用于上轉(zhuǎn)換器件的紅外線透過的可見光阻擋器的制造方法
【專利摘要】一種具有堆疊層結(jié)構(gòu)的紅外-可見上轉(zhuǎn)換器件，其包括紅外線(IR)透過的可見光阻擋層，使得堆疊器件的IR入射面允許IR輻射、特別是NIR輻射進(jìn)入器件，而由發(fā)光二極管(LED)層所產(chǎn)生的可見光被阻擋從器件的IR入射面處出射。器件在IR入射面處具有IR透明電極和可見光透明電極，使得可見光可以從與IR入射面相反的可見光檢測面離開器件。
【專利說明】用于上轉(zhuǎn)換器件的紅外線透過的可見光阻擋器
[0001]交叉引用的相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年2月28日提交的美國臨時申請61/447，415號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容(包括任何圖、表或附圖)通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]由于在夜視、測距、安全及半導(dǎo)體晶片檢查的潛在應(yīng)用，紅外-可見上轉(zhuǎn)換器件已經(jīng)吸引了大量的關(guān)注。紅外-可見光上轉(zhuǎn)換器件已經(jīng)通過集成光檢測器和發(fā)光二極管(LED)或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)來制造。然而，對于一些應(yīng)用如夜視儀，如果可見光也可以穿過IR輻射所經(jīng)過的IR透明電極，則上轉(zhuǎn)換器件可能是不合適的。因此，需要一種用于多種應(yīng)用例如夜視應(yīng)用的上轉(zhuǎn)換器件，其中該器件的堆疊有源層垂直于IR光入射，并且包括具有限制可見光輸出到專門的期望觀察點(diǎn)的手段的一個層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實施方案涉及一種具有堆疊層結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換器件。該器件包括IR透過的可見光阻擋層、IR入射透明電極、紅外線敏化層、發(fā)光二極管層(LED)和可見光出射透明電極。IR透過的可見光阻擋層位于IR輻射源和LED層之間，例如，在IR輻射源和IR入射透明電極之間。IR透過的可見光阻擋層阻擋了由LED層發(fā)射的一種或更多種波長的可見光的通過，但是允許近紅外(NIR)輻射通過而到達(dá)IR敏化層。IR透過的可見光阻擋層可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)，其具有多組具有不同折射率的材料的兩個交替膜，例如交替的Ta2O5和SiO2膜或LiF和TeO2膜的堆疊體。或者，IR透過的可見光阻擋層可以包含S1、CdS、InP和/或CdTe的一種或更多種膜。IR入射透明電極可以是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁錫氧化物(ΑΤ0)、鋁鋅氧化物(AZO)、碳納米管或者銀納米線，并且可見光出射透明電極可以是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁錫氧化物(ΑΤ0)、鋁鋅氧化物(AZO)、碳納米管、銀納米線、Mg: Ag或Mg: Ag與Alq3堆疊層。
[0005]LED層包括電子傳輸層(ETL)、發(fā)光層和空穴傳輸層(HTL)。ETL可以包含三[3-(3-吡啶)_ 萊基]硼烷(3了?￥1^)、2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)、4，7_ 二苯基-1，10-菲咯啉(BPhen)和三_(8_羥基喹啉)鋁(Alq3)。發(fā)光層可包含三-(2-苯基吡啶)合銥、Ir(ppy)3、聚[2-甲氧基，5_(2’ -乙基-己氧基)亞苯基亞乙烯基](MEH-PPV)、三-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)或雙-[(4，6_ 二氟苯基)-吡啶-N，C2’]吡啶甲酰合銥(III) (FIrpic)。HTL可包含I，1-雙[(二-4-甲苯氨基)苯基]環(huán)己烷(TAPC)、N，N’ - 二苯基-N，N’ -(2-萘基-苯基)-4，4’ -二胺(NPB)和 N，N’ - 二苯基-N，N’ - 二(間甲苯基)聯(lián)苯胺(TPD)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是IR-可見光上轉(zhuǎn)換器件的示意圖，其中透明電極允許可見光在包括上轉(zhuǎn)換器件的堆疊層的兩端選出。[0007]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的IR-可見光上轉(zhuǎn)換器件的示意圖，其中插入IR透過的可見光阻擋層，使得可見光不能從器件的IR入射面漏出。
[0008]圖3是IR透過的可見光阻擋層的示意圖，所述IR透過的可見光阻擋層構(gòu)造為具有不同折射率(RI)的兩種材料的交替膜的復(fù)合物。
[0009]圖4是％透射率隨實施例1的IR透過的可見光阻擋層的波長變化的曲線圖，它在近紅外(NIR)中顯示出高透射率，而在部分的可見光范圍中幾乎沒有透射率，使得IR透過的可見光阻擋層可以限制綠色光從根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的IR-可見上轉(zhuǎn)換器件的IR入射面損失。
【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明的實施方案涉及IR-可見光上轉(zhuǎn)換器件，其中所產(chǎn)生的可見光的輸出被限制從IR所通過的表面輻射出。在如圖1所示的典型上轉(zhuǎn)換器件中，IR敏化層位于電極的一側(cè)上(其在圖1中顯示為陽極)，在該處IR敏化層產(chǎn)生電荷載流子，即電子或空穴。在器件的偏壓下，電荷載流子被導(dǎo)向發(fā)光器件(LED)層(其在圖1中顯示為有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)層)，在該處它與互補(bǔ)的電荷載流子結(jié)合而產(chǎn)生可見光。LED產(chǎn)生的光從LED在各個方向上輻射出。如圖1中所示，上轉(zhuǎn)換器件由兩個透明電極構(gòu)成，在該電極處所產(chǎn)生的可見光透射經(jīng)過該器件的兩個面。對于上轉(zhuǎn)換器件的一些潛在應(yīng)用例如軍用夜視，優(yōu)選的是該器件保持為不被除了采用該器件的期望可見光檢測器之外的可見光檢測器(包括不受歡迎的眼睛)觀察到。因此，期望阻擋在意圖被檢測到的可見光的面之外的任意方向上引導(dǎo)的可見光，特別是阻擋通過IR入射面輻射的光。在本發(fā)明的實施方案中，IR透過的可見光阻擋層允許高比例的近IR進(jìn)入器件，例如，IR透過的可見光阻擋層至少在小于1.8 μ m的NIR部分中具有至少有50 %的透射，并且阻擋可見光透射穿過IR入射面，其程度為光在背景光下不可被容易地檢測。
[0011]在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的上轉(zhuǎn)換器件，其中，通過包括在IR入射面和IR敏化層之間的IR透過的可見光阻擋層，該器件在IR入射面處變成不可透過可見光的，原因是IR透過的可見光阻擋層吸收可見光和/或使可見光在內(nèi)部反射，而不是允許可見光通過IR入射面而損失。出于本發(fā)明的目的，最靠近IR入射面的電極必須是對IR高度透明的，具有至少約50%的透射率，而最靠近可見光檢測面的電極必須是對可見光高度透明的，其在由LED發(fā)射可見光的波長范圍內(nèi)具有約50%的透射率。當(dāng)IR透過的可見光阻擋層具有反射表面時，相對于沒有層或非反射性IR透過的可見光阻擋層，導(dǎo)向器件的光檢測表面的可見光的比例增加是可能的。垂直于堆疊層的上轉(zhuǎn)換器件的表面可覆蓋有不透明的涂層，或另外端接至作為吸收/或反射表面的不透明表面，使得可見光不損失到器件的側(cè)面。如圖2所示，IR透過的可見光阻擋層可以在襯底和陽極之間。該層也可以位于襯底的與陽極相反的表面上，或者，當(dāng)兩個層都具有合適的電子特性以作為器件中的互連層或有源層時，IR透過的可見光阻擋層可以位于該器件的在器件中使用的LED的IR輸入側(cè)面上的任意層之間。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在上轉(zhuǎn)換裝置中使用的IR透過的可見光阻擋層，可以采用如圖3所示的多電介質(zhì)堆疊層。IR透過的可見光阻擋層使用具有不同折射率的交替膜的電介質(zhì)膜的堆疊體，其中具有高折射率的膜與具有明顯低折射率的膜交替設(shè)置。在本發(fā)明的實施方案中，膜是材料的連續(xù)層，無需以任何特定的順序或方式形成。堆疊體可包括具有高折射率的一種或更多種材料的膜和具有低折射率的一種或更多種材料的膜。在一個示例性IR透過的可見光阻擋層中，該層由交替的Ta2O5膜(RI = 2.1)和SiO2膜(RI =1.45)的復(fù)合物構(gòu)成。在本發(fā)明的其它實施方案中，可以使用其它材料，其包括:交替的TiO2膜和SiO2膜的復(fù)合物、和交替的LiF膜和TeO2膜的復(fù)合物。在本發(fā)明的其它實施方案中，IR透過的可見光阻擋層可以包括自身具有高IR透明度但不可透過可見光的一個或更多個膜，例如S1、CdS、InP或CdTe。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的，材料或復(fù)合材料可以在可見光中具有一定的透明度，然而，該材料必須反射或吸收由所用的LED發(fā)出的可見輻射的波長，以在上轉(zhuǎn)換器件所使用的環(huán)境光條件下有效地不透過外部可見光檢測器。對于上轉(zhuǎn)換器件的一些用途，吸收或反射不需要是絕對的。
[0013]在本發(fā)明的實施方案中，IR敏化層可以包括混合PbSe量子點(diǎn)(QD)或混合PbSQD的廣譜吸收IR敏化層。在本發(fā)明的其它實施方案中，IR敏化層包含以下的連續(xù)膜層:PbSe、PbS、InAs、InGaAs、S1、Ge、*、GaAs。在本發(fā)明的實施方案中，IR敏化層是有機(jī)物或有機(jī)金屬，其包含包括但不限于以下的材料:二萘嵌苯-3，4，9，10-四羧酸-3，4，9，10- 二酐(PTCDA);錫(II)酞菁(SnPC) ;SnPC:C6(l ;酞菁氯化鋁(AlPcCl) ;AlPcCl:C6tl ;酞菁氧鈦(TiOPc);和 TiOPc: C60。
[0014]在本發(fā)明的一個實施方案中，LED層可以是0LED，包括面式-三-(2-苯基吡啶)合銥(IHppy)3)，其在515nm發(fā)射綠光?？梢杂迷诒景l(fā)明實施方案中的其他LED材料包括:聚-[2-甲氧基，5-(2’ -乙基-己氧基)亞苯基亞乙烯基](MEH-PPV)、三-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)和雙-[(4，6-二氟苯基)_吡啶-N，C2’ ]吡啶甲酰合銥(III) (FIrpic)。LED發(fā)光層可發(fā)出任意的單個的光波長、波長的混合物、或光的窄或?qū)捵V。在LED層中可包含多種LED材料，并且LED層可以是多個不同的LED層。
[0015]可以在IR入射透明電極中使用的透明電極(其在圖2中顯示為陽極)包含銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁錫氧化物(ΑΤ0)、鋁鋅氧化物(AZO)、碳納米管、或銀納米線?？梢姽獬錾渫该麟姌O(其在圖2中顯示為陰極)可以是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁錫氧化物(ΑΤ0)、鋁鋅氧化物(AZO)、碳納米管、銀納米線、Mg:Ag層、或Mg:Ag和Alq3堆疊層。例如，可以將厚度小于30nm的10: I Mg: Ag合金層與厚度為至多200nm的Alq3層堆疊。該IR入射透明電極和/或可見光出射透明電極可以在分別對IR光譜和可見光譜透明的襯底上形成，所述襯底可以是任意合適的玻璃或聚合材料。
[0016]材料與方法
[0017]IR透過的可見光阻擋層由Ta205 (RI = 2.1)和Si02(RI = 1.45)的多個交替膜構(gòu)成，如下表I中所示的。IR透過的可見光阻擋層的厚度為約I μ m且適合用于利用發(fā)射515nm光的OLED的上轉(zhuǎn)換器件，因為它表現(xiàn)出銳截止(sharp cutoff)，在小于575nm且大于450nm的波長下幾乎沒有透射率。圖4示出IR透過的可見光阻擋層的透射光譜。
[0018]表1:多層IR透過的可見光阻擋的結(jié)構(gòu)[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種上轉(zhuǎn)換器件，其具有包括IR透過的可見光阻擋層、IR入射透明電極、IR敏化層、發(fā)光二極管(LED)層、和可見光出射透明電極的堆疊層結(jié)構(gòu)，其中所述IR透過的可見光阻擋層位于IR輻射源和LED層之間，其中所述IR透過的可見光阻擋層不允許由LED層發(fā)射的波長的可見光通過，但是允許NIR輻射通過以到達(dá)所述IR敏化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述IR透過的可見光阻擋層是包括多個具有不同折射率的材料的兩個交替膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述兩個交替膜包括Ta2O5和SiO2復(fù)合物或LiF和TeO2復(fù)合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述IR透過的可見光阻擋層包含S1、CdS、InP和/或CdTe的一個或更多個膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述IR入射透明電極包括銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁錫氧化物(ΑΤ0)、鋁鋅氧化物(AZO)、碳納米管或銀納米線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述可見光出射透明電極包括:銦錫氧化物(ITO);銦鋅氧化物(IZO);鋁錫氧化物(ATO);鋁鋅氧化物(AZO);碳納米管；銀納米線；Mg:Ag ;或者M(jìn)g:Ag和Alq3堆疊體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可見光出射透明電極，其中所述Mg: Ag層具有10: I的比例和小于30nm的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可見光出射透明電極，其中所述Alq3層的厚度小于200nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述LED層包括電子傳輸層(ETL)、發(fā)光層和空穴傳輸層(HTL)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述ETL包括三[3-(3-吡啶)-萊基]硼烷(3丁?丫 2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)、4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BPhen)和三-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述發(fā)光層包括三-(2-苯基吡啶)合銥、Ir (ppy)3、聚[2-甲氧基，5-(2，-乙基己氧基)亞苯基亞乙烯基](MEH-PPV)、三-(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)或雙-[(4，6-二氟苯基)_吡啶-N，C2’ ]吡啶甲酰合銥(III) (FIrpic)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的上轉(zhuǎn)換器件，其中所述HTL包括:1，1_雙[(二-4-甲苯氨基)苯基]環(huán)己烷(TAPC)、N，N，- 二苯基-N，N，-(2-萘基-苯基)-4，4’ -二胺(NPB)和N，N’ - 二苯基-N，N’ - 二(間甲苯基)聯(lián)苯胺(TPD)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述IR透過的可見光阻擋層位于IR輻射源和所述IR入射透明電極之間。
【文檔編號】H01L31/09GK103460403SQ201180068541
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月28日
【發(fā)明者】弗蘭基·索, 金渡泳, 布哈本德拉·普拉丹 申請人:佛羅里達(dá)大學(xué)研究基金會有限公司, 納米控股有限公司