CN110148658A - 一种基于量子点发光二极管发光的有机光敏三极管光耦器件 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种新型光耦器件，包括接受已知电信号并将其转换为光信号的量子点发光二极管（QLED）发光部分，接受QLED发出的光信号并将其转换成可检测电信号的有机光敏器件，以及位于两者之间的连接部分。本发明克服了现有光耦器件由于使用的材料及其结构上存在的缺陷和不足，提出利用QLED以及有机光敏器件制造光耦，其制备工艺简单，可大面积制备，可用于制备全柔性光耦，同时QLED拥有优异的颜色纯度、高亮度、低工作电压以及易加工等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于QLED技术发光的有机光耦器件，属于光电子领域。
背景技术
光耦合器（OC）亦称光隔离器，简称光耦，是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它以光作为媒介把输入端的电信号转换为光信号，耦合到输出端再转换为电信号，因此称为光耦合器。由于光耦合器输入、输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大提高计算机工作的可靠性。
目前光耦合器主要由无机发光器件和无机光敏器件组成，随着柔性显示器、柔性可穿戴设备的迅猛发展，柔性光耦的研究也是很有必要的。无机LEDs的亮度高（106~108cdm-2）和启亮电压低（<2V），已被用于开发柔性LED阵列中。然而，其活性层厚（微米级）且易碎的缺点限制了它们的柔性，而点阵列设计也无法实现高分辨率显示。有机发光二极管（OLEDs）和聚合物发光二极管（PLEDs）已经成为一个热门的研究课题，因为采用自发光的活性层极大地简化了器件的结构，从而大大降低了整个显示器厚度。然而，当前OLED显示器的柔性仍然受到厚封装层的限制（例如，它允许弯曲而不是折叠或拉伸）。因此，开发具有连续弯曲应力的薄膜封装层，有效防止有机活性层、有机电荷输送层和薄金属电极氧化是非常重要的。
最近，量子点发光二极管（QLEDs）因其优异的颜色纯度（FWHM为30 nm）、高亮度（高达20万cd m 2）、低工作电压（开启电压<2V）以及易加工等特点，受到了极大的关注。无机量子点（QDs）的热稳定性和空气稳定性可以增强显示器的寿命和耐用性。
发明内容
结合上文中提到的现有光耦器件由于使用的材料及其结构上存在的缺陷和不足，本发明要解决的技术问题是利用QLED技术和有机光敏三极管制备高性能的有机光耦器件。
本发明的有机光耦器件，其组成部分包括：接受已知电信号并将其转换为光信号的量子点发光二极管（QLED）发光部分，接受QLED发出的光信号并将其转换成可检测电信号的有机光敏三极管，以及位于两者之间的连接部分。如图1所示，101为有机光敏三极管器件，102为共用基底，103为QLED器件。
本发明采用的QLED器件采用无机物-量子点-有机物的结构，如图5所示，504与505所示分别为该器件的阴极和阳极；501为由无机物组成的电子传输层，通常为金属氧化物；502为量子点材料；503为由有机物组成的空穴传输层；这种结构的优点在于具有较高的外量子效率和亮度。
本发明的有机光耦器件采用QLED发光，制备工艺简单，可大面积制备从而降低成本，同时高亮度，低工作电压使光耦性能更加优越。另外还可将此器件集成于柔性基底上，促进柔性显示、柔性可穿戴等领域的应用，同时也开拓了光耦在医疗器械等方面的应用。
附图说明
图1为此基于QLED发光的有机光敏三极管光耦的组成部分示意图；
图2为QLED器件结构示意图；
图3为有机光敏三极管结构示意图；
图4为此光耦器件的原理图；
图5为QLED器件的组成部分示意图。
具体实施方式
QLED结构包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和两个电极。附图2是一种QLED结构，工艺上采用旋涂的方式进行QLED结构建立于基底206上，选用材料为ITO，作为此结构的阳极；其中201为此结构阴极，选用Ag，厚度为100nm；202是电子传输层，选用ZnO作为此层的材料，厚度大概在30nm左右；203是量子点发光层，材料选用化学性质稳定的CdSe/ZnS量子点，旋涂时大概厚度为40nm左右；204为空穴传输层，常采用材料为PVK，厚度大概为20nm左右；205为空穴注入层，材料选用PEDOT：PSS，厚度为40nm左右。综上为QLED的基本结构，在研究制备过程中，通常会在202电子传输层和203发光层之间加入一层PMMA绝缘层来促进器件的电荷平衡，维持量子点的优异发光特性。
有机光敏三极管的结构包括发射极半导体层、基极半导体层、集电极半导体层和两个电极。附图3是一种有机光敏三极管结构，301是发射极半导体层，材料可使用Alq3，厚度在10-100nm间；303是集电极半导体层，材料可选2，3，6，7-四甲基-9，10-（2-二奈基）-蒽（以下简称β-TMADN），厚度为10-100nm之间。发射极半导体层301和基极半导体层302组成一个光二极管结构，当有光照射时，光生电子在光二极管内建电场的作用下向发射极漂移，光生空穴向基极漂移，由于基极层很薄，光生空穴很容易就到达基极和集电极界面，在外界电压306的作用下，集电极和基极间施加的是正向电场，光生空穴载流子就在外加电场的作用下漂移到集电极。304和305分别是三极管的两个金属电极，厚度为20-300nm。
实施例：
制备一个QLED和有机光敏三极管结合在一起的有机光耦器件。该有机光耦器件的制备工艺步骤如下：首先在玻璃基底上制备有机光敏三极管器件，然后在基底的另一面制备QLED器件。
在制备有机光敏三极管时，首先在玻璃基底上形成一层Mg:Ag电极，厚度为30nm，作为光敏三极管的发射极引线，再在该电极上蒸镀沉积n型有机半导体Alq3,厚度为100nm，再继续蒸镀沉积有机p型半导体材料CuPc，厚度为100nm，接着再蒸镀沉积有机n型半导体β-TMADN，厚度为100nm，最后再沉积ITO电极，厚度为100nm。在制备完有机光敏三极管之后，再在同一基底的另一面开始制备QLED器件，首先旋涂一层ITO电极，厚度为100nm，再旋涂PEDOT:PSS材料，厚度为40nm，再旋涂一层PVK，厚度为20nm，接着将量子点材料CdSe/ZnS旋涂40nm，再旋涂一层ZnO材料，厚度为30nm，最后旋涂Ag，厚度为100nm，作为阴极。
本实施例中，QLED器件在接收到已知信号后，从其底部ITO面发出了光，此信号透过玻璃基底被位于玻璃基底另一面的有机光敏三极管接收，然后将其转换成了可检测的电信号再发出。另外，如果将玻璃基底换成柔性的有机聚合物材料，此有机光耦就可呈现出柔性功能并保持功能完整。
Claims (5)
1.一种光耦器件，包括接受已知电信号并将其转换成光信号的量子点发光二极管（QLED）、QLED发出的光信号并将其转换成可检测电信号的有机光敏器件、以及两者之间的电绝缘部分连接。
2.根据权利要求1所述的光耦器件，其特征在于所述QLED以及有机光敏器件，均为有机半导体器件，同时，QLED为无机电致发光器件。
3.根据权利要求2所述的光耦器件，其特征在于所述有机光敏器件为有机光敏三极管。
4.根据权利要求2所述的光耦器件，其特征在于QLED与有机光敏三极管处于同一基底的两面。
5.根据权利要求4所述的光耦器件，其特征在于基底采用透明基底，以便有机光敏器件能接收基底另一面的QLED发出的光信号。
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