JP6513733B2 - 利得を伴って赤外線放射を検出する方法および装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2011年6月30日に提出され、その開示が参照により図、表、または図面を含めて全面的にこの出願に含まれている米国仮特許出願第61/503,317号明細書の利益を主張する。
光検知器をガラス基板上に作成した。この光検知器は、ITOの第1電極、第1電極上のZnOのホール・ブロッキング層、ホール・ブロッキング層上のPbS量子ドットの光感知層、光感知層上のTAPC/MoO3スタックの電子ブロッキング/トンネル層、および電子ブロッキング/トンネル層上の第2電極を含んでいる。このPbS量子ドットの光感知層は、図1Aに示した吸光度スペクトルをもっている。この光検知器は、図3Bに示したJ−V特性曲線(暗黒および1240nmにおける0.302W/cm2のIR照射に関する)を示した。また、この光検知器は、印加電圧の関数として、それぞれ図4Aおよび4Bに示した利得および検出能を示した。
Claims (57)
- 赤外(IR)〜可視アップコンバージョン装置において、
有利得光検知器および
前記有利得光検知器と結合される有機発光装置(OLED)を含み、
前記有利得光検知器が、
第1光検知器電極;
前記第1光検知器電極の上の光感知層;
前記光感知層の上の電子ブロッキング及びトンネル層;および
前記電子ブロッキング及びトンネル層の上の第2光検知器電極
を含んでおり、
前記電子ブロッキング及びトンネル層が1,1−ビス[(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(TAPC)層及びMoO3層から成る1つのスタック層であり、
前記第1光検知器電極が陽極であり、かつ、前記第2光検知器電極が陰極であることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記光感知層が0.7μm〜14μm(両端を含む)の範囲の波長をもつ光子を感知することを特徴とする装置。
- 請求項2に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記光感知層が0.4μm以上0.7μm未満の波長をもつ光子を感知しないことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記光感知層がPbS量子ドットまたはPbSe量子ドットを含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記光感知層がPbS量子ドットを含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記光感知層がPbS量子ドット、PbSe量子ドット、PCTDA、SnPc、SnPc:C60、AlPcCl、AlPcCl:C60、TiOPc、TiOPc:C60、PbSe、PbS、InAs、InGaAs、Si、Ge、およびGaAsにより構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記第1光検知器電極がインジウム・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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、並びにCsCO3層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記第2光検知器電極がインジウム・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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、並びにCsCO3層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記第1光検知器電極がインジウム・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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、並びにCsCO 3 層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含み、かつ、前記第2光検知器電極がインジウム・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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、並びにCsCO 3 層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記TAPC層が前記光感知層と直接接触し、かつ、前記MoO3層が前記第2光検知器電極と直接接触することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記TAPC層が0nmよりも大きく100nm以下の厚さをもち、かつ、前記MoO3層が0nmよりも大きく100nm以下の厚さをもつことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、さらに、前記第1光検知器電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を含むことを特徴とする装置。
- 請求項12に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記ホール・ブロッキング層がZnO、ナフタリン・テトラカルボン酸無水物(NTCDA)、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)、p−ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(UGH2)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BPhen)、トリス−(8−ヒドロキシ・キノリン)アルミニウム(Alq3)、3,5’−N,N’−ジカルバゾールベンゼン(mCP)、C60、トリス[3−(3−ピリジル)−メシチル]ボラン(3TPYMB)、およびTiO2により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、さらに、前記OLEDがOLED電極、ホール輸送層(HTL)、発光層(LEL)、および電子輸送層(ETL)を含むことを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記OLED電極がITO、IZO、ATO、AZO、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、CsCO3層及びITO層、並びにMg:Ag層及びAlq3層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記HTLがNPD、TAPC、TFB、TPD、およびジアミン誘導体により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記LELがイリジウム・トリス(2−phenylpyidine)(Ir(ppy)3)、[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−p−フェニレンビニレン](MEH−PPV)、トリス−(8−キノリンオラート)アルミニウム)(Alq3)およびビス[(4,6−ジ−フルオロフェニル)−ピリジナト−]ピコリネート(Flrpic)により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記ETLがBCP、Bphen、3TPYMB、およびAlq3により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記OLED電極がMg:Ag層及びAlq3層を含み、前記Mg:Ag層及びAlq3層の前記Mg:Ag層がMg:Ag(10:1)の組成を持ち、前記Mg:Ag層が30nm未満の厚さをもち、かつ、前記Mg:Ag層及びAlq3層の前記Alq3層が200nm以下の厚さをもつことを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記TAPC層が前記光感知層と直接接触し、前記MoO3層が第2光検知器電極と直接接触し、かつ、前記光感知層がPbs量子ドットを含むことを特徴とする装置。
- 請求項20に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、さらに、前記第1光検知器電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を含むことを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記有利得光検知器が前記OLEDに直接隣接して配置され、かつ、前記OLEDの前記ETLが前記有利得光検知器の前記光感知層に対し前記有利得光検知器の前記電子ブロッキング及びトンネル層よりも近い位置を占めるように、前記OLEDが配置されることを特徴とする装置。
- 請求項14に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、さらに、前記有利得光検知器と前記OLED間に相互接続部を含み、前記有利得光検知器の前記電子ブロッキング及びトンネル層が前記相互接続部に対して前記光感知層よりも近くに位置を占めるように前記相互接続部が配置され、かつ、前記OLEDの前記HTLが前記相互接続部に対して前記ETLよりも近くに位置を占めるように前記相互接続部が配置されることを特徴とする装置。
- 請求項23に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記相互接続部がホール・ブロッキング層(HBL)および電子ブロッキング層(EBL)を含み、前記相互接続部の前記HBLが第2光検知器電極に隣接して直接接触するように前記相互接続部が配置され、かつ、前記相互接続部の前記EBLが前記OLEDの前記HTLに隣接して直接接触するように前記相互接続部が配置されることを特徴とする装置。
- 請求項24に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記相互接続部の前記HBLの最低空分子軌道(LUMO)が前記相互接続部の前記EBLの最高被占分子軌道(HOMO)から0.5電子ボルト(eV)以内にあることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、さらに、前記有利得光検知器と前記OLED間に相互接続部を含み、かつ、前記有利得光検知器の前記電子ブロッキング及びトンネル層が前記相互接続部に対して前記光感知層よりも近くに位置するように前記相互接続部が配置されることを特徴とする装置。
- 請求項26に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記相互接続部がホール・ブロッキング層(HBL)および電子ブロッキング層(EBL)を含み、前記相互接続部の前記HBLが第2光検知器電極に隣接してそれに直接接触するように前記相互接続部が配置され、かつ、前記相互接続部の前記EBLが前記OLEDの前記HTLに隣接してそれに直接接触するように前記相互接続部が配置されることを特徴とする装置。
- 請求項27に記載のIR〜可視アップコンバージョン装置において、前記相互接続部の前記HBLの最低空分子軌道(LUMO)が前記相互接続部の前記EBLの最高被占分子軌道(HOMO)から0.5電子ボルト(eV)以内にあることを特徴とする装置。
- IR〜可視アップコンバージョン装置を形成する方法において、
有利得光検知器を形成すること、
OLEDを形成すること、および
前記OLEDを前記有利得光検知器と結合すること、を含み
前記有利得光検知器を形成することは、
第1電極を形成すること、
前記第1電極の上に光感知層を形成すること、
前記光感知層の上に電子ブロッキング及びトンネル層を形成すること、および
前記電子ブロッキング及びトンネル層の上に第2電極を形成することを含み、
前記電子ブロッキング及びトンネル層を形成することは、1,1−ビス[(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(TAPC)層及びMoO3層から成る1つのスタック層を形成することを含み、
前記第1電極が陽極であり、かつ、前記第2電極が陰極であることを特徴とする方法。 - 請求項29に記載の方法において、前記光感知層が0.7μm〜14μm(両端を含む)の範囲の波長をもつ光子を感知することを特徴とする方法。
- 請求項30に記載の方法において、前記光感知層が0.4μm以上0.7μm未満の波長をもつ光子を感知しないことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記光感知層がPbS量子ドットまたはPbSe量子ドットを含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記光感知層がPbS量子ドットを含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記光感知層がPbS量子ドット、PbSe量子ドット、PCTDA、SnPc、SnPc:C60、AlPcCl、AlPcCl:C60、TiOPc、TiOPc:C60、PbSe、PbS、InAs、InGaAs、Si、Ge、およびGaAsにより構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記第1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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、およびCsCO3層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記第2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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、およびCsCO3層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記第1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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、およびCsCO3層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含み、かつ、前記第2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)、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、およびCsCO3層及びITO層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記TAPC層が前記光感知層と直接接触するように形成され、かつ、前記第2電極が前記MoO3層と直接接触することを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記TAPC層が0nmよりも大きく100nm以下の厚さをもち、かつ、前記MoO3層が0nmよりも大きく100nm以下の厚さをもつことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、さらに、前記第1電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を形成することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項40に記載の方法において、前記ホール・ブロッキング層がZnO、ナフタリン・テトラカルボン酸無水物(NTCDA)、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)、p−ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(UGH2)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BPhen)、トリス−(8−ヒドロキシ・キノリン)アルミニウム(Alq3)、3,5’−N,N’−ジカルバゾールベンゼン(mCP)、C60、トリス[3−(3−ピリジル)−メシチル]ボラン(3TPYMB)、およびTiO2により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、さらに、前記OLEDを形成することがOLED電極を形成すること、ホール輸送層(HTL)を形成すること、発光層(LEL)を形成すること、および電子輸送層(ETL)を形成することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項42に記載の方法において、前記OLED電極がITO、IZO、ATO、AZO、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、LiF/層及びAl層及びITO層、Ag層及びITO層、CsCO3層及びITO層、およびMg:Ag層及びAlq3層により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項42に記載の方法において、前記HTLがNPD、TAPC、TFB、TPD、およびジアミン誘導体により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項42に記載の方法において、前記LELがイリジウム・トリス(2−phenylpyidine)(Ir(ppy)3)、[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−p−フェニレンビニレン](MEH−PPV)、トリス−(8−キノリンオラート)アルミニウム)(Alq3)およびビス[(4,6−ジ−フルオロフェニル)−ピリジナト−]ピコリネート(Flrpic)により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項42に記載の方法において、前記ETLがBCP、Bphen、3TPYMB、およびAlq3により構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項42に記載の方法において、前記OLED電極を形成することがMg:Ag層及びAlq3層を形成することを含み、前記Mg:Ag層及びAlq3層の前記Mg:Ag層がMg:Ag(10:1)の組成を持ち、前記Mg:Ag層が30nm未満の厚さをもち、かつ、前記Mg:Ag層及びAlq3層の前記Alq3層が200nm以下の厚さをもつことを特徴とする方法。
- 請求項42に記載の方法において、前記TAPC層が前記光感知層と直接接触するように形成され、前記第2電極が前記MoO3層と直接接触するように形成され、かつ、前記光感知層がPbs量子ドットを含むことを特徴とする方法。
- 請求項48に記載の方法において、さらに、前記第1電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を形成することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項42に記載の方法において、前記有利得光検知器が前記OLEDに直接隣接して配置され、かつ、前記OLEDの前記ETLが前記有利得光検知器の前記光感知層に対し前記有利得光検知器の前記電子ブロッキング及びトンネル層よりも近くに位置するように前記OLEDが配置されることを特徴とする方法。
- 請求項38に記載の方法において、
前記OLEDを前記有利得光検知器に結合することが、
相互接続部を形成すること、
前記OLEDを前記相互接続部と結合すること、および
前記有利得光検知器を前記相互接続部と結合すること、を含み
前記相互接続部は、前記有利得光検知器の前記電子ブロッキング及びトンネル層が前記相互接続部に対して前記光感知層よりも近くに位置するように配置され、かつ、前記相互接続部は、前記OLEDの前記HTLが前記相互接続部に対してETLよりも近くに位置するように配置されることを特徴とする方法。 - 請求項51に記載の方法において、
前記相互接続部を形成することが、
ホール・ブロッキング層(HBL)を形成すること、および
電子ブロッキング層(EBL)を形成すること、を含み
前記相互接続部は、前記相互接続部の前記HBLが前記第2電極と隣接してそれと直接接触するように配置され、かつ、前記相互接続部は、前記相互接続部のEBLが前記OLEDの前記HTLと隣接してそれと直接接触するように配置されることを特徴とする方法。 - 請求項52に記載の方法において、前記相互接続部の前記HBLの最低空分子軌道(LUMO)が前記相互接続部の前記EBLの最高被占分子軌道(HOMO)から0.5電子ボルト(eV)以内にあることを特徴とする方法。
- 請求項38に記載の方法において、
前記OLEDを前記有利得光検知器と結合することが、
相互接続部を形成すること、
前記OLEDを前記相互接続部と結合すること、および
前記有利得光検知器を前記相互接続部と結合すること、を含み
前記相互接続部は、前記有利得光検知器の前記電子ブロッキング及びトンネル層が前記相互接続部に対し前記光感知層よりも近くに位置するように配置されていることを特徴とする方法。 - 請求項54に記載の方法において、
前記相互接続部を形成することが、
ホール・ブロッキング層(HBL)を形成すること、および
電子ブロッキング層(EBL)を形成すること、を含み
前記相互接続部は、前記相互接続部の前記HBLが第2光検知器電極と隣接して直接接触するように配置され、
前記相互接続部は、前記相互接続部の前記EBLが前記OLEDの前記HTLと隣接して直接接触するように配置されることを特徴とする方法。 - 請求項55に記載の方法において、前記相互接続部の前記HBLの最低空分子軌道(LUMO)が前記相互接続部の前記EBLの最高被占分子軌道(HOMO)から0.5電子ボルト(eV)以内にあることを特徴とする方法。
- IR〜可視アップコンバージョン装置を使用してIR照射を可視照射にアップコンバージョンする方法において、
IR照射が入射するように前記IR〜可視アップコンバージョン装置を設けることを含み、
前記IR〜可視アップコンバージョン装置は、
有利得光検知器、および
前記有利得光検知器と結合される有機発光装置(OLED)を含み、
前記有利得光検知器は、
第1光検知器電極、
前記第1光検知器電極の上のIR光感知層、
前記IR光感知層の上の電子ブロッキング及びトンネル層、および
前記電子ブロッキング及びトンネル層の上の第2光検知器電極
を含んでおり、
前記電子ブロッキング及びトンネル層が1,1−ビス[(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(TAPC)層及びMoO3層から成る1つのスタック層であり、
前記第1光検知器電極が陽極であり、かつ、前記第2光検知器電極が陰極であることを特徴とする方法。
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