TWM618388U - Ｒ、ｇ、ｂ、ｉｒ之其中任意組合濾光結構 - Google Patents
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Abstract
一種R、G、B、IR之其中任意組合濾光結溝，係包括一基板及一濾光層，其中該基板係為晶圓半導體感測元件，該濾光層係形成於該基板之一側面，由矩陣排列之複數基本單元所組成，每一基本單元包含由真空鍍膜方式形成之複數像素濾光膜，該複數像素濾光膜包含一R像素濾光膜、一G像素濾光膜、一B像素濾光膜及一IR像素濾光膜之其中任意複數者，且使該複數像素濾光膜僅只能供相對應波長之光線通過；藉此係可使濾光薄膜均勻性較佳(uniformity±5nm)，以及可符合光學之規格需求。
Description
本創作係一種關於應用於環境光源感測晶片(Ambient Light Sensor，ALS)、近接感測晶片(Proximity Sensor，PS)、RGB色溫感測晶片及手勢感測晶片…等光學傳感器之感測晶片上的濾光結構方面的技術領域，尤指一種可使濾光薄膜均勻性較佳(uniformity±5nm)，以及可符合光學之規格需求之R、G、B、IR之任意組合濾光結構者。。
傳統的光學傳感器，如可見光攝像模組，需要採用红外光截止濾波器，將不必要的低頻近红外光過濾掉，以免红外光線對可見光部分造成影響，產生偽色或波纹，但該傳統的可見光攝像模組，未有獨立光譜R像素、G像素、B像素及IR像素，因此在350nm至700nm波段大範圍內皆高透過率，形成圖像具有低敏感分辨率，因此便需利用彩色濾光片進行R像素、G像素、B像素及IR像素之濾光作用，使形成圖像具有較高敏感分辨率。
一般習知的彩色濾光片，如台灣申請第100112527號專利所示，其主要係使用噴墨印刷法，彩色濾光薄膜厚度在5微米左右，對於顏料光阻液的使用較為浪費，解析度及位置重現性較差，製造流程隨著基板尺寸逐步的增大，最初光阻劑塗佈的方式是由中央滴下(tube)再加上旋塗(spin coat)，演進至今成為狹縫式塗佈(slit)加上旋塗，其目的無非是為了降低光阻
劑的使用量，而未來基板尺寸的更大型化，將會造成濾光薄膜之均勻性(uniformity)無法達到規格需求(±2%)及光學透光度和波長無法達到規格需求(截止帶低於穿透率1%)。
有鑒於此，本創作人乃係針對上述之問題，而深入構思，且積極研究改良試做而開發設計出本創作。
本創作主要目的係在於有效的解決習知彩色濾光片及其製造方法所存在之製作大型基板尺寸時濾光薄膜均勻性(uniformity)無法達到規格需求(±2%)及光學透光度和波長無法達到規格需求(截止帶低於穿透率1%)等問題者。
本創作係提供一種R、G、B、IR之任意組合濾光結構，包括一基板及一濾光層。其中，該基板係為晶圓半導體感測元件。該濾光層係形成於該基板之一側面，由矩陣排列之複數基本單元所組成，每一基本單元包含由真空鍍膜方式形成之複數像素濾光膜，該複數像素濾光膜包含一R像素濾光膜、一G像素濾光膜、一B像素濾光膜及一IR像素濾光膜之其中任意複數者，且使該複數像素濾光膜僅只能供相對應波長之光線通過。
本創作所提供之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，係可藉由真空鍍膜配合光阻遮罩之製作方式，使得即使是在製作大型基板尺寸時可使濾光薄膜厚度在300奈米至900奈米，均勻性達±5nm以下，而符合截止帶穿透率低於1%規格需求，進而當其應用於環境光感測晶片(Ambient Light Sensor，ALS)、近接感測晶片(Proximity Sensor，PS)、RGB色溫感測晶片及手勢感測晶片……等光學傳感器的感測晶片時，可使反應時間更為
快速，相對於同產品顏色辨別率及調整靈敏度可大幅提高，更是可大大提升感光對比的亮度呈現。。
10:基板
20:濾光層
21:基本單元
22:像素濾光膜
23:銀(Ag)層
24:高折射率層
〔圖1〕係本創作之結構示意圖。
〔圖2〕係本創作之濾光層的基本單元配置示意圖。
〔圖3〕係本創作之R像素濾光膜之光譜圖。
〔圖4〕係本創作之G像素濾光膜之光譜圖。
〔圖5〕係本創作之B像素濾光膜之光譜圖。
〔圖6〕係本創作之IR像素濾光膜之光譜圖。
請參閱圖1及圖2所示，係顯示本創作所述之R、G、B、IR之任意組合濾光結構包括一基板10及一濾光層20，其中：
該基板10，係為晶圓半導體感測元件。
該濾光層20，係形成於該基板10之一側面，由矩陣排列之複數基本單元21所組成，每一基本單元21包含由真空鍍膜方式形成之複數像素濾光膜22。該複數像素濾光膜22包含一R像素濾光膜、一G像素濾光膜、一B像素濾光膜及一IR像素濾光膜之其中任意複數者，且使該複數像素濾光膜僅只能供相對應波長之光線通過。
本創作之每一基本單元21之複數像素濾光膜22之組合方式可為R像素濾光膜、一G像素濾光膜、一B像素濾光膜及一IR像素濾光膜之其中任意二者、任意三者或四者之組合，本實施例係以四者組合舉例之。
其中：
該R像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層23及折射率比銀(Ag)層高之複數高折射率層24相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm波長範圍內形成一通帶，該通帶中心波長在625nm至740nm，其餘截止帶透過率低於1%，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%。
該G像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層23及折射率比銀(Ag)層高之複數高折射率層24相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成一通帶，該通帶中心波長在500nm至565nm，其餘截止帶透過率低於1%，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%。
該B像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層23及折射率比銀(Ag)層高之複數高折射率層24相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成的一通帶，該通帶中心波長在485nm至500nm，其餘截止帶透過率低於1%，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%。
該IR像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層23及折射率比銀(Ag)層高之複數高折射率層24相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成的一通帶，該中心波長在紅外800nm至1100nm之波長範圍內僅一部份或部分重疊形成一通帶，其餘截止帶透過率低於1%，該通帶的中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於30%。
上述之該複數像素濾光膜22，其中該複數銀(Ag)層23在
350nm至2000nm波長範圍內的折射率為0.1至0.48，消光系數為5.85至14.4。該複數高折射率層24，其可為五氧化三鈦(Ti3O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、混合膜料(H4)及其混合物。而且，該複數高折射率層24在350nm至1100nm的波長範圍內的折射率大於1.6，消光系數接近0。利用不同厚度及層數之該複數銀(Ag)層23及該複數高折射率層24的配合係可形成該R像素濾光膜、該G像素濾光膜、該B像素濾光膜及該IR像素濾光膜。
以下茲就該R像素濾光膜、該G像素濾光膜、該B像素濾光膜及該IR像素濾光膜之各種結構條件舉例說明之。
該R像素濾光膜：該R像素濾光膜係由複數銀(Ag)層23及高折射率層24相互堆疊而成，該高折射率層24分別為五氧化三鈦(Ti3O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、混合膜料(H4)，相互堆疊厚度约400nm至800nm，其中，該五氧化三鈦(Ti3O5)層在350nm至1100nm波長範圍內的折射率大於2.5，消光系數接近0。該銀(Ag)層在350nm至2000nm波長範圍內的折射率為0.1至0.48，消光系數為5.85至14.4。其結構條件如下列諸表：
如圖3所示，該R像素濾光膜具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成一通帶，該通帶中心波長在625nm至740nm，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%，其餘截止帶透過率低於1%。
該G像素濾光膜：該G像素濾光膜係由複數銀(Ag)層23及高折射率層24相互堆疊而成，該高折射率層24分別為五氧化三鈦(Ti3O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、混合膜料(H4)，相互堆疊厚度约150nm至450nm，其中，該五氧化三鈦(Ti3O5)層在350nm至1100nm波長範圍內的折射率大於2.5，消光系數接近0。該銀(Ag)層在350nm至2000nm波長範圍內的折射率為0.1至0.48，消光系數為5.85至14.4。其結構
條件如下列諸表：
如圖4所示，該G像素濾光膜具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成一通帶，該通帶中心波長在500nm至565nm，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%，其餘截止帶透過率低於1%。
該B像素濾光膜：該B像素濾光膜係由複數銀(Ag)層23及高折射率層24相互堆疊而成，該高折射率層24分別為五氧化三鈦(Ti3O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、混合膜料(H4)，相互堆疊厚度约200nm至600nm，其中，該五氧化三鈦(Ti3O5)層在350nm至1100nm波長範圍內的折射率大於2.5，消光系數接近0。該銀(Ag)層在350nm至2000nm波長範圍內的折射率為0.1至0.48，消光系數為5.85至14.4。其結構條件如下列諸表：
如圖5所示，該B像素濾光膜具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成一通帶，該通帶中心波長在485nm至500nm，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%，其餘截止帶透過率低於1%。
該IR像素濾光膜：該IR像素濾光膜係由複數銀(Ag)層23及高折射率層24相互堆疊而成，該高折射率層24分別為五氧化三鈦(Ti3O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、混合膜料(H4)，相互堆疊厚度约200nm至600nm，其中，該五氧化三鈦(Ti3O5)層在350nm至1100nm波長範圍內的折射率大於2.5，消光系數接近0。該銀(Ag)層在350nm至2000nm波長範圍內的折射率為0.1至0.48，消光系數為5.85至14.4。其結構條件如下列諸表：
如圖6所示，該IR像素濾光膜具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成一通帶，該中心波長在紅外800nm至1100nm之波長範圍內僅一部份或部分重疊形成一通帶，其餘截止帶透過率低於1%，該通帶的中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於30%。
本創作所提供之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，係可藉由真空鍍膜配合光阻遮罩之製作方式，使得即使是在製作大型基板尺寸時可使濾光薄膜厚度在300奈米至900奈米，均勻性達±5nm以下，而符合光學規格需求，進而當其應用於環境光感測晶片(Ambient Light Sensor，
ALS)、近接感測晶片(Proximity Sensor，PS)、RGB色溫感測晶片及手勢感測晶片……等光學傳感器的感測晶片時，可使反應時間更為快速，相對於同產品顏色辨別率及調整靈敏度可大幅提高，更是可大大提升感光對比的亮度呈現。
10:基板
20:濾光層
22:像素濾光膜
23:銀(Ag)層
24:高折射率層
Claims (7)
- 一種R、G、B、IR之任意組合濾光結構，包括：一基板，係為晶圓半導體感測元件；以及一濾光層，係形成於該基板之一側面，由矩陣排列之複數基本單元所組成，每一基本單元包含由真空鍍膜方式形成之複數像素濾光膜，該複數像素濾光膜包含一R像素濾光膜、一G像素濾光膜、一B像素濾光膜及一IR像素濾光膜之其中任意組合，使該複數像素濾光膜僅只能供相對應波長之光線通過。
- 如請求項1所述之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，其中：該R像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層及折射率比銀(Ag)層高之複數高折射率層相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm波長範圍內形成一通帶，該通帶中心波長在625nm至740nm，其餘截止，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%，其截止帶透過率低於1%；該G像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層及折射率比銀(Ag)層高之複數高折射率層相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成一通帶，該通帶中心波長在500nm至565nm，其餘截止，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%，其截止帶透過率低於1%；該B像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層及折射率比銀(Ag) 層高之複數高折射率層相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成的一通帶，該通帶中心波長在485nm至500nm，其餘截止，該通帶中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於55%，其截止帶透過率低於1%；該IR像素濾光膜，係由複數銀(Ag)層及折射率比銀(Ag)層高之複數高折射率層相互堆疊形成，厚度為300nm至900nm，使具有在300nm至1100nm的波長範圍內形成的一通帶，該中心波長在紅外800nm至1100nm之波長範圍內僅一部份或部分重疊形成一通帶，其餘截止帶透過率低於1%，該通帶的中心波長在入射角於0°時透過率(transmittance)大於30%。
- 如請求項2所述之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，其中該複數像素濾光膜之該複數銀(Ag)層在350nm至2000nm波長範圍內的折射率為0.1至0.48，消光系數為5.85至14.4，該複數高折射率層，其可為五氧化三鈦(Ti3O5)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、混合膜料(H4)及其混合物，而且該複數高折射率層在350nm至1100nm的波長範圍內的折射率大於1.6，消光系數接近0。
- 如請求項3所述之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，其中該R像素濾光膜之結構條件如下列之諸表之其中任一者：
- 如請求項3所述之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，其中該G像素濾光膜之結構條件如下列之諸表之其中任一者：
- 如請求項3所述之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，其中該B像素濾光膜之結構條件如下列之諸表之其中任一者：
- 如請求項3所述之R、G、B、IR之任意組合濾光結構，其中該IR像素濾光膜之結構條件如下列之諸表之其中任一者：
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