有机光转换元件实现自然夜视能力
2017-02-08 21:32:58 来源：微迷评论：0 点击：

日本九州大学（Kyushu University）最近展示一种完全有机且易于将薄膜近红外光（NIR）处理成可见光的转换元件，能够在整个可见光范围内调谐其输出。

这项研究主题为“利用NIR感测为有机光转换元件调谐全彩电致发光”（Tunable Full-Color Electroluminescence from All-Organic Optical Upconversion Devices by Near-Infrared Sensing）的论文发表于《ACS Photonics》期刊，文中描述研究人员决定寻找让裸眼能在近红外光中“看得见”的直接转换机制，其方式是在裸眼前直接加入金属薄层，从而取代昂贵的III-V化合物半导体传感器以及商用NIR成像应用中的芯片读取电路。

为了设计大面积的无像素NIR成像应用，研究人员们着眼于完全有机的光转换系统，在单一元件中堆叠OLED（作为次级发射器）以及光侦测器。

研究人员并利用先前研究的高效率、不含贵金属的OLED——取决于内部电致发光（EL）效率高达100%的热活化延迟萤光（TADF），同时结合TADF-OLED以及具NIR灵敏度的异质接面电荷产生层（CGL）。

NIR转可见光（NIR-to-visible）的转换操作原理

在没有NIR照射的条件下，OLED通过沉积于ITO阳极和CGL之间的薄电洞阻障层(HBL)，保持在关断状态。当NIR光源照射时，CGL可以吸收入射的NIR光线并产生电洞和电子，电洞与电子则沿着外部施加的偏压连续传输到各个不同的电极，接着，光产生的电洞被注入电洞传输层(HTL)，并重新结合来自发射层(EML)内部Al阴极注入的电子，从而输出经转换的可见光。

基于TADF-OLED的有机‘NIR-可见光’转换元件示意图，以及该元件中用于代表有机半导体材料的化学结构

因此，在NIR照射时，该元件堆叠直接发射裸眼就能看到的光，而无需使用任何读取电路或任何形式的显示器。研究人员借由TADF-OLED组合中的不同的分子证实，这种转换元件能够在整个可见光范围（从蓝光、红光到白光）调谐输出。

该转换元件分别在黑暗（关闭）与NIR照明（开启）环境下的操作原理

‘NIR-绿光’转换元件在10V驱动电压下通过富士山形状的遮罩在薄膜上照射810nm的NIR光源

由九州大学稻盛开拓者研究中心（INAMORI Frontier Research Center）教授安田琢麿（Takuma Yasuda）带领的研究团队制造出一款面积为400平方毫米的转换元件，其中包含一个绿光TADF发射器。通过富士山（Mount Fuji）形状的图案光罩在薄膜上照射NIR光源，研究人员取得了绿色对比的可见光影像。该原型在100mWcm^(-2)的NIR功率密度下，其亮度可达到超过150cdm^(−2)（产生12%的外部EL量子效率）。

该薄膜元件包括金属电极与整个有机堆叠的厚度还不到0.4µm，因此在日光下呈半透明状，或者可用透明电极进行处理，使其在关闭状态时实际上是透明的。因此，研究人员预计，这种薄膜元件可望应用于头盔遮阳板或汽车挡风玻璃，以便增强驾驶人的自然夜视能力。

‘NIR-白光’转换元件