DE602004005781T2 - Bereitstellen einer organischen Vertival-Cavity-Laser-Array-Vorrichtung mit geätztem Bereich im dielektrischen Stapel - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Möglichkeit zur Herstellung einer organischen Vertical-Cavity-Laser-Array-Vorrichtung.
  • Flächenemittierende Vertical-Cavity-Laser (VCSEL) auf Basis anorganischer Halbleiter (z.B. AlGaAs) werden seit Mitte der 80er Jahre entwickelt (K. Kinoshita et al., IEEE J. Quant. Electron. QE-23, 882 [1987]). Mittlerweile ist ein Punkt erreicht, an dem AlGaAs-basierende VCSEL mit einer Abstrahlung von 850 nm von mehreren Unternehmen hergestellt werden und eine Lebensdauer von mehr als 100 Jahren aufweisen (K.D. Choquette et al., Proc. IEEE 85, 1730 [1997]). Mit dem in den vergangenen Jahren verzeichneten Erfolg dieser Nahinfrarot-Laser hat sich die Aufmerksamkeit auf weitere Systeme aus anorganischen Materialien zur Herstellung von VCSEL gerichtet, die Licht im sichtbaren Wellenbereich abstrahlen (C. Wilmsen et al., Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Cambridge University Press, Cambridge, 2001). Für sichtbare Laser gibt es zahlreiche erfolgreiche Anwendungen, beispielsweise Anzeige, lesbare oder beschreibbare optische Speicher und Telekommunikation über kurze Strecken unter Verwendung kunststoffoptischer Fasern (T. Ishigure et al., Electron. Lett. 31, 467 [1995]). Trotz des weltweiten Bemühens zahlreicher industrieller und akademischer Laboratorien ist es noch ein weiter Weg bis zur Herstellung wirtschaftlicher Laserdioden (entweder kantenemittierender LEDs oder VCSELs), die das sichtbare Spektrum umspannen.
  • In dem Bemühen zur Herstellung von VCSELs mit sichtbarer Wellenlänge wäre es vorteilhaft, anorganisch basierende Systeme zu verlassen und sich auf organisch basierende Lasersysteme zu konzentrieren, da organisch basierende Verstärkungsmaterialien vorteilhafte Eigenschaften bezüglich niedriger ungepumpter Streu-/Absorptionsverluste und einer hohen Quanteneffizienz aufweisen. Im Vergleich mit anorganischen Lasersystemen sind organische Laser relativ preisgünstig herzustellen, können über das gesamte sichtbare Spektrum abstrahlen, sind auf eine beliebige Größe skalierbar und sind vor allem in der Lage, von einem einzelnen Chip mehrere Wellenlängen auszustrahlen (z.B. rot, grün und blau).
  • Der übliche Weg zur Herstellung eines wirtschaftlichen Laserdiodensystems besteht in der Verwendung einer elektrischen Injektion im Unterschied zum optischen Pumpen, um die notwendige Populationsinversion in dem Aktivbereich der Vorrichtung zu erzeugen. Dies ist für anorganische Systeme der Fall, da deren optisch gepumpte Schwellenwerte (siehe P.L. Gourley et al., Appl. Phys. Lett. 54, 1209 [1989]) für großflächige Vorrichtungen im Bereich von 104 W/cm2 liegt. Derartig hohe Leistungsdichten sind nur erreichbar, indem man andere Laser als Pumpquellen verwendet, wodurch der Weg für anorganische Laserkavitäten ausgeschlossen ist. Ungepumpte organische Lasersysteme weisen stark reduzierte kombinierte Streu- und Absorptionsverluste (~0,5 cm–1) auf der Laserwellenlänge auf, insbesondere wenn man eine Kombination aus Wirt und Dotierung als aktives Medium verwendet. Optisch gepumpte Leistungsdichteschwellen unterhalb von 1 W/cm2 sollten daher erzielbar sein, insbesondere wenn ein VCSEL-basierendes Mikrokavitätendesign verwendet wird, um das aktive Volumen zu minimieren (das niedrigere Schwellenwerte bewirkt). Die Bedeutung von Leistungsdichteschwellen unterhalb von 1 W/cm2 liegt darin, dass damit möglich ist, die Laserkavitäten mit preisgünstigen, standardmäßigen, inkohärenten LEDs optisch zu pumpen.
  • Um aus einer organischen VCSEL-Vorrichtung eine einmodige (oder mehrmodige) Ausgabeleistung im Milliwattbereich zu erzeugen, muss der Durchmesser der Emissionsfläche typischerweise 10 μm groß sein. Für eine Ausgabeleistung von 1 mW müsste die Vorrichtung daher von einer Quelle optisch gepumpt werden, die ~6000 W/cm2 erzeugt (einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 25% vorausgesetzt). Diese Leistungsdichte (und Pixelgröße) liegt weit über den Möglichkeiten von LEDs und würde höchstwahrscheinlich Probleme durch Verschlechterung der organischen Materialien bewirken, wenn sie im Dauerstrichbetrieb betrieben würden. Zur Umgehung dieses Problems kann man den Durchmesser der Emissionsfläche des organischen Lasers auf ca. 350 μm vergrößern, wodurch sich die Pumpenleistungsdichte auf 4 W/cm2 verringerte (um 1 nW Ausgabeleistung zu erzeugen). Diese Leistungsdichte und Pixelgröße ist mit üblichen anorganischen 400 nm LEDs erzielbar. Leider würden Breitstreifenlaservorrichtungen mit Emissionsflächen von 350 μm Durchmesser eine ausgeprägte Mehrmoden-Ausgabe und einen niedrigen Laserenergie-Umwandlungswir kungsgrad (aufgrund der Filamentierung) bewirken. Es ist daher vorteilhaft, organische VCSEL-Breitstreifenvorrichtungen herzustellen, die einen guten Energieumwandlungswirkungsgrad und einmodige (oder mehrmodige) Ausgaben aufweisen.
  • US-A-5,847,506 beschreibt eine Anordnung aus organischen Vertical-Cavity-Lasern, die ausgebildet werden, indem ein unterer, mehrschichtiger, dielektrischer Reflektor auf einem Substrat aufgebracht wird, und indem darauf eine aktive Schicht aufgebracht wird, die organisches Material und einen metallischen, oberen Reflektor umfasst, der derart strukturiert ist, dass ein Array aus reflektierenden Pixeln gebildet wird. EP 0 683, 623 A beschreibt ein Herstellungsverfahren, worin ein organischer Vertical-Cavity-Laser hergestellt wird, indem ein reflektierendes metallisches Pixel auf ein Substrat aufgebracht wird, bevor eine aktive Schicht und ein oberer, mehrschichtiger dielektrischer Spiegel darauf ausgebildet werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Herstellung einer organischen flächenemittierenden Laseranordnung bereitzustellen, die insbesondere geeignet ist, um eine phasenverriegelte Laseremission von einem zweidimensionalen Array aus mikrometergroßen, organischen Laserpixeln zuzulassen.
  • Diese Aufgaben werden mithilfe eines Verfahrens zur Herstellung einer organischen Vertical-Cavity-Laserarray-Vorrichtung mit folgenden Schritten gelöst:
    • a) Bereitstellen eines Substrats;
    • b) Bereitstellen eines ersten Teils eines unteren dielektrischen Stapels, der über einen vorbestimmten Wellenlängenbereich lichtreflektierend ist und über dem Substrat angeordnet ist;
    • c) Ausbildung eines geätzten Bereichs in der oberen Fläche des ersten Bereichs des unteren dielektrischen Stapels zur Bildung eines Arrays aus beabstandeten Laserpixeln, die einen höheren Reflexionsgrad als die Zwischenpixelbereiche aufweisen;
    • d) Ausbilden eines zweiten Bereichs des unteren dielektrischen Stapels über dem geätzten ersten Bereich;
    • e) Ausbilden eines organischen Aktivbereichs über dem zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels zur Erzeugung von Laserlicht; und
    • f) Ausbilden eines oberen dielektrischen Stapels über dem Aktivbereich, der zu dem unteren dielektrischen Stapel beabstandet ist und Licht über einen vorbestimmten Wellenlängenbereich zu reflektieren vermag.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie eine Möglichkeit zur Herstellung einer zweidimensionalen organischen Laserarray-Vorrichtung mit mikrometergroßen Laserpixeln bereitstellt, die entweder elektrisch oder optisch von großflächigen Quellen angesteuert werden können und entweder eine einmodige oder mehrmodige Laserausgabe erzeugt, so dass Streuverluste reduziert und der Energieumwandlungswirkungsgrad erhöht wird. Die Vorrichtung verwendet eine Mikrokavitätenkonstruktion mit stark reflektierenden, dielektrischen Stapeln für den oberen und unteren Reflektor und ist mit einem Verstärkungsmittel aus organischem Material versehen. Die mikrometergroßen Laserpixel der Vorrichtung werden durch selektive Modulation des Reflexionsgrads des unteren dielektrischen Stapels bereitgestellt. Die Modulation des Reflexionsgrads erfolgt über einen Prozess mit mehreren Schritten, der das Züchten des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels, das Ätzen der mikrometergroßen Laserpixel in die Oberfläche des ersten Teils und dann das Aufbringen des zweiten Teils des unteren dielektrischen Stapels über der geätzten Oberfläche umfasst. Indem die geätzte Oberfläche tief in dem unteren dielektrischen Stapel vergraben wird (und weg vom Verstärkungsbereich), kommt es zu einem geringeren Streuverlust und zu einem höheren Energieumwandlungsgrad für zweidimensionale organische Laser-Array-Vorrichtungen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen optisch gepumpten, zweidimensionalen, organischen Vertical-Cavity-Laser-Arrays;
  • 2 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen optisch gepumpten, zweidimensionalen, organischen Vertical-Cavity-Laser-Arrays;
  • 3 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen optisch gepumpten, zweidimensionalen, organischen Vertical-Cavity-Laser-Arrays mit einer Planarisierungsebene; und
  • 4 eine Kurve der zur Wellenlänge abgetragenen Intensität zur Darstellung der Laseremissionsspektren für ein erfindungsgemäß hergestelltes, optisch gepumptes, zweidimensionales, organisches Vertical-Cavity-Laser-Array.
  • Um eine großflächige Laserstruktur mit einmodiger (oder mehrmodiger) Emission zu ermöglichen, ist es erforderlich, eine wie in 1 gezeigte, erfindungsgemäße zweidimensionale Laser-Array-Vorrichtung 100 zu konstruieren. 2 zeigt eine Draufsicht der zweidimensionalen Laser-Array-Vorrichtung 100, wobei auf der Oberfläche des VCSEL Laserpixel 200 definiert werden müssen, die durch Interpixelbereiche 210 voneinander getrennt sind. Wenn eine einmodige Lasertätigkeit gewünscht ist, muss die Emission aus den verschiedenen Pixeln phasenverriegelt sein, d.h. Intensität und Phaseninformationen müssen unter den Pixeln ausgetauscht werden. Hierzu ist es günstig, die Laseremissionen moderat auf die Pixelbereiche zu beschränken, und zwar entweder durch einen gewissen eingebauten Brechungsindex oder durch Verstärkungsführung und Anordnung der Pixel in einem periodischen, zweidimensionalen Array. Für die Laserpixel 200, die in einem quadratischen, zweidimensionalen Array angeordnet sind, bewirkt der phasenverriegelte Betrieb, dass sich jedes Element um 180 Grad außer Phase zu seinen vier nächstgelegenen Nachbarn befindet (E. Kapon and M. Orenstein, US-A-5,086,430 ). Für zweidimensionale anorganische Laser-Arrays kann eine moderate Beschränkung der Laseremission auf die Laserpixel dadurch erzielt werden, dass der Reflexionsgrad des oberen dielektrischen Stapels moduliert wird, indem man entweder Metall zugibt (E. Kapon und M. Orenstein, US-A-5,086,430 ) oder indem man den oberen dielektrischen Stapel tiefätzt (P.L. Gourley et al., Appl. Phys. Lett. 58, 890 [1991]). In beiden Fällen der anorganischen Laser-Arrays würden die Laserpixel ca. 3–5 μm breit sein (um eine einmodige Lasertätigkeit zu ermöglichen), bei einem Interpixelabstand von 1–2 μm. Wenn man diese Ergebnisse auf organische Lasersysteme anwendet, ist eine gewisse Sorgfalt geboten, weil es sehr schwierig ist, eine mikroskopisch kleine Bemusterung auf der Laserstruktur vorzuneh men, nachdem die organischen Schichten aufgetragen worden sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel muss der Reflexionsgrad des unteren dielektrischen Stapels moduliert werden. Es wurde festgestellt, dass es schwierig ist, den Reflexionsgrad durch Zugabe von Metall zu modulieren, da die Steuerung der Modulation nur über einen sehr schmalen (<1 nm) Wellenlängenbereich wirksam ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird demnach die Modulation dadurch erzielt, dass eine zweidimensionale, strukturierte Ätzung des unteren dielektrischen Stapels durchgeführt wird, so dass die Interpixelbereiche 210 den geätzten Bereichen des unteren dielektrischen Stapels entsprechen, während die nicht geätzten Bereiche den Laserpixeln 200 entsprechen. Die Bildung eines linearen Arrays aus Laserpixeln 200 ist möglich, obwohl dies in den meisten Fällen nicht bevorzugt wird, da sie zu einer schlechteren Umwandlung der eingehenden optischen Pumpstrahlleistung führen würde. Obwohl eine moderate Beschränkung der Laseremission über die Modulation des Reflexionsgrads im besten Fall zu einer phasenverriegelten einmodigen Lasertätigkeit führen kann, kommt es zu einer mehrmodigen Lasertätigkeit, wenn die Phasenverriegelung nur lokalisiert ist, oder wenn Moden höherer Ordnung vorherrschen. In Fällen, in denen eine Speckle-Reduzierung wichtig ist, beispielsweise in Display-Anwendungen, wird mehrmodige Lasertätigkeit bevorzugt. In solchen Fällen können die Laserpixel 200 beliebig in zwei Dimensionen angeordnet werden, um sogar lokalisierte Phasenverriegelung zu stören.
  • Es wird wieder Bezug genommen auf 1, wo das Substrat 110 entweder lichtdurchlässig oder opak sein kann, je nach vorgesehener Richtung des optischen Pumpens und der Laseremission. Das Substrat 110 kann transparentes Glas oder transparenter Kunststoff sein. Alternativ hierzu sind auch opake Substrate verwendbar, beispielsweise, aber nicht abschließend, Halbleitermaterialien (beispielsweise Silicium) oder keramische Materialien, falls optisches Pumpen und Laserabstrahlung auf der gleichen Oberfläche erfolgen sollen. Auf dem Substrat 110 ist der untere dielektrische Stapel aufgebracht, der sich abwechselnd aus dielektrischen Materialien mit großem und kleinem Brechungsindex zusammensetzt. Im Allgemeinen ist der untere dielektrische Stapel so ausgelegt, dass er Licht über einen vorbestimmten Wellenlängenbereich zu reflektieren vermag. Typische Materialien mit starkem und schwachem Brechungsindex sind TiO2 und SiO2. Der untere dielektrische Stapel wird durch übliche Elektronenstrahlabscheidung bei einer typischen Temperatur von 240°C aufgebracht. Um Streuverluste zu minimieren und den Energieumwandlungswirkungsgrad entsprechend zu erhöhen, ist die geätzte Oberfläche des unteren dielektrischen Stapels vorzugsweise von einem Aktiv bereich 130 entfernt, wo die Intensität des elektromagnetischen Stehwellenfeldes (e-Feld) am höchsten ist. Der dielektrische Stapel wird somit in zwei Teilen aufgebracht, einem ersten Teil 120 und einem zweiten Teil 125, wodurch die Modulation des Reflexionsgrads erzielt wird, indem ein geätzter Bereich 150 in der Oberfläche des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 ausgebildet wird. Um den geätzten Bereich 150 von dem aktiven Bereich 130 zu trennen, enthält der erste Teil des unteren dielektrischen Stapels 120 höchstens 3 bis 5 dielektrische Schichten, die das Laserlicht reflektieren. Für Falle, in denen dem unteren Stapel zusätzliche dielektrische Schichten zugegeben werden, um den Pumpstrahl 180 zurück in den Aktivbereich 130 zu reflektieren, sind diese Schichten zunächst im ersten Teil des unteren dielektrischen Stapels 120 aufzubringen.
  • Der strukturierte, geätzte Bereich 150 wird in dem ersten Teil des unteren dielektrischen Stapels 120 anhand üblicher fotolithografischer und Ätztechniken ausgebildet, wodurch ein zweidimensionaler Array aus kreisförmigen Säulen in der Oberfläche des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 entsteht. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Laserpixel kreisförmig, aber es sind auch andere Pixelformen möglich, beispielsweise rechtwinklige. Die Interpixelbeabstandung liegt im Bereich von 0,25 bis 4 μm. Anhand von Versuchen wurde ermittelt, dass entweder eine oder zwei Perioden des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 entfernt werden sollten, um den geätzten Bereich 150 zu erzeugen. Wenn tiefer geätzt wird, geht dies normalerweise zulasten der Leistung der Laser-Arrays. Der zweite Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 wird über dem ersten Teil des unteren dielektrischen Stapels 120 aufgebracht, nachdem der geätzte Bereich 150 ausgebildet worden ist. Wie in 1 gezeigt, füllt der zweite Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 den geätzten Bereich 150. Wie zuvor besprochen, setzt sich der zweite Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 aus wechselnden Schichten von dielektrischen Materialien mit großem und kleinem Brechungsindex zusammen, wie z.B. TiO2 und SiO2. Wie für den ersten Teil wird auch der zweite Teil normalerweise durch Elektronenstrahlabscheidung bei einer Temperatur von 240°C aufgebracht.
  • Der organische Aktivbereich 130 ist über dem zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 aufgebracht. 1 zeigt, dass der Aktivbereich 130 keine massive Schicht, sondern eine mehrschichtige Zusammensetzung ist. Nach den Empfehlungen von Brueck et al. ( US-A-4,881,236 ) für anorganische Laser enthält der Aktivbereich 130 einen oder mehrere periodi sche Verstärkungsbereiche 160, die durch Abstandsschichten 170 getrennt sind. Die Dicke der periodischen Verstärkungsbereiche 160 beträgt typischerweise weniger als 50 nm, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 5 und 30 nm liegt. Die Dicke der Abstandsschichten 170 ist derart gewählt, dass die periodischen Verstärkungsbereiche mit den Wellenbäuchen des elektrischen Stehwellenfeldes der Laserkavitäten ausgerichtet sind. Die Verwendung periodischer Verstärkungsbereiche in dem aktiven Bereich bewirkt größere Energieumwandlungswirkungsgrade und eine deutliche Reduzierung unerwünschter spontaner Emissionen. Der Aktivbereich 130 umfasst einen oder mehrere periodische Verstärkungsbereiche 160 und Abstandsschichten 170, die auf einer der Seiten des oder der Verstärkungsbereiche so angeordnet sind, dass der oder die Verstärkungsbereiche auf die Wellenbäuche des elektromagnetischen Stehwellenfeldes der Vorrichtung ausgerichtet ist bzw. sind.
  • Der periodische Verstärkungsbereich 160 setzt sich aus organischem Material mit niedriger Molmasse oder einem polymeren organischen Material zusammen, das mit einer hohen Quanteneffizienz fluoresziert. Das organische Material mit kleiner Molmasse wird üblicherweise durch thermische Hochvakuumaufdampfung (10–6 Torr) aufgebracht, während konjugierte Polymere üblicherweise durch Schleudergießen ausgebildet werden.
  • Soweit nicht anders angegeben, bezeichnet der Begriff „substituiert" oder „Substituent" jede Gruppe oder jedes Atom, bei der bzw. dem es sich nicht um Wasserstoff handelt. Mit „Gruppe" ist gemeint, dass eine Substituentengruppe einen substituierbaren Wasserstoff enthält und dass dies nicht nur die unsubstituierte Form des Substituenten umfasst, sondern auch dessen weiter substituierte Form durch jede Substituentengruppe oder Substituentengruppen, wie hier genannt, soweit der Substituent Eigenschaften nicht zerstört, die für die Nutzung der Vorrichtung notwendig sind. Eine Substituentengruppe kann Halogen sein oder kann an den Rest des Moleküls durch ein Atom von Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Selen oder Bor gebunden sein. Der Substituent kann beispielsweise Halogen sein, wie Chlor, Brom oder Fluor; Nitro; Hydroxyl; Cyan; Carboxyl; oder Gruppen, die weiter substituiert werden können, wie Alkyl, einschließlich gerades oder verzweigtkettiges Alkyl, wie Methyl, Trifluormethyl, Ethyl, t-Butyl, 3-(2,4-Di-t-Pentylphenoxy)propyl und Tetradecyl; Alkenyl, wie Ethylen, 2-Buten; Alkoxy, wie Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, 2-Methoxyethoxy, sec-Butoxy, Hexyloxy, 2-Ethylhexyloxy, Tetradecyloxy, 2-(2,4-Di-t-Pentylphenoxy)ethoxy und 2-Dodecyloxyethoxy; Aryl wie Phenyl, 4-t-Butylphenyl, 2,4,6-Tri methylphenyl, Naphthyl; Aryloxy, wie Phenoxy, 2-Methylphenoxy, Alpha- oder Beta-Naphthyloxy und 4-Tolyloxy; Carbonamid, wie Acetamid, Benzamid, Butyramid, Tetradecanamid, Alpha-(2,4-Di-t-Pentylphenoxy)acetamid, Alpha-(2,4-Di-t-Pentylphenoxy)butyramid, Alpha-(3-Pentadecylphenoxy)-Hexanamid, Alpha-(4-Hydroxy-3-t-Butylphenoxy)-Tetradecanamid, 2-Oxo-Pyrrolidin-1-yl, 2-Oxo-5-Tetradecylpyrrolin-1-yl, N-Methyltetradecanamid, N-Succinimid, N-Phthalimid, 2,5-Dioxo-1-Oxazolidinyl, 3-Dodecyl-2,5-Dioxo-1-Imidazolyl, und N-Acetyl-N-Dodecylamin, Ethoxycarbonylamin, Phenoxycarbonylamin, Benzyloxycarbonylamin, Hexadecyloxycarbonylamin, 2,4-Di-t-Butylphenoxycarbonylamin, Phenylcarbonylamin, 2,5-(Di-t-Pentylphenyl)carbonylamin, p-Dodecyl-Phenylcarbonylamin, p-Tolylcarbonylamin, N-Methylureido, N,N-Dimethylureido, N-Methyl-N-Dodecylureido, N-Hexadecylureido, N,N-Dioctadecylureido, N,N-Dioctyl-N'-Ethylureido, N-Phenylureido, N,N-Diphenylureido, N-Phenyl-N-p-Tolylureido, N-(m-Hexadecylphenyl)ureido, N,N-(2,5-Di-t-Pentylphenyl)-N'-Ethylureido und t-Butylcarbonamid; Sulfonamid, wie Methylsulfonamid, Benzensulfonamid, p-Tolylsulfonamid, p-Dodecylbenzensulfonamid, N-Methyltetradecylsulfonamid, N,N-Dipropyl-Sulfamoylamin und Hexadecylsulfonamid; Sulfamoyl, wie N-Methylsulfamoyl, N-Ethylsulfamoyl, N,N-Dipropylsulfamoyl, N-Hexadecylsulfamoyl, N,N-Dimethylsulfamoyl; N-[3-(Dodecyloxy)propyl]sulfamoyl, N-[4-(2,4-Di-t-Pentylphenoxy)butyl]sulfamoyl, N-Methyl-N-Tetradecylsulfamoyl und N-Dodecylsulfamoyl; Carbamoyl, wie N-Methylcarbamoyl, N,N-Dibutylcarbamoyl, N-Octadecylcarbamoyl, N-[4-(2,4-Di-t-Pentylphenoxy)butyl]carbamoyl, N-Methyl-N-Tetradecylcarbamoyl und N,N-Dioctylcarbamoyl; Acyl, wie Acetyl, (2,4-Di-t-Amylphenoxy)acetyl, Phenoxycarbonyl, p-Dodecyloxyphenoxycarbonyl-Methoxycarbonyl, Butoxycarbonyl, Tetradecyloxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Benzyloxycarbonyl, 3-Pentadecyloxycarbonyl und Dodecyloxycarbonyl; Sulfonyl, wie Methoxysulfonyl, Octyloxysulfonyl, Tetradecyloxysulfonyl, 2-Ethylhexyloxysulfonyl, Phenoxysulfonyl, 2,4-Di-t-Pentylphenoxysulfonyl, Methylsulfonyl, Octylsulfonyl, 2-Ethylhexylsulfonyl, Dodecylsulfonyl, Hexadecylsulfonyl, Phenylsulfonyl, 4-Nonylphenylsulfonyl und p-Tolylsulfonyl; Sulfonyloxy, wie Dodecylsulfonyloxy und Hexadecylsulfonyloxy; Sulfinyl, wie Methylsulfinyl, Octylsulfinyl, 2-Ethylhexylsulfinyl, Dodecylsulfinyl, Hexadecylsulfinyl, Phenylsulfinyl, 4-Nonylphenylsulfinyl und p-Tolylsulfinyl; Thio, wie Ethylthio, Octylthio, Benzylthio, Tetradecylthio, 2-(2,4-Di-t-Pentylphenoxy)ethylthio, Phenylthio, 2-Butoxy-5-t-Octylphenylthio und p-Tolylthio; Acyloxy, wie Acetyloxy, Benzoyloxy, Octadecanoyloxy, p-Dodecylamidbenzoyloxy, N-Phenylcarbamoyloxy, N-Ethylcarbamoyloxy und Cyclohexylcarbonyloxy; Amin, wie Phenylanilin, 2-Chloranilin, Diethylamin, Dodecylamin; Imin, wie 1-(N-Phenylimid)ethyl, N-Succinimid oder 3-Benzylhydantoinyl; Phosphat, wie Dimethylphosphat und Ethylbutylphosphat; Phosphit, wie Diethyl- und Dihexylphosphit; eine heterozyklische Gruppe, eine heterozyklische Oxygruppe oder eine heterozyklische Thiogruppe, die jeweils substituierbar sind und die heterozyklische Ringe mit 3 bis 7 Elementen umfassen können, die aus Kohlenstoffatomen und mindestens einem Heteroatom zusammengesetzt sind, das aus der Gruppe auswählbar ist, die Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor oder Bor umfasst, wie 2-Furyl, 2-Thienyl, 2-Benzimidazolyloxy oder 2-Benzothiazolyl; quartäres Ammonium, wie Triethylammonium, quartäres Phosphonium, wie Triphenylphosphonium, und Silyloxy, wie Trimethylsilyloxy.
  • Falls gewünscht, sind die Substituenten weiter ein- oder mehrfach mit den beschriebenen Substituentengruppen substituierbar. Die jeweils verwendeten Substituenten sind von Fachleuten derart auswählbar, dass sie die wünschenswerten Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung erzielen, und können beispielsweise elektronegative Gruppen, elektropositive Gruppen und sterische Gruppen sein. Wenn ein Molekül zwei oder mehr Substituenten besitzt, können die Substituenten miteinander verbunden sein, um einen Ring zu bilden, beispielsweise einen kondensierten Ring, soweit nicht anders angegeben. Im Allgemeinen können die vorausgehenden Gruppen und Substituenten solche mit bis zu 48 Kohlenstoffatomen umfassen, typischerweise 1 bis 36 Kohlenstoffatome und normalerweise weniger als 24 Kohlenstoffatome, wobei jedoch eine größere Anzahl möglich ist, je nach den gewählten Substituenten. Substitution kann Derivate von kondensierten Ringen umfassen, beispielsweise, aber nicht abschließend, benzo-, dibenzo-, naphtha- oder dinaphthokondensierte Derivate. Diese Derivate von kondensierten Ringen sind ihrerseits substituierbar.
  • Das Leuchtmaterial oder die periodischen Verstärkungsbereiche 160 können ein einzelnes Wirtsmaterial umfassen, bestehen üblicherweise aber aus einem Wirtsmaterial, das mit einer oder mehreren Gastverbindungen (Dotierungen) dotiert ist, wobei Lichtemissionen primär von der Dotierung stammen und eine beliebige Farbe aufweisen können. Diese Kombinationen aus Wirts- und Dotierungsmittel sind vorteilhaft, weil sie im Verstärkungsmedium nur sehr kleine ungepumpte Streu-/Absorptionsverluste bewirken (ggf. weniger als 1 cm–1). Die Dotierung ist üblicherweise aus stark fluoreszierenden Farbstoffen gewählt, aber es sind auch phosphoreszierende Verbindungen verwendbar, beispielsweise Übergangsmetallkomplexe, wie für OLED-Anwendungen in WO 98/55561 , WO 00/18851 , WO 00/57676 und WO 00/70655 beschrieben. Dotierungen werden üblicherweise mit 0,01 bis 10 Gew.-% in dem Wirtsmaterial aufgetragen, wobei sie so ausgewählt werden können, dass sie Licht mit rotem, grünem oder blauem Farbton emittieren. Ein Beispiel einer verwendbaren Kombination aus Wirts- und Dotierungsmaterial für rotemittierende Laser ist Alq als Wirtsmaterial und 1% L39 [4-(Dicyanmethylen)-2-t-Butyl-6-(1,1,7,7-Tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran] als Dotierungsmittel.
  • Ein wichtiger Hinweis zur Wahl eines Farbstoffs als Dotierungsmittel ergibt sich aus dem Vergleich der Absorption des Dotierungsmaterials und der Emission des Wirtsmaterials. Damit ein effizienter Energietransfer (über die Förstersche Energieübertragung) von dem Wirt zum Dotierungsmolekül erfolgen kann, ist es notwendig, dass die Absorption der Dotierung die Emission des Wirtsmaterials überlagert. Fachleute sind mit dem Konzept der Försterschen Energieübertragung vertraut, welche eine strahlungslose Übertragung von Energie zwischen den Wirts- und Dotierungsmolekülen umfasst. Eine wichtige Beziehung zur Auswahl des Wirtsmaterials ist die Tatsache, dass die Absorption des Wirtsmaterials das Emissionsspektrum des Lichts des Pumpstrahls 180 deutlich überlagert. Außerdem wird bevorzugt, dass die Absorption des Wirtsmaterials oder eines Wirtsmaterials plus einer Dotierung bei der Laseremissionswellenlänge der Vorrichtung 100 klein ist. Ein inakzeptabler Absorptionswert liegt vor, wenn der Absorptionskoeffizient der Kombination aus Wirtsmaterial und Dotierung kleiner als 10 cm–1 bei der Wellenlänge der Laseremission ist.
  • Geeignete fluoreszierende Leuchtmaterialien sind u.a. polyzyklische, aromatische Verbindungen, wie in I. B. Berlman, „Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecules," Academic Press, New York, USA, 1971 und in EP 1 009 041 beschrieben. Tertiäre aromatische Amine mit mehr als zwei Amingruppen, oligomere Materialien eingeschlossen, können ebenfalls verwendet werden.
  • Eine weitere Klasse geeigneter Leuchtmaterialien (für Wirts- und Dotierungsmittel) beinhaltet aromatische, tertiäre Amine, wobei das letztere als eine Verbindung zu verstehen ist, die mindestens ein dreiwertiges Stickstoffatom enthält, das nur an Kohlenstoffatome gebunden ist, von denen mindestens eines ein Mitglied eines aromatischen Rings ist. In einer Form kann das aromatische, tertiäre Amin ein Arylamin sein, beispielsweise ein Monoarylamin, Diarylamin, Triarylamin oder ein oligomeres Arylamin. Beispiele monomerer Triarylamine werden von Klupfel et al in US-A-3,180,730 gezeigt. Andere geeignete Triarylamine, die durch Vinyl- oder Vinylradikale substituiert werden und/oder mindestens eine aktive wasserstoffhaltige Gruppe enthalten, werden von Brantley et al in US-A-3,567,450 und US-A-3,658,520 beschrieben.
  • Eine bevorzugte Klasse aromatischer tertiärer Amine enthält mindestens zwei aromatische tertiäre Aminreste, wie in US-A-4,720,432 und US-A-5,061,569 beschrieben. Derartige Verbindungen enthalten die in der Strukturformel A gezeigten:
    Figure 00120001
    wobei:
    Q1 und Q2 für unabhängig gewählte aromatische, tertiäre Aminreste stehen und
    G für eine Verkettungsgruppe steht, wie eine Arylen-, Cycloalkylen- oder Alkylengruppe einer Kohlenstoff-/Kohlenstoff-Bindung
  • In einem Ausführungsbeispiel enthält mindestens entweder Q1 oder Q2 eine polyzyklisch kondensierte Ringstruktur, beispielsweise ein Naphthalen. Wenn G eine Arylgruppe ist, handelt es sich am besten um einen Phenylen-, Biphenylen- oder Naphthalenrest.
  • Eine verwendbare Klasse von Triarylaminen, die die Strukturformel A erfüllt und zwei Triarylaminreste enthält, ist die durch Strukturformel B dargestellte:
    Figure 00120002
    wobei:
    R1 und R2 jeweils unabhängig für ein Wasserstoffatom, eine Arylgruppe oder eine Alkylgruppe stehen und R1 sowie R2 zusammen für die Atome, die eine Cycloalkylgruppe vervollständigen, stehen, und
    R3 und R4 jeweils unabhängig für eine Arylgruppe stehen, die wiederum durch eine diarylsubstituierte Amingruppe substituiert ist, wie in Strukturformel C gezeigt:
    Figure 00130001
    worin R5 und R6 unabhängig gewählte Arylgruppen sind. In einem Ausführungsbeispiel enthält mindestens entweder R5 oder R6 eine polyzyklisch kondensierte Ringstruktur, beispielsweise ein Naphthalen.
  • Das Wirtsmaterial kann eine substituierte oder unsubstituierte Triarylaminverbindung umfassen. Eine weitere Klasse aromatischer tertiärer Amine sind Tetraaryldiamine. Die erwünschten Tetraaryldiamine umfassen zwei Diarylamingruppen, wie in Formel C genannt, verbunden durch eine Arylengruppe. Geeignete Tetraaryldiamine sind u.a. die in Formel D gezeigten:
    Figure 00130002
    wobei:
    Are jeweils für eine unabhängig ausgewählte Arylengruppe steht, wie einen Phenylen- oder Anthracenrest;
    n für eine ganze Zahl von 1 bis 4 steht; und
    Ar, R7, R8 und R9 unabhängig ausgewählte Arylgruppen sind.
  • In einem typischen Ausführungsbeispiel enthält mindestens entweder Ar, R7, R8 oder R9 eine polyzyklisch kondensierte Ringstruktur, beispielsweise ein Naphthalen.
  • Die verschiedenen Alkyl-, Alkylen-, Aryl- und Arylenreste der vorausgehenden Strukturformeln A, B, C, D sind jeweils substituierbar. Typische Substituenten sind u.a. Alkylgruppen, Alkoxygruppen, Arylgruppen, Aryloxygruppen und Halogene, wie Fluorid, Chlorid oder Bromid. Die verschiedenen Alkyl- und Alkylenreste enthalten üblicherweise 1 bis ca. 6 Kohlenstoffatome. Die Cycloalkylreste können zwischen 3 und ca. 10 Kohlenstoffatome enthalten, enthalten aber typischerweise fünf, sechs oder sieben Kohlenstoffatome, beispielsweise Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptylringstrukturen. Die Aryl- und Arylenreste sind vorzugsweise Phenyl- und Phenylenreste.
  • Das Leuchtmaterial kann aus einer einzelnen oder einer Mischung von aromatischen, tertiären Aminverbindungen gebildet werden. Konkret ist ein Triarylamin verwendbar, beispielsweise ein Triarylamin, das Formel B erfüllt, und zwar in Kombination mit einem Tetraaryldiamin, wie das in Formel D gezeigte. Das Wirtsmaterial kann eine substituierte oder unsubstituierte Dicarbazol-Biphenyl-Verbindung umfassen. Unter anderem sind folgende aromatische tertiäre Amine verwendbar:
    4,4'-N,N'-Dicarbazol-1,1'-Biphenyl (CBP) (D1)
    4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamin]biphenyl (D2)
    4,4'-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)amin]biphenyl (D3)
    4,4'-Bis[N-(2-Naphthyl)-N-p-Tolylamin]biphenyl (D4)
    1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminphenyl)cyclohexan
    1,1-Bis(4-Di-p-Tolylaminphenyl)-4-Phenylcyclohexan
    4,4'-Bis(diphenylamin)quadriphenyl
    Bis(4-Dimethylamin-2-Methylphenyl)-Phenylmethan
    N,N,N-Tri(p-Tolyl)amin
    4-(Di-p-Tolylamin)-4'-[4(Di-p-Tolylamin)-styryl]stilben
    N,N,N',N'-Tetra-p-Tolyl-4-4'-Diaminbiphenyl
    N,N,N',N'-Tetraphenyl-4,4'-Diaminbiphenyl
    N,N,N',N'-Tetra-1-Naphthyl-4,4'-Diaminbiphenyl
    N,N,N',N'-Tetra-2-Naphthyl-4,4'-Diaminbiphenyl
    N-Phenylcarbazol
    4,4''-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamin]p-Terphenyl
    4,4'-Bis[N-(2-Naphthyl)-N-Phenylamin]biphenyl
    4,4'-Bis[N-(3-Acenaphthenyl)-N-Phenylamin]biphenyl
    1,5-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamin]naphthalen
    4,4'-Bis[N-(9-Anthryl)-N-Phenylamin]biphenyl
    4,4''-Bis[N-(1-Anthryl)-N-Phenylamin]-p-Terphenyl
    4,4'-Bis[N-(2-Phenanthryl)-N-Phenylamin]biphenyl
    4,4'-Bis[N-(8-Fluoranthenyl)-N-Phenylamin]biphenyl
    4,4'-Bis[N-(2-Pyrenyl)-N-Phenylamin]biphenyl
    4,4'-Bis[N-(2-Naphthacenyl)-N-Phenylamin]biphenyl
    4,4'-Bis[N-(2-Perylenyl)-N-Phenylamin]biphenyl
    4,4'-Bis[N-(1-Coronenyl)-N-Phenylamin]biphenyl
    2,6-Bis(di-p-Tolylamin)naphthalen
    2,6-Bis[di-(1-Naphthyl)amin]naphthalen
    2,6-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-(2-Naphthyl)amin]naphthalen
    N,N,N',N'-Tetra(2-Naphthyl)-4,4''-Diamin-p-Terphenyl
    4,4'-Bis{N-Phenyl-N-[4-(1-Naphthyl)-Phenyl]amin}biphenyl
    4,4'-Bis[N-Phenyl-N-(2-Pyrenyl)amin]biphenyl
    2,6-Bis[N,N-Di(2-Naphthyl)amin]fluoren
    1,5-Bis[N-(1-Naphthyl)-N-Phenylamin]naphthalen
    4,4',4''-Tris[(3-Methylphenyl)phenylamin]triphenylamin.
  • Das Wirtsmaterial kann eine substituierte oder unsubstituierte aza-aromatische Verbindung umfassen. Beispielsweise kann das Wirtsmaterial eine substituierte oder unsubstituierte Acridin-, Chinolin-, Purin-, Phenazin-, Phenoxazin- oder Phenanthrolinverbindung enthalten. Carbazolderivate sind geeignete Wirtsmittel. Geeignete Beispiele für Phenanthrolinmaterialien sind u.a. 2,9-Dimethyl-4,7-Diphenyl-1,10-Phenanthrolin und 4,7-Diphenyl-1,10-Phenanthrolin.
  • Geeignete Wirts- und Dotierungsmoleküle sind beispielsweise, aber nicht abschließend, die in US-A-4,768,292 ; US-A-5,141,671 ; US-A-5,150,006 ; US-A-5,151,629 ; US-A-5,405,709 ; US-A-5,484,922 ; US-A-5,593,788 ; US-A-5,645,948 ; US-A-5,683,823 ; US-A-5,755,999 ; US-A-5,928,802 ; US-A-5,935,720 ; US-A-5,935,721 und US-A-6,020,078 beschriebenen.
  • Metallkomplexe aus 8-Hydroxychinolin und ähnlichen Derivaten (Formel E) sind eine Klasse verwendbarer Wirtsmaterialien, die die Elektrolumineszenz zu unterstützen vermögen und sind insbesondere für die Lichtemission mit Wellenlängen von mehr als 500 nm geeignet, beispielsweise grün, gelb, orange und rot.
    Figure 00160001
    wobei:
    M für ein Metall steht,
    n für eine ganze Zahl von 1 bis 3 steht; und
    Z unabhängig jeweils für die Atome steht, die einen Kern mit mindestens zwei kondensierten aromatischen Ringen bilden.
  • Aus dem Vorausgehenden ist ersichtlich, dass das Metall einwertig, zweiwertig, dreiwertig oder vierwertig sein kann. Das Metall kann beispielsweise ein Alkalimetall sein, wie Lithium, Natrium oder Kalium, ein Erdalkalimetall, wie Magnesium oder Calcium, oder ein Erdmetall, wie Aluminium oder Gallium, oder ein Übergangsmetall, wie Zink oder Zirconium. Im Allgemeinen ist jedes einwertige, zweiwertige, dreiwertige oder vierwertige Metall, das als Chelatbildner bekannt ist, verwendbar.
  • Z vervollständigt einen heterozyklischen Kern aus mindestens zwei kondensierten aromatischen Ringen, von denen mindestens einer ein Azol- oder Azinring ist. Weitere Ringe, einschließlich aliphatischer oder aromatischer Ringe, können bei Bedarf mit den beiden erforderlichen Ringen kondensiert werden. Um eine Erhöhung der Molmasse ohne Funktionsverbesserung zu vermeiden, ist die Zahl der Ringatome üblicherweise auf höchstens 18 begrenzt.
  • Das Wirtsmaterial kann eine substituierte oder unsubstituierte Oxinoid-Chelatverbindung umfassen.
  • Verwendbare Oxinoid-Chelatverbindungen sind beispielsweise folgende:
    CO-1: Aluminiumtrisoxin [alias Tris(8-chinolinolat)aluminium(III)]
    CO-2: Magnesiumbisoxin [alias Bis(8-chinolinolat)magnesium(II)]
    CO-3: Bis[benzo{f}-8-chinolinolat]zink(II)
    CO-4: Bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)-μ-Oxo-bis(2-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)
    CO-5: Indiumtrisoxin [alias Tris(8-Chinolinolat)indium]
    CO-6: Aluminumtris(5-Methyloxin) [alias Tris(5-Methyl-8-Chinolinolat)aluminium(III)]
    CO-7: Lithiumoxin [alias (8-Chinolinolat)lithium(I)]
    CO-8: Galliumoxin [alias Tris(8-Chinolinolat)gallium(III)]
    CO-9: Zirconiumoxin [alias Tetra(8-Chinolinolat)zirconium(IV)]
  • Das Wirtsmaterial kann eine substituierte oder unsubstituierte Anthracenverbindung umfassen.
  • Derivate von 9,10-Di-(2-Naphthyl)anthracen (Formel F) sind eine Klasse verwendbarer Wirtsverbindungen, die die Photolumineszenz zu unterstützen vermögen und sind insbesondere für die Lichtemission mit Wellenlängen von mehr als 400 nm geeignet, beispielsweise blau, grün, gelb, orange oder rot.
    Figure 00170001
    worin R1, R2, R3, R4, R5 und R6 einen oder mehrere Substituenten auf jedem Ring darstellen, wobei jeder Substituent aus den folgenden Gruppen einzeln ausgewählt ist:
    Gruppe 1: Wasserstoff oder ein Alkyl aus 1 bis 24 Kohlenstoffen;
    Gruppe 2: Aryl oder substituiertes Aryl aus 5 bis 20 Kohlenstoffen;
    Gruppe 3: 4 bis 24 Kohlenstoffatome, die zur Vervollständigung eines kondensierten aromatischen Rings aus Anthracenyl, Pyrenyl oder Perylenyl notwendig sind;
    Gruppe 4: Heteroaryl oder substituiertes Heteroaryl aus 5 bis 24 Kohlenstoffatomen, die zur Vervollständigung eines kondensierten, heteroaromatischen Rings aus Furyl, Thienyl, Pyridyl, Chinolinyl oder anderen heterozyklischen Systemen notwendig sind;
    Gruppe 5: Alkoxylamin, Alkylamin oder Arylamin aus 1 bis 24 Kohlenstoffatomen; und
    Gruppe 6: Fluor, Chlor, Brom oder Cyan.
  • Beispiele hierfür sind u.a. 9,10-Di-(2-Naphthyl)anthracen (F1) und 2-t-Butyl-9,10-Di-(2-Naphthyl)anthracen (F2). Weitere Anthracenderivate können als Wirtsmaterial geeignet sein, u.a. Derivate von 9,10-Bis-(4-(2,2'-Diphenylethenyl)phenyl)anthracen.
  • Benzazolderivate (Formel G) sind eine weitere Klasse verwendbarer Wirtsverbindungen, die die Photolumineszenz zu unterstützen vermögen und sind insbesondere für die Lichtemission mit Wellenlängen von mehr als 400 nm geeignet, beispielsweise blau, grün, gelb, orange oder rot.
    Figure 00180001
    wobei:
    n für eine ganze Zahl von 3 bis 8 steht;
    Z für O, NR oder S steht; und
    R und R' unabhängig für Wasserstoff; Alkyl aus 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Propyl, t-Butyl, Heptyl usw.; Aryl oder heteroatomsubstituiertes Aryl aus 5 bis 20 Kohlenstoffatomen für beispielsweise Phenyl und Naphthyl, Furyl, Thienyl, Pyridyl, Chinolinyl und andere heterozyklische Systeme steht; oder für Halogenide, wie Chlor, Fluor; oder Atome, die zur Vervollständigung eines kondensierten aromatischen Rings notwendig sind; und
    L eine Brückeneinheit aus Alkyl, Aryl, substituiertem Alkyl oder substituiertem Aryl ist, die mehrere Benzoazole konjugiert oder unkonjugiert miteinander verbindet. Ein Beispiel eines verwendbaren Benzazols ist 2,2',2''-(1,3‚5-Phenylen)Tris[1-Phenyl-1H-Benzimidazol].
  • Das Wirtsmaterial kann eine substituierte oder unsubstituierte Benzoxazolverbindung, eine substituierte oder unsubstituierte Benzthiazolverbindung oder eine substituierte oder unsubstituierte Benzimidazolverbindung umfassen. Das Wirtsmaterial kann eine substituierte oder unsubstituierte Oxazolverbindung, eine substituierte oder unsubstituierte Triazolverbindung oder eine substituierte oder unsubstituierte Oxadiazolverbindung umfassen. Geeignete Beispiele für Oxazolverbindungen sind u.a. 1,4-Bis(5-Phenyloxazol-2-yl)benzen, 1,4-Bis(4-Methyl-5-Phenyloxazol-2-yl)benzen und 1,4-Bis(5-(p-Biphenyl)oxazol-2-yl)benzen. Geeignete Beispiele für Oxadiazolverbindungen sind u.a. 2-(4-Biphenylyl)-5-Phenyl-1,3,4-Oxadiazol und 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-Tertbutylphenyl)-1,3,4-Oxadiazol. Geeignete Beispiele für Triazolverbindungen sind u.a. 3-(4-Biphenylyl)-4-Phenyl-5-Tertbutylphenyl-1,2,4-Triazol.
  • Distyrylarylenderivate sind ebenfalls als Wirtsmaterialien oder als Dotierungsmaterialien geeignet, wozu viele Beispiele in US-A-5,121,029 beschrieben werden. Geeignete Leuchtmaterialien (Wirtsmaterialien oder Dotierungsmaterialien) können die allgemeinen Formeln (H) oder (I) aufweisen: X-CH=CH-Y-CH=CH-Z (H) X-(CH=CH)n-Z (I)wobei:
    X und Z unabhängig voneinander für eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe stehen oder für einen substituierten oder unsubstituierten aromatischen Ringkomplex mit einem Stickstoffatom;
    n für 1, 2 oder 3 steht; und
    Y steht für eine zweiwertige aromatische Gruppe oder einen zweiwertigen aromatischen Ringkomplex mit einem Stickstoffatom. Geeignete Beispiele sind u.a. 1,4-Bis(2-Methylstyrol)-Benzen, 4,4'-(9,10-Anthracendiyldi-2,1-Ethendiyl)Bis(N,N-Bis(4-Methylphenyl)-Benzenamin, 4,4'-(1,4-Naphthalendiyldi-2,1-Ethendiyl)Bis(N,N-Bis(4-Methylphenyl)-Benzenamin und 4,4'-(1,4-Phenylendi-2,1-Ethendiyl)Bis(N,N-(4-Tolyl))Benzenamin.
  • Das Dotierungsmittel ist derart ausgewählt, dass es eine Emission zwischen 300 und 1700 nm erzeugt. Das Dotierungsmittel ist aus fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Farbstoffen auswählbar. Geeignete fluoreszierende Dotierungsmittel sind Materialien, die zuvor als Wirtsmaterialien beschrieben wurden. Weitere geeignete fluoreszierende Dotierungsmittel sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Derivate von substituiertem oder unsubstituiertem Anthracen, Tetracen, Xanthen, Perylen, Rubren, Coumarin, Rhodamin und Chinacridon, Dicyanmethylenpyranverbindungen, Thiopyranverbindungen, Polymethinverbindungen, Pyrilium- und Thiapyriliumverbindungen, Fluorenderivate, Periflanthenderivate, Indenperylenderivate, Bis(azinyl)aminborverbindungen, Bis(azinyl)methanverbindungen, Napthyridin, Fluoranthen, Furan, Indol, Thiaphen, Benzoxanthen, Pyren, Peropyren, Terphenyl, Quaterphenyl, Chinquephenyl, Sexiphenyl, Anthanthren, Bisanthrenverbindungen, N,N,N',N'-tetrasubstituierte Benzidenderivate, N,N,N',N'-Tetrarylbenzidenderivate und Carbostyrolverbindungen oder Kombinationen daraus. Derivate dieser Materialklassen können auch als geeignete Wirtsmaterialien oder Kombinationen daraus dienen. Wirtsmaterialien sind häufig Verbindungen, die mindestens drei Phenylenreste enthalten.
  • Geeignet sind beispielsweise, aber nicht abschließend folgende Dotierungen:
    Figure 00210001
    Figure 00220001
    Figure 00230001
    Figure 00240001
    Figure 00250001
  • Andere Leuchtmaterialien beinhalten verschiedene heterozyklische optische Aufheller, wie in US-A-4,539,507 beschrieben.
  • Das Leuchtmaterial kann auch ein Polymermaterial sein, eine Mischung aus zwei oder mehr Polymermaterialien oder ein dotiertes Polymer oder eine Polymermischung. Das Leuchtmaterial kann zudem eine Kombination aus mehr als einem nicht polymeren und polymeren Material mit oder ohne Dotierungsmittel sein. Typische Dotierungsmittel wurden zuvor für nicht polymere Moleküle aufgelistet. Nicht polymere Dotierungsmittel können molekular in dem polymeren Wirtsmaterial dispergiert sein, oder die Dotierung kann dem Wirtspolymer durch Copolymerisation einer kleineren Komponente zugesetzt werden. Typische Polymermaterialien sind beispielsweise, aber nicht abschließend, substituierte oder unsubstituierte Poly(p-phenylenvinylen)derivate (PPV-Derivate), substituierte oder unsubstituierte Poly(p-Phenylen)derivate (PPP-Derivate), substituierte oder unsubstituierte Polyfluorenderivate (PF-Derivate), substituiertes oder unsubstituiertes Poly(p-pyridin), substituierte oder unsubstituierte Poly(p-Pyridalvinylen)derivate und substituierte oder unsubstituierte Poly(p-Phenylen)leiter- und Stufenleiterpolymere sowie Copolymere davon, wie von Diaz-Garcia et al. in US-A-5,881,083 und den darin genannten Quellen beschrieben. Die Substituenten umfassen beispielsweise, aber nicht abschließend, Alkyle, Cycloalkyle, Alkenyle, Aryle, Heteroaryle, Alkoxy, Aryloxys, Amin, Nitro, Thio, Halo, Hydroxy und Cyan. Typische Polymere sind Poly(p-Phenylenvinylen), dialkyl-, diaryl-, diamin- oder dialkoxysubstituiertes PPV, monoalkyl-monoalkoxy-substituiertes PPV, monoaryl-substituiertes PPV, 9,9'-Dialkyl oder diarylsubstituiertes PF, 9,9'-monoalky-monoaryl-substituiertes PF, 9-Monoalky oder arylsubstituiertes PF, PPP, dialkyl-, diamin-, diaryl- oder dialkoxysubstituiertes PPP, monoalkyl-, aryl-, alkoxy- oder amin-substituiertes PPP. Außerdem sind Polymermaterialien verwendbar, wie Poly(N-Vinylcarbazol) (PVK), Polythiophene, Polypyrrol, Polyanilin und Copolymere, wie Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(4-Styrolsulfonat), auch als PEDOT/PSS bezeichnet.
  • Die zuvor genannten organischen Materialien werden durch Sublimation aufgebracht, können aber auch aus einem Lösungsmittel mit einem optionalen Bindemittel zur Verbesserung der Filmbildung aufgebracht werden. Wenn das Material polymer ist, wird die Aufbringung aus einem Lösungsmittel bevorzugt. Das Material kann durch Sublimation aus einem Sublimatorschiffchen aufgedampft werden, das oft ein Tantalmaterial umfasst, wie beispielsweise in US-A-6,237,529 beschrieben, oder es kann zunächst auf eine Geberfolie aufgetragen und in Substratnähe sublimiert werden. Schichten, die eine Materialmischung enthalten, können separate Sublimatorschiffchen verwenden, oder die Materialien können vorgemischt und aus einem einzelnen Schiffchen oder einer Geberfolie aufgetragen werden. Der strukturierte Auftrag lässt sich mithilfe von Schattenmasken, integrierten Schattenmasken ( US-A-5,294,870 ), räumlich definierter thermischer Farbstoffübertragung aus einer Geberfolie ( US-A-5,688,551 ; US-A-5,851,709 und US-A-6,066,357 ) sowie im Tintenstrahlverfahren ( US-A-6,066,357 ) aufbringen.
  • Die meisten organischen Laservorrichtungen sind gegenüber Feuchtigkeit oder Sauerstoff empfindlich, so dass sie üblicherweise in einer inerten Atmosphäre, wie Stickstoff oder Argon, versiegelt werden. Trockenmittel, wie Aluminiumoxid, Bauxit, Calciumsulfat, Tone, Kieselgel, Zeolite, Alkalmetalloxide, Alkalierdmetalloxide, Sulfate oder Metallhalogenide und Perchlorate, können in die versiegelte Vorrichtung eingebracht werden. Verfahren zur Kapselung und Trocknung werden beispielsweise, aber nicht abschließend, in US-A-6,226,890 beschrieben. Zudem sind Sperrschichten, wie SiOx, Teflon und abwechselnd anorganische/polymere Schichten in der Kapselungstechnik bekannt.
  • Für die Abstandsschicht 170 wird vorzugsweise ein Material verwendet, das sowohl gegenüber der Laseremission 190 als auch gegenüber dem Pumpstrahl 180 hoch transparent ist. In diesem Ausführungsbeispiel wurde 1,1-Bis-(4-Bis(4-Methylphenyl)-aminphenyl)-cyclohexan (TAPC) als Abstandsmaterial gewählt, da es eine sehr niedrige Absorption im gesamten sichtbaren und nahen UV-Spektrum aufweist und da dessen Brechungsindex etwas niedriger als der der meisten organischen Wirtsmaterialien ist. Diese Brechungsindexdifferenz ist nützlich, da sie dazu beiträgt, die Überlagerung zwischen den Wellenbäuchen der elektrischen Steh wellen und dem oder den periodischen Verstärkungsbereich(en) 160 zu maximieren. Neben organischen Abstandsmaterialien kann die Abstandsschicht 170 auch aus anorganischen Materialien zusammengesetzt sein, wie SiO2, da es eine niedrige Absorption aufweist und sein Brechungsindex kleiner als der von organischen Wirtsmaterialien ist. Bei Verwendung anorganischer Abstandsschichten können die Materialien entweder durch thermische Aufdampfung oder durch Elektronenstrahlabscheidung bei niedrigen Abscheidungstemperaturen (ca. 70°C) aufgebracht werden.
  • Im Anschluss an den aktiven Bereich 130 wird der obere dielektrische Stapel 140 aufgebracht. Der obere dielektrische Stapel 140 ist zum unteren dielektrischen Stapel beabstandet und gegenüber Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich reflektierend. Die Zusammensetzung ist analog zu der des unteren dielektrischen Stapels. Da der obere dielektrische Stapel 140 über einem Aktivbereich aufgebracht ist, der organische Bestandteile enthält, muss dessen Abscheidungstemperatur niedrig sein, um ein Schmelzen der organischen Bestandteile zu vermeiden. Eine typische Abscheidungstemperatur für den oberen dielektrischen Stapel 140 beträgt daher 70°C. Um eine gute Laserleistung zu erzielen, sollte die Spitzenreflexion des oberen dielektrischen Stapels und des unteren dielektrischen Stapels größer als 99% sein, wobei kleinere Werte zu größeren Laserzeilenbreiten führen.
  • Die zweidimensionale Laser-Array-Vorrichtung 100 wird optisch von einer Pumpstrahllichtquelle 180 angesteuert und strahlt eine Laserstrahlung 190 ab. Je nach Laserleistungsdichteschwelle der organischen Laserkavität kann der Pumpstrahl entweder fokussiertes Laserlicht oder inkohärentes LED-Licht sein. 1 zeigt die Laseremission 190 durch das Substrat 110. Alternativ hierzu könnte die Laserstruktur optisch durch das Substrat 110 gepumpt werden, wobei bei einem entsprechenden Entwurf der Reflexionseigenschaften des dielektrischen Stapels die Laseremission 190 durch den oberen dielektrischen Stapel 140 erfolgt. Im Falle eines opaken Substrats (z.B. Silicium) erfolgt sowohl das optische Pumpen als auch die Laseremission durch den oberen dielektrischen Stapel 140. Der Betrieb der optisch gepumpten, organischen Laser-Array-Vorrichtung erfolgt mithilfe folgender Mittel. Der Pumpstrahl 180 tritt durch den oberen dielektrischen Stapel 140 und wird von den periodischen Verstärkungsbereichen 160 absorbiert, worin ein Teil der Pumpstrahlenergie als Laserlicht mit längerer Wellenlänge reemittiert wird. Wenn der Pumpstrahl 180 durch den oberen dielektrischen Stapel 140 tritt, ist es notwendig, dass der Spitzenreflexionsgrad des oberen dielektrischen Stapels so gewählt wird, dass er größer als der Spitzenreflexionsgrad des unteren dielektrischen Stapels ist, um zu gewährleisten, dass die Laserausgabe 190 vorwiegend durch das Substrat 110 tritt. Um den Energieumwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern, ist es üblich, zusätzliche dielektrische Schichten zu beiden dielektrischen Stapeln hinzuzufügen, so dass der erste Teil des unteren dielektrischen Stapels 120 gegenüber dem Pumpstrahl 180 hoch reflektierend ist, und dass der obere dielektrische Stapel 140 gegenüber dem Pumpstrahl hoch durchlässig ist. Das Laserlicht wird von den Laserpixeln 200 abgestrahlt.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der obere dielektrische Stapel 140 durch Aufbringen einer reflektierenden Metallspiegelschicht ersetzt. Typische Metalle sind Silber oder Aluminium mit einem Reflexionsgrad von über 90%. Vorzugsweise werden die Metalle durch thermische Vakuumaufdampfung aufgebracht, um eine Beschädigung der darunter liegenden organischen Schichten zu vermeiden. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel würden der Pumpstrahl 180 und die Laseremission 190 durch das Substrat 110 treten. Neben dieser Änderung sind die Schichtenstruktur und der Betrieb der Laser-Array-Vorrichtung analog zu dem Fall, bei dem beide Spiegel aus mehrschichtigen dielektrischen Stapeln zusammengesetzt sind.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung ist eine Abwandlung der in 1 gezeigten. In 1 wird der zweite Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 direkt auf dem geätzten Bereich 150 gezüchtet. Daher wird der Stapel auf einer nicht ebenen (welligen) Oberfläche aufgebracht. Für bestimmte mehrschichtige Stapelkombinationen, wie TiO2-SiO2, kann die Aufbringung auf einer welligen Oberfläche zu einem Stengelwachstum der Stapel führen. Daher treten höhere Streuverluste im zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 auf. Um dieses Problem zu lösen, wird die geätzte Fläche des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 durch eine Planarisierungsebene 155 planarisiert, bevor der zweite Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 aufgebracht wird. Ein Ausführungsbeispiel der Planarisierungsebene 155 ist Polyimid für mehrschichtige Stapelsysteme aus Ta2O5-SiO2 oder TiO2-SiO2. Nach Ausbildung der geätzten Bereiche 150 werden 2 bis 3 μm Polyimid auf der Oberfläche des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 durch Schleudergießen aufgebracht und dann bei Temperaturen zwischen 180 und 250°C eingebrannt. Dann wird das Polyimid anhand chemisch-mechanischer Poliertechniken (CMP), die in der Technik bekannt sind, mit der Oberfläche des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 an den Positionen der Laserpixel 200 bündig (oder bis wenige zehntel Nanometer) poliert. Wegen der großen Differenz der Poliergeschwindigkeiten von Polyimid und Oxiden in üblichen CMP-Poliermitteln ist es am einfachsten, den Poliervorgang zu stoppen, wenn er gerade damit anfangt, die Oxidschichten an den Positionen der Laserpixel 200 abzutragen. Ein zweites Ausführungsbeispiel der Planarisierungsebene 155 ist SiO2 für mehrschichtige Systeme dielektrischer Stapel aus Ta2O5-SiO2. In diesem Fall ist die obere Schicht des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 eine dünne Schicht aus Si3N4. Das Siliciumnitrid kann durch chemisches Aufdampfen (CVD) in einem Temperaturbereich von 300–400°C und in einem Dickenbereich von 10 bis 200 nm aufgebracht werden. Nach der Ausbildung des geätzten Bereichs 150 (an dem die Ätzung durch die Nitridschicht und 1 bis 2 Perioden des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 tritt), wird die Planarisierungsebene 155 aus SiO2 mit einer Dicke von 0,75 bis 2,0 μm entweder durch CVD oder thermisches Aufdampfen aufgebracht. Wie bei dem Ausführungsbeispiel mit Polyimid wird eine chemisch-mechanische Poliertechnik (CMP) mit einem anderen üblichen Poliermittel verwendet, um das SiO2 bündig (oder bis wenige zehntel Nanometer) mit der oberen Siliciumnitridschicht zu polieren. Um eine Polierselektivität von mehr als 3,5:1 zu erzielen, wird auch hier der Poliervorgang gestoppt, sobald ein Abtragen der obersten Siliciumnitridschicht einsetzt. Ein drittes Ausführungsbeispiel der Planarisierungsebene 155 ist Polymethylmethacrylat (PMMA) für ein beliebiges mehrschichtiges System mit dielektrischem Stapel. In diesem Fall wird PMMA über die geätzte Oberfläche des ersten Teils des unteren dielektrischen Stapels 120 mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 3,0 μm im Schleudergießverfahren aufgetragen und anschließend in herkömmlicher Weise bei 150 bis 220°C eingebrannt. Mit einem Rasterelektronenmikroskop angefertigte Bilder zeigen, dass ein Verhältnis der PMMA-Dicke zur Ätztiefe eine Planarität der PMMA-Oberfläche ergibt. Neben diesen drei Ausführungsformen der Planarisierung sind weitere Verfahren möglich, wie von einschlägigen Fachleuten praktiziert. Zusammenfassend ist zu sagen, dass das Einfügen der Planarisierungsebene 155 nach Herstellung der geätzten Bereiche 150 und vor Aufbringen des zweiten Teils des unteren dielektrischen Stapels 125 einen geringeren Streuverlust im Aktivbereich 130 und in dem unteren und oberen dielektrischen Stapel sowie einen größeren Energieumwandlungswirkungsgrad bewirkt.
  • Die folgenden Beispiele werden zum weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung beschrieben und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
  • Beispiel 1
  • Um die Lasereigenschaften der zweidimensionalen Laser-Arrays aus 1 und 2 zu bestimmen, wurden Laserstrukturen auf vorgereinigten 6-Zoll-Quarzsubstraten (15,24 cm) aufgebracht. Über dem Substrat wurde mittels konventioneller Elektronenstrahlabscheidung der erste Teil des unteren dielektrischen Stapels 120 aufgebracht, der aus abwechselnden Schichten mit großem und kleinem Brechungsindex aus TiO2 bzw. SiO2 (insgesamt 5 Schichten) bestand. Die Viertelwellenlängen von TiO2 und SiO2 wurden auf eine Laserwellenlänge von 560 nm ausgelegt. Dann wurden übliche Photolithographietechniken verwendet, um den ersten Teil des unteren dielektrischen Stapels 120 so zu strukturieren, dass ein zweidimensionales quadratisches Array aus 3 μm großen kreisförmigen Pfeilern mit einem Kante-Kante-Abstand von 0,5 μm entstand. Ein konventionelles fluorbasiertes Trockenätzmittel wurde benutzt, um die Interpixelbereiche 210 in einer Tiefe von 155 nm zu ätzen. Nach dem Ätzen wurde der zweite Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 durch Elektronenstrahlabscheidung aufgebracht, und zwar ebenfalls abwechselnd aus Viertelwellenschichten aus TiO2 und SiO2. Der kombinierte erste und zweite Teil des unteren dielektrischen Stapels wies ein gemessenes Spitzenreflektionsvermögen von ca. 99,4% bei 560 nm auf. Über dem zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels 125 wurde durch thermisches Hochvakuumaufdampfen der Aktivbereich 130 aufgebracht, worauf in der genannten Reihenfolge 153 nm TAPC, 25 nm Alq mit 0,5% [10-(2-Benzothiazolyl)-2,3,6,7-Tetrahydro-1,1,7,7-Tetramethyl-1H,5H,11H-[1]Benzopyrano[6,7,8-ij]chinolizin-11-on] (C545T), 140 nm TAPC, 25 nm Alq mit 0,5% C545T und 153 nm TAPC gezüchtet wurden. Zuletzt wurde der obere dielektrische Stapel 140 mittels Elektronenstrahlabscheidung bei niedrigen Temperaturen aufgebracht, so dass die gemessene Temperatur des Quarzsubstrats unter 72°C blieb. Sie setzte sich aus wechselnden Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex aus TiO2 bzw. SiO2 zusammen. Der resultierende Spiegel des oberen dielektrischen Stapels wies einen gemessenen Spitzenreflexionsgrad von ca. 99,98% bei 560 nm auf.
  • Um die Vorrichtung auf ihre Spektraleigenschaften zu testen, wurde das Laser-Array mit einer Nichia-Laserdiode mit 5 mW Leistung und einer Wellenlänge von 405 nm (bei Normaleinfall auf den oberen dielektrischen Stapel 140) optisch gepumpt, wie in 1 gezeigt. Der Pumplaser erzeugte Laserimpulse von 50 ns bei einer Frequenz von 50 kHz. Die Pumpstrahlintensität wurde durch Kombination von zwei Neutraldichterädern eingestellt und auf die Oberfläche der Laserkavitäten mittels einer Linse mit 1000 mm Brennweite fokussiert. Die gemessene resultierende Punktgröße des Pumpstrahls 180 der Vorrichtungsfläche betrug 177 × 234 μm. Die Laserausgabe 190 der Kavität wurde auf den Eintrittsschlitz eines JY-Horiba-Doppelmonochromators (0,55 m) durch Kombination einer 35 mm/F2-Linse und einer zum Schlitz gelegenen 100 mm/F4-Linse fokussiert (was eine 2,9-fache Vergrößerung des Laser-Nahfeldbildes bewirkt). Die Auflösung des Monochromators betrug ca. 0,08 nm; die Ausgabe wurde mit einer gekühlten Hamamatsu-Photovervielfacherröhre gemessen.
  • 4 zeigt das Laserspektrum, das von der Linse mit einer numerischen Apertur von 0,36 gesammelt wurde, wobei die beiden Neutraldichteräder so eingestellt wurden, dass der Pumpstrahl 180 eine Leistungsdichte an der Oberfläche der Vorrichtung von 0,042 W/cm2 erzeugte. Die Vorrichtung hatte zwei Hauptlaserspitzen, nämlich den primären Mode bei 556,3 nm und den sekundären Mode bei 552,5 nm, deren volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) 0,46 bzw. 0,52 nm betrug. Kleinere Laserspitzen höherer Ordnung lagen zudem bei 547,4, 545,2, 541,9 und 539,1 nm. Zwischen den Laserspitzen war der Rauschpegel niedrig (23 dB unter dem Spitzenwert des primären Lasermode). Die Analyse zeigt, dass der primäre Mode durch Laserbetrieb innerhalb desselben Pixels erzeugt wird, während der Lasermode für die zweite Spitze (höherer Ordnung) aus der Vorrichtung in einem Winkel austritt, und zwar aufgrund der Tatsache, dass der Lasermode über die Struktur hinweggeht und aufgrund der Reflexion der Vielzahl benachbarter Pixel. Im Vergleich mit analogen Vorrichtungen, bei denen die geätzten Bereiche 150 zum Aktivbereich 130 benachbart sind, wird die integrierte Energie aus den Lasermoden aus 4 um ca. einen Faktor von 2,2 verstärkt. Das Vergraben der geätzten Bereiche 150 in dem unteren dielektrischen Stapel bewirkt somit reduzierte Streuverluste und bessere Energieumwandlungswirkungsgrade.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind nachfolgend aufgeführt.
  • Verfahren, worin die Abstandsschicht SiO2 enthält.
  • Verfahren, worin die Beabstandung zwischen den Pixeln im Bereich von 0,25 bis 4 μm liegt.
  • Verfahren, worin der Aktivbereich polymere Materialien umfasst.
  • Verfahren, worin die Pixel in einem linearen Array angeordnet sind.
  • Verfahren, worin die Pixel in einem periodischen, zweidimensionalen Array angeordnet sind.
  • Verfahren zur Herstellung einer organischen Vertical-Cavity-Laserarray-Vorrichtung mit folgenden Schritten:
    • a) Bereitstellen eines Substrats;
    • b) Bereitstellen eines ersten Teils eines unteren dielektrischen Stapels, der über einen vorbestimmten Wellenlängenbereich lichtreflektierend ist und über dem Substrat angeordnet ist;
    • c) Ausbildung eines geätzten Bereichs in der oberen Fläche des ersten Bereichs des unteren dielektrischen Stapels zur Bildung eines Arrays aus beabstandeten Laserpixeln, die einen höheren Reflexionsgrad als die Zwischenpixelbereiche aufweisen;
    • d) Ausbilden eines zweiten Bereichs des unteren dielektrischen Stapels über dem geätzten ersten Bereich;
    • e) Ausbilden eines Aktivbereichs über dem zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels zur Erzeugung von Laserlicht; und
    • f) Bereitstellen einer metallischen Schicht über dem Aktivbereich und beabstandet zum unteren dielektrischen Stapel und gegenüber Licht reflektierend.
  • Verfahren mit dem Schritt des Ausbildens einer Planarisierungsebene zwischen dem ersten und zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels.
  • Verfahren, worin die Planarisierungsebene ein Polyimid oder SiO2 umfasst und mithilfe eines chemisch-mechanischen Poliersystems ausgedünnt wird.
  • Verfahren, worin die Planarisierungsebene Polymethylmethacrylat umfasst.
  • Verfahren, worin der Aktivbereich einen oder mehrere periodische Verstärkungsbereiche und Abstandsschichten umfasst, die auf einer der Seiten des periodischen Verstärkungsbereichs oder der periodischen Verstärkungsbereiche so angeordnet sind, dass der periodische Verstärkungsbereich oder die periodischen Verstärkungsbereiche auf die Wellenbäuche des elektromagnetischen Stehwellenfeldes der Vorrichtung ausgerichtet ist bzw. sind.
  • Verfahren, worin Pumpstrahllicht übertragen und in den Aktivbereich durch mindestens einen der dielektrischen Stapel eingebracht wird.
  • Verfahren, worin der periodische Verstärkungsbereich oder die periodischen Verstärkungsbereiche eine Kombination eines Wirtsmaterials und eines Dotierungsmittels ist bzw. sind und worin die Abstandsschicht gegenüber Pumpstrahllicht und Laserlicht im Wesentlichen transparent ist.
  • Verfahren, worin das Wirtsmaterial Aluminiumtris(8-Hydroxychinolin) und das Dotierungsmittel [4-(Dicyanmethylen)-2-t-Butyl-6-(1,1,7,7-Tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran] ist.
  • Verfahren, worin die Abstandsschicht 1,1-Bis-(4-Bis(4-Methylphenyl)-Aminphenyl)-Cyclohexan umfasst.
  • Verfahren, worin die Abstandsschicht SiO2 enthält.
  • Verfahren, worin die Beabstandung zwischen den Pixeln im Bereich von 0,25 bis 4 μm liegt.
  • Verfahren, worin der Aktivbereich polymere Materialien umfasst.
  • Verfahren, worin die Pixel in einem linearen Array angeordnet sind.
  • Verfahren, worin die Pixel in einem periodischen, zweidimensionalen Array angeordnet sind.
  • Verfahren, worin die Pixel beliebig in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer organischen Vertical-Cavity-Laserarray-Vorrichtung mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Substrats [110]; b) Bereitstellen eines ersten Teils eines unteren dielektrischen Stapels [120], wobei der erste Teil über einen vorbestimmten Wellenlängenbereich lichtreflektierend und über dem Substrat [110] angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: c) Ausbilden eines geätzten Bereichs [150] in der oberen Fläche des ersten Bereichs des unteren dielektrischen Stapels [120] zur Bildung eines Arrays aus beabstandeten Laserpixeln [200], die ein höheres Reflexionsvermögen als die Zwischenpixelbereiche [210] aufweisen; d) Ausbilden eines zweiten Bereichs des unteren dielektrischen Stapels [125] über dem geätzten Bereich [150]; e) Ausbilden eines Aktivbereichs [130] über dem zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels [125] zur Erzeugung von Laserlicht; und f) Ausbilden eines oberen dielektrischen Stapels [140] über dem Aktivbereich [130], der zu dem unteren dielektrischen Stapel beabstandet ist und Licht über einen vorbestimmten Wellenlängenbereich zu reflektieren vermag.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Ausbildens einer Planarisierungsebene [155] zwischen dem ersten und zweiten Teil des unteren dielektrischen Stapels.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Planarisierungsebene [155] ein Polyimid oder SiO2 umfasst und mithilfe eines chemisch mechanischen Poliersystems ausgedünnt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Planarisierungsebene [155] Polymethylmethacrylat umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Aktivbereich [130] einen oder mehrere periodische Verstärkungsbereiche [160] und Abstandsschichten [170] umfasst, die auf einer der Seiten des periodischen Verstärkungsbereichs oder der periodischen Verstärkungsbereiche [160] so angeordnet sind, dass der periodische Verstärkungsbereich oder die periodischen Verstärkungsbereiche [160] auf die Wellenbäuche des elektromagnetischen Stehwellenfeldes der Vorrichtung ausgerichtet ist bzw. sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin Pumpstrahllicht [180] übertragen und in den Aktivbereich [130] durch mindestens einen der dielektrischen Stapel eingebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, worin der periodische Verstärkungsbereich oder die periodischen Verstärkungsbereiche [160] eine Kombination eines Wirtsmaterials und eines Dotierungsmittels ist bzw. sind und worin die Abstandsschicht [170] gegenüber Pumpstrahllicht [180] und Laserlicht im Wesentlichen transparent ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Wirtsmaterial Aluminiumtris(8-Hydroxychinolin) und das Dotierungsmittel [4-(Dicyanmethylen)-2-t-Butyl-6-(1,1,7,7-Tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran] ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Abstandsschicht [170] 1,1-Bis-(4-Bis(4-Methylphenyl)-Aminphenyl)-Cyclohexan umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Pixel in einem zweidimensionalen Array zufällig angeordnet sind.
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