DISPOSITIVO ELECTROLUMINISCENTE Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DEL MISMO.

Dispositivo electroluminiscente y procedimiento de fabricación del mismo.



Se describe un dispositivo electroluminiscente conformado a partir de una monocapa de esferas que comprenden elementos emisores de luz tanto orgánicos como inorgánicos que se encuentra definida sobre un substrato que comprende una capa de oro depositada sobre una oblea.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201030547.

Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC).

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: LOPEZ FERNANDEZ,CEFERINO, BLANCO MONTES,ALVARO, GALISTEO LOPEZ,JUAN, LÓPEZ GARCÍA,MARTÍN, GARCIA MARTIN,ANTONIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H05B33/12 ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05B CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO EN OTRO LUGAR.H05B 33/00 Fuentes de luz electroluminiscente. › Fuentes de luz con elementos radiantes que tienen esencialmente dos dimensiones.
DISPOSITIVO ELECTROLUMINISCENTE Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DEL MISMO.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo electroluminiscente y procedimiento de fabricación del mismo.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere al campo de los dispositivos de emisión lumínica en campo lejano.

El objeto de la invención consiste en un dispositivo electroluminiscente y su método de fabricación correspondiente.

Antecedentes de la invención

Actualmente, al contrario que con los métodos de fabricación utilizados en la industria microelectrónica, costosos en cuanto a precio y tiempo, la micro/nanoestructuración empleando litografía con partículas coloidales se ha convertido en un método generalizado para producir estructuras periódicas bidimensionales (2D) con una gran variedad de topologías que podrían encontrar aplicación en muchos campos diferentes tales como biosensores o la microelectrónica. Por lo que respecta al campo de la fotónica, donde el objetivo es controlar la propagación y emisión de la luz, los sistemas periódicos 2D fabricados a partir de monocapas (MC) de esferas dieléctricas han sido investigadas a fondo en los últimos años. Su uso en forma de cristales fotónicos se ha explorado tanto teórica como experimentalmente, así como su uso potencial tanto como dispositivos para modificar la emisión de películas de nanocristales de semiconductor, asimismo su uso a modo de matrices de microlentes para mejorar la extracción de luz de diodos emisores de luz (LED) , ha sido demostrada recientemente.

La nanoestructuración basada en técnicas de auto-ensamblaje también ha sido explotada en la fabricación de estructuras para plasmónica. Debido a la sensibilidad de estos sistemas a la topología del metal, el grado de control que ofrecen las muestras auto-ensambladas en combinación con técnicas de crecimiento tales como la deposición electroquímica, puede producir estructuras con nuevas funcionalidades. Sistemas de nano-huecos en una matriz de metal han demostrado ser una manera eficaz de controlar la relación de dispersión de los plasmones de superficie que combina estados plasmónicos localizados y deslocalizados (Kelf, T. A.; Sugawara, Y.; Baumberg, J. J.; Abdelsalam, M. E.; Barlett, P. N. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 116802; Kelf, T. A.; Sugawara, Y.; Cole, R. M.; Baumberg, J. J.; Abdelsalam,

M. E.; Cintra, S.; Mahajan, S.; Russell, A.E.; Barlett, P. N. Phys. Rev. B 2006) . También, los metales periódicamente estructurados obtenidos de esta manera se han utilizado con éxito como sustratos para Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) (Baumberg, J. J.; Kelf, T. A.; Sugawara, Y.; Cintra, S.; Abdelsalam, M. E.; Barlett, P. N.; Russell, A.

E. Nano Lett. 2005) .

Recientemente, la combinación de sistemas fotónicos y plasmónicos se ha demostrado como un medio para obtener altas intensidades de campo electromagnético en regiones espaciales con dimensiones inferiores a la longitud de onda. En estos sistemas las pérdidas asociadas con los plasmones se evitan y las aplicaciones como guías de onda han sido presentadas. Del mismo modo, se pueden fabricar MC auto-ensambladas a partir de esferas dieléctricas depositadas sobre sustratos que soporten plasmones donde modos fotónicos, plasmónicos y modos híbridos pueden coexistir (Cole,

R. M.; Sugawara, Y.; Baumberg, J. J.; Mahajan, S.; Abdelsalam, M. E.; Barlett, P. N. Phys. Rev. Lett. 2006) .

Los cristales fotónicos 2D basados en esferas dieléctricas han sido ampliamente estudiados durante los últimos años en particular las estructuras “free-standing” o sin sustrato (donde se toma como índice de refracción del sustrato el del vacío: n=1) en los cuales se sabe que pueden darse tanto modos guiados como modos “leaky” o con pérdidas, donde los primeros están confinados verticalmente por reflexión interna total, mientras que los segundos pierden energía a través del acoplamiento a los modos del medio circundante. Dado que no es posible el acoplamiento de los modos guiados al medio circundante (y viceversa) las medidas de campo lejano sólo proporcionan información sobre los modos “leaky”. Para el escenario “free-standing” los modos “leaky” aparecen como picos (caídas) en un espectro de reflexión (transmisión) de campo lejano. Para el caso de una MC depositada sobre un sustrato dieléctrico semi-infinito, que es un escenario más realista desde el punto de vista de la fabricación que la de un “free-standing”, las pérdidas al sustrato son mucho mayores. Finalmente, en el caso de que nsub> neff (donde neff es el índice de refracción efectivo de la monocapa y nsub el índice del sustrato) no hay modos guiados. Esto significa que no habrá confinamiento de la luz en la monocapa y su uso en dispositivos fotónicos será limitado.

Descripción de la invención

El dispositivo objeto de la invención es un dispositivo electroluminiscente sintonizable mediante estímulos externos, dicho dispositivo comprende una serie de emisores de luz embebidos en unas esferas que conforman una monocapa que recubre un substrato para dar forma al dispositivo objeto de la invención. Dichos emisores pueden ser colorantes orgánicos distribuidos como emisores de luz u otros emisores de luz tales como puntos cuánticos (QDs) o vacantes de N en diamante dispuestos en el volumen de las esferas de polímero que se encuentran ordenadas periódicamente sobre una lámina de oro depositada sobre una oblea, donde estas últimas definen en el sustrato.

Dichas esferas contienen los emisores de luz en su interior y se pueden obtener mediante técnicas de polimerización en emulsión, donde el líquido desde el que se conforma la esfera (de unos 500 nm de diámetro) comprende la solución con el monómero y el emisor de luz en particular, ya sea éste un colorante orgánico, un punto cuántico o centros N-V (vacante de nitrógeno) en diamante.

Haciendo uso de la concentración de campo eléctrico en el núcleo de las esferas, como consecuencia de la presencia del sustrato compuesto por una oblea, que puede ser de vidrio o de silicio o cualquier otro material con una rugosidad inferior a 5 nm, y la película de oro, se puede:

- aumentar la eficiencia de extracción de la emisión del colorante orgánico (comparado con sistemas similares crecidos sobre sustratos dieléctricos) lo que supone un aumento en la eficiencia del dispositivo final

- aumentar la direccionalidad de la emisión con respecto a un dispositivo que no presente la periodicidad en la lámina dieléctrica

- obtener una emisión altamente polarizada.

En el caso de utilizar colorantes orgánicos a modo de emisores de luz éstos tienen una emisión en el rango visible (con una longitud de onda en torno a los 600 nm) , aunque el tipo de fuente puede ser modificado en función de la finalidad del dispositivo. Por una parte el rango de emisión de la fuente puede ser variado, beneficiándonos de la posibilidad de desplazar espectralmente los modos del sistema variando la periodicidad mediante un cambio en el diámetro de las esferas empleadas; de esta forma se puede variar la operatividad del sistema a lo largo del campo visible o del infrarrojo cercano (VIS-NIR) .

Por otra parte, el tipo de fuente de luz empleada no ha de restringirse a los colorantes orgánicos, tal y como se descrito anteriormente el material de la matriz para la fuente de luz (emisores de luz de las esferas poliméricas) es versátil a la hora de introducir fuentes de luz de distinta naturaleza. Durante el proceso de síntesis de las esferas se pueden incluir otros materiales luminiscentes tales como puntos cuánticos o centros N-V (vacante de nitrógeno) en diamante, que pueden resultar más adecuados cuando se busque una emisión más estrecha espectralmente.

El dispositivo objeto de la invención puede trabajar con el campo eléctrico concentrado principalmente en el centro de las esferas, es decir puede trabajar en el denominado modo fotónico, o también puede hacer uso de los modos con el campo eléctrico concentrado en la superficie de oro, es decir trabajar en modos plasmónicos, o trabajar en modos híbridos. Estos modos, aunque presentan el problema de la absorción debido a la cercanía del metal, ofrecen la posibilidad de depositar distintos tipos de emisor una vez fabricado el dispositivo, a diferencia de una configuración inicial del dispositivo anteriormente descrita en la que el material emisor está fijado en el proceso de fabricación.

Debido...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (1) electroluminiscente caracterizado porque comprende: -un sustrato (2) que comprende una oblea de rugosidad superficial menor de 5 nm sobre la que se encuentra

depositada una película de oro (8) , y -una capa (4) de esferas (3) dieléctricas del mismo diámetro, que define la emisión lumínica del dispositivo

(1) , que comprenden unos emisores de luz (7) que se encuentra depositada sobre la película de oro (8) del sustrato (2) .

2. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque la oblea es de un material que se selecciona de entre: silicio, vidrio y óxido de silicio.

3. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque las esferas (3) son poliméricas.

4. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque la capa (4) tiene un espesor de una esfera (3) .

5. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque los emisores de luz (7) están formados por al menos un colorante (5) orgánico distribuido de forma uniforme por toda la esfera (3) .

6. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque los emisores de luz (7) se encuentran distribuidos de forma uniforme por toda la esfera (3) y se seleccionan de entre: puntos cuánticos y centros N-V (vacante de nitrógeno) en diamante.

7. Dispositivo (1) según reivindicación 1 caracterizado porque el sustrato (2) adicionalmente comprende una capa de cromo (6) que se encuentra ubicada entre la oblea y la película de oro (8) .

8. Dispositivo (1) según reivindicación 7 caracterizado porque la capa de cromo (6) tiene 2 nm de espesor.

9. Procedimiento de fabricación del dispositivo (1) descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque comprende los siguientes pasos: -sintetizar unas esferas (3) dieléctricas con emisores de luz (7) en su interior mediante polimerización en emulsión, -disolver las esferas (3) en una solución acuosa, -sumergir un substrato (2) que comprende una oblea en la solución acuosa de las esferas (3) , -introducir el substrato (2) sumergido en la solución acuosa de esferas (3) en un horno, y

- elevar la temperatura para evaporar un disolvente de la solución acuosa y así depositar una capa (4) de esferas (3) .

10. Procedimiento según reivindicación 9 caracterizado porque la temperatura del horno se establece alrededor de 50ºC.

11. Procedimiento según reivindicación9ó10 caracterizado porque se lleva a cabo a condición de humedad del 20%.

12. Procedimiento según reivindicación 9 caracterizado porque adicionalmente comprende depositar una película de oro (8) sobre la oblea del substrato (2) .

13. Procedimiento según reivindicación 9 caracterizado porque adicionalmente comprende depositar: -una capa de cromo (6) sobre la oblea, y -una película de oro (8) sobre dicha capa de cromo (6) .


 

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