CN105095872A - 一种基板及其制备方法、指纹识别传感器、指纹识别装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种基板及其制备方法、指纹识别传感器、指纹识别装置，涉及指纹识别技术领域，可使指纹识别装置的厚度较薄。该具有指纹识别功能的基板包括：在衬底基板上阵列排布的多个传感单元，所述传感单元包括薄膜晶体管以及光敏器件；所述光敏器件包括金属导电材料的第一电极、透明导电材料的第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的光敏层；其中，所述第一电极和所述第二电极均与所述光敏层接触，且所述光敏层在所述衬底基板上的投影被所述第一电极在所述衬底基板上的投影覆盖；所述薄膜晶体管的栅极与栅极扫描线相连，源极与读取信号线相连，漏极与所述光敏层接触。用于具有指纹识别功能的装置。

Description

一种基板及其制备方法、指纹识别传感器、指纹识别装置
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种具有指纹识别功能的基板及其制备方法、指纹识别传感器、指纹识别装置。
背景技术
我们的手指的皮肤凹凸不平产生的纹路会形成各种各样的图案，这些皮肤的纹路各不相同，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹等对应起来，通过和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。
如图1所示，目前指纹识别装置的指纹识别原理为：光源200发出的光经棱镜201透射到手指凹凸不平的皮肤纹路上后，经手指反射后再次进入棱镜201传播后到达聚焦透镜202，并通过聚焦透镜202聚焦后成像到图像传感器203上。其中，由于手指纹路上谷线和脊线折射的角度及反射回去的光线强度不同，将其投射在图像传感器203上后，可形成指纹图像。
但由于以上指纹识别装置中，棱镜201、聚焦透镜202、图像传感器203本身需占用较大空间，此外为保证成像棱镜201与聚焦透镜202之间的需设置一定的距离，聚焦透镜202与图像传感器203之间也需设置一定的距离，从而导致整体厚度较大，无法满足薄型化的市场需求。
发明内容
本发明的实施例提供一种基板及其制备方法、指纹识别传感器、指纹识别装置，可使指纹识别装置的厚度较薄。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种具有指纹识别功能的基板，包括：在衬底基板上阵列排布的多个传感单元，所述传感单元包括薄膜晶体管以及光敏器件；所述光敏器件包括金属导电材料的第一电极、透明导电材料的第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的光敏层；其中，所述第一电极和所述第二电极均与所述光敏层接触，且所述光敏层在所述衬底基板上的投影被所述第一电极在所述衬底基板上的投影覆盖；所述薄膜晶体管的栅极与栅极扫描线相连，源极与读取信号线相连，漏极与所述光敏层接触。
优选的，每行所述传感单元中的所述第一电极电连接。
优选的，每行所述传感单元中的所述第二电极电连接。
优选的，所述光敏层的材料为非晶硅或低温多晶硅。
进一步优选的，所述光敏层与所述薄膜晶体管的半导体有源层同层设置。
进一步优选的，所述第一电极与所述薄膜晶体管的栅极同层设置。
进一步优选的，所述具有指纹识别功能的基板还包括位于所述第二电极和所述源极与所述漏极之间的树脂层；所述第二电极通过位于所述树脂层上的过孔与所述光敏层接触。
另一方面，提供一种指纹识别传感器，包括：上述的具有指纹识别功能的基板、导光板和光源；其中，所述导光板靠近所述具有指纹识别功能的基板的第二电极一侧设置；所述光源靠近所述导光板的侧面设置，或所述光源靠近所述具有指纹识别功能的基板的第一电极一侧设置。
再一方面，提供一种指纹识别装置，包括上述的指纹识别传感器以及与具有指纹识别功能的基板的读取信号线相连的信号接收装置；所述信号接收装置用于接收所述读取信号线输出的指纹信号，以根据所述指纹信号识别指纹信息。
又一方面，提供一种具有指纹识别功能的基板的制备方法，包括：在衬底基板上通过一次构图工艺形成薄膜晶体管的栅极、光敏器件的第一电极以及与所述栅极连接的栅极扫描线；在形成有所述栅极、所述栅极扫描线、所述第一电极的基板上通过一次构图工艺形成栅绝缘层，所述栅绝缘层包括露出所述第一电极的第一过孔；在形成有所述栅绝缘层的基板上形成所述薄膜晶体管的半导体有源层、所述光敏器件的光敏层，所述光敏层通过所述第一过孔与所述第一电极接触；在形成有所述半导体有源层和所述光敏层的基板上通过一次构图工艺形成所述薄膜晶体管的源极和漏极、与所述源极连接的读取信号线，所述漏极与所述光敏层接触；在形成有所述源极、所述漏极、所述读取信号线的基板上通过一次构图工艺形成树脂层，所述树脂层包括露出所述光敏层的第二过孔；在形成有所述树脂层的基板上通过一次构图工艺形成所述光敏器件的第二电极，所述第二电极通过所述第二过孔与所述光敏层接触。
本发明的实施例提供一种具有指纹识别功能的基板及其制备方法、指纹识别传感器、指纹识别装置，相对于现有技术中的指纹识别装置中包括的棱镜、聚焦透镜、图像传感器以及为保证成像而需在相应的器件之间设置一定的距离，本发明实施例中只需包括导光板和上述的具有指纹识别功能的基板，而该基板只需在衬底基板上形成薄膜晶体管和光敏器件，因而，本发明实施例提供的所述指纹识别传感器具有更薄的厚度，从而可以满足薄型化的市场需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种指纹识别装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种具有指纹识别功能的基板的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的一种具有指纹识别功能的基板的结构示意图二；
图4为图3中沿AA’的剖视示意图；
图5为本发明实施例提供的一种指纹识别传感器的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种指纹识别装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种制备具有指纹识别功能的基板的流程示意图。
附图标记：
01-具有指纹识别功能的基板；02-导光板；03-信号接收装置；10-传感单元；11-衬底基板；12-薄膜晶体管；13-光敏器件；14-栅极扫描线；15-读取信号线；121-栅极；122-栅绝缘层；123-半导体有源层；124-源极；125-漏极；131-第一电极；132-光敏层；133-第二电极；134-树脂层；200-光源；201-棱镜；202-聚焦透镜；203-图像传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种具有指纹识别功能的基板01，如图2和图3所示，所述具有指纹识别功能的基板01包括：在衬底基板上阵列排布的多个传感单元10，所述传感单元10包括薄膜晶体管12以及光敏器件13。
如图3和4所示，所述光敏器件13包括金属导电材料的第一电极131、透明导电材料的第二电极133以及位于所述第一电极131和所述第二电极133之间的光敏层132；其中，所述第一电极131和所述第二电极133均与所述光敏层132接触，且所述光敏层132在所述衬底基板上的投影被所述第一电极131在所述衬底基板上的投影覆盖。
如图3和4所示，所述薄膜晶体管12包括栅极121、栅绝缘层122、半导体有源层123、源极124和漏极125；所述栅极121与栅极扫描线14相连，源极124与读取信号线15相连，漏极125与所述光敏层132接触。
此处，优选每行所述传感单元10中的所述薄膜晶体管12的栅极121与一根所述栅极扫描线14相连，每列所述传感单元10中的所述薄膜晶体管12的源极124与一根所述读取信号线15相连。
本发明实施例中，传感单元10进行指纹识别的原理为：利用光的折射和反射原理，当手指接触屏幕(包含该具有指纹识别功能的基板01的指纹识别装置的屏幕)时，光源照射到手指指纹的谷线和脊线上，由于谷线和脊线折射的角度及反射回去的光照强度不同，将其投射在光敏器件13的光敏层132上，引起夹在具有固定电位V0的第一电极131和具有固定电位V1的第二电极133之间的光敏层132的阻值发生变化，从而电流发生变化，该电流通过处于导通状态的薄膜晶体管12传出至所述读取信号线15，以使与所述读取信号线15相连的读取装置根据该电流可以识别出指纹的谷线和脊线。
需要说明的是，第一，本发明实施例中，使所述光敏层132在所述衬底基板上的投影被所述第一电极131在所述衬底基板上的投影覆盖，即为：光不能通过所述第一电极131而到达所述光敏层132。
这样设置的目的是：采用不透明金属材料的第一电极103来遮挡外部光源，防止外部光源引起光敏层132阻值的变化。即，需要保证经手指反射或折射后的光照通过透明材料的第二电极133到达所述光敏层132。
其中，不对所述光敏层132的材料进行限定，只要在第一电极103和第二电极133的电压一定的情况下，根据光照的不同其阻值变化不同即可。
此外，由于薄膜晶体管12中的栅极121，源极124和漏极125的材料也采用不透明金属材料，因此，为了减少构图工艺次数，可使所述第一电极103与栅极121或源极124和漏极125通过同一次构图工艺形成。
第二，本领域技术人员根据上述原理应该知道，除指纹外，本发明也适用于掌纹识别。
第三，对于所述传感单元10的尺寸，可根据脊线到相邻脊线之间的距离，谷线到相邻谷线之间的距离而定，只要保证所述传感单元10的边长小于脊线到相邻脊线之间的距离和谷线到相邻谷线之间的距离的最小值即可。其尺寸例如可以为50μm×50μm。
第四，本发明所有实施例中采用的薄膜晶体管12的源极124、漏极125是对称的，所以其源极124、漏极125是没有区别的。基于此，为区分薄膜晶体管12除栅极121之外的两极，将其中一极称为源极124，另一极称为漏极125。
第五，所述薄膜晶体管12可以为n型、p型双型等。
此外，根据薄膜晶体管12中半导体有源层与源极和漏极的形成顺序不同，本发明实施例中的所述薄膜晶体管12可以为交错型、反交错型、以及共面型、反共面型等。
本发明实施例提供了一种具有指纹识别功能的基板01，相对于现有技术中的指纹识别装置中包括的棱镜、聚焦透镜、图像传感器以及为保证成像而需在相应的器件之间设置一定的距离，本发明实施例中只需在衬底基板上形成薄膜晶体管12和光敏器件13便可使最终形成的基板具有指纹识别功能，因而，本发明实施例提供的所述基板01具有更薄的厚度，从而可以满足薄型化的市场需求。
优选的，如图3所述，每行所述传感单元10中的所述第一电极131电连接。
在此基础上，所述基板01还可以包括与每行所述第一电极131分别电连接的多根第一电极连线，该第一电极连线用于为所述第一电极131提供电压。其中，本发明实施例中可以将所述基板01分为感应区和位于所述感应区周边的布线区；所述传感单元10位于所述感应区，第一电极连线位于所述布线区。
本发明实施例中，通过使每行所述传感单元10中的第一电极131电连接，可以减少为所述第一电极131供电的第一电极走线的走线数量，简化工艺复杂度。
优选的，每行所述传感单元10中的所述第二电极133电连接。
在此基础上，所述基板01还可以包括与每行所述第二电极133分别电连接的多根第二电极连线，该第二电极连线用于为所述第二电极133提供电压。其中，第二电极连线位于所述布线区。
本发明实施例中，通过使每行所述传感单元10中的第二电极133电连接，可以减少为所述第二电极133供电的第二电极走线的走线数量，简化工艺复杂度。
需要说明的是，上述所指的每行所述传感单元10为与所述栅极扫描线14平行的每行所述传感单元10。
优选的，所述光敏层132的材料为非晶硅或低温多晶硅。
本发明实施例采用非晶硅或低温多晶硅作为光敏层132的材料是因为二者容易制备且工艺成熟。
进一步的，如图4所述，优选所述光敏层132与所述薄膜晶体管12的半导体有源层123同层设置。
即，通过一次构图工艺既形成所述光敏层132，又形成所述半导体有源层123。这样可以减少构图工艺次数。
进一步优选的，如图4所述，所述第一电极131与所述薄膜晶体管12的栅极121同层设置。
即，通过一次构图工艺既形成所述第一电极131，又形成所述栅极121。这样可以减少构图工艺次数。
进一步优选的，如图4所述，所述具有指纹识别功能的基板01还包括位于所述第二电极133和所述源极124与所述漏极125之间的树脂层134；所述第二电极133通过位于所述树脂层134上的过孔与所述光敏层132接触。
此处需要说明的是，对于每个传感单元10中的第二电极133，沿衬底基板的垂直方向，当其与薄膜晶体管12重叠时，会与薄膜晶体管12中的电极之间产生寄生电容，因此，本领域技术人员应该明白，在制作第二电极133的过程中，应尽量少的使第二电极133与薄膜晶体管12重叠。其中，由于漏极125需要与光敏层132接触，因而第二电极133不可避免的会与漏极125重叠，在此基础上，应尽量避免第二电极133与源极124重叠。
一方面，通过设置所述树脂层134，可避免在形成第二电极133时对薄膜晶体管12的源极124和漏极125造成影响；另一方面，树脂层134的材料为有机材料，其相对无机材料可做的较厚，因而可减小第二电极133与漏极125之间的寄生电容，从而避免对薄膜晶体管12的性能造成影响。
下面提供一具体实施例以详细说明本发明优选的一种具有指纹识别功能的基板01。参考图3和图4，该基板01包括阵列排布的多个传感单元10。
其中，对于每个传感单元10，包括：靠近所述衬底基板且同层设置的金属材料的栅极121和第一电极131；设置于所述栅极121和第一电极131上方的栅绝缘层122，其中所述栅绝缘层122包括露出所述第一电极131的第一过孔；设置于所述栅绝缘层122上方且同层设置的非晶硅材料的半导体有源层123和光敏层132，其中所述光敏层132通过位于所述栅绝缘层122上的第一过孔与所述第一电极131接触；设置于所述半导体有源层123和光敏层132上方且同层的源极124和漏极125，所述漏极125与所述光敏层132接触；设置于所述源极124和漏极125上方的树脂层134，其中所述树脂层134包括露出所述光敏层132的第二过孔；设置于所述树脂层134上方的透明导电材料的第二电极133，所述第二电极133通过位于所述树脂层134上的第二过孔与所述第二电极133接触。
当然，在此基础上，还可以包括：与栅极121连接且同层的栅极扫描线14，与源极124连接且同层的读取信号线15，以及设置于所述第二电极133上方的保护层(图中未标识出)等。
本发明实施例还提供了一种指纹识别传感器，如图5所述，该指纹识别传感器包括：上述的具有指纹识别功能的基板01、导光板02和光源(图中未标识出)。
其中，所述导光板02靠近所述具有指纹识别功能的基板01的第二电极133一侧设置；所述光源靠近所述导光板02的侧面设置，或所述光源靠近所述具有指纹识别功能的基板01的第一电极131一侧设置。
此外，所述具有指纹识别功能的基板01和所述导光板02可以通过光学透明树脂胶(OpticalClearResin，OCR)粘结。即，通过OCR胶将所述基板01和所述导光板02固定。其中，采用OCR胶可避免对光透过率产生影响。
本发明实施例中，基于所述基板01中的传感单元10进行指纹识别的原理，当在其上设置所述导光板02时，可以控制所述光源以一定角度入射所述导光板02以使光在导光板02中发生全反射。这样，当手指接触到导光板02(导光板02即为指纹识别装置的屏幕)时，由于指纹的脊线与导光板02直接接触而破坏导光板02内光的全反射，使得部分光从导光板02射出而到达与该脊线对应的传感单元10中的光敏器件13上，引起夹在具有固定电位的第一电极131和具有固定电位的第二电极133之间的光敏层132的阻值发生变化，相应的电流也发生变化；而指纹的谷线由于没有直接接触导光板02，其没有破坏导光板02内光的全反射，不会引起与该谷线对应的传感单元10中的光敏层132阻值发生变化，因而电流也不会发生变化。
基于此，当电流通过处于导通状态的薄膜晶体管12传出至所述读取信号线15时，与所述读取信号线15相连的读取装置便可根据该电流识别出指纹的谷线和脊线。
需要说明的是，当所述光源靠近所述导光板02的侧面设置时，从该光源出射的光到达导光板02后，需保证入射到导光板02中的光能发生全反射。当所述光源靠近所述具有指纹识别功能的基板01的第一电极131一侧设置时，由于第一电极131不透明，因此，优选所述光源设置在相邻两个第一电极131之间，且需保证入射到导光板02中的光能发生全反射。
本发明实施例提供了一种指纹识别传感器，相对于现有技术中的指纹识别装置中包括的棱镜、聚焦透镜、图像传感器以及为保证成像而需在相应的器件之间设置一定的距离，本发明实施例中只需包括导光板02和上述的具有指纹识别功能的基板01，而该基板01只需在衬底基板上形成薄膜晶体管12和光敏器件13，因而，本发明实施例提供的所述指纹识别传感器具有更薄的厚度，从而可以满足薄型化的市场需求。
本发明实施例还提供了一种指纹识别装置，如图6所示，该指纹识别装置包括上述的指纹识别传感器以及与具有指纹识别功能的基板01的读取信号线15相连的信号接收装置03；所述信号接收装置03用于接收所述读取信号线15输出的指纹信号，以根据所述指纹信号识别指纹信息。
具体的，当手指与屏幕(导光板02即为指纹识别装置的屏幕)接触时，由于指纹的脊线与导光板02直接接触而破坏导光板02内光的全反射，使得部分光从导光板02射出而到达与该脊线对应的传感单元10中的光敏器件13上，引起该光敏器件13中光敏层132的阻值发生变化，从而引起电流发生变化，该电流信号经处于开启状态的薄膜晶体管12到达读取信号线15，并传出至所述信号接收装置03，以便信号接收装置03根据该电流信号来判断出该传感单元10采集的指纹信息为指纹的脊线。
指纹的谷线由于没有直接接触导光板02，其没有破坏导光板02内光的全反射，不会引起与该谷线对应的传感单元10中的光敏层132阻值发生变化，因而电流也不会发生变化，未变化的电流经读取信号线15传出至所述信号接收装置03，以便信号接收装置03根据该电流信号来判断出该传感单元10采集的指纹信息为指纹的谷线。
其中，栅极扫描线14为上述指纹信息(谷线或脊线)对应的传感单元10的横坐标，读取信号线15为上述指指纹信息(谷线或脊线)对应的传感单元10的纵坐标。通过上述坐标可以确定出该指纹信息对应于屏幕的具体位置。
本发明实施例还提供了一种具有指纹识别功能的基板01的制备方法，该基板01包括在衬底基板上阵列排布的多个传感单元10，所述传感单元10包括薄膜晶体管12以及光敏器件13。
如图7所示，该方法包括如下步骤：
S10、参考图3和图4所示，在衬底基板上通过一次构图工艺形成薄膜晶体管12的栅极121、光敏器件13的第一电极131以及与所述栅极121连接的栅极扫描线14。
S11、参考图3和图4所示，在形成有所述栅极121、所述栅极扫描线14、所述第一电极131的基板上通过一次构图工艺形成栅绝缘层122，所述栅绝缘层122包括露出所述第一电极的第一过孔。
S12、参考图3和图4所示，在形成有所述栅绝缘层122的基板上形成所述薄膜晶体管12的半导体有源层123、所述光敏器件13的光敏层132，所述光敏层132通过所述第一过孔与所述第一电极131接触。
S13、参考图3和图4所示，在形成有所述半导体有源层123和所述光敏层132的基板上通过一次构图工艺形成所述薄膜晶体管12的源极124和漏极125、与所述源极124连接的读取信号线15，所述漏极125与所述光敏层132接触。
S14、参考图3和图4所示，在形成有所述源极124、所述漏极125、所述读取信号线15的基板上通过一次构图工艺形成树脂层134，所述树脂层134包括露出所述光敏层132的第二过孔。
S15、参考图3和图4所示，在形成有所述树脂层134的基板上通过一次构图工艺形成所述光敏器件13的第二电极133，所述第二电极133通过所述第二过孔与所述光敏层132接触。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有指纹识别功能的基板，其特征在于，包括：在衬底基板上阵列排布的多个传感单元，所述传感单元包括薄膜晶体管以及光敏器件；
所述光敏器件包括金属导电材料的第一电极、透明导电材料的第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的光敏层；其中，所述第一电极和所述第二电极均与所述光敏层接触，且所述光敏层在所述衬底基板上的投影被所述第一电极在所述衬底基板上的投影覆盖；
所述薄膜晶体管的栅极与栅极扫描线相连，源极与读取信号线相连，漏极与所述光敏层接触。
2.根据权利要求1所述的具有指纹识别功能的基板，其特征在于，每行所述传感单元中的所述第一电极电连接。
3.根据权利要求1所述的具有指纹识别功能的基板，其特征在于，每行所述传感单元中的所述第二电极电连接。
4.根据权利要求1所述的具有指纹识别功能的基板，其特征在于，所述光敏层的材料为非晶硅或低温多晶硅。
5.根据权利要求4所述的具有指纹识别功能的基板，其特征在于，所述光敏层与所述薄膜晶体管的半导体有源层同层设置。
6.根据权利要求5所述的具有指纹识别功能的基板，其特征在于，所述第一电极与所述薄膜晶体管的栅极同层设置。
7.根据权利要求6所述的具有指纹识别功能的基板，其特征在于，所述具有指纹识别功能的基板还包括位于所述第二电极和所述源极与所述漏极之间的树脂层；
所述第二电极通过位于所述树脂层上的过孔与所述光敏层接触。
8.一种指纹识别传感器，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的具有指纹识别功能的基板、导光板和光源；
其中，所述导光板靠近所述具有指纹识别功能的基板的第二电极一侧设置；
所述光源靠近所述导光板的侧面设置，或所述光源靠近所述具有指纹识别功能的基板的第一电极一侧设置。
9.一种指纹识别装置，其特征在于，包括权利要求8所述的指纹识别传感器以及与具有指纹识别功能的基板的读取信号线相连的信号接收装置；
所述信号接收装置用于接收所述读取信号线输出的指纹信号，以根据所述指纹信号识别指纹信息。
10.一种如权利要求7所述的具有指纹识别功能的基板的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上通过一次构图工艺形成薄膜晶体管的栅极、光敏器件的第一电极以及与所述栅极连接的栅极扫描线；
在形成有所述栅极、所述栅极扫描线、所述第一电极的基板上通过一次构图工艺形成栅绝缘层，所述栅绝缘层包括露出所述第一电极的第一过孔；
在形成有所述栅绝缘层的基板上形成所述薄膜晶体管的半导体有源层、所述光敏器件的光敏层，所述光敏层通过所述第一过孔与所述第一电极接触；
在形成有所述半导体有源层和所述光敏层的基板上通过一次构图工艺形成所述薄膜晶体管的源极和漏极、与所述源极连接的读取信号线，所述漏极与所述光敏层接触；
在形成有所述源极、所述漏极、所述读取信号线的基板上通过一次构图工艺形成树脂层，所述树脂层包括露出所述光敏层的第二过孔；
在形成有所述树脂层的基板上通过一次构图工艺形成所述光敏器件的第二电极，所述第二电极通过所述第二过孔与所述光敏层接触。
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