TWI314799B

TWI314799B - Organic laser having improved linearity

Info

Publication number: TWI314799B
Application number: TW092136584A
Authority: TW
Inventors: Keith Brian Kahen; John Andrew Lebens
Original assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2009-09-11
Also published as: EP1450456A3; CN1523719A; CN100350687C; EP1450456A2; KR20040074963A; JP2004253803A; US6870868B2; CN101017958A; US20040161004A1; TW200425604A

Description

1314799 玖、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於有機雷射，其具有做為輸入功率之函數之改良線性。【先前技術】基於無機半導體（例如，砷化鋁鎵）之垂直共振腔面射型雷射（VCSELs)自從80年代中即已經發展（K. Kinoshita以及其他 ’ IEEE，量子電子學期刊（J. Quant. Electron.)，QE-23， 882 [1987])。其達到砷化鋁鎵基VCSELs以850奈米發射的程度，並且由一些公司製造並具有超過10〇年的壽命（KD.

Choquette及其他，：[EEE會議記錄（proc. IEEe)85 ’ 1730 [1997])。隨著這些近紅外線雷射的成功，近幾年注意力轉向用來產生可見光波長範圍内的VCSELs發射之其他無機材料系統（C. Wilmsen及其他，垂直共振腔面射型雷射，劍橋大學通訊，劍橋，2001)。可見光雷射有許多潛在應用，例如’顯示器、光學储存讀/寫、雷射印刷、以及應用塑勝光纖的短距電子通訊（τ. Ishigure及其他，電子通信（Electr〇n.

Lett.)31 ’ 467 [1995])。儘管有遍及全球之許多產業及學術實驗室的努力’要創造出產生橫跨可見光譜之光線輸出之可見光雷射二極體⑶非邊射龍是VcSELs)仍有許多留待完成的工作。在製造可見光波長VCSELS之努力中’放棄無機基 (in〇rganiC-baSed)系統並聚焦在有機基雷射系統會是有利的’因為在可見光譜中，有機基增益材料（㈣她他）

O:\90\90356.DOC 1314799 可子叉一些超出無機基增益材料的優勢。例如，典型的有機基增料料具有低的無泵激散射（unpumped⑽⑻邮/ π損失寿同里子效率。與無機雷射系統相較，有機雷射 j製造上是相對不昂貴的，可以製作為在遍及整個可:光範圍中發Μ卩以縮放成任意尺寸，最重要的是，可以從 :單晶片發射出多重波長（例如紅色、、綠色、和藍色）。過去成年來，對於製造有機基固態雷射有漸增的興趣。雷射增益材料若非高分子就是小分子，並且應用—些不同的共^ 腔結構，例如，微共振腔（Kozlov及其他，美國專利第 6’16〇,828號）、波導、環微雷射（咖吕以⑽⑹⑷、分散反饋式（chstnbuted feedback)(也參見’例如，G_心抓以服以“ 及其他，物理發展通訊（Rep pr〇g phys ) 63，729 [2⑼ 以及M. Diaz-Garcia及其他，美國專利第5,881，〇83號）。所有這些結構的一個問題是，為了達到放光，需要利用使用另個雷射源之光泵激（optical pumping)來刺激該共振腔。但非常傾向於電泵激該雷射共振腔，因為這通常會導致更緊密且更容易調整的結構。達到電泵激有機雷射的主要障礙是有機材料的小載子遷移率，其通常在1〇-5 cm2/(v_s)等級。此種低載子遷移率會導致卉多問。具有低載子遷移率的裝置通常限於使用薄層以避免大的電壓降和電阻加熱。這些薄層導致雷射放光態（lasing mode)滲透進入有損耗的（lossy)陰極和陽極，這造成放光門限（lasing threshold)的大幅度增加（v.G. Kozlov及其他’應用物理期刊（J. Appl. Phys)，84’ 4096 [1998])。因

O:\90\90356.DOC 1314799 為有機材料中的電子電洞再結合係由仁吉曼異娃a

(Appl. Phys. Lett), 74, 2764 [1999]) 〇 /、他，應用物理摘要。假設雷射裝置有5°/〇的㈣量子效率（internal q_tum郝仏㈣），使用迄今記述最低之〜1GG瓦/平方公分的放光門限（Μ· &娜加及其他，自然雜諸（Nature)389, 466, [1997]),並忽略上述的損失機制，會使電泵激放光門限有1000安培/平方公分的的下限。加上這些損失機制會使放光門限遠超過1〇〇〇安培/平方公分，这疋截至目前為止記述的最高電流密度，其可由有機裝置支持（N. Tessler，先進材料（Adv Mater)19, 64 [1998])。有機雷射相對於電泵激之另一種選擇是利用非同調光源的光泵激，例如，發光二極體（LEDs)，無機的（M D. McGehee 及其他，應用物理摘要（Appl. Phys. Lett)72，1536 [1998]) 或有機的（Berggren及其他，美國專利第5,881，〇89號）。此可能性是在放光波長處具有顯著降低之組合散射和吸收損失 (〜0.5 cm )之未泵激雷射系統的結果，特別是在使用宿主摻質（host-dopant)結合做為主動媒介時。甚至利用這些微小損失，迄今記述最小之根據一波導雷射設計之有機雷射之光泵激門限疋100瓦/平方公分（M. Berggren及其他，自然雜諸 (NatUre)389, 466 [1997])。因為現有的無機LEDsX能提供上至〜20瓦/平方公分的功率密度，必須採用不同途徑來為

O:\90\90356.DOC 1314799 用非同1^之光泵激做準備。此外為了降低放光Η限’ $選擇一種可最小化增益詈一 6、 j化μ里之結構，— VCSEL基之微共振腔替射滿足此標準。播用V P Q p τ 旱使用VCSEL基之有機雷射共振腔應該可以使光泵激功率密度門限低於5瓦/平方公分。因此，實 :的有機田射裝置可藉由以多種可輕易取得的、非同調的光源將其光泵激來驅動，例如LEDs。高度期望擁有-種可產生做為增加之功率密度之函數之直線性雷射光輸出之有機雷射。不幸地，對於實際的有機基VCSEL裝置來說，如圖丨所示，雷射光輸出隨著泵激束功率密度呈非直線性改變。用來產生數據之mm雷射共振腔係由—氧化鈦以及二氧化矽之23層底部介電堆疊 (99.3%的反射峰值在56〇奈求處）、—〇 496微米厚之週期增益（penodic gain)(c〇rzine及其他，压邱量子電子學期刊（了 QUam.Electron.)25，1513[1989])主動區域、以及一二氧化鈦以及二氧化石夕之29層頂部介電堆疊（99 98%的反射峰值在560奈米處）構纟。該週期增益主動區域包含兩層請$微米厚的摻雜有〇.5%之[1〇_(2_苯并嘆。坐基…人厂四氫 ’ ’ ’7四甲基-1H，5H，11H-[1]苯并哌喃[6,Ή]喹畊_u_ (C545T)，亚且利用1,1_雙_(4'雙（4_甲基苯基）—胺-苯基）環己烧（TAPC)層I隔離之銘參（8_經基啥琳，q卜該泵激 =係來自脈衝速率（repetltl〇n)為5千赫並且脈衝寬度為奈秒之4〇3奈米5豪瓦曰亞公司（Nichia)雷射二極體之聚焦輸出，、中其功率密度隨著兩個S學渡光片旋轉器（filter wheels)的使用而改變。除了雷射輸出功率的飽和，有機

O:\90\90356.DOC 1314799 VCSEL雷射裝置也顯規屮+ …… 田射放射之光譜寬度隨著泵激束 η〜月特性，其係與線寬隨著泵激束功率岔度維持相對不蠻支之理想情況相反。結果在圖2_示出’其對上述裝置之雷4+ 之田射放射之光譜寬度的相對增加作圖。圖2之數據係藉由重建雷射輸出(利用5〇毫米聚集透鏡和⑽毫米聚焦透鏡）至JY 公司τε冷卻雙單光器 (0_55公尺長）上來獲得。【發明内容】本發明之-目的在於提供—種有機垂直共振腔雷射，其產生更為直線性的雷射輪屮塑虛田町掏出響應亚減少光譜線寬擴大的問題。已發現藉由在該週期增《域鄰近包含-導熱層，可顯著減少上述困難。’ 、這些目的係藉由一蘇古曰田種有機垂直共振腔雷射裝置來達成，其包含： a) —基板； )底電堆疊，其反射波長超過預定範圍的光線並且配置在該基板上； c) 一用來產生雷射光之有機主動區域； d) —頂部介電堆疊’其係與該底部介電堆疊隔開並且反射波長超過預定範圍的光線；以及 e) 一導熱透明層，配置在該底部介電堆疊和該有機主動區域之間或該頂部介電堆疊和該有機主動區域之間或兩者内。

O:\9O\90356.DOC -10- 1314799 本發明之-特徵在於藉由利用適當設置之有機垂直共振腔雷射内之導熱透明層，可在直線性雷射輸出響應上以及減少光譜頻寬擴大上達到顯著改進。【實施方式】圖3示出-垂直共振腔有機雷射裝置1〇之圖式。該基㈣可以是透光或不透光的，取決於光果激和雷射放射的預期方向。透光基板20可以是透明玻璃或塑膠。或者，不透光基板包含，但不限於，半導體材料（例如，石夕），或在光泵激和放射透過相同平面發生的情況下可使用陶究材料。該基 ^沈積有-底部介電堆疊3〇,接著是一導熱透明層&

…、、後沈積-有機主動區域4Q，接著是—頂部介電堆疊I 1 =㈣透過該基板2G和該底部介電堆疊％光學驅垂直共振腔有機雷射裝置1〇 ’ 王要由5亥有機主動區域 4〇吸收。該果激束的來源可以是不同調的，例如，來自發光二極體（LED)的放射。戋者， ~ 雷射光源。圖3示出來自，;匕該系激束可以源自-同調以叮來自该頂部介電堆疊5〇的雷射放射70。或者，可以精由對該介電堆疊反射比的適當雷射放射—輕激和該底部和㈣介料㈣㈣㈣沈積法來沈積，並且由莴巾白知電卞束成，例如’分別為二氣:：低係數的介電材料交錯構料，例如做為高係數層吏用/、他材五乳化二鈕。該底部介電堆疊30

O:\90\90356.DOC • 1J · 1314799 期間，

在本發明之另一實施例中該頂部介電堆疊係由一反射性金屬鏡面層的沈積層來取代。通常金屬是銀或銘，其在可見光波長範圍内具有超過90%的反射比。在此另一實施例中，該泵激束60和該雷射放射70會透過該基板2〇行進。該底部介電堆疊30和該頂部介電堆疊5〇兩者對波長超過預定範圍的雷射光有反射性。已由實驗發現為了得到半高寬 (FWHM)小於1奈米之放光峰值，傾向使該頂部和底部介電堆豎兩者在雷射放射波長處之反射比皆大於〜99%。在第一實施例中’該導熱透明層35係安置在該裝置1〇中鄰接於該有機主動區域4〇(以及該底部介電堆疊3〇)處，以幫助去除由光泵激該雷射結構所產生的不需要的熱。為了賦予有效率的熱去除，較佳地該導熱透明層3 5之導熱性比二氧化鈥和二氧化矽底部和頂部介電堆疊3 〇和5 〇的導熱性 (1-2 W/m-°K)大許多，並且更佳地大於1〇〇 w/m_〇K。該層的確實厚度取決於該材料之折射率，並且大約是〇.2微米。不傾向擁有厚度比0.2微米大許多的層，因為這會在該雷射的輸出功率光譜中造成額外的縱向共振模態（longitudinal mode)的產生；反之’較薄的層會導致對於散熱有較高耐熱性。因為該導熱透明層3 5係經安置於該雷射共振腔内部，較佳地該層在該雷射放射70和該泵激束60的波長處是可光學穿透的’以避免放光門限不必要地增加。因此，該導熱透 O:\90\90356.DOC -12- 1314799 明層35在該雷射放光波長和該泵激束6〇波長處的吸收係數應該是10 cm·1或更小的等級。組成該導熱透明層35之兩種較佳材料是碳化矽（Sic)和類鑽奴（DLC) ’因為兩者皆結合了良好的光譜之可見光範圍内之光學穿透性以及絕佳的導熱性。碳化矽和類鑽碳可利用電漿輔助化學氣相沈積法或離子束輔助濺鍍法來沈積。在350-400°C之基板溫度下利用電漿辅助化學氣相沈積法沈積的碳化石夕具有160 W/m-〇K的導熱性（Irace及其他， EUr〇sensorsXIIl國際研討會p8〇9 [B99])。類鑽碳薄膜可在從低於100°C至高於500°C範圍之基板溫度下利用電漿辅助化學氣相沈積法來沈積。該薄膜的導熱性隨著沈積溫度而增加’並且在100°C的基板沈積溫度下通常是15〇 ψ/ίη_〇κ。在此基板溫度範圍内沈積的薄膜是非晶型的。以較高溫度沈積，同時具有較高的導熱性，的薄膜在結構中是多晶型的，因此降低該薄膜的光學穿透性。此外，該導熱透明層35也可安置在該有機主動區域4〇和該頂部介電堆疊50之間。在該有機主動區域4〇上方之層的沈積需要低沈積溫度，其不會對該有機主動區域4〇造成損傷，通常低於100°C。雖然獲得高導熱性層通常需要高沈積溫度（其會對該有機主動區域4〇造成損傷），但較低的沈積溫度是可能的，藉此該有機主動區域40保持不受損傷並且有作用，同時使該導熱透明層可以有一般的導熱性。類鑽碳已經在低至3(TC的溫度下利用電漿輔助化學氣相沈積法^ 積過。 O:\90\90356.DOC -13- 1314799 圖4係具有更詳細的有機主動區域40示圖之垂直共振腔有械雷射裝置10的側視圖式。該有機主動區域40包含一或夕個週期增益區域i00和配置在該等週期增益區域兩側，並且I過安排而使該等週期增益區域與該裝置之駐波電磁場之反節點（antinodes)對準之間隙層u〇。這在圖4中示出，其中簡要繪出該主動區域4〇内之該雷射之駐波電磁場圖案。 °亥（等）增盈區域的配置係利用光學之標準矩陣法來決定 (Corzine及其他，量子電子學期刊（j卩⑽加 1 5 13 [ 1989])。因為激發放射在該等反節點處最高並且在該電磁場的節點處可以忽略，如圖4所示般形成該主動區域4〇自然具有優勢。該等間隙層11()不會經歷激發或自發放射，亚且大部分不會吸收該雷射放射70或該泵激束60之波長。間隙層11 〇之一實施例係有機材料TApc。TApc做為間隙材料的作m因為其大部分不會吸收雷射輸出或栗激束 I且，此外，其折射率係比大部分的有機宿主材料低。此折射率差異是有m因為其幫助最大化該等電磁場反節點和該（等）週期增益區域10〇的重疊。在第二實施例中，該間隙層之有機材料係由一導熱材料來取代’例如碳化石夕或類鑽碳。如上所討論般，這些層基本上對於該雷射放射70和該泵激束6G之波長皆是透明的。此外，其面導熱性幫助將過量的熱從該等週期增益區域⑽ 散去。事實上，具有由導熱透明媒介構成的間隙層是高度預期的’因為不然的話熱就必須在抵達鄰接於該主動區域之該導熱透明層35之前先經過不良的導熱體，例如，

O:\90\90356.DOC -14- 1314799 T在圖3之第一實施例中所示者。由於使用碳化矽、類鑽碳、或一些其他的導熱透明媒介來做為間隙層材料，在該等週期增益區域1G〇内所產生的熱可以更快散去，這可以幫助產生更為直線性的雷射光輸出，並最小化雷射線寬的光 §晋擴大程度。除非另外特別註明，「取代的」或「取代基」等詞的使用表不任何基團或非氫的原子。此外，當使用「基團」一詞時，表示當一取代基團含有可取代的氫時，也傾向於不只包含該取代基之未取代型式，還有其進—步被任何取代基團或在此所提到的基團取代的型式，只要該取代基不會損毁裝置效用上需要的特性。適當地，—取代基團可以是齒素或可以利用碳、石夕、氧、氮、碌、硫 '石西、或蝴原子來與分子的其餘部分鍵結。該取代基可以是，例如，函素，例如氣、>臭或I ; 4基；超基；氰基；竣基；&可以進一步取代的基團’例如烧基’包含直或支鏈或環烷基，例如甲基、二鼠甲基、乙基、第三-丁基、3-(2,4-二-第三-戊基苯氧基）丙基、以及十四基；烯屬烴基，例如乙烯、2_丁基；烧氧基，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、2_甲氧乙氧基、第二-丁氧基、己氧基、2_乙基己氧基、十四氧基、 2-(2,4-二-第三-戊基苯氧基）乙氧基、以及2_十二氧基乙氧基；芳香基，例如苯基、4-第三_丁基苯基、2,4,6·三曱苯基、奈基·’芳香氧基，例如苯氧基、2_曱基苯氧基、α或冷萘氧基、以及4-甲苯氧基；碳酿胺基，％如乙酸胺基、笨酿胺基、丁酸胺基、十四醯胺基、^_(2,4_二_第三_戊基-笨氧

O:\90\90356.DOC -15- 1314799

Ν-乙酿基十二基胺基、 -十一基-2,5 -二氧- l-β米唾基、以及、乙氧羰基胺基、苯氧羰基胺基、苯甲氧羰基胺基、十六氧羰基胺基、2,4_二_第三_丁基苯氧羰基胺基、苯羰基胺基、2,5-(二-第三-戊基苯基）羰基胺基、對-十二基-苯羰基胺基、對_甲苯基羰基胺基、N_甲脲基、 Ν-十六脲基、Ν，Ν- Ν，Ν-二甲脲基、Ν_曱基_Ν_十二脲基、二十八脲基（N，N-dioctadecylureido)、Ν,Ν-二辛基-N，-乙脲基、Ν-苯脲基、ν，Ν-二苯脲基、Ν_苯基善對_甲苯脲基、 Ν-(間-十六基苯基）脲基、Ν，Ν_(2,5_二-第三_戊基苯基）_Ν,_ 乙脲基、以及第三-丁基碳醯胺基；確醯胺基，例如尹基石黃醯胺基、苯磺醯胺基、對-甲苯基磺醯胺基、對_十二苯磺醯胺基、Ν-甲基十四磺醯胺基、Ν,Ν_二丙基_胺磺醯基胺基、以及十六續醯胺基；胺確醢基，例如Ν-甲基胺確醯基、Ν-乙基胺磺醯基、Ν,Ν-二丙基胺磺醯基、Ν-十六基胺磺醯基、 Ν，Ν-二甲基胺磺醯基、Ν_[3_(十二氧基）丙基胺磺醯基、 Ν-[4-(2,4-二-第三-戊基苯氧基）丁基]胺磺醯基、Ν_甲基_Ν_ 十四基胺磺醯基；胺甲醯基，例如Ν_甲基胺甲醯基、Ν,Ν_ 一丁基月女甲醯基、Ν-十八基胺甲醯基、Ν-[4-(2,4-二-第三_ 戊基本氧基）丁基]胺甲酿基、Ν-甲基-Ν-十四基胺甲酿基、以及Ν，Ν-一辛基胺甲醯基；醯基，例如乙酿基、（2,4-二-第 O:\90\90356.DOC -16- 1314799 三-戊基苯氧基）乙醯基、苯氧羰基、對-十二氧基苯氧羰基、甲氧羰基、丁氧羰基、十四氧基羰基、乙氧羰基、苯甲氧羰基、3-十五氧基羰基、以及十二氧基羰基；磺醯基，例如曱氧石黃酿基、辛氧石黃酿基、十四氧基石黃醯基、2 -乙基己氧基-磺醯基、苯氧磺醯基、2,4-二-第三-戊基苯氧磺醯基、曱磺醯基、辛磺醯基、2-乙基己磺醯基、十二基磺醯基、十六基續酿基、苯續醢基、4 -壬基苯續酿基、以及對-曱苯磺醯基；續酸氧基，例如十二基續醯氧基、以及十六基石黃醯氧基；亞磺醯基，例如甲基亞磺醯基、辛基亞磺醯基、 2-乙基己基亞磺醯基、十二基亞磺醯基、十六基亞磺醯基、苯基亞磺醯基、4-壬基苯基亞磺醯基、以及對-曱苯基亞磺醯基；硫基，例如乙硫基、辛硫基、苯曱硫基、十四硫基、 2-(2,4-二-弟二-戍基苯氧基）乙硫基、苯硫基、2 -丁氧基-5-第三-辛基苯硫基、以及對-甲苯硫基；醯氧基，例如乙醯氧基、苯甲醯氧基、十八醯氧基、對-十二醯胺基苯曱醯氧基、 N-苯胺曱醯氧基、N-乙胺曱醯氧基、以及環己基羰氧基；胺，例如苯基苯胺基、2 -氯苯胺基、二乙胺、十二胺；亞胺基，例如1(N-苯亞胺基）乙基、N-琥珀醯亞胺醯基或3-苄基乙内醯脲基；磷酸酯（phosphate)，例如二曱基磷酸酯 (dime thy lphosphate) 以及乙基丁基填酸醋 (ethylbutylphosphate);亞石粦酸醋（phosphite)，例如二乙基及二己基亞填酸S旨（dihexylphosphite);雜環基、雜環氧基或雜環硫基，其中的每一個皆可被取代，並且包含一個由碳原子和至少一個係選自氧、ll、硫、鱗、或翊之3至7個 O:\90\90356.DOC -17- 1314799 組成部分的雜環，例如2_咬0南基 f或2-笨并，，一—:L ::::: =:鱗’例一—一甲: 若需要的話，該等取代其自直了其囿卡 +取代基自身可以進—步以所述的取代 =來取代—或多次。所使用的料取代基可以由熟習技 I者來選擇以達到-㈣應用所要求的特性，並且可以包二二如’拉電子基、供電子基、以及立體基（S㈣gr〇ups)。 * -個分子可能具有兩個或多個取代基時，該等取代基可以結合在—起而形成一個環，例如—稠合環（fused ring)，除非另外規定。通常上述基團及其取代基可以包含具有多至4山8個碳原子者，—蚊1至36個碳原子，並且通常低於24 個反原子，但較大數目是可能的，取決於所選之特定取代基二取代可以包含稠合環衍生物，例如，但不限於，苯并、二料、萘、或二萘并稠合之⑻―)衍生物。這些稠合環衍生物也可以進一步被取代。該放射性材料，或週期增益區域100,可由單一種宿主材料構成，但更常見的是由摻雜有一種客體化合物（推質）或多種化合物之宿主材料組成，其中光的放射主要來自該摻質並2可以是任何顏色。$些宿主-摻質組合是有利的，因為 ,、le成4增赶媒介非常小的未泵激散射/吸收損失（可以低於1 cm·1)。該摻質通常係選自高螢光性染料，但是磷光性化合物，例如，如 W〇 98/5556卜 WO 00/1 885 卜 W〇 00/576% 及WO 79655中對於0LED應用所述之過渡金屬化合物也是

O:\90\90356.DOC •18- 1314799 有用的。摻質通常以 ^ ± ^ 里百分比〇·〇ι至ιο°/。的比例塗覆至該值主材科中，其中的放射擇以提供具有紅、綠或藍色調 ,,9 ,, ra 、先放射層之有用的宿主-摻質組合之一實施 J疋使用Alq做為該宿 A，够傾王材科以及1%的L39[4-二氰基伸f 秦-2-第三-丁基_6 + 1 (，，7,7-四甲基久洛里迪基-9-烯基）-4H- 哌喃]做為摻質。木料來做為摻質之-種重要關係是該摻質的吸 ^宿主材料的放射之比較。對於從該宿主至該掺質分. 之有效率的能量轉移來說（透過佛司特（Forster)能量# t ’ i必要條件是該摻質的吸收與該宿主材料的放射重宜。熟知技藝者對於佛司特能量轉移的觀念很熟悉，其牽涉到能量在該宿主和換質分子間之無放射轉移。選擇該宿主材料之-種重要關係是該宿主材料的吸收顯著地與該泵激束60光線的放射重疊。此外，較佳地該宿主材料或一宿主材料加上-摻質的吸收在裝置1〇之雷射放射波長處是小

的。可接叉的吸收程度是該宿主加上摻質組合的吸收係數在該雷射放射波長處小於1G em.i。 W 有用的赏光性放射材料包含如在學術出版社^ P聰），紐約’㈣之认Berlman之「芳香分子之螢光光，譜手冊」以及EP 1 009 041中所述之聚環芳香化合物。可以使用具有多於兩個胺基團之三級芳香胺，包含低聚材料。另一種有用的放射材料（宿主用或摻質用）包含芳香三級胺’其中後者係經認知為一種含有至少—個只與礙原子鍵結之二價氮原子之化合物，其中礙原子之至少一個是芳夭 O:\90\90356.DOC -19 · 1314799 環的一個組成邱八 — °刀°在一種型式中，該芳香三級胺可以是方香胺，例如；#央早方香胺、二芳香胺、三芳香胺、或低聚芳香胺。例示之單螯=奸平表二方香胺由Klupfel及其他在美國專利第 ’180’73G中描述。其他適合的以—或多個乙烯基取代及，或包含至少一個活性含氫基團之三芳香胺由Brantia及其他在美國專利第3,567,45〇號和美國專利第3,658,520號中揭 )_|、. 〇芳香二級胺之一種更佳種類是包含至少兩個芳香三級胺部分者’如在美國專利第4,72〇,432號和美國專利第 5,061，569號中所述般。此類化合物包含由結構式a所表示者。

A Qi

\G 其中：

Ql和Q2是獨立選擇的芳香三級胺部分；以及 G係一連結基團（linking group)，例如伸芳香基、環伸烧基、或具有碳對碳鍵之伸烷基。在一實施例中，Qi或Q2之至少一個含有聚環稠合環結構，例如，萘。當G係一芳香基時，其合宜地係伸苯基、二伸苯基或萘部分。一種滿足結構式A並含有兩個三芳香胺部分之有用的三芳香胺由結構式B表示。

O:\90\90356.DOC -20- 1314799 中其 Β

RI 2 4 R — cl RI II R 、丨、虱屌于、—芳香基、或— 基，或者心和尺2—起表示該等原子完成—環烴基；以 r3和r4每一個皆獨立表示一芳及 w , 方骨丞其轉而以兩個芳基取代的胺基來取代，如結構式C所表示者。

C

N

Re 其中R5和R6係獨立選擇的芳香基。在一每

隹一貫施例中，R 之至少一個含有聚環稠合環結構，例如，蔡。 5 該宿主材料可以含有一取代的或未物 ^ a '的二方香胺 …：預期的四芳㈣兩個二芳香胺基，例如由式C所表示者 - ^ 遷過一伸芳与連結。有用的四芳香胺包含由式0所表- 另一種芳香三级胺疋四芳香胺。箱如从谓期的四芳香脸胺基，例如由式c所表元太.

D 其中：

每一個Are係一獨立選擇的伸芳禾宜分； ^基，例如伸笨3 η係從1至4的整數；以及 O:\90\90356.DOC -21 - 1314799

Ar、R?、、和R9係獨立選擇的芳香基。一個是聚在一典型實施例中，Ar' R” R8、和r9之至少環稠合環結構，例如，萘。前述結構式A、B、C、D之各及伸芳香基部分，每一個…t h…香基以每一個S可轉而被取代。典型的取包含烧基、烧氣美、 ^ 虱基方香基、方香氧基以及i素，例如氟化物氯化物和溴化物。不同的烷基和伸烷基部分通常含有攸1至β 6個奴原子。該環烧基部分可以含有從3至約1 〇個碳原子’但通常含有5個、6個、或7個碳原子—例如，環戊基、％己基、和環庚基環狀結構。該等芳香基和伸芳香基部分通常是苯基和伸苯基部分。該放射材料可以由單一個芳香三級胺化合物或其混合物形成。更明4地說’可以運用三芳香胺，例如滿足式β之三芳香胺，與四芳香二胺合併，例如由式D所表示者。該宿主材料可以包含取代的或未取代的二咔唑-聯苯 (dicarbazole-biphenyl)化合物。例示之可用的芳香三級胺如下： 4,4'-N，N'-二咔唑- l,i，_(CBp)(D1) 4,4'-雙[N-(l-萘基）-N-苯胺]聯苯（〇2) 4,4·-雙[N-(l-萘基）_N_(2_萘基）胺基]聯苯（D3) 4,4:雙[N-(2-萘基）幕對_甲苯胺基]聯苯（D4) 1，卜雙（4-二-對_甲苯胺基苯基）環己烷 1,1-雙（4-二-對-甲笨胺基苯基）_4_苯基環己烷 4,4’-雙（二苯胺基）聯四苯 O:\90\90356.DOC 22- 1314799 雙（4-二甲胺基-2-曱苯基）-苯基甲烷 Ν,Ν,Ν-參（對-曱苯基）胺 4-(二-對-甲苯胺基）-4'-[4(二-對-甲苯胺基）-苯乙烯基]二笨乙烯 Ν,Ν,Ν',Ν1-四-對-曱苯基-4-4’-二胺基聯苯 Ν,Ν,Ν1,Ν’-四苯基-4，-二胺基聯苯 Ν,Ν,Ν’,Ν1-四-1-萘基-4,4’-二胺基聯苯队队^,^^-四-2-萘基-4,4'-二胺基聯苯 Ν-苯基咔唑 4,4”-雙[N-(l-萘基）-Ν-苯胺基]對-聯三苯 4,4’-雙[Ν-(2-萘基）-Ν-苯胺基]聯苯 4,4’-雙[>1-(3-苊萘基）-1^-苯胺基]聯苯 1，5-雙[仏（1-萘基）卞-苯胺基]萘 4,4’-雙[Ν-(9-蒽基）-Ν-苯胺基]聯苯 4,4”-雙[N-(l-蒽基）-Ν-苯胺基]-對-聯三苯 4,4'-雙[Ν-(2-非基）-Ν-苯胺基]聯苯 4,4’-雙[]^-(8-苐蒽基）-：^-苯胺基]聯苯 4,4’-雙[Ν-(2-芘基）-Ν-苯胺基]聯苯 4，4'-雙[Ν-(2-奈斧基）-Ν-苯胺基]聯苯 4,4’-雙1^-(2-茈基）-1苯胺基]聯苯 4,4’-雙[>1-(1-蔻基）^-苯胺基]聯苯 2.6- 雙（二-對-甲苯胺）萘 2.6- 雙[二-(1-萘基）胺基]萘 2.6- 雙[N-(l-萘基）-Ν-(2-萘基）胺基]萘 O:\90\90356.DOC -23- 1314799 义队:^:^’-四仏萘基^/^-二胺基-對-聯三苯 4,4'-雙{N-苯基-N-[4-(l-萘基）-苯基]胺基}聯苯 4,4’-雙[N-苯基_N-(2-祐基）胺基]聯苯 2,6-雙[N，N-二（2-萘基）胺]苐 15-雙[N-(l-萘基）_N-苯胺基]萘 4,4'，4Π-參（3-甲苯基）苯胺基]三苯胺該宿主材料可以包含取代的或未取代的氮雜芳香化合物。例如，該宿主材料可以包含取代的或未取代的吖啶、喹啉、嘌呤、啡畊、啡噚畔、或啡啉化合物。咔唑衍生物是可用的宿主。可用的啡啉材料之實例包含2,9_二甲基_4,7_二苯基 -Μ0-啡啉以及4,7-二苯基-ΐ，10_啡啉。宿主和摻質分子包含，但不限於，在美國專利第4,768,292 號；美國專利第5，141，671號；美國專利第5，15〇,〇〇6號；美國專利第5，151，629號；美國專利第5,405,709號；美國專利第5,484,922號，美國專利第5,593,788號；美國專利第 5,645,948號；美國專利第5,683,823號；美國專利第 5,755,999號；美國專利第5,928,802號；美國專利第 5,935,720號；美國專利第5,935,721號；以及美國專利第 6,020,078號中所揭示者。 8-經基喹淋（8-hydr〇Xyquinoline)之金屬錯合物及類似的衍生物（式E)組成一種可用的宿主材料，其能夠支援電激發光’並且特別適於發射波長比500奈米長之光線，例如，綠光、黃光、橘光、以及紅光。 O:\90\90356.DOC -24· 1314799

具中： Μ表示金屬； η係從1至3之整數；以及 :人出現獨立地表示完成至少具有之晶核之原子。口洞口方香ί 、攸刖述中，顯而易見地該金屬可以是-價、二價s 。該金屬可以是，例如，驗金屬，例如链、鈉 :会金屬，例如鎂或飼；土金屬，例如ί呂或鎵，3 ，渡金屬’例如鋅或錯…般可使用已知為可用^ 屬之任何—價、二價金屬。 3 z完成至少具有兩個料香環之雜環晶核，其中至少一個是0丫唾或°γρ井環。其他的環’包含脂肪族及芳香族環，皆可與該兩種必要的環融合，若需要的話。為避免增加分子體積4 /又有促進功效，環之原子數通常維持在1 8個或更少。材料*7以含有取代的或未取代的射合類号辛 (oxinoid)化合物。例不之可用鉗合類咢辛化合物如下： C〇 1 . 一咢辛鋁[別名，參（8-羥基喹琳）鋁（III) C0-2.雙可辛鎂[別名’雙（8_羥基喹啉）鎂

O:\90\9O356.DOC •25, 1314799 C〇-3 .雙[本并{f}_8-經基π奎咐]鋅（ιι) CO 4 ·雙（2 -甲基輕基喧琳）銘（出）-a _氧·雙（2_甲基_8_ 羥基喹啉）鋁（III) CO-5 :參咢辛銦[別名，參（8_羥基喹啉）銦 CO-6:參（5_甲基咢辛）鋁[別名：參（5_曱基_8_羥基喹啉） Is (III) C〇-7 :等鋰[別名，（8_羥基喹啉）鋰（1) C0 8咢辛叙[別名’參（8-經基喧淋）鎵（in) ⑶-9.咢辛鍅[別名，四(8_羥基喹啉)鍅(IV) 該宿主材料可以包含取代的或未取代的蒽化合物。 9，1〇_二-(2-萘基）蒽（式F)之衍生物構成—種可用宿主，其能夠支援電激發光，並且特別適用於發射波長比彻奈米長之光線，例如，藍光、綠光、黃光、橘光或紅光。

O:\90\90356.DOC -26- 1314799 花基之稠合芳香環之族群3 :需要用來完成蒽基、芘基、 4至24個碳原子；之雜芳香基；知群5 ·具有1至24個碳原子之烧氧胺基、香胺基；以及具有需要用來完成吱喃基、嗟吩基、㈣基、啥二或其他雜環系統之5至24個碳原子之雜芳香基或取代烷胺基、或芳族群6 :氟、氯、溴或氰。例示實例包含9，10-二_(2萘基）葱（式Fl)以及三 9，10-二-(2_萘基）蒽（式F2)e其他可用來做為宿主之贫衍^ 物包含9，H)-雙·(4_(2,2ι_二苯基乙烯基）苯基）蒽之衍生物。吲口朵（benzazole)衍生物（式G)構成另―種可用宿主，其能夠支援電激發光’並且特別適於放射波長比4⑽奈米長:光線’例如’藍光、綠光、黃光、橘光或紅光。、

G 其中： η係3至8之整數； Ζ係氧、氮取代基（NR)或硫；以及 R和R:_立的氫；具有㈣個碳原子的烷基，例如，丙基、第--丁基、庚基、以及諸如此類者；具有5至個碳原子之芳香基或異原子取代之芳香基，例如苯基和萘 O:\90\90356.DOC -27- 1314799 基、呋喃基、嘍略Α , ... 啶基、喹啉基和其他雜環宇统. 或鹵素，例如氯、氟；雅衣糸、，先，以及 u而要用來完成牙周合芳香環之原子； L係由燒基、芳香基、取代之燒成之連結單元，置又叫代之方香基所構起。可用之”之、—非共輛地將該多個㈣連結在一 1Η-苯并咪。坐卜"歹疋2,2,2、0,3,5-伸苯基）參Π-苯基 ::材料可以包含取代或未取代之苯並号哇化合物、 i $代之本並㈣化合物、或者取代或未取代之苯亚y坐化合物。該宿主材料可以包含取代或未取代之十坐化t物、取代或未取代之^化合物、或者取代或未取代之:—/丫唾化合物。可用之十坐化合物之實例包含14-雙 (5-々亏唾基_2•基）苯、…雙⑷甲基_5_苯十坐丄基）苯、以及1，4_雙（5-(對_二苯基）崎唾_2_基）苯。可用之巧二。丫唾化合

物之實例包含2_(4-聯苯基）-5_苯基- 二n丫唑以I 2-(4-聯苯基)_5_(4_第三_丁苯基㈠二心呤二吖唑。可用之三吖唑化合物之實例包含3 — (4_聯苯基）-4-苯基-5-第三_ 丁苯基-1，2，4 -二。丫 σ坐。二苯乙烯伸芳基衍生物也可用來做為宿主材料或摻質材料，許多實例在美國專利第miOM號中描述。可用之放射材料（宿主和摻質）可以具有通式（H)或（I): X-CH= CH-Y-CH= CH-Z (Η) X-(CH=CH)n-Z (Ι) 其中： O:\90\90356.DOC -28- 1314799 x和z係獨立的具有一個氮原子之取代或未取代之芳香基或者取代或未取代之芳香錯合環基； η等於1、2、或3;以及 Υ係具有一個氮原子之二價芳香基或二價芳香錯合環基。可用實例包含Μ-雙（2-曱基苯乙烯基）_苯、4,4,_(9，1〇_ 恩一基二_2，1_乙烯二基）雙（Ν，Ν-雙（‘甲苯基）_苯胺）、 4,4-(1，4-奈二基二-2，1-乙烯二基）雙（1^，：^_雙（4_曱苯基）苯月女）以及4,4’-(1，4_伸苯基二_2，1-乙晞二基）雙（Ν，Ν_(4_甲苯基）苯胺）。該摻質係經選擇以提供介於300-Π00奈米間的放射。該摻質可以從登光或碟光染料中選擇。可用之螢光染料包含如上所述做為宿主材料之材料。其他可用之螢光摻質包含，但不限於，取代或未取代之蒽、并四苯、黃嘌呤素、茈、紅螢烯、香豆素、若丹明之衍生物、以及喹吖啶_、一氰伸曱基β底喃化合物、硫基派α南化合物、聚曱川化合物、氧雜苯鑕及硫雜苯鑕化合物、苐衍生物、環弗辛 (periflanthene)衍生物、茚并茈（inden〇perylene)衍生物、雙 (嗪）胺硼化合物、雙（嗪）甲烷化合物、嗉啶（napthyridine)、芙、呋喃、吲哚、苯駢黃嘌呤素、芘、靴二蒽（per〇pyrene)、聯三苯、聯四苯、聯五笨、聯六苯、蒽嵌蒽、雙嗯（bisanthrene)化合物、N，N，N’，N，_四取代之聯苯胺 (benzidene)衍生物、N，N，N，，N、四芳香基聯苯胺衍生物以及卡波帝（carbostyryl)化合物或其混合物。這些種類材料的衍生物也可做為有用的宿主材料或其混合物。宿主材料通常

O:\90\90356.DOC -29- 1314799 會是含有至少三個伸苯基部分之化合物。可用摻質之例示實例包含，但不限於，如下：

O:\90\90356.DOC -30- 1314799

^0123456789012 11 11 11 11 11 11 LLLLLLLLLLLLLL 基基三三基基三三 ^1氮甲氮甲第氮第氮甲氮甲第氮第基基基基 ·τ'τ·τ·τ1 基基三三基基三三 R1l氫氫甲甲氫第第氫氫甲甲氮第第XI氧氧氧氧氧氧氧硫硫硫硫硫硫硫基基基基

基 ·τ 基基三基 R-‘甲第菜 7 8 9 0 3 3 3 4 L L L L

O:\90\90356.DOC R1,

基基三三基基三三 Rl氩氫甲甲氫第第氫氩甲曱氩第第 XI氧氧氧氧氧氧氧硫硫硫硫硫硫硫 34567890123456 22222223333 3 33 LLLLLLLLLLLLLL 基基丁1· 基基丁1* 1 基基三三基基=-1|_一 ^|&®-氮曱第氮第氮甲氮甲第氮第基基基基

12 3 4 4 4 4 4 L L L L 基 ·τ 基基三基 R-4甲第菜 1314799

O:\90\90356.DOC -32- 1314799

O:\90\90356.DOC -33- 1314799

該放射材料也可以是—種高分子材料、兩種或多種高分子材料的混合物、或是—種摻雜的高分子或高分子混合物。該放射材料也可以是多於一種非高分子和具有或不具有摻質之尚分子材料的混合物。典型的摻質在前面非高分子分子處列出。非高分子摻質可以分子分散在該高分子宿主中，或者該摻質可利用共聚合少量的組成物進入該宿主高分子中來添加。典型的高分子材料包含，但不限於，取代及未取代之聚（對-伸苯基伸乙烤基）(ppV)衍生物、取代及未取代之聚（對-伸苯基）(ppp)衍生物、取代及未取代之聚苐 (PF)衍生物、取代及未取代之聚（對_吡啶）、取代及未取代之聚（對-°比α定基伸乙烯基）衍生物、以及取代、未取代之聚 (對-伸苯基）梯型（ladder)及步進梯型高分子、以及其共聚物’如Diaz-Garcia及其他在美國專利第5,881，083號以及其中之參考文獻中所教示者。該等取代基包含，但不限於，烧基、環烧基、烯基（alkenyls)、芳香基（aryls)、雜芳香基 (heteroaryls)、烧氧基（alkoxy)、芳香基氧基（aryloxys)、胺 O:\90\90356.DOC -34- 1314799 基（amino)、石肖基（nitro)、硫基（thio)、虐素（halo)、經基 (hydroxy)、以及氰基（cyano)。典型的高分子是聚（對-伸苯基伸乙坤基）、二烧基、二芳香基、二胺基、或二烧氧基取代之PPV、單烷基-單烷氧基-取代之PPV、單芳香基取代之 PPV、9,9’-二烷基或二芳香基取代之PF、9,9’-單烷基-單芳香基取代之PF、9-單烷基或芳香基取代之PF、PPP、二烷基、二胺基、二芳香基、或二烷氧基取代之PPP、單烷基、芳香基、烷氧基、或胺基取代之PPP。此外，可以使用例如聚（N-乙烯基二咔唑）、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺之高分子材料、及例如聚（3,4-伸乙基二氧噻吩）/聚（4-苯乙烯磺酸酯）之共聚物，也稱為PEDOT/PSS。可用之間隙材料是在該泵激束60光線之放射處或之上沒有顯著吸收者。除了前述之TAPC外，其他可用材料包含 1,2,3,4-四苯基萘、單、1,3-二-、1,3,5-三-以及 1,3,5,7-四芳香基金剛烧、四芳香基甲烧以及三葉水車（triptycenes)或其混合物。

O:\90\90356.DOC -35- 1314799

該間隙材料ψ ^ ^ Ύ以包含取代或未取代之1，2,3,4-四苯Α 萘、1，3,5-參（3 ’ '二甲基苯基）金剛烧、1，3,5,7-四（4-二苯基）金剛烷、1,1_雙-(4-雙（4_甲基-苯基）-胺基-苯基）環己烷、四一苯基）甲燒、或2_第三_ 丁基_9，1〇_鄰-苯環橋_9，1〇_ 恩或其混合物。上述之该等有機材料係適於透過昇華來沈積，但可以 -具有選擇的黏結劑之溶劑來沈積以促進薄膜之形成。料係一種高分子，溶劑沈積通常是較佳的。欲利用 ^來沈積的材料可以從通常由—㈣料所組成的昇華 :舟」來蒸發’例如，在美國專利第6,237,529號中所述者，者可以先塗覆在—供給薄板上，然後在該基板鄰近處華具有混合材料之層可以使用分離的昇華器舟，戋者等材料可經預混合並從單m給薄板上塗覆。圖案沈積可以利用遮蔽光罩（shadow mask)、整合遮蔽光罩（美專利第5,294,87〇號）、來自一供給薄板之空間界定之熱毕轉移（美國專利第5,688,551號；美國專利第5,851,7〇9號=

O:\90\90356.DOC 36- 1314799 及吳國專利第6,066,357號）以及噴墨法（美國專利第 6,〇66,357號）。大部分有機雷射裝置對於濕氣和氧氣是敏感的，或對兩者都敏感，因此通常將其密封在—惰性環境中，例如氮氣或氬氣。可將例如氧化鋁、鐵鋁氧石、硫酸鈣 '黏土、: 膠4石、驗金屬氧化物、硫酸鹽、或金屬齒化物和過氯酸鹽之乾燥劑併人該密封裝置中。用來封裝並乾燥的方法包含’但不限於，在美國專利第6,226，請號十所述者。此 :’已知在技藝中使用例如Si0x、鐵弗龍、以及其他無機/ 兩分子層等之障壁層於封裝上。本發明之另一實施例在圖5中示出，其示出一二維鎖相看射陣列裝置2 G G。此裝置使大面積雷射結構可以有單模雷身放光（single mode lasing)功能。該基板2〇上沈積有一底部< 電堆疊30，接著是一導熱透明層3 H 3然後沈積一有機主鸯 £域4 0 ’接者是一頂部介雷墙蟲ς Λ 貝丨"包堆宜50。類似對於雷射裝置4 之設計，該有機主動區域4〇包含—或多個週期增益區域Μ 和配置在該等週期增益區域兩侧 J 亚且經過安排而使該考週期增益區域與該裝置之駐波電磁場之反節點對準之有相間隙層m。該底部3〇和頂⑽介電堆疊之組成和光譜反夺比也類似應用在雷射裝置10上者。如在圖6中所示，為了形成—— 一、准鎖相雷射陣列2 0 〇，f 要在該VCSEL表面上定義由像♦ ' .* 2?〇 ^说素間區域21〇分隔之雷射滋先像素220。為了獲得鎖相，強又和相轉換必須在該等像，中父換。就藉由添加金屬（E. KaDon# Λ ap01^〇M 〇renstein，美國肩

O:\90\90356.DOC -37- 1314799 利第5,086,430號)或藉由深度蝕刻進入該頂部介電堆最w G — ey及其他’應用物理摘要58，89〇 [娜])來調節^頂. 料電堆疊之反射比來說，鎖相對於無機雷射是有利^。、在無機雷射陣列之兩個情況中，該雷射像素係在Μ微等級（因此使單模功能可以產生），並且該像素間間隙是】_2 微未。在有機雷射系統上應用這些結果需要一些努力，因為-旦該有機層已經沈積，要在該雷射結構上執行微級圖案化是非常困難的。因Λ，在較佳實施例中，反射比調節係藉由在該底部介電堆疊3G内圖案化並形成—㈣區域15〇來實行，利用標準微影㈣刻技術，因此在該底部介電堆疊30表面上形成—環形之柱狀二維陣列。在該較佳實施例中’該等雷射像素之形狀是環形的；但是，其他像素形狀也是可能的，例如，矩形。該像素間間隙係、在〇25至4 微米範圍内。鎖相陣列操作也在較大的像素間間隙上存在；但是，其導致在光學泵激能量運用上缺乏效率。採用無機船並且深度㈣進人該底部介電堆疊3〇内以顯著降低像素間反射比Μ難隸，目為這會導致該主動區域位置之顯著調整。較佳的方法是製作5〇至55〇奈来深的淺蝕刻以形成_區域15〇,並利用雷射放光只在波長之來回相 (round-trip phase：^27r之整數倍數時發生的條件。以紅光雷射陣列為例，該雷射放光波長係經選擇為66〇奈米。藉由從該底部介電堆疊3〇中去除奇數倍數之該等層（例如，—個 =氧切層或兩個二氧切層以及—個二氧化鈦層），經計算（S.W. Corzine及其他，正仙量子電子學期刊u，ms

O:\90\90356.DOC •38- 1314799 [1989])該等像素間區域21〇内之雷射放光波長會從6的奈米被擴展至最大限度（〜610和71〇奈米）。在實行時，發現^射放光和自發放射訊號在710奈米區域處是非常小的。此^，判定藉由加深蝕刻數十奈米進入下一個二氧化鈦層，該短波長共振狀態會被擴展至59〇㈣波長區域。在此波長區域中，該介電堆疊反射比特別低（這會阻礙任何不需要的雷射放光），並且該增益媒介之螢光強度會降低許多（這會阻礙任何不需要的自發放射)。因此，僅藉由再往後蝕刻進入該底部介電堆疊30内幾個奇數倍數層後方，即可在等該像素間區域210内防止雷射放光功能並顯著降低自發放射。形成蝕刻區域150之最終結果是雷射放射被微弱限制在該等雷射像素220中，沒有來自該等像素間區域21〇的雷射放光，並且同調鎖相雷射光係由該陣列200放射。圖6之該等雷射像素22〇係經配置成為一方形二維陣列，這在鎖相操作下會使每一個元素與其四個鄰近元素成180 度反相（E. Kapon及M. 〇renstein，美國專利第5〇86 43〇唬）。容許該等雷射像素22〇有其他配置，例如，直線性陣列或像素之其他二維週期排列。但是，如Kap〇n及其他（美國專利第5,〇86,43〇號）所示，緊密堆積之二維排列（例如六角晶格陣列）會在該等鄰接像素間造成更複雜的相關係。與第一實施例相似，該導熱透明層35係經安置在該二維鎖相田射陣列2〇〇中與該有機主動區域4〇(以及該底部介電堆《30)相鄰的位置，以幫助去除由光泵激該雷射結構所產生之不而要的熱。為了使熱去除更有效率，較佳地該導熱

O:\90\90356.DOC -39- 1314799 透明層35之導熱性比該二氡化鈦和二氧切底部和頂部人電堆疊30和50之導熱性（K2W/mjK)大許多，並且更佳以於1〇0 W/WK。該層的確實厚度取決於該材料之折射率，並且大約是0·2微#。不傾向擁有厚度比〇2微米大許多的層’因為這會在該雷射的輪出功率光籍中造成額外的縱向共振模態（l〇ngitUdinalm〇de)的纽，而較薄的層會導致對於散熱有較高耐熱性。 ^ 因為該導熱透明層35係經安置於該雷射共振腔内部，較佳地該層在該雷射放射70和該泵激束6〇之波長處是可光學穿透的’以避免放光門限不必要地增加。因此，該導熱：明層35在該雷射放光波長和該泵激束6〇波長處的吸收係數應該是10 cnT1或更小的等級。組成該導熱透明層35之兩種較佳材料是碳化矽（8丨〇和類鑽碳（DLC)’因為兩者皆結合了良好的可見光譜範圍内之光學穿透性以及絕佳的導熱性。碳化矽和類鑽碳可利用電漿輔助化學氣相沈積法或離子束輔助濺鍍法來沈積。在 350-4〇〇°C之基板溫度下利用電漿辅助化學氣相沈積法沈積之碳化石夕具有160 W/m_〇K之導熱性（Irace及其他， EUr〇Sensors XIII國際研討會p8〇9 [1999])。類鑽碳薄膜可在範圍從低於100°C至高於50(TC之基板溫度下利用電漿輔助化學氣相沈積法來沈積。該薄膜的導熱性隨著沈積溫度而支曰加，並且在100C的基板沈積溫度下通常是150 w/m-°K。在此基板溫度範圍内沈積的薄膜是非晶型的。以較高溫度沈積，同時具有較高的導熱性，的薄膜在結構中是多晶型 O:\90\90356.DOC -40 - 1314799 的’因此降低該薄膜的光學穿透性。此外，該導熱透明層35也可安置在該有機主動區域如和該頂部介電堆疊50之間。在該有機主動區域4〇上方之層的沈積需要低沈積溫度’其不會對該有機主動區域4〇造成損傷’通常低於1GG°C。雖然獲得高導熱層通常需要高沈積溫 ^其會對該有機主動區域40造成損傷），<讀低的沈積溫度是可能的，藉此該有機主動區域40保持不受損傷並且有作用，同時使該導熱透明層35可以有一般的導熱性。類鑽碳已經在低至3(TC的溫度下利用電漿輔助化學氣相沈積法沈積過。如上面之第二實施例，該等間隙層11〇之有機材料係由導熱材料取代，例如，碳化矽或類鑽碳。如上所討論般，這些層對於該雷射放射70和該泵激束6〇波長來說基本上是透明的。此外高導熱性辅助吸取來自該等週期增益區域 100之過量的熱。事實上’具有由導熱透明媒介構成之間隙層是高度預期的，因為除此之外熱在抵達鄰接於該主動區域之導熱透明層35之前必須先通過導熱性不佳之有機間隙層，例如TAPC，如在圖3所示之第一實施例中一般。由於使用碳切、類鑽碳、或—些其他的導熱透明媒介做為該間隙層材料，在料週期增益區域⑽巾所產生的熱會更快政去這可幫助產生更為直線性的雷射光輸出響應，並最小化雷射線見的光譜擴大程度。該二維鎖相雷射陣列裝置2〇〇係由入射泵激束來源60來光學驅動並放射出鎖相雷射放射7G。取決於該有機雷射共

O:\90\90356.DOC 41 - 1314799 振腔之雷射放光功率密度門限，該泵激束可以是聚焦之兩射光或不同調之LED光。圖5示出穿過該頂部介電堆雷射放射70。或者，可以藉由對該介電堆疊反射比二生的適當设计來利用該雷射放射穿過該基板2〇透過該頂部堆疊5〇來光果激該雷射結構。在-不透光基板的情；中(例如夕）A泵激和雷射放射兩者皆透過該頂部介電堆發生。該光泵激有機雷射陣列裝置之運作係藉由: 發生。該果激束6〇傳播通過該基板2〇和該底 ^ 3〇,並且被該（等）週期增益區域1〇〇吸收， $ 量的某部分係經再放射成為波長較長之Μ:。: ::進入穿過該基板2。時，為了確保該雷射輸出；。= 過該頂部介電堆叠50存在，選擇大於該頂部要二值反射比之底部介電堆疊3〇峰值反射比是必要的隹^時進该裝置之功率轉換效率，—般作法是堆^ 添加額外的介電層，田+ 斗+ 丨口 "屯堆豐中束60是高度可穿透的、，&部介電堆疊3〇對於該泵激走60—: 亚且該頂部介電堆疊5〇對㈣i激束6〇疋…射的。該雷射光7〇係由該等雷射俊音9泵激射，並且由於微弱的限制素20放交換。因此，同調之鎖相雷射放射;:::=像素間 50產生。心％ 4頂部介電堆疊在本發明之另—眘射性金屬f面# 例中’該頂部介電堆疊50係由一反孟屬鏡面層之沈積層來取代。通當么“反具有超過90%的反射比。金屬疋銀或鋁，其法來沈積以避免對下方。父佳地該等金屬係由真空熱蒸鍍方之有機層造成損傷。在此另-實施

O:\90\90356.DOC -42- 1314799 該泵激㈣和該雷射放射7G兩者皆行進通過該基板 ^下實例係經提呈以對於本發明有進-步的瞭解，並且不應視為對本發明之限制。實例1 為了判定在該有機主動區域4〇鄰近處配置—導執雷射放光特性的衝擊，一雷射穿田耵衣置10係經製造，其 —銀鏡面來取代該頂部介電堆疊、在猫生4 %隹疊50。該雷射結構係經沈積 ==Γ石英基板2°上。在該基板2°上利用習知之積法以24代沈積該底部介電堆疊3G，其係由分別為^化鈦和二氧化石夕之高和低折射率層交錯米處具有〜9,3%之測量峰值反射比。在電堆㈣上方利用高真空熱蒸鑛法動區域-，其中依序成長149奈米之TApc、3。奈二〇.5%C545TmM叫米之撕。最後，利用^ 空熱蒸鑛法沈積- 200奈米厚之銀金屬鏡面。 ” 因銀鏡面來取代該頂部介電堆疊5。，該泵激束 6〇和心較射7Gf行進通㈣石英基板2q 置之光譜和功率料#』飞该衣始於法線約3。==，；射共振腔係從該基板側以體之彻奈米輸出來光Λ (胸hia)雷射二極該泵激雷射以5千赫之脈衝頻率產生50奈秒之雷射脈衝。該泵激束強度係利用兩密度中枢機構c組合來調整，益且利用ι〇〇〇毫平透鏡聚焦在該雷射共振腔表面。所形成之裝置表面上測量到

O:\90\90356.DOC -43. 1314799 之泵激束點尺寸係尺寸為ϊ 77 x 243微米之橢圓。來自該共振腔之雷射輸出70係利用最接近該狭鏠之一 5〇毫米之£2透鏡以及一 1 〇〇毫米之f4透鏡之組合聚焦在一 JY H〇riba公司之雙單光器（0.55公尺）之入口狹鏠上（形成_2χ倍數之雷射近場影像）。該單光器之解析度大約是〇〇8奈米，·其輸出係利用一冷卻之Hamamatsu公司光電倍增管來偵測。，7示出具有—頂部銀鏡面之雷射裝置做為該果激束功率後度之函數之輸出雷射功率。此外，該圖形也包含先前技藝裝置之功率特性（之前在圖示出），其中並沒有鄰接^ 於該有機主動區域40配置之導熱層。如圖所示，具有接近該有機主動區域40配置之導熱層（銀鏡面）之該裝置對於高至〜2瓦/平方公分之泵激束功率密门 ^ ^ /取直線性輸出功率響應。另-方面’該先前技藝裝置之輪出功率響應對於所有的泵激束功率密度皆為非直線性。 ; 圖8比較一先前技«置（之前在圖2中示出）和—具有接该有機主動區域40配置之導熱層（銀鏡面）之裝置之雨射 =之相對光譜寬度。該圖示出後者的裝置二顯著擴大’直到〜1瓦/平方公分之泵激束= ^而該^技藝裝置以35係、數之較小泵激束 ^ 碏擴大。圖7和圖8之結果顯示鄰接於誃 ’、岔又光 m 、°/有機主動區域40忠置-導熱層會使該雷射裝置之直線性：女 ;，除此之外還顯著地增加光譜線寬擴大到改该泵激束功率密度。战為問碭時之本發明之其他特徵包含如下。

O:\90\90356.DOC -44- 1314799 忒有機垂直共振腔雷射陣列裝置中像素間之間隙係在0.25至4微米範圍内。 ’、忒有機垂直共振腔雷射陣列裝置，其中該等像素係安置在—二維方形陣列中。該有機垂直共振腔雷射陣列裝置，其中該導熱透明層包含類鑽碳或碳化矽。㈢忒有機垂直共振腔雷射陣列裝置，其中該等間隙層之每一個皆包含類鑽碳或碳化矽。【圖式簡單說明】圖1係一示出先前技藝有機垂直共振腔雷射裝置之雷射光學輸出功率對於輸入功率之曲線圖；圖2係示出先前技藝有機垂直共振腔雷射裝置之雷射放射之相對光譜線寬做為輪入功率之函數之曲線圖；圖3示出根據本發明之光泵激有機基垂直共振腔雷射的側視圖；圖4係根據本鲞明之光泵激有機基垂直共振腔雷射的側視圖’示出該主動區域内之增益區域配置；圖5不出根據本發明製造之光泵激二維鎖相③ locked)有機垂直共振腔雷射陣列之側視圖；圖6示出根據本發明製造之光泵激二維鎖有機垂直共振腔雷射陣列之上視圖；圖7係示出先箣技藝有機垂直共振腔雷射裝置以及根據本發明製造之裝置之雷射光學輸出功率對輸入功率作圖；以及

O:\90\90356.DOC -45- 1314799 圖8示出先前技藝有機垂直共振腔雷射裝置以及根據本發明製造之裝置之做為輸入功率之函數的雷射放射之相對光譜線寬。【圖式代表符號說明】 10 垂直共振腔有機雷射裝置 20 基板 30 底部介電堆疊 35 導熱透明層 40 有機主動區域 50 頂部介電堆疊 60 泵激束 70 雷射放射 100 週期增益區域 110 間隙層 120 電磁場圖案 150 I虫刻區域 200 雷射陣列裝置 210 像素間區域 220 放光像素 O:\90\90356.DOC -46-

Claims

1314799 拾、申請專利範圍 1. 種有機垂直共振腔雷射裝置，包含 a) 基板； b) -底部介電堆疊，其反射波長超過預定範圍的光線並且配置在該基板上； c) 一有機主動區域，用來產生雷射光； d) -頂部介電堆疊，其係與該底部介電堆疊隔開並且反射波長超過預定範圍的光線；以及 ?、-導熱透明層’配置在該底部介電堆疊和該有機主動區域之間或該頂部介電堆疊和該有機主動區域之兩者内。一 2.如申請專利範圍第㈣之有機垂直共振腔雷射裝置，其中戎有機主動區域包含一或多個週期增益區域和配置在該等週期增益區域兩側，並且經過安排而使該等週期增益區域與該裝置之駐波電磁場之反節點(antin〇d順間隙層。 3· 士申％專利範圍第丨項之有機垂直共振腔雷射裝置，其中泵激束光線係透過該等介電堆疊之至少一層傳輸並引進該有機主動區域中。 4.如申凊專利範圍第2項之有機垂直共振腔雷射裝置，其中一或多個週期增益區域係一宿主材料和—摻質之組合，亚且該等間隙層&本上對於泵激束光線以&雷射光是透明的’並且是導熱的或非導熱的。 5·如申請專利範圍第1項之有機垂直共振腔雷射裝置，其中 O:\90\90356.DOC 1314799 遠導熱透明層包含類鑽碳或碳化矽。 6.

如申請專利範圍第4項之有機垂直共振腔雷射裝置，並該等間隙層之每—個皆包含類鑽碳或碳化@。 "中一種有機垂直共振腔雷射陣列裝置，包含： a) —基板；預定範圍的光線 b) 一底部介電堆疊，其反射波長超過並且配置在該基板上； C) 一有機主動區域，用來產生雷射光；頂部介電堆叠，其係與該底部介電堆叠隔開並且反射波長超過預定範圍的光線； Θ -導熱透明層，配置在該底部介電堆疊和該動區域之間或該頂部介電堆4和該有機主動區域兩者内；以及 a或 f) -蝕刻區域’形成在該底部介電堆疊之—表面内以 =-間隔之雷射像素之陣列，其具有比該等像素間區域面的反射比’以使該陣列放射同調之鎖相雷射光 8·如申請專利範圍第7項之有機垂直共振腔雷射裝置，其中邊主動區域包含—或多個週期增益區域和配置在該等週 /月曰皿區域兩側’亚且經過安排而使該等週期增益區域與該裝置之駐波電磁場之反節點（aw — )對準之間隙 9. 如U利犯圍第7項之有機垂直共振腔雷射裝置，其中泵激束光線係透過該等介電堆疊之至少-層傳輸並;;進該有機主動區域中。 O:\90\9O356.DOC 1314799 10.如申請專利範圍第8項之有機垂直共振腔雷射裝置，其中一或多個週期增益區域係一宿主材料和一摻質之組合，並且該等間隙層基本上對於泵激束光線以及雷射光是透明的，並且是導熱的或非導熱的。 O:\90\90356.DOC