显示基板和显示装置的制作方法

本发明实施例涉及一种显示基板和显示装置。

背景技术：

在显示领域，黑矩阵(Black Matrix)是常见的遮光结构，其为网格状结构并且设置于显示装置的非显示区中，网格状结构的开口区对应子像素。黑矩阵用于提高对比度，避免混色，避免非显示区中的信号线反光等。目前，黑矩阵普遍采用黑色绝缘材料制作，例如，采用掺入黑色颜料的树脂材料制作。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种显示基板和显示装置，该显示基板包括黑矩阵传感器，黑矩阵传感器既起到遮光作用又可以提供感应功能。

本发明的至少一个实施例提供一种显示基板，其包括：衬底基板；以及黑矩阵传感器，其设置于所述衬底基板上并且至少遮挡可见光，所述黑矩阵传感器包括多个第一延伸部和多个第二延伸部，所述第一延伸部与所述第二延伸部相互交叉以形成多个镂空区域。

例如，所述黑矩阵传感器为光传感器。

例如，所述黑矩阵传感器包括相对设置的第一电极和第二电极以及设置于二者之间的半导体层，所述第一电极和所述第二电极沿照射到所述显示基板的环境光的传播方向依次排列，所述第一电极是透明的，所述第二电极至少遮挡可见光。

例如，所述半导体层包括依次设置的P型半导体层、本征半导体层和N型半导体层，所述本征半导体层的材料为非晶硅半导体，并且所述本征半导体层的厚度大于1微米。

例如，所述的显示基板还包括：多个功能传感器，其设置于所述衬底基板上并且彼此间隔设置；以及绝缘层，其设置于所述衬底基板上并且使所述功能传感器与所述黑矩阵传感器彼此绝缘。

例如，所述功能传感器在所述黑矩阵传感器上的正投影位于所述黑矩阵传感器所在的区域内。

例如，所述功能传感器和所述黑矩阵传感器沿照射到显示基板的环境光的传播方向依次排列。

例如，所述功能传感器包括相对设置的第三电极和第四电极以及设置于二者之间的半导体层，所述第三电极和所述第四电极都是透明的。

例如，所述的显示基板还包括设置于所述衬底基板上的光源，其中，所述功能传感器被配置为感应所述光源发出的光。

例如，所述黑矩阵传感器为光传感器、与所述光源电连接并且被配置为向所述光源提供电源。

本发明的至少一个实施例还提供一种显示装置，其包括以上任一项所述的显示基板。

例如，所述的显示装置还包括：阵列基板，其与所述显示基板相对设置并且包括多个功能传感器，所述功能传感器在所述黑矩阵传感器上的正投影位于所述黑矩阵传感器所在的区域内。

例如，所述功能传感器为光传感器且包括相对设置的遮光电极和透明电极以及位于所述遮光电极和所述透明电极之间的半导体层，所述透明电极设置于所述遮光电极与所述黑矩阵传感器之间。

例如，所述的显示装置还包括光源，所述黑矩阵传感器与所述光源电连接并且被配置为向所述光源提供电源。

例如，所述显示装置包括显示面板和被配置为向所述显示面板提供背光的背光源，所述显示面板包括所述显示基板，所述显示基板的黑矩阵传感器与所述背光源电连接。

在本发明实施例中，由于黑矩阵传感器至少遮挡可见光，因此黑矩阵传感器起到与采用黑色绝缘材料制作的黑矩阵相似的遮光作用；此外，由于采用传感器制作黑矩阵，因此，本发明实施例可以根据需要选择传感器的类型以实现需要的感应功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1a为本发明实施例提供的显示基板的俯视示意图；

图1b为本发明实施例提供的显示基板的剖视示意图；

图2为本发明实施例提供的包括光源的显示基板的剖视示意图；

图3a和图3b为本发明实施例提供的显示基板中的功能传感器和黑矩阵传感器沿环境光的传播方向依次排列的结构示意图；

图4a为本发明实施例提供的显示装置中黑矩阵传感器和功能传感器设置于不同基板上的结构示意图；

图4b为图4a所示的显示装置被触摸时的光路示意图；

图5为本发明实施例提供的包括光源和背光源的显示装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的显示装置中的黑矩阵传感器与背光源连接时的电流信号流向示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1a和图1b所示，本发明的至少一个实施例提供一种显示基板01，其包括衬底基板10和设置于衬底基板10上的黑矩阵传感器20，黑矩阵传感器20至少遮挡可见光并且包括多个第一延伸部21和多个第二延伸部22，第一延伸部21与第二延伸部22相互交叉以形成多个镂空区域23，从而使黑矩阵传感器20的平面形状为网格状。在本发明实施例中，黑矩阵传感器20的第一延伸部21和第二延伸部22位于显示基板01的非显示区，第一延伸部21和第二延伸部22交叉形成的镂空区域23对应显示基板01的显示区(例如，镂空区域中可以设置有彩色滤光图案R、G、B，如图1b所示)。

需要说明的是，可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分。例如，可见光的波长大约为380～780nm，进一步地，例如400～760nm。

在本发明实施例中，由于黑矩阵传感器20至少遮挡可见光，因此黑矩阵传感器20起到与采用黑色绝缘材料制作的黑矩阵相似的遮光作用；此外，由于采用传感器制作黑矩阵，因此，本发明实施例可以根据需要选择传感器的类型以实现需要的感应功能。

例如，黑矩阵传感器20可以为光传感器，通过至少吸收外界环境中的光来起到遮光作用。由于光传感器可以将照射到其上的光转化为电，因此，采用光传感器制作黑矩阵传感器20，可以使黑矩阵传感器20有多种应用。例如，光传感器产生的电流信号随环境光的增强而增强且随环境光的减弱而减小，利用此原理，在黑矩阵传感器20为光传感器的情况下，可以利用黑矩阵传感器20感应环境光的变化；例如，也可以将黑矩阵传感器20作为太阳能电池，将黑矩阵传感器20与用电部件连接，以将黑矩阵传感器20作为该用电部件的电源。

例如，衬底基板10可以为玻璃基板、石英基板或塑料基板等具有承载功能的基板。

例如，如图1a和图1b所示，本发明的至少一个实施例提供的显示基板01还可以包括：多个功能传感器30，其设置于衬底基板10上并且彼此间隔设置；绝缘层40，其设置于衬底基板10上，并且使功能传感器30与黑矩阵传感器20彼此绝缘以避免二者短路。在本发明实施例中，通过设置功能传感器30，可以实现需要的传感功能。例如，该功能传感器30可以为用于实现触控功能的触控传感器、用于实现指纹识别的指纹识别传感器或者用于实现其它功能的传感器。例如，该功能传感器可以为电容式、电阻式、超声波式或光学式传感器。

例如，如图1a所示，本发明的至少一个实施例提供的显示基板01还可以包括多个开关元件90，每个开关元件90都连接一个功能传感器30以控制该功能传感器30的信号的读取。例如，衬底基板10上还设置有第一信号线81、第二信号线82和第三信号线83，每个开关元件90例如为晶体管，其源极与对应的第一信号线81连接、栅极与对应的第二信号线82连接，漏极与对应的功能传感器30连接，并且功能传感器30的输出端与对应的第三信号线83连接以通过第三信号线83将信号输出。图1a中的第一信号线、第二信号线和第三信号线的位置关系仅用于示例性说明，本发明实施例包括但不限于图1a所示结构。

例如，如图1a和图1b所示，功能传感器30在黑矩阵传感器20上的正投影可以位于黑矩阵传感器20所在的区域内。由于黑矩阵传感器20所在区域为非显示区，通过将功能传感器30设置于黑矩阵传感器20所在区域内，可以避免功能传感器30影响开口率。

例如，功能传感器30可以为光传感器。在本发明实施例中，例如，在发生触摸时，作为光传感器的功能传感器30可以用于吸收触摸位置反射的光并产生光电流，根据该光电流可以定位触摸位置或进行指纹识别。

例如，在功能传感器30为光传感器且设置于黑矩阵传感器20所在区域内的情况下，黑矩阵传感器20可以是不透光的，这样除了可对可见光进行遮挡之外，还可对其它波长的光进行遮挡，从而避免可见光和该其它波长的光被功能传感器30感应到而造成干扰。

例如，如图2所示，在功能传感器30为光传感器的情况下，本发明的至少一个实施例提供的显示基板01还可以包括设置于衬底基板10上的光源50，功能传感器30被配置为感应光源50发出的光，也就是说，该光源50被配置为发出待被功能传感器30检测的光。

例如，光源50可以为红外光源，例如红外发光二极管(LED)，相应地，功能传感器30可以为红外传感器，以避免在功能传感器30为光传感器时环境光对功能传感器的检测结果造成干扰。当然，光源50也可以采用其它的可发出预设波长光的光源，相应地，功能传感器30可感应该预设波长的光。

例如，如图2所示，黑矩阵传感器20可以为光传感器、与光源50电连接(例如通过信号线51电连接)并且被配置为向光源50提供电源。在本发明实施例中，由于黑矩阵传感器20为光传感器，通过将其吸收光后产生的光电流提供给光源50，可以将黑矩阵传感器20作为光源50的电源，从而光源50不需要额外的电源。

下面结合图3a和图3b对本发明实施例提供的显示基板中的黑矩阵传感器20和功能传感器30的结构进行详细说明。

例如，在黑矩阵传感器20为光传感器的情况下，黑矩阵传感器20可以为光电二极管。例如，如图3a和图3b所示，黑矩阵传感器20包括相对设置的第一电极21和第二电极22以及设置于二者之间的半导体层23。

例如，第一电极21和第二电极22沿照射到显示基板的环境光(如箭头所示)的传播方向依次排列，在黑矩阵传感器20为光传感器的情况下，第一电极21可以是透明的以使环境光或其它入射光照射到黑矩阵传感器20的半导体层23从而被半导体层23吸收，并且第二电极22至少不透可见光(例如不透光)，以使黑矩阵传感器20至少遮挡可见光。

例如，第一电极21可以采用氧化铟锡、氧化铟锌和氧化铟镓锌等透明导电材料中的一种或几种制作。

例如，第二电极22可以为不透明的金属电极，例如采用金、银、铝、铝合金、铜、铜合金、锆、钛、钼和钼铌合金等金属材料中的一种或几种制作。通过控制第二电极22的厚度可以使第二电极22不透明。

例如，半导体层23可以为对设定波长敏感的有机半导体材料或者无机半导体材料(例如该无机材料可采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)方法制作)。

例如，半导体层23可以包括多个子半导体层，该多个子半导体层中的至少两个的带隙不同。通过采用具有不同带隙的子半导体层的叠加结构形成半导体层23，有利于扩大半导体层23的吸收光谱。

例如，半导体层23可以采用PIN或NIP结构，如图3a和图3b所示，半导体层23包括依次设置的P型半导体层231、本征半导体层233和N型半导体层232。需要说明的是，P型半导体层231和N型半导体层232的位置可以互换。例如，本征半导体层233可以包括带隙不同的多个子层，以扩大本征半导体层233的吸收光谱，增强黑矩阵传感器20的遮光效果。

例如，本征半导体层233的材料可以为非晶硅半导体，并且本征半导体层233的厚度大于1微米。这样设置，可以使半导体层23的吸收光谱覆盖可见光的主要波段，以保证半导体层23可以几乎完全吸收入射到其表面的可见光。

例如，黑矩阵传感器20的制作方法可以包括：形成第一电极薄膜并对其进行图案化处理以形成网格状的第一电极21；形成半导体薄膜并对其进行图案化处理以形成网格状的半导体层23；形成第二电极薄膜并对其进行图案化处理以形成网格状的第二电极22。例如，黑矩阵传感器20的制作方法可以包括：首先形成第一电极薄膜、半导体薄膜和第二电极薄膜；然后对第一电极薄膜、半导体薄膜和第二电极薄膜进行图案化以形成网格状的第一电极21、网格状的半导体层23和网格状的第二电极22。在上述制作方法中，第一电极薄膜、半导体薄膜和第二电极薄膜都可以为整面形成的薄膜结构；图案化处理是指形成需要的图案的工艺，例如光刻工艺或喷墨打印工艺等。

例如，在功能传感器30为光传感器的情况下，功能传感器30可以为光电二极管。例如，如图3a和图3b所示，功能传感器30包括相对设置的第三电极33和第四电极34以及设置于二者之间的半导体层35。在本发明的其它实施例中，功能传感器30也可以为感光薄膜晶体管或其它类型的光传感器。

例如，第三电极33和第四电极34沿照射到显示基板01的环境光的传播方向依次排列，并且第三电极是透明的。在本发明实施例中，由于第三电极33是透明的，因此环境光可以透过第三电极33照射到半导体层35上，从而被功能传感器30感应到。

例如，在第三电极33透明的基础上，第四电极34也可以是透明的。在本发明实施例中，由于第四电极34是透明的，未被半导体层35吸收的环境光可以透过第四电极34而不会被第四电极34反射，从而可以避免影响显示效果；另一方面，由于功能传感器30的两个电极都为透明电极，因此环境光在透过功能传感器30之后可以照射到黑矩阵传感器20从而被黑矩阵传感器20吸收。

例如，第三电极33和第四电极34都可以采用氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟镓锌等透明导电材料中的一种或几种制作。

例如，半导体层35可以为对设定波长敏感的有机半导体材料或者无机半导体材料。

例如，半导体层35可以采用PIN或NIP结构，如图3a和图3b所示，半导体层35包括依次设置的P型半导体层351、本征半导体层353和N型半导体层352。需要说明的是，P型半导体层351和N型半导体层352的位置可以互换。

例如，在功能传感器30为光传感器的情况下，如图3a和图3b所示，功能传感器30和黑矩阵传感器20沿照射到显示基板01的环境光的传播方向依次排列。这样，在发生触摸时，用户的手指反射的光可以被功能传感器30感应到而不会被黑矩阵传感器20遮挡。

例如，在功能传感器30和黑矩阵传感器20都为光传感器且功能传感器30的第三电极33和第四电极34都透明的情况下，功能传感器30和黑矩阵传感器20的工作方式如下所述。当发生触摸时，启动触控模式(或指纹识别模式)，这时由于功能传感器30距离用户的手指较近，功能传感器30吸收从手指反射的光(例如可见光或红外光)并产生光电流，根据该光电流可以定位触摸位置(或进行指纹识别)；当未发生触摸时，启动正常显示模式，此时功能传感器30不工作。在发生触摸和未发生触摸阶段，黑矩阵传感器20都可以将照射到其上的光转化为电以起到遮光作用，例如，黑矩阵传感器20的位于功能传感器30正下方的部分吸收透过功能传感器30的光，黑矩阵传感器20的其它部分吸收环境光或其它入射光。

例如，黑矩阵传感器20的光谱响应峰值可不同于功能传感器30的光谱响应峰值，例如，黑矩阵传感器20的光谱响应峰值比功能传感器30的光谱响应峰更宽，以更充分吸收未完全被功能传感器30吸收的光。

例如，本发明实施例提供的显示基板可以为包括彩色滤光层(其例如包括如图1b所示的彩色滤光图案)的彩膜基板，如图3a所示，在这种情况下，沿垂直于衬底基板10的方向，功能传感器30设置于黑矩阵传感器20和衬底基板10之间。例如，在显示基板为彩膜基板的情况下，功能传感器30和黑矩阵传感器20都可以利用喷墨打印工艺或本领域常用的其它工艺制作。例如，可以在制作完功能传感器30和黑矩阵传感器20之后，制作彩色滤光层；或者，可以在制作彩色滤光层之后，制作功能传感器30和黑矩阵传感器20。

例如，本发明实施提供的显示基板也可以为包括多个像素电极或多个发光单元(例如有机发光二极管)的阵列基板，如图3b所示，在这种情况下，沿垂直于衬底基板10的方向，黑矩阵传感器20设置于功能传感器30和衬底基板10之间。

本发明的至少一个实施例还提供一种显示装置，其包括以上任一项实施例提供的显示基板01。

例如，在本发明的至少一个实施例中，显示基板01可以包括功能传感器30和黑矩阵传感器20，如图3a和图3b所示，重复之处不再赘述。

例如，在本发明的至少一个实施例中，显示装置中的黑矩阵传感器和功能传感器可以分别设置于不同的基板上。例如，如图4a所示，本发明的至少一个实施例提供的显示装置还可以包括与显示基板01相对设置的阵列基板02(例如，在这种情况下，显示基板01为设置于显示装置的显示侧的对向基板)，阵列基板02包括多个彼此间隔开的功能传感器30’，功能传感器30’在黑矩阵传感器20上的正投影位于黑矩阵传感器20所在的区域内。例如，每个功能传感器30’与相应的开关元件90连接(开关元件90的设置可参考显示基板的实施例中的相关描述，重复之处不再赘述)。在本发明实施例中，由于黑矩阵传感器20所在区域为非显示区，通过将功能传感器30’设置于黑矩阵传感器20所在区域内，可以避免功能传感器30’影响开口率。

例如，该功能传感器30’可以为用于实现触控功能的触控传感器、用于实现指纹识别的指纹识别传感器或者用于实现其它功能的传感器。例如，该功能传感器可以为电容式、电阻式、超声波式或光学式传感器。

例如，功能传感器30’可以为光传感器。在这种情况下，如图4a所示的显示装置例如为液晶显示装置(如图4a所示，显示装置还包括液晶03)，其工作方式为：在该显示装置被用户的手指触摸时，来自背光源的背光被手指反射之后被功能传感器30’检测到，根据检测结果可以确定触摸位置或进行指纹识别。

例如，对于如图4a所示的实施例，在功能传感器30’为光传感器的情况下，功能传感器30’可以为光电二极管。例如，功能传感器30’包括相对设置的遮光电极31和透明电极32以及位于遮光电极31和透明电极32之间的半导体层36，透明电极32在垂直于衬底基板10的方向上设置于遮光电极31与黑矩阵传感器20之间。在本发明实施例提供的显示装置为液晶显示装置时，由于功能传感器30’的遮光电极31是不透明的，因此可以避免背光源发出的背光未被手指反射而直接被功能传感器30’感应到从而影响触控检测结果。在本发明的其它实施例中，功能传感器30也可以为感光薄膜晶体管或其它类型的光传感器。

例如，透明电极32可以采用氧化铟锡、氧化铟锌和氧化铟镓锌等透明导电材料中的一种或几种制作。

例如，遮光电极31可以为不透明的金属电极，例如采用金、银、铝、铝合金、铜、铜合金、锆、钛、钼和钼铌合金等金属材料中的一种或几种制作。通过控制遮光电极31的厚度可以使遮光电极31不透明。

例如，半导体层36可以为对设定波长敏感的有机半导体材料或者无机半导体材料。

例如，如图5所示，本发明的至少一个实施例提供的显示装置还可以包括光源50’，该光源50’被配置为发出用于触摸检测的光，例如，该用于触控检测的光可以被显示基板01包括的功能传感器30(参见图1a)感应到；黑矩阵传感器20与光源50’电连接并且被配置为向光源50’提供电源。在本发明实施例中，在黑矩阵传感器20为光传感器的情况下，可以把黑矩阵传感器当作太阳能电池，将其与光源50’(例如红外LED)相连，光源50’即可发光，且无需额外电源。需要说明的是，光源50’在显示装置中的位置不限。例如，在显示基板01为对向基板的情况下，光源50’可制作在显示基板01上，可放在非显示区或显示区内，以实现高信噪比的触控检测或指纹识别。

例如，如图5所示，本发明的至少一个实施例提供的显示装置可以包括显示面板60和被配置为向显示面板60提供背光(参见图5中的箭头)的背光源70，显示面板60包括显示基板01，显示基板01的黑矩阵传感器20与背光源70电连接。本发明实施例提供的显示装置例如为液晶显示装置。在本发明实施例中，在黑矩阵传感器20为光传感器的情况下，其产生的电流信号随环境光的变化而变化，通过将黑矩阵传感器20与背光源70连接，可以利用黑矩阵传感器20控制背光源70的亮度。

图6为本发明实施例提供的显示装置中的黑矩阵传感器与背光源连接时的电流信号流向示意图。如图6所示，可将黑矩阵传感器与放大器(AMP，Amplifier)相连，经由数模转换器(AD)、微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)到达背光源控制器，从而控制背光亮度，以在强光环境下(如室外)使显示装置的亮度增大且在弱光环境下(如室内或夜间)使显示装置的亮度下降，以保护用户的眼睛。

例如，本发明实施例提供的显示装置可以为：液晶面板、电子纸、OLED(有机发光二极管)面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

综上所述，本发明实施例提供的显示基板和显示装置具有如下优点。

1、本发明实施例由于采用黑矩阵传感器，不但可以实现遮光功能，而且可以根据需要选择传感器的类型以实现需要的传感功能。

2、在本发明的至少一个实施例中，由于功能传感器设置于黑矩阵传感器所在区域内，因此可以保证开口率。

3、在本发明的至少一个实施例中，采用透明的功能传感器并且功能传感器和黑矩阵传感器都为光传感器且沿照射到显示基板的环境光的传播方向依次排列，使得黑矩阵传感器可以通过吸收未完全被功能传感器吸收的手指反射光来避免功能传感器的下电极反光。

4、在本发明的至少一个实施例中，由于黑矩阵传感器为光传感器，将黑矩阵传感器与背光源连接，可以用于调控背光亮度。

5、在本发明的至少一个实施例中，由于黑矩阵传感器为光传感器，将黑矩阵传感器与提供用于触控检测的光的光源连接，可以为该光源提供电源，从而无需额外电源。

本发明实施例提供的显示基板和显示装置的实施例可以互相参照，重复之处不再赘述。

有以下几点需要说明：(1)本发明实施例附图中，只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；(2)附图中各层薄膜厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意性地说明本发明实施例的内容；(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。