CN112464710A

CN112464710A - 感测元件基板

Info

Publication number: CN112464710A
Application number: CN202011118143.4A
Authority: CN
Inventors: 陈信学; 苏志中; 陈亦伟
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-10-19
Also published as: CN112464710B

Abstract

本发明公开了一种感测元件基板，包括基板、主动元件、感光单元以及光准直结构。主动元件位于基板上且包括漏极。感光单元位于基板上且与主动元件电性连接。光准直结构位于基板与感光单元之间。光准直结构在基板的正投影落在感光单元在基板的正投影之内，光准直结构的至少一部份与漏极或栅极属于同一膜层。

Description

感测元件基板

技术领域

本揭露是关于一种感测元件基板。

背景技术

近年来，电子装置常会设置感测元件以扩充其功能，举例而言，电子装置可设置指纹感测元件，以便能够作为保护电子装置的资讯安全的凭证。指纹感测元件常见是制作于像素阵列基板上，但这会导致像素开口率降低的问题。为了提升开口率，解决方案之一是将指纹感测元件制作于对向基板，但须额外贴附光线控制膜层以增加指纹感测元件的灵敏度。然而，这样不仅会增加制作成本、增加面板的厚度，还会造成视角不佳的问题。故，目前亟需一种可以解决前述问题的方法。

发明内容

本揭露提供一种感测元件基板，其可同时具有轻薄化与良好指纹解析度的优点。

本揭露的感测元件基板包括基板、主动元件、感光单元以及光准直结构。主动元件位于基板上，主动元件包括漏极。感光单元位于基板上且与主动元件电性连接。光准直结构位于基板与感光单元之间。光准直结构在基板的正投影落在感光单元在基板的正投影之内，漏极与光准直结构属于同一膜层，且漏极的材料与光准直结构的材料相同。

在本揭露的一实施例中，上述的感测元件基板更包括层间介电层。层间介电层位于基板与感光元件之间且具有多个通孔。光准直结构包括多个延伸部，各延伸部位于层间介电层的各通孔中，延伸部的延伸方向实质上平行于基板的法线方向，且延伸部之间的间距为2微米至10微米。

在本揭露的一实施例中，上述的感测元件基板更包括控制线。控制线位于基板上且与主动元件电性连接，延伸部与控制线实质上垂直。

在本揭露的一实施例中，上述的各延伸部的深宽比为0.1至6。

在本揭露的一实施例中，上述的延伸部更包括多个第一子延伸部及多个第二子延伸部。各第二子延伸部与各第一子延伸部交错配置，使第二子延伸部与第一子延伸部构成网状图案，且第一子延伸部的数量为大于2个，第二子延伸部的数量为大于2个。

在本揭露的一实施例中，上述的感测元件基板更包括控制线。控制线位于基板上且与主动元件电性连接，第二子延伸部的延伸方向与控制线交错。

在本揭露的一实施例中，上述的感测元件基板更包括控制线。控制线位于基板上且与主动元件电性连接，第二子延伸部与控制线实质上平行。

基于上述，在本揭露的感测元件基板中，通过设置光准直结构于基板与感光单元之间，可以使指纹的波峰及波谷所反射的光线朝感光单元行进的路径更加的准直，且光准直结构的至少一部份与漏极或栅极属于同一膜层，由于无须额外贴附光准直膜层于显示装置，因此显示装置可同时具有轻薄化与良好指纹解析度的优点。光准直结构在基板的正投影落在感光单元在基板的正投影之内，从而不影响像素阵列基板的开口率或视角。

本揭露的感测元件基板包括基板、主动元件、感光单元以及光准直结构。主动元件位于基板上，主动元件包含栅极与漏极。感光单元位于基板上且与主动元件电性连接。光准直结构位于基板与感光单元之间。光准直结构在基板的正投影落在感光单元在基板的正投影之内，光准直结构包括多个延伸部，延伸部的延伸方向实质上平行于基板的法线方向，各延伸部具有相连接的下部与上部，下部与栅极属于同一膜层，且下部的材料与栅极的材料相同，上部与漏极属于同一膜层，且上部的材料与漏极的材料相同。

在本揭露的一实施例中，上述的各延伸部的下部接触基板，且各延伸部的深宽比为0.1至6。

在本揭露的一实施例中，上述的感测元件基板更包括层间介电层。层间介电层位于基板与感光元件之间且具有多个通孔。光准直结构更包括位于延伸部的上部的上方的多个岛部，各延伸部的上部及下部位于层间介电层的各通孔中，岛部位于通口外。

基于上述，在本揭露的感测元件基板中，通过设置光准直结构于基板与感光单元之间，可以使指纹的波峰及波谷所反射的光线朝感光单元行进的路径更加的准直，且栅极与光准直结构的下部属于同一膜层，且栅极的材料与光准直结构的下部的材料相同，漏极与光准直结构的上部属于同一膜层，且漏极的材料与光准直结构的上部的材料相同，由于无须额外贴附光准直膜层于显示装置，因此显示装置可同时具有轻薄化与良好指纹解析度的优点。光准直结构在基板的正投影落在感光单元在基板的正投影之内，从而不影响像素阵列基板的开口率或视角。

附图说明

阅读以下详细叙述并搭配对应的图式，可了解本揭露的多个样态。需留意的是，图式中的多个特征并未依照该业界领域的标准作法绘制实际比例。事实上，所述的特征的尺寸可以任意的增加或减少以利于讨论的清晰性。

图1是依照本揭露一实施例的显示装置的剖面示意图。

图2是图1的感测元件基板的俯视示意图。

图3A是沿着图2的剖线A-A’的剖面示意图。

图3B是图2的剖线B-B’的剖面示意图。

图3C是图2的剖线C-C’的剖面示意图。

图3D是依照图2的剖面D-D’的剖面示意图。

图4为依照本揭露另一实施例的感测元件基板的剖面示意图。

图5A为依照本揭露另一实施例的感测元件基板的俯视示意图。

图5B为依照本揭露另一实施例的感测元件基板的俯视示意图。

图6A为依照本揭露另一实施例的感测元件基板的剖面示意图。

图6B为依照本揭露另一实施例的感测元件基板的剖面示意图。

图7A为依照本揭露另一实施例的感测元件基板的剖面示意图。

图7B为依照本揭露另一实施例的感测元件基板的剖面示意图。

其中，附图标记：

10 显示装置

100 感测元件基板

100a 感测元件基板

100b 感测元件基板

100c、100d、100e 感测元件基板

102 感光单元

102A 第一电极层

102B 第二电极层

102S 感测层

104 光准直结构

104A 延伸部

104B 岛部

106 缓冲层

108 绝缘层

110 层间介电层

112 绝缘层

114 钝化层

200 像素阵列基板

300 显示介质层

400 背光模块

A1 角度

A-A’ 剖线

B-B’ 剖线

BM 黑色矩阵

C-C’ 剖线

CF 彩色滤光图案

CH 半导体通道层

CL 控制线

D 漏极

D1 第一方向

D2 第二方向

D-D’ 剖线

DL 数据线

E1 第一子延伸部

E2 第二子延伸部

F 手指

G 栅极

H1 通孔

L1 光线

OC 盖板

P1 下部

P2 上部

S 源极

S1 间距

SL 信号线

SM 遮光层

SUB 基板

T 主动元件

TH1、TH2、TH3、TH4 接触洞

H1、H2、H3 通孔

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

图1是依照本揭露一实施例的显示装置10的剖面示意图。显示装置10包括感测元件基板100、像素阵列基板200、显示介质层300及背光模块400。显示介质层300位于像素阵列基板200与感测元件基板100之间，背光模块400设置于像素阵列基板200下方，换言之，像素阵列基板200位于感测元件基板100与背光模块400之间。图1省略绘示了感测元件基板100的部分构件及像素阵列基板200的构件。图2是图1的感测元件基板100的俯视示意图，图3A是沿着图2的剖线A-A’的剖面示意图，图3B是图2的剖线B-B’的剖面示意图，图3C是图2的剖线C-C’的剖面示意图，图3D是依照图2的剖线D-D’的剖面示意图。请同时参照图1、图2以及图3A，感测元件基板100包括基板SUB及位于基板SUB上的主动元件T、感光单元102及光准直结构104。于一实施例中，感测元件基板100还包括遮光层SM、缓冲层106、绝缘层108以及层间介电层110。遮光层SM位于基板SUB上，遮光层SM的材质例如为金属、树脂、石墨或其他可适用的材料。遮光层SM可用以避免主动元件T产生光漏电的问题。缓冲层106位于遮光层SM上方及基板SUB上方。基板SUB的材质例如为玻璃、石英或有机聚合物。

主动元件T位于绝缘层108上，主动元件T包括栅极G、源极S、漏极D以及半导体通道层CH。半导体通道层CH位于绝缘层108上，栅极G在基板SUB的正投影重叠于半导体通道层CH在基板SUB的正投影，且栅极G与半导体通道层CH之间夹有绝缘层108。

于本实施例中，感测元件基板100还包括位于基板SUB上的数据线DL、控制线CL以及信号线SL。为了方便说明，图2中绘示了第一方向D1与第二方向D2，且第一方向D1与第二方向D2相异，例如第一方向D1与第二方向D2分别为图1的纵向方向与横向方向，且其彼此呈正交关系。于本实施例中，控制线CL沿着第二方向D2延伸，数据线DL及信号线SL沿着第一方向D1延伸。主动元件T的栅极G与控制线CL电性连接。在本实施例中，栅极G与控制线CL属于同一膜层，即由同一材料层图案化而成。也就是说，栅极G的材料和控制线CL的材料相同。层间介电层110位于绝缘层108上，源极S与漏极D位于绝缘层108上，且源极S与数据线DL电性连接。在本实施例中，源极S、漏极D、数据线DL、信号线SL属于同一膜层，即由同一材料层图案化而成。也就是说，源极S、漏极D、数据线DL、信号线SL的材料相同。源极S与漏极D分别经由接触洞TH1、TH2而电性连接至半导体通道层CH，接触洞TH1、TH2例如是位于绝缘层108及层间介电层110中。上述的主动元件T是以顶栅型薄膜晶体管来说明，但本揭露不限于此。于其他实施例中，上述的主动元件T也可以是底栅型薄膜晶体管，或其他适合的薄膜晶体管。在本实施例中，基于导电性的考量，栅极G、控制线CL、数据线DL、信号线SL、漏极D及源极S的材料是使用金属材料。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，栅极G、控制线CL、数据线DL、信号线SL、漏极D及源极S也可使用其他导电材料，例如：合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物、或其他合适的材料、或是金属材料与其他导电材料的堆叠层。

感测元件基板100还包括黑色矩阵BM、彩色滤光图案CF及盖板OC。黑色矩阵BM位于主动元件T上，彩色滤光图案CF位于黑色矩阵BM上，彩色滤光图案CF例如包括红色滤光图案、绿色滤光图案及蓝色滤光图案。彩色滤光图案CF对应于像素阵列基板200的开口区而设置。黑色矩阵BM例如是对应于控制线CL、数据线DL、信号线SL、主动元件T及感光单元102而设置。光准直结构104位于基板SUB与感光单元102之间。于本实施例中，光准直结构104在基板SUB的正投影落在感光单元102在基板SUB的正投影之内，从而不影响像素阵列基板200的开口率或视角。盖板OC与基板SUB对向设置，盖板OC的材质例如是可挠性基板(例如塑胶基板)或刚性基板(例如玻璃基板或石英基板)。在本实施例中，光准直结构104的材料是金属材料。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，光准直结构104的材料也可使用其他导电材料，例如：合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物、或其他合适的材料、或是金属材料与其他导电材料的堆叠层。

本实施例中的感测元件基板100是以其盖板OC面对像素阵列基板200进行组装，也就是说，盖板OC位于像素阵列基板200与基板SUB之间。使用者手指F所接触或接近到的是感测元件基板100的基板SUB的外侧，举例来说，当使用者手指F碰触感测元件基板100的基板SUB，背光模块400所发出的光线L1照到指纹的波峰及波谷后，波峰与波谷会反射强度不同的光束，而使分别对应波峰及波谷的多个感光单元102接收到强度不同的反射光束，从而感测元件基板100可获得使用者的指纹影像。光准直结构104可以使指纹的波峰及波谷所反射的光线朝感光单元102行进的路径更加的准直。藉此，可以提升感测元件基板100的指纹解析度。于本实施例中，漏极D、源极S与光准直结构104属于同一膜层，即由同一材料层图案化而成。也就是说，光准直结构104的材料和漏极D、源极S的材料相同。举例而言，于漏极D、源极S的材料包括金属材料的实施例中，光准直结构104亦包括金属材料。由于无须额外贴附光准直膜层于显示装置10，因此显示装置10同时具有轻薄化与良好指纹解析度的优点。

感光单元102位于缓冲层106上。感光单元102包括第一电极层102A、相对于第一电极层102A的第二电极层102B以及夹设于第一电极层102A与第二电极层102B之间的感测层102S，第二电极层102B相较于第一电极层102A更靠近像素阵列基板200。第一电极层102A电性连接信号线SL。于本实施例中，请参考图3B，第一电极层102A通过接触洞TH3电性连接至信号线SL。第一电极层102A的材质包括透明导电材料，例如为铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟镓锌氧化物或其他合适的氧化物或者是上述至少二者的堆叠层。感测层102S的材质例如是富硅氧化物(silicon-rich oxide；SRO)或其他合适的材料。

感光单元102与主动元件T电性连接，举例而言，第二电极层102B电性连接主动元件T。于本实施例中，第二电极层102B通过接触洞TH4电性连接主动元件T，接触洞TH4例如是位于绝缘层108中。第二电极层102B的材质例如是钼、铝、钛、铜、金、银或其他导电材料或上述两种以上的材料的堆叠。

在本实施例中，感测元件基板100更包括绝缘层112及钝化层114，绝缘层112覆盖主动元件T及光准直结构104，钝化层114位于绝缘层112上，且钝化层114覆盖感光单元102(例如第一电极层102A、第二电极层102B)。

层间介电层110位于基板SUB与感光单元102之间且具有多个通孔H1。光准直结构104包括多个延伸部104A，各延伸部104A位于层间介电层110的各通孔H1中，层间介电层110的通孔H1与接触洞TH1、TH2的形成方式例如是于层间介电层110上全面形成一层光阻材料(未示)，接着使用光罩来图案化光阻材料以形成图案化光阻层，接着对层间介电层110进行蚀刻以形成通孔H1及接触洞TH1、TH2，而后移除图案化光阻材料。由于通孔H1与接触洞TH1、TH2是由同一道光罩所制备而成，无须额外的光罩来制作通孔H1，从而有助于降低制造成本，且毋须重新测试层间介电层110的蚀刻参数。于本实施例中，光准直结构104延伸至绝缘层108的通孔H2而接触到缓冲层106的顶面。

延伸部104A的延伸方向实质上平行于基板SUB板的法线方向，且延伸部104A之间的间距S1为2微米至10微米，间距S1足够小可以使光线在相邻的延伸部104A之间以小角度行进，从而可控制指纹的波峰及波谷所反射的光线朝感光单元102行进的路径更加的准直。于本实施例中，光准直结构104更包括位于延伸部104A的上方的多个岛部104B，岛部104B位于通口H1外。

于本实施例中，延伸部104A沿着剖线D-D’的剖面为片状(见图3D)。自俯视方向观看的情况中，延伸部104A为沿着第一方向D1延伸的条状，使得光准直结构104具有制程简易的优点，举例而言，延伸部104A实质上平行于数据线DL及信号线SL。于一实施例中，延伸部104A的数量为大于2个。各延伸部104A的深宽比为0.1至6，深宽比足够大从而可进一步提升光准直效果。于本实施例中，光准直结构104位于缓冲层106上。于其他实施例中，光准直结构104可延伸于缓冲层106中的通孔H3中(见图4)并接触基板SUB。

图5A为依照本揭露另一实施例的感测元件基板100a的俯视示意图。图5A的感测元件基板100a与图2的感测元件基板100的主要差异在于：延伸部104A更包括多个第一子延伸部E1及多个第二子延伸部E2。在一实施例中，各第二子延伸部E2与各第一子延伸部E1交错配置，使第二子延伸部E2与第一子延伸部E1构成网状图案，可进一步提升光准直效果。且第一子延伸部E1的数量为大于2个，第二子延伸部E2的数量为大于2个。于本实施例中，第二子延伸部E2为沿着第二方向D2延伸的片状，举例而言，第二子延伸部E2与控制线CL实质上平行。于其他实施例中，自俯视方向观看第二子延伸部E2的情况下，第二子延伸部E2与第一子延伸部E1夹一非直角的角度A1(见图5B)。

图6A为依照本揭露另一实施例的感测元件基板100b的剖面示意图。图6A的感测元件基板100b与图3B的感测元件基板100的主要差异在于：各延伸部104A具有相连接的下部P1与上部P2，下部P1与栅极G属于同一膜层，即由同一材料层图案化而成。也就是说，下部P1的材料和栅极G的材料相同。举例而言，于栅极G的材料包括金属材料的实施例中，下部P1亦包括金属材料。上部P2与漏极D、源极S属于同一膜层，即由同一材料层图案化而成。也就是说，上部P2的材料和漏极D、源极S的材料相同。举例而言，于漏极D、源极S的材料包括金属材料的实施例中，上部P2亦包括金属材料。由于无须额外贴附光准直膜层(未示)于显示装置10，因此显示装置10同时具有轻薄化与良好指纹解析度的优点。各延伸部104A的下部P1接触基板SUB，且各延伸部104A的上部P2与下部P1的组合的深宽比为0.1至6。

图6B为依照本揭露另一实施例的感测元件基板100c的剖面示意图。本实施例的感测元件基板100c和图6A的感测元件基板100b的主要差异在于：各延伸部104A的下部P1延伸至绝缘层108的通孔H2而接触到缓冲层106的顶面。

图7A为依照本揭露另一实施例的感测元件基板100d的剖面示意图。本实施例的感测元件基板100d和图3B的感测元件基板100的主要差异在于：光准直结构104与栅极G属于同一膜层，即由同一材料层图案化而成。也就是说，光准直结构104的材料和栅极G的材料相同。举例而言，于栅极G的材料包括金属材料的实施例中，光准直结构104亦包括金属材料。由于无须额外贴附光准直膜层(未示)于显示装置10，因此显示装置10同时具有轻薄化与良好指纹解析度的优点。于本实施例中，光准直结构104延伸至绝缘层108的通孔H2而接触到缓冲层106的顶面。

图7B为依照本揭露另一实施例的感测元件基板100e的剖面示意图。本实施例的感测元件基板100e和图7A的感测元件基板100d的主要差异在于：光准直结构104延伸于缓冲层106中的通孔H3中并接触基板SUB。

综上所述，本揭露的实施例的感测元件基板，藉由设置光准直结构于基板与感光单元之间，可以使指纹的波峰及波谷所反射的光线朝感光单元行进的路径更加的准直，且栅极或漏极与光准直结构的至少一部份属于同一膜层，栅极或漏极的材料和光准直结构的至少一部份的材料相同，由于无须额外贴附光准直膜层于显示装置，因此显示装置可同时具有轻薄化与良好指纹解析度的优点。光准直结构在基板的正投影落在感光单元在基板的正投影之内，从而不影响像素阵列基板的开口率或视角。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种感测元件基板，其特征在于，包含：

一基板；

一主动元件，位于该基板上，其中该主动元件包含一漏极；

一感光单元，位于该基板上且与该主动元件电性连接；以及

一光准直结构，位于该基板与该感光单元之间，其中该光准直结构在该基板的正投影落在该感光单元在该基板的正投影之内，该漏极与该光准直结构属于同一膜层，且该漏极的材料与该光准直结构的材料相同。

2.如权利要求1所述的感测元件基板，其特征在于，更包含：

一层间介电层，位于该基板与该感光元件之间且具有多个通孔，其中该光准直结构包含多个延伸部，各该延伸部位于该层间介电层的各该通孔中，该些延伸部的延伸方向实质上平行于该基板的一法线方向，且该些延伸部之间的间距为2微米至10微米。

3.如权利要求2所述的感测元件基板，其特征在于，更包含：

一控制线，位于该基板上且与该主动元件电性连接，其中该些延伸部与该控制线实质上垂直。

4.如权利要求2所述的感测元件基板，其特征在于，各该延伸部的深宽比为0.1至6。

5.如权利要求2所述的感测元件基板，其特征在于，该些延伸部更包含：

多个第一子延伸部；以及

多个第二子延伸部，其中各该第二子延伸部与各该第一子延伸部交错配置，使该些第二子延伸部与该些第一子延伸部构成网状图案，且该些第一子延伸部的数量为大于2个，该些第二子延伸部的数量为大于2个。

6.如权利要求5所述的感测元件基板，其特征在于，更包含：

一控制线，位于该基板上且与该主动元件电性连接，其中该些第二子延伸部的延伸方向与该控制线交错。

7.如权利要求5所述的感测元件基板，其特征在于，更包含：

一控制线，位于该基板上且与该主动元件电性连接，其中该些第二子延伸部与该控制线实质上平行。

8.一种感测元件基板，其特征在于，包含：

一基板；

一主动元件，位于该基板上，其中该主动元件包含一栅极与一漏极；

一感光单元，位于该基板上且与该主动元件电性连接；以及

一光准直结构，位于该基板与该感光单元之间，其中该光准直结构在该基板的正投影落在该感光单元在该基板的正投影之内，该光准直结构包含多个延伸部，该些延伸部的延伸方向实质上平行于该基板的一法线方向，各该延伸部具有相连接的一下部与一上部，该下部与该栅极属于同一膜层，且该下部的材料与该栅极的材料相同，该上部与该漏极属于同一膜层，且该上部的材料与该漏极的材料相同。

9.如权利要求8所述的感测元件基板，其特征在于，各该延伸部的该下部接触该基板，且各该延伸部的深宽比为0.1至6。

10.如权利要求8所述的感测元件基板，其特征在于，更包含：

一层间介电层，位于该基板与该感光元件之间且具有多个通孔，其中该光准直结构更包含位于该些延伸部的该上部的上方的多个岛部，各该延伸部的该上部及该下部位于该层间介电层的各该通孔中，该些岛部位于该些通口外。

11.一种感测元件基板，其特征在于，包含：

一基板；

一感光单元，位于该基板上且与该主动元件电性连接；以及

一光准直结构，位于该基板与该感光单元之间，其中该光准直结构在该基板的正投影落在该感光单元在该基板的正投影之内，该栅极与该光准直结构属于同一膜层，且该栅极的材料与该光准直结构的材料相同。