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CN102419815A - 光传感器 - Google Patents

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CN102419815A
CN102419815A CN2011102943571A CN201110294357A CN102419815A CN 102419815 A CN102419815 A CN 102419815A CN 2011102943571 A CN2011102943571 A CN 2011102943571A CN 201110294357 A CN201110294357 A CN 201110294357A CN 102419815 A CN102419815 A CN 102419815A
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CN
China
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light
film
photosensor
light sensor
amorphous silicon
Prior art date
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Pending
Application number
CN2011102943571A
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English (en)
Inventor
齐藤辉儿
宫泽敏夫
长谷川笃
米仓健史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Japan Display Inc
Original Assignee
Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Hitachi Displays Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd, Hitachi Displays Ltd filed Critical Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种光传感器。该光传感器包括：多个光传感器像素配置成矩阵状而成的光传感器阵列、以及配置在上述光传感器阵列下侧的背光源。上述光传感器阵列包括表面遮光膜(例如，Al膜)，上述表面遮光膜包括：将来自被照体的光入射到上述各光传感器像素的入射孔、以及设于上述入射孔的周围且将上述背光源的照射光向上述被照体照射的通过孔。

Description

光传感器
技术领域
本发明涉及光传感器，尤其涉及在光传感器阵列的下侧配置有光源的静脉认证传感器。
背景技术
以往的静脉认证传感器，以红外光发光二极管(700～900nm)为光源，在受光侧安装CCD和用于得到对焦的图像的透镜。图12～图14表示以往的静脉认证传感器的构造。
图12是将红外光发光二极管8贴在手指1的上侧的构造，图13是在手指1的左右侧设置红外光发光二极管8的构造，图14是在手指1的左右斜向设置红外光发光二极管8的构造。
在以往的静脉认证传感器中，从放置在作为受光元件的光传感器阵列2的上方的手或手指1的上方、横向或倾斜方向入射红外光，由透镜3使从其手或手指1中射出的光汇聚，将汇聚的光向光传感器阵列2入射。静脉认证传感器由此对投影到光传感器阵列2的静脉的影子进行认证。
在日本特开2010-39594号公报及日本特开2010-97483号公报中公开了以往的静脉认证传感器。
在以往的静脉认证传感器中，由于使红外光向手或手指的内部入射来反映静脉的影子，所以需要光量。因此，静脉的影子的对比度变小，需要利用图像处理提高灵敏度。而且，在构造上，除了光传感器阵列2以外还需使用透镜3，因此在红外光发光二极管8与手或与手指之间，以及手或手指与光传感器阵列3之间需要间隔有距离，存在难以将光传感器自身小型化的问题。
发明内容
本发明是为解决上述以往技术的问题点而做出的，其目的在于提供一种能小型化设计的光传感器。
本发明的上述以及其他目的和新特征将通过本说明书的记载以及附图而变得清楚。
简单说明本申请所公开的发明中具有代表性的技术方案的概要如下。
(1)一种光传感器，其包括：多个光传感器像素配置成矩阵状而成的光传感器阵列、配置在上述光传感器阵列的下侧的背光源，上述光传感器阵列具有表面遮光膜，上述表面遮光膜包括：入射孔，其将来自上述背光源的相反侧的光入射到上述各光传感器像素；以及通过孔，其设于上述入射孔的周围，且将来自上述背光源的照射光向上述相反侧照射。
(2)在(1)中，上述背光源包括：导光板、配置在上述导光板的侧面的光源。
(3)在(2)中，包括在上述导光板的与上述光传感器阵列相反侧的面上配置的反射膜。
(4)在(1)中，上述背光源包括导光板、以及配置在上述导光板的与上述光传感器阵列相反侧的面上的光源。
(5)在(2)或(4)中，包括在上述导光板的上述光传感器阵列侧的面上配置的多个光学膜片。
(6)在(1)～(5)的任一项中，上述各光传感器像素包括：由金属膜构成的下部电极、设于上述下部电极上的无定形硅膜、以及设于上述无定形硅膜上的n型无定形硅膜、设于上述n型无定形硅膜上的上部电极(例如为ITO)。
(7)在(6)中，包括设于上述各光传感器像素之间的平坦化膜(例如，有机绝缘膜)。
(8)在(6)或(7)中，上述表面遮光膜配置在上述平坦化膜与上述上部电极之间，在上述下部电极的与上述表面遮光膜的上述贯通孔对应的部位也形成使来自上述背光源的照射光照射到上述相反侧的通过孔。
(9)在(6)～(8)的任一项中，包括设于上述下部电极与上述无定形硅膜之间的绝缘膜，上述绝缘膜在与上述各光传感器像素对应的区域具有孔，上述下部电极和上述无定形硅膜在形成于上述绝缘膜之上的孔处被电连接。
(10)在(6)～(9)的任一项中，上述下部电极形成在透明基板上。
(11)在(6)～(10)的任一项中，包括设于上述上部电极上的表面保护层。
简单说明本申请所公开的发明中具有代表性的技术方案所能得到的效果如下。
根据本发明，可提供一种能够小型化设计的光传感器。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的光传感器的构造的概略图。
图2是表示作为图1所示的背光源采用了侧光式背光源时本实施方式的光传感器概略结构的分解立体图。
图3是表示作为图1所示的背光源采用正下型背光源时本实施方式的光传感器概略结构的分解立体图。
图4A～图4I是表示在本实施方式的光传感器中、设置红外光通过孔的位置、以及孔的形状的一例的图。
图5是图1所示的光传感器阵列的俯视图。
图6是表示沿着图5所示的A-A’剖切线的截面构造的剖面图。
图7是用于说明图1所示的光传感器阵列的电极构造的图。
图8是表示图5～图7所示的光传感器像素的等价电路的电路图。
图9是表示图5～图7所示的光传感器阵列的电路结构的电路图。
图10是用于说明图9所示的光传感器阵列的驱动方法的时序图。
图11A～图11C是表示本实施方式的光传感器的使用例的一例的图。
图12是用于说明以往的静脉认证传感器的一例的图。
图13是用于说明以往的静脉认证传感器的其他例的图。
图14是用于说明以往的静脉认证传感器的其他例的图。
附图标记的说明
1手指
2光传感器阵列
3透镜
4红外光通过孔
5光学膜片组
6导光板
7反射片
8红外线光发光二极管
10树脂模制框
11入射孔
20表面遮光膜
21上部电极
22表面保护层
23有机平坦化膜
24绝缘层
25下部电极
30掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)
31无定形硅膜(a-Si)
52位移寄存器
55静脉传感器
56静脉
B/L背光源
PX光传感器像素
TLS晶体管
AS光控可变电阻元件
D二极管
G扫描线
S读出线
Cs浮置电容
具体实施方式
以下、参照附图详细说明本发明的实施方式。
在用于说明实施方式的所有附图中，对具有同一功能的部件标以相同的标号，省略其重复的说明。另外，以下的实施方式并不用于限定本发明的权利要求书的解释。
图1是用于说明本发明实施方式的光传感器构造的概略图。在图1中，2是光传感器阵列，B/K是背光源。如图1所示，本实施方式的光传感器包括光传感器阵列2、以及如液晶显示板那样配置在光传感器阵列2下侧的背光源(B/L)。背光源从光传感器阵列2的背面向作为被照体的手或手指照射红外光，将稍微进入手或手指的表面的静脉反映到光传感器阵列2。为此，在光传感器阵列2形成有红外光通过孔4。
在本实施方式中，作为从光传感器阵列2的背面向手或手指照射红外光的背光源的构造，如液晶显示板的背光源那样，有侧光式背光源和正下型背光源这2种。
图2是表示作为图1所示的背光源(B/L)采用侧光式背光源时本实施方式的光传感器概略结构的分解立体图。
在图2所示的光传感器中，背光源(B/L)包括：大致矩形形状的导光板6、配置在该导光板6的一个侧面(入射面)的红外光发光二极管(光源)8、配置在导光板6的下表面(与光传感器阵列2相反侧的面)侧的反射片7、配置在导光板6的上表面(光传感器阵列2侧的面)的光学膜片组5、以及树脂模制框10。光学膜片组5例如由下漫射片、2张透镜片及上漫射片构成。另外，光学膜片组5也可去除。
图3是表示作为图1所示的背光源(B/L)采用正下型背光源时本实施方式的光传感器概略结构的分解立体图。
在图3所示的光传感器中，背光源(B/L)包括：大致矩形形状的导光板6、配置在导光板6的下表面(与光传感器阵列2相反侧的面)侧的红外光发光二极管(光源)8、配置在导光板6的上表面(光传感器阵列2侧的面)的光学膜片组5、树脂模制框10、以及配置在红外光发光二极管8下侧的背光源盒9。在此，作为光源，配置有3行×3列的9个红外光发光二极管。背光源盒9的内侧具有反射板。光学膜片组5例如由下漫射片、2张透镜片及上漫射片构成。光学膜片组5也可去除。
在图2、图3所示的结构中，从红外光发光二极管8照射的红外光利用导光板6(或导光板6与光学膜片组5)而成为均匀的光，从在光传感器阵列2形成的红外光通过孔4进行照射。然后，从红外光通过孔4照射的均匀红外光向放在光传感器阵列2上的手或手指内入射。入射的光被表面及有静脉的部分反射，反射的光向光传感器阵列2所含的各光传感器像素入射，转换为图像信号。
设置红外光通过孔4的位置、孔的形状需要根据光传感器阵列2的各光传感器像素的尺寸、显示尺寸等而适当设定，优选是红外光发光二极管8的光不直接入射光传感器阵列2的各光传感器像素、而是照射到手或手指之后向光传感器阵列2的各光传感器像素入射的位置、构造。
图4A～图4I表示设置红外光通过孔4的位置、孔的形状的一例。在图4A～图4I中，在表面遮光膜20形成有入射孔11和红外光通过孔4。红外光从入射孔11入射到光传感器像素PX。关于表面遮光膜20将后述。
图4A表示作为红外光通过孔4，在表面遮光膜20中的入射孔11的4角的周边位置设置供红外光透过的四方孔。
图4B、图4C表示作为红外光通过孔4，在表面遮光膜20中的入射孔11的对角的2个角的周边位置设置供红外光透过的四方孔。
图4D表示作为红外光通过孔4，在表面遮光膜20中的入射孔11的1角的周边位置设置供红外光透过的四方孔。
图4E表示作为红外光通过孔4，在表面遮光膜20中的入射孔11的4边的周边位置设置供红外光透过的长方形的孔。
图4F表示作为红外光通过孔4，在表面遮光膜20中的入射孔11的上下2边的周边位置设置供红外光透过的长方形的孔。
图4G表示作为红外光通过孔4，在表面遮光膜20中的入射孔11的左右2边的周边位置设置供红外光透过的长方形的孔。
图4H表示作为红外光通过孔4，在表面遮光膜20中的入射孔11的1边的周边位置设置供红外光透过的长方形的孔。
图4I表示作为红外光通过孔4，在相邻的2个光传感器像素PX之间设置供红外光透过的长方形的孔。
以下，使用图5～图7说明图1所示的光传感器阵列2的构造的一例。
图5是图1所示的光传感器阵列2的俯视图，是从上方看图1所示的光传感器阵列2的图。
图6是表示沿图5所示的A-A’剖切线的截面构造的剖面图。
图7是用于说明图1所示的光传感器阵列2的电极构造的图。
在图5、图7中，光传感器像素PX仅图示了2×2共4个，但实际的光传感器阵列2中设有例如100×150个光传感器像素PX。
在图5～图7所示的光传感器阵列2中，光传感器像素PX包括无定形硅膜(a-Si)和掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)。
如图6、图7所示，光传感器像素PX包括：下部电极25；层叠在下部电极25之上的无定形硅膜(a-Si)31；层叠在无定形硅膜(a-Si)31之上、掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)30；配置在掺杂了磷的无定形硅膜(n+a-Si)30之上的上部电极22。
即，在本实施方式中，在上部电极21与下部电极25之间夹持有掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)30和无定形硅膜(a-Si)31。
在此，上部电极21和下部电极25优选的是选择分别与无定形硅膜(a-Si)31、掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)30取为欧姆连接，或者对于后述的正向偏置方向取为欧姆连接。另外，为了用作光传感器，光入射侧的电极需要选择使所希望波长的光透过的材料。举例来说，上部电极21由ITO(Indium Tin Oxide)构成，下部电极25由MoW/Al-Si/MoW构成。
下部电极25形成在透明绝缘基板(例如，玻璃基板)在(SUB)之上。而且，在下部电极25之上形成由氧化硅(SiO)构成的绝缘膜24。在绝缘膜24形成孔，利用形成在绝缘膜24的孔，下部电极25与无定形硅膜(a-Si)31被连接(欧姆连接)。下部电极25兼用作防止从背光源(B/L)照射的红外光直接入射到光传感器像素的背面遮光膜。
在各光传感器像素PX之间设有由光硬化性树脂构成的有机平坦化膜23。换言之，各光传感器像素PX配置在形成于有机平坦化膜23的孔中。
在有机平坦化膜23之上形成由Al等构成的表面遮光膜20。该表面遮光膜20防止例如不需要的红外光倾斜入射到光传感器像素PX的无定形硅膜(a-Si)31，在由光传感器像素PX检测到的传感器输出中重叠有噪声。如图6所示，表面遮光膜20设于上部电极21与有机平坦化膜23之间。
如图6所示，红外光通过孔4形成为贯通下部电极25、绝缘膜24、有机平坦化膜23、表面遮光膜20。若有机平坦化膜23和绝缘膜24是使红外光通过的材质，则不需要在有机平坦化膜23和绝缘膜24形成红外光通过孔4。
此外，在各光传感器像素PX的上部电极21之上还形成由氮化硅(SiN)构成的表面保护层22。
如图7所示，下部电极25例如沿图7的Y方向延伸，上部电极21和表面遮光膜20例如沿图7的X方向延伸。并且，在下部电极25与上部电极21的交叉部分形成光传感器像素PX。
图8是表示图5～图7所示的光传感器像素PX的等价电路的电路图。
如图8的二极管D所示，掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)30为比无定形硅膜(a-Si)31强的n型半导体，因此在掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)30与无定形硅膜(a-Si)31的连接面中，示出了将无定形硅膜(a-Si)31侧取为正极(阳极)，将掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)30侧取为负极(阴极)的二极管特性。如图8的AS所示，无定形硅膜(a-Si)31构成光控可变电阻元件。
并且，通过在无定形硅膜(a-Si)之上层叠掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)，从而能够得到利用由掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)和无定形硅膜(a-Si)构成的二极管放大后的光电流。
根据实验，在图5～图7所示的无定形硅膜(a-Si)之上层叠掺杂了磷的n型无定形硅膜(n+a-Si)的构造中，与仅是无定形硅膜(a-Si)的构造相比，有10000倍程度的电流放大效果。
以下，使用图9、图10说明图5～图7所示的光传感器阵列2。
图9是表示图5～图7所示的光传感器阵列2的电路结构的电路图。在图9中，仅图示了PX1～PX4的4个光传感器像素，但实际配置例如100×150个光传感器像素。
配置成矩阵状的光传感器像素(PX1～PX4)的各行光传感器像素的上部电极21与多个扫描线(G1，G2，...)的任一扫描线连接。因此，各光传感器像素(PX1～PX4)的二极管D的阴极与扫描线(G1，G2，..)连接。
各扫描线(G1，G2，..)与位移寄存器52连接，位移寄存器52在按每1水平扫描期间将Low电平(以下称为L电平)的选择扫描电压依次提供给扫描线(G1，G2，..)。
此外，配置成矩阵状的光传感器(PX1～PX4)的各列光传感器像素的下部电极25与多个读出线(S1，S2，..)的任一读出线连接。将1水平扫描期间的读出线(S1，S2，..)的电压变化作为信号电压从焊盘(PAD1，PAD2，..)输出至外部的信号处理电路(未图示)。
位移寄存器52是搭载在半导体芯片内的电路，配置在制作有光传感器阵列的基板上。或者，位移寄存器52通过配置在玻璃基板等光传感器阵列基板上的、由半导体层采用多晶硅膜而成的薄膜晶体管组成的电路构成。
图10是用于说明图9所示的光传感器阵列2的驱动方法的时序图。以下，使用图10说明图5～图7所示的光传感器阵列2的驱动方法。在图10中，通过移位寄存器52，光传感器像素的各行在纸面上从上到下被依次扫描，即，在图10中，对选通线G按照序号从小到大的顺序依次施加L电平的电压。
首先，在1水平扫描期间HSYNC的消隐期间，信号RG变为高电平(以下称为H电平)，复位晶体管TLS导通。由此，各读出线S1，S2，...被复位，使各读出线S1，S2，..均为恒定电位(例如3V)。在该信号RG为H电平的期间，各扫描线G1，G2，..变为H电平(例如3V)。
接着，当信号RG变为L电平时，扫描线G1的电压电平变为低电平(以下称为L电平，例如为0V的接地电位)，其以外的扫描线的电压电平变为H电平。由此，阴极连接在扫描线G1上的光传感器像素的二极管部D为导通状态，阴极连接在扫描线G1以外的扫描线上的光传感器像素的二极管部D为截止状态，因此光传感器像素PX1、PX2为接通状态，光传感器像素PX3，PX4为关断状态。
光射入光传感器像素PX1、PX2，光传感器像素的光控可变电阻元件AS的电阻值根据入射光而发生变化。由此，从读出线S1，S2，..流经扫描线G1的电流发生变化，各读出线S1，S2，..的电位(具体而言是连接在各读出线上的浮置电容Cs的电位)降低。
读取该电压变化作为各读出线S1，S2，...的信号电压。将该情况图示为图10的读出线波形S1～。
对于扫描线G1以外的扫描线也进行同样的处理，取入信号电压。
图11A～图11C是表示本实施方式的光传感器的使用例的一例的图，如图11A所示，将本实施方式的光传感器作为静脉认证装置的静脉传感器55组装到个人笔记本计算机。
如图11B所示，从配置在光传感器阵列2下侧的背光源(B/L)将红外光向手或手指1照射，如图11C所示，将稍微进入手或手指1的表面的静脉56反映到光传感器阵列2。
从图11A可知，由于静脉传感器55设置在个人笔记本计算机的键盘部分，因此必须是小型的。本实施方式的静脉传感器55将具有红外光LED的背光源(B/L)配置在光传感器阵列2的背面，因此能够设计得较薄，能够小型化。
与此不同，在以往的光传感器阵列中，作为光传感器像素使用CCD或MOS，因此从背面照射是不可能的。此外，由于需要透镜，因此在红外光光源与手或手指之间、或手或手指与透镜之间需要有一定的距离。由于这些因素，使用以往的光传感器阵列将光传感器小型化是不可能的。
虽然已经描述了当前考虑到的本发明的某些实施方式，但是能够理解可对其进行各种修改，并且意在使所附权利要求书将所有这些修改覆盖为落入本发明的实质精神和范围内。

Claims (14)

1.一种光传感器，
其包括：多个光传感器像素配置成矩阵状而成的光传感器阵列、配置在上述光传感器阵列的下侧的背光源，
上述光传感器阵列具有表面遮光膜，
上述表面遮光膜包括：入射孔，其将来自上述背光源的相反侧的光入射到上述各光传感器像素；以及通过孔，其设于上述入射孔的周围，且将来自上述背光源的照射光向上述相反侧照射。
2.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
上述背光源包括：导光板、配置在上述导光板的侧面的光源。
3.根据权利要求2所述的光传感器，其特征在于，
包括反射膜，其设置在上述导光板的与上述光传感器阵列相反侧的面上。
4.根据权利要求2所述的光传感器，其特征在于，
包括多个光学膜片，其配置在上述导光板的上述光传感器阵列侧的面上。
5.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
上述背光源包括导光板以及光源，该光源配置在上述导光板的与上述光传感器阵列相反侧的面上。
6.根据权利要求5所述的光传感器，其特征在于，
包括多个光学膜片，其配置在上述导光板的上述光传感器阵列侧的面上。
7.根据权利要求1所述的光传感器，其特征在于，
上述各光传感器像素包括：由金属膜构成的下部电极、设于上述下部电极之上的无定形硅膜、设于上述无定形硅膜之上的n型无定形硅膜、设于上述n型无定形硅膜之上的上部电极。
8.根据权利要求7所述的光传感器，其特征在于，
包括设于上述各光传感器像素之间的平坦化膜。
9.根据权利要求8所述的光传感器，其特征在于，
上述平坦化膜是有机绝缘膜。
10.根据权利要求8所述的光传感器，其特征在于，
上述表面遮光膜配置在上述平坦化膜与上述上部电极之间，
在上述下部电极的与上述表面遮光膜的上述贯通孔对应的部位，也形成有使来自上述背光源的照射光照射到上述相反侧的通过孔。
11.根据权利要求7所述的光传感器，其特征在于，
包括设于上述下部电极与上述无定形硅膜之间的绝缘膜，
上述绝缘膜在与上述各光传感器像素对应的区域具有孔，
上述下部电极和上述无定形硅膜在形成于上述绝缘膜之上的孔处被电连接。
12.根据权利要求7所述的光传感器，其特征在于，
上述下部电极形成在透明基板上。
13.根据权利要求7所述的光传感器，其特征在于，
包括设置在上述上部电极上的表面保护层。
14.根据权利要求7所述的光传感器，其特征在于，
上述上部电极是ITO，上述表面遮光膜是Al。
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