CN208848216U - 在显示器下方的生物计量传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于对生物计量输入对象成像的在显示器下方的成像设备。该在显示器下方的成像设备包括传感器，所述传感器包括感测元件的阵列，所述传感器被配置成安装在显示器的下方。

Description

在显示器下方的生物计量传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月30日提交的、标题为“具有降噪的在显示器下方的生物计量传感器”的美国临时申请序列号62/579042的权益，其内容通过引用被特意并入。
技术领域
本公开总体上涉及传感器，并且更具体地涉及可以被集成到显示堆叠中的传感器。
背景技术
对象成像在多种应用中是有用的。作为示例，生物计量识别系统对生物计量对象成像以用于认证和/或检验结合识别系统的设备的用户。生物计量成像提供可靠的、非入侵的方式来检验个体身份以用于识别的目的。各种类型的传感器可以被用于生物计量成像。
指纹是可被成像的生物计量对象的示例。如同各种其它生物计量特性，指纹基于有区别的个人特性并提供可靠的机制来识别个体。因而，指纹传感器具有许多潜在的应用。例如，指纹传感器可以用来提供固定应用中的访问控制，所述固定应用诸如安全检查点。指纹传感器也可以用来提供移动设备中的访问控制，所述移动设备诸如蜂窝电话、可穿戴智能设备（例如，智能手表和活动跟踪器）、平板计算机、个人数据助理（PDA）、导航设备、汽车设备、触摸板以及便携式游戏设备。因此，一些应用，特别是关于移动设备的应用，可能要求不但在尺寸上小而且高度可靠的识别系统。
大多数移动设备中的指纹传感器是电容性传感器，其具有配置成感测指纹的脊和谷特征的电容性感测阵列。典型地，这些指纹传感器检测绝对电容（有时称为“自电容”）或跨电容（有时称为“互电容”）。在任何一种情况中，阵列中的每一个感测元件处的电容取决于是否存在脊或谷而变化，并且这些变化被电气地检测来形成指纹的图像。
尽管电容性指纹传感器提供某些优点，但大多数市场上买得到的电容性指纹传感器难以通过远距离感测精细的脊和谷特征，从而要求指纹接触接近于感测阵列的感测表面。对于电容性传感器而言，通过厚层检测指纹仍然是重大的挑战，所述厚层诸如是保护许多智能电话和其它移动设备的显示器的厚护罩玻璃（在本文中有时称为“护罩透镜”）。为了解决此问题，常常在显示器旁边的区域中在护罩玻璃中形成切口，并且将分立的电容性指纹传感器（常常与按钮集成）放置在切口区域中，使得其可以在不必通过护罩玻璃进行感测的情况下检测指纹。对于切口的需要使得难以在设备的正面上形成齐平的表面，从而减损用户体验并且使制造复杂化。机械按钮的存在也占据宝贵的设备基板面。
光学传感器提供了针对电容传感器的替代。声学（例如超声）传感器也提供了针对电容传感器的替代。这样的传感器可被集成到电子设备的显示器内。然而，光学和声学传感器易受例如显示器元件造成的宽带和窄带噪声的影响。噪声可以干扰输入对象（诸如生物计量输入对象）的成像。附加地，光学传感器可以增加设备厚度由此也占据宝贵的基板面。
实用新型内容
一个实施例提供了一种用于对输入对象成像的在显示器下方的成像设备。该成像设备包括图像传感器，所述图像传感器包括感测元件的阵列，所述图像传感器被配置成安装在显示器的下方；以及布置在感测元件的阵列之上并且覆盖感测元件的阵列的噪声屏蔽层。
另一个实施例提供了一种用于对输入对象成像的在显示器下方的光学成像设备。该光学成像设备包括发射显示器；包括光学感测元件的阵列的光学传感，所述光学传感器被配置成安装在显示器的下方；以及布置在光学感测元件的阵列之上并且覆盖光学感测元件的阵列的噪声屏蔽层。
另一个实施例提供了一种用于对输入对象成像的电子设备。该电子设备包括发射显示器。所述发射显示器包括包含显示元件阵列的第一显示层以及关联的控制电路；以及布置在第一层下方的第二显示层，所述第二层包括噪声屏蔽。噪声屏蔽包括第一导电层，其中第一导电层是透明的；以及电连接到第一导电层的第二导电层，其中第二导电层是不透明的并且其中第二层包括允许光穿过其中的空隙的阵列。
另一个实施例提供了用于电子设备的显示器。该显示器包括具有滤光器的显示基板，所述滤光器被配置成只允许落入接受角度的光穿过滤光器；以及像素层，所述像素层具有多个显示像素和布置在显示基板上的控制电路。
附图说明
图1是一系统的示例的框图，该系统包括图像传感器和处理系统。
图2图示了根据实施例的图像传感器的示例。
图3A-3D图示了根据某些实施例的具有感测元件的图像传感器的示例，所述感测元件含有降噪屏蔽。
图4图示了根据实施例的具有降噪屏蔽的光学薄膜晶体管（TFT）传感器的示例。
图5图示了根据实施例的用于制造图像传感器的方法。
图6图示了集成在显示器中的图像传感器的示例。
图7 图示了具有嵌入的过滤器的显示基板。
图8图示了制造具有嵌入的过滤器的基板的图像传感器的方法。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上是示例性的，而不意在限制本实用新型或本实用新型的应用和用途。此外，不存在受前面的技术领域、背景技术、实用新型内容、附图说明或以下具体实施方式中所呈现的任何明示的或暗示的理论所束缚的意图。
转至附图，并且如本文中更加详细地描述的那样，实施例提供了系统和方法来在图像传感器（也称为传感器，诸如在显示器下方的生物计量传感器）中降噪。降噪包括插入在显示器与传感器阵列之间的屏蔽层。传感器阵列可为多种类型，诸如薄膜晶体管（TFT）光学传感器、CMOS光学传感器或者超声传感器。屏蔽层可包括导电的并光学透明的层（透明导电材料），诸如氧化铟锡（ITO）层，和/或导电的并光学不透明的层，诸如金属或金属化层。屏蔽层也可为多层屏蔽，例如，具有透明部分和金属部分二者。一个或多个层可覆盖整个传感器，而一个或多个其它层可覆盖传感器的选择部分。
本文中还描述了集成传感器的系统和方法，所述传感器诸如显示器内的生物计量传感器。
图1是根据某些实施例的具有传感器100的示例性感测系统的框图。传感器100可以配置成向电子系统（也称为“电子设备”）提供输入。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、电子书阅读器、个人数字助理（PDA），以及可穿戴计算机（诸如智能手表和活动追踪器设备）。附加的示例电子系统包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括外围设备，诸如数据输入设备（包括遥控器和鼠标）和数据输出设备（包括显示屏和打印机）。其它示例包括远程终端、信息站和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等）。其它示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）和媒体设备（包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子系统可以是输入设备的主设备或从设备。
传感器100可以实现为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统在物理上分离。传感器100可以集成为电子设备的显示器的部分。视情况而定，传感器100可以使用以下方式中的任何一种或多种来与电子系统的部分进行通信：总线、网络和其它有线或无线互连件。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙®、RF和IRDA。
传感器100配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。在一个实施例中，输入对象140是手指，并且传感器100实现为指纹传感器（也称为“指纹扫描器”），所述指纹传感器配置成检测输入对象140的指纹特征。在其它实施例中，传感器100可以实现为脉管传感器（例如，用于手指静脉识别）、手形传感器或接近传感器（诸如触摸板、触摸屏、和/或其它设备）。在其它实施例中，传感器可以通过监视图像反射率的动态变化来用于心率检测。
感测区120涵盖传感器100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中传感器100能够检测输入（例如，由一个或多个输入对象140所提供的用户输入）。特定感测区的尺寸、形状和位置可以因实施例而很大地变化。在一些实施例中，感测区120沿一个或多个方向从传感器100的表面延伸到空间中。在各种实施例中，可以由传感器元件位于其内的壳体的表面、由应用在传感器元件或任何壳体之上的面板等来提供输入表面。在一些实施例中，感测区120当被投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状（或其它形状）。
传感器100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。传感器100包括用于检测用户输入的一个或多个检测器元件（或“感测元件”）。一些实现方式利用感测元件的阵列或者其它规则的或不规则的图案来检测输入对象140。
在本文中所阐述的输入设备100的光学实现方式中，一个或多个检测器元件（也称为光学感应元件）检测来自感测区的光。在各种实施例中，所检测的光可以从感测区中的输入对象反射、可以由感测区中的输入对象发射或者可以是其某种组合。示例光学检测器元件包括光二极管、CMOS阵列、CCD阵列以及其它类型的光传感器，所述其它类型的光传感器配置成检测可见或不可见光谱中的光（诸如红外或紫外光）。光传感器可以是薄膜光检测器，诸如薄膜晶体管（TFT）或薄膜二极管。
一些光学实现方式向感测区提供照射。来自感测区的（一个或多个）照射波长中的反射被检测，以确定对应于输入对象的输入信息。
一些光学实现方式依靠输入对象的直接照射的原理，所述输入对象取决于配置可以或可以不与感测区的输入表面相接触。一个或多个光源和/或光导结构可以用来引导光到感测区。当存在输入对象时，该光从输入对象的表面反射，该反射可以由光学感测元件检测并用来确定关于输入对象的信息。
一些光学实现方式依靠内反射的原理来检测与感测区的输入表面相接触的输入对象。可以使用一个或多个光源来以某一角度引导透射介质中的光，按所述角度光在感测区的输入表面处被内反射，这是由于由感测表面限定的边缘的相对侧处的不同折射率。由输入对象对输入表面的接触使得折射率跨越此边缘而改变，这更改输入表面处的内反射特性。如果使用受抑全内反射（FTIR）的原理来检测输入对象，则常常可以实现较高对比信号。在这样的实施例中，光可以以某一入射角被引导到输入表面，按所述入射角光被完全地内反射，除了在输入对象与输入表面相接触并且使得光部分地透射穿过此界面的情况下。此情况的示例是被引入到由玻璃到空气界面限定的输入表面的手指的存在。人类皮肤与空气相比更高的折射率使得在输入表面处以该界面到空气的临界角入射的光被部分地透射通过手指，其中它原本会在玻璃到空气界面处被完全地内反射。此光学响应可以由系统检测并且用来确定空间信息。在一些实施例中，这可以用来对小尺度指纹特征成像，其中入射光的内反射率取决于是否有脊或谷与输入表面的该部分相接触而不同。
也可以使用除了光学传感器之外的传感器。例如，在一些实施例中，传感器100是声学传感器，诸如具有超声感测元件的超声传感器。
一些实现方式配置成提供跨一维、二维、三维或更高维空间的图像。输入设备可以具有逐个实施例而变化的传感器分辨率，其取决于诸如所涉及的特定感测技术和/或所关注的信息的尺度之类的因素。例如，一些生物计量感测实现方式可以配置成检测输入对象的生理特征（诸如手指的指纹脊特征，或者眼睛的血管图案），其可以利用较高的传感器分辨率，并且可以呈现来自一些接近传感器实现方式的不同的技术考虑，所述接近传感器实现方式配置成检测输入对象关于感测区的位置（诸如手指关于输入表面的触摸位置）。在一些实施例中，由感测元件的阵列的物理布局来确定传感器分辨率，其中较小的感测元件和/或较小的节距可以用来限定较高的传感器分辨率。
在一些实施例中，传感器100实现为指纹传感器，所述指纹传感器具有足够高以捕获指纹特征的传感器分辨率。在一些实现方式中，指纹传感器具有足以捕获细节（包括脊的末端和分叉）、方位场（有时称为“脊流”）和/或脊骨架的分辨率。这些有时称为1级和2级特征，并且在示例性实施例中，至少250像素每英寸（ppi）的分辨率能够可靠地捕获这些特征。在一些实现方式中，指纹传感器具有足以捕获更高级特征的分辨率，所述更高级特征诸如为汗孔或边缘轮廓（即，单独脊的边缘的形状）。这些有时称为3级特征，并且在示例性实施例中，至少750像素每英寸（ppi）的分辨率能够可靠地捕获这些更高级特征。
在一些实施例中，指纹传感器实现为放置传感器（也称为“区域”传感器或“静态”传感器）或扫刷传感器（也称为“滑动”传感器或“扫动”传感器）。在放置传感器实现方式中，传感器配置成当用户的手指在感测区上方被保持固定时捕获指纹输入。典型地，放置传感器包括能够在单个帧中捕获所期望的指纹区域的感测元件的二维阵列。在扫刷传感器实现方式中，传感器配置成基于用户的手指和感测区之间的相对移动来捕获指纹输入。典型地，扫刷传感器包括配置成当用户的手指在感测区上方被扫刷时捕获多个帧的感测元件的线性阵列或薄的二维阵列。多个帧然后可以被重构以形成对应于指纹输入的指纹图像。在一些实现方式中，传感器配置成捕获放置和扫刷输入二者。
在一些实施例中，指纹传感器配置成在单个用户输入过程中捕获少于用户的指纹的完整区域（本文中称为“部分”指纹传感器）。典型地，由部分指纹传感器捕获的指纹的所产生部分区域足够用于系统来执行来自指纹的单个用户输入（例如，单个手指放置或单个手指扫刷）的指纹匹配。一些部分放置传感器的示例成像区域包括100mm2或更小的成像区域。在另一个示例性实施例中，部分放置传感器具有在20－50mm2的范围中的成像区域。在一些实现方式中，部分指纹传感器具有与成像区域相同尺寸的输入表面。
尽管一般在图1中的指纹传感器的上下文中描述了输入设备，但实施例包括其它生物计量传感器设备。在各种实施例中，生物计量传感器设备可以配置成捕获用户的生理生物计量特性。一些示例生理生物计量特性包括指纹图案、脉管图案（有时称为“静脉图案”）、掌纹和手形。
在图1中，处理系统110示出为与输入设备100进行通信。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）（包括微处理器、微控制器等）和/或其它电路部件的部分或全部。在一些实施例中，处理系统可以配置成操作输入设备的硬件来捕获输入数据，和/或基于由传感器100捕获的输入数据实现生物计量过程或其它过程。
在一些实现方式中，处理系统110配置成操作传感器100的传感器硬件来检测感测区120中的输入。在一些实现方式中，处理系统包括驱动器电路，所述驱动器电路配置成利用输入设备的感测硬件来驱动信号；和/或接收器电路，所述接收器电路配置成利用感测硬件来接收信号。例如，用于光学传感器设备的处理系统可以包括驱动器电路，所述驱动器电路配置成驱动照射信号到一个或多个LED、LCD背光或其它光源；和/或接收器电路，所述接收器电路配置成利用光学接收元件来接收信号。
在一些实施例中，处理系统110包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码和/或类似物。在一些实施例中，处理系统110包括用于存储电子可读指令和/或诸如用于生物计量识别的参考模板之类的其它数据的存储器。处理系统110可以实现为传感器100的物理部分，或者可以与传感器100在物理上分离。处理系统110可以使用总线、网络和/或其它有线或无线互连件来与传感器100的各部分进行通信。在一些实施例中，构成处理系统110的部件被定位在一起，诸如靠近传感器100的（一个或多个）感测元件。在其它实施例中，处理系统110的部件在物理上是分离的，其中一个或多个部件接近于传感器100的（一个或多个）感测元件，而一个或多个部件在其它位置。例如，传感器100可以是耦合到计算设备的外围设备，并且处理系统110可以包括软件，所述软件配置成在计算设备的中央处理单元以及与中央处理单元分离的一个或多个IC（可能具有关联的固件）上运行。作为另一个示例，传感器100可以在物理上集成在移动设备中，并且处理系统110可以包括作为移动设备的中央处理单元或其它主处理器的部分的电路和/或固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现传感器100。在其它实施例中，处理系统110执行与传感器关联的功能并且还执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器、运行用于电子系统的操作系统（OS）等。
处理系统110可以实现为一组模块（硬件或软件），所述模块对处理系统110的不同功能进行处理。每一个模块可以包括作为处理系统110的部分的电路、固件、软件或者其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，用于操作诸如传感器电极和显示屏之类的硬件；数据处理模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据；以及报告模块，用于报告信息。另外的示例模块包括：传感器操作模块，其配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入；识别模块,其配置成识别手势，诸如模式改变手势；以及模式改变模块，用于改变操作模式。在一个或多个实施例中，第一和第二模块可以被包括在分离的集成电路中。例如，第一模块可以至少部分地被包括在第一集成电路内，并且分离的模块可以至少部分地被包括在第二集成电路内。此外，单个模块的各部分可以跨多个集成电路。
在一些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作来直接地响应于感测区120中的用户输入（或者没有用户输入）。示例动作包括解锁设备或以其它方式改变操作模式，以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分（例如向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样的分离中央处理系统存在的话）提供关于输入（或者没有输入）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息，以作用于用户输入，诸如促进完整范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作传感器100的（一个或多个）感测元件，以产生指示感测区120中的输入（或者没有输入）的电信号。处理系统110可以在产生提供给电子系统的信息的过程中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以数字化从传感器电极所获得的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可以执行滤波或者其它信号调节。作为又一个示例，处理系统110可以减去或者以其它方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又一些示例，处理系统110可以确定位置信息、将输入识别为命令、认证用户等。
在一些实施例中，传感器100的感测区120重叠显示屏的有效区域的至少一部分，诸如其中传感器100包括触摸屏界面的实施例和/或配置成检测有效显示区域上方的生物计量输入数据的生物计量感测实施例。例如，传感器100可以包括基本上透明的传感器电极。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL）或者其它显示技术。显示屏可以是柔性的或刚性的，并且可以是平的、弯曲的或具有其它几何形状。在一些实施例中，显示屏包括用于TFT电路和/或其它电路的玻璃或塑料基板，其可以用来提供画面和/或其它功能性。在一些实施例中，显示设备包括布置在显示电路之上的护罩透镜（有时称为“护罩玻璃”），护罩透镜也可以提供用于输入设备的输入表面。示例护罩透镜材料包括塑料、诸如化学硬化玻璃之类的光学透明的无定形固体，以及诸如蓝宝石之类的光学透明的晶体结构。根据本公开，传感器100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同电学部件中的一些以用于显示画面以及用于输入感测。在一个实施例中，显示设备的一个或多个显示电极可以配置用于显示更新和输入感测二者。作为另一个示例，显示屏可以部分地或整体地由与输入设备通信的处理系统110来操作。
图2图示了在显示器下方的被用于对输入对象202成像的成像设备200的示例的堆叠，所述输入对象202诸如指纹、其它生物计量或对象。成像设备200包括传感器或图像传感器204以及在一些实施例中的过滤器（或过滤器层）206。覆盖层212可以布置在成像设备200上方并且配置用于保护成像设备200的内部部件，诸如传感器204和过滤器206。覆盖层可以包括护罩玻璃或护罩透镜。显示器208布置在保护层212的下方。显示器208可以是OLED显示器，其说明性地描绘成具有红（R）、绿（G）和蓝（B）像素——虽然显示器208可以包括任何颜色的像素。其它显示堆叠诸如微LED（MicroLED）、无机显示器或其它发射显示器可被如前面描述那样使用。成像设备200可以用于透过整个显示器208的任何部分、透过显示器208的指定部分或者透过没有显示器的护罩透镜或护罩玻璃对输入对象202成像。将会理解的是，成像设备200以及每个层是以简化形式示出的。成像设备200可以包括其它层，层可以去除或者结合，并且各种层可以包括没有被示出的部件和子层。例如，显示器208可以包括诸如基板、像素层以及保护层（例如，上玻璃）的子层。
针对输入对象202的感测区域被限定在保护层212的上方。感测区域包括由保护层212的顶表面形成的感测表面214，所述感测表面提供了针对输入对象202（例如指纹，或者更一般地，其它生物计量或对象）的接触区域。如先前以上所描述的，感测区域可以在感测表面214上方延伸。因此，输入对象202不需要接触要成像的感测表面214。
虽然出于说明的目的在指纹的上下文中一般地描述，但是输入对象202可以为要成像的任何对象。输入对象202可以具有多种特征。例如，在指纹的情况下，输入对象202具有可以光学成像的脊和谷。可以通过显示部件提供用于成像的输入对象202的照明，所述显示部件例如OLED和/或通过可以安装在过滤器206的下方或上方分离的光源（未示出）。当光源安装在过滤器206的下方时，过滤器206的部分可以是透明的以允许光到达保护层212以及感测表面214。
针对成像设备200配置用于光学成像的实施例，过滤器206可以配置调节从输入对象202和/或在感测表面214处反射的光。光学过滤器206可以是准直器或任何合适类型的过滤器。当作为准直器部署时，过滤器206包括孔口或孔210的阵列，其中每一个孔口210总体上在传感器204的一个或多个光学感测元件上方，使得穿过孔口210的光到达感测元件。孔口210的阵列可以形成规则或不规则图案。孔口210可以为空隙或可以由透明材料制成，或其组合，并且可以使用添加或减除方法(例如，激光、钻孔、蚀刻、冲压等)形成。在除了孔口210之外的区域中，过滤器206可以包括将阻挡、反射、吸收或以其它方式遮断光的材料(例如，金属)。因此，过滤器206总体上仅准许从输入对象202(例如，手指)或感测表面214反射的以(相对于由过滤器层206的纵向轴限定的纵向平面)垂直或接近垂直入射的光线穿过并且到达光学传感器204的光学感测元件。应当理解的是，准直器可以使用任何合适的方法或材料来制造，并且进一步地，准直器或其部分可以附加地或备选地准许(例如，具有成角度的或倾斜的接收角的)非垂直光线到达传感器。如结合图6所描述的，过滤器206可以嵌入在显示器208的基板中。
在一些实施例中，传感器204布置在过滤器206的下方。在光学感测的实施例中，传感器204包括光学感测元件的阵列，其中当使用过滤器206时在光学传感器阵列中的一个或多个感测元件总体上布置在过滤器206的孔口210的下方。光学感测元件检测通过过滤器206且成为入射于感测元件中的一个或多个上的光的强度。光学传感器的示例包括形成于非导电基板(诸如玻璃)上的基于TFT的传感器，或者可以由半导体管芯（诸如CMOS图像传感器(CIS)管芯）形成的CMOS图像传感器。在其它实施例中，使用不同类型的感测元件的备选的感测技术可以被使用。例如，传感器204可以包括诸如包括声学感测元件的阵列的超声传感器的声学传感器。
控制电路218通信地耦合（例如电气地和逻辑地连接）到光学传感器204。控制电路218可以配置成控制传感器204的操作。例如，作为生物计量成像过程的一部分，控制电路218可以读取来自传感器204的感测元件的值。控制电路218可以包括处理器220、存储器222和/或分立部件。处理器可以包括电路224来放大来自传感器204的信号、模数转换器（ADC）226等。控制电路218可以是分离的，如总体上示出的那样，或者可以部分地或整体地与传感器204集成。
在某些实施例中，空隙（例如气隙）可以存在于成像设备200的一个或多个层之间。例如，在示出的示例中，空隙219出现在过滤器206和显示器208之间。这样的空隙可以存在于其它层之间并且，相反地，成像设备200的多种层可以缺少空隙。
如要理解的那样，成像设备200的部件可以产生噪声。例如，显示器208内的信令可以产生电气噪声以及从显示器发射的光的波动可以产生光噪声。电气噪声和光噪声可以转而耦合到传感器204，并因此干扰输入对象202的成像。如要进一步理解的那样，耦合到传感器204的噪声的量可以取决于多种因素，包括，例如显示器208与传感器204之间的距离、任何气隙的出现和缺乏以及大小和/或材料特性和介于中间的层的厚度。
为了降低噪声的影响，一些实施例提供了屏蔽层或噪声屏蔽216。在某些实施例中，屏蔽层216可以包括光学不透明部分，例如金属。在其它实施例中，例如，屏蔽层216可以包括诸如氧化铟锡（ITO）的透明部分，其中屏蔽下的感测元件是用于对输入对象202光学成像的光学传感器。在其它实施例中，屏蔽层216包括透明和不透明材料的组合。因此，屏蔽层216可以包括多个层。
屏蔽层216 m布置在显示器208的电路与传感器204的感测元件之间。屏蔽层216的位置可以变化，例如，屏蔽层216可以在显示器208与传感器204之间形成分立的层。备选地，屏蔽层216可以在感测元件的上方，但是形成作为传感器204整体的一部分。作为另一备选地，屏蔽层216可以在显示器208的显示像素的下方，但是不是底部显示器208整体的一部分就是附接到显示器208的底部。作为又一备选地，屏蔽层216可以并入在过滤器层206中。
可以影响传感器204的各种类型的噪声可以通过数学关系表示：
N o =
其中：
N e = 电气噪声，例如，传感器固有的电气噪声，诸如由模拟前端读出产生的并且来自传感器像素的噪声。
N s = 散粒噪声
N o = 其它噪声
N = 全部噪声
通常，电气噪声（N e ）在黑暗环境中测量而散粒噪声（N s ）从图像均值计算。
其它噪声（N o ）的潜在来源包括来自显示器（诸如耦合到成像器的OLED显示器）的电气噪声，以及随时间推移从显示器发射的光强度的变化导致的光噪声。图3A-4图示了用于最小化来自例如显示器的电气噪声的量的实施例的示例。
图3A图示了根据一个实施例的布局300的横截面视图。如示出的，布局包括布置在显示器308下方的传感器302。显示器308可以为任何合适的类型，诸如，如结合图2的显示器208所一般地描述的OLED显示器。
传感器302也可以为任何合适的类型，例如，光学基于TFT的传感器、光学CMOS图像传感器以及超声传感器。传感器302可以包括按照规则或不规则图案形成的感测元件304的阵列。传感器392可以包括附加的部件。例如，在采用感测元件（诸如光学或声学感测元件）的阵列的布局中，传感器302可以包括驱动器314和例如通过激活TFT开关318用于控制阵列中的多种感测元件304的读出电路316。
布局300还包括噪声屏蔽312，所述噪声屏蔽312包括第一屏蔽层306和第二屏蔽层310。如示出的，噪声屏蔽312布置在显示器308与传感器302的感测元件304之间。
第一屏蔽层306也称为第一导电部分，覆盖传感器302的全部或基本上全部。在依赖于光学成像的布局中，以及因此光学感测、第一屏蔽层306是透明的。例如，第一屏蔽层306是氧化铟锡（ITO）层。由于ITO是透明的，该结构允许穿过第一屏蔽层306的光的透射，并且，因此作为生物计量成像过程的部分，允许光到达感测元件304。与此同时，ITO是导电的因而允许层306充当噪声屏蔽。因此，如总体上示出的，第一屏蔽层306可以覆盖（例如，布置在正上方）感测元件304而不是相反地影响成像。其它合适透明导电材料的示例包括聚乙烯（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）、氧化铟锡（ITO）、氧化锌铝（AZO）、其它透明导电氧化物等。
在非光学感测布局中，诸如使用声学感测的情况下，第一屏蔽层306可以类似地由诸如ITO的材料构成。备选地，当光的透射不是必要的时候，第一屏蔽层306可以由导电的不透明材料构成，所述材料诸如铜（Cu）、铝（Al）、银（Au）、金（Ag）、铬（Cr）、钼（Mo）、金属合金等。
为了进一步降低噪声，第一屏蔽层306可以电连接到固定电压，例如地线。
第二屏蔽层310（也称为第二导电部分）可以是可选的。第二屏蔽层310可以选择性地布置在第一屏蔽层306的上方。在光学布局中，第二屏蔽层310可以覆盖传感器302的部分，使得第二屏蔽层310不覆盖（排除）在单个感测元件304的正上方或总体上上方的传感器302的区域或部分。例如，可以在第二屏蔽层310中、感测元件304上方形成空隙或开口317。在一些实施例中，第二屏蔽层310可以在感测元件304上方的区域的（一个或多个）部分上延伸，例如，在第二屏蔽层310与感测元件304正上方的区域间有一些重叠。因此，当感测元件304是光学感测元件时，第二屏蔽层310可以由诸如金属的非透明材料制作。当感测元件304是诸如声学感测元件的非光学感测元件时，第二屏蔽层310（如果使用）可以是覆盖传感器302的全部或基本上全部的连续层。
要理解的是，第二屏蔽层310可以进一步提高由第一屏蔽层306提供的噪声降低。因此，第二屏蔽层310可以布置在对噪声敏感的电气部件的上方。例如，第二屏蔽层310在驱动器电路314、读出电路316以及其它诸如TFT开关318的电气部件的上方。
第二屏蔽层310电连接或耦合到第一屏蔽层306。第一屏蔽层306与第二屏蔽层310的电连接降低了第一屏蔽层306和第二屏蔽层310的共同电阻，从而增强了屏蔽层的能力以降低耦合到传感器302的电气噪声，尤其是高频噪声。
图3B图示了备选的布局320。与图3A的布局300类似，噪声屏蔽312布置在显示器308与感测元件304之间。然而，在布局320中，噪声屏蔽312形成了传感器302的部分，或者备选地，直接附接到传感器302的上方。要注意的是，虽然噪声屏蔽312形成了传感器302的部分，或者附接到传感器302的顶部，但是噪声屏蔽312定位在感测元件304的上方，并且因此将为感测元件304和任何对应的电路（未示出）提供屏蔽。如图3A所示，噪声屏蔽312可以包括多个层。例如，在感测元件304是光学感测元件的情况下，第一屏蔽层306可能透明由此允许光的透射。第二屏蔽层310可以是非透明的（例如金属），其在不要求光透射的区域的上方提供增强的噪声屏蔽。噪声屏蔽312与传感器302集成的特定示例将结合图4进一步描述。
图3C图示了又一个布局330。与图3A-3B类似，噪声屏蔽312在传感器元件304的上方。然而，在实施例330中，噪声屏蔽312与显示器308集成。集成可以通过例如在显示堆叠的较低水平面上布置第一屏蔽层306和第二屏蔽层310实现。例如，噪声屏蔽312可以在包括个体显示像素或元件（例如RGB显示像素）和与它们相关的电路（例如用于驱动个体像素或元件）的层的下方形成层。作为备选，噪声屏蔽312可以直接附接在显示器308的下方。
图3D图示了又一个布局340。在传感器302与显示器308之间插入过滤器206（图2）。如前文所描述的，过滤器206可以是例如带有孔口210的阵列或其它布局的准直器，所述过滤器206允许光的透射。在图3D的布局中，噪声屏蔽312与过滤器206集成或者附接到过滤器206。由于第一屏蔽层306是透明的，它可以覆盖过滤器206的整个区域。第二屏蔽层310被这样形成：使得它不覆盖孔口210由此允许光穿越过滤器孔口210以到达感测元件304。因此，空隙317出现在第二屏蔽层310中。虽然示出在过滤器206的底部，但是噪声过滤器312可以布置在过滤器206中的任何层处（例如中间或顶部）。孔口210的尺寸不需要匹配空隙317的尺寸。
图4图示了TFT光学传感器404的横截面视图以及感测元件402的示意图。如图4中所示，感测元件402包括具有光电二极管（例如PIN二极管）的TFT。如图4中所示，光学TFT传感器400配置成安装在显示器430的下方。
TFT光学传感器400包括非导电基板404。非导电基板404可以是例如玻璃。在基板404的上方是金属化层（例如栅极金属406），接着是第一钝化或绝缘层408。在第一钝化层408的上方是另一个金属化层410（例如源、漏和非晶硅413），接着是光感测二极管（例如PIN二极管412）。PIN二极管412可以在钝化层414中形成。
偏置电极416 VCOM布置在钝化层414和PIN二极管412的上方。偏置电极416（也称为透明偏置电极）可以由ITO或者其它合适的透明导电材料（诸如那些结合图3描述的）形成。要注意的是，偏置电极416可以携带DC信号。
在偏置电极416上方的是光屏蔽418，其可以由例如金属构成。光屏蔽418保护例如TFT开关免受光影响，光可以导致来自PIN二极管的信号中的噪声。光屏蔽418的内含物是可选的并且可以例如由于下文描述的噪声屏蔽金属（第二噪声屏蔽层422）而去除。作为成像和光感测过程的部分，为了允许光到达PIN412，光屏蔽418可以不覆盖感测元件的全部。例如，光屏蔽418不布置在PIN412的上方的区域中。
根据某些实施例，第一噪声屏蔽层420布置在钝化层424的上方。在示例中，第一噪声屏蔽层420覆盖包括在光感测PIN412的上方的部分或区域的整个传感器（或基本上传感器的全部）。第一噪声屏蔽层420是透明和导电的并且可以例如由ITO或者其它合适的透明导电材料（诸如那些结合图3A描述的那些）制成。为了促成噪声的降低，第一噪声屏蔽层420连接到固定电压，例如地线。
第二噪声屏蔽层422可选地布置在第一噪声屏蔽层420的上方并且电连接（例如，短接或耦合到）到第一噪声屏蔽层420。如示出的，第二噪声屏蔽层422选择性地定位以覆盖对噪声敏感的部分（诸如TFT开关），但是不覆盖在PIN412上方的部分或区域。第二噪声屏蔽层422可以是非透明的（不透明的）因而可由金属构成（例如如结合图3A所描述的）。在某些实施例中，第二噪声屏蔽层422可以有效地阻挡光使得消除了对光屏蔽418的需求。噪声屏蔽层422的相对高的导电性降低了结合的第一和第二噪声屏蔽层的电阻，这增加了由整体传感器设计提供的噪声降低，尤其是关于高频噪声。
图4图示了单个感测元件。要理解的是，传感器将典型地包括许多感测元件，例如，诸如结合图3大体上描述的感测元件的阵列。第一屏蔽层将大体上覆盖整个阵列而第二屏蔽层可以只覆盖阵列的部分（例如不在感测元件正上方的部分）。
要进一步理解的是，参考图4示出和描述的特定示例是光学TFT传感器堆叠的示例。实际的层可能不同。示例是第一以及可选地第二噪声屏蔽层可以如何插入到光学传感器元件与显示器之间的示意。当然，要理解的是，噪声屏蔽层可以与诸如大体上结合图3A-3D描述的其它光学以及非光学感测元件使用。
描述的噪声降低最小化了可能出现在在显示器下方的生物计量感测布局的宽带以及窄带噪声的影响。
图5图示了根据某些实施例的制造具有噪声屏蔽的传感器布局的方法。要理解的是，示出的步骤是示例的并且不需要按照示出的顺序执行除非另有说明。例如，形成噪声屏蔽和传感器的顺序可能相反。另外，可以添加或移除步骤。例如，传感器和噪声屏蔽不需要安装在显示器的下方。
在步骤502中形成传感器。典型地，传感器将包括感测元件的阵列和基板。合适的感测元件包括结合图3A-3D描述的感测元件304。基板可以是任何合适类型的传感器元件304。例如，在基于TFT/光电二极管感测元件的情况下，感测元件可以在诸如玻璃的非导电基板上形成。在基于CMOS的传感器的情况下，感测元件可以在半导体管芯上形成，诸如CMOS图像传感器（CIS）管芯。其它诸如驱动器和读出电路的部件也可以形成在基板上或与基板集成。
在步骤504中形成噪声屏蔽。如大体上描述的，噪声屏蔽可以包括称为第一屏蔽层的第一连续层，其由导电材料形成。取决于所使用的感测技术，第一屏蔽层可以是透明材料。可以改变第一屏蔽层的大小以覆盖传感器的整体。可以形成第二可选屏蔽层。第二屏蔽层可以包括空隙或开口以允许光到达感测元件。第一屏蔽层和第二屏蔽层可以电气耦合。
在步骤506中，装配传感器和噪声屏蔽，其中噪声屏蔽布置在传感器以及在第二屏蔽层中的空隙或开口上方，所述空隙或开口大体上布置在感测元件的上方。噪声屏蔽可以或可以不附接到如结合图3A-3D描述的传感器。显示器则布置在传感器和噪声屏蔽的上方。如前文结合图3C描述的，布局可以附接到显示的底部，或者可以与显示的底部集成。
图6图示了在显示器下方的成像设备600的示例，所述成像设备600包括至少某些与显示器中（诸如OLED显示器）集成的部分。布局与结合图2描述的成像设备200类似，用相似的参考数字表示相似的部件。
成像设备600包括传感器或图像传感器204。还示出了具有包括感测表面214的感测区域的覆盖层212。显示器602（诸如OLED显示器）说明性地描绘成具有红（R）、绿（G）和蓝（B）像素——虽然显示器602可以包括任何颜色的像素。在一些实施例中，其它显示堆叠诸如微LED（MicroLED）或无机显示器或其它发射显示器可被如前面描述那样使用。成像设备600可选地可以包括如前面描述的噪声屏蔽216。
显示器602包括基板608、像素层604以及覆盖层606。基板608由任何合适的材料（例如玻璃）制成。包括例如RGB像素和关联电路的像素层构建在基板608的上面。覆盖层606由任何合适的透明或半透明材料（诸如玻璃）制成。
成像设备600也包括过滤器610。过滤器610形成在显示基板608内。与过滤器206（图2）类似，过滤器610通过例如只允许以垂直或接近垂直入射（相对于基板608的纵轴而言）的光线穿过并到达传感器204的感测元件来调节从感测表面214处的输入对象反射的光。穿过并到达传感器204的感测元件的光线的角度在本文中称为可接受的角度。例如，基板608可以包括诸如过滤器610的嵌入的准直器。准直器610可以例如利用一系列纤维光学面板（FOP）形成在基板608中。通过将过滤器610集成在显示基板608中，假使不采用光学噪声屏蔽216，显示堆叠的厚度只随着图像传感器的厚度增加。因此，整体显示堆叠的厚度针对基于薄膜的TFT传感器可以只增加大约0.05mm，针对玻璃TFT传感器可以只增加大约0.3- 0.5mm。这样的布局允许了用于其它设备部件（诸如电池容量）的附加空间。由于针对成像设备需要更少的部件，布局也减少了设备的重量。
图7示出了具有集成的过滤器的显示基板608的平面视图。如所示出的，显示基板608包括一系列过滤器部件612。过滤器部件612可以例如由FOP构成。FOP可以融合（例如在热和/或压力下）到显示基板608。FOP允许图像（例如指纹）从感测表面214传送到图像传感器204而不降低分辨率。
FOP可以如大体上了在图6中描绘的，以阵列在显示基板中布局。然而，可以使用FOP的任何合适的规则或不规则图案，其中每个FOP大体上布置在一个或多个感测元件的上方。基板608可以在不被FOP占据的区域中涂覆有吸光材料。
图8图示了制造具有集成在显示基板中的过滤器的成像设备的方法。如本文中所描述前面的方法，步骤不需要按照示出的顺序执行，并且某些步骤可以去除，除了说明书中另有明确说明。
在步骤802中，开口生成在对应于FOP将被插入的尺寸和位置的显示基板中。可以使用任何合适的方法(例如，激光、钻孔、蚀刻、冲压等)制作开口。在步骤804中，FOP插入显示基板中的对应的开口中。
在步骤806中，将FOP附接到显示基板。这可以通过使用热和/或压力将FOP融合到显示基板完成。在步骤808中，显示像素以及关联的电路（例如驱动器电路）被构建在显示基板的顶部上。
在步骤810中，传感器可以安装在显示基板的底部。然而，要理解的是，传感器不需要物理地附加于显示基板。如果使用噪声屏蔽，其插入到显示基板的底部与传感器之间。如前面结合图3C所描述的，噪声屏蔽可以附加于显示堆叠的较低水平面上或与显示堆叠的较低水平面集成。
在描述本实用新型的上下文中（特别是在以下权利要求的上下文中）对术语“一”、“一个”、“所述”和“至少一个”以及类似指示物的使用是要被解释为覆盖单数和复数二者，除非本文中另有说明或者根据上下文明显矛盾。对跟随有一系列的一个或多个项目的术语“至少一个”（例如，“A和B中的至少一个”）的使用是要被解释为意味着从所列出的项目中所选择的一个项目（A或B）或者所列出的项目中的两个或更多项目的任何组合（A和B），除非本文中另有说明或者根据上下文明显矛盾。除非另有说明，术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”是要被解释为开放性术语（即，意味着“包括，但不限于”）。本文中对值的范围的记载仅仅意在充当单独地指代落在范围内的每一个分离的值的速记方法，除非本文中另有说明，并且每一个分离的值被并入到说明书中，如同其在本文中被单独地记载。
本文中所描述的所有方法可以以任何适合的顺序执行，除非本文中另有说明或者另外根据上下文明显矛盾。除非另有声明，对本文中所提供的任何的以及所有的示例或示例性语言（例如，“诸如”）的使用仅仅意在更好地阐明本实用新型而不引起对本实用新型的范围的限制。说明书中的语言不应当被解释为将任何非要求保护的元素指示为对于本实用新型的实践是必要的。
本文中描述了示例的实施例。当阅读前面的描述时，对于本领域普通技术人员而言，那些实施例的变型将变得显而易见。发明人期望技术人员视情况而定采用这样的变型，并且发明人意在让本实用新型以与本文中所具体描述的不同的方式来实践。因此，本实用新型包括其所附权利要求中所记载的主题的所有修改和等同物，如由可适用的法律所准许的那样。例如，尽管总体上描述用于作为生物计量传感器，描述的布局可以用于对任何形式的输入对象成像。而且，本实用新型涵盖以其所有可能变型的上述元素的任何组合，除非本文中另有说明或者另外根据上下文明显矛盾。

Claims (24)

1. 一种用于对输入对象成像的成像设备，包括：
图像传感器，所述图像传感器包括感测元件的阵列，所述图像传感器配置成安装在显示器的下方；以及
噪声屏蔽层，所述噪声屏蔽层布置在所述感测元件的阵列上方并且覆盖所述感测元件的阵列。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述噪声屏蔽层包括透明导电材料。
3.根据权利要求2所述的成像设备，其中所述透明导电材料是氧化铟锡（ITO）。
4.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述图像传感器是光学传感器。
5.根据权利要求4所述的成像设备，其中所述光学传感器包括薄膜晶体管（TFT）传感器，所述薄膜晶体管（TFT）传感器包括光电二极管。
6.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述图像传感器是声学传感器。
7. 根据权利要求1所述的成像设备，其中所述噪声屏蔽层还包括：
第一导电层，所述第一导电层覆盖在所述感测元件上方的第一区域；以及
第二导电层，所述第二导电层覆盖在所述感测元件上方不包括第三区域的第二区域，其中所述第二导电层电连接到所述第一导电层。
8.根据权利要求7所述的成像设备，其中所述第一导电层是透明的而所述第二导电层是不透明的。
9.一种用于对输入对象成像的光学成像设备，包括：
发射显示器；
光学传感器，所述光学传感器包括光学感测元件的阵列，所述光学传感器配置成安装在显示器的下方；以及
噪声屏蔽层，所述噪声屏蔽层布置在所述光学感测元件的阵列上方并且覆盖所述光学感测元件的阵列。
10.根据权利要求9所述的光学成像设备，其中所述噪声屏蔽层附接到所述光学传感器的顶部。
11.根据权利要求9所述的光学成像设备，其中所述噪声屏蔽层与所述光学传感器集成。
12.根据权利要求9所述的光学成像设备，其中所述噪声屏蔽层附接到所述发射显示器的底部。
13.根据权利要求9所述的光学成像设备，其中所述噪声屏蔽层与所述发射显示器集成。
14.根据权利要求9所述的光学成像设备，还包括：
过滤器层，所述过滤器层布置在所述发射显示器与所述光学传感器之间。
15.根据权利要求14所述的光学成像设备，其中所述噪声屏蔽层附接到所述过滤器层的底部。
16.根据权利要求14所述的光学成像设备，其中所述噪声屏蔽层与所述过滤器层集成。
17. 根据权利要求9所述的光学成像设备，还包括：
显示基板，所述显示基板包括滤光器，所述滤光器配置成只允许落入可接受角度的光穿过所述滤光器；以及
像素层，所述像素层包括布置在所述显示基板上的控制电路以及多个显示像素。
18.根据权利要求17所述的光学成像设备，其中所述滤光器包括多个纤维光学面板。
19.根据权利要求18所述的光学成像设备，其中所述光学感测元件的阵列与所述多个纤维光学面板对齐。
20.根据权利要求19所述的光学成像设备，还包括插入到所述光学感测元件与所述显示基板之间的噪声屏蔽。
21. 一种用于对输入对象成像的电子设备，所述电子设备包括发射显示器，所述发射显示器包括：
第一显示层，所述第一显示层包括显示元件的阵列以及关联的控制电路；以及
第二显示层，所述第二显示层布置在所述第一显示层的下方，所述第二显示层包括噪声屏蔽，所述噪声屏蔽包括：
第一导电层，其中所述第一导电层是透明的；以及
第二导电层，所述第二导电层电连接到所述第一导电层，其中所述第二导电层是不透明的，并且其中所述第二导电层包括允许光穿过其中的空隙的阵列。
22.根据权利要求21所述的电子设备，还包括：
光学传感器，所述光学传感器包括光学感测元件的阵列，所述光学传感器安装在所述发射显示器的下方并布局来接收穿过在所述噪声屏蔽的所述第二导电层中的所述空隙的光。
23.根据权利要求22所述的电子设备，其中所述光学感测元件的阵列包括多个薄膜晶体管以及多个光电二极管。
24.根据权利要求21所述的电子设备，其中所述第一导电层是氧化铟锡（ITO）而所述第二导电层是金属。
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