日本九州大学的研究人员成功演示了一种完全有机的、容易加工的薄膜近红外到可见光的光学上变频器件,这种器件的输出可以在整个可见光范围内调整。

这些研究人员在ACS Photoncs杂志上发表的题为“由近红外传感实现的全有机光学上变频器件的可调谐全彩电致发光(Tunable Full-Color Electroluminescence from All-Organic Optical Upconversion Devices by Near-Infrared Sensing)”论文表明,他们决定放弃商用近红外成像应用中使用的高成本III-V化合物半导体传感器和硅基读出电路,转而开发直接上变频转换器件,以便通过简单地在眼前放置一块金属薄片,就能让裸眼在近红外环境中“看东西”。

为了设计大面积无像素的近红外成像应用,这些研究人员决定实现全有机的光学上变频系统,并堆叠一个OLED(用于次级发射器)和一个有机光电探测器,所有元件都集成在一个器件中。

他们利用了以前围绕高效率无贵金属OLED(依靠热激活延迟型荧光(TADF),其内部电致发光量子效率高达100%)的研究成果,并将TADFOLED和对近红外光敏感的大块异质结电荷产生层(CGL)结合在一起。

在没有近红外照明的情况下,OLED保持在关断状态( 通过在ITO阳极和电荷产生层(CGL)之间沉积的一层薄空穴阻挡层)。当被近红外光源照射时,CGL可以吸收进入的近红外光并产生空穴和电子,后者将沿着外部施加的偏置相继传输到各自对应的电极。光子产生的空穴随即被注入空穴传输层(HTL),然后与从发射层(EML)中的铝阴极注入的电子重新结合,输出完成上变频的可见光。

因此,当有近红外光照射时,这个堆叠结构就会直接向裸眼发出可见光,不需要任何读出电子设备或任何其它形式的显示器。通过结合TADF-OLED中的不同分子,研究人员向我们展示,这些器件可以通过调谐输出从蓝光到红光和白光的整个可见光范围内的光线。

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INAMORI前沿技术研究中心的Takuma Yasuda博士兼教授领导下的研究小组,制造和评估了一种面积为400mm2的上变频器件,其中包含一个绿色的TADF发射器。将近红外光源照向薄膜,并通过一个图案化掩模,他们得到了一个绿色对比度的可见图像。当近红外功率密度为100mW/cm2时,这个原型的亮度超过150cd/m2(外部电致发光量子效率为12%)。

这种全有机的堆叠结构和金属电极放在一起的厚度不超过0.4μm,因此这种薄膜器件在日光下是半透明的吗?或者说它能用透明电极加工以便在关断状态下变得真正透明吗?我们咨询了Yasuda教授。

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他们的想法是,这种薄膜可以用在头盔护目镜或汽车挡风玻璃上,用于增强司机在夜晚自然光线下的可视能力。

“这些上变频器件在目前这个阶段不是透明的,因为我们用了100nm厚的铝层作为阴极。我们可以使用薄得多的金属阴极制造半透明的器件来,还可以使用塑料基板生产出柔性器件。”Yasuda告诉我们,并补充说这些结果表明器件还处于非常初级的阶段。

“目前我们还没有考虑商用化这些器件。但今后会去测试一些有用的应用。”

《电子技术设计》2017年3月刊版权所有,谢绝转载。

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