专利名称：反馈增强型光发射器件的制作方法
技术领域：
本申请涉及光源器件，并且具体的，涉及反馈增强型光发射器件。
背景技术：
在UV光谱区、可见光光谱区和红外光谱区中的光发射器件区具有非常广泛的应用，但是也出现了许多技术上和经济上的挑战。由于产生输出光的效率可能通过多种途径而被减小，因而一个挑战是有效率地产生所需的输出光。例如，光可能在折射率边界处在内部反射；激发的能量态可能转化为热而不是光；激发的能量态可能转化为某一波长的光而不是所需波长的光，例如，红外光、紫外光；光可能由包括光发射材料本身的器件的元件层所吸收；和/或发射材料可能具有低的电荷载流子注入效率。由于这些和其他的低效率，由当前已知的发射器件产生的辐射度水平对于特定应用而言是不够的，除非过驱动该发射器件以获得所需的辐射度。然而，过驱动光发射器件可能由于增加了发热量而进一步减小了其效率和有用的寿命。
而且，由有机发光二极管(OLED)材料制成的光发射器件在制造中出现了困难。典型的OLED光发射材料包括聚合物或者小分子。然而，由于溶解性或者化学相容性的问题，聚合物OLED材料是难于生产的。而且，尽管小分子具有足够的蒸汽压力使得分子可以通过气相淀积而淀积在基片上，但是小分子OLED呈现出的不同问题在于，它们在机械上和热学上是易碎的。
通过使这些聚合物OLED和小分子OLED材料交连以产生交连的OLED材料，有可能克服这些缺陷。然而，交连的OLED磷光材料可能减小激子到光子的转换效率达到了有用的光发射器件所不会导致的程度。
相似地，由无机发光二极管(LED)材料制成的光发射器件在将能量转换为光时具有低的效率。该低效率是由几个因素所导致的，包括无机光发射材料的高吸收，以及由于光发射材料的高折射率所导致的难于使光耦合出无机光发射材料。当光发射器件还包括其他的元件(诸如对于制造商而言是昂贵的多层电介质分布布拉格反射体(DBR))时可以增加整体的效率。然而，整体效率的增加受到DBR中光损耗的限制。尽管可以通过包括折射率匹配层来改善DBR中的损耗，但是折射率匹配层增加了成本和器件中的层数目，使这些器件的制造更加复杂。
而且，尽管在发射器件中可以包括另外的元件以改善器件的给定特性，但是该给定特性的改善通常会牺牲同另外的特性，并且由于需要额外的工艺步骤来形成该额外元件而使发射器件复杂化。例如，多层电介质的分布布拉格反射体(DBR)可用于增加发射层中的受激发射量，而其代价是损耗了基本的发光量。还可以包括折射率匹配层以减小额外的光损耗量。然而，该方法极大地增加了DBR中的层数目。该器件还可能是昂贵的且生产缓慢的，同时仅提供了对其特性的少量的改进余地。
在多色发射器件的情况中，生产有效率的光发射器件的挑战变得更大。这是因为该器件的结构通常包括大量的更加复杂的结构以处理多种色彩。附加的复杂性加入了另外的工艺步骤。其增加了成本和制造工艺的复杂性和成本，同时减小了产量和输出。添加的结构需要更加精确的定位，并且更加难于制作光学平滑表面。此外，由于使用了宽带的发射材料，因此彩色发射器件通常具有差的色彩还原。因此，存在对更加有效率的光发射器件的需要。
发明内容
公开了反馈增强型光发射器件。在一个方面。该器件包括位于两个反馈层之间的发射层。该发射层适于发射光，其中该两个反馈层将至少一部分光反射回该发射层，由此激发了发射。在一个方面，该两个反馈层中的至少一个具有沿垂直于或者基本垂直于各自层平面的轴线方向上至少部分周期性和连续变化的折射率分布。
在另一方面，反馈层可以包括由具有光学写入的正弦变化折射率分布的光敏聚合物形成的全息图。在另一方面，该发射层可以包括交连的聚合物。
在另一方面，一种制造反馈层的方法包括在基片上淀积聚合物层并且使该聚合物暴露于光下，用以在该聚合物上记录一个或者多个干涉图形。在一个方面，使该聚合物暴露于光下用以引起交连。
通过参考附图，在下文中详细描述了另外的特征以及不同实施例的结构和操作。在附图中，相似的参考数字表相同或者功能相似的元件。
图1说明了一个实施例中的发射器件。
图2说明了光发生全内反射的临界角。
图3是示出了OLED器件的效率、亮度和电压的曲线图。
图4说明了包括谐振腔等效物的器件。
图5说明了具有宽带发射层和两个像素化反馈层的像素化器件。
图6说明了胆甾型(cholesteric)液晶的一维光子折射率分布。
图7说明了另一实施例中的反馈增强型光发射器件。
图8说明了另一实施例中的反馈增强型光发射器件，其具有OLED发射元件、两个全息反馈元件和光学间隔层。
图9说明了一个实施例中的反馈增强型OLED结构。
图10说明了在一个实施例中用于产生已构图的全息图的双掩膜装置。
图11说明了在一个实施例中用于产生已构图的全息图的单掩膜装置。
图12是说明了在图10的双掩膜装置中辐射度相对于位置的曲线图。
图13是说明了在图11的单掩膜装置中辐射度相对于位置的曲线图。
图14是说明了用于全息图的材料的曝光速率相对于辐射剂量的曲线图，其中辐射度阈值＝a。
图15是对比单模FE-OLED和多模FE-OLED的结构的示图。
具体实施例方式
图1说明了一个实施例中的发射器件。器件1包括发射层2和反馈元件4。反馈元件4可以是具有周期性连续变化的折射率的层，其允许某些光透射通过反馈元件4。还可以包括第二反馈元件6，使得发射层位于两个反馈元件4、6之间。第二反馈元件6可以允许某些光透射通过第二反馈元件6，或者基本上反射入射到其上的光。在一个实施例中，可以将具有周期性折射率变化的结构、平面镜、分布布拉格反射体(DBR)或者另外的反射体用作第二反馈元件6。
在一个实施例中，图1中所示的器件允许光在垂直于两个反馈结构平面的方向上从发射层发出，用以基本上在两个反馈结构之间来回反射。在多次通过发射层的过程中，通过与发射体中的激子的相互作用来激发额外光的发射。激子是激发态的电子和空穴的对，其坍缩导致了发光材料中的光发射。这样，沿器件平面垂直传播的光量增加，以沿该平面传播或者在斜角方向上传播的光为代价。由于在平面上和斜角上传播的光不会从发光器件垂直发出，因此，垂直于平面的发射的增强显著地增加了器件的效率。
在一个实施例中，如果发射光的反馈和随后的受激发射是非常有效率的，则所有的光将沿垂直轴线发射，并且基本是相干的。在该情况中，该器件变为垂直发射激光器或者VCSEL(垂直腔面射型发射激光)。然而，由于发射光是基本对准的并且因而该器件具有显著增强的能量效率，所以光激射行为不需要按顺序发生。由于在这些器件中效率的增加是由反馈光导致的，因此该器件被称作反馈增强型发光器件或者反馈增强型光发射器件。
在一个方面该器件还可以包括其他的元件，诸如阳极、阴极、载流子注入和输运层、位于反馈层和发射层之间的透明缓冲层或者其他元件。图7说明了具有附加元件的发射器件700。还可以将集成的光散射体添加到反馈层外部。
在一个实施例中，用于向发射体提供激发能量的一种或者多种方法通常可以包括电激发或者光激发。如果该激励是电流，则可以通过电极对将其引入到发射层中用以诱发电致发光。例如，诸如阴极102和阳极104的电极对可以分别安置在发射层2与反馈层4和6之间。
阴极102可以包括与发射层2相邻的具有低功函数表面的透明传导结构，使得其能够将电子注入到发射层2中。在一个方面，为了提供具有所需透明度的阴极102，提供了双层阴极。该双层阴极可以包括非常薄(例如，5纳米(nm))的金属阴极，使得该金属是透明的或者近似透明的。然后该金属可以通过类似氧化铟锡(ITO)的透明导体支撑到例如反馈层侧上，用于产生足够高的传导率以得到低阻抗器件。阳极104可以包括透明传导材料，选择该透明传导材料使其具有高的功函数，从而其能够将空穴注入到发射层2中。
发射层2可以包括电致发光材料，其光谱发射带与反馈层4和6的反射带重叠。在一个实施例中，发射材料是有机发光材料，并且该器件被称作反馈增强型有机发光二极管(FE-OLED)。另一选择是，发射材料可以是有机金属发光材料、诸如GaAs、AlGaAs或者InGaN的发光无机半导体材料或者有机/无机合成发光材料。在另一方面，发射层2可以是荧光/磷光发射材料。
反馈层4和6可以包括具有周期性变化的折射率的不吸光材料。描述这些结构的功能的方法是，沿层的垂直轴线进入反馈层材料的光在每当其通过折射率振荡的一个周期时会经历小的折射。当反馈元件足够厚时，反馈元件在谐振波长2d处可以用作近似完美的反射体，其中d是折射率空间振荡的强度。
在一个方面反馈层可以通过平面波全息图制造，其具有处于所需发射波长处的峰值反射率。
在一个实施例中，图7中所示的器件700可以倒转。即，阴极102和阳极104的位置可以互换。
该器件700还可以包括基片106，其与诸如反馈层6的反馈层相邻安置。基片106用作可以使该器件700建构于其上的层。在一个方面，基片106可以由透明材料构成。在一个方面，可以将该材料粘附于该器件700上以用作封盖108。例如，封盖108用于密封封装以抵御周围的水和氧，或者另外用以保护器件700不受化学作用或者其他降解作用的影响。
该器件700的其他元件可以包括在阳极104和发射层2之间的空穴输运层。该空穴输运层可以用于允许更多的电子/空穴复合出现在发射层2中。例如，在具有不平衡的电子和空穴迁移率的发射层中，其通常具有低的空穴迁移率，电子/空穴复合趋向于出现在阳极。相似地，具有直接的阳极/发射体界面的器件趋向于是低效率的，这是因为许多陷阱，即发生了发射体的非辐射去激发的位置，存在于发射体/阳极界面处。例如，使用具有高的空穴迁移率的空穴输运层使出现在阳极处的电子/空穴复合的问题减到最小。还可以选择空穴输运层以使得空穴的导带位于阳极104的导带和发射层2的导带的中间，由此提供了从阳极到发射体的更加有效的空穴注入。
还可以在阳极104和空穴输运层之间提供空穴注入层。例如，如果使用了类似于缺乏良好定义的带结构的氧化铟锡(ITO)的阳极材料(其可能导致对器件的低效率的空穴注入)，则可以提供类似铜酞菁的空穴注入层用以通过位于ITO和空穴输运材料中间的能级较好地定义带结构。因此提供该额外的空穴注入层可以有助于空穴注入，并且产生了更加有效率的器件。
在另一个实施例中，额外的空穴输运层可以插入在空穴注入层和发射体之间，用以进一步消除该带的能量差别。如果与发射体相邻的空穴输运层具有处于近似与发射体相同的能级处的电子导带，则电子可能“超越”该发射体，且在输运层中发生复合而不是在发射体中。通过在发射体和输运层之间插入具有高能量和良好空穴传导性的电子导带的电子阻挡层，可以消除该超越。
在另一个实施例中，可以在阴极102和发射层2之间提供电子输运层。电子输运层针对电子执行与空穴输运层针对空穴而执行的功能相似的功能。如同空穴输运层，可以添加另外的电子输运层以帮助带能量匹配。
在另一实施例中，可以在阴极102和电子输运层之间提供电子注入层。在一个实施例中，低功函数材可料用于阴极102。通过该低功函数材料，较少能量被消耗于将电子注入到器件中。例如，可以使用诸如钙的具有非常低的功函数的金属，尽管钙可能是易起化学反应的并且对湿气和氧是非常敏感的。还可以使用铝。例如，给铝涂敷非常薄的类似于氟化锂或者氟化镁材料的膜提供了“带偏移”效应，其有助于缓解带能量失配。
在另一实施例中，可以在发射体和空穴输运层之间提供空穴阻挡层以消除“超越”发射体的空穴。上文所述的载流子输运层、注入层和阻挡层还典型地用于传统的OLED器件。因此，此处将不再描述这些元件的进一步的特征。
在一个实施例中，器件700还可以包括缓冲层，例如，置于电极和反馈层之间的纯净电介质。当缓冲层安置在阴极102和顶反馈层4之间时，其可以用作阴极同外部环境之间的密封势垒，特别是在随后的工艺过程中。在一个实施例中，缓冲层还提供了正确尺寸的间隔，使得在该两个反馈层之间的该间隙中的有害的光干涉不会发生。为了获得该功能，缓冲层可以插入到反馈层和电极之间以调节器件的光学厚度。缓冲层还可以用于维持该两个反馈层中的折射率分布之间的适当相位关系。此外，缓冲层可以用于调节反馈层之间的间隙厚度，由此调节在该间隙中谐振的光模的波长。
图8中示出了一个实施例中配置在器件上的缓冲层的示例。图8说明了这样的器件，其包括发射元件806，例如OLED层；两个反馈元件804和810，例如全息层；和缓冲层808，例如，光学间隔层。如图8所示，发射元件806可以包括多个层。该器件还可以包括前玻璃802和后玻璃812。
图1、7和8中所示器件可以基本上减小或者消除光损耗，例如，由于全内反射导致的光损耗，该全内反射还可能出现于边界处的折射率失配处。例如，通过基本上消除器件内部的光吸收损耗，可以使从器件中提取的光量近似成倍增加。
在一个方面，回来参考图1，位于发射层两侧2的反馈元件4、6形成了谐振腔。反馈元件4、6将光反射回发射层2的材料中，并且允许在足够的光反射到发射层2中时发生受激发射。例如，光子和激子之间相互作用的数目调节了受激发射的速率。这样，例如，通过将光定位于谐振腔中并且由此在发射层2中引发了高密度的光子，可以产生非常快速的受激发射转换。
典型地，在没有引入受激发射的情况中，自发发射主导了在发射材料中的光产生过程，该自发发射是相对慢的并且是纯粹的统计过程。在本公开的一个实施例中，快速转换为受激发射使得自发发射过程具有很少的或者不具有激发态能量以转换为光。甚至更慢的过程，即非辐射去激发，将激发态能量转换为热。这样，在一个实施例中，由于热形成的机制在慢于受激发射的量级上，因此受激发射取代了激发态能量到热的转换。因此，在一个实施例中，器件1的激发态能量主要被转换为光，而不是热。随之而来的发热的减少还可以导致器件中降低的温度，其允许器件中更长的寿命和更高的效率。
在传统的光发射器件中，由于光是以斜角角度发射到器件的平面上并被反射，因此发生了光吸收损耗。例如，图2说明了光经历全内反射的临界角。光以超过临界角(在该角度上光经历全内反射)的角度照射到高折射率层8与两个相邻的层10和12的折射率边界上。反射光有效地捕获于高折射率层8之中，并且对器件的辐射度水平无贡献。在本公开内容的方法和装置的一个实施例中，通过允许光垂直发射到器件平面并且由此减少了内部反射，可以通过较低的驱动电压获得较高的辐射度水平。较低的驱动电压也可以对延长器件寿命作出贡献。
图3是说明了OLED器件的效率、亮度和电压的曲线图。在较低的电压下驱动OLED器件尽管获得了所需的辐射度水平，但是对器件的效率和寿命有大的影响。这是由于OLED材料在当驱动电压增加开始发光不久之后具有峰值效率，并且之后随着电压的上升快速地下降。这样，在较低的驱动电压下通过受激发射获得所需的辐射度水平，对OLED器件的能量转换效率和寿命有大的影响。
在一个实施例中，通过足够水平的光反馈和所导致的受激发射，器件1可以用作激光器。而且，即使光发射层2中的受激发射不能导致发出激光，器件1也呈现出改善了的发光效率。出现了改善的发光效率，这是因为，例如，在一个实施例中，由于垂直发射到器件1平面上所产生的光相比于以导致全内反射的角度发射的光是增加的，因此激发器件1的光的总量是基本增加的。在一个实施例中，发射层2可以包括交连的有机发光二极管(OLED)材料，诸如小分子或者聚合物OLED，或者具有介于该两者之间的分子量的分子。尽管在已知的器件中，交连通常会引起激发态能量转换为热，但是在本公开内容的一个实施例中，发射光被反馈到发射层中，以及随后可能发生的来自发射层的光发射的快速激发，将交连的发射体材料中的去激发的主导模式从热改变为光的受激发射。这样，在一个实施例中，本公开内容的一个或者多个反馈层允许OLED器件包括传统的光感技术和其他的交连技术。因此，可以避免聚合物OLED材料的溶解性问题和小分子OLED的热脆性问题。
在另一实施例中，发射层2可以包括溶解于聚合物主体中的小分子发射体。该种类型的结构可以通过溶剂浇铸制造，例如旋涂包括磷光体、单体、引发剂和溶剂的溶液。聚合物主体溶解可以增加小分子磷光体的热稳定性和机械稳定性。
在使涂层干燥以除去溶剂之后，通过暴露在紫外光或者其他导致可用作发射层2的韧性膜的光线下，可以使该涂层交连。在一个实施例中，使磷光体交连或者在聚合物主体的溶液中包括小分子磷光体均有助于通过构图曝光进行光发射层的构图。这两者还可用于制造高效率的器件，其中由反馈层的出现而启动的受激发射是主导的去激发过程。
在另一实施例中，发射层2可以包括对准的液晶材料(例如，处于向列相)，通过使该液晶材料冷却为玻璃相或者通过上文所述的交连，可以使其是不能移动的。发射体分子还可以是液晶主体溶剂中的客体。包括具有液晶晶序的发射体的器件可以发射具有一定平面极化水平的光。它们可以同下面描述的极化反馈层组合。
在一个实施例中，选择反馈元件，使得其高效率地将发射光按所需百分比返回到发射层2中。选择适当的反馈元件可以增加来自发射层的光受激发射并使之最大化，由此增加了自器件的总的光输出。来自受激发射过程的光垂直传播到器件平面，确保该器件输出的光的近似完全耦合。如上文所述，使光垂直发射到平面可以减小由于全内反射所引起的光损耗。而且，还可以选择反馈元件使得减小反馈元件中的光吸收损耗。
在一个实施例中，反馈层可被指定具有的折射率分布使得可以减小或者避免反馈层中的光损耗。反馈层中的光吸收的减少可以允许足够的光的再循环，用以使受激发射主导光产生过程。
例如，在一个实施例中，例如，例如在DBR反射体中，使反馈层的折射率连续变化而不是突变或者不连续的变化，可以使反馈层中的光损耗减到最小。在一个实施例中，该连续变化是周期性的，即其值是有规律的循环变化。例如，反馈层可以具有满足布拉格条件(Bragg)的折射率变化2dsinθ＝nλ，其中d是体积光栅中的折射率的循环变化的周期，θ是光入射到光栅中上的角度，其中θ＝90°并且sinθ＝1，n是表示反射次序的整数，并且λ是所需被反射的光波长。
在另一实施例中，所有的折射率变化不需要具有2d＝nλ的周期性。其他的纯随机变化可以叠加到所需的周期性变化的上面。在另一实施例中，可以叠加多个周期性的空间变化频率。
有用的折射率分布包括，但不限于，正弦曲线、连续变化的类正弦函数、以及使得sin(y)不呈现出负值的正弦函数偏移的卷积或者具有梳齿函数的高斯函数。
在另一个实施例中，反馈层元件可以包括折射率分布，其被指定为增加发射层输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(离散的层)和正弦分布之间的一个中间体。
正弦函数和正弦函数与方波之间的中间体是可以全息产生的。平面波全息图可以是具有连续变化的折射率分布的元件的示例。例如，具有正弦变化的折射率分布的全息图可以光学写入到由全息膜形成的反馈层中。
在一个实施例中，使用全息反馈层可以允许通过调节全息膜的对比度，将反馈层的折射率分布从近似正弦分布调节为近似方波分布。其结果可以是调节反馈层反射带的光谱宽度和形状的能力。
反馈层中的折射率分布不限于反射单一的波长，而是在一个实施例中可以包括两个、三个或者更多的不同间距下的分布的叠加，使得可以由相同的反馈层执行多个波长波长频带的反射。另一选择是，该分布在连续变化的区域之间可以具有中断或者具有恒定折射率的区域，或者可以包括多个如上文所述的独立的反馈层。
在另一实施例中，反馈元件的折射率分布可以是使得由受激发射产生的光量相比于自发发射或者其他过程产生的光是增加的，同时减少或者避免了反馈层中的光吸收损耗，这两个因素对于增加器件耦合出的光是有贡献的。
例如，反馈层可以被设计为具有适当的激发器件的光同反射回发射区域中的光的比率。该比率是OLED结构的小信号激光增益的函数。这样，该比率可以根据发射体和用于OLED和OLED器件的精密结构的其他材料而变化。例如，适当的比率通常可以通过在由受激发射导致的额外光产生和在OLED结构中的光的吸收损耗之间进行对比而确定。小信号增益是向下外推至零光子通量的光增益/输入光子通量的净量。该外推法的原因在于，光每次通过器件都会由于受激发射而减小激子的总数。这样光输出中的增益由于每次连续通过而下降，同时吸收损耗保持恒定。由于不同的发射体具有不同的本征小信号增益，并且由于不同的发射体需要不同的导致不同吸收水平的载流子层、层厚度等等，因此每种类型的器件可以具有不同的比率。在一个实施例中，相比于由自发发射产生的光，拥有该适当的比率可以增加由受激发射产生的光量。例如，如果具有过高的比率的光反射回发射层中，则在器件可能出现比最优化的光吸收量更多的光吸收量，这是因为光子在器件的谐振腔中多次通过任何光吸收材料。另一方面，如果过高的比率的光被允许离开器件，则可能会有不足够的光反射回发射层中并且其抑制了受激发射的最大化。
在一个实施例中，通过适当地调节层的物理厚度或者层中折射率变化的delta n(最大幅度)，可以获得反馈回来的光与在反馈层中透射的光的适当的比率。可以改变这些参数用以选择所需的反馈与透射的比率。例如，用作反馈层的7微米厚的Slavich PFG-03C全息感光乳剂层在经过优化处理后提供了约96％的反射系数。
当适当地选择了该比率时，对于在至少一个维度上在宽的角度范围中垂直发射光的发射层，如果在所有方向上不是各向同性发射，则将使得该发射层能够以例如受激发射过程中的足够增益、以受激发射的形式沿垂直于反馈层的轴线发射光。
在一个实施例中，具有至少部分周期性和连续变化的折射率分布的反馈层可以位于器件的一侧或者可以位于器件的两侧。其中仅使用一个至少部分周期性和连续变化的反馈层，第二折射材料层，诸如镜、金属表面、形成层的电介质的分布布拉格反射体(DBR)或者反射阳极或反射阴极，可以用作器件另一侧上的反馈层。分布布拉格反射体是由具有交替折射率电介质材料层的堆叠而组成的反射体。该堆叠在层边界处具有折射率值的中断。
在另一实施例中，具有周期性和连续变化的折射率的反馈结构可以用作光子晶体结构。光子晶体是这样一种材料，即由于沿一个或者多个轴线周期性地改变折射率，所以其不能支持特定频率的光沿这些轴线传播。这样，在具有足够的厚度时，其在沿这些轴线的方向上变成某些光谱反射带上的完美的反射体，并且被称为在其不能够支持的光能量中具有光子带隙。在一个实施例中可以用作反馈层的一维光子晶体结构可以包括材料层，其中电子密度和相应的折射率沿垂直于层平面的轴线具有均匀地周期性和连续变化，或者具有其他的适当的变化。该变化实际上不必需是正弦的，但是其在材料结构上可以包括主导的周期性，其是所需的受激光发射的波长的n/2倍，其中n是某个整数，例如1。通常，n＝1等效于标准的半波多层反射体。另一选择是，可以制造具有较高n值的反射层。全息造影通常产生n＝1的器件。对于其中该层在时间上是离散生产的器件，可以生产具有不同厚度的层。在一个实施例中为了保证相长干涉，n是整数。在另一个实施例中，二维或者三维光子晶体结构可被用作反馈层。
图4说明了一个实施例中的具有光子晶体反馈元件的器件20，其产生受激发射。通过将反馈元件或者层22安置在发射元件或者层24的两侧，可以构建该器件。如果器件24对于所需波长的光是透明的，例如，垂直于发射元件或者层24或者包围的反馈元件或者层22的平面发射的光可以多次反射通过发射元件或者层24。当发射元件或者层24是OLED时，例如，光可以多次反射通过OLED的激子富集区域。在本公开内容的一个实施例中，这可以产生相干光的受激发射，该相干光对准于器件平面的垂直方向。
一个实施例中的反馈增强型发光器件利用具有至少部分周期性和连续变化的折射率的电介质材料的光子晶体行为，以将反馈光强集中在发射体材料的激子富集区域中。例如，在一个实施例中，可以通过使用器件配置，例如，带边反馈增强型发光器件或者缺陷模反馈增强型发光器件(如带边FE-OLED和缺陷模FE-OLED)，来实现该光强的集中。
在带边实施例中，定义了器件谐振腔两端的反馈元件在发射材料的发射带中或者其附近的至少个一个波长下是完全反射的。在一个实施例中，两个反馈元件都是光子晶体反馈层，如前文所述，其具有的反射带的中心波长与发射层的荧光带最大值有稍许偏移。受激发射出现在该器件中的反馈层的反射带的带边。在一个方面，出现受激发射的带边位于与发射材料的最大发射波长最接近的反射带的一侧。另一选择是，通过使用宽带发射材料，可以发生处于反馈层的反射带两边的受激发射。
在另一方面，通过使两个完全反射的反射体以全息图的形式写为反馈层，可以实现带边发射器件，例如，该反馈层具有的最大反射波长与OLED或者LED发射材料的最大发射波长有同样的偏移。
在一个实施例中的带边器件中，在光子晶体结构中产生了光子带间隙，由此改善了带边器件的性能。在光子晶体材料中，具有处于材料光谱反射带中的波长的光不仅由周期性改变折射率的结构进行反射，而且其不能在该结构中传播。也就是说，在自由态中光通常所具有的波传播模不能存在于光子晶体中。这样，该材料使得光子能量中的光子带间隙与某些晶体材料中的电子能量中的电子带间隙相似。例如，由于在光子晶体结构中处于被禁止波长处的波传播模未受破坏，并且被推至光子带间隙的边际(在波长方面)，在反射带边的波长处产生了高密度的模，因此启动了带边光激射。这等于是说，在光子晶体中的带边波长处存在高密度的光学态。嵌入在光子晶体结构中的材料具有在这些波长处的该高密度态。其结果是，处于带边波长的光与嵌入材料的非常强烈的相互作用，以及关于非常强烈的光发射激发的潜力。
在另一实施例中，发光材料层和包围的器件结构(例如，OLED)可以用于使器件一侧光子晶体层中折射率交替变化的相位从该器件另一侧光子晶体层中的折射率交替变化的相位偏移。在该实施例中，例如OLED层的发光材料用于在这样的层中产生缺陷，即该层在器件中由顶部到底部连续的周期性地改变折射率。在一个实施例中，OLED的厚度可以等于或者小于处于光子晶体反射带的中心波长处的一个光波长。在该类型的器件中，所引入的光传播的缺陷模在OLED区域中是高度局限性的。这又导致了反馈光子同激子的非常有效的相互作用，用以产生受激发射。如在带边光激射反馈增强型器件的情况中，缺陷模器件可以具有高能量效率的光发射和光激射的低电流阈值。
在另一实施例中，反馈增强型发光器件可以是单模或者多模器件。通过制造带有具有由发射体所发射光的近似波长的宽度的谐振腔(反馈层之间的距离)的器件，可以制造单模器件，而多模器件带有具有至少数倍大于由发射体所发射光的波长的宽度的谐振腔。例如，图15对比了单模FE-OLED1502和多模FE-OLED1504的结构。单模FE-OLED1502具有处于玻璃封装中的全息反馈层1506、1508，其具有宽约400nm的谐振腔，约0.5μm的模间距和约1.5nm的光谱线宽。
在一个实施例中，多模FE-OLED1504具有位于玻璃封装外部的全息反馈层1510、1512。例如，约0.2nm的模间距出现于反馈层处，该反馈层隔开1mm并且使用500nm波长的光。光谱线宽由反馈层1510、1512的反射带宽确定，并且其约100nm。在多模器件1504中，因为可以在OLED组装之后使用全息图，因此他们更容易制造。
在另一实施例中，多模器件可以具有位于玻璃封装中的反馈层或者具有一个位于玻璃封装中的反馈层和一个位于玻璃封装外的反馈层。包括相对厚的透明间隔层的透明空间可被用于填充发射器件和反馈层之间的空间，由此建立了所需的谐振腔厚度。在该方法中，腔厚度可以独立于器件封装中的机械考虑而建立，并且其可以用于提供像素化的多模器件而不会带来视差问题。
对于一阶近似，在一个实施例中，具有反馈层的单模器件具有所需输出光波长的1/2的谐振腔厚度，并且其具有与处于反馈层内表面的周期性折射率变化的相位相同的相位。也可以使用相同量级的厚度和其他的相位关系。
为了从反馈增强型器件提供所需的光输出，在一个实施例中，所产生的光可以在一个或者两个垂直于器件平面的方向上耦合出器件。这可以这样实现，即通过制造并薄化两个反馈层中的一个或者两个使得存在足够的折射率变化周期的数目以完全反射所产生的光，并且由此允许光自该反馈层发射。
用以“薄化”一个或者两个反馈层的另一方法是将它们的厚度维持在某一标准值(例如，7微米)，同时减小反馈层中的折射率变化的delta n。在全息反馈层的情况中，这可以通过减小用于写全息图的总的曝光时间来完成。
在可替换的实施例中，为了形成上文所述的光子晶体反馈层，下述材料可以用作反馈层，但不限仅于此均质配向的单体和聚合物手性液晶、蛋白石或者其他具有类似于晶体栅格结构的微粒凝聚物；处于流体相或者聚合固体相的中间相溶致液晶；或者处于具有液晶结构的相中的嵌段共聚物，其中寡聚体嵌段形成了具有所需长度的重复的单元以产生具有所需周期性和连续变化的折射率的结构。
嵌段共聚物可以是通过将单体或者寡聚体元件连续连接成自组装聚合物结构而产生的自组装有机光敏聚合物结构。一维光子晶体结构还可以通过真空淀积具有连续变化组分的电介质材料而产生，使得所导致的结构具有所需的折射率分布或者所需折射率分布的近似。
在一个方面，所需的折射率分布可以取决于独立的器件。例如，带边光激射器件可能需要比其他器件更宽的光谱反射带。在该情况中，可以使用与方波分布更加接近的折射率分布。
在下面的描述中提供了关于制造平面波全息图的更加详细的描述。在一个方面，反馈层可以包含记录在介质中的折射率分布。例如，折射率分布可以是通过光学干涉记录在光敏聚合物介质中的干涉图形，或者是记录在光敏介质中的相似的干涉图形。光敏介质可以是卤化银感光明胶乳剂，诸如Slavich PFG-03C，目前其可以获得自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该材料制造全息图的细节，其在此处并入列为参考。折射率分布可以例如，通过使用正的或者负的光敏材料记录在具有反向对比度光敏特性的介质中。全息图还可以通过使用重铬酸盐明胶或者其他光敏材料制造。
折射率分布还可以通过非光学手段记录，诸如通过连续地将单体或者寡聚体元件连续连接成自组装聚合物结构而产生的自组装有机光敏聚合物结构，或者溶致液晶的聚合中间相。折射率分布还可以使用电子束蚀刻写入。
在另一方面，全息图还可以由光敏聚合物材料膜制成。该光敏聚合物材料可以由单体的混合物形成，诸如乙氧双酚A丙烯酸酯(ethoxylated bishpenol A diacrylate)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(Trimethylol prlpane triacrylate)的约50∶50的混合物。这些材料可以获得自Sartomer Corp.，Exton，PA。在加入适当的光引发剂时，全息图可以记录在混合物中。
在一个方面，全息图可以在所需的波长下产生，或者在两倍或另外的整数倍所需波长下产生。这可以用于在相同器件中对多种色彩进行编码。另一选择是，可以组合记录方法。
在另一方面，全息图反馈层(例如，图7的4)对于全息反馈层或者其他使用干涉测量对准方法的反射体或反馈层(例如，图7的6)而言，可以是相配准的(phase registered)或相锁定的(phase locked)。这导致了完美的或者接近完美的相长干涉，其使发射层的光强最大化。例如，通过用于在全息图反馈层(图7的4)中记录折射率分布的天线状条纹图形，从反射体或者反馈层(图7的6)反射的光发生干涉。可以调节天线状条纹图形的垂直定位，用以在执行反馈层的全息图曝光之前产生最大的相长干涉。
当全息图结构用于两个反馈层(图7的4和6)时，可以使用相同的扩展天线状条纹图形同时在该两个层上执行记录曝光，由此对这两个结构执行相配准。该相配准可以是完美的或者近似完美的。该配准和相锁定提供了反馈元件中的全息图的自对准。
现将详细描述一个实施例中的产生全息图的方法。在一个实施例中，在表面上具有Slavich PFG-03C卤化银感光明胶(SHSG)的全息感光乳剂的玻璃板暴露在具有例如458nm氩离子激光线的干涉平面波束下。激光器的输出是分为“镜像”光平面波束和“基准”光平面波束的光束，并且这些光束扩展以能够覆盖完整的感光乳剂表面。镜像光束从前方沿垂直于玻璃基片的轴线刺射在感光乳剂上，而基准光束从后方沿垂直于玻璃基片的轴线通过玻璃基片刺射在感光乳剂上。这样，在一个实施例中，该感光乳剂被暴露在由两个光束干涉而产生的天线状条纹下。
在曝光后，通过将该板浸在甲醛溶液(福尔马林)中约6分钟而使感光乳剂预硬化。这使得最初软化的明胶足够地交连，以便不会受到进一步的处理的破坏，并且还使得明胶足够硬，以便在显影工艺过程中形成于其内部的空气孔隙不会塌缩。然而，感光乳剂中与卤化银颗粒的相互作用延缓了该颗粒周围的明胶的硬化，使其相对软。
在一个实施例中，福尔马林硬化溶液可以包括10ml37％甲醛(福尔马林)；2克(g)溴化钾；5g无水碳酸钠；1升去离子水。
通过浸在Agfa G28c显影剂中约3分钟而使前面的已曝光的并预硬化的板显影。这将已曝光的卤化银颗粒转化成银，将潜伏的条纹图像转化为真实图像。
随后通过浸在PBU-metol脱色剂中约15分钟而使该板脱色。在一个实施例中，通过下列成分制备脱色剂1g溴化铜；10g过硫酸钾；50g柠檬酸；20g溴化钾；30g硼砂；1升去离子水。在混合这些成分之后，将1g.p-甲氨基苯酚硫酸盐(甲氨基粉)溶解在溶液中。然后使用硼砂使脱色剂缓冲至pH5，并且随后加入2％的硫酸铬(III)钾。
脱色剂使曝光区域中的银颗粒再卤化为溴化银，但是同时Cr(III)离子被导入到明胶中，直接与银颗粒相邻并且使其交连。在一个实施例中，所导入的Cr(III)不与未曝光的卤化银颗粒相邻。下一步将该板浸在60℃的去离子水中约10分钟。在该时间中，Cr(III)完成了与重组的溴化银颗粒相邻的明胶的交连。
通过浸在50％工业甲基化醇/50％水的溶液中约3分钟，然后浸入未稀释的工业甲基化醇中约3分钟，使明胶脱水。使该板在45℃的烤箱中干燥5分钟。
然后通过将该板置于具有饱和甲醛蒸汽的腔室中25分钟，使感光乳剂进一步硬化。下一步通过浸入定影液中2分钟而使感光乳剂定影。在一个实施例中。定影液包括10g无水硫代硫酸铵；20g无水硫酸钠；1升去离子水。
该定影步骤将所有的卤化银从明胶中移除。在感光乳剂曝光的区域中，明胶与Cr(III)交连直接环绕在AgBr颗粒周围，并且当移除AgBr时形成了孔隙。在没有发生曝光的区域中，环绕卤化银颗粒的明胶是软的，并且所形成的孔隙直接塌缩导致了纯净的均质的明胶。这样，在纯净的明胶区域和部分明胶/部分空气的区域之间产生了折射率对比。
在一个实施例中，通过浸入在50％水/50％异丙醇中10分钟、100％20℃异丙醇中10分钟、100％45℃异丙醇中2分钟来清洗该板并使之脱水。脱水扩展了孔隙的尺寸，并且导致了硬的去膨胀的明胶阵列。随后使该板在45℃的烤箱中干燥。
在一个方面，由于水将使明胶再膨胀从而破坏全息图，所以需要密封该板以防止空气中的湿气。该密封可以通过在全息图表面涂敷密封粘合剂薄层来完成。可以使用的一种材料是Pascofix，一种可获得自PASCO Industrial Adhesives in Philadelphia，PA的氰基丙烯酸盐粘合剂材料。还可以使用可光固化的环氧密封剂。
在一个实施例中，用于FE-OLED器件中的OLED结构可以具有图9中所示的结构，其包括下列材料。应当指出，图9中所示的示例不是按比率绘制的。阴极背衬902可以包括约150nm厚的氧化铟锡材料。阴极904可以包括约7nm厚的铝材料。电子注入层906可以包括约10nm厚的氟化锂材料。电子输运层908可以包括约35nm厚的三喹啉铝(aluminum triquinoline)材料。空穴阻挡层910可以包括约10nm厚的浴铜灵(bathocuproine)材料。发射层912可以包括约50nm厚的H9680材料。空穴输运层914可以包括约75nm厚的N，N’-di(3-甲基)-N，N’-二苯基联苯胺材料。空穴注入层916可以包括10nm厚的铜酞菁材料。阳极可以包括150nm厚的氧化铟锡材料。H9680发射层可以获得自Morristown，New Jersey的Honeywell Specialty Chemicals。
通过在SHSG全息板920之一上的涂敷有密封剂的表面上进行连续淀积，可以构建上面的OLED结构，该全息板920的制备在上文中已得到描述。然后，其上面的密封剂涂层仍未固化的第二全息图922被置于OLED结构902-918的上面，并且通过使用压电定位器进行精确地定位成与底部的全息图平行，由此当密封剂固化时，两个全息图920、922和OLED902-918通过密封剂全部封装在一起。
在一个方面，器件中的两个全息图上的两个密封剂涂层至少有2微米厚。因此该器件可以支持多个垂直模。在一个实施例中，OLED层的侧向尺寸可以是250微米×250微米。
在上文所述的制造方法中，ITO阴极背衬层用作全息图密封剂和OLED剩余部分之间的缓冲层。在另一方面，可以使用一个或者多个额外的缓冲层。
在一个方面，器件中的一个或者多个反馈层甚至允许某些具有退化功能或者低效率的光发射材料以令人满意的方式运行。这在选择诸如发射层的器件的其他层和元件时提供了较大的灵活性。而且，在一个实施例中，由于反馈层仍然允许某些具有退化功能或者低效率的光发射材料以令人满意的方式运行，所以可以选择光发射材料以优化其他特性。例如，如果反馈层的反射带和器件的发射带未与发射体吸收带重叠，则可以使用由于光发射材料吸收带和光发射材料荧光发射带重叠而具有低效率的光发射材料的器件。
另一示例是具有针对其功能而进行优化或选择的电极、电荷载流子注入层和电荷载流子输运层的器件，并且该器件还具有针对最优化的载流子复合而选择的发射层，用以形成激子，但是由于激子能量的非辐射弛豫，因此该器件具有低的量子效率。在一个实施例中通过来自反馈层的反馈光而实现的受激发射可以允许几乎全部的激子能量作为光发射，由此提供了具有高能量效率的器件。
进一步的示例是具有光发射层的器件，其中光发射层包括由交连的官能团派生的发射体分子。该交连提供了改善的机械属性，并且使得发射层在高温条件下较不易碎。通过来自反馈光的受激发射，还可以使得该器件具有足够的能量效率。
在另一方面，可以选择光发射材料用于同反馈光相互作用的高的吸收截面或者面积。例如，发射层可以由具有大分子的材料制成，或者由具有关于反射反馈光的高纵横比的材料制成。该材料可以在反馈光波长处具有高的极化性，或者光发射层可以较厚，用以提供与反馈光的较高相互作用截面。该材料可以包括这样的光发射材料，其中分子是对准的，使得它们关于反射反馈光的纵横比具有大的或者最大的值，或者包括这样的发射层，其中使发射材料更加致密，使得在每单位深度中存在更多的与反射反馈光相互作用的分子。一种该材料可以包括金属酞青，其中在器件中对其分子进行配向，使得该分子具有非常大的分子尺寸和适当的分子纵横比。通过调节下面的电荷输运层的表面能量以便产生同质对准，或者通过使下面的电荷输运层光对准，可以提供磷光分子的配向。具有高的同反馈光相互作用的截面的分子增加了受激发射的可能性。这减少了需要由反馈元件反射的光量，以便于使受激发射成为主导的光转换过程。在另一实施例中，可以使用构图光学曝光来制造已构图的反馈元件或者层。首先，全息光敏聚合物层或者光敏聚合物前体层浇铸在基片上。下一步，光敏聚合物或者光敏聚合物前体通过已构图的光掩膜暴露在交连光辐射下。另一选择是，如果交连光辐射是作为调制光束提供的，则可以省略已构图的光掩膜。
在另一实施例中，通过在已构图的反馈层中使用连续的构图曝光以产生反射不同色彩的反馈材料区域，可以产生已构图的多色彩的反馈层。可以对这些已构图的反馈层区域进行定位，以便于通过相应构图的发射材料区域进行定位。可以选择与反射特定色彩带的已构图反馈层区域相关的发射材料区域，用以使之包含在该色彩带中发出辐射的发射材料。
在另一方面，通过在全息配置的镜像光束中使用一个光掩膜并且在全息配置的基准光束中使用一个光掩膜，可以制造如上文所述的已构图的反馈层。图10说明了在一个实施例中产生已构图的全息图的双掩膜装置100的示例。诸如全息感光乳剂的材料20通过两个光掩膜18暴露在基准光束14和镜像光束12下，由此使构图光束22暴露到全息感光乳剂20。在该结构中，诸如激光器2的光源将激光4引导至光束扩大光学装置6。使发射自光束扩大光学装置6的光，即扩大的激光束8通过分光镜10被部分偏转和部分透射。分光镜8可以是简单的镜面，该镜面具有比传统镜面更加薄的银涂层，使得其不能反射所有入射到其上的光，而某些光将被透射。透射光是镜像光束12，其通过光掩膜18暴露在全息感光乳剂20上。偏转光14是基准光束，由镜面16反射并且通过另一光掩膜18也暴露在全息感光乳剂20上。所导致的由全息感光乳剂20记录的干涉图形是全息图。
在另一方面，通过使用高gamma的光敏聚合物作为全息介质20，可以除去两个光掩膜18中的一个，该高gamma的光敏聚合物具有曝光强度阈值。图11说明了在一个实施例中产生全息图的单掩膜装置200的示例。在该实施例中，可以在镜像光束12中使用一个光掩膜。在该单光掩膜方法中，未被掩膜的光束(基准光束)14可以不具有超过曝光强度阈值的足够能量并且因此不能引起光敏聚合物中的交连。被掩膜的光束(镜像光束)12也可以不具有用以引起光敏聚合物中的交连的足够能量，尽管这是不需要的。然而，两个光束的组合必须足够引起交连。
图12是说明了在图10的双掩膜装置中辐射度相对于位置的曲线图300。该曲线说明了曝光用光从零辐射度(此时光掩膜上的光学致密部分位于镜像光束和基准光束这两者之中)到满辐射度(此时两个光束通过光掩膜中的孔隙)的调制过程。在该结构中，两个光掩膜相互对准并且与全息感光乳剂对准。图13是说明了在图11的单掩膜装置中辐射度相对于位置的曲线图400。该曲线说明了，在该情况中，曝光光束的组合辐射度取决于镜像光束和基准光束的相对强度，在满辐射度和某一较低的非零辐射度值之间调制。如果，例如在一个实施例中，在图14中被绘为曲线500的全息感光乳剂的辐射度阈值在辐射度上高于图13中的辐射度调制的低值，则可以成功地记录已构图地全息图。该结构不需要两个掩膜的配准。
通过在器件基片上涂敷光敏全息记录材料层，可以制造全息反馈层。随后该材料暴露在光下，以便于产生图形，诸如平面波干涉图形，使之深入到该层深处，使得该记录材料的曝光程度在平面中的所有方向上是均匀的，但是在沿垂直于层平面的轴线方向上其均匀性呈正弦变化。通过产生具有所需波长的平面波、将其分为两个分量、其中一个分量相对另一个分量是相位延迟的、然后同时将记录膜暴露在两个分量下，可以产生平面波干涉图形。该过程记录了平面波源的全息图。记录膜或者材料是敏感的，使得当其暴露在光下时，发生引起折射率变化的交连反应。例如，Slavich材料包含增感染料，使得其是全色易感的。这在一个实施例中是在反馈层中记录所需折射率周期性变化的一种方法。
在另一实施例中，具有较宽的荧光发射带的发射材料可以与反馈元件组合以限制该发射材料的发射带宽，其中反馈元件被优化用以允许具有所需波长的单模发射。如前文所述，该反馈元件可以引起发射元件中的受激发射。该受激发射受限于与反馈元件的光的一个或多个反射带相同的一个或多个波长频带。这样，例如，宽带发射材料可以与窄带反射反馈元件结合用以产生窄波长频带的光，且基本上没有能量转换效率的损失。在一个方面，这在发射材料选择中提供了大的设计自由。例如，在具有其中光谱发射带与吸收带重叠使得通常会发生自吸收的发射材料的器件中，可以选择具有不与发射材料吸收带重叠的峰值波长的窄带反射反馈元件。这样，例如，可以消除发射材料的自吸收，并且可以获得具有更高能量效率的器件。相似地，在另一实施例中，可以使用反馈层反射带的精确位置，用以避免其他器件层的吸收带。
在一个方面，调节器件输出使其远离材料吸收带的能力意味着，现在具有反馈层的器件中可以使用另外的非常有用的发射材料和由于自吸收或者与其他器件层的吸收带不相容而被拒绝的其他器件材料。该效应的另一用途是使反馈元件具有两个或者多个分立的光谱反射带。其中每个分立的反射带与发射体材料的宽的发射光谱的一部分重叠，可以从发射材料的相同区域中发射多个波长频带的光。
另一用途可以是，在反馈层的不同区域中对分立的反射带进行构图。例如，图5说明了一个实施例中的具有宽带发射层32和两个像素化反馈层34的像素化器件30。例如，对于辐射具有在520nm和700nm之间的可谐振强度的光的发射体，对反馈层中的测试板图形进行构图，其中该层中的折射率交替变化等效于520nm的波长。然后对互补的测试板图形进行构图，使得折射率分布对应于650nm的波长。这样，该器件发射具有红色和绿色交替变化方块(像素)的光的测试版图形。
在一个实施例中，像素化反馈层34包括第一区域36和第二区域38。第一区域36反射具有第一波长的光，而第二区域38反射具有第二波长的光。像素化反馈层34的第一区域36在宽带发射层32中引起仅在第一波长下或者基本仅在第一波长下的受激发射。相似地，像素化反馈层34的第二区域38在宽带发射层32中引起仅在第二波长下或者基本仅在第二波长下的受激发射。
这样，在一个实施例中，可以制造多色彩器件而不必提供用于第一波长和第二波长的每一个的分立的发射材料。这可以减少所需用于制造宽带发射层32的工艺步骤。在一个实施例中，如果折射率分布记录在像素化反馈层34中，则可以同时形成第一区域36和第二区域38，用以进一步减少制造步骤的数目，并且减小像素化器件30的复杂度。而且，尽管图5说明了两个波长，但是也可以通过宽带发射层32激发三个或者更多的光波长。该像素化器件30可以用于显示数字、字母或者图形信息。例如，像素化器件30可以用于在图形显示中产生宽的色域而不会发射所不期望的红外波长或者紫外波长的光。
在另一实施例中，反馈层和发射体均可被构图。例如，可以在像素中对红色、绿色和蓝色发射体进行构图，其分别覆盖有被构图为红色、绿色和蓝色的反馈层。在另一实施例中，通过具有由使用极化光写在材料上的平面波全息图的光敏材料可以形成一个或者多个反馈层。该光可以是沿垂直于其传播方向的任何轴线进行平面极化的，或者另一选择是，该光可以是右旋圆极化光、左旋圆极化光或者椭圆极化光。在这些实施例中，反馈层使极化的反馈光返回到OLED或者LED器件的谐振腔中。在一个实施例中，该极化反馈光激发了来自发射层的具有相同极化状态的光的发射。这样，由OLED或者LED器件产生的光的基本部分或者所有的光可以具有与用于将全息图写入到该反馈层中的初始光相同或者基本相同的极化状态。
在一个实施例中，通过使用光掩膜进行的构图曝光，可以写下一个或者多个极化的全息反馈层。在一个方面，通过使用具有不同极化状态的光进行一系列的构图曝光，可以对发射器件的分立区域进行约束，使之发射具有不同极化状态的光。例如，被构图为像素化矩形阵列的反馈层可以具有交替变化的像素，该象素具有垂直的极化线性轴线。
在另一实施例中，通过使用具有手性中心的材料可以形成一个或者多个反馈层，并且，例如，如果该材料具有一维光子晶体折射率分布，则该一个或多个反馈层可以用作光子晶体反馈层。例如，同质对准的胆甾型液晶具有诱发螺旋形结构的手性中心，使得导致了一维光子晶体折射率分布。这在图6中得到了说明。当材料的螺旋形结构的螺纹间距足够短时，穿过通过介质不会对平面极化光的极化方向产生影响。在该情况中，具有平行于螺旋轴线的传播轴线的光经历了正弦变化的折射率。通过使用使胆甾型反应性液晶元(mesogen)单体聚合而产生的聚合物膜，可以形成该结构。
在另一实施例中，可以制造一个或者多个传统OLED传导或者半传导层，使得例如，除了它们在OLED中的传统功能以外，还允许它们用作光子晶体结构。例如，反馈层的光子晶体结构可以延伸到OLED结构本身中。例如，用于在OLED中建立空穴注入层、空穴输运层、发射层、电子输运层和电子注入层的材料可以具有与反馈层中的折射率交替变化间距相同的手性液晶相或结构。这些材料可以由交连的半部分派生而来，并且这些材料可以是敏感的，使得可以在其中纪录干涉图形。这样，反馈层全息图可以扩展至OLED中。
修改OLED元件层的光学属性以便于将光子晶体结构延伸至OLED结构中的有利方面在于，如上文所述，产生缺陷模激光，其中OLED发射体所处的缺陷区可以具有小于等效于一个光波长的厚度。例如，该方面在蓝色FE-OLED的情况中是有利的，这是因为对于蓝光而言，等效于一个波长的厚度小于多种OLED功能层的组合厚度。这样，在一个实施例中，如上文所述，设计缺陷模器件的方法涉及将光子晶体结构延伸至OLED中。
上文所述的实施例是说明性的示例，并且不应被解释为本发明限于这些具体的实施例。例如，尽管OLED器件被用作发射器件的示例，但是还可以使用其他的发光材料或者结构，而不限于OLED。而且，尽管折射率分布、光的方向等被描述为与平面垂直，但是应当理解，并不需要它们精确地垂直，而是处于接近垂直的范围中或者是基本垂直。因此，本申请中所描述的实施例还包括它们与平面近似垂直和基本垂直的情况。而且，通过参考不同实施例描述的不同的元件和方面在不同实施例中是可以互换的，并且并不限于一个具体的实施例中。因此，在不偏离附属权利要求中限定的本发明的精神或者范围的前提下，本领域的技术人员可以进行多种变化和修改。
权利要求
1.一种反馈增强型光发射器件，包括第一反馈层，其适于接收和反射光；第二反馈层，其适于接收和反射光，第一反馈层和第二反馈层中的至少一个具有沿垂直于或者基本垂直于各自反馈层平面的轴线方向上至少部分周期性和连续变化的折射率分布；和发射层，其置于第一反馈层和第二反馈层之间。
2.一种反馈增强型光发射器件，包括第一反馈层，其适于接收和反射光；第二反馈层，其适于接收和反射光，第一反馈层和第二反馈层中的至少一个具有具有沿垂直于或者基本垂直于第一反馈层平面的轴线方向上至少部分周期性和连续变化的折射率分布，第一反馈层和第二反馈层中的至少一个适于至少沿垂直于或者基本垂直于各自反馈层平面的轴线反射一个或者多个预定波长频带的光；和发射层，其置于第一反馈层和第二反馈层之间，该发射层适于发射光，该发射层进一步适于提供受激发射，该受激发射是由第一反馈层和第二反馈层中的一个或者多个反射的一个或者多个预定波长频带的光所引起的。
3.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二层或者第一反馈层和第二层这两者包括全息图。
4.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二层或者第一反馈层和第二层这两者包括具有平面波光源的全息图。
5.权利要求1的器件，其中发射层包括有机发光材料。
6.权利要求1的器件，其中发射层包括下列项中的至少一个或者多个交连有机发光材料；交连聚合物发光材料；包括具有在小分子分子量到聚合物分子量之间的分子量范围的分子的发光材料；溶解在聚合物主体中的小分子发光材料；荧光材料；磷光材料；有机和无机化合物发光材料；无机发光材料；和液晶发光材料。
7.权利要求1的器件，进一步包括第一电极，其置于第一反馈层和发射层之间；和第二电极，其置于第二反馈层和发射层之间。
8.权利要求7的器件，其中第一电极是阳极，而第二电极是阴极。
9.权利要求7的器件，其中第一电极是阴极，而第二电极是阳极。
10.权利要求7的器件，进一步包括一个或者多个缓冲层，其置于第一和第二反馈层中的一个或者两个与第一电极和第二电极中的一个或者两个之间。
11.权利要求10的器件，其中一个或者多个缓冲层包括至少透明的电介质材料。
12.权利要求10的器件，其中一个或者多个缓冲层用于使器件同大气污染物密封隔离。
13.权利要求10的器件，其中一个或者多个缓冲层被安置成用以提供第一反馈层和第二反馈层之间的间隔，使得相长干涉和受激发射发生于一个或者多个所选的波长处。
14.权利要求1的器件，进一步包括空穴注入层，其置于第一反馈层和发射层之间。
15.权利要求1的器件，进一步包括电子注入层，其置于第二反馈层和发射层之间。
16.权利要求1的器件，进一步包括空穴输运层，其置于空穴注入层和发射层之间。
17.权利要求1的器件，进一步包括电子输运层，其置于电子注入层和具有光发射有机材料的层之间。
18.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的至少一个包括下列项中的至少一个或多个平面镜、多层电介质的分布布拉格反射体、电极的反射表面和非光子晶体反射体。
19.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层在它们的光谱反射带的峰值波长处均不透射光，并且光发射材料以带边激光模的形式辐射光。
20.权利要求1的器件，其中来自第一反馈层和第二反馈层的反馈光的程度足够用于引发光激射行为。
21.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个包括一个或者多个调节的厚度和调节的折射率对比度，用以使反馈回发射层的光量最优化。
22.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个在连续变化的折射率分布中包括至少一个或者多个中断。
23.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个包括多个独立的反馈层折射率分布。
24.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个包括具有带有非折射功能的叠加折射率分布的折射率分布。
25.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个包括具有是反馈光所选波长的n/2倍的主周期的折射率分布，其中n是整数。
26.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个在物理厚度和光学厚度中的一个或者两个上进行了薄化，用以使光能够脱离该器件。
27.权利要求4的器件，其中通过改变全息曝光和全息图的结果折射率对比度，使第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个的光学厚度薄化。
28.权利要求1的器件，进一步包括一个或者多个置于第一反馈层和第二反馈层之间的层，该一个或者多个层形成有能够使折射率交替变化继续的结构，其在第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个中包括光子晶体结构。
29.权利要求28的器件，其中所述一个或者多个层包括下列项中的至少一个或者多个电极、电荷载流子注入层，电荷载流子输运层、载流子阻挡层和发射层。
30.权利要求28的器件，其中通过使用一个或者多个光敏聚合物和光敏材料和将一个或者多个光敏聚合物和光敏材料暴露在光下制造所述一个或者多个层来全息地产生折射率交替变化。
31.权利要求28的器件，其中通过在用于制造所述一个或者多个层的材料中的胆甾型液晶和手性液晶中的至少一种或者多种来产生折射率交替变化。
32.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括至少具有至少正弦变化的折射率分布的材料。
33.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括多个适于反射多个预定波长频带的光的区域，且该多个区域中的至少一个适于反射处于波长中心的预定光谱带的光，该预定光谱带的光不同于处于由该多个区域中另一区域所反射的波长中心的预定光谱带的光。
34.权利要求33的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个包括至少光子晶体结构和多个适于反射多个预定波长频带的光的区域，且该多个区域中的至少一个适于反射处于波长中心的预定光谱带的光，该预定光谱带的光不同于处于由该多个区域中另一区域所反射的波长中心的预定光谱带的光，并且第一反馈层中的该多个区域与第二反馈层中反射处于相同波长中心的光谱带的光的相应多个区域相配准。
35.权利要求33的器件，其中发射层包括至少多个适于发射多个预定波长频带的光的区域，且该多个区域中的至少一个适于发射预定波长频带的光，该预定波长频带的光不同于处于由该多个区域中另一区域所反射的预定波长频带的光，并且该多个区域中的每一个与第一反馈层和第二反馈层中的至少一个中的、具有与相应发射体光谱发射带至少部分重叠的光的光谱反射带的相应区域相配准。
36.权利要求35的器件，与反馈层中的、适于反射多个处于不同波长中心的预定光谱带的光的相应区域相配准的发射层中该多个区域中的两个或者多个适于从相同的宽光谱带发射材料中发射预定的不同波长频带的光，其与全部的相应发射体光谱发射带至少部分重叠。
37.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括全息图，其具有多个重合在该全息图上的折射率分布。
38.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括全息图，其具有多个通过布拉格定律对应于多个叠合在该全息图中的波长的光的折射率分布。
39.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括一个或者多个具有恒定折射率的区域。
40.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括具有光子晶体结构的材料。
41.权利要求40的器件，其中第一反馈层和第二反馈层组合以形成至少部分连续的光子晶体结构。
42.权利要求41的器件，其中第一反馈层和第二反馈层基本不透射由发射层在它们的光谱反射带的峰值波长处发射的光，并且该发射层将光辐射成为光子晶体的带边光传播模。
43.权利要求42的器件，其中发射层包括有机发光材料。
44.权利要求42的器件，其中发射层包括下列项中的至少一个或者多个交连有机发光材料；交连聚合物发光材料；包括具有在小分子分子量到聚合物分子量之间的分子量范围的分子的发光材料；溶解在聚合物主体中的小分子发光材料；荧光材料；磷光材料；有机和无机化合物发光材料；无机发光材料；和液晶发光材料。
45.权利要求42的器件，进一步包括第一电极，其置于第一反馈层和发射层之间；和第二电极，其置于第二反馈层和发射层之间。
46.权利要求45的器件，其中第一电极是阳极，而第二电极是阴极。
47.权利要求45的器件，其中第一电极是阴极，而第二电极是阳极。
48.权利要求42的器件，其中来自第一反馈层和第二反馈层的反馈光的程度足够用于引发光激射行为。
49.权利要求47的器件，进一步包括一个或者多个缓冲层，其置于第一和第二反馈层中的一个或者两个与第一电极和第二电极中的一个或者两个之间。
50.权利要求49的器件，其中一个或者多个缓冲层包括至少透明的电介质材料。
51.权利要求49的器件，其中一个或者多个缓冲层用于使器件同大气污染物密封隔离。
52.权利要求49的器件，其中一个或者多个缓冲层被安置用以提供第一反馈层和第二反馈层之间的间隔，使得相长干涉和受激发射发生于一个或者多个所选的波长处。
53.权利要求42的器件，进一步包括空穴注入层，其置于第一反馈层和发射层之间。
54.权利要求42的器件，进一步包括电子注入层，其置于第二反馈层和发射层之间。
55.权利要求42的器件，进一步包括空穴输运层，其置于空穴注入层和发射层之间。
56.权利要求42的器件，进一步包括电子输运层，其置于电子注入层和具有光发射有机材料的层之间。
57.权利要求40的器件，其中光发射层在由第一反馈层和第二反馈层形成的连续光子晶体中包括缺陷。
58.权利要求57的器件，其中所述缺陷包括在沿小于一个波长的光子晶体的一个维度上的空间相中的相滑移。
59.权利要求57的器件，其中从光发射层发射的光发出成为缺陷模。
60.权利要求59的器件，其中发射层包括有机发光材料。
61.权利要求59的器件，其中发射层包括下列项中的至少一个或者多个交连有机发光材料；交连聚合物发光材料；包括具有在小分子分子量到聚合物分子量之间的分子量范围的分子的发光材料；溶解在聚合物主体中的小分子发光材料；荧光材料；磷光材料；有机和无机化合物发光材料；无机发光材料；和液晶发光材料。
62.权利要求59的器件，进一步包括第一电极，其置于第一反馈层和发射层之间；和第二电极，其置于第二反馈层和发射层之间。
63.权利要求62的器件，其中第一电极是阳极，而第二电极是阴极。
64.权利要求62的器件，其中第一电极是阴极，而第二电极是阳极。
65.权利要求59的器件，其中来自第一反馈层和第二反馈层的反馈光的程度足够用于引发光激射行为。
66.权利要求62的器件，进一步包括缓冲层，其置于第一和第二反馈层中的一个或者两个与第一电极和第二电极中的一个或者两个之间。
67.权利要求66的器件，其中该缓冲层包括至少透明电介质材料。
68.权利要求66的器件，其中一个或者多个缓冲层用于使器件同大气污染物密封隔离。
69.权利要求66的器件，其中该缓冲层被安置成用以提供第一反馈层和第二反馈层之间的间隔，使得相长干涉和受激发射发生于一个或者多个所选的波长处。
70.权利要求59的器件，进一步包括空穴注入层，其置于第一反馈层和发射层之间。
71.权利要求59的器件，进一步包括电子注入层，其置于第二反馈层和发射层之间。
72.权利要求59的器件，进一步包括空穴输运层，其置于空穴注入层和发射层之间。
73.权利要求59的器件，进一步包括电子输运层，其置于电子注入层和具有光发射有机材料的层之间。
74.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者部分地透射接收自发射层的光。
75.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括一种或者多种手性液晶和胆甾型液晶。
76.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括蛋白石、具有类似于晶体栅格结构的微粒凝聚物、处于流体状态或者聚合状态的中间相溶致液晶和自组装嵌段共聚物。
77.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括具有连续变化组分的电介质材料。
78.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层是相锁定的或者相配准的。
79.权利要求78的器件，其中相锁定和相配准是以干涉方式执行。
80.权利要求1的器件，其中通过将一个同时曝光用于由两个平面极化光束形成干涉条纹阵列来全息地且同时地形成第一反馈层和第二反馈层。
81.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括通过线性极化光、旋圆极化光或者椭圆极化光写下的平面波全息图。
82.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括通过将折射率分布记录在下列项中的一个或者多个中而制造的全息图重铬酸盐明胶、重铬酸盐感光乳剂、卤化银明胶、卤化银感光乳剂、聚合物材料、正向光敏材料、负向光敏材料和其他光敏材料。
83.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者是通过具有手性中心的材料形成的。
84.权利要求1的器件，其中发射层包括透明电致发光材料。
85.权利要求1的器件，其中第一反馈层或者第二反馈层或者第一反馈层和第二反馈层这两者包括被构图用以反射不同波长频带的光的材料。
86.权利要求1的器件，其中发射层被构图用以发射不同波长频带的光。
87.权利要求1的器件，其中发射层包括具有与第一反馈层和第二反馈层的反射带重叠的光谱发射带的电致发光材料。
88.权利要求1的器件，其中器件发射的所有光占用单一的光传播模。
89.权利要求88的器件，其中第一反馈层和第二反馈层之间的间距等效于排除了由于反射而引起的相移的λ/2，其中λ是光在该单一的光传播模中的波长。
90.权利要求1的器件，其中器件发射的光占用两个或者更多个光传播模。
91.权利要求90的器件，其中器件基片和封盖中的一个或者两个是透明的，并且用作该两个反馈层之间的间隔层，该间隔层提供了在该层之间的适当间距，用以产生所需的激光模间距和光谱位置。
92.权利要求1的器件，进一步包括基片，在其上安置有第一反馈层和第二反馈层。
93.权利要求92的器件，其中所述基片包括下列项中的至少一个或者多个挠性材料、刚性材料、玻璃、金属和半导体材料。
94.权利要求93的器件，其中所述挠性材料包括下列项中的一个或者多个聚对苯二甲酸乙二酯、(PET)、聚萘酸乙二酯(PEN)、双酚A丙烯酸酯和其他工程聚合物。
95.权利要求1的器件，进一步包括封盖，其置于第一反馈层和第二反馈层中的至少一个上。
96.权利要求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间的分布。
97.权利要求1的器件，其中选择第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个的光谱反射带，以便于产生受激发射，该受激发射基本上既不与光谱激子带重叠也不与发射层的光谱吸收带重叠。
98.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个的反射带在光谱上比发射层的发射带窄。
99.权利要求4的器件，其中发射层包括无机半导体材料。
100.一种在用于发射光的器件中制造耦合到发射元件的反馈元件的方法，包括在基片上安置聚合物层；和将该聚合物暴露在光下，用以在该聚合物中记录一个或者多个干涉图形。
101.权利要求100的方法，进一步包括使该聚合物交连。
102.一种制造反馈层的方法，包括在全息配置的镜像光束和基准光束中使用光掩膜连续地使全息图形曝光在全息材料上，用以形成多个反射多个不同波长频带的光的区域。
103.一种制造反馈层的方法，包括在镜像光束和基准光束中的一个中使用单一的光掩膜连续地使全息图形曝光在全息材料上，用以形成多个反射多个不同波长频带的光的区域，该全息材料具有所选的曝光辐射度阈值，使得单独的未构图光束的能量不足以引起材料中折射率的变化。
104.一种制造反馈增强型光发射器件的方法，包括形成基片；形成第一反馈层；在该第一反馈层上形成第一电极；在该第一电极上形成发射层；在该发射层上形成第二电极；和在该第二电极上形成第二反馈层。
105.权利要求104的方法，其中通过在第一电极上形成可光学交连的材料层并且随即将其暴露在光下使其交连，形成发射层。
106.权利要求7的器件，其中阴极包括透明的具有低功函数的材料。
107.权利要求7的器件，其中阴极包括朝向发射层安置的第一非常薄的金属层和包括诸如氧化铟锡的透明传导材料的第二较厚的层。
108.权利要求7的器件，其中阳极包括透明的具有高功函数的材料。
109.权利要求79的器件，其中第二反馈层是通过使用天线状干涉条纹图形全息地形成的，其中该天线状干涉条纹图形是通过干涉方式相对于第一反馈层是相锁定或者相配准的。
110.权利要求91的器件，其中在第一反馈层和第二反馈层之间制造透明隔离层，以提供第一反馈层和第二反馈层之间的所选间距，用以产生所选的激光模间距和光谱位置。
111.权利要求42的器件，进一步包括置于第一反馈层和第二反馈层之间一个或者多个层，所述一个或者多个层形成有能够使折射率交替变化继续的结构，其包括位于第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个中的光子晶体结构。
112.权利要求111的器件，其中所述一个或者多个层包括下列项中的至少一个或者多个电极、电荷载流子注入层，电荷载流子输运层、载流子阻挡层和发射层。
113.权利要求57的器件，进一步包括置于第一反馈层和第二反馈层之间一个或者多个层，所述一个或者多个层形成有能够使折射率交替变化继续的结构，其包括位于第一反馈层和第二反馈层中的一个或者两个中的光子晶体结构。
114.权利要求113的器件，其中所述一个或者多个层包括下列项中的至少一个或者多个电极、电荷载流子注入层，电荷载流子输运层、载流子阻挡层和发射层。
115.权利要求42的器件，其中来自第一反馈层和第二反馈层的反馈光的程度足够用于引发光激射行为。
116.权利要求57的器件，其中来自第一反馈层和第二反馈层的反馈光的程度足够用于引发光激射行为。
117.一种反馈增强型光发射器件，包括第一装置，用于反射光；第二装置，用于反射光，第一装置和第二装置中的至少一个至少一个具有沿垂直于或者基本垂直于各自第一和/或第二装置平面的轴线方向上至少部分周期性和连续变化的折射率分布；和第三装置，用于至少作为接收由第一装置和第二装置中的至少一个所反射的光的结果来发射光。
118.一种反馈增强型光发射器件，包括全息图层；反射体层；以及至少有发光材料，其置于该全息图层和该反射体层之间。
119.权利要求112的器件，其中反射体层包括至少第二全息图层。
120.一种反馈增强型光发射器件，包括光子晶体结构层；反射体层；以及至少有发光材料，其置于该光子晶体结构层和该反射体层之间。
121.一种反馈增强型光发射器件，包括第一反射体；第二反射体；以及至少有发光材料，其置于第一反射体层和第二反射体层之间，其中第一反射体和第二反射体组合以形成至少部分连续的光子晶体结构。
122.一种反馈增强型光发射器件，包括第一反射体；第二反射体；并且至少有发光材料，其置于第一反射体层和第二反射体层之间，至少一个该发光材料在由该第一反射体和该第二反射体形成的连续光子晶体中包括有缺陷。
123.一种反馈增强型光发射器件，包括第一反馈层，其适于接收和反射光；第二反馈层，其适于接收和反射光，第一反馈层和第二反馈层中的至少一个具有沿垂直于或者基本垂直于各自反馈层平面的轴线方向上周期性和连续变化的折射率分布；和发射层，其置于该第一反馈层和该第二反馈层之间。
124.权利要求1的器件，其中第一反馈层和第二反馈层之间的距离是使得反馈层之间的空间包括腔，在该腔中具有一个或者多个所需波长的光发生相长干涉。
125.权利要求1的器件，其中由第一反馈层和第二反馈层中的一个或两个所反射的光激发从发射层的光发射。
126.权利要求125的器件，其中光的受激发射导致由器件发射的光的基本平行。
127.权利要求125的器件，其中光的受激发射导致光激射行为。
全文摘要
公开了一种反馈增强型光发射器件。耦合到发射元件(806)的反馈元件(804、810)允许发射元件通过受激发射来发射平行光。提供该功能的反馈元件可以包括但不限于全息反射体，其具有至少部分周期性和连续变化的折射率。
文档编号H01S5/183GK1666578SQ03815503
公开日2005年9月7日 申请日期2003年5月8日 优先权日2002年5月8日
发明者约翰·N·马尼奥, 吉恩·C·科赫 申请人:泽奥勒克斯公司