CN112612381A - 传感器件及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器件和显示装置，传感器件包括：基板、光控组件、触控组件以及功能介质层，所述光控组件设置在所述基板上；所述触控组件设置在所述基板上，并且，所述触控组件位于所述光控组件的一侧；所述功能介质层设置在远离所述基板的一面且至少覆盖所述触控组件，所述功能介质层用于在外界物体与所述功能介质层相接触时向所述外界物体施加静电力，其中，所述静电力与所述触控组件的电压值、所述外界物体与所述功能介质层接触的面积以及所述功能介质层的介电常数正相关。本发明公开的传感器件和显示装置用于弥补单一功能的可触控的显示装置的不足。

Description

传感器件及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种传感器件及显示装置。
背景技术
随着显示技术的发展及在各领域的广泛应用，将各种传感器集成在显示面板内成为一种趋势。
目前，具有触控屏的显示装置主要是将触控元件集成在显示面板内或设置在显示面板上，形成可触控的显示装置。但是，随着用户对显示装置的需求的提高，以及人机交互的发展，有待将一种新的传感器件集成在显示面板内，用于弥补单一功能的可触控的显示装置的不足。
故，有必要提出一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种传感器件及显示装置，用于实现短程触控，远程光控的功能，以弥补单一功能的触控或者光控的不足之处。
本发明实施例提供一种传感器件，包括：
基板；
光控组件，所述光控组件设置在所述基板上；
触控组件，所述触控组件设置在所述基板上，并且，所述触控组件位于所述光控组件的一侧；
功能介质层，所述功能介质层设置在远离所述基板的一侧且至少覆盖所述触控组件，所述功能介质层用于在外界物体与所述功能介质层相接触时向所述外界物体施加静电力，其中，所述静电力与所述触控组件的电压值、所述外界物体与所述功能介质层接触的面积以及所述功能介质层的介电常数正相关。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述功能介质层的介电常数大于或等于2.5。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述功能介质层的厚度介于1微米至200微米之间。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述功能介质层的材料包括聚偏氟乙烯、聚苯硫醚、乙烯/乙烯醇共聚物、聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述光控组件包括感光薄膜晶体管和开关薄膜晶体管，所述感光薄膜晶体管和所述开关薄膜晶体管同层设置；
所述开关薄膜晶体管包括第一有源层、第一栅极、第一源极和第一漏极，其中，所述第一栅极设置在所述基板上，所述第一源极和所述第一漏极分别与所述第一有源层电性连接；
所述感光薄膜晶体管包括第二栅极、第二有源层、第二源极和第二漏极，其中，所述第二栅极和所述第一栅极同层设置，所述第二有源层与所述第一有源层同层设置，所述第二源极、所述第二漏极、所述第一源极和所述第一漏极同层设置。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述传感器件还包括：
遮光层，所述遮光层设置在所述开关薄膜晶体管上，且所述遮光层在所述基板上的正投影大于所述开关薄膜晶体管在所述基板上的正投影。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述传感器件还包括依次层叠设置在所述基板上的栅极绝缘层和钝化层；
所述触控组件包括第一触控电极和第二触控电极，所述第一触控电极和所述第二触控电极同层或异层设置。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述第一触控电极和所述第二触控电极同层且间隔设置于所述钝化层上，任意两个相邻的所述第一触控电极电性连接，任意两个相邻的所述第二触控电极通过桥接部相连。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述第一触控电极设置于所述栅极绝缘层上，所述第二触控电极设置于所述钝化层上。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述第一触控电极和所述第二触控电极设置于所述栅极绝缘层上，其中，任意两个相邻的所述第二触控电极通过桥接部相连。
在本发明实施例提供的传感器件中，所述传感器件还包括：
平坦化层，所述平坦化层设置在所述钝化层和所述功能介质层之间。
本发明实施例还提供一种显示装置，包括上述的传感器件以及显示面板，所述传感器件集成在所述显示面板内或设置在所述显示面板上。
本发明实施例在传感器件中同步集成了光控组件作为光控传感器，触控组件作为触觉传感器，实现短程触控，远程光控的功能，弥补单一功能的触控或者光控的不足之处。
另外，本发明实施例利用功能介质层作为触控组件上的绝缘层，当外界物体触摸功能介质层时，触摸位置的第一触控电极和第二触控电极与外界物体的电容耦合，然后再分别与地形成电容的两极，从而实现触控感应。由于功能介质层的介电常数足够大，因此，当外界物体触摸功能介质层时，其表面产生较大的摩擦力，从而实现更佳的触觉反馈效果。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图；
图2至图6为本发明实施例提供的传感器件的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的触控组件的俯视图；
图8为本发明实施例提供的传感器件中触控组件的另一俯视图；
图9为本发明实施例提供的光控组件的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，以下的说明是基于所示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其他具体实施例。本说明书所使用的词语“实施例”意指实例、示例或例证。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。
请参考图1，本发明实施例提供一种显示装置，其中，显示装置20包括传感器件10以及显示面板200，其中，传感器件10集成在显示面板200内或设置在显示面板200上。显示装置20还包括光学胶层210，光学胶层210用于贴合显示面板200和传感器件10。其中，显示面板200包括液晶显示器、有机发光二极管显示面板、量子点发光二极管显示面板、MiniLED显示面板或Micro LED显示面板等。液晶显示器可以为阵列基板上彩色滤光片(ColorFilter On Array，COA)或者Non-COA架构的液晶显示器，其显示模式包括扭曲向列(Twisted Nematic，TN)、平面转换(In-Plane Switching，IPS)型、垂直配向(VerticalAlignment，VA)型以及边缘场开关(Fringe Field Switching，FFS)型。
请参考图2，传感器件10包括：基板101、光控组件102、触控组件103、栅极绝缘层104、钝化层105、功能介质层106以及遮光层107。触控组件103位于光控组件102的一侧。功能介质层106设置在远离基板101的一面且至少覆盖触控组件103，功能介质层106用于在外界物体与功能介质层106相接触时向外界物体施加静电力，其中，静电力与触控组件103的电压值、外界物体与功能介质层106接触的面积以及功能介质层106的介电常数正相关。需要说明的是，外界物体指的是能与触控组件103产生电容的物体，包括手指、手掌等。
具体的，光控组件102包括开关薄膜晶体管102a和感光薄膜晶体管102b，开关薄膜晶体管102a和感光薄膜晶体管102b同层设置。其中，光控组件102用于感测投射至传感器件10上的外界光束。开关薄膜晶体管102a和感光薄膜晶体管102b设置于基板101靠近栅极绝缘层104的一面。开关薄膜晶体管102a包括第一栅极102a1、第一有源层102a2、第一源极102a3和第一漏极102a4。其中，第一栅极102a1设置在基板101靠近栅极绝缘层104的一面上。第一源极102a3和第一漏极102a4分别与第一有源层102a2电性连接。并且，第一有源层102a2与遮光层107对应设置。遮光层107在基板101上的正投影覆盖第一有源层102a2在基板101上的正投影。
感光薄膜晶体管102b包括第二栅极102b1、第二有源层102b2、第二源极102b3和第二漏极102b4。其中，第二栅极102b1和第一栅极102a1同层设置，第二栅极102b1和第一栅极102a1可以通过同一道掩模工艺形成。第二有源层102b2与第一有源层102a2同层设置。第二源极102b2、第二漏极102b3、第一源极102a3和第一漏极102a4同层设置。
在本实施例中，第一有源层102a2包括氢化非晶硅有源层、低温多晶硅有源层和氧化物有源层中的一种，第二有源层102b2包括氢化非晶硅有源层或低温多晶硅有源层。
传感器件10还包括依次层叠设置在基板上的栅极绝缘层和钝化层，栅极绝缘层104覆盖基板101、第一栅极102a1和第二栅极102b1。
钝化层105覆盖第一有源层102a2、第一源极102a3、第一漏极102a4、第二有源层102b2、第二源极102b3、第二漏极102b4。其中，钝化层105为无机钝化层，其包括氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiNxOy)和三氧化二铝中的至少一种。
触控组件103设置在基板101上，触控组件103包括第一触控电极103a和第二触控电极103b，第一触控电极103a和第二触控电极103b同层或异层设置。
具体的，请继续参考图2，第一触控电极103a和第二触控电极103b同层且间隔设置在钝化层105上，请结合图2和图7，图7为本发明实施例中触控组件的俯视图。任意两个相邻的第一触控电极103a电性连接，即第一触控电极103a直接连接。任意两个相邻的第二触控电极103b通过桥接部103b1相连，具体的，桥接部103b1的一部分设置于通孔内，并且桥接部103b1的另一部分设置在钝化层105靠近功能介质层106的一面。其中，桥接部103b1的材料包括氧化铟锡。
可选的，在一实施例中，第一触控电极103a和第二触控电极103b也可以是嵌入且绝缘设置，例如，第一触控电极103a的至少一部分嵌入至第二触控电极103b中。
本发明实施例中的传感器件10包括触控组件103以及光控组件102。其中，传感器件10的短程触控原理是利用触控组件103与人体之间产生的静电力的作用实现触觉反馈的效果。在本发明实施例中，利用功能介质层106作为传感器件10上方的绝缘膜层。当手指触摸传感器件10时，在其表面产生摩擦力，从而产生不同的触觉感受。为了达到更佳的触觉反馈效果，需要提升人体和触控组件104的摩擦力，摩擦力的公式如下：
Figure BDA0002867876740000061
其中，在上述公式中，F为摩擦力、A为外界物体(包括手指)与传感器件10的接触面积、ε为功能介质层106的相对介电常数、ε0为真空介电常数、V为对第一触控电极103a和第二触控电极103b施加的电压、d为功能介质层106的厚度。
由公式(1)可知，增大触控组件103和人体的摩擦力F可以通过降低功能介质层106的厚度或采用具有高的相对介电常数的材料作为传感器件10上方的绝缘膜层实现。
因此，本发明实施例利用聚合物膜层作为功能介质层，实现具有较佳的触控反馈的传感器件。其中，功能介质层106的介电常数大于或等于2.5，例如，功能介质层106的介电常数为2.5、3、3.5、4、4.5、5或6中的任意一者。
功能介质层106的材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯硫醚(PPS)、乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚酰胺(PA)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种。功能介质层106的厚度介于1微米至200微米之间。例如，功能介质层106的厚度可以是1微米、1微米、10微米、30微米、55微米、80微米、100微米、125微米、145微米、1160微米或185微米中的至少一者。
需要说明的是，本发明实施例中的功能介质层106可以设置于与触控组件103对应的位置，用于提高传感器件10的精度。或者，功能介质层106覆盖触控组件103和光控组件102。与光控组件102对应设置的功能介质层106用于防止开关薄膜晶体管102a和感光薄膜晶体管102b受到水氧的侵蚀。
请继续参考图2，遮光层107设置在开关薄膜晶体管102a上。并且，遮光层107在基板101上的正投影大于开关薄膜晶体管102a在基板101上的正投影。具体的，第一有源层102a2与遮光层107对应设置。遮光层107在基板101上的正投影覆盖第一有源层102a2在基板101上的正投影。遮光层107的材料包括金属、金属氧化物和高分子材料等。遮光层107用于遮挡外界光照射开关薄膜晶体管102a，防止第一有源层102a2受到外界光的侵害。
本实施例提供的传感器件10利用功能介质层106作为触控组件103上的绝缘层，当外界物体触摸功能介质层106时，触摸位置的第一触控电极103a和第二触控电极103b与外界物体的电容耦合，然后再分别与地形成电容的两极，从而实现触控感应。由于功能介质层106的介电常数足够大，因此，当外界物体触摸功能介质层106时，其表面产生较大的摩擦力，从而实现更佳的触觉反馈效果。另外，传感器件10上还同步集成了光控组件102，实现了短程触控，远程光控的功能，弥补了单一功能的触控或者光控的不足之处。
可选的，请参考图3，在一实施例中，传感器件10还包括平坦化层108，平坦化层108设置在钝化层105和功能介质层106之间。其中，平坦化层108的材料为有机材料，平坦化层108可以和功能介质层106同时作用，为传感器件10提供静电力。
可选的，请参考图4，在一实施例中，第一触控电极103a和第二触控电极103b同层且间隔设置在栅极绝缘层105上，并且，第一触控电极103a和第二触控电极103b可以与第一栅极102a1、第二栅极102b1通过同一道掩模工艺形成。其中，任意两个相邻的第一触控电极103a电性连接，任意两个相邻第二触控电极103b通过桥接部103b1相连，桥接部103b1贯穿平坦化层108，且桥接部103b1的至少一部分设置在平坦化层108远离钝化层105的一面。
可选的，请参考图5，在另一实施例中，传感器件10可以不包括平坦化层108，即桥接部103b1的一部分设置于通孔内，并且桥接部103b1的另一部分设置在栅极绝缘层104靠近钝化层105的一面。
可选的，请参考图6，第一触控电极103a设置在栅极绝缘层104上，其中，第一触控电极103a与第一栅极102a1可以通过同一道掩模工艺形成。第二触控电极103b设置在钝化层105上。
本发明实施例中的传感器件集成了光控传感和触控传感的功能。其中，触控传感采用电容式触控模式，电容式触控是利用电极与人体手指间的静电耦合所产生电容的变化来实现的。具体的，电容式触控模式包括自电容和互电容。
以传感器件10的触控模式为自电容的模式为例，自电容模式的触控原理为：第一触控电极103a和第二触控电极103b与手指电容耦合后分别与地形成电容的两极，当手指触摸至传感器件10表面时，手指的电容会叠加至触控位置的传感器件上，使得电容增加。
相对于自电容模式的传感器件，互电容式具有更高的灵敏度和精准度。互电容式传感器件的工作原理为：第一触控电极103a和第二触控电极103b交叉的位置形成电容，即第一触控电极103a和第二触控电极103b分别构成了电容的两极，当手指触摸至传感器件10时，影响了触摸点附近两个电极之间的耦合，从而改变了第一触控电极103a和第二触控电极103b之间的电容量。
为了增加触控组件103的灵敏度和精准度，本发明实施例将第一触控电极103a和第二触控电极103b嵌合设置，以增大第一触控电极103a和第二触控电极103b之间的嵌合面积，从而提高传感器件10的灵敏度和精准度。具体的，请参考图8，本发明实施例将嵌合设置的一个第一触控电极103a和第二触控电极103b界定为一触控单元。在一触控单元中，第一触控电极103a包括第一主体部103aa及多个第一耦合部103ab，第一主体部103aa与第一耦合部103ab电性连接，且第一主体部103aa和第一耦合部103ab垂直设置。具体的，多个第一耦合部103ab间隔设置于第一主体部103aa的两侧。第二触控电极103b包括第二主体部103ba及多个第二耦合部103bb，第二主体部103ba与第二耦合部103bb电性连接，且第二主体部103ba和第二耦合部103bb垂直设置。其中，第一耦合部103ab和第二耦合部103bb相互绝缘且嵌合设置。应该理解的是，本发明实施例中触控组件103包括多个触控单元，多个触控单元以阵列的形成排布。
本发明实施例主要是针对同步实现光控和触控的功能，采用On-glass的模式，首先利用a-Si作为光敏半导体材料，采用感光薄膜晶体管作为的光控传感器的结构和利用触觉集成组件作为触控传感器同步集成在显示面板之中，可实现短程触控，远程光控的功能，弥补单一功能的触控或者光控的不足之处。与电容触控相比，本发明实施例中的传感器件采用的是具有触觉反馈的触控传感器，其在某些特定的应用场景，比如游戏、车载显示等，为了提升触控的触觉反馈效果提升用户体验，增强游戏、视频和音乐的效果，直观无误地重建“机械”触感，可提供逼真的触觉反馈，可弥补在特定场景下音频与视觉反馈的低效问题。
如图9所示，本发明实施例采用2T1C，其中，TS为感光TFT，TD为开关TFT，C为电容。
本发明实施例采用光控传感和触控传感同步完成，且可同步集成在目前的显示面板之中，可实现短程触控，远程光控的功能，弥补单一功能的触控或者光控的不足之处。
本发明实施例中的传感器件10包括触控组件103和光控组件102。其中，传感器件10的短程触控原理是利用触控元件103与人体之间产生的静电力的作用实现触觉反馈的效果。在本发明实施例中，利用功能介质层106作为传感器件10上方的绝缘膜层。当手指触摸传感器件10时，在其表面产生摩擦力，从而产生不同的触觉感受。为了达到更加的触觉反馈效果，需要提升人体和触控组件103的摩擦力，摩擦力的公式如下：
Figure BDA0002867876740000101
其中，在上述公式中，F为摩擦力、A为人体(包括手指)与传感器件10的接触面积、ε为功能介质层106的相对介电常数、ε0为真空介电常数、V为对第一触控电极103a和第二触控电极103b施加的电压、d为功能介质层106的厚度。
由公式(1)可知，增大触控组件103和人体的摩擦力F可以通过降低功能介质层106的厚度或采用具有高的相对介电常数的材料作为传感器件10上方的绝缘膜层。本发明实施例利用聚合物膜层作为功能介质层，实现具有较佳的触控反馈的传感器件。
本发明实施例中远程光控的原理为：传感器件10受到光照刺激时，感光薄膜晶体管102b中的第二有源层102b2会产生载流子，而载流子通过存储电容的收集，然后通过开关薄膜晶体管102a的控制，经放大器处理及芯片(IC)检测，从而显示光控功能。
本发明实施例在传感器件中同步集成了光控组件作为光控传感器，触控组件作为触觉传感器，实现短程触控，远程光控的功能，弥补单一功能的触控或者光控的不足之处。
另外，本发明实施例利用功能介质层作为触控组件上的绝缘层，当外界物体触摸功能介质层时，触摸位置的第一触控电极和第二触控电极与外界物体的电容耦合，然后再分别与地形成电容的两极，从而实现触控感应。由于功能介质层的介电常数足够大，因此，当外界物体触摸功能介质层时，其表面产生较大的摩擦力，从而实现更佳的触觉反馈效果。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种传感器件，其特征在于，包括：
基板；
光控组件，所述光控组件设置在所述基板上；
触控组件，所述触控组件设置在所述基板上，并且，所述触控组件位于所述光控组件的一侧；
功能介质层，所述功能介质层设置在远离所述基板的一侧且至少覆盖所述触控组件，所述功能介质层用于在外界物体与所述功能介质层相接触时向所述外界物体施加静电力，其中，所述静电力与所述触控组件的电压值、所述外界物体与所述功能介质层接触的面积以及所述功能介质层的介电常数正相关。
2.根据权利要求1所述的传感器件，其特征在于，所述功能介质层的介电常数大于或等于2.5。
3.根据权利要求1所述的传感器件，其特征在于，所述功能介质层的厚度介于1微米至200微米之间。
4.根据权利要求1所述的传感器件，其特征在于，所述功能介质层的材料包括聚偏氟乙烯、聚苯硫醚、乙烯/乙烯醇共聚物、聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的传感器件，其特征在于，所述光控组件包括感光薄膜晶体管和开关薄膜晶体管，所述感光薄膜晶体管和所述开关薄膜晶体管同层设置；
所述开关薄膜晶体管包括第一有源层、第一栅极、第一源极和第一漏极，其中，所述第一栅极设置在所述基板上，所述第一源极和所述第一漏极分别与所述第一有源层电性连接；
所述感光薄膜晶体管包括第二栅极、第二有源层、第二源极和第二漏极，其中，所述第二栅极和所述第一栅极同层设置，所述第二有源层与所述第一有源层同层设置，所述第二源极、所述第二漏极、所述第一源极和所述第一漏极同层设置。
6.根据权利要求5所述的传感器件，其特征在于，所述传感器件还包括：
遮光层，所述遮光层设置在所述开关薄膜晶体管上，且所述遮光层在所述基板上的正投影大于所述开关薄膜晶体管在所述基板上的正投影。
7.根据权利要求1所述的传感器件，其特征在于，所述传感器件还包括依次层叠设置在所述基板上的栅极绝缘层和钝化层；
所述触控组件包括第一触控电极和第二触控电极，所述第一触控电极和所述第二触控电极同层或异层设置。
8.根据权利要求7所述的传感器件，其特征在于，所述第一触控电极和所述第二触控电极同层且间隔设置于所述钝化层上，任意两个相邻的所述第一触控电极电性连接，任意两个相邻的所述第二触控电极通过桥接部相连。
9.根据权利要求7所述的传感器件，其特征在于，所述第一触控电极设置于所述栅极绝缘层上，所述第二触控电极设置于所述钝化层上。
10.根据权利要求7所述的传感器件，其特征在于，所述第一触控电极和所述第二触控电极设置于所述栅极绝缘层上，其中，任意两个相邻的所述第二触控电极通过桥接部相连。
11.根据权利要求7所述的传感器件，其特征在于，所述传感器件还包括：
平坦化层，所述平坦化层设置在所述钝化层和所述功能介质层之间。
12.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的传感器件以及显示面板，所述传感器件集成在所述显示面板内或设置在所述显示面板上。
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