一种光敏器件及显示面板、显示装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种光敏器件及光敏装置，用以在低温多晶硅薄膜晶体管中实现对光线强弱识别的目的。在本发明中，该光敏器件包括作为控制开关的顶栅型第一薄膜晶体管以及与第一薄膜晶体管连接且作为光敏单元的顶栅型第二薄膜晶体管，第二薄膜晶体管中栅极至少部分透明，且对应第二薄膜晶体管中的部分有源层，以在两个薄膜晶体管同时导通时实现对进入第二薄膜晶体管的光线强弱的识别，另外，第二薄膜晶体管的存在，能够有效区分不同光线照射下输出信号端的电流信号的读取情况，提升该光敏器件的灵敏度。该光敏器件在顶栅型薄膜晶体管中实现了对光线强弱的感应，有效扩展了光敏器件适用范围；而且，其识别效率以及速度相对较高。
【专利说明】
一种光敏器件及显示面板、显示装置
技术领域
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种光敏器件及显示面板、显示装置。
【背景技术】
[0002]现有的光敏器件一般都是由二极管制作而成，其光敏效果并不理想。而且，目前出现的非晶硅薄膜晶体管制作而成的光敏器件的灵敏度不高，为此，亟需找到一种在低温多晶硅薄膜晶体管领域使用的光敏器件。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供一种光敏器件及光敏装置，用以在低温多晶硅薄膜晶体管中实现对光线强弱识别的目的。
[0004]本发明实施例采用以下技术方案:
[0005]—种光敏器件，包括:作为控制开关的第一薄膜晶体管，以及与所述第一薄膜晶体管连接且作为光敏单元的第二薄膜晶体管；
[0006]其中，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管均为顶栅型薄膜晶体管;所述第二薄膜晶体管中栅极至少部分透明，该栅极的透明区域对应所述第二薄膜晶体管中的部分有源层，以在所述第一薄膜晶体管以及所述第二薄膜晶体管同时导通时实现对进入该第二薄膜晶体管的光线强弱的识别。
[0007]可选地，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管均为低温多晶硅薄膜晶体管。
[0008]可选地，所述第一薄膜晶体管的源极为光敏器件的输出信号端，所述第一薄膜晶体管的漏极与所述第二薄膜晶体管的源极连接，所述第二薄膜晶体管的漏极为所述光敏器件的输入信号端。
[0009]可选地，所述第一薄膜晶体管的栅极与所述第二薄膜晶体管的栅极分别连接不同的控制信号线。
[0010]可选地，所述第一薄膜晶体管的栅极与所述第二薄膜晶体管的栅极连接同一条控制信号线。
[0011]可选地，所述第二薄膜晶体管的源极为光敏器件的输出信号端，所述第二薄膜晶体管的漏极与所述第一薄膜晶体管的源极连接，所述第一薄膜晶体管的漏极为所述光敏器件的输入信号端。
[0012]可选地，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管均为单栅结构薄膜晶体管或双栅结构薄膜晶体管。
[0013]可选地，所述第一薄膜晶体管为单栅结构薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管均为双栅结构薄膜晶体管，或者，所述第一薄膜晶体管为双栅结构薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管均为单栅结构薄膜晶体管。
[0014]可选地，所述第二薄膜晶体管中作为栅极全部透明，该栅极对应所述第二薄膜晶体管中的全部有源层。
[0015]一种显示面板，包括所述的至少一个光敏器件。
[0016]可选地，多个光敏器件呈与像素单元相同的阵列以与像素单元一一对应的方式平铺于显示面板的任一膜层上，或者，所述光敏器件分别集成于显示面板的每个像素单元中。
[0017]可选地，所述光敏器件分别集成于显示面板的每个像素单元中:所述光敏器件的第一薄膜晶体管还用于驱动相应像素单元。
[0018]一种显示装置，包括所述的显示面板。
[0019]在本发明实施例中，以一个薄膜晶体管作为光敏单元，另一个薄膜晶体管作为控制该光敏单元的开关元件，而且，作为光敏单元的薄膜晶体管不同于现有的薄膜晶体管，而是将作为栅极的导电膜层设计为至少部分透明，这样，就可以将被栅极覆盖的有源层暴露给外界环境光，从而，实现对光线强弱的感应，另外，增加作为控制开关的薄膜晶体管，能够有效区分不同光线照射下输出信号端的电流信号的读取情况，提升该光敏器件的灵敏度。最重要的是，该光敏器件在顶栅型薄膜晶体管中实现了对光线强弱的感应，有效扩展了光敏器件识别的适用范围；而且，其识别效率以及速度相对较高。
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1(a)为本发明实施例提供的一种光敏器件的结构示意图；
[0022]图1(b)为本发明实施例提供的光敏器件的原理示意图；
[0023]图2(a)-图2(c)分别为本发明实施例提供的光敏器件的栅极所对应的三种控制信号施加方式；
[0024]图3为本发明实施例提供的光敏器件的内部连接方式示意图；
[0025]图4(a)-图4(f)分别为本发明实施例提供的包含单栅结构薄膜晶体管和/或双栅结构薄膜晶体管的光敏器件结构示意图；
[0026]图5(a)-图5(b)分别为本发明实施例提供的做为栅极的透明氧化层全部暴露有源层的不意图；
[0027]图6为本发明实施例所涉及的光敏装置的结构示意图；
[0028]图7(a)和图7(b)为本发明实施例提供的光敏装置为显示面板的两种结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]下面通过具体的实施例对本发明所涉及的技术方案进行详细描述，本发明包括但并不限于以下实施例。
[0031]如图1(a)所示，为本发明实施例提供的一种光敏器件的结构示意图，该光敏器件主要包括:作为控制开关的第一薄膜晶体管U，以及与第一薄膜晶体管11连接且作为光敏单元的第二薄膜晶体管12;其中，第一薄膜晶体管11和第二薄膜晶体管12均为顶栅型薄膜晶体管;第二薄膜晶体管12中栅极G至少部分透明，该栅极的透明区域对应第二薄膜晶体管12中的部分有源层121，以在第一薄膜晶体管11以及第二薄膜晶体管12同时导通时实现对进入该第二薄膜晶体管12的光线强弱的识别。
[0032]通过该技术方案，以一个薄膜晶体管作为光敏单元，另一个薄膜晶体管作为控制该光敏单元的开关元件，而且，作为光敏单元的薄膜晶体管不同于现有的薄膜晶体管，而是将栅极设计为至少部分透明，这样，就可以将被栅极覆盖的有源层暴露给外界环境光，从而，实现对光线强弱的感应，另外，增加作为控制开关的薄膜晶体管，能够有效区分不同光线照射下输出信号端的电流信号的读取情况，提升该光敏器件的灵敏度。最重要的是，该光敏器件在顶栅型薄膜晶体管中实现了对光线强弱的感应，有效扩展了光敏器件识别的适用范围；而且，相比于二极管的识别而言，其识别效率以及速度相对较高。
[0033]另外，本发明所涉及的第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管为低温多晶硅薄膜晶体管；由于采用了低温多晶硅，其固有的反应速度快可以提升光敏器件的灵敏度。
[0034]需要说明的是，本发明中的光敏器件的感应识别原理可以据图1(b)进行简单说明。若此时两个薄膜晶体管均导通，则会从第二薄膜晶体管的输入信号端输入信号，流经第二薄膜晶体管以及第一薄膜晶体管之后，由第一薄膜晶体管的输出信号端输出信号。以指纹按压为例，当光敏器件中的光敏单元12(第二薄膜晶体管)受到指纹按压时，造成该光敏单元12的有源层接收到的光强发生变化(在现有技术中，顶栅结构的薄膜晶体管的有源层是被栅极遮挡的，以保证有源层的有效性)，进而，会改变该光敏单元12的电阻，最终会导致控制开关11(第一薄膜晶体管)侧的漏极的输出电流发生明显变化，即与未受到指纹按压时输出电流有明显差异，进而，实现对该位置处的指纹按压的识别。此处的指纹按压可以替换为触笔按压或者X射线等光线照射，本发明并不对作用于该光敏器件的方式进行具体限定，只要能导致光敏单元的有源层接收到的光强发生变化即可。
[0035]需要说明的是，在本发明中，连接光敏器件的输入信号端的信号线以及连接光敏器件的输出信号端的信号线(本发明所涉及的图示中填充有横条纹的信号线)可以为数据线或其他信号线。
[0036]在本发明实施例中，该光敏器件的输入信号端位于第二薄膜晶体管一侧，输出信号端位于第一薄膜晶体管一侧。具体地:参照图3所示，第一薄膜晶体管11的源极SI为光敏器件的输出信号端，如箭头方向所示;第一薄膜晶体管11的漏极Dl与第二薄膜晶体管12的源极S2连接，以建立第一薄膜晶体管11与第二薄膜晶体管12的连通状态;第二薄膜晶体管12的漏极Dl为光敏器件的输入信号端，如箭头方向所示。
[0037]可选地，本发明实施例中光敏器件的第一薄膜晶体管的栅极与第二薄膜晶体管的栅极所施加的控制信号可以相同，也可以不同。具体可以分为以下两种情况:
[0038]情况I，第一薄膜晶体管的栅极与第二薄膜晶体管的栅极分别连接不同的控制信号线，即第一薄膜晶体管的栅极与第二薄膜晶体管的栅极分别施加有不同的控制信号。具体参照图2(a)所示，第一薄膜晶体管11的栅极Gl与第二薄膜晶体管12的栅极G2相互独立，且分别连接施加不同控制信号的不同控制信号线:第一薄膜晶体管11的栅极Gl连接施加有第一控制信号的第一控制信号线LI，第二薄膜晶体管12的栅极G2连接施加有第二控制信号的第二控制信号线L2。
[0039]此外，需要说明的是，在一可实现的具体应用场景中，若包含多个光敏器件，则各个光敏器件中的第一薄膜晶体管的栅极可连接到同一控制信号线，例如连接到第一控制信号线LI，各个光敏器件中的第二薄膜晶体管的栅极可连接到另一相同的控制信号线，例如连接到第二控制信号线L2。其中，为了避免各个栅线以及控制信号线之间的遮挡或是交叉，可采用设置过孔的方式实现连接。
[0040]通过该技术方案，将第一薄膜晶体管的栅极与第二薄膜晶体管的栅极分别连接不同的控制信号线，可以较为灵活的实现对两个薄膜晶体管的分别控制，但是，两个薄膜晶体管必须在同时导通时该光敏器件才可以工作，即实现对不同光线强弱的识别。
[0041]情况2，第一薄膜晶体管的栅极与第二薄膜晶体管的栅极连接同一条控制信号线，即第一薄膜晶体管的栅极与第二薄膜晶体管的栅极施加有相同的控制信号。具体参照图2(b)所示，第一薄膜晶体管11的栅极Gl与第二薄膜晶体管12的栅极G2相互连接，且经由一端连接同一控制信号线L3。
[0042]或者，如图2(c)所示，第一薄膜晶体管11的栅极Gl与第二薄膜晶体管12的栅极G2相互独立，且连接同一条控制信号线L3。
[0043]通过该技术方案，第一薄膜晶体管的栅极与第二薄膜晶体管的栅极连接同一条控制信号线，针对图2(b)所示的结构，其只能连接同一控制信号线；而针对图2(c)的结构，其可以选择连接不同信号线或者连接相同信号线，考虑到两个薄膜晶体管的距离较近，为了避免连接不同信号线所导致的信号线之间的相互干扰，可以将两个相互独立的栅极连接到同一控制信号线，这种布线方式既避免了干扰，又简化了布线结构。
[0044]需要说明的是，本发明并不对该光敏器件中的具体布线方式进行限定，由于是顶栅结构，源漏极与有源层可以通过过孔或其他可实现的方式建立连接，在不影响薄膜晶体管的性能的情况下，可以采用较为灵活的方式对光敏器件进行布线。
[0045]可选地，在本发明实施例中，光敏器件中的薄膜晶体管可以为单栅结构薄膜晶体管dG，如图4(a)所示，该单栅结构薄膜晶体管dG中，斜条纹区域为有源层，栅极G位于有源层之上，源极S以及漏极D分别通过过孔等方式与有源层电连接;也可以为双栅结构薄膜晶体管SG，如图4(b)所示，该双栅结构薄膜晶体管SG中，斜条纹区域为有源层，栅极G位于有源层之上，由于有源层呈U型结构，因此，横跨在有源层之上的栅线与有源层形成两个栅极，从而，形成双栅结构，源极S以及漏极D分别通过过孔等方式与有源层电连接。
[0046]在本发明实施例中第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管均为单栅结构薄膜晶体管；如图4(c)所示，为第一薄膜晶体管11和第二薄膜晶体管12同为单栅结构薄膜晶体管dG的简单示意图，该结构中，第二薄膜晶体管12的栅极为透明导电膜层，从而暴露出该第二薄膜晶体管12中的有源层，使得该第二薄膜晶体管12起到光敏元件的作用，实现对外界进入的不同强弱程度的光线的感应，最终转换成输出电流，在控制开关侧的第一薄膜晶体管11也处于导通状态时，若输出信号端的输出电流发生变化，则表示有X光线等或者其他物体作用在该光敏单元，实现最终的识别；反之，则表示并没有X光线等或其他该物体作用在该光敏单
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[0047]再如图4(d)所示，为第一薄膜晶体管11和第二薄膜晶体管12同为双栅结构薄膜晶体管SG的简单示意图，该结构中，第二薄膜晶体管12的栅极(两个导电膜层)为透明状，从而暴露出该第二薄膜晶体管12中的有源层，使得该第二薄膜晶体管12起到光敏元件的作用，实现对外界进入的不同强弱程度的光线的感应。其中，由于该双栅结构中有两个栅极，则其暴露有源层的面积可以相对较大，从而，改变输出电流的程度也就相对较高，即，暴露出的较多的有源层受到光照的影响，进而，能够较大程度的改变输出电流的大小。
[0048]例如:针对图4(c)所示的单栅结构的光敏器件，其未受到作用时的输出电流为II，当受到作用后其输出电流变为12，据此得到变化前后的电流差值为ΛΙ;针对图4(d)所示的双栅结构的光敏器件，其未受到作用时的输出电流为13，当受到作用后其输出电流变为14，据此得到变化前后的电流差值为ΛΙ'。而已知ΛΙ ?Ι，那么，显然图4(d)所示的光敏器件的电流变化感知要强烈，因而其作为光敏器件而言，灵敏度要高于图4(c)所示的单栅结构。
[0049]再如，本发明所涉及的光敏器件还可以为单栅结构薄膜晶体管dG与双栅结构薄膜晶体管SG的结合。如图4(e)第一薄膜晶体管11为单栅结构薄膜晶体管dG，第二薄膜晶体管12均为双栅结构薄膜晶体管SG，或者，参照图4(f)所示，第一薄膜晶体管11为双栅结构薄膜晶体管SG，第二薄膜晶体管12均为单栅结构薄膜晶体管dG。需要说明的是，图4(e)与图4(f)这两种光敏器件，无论是哪种结构，都可以很好的实现对有差异的的光线，尤其是不同于光敏单元未受到作用时的光线的识别，较佳的实现对外界的X射线等光线以及指纹触摸的识别。
[0050]可选地，在本发明实施例中，为了提升光敏器件的灵敏度，可将第二薄膜晶体管中作为栅极全部设置为透明，该栅极对应第二薄膜晶体管中的全部有源层。参照图5(a)所示，针对单栅结构的薄膜晶体管，其栅极对应全部有源层(网格区域)，从而，使得光线照射到有源层上的面积足够大，这样输出信号端的电流的变化量才可以更为准确的检测到，提升光敏器件的灵敏度。同理，如图5(b)所示，该双栅结构的薄膜晶体管中，跨接在两个有源层之间的栅极对应其覆盖的全部有源层(网格区域)。
[0051]同理，在本发明实施例中，还提供了一种光敏装置，参照图6所示的光敏装置的结构示意图，该光敏装置A主要包括上述任一实施例所涉及的至少一个光敏器件B。
[0052]可选地，该光敏装置可以为显示面板Al，参照图7(a)所示，多个光敏器件BI呈与像素单元B2相同的阵列以与像素单元B2—一对应的方式平铺于显示面板Al中，或者，参照图7(b)所示，光敏器件BI分别集成于显示面板Al的每个像素单元B2中，其中，仅标识出了部分像素单元B2集成有BI，其它未标识的也集成有，只是未标识出。
[0053]举例说明，当有触摸物体(例如:手指或者触笔)触摸该显示面板Al，或者有类似于X射线的光线照射至该显示面板Al表面时，该显示面板Al内的光敏器件BI就会受到作用，其实是该光敏器件BI中的有源层受到作用，从而，改变沟道的电阻，进而，改变输出信号端的输出电流，当输出信号端检测到不同的输出电流时，就可以确定该显示面板的该区域受到了触摸或者其他光线照射，从而实现对指纹以及其他光线刺激的识别。
[0054]可选地，针对上述图7(a)所示的显示面板，其光敏器件BI所组成的感应层平铺于显示面板Al的任一可实现且不影响显示效果的膜层之间，为了保证信号线之间不会互相干扰，且简化布线复杂度，该光敏器件BI中的控制信号可由额外的信号线提供;而针对图7(b)所示的显示面板，其中的每个光敏器件分别集成于显示面板的每个像素单元中，同理，为了避免信号线之间的相互干扰，且避免额外布线而带来的复杂化，光敏器件的控制信号可以由限定该像素单元的栅线提供，进一步，为了简化每个像素单元的元件组成，光敏器件中作为控制开关的第一薄膜晶体管还用于驱动相应像素单元，从而，光敏器件与像素单元共用一个控制开关，避免了每个像素单元存在两个控制开关的情况，最大程度简化每个像素单元的结构。
[0055]可选地，在本发明实施例中，所涉及的光敏器件还可以集成于X射线成像等医用设备中，其具体的结构并不在此进行介绍，可结合该光敏器件的原理以及根据具体的适用场景进行灵活设计并使用。
[0056]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0057]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种光敏器件，其特征在于，包括:作为控制开关的第一薄膜晶体管，以及与所述第一薄膜晶体管连接且作为光敏单元的第二薄膜晶体管； 其中，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管均为顶栅型薄膜晶体管;所述第二薄膜晶体管中栅极至少部分透明，该栅极的透明区域对应所述第二薄膜晶体管中的部分有源层，以在所述第一薄膜晶体管以及所述第二薄膜晶体管同时导通时实现对进入该第二薄膜晶体管的光线强弱的识别。2.如权利要求1所述的光敏器件，其特征在于，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管均为低温多晶硅薄膜晶体管。3.如权利要求1所述的光敏器件，其特征在于，所述第一薄膜晶体管的源极为光敏器件的输出信号端，所述第一薄膜晶体管的漏极与所述第二薄膜晶体管的源极连接，所述第二薄膜晶体管的漏极为所述光敏器件的输入信号端。4.如权利要求1-3任一项所述的光敏器件，其特征在于，所述第一薄膜晶体管的栅极与所述第二薄膜晶体管的栅极分别连接不同的控制信号线。5.如权利要求1-3任一项所述的光敏器件，其特征在于，所述第一薄膜晶体管的栅极与所述第二薄膜晶体管的栅极连接同一条控制信号线。6.如权利要求1-3任一项所述的光敏器件，其特征在于，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管均为单栅结构薄膜晶体管或双栅结构薄膜晶体管。7.如权利要求1-3任一项所述的光敏器件，其特征在于，所述第一薄膜晶体管为单栅结构薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管均为双栅结构薄膜晶体管，或者，所述第一薄膜晶体管为双栅结构薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管均为单栅结构薄膜晶体管。8.如权利要求1-4任一项所述的光敏器件，其特征在于，所述第二薄膜晶体管中栅极全部透明，该栅极对应所述第二薄膜晶体管中的全部有源层。9.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的至少一个光敏器件。10.如权利要求9所述的显示面板，其特征在于，多个光敏器件呈与像素单元相同的阵列以与像素单元一一对应的方式平铺于显示面板的任一膜层上，或者，所述光敏器件分别集成于显示面板的每个像素单元中。11.如权利要求10所述的显示面板，其特征在于，所述光敏器件分别集成于显示面板的每个像素单元中:所述光敏器件的第一薄膜晶体管还用于驱动相应像素单元。12.—种显示装置，其特征在于，包括权利要求9-11任一项所述的显示面板。
【文档编号】H01L27/14GK105977268SQ201610344361
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】刘英明, 董学, 薛海林, 王海生, 陈小川, 丁小梁, 杨盛际, 许睿, 李昌峰, 刘伟, 王鹏鹏
【申请人】京东方科技集团股份有限公司, 北京京东方光电科技有限公司