光学传感器、光学指纹模组以及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及光学传感器技术领域，尤其涉及光学传感器、光学指纹模组以及电子设备。


背景技术：

2.指纹识别功能在智能手机或者电子设备领域应用越来越广泛，以手机中的应用为例，指纹识别模块可以用来实现解锁、支付、转账等功能。
3.随着电子设备的全面屏化以及轻薄化的需求，相关技术中出现了采用感光型tft(thin film transistor，薄膜晶体管)作为感光元件的光学传感器，降低指纹芯片成本的同时又缩小产品面积。
4.相关技术中，单个像素电路单元只包含一个感光元件(感光型tft)，通常感光元件宽长比(w/l)会设计得较大，各个感光元件往往沿水平方向呈平行或垂直以标准阵列分布，其水平方向根据感光元件所在的芯片的外观确定，定义水平方向为x方向，定义垂直方向为y方向，标准阵列的具体分布形式可以参照附图1，图1所示的标准阵列仅仅示出了间隔分布的四个感光元件。以左上角的像素区域内的感光元件为参照物，该参照物到水平相邻(即右上角)的感光元件最短距离约为10um，该参照物到竖直相邻(即左下角)的感光元件最短距离约为40um，则标准阵列对应的相邻像素距离差值为上述两个最短距离的差值约30um。申请人注意到，标准阵列中水平和竖直方向上感光元件的间距差别，会导致在输出信号有较明显差别的区域。比如在识别手指指纹的谷脊交界区域时，感光元件在x方向受到的来自相邻像素的干扰相对大，但可以灵敏感知较小的光线的变化信号，而y方向来自相邻像素的干扰相对小，却对于光线的变化信号相对不敏感，会失去部分信号。这种x、y方向上的信号差异给后期算法的处理和比对带来了困难。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了光学传感器、光学指纹模组以及电子设备，用于减小光学传感器对不同方向的光响应的差异，提高光信号的还原度。
6.本实用新型实施例第一方面提供了一种光学传感器，可包括：
7.由若干呈阵列排布的像素电路单元形成的感光像素阵列；
8.每个所述像素电路单元包括感光型薄膜晶体管(tft)以及信号处理电路；
9.所述信号处理电路用于接收控制信号并输出所连接的感光型tft的有效区域的光照强度对应的电信号；
10.所述感光像素阵列中的感光型tft与水平方向呈预设夹角，且所述感光像素阵列对应的相邻像素距离差值小于标准阵列对应的相邻像素距离差值；所述标准阵列是指多个像素电路单元沿水平方向或垂直方向平行分布形成的阵列，所述标准阵列中的每个像素电路单元分别包含一个感光型tft；所述相邻像素距离差值是指同一感光型tft到水平相邻的感光型tft最短距离与到竖直相邻的感光型tft最短距离的差值。
11.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述信号处理电路包括电容、第一tft以及第二tft；所述第一tft的源极与感光型tft的栅极、感光型tft的漏极、所述第二tft的栅极以及所述电容的一端电性连接；所述电容的另一端与感光型tft的源极电性连接。
12.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述感光像素阵列中同列或同行的至少两个像素电路单元的第二tft的输出端等电位连接而形成读出点，同列或同行的读出点通过一条读出线连通，每个时间段选择一行或一列像素电路单元工作。
13.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述感光像素阵列中同列或同行的至少两个像素电路单元的第一tft栅极等电位连接而形成共接点，同列或同行的共接点通过一条栅极控制线连通，每个时间段选择一行或一列像素电路单元工作。
14.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述预设夹角范围为15
°
至75
°
或105
°
至165
°
。
15.本实用新型实施例第二方面提供了一种光学传感器，可包括：
16.若干呈阵列排布的像素电路单元形成的感光像素阵列；
17.每个所述像素电路单元包括至少两个并联的感光型tft以及信号处理电路；
18.所述信号处理电路应用接收控制信号并输出所连接的感光型tft的有效区域的光照强度对应的电信号；
19.所述感光像素阵列对应的相邻像素距离差值小于标准阵列对应的相邻像素距离差值；所述标准阵列是指多个像素电路单元沿水平方向或垂直方向平行分布形成的阵列，所述标准阵列中的每个像素电路单元分别包含一个感光型tft；所述相邻像素距离差值是指同一感光型tft到水平相邻的感光型tft最短距离与到竖直相邻的感光型tft最短距离的差值。
20.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述感光像素阵列中的感光型tft与水平方向呈预设夹角。
21.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述信号处理电路包括电容、第一tft以及第二tft；所述第一tft的源极与感光型tft模块的栅极、感光型tft模块的漏极、所述第二tft的栅极以及所述电容的一端电性连接；所述电容的另一端与感光型tft模块的源极电性连接。
22.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述感光像素阵列中同列或同行的至少两个像素电路单元的第二tft的输出端等电位连接而形成读出点，同列或同行的读出点通过一条读出线连通，每个时间段选择一行或一列像素电路单元工作。
23.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述感光像素阵列中同行的至少两个像素电路单元的第一tft栅极等电位连接而形成共接点，同行的共接点通过一条栅极控制线连通，每个时间段选择一行或一列像素电路单元工作。
24.可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述预设夹角范围为15
°
至75
°
或105
°
至165
°
。
25.本实用新型实施例第三方面提供了一种光学指纹模组，所述光学指纹模组包括读出芯片以及如第一方面或第二方面中实施方式中包含读出线的光学传感器，所述读出芯片包括与所述读出线电性连接的读出通道。
26.本实用新型实施例第四方面提供了一种电子设备，所述电子设备具有指纹识别区，所述电子设备包括：如第一方面及第二方面中任意一种可能的实施方式中的光学传感器，所述光学传感器设置于所述指纹识别区下方，用于输出所述指纹识别区上被测对象反射回来的携带指纹信号的信号光对应的电信号。
27.从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
28.本实用新型实施例中，相对于相关技术中每个像素电路单元分别包含一个感光元件，且沿水平方向呈平行或垂直分布，本实用新型实施例中的感光像素阵列中的感光型tft与水平方向呈预设夹角，和/或单个像素电路单元中包含多个感光元件，可以减小感光像素阵列中相邻像素距离差值，减小光学传感器对不同方向的光响应的差异，提高光信号的还原度。
附图说明
29.图1为相关技术中标准阵列对应的感光元件分布示意图；
30.图2为本实用新型实施例中一种光学传感器中的感光元件与水平方向呈45
°
分布示意图；
31.图3为本实用新型实施例中感光型tft与常规tft结构对照示意图；
32.图4为本实用新型实施例中感光型tft的可选形状示意图；
33.图5为本实用新型实施例中一种像素电路单元电路结构示意图；
34.图6为本实用新型实施例中另一种感光像素阵列局部电路结构示意图；
35.图7为本实用新型实施例中一种感光元件分布示意图；
36.图8为本实用新型实施例中另一种感光元件分布示意图；
37.图9为本实用新型实施例中另一种像素电路单元电路结构示意图；
38.图10为本实用新型实施例中一种电子设备的示意图。
具体实施方式
39.本实用新型实施例提供了光学传感器、光学指纹模组以及电子设备，用于减小光学传感器对不同方向的光响应的差异，提高光信号的还原度。
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
41.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.为了解决图1所示的标准阵列中感光元件因x、y方向上的距离差异而导致的输出信号差异问题，本实用新型实施例通过改变单个像素电路单元中的感光元件与水平方向的夹角，和/或增加单个像素电路单元中的感光元件数量，以降低相邻像素距离差值，减小光学传感器对不同方向的光响应的差异。
43.下面将从改变单个像素电路单元中的感光元件与水平方向的夹角的角度，对本实用新型实施例中的光学传感器进行描述。本实用新型的一个实施例中的光学传感器可包括：由若干像素电路单元形成的感光像素阵列；每个像素电路单元包括感光型薄膜晶体管(简称tft)以及信号处理电路。其中，每个感光像素阵列中的感光型tft与水平方向均呈预设夹角，信号处理电路用于接收控制信号并输出所连接的感光型tft的有效区域的光照强度对应的电信号。
44.需要说明的是，感光像素阵列中的感光型tft与水平方向呈预设夹角，可选的，该预设夹角范围为15
°
至75
°
或105
°
至165
°
。示例性的，对图1所示的标准阵列中各个感光型tft进行旋转，使各个感光型tft与水平方向呈45
°
排列，如图2所示，此时以左上角的像素区域内的感光元件为参照物，该参照物到水平相邻(即右上角)的感光元件最短距离约为25um，该参照物到竖直相邻(即左下角)的感光元件最短距离也约为25um，则阵列中相邻像素距离差值约为0。
45.可以理解的是，感光像素阵列中的感光型tft与水平方向的预设夹角的大小可以根据实际芯片设计过程中应用需求进行调整，但需要满足条件：感光像素阵列中的每个感光型tft都向同样方向按同样角度旋转。按照该预设夹角形成的旋转后的感光像素阵列中各个像素和其相邻像素的距离差值会小于标准阵列对应的相邻像素距离差值。使得在最后整体图像的输出上能保证不变的像素密度(ppi)，同时能够使得水平和垂直两个方向上差异较小，即保证了相邻像素之间的串扰在一个合理的水平，同时像素阵列在探测信号时不存在明显的xy方向差异性。保证了信号的还原度。其中，标准阵列是指包含一个感光型tft的像素电路单元沿水平方向或垂直方向平行分布形成的阵列；相邻像素距离差值是指同一感光型tft到水平相邻的感光型tft最短距离与到竖直相邻的感光型tft最短距离的差值。
46.需要说明的是，本实用新型中的感光型tft是基于传统tft(thin film transistor，薄膜晶体管)工艺生成，具体可以是a
‑
si工艺，也可以是lpts(low temperature poly
‑
silicon)工艺、igzo(indium gallium zinc oxide)工艺等。本实施例中，如图3所示，感光型tft相对于常规tft可以将有效区域开口更大，可以加大响应外界光线的变化的幅度。由于常规tft对于光也会有一定的响应，这就会产生额外的噪声，为了降低这种影响，本实施例中，在常规tft上覆盖一层遮罩，用于遮挡外界光线产生的影响。
47.此外，本实用新型中的感光型tft外形根据实际需求进行设置，可以采用如图4所示的各种多边形，具体此处不做限定。
48.相对于相关技术中感光元件沿水平方向呈平行或垂直分布，本实用新型实施例中的感光像素阵列中的各个感光型tft与水平方向呈预设夹角，可以减小感光像素阵列中相邻像素距离差值，减小光学传感器对不同方向的光响应的差异，提高光信号的还原度。
49.进一步的，下面将结合具体应用实施例对本实用新型实施例中的信号处理电路进行描述。在本实用新型的一个可选实施例中，如图5所示，信号处理电路可以包括电容cst、第一tft(t1)、第二tft(t2)及感光型tft(tft sensor)；电容cst的一端分别连接第一tft的
源极、感光型tft的栅极、感光型tft的漏极、第二tft的栅极；电容cst的另一端和感光型tft的源极分别接地。
50.其中t1、t2用作控制信号的常规tft管，tft sensor用作感光器件。本实施例采用的信号处理电路简称为3t1电路。
51.需要说明的是，为了便于描述而在上述信号处理电路的组成描述中对t1、t2的源极与漏极进行了标识，但是tft管的源极与漏极的功能是可以相互调换的，实际应用中可以根据应用场景对图5中的t1、t2的源极与漏极进行重新标识，具体此处不做限定。
52.下面将对图5所示的像素电路单元的工作流程进行说明，t1、t2可以分别接收对应的控制信号，t1可以根据栅极控制信号对c_node的电压进行reset(重置)操作(即对电容cst进行充电)。reset操作之后，t1关闭导通，电容的上端c_node的电压为vdd，此时电容cst上电荷通过tft sensor进行放电，c_node电压下降，预设时间后，后级电路通过t2读出变化后的电压信号并进行处理，可得到一个灰度值，进而得到所需的指纹信号。在不同的光环境下，c_node的下降电压值不同，其中在有光环境中，tft sensor对光响应，经过tft sensor的电流相对于暗环境下明显增大，于是c_node的电压下降更多。手指的谷脊在屏幕表面，会反射不同的光强，后级电路得到的灰度值对于不同的光强有差异。于是tft sensor能够探测到这个差异区，获取指纹纹路图像。
53.因此，像素电路单元通过tft sensor能够响应不同的光强，输出不同的指纹信号。
54.可以理解的是，图5所示的像素电路单元中的信号处理电路仅仅是示例性的，实际应用中还可以采用其它像素电路，例如2t1c电路、7t1c电路等，可根据实际应用设计感光tft和常规tft的数量分配，具体此处不做限定。
55.为了减少感光像素阵列中的布线，降低硬件成本，本实用新型的一种可选的实施例中，如图6所示，光学传感器中的感光像素阵列中同列或同行的至少两个像素电路单元的第二tft(t2)的输出端等电位连接而形成读出点，同列或同行的读出点通过一条读出线连通。
56.为了减少感光像素阵列中的布线，降低硬件成本，本实用新型的一种可选的实施例中，如图6所示，光学传感器中的感光像素阵列中同行的至少两个像素电路单元的第一tft(t1)栅极等电位连接而形成共接点，同列或同行的共接点通过一条栅极控制线连通。每个时间段可选择一行或一列像素电路单元工作。
57.平面设置的四组像素阵列分两行平行排列。每组像素阵列均包含两个常规tft、一个感光tft和一个电容，即前述3t1c电路结构。设置在同一行的tft管的栅极接收同一gate driver驱动信号，设置在同一行的t1的漏极接收同一vdd信号，设置在同一行的t2的漏极接收同一bias信号，且每次只选一行像素作为工作行。每一列的像素通过这一列对应配置的放大器(图中以amplifler&multipexer标示)从readout端读出，通过选通不同的列，通过roic等读取电路进行数据采集和输出。
58.以上的控制时序通过像素阵列之外的芯片和电路来实现，最后能够得到需要的曝光时间下的一整帧数据，然后进行后续处理，进而得到指纹图像数据。
59.为了满足用户的多样化需求，本实用新型的一种可选的实施例中，感光像素阵列中的基底材质为玻璃或柔性材料。其中，基底材质为柔性材料时获得的光学传感器可以应用于曲面屏的曲面处。
60.上述实施例通过改变单个像素电路单元中的感光元件与水平方向的夹角的方式解决了背景技术中的问题。下面将对本实用新型中，增加单个像素电路单元中的感光元件数量的实施例进行描述。
61.本实用新型中的一个可选实施例中的光学传感器可包括：若干呈阵列排布的像素电路单元形成的感光像素阵列；每个像素电路单元包括至少两个并联的感光型薄膜晶体管以及信号处理电路。其中，信号处理电路应用接收控制信号并输出所连接的感光型tft的有效区域的光照强度对应的电信号。
62.需要说明的是，每个像素电路单元包含的并联的感光型薄膜晶体管的数量可以根据实际芯片设计过程中应用需求进行调整，但需要满足条件：感光像素阵列对应的相邻像素距离差值小于标准阵列对应的相邻像素距离差值；标准阵列是指包含一个感光型tft的像素电路单元沿水平方向或垂直方向平行分布形成的阵列；相邻像素距离差值是指同一感光型tft到水平相邻的感光型tft最短距离与到竖直相邻的感光型tft最短距离的差值。
63.示例性的，对图1所示的标准阵列为对比，如图7所示，将标准阵列中的每个像素电路单元中的感光型tft增加至3个，形成如图7所示的感光像素阵列，同一个像素区域内的感光元件作为一整个像素来看待。由图7可知，同像素区域内的感光元件之间的最短间距约为5um，左上角最下方的感光元件和左下角的感光元件间距约为10um，左上角感光元件和右上角的感光元件间距约为10um，则标准阵列对应的相邻像素距离差值约为0。相对于背景技术中的相邻像素距离差值(30um)，大大减小。
64.进一步的，在增加单个像素电路单元中的感光元件数量的基础上，还可以改变单个像素电路单元中的感光元件与水平方向的夹角，以降低相邻像素距离差值。可选的，预设夹角范围为15
°
至75
°
或105
°
至165
°
。示例性的，如图8所示，可以将标准阵列中的每个像素电路单元中的感光型tft增加至2个，并将2个感光型tft与水平方向设置为45
°
排列，形成如图8所示的感光像素阵列，显然此时的感光像素阵列对应的相邻像素距离差值小于背景技术中的相邻像素距离差值。
65.相应的，当单个像素电路单元中包含多个感光元件时，本实用新型中的一个可能的实施例中，如图9所示，信号处理电路可以包括电容(cst)、第一tft(t1)以及第二tft(t2)；第一tft的源极与感光型tft模块(三个并联的tft sensor)的栅极、感光型tft模块的漏极、第二tft的栅极以及电容的一端电性连接；电容的另一端及感光型tft的源极接地。
66.为了减少感光像素阵列中的布线，降低硬件成本，本实用新型的一种可选的实施例中，感光像素阵列中同列或同行的至少两个像素电路单元的第二tft的输出端等电位连接而形成读出点，同列或同行的读出点通过一条读出线连通。可选的，感光像素阵列中同列或同行的至少两个像素电路单元的第一tft栅极等电位连接而形成共接点，同列或同行的共接点通过一条栅极控制线连通。每个时间段可选择一行或一列像素电路单元工作。
67.本实用新型还提供了一种光学指纹模组，所述光学指纹模组包括读出芯片以及前述包含读出线的光学传感器，所述读出芯片包括与所述读出线电性连接的读出通道。
68.请结合参阅图10，基于上述实施方式中提供的光学传感器，本实用新型还提供一种电子设备。所述电子设备1具有指纹识别区，其还包括：上述实施方式中所述的光学传感器，所述光学传感器设置于所述指纹识别区下方，用于输出所述指纹识别区上被测对象反射回来的携带指纹信号的信号光对应的电信号。在一个具体的使用场景下，该电子设备可
以包括：存储器11、处理器12和显示器13。其中，指纹识别区可以设置于该显示器中。
69.可选的，在一些实施例中，显示器可以是led显示器、液晶显示器、oled(organic light
‑
emitting diode，有机发光二极管)显示器以及触控式显示器等。其中，显示器也可以称为显示单元，用于显示在电子设备1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
70.处理器12在一些实施例中可以是中央处理器(central processing unit,cpu)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器11中存储的程序代码或处理数据，例如执行计算机程序01等。
71.图10仅示出了具有组件11
‑
13的电子设备1，本领域技术人员可以理解的是，图10示出的结构并不构成对电子设备1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
72.以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。