CN111898517A - 光学指纹传感器及其制备方法、及显示装置 - Google Patents

光学指纹传感器及其制备方法、及显示装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括：基板；感测器单元，设置于所述基板上，所述感测器单元包括薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件，其中，所述薄膜晶体管包括遮光层，所述遮光层形成于所述薄膜晶体管中源极和漏极之间的沟道区上，以覆盖所述沟道区暴露的半导体层。本申请还公开了一种光学指纹传感器的制备方法和显示装置。本申请由于光学指纹传感器中，作为控制元件的薄膜晶体管已经设置有遮光层，在制备具有屏下指纹检测功能的显示装置时，无需额外设置遮光层，制备过程简便。

Description

光学指纹传感器及其制备方法、及显示装置
技术领域
本申请涉及薄膜晶体管液晶显示技术领域，尤其涉及光学指纹传感器及其制备方法、及显示装置。
背景技术
随着全面屏技术的发展，为了尽可能地增加终端的屏幕占比，屏下指纹解锁技术成为目前主流的一种解锁技术。
光学指纹传感器是目前最为常用的屏下指纹传感器，然而，在利用常规的光学指纹传感器制备具有屏下指纹检测功能的显示装置时，为了防止光学指纹传感器的控制元件发生光短路，需要在显示模块和光学指纹传感器之间额外设置遮光层，遮光层和光学指纹传感器相对位置需要精确匹配，使得显示装置的制备过程十分繁琐。
上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种光学指纹传感器及其制备方法、及显示装置，旨在解决目前具有屏下指纹检测功能的显示装置时，额外设置的遮光层需要和光学指纹传感器精确匹配，制备过程繁琐的问题。
为实现本申请的目的，本申请提供一种光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括：
基板；
以及，感测器单元，设置于所述基板上，所述感测器单元包括薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件，其中，所述薄膜晶体管包括遮光层，所述遮光层形成于所述薄膜晶体管中源极和漏极之间的沟道区上，以覆盖所述沟道区暴露的半导体层。
可选地，所述遮光层的材料为金属，所述遮光层和所述半导体层之间设置有绝缘保护层。
可选地，所述感光元件包括在所述基板上依次叠层的下电极、栅极绝缘层、电极层、介电层和透明导电层，其中，所述透明导电层和所述下电极电性连接，所述电极层与所述薄膜晶体管的源极或漏极电性连接。
可选地，所述透明导电层的材料包括氧化铟锡。
可选地，所述介电层的材料包括氮掺杂非晶硅。
可选地，所述基板的材料包括玻璃。
为了实现上述目的，本申请还提出一种光学指纹传感器的制备方法，所述光学指纹传感器的制备方法包括以下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件；
以及，形成图形化的遮光层，其中，所述遮光层覆盖所述薄膜晶体管的源极和漏极之间的沟道区。
可选地，所述在所述基板上形成薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件的步骤包括：
在基板上形成图形化的第一金属层，其中，所述第一金属层的一部分作为薄膜晶体管的栅极，另一部分作为感光元件的下电极；
在所述第一金属层上依次形成栅极绝缘层和图形化的半导体层；
形成第二金属层，对所述第二金属层进行图形化处理得到源极和漏极，其中，所述源极或漏极延伸至所述下电极上方，作为感光元件的电极层；
以及，在所述电极层上依次形成图形化的介电层和透明导电层，所述透明导电层覆盖所述介电层，且所述透明导电层与所述下电极连接，其中，所述栅极、所述栅极绝缘层、所述半导体层、所述源极和所述漏极构成所述薄膜晶体管，所述下电极、所述栅极绝缘层、所述电极层、所述介电层和所述透明导电层构成所述感光元件。
为了实现上述目的，本申请还提出一种显示装置，所述显示装置包括显示面板和设置于所述显示面板下方的如上任一项所述的光学指纹传感器。
可选地，所述显示面板的衬底材料包括玻璃、聚酰亚胺和聚萘二甲酸乙二醇脂中的一种。
本申请实施例提供一种光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括：基板；感测器单元，设置于所述基板上，所述感测器单元包括薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件，其中，所述薄膜晶体管包括遮光层，所述遮光层形成于所述薄膜晶体管中源极和漏极之间的沟道区上，以覆盖所述沟道区暴露的半导体层。由于光学指纹传感器中作为控制元件的薄膜晶体管已经设置有遮光层，在制备具有屏下指纹检测功能的显示装置时，无需额外设置遮光层，制备过程简便。
附图说明
图1为本申请光学指纹传感器一实施例的结构示意图；
图2为本申请提供的显示装置一实施例的结构示意图；
图3为本申请光学指纹传感器的制备方法一实施例的步骤流程示意图；
图4为图3中步骤S20的细化流程示意图；
图5为采用图3的方法制备光学指纹传感器的制备过程的分解示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0002605848790000031
Figure BDA0002605848790000041
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
如图1所示，本申请实施例提出一种光学指纹传感器100，所述光学指纹传感器100包括：基板110；以及感测器单元(图中未标示)，设置于所述基板110上，所述感测器单元包括薄膜晶体管120和与所述薄膜晶体管120电性连接的感光元件130，其中，所述薄膜晶体管120包括遮光层125，所述遮光层125形成于所述薄膜晶体管120中源极123和漏极124之间的沟道区150上，以覆盖所述沟道区150暴露的半导体层122。
具体地，基板110的材料为玻璃，厚度为1mm以下，基板110用于提供感测单元的承载和固定平台。相对于传统的单晶硅基板，选用玻璃制备光学指纹传感器100的基板110不仅成本较低，而且厚度能够做的更薄(单晶硅制备的基板厚度在3mm以上，而本申请实施例提供的玻璃基板110厚度可在1mm以下)，更薄的基板厚度有利于降低光学指纹传感器100的整体厚度。所述感测器单元设置于所述基板110上，所述感测器单元包括TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管120)和与所述薄膜晶体管120电性连接的感光元件130，所述感光元件130包括光敏二极管。感光元件130的引脚与薄膜晶体管120的源极123或漏极124电性连接，感光元件130用于在被光线照射下吸收光辐射产生电流，产生的电流经薄膜晶体管120导通传输至与薄膜晶体管120电性连接的指纹识别单元进行指纹识别，当所述光电流中携带指纹信息时，指纹识别单元即可对该指纹信息进行身份匹配识别身份信息。在进行指纹检测时，薄膜晶体管120中的半导体层122如果被光照射，即可能产生光电流，从而引起FTF短路，因此需要防止薄膜晶体管120中的半导体层122被光照射。本实施例中，所述薄膜晶体管120包括遮光层125，所述遮光层125形成于所述薄膜晶体管120中源极123和漏极124之间的沟道区150上，以覆盖所述沟道区150暴露的半导体层122，从而能够避免光照射到所述半导体层122，能够有效防止薄膜晶体管120产生光电流。在一实施例中，为了提高遮光层125的遮光作用，所述遮光层125还可覆盖部分源极123和漏极124。
本实施例中，光学指纹传感器100中作为控制元件的薄膜晶体管120已经设置有遮光层125，在制备具有屏下指纹检测功能的显示装置时，无需额外设置遮光层125，制备过程简便。
在一实施例中，所述遮光层125的材料为金属，所述金属可以是任意一种金属。可选地，所述金属为可使用物理气相沉积法进行沉积的金属，以使遮光层125能够使用物理气相沉积法制备，使得遮光层125的制备更加简便。在所述遮光层125的材料为金属时，为了防止遮光层125和源极123、漏极124以及半导体层122接触造成发生短路，所述遮光层125和所述半导体层122之间还设置有绝缘层160。
在一实施例中，为了进一步降低光学指纹传感器100的厚度，可选地，所述感光元件130包括在所述基板110上依次叠层的下电极131、栅极绝缘层140、电极层132、介电层133和透明导电层134，其中，所述透明导电层134和所述下电极131电性连接，所述电极层132与所述薄膜晶体管120的源极123或漏极124电性连接。参照图1，本实施例中，薄膜晶体管120包括栅极121、栅极绝缘层160140、半导体层122(包括本征层和掺杂层)、源极123、漏极124和遮光层125；薄膜晶体管120的源极123或漏极124的一部分延伸至感光元件130的下电极131上方，作为感光元件130的电极层132，由于感光元件130的电极层132是薄膜晶体管120的源极123或漏极124的一部分，实现了感光元件130和薄膜晶体管120的电性连接。需要理解的是，图1中，薄膜晶体管120的漏极124的一部分延伸至感光元件130的下电极131上方作为感光元件130的电极层132，在其他实施例中，也可以是薄膜晶体管120的源极123的一部分延伸至感光元件130的下电极131上方作为感光元件130的电极层132。
在一实施例中，所述介电层133的材料为氮掺杂单晶硅(SiNx)，相对于传统的使用晶格硅的PN/PIN接面传感器，使用氮掺杂单晶硅介电层133作为光感层具有较高的光吸收效率和光转换效率，从而能够提高光学指纹传感器100的检测灵敏度。
在一实施例中，所述透明导电层134采用的材料为氧化铟锡(ITO)。ITO具有优良的导电性和透明性，本实施例采用ITO制成透明导电层134可以使光线通过，进而照射到介电层133上。可以理解的是，透明导电层134还可采用其他具有透明性和导电性的材料制成，在本申请中并无限制。
参阅图2，基于上述实施例，本申请还提供了一种显示装置，所述显示装置包括显示面板200和设置于所述显示面板200下方的如上述任意一个实施例所述的光学指纹传感器100。所述显示装置可以是液晶面板、电子纸、OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)面板、液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件。
在一实施例中，所述光学指纹感测器100安装于所述显示面板200下方，当用户在显示装置上按下指纹时，光学指纹感测器100可以通过感测器单元采集到指纹信息，并将指纹信息传输出去，例如传输至指纹识别单元进行指纹识别，从而实现了在显示装置上直接进行指纹识别的功能。
在一实施例中，所述显示装置还包括设置于所述显示面板200上方的玻璃盖板300，所述玻璃盖板300用于保护所述显示面板200。
在一实施例中，所述显示面板200包括有机发光二极管，以适应柔性显示装置的需求。
在一实施例中，所述显示面板200的衬底材料为玻璃，玻璃作为显示面板200的衬底不仅可以降低成本，而且由于玻璃容易做薄，还可降低整个显示面板200的厚度。
在一实施例中，所述显示面板200的衬底材料还可以是聚酰亚胺和聚萘二甲酸乙二醇脂中的一种，聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二醇脂作为衬底能够用于制备柔性显示装置，例如柔性显示屏。
由于本实施例提供的显示装置包括如上述任意一个实施例所述的光学指纹传感器100，因此具备上述实施例光学指纹传感器100的所有技术特征，即应该理解的是，本实施例显示装置具备上述实施例光学指纹传感器100的所有技术特征以及技术效果，具体参照上述实施例，在此不再赘述。
参照图3，一种光学指纹传感器的制备方法，其特征在于，所述光学指纹传感器的制备方法包括以下步骤：
步骤S10，提供基板110；
提供基板110作为衬底，以提供感测单元的承载和固定平台。且在基板110上制备栅极121之前，需要对该基板110进行清洁，以避免基板110上的脏污物影响沉积的均匀性或在后续沉积过程中造成污染。
步骤S20，在所述基板上形成薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件；
本实施例中，基板110上形成的薄膜晶体管120和与所述薄膜晶体管120电性连接的感光元件130可以是常规的薄膜晶体管和常规的感光元件，在此不做具体限制。
可选地，如图4所示，图4为本实施例中步骤S20的细化流程示意图，在所述基板上形成薄膜晶体管和与所述薄膜晶体电性连接的感光元件0的步骤可包括步骤S21～S24：
步骤S21，在基板上形成图形化的第一金属层，其中，所述第一金属层的一部分作为薄膜晶体管的栅极，另一部分作为感光元件的下电极；
在清洗后的基板110上沉积第一金属层，可选地，第一金属层可采用物理气相沉积法进行沉积；可选地，第一金属层的材料采用铜、铝或钼中的至少一种。然后在第一金属层上涂覆一层光刻胶，利用第一金属层对应的掩膜版对光刻胶进行曝光，再对曝光后的光刻胶进行显影后，利用蚀刻液进行湿蚀刻，然后将基板110放入剥离液中，剥离掉光刻胶后第一金属层制备得到薄膜晶体管120的栅极121和感光元件130的下电极131，具体参照图5中的A图。
步骤S22，在所述第一金属层上依次形成栅极绝缘层和图形化的半导体层；
制备得到图形化的第一金属层后，对包含第一金属层的基板110进行清洗，然后在基板110上沉积栅极绝缘层140薄膜，然后再次对基板110进行清洗后，在基板110上沉积半导体层122(包括本征层和掺杂层)薄膜。可选地，栅极绝缘层140薄膜和半导体层122薄膜可采用化学气相沉积法进行沉积。然后在半导体层薄膜上涂覆一层光刻胶，利用半导体层对应的掩膜版对光刻胶进行曝光，再对曝光后的光刻胶进行显影后，利用蚀刻液进行湿蚀刻，然后将基板110放入剥离液中。剥离掉光刻胶后得到半导体层122。本步骤制备得到的栅极绝缘层140和半导体层122的结构具体参照图5中的B图，其中，栅极绝缘层140用于将栅极121和半导体层122隔绝，以防止栅极121和半导体层122连通，而发生短路。
步骤S23，形成第二金属层，对所述第二金属层进行图形化处理得到源极和漏极，其中，所述源极或漏极延伸至所述下电极上方，作为感光元件130的电极层；
对已经沉积有半导体层122的基板110进行清洗，然后在半导体层122上沉积第二金属层。将沉积有第二金属层的基板110取出，在然后涂覆一层光刻胶，利用第二金属层对应的掩膜版对光刻胶进行曝光，再进行显影后，利用蚀刻液对所述源漏金属层进行湿蚀刻，然后将基板110放入剥离液中，剥离光刻胶得到源极123和漏极124。制备得到的源极123和漏极124具体参照图5中的C图，源极123或漏极124延伸至所述下电极131上方，作为感光元件130的电极层132。需要理解的是，图5中的C图中，漏极124延伸至所述下电极131上方，作为感光元件130的电极层132，在其他实施例中，也可以是源极123延伸至所述下电极131上方，作为感光元件130的电极层132。
制备得到图形化的第二金属层后，将基板110进行清洗，然后在基板110上沉积绝缘层薄膜，然后涂覆一层光刻胶，利用掩膜版对光刻胶进行曝光，再进行显影后，利用蚀刻液对所述绝缘层薄膜进行湿蚀刻，然后将基板110放入剥离液中，剥离光刻胶得到图形化的绝缘层160。制备得到的图形化的绝缘层160具体参照图5中的D图，其中，所述绝缘层160具有第一过孔170和第二过孔180，第一过孔170在竖直方向上位于下电极上方，以暴露位于下电极131上方的源极123或漏极124，暴露的源极123或漏极124作为感光元件130的电极层132；第二过孔180暴露部分下电极131。
步骤S24，在所述电极层上依次形成图形化的介电层和透明导电层，其中，所述透明导电层覆盖所述介电层并与所述下电极连接，其中，所述栅极、所述栅极绝缘层、所述半导体层、所述源极和所述漏极构成所述薄膜晶体管，所述下电极、所述栅极绝缘层、所述电极层、所述介电层和所述透明导电层构成所述感光元件。
具体地，对经过上述处理后的基板110进行清洗后，在基板110上沉积一层介电层133薄膜，可选地，所述介电层133薄膜的材料为氮掺杂非晶硅(SiNx)，然后涂覆一层光刻胶，利用介电层133对应的掩膜版对光刻胶进行曝光，再进行显影后，利用蚀刻液对所述介电层133薄膜进行湿蚀刻，得到介电层133。参照图5中的E图，所述介电层133覆盖所述电极层132。
然后对基板110进行清洗，在基板110上沉积一层透明导电层薄膜，可选地，所述透明导电层薄膜的材料为ITO。然后涂覆一层光刻胶，利用透明导电层对应的掩膜版对光刻胶进行曝光，再进行显影后，利用蚀刻液对所述透明导电层薄膜进行湿蚀刻，得到透明导电层134。参照图5中的F图，所述透明导电层134覆盖所述介电层133，并与暴露的下电极131连接。
步骤S30，形成图形化的遮光层，其中，所述遮光层覆盖所述薄膜晶体管的源极和漏极之间的沟道区。
对包含薄膜晶体管120和感光元件130的基板110进行清洗后，在基板110上沉积一层遮光层薄膜，可选地，所述遮光层薄膜的材料可选用任意一种金属。然后涂覆一层光刻胶，利用遮光层对应的掩膜版对光刻胶进行曝光，再进行显影后，利用蚀刻液对所述遮光层薄膜进行湿蚀刻，得到遮光层125。参照图5中的G图，所述遮光层125覆盖所述薄膜晶体管120的源极123和漏极124之间的沟道区150，以防止沟道区150暴露的半导体层122被光照射到。
在一实施例中，参照图5中的H图，还可在包含遮光层125的光学指纹传感器100上沉积一层绝缘保护层190，所述绝缘保护层190的材料为透明的绝缘材料。
以上仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效物品或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学指纹传感器，其特征在于，所述光学指纹传感器包括：
基板；
以及，感测器单元，设置于所述基板上，所述感测器单元包括薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件，其中，所述薄膜晶体管包括遮光层，所述遮光层形成于所述薄膜晶体管中源极和漏极之间的沟道区上，以覆盖所述沟道区暴露的半导体层。
2.如权利要求1所述的光学指纹传感器，其特征在于，所述遮光层的材料为金属，所述遮光层和所述半导体层之间设置有绝缘保护层。
3.如权利要求1所述的光学指纹传感器，其特征在于，所述感光元件包括在所述基板上依次叠层的下电极、栅极绝缘层、电极层、介电层和透明导电层，其中，所述透明导电层和所述下电极电性连接，所述电极层与所述薄膜晶体管的源极或漏极电性连接。
4.如权利要求3所述的光学指纹传感器，其特征在于，所述透明导电层的材料包括氧化铟锡。
5.如权利要求3所述的光学指纹传感器，其特征在于，所述介电层的材料包括氮掺杂非晶硅。
6.如权利要求1-5任一项所述的光学指纹传感器，其特征在于，所述基板的材料包括玻璃。
7.一种光学指纹传感器的制备方法，其特征在于，所述光学指纹传感器的制备方法包括以下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件；
以及，形成图形化的遮光层，其中，所述遮光层覆盖所述薄膜晶体管的源极和漏极之间的沟道区。
8.如权利要求7所述的光学指纹传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述基板上形成薄膜晶体管和与所述薄膜晶体管电性连接的感光元件的步骤包括：
在基板上形成图形化的第一金属层，其中，所述第一金属层的一部分作为薄膜晶体管的栅电极，另一部分作为感光元件的下电极；
在所述第一金属层上依次形成栅极绝缘层和图形化的半导体层；
形成第二金属层，对所述第二金属层进行图形化处理得到源电极和漏电极，其中，所述漏电极或漏电极延伸至所述下电极上方，作为感光元件的电极层；
以及，在所述电极层上依次形成图形化的介电层和透明导电层，所述透明导电层覆盖所述介电层，且所述透明导电层与所述下电极连接，其中，所述栅电极、所述栅极绝缘层、所述半导体层、所述源电极和所述漏电极构成所述薄膜晶体管，所述下电极、所述栅极绝缘层、所述电极层、所述介电层和所述透明导电层构成所述感光元件。
9.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括显示面板和设置于所述显示面板下方的如权利要1-6中任一项所述的光学指纹传感器。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板的衬底材料包括玻璃、聚酰亚胺和聚萘二甲酸乙二醇脂中的一种。
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