显示面板的屏内传感器件结构及显示装置的制作方法

1.本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种显示面板的屏内传感器件结构及显示装置。


背景技术：

2.基于tft(thin film transistor，薄膜晶体管)阵列的平板显示技术是当今显示技术的主流，这主要是因为tft的加工工艺相对简单，工艺成本低廉，适合于大面积生产。随着tft平板显示技术的发展，越来越多的显示驱动及其它功能模块可能采用tft集成电路实现。将行列驱动电路、电源电路、光电传感电路等以tft为主要元件制作从而集成于显示面板上，能够形成屏上sop(system on panel，系统集成)。例如，在显示面板中集成光学传感器以实现光学指纹识别功能。
3.在传统的显示面板的传感技术中，显示指纹识别的显示面板，多为屏下结构，即显示器件发射光照到指纹，指纹反射光被屏下感光器件识别，显示器件和传感器件需各自加工，之后用oca胶(optically clear adhesive，光学胶)将显示器件层和传感器件层贴合，工艺复杂且只能用在oled(organic light emitting diode，有机发光二极管显示面板)上。现有技术中，提出一种屏内结构的传感器件，其将显示器件和传感器件做在同一衬底上，较传统技术能够适当降低工艺的复杂性，但由于该技术中显示器件和传感器件做在同一衬底上时，显示器件的控制tft和传感器件的控制tft位于同一层内，受实际版图布线面积的制约，使得显示器件的控制tft和传感器件的控制tft的电路设计受到限制，无法实现应有效果，从而，现有技术中的屏内传感器件不仅受布线面积限制，应用受限，而且工艺较复杂。
4.因此，需要提供一种应用在显示面板中的传感器结构或方法，能够降低工艺复杂性的同时，还能够使得显示器件能够更好地实际应用。


技术实现要素：

5.本发明提供一种显示面板的屏内传感器件结构，降低其工艺复杂性的同时，降低屏内传感器件因受工艺及布线的限制。
6.根据第一方面，一种实施例中提供一种显示面板的屏内传感器件结构，包括：
7.衬底；
8.以及位于所述衬底上的第一控制薄膜晶体管层和第二控制薄膜晶体管层，所述第一控制薄膜晶体管层和所述第二控制薄膜晶体管层分别位于不同层；
9.所述第一控制薄膜晶体管层中具有第一控制薄膜晶体管，所述第一控制薄膜晶体管上连接有显示器件，所述显示器件用于显示信息，所述第一控制薄膜晶体管用于控制所述显示器件；
10.所述第二控制薄膜晶体管层中具有第二控制薄膜晶体管以及传感器件晶体管，所述传感器件晶体管用于感应外部环境信息，并将外部环境信息转化为电信号，第二控制薄
膜晶体管与所述传感器件晶体管连接，且所述第二控制薄膜晶体管用于控制所述传感器件晶体管。
11.一些实施例中，所述传感器件晶体管的有源层为光敏材料。
12.一些实施例中，所述传感器件晶体管还包括压力敏感材料或温度敏感材料，且所述压力敏感材料与所述传感器件晶体管的栅极或者沟道信号连接。
13.一些实施例中，所述传感器件晶体管的栅极和/或所述第二控制薄膜晶体管的栅极为顶栅结构、底栅结构、单栅结构或双栅结构。
14.一些实施例中，所述第二控制薄膜晶体管的有源层和所述传感器件晶体管的有源层材料不同，所述第二控制薄膜晶体管的有源层材料为非金属氧化物、非晶硅、石墨烯、二硫化钼或碳纳米管。
15.一些实施例中，所述第一控制薄膜晶体管层和所述第二控制薄膜晶体管层分别位于所述衬底的两面；
16.或者，
17.所述第一控制薄膜晶体管层位于所述衬底的一面上，所述第二控制薄膜晶体管层位于所述第一控制薄膜晶体管层的表面；
18.或者，
19.所述第二控制薄膜晶体管层位于所述衬底的一面上，所述第一控制薄膜晶体管层位于所述第二控制薄膜晶体管层的表面。
20.一些实施例中，所述第一控制薄膜晶体管层和所述第二控制薄膜晶体管层之间具有隔离层。
21.一些实施例中，所述显示器件为oled、qled、mini-led、micro-led。
22.一些实施例中，所述衬底为刚性材料或柔性材料，所述刚性材料包括硅或玻璃；所述柔性材料包括pi或pet。
23.根据第二方面，一种实施例中提供一种显示装置，包括：衬底、第一控制薄膜晶体管层、显示器件、第二控制薄膜晶体管层；
24.其中，所述第一控制薄膜晶体管层和第二控制薄膜晶体管层位于所述衬底上，且分别位于不同层；
25.所述第一控制薄膜晶体管层与所述显示器件通过金属互联层连接，所述显示器件用于显示信息，所述第一控制薄膜晶体管用于控制所述显示器件；
26.所述第二控制薄膜晶体管层中具有第一控制薄膜晶体管以及传感器件晶体管，所述传感器件晶体管用于感应外部环境信息，并将外部环境信息转化为电信号，第二控制薄膜晶体管与所述传感器件晶体管连接，且所述第二控制薄膜晶体管用于控制所述传感器件晶体管。
27.依据上述实施例的一种屏内传感器件结构或显示装置，由于将显示器件和传感器件做在同一背板，即同一衬底上，将显示器件和传感器件做在同一背板上，并将两种器件的控制tft设计在不同层内，使传感器件自身及其控制tft都有足够版图布置面积，同时还将独立的传感器件替换为具有其相同功能的薄膜晶体管，使得原本至少为两层的光感器件层和光感器件控制tft层简化为一层，大大的减少了屏内光感传感器工艺流程，降低屏内光感应用的工艺成本。
附图说明
28.图1为现有技术中的屏内传感器件结构示意图；
29.图2为本发明一种实施例提供的一个像素点的俯视结构示意图；
30.图3为本发明一种实施例提供的屏内传感器件的剖面结构示意图；
31.图4为本发明另一种实施例提供的屏内传感器件的剖面结构示意图。
32.衬底100，扫描线20，数据线30，像素结构pixel，外部光信息10，第一控制薄膜晶体管层200，第二控制薄膜晶体管层300，显示器件210，第二控制薄膜晶体管320，第一有源层202，第一栅极204，第一源极205，第一漏极206，介质层203，金属互联层500，绝缘层400，传感器件晶体管310，传感器件晶体管的有源层311，传感器件晶体管的栅极312，传感器件晶体管的源极313，传感器件晶体管的漏极314，第二有源层321，第二栅极322，第二源极323，第二漏极324。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
34.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
35.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
36.由背景技术可知，现有技术中的屏内结构的传感器件因受工艺及布线限制，制造工艺复杂，得不到很好地实际应用。
37.经分析可知，有两个主要问题：一是显示器件的控制薄膜晶体管(tft)和传感器件的控制tft在同一层内，受实际版图布线面积制约，传感器面积较小，其控制tft电路也过于简单，使得信号的读取和放大效果较差。二是传感器件的控制tft目前采用的低温多晶硅(ltps)tft，其较大的漏电流导致传感信号噪声大。这两个问题导致目前屏内传感器件得不到很好地实际应用，如图1所示，图1中显示器件的控制tft1与传感器件的控制tft2在同一层内，由于受实际版图布线面积制约，显示器件的控制tft1与传感器件的控制tft2的电路只能设计很简单，会使得信号的读取和放大效果较差，其次，由于显示器件的控制tft1与传感器件的控制tft2在同一层内，显示器件的控制tft1的有源层和传感器件的控制tft2的有源层材料是相同，具有较大的漏电流。
38.在本发明实施例中，将显示器件和传感器件做在同一背板上，并将两种器件的控
制tft设计在不同层内，使传感器件自身及其控制tft都有足够版图布置面积，正是由于不受版面面积的制约，可以将传统的独立的传感器件替换为具有其相同功能的薄膜晶体管，使得原本至少为两层的光感器件层和光感器件控制tft层简化为一层，大幅减少屏内光感传感器工艺流程，降低屏内光感应用的工艺成本。
39.图2为本实施例中提供的一个像素点的俯视结构示意图，图3和图4为本发明提供的屏内传感器件的剖面结构示意图。请结合参考图2至图4，本实施例提供一种屏内传感器件结构，用于显示面板，包括衬底100、以及位于所述衬底100上的第一控制薄膜晶体管层200和第二控制薄膜晶体管层300。
40.所述衬底100可以为刚性材料，也可以为柔性材料。
41.本实施例中，当所述衬底100为刚性材料时，可以是硅，也可以是玻璃；当所述衬底100为柔性材料时，可以是pi(聚酰亚胺)或pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。
42.所述第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300分别位于不同层，其中，所述第一控制薄膜晶体管层200上连接有显示器件210，所述显示器件用于显示信息，例如显示对应的图像信息。所述第一控制薄膜晶体管通过开关信号控制所述显示器件上的单个像素单元的开关或亮度。
43.本实施例中，在所述衬底100上形成好第一控制薄膜晶体管层200之后，再在其上形成所述第二控制薄膜晶体管层300，或者，在所述衬底100上形成好所述第二控制薄膜晶体管层300之后，再在其上形成所述第一控制薄膜晶体管层200，因为，当所述第二控制薄膜晶体管层300和所述第一控制薄膜晶体管层200在同一个衬底上并分开形成在不同的层上时，所述第二控制薄膜晶体管层300和所述第一控制薄膜晶体管层200之间的电路布线空间彼此不受影响，彼此都能够有足够的空间进行布线设计，能够使得整个器件结构的效果更好。
44.本实施例中，所述第一控制薄膜晶体管层200中具有第一控制薄膜晶体管，所述第一控制薄膜晶体管的个数可以是多个，设计成控制电路器件，所述第一控制薄膜晶体管用于向所述显示器件210发送或接收信号。
45.本实施例中，所述第一控制薄膜晶体管为显示器件210的控制器件。所述第一控制薄膜晶体管所发送或接收的信号可以是向所述显示器件210施加的驱动信号或显示信号。
46.所述第一控制薄膜晶体管包括设置在所述衬底100上的第一有源层202，所述第一控制薄膜晶体管中还包括：第一栅极204、第一源极205和第一漏极206，所述第一栅极204与所述第一有源层202之间具有介质层203，所述第一源极205或第一漏极206上连接金属互联层500。
47.需要说明的是，所述第一源极205和第一漏极206的位置不做限定，当对应位置具有源极功能时，为第一源极205，当对应位置具有漏极功能时，为第一漏极206。所述第一栅极204与所述第一有源层202之间的介质层203为栅介质层，例如可以是二氧化硅，所述第一栅极204、第一源极205和第一漏极206之间均形成有绝缘层400，所述绝缘层400可以是氧化硅或其他介质材料。
48.所述第一控制薄膜晶体管通过所述金属互联层500与所述显示器件210连接，金属互联层500也形成在绝缘层400中，本实施例中所述第一控制薄膜晶体管中的所述第一漏极206通过所述金属互联层500与所述显示器件210连接。
49.可以结合参考图2，所述显示器件210(dislay)与所述扫描线20以及数据线30连接，具体可以是所述第一控制薄膜晶体管中的所述第一栅极204与扫描线220连接，所述第一源极205或第一漏极206与数据线230连接，所述第一漏极206或第一源极205与像素电极连接。
50.本实施例中，所述显示器件210为oled。
51.在其他实施例中，所述显示器件还可以为qled、mini-led或micro-led。
52.请继续参考图3和图4，所述第二控制薄膜晶体管层300中具有第二控制薄膜晶体管320以及传感器件晶体管310，所述传感器件晶体管310可以感应外部环境信息，外部信息可以是光信息、压力信息或者是温度信息等环境信息，并还可以将外部环境信息转化为电信号。所述第二控制薄膜晶体管320与所述传感器件晶体管310连接，且所述第二控制薄膜晶体管320用于控制所述传感器件晶体管310。
53.本实施例中，所述传感器件晶体管310可以感受外部光信息，例如外部光信息10，并可以将光信息10转化成电信号。所述传感器件晶体管310中包括：传感器件晶体管的有源层311、传感器件晶体管的栅极312、传感器件晶体管的源极313以及传感器件晶体管的源极314。需要说明的是，敏感材料受外界光、温度、压力等影响，可以产生电信号，但是这些信号一般比较微弱，所以需要的传感器件晶体管的控制部分就相对复杂些，正是因为本申请将第二控制薄膜晶体管层和第一控制薄膜晶体管层分开，使其有足够的版图布置面积，解决了控制部分不能做复杂的限制，将敏感材料用于器件的有源层，从而使用传感器件晶体管替换传统的传感器件。
54.所述传感器件晶体管的有源层311与栅极之间设置有栅介质层，例如可以是二氧化硅，所述传感器件晶体管的有源层311、传感器件晶体管的栅极312、传感器件晶体管的源极313以及传感器件晶体管的源极314之间均设有绝缘层400，所述绝缘层400可以是氧化硅或其他介质材料。
55.所述第二控制薄膜晶体管320是所述传感器件晶体管310的控制器件，所述第二控制薄膜晶体管320包括设置在所述衬底100上的第二有源层321，还包括第二栅极322、第二源极323和第二漏极324，所述第二栅极322与所述第二有源层321之间具有介质层，该介质层是栅介质层，例如，可以是二氧化硅。
56.需要说明的是，第二源极323和第二漏极324的位置不做限定，当对应位置具有源极功能时，为所述第二源极323，当对应位置具有漏极作用时，为第二漏极324。所述第二栅极302、第二源极303或第二漏极304之间均形成有绝缘层400，所述绝缘层400可以是氧化硅。所述第二控制薄膜晶体管320与所述传感器件晶体管310连接，从而，所述第二控制薄膜晶体管320可以控制所述传感器件晶体管310。
57.所述传感器件晶体管310(sense tft)与所述扫描线20以及读取线30连接，具体可以是所述第二控制薄膜晶体管中的第二栅极322与扫描线20连接，所述第二源极323或第二漏极324与读取线30连接，第二漏极324或第二源极323与感应器件310连接。
58.所述传感器件晶体管310和所述第二控制薄膜晶体管320可以同步形成和制作，因此，用来感应外部环境的器件及其控制器件可以同步形成和制作，大量减少的制作工艺和流程，简化了操作，节约了成本。
59.本实施例中，传感器件晶体管的有源层311的材料为光敏材料，从而所述传感器件
晶体管310具有光电传感器的作用，将光感器件和光感控制器件层简化成同一层，并且和第一控制薄膜晶体管在同一个背板上不同层上形成，也就是在同一个衬底的不同层上形成，其不仅不会影响各自的布线，还大大节约了工艺流程。
60.需要说明的是，所述第一有源层202的材料与所述第二有源层321的材料不同。由于所述第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300分别位于不同层，因此，所述第一控制薄膜晶体管中的第一有源层202和所述第二控制薄膜晶体管中的第二有源层321可以选用不同的材料，并且可以选取对各自性能有所提升的有源层材料。
61.经分析可知，连接所述传感器件晶体管310的第二控制薄膜晶体管的漏电流越小，其传感噪声就会越小，本实施例中，所述第二有源层321为非金属氧化物(a-mo)时，能够降低第二控制薄膜晶体管的漏电流，改善所述传感器件晶体管310的传感效果。
62.在其他实施例中，所述第二有源层321的材料还可以为非晶硅、石墨烯、二硫化钼或碳纳米管等。
63.进一步的，所述传感器件晶体管的有源层311和所述第二控制薄膜晶体管的有源层321可以是相同材料，也可以根据实际需要，采用不同的材料。
64.本实施例中，所述第二栅极322可以为顶栅结构、底栅结构、单栅结构或双栅结构。由于所述第二控制薄膜晶体管320的性能对所述传感器件晶体管310的传感效果会产生明显的影响，改善所述第二栅极302的结构可以提升所述第二控制薄膜晶体管320的性能，从而提升所述传感器件晶体管310的传感效果。
65.本实施例中，所述传感器件晶体管的栅极312为顶栅结构、底栅结构、单栅结构或双栅结构，目的是可以提升所述传感器件晶体管310的传感效果。例如，图4所示的传感器件晶体管的栅极312为双栅结构，即在所述传感器件晶体管的有源层311的上下两侧均设有相互联通的栅极，从而使两栅极在传感器件晶体管的有源层311处产生的垂直电场相互抵消，使载流子主要集中在传感器件晶体管的有源层311的中间位置，进而能够有效抑制传感器件晶体管的有源层311界面处的缺陷，从而，电学性能提升。
66.可以参考图4，在一些实施例中，所述传感器件晶体管310还可以包括压力敏感材料或温度敏感材料330，使所述压力敏感材料或所述温度敏感材料330与所述传感器件晶体管的栅极或者沟道信号连接。具体可以是使得所述压力敏感材料或所述温度敏感材料330放置于所述传感器件晶体管的栅极或者沟道之上。
67.例如，当所述传感器件晶体管310本身是光感器件，当在所述传感器件晶体管310的栅极或者沟道之上放置有压力敏感材料时，所述传感器件晶体管310就是具有光感和压感的结合作用的器件，可以同时实现光感和压感的功能；当在所述传感器件晶体管310的栅极或者沟道之上放置有温度敏感材料时，所述传感器件晶体管310就是具有光感和温感的结合作用的器件，可以同时实现光感和温感的功能。
68.需要说明的是，本实施例中，所述第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300位于所述衬底100的同一面。可以参考图3和图4，所述第一控制薄膜晶体管层200位于所述衬底100的上方，所述第二控制薄膜晶体管层300位于所述第一控制薄膜晶体管层200的上方。可以选择的形成方法有多种，例如，可以是，首先在衬底上形成第一控制薄膜晶体管层200，然后可以在其上沉积绝缘层，然后在绝缘层上形成所述第二控制薄膜晶体管层300，当然，在形成所述第二控制薄膜晶体管层300时，需要同时形成第二控制薄膜晶体
管320和传感器件晶体管310。还可以是，首先在衬底上形成第一控制薄膜晶体管层200，在形成第一控制薄膜晶体管层200的源漏极的那一层上直接开始布置形成所述第二控制薄膜晶体管层300，例如，可以设计使第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300中的栅极层在同一层上(如图3)，这样可以更进一步的节约工艺，当然，在布置形成所述第二控制薄膜晶体管层300时，需要同时形成第二控制薄膜晶体管320和传感器件晶体管310。
69.对应的，所述第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300位于所述衬底100的同一面，还可以是，所述第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300交换位置，也就是，所述衬底100的一面先形成所述第二控制薄膜晶体管层300，然后在所述第二控制薄膜晶体管层300的表面形成所述第一控制薄膜晶体管层200。与之对应的，可以选择的形成方法有多种，例如，可以是，首先在衬底上形成第二控制薄膜晶体管层300，然后可以在其上沉积绝缘层，然后在绝缘层上形成所述第一控制薄膜晶体管层200，当然，在形成所述第二控制薄膜晶体管层300时，需要同时形成第二控制薄膜晶体管320和传感器件晶体管310。还可以是，首先在衬底上形成第二控制薄膜晶体管层300，在形成第二控制薄膜晶体管320的源漏极的那一层上直接开始布置形成所述第一控制薄膜晶体管层200，例如，可以设计使第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300中的栅极层在同一层上，这样可以更进一步的节约工艺，当然，在布置形成所述第二控制薄膜晶体管层300时，需要同时形成第二控制薄膜晶体管320和传感器件晶体管310。
70.在一些实施例中，还可以是所述第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300分别位于所述衬底100的正反两面上，此种结构，可以实现传感功能和显示功能分别在两个面的情况。
71.需要说明的是，无论所述第一控制薄膜晶体管层200和所述第二控制薄膜晶体管层300的相对位置是怎样的，均通过金属互联层500将与之对应的显示器件连接即可。
72.本实施例中，还提供一种显示装置，所述显示面板中包括多个像素结构pixel，其包括上述中屏内传感器件结构。
73.所述屏内传感器件结构包括衬底、第一控制薄膜晶体管层、显示器件、第二控制薄膜晶体管层；其中，所述第一控制薄膜晶体管层和第二控制薄膜晶体管层位于所述衬底上，同时，其有源层分别位于不同层；所述第一控制薄膜晶体管层与所述显示器件通过金属互联层连接，所述显示器件用于显示信息，所述第一控制薄膜晶体管用于控制所述显示器件；所述第二控制薄膜晶体管层中具有第一控制薄膜晶体管以及传感器件晶体管，所述传感器件晶体管用于感应外部环境信息，并将外部环境信息转化为电信号，第二控制薄膜晶体管与所述传感器件晶体管连接，且所述第二控制薄膜晶体管用于控制所述传感器件晶体管。
74.还包括用于驱动所述像素结构pixel中栅极的栅极驱动芯片，以及用于驱动所述像素结构pixrl中源极的源极驱动芯片。另外，还可以包括电源单元，电源单元可以向显示面板供电。可以接收从外部装置发送的驱动电压，并且可以产生并提供用于显示面板、驱动电路等的电压。
75.本实施例中，由于，将显示器件和传感器件做在同一背板，即同一衬底上，将显示器件和传感器件做在同一背板上，并将两种器件的控制tft设计在不同层内，使传感器件自身及其控制tft都有足够版图布置面积，同时还将独立的传感器件替换为具有其相同功能
的薄膜晶体管，使得原本至少为两层的光感器件层和光感器件控制tft层简化为一层，大幅减的少了屏内光感传感器工艺流程，降低屏内光感应用的工艺成本。
76.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。