红外-多色上转化成像焦平面器件

1.本公开涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种红外-可见光多色上转化成像焦平面器件。


背景技术：

2.红外探测及成像技术在远程遥感、夜视、制导、生物医学、地质探测、气象监测等领域有着广泛的应用，特别是近年来的增强现实、虚拟现实、机器视觉、自动驾驶、可穿戴智能设备等的快速发展，对红外探测与成像技术提出了更高的要求。
3.传统的红外成像器件的工作原理通常为：利用红外探测器获取红外图像信息并转化为电信号，该电信号经过积分等处理后，经读出电路获得数字信号，再将数字电路信号转为可见光图像显示，而如像管等则将红外光光子转为光电子，再用光电子转为图像。但是，现有的红外成像器件通常存在只能进行单色图像显示的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种能够探测多种不同的红外波段，对红外图像进行彩色显示的红外-可见光多色上转化成像焦平面器件。
5.本公开提供了一种红外-多色上转化成像焦平面器件，该焦平面器件包括量子点红外光电探测器与量子点发光二极管；
6.所述量子点红外光电探测器与所述量子点发光二极管通过中间导电层串联连接；
7.且，所述量子点红外光探测器用于探测不同波段的红外光；对应的，所述量子点发光二极管用于发出至少两种不同颜色的可见光。
8.在一些实施例中，所述量子点发光二极管包括导电基底层以及在所述导电基底层朝向所述量子点红外光电探测器一侧层叠设置的电子传输层、量子点发光层、空穴传输层和空穴注入层；
9.所述中间导电层位于所述空穴注入层背离所述导电基底层的一侧；
10.所述量子点红外光电探测器设置于所述中间导电层背离所述量子点发光二极管的一侧，且包括沿远离所述中间导电层的方向层叠设置的像素化的红外量子点层和电极层。
11.在一些实施例中，所述导电基底层包括ito导电玻璃、fto导电玻璃或柔性导电基底层；
12.所述电子传输层包括zno纳米颗粒、znmgo纳米颗粒、sno2纳米颗粒、tio2纳米颗粒等中的至少一种；
13.所述量子点发光层包括cdse/zns量子点膜、cdse/cds/zns量子点膜、钙钛矿量子点膜和inp量子点膜中的至少一种；
14.所述空穴传输层包括4,4'-双(n-咔唑)-1,1'-联苯(cbp)和/或 pedot:pss；
15.所述空穴注入层的材料为moo3；
16.所述中间导电层的材料包括au、ag和al中的至少一种，所述中间导电层构成像素化的金属电极层；
17.所述红外量子点层包括多层量子点膜，所述量子点膜经过液态配体交换处理，表面配体为sh-短链配体，量子点膜为hgte量子点膜、 hgse量子点膜、pbs量子点膜和pbse量子点膜中的至少一种；
18.所述电极层的材料包括au、ag和al中的至少一种。
19.在一些实施例中，所述电子传输层的厚度为20nm～40nm；
20.所述量子点发光层的厚度为15nm～25nm；
21.所述空穴传输层的厚度为200nm～400nm；
22.所述空穴注入层的厚度为50nm～200nm；
23.所述中间导电层的厚度为300nm～500nm；
24.所述红外量子点层的厚度为200nm-1μm；
25.所述电极层的厚度为100nm～400nm。
26.在一些实施例中，所述红外量子点层和所述量子点发光层设置为对应的阵列像元结构；
27.设置为阵列像元结构的红外量子点层用于对不同波段的红外光响应，而使所述量子发光层的像元发出不同颜色的可见光。
28.在一些实施例中，所述阵列像元结构的红外量子点层包括第一探测像元、第二探测像元和第三探测像元；
29.所述第一探测像元用于探测第一波段的红外光，所述第二探测像元用于探测第二波段的红外光，所述第三探测像元用于探测第三波段的红外光；
30.所述第一波段的波长范围为0.7μm～2.5μm；
31.所述第二波段的波长范围为3.0μm～5.0μm；
32.所述第三波段的波长范围为8.0μm～12.0μm。
33.在一些实施例中，所述阵列像元结构的量子点发光层包括对应的第一发光像元、第二发光像元和第三发光像元；
34.所述第一发光像元对应于所述第一探测像元，用于发出第一颜色的可见光；
35.所述第二发光像元对应于所述第二探测像元，用于发出第二颜色的可见光；
36.所述第三发光像元对应于所述第三探测像元，用于发出第三颜色的可见光；
37.所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色各不相同，以实现彩色显示。
38.在一些实施例中，所述中间导电层对应设置为阵列像元结构，以实现对应像元各自导电连接。
39.在一些实施例中，所述电子传输层、所述空穴传输层、所述空穴注入层和所述电极层均为整层结构，被不同的阵列像元结构共用。
40.在一些实施例中，所述量子点发光层和所述红外量子点层均为采用掩膜喷涂、打印、掩膜蒸镀或者光刻沉积形成的像素化的功能膜层。
41.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
42.本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件及其制备方法，该焦平面
器件包括量子点红外光电探测器与量子点发光二极管；量子点红外光电探测器与量子点发光二极管通过中间导电层串联连接；且，量子点红外光探测器用于探测不同波段的红外光；对应的，量子点发光二极管用于发出至少两种不同颜色的可见光。基于此，量子点红外光探测器接收到不同波段的红外光时，其内部的电阻减小，与量子点红外光探测器串联的量子点发光二极管的电流增大，当电流大于量子点发光二极管的开启电流时，量子点发光二极管发出对应颜色的可见光；量子点红外光探测器接收到的红外光光强越强，其电阻越小，对应的量子点发光二极管的电流越大，其发出的可见光越强；因此，当量子点红外光探测器接收到不同波段与强度的红外光时，其电阻发生相应变化，进而量子点发光二极管发出对应颜色与强度的可见光，实现对不同波段红外图像的真彩色图像显示。与传统的红外成像器件相比，该焦平面器件省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。同时，该焦平面器件利用内光电效应，在量子点发光二极管内产生光生载流子，从而降低了像管等利用外光电效应产生的光电子运动的噪声。
附图说明
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
44.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本公开实施例提供的一种红外-多色上转化成像焦平面器件的结构示意图；
46.图2为本公开实施例提供的另一种红外-多色上转化成像焦平面器件的结构示意图；
47.图3为本公开实施例提供的另一种红外-多色上转化成像焦平面器件的结构示意图；
48.图4为本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平面器件的结构示意图。
49.图5为本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平面器件的结构示意图；
50.图6为图4所示的焦平面器件配合光学透镜系统将不同波段红外光转化为不同颜色可见光的原理示意图；
51.图7为本公开实施例提供的一种红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图；
52.图8为本公开实施例提供的另一种红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图；
53.图9本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图；
54.图10本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图。
55.其中，1、红外-多色上转化成像焦平面器件；2、电源；3、物方焦平面；4、光学系统；5、外壳；6、图像；11、量子点红外光电探测器； 12、量子点发光二极管；13、中间导电层；111、红外量子点层；112、电极层；121、导电基底层；122、电子传输层；123、量子点发光层； 124、空穴传输层；125、空穴注入层；1111、第一探测像元；1112、第二探测像元；1113、第三探测像元；1231、第一发光像元；1232、第二发光像元；1233、第三发光像元。
具体实施方式
56.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
57.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
58.结合背景技术，传统的红外成像器件包括了红外成像读出电路与数字信号处理与显示的结构部分，造成器件结构庞杂，同时还增加了器件的制造成本。此外，诸如像管之类的红外成像技术因设置光电子倍增的运动通道而进一步增大器件体积，并由于外光电效应的光电子运动带来了一定的噪声。而现有技术中不需要读出电路的红外上转化器件只能单色图像显示，且其所探测波长范围受材料限制。
59.针对上述缺陷中的至少一个进行改进，本公开实施例提供的红外
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多色上转化成像焦平面器件及其制备方法，该焦平面器件包括量子点红外光电探测器与量子点发光二极管；量子点红外光电探测器与量子点发光二极管通过中间导电层串联连接；且，量子点红外光探测器用于探测不同波段的红外光；对应的，量子点发光二极管用于发出至少两种不同颜色的可见光。基于此，量子点红外光探测器接收到不同波段的红外光时，其内部的电阻减小，与量子点红外光探测器串联的量子点发光二极管的电流增大，当电流大于量子点发光二极管的开启电流时，量子点发光二极管发出对应颜色的可见光；量子点红外光探测器接收到的红外光光强越强，其电阻越小，对应的量子点发光二极管的电流越大，其发出的可见光越强；因此，当量子点红外光探测器接收到不同波段与强度的红外光时，其电阻发生相应变化，进而量子点发光二极管发出对应颜色与强度的可见光，实现对不同波段红外图像的真彩色图像显示。与传统的红外成像器件相比，该焦平面器件省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。同时，该焦平面器件利用内光电效应，在量子点发光二极管内产生光生载流子，从而降低了像管等利用外光电效应产生的光电子运动的噪声。
60.下面结合图1-图10，对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件及其制备方法进行示例性说明。
61.在一些实施例中，如图1所示，为本公开实施例提供的一种红外
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多色上转化成像焦平面器件的结构示意图。参照图1，该焦平面器件包括量子点红外光电探测器(quantum dots infrared photodetector，qdip) 11与量子点发光二极管(quantum dot light emitting diodes，qled) 12；量子点红外光电探测器11与量子点发光二极管12通过中间导电层串13联连接；且，量子点红外光探测器11用于探测不同波段的红外光；对应的，量子点
发光二极管12用于发出至少两种不同颜色的可见光。
62.其中，量子点红外光电探测器11可接收不同波段的红外光，其电阻值发生变化，接收到的红外光光强越强，其电阻越小。
63.其中，量子点发光二极管12是基于量子点的一种电致发光器件，通过中间导电层13与量子点红外光电探测器11串联连接；量子点发光二极管12发出的可见光的颜色取决于其材质；可见光的强度与电流成正相关，即与量子点红外光电探测器11接收的红外光强度成正相关。
64.其中，量子点红外光电探测器11与量子点发光二极管12在垂直方向上相对应，在水平面的投影面积相等。
65.该焦平面器件的工作原理为：当量子点红外光电探测器11接收到不同波段的红外光时，其内部电阻减小，从而与其串联的量子点发光二极管12的电流增大，当电流大于量子点发光二极管12的开启电流时，量子点发光二极管12发出对应颜色的可见光。量子点红外光探测器11接收到的红外光光强越强，其电阻越小，对应的量子点发光二极管12的电流越大，其发出的可见光越强。因此，当量子点红外光探测器11接收到不同波段与强度的红外光时，其电阻发生相应变化，进而量子点发光二极管12发出对应颜色与强度的可见光，实现对不同波段红外图像的真彩色图像显示。
66.在本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件中，量子点红外光电探测器11与量子点发光二极管通12过中间导电层13串联连接，当量子点红外光探测器11接收到不同波段与强度的红外光时，其电阻发生相应变化，进而量子点发光二极管12发出对应颜色与强度的可见光，实现对不同波段红外图像的真彩色图像显示。与传统的红外成像器件相比，该焦平面器件省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。同时，该焦平面器件利用内光电效应，在量子点发光二极管内产生光生载流子，从而降低了像管等利用外光电效应产生的光电子运动的噪声。
67.能够理解的是，图1中仅示例性地示出了量子点红外光电探测器 11设置在量子点发光二极管12上面的结构，但并不构成对本公开实施例提供的焦平面器件结构的限定；在其他实施方式中，量子点红外光电探测器11还可以设置在量子点发光二极管12的下面，在此不限定。
68.在一些实施例中，如图2或图3所示，为本公开实施例提供的另一种红外-多色上转化成像焦平面器件的结构示意图。参照图2或图3，量子点发光二极管12包括导电基底层121以及在导电基底层121朝向量子点红外光电探测器11一侧层叠设置的电子传输层122、量子点发光层123、空穴传输层124和空穴注入层125；中间导电层13位于空穴注入层125背离导电基底层121的一侧；量子点红外光电探测器11 设置于中间导电层13背离量子点发光二极管12的一侧，且包括沿远离中间导电层13的方向层叠设置的像素化的红外量子点层111和电极层112。
69.其中，量子点发光层123用于发出至少两种不同颜色的可见光；红外量子点层111用于接收不同波段的红外光，起到红外光敏电阻的作用，红外量子点层111接收到的红外光光强越强，其电阻越小；量子点发光层123与红外量子点层111在垂直方向上一一对应。
70.示例性地，如图4所示，为本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平
面器件的结构示意图。参照图4，该焦平面器件自下由上依次分别为导电基底层121、电子传输层122、量子点发光层123、空穴传输层124和空穴注入层125、中间导电层13、像素化的红外量子点层111和电极层112，各结构层串联电连接，电极层112和导电基底层121分别与外接电源2的正负极连接。该焦平面器件的工作原理如下：焦平面器件连接一个电压恒定的外接电源2，此时器件中电流低于量子点发光层123的开启电流，量子点发光层123不发光；当红外量子点层111接收到不同波段的红外光，其内部的电阻相应减小，与其串联的量子点发光层123的电流增大，量子点发光层123发出对应颜色(红、绿、蓝)的可见光。当红外量子点层111接收到的红外光光强越强，其电阻越低，对应的量子点发光层123发出的可见光越强。
71.需要说明的是，图4中焦平面器件外接电源的电压值范围为2～20v，需要根据器件成品体质作调校；外接电源2还包括本领域技术人员可知的其他电路结构，在此不限定也不赘述。
72.能够理解的是，图4仅中仅示例性地示出了量子点发光层123可以发出红、绿、蓝三种颜色的可见光，但并不构成对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，量子点发光层123还可以发出除了红、绿、蓝外、本领域技术人员可知的其他颜色的可见光，在此不限定。
73.在本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件中，当红外量子点层111接收到不同波段的红外光，其内部的电阻减小，与其串联的量子点发光层123的电流增大，当电流大于量子点发光层123 的开启电流时，量子点发光层123发出对应颜色的可见光；红外量子点像元接收到的红外光光强越强，其电阻越低，对应的量子点发光层像元发出的可见光越强。因此，当量子点红外光探测器11接收到不同波段与强度的红外光时，其电阻发生相应变化，进而量子点发光二极管12发出对应颜色与强度的可见光，实现对不同波段红外图像的真彩色图像显示。该焦平面器件省去了读出电路与数字信号处理的结构器件，且不需要焊接铟柱，结构简单、紧凑，简化器件的制作流程，降低工序复杂度，减少制造成本。同时，该焦平面器件利用内光电效应，在量子点发光二极管内产生光生载流子，从而降低了像管等利用外光电效应产生的光电子运动的噪声。
74.在一些实施例中，如图5所示，为本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平面器件的结构示意图。参照图5，导电基底层 121包括氧化铟锡(ito，即in2o3:sno2)导电玻璃、氟掺杂氧化锡(fto，即sno2：f)导电玻璃或柔性导电基底层；电子传输层122包括氧化锌(zno)纳米颗粒、氧化锡(sno2)纳米颗粒、氧化锌镁(znmgo) 纳米颗粒和氧化钛(tio2)纳米颗粒中的至少一种；量子点发光层123 包括硒化镉/硫化锌(cdse/zns)量子点膜、硒化镉/硫化镉/硫化锌 (cdse/cds/zns)量子点膜、钙钛矿量子点膜和磷化锌(inp)量子点膜中的至少一种；空穴传输层124包括4,4'-双(n-咔唑)-1,1'-联苯(cbp) 和/或聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)；空穴注入层125的材料为氧化钼(moo3)；中间导电层13的材料包括金(au)、银(ag)和铝(al)中的至少一种，中间导电层13构成像素化的金属电极层；红外量子点层111包括多层量子点膜，量子点膜经过液态配体交换处理，表面配体为sh-短链配体，量子点膜为碲化汞(hgte) 量子点膜、硒化汞(hgse)量子点膜、硫化铅(pbs)量子点膜和硒化铅(pbse)量子点膜中的至少一种；电极层112的材料包括金(au)、银(ag)和铝(al)中的至少一种。
75.其中，导电基底层121可设置为刚性导电基层(例如ito导电玻璃或fto导电玻璃)
或者柔性导电基底层，当导电基底层121采用柔性导电基底层时，对应形成的器件可用作柔性探测器或可用于可穿戴设备；电极层112的材料为au、ag和al中的至少一种；电极层112 和导电基底层121分别与外接电源的正负极连接。
76.其中，中间导电层13的材料为au、ag和al中的至少一种，可减少对信号的衰减，有利于确保强度较高的电学信号，确保较高的信噪比，从而使探测和成像效果更好。
77.如此设置，红外-多色上转化成像焦平面器件不仅具有真彩色图像显示、结构简单紧凑、制造成本低、光电子运动噪声低的优点，还具有高量子效率、低驱动电压的优势。
78.示例性地，如图5所示，导电基底层121的材料为ito导电玻璃；电子传输层122的材料为zno纳米颗粒；量子点发光层123的材料为 cdse/zns量子点膜；空穴传输层124的材料为4,4'-双(n-咔唑)-1,1'-联苯(cbp)；空穴注入层125的材料为moo3；中间导电层13的材料为au，构成像素化的金属电极层；红外量子点层111的材料为多层的 hgte量子点膜；电极层112的材料为au。
79.能够理解的是，图5中仅示例性地示出了红外-多色上转化成像焦平面器件各膜层的材料种类，但并不构成对本公开实施例提供的红外
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多色上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，各膜层材料还可以根据焦平面器件的需求选择本领域技术人员可知的其他材料，在此不限定。
80.在一些实施例中，如图5所示，电子传输层122的厚度为 20nm～40nm；量子点发光层123的厚度为15nm～25nm；空穴传输层124 的厚度为200nm～400nm；空穴注入层125的厚度为50nm～200nm；中间导电层13的厚度为300nm～500nm；红外量子点层111的厚度为 200nm-1μm；电极层112的厚度为100nm～400nm。
81.其中，量子点发光层123的厚度设置为15nm～25nm，如此设置，一方面保证了量子点发光层123能够完全覆盖下层的电子传输层122，使电子传输层122与空穴传输层124隔绝，防止发生电路短路；另一方面将量子点发光层123的厚度控制在较小值，缩短电子传输层来的电子和空穴传输层来的空穴的行程距离，使二者能够有效复合而发光，提高量子点发光层123的发光效率。
82.其中，红外量子点层111的厚度决定了其电阻值大小，从而会影响量子点发光层123的发光效率，因此红外量子点层111的厚度需与量子点发光层123相匹配。量子点发光层123随着电压增大而电流增大，发光强度也相应增大，当电压增大至某一极限值时，量子点发光层123会被击穿，在电压的初始值至击穿值之间存在发光效率最佳区间，在该区间内发光效率随电压的增加线性增大，以此为根据计算所需要的外接电源的电压值以及红外量子点层111的电阻值(即红外量子点层111的厚度)。
83.能够理解的是，图5中仅示例性地示出了红外-多色上转化成像焦平面器件各膜层的厚度，但并不构成对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，各膜层材料还可以根据焦平面器件的需求设置为其他厚度，在此不限定。
84.在一些实施例中，如图3-图5所示，红外量子点层111和量子点发光层123设置为对应的阵列像元结构；设置为阵列像元结构的红外量子点层111用于对不同波段的红外光响应，而使量子发光层123的像元发出不同颜色的可见光。
85.其中，红外量子点层111与量子点发光层123的阵列像元结构在垂直方向上一一对应。
86.在本实施例中，当红外量子点层111的阵列像元结构接收到不同波段的红外光时，每个阵列像元结构分别对对应波段的红外光进行响应，其内部的电阻发生改变，与其对应的量子点发光层123的阵列像元结构的电流增大，当电流大于量子点发光层123的开启电流时，量子点发光层123的阵列像元结构发出对应颜色的可见光；红外量子点像元接收到的红外光光强越强，其电阻越低，对应的量子点发光层像元发出的可见光越强。如此设置，红外-多色上转化成像焦平面器件可将接收的不同波段的红外光转化为更多颜色的可见光，实现对不同波段红外图像的真彩色图像显示。
87.示例性地，如图3或图5所示，红外量子点层111和量子点发光层123设置阵列像元结构均为三块，阵列像元结构在垂直方向上一一对应。
88.示例性地，如图4所示，红外量子点层111和量子点发光层123 的阵列像元结构均为六块，阵列像元结构在垂直方向上一一对应。
89.能够理解的是，图3-图5仅示例性地示出了红外量子点层111和量子点发光层123设置阵列像元结构的数量，但并不构成对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，可根据焦平面器件的需求设置红外量子点层111和量子点发光层 123阵列像元结构的数量，在此不限定。
90.在一些实施例中，如图4所示，阵列像元结构的红外量子点层111 包括第一探测像元1111、第二探测像元1112和第三探测像元1113；第一探测像元1111用于探测第一波段的红外光，第二探测像元1112用于探测第二波段的红外光，第三探测像元1113用于探测第三波段的红外光；第一波段的波长范围为0.7μm～2.5μm；第二波段的波长范围为 3.0μm～5.0μm；第三波段的波长范围为8.0μm～12.0μm。
91.如此设置，红外-多色上转化成像焦平面器件可将不同波段的中长波红外图像转化为真彩色图像显示。
92.在一些实施例中，如图4所示，阵列像元结构的量子点发光层123 包括对应的第一发光像元1231、第二发光像元1232和第三发光像元 1233；第一发光像元1231对应于第一探测像元1111，用于发出第一颜色的可见光；第二发光像元1232对应于第二探测像元1112，用于发出第二颜色的可见光；第三发光像元1233对应于第三探测像元1113，用于发出第三颜色的可见光；第一颜色、第二颜色和第三颜色各不相同，以实现彩色显示。
93.如此设置，红外-多色上转化成像焦平面器件可将不同波段的中长波红外图像转化为三种颜色的真彩色图像显示。
94.示例性地，如图4所示，红外量子点层111和量子点发光层123 设置阵列像元结构的数量均为六块，六块阵列像元结构在垂直方向上一一对应，第一发光像元1231对应于第一探测像元1111，第二发光像元1232对应于第二探测像元1112，第三发光像元1233对应于第三探测像元1113；红外量子点层111阵列像元结构自左向右按照第一探测像元1111、第二探测像元1112、第三探测像元1113的顺序依次排布；量子点发光层123阵列像元结构自左向右按照第一发光像元1231、第二发光像元1232和第三发光像元1233顺序依次排布；第一探测像元 1111用于探测第一波段(0.7μm～2.5μm)的红外光，第二探测像元1112 用于探测第二波段(3.0μm～5.0μm)的红外光，第三探测像元1113用于探测第三波段(8.0μm～12.0μm)的红外光；当第一探测像元1111、第二探测像元1112、第三探测像元1113接收到对应波段的红外光时，其内部的电阻发生改变，与其对应的第一探测像元1111、第二探测像元1112、第
三探测像元1113的电流增大，当电流大于量子点发光层123 的开启电流时，第一探测像元1111、第二探测像元1112、第三探测像元1113分别发出红、绿蓝三种颜色的可见光，实现了不同波段的中长波红外图像转化为三种颜色的真彩色图像显示。
95.示例性地，如图5所示，阵列像元结构的红外量子点层111包括a 型号hgte量子点膜、b型号hgte量子点膜和c型号hgte量子点膜，可分别探测第一波段(0.7μm～2.5μm)、第二波段(3.0μm～5.0μm)和第三波段(8.0μm～12.0μm)的红外光；当第一探测像；阵列像元结构的量子点发光层123包括cdse/zns量子点膜(r)、cdse/zns量子点膜 (g)和cdse/zns量子点膜(b)，可分别发出红色、绿色和蓝色三种可见光；其中cdse/zns量子点膜(r)与a型号hgte量子点膜相对应， cdse/zns量子点膜(g)与b型号hgte量子点膜相对应，cdse/zns量子点膜(b)与c型号hgte量子点膜相对应。该焦平面器件可将不同波段的中长波红外图像转化为三种颜色的真彩色图像显示。
96.能够理解的是，图4或图5仅示例性地示出了阵列像元结构的红外量子点层111包括三种类型的探测像元，量子点发光层123包括三种与之对应的发光像元，但并不构成对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，阵列像元结构的红外量子点层111和量子点发光层123还可以包括更多类型的探测像元或发光像元，即红外量子点层111还可以接收其他波段范围的红外光，量子点发光层123还可以发出除了红、绿、蓝以外其他颜色的可见光，在此不限定。
97.能够理解的是，图4仅示例性地示出了阵列像元结构的红外量子点层111自左向右按照第一探测像元1111、第二探测像元1112、第三探测像元1113顺序依次排布，阵列像元结构的量子点发光层123自左向右按照第一发光像元1231、第二发光像元1232和第三发光像元1233 顺序依次排布，但并不构成对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件的限定；在其他实施方式中，阵列像元结构的排布顺序还可根据红外-多色上转化成像焦平面器件的需求设置，在此不限定。
98.示例性地，如图6所示，为图4所示的焦平面器件配合光学透镜系统将不同波段红外光转化为不同颜色可见光的原理示意图。参照图6，不同波段红外图像的物方焦平面3，经由光学系统4成像在光学系统像方焦平面上，光学系统像方焦平面与红外-多色上转化成像焦平面器件 1的红外量子点层111重合，红外量子点层111的第一探测像元1111、第二探测像元1112、第三探测像元1113分别对各自敏感波段的红外光响应，在垂直耦合的结构下使量子点发光层123显示红绿蓝三种颜色的图像6，在整个器件内实现将红外图像转化为真彩色图像显示。
99.在一些实施例中，如图3-图5所示，中间导电层13对应设置为阵列像元结构，以实现对应像元各自导电连接。
100.示例性地，如图3-图5所示，中间导电层13设置为与红外量子点层111在垂直方向上一一对应的阵列像元结构；每个像元的中间导电层13用于连通对应的量子点红外光电探测器11与量子点发光二极管 12，以实现其中电信号的传输。
101.示例性地，中间导电层13的材料设置为au或者其他导电金属或非金属材料，在此不限定。
102.基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种红外-多色上转化成像焦平面器件的制备方法，该制备方法可用于制备得到上述实施例提供的任一种红外-多色上转化成
像焦平面器件，具有对应的有益效果，相同之处可参照上文理解，后文中不赘述。
103.下面结合图7
–
图10，对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件的制备方法进行示例性说明。
104.在一些实施例中，如图7所示，本公开实施例提供的一种红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图。参照图7，该制备方法包括：
105.s101、形成量子点发光二极管。
106.s102、在量子点发光二极管上形成中间导电层。
107.s103、在中间导电层背离量子点发光二极管的一侧形成量子点红外光电探测器。
108.其中，量子点红外光电探测器与量子点发光二极管通过中间导电层串联连接；且，量子点红外光探测器用于探测不同波段的红外光；对应的，量子点发光二极管用于发出不同颜色的可见光。
109.能够理解的是，图7中仅示例性地示出了先形成量子点发光二极管后形成量子点红外光电探测器的制备方法，但并不构成对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的限定；在其他实施方式中，如图8所示，红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法还可以先形成量子点红外光电探测器后形成量子点发光二极管，在此不限定。
110.在一些实施例中，图9本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图。参照图9，该制备方法包括：
111.s301、清洗导电基底层，并进行等离子体处理。
112.其中，导电基底层优选ito透明导电玻璃；氧等离子体预处理时间为5min～10min。
113.s302、在导电基底层上旋涂形成电子传输层。
114.其中，电子传输层材料优选为zno纳米颗粒，前驱液由zno纳米分散液与异丙醇配成，浓度为20mg/ml～100mg/ml；旋涂参数：转速 2000rpm，温度40℃～50℃，旋涂时间10s；退火参数：温度70℃～100℃，退火时间30min～60min，退火环境无氧无水。
115.需要说明的是，sno2纳米颗粒电子传输层的制备工艺及参数与 zno纳米颗粒电子传输层相近，此处不再赘述。
116.s303、在电子传输层上掩膜喷涂，形成像素化的量子点发光层。
117.其中，量子点发光层前驱液的三色量子点的制备方法：溶于甲苯中配制量子点发光层前驱液，浓度为50mg/ml～100mg/ml；依次以不同掩膜喷涂或掩膜光刻三种量子点发光层，使三种量子点发光层均分布层叠在整个电子传输层上，退火温度为70℃～90℃，退火时间为 30min～60min，退火环境无氧无水。
118.在其他实施方式中，还可采用打印或光刻沉积的方式形成量子点发光层，在此不限定。
119.s304、在量子点发光层上依次形成空穴传输层和空穴注入层。
120.其中，采用镀膜机真空热蒸镀依次形成空穴传输层和空穴注入层。空穴传输层的的材料为4,4'-双(n-咔唑)-1,1'-联苯(cbp)，膜层厚度为 200nm～400nm，蒸镀速率为空穴注入层的材料为moo3；通过真空热蒸镀moo3，moo3膜层蒸镀厚度为50nm～200nm，蒸镀速率为
121.s305、在空穴注入层上掩膜蒸镀形成对应的像素化的中间导电层。
122.其中，中间导电层的蒸镀速度为膜层厚度为 300nm～500nm；掩膜蒸镀下的中间导电层位置与大小对应于像素化的量子点发光层。
123.s306、在中间导电层上掩膜喷涂，形成对应像素化的红外量子点层。
124.其中，形成像素化的红外量子点层前需要配置不同类型的红外量子点层前驱液，a型号红外量子点层前驱液响应波长范围在0.7μm～2.5μm的红外光，b型号红外量子点层前驱液响应波长范围在 3μm～5μm的红外光，c型号红外量子点层前驱液响应波长范围在 8μm～12μm的红外光。
125.其中，红外量子点层形成方法：将红外量子点层前驱液在对应的中间导电层上以不同掩膜喷涂或掩膜光刻hgte量子点膜，然后进行配体交换，清洗，重复此步骤9次～10次，得到含有10层hgte量子点膜的红外量子点层。
126.其中，红外量子点层包括多层量子点膜，量子点膜经过液态配体交换处理，表面配体为sh-短链配体，量子点膜为hgte量子点膜；红外量子点层的厚度为200nm～1μm。
127.在其他实施方式中，还可采用打印或者光刻沉积的方式形成红外量子点层，在此不限定。
128.s307、在红外点量子点上形成电极层。
129.其中，采用真空热蒸镀形成电极层，电极层厚度为100nm～400nm，蒸镀速率0.5μm～1.0μm。
130.示例性地，如图10所示，为本公开实施例提供的又一种红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的流程示意图。参照图10，对s303 进行细化，在电子传输层上对应位置上依次以不同掩膜喷涂或掩膜光刻红色、绿色、蓝色三种量子点发光层，使三种量子点发光层均分布层叠在整个电子传输层上，三种量子发光层可将与其对应的红外量子点层接收的红外光转化为对应颜色的可见光；同时，对s306也进行对应的细化，在对应的中间导电层上依次以不同掩膜喷涂或掩膜光刻a、 b、c三种型号的红外量子点层，三种型号的红外量子点层分别响应不同波段的红外光。
131.需要理解的是，图10仅示例性地示出了s303形成红、绿、蓝三种颜色的量子点发光层，s306形成a、b、c三种型号的红外量子点层，但并不构成对本公开实施例提供的红外-多色上转化成像焦平面器件制备方法的限定；在其他实施方式中，s303还可以形成其他颜色的量子点发光层，量子发光层的种类可以为两种、三种或者更多，s306还可以形成本领域技术人员可知的其他型号的红外量子点层，在此不限定。
132.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
133.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开
将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。