CN105723381A - 光学指纹传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学指纹传感器，其可包括：辐射光的背光单元；第一针孔透镜，在其中形成有孔，透射从所述背光单元辐射并由与所述孔垂直对称的用户指纹反射的光，并阻止除该光之外的其他光；以及光电传感器单元，设置在所述第一针孔透镜下方，并感测穿过所述第一针孔透镜的孔的光。

Description

光学指纹传感器

技术领域

本发明的实施例涉及一种光学指纹传感器。

背景技术

最近，电容型和光学型广泛用于指纹传感器。

通常，电容型指纹传感器使用对电压和电流敏感的半导体器件通过感测由人体指纹形成的电容来识别指纹。光学型指纹传感器具有良好的耐久性优势并配置为包括光源和光学传感器。所述光学传感器配置为通过感测光源发出的光检测用户的指纹。

图1是传统光学指纹传感器的截面图。

如图1所示，在传统的光学指纹传感器中，光源110和光学传感器120以特定的距离和角度布置。当来自光源110的光111被用户的指纹130反射时，光学传感器120可以通过感测由指纹130反射的光111获得指纹130的形状。

但是，如果指纹和传感器表面之间的距离较远，则传统的光学指纹传感器被配置成由邻近指纹反射的光容易被引入。

因此，传统光学指纹传感器的问题在于不能获得清晰的指纹图像，因为如果指纹和传感器表面之间的距离为10微米或更多则来自指纹反射的光被混合。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而做出的，且本发明的目的是在用于响应于光亮度获得用户指纹图像的光学指纹传感器的配置中，通过如下方式使指纹图像变清晰，甚至在室内环境中也能获得高质量的指纹图像：针孔透镜(pinholelens)设置在光电传感器(photosensor)单元上，使得从背光单元发出的光被指纹反射，只有属于由指纹反射的光的且在与针孔透镜垂直对称位置的指纹反射的光被透射，并且其他引入的光被阻止。

用于解决技术问题的手段

根据本实施例的用于解决前述问题的光学指纹传感器配置为包括：辐射光的背光单元；第一针孔透镜，在其中形成有孔，透射从所述背光单元辐射并由与所述孔垂直对称的用户指纹反射的光，并阻止除该光之外的其他光；以及光电传感器单元，设置在所述第一针孔透镜下方，并感测穿过所述第一针孔透镜的孔的光。

根据本发明的另一实施例，所述光学指纹传感器还可以包括切换由所述光电传感器单元产生的信号的薄膜晶体管。

根据本发明的另一实施例，所述薄膜晶体管可以包括共面(Coplanar)、错列(staggered)、反向共面(invertedCoplanar)和反向错列(invertedstaggered)的薄膜晶体管中的任一个。

根据本发明的另一实施例，所述薄膜晶体管可以被配置成包括：衬底；在衬底上方形成的缓冲层；在所述缓冲层上方形成的半导体有源层；在所述半导体有源层上方形成的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上方形成的栅电极；在所述栅电极上方形成的层间介电膜；以及形成在所述栅极绝缘膜和所述层间介电膜中形成的导通孔中的源电极和漏电极。

根据本发明的另一实施例，所述半导体有源层可以包括低温多晶硅半导体、非晶硅半导体和氧化物半导体中的任一个。

根据本发明的另一实施例，所述衬底可以包括绝缘衬底、玻璃衬底和金属衬底中的任一个。

根据本发明的另一实施例，所述光电传感器单元可以配置成包括：在从所述薄膜晶体管的漏电极延伸的电极上方形成的光电传感器；在所述光电传感器上方形成的透明电极；在所述透明电极上方形成的钝化层；和形成在所述钝化层中形成的导通孔中并且连接到所述透明电极的偏置电极。

根据本发明的另一实施例，所述光电传感器可以包括非晶硅光电二极管、有机光电传感器和量子点(quantumdots)中的任一个。

根据本发明的另一实施例，所述光学指纹传感器可以配置成还包括在所述第一针孔透镜上方形成的第一钝化绝缘膜。

根据本发明的另一实施例，所述的光学指纹传感器可以配置成还包括在所述第一钝化绝缘膜上方形成的第二针孔透镜。

根据本发明的另一实施例，所述光学指纹传感器可以配置成还包括在所述第二针孔透镜上方形成的第二钝化绝缘膜。

根据本发明的另一实施例，所述第一针孔透镜和所述第二针孔透镜中的至少一个可以由金属或有机材料制成。

发明效果

根据本发明的实施例，在用于响应于光亮度获得用户指纹图像的光学指纹传感器的配置中，针孔透镜设置在光电传感器单元上，使得从背光单元发出的光被指纹反射，只有属于由指纹反射的光的且在相对于针孔透镜垂直对称的位置的指纹反射的光被透射，并且其他引入的光被阻止。通过这样使指纹图像变清晰，甚至在室内环境中，也能获得高质量的指纹图像。

附图说明

图1是传统光学指纹传感器的截面图；

图2是根据本发明一个实施例的光学指纹传感器的截面图；

图3是根据本发明另一个实施例的光学指纹传感器的截面图；

图4是根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器的截面图；

图5是根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器的截面图。

具体实施方式

下文中，参考附图详细描述本发明的优选实施例。在描述实施例时，相关公知的功能或元件的具体描述如果被认为不必要地模糊本发明的要点，则将被忽略。此外，附图中每个元件的大小可被夸大用于描述而不意味着实际尺寸。

图2是根据本发明一个实施例的光学指纹传感器的截面图。

参考图2描述根据本发明一个实施例的光学指纹传感器。

如图2所示，根据本发明一个实施例的光学指纹传感器包括背光单元210、光电传感器单元240和第一针孔透镜250，并可以被配置为进一步包括薄膜晶体管230。

背光单元210向上辐射光。

薄膜晶体管230切换由光学传感器单元240产生的信号并配置为包括衬底220、缓冲层231、半导体有源层232、栅极绝缘膜233、栅电极234、层间介电膜235、源电极236和漏电极237。薄膜晶体管230在背光单元210上方形成。

薄膜晶体管230可包括共面、错列、反向共面和反向错列的薄膜晶体管中的任一个。

更具体地，薄膜晶体管230的衬底220在背光单元210上形成。缓冲层231在衬底220上形成。半导体有源层232在缓冲层231上形成。

在这种情况下，衬底220可由绝缘衬底、玻璃衬底和金属衬底中的任一个形成。半导体有源层232可包括低温多晶硅半导体、非晶硅半导体和氧化物半导体中的任一个。

此外，栅极绝缘膜233在半导体有源层232上形成。栅电极234在栅极绝缘膜233上形成。层间介电膜235在栅电极234上形成。在这种情况下，在栅极绝缘膜233和层间介电膜235中形成导通孔(viahole)，从而形成源电极236和漏电极237。

光电传感器240设置在第一针孔透镜250下方且感测穿过第一针孔透镜250的孔的光。

光电传感器单元240配置为包括光电传感器242、透明电极243、钝化层244、偏置电极245和第二钝化层246。

更具体地，光电传感器242形成在从薄膜晶体管230的漏电极237延伸的电极241上。透明电极243形成在光电传感器242上。钝化层244形成在透明电极243上。偏置电极245形成在钝化层244中形成的导通孔中并连接到透明电极243。第二钝化层246形成在钝化层244和偏置电极245上方。

在这种情况下，光电传感器242可以包括非晶硅光电二极管、有机光电传感器和量子点中的任一个。

第一针孔透镜250形成在第二钝化层246上。透射由背光单元210辐射并由用户指纹300反射的光的孔形成在第一针孔透镜250中。

即，当光从背光单元210辐射时，只有在相对于第一针孔透镜250垂直对称的位置由用户指纹300反射的光被透射，透射的光入射到光电传感器单元244上，从而光电传感器单元244可产生电荷信号。此外，当除了在相对于第一针孔透镜250垂直对称的位置由用户指纹300反射的光之外的光入射到第一针孔透镜250上时，入射光在第一针孔透镜250的孔内被反射，因此变弱，或被第一针孔透镜250吸收，因此不入射到光电传感器单元244上。

另一方面，第一钝化绝缘膜260形成在如上所述配置的第一针孔透镜250的上表面上。在这种情况下，第一针孔透镜250可由金属或有机材料制成。

如上所述配置的光学指纹传感器的每个像素的间距(pitch)P可由下面的等式1得到。

[等式1]

$P=(\frac{2D}{T}-1)$

在这种情况下，P是光学指纹传感器的间距，A是第一针孔透镜250的孔的直径，T是第一针孔透镜250的厚度，D是第一钝化绝缘膜260的厚度。

如果光学指纹传感器被配为如等式1，则通过控制与指纹接触的高度来调整焦点。因此，从背光单元210辐射的光可被精确入射到光电传感器单元240上并被光电传感器单元240感测。

图3是根据本发明另一个实施例的光学指纹传感器的截面图。

参考图3描述根据本发明另一个实施例的光学指纹传感器。

如图3所示，根据本发明另一个实施例的光学指纹传感器，与图2的实施例类似，包括背光单元210、光电传感器单元240和第一针孔透镜250，且可以被配置为进一步包括薄膜晶体管230。

衬底220形成在背光单元210上。缓冲层231形成在衬底220上。薄膜晶体管230的半导体有源层232形成在缓冲层231上。

栅极绝缘膜233形成在半导体有源层232上。栅电极234形成在栅极绝缘膜233上。层间介电膜235形成在栅电极234上。在这种情况下，在栅极绝缘膜233和层间介电膜235中形成导通孔，从而源电极236和漏电极237形成在导通孔中。

在这种情况下，在图3的实施例中，从漏电极237延伸的电极241形成在栅极绝缘膜233上，从而光电传感器242形成在栅极绝缘膜233上的电极241上。

此外，如图2的实施例一样，光电传感器单元240配置为包括光电传感器242、透明电极243、钝化层244、偏置电极245和第二钝化层246。

第一针孔透镜250形成在第二钝化层246上。透射由背光单元210辐射并由用户指纹300反射的光的孔形成在第一针孔透镜250中。

另一方面，第一钝化绝缘膜260形成在如上所述配置的第一针孔透镜250的上表面上。

图4是根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器的截面图。

参考图4描述根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器。

如图4所示，根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器也包括背光单元210、光电传感器单元240和第一针孔透镜250，且可以被配置为进一步包括薄膜晶体管230。

背光单元210向上辐射光。薄膜晶体管230切换像素信号并配置为包括衬底220、缓冲层231、半导体有源层232、栅极绝缘膜233、栅电极234、层间介电膜235、源电极236和漏电极237。薄膜晶体管230在背光单元210上方形成。

栅极绝缘膜233形成在半导体有源层232上。栅电极234形成在栅极绝缘膜233上。层间介电膜235形成在栅电极234上。在这种情况下，导通孔形成在栅极绝缘膜233和层间介电膜235中。源电极236和漏电极237形成在导通孔中。

光电传感器单元240配置为包括光电传感器242、透明电极243、钝化层244、偏置电极245和第二钝化层246。

更具体地，光电传感器242形成在从薄膜晶体管230的漏电极237延伸的电极241上。透明电极243形成在光电传感器242上。钝化层244形成在透明电极243上。偏置电极245形成在钝化层244中形成的导通孔中并连接到透明电极243。第二钝化层246形成在钝化层244和偏置电极245上方。

第一针孔透镜250设置在光电传感器单元240上方。第一钝化绝缘膜260形成在第一针孔透镜250上。第二针孔透镜255形成在第一钝化绝缘膜260上。第二钝化绝缘膜270形成在第二针孔透镜255上。

透射从背光单元210辐射并由用户指纹300反射的光的孔形成在第一针孔透镜250和第二针孔透镜255中。

即，当光从背光单元210辐射时，辐射并由用户指纹300反射且在相对于第一针孔透镜250和第二针孔透镜255垂直对称的位置由用户指纹300反射的光，通过第一针孔透镜250和第二针孔透镜255的孔入射到光电传感器单元244上，从而光电传感器单元244可感测用户指纹300。此外，当除在相对于第一针孔透镜250和第二针孔透镜255垂直对称的位置由用户指纹300反射的光之外的光入射到第一针孔透镜250和第二针孔透镜255上时，入射光在第一针孔透镜250和第二针孔透镜255的孔内被反射，因此变弱，或被第一针孔透镜250吸收，因此不入射到光电传感器单元244上。

另一方面，第一针孔透镜250和第二针孔透镜255可由金属或有机材料制成。

在这种情况下，传播宽度(spreadwidth)S，即从成为中心的第一针孔透镜250到两侧的第一针孔透镜250之间的距离是为了防止穿过第一针孔透镜250即中心的孔的光影响邻近的光电传感器单元或针孔透镜。传播宽度S可由下列等式2计算。

[等式2]

$S=\frac{2G\×AT}{T1+T2}$

在这种情况下，S是传播宽度，即从成为中心的单个第一针孔透镜250到两侧的第一针孔透镜250之间的距离。G是第一钝化绝缘膜260的厚度，AT是第二针孔透镜255的孔的宽度，T1是第一针孔透镜250的厚度，以及T2是第二针孔透镜255的厚度。

此外，如上所述配置的光学指纹传感器的每个像素的间距P可由下列等式3得到。

[等式3]

$P=\frac{D}{G}(AB+AT)-AT$

在这种情况下，P是光学指纹传感器的间距，G是第一钝化绝缘膜260的厚度，D是第二钝化绝缘膜270的厚度，AB是第一针孔透镜250的孔的宽度，AT是第二针孔透镜255的孔的宽度，且光学指纹传感器的间距P可由等式3计算得到。

如果光学指纹传感器配置为如等式3，则通过控制与指纹接触的高度来调整焦点。因此，从背光单元210辐射的光可被精确地入射到光电传感器单元240上并被光电传感器单元240感测。

图5是根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器的截面图。

参考图5描述根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器。

如图5所示，根据本发明又另一个实施例的光学指纹传感器，如图4的实施例一样，包括背光单元210、光电传感器单元240和第一针孔透镜250，且可以被配置为进一步包括薄膜晶体管230。

此外，栅极绝缘膜233形成在薄膜晶体管230的半导体有源层232上。栅电极234形成在栅极绝缘膜233上。层间介电膜235形成在栅电极234上。在这种情况下，导通孔形成在栅极绝缘膜233和层间介电膜235中。源电极236和漏电极237形成在导通孔中。

在这种情况下，在图5的实施例中，从漏电极237延伸的电极241形成在栅极绝缘膜233上，从而光电传感器242形成在栅极绝缘膜233上的电极241上。

此外，如图4的实施例一样，光电传感器单元240配置为包括光电传感器242、透明电极243、钝化层244、偏置电极245和第二钝化层246。

第一针孔透镜250设置在光电传感器单元240上方。第一钝化绝缘膜260形成在第一针孔透镜250上。第二针孔透镜255形成在第一钝化绝缘膜260上。第二钝化绝缘膜270形成在第二针孔透镜255上。

透射从背光单元210辐射并由用户指纹300反射的光的孔形成在第一针孔透镜250和第二针孔透镜255中。

如上所述，根据本发明的实施例，在用于响应于光亮度获得用户指纹图像的光学指纹传感器的配置中，针孔透镜设置在光电传感器单元上。只有属于从背光单元辐射的光的且在相对于针孔透镜的垂直对称的位置由用户指纹反射的光才通过针孔透镜入射到光电传感器单元上，因此用户的指纹被感测到。除在相对于针孔透镜的垂直对称的位置由用户指纹反射的光之外的光在针孔透镜的孔内被反射，从而变弱，或被吸收，因此不入射到光电传感器单元上。因此，甚至在室内环境中，也能获得高质量的指纹图像。

在本发明详细描述中，描述了具体的实施例。但是，本发明可以以多种方式修改而不脱离本发明的范围。因此，本发明的技术精神不应限于前述实施例，而应当由所附权利要求及其等同形式限定。

Claims (12)

1.一种光学指纹传感器，包括：

辐射光的背光单元；

第一针孔透镜，在其中形成有孔，透射从所述背光单元辐射并由与所述孔垂直对称的用户指纹反射的光，并阻止除该光之外的其他光；以及

光电传感器单元，设置在所述第一针孔透镜下方，并感测穿过所述第一针孔透镜的孔的光。

2.根据权利要求1所述的光学指纹传感器，还包括切换由所述光电传感器单元产生的信号的薄膜晶体管。

3.根据权利要求2所述的光学指纹传感器，其中所述薄膜晶体管包括共面、错列、反向共面和反向错列的薄膜晶体管中的任一个。

4.根据权利要求2所述的光学指纹传感器，其中所述薄膜晶体管包括：

衬底；

在衬底上方形成的缓冲层；

在所述缓冲层上方形成的半导体有源层；

在所述半导体有源层上方形成的栅极绝缘膜；

在所述栅极绝缘膜上方形成的栅电极；

在所述栅电极上方形成的层间介电膜；以及

形成在所述栅极绝缘膜和所述层间介电膜中形成的导通孔中的源电极和漏电极。

5.根据权利要求4所述的光学指纹传感器，其中所述半导体有源层是低温多晶硅半导体、非晶硅半导体和氧化物半导体中的任一个。

6.根据权利要求4所述的光学指纹传感器，其中所述衬底是绝缘衬底、玻璃衬底和金属衬底中的任一个。

7.根据权利要求4所述的光学指纹传感器，其中所述光电传感器单元包括：

在从所述薄膜晶体管的漏电极延伸的电极上方形成的光电传感器；

在所述光电传感器上方形成的透明电极；

在所述透明电极上方形成的钝化层；和

形成在所述钝化层中形成的导通孔中并且连接到所述透明电极的偏置电极。

8.根据权利要求7所述的光学指纹传感器，其中所述光电传感器包括非晶硅光电二极管、有机光电传感器和量子点中的任一个。

9.根据权利要求1所述的光学指纹传感器，还包括在所述第一针孔透镜上方形成的第一钝化绝缘膜。

10.根据权利要求9所述的光学指纹传感器，还包括在所述第一钝化绝缘膜上方形成的第二针孔透镜。

11.根据权利要求10所述的光学指纹传感器，还包括在所述第二针孔透射上方形成的第二钝化绝缘膜。

12.根据权利要求10所述的光学指纹传感器，其中所述第一针孔透镜和所述第二针孔透镜中的至少一个由金属或有机材料制成。