CN108701230A - 生物识别传感器、显示设备、制造生物识别传感器的方法 - Google Patents

生物识别传感器、显示设备、制造生物识别传感器的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种生物识别传感器。生物识别传感器包括：第一基底基板；第二基底基板，其面对第一基底基板；多个光传感器，其位于第一基底基板上且构造为检测由第二基底基板的背离第一基底基板的表面全反射的光的至少一部分，从而检测生物识别信息；低折射率层，其位于所述多个光传感器的远离第一基底基板的一侧；和高折射率层，其位于低折射率层的远离第一基底基板的一侧并且与低折射率层直接相邻。高折射率层包括折射率比低折射率层的材料的折射率高的材料。

Description

生物识别传感器、显示设备、制造生物识别传感器的方法
技术领域
本发明涉及生物识别传感技术，更具体地，涉及生物识别传感器、显示设备和制造生物识别传感器的方法。
背景技术
近年来，在指纹和掌纹识别中已经提出各种方法。用于识别指纹和掌纹的光学方法的示例包括：全反射方法、光路分离方法、以及扫描方法。在全反射方法中，来自光源的光(诸如环境光)进入像素，并在封装基板的表面上全反射。当手指或手掌触摸显示面板时，该表面的全反射条件根据触摸局部地改变，导致全反射局部地被干扰。对全反射的干扰导致反射减少。基于该原理，可将手指的脊线与谷线区分开。替代性地，可通过检测手指或手掌触摸显示面板时电容的改变来识别指纹或掌纹。
发明内容
在一方面，本发明提供了一种生物识别传感器，包括：第一基底基板；第二基底基板，其面对第一基底基板；多个光传感器，其位于第一基底基板上且构造为检测由第二基底基板的背离第一基底基板的表面全反射的光的至少一部分，从而检测生物识别信息；低折射率层，其位于所述多个光传感器的远离第一基底基板的一侧；和高折射率层，其位于低折射率层的远离第一基底基板的一侧并且与低折射率层直接相邻，高折射率层包括折射率比低折射率层的材料的折射率高的材料；其中，低折射率层和高折射率层构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器。
可选地，生物识别传感器还包括多个挡光壁，每个挡光壁围绕所述多个光传感器中的一个的侧面，以防止光射出该侧面。
可选地，每个挡光壁包括布拉格反射器，其至少包括围绕所述多个光传感器中的一个的所述侧面的第一折射率的第一子层和第二折射率的第二子层，第一子层包括折射率比第二子层的材料的折射率高的材料；并且第一子层位于第二子层和所述多个光传感器中的一个的所述侧面之间。
可选地，第一子层包括氧化铪，第二子层包括氧化硅。
可选地，挡光壁中的每一个包括光吸收聚合物材料。
可选地，低折射率层包括多个凹透镜，其构造为使第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的、朝向所述多个光传感器传播的反射光的至少一部分漫射；高折射率层包括折射率比所述多个凹透镜的材料的折射率高的材料；所述多个凹透镜和所述高折射率层构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于所述多个凹透镜与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器；并且所述多个凹透镜中的每一个位于所述多个光传感器中的一个与高折射率层之间。
可选地，生物识别传感器还包括中间层，其位于低折射率层的远离高折射率层的一侧；所述多个凹透镜包括折射率比中间层的材料的折射率高的材料；并且所述多个凹透镜中的每一个位于中间层的远离所述多个光传感器中的一个的一侧。
可选地，所述多个凹透镜和中间层构造为阻止透过所述多个凹透镜的光进入所述多个光传感器。
可选地，生物识别传感器还包括：具有位于第一基底基板上并且分别连接至所述多个光传感器的多个薄膜晶体管的阵列；公共电极，其构造为被提供有公共电极信号；和多条读取线，用于分别发送由所述多个光传感器检测到的信号。
可选地，公共电极是实质上透明的电极。
可选地，所述多个光传感器中的每一个包括：第一极性区域，其与公共电极连接；第二极性区域，其与所述多个薄膜晶体管中的一个的源极连接；以及二极管结，其连接第一极性区域和第二极性区域；并且所述多个薄膜晶体管中的每一个包括：源极，其与所述多个光传感器中的一个的第二极性区域连接；和漏极，其与所述多条读取线中的一条连接。
可选地，生物识别传感器还包括光源，其构造为发射沿着从第一基底基板朝向第二基底基板的方向照射的光，所述光的至少一部分被第二基底基板的背离第一基底基板的表面全反射。
可选地，所述多个光传感器中的每一个是PIN光电二极管，其包括第一极性区域、第二极性区域、以及连接第一极性区域和第二极性区域的二极管结；其中，第一极性区域是P+掺杂半导体区域，第二极性区域是N+掺杂半导体区域，二极管结是P+掺杂半导体区域与N+掺杂半导体区域之间的非晶硅的本征区域。
可选地，高折射率层是钝化层。
可选地，低折射率层和高折射率层构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的漫反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的至少一部分进入所述多个光传感器，并构造为允许第二基底基板的背离第一基底基板的表面所全反射的光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以内的至少一部分进入所述多个光传感器。
可选地，生物识别传感器是指纹传感器，其构造为检测指纹，并且生物识别信息是指纹信息。
在另一方面，本发明提供了一种显示设备，其包括本文描述的或通过本文描述的方法制造的生物识别传感器。
可选地，所述显示设备具有多个子像素；并且所述多个光传感器中的每一个对应于所述多个子像素中的一个。
可选地，所述显示设备具有子像素区域和子像素间区域；并且所述多个光传感器位于子像素间区域中。
在另一方面，本发明提供了一种制造生物识别传感器的方法，包括：提供第一基底基板；提供第二基底基板，其面对第一基底基板；形成多个光传感器，其位于第一基底基板上且构造为检测由第二基底基板的背离第一基底基板的表面全反射的光的至少一部分，从而检测生物识别信息；形成低折射率层，其位于所述多个光传感器的远离第一基底基板的一侧；和形成高折射率层，其位于低折射率层的远离第一基底基板的一侧并且与低折射率层直接相邻，高折射率层由折射率比低折射率层的材料的折射率高的材料制成；其中，低折射率层和高折射率层形成为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器。
附图说明
以下附图仅为根据所公开的各种实施例的用于示意性目的的示例，而不旨在限制本发明的范围。
图1是示出根据本公开的一些实施例中的具有生物识别传感器的显示设备的结构的示意图。
图2是示出根据本公开的一些实施例中的具有生物识别传感器的显示设备的结构的示意图。
图3是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图4是示出根据本公开的一些实施例中的在低折射率层与高折射率层之间的界面处的光路的示意图。
图5是示出根据本公开的一些实施例中的光感测电路的电路示意图。
图6A是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图6B是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图7是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图8A是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图8B是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图9是示出根据本公开的一些实施例中的多个凹透镜中的一个所漫射的光的示意图。
图10A是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图10B是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
图10C是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。
具体实施方式
现在将参照以下实施例更具体地描述本公开。需注意，以下对一些实施例的描述仅针对示意和描述的目的而呈现于此。其不旨在是穷尽性的或者受限为所公开的确切形式。
图1是示出根据本公开的一些实施例中的具有生物识别传感器的显示设备的结构的示意图。图2是示出根据本公开的一些实施例中的具有生物识别传感器的显示设备的结构的示意图。参照图1和图2，一些实施例中的显示设备包括多个子像素Sp。所述显示设备具有子像素区域S和将子像素区域S间隔开的子像素间区域I。在一些实施例中，所述显示设备包括：第一基底基板2、面对第一基底基板2的第二基底基板4、以及位于第一基底基板2上的多个光传感器3。可选地，所述显示设备还包括子像素区域S中的多个彩膜(例如，包括红色彩膜块R、绿色彩膜块G、以及蓝色彩膜块B)。可选地，所述多个光传感器3位于子像素间区域I中。
如本文所用，子像素区域指的是子像素的发光区域，比如液晶显示器中与像素电极对应的区域、有机发光二极管显示面板中与发光层对应的区域、或本公开中与透光层对应的区域。可选地，像素可包括与像素中的若干个子像素对应的若干个分离的发光区域。可选地，子像素区域是红色子像素的发光区域。可选地，子像素区域是绿色子像素的发光区域。可选地，子像素区域是蓝色子像素的发光区域。可选地，子像素区域是白色子像素的发光区域。如本文所用，子像素间区域指的是相邻子像素区域之间的区域，比如液晶显示器中与黑矩阵对应的区域、有机发光二极管显示面板中与像素限定层对应的区域、或当前显示面板中的黑矩阵。可选地，子像素间区域是同一像素中相邻子像素区域之间的区域。可选地，子像素间区域是来自两个相邻像素的两个相邻子像素区域之间的区域。可选地，子像素间区域是红色子像素的子像素区域和相邻绿色子像素的子像素区域之间的区域。可选地，子像素间区域是红色子像素的子像素区域和相邻蓝色子像素的子像素区域之间的区域。可选地，子像素间区域是绿色子像素的子像素区域和相邻蓝色子像素的子像素区域之间的区域。
所述显示设备还包括光源1，设置用于发射沿着第一基底基板2朝向第二基底基板4的方向照射的光。如图1所示，来自光源1的光的至少一部分被第二基底基板4的背离第一基底基板2的表面反射，例如，被全反射。当将手指(或手掌)置于第二基底基板4的背离第一基底基板2的一侧时，可以检测到指纹5(或掌纹)。如图1所示，指纹5具有多条脊线RL和多条谷线VL。从光源1射出的光照射指纹5(或掌纹)的多条谷线VL和多条脊线RL。由于多条谷线VL和多条脊线RL的反射角度和反射光强度的不同，导致投射在多个光传感器3上的光可产生不同的电流，使得可以识别指纹5(或掌纹)的多条谷线VL和多条脊线RL。
参照图1，示出了照射在多条谷线VL中的一条上的光。由于手指(或手掌)在与所述多条谷线VL对应的区域中未与屏幕表面(第二基底基板4的背离第一基底基板2的一侧)接触，因此这些区域中的全反射条件保持原样(例如，第二基底基板4的远离第一基底基板2的一侧的介质为空气)。如图1所示，光在与多条谷线VL对应的区域中照射在第二基底基板4的背离第一基底基板2的表面上，并且(至少部分的)光被第二基底基板4的背离第一基底基板2的表面全反射。所述多个光传感器3检测在与所述多条谷线VL对应的区域中被第二基底基板4的背离第一基底基板2的表面全反射的光。
参照图2，示出了照射在多条脊线RL中的一条上的光。由于手指(或手掌)在与所述多条脊线RL对应的区域中与屏幕表面(第二基底基板4的背离第一基底基板2的一侧)接触，因此这些区域中的全反射条件被干扰(例如，第二基底基板4的远离第一基底基板2的一侧的介质不是空气而是手指)。如图2所示,光在与多条脊线RL对应的区域中照射在第二基底基板4的背离第一基底基板2的表面上，在该界面上出现漫反射，从而产生沿着各个方向传播的漫反射光DRL。与所述多条谷线VL中的所述一条所对应的情况相比，所述多个光传感器3中最靠近所述多条脊线RL中的该一条脊线的一个光传感器检测到少得多的反射光。因此，可以区分和识别所述多条脊线RL和所述多条谷线VL。然而，如图2所示，至少部分的漫反射光DRL照射在所述多个光传感器3中的相邻一个上，并且被所述多个光传感器3中的该相邻一个检测到。这影响了检测准确性和灵敏度。
本公开提供了一种具有增强生物识别检测准确性和灵敏度的生物识别传感器。在一些实施例中，根据本公开的生物识别传感器构造为至少部分地防止漫反射光DRL被所述多个光传感器3中的所述相邻一个检测到。例如，所述生物识别传感器能够阻止部分漫反射光DRL进入所述多个光传感器3中的所述相邻一个。可以以大大增强的准确性和灵敏度来检测生物识别信息。
因此，本公开特别提供了生物识别传感器、显示设备、以及制造生物识别传感器的方法，其实质上消除了由于现有技术的限制和缺陷而导致的问题中的一个或多个。在一方面，本公开提供了一种生物识别传感器。在一些实施例中，所述生物识别传感器包括：第一基底基板；第二基底基板，其面对第一基底基板；多个光传感器，其位于第一基底基板上且构造为检测由第二基底基板的背离第一基底基板的表面全反射的光的至少一部分，从而检测生物识别信息；低折射率层，其位于所述多个光传感器的远离第一基底基板的一侧；和高折射率层，其位于低折射率层的远离第一基底基板的一侧并且与低折射率层直接相邻，高折射率层包括折射率比低折射率层的材料的折射率高的材料。低折射率层和高折射率层形成界面。在该界面的高折射率层侧，高折射率层具有折射率n1。在该界面的低折射率层侧，低折射率层具有折射率n2，并且n2＜n1。因此，低折射率层和高折射率层构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器，并构造为允许第二基底基板的背离第一基底基板的表面所全反射的光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以内的至少一部分进入所述多个光传感器。
可选地，低折射率层和高折射率层构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的漫反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的至少一部分进入所述多个光传感器，并构造为允许第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射(所全反射)的光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以内的至少一部分进入所述多个光传感器。可选地，漫反射光是在与多条谷线对应的区域中由第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的光。可选地，漫反射光是在与所述多个光传感器中的一个或多个相邻光传感器对应的相邻子像素中、与多条谷线对应的区域中由第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的光。
图3是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图3，一些实施例中的生物识别传感器包括：低折射率层20，其位于所述多个光传感器3的远离第一基底基板2的一侧；和高折射率层30，其位于低折射率层20的远离第一基底基板2的一侧且与低折射率层20直接相邻。高折射率层30由折射率比所述低折射率层20的材料的折射率高的材料制成。如上参照图1和图2所述，所述多个光传感器3构造为检测由第二基底基板4的背离第一基底基板2的表面所反射(例如，全反射)的光的至少一部分，从而检测生物识别信息。在一些实施例中，低折射率层20和高折射率层30构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的至少一部分进入所述多个光传感器3。可选地，低折射率层20和高折射率层30构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的漫反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的至少一部分进入所述多个光传感器3，所述漫反射光是在与指纹的多条脊线对应的区域中被第二基底基板的表面反射的。
图4是示出根据本公开的一些实施例中的在低折射率层与高折射率层之间的界面处的光路的示意图。参照图4，高折射率层30的折射率为n1，低折射率层20的折射率为n2。高折射率层30与低折射率层20直接相邻，从而形成界面IF。光在第二基底基板4的表面上反射(例如，漫反射)，并射入高折射率层30。所述光相对于低折射率层20与高折射率层30之间的界面IF的入射角为i1，并且沿着实质上平行于界面IF的方向在界面IF处被反射。光在第二基底基板4的表面上反射(例如，漫反射)，并射入高折射率层30。所述光相对于低折射率层20与高折射率层30之间的界面IF的入射角为i2，并且进入低折射率层20，从而随后由所述多个光传感器3中的一个检测到。光在第二基底基板4的表面上反射(例如，漫反射)，并射入高折射率层30。所述光相对于低折射率层20与高折射率层30之间的界面IF的入射角为i3，并且沿着相对于界面IF成大于0的角度的方向在界面IF处被反射。入射角i1是阈值入射角。相对于低折射率层20和高折射率层30之间的界面IF的入射角在阈值范围以外(例如，小于阈值入射角i1)的光被阻止进入所述多个光传感器3。相对于低折射率层20和高折射率层30之间的界面IF的入射角在阈值范围以内(例如，大于阈值入射角i1)的光被允许进入所述多个光传感器3。阈值入射角i1可以根据等式(1)确定：
其中n1是高折射率层30的折射率，n2是低折射率层20的折射率。
各种适当的光学透明材料可用于制作低折射率层20和高折射率层30。在一些实施例中，高折射率层30是钝化层。用于制作高折射率层30的适当材料的示例包括聚酰亚胺、氧化硅(SiOy)、氮化硅(SiNy，例如Si3N4)、氮氧化硅(SiOxNy)、包括五氧化二磷和二氧化硅(P2O5-SiO2)的材料、氧化铌、氧化钛和氧化钽。用于制作低折射率层20的适当材料的示例包括二氧化硅和氟化镁。无论各子层的透明光学材料如何具体选择，用于制作低折射率层20的材料的折射率小于用于制作高折射率层30的材料的折射率。例如，二氧化硅的折射率为1.4585，氟化镁的折射率为1.3777。氧化铌的折射率为2.3404、氧化钛的折射率为2.6142、氧化钽的折射率为2.1306、氮化硅的折射率为2.0458。取决于混合物中氧和氮的比例，氮氧化硅的折射率可在约1.46至约2.0之间调节。
可选地，高折射率层30的折射率比低折射率层20的折射率大至少15％，例如，大至少20％、大至少25％或大至少30％。可选地，高折射率层30的折射率不小于1.55。可选地，低折射率层20的折射率小于1.5。
在一些实施例中，高折射率层30由包括SiOxNy的材料制成，其中x＞0且y＞0。可选地，高折射率层30的折射率在约1.46至约2.0的范围内。可选地，高折射率层30的折射率在约1.8至约2.0的范围内。可选地，高折射率层30的折射率为约1.9。可选地，低折射率层20由二氧化硅制成。可选地，低折射率层20由氟化镁制成。
图5是示出根据本公开的一些实施例中的光感测电路的电路示意图。参照图3和图5，每个光感测电路包括与所述多个光传感器3中的一个电连接的多个薄膜晶体管TFT中的一个。所述多个薄膜晶体管TFT中的所述一个的源极电连接至所述多个光传感器3中的所述一个的第一端。所述多个薄膜晶体管TFT中的所述一个的漏极电连接至多条读取线R中的一条。所述多个光传感器中的所述一个的第二端被提供有公共电压V0(例如，低电压，例如，-5V至0V)。
在制作和使用当前显示设备时可以利用各种适当的具有二极管结的光传感器。在一些实施例中，光传感器是具有二极管结的光传感器。具有二极管结的光传感器的示例包括但不限于：PN光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管、MIM二极管结、MIS二极管结、MOS二极管结、SIS二极管结、以及MS二极管结。
参照图3，在一些实施例中，所述多个光传感器3中的每一个包括：第一极性区域PR1，其与公共电极COM连接；第二极性区域PR2，其与所述多个薄膜晶体管TFT中的一个的源极S连接；以及二极管结J，其连接第一极性区域PR1和第二极性区域PR2。如本文所用，术语二极管结指的是呈现电流整流的结，例如，呈现出在一个偏置方向的导电性相对于在另一个偏置方向的导电性大大不同的结。
可选地，具有二极管结的所述多个光传感器3中的每一个包括具有第一掺杂物的第一极性区域、具有第二掺杂物的第二极性区域、以及连接第一极性区域和第二极性区域的二极管结。可选地，具有二极管结的所述多个光传感器3中的每一个在第一极性区域连接至低电压且第二极性区域连接至高电压时反向偏置。例如，具有二极管结的光传感器在第一极性区域连接至公共电极(低电压，例如，-5V至0V)时处于反向偏置状态。在一些实施例中，具有二极管结的所述多个光传感器3中的每一个是PN光电二极管，该PN光电二极管具有作为第一极性区域的P+掺杂半导体区域和作为第二极性区域的N+掺杂半导体区域。在一些实施例中，具有二极管结的所述多个光传感器中的每一个是PIN光电二极管，该PIN光电二极管具有作为第一极性区域的P+掺杂半导体区域、作为第二极性区域的N+掺杂半导体区域、以及位于P+半导体区域和N+半导体区域之间的非晶硅的本征区域。
图6A是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图6A，在一些实施例中，生物识别传感器还包括多个挡光壁40，每个挡光壁围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS，以防止光射出该侧面LS。例如，所述多个光传感器3中的每一个具有面对第一基底基板2的第一面S1和与第一面S1相对且背离第一基底基板2的第二面S2。侧面LS连接第一面S1和第二面S2。
图6B是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图6B，在一些实施例中，所述多个挡光壁40中的每一个不仅围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS，而且还围绕公共电极COM的侧面和低折射率层20的侧面。
在一些实施例中，所述多个挡光壁40形成为使得所述多个挡光壁40中的每一个围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS和公共电极COM的侧面，但是不围绕低折射率层20的侧面。
可使用各种适当材料来制作所述多个挡光壁40。在一个示例中，挡光壁40中的每一个包括光吸收聚合物材料，例如，用于吸收光的黑材料。在另一个示例中，挡光壁40中的每一个包括布拉格反射器，其至少具有围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS的高折射率的第一子层和低折射率的第二子层。第一子层包括折射率比第二子层的材料的折射率高的材料。第一子层位于第二子层和所述多个光传感器3中的一个的侧面LS之间。可选地，第一子层包括氧化铪，第二子层包括氧化硅。
可选地，布拉格反射器包括交替布置的多个高折射率子层和多个低折射率子层，例如，具有LS-HL...HL结构，其中LS是所述多个光传感器3中的一个的侧面，H表示具有高折射率的子层，L表示具有低折射率的子层。可选地，H子层包括氧化铪，L子层包括氧化硅。
图7是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图7，在一些实施例中，生物识别传感器还包括与公共电极COM连接的公共电压信号线50。公共电压信号线50通过贯穿高折射率层30和低折射率层20的过孔而贯穿高折射率层30和低折射率层20。可使用各种适当电极材料来制作公共电极COM。适当电极材料的示例包括氧化铟锡、纳米银、石墨烯、碳纳米管等。在一些实施例中，公共电极COM是实质上透明的电极。如本文所用，术语“实质上透明”意即从其透过至少50％(例如，至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、以及至少95％)的在可见波长范围中的光。
图8A是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图8A，低折射率层20包括多个凹透镜L，其构造为使第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的、朝向所述多个光传感器3传播的光中的至少一部分漫射，使得防止所述多个凹透镜L所漫射的所述至少一部分光进入所述多个光传感器3。图9是示出根据本公开的一些实施例中的多个凹透镜中的一个所漫射的光的示意图。参照图9，第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光沿着朝向所述多个光传感器3中的一个的方向穿过高折射率层30和所述多个凹透镜L中的一个之间的界面。如图9所示，光被所述多个凹透镜L中的该一个凹透镜漫射，防止了漫射光进入所述多个光传感器3中的该一个光传感器。
因此，通过至少两种机制的组合，所述多个凹透镜L阻止了第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光的一部分进入所述多个光传感器3。第一种机制归因于高折射率层30的折射率与所述多个凹透镜L的折射率之间的差异，如上所详细讨论的(例如，参照图4详细讨论的)。在一些实施例中，高折射率层30由折射率比所述多个凹透镜L的材料的折射率高的材料制成。参照图8A，所述多个凹透镜L和所述高折射率层30构造为阻止第二基底基板的背离第一基底基板2的表面所反射的反射光中的相对于所述多个凹透镜L与高折射率层30之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器3。阈值角度和阈值范围可以如结合图4所讨论的那样确定。可选地，所述多个凹透镜L中的每一个位于所述多个光传感器3中的一个与高折射率层30之间。即使入射角在阈值范围以内，并且允许光进入所述多个凹透镜L，进入所述多个凹透镜L的光也被所述多个凹透镜L进一步漫射(例如，第二种机制，如结合图9所详细讨论的那样)。
图8B是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图8B，在一些实施例中，所述多个挡光壁40中的每一个不仅围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS，而且还围绕公共电极COM的侧面和所述多个凹透镜L中的一个的侧面。
在一些实施例中，所述多个挡光壁40形成为使得所述多个挡光壁40中的每一个围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS和公共电极COM的侧面，但是不围绕所述多个凹透镜L的侧面。
图10A是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图10A，在一些实施例中，生物识别传感器还包括中间层70，其位于低折射率层20的远离高折射率层30的一侧。所述多个凹透镜L中的每一个位于中间层70的远离所述多个光传感器3中的一个的一侧。在一些实施例中，高折射率层30的折射率为n1，低折射率层20(例如，所述多个凹透镜L)的折射率为n2，中间层70的折射率为n3。可选地，n1＞n2＞n3。可选地，高折射率层30与低折射率层20(例如，所述多个凹透镜L)直接相邻，从而形成第一界面(例如，图4中的界面IF)，低折射率层20(例如，所述多个凹透镜L)与中间层70直接相邻，从而形成第二界面。相对于低折射率层20(例如，所述多个凹透镜L)与高折射率层30之间的第一界面的入射角在第一阈值范围以外的光被防止进入低折射率层20。相对于第一界面的入射角在第一阈值范围以内的光被允许进入低折射率层20。相对于低折射率层20(例如，所述多个凹透镜L)与中间层70之间的第二界面的入射角在第二阈值范围以外的光被防止进入中间层70。相对于第二界面的入射角在第二阈值范围以内的光被允许进入中间层70。
因此，通过至少三种机制的组合，所述多个凹透镜L和所述中间层70阻止了第二基底基板的背离第一基底基板2的表面所反射的反射光的一部分进入所述多个光传感器3。第一种机制归因于高折射率层30的折射率与所述多个凹透镜L的折射率之间的差异。第二种机制归因于所述多个凹透镜L的漫射函数。即使入射角在第一阈值范围以内，并且允许光进入所述多个凹透镜L，进入所述多个凹透镜L的光也被所述多个凹透镜L进一步漫射。已经进入所述多个凹透镜L的一部分光被阻止到达所述多个凹透镜L与中间层70之间的第二界面。第三种机制归因于低折射率层20(例如，所述多个凹透镜L)的折射率与中间层70的折射率之间的差异。通过设置三种机制的组合来阻止光进入所述多个光传感器3，可以确保防止来自相邻子像素的、在相邻子像素中的与所述多条脊线相对应的区域中漫反射的漫反射光进入所述多个光传感器3中的在目标像素中的一个光传感器。
图10B是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图10B，在一些实施例中，所述多个挡光壁40中的每一个不仅围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS，而且还围绕公共电极COM的侧面、所述多个凹透镜L中的一个的侧面、以及中间层70的侧面。
图10C是示出根据本公开的一些实施例中的生物识别传感器的结构的示意图。参照图10C，在一些实施例中，所述多个挡光壁40中的每一个围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS、公共电极COM的侧面和中间层70的侧面，但是不围绕所述多个凹透镜L中的一个的侧面。
在一些实施例中，所述多个挡光壁40形成为使得所述多个挡光壁40中的每一个围绕所述多个光传感器3中的一个的侧面LS和公共电极COM的侧面，但是不围绕所述多个凹透镜L的侧面和中间层70的侧面。
参照图3、图6A至图6B、图7、图8A至图8B以及图10A至图10C，在一些实施例中，生物识别传感器还包括多个薄膜晶体管TFT的阵列和公共电极COM，所述多个薄膜晶体管TFT位于第一基底基板2上并且分别连接至所述多个光传感器3，所述公共电极COM构造为被提供有公共电压信号。参照图5，在一些实施例中，生物识别传感器还包括多条读取线R，用于分别发送由所述多个光传感器3检测到的信号。可选地，所述多个光传感器3中的每一个包括：第一极性区域PR1，其与公共电极COM连接；第二极性区域PR2，其与所述多个薄膜晶体管TFT中的一个的源极S连接；以及二极管结J，其连接第一极性区域PR1和第二极性区域PR2。参照图2、图3、图6A至图6B、图7、图8A至图8B以及图10A至图10C，在一些实施例中，所述多个薄膜晶体管中的每一个包括：源极S，其与所述多个光传感器3中的一个的第二极性区域PR2连接；和漏极D，其与所述多条读取线R中的一条连接。
参照图1和图2，在一些实施例中，生物识别传感器还包括光源1，其构造为发射沿着从第一基底基板2朝向第二基底基板4的方向照射的光，所述光的至少一部分被第二基底基板4的背离第一基底基板2的表面全反射。
在另一方面，本公开提供了一种制造生物识别传感器的方法。在一些实施例中，所述方法包括：提供第一基底基板；提供第二基底基板，其面对第一基底基板；形成多个光传感器，其位于第一基底基板上且构造为检测由第二基底基板的背离第一基底基板的表面全反射的光的至少一部分；形成低折射率层，其位于所述多个光传感器的远离第一基底基板的一侧；和形成高折射率层，其位于低折射率层的远离第一基底基板的一侧并且与低折射率层直接相邻，高折射率层由折射率比低折射率层的材料的折射率高的材料制成。在一些实施例中，低折射率层和高折射率层形成为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器。可选地，低折射率层和高折射率层形成为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的漫反射光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的至少一部分进入所述多个光传感器，并构造为允许第二基底基板的背离第一基底基板的表面所全反射的光中的相对于低折射率层与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以内的至少一部分进入所述多个光传感器。
在一些实施例中，所述方法还包括形成多个挡光壁，每个挡光壁形成为围绕所述多个光传感器中的一个的侧面，以防止光射出该侧面。可选地，形成所述多个挡光壁中的每一个的步骤包括形成布拉格反射器，其至少包括围绕所述多个光传感器中的一个的侧面的高折射率的第一子层和低折射率的第二子层。可选地，第一子层由折射率比第二子层的材料的折射率高的材料制成。可选地，第一子层形成于第二子层和所述多个光传感器中的一个的所述侧面之间。可选地，第一子层由包括氧化铪的材料制成，第二子层由包括氧化硅的材料制成。
可选地，挡光壁中的每一个由光吸收聚合物材料制成。
在一些实施例中，形成低折射率层的步骤包括形成多个凹透镜，其构造为使第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的、朝向所述多个光传感器传播的反射光的至少一部分漫射。可选地，高折射率层由折射率比所述多个凹透镜的材料的折射率高的材料制成。可选地，所述多个凹透镜和所述高折射率层形成为阻止第二基底基板的背离第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于所述多个凹透镜与高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器。可选地，所述多个凹透镜中的每一个形成于所述多个光传感器中的一个与高折射率层之间。
在一些实施例中，所述方法还包括形成中间层，其位于低折射率层的远离高折射率层的一侧。可选地，所述多个凹透镜由折射率比中间层的材料的折射率高的材料制成。可选地，所述多个凹透镜中的每一个形成在中间层的远离所述多个光传感器中的一个的一侧。可选地，所述多个凹透镜和中间层形成为阻止透过所述多个凹透镜的光进入所述多个光传感器。
在一些实施例中，所述方法还包括：形成具有位于第一基底基板上并且分别连接至所述多个光传感器的多个薄膜晶体管的阵列。可选地，所述方法还包括形成公共电极，其构造为被提供有公共电极信号；和形成多条读取线，用于分别发送由所述多个光传感器检测到的信号。可选地，公共电极是实质上透明的电极。
在一些实施例中，形成所述多个光传感器中的每一个的步骤包括：形成第一极性区域，其与公共电极连接；形成第二极性区域，其与所述多个薄膜晶体管中的一个的源极连接；以及形成二极管结，其连接第一极性区域和第二极性区域。可选地，形成所述多个薄膜晶体管中的每一个的步骤包括：形成源极，其与所述多个光传感器中的一个的第二极性区域连接；和形成漏极，其与所述多条读取线中的一条连接。
在一些实施例中，所述方法还包括形成光源，其构造为发射沿着从第一基底基板朝向第二基底基板的方向照射的光，所述光的至少一部分被第二基底基板的背离第一基底基板的表面反射。
可选地，所述多个光传感器中的每一个是PIN光电二极管，其形成为包括第一极性区域、第二极性区域、以及连接第一极性区域和第二极性区域的二极管结。可选地，第一极性区域是P+掺杂半导体区域，第二极性区域是N+掺杂半导体区域，二极管结是P+掺杂半导体区域与N+掺杂半导体区域之间的非晶硅的本征区域。
可选地，高折射率层是钝化层。
可选地，生物识别传感器是指纹传感器，其构造为检测指纹，并且生物识别信息是指纹信息。
在另一方面，本公开提供了一种显示设备，其具有本文描述的或通过本文描述的方法制造的生物识别传感器。适当显示设备的示例包括但不限于：电子纸、移动电话、平板计算机、电视、监视器、笔记本计算机、数字相框、GPS等。
在一些实施例中，所述显示设备具有多个子像素。可选地，所述多个光传感器中的每一个对应于所述多个子像素中的一个或多个。可选地，所述多个光传感器中的每一个对应于所述多个子像素中的N个，N≥1。可选地，N＝1，并且所述多个光传感器中的每一个对应于所述多个子像素中的一个。
在一些实施例中，所述显示设备具有子像素区域和子像素间区域。可选地，所述多个光传感器位于子像素间区域中。
出于示意和描述目的已示出对本发明实施例的上述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的确切形式或示例性实施例。因此，上述描述应当被认为是示意性的而非限制性的。显然，许多修改和变形对于本领域技术人员而言将是显而易见的。选择和描述这些实施例是为了解释本发明的原理和其最佳方式的实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明适用于特定用途或所构思的实施方式的各种实施例及各种变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式限定，其中除非另有说明，否则所有术语以其最宽的合理意义解释。因此，术语“发明”、“本发明”等不一定将权利范围限制为具体实施例，并且对本发明示例性实施例的参考不隐含对本发明的限制，并且不应推断出这种限制。本发明仅由随附权利要求的精神和范围限定。此外，这些权利要求可涉及使用跟随有名词或元素的“第一”、“第二”等术语。这种术语应当理解为一种命名方式而非意在对由这种命名方式修饰的元素的数量进行限制，除非给出具体数量。所描述的任何优点和益处不一定适用于本发明的全部实施例。应当认识到的是，本领域技术人员在不脱离随附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例进行变化。此外，本公开中没有元件和组件是意在贡献给公众的，无论该元件或组件是否明确地记载在随附权利要求中。

Claims (20)

1.一种生物识别传感器，所述生物识别传感器包括：
第一基底基板；
第二基底基板，其面对所述第一基底基板；
多个光传感器，其位于所述第一基底基板上且构造为检测由所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的表面全反射的光的至少一部分，从而检测生物识别信息；
低折射率层，其位于所述多个光传感器的远离所述第一基底基板的一侧；和
高折射率层，其位于所述低折射率层的远离所述第一基底基板的一侧并且与所述低折射率层直接相邻，所述高折射率层包括折射率比所述低折射率层的材料的折射率高的材料；
其中，所述低折射率层和所述高折射率层构造为阻止所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的所述表面所反射的反射光中的相对于所述低折射率层与所述高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器。
2.根据权利要求1所述的生物识别传感器，所述生物识别传感器还包括多个挡光壁，所述多个挡光壁中的每一个围绕所述多个光传感器中的一个的侧面，以防止光射出该侧面。
3.根据权利要求2所述的生物识别传感器，其中，每个所述挡光壁包括布拉格反射器，所述布拉格反射器至少包括围绕所述多个光传感器中的一个的所述侧面的第一折射率的第一子层和第二折射率的第二子层，所述第一子层包括折射率比所述第二子层的材料的折射率高的材料；并且
所述第一子层位于所述第二子层和所述多个光传感器中的一个的所述侧面之间。
4.根据权利要求3所述的生物识别传感器，其中，所述第一子层包括氧化铪，所述第二子层包括氧化硅。
5.根据权利要求2所述的生物识别传感器，其中，每个所述挡光壁包括光吸收聚合物材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的生物识别传感器，其中，所述低折射率层包括多个凹透镜，所述多个凹透镜构造为使所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的所述表面所反射的、朝向所述多个光传感器传播的反射光的至少一部分漫射；
所述高折射率层包括折射率比所述多个凹透镜的材料的折射率高的材料；
所述多个凹透镜和所述高折射率层构造为阻止所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的所述表面所反射的反射光中的相对于所述多个凹透镜与所述高折射率层之间的界面的入射角在所述阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器；并且
所述多个凹透镜中的每一个位于所述多个光传感器中的一个与所述高折射率层之间。
7.根据权利要求6所述生物识别传感器，所述生物识别传感器还包括中间层，其位于所述低折射率层的远离所述高折射率层的一侧；
所述多个凹透镜包括折射率比所述中间层的材料的折射率高的材料；并且
所述多个凹透镜中的每一个位于所述中间层的远离所述多个光传感器中的一个的一侧。
8.根据权利要求7所述的生物识别传感器，其中，所述多个凹透镜和所述中间层构造为阻止透过所述多个凹透镜的光进入所述多个光传感器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的生物识别传感器，所述生物识别传感器还包括：具有位于所述第一基底基板上并且分别连接至所述多个光传感器的多个薄膜晶体管的阵列；
公共电极，其构造为被提供有公共电极信号；和
多条读取线，用于分别发送由所述多个光传感器检测到的信号。
10.根据权利要求9所述的生物识别传感器，其中，所述公共电极是实质上透明的电极。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的生物识别传感器，其中，所述多个光传感器中的每一个包括：第一极性区域，其与所述公共电极连接；第二极性区域，其与所述多个薄膜晶体管中的一个的源极连接；以及二极管结，其连接所述第一极性区域和所述第二极性区域；并且
所述多个薄膜晶体管中的每一个包括：源极，其与所述多个光传感器中的一个的第二极性区域连接；和漏极，其与所述多条读取线中的一条连接。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的生物识别传感器，所述生物识别传感器还包括光源，其构造为发射沿着从所述第一基底基板朝向所述第二基底基板的方向照射的光，所述光的至少一部分被所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的表面全反射。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的生物识别传感器，其中，所述多个光传感器中的每一个是PIN光电二极管，其包括第一极性区域、第二极性区域、以及连接所述第一极性区域和所述第二极性区域的二极管结；
其中，所述第一极性区域是P+掺杂半导体区域，所述第二极性区域是N+掺杂半导体区域，并且所述二极管结是所述P+掺杂半导体区域与所述N+掺杂半导体区域之间的非晶硅的本征区域。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的生物识别传感器，其中，所述高折射率层是钝化层。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的生物识别传感器，其中，所述低折射率层和所述高折射率层构造为阻止所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的所述表面所反射的漫反射光中的相对于所述低折射率层与所述高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的至少一部分进入所述多个光传感器，并构造为允许所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的所述表面所全反射的光中的相对于所述低折射率层与所述高折射率层之间的所述界面的入射角在所述阈值范围以内的至少一部分进入所述多个光传感器。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的生物识别传感器，其中，所述生物识别传感器是指纹传感器，其构造为检测指纹，并且所述生物识别信息是指纹信息。
17.一种显示设备，包括权利要求1至16中任一项所述的生物识别传感器。
18.根据权利要求17所述的显示设备，其中，所述显示设备具有多个子像素；并且
所述多个光传感器中的每一个对应于所述多个子像素中的一个。
19.根据权利要求17至18中任一项所述的显示设备，其中，所述显示设备具有子像素区域和子像素间区域；并且
所述多个光传感器位于所述子像素间区域中。
20.一种制造生物识别传感器的方法，所述方法包括:
提供第一基底基板；
提供第二基底基板，其面对所述第一基底基板；
形成多个光传感器，其位于所述第一基底基板上且构造为检测由所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的表面全反射的光的至少一部分，从而检测生物识别信息；
形成低折射率层，其位于所述多个光传感器的远离所述第一基底基板的一侧；和
形成高折射率层，其位于所述低折射率层的远离所述第一基底基板的一侧并且与所述低折射率层直接相邻，所述高折射率层由折射率比所述低折射率层的材料的折射率高的材料制成；
其中，所述低折射率层和所述高折射率层形成为阻止所述第二基底基板的背离所述第一基底基板的表面所反射的反射光中的相对于所述低折射率层与所述高折射率层之间的界面的入射角在阈值范围以外的部分进入所述多个光传感器。
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