專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所述的實施方式一般涉及光源傳感器集成型的光電轉(zhuǎn)換裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，提出了光源傳感器集成型的光電轉(zhuǎn)換裝置，其用于使用光照射活體并檢測其響應(yīng)的傳感器和用于以光學(xué)方式檢測顯示裝置的表面狀態(tài)的傳感器等。 例如，提出了作為復(fù)印機文件讀取裝置的光源集成型固態(tài)圖像裝置。在該固態(tài)圖像裝置中，在基板的非重疊區(qū)域上獨立形成了薄膜發(fā)光元件和固態(tài)圖像元件(光接收元件)。用來自發(fā)光元件、在基板相對側(cè)上引出的光照射物體，并且用光接收元件檢測來自所述物體的反射光。因為所述發(fā)光元件和光接收元件在單獨的基板上形成，所以可以精確檢測物體的狀態(tài)。然而，在該類型的裝置中，由于發(fā)光元件和光接收元件是在基板上獨立形成的，它們的結(jié)構(gòu)受限制，且需要大量勞動力來制備所述裝置。例如，當(dāng)發(fā)光元件的形成在光接收元件的形成之后，已經(jīng)形成的光接收元件的上層可能在發(fā)光元件的形成時被破壞，導(dǎo)致元件特性的劣化。特別地，當(dāng)使用有機半導(dǎo)體材料時該問題特別明顯。除此之外，當(dāng)在單獨的基板上形成發(fā)光元件和光接收元件時，來自發(fā)光元件的一些光線被裝置中的各層反射，進(jìn)入到光接收元件中，從而導(dǎo)致了檢測噪音的增加。例如，作為用近紅外光照射活體并檢測其響應(yīng)來獲取活體信息的近紅外光譜技術(shù)，脈沖血氧計已經(jīng)被投入實際使用。然而，在活體中近紅外光比可見光易于傳輸，但是大量散射。因此，相對于入射光，反射光的量是幾個百分?jǐn)?shù)或者更少。因此，需要高靈敏度的檢測。然而，在作為流行的光接收元件的微晶Si的PIN光電二極管中，不足以獲得對于帶隙的近紅外光具有高靈敏度的光接收元件。附圖簡要說明

圖1顯不根據(jù)第一實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的兀件布局的實施例；圖2顯示了如圖1所示的光電轉(zhuǎn)換裝置的截面結(jié)構(gòu)；圖3所示是如圖1所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的元件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4所示是如圖1所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中像素單元的電路排列的電路圖；圖5顯示了根據(jù)圖3所示的元件結(jié)構(gòu)和圖4所示的電路排列的元件的平面布局；圖6是根據(jù)第二實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的元件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7顯示了根據(jù)如圖6所示的元件結(jié)構(gòu)的元件的平面布局；
圖8顯示了如圖6所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元與凹槽之間的關(guān)系；圖9A至9J所示是如圖6所示的光電轉(zhuǎn)換裝置的制備過程的截面圖；圖10所示是根據(jù)第三實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的像素單元的 電路排列的電路圖；圖11顯示了根據(jù)如圖10所示的元件排列的元件的平面布局；圖12顯示了如圖10所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元與凹槽之間的關(guān)系；圖13顯示了如圖10所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元與凹槽之間的關(guān)系的另一 個實施例；圖14所示是根據(jù)第四實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的像素單元的 平面布局；圖15所示是如圖14所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的元件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖16顯示了如圖14所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元與凹槽之間的關(guān)系；圖17顯示了如圖14所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元與凹槽之間的關(guān)系的另一 個實施例；圖18顯示了如圖10所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元與凹槽之間的關(guān)系的另一 個實施例；圖19顯示了如圖10所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元與凹槽之間的關(guān)系的另一 個實施例；圖20是根據(jù)第五實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的基本元件結(jié)構(gòu)的 截面圖；圖21是根據(jù)第六實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的元件結(jié)構(gòu)的截面 圖；圖22是根據(jù)第七實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的元件結(jié)構(gòu)的截面 圖；圖23是根據(jù)第八實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置的元件結(jié)構(gòu)的截面 圖；圖24所示是根據(jù)第九實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元 的電路排列的電路圖；圖25所示是根據(jù)第10實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元 的電路排列的電路圖；圖26所示是根據(jù)第11實施方式的光源傳感器集成型光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元 的電路排列的電路圖；圖27顯示了如圖26所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元的平面布局；圖28A和28B所示是如圖26所示的光電轉(zhuǎn)換裝置中的元件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖29A至29D顯示了第二實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收層中所使用的半導(dǎo)體 材料的分子結(jié)構(gòu)；以及圖30A和30B顯示了第二實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)光層中所使用的摻雜材料 的分子結(jié)構(gòu)。發(fā)明詳述
通常，根據(jù)一個實施方式，光電轉(zhuǎn)換裝置包含包含有不透明互連層的基板；形成于基板上的絕緣薄膜，所述絕緣薄膜包含多個在基板中平面方向上分開的開孔；在所述多個開孔中的一些中分別形成的發(fā)光元件，每一個發(fā)光元件包含由半導(dǎo)體材料形成的發(fā)光層、和上電極層；以及在所述多個開孔中的一些剩下的開孔中分別形成的光接收元件，每一個光接收元件包含由半導(dǎo)體材料形成的光接收層、和上電極層。發(fā)光元件的半導(dǎo)體材料不同于光接收元件的半導(dǎo)體材料，且發(fā)光元件的上電極層和光接收元件的上電極層形成共用電極。除此之外，每一個互連層形成于由開孔指定的區(qū)域外部的區(qū)域上。下面將結(jié)合附圖描述根據(jù)本文所述的實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置。(第一實施方式)如圖1所示，根據(jù)該實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置配置有在基板10上鋪設(shè)成矩陣的發(fā)光元件20和光接收元件30。然后，光照射到物體上，并獲得照射到物體上的光響應(yīng)的二維 檢測。注意到在圖1中，所述發(fā)光元件20和光接收元件30在各柱中交替排列。然而，該排列方法允許設(shè)置更大量的光接收元件30或者發(fā)光元件20。圖2顯示了如圖1所示的光電轉(zhuǎn)換裝置(傳感器陣列)的截面結(jié)構(gòu)。如圖2所示，發(fā)光元件和光接收元件交替鋪設(shè)在基板10上。在圖2中，附圖標(biāo)記21和22指發(fā)光元件；而附圖標(biāo)記31、32和33指光接收元件。為了覆蓋發(fā)光元件21和22以及光接收元件31、32和33，在它們之間形成密封的另一基板11和密封層12。從而，保護(hù)了元件免受外部機械力、水以及氧的化學(xué)影響等。在基板11上，優(yōu)選形成難以通過其傳輸氣體的阻隔層。此外，優(yōu)選選擇具有高阻隔性質(zhì)的材料作為密封層12。物體13被來自發(fā)光元件21的光照射，且其響應(yīng)被光接收元件31、32和33檢測到，從而檢測通過物體13傳輸并在其內(nèi)部散射的信息。因為光不僅被發(fā)光元件21的相鄰像素(光接收元件)31接收到，還被遠(yuǎn)像素32和33接收到，從而可以獲得穿過深光路的信息。為此，通過采用發(fā)光元件20和光接收元件30間位置關(guān)系的合適組合，可以取得活體的各種信息以及縱深方向的各種信息。由于遠(yuǎn)處位置的光接收元件的信號變?nèi)酰\行的光接收元件必須具有高靈敏度，且必須防止由不需要的光產(chǎn)生的噪音。在另一時間段,對發(fā)光兀件22進(jìn)行控制,使其發(fā)射光,來代替發(fā)光兀件21,且該光被周圍的光接收元件接收，從而以二維方式獲取物體13的信息。當(dāng)裝置應(yīng)用于活體傳感器時特別有效。即，光線穿過光路14進(jìn)入到各光接收元件中，通過光路14的各條信息，活體傳感器可以獲得光線的強度，所述光線的強度對應(yīng)于作為反射光線的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的量。通過按序發(fā)射多波長的光線(例如，760和840nm)，還可以通過光譜計算氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的量。此外，由于諸如手臂的部分具有彎曲表面，希望傳感器的陣列是可靈活彎曲的。圖3顯示了該實施方式的基本結(jié)構(gòu)的截面。在透明基板100上形成了有源矩陣層，其允許來自發(fā)光元件200的光通過。即，在基板100上形成了驅(qū)動、控制和讀取薄膜晶體管(包括用于讀取來自光接收元件300的信號的薄膜晶體管110和用于控制向光接收元件200施加的電壓的薄膜晶體管120)、互連107和108 (掃描線、信號線、供電線等)等。由底門/底接觸有機薄膜晶體管形成光接收元件300側(cè)上的晶體管110，所述底門/底接觸有機薄膜晶體管配置有門101、門絕緣薄膜102、源103、漏104和半導(dǎo)體層105。發(fā)光元件200側(cè)上的晶體管120具有同晶體管110相同的配置。有機半導(dǎo)體可以是低分子或者高分子材料，且可以使用噴墨系統(tǒng)涂覆或者沉積形成。作為薄膜晶體管，不僅有機半導(dǎo)體，無定形硅、微晶硅、多晶硅或者諸如InGaZnOx的金屬氧化物都可以用作活性層。此外，可以使用諸如逆向交錯型和平面型的各種結(jié)構(gòu)。特別地，由于有機薄膜半導(dǎo)體的高度靈活性，其優(yōu)選應(yīng)用于活體傳感器。應(yīng)注意，所述基板100可以是諸如PEN、PES或者PC的塑料基板，或者是由玻璃纖維和有機樹脂構(gòu)成的混合基板。此外，所述基板100可以包含O.1mm或者更薄的玻璃基板。當(dāng)有機樹脂基板對于氣體具有滲透性并造成了問題時，可以使用由阻隔層形成的基板。此外，可以使用具有靜電屏蔽電極的基板。在由薄膜晶體管110和120形成的基板100上形成了作為鈍化層和間介電層的絕緣層106。在此絕緣層106上，形成了獲得有源矩陣層的電極連接所需的接觸孔。在絕緣層
106上，形成了透明電極201和301，所述電極通過接觸孔與有源矩陣層的電極連接。所述透明電極201和301可以由ITO形成，這是一種通過在樹脂或者有機透明導(dǎo)電薄膜中分散諸如ITO的微粒來制備的材料。在透明電極201和301以及絕緣層106上，形成界定發(fā)光元件200的區(qū)域所需的工作面(bank) 202，以及界定光接收元件300的區(qū)域所需的工作面302。所述工作面202和302由絕緣薄膜形成，且在發(fā)光元件200和光接收元件300的預(yù)期形成區(qū)域具有開孔。開孔中的工作面202和302的底部位于透明電極201和301的外周的內(nèi)部。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，可以防止在發(fā)光層和光接收層的有機半導(dǎo)體層中形成電流集中部分，所述電流集中部分是由于像素電極邊緣引起的缺陷或者電流濃度導(dǎo)致的。也就是說，可以防止有機半導(dǎo)體層的劣化。信號線層、門層等的互連107和108在工作面202和302的開孔位置范圍上的二維重疊得到抑制。該結(jié)構(gòu)可以防止來自發(fā)光層的光線(所述光線已傳輸通過陣列絕緣層106)直接沖擊互連107和108并傳輸?shù)竭_(dá)光接收層側(cè)。在此實施方式中，所述互連107和108(反射電極層)的位置與發(fā)光層和光接收層的工作面上開孔的直接下方的位置分開，分開的距離是相應(yīng)的工作面厚度的兩倍或者更多。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)被限制在絕緣層106中的光線散射時，也可以減少進(jìn)入到光接收層的光的量。此外，可以通過互連107和108的散射以及絕緣層106的內(nèi)部傳輸來抑制來自發(fā)光層的光線。也就是說，可以抑制基板內(nèi)部的雜散光線，所述雜散光線可能干擾非常弱光線的接收。在此方面，可以增強檢測靈敏度。在光接收元件300中，在透明電極301上形成了空穴注入層303，且在該層上形成了光電轉(zhuǎn)換層(光接收層)305。所述光電轉(zhuǎn)換層305可以包含有機半導(dǎo)體。例如，所述光電轉(zhuǎn)換層305可以采用主體異雜結(jié)構(gòu)，所述主體異雜結(jié)構(gòu)如下制備。也就是說，在有機P型半導(dǎo)體和有機n型半導(dǎo)體在合適的溶液中溶解并涂覆之后，通過干燥和退火微觀相分離P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體，以自組裝方式形成ρ-η結(jié)。所述空穴注入層303可以使用PEDOT PSS或者ΝΡΒ。應(yīng)注意，可以包括電荷傳輸層、防止層之間相互擴散的中間層、用于界定電荷的阻擋層等作為光接收元件300的層配置。另一方面，通過在透明電極201上依次堆疊空穴注入層203、空穴傳輸層204以及發(fā)光層205來形成發(fā)光層200。由于發(fā)光波長的各種變化,所述發(fā)光層205優(yōu)選由有機半導(dǎo)體形成。應(yīng)注意，也可以在發(fā)光元件200中形成中間層和阻擋層，或者發(fā)光層可以采用多層結(jié)構(gòu)，從而有助于電子空穴耦合以及電荷的界定。無需總是在工作面的內(nèi)部而是可以在工作面上形成配置發(fā)光元件200和光接收元件300的各層。對于通過沉積方法的形成，薄膜形成區(qū)域可以指定使用金屬掩模等，從而在工作面上提供邊界。然后通常形成了發(fā)光元件200的電子注入層206和陰極電極207，以及光接收元件300的電子注入層306和陰極電極307。對于所述電子注入層206和306，可以使用諸如LiF或者CsF的氟化物或者諸如Ca的鈣化合物。對于陰極電極207和307，可以使用Al、
Ag等的金屬層。因為希望所述電子注入層206和306降低功函數(shù)(約3eV)，可以使用前述對于氧和水具有易感性的材料。通過形成發(fā)光元件200和光接收元件300的共用電子注入層206和306以及共用陰極電極207和307，甚至可以使用低抗性材料同時形成發(fā)光元件200和光接收元件300。鑒于此，可以提升光接收元件300和發(fā)光元件200的特性。特別地，由于光接·收活性層采用了主體異雜結(jié)，光接收活性層形成之后的表面可以是穩(wěn)定的。鑒于此，甚至當(dāng)在光接收元件300形成之后再形成發(fā)光元件200的各層，也可以消除其影響。除此之外，由于可以在整個表面上形成作為共用電極的陰極電極207和307，可以降低總體抗性。從而，可以降低由于發(fā)光元件200中的電流而產(chǎn)生的電壓下降，且可以降低光接收元件300和另一個元件間的電耦合。鑒于此，可以降低干擾。為了保護(hù)具有低環(huán)境抗性的電子注入層206和306，可以在電極形成之后立即形成密封層和密封基板(未示出)。在此情況下，發(fā)光元件200和光接收元件300都可以保持高性能而不使它們的元件特性劣化。近紅外光的發(fā)射和接收需要預(yù)定帶隙，也就是，躍遷水平間隙。鑒于此，對于各元件優(yōu)選使用具有許多變化的材料特性的有機半導(dǎo)體。特別地，在具有低熱抗性的柔性基板上形成元件的過程中，有效地使用了有機半導(dǎo)體來獲得低溫過程。此外，由于可以使用高性能有機半導(dǎo)體，可以獲得較高靈敏度和較高性能。圖4是本實施方式的一個像素單元的電路圖。光接收元件300的陽極通過晶體管110與傳感器信號線115連接。晶體管110的門與傳感器掃描線114連接。發(fā)光元件200的陽極與驅(qū)動晶體管120的漏連接，所述驅(qū)動晶體管120的源與供電線126連接。儲能電容122和控制晶體管121的漏與驅(qū)動晶體管120的門連接。所述儲能電容122的其他終端與供電線126連接?？刂凭w管121的源與發(fā)光元件信號線125連接，而控制晶體管121的門與發(fā)光元件掃描線124連接。發(fā)光元件200的陰極與陰極電極123 (圖3中的207)連接，而光接收元件300的陰極與陰極電極113 (圖3中的307)連接。形成了這些陰極電極113和123大致覆蓋了整個像素區(qū)域作為共用電極。在該電路排列中，在發(fā)光元件200側(cè)，掃描線124設(shè)定為高水平(當(dāng)晶體管是P通道晶體管時低電壓作為電壓)以使得控制晶體管121生效，從而通過信號線125的信號電壓設(shè)定驅(qū)動晶體管120的門電壓。當(dāng)掃描線124變?yōu)榈退?在P通道晶體管的情況下高電壓作為電壓)以使得控制晶體管121失效時，由儲能電容122和門電容維持電壓。然后，根據(jù)該電壓的電流從驅(qū)動晶體管120輸送到發(fā)光元件200，從而導(dǎo)致發(fā)光元件200發(fā)射具有預(yù)定強度的光。另一方面，在光接收元件300側(cè)，掃描線114變?yōu)楦咚揭允沟镁w管110生效，從而導(dǎo)致了光接收元件300的電荷流向信號線115。集成電路(未示出)與信號線115連接，從而獲得了與流動電荷量成正比的輸出電壓。同時，信號線115的電勢設(shè)定到預(yù)定值，從而將光接收元件300的陽極側(cè)的電勢設(shè)定為合適的偏壓作為檢測靈敏度。當(dāng)掃描線114變?yōu)榈退揭允沟镁w管110失效時，光接收元件300的陽極電勢根據(jù)基于進(jìn)入光接收元件300和元件電容的光的量的光電流發(fā)生改變。然后，所述光接收元件300根據(jù)光照量積累一段時間的電荷直到晶體管110再次生效。通過按序讀取這些電荷，可以檢測來自需檢查的物體的光的反射量。由于所述光接收元件300排列成矩陣，可以進(jìn)行二維檢測。因此，所述光接收元件300可以被用作如圖2所示的傳感器。圖5顯示了對應(yīng)如圖3所示的截面和如圖4所示的電路的元件的布局。圖5中的截面A-A’對應(yīng)圖3。圖5顯示了細(xì)化到(up to)工作面結(jié)構(gòu)的元件，發(fā)光元件、光接收元件、共用電極等未示出。在光接收元件300的透明電極301的內(nèi)部形成了工作面邊界312，且該邊界的內(nèi)部區(qū)域作為光接收區(qū)域。晶體管110的門與光接收元件掃描線114連接。晶體管110的源與光接收元件信號線115連接。晶體管110的漏與光接收元件300的較低電極301連接。通過涂覆或者沉積有機半導(dǎo)體來形成半導(dǎo)體層105。 在發(fā)光元件200的透明電極201的內(nèi)部形成了工作面邊界212，且該邊界的內(nèi)部區(qū)域作為發(fā)光區(qū)域。形成具有與光接收元件晶體管Iio相同配置的驅(qū)動晶體管120和控制晶體管121。儲能電容122在與晶體管120的門和掃描線124相同的層中形成較低電極，在與門絕緣薄膜102相同的層中形成絕緣層，在與晶體管120的源/漏和信號線126相同的層中形成上電極。所述儲能電容122通過接觸孔與晶體管121連接。按照與晶體管110的半導(dǎo)體層105同樣的方式，還形成了晶體管120和121的半導(dǎo)體層135和145。在整個表面上形成了發(fā)光元件200和光接收元件300的共用層。然而，由于這些層被工作面和鈍化/間介電層隔離，在它們的功能方面沒有產(chǎn)生問題。除此之外，陰極電極207和307作為共用層起到抵抗外部靜電噪音的屏障的作用。鑒于此，光接收元件300甚至可以不受噪音影響檢測小電荷。如上所述，根據(jù)本實施方式，發(fā)光元件200和光接收元件300在單獨基板100上形成，發(fā)光元件200的發(fā)光層以及光接收元件300的光接收層使用不同的半導(dǎo)體材料，共同形成發(fā)光元件200的電荷注入層206和陰極電極207以及光接收元件300的電荷注入層306和陰極電極307。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，當(dāng)物體被光照射且檢測到其響應(yīng)時，可以提升檢測靈敏度，且可以降低噪音。更具體地，由有機半導(dǎo)體構(gòu)造的具有預(yù)定特性(例如，具有近紅外光靈敏度)的光接收元件300和具有預(yù)定特性(例如，發(fā)射近紅外光的特定波長)的發(fā)光元件200，是整體形成的。然后，由于它們的電荷注入層206和306可以使用具有低抗性(防水性、耐化學(xué)性、耐氧化性等)但是高性能的氟化物和鈣化合物，所以可以保證高性能。形成厚或薄的共用上電極207和307，且不經(jīng)過任何退火。鑒于此，可以保證高性能。然后，由于可以抑制陣列中的光通過絕緣層傳輸并進(jìn)入到光接收元件300，所述光來自在單獨基板100上形成的發(fā)光元件200，可以降低噪音，并保證了高檢測靈敏度。(第二實施方式)圖6顯示了根據(jù)第二實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的基本元件結(jié)構(gòu)，而圖7顯示了第二實施方式的平面布局。圖7中的截面A-A’對應(yīng)圖6。應(yīng)注意，如同圖3和5，用同樣的附圖標(biāo)記表示共同部分，并省略對其的具體描述。
如圖6所示，本實施方式具有在發(fā)光元件200和光接收元件300之間形成工作面凹槽500的特征。此外，在工作面凹槽500中形成了作為共用電子注入層206和306的相同結(jié)構(gòu)406和407以及發(fā)光元件200和光接收元件300的陰極電極207和307。此外，如圖 7所示，在光接收元件300的信號線115與發(fā)光元件200的供電線126之間形成凹槽500。 通過以此方式形成工作面凹槽500，并在凹槽500中形成陰極電極407，所述陰極電極407 可以反射并吸收來自發(fā)光元件200的光。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，可以極大地消除到達(dá)光接收元件300 的來自發(fā)光元件200的光，且來自物體的弱光可以被高靈敏度檢測而沒有任何噪音。希望使用Al、Ag等形成厚度為IOOnm或者更厚的陰極電極407 (207、307)。
如圖7所示，凹槽500優(yōu)選位于發(fā)光元件200的柱和光接收元件300的柱之間，從而取得光屏蔽作用。圖8顯示了所述的凹槽500在像素電路中的位置。圖8沒有顯示諸如互連與凹槽500之間的重疊的具體關(guān)系。此外，圖8顯示了可能與互連重疊或者可能不與互連重疊的凹槽。應(yīng)注意，所述凹槽500可能是部分形成的。通過在凹槽與掃描線之間留下工作面，可以取得降低寄生電容的作用。
如上所述，根據(jù)本實施方式，由于來自發(fā)光元件200的光被在發(fā)光元件200和光接收元件300之間形成的工作面凹槽500截取，可以抑制所述光接收元件300被來自發(fā)光元件200的光直接照射。鑒于此，可以降低由于光線(雜散光線)與來自物體的原始響應(yīng)光線間的差異而產(chǎn)生的噪音，從而增強檢測靈敏度。此外，通過將材料(陰極電極)407埋入工作面凹槽500，所述材料407吸收或者反射來自發(fā)光元件200的光，可以進(jìn)一步降低噪音。
圖9A至9J是用于解釋根據(jù)第二實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的加工截面圖。
如圖9A所示，在諸如塑料基板的基板100上形成門電極101、掃描線等，通過在有機樹脂或者玻璃基板中混合玻璃纖維來制備混合基板(可以在基板或者有機樹脂上形成阻隔層和下涂層)。在形成它們之后，可以印刷納米銀油墨(分散有Ag納米顆粒的導(dǎo)電油墨)， 然后可以烘烤所述納米銀油墨?？梢酝ㄟ^濺射形成諸如MoTa或者M(jìn)oW的導(dǎo)電薄膜，之后可以通過正常光刻方法形成光刻膠圖案，且可以使用此光刻膠圖案作為掩模來蝕 刻所述導(dǎo)電薄膜。在此情況下，在通過濺射形成200nm厚的MoW薄膜之后，其通過干蝕刻進(jìn)行。
如圖9B所述，在形成了門絕緣層102之后，形成了預(yù)定的接觸孔。更具體地，涂覆諸如聚酰亞胺、丙烯酸樹脂、氟樹脂、部分氟樹脂或者聚乙烯酚(PVP)的有機層，然后退火。 然后，在形成了光刻膠圖案之后，所得結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行蝕刻來形成接觸孔。可以用印刷方法局部涂覆門絕緣層102。此外，可以形成具有光敏性的門絕緣層102，可以曝光并顯影以形成圖案，然后可以通過退火來固化。在通過CVD或者濺射形成諸如SiOx的無機薄膜之后，可以通過光刻方法形成接觸孔。此外，可以堆疊無機和有機薄膜作為門絕緣層102。在此情況下，在涂覆光敏部分氟樹脂并進(jìn)行曝光/顯影處理之后，在150° C下退火，從而形成薄膜。
如圖9C所示，形成了具有所需圖案的源/漏電極103和104以及諸如信號線和供電線的互連107和108。如同門電極101相同的方式，可以使用各種方法和材料形成這些電極和互連。在此情況下，在通過印刷涂覆納米銀油墨(Ag-納米油墨)形成所需圖案之后，在 150° C下烘烤，從而形成薄膜。
如圖9D所示,通過涂覆、沉積或者CVD等形成半導(dǎo)體層105?？梢杂捎袡C或者無機材料形成所述半導(dǎo)體層105。通過印刷形成所述層之后，可以形成表面能量圖案，之后可以涂覆材料。也就是說，在基板表面形成了親液部分和疏液(排斥液體)部分的圖案之后，在這些圖案上印刷半導(dǎo)體溶液使得半導(dǎo)體溶液留在所述親液部分上。然后，干燥所述半導(dǎo)體溶液以形成半導(dǎo)體圖案?？梢栽谛纬晒ぷ髅鎴D案之后涂覆所述半導(dǎo)體溶液。也就是說，在所述工作面中涂覆半導(dǎo)體溶液，然后在被工作面隔開的部分印刷半導(dǎo)體材料。然后，干燥所述半導(dǎo)體材料以形成半導(dǎo)體圖案。在此情況下，盡管未示出，工作面用光敏性樹脂進(jìn)行曝光和顯影，然后退火形成工作面，并在該處印刷半導(dǎo)體以形成半導(dǎo)體圖案。
通過在溶液中浸潰,形成了 PFBT (五氟苯硫醇(Pentafluorobenzenethiol)) SAM (自組裝單層)或者F4TCNQ層，所述層增強了作為源/漏電極中的Ag電極的功函。對于有機半導(dǎo)體，通過噴墨法涂覆低分子6，13- 二 (三異丙基-甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)或者2，7-二烷基[I]苯并噻吩基[3，2-b] [I]苯并噻吩(Cn-BTBT)并干燥，然后形成薄膜。薄膜厚度落在10至IOOOnm范圍內(nèi)。
如圖9E所示，在如圖9D所示的結(jié)構(gòu)上形成了用作鈍化薄膜和間介電層的絕緣層 106，在所述絕緣層106上形成了接觸孔圖案。所述絕緣層106可以是有機或者無機薄膜， 或者可以通過堆疊兩薄膜形成。在此情況下，在使用光敏氟樹脂曝光和顯影之后，通過在小于或等于150° C下退火形成具有0.5至3μπι厚度的薄膜。
如圖9F所示，形成了發(fā)光元件200和光接收元件300的透明導(dǎo)電電極201和301。 更具體地，在濺射ITO薄膜之后，其可以通過光刻方法蝕刻來進(jìn)行加工。可以印刷并涂覆分散有ITO顆粒等的油墨，之后可以對其進(jìn)行退火。在此情況下，在印刷了分散有ITO納米顆粒的油墨之后,可以通過退火形成這些電極。
如圖9G所示，在所述電極上形成了由絕緣薄膜制備的工作面202和302，且形成的工作面202和302的開孔位于透明導(dǎo)電電極201和301的內(nèi)部?？梢酝ㄟ^圖案印刷或者可以使用光敏樹脂來形成所述開孔。在此情況下，使用光敏丙烯酸樹脂將薄膜厚度設(shè)置為 5至ΙΟμπι范圍內(nèi)。此外，在發(fā)光元件200和光接收元件300之間形成了凹槽500。
如圖9Η所示，在光接收元件側(cè)上的工作面的開孔中形成了包含光接收元件300的光接收活性層的層303和305。對于空穴注入層303，通過涂覆并干燥PED0T:PSS形成了薄膜。在此情況下，可以僅在光接收元件300中形成所述PED0T:PSS。然而，本發(fā)明并不限于此，且還可以在發(fā)光元件200中形成作為空穴注入層的所述PED0T:PSS。通過在發(fā)光元件 200和光接收元件300中形成共用空穴注入層，可以通過等離子體處理很容易地對電極表面進(jìn)行界面控制(清潔、功函控制)。在空穴注入層303上，作為光接收活性層305，P型有機半導(dǎo)體和η型有機半導(dǎo)體分別溶解于溶劑中，并用噴墨系統(tǒng)或者分散劑部分涂覆。之后，通過干燥和退火形成了主體異雜結(jié)構(gòu)。
作為對近紅外光具有靈敏度的材料，對于P型半導(dǎo)體，可以使用聚{N-[1-(2-乙基己基)-3-乙基庚基]-二喔吩并[3, 2_b :2' , 3' _d]卩比略-3,6_ 二喔吩_2_基-2, 5_ 二丁基吡咯并[3，4-c]吡咯-1，4-二酮-5'，5" -二基} (PDTP-DTDPP(Bu))。本發(fā)明不限于此，可以使用聚{N-[1- (2-乙基己基)-3-乙基庚基]-二喔吩并[3, 2_b 20, 30-d]卩比略-3, 6-二噻吩-2-基-2，5-二(2-乙基己基)-吡咯并[3,4-c]吡咯-1，4-二酮-50，500-二基} (PDTP-DTDPP)。對于η型半導(dǎo)體，可以使用PCBM富勒烯或者PC70BM。
圖29Α 至 29D 顯示了它們的分子結(jié)構(gòu)。PDTP-DTDPP (Bu)是 H0M0-LUM0 差=1. 27eV 并吸收近紅外光的材料。對于元件的靈敏度，高至IIOOnm,特別是700至900nm的波長,可以獲得大于或等于20%的外部量子效率EQE。對于溶劑，可以使用氯仿和鄰二氯苯的混合溶劑(體積比為4 :1)。然而，可以選擇能在有機材料和下方基板中獲得性質(zhì)的合適的溶劑。
活性層305的薄膜厚度設(shè)定為I至10 μ m。眾所周知，可以通過增加薄膜厚度來降低暗電流。通過增加薄膜厚度，可以防止由于暗電流導(dǎo)致的在光接收元件300上的電荷積累所產(chǎn)生的在光輻照時間內(nèi)的信號差異的降低。特別地，通過將薄膜厚度設(shè)為大于或等于 2 μ m，可以充分降低暗電流，并可以防止靈敏度的下降。另一方面，當(dāng)增加了薄膜厚度，因為對于來自發(fā)光元件200的側(cè)向光的靈敏度的增強，由于雜散光產(chǎn)生的噪音趨向于增大。因此，可以進(jìn)一步增強第二實施方式的結(jié)構(gòu)中工作面凹槽500的光屏蔽作用(以降低任意泄漏)。通過在120° C下退火形成主體異雜結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意，對于光接收元件300，可以根據(jù)波長和靈敏度形成P型和η型半導(dǎo)體的多層結(jié)構(gòu)。
如圖91所示，形成了包含發(fā)光元件200的發(fā)光層的層203、204和205。在此情況下，PED0T:PSS被用作空穴注入層203。通過在基質(zhì)層中摻雜Pt-四苯基四苯并卟啉 (Pt(tpbp))引起發(fā)光層205發(fā)射近紅外波長(靠近780nm峰值波長)，所述Pt-四苯基四苯并卟啉(Pt (tpbp))通過混合PVK和0XD-7制備以增強其電子傳輸。
作為另一個配置，PED0T:PSS或者M(jìn)o03被用作空穴注入層203，而NPB被用作空穴傳輸層204。對于發(fā)光層205，使用Alq3引入預(yù)定的摻雜劑作為基質(zhì)層。除此之外，BCP被用作空穴阻擋層，而Alq3被用作電子傳輸層。通過偶聯(lián)基于三苯基胺和基于苯并二(噻二唑) 的材料來獲取所使用的摻雜劑(通過摻雜劑材料和濃度改變了峰值波長范圍在750-850nm 附近的波長)。在此情況下，通過將電子-空穴對注入到具有大H0M0-L UM0帶隙的基質(zhì)材料中并通過將載體移動到摻雜劑的H0M0-LUM0能級，產(chǎn)生了由耦聯(lián)引起的發(fā)光。
當(dāng)使用所述材料作為光接收元件300時，幾乎沒有獲得對于光接收元件的靈敏度。然而，如同本實施方式中，當(dāng)獨立構(gòu)造發(fā)光元件和光接收元件時，還可以獲得諸如來自活體的信息的非常微弱的信號?？梢酝ㄟ^沉積形成或者通過涂覆部分形成發(fā)光元件200的各層203至205。這些有機發(fā)光元件對于退火具有易感性。當(dāng)在發(fā)光元件200的薄膜形成前，進(jìn)行形成光接收元件300的主體異雜結(jié)構(gòu)所需的退火(例如，120° C)時，可以防止由于退火導(dǎo)致的發(fā)光元件200的劣化。應(yīng)注意，可以在發(fā)光元件200和光接收元件300中同時形成空穴傳輸層。圖30A和30B顯示了適合近紅外光發(fā)射的摻雜材料的結(jié)構(gòu)。
最后，如圖9J所示，形成了發(fā)光元件200和光接收元件300的共用電子注入層206 和306以及陰極電極207和307。在此情況下，由LiF或者CsF等形成了所述的電子注入層，由Al形成了所述的陰極電極。設(shè)定Al薄膜的厚度落在IOOnm至3μπι的范圍內(nèi)。隨著薄膜厚度的變大，增強了凹槽500的光屏蔽性質(zhì)，還可以降低電阻，并降低了退火前水的滲透，從而抑制了劣化過程。盡管未在本實施方式中描述，在電極形成之后進(jìn)行密封。此時， 由于同時形成了發(fā)光元件200和光接收元件300的電極，因此進(jìn)行密封的同時可以抑制元件的劣化。
如上所述，根據(jù)本實施方式，可以選擇發(fā)光元件200和光接收元件300的最佳材料和配置，并可以獲得響應(yīng)近紅外光的非常微弱的信號。應(yīng)注意本制造方法適用于其他實施方式。
(第三實施方式)
圖10顯示了根據(jù)第三實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素單元的電路排列，圖11顯示了所述像素單元的布局。
在本實施方式中，主動型放大器排列成光接收元件300的檢測電路。光接收元件 300的一個電極與源跟隨器的放大器薄膜晶體管111的門連接，晶體管111的源電極與供電線116連接。晶體管111的漏電極通過開關(guān)晶體管110與信號線115連接。開關(guān)晶體管 110的門與掃描線134連接。當(dāng)掃描線134進(jìn)入高水平之后，晶體管110生效，所述晶體管 110向信號線115輸送電流。在此情況下，根據(jù)光接收元件300上入射光的電荷設(shè)定了放大晶體管111的門電壓。然后，通過開關(guān)晶體管110向信號線115輸送了約低Vth的電壓。
根據(jù)本排列，與上述圖4中所示的放大器減小電路比較，與晶體管尺寸和開電流有關(guān)的流過信號線115的電荷量可以是大電荷量的。從而，可以抑制外部噪音的影響。這對于活體傳感器是特別有效的，所述活體傳感器使用時與人體緊密接觸或者以可穿戴方式粘附在人體上。應(yīng)注意在放大器類型的情況下，即使在讀取后，光接收元件300上的電荷也不能回到恒定電壓。鑒于這個原因，將重啟晶體管112與光接收元件300連接，在另一掃描線134的高水平時間內(nèi)設(shè)定重啟線號線117的電壓。從而，可以重復(fù)進(jìn)行讀取操作。發(fā)光元件側(cè)的電路和排列同圖4和圖5中的電路和排列。
在此情況下，使用了與像素垂直相鄰的光接收元件300的讀取掃描線114。鑒于此原因，在電荷讀取之后光接收元件300被重啟直到下一次讀取操作的一段時間內(nèi)，光接收元件300積累電荷。讀取掃描線114通常用作發(fā)光元件200的寫入掃描線124。在本方法中，通過降低掃描線134的數(shù)量，可以增加每一個像素中的面積。其能有效增加發(fā)光元件 200和光接收元件300的有效面積，并增強檢測靈敏度和發(fā)射強度。應(yīng)注意共用掃描線134 適用于其他實施方式。在類似本實施方式的放大器類型中，掃描線114和124可以是沒有共用化的獨立的信號線。此外，還可以使用獨立的讀取掃描線和重啟掃描線。通過采用這些作為獨立個體的互連，可以自由地控制時間，從而有效地實現(xiàn)靈敏度調(diào)節(jié)和降噪。
在本實施方式中，在發(fā)光元件200的工作面(像素邊界212)和光接收元件300的工作面(像素邊界312)之間還形成了凹槽500。在工作面凹槽500中形成了發(fā)光元件200 和光接收元件300的共用陰極電極407和電子注入層406，從而進(jìn)一步增強了光屏蔽性質(zhì)。 通過此結(jié)構(gòu)，可以抑制光進(jìn)入到光接收元件300中，從而降低噪音。
凹槽500的底部表面被設(shè)計成與發(fā)光元件200的供電線126重疊。通過此結(jié)構(gòu)， 即使當(dāng)照射到凹槽500的側(cè)表面上的光被以基板方向反射時,所述光被供電線126截取,光僅以向下方向出現(xiàn)。鑒于此原因，可以抑制到達(dá)光接收元件300的雜散光。此外，在本實施方式中，光接收元件300的供電線116鋪設(shè)在發(fā)光元件200的供電線126的臨域。此時，由于凹槽500的底部表面被設(shè)計成與光接收元件300的供電線116重疊，可以增加凹槽500 的寬度。鑒于這個原因，放寬了工作精度以易于制造。此外，即使當(dāng)供電線(作為電極免受或者遭受較小電勢變化)和陰極電極之間的絕緣層被薄化時，所述陰極電極也能免受寄生電容的影響，且遭受較小噪音和較小變化。凹槽500和光接收元件側(cè)上的供電線116之間的重疊還可以截取雜散光的入射路徑，從而提供光學(xué)噪音降低作用。圖12顯示了多個像素和像素電路上的凹槽500間的整體關(guān)系。
應(yīng)注意，光接收元件300的供電線116可以排列在與圖10和11相反位置的圖10 和11中的右側(cè)。然后，當(dāng)光接收元件300鋪設(shè)于發(fā)光元件200左側(cè)時，對于凹槽布局，凹槽可以與光接收元件300的供電線重疊。在此情況下，可以取得與發(fā)光元件側(cè)上的供電線重疊相同的效果。圖13顯示了像素與凹槽500間的整體關(guān)系。免受電壓變化的供電線鋪設(shè)在發(fā)光元件200和光接收元件300的相鄰柱之間。鑒于此原因，即使當(dāng)每一個凹槽500鋪設(shè)與互連重疊時，仍就實現(xiàn)了遭受寄生電容影響較小的布局。通過將每一個凹槽500重疊在互連上，增強了光屏蔽作用。
(第四實施方式)
圖14顯示了根據(jù)第四實施方式的像素的平面布局，圖15顯示了圖14的A-A'截面。
在本實施方式中，設(shè)計了工作面的凹槽的布局。本實施方式具有以下特征凹槽 510鋪設(shè)在發(fā)光元件200的外部周邊上，凹槽510的底部表面與有源矩陣的電極(供電線) 126重疊。凹槽510與電極126在發(fā)光元件200與光接收元件300之間的位置重疊。當(dāng)光被以基板方向反射時，電極126對照射凹槽510側(cè)表面的光進(jìn)行抑制，以免所述光以斜方向出現(xiàn)。從而，可以抑制到達(dá)光接收元件300的雜散光，從而降低了由泄漏引起的噪音。
在圖14和15中，被凹槽510重疊的互連是供電線126。作為替代，還可以使用掃描線和信號線。使用它們的矩陣交叉點，可以鋪設(shè)凹槽以圍繞發(fā)光元件單元的外部周邊，從而增強了光屏蔽作用。圖16顯示了凹槽510與像素電路之間的關(guān)系。
對于凹槽510的布局，可以形成多凹槽510。圖17還顯示了第四實施方式中的光接收元件側(cè)上的凹槽510的多重布局。在圖18中，進(jìn)一步將凹槽520添加到如圖13所示的布局上。通過排列多凹槽，可以增加光屏蔽作用，且可以獲得噪音的降低以及阻抗匹配效應(yīng)。
可以部分形成所述凹槽?？梢垣@得光屏蔽作用或者可以通過設(shè)計凹槽之間的關(guān)系來獲得對應(yīng)于高強度部分的屏蔽。例如，在圖19中，在光接收元件300的信號線附近間斷地形成了凹槽530。由于與掃描線的重疊部分上沒有形成凹槽530，可以降低掃描信號的延遲，且可以抑制掃描信號的大電勢變化在共用電極上作為噪音的疊加。在供電線與掃描線的每一個重疊部分上形成了凹槽540，從而抑制了由于與掃描線重疊導(dǎo)致的寄生電容的產(chǎn)生。沿著光接收元件側(cè)上的供電線延伸的凹槽550通過整個表面，且這些凹槽可以獲得光屏蔽作用。
如上所述，可以在發(fā)光元件200與光接收元件300之間形成多凹槽510，無任意凹槽510的部分可以被另一部分補償。
(第五實施方式)
圖20顯示了根據(jù)第五實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的基本元件結(jié)構(gòu)。
本實施方式具有以下特征在工作面凹槽500中形成層405，所述層405包含光接收元件300的光接收活性層305，所述工作面凹槽500鋪設(shè)在發(fā)光元件200與光接收元件 300之間。光接收活性層具有吸收光吸收靈敏波長的光的特性。鑒于此原因，通過在工作面凹槽500中形成光接收活性層，通過吸收雜散光來獲得光屏蔽作用。所述光接收活性層是形成的厚度為I至IOym的半導(dǎo)體層。由于所述光接收活性層由半導(dǎo)體形成，因此其導(dǎo)電性比金屬低，且由于靜電電容導(dǎo)致的與下活性層的耦聯(lián)降低。從而，可以放寬對凹槽500的布局位置的限制。
當(dāng)發(fā)光元件200和光接收元件300的共用電極207和307由半透明材料形成時， 本實施方式還對基板100的相反側(cè)的輸出光有效。也就是說，即使因使用半透明電極降低了電極的光屏蔽作用，仍舊可以通過光接收活性層的吸收來抑制雜散光的影響。
(第六實施方式)
圖21顯示了根據(jù)第六實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的基本元件結(jié)構(gòu)。
本實施方式具有以下特征形成了不連續(xù)的光接收元件300和發(fā)光元件200的共用電極層，并形成了隔離光接收元件300的區(qū)域和發(fā)光元件200的區(qū)域的圖案。也就是說， 通過形成間隙410，發(fā)光元件200的電極層207與光接收元件300的電極層307相互隔離。 可以通過形成電極層之后的掩模沉積來實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)。
通過此結(jié)構(gòu)，可以防止由于流過發(fā)光元件200的電流導(dǎo)致的光接收元件300的陰極電極電勢的變化的影響，從而有助于檢測非常微弱的變化。本結(jié)構(gòu)適用于寬闊像素區(qū)域和發(fā)光元件低轉(zhuǎn)換效率的情況。應(yīng)注意，無論電極是隔離或者形成于整個表面上，可以根據(jù)材料以及裝置設(shè)計選擇合適的方法。
(第七實施方式)
圖22顯示了根據(jù)第七實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的基本元件結(jié)構(gòu)。
本實施方式例舉了包含光學(xué)功能層250的發(fā)光元件200的結(jié)構(gòu)。光學(xué)功能層250 的一個例子是限制了透射波長的濾色器，另一個例子是包含微型透鏡的提取機理部件，所述提取機理部件增強了光提取。優(yōu)選在發(fā)光元件200的較低電極201之下形成光學(xué)功能層 250。此外，光學(xué)功能層250被工作面層覆蓋，從而即使當(dāng)形成了工作面層的凹槽500時，仍有效地具有光屏蔽作用。
(第八實施方式)圖23顯示了根據(jù)第八實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置的基本元件結(jié)構(gòu)。
在本實施方式中，改進(jìn)了圖20所示的實施方式。本實施方式采用了頂發(fā)射/頂接收結(jié)構(gòu)，且形成了作為共用電極的諸如薄膜MgAg合金的的半透明電極607。在此情況下，由于電極的薄層電阻變高，發(fā)射電流引起了電極中的電壓下降。鑒于此原因，該電壓下降導(dǎo)致了發(fā)射強度的不均勻，并影響了施加到共用于光接收層的電極的偏壓。此外，該電壓下降導(dǎo)致了光接收靈敏度的不均勻。特別地，當(dāng)裝置尺寸較大時，例如，當(dāng)裝置包裹住手臂以獲得寬闊范圍的信號時，產(chǎn)生了問題。
因此，本實施方式具有以下特征在相對基板600上形成了電極601和602以顯著地降低電阻。需要輔助互連601以實現(xiàn)電阻的降低，且在基板600上形成了由ITO等制備的連接到互連601的透明低電阻電極602，所述基板600還用作保護(hù)/密封基板。然后， 此透明低電阻電極602通過粘合劑層603與發(fā)光/光接收元件基板粘合。發(fā)光/光接收元件基板的半透明電極607與相對基板600的電極601和602通過完整面內(nèi)表面或者部分面內(nèi)表面電連接。從而，可以極大地降低它們的連接電阻以抑制半透明電極607中的電壓下降。希望粘合劑層603具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，例如，分散有透明導(dǎo)電微粒的粘合劑材料?；蛘撸瑢﹄姌O的凸起部分可以與半透明電極607直接接觸并連接，并用粘合劑層填充間隙來固定它們，從而得到相同的效果。
應(yīng)注意，優(yōu)選用包含如圖2所示的光接收活性層作為主要組分的層405來填充在發(fā)光/光接收元件基板上的發(fā)光元件和光接收元件之間形成的凹槽500。然而，本發(fā)明不限于此，且可以結(jié)合另一種凹槽結(jié)構(gòu)。
(第九實施方式)
圖24顯示了根據(jù)第九實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元的電路排列。
在本實施方式中，發(fā)光元件200的像素210和220以及光接收元件300的像素310 具有不同的像素尺寸。通過以掃描方向堆疊發(fā)光元件200的像素210和220所定義的寬度設(shè)定了光接收元件300的像素310的掃描方向間距。發(fā)光元件像素包含具有不同發(fā)射波長的發(fā)光元件LEDl和LED2。對于活體的近紅外光的信息，例如波長為760和840nm的光線照射，得到了對應(yīng)于氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的量的信號。通過這些信號，假設(shè)來自發(fā)光元件的光線的路徑穿過對應(yīng)于兩個波長的相同部分，可以檢測血紅蛋白的狀態(tài)。因此，如同本實施方式將兩波長的發(fā)光元件鋪設(shè)在鄰近位置是有效的。此外，僅需要設(shè)定對于兩個波長的光接收元件的空間分辨率。因此，通過如圖24所示的布局，可以保證大的光接收面積， 并可以改善檢測靈敏度。特別地，通過相對于像素垂直分割發(fā)光元件200的掃描線124，掃描線都需要通過光接收元件像素。本結(jié)構(gòu)適合于增加光接收面積。
由于僅需要為光接收元件300形成凹槽500，僅需要在發(fā)光元件200的每個柱之間以及光接收元件300的每個柱之間形成所述凹槽500。更優(yōu)選鋪設(shè)每個凹槽500，使得所述凹槽500能部分或者全部重疊發(fā)光元件200和光接收元件300的供電線?？梢栽谄渌麑嵤┓绞街胁捎孟嗤幕ミB間的關(guān)系。
(第十實施方式)
圖25顯示了根據(jù)第十實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元的電路排列。
在本實施方式中，將發(fā)光元件200具有不同波長的像素210和220沿著信號線方向鋪設(shè)在相鄰位置。相對應(yīng)這些像素鋪設(shè)光接收元件300的像素310。也就是說，多個發(fā)光元件200并列鋪設(shè)，在這些元件旁邊鋪設(shè)光接收元件300。當(dāng)光接收元件300具有足夠的靈敏度但是每一個發(fā)光元件200的發(fā)射效率較低時，或者當(dāng)通過降低發(fā)光元件200的電流密度來延長使用壽命時，希望采用所述鋪設(shè)。
如圖2所示，獲得了活體信息之后，被大多數(shù)鄰近像素接收的光線僅可以提供淺信息，并分析獨立像素的 光接收信號以獲得較深信息。在此情況下，可以使用前述的發(fā)光元件陣列，如果需要可以對位置進(jìn)行校正。
僅需要在光接收元件300中形成凹槽500。由于沒有在發(fā)光元件200之間形成凹槽500，可以提升布局和孔徑比的自由度。
(第^^一實施方式)
圖26顯示了根據(jù)第11實施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置中的像素單元的電路排列。
本實施方式顯示了主要校準(zhǔn)發(fā)光元件200的發(fā)射強度的劣化以及光接收元件300 的老化所需的排列。將監(jiān)控光接收元件350相對應(yīng)光接收元件300排列，所述監(jiān)控光接收元件350測定了來自基板內(nèi)部的發(fā)光元件200的光而不使得光出現(xiàn)在基板的外部，所述光接收元件300接收由發(fā)光元件200發(fā)射的光的反射光并使得光出現(xiàn)在基板外部?？梢曰诒O(jiān)控光接收元件350的光接收信號進(jìn)行反饋控制以控制到達(dá)發(fā)光元件200的電流從而獲得相同的強度?；蛘?，可以基于監(jiān)控光接收兀件350的信號校正光接收兀件300的信號。此夕卜，在光接收元件300周圍形成的凹槽510抑制了到達(dá)光接收元件300的雜散光，從而增強了靈敏度。此時，監(jiān)控光接收元件350和發(fā)光元件200之間的光學(xué)耦合結(jié)構(gòu)700與凹槽510 分離。從而，即使當(dāng)發(fā)光元件200發(fā)生劣化，也可以取得來自活體的高精度信息。
圖27顯示了實際的像素布局。圖28A和28B分別顯示了 A-A^截面和截面，所述A-A'截面顯示了光學(xué)耦合結(jié)構(gòu)，所述B-B'截面顯示了發(fā)光/光接收元件的基本結(jié)構(gòu)。如像素布局所示，為了引導(dǎo)發(fā)光元件200的一些光線到達(dá)基板內(nèi)部的監(jiān)控光接收元件350作為光學(xué)耦合結(jié)構(gòu)，將不透明反射部件701從發(fā)光元件200的下方部分延伸到光接收元件350的下方部分鋪設(shè)。在光接收元件350的下方部分，將反射部件701重疊整個光接收表面鋪設(shè)，從而抑制了出現(xiàn)在基板外部并被發(fā)射的光線的影響。
在發(fā)光元件200中，如圖27所示，當(dāng)在一個大像素的部分上形成反射部件701時， 希望評估整個發(fā)光元件像素的劣化。另一方面，對于發(fā)光元件200的結(jié)構(gòu)，當(dāng)反射部件的一個步驟由于泄漏電流或者電場濃度導(dǎo)致發(fā)光元件200的劣化時，將像素(工作面)分離鋪設(shè)用于外部和內(nèi)部使用。然后，可以連接并可以同時驅(qū)動較低電極。
使用陣列的門電極層作為反射部件701可以減少制備過程的數(shù)量。如果需要可以設(shè)置另一個用于反射部件的層或者可以共用陣列的部件。使用如圖28A所示的截面圖描述了反射部件的光學(xué)耦合機理。沖擊反射部件701的光702被反射，并在被陰極電極407等反射之后到達(dá)光接收元件350。此外，如光學(xué)路徑703所示，光可以在陣列的絕緣層的內(nèi)部通過界面反射傳輸。在此情況下，當(dāng)反射角小于或等于臨界角時，難以將光輸出到絕緣層的外部。因此，優(yōu)選通過在光接收元件附近的反射部件701上形成粗糙的表面，以提供散射結(jié)構(gòu)704。在形成門電極之后，通過局部施加蝕刻來使表面粗糙化?；蛘撸梢酝ㄟ^印刷在門電極上局部涂覆并形成散射表面。此外，可以對下方絕緣層進(jìn)行粗糙化以形成所述層上方的電極。
在此方式中，通過在基板內(nèi)部設(shè)置光學(xué)耦合，可以獨立地辨識外部狀態(tài)的發(fā)光元件200的狀況(發(fā)射強度劣化等)。被所述耦合帶入的光的量優(yōu)選接近外部反射光的強度。 當(dāng)進(jìn)入太多的光量時，光接收元件350的劣化表現(xiàn)為與實際光接收元件300的差值，從而導(dǎo)致了校正精度下降。保證恒定的耦合量是重要的，優(yōu)選使用反射部件701來反射且在整個基板上形成陰極電極407。
另一方面，如圖28B所示，對于通過外部的常規(guī)光接收路徑，在發(fā)光元件200和光 接收元件300之間形成了凹槽500。通過此結(jié)構(gòu)，可以截獲基板內(nèi)部的反射的雜散光，且僅有外部光進(jìn)入到光接收元件300。從而，即使當(dāng)來自活體內(nèi)部的反射光具有低強度時，仍舊可以高精度地檢測到。
(改進(jìn))
應(yīng)注意，本發(fā)明不限于前述的實施方式。
發(fā)光元件和光接收元件的結(jié)構(gòu)和材料等不限于上述的實施方式，且可以根據(jù)具體需要改變。發(fā)光元件的發(fā)光層的材料只需要不同于光接收元件的光接收層的材料，且發(fā)光元件和光接收元件的上電極只需要共用形成。
此外，可以根據(jù)具體需要改變在工作面中形成的凹槽的形狀以及埋入的材料等。 除此之外，凹槽的位置只需要設(shè)置在發(fā)光元件和光接收元件之間，埋入的材料只需要吸收來自發(fā)光層的光。
盡管已經(jīng)描述了某些實施方式，但這些實施方式僅僅是示例性的，不是為了限制本發(fā)明的范圍。事實上，可以以各種其他的形式實施本文所述的新穎實施方式；除此之外， 可在不背離本發(fā)明精神的情況下對本文所述實施方式的形式作出各種改變、省略和替代。 所附的權(quán)利要求及其等同內(nèi)容涵蓋了所述形式或改進(jìn)，只要這些形式或改進(jìn)屬于本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包含 包含有不透明互連層的基板； 形成于基板上的絕緣薄膜，所述絕緣薄膜包含多個在基板中面內(nèi)方向上分開的開孔；在所述多個開孔中的一些中分別形成的發(fā)光元件，每一個發(fā)光元件包含由半導(dǎo)體材料形成的發(fā)光層和上電極層；以及 在所述多個開孔中一些剩下的開孔中分別形成的光接收元件，每一個光接收元件包含由半導(dǎo)體材料形成的光接收層和上電極層， 其特征在于，發(fā)光元件的半導(dǎo)體材料不同于光接收元件的半導(dǎo)體材料，發(fā)光元件的上電極層和光接收元件的上電極層形成共用電極，每一個互連層形成于由開孔指定的區(qū)域外部的區(qū)域上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，形成至少一個含有有機半導(dǎo)體的發(fā)光層和光接收層。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每一個發(fā)光元件和光接收元件還包含在上電極層下方的電荷注入層，且形成了作為共用層的發(fā)光元件的電荷注入層和光接收元件的電荷注入層。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光接收元件包含主體異雜結(jié)的活性層。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件的開孔和光接收元件的開孔沿著一個方向交替鋪設(shè)，且以垂直于所述一個方向的方向連續(xù)鋪設(shè)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在基板上形成了包含互連和薄膜晶體管的有源矩陣層。
7.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包含 包含有不透明互連層的基板； 形成于基板上的絕緣薄膜，所述絕緣薄膜包含多個在基板中面內(nèi)方向上分開的開孔；在所述多個開孔中的一些中分別形成的發(fā)光元件，每一個發(fā)光元件包含由半導(dǎo)體材料形成的發(fā)光層和上電極層；以及 在所述多個開孔中的剩下的一些中分別形成的光接收元件，每一個光接收元件包含由半導(dǎo)體材料形成的光接收層和上電極層， 其特征在于，發(fā)光元件的半導(dǎo)體材料不同于光接收元件的半導(dǎo)體材料，發(fā)光元件的上電極層和光接收元件的上電極層形成共用電極，在發(fā)光元件和光接收元件之間的絕緣薄膜的部分中形成了凹槽。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，形成至少一個含有有機半導(dǎo)體的發(fā)光層和光接收層。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，每一個發(fā)光元件和光接收元件還包含在上電極層下方的電荷注入層，且形成了作為共用層的發(fā)光元件的電荷注入層和光接收元件的電荷注入層。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述光接收元件包含主體異雜結(jié)的活性層。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在絕緣薄膜的凹槽中形成了共用于發(fā)光元件和光接收元件的上電極層。
12.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述光接收元件包含主體異雜結(jié)的活性層，且在絕緣薄膜的凹槽中形成了光接收元件的活性層。
13.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述絕緣薄膜的凹槽的底部表面二維重疊了基板上的每一個不透明互連層。
14.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件的開孔和光接收元件的開孔沿著一個方向交替鋪設(shè)，且以垂直于所述一個方向的方向連續(xù)鋪設(shè)。
15.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在基板上形成了包含互連和薄膜晶體管的有源矩陣層。
16.一種制造光電轉(zhuǎn)換裝置的方法，該方法包括 在基板上形成包含薄膜晶體管和不透明互連的有源矩陣層； 在所述形成有有源矩陣層的基板上形成發(fā)光元件的較低電極層和光接收元件的較低電極層； 在所述形成有較低電極層的基板上形成絕緣薄膜，所述絕緣薄膜在較低電極層上包含用于發(fā)光元件的第一開孔，以及在較低電極層上包含用于光接收元件的第二開孔； 在絕緣薄膜的第二開孔中形成光接收元件的光接收層； 在絕緣薄膜的第一開孔中形成發(fā)光元件的發(fā)光層； 在發(fā)光層、光接收層和絕緣薄膜上，同時形成共用于發(fā)光元件和光接收元件的上電極層。
全文摘要
根據(jù)一個實施方式，光電轉(zhuǎn)換裝置包含具有不透明互連層(107、108)的基板(100)；形成于基板(100)上并具有多個開孔的絕緣薄膜(106)；由開孔形成的發(fā)光元件(200)，所述每一個發(fā)光元件(200)具有由半導(dǎo)體材料形成的發(fā)光層和上電極層(207)；由開孔形成的光接收元件(300)，所述每一個光接收元件具有由半導(dǎo)體材料形成的光接收層和上電極層(307)；其中，所述發(fā)光元件(200)和光接收元件(300)中的半導(dǎo)體材料不同，發(fā)光元件(200)和光接收元件(300)的上電極層(207、307)形成了共用電極，且每一個互連層(107、108)形成于由開孔指定的區(qū)域外部的區(qū)域上。
文檔編號H01L27/30GK103022072SQ201210224418
公開日2013年4月3日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者秋山政彥 申請人:株式會社東芝