TWI742703B - 光電顯示單元及包括其的顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種光電顯示單元，其包括下電極層、光電轉換層以及上電極層。光電轉換層設置於下電極層與上電極層之間，且包括第一非本徵半導體層、本徵半導體層以及第二非本徵半導體層。本徵半導體層設置於第一非本徵半導體層與第二非本徵半導體層之間。本徵半導體層包括能隙範圍介於1.7ev~3.2ev的半導體材料。
Description
本發明是有關於一種半導體裝置，且特別是有關於一種光電顯示單元及包括其的顯示裝置。
習知的顯示裝置常藉由設置彩色濾光片以濾出不同顏色的光。然而，彩色濾光片的製程（例如染色法、顏料分散法、印刷法、電鍍法或噴墨法等）具有製造成本高、耐光、耐熱性及圖案精密度不足等製程缺點。
本發明提供一種光電顯示單元，其同時具有供電以及濾出各種不同顏色的光的用途。
本發明的光電顯示單元包括下電極層、光電轉換層以及上電極層。光電轉換層設置於下電極層與上電極層之間，且包括第一非本徵半導體層、本徵半導體層以及第二非本徵半導體層。本徵半導體層設置於第一非本徵半導體層與第二非本徵半導體層之間。本徵半導體層包括能隙範圍介於1.7ev~3.2ev的半導體材料。
在本發明的一實施例中，上述的半導體材料包括氫化非晶矽、磷化鎵或氮化銦鎵。
在本發明的一實施例中，上述的下電極層與上電極層包括透明導電氧化物。
本發明提供一種顯示裝置，其包括的光電顯示單元除供電外，還同時具有濾出各種不同顏色的光以及指紋感測的用途。
本發明的顯示裝置包括第一基板、第二基板、上述的光電顯示單元以及主動元件層。第一基板與第二基板彼此對向地設置。光電顯示單元設置於第一基板與第二基板之間。主動元件層設置於光電顯示單元與第一基板和第二基板中的一者之間。主動元件層與光電顯示單元電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的光電顯示單元包括第一光電顯示單元、第二光電顯示單元以及第三光電顯示單元。第一光電顯示單元、第二光電顯示單元以及第三光電顯示單元各自包括第一本徵半導體層、第二本徵半導體層以及第三本徵半導體層。第一本徵半導體層、第二本徵半導體層以及第三本徵半導體層包括的半導體材料的能隙範圍不同。
在本發明的一實施例中，上述的第一本徵半導體層包括的半導體材料的能隙範圍為1.7ev~1.95ev，第二本徵半導體層包括的半導體材料的能隙範圍為1.8ev~2.26ev，且第三本徵半導體層包括的半導體材料的能隙範圍為2.1ev~3.2ev。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置更包括遮光層，遮光層設置於相鄰的光電顯示單元之間。
在本發明的一實施例中，上述的遮光層為堆疊結構，堆疊結構包括多層本徵半導體層，且多層本徵半導體層中的每一者包括的半導體材料的能隙範圍不同。
在本發明的一實施例中，上述的多層本徵半導體層包括彼此堆疊的第一本徵半導體層、第二本徵半導體層以及第三本徵半導體層。第一本徵半導體層包括的半導體材料的能隙範圍為1.7ev~1.95ev，第二本徵半導體層包括的半導體材料的能隙範圍為1.8ev~2.26ev，且第三本徵半導體層包括的半導體材料的能隙範圍為2.1ev~3.2ev。
基於上述，本發明提供的光電顯示單元可濾出各種不同顏色的光，因此，當其應用至顯示裝置時可取代彩色濾光片的功能，基於此，包括本發明的光電顯示單元的顯示裝置可省去形成彩色濾光片的製程步驟，藉此可降低本發明的顯示裝置的製造成本以及製程難度。
圖1為本發明的一實施例的光電顯示單元的剖面示意圖。
請參照圖1，本實施例的光電顯示單元100包括依序層疊的下電極層110、光電轉換層120以及上電極層130，即，光電轉換層120設置於下電極層110與上電極層130之間。
在本實施例中，下電極層110是用以收集光電轉換層120中產生的電洞的電極層。下電極層110的形成方法例如是藉由進行濺鍍法而形成。在一些實施例中，下電極層110的材料例如是透明導電氧化物（Transparent Conductive Oxide；TCO）。舉例來說，下電極層110的材料可包括氧化銦錫（ITO）、摻雜鋁的氧化鋅（AZO）、氧化錫（SnO
2）或氧化銦（In
2O
3）。下電極層110具有的厚度範圍可影響其透光率以及電阻值。詳細地說，當下電極層110具有的厚度越薄時，下電極層110的透光率雖可提升但其的電阻值會增加，反之亦然。
在本實施例中，光電轉換層120可用以接收入射光（未示出）而產生與所述入射光的光通量相符的電荷量。光電轉換層120的形成方法例如是藉由進行化學氣相沉積法而形成。在一些實施例中，光電轉換層120包括依序層疊的第一非本徵半導體層122、本徵半導體層124以及第二非本徵半導體層126，即，本徵半導體層124設置於第一非本徵半導體層122與第二非本徵半導體層126之間。在一些實施例中，第一非本徵半導體層122具有第一摻雜類型，且第二非本徵半導體層126具有第二摻雜類型。上述的第一摻雜類型與第二摻雜類型各自為P型與N型中的一者。在本實施例中，第一摻雜類型為P型，且第二摻雜類型為N型，但本發明並不限於此。
在本實施例中，光電轉換層120可更用於濾出不同波長的光，這是因光電轉換層120中的本徵半導體層124包括能隙範圍介於1.7ev~3.2ev的半導體材料，且其為直接能隙材料，當光源照射至本徵半導體層124時，其可視所具有的能隙範圍而使具有特定波長的光通過。在一些實施例中，本徵半導體層124可包括能隙範圍介於1.7ev~1.95ev的半導體材料，其例如為氫化非晶矽。根據普朗克定律，此本徵半導體層124的發光波長約介於635nm~730nm，即，可濾出紅光。在另一些實施例中，本徵半導體層124可包括能隙範圍介於1.8ev~2.26ev的半導體材料，其例如為磷化鎵。根據普朗克定律，此本徵半導體層124的發光波長約介於550nm~688nm，即，可濾出綠光。在又一些實施例中，本徵半導體層124可包括能隙範圍介於2.1ev~3.2ev的半導體材料，其例如為氮化銦鎵。根據普朗克定律，此本徵半導體層124的發光波長約介於388nm~590nm，即，可濾出藍光。
在本實施例中，上電極層130是用以收集光電轉換層120中產生的電子的電極層。上電極層130的形成方法亦例如是藉由進行濺鍍法而形成。在一些實施例中，上電極層130的材料亦例如是透明導電氧化物。舉例來說，上電極層130的材料可包括氧化銦錫、摻雜鋁的氧化鋅、氧化錫或氧化銦。上電極層130具有的厚度範圍可影響其透光率以及電阻值。詳細地說，當上電極層130具有的厚度越薄時，上電極層130的透光率雖可提升但其的電阻值會增加，反之亦然。
本實施例的光電轉換層中的本徵半導體層包括能隙範圍介於1.7ev~3.2ev的半導體材料，因此可在此區間藉由調變能隙而使本實施例的光電顯示單元濾出所欲顏色的光。基於此，本實施例的光電顯示單元具有多種用途。舉例而言，當本實施例的光電顯示單元應用在顯示裝置中時，除了供電外還具有濾出各種不同顏色的光以及感測指紋的用途，即，本實施例的光電顯示單元可取代顯示裝置中的彩色濾光片，藉此可降低顯示裝置的製造成本以及製程難度。再者，包括本實施例的光電顯示單元的顯示裝置同時具有上述的用途，因此使用者可視其需要決定所欲的功能。
圖2為本發明的一實施例的顯示裝置的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖2的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例描述與效果，下述實施例不再重複贅述，而圖2的實施例中至少一部份未省略的描述可參閱後續內容。
請參照圖2，本實施例的顯示裝置10包括第一基板SB1、第二基板SB2、光電顯示單元100a~100c、主動元件層AL以及遮光層BM。
第一基板SB1與第二基板SB2彼此對向地設置。在一些實施例中，第一基板SB1與第二基板SB2為可撓性基板，其例如為聚合物基板或塑膠基板，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一基板SB1與第二基板SB2為剛性基板，其例如為玻璃基板、石英基板或矽基板。
光電顯示單元100a~100c設置於第一基板SB1與第二基板SB2之間。在本實施例中，光電顯示單元100a~100c設置於第一基板SB1上，但本發明不以此為限。在另一些實施例中，光電顯示單元100a~100c可設置於第二基板SB2上。光電顯示單元100a~100c例如經環境光或背光單元（未示出）發出的光照射後，其中的半導體材料可經激發以產生多個電子-電洞對。上述電子-電洞對隨後在p-n接面處分離成電子以及電洞，且此電子與電洞可各自藉由光電顯示單元100a~100c中的下電極層110與上電極層130收集以例如用於對顯示裝置10進行供電。在本實施例中，光電顯示單元100a、光電顯示單元100b、光電顯示單元100c的差異為其中各自具有的本徵半導體層124a、本徵半導體層124b、本徵半導體層124c包括的半導體材料的能隙範圍不同。在本實施例中，本徵半導體層124a包括能隙範圍介於1.7ev~1.95ev的半導體材料，其例如為氫化非晶矽，因此，光電顯示單元100a可用於濾出紅光。本徵半導體層124b包括能隙範圍介於1.8ev~2.26ev的半導體材料，其例如為磷化鎵，因此，光電顯示單元100b可用於濾出綠光。本徵半導體層124c包括能隙範圍介於2.1ev~3.2ev的半導體材料，其例如為氮化銦鎵，因此，光電顯示單元100c可用於濾出藍光。
主動元件層AL例如設置於光電顯示單元100a~100c與第一基板SB1和第二基板SB2中的一者之間。在本實施例中，主動元件層AL設置於光電顯示單元100a~100c與第一基板SB1之間，但本發明不以此為限。在另一些實施例中，主動元件層AL可與光電顯示單元100a~100c一同設置於第二基板SB2上。主動元件層AL可例如是所屬領域中具通常知識者所周知的任一種主動元件層，且用以驅動光電顯示單元100a~100c。舉例而言，主動元件層AL可包括多條掃描線（未示出）、多條資料線（未示出）、多個電晶體（未示出）以及多個電極（未示出），其中電晶體中的汲極（未示出）可與光電顯示單元100a~100c中的下電極層110連接或電性連接，以使主動元件層AL與光電顯示單元100a~100c電性連接。
遮光層BM設置於相鄰的光電顯示單元之間，舉例而言，遮光層BM可設置於光電顯示單元100a與光電顯示單元100b之間或光電顯示單元100b與光電顯示單元100c之間。遮光層BM可用於覆蓋主動元件層AL中不欲被使用者看到的掃描線、資料線、電晶體以及電極等元件。詳細地說，遮光層BM與上述的主動元件層AL中的掃描線、資料線、電晶體以及電極等元件重疊。在本實施例中，遮光層BM為堆疊結構，且其包括多層本徵半導體層。詳細地說，遮光層BM具有的堆疊結構可由本徵半導體層124a、本徵半導體層124b與本徵半導體層124c中的至少二者組成，基於此，由於本徵半導體層124a、本徵半導體層124b與本徵半導體層124c彼此之間的能隙不同，因此遮光層BM可阻擋光通過。舉例而言，遮光層BM可由本徵半導體層124a與本徵半導體層124b堆疊而成，當環境光或背光單元發出的光入射至遮光層BM中的本徵半導體層124a時，本徵半導體層124a可讓紅光通過而吸收具有其他波長範圍的光，而所述紅光在後續入射至本徵半導體層124b會被其吸收，藉此使遮光層BM具有阻擋光通過的功能。在本實施例中，遮光層BM包括彼此堆疊的第一本徵半導體層124a、第二本徵半導體層124b以及第三本徵半導體層124c，以具有更佳的光阻擋效果，但本發明不以此為限。
基於上述，本實施例的顯示裝置10由於包括光電顯示單元100a~100c，其除了具有供電的功能外還具有濾出各種不同顏色的光的用途，即，本實施例的顯示裝置10可不需設置有彩色濾光片，藉此可降低本實施例的顯示裝置10的製造成本以及製程難度。
另外，本實施例的顯示裝置10可應用於指紋感測。詳細地說，在進行指紋感測時可對光電顯示單元100a~100c施加逆向偏壓，利用背光單元發出的光照射至使用者的手指後會部分反射至光電顯示單元100a~100c，藉此以進行指紋感測。舉例而言，當背光單元發出的光例如經過光電顯示單元100a而發出紅光後，所述紅光抵達至使用者的手指，由於手指的指紋具有的波峰與波谷對紅光的反射程度不同，因此，光電顯示單元100b、100c接收經波峰與波谷反射回來的不同紅光強度後可輸出訊號至主動元件層AL中的電晶體（讀取元件）以偵測其差異，進而可進行指紋感測。
綜上所述，本發明提供的光電顯示單元同時具有供電以及發出各種不同顏色的光等用途，使用者可依其需求而應用。另外，本發明提供的顯示裝置包括上述的光電顯示單元，其可更具有感測指紋的用途。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:顯示裝置
100、100a、100b、100c:光電顯示單元
110:下電極層
120:光電轉換層
122:第一非本徵半導體層
124、124a、124b、124c:本徵半導體層
126:第二非本徵半導體層
130:上電極層
AL:主動元件層
BM:遮光層
SB1:第一基板
SB2:第二基板
圖1為本發明的一實施例的光電顯示單元的剖面示意圖。
圖2為本發明的一實施例的顯示裝置的剖面示意圖。
100:光電顯示單元
110:下電極層
120:光電轉換層
122:第一非本徵半導體層
124:本徵半導體層
126:第二非本徵半導體層
130:上電極層
Claims (7)
- 一種顯示裝置，包括：第一基板與第二基板，其中所述第一基板與所述第二基板彼此對向地設置；光電顯示單元，設置於所述第一基板與所述第二基板之間，所述光電顯示單元進一步包括：下電極層與上電極層；以及光電轉換層，設置於所述下電極層與所述上電極層之間，所述光電轉換層更進一步包括：第一非本徵半導體層與第二非本徵半導體層；以及本徵半導體層，設置於所述第一非本徵半導體層與所述第二非本徵半導體層之間，其中所述本徵半導體層包括能隙範圍介於1.7ev~3.2ev的半導體材料；以及主動元件層，設置於所述光電顯示單元與所述第一基板和所述第二基板中的一者之間，其中所述主動元件層與所述光電顯示單元電性連接，其中所述光電顯示單元包括第一光電顯示單元、第二光電顯示單元以及第三光電顯示單元，且所述第一光電顯示單元、第二光電顯示單元以及第三光電顯示單元各自包括第一本徵半導體層、第二本徵半導體層以及第三本徵半導體層，其中所述第一本徵半導體層、所述第二本徵半導體層以及所述第三本徵半導體層 包括的所述半導體材料的能隙範圍不同。
- 如請求項1所述的顯示裝置，其中所述半導體材料包括氫化非晶矽、磷化鎵或氮化銦鎵。
- 如請求項1所述的顯示裝置，其中所述下電極層與所述上電極層包括透明導電氧化物。
- 如請求項1所述的顯示裝置，其中所述第一本徵半導體層包括的所述半導體材料的能隙範圍為1.7ev~1.95ev，所述第二本徵半導體層包括的所述半導體材料的能隙範圍為1.8ev~2.26ev，且所述第三本徵半導體層包括的所述半導體材料的能隙範圍為2.1ev~3.2ev。
- 如請求項1所述的顯示裝置，更包括遮光層，其中所述遮光層設置於相鄰的所述光電顯示單元之間。
- 如請求項5所述的顯示裝置，其中所述遮光層為堆疊結構，所述堆疊結構包括多層所述本徵半導體層，其中所述多層本徵半導體層中的每一者包括的所述半導體材料的能隙範圍不同。
- 如請求項6所述的顯示裝置，其中所述多層本徵半導體層包括彼此堆疊的所述第一本徵半導體層、所述第二本徵半導體層以及所述第三本徵半導體層，其中所述第一本徵半導體層包括的所述半導體材料的能隙範圍為1.7ev~1.95ev，所述第二本徵半導體層包括的所述半導體材料的能隙範圍為1.8ev~2.26ev，且所述 第三本徵半導體層包括的所述半導體材料的能隙範圍為2.1ev~3.2ev。
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| TW109118242A TWI742703B (zh) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 光電顯示單元及包括其的顯示裝置 |
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