接触式影像传感器的制作方法

本发明涉及影像传感器领域，特别是涉及一种接触式影像传感器。

背景技术：

光学影像传感器，特别是指纹影像传感器，普遍应用于保安与人员识别中。光学影像传感器使用可见光或红外光捕获指纹的数字影像。典型的光学影像传感器使用发光二极管作为光源，并用感光耦合组件相机作为接收器，通常包含一个或多个透镜与棱镜以形成光路。因零组件与光路所需的物理空间，设备的尺寸通常较大，以至于不可能在便携式设备中应用，例如智能型手机或ic卡中使用。基于透镜╱棱镜的光学传感器的另一个缺点是光学失真，这需要高昂的校正成本。

有机发光二极管技术近来发展迅速，并且能够满足小型及╱或可携式影像传感器(作为光源)的要求。有机发光二极管具有良好的能量效率和响应时间，并能比其它发光组件更轻薄短小。许多有机发光二极管主要用于显示面板，由成熟的制造工艺制成，例如，有机发光二极管的制造可利用转印技术来印制有机发光二极管层到一平面基板，比如玻璃或柔性基板(如聚对苯二甲酸)上。在硅基板上，比如互补式金属氧化物半导体传感器的芯片，制作有机发光二极管，则是一种相当新的技术。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种轻薄且可携的接触式影像传感器，其将有机发光二极管结合于互补式金属氧化物半导体影像感测芯片上以减少典型基于透镜╱棱镜的光学传感器的尺寸。

一种接触式影像传感器，包括：基板；感测单元阵列，形成于所述基板之上；第一绝缘结构，形成于所述感测单元与所述基板之上；多个聚焦单元，形成于所述第一绝缘结构之上，每一所述聚焦单元位于对应的感测单元上方并与所述对应的感测单元对齐，所述第一绝缘结构夹杂于所述聚焦单元与所述感测单元之间；导电金属层，连接至控制电路；有机发光二极管单元阵列，形成于所述导电金属层之上并与所述导电金属层连接；透明导电层，形成于所述有机发光二极管单元阵列之上，并连接至所述控制电路以控制多个所述有机发光二极管单元的状态；及透明绝缘结构，形成于所述透明导电层之上。

在其中一个实施例中，所述聚焦单元为形成于所述导电金属层上的针孔。

在其中一个实施例中，进一步包括第二绝缘结构，形成于所述聚焦单元与所述导电金属层之间。

在其中一个实施例中，所述有机发光二极管单元包括：空穴传输层，用于接收来自所述导电金属层的空穴；电子传输层，用于接收来自所述透明导电层的电子；及发射层，形成于所述空穴传输层与所述电子传输层之间，用于当工作电压提供时，发射光束。

在其中一个实施例中，所述感测单元为互补式金属氧化物半导体影像单元或感光耦合组件影像单元。

在其中一个实施例中，所述导电金属层由金属材料制成。

在其中一个实施例中，所述金属材料为铜、铝、金或前述物质之合金。

在其中一个实施例中，所述第一绝缘结构与所述第二绝缘结构非不透明。

在其中一个实施例中，所述感测单元与所述有机发光二极管单元交错排列。

在其中一个实施例中，来自所述有机发光二极管单元的光束由接触所述透明绝缘结构的物体所反射，并通过所述聚焦单元以为所述感测单元所接收。

在其中一个实施例中，多个所述感测单元被顺序驱动以接收发自多个所述有机发光二极管单元的反射光束。

在其中一个实施例中，当所述感测单元被驱动时，一个或多个对应的所述有机发光二极管单元被开启，以便获得由所述反射光束形成之最佳质量影像。

在其中一个实施例中，所述透明导电层由氧化铟锡制成。

在其中一个实施例中，所述多个聚焦单元形成于一层不透明材料中。

在其中一个实施例中，所述不透明材料是金属。

在其中一个实施例中，所述聚焦单元为针孔。

在其中一个实施例中，所述导电金属层包括多个导线，每一所述导线连接至所述有机发光二极管单元阵列的一行或一列。

本发明使用有机发光二极管作为光源，使得整个接触式影像传感器变得更轻薄。不同于内建用于光强度均匀性的自身校正，接触式影像传感器不需要进行光学校正。最重要的是，所述接触式影像传感器的成本能低于现有的影像传感器。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的接触式影像传感器的透视图以及其获取影像的方法示意图；

图2为本发明另一实施例提供的具有透明保护层的接触式影像传感器的透视图以及其获取影像的方法示意图；

图3为本发明另一实施例提供的具有透明保护层的接触式影像传感器的透视图以及其获取影像的另一方法示意图；

图4为本发明一实施例提供的接触式影像传感器的俯视图；

图5为本发明另一实施例提供的接触式影像传感器的俯视图；

图6为图5所示接触式影像传感器的截面图；

图7为本发明又一实施例提供的接触式影像传感器的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一实施例中，请参阅图1及图4，接触式影像传感器10包括：基板100、感测单元110阵列、第一绝缘结构120、多个聚焦单元135、第二绝缘结构140、导电金属层150、有机发光二极管单元160阵列、透明导电层164及透明绝缘结构170。接触式影像传感器10可以是接触式光学指纹传感器，可以取得使用者的指纹。接触式影像传感器10可具有其它功能性组件，例如输入输出垫或逻辑电路。

基板100可以由用于形成集成电路基础结构的任何材料制成，感测单元110形成于所述基板100之上。图4显示5行3列的感测单元110(总共15个单元)，而这仅用于说明。事实上，感测单元110的数量可以与设计要求的一样多，例如，200x200单元的一个阵列。每一感测单元110具有向上的感测表面，这意味感测单元110能从上方接收由有机发光二极管单元160发出的反射光束。感测单元110可以是感光耦合组件影像单元或互补式金属氧化物半导体影像单元。要注意的是控制电路(未示出)可以布设在感测单元110外围，以控制感测单元110并取得感测单元110的输出。

第一绝缘结构120形成于感测单元110与基板100之上。为了让光束通过而到达感测单元110，第一绝缘结构120不能使用不透明材料。第一绝缘结构120应为透明或半透明，最好是透明材料。

有多个聚焦单元135形成于所述第一绝缘结构120上，每一聚焦单元135与一个对应的感测单元110对齐，所述第一绝缘结构120夹杂于其间。聚焦单元135应具有与感测单元110相同的数量。每一聚焦单元135可为针孔。聚焦单元135可为形成于不透明材料层130上的针孔。所述不透明材料层130可为一层金属，其可以通过标准半导体制造方法形成，例如溅射沉积和光刻制造方法。

第二绝缘结构140形成于聚焦单元135上。第二绝缘结构140可位于整个不透明材料层130之上。相似地，第二绝缘结构140用来通透光束到感测单元110，它不能是不透明的。第二绝缘结构140应为透明或半透明的，最好是透明的材料。

导电金属层150形成于聚焦单元135上而不与聚焦单元135重叠。导电金属层150连接至控制电路(未示出)，所述控制电路不限于设置在接触式影像传感器10里。导电金属层150由金属材料制成。所述金属材料可以是铜、铝、金或前述物质的合金。导电金属层150可以连接到所有的有机发光二极管单元160以控制(开╱关或亮度)有机发光二极管单元160的状态。导电金属层150可以形成于多个导线上，每一导线连接至有机发光二极管单元160阵列的一行╱列。从而，有机发光二极管单元160阵列的行╱列可以被控制同时发光。数行╱列的有机发光二极管单元160可以依序开启。导电金属层150形成的导线的运作与控制单元同步。从而，当感测单元110被驱动时，对应的有机发光二极管单元160发射光束到接触所述透明绝缘结构170的物体200，且反射光束由感测单元110所接收。

有机发光二极管单元160阵列形成于导电金属层150上并与之连接。有机发光二极管单元160包括：空穴传输层161、发射层162，与电子传输层163。空穴传输层161形成于导电金属层150与发射层162之间，发射层162形成于电子传输层163之下，如图1所示。接触式影像传感器10进一步具有透明导电层164形成于有机发光二极管单元160上，作为有机发光二极管单元160的阴极，而导电金属层150作为有机发光二极管单元160的阳极，用以允许有机发光二极管单元160连接到控制电路，以便有机发光二极管单元160的状态可以被控制。接触式影像传感器10可以由单一制造方法所形成，或在分开的制造方法中形成，例如，有机发光二极管单元160与导电金属层150可以在不同的制造方法中分别形成，然后集成为一体。空穴传输层161接收来自导电金属层150的空穴，电子传输层163接收来自透明导电层164的电子。从而，当工作电压提供至有机发光二极管单元160(经由导电金属层150与透明导电层164)时，发射层162能发射光束。空穴传输层161与电子传输层163为常见有机发光二极管中的导电层，用于提高发光效率。但在某些有机发光二极管中，可能不具有空穴或电子传输层。透明导电层164可以由氧化铟锡所制成。

透明绝缘结构170形成于透明导电层164上，具有平整的上表面与物体200接触。来自有机发光二极管单元160的光束由接触所述透明绝缘结构170的物体200所反射，并通过聚焦单元135被感测单元110所接收。透明绝缘结构170对其下面的结构提供基本保护。透明保护层180可设置在透明绝缘结构170上方，以加强接触式影像传感器10上表面的保护，免于刮伤。请参阅图2，透明保护层180覆盖接触式影像传感器10的上表面。透明保护层180由透明且强健的材料例如玻璃、蓝宝石或陶瓷所制成。图2中的光路显然不同于图1中的光路，这将于稍后说明。要强调的是透明绝缘结构170由透明材料所制成，以使来自有机发光二极管单元160光束的能量损耗最小化。

在图4中，感测单元110与有机发光二极管单元160为交错排列(由接触式影像传感器10俯视)。然而，不一定与感测单元110的排列相同，有机发光二极管单元160的数量可与感测单元110的数量不同，感测单元110与有机发光二极管单元160的数量不必要相同。这将于之后另一实施例中说明。

有机发光二极管单元160发出的光束由物体200所反射，反射光束通过聚焦单元135并由感测单元110所捕获。每一感测单元110接收反射光束并转换为电子信号。由感测单元110阵列产生的所述电子信号接着被数字化并安排以形成输出影像。有多种方法可以获得良好的物体200表面影像。同时，各种方法可以进行组合以彼此增强。例如，人皮肤及╱或活组织的光学特性也可以应用于反指纹欺骗，血氧饱和度可以是良好的防欺骗方法，通过监测在两个不同波长范围(660nm与940nm)的光吸收，指尖皮肤中血液的血氧饱和度可以提供反欺骗信息。

请参阅图1，图1示出获得物体200影像的第一方法。当具有不平整表面的物体200，例如手指，接触所述影像传感器10的上表面时，入射光束(到手指)可能会在脊部折射和漫射并于谷部反射，这是因为人类皮肤和空气具有不同的折射率。当选择正确的入射角时，可能会发生全反射。因此，被驱动的有机发光二极管单元160与感测单元110应间隔以实现在光束的方向和上表面的法线方向之间θ的角度。理论上，当入射角θ略大于物体200放置边界的临界角时，达到最佳影像质量。

图1显示有机发光二极管单元160发出光束的一条光路(实线)，由物体(谷部)200所反射，由聚焦单元135所聚焦，并由感测单元110接收。另一条光路(点线)代表由物体(脊部)200折射及漫射的光束。上一段提到的边界是透明绝缘结构170的上表面。

图2显示具有透明保护层180的接触式影像传感器10的一条光路。由有机发光二极管单元160发出的光束，由透明绝缘结构170与所述保护层180间的边界所折射，由物体(谷部)200反射，由所述边界折射，由聚焦单元135所聚焦，并由感测单元110所接收。所述物体200放置的边界为所述额外的保护层180的上表面。

请参阅图3，图3示出获得物体200影像的另一种方法，所述方法不利用全内反射的现象。接触式影像传感器10为具有聚焦单元135阵列的感光耦合组件或互补式金属氧化物半导体相机。每一感测单元110具有一聚焦单元135于其上。有机发光二极管单元160用来照亮物体200。此处，聚焦单元135为针孔，用于接收来自每一聚焦单元135上物体200的小区域的光束。点线显示光束能由物体200到达感测单元110的区域，面积小于或等于50μmx50μm。

图1与图3的光路被简化用于说明目的，真实光路是在不同条件下(即每一层的厚度与材料)设计的，供接触式影像传感器10获得物体200影像的最佳质量。

请参阅图1与图2，当接触式影像传感器10以所述第一方法运作，有机发光二极管单元160以预定顺序开启以达到可信赖的影像质量。更准确地说，感测单元110被顺序驱动且提供最佳的影像质量，特定感测单元110的对应的有机发光二极管单元160被开启，而所述特定感测单元110被驱动。对应的有机发光二极管单元160可以通过根据前述方法的经验测试和╱或理论计算来获得。依照用于接触式影像传感器设计的光路，入射角θ可以在30度至85度的范围内。换言之，在入射角范围内提供光束的有机发光二极管单元160可以同时开启。另一方面，为了省电缘故，最好尽量减少发射光束的有机发光二极管单元160的数量。因此，有机发光二极管单元160的适当的运作规则，将根据其平衡光强度和功率节省来进行选择。由图2可知提供光束的有机发光二极管单元160不必要邻近所述感测单元110。有机发光二极管单元160可以在任何位置，只要它提供最佳的影像质量给感测单元110。

在一实施例中，请参阅图4，假设对感测单元110影像的最佳质量可通过开启对角的有机发光二极管单元160而达成，当感测单元110a驱动时，可相应选择开启有机发光二极管单元160b与160e；相似地，当感测单元110b驱动时，有机发光二极管单元160a、160c、160d与160f被开启；当感测单元110c驱动时，有机发光二极管单元160d、160f、160g与160i被开启。此处，它不是强调驱动的感测单元的顺序，而是有机发光二极管单元。在另一例子中，假设6个有机发光二极管单元160d、160f、160g、160i、160b与160j提供入射光给感测单元110c以达成最佳影像质量，为了省电的缘故，当感测单元110c被驱动，某些有机发光二极管单元，如160b与160j，可能不会开启，只要实现用于达成良好影像质量的可接受光强度即可。

在另一实施例中，感测单元110与有机发光二极管单元160可以排列成不同的数量和形状。请参阅图5，接触式影像传感器20与前面实施例中的接触式影像传感器10使用相同的组件，差别在于有机发光二极管单元160是横跨整个行或列的条带形状，而不是点状。显然，有机发光二极管单元160的数量不同于感测单元110的数量。在本实施例中，用3个感测单元110d、110e与110f来进行说明。如果反射光束形成最佳的影像质量是来自有机发光二极管单元160m，当有机发光二极管单元160m开启时，感测单元110d、110e与110f等等会依序被一个接着一个驱动。当光束由物体反射，每一感测单元110中产生的电荷接着由读出电路转换成数字影像值(未示出)。所述读出电路通常包括积分电容器、电压跟随器和模数转换器。读出方法通常用于各种影像传感器中，在此略过不予说明。

请参阅图6，在此实施例中，聚焦单元135与作为有机发光二极管单元160阳极的导电层150可以形成于一个结构中，即具有针孔阵列的金属板。例如，聚焦单元135可以是形成于导电金属层150上的针孔。透明导电层164也与前述实施例略有不同。透明导电层164形成于每一有机发光二极管单元160上且平行于条形有机发光二极管单元160的方向。因为有机发光二极管单元160为条形，有机发光二极管单元160的状态(开╱关或亮度)能由对应的透明导电条(氧化铟锡)所控制。

在另一实施例中，感测单元与有机发光二极管单元将具有不同数目的另一种形式的排列。请见图7，接触式影像传感器30与前面实施例中接触式影像传感器10使用相同的组件，不同之处在于两个有机发光二极管单元放置于每一对相邻感测单元间，且有机发光二极管单元的总数两倍于感测单元的数量。根据这种排列，有机发光二极管单元160与感测单元110的运作顺序与先前实施例中的不同。当有机发光二极管单元160j开启时，感测单元110g与110j应被驱动以接收光。当有机发光二极管单元160k开启时，感测单元110h与110k应被驱动以接收光。当有机发光二极管单元160l开启时，感测单元110i与110l应被驱动以接收光。这种方式可以减少有机发光二极管单元160被使用的数量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。