CN215814101U - 包括图像传感器和显示屏的装置 - Google Patents

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艾米琳·莎偌可
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Abstract

本实用新型涉及一种包括显示屏和图像传感器的光电装置(5)，显示屏包括连接到第一晶体管(T1)的有机发光组件(16)的矩阵，图像传感器包括连接到第二晶体管(T2)的有机光电探测器(18)的矩阵，用于发光组件的光电装置的分辨率大于300ppi，并且用于光电探测器的光电装置的分辨率大于300ppi，光电装置的总厚度小于2mm。

Description

包括图像传感器和显示屏的装置
本专利申请主张法国专利申请FR18/70644的优先权益，该申请将被视为本公开不可分割的部分。
技术领域
本公开一般地涉及光电装置，更具体地说，本公开涉及包括显示屏和图像传感器的装置。
背景技术
许多计算机、触摸板、手机、智能手表都配备了触敏或非触敏显示屏和相机。也有许多这种类型的装置配备有指纹传感器。该指纹传感器通常位于显示屏所占据的表面之外。
最近，已经出现了印刷图像传感器，这种传感器可以在显示屏的外围甚至在显示屏下方使用。例如，在文献FR-A-2996933、WO-A-2015-0293661(B12003)中描述了这种图像传感器技术。
该技术的出现开启了将以图像传感器形式制造的指纹传感器集成到电子装置显示屏下方的大门。
需要改进这种集成了图像传感器和显示屏的装置的制造。
实用新型内容
一个实施例的一个目的是克服包括显示屏和图像传感器的已知电子装置的全部或部分缺点。
一个实施例的另一目的是至少部分地使用有机半导体材料制造图像传感器。
一个实施例的另一目的是提供比已知显示系统更容易制造的包括显示屏和图像传感器的光电装置。
另一目的是减小光电装置的厚度。
一个实施例的另一目的是制造包括显示屏和图像传感器的触敏表面。
一个实施例的另一目的是使光电装置的全部或部分能够通过使用印刷技术(例如，喷墨印刷、照相制版法、丝网印刷、苯胺印刷或涂布)连续沉积多个层而形成。
因此，一个实施例提供了一种包括显示屏和图像传感器的光电装置，所述显示屏包括连接到第一晶体管的有机发光组件的矩阵，所述图像传感器包括连接到第二晶体管的有机光电探测器的矩阵，用于所述发光组件的所述光电装置的分辨率大于300ppi，并且用于所述光电探测器的所述光电装置的分辨率大于300ppi，所述光电装置的总厚度小于2mm。
根据一个实施例，所述第一和第二晶体管包括与第一电绝缘层接触的半导体区域。
根据一个实施例，所述装置包括第二电绝缘层，所有第一电极与所述第二电绝缘层接触。
根据一个实施例，所述装置包括第二电极，所述第二电极附接到所有所述发光组件和/或所有所述光电探测器上。
根据一个实施例，所述第二电极与所有所述发光组件和所有所述光电探测器接触。
根据一个实施例，所述装置包括衬底和覆盖所述衬底并包含所有所述发光组件和所述光电探测器的层堆叠，所述光电探测器位于所述发光组件和所述衬底之间，或者所述发光组件位于所述光电探测器和所述衬底之间。
根据一个实施例，所述光电探测器包括至少一个导电或半导电层，所述导电或半导电层由所有所述光电探测器共享并包括开口，所述发光组件通过延伸穿过所述开口的导电元件连接到所述第一晶体管。
根据一个实施例，所述第二电极附接到所有所述发光组件并包括开口，所述光电探测器通过延伸穿过所述开口的导电元件连接到所述第二晶体管。
根据一个实施例，所述光电探测器中的至少一个覆盖一个以上的发光组件。
根据一个实施例，每个光电探测器覆盖单个发光组件。
根据一个实施例，所述导电或半导电层附接到所述第二电极。
根据一个实施例，所述装置还包括覆盖所述光电探测器的第一彩色滤波器。
根据一个实施例，所述装置还包括覆盖所述发光组件的第二彩色滤波器。
根据一个实施例，所述装置还包括层，所述层对于由所述光电探测器检测到的在所述第一和第二滤波器之间延伸的辐射不透明。
根据一个实施例，所述装置还包括角度滤波器，所述角度滤波器覆盖每个光电探测器，并且适于阻挡相对于与所述光电装置的面正交的方向的入射高于阈值的所述辐射的光线，以及允许相对于与所述面正交的方向的入射低于阈值的所述辐射的光线通过。
根据一个实施例，每个发光组件包括第一有源区域，所述第一有源区域是从中发射由所述发光组件发出的大部分辐射的区域，并且每个光电探测器包括第二有源区域，所述第二有源区域是从中检测由所述光电探测器检测到的大部分辐射的区域。
根据一个实施例，所述第一和第二晶体管是包括栅极的场效应晶体管，所述光电装置还包括附接到所述第一晶体管的所述栅极的第一导电迹线和附接到所述第二晶体管的所述栅极上的第二导电迹线，所述第一导电迹线中的至少一个也附接到所述第二晶体管之一的所述栅极。
根据一个实施例，所述发光组件至少包括适于发射第一辐射的第一发光组件和适于发射第二辐射的第二发光组件，附接到与所述第一发光组件相连的所述第一晶体管的所述栅极的所述第一导电迹线也附接到与邻近所述第一发光组件的所述光电探测器相连的所述第二晶体管的所述栅极。
根据一个实施例，所述装置还包括覆盖所述光电探测器的红外滤波器。
一个实施例还提供了用于使用先前定义的光电装置检测用户的至少一个指纹。
附图说明
在以下参考附图，以示例而非限制的方式给出的对特定实施例的描述中，将详细描述上述以及其他特征和优点，其中：
图1是包括图像传感器和显示屏的光电装置的一个实施例的局部示意性截面图；
图2是图1的实施例的另一局部示意性截面图；
图3是类似于图2的局部示意性截面图，示出了显示屏和图像传感器的另一布置；
图4是包括图像传感器和显示屏的光电装置的另一实施例的局部示意性截面图；
图5是图4所示的光电装置的局部示意性俯视图；
图6是图4所示的光电装置的另一局部示意性俯视图；
图7是包括图像传感器和显示屏的光电装置的另一实施例的局部示意性截面图；
图8是包括图像传感器和显示屏的光电装置的另一实施例的局部示意性截面图；
图9是包括图像传感器和显示屏的光电装置的另一实施例的局部示意性截面图；
图10是包括图像传感器和显示屏的光电装置的另一实施例的局部示意性截面图；
图11是包括图像传感器和显示屏的光电装置的另一实施例的局部示意性截面图；
图12是图11所示的光电装置的角度滤波器的实施例的局部示意性截面图；
图13是图11所示的光电装置的角度滤波器的实施例的局部示意性俯视图；以及
图14是包括图像传感器和显示屏的光电装置的另一实施例的局部示意性截面图。
具体实施方式
在各个附图中，相同的部件由相同的参考标号表示。为了清除起见，仅示出了对理解本文描述的实施例有用的操作和元件，并且将详细描述这些操作和元件。特别是，没有概述显示屏和图像传感器的操作，所描述的实施例与常见的显示屏和传感器兼容。另外，也没有概述集成显示屏和图像传感器的电子装置的其他组件，所描述的实施例与具有显示屏的电子装置的其他常见的组件兼容。
除非另有说明，否则当提及附接在一起的两个元件时，表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接；而当提及连接或耦合在一起的两个元件时，则表示这两个元件可以直接连接，也可以经由一个或多个其他元件连接。
下面的描述中，表达“大约”和“基本上”表示在10％以内，优选地在5％以内。
此外，除非另外指明，否则当提及诸如术语“顶部”、“底部”等的绝对位置限定词，或提及诸如术语“上方”、“下方”、“更高”、“更低”等的相对位置限定词时，是指图中所示的取向。
图像的像素对应于由显示屏显示的图像的单一元素。当显示屏是彩色图像显示屏时，为了显示图像的每个像素，它通常包括至少三个用于发射和/或调节光强度的组件，也称为显示子像素，每个显示子像素基本上以单一颜色(例如红色、绿色和蓝色)发射光辐射。这三个显示子像素发射的光线的叠加为观察者提供了与显示图像像素相对应的彩色感觉。在这种情况下，由用于显示图像像素的三个显示子像素形成的组件被称为显示屏的显示像素。当显示屏是单色图像显示屏时，其通常包括单个光源以便显示图像的每个像素。
光电组件的有源区域，特别是显示子像素或光电探测器的发光组件，是指从中发射由光电组件提供的大部分电磁辐射的区域或从中检测由光电组件接收到的大部分电磁辐射的区域。在本公开的其余部分中，当光电组件有源区域的大部分(优选地全部)由至少一种有机材料或由有机材料的混合物制成时，将光电组件称为有机光电组件。
另一实施例提供了一种包括显示屏和图像传感器的光电装置。显示屏包括显示子像素矩阵，每个显示子像素包括有机发光组件，并且图像传感器包括有机光电探测器的矩阵。根据一个实施例，显示子像素的发光组件的有源区域与光电探测器的有源区域基本在同一平面中形成。根据一个实施例，发光组件和光电探测器具有公共电极。
图1和图2分别是包括图像传感器和显示屏的光电装置5的一个实施例的局部示意性侧视截面图和俯视截面图。图2是图1沿线II-II截取的截面图。
装置5在图1中从底部到顶部包括：
衬底10；
堆叠12，其中形成有薄膜晶体管T1和T2；
电极14、15，每个电极14连接到晶体管T1之一，每个电极15连接到晶体管T2之一。
发光组件16，例如有机发光二极管16，也称为OLED，每个发光组件16与电极14和光电探测器18(例如有机光电二极管18，也称为OPD)之一接触，每个光电探测器18与电极15之一接触，有机发光二极管16和有机光电二极管18被电绝缘层20横向隔开。
电极22，其与所有有机发光二极管16和所有有机光电二极管18接触；以及
涂层24。
优选地，用于发光组件16的光电装置的分辨率大于300ppi，并且用于光电探测器18的光电装置的分辨率大于300ppi。优选地，光电装置的总厚度小于2mm。
根据一个实施例，每个有机发光二极管16包括有源区域30，电极14和22与有源区域30接触。
根据一个实施例，每个有机光电二极管18在图1中从底部到顶部包括：
与电极15之一接触的第一界面层40；
与第一界面层40接触的有源区域42；以及
与有源区域42接触的第二界面层44，电极22与第二界面层44接触。
根据该实施例，堆叠12包括：
导电迹线50，其位于衬底10上并形成晶体管T1和T2的栅极导体。
介电材料层52，其覆盖栅极导体50和栅极导体50之间的衬底10，并形成晶体管T1和T2的栅极绝缘体；
有源区域54，其位于与栅极导体50相对的介电层52上；
导电迹线56，其与有源区域54接触，并形成晶体管T1和T2的漏极和源极接触；以及
介电材料层58，其覆盖有源区域54和导电迹线56，电极14位于层58上，并通过穿过绝缘层58的导电通孔60附接到一些导电迹线56上，并且电极15位于层58上，并通过穿过绝缘层58的导电通孔62附接到一些导电迹线56上。
作为变型，晶体管T1和T2可以是顶栅型晶体管。
界面层40或44可以对应于电子注入层或空穴注入层。界面层40或44的输出功适于阻挡、收集或注入空穴和/或电子，具体取决于该界面层是作为阴极还是作为阳极。更具体地，当界面层40或44用作阳极时，它对应于空穴注入和电子阻挡层。然后，界面层40或44的输出功大于或等于4.5eV，优选地大于或等于5eV。当界面层40或44用作阴极时，它对应于电子注入和空穴阻挡层。界面层40或44的输出功则小于或等于4.5eV，优选小于或等于4.2eV。
根据一个实施例，电极14或22有利地直接用作发光二极管16的电子注入层或空穴注入层，并且不必为发光二极管16提供将有源区域30夹在中间并用作电子注入层或空穴注入层的界面层。根据另一实施例，可以在有源区域30和电极14、15、22之间设置用作电子注入层或空穴注入层的界面层。
衬底10可以是刚性衬底或柔性衬底。衬底10可具有单层结构或对应于至少两层的堆叠。刚性衬底的示例包括由硅、锗或玻璃制成的衬底。优选地，衬底10是柔性膜。柔性衬底的示例包括由PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、CTA(纤维素三乙酸酯)、COP(环烯烃共聚物)或PEEK(聚醚醚酮)制成的薄膜。衬底10的厚度可以在5μm至1000μm之间。根据一个实施例，衬底10可以具有10μm至300μm的厚度，优选地在75μm至250μm之间，特别是大约125μm，并且具有挠性，即衬底10可以在外力作用下变形，特别是弯曲，而不会断裂或撕裂。衬底10可包括基本上不透氧气和湿气的至少一个层，以保护装置5的有机层。它可以包括通过原子层沉积(ALD)法沉积的一个或多个层，例如由Al2O3制成的层。
根据一个实施例，构成电极14、15和电极22的材料选自：
透明导电氧化物(TCO)，尤其是ITO、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)、ITO/Ag/ITO合金、ITO/Mo/ITO合金、AZO/Ag/AZO合金或ZnO/Ag/ZnO合金；
金属或金属合金，例如银(Ag)、金(Au)、铅(Pb)、钯(Pd)、铜(Cu)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)或镁银合金(MgAg)；
碳、银和金纳米线；
石墨烯；以及
这些材料中的至少两种的混合物。
优选地，电极22由MgAg制成，电极14由Al制成，电极15由ITO或ITO/Mo/ITO制成。
当由显示屏发射的辐射通过涂层24从光电装置5逸出时，电极22和涂层24对由有机发光二极管16发射的电磁辐射以及对由有机光电二极管18检测到的电磁辐射至少部分地透明。电极22例如由MgAg制成。然后，电极22优选地是半透明的(例如大约为50％)，以执行光腔的作用，从而最大化光发射。电极14、15和衬底10然后可以对由有机发光二极管16发射的电磁辐射和由有机光电二极管18检测到的电磁辐射不透明。当由显示屏发射的辐射通过衬底10从光电装置5逸出时，电极14、15和衬底10是对由有机发光二极管16发射的电磁辐射和由有机光电二极管18检测到的电磁辐射至少部分地透明的材料。电极14、15例如由TCO制成。电极22则对由有机发光二极管16发射的电磁辐射和由有机光电二极管18检测到的电磁辐射不透明。
绝缘层20可具有单层或多层结构，并且包括由氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)或聚合物(特别是树脂)制成的至少一个层。绝缘层20可以对应于无机层的堆叠(特别是由SiN或SiO2制成)以及由聚合物制成的至少一个层。
涂层24对可见光透明或部分透明。涂层24优选地基本不透气和不透水。构成涂层24的材料选自聚环氧化物或聚丙烯酸酯。在聚环氧化物中，构成涂层24的材料可以选自双酚A环氧树脂，特别是双酚A二缩水甘油醚(BADGE)和双酚A和四溴双酚A二缩水甘油醚、双酚F环氧树脂、环氧化酚醛清漆树脂(ENR)，特别是环氧苯酚酚醛清漆(EPN)树脂和环氧甲酚酚醛清漆(ECN)树脂、脂族环氧树脂、缩水甘油基环氧树脂和脂环族环氧化物、缩水甘油基胺环氧树脂，特别是四缩水甘油基亚甲基二苯胺(TGMDA)醚，以及这些化合物中的至少两种的混合物。在聚丙烯酸酯中，构成涂层24的材料可以由包括以下项的单体制成：丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-氯乙基乙烯基醚、2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟乙酯(甲基丙烯酸酯)、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)及其衍生物。涂层24可以包括例如通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积的至少一层SiN，和/或例如通过ALD沉积的一层氧化铝(Al2O3)。涂层24可以包括多层结构，该多层结构包括在两个SiN层之间的有机层，该有机层用作吸湿层。
当涂层24包括至少一种聚环氧化物或聚丙烯酸酯时，涂层24的厚度在1μm至50μm之间，优选地在5μm至40μm之间，特别是大约15μm。当涂层24包括一层SiN时，涂层24的厚度在100nm至300nm之间。当涂层24包括一层Al2O3时，涂层24的厚度在1nm至50nm之间。
发光二极管16的有源区域30例如由发光材料制成。发光材料可以是M.T.M.T.Bernius、M.Inbasekaran、J.O'Brien和W.Wu所著的题为“Progress with Light-Emitting Polymers(发光聚合物的进展，Advanced Materials，2000，第12卷，第23期，第1737至1750页)”的出版物中所述的聚合发光材料或专利US5,294,869中所述的诸如三喹啉铝之类的低分子量发光材料。发光材料可以包括发光材料和荧光染料的混合物，或者可以包括发光材料和荧光染料的分层结构。发光聚合物包括聚芴、聚苯并噻唑、聚三芳基胺、聚苯撑乙烯和聚噻吩。优选的发光聚合物包括9,9-二-正辛基芴(F8)、N,N-双(苯基)-4-仲丁基苯胺(TFB)、苯并噻二唑(BT)和掺杂有三(2-苯基吡啶)铱(Ir(ppy)3)的4,4'-N,N'-二咔唑-联苯(CBP)的均聚物和共聚物。有源区域30的厚度在1nm至100nm之间。
在界面层40或44用作电子注入层的情况下，构成界面层40或44的材料选自：
金属氧化物，特别是氧化钛或氧化锌；
分子宿主/掺杂物系统，特别是由Novaled公司销售的名称为NET-5/NDN-1或NET-8/MDN-26的产品；
掺杂的导电或半导电聚合物，例如PEDOT：甲苯磺酸盐聚合物，它是聚(3,4)-乙撑二氧噻吩和甲苯磺酸盐的混合物；
碳酸盐，例如CsCO3；
聚电解质，例如聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)](PFN)、聚[3-(6-己基三甲胺)噻吩](P3TMAHT)或聚[9,9-双(2-乙基己基)芴]-b-聚[3-(6-己基三甲胺]噻吩([PF2/6-b-P3TMAHT)；
聚乙烯亚胺(PEI)聚合物或乙氧基(PEIE)、丙氧基和/或丁氧基聚乙烯亚胺聚合物；
镁Ag；
三(8-羟基喹啉)铝(III)(Alq3)；
2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-恶二唑(Bu-PBD)；以及
这些材料中的两种或更多种的混合物。
优选地，下界面层40用作电子注入层，并且由乙氧基聚乙烯亚胺聚合物制成。
在界面层40或44用作空穴注入层的情况下，构成界面层40或44的材料可以选自：
掺杂的导电或半导电聚合物，特别是由Sigma-Aldrich公司销售的名称为Plexcore OC RG-1100、Plexcore OC RG-1200的材料、聚合物PEDOT:PSS，这是聚(3,4)-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸钠或聚苯胺的混合物；
分子宿主/掺杂物系统，特别是由Novaled公司销售的名称为NHT-5/NDP-2或NHT-18/NDP-9的产品；
聚电解质，例如Nafion；
金属氧化物，特别是氧化钼、氧化钒、ITO或氧化镍；
双[(1-萘基)-N-苯基]联苯胺(NPB)；
三芳基胺(TPD)；以及
这些材料中的两种或更多种的混合物。
优选地，在界面层40或44用作空穴注入层的情况下，构成界面层40或44的材料是掺杂的导电或半导电聚合物。
优选地，上界面层44用作空穴注入层，并且由PEDOT:PSS制成。PEDOT:PSS的优点之一是可以使用印刷技术轻松地沉积，例如通过喷墨、照相制版法、丝网印刷或涂布。
下界面层40的厚度在单层和10μm之间，优选地在单层和60nm之间，特别是大约10nm。覆盖有源区域42的上界面层44的厚度在10nm至20μm之间，优选地在50nm至500nm之间，特别是大约100nm。
有源区域42包括至少一种有机材料，并且可以包括几种有机材料的堆叠或混合物。有源区域42可以包括电子给体聚合物和电子受体分子的混合物。有源区域42的功能区由下界面层40和上界面层44之间的重叠界定。流过有源区域42的功能区的电流可以从几飞安到几微安。覆盖下界面层40的有源区域42的厚度可以在50nm至5μm之间，优选地在300nm至2μm之间，例如大约500nm。
有源区域42可以包括小分子、低聚物或聚合物。它可以包括有机或无机材料。有源区域42可以包括双极性半导体材料，或者N半导体材料和P半导体材料的混合物(例如采取叠加层或纳米级紧密混合物的形式，以形成体积异质结)。
适于制备有源区域42的半导体聚合物的示例是聚(3-己基噻吩)(P3HT)、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)、聚[(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；4,5-b']二噻吩)-2,6-二基-alt-(4-(2-乙基己酰)-噻吩并[3,4-b]噻吩))-2,6-二基]；4,5-b']二噻吩)-2,6-二基-alt-(5,5'-双(2-噻吩基)-4,4,-二壬基-2,2'-双噻唑)-5',5”-二基](PBDTTT-C)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1,4-亚苯基-亚乙烯基](MEH-PPV)或聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊[2,1-b；3,4-b']二噻吩)-alt-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)。
适于制备有源区域42的N型半导体材料的示例是富勒烯，特别是C60、[6,6]-苯基-C61-丁酸酯甲基([60]PCBM)、[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯([70]PCBM)、苝二酰亚胺、氧化锌(ZnO)或可形成量子点或小分子的纳米晶体。
包括下界面层40、有源区域42和上界面层44的堆叠的厚度在500nm至4μm之间，优选地在500nm至1μm之间。
导电迹线50、56可以由与电极14、15和/或22相同的材料制成。
有源区域54可以由多晶硅制成，特别是由低温多晶硅(LTPS)、非晶硅(aSi)、铟镓锌氧化物(IGZO)、聚合物制成，或者包括用于以公知的方式制造有机薄膜晶体管(OTFT)的小分子。
根据一个实施例，晶体管T1和T2的有源区域54可以由不同的材料制成。作为示例，连接到光电二极管的晶体管T2的有源区域54可以由IGZO或aSi制成，并且连接到发光二极管的晶体管T1的有源区域54可以由LTPS制成。
绝缘层52可以由SiN、SiO2或有机聚合物制成。绝缘层52的厚度可以在10nm至4μm之间。
绝缘层52可以由SiN、SiO2或有机聚合物制成。绝缘层52的厚度可以在10nm和4μm之间。
绝缘层58可以由SiN、SiO2或有机聚合物制成。绝缘层58的厚度可以在10nm和4μm之间。
装置5可以进一步包括例如位于涂层24上的偏振滤波器。装置5还可以包括与光电探测器18相对的彩色滤波器，以便获得到达光电探测器18的辐射的波长选择。
如图2所示，发光二极管16和光电探测器18以行和列布置，发光二极管16被定位成与光电探测器18交替。
在本实施例中，在图2的截面中，发光二极管16的每个有源区域30被示为正方形，而光电二极管18的每个有源区域42被示为矩形。然而很明显，有源区域30、42的形状可以是其他形状，例如多边形。在图2的截面中，光电二极管18的有源区域42所占据的表面小于发光二极管16的有源区域30的表面。然而很明显，发光二极管16的有源区域30的表面和光电二极管18的有源区域42的表面取决于目标应用。
根据一个实施例，装置5适于检测未示出的致动构件相对于光电探测器18的矩阵的位置。特别地，装置5可以适于检测致动构件在与光电探测器18的矩阵平面平行的平面中的运动，以及致动构件和光电探测器18的矩阵之间的距离Z的变化。
根据一个实施例，装置5适于在致动构件位于光源和矩阵之间时检测由致动构件投射在传感器矩阵上的阴影的变化，并从中推导表示致动构件位置变化的信息。光源优选是环境光，例如太阳或建筑物的房间中的室内电灯。
根据另一实施例，装置5还包括能够被致动构件至少部分地返回的辐射的源。装置5适于检测返回到光电探测器矩阵上的辐射，并适于从中推导表示致动构件位置变化的信息。例如，这是可见辐射或红外辐射。在这种情况下，光子传感器观察到的可见辐射或红外辐射在致动构件上的反射/扩散优选地用于获取有关致动构件位置的信息。
显示子像素可被分布成适于发射第一波长的辐射的第一显示子像素、适于发射第二波长的辐射的第二显示子像素，以及适于发射第三波长的辐射的第三显示子像素。根据一个实施例，第一、第二和第三显示子像素的发光二极管适于分别发射第一、第二和第三波长的辐射。根据另一实施例，第一、第二和第三显示子像素的发光二极管适于发射第四波长的辐射，并且第一、第二和第三显示子像素包括适于将第四波长的辐射分别转换为第一、第二和第三波长的辐射的光致发光块。根据一个实施例，第一波长对应于蓝光并且在440nm至490nm的范围内。根据一个实施例，第二波长对应于绿光并且在510nm至570nm的范围内。根据一个实施例，第三波长对应于红光并且在600nm至720nm的范围内。
图3是类似于图2的光电二极管18的另一布置的视图，其中光电二极管18仅设置在附近，例如在一些显示子像素的周围。根据一个实施例，光电二极管18可被配置为检测由致动构件(例如用户的手指)反射的辐射。根据一个实施例，图像传感器可用于检测用户的指纹。尤其对于由图像传感器获取的图像的处理算法实现，有利的做法是将图像传感器配置为获取优先位于优选波长范围(例如绿色)内的图像。在这种情况下，光电探测器18优选地仅位于发射优选波长范围内的光的显示子像素(例如，发射绿光的显示子像素)的有源区域30周围。
取决于所考虑的材料，用于形成图像传感器和显示屏的层的方法可以对应于所谓的加成法，例如通过如喷墨印刷、照相制版法、丝网印刷、苯胺印刷、喷涂或滴铸在所需位置上直接印刷构成有机层的材料(例如，具体是溶胶-凝胶形式的材料)。根据所考虑的材料，用于形成图像传感器和显示屏的层的方法可以对应于所谓的减成法，其中构成有机层的材料沉积在整个结构上，接着通过如光刻或激光烧蚀去除未使用的部分。取决于所考虑的材料，整个结构上的沉积可以通过如液相法、阴极溅射或蒸镀来完成。这具体涉及诸如旋涂、喷涂、照相制版法、狭缝涂布、刮刀涂布、苯胺印刷或丝网印刷之类的方法。当层由金属制成时，例如通过蒸镀或阴极溅射将金属沉积在整个支撑件上，并且通过蚀刻来界定金属层。
有利地，图像传感器和/或显示屏的层中的至少一些可以使用印刷技术制成。先前描述的这些层的材料可以以液体形式沉积，例如使用喷墨打印机以导电和半导电墨水的形式沉积。这里的“液体形式的材料”还表示能够通过印刷技术沉积的凝胶材料。可以在不同层的沉积之间选择性地设置退火步骤，但是退火温度可以不超过150℃，并且沉积和任何退火操作可以在大气压下进行。
根据一个实施例，用于控制晶体管T1的栅极的导电迹线50与用于控制晶体管T2的栅极的导电迹线50分开。根据一个实施例，用于控制晶体管T2的至少一部分的栅极的导电迹线50与用于控制晶体管T1的至少一部分的栅极的导电迹线50是共享的。这样可以有利地减小光电装置的空间需求。例如，当光电装置包括几种类型的显示子像素，每个显示子像素基本上以单一颜色(例如红色、绿色和蓝色)发射光辐射时，用于控制与以这些颜色中的至少一种发射的发光二极管16相连的晶体管T1的栅极的导电迹线50可以与用于控制与邻近发光二极管16的光电探测器18相连的晶体管T2的栅极的导电迹线50组合。在这种情况下，由光电探测器18检测到的信号的读取与发光二极管16的激活同时进行。
图4是光电装置70的一个实施例的示意性截面图。光电装置70包括前述光电装置5的所有元件，只是光电探测器18和发光二极管16在覆盖衬底10的层堆叠的两个不同层级上制造。在本实施例中，在覆盖衬底10的一组层中，光电探测器18形成在其中形成有晶体管T1、T2层堆叠12和其中形成有发光二极管16的层级之间。特别地，光电探测器18可以沿着堆叠方向覆盖晶体管T1、T2和/或沿着堆叠方向延伸到发光二极管16下方。这尤其使得可以增加光电探测器18所占据的表面，并因此可以增加入射辐射的吸收率。
根据一个实施例，装置70包括覆盖光电二极管18的电绝缘材料层71，并且与发光二极管16相关联的电极14形成在绝缘层71上。发光二极管16通过位于绝缘层71上的电绝缘层72横向隔开。连接电极14与晶体管T1的通孔60随后连续地延伸穿过绝缘层71、20和58，并且选择性地延伸穿过光电探测器18和相关联的电极15中的一个。
根据一个实施例，光电二极管18的界面层44是共享的，并且形成在绝缘层58上方延伸的单个界面层44，该界面层包括用于使连接到发光二极管16的导电通孔60通过的开口73。界面层44可以用作光电探测器18的电极。作为变型，界面层44可以通过至少一个穿过绝缘层71和72的导电通孔(未示出)连接到电极22。
在操作期间，光电二极管18实质上检测在发光二极管16之间传播的入射光。
图5和图6是示意性地示出发光二极管16和光电二极管18的两种布置的俯视图。
在图5所示的实施例中，每个光电二极管18在单个发光二极管16下方延伸，并且相对于发光二极管16横向突出。光电二极管18可以在相应的发光二极管18上居中。
在图6所示的实施例中，每个光电二极管18在几个发光二极管16下方延伸，例如四个发光二极管，具体为一个发射蓝光的发光二极管、一个发射红光的发光二极管，以及两个发射绿光的发光二极管。
图7是光电装置75的一个实施例的示意性截面图。装置75包括图4所示的装置70的所有元件，只是光电探测器18和发光二极管16的相应位置发生反转，发光二极管16在晶体管T1、T2之间制造，光电探测器18位于覆盖衬底10的层堆叠中。
根据一个实施例，装置75包括覆盖发光二极管16的电绝缘材料层76，并且与光电二极管18相关联的电极15形成在绝缘层76上。光电探测器18通过位于绝缘层76上的电绝缘层77横向隔开。连接电极15与晶体管T2的通孔62随后连续地延伸穿过绝缘层76、20和58，并且选择性地延伸穿过发光二极管16和相关联的电极15中的一个。
根据一个实施例，电极22包括用于使连接到光电探测器18的导电通孔62通过的开口78。此外，根据一个实施例，光电二极管18的界面层44是共享的，并且形成在绝缘层77上方延伸的单个界面层44。界面层44可以用作光电探测器18的电极。作为变型，界面层44可以通过至少一个穿过绝缘层76和77的导电通孔(未示出)连接到电极22。
有利地，本实施例使得可以在与发光二极管16的形成相关联的一组步骤之后形成光电探测器18。实际上，与发光二极管16的形成相关联的步骤可以包括加热到高于150℃的温度的步骤，该温度与用于制造光电探测器18的材料不兼容。
图8是光电装置79的一个实施例的示意性截面图。装置79包括图4所示的装置70的所有元件，只是晶体管T1和晶体管T2在覆盖衬底10的层堆叠的两个不同层级上制造。在本实施例中，晶体管T1和发光二极管16形成在衬底10和晶体管T2之间。作为变型，晶体管T2和光电探测器18可以形成在衬底10和晶体管T2之间。
有利地，本实施例使得可以容易使用不同于晶体管T2的有源区域54的材料来制造晶体管T1的有源区域54。根据一个实施例，连接到发光二极管16的晶体管T1的有源区域54可以由LTPS制成，这使得可以获得具有优异阈值电压稳定性的晶体管T1，并且连接到光电探测器18的晶体管T2的有源区域54可以由IGZO或aSi制成，这使得可以获得漏电流低于10fA的晶体管T2。
图9是光电装置80的一个实施例的示意性截面图。光电装置80包括先前关于图4描述的光电装置70的所有元件，并且针对每个光电二极管18还包括彩色滤波器82，该彩色滤波器位于涂层24上，并沿着装置80的堆叠方向与光电二极管18对准。示出了覆盖彩色滤波器82和涂层24的封装层84。封装层84对可见光是透明的或部分透明。彩色滤波器82可以由彩色树脂或由彩色塑料(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))制成。彩色滤波器82使得可以过滤到达每个光电二极管18的入射辐射。这样可以获取优先位于给定波长范围(例如绿色)内的图像，当图像传感器用于检测用户的指纹时，这尤其有利。
图10是光电装置90的一个实施例的示意性截面图。光电装置90包括先前关于图9描述的光电装置80的所有元件，并且针对每个发光二极管16还包括彩色滤波器92，该彩色滤波器位于涂层24上，并沿着装置90的堆叠方向与发光二极管16对准。对可见光不透明的掩模94在彩色滤波器82和92之间的涂层24上方延伸，尤其是与光电装置90的金属迹线，具体地为导电迹线56对准。在本实施例中，彩色滤波器92的透射率接近下面的发光二极管16的有源区域30的发射光谱。这意味着彩色滤波器92基本上完全允许由发光二极管16的有源区域30发射的光通过，但是阻挡其他个波长。
彩色滤波器92和不透明掩膜94执行抗反射功能。因此，不必提供覆盖封装层84并且例如包括线性偏振器和四分之一波片的防眩涂层。
由发光二极管16的有源区域30发射的辐射穿过覆盖发光组件16的彩色滤波器92。彩色滤波器92的透射率接近发光二极管16的发射光谱，由有源区域30发射的辐射基本上不被彩色滤波器92衰减。
当在封装层84的前面存在物体时，辐射至少部分地被该未示出的物体(例如，用户的手指)反射。除了滤波器82处之外，反射的辐射被不透明掩模94吸收，在滤波器82处，反射的辐射一直传播，直到到达光电探测器18为止。由于不存在包括偏振器和四分之一波片的防眩系统，反射辐射的衰减在其传播到图像传感器的过程中减少了。
包括显示屏和图像传感器的常规光电装置的用户所感知到的大部分反射来自光电装置的金属迹线上的反射。在本实施例中，到达封装层84的外部辐射被不透明掩模94吸收，而没有在被不透明掩模94覆盖的光电装置90的金属迹线上反射。此外，穿过彩色滤波器82的外部辐射很少或根本没有被反射。因此获得了防眩功能。到达彩色滤波器92的外部辐射具体在电极14上反射。然而，由于该辐射被彩色滤波器92过滤，因此，朝着观察者反射的辐射的强度降低了。
图11是光电装置100的一个实施例的示意性截面图。光电装置100包括先前关于图10描述的光电装置90的所有元件，只是不存在彩色滤波器92，并且滤波器82被角度滤波器102代替。
每个角度滤波器102适于基于相对于角度滤波器102的上表面104的辐射入射来过滤入射辐射，特别是使得每个光电探测器18仅接收相对于角度滤波器102的上表面104的垂直轴的入射小于最大入射角的光线，该最大入射角小于45°，优选地小于30°，更优选地小于20°，再更优选地小于10°。角度滤波器102适于阻挡相对于角度滤波器102的上表面104的垂直轴的入射大于最大入射角的入射辐射光线。
根据一个实施例，对于用于确定指纹的应用，将用户的手指放置成与光电装置的上表面接触，使得穿过手指和上表面之间的接触区域的光线具有较强的透射性，同时使穿过非接触区域(也称为谷)的光线具有较弱的透射性。位于接触区域对面的光电探测器18收集以低入射扩散的光，而位于非接触区域对面的光电探测器18收集到很少的光，因为这大部分光被角度滤波器102阻挡。
根据另一实施例，光电装置可以包括先前关于图10描述的彩色滤波器82、92以及先前关于图11描述的不透明掩模94和角度滤波器102，它们形成在覆盖衬底10的层堆叠的两个不同层级上。根据另一实施例，先前关于图10描述的彩色滤波器82、92和先前关于图11描述的不透明掩模94和角度滤波器102形成在覆盖衬底10的层堆叠的两个不同层级上，相对于衬底10，彩色滤波器82、92形成在不透明掩模94的上方或下方。
图12和图13分别是角度滤波器102的一个实施例的局部示意性截面图和局部示意性俯视图。
本实施例中，角度滤波器102包括例如由涂层24形成的支撑件，以及位于支撑件24上并界定孔108的壁106。参考标号“h”表示从支撑件12测量的壁106的高度。壁106相对于由光电探测器18检测到的辐射是不透明的，例如相对于由光电探测器18检测到的辐射具有吸收性和/或反射性。根据一个实施例，壁106可以吸收可见光和/或近红外光和/或红外光。壁106可以由与不透明掩模94相同的材料制成。
在图13中，示出了具有正方形截面的孔108。通常在俯视图中，孔108的截面可以是圆形、椭圆形或多边形(例如三角形、正方形或矩形)。
根据一个实施例，孔108以行和列定位。孔108可具有基本相同的尺寸。参考标号“w”表示沿着行或列的方向测量的孔108的宽度。根据一个实施例，孔108在行和列中均匀地定位。参考标号“p”表示孔108的重复间距，也就是说，从上方看到的行或列中的两个连续孔64的中心的距离。
图12和图13所示的角度滤波器102仅允许相对于支撑件24的入射小于最大入射角α的入射光线，该最大入射角由以下关系式(1)定义：
tanα＝w/h(1)
比率w/h越小，最大入射角α越小。角度滤波器102的零入射处的透射率与从上方看到的透明表面与角度滤波器102的吸收表面之间的比率成正比。对于低光照水平的应用，需要透射率最大以增加图像传感器收集到的光量。对于高光照水平的应用，可以降低透射率以免蒙蔽图像传感器。
比率h/w可在1至20之间变化。间距p可在5μm至30μm之间变化，例如大约20μm。高度h可在1μm至1mm之间变化，优选地在50μm至300μm之间变化，例如大约100μm。宽度w可在2μm至30μm之间变化，例如大约10μm。
孔108可以填充有空气或填充有对由光电探测器18检测到的辐射至少部分地透明的材料，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。作为变型，孔108可以填充有具有部分吸收性的材料，以便对角度滤波器102成角度地过滤的光线进行色度过滤。然后，角度滤波器102还可以起到先前关于图9描述的彩色滤波器82的作用。对于存在不同于角度滤波器102的彩色滤波器的情况，这可以减小系统的厚度。具有部分吸收性的填充材料可以是有色树脂或有色塑料(例如PDMS)。
孔108的填充材料可以改变，从而具有与上层(该层与角度滤波器102接触)适应的折射率，或者使结构变硬并改善角度滤波器102的机械支撑。
在图12和图13所示的实施例中，壁106完全由吸收性材料制成，至少针对要被成角度地过滤的波长。壁106可由有色树脂制成，例如有色或黑色SU-8树脂。例如，壁106可以由黑色树脂制成，该黑色树脂吸收可见光和近红外光。
一种用于制造图12和图13所示的角度滤波器102的方法的实施例包括以下步骤：
在支撑件24上沉积一层有色树脂，其厚度基本上等于高度h；
通过光刻在树脂层中的壁106上印刷图案；以及
对树脂层进行显影以便仅保留壁106。
一种用于制造图12和图13所示的角度滤波器102的方法的另一实施例包括以下步骤：
通过光刻步骤，由透明树脂形成形状与壁106的期望形状互补的模具；
使用构成壁106的材料填充模具；以及
从模具中取出获得的结构。
一种用于制造图12和图13所示的角度滤波器102的方法的另一实施例包括对厚度为h的有色膜(例如由PDMS、PMMA、PEC、COP制成的膜)进行穿孔。穿孔可以使用例如包括微型针的微穿孔工具来完成，以便获得孔108的期望尺寸和孔108的间距。
根据一种变型，每个壁106可以包括芯108，芯108由对于由图像传感器检测到的辐射至少部分地透明的第一材料制成，并且被对于由光电探测器18检测到的辐射不透明的层(例如相对于由光电探测器18检测到的辐射具有吸收性和/或反射性)覆盖。第一材料可以是树脂。第二材料可以是金属(例如铝(Al)或铬(Cr))、金属合金或有机材料。
根据前述变型的一种用于制造角度滤波器的方法的一个实施例包括以下步骤：
例如通过旋涂或缝模涂布在支撑件上沉积一层透明树脂；
通过光刻在树脂层中的壁上印刷图案；
对树脂层进行显影以便仅保留壁的芯；以及
在芯上形成不透明层或反射层，具体是仅在芯上选择性地沉积(例如通过蒸镀)第二材料，或者先在芯上以及在芯之间的支撑件上沉积一层第二材料，然后去除位于支撑件上的第二材料。
图14是光电装置110的一个实施例的示意性截面图。光电装置110包括先前关于图10描述的光电装置90的所有元件，并且还包括介于彩色滤波器82、92和封装层84之间的红外滤波器112。红外滤波器112例如适于阻挡波长在590nm至1000nm之间的辐射。红外滤波器112有利地使得可以过滤图像传感器上的太阳辐射。
已经描述了各种实施例。不同的变型和修改对本领域技术人员而言将是显而易见的。上面已经描述了具有各种变型的各种实施例。应当注意，本领域技术人员可以在不示出本实用新型的步骤的情况下组合这些各种实施例和变型的各种要素。特别地，图14所示的红外滤波器112可以与图9所示的光电装置80一起使用。

Claims (18)

1.一种光电装置(5；70；80；100；110)，其特征在于，包括：
显示屏和图像传感器，所述显示屏包括连接到第一晶体管(T1)的有机发光组件(16)的矩阵，所述图像传感器包括连接到第二晶体管(T2)的有机光电探测器(18)的矩阵，用于所述发光组件的所述光电装置的分辨率大于300ppi，并且用于所述光电探测器的所述光电装置的分辨率大于300ppi，所述光电装置的总厚度小于2mm；以及光电装置还包括：
衬底(10)和覆盖所述衬底并包含所述发光组件(16)和所述光电探测器(18)的层堆叠，以及其中所述光电探测器(18)位于所述发光组件(16)和所述衬底之间，或者所述发光组件位于所述光电探测器和所述衬底之间。
2.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，第一和第二晶体管(T1、T2)包括与第一电绝缘层(52)接触的半导体区域(54)。
3.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，包括第二电绝缘层(58)，所有第一电极(14、15)与所述第二电绝缘层接触。
4.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，包括第二电极(22)，所述第二电极(22)附接到所有所述发光组件(16)和/或所有所述光电探测器(18)。
5.根据权利要求4所述的光电装置，其特征在于，所述第二电极(22)与所有所述发光组件(16)和所有所述光电探测器(18)接触。
6.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述光电探测器(18)包括至少一个导电或半导电层(44)，所述导电或半导电层由所有所述光电探测器(18)共享并包括开口(73)，所述发光组件(16)通过延伸穿过所述开口的导电元件(60)连接到所述第一晶体管(T1)。
7.根据权利要求4所述的光电装置，其特征在于，所述第二电极(22)附接到所有所述发光组件(16)并包括开口(78)，所述光电探测器(18)通过延伸穿过所述开口的导电元件(62)连接到所述第二晶体管(T2)。
8.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述光电探测器(18)中的至少一个覆盖多于一个的发光组件(16)。
9.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，每个光电探测器(18)覆盖单个发光组件(16)。
10.根据权利要求4所述的光电装置，其特征在于，所述导电或半导电层(44)附接到所述第二电极(22)。
11.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，还包括覆盖所述光电探测器(18)的第一彩色滤波器(82)。
12.根据权利要求11所述的光电装置，其特征在于，还包括覆盖所述发光组件(16)的第二彩色滤波器(92)。
13.根据权利要求12所述的光电装置，其特征在于，还包括层(94)，所述层(94)对于由所述光电探测器(18)检测到的在第一和第二滤波器(82、92)之间延伸的辐射不透明。
14.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，还包括角度滤波器(102)，所述角度滤波器覆盖每个光电探测器(18)，并且适于阻挡相对于与所述光电装置的面(104)正交的方向的入射高于阈值的所述辐射的光线，以及允许相对于与所述面正交的方向的入射低于阈值的所述辐射的光线通过。
15.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，每个发光组件(16)包括第一有源区域(30)，所述第一有源区域(30)是从中发射由所述发光组件发出的大部分辐射的区域，并且每个光电探测器(18)包括第二有源区域(42)，所述第二有源区域(42)是从中检测由所述光电探测器检测到的大部分辐射的区域。
16.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，第一和第二晶体管(T1、T2)是包括栅极的场效应晶体管，所述光电装置还包括附接到所述第一晶体管(T1)的所述栅极的第一导电迹线(50)和附接到所述第二晶体管(T2)的所述栅极的第二导电迹线(50)，并且其中所述第一导电迹线中的至少一个也附接到所述第二晶体管之一的所述栅极。
17.根据权利要求16所述的光电装置，其特征在于，所述发光组件(16)至少包括适于发射第一辐射的第一发光组件(16)和适于发射第二辐射的第二发光组件(16)，其中附接到与所述第一发光组件相连的所述第一晶体管(T1) 的所述栅极的所述第一导电迹线(50)也附接到与邻近所述第一发光组件的所述光电探测器(18)相连的所述第二晶体管(T2)的所述栅极。
18.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，还包括覆盖所述光电探测器(18)的红外滤波器(112)。
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