有機(jī)激光器的制作方法

本申請(qǐng)是中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01080040985.0、申請(qǐng)日為2010年7月29日的pct申請(qǐng)pct/us2010/043680的、名稱為“有機(jī)激光器”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及發(fā)光裝置。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及激光器，其中激光材料是有機(jī)的。

背景技術(shù)：

由于很多原因，越來(lái)越期望使用有機(jī)材料的光電裝置。因?yàn)楹芏嘤脕?lái)制造這樣的裝置的材料相對(duì)廉價(jià)，因此有機(jī)光電裝置具有在成本上優(yōu)于無(wú)機(jī)裝置的潛力。另外，有機(jī)材料的固有性質(zhì)，諸如其柔性，可以使其非常適合于諸如在柔性基板上的制造的特定應(yīng)用。有機(jī)光電裝置的例子包括有機(jī)發(fā)光裝置(oled)、有機(jī)光電晶體管、有機(jī)光伏電池和有機(jī)光電檢測(cè)器。對(duì)于oled，有機(jī)材料可以具有優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能優(yōu)勢(shì)。例如，有機(jī)發(fā)射層發(fā)光的波長(zhǎng)通?？梢匀菀椎厥褂眠m當(dāng)?shù)膿诫s劑來(lái)調(diào)節(jié)。

oled使用薄有機(jī)膜，當(dāng)橫跨裝置施加電壓時(shí)，該薄有機(jī)膜發(fā)光。oled越來(lái)越成為在諸如平板顯示器、照明和背光的應(yīng)用中使用的令人感興趣的技術(shù)。在美國(guó)專利no.5,844,363、6,303,238和5,707,745中描述了若干oled材料和配置，這些專利以引用的方式全部并入本文。

關(guān)于oled的更多細(xì)節(jié)、以及上述的定義可以在美國(guó)專利no.7,279,704中找到，該專利以引用的方式全部并入本文。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供一種裝置。該裝置包括第一有機(jī)發(fā)光裝置，該第一有機(jī)發(fā)光裝置還包含第一電極、第二電極和設(shè)置在第一電極與第二電極之間的有機(jī)發(fā)射層。該裝置還包括第一激光器裝置，該第一激光器裝置還包含光學(xué)腔和設(shè)置在光學(xué)腔內(nèi)的有機(jī)激光材料。設(shè)置聚焦機(jī)構(gòu)，以將由第一有機(jī)發(fā)光裝置發(fā)射的光聚焦到第一激光器裝置上。優(yōu)選地，該聚焦機(jī)構(gòu)提供其強(qiáng)度為由第一有機(jī)發(fā)光裝置發(fā)射的光的強(qiáng)度的至少10倍的入射到第一激光器裝置上的光，并且，更優(yōu)選地，提供其強(qiáng)度為由第一有機(jī)發(fā)光裝置發(fā)射的光的強(qiáng)度的至少100倍的入射到第一激光器裝置上的光。

優(yōu)選地，該第一有機(jī)發(fā)光裝置具有微腔，從而使得有機(jī)發(fā)射層被設(shè)置在微腔內(nèi)。一維的和二維的微腔是可以使用的兩種類型的微腔。

聚焦機(jī)構(gòu)可以是透鏡，例如梯度折射率透鏡(gradientindexlens)。梯度折射率透鏡可以具有柱狀形狀，該柱狀形狀具有第一平面端和第二平面端，其中，第一有機(jī)發(fā)光裝置設(shè)置在梯度折射率透鏡的第一平面端上，第一激光器裝置設(shè)置在梯度折射率透鏡的第二平面端上。四分之一節(jié)距梯度折射率透鏡(quarterpitchgradientindexlens)是優(yōu)選的。

聚焦機(jī)構(gòu)可以是非平面基板，在該非平面基板上設(shè)置第一有機(jī)發(fā)光裝置，從而使得來(lái)自第一有機(jī)發(fā)光裝置的光被聚焦到這樣的區(qū)域中：在該區(qū)域中至少設(shè)置有第一有機(jī)半導(dǎo)體激光器的一部分。具有三維曲率的非平面基板是優(yōu)選的。拋物面形狀是優(yōu)選的。

優(yōu)選地，該裝置還包含適合于使第一有機(jī)發(fā)光裝置產(chǎn)生脈沖的電路。

該裝置可以被并入消費(fèi)裝置(consumerdevice)中。

還提供一種方法。第一有機(jī)發(fā)光裝置可以被電驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致電致發(fā)光。電致發(fā)光可以由聚焦機(jī)構(gòu)聚焦到有機(jī)半導(dǎo)體激光器上，其對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行光學(xué)泵浦。

優(yōu)選地，以脈沖驅(qū)動(dòng)第一有機(jī)發(fā)光裝置，從而以脈沖對(duì)osl進(jìn)行光學(xué)泵浦。優(yōu)選地，脈沖具有5到20毫微秒的持續(xù)時(shí)間。優(yōu)選地，脈沖間的間隔具有至少一微秒的持續(xù)時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1示出有機(jī)發(fā)光裝置。

圖2示出不具有分開(kāi)的電子傳輸層的倒置的有機(jī)發(fā)光裝置(invertedorganiclightemittingdevice)。

圖3示出光學(xué)泵浦的有機(jī)半導(dǎo)體激光器。

圖4示出作為聚焦機(jī)構(gòu)的梯度折射率(grin)透鏡，該聚焦機(jī)構(gòu)將來(lái)自oled的光聚焦到osl上。

圖5示出作為聚焦機(jī)構(gòu)的彎曲的oled，該聚焦機(jī)構(gòu)將來(lái)自oled的光聚焦到osl上。

圖6示出grin透鏡的節(jié)距(pitch)概念。

圖7示出在假設(shè)準(zhǔn)直的輸入光的情況下的grin透鏡的均勻輸入強(qiáng)度分布和計(jì)算的輸出強(qiáng)度分布。

圖8示出類似于圖7中圖示的計(jì)算，但是假定輸入光在半球上具有各向同性的角度分布。

圖9示出第一oled的測(cè)量的、歸一化的el譜。

圖10示出表征第一oled的繪圖。

圖11示出第二oled的測(cè)量的、歸一化的el譜。

圖12示出表征第二oled的繪圖。

圖13示出從grin透鏡輸出的測(cè)量光，其中光從第一oled輸入。

圖14示出在圖13中圖示的焦斑(focalspot)在x和y方向上的橫截面強(qiáng)度分布。

圖15示出從grin透鏡輸出的測(cè)量光，其中光從第一oled輸入。

圖16示出在圖15中圖示的焦斑在x和y方向上的橫截面強(qiáng)度分布。

圖17示出類似于圖5的彎曲的oled的計(jì)算的強(qiáng)度分布。

圖18示出在圖17中圖示的oled的強(qiáng)度分布。

圖19示出對(duì)應(yīng)于oled的光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)。

圖20示出基于圖19的結(jié)構(gòu)的若干光學(xué)分布。

具體實(shí)施方式

提供一種光學(xué)泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器(osl)。該osl由來(lái)自分開(kāi)的、電驅(qū)動(dòng)的有機(jī)發(fā)光裝置(oled)的光進(jìn)行泵浦。

光學(xué)泵浦的osl裝置是已知的，參見(jiàn)v.g.koslov,p.e.burrows,ands.r.forrest,nature389,p.362(1997)。osl通常包括其中設(shè)置有有機(jī)激光材料的光學(xué)腔。諸如怎樣制造光學(xué)腔、激光材料應(yīng)當(dāng)放置在哪里和應(yīng)當(dāng)使用什么材料之類的考慮對(duì)本領(lǐng)域來(lái)說(shuō)都是熟知的?？梢酝ㄟ^(guò)提供以osl能夠吸收的波長(zhǎng)的入射在osl上的具有足夠強(qiáng)度的光來(lái)對(duì)osl進(jìn)行光學(xué)泵浦。對(duì)于具有實(shí)現(xiàn)激光作用的最低的光學(xué)泵浦閾值的傳統(tǒng)的光學(xué)泵浦osl裝置，需要在100w/cm²的量級(jí)上的泵浦強(qiáng)度。在當(dāng)前可用的oled中實(shí)現(xiàn)的最高亮度在10w/cm²的量級(jí)上的泵浦強(qiáng)度。這樣，在輸出強(qiáng)度沒(méi)有大約10倍的增加的情況下，傳統(tǒng)的oled將不能以實(shí)現(xiàn)激光作用所需的水平驅(qū)動(dòng)光學(xué)泵浦的osl。

本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)下述方式來(lái)解決該問(wèn)題：提供將從oled輸出的光聚焦到光學(xué)泵浦osl上的聚焦機(jī)構(gòu)，以相對(duì)于oled的默認(rèn)輸出，提供面積減小但強(qiáng)度增加的光的區(qū)域。該增加的強(qiáng)度足夠在具有傳統(tǒng)oled的傳統(tǒng)光學(xué)泵浦osl中實(shí)現(xiàn)激光作用。優(yōu)選地，基于驅(qū)動(dòng)具有現(xiàn)有oled的現(xiàn)有osl裝置所需的強(qiáng)度的增加，入射在osl上的光的強(qiáng)度為由oled發(fā)射的光的強(qiáng)度的至少10倍。更優(yōu)選地，入射在osl上的光的強(qiáng)度為由oled發(fā)射的光的強(qiáng)度的至少100倍，甚至更優(yōu)選地為由oled發(fā)射的光的強(qiáng)度的1000倍。這些增加是可以基于在本文中公開(kāi)的配置實(shí)現(xiàn)的，并且為使用可能不是最亮的oled或具有最低激光閾值(lasingthreshold)的osl裝置的裝置和材料實(shí)現(xiàn)激光作用提供充裕的容限。根據(jù)諸如可用的oled和osl的特性的因素，可以使用光的強(qiáng)度的其它增加。

該“聚焦機(jī)構(gòu)”可以是聚焦光的任何機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，使用一個(gè)或多個(gè)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的聚焦。梯度折射率透鏡(grin透鏡)是優(yōu)選的聚焦機(jī)構(gòu)。使用grin透鏡，可以容易地制造包括oled、osl和grin透鏡的簡(jiǎn)便單元。具有柱狀形狀的grin透鏡具有兩個(gè)圓形平面端。oled可以置于這兩個(gè)平面端之一上，osl置于另一個(gè)平面端上，從而使得grin透鏡將來(lái)自oled的光聚焦到osl上。該配置具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，在制造grin透鏡的期間，可以容易地控制影響聚焦度和強(qiáng)度增加的oled與osl之間的距離。四分之一節(jié)距grin透鏡是優(yōu)選的，這是由于相對(duì)于具有其它節(jié)距的grin透鏡而言四分之一節(jié)距grin透鏡在小距離上實(shí)現(xiàn)高的聚焦度。

對(duì)于某些實(shí)施例，oled包括微腔是優(yōu)選的。在微腔oled中，oled的發(fā)射層設(shè)置在微腔內(nèi)，即，在兩個(gè)至少是半反射性的表面之間。沒(méi)有微腔效應(yīng)的oled會(huì)具有大致的“朗伯”發(fā)射，即，觀察到的輻射強(qiáng)度同觀察者的視線與表面法線之間的角度θ的余弦直接成比例。微腔效應(yīng)往往會(huì)將輻射強(qiáng)度集中在表面法線的方向上，在極限時(shí)會(huì)導(dǎo)致“準(zhǔn)直”發(fā)射。具有微腔的oled經(jīng)常將oled的電極與有機(jī)層之間的界面用作半反射表面，盡管也可以使用其它的表面。

特別地，當(dāng)oled的發(fā)射是有方向性的(優(yōu)選地，是準(zhǔn)直的)時(shí)，某些聚焦機(jī)構(gòu)可以最佳地工作。grin透鏡是這樣的聚焦機(jī)構(gòu)的例子。

另一種聚焦機(jī)構(gòu)涉及使用非平面或彎曲的基板，在該基板上制造oled。例如，使用具有準(zhǔn)直發(fā)射的oled，該oled的每一個(gè)部分都將在表面法線的方向上發(fā)光。通過(guò)將彎曲的基板成形為使得這些表面法線會(huì)聚在特定斑點(diǎn)的小區(qū)域上，在不使用透鏡的情況下，可以實(shí)現(xiàn)將來(lái)自oled的光聚焦到osl上。不必將osl放置在實(shí)現(xiàn)最高聚焦度的地方，盡管這是希望的。確切地，將osl放置為使得光至少被充分地聚焦以驅(qū)動(dòng)osl是優(yōu)選的。

具有三維曲率的非平面基板是優(yōu)選的。拋物面形狀是優(yōu)選的?？梢允褂镁哂卸S曲率的表面，并且出于某些原因(諸如易于制造)，具有二維曲率的表面是優(yōu)選的。但是，具有二維曲率的表面將光聚焦到點(diǎn)上的能力是有限的，確切地，可以將光聚焦到線性區(qū)域中。具有三維曲率的表面是優(yōu)選的，因?yàn)槠淇梢栽趶?qiáng)度上實(shí)現(xiàn)更大的增加。拋物面形狀是優(yōu)選的，其中osl位于拋物線的焦點(diǎn)處或在拋物線的焦點(diǎn)的附近。拋物面反射器(parabolicdish)是優(yōu)選的形狀的例子。

優(yōu)選地，該裝置還包含適合于使第一有機(jī)發(fā)光裝置產(chǎn)生脈沖的電路。脈沖是優(yōu)選的，這是由于人們認(rèn)為，當(dāng)連續(xù)地發(fā)射激光時(shí)，osl會(huì)經(jīng)歷三重態(tài)的累積，這會(huì)導(dǎo)致不希望的猝滅。參見(jiàn)，giebink,andforrest,temporalresponseofopticallypumpedorganicsemiconductorlasersanditsimplicationforreachingthresholdunderelectricalexcitation,phys.rev.b79,073302(2009)。使用脈沖的光學(xué)泵浦來(lái)驅(qū)動(dòng)osl可以緩解這一問(wèn)題。適合于使第一有機(jī)發(fā)光裝置產(chǎn)生脈沖的電路可以是例如可購(gòu)得的脈沖發(fā)生器。據(jù)認(rèn)為，在大約100ns的時(shí)間內(nèi)，在某些osl裝置中，三重態(tài)累積到不希望的水平。因此，小于100ns的脈沖持續(xù)時(shí)間是優(yōu)選的。優(yōu)選地，脈沖具有5到20毫微秒的持續(xù)時(shí)間。脈沖可能包括優(yōu)選地盡可能短的上升時(shí)間，在上升時(shí)間期間，oled的強(qiáng)度增加。脈沖間的間隔允許三重態(tài)衰變，從而可以發(fā)起另一個(gè)脈沖。優(yōu)選地，脈沖間的間隔至少是1微秒?？梢允褂酶L(zhǎng)的間隔，直到一秒或更長(zhǎng)。根據(jù)osl的材料和配置，可以使用不同的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間的間隔。另外，可以使用小于脈沖和間隔的最佳持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，例如，作為激光效率與期望的激光信號(hào)分布之間的折衷。

聚焦機(jī)構(gòu)并不限于在本文中具體圖示的這些聚焦機(jī)構(gòu)。其它適合的聚焦機(jī)構(gòu)包括傳統(tǒng)透鏡、菲涅爾透鏡、顯微鏡物鏡、凹反射鏡或拋物面反射鏡、或者光學(xué)元件的組合。更通常地，可以使用任何可以聚焦光的光學(xué)元件或光學(xué)元件的組合。

圖1示出有機(jī)發(fā)光裝置100。這些圖不必一定按比例繪制。裝置100可以包括基板110、陽(yáng)極115、空穴注入層120、空穴傳輸層125、電子阻擋層130、發(fā)射層135、空穴阻擋層140、電子傳輸層145、電子注入層150、保護(hù)層155和陰極160。陰極160是具有第一導(dǎo)電層162和第二導(dǎo)電層164的復(fù)合陰極。裝置100可以通過(guò)依次沉積上述層來(lái)制成。這多種層的性質(zhì)和功能、以及示例材料在us7,279,704的第6-10欄中進(jìn)行了更詳細(xì)的描述，該文獻(xiàn)通過(guò)引用的方式并入本文。

箭頭170圖示在裝置100中的微腔的邊界。當(dāng)裝置中的兩個(gè)界面至少具有一定程度的反射率時(shí)，在這兩個(gè)界面之間形成微腔。界面的之一可以是全反射的。但是，由于期望oled發(fā)光，因此界面中的至少一個(gè)應(yīng)當(dāng)是半透明的。箭頭170在具有陽(yáng)極115和陰極160的裝置100的有機(jī)層的界面之間繪制。這些界面通常限定存在于oled中的任何微腔，這是由于當(dāng)作出典型的設(shè)計(jì)選擇時(shí)，這些界面往往會(huì)具有該裝置中的最高的反射率。但是，可以使用其它界面來(lái)限定微腔。

圖2示出倒置的oled200。該裝置包括基板210、陰極215、發(fā)射層220、空穴傳輸層225和陽(yáng)極230。裝置200可以通過(guò)依次地沉積上述層來(lái)制成。由于最常見(jiàn)的oled配置具有設(shè)置在陽(yáng)極之上的陰極，并且裝置200具有設(shè)置在陽(yáng)極230之下的陰極215，因此裝置200可以被稱為“倒置的”oled。與關(guān)于裝置100描述的那些材料類似的材料可以用于裝置200的對(duì)應(yīng)層中。圖2提供怎樣從裝置100的結(jié)構(gòu)省略掉某些層的一個(gè)例子。

在圖1和圖2中圖示的簡(jiǎn)單的層狀結(jié)構(gòu)是通過(guò)非限制性的例子的方式提供的，并且，這樣理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以結(jié)合各種各樣的其它結(jié)構(gòu)來(lái)使用。描述的具體材料和結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是示例性的，并且可以使用其它材料和結(jié)構(gòu)。基于設(shè)計(jì)、性能和成本因素，功能性的oled可以通過(guò)以不同方式組合各種層來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者多個(gè)層可以被完全省略。還可以包括沒(méi)有具體描述的其它層。可以使用除具體描述的材料以外的材料。各種層可以包含單一材料，或者包含宿主和摻雜劑的化合物，或者更通常包含混合物。而且，這些層可以具有各種子層。在本文中賦予各種層的名稱不應(yīng)當(dāng)是嚴(yán)格限制性的。例如，在裝置200中，空穴傳輸層225傳輸空穴并將空穴注入到發(fā)射層220，并且可以被描述為空穴傳輸層或空穴注入層。在一個(gè)實(shí)施例中，oled可以被描述為具有設(shè)置在陰極與陽(yáng)極之間的“有機(jī)層”。該有機(jī)層可以包含單層，或者還可以包含例如參照?qǐng)D1和圖2描述的不同有機(jī)材料的多個(gè)層。

圖3示出光學(xué)泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器(osl)300。激光器300被制造在基板310上。激光器300包括第一半反射層320和第二半反射層330，第一半反射層320和第二半反射層330一起限定光學(xué)腔。有機(jī)激光材料330設(shè)置在光學(xué)腔內(nèi)。在osl的情形中，在本文中使用的“光學(xué)腔”是指，提供適用于當(dāng)光學(xué)泵浦時(shí)使有機(jī)激光材料發(fā)射激光的環(huán)境的任何結(jié)構(gòu)。入射光350用于泵浦激光材料330。優(yōu)選地，激光材料330對(duì)入射光350的主導(dǎo)波長(zhǎng)具有高吸收系數(shù)。入射光350在被激光材料330吸收時(shí)激勵(lì)激光材料330的分子。這些被激勵(lì)的分子隨后衰變，產(chǎn)生具有要發(fā)射的激光的波長(zhǎng)的光子。如雙箭頭360所圖示的，這些光子可以在光學(xué)腔中來(lái)回跳動(dòng)。這些光子中的一些變成由激光器300發(fā)射的激光370。光學(xué)泵浦osl裝置在本領(lǐng)域中是眾所周知的?？梢允褂貌煌趫D3中示出的配置的具體配置。光學(xué)泵浦osl的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，例如各種材料組合、將光學(xué)腔的光程長(zhǎng)度與要發(fā)射的光的波長(zhǎng)的倍數(shù)進(jìn)行匹配、半反射層的反射率等，在本領(lǐng)域中是眾所周知的。

圖4示出使用梯度折射率(grin)透鏡作為聚焦機(jī)構(gòu)來(lái)將來(lái)自oled的光聚焦到osl上的本發(fā)明的實(shí)施例。裝置400包括grin透鏡420。grin透鏡通常是圓柱體的形狀，并且可以使用類似于用于光纖的方法的方法來(lái)制造。oled410被設(shè)置在grin透鏡420的第一平面端上。osl430被設(shè)置在grin透鏡420的第二平面端上。當(dāng)把電能提供給oled410時(shí)，其電致發(fā)光。來(lái)自oled410的光進(jìn)入grin透鏡420，在grin透鏡420中光被聚焦到osl410的區(qū)域。光被聚焦到其上的osl410的區(qū)域顯著地小于提供光的oled410的區(qū)域。結(jié)果，聚焦到osl410上的光的強(qiáng)度顯著地高于由oled410發(fā)射的光的強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^(guò)選擇grin的參數(shù)來(lái)控制強(qiáng)度的增加。對(duì)于大多數(shù)情形，至少10倍的增加是優(yōu)選的。至少100倍或至少1000倍的增加也可以很容易地實(shí)現(xiàn)，并且可能是希望的。不大于10,000倍的強(qiáng)度的增加應(yīng)當(dāng)適合于大部分的實(shí)施例。osl430的光學(xué)泵浦導(dǎo)致相干激光440的發(fā)射。

圖5示出使用彎曲的oled作為聚焦機(jī)構(gòu)來(lái)將來(lái)自oled的光聚焦到osl上的本發(fā)明的實(shí)施例。oled被制造在彎曲的基板510上?；?10是彎曲的，從而使得來(lái)自oled的光會(huì)聚到osl520的區(qū)域上，該區(qū)域顯著地小于oled的發(fā)射區(qū)域。光530對(duì)osl520進(jìn)行光學(xué)泵浦，從而導(dǎo)致激光540的發(fā)射。oled510的發(fā)射區(qū)域與光聚焦到其上的osl520的區(qū)域的比例的優(yōu)選范圍與參考圖4描述的實(shí)施例相同。

圖6圖示grin透鏡的節(jié)距概念。grin透鏡通常具有節(jié)距。進(jìn)入grin透鏡的末端的均勻的準(zhǔn)直光將沿grin透鏡的長(zhǎng)度在某一距離處會(huì)聚到小區(qū)域，并且沿grin透鏡在其它的距離處將又發(fā)散。針對(duì)圖4的實(shí)施例中的使用，例如，選擇具有這樣的長(zhǎng)度的grin透鏡是優(yōu)選的，該長(zhǎng)度使得進(jìn)入透鏡的一個(gè)末端的寬幅的準(zhǔn)直光將被聚焦到這樣的范圍，該范圍優(yōu)選在透鏡的另一個(gè)末端處?？梢杂袃?yōu)選的各種長(zhǎng)度范圍，這是由于為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度上的希望的增加，不必將所有的光聚焦到一點(diǎn)。圖4還示出一種方式，其中折射率可以橫跨grin透鏡的直徑變化。在圖4中圖示的特定的分布是selfocgrin透鏡的二次折射率分布，在該二次折射率分布中，在中心具有折射率n0，在邊緣處具有零的折射率。selfoc是可以從nsgamerica,inc.購(gòu)得的低成本grin透鏡的商標(biāo)名。

圖7示出grin透鏡的均勻的輸入強(qiáng)度分布和計(jì)算的輸出強(qiáng)度分布。用于計(jì)算的參數(shù)如下。該透鏡具有如圖6所示的二次分布，其具有二次折射率分布，其中n0＝1.607、直徑d＝1mm、長(zhǎng)度l＝2.58mm。該透鏡具有0.608的梯度常數(shù)a，其確定拋物線折射率分布的陡度。

通過(guò)精確地求解非齊次的光線傳播方程(非旁軸)來(lái)計(jì)算輸出分布。這些方程是非線性聯(lián)合常微分方程(ode)：

假定輸入光被準(zhǔn)直。分布710示出均勻的輸入強(qiáng)度。分布720示出輸出強(qiáng)度。相對(duì)于輸入強(qiáng)度區(qū)的面積，輸出強(qiáng)度區(qū)中的大部分光被聚焦在其上的面積減少了10⁴倍，并且輸出區(qū)中的光的強(qiáng)度相應(yīng)地變得更高。使用10w/cm²的均勻的輸入強(qiáng)度(用傳統(tǒng)的oled可以容易地實(shí)現(xiàn)該輸入強(qiáng)度)，平均輸出強(qiáng)度為100,000w/cm²。這大大地超出了對(duì)傳統(tǒng)的osl進(jìn)行光學(xué)泵浦所希望的100w/cm²。

圖8示出與圖7中圖示的計(jì)算類似的計(jì)算，不同之處在于：沒(méi)有假定輸入光被準(zhǔn)直，其假定輸入光在半球上具有各向同性的角度分布，“各向同性的”輸入通過(guò)使用具有各向同性的概率分布函數(shù)的1000條模擬光線來(lái)模擬。由于少量的光線，可能會(huì)觀測(cè)到強(qiáng)度上的某些局部變化，但是這不會(huì)顯著地影響可以使用各向同性的準(zhǔn)直的輸入實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)度增加之間的比較。分布810示出了輸入強(qiáng)度分布，分布821示出了輸出強(qiáng)度分布。輸入光的強(qiáng)度上的提高遠(yuǎn)小于在圖7中圖示的強(qiáng)度上的提高。該計(jì)算顯示了，希望使用準(zhǔn)直的輸入光，或者使用至少具有準(zhǔn)直度的光。在oled的情形中，通過(guò)使用具有適當(dāng)?shù)奈⑶坏膐led，可以容易地實(shí)現(xiàn)這樣的準(zhǔn)直光。

第一oled按如下制造。在2.5p分布式布拉格發(fā)射器(dbr)上制造oled。該oled依次包含下列層：140nm的濺射的銦錫氧化物(ito)/500nm的npd/150nm的bcp/300nm的alq/lif/al。dbr具有2.5個(gè)四分之一波長(zhǎng)對(duì)，即，3層547a厚的sinx，具有兩個(gè)插入其間的762a厚的sio2層。oled具有作為dbr和al電極的結(jié)果的微腔(lif/al電極的厚度是無(wú)關(guān)的—其足夠厚以便是全反射的并且充分地導(dǎo)電)。oled被設(shè)計(jì)為發(fā)射在450nm處具有發(fā)射譜峰值的光。圖9示出測(cè)量的歸一化的oled的el譜。

圖10示出圖9的oled的計(jì)算的發(fā)射分布1010。在零度角處的峰值顯示了，該發(fā)射分布是高度準(zhǔn)直的。圖10還示出第一oled的測(cè)量的量子效率(qe)與電流通量j(a/cm²)的關(guān)系圖1020、以及功率(w)和通量j(a/cm²)與電壓v的關(guān)系圖1030。

第二oled按如下制造。在玻璃基板上，依次地沉積下列層：125nm的濺射的ito/500nm的npd/150nm的bcp/300nm的alq/lif/al。使用0.1sccm的o2和140sccm的ar以80w濺射ito，然后將其退火3個(gè)小時(shí)。ito的表面電阻被測(cè)量為35ω/□。第二oled是控制裝置，其類似于第一oled但是沒(méi)有dbr。圖11示出第二oled的測(cè)量的歸一化的el譜。圖12示出第二oled的測(cè)量的量子效率(qe)與電流通量j(a/cm²)的關(guān)系圖1210、以及功率(w)和通量j(a/cm²)與電壓v的關(guān)系圖1220。

具有第一oled的結(jié)構(gòu)的oled被置于grin透鏡上，其中oled的玻璃基板與grin透鏡的末端接觸。該grin透鏡具有1mm的直徑、折射率n0＝1.6073、a＝0.608，以及節(jié)距＝1/4(對(duì)應(yīng)于2.58mm的長(zhǎng)度)。圖13示出從grin透鏡輸出的測(cè)量的光。該光顯示了，相對(duì)于輸入光，面積減小了20倍而強(qiáng)度增加了20倍。這樣，采用圖13中測(cè)量的具體配置，需要大約5w/cm²的oled強(qiáng)度以在osl上達(dá)到100w/cm²的強(qiáng)度。這對(duì)應(yīng)于具有1mm直徑的38mw的oled。實(shí)際使用的oled不是38mw，但是強(qiáng)度上的增加說(shuō)明了，驅(qū)動(dòng)osl所需的強(qiáng)度可以通過(guò)聚焦oled來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖14示出針對(duì)在圖13中圖示的在x和y方向的橫截面的強(qiáng)度分布。單位任意。

具有第一oled的結(jié)構(gòu)的oled被置于grin透鏡上，其中oled的玻璃基板與grin透鏡的末端接觸。該grin透鏡具有1.8mm的直徑、折射率n0＝1.6073、a＝0.339，以及節(jié)距＝1/4(對(duì)應(yīng)于4.63mm的長(zhǎng)度)。圖15示出從grin透鏡輸出的測(cè)量的光。該光顯示了，相對(duì)于輸入光，面積減小了18倍而強(qiáng)度增加了18倍。

圖14示出在圖13中圖示的焦斑在x和y方向上的橫截面強(qiáng)度分布。單位是任意的。

圖17示出與圖5的彎曲的oled類似的彎曲的oled的計(jì)算的強(qiáng)度分布。x軸和y軸以任意單位表示位置。虛線1710是橫截面，穿過(guò)該橫截面獲取用于圖18的數(shù)據(jù)。圖17示出相對(duì)于由彎曲的oled輸出的光的強(qiáng)度的焦點(diǎn)區(qū)域中的增加的強(qiáng)度。

圖18示出圖17中圖示的oled的強(qiáng)度分布。微腔發(fā)射分布1810示出在用來(lái)產(chǎn)生圖17的計(jì)算中使用的假定的準(zhǔn)直oled輸出。焦平面強(qiáng)度分布1820示出針對(duì)在圖17的虛線1710上的不同點(diǎn)計(jì)算的強(qiáng)度。在強(qiáng)度分布1820中示出的強(qiáng)度為任意單位。對(duì)于1-d微腔，在焦點(diǎn)處的強(qiáng)度是沒(méi)有聚焦的oled強(qiáng)度的6.8倍。對(duì)于2-d微腔，在焦點(diǎn)處的強(qiáng)度是沒(méi)有聚焦的oled強(qiáng)度的43.8倍。1-d微腔是這樣的結(jié)構(gòu)，其沿著一個(gè)維度具有周期性的折射率變化。實(shí)施方式包括分布式反饋光柵(dfb)或者分布式布拉格反射器(dbr)。2-d微腔沿著兩個(gè)維度具有周期性的折射率變化，并且通常稱為2-d光子晶體。通過(guò)產(chǎn)生允許的和不允許的光學(xué)模式的離散帶，微腔可以調(diào)整發(fā)射模式。適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)的非周期性光柵也可以用于這樣的應(yīng)用。

圖19示出對(duì)應(yīng)于oled的光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有陰極1910、有機(jī)層1920、以及由交替的高折射率層1930和低折射率層1940形成的dbr。假定陰極是100％的反射的。有機(jī)層的特征在于對(duì)建模有用的參數(shù)nd/λ，其中n是折射率，d是厚度，λ是關(guān)注的波長(zhǎng)(例如在oled的發(fā)射譜中的峰值波長(zhǎng))。假定陽(yáng)極沒(méi)有顯著的光學(xué)效應(yīng)，因此在圖19中未示出。dbr由四個(gè)交替的具有2.2的折射率nh的高折射率層1930和具有1.5的折射率nh的低折射率層1940的循環(huán)形成。在圖19中圖示的結(jié)構(gòu)被用于計(jì)算，得到在圖20中圖示的光學(xué)分布。

圖20示出基于圖19的結(jié)構(gòu)的在各種假設(shè)下的若干個(gè)光學(xué)分布。繪圖2010示出在零角度處的高度準(zhǔn)直的發(fā)射，其中nd/λ為0.45，d為160mm，并且輸出耦合效率η為7％。繪圖2020示出高度準(zhǔn)直的發(fā)射，但是在不是oled的表面的法線的方向上，其中，nd/λ為0.56，d為250mm，并且η為50％。繪圖2030示出高度準(zhǔn)直的發(fā)射，其中nd/λ為0.7，d為200mm，并且η為40％。圖20顯示了，微腔效應(yīng)會(huì)根據(jù)不同的參數(shù)而變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地選擇這些參數(shù)來(lái)獲得希望的微腔效應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造的裝置可以被并入各種各樣的消費(fèi)產(chǎn)品中，所述消費(fèi)產(chǎn)品包括：平板顯示器、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、電視機(jī)、告示牌、用于內(nèi)部或外部照明和/或發(fā)射信號(hào)的燈、頭頂式顯示器、全透明顯示器、柔性顯示器、激光打印機(jī)、電話、蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(pda)、膝上型計(jì)算機(jī)，數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)、取景器、微型顯示器、車輛、大面積墻壁、劇院或體育場(chǎng)屏幕或者標(biāo)牌。各種控制機(jī)構(gòu)可以用于控制根據(jù)本發(fā)明制造的裝置，該裝置包括無(wú)源矩陣和有源矩陣。很多裝置計(jì)劃在對(duì)人體舒適的溫度范圍(例如18攝氏度到30攝氏度，更優(yōu)選地，在室溫(20-25攝氏度))中使用。

這些圖通常不會(huì)按照比例繪制。

應(yīng)當(dāng)理解，在本文中描述的各種實(shí)施例僅僅是舉例的方式，并且不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明的范圍。例如，在本文中描述的很多材料和結(jié)構(gòu)在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可以由其它材料和結(jié)構(gòu)代替。因此，要求保護(hù)的本發(fā)明可以包括本文中描述的特定實(shí)施例和優(yōu)選實(shí)施例的變型，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。應(yīng)當(dāng)理解，關(guān)于本發(fā)明為什么工作的各種理論不應(yīng)當(dāng)是限制性的。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求在2009年7月29日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/511,797的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式全部并入本文。

聯(lián)邦贊助的研究和開(kāi)發(fā)

本發(fā)明是在空軍科學(xué)研究局授予的批準(zhǔn)號(hào)fa9550-07-0364、項(xiàng)目號(hào)fo17357的政府支持下作出的。政府對(duì)本發(fā)明具有一定的權(quán)利。

要求保護(hù)的本發(fā)明是代表和/或連同聯(lián)合大學(xué)公司研究協(xié)議的以下的一方或多方作出的：密歇根大學(xué)(universityofmichigan)、普林斯頓大學(xué)(princetonuniversity)、南加州大學(xué)(universityofsoutherncalifornia)和通用顯示器公司(universaldisplaycorporation)的董事會(huì)。該協(xié)議在作出要求保護(hù)的本發(fā)明的日期以前生效，并且作為在本協(xié)議的范圍內(nèi)進(jìn)行的活動(dòng)的結(jié)果而作出了要求保護(hù)的本發(fā)明。