專利名稱：使用垂直腔激光器陣列的顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生彩色光的顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備使用垂直腔激光器陣列。
背景技術(shù)：
為方便本說明書的閱讀，先對如下術(shù)語加以定義。本文中的光軸指光傳播不發(fā)生雙折射的方向。本文中的偏振器和分析器指偏振電磁波的元件，但靠近光源的那一個將被稱為偏振器，而靠近觀察者的那一個將被稱為分析器。本文中的偏振元件同時指偏振器和分析器。本文中的方位角和傾角θ用來指定光軸的方向。對于偏振器和分析器的透射軸，僅方位角被用到，因為其傾角θ為零。


圖1示意了方位角和傾角θ的定義，二者用來指定光軸1相對于x-y-z坐標(biāo)系3的方向。x-y平面平行于顯示面5，z-軸平行于顯示面法線方向7。方位角為y-軸與光軸在x-y平面上的投影9之間的角。傾角θ為光軸1與x-y平面間的角。
產(chǎn)生用于顯示應(yīng)用的像素化彩色光的方法有很多，例如，使用常規(guī)的被動或主動矩陣有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)器件。另一種方法是采用液晶顯示器(LCD)。在典型的LCD系統(tǒng)中，液晶盒被放在一對偏振器之間。進(jìn)入顯示器的光被最初的偏振器偏振化。當(dāng)光通過液晶盒時，液晶材料的分子取向?qū)⒂绊懫窆?，使其或者通過分析器或者被分析器阻斷。液晶分子的取向可通過在液晶盒上施加電壓而改變，從而使不同的光強(qiáng)量通過LCD像素。采用這種原理，開關(guān)LCD所需的能量最低。該開關(guān)能量通常比采用陰極發(fā)光材料的陰極射線管(CRT)所要求的要低得多，這使使用液晶材料的顯示器非常具有吸引力。
典型的液晶盒含有由紅、綠和藍(lán)光透射像素組成的濾色陣列(CFA)。為透射來自背光模塊(BLU)的大部分光，各個CFA像素的透射光譜須有較大的半高寬(FWHM)。由于FWHM大，LCD的色域最多不過接近NTSC色域標(biāo)準(zhǔn)的70％。此外，由于光撞擊到CFA上，超過三分之二的光將被CFA吸收，使透過的光不足三分之一。相應(yīng)地，這種各個像素透射光譜之外的光吸收導(dǎo)致了整體顯示效率的損失。
透射型LCD受背光模塊(包括光源、導(dǎo)光板(LGP)、反射器、擴(kuò)散器、準(zhǔn)直膜和反射偏振器)照射。反射偏振器用來回收和反射不希望有的偏振光。但不是所有不希望有的偏振光都被回收，也不是所有被回收的光都以適當(dāng)?shù)钠駪B(tài)離開BLU。因此，僅有一小部分自反射偏振器反射的光被回收為適當(dāng)?shù)钠駪B(tài)。結(jié)果是，通過底部偏振器時，未偏振的BLU光源引起近一半的效率損失。
LCD正快速取代CRT和其他類型的電子顯示，用于電腦顯示器、電視機(jī)及其他辦公和家用顯示器。但LCD存在大視角下對比度差的問題。如果不改進(jìn)大視角下的對比度，則LCD進(jìn)入某些市場將受到限制。對比度差通常歸因于顯示器暗態(tài)(dark state)的亮度增高。LCD的優(yōu)化是使顯示器在以軸(零度視角)為中心的窄觀察錐內(nèi)具有最高的對比度。當(dāng)在較大的視角下離軸觀看顯示器時，暗態(tài)亮度增大，從而降低對比度。當(dāng)離軸觀看全彩色顯示器時，不僅暗態(tài)亮度增大，而且暗態(tài)和亮態(tài)均有色移。過去人們曾嘗試通過各種辦法(如在顯示器中引入補(bǔ)償膜或用多域進(jìn)一步分割像素)來改進(jìn)這種色調(diào)偏移和對比度損失，但這些方法對色調(diào)偏移和對比度僅有些許改進(jìn)，且僅在有限的觀察錐內(nèi)有效。此外，補(bǔ)償膜和多域液晶盒的制造通常價格昂貴，從而增大了顯示器的總成本。
其他平板顯示器也試圖通過在LCD前面加上光致發(fā)光(PL)屏來解決視角問題，這被稱為PL-LCD，見述于W.Crossland，SID Digest 837，(1997)。這種顯示器采用窄帶頻率的背光模塊、液晶調(diào)制器和光致發(fā)光輸出屏來產(chǎn)生彩色。PL-LCD光源利用的是紫外波段的波長，其會加速液晶材料的分解。此外，PL-LCD光源的效率較典型的LCD顯示器中所用的標(biāo)準(zhǔn)冷陰極熒光燈(CCFL)要低得多。
總的來說，生產(chǎn)沒有典型的LCD顯示器所具問題的顯示器將是有益的。如上文所討論的，這些缺點為效率損失(由于未偏振的背光和CFA的使用)、色域差以及大視角下的對比度損失和色移。OLED顯示器克服了這些缺點中的一些，但目前它們?nèi)杂袎勖毯椭圃斐杀靖叩膯栴}。制造成本高部分是OLED設(shè)計中所固有的，如像素化OLED發(fā)射區(qū)的需要以及電流驅(qū)動設(shè)備用薄膜晶體管(TFT)的更高的復(fù)雜性。
發(fā)明簡述本發(fā)明的目的是提供一種顯示器，所述顯示器克服了典型的LCD顯示器中固有的缺陷，如效率損失、色域差以及大視角下對比度低和色移。
該目的通過產(chǎn)生彩色像素化光的顯示設(shè)備實現(xiàn)，所述顯示設(shè)備包含a)產(chǎn)生泵浦光束的背光模塊；b)垂直腔激光器陣列器件，所述器件含i)在間隔排列的位置上調(diào)制器件性質(zhì)以提供間隔排列的激光像素(laser pixel)陣列的結(jié)構(gòu)，所述像素較像素間區(qū)域具有更高的凈增益；和ii)激活區(qū)，所述激活區(qū)包括響應(yīng)泵浦光束產(chǎn)生不同色光的部分；c)光閘；和d)位于光閘上方的擴(kuò)束器，用來增大選定色光的錐形視角范圍。
優(yōu)勢本發(fā)明的優(yōu)勢是使用像素化的二維垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)陣列作為液晶顯示器的光源。各個色元件含成千上萬個微米尺寸互不相干的激光像素，從而各個色元件產(chǎn)生多模激光。由于像素直徑為3-5微米，所以所述多模激光的發(fā)散角為3-5°左右。這種小發(fā)散角使激光器的色元件與液晶顯示器的色元件之間1∶1的對應(yīng)成為可能。因此，不再需要加入濾色陣列作為LCD膜部件之一。
由于激光在軸上通過LC開關(guān)，故大視角下伴隨的對比度和色移問題得到減輕。近準(zhǔn)直光源的另一個特征在于液晶視角補(bǔ)償膜可從顯示器結(jié)構(gòu)中去除。通過引入雙折射層作為VCSEL部件之一，來自二維垂直腔激光器陣列的多模激光輸出可優(yōu)先沿一個方向偏振。由于光源產(chǎn)生偏振光，故底部偏振元件和與之相關(guān)的反射偏振元件可被取消，不再作為LCD顯示器的元件。將準(zhǔn)直膜作為LCD部件的一部分也是常見的做法，但由于來自二維垂直腔激光器陣列的激光輸出是自然準(zhǔn)直的(發(fā)散角為3-5°)，故這些膜可以不要。
本發(fā)明的其他優(yōu)勢在于來自各個色元件的光輸出接近單一波長。這種性質(zhì)使液晶顯示器的色域得到大大提高。在優(yōu)選有限視角的應(yīng)用中，如對于私人觀看，與常規(guī)的顯示器相比，光源的近準(zhǔn)直性產(chǎn)生的結(jié)果是顯示器的軸向觀看亮度大大提高。這種提高或可大大增高顯示器的亮度或可換來顯示器功率效率的大大提高(使電池壽命大大延長)。
附圖簡述圖1所示為透視圖，對用來指定光軸方向的傾角和方位角的定義的理解有用；圖2所示為光學(xué)泵浦二維VCSEL陣列器件的側(cè)剖面圖；圖3所示為含紅、綠和藍(lán)光發(fā)射元件的二維VCSEL陣列器件的頂視圖，其中，各個元件由成千上萬個微米尺寸的激光像素組成；
圖4所示為光學(xué)泵浦二維VCSEL陣列器件另一種實施方案的側(cè)視圖，其中含吸收元件；圖5所示為光學(xué)泵浦二維VCSEL陣列器件另一種實施方案的側(cè)剖面圖，其中含染色的光刻膠(dyed photoresist)吸收元件；圖6所示為光學(xué)泵浦二維VCSEL陣列器件另一種實施方案的側(cè)剖面圖，其中含平面化吸收元件；圖7所示為光學(xué)泵浦二維VCSEL陣列器件另一種實施方案的側(cè)剖面圖，其中含蝕刻介質(zhì)疊層(dielectric stack)；圖8所示為光學(xué)泵浦二維VCSEL陣列器件另一種實施方案的側(cè)剖面圖，其中含平面化的蝕刻介質(zhì)疊層；圖9所示為含VCSEL陣列器件的顯示設(shè)備簡圖；圖10所示為泵浦VCSEL陣列器件的線性LED-陣列驅(qū)動背光模塊的簡圖；圖11所示為泵浦VCSEL陣列器件的平面型LED-陣列驅(qū)動背光模塊的簡圖；圖12所示為泵浦VCSEL陣列器件的冷陰極熒光燈驅(qū)動背光模塊的簡圖；圖13所示為泵浦VCSEL陣列器件的冷陰極熒光燈驅(qū)動背光模塊另一種實施方案的簡圖；圖14所示為液晶盒及其部件(包括分析器)的簡圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明通過產(chǎn)生近準(zhǔn)直和單一波長的光輸出的光源實現(xiàn)。此外，所述光源必須含紅、綠和藍(lán)光發(fā)射元件，所述發(fā)射元件來自尺寸規(guī)模為80×240μm的公共基材。滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的光源為二維垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)陣列器件100，如圖2中所示。圖3示意了二維VCSEL陣列器件100的頂視圖，其中，在VCSEL陣列器件100的表面上需有紅、綠和藍(lán)光(RGB)發(fā)射元件205，所述發(fā)射元件由成千上萬個微米尺寸、被像素間區(qū)域210分開的激光像素200組成。為從公共基材產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)色激光，優(yōu)選激活區(qū)130由有機(jī)增益介質(zhì)組成。但最近的研究(R.N.Bhargava，Phys.Stat.Sol.229，897(2002))指出了從無機(jī)納米顆粒獲得可見波長發(fā)射的可能性。其實例為摻雜(如Mn2+或Eu2+)或未摻雜的ZnO納米顆粒(優(yōu)選直徑小于10nm)。
如果希望從各個RGB發(fā)射元件205發(fā)生單模激光作用，則來自各個激光像素200的發(fā)射需要被鎖相，即光強(qiáng)和相位信息必須在像素間交換(E.Kapon和M.Orenstein，美國專利5,086,430)。此外，激光像素200需要具有相同的尺寸并位于周期性陣列中。但從各個發(fā)射元件205發(fā)生單模激光輸出將引起斑紋，這對于顯示器應(yīng)用是不利的。因此，優(yōu)選各個激光像素200彼此互不相干，以便從各個發(fā)射元件205產(chǎn)生多模激光輸出。即便激光像素200彼此之間沒有交換光強(qiáng)和相位信息，為從各個發(fā)射元件205獲得近準(zhǔn)直和單一波長的輸出，各個激光像素也需要產(chǎn)生單模輸出。因此，激光像素200的優(yōu)選直徑在2.5-4.5μm的范圍內(nèi)，其中，較小的直徑導(dǎo)致較大的散射損失，較大的直徑導(dǎo)致不希望有的高階橫模(tranverse mode)。
產(chǎn)生激光像素二維陣列的一般方法是調(diào)制VCSEL器件的凈增益。這種凈增益的調(diào)制可通過多種方式獲得，如選擇性地改變(spoil)激活區(qū)130中增益介質(zhì)的發(fā)射性質(zhì)、選擇性地泵浦激活區(qū)130中的增益介質(zhì)和選擇性地蝕刻介質(zhì)鏡(疊層)之一。改變有機(jī)增益介質(zhì)發(fā)射性質(zhì)的直接方式是將其暴露在高度的紫外輻射中。為選擇性地泵浦激活區(qū)130中的增益介質(zhì)，可在激活區(qū)130下面(像素間區(qū)域210下面的區(qū)域)選擇性地淀積吸收層，以便泵浦光束180在進(jìn)入激活區(qū)130之前被吸收。在這兩種情況下，像素間區(qū)域210由凈增益降低(通過改變發(fā)射性質(zhì)或通過吸收泵浦光束180)的區(qū)域定義，而激光像素200的二維陣列對應(yīng)于凈增益未改變的區(qū)域。對于選擇性地蝕刻一個介質(zhì)疊層的情形，所述調(diào)制通過對一個介質(zhì)疊層進(jìn)行二維蝕刻獲得，蝕刻應(yīng)使像素間區(qū)域210對應(yīng)于介質(zhì)疊層的被蝕刻區(qū)域(激光波長下的總反射率較低)，而未蝕刻區(qū)域(激光波長下的總反射率較高)對應(yīng)于激光像素200。為使設(shè)備正確運(yùn)行，對介質(zhì)疊層進(jìn)行一或兩個周期蝕刻就足夠了。對于激活區(qū)130中為有機(jī)增益介質(zhì)的情形，所有的器件加工均必須在淀積有機(jī)組分之前進(jìn)行，因為一旦淀積了有機(jī)層，要在激光器結(jié)構(gòu)上制作微米級的圖案將非常困難。因此，蝕刻在底部介質(zhì)疊層120上進(jìn)行。盡管在最佳情形下通過凈增益調(diào)制對激光像素200的激光發(fā)射進(jìn)行微弱限制可產(chǎn)生鎖相單模激光作用，但如果鎖相只是局部的或如果高階陣列模占優(yōu)勢，則多模激光作用將發(fā)生。本發(fā)明中優(yōu)選多模激光作用以免出現(xiàn)激光斑紋。在這樣的情形下，為改變即便是局部化的鎖相，激光像素200的尺寸可從點到點隨機(jī)變化，也可使像素位于隨機(jī)排列的二維陣列上。
回到圖2，基材110應(yīng)為透光性的。因此，基材110可為透明玻璃或塑料?；?10上淀積有底部介質(zhì)疊層120，其由交替的高和低折射率介質(zhì)材料組成。通常，底部介質(zhì)疊層120設(shè)計為能反射預(yù)定波長范圍內(nèi)的激光。典型的高和低折射率材料分別為TiO2和SiO2。底部介質(zhì)疊層120可通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積、電子束(e-束)淀積或濺射法淀積。其他方法有本領(lǐng)域常用的聚合物擠出及溶膠-凝膠和膠體淀積。
如本領(lǐng)域眾所周知的，VCSEL器件的光輸出通常不具有優(yōu)選的取向并可隨光強(qiáng)度而變。固定偏振的途徑可分為兩類1)使橫向電(TE)偏振和橫向磁(TM)偏振的激光躍遷振蕩強(qiáng)度不同；和2)使兩個偏振的介質(zhì)疊層反射率不同。第一種方法對于由非晶有機(jī)化合物組成的增益介質(zhì)難以實施。因此，在一個優(yōu)選的實施方案中，我們對頂部或底部介質(zhì)疊層的反射率進(jìn)行了改變使其成為雙折射的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于無機(jī)VCSEL器件，TE和TM偏振間4％的閾值模式增益差將引起大于100∶1的偏振模抑制比(PMSR)(Y.Ju，et al.，Appl.Phys.Lett.71，741(1997))。使非晶有機(jī)激光器系統(tǒng)實現(xiàn)該模差的最簡單途徑是用雙折射層126代替一層介質(zhì)疊層(優(yōu)選具有較低峰值反射率的疊層)。如本領(lǐng)域眾所周知的，這些雙折射層在兩個偏振方向上具有不同的折射率且差異高達(dá)0.25，折射率差為0.16更常見。如果一個疊層(其峰值反射率約為99％)為雙折射層126(折射率差為0.16)所代替，用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換矩陣法可以簡便地計算得到兩個偏振的模差為22％。由于該模差遠(yuǎn)大于Y.Ju，et al.，Appl.Phys.Lett.71，741(1997)對無機(jī)VCSEL所測得的模差，所以最后得到的PMSR應(yīng)遠(yuǎn)大于100∶1。盡管VCSEL陣列器件100是按采用雙折射層126偏振激光190來描述的，但正如本領(lǐng)域眾所周知的(如Y.Ju，et al.，Appl.Phys.Lett.71，741(1997))，也可采用其他方式偏振來自VCSEL陣列器件100的激光190。
雙折射層126(如圖2中所示)含定向?qū)?28和雙折射材料129，并淀積在底部介質(zhì)疊層120上。雙折射層126也可淀積在激活區(qū)130和頂部介質(zhì)疊層140之間。雙折射層126也可淀積介質(zhì)疊層之一內(nèi)。定向?qū)?28可通過下述方法定向。所述定向?qū)雍晒馊∠蚧蚩晒舛ㄏ虻牟牧喜⒖赏ㄟ^光定向技術(shù)取向?？晒馊∠虻牟牧习ɡ绻庵庐悩?gòu)化聚合物、光二聚化聚合物和光分解聚合物。在一個優(yōu)選的實施方案中，可光取向的材料為肉桂酸衍生物，如美國專利6,160,597中的公開。這類材料可通過線性偏振紫外光的照射而取向并同時交聯(lián)。定向?qū)右部赏ㄟ^機(jī)械摩擦取向，這在本領(lǐng)域是眾所周知的。光定向過程可使用共同受讓的美國專利申請公開2004/0008310 A1中所述的裝置完成，其公開通過引用結(jié)合到本文中。
雙折射材料129在最初布置到定向?qū)?28上時通常為液晶單體，其后通過紫外光照射而交聯(lián)或通過其他方式如加熱而聚合。雙折射材料129可為正介電材料，其光軸1的平均傾角介于0°-20°之間。雙折射材料129也可為負(fù)介電材料，其光軸1的平均傾角介于0°-20°之間。在一個優(yōu)選的實施方案中，雙折射材料129由正雙折射的二丙烯酸酯或二環(huán)氧化物組成，如美國專利6,160,597(Schadt，et al.)和美國專利5,602,661(Schadt，et al.)中的公開。雙折射材料129中的光軸1相對于層平面通常不傾斜，且在厚度方向均勻。
激活區(qū)130淀積在底部介質(zhì)疊層120或雙折射層126(當(dāng)其包含在器件中時)上。圖2示意了激活區(qū)130不為整體層而為多層組合物。激活區(qū)130含一個或多個由間隔層170所間隔的周期性增益區(qū)160。周期性增益區(qū)160的厚度通常小于50nm，優(yōu)選厚度為5-30nm。間隔層170厚度的選擇應(yīng)使周期性增益區(qū)與激光器腔的駐波電磁場(e-場)的波腹對齊。在激活區(qū)130中采用周期性增益區(qū)160可得到更大的功率轉(zhuǎn)換效率和使不希望有的自發(fā)發(fā)射大幅減少?？偟膩碚f，激活區(qū)130含一個或多個周期性增益區(qū)160和布置在周期性增益區(qū)任一側(cè)、其布置使周期性增益區(qū)與器件的駐波電磁場的波腹對齊的間隔層170。
周期性增益區(qū)160由以高量子效率發(fā)熒光的小分子量有機(jī)材料、聚合物有機(jī)材料或無機(jī)納米顆粒組成。小分子量有機(jī)材料通常通過高真空(10-6托)熱蒸發(fā)進(jìn)行淀積，而共軛聚合物和無機(jī)納米顆粒通常通過旋轉(zhuǎn)流延形成。
除非另有指出，否則術(shù)語“取代”或“取代基”的使用指除氫外的任何基團(tuán)或原子。此外，當(dāng)使用術(shù)語“基團(tuán)”時，其意思是當(dāng)取代基含可被取代的氫時，其不僅包括取代基未被取代的形式，也包括被任何取代基或如本文中所提到的基團(tuán)進(jìn)一步取代的形式，只要所述取代不破壞器件效用所必需的性質(zhì)即可。適合的取代基可以是鹵素或可通過碳、硅、氧、氮、磷、硫、硒或硼原子鍵接到分子的殘基上。取代基可以是例如鹵素(如氯、溴或氟)、硝基、羥基、氰基、羧基或可被進(jìn)一步取代的基團(tuán)如烷基(包括直鏈或支鏈或環(huán)烷基，如甲基、三氟甲基、乙基、叔丁基、3-(2，4-二叔戊基苯氧基)丙基和十四烷基)、烯基(如乙烯基、2-丁烯基)、烷氧基(如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、2-甲氧乙氧基、仲丁氧基、己氧基、2-乙基己氧基、十四烷氧基、2-(2，4-二叔戊基苯氧基)乙氧基和2-十二烷氧基乙氧基)、芳基(如苯基、4-叔丁基苯基、2，4，6-三甲基苯基、萘基)、芳氧基(如苯氧基、2-甲基苯氧基、α-或β-萘氧基和4-甲苯氧基)、碳酰氨基(如乙酰氨基、苯甲酰氨基、丁酰氨基、十四酰氨基、α-(2，4-二叔戊基苯氧基)乙酰氨基、α-(2，4-二叔戊基苯氧基)丁酰氨基、α-(3-十五基苯氧基)己酰氨基、α-(4-羥基-3-叔丁基苯氧基)十四酰氨基、2-氧代吡咯烷-1-基、2-氧代-5-十四基吡咯烷-1-基、N-甲基十四酰氨基、N-琥珀酰亞氨基、N-鄰苯二甲酰亞氨基、2，5-二氧代-1-唑烷基、3-十二烷基-2，5-二氧代-1-咪唑基和N-乙?；?N-十二烷基氨基、乙氧基羰基氨基、苯氧基羰基氨基、芐氧基羰基氨基、十六烷氧基羰基氨基、2，4-二叔丁基苯氧基羰基氨基、苯基羰基氨基、2，5-(二叔戊基苯基)羰基氨基、對-十二烷基-苯基羰基氨基、對-甲苯基羰基氨基、N-甲基脲基、N，N-二甲基脲基、N-甲基-N-十二烷基脲基、N-十六烷基脲基、N，N-二(十八烷基脲基)、N，N-二辛基-N’-乙基脲基、N-苯基脲基、N，N-二苯基脲基、N-苯基-N-對-甲苯基脲基、N-(間-十六烷基苯基)脲基、N，N-(2，5-二叔戊基苯基)-N’-乙基脲基和叔丁基碳酰氨基)、磺酰氨基(如甲基磺酰氨基、苯磺酰氨基、對-甲苯基磺酰氨基、對-十二烷基苯磺酰氨基、N-甲基十四烷基磺酰氨基、N，N-二丙基-磺酰氨基和十六烷基磺酰氨基)、氨磺酰基(如N-甲基氨磺?；?、N-乙基氨磺?；?、N，N-二丙基氨磺?；-十六烷基氨磺?；，N-二甲基氨磺酰基、N-[3-(十二烷氧基)丙基]-氨磺?；?、N-[4-(2，4-二叔戊基苯氧基)丁基]氨磺酰基、N-甲基-N-十四烷基氨磺?；蚇-十二烷基氨磺酰基)、氨甲?；?如N-甲基氨甲?；，N-二丁基氨甲?；-十八烷基氨甲?；?、N-[4-(2，4-二叔戊基苯氧基)丁基]氨甲?；-甲基-N-十四烷基氨甲?；蚇，N-二辛基氨甲?；?、酰基(如乙?；?、(2，4-二叔戊基苯氧基)乙?；⒈窖趸驶?、對-(十二烷氧基苯氧基羰基)甲氧基羰基、丁氧基羰基、十四烷氧基羰基、乙氧基羰基、芐氧基羰基、3-十五烷氧基羰基和十二烷氧基羰基)、磺?；?如甲氧基磺?；⑿裂趸酋；?、十四烷氧基磺?；?、2-乙基己氧基磺?；?、苯氧基磺?；?，4-二叔戊基苯氧基磺酰基、甲基磺?；?、辛基磺?；?、2-乙基己基磺酰基、十二烷基磺?；?、十六烷基磺酰基、苯磺?；?-壬基苯基磺?；蛯?甲苯基磺?；?、磺酰氧基(如十二烷基磺酰氧基和十六烷基磺酰氧基)、亞硫酰基(如甲基亞硫?；⑿粱鶃喠蝓；?、2-乙基己基亞硫?；?、十二烷基亞硫?；?、十六烷基亞硫?；⒈交鶃喠蝓；?-壬基苯基亞硫?；蛯?甲苯基亞硫酰基)、烷硫基(thio)(如乙硫基、辛硫基、芐硫基、十四烷硫基、2-(2，4-二叔戊基苯氧基)乙硫基、苯硫基、2-丁氧基-5-叔辛基苯硫基和對甲苯基硫基)、酰氧基(如乙酰氧基、苯酰氧基、十八烷酰氧基、對-十二烷基酰氨基苯甲酰氧基、N-苯基氨甲酰氧基、N-乙基氨甲酰氧基和環(huán)己基甲酰氧基)、胺(如苯基苯氨基、2-氯苯氨基、二乙胺、十二烷胺)、亞氨基(如1-(N-苯基亞氨基)乙基、N-琥珀酰亞氨基或3-芐基乙內(nèi)酰脲基)、磷酸酯(如二甲基磷酸酯和乙基丁基磷酸酯)、亞磷酸酯(如二乙基和二己基亞磷酸酯)、雜環(huán)基、雜環(huán)氧基或雜環(huán)硫基(每一種均可被取代并含3-7元雜環(huán)，所述雜環(huán)由碳原子和至少一個選自氧、氮、硫、磷或硼的雜原子組成，如2-呋喃基、2-噻吩基、2-苯并咪唑氧基或2-苯并噻唑基)、季銨(如三乙基銨)、季(如三苯基基)和硅氧基(如三甲基硅氧基)。
如果需要，所述取代基自身可進(jìn)一步為所述的取代基團(tuán)一次或多次取代。本領(lǐng)域技術(shù)人員可選擇所用的具體的取代基以獲得具體應(yīng)用下的所需性質(zhì)，這些取代基可包括例如吸電子基團(tuán)、給電子基團(tuán)和空間位阻基團(tuán)。除非另有說明，否則當(dāng)一個分子有兩個或多個取代基時，所述取代基可連接在一起形成環(huán)如稠環(huán)。通常，上述基團(tuán)和其取代基可包括含最高達(dá)48個碳原子、通常含1-36個碳原子、一般少于24個碳原子的那些，但取決于所選的具體的取代基，更大的數(shù)目是可能的。取代可包括稠環(huán)衍生物例如但不限于苯并-、二苯并-、萘-或二萘并-稠合衍生物。這些稠環(huán)衍生物也可被進(jìn)一步取代。
基于有機(jī)的周期性增益區(qū)160(或發(fā)射材料)可由單一的主體材料組成，但更通常包括摻雜了一種或多種客體化合物(摻雜劑)的主體材料，在這種情況下光發(fā)射主要來自摻雜劑并可為任意顏色。這些主體-摻雜劑的組合是有利的，因為它們使得有機(jī)增益介質(zhì)引起的非泵浦散射/吸收損失非常小(可小于1cm-1)。摻雜劑通常選自高熒光染料，但磷光化合物如WO 98/55561、WO 00/18851、WO 00/57676和WO00/70655中所述用于OLED的過渡金屬絡(luò)合物也可用。摻雜劑通常以0.01-10％重量摻雜進(jìn)主體材料中，可以選擇摻雜劑以提供具有或紅或綠或藍(lán)色調(diào)的發(fā)射光。對于紅光發(fā)射層有用的主體-摻雜劑組合的一個實例是以Alq作為主體材料和以1％的L39[4-(二氰基亞甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛里定基(julolidyl)-9-烯基)-4H-吡喃]作為摻雜劑。
選擇染料作為摻雜劑時要考慮的一個重要關(guān)系是摻雜劑的吸收與主體材料的發(fā)射之比較。為了實現(xiàn)從主體到摻雜劑分子有效的能量傳遞(通過Forster能量傳遞)，必要的條件是摻雜劑的吸收覆蓋了主體材料的發(fā)射。本領(lǐng)域技術(shù)人員對Forster能量傳遞的概念是熟知的，F(xiàn)orster能量傳遞涉及主體和摻雜劑分子間能量的非輻射傳遞。選擇主體材料時要考慮的一個重要關(guān)系是主體材料的吸收顯著覆蓋泵浦光束180的發(fā)射譜。此外，優(yōu)選主體材料或主體材料加摻雜劑的吸收在VCSEL陣列器件100的激光波長下較小?？山邮艿奈粘潭葹橹黧w加摻雜劑的組合在激光波長下的吸收系數(shù)小于10cm-1。
有用的熒光發(fā)射材料包括多環(huán)芳族化合物，如I.B.Berlman，“Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecules(芳族分子熒光光譜手冊)”，Academic Press，New York，1971和EP 1 009 041中所描述的。帶多于兩個氨基的芳族叔胺和其低聚物是可用的。
另一類有用的發(fā)射材料(對于主體或摻雜劑)包括芳族叔胺，其中后者應(yīng)理解為含至少一個三價氮原子的化合物，所述氮原子僅鍵接到碳原子上，且至少一個所述碳原子為芳環(huán)上的一元。芳族叔胺的一種形式可為芳胺，如單芳胺、二芳胺、三芳胺或低聚芳胺。示例性的單體三芳胺見述于Klupfel等的美國專利3,180,730。其他適合的為一個或多個乙烯基所取代和/或包含至少一個含活性氫基團(tuán)的三芳胺在Brantley等的美國專利3,567,450和3,658,520中有公開。
更優(yōu)選的一類芳族叔胺為含至少兩個芳族叔胺部分的那些，如美國專利4,720,432和5,061,569中所述。這樣的化合物包括結(jié)構(gòu)式A所代表的那些 其中Q1和Q2獨立選自芳族叔胺部分；G為連接基團(tuán)如亞芳基、環(huán)亞烷基或碳碳鍵的亞烷基。
在一個實施方案中，Q1或Q2中至少一個含多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)，如萘。當(dāng)G為芳基時，常為亞苯基、亞聯(lián)苯基或亞萘基部分。
有用的一類滿足結(jié)構(gòu)式A并含兩個三芳胺部分的三芳胺由結(jié)構(gòu)式B所代表 其中R1和R2各自獨立地代表氫原子、芳基或烷基，或R1和R2一起代表構(gòu)成環(huán)烷基的原子；和R3和R4各自獨立地代表芳基，所述芳基又被結(jié)構(gòu)式C所示的二芳基取代的氨基所取代 其中，R5和R6獨立地選自芳基。在一個實施方案中，R5或R6中至少一個含多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)，如萘。
主體材料可包含取代或未取代的三芳胺化合物。另一類芳族叔胺為四芳基二胺。理想的四芳基二胺含兩個二芳基氨基(如式C所示)，二者通過亞芳基連接起來。有用的四芳基二胺包括式D所代表的那些
其中各個Are獨立地選自亞芳基(如亞苯基或蒽部分)；n為1-4的整數(shù)；和Ar、R7、R8和R9獨立地選自芳基。
在一個典型的實施方案中，Ar、R7、R8和R9中至少一個為多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)如萘。
前述結(jié)構(gòu)式A、B、C、D的各種烷基、亞烷基、芳基和亞芳基部分可各自再被取代。典型的取代基包括烷基、烷氧基、芳基、芳氧基和鹵素(如氟、氯和溴)。各種烷基和亞烷基部分通常含1-約6個碳原子。環(huán)烷基部分可含3-約10個碳原子，但通常含5、6或7個碳原子，如環(huán)戊基、環(huán)己基和環(huán)庚基環(huán)結(jié)構(gòu)。芳基和亞芳基部分通常為苯基和亞苯基部分。
發(fā)射材料可由單一的芳族叔胺化合物或芳族叔胺化合物的混合物形成。具體而言，可采用三芳胺(如滿足式B的三芳胺)和四芳基二胺(如式D所示的)的組合。主體材料可包括取代或未取代的二咔唑-聯(lián)苯化合物。有用的芳族叔胺其示例如下4，4’-N，N’-二咔唑-1，1’-聯(lián)苯(CBP)(D1)；4，4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯(D2)；4，4’-雙[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]聯(lián)苯(D3)；4，4’-雙[N-(2-萘基)-N-對-甲苯基氨基]聯(lián)苯(D4)；1，1-雙(4-二-對-甲苯基氨基苯基)環(huán)己烷；1，1-雙(4-二-對-甲苯基氨基苯基)-4-苯基環(huán)己烷；4，4’-雙(二苯基氨基)四聯(lián)苯；雙(4-二甲基氨基-2-甲基苯基)-苯甲烷；N，N，N-三(對甲苯基)胺；4-(二-對-甲苯基氨基)-4’-[4(二-對-甲苯基氨基)-苯乙烯基]二苯乙烯；N，N，N’，N’-四-對-甲苯基-4-4’-二氨基聯(lián)苯；
N，N，N’，N’-四苯基-4-4’-二氨基聯(lián)苯；N，N，N’，N’-四-1-萘基-4-4’-二氨基聯(lián)苯；N，N，N’，N’-四-2-萘基-4-4’-二氨基聯(lián)苯；N-苯基咔唑；4，4”-雙[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]對-三聯(lián)苯；4，4’-雙[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；4，4’-雙[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；1，5-雙[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘；4，4’-雙[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；4，4”-雙[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]對-三聯(lián)苯；4，4’-雙[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；4，4’-雙[N-(8-熒蒽基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；4，4’-雙二[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；4，4’-雙[N-(2-并四苯基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；4，4’-雙[N-(2-苝基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；4，4’-雙[N-(1-蔻基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯；2，6-雙(二-對-甲苯基氨基)萘；2，6-雙二[二-(1-萘基)氨基]萘；2，6-雙二[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘；N，N，N’，N’-四(2-萘基)-4，4”-二氨基-對-三聯(lián)苯；4，4’-雙{N-苯基-N-[4-(1-萘基)-苯基]氨基}聯(lián)苯；4，4’-雙二[N-苯基-N-(2-芘基)氨基]聯(lián)苯；2，6-雙[N，N-二(2-萘基)氨基]芴；1，5-雙[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘；和4，4’，4”-三[(3-甲基苯基)苯基氨基]三苯基胺。
主體材料可包含取代或未取代的氮雜芳族化合物。例如，主體材料可包含取代或未取代的吖啶、喹啉、嘌呤、吩嗪、吩嗪或菲咯啉化合物。咔唑衍生物是有用的主體材料。有用的菲咯啉材料的實例包括2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉和4，7-二苯基-1，10-菲咯啉。
主體和摻雜劑分子包括但不限于美國專利4,768,292、5,141,671、5,150,006、5,151,629、5,405,709、5,484,922、5,593,788、5,645,948、5,683,823、5,755,999、5,928,802、5,935,720、5,935,721和6,020,078中公開的那些。
8-羥基喹啉的金屬絡(luò)合物和類似的衍生物(式E)構(gòu)成一類有用的能支持電致發(fā)光的主體材料，并特別適用于波長大于500nm的光(如綠、黃、橙和紅)的發(fā)射。
其中M代表金屬；n為1-3的整數(shù)；和每個Z獨立地代表構(gòu)成含至少兩個稠合芳環(huán)的核的原子。
很明顯，所述金屬可以是一價、二價、三價或四價金屬。所述金屬可以是例如堿金屬(如鋰、鈉或鉀)、堿土金屬(如鎂或鈣)、土金屬(如鋁或鎵)或過渡金屬(如鋅或鋯)。通常任何已知可用作螯合金屬的一價、二價、三價或四價金屬均可用。
Z構(gòu)成含至少兩個稠合芳環(huán)的雜環(huán)核，至少一個所述稠合芳環(huán)為吡唑(azole)或吖嗪環(huán)。如果需要，其他環(huán)(包括脂環(huán)和芳環(huán))可與所述兩個所要求的環(huán)稠合。為避免增大分子體積而不提高功能，成環(huán)原子的數(shù)目通常保持在18或以下。
主體材料可包含取代或未取代的螯合化8-羥基喹啉酮化合物。
有用的螯合的喔星類(oxinoid)化合物的實例如下CO-1三喔星鋁[別名三(8-喹啉酚根)合鋁(III)]；
CO-2二喔星鎂[別名二(8-喹啉酚根)合鎂(II)]；CO-3二[苯并{f}-8-喹啉酚根]合鋅(II)；CO-4二(2-甲基-8-喹啉酚根)合鋁(III)-μ-氧橋-二(2-甲基-8-喹啉酚根)合鋁(III)；CO-5三喔星銦[別名三(8-喹啉酚根)合銦]；CO-6三(5-甲基-8-喔星)鋁[別名三(5-甲基-8-喹啉酚根)合鋁(III)]；CO-7喔星鋰[別名(8-喹啉酚根)合鋰(I)]；CO-8喔星鎵[別名三(8-喹啉酚根)合鎵(III)]；和CO-9喔星鋯[別名四(8-喹啉酚根)合鋯(IV)]。
主體材料可包含取代或未取代的蒽化合物。
9，10-二-(2-萘基)蒽(式F)的衍生物構(gòu)成一類有用的能支持電致發(fā)光的主體，并特別適用于波長大于400nm的光(如藍(lán)、綠、黃、橙和紅)的發(fā)射。
其中，R1、R2、R3、R4、R5和R6代表各個環(huán)上的一個或多個取代基，其中，各個取代基單獨選自如下組別組1氫或含1-24個碳原子的烷基；組2含5-20個碳原子的芳基或取代芳基；組3構(gòu)成蒽基、芘基或苝基的稠合芳環(huán)所必需的4-24個碳原子；組4含5-24個碳原子的雜芳基或取代雜芳基，所述碳原子是構(gòu)成呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基或其他雜環(huán)體系的稠合雜芳環(huán)所必需的。
組5含1-24個碳原子的烷氧基氨基、烷基氨基或芳基氨基；和組6氟、氯、溴或氰基。
示例性的實例包括9，10-二-(2-萘基)蒽(F1)和2-叔丁基-9，10-二-(2-萘基)蒽(F2)。其他可用作主體的蒽衍生物包括9，10-雙-(4-(2，2’-二苯基乙烯基)苯基)蒽的衍生物。
吲哚衍生物(式G)構(gòu)成另一類有用的能支持電致發(fā)光的主體，并特別適用于波長大于400nm的光(如藍(lán)、綠、黃、橙或紅)的發(fā)射。
其中n為3-8的整數(shù)；Z為O、NR或S；和R和R’分別為氫；含1-24個碳原子的烷基，如丙基、叔丁基、庚基等；含5-20個碳原子的芳基或雜原子取代的芳基，如苯基、萘基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基和其他雜環(huán)體系；或鹵素如氯、氟；或構(gòu)成稠合芳環(huán)所必需的原子；和L為連接單元，包括共軛或非共軛地將多個吲哚連接在一起的烷基、芳基、取代的烷基或取代的芳基。有用的吲哚的實例為2，2’，2”-(1，3，5-亞苯基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]。
主體材料可包含取代或未取代的苯并唑化合物、取代或未取代的苯并噻唑化合物、或取代或未取代的苯并咪唑化合物。主體材料可包含取代或未取代的唑化合物、取代或未取代的三唑化合物、或取代或未取代的二唑化合物。有用的唑化合物的實例包括1，4-雙(5-苯基唑-2-基)苯、1，4-雙(4-甲基-5-苯基唑-2-基)苯和1，4-雙(5-(對-聯(lián)苯基)唑-2-基)苯。有用的二唑化合物的實例包括2-(4-聯(lián)苯基)-5-苯基-1，3，4-二唑和2-(4-聯(lián)苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-二唑。有用的三唑化合物的實例包括3-(4-聯(lián)苯基)-4-苯基-5-叔丁基苯基-1，2，4-三唑。
聯(lián)苯乙烯基亞芳基衍生物也可用作主體材料或摻雜材料。美國專利5,121,029中描述了許多實例。有用的發(fā)射材料(主體和摻雜劑)可具有通式X-CH＝CH-Y-CH＝CH-ZX-(CH＝CH)n-Z其中X和Z獨立地為取代或未取代的芳基或取代或未取代、含一個氮原子的芳族絡(luò)合環(huán)基；n等于1、2或3；和Y為二價芳基或含一個氮原子的二價芳族絡(luò)合環(huán)基。有用的實例包括1，4-雙(2-甲基苯乙烯基)-苯、4，4’-(9，10-蒽二基-2，1-乙烯二基)雙(N，N-二(4-甲基苯基)苯胺、4，4’-(1，4-萘二基-2，1-乙烯二基)雙(N，N-二(4-甲基苯基)苯胺和4，4’-(1，4-亞苯基二-2，1-乙烯二基)雙(N，N-二(4-甲苯基)苯胺。
選擇有機(jī)摻雜劑以在300-1700nm間發(fā)光。所述摻雜劑可選自熒光或磷光染料。有用的熒光摻雜劑包括上文主體材料部分所述的材料。其他有用的熒光摻雜劑包括但不限于取代或未取代的蒽、并四苯、氧雜蒽、苝、紅熒烯、香豆素、若丹明和喹吖啶酮的衍生物，二氰基亞甲基吡喃化合物、噻喃化合物、聚甲川化合物、吡喃和噻喃化合物、芴衍生物、periflanthene衍生物、茚并苝衍生物、二(吖嗪基)胺硼化合物、二(吖嗪基)甲烷化合物、萘啶、熒蒽、呋喃、吲哚、噻吩、苯并氧雜蒽、芘、靴二蒽、三聯(lián)苯、四聯(lián)苯、五聯(lián)苯、六聯(lián)苯、蒽嵌蒽、雙蒽烯(bisanthrene)、N，N，N’，N’-四取代聯(lián)苯胺(benzidene)衍生物、N，N，N’，N’-四芳基聯(lián)苯胺(tetrarybenzidene)衍生物和喹諾酮化合物及其組合。這些類別的材料其衍生物也可用作主體材料或其組合。主體材料通常為含至少三個亞苯基部分的化合物。
有用的摻雜劑的示例性實例包括但不限于如下




其他發(fā)射材料包括各種雜環(huán)光學(xué)增白劑，如美國專利4,539,507中所述。
發(fā)射材料也可為聚合材料、兩種或多種聚合材料的共混物、或摻雜的聚合物或聚合物共混物。發(fā)射材料也可包括多于一種的非聚合和聚合材料(有或沒有摻雜劑)。典型的摻雜劑已在前面非聚合分子部分列出。非聚合摻雜劑可以分子水平分散在聚合物主體中，或者摻雜劑可通過將微量組分共聚合進(jìn)主體聚合物中而加入。典型的聚合材料包括但不限于取代和未取代的聚對亞苯基亞乙烯基(PPV)衍生物、取代和未取代的聚對苯(PPP)衍生物、取代和未取代的聚芴(PF)衍生物、取代和未取代的聚對吡啶、取代和未取代的聚對吡啶基亞乙烯衍生物、和取代和未取代的聚對亞苯基梯形和階梯型聚合物及其共聚物，如Diaz Garcia等在美國專利5,881,083和其參考文獻(xiàn)中所述的。取代基包括但不限于烷基、環(huán)烷基、烯基、芳基、雜芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、硝基、硫基、鹵素、羥基和氰基。典型的聚合物為聚對亞苯基亞乙烯基；二烷基-、二芳基-、二氨基-或二烷氧基-取代的PPV；單烷基-單烷氧基-取代的PPV；單芳基-取代的PPV；9，9’-二烷基或二芳基-取代的PF；9，9’-單烷基-單芳基取代的PF；9-單烷基或芳基取代的PF、PPP；二烷基-、二氨基-、二芳基-、或二烷氧基-取代的PPP；單烷基-、芳基-、烷氧基-、或氨基-取代的PPP。此外，可使用聚合材料如聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺和共聚物如也稱PEDOT/PSS的聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸鹽)。
適當(dāng)?shù)貙⑶笆鲇袡C(jī)材料通過升華淀積，但也可從溶劑中淀積，溶劑中任選含粘結(jié)劑以改進(jìn)成膜性。如果所述材料是聚合物，通常優(yōu)選溶劑淀積。待通過升華淀積的材料可從通常由鉭材料構(gòu)成的升華舟皿中蒸發(fā)(例如如美國專利6,237,529中所述)，或可先涂到供體板上然后在靠近基材的地方升華。含混合材料的層可分別用升華舟皿或可將材料預(yù)混并從單個升華舟皿或供體板完成涂覆。
如圖3和上文的討論所示，VCSEL陣列含紅、綠、藍(lán)光發(fā)射像素，尺寸約為80×240μm。發(fā)射光的顏色由激光路徑長度和周期性增益區(qū)160中所含增益介質(zhì)的熒光光譜決定。使用掩模、整體掩模(美國專利5,294,870)、來自供體板的空間限定的染料熱轉(zhuǎn)移(美國專利5,688,551；5,851,709和6,066,357)和噴墨法(美國專利6,066,357)可使周期性增益區(qū)160中所含增益介質(zhì)形成圖案化的淀積層。如果周期性增益區(qū)160不止一層，則相應(yīng)地需要重復(fù)進(jìn)行圖案化淀積。
大多數(shù)有機(jī)激光器件對潮濕或氧氣或潮濕和氧氣敏感，所以它們通常被密封在惰性氣氛如氮氣或氬氣中。被密封的器件內(nèi)可加入干燥劑如氧化鋁、鋁礬土、硫酸鈣、粘土、硅膠、沸石、堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、硫酸鹽或金屬鹵化物和高氯酸鹽。封裝和干燥的方法包括但不限于美國專利6,226,890中所描述的那些。此外，阻擋層如SiOx、特氟綸和交替的無機(jī)/聚合層用于封裝也是本領(lǐng)域內(nèi)已知的。
間隔層170優(yōu)選使用同時對激光190和泵浦光束180高度透明的材料。該本實施方案中選擇1，1-雙-(4-二(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)-環(huán)己烷(TAPC)作為間隔材料，因為其在整個可見和近紫外光譜內(nèi)具有非常低的吸收且其折射率略低于大多數(shù)有機(jī)主體材料的折射率。這樣的折射率差是有用的，因為其有助于使駐波電場波腹和周期性增益區(qū)160間的交迭最大化。除有機(jī)間隔材料外，間隔層170也可由無機(jī)材料如SiO2組成，因為其具有低吸收且其折射率低于有機(jī)主體材料的折射率。當(dāng)使用無機(jī)間隔層時，間隔材料可通過熱蒸發(fā)、低淀積溫度下的電子束(約70℃)或膠體法淀積。
淀積激活區(qū)130后，有必要對周期性增益區(qū)160的凈增益進(jìn)行空間圖案化以形成下部凈增益區(qū)150。對于圖2中所示的實施方案，下部凈增益區(qū)150通過局部改變(spoil)周期性增益區(qū)160的發(fā)射性質(zhì)而產(chǎn)生。形成下部凈增益區(qū)150的一種有效方法(對于有機(jī)增益介質(zhì))是使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻用掩模和紫外曝照設(shè)備以產(chǎn)生帶圖案的周期性增益區(qū)160的紫外曝照。由于有機(jī)介質(zhì)對高強(qiáng)度紫外光(例如汞弧燈的i-線(365nm))敏感，因此該法對于降低周期性增益區(qū)160的紫外曝照區(qū)的發(fā)射強(qiáng)度非常有效。如上文所討論的，紫外曝照區(qū)(下部凈增益區(qū)150)對應(yīng)于像素間區(qū)域210，而未曝照區(qū)對應(yīng)于激光像素200。在一個優(yōu)選的實施方案中，激光像素200的形狀為圓形；但其他像素形狀也是可以的，如矩形。激光像素200的尺寸在2.5-20微米的范圍內(nèi)。對于單橫模激光器的運(yùn)行，優(yōu)選的激光像素200直徑為2.5-4.5μm。像素間距在0.25-4μm的范圍內(nèi)。一般而言，間隔排列的激光像素200可具有相同或不同的尺寸，且像素間的間距的長度相同或不同以使VCSEL陣列器件100的輸出局部地產(chǎn)生單?；蚨嗄＜す廨敵?。應(yīng)該指出，周期性增益區(qū)160的發(fā)射強(qiáng)度可通過高強(qiáng)度紫外照射之外的方式(如本領(lǐng)域常用的那些)進(jìn)行局部調(diào)制。
生成激活區(qū)130和下部凈增益區(qū)150后，接下來進(jìn)行頂部介質(zhì)疊層140的淀積。頂部介質(zhì)疊層140與底部介質(zhì)疊層120隔開并反射預(yù)定波長范圍內(nèi)的光。其組成與底部介質(zhì)疊層的組成相似。由于頂部介質(zhì)疊層140淀積在含有機(jī)物(對于有機(jī)增益介質(zhì)的情形)的激活區(qū)130上，其淀積溫度必須保持較低以避免有機(jī)物熔融。因此，頂部介質(zhì)疊層140的典型淀積溫度為100℃或更低。頂部介質(zhì)疊層可通過常規(guī)方法淀積，如電子束、低能濺射或膠體淀積。為獲得有效的激光性能，優(yōu)選頂部和底部介質(zhì)疊層的峰值反射率大于99％，較小的值導(dǎo)致較大的激光線寬。
VCSEL陣列器件100通過入射的泵浦光束180光驅(qū)動并發(fā)射激光190。由于有機(jī)VCSEL激光器腔的激光功率密度閾值小，故泵浦光束可為非相干的LED光。圖2示意了通過頂部介質(zhì)疊層140的激光190?；蛘?，激光器的結(jié)構(gòu)可利用通過基材110的激光190使光泵浦通過頂部介質(zhì)疊層。VCSEL陣列器件100的運(yùn)行通過下述方式發(fā)生。泵浦光束180通過基材110和底部介質(zhì)疊層120傳播并為周期性增益區(qū)160所吸收，其中部分泵浦光束能在激光像素200位置上作為更長波長的激光被重新發(fā)射。當(dāng)泵浦光束180通過基材110進(jìn)入時，為確保激光190主要通過頂部介質(zhì)疊層140離開，有必要選擇頂部介質(zhì)疊層的峰值反射使之小于底部介質(zhì)疊層120的峰值反射。為提高器件的功率轉(zhuǎn)換效率，向兩個介質(zhì)疊層中增加額外的介質(zhì)層以使頂部介質(zhì)疊層140高度反射泵浦光束180、底部介質(zhì)疊層120高度透射泵浦光束180是通常的做法。
如上文所討論的，對周期性增益區(qū)160的凈增益進(jìn)行空間調(diào)制的另一種方法是通過泵浦光束180調(diào)制周期性增益區(qū)160的激發(fā)。圖4中給出了本發(fā)明的另一實施方案，激光器陣列器件102，其包含吸收元件155。為形成微米尺寸的激光像素和減少衍射效應(yīng)，優(yōu)選吸收元件155鄰近激活區(qū)130布置。如上文所討論的，一旦有機(jī)物已經(jīng)淀積，則在激光器件上進(jìn)行光刻處理將是困難的；因此，優(yōu)選如圖4所示那樣將吸收元件布置在雙折射層126和激活區(qū)130之間。吸收元件155的組成為任何吸收泵浦光束180而僅最低限度地吸收和散射激光190的材料。優(yōu)選在泵浦光束180的發(fā)射波長下吸收元件155的吸收系數(shù)大于104cm-1。吸收元件155厚度的選擇應(yīng)使相當(dāng)大百分率的泵浦光束180被該元件所吸收。優(yōu)選的吸收百分率大于25％。為產(chǎn)生圖案化的吸收層，可采用多種方法。第一種方法是淀積均勻的染料層157并使用圖案化的紫外光選擇性地改變?nèi)玖蠈?57的吸收系數(shù)。如上文對圖2的討論，紫外光可用常規(guī)的光刻掩模進(jìn)行調(diào)制。染料層157吸收系數(shù)的改變可或通過漂白染料分子(降低吸收選擇性)或通過離解染料分子以產(chǎn)生更強(qiáng)地吸收泵浦光束180的物種(提高吸收選擇性)來實現(xiàn)。如上文所述，優(yōu)選染料層157和吸收元件155均僅微弱地吸收/散射激光190。這種產(chǎn)生吸收元件155的方法的一個好處是得到平面型的激光器陣列器件102。
淀積吸收元件155的另一種方法是使用染色的光刻膠。得到的激光器陣列器件103示意于圖5中。這些類型的染色的光刻膠是本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的，通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝旋轉(zhuǎn)流延和圖案化。對于激光器陣列器件102或103，在產(chǎn)生以間隔的吸收元件155后，激活區(qū)130和頂部介質(zhì)疊層140被順次淀積。由于吸收元件155需要被布置在雙折射層126和激活區(qū)130之間并吸收部分泵浦光束180，所以有必要使泵浦光束180通過基材110進(jìn)入。本領(lǐng)域常用的其他方式也可產(chǎn)生吸收元件155，如本領(lǐng)域內(nèi)常用的。例如，可在透明層(如SiO2)上形成蝕坑，蝕坑上可淀積吸收元件155材料。接著，可用標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)法拋光吸收元件155材料，使其只留在蝕坑區(qū)中。如上文所討論的，吸收元件155的位置對應(yīng)于像素間區(qū)域210，而余下的區(qū)域?qū)?yīng)于激光像素200。在一個優(yōu)選的實施方案中，激光像素200的形狀為圓形；但其他像素形狀是可能的，如矩形。激光像素200的尺寸在2.5-20微米的范圍內(nèi)。對于單橫模激光器的運(yùn)行，優(yōu)選的激光像素200直徑為2.5-4.5μm。像素間距在0.25-4μm的范圍內(nèi)。一般而言，間隔排列的激光像素200可具有相同或不同的尺寸，且像素間的間距的長度相同或不同以使激光器陣列器件102或103的輸出局部地產(chǎn)生單?；蚨嗄＜す廨敵?。
圖6示意了本發(fā)明的另一實施方案。該激光器陣列器件104為圖5所示器件的變體。在圖5中，激活區(qū)130直接生長在吸收元件155上。因此，對于通過染色的光刻膠形成吸收元件的情形，激活區(qū)130和頂部介質(zhì)疊層140被淀積在非平面(波紋形)表面上(注意對于在蝕坑中生長并隨后進(jìn)行CMP的情形，得到的是平面型表面)。對于某些多層疊層的組合，如TiO2-SiO2，在波紋面上的淀積可能導(dǎo)致疊層的柱狀生長，從而使頂部介質(zhì)疊層140中的散射損失增大。為克服這個問題，吸收元件155用本領(lǐng)域內(nèi)廣為人知的方法在淀積激活區(qū)130之前通過平面化層158平面化。在一個實施方案中，產(chǎn)生間隔的吸收元件155后，平面化層158的材料通過適合的工藝被淀積。接著，采用本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的CMP法拋光平面化層158的材料，直至與吸收元件155的頂面齊平(或在幾十納米以內(nèi))。平面化層158的第二個實施方案是使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在這種情況下，PMMA被旋轉(zhuǎn)流延到間隔的吸收元件155上達(dá)0.5-3μm的厚度范圍，然后在150-220℃下進(jìn)行常規(guī)的烘烤。掃描電子顯微鏡(SEM)圖像表明PMMA厚度與吸收元件厚度的比率為3∶1或4∶1時通常使PMMA表面平面化。除了這三個平面化的實施方案外，本領(lǐng)域技術(shù)人員采用的其他方法也是可能的?？傊诋a(chǎn)生間隔的吸收元件155后而在淀積激活區(qū)130前增加平面化層158可使激活區(qū)130和頂部介質(zhì)疊層140中的散射損失減少，并在使用染色的光刻膠形成吸收元件155的情形下的功率轉(zhuǎn)換效率提高。
圖7示意了本發(fā)明的另一實施方案，激光器陣列器件106。在該例中，空間調(diào)制VCSEL器件的凈增益的方法是選擇性地蝕刻(反射調(diào)制)底部介質(zhì)疊層120。為減少散射損失并相應(yīng)地提高功率轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)選從激活區(qū)130的駐波電磁場(e-場)強(qiáng)度最高的地方除去底部介質(zhì)疊層的被蝕刻表面。這樣，底部介質(zhì)疊層120被淀積成兩部分中，第一部分121和第二部分125，其中反射調(diào)制通過在底部介質(zhì)疊層第一部分121的表面中形成蝕刻區(qū)151獲得。為使蝕刻區(qū)151遠(yuǎn)離激活區(qū)130間，優(yōu)選底部介質(zhì)疊層第一部分121含至多3-5個反射激光的介質(zhì)層。對于底部介質(zhì)疊層加了額外的介質(zhì)層以將泵浦光束180反射回激活區(qū)130中的情形，這些層首先淀積在底部介質(zhì)疊層的第一部分121中。
圖案化的蝕刻區(qū)151采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻和蝕刻技術(shù)在底部介質(zhì)疊層的第一部分121中形成，從而在底部介質(zhì)疊層第一部分121的表面上形成二維圓柱陣列。在一個優(yōu)選的實施方案中，激光像素的形狀為圓形；但其他像素形狀也是可以的，如矩形。像素間距在0.25-4μm的范圍內(nèi)。通過實驗已經(jīng)確定，應(yīng)除去底部介質(zhì)疊層第一部分121的一個或兩個周期以產(chǎn)生蝕刻區(qū)151。更深的蝕刻通常引起激光器陣列較差的性能。底部介質(zhì)疊層的第二部分125在蝕刻區(qū)151形成后淀積在底部介質(zhì)疊層的第一部分121上。如圖7中所示，底部介質(zhì)疊層的第二部分125填充了蝕刻區(qū)151。底部介質(zhì)疊層的第二部分125由高和低折射率介質(zhì)材料(如TiO2和SiO2)的交替層組成。同第一部分一樣，第二部分可通過電子束、PECVD、濺射、溶膠-凝膠法或膠體淀積法淀積。
圖8示意了本發(fā)明的另一實施方案，激光器陣列器件108。該器件是圖7中所示器件的變體。在圖7中，底部介質(zhì)疊層的第二部分125直接生長在蝕刻區(qū)151上。這樣，疊層被淀積在非平面(波紋形)的表面上。對于某些多層疊層的組合，如TiO2-SiO2，在波紋面上的淀積可能導(dǎo)致疊層的柱狀生長。因此，底部介質(zhì)疊層的第二部分125中的散射損失增大。為克服這個問題，底部介質(zhì)疊層第一部分121的蝕刻表面在淀積底部介質(zhì)疊層第二部分125之前通過平面化層158被平面化。平面化層158的一個實施方案是以聚酰亞胺用于Ta2O5-SiO2或TiO2-SiO2多層疊層系統(tǒng)。產(chǎn)生蝕刻區(qū)151后，2-3微米的聚酰亞胺通過旋轉(zhuǎn)流延、然后在180-250℃的溫度范圍內(nèi)烘烤硬化而被淀積在底部介質(zhì)疊層第一部分121的表面上。接著，采用本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的CMP法拋光聚酰亞胺，直至在激光像素200位置處與底部介質(zhì)疊層第一部分121的頂面齊平(或在幾十納米以內(nèi))。由于標(biāo)準(zhǔn)的CMP淤漿中聚酰亞胺和氧化物的拋光速率差異大，可簡單地在開始拋光激光像素200處的氧化層時讓拋光停止。
平面化層158的第二個實施方案是以SiO2用于Ta2O5-SiO2多層介質(zhì)疊層系統(tǒng)。在該例中，底部介質(zhì)疊層第一部分121的頂層為Si3N4的薄層。氮化硅可通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法(CVD)在300-400℃的溫度范圍內(nèi)淀積，厚度范圍為10-200nm。在形成蝕刻區(qū)151(蝕刻穿過氮化物層和底部介質(zhì)疊層第一部分121的1-2個周期)后，SiO2的平面化層158通過CVD或熱蒸發(fā)法被淀積，厚度為0.75-2.0μm。同聚酰亞胺實施方案一樣，使用CMP和另一種普通淤漿拋光SiO2，直至其與氮化硅層的頂面齊平(或在幾十納米以內(nèi))。由于拋光選擇性高于3.5∶1，又可簡單地在開始拋光氮化硅層頂面時停止拋光。平面化層158的第三種實施方案是以PMMA用于任何多層介質(zhì)疊層系統(tǒng)。在該例中，PMMA被旋轉(zhuǎn)流延到底部介質(zhì)疊層第一部分121的蝕刻表面上達(dá)0.5-3.0μm的厚度范圍，然后在150-220℃下進(jìn)行常規(guī)的烘烤。除了這三個平面化的實施方案外，本領(lǐng)域技術(shù)人員采用其他方法也是可能的。總之，在產(chǎn)生蝕刻區(qū)151后而在淀積底部介質(zhì)疊層第二部分125前增加平面化層158可使激活區(qū)130和底部及頂部介質(zhì)疊層中的散射損失減少，并使功率轉(zhuǎn)換效率提高。
有了含VCSEL陣列器件100的顯示器的發(fā)明，可制得簡化的液晶顯示器。簡化的LCD(如圖9中所示)通常含背光模塊220、VCSEL陣列器件100、偏振層305、光閘層310和擴(kuò)束器320。背光模塊220為VCSEL陣列器件100提供泵浦光束180。VCSEL陣列器件100為光閘層310提供彩色的像素化光源。如果VCSEL陣列器件100含雙折射層126，則其輸出也被偏振化而可沒有偏振層305。否則偏振層305向光閘層310傳遞激光190的一個偏振態(tài)。光閘層310或者傳遞或者阻斷像素化結(jié)構(gòu)的偏振光。擴(kuò)束器320捕獲離開光閘層310的光并擴(kuò)展其觀察錐。
如圖10-13中所示用于產(chǎn)生泵浦光束180的背光模塊220由擴(kuò)散器240和發(fā)光二極管(LEDs)230或冷陰極熒光燈(CCFL)280組成。擴(kuò)散器240使入射到VCSEL陣列器件100上的光均勻化。LEDs 230通?；蛟谡樟敛▽?dǎo)260邊緣的線性陣列250中(波導(dǎo)260再改變光的方向使其照射在VCSEL陣列器件100上)或在直接照亮VCSEL陣列器件100的平面陣列270中。CCFL 280通?；蛘樟敛▽?dǎo)260邊緣(波導(dǎo)260再改變光的方向使其照射在VCSEL陣列器件100上)或定位于擴(kuò)散器下面的行300中并直接照亮VCSEL陣列器件100。
VCSEL陣列器件100的小發(fā)散角使激光器陣列的發(fā)射元件205與光閘層310的色元件間1∶1的對應(yīng)成為可能。相應(yīng)地不再有必要采用濾色陣列作為光閘層310的部件之一。光閘層310僅需調(diào)制自VCSEL陣列器件100入射的色光；從而減少了伴隨濾色陣列的效率損失。自VCSEL陣列器件100輸出的光其近準(zhǔn)直性的另一個特征在于視角補(bǔ)償膜可從顯示器結(jié)構(gòu)中除去。也由于VCSEL陣列器件100光輸出的自然準(zhǔn)直性(發(fā)散角為3-5°)，通常包含在背光模塊220中的準(zhǔn)直膜也可被取消。由于顯示器結(jié)構(gòu)中視角補(bǔ)償膜和準(zhǔn)直膜的取消，液晶顯示器件的成本可降低。但為防止從相鄰的像素漏光，VCSEL陣列器件100光輸出的非常小的發(fā)散必須被考慮。為防止顏色不正確的光通過相鄰的像素跑出，激光器陣列發(fā)射元件205的尺寸必須被略微減小，以便激光一橫貫進(jìn)入光閘層310中即對著約為80×240μm的適合像素尺寸。發(fā)射元件的尺寸可通過在底部介質(zhì)疊層120和基材110間選擇性地淀積金屬得到調(diào)節(jié)。優(yōu)選的金屬為Al或Ag，其可通過人們熟知的蒸發(fā)法選擇性地淀積。這些金屬能高度反射泵浦光束180并促成泵浦光束180的回收，直至泵浦光束180從金屬淀積物間通過。
通過在VCSEL陣列器件100中引入雙折射層126(或一些影響VCSEL陣列光輸出的優(yōu)選偏振的其他常見裝置)作為部件，來自二維垂直腔激光器陣列的多模激光輸出將優(yōu)選沿一個方向偏振化。這樣，背光模塊220中不需要再有底部偏振元件和與之相關(guān)的反射偏振元件。這些元件從顯示器結(jié)構(gòu)中的去除節(jié)約了成本。本發(fā)明的另一實施方案未將VCSEL輸出優(yōu)選偏振化。這種情況下將有必要在VCSEL陣列器件100的頂部和光閘層310的底部之間增加偏振層305。由于VCSEL光輸出的發(fā)散，如上文所討論的，優(yōu)選所增加的偏振層305盡可能薄。例如，新近的偏振器厚度約為10μm。
光閘層310，如圖14中所示，通常為在距離VCSEL陣列器件100最遠(yuǎn)的一側(cè)上有分析器340的液晶盒330。除其不含CFA外，液晶盒330與常規(guī)的液晶盒是相似的。由于自VCSEL陣列器件100輸出的光被像素化為紅、綠和藍(lán)色激光發(fā)射，因此液晶盒330不需要CFA。液晶盒330在頂部和底部上包含液晶基材350。液晶盒330中的液晶基材350可包括玻璃板或塑料基材。液晶基材350的厚度應(yīng)足夠薄以防止視差，視差可能導(dǎo)致通過相鄰像素漏光。液晶基材350的厚度應(yīng)優(yōu)選小于0.5mm。兩層液晶基材350上均覆蓋了圖案化的透明導(dǎo)體層360。典型的透明導(dǎo)體為氧化銦錫。在每一透明導(dǎo)體層360的頂部覆蓋有定向?qū)?70。最后，在兩個定向?qū)?70之間覆蓋著液晶材料380。液晶盒330通過選擇性地施加電壓時對液晶分子取向來調(diào)制自VCSEL陣列器件100輸出的光強(qiáng)度。液晶盒330也可在每個像素位置含薄膜晶體管，使顯示器被主動驅(qū)動。但本發(fā)明不要求特定驅(qū)動方案。光閘層310也含分析器340，其分辨自液晶盒330輸出的偏振光。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能理解本發(fā)明也可使用其他光閘。實例為自電潤濕(electroicwetting)法產(chǎn)生的光閘。在這個光開關(guān)中，如Hayes，et al.，Nature，425，383(2003)所論證的，電場的應(yīng)用改變了含染料的油滴覆蓋各個像素表面的程度。實際上，電場改變像素表面的憎水性。Hayes，et al.，Nature，425，383(2002)預(yù)見了將其開關(guān)用于反射顯示，其中的反射通過油滴后面的白反射片產(chǎn)生。如果底板是透明的而不是反射性的，則電潤濕開關(guān)也可用在透射顯示中。
由于VCSEL陣列器件100的光輸出是近準(zhǔn)直的，因此有必要采用擴(kuò)束器320作為圖9的LCD器件的最末元件以增大色光輸出的角度錐。包含擴(kuò)束器320的可能部件可為擴(kuò)散元件或微透鏡陣列。所述部件應(yīng)能增大錐形視角范圍同時保持顯示圖像的清晰度。更具體地說，一離開擴(kuò)束器320，各個像素應(yīng)同進(jìn)入擴(kuò)束器320之前一樣清晰可辨。根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用，可相應(yīng)地通過擴(kuò)束器320調(diào)節(jié)擴(kuò)大錐形視角范圍。
上文特別參考某些優(yōu)選實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但應(yīng)理解的是可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實施變化和改動。
零部件清單1 光軸3 x-y-z坐標(biāo)系5 顯示面7 顯示面法線方向9 光軸100 VCSEL陣列器件102 激光器陣列器件103 激光器陣列器件104 激光器陣列器件106 激光器陣列器件108 激光器陣列器件110 基材120 底部介質(zhì)疊層121 底部介質(zhì)疊層的第一部分125 底部介質(zhì)疊層的第二部分126 雙折射層128 定向?qū)?29 雙折射材料130 激活區(qū)140 頂部介質(zhì)疊層150 下部凈增益區(qū)151 蝕刻區(qū)155 吸收元件157 染料層158 平面化層160 周期性增益區(qū)
170 間隔層180 泵浦光束190 激光200 激光像素205 發(fā)射元件210 像素間區(qū)域220 背光模塊230 發(fā)光二極管240 擴(kuò)散器250 線性陣列260 波導(dǎo)270 平面陣列280 冷陰極熒光燈300 行(row)305 偏振層310 光閘層320 擴(kuò)束器330 液晶盒340 分析器350 液晶基材360 透明導(dǎo)體370 液晶分子定向?qū)?80 液晶材料 方位角θ 傾角
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生彩色像素化光的顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備包含a)產(chǎn)生泵浦光束的背光模塊；b)垂直腔激光器陣列器件，所述器件含i)在間隔排列的位置上調(diào)制器件性質(zhì)以提供間隔排列的激光像素陣列的結(jié)構(gòu)，所述像素較像素間區(qū)域具有更高的凈增益；和ii)激活區(qū)，所述激活區(qū)包括響應(yīng)泵浦光束產(chǎn)生不同色光的部分；c)光閘；和d)位于光閘上方的擴(kuò)束器，以增大選定色光的錐形視角范圍。
2.權(quán)利要求1的顯示設(shè)備，其中在所述垂直腔激光器陣列器件和光閘間提供有偏振層。
3.權(quán)利要求1的顯示設(shè)備，其中所述垂直腔激光器陣列器件進(jìn)一步含布置在激光器陣列器件中的雙折射層以確保所述器件產(chǎn)生具有預(yù)定偏振方向的偏振光。
4.一種產(chǎn)生彩色像素化光的顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備包含a)產(chǎn)生泵浦光束的背光模塊；b)垂直腔激光器陣列器件，所述器件含i)透明基材；ii)底部介質(zhì)疊層，所述疊層布置在基材上，反射預(yù)定波長范圍內(nèi)的光；iii)在間隔排列的位置上調(diào)制器件性質(zhì)以提供間隔排列的激光像素陣列的裝置，所述像素較像素間區(qū)域具有更高的凈增益；iv)激活區(qū)，所述激活區(qū)包括響應(yīng)泵浦光束產(chǎn)生不同色光的部分；和v)頂部介質(zhì)疊層，所述疊層與底部介質(zhì)疊層相間隔并反射預(yù)定波長范圍內(nèi)的光；c)光閘，所述光閘允許來自垂直腔激光器陣列器件的選定色光通過；和d)位于光閘上方的擴(kuò)束器，用來增大選定色光的錐形視角范圍。
5.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中在所述垂直腔激光器陣列器件和光閘間提供有偏振層。
6.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述垂直腔激光器陣列器件進(jìn)一步含布置在激光器陣列器件中的雙折射層以確保所述器件產(chǎn)生具有預(yù)定偏振方向的偏振光。
7.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述光閘含至少一層含有液晶的層，所述液晶對所施加的場作出響應(yīng)以允許選定的光通過。
8.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述光閘含至少一層偏振膜。
9.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述光閘含至少一層含有電潤濕開關(guān)的層。
10.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述背光模塊含發(fā)光二極管或冷陰極熒光燈。
11.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述激活區(qū)含一個或多個周期性增益區(qū)和布置在周期性增益區(qū)任一側(cè)、其布置使周期性增益區(qū)與器件的駐波電磁場的波腹對齊的間隔層。
12.權(quán)利要求11的顯示設(shè)備，其中部分周期性增益區(qū)產(chǎn)生紅、綠或藍(lán)光。
13.權(quán)利要求11的顯示設(shè)備，其中所述周期性增益區(qū)含有機(jī)主體材料和摻雜劑，且所述間隔層對泵浦光束和激光基本透明。
14.權(quán)利要求11的顯示設(shè)備，其中所述間隔層含1，1-雙-(4-二(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)-環(huán)己烷或二氧化硅。
15.權(quán)利要求12的顯示設(shè)備，其中產(chǎn)生綠光的周期性增益區(qū)部分含主體材料三(8-喹啉酚根)合鋁和摻雜劑[10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氫-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯并吡喃[6，7，8-ij]喹嗪-11-酮]。
16.權(quán)利要求12的顯示設(shè)備，其中產(chǎn)生紅光的周期性增益區(qū)部分含主體材料三(8-喹啉酚根)合鋁和摻雜劑[4-(二氰基亞甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛里定基-9-烯基)-4H-吡喃]。
17.權(quán)利要求12的顯示設(shè)備，其中產(chǎn)生藍(lán)光的周期性增益區(qū)部分含主體材料2-叔丁基-9，10-二-萘-2-基-蒽和摻雜劑2，5，8，11-四(1，1-二甲基乙基)-苝。
18.權(quán)利要求11的顯示設(shè)備，其中所述周期性增益區(qū)含聚合材料。
19.權(quán)利要求11的顯示設(shè)備，其中所述周期性增益區(qū)含無機(jī)納米顆粒。
20.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述間隔排列的激光像素具有相同或不同的尺寸，且像素間的間距的長度相同或不同以使所述垂直腔激光器陣列器件的輸出為單?；蚨嗄＜す廨敵?。
21.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述像素間間隔為0.25-4微米。
22.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述像素尺寸為2.5-20微米。
23.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述像素以周期性的二維陣列排列。
24.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述像素以二維陣列隨機(jī)排列。
25.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述間隔排列的激光像素陣列含多個間隔的吸收元件以吸收泵浦光束。
26.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述間隔排列的激光像素陣列在間隔的位置上改變激活區(qū)的發(fā)射性質(zhì)。
27.權(quán)利要求26的顯示設(shè)備，其中所述發(fā)射性質(zhì)通過高強(qiáng)度紫外輻射改變。
28.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述間隔排列的激光像素陣列包括在底部介質(zhì)疊層的頂面中選擇性地形成蝕刻區(qū)。
29.權(quán)利要求28的顯示設(shè)備，其中在被選擇性地蝕刻了的底部介質(zhì)疊層上形成平面化層。
30.權(quán)利要求29的顯示設(shè)備，其中所述平面化層含聚酰亞胺或SiO2并通過化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)磨薄。
31.權(quán)利要求29的顯示設(shè)備，其中所述平面化層含聚甲基丙烯酸甲酯。
32.權(quán)利要求6的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層布置在激活區(qū)與底部或頂部介質(zhì)疊層中任一層之間。
33.權(quán)利要求6的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層布置介質(zhì)疊層之一內(nèi)。
34.權(quán)利要求6的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層含布置在雙折射層兩側(cè)中的至少一側(cè)上的定向?qū)印?br> 35.權(quán)利要求34的顯示設(shè)備，其中所述定向?qū)雍赏ㄟ^光定向法取向的材料。
36.權(quán)利要求34的顯示設(shè)備，其中所述定向?qū)雍赏ㄟ^機(jī)械摩擦取向的材料。
37.權(quán)利要求6的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層含正或負(fù)雙折射材料，其光軸的平均傾角在0°-20°之間。
38.權(quán)利要求37的顯示設(shè)備，其中所述雙折射材料包括聚合液晶材料。
39.權(quán)利要求4的顯示設(shè)備，其中所述泵浦光束通過至少一個介質(zhì)疊層透射并進(jìn)入激活區(qū)。
40.一種產(chǎn)生彩色像素化光的顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備包含a)產(chǎn)生泵浦光束的背光模塊；b)垂直腔激光器陣列器件，所述器件含i)蝕刻區(qū)，所述蝕刻區(qū)在底部介質(zhì)疊層第一部分的頂面中選擇性地形成以提供間隔排列的激光像素陣列，所述像素較像素間區(qū)域具有更高的凈增益；和ii)激活區(qū)，所述激活區(qū)包括響應(yīng)泵浦光束產(chǎn)生不同色光的部分；c)光閘；和d)位于光閘上方的擴(kuò)束器，用來增大選定色光的錐形視角范圍。
41.權(quán)利要求40的顯示設(shè)備，其中在所述垂直腔激光器陣列器件和光閘間提供有偏振層。
42.權(quán)利要求40的顯示設(shè)備，其中所述垂直腔激光器陣列器件進(jìn)一步含布置在激光器陣列器件中的雙折射層以確保所述器件產(chǎn)生具有預(yù)定偏振方向的偏振光。
43.一種產(chǎn)生彩色像素化光的顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備包含a)產(chǎn)生泵浦光束的背光模塊；b)垂直腔激光器陣列器件，所述器件含i)透明基材；ii)底部介質(zhì)疊層的第一部分，其布置在基材上，反射預(yù)定波長范圍內(nèi)的光；iii)蝕刻區(qū)，所述蝕刻區(qū)在底部介質(zhì)疊層第一部分的頂面中選擇性地形成以提供間隔排列的激光像素陣列，所述像素較像素間區(qū)域具有更高的凈增益；iv)在蝕刻第一部分上形成的底部介質(zhì)疊層第二部分；v)激活區(qū)，所述激活區(qū)包括響應(yīng)泵浦光束產(chǎn)生不同色光的部分；和vi)頂部介質(zhì)疊層，所述疊層與底部介質(zhì)疊層相間隔并能反射預(yù)定波長范圍內(nèi)的光；c)光閘，所述光閘允許來自垂直腔激光器陣列器件的選定色光通過；和d)位于光閘上方的擴(kuò)束器，用來增大選定色光的錐形視角范圍。
44.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中在所述垂直腔激光器陣列器件和光閘間提供有偏振層。
45.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述垂直腔激光器陣列器件進(jìn)一步含布置在激光器陣列器件中的雙折射層以確保所述器件產(chǎn)生具有預(yù)定偏振方向的偏振光。
46.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述光閘含至少一層含有液晶的層，所述液晶能對所施加的場作出響應(yīng)以允許選定的光通過。
47.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述光閘含至少一層偏振膜。
48.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述光閘含至少一層含有電潤濕開關(guān)的層。
49.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述背光模塊含發(fā)光二極管或冷陰極熒光燈。
50.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述激活區(qū)含一個或多個周期性增益區(qū)和布置在周期性增益區(qū)任一側(cè)、其布置使周期性增益區(qū)與器件的駐波電磁場的波腹對齊的間隔層。
51.權(quán)利要求50的顯示設(shè)備，其中部分周期性增益區(qū)產(chǎn)生紅、綠或藍(lán)光。
52.權(quán)利要求50的顯示設(shè)備，其中所述周期性增益區(qū)含有機(jī)主體材料和摻雜劑，且所述間隔層對泵浦光束和激光基本透明。
53.權(quán)利要求50的顯示設(shè)備，其中所述間隔層含1，1-雙-(4-二(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)-環(huán)己烷或二氧化硅。
54.權(quán)利要求51的顯示設(shè)備，其中產(chǎn)生綠光的周期性增益區(qū)部分含主體材料三(8-喹啉酚根)合鋁和摻雜劑[10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氫-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯并吡喃[6，7，8-ij]喹嗪-11-酮]。
55.權(quán)利要求51的顯示設(shè)備，其中產(chǎn)生紅光的周期性增益區(qū)部分含主體材料三(8-喹啉酚根)合鋁和摻雜劑[4-(二氰基亞甲基)-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛里定基-9-烯基)-4H-吡喃]。
56.權(quán)利要求51的顯示設(shè)備，其中產(chǎn)生藍(lán)光的周期性增益區(qū)部分含主體材料2-叔丁基-9，10-二-萘-2-基-蒽和摻雜劑2，5，8，11-四(1，1-二甲基乙基)-苝。
57.權(quán)利要求50的顯示設(shè)備，其中所述周期性增益區(qū)含聚合材料。
58.權(quán)利要求50的顯示設(shè)備，其中所述周期性增益區(qū)含無機(jī)納米顆粒。
59.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述間隔排列的激光像素具有相同或不同的尺寸，且像素間的間距的長度相同或不同以使所述垂直腔激光器陣列器件的輸出為單?；蚨嗄＜す廨敵觥?br> 60.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述像素間間隔為0.25-4微米。
61.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述像素尺寸為2.5-20微米。
62.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述像素以周期性的二維陣列排列。
63.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述像素以二維陣列隨機(jī)排列。
64.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中在底部介質(zhì)疊層的第一和第二部分間形成平面化層。
65.權(quán)利要求64的顯示設(shè)備，其中所述平面化層含聚酰亞胺或SiO2并通過化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)磨薄。
66.權(quán)利要求64的顯示設(shè)備，其中所述平面化層含聚甲基丙烯酸甲酯。
67.權(quán)利要求45的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層布置在激活區(qū)與底部或頂部介質(zhì)疊層中任一層之間。
68.權(quán)利要求45的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層布置介質(zhì)疊層之一內(nèi)。
69.權(quán)利要求45的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層含布置在其兩側(cè)中的至少一側(cè)上的定向?qū)印?br> 70.權(quán)利要求69的顯示設(shè)備，其中所述定向?qū)雍赏ㄟ^光定向法取向的材料。
71.權(quán)利要求69的顯示設(shè)備，其中所述定向?qū)雍赏ㄟ^機(jī)械摩擦取向的材料。
72.權(quán)利要求45的顯示設(shè)備，其中所述雙折射層含正或負(fù)雙折射材料，其光軸的平均傾角在0°-20°之間。
73.權(quán)利要求72的顯示設(shè)備，其中所述雙折射材料包括聚合液晶材料。
74.權(quán)利要求43的顯示設(shè)備，其中所述泵浦光束通過至少一個介質(zhì)疊層透射并進(jìn)入激活區(qū)。
全文摘要
一種產(chǎn)生彩色像素化光的顯示設(shè)備，所述設(shè)備包含背光模塊和垂直腔激光器陣列器件以及激活區(qū)，所述背光模塊用來產(chǎn)生泵浦光束，所述垂直腔激光器陣列器件包含在間隔排列的位置上調(diào)制器件性質(zhì)以提供間隔排列的激光像素陣列的結(jié)構(gòu)，所述像素較像素間區(qū)域具有更高的凈增益，所述激活區(qū)包括響應(yīng)泵浦光束產(chǎn)生不同色光的部分。所述設(shè)備也包括光閘和布置在光閘上以增大選定色光的錐形視角范圍的擴(kuò)束器。
文檔編號G02F1/13357GK1957293SQ200580016956
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者K·B·卡亨, E·N·蒙特巴赫 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司