CN114823938A - 光电探测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电探测装置与方法，所述光电探测装置包括多个间隔设置的光电探测元件，多个所述光电探测元件包括多个第一光电探测元件与至少一个第二光电探测元件，所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件结构相同，并在所述第二光电探测元件上设置遮光部，所述第一光电探测元件接收到环境光后产生光电流，而所述第二光电探测元件在所述遮光部的遮挡下未能接收到环境光，产生暗电流，又由于所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件结构相同，控制单元可将所述暗电流用于校准所述光电流后得到光敏信号，以提升最终输出的光敏信号的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种光电探测装置与方法。
背景技术
在科技进步的现代社会中，光电探测器的应用极为广泛，包括：图像传感、环境监测、工业控制、射线探测、生物检测等应用领域。
目前，常见的光电探测元件包括硅基光电探测元件、金属氧化物光电探测元件以及有机光电探测元件等，这些光电探测元件都对温度较为敏感，影响其光学响应性能，导致最终输出的光敏信号准确性较低。
发明内容
本发明提供一种与方法，可解决光电探测装置因温度影响导致输出的光敏信号准确性较低的问题。
为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种光电探测装置，所述光电探测装置包括：
驱动基板；
光电探测层，设置于所述驱动基板上，包括多个间隔设置且与所述光电探测层电性连接的光电探测元件，多个所述光电探测元件包括多个第一光电探测元件与至少一个第二光电探测元件，所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件结构相同；
遮光层，设置于所述光电探测层远离所述驱动基板的一侧并对应设置于所述第二光电探测元件上，所述遮光层在所述驱动基板上的正投影覆盖所述第二光电探测元件在所述驱动基板上的正投影；
控制单元，与多个所述第一光电探测元件以及至少一个第二光电探测元件分别电性连接；
其中，所述第一光电探测元件在光线照射下产生光电流，所述第二光电探测元件在所述遮光层的遮蔽下产生暗电流，所述控制单元获取所述光电流与暗电流并根据所述光电流与暗电流得到光敏信号并输出。
在本发明实施例提供的一光电探测装置中，所述控制单元还用于根据所述暗电流得到环境温度并输出。
在本发明实施例提供的一光电探测装置中，所述遮光层包括对应设置在至少一个所述第二光电探测元件上的至少一个遮光部，一所述遮光部在所述基板上的正投影覆盖对应的所述第二光电探测元件在所述基板上的正投影。
在本发明实施例提供的一光电探测装置中，所述遮光部设置于对应的所述第二光电探测元件远离所述基板的表面上，且所述遮光部的材料为金属。
在本发明实施例提供的一光电探测装置中，所述光电探测元件包括第一电极、设置于所述第一电极上的光电探测功能层以及设置于所述光电探测功能层上的第二电极，所述遮光部设置于对应的所述第二光电探测元件的所述第二电极上且与所述第二电极的材料相同。
在本发明实施例提供的一光电探测装置中，所述光电探测装置还包括设置在所述光电探测层远离所述驱动基板的一侧的封装层，所述遮光部设置于所述封装层上，且所述遮光部的材料为黑色有机材料。
在本发明实施例提供的一光电探测装置中，所述光电探测装置还包括设置在所述光电探测层远离所述驱动基板的一侧并对应设置于多个所述第一光电探测元件上的彩膜层，所述彩膜层包括多个彩膜单元，一所述彩膜单元对应的设置于一所述第一光电探测元件上，一所述彩膜单元在所述基板上的正投影覆盖对应的所述第一光电探测元件在所述基板上的正投影。
第二方面，本发明提供了一种光电探测方法，采用上述的光电探测装置，所述光电探测方法包括如下步骤：
所述驱动基板向所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件输入驱动信号；
所述第一光电探测元件在光线照射下产生光电流；
所述第二光电探测元件在所述遮光层的遮蔽下产生暗电流；
所述控制单元获取所述光电流与暗电流并根据所述光电流与暗电流得到光敏信号并输出。
在本发明实施例提供的一光电探测方法中，根据所述光电流与暗电流得到光敏信号的步骤包括：
根据所述光电流与暗电流并结合如下公式计算得到矫正光电流；
矫正光电流＝光电流+暗电流
根据所述矫正光电流得到所述光敏信号。
在本发明实施例提供的一光电探测方法中，所述控制单元还根据所述暗电流得到环境温度并输出。
有益效果：本发明提供了一种光电探测装置与方法，所述光电探测装置包括多个间隔设置的光电探测元件，多个所述光电探测元件包括多个第一光电探测元件与至少一个第二光电探测元件，所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件结构相同，并在所述第二光电探测元件上设置遮光部，所述第一光电探测元件接收到环境光后产生光电流，而所述第二光电探测元件在所述遮光部的遮挡下未能接收到环境光，产生暗电流，又由于所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件结构相同，控制单元可将所述暗电流用于校准所述光电流后得到光敏信号，以提升最终输出的光敏信号的准确性。
附图说明
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单地介绍，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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的第一种光电探测装置的截面结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种光电探测装置的探测原理示意图；
图3是本发明实施例提供的第二种光电探测装置的截面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第三种光电探测装置的截面结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第四种光电探测装置的截面结构示意图；
图6是本发明实施例提供的第五种光电探测装置的截面结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种光电探测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
本发明实施例提供一种光电探测装置，以下结合图1与图2进行详细说明：
所述光电探测装置包括驱动基板100、光电探测层200、遮光层300与控制单元；所述光电探测层200设置于所述驱动基板100上并与所述驱动基板100电性连接，包括多个间隔设置的光电探测元件210，多个所述光电探测元件210包括多个第一光电探测元件211与至少一个第二光电探测元件212，所述第一光电探测元件211与所述第二光电探测元件212结构相同，为完全相同的光电探测元件，区分为第一光电探测元件211与第二光电探测元件212是因为两者的工作原理与作用不同，详见后述；所述遮光层300设置于所述光电探测层200远离所述驱动基板100的一侧并对应设置于所述第二光电探测元件212上，所述遮光层300在所述驱动基板100上的正投影覆盖所有的所述第二光电探测元件212在所述驱动基板100上的正投影；所述控制单元与多个所述第一光电探测元件211与至少一个第二光电探测元件212分别电性连接；
其中，结合图2，所述第一光电探测元件211在光线照射下产生光电流，所述第二光电探测元件212在所述遮光层的遮蔽下产生暗电流，所述控制单元获取所述光电流与暗电流并根据所述光电流与暗电流得到光敏信号并输出。
在本发明实施例所提供的光电探测装置中，将多个所述光电探测元件210中的至少一个使用遮光层遮挡作为用于产生暗电流的第二光电探测元件212，又由于所述第一光电探测元件211与所述第二光电探测元件212结构相同，控制单元可将所述暗电流用于校准所述光电流后得到光敏信号，以提升最终输出的光敏信号的准确性，具体原理解释如下：
光电探测元件是一个对光线敏感的反向偏置二极管，当受到光照时,饱和反向漏电流增加，形成光电流，光电流的大小随入射光强度的变化而变化；当无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，且该暗电流与温度有关；
因此，第一光电探测元件产生光电流，第二光电探测元件产生暗电流，实际光生电流等于光电流减去暗电流，正常情况下暗电流很小，可以忽略，但当温度高时暗电流很大，无法忽略，此时通过第二光电探测元件获取这个暗电流，用于校准光电流得到准确的实际光生电流，进而提升所得到的光敏信号的准确性。
进一步地，在一些实施例中，由于暗电流的大小与温度强相关，对于一光电探测元件，暗电流大小与温度之间存在一特定的相对关系，所述控制单元根据获取的所述暗电流结合该相对关系即可计算出环境温度并输出，即该光电探测装置除了输出光敏信号的基本功能以外，还可用于探测环境温度，可适用于更多元化的应用场景。
补充说明的是，所述光电探测元件210通常包括第一电极210a，设置于所述第一电极210a上的光电探测功能层210b，以及设置于所述光电探测功能层210b上的第二电极210c，多个所述光电探测元件210对应设置于元件定义层400所形成的多个凹槽中；
多个所述光电探测元件210的所述第一电极210a间隔设置，即包括多个所述第一电极210a；
多个所述光电探测元件210的所述第二电极210c相互连接，即包括一个所述第二电极210c；
所述光电探测功能层210b通常包括层叠设置的第一传输层、第一阻挡层、活性层、第二阻挡层以及第二传输层，当然，根据实际工艺需求，所述光电探测功能层210b可包括前述膜层中的几层，或除前述膜层以外还包括其他所需的膜层，具体不作限定；
所述驱动基板100分别向多个所述第一电极210a提供相同的第一电压信号，向所述第二电极210c提供第二电压信号，以驱动多个所述光电探测元件210工作产生光电流或暗电流；
所述控制单元通过多条走线分别与多个所述光电探测元件210的所述第一电极210a电性连接，用于获取光电流或暗电流。
在一些实施例中，所述遮光层300包括对应设置在至少一个所述第二光电探测元件212上的至少一个遮光部，一所述遮光部在所述驱动基板100上的正投影覆盖对应的所述第二光电探测元件212在所述基板上的正投影，具体地，所述遮光部在所述驱动基板100上的正投影覆盖对应的所述第二光电探测元件212中的所述光电探测功能层210b在所述基板上的正投影。
本领域技术人员可根据实际需求对所述遮光部进行合理的设置以实现对所述第二光电探测元件进行遮光，如下示例性地示意出几种所述遮光部的设置方式：
在一些实施例中，请继续参阅图1，所述遮光部为第一遮光部310，所述第一遮光部310设置于对应的所述第二光电探测元件212远离所述驱动基板100的表面上，且所述第一遮光部310的材料为金属，即所述第一遮光部310直接覆盖于第二光电探测元件212的上表面，用于遮挡光线入射至所述第二光电探测元件212内部。
进一步地，由于所述第一遮光部310直接覆盖于第二光电探测元件212的上表面，即所述第一遮光部310与所述第二电极210c接触，则可将所述第一遮光部310与所述第二电极210c的材料设置为同一材料，如此一来，在实际的制备工艺中，所述第一遮光部310与所述第二电极210c可由一道制程形成，从而降低制备成本且提升制备效率。
在一些实施例中，请参阅图3，所述遮光部为第二遮光部320，所述光电探测装置还包括设置在所述光电探测层200远离所述驱动基板100的一侧的封装层500，所述第二遮光部320设置于所述封装层上，且所述第二遮光部320的材料为黑色有机材料，即所述第二遮光部320为黑色矩阵单元，改黑色矩阵单元制备方法简单，成本低廉，适用于大规模的工业生产。
在一些实施例中，请参阅图4，所述遮光部为前述实施例中的第一遮光部310以及第二遮光部320的组合；
通常情况下，所述第二遮光部320在所述驱动基板100上的正投影覆盖所述第一遮光部310在所述驱动基板100上的正投影，所述第二遮光部320作为第一道遮光屏障，遮挡绝大部分朝所述第二光电探测元件212入射的光线，所述第一遮光部310作为第二道遮光屏障，遮挡穿透所述第一遮光部310的微量光线以及在所述封装层500中经折射或散射效应导致传播方向改变而射向所述第二光电探测元件212的微量光线，所述第一遮光部310以及第二遮光部320相结合，遮光效果更佳，使得所获得的暗电流更准确，进而使得所输出的光敏信号更准确。
在一些实施例中，请参阅图5或图6，所述光电探测装置还包括设置在所述光电探测层200远离所述驱动基板100的一侧并对应设置于多个所述第一光电探测元件211上的彩膜层600，通常设置于所述封装层500上，所述彩膜层600包括多个彩膜单元610，一所述彩膜单元610对应的设置于一所述第一光电探测元件211上，且一所述彩膜单元610在所述驱动基板100上的正投影覆盖对应的所述第一光电探测元件211在所述驱动基板100上的正投影；
其中所述彩膜单元610选自红色彩膜单元、绿色彩膜单元、蓝色彩膜单元、紫色彩膜单元以及黄色彩膜单元中的至少一种，或根据实际需求选自其他颜色的彩膜单元，本发明对此不作特殊限定；
所述彩膜单元610用于将光线过滤为特定波段的光线，即仅使得特定波段的光线入射至对应的第一光电探测元件211内，通过设置多个所述彩膜单元610的颜色与排布方式，以满足不同的测试需求；
具体地，前述实施例中未设置所述彩膜层600的光电探测装置可用于测试心率，而本实施例中设置有所述彩膜层600的光电探测装置可用于测试心率、血氧以及血液成分等。
在一些实施例中，所述光电探测装置远离所述基板的表面还设置有透明盖板，以保护内部的光电探测元件。
本发明实施例所提供的光电探测装置本可以用于生物医疗监测、指纹掌纹识别、光交互等领域；也可以与显示装置集成，有着广泛的应用前景。
本发明另一实施例还提供了一种光电探测方法，使用上述实施例所提供的光电探测装置，如下结合图7进行说明：
所述光电探测方法包括如下步骤：
所述驱动基板向所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件输入驱动信号；
所述第一光电探测元件在光线照射下产生光电流；
所述第二光电探测元件在所述遮光层的遮蔽下产生暗电流；
所述控制单元获取所述光电流与暗电流并根据所述光电流与暗电流得到光敏信号。
在一些实施例中，根据所述光电流与暗电流得到光敏信号的步骤包括：
根据所述光电流与暗电流并结合如下公式计算得到矫正光电流；
矫正光电流＝光电流+暗电流；
根据所述矫正光电流得到所述光敏信号。
在一些实施例中，所述控制单元还用于根据所述暗电流得到环境温度。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
以上对本发明实施例所提供的一种光电探测装置与方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种光电探测装置，其特征在于，所述光电探测装置包括：
驱动基板；
光电探测层，设置于所述驱动基板上，包括多个间隔设置且与所述光电探测层电性连接的光电探测元件，多个所述光电探测元件包括多个第一光电探测元件与至少一个第二光电探测元件，所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件结构相同；
遮光层，设置于所述光电探测层远离所述驱动基板的一侧并对应设置于所述第二光电探测元件上，所述遮光层在所述驱动基板上的正投影覆盖所述第二光电探测元件在所述驱动基板上的正投影；
控制单元，与多个所述第一光电探测元件以及至少一个第二光电探测元件分别电性连接；
其中，所述第一光电探测元件在光线照射下产生光电流，所述第二光电探测元件在所述遮光层的遮蔽下产生暗电流，所述控制单元获取所述光电流与暗电流并根据所述光电流与暗电流得到光敏信号并输出。
2.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述暗电流得到环境温度并输出。
3.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述遮光层包括对应设置在至少一个所述第二光电探测元件上的至少一个遮光部，一所述遮光部在所述基板上的正投影覆盖对应的所述第二光电探测元件在所述基板上的正投影。
4.根据权利要求3所述的光电探测装置，其特征在于，所述遮光部设置于对应的所述第二光电探测元件远离所述基板的表面上，且所述遮光部的材料为金属。
5.根据权利要求4所述的光电探测装置，其特征在于，所述光电探测元件包括第一电极、设置于所述第一电极上的光电探测功能层以及设置于所述光电探测功能层上的第二电极，所述遮光部设置于对应的所述第二光电探测元件的所述第二电极上且与所述第二电极的材料相同。
6.根据权利要求3所述的光电探测装置，其特征在于，所述光电探测装置还包括设置在所述光电探测层远离所述驱动基板的一侧的封装层，所述遮光部设置于所述封装层上，且所述遮光部的材料为黑色有机材料。
7.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述光电探测装置还包括设置在所述光电探测层远离所述驱动基板的一侧并对应设置于多个所述第一光电探测元件上的彩膜层，所述彩膜层包括多个彩膜单元，一所述彩膜单元对应的设置于一所述第一光电探测元件上，一所述彩膜单元在所述基板上的正投影覆盖对应的所述第一光电探测元件在所述基板上的正投影。
8.一种光电探测方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的光电探测装置，所述光电探测方法包括如下步骤：
所述驱动基板向所述第一光电探测元件与所述第二光电探测元件输入驱动信号；
所述第一光电探测元件在光线照射下产生光电流；
所述第二光电探测元件在所述遮光层的遮蔽下产生暗电流；
所述控制单元获取所述光电流与暗电流并根据所述光电流与暗电流得到光敏信号并输出。
9.根据权利要求8所述的光电探测方法，其特征在于，根据所述光电流与暗电流得到光敏信号的步骤包括：
根据所述光电流与暗电流并结合如下公式计算得到矫正光电流；
矫正光电流＝光电流+暗电流
根据所述矫正光电流得到所述光敏信号。
10.根据权利要求8所述的光电探测方法，其特征在于，所述控制单元还根据所述暗电流得到环境温度并输出。
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