日本九州岛大学(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组件，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感测为有机光转换组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，在单一组件中堆栈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%的热活化延迟荧光(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透过沉积于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’转换组件示意图，以及该组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，该组件堆栈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。研究人员藉由TADF-OLED组合中的不同的分子证实，这种转换组件能够在整个可见光范围(从蓝光、红光到白光)调谐输出。
该转换组件分别在黑暗(关闭)与NIR照明(开启)环境下的操作原理
‘NIR-绿光’转换组件在10V驱动电压下透过富士山形状的屏蔽在薄膜上照射810nm的NIR光源
由九州岛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平方公厘(mm^2)的转换组件，其中包含一个绿光TADF发射器。透过富士山(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)。
该薄膜组件包括金属电极与整个有机堆栈的厚度还不到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，这种薄膜组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’转换组件
“这些转换组件在现阶段是不透明的，因为我们使用100nm厚的Al层作为阴极。但我们可以使用更薄的金属阴极制造半透明的组件，也可以使用塑料基底生产软性组件，”Yasuda并补充说，这些研究结果显示该组件仍处于非常基本的开发阶段。
“目前，我们还没打算让这些组件为实际的应用商业化，但在未来将会逐步测试一些有帮助的应用。”
编译：Susan Hong
本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载
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