CN109742095B - 一种光电器件以及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电器件以及应用该光电器件的电子装置。该光电器件包括感光元件、绝缘层以及量子点阵列层。量子点阵列层用于将入射光处理为包含不同光信息的多路光线，感光元件用于将光信息转换为电信号，绝缘层设置在感光元件与量子点阵列层之间，用于避免量子点阵列层影响感光元件的电性能。本发明将量子点阵列层直接设置在绝缘层的表面，从而不同量子点单元射出的光不容易发生混光，有利于提高光电器件的灵敏度以及应用该光电器件的电子设备的测量准确性。

Description

一种光电器件以及电子装置

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种光电器件以及应用该光电器件的电子装置。

背景技术

光谱仪器是用来研究和分析物质的光谱的装置，光谱技术利用光线在被测试样内部的吸收、反射以及散射等特征来实现对样品参数的检测。利用光谱仪对光进行测量的两个关键步骤分别为(1)对光线进行分解，将其分解为不同波段的光线；(2)将光信息转变为电信号。

目前，普遍采用光栅对光线进行分解，使不同波长的光在空间上相互分离，然后照射到不同空间位置的光电响应结构上，实现光信息到电信号的转变。

最近，科学家提出了一种量子点光谱仪，通过调节量子点的组分或者尺寸，可以在很高的精度上调节量子点对光的吸收能力，因此可利用不同量子点对光的选择性吸收实现对光线的分解。在电荷耦合器(CCD)的像素阵列前设置薄膜，该薄膜包括不同量子点结构组成的点阵，单个点阵上“点”对应CCD上的一个或多个像素点，透过不同“点”的光存在差异，利用CCD对接收的光信息重构后，通过数据采集及处理后，即可得到所测光线的光谱。

但是，由于量子点阵列薄膜与CCD相互分离，经过量子点阵列过滤后的光线需要通过一定距离之后才能抵达CCD，期间有概率发生因散射引起的混光，导致光谱仪测量精度下降。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光电器件，其包括用于分解光线的多个量子点单元，经过不同量子点单元的光发生混光的可能性小。

本发明的另一个目的在于提供一种应用上述光电器件的电子装置。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种光电器件，包括感光元件，所述感光元件包括多个像素单元，每一所述像素单元具有一进光面，到达所述进光面的光线经过所述像素单元发生光电转换，所述光电器件还包括绝缘层以及量子点阵列层，所述绝缘层覆盖各所述像素单元的进光面，所述绝缘层允许光线透过，所述量子点阵列层包括多个相互分离的量子点单元，各所述量子点单元设于所述绝缘层表面，每一所述量子点单元与至少一所述像素单元的进光面相对，各所述量子点单元适于吸收特定波长的光。

进一步地，所述量子点阵列层还包括设于相邻所述量子点单元之间的隔离结构，所述隔离结构将各所述量子点单元分隔。

进一步地，所述隔离结构的透光率小于10％，优选地，所述隔离结构不透光，更优选地，所述隔离结构反光。

进一步地，所述量子点阵列层还包括设于所述量子点单元上的封装层，所述封装层将所述量子点单元封装在所述隔离结构形成的容纳腔内，所述封装层允许光线透过。

进一步地，所述封装层包括一层或多层，所述封装层的材料为有机封装材料、无机封装材料中的一种或组合。

根据一个优选实施方式，所述量子点单元由量子点墨水固化形成，所述量子点墨水包括树脂分散体以及分散在所述树脂分散体中的所述量子点，所述量子点墨水中量子点的质量分数为1％～90％。

根据另一个优选实施方法，所述量子点单元包括液态的分散介质以及分散在所述分散介质中的量子点。

根据一个优选实施例，所述像素单元包括依次设置的第一电极、P区、I区、N区以及第二电极，所述第一电极在与所述P区对应的位置形成一所述进光面或者所述第二电极在于所述N区对应的位置形成一所述进光面。

根据另一个优选实施例，所述像素单元包括基极、设置在所述基极上的p区、设于所述p区上的两个n区、分别设于两个所述n区上的源极和漏极、设于两个所述n区之间的氧化物层以及设于所述氧化物层上的栅极，所述基极或所述栅极的面为所述进光面。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种电子装置，包括本发明的上述光电器件。

进一步地，所述光电器件的各量子点单元适于吸收不同波长的光。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：光线经过本发明的光电器件的各量子点单元后，不容易发生混光，从而本发明的光电器件的测量准确性好。

附图说明

图1为本发明光电器件的第一个实施例的示意图；

图2为本发明光电器件的第二个实施例的示意图；

图3为本发明光电器件的第三个实施例的示意图；

图4为本发明光电器件的第四个实施例的示意图；

图5为本发明的感光元件的像素单元的一个实施例的示意图；

图6为本发明的光电器件的一个实施例的部分示意图；

图7为本发明的光电器件的另一个实施例的部分示意图；

图8为本发明的感光元件的像素单元的另一个实施例的示意图；

图中：1、感光元件；11(11A)、像素单元；111、第一电极；112、P区；113、I区；114、N区；115、第二电极；111A、栅极；112A、基极；10、进光面；2、绝缘层；21、绝缘层单元；3、量子点阵列层；31、量子点单元；32、隔离结构；33、封装层；331、封装层单元。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-4所示的示例性实施例，本发明的一种光电器件包括感光元件1、绝缘层2以及量子点阵列层3。量子点阵列层3用于将入射光处理为包含不同光信息的多路光线，感光元件1用于将多路光线的光信息转换为电信号，绝缘层2设置在感光元件1与量子点阵列层3之间，用于避免量子点阵列层3影响感光元件1的电性能。感光元件1包括多个像素单元11，每一像素单元11具有一进光面10，到达进光面10的光线经过像素单元11发生光电转换。

绝缘层2覆盖各像素单元11的进光面10，绝缘层2具有一定的透光率，以允许光线透过绝缘层2到达进光面10。在一些实施例中，绝缘层2的材料为绝缘高分子材料，绝缘层2的透光率大于90％。需要解释的是，该绝缘层不会发生选择性吸收光线并转换光线。

光电器件还包括量子点阵列层3，量子点阵列层3包括多个相互分离的量子点单元31，各个量子点单元31适于吸收特定波长的光，不同的量子点单元31吸收不同波长的光，各量子点单元31设置于绝缘层2的表面，每一量子点单元31与至少一像素单元11的进光面10相对，从而射向光电器件的光线在到达进光面10前，首先经过与该进光面10相对的量子点单元31，量子点单元31将光线中相应波长的光吸收，未被吸收的光透过绝缘层2到达进光面10，进而由像素单元11将光线的光信息转换为电信号，将多个像素单元11得到的光信息进行整合，即可得到入射光的光谱信息。

本发明将各个量子点单元31直接设置在绝缘层2的表面，从而不同量子点单元31射出的光不容易发生混光，另外，各个量子点单元31相互独立地设置，由量子点单元31的横向导光而产生混光的可能性也较小。总之，入射光经过本发明的光电器件的多个量子点单元31后，发生混光的可能性小，光电器件检测光信息的准确性高。

感光元件1包括但不限于CCD图像传感器、MOS图像传感器、COMS图像传感器。感光元件1的像素单元11的具体结构以及工作原理有多种类型，本领域的技术人员可以理解的是，不论像素单元11的具体结构以及工作原理如何，作为实现光电转换的器件，其像素单元11必然存在进光面10，以实现对光线的接收。对于某种结构的像素单元11，进光面10的具体位置可能有多种，本发明并不限制进光面10在像素单元11上的具体位置。本发明的实施例以及附图中所示的像素单元11的结构，仅为示例性的举例。

在感光元件1的一个实施例中，像素单元11为PIN结构，如图5所示，像素单元11包括依次设置的第一电极111、P区112、I区113、N区114以及第二电极115。第一电极111在与P区112对应的位置处形成一进光面10，至少一部分第一电极111与P区112接触。值得一提的是，进光面10也可以形成在第二电极115与N区114相对的位置处。P区代表P型半导体，I区代表本征半导体，N区代表N型半导体。

图6、7显示了像素单元11为PIN结构时，绝缘层2以及量子点阵列层3与像素单元11对应结构的示意图。图中显示了一个量子点单元31与一个像素单元11的进光面10相对的实施方式，本领域的技术人员可以理解的是，一个量子点单元31也可以与多个像素单元11的进光面10相对。

在感光元件1的另一个实施例中，像素单元11A为MOS结构，如图8所示，像素单元11A包括基极112A、设置在基极112A上的p区、设于p区上的两n区、分别设于两n区上的源极和漏极、设于两n区之间的氧化物层以及设于氧化物层上的栅极111A，进光面10可以为栅极111A的表面或者基极112A的表面。

绝缘层2可以完全覆盖各像素单元11的表面，也可以只覆盖各像素单元11的部分表面。

在绝缘层2的一个实施方式中，如图2、4所示，绝缘层2包括多个相互独立的绝缘层单元21，绝缘层单元21仅覆盖每一像素单元11的进光面10，并不覆盖像素单元11的进光面10外围的非进光面。

在绝缘层2的另一个实施方式中，如图1、3所示，绝缘层2覆盖各个像素单元11的进光面10以及非进光面，绝缘层2形成一整体。

在量子点阵列层3的一些实施方式中，如图2所示，各量子点单元31由量子点墨水固化形成，固化后相邻的量子点单元31之间具有间隔，从而各量子点单元31独立。量子点墨水包括树脂分散体以及分散在树脂分散体中的量子点。绝缘层2包括多个独立的绝缘层单元21，绝缘层单元21覆盖每一像素单元11的进光面10，绝缘层单元21表面的高度不超过像素单元11非进光面的高度。树脂分散体的亲水性与绝缘层单元21的亲水性相同，各像素单元11不被绝缘层单元21覆盖的非进光面的亲水性与树脂分散体的亲水性相反，因此当量子点墨水设置在各个独立的绝缘层单元21上时，绝缘层单元21以外的区域对量子点墨水的疏水性避免了量子点墨水的扩散，从而量子点墨水被限定在各个绝缘层单元21的范围之内，量子点墨水固化后即形成多个相互分离的量子点单元31。上述量子点墨水中量子点的质量分数为1％～90％。本发明所说的量子点墨水的固化包括但不限于干燥、热固化、光固化。需要说明的是，“量子点墨水”的名称只代表其具有流动性，并非代表其必定如普通墨水一般具有良好的流动性。

在量子点阵列层3的另一些实施方式中，如图1、3、4、6、7所示，量子点阵列层3还包括设于各相邻量子点单元31之间的隔离结构32，隔离结构32将量子点单元31限定在与进光面10相对的位置，同时使得相邻的量子点单元31分隔。换句话说，隔离结构32在与进光面10相对的位置形成多个独立的容纳腔，各量子点单元31设置在各个容纳腔内。

在一些实施例中，形成量子点单元31的材料通过打印的方式填充进各容纳腔内。在另一些实施方式中，量子点墨水在别的基板上先固化形成，然后通过转印的方式设置在绝缘层单元21上。

在隔离结构32的一些实施方式中，隔离结构32设置在绝缘层2上，如图1、3、7所示。

在隔离结构32的另一些实施方式中，隔离结构32设置在像素单元11未被绝缘层2覆盖的表面上，如图4、6所示。在图6所示的实施例中，隔离结构32设置在像素单元11的第一电极111的表面，当然，隔离结构32与第一电极111之间也可以设置用于保护电极的保护层。

隔离结构32可以透光也可以不透光。为了减少相邻量子点单元31之间发生混光的可能性，隔离结构32选用透光率小于10％的材料，优选地，隔离结构32不透光。

进一步，如图3、4、6、7所示，量子点阵列层3还包括封装层33，封装层33设置在量子点单元31上，用于将量子点单元31封装在隔离结构32形成的容纳腔内，封装层33可以起到水氧阻隔的作用，提升量子点单元31的使用寿命。封装层33具有一定的透光能力，以保证入射光可以透过封装层33进入量子点单元31。

在封装层33的一些实施方式中，封装层33包括多个独立的封装层单元331，每一封装层单元331覆盖在一量子点单元31上，如图4所示。

在封装层33的另一些实施方式中，封装层33整体地覆盖在各量子点单元31以及隔离结构32上，如图3所示。

封装层33可以采用有机封装材料，如有机硅、聚酰亚胺，也可以采用无机封装材料，如氧化铝、二氧化硅等。封装层33可以是单层也可以是多层，当封装层33为多层时，可以由不同种类的封装材料交替层叠形成。

在量子点单元31的一个实施方式中，量子点单元31包括提纯的量子点材料，提纯的量子点材料填充在由隔离结构32形成的容纳腔内，封装层33设置在量子点材料上，将量子点材料封装在容纳腔内，从而量子点材料被限定在与进光面10相对的区域内。

在量子点单元31的另一个实施方式中，量子点单元31由量子点墨水固化形成，量子点墨水包括树脂分散体以及分散在树脂分散体中的量子点，量子点墨水中量子点的质量分数为1％～90％。量子点墨水的固化包括但不限于干燥、热固化、光固化。值得一提的是，树脂分散体具有一定的透光能力。

在量子点单元31的再一个实施方式中，量子点单元31为液态，其包括液态的分散介质以及分散在分散介质中的量子点。作为分散介质的材料具有一定的透光能力，分散介质可以选自但不限于以下一种或多种：烷烃、甲苯、氯苯、苯甲酸乙酯、长链醇。

液态的量子点单元31设置在隔离结构32形成的容纳腔内，封装层33设置在量子点单元31上，从而将液态的量子点单元31封装在容纳腔内。量子点单元31液体化的好处是：在液体状态下，量子点的吸收谱不会发生改变，能够更精确地控制吸光精度。

液态的量子点单元31可以参考以下方法制备：首先在感光元件1上设置绝缘层2，绝缘层2将各个像素单元11的进光面10覆盖；然后在绝缘层2表面或者未被绝缘层2覆盖的像素单元11的表面上设置隔离结构32，隔离结构32在与各个进光面10对应的区域处形成容纳腔；将包含量子点以及液体分散介质的墨水打印到各容纳腔内，保证液面高度不超过容纳腔的高度；然后将封装材料设置在各个量子点单元31上形成封装层33，液态的量子点单元31即被封装在容纳腔内。

值得一提的是，形成封装层33的封装材料或者封装层33与量子点单元31接触的封装材料不溶于液态的分散介质并且不与分散介质反应。

本发明还提供一种电子装置，包括本发明的上述光电器件。

在一些实施例中，光电器件中的各量子点单元适于吸收不同波长的光。

本发明的电子装置可以是但不限于量子点光谱仪。量子点光谱仪利用本发明的光电器件对待测光线进行分解，并将分解后的光信息转换为电信号。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种光电器件，包括感光元件，所述感光元件包括多个像素单元，每一所述像素单元具有一进光面，到达所述进光面的光线经过所述像素单元发生光电转换，其特征在于，所述光电器件还包括绝缘层以及量子点阵列层，所述绝缘层覆盖各所述像素单元的进光面，所述绝缘层允许光线透过，所述量子点阵列层包括多个相互分离的量子点单元，各所述量子点单元设于所述绝缘层表面，每一所述量子点单元与至少一所述像素单元的进光面相对，各所述量子点单元适于吸收特定波长的光；

所述量子点单元由量子点墨水固化形成，所述量子点墨水包括树脂分散体以及分散在所述树脂分散体中的量子点；

所述绝缘层包括多个独立的绝缘层单元，所述绝缘层单元覆盖每一所述像素单元的所述进光面，所述绝缘层单元表面的高度不超过所述像素单元非进光面的高度，所述树脂分散体的亲水性与所述绝缘层单元的亲水性相同，各所述像素单元不被所述绝缘层单元覆盖的非进光面的亲水性与所述树脂分散体的亲水性相反；所述绝缘层的材料为绝缘高分子材料。

2.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于，所述量子点阵列层还包括设于所述量子点单元上的封装层和设于相邻所述量子点单元之间的隔离结构，所述封装层将所述量子点单元封装在所述隔离结构形成的容纳腔内，所述封装层允许光线透过。

3.根据权利要求2所述的光电器件，其特征在于，所述封装层包括一层或多层，所述封装层的材料为有机封装材料、无机封装材料中的一种或组合。

4.根据权利要求1-3任一所述的光电器件，其特征在于，所述量子点墨水中量子点的质量分数为1％～90％。

5.根据权利要求1-3任一所述的光电器件，其特征在于，所述像素单元包括依次设置的第一电极、P区、I区、N区以及第二电极，所述第一电极在与所述P区对应的位置形成一所述进光面或者所述第二电极在与所述N区对应的位置形成一所述进光面。

6.根据权利要求1-3任一所述的光电器件，其特征在于，所述像素单元包括基极、设置在所述基极上的p区、设于所述p区上的两个n区、分别设于两个所述n区上的源极和漏极、设于两个所述n区之间的氧化物层以及设于所述氧化物层上的栅极，所述基极或所述栅极的表面为所述进光面。

7.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述光电器件。

8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述光电器件的各量子点单元适于吸收不同波长的光。

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