CN103928477B - 一种背透反射式像素单元以及平板传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背透反射式像素单元以及平板传感器，其中，所述背透反射式像素单元包括：数据线、与数据线交叉绝缘的扫描线、开关结构、光电二极管结构以及第一金属层，其中所述第一金属层构成所述背透反射式像素单元的不透光区域，用于沿透光方向遮挡光进入所述开关结构和所述光电二极管结构，并且所述背透反射式像素单元的不被所述第一金属层遮挡的区域构成所述背透反射式像素单元的透光区域。本发明在保证像素单元具有要求尺寸的透光区的同时将透光区集中在像素单元的一边，可以避免透光区域发生光的衍射现象，从而保证了图像的正确性；此外，还能使背透反射式像素单元的电容变大，从而使其动态范围变大以能够满足应用。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种背透反射式像素单元以及平板传感器。
背景技术
随着数字影像技术的发展，平板图像传感器在医疗、工业及其它领域得到了越来越广泛的应用，其原理是光照射并透过被检测物体，由于被检测物体的各组织对光的衰减不一样，所以透过被检测物体不同区域的光照射到平板传感器的强度是不一样的，最终形成一个与物体组织相应的灰阶图。平板传感器包括由若干像素单元构成的像素阵列，像素单元将光转换为电荷之后，在驱动电路的作用下，存储在像素单元中的电荷被传输到读出电路，读出电路会对电信号作进一步的放大、模/数转换等处理，最终获得图像信息。平板传感器通过与柔性印刷电路板（Flexible Printed Circuit，简称FPC）、集成电路（Integrated Circuit，简称IC）等外部元件的接合即可实现与驱动电路、读出电路的连接。
目前的平板传感器的应用有透射式光路和背透反射式光路。如果需要平板传感器检测物体的表面结构（如指纹检测、无损检测等），则需要用背透反射式光路进行检测。图1是根据现有技术的平板传感器的背透反射式光路图。参见图1，背光源发出的光透过平板传感器的基板11照射到被检测物体12，再经被检测物体12的表面反射至平板传感器的像素单元13上，通过位于像素单元13中的光电二极管结构（在图1中未示出）转换为光电荷，最终形成一个与被检测物体12的表面相应的灰阶图。
平板传感器的背透反射式应用需要背透反射式像素单元，此像素单元有一定的透光区域，如果透光区域的尺寸过小或与入射光的尺寸相当，那么入射光会很容易产生衍射现象，从而影响图像的正确性。
发明内容
本发明实施例提供一种背透反射式像素单元以及平板传感器，解决了现有技术中背透反射式像素单元由于小尺寸的透光区域而发生光的衍射现象并影响图像的正确性的技术问题。
一方面，本发明实施例提供了一种背透反射式像素单元，包括：
数据线、与数据线交叉绝缘的扫描线、开关结构、光电二极管结构以及第一金属层，其中所述第一金属层构成所述背透反射式像素单元的不透光区域，用于沿透光方向遮挡光进入所述开关结构和所述光电二极管结构，并且所述背透反射式像素单元的不被所述第一金属层遮挡的区域构成所述背透反射式像素单元的透光区域。
进一步地，所述透光区域位于所述像素单元的一侧，所述不透光区域位于所述像素单元的另一侧。
进一步地，所述透光区域和不透光区域沿着所述像素单元的长边方向排列。
进一步地，所述开关结构为TFT开关结构；
所述光电二极管结构包括第一电极，其中，所述第一电极与所述TFT开关结构的漏极相连接；
所述TFT开关结构的源极与所述数据线相连接，所述TFT开关结构的栅极与所述扫描线相连接，所述栅极与所述第一金属层电性绝缘，所述栅极与所述第一电极电性绝缘。
进一步地，所述第一金属层位于所述TFT开关结构的栅极下方，所述光电二极管结构位于所述TFT开关结构上方。
进一步地，所述背透反射式像素单元还包括：位于所述第一电极与所述第一金属层之间的绝缘层，所述第一电极和所述第一金属层构成所述背透反射式像素单元的存储电容的两个电极。
进一步地，所述绝缘层的材料为氮化硅或二氧化硅。
进一步地，所述光电二极管结构还包括：与所述第一电极对应的第二电极以及位于所述第一电极与所述第二电极之间的光电导层，其中，所述第二电极的材料为透明导电材料。
进一步地，所述第一电极的材料为金属。
进一步地，所述第一金属层的材料与所述第一电极的材料相同。
第二方面，本发明实施例还提供了一种平板传感器，包括上述第一方面的背透反射式像素单元。
本发明实施例提出的背透反射式像素单元以及平板传感器，通过在背透反射式像素单元中设置第一金属层，该第一金属层构成像素单元的不透光区域，用于沿透光方向遮挡光进入像素单元的开关结构和光电二极管结构，并且使透光区域位于像素单元的一侧而不透光区域位于像素单元的另一侧，可以避免透光区域发生光的衍射现象，从而保证了图像的正确性；此外，第一金属层与光电二极管结构的第一电极构成存储电容的两极，使像素单元的电容变大，从而使其动态范围变大以能够满足应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据现有技术的平板传感器的背透反射式光路示意图；
图2是根据本发明实施例的背透反射式像素单元的结构示意图；
图3是包含了两个图2中的背透反射式像素单元结构的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
本发明实施例提供一种背透反射式像素单元。所述背透反射式像素单元包括：数据线、与数据线交叉绝缘的扫描线、开关结构、光电二极管结构以及第一金属层，其中所述第一金属层构成所述背透反射式像素单元的不透光区域，用于沿透光方向遮挡光进入所述开关结构和所述光电二极管结构，并且所述背透反射式像素单元的不被所述第一金属层遮挡的区域构成所述背透反射式像素单元的透光区域。
图2是根据本发明实施例的背透反射式像素单元的结构示意图。参见图2，在本发明的一个具体示例中，所述背透反射式像素单元包括：数据线21、与数据线21交叉绝缘的扫描线22、开关结构23、光电二极管结构24以及第一金属层25，其中所述第一金属层25构成所述背透反射式像素单元的不透光区域（图中以左斜线表示的阴影区域），用于沿透光方向遮挡光进入所述开关结构23和所述光电二极管结构24，并且所述背透反射式像素单元的不被所述第一金属层25遮挡的区域构成所述背透反射式像素单元的透光区域（图中数据线21和扫描线22围成的区域中阴影区域之外的区域）。
需要说明的是，第一金属层25对沿透光方向进入开关结构23和光电二极管结构24的光起遮挡作用，是为了防止光可能对开关结构23的开关状态的影响以及对光电二极管结构24在将被检测物体表面反射的光转换成光电荷时的影响。
还需要说明的是，因为第一金属层可以是独立的一层金属，所以不受设计与制程的限制，可以根据需要调整其大小和位置，这样可以根据需要调整透光区域的位置以及大小，以避免小尺寸的透光区域的存在。
参见图2，可选地，所述透光区域位于所述像素单元的一侧，所述不透光区域位于所述像素单元的另一侧。由于透光区域集中在像素单元的一侧，所以在设计第一金属层25的尺寸时，可以根据需要，尽量让透光区域大一些，使透光区域的尺寸大于背光源所发出的光的波长，从而可以避免由于透光区域的尺寸与背光源所发出的光的波长相当而发生光的衍射现象，保证了图像的正确性。
可选地，所述透光区域和不透光区域沿着所述像素单元的长边方向排列。参见图2，由于扫描线22为像素单元的长边，于是透光区域和不透光区域沿着像素单元的扫描线22的方向排列，因此，可以更容易将透光区域做得大一些，从而可以避免发生光的衍射现象，确保了图像的正确性。
进一步地，参见图2，所述开关结构23为TFT开关结构；所述光电二极管结构24包括第一电极241，其中，所述第一电极241与所述TFT开关结构的漏极232相连接；所述TFT开关结构的源极233与所述数据线21相连接，所述TFT开关结构的栅极231与所述扫描线22相连接，所述栅极231与所述第一金属层25电性绝缘，所述栅极231与所述第一电极241电性绝缘。
需要说明的是，开关结构23采用TFT开关结构，与一般的开关结构相比，可以使开关结构23能够有效地节省体积、达到一定的精确度以及非常高的反应速度等。另外，TFT开关结构的漏极232与第一电极241相连接，并且两者位于TFT开关结构的同一层，在制程上，可以一并形成，从而可以减少制作工艺的步骤以及制作成本。
此外，数据线21通过与TFT开关结构的源极233连接，用于读出光电二极管结构24转换的光电荷。扫描线22与TFT开关结构的栅极231连接，用于控制TFT开关结构的开与关，从而控制背透反射式像素单元的开与关。
另外，因为栅极231与第一金属层25以及第一电极241之间不能短接，因此栅极231与第一金属层25以及第一电极241之间是电性绝缘的。
图3是包含了两个图2中的背透反射式像素单元结构的剖面图。进一步地，参见图3，在本发明的一个具体示例中，所述第一金属层25位于所述TFT开关结构的栅极231下方，所述光电二极管结构24（在图3中，光电二极管结构24包括：第一电极241、第二电极242和光电导层243，相关的内容在下面会给出）位于所述TFT开关结构上方。由于第一金属层25用于沿透光方向遮挡光进入TFT开关结构和光电二极管结构24，因此，第一金属层25要设置在TFT开关结构和光电二级管结构24的下方。又因为TFT开关结构采用了底栅结构，所以第一金属层25要设置在TFT开关结构的栅极231下方。
此外，由于TFT开关结构的漏极232与光电二极管结构24的第一电极241连接，并且可以一并形成，因此，第一电极241与漏极232的材料可以相同，并优选为金属材料。进一步地，参见图3，在本发明的一个具体示例中，所述背透反射式像素单元还包括：位于所述第一电极241与所述第一金属层25之间的绝缘层26，所述第一电极241和所述第一金属层25构成所述背透反射式像素单元的存储电容的两个电极。也就是说，第一电极241、位于第一电极241与第一金属层25之间的绝缘层26以及第一金属层25形成像素单元的存储电容。在实际工作中，可以将像素单元阵列中的每一列所有像素单元的存储电容的第一金属层连接起来并连接到外围公共电极环上，以保证与光电二极管结构的两个电极的电位保持一致，即实现存储电容与光电二极管结构的电容并联，总电容为两电容之和，该总电容即是像素单元的电容，于是像素单元的电容增大；由于像素单元的动态范围与像素单元的电容以及其两端的电压有关，在电压不变的情况下，像素单元的电容增大，会使动态范围也增大以能够满足应用,这是本实施例在解决技术问题时，进一步带来的辅助效果。
参见图3，所述绝缘层26包括第一绝缘层261和栅极绝缘层262，其中，第一绝缘层261用于对栅极231和第一金属层25进行隔离并电性绝缘，栅极绝缘层262主要用于使栅极231与源极233、漏极232进行隔离并电性绝缘。此外，位于第一电极241下方的栅极绝缘层262与第一绝缘层261用于使第一电极241与第一金属层25隔离并电性绝缘。
进一步地，所述绝缘层的材料可以为氮化硅或二氧化硅。采用氮化硅或二氧化硅作为绝缘层的材料，不仅具有良好的绝缘效果，而且制作成本比较低。
参见图2或图3，在本发明的一个具体示例中，所述光电二极管结构24还包括：与所述第一电极241对应的第二电极242以及位于所述第一电极241与所述第二电极242之间的光电导层243，其中，所述第二电极242的材料可以为透明导电材料，用于透光。在图2或图3中，第一电极241位于光电二极管结构24的下方，第二电极242位于光电二级管结构24的上方。由于背光源发出的光经像素单元的透光区域后照射到被检测物体，再经被检测物体表面反射的光照射到光电二极管结构24上，其中，该光在光电二极管结构24中的光路为先经过位于光电二极管结构24上方的第二电极242，再经过光电导层243，并通过光电导层243转换为光电荷，最终形成一个与该被检测物体表面相应的灰阶图，因此，需要第二电极242的材料为透明导电材料，以使被检测物体表面反射的光能够进入光电二级管结构24。其中，透明导电材料可以为铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）中的任意一种或它们的组合。
具体地，参见图3，所述光电二极管结构24还可以包括位于第二电极242上并与第二电极242电连接的偏置电压线27，且由于偏置电压线27也位于被检测物体表面反射的光照射到光电二极管结构24的光路上，因此，为了不使其对该光的强度有影响，偏置电压线27的材料也为透明导电材料。对于由像素单元构成的像素单元阵列而言，由于每个像素单元包含一个光电二极管结构，各个光电二极管结构之间是彼此独立的，于是每个光电二极管结构进行工作所需要的偏置电压由与外部电路相连的偏置电压线来提供，并且该偏置电压线与每个光电二极管结构的第二电极电连接。
进一步地，在本发明的一个具体示例中，所述第一电极241的材料优选为金属。将位于光电二极管结构24下方的第一电极241用金属材料来制作，其中，金属材料可以选用Mo、Mu、Al-Nd合金、Cu、Cr、Ta和Ti等，这样可以使得被检测物体表面反射的光不会穿过光电二级管结构24，而是被光电二级管结构24将该光全部转换为光电荷，以能够清晰地形成与该被检测物体表面相应的灰阶图。
进一步地，本发明的一个具体示例中，所述第一金属层25的材料可以与所述第一电极241的材料相同。第一金属层25的材料与第一电极241的材料相同，这样不仅在制作第一金属层25时可以减少选材的时间和成本，而且还可以使包含第一电极241和第一金属层25的存储电容的性能更加可靠。
本发明实施例还提供一种平板传感器，该平板传感器中包含了背透反射式像素单元。其中，所述平板传感器为上述任一实施例所述的背透反射式像素单元。
本发明实施例提出的背透反射式像素单元以及平板传感器，通过在背透反射式像素单元中设置第一金属层，该第一金属层构成像素单元的不透光区域，用于沿透光方向遮挡光进入像素单元的开关结构和光电二极管结构，并且使透光区域位于像素单元的一侧而不透光区域位于像素单元的另一侧，可以避免透光区域发生光的衍射现象，从而保证了图像的正确性；此外，本发明实施例还带来了进一步的辅助性效果，第一金属层与光电二极管结构的第一电极构成存储电容的两极，使像素单元的电容变大，从而使其动态范围变大以能够满足应用。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种背透反射式像素单元，其特征在于，包括：
数据线、与数据线交叉绝缘的扫描线、开关结构、光电二极管结构以及第一金属层，其中所述第一金属层构成所述背透反射式像素单元的不透光区域，用于沿透光方向遮挡光进入所述开关结构和所述光电二极管结构，并且所述背透反射式像素单元的不被所述第一金属层遮挡的区域构成所述背透反射式像素单元的透光区域，所述第一金属层是独立的一层金属；
所述光电二极管结构包括第一电极；
所述背透反射式像素单元还包括：位于所述第一电极与所述第一金属层之间的绝缘层，所述第一电极和所述第一金属层构成所述背透反射式像素单元的存储电容的两个电极。
2.根据权利要求1所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述透光区域位于所述像素单元的一侧，所述不透光区域位于所述像素单元的另一侧。
3.根据权利要求2所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述透光区域和不透光区域沿着所述像素单元的长边方向排列。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述开关结构为TFT开关结构；
所述第一电极与所述TFT开关结构的漏极相连接；
所述TFT开关结构的源极与所述数据线相连接，所述TFT开关结构的栅极与所述扫描线相连接，所述栅极与所述第一金属层电性绝缘，所述栅极与所述第一电极电性绝缘。
5.根据权利要求4所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述第一金属层位于所述TFT开关结构的栅极下方，所述光电二极管结构位于所述TFT开关结构上方。
6.根据权利要求1所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述绝缘层的材料为氮化硅或二氧化硅。
7.根据利要求4所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述光电二极管结构还包括：与所述第一电极对应的第二电极以及位于所述第一电极与所述第二电极之间的光电导层，其中，所述第二电极的材料为透明导电材料。
8.根据利要求4所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述第一电极的材料为金属。
9.根据利要求8所述的背透反射式像素单元，其特征在于，所述第一金属层的材料与所述第一电极的材料相同。
10.一种平板传感器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的背透反射式像素单元。
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