專利名稱：發光器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括場致發光材料的發光器件。
背景技術：
半導體激光器有極其制造成小尺寸和同別的氣體激光器或固體激光器相比較激光振蕩器重量輕的優點。半導體激光器放置在各種場合中的實際使用作為通過在光集成電路中光互連的方法用于發送和接收信號的光源；用于在光盤、光存儲器等上記錄；用于有光導纖維的光通信作為光制導。半導體激光器的振蕩波長有藍色到紅外區的寬廣范圍。通常使用的半導體激光器的主振蕩波長是在紅外區域例如GaAs激光器(波長為0.84μm)、InAs激光器(波長為3.11μm)、InSb激光器(波長為5.2μm)、GaAlAs(波長為0.72到0.9μm)、或者InGaAsP(波長為1.0到1.7μm)。
在最近幾年中，對具有在可見光區域中振蕩波長的半導體激光器的實際應用方面的研究已有所加強。能產生激光器振蕩的激光振蕩器(有機半導體激光器)已引起注意，該激光振蕩器包括能通過對其施加電場而產生發光(場致發光或稱電致發光)的場致發光材料。這樣的有機半導體激光器能發射可見光波長，并能在低成本的玻璃基底上制成。因此，這樣的有機半導體激光器期望用于各種用途。
具有峰值波長λ在510nm處的有機半導體激光器是在未審查的專利出版物No.2000-156536(第11頁)中公開。
為了獲得來自有機半導體層的受激發射，需要把能形成粒子數反轉的強大能量(抽運能)提供給用作為激光器介質的場致發光層。具體地說，對陽極和陰極施加正向偏置電壓，向在陽極與陰極之間插入的場致發光層供給電流，這樣能提供抽運能。為了實際上產生激光振蕩，僅形成粒子數反轉是不夠的。需要在振蕩開始時提供給作為激光器介質的場致發光層所需的抽運能超過它的閾值，使受激發射超過諸如在諧振器中的吸收的全部內部損耗。
激光對于所提供能量(電學)的振蕩效率隨著在振蕩開始時需要的抽運能的減少而變高，因此，可減少功耗。所以，期望提供一種控制所提供的抽運能來改進激光振蕩效率的有機半導體激光器。特別是，對激光的高振蕩效率的需求在電力消耗與商業價值直接關聯的領域日趨增加。
發明內容
鑒于上述內容，本發明的目的是提供由激光振蕩器作為代表的發光器件，該發光器件由能改進激光器光的振蕩效率及減少功耗的場致發光材料形成。
發明者認為，通過讓用于反射受激發射的反射器形成曲率以抑制然光學諧振器中的衍射損耗，來減少在振蕩開始時所需抽運能的閾值。結果是有機半導體激光器的振蕩效率能相應地提高。
按照本發明的一個方面，發光器件由發光元件組成，它包括具有凹部分的第一電極；用作為激光器介質形成在所述第一電極上、與所述凹部分重疊的場致發光層；形成在所述場致發光層上、與所述凹部分重疊的第二電極；其中在所述場致發光層中產生的光是在所述第一電極與所述第二電極之間諧振，從所述第二電極作為激光發射；所述激光的光軸與所述第二電極相交；所述第一電極在所述凹部分處有曲面；所述曲面的曲率中心位于第二電極一側，即第一電極到曲率中心的距離大于第一電極到第二電極的距離。
第一電極或者第二電極中一個是陽極，另一個是陰極。所述場致發光層至少包括發光層。所述場致發光層可在發光層與陽極之間包括空穴注入層、空穴遷移層等；在發光層與陰極之間包括電子注入層，電子遷移層等。在這個例子中，包括發光層設置在陽極與陰極之間的所有層稱為場致發光層。無機化合物可包括在構成場致發光層的多層中。
在上述發光器件中，第一電極和第二電極是用作為用于諧振光的反射器。然而，本發明不限制此。例如，除了發光元件之外，可分開設置具有凹部分的反射器，以諧振用反射器和或者第一電極或者第二電極在場致發光層中產生的光。不是發光層的其它層例如空穴注入層、空穴遷移層、電子注入層、電子遷移層等能反射在發光層中產生的光，形成光學諧振器。
按照本發明在發光器件中包括的光學諧振器可以是或者兩個反射器中一個具有曲面和另一個具有平面的半球形諧振器，或者可以是兩個反射器都具有曲面的共焦的諧振器，同心的諧振器，或者球形的諧振器。按照本發明，為了抑制衍射損耗，穩定的諧振器可通過控制諧振器的曲率半徑r和長度L來形成。
與有機半導體激光器不同，包括單結晶半導體的半導體激光器，在制造用作為具有曲面的反射器的電極和作為在具有曲面的反射器上的激光器介質的活化區域方面是困難的。在形成激光器介質的活化區域之后，把分開形成具有曲面的反射器安裝到半導體激光器的場合，兩個反射器和活化區域的位置控制需在幾十nm速率級上進行，因此，制造過程變得復雜。然而，在有機半導體激光器的場合，與半導體激光器相比較，較容易使用作為反射器的電極形成具有曲面，和使發光元件形成在具有曲面的反射器上。因此，兩個反射器和活性區域的位置控制在幾十nm數量級上可由每個層的厚度比較容易地實現。
按照本發明，與包括單結晶半導體的半導體激光器不同，可使用發光元件比較容易地制造激光振蕩器，即具有兩個反射器的穩定的諧振器，任何一個反射器都可具有曲面。還有，用穩定的諧振器可提高振蕩效率，在低功耗下可獲得高亮度的激光。
在閱讀取下述詳細說明以及附圖后，本發明的這些和其他目的、特征和優點將變得更加顯而易見。
圖1A和1B分別是按照本發明一個方面的激光振蕩器的截面圖和上視圖；圖2是按照本發明的一個方面的激光振蕩器的截面圖；圖3是按照本發明的一個方面的激光振蕩器的截面圖；圖4是按照本發明的一個方面的激光振蕩器的截面圖；圖5A和5B是按照本發明的一個方面的激光振蕩器的截面圖；圖6是表示包括在按照本發明的一個方面的激光振蕩器中的發光元件的結構的圖；圖7A和7B分別是按照本發明的一個方面的激光振蕩器制造過程的上視圖和截面圖；圖8A和8B分別是按照本發明的一個方面的激光振蕩器的上視圖和截面圖；圖9是按照本發明的一個方面的激光振蕩器的截面圖；圖10A到10C是表示制造凹部分方法表示一實施例的圖；圖11A到11F是表示制造凹部分方法的一實施例的圖；圖12是表示制造凸部分方法的一實施例的圖；圖13A到13C是表示包括按照本發明的一個方面的激光振蕩器的激光指示器結構的圖；和圖14是表示包括在按照本發明的一個方面的激光振蕩器中的發光元件的結構的圖；具體實施方式
按照本發明的激光振蕩器的一種模式是參考圖1A和1B來說明的。圖1A是按照本發明的激光振蕩器的截面圖。圖1B是示于圖1A中按照本發明的激光振蕩器的上視圖。圖1A是沿A-A’線所取的圖1A的截面圖。如同在圖1A和1B中所示，按照本發明的激光振蕩器包括具有凹部分100的第一層101，和形成在第一層101上、復蓋凹部分100的第二層102。第二層102形成為可充填在凹部分100中的厚度。第一層101的折射率是低于第二層102的折射率。第二層102具有透光性。
圖1A表示第一層101和第二層102各由一層形成的例子。另一方面，這些層各都可由多層形成。在此例子中，在第一層101之中最接近于第二層102的層形成為，比在第二層102之中最接近于第一層101的層，有較低的折射率。
如同在圖1A和1B中所示，發光元件103形成在與凹部分100重疊的第二層102上。發光元件103包括兩個電極104、105和插入在這些電極104、105之間的場致發光層106。電極104或105的任何一個是陽極，另一個是陰極。圖1A和1B表示電極104用作為陽極，電極105用作為陰極。或者，電極104可用作為陰極，電極105可用作為陽極。當對這些電極104、105施加正向電壓向其供給電流時，場致發光層106能發出光。
在圖1A和1B中所示的激光振蕩器中，包括在發光元件103中的電極105和第個層101用作為反射器，由這些反射器形成光學諧振器。還有，第一層101在凹部分100處有曲面，曲率的中心位于發光元件103一側，即第一層101到曲率的中心的距離大于第一層101到發光元件103的距離。用作為反射器的電極105具有平面。因此，在圖1A和1B中所示的激光振蕩器具有半球形諧振器。在電極105與第一層101之間的場致發光層106中產生的光是由電極105和第一層101諧振，使激光產生振蕩。因此，激光是從電極105發出的。在光學諧振器中，振蕩光的光軸同電極105相交。
圖2表示在圖1A和1B中所示的激光振蕩器，其中正向電壓施加到電極104、105上。通過把電壓施加到電極104、105上，在場致發光層106中產生的光被諧振。光學諧振器是穩定的諧振器，其中距離L相當于在電極105與第一層101之間的諧振器長度，焦距f滿足f≥L/Z。因此，從電極105發射的激光器光的振蕩效率能予以改進。
如同這里使用的，術語“諧振器的長度”表示在振蕩的激光的光程平行方向中在兩個反射器之間最遠的距離。
圖1A和1B說明發光元件的電極用來作為具有平面的反射器。然而，本發明是不限制于此。除電極之外，具有平面的薄膜可用作為反射器。
圖1A、1B和圖2說明在具有發光元件的任一電極和具有分開形成的凹部分的反射器之間光被諧振。然而，本發明不限制于此。凹部分可設置在發光元件的電極上，以便在該電極與另一個電極之間使光諧振。參考圖3說明按照本發明的激光振蕩器的一種形式，其中光在發光元件的兩個電極之間諧振。
圖3是按照本發明的激光振蕩器的截面圖。如圖3所示，按照本發明的激光振蕩器包括具有凹部分200的第一層201，形成在第一層201上、同凹部分200重疊的發光元件202。還有，發光元件202包括在第一層201的凹部分上形成的電極203，在該電極203上形成的場致發光層204，在該場致發光層204上形成、同電極203重疊的電極205。電極203在第一層201的凹部分200處有曲面。曲率的中心位于電極205一側，即電極203到曲率的中心的距離大于電極203到電極205的距離。
圖3表示第一層201由一層形成的。可選地，第一層201可由多層形成的。
如圖3所示，把在電極205的側面處場致發光層204的表面平面化，形成在平面化的場致發光層204上的電極205具有平面。因此，每個可用作為反射器的電極203或者205，其中一個具有曲面，另一個具有平面。因此，在圖3中表示的激光振蕩器有半球形諧振器，如同用圖1A和1B的情況。在圖3中所示激光振蕩器的光學諧振器是穩定的諧振器，其中距離L相當于在電極203與205之間諧振器的長度，焦點的距離f滿足f≥L/Z。按照前述的結構，從電極205發射的激光器光的振蕩效率能予以改進。
電極203或者205，其中一個是陽極，另一個是陰極。圖3表示電極203用作為陽極，電極205用作為陰極。可選地，電極203能用作為陰極，電極205能用作為陽極。當通過把正向電壓施加到電極203、205上，把電流供給場致發光層204時，在場致發光層204中能產生光。
圖3表示場致發光層204是由包括發光層的多層形成的。可選地，場致發光層204可僅包括發光層。場致發光層204的任何層包括可用自旋涂層形成薄膜的高分子場致發光材料，其后，場致發光層204可容易地平面化。在場致發光層204是由多層形成的場合，設置在電極203與發光層之間的層表面被平面化。例如，在具有凹部分的第一層201上形成陽極的場合，由諸如PEDOT的高分子場致發光材料可形成具有平面化的表面的穴注入層或者空穴遷移層。還有，在具有凹部分的第一層上形成陰極的場合，形成具有平面化表面的電子注入層或者電子遷移層。
然后，通過用作為反射器的電極203、205，在場致發光層204中產生的光被諧振，使激光從電極205發射。激光的光軸同電極205相交。
圖3表示由在有凹部分200的第一層201上形成電極203，曲面提供到電極203。然而，本發明是不限制于此。有曲面的凹部分能直接提供到電極203代替在有凹部分的層上形成電極203。
圖3表示發光元件的電極用來作為具有平面的反射器。然而，本發明不限制于此，除了電極之外，具有平面的薄膜可用作為反射器。
按照本發明的激光振蕩器的諧振器不限于半球形的諧振器。諧振器可以是兩個反射器有曲面的共焦的、同心的或者半球形的諧振器。參考圖4說明具有的共焦的諧振器的按照本發明的激光振蕩器的一種形式。
圖4是按照本發明的激光振蕩器的截面圖。如圖4所示，按照本發明的激光振蕩器包括具有凹部分500的第一層501，形成在第一層上、復蓋凹部分500的第二層502。形成的第二層502具有可充填在凹部分500中的厚度。第一層501的折射率低于第二層502的折射率。第二層502具有透光性。
圖4表示第一層501和第二層502的每層由一層形成的例子。可選地，這些層中每層可由多層形成。在此例中，在第一層501中最接近于第二層502的層，比在第二層502中最接近于第一層501的層具有更低的折射率。
如圖4所示，發光元件503形成在第二層502上，同凹部分500重疊。發光元件503包括兩個電極504、505，在這些電極504、505之間插入場致發光層506。電極504或者505中一個是陽極，另一個是陰極。圖4表示電極504用作為陽極，電極505用作為陰極。可選地，電極504可用作為陰極，和電極505可用作為陽極。當通過把正向電壓施加到這些電極504、505上，向場致發光層供給電流時，場致發光層506能發出光。
如圖4所示，形成第三層507以復蓋發光元件503。第三層507具有透光性和具有同發光元件503重疊的凸部分508。還有，用作為反射器的反射膜509形成在第三層507上，以復蓋凸部分508。用比第三層507具有更低的折射率的材料形成反射膜509。
圖4表示用一層形成第三層507和反射膜509中每層的例子。可選地，這些層各層可由多層形成。在此例中，形成在第三層507中最接近于反射膜509的層，比反射膜509中最接近于第三層507的層具有更高的折射率。
在圖4中所示的激光振蕩器中，第一層501和反射膜509用作為反射器，由這些反射器形成光學諧振器。還有，第一層501在凹部分500具有曲面，曲率的中心位于發光元件503一側，即第一層501到曲率的中心的距離大于第一層501到發光元件503的距離。反射膜509具有同第三層507的凸部分508重疊的曲面。曲面的曲率中心位于發光元件503一側，即第三層507到曲率的中心的距離大于第三層507到發光元件503的距離。還有，在圖4中所示的激光振蕩器具有共焦的諧振器。此外，令相當于第一層501與反射膜509之間的諧振器長度的距離為L，令第一層501的曲率半徑為r1，令反射膜509的曲率半徑為r2，則滿足L＝(r1+r2)/2。
當兩個反射器的曲率半徑r1，r2和諧振器的長度L是完全相互相等時，可使衍射損耗最小化。當曲率半徑r1和r2是相互不同時，諧振器的長度L具有在曲率半徑r1與r2之間的中間值，衍射損耗變成非常大。因此，可提供近共焦的諧振器，其中，兩個反射器設置成從共焦點的位置偏離僅大于制造凹部分過程期間估算的曲率半徑的誤差范圍的距離。
按照本發明的激光振蕩器的諧振器不限制于共焦的諧振器。諧振器可以是同心的諧振器或者球形諧振器。在形成同心的諧振器的場合，形成的諧振器滿足L＝r1+r2。在形成球形的諧振器的場合，形成的諧振器滿足r1＝r2＝L/Z。
第一層501與反射膜509之間的場致發光層506中產生的光，通過第一層501和反射膜509被諧振，從反射膜作為激光發出。在光學諧振器中，振蕩激光的光軸同反射膜509相交。
在圖4中所示的光學諧振器是穩定的諧振器。因此，諧振器長度L、曲率半徑r1和曲率半徑r2滿足下述公式
0≤{1-(L/r1)}×{1-(L/r2)}≤1另外，焦距f相當于曲率半徑r的一半。按照前述的結構，從電極505發射的激光的振蕩效率能予以改進。
按照本發明包括激光振蕩器的發光元件的半球形光學諧振器可設置用作為光學系統的凸部分，用于在發光元件上折射和轉換激光器光。參考圖5A和5B說明按照本發明具有凸部分用作為的光學系統的激光振蕩器的一種形式。
按照本發明，圖5A是激光振蕩器的截面圖。如圖5A所示，按照本發明激光振蕩器包括具有凹部分300的第一層301，形成在第一層301上、復蓋凹部分300的第二層302。形成的第二層302具有可充填在凹部分300中的厚度。第一層301的折射率是低于第二層302的折射率。第二層302具有透光性。
圖5A表示第一層301和第二層302中每層用一層形成的。可選地，第一層301和第二層302可由多層形成。在此例中，在第一層301中的最接于第二層302的層，比在第二層302中的最接近于第一層301的層具有更低的折射率。
如圖5A所示，在平面化的第二層302上形成同凹部分300重疊的發光元件303。還有，形成第三層304，以復蓋發光元件303。發光元件303包括兩個電極305、306，和在這些電極305、306之間插入場致發光層307。電極305或者306中，一個是陽極，另一個是陰極。圖5A表示電極305用作為陽極，電極306用作為陰極。可選地，電極305可用作為陰極，電極306可用作為陽極。當通過把正向電壓施加到這些電極305、306上，向場致發光層供給電流時，場致發光層307能發射光。
第三層304具有透光性和具用同發光元件303重疊的凹部分308。
第一層301在凹部分300具有曲面。曲面曲率中心位于發光元件303一側，即第一層301到曲率的中心的距離大于第一層301到發光元件303的距離。第三層304在凸部分308具有曲面。曲面的曲率中心位于發光元件303一側，即第三層304到曲率的中心的距離大于第三層304到發光元件303的距離。
圖5A表示第三層304由一層形成。可選地，第三層304可由多層構成。
在圖5A中所示的激光振蕩器，發光元件303的電極306和用作為反射器的第一層301，由該二個反射器形成光學諧振器。還有，第一層301在凹部分300具有曲面。曲面的曲率中心位于第一層301上面的發光元件303的一側。因為用作為反射器的電極306具有平面，在圖5A中所示的激光振蕩器包括半球形的諧振器。在電極306和第一層301之間的場致發光層307中產生的光通過電極306和第一層301被諧振，從電極306作為激光發射。在光學諧振器中，振蕩激光的光軸同電極305相交。
圖5B表示正向電壓施加到在圖5A中所示的激光振蕩器中的電極305、306上。通過將電壓施加到電極305、306，在場致發光層307中產生的光被諧振。光學諧振器是穩定的諧振器。在電極305與第一層301之間的距離L相當于諧振器的長度，焦距f滿足f≥L/Z。按照前述的結構，從電極305發射的激光的振蕩效率能予以改進。
還有，振蕩激光以某角度散射。激光由凸部分折射和轉換，因此，發散角得到控制。所以，能改進激光器光的指向性。另外，為了控制發散角，凸部分308的焦距能根據激光器光發射到凸部分308的發散角而進行光學上設計。與光學系統是分開提供的激光振蕩器不同，因為一部分層用作為光學系統，在圖5中所示的激光振蕩器抗物理震動性能有所改進。
在形成第三層304之后，用如同在圖12中所示的釋放液滴的方法，能形成凸部分308。
圖5表示在發光元件的兩個電極中任一電極和分開設置的具有凹部分的反射器之間光被諧振。然而，本發明不限制于此。如圖3所示，可在發光元件的電極設置凹部分，使光在兩個電極之間諧振。
圖5表示發光元件的電極用來作為具有平面的反射器，然而，本發明不限制于此。除了電極之外，具有平面的膜可用作為反射器。
在圖1到5中所示的激光振蕩器，通過發光元件的兩個電極或者分開設置的反射器使光諧振。然而，本發明不限制于此。在場致發光層中包括的層除了發光層之外，例如，空穴注入層，空穴遷移層，電子注入層，電子遷移層等可形成為具有作為光學諧振器的曲面，以反射在發光層中產生的光。
例子1用例子1說明用于按照本發明的激光振蕩器中的發光器件結構。
圖6表示在本發明中使用的發光元件的器件配置的一種形式。在圖6中所示的發光元件包括在陽極401與陰極407之間場致發光層408。由在陽極上順序地堆積空穴注入層402、空穴遷移層403、發光層404、電子遷移層405和電子注入層406來形成場致發光層408。
用于按照本發明的激光振蕩器中的發光元件可至少包括在場致發光層之內的發光層。可適當使用具有發光以外性能的層(空穴注入層、空穴遷移層、電子遷移層和電子注入層)。雖然不限于這里列舉的材料，上述各層可由下述材料形成。
作為陽極401，最好使用有大功函數(work function)的導電材料。在光通過陽極401的場合，用于陽極401是具有高透光性的材料。在此例中，使用諸如能使用銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、包含硅的銦錫氧化物(ITSO)的透明的導電材料。例如，可使用在TiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr、Ag等之中的一個或者多個元素形成的單層；氮化鈦和包括鋁作為它的主成分的薄膜組成的疊層；氮化鈦薄膜、包括鋁作為它的主成分的薄膜和氮化鈦膜等組成的三層疊層。可選地，把能反射光的材料和前述的透明導電材料堆積形成的疊層，可用作為陽極401。
作為用于空穴注入層402的空穴注入材料，最好使用有比較小電離電勢和小的可見光吸收性質的材料。這樣的材料大致可分成金屬氧化物、低分子有機化合物和高分子有機化合物。金屬氧化物可使用氧化釩、氧化鉬、氧化釕、氧化鋁等。低分子有機化合物可以使用諸如m-MTDATA為代表的星爆式胺(star-burst amine)；以銅酞花青(縮寫為Cu-Pc)為代表的金屬酞花青；酞花青(縮寫為H2-PC)；2，3-二氧次乙基噻吩衍生物等。由低分子有機化合物和金屬氧化物的共蒸發可形成空穴注入層402。高分子有機化合物可使用諸如聚苯胺(縮寫為PAni)；聚乙烯咔唑(縮寫為PVK)；聚噻吩衍生物等。能使用聚乙烯二氧噻吩(縮寫為PEDOT)，它是聚噻吩衍生物的一種，用聚苯乙烯磺酸鹽(縮寫為PSS)摻雜。
作為用于空穴遷移層403的空穴遷移材料，可使用具有優良的空穴遷移性質和低結晶度的已知材料。最好使用芳族胺(即，有苯環一氮鍵的)基化合物。例如，4，4-雙[N-(3-甲基苯基)-N-苯基胺基]-聯苯(縮寫為TPD)和其衍生物諸如4，4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-聯苯(縮寫為a-NPB)是廣泛使用的。還使用的是星爆式芳族胺化合物例如4，4’，4”-三(N，N-二苯基氨基)-三苯胺(縮寫為TDATA)，和MTDATA。可選地，能使用4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯胺(縮寫為TCTA)。作為高分子材料，能使用有優良的空穴遷移性質的聚(乙烯基咔唑)。還有，能使用無機物質諸如MoO3。
已知材料可用于發光層404。例如，金屬絡合物諸如三(8-喹啉酸)鋁(縮寫為Alq3)，三(4-甲基-8-喹啉酸)鋁(縮寫為Almq3)，雙(10-羥基苯并[η]-喹啉酸)鈹(縮寫為BeBq2)，雙(2-甲基-8-喹啉酸)-(4-羥基-聯苯基)-鋁(縮寫為BAlq)，雙[2-(2-羥基苯基)-苯并惡唑酸]鋅(縮寫為An(BOX)2)，或者雙[2-(2-羥基苯基)-苯并噻唑酸]鋅(縮寫為An(BTZ)2)都能使用。各種熒光染料(香豆素衍生物、喹吖酮衍生物、紅熒烯(rubrene)，4，4-二氰基乙烯，1-吡降衍生物，芪衍生物，各種縮合芳族物等)都能使用。磷光性的材料能使用，諸如鉑八乙基卟啉絡合物，三(苯基吡啶)銥絡合物，或者三(芐叉丙酮酯)菲銪絡合物。特別地，磷光性材料比熒光材料有較長的激發壽命，因此，磷光性材料能容易使粒子數反轉(對激光振蕩不可缺少的)即，在基態的發子數目是大于在受激態的。前述材料能用作為單層膜或者摻雜劑。
作為用于發光層404的基質材料，可使用前述例子為代表的空穴遷移材料或者電子遷移材料。雙極性材料能使用諸如4，4’-N，N’-二咔唑基聯苯基(縮寫為CBP)。
作為用于電子遷移層405的電子遷移材料，可使用由具有喹啉構架或者苯并喹啉構架的以Alq3作為代表的金屬絡合物或者混合配體絡合物。特別地，可例舉金屬絡合物諸如Almq3、Almq3、Bebq2、BAlq、Zn(BOX)2或者An(BTZ)2。可選地，可使用氧雜吡唑衍生物，諸如2-(4-聯苯)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-氧雜吡唑(縮寫為PBD)，或者1，3-雙[5-(對-叔-丁基苯基)-1，3，4-氧雜吡唑-2-基]苯(縮寫為OXD-7)；或者三唑衍生物諸如3-(4-叔-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-聯苯基)-1，2，4-三唑(縮寫為TAZ)，或者3-(4-叔-丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-聯苯基)-1，2，4-三唑(縮寫為P-EtTAZ)；咪唑衍生物諸如TPBI；紅菲繞啉(縮寫為Bphen)；浴銅靈(bathocuptoin)(縮寫為BCP)等。
作為用于電子注入層的電子注入材料，可使用前述電子遷移材料。可選地，經常使用堿金屬鹵化物，例如LiF或者CsF，堿土金屬鹵化物，例如CaF2，或者超薄膜絕緣體，例如，諸如LiO2的堿金屬氧化物。可選地，可有效地使用堿金屬絡合物，例如鋰乙酰丙酮酯(縮寫為Li(acac))或者8-喹啉酯鋰(縮寫為Liq)。
對于陰極407，可使用具有小功函數的金屬，合金，導電化合物，或者上述混合物。具體地說，可使用堿金屬，例如Li或者Cs；堿土金屬，例如Mg、Ca、Sr；包括上述元素的合金(MgAg，AlLi等)；或者稀土金屬，例如Yb或者Er。在使用諸如LiF，CsF，CaF2，Li2O等電子注入層場合，可使用普通導電薄膜例如鋁。在光通過陰極407的場合，由包括諸如Li或者Cs的堿金屬和諸如Mg、Ca、Sr的堿土金屬的超薄膜；和透明的導電層(ITO，IZO，ZnO等)的疊層形成陰極407。可選地，由把堿金屬或者堿土金屬和電子遷移材料共蒸發形成的電子注入層；和透明的導電膜(ITO，IZO，ZnO等)的疊層可形成陰極407。
光學諧振器是由兩個反射器形成的，任一反射器形成具有盡量高的反射率和另一反射器形成具有一定的透光性。因此，激光能從具有高透光性的反射器發射。例如，在陽極401和陰極407用作為反射器發射激光的場合，選擇具有透射比約為5到70％的厚度的材料來形成這些電極。可選地，在分開形成反射器的場合，由光可通過陽極401或者陰極407的材料形成反射器。
反射器的間隔(諧振器的長度)是發生諧振的半波長λ的整數倍。發光元件的疊層配置設計成，使由反射器反射的光和新產生的光相位是相一致。
按照本發明的上述發光元件不限制于把每層疊層的方法。如果通過疊層能形成發光元件的話，可利用任何方法，例如真空汽相淀積，自旋涂復，噴墨，或者浸漬涂復。
例2用例子2說明包括多個發光元件的按照本發明的激光振蕩器的一種形式。
圖7A是在制造發光元件的陽極時，按照例子2激光振蕩器的頂視圖。圖7B是沿著圖7A的A-A’線所取的截面圖。在按照例子2的激光振蕩器，陽極604形成在具有多個凹面600的第一層601上，同多個凹面600中每個重疊。陽極604由反射光的材料來形成，用作為反射器。
在例子2中，陽極604用來作反射器。然而，例子2不限制于此。用作為反射器的反射膜可形成在凹部分上，具有透光性的陽極可形成在反射膜上。
圖8A是在發光元件完全制成時，按照例子2的激光振蕩器的頂視圖。圖8B是沿圖8A的線A-A’所取的截面圖。如同在圖8A和8B中所示，對應于紅(R)、綠(G)和藍(B)的三色的場致發光層605a到605c形成在陽極604上，同多個凹面600重疊。在圖8A中分別地形成場致發光層605a到605c。可選地，場致發光層605a到605c能以相互部分地重疊的方式形成。在場致發光層605a到605c上形成陰極606，同多個凹面600重疊。
按照例子2，任意陰極606部分地同全部陽極604中每個重疊。重疊部分用作為發光元件607。每個發光元件607位于在每個凹面600上。形成的陰極具有約5到70％的透射比，使在場致發光層605a到605c中產生的光在每個都作為反射器的陽極604與陰極606之間諧振，從陰極606被發射。和無源矩陣發光器件相同，通過控制施加到陽極604了陰極606上的電壓，按照例子2的激光振蕩器可從所選擇的發光元件607發射激光。
在例子2中，與陰極606相比，凹部分600形成于更接近陽極604處。可選地，與陽極604相比，凹部分600形成于更接近于陰極606處。在此例中，激光是從陽極604發射的。
按照例子2的激光振蕩器的諧振器是半球形的諧振器，其中兩個反射器，一個具有曲面，另一個具有平面。可選地，諧振器可以是兩個反射器都具有曲面的共焦的、同心的或者球形的。在使用半球形的諧振器的場合，可設置通過折射激光器光來改進激光器光的指向性的凸部分，以便同發光元件重疊。
在例子2中提供的是各層對應于R、G和B的場致發光層。在單色顏色顯示圖象的場合，僅需要單個場致發光層。此外，根據本例的激光振蕩器可用作為顯示器。而且，根據本例的激光振蕩器，通過對每個發光元件提供驅動元件可用作為有源矩陣顯示裝置。裝備激光振蕩器的顯示器包括利用激光振蕩器作為背景光等的投影裝置、LCD(液晶顯示器)。具體地說，在FS-LCD(場序LCD)的場合，可使用本例所示的具有與紅、綠和蘭每種顏色相對應的場致發光層的發光元件。作為FS-LCD的一個例子，美國專利的所有揭示內容通過引用包括在此。
例子3例子3說明在圖9中所示的在第一層與第二層之間形成能反射光的反射膜的激光振蕩器的一種形式。
圖9是按照例子3的激光振蕩器的截面圖。在如圖9所示的按照例子3在激光振蕩器中，在具有凹部分800的第一層801上形成反射膜802。通過汽相淀積法用能反射光的材料形成反射膜802。作為用于反射膜802的材料，可使用包括諸如Al、Ag、Ti、W、Pt或者Cr中一種或者多種金屬元素的材料。用于反射膜的材料不限制于前述的材料。能使用只要能反射光的任何材料。例如，通過疊層多層絕緣膜可形成反射膜，其中每層具有不同的折射率，諸如氧化硅膜，氮化硅膜，氧化鈦膜等。
形成第二層803以復蓋反射膜802。第二層具有透光性和具有能充填在凹部分800中的厚度。與圖1不同，第一層801的折射率不必總是低于第二層803的折射率，因為發射的激光在按照例子3的激光振蕩器中由反射膜802來反射的。還有，第一層801和第二層803中每層由圖9中的單層形成的，但是每層可由多層形成。
在第二層803上形成發光元件804，同凹部分800重疊。發光元件804包括二個電極805和806，插入在二個電極805和806之間的場致發光層807。電極805或者806中，一個是陽極，另一個是陰極。圖9表示電極805用作為陽極和電極806用作為陰極。可選地，電極805可用作為陰極和電極806可用作為陽極。通過把正向偏置電壓施加到電極805和806上，向場致發光層807供給電流，場致發光層807能發射光。
第一層801就有曲面的凹部分800。曲面的曲率中心位于發光元件804-側，即反射膜802到曲率中心的距離大于反射膜到發光元件804的距離。
在圖9中所示的激光振蕩器設置光學諧振器，由反射膜802和包括在發光元件804中的電極806構成。從場致發光層807發射的光是由反射膜802和電極806被諧振而以激光被發射。在光學諧振器中，振蕩激光的光軸同電極806相交。
例子4例子4說明制造反射激光的凹部分的方法。如圖10A所示，形成以后設置凹部分的第一層901。第一層901可以是玻璃基底、石英基底或者塑料基底；或者樹脂膜，或者絕緣膜，其中每種膜沉積在前述的基底上。然后，在第一層901上形成具有開口部分902的掩模903。
如圖10B所示，在掩模903的開口部分902處濕蝕刻第一層901。通過使用根據第一層901的材料而適當選擇的蝕刻劑來實現濕蝕刻。例如，在玻璃用作為第一層901的場合，氫氟酸用作為蝕刻劑。通過各向異性的濕蝕刻，在第一層901處形成具有曲面的凹部分904。
如圖10C所示，在具有凹部分904的第一層901上形成第二層905。由具有透光性和具有能充填在凹部分904中的厚度的材料來形成第二層905。用具有比第一層901更高的折射率的材料形成第二層905，例如，遷移金屬氧化物、氮化物等能用于第一層901是玻璃的場合。
雖然在例子4中在第一層901上形成第二層905，但是，能反射激光的反射膜可在第一層901和第二層905之間形成。在此例中，第二層905僅須具有透光性，而不需用比第一層901具有較高的折射率的材料來形成。
在本發明中，用于制造第一層的方法不限于在例子4中說明的方法。
例子5例子5說明在第二層形成凸部分以在第一層形成凹部分的方法。
如圖11A所示，在以后具有凸部分的第二層1001上，形成加熱能熔化的樹脂1002，樹脂1002加圖樣成島狀。第二層1001可以是玻璃基底，石英基底，塑料基底等。
如圖11B所示，加圖樣成島狀的樹脂1002通過加熱而熔化，使它的邊緣部分具有曲面。通過熔化樹脂1002，形成具有曲面的樹脂1003。
如圖11C所示，通過使用樹脂1003作為掩模而干蝕刻第二層1001。通過使用根據第二層1001的材料而適當選擇的蝕刻氣體來實現干蝕刻。例如，在第二層1001是玻璃的場合，可使用諸如CF4，CHF3，Cl2等的氟氣或者氯氣。如圖11C所示，通過干蝕刻，樹脂1003一起被蝕刻。最后，如圖11D所示，根據具有曲面的樹脂1003的形狀，凸部分1004可設置在第二層1001處。
如圖11E所示，能反射激光的反射膜1005形成在第二層1001的凸部分1004上。然后，如圖11F所示，把用作為第一層的粘合劑1006涂敷在反射膜1005上，同基底1007相粘貼。按照前述的結構，用作為第一層的粘合劑1006處可形成凹部分。
在例子5中，為了反射激光形成反射膜1005。然而，通過利用在第二層1001與用作為第一層的粘合劑1006之間的折射率的差異，反射激光。在此例中，粘合劑1006的折射率制成低于第二層1001的折射率。
例子6例子6說明按照本發明的包括激光器振蕩的電氣用具的一種形式。
圖13A是包括按照本發明的激光振蕩器的激光指示器的外形圖。按照本發明，標號1201表示激光指示器的主體，標號1202表示設置在激光振蕩器的組件(package)。主體1201的內部配有電池等，用于將電流供給安裝在激光振蕩器中的組件1202。標號1203表示控制電源應用的開關。
圖13B是組件1202的放大圖。按照本發明，組件1202的外殼1204設有激光振蕩器1205，以遮擋激光的不需要的輻射。外殼1204的一部分設有透光性的窗1207，以發射來自激光振蕩器1205的激光。激光振蕩器1205可經由導線1206從安裝在主體1201內部的電池得到供電。
圖13C是激光振蕩器1205的放大圖。激光振蕩器1205包括具有凹部分的第一層1215，在第一層1215上形成的可充填在凹部分中的第二層1208，和在第二層1208上形成的發光元件1209。發光層1209包括兩個電極1210、1211，和插入在兩個電極1210、1211之間的場致發光層1212。兩個電極1210、1211用導線1214連接到引線1206。標號1213對應于用于密封場致發光層1212的樹脂。樹脂能防止場致發光層1212由于潮濕、氧氣等而造成性能惡化。
經由導線1206將正向電壓施加到電極1210、1211，向場致發光層1212供給電流時產生光。然后，在場致發光層1212中產生的光在電極1211與第一層1215之間諧振，然而從電極1211發出的激光器光，如虛線箭頭所示。
例子6中解釋具有在圖1中說明的結構的激光振蕩器，然而，例子6不限于這里列舉的結構。例如，激光振蕩器可具有如在圖3、4和5中所示的另一種結構。可選地，可使用包括以無源矩陣形式的多個發光元件的激光振蕩器。
例子7例子7中解釋用于按照本發明的激光振蕩器中的發光元件的結構。
圖14表示按照本發明的發光元件的器件構造的一種形式。在圖14中所示的發光元件包括陽極1301，陰極1302，插入在該成對電極之間的場致發光層1303、1304。還有，在圖14中所示的發光元件包括電荷產生層1305，即浮動的電極不連接到在兩個場致發光層1303、1304之間的外部電路。通過在陽極1301上順序地堆積空穴注入層1306、空穴遷移層1307、發光層1308、電子遷移層1309和電子注入層1310，形成場致發光層1303。還有，在電荷產生層1305上順序地堆積空穴注入層1315、空穴遷移層1311、發光層1312、電子遷移層1313和電子注入層1314來形成場致發光層1304。
用于按照本發明的激光振蕩器的發光元件，在每個場致發光層中可至少包括一發光層。具有不同于發光性能的層(空穴注入層、空穴遷移層、電子遷移層和電子注入層)可適當地同發光層一起使用。在例子1中列舉了可用于前述每個層的材料。注意可在本發明中使用的材料不限于在例子1中敘述的。
當正向電壓施加到在圖14中所示的發光元件的陽極1301和陰極1302時，電子和空穴分別被注入到場致發光層1303、1304。然后，在每個場致發光層1303、1304中進行載流子的再結合來發射光。因此，在陽極1301與陰極1302之間的距離為恒定的場合，所獲得的光發射能量比當發光元件僅包括一個場致發光層時在相同數量電流時獲得的光發射能量來得高。因此，能改進激光的振蕩效率。
用能發送光的材料來形成電荷產生層1305。例如，能使用ITO、V2O5的混合物，和芳基胺衍生物；MoO3和芳基胺衍生物的混合物；V2O5和F4TCNQ(四氟四硫富瓦烯)混合物等。
在陽極1301和陰極1302用作為反射器的場合，用所選擇的具有某個厚度的材料來形成這些電極，使這些電極中一個電極的反射率變得盡可能高些，另一個電極的透射比變成約為5到70％。在反射器是分開形成的場合，選擇可使光透過陽極1301或者陰極1302的材料。還有，在反射器之間的距離是用于產生諧振的半波長λ的整數倍。把發光元件的疊層結構設計成使由反射器反射的光和新產生的光相位相互一致。
雖然本發明借助于例子和參考附圖來充分地敘述，應理解成各種變形和改型對在本技術領域中這些熟練技術人員是顯而易見的。因此，除非用其它方式的改型和變型脫離此后敘述的本發明的范圍，它們們應該解釋為包括在此。
權利要求
1.一種發光器件，其特征在于，所述器件包括具有凹部分的第一電極；在所述第一電極上形成的復蓋所述凹部分的場致發光層；在所述場致發光層上形成的同所述凹部分重疊的第二電極，所述第一電極在所述凹部分處具有曲面，所述曲面的曲率中心位于所述第一電極上的所述場致發光層，所述第二電極具有平面，以及在所述場致發光層中產生的光在所述第一層與所述第二電極之間諧振，從所述第二電極作為激光發射。
2.根據權利要求1所述的發光器件，其特征在于，所述發光器件包括在激光指示器、投影裝置和液晶顯示裝置中一個裝置中。
3.一種發光器件，其特征在于，包括具有凹部分的第一電極；在所述第一電極上形成的復蓋所述凹部分的場致發光層；在所述場致發光層上形成的同所述凹部分重疊的第二電極，所述第一電極在所述凹部分處具有曲面，所述曲面的曲率中心位于所述第一電極上的所述場致發光層，所述場致發光層至少包括發光層和在所述第一電極與所述發光層之間形成的空穴注入層，所述第二電極具有平面，以及在所述場致發光層中產生的光在所述第一層與所述第二電極之間諧振，從所述第二電極作為激光發射。
4.根據權利要求3所述的發光器件，其特征在于，所述空穴注入層包括高分子有機化合物。
5.根據權利要求4所述的發光器件，其特征在于，所述高分子有機化合物是PEDOT。
6.根據權利要求4所述的發光器件，其特征在于，所述高分子有機化合物用自旋涂復法形成。
7.根據權利要求3所述的發光器件，其特征在于，所述發光器件包括在激光指示器、投影裝置和液晶顯示裝置中一個裝置中。
8.一種發光器件，其特征在于，包括具有凹部分的第一電極；在所述第一電極上形成的復蓋所述凹部分的場致發光層；在所述場致發光層上形成的同所述凹部分重疊的第二電極，所述發光元件包括在所述第二層上形成的第一電極，在所述第一電極上形成的場致發光層，和在所述場致發光層上形成的第二電極，所述第一層在所述凹部分具有曲面，所述曲面的曲率中心位于所述第一層上所述場致發光層，所述第一層的折射率是低于所述第二層的折射率，以及在所述場致發光層中產生的光在所述第一層與所述第二電極之間諧振，從所述第二電極作為激光發射。
9.根據權利要求8所述的發光器件，其特征在于，所述第一層是玻璃基底、石英基底、塑料基底、在所述基底上沉積的樹脂膜、或者在所述基底上沉積的絕緣膜。
10.根據權利要求8所述的發光器件，其特征在于，所述第二層包括具有透光性的材料。
11.根據權利要求8所述的發光器件，其特征在于，所述反射膜形成在第一層的所述凹部分上和所述反射層包括含有諸如Al、Ag、Ti、W、Pt和Cr一個或者多個金屬元素的材料。
12.根據權利要求8所述的發光器件，其特征在于，所述發光器件包括在激光指示器、投影裝置和液晶顯示裝置中一個裝置中。
13.一種發光器件，其特征在于，包括具有凹部分的第一電極；在所述第一電極上形成的復蓋所述凹部分的場致發光層；在所述場致發光層上形成的同所述凹部分重疊的第二電極，在所述第二電極上形成的具有凸部分的第一層；形成的復蓋具有所述凸部分的層的第二層；所述第一電極在所述凹部分處具有曲面，所述第二層在所述凸部分處具有曲面；所述第一電極的曲面的曲率中心位于所述第一電極上的所述場致發光層，所述第二個電極的曲面的曲率中心位于所述第二層上面的所述場致發光層，所述第一層的折射率是低于所述第二層的折射率，以及在所述場致發光層中產生的光在所述第一電極與所述第二層之間諧振，從所述第二電極作為激光發射。
14.根據權利要求13所述的發光器件，其特征在于，所述發光器件包括在激光指示器、投影裝置和液晶顯示裝置中一個裝置中。
15.一種發光器件，其特征在于，包括具有凹部分的第一層；在所述第一層上形成的復蓋凹部分的第二層；在所述第二層上形成的同凹部分重疊的發光元件；在所述發光元件上形成的具有凸部分的第三層；形成的復蓋具有所述凸部分的層的第四層；所述發光元件包括在第二層上形成的第一電極，在所述第一電極上形成的場致發光層，和在所述場致發光層上形成的第二電極，所述第一層在所述凹部分處具有曲面，所述第一層在所述凹部分處具有曲面，所述第四層在所述凸部分處具有曲面，所述第一層的曲面的曲率中心位于所述第一層上的所述場致發光層，所述第四層的曲面的曲率中心位于所述第三層上的所述場致發光層，所述第一層的折射率是低于第二層的折射率，所述第三層的折射率是低于第四層的折射率，在所述場致發光層中產生的光是在所述第一層與所述第四層之間諧振，從所述第四層作為激光發射。
16.根據權利要求15所述的發光器件，其特征在于，所述第一層是玻璃基底、石英基底、塑料基底、在所述基底上沉積的樹脂膜、或者在所述基底上沉積的絕緣膜。
17.根據權利要求15所述的發光器件，其特征在于，所述第二層包括具有透光性的材料。
18.根據權利要求15所述的發光器件，其特征在于，所述反射膜形成在第一層的凹部分上，和所述反射層包括含有諸如Al、Ag、Ti、W、Pt和Cr、中一個或者多個金屬元素的材料。
19.根據權利要求15所述的發光器件，其特征在于，所述發光器件包括在激光指示器、投影裝置和液晶顯示裝置中一個裝置中。
20.一種發光器件，其特征在于，包括具有凹部分的第一電極；在所述第一電極上形成的復蓋所述凹部分的場致發光層；在所述場致發光層上形成的同所述凹部分重疊的第二電極，在所述第二電極上形成的具有凸部分的層，所述第一電極在所述凹部分處具有曲面，所述曲面的曲率中心位于所述第一電極上的所述場致發光層，所述第二電極具有平面，在所述場致發光層中產生的光在所述第一層與所述第二電極之間諧振，從所述第二電極作為激光發射，以及所述激光器光的指向性通過在所述凹部分處激光的折射來改進的。
21.根據權利要求20所述的發光器件，其特征在于，所述發光器件包括在激光指示器、投影裝置和液晶顯示裝置中一個裝置中。
全文摘要
本發明揭示了以激光振蕩器為代表的發光器件，該激光振蕩器由場致發光材料構成，具有改進的激光振蕩效率和平穩降低的耗電特性。所揭示的發光器件包括發光元件，該發光元件包括具有凹部分的第一電極，用作為激光介質、在第一電極上形成的，同凹部分重疊的場致發光層，形成在場致發光層上同凹部分重疊的第二電極，在場致發光層中產生的光在第一電極與第二電極之間諧振，從第二電極作為激光反射，激光的光軸同第二電極相交，第一電極在凹部分具處有曲面，曲面的曲率中心位于在第一電極上面的第二電極的一側。
文檔編號H05B33/22GK1596046SQ20041007852
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月10日 優先權日2003年9月12日
發明者山崎舜平, 野村亮二, 下村明久 申請人:株式會社半導體能源研究所