TW201917902A - 光偵測裝置和光偵測器件 - Google Patents

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Abstract

一種光偵測裝置和光偵測器件，該光偵測裝置包含一顯示單元、一覆蓋單元、該光偵測器件，以及一用於黏合該顯示單元與該光偵測器件的低折射率膠。該顯示單元的透光率大於3%。該光偵測器件位於該顯示單元下方，並包括一光偵測薄膜，該光偵測薄膜包括一光敏二極體或一光敏薄膜電晶體。該低折射率膠的折射率小於1.4。藉由該顯示單元的透光率大於3%，使光線可通過並被下方的該光偵測器件接收，實現光偵測功能。該低折射率膠可減少光線於該低折射率膠與該光偵測器件介面間的反射，提升進入該光偵測器件的入光量，從而提高光電轉換率。

Description

光偵測裝置和光偵測器件
本發明是有關於一種光學器件領域，特別是指一種光偵測裝置和光偵測器件。
目前，液晶顯示屏(LCD)或主動陣列式有機發光二極體(AMOLED)顯示屏，皆是以薄膜電晶體(TFT)結構掃描並驅動單一畫素，以實現屏上畫素陣列之顯示功能。形成TFT開關功能的主要結構為金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)，其中熟知的半導體層主要材料有非晶矽、多晶矽、氧化銦鎵鋅(IGZO)，或是混有碳奈米材料之有機化合物等等。由於光偵測二極體(Photo Diode)的結構亦可採用此類半導體材料製備，且生產設備也相容於TFT陣列的生產設備，因此近年來TFT光偵測二極體開始以TFT陣列製備方式生產，並廣泛應用在X光感測平板器件，如中國專利CN103829959B、CN102903721B所描述。
相較於傳統結晶材料製備之影像傳感器件，上述TFT光感測陣列薄膜材料之光能隙(Band gap)皆以可見光為主要吸收範圍，因此較易受環境可見光之干擾而形成噪聲，導致信號噪聲比(SNR)較低。受限於此，TFT光感測陣列薄膜初期的應用乃是以X光感測平板器件應用為主，主因即為X光屬短波長光且準直性高，X光影像先入射到感測平板上配置之光波長轉換材料，將X光影像轉換成較長波長之可見光，再直接於感測平板內部傳輸至TFT光感測陣列薄膜上，避免了周圍環境之可見光形成噪聲干擾，如上述中國專利CN103829959B、CN102903721B所描述。
若將此類熟知的可見光傳感器薄膜(TFT光感測陣列薄膜)配置在原顯示屏結構內，受限於顯示畫素開口孔徑等問題，可見光傳感器薄膜感測之真實影像已是發生繞射等光學失真之影像，且因光學信號穿透顯示屏的多層結構，並且在光學顯示信號、觸摸感測信號並存的情況下，欲從低信噪比場景提取有用的光學信號，具備很高的困難度，技術困難等級達到近乎單光子成像之程度，必須藉由演算法依光波理論運算重建方能解析出原始影像。為了避開此一技術難點，已知作法將可見光傳感器薄膜配置在原顯示屏結構內，並且需要搭配額外的光學增強器件，或是僅將光傳感器薄膜配置在顯示屏側邊內，利用非垂直反射到達側邊之光線進行光影像重建，例如中國專利CN101359369B所述。
由上述光傳感器薄膜的現有技術可以看出，其存在光電轉換率低、無法滿足大面積薄膜陣列器件的問題。因此，欲配置光傳感器薄膜在顯示屏結構內，需要對光偵測的相關結構進行改善，以提高其光電轉換量子效率。
因此，本發明之目的，即在提供一種能克服先前技術的至少一個缺點的光偵測裝置和光偵測器件。
於是，本發明光偵測裝置，包含一個顯示單元、一個覆蓋單元、至少一個光偵測器件、一個低折射率膠、一個主電路板，以及一個軟性電路板。
該顯示單元為一個以主動式陣列薄膜電晶體作為掃描驅動與傳輸數據的顯示屏，所述顯示屏為主動陣列式有機發光二極體顯示屏或微發光二極體顯示屏，該顯示單元的透光率大於3%。該覆蓋單元設置於該顯示單元上方，該覆蓋單元為一觸控螢幕或一玻璃蓋板。該至少一個光偵測器件位於該顯示單元下方，並包括MxN個像素偵測區，M、N皆為大於或等於1的正整數，該像素偵測區包括一個具有至少一個薄膜電晶體並用於掃描驅動與傳輸數據的像素薄膜電路，以及一光偵測薄膜，該光偵測薄膜包括一光敏二極體或一光敏薄膜電晶體。
該低折射率膠位於該顯示單元與該至少一個光偵測器件間，並用於黏合該顯示單元與該至少一個光偵測器件，該低折射率膠的折射率小於1.4。該主電路板位於該至少一個光偵測器件下方。該軟性電路板用於連接該至少一個光偵測器件與該主電路板，該軟性電路板包括一個具有影像信號讀取與識別功能的晶片。
本發明光偵測器件，為一種如上述的光偵測器件。
本發明之功效在於：藉由該顯示單元的透光率大於3%，使通過該顯示單元的光線量多、光通量足夠大，光線可被下方的該光偵測器件接收，實現光偵測功能。該低折射率膠的折射率小於1.4，一方面具有黏合作用，使光偵測器件緊固於顯示單元底面，不易發生脫落；另一方面採用低折射率的膠，可減少光線於該低折射率膠與該光偵測器件介面間的反射，提升進入該光偵測器件的入光量，從而提高光電轉換率。該軟性電路板的設置可以使光偵測裝置整體更加輕薄化，滿足市場需求。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明光偵測裝置的一實施例，可以為一個具有觸摸顯示屏的設備，如手機、平板電腦、個人數位助理等智慧型行動設備，或者可以是個人電腦、工業裝備用電腦等電子設備。該光偵測裝置自上而下包含一覆蓋單元101、一顯示單元102、一低折射率膠103、一光偵測器件104、一軟性電路板105，以及一主電路板106。該覆蓋單元101設置於該顯示單元102上方，其可為一觸控螢幕或一玻璃蓋板，從而滿足不同終端產品的需求。
所述顯示單元102為一個以主動式陣列薄膜電晶體作為掃描驅動與傳輸數據的顯示屏，所述顯示屏可以為主動陣列式有機發光二極體(AMOLED)顯示屏或微發光二極體(Micro LED)顯示屏。該顯示單元102的透光率大於3%，因此在進行光偵測功能的過程中，通過該顯示單元102的光線量多、光通量足夠大，光線進而可被設置於該顯示單元102下方的該光偵測器件104接收，從而實現光偵測功能。
所述顯示單元102的下端面與光偵測器件104的上端面通過該低折射率膠103黏合，所述低折射率膠103的折射率小於1.4。低折射率膠103一方面具有黏合作用，使該光偵測器件104緊密固著於該顯示單元102底面，不易發生脫落；另一方面採用低折射率的膠，當光線透過顯示單元102照射至該光偵測器件104時，由於低折射率膠103的折射作用，膠的折射率低於光偵測器件104上與之接觸的部位的折射率(通常該光偵測器件104上與低折射率膠103接觸的部位的折射率在1.4以上)，使得光線在低折射率膠103底面位置發生折射後，可以盡可能以垂直方向入射至該光偵測器件104，增加入光量、減少光線反射，可以有效提高光電轉換率。在本實施例中，所述低折射率膠103為具有碳-氟鍵的有機化合膠材。
參閱圖1、2，所述光偵測器件104為TFT影像感測陣列薄膜，其光偵測波長範圍包含可見光波段或是紅外光波段。該光偵測器件104包括MxN個可呈陣列式排列的像素偵測區9，其中M、N皆為大於或等於1的正整數。每一像素偵測區9包括一個用來掃描驅動與傳輸數據的像素薄膜電路91，以及一光偵測薄膜92。該像素薄膜電路91具有至少一個薄膜電晶體(TFT)911。所述光偵測薄膜92包括一光敏二極體921或一光敏薄膜電晶體。以光偵測薄膜92包括光敏二極體921為例，每一個像素偵測區9的基本電路組成如圖2所示。光敏二極體921為形成該光偵測薄膜92之主要傳感器件，一閘極掃描線912以固定之幀速率(Frame Rate)將薄膜電晶體911操作在打開模式。當所述光偵測器件104偵測到光信號，打開之薄膜電晶體911即可將一電容93的電壓數據傳輸到該軟性電路板105的一晶片94，該晶片94具有影像信號讀取與識別功能。上述動作原理具體可以參考以下文獻： “M. J. Powell, I. D. French, J. R. Hughes, N. C. Bird, O. S. Davies, C. Glasse, and J. E. Curran, “Amorphous silicon image sensor arrays,”in Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1992, vol. 258, pp. 1127–1137”、 “B. Razavi, “Design of Analog CMOS Integrated Circuits,” McGraw-Hill, 2000”。
所述光偵測器件104與主電路板106通過該軟性電路板105進行連接，所述軟性電路板105包括具有影像信號讀取與識別功能的該晶片94。所述晶片94包括指紋影像讀取晶片、指紋識別算法晶片等，晶片型號例如Analog Devices公司的ADAS1256 晶片。軟性電路板105又稱柔性線路板、撓性線路板，簡稱軟板或FPC，相對於普通硬樹脂線路板而言，軟性電路板105具有配線密度高、重量輕、厚度薄、配線空間限制較少、靈活度高等優點。軟性電路板105的設置可以使該光偵測裝置整體更加輕薄化，滿足市場需求。
所述TFT影像感測陣列薄膜之光偵測器件104包括MxN個所述像素偵測區9，相當於包括MxN個光偵測薄膜92所形成的陣列，每一光偵測薄膜92對應偵測一個像素，因而光偵測器件104可以用於偵測MxN個像素，以形成相應影像。對於光偵測器件104而言，有以下幾種實現方式，以實施例一至七作說明，而主要的改良皆是針對光偵測薄膜92。
實施例一：
參閱圖2、3，本第一實施例的TFT影像感測陣列薄膜（即光偵測器件104）包括數個呈陣列式排列的光敏二極體921，所述光敏二極體921所形成的陣列形成一光敏二極體感應區920。如同先前技術段落所述，近年來光偵測二極體(光敏二極體)開始以TFT陣列製備方式進行生產。現有的光敏二極體的具體結構可以參考美國專利US6943070B2、中國專利 CN204808361U中對光偵測器件結構的描述。而TFT影像感測陣列薄膜的生產製程與顯示屏TFT結構不同的是：原本在顯示屏的像素開口區域，在生產製程上改為光感測區域。其TFT製備方式可以採用薄型玻璃為基材，亦可採用耐高溫塑性材料為基材，如美國專利US6943070B2所述。
此外，現有的TFT影像感測陣列薄膜易受周圍環境光或者顯示屏像素所發出的可見光的反射、折射等因素影響，造成光學干擾，嚴重影響內嵌於顯示屏下方的TFT影像感測陣列薄膜的信號噪聲比（SNR），為了提高信號噪聲比，如圖3所示，本發明的光偵測器件104的光偵測薄膜92作了改良，使改進後的光偵測器件104可以偵測識別使用者身體部分反射回的紅外信號。
該光偵測器件104的具體結構如下，其像素薄膜電路91的薄膜電晶體911包括一個形成於一基材951上的閘極金屬電極952、一第一絕緣層953、一本質非晶矽通道層954、一個n+ 摻雜非晶矽(n-a-Si)的汲極源極接觸端子955、一汲極源極金屬電極956，以及一第二絕緣層957，但由於元件951~957非本發明的改良重點，故不再說明。而該光偵測薄膜92的光敏二極體感應區920包括該光敏二極體921，以及一作為畫素電極之金屬氧化物透明電極958，且該光敏二極體感應區920的部分層體與該薄膜電晶體911的部分層體共用，例如該閘極金屬電極952、該第一絕緣層953、該汲極源極金屬電極956、該第二絕緣層957。
參閱圖4，該光偵測薄膜的主要改良如下：其光敏二極體921包括自上而下堆疊設置的一p型半導體層922、一i型半導體層923，以及一n型半導體層924。其中該p型半導體層922 與n型半導體層924可以為非晶矽結構。所述i型半導體層923可以為非晶矽結構、微晶矽結構或非結晶矽化鍺結構，本文所述的非結晶矽化鍺結構可以包含非結晶矽化鍺或是微晶矽化鍺結構。所述微晶矽結構為矽烷與氫氣通過化學氣相沉積成膜的半導體層，微晶矽結構的結晶度大於40%，且其能隙小於1.7 eV。所述非結晶矽化鍺結構為矽烷、氫氣與鍺烷(GeH4 )通過化學氣相沉積成膜的非結晶半導體層，且其能隙小於1.7 eV。
能隙(Band gap)是半導體的一個重要特徵參數，其大小主要決定於半導體的能帶結構，即與晶體結構和原子的結合性質等有關。在室溫（300K）下，鍺的能隙約為0.66ev，鍺烷中含有鍺元素，當摻入鍺元素後，會使得i型半導體層923的能隙下降，當滿足小於1.7 eV時， i型半導體層923可以接收可見光至紅外光（或近紅外光）波長範圍內的光信號。通過調整化學氣相沉積的GeH4 濃度，可以將含有非晶或微晶矽化鍺結構的光敏二極體921的操作波長範圍擴展到光波長 600nm 到2000 nm 的範圍。
實施例二：
在採用實施例一的基礎上，為了提高光電轉換之量子效率，光敏二極體也可採用雙結以上p型/i型/n型結構堆疊形成。該光敏二極體的第一結層之p型/i型/n型材料可以為非晶矽結構，第二結層以上p型/i型/n型材料可以為微晶結構、多晶結構或是摻有可擴展光敏波長範圍之化合物材料。簡言之，可以採用多組p型/i型/n型結構上下堆疊來形成該光敏二極體，對於每一個p型/i型/n型結構，可採用實施例一所描述的光敏二極體結構。
實施例三：
在採用實施例一或實施例二的基礎上，對於每一個p型/i型/n型結構而言，其所包含的p型半導體層可以為大於兩層的多層結構。例如p型半導體層為三層結構，自上而下包括一第一p型半導體層（p1層）、一第二p型半導體層（p2層），以及一第三p型半導體層（p3層）。其中，p1層可以採用非結晶結構且重摻雜硼（含硼濃度為標準製程的兩倍以上）；p2層和p3層採用微晶結構，且正常摻雜硼（按照標準製程濃度摻雜）。依靠厚度減薄的 p2 層和p3層減少對光線的吸收，使得光線盡可能多地進入i型半導體層並被i型半導體層所吸收，提高光電轉換率。另一方面，p2 層和p3層採用正常的硼摻雜可以有效避免由於p1 層的重摻雜導致劣化內建電位(Build-in Voltage)。當p型半導體層包括其他層數的多層結構時亦與上述類似，即，p1層重摻雜硼，其他層為正常摻雜。
同樣地，n型半導體層也可以為大於兩層的多層結構。例如n型半導體層為三層結構，自上而下包括一第一n型半導體層（n1層）、一第二n型半導體層（n2層），以及一第三n型半導體層（n3層）。其中，n3層可以採用非結晶結構且重摻雜磷（含磷量為標準製程兩倍以上）；n1層和n2層採用微晶結構，且正常摻雜磷（按照標準生產製程）。依靠厚度減薄的 n1 層和n2層減少對光線的吸收，使得經過n型半導體層而向上反射的光線盡可能多地進入i型半導體層並被i型半導體層所吸收，提高光電轉換率。另一方面，n1 層和n2層採用正常的磷摻雜可以有效避免由於n3 層的重摻雜導致劣化內建電位。當n型半導體層包括其他層數的多層結構亦與上述類似，即，位於最底層的n型半導體層重摻雜磷，其他層為正常摻雜。
實施例四：
本實施例是針對實施例一或二或三的進一步改進，如圖5中的（a）所示，該p型半導體層922以包含兩層，即p1層、p2層為例；該n型半導體層924以包含兩層，即n1層、n2層為例。該光偵測器件還包括一個設置於該p型半導體層922的上端面的第一光學器件925，所述第一光學器件925用於降低光線在p型半導體層922的上端面的反射率，或是減小光線在p型半導體層922的折射角度以增加光入射量。減小光線經由該第一光學器件925向下進入該p型半導體層922時，在該p型半導體層922上端面處的折射角度，可以讓光線盡可能地以接近於垂直方向射入p型半導體層922，使光線盡可能地被p型半導體層922下方的i型半導體層923所吸收，從而進一步提高光敏二極體921的光電轉換率。當p型半導體層922為多層結構時，第一光學器件925設置於最上方的p型半導體層922的上端面。
所述第一光學器件925包括折射率呈週期性變化的光子晶體結構或微透鏡陣列結構，或是折射率呈非週期性變化的漫散射結構。所述第一光學器件925的折射率小於p型半導體層922的折射率，可以使得光線在第一光學器件925與p型半導體層922介面發生折射後，折射角小於入射角，即光線盡可能地以接近於垂直方向射入p型半導體層922。
實施例五：
本實施例是針對實施例一或二或三或四的進一步改進，如圖5中的（b）所示，該光偵測器件還包括一個設置於所述n型半導體層924的下端面的第二光學器件926，所述第二光學器件926用於提高光線在n型半導體層924的下端面的多重反射率。所述多重反射率是指部分光線依序通過p型半導體層922、i型半導體層923與n型半導體層924後，在經過第二光學器件926向上反射後再通過n型半導體層924後進入i型半導體層923，部分光線再次被i型半導體層923所吸收，部分未被i型半導體層923吸收的光線又進入該n型半導體層924，接著再次經過第二光學器件926反射後進入i型半導體層923，如此反覆多次，可提高i型半導體層923的光電轉換率。當n型半導體層924為多層結構時，第二光學器件926設置於最下方的n型半導體層924的下端面。
所述第二光學器件926包括折射率呈週期性變化的光子晶體結構，或是折射率呈非週期性變化的漫散射結構，且所述第二光學器件926的折射率小於n型半導體層924的折射率。如此可以使光線在n型半導體層924的下端面盡可能發生反射，以便反射後的光線再次被i型半導體層923所吸收，進而適量放大屬於i型半導體層923可吸收的光波長範圍內的信號，提高該波長範圍內的光電流量。
實施例六：
如圖6所示，所述TFT影像感測陣列薄膜（即光偵測器件）的光偵測薄膜包括一光敏電晶體感應區，該光敏電晶體感應區包括一光敏薄膜電晶體10。在該光偵測器件中包含有由該等光偵測薄膜的該等光敏電晶體10所形成的陣列。所述光敏薄膜電晶體10包括一基材11，以及位於該基材11上的一閘極(Gate)1、一源極(Source)2、一汲極(Drain)3、一絕緣層4與一光吸收半導體層5。所述光敏薄膜電晶體10為倒立共平面式結構，所述倒立共平面式結構包括以下配置：所述閘極1、絕緣層4、源極2縱向自下而上設置，所述汲極3與所述源極2橫向共平面設置；絕緣層4包裹所述閘極1，以使得閘極1與源極2、閘極1與汲極3之間均不接觸；源極2和汲極3相間隔，源極2和汲極3橫向之間形成一光敏漏電流通道20。所述光吸收半導體層5設置於光敏漏電流通道20內，該光吸收半導體層5可吸光而產生電子電洞對。
一般藉由閘極電壓控制TFT操作在關閉狀態時，源極到汲極之間不會有電流通過；然而當TFT受光源照射時，由於光的能量在半導體激發出電子-電洞對，TFT結構的場效應作用會使電子-電洞對分離，進而使TFT產生光敏漏電流。這樣的光敏漏電流特性讓TFT陣列可應用在光偵測技術上。相較於一般採用TFT漏電流作光敏薄膜電晶體之器件，本發明以倒立共平面型場效電晶體結構，將該光吸收半導體層5配置於最上方作為吸光層，大幅增加了光電子的激發，提高光電轉換效率。
參閱圖6、7，實施例六的光敏薄膜電晶體10的製備方法，包含以下步驟：
步驟S801：利用磁控濺射鍍膜方式在該基材11上形成該閘極1。該基材11可以採用硬板，也可以採用柔性材料（如聚醯亞胺）。
步驟S802：在所述閘極1的上方利用化學氣相沉積或是磁控濺射鍍膜出該絕緣層4。
步驟S803：在所述絕緣層4的上方利用化學氣相沉積鍍膜出源極2和汲極3的n型摻雜半導體層，並利用磁控濺射鍍膜出源極2和汲極3的金屬層，接著利用黃光蝕刻製程定義出預設結構的源極2和汲極3，得到源極2和汲極3橫向共平面，且兩者相間隔，使源極2和汲極3橫向之間形成該光敏漏電流通道20。
步驟S804：利用化學氣相沉積鍍膜方式在所述光敏漏電流通道20形成該光吸收半導體層5。
實施例七：
以一般的場效電晶體結構而言，作為掃描驅動與數據傳輸開關的TFT 不需特別針對源極和汲極之間收集光電流的結構作設計，然而對於場效電晶體應用在光敏漏電流的偵測上，如果被光線激發的電子-電洞對被場效分離後，受電場驅動的飄移(Drift)路徑太長，有可能在光電子未能順利抵達電極之前，就已經與電洞再結合(Recombination)，或是被光吸收半導體層本身的懸空鍵結(Dangling Bond)缺陷給捕獲，無法有效地貢獻成為光偵測的光電流輸出。
為了改善光敏漏電流受源極與汲極之間通道長度的影響，以達到可增加吸收光半導體面積卻不致於劣化光電轉換效率的目的，本實施例七對實施例六的源極和汲極進一步改進。
參閱圖8，本實施例七與該實施例六不同處在於，本實施例七的光敏薄膜電晶體包括數個源極2與數個汲極3，源極2和源極2之間相互並聯，汲極3和汲極3之間相互並聯；所述源極2和汲極3之間交錯設置且相間隔，源極2和汲極3橫向之間形成該光敏漏電流通道20。該光敏漏電流通道20包括數個第一間隙201與數個第二間隙202，每一第一間隙201由兩相鄰的源極2所界定出，每一第二間隙202由兩相鄰的汲極3所界定出。第一間隙201與第二間隙202的部分範圍重疊。每一汲極3延伸於各別的第一間隙201內，每一源極2延伸於各別的第二間隙202內。每一源極2與相鄰的汲極3之間的距離小於電子飄移距離，所述電子飄移距離為電子在場效作用下能夠生存的距離。因此，在每一個偵測像素裡，所屬同一像素的多個源極2都相互並聯，且所屬同一像素的多個汲極3也都相互並聯，可以有效降低光激發電子與電洞再複合的機率，提高場效應作用下電極收集光電子的成功機率，最大化地改善了TFT漏電流光敏薄膜電晶體的光敏度。
參閱圖8、9、10，本實施例七的光敏薄膜電晶體的製備方法，與該實施例六的光敏薄膜電晶體的製備方法類似，在製備源極2和汲極3時，同樣包含：「通過黃光蝕刻製程定義出預設結構的源極2和汲極3，得到源極2和汲極3橫向共平面，且相間隔，並使得源極2和汲極3橫向之間形成光敏漏電流通道20」，只是本實施例七的源極2與汲極3的數量皆為數個，因此該步驟具體而言如下：通過黃光蝕刻製程定義出源極電極組和汲極電極組，每一個源極電極組包括多個所述源極2，源極2和源極2之間相互並聯；每一個汲極電極組包括多個所述汲極3，汲極3和汲極3之間相互並聯。該等源極2和該等汲極3之間交錯設置且相間隔。任兩相鄰的源極2之間形成一個所述第一間隙201，一個所述第一間隙201中設置一個所述汲極3；任兩相鄰的汲極3之間形成一個所述第二間隙202，一個所述第二間隙202中設置一個所述源極2。
補充說明的是，在某些實施例中，所述光偵測器件用於接收一偵測觸發信號，此時處於光偵測狀態，並接收偵測部位（如指紋、眼球、虹膜等）反射的光信號以捕捉使用者的偵測部位訊息。該光偵測器件也可以用於接收一光源觸發信號，此時處於發出光源（如紅外光源）狀態。優選地，該光源觸發信號與該偵測觸發信號交替切換，並符合一預設頻率。以光偵測器件包含光敏二極體所形成的陣列為例，在實際應用過程中，可藉由TFT外加一偏壓（包括正向偏壓，或零偏壓或負偏壓）於p型/i型/n型光敏二極體之間來作為掃描驅動，實現TFT影像感測陣列薄膜發出紅外光功能。
具體地，可交替在p型/i型/ n型紅外光敏二極體之間施加正向偏壓，或零偏壓或負偏壓，以觸發該光源觸發信號（又稱為第一觸發信號）與該偵測觸發信號（又稱為第二觸發信號）。以紅外光敏二極體所形成的陣列有10列像素點陣為例，在第一週期內對p型/i型/ n型紅外光敏二極體施加正向偏壓，使得10列像素點陣均處於發出紅外光狀態；在第二週期內對p型/i型/ n型紅外光敏二極體施加零偏壓或負偏壓，使得10列像素點陣均處於紅外光偵測狀態，用於捕捉使用者眼球反射回的紅外光訊息，並生成相應的紅外圖像輸出；在第三週期內又對p型/i型/ n型紅外光敏二極體施加正向偏壓，使得10列像素點陣均處於發出紅外光狀態，如此反復交替，以此類推。該光源觸發信號（即第一觸發信號）與該偵測觸發信號（即第二觸發信號）交替切換，切換的頻率符合一預設頻率。相鄰週期之間的時間間隔可以根據實際需要而設置，較佳地，時間間隔可以設置為，TFT陣列驅動掃描每一幀 (Frame) 紅外光敏二極體陣列至少能接收到一幀完整的影像信號所需的時間，即預設頻率為每經過上述時間間隔進行一次切換。
參閱圖1，在某些實施例中，所述顯示單元102包括一個光偵測感應區107，所述光偵測感應區107包括數個光偵測感應子區域，每一光偵測感應子區域的下方對應設置一個所述光偵測器件104。本發明的光偵測裝置還可包含一存儲介質(圖未示)，所述存儲介質存儲有電腦程式。以指紋識別為例，當一處理器執行所述電腦程式時會執行以下步驟：接收到對指紋識別子區域（即光偵測感應子區域）的啟動指令，一偵測控制電路開啟所述指紋識別子區域下方的光偵測器件104；或者，接收到對指紋識別子區域的關閉指令，該偵測控制電路開啟所述指紋識別子區域的下方的光偵測器件104。
以指紋識別子區域的數量為兩個為例，兩個指紋識別子區域可以一上一下或一左一右均勻分佈於顯示單元中，也可以以其他排列方式分佈於顯示單元中。下面對具有兩個指紋識別子區域的終端的應用過程作具體說明：在使用過程中，接收使用者觸發的啟動信號，將兩個指紋識別子區域下方的光偵測器件（即TFT影像感測陣列薄膜）都設置成開啟狀態。優選的實施例中，兩個指紋識別子區域構成的範圍覆蓋了整個顯示單元，這樣可以保證當兩個指紋識別子區域下方的光偵測器件都設置成開啟狀態時，進入顯示單元的光信號可以被光偵測器件吸收，從而及時捕捉到使用者的指紋信息或身體部分信息。當然，使用者也可以根據自身喜好，設置某一個指紋識別子區域下方的光偵測器件開啟，另一個指紋識別子區域下方的光偵測器件關閉。
綜上所述，參閱圖1，藉由該顯示單元102的透光率大於3%，使通過該顯示單元102的光線量多、光通量足夠大，光線進而可被該顯示單元102下方的該光偵測器件104接收，實現光偵測功能。該低折射率膠103的折射率小於1.4，一方面具有黏合作用，使光偵測器件104緊固於顯示單元102底面，不易發生脫落；另一方面採用低折射率的膠，當光線透過顯示單元102進入該光偵測器件104時，由於低折射率膠103的折射作用，使光線在低折射率膠103底面盡可能以垂直方向入射至該光偵測器件104，減少光線反射、提高入光量，可以有效提高光電轉換率。此外，所述光偵測器件104與主電路板106通過軟性電路板105進行連接，以達到影像信號讀取與識別的功能。軟性電路板105的設置可以使光偵測裝置整體更加輕薄化，滿足市場需求。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作，與另一個實體或操作區分開來，而不一定限定或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。用語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”或“包含……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的要素。此外，在本文中，“大於”、“小於”、“超過”等理解為不包括本數；“以上”、“以下”、“以內”等理解為包括本數。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
101‧‧‧覆蓋單元
102‧‧‧顯示單元
103‧‧‧低折射率膠
104‧‧‧光偵測器件
105‧‧‧軟性電路板
106‧‧‧主電路板
107‧‧‧光偵測感應區
10‧‧‧光敏薄膜電晶體
1‧‧‧閘極
11‧‧‧基材
2‧‧‧源極
20‧‧‧光敏漏電流通道
201‧‧‧第一間隙
202‧‧‧第二間隙
3‧‧‧汲極
4‧‧‧絕緣層
5‧‧‧光吸收半導體層
9‧‧‧像素偵測區
91‧‧‧像素薄膜電路
911‧‧‧薄膜電晶體
912‧‧‧閘極掃描線
92‧‧‧光偵測薄膜
920‧‧‧光敏二極體感應區
921‧‧‧光敏二極體
922‧‧‧p型半導體層
923‧‧‧i型半導體層
924‧‧‧n型半導體層
925‧‧‧第一光學器件
926‧‧‧第二光學器件
93‧‧‧電容
94‧‧‧晶片
951‧‧‧基材
952‧‧‧閘極金屬電極
953‧‧‧第一絕緣層
954‧‧‧本質非晶矽通道層
955‧‧‧汲極源極接觸端子
956‧‧‧汲極源極金屬電極
957‧‧‧第二絕緣層
958‧‧‧金屬氧化物透明電極
S801~S804‧‧‧步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明光偵測裝置的一實施例的一側視示意圖； 圖2是該實施例的一像素偵測區的一電路示意圖； 圖3是該實施例的一光偵測器件的一側視剖視示意圖； 圖4是一側視示意圖，說明該光偵測器件的一個實施例一的一光敏二極體； 圖5(a)是該光偵測器件的一個實施例四的部分元件的一側視示意圖，圖5(b)是該光偵測器件的一個實施例五的部分元件的一側視示意圖； 圖6是一側視示意圖，說明該光偵測器件的一個實施例六的一光敏薄膜電晶體； 圖7是一步驟流程圖，說明該實施例六的該光敏薄膜電晶體的製備方法； 圖8是一俯視示意圖，說明該光偵測器件的一個實施例七的該光敏薄膜電晶體的部分元件； 圖9是一俯視的流程示意圖，說明該實施例七的該光敏薄膜電晶體的製備方法；及 圖10是一搭配圖9的側視剖視示意圖，與圖9配合說明該實施例七的該光敏薄膜電晶體的製備方法。

Claims (10)

  1. 一種光偵測裝置，包含： 一個顯示單元，為一個以主動式陣列薄膜電晶體作為掃描驅動與傳輸數據的顯示屏，所述顯示屏為主動陣列式有機發光二極體顯示屏或微發光二極體顯示屏，該顯示單元的透光率大於3%； 一個覆蓋單元，設置於該顯示單元上方，該覆蓋單元為一觸控螢幕或一玻璃蓋板； 至少一個光偵測器件，位於該顯示單元下方，並包括MxN個像素偵測區，M、N皆為大於或等於1的正整數，該像素偵測區包括一個具有至少一個薄膜電晶體並用於掃描驅動與傳輸數據的像素薄膜電路，以及一光偵測薄膜，該光偵測薄膜包括一光敏二極體或一光敏薄膜電晶體； 一個低折射率膠，位於該顯示單元與該至少一個光偵測器件間，並用於黏合該顯示單元與該至少一個光偵測器件，該低折射率膠的折射率小於1.4； 一個主電路板，位於該至少一個光偵測器件下方；及 一個軟性電路板，用於連接該至少一個光偵測器件與該主電路板，該軟性電路板包括一個具有影像信號讀取與識別功能的晶片。
  2. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中，所述光偵測薄膜的所述光敏二極體包括自上而下堆疊的一p型半導體層、一i型半導體層，以及一n型半導體層，所述i型半導體層為非晶矽結構、微晶矽結構，或非結晶矽化鍺結構。
  3. 如請求項2所述的光偵測裝置，其中，所述微晶矽結構的結晶度大於40%，且其能隙小於1.7 eV。
  4. 如請求項2所述的光偵測裝置，其中，所述非結晶矽化鍺結構的能隙小於1.7 eV。
  5. 如請求項2所述的光偵測裝置，還包含一設置於所述p型半導體層的上端面的第一光學器件，所述第一光學器件用於降低光線在p型半導體層的上端面的反射率，或是減小光線在p型半導體層的折射角度以增加光入射量。
  6. 如請求項2所述的光偵測裝置，還包含一設置於所述n型半導體層的下端面的第二光學器件，所述第二光學器件用於提高光線在n型半導體層的下端面的反射率。
  7. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中，所述光偵測薄膜的光敏薄膜電晶體包括一閘極、至少一源極、至少一汲極、一絕緣層，以及一光吸收半導體層；所述光敏薄膜電晶體為倒立共平面式結構，所述倒立共平面式結構包括以下配置，所述閘極、絕緣層、該至少一源極縱向自下而上設置，該至少一汲極與該至少一源極橫向共平面設置，該閘極受到該絕緣層包覆，該閘極與該至少一源極、該閘極與該至少一汲極之間均不接觸；該至少一源極和該至少一汲極之間相間隔，該至少一源極和該至少一汲極橫向之間形成一光敏漏電流通道，所述光吸收半導體層設置於該光敏漏電流通道。
  8. 如請求項7所述的光偵測裝置，其中，該光敏薄膜電晶體包括數個源極和數個汲極，源極和源極之間相互並聯，汲極和汲極之間相互並聯；所述源極和汲極之間交錯設置且相間隔，該光敏漏電流通道包括數個第一間隙與數個第二間隙，每一第一間隙由兩相鄰的源極所界定出，每一第二間隙由兩相鄰的汲極所界定出，每一汲極延伸於各別的第一間隙內，每一源極延伸於各別的第二間隙內。
  9. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中，所述顯示單元包括一光偵測感應區，所述光偵測感應區包括數個光偵測感應子區域，每一光偵測感應子區域的下方對應設置一個所述光偵測器件。
  10. 一種光偵測器件，其為如請求項1至9中任一項所述的光偵測器件。
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