[发明专利]显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于光子能量上转换的显示系统。

背景技术

在许多系统中，已经发现具有较长波长的光的照射导致发射出较短波长的 光。这种也称为“频率上转换(frequency up-conversion)”或简而言之“上转换” 的现象最常与从脉冲激光器可得到的高光强度相关。目前人们认为上转换过程 包括能量从数个较低激发态传递至单个较高激发态，其随后能发射出具有较短 波长即较高能量的光。该过程已经针对大量的固态无机体系进行了描述，所述 无机体系包括晶体、离子掺杂玻璃、薄膜和纳米颗粒。通常在晶态体系中的上 转换过程包括“敏化”组分、“活化剂”组分和/或基质(晶体)组分。通常该基 质用稀土离子共掺杂，所述稀土离子用作“敏化剂”，也可以作为“活化剂”。 掺杂物中的一种在低波长区域(通常为红外区)吸收，随后被吸收的光子能量 传递至另一种掺杂物，也即活化剂离子，其在蓝色或绿色区域发光 (E.L.Falcao-Filho等。J.Appl.Phys 92，3065，(2002)，Yoh Mita等。Appl.Phys.Lett. 62，802(1992)，Trash等.Journal of OSA Bulletin 11，881(1994))。此外，已经描述 了晶态纳米颗粒，该纳米颗粒的组合分散在主体基质(host matrix)中以形成薄 膜。这些晶态纳米颗粒也已显示出能够能量上转换，该过程发生在不同种类的 纳米颗粒之间并包括能量传递台阶(energy transfer step)(例如美国专利 US6541788)，或者所述晶态纳米颗粒作为诸如Eu³⁺离子、Tb³⁺离子、Tb³⁺离子 和Ce³⁺离子等的其他掺杂物的基质，并且这些掺杂物在光照射时能增加所述纳 米颗粒的荧光强度和量子效率。

这些系统对激光材料、光电伏打器件等的制造有潜在的意义。但是，由于 含有的组分的特性，它们制造相当昂贵且不是特别适于制备例如在大面积上的 薄膜或者在柔性基板上制备，而这两种应该对市售光生伏打器件如太阳能电池 的制造特别有用。

解决该问题的一个途径是使用有机化合物来替代无机物。这些有机上转换 系统全部基于直接双光子或多光子激发和/或占据高振动态的分子激发为第一激 发态，后者的过程有时也被称为“热带-吸收”。在直接也即同时双光子激发中， 上转换是具有大的双光子吸收(TPA)截面的染料的直接双光子泵浦的结果，所 述染料要么在溶液中要么在膜中(包括所谓的“固”溶体，以惰性聚合物作为 非活性基质，即固体“溶剂”)。该非活性基质在如下意义上是非活性的：即无 论怎样均不参与上转换过程。已经描述了各种系统，并且对具有更大TPA截面 的新有机染料和结合到聚合物分子或掺杂在聚合物基质中的TPA染料的研究一 直在进行(美国专利US5912257、US6555682、US6100405，T.Kojei等，Chem. Phys.Lett.298，1(1998)，G.S.He等，Appl.Phys.Lett 68，3549(1996)R.Schroeder等， J.Phys.：Condens.Matter 13，L313(2001)；R.Schroder等，J.Chem.Phys.116， 3449(2001))。在其中TPA染料掺杂在聚合物基质中的情况下，同样地，所述聚 合物为不参与上转换过程的非活性化合物。

如果上转换归因于热-带吸收即占据高振动态的分子激发，那么在某些情况 中，这已经用于物质的激光冷却(J.L.Clark等，Phys Rev.Lett 76，2037(1996)) 和/或作为光电器件的温度探针(J.M.Lupton，Appl.Phys.Lett 80，186(2002))。