CN109781674A

CN109781674A - 一种气体检测装置及其制备方法、气体监控系统

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Publication number: CN109781674A
Application number: CN201910107573.7A
Authority: CN
Inventors: 程浩; 池彦菲; 陶文昌; 石常洪; 王进; 周敏; 刘耀; 陈曦
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Fuzhou BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Fuzhou BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2019-02-02
Filing date: 2019-02-02
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2039-02-02
Also published as: CN109781674B

Abstract

本发明公开了一种气体检测装置及其制备方法、气体监控系统。该气体检测装置包括在基底上叠设的检测单元和OLED敏感单元，所述OLED敏感单元用于产生与待测气体浓度相对应的光线亮度，所述检测单元用于接收所述光线亮度并根据所述光线亮度获得待测气体浓度。本发明实施例提出的气体检测装置，以OLED技术为基础的，从而，OLED敏感单元和检测单元可以集成在单个玻璃或塑料基底上构成一个装置整体，提高了气体检测装置的检测准确度和敏感性。

Description

一种气体检测装置及其制备方法、气体监控系统

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种气体检测装置及其制备方法、气体监控系统。

背景技术

现有技术中，气体传感器的类型主要有半导体气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光学式气体传感器、高分子气体传感器等。随着技术的发展，现有的气体传感器的测量准确度、敏感性已经无法满足需求，急需设计出一种高准确度、高敏感性、更多效的气体传感器。

发明内容

本发明实施例的目的是，提供一种气体检测装置及其制备方法、气体监控系统，以实现更准确、更高效地检测气体浓度。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种气体检测装置，包括在基底上叠设的检测单元和OLED敏感单元，所述OLED敏感单元用于产生与待测气体浓度相对应的光线亮度，所述检测单元用于接收所述光线亮度并根据所述光线亮度获得待测气体浓度。

可选地，所述OLED敏感单元包括依次叠设的第一电极、发光层和第二电极，还包括设置在所述发光层和所述第二电极之间用于使所述发光层产生与待测气体浓度相对应光线亮度的敏感层。

可选地，所述敏感层的材质包括酞菁锌、氧化锡、n型浸塑氧化物半导体材料和纳米氧化铁材料中的一种。

可选地，所述第一电极的材质为透明材质，所述发光层的材质包括3-(8-羟基喹啉)铝，所述第一电极朝向所述检测单元。

可选地，所述检测单元包括设置在所述基底上的薄膜晶体管、设置在所述薄膜晶体管上的第三电极、设置在所述第三电极上的PIN结以及设置在所述PIN结上的第四电极，所述第三电极与所述薄膜晶体管的源电极或漏电极电连接，所述PIN结接收所述OLED敏感单元的光线亮度并产生对应的电流，所述检测单元通过所述薄膜晶体管获取所述PIN结的电流，并根据所述电流获得待测气体浓度。

可选地，所述检测单元还包括设置在所述薄膜晶体管的朝向所述OLED敏感单元一侧的遮光层。

可选地，所述遮光层在所述基底上的正投影包含所述薄膜晶体管的有源层在所述基底上的正投影。

可选地，所述遮光层设置在所述第四电极的朝向所述OLED敏感单元的一侧上，所述遮光层与所述第四电极电连接。

可选地，所述检测单元还包括设置在所述第四电极的朝向所述OLED敏感单元一侧上的平坦层，所述OLED敏感单元设置在所述平坦层上。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种气体检测装置的制备方法，包括：

在基底上形成检测单元；

在所述检测单元上形成OLED敏感单元，所述OLED敏感单元用于产生与待测气体浓度相对应的光线亮度，所述检测单元用于接收所述光线亮度并根据所述光线亮度获得待测气体浓度。

可选地，所述在所述检测单元上形成OLED敏感单元，包括：

在所述检测单元上形成第一电极；

在所述第一电极上形成发光层；

在所述发光层上形成敏感层，所述敏感层用于使所述发光层产生与待测气体浓度相对应的光线亮度；

在所述敏感层上形成第二电极。

可选地，所述在基底上形成检测单元，包括：

在基底上形成薄膜晶体管；

在所述薄膜晶体管上依次形成第三电极、PIN结以及第四电极，所述第三电极与所述薄膜晶体管的源电极或漏电极电连接，所述PIN结接收所述OLED敏感单元的亮度并产生对应的电流，所述检测单元通过所述薄膜晶体管获取所述PIN结的电流，并根据所述电流获得待测气体浓度。

可选地，所述在基底上形成检测单元，还包括：

在所述第四电极的朝向所述OLED敏感单元的一侧形成遮光层，所述遮光层与所述第四电极电连接。

可选地，所述在基底上形成检测单元，还包括：

在所述遮光层的朝向所述OLED敏感单元的一侧上形成平坦层。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种气体监控系统，包括以上所述的气体检测装置，还包括与所述气体检测装置电连接的监控单元。

本发明实施例提出的气体检测装置，以OLED技术为基础的，从而，OLED敏感单元和检测单元可以集成在单个玻璃或塑料基底上构成一个装置整体，可以提高气体检测装置的检测准确度和敏感性。通过在基底上设置多个叠设的OLED敏感单元和检测单元，可以获得多个气体浓度值，根据多个气体浓度值可以获得更精确的待测气体浓度结果，进一步提高了气体检测装置的准确度。另外，不同的OLED敏感单元对于检测基于不同荧光或磷光标签的分析物作用显著，这就使得该气体检测装置具有更高的检测准确度，并且具有高敏感性、多效性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例气体检测装置的连接示意图；

图2为本发明实施例气体检测装置的结构示意图；

图3为检测单元中形成源/漏电极后的结构示意图；

图4为检测单元中形成第一钝化层后的结构示意图；

图5为检测单元中形成第三电极后的结构示意图；

图6为检测单元中形成第四电极后的结构示意图；

图7为检测单元中形成第二钝化层后的结构示意图；

图8为检测单元中形成遮光层后的结构示意图；

图9为检测单元中形成平坦层后的结构示意图。

附图标记说明：

10—OLED敏感单元； 12—第一电极； 13—空穴传输层；

14—发光层； 16—敏感层； 17—第二电极；

18—封装层；

30—检测单元； 31—基底； 32—薄膜晶体管；

321—栅电极； 322—栅绝缘层； 323—有源层；

324—漏电极； 325—源电极； 33—PIN结；

331—N型半导体层； 332—I型层； 333—P型半导体层；

34—第三电极； 35—第四电极； 36—遮光层；

361—透光孔； 37—第一钝化层； 38—缓冲层；

39—树脂层； 40—第二钝化层； 401—第一过孔；

41—平坦层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面将通过具体的实施例详细介绍本发明的技术内容。

第一实施例：

图1为本发明实施例气体检测装置的连接示意图。图2为本发明实施例气体检测装置的结构示意图。如图1和图2所示，该气体检测装置包括在基底31上叠设的检测单元30和有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)敏感单元10。OLED敏感单元10能够产生与待测气体浓度相对应的光线亮度，检测单元30接收OLED敏感单元10的光线亮度，根据OLED敏感单元10的亮度产生对应的电流，并根据该电流获得待测气体浓度。

本发明实施例提出的气体检测装置，以OLED技术为基础的，从而，OLED敏感单元10和检测单元30可以集成在单个玻璃或塑料基底上构成一个装置整体。

在本实施例中，基底31上设置有多个叠设的检测单元30和OLED敏感单元10。从而，通过多个叠设的检测单元30和OLED敏感单元10，可以获得多个气体浓度值，根据多个气体浓度值可以获得更精确的待测气体浓度结果，进一步提高了气体检测装置的准确度。另外，不同的OLED敏感单元对于检测基于不同荧光或磷光标签的分析物作用显著，这就使得该气体检测装置具有更高的检测准确度，并且具有高敏感性、多效性。

如图2所示，OLED敏感单元10包括依次叠设的第一电极12、空穴传输层13、发光层14、敏感层16和第二电极17。敏感层16可以使发光层14产生与待测气体浓度相对应的光线亮度，从而使得OLED敏感单元10产生与待测气体浓度相对应的亮度。在本实施例中，第一电极12的材质可以包括透明材质，例如铟锡氧化物(ITO)。空穴传输层13的材质可以包括NPB(N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺)。发光层14的材质可以包括Alq3(3-(8-羟基喹啉)铝)，包括Alq3材质的发光层14具有电子传输特性，因此，发光层14同时用作电子传输层。第二电极17的材质可以包括镁(Mg)、铝(Al)中的一种或两种。在本实施例中，第一电极12可以为阳极层，第二电极17可以为阴极层。

为了使发光层14产生与待测气体浓度相对应的亮度，敏感层16的材质可以包括酞菁锌(ZnPc)、氧化锡(SnO₂)、n型浸塑氧化物半导体材料和纳米氧化铁(γ-Fe₂O₃)材料中的一种。

ZnPc为一种p型半导体，其机构为大环电子共轭机构，其电离能级低、极化能较高，有利于与电子受体发生化学吸附。如图2所示，OLED敏感单元在第一电极12和第二电极17的电场作用下，发光层14发光。当敏感层16吸附气体后，其表面处的空穴载流子浓度发生变化，在相同偏压作用下(例如8V～12V的偏压)，发光层14的发光亮度发生变化，使得发光层14的亮度与气体浓度相对应。从而，检测单元30接收发光层14的亮度后，可以根据发光层14的发光亮度产生对应的电流，并根据该电流获得待测气体的浓度。

在一个实施例中，敏感层16的材质包括ZnPc，待测气体为氧化性气体如二氧化氮(NO₂)。当ZnPc吸附氧化性气体后，其表面处的空穴载流子浓度增大，导致其与金属电极间的P-N结结电压增大，在相同电压条件下，P-N结的电流变小，使得OLED敏感单元的电流变小，OLED敏感单元的发光亮度增大，当ZnPc吸附还原性气体后情况则相反。在其它实施例中，待测气体浓度与OLED敏感单元的亮度关系，可以根据敏感层的材质特性和待测气体具体确定。

如图2所示，在本实施例中，检测单元30设置在基底31上，OLED敏感单元10设置在检测单元30上。为了增大OLED敏感单元的水氧阻隔性能，气体检测装置还包括覆盖OLED敏感单元10的封装层18。封装层18可以将形成OLED各层的材料封装在检测单元30和封装层18之间，隔绝水氧对OLED各层材料的氧化，提高OLED敏感单元的水氧阻隔性能。

如图2所示，OLED敏感单元10的第一电极12朝向检测单元30设置，因此，封装层18设置在第二电极17上，且覆盖OLED敏感单元10，从而OLED敏感单元10被封装层18包覆其中，隔绝了水氧对OLED各层材料的氧化，提高OLED敏感单元的水氧阻隔性能。

容易理解的是，在不影响检测单元30接收OLED敏感单元10的光线亮度的情况下，在其它实施例中，OLED敏感单元10的第二电极17也可以朝向检测单元30设置。

在本实施例中，如图1和图2所示，检测单元30包括设置在基底31上的薄膜晶体管32，还包括设置在薄膜晶体管32上的第三电极34、设置在第三电极34上的PIN结33以及设置在PIN结33上的第四电极35。OLED敏感单元10设置在第四电极35的背离PIN结33的一侧。第三电极34与薄膜晶体管32的漏电极324电连接。PIN结33用于接收OLED敏感单元的亮度。为了使得OLED敏感单元10的亮度可以透过第四电极35照射到PIN结33上，第四电极35的材质为透明材质，例如铟锡氧化物(ITO)等。

在本实施例中，薄膜晶体管32为底栅型薄膜晶体管，薄膜晶体管32包括设置在基底31上的栅电极321、设置在栅电极321上的栅绝缘层322、设置在栅绝缘层322上的有源层323、设置在有源层323上的漏电极324和源电极325。检测单元30还包括设置在源/漏电极上的第一钝化层37。第三电极34设置在第一钝化层37上，并通过贯穿第一钝化层37的过孔与漏电极324电连接。

PIN结33包括设置在第三电极34上的N型半导体层331、I型层332和P型半导体层333。当OLED敏感单元10产生与待测气体浓度相对应的亮度时，OLED敏感单元10的亮度照射到PIN结33上，PIN结33接收该亮度后，PIN结33的I型层332产生激发电子，激发电子无法穿越P型半导体层333，激发电子可以穿越N型半导体层331流出，在第三电极34和第四电极35之间的电场作用下，穿越N型半导体层331流出的激发电子流至第三电极34上。当薄膜晶体管32处于打开状态时，激发电子便可以通过漏电极324流至源电极325，获取子单元22从源电极325获得与待测气体浓度相对应的电流，并根据该电流获得待测气体浓度。

在本实施例中，检测单元30还包括读出集成电路(ROIC)和数据线，读出集成电路与数据线电连接，数据线可以设置在基底31上并与源电极325电连接。读出集成电路读取数据线上的电流信号，检测单元30对该电流信号进行处理，获得待测气体浓度。

在本实施例中，第三电极34与漏电极324电连接，数据线与源电极325电连接。容易理解的是，在其它实施例中，还可以设置成第三电极与源电极电连接，数据线与漏电极电连接，可以实现与本发明实施例同样的功能。

容易理解的是，本实施例中的薄膜晶体管为底栅型薄膜晶体管，在其它实施例中，薄膜晶体管还可以为顶栅型薄膜晶体管。

为了避免OLED敏感单元10产生的亮度对薄膜晶体管32产生影响，如图2所示，检测单元30还包括设置在薄膜晶体管32的朝向OLED敏感单元10的一侧的遮光层36。在遮光层36的作用下，OLED敏感单元10产生的亮度不会照射到有源层323，可以避免薄膜晶体管的误动作。在本实施例中，遮光层36在基底31上的正投影包含有源层323在基底31上的正投影，这样就可以完全避免OLED敏感单元10产生的亮度照射到有源层323。

在本实施例中，遮光层36设置在第四电极35的朝向OLED敏感单元的一侧。为了防止遮光层36影响PIN结33接收OLED敏感单元的亮度，如图2所示，遮光层36在基底31上的正投影与PIN结33在基底31上的正投影部分重叠，从而，PIN结33存在可以接收OLED敏感单元亮度的部分，从而，PIN结33可以根据OLED敏感单元的亮度产生对应的激发电子。为了使得PIN结33产生的激发电子可以穿越N型半导体层331流出至第三电极34上，需要向第四电极35提供偏置电压，在本实施例中，如图2所示，遮光层36与第四电极35电连接，当遮光层36的材质为金属时，便可以通过遮光层36向第四电极35提供偏置电压。

在本实施例中，如图2所示，检测单元30还包括设置在第四电极35上的缓冲层38、设置在缓冲层38上的树脂层39以及设置在树脂层39上的第二钝化层40。检测单元30还包括穿过第二钝化层40、树脂层39和缓冲层38的第一过孔401，第四电极35通过第一过孔401暴露，遮光层36设置在第二钝化层40上，遮光层36通过第一过孔401与第四电极35电连接。

检测单元30还包括设置在第四电极35的朝向OLED敏感单元10一侧上的平坦层41，OLED敏感单元10设置在平坦层41上，此时，第一电极12可以设置在平坦层41，封装层18的边缘与平坦层41的上表面连接。通常，OLED器件采用真空蒸镀方法制备，平坦层41的设置可以方便OLED敏感单元的制备。在本实施例中，如图2所示，平坦层41设置在遮光层36上。

本发明实施例的气体检测装置，基于OLED技术为基础，将OLED敏感元件与PIN结和薄膜晶体管结合，通过对OLED敏感元件的亮度进行检测分析，实现对气体浓度的实时定量检测。

下面结合气体检测装置的制备方法详细介绍本发明实施例的技术方案。

气体检测装置的制备方法，包括：

在基底上形成检测单元；

在所述检测单元上形成OLED敏感单元，包括：

S11：在检测单元10上形成第一电极12。其中，第一电极12的材质可以包括透明材质，例如铟锡氧化物(ITO)。

S12：采用真空蒸镀的方法，在第一电极12上依次形成空穴传输层13、发光层14、敏感层16和第二电极17。其中，空穴传输层13的材质可以包括NPB(N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺)。发光层14的材质可以包括Alq3(3-(8-羟基喹啉)铝)。第二电极17的材质可以包括镁(Mg)、铝(Al)中的一种或两种。

在一个实施例中，气体检测装置的制备方法还可以包括：在第二电极17上形成封装层18，封装层18覆盖OLED敏感单元10。

在基底上形成检测单元，包括：

S21：在基底31上形成薄膜晶体管32，具体包括，在基底31上形成栅电极321，在栅电极321上形成栅绝缘层322，在栅绝缘层322上形成有源层323，在有源层323上形成源电极325和漏电极324，如图3所示，图3为检测单元中形成源/漏电极后的结构示意图。

S22：在源/漏电极上形成第一钝化层37，第一钝化层37上具有暴露漏电极324的过孔，如图4所示，图4为检测单元中形成第一钝化层后的结构示意图。

S23：在所述第一钝化层37上形成第三电极34，第三电极34通过第一钝化层37上的过孔与漏电极324电连接，如图5所示，图5为检测单元中形成第三电极后的结构示意图。

S24：在第三电极34上形成PIN结33，具体包括，在第三电极34上形成N型半导体层331，在N型半导体层331上形成I型层332，在I型层332上形成P型半导体层333。

S25：在P型半导体层333上形成第四电极35，如图6所示，图6为检测单元中形成第四电极后的结构示意图。

在基底上形成检测单元，还可以包括：

S26：在形成有第四电极35的基底31上依次形成缓冲层35、树脂层39和第二钝化层40，并形成贯穿第二钝化层40、树脂层39和缓冲层35的第一过孔401，第四电极35通过第一过孔401暴露出来，如图7所示，图7为检测单元中形成第二钝化层后的结构示意图。

S27：在第二钝化层40上形成遮光层36，遮光层36在基底31上的正投影包含薄膜晶体管的有源层323在基底31上的正投影，遮光层36通过第一过孔401与第四电极35电连接，如图8所示，图8为检测单元中形成遮光层后的结构示意图。

S28：在遮光层36上形成平坦层41，如图9所示。图9为检测单元中形成平坦层后的结构示意图。

OLED敏感单元10设置在平坦层41上，封装层18的边缘与平坦层41的上表面连接。

第二实施例：

基于前述实施例的发明构思，本发明实施例提供了一种气体监控系统，该气体监控系统包括上述实施例中的气体检测装置，还包括监控单元，监控单元与气体检测装置电连接。通过该气体监控系统可以实时监测气体的浓度变化情况。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种气体检测装置，其特征在于，包括在基底上叠设的检测单元和OLED敏感单元，所述OLED敏感单元用于产生与待测气体浓度相对应的光线亮度，所述检测单元用于接收所述光线亮度并根据所述光线亮度获得待测气体浓度。

2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述OLED敏感单元包括依次叠设的第一电极、发光层和第二电极，还包括设置在所述发光层和所述第二电极之间用于使所述发光层产生与待测气体浓度相对应光线亮度的敏感层。

3.根据权利要求2所述的气体检测装置，其特征在于，所述敏感层的材质包括酞菁锌、氧化锡、n型浸塑氧化物半导体材料和纳米氧化铁材料中的一种。

4.根据权利要求2所述的气体检测装置，其特征在于，所述第一电极的材质为透明材质，所述发光层的材质包括3-(8-羟基喹啉)铝，所述第一电极朝向所述检测单元。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的气体检测装置，其特征在于，所述检测单元包括设置在所述基底上的薄膜晶体管、设置在所述薄膜晶体管上的第三电极、设置在所述第三电极上的PIN结以及设置在所述PIN结上的第四电极，所述第三电极与所述薄膜晶体管的源电极或漏电极电连接，所述PIN结接收所述OLED敏感单元的光线亮度并产生对应的电流，所述检测单元通过所述薄膜晶体管获取所述PIN结的电流，并根据所述电流获得待测气体浓度。

6.根据权利要求5所述的气体检测装置，其特征在于，所述检测单元还包括设置在所述薄膜晶体管的朝向所述OLED敏感单元一侧的遮光层。

7.根据权利要求6所述的气体检测装置，其特征在于，所述遮光层在所述基底上的正投影包含所述薄膜晶体管的有源层在所述基底上的正投影。

8.根据权利要求6所述的气体检测装置，其特征在于，所述遮光层设置在所述第四电极的朝向所述OLED敏感单元的一侧上，所述遮光层与所述第四电极电连接。

9.根据权利要求5所述的气体检测装置，其特征在于，所述检测单元还包括设置在所述第四电极的朝向所述OLED敏感单元一侧上的平坦层，所述OLED敏感单元设置在所述平坦层上。

10.一种气体检测装置的制备方法，其特征在于，包括：

在基底上形成检测单元；

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在所述检测单元上形成OLED敏感单元，包括：

在所述检测单元上形成第一电极；

在所述第一电极上形成发光层；

在所述敏感层上形成第二电极。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在基底上形成检测单元，包括：

在基底上形成薄膜晶体管；

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述在基底上形成检测单元，还包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述在基底上形成检测单元，还包括：

在所述遮光层的朝向所述OLED敏感单元的一侧上形成平坦层。

15.一种气体监控系统，其特征在于，包括权利要求1～9中任意一项所述的气体检测装置，还包括与所述气体检测装置电连接的监控单元。