CN101976672B - 光感测组件阵列基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光感测组件阵列基板及其制造方法，其包括一基板、多条扫描线、多条读取线、多个开关组件以及多个透明光感测组件。基板具有一平面，而这些扫描线、读取线、开关组件与透明光感测组件皆配置在平面上。这些扫描线与这些读取线彼此交错，以在平面上形成多个光穿透区。这些开关组件电性连接这些扫描线与这些读取线。这些透明光感测组件位在这些光穿透区内，并且分别电性连接这些开关组件。

Description

光感测组件阵列基板及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种光感测装置，且特别是有关于一种可以应用于显示器的光感测组件阵列基板。

背景技术

光感测组件阵列基板是一种含有多个光感测组件(photosensor)的装置，其能与液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)整合，而成为一种利用对光线的接收来产生指令的光感测显示器(photo sensor display)。这种光感测显示器可以应用于具有显示屏幕的电子装置(electronic device)，例如手机、计算机以及个人数字助理器(Personal Digital Assistant，PDA)等。使用者可以经由光感测显示器来输入指令至上述电子装置，以操作电子装置。

目前光感测组件阵列基板所采用的光感测组件并不是透明的，所以在光感测显示器中，这些光感测组件通常会配置在黑矩阵(black matrix)的下方，其中黑矩阵具有多个对应这些光感测组件的入光口，而光感测组件能透过入光口来接收从外界而来的光线。

由此可知，在设计上，光感测组件会尽量不与任何像素电极(pixel electrode)重迭，以防止光感测组件遮挡从像素电极而来的光线，进而避免光感测组件破坏显示影像的质量。然而，在现有技术中，为了容纳这些光感测组件，多半会增加黑矩阵的面积，但是这样却会造成开口率下降，导致显示影像的亮度降低。

发明内容

本发明提供一种光感测组件阵列基板，其包括多个透明光感测组件。

本发明还提供一种光感测组件阵列基板的制造方法，其用以制造上述光感测组件阵列基板。

本发明提出一种光感测组件阵列基板，其包括一基板、多条扫描线、多条读取线、多个开关组件以及多个透明光感测组件。基板具有一平面，而这些扫描线、读取线、开关组件与透明光感测组件皆配置在平面上。这些扫描线与这些读取线彼此交错，以在平面上形成多个光穿透区。这些开关组件电性连接这些扫描线与这些读取线。这些透明光感测组件位在这些光穿透区内，并且分别电性连接这些开关组件。

在本发明一实施例中，各个透明光感测组件包括一第一透明电极、一第二透明电极以及一透明半导体层。第一透明电极电性连接其中一开关组件。透明半导体层连接于第一透明电极与第二透明电极之间。

在本发明一实施例中，构成这些透明半导体层的材料为多晶铟镓锌氧化物(poly-InGaZnO，poly-IGZO)、非晶铟镓锌氧化物(amorphous IGZO，a-IGZO)或掺杂型铟镓锌氧化物(doped IGZO)。

在本发明一实施例中，上述光感测组件阵列基板还包括多条共享线(common line)。这些共享线配置在平面上，而各条共享线电性连接多个上述透明光感测组件。

在本发明一实施例中，这些共享线连接这些第二透明电极，并且与这些第一透明电极部分重迭(overlap)。

在本发明一实施例中，上述光感测组件阵列基板还包括一绝缘层，而至少一透明光感测组件还包括一第三透明电极。透明半导体层位在第三透明电极与第一透明电极之间，以及位在第三透明电极与第二透明电极之间，而第三透明电极与透明半导体层重迭，并且电性连接第二透明电极。绝缘层配置在第三透明电极与这些透明半导体层之间。

在本发明一实施例中，构成这些第一透明电极、这些第二透明电极以及这些第三透明电极的材料为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)。

在本发明一实施例中，上述光感测组件阵列基板还包括一栅极绝缘层(gate insulation layer)。栅极绝缘层配置在绝缘层上，并且覆盖这些扫描线与这些透明光感测组件。

在本发明一实施例中，这些开关组件为多个晶体管。

在本发明一实施例中，上述光感测组件阵列基板还包括多条数据线与多个像素单元(pixel unit)。这些数据线与这些像素单元皆配置在平面上。各条数据线与其中一读取线并列，而这些像素单元位在这些光穿透区内，其中这些像素单元电性连接这些数据线与这些扫描线。

本发明还提出一种光感测组件阵列基板的制造方法。首先，在一基板的一平面上形成多个透明光感测组件。接着，在平面上形成多条扫描线与多条读取线，其中这些扫描线与这些读取线彼此交错，以在平面上形成多个光穿透区，而这些透明光感测组件位在这些光穿透区内。之后，在平面上形成多个开关组件，其中这些开关组件电性连接这些扫描线、这些读取线以及这些透明光感测组件。

在本发明一实施例中，上述形成这些透明光感测组件的方法包括，在平面上形成多个第一透明电极与多个第二透明电极。接着，在平面上形成多个透明半导体层，其中这些透明半导体层覆盖这些第一透明电极与这些第二透明电极。之后，在这些透明半导体层上形成一绝缘层，其中绝缘层覆盖这些第一透明电极、这些第二透明电极以及这些透明半导体层。

在本发明一实施例中，还包括对这些透明半导体层进行退火(anneal)。

在本发明一实施例中，构成这些透明半导体层的材料为多晶铟镓锌氧化物、非晶铟镓锌氧化物或掺杂型铟镓锌氧化物。

在本发明一实施例中，上述形成这些透明光感测组件的方法还包括，在绝缘层上形成多个第三透明电极，其中这些第三透明电极与这些透明半导体层重迭。

在本发明一实施例中，构成这些第一透明电极、这些第二透明电极以及这些第三透明电极的材料为铟锡氧化物或铟锌氧化物。

在本发明一实施例中，在形成这些透明光感测组件之后，还包括形成一栅极绝缘层于绝缘层上，其中栅极绝缘层覆盖这些扫描线与这些透明光感测组件。

在本发明一实施例中，还包括，在平面上形成多条数据线与多个像素单元，其中这些像素单元位在这些光穿透区内，并且电性连接这些数据线与这些扫描线。

由于本发明采用多个透明光感测组件来侦测光线，而这些透明光感测组件整体上并不会遮挡光线，因此透明光感测组件不仅不会破坏显示影像的质量，而且还能提高开口率，增加显示器显示影像的亮度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明一实施例的光感测组件阵列基板的俯视示意图。

图1B是图1A中沿线I-I剖面而得的剖面示意图。

图2A至图2F是图1B中光感测组件阵列基板的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

图1A是本发明一实施例的光感测组件阵列基板的俯视示意图，而图1B是图1A中沿线I-I剖面而得的剖面示意图。请参阅图1A与图1B，光感测组件阵列基板100能应用于具有多个像素的显示器，其例如是液晶显示器、有机发光二极管(Organic Light EmittingDiode，OLED)显示器或电子纸(Electronic Paper，E Paper)所采用的显示器，其中电子纸所采用的显示器例如是电泳式显示器(Electrophoresis Display，EPD)。

不过，在其它实施例中，光感测组件阵列基板100也可以应用于显示器以外的技术领域，例如光感测组件阵列基板100可以制作成供光笔(light pen)所使用的手写板(handwritten board)，所以本发明并不限制光感测组件阵列基板100只能应用于显示器的技术领域，其它显示器以外的技术领域，光感测组件阵列基板100也可应用。

光感测组件阵列基板100包括一基板110、多条扫描线120、多条读取线130、多个开关组件140以及多个透明光感测组件150。基板110具有一平面112，而这些扫描线120、读取线130、开关组件140与透明光感测组件150皆配置在平面112上。

这些扫描线120与读取线130彼此交错，以在平面112上形成多个光穿透区R1。详细而言，这些扫描线120彼此并列，而这些读取线130彼此并列，因此这些彼此交错的扫描线120与读取线130呈网状排列，而光穿透区R1则位在由扫描线120与读取线130所形成的网格(lattice)内。

当光感测组件阵列基板100应用于具有像素的显示器时，光感测组件阵列基板100可为一种主动组件阵列基板(active componentarray substrate)或是对向基板(opposite substrate)，因此光穿透区R1可为像素显像区，并能被光线所穿透。换句话说，光穿透区R1基本上可以是透明的。

此外，上述主动组件阵列基板例如是薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)阵列基板，而对向基板可以是具有彩色滤光片的彩色滤光基板(color filter array substrate)，或是色序法液晶显示器(color sequential LCD)所采用的透光基板，其中此透光基板并不具有任何彩色滤光片。

这些开关组件140电性连接这些扫描线120与这些读取线130，而在本实施例中，这些开关组件140可以是多个晶体管，其例如是场效晶体管(Field-Effect Transistor，FET)。当开关组件140为场效晶体管时，各个开关组件140包括一栅极(gate)142g、一漏极(drain)142d、一源极(source)142s以及一半导体层144(如图1B所示)。

承上述，半导体层144连接于漏极142d与源极142s之间，并且与栅极142g重迭，其中半导体层144并没有与栅极142g接触。在同一个开关组件140中，栅极142g连接扫描线120，漏极142d连接读取线130，而源极142s连接透明光感测组件150，因此扫描线120能控制开关组件140的开启，以使源极142s与漏极142d得以电性导通。

这些透明光感测组件150位在这些光穿透区R1内，并且分别电性连接这些开关组件140。详细而言，各个透明光感测组件150可以包括一第一透明电极152d、一第二透明电极152s以及一透明半导体层154(请参阅图1B)，而在同一个透明光感测组件150中，透明半导体层154连接于第一透明电极152d与第二透明电极152s之间，而第一透明电极152d电性连接其中一开关组件140。

构成这些第一透明电极152d与第二透明电极152s的材料可为铟锡氧化物或铟锌氧化物，而构成这些透明半导体层154的材料可以是多晶铟镓锌氧化物、非晶铟镓锌氧化物或掺杂型铟镓锌氧化物。掺杂型铟镓锌氧化物例如是掺杂金属的铟镓锌氧化物，而此金属可以是镁。

光感测组件阵列基板100可以包括多条共享线160，而这些共享线160皆配置在平面112上。各条共享线160电性连接多个透明光感测组件150，例如各条共享线160电性连接排成一列的透明光感测组件150。这些共享线160电性连接这些第二透明电极152s，并可透过多个接触窗(contact window)162而电性连接第二透明电极152s。

共享线160能输出一共享电压(common voltage)至透明光感测组件150，而共享电压能依序通过第二透明电极152s、透明半导体层154与第一透明电极152d。之后，共享电压会从透明光感测组件150输入至开关组件140。当扫描线120开启开关组件140时，共享电压能依序通过源极142s、半导体层144与漏极142d，并传递至读取线130。

这些读取线130传递共享电压至至少一控制单元(未绘示)，而控制单元例如是芯片(chip)。当光感测组件阵列基板100被光线(例如由光笔所发出的光线)照射时，控制单元从其中一条读取线130所接收到的共享电压会发生变动。控制单元能根据此变动，判断出光线照射于那一个透明光感测组件150。如此，使用者能利用光线对光感测组件阵列基板100的照射来输入指令，以操作手机、计算机以及个人数字助理器等电子装置。

另外，这些共享线160可以与这些第一透明电极152d部分重迭。详细而言，各个第一透明电极152d可以具有一电容电极C1，而电容电极C1位在共享线160的下方，并且与共享线160重迭。电容电极C1完全没有与共享线160接触，因此共享线160与电容电极C1之间可以形成电容。

在本实施例中，透明光感测组件150可以是一种光敏晶体管(phototransistor)，并且还可以是场效晶体管。详细而言，透明光感测组件150可以包括一第三透明电极152g，而透明半导体层154位在第三透明电极152g与第一透明电极152d之间，以及位在第三透明电极152g与第二透明电极152s之间。另外，构成第三透明电极152g的材料也可以是铟锡氧化物或铟锌氧化物。

在同一个透明光感测组件150中，第三透明电极152g与透明半导体层154重迭，但并不与透明半导体层154接触。详细而言，光感测组件阵列基板100可包括一绝缘层172(如图1B所示)。绝缘层172配置在第三透明电极152g与透明半导体层154之间，因此绝缘层172能将第三透明电极152g与透明半导体层154隔开，并让第三透明电极152g与透明半导体层154电性绝缘。此外，构成绝缘层172的材料可以是透明绝缘材料，例如二氧化硅或氮化硅。

因此，当透明光感测组件150为场效晶体管时，第一透明电极152d为漏极，第二透明电极152s为源极，而第三透明电极152g为栅极。另外，在同一个透明光感测组件150中，第三透明电极152g可以电性连接第二透明电极152s，并可透过一接触窗156而电性连接第二透明电极152s，以使第三透明电极152g也能电性连接共享线160。

须说明的是，所有透明光感测组件150并不一定全然包括第三透明电极152g，例如在其它实施例中，可以只有一个或一些透明光感测组件150包括第三透明电极152g，而其它透明光感测组件150则没有包括任何第三透明电极152g。除此之外，所有透明光感测组件150也可以不包括任何第三透明电极152g。

由此可知，光感测组件阵列基板100所包括的第三透明电极152g的数量可以为零，或是仅为一个或多个，因此第三透明电极152g并不是本发明的必要组件，而图1A与图1B所示的第三透明电极152g的数量仅为举例说明，并非限定本发明。

另外，光感测组件阵列基板100可以包括一栅极绝缘层174(如图1B所示)。栅极绝缘层174配置在绝缘层172上，并且覆盖扫描线120、透明光感测组件150以与门极142g，其中构成栅极绝缘层174的材料可以与绝缘层172相同，例如是二氧化硅或氮化硅等透明绝缘材料。不过，光感测组件阵列基板100也可以不包括栅极绝缘层174，且绝缘层172可覆盖扫描线120与栅极142g，因此图1B所示的栅极绝缘层174仅为举例说明，并非限定本发明。

值得一提的是，由于光感测组件阵列基板100可以是主动组件阵列基板，因此当光感测组件阵列基板100为主动组件阵列基板时，光感测组件阵列基板100可以包括多条数据线180以及多个像素单元190，其中这些数据线180与像素单元190皆配置在基板110的平面112上。

各条数据线180与其中一条读取线130并列，而这些像素单元190位在这些光穿透区R 1内，并且电性连接这些数据线180与扫描线120，其中扫描线120也能控制开启像素单元190，以使数据线180所传递的像素电压(pixel voltage)可以输入至像素单元190中。

不过，必须强调的是，光感测组件阵列基板100除了可为主动组件阵列基板之外，也可以是对向基板，例如彩色滤光基板或色序法液晶显示器所采用的透光基板，加上光感测组件阵列基板100还可以应用于显示器以外的技术领域(例如手写板)，因此光感测组件阵列基板100不一定要具备任何数据线180与像素单元190。也就是说，数据线180与像素单元190皆为光感测组件阵列基板100的选择性组件，而不是必要组件。

以上主要介绍光感测组件阵列基板100的结构，至于光感测组件阵列基板100的制造方法，以下将配合图1B以及图2A至图2F，进行详细的介绍。

必须事先说明的是，以下内容是以光感测组件阵列基板100为主动组件阵列基板作为举例说明，但是在其它实施例中，光感测组件阵列基板100也可以是对向基板，例如彩色滤光基板或色序法液晶显示器所采用的透光基板，因此图2A至图2F所公开的光感测组件阵列基板100的制造方法仅为举例说明，并非限定本发明。

在光感测组件阵列基板100的制造方法中，首先，在基板110的平面112上形成多个透明光感测组件150，而形成这些透明光感测组件150的方法，如图2A至图2D所示。

请参阅图2A，关于透明光感测组件150的方法，首先，在平面112上形成多个第一透明电极152d以及多个第二透明电极152s，其中第一透明电极152d与第二透明电极152s可以是透过沉积(deposition)、微影(lithography)以及蚀刻(etching)而形成。

请参阅图2B，接着，在平面112上形成多个透明半导体层154，而这些透明半导体层154覆盖这些第一透明电极152d与这些第二透明电极152s，其中透明半导体层154也可透过沉积、微影与蚀刻而形成。另外，在透明半导体层154形成之后，可以对透明半导体层154进行退火。

请参阅图2C，接着，在这些透明半导体层154上形成绝缘层172，其中绝缘层172覆盖这些第一透明电极152d、第二透明电极152s以及透明半导体层154，并且可以全面性地覆盖平面112，如图2C所示。此外，绝缘层172可以是透过沉积而形成。

请参阅图2D，之后，在绝缘层172上形成多个第三透明电极152g，而这些第三透明电极152g与这些透明半导体层154重迭。至此，透明光感测组件150基本上已完全形成。当形成第三透明电极152g时，可以在平面112上形成多条扫描线120与多个栅极142g，而扫描线120与栅极142g二者可以是在同一道微影与蚀刻的过程中同时形成。

须说明的是，由于在其它实施例中，透明光感测组件150可以不包括任何第三透明电极152g，即光感测组件阵列基板100所包括的第三透明电极152g的数量可以为零，因此可以省略形成第三透明电极152g的步骤。

请参阅图2E，在形成透明光感测组件150之后，可以形成一栅极绝缘层174于绝缘层172上，其中栅极绝缘层174覆盖这些扫描线120、透明光感测组件150以与门极142g，并且可以全面性地覆盖绝缘层172。此外，栅极绝缘层174与绝缘层172二者材料与形成方法皆可相同。

须强调的是，由于在其它实施例中，光感测组件阵列基板100可以不包括栅极绝缘层174，而绝缘层172可以覆盖扫描线120与栅极142g，因此在光感测组件阵列基板100的制造方法中，可以省略形成栅极绝缘层174的步骤，并让绝缘层172在扫描线120与栅极142g形成之后才形成。所以，图2D与图2E所示的形成绝缘层172与栅极绝缘层174的步骤仅为举例说明，并非限定本发明。

请参阅图2F，接着，在平面112上形成多个开关组件140。关于开关组件140的形成方法，首先，在栅极绝缘层174上形成多个半导体层144、194，而半导体层194位在扫描线120的上方，并且与扫描线120部分重迭。构成半导体层144、194的材料可以是多晶硅(polysilicon)或非晶硅(amorphous silicon)，而半导体层144、194可以是透过沉积、微影与蚀刻而形成。

之后，形成多个漏极142d、192d、源极142s、192s、多条读取线130与数据线180，其中半导体层144连接于漏极142d与源极142s之间，而半导体层194连接于漏极192d与源极192s之间。至此，这些电性连接读取线130的开关组件140基本上已完全形成。此外，构成源极142s、192s、读取线130以及数据线180的材料可为金属，并且可以彼此相同，而源极142s、192s、读取线130以及数据线180皆可在同一道微影与蚀刻的过程中同时形成。

在形成这些源极142s以前，可以移除部分绝缘层172与部分栅极绝缘层174，以形成多个局部暴露第一透明电极152d的接触孔(contact hole)T1，而源极142s可以延伸至接触孔T1中，进而连接第一透明电极152d。如此，第一透明电极152d得以电性连接开关组件140。另外，在形成漏极142d、192d与源极142s、192s之后，可以对半导体层144、194进行背通道蚀刻(Back ChannelEtching，BCE)。

请再次参阅图1B，接着，在栅极绝缘层174上形成一绝缘层176，而绝缘层176覆盖这些开关组件140、漏极192d、源极192s以及半导体层144、194，其中绝缘层176可以是二氧化硅或氮化硅等无机绝缘材料，或是有机高分子绝缘材料。

之后，可以在绝缘层176上形成多个像素电极196。至此，这些包括源极192s、漏极192d、半导体层194与像素电极196的像素单元190基本上已完全形成，而光感测组件阵列基板100基本上已制造完成。另外，在形成像素电极196以前，可以移除部分绝缘层176，以形成多个局部暴露漏极192d的接触孔T2，让像素电极196可以延伸至接触孔T2中，以连接漏极192d。此外，移除部分绝缘层176的方法可以是蚀刻。

综上所述，由于本发明的光感测组件阵列基板采用多个透明光感测组件来侦测光线，因此透明光感测组件整体上并不会遮挡光线。当光感测组件阵列基板应用于显示器时，这些透明光感测组件可以分别配置在多个像素显像区内(如图1A所示的光穿透区R1)，并且供从像素显像区而来的光线所穿透。如此，不仅显示影像的质量不会被透明光感测组件所破坏，而且还可以提高显示器的开口率，进而增加显示影像的亮度。

虽然本发明以前述实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰的等效替换，仍为本发明的权利要求保护范围内。

Claims (13)

1.一种光感测组件阵列基板，其特征在于，包括：

一基板，具有一平面；

多条扫描线，配置在该平面上；

多条读取线，配置在该平面上，该些扫描线与该些读取线彼此交错，以在该平面上形成多个光穿透区；

多个开关组件，配置在该平面上，并且电性连接该些扫描线与该些读取线；以及

多个透明光感测组件，配置在该平面上，并且位在该些光穿透区内，该些透明光感测组件分别电性连接该些开关组件。

2.如权利要求1所述的光感测组件阵列基板，其特征在于，各该透明光感测组件包括：

一第一透明电极，电性连接其中一开关组件；

一第二透明电极；以及

一透明半导体层，连接于该第一透明电极与该第二透明电极之间。

3.如权利要求2所述的光感测组件阵列基板，其特征在于，构成该些透明半导体层的材料为多晶铟镓锌氧化物、非晶铟镓锌氧化物或掺杂型铟镓锌氧化物。

4.如权利要求2所述的光感测组件阵列基板，其特征在于，还包括多条共享线，该些共享线配置在该平面上，而各该共享线电性连接多个该透明光感测组件。

5.如权利要求4所述的光感测组件阵列基板，其特征在于，该些共享线连接该些第二透明电极，并且与该些第一透明电极部分重迭。

6.如权利要求4所述的光感测组件阵列基板，其特征在于，还包括一绝缘层，而至少一透明光感测组件还包括一第三透明电极，该透明半导体层位在该第三透明电极与该第一透明电极之间，以及位在该第三透明电极与该第二透明电极之间，该第三透明电极与该透明半导体层重迭，并且该第三透明电极电性连接该第二透明电极，而该绝缘层配置在该第三透明电极与该些透明半导体层之间。

7.如权利要求6所述的光感测组件阵列基板，其特征在于，还包括一栅极绝缘层，该栅极绝缘层配置在该绝缘层上，并且覆盖该些扫描线与该些透明光感测组件。

8.如权利要求1所述的光感测组件阵列基板，其特征在于，还包括：

多条数据线，配置在该平面上，各该数据线与其中一读取线并列；以及

多个像素单元，配置在该平面上，并且位在该些光穿透区内，其中该些像素单元电性连接该些数据线与该些扫描线。

9.一种光感测组件阵列基板的制造方法，其特征在于，包括：

在一基板的一平面上形成多个透明光感测组件；

在该平面上形成多条扫描线与多条读取线，其中该些扫描线与该些读取线彼此交错，以在该平面上形成多个光穿透区，而该些透明光感测组件位在该些光穿透区内；以及

在该平面上形成多个开关组件，其中该些开关组件电性连接该些扫描线、该些读取线以及该些透明光感测组件。

10.如权利要求9所述的光感测组件阵列基板的制造方法，其特征在于，形成该些透明光感测组件的方法包括：

在该平面上形成多个第一透明电极与多个第二透明电极；

在该平面上形成多个透明半导体层，其中该些透明半导体层覆盖该些第一透明电极与该些第二透明电极；以及

在该些透明半导体层上形成一绝缘层，其中该绝缘层覆盖该些第一透明电极、该些第二透明电极以及该些透明半导体层。

11.如权利要求10所述的光感测组件阵列基板的制造方法，其特征在于，还包括对该些透明半导体层进行退火。

12.如权利要求10所述的光感测组件阵列基板的制造方法，其特征在于，形成该些透明光感测组件的方法还包括：

在该绝缘层上形成多个第三透明电极，其中该些第三透明电极与该些透明半导体层重迭。

13.如权利要求10所述的光感测组件阵列基板的制造方法，其特征在于，在形成该些透明光感测组件之后，还包括形成一栅极绝缘层于该绝缘层上，其中该栅极绝缘层覆盖该些扫描线与该些透明光感测组件。

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