基于OLED显示单元的复合红外光传感器件的研究

Photoelectric detection and information display technology is the key technologies of information transmission, processing and conversion. The project proposed an infrared detection and display information processor, which infrared light is converted to visible light through the optical-electrical- optical process. This kind of infrared light sensor instructure integrated the inorganic near-infrared detection unit (PD) and organic light-emitting display unit (OLED)to achieve infrared light upconversion effectively. It take full advantage of the inorganic detection of highly responsiveness and OLED of material flexibility，wide temperature range, low cost. By molecular beam epitaxy (MBE), organic molecular beam deposition (OMBD), and semiconductor process technology, we design and make a prototype infrared light sensor, then study the working principle of organic-inorganic interface of carrier injection, in order to obtain better device performance, especially in light - light power conversion efficiency. We intend to select the n-type injection as the starting point to investigate the n-type interface layer between the detector and the OLED, the passivation layer and the OLED translucent anode.It is important to explore the relasionship between detector performance, such as device responsiveness and final performance of optical conversion, to lay the foundation for the next of MIR and FIR conversion.

光电探测及信息显示技术是实现信息传输、信息处理和信息转换的关键性技术。本项目提出一种红外探测显示的信息处理器件，即将红外光经过光-电-光过程转换为可见光，从而实现红外光传感的器件。 基于无机近红外波段探测单元(PD)与有机电致发光显示单元(OLED)集成耦合的光传感器件结构,充分利用无机探测的高响应度和OLED的材料选择多样性、温度使用范围广、成本低等优势，高效地实现红外光的上转换。主要利用分子束外延（MBE）和有机分子束沉积（OMBD），以及半导体工艺技术等方法设计和制作原型红外光传感器件，研究有机-无机界面处载流子注入等工作原理，以求获得较好的器件性能，尤其是光-光转换功率效率。我们拟选择n型注入为切入点，研究探测器与OLED之间的n型界面层、钝化层以及OLED的半透明阳极等方面，探讨探测器响应度等参数与最终光转换器件性能之间的关系，为下一步实现中远波段红外光转换奠定基础。

本项目提出一种红外探测显示的信息处理器件，充分结合利用OLED的材料多样性、结构简单以及无机探测的高响应度等优势，开拓新思路、新办法、新结构实现红外光传感。我们通过对红外光上转换器件界面层、钝化层、探测单元、和显示单元等结构优化，最终实现高性能光转换器件的制备，在15V时，器件转换效率达到4.8%，取得具有原始创新和自主知识产权成果；同时通过结合XPS、瞬态电学探索了有机-无机界面处载流子输运等工作机理，为下一步实际应用提供理论支持；开发了一种上转换器件半透明阳极。在项目资助下，根据任务书的要求，共完成以下三部分重点工作：.1、成功实现红外光上转换器件的制作，研究了结构优化对器件性能的影响.我们研究了分别对界面层①，钝化层②以及探测单元③和OLED显示单元④进行结构优化，通过I-V，EL，AFM，XPS等分析手段，分析影响器件性能改善的原因。结果表明结构优化主要降低了上转换器件的漏电流、提高载流子注入效率，改善了探测响应度，从而最终使红外光上转换器件的转换效率、启动电压以及显示亮度等参数有明显改善。实现了在低偏压下，近红外光980nm到绿光520nm的高效转换，在15V时，磷光上转换器件的转换效率达到4.8%。.2、研究了上转换器件的频率响应特性和载流子输运机制为了探索有机-无机界面的载流子输运机制等，我们设计和搭建了一套光子上转换器频率响应的测试系统，分析器件的瞬态电致发光特性。器件的响应时间维持在60微秒左右，远快于传统的LCD显示响应时间2-10毫秒。正是这种快速响应的特性决定了它很适合未来红外显示的应用。同时结合XPS等等分析手段初步分析了有机-无机界面载流子输运机制。.3、N型注入上转换器件半透明阳极的研究.我们设计和制作了倒置式OLED器件，分别以Al/MoO3:PTCDA(device D1), Al/MoO3(device D2), Al/MoO3(device D3)和Au/MoO3:PTCDA(device D4)作为半透明阳极的材料。研究发现，最优的半透明阳极材料是Al/MoO3:PTCDA。这是因为在Al/MoO3:PTCDA界面形成电荷转移产物，促进了空穴的迁移，从而使OLED器件的性能改善。.在项目资助下，共完成13篇期刊文章，其中12篇是SCI国际期刊，1篇是EI国内期刊；以及申请3项国内发明专利，其中授权专利一项。