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TWI384666B - Light detection device structure - Google Patents

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TWI384666B
TWI384666B TW097113008A TW97113008A TWI384666B TW I384666 B TWI384666 B TW I384666B TW 097113008 A TW097113008 A TW 097113008A TW 97113008 A TW97113008 A TW 97113008A TW I384666 B TWI384666 B TW I384666B
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Univ Nat Chiao Tung
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Description

光偵測裝置結構
本發明為一種光偵測裝置結構，特別為一種應用於使用垂直驅動有機發光電晶體之光偵測裝置結構。
有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)與發光二極體(Light Emitting Diode,LED)發光原理類似，都是利用半導體特性，由電子和電洞結合而發出光子。但有機發光二極體製程較發光二極體來的簡單，且具有低成本之優勢。有機發光二極體屬於薄膜元件並可低溫製造，所以有機發光二極體最大特色在於對基板的依存度較低，意即有機發光二極體可製作在玻璃基板或是塑膠基板上，因此可製作成軟式電子裝置而應用於大型可撓曲式面板，且所製作出的可撓曲式面板又具有厚度薄之優勢。且可撓曲式面板除方便攜帶之外，由於擁有可撓曲之特性，使得可撓曲式面板能依物體之形狀做貼合。
有機發光二極體係為一種低耗電量且具有高亮度之光源，除可應用於顯示器方面之外，也可使用於其它電子裝置，如：掃瞄器、影印機...等。且有機發光二極體有別於傳統電子元件，使用有機發光二極體製作出的軟式電子裝置將可貼合書籍頁面形狀，甚至應用於曲狀表面的物品，如：雕塑品，同時並也能對其上之文字圖樣進行掃描。
軟式掃描器即為有機發光二極體之一種應用，並也可以將有機發光二極體應用於光偵測裝置之光源，用以產生光線照射 至待偵測之物體，再分析被物體反射回來的光線波長，藉此可分析物體形狀、物體上圖樣以及物體組成成分，甚至可進一步與其他電子裝置結合，用以量測物體與光偵測裝置間之距離。
然而，使用有機發光二極體作為光偵測裝置之光源時，多半會結合一電晶體用以驅動或控制有機發光二極體，然而這樣兩個獨立元件的設計將會使得光偵測裝置體積受到限制，導致無法縮小光偵測裝置整體的體積。
本發明係為一種光偵測裝置結構，其係藉由垂直驅動有機發光電晶體發出光線照射至待偵測之物體，再經由光偵測單元接收被物體反射之反射光線，並藉由分析光偵測單元所接收到之反射光線可判讀物體形狀或組成成分，也可計算物體與光偵測裝置結構間之距離。由於垂直驅動有機發光電晶體是將有機發光二極體與垂直電晶體垂直堆疊，並利用垂直電晶體驅動有機發光二極體，因此可縮小垂直驅動有機發光電晶體之體積，進而縮小光偵測裝置結構的整體體積。
為達上述目的，本發明提供一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於基材之一第一位置，該垂直驅動有機發光電晶體具有一第一垂直式電晶體，其具有一第一電極；一第一有機層，其係堆疊於該第一電極；及一第二電極，其係結合於該第一有機層；以及一第一有機發光二極體，其具有一第二有機層，其係垂直堆疊於該第一垂直式電晶體；及一第三電極，其係堆疊於該第二有機層； 一第四電極，其係設置於該第一有機層及該第二有機層之間；以及一光偵測單元，其係設置於基材之一第二位置，且第一位置係與第二位置相距一適當距離。
本發明又提供一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，該光偵測單元具有一濾波器，設置於其上，且該第一位置係與該第二位置相距一適當距離。
本發明再提供一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置，該垂直驅動有機發光電晶體具有一第二垂直式電晶體，其具有一第五電極；一第三有機層，其係堆疊於該第五電極；一第一絕緣層，其係堆疊於該第三有機層，及一第六電極，其係堆疊於該第一絕緣層；以及一第二有機發光二極體，其具有一第四有機層，其係垂直堆疊於該第二垂直式電晶體；及一第七電極，其係堆疊於該第四有機層；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，且該第一位置係與該第二位置相距一適當距離。
本發明更提供一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，該光偵測單元係具有一第三垂直式電晶體，其具有一第九電極；一第六有機層，其係堆疊於該第九電極；一第十電極，其係結合於該第六有機層；一第十一電極，其係堆疊於該第六有機層；一 光偵測層，其係垂直堆疊於該第三垂直式電晶體；以及一第十二電極，其係堆疊於該光偵測層，且該第一位置係與該第二位置相距一適當距離。
本發明還提供一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，該光偵測單元係具有一熱載子電晶體，其具有一射極；一第七有機層，其係堆疊於該射極；一第二絕緣層，其係堆疊於該第七有機層；一基極，其係堆疊於該第二絕緣層；一第八有機層，其係堆疊於該基極；及一集極，其係堆疊於該第八有機層；一光偵測層，其係垂直堆疊於該熱載子電晶體；以及一第十三電極，其係堆疊於該光偵測層。
藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：
一、使用垂直驅動有機發光電晶體將可達到縮小光偵測裝置之體積。
二、垂直驅動有機發光電晶體製成之光偵測裝置結構，可應用於掃瞄器之改良，且可達到貼合物體形狀做掃描之功效。
三、使用光偵測裝置結構，可藉由分析物體之吸收光譜，用以分析物體組成成分。
四、可將光偵測裝置應用於測量光偵測裝置與物體間之距離。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優 點。
第1圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣一。第2圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣二。第3圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣三。第4圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣四。第5圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣五。第6圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣六。第7圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣七。第8圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣八。第9圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣九。第10圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣十。第11圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣十一。第12圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之應用實施例圖。
如第1圖所示，本實施例係為一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣一，其包括：一基材10；一垂直驅動有機發光電晶體20；以及一光偵測單元30。
基材10，係可以為一透明基材用以透光，又基材10可以為一玻璃基材或是一塑膠基材，並可具備可撓曲式性質，以利製成軟式電子裝置。
垂直驅動有機發光電晶體20，其係設置於基材10之一第一位置，用以發出光線。又垂直驅動有機發光電晶體20可具 有一第一垂直式電晶體21；以及一第一有機發光二極體22，或是可具有一第二垂直式電晶體23；以及一第二有機發光二極體24。
第一垂直式電晶體21，其具有一第一電極211；一第一有機層212；以及一第二電極213。
第一有機層212，其係堆疊於第一電極211，且第一有機層212係可選自於電洞注入層(Hole Injection Layer,HIL)、電洞傳輸層(Hole Transport Layer,HTL)、電洞阻擋層(Hole Blocking Layer,HBL)、電子阻擋層(Electron Blocking Layer,EBL)、電子傳輸層(Electron Transport Layer,ETL)、及電子注入層(Electron Injection Layer,EIL)所組成之群組。
第二電極213，其係結合於第一有機層212，且第二電極213可以結合於第一有機層212中的任何位置，係包含設置於第一有機層212的上方，又第二電極213可用以控制電洞或電子注入的數量，藉此調變第一有機發光二極體22之出光亮度。
第一有機發光二極體22，其具有一第二有機層221；以及一第三電極222。第二有機層221，其係堆疊於第一垂直式電晶體21，且第二有機層221包括一發光層(EMission Layer,EML)，或是可進一步包括選自於電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層、電子阻擋層、電子傳輸層、及電子注入層所組成群組之至少一，藉此降低每層間之能障差，並提高第一有機發光二極體22之發光效率。
第三電極222，其係堆疊於第二有機層221，可用以作為光偵測裝置結構之陰極或陽極。垂直驅動有機發光電晶體20 之設計是將第一有機發光二極體22之第二有機層221垂直堆疊於第一垂直式電晶體21上，並且使得第三電極222堆積於第二有機層221上。
舉例來說，第一垂直式電晶體21之第一電極211係可以為一陽極，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、氧化鉬/鋁、PEDOT/氧化鉬/鋁或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫(Indium Tin Oxides，ITO)。同時，堆疊於第一電極211上之第一有機層212可選用電洞注入層及電洞傳輸層，且電洞注入層可堆疊於第一電極211，又電洞傳輸層可再堆疊於電洞注入層上。且第二電極213係可以為一柵極，其係可結合於電洞傳輸層中的任何位置，包含在電洞傳輸層的上方。此時第一有機發光二極體22之第三電極222則可以為一陰極，且為了增加電子注入效率，陰極通常選用較低功函數之複合金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。
第二電極213之功用為控制電洞注入第一有機發光二極體22的數量，當電洞在適當的第二電極213及第三電極222的電壓調變下，可以穿過第二電極213而注入第一有機發光二極體22。電洞注入第一有機發光二極體22後，可在第二有機層221處與由第三電極222注入之電子相結合。由於電洞與電子複合，進而使得電子能階改變並可使得第二有機層221之發光層得以發出光線。
又舉例來說，第一垂直式電晶體21之第一電極211係可以為一陰極，且為了增加電子注入效率，陰極通常選用較低功 函數之複合金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。同時，堆疊於第一電極211上之第一有機層212將選用電子傳輸層，而電子傳輸層係可堆疊於第一電極211上。且第二電極213係可以為一柵極，其係可結合於電子傳輸層中的任何位置，包含在電子傳輸層的上方。此時第一有機發光二極體22之第三電極222則可以為一陽極，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、鋁/氧化鉬、鋁/氧化鉬/PEDOT或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫。
第二電極213之功用為控制電子注入第一有機發光二極體22的數量，當電子在適當的第二電極213及第三電極222的電壓調變下，可以穿過第二電極213而注入第一有機發光二極體22。電子進入第一有機發光二極體22後，可在第二有機層221處與第三電極222注入之電洞相結合。由於電洞與電子的複合改變了電子能階，使得第二有機層221之發光層發出光線。
如第1圖與第3圖所示，基材10可設置於第一垂直式電晶體21側，且基材10可以為透明基材、玻璃基材或塑膠基材...等，也就是說可將第一垂直式電晶體21之第一電極211設置於透明基材上。當第三電極222為很薄之金屬電極時，光線可由第二有機層221之發光層發出，且會透過第三電極222向上出光，因此可將待偵測之物體40放置於光偵測裝置結構之上方，以利偵測。此外，由於也可選用透明電極作為第一電極211，所以使得光線同時也可由第二有機層221之發光層透過第一電極211而出光，達到同時向上與向下發光，進而達到可同時偵測上下兩側物體40之功效。
又如第2圖及第4圖所示，透明基材可設置於第一有機發光二極體22側，且基材10可以為透明基材、玻璃基材或塑膠基材...等，也就是說可將第一有機發光二極體22之第三電極222設置於透明基材上，又由於第三電極222可以為很薄之金屬電極或透明電極，所以當第二有機層221之發光層發光時，光線亦可透過第三電極222後由透明基材透向下射出，此時便可將待偵測之物體40放置於光偵測裝置結構下方。上述之透明基材並可以具備可撓曲之性質，以利光偵測裝置結構應用於軟式電子裝置。
如第3圖與第4圖所示，又垂直驅動有機發光電晶體20可進一步具有一第四電極214，其係設置於第一垂直式電晶體21之第一有機層212及第一有機發光二極體22之第二有機層221之間，用以當作陰極或陽極。而第四電極214之材質係可以為低功函數之金屬，例如鋁或銀...等，第四電極214之材質也可以為例如PEDOT之高導電高分子或金屬與其他材料的多層結構，例如鋁/氧化鉬、鋁/氧化鉬/PEDOT、金/PEDOT...等。
第四電極214在光偵測裝置結構中當作陰極或陽極之應用可舉例來說，當第一垂直式電晶體21之第一電極211為陽極、第二電極213為柵極，且第一有機發光二極體22之第三電極222為陰極時，第四電極214則可以為陽極。同樣的，第一垂直式電晶體21之第一電極211為陰極、第二電極213為柵極且第一有機發光二極體22之第三電極222為陽極時，第四電極214則可以為陰極。
又垂直驅動有機發光電晶體20可具有一第二垂直式電晶 體23；以及一第二有機發光二極體24。
第二垂直式電晶體23，其具有一第五電極231；一第三有機層232；一第一絕緣層233以及一第六電極234。其中，第三有機層232係堆疊於第五電極231上，且第三有機層232係可選自於電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層、電子阻擋層、電子傳輸層、及電子注入層所組成群組。第一絕緣層233則堆疊於第三有機層232及第六電極234之間，而第六電極234則堆疊於第一絕緣層233上。
第二有機發光二極體24，其具有一第四有機層241；以及一第七電極242。第四有機層241係包括一發光層，或是可進一步包括選自於電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層、電子阻擋層、電子傳輸層、及電子注入層所組成群組之至少一，藉由各種不同之組合，可降低每層間之能障差，以提高第二有機發光二極體24之發光效率。
第七電極242，其係堆疊於第四有機層241，用以作為光偵測裝置結構之陰極或陽極。而垂直驅動有機發光電晶體20之設計是將第二有機發光二極體24之第四有機層241垂直堆疊於第二垂直式電晶體23上，且使得第七電極242堆積於第四有機層241上。
光偵測裝置結構之陰極或陽極之應用可舉例來說，第二垂直式電晶體23之第五電極231係可以為一陽極，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、氧化鉬/鋁、PEDOT/氧化鉬/鋁或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫。同時堆疊於第五電極231上之第三有機層232可選用電洞注入層及 電洞傳輸層，且由電洞注入層堆疊於第五電極231，而電洞傳輸層可再堆疊於電洞注入層上。第一絕緣層233係可先堆疊於電洞傳輸層上，再將第六電極234堆疊於第一絕緣層233，而第六電極234係可以為一基極。第二有機發光二極體24之第七電極242可以為一陰極，且為了增加電子注入效率，陰極通常選用較低功函數之複合金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。
當第一絕緣層233及第六電極234之厚度適當時，自第五電極231注入的電洞可穿透過第一絕緣層233後以彈道式的方式通過第六電極234，並且可藉由控制第六電極234的電流大小，使大多數的電洞穿過第六電極234注入第四有機層241，而不會流向第六電極234。
當電洞穿過第六電極234注入第四有機層241後，可在第四有機層241處與第七電極242注入之電子相結合，使得第四有機層241之發光層發出光線。並可利用調變第六電極234之電流控制電洞進入第二有機發光二極體24的數量，進而達到控制第二有機發光二極體24發光強度。
又舉例來說，第二垂直式電晶體23之第五電極231係可以為一陰極，且為了增加電子注入效率，陰極通常選用較低功函數之金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。又堆疊於第五電極231上之第三有機層232可包括電子傳輸層，而電子傳輸層係可堆疊於第五電極231上。第一絕緣層233係可先堆疊於電子傳輸層上，再將第六電極234堆疊於第一絕緣層233，且第六電極234係可以為一基極。第二有 機發光二極體24之第七電極242可以為一陽極，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、鋁/氧化鉬、鋁/氧化鉬/PEDOT或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫。
同樣的，當第一絕緣層233及第六電極234之厚度適當時，自第五電極231注入的電子可穿透過第一絕緣層233後以彈道式的方式通過第六電極234，並且可藉由控制第六電極234的電流大小，使大多數的電子穿過第六電極234至第四有機層241，而不會流向第六電極234。當電子穿過第六電極234至第四有機層241後，可在第四有機層241處與第七電極242注入之電洞相結合，使得第四有機層241之發光層發出光線。因此，可利用調變第六電極234之電流控制電子進入第二有機發光二極體24的數量，進而達到控制第二有機發光二極體24發光強度。
如第5圖、第7圖與第8圖所示，透明基材可設置於第二垂直式電晶體23側，且基材10可以為透明基材、玻璃基材或塑膠基材...等，也就是說可將第二垂直式電晶體23之第五電極231設置於透明基材上，此時第二有機發光二極體24產生之光線，由於第七電極242可以為很薄金屬電極之緣故，使得光線可透過第七電極242向上出光，所以可將待偵測之物體40設置於光偵測裝置結構上方，以利偵測。而由於可選用透明電極作為第五電極231，使得光線亦可透過第五電極231與基材10而向下透光，達到向上與向下皆可發光，使得可同時對上下兩側物體40進行偵測。
又如第6圖所示，透明基材可設置於第二有機發光二極體 24側，且基材10可以為透明基材、玻璃基材或塑膠基材...等，也就是說可將第二有機發光二極體24之第七電極242設置於透明基材上，而當第四有機層241之發光層發光時，由於第七電極242可以為很薄金屬電極或透明電極之緣故，使得光線亦可透過第七電極242後，由透明基材向下出光，且可將待偵測之物體40放置於光偵測裝置結構下方，以便偵測。上述之透明基材並可以具備可撓曲式性質，以利光偵測裝置結構應用於軟式電子裝置。
如第7圖所示，其係為光偵測裝置結構之實施態樣七，其中第二垂直式電晶體23可進一步具有一第五有機層235，其可以為電子傳輸層、電洞傳輸層、電子阻擋層或電洞阻擋層，且第五有機層235係可設置於第二垂直式電晶體23之第六電極234及第二有機發光二極體24之第四有機層241之間。
如第7圖所示，其係在第二垂直式電晶體23側設置有透明基材，且透明基材之材料可以為具可撓曲性之玻璃基材或塑膠基材...等。然而在另一實施態樣中，亦可將透明基材設置於第二有機發光二極體24側(圖未示)，又可選用透明電極作為第七電極242，而使得第二有機發光二極體24之發光層所發出之光線，可透過第七電極242與透明基材向下透射出，用以入射至物體40。
如第8圖所示，其係為光偵測裝置結構之實施態樣八，其中垂直驅動有機發光電晶體20可進一步具有一第五有機層235以及一第八電極236。
第五有機層235係可以為電子傳輸層、電洞傳輸層、電子 阻擋層或電洞阻擋層，且第五有機層235係堆疊於第六電極234上。第八電極236則堆疊於第五有機層235，而使得第五有機層235設置於第六電極234及第八電極236之間，用以當作陰極或陽極。且第八電極236上又堆疊有第四有機層241。而第八電極236之材質係可以為低功函數之金屬，例如鋁或銀...等，也可以為例如PEDOT之高導電高分子或金屬與其他材料的多層結構，例如鋁/氧化鉬、鋁/氧化鉬/PEDOT、金/PEDOT...等。
第八電極236在光偵測裝置結構中當作陰極或陽極之應用可舉例來說，當第二垂直式電晶體23之第五電極231為陽極、第六電極234為基極、且第七電極242係為陰極時，第八電極236則可以為陽極。同樣的，當第二垂直式電晶體23之第五電極231為陰極、第六電極234為基極，且第七電極242為陽極時，第八電極236則可以為陰極。
如第8圖所示，其係在第二垂直式電晶體23側設置有透明基材，且透明基材之材料可以為具可撓曲性之玻璃基材或塑膠基材...等。然而在另一實施態樣中，亦可將透明基材設置於第二有機發光二極體24側(圖未示)，又可選用透明電極作為第七電極242，而使得第二有機發光二極體24之發光層所發出之光線，可透過第七電極242與透明基材透向下射出，用以對物體40進行偵測。
光偵測單元30，如第1圖至第11圖所示，其係設置於基材10之一第二位置，並依設計上之需求使第一位置與第二位置相距一適當距離。
光偵測單元之其中一實施態樣係可如第9圖所示，光偵測單元可具有一第三垂直式電晶體31；一光偵測層32；以及一第十二電極33。
第三垂直式電晶體31，其具有一第九電極311；一第六有機層312；一第十電極313；以及一第十一電極314。其中，第六有機層312係堆疊於第九電極311上，且第六有機層312係可選自於電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層、電子阻擋層、電子傳輸層、及電子注入層所組成群組。又第十電極313係可結合於第六有機層312之任何位置，係包含設置於第六有機層312的上方。而第十一電極314係堆疊於第六有機層312上，用以當作陰極或陽極。
光偵測層32，其係垂直堆疊於第三垂直式電晶體31，且係為一類似光電二極體之結構，當有外部光線入射至光偵測層32時，光偵測層32可產生光電流，並且可由下方的第三垂直式電晶體31來讀取。第十二電極33，其係堆疊於光偵測層32，用以作為光偵測單元30之陰極或陽極。
光偵測單元30之陰極或陽極之應用可舉例來說，第三垂直式電晶體31之第九電極311係可以為一陽極，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、氧化鉬/鋁、PEDOT/氧化鉬/鋁或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫。而堆疊於第九電極311上之第六有機層312則可選用電洞注入層及電洞傳輸層，其中電洞注入層可堆疊於第九電極311，而電洞傳輸層可再堆疊於電洞注入層上。第十電極313係可以為一柵極，其係可結合於電洞傳輸層中的任何位置，包含在電洞傳輸 層的上方。又第十一電極314係堆疊於第六有機層312上，且可以為一陽極，並可選用例如PEDOT之高導電高分子或金屬與其他材料的多層結構，例如鋁/氧化鉬、鋁/氧化鉬/PEDOT、金/PEDOT...等。此時第十二電極33則可以為一陰極，且為了增加電子注入效率，陰極通常選用較低功函數之複合金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。
第十電極313之功用為控制電洞注入光偵測層32之數量，當電洞在適當的第十電極313及第十二電極33的電壓調變下，可以穿過第十電極313而到達第十一電極314。此時第三垂直式電晶體31處於低電阻狀態，外部電路可以去讀取光偵測層32之光電流，進一步可以判讀光偵測層32是否有偵測到光線。
又舉例來說，第三垂直式電晶體31之第九電極311係可以為一陰極，且為了增加電子注入效率，陰極通常選用較低功函數之複合金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。同時，堆疊於第九電極311上之第六有機層312將選用電子傳輸層，而電子傳輸層係可堆疊於第九電極311上。且第十電極313係可以為一柵極，其係可結合於電子傳輸層中的任何位置，包含在電子傳輸層的上方。又第十一電極314係堆疊於第六有機層312上方，且可以為一陰極，並可選用例如鋁或銀...等材質。此時第十二電極33則可以為一陽極，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、鋁/氧化鉬、鋁/氧化鉬/PEDOT或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫。
第十電極313之功用為控制第三垂直式電晶體31的開關。當電洞在適當的第十電極313的電壓調變下，第三垂直式電晶體31可以處在開的狀態下。第三垂直式電晶體31處於低電阻狀態，外部電路可以去讀取光偵測層32之光電流，進一步可以判讀光偵測層32是否有偵測到光線。
如第9圖所示，基材10可設置於第一垂直式電晶體21與第三垂直式電晶體31側，且基材10可以為透明基材、玻璃基材或塑膠基材...等，也就是說可將第一垂直式電晶體21之第一電極211與第三垂直式電晶體31之第九電極311設置於透明基材上。當光線自第二有機層221之發光層向上出光時，此時若有待測物體40存在，則光線將會被物體40反射至濾波器50，且光線通過濾波器50後會到達光偵測層32。
又如第10圖所示，透明基材也可設置於第一有機發光二極體22與第十二電極33側，且基材10可以為透明基材、玻璃基材或塑膠基材...等，也就是說可將第一有機發光二極體22之第三電極222設置於透明基材上，又由於第三電極222可以為很薄之金屬電極或透明電極，所以當第二有機層221之發光層發光時，光線亦可透過第三電極222後由透明基材透向下射出，此時若有待測物體40存在，則光線將會被物體40反射至第十二電極33，又由於第十二電極33也可選用透明電極，使得光線將通過第十二電極33而到達光偵測層32。
又光偵測單元30可具有一熱載子電晶體34；一光偵測層32；以及一第十三電極35。
熱載子電晶體34，其具有一射極341；一第七有機層342； 一第二絕緣層343；一基極344；一第八有機層345；以及一集極346。其中，第七有機層342係堆疊於射極341上，且第七有機層342係可選自於電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層、電子阻擋層、電子傳輸層、及電子注入層所組成群組。第二絕緣層343則堆疊於第七有機層342及基極344之間，而基極344則堆疊於第二絕緣層343上。又第八有機層345係堆疊於基極344上，其可以選自於電子傳輸層、電洞傳輸層、電子阻擋層及電洞阻擋層所組成之群組，又集極346係堆疊於第八有機層345上。
光偵測層32，其係垂直堆疊於熱載子電晶體34，且係為類似光電二極體之結構，當外部光線入射至光偵測層32時，將可使光偵測層32中的電子及電洞分離並產生光電流變化。第十三電極35，其係堆疊於光偵測層32，用以作為光偵測單元30之陰極或陽極。
光偵測單元30之陰極或陽極之應用可舉例來說，當熱載子電晶體34之射極341係為一陽極時，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、氧化鉬/鋁、PEDOT/氧化鉬/鋁或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫。同時堆疊於射極341上之第七有機342層可選用電洞注入層及電洞傳輸層，其中電洞注入層堆疊於射極341，而電洞傳輸層可再堆疊於電洞注入層上。第二絕緣層343係可先堆疊於電洞傳輸層上，再將基極344堆疊於第二絕緣層343。又堆疊於基極344上方之第八有機層345可選用電洞注入層及電洞傳輸層，且由電洞注入層堆疊於基極344，而電洞傳輸層可再堆疊於電洞注入層上。 而集極346係可堆疊於電洞注入層上且亦可以為一陽極，並與射極341使用相同之材料。
光偵測層32上之第十三電極35可以為一陰極。陰極通常選用較低功函數之複合金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。當第二絕緣層343及基極344之厚度適當時，自射極341注入的電洞可穿透過第二絕緣層343後以彈道式的方式通過基極344，並且可藉由控制基極344的電流大小，使大多數的電洞穿過基極344注入集極346，而不會流向基極344。
當熱載子電晶體34處於低電阻狀態時，外部電路可讀取光偵測層32之光電流，進一步可以判讀光偵測層32是否有偵測到光線。
又舉例來說，熱載子電晶體34之射極341係可以為一陰極，且為了增加電子注入效率，陰極通常選用較低功函數之金屬材料，如：鈣/鋁、氟化鋰/鋁、氟化銫/鋁、鋇/鋁或其組合。又堆疊於射極341上之第七有機層342可包括電子傳輸層，而電子傳輸層係可堆疊於射極341上。第二絕緣層343係可先堆疊於電子傳輸層上，再將基極344堆疊於第二絕緣層343。又堆疊於基極344上方之第八有機層345可包括電子傳輸層，而集極346係可堆疊於電子傳輸層上且亦可以為一陰極，並與射極341使用相同之材料。
光偵測層32上之第十三電極35可以為一陽極，且通常選用較高功函數之材料，如：金、白金、鋁/氧化鉬、鋁/氧化鉬/PEDOT或其組合，也可選用透明電極，例如：氧化銦錫。同 樣的，當第二絕緣層343及基極344之厚度適當時，自射極341注入的電子可穿透過第二絕緣層343後以彈道式的方式通過基極344，並且可藉由控制基極344的電流大小，使大多數的電子穿過基極344注入集極346，而不會流向基極344。
藉由熱載子電晶體34之電壓調變下，可以決定外部電路是否能與光偵測單元30導通，進一步可指定讀取某一光偵測單元30之光電流變化。
如第11圖所示，其係在第二垂直式電晶體23與熱載子電晶體34側設置有透明基材，且透明基材之材料可以為具可撓曲性之玻璃基材或塑膠基材...等。然而在另一實施態樣中，亦可將透明基材設置於第二有機發光二極體24與濾波器50(圖未示)，又可選用透明電極作為第七電極242，而使得第二有機發光二極體24之發光層所發出之光線，可透過第七電極242與透明基材向下透射出，用以入射至物體40。又由於第十三電極35可選用透明電極，使得被物體40反射之光線會透過濾波器50與第十三電極35後入射至光偵測層32，引起光偵測層32之光電流變化。
光偵測單元30之實施態樣如第1圖至第11圖所示，光偵測單元30係可以為一光電二極體，或者光偵測單元30亦可以由光偵測層32與第三垂直式電晶體31或與熱載子電晶體34相互整合為一體。又上述之光偵測單元30之所有實施態樣皆可依實際需求選擇，並與垂直驅動有機發光電晶體20配合使用，以求達到最佳功效。
其中當光偵測單元30為光偵測層32與第三垂直式電晶體 31或熱載子電晶體34相結合時，係可藉由調控第三垂直式電晶體31或熱載子電晶體34之電壓，用以決定外部電路是否能與光偵測單元30導通，因此可指定讀取某一光偵測單元30之光電流變化。
當光偵測裝置結構之垂直驅動有機發光電晶體20發出光線時，若無待偵測之物體40，則光偵測單元30將不會接收到任何光線，而因為沒有接收到光線的緣故，所以光偵測單元30將無法被導通也不會產生電流。反之，若是光偵測裝置結構前有放置待偵測之物體40，則垂直驅動有機發光電晶體20發出之部分光線將會被物體40所吸收，而另一部分光線則將會被反射，因此光偵測單元30將接收到來自物體40的被反射光線，且將導通光偵測單元30並產生電流值之變化。
而光偵測單元30上電流值之變化可配合外加一電子裝置，用以計算光偵測單元30電流值之變化與垂直驅動有機發光電晶體20發射光線之時間間隔或光強度大小，藉此得知物體40與光偵測裝置結構間之距離。也可進一步將光偵測單元30所接收到的反射光線波長，與垂直驅動有機發光電晶體20所發出之光線波長相比較，即可得知物體40之吸收光譜，而藉由分析吸收光譜則可判讀物體40之組成成分。
舉例來說，將人體內細胞官能化之後，會使得正常細胞與病變細胞產生結構上的差異，例如癌細胞表面官能化後會有許多可被特定波長激發而放光的分子。因此可利用垂直驅動有機發光電晶體20產生具有特定波長的光線照射體表，進而導致病變細胞被具有特定波長的光線照射後，病變細胞上的分子被 光線激發，以放出被病變細胞反射且具有偏移波長的光線，再藉由光偵測單元30接收被反射光線，且進而分析偵測到的反射光線，即可判定體內是否有病變細胞，例如癌細胞的存在。藉此可有效縮短診斷檢驗的時間，並可使病人提早接受醫學治療而提升治癒率。
如第12圖所示，可將複數個光偵測裝置結構整合為一陣列結構60，例如：4×4陣列結構。又可藉由每一光偵測裝置結構中垂直驅動有機發光電晶體20之第一垂直式電晶體21或第二垂直電晶體23，分別驅動第一有機發光二極體22或第二有機發光二極體24發光。且當設置一待偵測之物體40時，所對應之光偵測單元30便可接收被待偵測物體40反射之反射光線。
舉例來說，當光偵測裝置結構P11中之垂直驅動有機發光電晶體20發光時，光偵測裝置結構P11中的光偵測單元30將接收到最多的反射光線，光偵測裝置結構P6、光偵測裝置結構P7、光偵測裝置結構P8、光偵測裝置結構P10、光偵測裝置結構P12、光偵測裝置結構P14、光偵測裝置結構P15與光偵測裝置結構P16則次之，且逐漸往外遞減。由於光偵測裝置結構所組成之陣列結構60可大範圍的偵測待測物體40之反射光線，使得可以應用於偵測物體40之形狀。
然而，因為光偵測單元30可能會直接吸收來自於垂直驅動有機發光電晶體20所發出之光線波長，而產生光干擾，並且有可能會將光線誤判為來自於待偵測物體40之反射光線波長，導致錯誤判讀物體40之形狀、組成成分…等。為避免光 干擾之影響，如第7圖所示，當垂直驅動有機發光電晶體20向上發光時，可進一步設置一濾波器50於光偵測單元30上，用以接收來自上方之反射光線。或者是如第8圖所示，當垂直驅動有機發光電晶體20向下出光時，也可以將濾波器50設置於光偵測單元30及基材10間。若是垂直驅動有機發光電晶體20同時向上及向下出光時，則可以在光偵測單元30之兩側分別設置濾波器50，使得來自上方與下方之反射光線皆會經過濾波器50。藉由濾波器50的設置以濾除光干擾，進而提升光偵測單元30接收光線波長之準確性。
又如第9圖所示，濾波器50可設置於第十二電極33上方，亦可如第10圖所示，將濾波器50設置於第十二電極33與基材10間。除此之外，也可設置於光偵測層32與第三垂直式電晶體31之第十一電極314之間(圖未示)。
且如第11圖所示，亦可將濾波器50設置於第十三電極35上方，而當第二有機發光體與第十三電極35側設置透明基材時，濾波器可位於第十三電極35與基材10間(圖未示)。除此之外，也可設置於光偵測層32與熱載子電晶體34之集極346之間(圖未示)。
此外，光偵測裝置結構中之垂直驅動有機發光電晶體20所發出之光線波長應避開光偵測單元30之最敏感波長範圍，使得濾波器50可設定為濾除光偵測單元30之最敏感波長範圍外的其他光線波長，以提高光偵測單元30之精確度。又上述所有實施態樣皆可依需求於光偵測單元30上設置濾波器50。
又由於光偵測裝置結構為一軟式電子裝置，係可貼附於物 體40表面，掃瞄物體40表面文字或圖形，用以達到改良掃瞄器之功效，進一步可應用於製成可撓曲式掃瞄器。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
10‧‧‧基材
20‧‧‧垂直驅動有機發光電晶體
21‧‧‧第一垂直式電晶體
211‧‧‧第一電極
212‧‧‧第一有機層
213‧‧‧第二電極
214‧‧‧第四電極
22‧‧‧第一有機發光二極體
221‧‧‧第二有機層
222‧‧‧第三電極
23‧‧‧第二垂直式電晶體
231‧‧‧第五電極
232‧‧‧第三有機層
233‧‧‧第一絕緣層
234‧‧‧第六電極
235‧‧‧第五有機層
236‧‧‧第八電極
24‧‧‧第二有機發光二極體
241‧‧‧第四有機層
242‧‧‧第七電極
30‧‧‧光偵測單元
31‧‧‧第三垂直式電晶體
311‧‧‧第九電極
312‧‧‧第六有機層
313‧‧‧第十電極
314‧‧‧第十一電極
32‧‧‧光偵測層
33‧‧‧第十二電極
34‧‧‧熱載子電晶體
341‧‧‧射極
342‧‧‧第七有機層
343‧‧‧第二絕緣層
344‧‧‧基極
345‧‧‧第八有機層
346‧‧‧集極
35‧‧‧第十三電極
40‧‧‧物體
50‧‧‧濾波器
60‧‧‧陣列結構
P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16‧‧‧光偵測裝置結構
第1圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣一。
第2圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣二。
第3圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣三。
第4圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣四。
第5圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣五。
第6圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣六。
第7圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣七。
第8圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣八。
第9圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣九。
第10圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣十。
第11圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之剖視實施態樣十一。
第12圖係為本發明之一種光偵測裝置結構之應用實施例圖。
10‧‧‧基材
20‧‧‧垂直驅動有機發光電晶體
21‧‧‧第一垂直式電晶體
211‧‧‧第一電極
212‧‧‧第一有機層
213‧‧‧第二電極
22‧‧‧第一有機發光二極體
221‧‧‧第二有機層
222‧‧‧第三電極
30‧‧‧光偵測單元
40‧‧‧物體

Claims (42)

  1. 一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置，該垂直驅動有機發光電晶體具有一第一垂直式電晶體，其具有一第一電極；一第一有機層，其係堆疊於該第一電極；及一第二電極，其係結合於該第一有機層；以及一第一有機發光二極體，其具有一第二有機層，其係垂直堆疊於該第一垂直式電晶體；及一第三電極，其係堆疊於該第二有機層；一第四電極，其係設置於該第一有機層及該第二有機層之間；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，且該第一位置係與該第二位置相距一適當距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該基材係為一透明基材。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該基材係為一玻璃基材或一塑膠基材。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該第一電極係貼合設置於該基材。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該第三電極係貼合設置於該基材。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該第一電極係為一陽極、該第二電極係為一柵極、該第三電極係 為一陰極、以及該第四電極係為一陽極。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該第一電極係為一陰極、該第二電極係為一柵極、該第三電極係為一陽極、以及該第四電極係為一陰極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元係為一光電二極體。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元進一步具有一濾波器，設置於該光偵測單元上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元進一步具有一濾波器，設置於該光偵測單元及該基材間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元係具有一第三垂直式電晶體，其具有一第九電極；一第六有機層，其係堆疊於該第九電極；一第十電極，其係結合於該第六有機層；一第十一電極，其係堆疊於該第六有機層；一光偵測層，其係垂直堆疊於該第三垂直式電晶體；以及一第十二電極，其係堆疊於該光偵測層。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元係具有一熱載子電晶體，其具有一射極；一第七有機層，其係堆疊於該射極；一第二絕緣層，其係堆疊於該第七有機層；一基極，其係堆疊於該第二絕緣層；一第八有機層，其係堆疊於該基極；及一集極，其係堆疊於該第八有機層；一光偵測層，其係垂直堆疊於該熱載子電晶體；以及一第十三電極，其係堆疊於該光偵測層。
  13. 一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，該光偵測單元具有一濾波器，設置於其上，且該第一位置係與該第二位置相距一適當距離。
  14. 一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置，該垂直驅動有機發光電晶體具有一第二垂直式電晶體，其具有一第五電極；一第三有機層，其係堆疊於該第五電極；一第一絕緣層，其係堆疊於該第三有機層，以及一第六電極，其係堆疊於該第一絕緣層；以及一第二有機發光二極體，其具有一第四有機層，其係垂直堆疊於該第二垂直式電晶體；以及一第七電極，其係堆疊於該第四有機層；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，且該第一位置係與該第二位置相距一適當距離。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該第五電極係貼合設置於該基材。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該第七電極係貼合設置於該基材。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該第 五電極係為一陽極、該第六電極係為一基極、以及該第七電極係為一陰極。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該第五電極係為一陰極、該第六電極係為一基極、以及該第七電極係為一陽極。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該第二垂直式電晶體進一步具有一第五有機層，其係設置於該第六電極及該第四有機層之間。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該第二垂直式電晶體進一步具有一第五有機層以及一第八電極，其中該第五有機層係設置於該第六電極及該第八電極之間，且該第八電極係設置於該第五有機層及該第四有機層之間。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元進一步具有一濾波器，設置於該光偵測單元上。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元進一步具有一濾波器，設置於該光偵測單元及該基材間。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之光偵測裝置結構，其中該第五電極係為一陽極、該第六電極係為一基極、該第七電極係為一陰極、以及該第八電極係為一陽極。
  24. 如申請專利範圍第20項所述之光偵測裝置結構，其中該第五電極係為一陰極、該第六電極係為一基極、該第七電極係為一陽極、以及該第八電極係為一陰極。
  25. 如申請專利範圍第20項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元進一步具有一濾波器，設置於該光偵測單元上。
  26. 如申請專利範圍第20項所述之光偵測裝置結構，其中該光偵測單元進一步具有一濾波器，設置於該光偵測單元及該基材間。
  27. 一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，該光偵測單元係具有一第三垂直式電晶體，其具有一第九電極；一第六有機層，其係堆疊於該第九電極；一第十電極，其係結合於該第六有機層；一第十一電極，其係堆疊於該第六有機層；一光偵測層，其係垂直堆疊於該第三垂直式電晶體；以及一第十二電極，其係堆疊於該光偵測層，且該第一位置係與該第二位置相距一適當距離。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之光偵測裝置結構，其中該第九電極係貼合設置於該基材。
  29. 如申請專利範圍第27項所述之光偵測裝置結構，其中該第十二電極係貼合設置於該基材。
  30. 如申請專利範圍第27項所述之光偵測裝置結構，其中該第九電極係為一陽極、該第十電極係為一柵極、該第十一電極係為一陰極、以及該第十二電極係為一陽極。
  31. 如申請專利範圍第27項所述之光偵測裝置結構，其中該第 九電極係為一陰極、該第十電極係為一柵極、該第十一電極係為一陽極、以及該第十二電極係為一陰極。
  32. 如申請專利範圍第27項所述之光偵測裝置結構，其進一步具有一濾波器，設置於該光偵測層與該第三垂直式電晶體之間。
  33. 如申請專利範圍第27項所述之光偵測裝置結構，其進一步具有一濾波器，設置於該第十二電極上。
  34. 如申請專利範圍第27項所述之光偵測裝置結構，其進一步具有一濾波器，設置於該第十二電極與該基材之間。
  35. 一種光偵測裝置結構，其包括：一基材；一垂直驅動有機發光電晶體，其係設置於該基材之一第一位置；以及一光偵測單元，其係設置於該基材之一第二位置，該光偵測單元係具有一熱載子電晶體，其具有一射極；一第七有機層，其係堆疊於該射極；一第二絕緣層，其係堆疊於該第七有機層；一基極，其係堆疊於該第二絕緣層；一第八有機層，其係堆疊於該基極；及一集極，其係堆疊於該第八有機層；一光偵測層，其係垂直堆疊於該熱載子電晶體；以及一第十三電極，其係堆疊於該光偵測層。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之光偵測裝置結構，其中該射極係貼合設置於該基材。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之光偵測裝置結構，其中該第 十三電極係貼合設置於該基材。
  38. 如申請專利範圍第35項所述之光偵測裝置結構，其中該第射極係為一陽極、該集極係為一陽極、以及該第十三電極係為一陰極。
  39. 如申請專利範圍第35項所述之光偵測裝置結構，其中該第射極係為一陰極、該集極係為一陰極、以及該第十三電極係為一陽極。
  40. 如申請專利範圍第35項所述之光偵測裝置結構，其進一步具有一濾波器，設置於該第十三電極上。
  41. 如申請專利範圍第35項所述之光偵測裝置結構，其進一步具有一濾波器，設置於該光偵測層與該熱載子電晶體之間。
  42. 如申請專利範圍第35項所述之光偵測裝置結構，其進一步具有一濾波器，設置於該第十三電極與該基材之間。
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