CN113984199A - 红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及红外‑可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法。该制备方法通过采用蒸镀法和溶液法形成红外‑可见光双色切换上转化成像焦平面器件，以实现不同颜色的红外图像显示。与传统的红外成像器件的单色显示相比，该制备方法制备得到的焦平面器件，可将红外图像转化为不同颜色的可见光图像；同时省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，器件结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。
Description
技术领域
本公开涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法。
背景技术
红外探测及成像技术在远程遥感、夜视、制导、生物医学、地质探测、气象监测等领域有着广泛的应用，特别是近年来的增强现实、虚拟现实、机器视觉、自动驾驶、可穿戴智能设备等的快速发展，对红外探测与成像技术提出了更高的要求。
传统的红外成像器件的工作原理通常为：利用红外探测器获取红外图像信息并转化为电信号，该电信号经过积分等处理后，经读出电路获得数字信号，再将数字电路信号转为可见光图像显示，而如像管等则将红外光光子转为光电子，再用光电子转为图像。但是，现有的红外成像器件通常存在只能进行单色图像显示的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法。
本公开提供了一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的制备方法，该制备方法通过采用蒸镀法和溶液法形成红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，以实现不同颜色的红外图像显示。
在一些实施例中，该制备方法包括：
提供透明导电基层；
在所述透明导电基层上形成层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元；
在所述第一发光单元背离所述透明导电基层的一侧形成第二发光单元，所述第二发光单元与所述第二红外探测单元连接；
所述第一发光单元在所述第一红外探测单元探测到第一波段的红外光时，对应发出第一颜色的可见光光线；
所述第二发光单元在所述第二红外探测单元探测到第二波段的红外光时，对应发出第二颜色的可见光光线；
其中，所述第一波段不同于所述第二波段，所述第一颜色不同于所述第二颜色；通过对所述焦平面器件的供电方式切换，以实现不同颜色的红外图像显示。
在一些实施例中，该制备方法还包括：
提供电源单元，所述电源单元包括第一连接端和第二连接端；
所述第一连接端电连接所述透明导电基层，所述第二连接端电连接在所述第一发光单元和所述第二发光单元的公共连接处；
通过切换所述电源单元的第一连接端和第二连接端的偏压方向，使得：
所述第一红外探测单元探测出所述第一波段的红外光，对应所述第一发光单元发出第一颜色的可见光光线；或者
所述第二红外探测单元探测出所述第二波段的红外光，对应所述第二发光单元发出第二颜色的可见光光线。
在一些实施例中，在所述透明导电基层上形成层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元；以及在所述第一发光单元背离所述透明导电基层的一侧形成第二发光单元，所述第二发光单元与所述第二红外探测单元连接包括：
在所述透明导电基层上依次堆叠第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层、第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层、第三红外量子点层附属载流子传输层、中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层、透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层；
其中，所述中间电极层和所述顶电极层在器件侧面导电连通，且与所述透明电极层电绝缘；
所述第一红外探测单元包括第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层和第二红外量子点层附属载流子传输层；
所述第二红外探测单元包括第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层和第三红外量子点层附属载流子传输层；
所述第一发光单元包括中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层和透明电极层；
所述第二发光单元包括透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层。
在一些实施例中，该制备方法还包括：
形成绝缘阻断层；
所述绝缘阻断层与所述透明电极层同层设置，所述绝缘阻断层用于实现所述透明电极层与所述中间电极层之间的电绝缘。
本公开还提供了一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，采用上述任一种制备方法制备得到。
在一些实施例中，该焦平面器件包括透明导电基层以及在所述透明导电基层上层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元，还包括第二发光单元，所述第二发光单元与所述第二红外探测单元连接；
所述第一发光单元在所述第一红外探测单元探测到第一波段的红外光时，对应发出第一颜色的可见光光线；
所述第二发光单元在所述第二红外探测单元探测到第二波段的红外光时，对应发出第二颜色的可见光光线；
其中，所述第一波段不同于所述第二波段，所述第一颜色不同于所述第二颜色；通过对所述焦平面器件的供电方式切换，以实现不同颜色的红外图像显示。
在一些实施例中，该焦平面器件还包括电源单元，所述电源单元包括第一连接端和第二连接端；
所述第一连接端电连接所述透明导电基层，所述第二连接端电连接在所述第一发光单元和所述第二发光单元的公共连接处；
所述电源单元还包括供电单元和切换开关；
所述供电单元包括正极和负极；
所述切换开关包括第一触点、第二触点、第三触点、第四触点、第五触点以及第六触点，所述第二触点与所述负极连接，所述第五触点与所述正极连接，所述第三触点和所述第六触点均与所述第一连接端连接，所述第一触点和所述第四触点均与所述第二连接端连接；
通过触点之间的连通关系切换，实现所述第五触点接通所述第四触点，同时所述第二触点接通所述第三触点；
或者实现
所述第五触点接通所述第六触点，且所述第二触点接通所述第一触点，以切换所述电源单元的第一连接端和第二连接端的偏压方向，并使得：
所述第一红外探测单元探测出所述第一波段的红外光，对应所述第一发光单元发出第一颜色的可见光光线；或者
所述第二红外探测单元探测出所述第二波段的红外光，对应所述第二发光单元发出第二颜色的可见光光线。
在一些实施例中，所述透明导电基层上依次堆叠第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层、第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层、第三红外量子点层附属载流子传输层、中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层、透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层；
其中，所述中间电极层和所述顶电极层在器件侧面导电连通，且与所述透明电极层电绝缘；
所述第一红外探测单元包括第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层和第二红外量子点层附属载流子传输层；
所述第二红外探测单元包括第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层和第三红外量子点层附属载流子传输层；
所述第一发光单元包括中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层和透明电极层；
所述第二发光单元包括透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层；
所述焦平面器件还包括绝缘阻断层；
所述绝缘阻断层与所述透明电极层同层设置，所述绝缘阻断层用于实现所述透明电极层与所述中间电极层之间的电绝缘。
在一些实施例中，所述第一红外量子点层附属载流子传输层和所述第三红外量子点层附属载流子传输层为空穴传输层，所述第二红外量子点层附属载流子传输层为电子传输层，或者，所述第一红外量子点层附属载流子传输层和所述第三红外量子点层附属载流子传输层为电子传输层，所述第二红外量子点层附属载流子传输层为空穴传输层；
和/或
所述第一量子点发光层附属载流子传输层和所述第三量子点发光层附属载流子传输层为电子传输层，所述第二量子点发光层附属载流子传输层和所述第四量子点发光层附属载流子传输层为空穴传输层；或者所述第一量子点发光层附属载流子传输层和所述第三量子点发光层附属载流子传输层为空穴传输层，所述第二量子点发光层附属载流子传输层和所述第四量子点发光层附属载流子传输层为电子传输层。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本公开实施例提供了一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法，该制备方法通过采用蒸镀法和溶液法形成红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，以实现不同颜色的红外图像显示。本公开涉及红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法。与传统的红外成像器件的单色显示相比，该制备方法制备得到的焦平面器件，可将红外图像转化为不同颜色的可见光图像；同时省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，器件结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提供的一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的制备方法的流程示意图；
图2为本公开实施例提供的一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的另一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的结构示意图；
图4为本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的工作原理示意图；
图5为本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件正向接电源时电流方向示意图；
图6为本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件反向接电源时电流方向示意图；
图7为本公开实施例提供的两种不同波段的红外光探测切换的原理示意图；
图8为本公开实施例提供的又一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的结构示意图。
其中，1、红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件；2、电源单元；3、物方焦平面；4、光学系统；5、外壳；6、可见光图像；11、透明导电基层；12、第一红外探测单元；13、第二红外探测单元；14、第一发光单元；15、第二发光单元；16绝缘阻断层；21、第一连接端；22、第二连接端；23、供电单元；24、切换开关；121、第一红外量子点层附属载流子传输层；122、第一红外量子点层；123、第二红外量子点层附属载流子传输层；131、第二红外量子点层；132、第三红外量子点层附属载流子传输层；141、中间电极层、142、第一量子点发光层附属载流子传输层；143、第一量子点发光层；144、第二量子点发光层附属载流子传输层；145、透明电极层；151、第三量子点发光层附属载流子传输层；152、第二量子点发光层；153、第四量子点发光层附属载流子传输层；154、顶电极层。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
结合背景技术，传统的红外成像器件包括了红外成像读出电路与数字信号处理与显示的结构部分，造成器件结构庞杂，同时还增加了器件的制造成本。此外，诸如像管之类的红外成像技术因设置光电子倍增的运动通道而进一步增大器件体积，并由于外光电效应的光电子运动带来了一定的噪声。而现有技术中不需要读出电路的红外上转化器件只能单色图像显示，且其所探测波长范围受材料限制。
针对上述缺陷中的至少一个进行改进，本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法，该制备方法通过采用蒸镀法和溶液法形成红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，以实现不同颜色的红外图像显示。与传统的红外成像器件的单色显示相比，该制备方法制备得到的焦平面器件，可将红外图像转化为不同颜色的可见光图像；同时省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，器件结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。
下面结合图1-图8，对本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法进行示例性说明。
在一些实施例中，红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的制备方法通过采用蒸镀法和溶液法形成红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，以实现不同颜色的红外图像显示。与传统的红外成像器件的单色显示相比，通过该制备方法制备的焦平面器件，可以实现切换不同颜色的红外图像显示；同时省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，器件结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。
在一些实施例中，如图1所示，为本公开实施例提供的一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图。参照图1，该制备方法包括：
S101、提供透明导电基层。
本步骤对导电基底清洗，进行氧等离子体处理；透明导电基底层设置为ITO导电玻璃。
S102、在透明导电基层上形成层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元。
S103、在第一发光单元背离透明导电基层的一侧形成第二发光单元，第二发光单元与第二红外探测单元连接。
第一发光单元在第一红外探测单元探测到第一波段的红外光时，对应发出第一颜色的可见光光线；第二发光单元在第二红外探测单元探测到第二波段的红外光时，对应发出第二颜色的可见光光线。其中，第一波段不同于第二波段，第一颜色不同于第二颜色；通过对焦平面器件的供电方式切换，以实现不同颜色的红外图像显示。
采用本实施例制备方法制备得到的焦平面器件，通过切换对焦平面器件的供电方式而实现对两种不同波段的红外光探测的切换，同时将不同波段的红外图像转化为不同的单色可见光的图像显示；还省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，器件结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。
在一些实施例中，红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的制备方法还包括：提供电源单元，电源单元包括第一连接端和第二连接端。其中，第一连接端电连接透明导电基层，第二连接端电连接在第一发光单元和第二发光单元的公共连接处；通过切换电源单元的第一连接端和第二连接端的偏压方向，使得：第一红外探测单元探测出第一波段的红外光，对应第一发光单元发出第一颜色的可见光光线；或者第二红外探测单元探测出第二波段的红外光，对应第二发光单元发出第二颜色的可见光光线。
采用本实施例制备方法制备得到的焦平面器件，通过切换电源单元的第一连接端和第二连接端的偏压方向而实现对两种不同波段的红外光探测的切换，同时将不同波段的红外图像转化为不同的单色可见光的图像显示；还省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，器件结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。
能够理解的是，在本实施例中仅示例性地示出了第一连接端电连接透明导电基层，第二连接端电连接在第一发光单元和第二发光单元的公共连接处，但并不构成对本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件制备方法的限定；在其他实施方式中，第一连接端电连接在第一发光单元和第二发光单元的公共连接处，第二连接端电连接透明导电基层，在此不限定。
在一些实施例中，在透明导电基层上形成层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元；以及在第一发光单元背离透明导电基层的一侧形成第二发光单元，第二发光单元与第二红外探测单元连接，该制备方法包括：在透明导电基层上依次堆叠第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层、第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层、第三红外量子点层附属载流子传输层、中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层、透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层；其中，中间电极层和顶电极层在器件侧面导电连通，且与透明电极层电绝缘；第一红外探测单元包括第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层和第二红外量子点层附属载流子传输层；第二红外探测单元包括第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层和第三红外量子点层附属载流子传输层；第一发光单元包括中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层和透明电极层；第二发光单元包括透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层。
其中，第一红外探测单元12与第二红外探测单元13共用第二红外量子点层附属载流子传输层123；第一发光单元14与第二发光单元15共用透明电极层145。
在一些实施例中，红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的制备方法还包括：形成绝缘阻断层；其中，绝缘阻断层与透明电极层同层设置，绝缘阻断层用于实现透明电极层与中间电极层之间的电绝缘。
详细制备步骤如下：
S201、对导电基底清洗，进行氧等离子体处理。
其中，透明导电基层材料为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或者柔性导电基底层；氧等离子体预处理时间为5min～10min。
S202、送入镀膜机内真空热蒸镀或溅射第一红外量子点层附属载流子传输层。
其中，第一红外量子点层附属载流子传输层材料为4,4'-双(N-咔唑)-1,1'-联苯(CBP)和MoO3，或聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺(poly-TPD)、2，2’，7，7’-四-(二甲氧基二苯胺)-螺芴(Spiro)、3-己基取代聚噻吩(P3HT)、[9,9-二辛基芴-共-N-[4-(3-甲基丙基)]-二苯基胺](TFB)或聚乙烯基咔唑(PVK)中至少一种。
示例性地，第一红外量子点层附属载流子传输层材料为CBP/MoO3结构，先蒸镀CBP膜层蒸镀厚度200-400nm，蒸镀速率0.5～0.6埃/秒；再蒸镀MoO3膜层蒸镀厚度50-200nm，蒸镀速率0.5～0.6埃/秒，CBP与MoO3共同构成第一红外量子点层附属载流子传输层。
S203、配置第一红外量子点层前驱液，在第一红外量子点层附属载流子传输层上滴涂、旋涂或喷涂第一红外量子点层。
其中，红外量子点层包括多层量子点膜，量子点膜经过液态配体交换处理，表面配体为SH-短链配体，量子点膜包括HgTe量子点膜、HgSe量子点膜、PbS量子点膜和PbSe量子点膜中的至少一种。
示例性地，第一红外量子点层为多层量子点膜，量子点膜经过液态配体交换处理，表面配体为SH-短链配体，量子点膜为HgTe量子点膜；红外量子点层的厚度为200nm～1μm。
其中，红外量子点层前驱液类型包括：A型号红外量子点层前驱液响应波长范围在1.5μm～2.5μm的红外光，B型号红外量子点层前驱液响应波长范围在3μm～5μm的红外光，C型号红外量子点层前驱液响应波长范围在8μm～12μm的红外光。在三种类型红外量子点层前驱液中选择其中两种作为第一、第二红外量子点层。
S204、配置红外量子点层附属载流子传输层前驱液，在第一红外量子点层上旋涂第二红外量子点层附属载流子传输层，退火定型。
其中，第二红外量子点层附属载流子传输层材料为氧化锌(ZnO)纳米颗粒或氧化锡(SnO2)纳米颗粒或[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲脂(PCBM)的一种或几种。
示例性地，二红外量子点层附属载流子传输层材料为ZnO纳米颗粒，前驱液由氧化锌纳米分散液与异丙醇配成，浓度为20-100mg/ml。旋涂参数：转速2000rpm，温度40℃-50℃，时间10s；退火参数：温度70℃-100℃，退火时间30-60min，退火环境无氧无水。
S205、配置第二红外量子点层前驱液，在第二红外量子点层附属载流子传输层上滴涂、旋涂或喷涂第二红外量子点层。
其中，第二红外量子点层附属载流子传输层也包括多层量子点膜，参数同S203，此处不再赘述。
S206、送入镀膜机内真空热蒸镀或溅射第三红外量子点层附属载流子传输层。
其中，第三红外量子点层附属载流子传输层膜层结构及参数与S202中的第一红外量子点层附属载流子传输层的膜层结构及参数相同。
S207、真空蒸镀或磁控溅射中间电极层。
其中，中间电极层材料可采用ITO、FTO、或者PEDOT/PSS中的至少一种；镀膜膜层厚度为100-400nm，蒸镀速率为0.5-1.0埃/秒。
S208、配置第一量子点发光层附属载流子传输层前驱液，在中间电极层上旋涂第一量子点发光层附属载流子传输层，退火定型。
其中，第一量子点发光层附属载流子传输层材料优选为ZnO纳米颗粒，前驱液由ZnO纳米分散液与异丙醇配成，浓度为20-100mg/mL；旋涂参数：转速2000rpm，温度40℃-50℃，时间10s；退火参数：温度70℃-100℃，退火时间30-60min，退火环境无氧无水。
S209、配置第一量子点发光层前驱液，在第一量子点发光层附属载流子传输层上旋涂第一量子点发光层。
其中，量子点发光层材料为CdSe/ZnS量子点膜、CdSe/CdS/ZnS量子点膜、钙钛矿量子点膜和InP量子点膜中的至少一种
其中，量子点发光层前驱液的种类为三种，分别对应红、绿、蓝三种颜色，在三种类型量子点发光层前驱液中选择其中两种作为第一、第二量子点发光层；两层量子点发光层制作方法相同，溶于甲苯中配制量子点发光层前驱液，浓度为50-100mg/mL，喷涂、旋涂或滴涂的方式使量子点均分布层叠在整个面纳米ZnO膜层(第一量子点发光层附属载流子传输层)上，退火温度70℃，时间30-60min，退火环境无氧无水。
S210、送入镀膜机内真空热蒸镀或溅射第二量子点发光层附属载流子传输层。
其中，第二量子点发光层附属载流子传输层的膜层结构及参数与S202中的第一红外量子点层附属载流子传输层的膜层介结构及参数相同。
S211、真空蒸镀或磁控溅射末端透明电极层。
其中，末端透明电极层设置为ITO、FTO、或者PEDOT/PSS中的至少一种；镀膜膜层厚度为100-400nm，蒸镀速率为0.5-1.0埃/秒。
S212、镀上或涂上绝缘阻断层。
其中，绝缘阻断层材料为SU-8光刻胶、绝缘氧化物或氮化物中的至少一种。
示例性地，绝缘阻断层材料为SU-8光刻胶，旋涂参数：转速为1000r/min，旋涂时间10s；退火温度为90℃，退火时间为20min；在汞灯下进行掩膜曝光，剂量250mJ/cm2的紫外辐射；95℃加热处理10min，显影液中浸渍10分钟。
S213、配置第三量子点发光层附属载流子传输层前驱液，在末端透明电极层上旋涂第三量子点发光层附属载流子传输层，退火定型。
其中，第三量子点发光层附属载流子传输层的膜层结构及参数与S208中的第一量子点发光层附属载流子传输层的膜层介结构及参数相同。
S214、配置第二量子点发光层前驱液，在第三量子点发光层附属载流子传输层上旋涂第二量子点发光层。
其中，制作方法及参数与第一量子点发光层相同，区别仅在于量子点发光层前驱液的种类不同。
S215、送入镀膜机内真空热蒸镀或溅射第四量子点发光层附属载流子传输层。
其中，第四量子点发光层附属载流子传输层的膜层结构及参数与S202中的第一红外量子点层附属载流子传输层的膜层介结构及参数相同。
S216、送入镀膜机内掩膜真空热蒸镀或溅射顶电极层，使其与中间电极层连接。
其中，通过蒸镀的外延生长方式将顶电极层与中间电极层连接，形成完全半包裹两个发光单元的结构，该结构与末端透明电极层通过绝缘阻断层隔绝。
其中，顶电极层材料优选为ITO、FTO、或者PEDOT/PSS中的至少一种；镀膜膜层厚度为100-400nm，蒸镀速率0.5-1.0埃/秒。
采用本实施例制备方法制备得到的焦平面器件，通过切换电源单元的偏压方向而实现对两种不同波段的红外光探测的切换，将不同波段的红外图像转化为不同的单色可见光的图像显示；无需对面层结构进行像素化处理，降低了生产成本，简化制备流程；还省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，器件结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。同时，该焦平面器件利用内光电效应，在量子点发光二极管内产生光生载流子，从而降低了像管等利用外光电效应产生的光电子运动的噪声。
能够理解的是，本实施例仅示例性地示出了各膜层材料、制备工艺及参数，但并不构成对本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件制备方法的限定；在其他实施方式中，还可根据焦平面器件的需求，选择本领域技术人员可知的其他材料、制备工艺，在此不限定。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，该焦平面器件可采用上述实施例提供的任一种制备方法制备得到，具有对应的有益效果，相同之处可参照上文理解，后文中不赘述。
下面结合图2–图8，对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件的制备方法进行示例性说明。
在一些实施例中，如图2所示，为本公开实施例提供的一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的结构示意图。参照图2，红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件包括透明导电基层11以及在透明导电基层11上层叠设置且依次连接的第一红外探测单元12、第二红外探测单元13和第一发光单元14，还包括第二发光单元15，第二发光单元15与第二红外探测单元13连接；第一发光单元14在第一红外探测单元探测12到第一波段的红外光时，对应发出第一颜色的可见光光线；第二发光单元15在第二红外探测单元13探测到第二波段的红外光时，对应发出第二颜色的可见光光线；其中，第一波段不同于第二波段，第一颜色不同于第二颜色；通过对焦平面器件的供电方式切换，以实现不同颜色的红外图像显示。
能够理解的是，图2中仅示例性地示出了器件的下部为两个红外探测单元在、上部为两个发光单元，但并不构成对本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件制备方法的限定；在其他实施方式中，制备器件的下部为两个发光单元、上部为两个红外探测单元，在此不限定。
在一些实施例中，如图3所示，为本公开实施例提供的另一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的结构示意图。参照图3，透明导电基层11上依次堆叠第一红外量子点层附属载流子传输层121、第一红外量子点层122、第二红外量子点层附属载流子传输层123、第二红外量子点层131、第三红外量子点层附属载流子传输层132、中间电极层141、第一量子点发光层附属载流子传输层142、第一量子点发光层143、第二量子点发光层附属载流子传输层144、透明电极层145、第三量子点发光层附属载流子传输层151、第二量子点发光层152、第四量子点发光层附属载流子传输层153和顶电极层154；其中，中间电极层141和顶电极层154在器件侧面导电连通，且与透明电极层145电绝缘；第一红外探测单元12包括第一红外量子点层附属载流子传输层121、第一红外量子点层122和第二红外量子点层附属载流子传输层123；第二红外探测单元13包括第二红外量子点层附属载流子传输层123、第二红外量子点层131和第三红外量子点层附属载流子传输层132；第一发光单元14包括中间电极层141、第一量子点发光层附属载流子传输层142、第一量子点发光层143、第二量子点发光层附属载流子传输层144和透明电极层145；第二发光单元15包括透明电极层145、第三量子点发光层附属载流子传输层151、第二量子点发光层152、第四量子点发光层附属载流子传输层153和顶电极层154；焦平面器件还包括绝缘阻断层16；绝缘阻断层16与透明电极层145同层设置，绝缘阻断层16用于实现透明电极层145与中间电极层141之间的电绝缘。
示例性地，如图4所示，为本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的工作原理示意图。参照图4，透明导电基层11上依次堆叠第一红外量子点层附属载流子传输层121、第一红外量子点层122、第二红外量子点层附属载流子传输层123、第二红外量子点层131、第三红外量子点层附属载流子传输层132、中间电极层141、第一量子点发光层附属载流子传输层142、第一量子点发光层143、第二量子点发光层附属载流子传输层144、透明电极层145、第三量子点发光层附属载流子传输层151、第二量子点发光层152、第四量子点发光层附属载流子传输层153和顶电极层154；其中，中间电极层141和顶电极层154在器件侧面导电连通，且与透明电极层145电绝缘；绝缘阻断层16与透明电极层145同层设置，绝缘阻断层16用于实现透明电极层145与中间电极层141之间的电绝缘。透明导电基层11、中间电极层141、透明电极层145和顶电极层154材料均为ITO；第一红外量子点层附属载流子传输层121、第三红外量子点层附属载流子传输层132、第二量子点发光层附属载流子传输层144和第四量子点发光层附属载流子传输层153的膜层结构相同，均为CBP膜层在下、MoO3膜层在上的CBP/MoO3复合结构；第二红外量子点层附属载流子传输层123、第一量子点发光层附属载流子传输层142、第三量子点发光层附属载流子传输层151的膜层结构相同，均为ZnO纳米颗粒膜层；第一红外量子点层122和第二红外量子点层131分别为短波HgTe量子点膜和长波HgTe量子点膜；第一量子点发光层143和第二量子点发光层152分别为CdSe/ZnS量子点膜(R)和CdSe/ZnS量子点膜(B)，对应的可发出红色和蓝色的可见光。
需要说明的是，图4中焦平面器件外接电源的电压值范围为2～20V，需要根据器件成品体质作调校；外接电源2还包括本领域技术人员可知的其他电路结构，在此不限定也不赘述。
能够理解的是，图4中仅示例性地示出了各膜层材料，但并不构成对本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，各膜层材料可设置位满足焦平面器件需求、本领域技术人员可知的其他材料，在此不限定。
如图4所示，左侧为红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的结构示意图，右侧为该焦平面器件的等效电路图。其中，第一、第二红外量子点层及其附属结构(第一红外量子点层附属载流子传输层121第一红外量子点层122、第二红外量子点层附属载流子传输层123、第二红外量子点层131、第三红外量子点层附属载流子传输层132)可等效为两个反向串联连接的二极管，第一、第二量子点发光层及其附属结构(第一量子点发光层附属载流子传输层142、第一量子点发光层143、第二量子点发光层附属载流子传输层144、第三量子点发光层附属载流子传输层151、第二量子点发光层152、第四量子点发光层附属载流子传输层153)可等效为两个反向并联连接的二极管。
本实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的导电基底层11、透明电极层145分别与电源单元连接，当电源正向接入时，电流方向如图5所示。参照图5，供电单元23的正极与透明电极层145连接，负极与透明导电基层11连接，第一红外量子层122及其附属结构(第一红外量子点层附属载流子传输层121、第一红外量子点层122、第二红外量子点层附属载流子传输层123)等效的二极管此时工作在反偏状态下，当第一红外量子层122接收到对应的红外光时，处于导通状态；此时第二红外量子层131及其附属结构(第二红外量子点层附属载流子传输层123、第二红外量子点层131、第三红外量子点层附属载流子传输层132)等效的二极管处于正偏状态，同样导通；于是电流由透明电极层145流入，经第二量子点发光层附属载流子传输层144、第一量子点发光层143、第一量子点发光层附属载流子传输层142、中间电极层141、第一、第二红外量子点层及其附属结构，于是第一量子点发光层143及其附属结构(第一量子点发光层附属载流子传输层142、第一量子点发光层143、第二量子点发光层附属载流子传输层144)等效的二极管发光，而第二量子点发光层152及其附属结构(第三量子点发光层附属载流子传输层151、第二量子点发光层152、第四量子点发光层附属载流子传输层153)等效的二极管在反偏状态下不工作，不发光；又由于红外量子点层122与第一量子点发光层143均是面阵，且垂直耦合，因此在第一量子点发光层143显示第一红外量子点层122接收的红外图像。
当电源反向接入时，电流方向如图6所示。参照图6，电源单元2的负极与透明电极层145连接，正极与透明导电基层11连接，第一红外量子层122及其附属结构(第一红外量子点层附属载流子传输层121、第一红外量子点层122、第二红外量子点层附属载流子传输层123)等效的二极管此时工作在正偏状态；此时第二红外量子层131及其附属结构(第二红外量子点层附属载流子传输层123、第二红外量子点层131、第三红外量子点层附属载流子传输层132)等效的二极管处于反偏状态，当第二红外量子点层131接收到对应波段的红外光便处于导通；于是电流由透明导电基底层11流入，经第一、第二红外量子点层及其附属结构、中间电极层141、顶电极层154进入第二量子点发光层152及其附属结构等效的二极管，由透明电极层145流出；于是在垂直耦合下，第二量子点发光层152显示第二红外量子点层131接收的红外图像。
示例性地，如图7所示，为两种不同波段的红外光探测切换的原理示意图。参照图7，不同波段红外图像的物方焦平面3，经由光学系统4成像在光学系统像方焦平面上，光学系统像方焦平面与红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件1的红外量子点层重合；如图7下半部分所示，当电源单元2正向接入时，即电源单元2的正极与透明电极层145连接，负极与透明导电基层11连接，第一量子点发光层143显示第一红外量子点层122接收的红外图像，第一量子点发光层143显示的图像颜色为蓝色。如图7上半部分所示，当电源单元2反向接入时，即电源单元2的负极与透明电极层145连接，正极与透明导电基层11连接，第二量子点发光层152显示第二红外量子点层131接收的红外图像，第二量子点发光层152显示的图像颜色为红色。
能够理解的是，图7中仅示例性地示出了第一量子点发光层143显示的图像颜色为蓝色，第二量子点发光层152显示的图像颜色为红色，但并不构成对本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，第一量子点发光层143显示的图像颜色还可以是蓝色以外的其他颜色，第二量子点发光层152显示的图像颜色还可以是红色以外的其他颜色，在此不限定。
在一些实施例中，如图8所示，为本公开实施例提供的电源单元正负极性切换示意图。参照图8，红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件还包括电源单元2，电源单元2包括第一连接端21和第二连接端22；第一连接端21电连接透明导电基层11，第二连接端22电连接在第一发光单元14和第二发光单元15的公共连接处；电源单元2还包括供电单元23和切换开关24；供电单元包括正极和负极；切换开关24包括第一触点、第二触点、第三触点、第四触点、第五触点以及第六触点，第二触点与负极连接，第五触点与正极连接，第三触点和第六触点均与第一连接端21连接，第一触点和第四触点均与第二连接端22连接；通过触点之间的连通关系切换，实现第五触点接通第四触点，同时第二触点接通第三触点；或者实现第五触点接通第六触点，且第二触点接通第一触点，以切换电源单元的第一连接端21和第二连接端22的偏压方向，并使得：第一红外探测单元12探测出第一波段的红外光，对应第一发光单元14发出第一颜色的可见光光线；或者第二红外探测单元13探测出第二波段的红外光，对应第二发光单元15发出第二颜色的可见光光线。
示例性地，如图8所示，电源单元包括第一连接端21和第二连接端22；第一连接端21电连接透明导电基层11，第二连接端22电连接在透明电极层145；电源单元2还包括供电单元23和切换开关24，供电单元包括正极和负极，切换开关24为双刀双掷开关；切换开关24包括第一触点、第二触点、第三触点、第四触点、第五触点以及第六触点，第二触点与负极连接，第五触点与正极连接，第三触点和第六触点均与第一连接端21连接，第一触点和第四触点均与第二连接端22连接；通过触点之间的连通关系切换，实现第五触点接通第四触点，同时第二触点接通第三触点；或者实现第五触点接通第六触点，且第二触点接通第一触点，以切换电源单元的第一连接端21和第二连接端22的偏压方向，并使得：第一红外量子点层122探测出第一波段的红外光，对应第一量子点发光层143发出第一颜色的可见光光线；或者第二红外量子点层131探测出第二波段的红外光，对应第二量子点发光层152发出第二颜色的可见光光线。
能够理解的是，图8中仅示例性地示出了切换开关24为双刀双掷开关，但并不构成对本公开实施例提供的红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，切换开关24还可以为满足焦平面器件需求的、本领域技术人员可知的其他类型的切换开关器件，在此不限定。
在一些实施例中，如图3-图8所示，第一红外量子点层附属载流子传输层121和第三红外量子点层附属载流子传输层132为空穴传输层，第二红外量子点层附属载流子传输层123为电子传输层，或者，第一红外量子点层附属载流子传输层121和第三红外量子点层附属载流子传输层131为电子传输层，第二红外量子点层附属载流子传输层123为空穴传输层；和/或第一量子点发光层附属载流子传输层142和第三量子点发光层附属载流子传输层151为电子传输层，第二量子点发光层附属载流子传输层144和第四量子点发光层附属载流子传输层153为空穴传输层；或者第一量子点发光层附属载流子传输层142和第三量子点发光层附属载流子传输层151为空穴传输层，第二量子点发光层附属载流子传输层144和第四量子点发光层附属载流子传输层153为电子传输层。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件的制备方法，其特征在于，该制备方法通过采用蒸镀法和溶液法形成红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，以实现不同颜色的红外图像显示。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：
提供透明导电基层；
在所述透明导电基层上形成层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元；
在所述第一发光单元背离所述透明导电基层的一侧形成第二发光单元，所述第二发光单元与所述第二红外探测单元连接；
所述第一发光单元在所述第一红外探测单元探测到第一波段的红外光时，对应发出第一颜色的可见光光线；
所述第二发光单元在所述第二红外探测单元探测到第二波段的红外光时，对应发出第二颜色的可见光光线；
其中，所述第一波段不同于所述第二波段，所述第一颜色不同于所述第二颜色；通过对所述焦平面器件的供电方式切换，以实现不同颜色的红外图像显示。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括：
提供电源单元，所述电源单元包括第一连接端和第二连接端；
所述第一连接端电连接所述透明导电基层，所述第二连接端电连接在所述第一发光单元和所述第二发光单元的公共连接处；
通过切换所述电源单元的第一连接端和第二连接端的偏压方向，使得：
所述第一红外探测单元探测出所述第一波段的红外光，对应所述第一发光单元发出第一颜色的可见光光线；或者
所述第二红外探测单元探测出所述第二波段的红外光，对应所述第二发光单元发出第二颜色的可见光光线。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述透明导电基层上形成层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元；以及在所述第一发光单元背离所述透明导电基层的一侧形成第二发光单元，所述第二发光单元与所述第二红外探测单元连接包括：
在所述透明导电基层上依次堆叠第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层、第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层、第三红外量子点层附属载流子传输层、中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层、透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层；
其中，所述中间电极层和所述顶电极层在器件侧面导电连通，且与所述透明电极层电绝缘；
所述第一红外探测单元包括第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层和第二红外量子点层附属载流子传输层；
所述第二红外探测单元包括第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层和第三红外量子点层附属载流子传输层；
所述第一发光单元包括中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层和透明电极层；
所述第二发光单元包括透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：
形成绝缘阻断层；
所述绝缘阻断层与所述透明电极层同层设置，所述绝缘阻断层用于实现所述透明电极层与所述中间电极层之间的电绝缘。
6.一种红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。
7.根据权利要求6所述的焦平面器件，其特征在于，包括透明导电基层以及在所述透明导电基层上层叠设置且依次连接的第一红外探测单元、第二红外探测单元和第一发光单元，还包括第二发光单元，所述第二发光单元与所述第二红外探测单元连接；
所述第一发光单元在所述第一红外探测单元探测到第一波段的红外光时，对应发出第一颜色的可见光光线；
所述第二发光单元在所述第二红外探测单元探测到第二波段的红外光时，对应发出第二颜色的可见光光线；
其中，所述第一波段不同于所述第二波段，所述第一颜色不同于所述第二颜色；通过对所述焦平面器件的供电方式切换，以实现不同颜色的红外图像显示。
8.根据权利要求7所述的焦平面器件，其特征在于，还包括电源单元，所述电源单元包括第一连接端和第二连接端；
所述第一连接端电连接所述透明导电基层，所述第二连接端电连接在所述第一发光单元和所述第二发光单元的公共连接处；
所述电源单元还包括供电单元和切换开关；
所述供电单元包括正极和负极；
所述切换开关包括第一触点、第二触点、第三触点、第四触点、第五触点以及第六触点，所述第二触点与所述负极连接，所述第五触点与所述正极连接，所述第三触点和所述第六触点均与所述第一连接端连接，所述第一触点和所述第四触点均与所述第二连接端连接；
通过触点之间的连通关系切换，实现所述第五触点接通所述第四触点，同时所述第二触点接通所述第三触点；
或者实现
所述第五触点接通所述第六触点，且所述第二触点接通所述第一触点，以切换所述电源单元的第一连接端和第二连接端的偏压方向，并使得：
所述第一红外探测单元探测出所述第一波段的红外光，对应所述第一发光单元发出第一颜色的可见光光线；或者
所述第二红外探测单元探测出所述第二波段的红外光，对应所述第二发光单元发出第二颜色的可见光光线。
9.根据权利要求7所述的焦平面器件，其特征在于，所述透明导电基层上依次堆叠第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层、第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层、第三红外量子点层附属载流子传输层、中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层、透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层；
其中，所述中间电极层和所述顶电极层在器件侧面导电连通，且与所述透明电极层电绝缘；
所述第一红外探测单元包括第一红外量子点层附属载流子传输层、第一红外量子点层和第二红外量子点层附属载流子传输层；
所述第二红外探测单元包括第二红外量子点层附属载流子传输层、第二红外量子点层和第三红外量子点层附属载流子传输层；
所述第一发光单元包括中间电极层、第一量子点发光层附属载流子传输层、第一量子点发光层、第二量子点发光层附属载流子传输层和透明电极层；
所述第二发光单元包括透明电极层、第三量子点发光层附属载流子传输层、第二量子点发光层、第四量子点发光层附属载流子传输层和顶电极层；
所述焦平面器件还包括绝缘阻断层；
所述绝缘阻断层与所述透明电极层同层设置，所述绝缘阻断层用于实现所述透明电极层与所述中间电极层之间的电绝缘。
10.根据权利要求9所述的焦平面器件，其特征在于，所述第一红外量子点层附属载流子传输层和所述第三红外量子点层附属载流子传输层为空穴传输层，所述第二红外量子点层附属载流子传输层为电子传输层，或者，所述第一红外量子点层附属载流子传输层和所述第三红外量子点层附属载流子传输层为电子传输层，所述第二红外量子点层附属载流子传输层为空穴传输层；
和/或
所述第一量子点发光层附属载流子传输层和所述第三量子点发光层附属载流子传输层为电子传输层，所述第二量子点发光层附属载流子传输层和所述第四量子点发光层附属载流子传输层为空穴传输层；或者所述第一量子点发光层附属载流子传输层和所述第三量子点发光层附属载流子传输层为空穴传输层，所述第二量子点发光层附属载流子传输层和所述第四量子点发光层附属载流子传输层为电子传输层。
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