CN105070720A - 集成有传感器的显示面板及其制作方法和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种集成有传感器的显示面板及其制作方法、和包括该显示面板的显示装置,其中传感器通过与形成显示面板的阵列基板和/或彩膜基板的工艺至少部分地同步的半导体工艺制作完成而集成在显示面板中,从而能够提高传感器的集成度、简化工艺。
Description
技术领域
本发明的实施例一般地涉及显示技术领域,并且具体地,涉及一种集成有传感器的显示面板及其制作方法、和包括该显示面板的显示装置。
背景技术
随着信息技术的发展,诸如智能手机之类的移动终端已经广泛地应用于人们的日常生活中。目前,在移动终端上通常安装有多种应用程序,以满足人们的多种生活需求。例如,在移动终端中设置加速度传感器,其可以用于计步、显示器件的屏幕的旋转方向切换等应用,还可以用于监测用于摄像头摄像时产生的振动等功能;在移动终端中设置声波传感器,以实现用于语音功能的麦克风或用于监测环境噪声;或者,在移动终端中设置压力传感器,用于环境气压或高度的监测等应用。
但是,现有的传感器都是采用MEMS工艺制作的,然后组装到移动终端的主板上,集成度低。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述和其它问题和缺陷中的至少一种,提出了本发明。
根据本发明的一个方面,提出了一种显示面板,包括:第一基板;与第一基板相对设置的第二基板;和通过半导体工艺集成在第一基板和第二基板之间的传感器。
在一个实施例中,所集成的传感器可以是用于感测所述显示面板的加速度的加速度传感器,该加速度传感器可以包括:形成在第一基板上的第一电极;形成在第二基板上的第二电极;位于第一和第二基板之间的围墙,该围墙与第一和第二电极一起限定一密闭腔;质量块,设置在该密闭腔内以将该密闭腔分隔成彼此隔离的第一腔和第二腔,并能够沿着围墙在第一和第二基板之间移动以改变第一腔和第二腔的容积;和第一流体和第二流体,分别填充第一腔和第二腔以允许质量块在密闭腔内自由移动。
在一个实施例中,上述显示面板可以是LCD显示面板并包括形成在第一基板上的像素电极和形成在第二基板上的公共电极,第一电极和像素电极由同一导电层同时形成,第二电极和公共电极由同一导电层同时形成;可替换地,上述显示面板可以是OLED显示面板并包括形成在第一基板上的阳极和靠近第二基板一侧形成的阴极,第一电极和阳极由同一导电层同时形成,第二电极和阴极由同一导电层同时形成。
在一个实施例中,围墙的内壁可以设置有导轨,质量块被设置成能够沿着导轨在密闭腔内移动。
在一个实施例中,围墙和质量块中的至少一个可以设置有用于检测质量块在密闭腔内的位置的位置检测结构。
在一个实施例中,围墙可以由光刻胶材料通过构图工艺形成。
在一个实施例中,所集成的传感器可以是用于感测施加至显示面板的压力的压力传感器,该压力传感器包括形成在第一基板上的第一电极、与第一电极相对设置的第二电极、以及位于第一电极和第二电极之间的间隔壁,第一电极、第二电极和间隔壁一起限定至少一个密闭的微腔,第一电极和第二电极中的至少一个由石墨烯材料形成。
在一个实施例中,上述显示面板还可以包括形成在所述基板上的遮光金属层和覆盖遮光金属层的缓冲层,所述第一电极由石墨烯材料形成,所述第二电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,所述间隔壁由形成缓冲层的材料层形成。
在一个实施例中,上述显示面板还可以包括形成在所述基板上的TFT结构以及覆盖TFT结构的一个或多个绝缘材料层,所述间隔壁由形成所述一个或多个绝缘材料层中的至少一个的绝缘材料层形成。
在一个实施例中,绝缘材料层可以包括层间绝缘层、钝化保护层和平坦化层中的至少一种。
在一个实施例中,上述显示面板还可以包括形成在所述第二基板上的彩膜层和黑矩阵层,压力传感器位于所述第二基板与彩膜层和黑矩阵层之间。
在一个实施例中,间隔壁由光刻胶材料通过构图工艺形成。
在一个实施例中,所述间隔壁可以由形成彩膜层和黑矩阵层的材料层中的一个或多个通过构图工艺形成。
在一个实施例中,上述显示面板还可以包括覆盖彩膜层和黑矩阵层的公共电极,所述第一电极形成在第二基板的表面上,所述第二电极通过由形成彩膜层和黑矩阵层的一种或多种材料构成的绝缘层与公共电极电隔离。
在一个实施例中,上述显示面板还可以包括覆盖彩膜层和黑矩阵层的公共电极,所述第一电极形成在第二基板的表面上,所述第二电极和公共电极由同一导电层同时形成。
在一个实施例中,所集成的传感器可以是用于感测外部环境的声波的声波传感器,该声波传感器包括形成在第一基板上的第一电极、与第一电极相对设置的第二电极、位于第一电极和第二电极之间的背腔、贯穿所述第一基板并连通背腔和外部环境的微孔、以及设置在第二电极上的声波敏感结构,所述声波敏感结构至少部分地由硅材料制成。
在一个实施例中,该显示面板还可以包括形成在所述基板上的遮光金属层和形成在遮光金属层上的顶栅型TFT结构,所述顶栅型TFT结构包括依次形成在所述遮光金属层上的半导体材料层、栅极绝缘层和栅极,所述第一电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,半导体材料层和栅极绝缘层还依次覆盖在第一电极上且栅极绝缘层的至少一部分面向背腔的内部,所述第二电极和栅极由同一材料层同时形成。
在一个实施例中,该显示面板还可以包括形成在所述第一基板上的底栅型TFT结构,所述底栅型TFT结构包括依次形成在所述基板上的栅极、栅极绝缘层、半导体材料层、和源/漏电极层,所述第一电极和栅极由同一材料层同时形成,半导体材料层还覆盖在第一电极上,所述第二电极和源/漏电极层由同一材料层同时形成。
在一个实施例中,所述声波敏感结构可以包括形成在第二电极上的三层复合结构,该三层复合结构包括硅材料层和将该硅材料层夹在中间的上、下绝缘材料层。
在一个实施例中,该显示面板还包括位于第一电极和第二电极之间且与第一电极和第二电极一起限定背腔的腔壁,该腔壁至少部分地由硅材料形成。
根据本发明的另一个方面,提供了一种显示装置,包括上述实施例中的任一个提供的显示面板。
根据本发明的又一个方面,提供了一种制作集成有加速度传感器的显示面板的方法,包括下述步骤:
提供第一基板;
在第一基板上形成TFT结构和第一电极;
在第一基板上形成围墙,围墙与第一电极一起限定具有上部开口的空间;
注入第一流体以填充该空间的一部分;
将质量块设置在该空间内以接触并密封第一流体;
提供第二基板;
在第二基板上形成第二电极;
以第一和第二电极彼此面对的方式将第一和第二基板对盒密封,使得围墙与第一和第二电极一起限定一密闭腔,质量块将该密闭腔分隔成彼此隔离的第一腔和第二腔,第一流体填充在第一腔内;以及
向第二腔内注入第二流体并密封第二腔,第一流体和第二流体允许质量块在受到加速度影响时能够沿着围墙在第一和第二基板之间自由移动以改变第一腔和第二腔的容积。
在一个实施例中,在第一基板上形成第一电极的步骤可以包括由同一导电材料同时在第一基板上形成所述第一电极和与TFT结构的源极或漏极电连接的像素电极,和/或在第二基板上形成有第二电极的步骤可以包括由同一导电材料在第二基板上同时形成所述第二电极和显示面板的公共电极。
在一个实施例中,在第一基板上形成第一电极的步骤包括:由同一导电材料同时在第一基板上形成所述第一电极和与TFT结构的源极或漏极电连接的有机发光二极管的阳极,和/或,在第一基板上形成第二电极的步骤包括由同一导电材料在第一基板上同时形成有机发光二极管的阴极。
在一个实施例中,在第一基板上形成围墙的步骤可以包括由光刻胶材料通过构图工艺形成围墙。
根据本发明的再一个方面,一种制作集成有压力传感器的显示面板的方法,包括下述步骤:
提供相对设置的第一基板和第二基板;以及
采用半导体工艺在所述第一基板和第二基板之间形成压力传感器,包括在所述第一基板或第二基板上依次形成第一电极、多个间隔壁和第二电极,以便在第一电极和第二电极之间形成至少一个密闭的微腔,其中第一电极和第二电极中的至少一个由石墨烯材料形成。
在一个实施例中,形成第一电极的步骤可以包括由同一材料层在所述第一基板上同时形成第一电极和遮光金属层,形成间隔壁的步骤包括形成覆盖遮光金属层和第一电极的缓冲层,并对缓冲层覆盖第一电极的部分进行构图工艺以在该部分中形成具有开口的至少一个凹腔,第二电极覆盖所述开口以形成所述微腔。
在一个实施例中,上述方法还可以包括在所述第一基板上形成TFT结构以及覆盖TFT结构和第一电极的一个或多个绝缘材料层的步骤,其中,形成间隔壁的步骤包括对至少一个绝缘材料层覆盖第一电极的部分进行构图工艺,以在该部分中形成具有开口的至少一个凹腔,第二电极覆盖所述开口以形成所述微腔。
在一个实施例中,压力传感器形成在第二基板上,该方法还包括在第二基板上形成覆盖压力传感器的彩膜层和黑矩阵层。
在一个实施例中,可以由树脂或光刻胶材料通过构图工艺形成间隔壁。
在一个实施例中,该方法还可以包括在所述第二基板上形成彩膜层和黑矩阵层,其中由形成彩膜层和黑矩阵层的材料层中的一个或多个通过构图工艺形成间隔壁。
在一个实施例中,上述方法还可以包括由形成彩膜层和黑矩阵层的一种或多种材料形成覆盖第二电极的绝缘层,和形成覆盖彩膜层、黑矩阵层以及绝缘层的公共电极。
在一个实施例中,可以由同一导电层在所述第二基板上同时形成第二电极和显示面板的公共电极。
根据本发明的另外的一个方面,提供了一种制作集成有声波传感器的显示面板的方法,包括下述步骤:
提供一基板;以及
采用半导体工艺在所述基板上形成TFT结构和声波传感器,该声波传感器包括第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的背腔、贯穿所述基板并连通背腔和外部环境的微孔、以及设置在第二电极上的声波敏感结构,该声波敏感结构至少部分地由硅材料制成。
在一个实施例中,形成TFT结构的步骤可以包括依次在所述基板上形成遮光金属层、半导体材料层、栅极绝缘层和栅极,其中第一电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,半导体材料层和栅极绝缘层还依次覆盖在第一电极上且栅极绝缘层的至少一部分面向背腔的内部,第二电极和栅极由同一材料层同时形成。
在一个实施例中,形成TFT结构的步骤可以包括依次在所述基板上形成遮光金属层、半导体材料层、栅极绝缘层和栅极,其中第一电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,半导体材料层和栅极绝缘层还依次覆盖在第一电极上且栅极绝缘层的至少一部分面向背腔的内部,第二电极和栅极由同一材料层同时形成。
在一个实施例中,形成声波传感器的声波敏感结构的步骤可以包括依次在第二电极上形成下绝缘材料层、硅材料层和上绝缘材料层。
在一个实施例中,可以由硅材料至少部分地形成背腔的腔壁。
通过下文中参照附图对本发明所作的详细描述,本发明的其它目的和优点将显而易见,并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
通过参考附图能够更加清楚地理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中:
图1为根据本发明的第一示例性实施例的集成有加速度传感器的显示面板的结构示意图;
图2为根据本发明的第二示例性实施例的集成有加速度传感器的显示面板的结构示意图;
图3为示出根据本发明的一个示例性实施例的处于平衡状态的加速度传感器的示意图;
图4为示出根据本发明的另一个示例性实施例的处于工作状态的加速度传感器的示意图;
图5为示出根据本发明的一个示例性实施例的压力传感器的基本结构的示意图;
图6为根据本发明的第三示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构示意图;
图7为根据本发明的第四示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构示意图;
图8为根据本发明的第五示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构示意图;
图9为根据本发明的第六示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构示意图;
图10为根据本发明的第七示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构示意图;
图11为根据本发明的第八示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构示意图;
图12为根据本发明的第九示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构示意图;
图13为根据本发明的第十示例性实施例的集成有声波传感器的显示面板的结构示意图;以及
图14为根据本发明的第十一示例性实施例的集成有声波传感器的显示面板的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的实施例进行详细的描述。在本说明书中,相同或相似的部件由相同或类似的附图标号指示。下述参照附图对本发明的各实施方式的说明旨在阐述本发明的总体构思,而不应当理解为对本发明的一种限制。
此外,在下面的详细描述中,为便于说明,阐述了许多具体的细节以提供对本发明的实施例的全面理解。然而明显地,一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其它情况下,公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的一个总的发明构思,提供了一种显示面板及其制作方法,以及包括该显示面板的显示装置,其中显示面板包括基板和集成在基板上的传感器,该传感器通过与形成显示面板的阵列基板和/或彩膜基板的工艺至少部分地同步的半导体工艺制作完成而集成在显示面板中,从而能够提高传感器的集成度、简化工艺。
根据本发明的实施例,上述传感器可以是各种类型的传感器,包括加速度传感器、声波传感器、压力传感器等;显示面板可以是LCD显示面板,也可以是OLED显示面板。以下,将结合示例性实施例对集成有不同类型的传感器的显示面板的结构和制作方法进行详细描述。
图1和2示出了集成有加速度传感器的显示面板的说明性布置,图3和4示出了分别处于平衡状态和工作状态的加速度传感器的结构。如图所示,显示面板包括相对设置的第一基板100和第二基板200,加速度传感器300形成在第一基板100和第二基板200之间。
在一个示例中,加速度传感器300可以是电容式加速度传感器。如图1-4所示,加速度传感器300包括:形成在第一基板100上的第一电极301;形成在第二基板200上的第二电极302;位于第一基板100和第二基板200之间的围墙303,围墙303与第一电极301和第二电极302一起限定一密闭腔304;质量块305,设置在该密闭腔304内以将该密闭腔分隔成彼此密封地隔离的第一腔3041和第二腔3042,并能够响应于显示面板的运动沿着围墙303在第一基板100和第二基板200之间移动以改变第一腔3041和第二腔3042的容积;和第一流体和第二流体,分别填充第一腔3041和第二腔3042以允许质量块305响应于显示面板的运动而在密闭腔304内自由移动。
在图1和2中图示的实施例中,显示面板是LCD显示面板,第一基板100是阵列基板,第二基板200是彩膜基板,并且该显示面板包括形成在第一基板100上的像素电极111和形成在第二基板200上的公共电极203。在一个示例中,第一电极301可以与像素电极111同层或二者由同一导电层同时形成,和/或第二电极302可以与公共电极203同层或二者由同一导电层同时形成。
在显示面板是OLED显示面板(图1和2中未示出)时,其包括TFT阵列基板、封装基板和TFT结构,该TFT结构包括靠近阵列基板一侧定位的阳极、靠近封装基板一侧定位的阴极、以及位于阳极和阴极之间的发光层,加速度传感器的第一电极可以与阳极同层或二者由同一导电层同时形成,加速度传感器的第二电极可以与阴极由同一导电层同时形成。
在一个示例中,加速度传感器300的围墙303的内壁中或上设置有导轨(未示出),质量块305被设置成能够沿着该导轨在密闭腔304内移动。
在本发明的实施例中,阵列基板和彩膜基板可以采用现有的结构。示例性地,如图1和图2所示,在第一基板100上还可以依次形成有遮光金属层101、缓冲层102、半导体材料层103、栅极绝缘层104、栅极105、层间绝缘层106、源/漏电极层107、钝化保护层108和平坦化层109,可以由半导体材料层103、栅极绝缘层104、栅极105、层间绝缘层106和源/漏电极层107构成TFT结构,像素电极111形成在平坦化层109上并可以与TFT结构的漏电极电连接;在第二基板200上还可以依次形成有黑矩阵201、彩膜层202和所述公共电极203;在第一基板和第二基板之间设置有液晶层400,其由封框胶500密封在公共电极203和像素电极111之间。
图3示出了处于平衡状态的加速度传感器300,其中密闭腔304内的质量块305在两侧的流体的支撑下处于平衡或中立位置,此时质量块305距第一电极301的距离为d1,距第二电极302的距离为d2;图4示出了处于工作状态的加速度传感器300,当设置有上述显示面板的电子设备,例如,诸如智能手机的移动终端,运动时,在加速度传感器的密封腔304内的质量块305能够响应于这种运动而在腔内滑动时,此时如图4所示,质量块305距第一电极301的距离变为d1+Δd,距第二电极302的距离变为d2-Δd,导致质量块305隔开的第一腔3041和第二腔3042的容积发生变化。根据这两个腔的容积的相对变化,可以计算出相应腔的电容的变化,然后根据电容的变化计算出加速度的相应量值,该量值最终以电信号的形式输出。
在另一个示例中,加速度传感器的围墙和质量块中的至少一个上可以设置有用于检测质量块在密闭腔内的位置的位置检测结构。例如,如图3和4所示,位置检测结构3031形成在围墙303上,其可以是导电结构,如由纳米引线、碳纳米管、银浆等导电材料制成;替换地,位置检测结构可以由掺杂在围墙材料内的导电材料形成,如导电金球。示例性地,通过检测位置检测结构的电特性的变化或通过其与其它导电结构的配合,可以确定质量块在密封腔内的相对位置或状态,进而确定上述容积变化。
根据本发明的一个示例性实施例,还提供了一种制作上述集成有加速度传感器的显示面板的方法。参照图1-4,该方法可以包括下述步骤:
提供第一基板100;
在第一基板100上形成TFT结构和第一电极301;
在第一基板100上形成围墙303,围墙303与第一电极301一起限定具有上部开口的空间;
注入第一流体以填充该空间的一部分,如上述第一腔3042;
将质量块305设置在该空间内以接触并密封第一流体;
提供第二基板200;
在第二基板200上形成第二电极302;
以第一电极301和第二电极302彼此面对的方式将第一基板100和第二基板200对盒密封,使得围墙303与第一电极301和第二电极302一起限定一密闭腔304,质量块305将该密闭腔304分隔成彼此隔离的第一腔3041和第二腔3042,第一流体填充在第一腔3041内;以及
向第二腔3042内注入第二流体并密封第一腔3042,第一流体和第二流体允许质量块305在受到加速度影响时能够沿着围墙303在第一基板100和第二基板200之间自由移动以改变第一腔3041和第二腔3042的容积。
在一个示例中,可以由同一导电材料同时在第一基板100上形成所述第一电极301和与TFT结构的源极或漏极电连接的像素电极111或阳极;和/或,可以由同一导电材料在第二基板200上同时形成所述第二电极302和显示面板的公共电极203或阴极。
在一个示例中,可以由光刻胶材料通过构图工艺形成围墙303。例如,围墙303可以与封框胶500由相同的材料同时形成。在另一个示例中,质量块305可以由硅、石英等材料预先形成,然后安装在腔304内。在又一个示例中,填充密封腔304的第一和第二流体可以包括粘性低或基本上无粘性的材料。例如,第一流体可以是超流体材料,而第二流体可以是氮气。
根据本发明的另一个方面,在显示面板中还可以通过半导体工艺集成压力传感器。图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的压力传感器的基本结构,图6-12示出了根据本发明的示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的布置。
如图5所示,压力传感器主要包括第一电极10、第二电极11、以及位于第一电极10和第二电极11之间的至少一个密闭的微腔12,微腔12之间可以通过设置在第一电极10和第二电极11之间的腔壁或间隔壁13彼此隔开。在一个优选示例中,第一电极10和第二电极11中的至少一个可以由石墨烯材料形成。可替换地,第一电极10和第二电极11中的一个由石墨烯材料形成,而另一个由诸如碳纳米管、ITO等之类的合适的导电材料制成。在具有这种结构的压力传感器中,由石墨烯材料形成的一个电极作为压力传感器的压力敏感结构,而另一个电极用作压力传感器的电信号采集元件,当压力作用在石墨烯材料层上时,第一和第二电极之间的间距会发生变化,因此二者之间的电容产生变化,根据这种电容变化可计算出压力的大小。
图6示出了根据本发明的第三示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构。如图所示,该显示面板是LCD显示面板,包括第一基板100、第二基板200和集成在第二基板200上的压力传感器600,第一基板100和第二基板200通过封框胶500对盒密封,以在其间密封液晶层400。可以理解,在显示面板是OLED显示面板的情况下,压力传感器可以集成在OLED显示面板的TFT阵列基板上或封装盖板上。
压力传感器600具有与图5中示出的压力传感器类似的结构,包括第一电极601、第二电极602、以及位于第一电极601和第二电极602之间的至少一个密闭的微腔603,微腔603之间可以通过设置在第一电极601和第二电极602之间的腔壁或间隔壁604彼此隔开。优选地,第一电极601和第二电极602中的至少一个可以由石墨烯材料形成。
在图6示出的实施例中,显示面板还包括形成在第二基板200上的黑矩阵层201、彩膜层202、以及覆盖在黑矩阵层201和彩膜层202上的公共电极203,压力传感器600位于第二基板200的表面与黑矩阵层201和彩膜层202之间,基本上占据显示面板的整个屏幕区域。如图6所示,在压力传感器600的第二电极602与公共电极203之间设置有绝缘层204,以将第二电极602与公共电极203电隔离。当然,在压力传感器的第二电极与公共电极之间可以不设置任何绝缘层,二者直接接触或共用,如图8-11所示;在这种情况下,可以采用时分复用方式控制接触或共用的电极分别起压力传感器的第二电极和显示面板的公共电极的作用,即分别实现显示功能和压力检测功能。
在一个示例中,腔壁或间隔壁604由树脂或光刻胶材料通过构图工艺形成。可替换地,腔壁或间隔壁604可以由形成黑矩阵层201和彩膜层202的材料层中的一个或多个通过构图工艺形成,和/或绝缘层204也可以由形成黑矩阵层201和彩膜层202的材料层中的一个或多个通过构图工艺形成,如图7-11所示。
在图7-11中示出的实施例中,与图6中示出的实施例相同或相似的结构或部分由相同或相似的附图标记指示。以下将仅描述图7-11中示出的实施例与图6中示出的实施例之间的差异。
在图7中示出的实施例中,压力传感器600’集成在第二基板200上,占据显示面板的屏幕的一部分,彩膜层202包括蓝色滤光器图案2021、红色滤光器图案2022和绿色滤光器图案2023,其中将微腔603彼此隔开的腔壁或间隔壁604’由形成黑矩阵层201的材料形成,即间隔壁604’和黑矩阵层201可以由相同的材料同时形成;此外,将第二电极602与公共电极203电隔离的绝缘层204’由形成蓝色滤光器图案2021、红色滤光器图案2022和绿色滤光器图案2023的材料层层叠形成。
在图8中示出的实施例中,压力传感器600’集成在第二基板200上,占据显示面板的屏幕的一部分,其中将微腔603彼此隔开的腔壁或间隔壁604’由形成黑矩阵层201的材料形成;此外,第二电极602与公共电极203直接层叠接触,可通过时分复用方式实现对这两个电极的控制。
在图9中示出的实施例中,压力传感器600’集成在第二基板200上,占据显示面板的屏幕的一部分,其中将微腔603彼此隔开的腔壁或间隔壁604’由形成黑矩阵层201的材料形成;此外,第二电极602’与公共电极203共用,即公共电极203在压力传感器600’所在区域内的部分用作第二电极602’,可通过时分复用方式实现对共用电极的控制。
在图10中示出的实施例中,压力传感器600”集成在第二基板200上,占据显示面板的屏幕的一部分,其中将微腔603彼此隔开的腔壁或间隔壁604”由形成黑矩阵层201和彩膜层202(包括蓝色滤光器图案2021、红色滤光器图案2022和绿色滤光器图案2023)的材料层层叠形成;此外,第二电极602与公共电极203直接层叠接触,通过时分复用方式对共用电极的控制。
在图11中示出的实施例中,压力传感器600”集成在第二基板200上,占据显示面板的屏幕的一部分,其中将微腔603彼此隔开的腔壁或间隔壁604”由形成黑矩阵层201和彩膜层202(包括蓝色滤光器图案2021、红色滤光器图案2022和绿色滤光器图案2023)的材料层层叠形成;此外,第二电极602”与公共电极203共用,即公共电极203在压力传感器600”所在区域内的部分用作第二电极602”,可通过时分复用方式实现对共用电极的控制。
可以理解,可以由形成显示面板的其它部分的材料层以多种组合制作压力传感器的第一和第二电极、腔壁或间隔壁和/或所述绝缘层,从而简化工艺。当然,也可以采用单独的合适材料来形成压力传感器的第一和第二电极、腔壁或间隔壁和/或所述绝缘层。
图12示出了根据本发明的另一个示例性实施例的集成有压力传感器的显示面板的结构。如图所示,该显示面板是LCD显示面板,包括第一基板100和第二基板200;在第一基板100上可以依次形成有遮光金属层101、缓冲层102、半导体材料层103、栅极绝缘层104、栅极105、层间绝缘层106、源/漏电极层107、钝化保护层108和平坦化层109,可以由半导体材料层103、栅极绝缘层104、栅极105、层间绝缘层106和源/漏电极层107构成TFT结构,像素电极111形成在平坦化层109上并可以与TFT结构的漏电极电连接;在第二基板200上可以依次形成有黑矩阵201、彩膜层202、以及覆盖在黑矩阵201和彩膜层202上的公共电极203;在第一基板100和第二基板200之间设置有液晶层400,其由封框胶500密封在公共电极203和像素电极111之间。
如图12所示,该显示面板包括集成在第一基板100上的压力传感器600”’,其包括第一电极601、第二电极602”’、以及位于第一电极601和第二电极602”’之间的至少一个密闭的微腔603,微腔603之间可以通过设置在第一电极601和第二电极602”’之间的腔壁或间隔壁604”’彼此隔开。在图12中,第一电极601可以由石墨烯材料制成,第二电极602”’和遮光金属层101可以由同一材料层同时形成,腔壁或间隔壁604”’可以由形成缓冲层102的材料层形成。
在一个示例中,腔壁或间隔壁604”’可以由形成TFT结构中包含的绝缘材料层(如栅极绝缘层104和层间绝缘层106)以及形成覆盖TFT结构的绝缘材料层(如钝化保护层108和平坦化层109)中的至少一个的材料制成,并且可以与相应的绝缘材料层同时形成。通过层叠多个绝缘材料层,可以增加微腔603的高度。
根据本发明的另一个示例性实施例,还提供了一种制作上述集成有压力传感器的显示面板的方法。参照图5-12,该方法可以包括下述步骤:
提供一基板;以及
采用半导体工艺在所述基板上形成压力传感器,该压力传感器包括依次布置在所述基板上的第一电极、多个间隔壁和第二电极,以便在第一和第二电极之间形成至少一个密闭的微腔,其中第一和第二电极中的至少一个由石墨烯材料形成,并且微腔的腔壁由间隔壁形成。
在一个示例中,可以由同一材料层在所述基板上同时形成第一电极和遮光金属层。在另一个示例中,形成间隔壁的步骤可以包括形成覆盖遮光金属层和第一电极的缓冲层,并对缓冲层覆盖第一电极的部分进行构图工艺以在该部分中形成具有开口的至少一个凹腔,第二电极覆盖所述开口以形成所述微腔。
可替换地,该方法还可以包括在所述基板上形成TFT结构以及覆盖TFT结构和第一电极的一个或多个绝缘材料层的步骤,其中,形成间隔壁的步骤可以包括对至少一个绝缘材料层覆盖第一电极的部分进行构图工艺,以在该部分中形成具有开口的至少一个凹腔,第二电极覆盖所述开口以形成所述微腔。
示例性地,可以由树脂或光刻胶材料通过构图工艺形成间隔壁。代替地,该方法还可以包括在压力传感器上形成彩膜层和黑矩阵层,并且可以由形成彩膜层和黑矩阵层的材料层中的一个或多个通过构图工艺形成间隔壁。
在一个示例中,该方法还可以包括由形成彩膜层和黑矩阵层的一种或多种材料形成覆盖第二电极的绝缘层,和形成覆盖彩膜层、黑矩阵层以及绝缘层的公共电极。在另一个示例中,可以由同一导电层在所述基板上同时形成第二电极和显示面板的公共电极,或者第二电极和公共电极彼此层叠。
根据本发明的又一个方面,在显示面板中还可以通过半导体工艺集成声波传感器。图13和14图示了根据本发明的示例性实施例的集成有声波传感器的显示面板的结构。
在图13中图示的实施例中,显示面板是LCD显示面板,包括第一基板100和第二基板200;在第一基板100上可以依次形成有遮光金属层101、半导体材料层103、栅极绝缘层104、栅极105、层间绝缘层106、源/漏电极层107、钝化保护层108和平坦化层109;在第二基板200上可以依次形成有黑矩阵201、彩膜层202、以及覆盖在黑矩阵201和彩膜层202上的公共电极203;在第一基板100和第二基板200之间设置有液晶层400,其由封框胶500密封在公共电极203和像素电极111之间。在基板100和遮光金属层101之间还可以设置有一个或多个绝缘层112。
如图13所示,声波传感器集成在第一基板100上,包括第一电极701、第二电极702、位于第一电极701和第二电极702之间的背腔703、贯穿第一基板100并连通背腔703和外界环境的微孔704、以及设置在第二电极702上的声波敏感结构705,该声波敏感结构705至少部分地由硅材料制成。第一电极701、第二电极702和背腔703构成一电容器,来自外界环境的声波通过微孔704进入背腔703并引起声波敏感结构705振动或变形,从而引起第一电极701和第二电极702之间的距离产生变化,进而导致电容器的电容变化,由第一电极701和第二电极702感应这种电容变化并输出电信号,从而实现声波信号至电信号的转变。
在图13中,显示面板包括由依次层叠的半导体材料层103、栅极绝缘层104、栅极105、层间绝缘层106、源/漏电极层107构成的顶栅型TFT结构,其中第一电极701和遮光金属层101可以由同一材料层同时形成,半导体材料层103和栅极绝缘层104还依次覆盖在第一电极701上且栅极绝缘层104的至少一部分面向背腔703的内部,第二电极702和栅极105由同一材料层同时形成。微孔704贯穿基板100、绝缘层112、半导体材料层103和栅极绝缘层104以将背腔703与外界环境连通。
在图14中示出的实施例中,显示面板是OLED显示面板,包括底栅型TFT结构,该TFT结构包括依次形成在第一基板100上的栅极105、栅极绝缘层104、半导体材料层103、和源/漏电极层107’,在半导体材料层103和源/漏电极层107’之间还可以形成有掺杂半导体材料层110;第一电极701可以由形成栅极105的材料层形成;半导体材料层103和掺杂半导体材料层110还可以覆盖在第一电极701上,以限定微孔704的一部分;第二电极702和源/漏电极层107’可以由同一材料层同时形成;阳极111’连接在TFT结构的漏极和发光层801之间。例如,半导体材料层103可以由α-Si材料制成,而掺杂半导体材料层110由n+α-Si制成。
在如图13和14所示的示例性实施例中,声波敏感结构705可以包括形成在第二电极702上的三层复合结构,该三层复合结构包括硅材料层7052和将该硅材料层夹在中间的上、下绝缘材料层7051、7053。示例性地,硅材料层7052可以由P型硅材料制成,上、下绝缘材料层7051、7053可以由氧化硅、氮化硅等材料制成。
在一个示例中,背腔703的腔壁可以至少部分地由硅材料制成。如图13和14,背腔703的腔壁706是三层复合结构,其形成在掺杂半导体材料层110上并包括依次层叠绝缘层7061、硅层7062和绝缘层7063。例如,硅层7062可以由P型硅材料制成,绝缘层7061、7063可以由氧化硅、氮化硅等材料制成。
根据本发明的又一个示例性实施例,还提供了一种制作上述集成有声波传感器的显示面板的方法。参照图13和14,该方法可以包括下述步骤:
提供一基板;以及
采用半导体工艺在所述基板上形成TFT结构和声波传感器,该声波传感器包括第一电极、第二电极、位于第一和第二电极之间的背腔、贯穿所述基板并连通背腔和外界环境的微孔、以及设置在第二电极上的声波敏感结构,该声波敏感结构至少部分地由硅材料制成。
在一个示例中,形成TFT结构的步骤可以包括在所述基板上依次形成遮光金属层、半导体材料层、栅极绝缘层、栅极、层间绝缘层和源/漏电极层,其中第一电极和遮光金属层可以由同一材料层同时形成,半导体材料层和栅极绝缘层还可以依次覆盖在第一电极上且栅极绝缘层的至少一部分面向背腔的内部,第二电极和栅极可以由同一材料层同时形成。
可替换地,形成TFT结构的步骤可以包括在所述基板上依次形成栅极、栅极绝缘层、半导体材料层和源/漏电极层,其中第一电极可以由形成栅极的材料层形成,半导体材料层还可以覆盖在第一电极上,以限定微孔的一部分,第二电极和源/漏电极层可以由同一材料层同时形成。
在本发明的又一个方面中,还提供了一种显示装置,其包括上述实施例中提供的显示面板或由上述方法制作的显示面板。该显示装置可以包括液晶显示装置,如液晶电视、手机、电子书、平板电脑等,也可以是OLED显示装置。
在本发明的实施例提供的上述显示面板及其制作方法、以及包括该显示面板的显示装置中,显示面板包括基板和集成在基板上的传感器,该传感器通过与形成显示面板的阵列基板和/或彩膜基板的工艺至少部分地同步的半导体工艺制作完成而集成在显示面板中,从而能够提高传感器的集成度、简化工艺。在显示装置的显示面板中集成各种传感器,如加速度传感器、压力传感器、声波传感器,使得利用传感器的多种应用程序的使用更加方面。例如,加速度传感器可以用于诸如计步之类的运动、显示器件的屏幕的旋转方向切换等应用,还可以用于监测用于摄像头摄像时产生的振动等功能;在移动终端的显示面板中集成声波传感器,可以实现用于语音功能的麦克风或用于监测环境噪声;或者,在移动终端的显示面板中集成压力传感器,可以用于环境气压或高度的监测等应用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (36)
1.一种显示面板,其特征在于,该显示面板包括:第一基板;与第一基板相对设置的第二基板;和通过半导体工艺集成在第一基板和第二基板之间的传感器。
2.根据权利要求1所述的显示面板,其特征在于,所述传感器是用于感测所述显示面板的加速度的加速度传感器,该加速度传感器包括:
形成在第一基板上的第一电极;
形成在第二基板上的第二电极;
位于第一基板和第二基板之间的围墙,该围墙与第一电极和第二电极一起限定一密闭腔;
质量块,设置在该密闭腔内以将该密闭腔分隔成彼此隔离的第一腔和第二腔,并能够沿着围墙在第一基板和第二基板之间移动以改变第一腔和第二腔的容积;和
第一流体和第二流体,分别填充第一腔和第二腔以允许质量块在密闭腔内自由移动。
3.根据权利要求2所述的显示面板,其特征在于,显示面板是液晶显示面板,所述液晶显示面板包括形成在第一基板上的像素电极和形成在第二基板上的公共电极,第一电极和像素电极由同一导电层同时形成,第二电极和公共电极由同一导电层同时形成;
或者
显示面板是有机发光二极管显示面板,所述有机发光二极管显示面板包括形成在第一基板上的阳极和靠近第二基板一侧形成的阴极,第一电极和阳极由同一导电层同时形成,第二电极和阴极由同一导电层同时形成。
4.根据权利要求2所述的显示面板,其特征在于,围墙的内壁设置有导轨,质量块被设置成能够沿着导轨在密闭腔内移动。
5.根据权利要求2所述的显示面板,其特征在于,围墙和质量块中的至少一个设置有用于检测质量块在密闭腔内的位置的位置检测结构。
6.根据权利要求1所述的显示面板,其特征在于,传感器是用于感测施加至显示面板的压力的压力传感器,该压力传感器包括形成在第一基板上的第一电极、与第一电极相对设置的第二电极、以及位于第一电极和第二电极之间的间隔壁,第一电极、第二电极和间隔壁一起限定至少一个密闭的微腔,第一电极和第二电极中的至少一个由石墨烯材料形成。
7.根据权利要求6所述的显示面板,其特征在于,该显示面板包括形成在所述第一基板上的遮光金属层和覆盖遮光金属层的缓冲层,所述第一电极由石墨烯材料形成,所述第二电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,所述间隔壁由形成缓冲层的材料层形成。
8.根据权利要求6所述的显示面板,其特征在于,该显示面板包括形成在所述第一基板上的TFT结构以及覆盖TFT结构的一个或多个绝缘材料层,所述间隔壁由形成所述一个或多个绝缘材料层中的至少一个绝缘材料层形成。
9.根据权利要求8所述的显示面板,其中,所述一个或多个绝缘材料层包括层问绝缘层、钝化保护层和平坦化层中的至少一种。
10.根据权利要求6所述的显示面板,其特征在于,该显示面板包括形成在所述第二基板上的彩膜层和黑矩阵层,压力传感器位于所述第二基板与彩膜层和黑矩阵层之间。
11.根据权利要求10所述的显示面板,其特征在于,所述间隔壁由光刻胶材料通过构图工艺形成。
12.根据权利要求10所述的显示面板,其特征在于,所述间隔壁由形成彩膜层和黑矩阵层的材料层中的一个或多个通过构图工艺形成。
13.根据权利要求10所述的显示面板,其特征在于,显示面板还包括覆盖彩膜层和黑矩阵层的公共电极,所述第一电极形成在第二基板的表面上,所述第二电极通过由形成彩膜层和黑矩阵层的一种或多种材料构成的绝缘层与公共电极电隔离。
14.根据权利要求10所述的显示面板,其特征在于,显示面板还包括覆盖彩膜层和黑矩阵层的公共电极,所述第一电极形成在第二基板的表面上,所述第二电极和公共电极由同一导电层同时形成。
15.根据权利要求1所述的显示面板,其特征在于,传感器是用于感测外部环境的声波的声波传感器,该声波传感器包括形成在第一基板上的第一电极、与第一电极相对设置的第二电极、位于第一电极和第二电极之间的背腔、贯穿所述第一基板并连通背腔和外部环境的微孔、以及设置在第二电极上的声波敏感结构,所述声波敏感结构至少部分地由硅材料制成。
16.根据权利要求15所述的显示面板,其特征在于,该显示面板还包括形成在所述第一基板上的遮光金属层和形成在遮光金属层上的顶栅型TFT结构,所述顶栅型TFT结构包括依次形成在所述遮光金属层上的半导体材料层、栅极绝缘层和栅极,所述第一电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,半导体材料层和栅极绝缘层还依次覆盖在第一电极上且栅极绝缘层的至少一部分面向背腔的内部,所述第二电极和栅极由同一材料层同时形成。
17.根据权利要求15所述的显示面板,其特征在于,该显示面板还包括形成在所述第一基板上的底栅型TFT结构,所述底栅型TFT结构包括依次形成在所述第一基板上的栅极、栅极绝缘层、半导体材料层、和源/漏电极层,所述第一电极和栅极由同一材料层同时形成,半导体材料层还覆盖在第一电极上,所述第二电极和源/漏电极层由同一材料层同时形成。
18.根据权利要求15所述的显示面板,其特征在于,所述声波敏感结构包括形成在第二电极上的三层复合结构,该三层复合结构包括硅材料层和将该硅材料层夹在中间的上、下绝缘材料层。
19.根据权利要求15所述的显示面板,其特征在于,该显示面板还包括位于第一电极和第二电极之间且与第一电极和第二电极一起限定背腔的腔壁,该腔壁至少部分地由硅材料形成。
20.一种显示装置,包括如权利要求1-19中的任一项所述的显示面板。
21.一种制作集成有加速度传感器的显示面板的方法,包括下述步骤:
提供第一基板;
在第一基板上形成TFT结构和第一电极;
在第一基板上形成围墙,围墙与第一电极一起限定具有上部开口的空间;
注入第一流体以填充该空间的一部分;
将质量块设置在该空间内以接触并密封第一流体;
提供第二基板;
在第二基板上形成第二电极;
以第一电极和第二电极彼此面对的方式将第一基板和第二基板对盒密封,使得围墙与第一电极和第二电极一起限定一密闭腔,质量块将该密闭腔分隔成彼此隔离的第一腔和第二腔,第一流体填充在第一腔内;以及
向第二腔内注入第二流体并密封第二腔,第一流体和第二流体允许质量块在受到加速度影响时能够沿着围墙在第一基板和第二基板之间自由移动以改变第一腔和第二腔的容积。
22.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,在第一基板上形成第一电极的步骤包括:由同一导电材料同时在第一基板上形成所述第一电极和与TFT结构的源极或漏极电连接的像素电极,和/或
在第二基板上形成第二电极的步骤包括由同一导电材料在第二基板上同时形成所述第二电极和显示面板的公共电极。
23.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,在第一基板上形成第一电极的步骤包括:由同一导电材料同时在第一基板上形成所述第一电极和与TFT结构的源极或漏极电连接的有机发光二极管的阳极,和/或
在第一基板上形成第二电极的步骤包括由同一导电材料在第一基板上同时形成有机发光二极管的阴极。
24.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,在第一基板上形成围墙的步骤包括由光刻胶材料通过构图工艺形成围墙。
25.一种制作集成有压力传感器的显示面板的方法,包括下述步骤:
提供相对设置的第一基板和第二基板;以及
采用半导体工艺在所述第一基板和第二基板之间形成压力传感器,包括在所述第一基板或第二基板上依次形成第一电极、多个间隔壁和第二电极,以便在第一电极和第二电极之间形成至少一个密闭的微腔,其中第一电极和第二电极中的至少一个由石墨烯材料形成。
26.根据权利要求25所述的方法,其特征在于
形成第一电极的步骤包括由同一材料层在所述第一基板上同时形成第一电极和遮光金属层,
形成间隔壁的步骤包括形成覆盖遮光金属层和第一电极的缓冲层,并对缓冲层覆盖第一电极的部分进行构图工艺以在该部分中形成具有开口的至少一个凹腔,并且
第二电极覆盖所述开口以形成所述微腔。
27.根据权利要求25所述的方法,其特征在于,该方法还包括在所述第一基板上形成TFT结构以及覆盖TFT结构和第一电极的一个或多个绝缘材料层的步骤,其中,形成间隔壁的步骤包括对至少一个绝缘材料层覆盖第一电极的部分进行构图工艺,以在该部分中形成具有开口的至少一个凹腔,第二电极覆盖所述开口以形成所述微腔。
28.根据权利要求25所述的方法,其特征在于,压力传感器形成在第二基板上,该方法还包括在第二基板上形成覆盖压力传感器的彩膜层和黑矩阵层。
29.根据权利要求28所述的方法,其特征在于,该方法还包括由形成彩膜层和黑矩阵层的一种或多种材料形成覆盖第二电极的绝缘层,和形成覆盖彩膜层、黑矩阵层以及绝缘层的公共电极。
30.根据权利要求25所述的方法,其特征在于,该方法还包括在所述第二基板上形成彩膜层和黑矩阵层,其中由形成彩膜层和黑矩阵层的材料层中的一个或多个通过构图工艺形成间隔壁。
31.根据权利要求25所述的方法,其特征在于,由同一导电层在所述第二基板上同时形成第二电极和显示面板的公共电极。
32.一种制作集成有声波传感器的显示面板的方法,包括下述步骤:
提供一基板;以及
采用半导体工艺在所述基板上形成TFT结构和声波传感器,该声波传感器包括第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的背腔、贯穿所述基板并连通背腔和外部环境的微孔、以及设置在第二电极上的声波敏感结构,该声波敏感结构至少部分地由硅材料制成。
33.根据权利要求32所述的方法,其特征在于,形成TFT结构的步骤包括依次在所述基板上形成遮光金属层、半导体材料层、栅极绝缘层和栅极,其中第一电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,半导体材料层和栅极绝缘层还依次覆盖在第一电极上且栅极绝缘层的至少一部分面向背腔的内部,第二电极和栅极由同一材料层同时形成。
34.根据权利要求32所述的方法,其特征在于,形成TFT结构的步骤包括依次在所述基板上形成遮光金属层、半导体材料层、栅极绝缘层和栅极,其中第一电极和遮光金属层由同一材料层同时形成,半导体材料层和栅极绝缘层还依次覆盖在第一电极上且栅极绝缘层的至少一部分面向背腔的内部,第二电极和栅极由同一材料层同时形成。
35.根据权利要求32所述的方法,其特征在于,声波敏感结构是通过依次在第二电极上形成下绝缘材料层、硅材料层和上绝缘材料层而形成的。
36.根据权利要求32所述的方法,其特征在于,由硅材料至少部分地形成背腔的腔壁。
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