CN1596046A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了以激光振荡器为代表的发光器件，该激光振荡器由场致发光材料构成，具有改进的激光振荡效率和平稳降低的耗电特性。所揭示的发光器件包括发光元件，该发光元件包括具有凹部分的第一电极，用作为激光介质、在第一电极上形成的，同凹部分重叠的场致发光层，形成在场致发光层上同凹部分重叠的第二电极，在场致发光层中产生的光在第一电极与第二电极之间谐振，从第二电极作为激光反射，激光的光轴同第二电极相交，第一电极在凹部分具处有曲面，曲面的曲率中心位于在第一电极上面的第二电极的一侧。

Description

发光器件
技术领域
本发明涉及包括场致发光材料的发光器件。
背景技术
半导体激光器有极其制造成小尺寸和同别的气体激光器或固体激光器相比较激光振荡器重量轻的优点。半导体激光器放置在各种场合中的实际使用作为通过在光集成电路中光互连的方法用于发送和接收信号的光源；用于在光盘、光存储器等上记录；用于有光导纤维的光通信作为光制导。半导体激光器的振荡波长有蓝色到红外区的宽广范围。通常使用的半导体激光器的主振荡波长是在红外区域例如GaAs激光器(波长为0.84μm)、InAs激光器(波长为3.11μm)、InSb激光器(波长为5.2μm)、GaAlAs(波长为0.72到0.9μm)、或者InGaAsP(波长为1.0到1.7μm)。
在最近几年中，对具有在可见光区域中振荡波长的半导体激光器的实际应用方面的研究已有所加强。能产生激光器振荡的激光振荡器(有机半导体激光器)已引起注意，该激光振荡器包括能通过对其施加电场而产生发光(场致发光或称电致发光)的场致发光材料。这样的有机半导体激光器能发射可见光波长，并能在低成本的玻璃基底上制成。因此，这样的有机半导体激光器期望用于各种用途。
具有峰值波长λ在510nm处的有机半导体激光器是在未审查的专利出版物No.2000-156536(第11页)中公开。
为了获得来自有机半导体层的受激发射，需要把能形成粒子数反转的强大能量(抽运能)提供给用作为激光器介质的场致发光层。具体地说，对阳极和阴极施加正向偏置电压，向在阳极与阴极之间插入的场致发光层供给电流，这样能提供抽运能。为了实际上产生激光振荡，仅形成粒子数反转是不够的。需要在振荡开始时提供给作为激光器介质的场致发光层所需的抽运能超过它的阈值，使受激发射超过诸如在谐振器中的吸收的全部内部损耗。
激光对于所提供能量(电学)的振荡效率随着在振荡开始时需要的抽运能的减少而变高，因此，可减少功耗。所以，期望提供一种控制所提供的抽运能来改进激光振荡效率的有机半导体激光器。特别是，对激光的高振荡效率的需求在电力消耗与商业价值直接关联的领域日趋增加。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的是提供由激光振荡器作为代表的发光器件，该发光器件由能改进激光器光的振荡效率及减少功耗的场致发光材料形成。
发明者认为，通过让用于反射受激发射的反射器形成曲率以抑制然光学谐振器中的衍射损耗，来减少在振荡开始时所需抽运能的阈值。结果是有机半导体激光器的振荡效率能相应地提高。
按照本发明的一个方面，发光器件由发光元件组成，它包括：具有凹部分的第一电极；用作为激光器介质形成在所述第一电极上、与所述凹部分重叠的场致发光层；形成在所述场致发光层上、与所述凹部分重叠的第二电极；其中在所述场致发光层中产生的光是在所述第一电极与所述第二电极之间谐振，从所述第二电极作为激光发射；所述激光的光轴与所述第二电极相交；所述第一电极在所述凹部分处有曲面；所述曲面的曲率中心位于第二电极一侧，即第一电极到曲率中心的距离大于第一电极到第二电极的距离。
第一电极或者第二电极中一个是阳极，另一个是阴极。所述场致发光层至少包括发光层。所述场致发光层可在发光层与阳极之间包括空穴注入层、空穴迁移层等；在发光层与阴极之间包括电子注入层，电子迁移层等。在这个例子中，包括发光层设置在阳极与阴极之间的所有层称为场致发光层。无机化合物可包括在构成场致发光层的多层中。
在上述发光器件中，第一电极和第二电极是用作为用于谐振光的反射器。然而，本发明不限制此。例如，除了发光元件之外，可分开设置具有凹部分的反射器，以谐振用反射器和或者第一电极或者第二电极在场致发光层中产生的光。不是发光层的其它层例如空穴注入层、空穴迁移层、电子注入层、电子迁移层等能反射在发光层中产生的光，形成光学谐振器。
按照本发明在发光器件中包括的光学谐振器可以是或者两个反射器中一个具有曲面和另一个具有平面的半球形谐振器，或者可以是两个反射器都具有曲面的共焦的谐振器，同心的谐振器，或者球形的谐振器。按照本发明，为了抑制衍射损耗，稳定的谐振器可通过控制谐振器的曲率半径r和长度L来形成。
与有机半导体激光器不同，包括单结晶半导体的半导体激光器，在制造用作为具有曲面的反射器的电极和作为在具有曲面的反射器上的激光器介质的活化区域方面是困难的。在形成激光器介质的活化区域之后，把分开形成具有曲面的反射器安装到半导体激光器的场合，两个反射器和活化区域的位置控制需在几十nm速率级上进行，因此，制造过程变得复杂。然而，在有机半导体激光器的场合，与半导体激光器相比较，较容易使用作为反射器的电极形成具有曲面，和使发光元件形成在具有曲面的反射器上。因此，两个反射器和活性区域的位置控制在几十nm数量级上可由每个层的厚度比较容易地实现。
按照本发明，与包括单结晶半导体的半导体激光器不同，可使用发光元件比较容易地制造激光振荡器，即具有两个反射器的稳定的谐振器，任何一个反射器都可具有曲面。还有，用稳定的谐振器可提高振荡效率，在低功耗下可获得高亮度的激光。
在阅读取下述详细说明以及附图后，本发明的这些和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1A和1B分别是按照本发明一个方面的激光振荡器的截面图和上视图；
图2是按照本发明的一个方面的激光振荡器的截面图；
图3是按照本发明的一个方面的激光振荡器的截面图；
图4是按照本发明的一个方面的激光振荡器的截面图；
图5A和5B是按照本发明的一个方面的激光振荡器的截面图；
图6是表示包括在按照本发明的一个方面的激光振荡器中的发光元件的结构的图；
图7A和7B分别是按照本发明的一个方面的激光振荡器制造过程的上视图和截面图；
图8A和8B分别是按照本发明的一个方面的激光振荡器的上视图和截面图；
图9是按照本发明的一个方面的激光振荡器的截面图；
图10A到10C是表示制造凹部分方法表示一实施例的图；
图11A到11F是表示制造凹部分方法的一实施例的图；
图12是表示制造凸部分方法的一实施例的图；
图13A到13C是表示包括按照本发明的一个方面的激光振荡器的激光指示器结构的图；和
图14是表示包括在按照本发明的一个方面的激光振荡器中的发光元件的结构的图；
具体实施方式
按照本发明的激光振荡器的一种模式是参考图1A和1B来说明的。图1A是按照本发明的激光振荡器的截面图。图1B是示于图1A中按照本发明的激光振荡器的上视图。图1A是沿A-A’线所取的图1A的截面图。如同在图1A和1B中所示，按照本发明的激光振荡器包括具有凹部分100的第一层101，和形成在第一层101上、复盖凹部分100的第二层102。第二层102形成为可充填在凹部分100中的厚度。第一层101的折射率是低于第二层102的折射率。第二层102具有透光性。
图1A表示第一层101和第二层102各由一层形成的例子。另一方面，这些层各都可由多层形成。在此例子中，在第一层101之中最接近于第二层102的层形成为，比在第二层102之中最接近于第一层101的层，有较低的折射率。
如同在图1A和1B中所示，发光元件103形成在与凹部分100重叠的第二层102上。发光元件103包括两个电极104、105和插入在这些电极104、105之间的场致发光层106。电极104或105的任何一个是阳极，另一个是阴极。图1A和1B表示电极104用作为阳极，电极105用作为阴极。或者，电极104可用作为阴极，电极105可用作为阳极。当对这些电极104、105施加正向电压向其供给电流时，场致发光层106能发出光。
在图1A和1B中所示的激光振荡器中，包括在发光元件103中的电极105和第个层101用作为反射器，由这些反射器形成光学谐振器。还有，第一层101在凹部分100处有曲面，曲率的中心位于发光元件103一侧，即第一层101到曲率的中心的距离大于第一层101到发光元件103的距离。用作为反射器的电极105具有平面。因此，在图1A和1B中所示的激光振荡器具有半球形谐振器。在电极105与第一层101之间的场致发光层106中产生的光是由电极105和第一层101谐振，使激光产生振荡。因此，激光是从电极105发出的。在光学谐振器中，振荡光的光轴同电极105相交。
图2表示在图1A和1B中所示的激光振荡器，其中正向电压施加到电极104、105上。通过把电压施加到电极104、105上，在场致发光层106中产生的光被谐振。光学谐振器是稳定的谐振器，其中距离L相当于在电极105与第一层101之间的谐振器长度，焦距f满足f≥L/Z。因此，从电极105发射的激光器光的振荡效率能予以改进。
如同这里使用的，术语“谐振器的长度”表示在振荡的激光的光程平行方向中在两个反射器之间最远的距离。
图1A和1B说明发光元件的电极用来作为具有平面的反射器。然而，本发明是不限制于此。除电极之外，具有平面的薄膜可用作为反射器。
图1A、1B和图2说明在具有发光元件的任一电极和具有分开形成的凹部分的反射器之间光被谐振。然而，本发明不限制于此。凹部分可设置在发光元件的电极上，以便在该电极与另一个电极之间使光谐振。参考图3说明按照本发明的激光振荡器的一种形式，其中光在发光元件的两个电极之间谐振。
图3是按照本发明的激光振荡器的截面图。如图3所示，按照本发明的激光振荡器包括具有凹部分200的第一层201，形成在第一层201上、同凹部分200重叠的发光元件202。还有，发光元件202包括在第一层201的凹部分上形成的电极203，在该电极203上形成的场致发光层204，在该场致发光层204上形成、同电极203重叠的电极205。电极203在第一层201的凹部分200处有曲面。曲率的中心位于电极205一侧，即电极203到曲率的中心的距离大于电极203到电极205的距离。
图3表示第一层201由一层形成的。可选地，第一层201可由多层形成的。
如图3所示，把在电极205的侧面处场致发光层204的表面平面化，形成在平面化的场致发光层204上的电极205具有平面。因此，每个可用作为反射器的电极203或者205，其中一个具有曲面，另一个具有平面。因此，在图3中表示的激光振荡器有半球形谐振器，如同用图1A和1B的情况。在图3中所示激光振荡器的光学谐振器是稳定的谐振器，其中距离L相当于在电极203与205之间谐振器的长度，焦点的距离f满足f≥L/Z。按照前述的结构，从电极205发射的激光器光的振荡效率能予以改进。
电极203或者205，其中一个是阳极，另一个是阴极。图3表示电极203用作为阳极，电极205用作为阴极。可选地，电极203能用作为阴极，电极205能用作为阳极。当通过把正向电压施加到电极203、205上，把电流供给场致发光层204时，在场致发光层204中能产生光。
图3表示场致发光层204是由包括发光层的多层形成的。可选地，场致发光层204可仅包括发光层。场致发光层204的任何层包括可用自旋涂层形成薄膜的高分子场致发光材料，其后，场致发光层204可容易地平面化。在场致发光层204是由多层形成的场合，设置在电极203与发光层之间的层表面被平面化。例如，在具有凹部分的第一层201上形成阳极的场合，由诸如PEDOT的高分子场致发光材料可形成具有平面化的表面的穴注入层或者空穴迁移层。还有，在具有凹部分的第一层上形成阴极的场合，形成具有平面化表面的电子注入层或者电子迁移层。
然后，通过用作为反射器的电极203、205，在场致发光层204中产生的光被谐振，使激光从电极205发射。激光的光轴同电极205相交。
图3表示由在有凹部分200的第一层201上形成电极203，曲面提供到电极203。然而，本发明是不限制于此。有曲面的凹部分能直接提供到电极203代替在有凹部分的层上形成电极203。
图3表示发光元件的电极用来作为具有平面的反射器。然而，本发明不限制于此，除了电极之外，具有平面的薄膜可用作为反射器。
按照本发明的激光振荡器的谐振器不限于半球形的谐振器。谐振器可以是两个反射器有曲面的共焦的、同心的或者半球形的谐振器。参考图4说明具有的共焦的谐振器的按照本发明的激光振荡器的一种形式。
图4是按照本发明的激光振荡器的截面图。如图4所示，按照本发明的激光振荡器包括具有凹部分500的第一层501，形成在第一层上、复盖凹部分500的第二层502。形成的第二层502具有可充填在凹部分500中的厚度。第一层501的折射率低于第二层502的折射率。第二层502具有透光性。
图4表示第一层501和第二层502的每层由一层形成的例子。可选地，这些层中每层可由多层形成。在此例中，在第一层501中最接近于第二层502的层，比在第二层502中最接近于第一层501的层具有更低的折射率。
如图4所示，发光元件503形成在第二层502上，同凹部分500重叠。发光元件503包括两个电极504、505，在这些电极504、505之间插入场致发光层506。电极504或者505中一个是阳极，另一个是阴极。图4表示电极504用作为阳极，电极505用作为阴极。可选地，电极504可用作为阴极，和电极505可用作为阳极。当通过把正向电压施加到这些电极504、505上，向场致发光层供给电流时，场致发光层506能发出光。
如图4所示，形成第三层507以复盖发光元件503。第三层507具有透光性和具有同发光元件503重叠的凸部分508。还有，用作为反射器的反射膜509形成在第三层507上，以复盖凸部分508。用比第三层507具有更低的折射率的材料形成反射膜509。
图4表示用一层形成第三层507和反射膜509中每层的例子。可选地，这些层各层可由多层形成。在此例中，形成在第三层507中最接近于反射膜509的层，比反射膜509中最接近于第三层507的层具有更高的折射率。
在图4中所示的激光振荡器中，第一层501和反射膜509用作为反射器，由这些反射器形成光学谐振器。还有，第一层501在凹部分500具有曲面，曲率的中心位于发光元件503一侧，即第一层501到曲率的中心的距离大于第一层501到发光元件503的距离。反射膜509具有同第三层507的凸部分508重叠的曲面。曲面的曲率中心位于发光元件503一侧，即第三层507到曲率的中心的距离大于第三层507到发光元件503的距离。还有，在图4中所示的激光振荡器具有共焦的谐振器。此外，令相当于第一层501与反射膜509之间的谐振器长度的距离为L，令第一层501的曲率半径为r1，令反射膜509的曲率半径为r2，则满足L＝(r1+r2)/2。
当两个反射器的曲率半径r1，r2和谐振器的长度L是完全相互相等时，可使衍射损耗最小化。当曲率半径r1和r2是相互不同时，谐振器的长度L具有在曲率半径r1与r2之间的中间值，衍射损耗变成非常大。因此，可提供近共焦的谐振器，其中，两个反射器设置成从共焦点的位置偏离仅大于制造凹部分过程期间估算的曲率半径的误差范围的距离。
按照本发明的激光振荡器的谐振器不限制于共焦的谐振器。谐振器可以是同心的谐振器或者球形谐振器。在形成同心的谐振器的场合，形成的谐振器满足L＝r1+r2。在形成球形的谐振器的场合，形成的谐振器满足r1＝r2＝L/Z。
第一层501与反射膜509之间的场致发光层506中产生的光，通过第一层501和反射膜509被谐振，从反射膜作为激光发出。在光学谐振器中，振荡激光的光轴同反射膜509相交。
在图4中所示的光学谐振器是稳定的谐振器。因此，谐振器长度L、曲率半径r1和曲率半径r2满足下述公式：
0≤{1-(L/r1)}×{1-(L/r2)}≤1
另外，焦距f相当于曲率半径r的一半。按照前述的结构，从电极505发射的激光的振荡效率能予以改进。
按照本发明包括激光振荡器的发光元件的半球形光学谐振器可设置用作为光学系统的凸部分，用于在发光元件上折射和转换激光器光。参考图5A和5B说明按照本发明具有凸部分用作为的光学系统的激光振荡器的一种形式。
按照本发明，图5A是激光振荡器的截面图。如图5A所示，按照本发明激光振荡器包括具有凹部分300的第一层301，形成在第一层301上、复盖凹部分300的第二层302。形成的第二层302具有可充填在凹部分300中的厚度。第一层301的折射率是低于第二层302的折射率。第二层302具有透光性。
图5A表示第一层301和第二层302中每层用一层形成的。可选地，第一层301和第二层302可由多层形成。在此例中，在第一层301中的最接于第二层302的层，比在第二层302中的最接近于第一层301的层具有更低的折射率。
如图5A所示，在平面化的第二层302上形成同凹部分300重叠的发光元件303。还有，形成第三层304，以复盖发光元件303。发光元件303包括两个电极305、306，和在这些电极305、306之间插入场致发光层307。电极305或者306中，一个是阳极，另一个是阴极。图5A表示电极305用作为阳极，电极306用作为阴极。可选地，电极305可用作为阴极，电极306可用作为阳极。当通过把正向电压施加到这些电极305、306上，向场致发光层供给电流时，场致发光层307能发射光。
第三层304具有透光性和具用同发光元件303重叠的凹部分308。
第一层301在凹部分300具有曲面。曲面曲率中心位于发光元件303一侧，即第一层301到曲率的中心的距离大于第一层301到发光元件303的距离。第三层304在凸部分308具有曲面。曲面的曲率中心位于发光元件303一侧，即第三层304到曲率的中心的距离大于第三层304到发光元件303的距离。
图5A表示第三层304由一层形成。可选地，第三层304可由多层构成。
在图5A中所示的激光振荡器，发光元件303的电极306和用作为反射器的第一层301，由该二个反射器形成光学谐振器。还有，第一层301在凹部分300具有曲面。曲面的曲率中心位于第一层301上面的发光元件303的一侧。因为用作为反射器的电极306具有平面，在图5A中所示的激光振荡器包括半球形的谐振器。在电极306和第一层301之间的场致发光层307中产生的光通过电极306和第一层301被谐振，从电极306作为激光发射。在光学谐振器中，振荡激光的光轴同电极305相交。
图5B表示正向电压施加到在图5A中所示的激光振荡器中的电极305、306上。通过将电压施加到电极305、306，在场致发光层307中产生的光被谐振。光学谐振器是稳定的谐振器。在电极305与第一层301之间的距离L相当于谐振器的长度，焦距f满足f≥L/Z。按照前述的结构，从电极305发射的激光的振荡效率能予以改进。
还有，振荡激光以某角度散射。激光由凸部分折射和转换，因此，发散角得到控制。所以，能改进激光器光的指向性。另外，为了控制发散角，凸部分308的焦距能根据激光器光发射到凸部分308的发散角而进行光学上设计。与光学系统是分开提供的激光振荡器不同，因为一部分层用作为光学系统，在图5中所示的激光振荡器抗物理震动性能有所改进。
在形成第三层304之后，用如同在图12中所示的释放液滴的方法，能形成凸部分308。
图5表示在发光元件的两个电极中任一电极和分开设置的具有凹部分的反射器之间光被谐振。然而，本发明不限制于此。如图3所示，可在发光元件的电极设置凹部分，使光在两个电极之间谐振。
图5表示发光元件的电极用来作为具有平面的反射器，然而，本发明不限制于此。除了电极之外，具有平面的膜可用作为反射器。
在图1到5中所示的激光振荡器，通过发光元件的两个电极或者分开设置的反射器使光谐振。然而，本发明不限制于此。在场致发光层中包括的层除了发光层之外，例如，空穴注入层，空穴迁移层，电子注入层，电子迁移层等可形成为具有作为光学谐振器的曲面，以反射在发光层中产生的光。
例子1
用例子1说明用于按照本发明的激光振荡器中的发光器件结构。
图6表示在本发明中使用的发光元件的器件配置的一种形式。在图6中所示的发光元件包括在阳极401与阴极407之间场致发光层408。由在阳极上顺序地堆积空穴注入层402、空穴迁移层403、发光层404、电子迁移层405和电子注入层406来形成场致发光层408。
用于按照本发明的激光振荡器中的发光元件可至少包括在场致发光层之内的发光层。可适当使用具有发光以外性能的层(空穴注入层、空穴迁移层、电子迁移层和电子注入层)。虽然不限于这里列举的材料，上述各层可由下述材料形成。
作为阳极401，最好使用有大功函数(work function)的导电材料。在光通过阳极401的场合，用于阳极401是具有高透光性的材料。在此例中，使用诸如能使用铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、包含硅的铟锡氧化物(ITSO)的透明的导电材料。例如，可使用在TiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr、Ag等之中的一个或者多个元素形成的单层；氮化钛和包括铝作为它的主成分的薄膜组成的叠层；氮化钛薄膜、包括铝作为它的主成分的薄膜和氮化钛膜等组成的三层叠层。可选地，把能反射光的材料和前述的透明导电材料堆积形成的叠层，可用作为阳极401。
作为用于空穴注入层402的空穴注入材料，最好使用有比较小电离电势和小的可见光吸收性质的材料。这样的材料大致可分成金属氧化物、低分子有机化合物和高分子有机化合物。金属氧化物可使用氧化钒、氧化钼、氧化釕、氧化铝等。低分子有机化合物可以使用诸如m-MTDATA为代表的星爆式胺(star-burst amine)；以铜酞花青(缩写为Cu-Pc)为代表的金属酞花青；酞花青(缩写为H2-PC)；2，3-二氧次乙基噻吩衍生物等。由低分子有机化合物和金属氧化物的共蒸发可形成空穴注入层402。高分子有机化合物可使用诸如聚苯胺(缩写为PAni)；聚乙烯咔唑(缩写为PVK)；聚噻吩衍生物等。能使用聚乙烯二氧噻吩(缩写为PEDOT)，它是聚噻吩衍生物的一种，用聚苯乙烯磺酸盐(缩写为PSS)掺杂。
作为用于空穴迁移层403的空穴迁移材料，可使用具有优良的空穴迁移性质和低结晶度的已知材料。最好使用芳族胺(即，有苯环一氮键的)基化合物。例如，4，4-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯基胺基]-联苯(缩写为TPD)和其衍生物诸如4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写为a-NPB)是广泛使用的。还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(缩写为TDATA)，和MTDATA。可选地，能使用4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯胺(缩写为TCTA)。作为高分子材料，能使用有优良的空穴迁移性质的聚(乙烯基咔唑)。还有，能使用无机物质诸如MoO3。
已知材料可用于发光层404。例如，金属络合物诸如三(8-喹啉酸)铝(缩写为Alq3)，三(4-甲基-8-喹啉酸)铝(缩写为Almq3)，双(10-羟基苯并[η]-喹啉酸)铍(缩写为BeBq2)，双(2-甲基-8-喹啉酸)-(4-羟基-联苯基)-铝(缩写为BAlq)，双[2-(2-羟基苯基)-苯并恶唑酸]锌(缩写为An(BOX)2)，或者双[2-(2-羟基苯基)-苯并噻唑酸]锌(缩写为An(BTZ)2)都能使用。各种荧光染料(香豆素衍生物、喹吖酮衍生物、红荧烯(rubrene)，4，4-二氰基乙烯，1-吡降衍生物，芪衍生物，各种缩合芳族物等)都能使用。磷光性的材料能使用，诸如铂八乙基卟啉络合物，三(苯基吡啶)铱络合物，或者三(苄叉丙酮酯)菲铕络合物。特别地，磷光性材料比荧光材料有较长的激发寿命，因此，磷光性材料能容易使粒子数反转(对激光振荡不可缺少的)即，在基态的发子数目是大于在受激态的。前述材料能用作为单层膜或者掺杂剂。
作为用于发光层404的基质材料，可使用前述例子为代表的空穴迁移材料或者电子迁移材料。双极性材料能使用诸如4，4’-N，N’-二咔唑基联苯基(缩写为CBP)。
作为用于电子迁移层405的电子迁移材料，可使用由具有喹啉构架或者苯并喹啉构架的以Alq3作为代表的金属络合物或者混合配体络合物。特别地，可例举金属络合物诸如Almq3、Almq3、Bebq2、BAlq、Zn(BOX)2或者An(BTZ)2。可选地，可使用氧杂吡唑衍生物，诸如2-(4-联苯)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-氧杂吡唑(缩写为PBD)，或者1，3-双[5-(对-叔-丁基苯基)-1，3，4-氧杂吡唑-2-基]苯(缩写为OXD-7)；或者三唑衍生物诸如3-(4-叔-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为TAZ)，或者3-(4-叔-丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为P-EtTAZ)；咪唑衍生物诸如TPBI；红菲绕啉(缩写为Bphen)；浴铜灵(bathocuptoin)(缩写为BCP)等。
作为用于电子注入层的电子注入材料，可使用前述电子迁移材料。可选地，经常使用碱金属卤化物，例如LiF或者CsF，碱土金属卤化物，例如CaF2，或者超薄膜绝缘体，例如，诸如LiO2的碱金属氧化物。可选地，可有效地使用碱金属络合物，例如锂乙酰丙酮酯(缩写为Li(acac))或者8-喹啉酯锂(缩写为Liq)。
对于阴极407，可使用具有小功函数的金属，合金，导电化合物，或者上述混合物。具体地说，可使用碱金属，例如Li或者Cs；碱土金属，例如Mg、Ca、Sr；包括上述元素的合金(Mg：Ag，Al：Li等)；或者稀土金属，例如Yb或者Er。在使用诸如LiF，CsF，CaF2，Li2O等电子注入层场合，可使用普通导电薄膜例如铝。在光通过阴极407的场合，由包括诸如Li或者Cs的碱金属和诸如Mg、Ca、Sr的碱土金属的超薄膜；和透明的导电层(ITO，IZO，ZnO等)的叠层形成阴极407。可选地，由把碱金属或者碱土金属和电子迁移材料共蒸发形成的电子注入层；和透明的导电膜(ITO，IZO，ZnO等)的叠层可形成阴极407。
光学谐振器是由两个反射器形成的，任一反射器形成具有尽量高的反射率和另一反射器形成具有一定的透光性。因此，激光能从具有高透光性的反射器发射。例如，在阳极401和阴极407用作为反射器发射激光的场合，选择具有透射比约为5到70％的厚度的材料来形成这些电极。可选地，在分开形成反射器的场合，由光可通过阳极401或者阴极407的材料形成反射器。
反射器的间隔(谐振器的长度)是发生谐振的半波长λ的整数倍。发光元件的叠层配置设计成，使由反射器反射的光和新产生的光相位是相一致。
按照本发明的上述发光元件不限制于把每层叠层的方法。如果通过叠层能形成发光元件的话，可利用任何方法，例如真空汽相淀积，自旋涂复，喷墨，或者浸渍涂复。
例2
用例子2说明包括多个发光元件的按照本发明的激光振荡器的一种形式。
图7A是在制造发光元件的阳极时，按照例子2激光振荡器的顶视图。图7B是沿着图7A的A-A’线所取的截面图。在按照例子2的激光振荡器，阳极604形成在具有多个凹面600的第一层601上，同多个凹面600中每个重叠。阳极604由反射光的材料来形成，用作为反射器。
在例子2中，阳极604用来作反射器。然而，例子2不限制于此。用作为反射器的反射膜可形成在凹部分上，具有透光性的阳极可形成在反射膜上。
图8A是在发光元件完全制成时，按照例子2的激光振荡器的顶视图。图8B是沿图8A的线A-A’所取的截面图。如同在图8A和8B中所示，对应于红(R)、绿(G)和蓝(B)的三色的场致发光层605a到605c形成在阳极604上，同多个凹面600重叠。在图8A中分别地形成场致发光层605a到605c。可选地，场致发光层605a到605c能以相互部分地重叠的方式形成。在场致发光层605a到605c上形成阴极606，同多个凹面600重叠。
按照例子2，任意阴极606部分地同全部阳极604中每个重叠。重叠部分用作为发光元件607。每个发光元件607位于在每个凹面600上。形成的阴极具有约5到70％的透射比，使在场致发光层605a到605c中产生的光在每个都作为反射器的阳极604与阴极606之间谐振，从阴极606被发射。和无源矩阵发光器件相同，通过控制施加到阳极604了阴极606上的电压，按照例子2的激光振荡器可从所选择的发光元件607发射激光。
在例子2中，与阴极606相比，凹部分600形成于更接近阳极604处。可选地，与阳极604相比，凹部分600形成于更接近于阴极606处。在此例中，激光是从阳极604发射的。
按照例子2的激光振荡器的谐振器是半球形的谐振器，其中两个反射器，一个具有曲面，另一个具有平面。可选地，谐振器可以是两个反射器都具有曲面的共焦的、同心的或者球形的。在使用半球形的谐振器的场合，可设置通过折射激光器光来改进激光器光的指向性的凸部分，以便同发光元件重叠。
在例子2中提供的是各层对应于R、G和B的场致发光层。在单色颜色显示图象的场合，仅需要单个场致发光层。此外，根据本例的激光振荡器可用作为显示器。而且，根据本例的激光振荡器，通过对每个发光元件提供驱动元件可用作为有源矩阵显示装置。装备激光振荡器的显示器包括利用激光振荡器作为背景光等的投影装置、LCD(液晶显示器)。具体地说，在FS-LCD(场序LCD)的场合，可使用本例所示的具有与红、绿和兰每种颜色相对应的场致发光层的发光元件。作为FS-LCD的一个例子，美国专利的所有揭示内容通过引用包括在此。
例子3
例子3说明在图9中所示的在第一层与第二层之间形成能反射光的反射膜的激光振荡器的一种形式。
图9是按照例子3的激光振荡器的截面图。在如图9所示的按照例子3在激光振荡器中，在具有凹部分800的第一层801上形成反射膜802。通过汽相淀积法用能反射光的材料形成反射膜802。作为用于反射膜802的材料，可使用包括诸如Al、Ag、Ti、W、Pt或者Cr中一种或者多种金属元素的材料。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，通过叠层多层绝缘膜可形成反射膜，其中每层具有不同的折射率，诸如氧化硅膜，氮化硅膜，氧化钛膜等。
形成第二层803以复盖反射膜802。第二层具有透光性和具有能充填在凹部分800中的厚度。与图1不同，第一层801的折射率不必总是低于第二层803的折射率，因为发射的激光在按照例子3的激光振荡器中由反射膜802来反射的。还有，第一层801和第二层803中每层由图9中的单层形成的，但是每层可由多层形成。
在第二层803上形成发光元件804，同凹部分800重叠。发光元件804包括二个电极805和806，插入在二个电极805和806之间的场致发光层807。电极805或者806中，一个是阳极，另一个是阴极。图9表示电极805用作为阳极和电极806用作为阴极。可选地，电极805可用作为阴极和电极806可用作为阳极。通过把正向偏置电压施加到电极805和806上，向场致发光层807供给电流，场致发光层807能发射光。
第一层801就有曲面的凹部分800。曲面的曲率中心位于发光元件804-侧，即反射膜802到曲率中心的距离大于反射膜到发光元件804的距离。
在图9中所示的激光振荡器设置光学谐振器，由反射膜802和包括在发光元件804中的电极806构成。从场致发光层807发射的光是由反射膜802和电极806被谐振而以激光被发射。在光学谐振器中，振荡激光的光轴同电极806相交。
例子4
例子4说明制造反射激光的凹部分的方法。如图10A所示，形成以后设置凹部分的第一层901。第一层901可以是玻璃基底、石英基底或者塑料基底；或者树脂膜，或者绝缘膜，其中每种膜沉积在前述的基底上。然后，在第一层901上形成具有开口部分902的掩模903。
如图10B所示，在掩模903的开口部分902处湿蚀刻第一层901。通过使用根据第一层901的材料而适当选择的蚀刻剂来实现湿蚀刻。例如，在玻璃用作为第一层901的场合，氢氟酸用作为蚀刻剂。通过各向异性的湿蚀刻，在第一层901处形成具有曲面的凹部分904。
如图10C所示，在具有凹部分904的第一层901上形成第二层905。由具有透光性和具有能充填在凹部分904中的厚度的材料来形成第二层905。用具有比第一层901更高的折射率的材料形成第二层905，例如，迁移金属氧化物、氮化物等能用于第一层901是玻璃的场合。
虽然在例子4中在第一层901上形成第二层905，但是，能反射激光的反射膜可在第一层901和第二层905之间形成。在此例中，第二层905仅须具有透光性，而不需用比第一层901具有较高的折射率的材料来形成。
在本发明中，用于制造第一层的方法不限于在例子4中说明的方法。
例子5
例子5说明在第二层形成凸部分以在第一层形成凹部分的方法。
如图11A所示，在以后具有凸部分的第二层1001上，形成加热能熔化的树脂1002，树脂1002加图样成岛状。第二层1001可以是玻璃基底，石英基底，塑料基底等。
如图11B所示，加图样成岛状的树脂1002通过加热而熔化，使它的边缘部分具有曲面。通过熔化树脂1002，形成具有曲面的树脂1003。
如图11C所示，通过使用树脂1003作为掩模而干蚀刻第二层1001。通过使用根据第二层1001的材料而适当选择的蚀刻气体来实现干蚀刻。例如，在第二层1001是玻璃的场合，可使用诸如CF4，CHF3，Cl2等的氟气或者氯气。如图11C所示，通过干蚀刻，树脂1003一起被蚀刻。最后，如图11D所示，根据具有曲面的树脂1003的形状，凸部分1004可设置在第二层1001处。
如图11E所示，能反射激光的反射膜1005形成在第二层1001的凸部分1004上。然后，如图11F所示，把用作为第一层的粘合剂1006涂敷在反射膜1005上，同基底1007相粘贴。按照前述的结构，用作为第一层的粘合剂1006处可形成凹部分。
在例子5中，为了反射激光形成反射膜1005。然而，通过利用在第二层1001与用作为第一层的粘合剂1006之间的折射率的差异，反射激光。在此例中，粘合剂1006的折射率制成低于第二层1001的折射率。
例子6
例子6说明按照本发明的包括激光器振荡的电气用具的一种形式。
图13A是包括按照本发明的激光振荡器的激光指示器的外形图。按照本发明，标号1201表示激光指示器的主体，标号1202表示设置在激光振荡器的组件(package)。主体1201的内部配有电池等，用于将电流供给安装在激光振荡器中的组件1202。标号1203表示控制电源应用的开关。
图13B是组件1202的放大图。按照本发明，组件1202的外壳1204设有激光振荡器1205，以遮挡激光的不需要的辐射。外壳1204的一部分设有透光性的窗1207，以发射来自激光振荡器1205的激光。激光振荡器1205可经由导线1206从安装在主体1201内部的电池得到供电。
图13C是激光振荡器1205的放大图。激光振荡器1205包括具有凹部分的第一层1215，在第一层1215上形成的可充填在凹部分中的第二层1208，和在第二层1208上形成的发光元件1209。发光层1209包括两个电极1210、1211，和插入在两个电极1210、1211之间的场致发光层1212。两个电极1210、1211用导线1214连接到引线1206。标号1213对应于用于密封场致发光层1212的树脂。树脂能防止场致发光层1212由于潮湿、氧气等而造成性能恶化。
经由导线1206将正向电压施加到电极1210、1211，向场致发光层1212供给电流时产生光。然后，在场致发光层1212中产生的光在电极1211与第一层1215之间谐振，然而从电极1211发出的激光器光，如虚线箭头所示。
例子6中解释具有在图1中说明的结构的激光振荡器，然而，例子6不限于这里列举的结构。例如，激光振荡器可具有如在图3、4和5中所示的另一种结构。可选地，可使用包括以无源矩阵形式的多个发光元件的激光振荡器。
例子7
例子7中解释用于按照本发明的激光振荡器中的发光元件的结构。
图14表示按照本发明的发光元件的器件构造的一种形式。在图14中所示的发光元件包括阳极1301，阴极1302，插入在该成对电极之间的场致发光层1303、1304。还有，在图14中所示的发光元件包括电荷产生层1305，即浮动的电极不连接到在两个场致发光层1303、1304之间的外部电路。通过在阳极1301上顺序地堆积空穴注入层1306、空穴迁移层1307、发光层1308、电子迁移层1309和电子注入层1310，形成场致发光层1303。还有，在电荷产生层1305上顺序地堆积空穴注入层1315、空穴迁移层1311、发光层1312、电子迁移层1313和电子注入层1314来形成场致发光层1304。
用于按照本发明的激光振荡器的发光元件，在每个场致发光层中可至少包括一发光层。具有不同于发光性能的层(空穴注入层、空穴迁移层、电子迁移层和电子注入层)可适当地同发光层一起使用。在例子1中列举了可用于前述每个层的材料。注意可在本发明中使用的材料不限于在例子1中叙述的。
当正向电压施加到在图14中所示的发光元件的阳极1301和阴极1302时，电子和空穴分别被注入到场致发光层1303、1304。然后，在每个场致发光层1303、1304中进行载流子的再结合来发射光。因此，在阳极1301与阴极1302之间的距离为恒定的场合，所获得的光发射能量比当发光元件仅包括一个场致发光层时在相同数量电流时获得的光发射能量来得高。因此，能改进激光的振荡效率。
用能发送光的材料来形成电荷产生层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。
在阳极1301和阴极1302用作为反射器的场合，用所选择的具有某个厚度的材料来形成这些电极，使这些电极中一个电极的反射率变得尽可能高些，另一个电极的透射比变成约为5到70％。在反射器是分开形成的场合，选择可使光透过阳极1301或者阴极1302的材料。还有，在反射器之间的距离是用于产生谐振的半波长λ的整数倍。把发光元件的叠层结构设计成使由反射器反射的光和新产生的光相位相互一致。
虽然本发明借助于例子和参考附图来充分地叙述，应理解成各种变形和改型对在本技术领域中这些熟练技术人员是显而易见的。因此，除非用其它方式的改型和变型脱离此后叙述的本发明的范围，它们们应该解释为包括在此。

Claims (21)

1、一种发光器件，其特征在于，所述器件包括：
具有凹部分的第一电极；
在所述第一电极上形成的复盖所述凹部分的场致发光层；
在所述场致发光层上形成的同所述凹部分重叠的第二电极，
所述第一电极在所述凹部分处具有曲面，
所述曲面的曲率中心位于所述第一电极上的所述场致发光层，
所述第二电极具有平面，以及
在所述场致发光层中产生的光在所述第一层与所述第二电极之间谐振，从所述第二电极作为激光发射。
2、根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件包括在激光指示器、投影装置和液晶显示装置中一个装置中。
3、一种发光器件，其特征在于，包括：
具有凹部分的第一电极；
在所述第一电极上形成的复盖所述凹部分的场致发光层；
在所述场致发光层上形成的同所述凹部分重叠的第二电极，
所述第一电极在所述凹部分处具有曲面，
所述曲面的曲率中心位于所述第一电极上的所述场致发光层，
所述场致发光层至少包括发光层和在所述第一电极与所述发光层之间形成的空穴注入层，
所述第二电极具有平面，以及
在所述场致发光层中产生的光在所述第一层与所述第二电极之间谐振，从所述第二电极作为激光发射。
4、根据权利要求3所述的发光器件，其特征在于，所述空穴注入层包括高分子有机化合物。
5、根据权利要求4所述的发光器件，其特征在于，所述高分子有机化合物是PEDOT。
6、根据权利要求4所述的发光器件，其特征在于，所述高分子有机化合物用自旋涂复法形成。
7、根据权利要求3所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件包括在激光指示器、投影装置和液晶显示装置中一个装置中。
8、一种发光器件，其特征在于，包括：
具有凹部分的第一电极；
在所述第一电极上形成的复盖所述凹部分的场致发光层；
在所述场致发光层上形成的同所述凹部分重叠的第二电极，
所述发光元件包括在所述第二层上形成的第一电极，在所述第一电极上形成的场致发光层，和在所述场致发光层上形成的第二电极，
所述第一层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层上所述场致发光层，
所述第一层的折射率是低于所述第二层的折射率，以及
在所述场致发光层中产生的光在所述第一层与所述第二电极之间谐振，从所述第二电极作为激光发射。
9、根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述第一层是玻璃基底、石英基底、塑料基底、在所述基底上沉积的树脂膜、或者在所述基底上沉积的绝缘膜。
10、根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述第二层包括具有透光性的材料。
11、根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述反射膜形成在第一层的所述凹部分上和所述反射层包括含有诸如Al、Ag、Ti、W、Pt和Cr一个或者多个金属元素的材料。
12、根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件包括在激光指示器、投影装置和液晶显示装置中一个装置中。
13、一种发光器件，其特征在于，包括：
具有凹部分的第一电极；
在所述第一电极上形成的复盖所述凹部分的场致发光层；
在所述场致发光层上形成的同所述凹部分重叠的第二电极，
在所述第二电极上形成的具有凸部分的第一层；
形成的复盖具有所述凸部分的层的第二层；
所述第一电极在所述凹部分处具有曲面，
所述第二层在所述凸部分处具有曲面；
所述第一电极的曲面的曲率中心位于所述第一电极上的所述场致发光层，
所述第二个电极的曲面的曲率中心位于所述第二层上面的所述场致发光层，
所述第一层的折射率是低于所述第二层的折射率，以及
在所述场致发光层中产生的光在所述第一电极与所述第二层之间谐振，从所述第二电极作为激光发射。
14、根据权利要求13所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件包括在激光指示器、投影装置和液晶显示装置中一个装置中。
15、一种发光器件，其特征在于，包括：
具有凹部分的第一层；
在所述第一层上形成的复盖凹部分的第二层；
在所述第二层上形成的同凹部分重叠的发光元件；
在所述发光元件上形成的具有凸部分的第三层；
形成的复盖具有所述凸部分的层的第四层；
所述发光元件包括在第二层上形成的第一电极，在所述第一电极上形成的场致发光层，和在所述场致发光层上形成的第二电极，
所述第一层在所述凹部分处具有曲面，
所述第一层在所述凹部分处具有曲面，
所述第四层在所述凸部分处具有曲面，
所述第一层的曲面的曲率中心位于所述第一层上的所述场致发光层，
所述第四层的曲面的曲率中心位于所述第三层上的所述场致发光层，
所述第一层的折射率是低于第二层的折射率，
所述第三层的折射率是低于第四层的折射率，
在所述场致发光层中产生的光是在所述第一层与所述第四层之间谐振，从所述第四层作为激光发射。
16、根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于，所述第一层是玻璃基底、石英基底、塑料基底、在所述基底上沉积的树脂膜、或者在所述基底上沉积的绝缘膜。
17、根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于，所述第二层包括具有透光性的材料。
18、根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于，所述反射膜形成在第一层的凹部分上，和所述反射层包括含有诸如Al、Ag、Ti、W、Pt和Cr、中一个或者多个金属元素的材料。
19、根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件包括在激光指示器、投影装置和液晶显示装置中一个装置中。
20、一种发光器件，其特征在于，包括：
具有凹部分的第一电极；
在所述第一电极上形成的复盖所述凹部分的场致发光层；
在所述场致发光层上形成的同所述凹部分重叠的第二电极，
在所述第二电极上形成的具有凸部分的层，
所述第一电极在所述凹部分处具有曲面，
所述曲面的曲率中心位于所述第一电极上的所述场致发光层，
所述第二电极具有平面，
在所述场致发光层中产生的光在所述第一层与所述第二电极之间谐振，从所述第二电极作为激光发射，以及
所述激光器光的指向性通过在所述凹部分处激光的折射来改进的。
21、根据权利要求20所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件包括在激光指示器、投影装置和液晶显示装置中一个装置中。
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