一种电子设备的制作方法

文档序号:17817229发布日期:2019-06-05 21:53
一种电子设备的制作方法

本发明涉及安全认证领域,特别涉及一种电子设备。



背景技术:

通用集成电路卡(Universal Integrated Circuit Card,UICC)是具有物理特性的智能卡的总称。若应用在宽带移动网络的终端装置当中,UICC可作为终端中一个可移动的智能卡,用于存储用户信息、鉴权密钥(包括公钥与密钥)、付费方式等信息。ISO/IEC国际化标准组织制定了一系列的智能卡安全特性协议,以确保宽带移动网络用户的终端装置对UICC文件的安全访问。UICC引入了多应用平台的概念,实现了多个逻辑应用同时运行的多通道机制。在UICC中可以包括多种逻辑模块,如用户标识模块(Subscriber Identity Module,SIM)、通用用户标识模块(Universal Subscriber Identity Module,USIM)、IP多媒体业务标识模块(IP Multimedia Service Identity Module,ISIM)以及其他如电子签名认证、电子钱包等非电信应用模块。UICC中的逻辑模块可以单独存在,也可以多个同时存在。

尽管UICC已被应用在终端装置中有关电子签名认证、电子钱包等涉及用户隐私的应用模块,且ISO/IEC国际化标准组织的安全特性协议保障了终端装置对UICC文件的安全访问,但对于已越来越普及的移动终端身份识别并不适用。例如指纹识别、脸部识别等,目前的方法仍然是依靠终端所配置的传感器件及应用程序来实现,习知这类识别功能是以解锁终端装置为主要目的,或是在相对考虑信息安全的应用程序上实现解锁功能,具有识别功能的应用程序或识硬件处理器仅是将用户按压输入的身份识别图像(如指纹信息),透过终端装置所配置的软件或硬件与原储存在终端的图像(预先设置好的指纹图像)作比对,并未与UICC的加密功能一起绑定。

然而,在对信息安全较高的金融支付、生理健康监控等应用上,越来越严谨的身份认证与信息加密已是大势所趋,特别是这类要求极端信息安全的应用通常都是以云服务器做为后端运算处理平台。云端运算的服务器为了保证发送生理特征信息的终端装置为注册的终端装置,一般会对终端装置的合法性进行安全验证。例如在进行金融交易的应用程序中,用户在发送认证要求给该金融交易云端平台后,云端平台通常会发送安全验证码到同一个终端装置或不同的终端装置,提示用户输入验证码以提高金融交易的安全性。即便如此,这种云端验证的平台仍无法提高操作该终端装置的用户正是合法注册该用户的本人,即尽管实现了对终端装置合法性的验证,但是无法鉴别使用该终端装置的是否为户主本人(即合法用户),仍然存在着较大的安全隐患。



技术实现要素:

为此,需要提供一种电子设备,解决目前云端服务器无法对操作终端装置的用户进行认证,导致信息验证过程中存在安全隐患等问题。

为实现上述目的,发明人提供了一种电子设备,所述电子设备包括显示单元、光侦测器件、主电路板、处理器和存储介质;显示单元、光侦测器件、主电路板自上而下设置;所述光侦测器件和处理器连接,所述显示单元上设置有身份识别区域,所述光侦测器件设置于身份识别区域的下方;所述主电路板上设置有通用集成电路卡卡槽,所述通用集成电路卡卡槽里设置有通用集成电路卡;所述存储介质中存储有可执行计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:

接收光侦测器件采集到的预设身份识别信息,并将所述预设身份识别信息写入通用集成电路卡;

接收身份认证请求和光侦测器件采集到的待认证的身份信息,从所述通用集成电路卡中获取预设身份识别信息,将待认证的身份信息与对应的预设身份识别信息进行比对,若匹配成功则身份认证成功,否则认证失败。

进一步地,所述光侦测器件包括MxN个像素侦测区,每一像素侦测区对应设置一个以上薄膜电晶管所组成一组扫描驱动与传输数据的像素薄膜电路、以及一光侦测薄膜;所述光侦测薄膜包括光敏二极管或光敏电晶管所形成的阵列。

进一步地,所述光侦测薄膜为光敏二极管所形成的阵列,所述光敏二极管所形成的阵列包括光敏二极管感应区,所述光敏二极管感应区包括光敏二极管层,所述光敏二极管层包括p型半导体层、i型半导体层、n型半导体层,p型半导体层、i型半导体层、n型半导体层自上而下堆叠设置,所述i型半导体层为微晶硅结构或非结晶硅化锗结构。

进一步地,所述光侦测薄膜为光敏电晶管所形成的阵列,所述光敏电晶管所形成的阵列包括光敏电晶管感应区,所述光敏电晶管感应区设置有光敏薄膜晶体管,所述光敏薄膜晶体管包括栅极、源极、漏极、绝缘层、光吸收半导体层;所述光敏薄膜晶体管为倒立共平面式结构,所述倒立共平面式结构包括:所述栅极、绝缘层、源极纵向自下而上设置,所述漏极与所述源极横向共面设置;绝缘层包裹所述栅极,以使得栅极与源极、栅极与漏极之间均不接触;源极和漏极之间间隙配合,源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道,所述光吸收半导体层设置于光敏漏电流通道内。

进一步地,所述身份识别区域包括多个身份识别子区域,每一身份识别子区域的下方对应设置一个光侦测器件;所述电子设备还包括光侦测器件控制电路,所述光侦测器件控制电路与各个身份识别子区域下方的光侦测器件连接;

所述光侦测器件控制电路用于在接收对某一光侦测器件的启动信号时,控制该光侦测器件开启,或用于在接收到某一光侦测器件的关闭信号时,控制该光侦测器件关闭。

进一步地,所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:

采用加密散列函数将预设身份识别信息转换为预设身份识别信息摘要,所述预设身份识别信息述以预设身份识别信息摘要的形式存储于通用集成电路卡中。

进一步地,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:

电子设备进行对默认身份识别信息采集时,乃是以显示单元上的阵列像素组合,照射预备采集之身份识别信息所在身体部位,并由光侦测器件接受反射光信号以获取身份识别信息。在所述对预设身份识别信息采集时,计算机程序可对显示单元上的阵列像素组合作编码,以加密过之组合光源照射身体部位而采集到多个预设身份识别信息被加密过之光信息;或是计算机程序不对显示单元上的阵列像素组合作散列函数编码,光侦测器件采集到的多个预设身份识别信息之后,计算机程序将采用加密散列函数将多个预设身份识别信息转换为预设身份识别信息摘要;所述预设身份识别信息包括人脸信息、指纹信息、虹膜信息、血量信息。

进一步地,所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:

将鉴权密钥存储于集成电路卡中,所述鉴权密钥包括公钥和私钥;

获取通用集成电路卡中的公钥,采用RSA加密算法应用公钥对预设身份识别信息摘要进行加密,得到预设加密信息,所述预设加密信息包括加密后的预设身份识别信息摘要;

接收待认证的身份信息后,采用加密散列函数将待认证的身份信息转换为待认证身份信息摘要;以及采用RSA加密算法公钥应用对待认证身份信息摘要进行加密,得到待认证加密信息,所述待认证加密信息包括加密后的待认证身份信息摘要;

获取通用集成电路卡中的私钥,采用RSA加密算法应用私钥对预设加密信息进行解密,获得预设身份识别信息摘要,将预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要进行比较,若匹配成功则身份认证成功,否则认证失败。

进一步地,所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:

接收预设身份识别信息后,随机生成第一随机数字字串与第一随机填充空白,所述第一随机填充空白为随机生成、填充于预设身份识别信息摘要的字符;所述预设加密信息还包括加密后的第一随机数字字串与第一随机填充空白;

接收待认证的身份信息后,随机生成第二随机数字字串与第二随机填充空白,所述第二随机填充空白为随机生成、填充于待认证身份信息摘要的字符;

获取通用集成电路卡中的私钥,采用RSA加密算法应用私钥对预设加密信息进行解密,获得第一随机数字字串与第一随机填充空白;

比较第一随机数字字串与第二随机数字字串、第一随机填充空白与第二随机填充空白是否匹配成功,若是则身份认证成功,否则认证失败。

进一步地,所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:

接收加密等级设置指令,设置电子设备的加密等级,所述加密等级包括第一加密等级、第二加密等级和第三加密等级;

当电子设备处于第一加密等级时,判断身份认证成功的条件为预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要、第一随机数字字串与第二随机数字字串、第一随机填充空白与第二随机填充空白之间三者均匹配成功;

当电子设备处于第二加密等级时,判断身份认证成功的条件为预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要匹配成功、以及第一随机数字字串与第二随机数字字、第一随机填充空白与第二随机填充空白两者中的任一项匹配成功;

当电子设备处于第三加密等级时,判断身份认证成功的条件为预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要匹配成功。

区别于现有技术,上述技术方案的电子设备,包括显示单元、光侦测器件、主电路板、处理器和存储介质;显示单元、光侦测器件、主电路板自上而下设置;所述光侦测器件和处理器连接,所述显示单元上设置有身份识别区域,所述光侦测器件设置于身份识别区域的下方;所述主电路板上设置有通用集成电路卡卡槽,所述通用集成电路卡卡槽里设置有通用集成电路卡;所述存储介质中存储有可执行计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:接收光侦测器件采集到的预设身份识别信息,并将所述预设身份识别信息写入通用集成电路卡;接收身份认证请求和光侦测器件采集到的待认证的身份信息,从所述通用集成电路卡中获取预设身份识别信息,将待认证的身份信息与对应的预设身份识别信息进行比对,若匹配成功则身份认证成功,否则认证失败。本发明通过将用户生理特征信息存储于UICC卡,在识别认证过程中无需通过云端服务器进行校验,而是通过处理器获取UICC卡中的预设身份识别信息,并将其与待认证的身份信息进行比对,实现身份识别认证过程。由于身份信息是实时采集、实时认证的,可以保证设备的验证操作者即为合法注册用户本人,有效提高了认证过程的安全性。

附图说明

图1为本发明一实施方式涉及的电子设备的示意图;

图2为本发明一实施方式涉及的像素侦测区的电路示意图;

图3为本发明一实施方式涉及的光侦测薄膜的结构示意图;

图4为本发明另一实施方式涉及的光侦测薄膜的结构示意图;

图5为本发明一实施方式涉及的源极和漏极结构配合的示意图;

图6为本发明一实施方式涉及的光学器件的分布方式的示意图;

图7为本发明一实施方式涉及的光侦测薄膜的制备方法的流程图;

图8为本发明一实施方式所述的光侦测薄膜制备过程中的示意图;

图9为本发明另一实施方式所述的光侦测薄膜制备过程中的示意图;

图10为本发明另一实施方式所述的光侦测薄膜制备过程中的示意图;

图11为本发明另一实施方式所述的光侦测薄膜制备过程中的示意图;

图12为本发明一实施方式所述的计算机程序被处理器执行时的步骤流程图;

图13为本发明另一实施方式所述的计算机程序被处理器执行时的步骤流程图;

附图标记说明:

1、栅极;2、源极;3、漏极;4、绝缘层;5、光吸收半导体层;

101、触摸屏或盖板玻璃;102、显示单元;103、低折射率胶;104、光侦测器件;105、软性电路板;106、主电路板;107、通用集成电路卡卡槽;108、通用集成电路卡。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1,为本发明一实施方式涉及的电子设备的示意图;所述电子设备为具有触摸显示屏的设备,如手机、平板电脑、个人数字助理等智能移动设备,还可以是个人计算机、工业装备用计算机等电子设备。所述电子设备包括显示单元102、光侦测器件104、主电路板106、处理器和存储介质;显示单元102、光侦测器件104、主电路板106自上而下设置;所述光侦测器件104和处理器连接,所述显示单元102上设置有身份识别区域,所述光侦测器件104设置于身份识别区域的下方;所述主电路板106上设置有通用集成电路卡卡槽107,所述通用集成电路卡卡槽107里设置有通用集成电路卡108。

在某些实施例中,所述显示单元102为以有源阵列薄膜晶体管作为扫描驱动与传输数据的显示屏。所述显示屏包括AMOLED显示屏或微发光二极管显示屏。显示屏的透光率大于3%,从而在实现光侦测功能过程中,透过显示屏的光线的光通量足够大,进而被设置于显示屏下方的光侦测器件接收,从而实现光侦测功能。在另一些实施例中,所述显示单元102的上方还设置有触摸屏或盖板玻璃101,从而满足不同终端产品的需求。

所述显示单元102的下端面与光侦测器件104的上端面可以通过低折射率胶103粘合,所述低折射率胶的折射率小于1.4。低折射率胶一方面可以起到粘合作用,使得光侦测薄膜紧固于显示单元的底面,不易发送脱落;另一方面采用低折射率的胶,当光线透过显示单元照射入光侦测薄膜时,由于低折射率胶的折射作用(胶的折射率低于光侦测薄膜上与之接触的部位的折射率,通常情况下光侦测薄膜上与低折射率胶接触的部位的折射率在1.4以上),使得光线在低折射率胶位置发生折射后,可以尽可能以垂直方向入射至光侦测薄膜,可以有效提高光电转换率。在本实施方式中,所述低折射率胶为具有碳-氟键的有机化合胶材。

所述处理器为具有数据处理功能的电子元件,如中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)或者系统芯片(System on Chip,简称SoC)。所述存储介质为具有数据存储功能的电子元件,包括但不限于:RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒等。

所述存储介质中存储有可执行计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:接收光侦测器件采集到的预设身份识别信息,并将所述预设身份识别信息写入通用集成电路卡;接收身份认证请求和光侦测器件采集到的待认证的身份信息,从所述通用集成电路卡中获取预设身份识别信息,将待认证的身份信息与对应的预设身份识别信息进行比对,若匹配成功则身份认证成功,否则认证失败。在本实施方式中,所述预设身份识别信息包括人脸信息、指纹信息、虹膜信息、血量信息。

由于预设身份识别信息被预先存储于通用集成电路卡(以下简称UICC卡)中,处理器可以获取UICC卡中的预设身份识别信息,并将其与待认证的身份信息进行比对,实现身份识别认证过程。由于身份信息是实时采集、实时认证的,可以保证设备的验证操作者即为合法注册用户本人,相较于在云端服务器进行认证的方式,有效提高了认证过程的安全性。

以预设身份识别信息为血量信息为例,当光线穿过人体皮肤进入到体表以下人体其他组织时,有些光线将被吸收,有些光线会发生反射、散射等情况,光路的变化取决于皮肤以下组织的构造。一般情况下,人体血液可以吸收比周围组织更多的光,因而当光信号遇到更多的血液时,反射回的光信号就越少。因此可以通过检测身体部分反射回的光信号信息,得到用户对应的血量信息,而根据用户对应的血量信息又可以通过换算得到用户的其他预设身份识别信息(如血压指数、体脂含量、血氧饱和度、心肺指数、心电图等)。

在某些实施例中,所述光侦测器件104与主电路板106通过软性电路板105进行连接,所述软性电路板105包括具有影像信号读取识别功能的芯片。所述识别功能的芯片包括指纹影像读取芯片、指纹识别算法芯片等,芯片型号如Analog Devices公司的ADAS1256芯片。软性电路板又称柔性线路板、挠性线路板。简称软板或FPC,是相对于普通硬树脂线路板而言,软性电路板具有配线密度高、重量轻、厚度薄、配线空间限制较少、灵活度高等优点。软性电路板的设置可以使得光侦测装置整体更加轻薄化,满足市场需求。

为了加强UICC卡中预设身份识别信息的安全性,以及节省预设身份识别信息在UICC卡中的存储空间,在某些实施例中,所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:电子设备进行对默认身份识别信息采集时,乃是以显示单元上的阵列像素组合,照射预备采集之身份识别信息所在身体部位,并由光侦测器件接受反射光信号以获取身份识别信息。在所述对预设身份识别信息采集时,计算机程序可对显示单元上的阵列像素组合作编码,以加密过之组合光源照射身体部位而采集到多个预设身份识别信息被加密过之光信息;或是计算机程序不对显示单元上的阵列像素组合作散列函数编码,光侦测器件采集到的多个预设身份识别信息之后,计算机程序采用加密散列函数将预设身份识别信息转换为预设身份识别信息摘要,所述预设身份识别信息述以预设身份识别信息摘要的形式存储于通用集成电路卡中。加密散列函数即Hash Function(也有直接音译为“哈希”)的,就是把任意长度的输入(又叫做预映射,pre-image),通过散列算法,变换成固定长度的输出,该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射,也就是,散列值的空间通常远小于输入的空间,不同的输入可能会散列成相同的输出。简言之,加密散列函数就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要(Digest)的函数,通过转换可以压缩预设身份识别信息的存储空间,以便预设身份识别信息更好地存储。

如图12所示,为本发明一实施方式所述的计算机程序被处理器执行时的步骤流程图。所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:

首先进入步骤S1201将鉴权密钥存储于集成电路卡中,所述鉴权密钥包括公钥和私钥;

而后进入步骤S1202获取通用集成电路卡中的公钥,采用RSA加密算法应用公钥对预设身份识别信息摘要进行加密,得到预设加密信息,所述预设加密信息包括加密后的预设身份识别信息摘要;

而后进入步骤S1203接收待认证的身份信息后,采用加密散列函数将待认证的身份信息转换为待认证身份信息摘要;以及采用RSA加密算法公钥应用对待认证身份信息摘要进行加密,得到待认证加密信息,所述待认证加密信息包括加密后的待认证身份信息摘要;

而后进入步骤S1204获取通用集成电路卡中的私钥,采用RSA加密算法应用私钥对预设加密信息进行解密,获得预设身份识别信息摘要;

而后进入步骤S1205将预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要进行比较,若匹配成功则进入步骤S1207身份认证成功,否则进入步骤S1206认证失败。通过上述方法,采用公钥加密、私钥解密的方式,由于公钥和私钥存储于UICC卡中,使得提取UICC卡中预设身份识别信息摘要的提取安全性大大更加。在另一些实施例中,对摘要进行加密或解密的算法并不局限于RSA算法,也可以是现有的其他加密解密算法。

如图13所示,为了进一步提高信息认证的安全性,在某些实施例中,所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:

首先进入步骤S1301接收预设身份识别信息后,随机生成第一随机数字字串与第一随机填充空白。所述第一随机填充空白为随机生成、填充于预设身份识别信息摘要的字符;所述预设加密信息还包括加密后的第一随机数字字串与第一随机填充空白;而后进入步骤S1302接收待认证的身份信息后,随机生成第二随机数字字串与第二随机填充空白,所述第二随机填充空白为随机生成、填充于待认证身份信息摘要的字符;而后进入步骤S1303获取通用集成电路卡中的私钥,采用RSA加密算法应用私钥对预设加密信息进行解密,获得第一随机数字字串与第一随机填充空白;而后进入步骤S1304比较第一随机数字字串与第二随机数字字串、第一随机填充空白与第二随机填充空白是否匹配成功,若是则进入步骤S1306身份认证成功,否则进入步骤S1305认证失败。简言之,待认证的身份信息要想通过认证,除了其生成的摘要与UICC卡中的预设身份识别信息摘要相匹配之外,还要求第一随机数字字串与第二随机数字字串、第一随机填充空白与第二随机填充空白中的一种或多种相匹配,从而有效提高了身份信息认证的安全性。

为了让用户可以根据实际需要设置不同的应用软件或者电子设备开机的加密等级,在某些实施例中,所述计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:

接收加密等级设置指令,设置电子设备的加密等级,所述加密等级包括第一加密等级、第二加密等级和第三加密等级;

当电子设备处于第一加密等级时,判断身份认证成功的条件为预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要、第一随机数字字串与第二随机数字字串、第一随机填充空白与第二随机填充空白之间三者均匹配成功;

当电子设备处于第二加密等级时,判断身份认证成功的条件为预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要匹配成功、以及第一随机数字字串与第二随机数字字、第一随机填充空白与第二随机填充空白两者中的任一项匹配成功;

当电子设备处于第三加密等级时,判断身份认证成功的条件为预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要匹配成功。

简言之,加密程度从高到低为第一加密等级、第二加密等级、第三加密等级。对于一些需要强加密的应用,例如涉及到金融交易、商业秘密数据、在线支付密码的软件,用户可以将这些应用程序的加密等级设置为第一加密等级,以便在身份信息认证过程中,只有当预设身份识别信息摘要与待认证身份信息摘要、第一随机数字字串与第二随机数字字串、第一随机填充空白与第二随机填充空白之间三者均匹配成功时,才可以完成相应的解锁操作或支付操作,从而提高信息数据的安全性。而对于不需要强加密的应用,例如相册图片的浏览,用户可以根据自身需要将应用程序的加密程度设置为第二加密等级或第三加密等级。

在某些实施例中,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:接收光侦测器件采集到的多个预设身份识别信息,将采用加密散列函数将多个预设身份识别信息转换为预设身份识别信息摘要。多个预设身份识别信息可以是相同类型,也可以是不同类型。例如预设身份识别信息为不同手指的指纹信息时,当用户将多个手指置于身份识别区上时,光侦测器件可以同步采集到用户多个手指对应的预设指纹信息,进而采用加密散列函数将采集的多个指纹信息转换为指纹摘要。再比如多个预设身份识别信息包括一个手指的指纹信息以及人脸信息,将采用加密散列函数将人脸信息和指纹信息转换为相应的指纹摘要。预设身份识别信息为多个,一方面给用户提供了更多的选择,另一方面也有效提高了身份信息认证的安全性和准确性。

所述光侦测器件为TFT影像感测阵列薄膜,包括MxN个像素侦测区,每一像素侦测区对应设置一个以上薄膜电晶管所组成一组扫描驱动与传输数据的像素薄膜电路、以及一光侦测薄膜;所述光侦测薄膜包括光敏二极管或光敏电晶管。以光侦测薄膜包括光敏二极管为例,每一个像素侦测区的基本电路组成如图2所示。光敏二极管为形成光侦测薄膜之主要传感器件,栅极扫描线以固定之帧速率(Frame Rate)将薄膜晶体管(TFT)操作在打开模式,当所述光侦测器件侦测到光信号,打开之薄膜晶体管即可将电容电压数据传输到读取芯片。具体可以参考以下两篇文献:【1】“M.J.Powell,I.D.French,J.R.Hughes,N.C.Bird,O.S.Davies,C.Glasse,and J.E.Curran,【2】“Amorphous silicon image sensor arrays,”in Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,1992,vol.258,pp.1127–1137”、“B.Razavi,“Design of Analog CMOS Integrated Circuits,”McGraw-Hill,2000”。

所述光侦测器件为TFT影像感测阵列薄膜,其光侦测波长范围包含可见光波段或是红外光波段。所述TFT影像感测阵列薄膜由MXN个光侦测薄膜组成,每一光侦测薄膜对应侦测一个像素,因而TFT影像感测阵列薄膜可以用于侦测MXN个像素,以形成相应影像。对于每一个光侦测薄膜而言,有以下几种实现方式:

实施例一:

所述TFT影像感测阵列薄膜(即光侦测器件)为光敏二极管所形成的阵列,所述光敏二极管所形成的阵列包括光敏二极管感应区。现有的液晶显示(LCD)面板或有机发光二极管(OLED)显示面板,皆是以TFT结构驱动扫描单一像素,以实现面板上像素阵列的显示功能。形成TFT开关功能的主要结构为半导体场效晶体管(FET),其中熟知的半导体层材料主要有非晶硅、多晶硅、氧化铟镓锌(IGZO)、或是混有碳纳米材料之有机化合物等等。由于光感测二极管的结构亦可采用此类半导体材料制备,且生产设备也兼容于TFT阵列的生产设备,因此近年来TFT光侦测二极管(即光敏二极管)开始以TFT阵列制备方式进行生产。现有的光敏二极管的具体结构可以参考美国专利US6943070B2、中华人民共和国专利CN204808361U中对光侦测器件结构的描述。TFT影像感测阵列薄膜的生产工艺与显示面板TFT结构不同的是:原本在显示面板的像素开口区域,在生产工艺上改为光感测区域。其TFT制备方式可以采用薄型玻璃为基材,亦可采用耐高温塑性材料为基材,如美国专利US6943070B2所述。

现有的TFT影像感测阵列薄膜易受周围环境光或者显示屏像素所发出的可见光的反射、折射等因素影响,造成光学干扰,严重影响内嵌于显示面板下方的TFT影像感测阵列薄膜的信号噪声比(SNR),为了提高信号噪声比,如图3所示,本发明的光侦测薄膜做了进一步改进,使得改进后的TFT影像感测阵列薄膜可以侦测识别用户身体部分反射回的红外信号。具体结构如下:

所述光敏二极管层包括p型半导体层、i型半导体层、n型半导体层,p型半导体层、i型半导体层、n型半导体层自上而下堆叠设置,所述i型半导体层为微晶硅结构或非结晶硅化锗结构。所述微晶硅结构为硅烷与氢气通过化学气相沉积成膜的半导体层,微晶硅的结构的结晶度大于40%,且其禁带宽度小于1.7eV。所述非结晶硅化锗结构为硅烷、氢气与锗烷通过化学气相沉积成膜的非结晶半导体层,且其禁带宽度小于1.7eV。

禁带宽度(Band gap)是指一个带隙宽度(单位是电子伏特(eV)),固体中电子的能量是不可以连续取值的,而是一些不连续的能带,要导电就要有自由电子存在,自由电子存在的能带称为导带(能导电),被束缚的电子要成为自由电子,就必须获得足够能量从价带跃迁到导带,这个能量的最小值就是禁带宽度。禁带宽度是半导体的一个重要特征参量,其大小主要决定于半导体的能带结构,即与晶体结构和原子的结合性质等有关。

在室温下(300K),锗的禁带宽度约为0.66ev,硅烷中含有锗元素,当掺入锗元素后,会使得i型半导体层的禁带宽度下降,当满足小于1.7eV时,说明i型半导体层可以接收可见光至红外光(或近红外光)波长范围内的光信号。通过调整化学气象沉积的GeH4浓度,可以将含有非晶或微晶硅化锗结构的光敏二极管的操作波长范围扩展到光波长600nm到2000nm的范围。

实施例二:

在采用实施例一的基础上,为了提高光电转换之量子效率,非晶硅光电二极管也可采用双结以上p型/i型/n型结构堆叠形成。该光电二极管第一结层p型/i型/n型材料仍然为非晶硅结构,第二结层以上p型/i型/n型材料可以为微晶结构、多晶结构或是掺有可扩展光敏波长范围之化合物材料。简言之,可以采用多组p型/i型/n型结构上下堆叠来实现组成光敏二极管结构,对于每一个p型/i型/n型结构,则采用实施例一所描述的光敏二极管结构。

实施例三:

在采用实施例一或实施例二的基础上,对于每一个p型/i型/n型结构而言,其所包含的p型半导体层可以为大于两层的多层结构。例如p型半导体层为三层结构,自上而下包括第一p型半导体层(p1层)、第二p型半导体层(p2层)、第三p型半导体层(p3层)。其中,p1层可以采用非结晶结构且重掺杂硼(含硼浓度为标准工艺的两倍以上);p2和p3采用微晶结构,且正常掺杂硼(按照标准工艺浓度掺杂),依靠厚度减薄的p2层和p3层减少对光线的吸收,使得光线尽可能多地进入i层并被i层所吸收,提高光电转换率;另一方面p2层和p3层采用正常的硼掺杂可以有效避免由于p1层的重掺杂导致劣化内建电位。当p型半导体层包括为其他层数的多层结构与此类似,此处不再赘述。

同样的,n型半导体层也可以为大于两层的多层结构。例如n型半导体层为三层结构,自上而下包括第一n型半导体层(n1层)、第二n型半导体层(n2层)、第三n型半导体层(n3层)。其中,n3层可以采用非结晶结构且重掺杂磷(含磷量为标准工艺两倍以上);n1和n2采用微晶结构,且正常掺杂磷(按照标准生产工艺),依靠厚度减薄的n1层和n2层减少对光线的吸收,使得光线尽可能多地进入i层并被i层所吸收,提高光电转换率;另一方面n1层和n2层采用正常的磷掺杂可以有效避免由于n3层的重掺杂导致劣化内建电位。当n型半导体层包括为其他层数的多层结构与此类似,此处不再赘述。

实施例四:

本实施例是针对实施例一或二或三的进一步改进,如图6中的(a)所示,具体包括:在所述p型半导体层的上端面设置有第一光学器件,所述第一光学器件用于降低光线在p型半导体层的上端面的反射率、或是减小光线在p型半导体层的折射角度以增加光入射量。减小光线在p型半导体层的折射角度,可以让光线尽可能地以接近于垂直方向射入p型半导体层,使得光线尽可能地被p型半导体层下方的i型半导体层所吸收,从而进一步提高光敏二极管的光电转换率。当p型半导体层为多层结构时,第一光学器件设置于最上方的一层p型半导体层的上端面。

所述第一光学器件包括折射率呈周期性变化的光子晶体结构或微透镜阵列结构、或是折射率呈非周期性变化的漫散射结构。所述第一光学器件的折射率小于p型半导体层的折射率,可以使得光线在第一光学器件发生折射后,入射角小于折射角,即光线尽可能地以接近于垂直方向射入p型半导体层。

实施例五:

本实施例是针对实施例一或二或三或四的进一步改进,如图6中的(b)(c)所示,所述n型半导体层的下端面还设置有第二光学器件,所述第二光学器件用于提高光线在n型半导体层的下端面的多重反射率。所述多重反射率是指光线在经过第二光学器件反射后进入i型半导体层,再次被i型半导体层所吸收,吸收后的光线又再次经过第二光学器件反射后进入i型半导体层,如此反复多次,提高i型半导体层的光电转换率。当n型半导体层为多层结构时,第二光学器件设置于最下方的一层n型半导体层的下端面。

所述第二光学器件包括折射率呈周期性变化的光子晶体结构、或是折射率呈非周期性变化的漫散射结构,且所述第二光学器件的折射率小于n型半导体层的折射率。这样,可以使得光线在n型半导体层的下端面尽可能发生反射,以便反射后的光线再次被i型半导体层所吸收,进而适量放大属于i型半导体层可吸收的光波长范围内的信号,提高该波长范围内的光电流量。

实施例六:

如图4所示,所述TFT影像感测阵列薄膜(即光侦测器件)为光敏电晶管所形成的阵列,所述光敏电晶管所形成的阵列包括光敏电晶管感应区,所述光敏电晶管感应区设置有光敏薄膜晶体管,所述光敏薄膜晶体管包括栅极1、源极2、漏极3、绝缘层4、光吸收半导体层5;所述光敏薄膜晶体管为倒立共平面式结构,所述倒立共平面式结构包括:所述栅极1、绝缘层4、源极2纵向自下而上设置,所述漏极3与所述源极2横向共面设置;绝缘层4包裹所述栅极1,以使得栅极1与源极2、栅极1与漏极3之间均不接触;源极2和漏极3之间间隙配合,源极2和漏极3横向之间形成光敏漏电流通道,所述光吸收半导体层5设置于光敏漏电流通道内。

一般藉由栅极电压控制TFT操作在关闭状态时,源极到漏极之间不会有电流通过;然而当TFT受光源照射时,由于光的能量在半导体激发出电子-空穴对,TFT结构的场效应作用会使电子-空穴对分离,进而使TFT产生光敏漏电流。这样的光敏漏电流特性让TFT阵列可应用在光侦测或光侦测之技术上。相较于一般采用TFT漏电流作光敏薄膜晶体管之器件,本发明以倒立共平面型场效晶体管结构将光吸收半导体层配置于最上方吸光层,大幅增加了光电子的激发,提高了光电转换效率。

如图7所示,为本发明一实施方式涉及的光侦测薄膜的制备方法的流程图。所述方法用于制备实施例六的光敏薄膜晶体管(即光侦测薄膜),具体包括以下步骤:

首先进入步骤S801在像素薄膜晶体管的基材上通过化磁控溅射镀膜出栅极。像素薄膜晶体管的基材可以采用硬板,也可以采用柔性材料(如聚酰亚胺);

而后进入步骤S802在所述栅极的上方通过化学气相沉积或是磁控溅射镀膜出绝缘层;

而后进入步骤S803在所述绝缘层的上方通过化学气相沉积镀膜出源极和漏极的n型掺杂半导体层,并通过磁控溅射镀膜出源极和漏极的金属层,通过黄光蚀刻工艺定义出预设结构的源极和漏极,得到源极和漏极横向共面,且间隙配合,并使得源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道;

而后进入步骤S804在所述光敏漏电流通道内化学气相沉积镀膜出光吸收半导体层。

实施例七:

以熟知的场效晶体管结构而言,作为扫描驱动与数据传输开关的TFT不需特别针对源极和漏极之间收集光电流的结构作设计;然而对场效晶体管应用在光敏漏电流的侦测上,如果被光线激发的电子-空穴对被场效分离后,受电场驱动的飘移(Drift)路径太长,极有可能在光电子未能顺利抵达电极之前,就已经与空穴作再结合(Recombination),或是被光吸收半导体层本身的悬空键结(Dangling Bond)缺陷给捕获,无法有效地贡献作光侦测的光电流输出。

为了改善光敏漏电流受源极与漏极之间通道长度的影响,以达到可增加吸收光半导体面积却不致于劣化光电转换效率的目的,本实施例中对实施例四的源极和漏极进行一步改进,提出了一源极与漏极的新型结构。

如图5所示,所述源极和漏极的数量均为多个,源极和源极之间相互并联,漏极和漏极之间相互并联;所述源极和漏极之间间隙配合,源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道包括:相邻的源极之间形成第一间隙,一个漏极置于所述第一间隙内,相邻的漏极之间形成第二间隙,一个源极置于所述第二间隙内,源极和漏极之间交错设置且间隙配合。每一源极与相邻的漏极之间的距离小于电子飘移距离,所述电子飘移距离为电子在场效作用下能够生存的距离。这样,在每一个侦测像素里,所属同一像素的多个源极都相互并联,且所属同一像素的多个漏极也都相互并联,可以有效降低光激发电子与空穴再复合的机率,提高了场效应作用下电极收集光电子的成功机率,最大化地改善了TFT漏电流光敏薄膜晶体管的光敏度。

如图8至11所示,为逐步制备实施例七的光敏薄膜晶体管(即光侦测薄膜)的过程,其大体步骤与制备实施例六的光敏薄膜晶体管类似。区别在于,在制备源极和漏极时,步骤S803中“通过黄光蚀刻工艺定义出预设结构的源极和漏极,得到源极和漏极横向共面,且间隙配合,并使得源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道”包括:通过黄光蚀刻工艺定义出源极电极组和漏极电极组,每一个源极电极组包括多个源极,源极和源极之间相互并联;每一个漏极电极组包括多个漏极,漏极和漏极之间相互并联;相邻的源极之间形成第一间隙,一个漏极置于所述第一间隙内,相邻的漏极之间形成第二间隙,一个源极置于所述第二间隙内,源极和漏极之间交错设置且间隙配合。

在某些实施例中,所述光侦测器件用于接收侦测触发信号,处于光侦测状态,并接收侦测部位(如指纹、眼球、虹膜等)反射的光信号以捕捉用户的侦测部位信息;以及用于接收光源触发信号,处于发出光源(如红外光源)状态。优选的,光源触发信号与侦测触发信号交替切换,并符合一预设频率。以光侦测器件为光敏二极管所形成的阵列为例,在实际应用过程中,可借由TFT作扫描驱动外加一偏压(包括正向偏压,或零偏压或负偏压)在p型/i型/n型光电二极管之间,实现TFT影像感测阵列薄膜发出红外光功能。

具体地,可交替在p型/i型/n型红外光敏二极管之间施加正向偏压,或零偏压或负偏压,以触发所述第一触发信号或第二触发信号。以红外光敏二极管所形成的阵列有10列像素点阵为例,在第一周期内对p型/i型/n型红外光敏二极管施加正向偏压,使得10列像素点阵均处于发出红外光状态;在第二周期内对p型/i型/n型红外光敏二极管施加零偏压或负偏压,使得10列像素点阵均处于红外光侦测状态,用于捕捉用户眼球反射回的红外光信息,并生成相应的红外图像输出;在第三周期内又对p型/i型/n型红外光敏二极管施加正向偏压,使得10列像素点阵均处于发出红外光状态,反复交替,以此类推。进一步地,光源触发信号(即第一触发信号)与侦测触发信号(即第二触发信号)交替切换,切换的频率符合一预设频率。相邻的周期之间的时间间隔可以根据实际需要而设置,优选时间间隔可以设置为TFT阵列驱动扫描每一帧(Frame)红外光敏二极管阵列至少能接收到一帧完整的影像信号所需的时间,即预设频率为每经过上述时间间隔进行一次切换。

在某些实施例中,所述身份识别区域包括多个身份识别子区域,每一身份识别子区域的下方对应设置一个光侦测器件。以指纹识别为例,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:接收到对指纹识别子区域(即身份识别子区域)的启动指令,侦测控制电路开启所述指纹识别子区域(即身份识别子区域)的下方的光侦测器件;或者,接收到对指纹识别子区域的关闭指令,侦测控制电路开启所述指纹识别子区域的下方的光侦测器件。

以指纹识别子区域的数量为两个为例,两个指纹识别子区域可以一上一下或一左一右均匀分布于屏幕中,也可以以其他排列方式分布于屏幕中。下面对具有两个指纹识别子区域的终端的应用过程做具体说明:在使用过程中,接收用户触发的启动信号,将两个指纹识别子区域下方的光侦测器件(即光侦测器件)都设置成开启状态。优选的实施例中,两个指纹识别子区域构成的范围覆盖了整个显示屏,这样可以保证当两个指纹识别子区域下方的光侦测器件都设置成开启状态时,进入显示屏的光信号可以被下方的TFT影像感测阵列薄膜(即光侦测器件)所吸收,从而及时捕捉到用户的指纹信息或身体部分信息。当然,用户也可以根据自身喜好,设置某一个指纹识别子区域下方的光侦测器件开启,另一个指纹识别子区域下方的光侦测器件关闭。

需要说明的是,尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述,但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此,基于本发明的创新理念,对本文所述实施例进行的变更和修改,或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域,均包括在本发明的专利保护范围之内。

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