CN110164905A - 具有有机光活性层的像素化的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有有机光活性层的像素化的传感器装置。一种像素化的光学传感器装置，包括：层的堆叠，支撑在基板上，并限定像素电极的阵列和用于独立地寻址每个像素电极的电路；与像素电极的阵列电接触的有机光活性层；以及一个或多个反电极，经由有机光活性层与像素电极的阵列电接触；其中像素电极由贵金属材料形成，并且一个或多个反电极包括聚(3,4‑亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐材料。

Description

具有有机光活性层的像素化的传感器装置
技术领域
有机光活性材料越来越有兴趣用于像素化的光学传感器装置，诸如用于提供例如人指尖处的摩擦脊图案和/或静脉图案的高分辨率图像的传感器。
背景技术
一种现有的像素化的传感器装置包括：层的堆叠，限定氧化铟锡(ITO)像素电极的阵列和用于独立地寻址每个像素电极的电路；与ITO像素电极电接触的有机光活性材料；和经由有机光活性材料与ITO像素电极电接触的反电极。
ITO被认为是这些传感器装置的像素电极的最佳材料。本申请的发明人正在探索使用更不透明的像素电极是否可以通过为下面的电路的光敏有机半导体沟道提供额外的光屏蔽来改善传感器装置的性能一致性/稳定性，在顶栅架构中，光敏有机半导体沟道已经被至少上覆的不透明栅极导体覆盖。对装置的测试导致了令人惊讶的结果，即使用用于像素电极的贵金属材料提供了增加的响应度。
发明内容
在此提供一种像素化的光学传感器装置，包括：层的堆叠，被支撑在基板上，并限定像素电极的阵列和用于独立地寻址每个像素电极的电路；有机光活性层，与像素电极的阵列电接触；以及一个或多个反电极，经由有机光活性层与像素电极的阵列电接触；其中像素电极由贵金属材料形成，并且一个或多个反电极包括聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐材料。
根据一个实施例，有机光活性层经由一个或多个注入和/或电荷传输层与像素电极电接触；和/或一个或多个反电极经由一个或多个注入和/或电荷传输层与有机光活性层电接触。
根据一个实施例，所述层的堆叠包括：导体层，限定源极导体的阵列和漏极导体的阵列，每个源极导体提供用于相应行的像素电极的源极电极，每个漏极导体提供用于相应的像素电极的漏极电极；半导体层，在每个像素电极的源极电极和漏极电极之间提供半导体沟道；以及另一个导体层，限定栅极导体的阵列，每个栅极导体提供用于相应列的像素电极的栅极电极。
根据一个实施例，该装置还包括：一个或多个驱动器芯片，具有连接到栅极导体中的相应栅极导体的端子以及连接到源极导体中的相应源极导体的端子。
在此还提供了一种制造光学传感器装置的方法，包括：在支撑基板上形成层的堆叠，所述层的堆叠限定像素电极的阵列和用于独立地寻址每个像素电极的电路；形成与像素电极的阵列电接触的有机光活性层；以及形成经由有机光活性层与像素电极的阵列电接触的一个或多个反电极；其中像素电极由贵金属材料形成，并且一个或多个反电极包括聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐材料。
附图说明
下面仅通过举例的方式参考附图详细描述了本发明的实施例，在附图中：
图1和图2示出了像素化的传感器装置的装置架构的示例；和
图3示出了像素化的传感器装置的源极导体和栅极导体的布置的示例。
本发明的实施例是针对包括顶栅薄膜晶体管(TFT)的阵列的光学传感器装置的示例进行描述的，但是相同的技术也适用于包括底栅TFT的阵列的传感器装置或包括顶栅和底栅TFT的组合的传感器装置。
在该示例中，薄膜晶体管的阵列是有机薄膜晶体管(OTFT)的阵列。OTFT包括用于半导体沟道的有机半导体(例如，有机聚合物或小分子半导体)。
在支撑基板2(例如，平面化的塑料膜)上形成导体层、半导体层和绝缘层的堆叠4。该堆叠包括图案化的第一导体层(其本身可以包括子层的堆叠)，图案化的第一导体层限定一组源极导体8，每个源极导体8提供延伸到装置的外围边缘区域处的相应端子26的相对宽的寻址线8b，并提供用于相应组(例如，行)的像素电极18的相对窄的指状源极电极8a。图案化的第一导体层还限定漏极导体6的阵列，每个漏极导体6提供用于相应的像素电极的相对窄的指状漏极电极6a和提供用于与相应像素电极18的层间导电连接的基底的相对宽面积的漏极焊盘6b。
术语“行”和“列”在此不指示任何特定的绝对方向，而是一起指示一对基本上正交的方向。此外，术语“源极导体”在此用于指经由半导体沟道将像素电极在堆叠内连接的导体，并且术语“漏极导体”在此用于指经由其将像素电极在堆叠内连接到半导体沟道的导体。
在第一导体层之上形成半导体层(例如，共轭有机聚合物层)，以在每个像素电极18的源极电极和漏极电极8a、6a之间提供半导体沟道10。半导体层可以被图案化以便将每个半导体沟道10与半导体层内的任何其它半导体沟道隔离。可以在沉积半导体层之前修改第一导体层，以改善源极/漏极电极8a、6a与半导体之间的电荷载流子的注入。该修改例如可以包括沉积有机电荷注入材料，该有机电荷注入材料在图案化的第一导体层上形成有机材料的自组装单层。
在半导体层之上形成栅极电介质材料层12(例如，绝缘有机聚合物层)或栅极电介质材料堆叠12(例如，两层或多层绝缘有机聚合物的堆叠)。
在栅极电介质12之上形成图案化的第二导体层以限定栅极线导体14的阵列，每个栅极线导体14延伸到边缘区域处的相应端子28并且每个栅极线导体14提供用于相应组(例如，列)的像素电极18的栅极电极。每个像素电极18具有其自己独特的源极导体和栅极导体的组合，通过源极导体和栅极导体的组合，可以独立于任何其它像素电极18寻址每个像素电极18。在使用中，一个或多个驱动器芯片被配置为经由端子28向栅极导体14顺序地施加“导通”电压(使得与每个相应的栅极导体相关联的TFT组被顺序地接通)，并且随着栅极导体14被顺序地切换导通，一个或多个驱动器芯片经由相应端子26测量每个源极导体8的电参数(指示入射到像素电极的区域中的有机光活性层上的光量)。以这种方式，对阵列中的每个像素电极18进行电测量，该测量的集合指示入射在有机光活性层22上的光的图案。
在第二导体层之上形成另一个绝缘层16(例如，有机聚合物层)或绝缘层的堆叠16(例如，有机聚合物层的堆叠)，并且执行图案化工艺以在绝缘层12、16中限定向下延伸到每个漏极导体6b的通孔20。
在图案化的绝缘体16之上形成图案化的贵金属材料层(例如，金)，以限定厚度大于200nm的像素电极18的阵列，每个像素电极18通过相应的通孔20与相应的漏极导体6直接电接触。其它贵金属材料包括：钯、银和铂以及这些金属元素中的一种或多种的金属合金。
在像素电极18的阵列之上形成连续的有机光活性材料层22(例如，光活性有机聚合物材料)，用于与像素电极18电接触。在一个示例中，光活性材料22是对电磁波谱的红外区域的光敏感的材料，但同样的技术适用于对电磁波谱的其它区域的光敏感的光活性材料。例如，光活性材料可以包括体异质结材料(BHJ)，其包括具有在感兴趣的频率区域中的带隙的第一材料和与第一材料形成供体-受体(DA)系统的第二材料的互穿网络。入射在第一材料上的光在第一材料内生成激子；在扩散到第一和第二材料之间的界面时，激子分离成自由电荷载流子，电子转移到两种材料中的具有最大电子亲和力的一种材料，并且空穴转移到具有较低电离电势的材料。例如，第一材料可以包括电子供体聚合物，例如聚(3-己基噻吩)(P3HT)或聚[N-9'-十七烷基-2,7-咔唑-alt-5,5-(4',7'-二-2-噻吩基-2',1',3'-苯并噻二唑)](PCDTBT)；并且第二材料可以包括电子受体材料，例如苯基取代的富勒烯的酯。这种富勒烯酯的示例包括PC60BM(苯基-C60-丁酸甲酯)和PC70BM(苯基-C70-丁酸甲酯)。
光活性材料和像素电极之间的电接触可以经由一个或多个电荷注入和/或传输层。在该示例中，在像素电极18和光活性层22之间插入氧化锌层(未示出)作为电子注入层，但是也可以使用其它电子注入层。
然后在有机光活性层22之上形成透明的反电极(阴极)材料层24(例如，聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)层)用于与有机光活性层电接触，该反电极(阴极)材料层24在沉积后被处理以增加其导电性。该电接触也可以经由一个或多个电荷注入和/或传输层。在该示例中，使用购自Heraeus Deutschland GmbH&Co.KG的产品名为CleviosTM HIL-E的PEDOT：PSS水分散体作为反电极材料。该PEDOT：PSS材料具有5.4eV和5.6eV之间的功函数。该分散体可以制造具有约1nm的非常低的膜粗糙度的膜，具有中性pH，并且可以通过例如通过修改粘度来进行喷墨印刷、缝模或棒涂。
为了测试该装置，将该装置暴露于光活性材料敏感的已知的辐照度值的光源(在该示例中，红外辐射(850nm))，并经由源极导体端子26测量检测器响应(电流)。
测量具有金像素电极的传感器装置的响应度值(检测器响应与入射红外辐射的辐照度的比率)为0.2A/W，相比之下，测量用ITO像素电极代替金像素电极的基本上相同的传感器装置的响应度值为0.14A/W。
除了上面明确提到的任何修改之外，对于本领域技术人员来说显然的是，可以在本发明的范围内对所描述的实施例进行各种其它修改。
申请人在此独立地公开了本文所述的每个单独的特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，只要这些特征或组合能够基于本说明书作为整体根据本领域技术人员的共同的一般知识来执行，不管这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以包括任何这样的单独特征或特征组合。

Claims (5)

1.一种像素化的光学传感器装置，包括：层的堆叠，被支撑在基板上，并限定像素电极的阵列和用于独立地寻址每个像素电极的电路；有机光活性层，与像素电极的阵列电接触；以及一个或多个反电极，经由有机光活性层与像素电极的阵列电接触；其中像素电极由贵金属材料形成，并且所述一个或多个反电极包括聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：有机光活性层经由一个或多个注入和/或电荷传输层与像素电极电接触；和/或所述一个或多个反电极经由一个或多个注入和/或电荷传输层与有机光活性层电接触。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述层的堆叠包括：导体层，限定源极导体的阵列和漏极导体的阵列，每个源极导体提供用于相应行的像素电极的源极电极，每个漏极导体提供用于相应的像素电极的漏极电极；半导体层，在每个像素电极的源极电极和漏极电极之间提供半导体沟道；以及另一个导体层，限定栅极导体的阵列，每个栅极导体提供用于相应列的像素电极的栅极电极。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括：一个或多个驱动器芯片，具有连接到栅极导体中的相应栅极导体的端子以及连接到源极导体中的相应源极导体的端子。
5.一种制造光学传感器装置的方法，包括：在支撑基板上形成层的堆叠，所述层的堆叠限定像素电极的阵列和用于独立地寻址每个像素电极的电路；形成与像素电极的阵列电接触的有机光活性层；以及形成经由有机光活性层与像素电极的阵列电接触的一个或多个反电极；其中像素电极由贵金属材料形成，并且所述一个或多个反电极包括聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐材料。
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