TW201601299A

TW201601299A - 光電感測器

Info

Publication number: TW201601299A
Application number: TW103133811A
Authority: TW
Inventors: 林崴平
Original assignee: 上海籮箕技術有限公司
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-01-01
Also published as: CN105304656A; TWI612647B; US20150369661A1; US9501686B2; CN105304656B

Abstract

本發明提供一種光電感測器，其包括：一感光結構，所述感光結構包括一襯底和位於所述襯底上的複數個圖元單元，所述圖元單元包括一薄膜電晶體和一光電二極體；位於所述感光結構上方的一光纖導板，所述光纖導板由複數個垂直於襯底方向排列的光纖束所組成，所述光纖束的孔徑小於或等於圖元單元的寬度；位於所述感光結構下方的一背光源，所述背光源發出的光通過所述感光結構和光纖導板。本發明光電感測器的光纖導板使每個圖元單元均能夠較獨立的探測其上方對應面積上的物體表面特徵，提高了對反射光線的約束性，亦提高了光電感測器的解析度，光纖導板由複數個垂直排列的光纖束所組成，使光電感測器體積更小。

Description

光電感測器

本發明涉及感測器領域，尤指一種光電感測器。

光電感測器是各種光電檢測系統中進行光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（例如：紅外光、可見光及紫外光輻射）轉變成為電信號的元件。指紋識別作為一種生物識別方式，最近引起了更廣泛的關注，尤其是在行動支付上的應用更為其帶來了廣闊的前景。將光電感測器應用於指紋識別成為目前熱門的研究項目之一。

現有技術的光學指紋識別感測器中，通常採用CMOS或CCD圖像感測器陣列收集光信號，以達成指紋檢測。

參考圖1，現有技術揭露一種採用CMOS圖像感測器陣列的指紋識別感測器。這種指紋識別感測器包括一CMOS圖像感測器陣列01、一光纖陣列02、一光源03等幾個部分。光纖陣列02是多條口徑非常細的光纖束組成的陣列，光源03在光纖陣列02的一側。指紋識別時，手指05接觸光纖陣列02的頂端，光源03的光線穿過光纖陣列02在手指05底部發生反射，反射回的光線經過光纖陣列02傳輸到CMOS圖像感測器陣列01中，CMOS圖像感測器陣列01具有多個圖元單元，手指05的指紋中，凸紋與光纖陣列02的頂端緊密接觸，因此反射的光線具有較高的光強度，凹紋與光纖陣列02的頂端具有一定空隙，反射的光線在空氣中會產生一定損耗，具有較弱的光強度，從而使得CMOS圖像感測器陣列01的多個圖元單元接受的光強度不同，CMOS圖像感測器陣列01能夠將光信號轉化為電信號，進而反映出指紋表面的資訊。

光纖陣列02的作用使光線分區，將手指05底部不同位置的反射光線傳輸到CMOS圖像感測器陣列中不同的圖元單元中，但是由於CMOS圖像感測器陣列01的圖元單元結構較為複雜，對反射光線的靈敏度不高，為提高凸紋、凹紋的反射光線的對比度，光纖陣列02中的光線束與光纖陣列02的頂端平面成一定角度，以使得大部分凹紋的反射光線不能進入光纖陣列02，所以通常光纖陣列02都製作成如圖1所示的彎曲狀，而CMOS圖像感測器陣列01則為垂直於所述光纖陣列02的頂端平面。因此，可以看出，由於光纖陣列02這種彎曲的形狀，使得採用CMOS圖像感測器陣列的指紋識別感測器體積較大，無法設置在手機等的可攜式裝置中。另外，光源03位於光纖陣列02的一側，使得手指05底部不同位置接收到的光線的光強度不同，距離光源03較遠的位置，接收到之光線的光強度較弱，使得CMOS圖像感測器陣列01的解析度較差。

此外，還有其他方式的光電感測器，但是同樣很難達到輕薄化，尤其是在高解析度的要求下，傳統設備體積龐大無法方便攜帶，因此很難結合到手機這樣的設備中；或者雖然解決了輕薄的問題，但是無法實現大面積陣列，或無法結合其他功能，而且技術複雜，成本高。

現有的光電感測器大多只能擁有如指紋識別等單一功能，人們應用其他功能時，需要開發新產品，增加了研發成本。

本發明解決的問題惟提供一種光電感測器，在降低生產成本的同時提高解析度。

為解決上述問題，本發明提供一種光電感測器，其包括：一感光結構，所述感光結構包括一襯底和位於所述襯底上的複數個圖元單元，所述圖元單元包括一薄膜電晶體和一光電二極體；位於所述感光結構上方的一光纖導板，所述光纖導板由複數個垂直於襯底方向排列的光纖束組成，所述光纖束的孔徑小於或等於圖元單元的寬度；以及位於所述感光結構下方的一背光源，所述背光源發出的光通過所述感光結構和光纖導板。

較佳的是，所述襯底包括一第一區域和一第二區域，所述薄膜電晶體位於第一區域，所述光電二極體位於第二區域。

較佳的是，所述薄膜電晶體包括：位於襯底之第一區域上的一柵極，覆蓋於所述柵極上的一第一絕緣層，位於第一絕緣層上的一溝道層，位於溝道層上的一第一電極、一第二電極，所述第一電極、第二電極中間具有露出溝道層的空隙，以及覆蓋於所述第一電極、第二電極以及溝道層上的一第二絕緣層。

較佳的是，所述光電二極體包括：依次位於襯底的第二區域上方的一N型摻雜半導體層、一本徵半導體層、一P型摻雜半導體層，其中N型摻雜半導體層作為光電二極體的陰極，本徵半導體層作為光電二極體的光吸收層，而P型摻雜半導體層作為光電二極體的陽極。

較佳的是，所述光電二極體包括：位於襯底的第二區域上的一N型摻雜半導體層；以及位於所述N型摻雜半導體層上與所述N型摻雜半導體層相接觸的一P型摻雜半導體層。

較佳的是，所述薄膜電晶體的第一絕緣層、第二電極、第二絕緣層延伸到襯底的第二區域，位於襯底第二區域的所述第二絕緣層具有露出所述第二電極的開口，所述光電二極體的N型摻雜半導體層覆蓋於所述開口中的第二電極表面。

較佳的是，所述延伸到襯底的第二區域的第一絕緣層與襯底之間進一步設有一第一遮光層，用於阻擋襯底背光源發出的光從襯底下方進入光電二極體；以及所述第一遮光層位於N型摻雜半導體層下方並且所述第一遮光層的尺寸大於所述N型摻雜半導體層的尺寸；在兩個圖元單元的第一遮光層之間設有通光孔，用於使背光源發出的光能從所述通光孔進入感光結構並射入光纖導板。

較佳的是，所述光電二極體的P型摻雜半導體層上方進一步設置有接觸電極，所述接觸電極的材料為透光導電材料。

較佳的是，所述第一遮光層的材料為金屬，所述第一遮光層與光電二極體的N型摻雜半導體層、接觸電極形成儲存電容。

較佳的是，所述薄膜電晶體的第二絕緣層上方進一步設有一第三絕緣層，所述第三絕緣層用於包覆光電二極體並且露出所述接觸電極的表面。

較佳的是，所述襯底、第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層的材料為透光材料。

較佳的是，所述第三絕緣層上覆蓋有一第二遮光層，所述第二遮光層露出所述接觸電極表面，所述第二遮光層還露出所述通光孔，以使得背光源發出的光從通光孔進入感光結構並射入光纖導板。

較佳的是，所述接觸電極表面設有一連接電極，用於將每個圖元單元的接觸電極電連接，所述連接電極的材料為透光導電材料，用於使從光纖導板入射的光能夠進入光電二極體。

較佳的是，所述複數個圖元單元呈陣列排列，所述光電感測器進一步包括：一驅動晶片，所述驅動晶片位於感光結構上且與外接電源相連；一讀出晶片，所述讀出晶片位於感光結構上且與外接電源相連；複數條柵極引線，每條所述柵極引線的一端與一行所述薄膜電晶體柵極相連，另一端與驅動晶片相連，為薄膜電晶體柵極提供掃描電壓所述掃描電壓用於開啟或關閉薄膜電晶體；複數條第一引線，每條所述第一引線的一端與一列所述第一電極相連，另一端與讀出晶片相連，為所述第一電極提供基礎電壓；複數條第二引線，每條所述第二引線的一端與一列所述接觸電極相連，另一端與外接電源相連，為所述接觸電極提供信號電壓，所述信號電壓和基礎電壓用於在光電二極體中形成負向偏壓；以及複數條第三引線，每條所述第三引線的一端與一行所述第一遮光層相連，另一端與第二引線相連，為第一遮光層提供外接電壓，用於使第一遮光層和光電二極體的N型摻雜半導體層、接觸電極形成儲存電容。

較佳的是，所述複數個圖元單元呈陣列排列，所述光電感測器進一步包括：一非晶矽柵驅動器，其位於感光結構中且與外接電源相連；一讀出晶片，其位於感光結構上且與外接電源相連；複數條柵極引線，每條所述柵極引線的一端與一行所述薄膜電晶體柵極相連，另一端與非晶矽柵驅動器相連，為薄膜電晶體柵極提供掃描電壓，所述掃描電壓用於開啟或關閉薄膜電晶體；複數條第一引線，每條所述第一引線的一端與一列所述第一電極相連，另一端與讀出晶片相連，為所述第一電極提供基礎電壓；複數條第二引線，每條所述第二引線的一端與一列所述接觸電極相連，另一端與外接電源相連，為所述接觸電極提供信號電壓，所述信號電壓和基礎電壓用於在光電二極體中形成負向偏壓；以及複數條第三引線，每條所述第三引線的一端與一行所述第一遮光層相連，另一端與第二引線相連，為第一遮光層提供外接電壓，用於使第一遮光層和光電二極體的N型摻雜半導體層、接觸電極形成儲存電容。

較佳的是，所述掃描電壓在-10到15伏特的範圍內，所述基礎電壓在0到3伏特的範圍內，所述信號電壓在0到-10 伏特的範圍內，所述外接電壓在0到-10伏特的範圍內。

較佳的是，所述光纖導板的厚度在0.2毫米到10毫米的範圍內。

較佳的是，所述背光源為平板結構，所述背光源的厚度在0.2毫米到10毫米的範圍內。

較佳的是，所述背光源包括一導光板以及位於導光板一側的一LED燈芯，所述導光板將LED燈芯從導光板側向發出的光轉化為朝向感光結構傳遞的光。

較佳的是，所述背光源包括複數個LED燈芯，所述LED燈芯包括紅光LED燈芯、藍光LED燈芯、綠光LED燈芯、白光LED燈芯、紅外光LED燈芯、紫外光LED燈芯。

較佳的是，複數條柵極引線為柵極提供掃描電壓；所述LED燈芯以脈衝方式發出光，所述脈衝的頻率與掃描電壓的幀頻同步。

較佳的是，所述LED燈芯以連續方式發出光線。

較佳的是，所述感光結構與光纖導板透過膠粘合或機械壓合的方式貼合。

與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

本發明光電感測器中，穿過光纖導板的光在與光纖導板相接處的物體表面（如：指紋）發生反射，反射回的光進入光電二極體中，通過光電二極體將光信號轉化為電信號，並通過薄膜電晶體輸出，進而能夠反映物體表面的資訊。由於光纖導板由複數個垂直於襯底方向排列的光纖束組成，所述光纖束的口徑小於圖元單元的寬度，本圖元單元上方反射回來的光被光纖導板限制在本圖元單元的範圍內，不容易進入相鄰圖元單元的區域，所以每個圖元單元基本上只將圖元單元上方的、與圖元單元面積相當的物體表面的光信號轉化為電信號，減少了相鄰圖元單元之間的干擾，有效提高了光電感測器的解析度。採用光電二極體與薄膜電晶體的組合圖元單元結構較為簡單，光電二極體較CMOS圖像感測器陣列相比靈敏度更高，無需採用彎曲的光纖陣列，本發明中的光纖導板由複數個垂直於襯底方向排列的光纖束組成，與現有技術中彎曲的光纖陣列相比，生產成本低、製作簡單且更加輕薄、體積較小。此外，採用襯底下方的背光源發出入射光穿過感光結構並在物體表面發生反射的方式，使得感光結構中每個圖元單元接收到的反射光較為均勻，進一步提高了光電感測器的解析度。

進一步而言，所述光電二極體包括：自下而上的N型摻雜半導體層、本徵半導體層、P型摻雜半導體層，其中N型摻雜半導體層作為光電二極體的陰極，本徵半導體層作為光電二極體的光吸收層，P型摻雜半導體層作為光電二極體的陽極。所述延伸到襯底之第二區域的第一絕緣層與襯底之間進一步設有第一遮光層，所述第一遮光層與光電二極體的N型摻雜半導體層、接觸電極形成儲存電容，使得光電二極體的N型摻雜半導體層儲存電荷的能力增強，即N型摻雜半導體層儲存的電荷量更大，儲存時間更長，進一步提高了光電感測器的解析度。

現有的光電感測器普遍生產成本高，體積較大，解析度較低，很難應用於可攜式設備中。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種生產成本更低、體積較小且解析度更高的光電感測器，從而能夠更好地應用於可攜式設備中。

以下配合圖式及本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

參考圖2所示，本發明之光電感測器的剖面示意圖。本發明之光電感測器包括：一感光結構002，所述感光結構002包括一襯底100和位於所述襯底100上的複數個圖元單元005，所述圖元單元005包括一薄膜電晶體和一光電二極體。需要說明的是，為了圖示簡潔，在圖2中沒有將圖元單元005的具體結構標示出來。

位於所述感光結構002上方的一光纖導板003，所述光纖導板003由複數個垂直於襯底100方向排列的光纖束006組成，所述光纖束006的孔徑小於或等於圖元單元005的寬度。

位於所述感光結構002下方的一背光源001，所述背光源001發出的光通過所述感光結構002和光纖導板003。

本發明的光電感測器中，穿過光纖導板003的光在與光纖導板003相接處的物體表面（如：指紋）發生反射，反射回來的光線進入光電二極體中，透過光電二極體將光信號轉化為電信號，並透由薄膜電晶體輸出，進而能夠反映物體表面的資訊。由於光纖導板003由複數個垂直於襯底100方向排列的光纖束006組成，所述光纖束006的口徑小於圖元單元005的寬度，本圖元單元005上方反射回來的光被光纖導板003限制在本圖元單元005的範圍內，不容易進入相鄰圖元單元005的區域，所以每個圖元單元005基本上只將圖元單元005上方的、與圖元單元005面積相當的物體表面的光信號轉化為電信號，減少了相鄰圖元單元005之間的干擾，有效提高了光電感測器的解析度。採用光電二極體與薄膜電晶體的組合圖元單元005結構較為簡單，光電二極體較CMOS圖像感測器陣列相比靈敏度更高，無需採用彎曲的光纖陣列，本發明中的光纖導板003由複數個垂直於襯底100方向排列的光纖束006組成，與現有技術中彎曲的光纖陣列相比，生產成本低、製作簡單且更加輕薄。此外，採用襯底100下方的背光源001發出入射光穿過感光結構002並在物體表面發生反射的方式，使得感光結構002中每個圖元單元005接收到的反射光較為均勻，進一步提高了光電感測器的解析度。具體而言，如圖2所示，在本實施例中，所述背光源001為側光式背光源，所述背光源001包括一導光板008以及位於導光板008一側的複數個LED燈芯010，所述導光板008將LED燈芯010從側向發出的光轉化為均勻向上的光，即朝向所述感光結構002的光（如虛線箭頭所示）。部分所述均勻向上的光可以穿過光纖導板003並在光電感測器上方的物體表面007發生反射，反射光線的強弱與物體表面007的性質有關（例如：物體表面的凹陷處反射光的光強度較弱，物體表面的凸起於平坦處反射光的光強度較強），反射光通過光纖導板003進入感光結構002中，反射光為具有攜帶物體表面007資訊的光信號，圖元單元005的光電二極體能夠將所述光信號轉化為電信號，並透過薄膜電晶體輸出。

在本實施例中，所述LED燈芯010可以為紅光LED燈芯、藍光LED燈芯、綠光LED燈芯、紅外光LED燈芯、紫外光LED燈芯、白光LED燈芯，但是本發明對LED燈芯010具體包括的LED燈芯種類不做限制，可以根據實際應用場合搭配不同種類的LED燈芯。

需要說明的是，所述背光源001還包括一背板009，所述背板009用於固定所述導光板008與複數個LED燈芯010，即所述導光板008與複數個LED燈芯010位於所述背板009上。但是本發明對於是否設置所述背板009不做限制，在其他實施例中，亦可以不設置所述背板009，而是直接將複數個LED燈芯010設置於導光板008的一側。

參考圖3所示，本發明之光電感測器中圖元單元005的剖視圖。需要說明的是，為將光電感測器的特性揭示清楚，圖3進一步揭示了與單個圖元單元005相匹配的部分背光源001和部分光纖導板003。下面參考圖3，以光電感測器中的一個圖元單元005為例，對本發明光電感測器的特點以及優勢進行說明。

結合參考圖5所示，圖3所示光電感測器中一圖元單元005的示意圖。所述圖元單元005包括：薄膜電晶體001和光電二極體002。

本發明光電感測器的入射光從襯底100下方的背光源001射入並從光電感測器上方射出，在光電感測器上方的物體表面007發生反射並反射回光電感測器中，所以襯底100需要採用透光材料製成以保證光能夠通過。在本實施例中，所述襯底100的材料為透光材料，較佳的是，所述襯底100為玻璃襯底。但是本發明對此不做限制，在其他實施例中，所述襯底100還可以為透光塑膠等其透光材料製成。

所述襯底100包括一第一區域和一第二區域，所述薄膜電晶體0011位於第一區域，所述光電二極體0012位於第二區域。

所述薄膜電晶體0011包括：位於襯底100之第一區域上的柵極101；覆蓋於柵極101上的一第一絕緣層103；位於第一絕緣層103上的一溝道層104；位於溝道層104上的一第一電極105、一第二電極106，所述第一電極105、第二電極106中間具有露出溝道層104的空隙；以及覆蓋於第一電極105、第二電極106以及溝道層104上的一第二絕緣層107。

所述薄膜電晶體0011的結構與工作原理與現有技術中常見的底柵極薄膜電晶體相似，因此所述薄膜電晶體的工作原理於此不再贅述。需要說明的是，在本實施例中，第一絕緣層103、第二絕緣層107的材料為氮化矽，因此第一絕緣層103能夠透光，但本發明對第一絕緣層103、第二絕緣層107的材料不做限制，在其他實施例中，所述第一絕緣層103、第二絕緣層107的材料還可以為氧化矽或旋轉塗佈材料。

本發明之光電感測器圖元單元005中的薄膜電晶體0011與現有技術中常見的底柵極薄膜電晶體的結構不同之處在於：所述薄膜電晶體的第一絕緣層103、第二電極106、第二絕緣層107進一步延伸到襯底100的第二區域，位於襯底100的第二區域的所述第二絕緣層107具有露出所述第二電極106的開口。

所述光電二極體0012包括：依次位於所述開口露出之第二電極106上的一N型摻雜半導體層108、一本徵半導體層109、P型摻雜半導體層110。所述N型摻雜半導體層108覆蓋於所述第二電極106表面。其中N型摻雜半導體層108作為光電二極體的陰極，本徵半導體層109作為光電二極體的光吸收層，P型摻雜半導體層110作為光電二極體的陽極。

需要說明的是，本發明對光電二極體0012的具體結構不做限制，在其他實施例中，所述光電二極體0012還可以不包括本徵半導體層109，即光電二極體0012的主要結構僅包括：位於襯底100的第二區域上的N型摻雜半導體層108；位於所述N型摻雜半導體層108上與所述N型摻雜半導體層108相接觸的P型摻雜半導體層110。

需要說明的是，所述延伸到襯底100之第二區域的第一絕緣層103與襯底100之間還設有一第一遮光層102，所述第一遮光層102位於N型摻雜半導體層108下方，並且所述第一遮光層102的尺寸大於所述N型摻雜半導體層108的尺寸，第一遮光層102用於阻擋襯底100下方的背光源001發出的光線從襯底100下方進入光電二極體0012，進而可以減少所述光線對光電二極體0012造成的干擾。

在本實施例中，所述第一遮光層102與柵極101為同步形成，所述第一遮光層102與柵極101為同一種材料形成。具體而言，所述第一遮光層102與柵極101的材料均為金屬，如鉬、鋁或者鉬鋁合金等，但是本發明對第一遮光層102的具體材料不做限制，對第一遮光層102與柵極101是否為同步形成也不做限制。

需要說明的是，在相鄰的兩個圖元單元005的第一遮光層102之間設有通光孔201，即感光結構002中的複數個圖元單元005的第一遮光層102圍成複數個通光孔201，以使得背光源001發出的光線從通光孔201進入感光結構002並射入光纖導板003。在本實施例中，所述複數個圖元單元005呈陣列排列，因此，在圖元單元陣列的第一遮光層102之間的複數個通光孔201排列均勻，將背光源001發出的光線限制成為點陣狀的光源，保證每個圖元單元005下方的入射光的光通量原則上相等，並且將每個圖元單元005下方的入射光原則上限制在每個圖元單元005附近，減少了對其他圖元單元005的干擾。

在所述光電二極體0012的P型摻雜半導體層110上方進一步設置有接觸電極111，以使得P型摻雜半導體層110與外接電源或晶片電連接。所述接觸電極111的材料為氧化銦錫或氧化鋅，所述氧化銦錫與氧化鋅均為透明導電材料，以保證從光纖導板003射入的光線能夠進入光電二極體0012。

如圖5所示，在所述薄膜電晶體0011的第二絕緣層107上方進一步設有一第三絕緣層112，所述第三絕緣層112用於包覆光電二極體0012，且露出所述接觸電極111表面。在本實施例中，所述第三絕緣層112的材料為氮化矽，但是本發明對第三絕緣層112的材料不做限制，為使本圖元單元005受其他圖元單元005上方射入的光線干擾較小，所述第三絕緣層112還可以採用透光率較小的其他絕緣材料，如氧化矽或旋轉塗佈材料。

所述第三絕緣層112上覆蓋有第二遮光層113，第二遮光層113的作用是防止從側向射入光纖導板003的入射角度較大的光進入光電二極體0012。所述第二遮光層113露出所述接觸電極111表面。所述第二遮光層113還露出所述通光孔201，以使得背光源001發出的光從通光孔201進入感光結構002並射入光纖導板003。

在其他實施例中，所述接觸電極111表面進一步可以設有一連接電極114，用於將每個圖元單元005的接觸電極111電連接，所述連接電極111的材料為氧化銦錫或氧化鋅等透光材料，以使從物體表面007進入光纖導板003的反射光能夠進入光電二極體0012。

本發明之光電感測器圖元單元005的工作原理如下：背光源001發出的光從通光孔201穿過圖元單元005並進入光纖導板003，通過光纖導板003入射到物體表面007並反射回光纖導板003，部分反射光能夠穿過光纖導板003進入本圖元單元005的接觸電極111，進而進入光電二極體0012。

光電二極體的P型摻雜半導體層110（光電二極體的陽極）通過接觸電極111接入固定的負電壓，薄膜電晶體0011的第一電極105（薄膜電晶體的源極）接入正電壓或零電壓。當柵極101接入大於閾值電壓的掃描電壓時，薄膜電晶體0011打開，薄膜電晶體0011的第二電極106（薄膜電晶體的漏極）與第一電極105同電位，由於光電二極體0012的N型摻雜半導體層108（光電二極體的陰極）與第二電極106相連，即光電二極體0012的N型摻雜半導體層108接入了正電壓或零電壓，這樣在光電二極體0012上載入了負向偏壓，負電荷不斷在N型摻雜半導體層108中累積，空穴不斷在所述P型摻雜半導體層110中累積，在N型摻雜半導體層108中累積的負電荷的數量與光電二極體0012的本徵半導體層109接收的光強度正相關。由於每個圖元單元005上方的物體表面007與光纖導板003的距離、物體表面反射光的能力等特徵不同，因此每個圖元單元005的N型摻雜半導體層108中累積的負電荷的數量不同。當柵極101再次接入大於閾值電壓的掃描電壓時，薄膜電晶體0011打開，每個圖元單元005的N型摻雜半導體層108儲存的電荷通過第二電極106、溝道層104進入第一電極105，並通過第一電極105輸出到信號處理晶片，完成了光信號轉變為電信號的轉換。

需要說明的是，在本實施例中，在所述第二遮光層113上方進一步覆蓋有透光的鈍化層115，以保護所述第二遮光層113，防止第二遮光層113受到腐蝕損傷，但是本發明對於是否在第二遮光層113上方覆蓋鈍化層115不做限制，在其他實施例中，亦可以不設置所述鈍化層115。

參考圖3，需要說明的是，在本實施例中，所述複數個圖元單元005呈陣列排列，揭示了本發明之光電感測器一實施例中的工作原理示意圖，在本實施例中，本發明光電感測器進一步包括：一驅動晶片400，作為電信號的輸出端，在本實施例中，所述驅動晶片400壓接於感光結構002的襯底100上，並且位於襯底100的邊緣處沿圖元單元陣列的列方向延伸，但是本發明對驅動晶片400的位置和與感光結構002的連接方式不做限制。所述驅動晶片400與外部電源相連，為光電感測器提供掃描電壓。

一讀出晶片410，作為電信號的輸出端以及接收端，在本實施例中，所述讀出晶片410壓接於感光結構002的襯底100上，並且位於襯底100的邊緣處沿圖元單元陣列的行方向延伸，但是本發明對讀出晶片410的位置和與感光結構002的連接方式不做限制。所述讀出晶片410與外部電源相連，為光電感測器提供固定電壓。

複數條柵極引線401，每條所述柵極引線401一端與一行所述圖元單元005的薄膜電晶體0011柵極101相連，另一端與驅動晶片400相連，為柵極101提供掃描電壓，所述掃描電壓用於開啟或關閉薄膜電晶體0011。較佳的是，所述掃描電壓在-10到15伏特的範圍內。所述掃描電壓為脈衝式，即分為掃描時間和關閉時間。需要說明的是，複數條柵極引線401提供的掃描電壓為逐行掃描方式，即從第一行開始，每行圖元單元005的柵極101依次進入掃描時間。為了保證每個圖元單元005累積的電荷量只受光強度的影響，每行圖元單元005的掃描電壓和掃描時間都相同。

複數條第一引線402，每條所述第一引線402一端與一列所述圖元單元005的第一電極105相連，另一端與讀出晶片410相連，為所述第一電極105提供基礎電壓。較佳的是，所述基礎電壓在0到3伏特的範圍內。需要說明的是，所述基礎電壓為固定值，第一電極105與讀出晶片410相連，持續載入基礎電壓，當一個圖元單元005的柵極101第一次進入掃描時間之後，薄膜電晶體0011打開，在N型摻雜半導體層108中儲存的電荷被讀出晶片410讀出並歸零，並使基礎電壓載入到第二電極106上，這樣光電二極體0012的陽極和陰極之間載入負向偏壓，在N型摻雜半導體層108中不斷累積負電荷，當柵極101再次進入掃描時間之後， N型摻雜半導體層108中累積的負電荷通過第二電極106、溝道層104、第一電極105、第一引線402輸出到驅動晶片400中。當柵極101的掃描時間結束，N型摻雜半導體層108中累積的負電荷歸零並重新開始累積。需要說明的是，驅動晶片400為第一電極105提供的基礎電壓為固定值，基本不因N型摻雜半導體層108中累積負電荷而產生變化。需要說明的是，由於所有圖元單元005的基礎電壓均在0到3伏特的範圍內，且信號電壓的值固定不變，所以可以將各列的第一引線402在圖元單元陣列外側彙集成一條引線並與讀出晶片410相連。

複數條第二引線403，每條所述第二引線403一端與一列所述圖元單元005的接觸電極111相連，另一端與外接電源相連，為所述接觸電極111提供信號電壓，所述信號電壓和基礎電壓用於在光電二極體0012中形成負向偏壓。

較佳的是，所述信號電壓在0到-10 伏特的範圍內。需要說明的是，所述信號電壓即在接觸電極111上載入的固定負電壓，目的是在光電二極體0012中產生反向偏置電壓，由於所有圖元單元005的信號電壓均在0到-10 伏特的範圍內，且信號電壓的值固定不變，所以可以將各列的第二引線403在圖元單元陣列外側彙集成一條引線並與外接電源相連。

需要說明的是，在本實施例中，所述第二引線403僅為接觸電極111提供信號電壓，並無讀出電荷的作用，因此第二引線403直接與外接電源相連。具體而言，可以將第二引線403引到圖元單元陣列外側，在圖元單元陣列外側的襯底100上通過設置過孔、導線的方式與外接電源相連接。

需要說明的是，在其他實施例中，所述接觸電極111表面進一步設有連接電極114，用於將每個圖元單元005的接觸電極111相連接。這樣可以只設置一條第二引線403，將所示一條第二引線403與任一連接電極114電連接即可。

需要說明的是，在本實施例中，採用讀出晶片410作為光電感測器的電信號輸出端以及接收端，讀出晶片410體積較小，可以直接壓接在感光結構002上，使得光電感測器較為輕薄，體積較小，在其他實施例中，第一引線402也可以不用讀出晶片410作為為電信號的輸出端以及接收端，可以將第一引線402引到圖元單元陣列外側，在圖元單元陣列外側的襯底100上通過過孔與外部導線或軟性電路板（Flexible Printed Circuit board ，FPC）相連接，通過導線或軟性電路板與驅動電路板相連，以驅動電路板作為電信號的輸出端以及接收端。

在本實施例中，通過驅動晶片400、複數條第一引線402、複數條第二引線403、複數條柵極引線401與本發明的複數個圖元單元005配合使用，即可完成對光電感測器提供電信號以及將光信號轉化為電信號並且輸出的功能。但是本發明之光電感測器的圖元單元005並不限於以上述方式輸入、輸出電信號，在其他實施例中，本發明之光電感測器的圖元單元005還可以採用其他方式輸入、輸出電信號，如：改變柵極101的掃描時間與第一電極105的載入時間的相對關係，將柵極101的掃描方式為改為隔行掃描等，這些對圖元單元005的電信號輸入與輸出方式的改變均不應限制本發明。

參考圖4所示，本發明之光電感測器另一實施例中的工作原理示意圖，在另一實施例中，本發明光電感測器進一步包括：一非晶矽柵驅動器（Amorphous Silicon Gate，ASG）405，位於襯底100上且與外接電源相連，用於為柵極101提供掃描電壓。與驅動晶片400不同的是，所述非晶矽柵驅動器405是由在襯底100上與薄膜電晶體0011、光電二極體0012同步形成，即非晶矽柵驅動器405為直接形成於襯底100上的積體電路，所述非晶矽柵驅動器405位於襯底100的邊緣處且沿圖元單元陣列的列方向延伸，並且與在列方向的長度與圖元單元陣列的在列方向的長度基本相同。與驅動晶片400相比，在採用非晶矽柵驅動器405的光電感測器能夠更加輕薄，且能夠有效節省成本，透過圖4與圖3比對可以看出，複數條柵極引線401可以直接與非晶矽柵驅動器405連接，無需在感光結構002的邊框處形成折回的複數條引線，使得本發明之光電感測器可以具有更窄的邊框。

讀出晶片410作為電信號的輸出端以及接收端。在本實施例中，所述讀出晶片410壓接於感光結構002的襯底100上，並且位於襯底100的邊緣處沿圖元單元陣列的行方向延伸，但是本發明對讀出晶片410的位置和與感光結構002的連接方式不做限制。所述讀出晶片410與外接電源相連，為光電感測器提供固定的電壓。

複數條柵極引線401，每條所述柵極引線401一端與一行所述圖元單元005的薄膜電晶體0011柵極101相連，另一端與非晶矽柵驅動器405相連，為柵極101提供掃描電壓，所述掃描電壓用於開啟或關閉薄膜電晶體0011。較佳的是，所述掃描電壓在-10到15伏特的範圍內。所述掃描電壓為脈衝式，即分為掃描時間和關閉時間。需要說明的是，複數條柵極引線401提供的掃描電壓為逐行掃描方式，即從第一行開始，每行圖元單元005的柵極101依次進入掃描時間。為了保證每個圖元單元005累積的電荷量只受光強度的影響，每行圖元單元005的掃描電壓和掃描時間都相同。

複數條第一引線402，每條所述第一引線402的一端與一列所述圖元單元005的第一電極105相連，另一端與外接電源相連，為所述第一電極105提供基礎電壓，較佳的是，所述基礎電壓在0到3伏特的範圍內。需要說明的是，所述基礎電壓為固定值，第一電極105與讀出晶片410相連，持續載入基礎電壓，當一個圖元單元005的柵極101第一次進入掃描時間之後，薄膜電晶體0011打開，在N型摻雜半導體層108中儲存的電荷歸零，並使基礎電壓載入到第二電極106上，這樣光電二極體0012的陽極和陰極之間載入負向偏壓，在N型摻雜半導體層108中不斷累積負電荷。當一個圖元單元005的柵極101進入掃描時間之後，薄膜電晶體0011打開，第一電極105進入載入時間，並使基礎電壓同時載入到第二電極106上，光電二極體0012載入負向偏壓，在N型摻雜半導體層108中不斷累積負電荷，當柵極101再次進入掃描時間之後， N型摻雜半導體層108中累積的負電荷通過第二電極106、溝道層104、第一電極105、第一引線402輸出到外接電源。當柵極101的掃描時間結束，N型摻雜半導體層108中累積的負電荷歸零並重新開始累積。

需要說明的是，外接電源為第一電極105提供的基礎電壓為固定值，基本不因N型摻雜半導體層108中累積負電荷而產生變化。需要說明的是，由於所有圖元單元005的基礎電壓均在0到3伏特的範圍內，且信號電壓的值固定不變，所以可以將各列的第一引線402在圖元單元陣列外側彙集成一條引線並與讀出晶片410相連。

較佳的是，所述信號電壓在0到-10 伏特的範圍內。需要說明的是，所述信號電壓即在接觸電極111上載入的固定負電壓，目的是在光電二極體0012中產生反向偏置電壓，由於所有圖元單元005的信號電壓均在0到-10 伏特的範圍內，且信號電壓的值固定不變，所以可以將各列第二引線403在圖元單元陣列外側彙集成一條引線並與外接電源相連。

需要說明的是，在其他實施例中，所述接觸電極111表面進一步設有一連接電極114，用於將每個圖元單元005的接觸電極111相連接。這樣可以只設置一條第二引線403，將所示一條第二引線403與任一連接電極114電連接即可。

本發明光電感測器採用光纖導板003提高解析度，繼續參考圖5，以一個圖元單元005及其對應的部分光纖導板003和背光源001為例，介紹本發明光電感測器採用光纖導板003提高解析度的原理。

光纖導板003由多個垂直於襯底100方向排列的光纖束006組成，所述光纖束006的孔徑小於或等於圖元單元005的寬度。光在光纖束006中的傳播利用了光的全反射原理，光纖束006分為內芯和包覆層兩層結構，其中內芯的折射率大於包覆層的折射率，光從空氣或物體表面進入光纖束006的一端後，當光與垂直於光纖束006側壁的法線之間的夾角大於光纖束006的臨界角時，光在光纖束006內全反射，即在光纖束006的側壁的內芯與包覆層的介面上發生多次全反射直到從光纖束006的另一端射出。

圖5所示背光源001發出的兩類光線：A光線、B光線和C光線。其中，A光線與B光線的傳播方向均垂直於襯底100平面向上，A光線由薄膜電晶體0011以及光電二極體0012下方的部分背光源001發出，被柵極101、第一遮光層102、第二電極106所遮擋，不能透過薄膜電晶體0011或光電二極體0012進入光纖導板003中。

B光線由相鄰圖元單元005的第一遮光層102之間的通光孔201下方的背光源001發出，穿過透光的第一絕緣層103、第二絕緣層107、第三絕緣層112、鈍化層115進入光纖導板003中，B光線的入射方向與光纖束006的軸心方向同向，因此可以直接從光纖束006上端射出，在物體表面007的A點發生反射，反射回來的光線B進入本圖元單元004上方的另一光纖束006中，並與光纖束006側壁的法線之間的夾角的角度為θ2，由於θ2大於光線束006的臨界角，因此光線B能夠在光纖束006內芯與包覆層的介面上發生多次全反射直到從光纖束006的另一端射出，並通過透光的鈍化層115以及連接電極114、接觸電極111進入光電二極體0012。

C光線由相鄰圖元單元005的第一遮光層102之間的通光孔201下方的背光源001發出，穿過透光的第一絕緣層103、第二絕緣層107、第三絕緣層112、鈍化層115進入光纖導板003中，C光線的入射方向與光纖束006的軸心方向同向，因此可以直接從光纖束006上端射出，在物體表面007發生反射，反射回來的C光線與光纖導板003的角度較大，反射回來的C光線與光纖束006側壁的法線之間的夾角的角度為θ1，θ1大於光線束006的臨界角，因此C光線能夠在光纖束006內芯與包覆層的介面上發生多次全反射直到從光纖束006的另一端射出，並通過透光的鈍化層115以及連接電極114、接觸電極111進入光電二極體0012。

通過B光線與C光線，可以看出：由於本圖元單元005上方物體表面007反射回來的光的反射點與本圖元單元005上方光纖束006的水平距離較近，因此反射光與本圖元單元005上方光纖束006側壁的法線之間的夾角角度較大，當角度大於臨界角時，能夠從光纖束006另一端射出；如果不設置光纖導板003，則為了保護感光結構002，還需要在感光結構002上方設置透明蓋板，由於透明蓋板具有一定的厚度，而反射回來的C光線與襯底100的角度較大，在透明蓋板中行進的光程較長，很容易在通過透明蓋板以後射入與本圖元單元005相鄰的圖元單元005中，造成對比度下降。本發明光電感測器中，通過設置光纖導板003，使得反射回來的C光線在光線束006的側壁全反射，能夠將反射回來的C光線這類與襯底100的角度較大的反射光線限制在本圖元單元005中，進而不容易對相鄰的圖元單元005產生干擾。同理，從本圖元單元005下方的背光源001射入光纖導板003的光亦不容易通過光纖導板003進入其他圖元單元005上方的物體表面007，使得每個圖元單元005均能夠較獨立地探測其上方對應面積上的物體表面007特徵，受到其他圖元單元005上方的物體表面007反射回來的光干擾較小，有效提高了對反射光的限制性，有效提高了光電感測器的解析度。

需要說明的是，光纖束006的孔徑需要與圖元單元005的尺寸相匹配，孔徑的具體尺寸可以通過實驗得出，較佳的是，在本實施例中，光纖束006的孔徑小於圖元單元005之寬度的一半。

需要說明的是，本實施例中，由於圖元單元005與光纖導板003之間不設置透鏡，所以圖元單元005基本上只將圖元單元005上方同樣面積的物體表面007的光信號轉化為電信號，即圖元單元005的面積與其探測的物體表面007的面積約為1:1，使得反射光從光纖束006下端射出以後基本上不改變方向，不容易對其他圖元單元005造成干擾。

還需要說明的是，在本實施例中，為防止不滿足全反射條件的反射光透過光纖束006的側壁進入光電二極體0012，較佳的是，光纖束006的包覆層選用具有吸光性的材料，使得不滿足全反射條件的反射光被光纖束006的側壁吸收，進而減小不滿足全反射條件的反射光對圖元單元005的干擾。

此外，本發明採用光電二極體0012與薄膜電晶體0011的組合設計使得圖元單元005結構較為簡單，無需採用彎曲的光纖陣列，本發明中光纖導板003由複數個垂直於襯底100方向排列的光纖束006組成，與現有技術中彎曲的光纖陣列相比，生產成本更低、製作簡單且更加輕薄，體積更小。

需要說明的是，在本實施例中，本發明之光電感測器進一步包括複數條第三引線，每條所述第三引線一端與一行所述圖元單元005的第一遮光層102相連，另一端與第二引線403相連，為第一遮光層102提供外接電壓，用於使第一遮光層102和光電二極體0012的N型摻雜半導體層108、接觸電極形成儲存電容。較佳的是，所述外接電壓在0到-10伏特的範圍內。

由於圖元單元005的N型摻雜半導體層108中儲存負電荷，所述接觸電極111與N型摻雜半導體層108相接觸，所述N型摻雜半導體層108、所述接觸電極111與第一遮光層102構成儲存電容，所述N型摻雜半導體層108、所述接觸電極111構成儲存電容的第一電極板，所述第一遮光層102構成儲存電容的第二電極板，由於所述第一遮光層102的尺寸大於所述N型摻雜半導體層108的尺寸，因此，儲存電容的面積約等於N型摻雜半導體層108的面積。

透過儲存電容，能夠有效的增大N型摻雜半導體層108中儲存的電荷量，即提高了光信號轉化成的電信號的量。因為量子噪音的信噪比正比於信號量的平方根，因此提高信號量能夠提高量子噪音的信噪比，進而提高光電感測器的信噪比，從而提高了光電感測器的解析度。

由於所述外接電壓為固定值，因此，在其他實施例中，所述第三引線還可以通過圖元單元陣列外側的過孔與外接電源直接相連。

繼續參考圖2，本發明之光電感測器的所述感光結構002與光纖導板003的貼合方式較為簡單，較佳的是，可以採用膠粘合或機械壓合的方式將所述感光結構002與光纖導板003的貼合。

將光纖導板003貼合在感光結構002上方，防止物體對感光結構002表面劃傷，防止感光結構002表面沾水、髒汙或者防止靜電損傷感光結構002中的圖元單元005。

本實施例中，所述光纖導板003的厚度在0.2毫米到10毫米的範圍內，所述背光源001的厚度在0.2毫米到10毫米的範圍內，所述感光結構002的厚度主要為襯底100所採用的玻璃基板的厚度，在0.2毫米到1毫米的範圍。

較佳的是，所述光纖導板003的厚度在1毫米以內，所述背光源001為平板結構，與現有LCD的背光源原理相似，所以背光源001的厚度也在1毫米以內，因此，本發明的光電感測器的總厚度在3毫米以內，具有較好的輕薄性，容易集合於手機等可攜式裝置中。【00100】本發明提供的光電感測器能夠應用於偽鈔識別、指紋識別、靜脈成像、檔案掃描等多個領域。【00101】在本實施例中，所述背光源001的LED燈芯010包括紅光LED燈芯、藍光LED燈芯、綠光LED燈芯、紅外光LED燈芯、紫外光LED燈芯以及白光LED燈芯。【00102】繼續參考圖2，當本發明光電感測器應用於彩色檔案掃描時，所述背光源001的紅光LED燈芯、藍光LED燈芯、綠光LED燈芯開啟。在光纖導板003上方放入彩色檔，將圖元單元陣列的每行圖元單元005的柵極101依次接入掃描電壓定義為一幀，在第一幀的時間內，僅開啟紅光LED燈芯，在第二幀的時間內，僅開啟藍光LED燈芯，在第三幀的時間內，僅開啟綠光LED燈芯，然後以三幀為一週期重複以上步驟，在第一幀的時間內，僅開啟紅光LED燈芯，光電二極體接收的光信號為紅光，在第二幀的時間內，僅開啟藍光LED燈芯，光電二極體接收的光信號為藍光，在第三幀的時間內，僅開啟綠光LED燈芯，光電二極體接收的光信號為綠光。通過驅動晶片400將圖元單元陣列的複數個光電二極體0012分別接收的紅光、藍光、綠光信號轉化成的電信號進行處理，能夠得到彩色檔案的彩色發光資訊，這樣無需彩色濾色膜即可達成彩色成像，節省了成本，同時使光電感測器更加輕薄。需要說明的是，在背光源001中還可以僅開啟白光LED燈芯，以用於黑白檔案的掃描。【00103】當本發明光電感測器應用於指紋識別時，由於指紋攜帶的資訊可以由其反射光的光強度來反映，所以所述背光源001可以只開啟白光（波長380奈米-650奈米）LED燈芯。通過圖元單元陣列的每行圖元單元005的柵極101依次接入掃描電壓，放置在光纖導板003上的指紋所反射的光信號被指紋下方的多個圖元單元005轉化為電信號，凸紋的反射光強度較強，凹紋的反射光強度較弱，所以每個圖元單元005輸出的電信號強度不同，從而達成指紋識別。本發明光電感測器應用於指紋識別時，所述背光源001還可以只開啟紅光LED燈芯、藍光LED燈芯、綠光LED燈芯、紅外光LED燈芯、紫外光LED燈芯中的一種，本發明對此不作限制，採用何種顏色的LED燈芯對指紋識別功能基本上沒有影響。【00104】當本發明光電感測器應用於靜脈成像時，所述背光源001的紅外光（波長在700奈米-1000奈米）LED燈芯開啟，紅外光LED燈芯發出紅外光（波長在700奈米-1000奈米），將靜脈所在的人體部位放置在光纖導板003上方，紅外光可以穿透表皮並在血管上發生反射。由於血液中的蛋白質對紅外光有吸收作用，而靜脈中的血液濃度隨著脈搏而變化，因此通過檢測到血液濃度的變化可以檢測到脈搏，即檢測到血液濃度的變化頻率與人體的脈搏頻率相同。需要說明的是，人體的脈搏是變化的資訊，光電感測器透過血液濃度的變化對脈搏進行探測。靜脈中血液濃度呈現與脈搏的週期相對應的變化，為探測血液濃度的變化週期，需要保證光電感測器至少採集到血液濃度變化中一個週期內的2個血液濃度值，此時要求光電感測器的工作頻率在脈搏頻率的2倍以上，需要說明的是，光電感測器的工作頻率即光電感測器完成掃描一幀的時間的倒數。對於一般情況，需要光電感測器工作頻率在7赫茲以上。【00105】當本發明光電感測器應用於偽鈔識別時，所述背光源001僅開啟紫外光（波長在250奈米-380奈米）LED燈芯，紫外光LED燈芯發出紫外光。在現代的印鈔中由於採用了特殊的油墨，在紫外光的照射下會產生其它波長的光線，譬如紙幣可以發出紅光，將紙幣放置於本發明之光電感測器的光纖導板003上，本發明光電感測器的背光源001發出紫外光，在採用這種油墨印製的圖形上發生反射，反射回的紅光帶有這種油墨印製的圖形的資訊，本發明光電感測器透過對反射回紅光的識別可以對紙幣的真偽性進行判別，因此本發明光電感測器還可以用來製作帶有偽鈔識別的點鈔設備。【00106】需要說明的是，本實施例中，光源001中的各個LED燈芯010透過不同的開關分別控制，各個LED燈芯010發出的光強度可以由載入在LED燈芯010上的電流大小分別調節，以適應不同環境的需求。【00107】這樣通過開啟背光源001中的不同LED燈芯010，並配合驅動晶片400的不同控制程式，本發明提供的光電感測器能夠應用於偽鈔識別、指紋識別、靜脈成像、檔案掃描等多個領域，使得本發明之光電感測器不需要針對不同應用重新設計，節省了研發成本。需要說明的是，本發明光電感測器的LED燈芯010不限於包括紅光LED燈芯、藍光LED燈芯、綠光LED燈芯、紅外光LED燈芯、紫外光LED燈芯或者白光LED燈芯。在其他實施例中，LED燈芯010可以只包括其中的幾種或是其他種類的LED燈芯，可以根據應用的不同場合來製作具有不同LED燈芯的光電感測器。【00108】需要說明的是，所述LED燈芯010可以以脈衝方式發光，所述脈衝的頻率與圖元單元005中柵極101掃描電壓的幀頻同步。圖元單元陣列的每行柵極101依次完成載入掃描電壓為一幀，在相鄰兩幀之間有一段空白時間，所述柵極101不載入掃描電壓。所述脈衝的頻率與圖元單元005中柵極101掃描電壓的幀頻同步的意義為，在所述空白時間，所述LED燈芯010開啟，使N型摻雜半導體層108累積負電荷，在每幀時間內，所述LED燈芯010關閉。所述LED燈芯010以脈衝方式發出光的好處在於，LED燈芯010發出的光中，會有少量光通過感光結構002與背光源001之間的縫隙等途徑進入到感光結構002中，對光電感測器造成干擾，這樣的光稱為背景光，在本實施例中，所述LED燈芯010以脈衝方式發出光，能夠排除進入感光結構002中背景光的干擾，從而提高光電感測器的信噪比，同時能夠有效地節省能源，當光電感測器設置於可攜式裝置中時，能夠延長光電感測器的使用時間。【00109】但是本發明對所述LED燈芯010是否以脈衝方式發光不做限制，在其他實施例中，所述LED燈芯010還可以以連續的方式發光。【00110】以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

【00111】
01‧‧‧CMOS圖像感測器陣列
02‧‧‧光纖陣列
03‧‧‧光源
05‧‧‧手指
001‧‧‧背光源
0011‧‧‧薄膜電晶體
0012‧‧‧光電二極體
002‧‧‧感光結構
003‧‧‧光纖導板
005‧‧‧圖元單元
006‧‧‧光纖束
007‧‧‧物體表面
008‧‧‧導光板
009‧‧‧背板
010‧‧‧LED燈芯
100‧‧‧襯底
101‧‧‧柵極
102‧‧‧第一遮光層
103‧‧‧第一絕緣層
104‧‧‧溝道層
105‧‧‧第一電極
106‧‧‧第二電極
107‧‧‧第二絕緣層
108‧‧‧N型摻雜半導體層
109‧‧‧本徵半導體層
110‧‧‧P型摻雜半導體層
111‧‧‧接觸電極
112‧‧‧第三絕緣層
113‧‧‧第二遮光層
114‧‧‧連接電極
115‧‧‧鈍化層
201‧‧‧通光孔
400‧‧‧驅動晶片
401‧‧‧柵極引線
402‧‧‧第一引線
403‧‧‧第二引線
405‧‧‧非晶矽柵驅動器
410‧‧‧讀出晶片

圖1是現有技術之光電感測器的剖視示意圖。圖2是本發明之光電感測器的一實施例的剖面示意圖。圖3是本發明之光電感測器的一實施例的工作原理示意圖。圖4是本發明之光電感測器的一另實施例的工作原理示意圖。圖5是圖2所示光電感測器中的一圖元單元的剖視圖。

001‧‧‧背光源

002‧‧‧感光結構

006‧‧‧光纖束

007‧‧‧物體表面

100‧‧‧襯底

101‧‧‧柵極

102‧‧‧第一遮光層

103‧‧‧第一絕緣層

104‧‧‧溝道層

105‧‧‧第一電極

106‧‧‧第二電極

107‧‧‧第二絕緣層

108‧‧‧N型摻雜半導體層

109‧‧‧本徵半導體層

110‧‧‧P型摻雜半導體層

111‧‧‧接觸電極

112‧‧‧第三絕緣層

113‧‧‧第二遮光層

114‧‧‧連接電極

115‧‧‧鈍化層

201‧‧‧通光孔

Claims

一種光電感測器，其包括：一感光結構，所述感光結構包括一襯底和位於所述襯底上的複數個圖元單元，所述各個圖元單元包括一薄膜電晶體和一光電二極體；位於所述感光結構上方的一光纖導板，所述光纖導板由複數個垂直於襯底方向排列的光纖束組成，所述光纖束的孔徑小於或等於圖元單元的寬度；以及位於所述感光結構下方的一背光源，所述背光源發出的光通過所述感光結構和光纖導板。
如請求項1所述之光電感測器，所述襯底包括一第一區域和一第二區域，所述薄膜電晶體位於第一區域，所述光電二極體位於第二區域。
如請求項2所述之光電感測器，所述薄膜電晶體包括：位於襯底之第一區域上的一柵極，覆蓋於所述柵極上的一第一絕緣層，位於第一絕緣層上的一溝道層，位於溝道層上的一第一電極、一第二電極，所述第一電極、第二電極中間具有露出溝道層的空隙，以及覆蓋於所述第一電極、第二電極以及溝道層上的一第二絕緣層。
如請求項3所述之光電感測器，所述光電二極體包括：依次位於襯底的第二區域上方的一N型摻雜半導體層、一本徵半導體層、一P型摻雜半導體層，其中N型摻雜半導體層作為光電二極體的陰極，本徵半導體層作為光電二極體的光吸收層，而P型摻雜半導體層作為光電二極體的陽極。
如請求項3所述之光電感測器，所述光電二極體包括：位於襯底的第二區域上的一N型摻雜半導體層；以及位於所述N型摻雜半導體層上與所述N型摻雜半導體層相接觸的一P型摻雜半導體層。
如請求項4或5所述之光電感測器，所述薄膜電晶體的第一絕緣層、第二電極、第二絕緣層延伸到襯底的第二區域，位於襯底第二區域的所述第二絕緣層具有露出所述第二電極的開口，所述光電二極體的N型摻雜半導體層覆蓋於所述開口中的第二電極表面。
如請求項6所述之光電感測器，所述延伸到襯底的第二區域的第一絕緣層與襯底之間進一步設有一第一遮光層，用於阻擋襯底背光源發出的光從襯底下方進入光電二極體；以及所述第一遮光層位於N型摻雜半導體層下方並且所述第一遮光層的尺寸大於所述N型摻雜半導體層的尺寸；在兩個圖元單元的第一遮光層之間設有通光孔，用於使背光源發出的光能從所述通光孔進入感光結構並射入光纖導板。
如請求項7所述之光電感測器，所述光電二極體的P型摻雜半導體層上方進一步設置有接觸電極，所述接觸電極的材料為透光導電材料。
如請求項8所述之光電感測器，所述第一遮光層的材料為金屬，所述第一遮光層與光電二極體的N型摻雜半導體層、接觸電極形成儲存電容。
如請求項9所述之光電感測器，所述薄膜電晶體的第二絕緣層上方進一步設有一第三絕緣層，所述第三絕緣層用於包覆光電二極體並且露出所述接觸電極的表面。
如請求項10所述之光電感測器，所述襯底、第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層的材料為透光材料。
如請求項10所述之光電感測器，所述第三絕緣層上覆蓋有一第二遮光層，所述第二遮光層覆蓋所述薄膜電晶體，所述第二遮光層露出所述接觸電極表面，所述第二遮光層還露出所述通光孔，以使得背光源發出的光從通光孔進入感光結構並射入光纖導板。
如請求項8所述之光電感測器，所述接觸電極表面設有一連接電極，用於將每個圖元單元的接觸電極電連接，所述連接電極的材料為透光導電材料，用於使從光纖導板入射的光能夠進入光電二極體。
如請求項8所述之光電感測器，所述複數個圖元單元呈陣列排列，所述光電感測器進一步包括：一驅動晶片，所述驅動晶片位於感光結構上且與外接電源相連；一讀出晶片，所述讀出晶片位於感光結構上且與外接電源相連；複數條柵極引線，每條所述柵極引線的一端與一行所述薄膜電晶體柵極相連，另一端與驅動晶片相連，為薄膜電晶體柵極提供掃描電壓所述掃描電壓用於開啟或關閉薄膜電晶體；複數條第一引線，每條所述第一引線的一端與一列所述第一電極相連，另一端與讀出晶片相連，為所述第一電極提供基礎電壓；複數條第二引線，每條所述第二引線的一端與一列所述接觸電極相連，另一端與外接電源相連，為所述接觸電極提供信號電壓，所述信號電壓和基礎電壓用於在光電二極體中形成負向偏壓；以及複數條第三引線，每條所述第三引線的一端與一行所述第一遮光層相連，另一端與第二引線相連，為第一遮光層提供外接電壓，用於使第一遮光層和光電二極體的N型摻雜半導體層、接觸電極形成儲存電容。
如請求項8所述之光電感測器，所述複數個圖元單元呈陣列排列，所述光電感測器進一步包括：一非晶矽柵驅動器，其位於感光結構中且與外接電源相連；一讀出晶片，其位於感光結構上且與外接電源相連；複數條柵極引線，每條所述柵極引線的一端與一行所述薄膜電晶體柵極相連，另一端與非晶矽柵驅動器相連，為薄膜電晶體柵極提供掃描電壓，所述掃描電壓用於開啟或關閉薄膜電晶體；複數條第一引線，每條所述第一引線的一端與一列所述第一電極相連，另一端與讀出晶片相連，為所述第一電極提供基礎電壓；複數條第二引線，每條所述第二引線的一端與一列所述接觸電極相連，另一端與外接電源相連，為所述接觸電極提供信號電壓，所述信號電壓和基礎電壓用於在光電二極體中形成負向偏壓；以及複數條第三引線，每條所述第三引線的一端與一行所述第一遮光層相連，另一端與第二引線相連，為第一遮光層提供外接電壓，用於使第一遮光層和光電二極體的N型摻雜半導體層、接觸電極形成儲存電容。
如請求項14所述之光電感測器，所述掃描電壓在-10到15伏特的範圍內，所述基礎電壓在0到3伏特的範圍內，所述信號電壓在0到-10 伏特的範圍內，所述外接電壓在0到-10伏特的範圍內。
如請求項15所述之光電感測器，所述掃描電壓在-10到15伏特的範圍內，所述基礎電壓在0到3伏特的範圍內，所述信號電壓在0到-10 伏特的範圍內，所述外接電壓在0到-10伏特的範圍內。
如請求項1所述之光電感測器，所述光纖導板的厚度在0.2毫米到10毫米的範圍內。
如請求項1所述之光電感測器，所述背光源為平板結構，所述背光源的厚度在0.2毫米到10毫米的範圍內。
如請求項1所述之光電感測器，所述背光源包括一導光板以及位於導光板一側的一LED燈芯，所述導光板將LED燈芯從導光板側向發出的光轉化為朝向感光結構傳遞的光。
如請求項19所述之光電感測器，所述背光源包括一個或複數個LED燈芯，所述LED燈芯包括紅光LED燈芯、藍光LED燈芯、綠光LED燈芯、白光LED燈芯、紅外光LED燈芯、紫外光LED燈芯。
如請求項20或21所述之光電感測器，所述LED燈芯以脈衝方式發出光，所述脈衝的頻率與掃描電壓的幀頻同步。
如請求項20或21所述之光電感測器，所述LED燈芯以連續方式發出光線。
如請求項1所述之光電感測器，所述感光結構與光纖導板透過膠粘合或機械壓合的方式貼合。