触摸唤醒的指纹成像传感器和指纹成像模组的制作方法

本发明涉及指纹识别领域，特别涉及一种触摸唤醒的指纹成像传感器和指纹成像模组。

背景技术：

指纹识别技术通过指纹成像传感器采集到人体的指纹图像，然后与指纹识别系统里已有指纹成像信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如：公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

目前，指纹成像传感器在移动终端设备中的应用是利用指纹进行解锁。但是由于移动终端的电池容量有限，为了降低指纹成像传感器的能耗，延长待机时间，因此电源管理一直是移动终端开发很重要的一部分。

唤醒技术是现有技术中的一种电源管理方法：在设备未被使用时，使设备进入休眠模式，以降低功耗；当设备被使用时，发送控制信号以唤醒设备，使设备从休眠状态转换为工作状态。

但是现有技术中，通过触摸唤醒的指纹成像传感器和指纹成像模组往往存在结构复杂，体积较大，集成度低的问题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种触摸唤醒的指纹成像传感器和指纹成像模组，以简化器件结构，减小器件体积，提高器件集成度。

为解决上述问题，本发明提供一种触摸唤醒的指纹成像传感器，包括：

基底；

位于基底上的像素阵列，包括呈阵列排布的像素单元，用于将带有指纹信息的光信号转换为电信号；

位于基底上的触碰层，用于构成电容结构以感测触摸，所述触碰层位于像素阵列以外的基底区域。

可选的，所述指纹成像传感器还包括：位于基底上的驱动电路，用于产生能够使所述电信号被读出的驱动信号；所述触碰层位于所述驱动电路和所述像素阵列之间，或者，所述触碰层位于驱动电路之外的基底区域。

可选的，所述指纹成像传感器还包括：位于基底上连接驱动电路和像素单元的多根扫描线，用于传输所述驱动信号；所述触碰层位于所述驱动电路和所述像素阵列之间；所述触碰层包括一个或多个触碰块，所述触碰块位于相邻扫描线之间；所述触碰层还包括连接线，用于连接相邻触碰块。

可选的，所述触碰块边缘与相邻扫描线边缘之间的距离大于10微米。

可选的，所述连接线的宽度小于10微米。

可选的，所述指纹成像传感器还包括：与所述像素单元相连用于传输所述电信号的数据线；所述电信号通过一读出电路读出，所述读出电路与所述像素阵列一侧的数据线相连；所述触碰层还包括位于像素阵列另一侧的长条触碰块，所述长条触碰块沿垂直所述数据线的方向延伸。

可选的，所述指纹成像传感器还包括：与所述像素单元相连用于传输所述电信号的数据线；所述电信号通过一读出电路读出，所述读出电路通过所述数据线与所述像素阵列相连；所述触碰层位于驱动电路之外的基底区域；所述触碰层呈L型，包括第一长条触碰块和第二长条触碰块，所述第一长条触碰块位于所述驱动电路远离所述像素阵列一侧，所述第一长条触碰块沿数据线方向延伸；所述第二长条触碰块位于所述像素阵列未连接读出电路的一侧，所述第二长条触碰块沿垂直数据线的方向延伸。

可选的，所述触碰层的数量为两个。

可选的，所述电信号通过一读出电路读出；所述指纹成像传感器还包括位于基底上与所述像素单元和所述读出电路相连的多根数据线，用于传输所述电信号；所述触碰层包括一个或多个触碰块，所述触碰块位于相邻数据线之间。

可选的，所述指纹成像传感器还包括：位于基底上连接驱动电路和像素单元的扫描线，用于传输所述驱动信号；与所述像素单元相连的数据线，用于传输所述电信号；所述像素单元包括用于将带有指纹信息的光信号转换为电信号的光电器件以及与所述光电器件相连的开关器件，所述开关器件包括源极、漏极以及栅极，所述源极与所述光电器件相连导通，所述漏极与所述数据线相连导通，所述栅极与所述扫描线相连导通。

可选的，所述触碰层位于驱动电路之外的基底区域，所述触碰层与所述扫描线采用同层材料形成，或者所述触碰层与所述数据线采用同层材料形成。

可选的，所述触碰层位于所述驱动电路和所述像素阵列之间，所述触碰层与所述数据线采用同层材料形成。

可选的，所述像素单元还包括：覆盖所述信号线和所述开关器件的隔离层；位于所述隔离层表面的连接层，所述连接层与所述光电器件相连，用于所述光电器件施加偏压；所述触碰层与所述覆盖层采用同层材料形成。

可选的，所述像素单元还包括：覆盖所述开关器件的隔离层；位于所述隔离层上用于遮挡所述开关器件的金属遮光层；所述触碰层与所述金属遮光层采用同层材料形成。

可选的，所述开关器件为非晶硅薄膜晶体管。

可选的，所述光电器件为光电二极管，包括管芯以及与所述管芯相连的第一电极和第二电极；所述触碰层与所述光电二极管的第一电极采用同层材料形成，或者所述触碰层与所述光电二极管的第二电极采用同层材料形成。

可选的，所述光电二极管为非晶硅光电二极管。

可选的，所述触碰层的材料包括金属或氧化铟锡。

可选的，所述触碰层的面积在1mm²到30mm²范围内。

可选的，所述驱动电路为非晶硅栅极驱动电路。

相应的，本发明还提供一种指纹成像模组，包括

本发明所提供的指纹成像传感器；

与所述指纹成像传感器相连的外围电路，包括与所述触碰层相连的检测单元，用于感测所述触碰层与地端之间电容值，还用于在所述电容值变化时使所述像素单元采集带有指纹信息的光信号并将光信号转换为电信号。

可选的，所述指纹成像模组还包括用于实现所述指纹成像传感器与所述外围电路电连接的电路板，所述电路板包括印刷电路板或柔性电路板。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明通过在基底上设置用于构成的电容结构的触碰层以感测触摸，所述触碰层位于像素阵列以外的基底区域。通过所述触碰层的设置，实现了触碰层与指纹成像传感器的直接集成，减小了简化了触摸唤醒的指纹成像模组的结构，缩小了所述指纹成像模组的体积。

本发明的可选方案中，通过非晶硅工艺在玻璃基底上形成非晶硅薄膜晶体管和非晶硅光电二极管构成的像素单元以及非晶硅栅极驱动电路，因此能够使同时形成较大面积的触碰层，从而使所述触碰层与手指感应时产生较大的信号，能够有效提高所述指纹成像传感器触摸唤醒时的灵敏度和准确度。

本发明的可选方案中，所述触碰层可以位于所述驱动电路和所述像素阵列之间，所述触碰层还可以位于驱动电路之外的基底区域。所述触碰层可以包括一个或多个触碰块和连接线，所述触碰块位于相邻扫描线之间，所述连接线用于连接触碰块与所述驱动电路或用于连接相邻触碰块，且所述触碰块边缘与相邻扫描线边缘之间距离较大。因此所述触碰层与所述扫描线的重叠面积较小，能够有效减小所述指纹成像传感器内的寄生电容，提高所形成指纹成像传感器的性能。

附图说明

图1是现有技术中一种指纹成像传感器的原理示意图；

图2是现有技术中一种触摸唤醒的指纹识别模组的结构示意图；

图3是本发明所提供指纹成像传感器第一实施例的结构示意图；

图4是本发明所提供指纹成像传感器第二实施例的结构示意图；

图5是本发明所提供指纹成像传感器第三实施例中像素单元的剖视结构 示意图；

图6是本发明所提供指纹成像传感器第四实施例中像素单元的剖视结构示意图；

图7是本发明所提供指纹成像模组一实施例的结构示意图；

图8是图7中所述外围电路520内检测单元的电路示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中的指纹成像传感器不具有唤醒功能的问题。现结合现有技术中指纹成像传感器的结构分析对问题的原因：

参考图1，示出了现有技术中一种指纹成像传感器的原理示意图。

人体手指40放置于保护层30上；背光源10产生的入射光透射基底和位于基底表面呈阵列排布的像素21，在手指40与保护层30的界面发生反射和折射；反射光再次透射保护层30投射至像素21，由像素21进行反射光信号的采集和处理。由于手指40指纹存在谷和脊，指纹谷与保护层30的界面和指纹脊与保护层30的界面对入射光的反射和折射作用效果不同，因此投射至不同位置的像素21所采集信号的强度不同，因此根据不同像素21采集反射光的信号可以获得指纹图像。

参考图2，示出了现有技术中一种触摸唤醒的指纹识别模组的结构示意图。

位于基板11表面的指纹成像传感器15由背光源15a、传感器15b以及保护玻璃15c构成。此外，为了使所述指纹成像模组能够在受到触摸时启动指纹成像传感器获取指纹图像，所述指纹成像模组还包括位于基板11上用于感测触摸的触碰层12以及与触碰层12相连的外围电路16。

通过在基板11上贴敷的触碰层12与手指构成电容结构以感测触摸，外围电路用于感测所述触碰层与地端之间电容值并在所述电容值变化时控制所述指纹成像传感器15获取指纹图像。

由于所述指纹成像传感器15内未集成触碰层，因此只能通过外设触碰层以实现对触摸的感测，从而使所形成指纹识别模组集成度较低，结构复杂。

为解决所述技术问题，本发明提供一种指纹成像传感器，包括：

基底；位于基底上的像素阵列，包括呈阵列排布的像素单元，用于将带有指纹信息的光信号转换为电信号；位于基底上的触碰层，用于构成电容结构以感测触摸，所述触碰层位于像素阵列以外的基底区域。

本发明通过在基底上设置用于构成的电容结构的触碰层以感测触摸，所述触碰层位于像素阵列以外的基底区域。通过所述触碰层的设置，实现了触碰层与指纹成像传感器的直接集成，减小了简化了触摸唤醒的指纹成像模组的结构，缩小了所述指纹成像模组的体积。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图3，示出了本发明所提供指纹成像传感器第一实施例的结构示意图。

所述指纹成像传感器包括：基底100和位于基底100上的像素阵列110，包括呈阵列排布的像素单元111，用于将带有指纹信息的光信号转换为电信号。

所述基底100为后续半导体工艺提供操作平台。本实施例中，所述基底100的材料为玻璃。采用玻璃材质的基底100形成所述指纹成像传感器的好处在于，成本低廉，能够降低所述指纹成像传感器的制造成本，而且玻璃基底100良好的绝缘性也能够避免基底100上所形成的像素单元之间的干扰，提高所形成指纹成像传感器的性能。

需要说明的是，采用玻璃基底的做法仅为一示例，本发明的其他实施例中，所述基底还可以采用有机玻璃等、透明玻璃纤维聚酯板等其他透明材料基底，本发明对此不做限制。

位于基底100上的像素阵列110，包括呈阵列排布的像素单元111，用于将带有指纹信息的光信号转换为电信号。具体的，所述像素单元111用于采集经手指反射的反射光并将所述反射光的光信号转换为电信号。

所述指纹成像传感器还包括位于基底100上的触碰层120，用于构成电容结构以感测触摸。具体的，当没有受到触摸时，所述触碰层120直接与地端构成电容结构；当受到触摸时，触碰层120与地端之间的电容结构由触碰层120与手指之间的电容结构以及人体与地端之间电容结构串联而成。因此在受到触摸的前后，所述触碰层120与地端之间的电容值会发生变化，通过感测 所述电容值的变化，可以判断是否受到触摸。

所述触碰层120位于像素阵列110以外的基底区域，以减小所述指纹成像传感器的寄生电容，改善所述指纹成像传感器的性能。

需要说明的是，如果所述触碰层120的面积太大，则会使所形成指纹成像传感器面积过大，影响所形成指纹成像传感器的集成度；如果所述触碰层120的面积太小，则所述触碰层所构成电容结构的电容值太小，从而影响所述触碰层120对触摸感测的灵敏度。因此，本实施例中，所述触碰层120的面积在1mm²到30mm²范围内。

所述指纹成像传感器还包括：位于基底100上的驱动电路130，用于产生触发所述像素单元111感测所述光信号的驱动信号。具体的，本实施例中，所述驱动电路130为非晶硅栅极驱动电路，以降低工艺难度和制造成本，而且还可以通过非晶硅工艺将所述驱动电路130集成于基底100上，从而能够减小所形成指纹成像传感器的体积，以提高所述指纹成像传感器的集成度。

所述触碰层120还位于所述驱动电路130之外的基底100区域。

具体的，所述指纹成像传感器还包括：与所述像素单元111相连的数据线140，用于传输所述像素单元111形成的所述电信号。且所述电信号通过一读出电路150读出，所述读出电路150通过所述数据线140与所述像素阵列110相连。

本实施例中，所述触碰层120位于驱动电路130之外的基底100区域。具体的，所述触碰层120呈“L”型，包括第一长条触碰块121和第二长条触碰块122，所述第一长条触碰块121位于所述驱动电路130远离所述像素阵列110一侧，所述第一长条触碰块121沿数据线140方向延伸；所述第二长条触碰块122位于所述像素阵列110未连接读出电路150的一侧，所述第二长条触碰块122沿垂直数据线140的方向延伸。

所述触碰层120的数量可以为一个或多个。本实施例中，所述触碰层120的数量为两个，分别包括两个第一长条触碰块121和两个第二长条触碰块122。具体的，所述指纹成像传感器基底100上设置有两个驱动电路130，分别位于像素阵列110沿垂直数据线140延伸方向的两侧，两个第一长条触碰块121 分别位于两个驱动电路130远离像素阵列110的一侧。两个第二长条触碰块122位于像素阵列110未连接读出电路150的一侧，两个第二长条触碰块122之间电隔离，以形成两个触碰层120。

需要说明的是，在本发明其他实施例中，所述位于像素阵列110未连接读出电路150一侧的两个第二长条触碰块122也可以相连，以形成一个触碰层120，从而简化所述指纹成像传感器的设计。

由于所述触碰层120作为电极以构成电容结构，因此所述触碰层120的材料为导体，具体的，所述触碰层120的材料可以为金属或透明氧化物导体，即氧化铟锡。

继续参考图3，所述指纹成像传感器还包括：位于基底100上连接驱动电路130和像素单元111的扫描线160，用于传输所述驱动信号。

此外，所述像素单元111包括用于将带有指纹信息的光信号转换为电信号的光电器件111pd以及与所述光电器件111pd相连的开关器件111fet。

具体的，所述开关器件111fet可以为薄膜晶体管，所述光电器件111pd可以为光电二极管。本实施例中，所述开关器件111fet为非晶硅薄膜晶体管，所述光电器件111pd为非晶硅光电二极管。因此，可以采用非晶硅工艺在玻璃基底上形成所述像素单元110，从而降低所述指纹成像传感器的制造成本。但是采用非晶硅光电二极管以及非晶硅薄膜晶体管构成所述像素单元的做法仅为一示例，本发明对此不做限制。

本实施例中，所述触碰层120位于驱动电路130之外的基底100区域。因此所述触碰层120与所述数据线140和所述扫描线160均不会出现交叠，所以所述触碰层120可以与所述扫描线160采用同层材料形成，或者所述触碰层120也可以与所述数据线140采用同层材料形成。也就是说，所述触碰层120可以与所述扫描线160同时形成，或者所述触碰层120还可以与所述数据线140同时形成。

参考图4，示出了本发明所提供指纹成像传感器第二实施例的结构示意图。

本实施例与第一实施例的相同之处在此不再赘述，本实施例与第一实施例不同之处在于所述指纹成像传感器所述触碰层220位于所述驱动电路230 和所述像素阵列210之间。

具体的，参考图4，所述指纹成像传感器还包括位于基底200上连接驱动电路230和像素单元211的多根扫描线260，用于传输所述驱动信号。

所述触碰层220位于所述驱动电路230和所述像素阵列210之间；所述触碰层220包括一个或多个触碰块221，所述触碰块221位于相邻扫描线260之间。

本实施例中，为了减小所述触碰块221与所述扫描线260之间的边缘电容，沿垂直扫描线260延伸的方向，所述触碰块221边缘与相邻扫描线260边缘之间的距离a大于10微米。

所述触碰层220还包括连接线222，用于实现相邻触碰块221的电连接。为了减小寄生电容，提高所形成指纹成像传感器的性能，所述连接线222的宽度b小于10微米。

本实施例中，为了增大所述触碰层220的面积，提高所形成指纹成像传感器的灵敏度，所述触碰层220还包括长条触碰块223。

具体的，所述指纹成像传感器还包括用于传输像素单元211产生的电信号的数据线240，所述电信号通过以读出电路250读出，所述读出电路250与所述像素阵列211一侧的数据线240相连，所述长条触碰块223位于所述像素阵列210的另一侧，且所述长条触碰块223沿垂直所述数据线240的方向延伸。

当所述触碰层220位于驱动电路230与像素阵列210之间时，由于驱动电路230与像素阵列210之间通过扫描线260相连，因此所述触碰层220与所述扫描线260会出现交叠，所以所述触碰层220只能与所述数据线240采用同层材料形成，也就是说，所述触碰层220只能与所述数据线240同时形成。

需要说明的是，所述指纹成像传感器的触碰层还可以采用所述像素单元中其他材料形成。

参考图5，示出了本发明所提供指纹成像传感器第三实施例中像素单元的剖视结构示意图。

所述像素单元311包括开关器件311fet和光电器件311pd。

具体的，本实施例中，所述光电器件311pd为非晶硅光电二极管，包括管芯311d以及与所述管芯311d相连的第一电极311c和第二电极311f。所述第一电极311c和第二电极311f用于施加偏压，也用于输出所述电信号。因此本实施例中，所述触碰层还可以与所述光电二极管的第一电极311c采用同层材料形成或者所述触碰层与所述光电二极管的第二电极311f采用同层材料形成。

需要说明的是，采用与所述光电二极管的第一电极311c或第二电极311f同层材料形成所述触碰层的做法仅为一示例。本发明其他实施例中，所述像素单元还可以包括覆盖所述信号线和所述开关器件的隔离层；位于所述隔离层表面的连接层，所述连接层与所述光电器件相连，用于向所述光电器件施加偏压；所述触碰层还可以与所述连接层采用同层材料形成。

参考图6，示出了本发明所提供指纹成像传感器第四实施例中像素单元的剖视结构示意图。

本实施例与前述实施例相同之处本发明在此不再赘述，本实施例与前述实施例不同之处在于，所述像素单元还包括金属遮光层411m。

具体的，所述像素单元411包括开关器件411fet和光电器件411pd。所述开关器件411fet为非晶薄膜晶体管，包括位于基底400表面的栅极411g、位于所述栅极411g上的半导体层411a以及位于所述半导体层411a上的所述开关器件411fet的源极411s和漏极411d。

由于所述开关器件411fet为非晶硅薄膜晶体管，因此所述半导体层411a为非晶材料，为了避免所述非晶材料的半导体层411a直接受到光照而影响性能，所述像素单元411还包括覆盖所述开关器件411fet的隔离层411b以及位于所述隔离层411b上用于遮挡所述开关器件411fet的金属遮光层411m。因此本实施例中，所述触碰层还可以与所述金属遮光层411m采用同层材料形成，也就是说，所述触碰层可以与所述金属遮光层411m同时制造。

相应的，本发明还提供一种指纹成像模组，包括：

本发明所提供的指纹成像传感器；与所述指纹成像传感器相连的外围电 路，包括与所述触碰层相连的检测单元，用于感测所述触碰层与地端之间电容值，还用于在所述电容值变化时使所述像素单元采集带有指纹信息的光信号并将光信号转换为电信号。

参考图7，示出了本发明所提供指纹成像模组一实施例的结构示意图。

具体的，所述指纹成像模组包括：

指纹成像传感器510，所述指纹成像传感器510为本发明所提供的指纹成像传感器，具体结构如前述实施例所述，本发明在此不再赘述。

由于所述指纹成像传感器中设置有触碰层，在受到触摸的前后，所述触碰层与地端之间的电容值会发生变化，通过感测所述电容值的变化，可以判断是否受到触摸。因此所形成的指纹成像模组无需外设部件即可实现指纹成像传感器的触摸唤醒，简化了指纹成像模组的结构和形成工艺，提高了所述指纹成像模组的集成度。

所述指纹成像模组还包括：与所述指纹成像传感器510相连的外围电路520，包括与所述触碰层相连的检测单元，用于感测所述触碰层与地端之间电容值，还用于在所述电容值变化时使所述像素单元采集带有指纹信息的光信号并将光信号转换为电信号。

结合参考图8，示出了图7中所述外围电路520内检测单元的电路示意图。

需要说明的是，为了实现所述外围电路520与所述指纹成像传感器510的电连接，所述指纹成像模组还包括：实现所述指纹成像传感器510与所述外围电路520电连接的电路板530，所述电路板530包括印刷电路板或柔性电路板。

本实施例中，所述电路板530为柔性电路板。所述柔性电路板一端与所述指纹成像传感器510相连，另一端弯折至所述指纹成像传感器510下方，所述外围电路520与所述电路板530的另一端相连。

参考图8，首先对电路进行初始化，使S1、S2和S4闭合，S3和S5断开，同时差分放大电路521的第一端521a进行数据采样。此时B点和V_out处的电位均为V_ref0，因此采样结果V_r＝V_ref0，并在后续过程中通过C_r一直维持V_ref0。

之后，使S3闭合，S1、S2、S4和S5断开。此时B点电位为V_ref1，V_out＝V_ref0+(V_ref1-V_ref0)*(C_p+C_finger)/C_int。

接着，使S3和S5闭合，S1、S2和S4断开，同时差分放大电路521的第二端521b进行数据采样，采用结果V_s＝V_ref0+(V_ref1-V_ref0)*(C_p+C_finger)/C_int，当S5断开时，通过C_s，维持V_out电压。

最后，差分放大电路521对两次采样结果进行差分，并将差值输出至模数转换器522进行转换和输出。

因此，最终被转换和输出的值为：

V＝ΔVout＝V_ref0+(V_ref1-V_ref0)*(C_p+C_finger)/C_int-V_ref0

＝(V_ref1-V_ref0)*(C_p+C_finger)/C_int

因此当没有手指触摸时，V＝(V_ref1-V_ref0)*C_p/C_int；

当存在手指触摸时，V＝(V_ref1-V_ref0)*(C_p+C_finger)/C_int。

所以手指对所述指纹成像模组的触摸会使所述检测电路的监测结果不同，由此可以判断是否存在手指需要检测指纹，从而实现对指纹成像模组的触摸唤醒。

综上，本发明通过在基底上设置用于构成的电容结构的触碰层以感测触摸，所述触碰层位于像素阵列以外的基底区域。通过所述触碰层的设置，实现了触碰层与指纹成像传感器的直接集成，减小了简化了触摸唤醒的指纹成像模组的结构，缩小了所述指纹成像模组的体积。此外本发明的可选方案中，通过非晶硅工艺在玻璃基底上形成非晶硅薄膜晶体管和非晶硅光电二极管构成的像素单元以及非晶硅栅极驱动电路，因此能够使同时形成较大面积的触碰层，从而使所述触碰层与手指感应时产生较大的信号，能够有效提高所述指纹成像传感器触摸唤醒时的灵敏度和准确度。进一步，所述触碰层可以位于所述驱动电路和所述像素阵列之间，所述触碰层还可以位于驱动电路之外的基底区域。所述触碰层可以包括一个或多个触碰块和连接线，所述触碰块位于相邻扫描线之间，所述连接线用于连接触碰块与所述驱动电路或用于连接相邻触碰块，且所述触碰块边缘与相邻扫描线边缘之间距离较大。因此所 述触碰层与所述扫描线的重叠面积较小，能够有效减小所述指纹成像传感器内的寄生电容，提高所形成指纹成像传感器的性能。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。