MX2013009893A - Bloqueador de luz visible con paso de luz infrarroja para dispositivos de conversion positiva. - Google Patents
Bloqueador de luz visible con paso de luz infrarroja para dispositivos de conversion positiva.Info
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Abstract
Un dispositivo de conversión positiva de luz infrarroja a visible con estructura de capas apiladas incluye una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja, de tal modo que la cara de entrada de luz infrarroja del dispositivo apilado permite que la radiación infrarroja, particularmente radiación MR, entre al dispositivo, pero que la luz visible generada por una capa de diodo emisor de luz (LED) sea bloqueada para que no salga de esa cara de entrada de luz infrarroja del dispositivo; el dispositivo tiene un electrodo transparente a la luz infrarroja en la cara de entrada de luz infrarroja y un electrodo transparente a la luz visible, de tal modo que la luz visible pueda salir del dispositivo en una cara de detección de luz visible opuesta a la cara de entrada de luz infrarroja.
Description
BLOQUEADOR DE LUZ VISIBLE CON PASO DE LUZ INFRARROJA PARA
DISPOSITIVOS DE CONVERSIÓN POSITIVA
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUD RELACIONADA
La presente solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provisional de E.U.A. No. serie 61/447,415, presentada el 28 de Febrero de 2011 , que incorpora la presente para referencia en su totalidad, incluyendo cualesquiera figuras, cuadros o dibujos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los dispositivos de conversión positiva de luz infrarroja (IR) a luz visible han atraído mucho interés debido a la aplicación potencial en la visión nocturna, la telemetría y la seguridad, así como inspecciones de microplaquetas semiconductoras. Se han construido dispositivos de conversión positiva de luz infrarroja a visible integrando un fotodetector con un diodo emisor de luz (LED) o un diodo emisor de luz orgánico (OLED). Sin embargo, para algunas aplicaciones, tales como un dispositivo de visión nocturna, el dispositivo de conversión positiva puede ser inapropiado si la luz visible puede pasar por el electrodo transparente a la luz infrarroja a través del cual entra la radiación infrarroja. Por consiguiente, hay necesidad de un dispositivo de conversión positiva para muchas aplicaciones, tales como
aplicaciones de visión nocturna, donde las capas activas apiladas del dispositivo son perpendicular a la entrada de luz infrarroja e incluyen una capa que tiene un medio para restringir la salida de luz visible exclusivamente al sitio deseado de observación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Las modalidades de la invención están dirigidas a un dispositivo de conversión positiva que tiene una estructura de capas apiladas. El dispositivo comprende una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja, un electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja, una capa sensibilizadora de luz infrarroja, una capa de diodo emisor de luz (LED) y un electrodo transparente a la salida de luz visible. La capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja está situada entre una fuente de radiación infrarroja y la capa de LED, por ejemplo entre la fuente de radiación infrarroja y el electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja. La capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja bloquea el paso de la luz visible, en la longitud de onda o las longitudes de ondas emitidas por la capa de LED, pero permite el paso de radiación de luz casi infrarroja a la capa sensibilizadora de luz infrarroja. La capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja puede ser una estructura mixta que tenga una multiplicidad de dos películas alternadas de materiales con índices refractivos diferentes, tales como un apilamiento de películas alternadas de Ta2Os y Si02 o películas de LiF y Te02.
Alternativamente, la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja puede comprender una o más películas de Si, CdS, InP y/o CdTe. El electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja puede ser óxido de indio-estaño (ITO), óxido de indio-zinc (IZO), óxido de aluminio-estaño (ATO), óxido de aluminio-zinc (AZO), nanotubos de carbono o nanoalambres de plata, y el electrodo transparente a la salida de luz visible puede ser óxido de indio-estaño (ITO), óxido de indio-zinc (IZO), óxido de aluminio-estaño (ATO), óxido de aluminio-zinc (AZO), nanotubos de carbono, nanoalambres de plata, Mg:Ag o una capa apilada de de Mg:Ag y Alq3.
La capa de LED comprende una capa de transporte de electrones (ETL), una capa emisora de luz y una capa de transporte a través de agujeros (HTL). La ETL puede comprender tris[3-(3-piridil)-mesitil]borano (3TPYMB), 2,9-dimetil-4,7-difenil-1 ,10-fenantrolina (BCP), 4,7-difenil-1 ,10-fenantrolina (BPhen) y tris-(8-hidroxiquinolina)aluminio (Alq3). La capa emisora de luz puede comprender fris-(2-fenilpiridina)iridio, lr(ppy)3, poli-[2-metoxi, 5-(2'-etil-hexiloxi)fenilenvinileno] (MEH-PPV), /n's-(8-hidroxiquinolina)aluminio (Alq3) o D s-[(4,6-difluorofenil)-piridinato-N,C2]picolinato de iridio (III) (Flrpic). La HTL puede comprender 1 ,1-bis[(di-4-tolilamino)fenil]ciclohexano (TAPC),
N,N,-difenil-N,N'(2-naftilH1 ,1'-fenil)-4,4'-diamina (NPB) y N.N'-difenil-N.N'-di(m-tolil)benzidina (TPD).
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un esquema de un dispositivo de conversión positiva de luz infrarroja a visible donde unos electrodos transparentes permiten que escape la luz visible en ambos extremos de las capas apiladas que comprenden el dispositivo de conversión positiva.
La figura 2 es un esquema de un dispositivo de conversión positiva de luz infrarroja a visible de acuerdo con una modalidad de la invención, en donde una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja es insertada, de tal modo que no se pueda fugar la luz visible de la cara de entrada de luz infrarroja del dispositivo.
La figura 3 es un esquema de una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja que está construida como un material mixto de películas alternadas de dos materiales con índices refractivos (Rl) diferentes.
La figura 4 es un gráfica del % de transmitancia en función de la longitud de onda para la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja del ejemplo 1 , que exhibe alta transmitancia en la luz casi infrarroja (NIR) y casi ninguna transmitancia en una porción de una gama visible, de tal modo que la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja puede restringir la pérdida de luz verde de la cara de entrada de luz infrarroja de un dispositivo de conversión positiva de luz infrarroja a visible de acuerdo con una modalidad de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Las modalidades de la invención están dirigidas a dispositivos de conversión positiva de luz infrarroja a visible, mediante los cuales se restringe la salida de la luz visible generada de manera que no irradie de la superficie de la cual entra la luz infrarroja. En un dispositivo típico de conversión positiva, como el que se muestra en la figura 1 , una capa sensible a la luz infrarroja está situada en un lado de un electrodo, mostrado como un ánodo en la figura 1 , donde la capa sensible a la luz infrarroja genera un portador de carga, ya sea electrón o agujero. Bajo la influencia del dispositivo, el portador de carga es dirigido a una capa de dispositivo emisor de luz (LED), mostrada como capa de LED orgánica (OLED) en la figura 1 , donde se combina con su portador complementario de carga para generar luz visible. La luz generada por el LED irradia en todas las direcciones del LED. Como se muestra en la figura 1 el dispositivo de conversión positiva está construido con dos electrodos transparentes donde la luz visible generada se transmite por ambas caras del dispositivo. Para algunas aplicaciones potenciales de dispositivos de conversión positiva, como visión nocturna militar, es preferible que el dispositivo permanezca sin ser observado por detectores de luz visible, inclusive ojos inoportunos, que no sea el detector destinado de luz visible, empleado con el dispositivo. Por lo tanto, es deseable bloquear la luz visible dirigida en cualquier dirección que no sea a la cara donde se pretende detectar la luz visible y bloquear particularmente la luz de manera que no
irradie a través de la cara de entrada de luz infrarroja. En ciertas modalidades de la invención, una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja permite que una alta proporción de la luz casi infrarroja entre al dispositivo, por ejemplo una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja que es por lo menos 50% transmisora en por lo menos una porción de la luz casi infrarroja menos de 1.8 µ??, y bloquea la transmisión de luz visible a través de la cara de entrada de luz infrarroja hasta la medida en que la luz no sea fácilmente detectable sobre la luz de trasfondo.
El dispositivo de conversión positiva, de acuerdo con una modalidad de la invención, se muestra en la figura 2, donde, incluyendo una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja entre la cara de entrada de luz infrarroja y la capa sensible a la luz infrarroja, el dispositivo se convierte en luz visible opaca en la cara de entrada de luz infrarroja, porque la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja absorbe y/o refleja la luz visible internamente antes que permitir la pérdida de luz visible a través de la cara de entrada de luz infrarroja. Para los propósitos de la invención, el electrodo más cercano a la cara de entrada de luz infrarroja debe ser transparente a la luz infrarroja en alto grado, por lo menos aproximadamente 50% de transmitancia, y el electrodo más cercano a la cara de detección de luz visible debe ser transparente a la luz visible en alto grado, por lo menos aproximadamente 50% de transmitancia sobre la gama de longitudes de onda a la cual se emita la luz visible del LED. Cuando la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja tiene una superficie reflectora, es posible un
aumento de la proporción de luz visible dirigida a la cara de detección de luz visible del dispositivo con respeto a ninguna capa o ninguna capa no reflectora, bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja. Las superficies del dispositivo de conversión positiva, perpendiculares a las capas apiladas, pueden estar cubiertas con un revestimiento opaco o de otro modo puestas en contacto con una superficie opaca que sea una superficie absorbente y/o reflectora, de tal modo que no se pierda luz visible a los lados del dispositivo. La posición de la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja, como se muestra en la figura 2, puede estar entre el sustrato y el ánodo. La capa también puede estar situada sobre la superficie del sustrato opuesto al ánodo o, cuando ambas capas tienen las propiedades electrónicas apropiadas para actuar como una capa de interconexión o como una capa activa en el dispositivo, la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja puede estar situada entre cualquier capa del dispositivo en el lado de entrada de luz infrarroja del LED empleado en el dispositivo.
La capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja utilizada en el dispositivo de conversión positiva, de acuerdo con una modalidad de la invención, puede emplear una capa dieléctrica múltiple de apilamiento como se muestra en la figura 3. La capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja utiliza un apilamiento de películas dieléctricas con películas alternadas que tienen diferentes índices refractivos, donde las películas que tienen altos índices refractivos alternan con las películas de índice refractivo notablemente más bajo. En ciertas modalidades de la
invención, una película es una capa continua de material, y no debe estar formada necesariamente en algún orden o manera particulares. El apilamiento puede incluir películas de uno o más materiales que tengan altos índices refractivos y la película de uno o más materiales que tengan bajos índices refractivos. En una capa ejemplar bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja, la capa está construida de un material mixto de películas de Ta2O5 (Rl = 2.1) y películas de S1O2 (Rl = 1.45) alternadas. En otras modalidades de la invención, se pueden utilizar otros materiales, incluyendo: un material mixto de películas de ???2 y películas de S1O2 alternadas, y un material mixto de películas de LiF y películas de Te02 alternadas. En otras modalidades de la invención, la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja puede comprender una o más películas que tengan intrínsecamente alta transparencia a la luz infrarroja, pero que sean opacas a la luz visible, por ejemplo Si, CdS, InP o CdTe. Como puede apreciar un experto en la técnica, el material o material material mixto puede tener alguna transparencia en la luz visible, aunque el material debe reflejar o debe absorber las longitudes de ondas de la radiación visible emitida por el LED empleado para ser efectivamente opaco a los detectores externos de luz visible bajo las condiciones de ambientales de la luz bajo las cuales está en uso el dispositivo de conversión positiva. Para algunos usos del dispositivo de conversión positiva, la absorción o la reflexión no deben ser absolutas.
En ciertas modalidades de la invención, la capa sensibilizadora de luz infrarroja puede ser una capa ancha sensibilizadora de luz infrarroja de
absorción que comprenda puntos cuánticos mezclados de PbSe o puntos cuánticos mezclados de PbS. En otras modalidades de la invención, la capa sensibilizadora de luz infrarroja comprende películas delgadas continuas de: PbSe, PbS, InAs, InGaAs, Si, Ge o GaAs. En ciertas modalidades de la invención, la capa sensibilizadora de luz infrarroja es un material que comprende material orgánico u organometálico que incluye, pero sin limitación: 3,4,9, 10-dianhidrido perileno-3,4,9,10-tetracarboxilico(PTCDA); estaño(ll)-ftalocianina (SnPc), SnPc.CeO, cloruro de aluminio-ftalocianina (AIPcCI); AIPcCI:C60; titanilftalocianina (TiOPc); y TiOPc:C60.
En una modalidad de la invención, la capa de LED puede ser un
OLED que comprenda ac-tris(2-fenilpiridin)iridio (lr(ppy)3) que emita luz verde a 515 nm. Otros materiales de LED que se pueden emplear en ciertas modalidades de la invención incluyen: poli-[2-metoxi,5-(2-etil-hexiloxi)fenilenvinileno] (MEH-PPV), frís-(8-hidroxi quinolin)aluminio (Alq3), e iridio (III) bf's-[(4,6-di-fluorofenil)-piridinato-N,C2']picolinato (Flrpic). La capa de LED puede emitir cualquier longitud de onda individual de luz, una mezcla de longitudes de ondas o un espectro estrecho o amplio de luz. Múltiples materiales LED pueden estar incluidos en la capa de LED y la capa de LED puede ser una pluralidad de capas LED diferentes.
Los electrodos transparentes que se pueden emplear en el electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja, el cual se muestra como el ánodo en la figura 2, incluye de óxido de indio-estaño (ITO), óxido de indio-zinc (IZO), óxido de aluminio-estaño (ATO), óxido de aluminio-zinc (AZO),
películas de nanotubo de carbono o nanoalambres de plata. La electrodo transparente a la salida de luz visible, mostrado como el cátodo en la figura 2, puede ser óxido de indio-estaño (ITO), óxido de indio-zinc (IZO), óxido de aluminio-estaño (ATO), óxido de aluminio-zinc (AZO), nanotubo de carbono. nanoalambre de plata, una capa de Mg:AI o una capa de apilamiento de Mg:Ag y Alq3. Por ejemplo se puede apilar una capa de Mg:Ag en la relación de 10:1 con un grosor menor a 30 nm con una capa de Alq3 capa que tenga un grosor hasta de 200 nm. El electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja y/o la electrodo transparente a la salida de luz visible pueden estar formados sobre sustratos que sean transparentes al espectro de luz infrarroja y al espectro de luz visible, respectivamente, que puede ser cualquier vidrio o material polimérico apropiados.
Métodos y materiales
Un bloqueador de luz visible con paso de luz infrarroja fue construido a base de múltiples películas alternadas de Ta2O5 Rl = 2.1) y S1O2 (Rl = 1.45) como se índica en el cuadro 1 , a continuación. El bloqueador de luz visible con paso de luz infrarroja tuvo un grosor de aproximadamente 1 µ?t? y fue apropiado para usarse con un dispositivo de conversión positiva que utiliza un OLED que emite 515 nm de luz conforme despliega un corte agudo casi sin transmitancia de longitudes de ondas menores a 575 nm y mayores a 450 nm. La figura 4 muestra el espectro de transmitancia del bloqueador de luz visible con pasó de luz infrarroja.
CUADRO 1
Estructura de un bloqueador de luz visible con paso de luz infrarroja de
múltiples capas
Capa Material Grosor en nm
1 Ta205 49.0
2 Si02 87.3
3 Ta205 63.2
4 Si02 89.9
5 Ta205 57.9
6 S¡02 91.9
7 Ta205 60.1
8 Si02 86.2
9 Ta205 58.7
10 Si02 92.0
Todas las patentes, solicitudes de patentes, solicitudes
provisionales y publicaciones a las que se hace referencia o citadas en este
documento se incorporan por referencia en su totalidad, incluyendo todas las
figuras y cuadros, en la medida en que no sean incompatibles con las
enseñanzas explícitas de esta especificación.
Debe entenderse que los ejemplos y las modalidades aqui
descritas son únicamente para propósitos ilustrativos y que se sugerirán
varias modificaciones o cambios en vista de los mismos a los expertos en la
técnica y se incluirán en la esencia y ámbito de esta solicitud.
Claims (10)
1.- Un dispositivo de conversión positiva que tiene una estructura de capas apiladas, que comprende una capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja, un electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja, una capa sensibilizadora de luz infrarroja, una capa de diodo emisor de luz (LED) y una electrodo transparente a la salida de luz visible, en donde la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja está situada entre una fuente de radiación infrarroja y la capa de LED, en donde la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja no permite el paso de la luz visible en la longitud de onda emitida por la capa de LED, pero permite el paso de radiación de luz casi infrarroja a la capa sensibilizadora de luz infrarroja.
2 - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja es una estructura mixta que comprende una multiplicidad de dos películas alternadas de materiales con índices refractivos diferentes.
3.- El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque las dos películas alternantes comprenden un material mixto de Ta2Os y S1O2 o un material mixto de LiF y Te02.
4 - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja comprende una o más películas de Si, CdS, InP y/o CdTe.
5 - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja comprende óxido de indio-estaño (ITO), óxido de indio-zinc (IZO), óxido de aluminio-estaño (ATO), óxido de aluminio-zinc (AZO), nanotubos de carbono o nanoalambres de plata.
6.- El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la electrodo transparente a la salida de luz visible comprende: óxido de indio-estaño (ITO); óxido de indio-zinc (IZO); óxido de aluminio-estaño (ATO); óxido de aluminio-zinc (AZO); nanotubos de carbono; nanoalambres de plata; Mg:Ag; o un apilalamiento de Mg:Ag y Alq3.
7.- El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la capa de Mg:Ag del electrodo transparente a la salida de luz visible tiene una relación de 10:1 y un grosor menor a 30 nm.
8.- El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la capa de Alq3 del electrodo transparente a la salida de luz visible tiene un grosor menor a 200 nm.
9 - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la capa de LED comprende una capa de transporte de electrones (ETL), una capa emisora de luz y una capa de transporte a través de agujeros (HTL). 10. - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la ETL comprende tris[3-(3-piridil)-mesitil]borano (3TPYMB), 2,9-dimetil-4,7-difenil-1 ,
10-fenantrolina (BCP), 4,7-difenil-1 ,10-fenantrolina (BPhen) y tris-(8-hidroxiquinolina)aluminio (Alq3). 1 1. - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la capa emisora de luz comprende r 7's-(2-fenilpiridin)iridio, lr(ppy)3, poli-[2-metoxi, 5-(2'-etil-hexiloxi)fenilenvinileno] (MEH-PPV), rris-(8-hidroxiquinolin)aluminio (Alq3) o bis-[(4,6-difluorofenil)-piridinato-N,C2]picolinato de iridio (III) (Flrpic). 12. - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la HTL comprende 1 ,1-bis[(di-4-tolilamino)fenil]ciclohexano (TAPC), N,N,-difenil-N,N,(2-naftilH1 , r-fenil)-4l4'-diamina (NPB) y N,N'-difenil-N,N'-di(m-tolil)benzidina (TPD). 3. - El dispositivo de conversión positiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la capa bloqueadora de luz visible con paso de luz infrarroja está situada entre una fuente de radiación infrarroja y el electrodo transparente a la entrada de luz infrarroja.
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