TWM498318U

TWM498318U - 堆疊型薄膜光轉換裝置

Info

Publication number: TWM498318U
Application number: TW103214315U
Authority: TW
Inventors: Shun-Wei Liu; Chih-Chien Lee; Chih-Hsien Yuan; Wei-Cheng Su
Original assignee: Univ Ming Chi Technology
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-04-01

Description

堆疊型薄膜光轉換裝置

本新型是有關於一種光轉換裝置，特別是指一種堆疊型薄膜光轉換裝置。

非可見光為人眼無法直接感受得到的光線，例如紅外光、紫外光等，非可見光雖然無法直接可由人眼進行辨別，但其所能應用的範圍卻相當廣泛，以紅外光為例，可運用在軍事、工業、科學、醫學等領域，例如紅外光熱顯像相機可檢測觀察皮膚中血液流動的變化，紅外光導引也常用在飛彈導航、熱成像儀及夜視鏡等技術。

其中，夜視鏡的技術主要就是利用紅外光轉換為可見光而使人眼能直接辨識的輔助觀察工具，其可依成像技術概分為微光夜視鏡與紅外光夜視鏡。就微光夜視鏡而言，其主要是將微弱光線進行增強，以便使用者能清楚的觀察成像。而紅外光夜視鏡，則可分為主動式和被動式，主動式紅外光夜視鏡是由夜視鏡主動發出一紅外光線，照射欲觀察的目標物體，再將由該目標物體反射的紅外光線轉化為可見光線；而被動式紅外光夜視鏡則是藉由偵測環境周圍或目標物體自身輻射的紅外光線，轉化為可見光線而成像。

根據上述紅外光夜視鏡之成像技術的相關說明可知，現有的紅外光夜視鏡其主要結構為沿其一光軸方向依序包含一物鏡、一連結該物鏡的光放大管，及一連結於該光放大管的目鏡。該光放大管包括一管體，且沿該光軸方向依序包括一設置於該管體內的光陰極(Photocathode)、一設置於該管體內的微通道板(Microchannel plate，MCP)，及一設置於該管體內的螢光層。

而前述紅外光夜視鏡之成像原理，是先使該紅外光夜視鏡接受一偏壓以於該光放大管內產生一電位差，並藉由該物鏡將外界的紅外光線集中入射至該光放大管內；接著，藉由該光陰極透過光電轉換效應以將紅外光線的多個光子轉換成多個第一電子，並使該等第一電子透過管內的電位差而加速撞擊該微通道板，進而釋放數量大於該等第一電子數倍的第二電子；最後，該等第二電子撞擊該螢光層從而產生可見光源，並藉由該目鏡來聚焦成像。也就是說，目前紅外光夜視鏡的成像主要是依賴產生大量的第二電子，利用第二電子撞擊該螢光層，從而產生用以成像的可見光源，因此，為了產生足夠的第二電子，讓成像光源的亮度增加，以提升紅外光夜視鏡的效能，該光放大管內不僅需呈真空狀態，還需具備有足夠的長度以提升電子的平均自由路徑(Mean free path)，與足夠高的電壓才可使該等電子加速撞擊該微通道板，而得以釋放數量大於該第一電子數倍的第二電子。因此，現有的紅外光夜視鏡具有體積大且導致攜帶不便的缺點。

因此，本新型之目的，即在提供一種輕薄且具有高發光亮度的堆疊型薄膜光轉換裝置。

於是，本新型該堆疊型薄膜光轉換裝置，於接受電壓及環境光線後可放射出異於環境光線波長的光源，該堆疊型薄膜光轉換裝置包含一第一穿透電極板、一第一有機發光單元、一有機光伏單元、一第二有機發光單元，及一第二穿透電極板。

該第一有機發光單元設置於該第一穿透電極板的表面。

該有機光伏單元設置於該第一有機發光單元的表面，於吸收環境光線後可被激發出多對第二載子，各對第二載子具有一正型載子與一負型載子。

該第二有機發光單元設置於該有機光伏單元的表面。

該第二穿透電極板，設置於該第二有機發光單元的表面。

其中，該第一、二穿透電極板可配合提供一電壓，該電壓可提供多對第一載子，各對第一載子具有一正型載子與一負型載子，該電壓的正、負極的其中一者是電連接於該第一穿透電極板，且該電壓的正、負極的其中另一者是電連接於該第二穿透電極板；各對第一載子的正、負型載子的其中一者是根據該電壓對應地注入該第一有機發光單元，且各對第一載子的正、負型載子的其中另一者是根據該電壓對應地注入該第二有機發光單元；該有機光伏單元所產生的各對第二載子的正、負型載子可透過該電壓所產生的電位差分別朝向該第一、二有機發光單元移動，並分別與該第一、二有機發光單元中電性相反的第一載子複合，以令該第一、二有機發光單元放射出光源。

本新型之功效在於，提供一種新穎的堆疊型薄膜光轉換裝置，利用該第一、二有機發光單元放射出的光源，不僅可使成像更加清晰，且可有效地減少光轉換裝置的體積以方便使用者攜帶。

1‧‧‧第一穿透電極板

11‧‧‧第一基板

12‧‧‧第一穿透電極層

2‧‧‧第一有機發光單元

21‧‧‧第一正型載子注入層

22‧‧‧第一傳輸阻擋層

23‧‧‧第一發光層

24‧‧‧第二傳輸阻擋層

25‧‧‧第一負型載子注入層

3‧‧‧有機光伏單元

4‧‧‧第二有機發光層

41‧‧‧第二正型載子注入層

42‧‧‧第三傳輸阻擋層

43‧‧‧第二發光層

44‧‧‧第四傳輸阻擋層

45‧‧‧第二負型載子注入層

5‧‧‧第二穿透電極層

51‧‧‧第二基板

52‧‧‧第二穿透電極層

V‧‧‧電壓

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一剖視示意圖，說明本新型堆疊型薄膜光轉換裝置之第一實施例；圖2是一剖視示意圖，說明本新型堆疊型薄膜光轉換裝置之第二實施例；圖3是一電流密度對電壓暨增益值曲線圖，說明本新型堆疊型薄膜光轉換裝置之一具體例與一比較例，其在照射紅外光線與未照射紅外光線之電流密度與電壓的關係；圖4是一亮度對電壓曲線圖，說明本新型堆疊型薄膜光轉換裝置之該具體例與該比較例，其在照射紅外光線後之亮度與電壓的關係。

在本新型被詳細描述之前，應該注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。而有關本新型之技術內容、特點與功效，在以下的詳細說明中，將可清楚的呈現。

要說明的是，本新型堆疊型薄膜光轉換裝置可應用於紅外光夜視鏡、紫外光檢測器，或醫療弱視矯正器等需將非可見光轉換為可見光，或將可見光的亮度加以提升的光轉換裝置。於本實施例中是以紅外光夜視鏡為例做說明，但不限於此應用。

參閱圖1，本新型堆疊型薄膜光轉換裝置之一第一實施例，是以用於接受電壓V及紅外光線後可產生一預定影像的紅外光夜視鏡為例來做說明。

該第一實施例包含一第一穿透電極板1、一第一有機發光單元2、一有機光伏單元3、一第二有機發光單元4，及一第二穿透電極板5。

本新型該第一實施例中該第一有機發光單元2、有機光伏單元3，及第二有機發光單元4是設置於該第一、二穿透電極板1、5之間，且由該第一穿透電極1的表面依序形成該第一有機發光單元2、有機光伏單元3，及第二有機發光單元4。

該第一穿透電極板1包括一透光的第一基板11，及一形成於該第一基板11與該第一有機發光單元2間的第一穿透電極層12；該第二穿透電極板5包括一透光的第二基板51，及一形成於該第二基板51與該第二有機發光單元4間的第二穿透電極層52。

較佳地，該第一、二穿透電極層12、52是由透明導體材料所構成，可選自氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)、氧化銦鋅(Indium zinc oxide，IZO)、氧化鋅(Zinc oxide，ZnO)，及氧化銦鎵鋅(Indium gallium zinc oxide，IGZO)其中任一所構成的單一薄膜，也可以是由金屬、有機化合物，及無機化合物三者以對稱或非對稱的形式構成的可透光的複合膜層。舉例來說，該複合膜層的結構可以是「無機化合物/金屬/無機化合物」、「有機化合物/金屬/有機化合物」，或「無機化合物/金屬/有機化合物」的形式，其中，常見的複合膜層有：BCP(bathocuproine)/Ag/BCP、WO₃ /Ag/WO₃ 、ITO/Ag/ITO、MoO₃ /Ag/MoO₃ 、SiO₂ /Ag/SiO₂ 、NPB(N,N' -Bis(naphthalen-1-yl)-N,N' -bis(phenyl)benzidine)/Ag/NPB。於該第一實施例中，該第一穿透電極層12是使用結晶性較強的ITO之單一薄膜，而該第二穿透電極層52是使用WO₃ /Ag/WO₃ 之複合膜層為例來做說明；另外，該第一基板11與第二基板51則是使用玻璃基板。

該第一有機發光單元2設置於該第一穿透電極板1與該有機光伏單元3間，包括由該第一穿透電極板1 的表面依序形成的一第一正型載子注入層21、一第一傳輸阻擋層22、一第一發光層23、一第二傳輸阻擋層24，及一第一負型載子注入層25。

該有機光伏單元3是由選自下列能吸收可見光與不可見光波長區段光線所構成之群組的材料所製成：酞菁錫(SnPc)、氯化硼亞酞菁(SubPc)、亞萘酞菁(SubNc)、酞菁氯化鋁(ClAlPc)、酞菁氧化鈦(TiOPc)、酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(ZnPc)、並六苯(Hexacene)、並五苯(Pentacene)、並四苯(Tetracene)、蒽(Anthracene)、碳60(C₆₀ )，及碳70(C₇₀ )，但不限於此，也可以是前述材料之混合物。此處要說明的是，由於本新型堆疊型薄膜光轉換裝置是應用於紅外光夜視鏡，該有機光伏單元3於吸收紅外光線後會激發多對載子，因此，於該第一實施例中，該有機光伏單元3是使用酞菁氯化鋁與碳70相互混合所構成的薄膜為例做說明。

該第二有機發光單元4設置於該第二穿透電極板5與該有機光伏單元3間，包括由該有機光伏單元3的表面依序形成的一第二正型載子注入層41、一第三傳輸阻擋層42、一第二發光層43、一第四傳輸阻擋層44，及一第二負型載子注入層45。

此處要說明的是，該第一、二有機發光單元2、4即為一般省略掉兩個穿透電極層之有機發光二極體結構，且其所發出的色光可為相同或不同，由於本新型該第一實施例是應用於夜視鏡，所以，較佳地，該第一、二有機發光單元2、4是配合人眼最敏感的波段而發出綠色光源，也就是說，該第一、二有機發光單元2、4的第一、二發光層23、43是採用可放射出綠光的有機發光材料所製成。於該第一實施例中，該第一、二發光層23、43是由一主發光體材料摻雜一客發光體材料所製成，其中，該第一、二發光層23、43的主發光體與客發光體的材料相同，其主發光體材料是選自4,4'-二(9-咔唑)聯苯(4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl，CBP)，而客發光體材料則是使用三苯基吡啶銥(Tris[2-phenylpyridinato-C₂ ,N]iridium(III)，Ir(ppy)₃ )為例做說明，但不限於此。由於該第一、二有機發光單元2、4的材料選用與搭配屬於有機發光二極體領域之習知技術，且非本新型之技術特徵，因此不再多加贅述。

詳細的說，如圖1所示，在本新型該第一實施例中，該電壓V的正極是電連接於該第一穿透電極板1的第一穿透電極層12，該電壓V的負極是電連接於該第二穿透電極板5的第二穿透電極層52，該電壓V可提供多對第一載子，而各對第一載子具有一正型載子與一負型載子。因此，該電壓V的各對第一載子的正型載子是由該第一穿透電極層12注入該第一有機發光單元2，並透過該第一正型載子注入層21、第一傳輸阻擋層22與第一發光層23，使各對第一載子的正型載子通過上述各層而停留於該第一發光層23與該第二傳輸阻擋層24的界面間。另一方面，該電壓V的各對第一載子的負型載子則是由該第二穿透電極層52注入該第二有機發光單元4，並透過該第二負型載子注入層45、第四傳輸阻擋層44與第二發光層43，而使各對第一載子的負型載子通過上述各層而停留於該第二發光層43與該第三傳輸阻擋層42的界面間。此時，當紅外光線照射該有機光伏單元3而激發出多對第二載子時，各對第二載子具有一正型載子與一負型載子，各對第二載子的正、負型載子則透過該電壓V所產生的電位差而分離，且分別朝向該第一、二有機發光單元2、4的方向傳遞，各對第二載子的負型載子通過該第一負型載子注入層25與該第二傳輸阻擋層24，而各對第二載子的正型載子則通過該第二正型載子注入層41與該第三傳輸阻擋層43後，分別與停留在該第一發光層23與該第二傳輸阻擋層24的界面間的各對第一載子的正型載子與停留在該第二發光層43與該第三傳輸阻擋層42的界面的各對第一載子的負型載子複合，而令該第一、二發光層23、43放射出一綠色光源。

具體的說，利用本新型該第一實施例實際觀察一目標物時，其成像原理為該有機光伏單元3於接收到該目標物發出之紅外光的區域才會激發形成該等第二載子，而傳遞至第一、二有機發光單元2、4而使該該第一、二發光層23、43放射出綠光，也就是說，該第一、二發光層23、43發光的區域是對應該有機光伏單元3所接收到紅外光的區域，而無接收到紅外光的區域則不發光，或發光亮度極低，因此，該第一、二發光層23、43所放射出的綠光區域即可呈現出該目標物之影像，而可直接觀測到該目標物。

此外，本新型該堆疊型薄膜光轉換裝置由於具有該第一、二有機發光單元2、4的雙層發光結構，因此，當本新型該第一實施例實際應用於夜視鏡時，只需要微弱的紅外光線強度便可使該第一、二發光層23、43放射出綠色光源，而觀測到夜視影像，且利用雙層的發光結構，還可有效地提升亮度，而使成像更為清晰。

參閱圖2，本新型堆疊型薄膜光轉換裝置之第二實施例，與該第一實施例大致相同，其不同之處在於，該第二實施例之第一、二有機發光單元的膜層堆疊順序與該第一實施例相反，且該電壓V的正極是電連接於該第二穿透電極板5，該電壓V的負極是電連接於該第一穿透電極板1。

為了使本新型堆疊型薄膜光轉換裝置的功效更為清楚，分別就一具體例及一比較例進行說明，該具體例是採用本新型該第一實施例的結構，而該比較例大致上是相同於該具體例，其不同之處是在於，該比較例無設置該第一有機發光單元2。

參閱圖3，顯示該具體例與比較例在照射紅外光線(以IR表示)與未照射紅外光線(以Dark表示)的環境下，所量測取得之電壓與電流密度關係；其中，增益值(Gain)是代表該具體例或比較例於照射紅外光線時對未照射紅外光線時的電流比值(I_IR /I_Dark )。

由圖3可知，該具體例與該比較例的電壓偵測極限分別約為20V及6V，因此，根據圖3的結果，該具體例與比較例於照射紅外光線並於偵測極限時的電流密度分別約為2mA/cm² 與1mA/cm² ，而電流密度較高，表示光子的利用率亦會增加，其亮度便能有效地提升，由此可知，本新型該堆疊型薄膜光轉換裝置可有效地提升光子的利用率。

配合參閱圖4，圖4是該具體例與比較例在照射紅外光線下，所量測取得之電壓與亮度關係。由圖4可清楚明白，該具體例與該比較例於電壓量測極限時的亮度分別為1150cd/m² 與600cd/m² ，顯示該具體例的亮度明顯高於該比較例的亮度。

此處要再說明的是，本新型該等實施例僅以紅外光夜視鏡舉例說明，其並非僅侷限於紅外光夜視鏡的應用。也就是說，根據本新型該等實施例之載子的運作機制，只要根據其有機光伏單元3及其第一、二發光層23、43所能放射的波段，分別選擇其適當的材料，即可將該等實施例之堆疊型薄膜光轉換裝置應用於醫療弱視矯正器，或紫外光檢測器。就弱視矯正器而言，該有機光伏單元3可選自吸收全波段的材料，再依使用者適合的光線而選用適當的該第一、二發光層23、43的材料；而紫外光檢測器，該有機光伏單元3就可選自吸收紫外光波段的材料。

綜上所述，本新型堆疊型薄膜光轉換裝置藉由彼此相連接並堆疊形成的該第一穿透電極板1、第一有機發光單元2、有機光伏單元3、第二有機發光單元4，及第二穿透電極板5，因整體亮度的提升而可有效地增加成像的清晰度，且利用各對第一、二載子的複合機制，使本新型該堆疊型薄膜光轉換裝置僅需接收微量的光，即可發光而產生預定影像；此外，本新型堆疊型薄膜光轉換裝置亦適於進行量產，而可廣泛的應用於各領域，極具市場發展價值與產業利用性，故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。