專利名稱：反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及光源器件，并且具體的，涉及反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件。
背景技術(shù)：
在UV光譜區(qū)、可見光光譜區(qū)和紅外光譜區(qū)中的光發(fā)射器件區(qū)具有非常廣泛的應(yīng)用，但是也出現(xiàn)了許多技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的挑戰(zhàn)。由于產(chǎn)生輸出光的效率可能通過多種途徑而被減小，因而一個(gè)挑戰(zhàn)是有效率地產(chǎn)生所需的輸出光。例如，光可能在折射率邊界處在內(nèi)部反射；激發(fā)的能量態(tài)可能轉(zhuǎn)化為熱而不是光；激發(fā)的能量態(tài)可能轉(zhuǎn)化為某一波長的光而不是所需波長的光，例如，紅外光、紫外光；光可能由包括光發(fā)射材料本身的器件的元件層所吸收；和/或發(fā)射材料可能具有低的電荷載流子注入效率。由于這些和其他的低效率，由當(dāng)前已知的發(fā)射器件產(chǎn)生的輻射度水平對于特定應(yīng)用而言是不夠的，除非過驅(qū)動該發(fā)射器件以獲得所需的輻射度。然而，過驅(qū)動光發(fā)射器件可能由于增加了發(fā)熱量而進(jìn)一步減小了其效率和有用的壽命。
而且，由有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)材料制成的光發(fā)射器件在制造中出現(xiàn)了困難。典型的OLED光發(fā)射材料包括聚合物或者小分子。然而，由于溶解性或者化學(xué)相容性的問題，聚合物OLED材料是難于生產(chǎn)的。而且，盡管小分子具有足夠的蒸汽壓力使得分子可以通過氣相淀積而淀積在基片上，但是小分子OLED呈現(xiàn)出的不同問題在于，它們在機(jī)械上和熱學(xué)上是易碎的。
通過使這些聚合物OLED和小分子OLED材料交連以產(chǎn)生交連的OLED材料，有可能克服這些缺陷。然而，交連的OLED磷光材料可能減小激子到光子的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了有用的光發(fā)射器件所不會導(dǎo)致的程度。
相似地，由無機(jī)發(fā)光二極管(LED)材料制成的光發(fā)射器件在將能量轉(zhuǎn)換為光時(shí)具有低的效率。該低效率是由幾個(gè)因素所導(dǎo)致的，包括無機(jī)光發(fā)射材料的高吸收，以及由于光發(fā)射材料的高折射率所導(dǎo)致的難于使光耦合出無機(jī)光發(fā)射材料。當(dāng)光發(fā)射器件還包括其他的元件(諸如對于制造商而言是昂貴的多層電介質(zhì)分布布拉格反射體(DBR))時(shí)可以增加整體的效率。然而，整體效率的增加受到DBR中光損耗的限制。盡管可以通過包括折射率匹配層來改善DBR中的損耗，但是折射率匹配層增加了成本和器件中的層數(shù)目，使這些器件的制造更加復(fù)雜。
而且，盡管在發(fā)射器件中可以包括另外的元件以改善器件的給定特性，但是該給定特性的改善通常會犧牲同另外的特性，并且由于需要額外的工藝步驟來形成該額外元件而使發(fā)射器件復(fù)雜化。例如，多層電介質(zhì)的分布布拉格反射體(DBR)可用于增加發(fā)射層中的受激發(fā)射量，而其代價(jià)是損耗了基本的發(fā)光量。還可以包括折射率匹配層以減小額外的光損耗量。然而，該方法極大地增加了DBR中的層數(shù)目。該器件還可能是昂貴的且生產(chǎn)緩慢的，同時(shí)僅提供了對其特性的少量的改進(jìn)余地。
在多色發(fā)射器件的情況中，生產(chǎn)有效率的光發(fā)射器件的挑戰(zhàn)變得更大。這是因?yàn)樵撈骷慕Y(jié)構(gòu)通常包括大量的更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以處理多種色彩。附加的復(fù)雜性加入了另外的工藝步驟。其增加了成本和制造工藝的復(fù)雜性和成本，同時(shí)減小了產(chǎn)量和輸出。添加的結(jié)構(gòu)需要更加精確的定位，并且更加難于制作光學(xué)平滑表面。此外，由于使用了寬帶的發(fā)射材料，因此彩色發(fā)射器件通常具有差的色彩還原。因此，存在對更加有效率的光發(fā)射器件的需要。

發(fā)明內(nèi)容
公開了反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件。在一個(gè)方面。該器件包括位于兩個(gè)反饋層之間的發(fā)射層。該發(fā)射層適于發(fā)射光，其中該兩個(gè)反饋層將至少一部分光反射回該發(fā)射層，由此激發(fā)了發(fā)射。在一個(gè)方面，該兩個(gè)反饋層中的至少一個(gè)具有沿垂直于或者基本垂直于各自層平面的軸線方向上至少部分周期性和連續(xù)變化的折射率分布。
在另一方面，反饋層可以包括由具有光學(xué)寫入的正弦變化折射率分布的光敏聚合物形成的全息圖。在另一方面，該發(fā)射層可以包括交連的聚合物。
在另一方面，一種制造反饋層的方法包括在基片上淀積聚合物層并且使該聚合物暴露于光下，用以在該聚合物上記錄一個(gè)或者多個(gè)干涉圖形。在一個(gè)方面，使該聚合物暴露于光下用以引起交連。
通過參考附圖，在下文中詳細(xì)描述了另外的特征以及不同實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。在附圖中，相似的參考數(shù)字表相同或者功能相似的元件。


圖1說明了一個(gè)實(shí)施例中的發(fā)射器件。
圖2說明了光發(fā)生全內(nèi)反射的臨界角。
圖3是示出了OLED器件的效率、亮度和電壓的曲線圖。
圖4說明了包括諧振腔等效物的器件。
圖5說明了具有寬帶發(fā)射層和兩個(gè)像素化反饋層的像素化器件。
圖6說明了膽甾型(cholesteric)液晶的一維光子折射率分布。
圖7說明了另一實(shí)施例中的反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件。
圖8說明了另一實(shí)施例中的反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，其具有OLED發(fā)射元件、兩個(gè)全息反饋元件和光學(xué)間隔層。
圖9說明了一個(gè)實(shí)施例中的反饋增強(qiáng)型OLED結(jié)構(gòu)。
圖10說明了在一個(gè)實(shí)施例中用于產(chǎn)生已構(gòu)圖的全息圖的雙掩膜裝置。
圖11說明了在一個(gè)實(shí)施例中用于產(chǎn)生已構(gòu)圖的全息圖的單掩膜裝置。
圖12是說明了在圖10的雙掩膜裝置中輻射度相對于位置的曲線圖。
圖13是說明了在圖11的單掩膜裝置中輻射度相對于位置的曲線圖。
圖14是說明了用于全息圖的材料的曝光速率相對于輻射劑量的曲線圖，其中輻射度閾值＝a。
圖15是對比單模FE-OLED和多模FE-OLED的結(jié)構(gòu)的示圖。
具體實(shí)施例方式
圖1說明了一個(gè)實(shí)施例中的發(fā)射器件。器件1包括發(fā)射層2和反饋元件4。反饋元件4可以是具有周期性連續(xù)變化的折射率的層，其允許某些光透射通過反饋元件4。還可以包括第二反饋元件6，使得發(fā)射層位于兩個(gè)反饋元件4、6之間。第二反饋元件6可以允許某些光透射通過第二反饋元件6，或者基本上反射入射到其上的光。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將具有周期性折射率變化的結(jié)構(gòu)、平面鏡、分布布拉格反射體(DBR)或者另外的反射體用作第二反饋元件6。
在一個(gè)實(shí)施例中，圖1中所示的器件允許光在垂直于兩個(gè)反饋結(jié)構(gòu)平面的方向上從發(fā)射層發(fā)出，用以基本上在兩個(gè)反饋結(jié)構(gòu)之間來回反射。在多次通過發(fā)射層的過程中，通過與發(fā)射體中的激子的相互作用來激發(fā)額外光的發(fā)射。激子是激發(fā)態(tài)的電子和空穴的對，其坍縮導(dǎo)致了發(fā)光材料中的光發(fā)射。這樣，沿器件平面垂直傳播的光量增加，以沿該平面?zhèn)鞑セ蛘咴谛苯欠较蛏蟼鞑サ墓鉃榇鷥r(jià)。由于在平面上和斜角上傳播的光不會從發(fā)光器件垂直發(fā)出，因此，垂直于平面的發(fā)射的增強(qiáng)顯著地增加了器件的效率。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果發(fā)射光的反饋和隨后的受激發(fā)射是非常有效率的，則所有的光將沿垂直軸線發(fā)射，并且基本是相干的。在該情況中，該器件變?yōu)榇怪卑l(fā)射激光器或者VCSEL(垂直腔面射型發(fā)射激光)。然而，由于發(fā)射光是基本對準(zhǔn)的并且因而該器件具有顯著增強(qiáng)的能量效率，所以光激射行為不需要按順序發(fā)生。由于在這些器件中效率的增加是由反饋光導(dǎo)致的，因此該器件被稱作反饋增強(qiáng)型發(fā)光器件或者反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件。
在一個(gè)方面該器件還可以包括其他的元件，諸如陽極、陰極、載流子注入和輸運(yùn)層、位于反饋層和發(fā)射層之間的透明緩沖層或者其他元件。圖7說明了具有附加元件的發(fā)射器件700。還可以將集成的光散射體添加到反饋層外部。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于向發(fā)射體提供激發(fā)能量的一種或者多種方法通?？梢园娂ぐl(fā)或者光激發(fā)。如果該激勵(lì)是電流，則可以通過電極對將其引入到發(fā)射層中用以誘發(fā)電致發(fā)光。例如，諸如陰極102和陽極104的電極對可以分別安置在發(fā)射層2與反饋層4和6之間。
陰極102可以包括與發(fā)射層2相鄰的具有低功函數(shù)表面的透明傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使得其能夠?qū)㈦娮幼⑷氲桨l(fā)射層2中。在一個(gè)方面，為了提供具有所需透明度的陰極102，提供了雙層陰極。該雙層陰極可以包括非常薄(例如，5納米(nm))的金屬陰極，使得該金屬是透明的或者近似透明的。然后該金屬可以通過類似氧化銦錫(ITO)的透明導(dǎo)體支撐到例如反饋層側(cè)上，用于產(chǎn)生足夠高的傳導(dǎo)率以得到低阻抗器件。陽極104可以包括透明傳導(dǎo)材料，選擇該透明傳導(dǎo)材料使其具有高的功函數(shù)，從而其能夠?qū)⒖昭ㄗ⑷氲桨l(fā)射層2中。
發(fā)射層2可以包括電致發(fā)光材料，其光譜發(fā)射帶與反饋層4和6的反射帶重疊。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射材料是有機(jī)發(fā)光材料，并且該器件被稱作反饋增強(qiáng)型有機(jī)發(fā)光二極管(FE-OLED)。另一選擇是，發(fā)射材料可以是有機(jī)金屬發(fā)光材料、諸如GaAs、AlGaAs或者InGaN的發(fā)光無機(jī)半導(dǎo)體材料或者有機(jī)/無機(jī)合成發(fā)光材料。在另一方面，發(fā)射層2可以是熒光/磷光發(fā)射材料。
反饋層4和6可以包括具有周期性變化的折射率的不吸光材料。描述這些結(jié)構(gòu)的功能的方法是，沿層的垂直軸線進(jìn)入反饋層材料的光在每當(dāng)其通過折射率振蕩的一個(gè)周期時(shí)會經(jīng)歷小的折射。當(dāng)反饋元件足夠厚時(shí)，反饋元件在諧振波長2d處可以用作近似完美的反射體，其中d是折射率空間振蕩的強(qiáng)度。
在一個(gè)方面反饋層可以通過平面波全息圖制造，其具有處于所需發(fā)射波長處的峰值反射率。
在一個(gè)實(shí)施例中，圖7中所示的器件700可以倒轉(zhuǎn)。即，陰極102和陽極104的位置可以互換。
該器件700還可以包括基片106，其與諸如反饋層6的反饋層相鄰安置?；?06用作可以使該器件700建構(gòu)于其上的層。在一個(gè)方面，基片106可以由透明材料構(gòu)成。在一個(gè)方面，可以將該材料粘附于該器件700上以用作封蓋108。例如，封蓋108用于密封封裝以抵御周圍的水和氧，或者另外用以保護(hù)器件700不受化學(xué)作用或者其他降解作用的影響。
該器件700的其他元件可以包括在陽極104和發(fā)射層2之間的空穴輸運(yùn)層。該空穴輸運(yùn)層可以用于允許更多的電子/空穴復(fù)合出現(xiàn)在發(fā)射層2中。例如，在具有不平衡的電子和空穴遷移率的發(fā)射層中，其通常具有低的空穴遷移率，電子/空穴復(fù)合趨向于出現(xiàn)在陽極。相似地，具有直接的陽極/發(fā)射體界面的器件趨向于是低效率的，這是因?yàn)樵S多陷阱，即發(fā)生了發(fā)射體的非輻射去激發(fā)的位置，存在于發(fā)射體/陽極界面處。例如，使用具有高的空穴遷移率的空穴輸運(yùn)層使出現(xiàn)在陽極處的電子/空穴復(fù)合的問題減到最小。還可以選擇空穴輸運(yùn)層以使得空穴的導(dǎo)帶位于陽極104的導(dǎo)帶和發(fā)射層2的導(dǎo)帶的中間，由此提供了從陽極到發(fā)射體的更加有效的空穴注入。
還可以在陽極104和空穴輸運(yùn)層之間提供空穴注入層。例如，如果使用了類似于缺乏良好定義的帶結(jié)構(gòu)的氧化銦錫(ITO)的陽極材料(其可能導(dǎo)致對器件的低效率的空穴注入)，則可以提供類似銅酞菁的空穴注入層用以通過位于ITO和空穴輸運(yùn)材料中間的能級較好地定義帶結(jié)構(gòu)。因此提供該額外的空穴注入層可以有助于空穴注入，并且產(chǎn)生了更加有效率的器件。
在另一個(gè)實(shí)施例中，額外的空穴輸運(yùn)層可以插入在空穴注入層和發(fā)射體之間，用以進(jìn)一步消除該帶的能量差別。如果與發(fā)射體相鄰的空穴輸運(yùn)層具有處于近似與發(fā)射體相同的能級處的電子導(dǎo)帶，則電子可能“超越”該發(fā)射體，且在輸運(yùn)層中發(fā)生復(fù)合而不是在發(fā)射體中。通過在發(fā)射體和輸運(yùn)層之間插入具有高能量和良好空穴傳導(dǎo)性的電子導(dǎo)帶的電子阻擋層，可以消除該超越。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在陰極102和發(fā)射層2之間提供電子輸運(yùn)層。電子輸運(yùn)層針對電子執(zhí)行與空穴輸運(yùn)層針對空穴而執(zhí)行的功能相似的功能。如同空穴輸運(yùn)層，可以添加另外的電子輸運(yùn)層以幫助帶能量匹配。
在另一實(shí)施例中，可以在陰極102和電子輸運(yùn)層之間提供電子注入層。在一個(gè)實(shí)施例中，低功函數(shù)材可料用于陰極102。通過該低功函數(shù)材料，較少能量被消耗于將電子注入到器件中。例如，可以使用諸如鈣的具有非常低的功函數(shù)的金屬，盡管鈣可能是易起化學(xué)反應(yīng)的并且對濕氣和氧是非常敏感的。還可以使用鋁。例如，給鋁涂敷非常薄的類似于氟化鋰或者氟化鎂材料的膜提供了“帶偏移”效應(yīng)，其有助于緩解帶能量失配。
在另一實(shí)施例中，可以在發(fā)射體和空穴輸運(yùn)層之間提供空穴阻擋層以消除“超越”發(fā)射體的空穴。上文所述的載流子輸運(yùn)層、注入層和阻擋層還典型地用于傳統(tǒng)的OLED器件。因此，此處將不再描述這些元件的進(jìn)一步的特征。
在一個(gè)實(shí)施例中，器件700還可以包括緩沖層，例如，置于電極和反饋層之間的純凈電介質(zhì)。當(dāng)緩沖層安置在陰極102和頂反饋層4之間時(shí)，其可以用作陰極同外部環(huán)境之間的密封勢壘，特別是在隨后的工藝過程中。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層還提供了正確尺寸的間隔，使得在該兩個(gè)反饋層之間的該間隙中的有害的光干涉不會發(fā)生。為了獲得該功能，緩沖層可以插入到反饋層和電極之間以調(diào)節(jié)器件的光學(xué)厚度。緩沖層還可以用于維持該兩個(gè)反饋層中的折射率分布之間的適當(dāng)相位關(guān)系。此外，緩沖層可以用于調(diào)節(jié)反饋層之間的間隙厚度，由此調(diào)節(jié)在該間隙中諧振的光模的波長。
圖8中示出了一個(gè)實(shí)施例中配置在器件上的緩沖層的示例。圖8說明了這樣的器件，其包括發(fā)射元件806，例如OLED層；兩個(gè)反饋元件804和810，例如全息層；和緩沖層808，例如，光學(xué)間隔層。如圖8所示，發(fā)射元件806可以包括多個(gè)層。該器件還可以包括前玻璃802和后玻璃812。
圖1、7和8中所示器件可以基本上減小或者消除光損耗，例如，由于全內(nèi)反射導(dǎo)致的光損耗，該全內(nèi)反射還可能出現(xiàn)于邊界處的折射率失配處。例如，通過基本上消除器件內(nèi)部的光吸收損耗，可以使從器件中提取的光量近似成倍增加。
在一個(gè)方面，回來參考圖1，位于發(fā)射層兩側(cè)2的反饋元件4、6形成了諧振腔。反饋元件4、6將光反射回發(fā)射層2的材料中，并且允許在足夠的光反射到發(fā)射層2中時(shí)發(fā)生受激發(fā)射。例如，光子和激子之間相互作用的數(shù)目調(diào)節(jié)了受激發(fā)射的速率。這樣，例如，通過將光定位于諧振腔中并且由此在發(fā)射層2中引發(fā)了高密度的光子，可以產(chǎn)生非常快速的受激發(fā)射轉(zhuǎn)換。
典型地，在沒有引入受激發(fā)射的情況中，自發(fā)發(fā)射主導(dǎo)了在發(fā)射材料中的光產(chǎn)生過程，該自發(fā)發(fā)射是相對慢的并且是純粹的統(tǒng)計(jì)過程。在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，快速轉(zhuǎn)換為受激發(fā)射使得自發(fā)發(fā)射過程具有很少的或者不具有激發(fā)態(tài)能量以轉(zhuǎn)換為光。甚至更慢的過程，即非輻射去激發(fā)，將激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)換為熱。這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，由于熱形成的機(jī)制在慢于受激發(fā)射的量級上，因此受激發(fā)射取代了激發(fā)態(tài)能量到熱的轉(zhuǎn)換。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，器件1的激發(fā)態(tài)能量主要被轉(zhuǎn)換為光，而不是熱。隨之而來的發(fā)熱的減少還可以導(dǎo)致器件中降低的溫度，其允許器件中更長的壽命和更高的效率。
在傳統(tǒng)的光發(fā)射器件中，由于光是以斜角角度發(fā)射到器件的平面上并被反射，因此發(fā)生了光吸收損耗。例如，圖2說明了光經(jīng)歷全內(nèi)反射的臨界角。光以超過臨界角(在該角度上光經(jīng)歷全內(nèi)反射)的角度照射到高折射率層8與兩個(gè)相鄰的層10和12的折射率邊界上。反射光有效地捕獲于高折射率層8之中，并且對器件的輻射度水平無貢獻(xiàn)。在本公開內(nèi)容的方法和裝置的一個(gè)實(shí)施例中，通過允許光垂直發(fā)射到器件平面并且由此減少了內(nèi)部反射，可以通過較低的驅(qū)動電壓獲得較高的輻射度水平。較低的驅(qū)動電壓也可以對延長器件壽命作出貢獻(xiàn)。
圖3是說明了OLED器件的效率、亮度和電壓的曲線圖。在較低的電壓下驅(qū)動OLED器件盡管獲得了所需的輻射度水平，但是對器件的效率和壽命有大的影響。這是由于OLED材料在當(dāng)驅(qū)動電壓增加開始發(fā)光不久之后具有峰值效率，并且之后隨著電壓的上升快速地下降。這樣，在較低的驅(qū)動電壓下通過受激發(fā)射獲得所需的輻射度水平，對OLED器件的能量轉(zhuǎn)換效率和壽命有大的影響。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過足夠水平的光反饋和所導(dǎo)致的受激發(fā)射，器件1可以用作激光器。而且，即使光發(fā)射層2中的受激發(fā)射不能導(dǎo)致發(fā)出激光，器件1也呈現(xiàn)出改善了的發(fā)光效率。出現(xiàn)了改善的發(fā)光效率，這是因?yàn)?，例如，在一個(gè)實(shí)施例中，由于垂直發(fā)射到器件1平面上所產(chǎn)生的光相比于以導(dǎo)致全內(nèi)反射的角度發(fā)射的光是增加的，因此激發(fā)器件1的光的總量是基本增加的。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射層2可以包括交連的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)材料，諸如小分子或者聚合物OLED，或者具有介于該兩者之間的分子量的分子。盡管在已知的器件中，交連通常會引起激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)換為熱，但是在本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射光被反饋到發(fā)射層中，以及隨后可能發(fā)生的來自發(fā)射層的光發(fā)射的快速激發(fā)，將交連的發(fā)射體材料中的去激發(fā)的主導(dǎo)模式從熱改變?yōu)楣獾氖芗ぐl(fā)射。這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，本公開內(nèi)容的一個(gè)或者多個(gè)反饋層允許OLED器件包括傳統(tǒng)的光感技術(shù)和其他的交連技術(shù)。因此，可以避免聚合物OLED材料的溶解性問題和小分子OLED的熱脆性問題。
在另一實(shí)施例中，發(fā)射層2可以包括溶解于聚合物主體中的小分子發(fā)射體。該種類型的結(jié)構(gòu)可以通過溶劑澆鑄制造，例如旋涂包括磷光體、單體、引發(fā)劑和溶劑的溶液。聚合物主體溶解可以增加小分子磷光體的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。
在使涂層干燥以除去溶劑之后，通過暴露在紫外光或者其他導(dǎo)致可用作發(fā)射層2的韌性膜的光線下，可以使該涂層交連。在一個(gè)實(shí)施例中，使磷光體交連或者在聚合物主體的溶液中包括小分子磷光體均有助于通過構(gòu)圖曝光進(jìn)行光發(fā)射層的構(gòu)圖。這兩者還可用于制造高效率的器件，其中由反饋層的出現(xiàn)而啟動的受激發(fā)射是主導(dǎo)的去激發(fā)過程。
在另一實(shí)施例中，發(fā)射層2可以包括對準(zhǔn)的液晶材料(例如，處于向列相)，通過使該液晶材料冷卻為玻璃相或者通過上文所述的交連，可以使其是不能移動的。發(fā)射體分子還可以是液晶主體溶劑中的客體。包括具有液晶晶序的發(fā)射體的器件可以發(fā)射具有一定平面極化水平的光。它們可以同下面描述的極化反饋層組合。
在一個(gè)實(shí)施例中，選擇反饋元件，使得其高效率地將發(fā)射光按所需百分比返回到發(fā)射層2中。選擇適當(dāng)?shù)姆答佋梢栽黾觼碜园l(fā)射層的光受激發(fā)射并使之最大化，由此增加了自器件的總的光輸出。來自受激發(fā)射過程的光垂直傳播到器件平面，確保該器件輸出的光的近似完全耦合。如上文所述，使光垂直發(fā)射到平面可以減小由于全內(nèi)反射所引起的光損耗。而且，還可以選擇反饋元件使得減小反饋元件中的光吸收損耗。
在一個(gè)實(shí)施例中，反饋層可被指定具有的折射率分布使得可以減小或者避免反饋層中的光損耗。反饋層中的光吸收的減少可以允許足夠的光的再循環(huán)，用以使受激發(fā)射主導(dǎo)光產(chǎn)生過程。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，例如，例如在DBR反射體中，使反饋層的折射率連續(xù)變化而不是突變或者不連續(xù)的變化，可以使反饋層中的光損耗減到最小。在一個(gè)實(shí)施例中，該連續(xù)變化是周期性的，即其值是有規(guī)律的循環(huán)變化。例如，反饋層可以具有滿足布拉格條件(Bragg)的折射率變化2dsinθ＝nλ，其中d是體積光柵中的折射率的循環(huán)變化的周期，θ是光入射到光柵中上的角度，其中θ＝90°并且sinθ＝1，n是表示反射次序的整數(shù)，并且λ是所需被反射的光波長。
在另一實(shí)施例中，所有的折射率變化不需要具有2d＝nλ的周期性。其他的純隨機(jī)變化可以疊加到所需的周期性變化的上面。在另一實(shí)施例中，可以疊加多個(gè)周期性的空間變化頻率。
有用的折射率分布包括，但不限于，正弦曲線、連續(xù)變化的類正弦函數(shù)、以及使得sin(y)不呈現(xiàn)出負(fù)值的正弦函數(shù)偏移的卷積或者具有梳齒函數(shù)的高斯函數(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，反饋層元件可以包括折射率分布，其被指定為增加發(fā)射層輸出的光的耦合或者使之最大化。例如，折射率分布可以是方波分布(離散的層)和正弦分布之間的一個(gè)中間體。
正弦函數(shù)和正弦函數(shù)與方波之間的中間體是可以全息產(chǎn)生的。平面波全息圖可以是具有連續(xù)變化的折射率分布的元件的示例。例如，具有正弦變化的折射率分布的全息圖可以光學(xué)寫入到由全息膜形成的反饋層中。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用全息反饋層可以允許通過調(diào)節(jié)全息膜的對比度，將反饋層的折射率分布從近似正弦分布調(diào)節(jié)為近似方波分布。其結(jié)果可以是調(diào)節(jié)反饋層反射帶的光譜寬度和形狀的能力。
反饋層中的折射率分布不限于反射單一的波長，而是在一個(gè)實(shí)施例中可以包括兩個(gè)、三個(gè)或者更多的不同間距下的分布的疊加，使得可以由相同的反饋層執(zhí)行多個(gè)波長波長頻帶的反射。另一選擇是，該分布在連續(xù)變化的區(qū)域之間可以具有中斷或者具有恒定折射率的區(qū)域，或者可以包括多個(gè)如上文所述的獨(dú)立的反饋層。
在另一實(shí)施例中，反饋元件的折射率分布可以是使得由受激發(fā)射產(chǎn)生的光量相比于自發(fā)發(fā)射或者其他過程產(chǎn)生的光是增加的，同時(shí)減少或者避免了反饋層中的光吸收損耗，這兩個(gè)因素對于增加器件耦合出的光是有貢獻(xiàn)的。
例如，反饋層可以被設(shè)計(jì)為具有適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)器件的光同反射回發(fā)射區(qū)域中的光的比率。該比率是OLED結(jié)構(gòu)的小信號激光增益的函數(shù)。這樣，該比率可以根據(jù)發(fā)射體和用于OLED和OLED器件的精密結(jié)構(gòu)的其他材料而變化。例如，適當(dāng)?shù)谋嚷释ǔ？梢酝ㄟ^在由受激發(fā)射導(dǎo)致的額外光產(chǎn)生和在OLED結(jié)構(gòu)中的光的吸收損耗之間進(jìn)行對比而確定。小信號增益是向下外推至零光子通量的光增益/輸入光子通量的凈量。該外推法的原因在于，光每次通過器件都會由于受激發(fā)射而減小激子的總數(shù)。這樣光輸出中的增益由于每次連續(xù)通過而下降，同時(shí)吸收損耗保持恒定。由于不同的發(fā)射體具有不同的本征小信號增益，并且由于不同的發(fā)射體需要不同的導(dǎo)致不同吸收水平的載流子層、層厚度等等，因此每種類型的器件可以具有不同的比率。在一個(gè)實(shí)施例中，相比于由自發(fā)發(fā)射產(chǎn)生的光，擁有該適當(dāng)?shù)谋嚷士梢栽黾佑墒芗ぐl(fā)射產(chǎn)生的光量。例如，如果具有過高的比率的光反射回發(fā)射層中，則在器件可能出現(xiàn)比最優(yōu)化的光吸收量更多的光吸收量，這是因?yàn)楣庾釉谄骷闹C振腔中多次通過任何光吸收材料。另一方面，如果過高的比率的光被允許離開器件，則可能會有不足夠的光反射回發(fā)射層中并且其抑制了受激發(fā)射的最大化。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)層的物理厚度或者層中折射率變化的delta n(最大幅度)，可以獲得反饋回來的光與在反饋層中透射的光的適當(dāng)?shù)谋嚷??？梢愿淖冞@些參數(shù)用以選擇所需的反饋與透射的比率。例如，用作反饋層的7微米厚的Slavich PFG-03C全息感光乳劑層在經(jīng)過優(yōu)化處理后提供了約96％的反射系數(shù)。
當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x擇了該比率時(shí)，對于在至少一個(gè)維度上在寬的角度范圍中垂直發(fā)射光的發(fā)射層，如果在所有方向上不是各向同性發(fā)射，則將使得該發(fā)射層能夠以例如受激發(fā)射過程中的足夠增益、以受激發(fā)射的形式沿垂直于反饋層的軸線發(fā)射光。
在一個(gè)實(shí)施例中，具有至少部分周期性和連續(xù)變化的折射率分布的反饋層可以位于器件的一側(cè)或者可以位于器件的兩側(cè)。其中僅使用一個(gè)至少部分周期性和連續(xù)變化的反饋層，第二折射材料層，諸如鏡、金屬表面、形成層的電介質(zhì)的分布布拉格反射體(DBR)或者反射陽極或反射陰極，可以用作器件另一側(cè)上的反饋層。分布布拉格反射體是由具有交替折射率電介質(zhì)材料層的堆疊而組成的反射體。該堆疊在層邊界處具有折射率值的中斷。
在另一實(shí)施例中，具有周期性和連續(xù)變化的折射率的反饋結(jié)構(gòu)可以用作光子晶體結(jié)構(gòu)。光子晶體是這樣一種材料，即由于沿一個(gè)或者多個(gè)軸線周期性地改變折射率，所以其不能支持特定頻率的光沿這些軸線傳播。這樣，在具有足夠的厚度時(shí)，其在沿這些軸線的方向上變成某些光譜反射帶上的完美的反射體，并且被稱為在其不能夠支持的光能量中具有光子帶隙。在一個(gè)實(shí)施例中可以用作反饋層的一維光子晶體結(jié)構(gòu)可以包括材料層，其中電子密度和相應(yīng)的折射率沿垂直于層平面的軸線具有均勻地周期性和連續(xù)變化，或者具有其他的適當(dāng)?shù)淖兓?。該變化?shí)際上不必需是正弦的，但是其在材料結(jié)構(gòu)上可以包括主導(dǎo)的周期性，其是所需的受激光發(fā)射的波長的n/2倍，其中n是某個(gè)整數(shù)，例如1。通常，n＝1等效于標(biāo)準(zhǔn)的半波多層反射體。另一選擇是，可以制造具有較高n值的反射層。全息造影通常產(chǎn)生n＝1的器件。對于其中該層在時(shí)間上是離散生產(chǎn)的器件，可以生產(chǎn)具有不同厚度的層。在一個(gè)實(shí)施例中為了保證相長干涉，n是整數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，二維或者三維光子晶體結(jié)構(gòu)可被用作反饋層。
圖4說明了一個(gè)實(shí)施例中的具有光子晶體反饋元件的器件20，其產(chǎn)生受激發(fā)射。通過將反饋元件或者層22安置在發(fā)射元件或者層24的兩側(cè)，可以構(gòu)建該器件。如果器件24對于所需波長的光是透明的，例如，垂直于發(fā)射元件或者層24或者包圍的反饋元件或者層22的平面發(fā)射的光可以多次反射通過發(fā)射元件或者層24。當(dāng)發(fā)射元件或者層24是OLED時(shí)，例如，光可以多次反射通過OLED的激子富集區(qū)域。在本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例中，這可以產(chǎn)生相干光的受激發(fā)射，該相干光對準(zhǔn)于器件平面的垂直方向。
一個(gè)實(shí)施例中的反饋增強(qiáng)型發(fā)光器件利用具有至少部分周期性和連續(xù)變化的折射率的電介質(zhì)材料的光子晶體行為，以將反饋光強(qiáng)集中在發(fā)射體材料的激子富集區(qū)域中。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過使用器件配置，例如，帶邊反饋增強(qiáng)型發(fā)光器件或者缺陷模反饋增強(qiáng)型發(fā)光器件(如帶邊FE-OLED和缺陷模FE-OLED)，來實(shí)現(xiàn)該光強(qiáng)的集中。
在帶邊實(shí)施例中，定義了器件諧振腔兩端的反饋元件在發(fā)射材料的發(fā)射帶中或者其附近的至少個(gè)一個(gè)波長下是完全反射的。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)反饋元件都是光子晶體反饋層，如前文所述，其具有的反射帶的中心波長與發(fā)射層的熒光帶最大值有稍許偏移。受激發(fā)射出現(xiàn)在該器件中的反饋層的反射帶的帶邊。在一個(gè)方面，出現(xiàn)受激發(fā)射的帶邊位于與發(fā)射材料的最大發(fā)射波長最接近的反射帶的一側(cè)。另一選擇是，通過使用寬帶發(fā)射材料，可以發(fā)生處于反饋層的反射帶兩邊的受激發(fā)射。
在另一方面，通過使兩個(gè)完全反射的反射體以全息圖的形式寫為反饋層，可以實(shí)現(xiàn)帶邊發(fā)射器件，例如，該反饋層具有的最大反射波長與OLED或者LED發(fā)射材料的最大發(fā)射波長有同樣的偏移。
在一個(gè)實(shí)施例中的帶邊器件中，在光子晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了光子帶間隙，由此改善了帶邊器件的性能。在光子晶體材料中，具有處于材料光譜反射帶中的波長的光不僅由周期性改變折射率的結(jié)構(gòu)進(jìn)行反射，而且其不能在該結(jié)構(gòu)中傳播。也就是說，在自由態(tài)中光通常所具有的波傳播模不能存在于光子晶體中。這樣，該材料使得光子能量中的光子帶間隙與某些晶體材料中的電子能量中的電子帶間隙相似。例如，由于在光子晶體結(jié)構(gòu)中處于被禁止波長處的波傳播模未受破壞，并且被推至光子帶間隙的邊際(在波長方面)，在反射帶邊的波長處產(chǎn)生了高密度的模，因此啟動了帶邊光激射。這等于是說，在光子晶體中的帶邊波長處存在高密度的光學(xué)態(tài)。嵌入在光子晶體結(jié)構(gòu)中的材料具有在這些波長處的該高密度態(tài)。其結(jié)果是，處于帶邊波長的光與嵌入材料的非常強(qiáng)烈的相互作用，以及關(guān)于非常強(qiáng)烈的光發(fā)射激發(fā)的潛力。
在另一實(shí)施例中，發(fā)光材料層和包圍的器件結(jié)構(gòu)(例如，OLED)可以用于使器件一側(cè)光子晶體層中折射率交替變化的相位從該器件另一側(cè)光子晶體層中的折射率交替變化的相位偏移。在該實(shí)施例中，例如OLED層的發(fā)光材料用于在這樣的層中產(chǎn)生缺陷，即該層在器件中由頂部到底部連續(xù)的周期性地改變折射率。在一個(gè)實(shí)施例中，OLED的厚度可以等于或者小于處于光子晶體反射帶的中心波長處的一個(gè)光波長。在該類型的器件中，所引入的光傳播的缺陷模在OLED區(qū)域中是高度局限性的。這又導(dǎo)致了反饋光子同激子的非常有效的相互作用，用以產(chǎn)生受激發(fā)射。如在帶邊光激射反饋增強(qiáng)型器件的情況中，缺陷模器件可以具有高能量效率的光發(fā)射和光激射的低電流閾值。
在另一實(shí)施例中，反饋增強(qiáng)型發(fā)光器件可以是單?；蛘叨嗄Ｆ骷?。通過制造帶有具有由發(fā)射體所發(fā)射光的近似波長的寬度的諧振腔(反饋層之間的距離)的器件，可以制造單模器件，而多模器件帶有具有至少數(shù)倍大于由發(fā)射體所發(fā)射光的波長的寬度的諧振腔。例如，圖15對比了單模FE-OLED1502和多模FE-OLED1504的結(jié)構(gòu)。單模FE-OLED1502具有處于玻璃封裝中的全息反饋層1506、1508，其具有寬約400nm的諧振腔，約0.5μm的模間距和約1.5nm的光譜線寬。
在一個(gè)實(shí)施例中，多模FE-OLED1504具有位于玻璃封裝外部的全息反饋層1510、1512。例如，約0.2nm的模間距出現(xiàn)于反饋層處，該反饋層隔開1mm并且使用500nm波長的光。光譜線寬由反饋層1510、1512的反射帶寬確定，并且其約100nm。在多模器件1504中，因?yàn)榭梢栽贠LED組裝之后使用全息圖，因此他們更容易制造。
在另一實(shí)施例中，多模器件可以具有位于玻璃封裝中的反饋層或者具有一個(gè)位于玻璃封裝中的反饋層和一個(gè)位于玻璃封裝外的反饋層。包括相對厚的透明間隔層的透明空間可被用于填充發(fā)射器件和反饋層之間的空間，由此建立了所需的諧振腔厚度。在該方法中，腔厚度可以獨(dú)立于器件封裝中的機(jī)械考慮而建立，并且其可以用于提供像素化的多模器件而不會帶來視差問題。
對于一階近似，在一個(gè)實(shí)施例中，具有反饋層的單模器件具有所需輸出光波長的1/2的諧振腔厚度，并且其具有與處于反饋層內(nèi)表面的周期性折射率變化的相位相同的相位。也可以使用相同量級的厚度和其他的相位關(guān)系。
為了從反饋增強(qiáng)型器件提供所需的光輸出，在一個(gè)實(shí)施例中，所產(chǎn)生的光可以在一個(gè)或者兩個(gè)垂直于器件平面的方向上耦合出器件。這可以這樣實(shí)現(xiàn)，即通過制造并薄化兩個(gè)反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)使得存在足夠的折射率變化周期的數(shù)目以完全反射所產(chǎn)生的光，并且由此允許光自該反饋層發(fā)射。
用以“薄化”一個(gè)或者兩個(gè)反饋層的另一方法是將它們的厚度維持在某一標(biāo)準(zhǔn)值(例如，7微米)，同時(shí)減小反饋層中的折射率變化的delta n。在全息反饋層的情況中，這可以通過減小用于寫全息圖的總的曝光時(shí)間來完成。
在可替換的實(shí)施例中，為了形成上文所述的光子晶體反饋層，下述材料可以用作反饋層，但不限僅于此均質(zhì)配向的單體和聚合物手性液晶、蛋白石或者其他具有類似于晶體柵格結(jié)構(gòu)的微粒凝聚物；處于流體相或者聚合固體相的中間相溶致液晶；或者處于具有液晶結(jié)構(gòu)的相中的嵌段共聚物，其中寡聚體嵌段形成了具有所需長度的重復(fù)的單元以產(chǎn)生具有所需周期性和連續(xù)變化的折射率的結(jié)構(gòu)。
嵌段共聚物可以是通過將單體或者寡聚體元件連續(xù)連接成自組裝聚合物結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的自組裝有機(jī)光敏聚合物結(jié)構(gòu)。一維光子晶體結(jié)構(gòu)還可以通過真空淀積具有連續(xù)變化組分的電介質(zhì)材料而產(chǎn)生，使得所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)具有所需的折射率分布或者所需折射率分布的近似。
在一個(gè)方面，所需的折射率分布可以取決于獨(dú)立的器件。例如，帶邊光激射器件可能需要比其他器件更寬的光譜反射帶。在該情況中，可以使用與方波分布更加接近的折射率分布。
在下面的描述中提供了關(guān)于制造平面波全息圖的更加詳細(xì)的描述。在一個(gè)方面，反饋層可以包含記錄在介質(zhì)中的折射率分布。例如，折射率分布可以是通過光學(xué)干涉記錄在光敏聚合物介質(zhì)中的干涉圖形，或者是記錄在光敏介質(zhì)中的相似的干涉圖形。光敏介質(zhì)可以是鹵化銀感光明膠乳劑，諸如Slavich PFG-03C，目前其可以獲得自UABGeola，P.O.Box343，Vilnius2006，Lithuania。在J.M.Kim等人的“Holographic optical elements recorded in silver halide sensitized gelatinemulsions.Part 2.Reflection holographic optical elements”Applied Optics41，pp.1522-23(2002年3月10日)和J.M.Kim等人的“Holographicoptical elements recorded in silver halide sensitized gelatin emulsions.Part1.Transmission holographic optical elements”Applied Optics40，pp.622-23(2001年2月10日)中可以找到涉及使用該材料制造全息圖的細(xì)節(jié)，其在此處并入列為參考。折射率分布可以例如，通過使用正的或者負(fù)的光敏材料記錄在具有反向?qū)Ρ榷裙饷籼匦缘慕橘|(zhì)中。全息圖還可以通過使用重鉻酸鹽明膠或者其他光敏材料制造。
折射率分布還可以通過非光學(xué)手段記錄，諸如通過連續(xù)地將單體或者寡聚體元件連續(xù)連接成自組裝聚合物結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的自組裝有機(jī)光敏聚合物結(jié)構(gòu)，或者溶致液晶的聚合中間相。折射率分布還可以使用電子束蝕刻寫入。
在另一方面，全息圖還可以由光敏聚合物材料膜制成。該光敏聚合物材料可以由單體的混合物形成，諸如乙氧雙酚A丙烯酸酯(ethoxylated bishpenol A diacrylate)和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(Trimethylol prlpane triacrylate)的約50∶50的混合物。這些材料可以獲得自Sartomer Corp.，Exton，PA。在加入適當(dāng)?shù)墓庖l(fā)劑時(shí)，全息圖可以記錄在混合物中。
在一個(gè)方面，全息圖可以在所需的波長下產(chǎn)生，或者在兩倍或另外的整數(shù)倍所需波長下產(chǎn)生。這可以用于在相同器件中對多種色彩進(jìn)行編碼。另一選擇是，可以組合記錄方法。
在另一方面，全息圖反饋層(例如，圖7的4)對于全息反饋層或者其他使用干涉測量對準(zhǔn)方法的反射體或反饋層(例如，圖7的6)而言，可以是相配準(zhǔn)的(phase registered)或相鎖定的(phase locked)。這導(dǎo)致了完美的或者接近完美的相長干涉，其使發(fā)射層的光強(qiáng)最大化。例如，通過用于在全息圖反饋層(圖7的4)中記錄折射率分布的天線狀條紋圖形，從反射體或者反饋層(圖7的6)反射的光發(fā)生干涉?？梢哉{(diào)節(jié)天線狀條紋圖形的垂直定位，用以在執(zhí)行反饋層的全息圖曝光之前產(chǎn)生最大的相長干涉。
當(dāng)全息圖結(jié)構(gòu)用于兩個(gè)反饋層(圖7的4和6)時(shí)，可以使用相同的擴(kuò)展天線狀條紋圖形同時(shí)在該兩個(gè)層上執(zhí)行記錄曝光，由此對這兩個(gè)結(jié)構(gòu)執(zhí)行相配準(zhǔn)。該相配準(zhǔn)可以是完美的或者近似完美的。該配準(zhǔn)和相鎖定提供了反饋元件中的全息圖的自對準(zhǔn)。
現(xiàn)將詳細(xì)描述一個(gè)實(shí)施例中的產(chǎn)生全息圖的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，在表面上具有Slavich PFG-03C鹵化銀感光明膠(SHSG)的全息感光乳劑的玻璃板暴露在具有例如458nm氬離子激光線的干涉平面波束下。激光器的輸出是分為“鏡像”光平面波束和“基準(zhǔn)”光平面波束的光束，并且這些光束擴(kuò)展以能夠覆蓋完整的感光乳劑表面。鏡像光束從前方沿垂直于玻璃基片的軸線刺射在感光乳劑上，而基準(zhǔn)光束從后方沿垂直于玻璃基片的軸線通過玻璃基片刺射在感光乳劑上。這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，該感光乳劑被暴露在由兩個(gè)光束干涉而產(chǎn)生的天線狀條紋下。
在曝光后，通過將該板浸在甲醛溶液(福爾馬林)中約6分鐘而使感光乳劑預(yù)硬化。這使得最初軟化的明膠足夠地交連，以便不會受到進(jìn)一步的處理的破壞，并且還使得明膠足夠硬，以便在顯影工藝過程中形成于其內(nèi)部的空氣孔隙不會塌縮。然而，感光乳劑中與鹵化銀顆粒的相互作用延緩了該顆粒周圍的明膠的硬化，使其相對軟。
在一個(gè)實(shí)施例中，福爾馬林硬化溶液可以包括10ml37％甲醛(福爾馬林)；2克(g)溴化鉀；5g無水碳酸鈉；1升去離子水。
通過浸在Agfa G28c顯影劑中約3分鐘而使前面的已曝光的并預(yù)硬化的板顯影。這將已曝光的鹵化銀顆粒轉(zhuǎn)化成銀，將潛伏的條紋圖像轉(zhuǎn)化為真實(shí)圖像。
隨后通過浸在PBU-metol脫色劑中約15分鐘而使該板脫色。在一個(gè)實(shí)施例中，通過下列成分制備脫色劑1g溴化銅；10g過硫酸鉀；50g檸檬酸；20g溴化鉀；30g硼砂；1升去離子水。在混合這些成分之后，將1g.p-甲氨基苯酚硫酸鹽(甲氨基粉)溶解在溶液中。然后使用硼砂使脫色劑緩沖至pH5，并且隨后加入2％的硫酸鉻(III)鉀。
脫色劑使曝光區(qū)域中的銀顆粒再鹵化為溴化銀，但是同時(shí)Cr(III)離子被導(dǎo)入到明膠中，直接與銀顆粒相鄰并且使其交連。在一個(gè)實(shí)施例中，所導(dǎo)入的Cr(III)不與未曝光的鹵化銀顆粒相鄰。下一步將該板浸在60℃的去離子水中約10分鐘。在該時(shí)間中，Cr(III)完成了與重組的溴化銀顆粒相鄰的明膠的交連。
通過浸在50％工業(yè)甲基化醇/50％水的溶液中約3分鐘，然后浸入未稀釋的工業(yè)甲基化醇中約3分鐘，使明膠脫水。使該板在45℃的烤箱中干燥5分鐘。
然后通過將該板置于具有飽和甲醛蒸汽的腔室中25分鐘，使感光乳劑進(jìn)一步硬化。下一步通過浸入定影液中2分鐘而使感光乳劑定影。在一個(gè)實(shí)施例中。定影液包括10g無水硫代硫酸銨；20g無水硫酸鈉；1升去離子水。
該定影步驟將所有的鹵化銀從明膠中移除。在感光乳劑曝光的區(qū)域中，明膠與Cr(III)交連直接環(huán)繞在AgBr顆粒周圍，并且當(dāng)移除AgBr時(shí)形成了孔隙。在沒有發(fā)生曝光的區(qū)域中，環(huán)繞鹵化銀顆粒的明膠是軟的，并且所形成的孔隙直接塌縮導(dǎo)致了純凈的均質(zhì)的明膠。這樣，在純凈的明膠區(qū)域和部分明膠/部分空氣的區(qū)域之間產(chǎn)生了折射率對比。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過浸入在50％水/50％異丙醇中10分鐘、100％20℃異丙醇中10分鐘、100％45℃異丙醇中2分鐘來清洗該板并使之脫水。脫水?dāng)U展了孔隙的尺寸，并且導(dǎo)致了硬的去膨脹的明膠陣列。隨后使該板在45℃的烤箱中干燥。
在一個(gè)方面，由于水將使明膠再膨脹從而破壞全息圖，所以需要密封該板以防止空氣中的濕氣。該密封可以通過在全息圖表面涂敷密封粘合劑薄層來完成。可以使用的一種材料是Pascofix，一種可獲得自PASCO Industrial Adhesives in Philadelphia，PA的氰基丙烯酸鹽粘合劑材料。還可以使用可光固化的環(huán)氧密封劑。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于FE-OLED器件中的OLED結(jié)構(gòu)可以具有圖9中所示的結(jié)構(gòu)，其包括下列材料。應(yīng)當(dāng)指出，圖9中所示的示例不是按比率繪制的。陰極背襯902可以包括約150nm厚的氧化銦錫材料。陰極904可以包括約7nm厚的鋁材料。電子注入層906可以包括約10nm厚的氟化鋰材料。電子輸運(yùn)層908可以包括約35nm厚的三喹啉鋁(aluminum triquinoline)材料?？昭ㄗ钃鯇?10可以包括約10nm厚的浴銅靈(bathocuproine)材料。發(fā)射層912可以包括約50nm厚的H9680材料?？昭ㄝ斶\(yùn)層914可以包括約75nm厚的N，N’-di(3-甲基)-N，N’-二苯基聯(lián)苯胺材料?？昭ㄗ⑷雽?16可以包括10nm厚的銅酞菁材料。陽極可以包括150nm厚的氧化銦錫材料。H9680發(fā)射層可以獲得自Morristown，New Jersey的Honeywell Specialty Chemicals。
通過在SHSG全息板920之一上的涂敷有密封劑的表面上進(jìn)行連續(xù)淀積，可以構(gòu)建上面的OLED結(jié)構(gòu)，該全息板920的制備在上文中已得到描述。然后，其上面的密封劑涂層仍未固化的第二全息圖922被置于OLED結(jié)構(gòu)902-918的上面，并且通過使用壓電定位器進(jìn)行精確地定位成與底部的全息圖平行，由此當(dāng)密封劑固化時(shí)，兩個(gè)全息圖920、922和OLED902-918通過密封劑全部封裝在一起。
在一個(gè)方面，器件中的兩個(gè)全息圖上的兩個(gè)密封劑涂層至少有2微米厚。因此該器件可以支持多個(gè)垂直模。在一個(gè)實(shí)施例中，OLED層的側(cè)向尺寸可以是250微米×250微米。
在上文所述的制造方法中，ITO陰極背襯層用作全息圖密封劑和OLED剩余部分之間的緩沖層。在另一方面，可以使用一個(gè)或者多個(gè)額外的緩沖層。
在一個(gè)方面，器件中的一個(gè)或者多個(gè)反饋層甚至允許某些具有退化功能或者低效率的光發(fā)射材料以令人滿意的方式運(yùn)行。這在選擇諸如發(fā)射層的器件的其他層和元件時(shí)提供了較大的靈活性。而且，在一個(gè)實(shí)施例中，由于反饋層仍然允許某些具有退化功能或者低效率的光發(fā)射材料以令人滿意的方式運(yùn)行，所以可以選擇光發(fā)射材料以優(yōu)化其他特性。例如，如果反饋層的反射帶和器件的發(fā)射帶未與發(fā)射體吸收帶重疊，則可以使用由于光發(fā)射材料吸收帶和光發(fā)射材料熒光發(fā)射帶重疊而具有低效率的光發(fā)射材料的器件。
另一示例是具有針對其功能而進(jìn)行優(yōu)化或選擇的電極、電荷載流子注入層和電荷載流子輸運(yùn)層的器件，并且該器件還具有針對最優(yōu)化的載流子復(fù)合而選擇的發(fā)射層，用以形成激子，但是由于激子能量的非輻射弛豫，因此該器件具有低的量子效率。在一個(gè)實(shí)施例中通過來自反饋層的反饋光而實(shí)現(xiàn)的受激發(fā)射可以允許幾乎全部的激子能量作為光發(fā)射，由此提供了具有高能量效率的器件。
進(jìn)一步的示例是具有光發(fā)射層的器件，其中光發(fā)射層包括由交連的官能團(tuán)派生的發(fā)射體分子。該交連提供了改善的機(jī)械屬性，并且使得發(fā)射層在高溫條件下較不易碎。通過來自反饋光的受激發(fā)射，還可以使得該器件具有足夠的能量效率。
在另一方面，可以選擇光發(fā)射材料用于同反饋光相互作用的高的吸收截面或者面積。例如，發(fā)射層可以由具有大分子的材料制成，或者由具有關(guān)于反射反饋光的高縱橫比的材料制成。該材料可以在反饋光波長處具有高的極化性，或者光發(fā)射層可以較厚，用以提供與反饋光的較高相互作用截面。該材料可以包括這樣的光發(fā)射材料，其中分子是對準(zhǔn)的，使得它們關(guān)于反射反饋光的縱橫比具有大的或者最大的值，或者包括這樣的發(fā)射層，其中使發(fā)射材料更加致密，使得在每單位深度中存在更多的與反射反饋光相互作用的分子。一種該材料可以包括金屬酞青，其中在器件中對其分子進(jìn)行配向，使得該分子具有非常大的分子尺寸和適當(dāng)?shù)姆肿涌v橫比。通過調(diào)節(jié)下面的電荷輸運(yùn)層的表面能量以便產(chǎn)生同質(zhì)對準(zhǔn)，或者通過使下面的電荷輸運(yùn)層光對準(zhǔn)，可以提供磷光分子的配向。具有高的同反饋光相互作用的截面的分子增加了受激發(fā)射的可能性。這減少了需要由反饋元件反射的光量，以便于使受激發(fā)射成為主導(dǎo)的光轉(zhuǎn)換過程。在另一實(shí)施例中，可以使用構(gòu)圖光學(xué)曝光來制造已構(gòu)圖的反饋元件或者層。首先，全息光敏聚合物層或者光敏聚合物前體層澆鑄在基片上。下一步，光敏聚合物或者光敏聚合物前體通過已構(gòu)圖的光掩膜暴露在交連光輻射下。另一選擇是，如果交連光輻射是作為調(diào)制光束提供的，則可以省略已構(gòu)圖的光掩膜。
在另一實(shí)施例中，通過在已構(gòu)圖的反饋層中使用連續(xù)的構(gòu)圖曝光以產(chǎn)生反射不同色彩的反饋材料區(qū)域，可以產(chǎn)生已構(gòu)圖的多色彩的反饋層?？梢詫@些已構(gòu)圖的反饋層區(qū)域進(jìn)行定位，以便于通過相應(yīng)構(gòu)圖的發(fā)射材料區(qū)域進(jìn)行定位。可以選擇與反射特定色彩帶的已構(gòu)圖反饋層區(qū)域相關(guān)的發(fā)射材料區(qū)域，用以使之包含在該色彩帶中發(fā)出輻射的發(fā)射材料。
在另一方面，通過在全息配置的鏡像光束中使用一個(gè)光掩膜并且在全息配置的基準(zhǔn)光束中使用一個(gè)光掩膜，可以制造如上文所述的已構(gòu)圖的反饋層。圖10說明了在一個(gè)實(shí)施例中產(chǎn)生已構(gòu)圖的全息圖的雙掩膜裝置100的示例。諸如全息感光乳劑的材料20通過兩個(gè)光掩膜18暴露在基準(zhǔn)光束14和鏡像光束12下，由此使構(gòu)圖光束22暴露到全息感光乳劑20。在該結(jié)構(gòu)中，諸如激光器2的光源將激光4引導(dǎo)至光束擴(kuò)大光學(xué)裝置6。使發(fā)射自光束擴(kuò)大光學(xué)裝置6的光，即擴(kuò)大的激光束8通過分光鏡10被部分偏轉(zhuǎn)和部分透射。分光鏡8可以是簡單的鏡面，該鏡面具有比傳統(tǒng)鏡面更加薄的銀涂層，使得其不能反射所有入射到其上的光，而某些光將被透射。透射光是鏡像光束12，其通過光掩膜18暴露在全息感光乳劑20上。偏轉(zhuǎn)光14是基準(zhǔn)光束，由鏡面16反射并且通過另一光掩膜18也暴露在全息感光乳劑20上。所導(dǎo)致的由全息感光乳劑20記錄的干涉圖形是全息圖。
在另一方面，通過使用高gamma的光敏聚合物作為全息介質(zhì)20，可以除去兩個(gè)光掩膜18中的一個(gè)，該高gamma的光敏聚合物具有曝光強(qiáng)度閾值。圖11說明了在一個(gè)實(shí)施例中產(chǎn)生全息圖的單掩膜裝置200的示例。在該實(shí)施例中，可以在鏡像光束12中使用一個(gè)光掩膜。在該單光掩膜方法中，未被掩膜的光束(基準(zhǔn)光束)14可以不具有超過曝光強(qiáng)度閾值的足夠能量并且因此不能引起光敏聚合物中的交連。被掩膜的光束(鏡像光束)12也可以不具有用以引起光敏聚合物中的交連的足夠能量，盡管這是不需要的。然而，兩個(gè)光束的組合必須足夠引起交連。
圖12是說明了在圖10的雙掩膜裝置中輻射度相對于位置的曲線圖300。該曲線說明了曝光用光從零輻射度(此時(shí)光掩膜上的光學(xué)致密部分位于鏡像光束和基準(zhǔn)光束這兩者之中)到滿輻射度(此時(shí)兩個(gè)光束通過光掩膜中的孔隙)的調(diào)制過程。在該結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)光掩膜相互對準(zhǔn)并且與全息感光乳劑對準(zhǔn)。圖13是說明了在圖11的單掩膜裝置中輻射度相對于位置的曲線圖400。該曲線說明了，在該情況中，曝光光束的組合輻射度取決于鏡像光束和基準(zhǔn)光束的相對強(qiáng)度，在滿輻射度和某一較低的非零輻射度值之間調(diào)制。如果，例如在一個(gè)實(shí)施例中，在圖14中被繪為曲線500的全息感光乳劑的輻射度閾值在輻射度上高于圖13中的輻射度調(diào)制的低值，則可以成功地記錄已構(gòu)圖地全息圖。該結(jié)構(gòu)不需要兩個(gè)掩膜的配準(zhǔn)。
通過在器件基片上涂敷光敏全息記錄材料層，可以制造全息反饋層。隨后該材料暴露在光下，以便于產(chǎn)生圖形，諸如平面波干涉圖形，使之深入到該層深處，使得該記錄材料的曝光程度在平面中的所有方向上是均勻的，但是在沿垂直于層平面的軸線方向上其均勻性呈正弦變化。通過產(chǎn)生具有所需波長的平面波、將其分為兩個(gè)分量、其中一個(gè)分量相對另一個(gè)分量是相位延遲的、然后同時(shí)將記錄膜暴露在兩個(gè)分量下，可以產(chǎn)生平面波干涉圖形。該過程記錄了平面波源的全息圖。記錄膜或者材料是敏感的，使得當(dāng)其暴露在光下時(shí)，發(fā)生引起折射率變化的交連反應(yīng)。例如，Slavich材料包含增感染料，使得其是全色易感的。這在一個(gè)實(shí)施例中是在反饋層中記錄所需折射率周期性變化的一種方法。
在另一實(shí)施例中，具有較寬的熒光發(fā)射帶的發(fā)射材料可以與反饋元件組合以限制該發(fā)射材料的發(fā)射帶寬，其中反饋元件被優(yōu)化用以允許具有所需波長的單模發(fā)射。如前文所述，該反饋元件可以引起發(fā)射元件中的受激發(fā)射。該受激發(fā)射受限于與反饋元件的光的一個(gè)或多個(gè)反射帶相同的一個(gè)或多個(gè)波長頻帶。這樣，例如，寬帶發(fā)射材料可以與窄帶反射反饋元件結(jié)合用以產(chǎn)生窄波長頻帶的光，且基本上沒有能量轉(zhuǎn)換效率的損失。在一個(gè)方面，這在發(fā)射材料選擇中提供了大的設(shè)計(jì)自由。例如，在具有其中光譜發(fā)射帶與吸收帶重疊使得通常會發(fā)生自吸收的發(fā)射材料的器件中，可以選擇具有不與發(fā)射材料吸收帶重疊的峰值波長的窄帶反射反饋元件。這樣，例如，可以消除發(fā)射材料的自吸收，并且可以獲得具有更高能量效率的器件。相似地，在另一實(shí)施例中，可以使用反饋層反射帶的精確位置，用以避免其他器件層的吸收帶。
在一個(gè)方面，調(diào)節(jié)器件輸出使其遠(yuǎn)離材料吸收帶的能力意味著，現(xiàn)在具有反饋層的器件中可以使用另外的非常有用的發(fā)射材料和由于自吸收或者與其他器件層的吸收帶不相容而被拒絕的其他器件材料。該效應(yīng)的另一用途是使反饋元件具有兩個(gè)或者多個(gè)分立的光譜反射帶。其中每個(gè)分立的反射帶與發(fā)射體材料的寬的發(fā)射光譜的一部分重疊，可以從發(fā)射材料的相同區(qū)域中發(fā)射多個(gè)波長頻帶的光。
另一用途可以是，在反饋層的不同區(qū)域中對分立的反射帶進(jìn)行構(gòu)圖。例如，圖5說明了一個(gè)實(shí)施例中的具有寬帶發(fā)射層32和兩個(gè)像素化反饋層34的像素化器件30。例如，對于輻射具有在520nm和700nm之間的可諧振強(qiáng)度的光的發(fā)射體，對反饋層中的測試板圖形進(jìn)行構(gòu)圖，其中該層中的折射率交替變化等效于520nm的波長。然后對互補(bǔ)的測試板圖形進(jìn)行構(gòu)圖，使得折射率分布對應(yīng)于650nm的波長。這樣，該器件發(fā)射具有紅色和綠色交替變化方塊(像素)的光的測試版圖形。
在一個(gè)實(shí)施例中，像素化反饋層34包括第一區(qū)域36和第二區(qū)域38。第一區(qū)域36反射具有第一波長的光，而第二區(qū)域38反射具有第二波長的光。像素化反饋層34的第一區(qū)域36在寬帶發(fā)射層32中引起僅在第一波長下或者基本僅在第一波長下的受激發(fā)射。相似地，像素化反饋層34的第二區(qū)域38在寬帶發(fā)射層32中引起僅在第二波長下或者基本僅在第二波長下的受激發(fā)射。
這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，可以制造多色彩器件而不必提供用于第一波長和第二波長的每一個(gè)的分立的發(fā)射材料。這可以減少所需用于制造寬帶發(fā)射層32的工藝步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，如果折射率分布記錄在像素化反饋層34中，則可以同時(shí)形成第一區(qū)域36和第二區(qū)域38，用以進(jìn)一步減少制造步驟的數(shù)目，并且減小像素化器件30的復(fù)雜度。而且，盡管圖5說明了兩個(gè)波長，但是也可以通過寬帶發(fā)射層32激發(fā)三個(gè)或者更多的光波長。該像素化器件30可以用于顯示數(shù)字、字母或者圖形信息。例如，像素化器件30可以用于在圖形顯示中產(chǎn)生寬的色域而不會發(fā)射所不期望的紅外波長或者紫外波長的光。
在另一實(shí)施例中，反饋層和發(fā)射體均可被構(gòu)圖。例如，可以在像素中對紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射體進(jìn)行構(gòu)圖，其分別覆蓋有被構(gòu)圖為紅色、綠色和藍(lán)色的反饋層。在另一實(shí)施例中，通過具有由使用極化光寫在材料上的平面波全息圖的光敏材料可以形成一個(gè)或者多個(gè)反饋層。該光可以是沿垂直于其傳播方向的任何軸線進(jìn)行平面極化的，或者另一選擇是，該光可以是右旋圓極化光、左旋圓極化光或者橢圓極化光。在這些實(shí)施例中，反饋層使極化的反饋光返回到OLED或者LED器件的諧振腔中。在一個(gè)實(shí)施例中，該極化反饋光激發(fā)了來自發(fā)射層的具有相同極化狀態(tài)的光的發(fā)射。這樣，由OLED或者LED器件產(chǎn)生的光的基本部分或者所有的光可以具有與用于將全息圖寫入到該反饋層中的初始光相同或者基本相同的極化狀態(tài)。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用光掩膜進(jìn)行的構(gòu)圖曝光，可以寫下一個(gè)或者多個(gè)極化的全息反饋層。在一個(gè)方面，通過使用具有不同極化狀態(tài)的光進(jìn)行一系列的構(gòu)圖曝光，可以對發(fā)射器件的分立區(qū)域進(jìn)行約束，使之發(fā)射具有不同極化狀態(tài)的光。例如，被構(gòu)圖為像素化矩形陣列的反饋層可以具有交替變化的像素，該象素具有垂直的極化線性軸線。
在另一實(shí)施例中，通過使用具有手性中心的材料可以形成一個(gè)或者多個(gè)反饋層，并且，例如，如果該材料具有一維光子晶體折射率分布，則該一個(gè)或多個(gè)反饋層可以用作光子晶體反饋層。例如，同質(zhì)對準(zhǔn)的膽甾型液晶具有誘發(fā)螺旋形結(jié)構(gòu)的手性中心，使得導(dǎo)致了一維光子晶體折射率分布。這在圖6中得到了說明。當(dāng)材料的螺旋形結(jié)構(gòu)的螺紋間距足夠短時(shí)，穿過通過介質(zhì)不會對平面極化光的極化方向產(chǎn)生影響。在該情況中，具有平行于螺旋軸線的傳播軸線的光經(jīng)歷了正弦變化的折射率。通過使用使膽甾型反應(yīng)性液晶元(mesogen)單體聚合而產(chǎn)生的聚合物膜，可以形成該結(jié)構(gòu)。
在另一實(shí)施例中，可以制造一個(gè)或者多個(gè)傳統(tǒng)OLED傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)層，使得例如，除了它們在OLED中的傳統(tǒng)功能以外，還允許它們用作光子晶體結(jié)構(gòu)。例如，反饋層的光子晶體結(jié)構(gòu)可以延伸到OLED結(jié)構(gòu)本身中。例如，用于在OLED中建立空穴注入層、空穴輸運(yùn)層、發(fā)射層、電子輸運(yùn)層和電子注入層的材料可以具有與反饋層中的折射率交替變化間距相同的手性液晶相或結(jié)構(gòu)。這些材料可以由交連的半部分派生而來，并且這些材料可以是敏感的，使得可以在其中紀(jì)錄干涉圖形。這樣，反饋層全息圖可以擴(kuò)展至OLED中。
修改OLED元件層的光學(xué)屬性以便于將光子晶體結(jié)構(gòu)延伸至OLED結(jié)構(gòu)中的有利方面在于，如上文所述，產(chǎn)生缺陷模激光，其中OLED發(fā)射體所處的缺陷區(qū)可以具有小于等效于一個(gè)光波長的厚度。例如，該方面在藍(lán)色FE-OLED的情況中是有利的，這是因?yàn)閷τ谒{(lán)光而言，等效于一個(gè)波長的厚度小于多種OLED功能層的組合厚度。這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，如上文所述，設(shè)計(jì)缺陷模器件的方法涉及將光子晶體結(jié)構(gòu)延伸至OLED中。
上文所述的實(shí)施例是說明性的示例，并且不應(yīng)被解釋為本發(fā)明限于這些具體的實(shí)施例。例如，盡管OLED器件被用作發(fā)射器件的示例，但是還可以使用其他的發(fā)光材料或者結(jié)構(gòu)，而不限于OLED。而且，盡管折射率分布、光的方向等被描述為與平面垂直，但是應(yīng)當(dāng)理解，并不需要它們精確地垂直，而是處于接近垂直的范圍中或者是基本垂直。因此，本申請中所描述的實(shí)施例還包括它們與平面近似垂直和基本垂直的情況。而且，通過參考不同實(shí)施例描述的不同的元件和方面在不同實(shí)施例中是可以互換的，并且并不限于一個(gè)具體的實(shí)施例中。因此，在不偏離附屬權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神或者范圍的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行多種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括第一反饋層，其適于接收和反射光；第二反饋層，其適于接收和反射光，第一反饋層和第二反饋層中的至少一個(gè)具有沿垂直于或者基本垂直于各自反饋層平面的軸線方向上至少部分周期性和連續(xù)變化的折射率分布；和發(fā)射層，其置于第一反饋層和第二反饋層之間。
2.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括第一反饋層，其適于接收和反射光；第二反饋層，其適于接收和反射光，第一反饋層和第二反饋層中的至少一個(gè)具有具有沿垂直于或者基本垂直于第一反饋層平面的軸線方向上至少部分周期性和連續(xù)變化的折射率分布，第一反饋層和第二反饋層中的至少一個(gè)適于至少沿垂直于或者基本垂直于各自反饋層平面的軸線反射一個(gè)或者多個(gè)預(yù)定波長頻帶的光；和發(fā)射層，其置于第一反饋層和第二反饋層之間，該發(fā)射層適于發(fā)射光，該發(fā)射層進(jìn)一步適于提供受激發(fā)射，該受激發(fā)射是由第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者多個(gè)反射的一個(gè)或者多個(gè)預(yù)定波長頻帶的光所引起的。
3.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二層或者第一反饋層和第二層這兩者包括全息圖。
4.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二層或者第一反饋層和第二層這兩者包括具有平面波光源的全息圖。
5.權(quán)利要求1的器件，其中發(fā)射層包括有機(jī)發(fā)光材料。
6.權(quán)利要求1的器件，其中發(fā)射層包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或者多個(gè)交連有機(jī)發(fā)光材料；交連聚合物發(fā)光材料；包括具有在小分子分子量到聚合物分子量之間的分子量范圍的分子的發(fā)光材料；溶解在聚合物主體中的小分子發(fā)光材料；熒光材料；磷光材料；有機(jī)和無機(jī)化合物發(fā)光材料；無機(jī)發(fā)光材料；和液晶發(fā)光材料。
7.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括第一電極，其置于第一反饋層和發(fā)射層之間；和第二電極，其置于第二反饋層和發(fā)射層之間。
8.權(quán)利要求7的器件，其中第一電極是陽極，而第二電極是陰極。
9.權(quán)利要求7的器件，其中第一電極是陰極，而第二電極是陽極。
10.權(quán)利要求7的器件，進(jìn)一步包括一個(gè)或者多個(gè)緩沖層，其置于第一和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)與第一電極和第二電極中的一個(gè)或者兩個(gè)之間。
11.權(quán)利要求10的器件，其中一個(gè)或者多個(gè)緩沖層包括至少透明的電介質(zhì)材料。
12.權(quán)利要求10的器件，其中一個(gè)或者多個(gè)緩沖層用于使器件同大氣污染物密封隔離。
13.權(quán)利要求10的器件，其中一個(gè)或者多個(gè)緩沖層被安置成用以提供第一反饋層和第二反饋層之間的間隔，使得相長干涉和受激發(fā)射發(fā)生于一個(gè)或者多個(gè)所選的波長處。
14.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括空穴注入層，其置于第一反饋層和發(fā)射層之間。
15.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括電子注入層，其置于第二反饋層和發(fā)射層之間。
16.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括空穴輸運(yùn)層，其置于空穴注入層和發(fā)射層之間。
17.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括電子輸運(yùn)層，其置于電子注入層和具有光發(fā)射有機(jī)材料的層之間。
18.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的至少一個(gè)包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或多個(gè)平面鏡、多層電介質(zhì)的分布布拉格反射體、電極的反射表面和非光子晶體反射體。
19.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層在它們的光譜反射帶的峰值波長處均不透射光，并且光發(fā)射材料以帶邊激光模的形式輻射光。
20.權(quán)利要求1的器件，其中來自第一反饋層和第二反饋層的反饋光的程度足夠用于引發(fā)光激射行為。
21.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)包括一個(gè)或者多個(gè)調(diào)節(jié)的厚度和調(diào)節(jié)的折射率對比度，用以使反饋回發(fā)射層的光量最優(yōu)化。
22.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)在連續(xù)變化的折射率分布中包括至少一個(gè)或者多個(gè)中斷。
23.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)包括多個(gè)獨(dú)立的反饋層折射率分布。
24.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)包括具有帶有非折射功能的疊加折射率分布的折射率分布。
25.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)包括具有是反饋光所選波長的n/2倍的主周期的折射率分布，其中n是整數(shù)。
26.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)在物理厚度和光學(xué)厚度中的一個(gè)或者兩個(gè)上進(jìn)行了薄化，用以使光能夠脫離該器件。
27.權(quán)利要求4的器件，其中通過改變?nèi)⑵毓夂腿D的結(jié)果折射率對比度，使第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)的光學(xué)厚度薄化。
28.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括一個(gè)或者多個(gè)置于第一反饋層和第二反饋層之間的層，該一個(gè)或者多個(gè)層形成有能夠使折射率交替變化繼續(xù)的結(jié)構(gòu)，其在第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)中包括光子晶體結(jié)構(gòu)。
29.權(quán)利要求28的器件，其中所述一個(gè)或者多個(gè)層包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或者多個(gè)電極、電荷載流子注入層，電荷載流子輸運(yùn)層、載流子阻擋層和發(fā)射層。
30.權(quán)利要求28的器件，其中通過使用一個(gè)或者多個(gè)光敏聚合物和光敏材料和將一個(gè)或者多個(gè)光敏聚合物和光敏材料暴露在光下制造所述一個(gè)或者多個(gè)層來全息地產(chǎn)生折射率交替變化。
31.權(quán)利要求28的器件，其中通過在用于制造所述一個(gè)或者多個(gè)層的材料中的膽甾型液晶和手性液晶中的至少一種或者多種來產(chǎn)生折射率交替變化。
32.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括至少具有至少正弦變化的折射率分布的材料。
33.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括多個(gè)適于反射多個(gè)預(yù)定波長頻帶的光的區(qū)域，且該多個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)適于反射處于波長中心的預(yù)定光譜帶的光，該預(yù)定光譜帶的光不同于處于由該多個(gè)區(qū)域中另一區(qū)域所反射的波長中心的預(yù)定光譜帶的光。
34.權(quán)利要求33的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)包括至少光子晶體結(jié)構(gòu)和多個(gè)適于反射多個(gè)預(yù)定波長頻帶的光的區(qū)域，且該多個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)適于反射處于波長中心的預(yù)定光譜帶的光，該預(yù)定光譜帶的光不同于處于由該多個(gè)區(qū)域中另一區(qū)域所反射的波長中心的預(yù)定光譜帶的光，并且第一反饋層中的該多個(gè)區(qū)域與第二反饋層中反射處于相同波長中心的光譜帶的光的相應(yīng)多個(gè)區(qū)域相配準(zhǔn)。
35.權(quán)利要求33的器件，其中發(fā)射層包括至少多個(gè)適于發(fā)射多個(gè)預(yù)定波長頻帶的光的區(qū)域，且該多個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)適于發(fā)射預(yù)定波長頻帶的光，該預(yù)定波長頻帶的光不同于處于由該多個(gè)區(qū)域中另一區(qū)域所反射的預(yù)定波長頻帶的光，并且該多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)與第一反饋層和第二反饋層中的至少一個(gè)中的、具有與相應(yīng)發(fā)射體光譜發(fā)射帶至少部分重疊的光的光譜反射帶的相應(yīng)區(qū)域相配準(zhǔn)。
36.權(quán)利要求35的器件，與反饋層中的、適于反射多個(gè)處于不同波長中心的預(yù)定光譜帶的光的相應(yīng)區(qū)域相配準(zhǔn)的發(fā)射層中該多個(gè)區(qū)域中的兩個(gè)或者多個(gè)適于從相同的寬光譜帶發(fā)射材料中發(fā)射預(yù)定的不同波長頻帶的光，其與全部的相應(yīng)發(fā)射體光譜發(fā)射帶至少部分重疊。
37.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括全息圖，其具有多個(gè)重合在該全息圖上的折射率分布。
38.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括全息圖，其具有多個(gè)通過布拉格定律對應(yīng)于多個(gè)疊合在該全息圖中的波長的光的折射率分布。
39.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括一個(gè)或者多個(gè)具有恒定折射率的區(qū)域。
40.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括具有光子晶體結(jié)構(gòu)的材料。
41.權(quán)利要求40的器件，其中第一反饋層和第二反饋層組合以形成至少部分連續(xù)的光子晶體結(jié)構(gòu)。
42.權(quán)利要求41的器件，其中第一反饋層和第二反饋層基本不透射由發(fā)射層在它們的光譜反射帶的峰值波長處發(fā)射的光，并且該發(fā)射層將光輻射成為光子晶體的帶邊光傳播模。
43.權(quán)利要求42的器件，其中發(fā)射層包括有機(jī)發(fā)光材料。
44.權(quán)利要求42的器件，其中發(fā)射層包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或者多個(gè)交連有機(jī)發(fā)光材料；交連聚合物發(fā)光材料；包括具有在小分子分子量到聚合物分子量之間的分子量范圍的分子的發(fā)光材料；溶解在聚合物主體中的小分子發(fā)光材料；熒光材料；磷光材料；有機(jī)和無機(jī)化合物發(fā)光材料；無機(jī)發(fā)光材料；和液晶發(fā)光材料。
45.權(quán)利要求42的器件，進(jìn)一步包括第一電極，其置于第一反饋層和發(fā)射層之間；和第二電極，其置于第二反饋層和發(fā)射層之間。
46.權(quán)利要求45的器件，其中第一電極是陽極，而第二電極是陰極。
47.權(quán)利要求45的器件，其中第一電極是陰極，而第二電極是陽極。
48.權(quán)利要求42的器件，其中來自第一反饋層和第二反饋層的反饋光的程度足夠用于引發(fā)光激射行為。
49.權(quán)利要求47的器件，進(jìn)一步包括一個(gè)或者多個(gè)緩沖層，其置于第一和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)與第一電極和第二電極中的一個(gè)或者兩個(gè)之間。
50.權(quán)利要求49的器件，其中一個(gè)或者多個(gè)緩沖層包括至少透明的電介質(zhì)材料。
51.權(quán)利要求49的器件，其中一個(gè)或者多個(gè)緩沖層用于使器件同大氣污染物密封隔離。
52.權(quán)利要求49的器件，其中一個(gè)或者多個(gè)緩沖層被安置用以提供第一反饋層和第二反饋層之間的間隔，使得相長干涉和受激發(fā)射發(fā)生于一個(gè)或者多個(gè)所選的波長處。
53.權(quán)利要求42的器件，進(jìn)一步包括空穴注入層，其置于第一反饋層和發(fā)射層之間。
54.權(quán)利要求42的器件，進(jìn)一步包括電子注入層，其置于第二反饋層和發(fā)射層之間。
55.權(quán)利要求42的器件，進(jìn)一步包括空穴輸運(yùn)層，其置于空穴注入層和發(fā)射層之間。
56.權(quán)利要求42的器件，進(jìn)一步包括電子輸運(yùn)層，其置于電子注入層和具有光發(fā)射有機(jī)材料的層之間。
57.權(quán)利要求40的器件，其中光發(fā)射層在由第一反饋層和第二反饋層形成的連續(xù)光子晶體中包括缺陷。
58.權(quán)利要求57的器件，其中所述缺陷包括在沿小于一個(gè)波長的光子晶體的一個(gè)維度上的空間相中的相滑移。
59.權(quán)利要求57的器件，其中從光發(fā)射層發(fā)射的光發(fā)出成為缺陷模。
60.權(quán)利要求59的器件，其中發(fā)射層包括有機(jī)發(fā)光材料。
61.權(quán)利要求59的器件，其中發(fā)射層包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或者多個(gè)交連有機(jī)發(fā)光材料；交連聚合物發(fā)光材料；包括具有在小分子分子量到聚合物分子量之間的分子量范圍的分子的發(fā)光材料；溶解在聚合物主體中的小分子發(fā)光材料；熒光材料；磷光材料；有機(jī)和無機(jī)化合物發(fā)光材料；無機(jī)發(fā)光材料；和液晶發(fā)光材料。
62.權(quán)利要求59的器件，進(jìn)一步包括第一電極，其置于第一反饋層和發(fā)射層之間；和第二電極，其置于第二反饋層和發(fā)射層之間。
63.權(quán)利要求62的器件，其中第一電極是陽極，而第二電極是陰極。
64.權(quán)利要求62的器件，其中第一電極是陰極，而第二電極是陽極。
65.權(quán)利要求59的器件，其中來自第一反饋層和第二反饋層的反饋光的程度足夠用于引發(fā)光激射行為。
66.權(quán)利要求62的器件，進(jìn)一步包括緩沖層，其置于第一和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)與第一電極和第二電極中的一個(gè)或者兩個(gè)之間。
67.權(quán)利要求66的器件，其中該緩沖層包括至少透明電介質(zhì)材料。
68.權(quán)利要求66的器件，其中一個(gè)或者多個(gè)緩沖層用于使器件同大氣污染物密封隔離。
69.權(quán)利要求66的器件，其中該緩沖層被安置成用以提供第一反饋層和第二反饋層之間的間隔，使得相長干涉和受激發(fā)射發(fā)生于一個(gè)或者多個(gè)所選的波長處。
70.權(quán)利要求59的器件，進(jìn)一步包括空穴注入層，其置于第一反饋層和發(fā)射層之間。
71.權(quán)利要求59的器件，進(jìn)一步包括電子注入層，其置于第二反饋層和發(fā)射層之間。
72.權(quán)利要求59的器件，進(jìn)一步包括空穴輸運(yùn)層，其置于空穴注入層和發(fā)射層之間。
73.權(quán)利要求59的器件，進(jìn)一步包括電子輸運(yùn)層，其置于電子注入層和具有光發(fā)射有機(jī)材料的層之間。
74.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者部分地透射接收自發(fā)射層的光。
75.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括一種或者多種手性液晶和膽甾型液晶。
76.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括蛋白石、具有類似于晶體柵格結(jié)構(gòu)的微粒凝聚物、處于流體狀態(tài)或者聚合狀態(tài)的中間相溶致液晶和自組裝嵌段共聚物。
77.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括具有連續(xù)變化組分的電介質(zhì)材料。
78.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層是相鎖定的或者相配準(zhǔn)的。
79.權(quán)利要求78的器件，其中相鎖定和相配準(zhǔn)是以干涉方式執(zhí)行。
80.權(quán)利要求1的器件，其中通過將一個(gè)同時(shí)曝光用于由兩個(gè)平面極化光束形成干涉條紋陣列來全息地且同時(shí)地形成第一反饋層和第二反饋層。
81.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括通過線性極化光、旋圓極化光或者橢圓極化光寫下的平面波全息圖。
82.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括通過將折射率分布記錄在下列項(xiàng)中的一個(gè)或者多個(gè)中而制造的全息圖重鉻酸鹽明膠、重鉻酸鹽感光乳劑、鹵化銀明膠、鹵化銀感光乳劑、聚合物材料、正向光敏材料、負(fù)向光敏材料和其他光敏材料。
83.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者是通過具有手性中心的材料形成的。
84.權(quán)利要求1的器件，其中發(fā)射層包括透明電致發(fā)光材料。
85.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層或者第二反饋層或者第一反饋層和第二反饋層這兩者包括被構(gòu)圖用以反射不同波長頻帶的光的材料。
86.權(quán)利要求1的器件，其中發(fā)射層被構(gòu)圖用以發(fā)射不同波長頻帶的光。
87.權(quán)利要求1的器件，其中發(fā)射層包括具有與第一反饋層和第二反饋層的反射帶重疊的光譜發(fā)射帶的電致發(fā)光材料。
88.權(quán)利要求1的器件，其中器件發(fā)射的所有光占用單一的光傳播模。
89.權(quán)利要求88的器件，其中第一反饋層和第二反饋層之間的間距等效于排除了由于反射而引起的相移的λ/2，其中λ是光在該單一的光傳播模中的波長。
90.權(quán)利要求1的器件，其中器件發(fā)射的光占用兩個(gè)或者更多個(gè)光傳播模。
91.權(quán)利要求90的器件，其中器件基片和封蓋中的一個(gè)或者兩個(gè)是透明的，并且用作該兩個(gè)反饋層之間的間隔層，該間隔層提供了在該層之間的適當(dāng)間距，用以產(chǎn)生所需的激光模間距和光譜位置。
92.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括基片，在其上安置有第一反饋層和第二反饋層。
93.權(quán)利要求92的器件，其中所述基片包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或者多個(gè)撓性材料、剛性材料、玻璃、金屬和半導(dǎo)體材料。
94.權(quán)利要求93的器件，其中所述撓性材料包括下列項(xiàng)中的一個(gè)或者多個(gè)聚對苯二甲酸乙二酯、(PET)、聚萘酸乙二酯(PEN)、雙酚A丙烯酸酯和其他工程聚合物。
95.權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括封蓋，其置于第一反饋層和第二反饋層中的至少一個(gè)上。
96.權(quán)利要求1的器件，其中折射率分布包括介于方波分布和正弦分布之間的分布。
97.權(quán)利要求1的器件，其中選擇第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)的光譜反射帶，以便于產(chǎn)生受激發(fā)射，該受激發(fā)射基本上既不與光譜激子帶重疊也不與發(fā)射層的光譜吸收帶重疊。
98.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)的反射帶在光譜上比發(fā)射層的發(fā)射帶窄。
99.權(quán)利要求4的器件，其中發(fā)射層包括無機(jī)半導(dǎo)體材料。
100.一種在用于發(fā)射光的器件中制造耦合到發(fā)射元件的反饋元件的方法，包括在基片上安置聚合物層；和將該聚合物暴露在光下，用以在該聚合物中記錄一個(gè)或者多個(gè)干涉圖形。
101.權(quán)利要求100的方法，進(jìn)一步包括使該聚合物交連。
102.一種制造反饋層的方法，包括在全息配置的鏡像光束和基準(zhǔn)光束中使用光掩膜連續(xù)地使全息圖形曝光在全息材料上，用以形成多個(gè)反射多個(gè)不同波長頻帶的光的區(qū)域。
103.一種制造反饋層的方法，包括在鏡像光束和基準(zhǔn)光束中的一個(gè)中使用單一的光掩膜連續(xù)地使全息圖形曝光在全息材料上，用以形成多個(gè)反射多個(gè)不同波長頻帶的光的區(qū)域，該全息材料具有所選的曝光輻射度閾值，使得單獨(dú)的未構(gòu)圖光束的能量不足以引起材料中折射率的變化。
104.一種制造反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件的方法，包括形成基片；形成第一反饋層；在該第一反饋層上形成第一電極；在該第一電極上形成發(fā)射層；在該發(fā)射層上形成第二電極；和在該第二電極上形成第二反饋層。
105.權(quán)利要求104的方法，其中通過在第一電極上形成可光學(xué)交連的材料層并且隨即將其暴露在光下使其交連，形成發(fā)射層。
106.權(quán)利要求7的器件，其中陰極包括透明的具有低功函數(shù)的材料。
107.權(quán)利要求7的器件，其中陰極包括朝向發(fā)射層安置的第一非常薄的金屬層和包括諸如氧化銦錫的透明傳導(dǎo)材料的第二較厚的層。
108.權(quán)利要求7的器件，其中陽極包括透明的具有高功函數(shù)的材料。
109.權(quán)利要求79的器件，其中第二反饋層是通過使用天線狀干涉條紋圖形全息地形成的，其中該天線狀干涉條紋圖形是通過干涉方式相對于第一反饋層是相鎖定或者相配準(zhǔn)的。
110.權(quán)利要求91的器件，其中在第一反饋層和第二反饋層之間制造透明隔離層，以提供第一反饋層和第二反饋層之間的所選間距，用以產(chǎn)生所選的激光模間距和光譜位置。
111.權(quán)利要求42的器件，進(jìn)一步包括置于第一反饋層和第二反饋層之間一個(gè)或者多個(gè)層，所述一個(gè)或者多個(gè)層形成有能夠使折射率交替變化繼續(xù)的結(jié)構(gòu)，其包括位于第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)中的光子晶體結(jié)構(gòu)。
112.權(quán)利要求111的器件，其中所述一個(gè)或者多個(gè)層包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或者多個(gè)電極、電荷載流子注入層，電荷載流子輸運(yùn)層、載流子阻擋層和發(fā)射層。
113.權(quán)利要求57的器件，進(jìn)一步包括置于第一反饋層和第二反饋層之間一個(gè)或者多個(gè)層，所述一個(gè)或者多個(gè)層形成有能夠使折射率交替變化繼續(xù)的結(jié)構(gòu)，其包括位于第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或者兩個(gè)中的光子晶體結(jié)構(gòu)。
114.權(quán)利要求113的器件，其中所述一個(gè)或者多個(gè)層包括下列項(xiàng)中的至少一個(gè)或者多個(gè)電極、電荷載流子注入層，電荷載流子輸運(yùn)層、載流子阻擋層和發(fā)射層。
115.權(quán)利要求42的器件，其中來自第一反饋層和第二反饋層的反饋光的程度足夠用于引發(fā)光激射行為。
116.權(quán)利要求57的器件，其中來自第一反饋層和第二反饋層的反饋光的程度足夠用于引發(fā)光激射行為。
117.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括第一裝置，用于反射光；第二裝置，用于反射光，第一裝置和第二裝置中的至少一個(gè)至少一個(gè)具有沿垂直于或者基本垂直于各自第一和/或第二裝置平面的軸線方向上至少部分周期性和連續(xù)變化的折射率分布；和第三裝置，用于至少作為接收由第一裝置和第二裝置中的至少一個(gè)所反射的光的結(jié)果來發(fā)射光。
118.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括全息圖層；反射體層；以及至少有發(fā)光材料，其置于該全息圖層和該反射體層之間。
119.權(quán)利要求112的器件，其中反射體層包括至少第二全息圖層。
120.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括光子晶體結(jié)構(gòu)層；反射體層；以及至少有發(fā)光材料，其置于該光子晶體結(jié)構(gòu)層和該反射體層之間。
121.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括第一反射體；第二反射體；以及至少有發(fā)光材料，其置于第一反射體層和第二反射體層之間，其中第一反射體和第二反射體組合以形成至少部分連續(xù)的光子晶體結(jié)構(gòu)。
122.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括第一反射體；第二反射體；并且至少有發(fā)光材料，其置于第一反射體層和第二反射體層之間，至少一個(gè)該發(fā)光材料在由該第一反射體和該第二反射體形成的連續(xù)光子晶體中包括有缺陷。
123.一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件，包括第一反饋層，其適于接收和反射光；第二反饋層，其適于接收和反射光，第一反饋層和第二反饋層中的至少一個(gè)具有沿垂直于或者基本垂直于各自反饋層平面的軸線方向上周期性和連續(xù)變化的折射率分布；和發(fā)射層，其置于該第一反饋層和該第二反饋層之間。
124.權(quán)利要求1的器件，其中第一反饋層和第二反饋層之間的距離是使得反饋層之間的空間包括腔，在該腔中具有一個(gè)或者多個(gè)所需波長的光發(fā)生相長干涉。
125.權(quán)利要求1的器件，其中由第一反饋層和第二反饋層中的一個(gè)或兩個(gè)所反射的光激發(fā)從發(fā)射層的光發(fā)射。
126.權(quán)利要求125的器件，其中光的受激發(fā)射導(dǎo)致由器件發(fā)射的光的基本平行。
127.權(quán)利要求125的器件，其中光的受激發(fā)射導(dǎo)致光激射行為。
全文摘要
公開了一種反饋增強(qiáng)型光發(fā)射器件。耦合到發(fā)射元件(806)的反饋元件(804、810)允許發(fā)射元件通過受激發(fā)射來發(fā)射平行光。提供該功能的反饋元件可以包括但不限于全息反射體，其具有至少部分周期性和連續(xù)變化的折射率。
文檔編號H01S5/183GK1666578SQ03815503
公開日2005年9月7日 申請日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月8日
發(fā)明者約翰·N·馬尼奧, 吉恩·C·科赫 申請人:澤奧勒克斯公司