CN216749924U - 感光元件以及具有感光元件的显示面板 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种感光元件以及具有感光元件的显示面板。在感光元件中，第一金属电极与第二金属电极设置在基板上；第一掺杂半导体层覆盖第一金属电极，第二掺杂半导体层覆盖部分第二金属电极，第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间的第一间隔大于第二金属电极与第一金属电极之间的第二间隔；钝化层覆盖被第二间隔显露出的基板与被第一间隔显露出的第二金属电极；感光半导体层覆盖钝化层、第一掺杂半导体与第二掺杂半导体；栅极绝缘层覆盖感光半导体层，栅极绝缘层相对感光半导体层的一侧为光入射面；栅极电极对应于第二间隔的位置设置在栅极绝缘层上。

Description

感光元件以及具有感光元件的显示面板

技术领域

本申请涉及一种电子元件，且特别是有关于一种感光元件以及具有感光元件的显示面板。

背景技术

随着科技的进步，电子设备的应用越来越广泛。其中，用于感测光照强度变化的感光元件是众所瞩目的热门研发题材之一。

传统的感光元件采用光电二极管，但应用于环境光线强度较弱的场景时存在一些问题。因此，相关业者提出一种间隙型薄膜晶体管(Gap-type thin film transistor)，可借由主动在栅极电极施加电压，放大光感应电流的信号，以增加感光的反应速度，相对于传统的光电二极管，具有元件面积小、寄生电容小与在低亮度环境中具有较强的感光能力等优点，适合作为显示面板的屏下感光元件。

然而，间隙型薄膜晶体管具有双向感光的特性，且感光半导体层使用的材料为非晶硅，若作为屏下感光元件，间隙型薄膜晶体管会长时间受到背光模块的背光光线照射而产生施泰伯勒－若恩斯基效应(Staebler-Wronski effect)，导致光电转换能力衰退，进而造成感测结果出现误差。此外，间隙型薄膜晶体管应用于低亮度环境(例如：指纹辨识的应用场景中，感测光线需依赖屏幕亮光的反射，且感测光线反射进入显示面板后，光线的照度会衰退到约1勒克斯(lux)至3lux)时，可能会因为背光模块的背光光线的光强度过大，使得感测光线对于间隙型薄膜晶体管所产生的光信号的贡献几乎可以被忽略掉。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种感光元件以及具有感光元件的显示面板，解决现有技术中，双向感光的间隙型薄膜晶体管应用于显示面板时，存在背光模块长时间照射造成光电转换能力衰退的问题，以及背光模块的背光光线的光强度大于感测光线的光强度造成感光效果不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请提供了一种感光元件，其包括：基板、第一金属电极、第二金属电极、第一掺杂半导体层、第二掺杂半导体层、钝化层、感光半导体层、栅极绝缘层与栅极电极。第一金属电极与第二金属电极设置在基板上；第一掺杂半导体层覆盖第一金属电极，第二掺杂半导体层覆盖部分第二金属电极，第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间的第一间隔大于第二金属电极与第一金属电极之间的第二间隔；钝化层覆盖被第二间隔显露出的基板与被第一间隔显露出的第二金属电极；感光半导体层覆盖钝化层、第一掺杂半导体与第二掺杂半导体；栅极绝缘层覆盖感光半导体层，栅极绝缘层相对感光半导体层的一侧为感光元件的光入射面；栅极电极对应于第二间隔的位置设置在栅极绝缘层上。

第二方面，本申请提供了一种具有感光元件的显示面板，其包括：多个本申请的感光元件。

在本申请中，感光元件能够不增加制程光罩数的情况下(即避免产生额外的成本)，采用顶闸型(top-gate type)薄膜晶体管的结构，并搭配第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间的第一间隔大于第二金属电极与第一金属电极之间的第二间隔，以及栅极电极对应于第二间隔的位置设置在栅极绝缘层上的设计，使得感光元件可通过第二金属电极挡住来自基板并入射感光半导体层的大部分光线(即非感光元件要感测的光线)，还可通过第二金属电极将来自栅极绝缘层的光线(即感光元件要感测的光线)反射回到感光半导体层中，再次产生光电效应，提升感光元件的光感应能力。另外，本申请的感光元件应用于显示面板时，可通过第二金属电极挡住来自背光模块并入射感光半导体层的大部分光线，解决现有双向感光的间隙型薄膜晶体管应用于显示面板时所产生的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为依据本申请的感光元件的一实施例剖面结构示意图；

图2为依据本申请的感光元件的另一实施例剖面结构示意图；以及

图3为依据本申请的显示面板的一实施例剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本实用新型的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。

必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用于表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件、组件，或以上的任意组合。

必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。

请参阅图1，其为依据本申请的感光元件的一实施例剖面结构示意图。如图1所示，感光元件100包括：基板110、第一金属电极120、第二金属电极130、第一掺杂半导体层140、第二掺杂半导体层150、钝化层190、感光半导体层160、栅极绝缘层170与栅极电极180。

其中，基板110可为但不限于硬质基板(rigid substrate)或可挠式基板(flexible substrate)；举例而言，基板110的材质可为玻璃、塑胶或其他可以提供支撑且可制作板状结构的材质。第一金属电极120与第二金属电极130的材质可为单层或多层堆叠的金属材料，所述金属材料可为但不限于铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、铝(Al)、钨(W)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、钽(Ta)、铟(In)、锡(Sn)或其组合。第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150的材质可为但不限于n型掺杂半导体或p型掺杂半导体；举例而言，第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150的材质可为n+掺杂(n型重掺杂)的非晶硅或p+掺杂(p型重掺杂)的非晶硅。感光半导体层160的材质可为但不限于非晶硅、多晶硅、单晶硅或其组合。钝化层190的材质可为但不限于氧化硅、氮化硅等绝缘材料。

栅极绝缘层170可为单层或多层堆叠的的复合结构，且栅极绝缘层170的材质可为但不限于氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或其组合。栅极电极180的材质可为透明或不透明导电材料；举例而言，当栅极电极180的材质为透明导电材料时，所述透明导电材料可为铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)或其组合；当栅极电极180的材质为不透明导电材料时，所述不透明导电材料可为金属材料。

在本实施例中，第一金属电极120与第二金属电极130设置在基板110上，第一掺杂半导体层140覆盖第一金属电极120，第二掺杂半导体层150覆盖部分第二金属电极130，第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150之间的第一间隔D1大于第二金属电极130与第一金属电极120之间的第二间隔D2。钝化层190覆盖被第二间隔D2显露出的基板110与被第一间隔D1显露出的第二金属电极130；感光半导体层160覆盖钝化层190、第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150；栅极绝缘层170覆盖感光半导体层160，栅极绝缘层170相对感光半导体层160的一侧为感光元件100的光入射面112；栅极电极180对应于第二间隔D2的位置设置在栅极绝缘层170上。其中，第一金属电极120借由第一掺杂半导体层140形成低电阻接触或是欧姆接触(ohmic contact)，第二金属电极130借由第二掺杂半导体层150形成低电阻接触或是欧姆接触；第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150间隔设置(即第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150之间具有第一间隔D1)。感光半导体层160覆盖钝化层190，用以产生光电效应。第一掺杂半导体层140通过感光半导体层160连接到第二掺杂半导体层150的路径为通道区。

在本实施例中，第一金属电极120可为漏极电极，第二金属电极130可为源极电极，但本实施例并非用以限定本申请。在一实施例中，第一金属电极120可为源极电极，第二金属电极130可为漏极电极。

在本实施例中，第一掺杂半导体层140完全覆盖第一金属电极120，但本实施例并非用以限定本申请。在一实施例中，第一掺杂半导体层140覆盖部分第一金属电极120。

在本实施例中，由于第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150之间的第一间隔D1大于第二金属电极130与第一金属电极120之间的第二间隔D2，使得第二金属电极130可挡住大部分来自基板110的光线，减少感光半导体层160受来自基板110的光线照射所造成的影响。此外，由于第二掺杂半导体层150覆盖部分第二金属电极130，使得第二金属电极130能够反射来自光入射面112且穿过感光半导体层160的外界光线，使外界光线再次进入感光半导体层160，再次产生光电效应，提升感光元件100的光感应能力。需注意的是，当第一掺杂半导体层140覆盖部分第一金属电极120时，第一金属电极120也可反射来自光入射面112且穿过感光半导体层160的外界光线，提升感光元件100的光感应能力。

在一实施例中，第二金属电极130未被第二掺杂半导体层150覆盖的第一表面132为粗糙表面。因此，来自光入射面112且穿过感光半导体层160与钝化层190的外界光线在被第一表面132反射回来的时候，会产生漫反射，使得光线在感光半导体层160中的路径会比第一表面132为平面时更长一些，也就有更多的机会发生光电效应，能够再进一步提高感光元件100的光感应能力，使感光元件100对于感光的反应速率更快。需注意的是，当第一掺杂半导体层140覆盖部分第一金属电极120时，第一金属电极120未被第一掺杂半导体层140覆盖的表面也可为粗糙表面，以进一步提高感光元件100的光感应能力。

由于感光元件100可以理解为具有两个开关控制的薄膜晶体管，分别是电控制开关(即栅极电极180)与光控制开关(即感光半导体层160中第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150之间相连的区域，也就是通道区)。第一间隔D1越大，感光元件100的感应效率越高；第一间隔D1越小，感光元件100产生的电流强度越大，但感应效率越低。更详细地说，当通道区中不被栅极电极180覆盖的面积越大(即第一间隔D1越大)时，通道区有更多接收光线的机会(即感光的空间越大)，使得光信号对感光元件100影响的占比也越大，感光元件100的感应效率越高；但是，当第一间隔D1越大，通道区的电阻也越大，电信号传递的难度会增加，使得整体的电信号会变弱。因此，如何选取一个适当的第一间隔D1，能够使光信号占比足够高，又不至于使通道区的电阻过高，导致电信号太弱，需要依实际的使用情境作调整。

需注意的是，当第一间隔D1越大时，第一金属电极120与第二金属电极130之间的电阻随之变大，如此一来，就会需要提高第一金属电极120与第二金属电极130的驱动电压，以使感光元件100得到相同的电流强度，所以，感光元件100可在第一金属电极120与第二金属电极130的可承受的电压范围以内尽可能地增加第一间隔D1的长度。

在一实施例中，第一金属电极120与第二金属电极130可属于相同膜层，第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150可属于相同膜层。需注意的是，第一金属电极120与第二金属电极130的材质可为相同也可不同，第一掺杂半导体层140与第二掺杂半导体层150的材质可为相同也可不同。

请参阅图2，其为依据本申请的感光元件的另一实施例剖面结构示意图。如图2所示，感光元件200除了包括基板110、第一金属电极120、第二金属电极130、第一掺杂半导体层140、第二掺杂半导体层150、钝化层190、感光半导体层160、栅极绝缘层170与栅极电极180以外，还可包括黑化金属层290。黑化金属层290设置于栅极电极180与栅极绝缘层170之间，且黑化金属层290与栅极电极180具有相同的图案。更详细地说，由于图1的感光元件100的栅极电极180下方的感光半导体层160会暴露在来自基板110的光线下，会对感光元件100的感测结果产生些微影响，因此，本实施例的感光元件200可借由增设黑化金属层290的方式，来吸收来自基板110的光线，减少反射进入感光半导体层160的光线，以降低图1中栅极电极180下方的光线反射率，将来自基板110的光线的影响降到最低。

其中，黑化金属层290具有能够吸收特定波段光线的特性，黑化金属层290的材质可为氧化锰(MnOx)，但本实施例并非用以限定本申请。举例而言，黑化金属层290的材质也可为以铬金属为主的类型，其中又有多种不同的作法，如硝酸钠-氟硅酸型、冰醋酸型、氨基磺酸盐型、硝酸钾-四硼酸钠-偏矾酸铵-硅氟酸型、硝酸钾-氟铝酸钠型等。

在一实施例中，黑化金属层290的厚度与黑化金属层290对预定波长的反射率有关。其中，预定波长可与感光半导体层160的吸收光谱范围有关。举例而言，当感光半导体层160的材质为非晶硅且黑化金属层290的材质为氧化锰时，由于非晶硅的光电转换的最佳波段为500奈米(nm)至600nm，因此，氧化锰的厚度可选择在540埃

至

之间，以有效吸收来自基板110的波长为500nm至600nm的光线，避免所述波段的光线受到反射再次进入感光半导体层160，而影响感光元件200的感应结果。

在一实施例中，感光元件200还可依据抗反射薄膜的技术原理，调整栅极绝缘层170的厚度，使得来自基板110的光线分别通过感光半导体层160与栅极绝缘层170之间的介面与栅极绝缘层170与黑化金属层290之间的介面后，可产生两道反射光，彼此之间因波程差可发生完全破坏性干涉，而减弱反射光的强度，以进一步减少反射进入感光半导体层160的光线，因此，栅极绝缘层170的厚度可为预定波长的四分之一的奇数倍。其中，预定波长可与感光半导体层160的吸收光谱范围有关。举例而言，当感光半导体层160的材质为非晶硅时，由于非晶硅的光电转换的最佳波段为500nm至600nm，因此，栅极绝缘层170的厚度可为125nm至150nm的奇数倍。

在一实施例中，由于光线由折射率小的介质进到折射率大的介质，反射比率会比较大，因此，栅极绝缘层170的折射率可大于黑化金属层290的折射率，以降低栅极绝缘层170与黑化金属层290之间的介面的反射比率，进一步减少反射进入感光半导体层160的光线。

请参阅图3，其为依据本申请的显示面板的一实施例剖面结构示意图。如图3所示，显示面板300为液晶显示面板，所述液晶显示面板包括依次叠设的薄膜晶体管阵列基板310、液晶层320与彩色滤光基板330，薄膜晶体管阵列基板310设置有多个上述的感光元件100或感光元件200，多个感光元件100或感光元件200的光入射面112用以接收外部光线。当显示面板300包括多个感光元件100时，第二金属电极130挡住来自背光模块(未绘制)并入射感光半导体层160的大部分光线，第二金属电极130还可将来自栅极绝缘层170的光线反射回到感光半导体层160中，再次产生光电效应，提升应用显示面板300的装置的光照强度的检测灵敏度。当显示面板300包括多个感光元件200时，感光元件200除了可通过第二金属电极130提升应用显示面板300的装置的光照强度的检测灵敏度以外，感光元件200还可通过黑化金属层290吸收来自背光模块(未绘制)的光线以及减少反射进入感光半导体层160的光线，以降低栅极电极180下方的光线反射率(即黑化金属层290可减少来自背光模块并穿过基板110、钝化层190、感光半导体层160与栅极绝缘层170的光线被反射而再次进入感光半导体层160的机率)，将来自背光模块的光线的影响降到最低，进一步提高应用显示面板300的装置的光照强度的检测灵敏度。其中，所述多个感光元件200可适用于接收由使用者的手指所反射的感测光束，以进行指纹辨识；所述多个感光元件200也可适用于量测所在环境周遭光量，进而通过应用显示面板300的装置借由回授控制技术自动调节显示面板300的亮度，例如：应用显示面板300的智慧型手机于使用者接听电话时，可借由所述多个感光元件200量测到没有环境光线，而控制显示面板300的亮度为零(即显示面板300显示为黑屏)，避免使用者误触其他操作。

由于感光元件100或感光元件200的制程与薄膜晶体管阵列基板310中一般的非晶硅薄膜晶体管制程相容，因此，感光元件100或感光元件200作为显示面板300的内嵌感光元件时，也不会因为制程改变而导致成本过度增加。

需注意的是，图1的感光元件100或图2的感光元件200除了可应用于显示面板300以外，还可单独作为光学感测器。例如：图1的感光元件100或图2的感光元件200可搭配红外线光源形成测距仪，感光元件100或感光元件200可用以接收由红外线光源发射并经物体反射回来的红外线，使得测距仪可依据红外线从被红外线光源发出到被感光元件100或感光元件200接收到的时间及红外线的传播速度获取所述物体的距离。

综上所述，本申请实施例的感光元件能够在不增加制程光罩数的情况下(即避免产生额外的成本)，采用顶闸型(top-gate type)薄膜晶体管的结构，并搭配第一掺杂半导体层与第二掺杂半导体层之间的第一间隔大于第二金属电极与第一金属电极之间的第二间隔，以及栅极电极对应于第二间隔的位置设置在栅极绝缘层上的设计，使得感光元件可通过第二金属电极挡住来自基板并入射感光半导体层的大部分光线(即非感光元件要感测的光线)，还可通过第二金属电极将来自栅极绝缘层的光线(即感光元件要感测的光线)反射回到感光半导体层中，再次产生光电效应，提升感光元件的光感应能力。另外，本申请实施例的感光元件应用于显示面板时，可通过第二金属电极挡住来自背光模块并入射感光半导体层的大部分光线，解决现有双向感光的间隙型薄膜晶体管应用于显示面板时所产生的问题。此外，本申请实施例的感光元件还可通过黑化金属层吸收特定波段光线的特性、栅极绝缘层的厚度调整与/或栅极绝缘层与黑化金属层间的折射率关系控制，减少来自基板或背光模块并被反射进入感光半导体层的光线，将来自基板或背光模块的光线的干扰减至最低。

虽然在本申请的图式中包含了以上描述的组件，但不排除在不违反实用新型的精神下，使用更多其他的附加组件，已达成更佳的技术效果。

虽然本实用新型使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用于限缩本实用新型。相反地，此实用新型涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (12)

1.一种感光元件，其特征在于，包括：

基板；

第一金属电极，设置在所述基板上；

第二金属电极，设置在所述基板上；

第一掺杂半导体层，覆盖所述第一金属电极；

第二掺杂半导体层，覆盖部分所述第二金属电极，且所述第一掺杂半导体层与所述第二掺杂半导体层之间的第一间隔大于所述第二金属电极与所述第一金属电极之间的第二间隔；

钝化层，覆盖被所述第二间隔显露出的所述基板与被所述第一间隔显露出的所述第二金属电极；

感光半导体层，覆盖所述钝化层、所述第一掺杂半导体层与所述第二掺杂半导体层；

栅极绝缘层，覆盖所述感光半导体层，所述栅极绝缘层相对所述感光半导体层的一侧为所述感光元件的光入射面；以及

栅极电极，对应于所述第二间隔的位置设置在所述栅极绝缘层上。

2.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第二金属电极未被所述第二掺杂半导体层覆盖的第一表面为粗糙表面。

3.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述感光元件还包括黑化金属层，设置于所述栅极电极与所述栅极绝缘层之间，且所述黑化金属层与所述栅极电极具有相同的图案。

4.根据权利要求3所述的感光元件，其特征在于，所述栅极绝缘层的厚度为预定波长的四分之一的奇数倍。

5.根据权利要求3所述的感光元件，其特征在于，所述黑化金属层的材质为氧化锰，所述黑化金属层的厚度为540埃至630埃，以吸收预定波长的光线。

6.根据权利要求4或5所述的感光元件，其特征在于，所述预定波长为500奈米至600奈米范围中任一值。

7.根据权利要求3所述的感光元件，其特征在于，所述栅极绝缘层的折射率大于所述黑化金属层的折射率。

8.根据权利要求3所述的感光元件，其特征在于，所述黑化金属层的厚度与所述黑化金属层对预定波长的反射率有关。

9.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第一间隔越大，所述感光元件的感应效率越高。

10.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第一间隔越小，所述感光元件产生的电流强度越大。

11.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第一金属电极与所述第二金属电极属于相同膜层，所述第一掺杂半导体层与所述第二掺杂半导体层属于相同膜层。

12.一种显示面板，其特征在于，包括：依次叠设的薄膜晶体管阵列基板、液晶层与彩色滤光基板，所述薄膜晶体管阵列基板设置有多个如权利要求1至5中任一项或权利要求7至11中任一项所述的感光元件。

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