CN104318199A - 复合式光学传感器及其制作方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合式光学传感器及其制作方法和使用方法。其中，所述复合式光学传感器包括：光源；透明基板，所述透明基板具有相对的第一表面和第二表面；所述复合式光学传感器还包括：第一像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收所述光源被外界物体反射回来的光线；第二像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收所述光源被指纹反射回来的光线；第三像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收从环境中传入的可见光光线。所述复合式光学传感器结构简化，制作工艺难度降低，应用功能增加，并且生产成本降低。

Description

复合式光学传感器及其制作方法和使用方法
技术领域
本发明涉及光学传感器领域，尤其涉及一种复合式光学传感器及其制作方法和使用方法。
背景技术
消费电子设备，例如手机和平板电脑等，正在使用越来越多的传感器来增强对各种环境参数的感知能力。指纹传感器、环境光传感器和距离传感器已经得到了广泛的应用。
环境光传感器的原理如图1所示，通常环境中的可见光101从外界进入环境光传感器内部，环境传感器内部通过光敏元件102(例如光敏二极管)检测的可见光101。光敏元件102产生的光电流和它所接收到的光强成正比关系。另有半导体芯片(未示出)检测光敏元件102产生的光电流，并对其进行数字化，就可以产生正比于可见光101光强的数字信号，从而达到对可见光101的测量。
距离传感器的基本原理如图2所示，距离传感器的光源201发射入射光线202(通常入射光线202为红外光)，入射光线202照射到物体203，物体203反射出反射光线204，反射光线204被距离传感器中的探测器205(通常也为光敏二极管)接收，并且探测器205接收到的反射光线204的光强与探测器205和物体203之间的距离成正比。因此，通过探测反射光线204的光强，就能了解物体203到距离传感器的距离。
指纹传感器目前主要分为两类，即光学指纹传感器和半导体指纹传感器。其中，光学指纹传感器又主要分为聚焦式和非聚焦式两种。聚焦式光学指纹传感器主要是利用光的折射和反射原理，将指纹光线聚焦在面积较小的光学传感器上，实现指纹传感。但是聚焦式光学指纹传感器具有一个很大的缺点：即聚焦式光学指纹传感器的厚度通常较大。这是因为，为了将指纹进行聚集，聚焦式光学指纹传感器通常需要将手指放在光学镜片上，手指处在内置光源照射下，使光从设备底部射向三棱镜，并经三棱镜折射后射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样，形成光强的空间分布图像，然后再次采用三棱镜和透镜等装置将图像投射聚焦在在电荷耦合器件(例如CMOS像素阵列或者CCD像素阵列)上，进而得到多灰度指纹图像。由此可知，聚焦式光学指纹传感器需要使用三棱镜和透镜等结构，光程长，总体厚度大。
而非聚焦式光学指纹传感器的原理是：手指贴在光学指纹传感器上，光学指纹传感器的光源照射手指，产生反射光线，反射光线进入光学指纹传感器内部。光学指纹传感器得到的图像大小与原始图像大小相同，并且反射光线的强度和空间分布随着指纹的形状有所不同，光学指纹传感器检测到反射光线的强度和空间分布，形成了有效的指纹图像。
目前，环境光传感器、距离传感器和非聚焦式光学指纹传感器通常都是各自独立制作在电子产品内部，这种各自独立的传感器存在以下缺点：
1.从结构上看：多个传感器各自独立，各传感器的电源、通信接口和光源等元件不能共享，需要使用多组元件加以支持，使得结构复杂化，并造成生产成本的升高；同时，多个独立的传感器势必占据电子产品内部更多空间，不利于电子产品向小型化和便携式发展。
2.从制作工艺上看：多个传感器各自独立制作，工艺步骤多而繁琐，并且封装时需要逐个分步进行，容易相互影响甚至相互破坏，增加了工艺难度，降低生产良率；同时，复杂的制作工艺和封装工艺又延长工艺时间，降低生产效率，并同样造成生产成本的提高。
3.从应用上看：多个传感器各自独立，各传感器采集到的信息相互之间没有联系，不能共享，或者没有共享意义，各传感器的功能单一，没有协同作用，应用价值低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种复合式光学传感器及其制作方法和使用方法，以简化光学传感器的结构，简化光学传感器的制作工艺，增加光学传感器的应用功能，并降低光学传感器的生产成本。
为解决上述问题，本发明提供一种复合式光学传感器，包括：
光源；
透明基板，所述透明基板具有相对的第一表面和第二表面；
其特征在于，所述复合式光学传感器还包括：
第一像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收所述光源被外界物体反射回来的光线；
第二像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收所述光源被指纹反射回来的光线；
第三像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收从环境中传入的可见光光线。
可选的，所述复合式光学传感器还包括：位于第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区上的封装基板，所述封装基板覆盖所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区。
可选的，所述复合式光学传感器还包括：外盖板，所述外盖板与所述透明基板相对设置，并且所述外盖板正对所述第一表面。
可选的，所述光源与所述透明基板相对设置，并且所述光源正对所述第二表面。
可选的，所述第一像素阵列区具有阵列排布的多个第一像素单元，每个所述第一像素单元包括第一透明区域、第一挡光区域和第一光电二极管，所述第一光电二极管位于所述第一挡光区域上方；
所述第二像素阵列区具有阵列排布的多个第二像素单元，每个所述第二像素单元包括第二透明区域、第二挡光区域和第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第二挡光区域上方；
所述第三像素阵列区具有阵列排布的多个第三像素单元，所述第三像素单元包括第三挡光区域和第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第三挡光区域上方。
可选的，所述第一挡光区域具有位于所述透明基板上的第一遮光层；
所述第二挡光区域具有位于所述透明基板上的第二遮光层；
所述第三挡光区域具有位于所述透明基板上的第三遮光层。
可选的，所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元包括多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管均为非晶硅薄膜晶体管。
可选的，所述第二像素单元通过栅驱动电路连接至控制芯片。
可选的，所述栅驱动电路位于所述透明基板上，或者所述栅驱动电路位于外置的电路芯片上。
可选的，所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元通过数据读取电路连接至系统芯片。
可选的，所述光源为红外光光源和可见光光源的至少其中之一。
可选的，所述第二像素阵列区位于所述第一像素阵列区与所述第三像素阵列区之间。
为解决上述问题，本发明还提供了一种复合式光学传感器的使用方法，所述使用方法运用于如上所述的复合式光学传感器，所述使用方法包括：
使用所述第三像素阵列区接收从所述外盖板外部传来的可见光光线，产生环境光信息；
使用所述第二像素阵列区接收所述光源被贴附在所述外盖板上的指纹反射回来的光线，形成指纹图像信息；
根据所述环境光信息对所述指纹图像信息进行背景干扰消除处理。
可选的，所述使用方法还包括：
使用所述第一像素阵列区接收所述光源被靠近所述外盖板的手指反射回来的光线，得到所述手指的距离信息；
根据所述距离信息，判断所述手指是否贴附在所述外盖板上。
为解决上述问题，本发明还提供了一种复合式光学传感器的制作方法，包括：
提供透明基板和光源，所述透明基板具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一表面上形成第一像素阵列区，所述第一像素阵列区用于接收所述光源被外界物体反射回来的光线；
在所述第一表面上形成第二像素阵列区，所述第二像素阵列区用于接收所述光源被指纹反射回来的光线；
在所述第一表面上形成第三像素阵列区，所述第三像素阵列区用于接收从环境传入的可见光光线。
可选的，所述制作方法还包括：在所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区上形成封装基板，所述封装基板覆盖所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区。
可选的，所述制作方法还包括：提供外盖板，在形成所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区之后，将所述外盖板与所述透明基板相对设置，使所述外盖板正对所述第一表面。
可选的，所述制作方法还包括：在形成所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区之后，将所述光源与所述透明基板相对设置，使所述光源正对所述第二表面。
可选的，在所述第一表面上形成所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区包括：
在所述第一表面上形成阵列排布的多个第一像素单元，每个所述第一像素单元包括第一透明区域、第一挡光区域和第一光电二极管，所述第一光电二极管位于所述第一挡光区域上方；
在所述第一表面上形成阵列排布的多个第二像素单元，每个所述第二像素单元包括第二透明区域、第二挡光区域和第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第二挡光区域上方；
在所述第一表面上形成阵列排布的多个第三像素单元，所述第三像素单元包括第三挡光区域和第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第三挡光区域上方。
可选的，通过在所述透明基板上形成第一遮光层而形成所述第一挡光区域；
通过在所述透明基板上形成第二遮光层而形成所述第二挡光区域；
通过在所述透明基板上形成第三遮光层而形成所述第三挡光区域。
可选的，所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元包括多个薄膜晶体管，采用非晶硅薄膜晶体管形成工艺形成所述薄膜晶体管。
可选的，在形成所述第二像素单元的同时，形成栅驱动电路使所述第二像素单元连接至控制芯片。
可选的，设置所述栅驱动电路于所述透明基板上，或者设置所述栅驱动电路于外置的电路芯片上。
可选的，在形成所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的同时，形成数据读取电路使所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的电荷信号或者电压信号连接至系统芯片。
可选的，所述光源为红外光光源和可见光光源的至少其中之一。
可选的，所述第二像素阵列区形成在所述第一像素阵列区与所述第三像素阵列区之间。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的技术方案中，由于将第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区制作在一起，至少具有以下三个方面的优点：
第一，三个像素阵列区分别能够起到距离传感器、指纹传感器和环境光传感器的作用，并且所述复合式光学传感器只需要一个统一的电源、通信接口、芯片和光源等元件，结构简单紧凑，成本低，同时，所述复合式光学传感器结构布置合理，占用空间小，有利于应用此复合式光学传感器的电子产品的小型化和轻薄化。
第二，第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区能够进行协同工作，集成了三种功能，通过同一个系统控制，可以确保三种功能有序的协调工作，避免相互干扰，同时各像素阵列区采集到的信息相互关联，具有共享意义，并且能够进行共享，因此不同像素阵列区可以协同工作，有利于进行更多的操作和工作，提高了复合式光学传感器的应用价值。
第三，通过将第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区制作在一起，节省工艺步骤，并且方便后续的封装工艺，同时各像素阵列区分区形成，不会相互影响，降低了制作工艺难度，提高生产良率，并且节省工艺时间，降低生产成本。
附图说明
图1是环境光传感器的原理示意图；
图2是距离传感器的原理示意图；
图3是本发明实施例所提供的复合式光学传感器的剖面结构示意图；
图4是图3所示复合式光学传感器中透明基板的俯视示意图；
图5是第一像素单元的放大示意图；
图6是多个第一像素单元形成的像素阵列示意图；
图7是本发明实施例所提供的复合式光学传感器的使用方法流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术中，距离传感器、环境光传感器和指纹传感器各自独立设置在在电子产品中，整个传感器系统结构复杂化，占据电子产品内部空间较大，并造成生产成本的升高，并且制作工艺复杂，制作难度大，生产效率低，应用价值低。
为此，本发明提供一种复合式光学传感器及其制作方法和使用方法，所述复合式光学传感器包括光源和透明基板，所述透明基板具有相对的第一表面和第二表面，所述复合式光学传感器还包括第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区，第一像素阵列区位于所述第一表面上，用于接收所述光源被靠近所述外盖板的物体反射回来的光线；第二像素阵列区位于所述第一表面上，用于接收所述光源被贴附在所述外盖板上的指纹反射回来的光线；第三像素阵列区位于所述第一表面上，用于接收从所述外盖板外部传来的可见光光线。由于所述复合式光学传感器具有第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区，三个像素阵列区分别能够起到距离传感器、指纹传感器和环境光传感器的作用，并且所述复合式光学传感器只需要一个统一的电源、通信接口、芯片和光源等元件，结构简单紧凑，成本低，同时，所述复合式光学传感器结构布置合理，占用空间小，有利于应用此复合式光学传感器的电子产品的小型化和轻薄化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明实施例提供一种复合式光学传感器，请结合参考图3至图6。
请参考图3，示出了本实施例所提供的复合式光学传感器的剖面结构示意图。
本实施例所提供的复合式光学传感器包括光源303和透明基板305。透明基板305具有相对的第一表面(未标注)和第二表面(未标注)。
透明基板305上具有位于所述第一表面上的第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C。图3中，各像素阵列区所在区域用虚线框表示。
第一像素阵列区305A用于接收光源303被靠近外盖板302的物体311反射回来的光线，第二像素阵列区305B用于接收光源303被贴附在外盖板302上手指313的指纹反射回来的光线，第三像素阵列区305C用于接收从外盖板302外部传来的可见光光线315。
本实施例中，所述复合式光学传感器还包括封装基板301，封装基板301位于第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C上，并且封装基板301覆盖第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C。事实上，封装基板301可以在形成第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C的一套完整制程中，一并形成，并且所形成结构中，透明基板305、第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B、第三像素阵列区305C和封装基板301构成一体结构。
本实施例中，所述复合式光学传感器还包括外盖板302，外盖板302具有透明性能，外盖板302可以由玻璃材料或者树脂材料制成，也可以采用其它适合材料制作，本实施例对此不作限定。
本实施例中，外盖板302具有外侧(未标注)和内侧(未标注)，外盖板302的外侧亦即复合式光学传感器外部，而外盖板302的内侧即复合式光学传感器内部。
本实施例中，当各像素阵列中的薄膜晶体管选择用非晶硅薄膜晶体管时，透明基板305可以为玻璃基板。当然，在不同情况下，透明基板305可以有多种选择，例如，在其它情况下，透明基板305也可以采用塑料基板等其它适合材料在。
需要说明的是，在本发明的其它实施例中，外盖板302也可以省略。
本实施例中，透明基板305位于外盖板302与光源303之间，所述第一表面正对外盖板302，所述第二表面正对光源303。
本实施例中，光源303为面状背光源。光源303位于外盖板302内侧，光源303能够发出入射光线3031，入射光线3031在经过透明基板305之后，能够继续穿过外盖板302传播至外盖板302外侧，部分入射光线3031经反射后得到反射光线3032，反射光线3032能够反射回透明基板305。
本实施例中，第一像素阵列区305A实现的是距离传感器的功能，其工作原理为：背光源303产生的入射光线3031穿过外盖板302照射到靠近外盖板302的物体311后，被物体311反射回来，反射回来的反射光线3032再被第一像素阵列区305A采集，并转化为光电子或者光电流，光电子或者光电流被第一像素阵列区305A转化为电信号，物体311到第一像素阵列区305A的距离与反射光线3032的光强成正比，亦即物体311到第一像素阵列区305A的距离与电信号的大小成正比，通过系统芯片323读出电信号，即可以得到物体311到第一像素阵列区305A的距离。
本实施例中，第二像素阵列区305B实现的是指纹传感器的功能，其工作原理与第一像素阵列区305A的工作原理基本相同，只是第二像素阵列区305B采集的是手指313贴附在外盖板302上产生的指纹，并且第二像素阵列区305B采用的是非聚焦式光学指纹传感器的原理。具体的，其工作原理为：当手指313贴在外盖板302上时，光源303产生的入射光线3031照射在手指313上，反射光线3032反射回第二像素阵列区305B，并且第二像素阵列区305B采集到的图像大小与贴附在外盖板302上的指纹大小基本相同，同时，此部分反射光线3032的强度和空间分布随着指纹形状的不同而不同，第二像素阵列区305B此部分反射光线3032，就能够形成有效的指纹图像信号(例如相应的指纹灰阶图像信号)，这些指纹图像信号同样可被系统芯片323读出。
本实施例中，第三像素阵列区305C实现的是环境光传感器的功能，其工作原理为：从外界穿过外盖板302到达第三像素阵列区305C的环境光(即可见光光线315)被第三像素阵列区305C所采集，第三像素阵列区305C产生光电子或者光电流，此部分光电子或者光电流被第三像素阵列区305C转化为电信号，通过系统芯片323读出电信号，得到环境光的强度。
第一像素阵列区305A和第二像素阵列区305B的工作原理决定位于它们内部的光电二极管底部必须被不透光层遮挡，以防止光源303直接照射到它们内部的光电二极管。同时，为了保证光源发出的入射光线3031能够穿过透明基本305到达外盖板302，又必须保证第一像素阵列区305A和第二像素阵列区305B具有透光区域。而由第三像素阵列区305C的工作方式的原理可知，只须要保证光源303发出的入射光线3031不直接照射到第三像素阵列区305C内部的光电二极管即可，并不要求入射光线3031穿过第三像素阵列区305C，因此，第三像素阵列区305C可以没有透光区域。
从上述工作原理的分析可知，由于第一像素阵列区305A和第二像素阵列区305B的工作模式相同，且被集成在一起，所以二者可以共用光源303。而第三像素阵列区305C不需要光源。这样可以使整个复合式光学传感器的结构紧凑、机构简单、成本降低以及能耗降低。
需要说明的是，在本发明的其它实施例中，光源303的位置可以变换，例如可以设置在透明基板305周边，此时，光源303发出的光线可不必经由透明基板305，而是直接到达外盖板302并传播至外盖板302外侧。
本实施例中，第一像素阵列区305A具有阵列排布的多个第一像素单元3071，图3中示出了其中一个。第二像素阵列区305B具有阵列排布的多个第二像素单元3072，图3中示出了其中三个。第三像素阵列区305C具有阵列排布的多个第三像素单元3073，图3中示出了其中一个。
本实施例中，第一像素单元3071、第二像素单元3072和第三像素单元3073均可以为CMOS图像传感器像素单元，并且第一像素单元3071、第二像素单元3072和第三像素单元3073包括多个薄膜晶体管(TFT)。
本实施例所使用的薄膜晶体管均为非晶硅(a-Si)薄膜晶体管，即第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C内部形成的均为非晶硅像素单元。使用非晶硅薄膜晶体管优点是光线可以透过非晶硅层，从而保证光源303可以采用背光源。另外，采用非晶硅薄膜晶体管技术还具有成本低的优点。
本实施例中，第一像素阵列区305A还具有位于透明基板305上的第一遮光层3091。第二像素阵列区305B还具有位于透明基板305上的第二遮光层3092。第三像素阵列区305C还具有位于透明基板305上的第三遮光层3093。
本实施例中，第一遮光层3091、第二遮光层3092和第三遮光层3093的材料可以是印刷油墨做成的黑色矩阵(BM)，并且采用网版印刷方法形成，也可以是金属层制作的挡光层，当为金属层时，具体可以为金属钼层，并且可以通过蒸镀方法形成在透明基板305的所述第一表面上。需要说明的是，在本发明的其它实施例中，也可以采用其它合适材料和方法形成第一遮光层3091、第二遮光层3092和第三遮光层3093，并且，第一遮光层3091、第二遮光层3092和第三遮光层3093也可以制作在透明基板305的所述第二表面上。
正是由于第一遮光层3091、第二遮光层3092和第三遮光层3093的存在，所以光源303发出的光线才不会直接到达第一像素单元3071、第二像素单元3072和第三像素单元3073中的光电二极管。并且由此可知，第三遮光层3093可以位于整个第三像素单元3073下方，但是第一遮光层3091和第二遮光层3092均对应位于部分第一像素单元3071和第二像素单元3072，以保证光源303的光线能够穿过第一像素阵列区305A和第二像素阵列区305B，本说明书将通过图5和图6对此作进一步说明。
请参考图4，示出了本实施例所提供的复合式光学传感器中透明基板305的俯视示意图。
本实施例中，透明基板305的第二像素阵列区305B位于第一像素阵列区305A与第三像素阵列区305C之间。由于各像素阵列区共同制作在透明基板305上，并且各像素阵列区之间两两相邻，因此，它们之间的信息具有共享价值，可以相互利用和共享。
本实施例中，第二像素阵列区305B的面积大于第一像素阵列区305A和第三像素阵列区305C的面积，而第一像素阵列区305A的面积和第三像素阵列区305C的面积基本相等。需要说明的是，在本发明的其它实施例中，第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C的面积大小可以相同，也可以不同，并且各像素阵列区的位置和形状也可以根据需要变动。
本实施例中，第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C的外围具有多条相互平行的栅极驱动走线317和多条相互平行的数据扫描走线321。其中，栅极驱动走线317将第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C电连接至控制芯片319(亦即栅驱动电路)，数据扫描走线321将第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C电连接至系统芯片323(电荷数据读出芯片，亦即数据线读取电路)。当第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C中为具有非晶硅薄膜晶体管结构的像素阵列时，所述数据线读取电路不制作在透明基板305上，而当第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C中采用单晶硅薄膜晶体管等其它类型的薄膜晶体管时，可以将所述数据线读取电路集成在透明基板305上。
本实施例中，控制芯片319和系统芯片323均可以集成在透明基板305上，也可以使用柔性接插件与透明基板305连接，即栅驱动电路设置于外置的电路芯片上。
本实施例中，栅极驱动走线317和数据扫描走线321均可以是由金属形成的平行线，所述金属可以为铝或者铜等，并且栅极驱动走线317和数据扫描走线321可以在各像素阵列区的各像素单元形成过程中同时形成。
本实施例中，使用一个系统芯片323同时读取第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C各自产生的电信号，并且使用一个控制芯片319控制每个像素阵列区的工作时序，使每个像素阵列区有序的工作，避免串扰现象出现，从而可以协调各像素阵列区的工作。并且，由于只需要一个控制芯片319和一个系统芯片323，因此所述复合式光学传感器的结构更加简化，节省成本，并减小所述复合式光学传感器占用的空间。
本实施例中，将第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C集成在一起，具体的，可以通过外围走线(包括栅极驱动走线317和数据扫描走线321)对复合式光学传感器的工作时序进行控制，从而可以协调第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C进行不同的工作。并且通过所述时序控制，可以减小复合式光学传感器做出误检的概率，例如通过协调第一像素阵列区305A和第三像素阵列区305C的工作，可以防止反射回第一像素阵列区305A的反射光线3032淹没在环境光(即图3所示可见光光线315)中。
请参考图5，示出了一个第一像素单元3071的放大示意图。
本实施例中，第一像素单元3071包括第一透明区域3071A、第一挡光区域3071B和第一光电二极管30711，第一光电二极管30711位于第一挡光区域3071B上方。第一挡光区域3071B具有位于透明基板305上的第一遮光层3091，或者说，第一遮光层3091限定出第一挡光区域3071B。第一光电二极管30711可以具有顶电极(未示出)和底电极(未示出)。第一像素单元3071还包括存储电容上极板(未示出)等结构。第一像素单元3071连接两个轴向的走线，分别为驱动线3081和数据线3082。驱动线3081与图4中栅极驱动走线317电连接，数据线3082与图4中数据扫描走线321电连接。
本实施例中，第一像素单元3071还包括有薄膜晶体管区30712(部分显示)，薄膜晶体管区30712可以具有一个或者多个薄膜晶体管，所述一个或者多个薄膜晶体管均为非晶硅薄膜晶体管，即本实施例采用非晶硅薄膜晶体管形成各像素单元，并进一步形成各像素阵列区。薄膜晶体管区30712中，所述一个或者多个薄膜晶体管一方面电连接第一光电二极管30711，另一方面电连接驱动线3081和数据线3082，从而使第一光电二极管30711产生的光电子或者光电荷能够被控制和读出。
当所述非晶硅薄膜晶体管为一个时，其直接与第一光电二极管30711连接，从而使第一光电二极管30711产生的光电子或者光电荷通过其传输至相应的数据读取电路。
当所述非晶硅薄膜晶体管为多个时，具体可以为3个、4个或者5个。以4个非晶硅薄膜晶体管结构为例，具体的，所述4个MOS晶体管分别为复位晶体管、放大晶体管、选择晶体管和传输晶体管。除了所述四个非晶硅薄膜晶体管之外，第一像素单元3071还包括有位于传输晶体管栅极结构和复位晶体管栅极结构之间的浮置扩散区(Floating Diffusion，FD)。在具体的工作过程中，在未接收光照时，复位晶体管的栅极接收高电平脉冲信号，对浮置扩散区进行复位，使浮置扩散区为高电平；复位晶体管的栅极脉冲信号转为低电平时，复位结束。然后选择晶体管的栅极接收高电平的脉冲信号，读出初始信号。然后光电二极管在预定时间内接收光照，并根据光照产生载流子。然后，传输晶体管的栅极接收高电平脉冲信号，将所述载流子从光电二极管传输至浮置扩散区，在浮置扩散区转换成电压信号。然后选择晶体管接收高电平的脉冲电压信号，所述电压信号自浮置扩散区经过放大晶体管和选择晶体管输出，通过前后两次信号的采集，并将采集结果进行(作差)运算，完成光信号(图像信号)的采集与传输。
需要说明的是，与第一像素阵列区305A相同的，本实施例中，第二像素阵列区305B具有阵列排布的多个第二像素单元3072，每个第二像素单元3072包括第二透明区域、第二挡光区域和第二光电二极管，第二挡光区域具有位于透明基板305上的第二遮光层3092，第二光电二极管位于第二遮光层3092上方；第三像素阵列区305C具有阵列排布的多个第三像素单元3073，第三像素单元3073包括第三挡光区域和第三光电二极管，第三挡光区域具有位于透明基板305上的第三遮光层3093，第三光电二极管位于第三遮光层3093上方。并且，进一步的，第二像素单元3072和第三像素单元3073可以与第一像素单元3071具有相同的结构，即具有多个非晶硅薄膜晶体管。但是同时，也可以根据需要改变第二像素单元3072和第三像素单元3073的结构和大小，并且可以调整第一光电二极管30711和第二光电二极管的结构和大小，调整第一透明区域3071A和第二透明区域的大小等等。
请参考图6，示出了多个第一像素单元3071形成的像素阵列示意图。本实施例中，多个第一像素单元3071可以形成如图6所示的像素阵列，此时，各第一像素单元3071排列规整，可以有效利用透明基板305中所述第一表面的面积。但是需要说明的是，在本发明的其它实施例中，各第一像素单元3071也可以采取其它排列方式。
本实施例所提供的复合式光学传感器中，由于具有第一像素阵列区305A、第二像素阵列区305B和第三像素阵列区305C，并且第一像素阵列区305A用于接收光源303被靠近外盖板302的物体反射回来的光线，第二像素阵列区305B用于接收光源303被贴附在外盖板302上的指纹反射回来的光线，第三像素阵列区305C用于接收从外盖板302外部传来的可见光光线，因此，利用本实施例所提供的复合式光学传感器能够同时实现距离传感器、环境光传感器和指纹传感器的功能。并且，复合式光学传感器只需要一个统一的电源、通信接口、芯片和光源等元件，结构简单紧凑，成本低，并且由于结构布置合理，占用空间小，有利于应用此复合式光学传感器的电子产品的小型化和轻薄化。
本实施例所提供的复合式光学传感器中，由于集成了三种传感器的功能，通过同一个系统控制，可以确保三种功能有序的协调工作，避免相互干扰，同时各像素阵列区采集到的信息相互关联，具有共享意义，并且能够进行共享，因此不同像素阵列区可以协同工作，有利于进行更多的操作和工作，提高了复合式光学传感器的应用价值。
本发明实施例还提供一种复合式光学传感器的使用方法，使用方法运用于前述复合式光学传感器，所述复合式光学传感器的具体结构和性质请参考前述实施例相应内容。
请参考图7，示出了本实施例所提供的复合式光学传感器的使用方法的各流程，具体的，所述使用方法包括步骤701至步骤705等五个步骤。
首先执行步骤701，使用所述第一像素阵列区接收所述光源被靠近所述外盖板的手指反射回来的光线，得到所述手指距离信息。
本实施例中，第一像素阵列区起到的是距离传感器的作用，因此，先使用所述第一像素阵列区接收所述光源被靠近所述外盖板的手指反射回来的光线，可以得到手指到传感器的距离信息。
执行步骤702，根据所述距离信息，判断所述手指是否贴附在所述外盖板上。
本实施例中，判断所述手指是否贴附在所述外盖板上可以作为是否进行指纹采集的依据，当从手指到传感器的距离信息判断出手指已经贴附在外盖板上时，即可进行指纹信息的采集。
执行步骤703，使用所述第二像素阵列区接收所述光源被贴附在所述外盖板上的指纹反射回来的光线，形成指纹图像信息。
本实施例中，第二像素阵列区起到的是指纹传感器的作用，具体内容可参考前述实施例相应内容。
执行步骤704，使用所述第三像素阵列区接收从所述外盖板外部传来的可见光光线，产生环境光信息。
本实施例中，第三像素阵列区起到的是环境光传感器的作用，具体内容可参考前述实施例相应内容。
执行步骤705，根据所述环境光信息对所述指纹图像信息进行背景干扰消除处理。
对于相互独立的指纹传感器和环境光传感器而言，它们相互之间无法起到协同作用。然而，本实施例中的复合式光学传感器而言，由于第三像素阵列区和第二像素阵列区集成在同一透明基板上，因此，可以利用第三像素阵列区获得环境中的背景光光强，然后既可以根据背景光光强对第二像素阵列区的光线采集提前做出调整，也可以在第二像素阵列区获得图像之后，再根据第三像素阵列区获得的背景光作背景干扰消除处理。光学指纹识别传感器对应于本实施例中的第二像素阵列区，其对环境光的干扰有一定的敏感性，本实施例通过将第三像素阵列区和第二像素阵列区集成在一起，并使两者之间实现信息共享，从而提高复合式光学传感器对指纹的识别效率和识别准确率。
需要说明的是，在本发明的其它实施使用中，可以省略步骤701和步骤702，而直接进行后续步骤，或者，也可以省略步骤704和步骤705。
本实施例采用步骤701至步骤705，充分调用了第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区进行协同工作，并且起到新的、有效的应用功能。此外，本发明所提供的复合式光学传感器还可以通过其它使用方法协调第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区进行工作，并可以因此减小复合式光学传感器做出误检的概率，例如前面所述，通过协调第一像素阵列区和第三像素阵列区的工作，可以防止反射回第一像素阵列区的反射光线淹没在环境光中。
本发明实施例还提供了一种复合式光学传感器的制作方法，所述方法包括以步骤一至步骤五。
首先，执行步骤一，提供外盖板、透明基板和光源，其中透明基板具有相对的第一表面和第二表面。
本实施例中，光源可以为红外光光源和可见光光源的至少其中之一。
本实施例中，外盖板具有透明性能，其具体可以为玻璃或者塑料基质的盖板，也可以是其它任何适宜材料，本发明对此不作限定。并且在本发明的其它实施例中，外盖板可以省略。
本实施例中，透明基板可以为玻璃基板或者塑料基板。
执行步骤二，在第一表面上形成第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区，其中，第一像素阵列区用于接收光源被靠近外盖板的物体反射回来的光线，第二像素阵列区用于接收光源被贴附在外盖板上的指纹反射回来的光线，第三像素阵列区用于接收从外盖板外部传来的可见光光线。
第二像素阵列区形成在第一像素阵列区与第三像素阵列区之间。
具体的，形成第一像素阵列区的过程包括：在第一表面上形成阵列排布的多个第一像素单元，每个第一像素单元包括第一透明区域、第一挡光区域和第一光电二极管，第一光电二极管位于第一挡光区域上方。同样的，形成第二像素阵列区的过程包括：在第一表面上形成阵列排布的多个第二像素单元，每个第二像素单元包括第二透明区域、第二挡光区域和第二光电二极管，第二光电二极管位于第二挡光区域上方。形成第二像素阵列区的过程包括：在第一表面上形成阵列排布的多个第三像素单元，第三像素单元包括第三挡光区域和第三光电二极管，第三光电二极管位于第三挡光区域上方。
本实施例中，通过在透明基板上形成第一遮光层而形成第一挡光区域，通过在透明基板上形成第二遮光层而形成第二挡光区域，通过在透明基板上形成第三遮光层而形成第三挡光区域。
本实施例中，第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元包括多个薄膜晶体管，采用非晶硅薄膜晶体管形成工艺形成薄膜晶体管。
本实施例中，在形成第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的同时，形成栅驱动电路使第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元连接至控制芯片。
本实施例中，在形成第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的同时，形成数据读取电路使第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的电荷信号或者电压信号连接至系统芯片。
本实施例中，控制芯片和系统芯片均可以集成在透明基板上，也可以使用柔性接插件与透明基板连接，即栅驱动电路设置于外置的电路芯片上。
执行步骤三，在所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区上形成封装基板，所述封装基板覆盖所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区。
执行步骤四，将外盖板与透明基板相对设置，并使外盖板正对透明基板的第一表面。
本实施例中，可以将外盖板和透明基板共同设置在电子产品中，其中，外盖板密封在电子产品外壳，而透明基板置于电子产品内部。
执行步骤五，将光源设置于外盖板内侧，并使光源所发出的光线能够穿过外盖板传播至外盖板外侧。
本实施例中，进一步将透明基板设置于外盖板与光源之间，第一表面正对外盖板，第二表面正对光源。
需要说明的是，在本发明的其它实施例中，外盖板和光源的设置顺序可以任意调换。
本发明实施例所提供的复合式光学传感器的制作方法中，通过将第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区制作在一起，节省工艺步骤，并且方便后续的封装工艺，同时各像素阵列区分区形成，不会相互影响，降低了制作工艺难度，提高生产良率，并且节省工艺时间，降低生产成本。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (26)

1.一种复合式光学传感器，包括：
光源；
透明基板，所述透明基板具有相对的第一表面和第二表面；
其特征在于，所述复合式光学传感器还包括：
第一像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收所述光源被外界物体反射回来的光线；
第二像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收所述光源被指纹反射回来的光线；
第三像素阵列区，位于所述第一表面上，用于接收从环境中传入的可见光光线。
2.如权利要求1所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述复合式光学传感器还包括：位于第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区上的封装基板，所述封装基板覆盖所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区。
3.如权利要求2所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述复合式光学传感器还包括：外盖板，所述外盖板与所述透明基板相对设置，并且所述外盖板正对所述第一表面。
4.如权利要求3所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述光源与所述透明基板相对设置，并且所述光源正对所述第二表面。
5.如权利要求4所述的复合式光学传感器，其特征在于：
所述第一像素阵列区具有阵列排布的多个第一像素单元，每个所述第一像素单元包括第一透明区域、第一挡光区域和第一光电二极管，所述第一光电二极管位于所述第一挡光区域上方；
所述第二像素阵列区具有阵列排布的多个第二像素单元，每个所述第二像素单元包括第二透明区域、第二挡光区域和第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第二挡光区域上方；
所述第三像素阵列区具有阵列排布的多个第三像素单元，所述第三像素单元包括第三挡光区域和第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第三挡光区域上方。
6.如权利要求5所述的复合式光学传感器，其特征在于：
所述第一挡光区域具有位于所述透明基板上的第一遮光层；
所述第二挡光区域具有位于所述透明基板上的第二遮光层；
所述第三挡光区域具有位于所述透明基板上的第三遮光层。
7.如权利要求5所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元包括多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管均为非晶硅薄膜晶体管。
8.如权利要求5所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述第二像素单元通过栅驱动电路连接至控制芯片。
9.如权利要求8所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述栅驱动电路位于所述透明基板上，或者所述栅驱动电路位于外置的电路芯片上。
10.如权利要求5所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元通过数据读取电路连接至系统芯片。
11.如权利要求1所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述光源为红外光光源和可见光光源的至少其中之一。
12.如权利要求1所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述第二像素阵列区位于所述第一像素阵列区与所述第三像素阵列区之间。
13.一种复合式光学传感器的使用方法，所述使用方法运用于如权利要求1至12任一项所述的复合式光学传感器，其特征在于，所述使用方法包括：
使用所述第三像素阵列区接收从所述外盖板外部传来的可见光光线，产生环境光信息；
使用所述第二像素阵列区接收所述光源被贴附在所述外盖板上的指纹反射回来的光线，形成指纹图像信息；
根据所述环境光信息对所述指纹图像信息进行背景干扰消除处理。
14.如权利要求13所述的复合式光学传感器的使用方法，其特征在于，所述使用方法还包括：
使用所述第一像素阵列区接收所述光源被靠近所述外盖板的手指反射回来的光线，得到所述手指的距离信息；
根据所述距离信息，判断所述手指是否贴附在所述外盖板上。
15.一种复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供透明基板和光源，所述透明基板具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一表面上形成第一像素阵列区，所述第一像素阵列区用于接收所述光源被外界物体反射回来的光线；
在所述第一表面上形成第二像素阵列区，所述第二像素阵列区用于接收所述光源被指纹反射回来的光线；
在所述第一表面上形成第三像素阵列区，所述第三像素阵列区用于接收从环境传入的可见光光线。
16.如权利要求15所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：在所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区上形成封装基板，所述封装基板覆盖所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区。
17.如权利要求16所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：提供外盖板，在形成所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区之后，将所述外盖板与所述透明基板相对设置，使所述外盖板正对所述第一表面。
18.如权利要求17所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：在形成所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区之后，将所述光源与所述透明基板相对设置，使所述光源正对所述第二表面。
19.如权利要求18所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，在所述第一表面上形成所述第一像素阵列区、第二像素阵列区和第三像素阵列区包括：
在所述第一表面上形成阵列排布的多个第一像素单元，每个所述第一像素单元包括第一透明区域、第一挡光区域和第一光电二极管，所述第一光电二极管位于所述第一挡光区域上方；
在所述第一表面上形成阵列排布的多个第二像素单元，每个所述第二像素单元包括第二透明区域、第二挡光区域和第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第二挡光区域上方；
在所述第一表面上形成阵列排布的多个第三像素单元，所述第三像素单元包括第三挡光区域和第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第三挡光区域上方。
20.如权利要求19所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于：
通过在所述透明基板上形成第一遮光层而形成所述第一挡光区域；
通过在所述透明基板上形成第二遮光层而形成所述第二挡光区域；
通过在所述透明基板上形成第三遮光层而形成所述第三挡光区域。
21.如权利要求18所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元包括多个薄膜晶体管，采用非晶硅薄膜晶体管形成工艺形成所述薄膜晶体管。
22.如权利要求18所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，在形成所述第二像素单元的同时，形成栅驱动电路使所述第二像素单元连接至控制芯片。
23.如权利要求22所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，设置所述栅驱动电路于所述透明基板上，或者设置所述栅驱动电路于外置的电路芯片上。
24.如权利要求18所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，在形成所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的同时，形成数据读取电路使所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的电荷信号或者电压信号连接至系统芯片。
25.如权利要求15所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，所述光源为红外光光源和可见光光源的至少其中之一。
26.如权利要求15所述的复合式光学传感器的制作方法，其特征在于，所述第二像素阵列区形成在所述第一像素阵列区与所述第三像素阵列区之间。
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