CN101310396A - 有机电子照相机 - Google Patents

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Abstract

本发明针对在曲面上具有有机检测器的有机成像装置。该装置可被用于诸如摄影、轻型照相机系统、极高分辨率成像、轻型“夜视”、机器人视觉和其它的成像应用。提供具有可变形透镜的凹形壳体。可变形透镜允许某一范围的视场和焦距。本发明可被配置为检测某一范围的电磁辐射。它从而可向用于将所检测的辐射处理或显示为图像的计算机、显示器或其它装置提供输入。

Description

有机电子照相机
政府权利
本发明是在由国防高级研究计划署(Defense Advanced ResearchProjects Agency)授予的合同No.____下在政府支持下作出的。政府拥有本发明的某些权利。
联合研究协议
所要求权利的本发明是由以下各方中的一个或更多个作出、代表以下各方中的一个或更多个、并且/或者与以下各方中的一个或更多个相关联，以达成联合大学公司研究协议：普林斯顿大学(PrincetonUniversity)和通用显示公司(Universal Display Corporation)。协议在作出所要求权利的本发明之日以及该日期之前有效，并且，所要求权利的本发明是作为在协议的范围内进行的活动的结果而作出的。
背景技术
当与人眼相比时，诸如照相机、图像传感器和运动捕获装置的成像装置在可用的视场和景深方面受到限制。以前的工作已尝试通过例如用配置在曲面上的诸如照相机和光传感器的传统成像装置的阵列来近似视网膜的曲面而再现人眼的可变性。由于装置复杂性、有限的分辨率和视场、费用、一般较高的信噪密度和对于多个透镜系统的需要，因此这些尝试在它们的使用和构建方面受到限制。因此，需要一种成像装置，其提供重量轻、不昂贵、更小的简单成像系统，并提供没有畸变的大视场。
过去十五年见证了在作为有机光电子装置中的活性媒介的有机材料的研究和应用方面的研究兴趣的剧增。出于许多原因，利用有机材料的光电子装置正变得越来越是所希望的。用于制造这样的装置的许多材料相对较为便宜，因此，有机光电子装置相比于无机装置具有成本优势的潜力。另外，有机材料的诸如其挠性(flexibility)的固有性能会使得它们很好地适于诸如挠性衬底上的制造的特定应用。
有机光电子装置的例子包括有机发光装置(OLED)、有机光电晶体管(phototransistor)、有机光伏电池(photovoltaic cell)、有机光电检测器(photodetector)和其它的有机光敏(photosensitive)装置。
如这里使用的那样，术语“有机”包括可用于制造有机光电子装置的聚合物材料以及小分子有机材料。“小分子”是指不是聚合物的任何有机材料，并且“小分子”实际上可以是很大的。小分子在一些情况下可包含重复单元。例如，使用长链烷基基团作为取代基不从“小分子”类中去除分子。小分子也可例如作为聚合物骨架上的悬挂基团或作为骨架的一部分被包含在聚合物中。小分子还可用作树枝状大分子(dendrimer)的芯部分(core moiety)，所述树枝状大分子由在芯部分上构建的一系列化学壳体(shell)构成。树枝状大分子的芯部分可以是荧光或磷光小分子发射体。树枝状大分子可以是“小分子”，并且相信当前在OLED的领域中使用的所有树枝状大分子都是小分子。一般地，小分子具有明确地定义的化学式，其具有单一分子量，而聚合物具有可在分子之间变化的化学式和分子量。如这里使用的那样，“有机”包括烃基的金属络合物和杂原子取代的烃基配体。
OLED利用当在装置两端施加电压时发光的薄有机膜。类似地，光敏装置可从入射光产生电压，并因此可被用作检测器，且例如用于诸如照相机的成像装置中。在美国专利No.5844363、No.6303238和No.5707745中说明了几种光电子材料和配置，在此通过参考而加入它们的全部内容。在美国专利No.6657378、No.6451415中特别说明了有机光敏装置，在此通过参考而加入其全部内容。
光电子装置一般(但不总是)意图在于通过电极中的至少一个发射或吸收光，并且，在有机光电子装置中，一个或更多个透明电极会是有用的。例如，诸如氧化铟锡(ITO)的透明电极材料可被用作底电极。也可以使用诸如在美国专利No.5703436和No.5707745(通过参考而加入其全部内容)中公开的透明顶电极。对于意图在于仅通过底电极发射或吸收光的装置，顶电极不需要是透明的，并且可包括具有高导电性的厚且反射性的金属层。类似地，对于意图在于仅通过顶电极发射或吸收光的装置，底电极可以是不透明的和/或反射性的。在电极不需要是透明的情况下，使用较厚的层可提供更好的导电性，并且，通过向着透明电极将光反射回去，使用反射性电极可增加通过另一电极发射的光的量。也可制造两电极均透明的全透明装置。
如这里使用的那样，“顶”意味着离衬底最远，而“底”意味着离衬底最近。例如，对于具有两个电极的装置，底电极是最接近衬底的电极，并且一般是所制造的第一电极。底电极具有两个表面，最接近衬底的底表面和离衬底更远的顶表面。在第一层被描述为“被设置在”第二层“之上”的情况下，第一层被设置为离衬底更远。除非规定第一层“在物理上接触”第二层，否则，可在第一层和第二层之间存在其它的层。例如，即使在中间存在各种有机层，阴极仍可被描述为“被设置在”阳极“之上”。
附图说明
图1是有机光敏装置的例子。
图2～3表示本发明的实施例。
图4表示根据本发明实施例的装置的制造方法。
图5表示根据本发明实施例的装置的另一制造方法。
具体实施方式
本发明针对在曲面上具有有机检测器的有机成像装置。该装置可被用于诸如摄影、轻型照相机系统、极高分辨率成像、轻型“夜视”、机器人视觉和其它的成像应用。提供具有可变形透镜的凹形壳体。该可变形透镜允许有某一范围的视场和焦距。本发明可被配置为检测某一范围的电磁辐射。它从而可向用于将所检测的辐射处理或显示为图像的计算机、显示器或其它装置提供输入。
有机光敏装置包含吸收光以形成激子的至少一个光活化(photoactive)区，该激子随后会分解成电子和空穴。图1表示有机光敏光电子装置100的例子，其中，光活化区150包含施主-受主异质结。“光活化区”是吸收电磁辐射以产生可分解的激子从而产生电流的光敏装置部分。装置100包含衬底110之上的阳极120、阳极平滑层122、施主152、受主154、激子阻挡层(“EBL”)156和阴极170。本领域技术人员可以理解，在可包含其它或不同的层的有机光敏装置中，其它的配置是可能的。
阳极120和阴极170可包含金属或“金属替代品”。这里，术语“金属”用于包含由在元素上纯的金属构成的材料、以及作为由两种或更多种在元素上纯的金属构成的材料的金属合金。术语“金属替代品”是指不是通常定义内的金属但具有诸如导电性的类似金属的性能的材料，诸如掺杂的宽带隙半导体、简并半导体、导电氧化物和导电聚合物。电极可包含单层或多层(“复合”电极)，可以是透明的、半透明的或不透明的。如这里使用的那样，如果某一层在相关波长中透过周围的电磁辐射的至少50％，那么认为它是“透明的”。本领域技术人员可以理解，可以使用其它类型和配置的电极。
衬底110可以是提供所希望的结构性能的任何适当的衬底。衬底可以是挠性的或刚性的，平面的或非平面的。衬底可以是透明的、半透明的或不透明的。刚性塑料和玻璃是优选的刚性衬底材料的例子。挠性塑料和金属箔是优选的挠性衬底材料的例子。
阳极平滑层122可位于阳极层120和施主层152之间。光活化区150包含施主材料152和受主材料154。用于光活化区中的有机材料可包含有机金属化合物，含环金属化的(cyclometallated)有机金属化合物。可使用真空沉积、旋涂、有机气相沉积、喷墨印刷和本领域中已知的其它方法制造有机层。
图2是本发明的示图。透镜250具有曲面230的形状的弯曲焦面。透镜250可包含诸如聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)的透明弹性体；在某些配置中，其它的材料可能是有利的。曲面230可以是球形的、大致球形的或椭球形的。也可能希望其它的形状。透镜250被设置在曲面230中的开口中。也可以选择透镜250的焦面以对于入射到透镜上的电磁辐射240的某些波长作出选择。检测器210被设置在曲面230上，使得透过透镜250的入射的电磁辐射240将被检测。本领域技术人员可以理解，电磁辐射240可包含光学范围中的信号，即可见光。它可包含具有更长或更短的波长的信号，诸如红外线、紫外线或其它的波长范围。在一些实施例中，检测器210包含多个有机光敏装置。检测器210可向数据处理系统(未示出)提供输入。检测器210可与背面(backplane)220连接以允许检测器210被用于有源矩阵配置中。背面220可包含薄膜晶体管。
图3是本发明的另一示图。可变形透镜350是设置在曲面330中的开口中的、具有弯曲焦面的可变形透镜。入射的电磁辐射340透过可变形透镜350并被有机检测器310吸收。取决于使用装置的特定应用，表面330的曲率半径可改变。例如，在需要小装置的应用中，半径可以为毫米的量级，而在更大的应用中使用的装置可具有几十米的半径。
本发明可包含可邻近透镜350且与其物理接触而设置的合成“肌肉”360和361。如这里使用的那样，并且，本领域技术人员可以理解，合成肌肉是可响应外部信号而伸展和收缩的装置。在优选的实施例中，肌肉360和361包含聚合物。用于制造聚合物肌肉的适当材料包含PDMS。
聚合物肌肉360和361可由计算机或其它的处理系统(未示出)控制。优选聚合物肌肉360和361由聚焦机构370控制。聚焦机构370可被设置在曲面内或其内部上。其可以使用立体计算范围以确定适当的聚焦距离。聚合物肌肉360和361可被制成为伸展或收缩，由此改变可变形透镜350的焦面、孔径或焦距。有机检测器310被设置在曲面330的凹面侧，并且为透镜350的焦面的形状。背面320可包含薄膜晶体管的阵列、控制和处理元件、或其它装置。在优选的实施例中，检测器310可包含多个有机检测器，诸如双层CuPc/C60二极管、多异质结二极管或聚合物二极管。检测器310可向用于数据处理的计算机(未示出)提供输入。
检测器310可包含设置在阵列中的多个有机光敏装置。本领域技术人员可以理解，如果在大致像栅格的配置中设置装置，那么所述装置是配置在阵列中。这种配置可优选有利于将检测器310的输出用作例如对于处理装置、显示器或其它装置的输入。
检测器310可包含有源矩阵，该有源矩阵进一步包含有机晶体管的阵列和有机光敏装置的阵列。在希望同时访问来自许多方向的信号的情况下，这种配置会是优选的。类似地，检测器310可包含无源矩阵阵列，该无源矩阵阵列可能比有源矩阵阵列更易于制造，但其会需要多个检测器以共享信号线。在优选的实施例中，检测器将包含高分辨率检测器阵列。在希望详细的、大的或精确的图像的情况下，这会是优选的。
在本发明的一些实施例中，对于有机检测器选择允许检测电磁波谱的不可见区域中的光的材料和配置会是有利的。在优选的实施例中，检测器将检测紫外线区或红外线区中的光。例如，在美国专利No.6352777、No.6297495、No.6278055、No.6198091和No.6198091中说明了这样的光敏装置，在此通过参考而加入它们全部。
为了提供高分辨率，优选有机检测器用可用于接收电磁辐射的光敏材料或装置覆盖大百分比的表面区域。较高的覆盖率允许装置捕获更多的入射辐射。由于各单独的像素会被不能接收电磁辐射并将其转变成电流的区域包围，因此同时实现覆盖率和高分辨率会是一个问题。有机装置可减轻该问题，并因此可提供提高的分辨率。特别优选本发明的检测器具有至少约70％的覆盖率。可以用例如在美国专利申请No.2004/0032205中说明的有机装置实现这样的覆盖率，通过参考而加入其全部内容。
本发明可提供允许调整可变形透镜的焦距的聚焦机构控制的聚合物肌肉。聚合物肌肉360和361可使透镜350变形以便调整装置的f数。优选装置提供某一范围的f数以允许聚焦灵活性。本领域技术人员可以理解，“f数”指的是开口的尺寸与通过该开口透光的透镜的焦距之比。f数通常被写作f/X，这里X代表焦距与光阑直径之比。注意，f/8被视为是比f/1大的f数。例如，f/8的f数代表焦距为光阑直径的8倍。一般地，较低的f数代表着对于电磁辐射增大的灵敏度。较低的f数还会导致减小的焦深。提供某一范围的灵敏度和焦深是有利的。可变形透镜350能够基于其变形程度提供不同的f数。在优选的实施例中，本发明能够提供小至f/1的f数。本领域技术人员可以理解，如果可通过在其期望的容限内使透镜变形而获得特定的f数，那么该透镜能够提供该f数。即，可变形透镜可沿几个方向变形到最大的量；该透镜能够提供源自该透镜可经受的变形范围的f数范围。通过使可变形透镜变形以便改变其中设置该透镜的开口的有效尺寸、改变该透镜的焦距、或这两者，可调整该透镜的f数。
在图4中示出根据本发明的实施例的装置的制造过程。首先，获得具有不可展(non-developable)凹形内表面431的壳体430(4a)。多个有机光敏装置410被通过壳体430的开口沉积并沉积到内表面431上(4b)。然后将可变形透镜450放入壳体430的开口中(4c)。如这里使用的那样，并且，本领域技术人员可以理解，“不可展”指的是不撕扯、剪切、收缩或拉伸就不能变形成平板的表面。例如，圆筒表面是可展的，而球形表面是不可展的。可使用例如有机蒸气喷射印刷和喷墨印刷来沉积光敏装置410。由于对于非有机装置不可实施有机蒸气喷射印刷、喷墨印刷和类似的制造方法，因此，对于在不可展表面上的沉积，有机装置是优选的。由于许多优选的焦面会具有不可展形状，并且，沉积到平面表面上然后使表面变形成希望的形状会在装置上引入大量的应变，因此，沉积到不可展表面上会是优选的。装置可进一步包含有源矩阵或无源矩阵。例如，包含薄膜晶体管的层可被沉积为不可展表面上的背面或被沉积到不可展表面上的背面上。其它的要素可被添加到本发明中。例如，聚合物肌肉和聚焦机构可被插入壳体430中。在图3中示出包含这样的要素的示例性配置。
在图5中示出根据本发明的实施例的装置的另一制造方法。将多个光敏装置510沉积到表面531上(5a)。然后使表面531变形成具有开口532的曲面(5b)。将可变形透镜550放入开口532中(5c)。可通过例如有机蒸气喷射印刷或喷墨印刷来沉积光敏装置510。光敏装置510还可包含有源或无源矩阵。制造过程可包含其它的步骤。例如，在使表面531变形或插入可变形透镜550之前，可将聚合物肌肉、聚焦机构或背面放入装置中。
参照图5说明的过程可限于表面531的可展形状，或者会需要表面531的撕扯、剪切、收缩或拉伸以实现不可展表面。但是，使用参照图5说明的过程而制造的装置可适合于一些用途。
虽然参照特定的例子和优选的配置说明了本发明，但可以理解，本发明不限于这些例子和实施例。本领域技术人员可以明白，所要求权利的本发明因此包含这里说明的特定例子和优选实施例的变化。

Claims (36)

1.一种装置，包括：
具有弯曲的焦面的透镜；
所述焦面的形状的曲面；和
设置在所述曲面上的检测器，其中，检测器为所述焦面的形状。
2.根据权利要求1的装置，其中，透镜是具有可调的焦距的可变形透镜。
3.根据权利要求1的装置，其中，检测器还包含多个有机光敏装置。
4.根据权利要求3的装置，其中，所述多个有机光敏装置以阵列设置。
5.根据权利要求2的装置，还包括附接到可变形透镜的至少一个聚合物肌肉。
6.根据权利要求5的装置，其中，所述至少一个聚合物肌肉邻近可变形透镜。
7.根据权利要求5的装置，还包括计算机控制的聚焦机构以控制所述至少一个聚合物肌肉的运动。
8.根据权利要求1的装置，其中，检测器是还包含有机晶体管的阵列和有机光敏装置的阵列的有源矩阵。
9.根据权利要求1的装置，其中，检测器还包含有机光敏装置的无源矩阵阵列。
10.根据权利要求1的装置，其中，检测器是高分辨率检测器阵列。
11.根据权利要求1的装置，其中，检测器检测紫外线区中的光。
12.根据权利要求1的装置，其中，检测器检测红外线区中的光。
13.根据权利要求1的装置，其中，检测器向用于数据处理的计算机提供输入。
14.根据权利要求1的装置，其中，透镜能够提供至少约f/l的f数。
15.根据权利要求1的装置，其中，检测器具有至少约70％的填充系数。
16.根据权利要求7的装置，其中，聚焦机构使用立体计算范围以确定聚焦距离。
17.一种装置的制造方法，包括：
获得在其中具有开口并具有不可展凹形内表面的壳体；
通过所述开口沉积多个有机光敏装置并将其沉积到所述不可展凹形内表面上；和
将可变形透镜插入开口中。
18.根据权利要求17的方法，其中，使用有机蒸气喷射印刷来沉积所述多个有机光敏装置。
19.根据权利要求17的方法，其中，使用喷墨印刷来沉积所述多个有机光敏装置。
20.根据权利要求17的方法，其中，所述多个有机光敏装置是进一步包含多个有机晶体管和多个光敏装置的有源矩阵。
21.根据权利要求17的方法，其中，所述多个有机光敏装置包含有机装置的无源矩阵阵列。
22.一种装置的制造方法，包括：
将多个光敏装置沉积到表面上；
将表面变形成在其中具有开口的曲面，使得在曲面的凹形表面上设置所述多个光敏装置；和
将可变形透镜插入开口中。
23.根据权利要求22的方法，其中，使用有机蒸气喷射印刷来沉积所述多个光敏装置。
24.根据权利要求22的方法，其中，使用喷墨印刷来沉积所述多个有机光敏装置。
25.根据权利要求22的方法，其中，所述多个有机光敏装置包含有源矩阵，该有源矩阵进一步包含多个有机晶体管和多个有机光敏装置。
26.根据权利要求22的方法，其中，所述多个有机光敏装置还包含无源矩阵阵列。
27.一种装置，包括：
具有在其中的开口并具有凹形内表面的壳体；
设置在开口中的具有可调焦距的可变形透镜；
设置在凹形内表面上的有机检测器，该有机检测器处于检测透过可变形透镜的光信号的位置中；和
附接到可变形透镜的聚合物肌肉。
28.根据权利要求27的装置，还包括计算机控制的聚焦机构以控制聚合物肌肉的运动。
29.根据权利要求27的装置，其中，使用有机蒸气喷射印刷来沉积有机检测器。
30.根据权利要求27的装置，其中，使用喷墨印刷来沉积有机检测器。
31.根据权利要求27的装置，其中，有机检测器是进一步包含有机晶体管的阵列和有机光敏装置的阵列的有源矩阵。
32.根据权利要求27的装置，其中，有机检测器还包含有机光敏装置的无源矩阵阵列。
33.根据权利要求27的装置，其中，有机检测器是高分辨率检测器阵列。
34.根据权利要求27的装置，其中，有机检测器包含对紫外线区中的光灵敏的装置。
35.根据权利要求27的装置，其中，有机检测器包含对红外线区中的光灵敏的装置。
36.根据权利要求27的装置，其中，有机检测器向计算机提供输入以处理数据。
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