TW202339246A - 發光元件及包含其之顯示裝置 - Google Patents

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全翔鎬
蔡知松
李相勳
張振赫
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南韓商三星顯示器有限公司
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Abstract

本發明提供一種發光元件和包含其之顯示裝置。所述發光元件包含摻雜有第一類型摻雜劑的第一半導體層、摻雜有第二類型摻雜劑的第二半導體層以及設置於第一半導體層與第二半導體層之間的發光層，發光層包含至少一第一材料層以及至少一第二材料層，其中至少一第一材料層包含基於氧化鋅(ZnO)的材料，而至少一第二材料層包含基於鎵氮化物(GaN)的材料。

Description

發光元件及包含其之顯示裝置
本揭露係關於一種發光元件及包含其之顯示裝置。
隨著多媒體技術的發展，顯示裝置變得越來越重要。因此，已經使用了例如有機發光二極管(OLED)顯示裝置、液晶顯示(LCD)裝置等的各種顯示裝置。
顯示圖像的顯示裝置通常包含顯示面板，例如：OLED顯示面板或LCD面板，顯示面板可以包含發光元件，並且發光元件可以是發光二極管(LED)，LED的實例包含使用有機材料作為發光材料的有機LED(OLED)和使用無機材料作為發光材料的無機LED。
應當理解，先前技術的部分意在為理解該技術提供有用的背景。然而，先前技術可以進一步包含不屬於本發明所屬領域中具有通常知識者在本說明書中揭示的請求標的的相應有效申請日期之前已知或理解的內容的想法、概念或認知。
本揭露的多個態樣提供了一種具有提高量子效率的發光層的發光元件和一種包含其之顯示裝置。
然而，本揭露的各個態樣不限於本說明書所闡述的那些態樣。通過參考下面給出的本揭露的詳細描述，本揭露的上述和其他態樣對於本發明所屬領域中具有通常知識者將變得更加清楚。
根據本揭露的一個態樣，一種發光元件，其包含：一第一半導體層，摻雜有一第一類型摻雜劑；一第二半導體層，摻雜有一第二類型摻雜劑；以及一發光層，設置於該第一半導體層與該第二半導體層之間，其中該發光層可以包含：至少一第一材料層；以及至少一第二材料層，該至少一第一材料層可以包含基於氧化鋅(ZnO)的材料，以及該至少一第二材料層可以包含基於氮化鎵(GaN)的材料。
在一實施例中，該發光層可以是一多層結構，該多層結構可以由複數個第一材料層與複數個第二材料層交替層疊而成。
在一實施例中，該至少一第一材料層的一帶隙能量可以小於該至少一第二材料層的一帶隙能量。
在一實施例中，該發光層可以包含(GaN) 1-x(ZnO) x，且x係介於約0.22至約0.75的一範圍內。
在一實施例中，從該發光層發出的光的一波長可以介於約450nm至約495nm的一範圍內。
在一實施例中，該發光層可以包含(GaN) 1-x(ZnO) x，且x等於或小於約0.22。
在一實施例中，從該發光層發出的光的一波長可以介於約495nm至約550nm的範圍內。
在一實施例中，該發光層的一帶隙能量可以介於約2.2eV至約2.7eV的一範圍內。
在一實施例中，從該發光層發射的光可以具有等於或大於約79%的量子效率。
在一實施例中，該至少一第一材料層與該至少一第二材料層之間的晶格失配率可以等於或小於約1.8%。
在一實施例中，該至少一第一材料層可以進一步包含銦(In)。
在一實施例中，從該發光層發出的光的一波長可以介於約550nm至約690nm的一範圍內。
在一實施例中，該發光層的一帶隙能量可以介於約1.8eV至約2.2eV的一範圍內。
在一實施例中，該第一材料層的一銦含量可以等於或小於約10%。
在一實施例中，該發光元件可以是具有一縱橫比介於約1.2:1至約100:1的一範圍內的桿狀。
在一實施例中，該發光元件進一步包含：一器件電極層，設置在該第二半導體層上；以及一絕緣膜，分別圍繞該第一半導體層、該發光層以及該第二半導體層的一外表面。
根據本揭露的一個態樣，一種顯示裝置可以包含：一第一電極及一第二電極，分別配置於一基板上並且彼此隔開，一發光元件，設置於第一電極與第二電極之間，該發光元件可以具有一第一端部與一第二端部；一第一連接電極，接觸該發光元件的該第一端部；以及一第二連接電極，接觸該發光元件的該第二端部，其中該發光元件包含：一第一半導體層；一第二半導體層；以及一發光層，該發光層可以係配置於該第一半導體層與該第二半導體層之間，以及該發光層可以包含：至少一第一材料層，其可以包含基於氧化鋅(ZnO)的材料；以及至少一第二材料層，其可以包含基於氮化鎵(GaN)的材料。
在一實施例中，該至少一第一材料層可以與該至少一第二材料層在平行於該基板的一表面的一方向上交替設置。
在一實施例中，該發光層可以包含(GaN) 1-x(ZnO) x，且x可以係介於約0.22至約0.75的一範圍內。
在一實施例中，該至少一第一材料層可以進一步包含一含量等於或小於約10%的銦(In)。
根據本發明的上述及其他實施例，發光元件可包含含有基於氧化鋅(ZnO)的材料和基於氮化鎵(GaN)的材料的發光層。因此，該發光元件和包含其之顯示裝置可以以提高的量子效率發射可見波段(wavelength band)中的可見光。
應當理解，上述實施例僅以一般和解釋的意義描述，並非出於限制的目的，並且本揭露不限於上述實施例。
現在將在下文中參考其示出的實施例的圖式更全面地描述本揭露。然而，本揭露可以以各種不同的形式實施，並且不應被解釋為僅限定於本文所示的實施例。相反，這些實施例作為示例被提供以使本揭露變得清楚和完整，以及將本揭露的方面和特徵充分地傳達給本發明所屬領域中具有通常知識者。
在圖式中，為了便於描述和清楚起見，可能誇大了元件的尺寸、厚度、比率和尺寸，相同的元件符號始終表示相同的元件。
在說明書中，應當理解，當元件(或區域、層、部分等)被稱為「在(on)」、「連接到(connected to)」或「耦合到(coupled to)」另一個元件時，它可以直接在、連接到或耦合到另一元件，或者一個或多個中間元件可以存在於它們之間。同理，當一個元件(或區域、層、部分等)被描述為「覆蓋(covering)」另一個元件時，它可以直接覆蓋另一個元件，或者可以在其間存在一個或多個中間元件。
在本說明書中，當一個元件「直接在(directly on)」、「直接連接到(directly connected to)」或「直接耦合到(directly coupled to)」另一個元件時，則不存在中間元件。例如：「直接在(directly on)」可以意味著設置兩個層或兩個元件時，則沒有附加元件，例如它們之間的黏合元件。
應當理解，術語「連接到(connected to)」或「耦合到(coupled to)」可以包含物理或電性連接或耦合。
在本說明書中，除非上下文另有明確說明，以單數形式使用的表達，例如「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」，也旨在包含複數形式。
在本說明書中，術語「及/或(and/or)」包括一個或多個相關列出的項目之任意或所有組合。例如：「A及/或B」可以理解為表示「A、B或A和B」。用語「和」和「或」可以結合或分離的意義使用，並且可以理解為等同於「及/或」。
在說明書和請求項中，出於其含義和解釋的目的，用語「至少一個(at least one of)」旨在包括「選自該群組中的至少一個」的含義。例如：「A和B中的至少一個」可以理解為表示「A、B或A和B」。在元件列表之前，用語「至少一個」修飾整個元件列表，而不修飾列表中的各個元件。
應當理解，儘管在這裡可以使用術語「第一」、「第二」等來說明各種類型的元件，但這些元件不應受到這些術語的限定。這些術語用於將一個元件與另一個元件區分開。因此，在不脫離本揭露的教示的情況下，下文的第一元件可以稱作第二元件。
為了便於描述，本說明書可以使用空間相關術語「下(below)」、「下(beneath)」、「下(lower)」、「上(above)」、「上(upper)」等在本文中可以用於說明性目的，從而說明圖式中所示的一個元件與另一個元件的關係。空間相對術語旨在涵蓋除了圖式中描繪的方位以外的設備在使用、操作及/或製造中的不同方位。例如：若圖式中的設備被翻轉，則被說明為在其他元件或特徵「下方(below)」或「下方(beneath)」的元件將被定向為在其他元件或特徵「之上(above)」。因此，例示性術語「下方(below)」可以包含上方及下方兩個方位。此外，該裝置可以以其他方式定向，並且因此，本文中所使用的空間相對描述語也應做相應的解釋。
本說明書使用的術語「約(about)」或「大約(approximately)」包括規定值，並且意思為本發明所屬領域中具有通常知識者考量所討論的測量和相關誤差所確定的與特定數量的測量(即測量系統的局限性)，所確定的特定值的可接受偏差範圍內。例如：「約(about)」可表示在一個或複數個標準偏差內，或在規定值的±30%、20%、10%或5%內。
應當理解，用語「包括(comprises)」、「包括(comprising)」、「包含(includes)」、「包含(including)」、「具有(have)」、「具有(having)」、「含有(contains)」、「含有(containing)」等旨在指定所陳述的存在本揭露中的特徵、整數、步驟、操作、元件、組件或其組合，但不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件或其組合。
本發明各實施例的各特徵可以部分或全部相互組合或組合，可以在技術上互鎖及驅動，各實施例可以相互獨立實施，也可以聯合實施。
除非另有定義，否則本文中使用的所有術語(包含技術術語和科學術語)對於本領域具有通常知識者而言，可以根據具體情况理解上述術語的具體含義。除非在本文中另有明確定義，否則所有術語應如同在常用詞典中的定義，且依照相關領域中該術語的含義進行一致的解釋，並且不應理想化或過於正式的解釋。
下面將參照圖式描述本揭露的實施例。
第1圖係本發明的一實施例的發光元件的示意性立體圖，第2圖係第1圖的發光元件的示意性剖視圖，第3圖係本發明的另一實施例的發光元件的發光層的示意性剖視圖，第4圖係顯示第1圖的發光元件的第一材料層的氧化鋅(ZnO)含量和帶隙能量的曲線圖。
請參照第1圖和第2圖，可以是微粒裝置(particulate device)的發光元件ED可以為具有預定的縱橫比的桿(rod)狀或圓柱狀，發光元件ED可以在一個方向(DR3)上延伸，並且發光元件ED在延伸方向上的長度可以大於發光元件ED的直徑。例如：發光元件ED可以具有圓柱形、桿形、線形、管形或例如立方體形、長方體形或六棱柱形的多角柱形。在另一示例中，發光元件ED通常可以沿著一個方向延伸，並且可以部分地向外側傾斜。在本說明書中，「一個方向」、發光元件ED的延伸方向和發光元件ED的縱向方向可以互換使用，並且在下文中將被稱為縱向方向DR3。
發光元件ED可具有奈米級(例如：尺寸介於約1nm至約1μm的範圍內)或微米級(例如：尺寸介於約1μm至約1mm的範圍內)。發光元件ED在縱向方向DR3上的長度可以介於約1μm至約10μm的範圍內，並且發光元件ED的直徑可以為約500nm，例如：發光元件ED在縱向方向DR3上的長度可以介於約4μm至約5μm的範圍內，發光元件ED的縱橫比可以介於約1.2:1至約100:1的範圍內，但本揭露不限於此。
發光元件ED可以是由無機材料形成的無機發光二極管(LED)，無機LED可以包含半導體層，例如：無機LED可以包含第一導電類型(例如n型)半導體層、第二導電類型(例如p型)半導體層以及設置在第一與第二導電類型半導體之間的主動半導體層。主動半導體層可以從第一導電類型半導體層和第二導電類型半導體層接收電洞和電子，並且電洞和電子可以結合在一起以發光。若在特定方向上的兩個電極之間可以形成電場，則無機LED可以設置在兩個相對電極之間。
發光元件ED可以包含第一半導體層31、第二半導體層32、發光層33、器件電極層37和絕緣膜38。第一半導體層31、第二半導體層32、發光層33和器件電極層37可以在發光元件ED的縱向方向上依序堆疊，即在縱向方向DR3上。
第一半導體層31可以包含n型半導體。第一半導體層31可以包含半導體材料，即Al xGayIn 1-x-yN (其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。例如：第一半導體層31可以包含可以摻雜有n型摻雜劑的AlGaInN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN和InN中的至少一個。n型摻雜劑可以是Si、Ge、Sn或Se。
第二半導體層32可以設置在第一半導體層31上，發光層33介於第一半導體層31與第二半導體層32之間。第二半導體層32可以包含p型半導體，第二半導體層32可以包含半導體材料，即Al xGayIn 1-x-yN (其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。例如：第二半導體層32可以包含可以摻雜有p型摻雜劑的AlGaInN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN和InN中的至少一種，p型摻雜劑可以是Mg、Zn、Ca或Ba。
第2圖示出了第一半導體層31和第二半導體層32可以形成為單層，但本揭露不限於此。在其他實施例中，第一半導體層31和第二半導體層32可以分別包含多於一層，例如包覆層(clad layer)或拉伸應變勢壘減緩(tensile strain barrier reducing, TSBR)層，這取決於發光層33的材料。例如：發光元件ED可以進一步包含第一半導體層31與發光層33之間的半導體層或者第二半導體層32與發光層33之間的半導體層。第一半導體層31與發光層33之間的半導體層可以包含可摻雜有n型摻雜劑的AlGaInN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InN和SLs中的至少一種，並且半導體層第二半導體層32與發光層33之間可以包含可摻雜有p型摻雜劑的AlGaInN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN和InN中的至少一種。
發光層33可以設置在第一半導體層31與第二半導體層32之間，發光層33可以包含第一材料層340和第二材料層351和352，並且發光層33可以具有多量子阱結構。在發光層33具有多量子阱結構的情況下，發光層33可以是第一材料層340與第二材料層351和352交替堆疊的多層膜。第一材料層340可以是注入到發光層33中的電子和電洞複合在一起的阱層，第二材料層351和352可以是用作能量勢壘的勢壘層，第一材料層340的帶隙能量(bandgap energy)可以低於第二材料層351和352的帶隙能量。
第一材料層340可以設置在第二材料層351和352之間。第2圖示出了可作為第一勢壘層的第二材料層351可以設置在第一材料層340下方，而可以作為第二勢壘層的第二材料層352可以設置在第一材料層340上方，但本發明不限於此。在其他實施例中，發光層33可為第一材料層340與第二材料層351或352交替堆疊的多層膜，如第3圖所示。
發光層33可以通過來自第一半導體層31的電子和來自第二半導體層32的電洞的結合來發光，發光層33可以發出可見波段的光，例如：藍色波長光、綠波長光和紅波長光。第一材料層340可以包含具有對應於藍色波長光、綠色波長光和紅色波長光的帶隙能量的半導體材料。發光層33發出的光的波段可根據第一材料層340與第二材料層351和352的含量比而變化。
例如：第一材料層340可以包含基於II-VI族化合物的材料，例如：基於ZnO的材料。第二材料層351和352可以包含基於氮化鎵(GaN)的材料，例如：GaN或AlGaN。發光層33可以包含半導體材料，即(GaN) 1-x(ZnO) x(其中0≤x≤1)或GaZnNO，並且可以具有第一材料層340與第二材料層351和352可以交替堆疊的結構，可以控制發光層33中的鋅(Zn)含量，使得發光層33可以具有對應於可見波段的帶隙能量。
第4圖顯示發光層33的帶隙能量隨發光層33的ZnO-GaN組成比的變化。第4圖中，X軸表示(GaN) 1-x(ZnO) x中的x，Y軸表示發光層33的帶隙能量。發光層33的Zn含量在X軸上從左往右增加。發光層33的帶隙能量在Y軸上從下往上增加。
根據第一材料層340中的ZnO與第二材料層351和352中的GaN的組成比，發光層33可以發出不同顏色的光。
在x等於或小於約0.22或x等於或大於約0.75的情況下，從發光層33發射的光的帶隙能量可以介於約2.5eV至約2.7eV的範圍內。在這方面，從發光層33發射出的光可以是波長介於約450nm至約495nm的範圍內的藍色波長光。
在x介於約0.22至約0.75的範圍內的情況下，從發光層33發射的光的帶隙能量可以介於約2.2eV至約2.5eV的範圍內，從發光層33發射出的光可以是波長介於約495nm至約550nm的範圍內的綠色波長光。
例如：在x為0.5的情況下，從發光層33發出的光的帶隙能量可以減小到大約2.2eV。通過控制發光層33的ZnO含量，可以將發光層33發射出的光的帶隙能量降低至綠色波長光的帶隙能量。
在發光層33還包含銦(In)的情況下，發光層33可以發射約550nm至約690nm的波長范圍內的光，即紅色波長的光。這將在後面參照第6圖詳細描述。
由於控制發光層33的ZnO含量使得發光層33發射藍色、綠色或紅色波長的光，因此可以改善量子效率的任何降低。例如：發光層33可以發射具有高量子效率的藍色、綠色或紅色波長的光。這將在後面參照第5圖詳細描述。
從發光層33發出的光不僅可以通過發光元件ED的縱向方向DR3的兩個端面，可以進一步通過發光元件ED的側面，從發光層33發出光的方向沒有特別限制。
器件電極層37可為歐姆連接電極，但本發明不以此為限。在其他實施例中，器件電極層37可以是肖特基連接電極。發光元件ED可包含至少一電極層37。發光元件ED可包含多於一電極層37，但本發明不限於此。在其他實施例中，可以不設置器件電極層37。
在發光元件ED與電極或連接電極電性連接的情況下，器件電極層37可以降低發光元件ED與電極或(連接電極)之間的電阻，器件電極層37可以包含導電金屬。例如：器件電極層37可以包含Al、Ti、In、Au、Ag、ITO、IZO和IZTO中的至少一種。
絕緣膜38可以設置為圍繞第一和第二半導體層31和32以及器件電極層37。例如：絕緣膜38可以設置為至少圍繞發光層33，並且可以暴露發光元件ED的縱向方向上的兩個端部。在與發光元件ED的至少一端相鄰的區域中，絕緣膜38可以形成為在剖視圖中呈圓形。
絕緣膜38可以包含具有絕緣特性的材料，例如：氧化矽(SiO x)、氮化矽(SiN x)、氮氧化矽(SiO xN y)、氮化鋁(AlN x)、氧化鋁(AlO x)、氧化鋯(ZrO x)、氧化鉿(HfO x)和氧化鈦(TiO x)。絕緣膜38可以被例示為單層膜，但本揭露不限於此。在一些實施例中，絕緣膜38可以形成為其中可以堆疊多層的多層膜。
絕緣膜38可以保護第一半導體層31和第二半導體層32以及器件電極層37。絕緣膜38可以防止在發光元件ED的情況下可能發生在發光層33中的短路。直接接觸可以施加電訊號的電極，絕緣膜38可以防止發光元件ED的發光效率降低。
絕緣膜38的外表面可以進行表面處理，發光元件ED可以在分散在墨水的同時噴塗在電極上。在本說明書中，絕緣膜38的表面可以進行疏水或親水處理，以保持發光元件ED分散在墨水中而不與其他相鄰的發光元件ED聚集。
第5圖示出了第1圖的發光元件的發光層的能階以及根據一比較例的發光元件的發光層的能階。
第5圖(a)示出了發光層33的第一材料層340與第二材料層351、352以及發光層33沿著縱向方向的能階，第5圖(b)說明了根據的發光層比較例和根據比較例的發光層沿著縱向方向的能階。根據比較例的發光層包含：GaN勢壘層和介於GaN勢壘層之間的InGaN阱層。
請參照下表1，發光層33的第一材料層340可具有與發光層33的第二材料層351和352相似的晶格常數(lattice constant)。相反，根據比較例的發光層的InGaN阱層和GaN勢壘層之間的晶格常數差異可以較大，晶格常數可以是確定發光層33的材料的晶體幾何形狀的常數，並且可以定義在三維(3D)空間中有規律地重複排列的原子排列。晶格常數可以表示為每個晶胞的尺寸(例如：x、y和z軸長度a、b和c)，每個晶胞是晶格的最小重複單元。 [表1]
晶格參數 a ( ) c ( ) 失配率(%)
InGaN 3.533 5.692 10.8%
GaN 3.19 5.189 -
ZnO 3.249 5.207 1.8%
請參照表1，第一材料層340的晶格常數(或x軸或z軸長度a或c)可以接近於第二材料層351和352的晶格常數(或x軸或z軸長度a或c)，第一材料層340與第二材料層351和352之間的晶格失配率(lattice mismatch)可以等於或小於約1.8%。相反，根據比較例的發光層的InGaN阱層的晶格常數(或x軸或z軸長度a或c)可能與根據比較例的發光層的GaN勢壘層的(或x軸或z軸長度a或c)晶格常數大不相同，根據比較例的發光層的InGaN阱層和GaN勢壘層之間的晶格失配率為大約10.8%。例如：第一材料層340與第二材料層351和352之間的晶格失配率可以比根據到比較例的發光層的InGaN阱層與GaN勢壘層之間的晶格失配率小10倍。
在發光層33包含第一材料層340和與第一材料層340的晶格常數相差較小的第二材料層351和352的情況下，第一材料層340和第二材料層351和352可以形成超晶格結構。例如：ZnO和GaN可以介於約0K至約800K的溫度範圍內形成晶體結構，其中它們可以在每個晶格內規則地排列，沒有任何相分離(phase separation)，第一材料層340與第二材料層351和352之間的任何應變可以被最小化。
相反，在包含In的發光層中，即根據比較例的發光層，可能由於根據比較例的發光層的InGaN阱層和GaN勢壘層之間的晶格失配而產生應變，因此，可能發生可能導致In團聚的量子限制堆疊效應(quantum-confined stack effect, QCSE)現象和合金波動。
根據比較例，從發光層發出的光的波長隨著發光層的In含量而變化，並且發光層的In含量越大，從發光層發出的光的顏色從藍色變為綠色以及從綠色變為紅色越多，例如：若發光層的In含量等於或大於約10%，則發光層可發射綠光和紅光。隨著發光層的In含量越大，發光層的晶格常數越大，發光層的阱層與勢壘層的晶格失配率增加，可能由應變引起的內部缺陷的機率也會增加。因此，若增加發光層的In含量使得發光層發出綠色或紅色波長的光，則可能發生發光層的阱層的能階發生傾斜的QCSE現象，如第5圖(b)所示，導致發射光的量子效率的降低和發射光波長的變化，即色移現象。換言之，從包含In的發光層發出的綠色或紅色光的量子效率可能較低。例如：在任何給定的電流密度下，綠光的量子效率可能約為57%，這可能比藍光(即79%)減少了22%。
根據第1圖的實施例以及比較例的用於引起QCSE的壓電極化(piezoelectric polarization)數值以及發光層33的提高的量子效率的原因將請參照以下的表2來描述。 [表2]
組成 16% 18% 20% 22% 24% 25%
P PZ_InGaN -0.019 -0.021 -0.024 -0.026 -0.029 -0.030
P PZ_ZnO -0.003 -0.004 -0.004 -0.005 -0.005 -0.006
發光層的阱層與勢壘層之間的晶格常數差異會導致壓電極化，因此，根據發光層的阱層與勢壘層之間的晶格常數的差異沿著阱層的界面會產生偶極子(dipoles)，壓電極化可能是由於QCSE所引起的阱層的能階傾斜的原因。例如：隨著壓電極化增加，發光層的量子效率降低。
從表2清楚可見，包含ZnO的第一材料層340的壓電極化P PZ_ZnO可以比InGaN阱層的壓電極化P PZ_InGaN減少約83%。在發光層33包含第一材料層340的情況下，如第5圖(a)所示，可以減少阱層的能階的傾斜，即QCSE現象。因此，可以提高發光層33的量子效率，並且可以改善從發光層33發出的光的波長變化，即色移現象。例如：在發光層33包含Zn的情況下，綠光或紅光的量子效率可以與藍光的量子效率相同或相似。例如：在任何給定的電流密度下，綠光的量子效率可能與藍光的量子效率相同或接近，即79%。
由於發光層33的第一材料層340與第二材料層351和352形成超晶格結構，可以防止ZnO的團聚。例如：ZnO可以與GaN規則排列而不會團聚，因此，在比較例中可能出現的合金波動，例如：可以防止InGaN阱層與GaN勢壘層之間的晶格常數差異可能引起的團聚。由於可以改善這種合金波動，因此，可以降低非輻射複合(non-radiative recombination)的頻率，非輻射複合可以是不伴隨光發射的電子和電洞的複合。例如：發光層33的量子效率的下降可以達到最小化。
簡而言之，發光層33可以包含含有ZnO的第一材料層340和含有GaN的第二材料層351和352，發光層33可以根據其Zn含量而發射藍色、綠色或紅色波段中的光。例如：在發光層33具有等於或大於約22%的Zn含量或等於或大於約75%的Zn含量的情況下，發光層33可以發射具有提高的量子效率的綠色波長的光。
以下將描述根據本揭露另一實施例的發光元件ED_1。
第6圖係本發明的另一實施例的發光元件的示意性剖視圖。
參考圖。請參照第6圖，發光元件ED_1的發光層33_1可以具有多層結構，其中第一材料層340_1和第二材料層351_1和352_1可以交替堆疊。在發光元件ED_1中，第一半導體層31、第二材料層351_1、第一材料層340_1、第二材料層352_1、第二半導體層32和器件電極層37可以沿著縱向方向DR3依序形成。
發光層33_1與之前實施例的發光層類似，具有可以交替堆疊第一材料層340_1和第二材料層351_1和352_1的多量子阱結構，發光層33_1與之前實施例的對應物的不同之處在於第一材料層340_1可以包含ZnO並且可以進一步包含In。第一材料層340_1可以包含ZnO和In，第二材料層351_1和352_1可以包含GaN。例如：發光層33_1可以包含半導體材料，即INGaZnON。
由於第一材料層340_1包含ZnO和In，因此可以通過控制第一材料層340_1的Zn和In含量來控制從發光層340_1發射的光的波長，發光層33_1不僅可以發出藍光或綠色波長的光，也可以發出紅色波長的光。
例如：可以通過控制第一材料層340_1的In含量來發射具有高量子效率的紅色波長光。隨著第一材料層340_1的In含量增加，第一材料層340_1發出的光可以切換到紅色波段，並且隨著第一材料層340_1的In含量降低，第一材料層340_1發出的光可以切換到藍色波段。在第一材料層340_1包含In的情況下，可以降低發光元件ED_1發出的光的帶隙能量，使得光可以具有可見波段，並且可以提高光的量子效率。
例如：在第一材料層340_1進一步包含含量為約0%至約20%範圍內的In的情況下，發光層33_1發射的光的帶隙能量可降低至約1.8eV至約2.2eV。在這點上，發光層33_1發出的光的波長可以介於約550nm至約690nm的範圍內。例如：在第一材料層340_1進一步包含含量為約0%至10%的In的情況下，發光層33_1發出的光的帶隙能量可以介於約1.8eV的範圍內到大約2.2eV。例如：發光層33_1發出的光可以是紅色波長的光。
在第一材料層340_1包含等於或小於約22%或等於或大於約75%的ZnO的量的情況下，由第一材料層340_1發射的光的帶隙能量可以降低到以下範圍：約2.5eV至約2.7eV。在這點上，發光層33_1發出的光的波長可以在從大約450nm到大約495nm的範圍內。例如：發光層33_1發出的光可以是藍色波長的光。然而，本揭露不限於此。第一材料層340_1的ZnO含量可以根據第一材料層340_1的In含量而變化。
在第一材料層340_1包含22%至約75%的量的ZnO的情況下，由第一材料層340_1發射的光的帶隙能量可降低至約2.2eV至約2.5eV的範圍。在這點上，發光層33_1發出的光的波長可以介於約495nm至約550nm的範圍內。例如：發光層33_1發出的光可以是綠色波長的光。然而，本揭露不限於此。第一材料層340_1的ZnO含量可以根據第一材料層340_1的In含量而變化。
發光層33_1可以包含含有ZnO和In的第一材料層340_1以及包含GaN的第二材料層351_1和352_1。取決於第一材料層340_1的Zn和In含量，發光層33_1可以發射藍色、綠色或紅色波長的光，發光層33_1可以發出藍色、綠色或紅色波長的光，同時最小化量子效率的下降。
下面將描述發光元件ED的製造。
第7圖至第12圖係根據本發明的一實施例的發光元件的製造方法的示意性剖視圖。
第一、第二和第三方向DR1、DR2和DR3可以被定義為如第7圖至第12圖所示。例如：第一方向DR1和第二方向DR2可以彼此正交，第三方向DR3可以平行於或正交於第一方向DR1和第二方向DR2所在的平面，第三方向DR3也可以指每個發光元件ED的延伸方向或每個發光元件ED的縱向方向。
除非另有說明，否則術語「上(upper)」、「上(on)」、「上方(above)」等是指半導體可以從下基板1000的一個表面(或頂面)堆疊在每個發光元件ED中的方向，即在第三方向DR3上的第一側，術語「頂面(top surface)」是指在第三方向DR3上面向第一側的表面，術語「下(lower)」、「下方(below)」等指的是第三方向DR3上的第二側，並且術語「底表面(bottom surface)」是指面向第三方向DR3上的第二側的表面。
請參照第7圖，可以製備下基板1000。
例如：下基板1000可以包含基底基板1100和緩衝材料層1200，緩衝材料層1200可以設置在基底基板1100上。
基底基板1100可以包含例如藍寶石(Al xO y)基板或玻璃基板的透明基板，但本揭露不限於此。在其他實施例中，基底基板1100可以包含導體基板，例如：GaN、SiC、ZnO、Si、GaP或GaAs基板。例如：基底基板1100可以是藍寶石(Al xO y)基板。
緩衝材料層1200可以形成在基底基板1100的一個表面(或頂面)上，緩衝材料層1200可以減小可形成在緩衝材料層1200上的第一半導體材料層3100與基底基板1100之間的晶格常數的差異。
例如：緩衝材料層1200可以包含未摻雜的半導體，緩衝材料層1200可以包含與第一半導體材料層3100實質上相同的材料，但是沒有摻雜n型或p型摻雜劑或者具有比第一半導體材料層310低的摻雜濃度。緩衝材料層1200可以包含ZnO、InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN和InN中的至少一種，但本揭露不限於此。
半導體材料層可以形成在下基板1000上，半導體材料層可以通過磊晶生長(epitaxial growth)晶種來形成。例如：半導體材料層可以通過電子束沉積、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿雷射沉積(PLD)、雙型熱蒸發、濺射或金屬有機CVD(MOCVD)形成，但本發明不限於此。
用於形成半導體材料層的前體材料的類型沒有特別限制。例如：前體材料可包含含有烷基，例如：甲基或乙基的金屬前體。例如：在每個發光元件ED的第一半導體層31和第二半導體層32包含AlGaInN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN和InN中的一個的實施例中，金屬前體可以是例如三甲基鎵(Ga(CH 3) 3)、三甲基鋁(Al(CH 3) 3)或磷酸三乙酯((C 2H 5) 3PO 4)，但本發明不限於此。在每個發光元件ED的發光層33包含ZnO、InGaN和GaN之一的實施例中，金屬前體可以進一步是例如Ga(CH 3) 3、Al(CH 3) 3或(C 2H 5) 3PO 4，但本發明不限於此。半導體材料層可以通過使用金屬前體和非金屬前體的沉積製程形成。
此後，請參照第8圖，可以在下基板1000上形成第一堆疊結構3000。例如：可以形成第一堆疊結構3000，其中第一半導體材料層3100、發光材料層3300、第二半導體材料層3200以及電極材料層3700可以依序堆疊。發光材料層3300可以具有多層結構，其中第一前體材料層3400和第二前體材料層3510和3520可以交替堆疊。
第一堆疊結構3000中包含的層可以對應於每個發光元件ED中包含的層。例如：第一堆疊結構3000的第一半導體材料層3100、發光材料層3300、第二半導體材料層3200和電極材料層3700可以分別對應於及包含與每個發光元件ED的第一半導體材料層31、發光層33、第二半導體層32和器件電極層37相同的材料。
發光材料層3300的第一前體材料層3400和第二前體材料層3510和3520可以分別對應於及包含每個發光元件ED的第一材料層3400和第二材料層351和352相同的材料。因此，第一前體材料層3400可以包含ZnO，而第二前體材料層3510和3520可以包含GaN，發光材料層3300可以包含半導體材料，即(GaN) 1-x(ZnO) x(其中0≤x≤1)或GaZnNO。
此後，請參照第9圖，可以通過蝕刻第一堆疊結構3000來形成可以彼此隔開的桿狀結構30。
例如：桿狀結構30可以通過在垂直於下基板1000的頂面的方向上，例如：在第三方向DR3上蝕刻第一堆疊結構3000而形成。第一堆疊結構3000可以通過典型的圖案化方法蝕刻。例如：圖案化方法可以在第一堆疊結構3000上形成蝕刻遮罩(mask)層，並且沿著蝕刻遮罩層在第三方向DR3上蝕刻第一堆疊結構3000。
例如：可以通過乾式蝕刻、濕式蝕刻、反應離子蝕刻(RIE)或感應耦合電漿(ICP)-RIE來蝕刻第一堆疊結構3000。乾式蝕刻允許各向異性蝕刻，而因此可以適用於垂直蝕刻。第一堆疊結構3000的蝕刻可以採用乾式蝕刻和濕式蝕刻兩種方式進行。例如：第一堆疊結構3000可以通過乾式蝕刻在第三方向DR3上被蝕刻，並且可以通過濕式蝕刻被蝕刻，使得被蝕刻的側壁可以落在垂直於下基板1000的頂面的平面上。
此後，請參照第10圖，可以在桿狀結構30上形成絕緣材料層3800。
在形成桿狀結構30之後，可以在桿狀結構30上形成絕緣材料層3800，以改善在用於形成桿狀結構30的蝕刻過程中每個桿狀結構30中的半導體層的外表面可能產生的任何表面缺陷。例如：絕緣材料層3800可以通過原子層沉積(ALD)、熱反應式ALD或電漿增強ALD(PEALD)形成。
絕緣材料層3800可以形成在下基板1000的整個表面上，不僅可以形成在每個桿狀結構30的外表面上，可以進一步形成在下基板1000的被桿狀結構30暴露的部分頂面上，每個桿狀結構30的外表面可以包含每個桿狀結構30的頂面和側面，絕緣材料層3800可以直接設置在桿狀結構30的頂面和側面上。因此，絕緣材料層3800可以直接設置以及可以直接接觸在每個桿狀結構30的半導體層的側面上。
絕緣材料層3800可以對應於每個發光元件ED的絕緣膜38。
此後，請參照第11圖，可以通過去除部分絕緣材料層3800來形成圍繞桿狀結構30的側面的絕緣膜38。
絕緣膜38的形成可以包含進行蝕刻製程，去除部分絕緣材料層3800，從而暴露桿狀結構30的端面，例如：桿狀結構30的器件電極層37的頂面。可以通過例如乾式蝕刻製程或回蝕製程(etch-back process)的各向異性蝕刻而部分地去除絕緣材料層3800。
可以暴露器件電極層37的頂面，並且每個絕緣膜38可以具有平坦的頂部。然而，本揭露不限於此。在其他實施例中，絕緣膜38可以部分地彎曲形成為在圍繞器件電極層37的區域的外側。在去除絕緣材料層3800期間，不僅絕緣材料層3800的頂面，而且也可以部分地去除位於桿狀結構30的側面的絕緣材料層3800的多個部分。
此後，請參照第12圖，發光元件ED可以與下基板1000分離。將發光元件ED與下基板1000分離的方法沒有特別限制。例如：發光元件ED可以通過物理方法或化學方法與下基板1000分離。
第13圖係本發明的一實施例的顯示裝置的示意性平面圖。
請參照第13圖，顯示裝置10可以顯示動態圖像或靜止圖像，顯示裝置10可以是指幾乎所有類型的提供顯示螢幕的電子裝置。顯示裝置10的示例可以包含電視(TV)、筆記型電腦、監視器、廣告牌、物聯網(IoT)裝置、行動電話、智慧型手機、平板個人電腦(PC)、電子手錶、智慧型手錶、手錶電話、頭戴式顯示器(HMD)、行動通訊終端、電子記事本、電子書(e-book)、便攜式多媒體播放器(PMP)、導航裝置、遊戲機、數碼相機、攝影機等。
顯示裝置10可以包含提供顯示螢幕的顯示面板，顯示裝置10的顯示面板的示例包含無機發光二極管(LED)顯示面板、有機發光二極管(OLED)顯示面板、量子點發光二極管(QLED)顯示面板、電漿顯示面板(PDP)、場發射顯示(FED)面板等。以下將顯示裝置10的顯示面板描述為包含發光元件ED的無機LED顯示面板，但本揭露不限於此。例如：其他各種顯示面板也可以應用於顯示裝置10的顯示面板。
第四、第五和第六方向DR4、DR5和DR6可以被定義為如第13圖至第18圖所示，第四方向DR4和第五方向DR5可以在單個平面上彼此正交，第六方向DR6可以正交於第四和第五方向DR4和DR5所在的平面，第六方向DR6可以正交於第四方向DR4和第五方向DR5，第六方向DR6是指顯示裝置10的厚度方向。
在平面圖中，顯示裝置10可以具有在第四方向DR4上比在第五方向DR5上延伸得更長的矩形形狀，顯示裝置10的長邊與短邊的交角可為直角，但本發明不以此為限。在其他實施例中，顯示裝置10的長邊和短邊相交的角可以是圓角。顯示裝置10的平面形狀沒有特別限制，並且顯示裝置10可以具有各種其他形狀，例如具有圓角的四邊形、非四邊形的多邊形或圓形。
顯示裝置10的顯示面可以設置在顯示裝置10的第六方向DR6的一側。除非另有說明，術語「上(upper)」、「上(on)」、「上方(above)」等是指顯示裝置10的顯示方向，即第六方向DR6的第一側，術語「頂面(top surface)」是指面向第六方向DR6的第一側的表面，術語「下(lower)」、「下方(below)」等是指第六方向DR6的第二側，術語「底面(bottom surface)」是指面向第六方向DR6的第二側的表面。
第四方向DR4可以平行於第1圖的第三方向DR3，可以是第1圖的發光元件ED的縱向方向(或延伸方向)。例如：在第三方向DR3上延伸的發光元件ED可以以平行於第四方向DR4排列在顯示裝置10中。
顯示裝置10可以包含顯示區域DPA和非顯示區域NDA，顯示區域DPA可以是可以顯示圖像的區域，非顯示區域NDA可以是可以不顯示圖像的區域。
顯示區域DPA可以符合顯示裝置10的形狀。例如：顯示區域DPA可以具有與顯示裝置10相似的形狀，即在平面圖中為矩形，顯示區域DPA可以佔據顯示裝置10的中心。
顯示區域DPA可以包含像素PX。像素PX可以排列在行(row)和列(column)方向上，像素PX在平面圖中可以具有矩形或正方形，但本揭露不限於此。像素PX可以是具有相對於特定方向傾斜的側邊的菱形，像素PX在其他實施例中可以排列成條紋(stripe)類型或PenTile ®類型。
非顯示區域NDA可以設置在顯示區域DPA周圍，非顯示區域NDA可以圍繞整個顯示區域DPA或顯示區域DPA的一部分。顯示區域DPA可以具有矩形形狀，非顯示區域NDA可以設置成與顯示區域DPA的所有四個邊相鄰。非顯示區域NDA可以形成顯示裝置10的邊框，可以在非顯示區域NDA中設置可以安裝外部裝置的線路或電線、電路驅動單元或焊墊單元。
第14圖係第13圖的顯示裝置的像素的示意性佈局圖，第15圖係沿著第14圖的I-I'線截取的示意性剖視圖。
請參照第14圖，顯示裝置10的像素PX可以包含發射區域EMA和非發射區域，發射區域EMA可以被定義為輸出由發光元件ED發射的光的區域，並且非發射區域可以被定義為由於從發光元件ED發出的光沒有到達而沒有輸出光的區域。
發射區域EMA可以包含可以設置發光元件ED的區域和可以設置發光元件ED的區域的周圍。發射區域EMA可以進一步包含輸出由發光元件ED發射並被其他部件反射或折射的光的區域。
像素PX可以進一步包含子區域SA，子區域SA可以設置在非發射區域中，發光元件ED可以不設置在子區域SA中。在平面圖中，子區域SA可以設置在發射區域EMA的上側，子區域SA可以設置在第14圖的像素PX的發射區域EMA與第14圖的在第五方向DR5上的像素PX相鄰的上部相鄰的像素PX的發射區域EMA之間，子區域SA可以包含電極層200和連接電極700可以通過第一接觸件CT1與第二接觸件CT2電性連接的區域。
子區域SA可以包含分隔部分ROP，子區域SA的分隔部分ROP可以是第14圖的像素PX的可能在包含在電極層200中的第一電極210和第二電極220所在的區域，分隔部分ROP可以與也可以包含在電極層200中的上部相鄰的像素PX的第一電極210和第二電極220隔開。
請參照第14圖和第15圖，顯示裝置10可以包含基板SUB、可以設置在基板SUB上的電路元件層以及可以設置在電路元件層上的發光元件層。
基板SUB可以是絕緣基板，基板SUB可以由例如玻璃、石英或聚合物樹脂的絕緣材料形成，基板SUB可以是剛性基板或可以是可彎曲、可折疊或可捲曲的柔性基板。
電路元件層可以設置在基板SUB上，電路元件層可以包含下金屬層110、半導體層120、第一導電層130、第二導電層140、第三導電層150和絕緣層。
下金屬層110可以設置在基板SUB上，下金屬層110可以包含遮光圖樣BML，遮光圖樣BML可設置為覆蓋至少一個電晶體TR的主動層ACT的通道區，但本揭露不限於此，可以不提供遮光圖樣BML。
下金屬層110可以包含能夠阻擋光透射的材料。例如：下金屬層110可以由能夠阻擋光透射的不透明金屬材料形成。
緩衝層161可以設置在下金屬層110上，緩衝層161可以設置為覆蓋基板SUB的可以設置下金屬層110的整個表面，緩衝層161可以保護電晶體TR免於受到可能滲入易受濕氣影響的基板SUB的濕氣的影響。
半導體層120可以設置在緩衝層161上，半導體層120可以包含電晶體TR的主動層ACT，電晶體TR的主動層ACT可以設置為與下金屬層110的遮光圖樣BML重疊。
半導體層120可以包含多晶矽、單晶矽或氧化物半導體，多晶矽可以通過使非晶矽結晶來形成。在半導體層120包含多晶矽的情況下，電晶體TR的主動層ACT可以包含摻雜有雜質的摻雜區與摻雜區之間的通道區。半導體層120可以包含氧化物半導體，例如：氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化銦鋅錫(IZTO)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦鎵錫(IGTO)或氧化銦鎵鋅錫(IGZTO)。
閘極絕緣層162可以設置在半導體層120上，閘極絕緣層162可以用作電晶體TR的閘極絕緣層。閘極絕緣層162可以形成為多層，其中可以交替堆疊包含選自於例如SiO x、SiN x和SiO xN y中的至少一種無機材料的無機層。
第一導電層130可以設置在閘極絕緣層162上，第一導電層130可以包含電晶體TR的閘極GE，閘極GE可以設置為在基板SUB的厚度方向(即第六方向DR6)上與主動層ACT的通道區重疊。
第一層間絕緣層163可以設置在第一導電層130上，第一層間絕緣層163可以設置為覆蓋閘極GE，第一層間絕緣層163可以用作第一導電層130和設置在其上的多個層之間的絕緣層，並且可以保護第一導電層130。
第二導電層140可以設置在第一層間絕緣層163上，第二導電層140可以包含電晶體TR的汲極SD1和源極SD2。
電晶體TR的汲極SD1和源極SD2可以通過穿過第一層間絕緣層163和閘極絕緣層162的接觸孔而電性連接到電晶體TR的主動層ACT的兩端區域。電晶體TR的源極SD2可以通過穿過第一層間絕緣層163、閘極絕緣層162和緩衝層161的接觸孔而電性連接到下金屬層110的遮光圖樣BML。
第二層間絕緣層164可以設置在第二導電層140上，第二層間絕緣層164可以設置為覆蓋電晶體TR的汲極SD1和源極SD2。第二層間絕緣層164可以用作第二導電層140和設置在其上的層之間的絕緣層，並且可以保護第二導電層140。
第三導電層150可以設置在第二層間絕緣層164上，第三導電層150可以包含第一電壓線VL1、第二電壓線VL2和導電圖樣CDP。
第一電壓線VL1可以在基板SUB的厚度方向上與電晶體TR的汲極SD1的至少一部分重疊，將待提供給電晶體TR的高電位電壓(或第一電源電壓)可以施加到第一電壓線VL1。
第二電壓線VL2可以通過穿過通孔層166和鈍化層165的第二電極接觸孔CTS電性連接到第二電極220，將低於施加到第一電壓線VL1的高電位電壓可以施加到第二電壓線VL2。例如：將待提供給電晶體TR的高電位電壓(或第一電源電壓)可以施加到第一電壓線VL1，而低於施加到第一電壓線VL1的高電位電壓的低電位電壓(或第二電源電壓)可以施加到第二電壓線VL2。
導電圖樣CDP可以電性連接到電晶體TR的源極SD2，導電圖樣CDP可以通過穿過第二層間絕緣層164的接觸孔而電性連接到電晶體TR的源極SD2，導電圖樣CDP可以進一步通過第一電極接觸孔CTD穿過通孔層166和鈍化層165而電性連接到第一電極210，電晶體TR可以通過導電圖樣CDP將施加到其上的第一電源電壓從第一電壓線VL1傳輸到第一電極210。
鈍化層165可以設置在第三導電層150上，鈍化層165可以設置為覆蓋第三導電層150，鈍化層165可以保護第三導電層150。
緩衝層161、閘極絕緣層162、第一層間絕緣層163、第二層間絕緣層164和鈍化層165可以分別形成為無機層的堆疊。例如：緩衝層161、閘極絕緣層162、第一層間絕緣層163、第二層間絕緣層164和鈍化層165可以分別形成為雙層，其中無機層包含至少一個可以堆疊SiO x、SiN x和SiO xN y中的至少一種的無機層或者可以交替堆疊包含SiO x、SiN x和SiO xN y中的至少一種的無機層的多層，但本揭露不限於此。在其他實施例中，緩衝層161、閘極絕緣層162、第一層間絕緣層163、第二層間絕緣層164和鈍化層165可以分別形成為包含SiO x、SiN x或SiO x、SiN x或SiO xN y。
通孔層166可以設置在鈍化層165上，通孔層166可以包含有機絕緣材料，例如：聚醯亞胺。通孔層166可以執行為表面平坦化層。因此，無論通孔層166下方的圖樣的存在和形狀如何，可以設置發光元件層的通孔層166的頂面(或表面)通常可以是平坦的。
發光元件層可配置於電路元件層上，發光元件層可以設置在通孔層166上，發光元件層可以包含第一擋牆(bank)400、電極層200、第一絕緣層510、第二擋牆600、發光元件ED和連接電極700。
第一擋牆400可以設置在發射區域EMA中的通孔層166上，第一擋牆400可以直接設置在通孔層166的一個表面上，第一擋牆400可以在向上的方向(例如：朝向在第六方向DR6上的第一側的方向)上至少部分地從通孔層166的表面突出，第一擋牆400的每個突出部分可以具有傾斜的側面，第一擋牆400可以具有傾斜的側面，因此，可以改變光的行進方向，在從發光元件ED發出之後朝向第一擋牆400的側面行進到向上方向(例如：顯示方向)顯示裝置10。
第一擋牆400可以包含可以彼此隔開的第一子擋牆410和第二子擋牆420，第一和第二子擋牆410和420可以提供空間以設置發光元件ED，並且可以用作能夠將從發光元件ED發射的光的行進方向改變為顯示裝置10的顯示方向的反射屏障(reflective barrier)。
第一擋牆400被示出為具有線性傾斜的側面，但本揭露不限於此。在其他實施例中，第一擋牆400的側面(或外側)可以具有圓形、半圓形或半橢圓形。第一擋牆400可以包含例如聚醯亞胺的有機絕緣材料，但本揭露不限於此。
電極層200可以設置為在一個方向上延伸穿過發射區域EMA和子區域SA，電極層200可以將從電路元件層向其施加的電訊號傳輸到發光元件ED，以使發光元件ED發光，電極層200可用於產生電場，以用於發光元件ED的配向(alignment)。
電極層200可以設置在第一擋牆400和被第一擋牆400暴露的部分通孔層166上，電極層200可以設置在第一擋牆400上、發射區域EMA以及在非發射區中由第一擋牆400暴露的通孔層166的一部分上。
電極層200可以包含第一電極210和第二電極220，第一電極210和第二電極220可以彼此隔開。
在平面圖中，第一電極210可以設置在像素PX的中心的左側，第一電極210可以在平面圖中沿著第五方向DR5延伸，第一電極210可以設置為延伸穿過發射區域EMA和子區域SA。在平面圖中，第一電極210可以在第五方向DR5上延伸，並且可以在子區域SA的分隔部分ROP中與上相鄰的像素PX的第一電極210隔開。
第二電極220可以在第四方向DR4上與第一電極210隔開，第二電極220可以設置在像素PX的中心的沿著第四方向DR4的一側(例如：在右側)。在平面圖中，第二電極220可以在第五方向DR5上延伸，第二電極210可以設置為延伸穿過發射區域EMA和子區域SA。在平面圖中，第二電極220可以在第五方向DR5上延伸，並且可以在子區域SA的分隔部分ROP中與上相鄰的像素PX的第二電極220隔開。
第一電極210和第二電極220可以設置在發射區域EMA中的第一隔牆410和第二隔牆420上，第一電極210可以延伸超過第一隔牆410，而因此可以設置在被第一隔牆410暴露的通孔層166的一部分上。類似地，第二電極220可以延伸超過第二隔牆420，而因此可以設置在通孔層166的由第二子擋牆420暴露的部分上。第一電極210和第二電極220可以在第一隔牆410與第二隔牆420之間的間隙中彼此隔開並面對彼此。通孔層166可以暴露在第一電極210與第二電極220之間的間隙中。
第一電極210可以通過子區域SA中的分隔部分ROP與上相鄰的像素PX的第一電極210隔開。類似地，第二電極220可以通過子區域SA中的分隔部分ROP與上相鄰的像素PX的第二電極220隔開。因此，第一電極210和第二電極220可以在子區域SA的分隔部分ROP中暴露通孔層166。
第一電極210可以通過第一電極接觸孔CTD穿過通孔層166和鈍化層165而電性連接到電路元件層的導電圖樣CDP，例如：第一電極210可以接觸電路元件層的一部分第一電極接觸孔CTD暴露的導電圖樣CDP的頂面，來自於第一電壓線VL1的第一電源電壓可以通過導電圖樣CDP傳輸到第一電極210。
第二電極220可以通過第二電極接觸孔CTS穿過通孔層166和鈍化層165而電性連接到電路元件層的第二電壓線VL2，例如：第二電極220可以接觸一部分由第二電極接觸孔CTS暴露的第二電壓線VL2的頂面，來自於第二電壓線VL2的第二電源電壓可以被傳輸到第二電極220。
電極層200可以包含具有高反射率的導電材料，例如：電極層200可以包含具有高反射率的材料，例如：銀(Ag)、銅(Cu)或鋁(Al)，或者包含鋁(Al)、鎳(Ni)或鑭(La)的合金，電極層200可以在向上的方向上反射在從發光元件ED發射之後朝向第一擋牆400橫向行進的光。
然而，本揭露不限於此。電極層200可以進一步包含透明導電材料，例如：電極層200可以包含例如：ITO、IZO或IZTO的材料。在一些實施例中，電極層200可以具有以下結構：可以堆疊一層或多層透明導電材料和一層或多層具有高反射率的金屬，或者可以形成為包含透明導電材料的單層和具有高反射率的金屬。例如：電極層200可以具有例如：ITO/Ag/ITO、ITO/Ag/IZO或ITO/Ag/IZTO/IZO的堆疊結構。
第一絕緣層510可以設置在可以形成電極層200的通孔層166上，第一絕緣層510可以保護電極層200，並且可以使第一電極210和第二電極220彼此絕緣。
第一絕緣層510可以包含無機絕緣材料，例如：第一絕緣層510可以包含選自於SiO x、SiN x、SiO xN y、氧化鋁(Al xO y)和氮化鋁(AlN)中的至少一種無機絕緣材料。第一絕緣層510的表面可以反映設置在其下方的電極層200的圖樣的形狀，例如：由於電極層200的形狀，第一絕緣層510可以具有階梯結構。例如：第一絕緣層510的頂面的一部分可以在第一電極與第二電極之間的間隙中凹陷，使得第一絕緣層510可以具有階梯結構。因此，第一絕緣層510的頂面的高度在第一電極210和第二電極220上可以大於在通孔層166的沒有設置第一電極210和第二電極220的部分上的高度。在本說明書中，任意層的頂面的高度可以從平坦的參考表面(例如：通孔層166的頂面)開始測量，該平坦的參考表面可以是下方沒有階梯結構。
第一絕緣層510可以包含第一接觸件CT1和第二接觸件CT2，第一接觸件CT1和第二接觸件CT2分別暴露子區域SA中的第一電極210和第二電極220的部分頂面，第一電極210可以在子區域SA中通過第一接觸件CT1穿過第一絕緣層510而電性連接到第一連接電極710，第二電極220可以在子區域SA中通過第二接觸件CT2穿過第一絕緣層510而電性連接到第二連接電極720。
第二擋牆600可以設置在第一絕緣層510上，第二擋牆600可以包含在第四方向DR4上延伸的部分和在第五方向DR5上延伸的部分，因此，可以以晶格圖樣(lattice pattern)設置。
第二擋牆600可以沿著像素PX的邊界設置，以將像素PX與其他相鄰的像素PX分開，並且可以限定和分開發射區域EMA和子區域SA。第二擋牆600可以形成為具有比第一擋牆400更高的高度，因此，可以允許在用於對齊發光元件ED的噴墨印刷製程期間，分散在發光元件ED中的墨水適當地噴射到發射區域EMA中，而不會混合到其他相鄰的像素PX中。
發光元件ED可以設置在發射區域EMA中，發光元件ED可以不設置在子區域SA中。
發光元件ED可以設置在第一和第二隔牆410和420之間的第一絕緣層510上，發光元件ED可以設置在第一和第二電極210和220之間的第一絕緣層510上。
發光元件ED可以在一個方向上延伸，並且可以設置成使得發光元件ED的兩個端部可以設置在第一電極210和第二電極220上。例如：發光元件ED的第一端部可以設置在第一電極210上，而發光元件ED的第二端部可以設置在第二電極220上。
發光元件ED在第四方向DR4上的長度可以小於第一和第二子擋牆410和420之間的距離，第一和第二子擋牆410和420可以在第四方向DR4上彼此隔開。發光元件ED的長度可以大於在第四方向DR4上彼此分開的第一電極210和第二電極220之間的距離。第一和第二子擋牆410和420之間在第四方向DR4上的距離可以大於發光元件ED的長度，並且第一和第二電極210和220之間在第四方向DR4上的距離的長度可以小於發光元件ED的長度。因此，每個發光元件ED的兩個端部可以放置在第一和第二子擋牆410和420之間的第一和第二電極210和220上。
發光元件ED可以在第一電極210和第二電極220延伸的方向(即在第五方向DR5)上彼此隔開，並且可以實質上彼此平行設置。
第二絕緣層520可以設置在發光元件ED上，第二絕緣層520可以設置在發光元件ED上，以暴露每個發光元件ED的兩個端部，第二絕緣層520可以設置為圍繞每個發光元件ED的部分外表面，但不覆蓋每個發光元件ED的兩個端部。
在平面圖中，可以設置在發光元件ED上的第二絕緣層520的部分可以在第一絕緣層510上沿著第五方向DR5延伸，以在像素PX中形成線性或島狀圖樣，第二絕緣層520可以在顯示裝置10的製造過程中保護和固定發光元件ED，第二絕緣層520可以設置為填充第一絕緣層510與發光元件ED之間的空間。
連接電極700可以設置在第二絕緣層520上，連接電極700可以設置在可以設置發光元件ED的第一絕緣層510上，連接電極700可以包含可以彼此隔開的第一連接電極710和第二連接電極720。
第一連接電極710可以設置在發射區域EMA中的第一電極210上，第一連接電極710可以在第一電極210上沿著第五方向DR5延伸，第一連接電極710可以與第一電極210和發光元件ED的第一端部接觸。
第一連接電極710可以在子區域SA中與從穿過第一絕緣層510的第一接觸件CT1暴露的第一電極210的一部分接觸，並且可以在發射區域EMA中與發光元件ED的第一端部接觸，例如：第一連接電極710可以電性連接第一電極210和發光元件ED的第一端部。
第二連接電極720可以設置在發射區域EMA中的第二電極220上，第二連接電極720可以在第二電極220上沿著第五方向DR5延伸，第二連接電極720可以接觸第二電極220和發光元件ED的第二端部。
第二連接電極720在子區域SA中與從穿過第一絕緣層510的第二接觸件CT2暴露的第二電極220的一部分接觸，並且可以在發射區域EMA中與發光元件ED的第二端部接觸，例如：第二連接電極720可以電性連接第二電極220和發光元件ED的第二端部。
第一連接電極710和第二連接電極720可以在發光元件ED上彼此隔開，例如：第一連接電極710和第二連接電極720可以隔著第二絕緣層520而彼此隔開，第一連接電極710和第二連接電極720可以彼此電絕緣。
第一連接電極710和第二連接電極720可以包含相同的材料。例如：第一連接電極710和第二連接電極720可以包含導電材料。例如：第一連接電極710和第二連接電極720可以包含：ITO、IZO、IZTO或Al。例如：第一連接電極710和第二連接電極720可以包含透明導電材料。由於第一連接電極710和第二連接電極720包含透明導電材料，因此，從發光元件ED發出的光可以通過第一連接電極710和第二連接電極720向第一電極210和第二電極220行進，因此，可以被第一電極210和第二電極220的表面所反射。
第一連接電極710和第二連接電極720可以包含相同的材料，並且可以形成在同一層中，第一連接電極710和第二連接電極720可以通過相同製程同時形成。
第三絕緣層530可以設置在連接電極700上，第三絕緣層530可以覆蓋其下方的發光元件層。第三絕緣層530可以包含第一擋牆400、電極層200、第一絕緣層510、發光元件ED和連接電極700，第三絕緣層530可以設置在第二擋牆600上，以覆蓋第二擋牆600。
第三絕緣層530可以保護發光元件層免於受到例如：濕氣/氧氣或灰塵的異物影響。第三絕緣層530可以保護第一擋牆400、電極層200、第一絕緣層510、發光元件ED和連接電極700。
第16圖係第15圖的區域A的放大的示意性剖視圖。
請參照第16圖，發光元件ED可以設置成使得發光元件ED的延伸方向(即第1圖的縱向方向DR3)可以平行於基板SUB的一個表面。每個發光元件ED中包含的半導體層可以以平行於基板SUB的頂面(或通孔層166的頂面)的方向上依序設置，例如：第一半導體層31、發光層33和第二半導體層32可以平行於基板SUB的頂面依序設置在每個發光元件ED中，第一材料層340和第二材料層351和352可以交替地設置在發光層33中，並且平行於基板SUB的頂面。
在每個發光元件ED的兩個端部截取的剖視圖中，第一半導體層31、第二材料層351、第一材料層340、第二材料層352、第二半導體層32以及器件電極層37可以在平行於基板SUB的頂面的方向上依序地形成。在本說明書中，平行於基板SUB的頂面的方向是指第四或第五方向DR4或DR5，並且半導體層可以沿著第四方向DR4依序地設置在每個發光元件ED中。
發光元件ED的第一端部可設置於第一電極210上，發光元件ED的第二端部可設置於第二電極220上。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，發光元件ED的第一端部可設置於第二電極220上，而發光元件ED的第二端部可設置於第一電極210上。
第17圖係第16圖的區域A的放大的示意性剖視圖。
第17圖的實施例與第16圖的實施例的不同之處在於連接電極700_1可以包含可以形成在不同層中的第一連接電極710和第二連接電極720_1，並且可以進一步提供第四絕緣層540。
請參照第17圖，連接電極700_1可以包含可以形成在不同層中的第一連接電極710和第二連接電極720_1。
第一連接電極710可以設置在第一電極210和發光元件ED的第一端部上，第一連接電極710可以從發光元件ED的第一端部延伸到第二絕緣層520，因此，甚至可以設置在第二絕緣層520的第一側和頂面上，第一連接電極710可以設置在第二絕緣層520的頂面上，以暴露第二絕緣層520的頂面的至少一部分。
第四絕緣層540可以設置在第一連接層710上，第四絕緣層540可以設置為完全覆蓋第一連接電極710，第四絕緣層540可以設置為完全覆蓋第二絕緣層520的第一側和頂面，但可以不設置在第二絕緣層520的第二側。第四絕緣層540的末端可以與第二絕緣層520的第二側對齊。
第二連接電極720_1可以設置在第二電極220和發光元件ED的第二端部上，第二連接電極720_1可以從發光元件ED的第二端部延伸到第二絕緣層520，因此，甚至可以設置在第二絕緣層520的第二側和第四絕緣層的頂面上540。
第三個絕緣體絕緣層530可以設置在第四絕緣層540和第二連接電極720_1上，第三絕緣層530可以設置在第四絕緣層540和第二連接電極720_1上，以覆蓋第四絕緣層540和第二連接電極720_1。
因此，由於第一連接電極710和第二連接電極720_1可以形成在不同的層中，並且第四絕緣層540可以插入在第一連接電極710與第二連接電極720_1之間，因此，第一連接電極710與第二連接電極720_1之間的任何短路可以被最小化，並且可以提高顯示裝置10的可靠性。
第18圖係第15圖的區域A的放大的示意性剖視圖。
第18圖的實施例與先前實施例的不同之處至少在於顯示裝置10可以包含發光元件ED_1。請參照第18圖，發光元件ED_1可以設置在基板SUB的一個表面上，使得發光元件ED_1的延伸方向(即第6圖的縱向方向DR3)可以平行於基板SUB的一個表面，例如：第一半導體層31、發光層33_1和第二半導體層32可以平行於基板SUB的頂面依序地設置在每個發光元件ED_1中，第一材料層340_1和第二材料層351_1和352_1可以平行於基板SUB的頂面交替地設置在發光層33_1中。
例如：第一半導體層31、第二材料層351_1、第一材料層340_1、第二材料層352_1、第二半導體層32和器件電極層37可以在平行於頂部的方向上依序形成基板SUB的表面。
本說明書中已經公開了實施例，並且儘管使用了術語，但該術語僅在一般和描述性意義上被使用和解釋，而不是出於限制性目的。在一些情況下，除非另有特別說明，本發明所屬領域中具有通常知識者顯而易見地結合實施例描述的特徵、特徵及/或元件可以單獨使用或與結合描述的特徵、特徵及/或元件組合使用。因此，本發明所屬領域中具有通常知識者將會理解，在不脫離如請求項中闡述的本揭露的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節上進行各種改變。
10:顯示裝置 30:桿狀結構 31:第一半導體層 32:第二半導體層 33:發光層 33_1:發光層 37:器件電極層 38:絕緣膜 110:下金屬層 120:半導體層 130:第一導電層 140:第二導電層 150:第三導電層 161:緩衝層 162:閘極絕緣層 163:第一層間絕緣層 164:第二層間絕緣層 165:鈍化層 166:通孔層 200:電極層 210~220:第一至第二電極 340:第一材料層 340_1:第一材料層 351~352:第二材料層 351_1~352_1:第二材料層 400:第一擋牆 410~420:第一至第二子擋牆 510~540:第一至第四絕緣層 600:第二擋牆 700:連接電極 700_1:連接電極 710~720:第一至第二連接電極 720_1:第二連接電極 1000:下基板 1100:基底基板 1200:緩衝材料層 3000:第一堆疊結構 3100:第一半導體材料層 3200:第二半導體材料層 3300:發光材料層 3400:第一前體材料層 3510~3520:第二前體材料層 3700:電極材料層 3800:絕緣材料層 ACT:主動層 BML:遮光圖樣 CDP:導電圖樣 CT1~CT2:第一至第二接觸件 CTD:第一電極接觸孔 DPA:顯示區域 DR1~DR6:第一至第六方向 ED:發光元件 ED_1:發光元件 EMA:發射區域 GE:閘極 I-I':線 NDA:非顯示區域 PX:像素 ROP:分隔部分 SA:子區域 SD1:汲極 SD2:源極 SUB:基板 TR:電晶體 VL1~VL2:第一至第二電壓線
本發明的上述及其他方面和特徵將通過參照圖式對實施例的詳細描述而變得更加清楚，其中： 第1圖係本發明的一實施例的發光元件的示意性立體圖； 第2圖係第1圖的發光元件的示意性剖視圖； 第3圖係本發明的另一實施例的發光元件的發光層的示意性剖視圖； 第4圖係顯示第1圖的發光元件的第一材料層的氧化鋅(ZnO)含量和帶隙能量的曲線圖； 第5圖示出了第1圖的發光元件的發光層的能階以及根據一比較例的發光元件的發光層的能階； 第6圖係本發明的另一實施例的發光元件的示意性剖視圖； 第7圖至第12圖示出了本發明的一實施例的發光元件的製造方法的示意性剖視圖； 第13圖示出了根據本發明的一實施例的顯示裝置的示意性平面圖； 第14圖係第13圖的顯示裝置的像素的示意性佈局圖； 第15圖係沿著第14圖的I-I'線截取的示意性剖視圖； 第16圖係第15圖的區域A的放大的示意性剖視圖； 第17圖係第15圖的區域A的放大的示意性剖視圖；以及 第18圖係第15圖的區域A的放大的示意性剖視圖。
10:顯示裝置
31:第一半導體層
32:第二半導體層
33:發光層
37:器件電極層
38:絕緣膜
340:第一材料層
351~352:第二材料層
DR3:第三方向
ED:發光元件

Claims (20)

  1. 一種發光元件，其包含： 一第一半導體層，摻雜有一第一類型摻雜劑； 一第二半導體層，摻雜有一第二類型摻雜劑；以及 一發光層，設置於該第一半導體層與該第二半導體層之間，其中 該發光層包含： 至少一第一材料層；以及 至少一第二材料層， 該至少一第一材料層包含基於氧化鋅(ZnO)的材料，以及 該至少一第二材料層包含基於氮化鎵(GaN)的材料。
  2. 如請求項1所述之發光元件，其中該發光層為複數個第一材料層與複數個第二材料層交替層疊而成的一多層結構。
  3. 如請求項1所述之發光元件，其中該至少一第一材料層的一帶隙能量小於該至少一第二材料層的一帶隙能量。
  4. 如請求項1所述之發光元件，其中 該發光層包含(GaN) 1-x(ZnO) x，且 x係介於約0.22至約0.75的一範圍內。
  5. 如請求項4所述之發光元件，其中從該發光層發出的光的一波長介於約450nm至約495nm的一範圍內。
  6. 如請求項1所述之發光元件，其中 該發光層包含(GaN) 1-x(ZnO) x，且 x等於或小於約0.22。
  7. 如請求項6所述之發光元件，其中從該發光層發出的光的一波長介於約495nm至約550nm的範圍內。
  8. 如請求項1所述之發光元件，其中該發光層的一帶隙能量介於約2.2eV至約2.7eV的一範圍內。
  9. 如請求項8所述之發光元件，其中從該發光層發射的光具有等於或大於約79%的量子效率。
  10. 如請求項1所述之發光元件，其中該至少一第一材料層與該至少一第二材料層之間的晶格失配率等於或小於約1.8%。
  11. 如請求項1所述之發光元件，其中該至少一第一材料層進一步包含銦(In)。
  12. 如請求項11所述之發光元件，其中從該發光層發出的光的一波長介於約550nm至約690nm的一範圍內。
  13. 如請求項11所述之發光元件，其中該發光層的一帶隙能量介於約1.8eV至約2.2eV的一範圍內。
  14. 如請求項11所述之發光元件，其中該第一材料層的一銦含量等於或小於約10%。
  15. 如請求項1所述之發光元件，其中該發光元件為具有一縱橫比介於約1.2:1至約100:1的一範圍內的桿狀。
  16. 如請求項1所述之發光元件，其進一步包含： 一器件電極層，設置在該第二半導體層上；以及 一絕緣膜，分別圍繞該第一半導體層、該發光層以及該第二半導體層的一外表面。
  17. 一種顯示裝置，其包含： 一第一電極及一第二電極，分別配置於一基板上並且彼此隔開， 一發光元件，設置於第一電極與第二電極之間，該發光元件具有一第一端部與一第二端部； 一第一連接電極，接觸該發光元件的該第一端部；以及 一第二連接電極，接觸該發光元件的該第二端部，其中 該發光元件包含： 一第一半導體層； 一第二半導體層；以及 一發光層，係配置於該第一半導體層與該第二半導體層之間，以及 該發光層包含： 至少一第一材料層，包含基於氧化鋅(ZnO)的材料；以及 至少一第二材料層，包含基於氮化鎵(GaN)的材料。
  18. 如請求項17所述之顯示裝置，其中該至少一第一材料層與該至少一第二材料層在平行於該基板的一表面的一方向上交替設置。
  19. 如請求項17所述之顯示裝置，其中 該發光層包含(GaN) 1-x(ZnO) x，且 x係介於約0.22至約0.75的一範圍內。
  20. 如請求項17所述之顯示裝置，其中該至少一第一材料層進一步包含一含量等於或小於約10%的銦(In)。
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