光学湿度检测组件和光学湿度检测装置的制作方法

1.本发明涉及光学湿度传感器领域，具体的，涉及光学湿度检测组件和光学湿度检测装置。


背景技术：

2.湿敏材料是指吸收空气中的水分后自身物理量发生改变的一种材料，是光学湿度传感器的核心部分，直接决定光学湿度传感器的性能。当环境中的相对湿度上升时，水分子会吸附在湿敏材料膜层上，湿敏材料膜层吸附水分子后，吸附的水分子会对照射到湿敏材料膜层的光束产生散射、吸收等物理作用，从而导致了光信号的变化，即透过湿敏材料膜层的光强度变化，当不同强度的光线照射到光敏电阻材料时，光敏电阻材料的电阻会相应改变，测试通过光敏电阻材料层的电流可以得到环境中的相对湿度。
3.目前的光学湿度检测组件和光学湿度检测装置还有待改进。


技术实现要素：

4.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
5.湿敏材料在吸附水分子之后，其透光率会发生改变，当吸附水分子的量改变时，其透光率也会改变，例如，二氧化钛薄膜，随着薄膜吸附水分的增加，二氧化钛薄膜的透光率会相应的减小；光敏电阻材料具有光电信号转换的作用，其工作原理是基于内光电效应(内光电效应是光电效应的一种，主要由于光量子的作用，引发物质电化学性质的变化，比如电阻的改变)，光照愈强，光敏电阻材料的阻值就愈低，随着光照强度的升高，光敏电阻材料的电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1kω以下，而在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5mω。发明人发现，透过湿敏材料的光照射到光敏电阻材料时，会使得光敏电阻材料的电阻发生变化，可以通过测量流过光敏电阻材料的电流得到环境中的湿度，并且，可以设置发光部件，使得发光部件的一部分作为光源，用于向湿敏材料提供光线，另一部分用于显示测得的环境湿度。
6.有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提供了一种光学湿度检测组件，所述光学湿度检测组件包括：基板；发光部件，所述发光部件设置在所述基板的一个表面上，所述发光部件包括发光部和显示部；吸湿部件，所述吸湿部件设置在所述发光部件的所述发光部远离所述基板的表面上，所述吸湿部件包括湿敏材料层；光电检测部件，所述光电检测部件设置在所述吸湿部件远离所述发光部件的一侧，所述光电检测部件包括光敏电阻层。由此，发光部件的发光部可以作为光源，其发出的光线经过吸湿部件后照射到光电检测部件，吸湿部件吸收环境中的水分后其透光率会改变，照射到光电检测部件的光线强度会相应改变，使得光敏电阻层的电阻改变，进而使得通过光敏电阻层的电流改变，测量通过光敏电阻层的电流，可以得出环境中的湿度，并且，可以通过发光部件的显示部进行显示。
7.根据本发明的实施例，所述发光部件包括：第一电极层，所述第一电极层设置在所述基板的表面上；发光层，所述发光层设置在所述第一电极层远离所述基板的一侧；第二电
极层，所述第二电极层设置在所述发光层远离所述第一电极层的一侧；封装层，所述封装层封装所述第一电极层、所述发光层和所述第二电极层；所述吸湿部件包括：第一透光层，所述第一透光层设置在所述发光部远离所述基板的表面上；所述湿敏材料层设置在所述第一透光层远离所述发光部的一侧；第二透光层，所述第二透光层设置在所述湿敏材料层远离所述发光部的一侧；所述光电检测部件包括：透明电极层，所述透明电极层设置在所述吸湿部件远离所述基板的表面上；所述光敏电阻层设置在所述透明电极层远离所述吸湿部件的一侧，且所述光敏电阻层具有光电信号转换作用；不透明电极层，所述不透明电极层设置在所述光敏电阻层远离所述吸湿部件的一侧。
8.根据本发明的实施例，所述发光部件为红光发光部件。
9.根据本发明的实施例，所述第一透光层和所述第二透光层各自独立地为无机薄膜或聚合物薄膜。
10.根据本发明的实施例，所述湿敏材料层为二氧化钛薄膜，所述湿敏材料层的厚度为150
‑
250纳米。
11.根据本发明的实施例，所述光敏电阻层的材质为硫化镉或硒化镉。
12.根据本发明的实施例，所述不透明电极层为氧化铟锡层和银层的层叠结构，其中，所述氧化铟锡层靠近所述光敏电阻层设置。
13.根据本发明的实施例，所述光学湿度检测组件进一步包括灵敏电流计和电源，所述灵敏电流计分别与透明电极层和不透明电极层电连接，且用于检测通过光敏电阻层的电流，所述电源为所述光学湿度检测组件供电。
14.根据本发明的实施例，定义i0为标准相对湿度时所述灵敏电流计的示数，i
t
为环境中相对湿度为t％rh时灵敏电流计的示数，
△
i/i0为电流的相对变化量，其中，
△
i＝i0‑
i
t
，
△
i/i0的值与环境中的相对湿度是一一对应的。
15.在本发明的另一方面，本发明提出了一种光学湿度检测装置，所述光学湿度检测装置包括前面所述的光学湿度检测组件。由此，该光学湿度检测装置具备前面所述的光学湿度检测组件的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该光学湿度检测装置可以利用发光部件的发光部作为光源，吸湿部件吸收水分后透光率发生改变，影响照射到光电检测部件的光强，使得光敏电阻层的电阻值变化，测试通过光电检测部件的电流可以得到环境中的湿度值并通过发光部件的显示部进行显示。
附图说明
16.图1显示了根据本发明一个实施例的光学湿度检测组件的结构示意图；
17.图2显示了根据本发明另一个实施例的光学湿度检测组件的结构示意图；
18.图3显示了根据本发明一个实施例的光学湿度检测组件中发光部件的结构示意图；
19.图4显示了二氧化钛薄膜的透光率与环境中相对湿度的关系曲线；
20.图5显示了电流的相对变化量与环境中相对湿度的关系曲线；
21.图6显示了根据本发明一个实施例的光学湿度检测组件的俯视图。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
23.在本发明的一方面，本发明提出了一种光学湿度检测组件，参考图1，光学湿度检测组件可以包括：基板100、发光部件200、吸湿部件300和光电检测部件400。其中，如图1所示，发光部件200设置在基板100的一个表面上，且发光部件200包括发光部201和显示部202；吸湿部件300设置在发光部件200的发光部201远离基板100的表面上，且吸湿部件300包括湿敏材料层320；光电检测部件400设置在吸湿部件300远离发光部件200的一侧，且光电检测部件400包括光敏电阻层420。由此，该光学湿度检测组件中的发光部件的发光部可以作为光源，发光部件的显示部可以起到显示作用(当然本领域技术人员可以理解，显示部也是会发光的，以便显示)；吸湿部件中的湿敏材料层吸收环境中的水汽后，透光率会发生变化，进而使得发光部发出的光线透过吸湿部件照射到光电检测部件上的光线强度改变，而光电检测部件的电阻随照射到其上的光线的强度而发生变化，进而可以通过测试光电检测部件中的电流强度得到环境中的相对湿度，并通过显示部显示出来。
24.根据本发明的实施例，参考图1，发光部件200可以包括第一电极层210、发光层220、第二电极层230和封装层240，其中，第一电极层210设置在基板100的表面上，发光层220设置在第一电极层210远离基板100的一侧，第二电极层230设置在发光层220远离第一电极层210的一侧，而封装层240封装第一电极层210、发光层221和第二电极层230。由此，发光部件200可以正常发光，并且，封装层240可以对第一电极层210、第二电极层230以及发光层220进行保护，防止外界水氧侵入，避免对发光部件造成不利影响。
25.根据本发明的一些实施例，第一电极层210可以作为发光部件200的阳极，且第一电极层210的材料可以为银(ag)；根据本发明的另一些实施例，第一电极层210可以为氧化铟锡(ito)膜层和银膜层的层叠结构。根据本发明的一些实施例，第二电极层230可以作为发光部件200的阴极，第二电极层230的材料可以是铝(al)、银(ag)、或镁银合金。上述第一电极层、第二电极层的材料具有较好的导电性，有利于提高发光部件的性能。根据本发明的一些实施例，发光部件200可以是红光发光部件，具体的，发光层220的材料为发红光的有机材料，红光亮度高，并且红光亮度随时间的衰减较小，有利于提高发光部件的发光性能，进而有利于光学湿度检测组件对环境中相对湿度的检测。
26.根据本发明的实施例，封装层240可以为玻璃胶和玻璃的层叠结构，也可以为聚合物薄膜和无机薄膜的层叠结构，其中无机薄膜可以为氮氧化硅薄膜，由此，可以实现对发光部件中第一电极层、发光层以及第二电极层的有效封装。
27.根据本发明的一些具体实施例，发光部件200可以为oled发光器件，其中，第一电极层210、发光层220、第二电极层230可以分别为oled发光器件的阳极、发光层和阴极，由此，oled发光器件作为发光部件，有利于提高光学湿度检测组件的整体性能。oled作为新型发光技术，具有许多优势：oled能够做到轻薄化，可以实现器件的低功耗；oled主要在基板上制造的，能够在柔性或者刚性基板上进行制作，对基板选择更多样化，可以选择玻璃、塑胶或其他材料作为基板，并且，在制作可弯曲折叠的柔性显示组件时，可以通过选择不同的柔性基板来实现弯曲或折叠；oled有着自发光、微秒级响应速度、高对比度、广视角、超轻
薄、低功耗等独特的优势，且适合柔性、透明等多种形态；oled作为自发光的固态照明的面光源，可实现大面积照明，其中，白光oled光谱是目前最接近早上八点钟的阳光光谱，且不含紫外、红外辐射，也无蓝光危害；oled点亮时光源表面温度与人体体温接近，皮肤可以安全触摸，色温可调节、无眩光、节能，是迄今为止在人眼可见光范围内最接近自然光的友好光源。
28.当发光部件200为oled发光器件时，参考图3，发光部件200还可以进一步包括空穴注入层250、空穴传输层260、电子传输层270和电子注入层280，其中，空穴注入层250设置在第一电极层210和发光层220之间，空穴传输层260设置在空穴注入层250和发光层220之间，电子传输层270设置在发光层220和第二电极层230之间，电子注入层280设置在电子传输层270和第二电极层230之间。
29.根据本发明的实施例，参考图1和图2，吸湿部件300可以包括第一透光层310、湿敏材料层320和第二透光层330。其中，参考图1，第一透光层310设置在发光部201远离基板100的表面上，湿敏材料层320设置在第一透光层310远离发光部201的一侧，第二透光层330设置在湿敏材料层320远离发光部201的一侧。吸湿部件300中的湿敏材料层320的透光率随着环境中相对湿度的改变而变化，即湿敏材料层吸收环境中的水分后，湿敏材料层的透光率会变化。
30.下面对湿敏材料层的工作原理进行说明：湿敏材料是指吸收空气中的水分后自身物理量发生改变的一种材料，是光学湿度传感器的核心部分，直接决定光学湿度传感器的性能。当环境中的相对湿度上升时，水分子会吸附在湿敏材料形成的薄膜上，吸附的水分子对穿过湿敏材料的光束产生散射、吸收等物理作用，从而导致了透过湿敏材料膜层的光强度的变化，使得照射到光电检测部件上的光强度的变化。
31.根据本发明的一些实施例，湿敏材料层320可以为二氧化钛薄膜。二氧化钛薄膜具有优良的透光性，高折射率和良好的化学稳定性，是一种非常重要的光学膜，已被广泛地应用于抗反射涂层、干涉滤波片、电致变色窗等，同时，二氧化钛还是一种重要的湿敏材料，图4示出了二氧化钛薄膜的透光率随环境中相对湿度变化的曲线，由图4可知，当二氧化钛薄膜吸收环境中的水分之后，其透光率会随着薄膜吸湿程度的增加而相应的减小。根据本发明的一些实施例，湿敏材料层320的厚度可以为150
‑
250纳米，由此，湿敏材料层具有合适的厚度，有利于提高湿敏材料层的性能。
32.根据本发明的一些具体实施例，湿敏材料层320为二氧化钛薄膜，且二氧化钛薄膜的厚度为150
‑
250纳米，例如可以为150纳米、160纳米、180纳米、190纳米、200纳米、210纳米、230纳米、250纳米等，由此，湿敏材料层具有较高的透光率，有利于进一步提高湿敏材料层的性能；并且，二氧化钛薄膜的厚度设置在上述范围内，制备较容易，不会造成成本的显著增加。发明人发现，如果二氧化钛薄膜过厚，虽然容易制备，但是容易导致透光率的降低；而如果二氧化钛薄膜过薄，虽然透光率较高，但是制备难度会显著增大，不利于降低制作成本。本发明中，对二氧化钛薄膜的制备方法不做特别限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，可以采用旋涂法、磁控溅射法等物理制备方法，也可以采用溶胶
‑
凝胶法、化学气相沉积法、水热法、提拉法等化学制备方法。
33.本发明中，第一透光层310作为湿敏材料层320的基底，用于承载湿敏材料层320，并且，第一透光层具有较高的透光率，可以允许下方发光部件200的发光部发出的光线透
过；第二透光层330将湿敏材料层320与光电检测部件400隔开，其也具有较高的透光率。根据本发明的实施例，形成第一透光层310和第二透光层330可以是透过率高的无机薄膜或者聚合物薄膜，由此，有利于提高光学湿度检测组件的整体性能。
34.根据本发明的实施例，参考图1或图2，光电检测部件400包括透明电极层410、光敏电阻层420和不透明电极层430，其中，透明电极层410设置在吸湿部件300远离基板100的表面上，光敏电阻层420设置在透明电极层410远离吸湿部件300的一侧，且光敏电阻层420具有光电信号转换作用，而不透明电极层430设置在光敏电阻层420远离吸湿部件300的一侧。由此，光线透过吸湿部件后照射到光电检测部件，光敏电阻层的电阻随着照射到其上的光强度的变化而改变，测试通过光敏电阻层的电流，进而可以得出环境中的相对湿度。
35.根据本发明的实施例，透明电极层410使用透明的导电材料制备，例如可以使用ito(氧化铟锡)、izo(氧化铟锌)等，由此，透明电极层具有较好的透光率和导电性，有利于提高光学湿度检测组件的性能。根据本发明的实施例，光敏电阻层420具有光电信号转换的作用，可以采用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成，由此，光敏电阻层具有良好的光电信号转换作用。本发明中，不透明电极层430不仅参与形成光电信号转换，还起到隔离外界光线的作用。根据本发明的一些实施例，不透明电极层430可以为氧化铟锡层和银层的层叠结构，其中氧化铟锡层靠近光敏电阻层420设置，由此，不透明电极层既可以参与形成光电信号转换，还能够隔离外界光线，避免外界光线对湿度检测造成干扰。根据本发明的另一些实施例，不透明电极层中银层的厚度可以大于100纳米，这样能更有效地隔离外界光线。根据本发明的又一些实施例，还可以在不透明电极层430远离基板的表面上设置一层不透明材料层(例如，可以选择聚酰亚胺、聚乙烯、聚芳酯等)，如此，可以进一步提升隔离外界光线的效果。
36.根据本发明的实施例，参考图1，光学湿度检测组件可以进一步包括灵敏电流计500和电源600，灵敏电流计500分别与透明电极层410和不透明电极层430电连接，且用于检测通过光敏电阻层420的电流，电源600为光学湿度检测组件供电。需要说明的是，灵敏电流计500是通过电源600和导线实现与透明电极层410的电连接的。
37.下面对光学湿度检测组件检测环境中的相对湿度的原理进行进一步说明：
38.光学湿度检测组件的整体布局如图2所示(图2中仅示出了发光部件200的整体，但并未示出发光部件中的具体结构)，可以采用顶发射的红光oled器件做为发光部件200，发光部件200中的一部分上设置吸湿部件300，未设置吸湿部件的部分用于显示环境中的湿度；吸湿部件300位于发光部的部分表面上，吸湿部件吸湿(吸收水分)后，其透光率会发生改变，光电检测部件400设置在吸湿部件300远离发光部件200的一侧，用以检测通过光敏电阻层的电流。当光学湿度检测组件工作时，顶发射红光oled器件发光，其光线向上出射，吸湿部件300中的湿敏材料层320吸收水分后，其透光率会发生改变。湿敏材料层320吸收的水分越多，其透光率越低(如图4所示)，因此，随着湿敏材料层320吸收水分的增多，红光oled器件发出的红光经过吸湿部件300后，其强度也会随之降低，由于透过吸湿部件300的红光强度减弱，当它照射到光电检测部件400时，光敏电阻层420的电阻增大，在电源电压一定的条件下，光电信号转换电路中灵敏电流计500的示数随光敏电阻层420电阻的增大而降低。因此，灵敏电流计500的示数与吸湿部件300的湿度(环境中的相对湿度)密切相关。
39.假设发光部件200发出的光线强度不变，吸湿部件300的透光率与环境中的相对湿
度为一一对应关系(如图4所示)，由此可知，光强不变，当环境的相对湿度为t时，吸湿部件300的透光率为一个特定值，那么灵敏电流计500的示数就恒定为i(t)，这样环境中的相对湿度就与灵敏电流计500的示数呈现一一对应关系。发明人发现，发光部件200的光强会随着工作时间的延长而逐渐减弱，相应的，灵敏电流计的示数i(t)也会减弱，因此，本发明中采用电流的相对变化量来计算环境中的相对湿度，以降低误差。具体的，定义i0为标准相对湿度时灵敏电流计500的示数，i
t
为环境中相对湿度为t％rh时灵敏电流计500的示数，
△
i/i0为电流的相对变化量，其中，
△
i＝i0‑
i
t
，图5示出了电流的相对变化量(纵坐标，即
△
i/i0)随环境中相对湿度(横坐标)变化的曲线，由图5可知，
△
i/i0的值与环境中的相对湿度是一一对应的。由于灵敏电流计的示数与环境中的相对湿度呈现一一对应关系，当测得了灵敏电流计的示数i(t)之后，即可得出环境中的相对湿度，并通过发光部件的显示部202进行显示。根据本发明的一个实施例，如图2和图6(图6可视作图2的俯视图)所示，测得的相对湿度值为42.3％，并通过显示部202显示出环境中的相对湿度。需要说明的是，本发明中对标准相对湿度不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。发明人发现，当环境中的相对湿度较小时，吸湿部件300的透光率较高，灵敏电流计500的示数较大，可以将相对湿度较小时灵敏电流计500的示数作为参考，以减小误差。根据本发明的一些实施例，可选以取环境中的相对湿度较小时(可以为10％rh、11％rh、12％rh、13％rh、14％rh、15％rh、16％rh、17％rh、18％rh、19％rh、20％rh等)，灵敏电流计500的示数作为相对标准相对湿度下的i0，以其作为参考，计算相对湿度为t％rh时电流的相对变化量(
△
i/i0)，进而得出环境中的相对湿度并通过发光部件的显示部进行显示。
40.在本发明的另一方面，本发明提出了一种光学湿度检测装置，该光学湿度检测装置包括前面所述的光学湿度检测组件。由此，该光学湿度检测装置具有前面所述的光学湿度检测组件具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该光学湿度检测装置的发光部件可以既作为发光光源，又可以进行显示。
41.本领域技术人员应该理解，光学湿度检测装置还可以应用于一些设备中，作为用于检测环境湿度的附件。
42.文中术语“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该特征。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。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”、“一些实施例”、“一些具体实施例”或“另一些具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。