JP2014510374A

JP2014510374A - アップコンバージョンデバイス用の赤外通過可視遮断物

Info

Publication number: JP2014510374A
Application number: JP2013556604A
Authority: JP
Inventors: ソ，フランキー; キム，ドヨン; プラダーン，バーベンドラ
Original assignee: University of Florida Research Foundation Inc; Nanoholdings LLC
Current assignee: University of Florida Research Foundation Inc; Nanoholdings LLC
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2014-04-24
Also published as: SG192581A1; WO2012118528A1; RU2013134950A; CA2828304A1; CN103460403A; EP2681775A1; MX2013009893A; US8598573B1; BR112013021194A2; KR20140029397A

Abstract

積み重ね層構造のＩＲ−可視アップコンバージョンデバイスは、積み重ねデバイスのＩＲエントリー面がＩＲ放射線、特にＭＲ放射線がデバイスに入るのを許すが、発光ダイオード（ＬＥＤ）層によって発生した可視光がデバイスの当該ＩＲエントリー面でのイグジットを阻止されるようなＩＲ通過可視遮断層を含む。本デバイスは、ＩＲエントリー面でＩＲ透過性電極と、可視光がＩＲエントリー面と反対の可視光検出面でデバイスを出ることができるように可視光透過性電極とを有する。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、あらゆる図、表、または図面を含む、その全体を本明細書に参照により本明細書によって援用される、２０１１年２月２８日出願の、米国仮特許出願第６１／４４７，４１５号明細書の優先権を主張するものである。

赤外（ＩＲ）−可視光アップコンバージョンデバイスは、暗視、距離測定、及び安全確保ならびに半導体ウェハー検査における潜在的な用途のために多くの興味を引きつけてきた。ＩＲ−可視光アップコンバージョンデバイスは、光検出器を発光ダイオード（ＬＥＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と統合することによって構築されてきた。しかし、暗視デバイスなどの、幾つかの用途向けには、アップコンバージョンデバイスは、それを通ってＩＲ放射線が入るＩＲ透過性電極を可視光が通過することができる場合には不適切であり得る。それ故に、デバイスの積み重ね活性層がＩＲ光インプットに垂直である、暗視用途などの、多くの用途向けの、そして可視光アウトプットをもっぱら所望の観察部位に限定するための手段を有する層を含むアップコンバージョンデバイスが必要とされている。

本発明の実施形態は、積み重ね層構造を有するアップコンバージョンデバイスを指向する。本デバイスは、ＩＲ通過可視遮断層、ＩＲエントリー透過性電極、ＩＲ感作層、発光ダイオード（ＬＥＤ）層、及び可視イグジット透過性電極を含む。ＩＲ通過可視遮断層は、ＩＲ放射線源とＬＥＤ層との間に、例えば、ＩＲ放射線源とＩＲエントリー透過性電極との間に置かれる。ＩＲ通過可視遮断層は、ＬＥＤ層によって発せられる波長または複数波長での、可視光の通過を阻止するが、ＩＲ感作層へのＮＩＲ放射線の通過を許す。ＩＲ通過可視遮断層は、交互のＴａ_２Ｏ_５及びＳｉＯ_２フィルムまたはＬｉＦ及びＴｅＯ_２フィルムの積み重ねなどの、異なる屈折率の材料の多様な２つの交互フィルムを有する複合構造体であり得る。あるいは、ＩＲ通過可視遮断層は、Ｓｉ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、及び／またはＣｄＴｅの１つ以上のフィルムを含むことができる。ＩＲエントリー透過性電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウムスズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブ、または銀ナノワイヤであり得るし、可視イグジット透過性電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウムスズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ、Ｍｇ：Ａｇ、またはＭｇ：Ａｇ及びＡｌｑ_３スタック層であり得る。

ＬＥＤ層は、電子輸送層（ＥＴＬ）、発光層、及び正孔輸送層（ＨＴＬ）を含む。ＥＴＬは、トリス［３−（３−ピリジル）−メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、及びトリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ_３）を含むことができる。発光層は、トリス−（２−フェニルピリジン）イリジウム、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３、ポリ−［２−メトキシ，５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、トリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ_３）、またはイリジウム（ＩＩＩ）ビス−［（４，６−ジ−フルオロフェニル）−ピリジネート−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネート（ＦＩｒｐｉｃ）を含むことができる。ＨＴＬは、１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’（２−ナフチル）−（１，１’−フェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、及びＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）を含むことができる。

図１は、透過性電極がアップコンバージョンデバイスを構成する積み重ね層の両端で可視光を逃がすＩＲ−可視アップコンバージョンデバイスの概略図である。図２は、可視光がデバイスのＩＲエントリー面から漏洩できないようにＩＲ通過可視遮断層が挿入されている本発明の実施形態によるＩＲ−可視アップコンバージョンデバイスの概略図である。図３は、異なる屈折率（ＲＩ）の２つの材料の交互フィルムの複合体として構成されるＩＲ通過可視遮断層の概略図である。図４は、実施例１のＩＲ通過可視遮断層についての波長の関数としての％透過率のプロットであり、それは、近赤外（ＮＩＲ）において高い透過率を示し、可視範囲の部分で透過率を殆どまったく示さず、その結果ＩＲ通過可視遮断層は、本発明の実施形態によるＩＲ−可視アップコンバージョンデバイスのＩＲエントリー面からの緑色光の損失を制限することができる。

本発明の実施形態は、発生した可視光のアウトプットが、ＩＲ光が入る表面からの放射を制限される、ＩＲ−可視アップコンバージョンデバイスを指向する。図１に示されるように、典型的なアップコンバージョンデバイスでは、ＩＲ感作層は、図１においてアノードとして示される、電極の一面上に置かれ、そこで、ＩＲ感作層は、電荷キャリア、電子か正孔かのどちらかを発生させる。デバイスのバイアス下に、電荷キャリアは、図１で有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）層として示される、発光デバイス（ＬＥＤ）層に導かれ、そこで、それはその補充電荷キャリアと結合して可視光を発生させる。ＬＥＤによって発生した光は、ＬＥＤからすべての方向に放射される。図１に示されるようにアップコンバージョンデバイスは、発生した可視光がデバイスの両面を通って伝播される、２つの透過性電極から構成される。軍の暗視などの、アップコンバージョンデバイスの幾つかの潜在的用途向けには、デバイスは、デバイスで用いられる意図される可視光検出器以外の、歓迎されない目などの、可視光検出器によって観察されないままであることが好ましい。それ故、可視光が検出されることを意図される面へ以外のあらゆる方向に可視光が導かれるのを阻止すること、特に、光がＩＲエントリー面を通って放射されるのを阻止することが望ましい。本発明の実施形態においては、ＩＲ通過可視遮断層は、近ＩＲの高い割合がデバイスに入ることを可能にし、例えば、ＩＲ通過可視遮断層は、１．８μｍ未満のＮＩＲの少なくとも一部において少なくとも５０％透過性であり、そして光が背景光を超えて容易に検出できない程度にＩＲエントリー面を通っての可視光の透過を阻止することを可能にする。

本発明の実施形態による、アップコンバージョンデバイスは図２に示され、図２で、ＩＲ通過可視遮断層をＩＲエントリー面とＩＲ感作層との間に含めることによって、ＩＲ通過可視遮断層が、ＩＲエントリー面を通っての可視光損失を可能にするよりもむしろ内部で可視光を吸収する及び／または反射するので、デバイスは、ＩＲエントリー面で可視光を通さなくなる。本発明の目的のためには、ＩＲエントリー面に最も近い電極は、高度に、少なくとも約５０％透過率までＩＲ透過性でなければならず、可視検出面に最も近い電極は、高度に、可視光がＬＥＤから発せられる波長範囲にわたって少なくとも約５０％透過率まで可視光を通さなければならない。ＩＲ通過可視遮断層が反射面を有するとき、デバイスの光検出面に導かれる可視光の割合の増加が、層なしまたは無反射ＩＲ通過可視遮断層と比べて可能である。積み重ね層に垂直のアップコンバージョンデバイスの表面は、不透過性コーティングでカバーする、またはさもさければ可視光がデバイスの側面に失われないように吸収面及び／または反射面である不透過性表面に隣接させることができる。ＩＲ通過可視遮断層の位置は、図２に示されるように、基材とアノードとの間であり得る。この層はまた、アノードと反対の基材の表面上に置くことができる、または、両層がデバイスにおける相互接続層としてかもしくは活性層として働くのに適切な電子的特性を有するときには、ＩＲ通過可視遮断層は、デバイスに用いられるＬＥＤのＩＲエントリー側上のデバイスの任意の層間に置くことができる。

本発明の実施形態による、アップコンバージョンデバイスに使用されるＩＲ通過可視遮断層は、図３に示されるような多誘電性積み重ね層を用いることができる。ＩＲ通過可視遮断層は、交互フィルムが異なる屈折率を有する状態で誘電性層の積み重ねであって、高い屈折率を有するフィルムが著しくより低い屈折率のフィルムと互い違いになる積み重ねを使用する。本発明の実施形態においては、フィルムは、材料の連続層であり、任意の特定の順番または方法で形成される必要がない。積み重ねは、高い屈折率を有する１つ以上の材料のフィルムと、低い屈折率を有する１つ以上の材料のフィルムとを含むことができる。例示的なＩＲ通過可視遮断層において、この層は、交互のＴａ_２Ｏ_５フィルム（ＲＩ＝２．１）とＳｉＯ_２フィルム（ＲＩ＝１．４５）との複合体から構成される。本発明の他の実施形態においては、交互のＴｉＯ_２フィルムとＳｉＯ_２フィルムとの複合体、及び交互のＬｉＦフィルムとＴｅＯ_２フィルムとの複合体を含む他の材料を使用することができる。本発明の他の実施形態においては、ＩＲ通過可視遮断層は、高いＩＲ透過性を本質的に有するが、可視光を通さない１つ以上のフィルム、例えばＳｉ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、またはＣｄＴｅを含むことができる。当業者によって十分に理解され得るように、材料または複合材料は可視において幾らかの透過性を有することができるが、この材料は、アップコンバージョンデバイスが使用されている周囲光条件下で外部可視検出器に有効に不透過性であるために用いられるＬＥＤによって発せられる波長の可視放射線を反射するかまたは吸収しなければならない。アップコンバージョンデバイスの幾つかの使用向けには、この吸収または反射は完全無欠である必要はない。

本発明の実施形態においては、ＩＲ感作層は、混合ＰｂＳｅＱＤまたは混合ＰｂＳＱＤを含む幅広い吸収ＩＲ感作層であり得る。本発明の他の実施形態においては、ＩＲ感作層は、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＧａＡｓの連続薄膜を含む。本発明の実施形態においては、ＩＲ感作層は、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−３，４，９，１０−二酸無水物（ＰＴＣＤＡ）；スズ（ＩＩ）フタロシアニン（ＳｎＰｃ）；ＳｎＰｃ：Ｃ_６０、アルミニウムフタロシアニンクロリド（ＡｌＰｃＣｌ）；ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ_６０；チタニルフタロシアニン（ＴｉＯＰｃ）；及びＴｉＯＰｃ：Ｃ_６０を含むが、それらに限定されない材料を含む有機もしくは有機金属である。

本発明の実施形態においては、ＬＥＤ層は、５１５ｎｍで緑色光を発するｆａｃ−トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）を含むＯＬＥＤであり得る。本発明の実施形態において用いることができる他のＬＥＤ材料としては、ポリ−［２−メトキシ，５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、トリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ_３）、及びイリジウム（ＩＩＩ）ビス−［（４，６−ジ−フルオロフェニル）−ピリジネート−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネート（ＦＩｒｐｉｃ）が挙げられる。ＬＥＤ層は、任意の個別の波長の光、波長の混合物、または狭いもしくは幅広いスペクトルの光を発することができる。多数のＬＥＤ材料をＬＥＤ層に含めることができ、ＬＥＤ層は、複数の異なるＬＥＤ層であり得る。

図２においてアノードとして示される、ＩＲエントリー透過性電極で用いることができる透過性電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウムスズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブフィルム、または銀ナノワイヤを含む。図２においてカソードとして示される、可視イグジット透過性電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウムスズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤ；Ｍｇ：Ａｇ層、またはＭｇ：Ａｇ及びＡｌｑ_３スタック層であり得る。例えば、３０ｎｍ未満の厚さの１０：１Ｍｇ：Ａｇ層を、２００ｎｍ以下の厚さを有するＡｌｑ_３層と積み重ねることができる。ＩＲエントリー透過性電極及び／または可視イグジット透過性電極は、任意の適切なガラスまたはポリマー材料であり得る、それぞれ、ＩＴスペクトル及び可視スペクトルに対して透過性である基材上に形成することができる。

方法及び原材料
ＩＲ通過可視遮断材は、下の表１に示されるようにＴａ_２Ｏ_５ＲＩ＝２．１）とＳｉＯ_２（ＲＩ＝１．４５）との多数の交互フィルムから構成された。ＩＲ通過可視遮断材は、約１μｍの厚さを有し、それが５７５ｎｍよりも小さい、そして４５０ｎｍよりも大きい波長で殆ど透過率なしのシャープカットオフを示すので、５１５ｎｍ光を発するＯＬＥＤを使用するアップコンバージョンデバイスでの使用に好適であった。図４は、ＩＲ通過可視遮断材の透過率スペクトルを示す。

本明細書で言及されるまたは引用されるすべての特許、特許出願、仮出願、及び刊行物は、すべての図及び表を含む、それらの全体を、それらが本明細書の明確な教示に矛盾しない程度に参照により援用される。

本明細書に記載される実施例及び実施形態が例示目的のみのためであること、ならびにそれを踏まえた様々な修正及び変更が当業者に暗示されるだろうし、本出願の精神及び範囲内に包含されることになることは理解されるべきである。

Claims

ＩＲ通過可視遮断層、ＩＲエントリー透過性電極、ＩＲ感作層、発光ダイオード（ＬＥＤ）層、及び可視イグジット透過性電極を含む積み重ね層構造を有するアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＩＲ通過可視遮断層がＩＲ放射源と前記ＬＥＤ層との間に置かれ、前記ＩＲ通過可視遮断層が、前記ＬＥＤ層によって発せられる波長での可視光の通過を許さないが、前記ＩＲ感作層へのＮＩＲ放射線の通過を許すことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項１に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＩＲ通過可視遮断層が、異なる屈折率の材料の多様な２つの交互フィルムを含む複合構造体であることを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項２に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記２つの交互フィルムが、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２との複合材料またはＬｉＦとＴｅＯ_２との複合材料を含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項１に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＩＲ通過可視遮断層が、Ｓｉ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、及び／またはＣｄＴｅの１つ以上のフィルムを含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項１に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＩＲエントリー透過性電極が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウムスズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブ、または銀ナノワイヤを含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項１に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記可視イグジット透過性電極が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）；インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）；アルミニウムスズ酸化物（ＡＴＯ）；アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）；カーボンナノチューブ；銀ナノワイヤ；Ｍｇ：Ａｇ；またはＭｇ：Ａｇ及びＡｌｑ_３スタックを含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項６に記載の可視イグジット透過性電極において、前記Ｍｇ：Ａｇ層が、１０：１比及び３０ｎｍ未満の厚さを有することを特徴とする可視イグジット透過性電極。
請求項６に記載の可視イグジット透過性電極において、前記Ａｌｑ_３層が、２００ｎｍ未満の厚さを有することを特徴とする可視イグジット透過性電極。
請求項１に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＬＥＤ層が、電子輸送層（ＥＴＬ）、発光層、及び正孔輸送層（ＨＴＬ）を含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項９に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＥＴＬが、トリス［３−（３−ピリジル）−メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、及びトリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ_３）を含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項９に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記発光層が、トリス−（２−フェニルピリジン）イリジウム、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３、ポリ−［２−メトキシ，５−（２’−エチル−ヘキシルオキシ）フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、トリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ_３）、またはイリジウム（ＩＩＩ）ビス−［（４，６−ジ−フルオロフェニル）−ピリジネート−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネート（ＦＩｒｐｉｃ）を含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項９に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＨＴＬが、１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’（２−ナフチル）−（１，１’−フェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、及びＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）を含むことを特徴とするアップコンバージョンデバイス。
請求項１に記載のアップコンバージョンデバイスにおいて、前記ＩＲ通過可視遮断層が、ＩＲ放射源と前記ＩＲエントリー透過性電極との間に置かれることを特徴とするアップコンバージョンデバイス。