TWI667801B - 顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置 - Google Patents

顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI667801B
TWI667801B TW107119653A TW107119653A TWI667801B TW I667801 B TWI667801 B TW I667801B TW 107119653 A TW107119653 A TW 107119653A TW 107119653 A TW107119653 A TW 107119653A TW I667801 B TWI667801 B TW I667801B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
pixel
semiconductor layer
light detection
type semiconductor
Prior art date
Application number
TW107119653A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201943092A (zh
Inventor
黃建東
Original Assignee
大陸商上海耕岩智能科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大陸商上海耕岩智能科技有限公司 filed Critical 大陸商上海耕岩智能科技有限公司
Application granted granted Critical
Publication of TWI667801B publication Critical patent/TWI667801B/zh
Publication of TW201943092A publication Critical patent/TW201943092A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412—Digitisers structurally integrated in a display
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • G02F1/13318—Circuits comprising a photodetector
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1345—Conductors connecting electrodes to cell terminals
    • G02F1/13454—Drivers integrated on the active matrix substrate
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/35—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/35—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels
    • H10K59/351—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels comprising more than three subpixels, e.g. red-green-blue-white [RGBW]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/40—OLEDs integrated with touch screens
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/60—OLEDs integrated with inorganic light-sensitive elements, e.g. with inorganic solar cells or inorganic photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/60—OLEDs integrated with inorganic light-sensitive elements, e.g. with inorganic solar cells or inorganic photodiodes
    • H10K59/65—OLEDs integrated with inorganic image sensors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/11—Function characteristic involving infrared radiation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/163—Wearable computers, e.g. on a belt
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30—Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/31—User authentication
    • G06F21/32—User authentication using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voiceprints

Abstract

本發明通過在顯示單元的下方設置光偵測元件，使得光偵測元件位於使用者的生理特徵資訊成像的光軸位置或是近軸位置，相較於攝像頭獨立於顯示裝置設置在顯示裝置外圍邊緣的結構，本發明可以即時捕捉到使用者的生理特徵資訊（如眼球活動資訊），減少影像偵測回應時間，提高用戶體驗。此外，將光偵測元件設置於顯示單元的下方，並通過整合紅外畫素的顯示單元發出紅外光，相較於攝像頭獨立突出設置於顯示裝置區域外的結構，可以有效縮小行動裝置的整體厚度，使得穿戴式設備或是行動裝置更加輕薄、更適用於柔性穿戴式設備或是行動裝置、滿足市場的需求。

Description

顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置
本發明是有關於一種光學元件領域，且特別是有關於一種顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置。
目前，液晶顯示(LCD)裝置或主動矩陣式有機發光二極體(AMOLED)顯示裝置，皆是以薄膜電晶體(TFT)結構掃描並驅動單一畫素，以實現顯示裝置上畫素陣列之顯示功能。形成TFT開關功能的主要結構為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，其中習知的半導體層主要材料有非晶矽、多晶矽、氧化銦鎵鋅(IGZO)、或是混有碳奈米材料之有機化合物等等。由於光偵測二極體(Photo Diode)的結構亦可採用此類半導體材料製備，且生產設備也相容於TFT陣列的生產設備，因此近年來TFT光偵測二極體開始以TFT陣列製備方式作生產，並廣泛應用在X光感測平板元件，如中華人民共和國專利CN103829959B、CN102903721B所描述。
相較於傳統結晶材料製備之影像感測元件，上述TFT光感測陣列薄膜材料之光能隙(Bandgap)皆以可見光為主要吸收範圍，因此較易受環境可見光之干擾形成雜訊，導致訊號雜訊比(SNR)較低。受限於此，TFT光感測陣列初期的應用乃是以X光感測平 板元件應用為主，主因即為X光屬短波長光且準直性高，X光影像先入射到感測平板上配置之光波長轉換材料，將X光影像轉換較長波長之可見光再直接於感測平板內部傳輸至TFT光感測陣列薄膜上，避免了周圍環境之可見光形成雜訊干擾，如上述中華人民共和國專利CN103829959B、CN102903721B所描述。
若欲將此類習知的可見光感測器薄膜配置在原顯示裝置結構內，受限於顯示畫素開口孔徑等問題，光偵測二極體陣列感測的真實影像已是發生繞射等光學失真的影像，且因光學訊號穿透顯示裝置多層結構，並且在光學顯示訊號、觸控式感測訊號並存的情況下，欲從低訊號雜訊比場景提取有用光學訊號具備很高的困難度，技術困難等級達到近乎單光子成像之程度，必須需藉由演算法依光波理論運算重建方能解析出原始影像。為了避開此一技術難點，習知將可見光感測器薄膜配置在原顯示裝置結構內會需要額外的光學增強元件，或是僅將光感測器薄膜配置在顯示裝置側邊內，利用非垂直反射到達側邊之光線進行光影像重建，例如：中華人民共和國專利CN101359369B所述。
由上述習知光感測器薄膜的現有技術可以看出，現有的光偵測裝置存在光電轉換率低、無法滿足大面積薄膜陣列元件的問題，欲配置光偵測陣列薄膜在顯示裝置結構內，需要對光偵測結構進行改善以使得拓展偵測的光敏波長範圍以及提高其對應的光電轉換量子效率。此外，現有的光偵測裝置在進行眼球追蹤、虹膜識別等操作時，其結構是通過顯示裝置外攝像頭結構來識別 眼球或虹膜影像。以眼球追蹤為例，由於顯示裝置外攝像頭位置偏離光軸，其在採集眼球資訊時存在精確度不高、回應時間慢、畫面延遲等問題，給用戶帶來了不良的感官體驗，甚至引發頭暈、嘔吐等症狀。
為此，需要提供一種光偵測的技術方案，用於解決現有的光偵測裝置在應用於眼球追蹤等應用場景時，存在的採集影像資訊精準度不高、回應時間慢、畫面延遲、使用者體驗差等問題。
為實現上述目的，發明人提供了一種顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置，自上而下包括顯示單元、光偵測元件和處理晶片；所述顯示單元包括PxQ個顯示畫素區，每一顯示畫素區內設置有R分量畫素發光層、G分量畫素發光層和B分量畫素發光層；所述PxQ個顯示畫素區中還至少存在著一個顯示畫素區內設置有紅外畫素發光層，所述紅外畫素發光層用於在接收到處理晶片發出的紅外顯示驅動訊號後，發出紅外光訊號；所述光偵測元件用於偵測紅外光訊號，所述處理晶片用於根據紅外光訊號生成紅外光影像資訊；所述紅外光元件包括MxN個畫素偵測區，每一畫素偵測區對應設置一畫素偵測結構，每一畫素偵測結構包括由一個以上薄膜電晶體所組成的一組畫素薄膜電路以及一個光偵測單元；所述光偵測單元包括紅外光敏二極體或紅外光敏電晶體。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素 的光偵測裝置設置有紅外畫素發光層的顯示畫素區的數量為多個，且均勻分佈於所述顯示單元上。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述薄膜電晶體為包含有低溫多晶矽、銦鎵鋅氧化物、碳奈米中任意一種的有機薄膜電晶體，薄膜電晶體組成的陣列的電子遷移率大於0.5cm2/Vs。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述光偵測單元為光敏二極體所形成的陣列，所述光敏二極體所形成的陣列包括光敏二極體感應區，所述光敏二極體感應區包括光敏二極體層，所述光敏二極體層包括p型半導體層、i型半導體層、n型半導體層，p型半導體層、i型半導體層、n型半導體層自上而下堆疊設置，所述i型半導體層為微晶矽結構或非結晶矽化鍺結構。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述微晶矽結構為矽烷與氫氣通過化學氣相沉積成膜的半導體層，微晶矽的結構的結晶度大於40%，且其禁帶寬度小於1.7eV。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述非結晶矽化鍺結構為矽烷、氫氣與鍺烷通過化學氣相沉積成膜的非結晶半導體層，且其禁帶寬度小於1.7eV。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述p型半導體層的上端面設置有第一光學元件， 所述第一光學元件用於降低光線在p型半導體層的上端面的反射率、或是減小光線在p型半導體層的折射角度以增加光入射量。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述n型半導體層的下端面還設置有第二光學元件，所述第二光學元件用於提高光線在n型半導體層的下端面的反射率。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述光偵測單元為光敏電晶體所形成的陣列，所述光敏電晶體所形成的陣列包括光敏電晶體感應區，所述光敏電晶體感應區設置有光敏薄膜電晶體，所述光敏薄膜電晶體包括閘極、源極、汲極、絕緣層、光吸收半導體層；所述光敏薄膜電晶體為倒立共平面式結構，所述倒立共平面式結構包括：所述閘極、絕緣層、源極縱向自下而上設置，所述汲極與所述源極橫向共面設置；絕緣層包裹所述閘極，以使得閘極與源極、閘極與汲極之間均不接觸；源極和汲極之間間隙配合，源極和汲極橫向之間形成光敏漏電流通道，所述光吸收半導體層設置於光敏漏電流通道內。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置所述源極和汲極的數量均為多個，源極和源極之間相互並聯，汲極和汲極之間相互並聯；所述源極和汲極之間間隙配合，源極和汲極橫向之間形成光敏漏電流通道包括：相鄰的源極之間形成第一間隙，一個汲極置於所述第一間隙內，相鄰的汲 極之間形成第二間隙，一個源極置於所述第二間隙內，源極和汲極之間交錯設置且間隙配合。
基於上述，本發明通過在顯示單元的下方設置光偵測元件，使得光偵測元件位於使用者的生理特徵資訊成像的光軸位置或是近軸位置，相較於攝像頭獨立於顯示裝置設置在顯示裝置外圍邊緣的結構，本發明可以即時捕捉到使用者的生理特徵資訊(如眼球活動資訊)，減少影像偵測回應時間，提高用戶體驗。此外，將光偵測元件設置於顯示單元的下方，並通過整合紅外畫素的顯示單元發出紅外光，相較於攝像頭獨立突出設置於顯示裝置區域外的結構，可以有效縮小行動裝置的整體厚度，使得穿戴式設備或是行動裝置更加輕薄、更適用於柔性穿戴式設備或是行動裝置、滿足市場的需求。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1‧‧‧閘極
2‧‧‧源極
3‧‧‧汲極
4‧‧‧絕緣層
5‧‧‧光吸收半導體層
101‧‧‧觸控式螢幕或蓋板玻璃
102‧‧‧顯示單元
103‧‧‧低折射率膠
104‧‧‧光偵測元件
105‧‧‧軟性電路板
106‧‧‧主電路板
107‧‧‧封裝阻隔層
109‧‧‧處理晶片
圖1為本發明一實施方式涉及的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置的示意圖。
圖2為本發明一實施方式涉及的畫素偵測區的電路示意圖。
圖3為本發明一實施方式涉及的畫素偵測結構的示意圖。
圖4為本發明另一實施方式涉及的畫素偵測結構的示意圖。
圖5為本發明一實施方式涉及的源極和汲極結構配合的示意圖。
圖6為本發明一實施方式涉及的光學元件的分佈方式的示意圖。
圖7為本發明一實施方式涉及的光偵測元件的製備方法的流程圖。
圖8為本發明一實施方式所述的光偵測元件製備過程中的示意圖。
圖9為本發明另一實施方式所述的光偵測元件製備過程中的示意圖。
圖10為本發明另一實施方式所述的光偵測元件製備過程中的示意圖。
圖11為本發明另一實施方式所述的光偵測元件製備過程中的示意圖。
圖12為本發明一實施方式涉及的顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置的應用場景的示意圖。
為詳細說明技術方案的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合具體實施例並配合圖示詳予說明。
請參照圖1，為本發明一實施方式涉及的光偵測裝置的示意圖。所述裝置為具有觸控式顯示裝置的設備，如手機、平板電 腦、個人數位助理等智慧行動裝置，還可以是個人電腦、工業裝備用電腦等電子設備。
所述裝置自上而下包括顯示單元102、光偵測元件104和處理晶片109。所述處理晶片109為具有資料處理功能的電子元件，如CPU(中央處理器)、DSP(數位訊號處理器)、MCU(微處理器)等。處理晶片分別與光偵測元件、顯示單元電連接，處理晶片可以整合設置於主電路板106，主電路板106設於顯示單元的下方。所述顯示單元102為以主動矩陣式薄膜電晶體作為掃描驅動與傳輸資料的顯示裝置，所述顯示單元包括AMOLED顯示裝置、LCD液晶顯示裝置、微發光二極體顯示裝置、量子點顯示裝置、或是電子墨水顯示裝置。
當顯示單元102為LCD液晶顯示裝置或電子墨水顯示裝置時，顯示單元還包括設置於光偵測元件下方的背光單元，光偵測元件設置於背光單元和LCD液晶顯示裝置或電子墨水顯示裝置之間，所述背光單元整合有可見光或是紅外光光源。由於LCD液晶顯示裝置和電子墨水顯示裝置不屬於自發光元件，因而在安裝時需要在光偵測元件的下方增加背光單元，從而實現顯示單元能夠發出紅外光源的方案。背光單元可以為LCD背光模組，也可以為其他具有自發光功能的電子元件。
當顯示單元102為AMOLED顯示裝置、微發光二極體顯示裝置、量子點顯示裝置中的任意一種時，由於AMOLED顯示裝置、微發光二極體顯示裝置、量子點顯示裝置屬於自發光元件， 因而可以在顯示單元上整合可見光自發光畫素或自發光紅外光畫素，從而實現顯示單元能夠發出紅外光源的方案。
具體地，所述顯示單元102包括PxQ個顯示畫素區，每一顯示畫素區內設置有R分量畫素發光層、G分量畫素發光層和B分量畫素發光層；所述PxQ個顯示畫素區中還至少存在著一個顯示畫素區內設置有紅外畫素發光層，所述紅外畫素發光層用於在接收到處理晶片發出的紅外顯示驅動訊號後，發出紅外光訊號。
顯示裝置上整合R分量畫素發光層、G分量畫素發光層和B分量畫素發光層已得到大量推廣使用，本發明的一個創新點是在於顯示裝置上整合紅外畫素發光層，整合的方法與整合R分量畫素發光層、G分量畫素發光層和B分量畫素發光層的方法類似，此處不再贅述。
在本實施方式中，紅外畫素發光層的材質可以採用環金屬銥配合物或鋨配合物，關於這兩種配合物生產紅外畫素發光層的方案可以參考以下論文：“Mohammad taghi sharbati,Farhad panahi,Alireza gharavi,Farzin emami,and Khodabakhsh niknam,“Fabrication of a near infrared OLED,”IEEE LEOS Annual Meeting Conference Proceedings,p90(2009)。
在本實施方式中，設置有紅外畫素發光層的顯示畫素區的數量為多個，且均勻分佈於所述顯示單元上。簡言之，對於每個顯示畫素區內設置有一個顯示畫素結構(包括顯示畫素發光層)，每一個顯示畫素結構對應顯示圖像上的一個畫素，而傳統的 一個顯示畫素結構中整合有R分量畫素發光層、G分量畫素發光層和B分量畫素發光層。本發明在此基礎上作出進一步改進，選取其中的部分(至少為一個)顯示畫素結構不僅整合RGB三者畫素，還整合有紅外畫素，以使得顯示裝置可以實現發出紅外光功能。
整合有紅外畫素發光層的顯示畫素結構既可以是顯示裝置上的所有全部顯示畫素結構，也可以只是部分顯示畫素結構。優選的，考慮到生產成本，整合有紅外畫素發光層的顯示畫素結構為部分顯示畫素結構。例如某個顯示裝置包含1000x800個顯示畫素區，對應的顯示畫素結構為1000x800個，則在設計時可以每100個顯示畫素結構中具有一個顯示畫素結構整合有紅外畫素發光層，即具有紅外畫素發光層的顯示畫素結構共有100x80個，以使得顯示裝置實現發出紅外光功能。
在某些實施例中，所述顯示單元102的上方還設置有觸控式螢幕或蓋板玻璃101，從而滿足不同終端產品的需求。優選的，顯示裝置的透光率大於3%，從而在實現光偵測功能過程中，透過顯示裝置的光線的光通量足夠大，進而被設置於顯示裝置下方的光偵測元件接收，從而實現光偵測功能。
在某些實施例中，所述顯示單元102的下端面與光偵測元件104的上端面通過低折射率膠103粘合，所述低折射率膠的折射率小於1.4。低折射率膠一方面可以起到粘合作用，使得光偵測單元緊固於顯示單元的底面，不易發送脫落；另一方面採用低 折射率的膠，當光線透過顯示單元照射入光偵測元件時，由於低折射率膠的折射作用(膠的折射率低於光偵測單元上與之接觸的部位的折射率，通常情況下光偵測單元上與低折射率膠接觸的部位的折射率在1.4以上)，使得光線在低折射率膠位置發生折射後，可以盡可能以垂直方向入射至光偵測元件，可以有效提高光電轉換率。在本實施方式中，所述低折射率膠的材質為具有碳-氟鍵的有機化合膠材。
在某些實施例中，所述光偵測元件104與主電路板106通過軟性電路板105進行連接，所述軟性電路板105包括具有影像訊號讀取識別功能的晶片。所述識別功能的晶片包括指紋影像讀取晶片、指紋識別演算法晶片等，晶片型號如Analog Devices公司的ADAS1256晶片。軟性電路板又稱柔性線路板、撓性線路板，簡稱軟板或FPC，是相對於普通硬樹脂線路板而言，軟性電路板具有配線密度高、重量輕、厚度薄、配線空間限制較少、靈活度高等優點。軟性電路板的設置可以使得光偵測裝置整體更加輕薄化，滿足市場需求。
在某些實施例中，所述光偵測元件104和主電路板106之間還設置有封裝阻隔層107，封裝阻隔層(以下稱為“阻水阻氧層”)可以起到阻水阻氧的作用，所述阻水阻氧層包括多層無機層鍍膜以及有機層鍍膜交替堆疊形成的材料，所述阻水阻氧層成膜於聚合物基材上。優選的，所述無機層包括：氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiOX)、氮化矽(SiNX)；所述有機層包括：基於丙烯酸樹脂 (Acrylic)的高分子材料或基於聚對二甲苯(Poly-p-xylene)的高分子材料。上述方案可以使得弱光成像得以在具備阻隔層的結構下實現，並整合光偵測元件在適合柔性顯示裝備的基材上製備。
在本實施方式中，所述光偵測元件104為TFT影像感測陣列薄膜，所述光偵測元件104用於偵測紅外光訊號，所述處理晶片109用於根據紅外光訊號生成紅外光影像資訊；所述紅外光元件包括MxN個畫素偵測區。每一畫素偵測區對應設置一畫素偵測結構，每一畫素偵測結構包括由一個以上薄膜電晶體所組成的一組畫素薄膜電路以及一個光偵測單元。每一畫素偵測結構對應偵測一個畫素，因而TFT影像感測陣列薄膜可以用於偵測MxN個畫素，以形成相應影像。所述光偵測單元包括紅外光敏二極體或紅外光敏電晶體。光偵測元件偵測的波長範圍包含可見光波段或是紅外光波段。
以光偵測元件為光敏二極體陣列薄膜為例，每一個畫素偵測區對應的畫素偵測結構的基本電路組成如圖2所示。光敏二極體為形成光偵測單元之主要感測元件，閘極掃描線以固定之畫面播放速率(Frame Rate)將薄膜電晶體(TFT)操作在打開模式，當所述光偵測元件偵測到光訊號，打開之薄膜電晶體即可將電容電壓資料傳輸到讀取晶片。具體可以參考以下文獻：M.J.Powell,I.D.French,J.R.Hughes,N.C.Bird,O.S.Davies,C.Glasse,and J.E.Curran,“Amorphous silicon image sensor arrays,”Mater.Res.Soc.Symp. Proc.,vol.258,pp.1127(1992,)、[2]B.Razavi,“Design of Analog CMOS Integrated Circuits,”McGraw-Hill,2000。
在本實施方式中，所述薄膜電晶體為包含有低溫多晶矽、銦鎵鋅氧化物、碳奈米中任意一種的有機薄膜電晶體，薄膜電晶體組成的陣列的電子遷移率大於0.5cm2/Vs。低溫多晶矽的全稱是“Low Temperature Poly-Silicon(LTPS，多晶矽又簡稱為p-Si，下同)”，它是多晶矽技術的一個分支。對LCD顯示器來說，採用多晶矽液晶材料有許多優點，如薄膜電路可以做得更薄更小、功耗更低等。
對於每一個畫素偵測結構而言，有以下幾種實現方式：實施例一：所述TFT影像感測陣列薄膜(即光偵測元件)為光敏二極體所形成的陣列，每一畫素偵測結構包括光敏二極體感應區。現有的液晶顯示(LCD)面板或有機發光二極體(OLED)顯示面板，皆是以TFT結構驅動掃描單一畫素，以實現面板上畫素陣列的顯示功能。形成TFT開關功能的主要結構為半導體場效電晶體(FET)，其中習知的半導體層材料主要有非晶矽、多晶矽、氧化銦鎵鋅(IGZO)、或是混有碳奈米材料之有機化合物等等。由於光感測二極體的結構亦可採用此類半導體材料製備，且生產設備也相容於TFT陣列的生產設備，因此近年來TFT光偵測二極體(即光敏二極體)開始以TFT陣列製備方式進行生產。現有的光敏二極體的具體結構可以參考美國專利US6943070B2、中華人民共和國 專利CN204808361U中對光偵測元件結構的描述。TFT影像感測陣列薄膜的生產製程與顯示面板TFT結構不同的是：原本在顯示面板的畫素開口區域，在生產製程上改為光感測區域。其TFT製備方式可以採用薄型玻璃為基材，亦可採用耐高溫塑性材料為基材，如美國專利US6943070B2所述。
現有的TFT影像感測陣列薄膜易受周圍環境光或者顯示裝置畫素所發出的可見光的反射、折射等因素影響，造成光學干擾，嚴重影響內嵌於顯示面板下方的TFT影像感測陣列薄膜的訊號雜訊比(SNR)，為了提高訊號雜訊比，如圖3所示，本發明對每個畫素偵測結構中的光偵測單元做了進一步改進，使得改進後的TFT影像感測陣列薄膜可以偵測識別使用者生理特徵(如眼球)反射回的紅外訊號。具體結構如下：所述光敏二極體層包括p型半導體層、i型半導體層、n型半導體層，p型半導體層、i型半導體層、n型半導體層自上而下堆疊設置，所述i型半導體層為微晶矽結構或非結晶矽化鍺結構。所述微晶矽結構為矽烷與氫氣通過化學氣相沉積成膜的半導體層，微晶矽的結構的結晶度大於40%，且其禁帶寬度小於1.7eV。所述非結晶矽化鍺結構為矽烷、氫氣與鍺烷通過化學氣相沉積成膜的非結晶半導體層，且其禁帶寬度小於1.7eV。
禁帶寬度(Band gap)是指一個帶隙寬度(單位是電子伏特(eV))，固體中電子的能量是不可以連續取值的，而是一些不連續的能帶，要導電就要有自由電子存在，自由電子存在的能帶稱為 導帶(能導電)，被束縛的電子要成為自由電子，就必須獲得足夠能量從價帶躍遷到導帶，這個能量的最小值就是禁帶寬度。禁帶寬度是半導體的一個重要特徵參量，其大小主要決定於半導體的能帶結構，即與晶體結構和原子的結合性質等有關。
在室溫下(300K)，鍺的禁帶寬度約為0.66ev，矽烷中含有鍺元素，當摻入鍺元素後，會使得i型半導體層的禁帶寬度下降，當滿足小於1.7eV時，說明i型半導體層可以接收可見光至紅外光(或近紅外光)波長範圍內的光訊號。通過調整化學氣象沉積的GeH4濃度，可以將含有非晶或微晶矽化鍺結構的光敏二極體的操作波長範圍擴展到光波長600nm到2000nm的範圍。
實施例二：在採用實施例一的基礎上，為了提高光電轉換之量子效率，非結晶矽化鍺結構的光電二極體也可採用雙結以上p型/i型/n型結構堆疊形成。該光電二極體第一結層p型/i型/n型材料仍然為非晶矽結構，第二結層以上p型/i型/n型材料可以為微晶結構、多晶結構或是摻有可擴展光敏波長範圍之化合物材料。簡言之，可以採用多組p型/i型/n型結構上下堆疊來實現組成光敏二極體結構，對於每一個p型/i型/n型結構，則採用實施例一所描述的光敏二極體結構。
實施例三：在採用實施例一或實施例二的基礎上，對於每一個p型/i型/n型結構而言，其所包含的p型半導體層可以為大於兩層的多 層結構。例如p型半導體層為三層結構，自上而下包括第一p型半導體層(p1層)、第二p型半導體層(p2層)、第三p型半導體層(p3層)。其中，p1層可以採用非結晶結構且重摻雜硼(含硼濃度為標準製程的兩倍以上)；p2和p3採用微晶結構，且正常摻雜硼(按照標準製程濃度摻雜)，依靠厚度減薄的p2層和p3層減少對光線的吸收，使得光線盡可能多地進入i層並被i層所吸收，提高光電轉換率；另一方面p2層和p3層採用正常的硼摻雜可以有效避免由於p1層的重摻雜導致劣化內建電位。當p型半導體層包括為其他層數的多層結構與此類似，此處不再贅述。
同樣的，n型半導體層也可以為大於兩層的多層結構。例如n型半導體層為三層結構，自上而下包括第一n型半導體層(n1層)、第二n型半導體層(n2層)、第三n型半導體層(n3層)。其中，n3層可以採用非結晶結構且重摻雜磷(含磷量為標準製程兩倍以上)；n1和n2採用微晶結構，且正常摻雜磷(按照標準生產製程)，依靠厚度減薄的n1層和n2層減少對光線的吸收，使得光線盡可能多地進入i層並被i層所吸收，提高光電轉換率；另一方面n1層和n2層採用正常的磷摻雜可以有效避免由於n3層的重摻雜導致劣化內建電位。當n型半導體層包括為其他層數的多層結構與此類似，此處不再贅述。
實施例四：本實施例是針對實施例一或二或三的進一步改進，如圖6中的(a)所示，具體包括：在所述p型半導體層的上端面設置有 第一光學元件，所述第一光學元件用於降低光線在p型半導體層的上端面的反射率、或是減小光線在p型半導體層的折射角度以增加光入射量。減小光線在p型半導體層的折射角度，可以讓光線盡可能地以接近於垂直方向射入p型半導體層，使得光線盡可能地被p型半導體層下方的i型半導體層所吸收，從而進一步提高光敏二極體的光電轉換率。當p型半導體層為多層結構時，第一光學元件設置於最上方的一層p型半導體層的上端面。
所述第一光學元件包括折射率呈週期性變化的光子晶體結構或微透鏡陣列結構、或是折射率呈非週期性變化的漫散射結構。所述第一光學元件的折射率小於p型半導體層的折射率，可以使得光線在第一光學元件發生折射後，入射角小於折射角，即光線盡可能地以接近於垂直方向射入p型半導體層。
實施例五：本實施例是針對實施例一或二或三或四的進一步改進，如圖6中的(b)所示，所述n型半導體層的下端面還設置有第二光學元件，所述第二光學元件用於提高光線在n型半導體層的下端面的多重反射率。所述多重反射率是指光線在經過第二光學元件反射後進入i型半導體層，再次被i型半導體層所吸收，吸收後的光線又再次經過第二光學元件反射後進入i型半導體層，如此反復多次，提高i型半導體層的光電轉換率。當n型半導體層為多層結構時，第二光學元件設置於最下方的一層n型半導體層的下端面。
所述第二光學元件包括折射率呈週期性變化的光子晶體結構、或是折射率呈非週期性變化的漫散射結構，且所述第二光學元件的折射率小於n型半導體層的折射率。這樣，可以使得光線在n型半導體層的下端面盡可能發生反射，以便反射後的光線再次被i型半導體層所吸收，進而適量放大屬於i型半導體層可吸收的光波長範圍內的訊號，提高該波長範圍內的光電流量。
實施例六：如圖4所示，所述TFT影像感測陣列薄膜(即光偵測元件)為光敏電晶體所形成的陣列，每一畫素偵測結構中的光偵測單元包括設置有光敏薄膜電晶體，所述光敏薄膜電晶體包括閘極1、源極2、汲極3、絕緣層4、光吸收半導體層5；所述光敏薄膜電晶體為倒立共平面式結構，所述倒立共平面式結構包括：所述閘極1、絕緣層4、源極2縱向自下而上設置，所述汲極3與所述源極2橫向共面設置；絕緣層4包裹所述閘極1，以使得閘極1與源極2、閘極1與汲極3之間均不接觸；源極2和汲極3之間間隙配合，源極2和汲極3橫向之間形成光敏漏電流通道，所述光吸收半導體層5設置於光敏漏電流通道內。
一般藉由閘極電壓控制TFT操作在關閉狀態時，源極到汲極之間不會有電流通過；然而當TFT受光源照射時，由於光的能量在半導體激發出電子-電洞對，TFT結構的場效應作用會使電子-電洞對分離，進而使TFT產生光敏漏電流。這樣的光敏漏電流特性讓TFT陣列可應用在光偵測或光偵測之技術上。相較於一般 採用TFT漏電流作光敏薄膜電晶體之元件，本發明以倒立共平面型場效電晶體結構將光吸收半導體層配置於最上方吸光層，大幅增加了光電子的激發，提高了光電轉換效率。
如圖7所示，為本發明一實施方式涉及的光偵測單元的製備方法的流程圖。所述方法用於製備實施例六的光偵測單元所包含的光敏薄膜電晶體，具體包括以下步驟：首先進入步驟S801在畫素薄膜電晶體的基材上通過磁控濺射鍍膜出閘極。畫素薄膜電晶體的基材可以採用硬板，也可以採用柔性材料(如聚醯亞胺)；而後進入步驟S802在所述閘極的上方通過化學氣相沉積或是磁控濺射鍍膜出絕緣層；而後進入步驟S803在所述絕緣層的上方通過化學氣相沉積鍍膜出源極和汲極的n型摻雜半導體層，並通過磁控濺射鍍膜出源極和汲極的金屬層，通過黃光蝕刻製程定義出預設結構的源極和汲極，得到源極和汲極橫向共面，且間隙配合，並使得源極和汲極橫向之間形成光敏漏電流通道；而後進入步驟S804在所述光敏漏電流通道內化學氣相沉積鍍膜出光吸收半導體層。
實施例七：以習知的場效電晶體結構而言，作為掃描驅動與資料傳輸開關的TFT不需特別針對源極和汲極之間收集光電流的結構作設計；然而對場效電晶體應用在光敏漏電流的偵測上，如果被光 線激發的電子-電洞對被場效分離後，受電場驅動的飄移(Drift)路徑太長，極有可能在光電子未能順利抵達電極之前，就已經與電洞作再結合(Recombination)，或是被光吸收半導體層本身的懸空鍵結(Dangling Bond)缺陷給捕獲，無法有效地貢獻作光偵測的光電流輸出。
為了改善光敏漏電流受源極與汲極之間通道長度的影響，以達到可增加吸收光半導體面積卻不致於劣化光電轉換效率的目的，本實施例中對實施例四的源極和汲極進行一步改進，提出了一源極與汲極的新型結構。
如圖5所示，所述源極和汲極的數量均為多個，源極和源極之間相互並聯，汲極和汲極之間相互並聯；所述源極和汲極之間間隙配合，源極和汲極橫向之間形成光敏漏電流通道包括：相鄰的源極之間形成第一間隙，一個汲極置於所述第一間隙內，相鄰的汲極之間形成第二間隙，一個源極置於所述第二間隙內，源極和汲極之間交錯設置且間隙配合。每一源極與相鄰的汲極之間的距離小於電子飄移距離，所述電子飄移距離為電子在場效作用下能夠生存的距離。這樣，在每一個偵測畫素裡，所屬同一畫素的多個源極都相互並聯，且所屬同一畫素的多個汲極也都相互並聯，可以有效降低光激發電子與電洞再複合的機率，提高了場效應作用下電極收集光電子的成功機率，最大化地改善了TFT漏電流光敏薄膜電晶體的光敏度。
如圖8至11所示，為逐步製備實施例七涉及的光偵測單 元所包含的光敏薄膜電晶體的過程，其大體步驟與製備實施例六的光敏薄膜電晶體類似。區別在於，在製備源極和汲極時，步驟S803中“通過黃光蝕刻製程定義出預設結構的源極和汲極，得到源極和汲極橫向共面，且間隙配合，並使得源極和汲極橫向之間形成光敏漏電流通道”包括：通過黃光蝕刻製程定義出源極電極組和汲極電極組，每一個源極電極組包括多個源極，源極和源極之間相互並聯；每一個汲極電極組包括多個汲極，汲極和汲極之間相互並聯；相鄰的源極之間形成第一間隙，一個汲極置於所述第一間隙內，相鄰的汲極之間形成第二間隙，一個源極置於所述第二間隙內，源極和汲極之間交錯設置且間隙配合。
在某些實施例中，所述光偵測元件用於接收偵測觸發訊號，處於光偵測狀態，並接收偵測部位(如指紋、眼球、虹膜等)反射的光訊號以捕捉使用者的偵測部位資訊，並輸出相應影像。優選的，偵測觸發訊號為紅外光偵測訊號，當光偵測元件接收到該訊號後，將處於偵測反射進入光偵測元件的紅外光。顯示裝置上的紅外畫素發光層用於接收到紅外顯示驅動訊號，發出紅外光；也可以用於接收到紅外顯示驅動關閉訊號後，停止紅外畫素發光層工作，此時顯示單元只起到RGB畫素分量顯示功能。
在某些實施例中，所述顯示單元上設置有光偵測感應區，所述光偵測感應區包括多個光偵測感應子區域，每一光偵測感應子區域的下方對應設置一個光偵測元件。所述裝置還包括存儲介質，所述存儲介質存儲有電腦程式。以追蹤眼球活動識別為 例，所述電腦程式被處理器執行時實現以下步驟：接收到對眼球識別子區域(即光偵測感應子區域)的啟動指令，偵測控制電路開啟所述眼球識別子區域(即光偵測感應子區域)的下方的光偵測元件；或者，接收到對眼球識別子區域的關閉指令，偵測控制電路開啟所述眼球識別子區域的下方的光偵測元件。如圖12所述，光偵測元件的面積既可以覆蓋整個顯示裝置，也可以占顯示裝置總面積的1/2至3/4，具體根據實際需要進行設置，各個光偵測元件整體的中心與顯示裝置的中心位置重合，以保證在進行生理特徵資訊偵測時，光軸不會偏離。
綜上所述，本發明通過在顯示單元的下方設置光偵測元件，使得光偵測元件位於使用者的生理特徵資訊成像的光軸位置或是近軸位置，相較於攝像頭獨立於顯示裝置設置在顯示裝置外圍邊緣的結構，本發明可以即時捕捉到使用者的生理特徵資訊(如眼球活動資訊)，減少影像偵測回應時間，提高用戶體驗。此外，將光偵測元件設置於顯示單元的下方，並通過整合紅外畫素的顯示單元發出紅外光，相較於攝像頭獨立突出設置於顯示裝置區域外的結構，可以有效縮小行動裝置的整體厚度，使得穿戴式設備或是行動裝置更加輕薄、更適用於軟性穿戴式設備或是行動裝置、滿足市場的需求。
需要說明的是，儘管在本文中已經對上述各實施例進行了描述，但並非因此限制本發明的專利保護範圍。因此，基於本發明的創新理念，對本文所述實施例進行的變更和修改，或利用 本發明說明書及圖示內容所作的等效結構或等效流程變換，直接或間接地將以上技術方案運用在其他相關的技術領域，均包括在本發明的專利保護範圍之內。

Claims (10)

  1. 一種顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置，自上而下包括顯示單元、光偵測元件和處理晶片，其中所述顯示單元包括PxQ個顯示畫素區，每一顯示畫素區內設置有R分量畫素發光層、G分量畫素發光層和B分量畫素發光層，所述PxQ個顯示畫素區中還至少存在著一個顯示畫素區內設置有紅外畫素發光層，所述紅外畫素發光層用於在接收到處理晶片發出的紅外顯示驅動訊號後，發出紅外光訊號，所述光偵測元件用於偵測紅外光訊號，所述處理晶片用於根據紅外光訊號生成紅外光影像資訊，所述光偵測元件包括MxN個畫素偵測區，每一畫素偵測區對應設置一畫素偵測結構，每一畫素偵測結構包括由一個以上薄膜電晶體所組成的一組畫素薄膜電路以及一個光偵測單元，所述光偵測單元包括紅外光敏二極體或紅外光敏電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光偵測裝置，其中設置有紅外畫素發光層的所述顯示畫素區的數量為多個，且均勻分佈於所述顯示單元上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光偵測裝置，其中所述薄膜電晶體為包含有低溫多晶矽、銦鎵鋅氧化物、碳奈米中任意一種的有機薄膜電晶體，所述薄膜電晶體組成的陣列的電子遷移率大於0.5cm2/Vs。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光偵測裝置，其中所述光偵測單元為光敏二極體所形成的陣列，所述光敏二極體所形成的陣列包括光敏二極體感應區，所述光敏二極體感應區包括光敏二極體層，所述光敏二極體層包括p型半導體層、i型半導體層、n型半導體層，p型半導體層、i型半導體層、n型半導體層自上而下堆疊設置，所述i型半導體層為微晶矽結構或非結晶矽化鍺結構。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的光偵測裝置，其中所述微晶矽結構為矽烷與氫氣通過化學氣相沉積成膜的半導體層，所述微晶矽結構的結晶度大於40%，且其禁帶寬度小於1.7eV。
  6. 如申請專利範圍4項所述的光偵測裝置，其中所述非結晶矽化鍺結構為矽烷、氫氣與鍺烷通過化學氣相沉積成膜的非結晶半導體層，且其禁帶寬度小於1.7eV。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的光偵測裝置，其中所述p型半導體層的上端面設置有第一光學元件，所述第一光學元件用於降低光線在所述p型半導體層的上端面的反射率、或是減小光線在所述p型半導體層的折射角度以增加光入射量。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的光偵測裝置，其中所述n型半導體層的下端面還設置有第二光學元件，所述第二光學元件用於提高光線在所述n型半導體層的下端面的反射率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光偵測裝置，其中所述光偵測單元為光敏電晶體所形成的陣列，所述光敏電晶體所形成的陣列包括光敏電晶體感應區，所述光敏電晶體感應區設置有光敏薄膜電晶體，所述光敏薄膜電晶體包括閘極、源極、汲極、絕緣層、光吸收半導體層；所述光敏薄膜電晶體為倒立共平面式結構，所述倒立共平面式結構包括：所述閘極、所述絕緣層、所述源極縱向自下而上設置，所述汲極與所述源極橫向共面設置；所述絕緣層包裹所述閘極，以使得所述閘極與所述源極、所述閘極與所述汲極之間均不接觸；所述源極和所述汲極之間間隙配合，所述源極和所述汲極橫向之間形成光敏漏電流通道，所述光吸收半導體層設置於所述光敏漏電流通道內。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的光偵測裝置，其中所述源極和所述汲極的數量均為多個，所述源極之間相互並聯，所述汲極之間相互並聯；所述源極和所述汲極之間間隙配合，所述源極和所述汲極橫向之間形成所述光敏漏電流通道包括：相鄰的所述源極之間形成第一間隙，一個所述汲極置於所述第一間隙內，相鄰的所述汲極之間形成第二間隙，一個所述源極置於所述第二間隙內，所述源極和所述汲極之間交錯設置且間隙配合。
TW107119653A 2018-04-02 2018-06-07 顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置 TWI667801B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810283651.4A CN110349981B (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种显示屏集成红外像素的光侦测装置
??201810283651.4 2018-04-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI667801B true TWI667801B (zh) 2019-08-01
TW201943092A TW201943092A (zh) 2019-11-01

Family

ID=68100069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107119653A TWI667801B (zh) 2018-04-02 2018-06-07 顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11334195B2 (zh)
CN (1) CN110349981B (zh)
TW (1) TWI667801B (zh)
WO (1) WO2019192047A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI793462B (zh) * 2020-10-12 2023-02-21 大陸商業成科技（成都）有限公司 頭戴式顯示器

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210086907A (ko) * 2019-12-31 2021-07-09 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
CN112086526B (zh) * 2020-09-01 2023-11-28 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 显示面板和显示装置
CN112530926B (zh) 2020-08-24 2023-04-18 錼创显示科技股份有限公司 拼接式微型发光二极管显示面板
US11609671B2 (en) * 2020-11-23 2023-03-21 Lg Display Co., Ltd. Touch display apparatus
CN112864172A (zh) * 2021-01-04 2021-05-28 Tcl华星光电技术有限公司 光敏晶体管、彩膜基板及其制作方法
CN113938546A (zh) * 2021-11-15 2022-01-14 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201103143A (en) * 2009-07-02 2011-01-16 Au Optronics Corp Organic light emitting diode touch display
US20130215086A1 (en) * 2006-11-27 2013-08-22 Microsoft Corporation Infrared sensor integrated in a touch panel
TWM549453U (zh) * 2017-05-17 2017-09-21 Keycore Tech Corp Led面板顯示器結構

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6747290B2 (en) * 2000-12-12 2004-06-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Information device
EP2478560A4 (en) * 2009-09-17 2014-06-18 Sionyx Inc LIGHT-SENSITIVE IMAGING DEVICES AND CORRESPONDING METHODS
US8692198B2 (en) * 2010-04-21 2014-04-08 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
TW201421312A (zh) * 2012-11-27 2014-06-01 Chunghwa Picture Tubes Ltd 彩色濾光片基板、包含彩色濾光片基板之內嵌光學式觸控顯示面板及紅外線濾光層之材料
CN103066087B (zh) * 2012-12-20 2016-03-02 格科微电子（上海）有限公司 图像传感器模组和手持式电子装置
US20150015478A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Samsung Display Co., Ltd. Ir emissive display facilitating remote eye tracking
WO2015143011A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Bidirectional Display Inc. Image sensor panel and method for capturing graphical information using same
KR102205856B1 (ko) * 2014-06-11 2021-01-21 삼성디스플레이 주식회사 센서를 포함하는 유기 발광 표시 장치
CN104009067A (zh) * 2014-06-16 2014-08-27 信利（惠州）智能显示有限公司 集成触控功能的有机发光二极管显示装置及其制作方法
CN107292216A (zh) * 2016-03-31 2017-10-24 上海箩箕技术有限公司 光学指纹传感器模组
CN107422907B (zh) 2017-05-27 2023-05-26 京东方科技集团股份有限公司 光学触控装置以及具有其的显示器和电子设备
CN107515435B (zh) * 2017-09-11 2020-12-29 京东方科技集团股份有限公司 显示面板和显示装置
CN107770309A (zh) * 2017-10-18 2018-03-06 苏州大学 近红外发光像素在oled屏幕移动终端结构的应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130215086A1 (en) * 2006-11-27 2013-08-22 Microsoft Corporation Infrared sensor integrated in a touch panel
TW201103143A (en) * 2009-07-02 2011-01-16 Au Optronics Corp Organic light emitting diode touch display
TWM549453U (zh) * 2017-05-17 2017-09-21 Keycore Tech Corp Led面板顯示器結構

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI793462B (zh) * 2020-10-12 2023-02-21 大陸商業成科技（成都）有限公司 頭戴式顯示器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019192047A1 (zh) 2019-10-10
CN110349981B (zh) 2022-11-18
US11334195B2 (en) 2022-05-17
CN110349981A (zh) 2019-10-18
US20210141487A1 (en) 2021-05-13
TW201943092A (zh) 2019-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI667801B (zh) 顯示裝置整合紅外畫素的光偵測裝置
US11101304B2 (en) Diode and fabrication method thereof, array substrate and display panel
CN109891487B (zh) 显示基板、显示面板、显示基板的制备方法及驱动方法
EP2490264B1 (en) Photoelectric conversion device and electronic apparatus
US11911133B2 (en) Operation method and device for physiological health detection
TWI672544B (zh) 紅外光偵測薄膜、紅外光偵測器件、紅外光偵測顯示裝置及紅外光偵測薄膜的製備方法
TWI755525B (zh) 光偵測薄膜、光偵測器件、光偵測顯示裝置及光偵測薄膜的製備方法
TWI659246B (zh) Image detection display device, device and preparation method thereof
TWI673884B (zh) 光偵測裝置和光偵測器件
TWI676278B (zh) 影像偵測顯示裝置、器件及其製備方法
US11532263B2 (en) Method and device for monitoring luminous intensity of display pixel
TWI668850B (zh) Light detecting film, light detecting device, light detecting display device and preparation method of photosensitive diode
JP2010251496A (ja) イメージセンサー
TWI837182B (zh) 影像偵測顯示裝置、器件及其製備方法