CN113917723A - 一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏及其制备方法，包括基板，位于基板上的光感应器和太阳能电池，所述太阳能电池和光感应器具有相同的层状堆叠结构，所述层状堆叠结构自基板向上依次为正极电极层、光吸收层和负极电极层；所述太阳能电池和光感应器的相同层在同一工艺制程下同时制作。本发明将光感应器和太阳能电池一起集成在显示屏上，相比现有的显示模组贴合光感应器的方式可以减小整个器件的厚度，同时也杜绝了贴合光感应器造成的光感应器和太阳能电池外观颜色不一致的问题，光感应器和太阳能电池采用相同工艺制程制作，节省了器件费用，还节省了贴合工艺流程，节省成本。
Description
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，具体涉及一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种清洁绿色能源，对太阳能的利用方式多种多样，其中之一是太阳能电池，即将太阳能转换为电能。
目前的液晶显示手表或手环等小型电子设备大多都是锂电池供电，为了提高待机时间，目前的做法是在液晶显示器上集成太阳能电池，液晶显示器本身不能发光，需要背光提供背光源来显示图像，液晶显示器使用过程中，由于所处环境的不同，光线强度也不同，导致显示屏需要进行亮度调节以适应外界环境，同时背光的耗电量也是显示屏中的最主要耗电量，实行动态的背光亮度控制，可大量节省显示屏电量损耗。
目前市场上液晶显示产品一把都是在液晶显示屏上额外增加光感应器模组，通过贴合的方式，集成到显示模组中，这会导致器件厚度增加,同时增加生产工艺及产品成本，如果将光感应器利用现有工艺制作在显示屏上，将会改善器件厚度，降低产品成本。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏及其制备方法，该装置和方法将光感应器和太阳能电池一起集成在显示屏上，降低了显示屏的整体厚度，同时在制作光感应器时采用与太阳能电池相同的工艺制程，可降低显示屏成本。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，包括基板，位于基板上的光感应器和太阳能电池，所述太阳能电池和光感应器具有相同的层状堆叠结构，所述层状堆叠结构自基板向上依次为正极电极层、光吸收层和负极电极层；所述太阳能电池和光感应器的相同层在同一工艺制程下同时制作。
进一步的，所述太阳能电池制作于基板的非显示区以及显示区，制作于显示区的太阳能电池为线条状，其宽度小于60微米。
进一步的，所述光感应器位于基板上制作太阳能电池的区域内的任意位置，当所述光感应器位于非显示区时，其被太阳能电池包围，当所述光感应器位于显示区时，其两侧或一侧为太阳能电池，宽度和太阳能电池一样。
更进一步的，所述太阳能电池和光感应器的层状堆叠结构还包括第一绝缘层以及金属辅助层，所述第一绝缘层和金属辅助层依次制作于负极电极层之上，所述第一绝缘层主要用于隔离光感应器和太阳能电池以及负极电极层和金属辅助层，所述金属辅助层用于连接太阳能电池和光感应器的正极和负极并通过走线引出绑定引脚。
再进一步的，所述太阳能电池和光感应器的层状堆叠结构还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层制作于金属辅助层之上，所述第二绝缘层用于保护金属辅助层的走线。
优选的，所述太阳能电池的正极为单层AZO结构，所述光感应器正极为单层ITO层或者单层AZO结构。
优选的，所述太阳能电池的正极为双层结构，由ITO层以及制绒AZO层构成，所述光感应器正极为单层ITO层或者单层AZO结构。
进一步的，所述负极为导电性较好的金属材料。
优选的，所述负极材料是Al、Mo、Ag、Cu、Au中的任意一种。
进一步的，所述太阳能电池可以是单节或者多节电池。
一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏的制备方法，包括以下步骤：
S1、制作光感应器的正极和太阳能电池的正极
在基板上镀制正极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；
S2、制作光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层
利用PECVD设备，在光感应器的正极和太阳能电池的正极镀制光吸收层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器光吸收层图形和太阳能电池光吸收层图形；
S3、制作光感应器的负极和太阳能电池的负极
在光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层上镀制负极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；
S4、制作第一绝缘层
利用旋涂或刮涂方式在光感应器的负极和太阳能电池的负极上形成绝缘层，同时填充光感应器和太阳能电池各层之间的间隙，以使光感应器和太阳能电池之间电隔离；然后使用黄光制程在绝缘层上刻蚀正负极引出图形，以备将光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极通过导电材料引出。
S5、制作金属辅助层
在第一绝缘层上镀制金属辅助层，然后使用黄光制程在金属辅助层上刻蚀出光感应器的正极、负极走线图形以及太阳能电池的正极、负极走线图形，所述金属辅助层用于连接光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极并引出；
S6、制作第二绝缘层，
在金属辅助层上镀制第二层绝缘层。
进一步的，所述步骤S1中的基板是玻璃基板或者柔性透明材料基板，正极电极层材料为透明电极材料AZO、ITO、FTO中的任意一种或任意组合；
优选的，所述正极电极层为双层且分层镀制和刻蚀，第一层为ITO或FTO，第二层为AZO，AZO利用化学刻蚀形成绒面，在刻蚀第二层AZO时，光感应器的正极上方的AZO一并刻蚀掉。
优选的，所述第一绝缘层为PV材料，即有机树脂。
优选的，所述第二绝缘层为SiO2和或SiNx非金属膜层，或者有机树脂绝缘层。
进一步的，镀制方式为真空溅射或者蒸镀。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明将光感应器和太阳能电池一起集成在显示屏上，相比现有的显示模组贴合光感应器的方式可以减小整个器件的厚度，同时也杜绝了贴合光感应器造成的光感应器和太阳能电池外观颜色不一致的问题，光感应器和太阳能电池采用相同工艺制程制作，节省了器件费用，还节省了贴合工艺流程，节省成本。
附图说明
图1是本发明实施例1平面结构示意图；
图2是本发明实施例1显示区带有光感应器的条形太阳能电池截面结构示意图；
图3是本发明实施例2显示区带有光感应器的条形太阳能电池截面结构示意图；
图4是本发明实施例3平面结构示意图；
图5是本发明实施例3非显示区光感应器截面结构示意图(正极引出结构)；
图6是本发明实施例3非显示区光感应器截面结构示意图(负极引出结构)；
其中：1、光感应器正极走线，2、太阳能电池正极走线，3、光感应器负极走线，4、太阳能电池，5、第一绝缘层PV环，6、太阳能电池负极走线，7、光感应器，10、正极电极层，11、ITO，12、AZO，20、光吸收层，30、负极电极层，40、第一绝缘层，50、金属辅助层，60、第二绝缘层，100、基板。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步详细描述：
本发明是一种将光感应器和太阳能电池一起集成在显示屏(LCD显示面板)上的显示结构及其制备方法，由于光感应器和太阳能电池具有相同的层状堆叠结构，而且各层的材料和制备工艺也可以相同，因此在集成太阳能电池的时候可以一并经光感应器集成在显示屏上，可以省却单独贴合光感应器的工艺制程，不但节省了材料成本，还节省了工艺成本，降低了器件的整体厚度。
本发明集成光感应器和太阳能电池的显示屏，包括基板，位于基板上的光感应器和太阳能电池，所述太阳能电池和光感应器具有相同的层状堆叠结构，所述层状堆叠结构自基板向上依次为正极电极层、光吸收层和负极电极层；所述太阳能电池和光感应器的相同层在同一工艺制程下同时制作。
其制备方法如下：
S1、制作光感应器的正极和太阳能电池的正极
在基板上镀制正极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；
S2、制作光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层
利用PECVD设备，在光感应器的正极和太阳能电池的正极镀制光吸收层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器光吸收层图形和太阳能电池光吸收层图形；
S3、制作光感应器的负极和太阳能电池的负极
在光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层上镀制负极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；
S4、制作第一绝缘层
利用旋涂或刮涂方式在光感应器的负极和太阳能电池的负极上形成绝缘层，同时填充光感应器和太阳能电池各层之间的间隙，以使光感应器和太阳能电池之间电隔离；然后使用黄光制程在绝缘层上刻蚀正负极引出图形，以备将光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极通过导电材料引出。
S5、制作金属辅助层
在第一绝缘层上镀制金属辅助层，然后使用黄光制程在金属辅助层上刻蚀出光感应器的正极、负极走线图形以及太阳能电池的正极、负极走线图形，所述金属辅助层用于连接光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极并引出；
S6、制作第二绝缘层，
在金属辅助层上镀制第二层绝缘层。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的光感应器7和太阳能电池4位于基板100上的，所述太阳能电池和光感应器具有相同的层状堆叠结构，如图2所示，所述层状堆叠结构自基板100向上依次为正极电极层10、光吸收层20和负极电极层30；由于太阳能电池和光感应器具有相同的层状堆叠结构，且各堆叠层材料也可以使用同样的材料，因此所述太阳能电池和光感应器的各个相同层在同一工艺制程下同时制作。如图1所示，本实施例的太阳能电池可以同时制作于基板的非显示区以及显示区，并且制作于显示区的太阳能电池为线条状，由于显示区透过率要求较高，则可以适当减小线条状太阳能电池的宽度，要求肉眼不可见，其宽度小于60微米。或是减小显示区内的线条状太阳能电池的数量，太阳能电池的数量、长度可以视具体情况而定，为了增加透过率，线条状太阳能电池可以做成只有靠近非显示区太阳能电池处的一小块面积。
对于本发明，所述光感应器可以位于基板上制作太阳能电池的区域内的任意位置，当所述光感应器位于非显示区时，其被太阳能电池包围，当所述光感应器位于显示区时，其两侧或一侧为太阳能电池，宽度和太阳能电池一样。对于本实施例，太阳能电池制作于显示区某一线条状太阳能电池中间。
为了将光感应器和太阳能电池电隔离并将光感应器和太阳能电池的正负极引至控制板，如图2所示，所述太阳能电池和光感应器的层状堆叠结构还包括第一绝缘层40以及金属辅助层50，所述第一绝缘层和金属辅助层依次制作于负极电极层之上，所述第一绝缘层主要用于隔离光感应器和太阳能电池以及负极电极层和金属辅助层。如图1和2所示，所述金属辅助层用于连接太阳能电池和光感应器的正极和负极并通过走线引出绑定引脚，该金属辅助层是通过化学刻蚀方式将第一绝缘层PV环上的金属辅助层刻蚀为4部分，分别是：分布在pv环最外围与太阳能电池的正极连接的太阳能电池正极走线2，与太阳能电池负极连接的太阳能电池负极走线6(在第一绝缘层上刻蚀孔与负极连接)，与中间显示区的光感应器正极连接的光感应器正极走线1(位于PV环内部左侧)，为了防止外观的缺陷，与光感应器正极连接的面积尽量减小，与光感应器负极连接的的光感应器负极走线3(位于PV环内部右侧)。
上述四部分金属层走线最后分别引出到绑定引脚,与fpc进行绑定连接，将信号连接出。
因为金属辅助层的走线线宽会影响整个太阳能电池的转化效率，所以，上述走线的线宽可以根据实际情况来确定。
为了保护金属辅助层的走线，本实施例的太阳能电池和光感应器的层状堆叠结构还包括第二绝缘层60，所述第二绝缘层制作于金属辅助层之上。
对于本实施例，所述太阳能电池的正极优选采用双层结构，由ITO层以及制绒AZO层构成，对于光感应器正极采用单层ITO层或者单层AZO层结构，本实施例优选采用ITO层结构，当然ITO还可以用FTO等透明金属氧化物代替。对于负极材料，选择导电性较好的金属材料，比如：Al、Mo、Ag、Cu、Au中的任意一种或者其中某几种材料的合金。
对于本发明，所述太阳能电池可以是单节电池，也可以是多节电池。本实施例为单节电池。
本实施例的制备工艺如下：
S1、制作光感应器的正极和太阳能电池的正极
在基板上镀制正极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；即同时形成光感应器的正极电极层和太阳能电池的正极电极层，并同时刻蚀出电极图形。
对于本发明，基板可以采用玻璃或者柔性透明材料，本实施例采用玻璃基板，正极电极层采用真空溅射等方式在玻璃基板上形成透明正极电极层，其材料可以是AZO、ITO、FTO等金属氧化物，可以是单一金属氧化物层，也可以是任意组合的多层金属氧化物层，对于本实施例，所述正极电极层为双层且分层镀制和刻蚀，第一层为ITO，第二层为AZO，AZO利用化学刻蚀形成绒面，在刻蚀第二层AZO时，光感应器的正极上方的AZO一并刻蚀掉。AZO制绒用于提高器件对光的吸收响应。双层结构及AZO制绒可以增加太阳能电池对光的吸收，提高转化效率，而在光感应器区域，为了减小暗电流对光感应器的影响，不使用AZO,而是直接在ITO上做。这是因为在弱光或是在透过率较低的器件下使用时，产生的电流较小，而很难区分光照梯度，造成光感应器不能响应。而如果使用环境光较强，则可以不使用ITO+AZO的两层设计，可以采用单层设计，见实施例2。
S2、制作光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层
利用PECVD设备，在光感应器的正极和太阳能电池的正极镀制光吸收层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器光吸收层图形和太阳能电池光吸收层图形；
S3、制作光感应器的负极和太阳能电池的负极
在光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层上镀制负极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；制作是采用真空溅射、蒸镀等方式，材料是Al、Mo、Ag、Cu、Au等中的任意一种或者其中某几种材料的合金，是导电性好的金属材料。
S4、制作第一绝缘层
利用旋涂或刮涂方式在光感应器的负极和太阳能电池的负极上形成绝缘层，同时填充光感应器和太阳能电池各层之间的间隙，以使光感应器和太阳能电池之间电隔离；然后使用黄光制程在绝缘层上刻蚀正负极引出图形，以备将光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极通过导电材料引出。该第一绝缘层为PV材料，即有机树脂。
第一绝缘层作用：
(1).隔开光感应器与太阳能电池，使二者形成各自独立的区域并电隔离；
(2).防止太阳能电池的负极与辅助金属层之间的短路，金属辅助层在该绝缘层上走线；
(3).有利于金属辅助层的搭接，防止金属辅助层断裂。如图2所示，第一绝缘层在与辅助金属层搭接处的角度都是小于90度，防止金属辅助层搭接时断裂，只要有辅助金属连接正极与负极的位置,都是依靠该第一绝缘层做一个坡度。
S5、制作金属辅助层
在第一绝缘层上镀制金属辅助层，然后使用黄光制程在金属辅助层上刻蚀出光感应器的正极、负极走线图形以及太阳能电池的正极、负极走线图形，所述金属辅助层用于连接光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极并引出；
S6、制作第二绝缘层，
在金属辅助层上镀制第二层绝缘层。其材料为SiO2和或SiNx非金属膜层，或者有机树脂绝缘层。
实施例2
如图1和图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例的太阳能电池的正极为单层AZO结构，所述光感应器正极也为单层AZO结构，其他均与实施例1相同。
本实施例的制备方法与实施例1的不同之处在于：所述正极电极层为单层结构，为AZO层，AZO利用化学刻蚀形成绒面，AZO制绒用于提高器件对光的吸收，本实施例适用于环境光较强的情况。
实施例3
如图4、图5和图6所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例的光感应器位于非显示区，其被太阳能电池包围在内，显示区的线条状太阳能电池比较短，透过率较好。本实施例中，光感应器的正极和负极的引出走线也与实施例1的方案采用相同的工艺制程和设计理念，也是利用辅助金属层将正极和负极引出并在金属辅层上设计走线，引出正负极，具体见图5和图6；其他与实施例1相同。
本实施例制备方法与实施例1相同。
Claims (16)
1.一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：包括基板，位于基板上的光感应器和太阳能电池，所述太阳能电池和光感应器具有相同的层状堆叠结构，所述层状堆叠结构自基板向上依次为正极电极层、光吸收层和负极电极层；所述太阳能电池和光感应器的相同层在同一工艺制程下同时制作。
2.根据权利要求1所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述太阳能电池制作于基板的非显示区以及显示区，制作于显示区的太阳能电池为线条状，其宽度小于60微米。
3.根据权利要求2所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述光感应器位于基板上制作太阳能电池的区域内的任意位置，当所述光感应器位于非显示区时，其被太阳能电池包围，当所述光感应器位于显示区时，其两侧或一侧为太阳能电池，宽度和太阳能电池一样。
4.根据权利要求3所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述太阳能电池和光感应器的层状堆叠结构还包括第一绝缘层以及金属辅助层，所述第一绝缘层和金属辅助层依次制作于负极电极层之上，所述第一绝缘层主要用于隔离光感应器和太阳能电池以及负极电极层和金属辅助层，所述金属辅助层用于连接太阳能电池和光感应器的正极和负极并通过走线引出绑定引脚。
5.根据权利要求4所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述太阳能电池和光感应器的层状堆叠结构还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层制作于金属辅助层之上，所述第二绝缘层用于保护金属辅助层的走线。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述太阳能电池的正极为单层AZO结构，所述光感应器正极为单层ITO层或者单层AZO结构。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述太阳能电池的正极为双层结构，由ITO层以及制绒AZO层构成，所述光感应器正极为单层ITO层或者单层AZO结构。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述负极为导电性较好的金属材料。
9.根据权利要求8所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述负极材料是Al、Mo、Ag、Cu、Au中的任意一种。
10.根据权利要求1-5任一项所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏，其特征在于：所述太阳能电池可以是单节或者多节电池。
11.一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏的制备方法，包括以下步骤：
S1、制作光感应器的正极和太阳能电池的正极
在基板上镀制正极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；
S2、制作光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层
利用PECVD设备，在光感应器的正极和太阳能电池的正极镀制光吸收层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器光吸收层图形和太阳能电池光吸收层图形；
S3、制作光感应器的负极和太阳能电池的负极
在光感应器的光吸收层和太阳能电池的光吸收层上镀制负极电极层，然后使用黄光制程，化学刻蚀制备出光感应器正极图形和太阳能电池正极图形；
S4、制作第一绝缘层
利用旋涂或刮涂方式在光感应器的负极和太阳能电池的负极上形成绝缘层，同时填充光感应器和太阳能电池各层之间的间隙，以使光感应器和太阳能电池之间电隔离；然后使用黄光制程在绝缘层上刻蚀正负极引出图形，以备将光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极通过导电材料引出；
S5、制作金属辅助层
在第一绝缘层上镀制金属辅助层，然后使用黄光制程在金属辅助层上刻蚀出光感应器的正极、负极走线图形以及太阳能电池的正极、负极走线图形，所述金属辅助层用于连接光感应器的正极、负极以及太阳能电池的正极、负极并引出；
S6、制作第二绝缘层，
在金属辅助层上镀制第二层绝缘层。
12.根据权利要求11所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的基板是玻璃基板或者柔性透明材料基板，正极电极层材料为透明电极材料AZO、ITO、FTO中的任意一种或任意组合。
13.根据权利要求12所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏的制备方法，其特征在于：所述正极电极层为双层且分层镀制和刻蚀，第一层为ITO或FTO，第二层为AZO，AZO利用化学刻蚀形成绒面，在刻蚀第二层AZO时，光感应器的正极上方的AZO一并刻蚀掉。
14.根据权利要求11所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏的制备方法，其特征在于：所述第一绝缘层为PV材料，即有机树脂。
15.根据权利要求11所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏的制备方法，其特征在于：所述第二绝缘层为SiO2和或SiNx非金属膜层，或者有机树脂绝缘层。
16.根据权利要求11-15任一项所述的一种集成光感应器和太阳能电池的显示屏的制备方法，其特征在于：镀制方式为真空溅射或者蒸镀。
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