CN109768055B - 感光器件及其制备方法、显示基板、光强度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种感光器件及其制备方法、显示基板、光强度的检测方法，属于显示技术领域，其可至少部分解决现有的感光器件检测的光强的准确性差的问题。本发明的一种感光器件，包括：衬底；位于衬底上的双栅晶体管，双栅晶体管包括第一栅极和第二栅极；用于感光的感光结构，其包括：感光结构层，能够接收外界光线并根据光照强度不同产生相应电荷；分别与感光结构层连接的第一极和第二极，第一极与第一栅极连接。

Description

感光器件及其制备方法、显示基板、光强度的检测方法

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种感光器件及其制备方法、显示基板、光强度的检测方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的高速发展，具有感光器件的产品逐渐进入人们的生活工作中，例如触控移动终端、指纹识别、脉搏检测等。

如图1所示，现有技术中的一种感光器件主要包括感光结构91和晶体管92，感光结构91的一个电极911与晶体管92的源极921连接。其中，感光结构91能够接收外界光线并根据光照强度不同产生不同的电流，并通过该晶体管92输出来用于控制发光器件或者其他器件。

然而，由于感光结构91中感光结构层本身的性质，其接收的不同强度的光照产生的电流的差别不大，因此根据该电流测试出的光强的准确度差。

发明内容

本发明至少部分解决现有的感光器件检测的光强的准确性差的问题，提供一种能够通过光强产生的电流准确的测试出该光强的感光器件。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种感光器件，包括：

衬底；

位于所述衬底上的双栅晶体管，所述双栅晶体管包括第一栅极和第二栅极；

用于感光的感光结构，其包括：

感光结构层，能够接收外界光线并根据光照强度不同产生相应电荷；

分别与所述感光结构层连接的第一极和第二极，所述第一极与所述第一栅极连接。

进一步优选的是，所述双栅晶体管还包括：位于所述衬底上的第一电极，所述第一电极具有两个间隔的连接区以及位于两所述连接区之间的非连接区；位于所述第一电极远离所述衬底一侧、且至少覆盖所述非连接区的第一介质层，在所述连接区处无第一介质层；位于所述第一介质层远离所述衬底一侧、且位于非连接区的第二电极；位于所述第二电极远离所述衬底一侧的有源层，所述有源层覆盖所述第二电极，所述有源层在两个所述连接区与所述第一电极连接；位于所述有源层远离所述衬底一侧的第二介质层；所述第一栅极和所述第二栅极位于所述第二介质层远离所述衬底一侧，且分别对应所述第一电极的两个所述连接区与非连接区的交界。

进一步优选的是，所述第一极与所述第一栅极同层设置且连为一体。

进一步优选的是，所述感光结构层位于所述第一极远离所述衬底一侧；所述第二极位于所述感光结构层远离所述衬底一侧。

进一步优选的是，该感光器件还包括：位于所述第一栅极和所述第一极远离所述衬底一侧的平坦化层，所述平坦化层具有开口，所述感光结构层通过所述开口与所述第一极连接。

进一步优选的是，所述第一栅极和第二栅极同层设置。

进一步优选的是，所述感光结构层为PIN结，所述PIN结包括叠置的P型层、本征层、N型层，所述第一极和第二极中的一者与所述P型层连接，另一者与所述N型层连接。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种感光器件的制备方法，所述感光器件为上述的感光器件，所述方法包括：

在所述衬底上形成所述双栅晶体管和所述感光结构。

进一步优选的是，所述在所述衬底上形成双栅晶体管包括：在所述衬底上依次形成所述第一电极、第一介质层、第二电极、有源层、第二介质层、第一栅极和第二栅极。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示基板，包括：

上述的感光器件；

显示器件，所述显示器件包括驱动晶体管以及与所述驱动晶体管的漏极连接的发光结构。

进一步优选的是，该显示基板还包括：像素限定层，用于限定出发光区；所述发光结构为有机发光二极管，所述有机发光二极管位于所述发光区中。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种光强度的检测方法，所述检测方法是上述的感光器件完成的，所述方法包括：

向所述双栅晶体管的所述第二栅极、第一电极和第二电极，以及所述感光结构的第二极输入定压信号；

检测所述第一电极和第二电极之间的电流，以确定所述感光结构所接收的光强度。

附图说明

图1为现有的感光器件的结构示意图；

图2为本发明的实施例的一种感光器件的结构示意图；

图3a-c为本发明的实施例的一种感光器件各个形成步骤中的结构示意图；

图4a为本发明的感光器件的双栅晶体管的第一栅极的电压、第二栅的电压以及电流曲线关系；

图4b为本发明的感光器件的双栅晶体管的第一栅极的电压、第二栅的电压以及电流曲线关系；

图5为本发明的双栅晶体管的阈值电压与第一栅极的电压的曲线关系；

图6为本发明的实施例的一种显示基板的结构示意图。

其中，附图标记为：91感光结构；911电极；92晶体管；921源极；11衬底；12第一栅极；13第二栅极；14感光结构层；15a第一极；15b第二极；16a第一电极；16b第二电极；17a第一介质层；17b第二介质层；18有源层；19平坦化层；21驱动晶体管；22发光结构；23像素限定层；30供电线。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

在本发明中，两结构“同层设置”是指二者是由同一个材料层形成的，故它们在层叠关系上处于相同层中，但并不代表它们与基底间的距离相等，也不代表它们与基底间的其它层结构完全相同。

在本发明中，“构图工艺”是指形成具有特定的图形的结构的步骤，其可为光刻工艺，光刻工艺包括形成材料层、涂布光刻胶、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等步骤中的一步或多步；当然，“构图工艺”也可为压印工艺、喷墨打印工艺等其它工艺。

实施例1：

如图2和图3所示，本实施例提供一种感光器件，包括：

衬底11；

位于衬底11上的双栅晶体管，双栅晶体管包括第一栅极12和第二栅极13；

用于感光的感光结构，其包括：

感光结构层14，能够接收外界光线并根据光照强度不同产生相应电荷；

分别与感光结构层14连接的第一极15a和第二极15b，第一极15a与第一栅极12连接。

其中，双栅晶体管中的第一栅极12用于与感光结构连接，感光结构可将光照后的电荷产生的电压通过第一栅极12传输至双栅晶体管，即第一栅极12的电压与感光结构接收的光强度有关。同时可以给双栅晶体管中的第二栅极13输入一个信号，则根据双栅晶体管的第一栅极12和第二栅极13的电压，双栅晶体管内会产生一个对应的电流。当第二栅极13所输入的信号一定时，双栅晶体管的电流随第一栅极12的电压变化(相当于光强度的变化)而变化，即双栅晶体管的电流与第一栅极12的电压符合一定的曲线关系，也就是双栅晶体管的电流与感光结构接收的光强度有关。由此，通过检测双栅晶体管的电流，即可确定感光结构接收的光强度，实现感光器件对光强的检测。

而第二栅极13所输入的信号不同时，双栅晶体管的电流与第一栅极12的电压的曲线关系也不同。

具体的，如图4a所示，图中不同的曲线为双栅晶体管中的第二栅极13输入的定压信号不同时的曲线，可以看出在第二栅极13输入的信号不同时，横坐标的第一栅极12的电压Vg1与纵坐标双栅晶体管的电流Id的对应关系不同，即第二栅极13的信号不同时，感光结构的光强度与双栅晶体管的电流Id的对应关系不同。例如，若第二栅极13输入的信号为10V时，第一栅极12的电压Vg1大致小于-7V时，双栅晶体管的电流Id变化趋势不明显，而第一栅极12的电压Vg1大致大于-7V时，双栅晶体管的电流Id随第一栅极12的电压Vg1的增大而增大；若第二栅极13输入的信号为0V时，第一栅极12的电压Vg1大致小于-2V时，双栅晶体管的电流Id变化趋势不明显，而第一栅极12的电压Vg1大致大于-2V时，双栅晶体管的电流Id随第一栅极12的电压Vg1的增大而增大。

此外，如图4b所示，若双栅晶体管的第一栅极12的电压Vg1一定(相当于光强度的不变)时，第二栅极13的信号Vg2与双栅晶体管的电流Id符合一定的曲线关系。而第一栅极12的电压Vg1不同时，双栅晶体管的电流Id与第二栅极13的信号Vg2的曲线关系也不同。

例如，当感光结构受到光照与不受光照时，第二栅极13的信号Vg2与双栅晶体管的电流Id的对应关系不同，如图4b中曲线a表示感光结构不受光照时双栅晶体管的电流Id随第二栅极13的信号Vg2的变化，即表现为暗态电流；图4b中曲线b表示感光结构受到光照时双栅晶体管的电流Id变化随第二栅极13的信号Vg2的变化，即表现为亮态电流。由此，当将第二栅极13的电压Vg2固定时(例如选择为约-3V)，则通过电流Id值即可确定此时的电流对应的是曲线a还是曲线b，也就是确定此时感光结构是否有光照。

具体的，之所以当一个栅极电压不同时，另一栅极电压与电流的变化曲线不同，是因为当一个栅极变化时，双栅晶体管的阈值电压Vth也会不同，例如阈值电压Vth与第一栅极12的电压Vg1的关系如图5所示，而电流Id与阈值电压Vth的关系如下：

Id＝k(Vgs-εVth)Vgs(适用于双栅晶体管的线性区)，

Id＝k(Vgs-εVth)²(适用于双栅晶体管的饱和区)，

Id表示双栅晶体管中的电流，Vgs表示栅极源极的电压差，Vds表示源极漏极的电压差，Vth表示阈值电压，k为常数，ε表示阈值电压Vth与第一栅极12的电压Vg1之间的比例系数(如图5所示)。即可以先通过双栅晶体管中的电流Id计算出阈值电压Vth，再根据阈值电压Vth计算出第一栅极12的电压Vg1，从而得出光照强度。

可见，本实施例的感光器件中，当第一栅极12的电压(即感光产生的电压)有较小变化(如几伏的变化)，双栅晶体管的电流变化好几个量级，故该感光器件有放大电流的作用，从而使得感光器件对光强的检测更灵敏。

而由于感光器件能够更加灵敏的检测光强，故即使感光结构产生的信号变化小也可获得准确的光强检测结果，这样在具有感光器件的显示基板中，感光结构的面积可很小，故可增大该显示基板的开口率，进而可以提高该显示基板的分辨率。

优选的，双栅晶体管还包括：位于衬底11上的第一电极16a，第一电极16a具有两个间隔的连接区以及位于两连接区之间的非连接区；位于第一电极16a远离衬底11一侧、且至少覆盖非连接区的第一介质层17a，在连接区处无第一介质层17a；位于第一介质层17a远离衬底11一侧、且位于非连接区的第二电极16b；位于第二电极16b远离衬底11一侧的有源层18，有源层18覆盖第二电极16b，有源层18在两个连接区与第一电极16a连接；位于有源层18远离衬底11一侧的第二介质层17b；第一栅极12和第二栅极13位于第二介质层17b远离衬底11一侧，且分别对应第一电极16a的两个连接区与非连接区的交界。

也就是说双栅晶体管是一种垂直型双栅晶体管，即其第一电极16a和第二电极16b是垂直分布的。第一电极16a的两个连接区与非连接区的交界区域的有源层18为双栅晶体管的两个有源区，这两个有源区分别对应第一栅极12和第二栅极13。由于第一电极16a和第二电极16b沿竖直方向分布的，故两者投影部分重叠，而不是相互分开，故双栅晶体管在感光器件中所占的面积可以很小。

本实施例的双栅晶体管的两个有源区的有效长度(length)由第一介质层17a的厚度来决定，而不是由源漏极间的水平方向的距离决定，因此可以通过控制第一介质层17a的厚度来保证双栅晶体管有源区尺寸。这样在竖直方向上有源区的尺寸(即第一电极16a和第二电极16b之间的距离)可不受曝光工艺限制(因为曝光工艺精度的限制，故现有的晶体管的源漏极之间的水平方向的距离不能过小)，例如双栅晶体管的有源区的尺寸可小于1μm，则在具有感光器件的显示基板中，双栅晶体管的面积可很小，从而可增大该显示基板的开口率，进而可以提高该显示基板的分辨率。

此外，垂直双栅晶体管中的电流沿着垂直分布的有源区流动，因此，若感光器件在柔性基板中，该双栅晶体管的电学性能并不易因柔性基板的变形而受影响。

优选的，第一极15a与第一栅极12同层设置且连为一体。

其中，第一极15a与第一栅极12同层设置可以是简化感光器件的制作工艺，从而降低成本。

优选的，位于第一极15a远离衬底11一侧；第二极15b位于感光结构层14远离衬底11一侧。

其中，也就是说在垂直方向上，感光结构从下至上依次由第一极15a、感光结构层14以及第二极15b构成。当然，此时感光结构位于光线射入侧的一极应当是透明的电极层，以允许光线透光并照射到感光结构层14上。例如，若光从第二极15b方向射入感光结构层14，则第二极15b可以为透明的电极层，进而第一极15a与第一栅极12可由不透明的金属构成，从而符合晶体管的基本性能的要求。

这样的结构可以使得在水平方向上感光结构的尺寸尽可能的小，可进一步增大具有感光器件形成的显示基板的开口率，进而可以提高该显示基板的分辨率。

优选的，本实施例的感光器件还包括：位于第一栅极12和第一极15a远离衬底11一侧的平坦化层19，平坦化层19具有开口，感光结构层14通过开口与第一极15a连接。

其中，平坦化层19可以包括第一平坦化层和第二平坦化层，即平坦化层19分两次形成。

优选的，第一栅极12和第二栅极13为同层设置。

其中，也就是在第二介质层17b上先形成一导电层，再采用构图工艺将该导电层形成第一栅极12和第二栅极13。

第一栅极12和第二栅极13的同层设置能够简化该双栅晶体管的形成工艺，降低制造成本。

优选的，感光结构层14为PIN结，PIN结包括叠置的P型层、本征层、N型层，第一极15a和第二极15b中的一者与P型层连接，另一者与N型层连接。

其中，PIN结由于其势垒厚度很大，则能够吸收大量的光子、并产生相应的电荷，所以PIN结感光的灵敏度很高，从而可提高感光结构的灵敏度。

此外，在衬底11和第一电极16a之间还包括缓冲层，用于避免衬底11中的杂质对第一电极16a的影响，从而保证感光器件的性能。感光器件还包括与第二极15b连接的供电线30，用于给第二极15b提供电源。

实施例2：

如图2和图3所示，本实施例提供一种感光器件的制备方法，感光器件为实施例1中的感光器件，方法包括：

在衬底11上形成双栅晶体管和感光结构。

具体的，形成双栅晶体管包括：在衬底11上依次形成第一电极16a、第一介质层17a、第二电极16b、有源层18、第二介质层17b、所述第一栅极12和第二栅极13。

在衬底11上形成双栅晶体管和感光结构的具体步骤如下：

S201、如图3a所示，在衬底11上形成第一电极16a，第一电极16a具有两个间隔的连接区以及位于两连接区之间的非连接区。

S202、如图3a所示，在第一电极16a远离衬底11一侧形成第一介质层17a，且第一介质层17a至少覆盖非连接区，而在连接区处无第一介质层17a(例如第一介质层17a在连接区处有过孔)。

S203、如图3a所示，在第一介质层17a远离衬底11一侧形成第二电极16b，且第二电极16b位于非连接区。

S204、如图3b所示，在第二电极16b远离衬底11一侧形成有源层18，有源层18覆盖第二电极16b，有源层18在两个连接区与第一电极16a连接。有源层18可以由氧化物半导体材料形成，或者其他适合的半导体材料形成。

S205、如图3b所示，形成有源层18远离衬底11一侧的第二介质层17b。

S206、如图3b所示，形成位于第二介质层17b远离衬底11一侧的第一栅极12、第二栅极13以及第一极15a，且分别对应第一电极16a的两个连接区与非连接区的交界。

其中，具有感光器件的显示基板可包括驱动晶体管和发光结构的显示器件，在形成第一栅极12、第二栅极13以及第一极15a的同时可形成有驱动晶体管的栅极，从而在形成栅极后，可用驱动晶体管的栅极为掩膜，将驱动晶体管的有源层导体化。

S207、如图3c所示，形成平坦化层19，平坦化层19的平坦化层19具有开口，感光结构层14通过所开口与第一极15a连接；且形成位于开口中的感光结构层14。

S208、如图2所示，在感光结构层14远离所述衬底11一侧形成第二极15b。

其中，在感光器件可形成显示基板，该显示基板包括驱动晶体管和发光结构的显示器件，在形成第二极15b的同时与可形成有连接驱动晶体管的栅极与发光结构的导电结构。

实施例3：

如图2和图3所示，本实施例提供一种显示基板，包括：

实施例1中的感光器件；

显示器件，显示器件包括驱动晶体管21以及与驱动晶体管21的漏极连接的发光结构22。发光结构22包括阴极、阳极、发光层。

其中，可以根据感光器件检测出的外界的光强度来调整显示器件的显示，例如可实现显示基板自动调光；或者，也可根据感光器件检测结果实现显示基板的触控、对指纹的识别等。

优选的，本实施例的显示基板还包括：像素限定层23，用于限定出发光区；发光结构22为有机发光二极管，有机发光二极管位于发光区中。

也就是说，像素限定层23位于发光区的周边，从而发光区为由像素限定层23限定的凹陷，而发光结构22(有机发光二极管)仅形成在该凹陷中。例如，可以是有机发光二极管的阴极仅设于凹陷中(并与驱动晶体管的漏极连接)，而发光层和阳极则覆盖在像素限定层23上，但仅在凹陷处与阴极接触而形成有机发光二极管。

这样可以避免相邻的不同颜色的发光结构22的相互影响，从而保证显示基板的显示性能。此外，像素限定层23在感光结构层14对应的位置具有开口，使得光线可以通过该开口照射至感光结构层14上。同时，在感光器件处，优选的没有设置有机发光二极管的阳极、发光层等。

具体的，该显示装置可为有机发光二极管(OLED)显示面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

实施例4：

本实施例提供一种光强度的检测方法，检测方法是利用实施例1中的感光器件完成的，方法包括：

S401、向双栅晶体管的第二栅极、第一电极和第二电极，以及感光结构的第二极输入定压信号。

S402、检测第一电极和第二电极之间的电流，以确定感光结构所接收的光强度。

具体的，双栅晶体管的第一栅极由于感光结构接收的光强度而产生电压，通过第一栅极的电压以及第二栅极的定压信号，双栅晶体管的第一电极和第二电极之间产生电流。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种显示基板，其特征在于，包括：感光器件和显示器件，所述显示器件包括驱动晶体管以及与所述驱动晶体管的漏极连接的发光结构，

所述感光器件包括：

衬底；

位于所述衬底上的双栅晶体管，所述双栅晶体管包括第一栅极和第二栅极；

用于感光的感光结构，其包括：

感光结构层，能够接收外界光线并根据光照强度不同产生相应电荷；

分别与所述感光结构层连接的第一极和第二极，所述第一极与所述第一栅极连接，所述第一极与所述第一栅极同层设置且连为一体；所述感光结构层位于所述第一极远离所述衬底一侧；所述第二极位于所述感光结构层远离所述衬底一侧；

其中，所述第一栅极、所述第二栅极和所述驱动晶体管的栅极同层设置；所述感光结构的第二极与所述发光结构的导电结构同层设置。

2.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述双栅晶体管还包括：

位于所述衬底上的第一电极，所述第一电极具有两个间隔的连接区以及位于两所述连接区之间的非连接区；

位于所述第一电极远离所述衬底一侧、且至少覆盖所述非连接区的第一介质层，在所述连接区处无第一介质层；

位于所述第一介质层远离所述衬底一侧、且位于非连接区的第二电极；

位于所述第二电极远离所述衬底一侧的有源层，所述有源层覆盖所述第二电极，所述有源层在两个所述连接区与所述第一电极连接；

位于所述有源层远离所述衬底一侧的第二介质层；

所述第一栅极和所述第二栅极位于所述第二介质层远离所述衬底一侧，且分别对应所述第一电极的两个所述连接区与非连接区的交界。

3.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，还包括：

位于所述第一栅极和所述第一极远离所述衬底一侧的平坦化层，所述平坦化层具有开口，所述感光结构层通过所述开口与所述第一极连接。

4.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，

所述感光结构层为PIN结，所述PIN结包括叠置的P型层、本征层、N型层，所述第一极和第二极中的一者与所述P型层连接，另一者与所述N型层连接。

5.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，还包括：

像素限定层，用于限定出发光区；

所述发光结构为有机发光二极管，所述有机发光二极管位于所述发光区中。

6.一种显示基板的制备方法，其特征在于，所述显示基板为权利要求1至5中任意之一的所述的显示基板，所述方法包括：

在所述衬底上形成所述双栅晶体管、所述感光结构、驱动晶体管以及与所述驱动晶体管的漏极连接的发光结构；

其中，所述感光结构的第一栅极、第二栅极和所述驱动晶体管的栅极同步形成，所述感光结构的第二极与所述发光结构的导电结构同步形成；

在制作所述驱动晶体管的过程中，形成所述驱动晶体管的有源层和栅极之后，以所述驱动晶体管的栅极为掩膜，对所述驱动晶体管的有源层进行导体化。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述显示基板为权利要求2所述的显示基板，所述在所述衬底上形成双栅晶体管包括：

在所述衬底上依次形成所述第一电极、第一介质层、第二电极、有源层、第二介质层、第一栅极和第二栅极。

8.一种光强度的检测方法，所述检测方法是利用权利要求1至5中任意之一的所述显示基板完成的，其特征在于，所述方法包括：

向所述双栅晶体管的所述第二栅极、第一电极和第二电极，以及所述感光结构的第二极输入定压信号；

检测所述第一电极和第二电极之间的电流，以确定所述感光结构所接收的光强度。

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