302可填充於接合墊300之間，可以降低環境中的水氣或氧氣對第一電極120、第二電極220、接合墊300或驅動基板100的影響，降低前述元件產生腐蝕或氧化的風險。
第一電極120以及第二電極220可包含導電材料，例如金屬導電材料、透明導電材料、其它合適的導電材料或前述之組合，但不限於此。根據一些實施例，金屬導電材料可包含鎳(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、錫(Sn)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、前述金屬之合金、其它合適的材料或前述之組合，但不限於此。根據一些實施例，透明導電材料可包含透明導電氧化物(transparent conductive oxide，TCO)，例如可包含氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、氧化銻鋅(antimony zinc oxide，AZO)、氧化錫(tin oxide，SnO)、氧化鋅(zinc oxide，ZnO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide，IZO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide，IGZO)、氧化銦錫鋅(indium tin zinc oxide，ITZO)、氧化銻錫(antimony tin oxide，ATO)、其它合適的透明導電材料、或前述之組合，但不限於此。
根據一些實施例，接合墊300可包含錫(Sn)、鋁(Al)、錫合金、鋁合金、其它合適的焊接材料、或前述之組合，但不限於此。
根據一些實施例，鈍化層210可為單層或多層，鈍化層210的材料可包含無機材料、有機材料、或前述之組合，但不限於此。例如，無機材料可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、其它合適的材料、或前述之組合，但不限於此。例如，有機材料可包含聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚醚碸(polyethersulfone，PES)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、其它合適的材料、或前述之組合，但不限於此。
根據一些實施例，間隔材料302可包含有機材料、無機材料、其它合適的保護材料或前述之組合，但不限於此。例如，無機材料可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、或其它合適的材料，但不限於此。例如，有機材料可包含環氧樹脂(epoxy resins)、矽氧樹脂、壓克力樹脂(acrylic resins)(例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmetacrylate，PMMA)、苯並環丁烯(benzocyclobutene，BCB)、聚亞醯胺(polyimide)、共聚酯(polyester)、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(polyfluoroalkoxy，PFA))、其它合適的材料、或前述之組合，但不限於此。
根據一些實施例，可先形成鈍化層210於第二膜層206上，並可藉由圖案化製程移除一部分的鈍化層210以形成通孔，接著形成第二電極220於鈍化層210上並且填充於通孔中。並且，於形成第一電極120於驅動基板100上之後，可將驅動基板100與感測模組200對組。根據一些實施例，可藉由共晶接合製程(eutectic bonding process)使用接合墊300將第二電極220以及第一電極120接合。根據一些實施例，可於共晶接合製程之後，形成間隔材料302於驅動基板100與感測模組200之間。
根據一些實施例，可藉由塗佈製程、化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、印刷製程、其它合適的製程、或前述之組合形成鈍化層210。化學氣相沉積製程例如可包含低壓化學氣相沉積製程(LPCVD)、低溫化學氣相沉積製程(LTCVD)、快速升溫化學氣相沉積製程(RTCVD)、電漿輔助化學氣相沉積製程(PECVD)或原子層沉積製程(ALD)等，但不限於此。物理氣相沉積製程例如可包含濺鍍製程、蒸鍍製程、脈衝雷射沉積等，但不限於此。
再者，圖案化製程可包含光微影製程及/或蝕刻製程。根據一些實施例，光微影製程可包含光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烘烤、硬烘烤、遮罩對齊、曝光、曝光後烘烤、光阻顯影、清洗及乾燥等，但不限於此。蝕刻製程可包含乾蝕刻製程或濕蝕刻製程，但不限於此。
根據一些實施例，可藉由化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、電鍍製程、無電鍍製程、其它合適的製程、或前述之組合形成第一電極120以及第二電極220，但本揭露不以此為限。
根據一些實施例，前述共晶接合製程的溫度範圍可小於260℃，例如，大於或等於約25℃且小於或等於約200℃或大於或等於約160℃且小於或等於約260℃，並且可進行約3分鐘至約6分鐘，但本揭露不以此為限。
再者，根據一些實施例，可藉由塗佈製程、化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、印刷製程、其它合適的製程、或前述之組合形成間隔材料302。
接著，請參照第2圖以及第3圖，第2圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置10的局部剖面結構示意圖，第3圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置10的等效電路圖。具體而言，第2圖繪示驅動基板100的詳細結構，第3圖繪示感測裝置10中的感測元件PD與驅動電路100C的電路連接關係。
根據本揭露一些實施例，提供一種感測裝置，感測裝置10的驅動基板100可例如包含薄膜電晶體(thin-film transistor，TFT)的主動式陣列驅動基板，但不以此為限。透過本揭露實施例的基板設計可降低製作成本，增加感測裝置的相關應用範圍。根據本揭露一些實施例，感測裝置偵測特定波段的光線且搭配基板的結構設計可降低雜訊對感測模組的影響，進而改善訊號雜訊比(signal to noise ratio，SNR)或提升感測裝置的整體效能，但不以此為限。以下將針對驅動基板100的結構進行說明。
如第2圖以及第3圖所示，驅動基板100包含第一基板102以及設置於第一基板102上的複數個驅動電路100C，複數個驅動電路100C可各自包含複數個薄膜電晶體，詳細而言，驅動電路100C各自包含複數個第一薄膜電晶體(例如，圖式中的第一薄膜電晶體TR1、第一薄膜電晶體TR2以及第一薄膜電晶體TR3)，並且，驅動電路100C各自電性連接至複數個感測元件PD的至少一者，也就是說，複數個驅動電路100C可分別電性連接至複數個感測元件PD，但不以此為限。
第一基板102可包含可撓式基板、剛性基板或前述之組合，但不限於此。根據一些實施例，第一基板102的材料可包含玻璃、石英、藍寶石(sapphire)、陶瓷、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚丙烯(polypropylene，PP)、其它合適的材料或前述之組合，但不限於此。再者，根據一些實施例，第一基板102可包含金屬-玻璃纖維複合板材、或金屬-陶瓷複合板材，但不限於此。
值得注意的是，可穿透由前述特定材料所形成的第一基板102的光線的波長範圍可大於或等於約4μm且小於或等於約10μm，因此，透過本揭露實施例可減少外界光線或其它反射光線穿透第一基板102後被感測元件PD吸收所產生的雜訊，藉此改善感測裝置10的訊號雜訊比(signal to noise ratio，SNR)。此外，根據一些實施例，藉由第一基板102的材料選用搭配前述吸收特定波段光線的感測元件PD，可進一步提升訊號雜訊比的表現，改善感測裝置10的整體效能。
再者，根據一些實施例，驅動基板100可具有結構層100A，且結構層100A可包含與第一薄膜電晶體電性連接的導電元件及訊號線、形成於導電元件之間的絕緣層、以及平坦層等。根據一些實施例，訊號線例如可包含電流訊號線、電壓訊號線、高頻訊號線、低頻訊號線，且訊號線可傳遞元件工作電壓(VDD)、公共接地端電壓(VSS)、或是驅動元件端電壓，本揭露不以此為限。
根據一些實施例，第一薄膜電晶體可包含開關電晶體(switching transistor)、驅動電晶體、重置電晶體(reset transistor)、電晶體放大器(transistor amplifier)或其它合適的薄膜電晶體。具體而言，如第2圖所示，根據一些實施例，第一薄膜電晶體TR1可為重置電晶體，第一薄膜電晶體TR2可為電晶體放大器或源極隨耦器(source follower)，第一薄膜電晶體TR3可為開關電晶體，但不限於此。
應理解的是，第一薄膜電晶體的數量不限於圖中所繪示者，根據不同的實施例，驅動基板100可具有其它合適數量或種類的第一薄膜電晶體。再者，第一薄膜電晶體的種類可包含上閘極(top gate)薄膜電晶體、下閘極(bottom gate)薄膜電晶體、雙閘極(dual gate或double gate)薄膜電晶體或前述之組合。根據一些實施例，第一薄膜電晶體可進一步與電容元件電性連接，但不限於此。再者，第一薄膜電晶體可包含至少一個半導體層、閘極介電層以及閘極電極層。第一薄膜電晶體可以本領域技術人員所熟知的各種形式存在，關於第一薄膜電晶體的詳細結構於此便不再贅述。
再者，如第2圖所示，根據一些實施例，感測裝置10的驅動基板100可包含平坦層108，平坦層108可設置於結構層100A上，並且位於結構層100A與第一電極120之間。第一電極120可設置於平坦層108上，並且藉由導電層106b與結構層100A中的導電層106a電性連接，進而與第一薄膜電晶體TR1、第一薄膜電晶體TR2以及第一薄膜電晶體TR3電性連接。
根據一些實施例，導電層106b可穿過平坦層108與導電層106a電性連接，而導電層106a例如可穿過閘極介電層(未標示)以及介電層(未標示)與第一薄膜電晶體TR1的半導體層電性連接，但不限於此。詳細而言，根據一些實施例，可藉由圖案化製程移除結構層100A中的一部分的閘極介電層以及介電層以形成通孔106v，接著於介電層上以及通孔106v中形成鈍化層104a，再於鈍化層104a上形成導電層106a，接著再於導電層106a上方形成鈍化層104a以及平坦層108。根據一些實施例，可藉由圖案化製程移除一部分的平坦層108以形成通孔108v，接著於平坦層108上以及通孔108v中形成鈍化層104b，再於鈍化層104b上形成導電層106b，接著再於導電層106b上方形成鈍化層104b。根據一些實施例，於形成鈍化層104b之後，接著可移除一部分的鈍化層104b以暴露出一部分的導電層106b，並且於暴露出的導電層106b的上方形成第一電極120。
根據一些實施例，導電層106a以及導電層106b的材料可包含導電材料，例如金屬導電材料、透明導電材料、其它合適的導電材料或前述之組合，但不限於此。根據一些實施例，可藉由化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、電鍍製程、無電鍍製程、其它合適的製程、或前述之組合形成導電層106a以及導電層106b，但本揭露不以此為限。
根據一些實施例，鈍化層104a以及鈍化層104b的材料可與前述鈍化層204的材料相同或相似，並且鈍化層104a以及鈍化層104b的形成方法可與形成前述鈍化層204的製程相同或相似，於此便不再重複。
根據一些實施例，平坦層108的材料可包含有機材料、無機材料、其它合適的材料或前述之組合，但不限於此。例如，無機材料可包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、其它合適的材料或前述之組合，但不限於此。例如，有機材料可包含環氧樹脂(epoxy resins)、矽氧樹脂、壓克力樹脂(acrylic resins)(例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmetacrylate，PMMA)、聚亞醯胺(polyimide)、全氟烷氧基烷烴(perfluoroalkoxy alkane，PFA)、其它合適的材料或前述之組合，但不限於此。
根據一些實施例，可藉由化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程、塗佈製程、印刷製程、其它合適的製程、或前述之組合形成平坦層108，但本揭露不以此為限。
承前述，根據一些實施例，可藉由接合墊300將第一電極120以及第二電極220接合，使驅動基板100的驅動電路100C與感測模組200電性連接。詳細而言，請參照第3圖，根據一些實施例，第一薄膜電晶體TR1以及第一薄膜電晶體TR2可與感測元件PD的一端電性連接，且第一薄膜電晶體TR2可進一步與第一薄膜電晶體TR3電性連接。根據一些實施例，第一薄膜電晶體TR1可以對感測元件PD的電位進行重置，給予初始電位，而感測元件PD進行感測後所產生的光電流可以使得第一薄膜電晶體TR2的電位發生改變，而第一薄膜電晶體TR3可將電位改變轉換成電流變化，並且將電流變化產生的訊號進行傳遞。
承前述，驅動電路100C包含第一薄膜電晶體TR1、第一薄膜電晶體TR2及第一薄膜電晶體TR3。詳細而言，可例如參考第3圖所示，感測元件PD可具有第一端以及第二端，第一端可耦接於系統電壓線VCC2，第二端可耦接於第一薄膜電晶體TR1的第二端以及第一薄膜電晶體TR2的控制端。
第一薄膜電晶體TR1可具有第一端、第二端以及控制端，第一端耦接於系統電壓線VCC1，第二端耦接於感測元件PD，且控制端可耦接於控制訊號RST。第一薄膜電晶體TR1根據控制訊號RST，連接或斷開系統電壓線VCC1。當第一薄膜電晶體TR1連接系統電壓線VCC1時，可對感測元件PD進行電位重置；反之，當第一薄膜電晶體TR1斷開系統電壓線VCC1時，則不對感測元件PD進行電位重置。
再者，第一薄膜電晶體TR2亦可具有第一端、第二端以及控制端，第一端耦接於系統電壓線VCC0，第二端耦接於第一薄膜電晶體TR3的第一端，且控制端可耦接於第一薄膜電晶體TR1的第二端以及感測元件PD的第二端。
再者，第一薄膜電晶體TR3亦可具有第一端、第二端以及控制端，第一端耦接於第一薄膜電晶體TR2的第二端，第二端耦接於讀出訊號線VOUT，且控制端耦接於掃描線訊號SEL。第一薄膜電晶體TR3可根據掃描線訊號SEL，連接或斷開第一薄膜電晶體TR3的第一端與讀出訊號線VOUT。第一薄膜電晶體TR3的第一端連接讀出訊號線VOUT時，可輸出電流至讀出訊號線VOUT；反之，當第一薄膜電晶體TR3的第一端與讀出訊號線VOUT斷開時，則不輸出電流至讀出訊號線VOUT。
接著，請參照第4圖以及第5圖，第4圖顯示根據本揭露另一些實施例中，感測裝置的局部剖面結構示意圖，第5圖顯示根據本揭露另一些實施例中，對應於第4圖的感測裝置的等效電路圖。具體而言，第4圖繪示驅動基板100’的詳細結構，第5圖繪示感測裝置中的感測元件PD與驅動電路100C’的電路連接關係。
此外，應理解的是，後文中與前文相同或相似的組件或元件將以相同或相似之標號表示，其材料、製造方法與功能皆與前文所述相同或相似，故此部分於後文中將不再贅述。
如第4圖以及第5圖所示，根據一些實施例，除了前述第2圖以及第3圖所示實施例中的第一薄膜電晶體TR1、第一薄膜電晶體TR2以及第一薄膜電晶體TR3之外，驅動基板100’可進一步包含複數個第二薄膜電晶體(例如，第4圖以及第5圖中的第二薄膜電晶體TRX1、第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4)。根據一些實施例，第一薄膜電晶體TR1(或是第一薄膜電晶體TR2、第一薄膜電晶體TR3)可藉由第二薄膜電晶體TRX1電性連接至感測元件PD。詳細而言，第二薄膜電晶體TRX1可與導電層106a電性連接，進而與第一薄膜電晶體TR1、第一薄膜電晶體TR2以及第一薄膜電晶體TR3電性連接。根據一些實施例，導電層106b可穿過平坦層108與導電層106a電性連接，而導電層106a例如可穿過閘極介電層(未標示)以及介電層(未標示)與第二薄膜電晶體TRX1的半導體層電性連接，但不限於此。
此外，根據一些實施例，第一薄膜電晶體TR1(或是第一薄膜電晶體TR2、第一薄膜電晶體TR3)亦可藉由第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4分別電性連接至另一感測元件PD。
根據一些實施例，第二薄膜電晶體TRX1、第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4可為傳輸電晶體(transfer transistor)，其中，複數個第二薄膜電晶體TRX2可彼此並聯，但不以此為限。
值得注意的是，根據第4圖以及第5圖所示的實施例，藉由第二薄膜電晶體TRX1、第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4的設置，舉例來說，四個感測元件PD可分別耦接於不同像素，其中，四個感測元件PD可共用一組第一薄膜電晶體(即，第一薄膜電晶體TR1、第一薄膜電晶體TR2、第一薄膜電晶體TR3)，如此一來，可減少單位像素的薄膜電晶體數量，降低像素的間距，進而提升具有感測功能的電子裝置的解析度。
此外，應理解的是，第二薄膜電晶體以及感測元件PD的數量不限於圖中所繪示者，根據不同的實施例，可具有其它合適數量的第二薄膜電晶體以及感測元件PD。再者，第二薄膜電晶體的種類亦可包含上閘極(top gate)薄膜電晶體、下閘極(bottom gate)薄膜電晶體、雙閘極(dual gate或double gate)薄膜電晶體或前述之組合。根據一些實施例，第二薄膜電晶體可進一步與電容元件電性連接，但不限於此。再者，第二薄膜電晶體可包含至少一個半導體層、閘極介電層以及閘極電極層。第二薄膜電晶體可以本領域技術人員所熟知的各種形式存在，關於第二薄膜電晶體的詳細結構於此便不再贅述。
此外，針對驅動電路100C’以及感測元件PD的等效電路圖進一步說明如下。承前述，第一薄膜電晶體TR1(或是第一薄膜電晶體TR2、第一薄膜電晶體TR3)可藉由第二薄膜電晶體TRX1電性連接至感測元件PD，並且可藉由第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4分別電性連接至另一些感測元件PD。
詳細而言，各個感測元件PD均可具有第一端以及第二端，第一端可耦接於系統電壓線VCC2，第二端可耦接於第二薄膜電晶體TRX1、第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3或第二薄膜電晶體TRX4的第一端。並且，第二薄膜電晶體TRX1、第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4的第二端可耦接於第一薄膜電晶體TR1的第二端以及第一薄膜電晶體TR2的控制端。
第一薄膜電晶體TR1可具有第一端、第二端以及控制端，第一端耦接於系統電壓線VCC1，第二端耦接於感測元件PD，且控制端可耦接於控制訊號RST。第一薄膜電晶體TR1根據控制訊號RST，連接或斷開系統電壓線VCC1。當第一薄膜電晶體TR1連接系統電壓線VCC1時，可分別地對感測元件PD進行電位重置；反之，當第一薄膜電晶體TR1斷開系統電壓線VCC1時，則不對感測元件PD進行電位重置。此外，第一薄膜電晶體TR1可輪流地對與第二薄膜電晶體TRX1、第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4連接的感測元件PD進行電位重置。
再者，第一薄膜電晶體TR2亦可具有第一端、第二端以及控制端，第一端耦接於系統電壓線VCC0，第二端耦接於第一薄膜電晶體TR3的第一端，且控制端可耦接於第一薄膜電晶體TR1的第二端以及感測元件PD的第二端。
再者，第一薄膜電晶體TR3亦可具有第一端、第二端以及控制端，第一端耦接於第一薄膜電晶體TR2的第二端，第二端耦接於讀出訊號線VOUT，且控制端耦接於掃描線訊號SEL。第一薄膜電晶體TR3可根據掃描線訊號SEL，連接或斷開第一薄膜電晶體TR3的第一端與讀出訊號線VOUT。第一薄膜電晶體TR3的第一端連接讀出訊號線VOUT時，可輸出電流至讀出訊號線VOUT；反之，當第一薄膜電晶體TR3的第一端與讀出訊號線VOUT斷開時，則不輸出電流至讀出訊號線VOUT。此外，第二薄膜電晶體TRX1、第二薄膜電晶體TRX2、第二薄膜電晶體TRX3以及第二薄膜電晶體TRX4的訊號可輪流地輸出至讀出訊號線VOUT。
接著，請參照第6圖，第6圖顯示根據本揭露一些實施例中，電子裝置1的剖面結構示意圖。應理解的是，為了清楚說明，圖式僅示意地繪示電子裝置1的部分元件。根據一些實施例，可添加額外特徵於以下所述之電子裝置1。
根據一些實施例，電子裝置1可包含前述之感測裝置10以及顯示面板40，顯示面板40具有顯示側DS，感測裝置10可貼附於顯示面板40相對於顯示側DS的一側。根據一些實施例，電子裝置1可具有感測功能，詳細而言，電子裝置可例如具有觸控或是指紋辨識等功能，例如，電子裝置1可為觸控顯示裝置，但不限於此。舉例而言，顯示面板40產生的光線L經手指FP反射之後產生反射光RL，反射光RL可傳送至感測裝置10，感測裝置10可感測手指的碰觸，將其轉換成電子訊號給相應的驅動元件或訊號處理元件進行辨識與分析。
詳細而言，根據一些實施例，顯示面板40可包含蓋板402、顯示層404以及光源410，蓋板402設置於顯示層404上，顯示層402以及光源410鄰近於蓋板402，並且顯示層404與光源410於蓋板402的法線方向(例如，圖式中的Z方向)上不重疊。其中，Z方向可例如為蓋板402的法線方向，且X方向垂直Z方向，Y方向垂直Z方向。
根據一些實施例，蓋板402可提供用於觸控、操作的表面，保護位於其下方的顯示層404等結構。根據一些實施例，蓋板402的材料可包含玻璃、石英、藍寶石(sapphire)、陶瓷、其它合適的材料、或前述材料之組合，但不限於此。
根據一些實施例，光源410提供紅外光波段的光線，且感測元件PD吸收光源410發出的光線，亦即，光源410係用以提供特定的紅外光波段光線(例如，圖式中的光線L)給感測元件PD。根據一些實施例，前述紅外光波段的波長範圍可大於或等於約750nm且小於或等於約1500nm(即，750nm ≤ 波長 ≤ 1500nm)。根據一些實施例，光源410提供的光線的波長範圍大於顯示層404提供的光線的波長範圍。值得注意的是，吸收特定波段的光線的感測元件PD可減少環境光線以及顯示層404產生的光線被感測元件PD吸收所產生的雜訊，藉此可改善電子裝置1的感測靈敏度或整體效能。
此外，如第6圖所示，根據一些實施例，電子裝置進一步包含黏著層406，黏著層406設置於顯示面板40與感測裝置10之間，感測裝置10可透過黏著層406貼附於顯示面板40相對於顯示側DS的一側，但不以此為限。黏著層406可包含具有黏性的材料。根據一些實施例，黏著層406可包含光固化型膠材、熱固化型膠材、光熱固化型膠材、其它合適的材料、或前述之組合，但不以此為限。例如，根據一些實施例，黏著層406可包含光學透明膠(optical clear adhesive，OCA)、光學透明樹脂(optical clear resin，OCR)、感壓膠(pressure sensitive adhesive，PSA)其它合適的材料、或前述之組合，但不以此為限。
接著，請參照第7圖，第7圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置10A的結構示意圖。應理解的是，第7圖僅示意地繪示感測裝置10A的驅動基板100以及感測模組200，其中，感測模組200可透過接合墊300接合於驅動基板100，但不以此為限。驅動基板100以及感測模組200的詳細結構可參照前述實施例所述的內容，於此便不再重複。
如第7圖所示，根據一些實施例，驅動基板100的第一基板102以及感測模組200的第二基板202可為曲面基板，亦即，驅動基板100的第一基板102以及感測模組200的第二基板202皆具有可撓性。藉由此種結構設計，可減少或省略一般感測裝置所需的光學結構，例如可減少所需設置的透鏡數量，但不限於此。再者，具有曲面設計的可提供較廣的視野(field of view，FOV)。
接著，請參照第8圖，第8圖顯示根據本揭露另一些實施例中，感測裝置10B的結構示意圖。應理解的是，第8圖僅示意地繪示感測裝置10B的驅動基板100以及感測模組200。
如第8圖所示，根據一些實施例，感測裝置10B可包含複數個感測模組200，且複數個感測模組200可接合於同一驅動基板100上，也就是說，複數個感測模組200可耦接於同一驅動基板100。詳細而言，複數個感測模組200可透過複數個接合墊300結合於同一驅動基板100上。再者，驅動基板100的第一基板102以及感測模組200的第二基板200亦可為曲面基板。藉由此種結構設計，感測模組200可以經個別測試後再與驅動基板100接合，若感測模組200有故障的情況發生，也可個別進行替換或修補，提升感測裝置10B的耐用度。
綜上所述，根據本揭露一些實施例，提供的感測裝置使用包含薄膜電晶體的主動式陣列驅動基板。透過本揭露實施例的基板設計可降低製作成本，增加感測裝置的相關應用範圍。根據本揭露一些實施例，感測裝置偵測特定波段的光線且搭配基板的結構設計可降低雜訊對感測模組的影響，進而改善訊號雜訊比或提升感測裝置的整體效能。
雖然本揭露的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。本揭露實施例之間的特徵只要不違背發明精神或相衝突，均可任意混合搭配使用。此外，本揭露之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本揭露揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本揭露使用。因此，本揭露之保護範圍包含上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。本揭露的任一實施例或請求項不須達成本揭露所公開的全部目的、優點、特點。
1:電子裝置 10、10A、10B:感測裝置 40:顯示面板 100、100’:驅動基板 100A:結構層 100C、100C’:驅動電路 102:第一基板 104a、104b:鈍化層 106a、106b:導電層 106v、108v:通孔 108:平坦層 120、120’:第一電極 200:感測模組 202:第二基板 204:第一膜層 206:第二膜層 208:摻雜區 210:鈍化層 220:第二電極 300、300’:接合墊 302:間隔材料 402:蓋板 404:顯示層 406:黏著層 410:光源 1201:第一側邊 1202:第二側邊 1203:第三側邊 D1:間距 DS:顯示側 FP:手指 L:光線 RL:反射光 PD:感測元件 RST:控制訊號 SEL:掃描線訊號 TR1、TR2、TR3:第一薄膜電晶體 TRX1、TRX2、TRX3、TRX4:第二薄膜電晶體 VCC0、VCC1、VCC2:系統電壓線 VOUT:讀出訊號線 W1:第一寬度 W2:第二寬度 W3:第三寬度
第1圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置的剖面結構示意圖。 第2圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置的局部剖面結構示意圖。 第3圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置的等效電路圖。 第4圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置的局部剖面結構示意圖。 第5圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置的等效電路圖。 第6圖顯示根據本揭露一些實施例中，電子裝置的剖面結構示意圖。 第7圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置的結構示意圖。 第8圖顯示根據本揭露一些實施例中，感測裝置的結構示意圖。
10:感測裝置
100:驅動基板
120、120’:第一電極
200:感測模組
202:第二基板
204:第一膜層
206:第二膜層
208:摻雜區
210:鈍化層
220:第二電極
300:接合墊
302:間隔材料
1201:第一側邊
1202:第二側邊
1203:第三側邊
D1:間距
PD:感測元件
W1:第一寬度
W2:第二寬度
W3:第三寬度

Claims (9)

  1. 一種感測裝置，包括：一驅動基板，包括一第一基板以及設置於該第一基板上的複數個驅動電路，該複數個驅動電路各自包括複數個薄膜電晶體；一感測模組，接合於該驅動基板上，該感測模組包括一第二基板以及設置於該第二基板上的複數個感測元件；以及複數個接合墊，該感測模組透過該複數個接合墊接合於該驅動基板；其中，該複數個驅動電路各自電性連接至該複數個感測元件的至少一者，且該第二基板為一磊晶基板。
  2. 如請求項1所述之感測裝置，其中該複數個薄膜電晶體包括一第一薄膜電晶體以及複數個第二薄膜電晶體，該第一薄膜電晶體藉由該複數個第二薄膜電晶體分別電性連接至該複數個感測元件。
  3. 如請求項1所述之感測裝置，其中該感測元件包括一半導體材料，該半導體材料包括磷化銦(InP)、銻化銦(InSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、硫化鉛(PbS)、硒化鉛(PbSe)、碲化汞鎘(HgCdTe)或前述之組合。
  4. 如請求項1所述之感測裝置，其中該第一基板的材料包括玻璃或聚醯亞胺。
  5. 如請求項1所述之感測裝置，包括複數個感測模組，其中該複數個感測模組接合於該驅動基板上。
  6. 如請求項1所述之感測裝置，其中該複數個感測元件係用以吸收紅外光波段的光線。
  7. 如請求項6所述之感測裝置，其中該紅外光波段的波長範圍大於或等於750奈米且小於或等於1500奈米。
  8. 如請求項1所述之感測裝置，更包括設置於該驅動基板上的複數個第一電極以及設置於該感測模組上的複數個第二電極，其中該複數個接合墊設置於該複數個第一電極以及該複數個第二電極之間。
  9. 如請求項1所述之感測裝置，其中該複數個感測元件之間的間距範圍大於或等於10微米且小於或等於30微米。
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