CN107611194A - 光电传感器、阵列基板、显示面板及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种光电传感器、阵列基板、显示面板及显示装置。所述光电传感器用于指纹识别，包括：第一电极层，所述第一电极层不透光；第一透明电极层，与所述第一电极层相对设置，用于接收入射光；光感应层，位于所述第一电极层和所述第一透明电极层之间且包括多个粒径不同的纳米晶硅颗粒。本公开通过采用粒径不同的纳米晶硅颗粒实现对不同波长的光的响应，一方面扩大了光电传感器的光谱响应范围；另一方面提高了光电传感器的光吸收率和光电流信号的强度，进一步提升了指纹识别的精度和识别效率。
Description
技术领域
本公开涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种光电传感器、包含光电传感器的阵列基板、显示面板及显示装置。
背景技术
指纹是每个人与生俱来、区别于他人的不变特征，它是由指端皮肤表面上的一系列脊和谷组成的，随着科学技术的日益发展，指纹识别的应用范围也越来越广，比如侦查、门禁、智能手机、平板电脑、汽车、银行支付等。
现有技术中通常采用光电传感器识别指纹，然而该光电传感器主要响应一个有限波段范围内的可见光，光谱响应峰值较为单一，因此部分被手指反射的光将无法被吸收利用，光电传感器中的光电流信号较弱，导致指纹识别显示器的识别精度和识别效率较低。
鉴于此，需要一种可实现宽光谱响应的光电传感器用于指纹识别，以提高指纹识别显示器的识别精度和识别效率。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种光电传感器、包含光电传感器的阵列基板、显示面板及显示装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面，提供一种光电传感器，用于指纹识别，其特征在于，包括：
第一透明电极层，用于接收入射光；
第一电极层，所述第一电极层不透光，与所述第一透明电极层相对设置；
光感应层，位于所述第一电极层和所述第一透明电极层之间且包括多个粒径不同的纳米晶硅颗粒。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光感应层包括：多个纳米晶硅层，每一所述纳米晶硅层包括一种粒径的所述纳米晶硅颗粒，且各所述纳米晶硅层包含的所述纳米晶硅颗粒的粒径不完全相同。
在本公开的一种示例性实施例中，沿自所述第一透明电极层到所述第一电极层的方向，多个所述纳米晶硅层按照包含的所述纳米晶硅颗粒的粒径按升序层叠排布。
在本公开的一种示例性实施例中，相邻的两所述纳米晶硅层之间设有：连接层，用于串联连接相邻的两所述纳米晶硅层。
在本公开的一种示例性实施例中，相邻的两所述纳米晶硅层之间设有：
第二透明电极层；
第三透明电极层，与所述第二透明电极层相对设置；
绝缘层，位于所述第二透明电极层和第三透明电极层之间。
在本公开的一种示例性实施例中，多个粒径不同的所述纳米晶硅颗粒位于同一纳米晶硅层中。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一透明电极层、第二透明电极层、第三透明电极层为金属或金属氧化物。
根据本公开的第二个方面，提供一种阵列基板，其特征在于，包括：
衬底基板；
形成于所述衬底基板上的薄膜晶体管；以及
根据上述任一项所述的光电传感器，所述光电传感器位于所述阵列基板上并与所述薄膜晶体管电耦合。
根据本公开的第三个方面，提供一种显示面板，其特征在于：包含上述的阵列基板。
根据本公开的第四个方面，提供一种显示装置，其特征在于：包含上述的显示面板。
由上述技术方案可知，本公开示例性实施例中的环境光和温度检测电路至少具备以下优点和积极效果：
由于纳米晶硅颗粒为纳米量级，其表面存在量子限域效应，随着晶粒大小变化，对应光谱响应峰值波长发生变化。因此本公开通过采用至少两种粒径不同的纳米晶硅颗粒，将不同粒径的纳米晶硅颗粒分别形成多个纳米晶硅层进行堆叠或将不同粒径的纳米晶硅颗粒混合形成一纳米晶硅层，当入射光照射到光电传感器中的纳米晶硅颗粒时，小粒径的纳米晶硅颗粒响应短波长的光，大粒径的纳米晶硅颗粒响应长波长的光，一方面扩大了光电传感器的光谱响应范围；另一方面被手指反射的光也会被吸收利用，提高了光吸收率和光电流信号的强度，进一步提高了指纹识别显示器的精度和效率；再一方面，本公开中的光电传感器结构简单，加工方便。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1示出了本公开的示例性实施例中一种光电传感器结构示意图；
图2示出了本公开的示例性实施例中指纹识别的光路图；
图3示出了本公开的示例性实施例中不同粒径的纳米晶硅光电探测器光谱响应峰值示意图；
图4示出了本公开的示例性实施例中一种光电传感器结构示意图；
图5示出了本公开的示例性实施例中一种光电传感器结构示意图；
图6示出了本公开的示例性实施例中一种光电传感器结构示意图
图7示出了本公开的示例性实施例中一种阵列基板的结构示意图；
图8示出了本公开的示例性实施例中一种显示面板的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本示例性实施例中首先提供了一种光电传感器，现参考图1对本公开的光电传感器的结构以及工作过程进行示例性说明。
如图1所示，所述光电传感器100沿入射光方向，从上至下依次包括第一透明电极层101、光感应层102和第一电极层103，所述第一电极层103不透光，其中所述光感应层102位于所述所述第一透明电极层101和第一电极层103之间，并且包括多个粒径不同的纳米晶硅颗粒。
所述第一透明电极101可以采用任意的透明导电材料形成，任意的透明导电材料包括金属材料或金属氧化物材料，所述金属材料可以是Cu、Fe、Ni、Ag、Au或Pt，所述第一透明电极101可以是采用上述金属材料形成的金属纳米线网状导电薄膜；所述金属氧化物材料可以是透明导电氧化物，如FTO、ITO、ZTO等，优选地，所述第一透明电极101为ITO透明电极。
所述光感应层102包括多个纳米晶硅颗粒，位于第一透明电极层101和第一电极层103之间。多个所述纳米晶硅颗粒的粒径可以完全不同，也可以部分相同，优选地，多个所述纳米晶硅颗粒的粒径完全不同。所述光感应层102可以为由多个粒径不同的纳米晶硅颗粒形成的多层结构或单层结构，当所述光感应层102包含多层纳米晶硅层时，每一纳米晶硅层由一种粒径的纳米晶硅颗粒形成，沿自所述第一透明电极层101到所述第一电极层103的方向，多个所述纳米晶硅层按照包含的所述纳米晶硅颗粒的粒径按升序层叠排布；当所述光感应层102为单层结构时，该层同时包含多个粒径不同的纳米晶硅颗粒。
所述第一电极层103与第一透明电极层101相对设置，所述第一电极层103可以采用不透明的金属或金属合金形成。金属可以是Mo、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Fe、Pb等；金属合金可以是Pt-Pb合金、Pt-Au合金、Cu-Fe合金、Ni-Co合金等。所述第一电极层103不透光是用于防止光电传感器100背面的光从所述光电传感器100的背电极进入到光电传感器中，造成光电流变化，对指纹识别的准确性产生影响。
图2示出了所述光电传感器200的工作机理，具体如下：当用户手指按压在屏幕表面时，光源201射出的光线经过棱镜202等结构可以照射在手指的指纹上，由于指纹的谷和脊高度不同，脊与屏幕接触，而谷则与屏幕之间存在充满空气的间隙，从而光线照射在谷和脊的位置后反射的光线也不同，进而通过透镜203入射到光电传感器200的光线也存在差异。入射到光电传感器200的光从第一透明电极层入射，进入光电传感器200内部。由于纳米晶硅颗粒表面存在量子限域效应，能带宽度随着纳米晶硅颗粒尺寸的变化，对应光谱响应峰值波长也发生变化，因此粒径不同的纳米晶硅颗粒响应不同波长的光，如图3所示，其中小粒径的纳米晶硅颗粒响应短波长的光，大粒径的纳米晶硅颗粒响应长波长的光；随着纳米晶硅颗粒对不同波长的光的响应生成不同的光电流，检测元件根据光电流的不同可以确定手指中谷和脊的分布情况，从而确定用户的指纹图像。
本公开中的光电传感器包含多个粒径不同的纳米晶硅颗粒，通过不同粒径的纳米晶硅颗粒对不同光谱峰值波长光的响应，扩大了光电传感器的光谱响应范围，并提升了光电传感器的光吸收率和光电流信号的强度，进一步提高了指纹识别显示器的精度和识别效率。
接下来，针对不同形式的纳米晶硅颗粒的设置，对本公开中的光电传感器结构进行进一步的阐述。
图4示出了光感应层402为双层结构时的光电传感器400的结构。参照图4所示，所述光电传感器400沿入射光方向，从上至下依次包括第一透明电极401、纳米晶硅层402、连接层403、纳米晶硅层404和第一电极层405。其中所述纳米晶硅层402中纳米晶硅颗粒的粒径大于或小于所述纳米晶硅层404中纳米晶硅颗粒的粒径，优选地，所述纳米晶硅层402中纳米晶硅颗粒的粒径小于所述纳米晶硅层404中纳米晶硅颗粒的粒径，这样穿透深度较浅的短波长的光在进入光电传感器400时首先被纳米晶硅层402中的小粒径纳米晶硅颗粒响应，然后穿透深度较大的长波长光线进入纳米晶硅层404，被所述纳米晶硅层404中的大粒径纳米晶硅颗粒响应，扩大了光谱响应范围，提高了光吸收率和光电流强度。其中所述连接层403为透光的导电材料，用于将所述纳米晶硅层402和所述纳米晶硅层404串联连接，并使长波长的光透射进入纳米晶硅层404，所述透光的导电材料可以是本领域所公知的同时具备透光性和导电性的材料，此处不再赘述。
为了保证光电传感器400中光电流方向的一致，可以对光电传感器400施加一外部电压。在所述外部电压的作用下，光电流从纳米晶硅层402传导至第一电极层405，然后传导至检测元件对电信号进行过滤，最终生成指纹图像。
图5示出了另一种光感应层502为双层结构时的光电传感器500的结构。所述光电传感器500沿入射光方向，从上至下依次包括第一透明电极501、纳米晶硅层502、第二透明电极503、绝缘层504、第三透明电极505、纳米晶硅层506和第一电极层507。其中所述纳米晶硅层502中的纳米晶硅颗粒的粒径大于或小于所述纳米晶硅层506中纳米晶硅颗粒的粒径，优选地，所述纳米晶硅层502中的纳米晶硅颗粒的粒径小于所述纳米晶硅层506中纳米晶硅颗粒的粒径。所述第一透明电极、第二透明电极、第三透明电极可以是金属或金属氧化物，优选地，所述透明电极均由ITO形成。所述绝缘层504为本领域常用的绝缘材料，如SiOX、PMMA等，只要保证光线能够透过并起到绝缘作用即可，此处不再赘述。
在该示例性实施例中，纳米晶硅层502和纳米晶硅层506被绝缘层504隔开，因此不需要考虑两层纳米晶硅层中光电流方向是否一致的问题。各个被绝缘层隔开的纳米晶硅结构分别与检测元件电连接，所述电连接的方式可以是本领域所公知的任意的电连接手段，因此此处不再赘述。
本领域技术人员应当理解的是，图4-5所示的光电传感器结构旨在说明本公开的光电传感器的结构和工作原理，而非将本公开限制为包括两个纳米晶硅层，本公开还可以设置多层包含纳米晶硅颗粒的纳米晶硅层，如三层、四层等。当设置多层纳米晶硅层时，各层中所含的纳米晶硅颗粒的粒径互不相同或者不完全相同，优选地，各层所含纳米晶硅颗粒的粒径互不相同，并沿自所述第一透明电极层到所述第一电极层的方向，多个所述纳米晶硅层按照包含的所述纳米晶硅颗粒的粒径大小按升序层叠排布。
图6示出了两种粒径不同的纳米晶硅颗粒设置在同一纳米晶硅层中的光电传感器600的结构。所述光电传感器600沿入射光方向，从上至下依次包括第一透明电极层601、纳米晶硅层602和第一电极层603，所述纳米晶硅层602包含两种粒径不同的纳米晶硅颗粒。其中纳米晶硅层602中的粒径不同的纳米晶硅颗粒可均匀分布或不均匀分布。
本领域技术人员应当理解的是，图6所示的光电传感器结构旨在说明本公开的光电传感器的结构和工作原理，而非将本公开限制为包括两种纳米晶硅颗粒，本公开中还可以设置多种粒径不同的纳米晶硅颗粒，如三种、四种甚至更多，用以进一步扩大光电传感器的光谱响应范围，提高光吸收率和光电流信号的强度。
本公开中的纳米晶硅层采用本领域常用的纳米晶体的生长技术，如PECVD、LPCVD、水热法等。以PECVD法制备纳米晶硅薄膜为例，PECVD制备纳米晶硅薄膜的影响因素有氢稀释率、衬底温度、反应气压、激励功率和激发频率，在实际生产中，本领域技术人员可以通过改变上述参数中的部分参数或全部参数来调控纳米晶硅颗粒的粒径，以获得粒径不同的纳米晶硅颗粒和纳米晶硅层。
进一步的，本示例性实施方式还提供了一种阵列基板，如图7所示，所述阵列基板包含衬底基板701、薄膜晶体管702和光电传感器700，所述薄膜晶体管702位于所述衬底基板701上，所述薄膜晶体管702可以是顶栅结构也可以是底栅结构，优选地为底栅结构；所述光电传感器700为本公开所揭示的光电传感器，其位于所述薄膜晶体管702上，并与薄膜晶体管702的源极或漏极耦接。
所述光电传感器700将被手指反射的光信号转换为电信号，并将所述电信号传输至薄膜晶体管702进行检测，最终获得指纹图像，提高了指纹识别的效率和精度。
进一步的，本示例性实施方式还提供了一种显示面板，该显示面板包含上述的阵列基板。进一步的，所述显示面板还包括：彩膜基板，与所述阵列基板相对设置；液晶层，设置在所述阵列基板和所述彩膜基板之间。参照图8，所述光电传感800可以设置在所述显示面板的边缘(非显示区域)，如显示面板的下侧边中部、右下角、左下角等等，方便了用户的操作，同时提升了用户的舒适度。当然，所述光电传感800也可以设置在所述显示面板的显示区等其他位置，本示例性实施例中并不以此为限。
进一步的，本示例性实施方式还提供了一种显示装置，该显示装置可以包括上述的显示面板。该显示装置具体可以为液晶面板、液晶显示器、液晶电视、有机电致发光显示OLED面板、OLED显示器、OLED电视、电子纸或数码相框等具有任何显示功能的产品或者部件。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方式。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种光电传感器，用于指纹识别，其特征在于，包括：
第一透明电极层，用于接收入射光；
第一电极层，所述第一电极层不透光，与所述第一透明电极层相对设置；
光感应层，位于所述第一电极层和所述第一透明电极层之间且包括多个粒径不同的纳米晶硅颗粒。
2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述光感应层包括：
多个纳米晶硅层，每一所述纳米晶硅层包括一种粒径的所述纳米晶硅颗粒，且各所述纳米晶硅层包含的所述纳米晶硅颗粒的粒径不完全相同。
3.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，沿自所述第一透明电极层到所述第一电极层的方向，多个所述纳米晶硅层按照包含的所述纳米晶硅颗粒的粒径按升序层叠排布。
4.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，相邻的两所述纳米晶硅层之间设有：
连接层，用于串联连接相邻的两所述纳米晶硅层。
5.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，相邻的两所述纳米晶硅层之间设有：
第二透明电极层；
第三透明电极层，与所述第二透明电极层相对设置；
绝缘层，位于所述第二透明电极层和第三透明电极层之间。
6.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，多个粒径不同的所述纳米晶硅颗粒位于同一纳米晶硅层中。
7.根据权利要求1-6任一项所述的光电传感器，其特征在于，所述第一透明电极层、第二透明电极层、第三透明电极层为金属或金属氧化物。
8.一种阵列基板，其特征在于，包括：
衬底基板；
形成于所述衬底基板上的薄膜晶体管；以及
根据权利要求1至7任一项所述的光电传感器，所述光电传感器位于所述阵列基板上并与所述薄膜晶体管电耦合。
9.一种显示面板，其特征在于：包含如权利要求8所述的阵列基板。
10.一种显示装置，其特征在于：包含如权利要求9所述的显示面板。
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