全文摘要
本申请提供一种光电传感器，能够提高人不可见的近红外光源的采集以及提高光电转换效率。所述光电传感器包括：光电二极管和反射结构，其中，所述反射结构设置于所述光电二极管的外侧或者内部，和\/或，所述反射结构设置于所述光电二极管的下方，以使不同角度入射的入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中。
主设计要求
1.一种光电传感器，其特征在于，包括：光电二极管和反射结构，其中，所述反射结构设置于所述光电二极管的外侧或者内部，和\/或，所述反射结构设置于所述光电二极管的下方，以使不同角度入射的入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中。
设计方案
1.一种光电传感器，其特征在于，包括：光电二极管和反射结构，
其中，所述反射结构设置于所述光电二极管的外侧或者内部，和\/或，所述反射结构设置于所述光电二极管的下方，以使不同角度入射的入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中。
2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构沿所述光电二极管的高度方向设置于所述光电二极管的外侧或者内部。
3.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，若所述反射结构设置于所述光电二极管的外侧，在所述反射结构与所述光电二极管的外壁之间设置有第一透光介质层，且所述第一透光介质层的厚度使得所述光电二极管与所述反射结构之间满足针对所述入射光的光学谐振条件。
4.根据权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构围绕所述光电二极管连续或者离散分布。
5.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，若所述反射结构设置于所述光电二极管的内部，所述反射结构位于靠近所述光电二极管的外壁的区域。
6.根据权利要求5所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构在靠近所述光电二极管的外壁的区域连续或者离散分布。
7.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构沿所述光电二极管的水平方向设置于所述光电二极管的下方。
8.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，若所述反射结构设置于所述光电二极管的下方，在所述反射结构与所述光电二极管的下表面之间设置有第二透光介质层，且所述第二透光介质层的厚度使得所述光电二极管与所述反射结构之间满足针对所述入射光的光学谐振条件。
9.根据权利要求8所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构还用于阻挡光从所述光电二极管的下方进入所述光电二极管。
10.根据权利要求8所述的光电传感器，其特征在于，所述光电二极管的下电极位于所述光电二极管与所述反射结构之间，且所述光电二极管的下电极位于所述光电二极管的外围区域下方，以允许所述入射光在经过所述光电二极管之后到达所述反射结构。
11.根据权利要求10所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管与所述光电二极管构成所述光电传感器的像素单元。
12.根据权利要求11所述的光电传感器，其特征在于，所述薄膜晶体管包括：
栅极，
覆盖于所述栅极上的由透光绝缘材料形成的第一绝缘层，
位于所述第一绝缘层上的沟道层，
位于所述沟道层上的第一导电层，所述第一导电层上具有露出所述沟道层的空隙，以将所述第一导电层分隔为源极和漏极，
其中，所述第一绝缘层延伸至所述光电二极管的下方，且位于所述反射结构上方的部分形成所述第二透光介质层；所述第一导电层延伸至所述光电二极管的外围区域下方，以形成所述光电二极管的下电极。
13.根据权利要求12所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构、所述第一绝缘层和所述第一导电层形成存储电容，以增加所述光电二极管探测的动态范围。
14.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构的反射材料为空气、金属、二氧化硅、复合材料中的至少一种。
15.根据权利要求7所述的光电传感器，其特征在于，所述反射结构的反射材料为金属。
16.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述入射光为近红外光。
设计说明书
技术领域
本申请涉及光电传感器领域，并且更具体地，涉及一种光电传感器。
背景技术
光电传感器是一种基于光电效应将光信号转换为电信号的器件，其中，薄膜晶体管光电传感器是一种典型的光电传感器，一般是由控制电信号传输的薄膜晶体管(ThinFilm Transistor，TFT)和用于将光信号转换为电信号的光电二极管(Photodiode，PD)等组成。
近年来，随着医学成像，指纹图像采集，以及指纹识别市场的发展，薄膜晶体管光电传感器得到了广泛的应用。然而，由于近红外光的波长(780～2526nm)比可见光(380～780nm)的波长要长，在薄膜晶体管光电传感器的光电二极管结构中，近红外光的吸收率较低，同时由于红外波长容易透过薄膜晶体管光电传感器的光电二极管结构，进一步造成吸收效率降低。因此，如何提高对人眼不可见的近红外(Near Infrared，NIR)光源的采集以及提高光电转换效率成为薄膜晶体管光电传感器领域亟待解决的问题之一。
实用新型内容
本申请提供一种光电传感器，能够提高人不可见的近红外光源的采集以及提高光电转换效率。
第一方面，提供了一种光电传感器，包括：光电二极管和反射结构，
其中，所述反射结构设置于所述光电二极管的外侧或者内部，和\/或，所述反射结构设置于所述光电二极管的下方，以使不同角度入射的入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中。
本申请实施例提供的光电传感器中设置有反射结构，可以使不同角度入射的入射光在经过光电二极管到达反射结构时被反射，重新回到光电二极管中，能够提高人不可见的近红外光源的采集以及提高光电转换效率。
进一步地，在本申请实施例中，反射结构可以设置于光电二极管的外侧或者内部，也可以设置于光电二极管的下方，还可以同时设置于光电二极管的外侧或者内部以及光电二极管的下方，使得光电二极管区域对反射光进行二次甚至更多次吸收，从而最大程度提高光吸收率。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构沿所述光电二极管的高度方向设置于所述光电二极管的外侧或者内部。
在一些可能的实现方式中，若所述反射结构设置于所述光电二极管的外侧，在所述反射结构与所述光电二极管的外壁之间设置有第一透光介质层，且所述第一透光介质层的厚度使得所述光电二极管与所述反射结构之间满足针对所述入射光的光学谐振条件。
应理解，在所述光电二极管与所述反射结构之间满足针对所述入射光的光学谐振条件时，所述光电二极管对所述入射光的吸收比率达到最大值。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构围绕所述光电二极管连续或者离散分布。
假设所述光电二极管为正方体，四个侧面分别记为a,b,c,d，两个底面分别记为e,f。例如，所述反射结构围绕所述光电二极管，连续分布于a,b,c,d四个侧面的外侧。又例如，所述反射结构围绕所述光电二极管，离散分布于a,c两个侧面的外侧。再例如，所述反射结构围绕所述光电二极管，离散分布于侧面a的外侧。即所述反射结构离散分布时，其离散位置可以是随机产生的，也可以是基于特定规律产生的，本申请实施例对此不作限定。
在一些可能的实现方式中，若所述反射结构设置于所述光电二极管的内部，所述反射结构位于靠近所述光电二极管的外壁的区域。
需要说明的是，所述反射结构位于靠近所述光电二极管的外壁的区域，可以最大限度上减小对所述光电二极管性能的影响。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构在靠近所述光电二极管的外壁的区域连续或者离散分布。
假设所述光电二极管为正方体，四个侧面分别记为a,b,c,d，两个底面分别记为e,f。例如，所述反射结构在靠近所述光电二极管的a,b,c,d四个侧面的区域连续分布。又例如，所述反射结构在靠近所述光电二极管的b,d两个侧面的区域离散分布。再例如，所述反射结构在靠近所述光电二极管的侧面a的区域离散分布。即所述反射结构离散分布时，其离散位置可以是随机产生的，也可以是基于特定规律产生的，本申请实施例对此不作限定。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构沿所述光电二极管的水平方向设置于所述光电二极管的下方。
需要说明的是，所述光电二极管的水平方向可以是垂直于所述光电二极管的高度方向的方向。
在一些可能的实现方式中，若所述反射结构设置于所述光电二极管的下方，在所述反射结构与所述光电二极管的下表面之间设置有第二透光介质层，且所述第二透光介质层的厚度使得所述光电二极管与所述反射结构之间满足针对所述入射光的光学谐振条件。
应理解，在所述光电二极管与所述反射结构之间满足针对所述入射光的光学谐振条件时，所述光电二极管对所述反射光的吸收比率达到最大值。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构还用于阻挡光从所述光电二极管的下方进入所述光电二极管。
在一些可能的实现方式中，所述光电二极管的下电极位于所述光电二极管与所述反射结构之间，且所述光电二极管的下电极位于所述光电二极管的外围区域下方，以允许所述入射光在经过所述光电二极管之后到达所述反射结构。
应理解，所述光电二极管的下电极为非透明材质，在所述光电二极管的下电极位于所述光电二极管的外围区域下方时，不影响所述入射光在经过所述光电二极管之后到达所述反射结构。
在一些可能的实现方式中，所述光电传感器还包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管与所述光电二极管构成所述光电传感器的像素单元。
可选地，在本申请实施例中，所述光电传感器可以包括至少一个像素单元，每个像素单元包括一个薄膜晶体管和一个光电二极管。
在一些可能的实现方式中，所述薄膜晶体管包括：
栅极，
覆盖于所述栅极上的由透光绝缘材料形成的第一绝缘层，
位于所述第一绝缘层上的沟道层，
位于所述沟道层和所述第一绝缘层上的第一导电层，所述第一导电层上具有露出所述沟道层的空隙，以将所述第一导电层分隔为源极和漏极，
其中，所述第一绝缘层延伸至所述光电二极管的下方，且位于所述反射结构上方的部分形成所述第二透光介质层；所述第一导电层延伸至所述光电二极管的外围区域下方，以形成所述光电二极管的下电极。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构、所述第一绝缘层和所述第一导电层形成存储电容，以增加所述光电二极管探测的动态范围。
在一些可能的实现方式中，若所述反射结构设置于所述光电二极管的外侧或者内部，所述反射结构的反射材料为空气、金属、二氧化硅、复合材料中的至少一种。
需要说明的是，若所述反射结构的反射材料为空气，则所述反射结构可以是一沟槽结构，且这一沟槽结构内未填充除空气之外的其他材料。
在一些可能的实现方式中，若所述反射结构设置于所述光电二极管的下方，所述反射结构的反射材料为金属。
在一些可能的实现方式中，所述入射光为近红外光。
第二方面，提供了一种光电传感器的制备方法，包括：
制备第一结构，其中，所述第一结构包括薄膜晶体管、光电二极管、第一金属层、透光绝缘层和衬底，所述薄膜晶体管位于所述衬底的第一区域，所述第一金属层位于所述衬底的第二区域，所述光电二极管位于所述第一金属层的上方，所述透光绝缘层覆盖所述薄膜晶体管和所述光电二极管；
在所述透光绝缘层上制备沟槽结构，以露出所述光电二极管；
在所述沟槽结构内制备连接电极，以及在所述连接电极和所述透光绝缘层上制备接触电极，以连接所述光电二极管与外部控制电路和\/或电源，且所述连接电极和所述接触电极透光，以允许不同角度入射的入射光进入所述光电二极管；
在所述透光绝缘层上制备位于所述光电二极管的外侧的反射结构，以使所述入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中；
在所述透光绝缘层和所述反射结构上方制备遮光金属层；
在所述遮光金属层和所述接触电极上制备透光的绝缘保护层。
在一些可能的实现方式中，所述在所述透光绝缘层上制备位于所述光电二极管的外侧的反射结构，包括：
在所述透光绝缘层上沿所述光电二极管的高度方向制备所述反射结构。
在一些可能的实现方式中，位于所述反射结构与所述光电二极管的外壁之间的所述透光绝缘层的厚度使得所述光电二极管与所述反射结构之间满足光学谐振条件。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构围绕所述光电二极管连续或者离散分布。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构的反射材料为空气、金属、二氧化硅、复合材料中的至少一种。
第三方面，提供了一种光电传感器的制备方法，包括：
在衬底表面的第一区域制备底栅，以及在所述衬底表面的第二区域制备第一金属层；
在所述衬底、所述底栅和所述第一金属层上制备透光的第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上制备沟道层，所述沟道层位于所述底栅的上方；
在所述第一绝缘层和所述沟道层上制备第一导电层，其中，所述第一导电层包括露出所述沟道层的空隙，以将所述第一导电层分隔为源极和漏极，所述第一导电层延伸至所述第一金属层的上方，且露出部分位于所述第一金属层上方的所述第一绝缘层；
在位于所述第一金属层上方的所述第一绝缘层和所述第一导电层上制备光电二极管；
在所述第一绝缘层、所述第一导电层和所述光电二极管上制备透光绝缘层；
在所述透光绝缘层上制备沟槽结构，以露出所述光电二极管；
在所述沟槽结构内制备连接电极，以及在所述连接电极和所述透光绝缘层上制备接触电极，以连接所述光电二极管与外部控制电路和\/或电源，且所述连接电极和所述接触电极透光，以允许不同角度入射的入射光进入所述光电二极管；
在所述透光绝缘层上方制备遮光金属层；
在所述遮光金属层和所述接触电极上制备透光的绝缘保护层。
在一些可能的实现方式中，位于所述第一金属层与所述光电二极管的下表面之间的所述第一绝缘层的厚度使得所述光电二极管与所述第一金属层之间满足光学谐振条件。
在一些可能的实现方式中，在制备所述遮光金属层之前，所述方法还包括：
在所述透光绝缘层上制备位于所述光电二极管的外侧的反射结构，以使所述入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中；
所述在所述透光绝缘层上方制备遮光金属层，包括：
在所述透光绝缘层和所述反射结构上方制备所述遮光金属层。
在一些可能的实现方式中，所述在所述透光绝缘层上制备位于所述光电二极管的外侧的反射结构，包括：
在所述透光绝缘层上沿所述光电二极管的高度方向制备所述反射结构。
在一些可能的实现方式中，位于所述反射结构与所述光电二极管的外壁之间的所述透光绝缘层的厚度使得所述光电二极管与所述反射结构之间满足光学谐振条件。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构围绕所述光电二极管连续或者离散分布。
在一些可能的实现方式中，在制备所述透光绝缘层之前，所述方法还包括：
在所述光电二极管上制备反射结构，以使所述入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中；
所述在所述第一绝缘层、所述第一导电层和所述光电二极管上制备透光绝缘层，包括：
在所述第一绝缘层、所述第一导电层、所述反射结构和所述光电二极管上制备透光绝缘层。
在一些可能的实现方式中，所述在所述光电二极管上制备反射结构，包括：
在所述光电二极管上靠近外壁的区域沿所述光电二极管的高度方向制备所述反射结构。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构在靠近所述光电二极管的外壁的区域连续或者离散分布。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构的反射材料为空气、金属、二氧化硅、复合材料中的至少一种。
第四方面，提供了一种光电传感器的制备方法，包括：
在衬底表面的第一区域制备底栅，以及在所述衬底表面的第二区域制备第一金属层；
在所述衬底、所述底栅和所述第一金属层上制备透光的第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上制备沟道层，所述沟道层位于所述底栅的上方；
在所述第一绝缘层和所述沟道层上制备第一导电层，其中，所述第一导电层包括露出所述沟道层的空隙，以将所述第一导电层分隔为源极和漏极，所述第一导电层延伸至所述第一金属层的上方；
在位于所述第一金属层上方的所述第一导电层上制备光电二极管；
在所述光电二极管上制备反射结构，以使所述入射光在经过所述光电二极管到达所述反射结构时被反射，重新回到所述光电二极管中；
在所述第一绝缘层、所述第一导电层、所述反射结构和所述光电二极管上制备透光绝缘层；
在所述透光绝缘层上制备沟槽结构，以露出所述光电二极管；
在所述沟槽结构内制备连接电极，以及在所述连接电极和所述透光绝缘层上制备接触电极，以连接所述光电二极管与外部控制电路和\/或电源，且所述连接电极和所述接触电极透光，以允许不同角度入射的入射光进入所述光电二极管；
在所述透光绝缘层上方制备遮光金属层；
在所述遮光金属层和所述接触电极上制备透光的绝缘保护层。
在一些可能的实现方式中，所述在所述光电二极管上制备反射结构，包括：
在所述光电二极管上靠近外壁的区域沿所述光电二极管的高度方向制备所述反射结构。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构在靠近所述光电二极管的外壁的区域连续或者离散分布。
在一些可能的实现方式中，所述反射结构的反射材料为空气、金属、二氧化硅、复合材料中的至少一种。
第五方面，提供了一种电子设备，包括如第一方面以及第一方面任一可能的实现方式所述的光电传感器。
附图说明
图1是本申请实施例所适用的终端设备的结构示意图。
图2是根据本申请实施例的一种光电传感器的示意性结构图。
图3是光电二极管对入射光的吸收比例随反射结构与光电二极管之间的介质层的厚度变化的示意图。
图4是根据本申请实施例的又一种光电传感器的示意性结构图。
图5是根据本申请实施例的再一种光电传感器的示意性结构图。
图6是根据本申请实施例的再一种光电传感器的示意性结构图。
图7是根据本申请实施例的再一种光电传感器的示意性结构图。
图8是根据本申请实施例的光线射入光电二极管后的反射光路示意图。
图9是根据本申请实施例的光线射入光电二极管后的反射光路示意图。
图10是根据本申请实施例的一种光电传感器的制备方法的示意性流程图。
图11a至图11g是制备本申请一种实施例的光电传感器的示意图。
图12是根据本申请实施例的又一种光电传感器的制备方法的示意性流程图。
图13a至图13q是制备本申请又一种实施例的光电传感器的示意图。
图14是根据本申请实施例的再一种光电传感器的制备方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应理解，本申请实施例可以应用于光电传感器领域，例如，薄膜晶体管光电传感器领域，包括但不限于光学指纹识别系统、基于光学指纹成像的医疗诊断产品、指纹图像录入和平板扫描设备，本申请实施例仅以光学指纹系统为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用光电传感器的系统等。
还应理解，在本申请实施例中，光电传感器中薄膜晶体管的具体结构包括但不限于底栅型薄膜晶体管和顶栅型薄膜晶体管，薄膜晶体管的具体材料包括但不限于非晶硅薄膜晶体管、低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)薄膜晶体管，原则上只要利用光电薄膜工艺制造的包括薄膜晶体管(TFT)开关以及光电二极管(PD)的光电传感器均在本申请讨论范围内。本申请实施例仅以底栅型薄膜晶体管为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用薄膜晶体管的光电传感器。
作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹系统可以应用在智能手机、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他终端设备；更具体地，在上述终端设备中，指纹识别装置可以具体为光学指纹装置，其可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下(Under-display)光学指纹系统。或者，所述指纹识别装置也可以部分或者全部集成至所述终端设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display)光学指纹系统。
如图1所示为本申请实施例可以适用的终端设备的结构示意图，所述终端设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，所述光学指纹装置130设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述光学指纹装置130包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括具有多个光学感应单元131的感应阵列133，所述感应阵列所在区域或者其感应区域为所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，所述光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述终端设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹装置130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。
应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线汇聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹装置130感应阵列的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。
因此，使用者在需要对所述终端设备进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的终端设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个终端设备10的正面。
作为一种可选的实现方式，如图1所示，所述光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，所述光检测部分134包括所述感应阵列以及与所述感应阵列电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器，所述感应阵列具体为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元；所述光学组件132可以设置在所述光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述导光层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光导引至所述感应阵列进行光学检测。
在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。
其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个光学感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，从而所述感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。
在另一种实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光汇聚到其下方的光检测部分134的感应阵列，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹装置的视场，以提高所述光学指纹装置130的指纹成像效果。
在其他实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层，更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜汇聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述感应单元以进行光学指纹成像。应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。
作为一种可选的实施例，所述显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。以采用OLED显示屏为例，所述光学指纹装置130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。当手指140按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指140内部散射而形成散射光，在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的嵴(ridge)与峪(vally)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光151和来自指纹峪的发生过152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹装置130中的感应阵列134所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在所述终端设备10实现光学指纹识别功能。
在其他实施例中，所述光学指纹装置130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。在这种情况下，所述光学指纹装置130可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，所述终端设备10的光学指纹系统还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述终端设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹装置130可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹装置130；或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹装置130。当采用所述光学指纹装置130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面描述内容是一致的。
应当理解的是，在具体实现上，所述终端设备10还包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述终端设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。
另一方面，在某些实施例中，所述光学指纹装置130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹装置130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。在其他替代实施例中，所述光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。也即是说，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个光学指纹传感器的感应区域，从而将所述光学指纹模组130的指纹采集区域103可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。可替代地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域130还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。
需要说明的是，本申请实施例以薄膜晶体管光电传感器为例进行详细的阐述。具体地，在本申请实施例中，由于近红外光的波长(780～2526nm)比可见光(380～780nm)的波长要长，在薄膜晶体管光电传感器的光电二极管结构中，近红外光的吸收率较低，同时由于红外波长容易透过薄膜晶体管光电传感器的光电二极管结构，进一步造成吸收效率降低。基于上述问题，本申请在光电传感器中设置了反射结构，通过控制光电二极管与反射结构之间介质层的厚度，形成针对特定波长的入射光最优化的光学谐振腔结构，使得如红外光等不同波长光的利用率最大化，从而提高对人眼不可见的近红外(NIR)光源的采集以及提高光电转换效率。
图2示出了本申请一个实施例的光电传感器200的示意图。
光电传感器200可以是基于薄膜晶体管的光电传感器，图2为其截面图。
如图2所示，光电传感器200可以包括：光电二极管210和反射结构220。
所述反射结构220设置于所述光电二极管210的外侧，以使不同角度入射的入射光在经过所述光电二极管210到达所述反射结构220时被反射，重新回到所述光电二极管210中。
可选地，所述入射光可以是可见光和\/或红外光，例如，可以是近红外光。
在本申请实施例中，所述光电二极管210的形状可以是规则的，例如，可以是正方体、长方体、圆柱体等，当然，所述光电二极管210的形状也可以是不规则的。所述光电二极管210一般为三层结构，从上到下分别记为：P型无定型硅薄膜、本征无定型硅薄膜、N型无定型硅薄膜，P型无定型硅薄膜作为所述光电二极管210的阳极，N型无定型硅薄膜作为所述光电二极管210的阴极，本征无定型硅薄膜作为所述光电二极管210的光吸收层。
可选地，所述反射结构220围绕所述光电二极管210连续或者离散分布。
假设所述光电二极管210为正方体，四个侧面分别记为a,b,c,d，两个底面分别记为e,f。例如，所述反射结构220围绕所述光电二极管210，连续分布于a,b,c,d四个侧面的外侧。又例如，所述反射结构220围绕所述光电二极管210，离散分布于a,c两个侧面的外侧。再例如，所述反射结构220围绕所述光电二极管210，离散分布于侧面a的外侧。即所述反射结构220离散分布时，其离散位置可以是随机产生的，也可以是基于特定规律产生的，本申请实施例对此不作限定。
在本申请实施例中，所述反射结构220的形状和尺寸可以根据实际需要进行设置，例如可以是具有较大深宽比的柱状或者墙状结构，又例如，可以是具有较大深宽比的沟槽状结构。
可选地，如图2所示，所述反射结构220沿所述光电二极管210的高度方向设置于所述光电二极管210的外侧。
需要说明的是，所述反射结构220与周围介质具有较大的折射率差值，并可在所述反射结构220与周围介质所形成的界面区域具有较高的反射率。
可选地，所述反射结构220的反射材料为空气、金属、二氧化硅、复合材料中的至少一种。
需要说明的是，若所述反射结构220的反射材料为空气，则所述反射结构220可以是一沟槽结构，且这一沟槽结构内未填充除空气之外的其他材料。
可选地，在所述反射结构220与所述光电二极管210的外壁之间设置有第一透光介质层，且所述第一透光介质层的厚度使得所述光电二极管210与所述反射结构220之间满足针对所述入射光的光学谐振条件。
应理解，在所述光电二极管210与所述反射结构220之间满足针对入射光的光学谐振条件时，所述光电二极管210对入射光的吸收率达到最大值。
需要说明的是，当一束垂直入射单一波长的入射光在入射进入光电二极管时，在空气与光电二极管界面，光电二极管与介质层界面，以及介质层与反射结构界面分别会发生反射，产生反射光。
形成光学谐振的条件为：介质层(光电二极管与介质层界面)上的反射光与反射结构(介质层与反射结构界面)上的反射光的相位差为零或是2π的整数倍，即形成驻波。
当介质层的厚度d发生改变时会导致上述相位改变θ，如公式1所示，
其中，d为介质层的厚度，λ为单色光的波长。
反射结构对光的吸收会引起相位改变设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920121158.2
申请日:2019-01-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:94(深圳)
授权编号:CN209496873U
授权时间:20191015
主分类号:H01L 27/144
专利分类号:H01L27/144
范畴分类:38F;
申请人:深圳市汇顶科技股份有限公司
第一申请人:深圳市汇顶科技股份有限公司
申请人地址:518045 广东省深圳市福田保税区腾飞工业大厦B座13层
发明人:王文轩;沈健;姚国峰;李运宁
第一发明人:王文轩
当前权利人:深圳市汇顶科技股份有限公司
代理人:范华英;毛威
代理机构:11329
代理机构编号:北京龙双利达知识产权代理有限公司
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类型名称:外观设计