CN105488483A - 一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器 - Google Patents

一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器，包括：控制组件，设置在基板上，其具有栅极、位于栅极正上方的非晶硅层、源极和漏极；感光组件，其具有位于漏极上方的SRO薄膜层、位于SRO薄膜层上方的导电层；第一钝化层；第二钝化层，位于第一钝化层的上方以及导电层的上方；光致变色层，位于第二钝化层的上方；以及保护玻璃。相比于现有技术，本发明设有一光致变色层，当受到太阳光或紫外线照射时，紫外感光变色材料发生分解，产生的银原子能够吸收可见光，原来无色透明的区域就会变成灰黑色；当不再照射时，银原子和卤素原子重新结合成卤化银，已变色的区域从灰黑色恢复为无色透明，从而改善指纹扫描图像品质。

Description

一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器
技术领域
本发明涉及一种传感检测技术，尤其涉及一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器。
背景技术
指纹传感器(又称fingerprintsensor)是实现指纹自动采集的关键器件。一般来说，指纹传感器按指纹成像原理可分为光学指纹传感器、半导体电容传感器、半导体热敏传感器、半导体压感传感器、超声波传感器和射频RF传感器等。
指纹传感器的制造是一项综合性强、技术复杂度高、制造工艺难的高新技术。以光学指纹传感器为例，其主要利用光的折射和反射原理，光线从背光模组射向液晶面板，从液晶面板上方出射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来的光线明暗就会不一样，透过感光元件就会收集到不同明暗程度的图片信息，就可以完成指纹的采集。以半导体指纹传感器为例，这类传感器无论是电容式或是电感式，其原理大体类似，在一块集有成千上万半导体器件的“平板”上，手指贴在其上与其构成了电容(或电感)的另一面，由于手指表面指纹凸凹不平，凸点处与凹点处接触平板的实际距离大小就不一样，形成的电容值(或电感值)也就不一样，根据这个原理将采集到的不同数值汇总，也可以完成指纹的采集。
在现有技术中，基于薄膜晶体管的指纹采集技术包括两个重要部分，其一是背光单元用以提供传感器所需的均匀光源，其二是薄膜晶体管指纹采集包括薄膜晶体管和传感器，且传感器对于来自手指的反射光线的侦测非常敏感，该传感器可测量手指指纹的凹点处(valley)与凸点处(ridge)之间的物理差异。然而，在诸如户外(outdoor)的应用场景下，环境光将会影响到传感器造成传感数据中会失去一些指纹信息。
有鉴于此，如何设计一种新的光学传感器或对现有的光学传感器进行结构改良，以降低或消除环境光对于传感器的不利影响，从而提高指纹采集时的用户体验，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的光学传感器在指纹采集时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器。
依据本发明的一个方面，提供一种可提高指纹扫描(fingerprintscan)图像品质的光学传感器，包括：
一控制组件，设置在一基板上，所述控制组件包括：
一栅极；
一非晶硅层，位于所述栅极的正上方；以及
一源极和一漏极，分别位于所述非晶硅层的相对两侧；
一感光组件，设置在所述基板上，所述感光组件包括：
一SRO薄膜层，位于所述漏极的上方；以及
一导电层，位于所述SRO薄膜层的上方；
一第一钝化层，用以覆盖所述源极和所述漏极；
一第二钝化层，位于所述第一钝化层的上方以及所述导电层的上方；
一光致变色层，位于所述第二钝化层的上方；以及
一保护玻璃，位于所述光致变色层的上方，
其中，当受到太阳光或紫外线照射时，所述光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，所述部分区域从灰黑色恢复变为无色透明。
在其中的一实施例，所述光致变色层或所述光致变色材料为具有紫外感光变色特性的卤化银材质与作为催化剂的氧化铜微晶粒的混合物。
在其中的一实施例，所述导电层为氧化铟锡材质。
在其中的一实施例，所述光学传感器的下方还包括一背光单元，所述背光单元为单色光源或白色光源。
在其中的一实施例，所述单色光源为蓝色LED或绿色LED。
在其中的一实施例，所述白色光源的波长介于450nm～550nm之间。
在其中的一实施例，当受到太阳光或紫外线的照射时，位于指纹按压区域的所述光致变色层或所述保护玻璃维持无色透明状态，以及位于非指纹按压区域的所述光致变色层或所述保护玻璃呈现灰黑色。
在其中的一实施例，所述光学传感器为一指纹传感器。
依据本发明的另一个方面，提供了一种可提高指纹扫描(fingerprintscan)图像品质的光学传感器，包括：
一控制组件，设置在一基板上，所述控制组件包括：
一栅极；
一非晶硅层，位于所述栅极的正上方；以及
一源极和一漏极，分别位于所述非晶硅层的相对两侧；
一感光组件，设置在所述基板上，所述感光组件包括：
一SRO薄膜层，位于所述漏极的上方；以及
一导电层，位于所述SRO薄膜层的上方；
一第一钝化层，用以覆盖所述源极和所述漏极；
一第二钝化层，位于所述第一钝化层的上方以及所述导电层的上方；以及
一保护玻璃，位于所述第二钝化层的上方，所述保护玻璃包含光致变色材料，
其中，当受到太阳光或紫外线照射时，所述光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，所述部分区域从灰黑色恢复变为无色透明。
在其中的一实施例，所述光致变色层或所述光致变色材料为具有紫外感光变色特性的卤化银材质与作为催化剂的氧化铜微晶粒的混合物。
在其中的一实施例，所述导电层为氧化铟锡材质。
在其中的一实施例，所述光学传感器的下方还包括一背光单元，所述背光单元为单色光源或白色光源。
在其中的一实施例，所述单色光源为蓝色LED或绿色LED。
在其中的一实施例，所述白色光源的波长介于450nm～550nm之间。
在其中的一实施例，当受到太阳光或紫外线的照射时，位于指纹按压区域的所述光致变色层或所述保护玻璃维持无色透明状态，以及位于非指纹按压区域的所述光致变色层或所述保护玻璃呈现灰黑色。
在其中的一实施例，所述光学传感器为一指纹传感器(fingerprintsensor)。
采用本发明的可提高指纹扫描图像品质的光学传感器，包括一控制组件、一感光组件、一第一钝化层、一第二钝化层、一光致变色层和一保护玻璃。该控制组件设置在基板上，其包括一栅极、一非晶硅层以及一源极和一漏极。非晶硅层位于栅极的正上方，源极和漏极分别位于非晶硅层的相对两侧。该感光组件设置在上述基板，其包括一SRO薄膜层和一导电层。SRO薄膜层位于漏极的上方，导电层位于SRO薄膜层的上方。第一钝化层用以覆盖源极和漏极。第二钝化层位于第一钝化层的上方以及导电层的上方。光致变色层位于第二钝化层的上方。保护玻璃位于光致变色层的上方，当受到太阳光或紫外线照射时，光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，这些区域从灰黑色恢复变为无色透明。相比于现有技术，本发明在第二钝化层的上方单独设有一光致变色层，当受到太阳光或紫外线照射时，光致变色层中的紫外感光变色材料(诸如溴化银或氯化银)发生分解，产生的银原子能够吸收可见光，当银原子聚集到一定数量时，照射在光学传感器上的光大部分被吸收，原来无色透明的区域(诸如非指纹按压区域)这时就会变成灰黑色；当不再被太阳光或紫外线照射时，在催化剂的作用下，银原子和卤素原子又重新结合成卤化银，由于银离子无法吸收可见光，已变色的区域(即，非指纹按压区域)又从灰黑色恢复为无色透明，从而可改善指纹扫描图像品质。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出依据本发明的一实施方式，可提高指纹扫描图像品质的光学传感器的结构示意图；
图2示出依据本发明另一实施方式，可提高指纹扫描图像品质的光学传感器的结构示意图；
图3示出背光源的波长(wavelength)与SRO薄膜的反应效率(responsivity)的关系曲线示意图；以及
图4A和图4B分别示出采用本发明的指纹传感器之前与之后的指纹扫描图像品质的对比示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出依据本发明的一实施方式，可提高指纹扫描图像品质的光学传感器的结构示意图。
参照图1，在该实施方式中，本发明用来提高指纹扫描图像品质的光学传感器包括一控制组件20、一感光组件30、一第一钝化层(firstpassivationlayer)102、一第二钝化层(secondpassivationlayer)104、一光致变色层(photochromiclayer)106和一保护玻璃(coverglass)108。
具体而言，控制组件20设置在基板100上。控制组件可为一薄膜晶体管，其包括一栅极201、一非晶硅层(a-Silayer)205以及一源极207和一漏极209。非晶硅层205位于栅极201的正上方，并且，非晶硅层205与栅极201之间透过一栅绝缘层(gateinsulationlayer)203进行隔离。源极207和漏极209分别位于非晶硅层205的相对两侧，并利用非晶硅层205形成一沟道层。
感光组件30亦设置在基板100上。感光组件30至少包括一SRO薄膜层302和一透明导电层(transparentconductivelayer)304。例如，透明导电层304为氧化铟锡(ITO)材质。SRO薄膜层302位于漏极209的上方，并且与漏极209相接触。透明导电层304位于SRO薄膜层302的上方。第一钝化层102用以覆盖源极207和漏极209。第二钝化层104位于第一钝化层102的上方以及透明导电层304的上方。光致变色层106位于第二钝化层104的上方。保护玻璃108位于光致变色层106的上方。当受到太阳光或紫外线照射时，光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，这些区域从灰黑色恢复变为无色透明。
由上述可知，为了解决室外环境下，光学传感器的指纹扫描图像品质容易受到太阳光或紫外线影响的问题，本发明在传统指纹传感器的设计架构中，加入了具有紫外感光变色材料的光致变色层。较佳地，紫外感光变色材料可以是诸如卤化银材质与作为催化剂的氧化铜微晶粒的混合物。卤化银例如是溴化银(AgBr)或氯化银(AgCl)。利用光致变色材料的基本原理，在非指纹按压区域阻隔太阳光或紫外线对指纹扫描图像品质的不利影响。
以紫外感光变色材料为溴化银作为示例，当受到太阳光或紫外线照射时，溴化银发生分解，产生银原子(Ag)。由于银原子能吸收可见光，当银原子聚集到一定数量时，照射在光学传感器上的光线大部分被吸收，原来无色透明的非指纹按压区域这时就会变为灰黑色；当把变色后的光学传感器放置在未被太阳光或紫外线照射的地方时，在氧化铜的催化作用下，银原子和溴原子发生化合反应从而重新生成溴化银，因为银离子(Ag+)并不能吸收可见光，此时的非指纹按压区域在光致变色材料的光学特性作用下又会从灰黑色恢复变成无色透明。
在一具体实施例，光学传感器的下方还包括一背光单元(BacklightUnit，BLU)，该背光单元为单色光源或白色光源。例如，单色光源为蓝色LED或绿色LED。又如，白色光源的波长介于450nm～550nm之间。在下文中，将结合图3对背光单元的光源选择进行展开说明。
图2示出依据本发明另一实施方式，可提高指纹扫描图像品质的光学传感器的结构示意图。
将图2与图1进行比较，其主要区别是在于，图2的光学传感器并未单独设置光致变色层，而是将光致变色材料形成于保护玻璃内。亦即，在图2的光学传感器中，位于第二钝化层104上方的保护玻璃108包含了光致变色材料。如此一来，在光致变色材料的光学特性作用下，当受到太阳光或紫外线照射时，光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，这些区域又从灰黑色恢复变为无色透明。
图3示出背光源的波长(wavelength)与SRO薄膜的反应效率(responsivity)的关系曲线示意图。
如图3所示，图中的光源波长——SRO薄膜反应效率的对应关系分别选取了红色LED光源、绿色LED光源、蓝色LED光源和紫色LED光源在不同电压时的变化曲线。其中，红色LED光源的施加电压为5V，绿色LED光源的施加电压为6V，蓝色LED光源的施加电压为7V，紫色LED光源的施加电压为8V。
本领域的技术人员应当理解，背光源的波长范围为短波长(约小于400nm)时，很有可能造成指纹按压区域的紫外感光变色材料变为灰黑色的误操作。此外，背光源的波长范围为长波长(约大于620nm)时，又可能造成非指纹按压区域的紫外感光变色材料的灰黑色变淡，也会影响指纹扫描图像的品质。为了避开上述问题，该背光单元可选择单色光源或白色光源。例如，单色光源为蓝色LED或绿色LED时，其对应的SRO薄膜的反应效率较好。又如，当背光单元为白色光源时，其波长介于450nm～550nm之间时，SRO薄膜的反应效率也较好，必要时还可加入滤光片来进行颜色过滤。
图4A和图4B分别示出采用本发明的指纹传感器之前与之后的指纹扫描图像品质的对比示意图。
参照图4A，在传统的指纹传感器S1中(其下方为背光单元L1)，当太阳光或紫外线照射时，无论是指纹按压区域还是非指纹按压区域，其传感器表面均为无色透明，此时的指纹扫描图像品质较差。
相较而言，在图4B中，本发明的指纹传感器S2(其下方为背光单元L2)采用了紫外感光变色材料之后，当太阳光或紫外线照射时，其指纹按压区域A2维持无色透明状态，但是非指纹按压区域A1呈现灰黑色，从而提升了指纹扫描图像的品质。
采用本发明的可提高指纹扫描图像品质的光学传感器，包括一控制组件、一感光组件、一第一钝化层、一第二钝化层、一光致变色层和一保护玻璃。该控制组件设置在基板上，其包括一栅极、一非晶硅层以及一源极和一漏极。非晶硅层位于栅极的正上方，源极和漏极分别位于非晶硅层的相对两侧。该感光组件设置在上述基板，其包括一SRO薄膜层和一导电层。SRO薄膜层位于漏极的上方，导电层位于SRO薄膜层的上方。第一钝化层用以覆盖源极和漏极。第二钝化层位于第一钝化层的上方以及导电层的上方。光致变色层位于第二钝化层的上方。保护玻璃位于光致变色层的上方，当受到太阳光或紫外线照射时，光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，这些区域从灰黑色恢复变为无色透明。相比于现有技术，本发明在第二钝化层的上方单独设有一光致变色层，当受到太阳光或紫外线照射时，光致变色层中的紫外感光变色材料(诸如溴化银或氯化银)发生分解，产生的银原子能够吸收可见光，当银原子聚集到一定数量时，照射在光学传感器上的光大部分被吸收，原来无色透明的区域(诸如非指纹按压区域)这时就会变成灰黑色；当不再被太阳光或紫外线照射时，在催化剂的作用下，银原子和卤素原子又重新结合成卤化银，由于银离子无法吸收可见光，已变色的区域(即，非指纹按压区域)又从灰黑色恢复为无色透明，从而可改善指纹扫描图像品质。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器包括：
一控制组件，设置在一基板上，所述控制组件包括：
一栅极；
一非晶硅层，位于所述栅极的正上方；以及
一源极和一漏极，分别位于所述非晶硅层的相对两侧；
一感光组件，设置在所述基板上，所述感光组件包括：
一SRO薄膜层，位于所述漏极的上方；以及
一导电层，位于所述SRO薄膜层的上方；
一第一钝化层，用以覆盖所述源极和所述漏极；
一第二钝化层，位于所述第一钝化层的上方以及所述导电层的上方；
一光致变色层，位于所述第二钝化层的上方；以及
一保护玻璃，位于所述光致变色层的上方，
其中，当受到太阳光或紫外线照射时，所述光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，所述部分区域从灰黑色恢复变为无色透明。
2.一种可提高指纹扫描图像品质的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器包括：
一控制组件，设置在一基板上，所述控制组件包括：
一栅极；
一非晶硅层，位于所述栅极的正上方；以及
一源极和一漏极，分别位于所述非晶硅层的相对两侧；
一感光组件，设置在所述基板上，所述感光组件包括：
一SRO薄膜层，位于所述漏极的上方；以及
一导电层，位于所述SRO薄膜层的上方；
一第一钝化层，用以覆盖所述源极和所述漏极；
一第二钝化层，位于所述第一钝化层的上方以及所述导电层的上方；以及
一保护玻璃，位于所述第二钝化层的上方，所述保护玻璃包含光致变色材料，
其中，当受到太阳光或紫外线照射时，所述光学传感器的部分区域从无色透明变为灰黑色；当变色之后不再遭受太阳能或紫外线照射时，所述部分区域从灰黑色恢复变为无色透明。
3.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，所述光致变色层或所述光致变色材料为具有紫外感光变色特性的卤化银材质与作为催化剂的氧化铜微晶粒的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，所述导电层为氧化铟锡材质。
5.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器的下方还包括一背光单元，所述背光单元为单色光源或白色光源。
6.根据权利要求5所述的光学传感器，其特征在于，所述单色光源为蓝色LED或绿色LED。
7.根据权利要求5所述的光学传感器，其特征在于，所述白色光源的波长介于450nm～550nm之间。
8.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，当受到太阳光或紫外线的照射时，位于指纹按压区域的所述光致变色层或所述保护玻璃维持无色透明状态，以及位于非指纹按压区域的所述光致变色层或所述保护玻璃呈现灰黑色。
9.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器为一指纹传感器。
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