CN114616731A - 元件及其制造方法、以及有机半导体激光二极管 - Google Patents

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Abstract

公开了一种元件及其制造方法，该元件包括基板及至少两个不同的光电器件，其中上述至少两个不同的光电器件在基板上以单片方式制造。还公开了一种有机半导体激光二极管，其依次包括基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极。

Description

元件及其制造方法、以及有机半导体激光二极管
技术领域
本发明涉及一种元件，其具有基板及至少两个不同的光电器件，其中上述至少两个不同的光电器件在基板上以单片方式制造。本发明还涉及一种该元件的制造方法以及依次具有基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极的有机半导体激光二极管。
背景技术
在已知的无机电子产品中，对具有不同功能的器件要求不同的结晶半导体材料及不同的制造工序。例如，为了在同一基板上组装不同的器件(发光二极管、激光二极管、晶体管等)，不同的晶体无机材料必须在同一基板上生长。在同一基板上生长不同的晶体材料具有挑战性，因为它们具有不同的晶格参数。这些问题限制了通用基板的使用及芯片中的集成密度，并增加了制造成本。
另外，使用已知的无机发光半导体的RGB激光二极管技术的关键问题在于小型化及大量生产。实际上，红色、绿色及蓝色激光二极管的增益材料分别为GaN、GainN及AlGainP。这些晶体半导体不具有相同的晶格参数。因此，在同一基板上生长3种不同的激光二极管是非常具有挑战性的。这些问题也限制了玻璃、塑料及纸张等多功能基板的使用。另外，用于制造紧凑型系统的已知的RGB激光二极管的组装受到连接器的使用及不同的驱动条件的限制，这极大地限制了芯片及要求高分辨率的微型显示器的集成密度。例如，AlGalnP系及InGaN系这两种LD在一个基板上的集成可以如下实现：通过粘结接合及化学湿式蚀刻工序，以单片方式集成绿色及红色发光的带隙能量不同的两种材料。为了实现芯片的最终小型化，关键在于利用常规制造工序，以单片方式组装光电器件。
另一方面，最近，使用有机材料的电流注入半导体激光二极管已得到了验证。专利文献1公开了一种电流注入有机半导体激光二极管，其具有一对电极、光学谐振器结构及一个以上包括由有机半导体构成的光放大层的有机层，其具有在电流注入期间激子密度分布与谐振光模式的电场强度分布之间的足以发射激光的重叠。
以往技术文献
专利文献
PTL1：WO2018/147470
发明内容
根据这种情况，本发明人等进行了深入研究，其目的在于提供一种元件，其具有解决因使用无机半导体材料而引起的上述问题的至少两个不同的光电器件。进行深入研究的结果，本发明人等完成了以下发明：
(1)一种元件，其包括基板及至少两个不同的光电器件，其中，
上述至少两个不同的光电器件在基板上以单片方式制造。
(2)根据(1)所述的元件，其中，
上述至少两个不同的光电器件是在不同波长下发光的至少两个光泵浦有机固态激光器。
(3)根据(1)所述的元件，其中，
上述至少两个不同的光电器件是在不同波长下发光的至少两个有机半导体激光二极管。
(4)根据(1)所述的元件，其中，
上述至少两个不同的光电器件是有机固态激光器及有机发光二极管。
(5)根据(1)所述的元件，其中，
上述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，所述有机固态激光二极管依次包括基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的元件，其中，
上述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，且上述元件从其底部发射。
(7)根据(1)至(5)中任一项所述的元件，其中，
上述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，且上述元件从其顶部发射。
(8)一种有机半导体激光二极管，其依次包括基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极。
(9)一种元件的制造方法，其中，
上述元件包括基板及至少两个不同的光电器件，上述制造方法包括在基板上以单片方式制造上述至少两个不同的光电器件的步骤。
(10)根据(9)所述的方法，其中，
上述元件包括基板及至少两个不同的光电器件，其中上述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，并且上述方法包括在基板上形成绝缘光栅之后形成用于至少两个不同的光电器件的有机层的步骤。
附图说明
图1表示根据本发明的在光泵浦下的单片集成式RGB有机固态激光器。
图2表示单片集成式光泵浦有机固态激光器、OLED及有机光检测器。
图3的a表示在WO2018/147470AI中使用的OSLD的示意图，图3的b表示本发明的新设计OSLD的示意图。
图4的a表示DFB谐振腔在OSLD1的谐振波长下的电场分布，图4的b表示DFB谐振腔在OSLD2的谐振波长下的电场分布，图4的c表示DFB谐振腔在OSLD3的谐振波长下的电场分布，图4的d表示DFB谐振腔在OSLD4的谐振波长下的电场分布。
图5表示单片集成式RGB有机半导体激光二极管的示意图。
图6-1表示单片集成式有机半导体激光二极管、有机发光二极管及有机光检测器的示意图，a)表示光栅在ITO电极的顶部上的顶部发射检测配置，b)表示光栅在ITO电极的顶部上的底部发射检测配置。
图6-2表示单片集成式有机半导体激光二极管、有机发光二极管及有机光检测器的示意图，c)表示光栅在ITO电极的下方的顶部发射检测配置，d)表示光栅在ITO电极的下方的底部发射检测配置。
图7表示单片集成式红色、绿色及蓝色有机固态激光器的激光光谱。
图8中，a)表示蓝色有机固态激光器的激光光谱，b)表示OLED的电流-电压曲线，c)表示OLED的外量子效率(EQE)-电流曲线，d)表示OLED的电致发光光谱。
具体实施方式
以下，对本发明的内容进行详细说明。以下，参考本发明的代表性实施方式及具体例对本发明的构成要素进行说明，但本发明并不限定于这些实施方式及实施例。在本说明书中，用“～”表示的数值范围是指包括上限和/或下限的范围。
本发明的元件具有基板及至少两个不同的光电器件。上述至少两个不同的光电器件在基板上以单片方式制造。光电器件具有将电转换为光的功能或将光转换为电的功能。光电器件的例子包括光泵浦有机固态激光器(OSL)、有机半导体激光二极管(OSLD)、有机发光二极管(OLED)、有机光检测器及有机太阳能电池。本发明的元件中的至少两个光电器件彼此不同，但它们可以属于相同类型的光电器件。在本发明的一些实施方式中，上述至少两个光电器件是在不同波长下发光的至少两个光泵浦有机固态激光器。在本发明的一些实施方式中，上述至少两个光电器件是在不同波长下发光的至少两个有机半导体激光二极管。在本发明的一些实施方式中，上述至少两个光电器件是有机固态激光器及有机发光二极管。只要本发明的元件具有至少两个彼此不同的光电器件，则该元件可以进一步具有至少一个与至少两个光电器件中的任一个相同的光电器件。本发明的元件还可以具有有机光检测器、有机场效应晶体管、有机热发生器等。
上述至少两个不同的光电器件在基板上以单片方式制造。在本发明的一些实施方式中，上述至少两个不同的光电器件在单独的基板上以单片方式制造。在本发明的一些实施方式中，将上述至少两个不同的光电器件一同封装。在本发明的一些实施方式中，上述至少两个不同的光电器件具有至少一个相同组成的共用有机层。上述共用有机层在各器件中可以具有相同的厚度。在本发明的一些实施方式中，上述共用有机层的数量可以是至少2个、至少3个或至少4个。在一些实施方式中，上述至少两个不同的光电器件彼此之间的间隔小于1mm。这些间隔可以小于10μm，小于1μm或小于100nm。
本发明包括以下四个方式的内容。
(1)本发明的第一方式
(技术背景)
对于发光二极管(LED)及有机发光二极管(OLED)等以往技术，在显示器中使用RGB激光器是非常有吸引力的替代方案。激光光源通过极窄的光谱线宽(～0.2nm)、高亮度及高功率效率而提供高色纯度，从而有助于显示系统的小型化。
使用已知的无机发光半导体的RGB激光二极管技术的关键问题在于小型化及大量生产。实际上，红色、绿色及蓝色激光二极管的增益材料分别为GaN、GaInN及AlGaInP。这些晶体半导体不具有相同的晶格参数。因此，在同一基板上生长3种不同的激光二极管是非常具有挑战性的。这些问题也限制了玻璃、塑料及纸张等多功能基板的使用。另外，用于制造紧凑型系统的已知的RGB激光二极管的组装受到连接器的使用及不同的驱动条件的限制，这极大地限制了芯片及要求高分辨率的微型显示器的集成密度。例如，AlGaInP系及InGaN系这两种LD在一个基板上的集成可以如下实现：通过粘结接合及化学湿式蚀刻工序，以单片方式集成绿色及红色发光的带隙能量不同的两种材料。为了实现芯片的最终小型化，关键在于利用常规制造工序，以单片方式组装光电器件。
(本发明)
通过使用有机半导体，能够解决无机半导体固有的问题。实际上，若使用有机半导体，则可以在玻璃、塑料甚至纸张等各种基板上制造高密度单片电路。该有趣的特征出于如下原因：有机半导体为非晶质且无需为晶体。另外，能够通过喷墨印刷及热蒸发等适于大量生产的简单的技术来沉积有机半导体。
本发明的第一方式提供一种元件，其包括基板及在不同波长下发光的至少两个光泵浦有机固态激光器(OLS)，其中上述至少两个有机固态激光器在基板上以单片方式制造。
更具体而言，提出了一种在同一基板上，使用相同的制造工序的光泵浦RGB OSL的单片集成。可以将两种、三种或更多种颜色(波长)整合在一起。可以使用其他颜色来替代红色、绿色及蓝色，或者除了红色、绿色及蓝色以外，进一步使用其他颜色。
本发明的第一方式包括以下内容：
[实施方式1-1]在同一基板上制造在不同波长(例如，红色、绿色及蓝色)下发光的有机固态激光器(单片集成)。
[实施方式1-2]在挠性基板及透明基板上的单片集成。
[实施方式1-3]制造方法：溶液工序(喷墨、旋涂)及热蒸发。
在本发明的一些实施方式中，上述OSL结构由以下部分构成：
1.泵源
2.基板
3.光栅
4.有机增益材料(半导体)
5.密封剂(Encapsulant)
光栅可以位于有机增益材料的上侧或基板的上侧，也可以位于有机增益材料的下侧。在本发明的一实施方式中，从底部依次形成有基板、光栅及有机增益材料。在本发明的一实施方式中，从底部依次形成有基板、有机增益材料及光栅。在本发明的一实施方式中，光栅与有机增益材料接触。在本发明的一实施方式中，光栅与基板接触。在一实施方式中，有机材料与光栅接触，该光栅与基板接触。
本发明的优点如下：
-通过单片集成提高器件的集成密度，以实现最终的小型化芯片，
-使用透明基板及挠性基板，
-适于大量生产的简单的制造工序，例如喷墨印刷及热蒸发等。
-加速向全有机电子平台(all-organic electronic platform)的发展。
图1表示根据本发明的在光泵浦下的单片集成式RGB有机固态激光器。
(实施例：红色、绿色及蓝色有机固态激光器的单片集成)
红色、绿色及蓝色表面发射有机固态激光器(图1)在同一基板玻璃上，利用针对上述三种颜色的热蒸发工序来制造。OSL包括一种发射体，该发射体通过热蒸发沉积在二阶分布式反馈光栅(DFB)之后利用CYTOP及SAPPHIRE盖封装。利用电子束光刻术及反应离子蚀刻法，在二氧化硅表面上直接蚀刻上述DFB光栅。图7表示单片集成式红色、绿色及蓝色有机固态激光器的激光光谱。蓝色、绿色及红色有机固态激光器的周期分别为∧＝270、310、380nm，并在λ＝470、511、601nm处发射激光。
(2)本发明的第二方式
(技术背景)
电子元件的小型化使智能手表、医疗用手持式显示器、头戴式显示器等智能可穿戴小型设备能够执行智能手机的几乎所有功能。为了实现芯片的最终小型化，关键在于利用常规制造工序，以单片方式组装光电器件。
在已知的无机电子产品中，对具有不同功能的器件要求不同的结晶半导体材料及不同的制造工序。例如，为了在同一基板上组装不同的器件(发光二极管、激光二极管、晶体管等)，不同的晶体无机材料必须在同一基板上生长。在同一基板上生长不同的晶体材料具有挑战性，因为它们具有不同的晶格参数。这些问题限制了通用基板的使用及芯片中的集成密度，并增加了制造成本。
通过使用有机半导体等创新材料，能够解决无机材料固有的问题。实际上，若使用有机半导体，则可以在玻璃、塑料甚至纸张等各种基板上制造单片电路。该有趣的特征出于如下原因：有机半导体为非晶质且无需为晶体。因此，这些能够通过旋涂、喷墨印刷及热蒸发等简单的技术来进行沉积。另外，有机半导体器件的单片集成是加速向全有机电子平台收敛(convergence)的重要的特征。
目前，诸多电子器件能够用有机太阳能电池、有机传感器、有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、有机存储器及有机激光器等有机材料制造。OLED及有机光学传感器已被商业化，并正在超越无机器件市场。
通过将OSL集成在全有机电子平台中而能够在传感及显示等应用中增加并改善设备功能。
(本发明)
本发明的第二方式提供一种元件，其包括基板、光泵浦有机固态激光器、有机发光二极管，其中上述有机固态激光器及上述有机发光二极管在基板上以单片方式制造。
在一些实施方式中，在同一基板上以单片方式集成OSL、OLED及有机光检测器以验证以单片方式集成在全有机电子平台中的光泵浦OSL。
提出了全有机电子平台中的OSL的单片集成。全有机光电系统可以由光泵浦OSL、OLED、有机太阳能电池、光学光检测器、有机场效应晶体管、有机存储器及有机热电产生器构成。
图1表示在同一基板上制造的光泵浦OSL、OLED及有机光检测器的集成。在该实施方式中，将其在同一基板上制造。上述OLED由夹在两个传输层(TL)与两个电极之间的发光有机层构成。上述OLED能够从顶部或底部发射。上述OSL由分布式反馈光栅(DFB)及有机增益材料构成。上述DFB可以位于基板上或有机增益材料的顶部。上述光检测器由夹在两个传输层(TL)与两个电极之间的活性有机层构成。上述三个器件在一个共用基板上制造。
本发明的第二方式包括以下内容：
[实施方式2-1]以单片方式集成有机固态激光器、有机发光二极管及光学光检测器(在同一基板上制造)。
[实施方式2-2]在挠性基板及透明基板上的单片集成。
[实施方式2-3]本发明包括以下组合：
[实施方式2-4]OLED+OSL
[实施方式2-5]OLED+OSL+有机太阳能电池
[实施方式2-6]OLED+OSL+有机光检测器
[实施方式2-7]OLED+OSL+有机场效应晶体管
[实施方式2-8]OLED+OSL+有机热发生器
[实施方式2-9]OLED+OSL+有机太阳能电池+有机光检测器+有机场效应晶体管+有机热发生器
图2表示单片集成式OLED、OSL及有机光检测器。
(实施例：有机激光器及OLED的单片集成)
通过真空沉积制备了器件。首先，用中性洗涤剂、纯水、丙酮及异丙醇依次通过超声波清洗涂有100nm厚度的图案化ITO的玻璃基板，然后进行了UV臭氧处理。通过使用掩膜进行溅射来沉积SiO2以保护OLED区域。在非ITO部分利用电子束光刻术及反应离子蚀刻法，在SiO2层上制造了DFB光栅。然后，利用掩膜对有机层、注入层及金属电极层进行了真空沉积。该金属掩膜保护DFB光栅区域(在DFB光栅区域没有金属沉积)。使用玻璃盖及UV固化环氧树脂，将器件封装在充满氮气的手套箱中。图8的a表示蓝色有机固态激光器的激光光谱，图8的b表示OLED的电流-电压曲线，图8的c表示OLED的外量子效率(EQE)-电流曲线，图8的d表示OLED的电致发光光谱。
(3)本发明的第三方式
(技术背景)
在显示器中的红色、绿色及蓝色(RGB)激光器的使用，对于发光二极管(LED)及有机发光二极管(OLED)等以往技术而言，是非常有吸引力的替代方案。激光光源通过极窄的光谱线宽(～0.2nm)、高亮度及高功率效率而提供高色纯度，从而有助于显示系统的小型化。
使用已知的无机发光半导体的RGB激光二极管技术的关键问题在于小型化及大量生产。实际上，红色、绿色及蓝色激光二极管的增益材料分别为GaN、GaInN及AlGaInP。这些晶体半导体不具有相同的晶格参数。因此，在同一基板上生长3种不同的激光二极管是非常具有挑战性的。这些问题也限制使用玻璃、塑料及纸张等多功能基板。另外，用于制造紧凑型系统的已知的RGB激光二极管的组装受到连接器的使用及不同的驱动条件的限制，这极大地限制了芯片及要求高分辨率的微型显示器的集成密度。例如，AlGaInP系及InGaN系这两种LD在一个基板上的集成可以如下实现：通过粘结接合及化学湿式蚀刻工序，以单片方式集成绿色及红色发光的带隙能量不同的两种材料。为了实现芯片的最终小型化，关键在于利用常规制造工序，以单片方式组装光电器件。
(本发明)
通过使用有机半导体，能够解决无机半导体固有的问题。实际上，若使用有机半导体，则可以在玻璃、塑料甚至纸张等各种基板上制造高密度单片电路。该有趣的特征出于如下原因：有机半导体为非晶质且无需为晶体。另外，能够通过喷墨印刷及热蒸发等适于大量生产的简单的技术来沉积有机半导体。
本发明的第三方式提供一种有机半导体激光二极管，其依次包括：基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极；以及两个以上不同的有机半导体激光二极管的单片集成。
本发明的第三方式包括以下内容：
[实施方式3-1]在同一基板上制造了在不同波长(红色、绿色及蓝色)下发光的有机半导体激光二极管。在该实施方式中，将其在同一基板上制造(单片集成)。上述分布式反馈谐振器配置于基板的顶部且在电极的下方。上述单片集成式有机半导体激光二极管能够从顶部或底部发射。
[实施方式3-2]上述单片集成式有机半导体激光二极管可以具有挠性。
[实施方式3-3]上述单片集成式有机半导体激光二极管可以是透明的。
本发明的第三方式提供以下两种发明构思：
<1>透明电极位于光栅的上侧的全新OSLD设计
在OSLD的第一个示范[WO 2018/147470 Al]中，在ITO电极的上侧(在本发明中为顶部)使用了绝缘光栅。光栅的作用是产生光反馈。如图3的a所示，在电极顶部制造绝缘光栅非常复杂，这是因为需要完全去除电极顶部的绝缘体以使电荷从电极注入到发光层。如图3的b所示，在本发明中提出的全新OSLD设计中，光栅位于电极的下侧(在该实施方式中为下侧)。电极位于绝缘光栅的顶部时，电荷载流子会从整个器件区域注入。因此，激子能够在器件内部均匀地产生，这会增加由于激子密度和光学谐振模式的重叠而增加的增益。
实施光学模拟以设计示于图4的a～图4的d中的OSLD结构。使ITO电极及有机膜的厚度dITO及dFILM最优化，以调整共振波长λ0且增大Q-因子及限制因子Г。光学优化的结果如表1所示。图4的a表示DFB谐振腔在OSLD1的谐振波长下的电场分布，图4的b表示DFB谐振腔在OSLD2的谐振波长下的电场分布，图4的c表示DFB谐振腔在OSLD3的谐振波长下的电场分布，图4的d表示DFB谐振腔在OSLD4的谐振波长下的电场分布。在OSLD1-4中，上述DFB光栅配置于基板的顶部且ITO电极的下方。在OSLD-ref中，上述DFB光栅配置于ITO电极的顶部(之前获得专利的OSLD，WO2018/147470A1)。OSLD1-4显示出Q-因子及限制因子均高于OSLD-ref。OSLD4的谐振腔显示出最佳的光学性能。
[表1]
OSLD的光学及几何参数
结构 λ<sub>0</sub>(nm) Q-因子 Г(％) d<sub>ITO</sub>(nm) d<sub>FILM</sub>(nm)
OSLD1 480 643 63 100 150
OSLD2 493 642 64 100 200
OSLD3 481 460 65 70 160
OSLD4 485 726 79 70 200
OSLD-ref 483 255 40 100 210
<2>两个以上不同有机半导体激光二极管的单片集成
作为优选实施方式，将RGB颜色的单片集成示于图5。可以将两种、三种或更多种颜色(波长)整合在一起。可以使用其他颜色来替代红色、绿色及蓝色，或者除了红色、绿色及蓝色以外，进一步使用其他颜色。
上述OSLD结构可以是如下结构：
1.顶部发射OSLD结构，其依次由基板、电极、由低折射率材料制成的分布式反馈(DFB)光栅、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
2.底部发射OSLD结构，其依次由基板、电极、由低折射率材料制成的DFB光栅、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及透明或半透明电极构成。
在这两种情况下，上述DFB光栅均能够配置于基板的同一区域(在该实施方式中为顶部)和ITO电极的一侧(在该实施方式中为下方)。例如，本发明包括以下OSLD结构：
1.顶部发射OSLD结构，其依次由基板、由低折射率材料制成的分布式反馈(DFB)光栅、透明或半透明电极、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
2.底部发射OSLD结构，其依次由基板、由低折射率材料制成的DFB光栅、透明或半透明电极、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及透明或半透明电极构成。
本发明的第三方式的优点如下：
-通过单片集成提高器件的集成密度，以实现最终的小型化芯片，
-使用挠性基板，
-适于大量生产的简单的制造工序，例如喷墨印刷及热蒸发等，以及
-加速向全有机电子平台(all-organic electronic platform)的发展。
(4)本发明的第四方式
(技术背景)
电子元件的小型化使智能手表、医疗用手持式显示器等智能可穿戴小型设备能够执行智能手机的几乎所有功能。为了实现芯片的最终小型化，关键在于利用常规制造工序，以单片方式组装光电器件。
相较于以往的电子产品，有机电子产品的制造成本低、制造工序快速简便、适于大量生产，为制造具有高度挠性、折叠性、延伸性及生物相容性的设备提供了可能性。通过分子设计，能够容易实现具有不同特性及不同发光波长的多功能分子。在无机电子产品中，颜色不同的发光(LED)二极管及激光二极管(LD)要求不同的晶体半导体材料及不同的制造工序室。因此，无法在共用基板上进行无机LED及LD的单片集成。
相对于此，通过有机材料的多功能特性，能够制造有机激光器、OLED、有机太阳能电池及光学传感器等具有不同光电功能的各种器件。实际上，有机电子器件的结构由层叠在界面层与电极之间的有机活性层构成。这种器件结构是有机电子器件之间的共同特性。因此，若使用有机半导体，则可以在玻璃、塑料甚至纸张等各种基板上制造单片电路。该有趣的特征出于如下原因：有机半导体为非晶质且无需为晶体。因此，这些能够通过旋涂、喷墨印刷及热蒸发等简单的技术来进行沉积。有机半导体器件的单片集成是加速向全有机电子平台收敛(convergence)的重要的特征。
目前，诸多电子器件能够用有机太阳能电池、有机传感器、有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、有机存储器及有机激光器等有机材料制造。OLED及有机光学传感器已被商业化，并正在超越无机器件市场。
(本发明)
最近，有机半导体激光二极管(OSLD)已得到验证。有趣的是，上述OSLD具有与OLED相似的结构。主要区别在于，在OSLD中，需要一个谐振腔以提供光反馈。因此，OSLD的制造方法可以与OLED技术兼容。
本发明的第四方式提供一种元件，其包括基板及在不同波长下发光的至少两个有机半导体激光二极管，其中上述至少两个有机半导体激光二极管在基板上以单片方式制造。本发明的第四方式还提供一种元件，其包括基板、有机半导体激光二极管及有机发光二极管，其中上述有机半导体激光二极管及上述有机发光二极管在基板上以单片方式制造。
在一些实施方式中，在同一基板上制造OSLD、OLED及有机光检测器以验证单片集成式OSLD、OLED及光学光检测器。
本发明的第四方式包括以下内容：
[实施方式4-1]以单片方式集成有机半导体激光二极管、有机发光二极管及光学光检测器(在同一基板上制造)。提出了底部发射检测器及顶部发射检测器。分布式反馈谐振器可以配置于基板的上侧(例如顶部)及电极的下侧(例如下方)。
[实施方式4-2]挠性和/或透明基板上的单片集成
如图6的a～图6的d所示，由OSLD、OLED及光学光检测器构成的有机光电系统在基板上的同一区域，且利用相同的技术。这些图表示在ITO电极的一侧(在该实施方式中为表面)具有光栅的顶部发射检测配置及底部发射检测配置。图6的c、图6的d表示在ITO电极的下侧(在该实施方式中为下侧)具有光栅的顶部发射检测配置及底部发射检测配置。通过在ITO电极的下侧(在该实施方式中为下侧)配置光栅，增强了注入。
1.顶部发射检测配置包括(图6的(a))：
a.顶部发射OLED结构，其依次由基板、电极、电子传输层、有机发光层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
b.顶部发射OSLD结构，其依次由基板、电极、由低折射率材料制成的分布式反馈(DFB)光栅、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
c.顶部检测有机光检测器，其依次由基板、电极、电子传输层、活性有机(吸收)层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
2.底部发射检测配置包括(图6的(b))：
a.底部发射OLED结构，其依次由透明或半透明基板、透明或半透明电极、空穴传输层、有机发光层、电子传输层及电极构成。
b.底部发射OSLD结构，其依次由透明或半透明基板、透明或半透明电极、由低折射率材料制成的DFB光栅、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及电极构成。
c.底部检测有机光检测器，其依次由透明或半透明基板、透明或半透明电极、空穴传输层、活性有机(吸收)层、电子传输层及电极构成。
3.顶部发射检测配置包括(图6的(c))：
a.顶部发射OLED结构，其依次由基板、电极、电子传输层、有机发光层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
b.顶部发射OSLD结构，其依次由基板、由低折射率材料制成的DFB光栅、电极、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
c.顶部检测有机光检测器，其依次由基板、电极、电子传输层、活性有机(吸收)层、空穴传输层及透明或半透明电极构成。
4.底部发射检测配置包括(图6的(d))：
a.底部发射OLED结构，其依次由透明或半透明基板、透明或半透明电极、空穴传输层、有机发光层、电子传输层及电极构成。
b.底部发射OSLD结构，其依次由透明或半透明基板、由低折射率材料制成的DFB光栅、透明或半透明电极、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及电极构成。
c.底部检测有机光检测器，其依次由透明或半透明基板、透明或半透明电极、空穴传输层、活性有机(吸收)层、电子传输层及电极构成。
本发明包括以下组合：
OLED+OSLD
OLED+OSLD+有机太阳能电池
OLED+OSLD+有机光检测器
OLED+OSLD+有机场效应晶体管
OLED+OSLD+有机热发生器
OLED+OSLD+有机太阳能电池+有机光检测器+有机场效应晶体管+有机热发生器
本发明的实施方式
本发明包括以下实施方式：
[1]一种元件，其包括基板及在不同波长下发光的至少两个光泵浦有机固态激光器，其中上述至少两个有机固态激光器在基板上以单片方式制造。
[2]根据[1]所述的元件，其包括至少3个在不同的波长下发光的有机固态激光器。
[3]根据[2]所述的元件，其包括发出蓝光的有机固态激光器、发出绿光的有机固态激光器及发出红光的机固态激光器。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的元件，其中，上述基板具有挠性。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的元件，其中，上述基板为透明。
(注)在本发明中，术语“透明”一词包括透明及半透明两种。在本发明中，“透明”基板或“透明”电极的透过率优选至少为70％，更优选至少为90％，进一步优选至少为95％，进一步更优选至少为99％。
[6]一种元件的制造方法，其中，上述元件包括基板及在不同波长下发光的至少两个光泵浦有机固态激光器，上述制造方法包括在基板上以单片方式制造有机固态激光器的步骤。
[7]根据[6]所述的元件的制造方法，其中，上述元件包括至少3个在不同波长下发光的有机固态激光器。
[8]根据[7]所述的元件的制造方法，其中，上述元件包括发出蓝光的有机固态激光器、发出绿光的有机固态激光器及发出红光的有机固态激光器。
[9]根据[6]至[8]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述基板具有挠性。
[10]根据[6]至[9]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述基板为透明。
[11]根据[6]至[10]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过溶液工序在上述基板上以单片方式制造有机固态激光器的步骤。
[12]根据[6]至[10]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过喷墨工序在上述基板上以单片方式制造有机固态激光器的步骤。
[13]根据[6]至[10]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过旋涂工序在上述基板上以单片方式制造有机固态激光器的步骤。
[14]根据[6]至[10]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过热蒸发工序在上述基板上以单片方式制造有机固态激光器的步骤。
[15]一种元件，其包括基板、光泵浦有机固态激光器、有机发光二极管，其中上述有机固态激光器及上述有机发光二极管在上述基板上以单片方式制造。
[16]根据[15]所述的元件，其包括基板、有机固态激光器、有机发光二极管及光学光检测器，其中在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及上述光学光检测器。
[17]根据[15]所述的元件，其包括基板、有机固态激光器、有机发光二极管及有机太阳能电池，其中在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及上述有机太阳能电池。
[18]根据[15]所述的元件，其包括基板、有机固态激光器、有机发光二极管及有机场效应晶体管，其中在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及上述有机场效应晶体管。
[19]根据[15]所述的元件，其包括基板、有机固态激光器、有机发光二极管及有机热发生器，其中在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及上述有机热发生器。
[20]根据[15]至[19]中任一项所述的元件，其中，上述基板具有挠性。
[21]根据[15]至[19]中任一项所述的元件，其中，上述基板为透明。
[22]一种元件的制造方法，其中，上述元件包括基板、光泵浦有机固态激光器、有机发光二极管，上述制造方法包括在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器及上述有机发光二极管的步骤。
[23]根据[22]所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及有机光检测器的步骤。
[24]根据[22]或[23]所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及有机太阳能电池的步骤。
[25]根据[22]至[24]中任一项所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及有机场效应晶体管的步骤。
[26]根据[22]至[25]中任一项所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机固态激光器、上述有机发光二极管及有机热发生器的步骤。
[27]根据[22]至[26]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过溶液工序整体进行上述制造。
[28]根据[22]至[26]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过喷墨工序整体进行上述制造。
[29]根据[22]至[26]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过旋涂工序整体进行上述制造。
[30]根据[22]至[26]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过热蒸发工序整体进行上述制造。
[31]一种有机半导体激光二极管，其依次包括基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极。
[32]根据[31]所述的有机半导体激光二极管，其中，上述绝缘光栅与上述第一电极接触。
[33]根据[31]或[32]所述的有机半导体激光二极管，其中，上述绝缘光栅与上述基板接触。
[34]根据[31]至[33]中任一项所述的有机半导体激光二极管，其中，上述第一电极及上述基板为透明。
[35]根据[34]所述的有机半导体激光二极管，其从底部(从第一电极侧)发光。
[36]根据[31]至[35]中任一项所述的有机半导体激光二极管，其中，上述第二电极为透明。
[37]根据[36]所述的有机半导体激光二极管，其从顶部(从第二电极侧)发光。
[38]根据[31]至[37]中任一项所述的有机半导体激光二极管，其中，在上述第一电极的上述有机层侧的表面上未形成有光栅。
[39]根据[31]至[38]中任一项所述的有机半导体激光二极管，其中，电荷载流子从上述第一电极的表面注入到上述有机层而未受到光栅干扰。
[40]根据[31]至[39]中任一项所述的有机半导体激光二极管，其中，通过调整谐振波长并增加Q-因子及限制因子来优化上述第一电极的厚度及上述有机层的厚度。
[41]根据[31]至[39]中任一项所述的有机半导体激光二极管，其具有至少450的Q因子。
[42]根据[31]至[39]中任一项所述的有机半导体激光二极管，其具有至少60％的限制因子。
[43]一种有机半导体激光二极管的制造方法，其包括：
在上述基板上或基板上方形成绝缘光栅的步骤；
在上述绝缘光栅上或上述绝缘光栅上方形成第一电极的步骤；
在上述第一电极上或上述第一电极上方形成有机层的步骤；及
在上述有机层上或上述有机层上方形成第二电极的步骤。
[44]根据[43]所述的有机半导体激光二极管的制造方法，其中，上述第一电极直接形成于上述绝缘光栅上，以用上述第一电极完全覆盖上述绝缘光栅。
[45]根据[43]或[44]所述的有机半导体激光二极管的制造方法，其中，上述绝缘光栅直接形成于上述基板上。
[46]根据[43]至[45]中任一项所述的有机半导体激光二极管的制造方法，其中，上述第一电极及上述基板为透明。
[47]根据[43]至[46]中任一项所述的有机半导体激光二极管的制造方法，其中，上述第二电极为透明。
[48]根据[43]至[47]中任一项所述的有机半导体激光二极管的制造方法，其中，在上述第一电极的上述有机层侧的表面上未形成有光栅。
[49]根据[43]至[48]中任一项所述的有机半导体激光二极管的制造方法，其中，通过调整谐振波长并增加Q-因子及限制因子来优化上述第一电极的厚度及上述有机层的厚度。
[50]一种有机半导体激光二极管，其通过[43]至[49]中任一项所述的方法制造。
[51]一种元件，其包括基板及在不同波长下发光的至少两个有机半导体激光二极管，其中上述至少两个有机半导体激光二极管在上述基板上以单片方式制造。
[52]根据[51]所述的元件，其包括至少3个在不同波长下发光的有机半导体激光二极管。
[53]根据[52]所述的元件，其包括发出蓝光的有机半导体激光二极管、发出绿光的有机半导体激光二极管及发出红光的有机半导体激光二极管。
[54]根据[51]至[53]中任一项所述的元件，其中，上述基板具有挠性。
[55]根据[51]至[54]中任一项所述的元件，其中，上述基板为透明。
[56]根据[55]所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管从底部发射。
[57]根据[56]所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管依次包括透明基板、透明第一电极、分布式反馈(DFB)光栅、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及第二电极。
[58]根据[56]所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管依次包括透明基板、分布式反馈(DFB)光栅、透明第一电极、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及第二电极。
[59]根据[51]至[55]中任一项所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管从顶部发射。
[60]根据[59]所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管依次包括基板、第一电极、分布式反馈(DFB)光栅、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明第二电极。
[61]根据[59]所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管依次包括基板、分布式反馈(DFB)光栅、第一电极、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明第二电极。
[62]根据[51]至[61]中任一项所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管中的一个以上为[31]至[42]及[50]中任一项所述的有机半导体激光二极管。
[63]根据[51]至[61]中任一项所述的元件，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管全部为[31]至[42]及[50]中任一项所述的有机半导体激光二极管。
[64]一种元件的制造方法，其中，上述元件包括基板及在不同波长下发光的至少两个有机半导体激光二极管，上述制造方法包括在上述基板上以单片方式制造有机半导体激光二极管的步骤。
[65]根据[64]所述的元件的制造方法，其中，上述元件包括至少3个在不同波长下发光的有机半导体激光二极管。
[66]根据[65]所述的元件的制造方法，其中，上述元件包括发出蓝光的有机半导体激光二极管、发出绿光的有机半导体激光二极管及发出红光的有机半导体激光二极管。
[67]根据[64]至[66]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述基板具有挠性。
[68]根据[64]至[67]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述基板为透明。
[69]根据[64]至[68]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管通过以下步骤制造：
在上述基板上或基板上方形成绝缘光栅的步骤；
在上述绝缘光栅上或上述绝缘光栅上方形成第一电极的步骤；
在上述第一电极上或上述第一电极上方形成有机层的步骤；及
在上述有机层上或上述有机层上方形成第二电极的步骤。
[70]根据[69]所述的元件的制造方法，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管通过[44]至[49]中任一项所述的方法制造。
[71]根据[64]至[68]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述至少两个有机半导体激光二极管通过以下步骤制造：
在上述基板上或基板上方形成第一电极的步骤；
在上述第一电极上或上述第一电极上方形成绝缘光栅的步骤；
在上述绝缘光栅上或上述绝缘光栅上方形成有机层的步骤；及
在上述有机层上或上述有机层上方形成第二电极的步骤。
[72]根据[64]至[71]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过溶液工序在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管的步骤。
[73]根据[64]至[71]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过喷墨工序在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管的步骤。
[74]根据[64]至[71]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过旋涂工序在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管的步骤。
[75]根据[64]至[71]中任一项所述的元件的制造方法，其包括通过热蒸发工序在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管的步骤。
[76]一种元件，其包括基板、有机半导体激光二极管及有机发光二极管，其中上述有机半导体激光二极管及上述有机发光二极管在上述基板上以单片方式制造。
[77]根据[76]所述的元件，其包括基板、有机半导体激光二极管、有机发光二极管及光学光检测器，其中上述有机半导体激光二极管、上述有机发光二极管及上述光学光检测器在上述基板上以单片方式制造。
[78]根据[76]所述的元件，其包括基板、有机半导体激光二极管、有机发光二极管及有机太阳能电池，其中上述有机半导体激光二极管、上述有机发光二极管及上述有机太阳能电池在上述基板上以单片方式制造。
[79]根据[76]所述的元件，其包括基板、有机半导体激光二极管、有机发光二极管及有机场效应晶体管，其中上述有机半导体激光二极管、上述有机发光二极管及上述有机场效应晶体管在上述基板上以单片方式制造。
[80]根据[76]所述的元件，其包括基板、有机半导体激光二极管、有机发光二极管及有机热发生器，其中上述有机半导体激光二极管、上述有机发光二极管及上述有机热发生器在上述基板上以单片方式制造。
[81]根据[76]至[80]中任一项所述的元件，其中，上述基板具有挠性。
[82]根据[76]至[80]中任一项所述的元件，其中，上述基板为透明。
[83]根据[82]所述的元件，其中，上述有机半导体激光二极管及上述有机发光二极管从底部发射。
[84]根据[83]所述的元件，其中，上述有机半导体激光二极管依次包括透明基板、透明第一电极、分布式反馈(DFB)光栅、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及第二电极。
[85]根据[83]所述的元件，其中，上述有机半导体激光二极管依次包括透明基板、分布式反馈(DFB)光栅、透明第一电极、空穴传输层、有机增益层、电子传输层及第二电极。
[86]根据[77]至[82]中任一项所述的元件，其中，上述有机半导体激光二极管从顶部发射。
[87]根据[86]所述的元件，其中，上述有机半导体激光二极管依次包括基板、第一电极、分布式反馈(DFB)光栅、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明第二电极。
[88]根据[86]所述的元件，其中，上述有机半导体激光二极管依次包括基板、分布式反馈(DFB)光栅、第一电极、电子传输层、有机增益层、空穴传输层及透明第二电极。
[89]根据[77]至[88]中任一项所述的元件，其中，上述有机半导体激光二极管是[31]至[42]及[50]中任一项所述的有机半导体激光二极管。
[90]一种元件的制造方法，其中，上述元件包括基板、有机半导体激光二极管及有机发光二极管，上述制造方法包括在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管及上述有机发光二极管的步骤。
[91]根据[90]所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管、有机发光二极管及有机光检测器的步骤。
[92]根据[90]或[91]所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管、上述有机发光二极管及有机太阳能电池的步骤。
[93]根据[90]至[92]中任一项所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管、上述有机发光二极管及有机场效应晶体管的步骤。
[94]根据[90]至[93]中任一项所述的元件的制造方法，其包括：在上述基板上以单片方式制造上述有机半导体激光二极管、上述有机发光二极管及有机热发生器的步骤。
[95]根据[90]至[94]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述基板具有挠性。
[96]根据[90]至[95]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述基板为透明。
[97]根据[90]至[96]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述有机半导体激光二极管通过以下步骤制造：
在上述基板上或基板上方形成绝缘光栅的步骤；
在上述绝缘光栅上或上述绝缘光栅上方形成第一电极的步骤；
在上述第一电极上或上述第一电极上方形成有机层的步骤；及
在上述有机层上或上述有机层上方形成第二电极的步骤。
[98]根据[97]所述的元件的制造方法，其中，上述有机半导体激光二极管通过[44]至[49]中任一项所述的方法制造。
[99]根据[90]至[96]中任一项所述的元件的制造方法，其中，上述有机半导体激光二极管通过以下步骤制造：
在上述基板上或基板上方形成第一电极的步骤；
在上述第一电极上或上述第一电极上方形成绝缘光栅的步骤；
在上述绝缘光栅上或上述绝缘光栅上方形成有机层的步骤；及
在上述有机层上或上述有机层上方形成第二电极的步骤。
[100]根据[90]至[99]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过溶液工序整体进行上述制造。
[101]根据[90]至[99]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过喷墨工序整体进行上述制造。
[102]根据[90]至[99]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过旋涂工序整体进行上述制造。
[103]根据[90]至[99]中任一项所述的元件的制造方法，其中，通过热蒸发工序整体进行上述制造。

Claims (10)

1.一种元件，其包括基板及至少两个不同的光电器件，其中，
所述至少两个不同的光电器件在基板上以单片方式制造。
2.根据权利要求1所述的元件，其中，
所述至少两个不同的光电器件是在不同波长下发光的至少两个光泵浦有机固态激光器。
3.根据权利要求1所述的元件，其中，
所述至少两个不同的光电器件是在不同波长下发光的至少两个有机半导体激光二极管。
4.根据权利要求1所述的元件，其中，
所述至少两个不同的光电器件是有机固态激光器及有机发光二极管。
5.根据权利要求1所述的元件，其中，
所述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，所述有机固态激光二极管依次包括基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的元件，其中，
所述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，且所述元件从其底部发射。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的元件，其中，
所述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，且所述元件从其顶部发射。
8.一种有机半导体激光二极管，其依次包括基板、绝缘光栅、第一电极、有机层及第二电极。
9.一种元件的制造方法，其中，
所述元件包括基板及至少两个不同的光电器件，所述制造方法包括在所述基板上以单片方式制造所述至少两个不同的光电器件的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
所述元件包括基板及至少两个不同的光电器件，所述至少两个不同的光电器件包括有机固态激光二极管，并且所述方法包括在所述基板上形成绝缘光栅之后形成用于至少两个不同的光电器件的有机层的步骤。
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