日本九州島大學(xué)(Kyushu University)最近展示一種完全有機(jī)且易于將薄膜近紅外光(NIR)處理成可見(jiàn)光的轉(zhuǎn)換組件，能夠在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)調(diào)諧其輸出。
這項(xiàng)研究主題為“利用NIR感測(cè)為有機(jī)光轉(zhuǎn)換組件調(diào)諧全彩電致發(fā)光”(Tunable Full-Color Electroluminescence from All-Organic Optical Upconversion Devices by Near-Infrared Sensing)的論文發(fā)表于《ACS Photonics》期刊，文中描述研究人員決定尋找讓裸眼能在近紅外光中“看得見(jiàn)”的直接轉(zhuǎn)換機(jī)制，其方式是在裸眼前直接加入金屬薄層，從而取代昂貴的III-V化合物半導(dǎo)體傳感器以及商用NIR成像應(yīng)用中的芯片讀取電路。
為了設(shè)計(jì)大面積的無(wú)像素NIR成像應(yīng)用，研究人員們著眼于完全有機(jī)的光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，在單一組件中堆棧OLED(作為次級(jí)發(fā)射器)以及光偵測(cè)器。
研究人員并利用先前研究的高效率、不含貴金屬的OLED——取決于內(nèi)部電致發(fā)光(EL)效率高達(dá)100%的熱活化延遲熒光(TADF)，同時(shí)結(jié)合TADF-OLED以及具NIR靈敏度的異質(zhì)接面電荷產(chǎn)生層(CGL)。
NIR轉(zhuǎn)可見(jiàn)光(NIR-to-visible)的轉(zhuǎn)換操作原理
在沒(méi)有NIR照射的條件下，OLED透過(guò)沉積于ITO陽(yáng)極和CGL之間的薄電洞阻障層(HBL)，保持在關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)NIR光源照射時(shí)，CGL可以吸收入射的NIR光線并產(chǎn)生電洞和電子，電洞與電子則沿著外部施加的偏壓連續(xù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)不同的電極，接著，光產(chǎn)生的電洞被注入電洞傳輸層(HTL)，并重新結(jié)合來(lái)自發(fā)射層(EML)內(nèi)部Al陰極注入的電子，從而輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的可見(jiàn)光。
基于TADF-OLED的有機(jī)‘NIR-可見(jiàn)光’轉(zhuǎn)換組件示意圖，以及該組件中用于代表有機(jī)半導(dǎo)體材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)
因此，在NIR照射時(shí)，該組件堆棧直接發(fā)射裸眼就能看到的光，而無(wú)需使用任何讀取電路或任何形式的顯示器。研究人員藉由TADF-OLED組合中的不同的分子證實(shí)，這種轉(zhuǎn)換組件能夠在整個(gè)可見(jiàn)光范圍(從藍(lán)光、紅光到白光)調(diào)諧輸出。
該轉(zhuǎn)換組件分別在黑暗(關(guān)閉)與NIR照明(開(kāi)啟)環(huán)境下的操作原理
‘NIR-綠光’轉(zhuǎn)換組件在10V驅(qū)動(dòng)電壓下透過(guò)富士山形狀的屏蔽在薄膜上照射810nm的NIR光源
由九州島大學(xué)稻盛開(kāi)拓者研究中心(INAMORI Frontier Research Center)教授安田琢麿(Takuma Yasuda)帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)制造出一款面積為400平方公厘(mm^2)的轉(zhuǎn)換組件，其中包含一個(gè)綠光TADF發(fā)射器。透過(guò)富士山(Mount Fuji)形狀的圖案光罩在薄膜上照射NIR光源，研究人員取得了綠色對(duì)比的可見(jiàn)光影像。該原型在100mWcm^-2的NIR功率密度下，其亮度可達(dá)到超過(guò)150cdm^?2 (產(chǎn)生12%的外部EL量子效率)。
該薄膜組件包括金屬電極與整個(gè)有機(jī)堆棧的厚度還不到0.4μm，因此在日光下呈半透明狀，或者可用透明電極進(jìn)行處理，使其在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)實(shí)際上是透明的。因此，研究人員預(yù)計(jì)，這種薄膜組件可望應(yīng)用于頭盔遮陽(yáng)板或汽車擋風(fēng)玻璃，以便增強(qiáng)駕駛?cè)说淖匀灰挂暷芰Α?br>
‘NIR-白光’轉(zhuǎn)換組件
“這些轉(zhuǎn)換組件在現(xiàn)階段是不透明的，因?yàn)槲覀兪褂?00nm厚的Al層作為陰極。但我們可以使用更薄的金屬陰極制造半透明的組件，也可以使用塑料基底生產(chǎn)軟性組件，”Yasuda并補(bǔ)充說(shuō)，這些研究結(jié)果顯示該組件仍處于非常基本的開(kāi)發(fā)階段。
“目前，我們還沒(méi)打算讓這些組件為實(shí)際的應(yīng)用商業(yè)化，但在未來(lái)將會(huì)逐步測(cè)試一些有幫助的應(yīng)用。”
編譯：Susan Hong
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