发光二极管、光电二极管、显示器及其形成方法

发光二极管、光电二极管、显示器及其形成方法
【专利摘要】本发明涉及固态发光二极管、光探测器、光伏器件、显示器、应用及相关器件的形成方法。从实验结果显示，本发明提供的发光二极管具有高发光效率，高对比度，高亮度，低眩光和可调视角。本发明提供的发光二极管可用作高效率显示器，高效率光伏器件和光探测器等。当本发明的发光二极管形成阵列时，可以用作显示器(发光二极管模式)，电源(光伏器件模式)和相机(光探测或成像模式)。
【专利说明】发光二极管、光电二极管、显示器及其形成方法 相关的引用申请
[0001 ]本申请主张2013年11月27日提交的美国临时申请的优先权。该临时申请的申请号 为61/909,644。该临时申请的全部内容都做为参考包含在本申请中。 联邦政府支持的研究的声明
[0002] 本发明由美国政府支持，基金来源于国防高等研究计划署。美国政府对本发明有 一定的权利。
技术领域
[0003] 本发明设及电子器件领域，尤其设及发光二极管、光电二极管、显示器、应用及其 形成方法。
【背景技术】
[0004] 在固体发光和显示器的应用中，需要发光二极管对外界入射的环境光有较低的反 射或散射，同时需要在二极管内高效率的生成光，并把内部生成的光高效率的福射到二极 管的外部。
[0005] 然而，传统的二极管经常不能提供较低的反射和散射。并且，传统的二极管结构仅 仅能够在损失其他参数的条件下提高某些参数。
[0006] 例如，提高光提取(发光二极管的一个重要参数）的一个方法是用微、纳图形化表 面，界面或金属镜反射或散射光。运种方法能极大的提高对环境光的反射，然而对比度会降 低。运种环境光反射的问题在有机发光二极管(使用高反射金属反射镜)或高提取二极管内 (带高反射镜的倒装片)尤为严重。在现有方法中，获得较好的对比度的方法通常是利用一 些结构吸收环境光(像圆形偏光镜，光吸收层，破坏性界面缓冲层，低反射黑阴极等）。然而 运些方法经常大大的降低光提取。光提取经常可W降低到2倍因子，就是会损失一半的提取 的光。也就是说，现有的发光二极管的结构不能同时拥有高光提取和高环境光吸收(低环境 光反射）。现有的发光二极管结构或者是一个好的光散射体或者是一个好的环境光吸收体， 但不能同时为好的光散射体和好的环境光吸收体。
[0007] 另一个例子是带有介电镜的谐振腔发光二极管。带有介电镜的谐振腔发光二极管 可W既是好的光散射体又是好的光吸收体。但是，运些好的性能只存在波长几纳米范围内 和特定的方向上。因此，在显示应用中，像其他现存的发光二极管一样，谐振腔发光二极管 经常也会存在低对比度和高眩光问题。对发光二极管来说，需要在宽波段内是好的散射体 (用来发射光)和好的吸收体(防反射）。
[000引在另一个现有发光二极管的实例中，除了使用透镜或谐振腔外，视角被朗伯福射 体限定。环境光反射光遵循菲涅尔定律，因此，眩光现象比较严重。
[0009]目前，显示器最大的应用领域是便携器件领域。便携器件的显示器经常在固定角 度观看，并且经常在环境光条件下使用。因此，像环境光吸收，对比度，观测角，图像锐度，亮 度和低眩光运些参数比光提取更重要。但是，大多数现存发光二极管很难同时提高运些参 数。
[0010] 本发明提供的方法和结构可W解决上述问题及其他相关问题。很明显，随着进一 步的描述，本发明会有很多的应用。

【发明内容】

[0011] 本发明提供了一种提高和控制发光二极管效率、对比度、视角和亮度的方法，一种 显示器及其制备方法。
[0012] 本领域的技术人员可W根据本发明的实施方式，权利要求和附图来理解本发明的 其他方面。
【附图说明】
[0013] W下附图仅仅是几种实例的示意图，并不限制本发明的范围。
[0014] 图1为本发明中一个工作的发光二极管的结构示意图；
[001引图2a至2d为本发明中MESH层的结构示意图；
[0016] 图3为本发明中发光材料层的结构示意图；
[0017] 图4a至4c为本发明中腔的结构示意图；
[001引图5a至5c为本发明中腔的结构示意图；
[0019] 图6为本发明中一个腔的结构示意图；
[0020] 图7为本发明中一个制备发光二极管的流程示意图；
[0021] 图8a至8f为本发明中制备发光二极管不同阶段对应的结构的示意图；
[0022] 图9a为本发明中PlaCSH-OL邸的放大示意图；
[0023] 图9b为图5a所示的PlaCSH-OL邸的能级结构示意图；
[0024] 图9c为图5a所示PlaCSH-OL邸的制备方法示意图；
[0025] 图9d为本发明中一个ME甜层的扫描电镜照片；
[00%]图9e为本发明中一个P IaCSH-OL邸的截面扫描电镜照片；
[0027]图9f为本发明中制备MESH层的大面积卷到卷柔性模具的示意图；
[00%]图9g为本发明中从一个PlaCSH-OL邸发射绿光的示意图；
[00巧]图化为参比ITO-OL邸的环境光反射示意图；
[0030] 图9i为本发明中一个PlaCSH-OL邸的环境光反射示意图；
[0031] 图IOa至IOd为本发明中PlaCSH-L抓和口O-L抓的电光（electro-luminance,EL)、 J-V、光发射和E犯的测试结果；
[0032] 图Ila至Ilc为本发明中PlaCSH-OLED和ITO-OLED的电光的角度分布；
[0033] 图至12e为本发明中PlaCSH-OL邸和口 O-OL邸的电光的角度分布测试结果；
[0034] 图13a至13f为本发明中PlaCSH-化邸和口 0-化邸的环境光反射与角度与极化之间 关系的测试结果；
[0035] 图14a至14c为本发明中PlaCSH-OLED JTO-OLED和DMD-OLEDs对比度的测试结果；
[0036] 图15a至15 j为本发明中PlaC細-OL抓和ITO-化抓发射与吸收性能的数值计算结 果。
【具体实施方式】
[0037] W下描述仅仅给出几种实施方式的实例，并不限制本发明的其他实施方式。一些 具体例子会和附图一起描述。一些细节只是为了辅助说明，并不限制本发明的实施。
[0038] 本发明设及固态发光二极管，光探测器/光伏器件，显示器，相关应用及其制备方 法。正如实验中所展示的那样，本发明的发光二极管具有高发光效率，高对比度，高亮度，低 环境光反射，低眩光和可调视角。本发明所包含的相同的发光二极管可W应用在高效率显 示器，高效率光伏器件或光探测器。也就是说，当相同的发光二极管被用于二极管阵列时， 该二极管阵列可W被用做显示器(发光二极管模式），电源(光伏器件模式)和相机(光探测 器和成像模式）。
[0039] 本发明基于之前的一份披露，其内容在相同发明人递交的申请中描述，该申请在 2012年11月5日提交，为PCT/US2012/063623(W02013/067541A1)。该申请的内容都可W包含 在本申请中作为参考。本发明集中在对前发明某些方面的新的提高。 定义
[0040] 在某些实施实例中，一些术语表示的内容定义如下。
[0041] 环境光。环境光是指产生在发光二极管外部的光。环境光反射会影响观看者观看 产生在发光二极管内部的光或从二极管而来的光。当观测者观在明光条件下，比如房屋外 的日光，观看发光二极管显示器时，环境光发射会是一个问题。
[0042] 对比度可^定义为:
[00创对比度=(L开+Lj^XRl)/(岐+L^iXIO,
[0044] 运里L开和岐指的是开和关条件下的流明数。化指的是反射流明数。
[0045] 视角可W定义为光发射角分布的半高宽。
[0046] 有机发光二极管或OLE时旨的是发光材料层由有机材料制成的LED。
[0047] 宽带指的是大的波长范围，通常是50纳米或更长。
[004引化aC細为。亚波长孔阵列等离子腔（plasmonic cavity with subwavelength ho I e-array r发光二极管的缩写。
[0049] PLaCSH-L邸指的是PLaCSH发光二极管。
[0050] PLaCSH-OL邸指的是PLaCSH有机发光二极管。
[0051 ]亚波长指的是一个结构的特征尺寸小于特定的波长。 PlaCSH L邸的结构和使用
[0化2] 图1为本发明一个实例中化aC細-L抓的结构示意图。从图1可知，PLaCSH-L抓结构 1〇(亚波长孔阵列等离子腔发光二极管，PLaCSH-LED 10,或LED 10)包括光腔天线12(或称 光谐振腔天线12,腔天线12,或腔12)。所述光腔天线12包括透光的顶部金属层14,背板层16 (或底部金属层16)和发光(或光子)21的发光层18(或光子发射材料层18,发光材料层18)。 发光层在顶部金属层14与背板层16中间。所述发光材料层18在电流通过或光子福照下可W 发光21。除了作为光腔天线12的一部分，顶部金属层14和底部金属层16还作为LED 10的电 极，和引线26引线28相连。电极可W给LED 10供电使之发光。顶部金属层14具有透光性，因 此允许光或者发射到腔外或者从腔外传输到腔内。所述光腔天线12,顶部金属层14和底部 金属层16也可W给发光二极管提供致冷。衬底30是可选的（参考图8中的实例）。发光二极管 的性能主要取决于腔12的性能。
[0053] 可选的，在发光材料层18上面可W包含顶部界面层22,在发光材料层下面可W包 含底部界面层24。顶部界面层22和底部界面层24可W为不同层提供好的粘结力（作为黏结 层），阻止/传输特殊种类的载流子(作为载流子阻挡层/传输层），或提高腔12的性能(作为 间隔结构）。在金属光腔中需要所述间隔结构，用金属降低光的抑制。
[0054] 所述发光二极管可W用如下方式操作。(a)在电流累浦方式中，通过连线26和连线 28,电压被加在顶部金属层14和底部金属层16之间。电压可W导致电流流过发光层18产生 光子(光）。所属金属光子谐振腔天线12可W提高从光子发射材料来的福射和从腔内的发光 层18到腔天线外部自由空间的光提取。提高光提取意思是在特定的发光材料(或者形状)和 特定的电压偏置条件下，带有腔天线的发光二极管比没有腔天线的发光二极管向自由空间 (发光二极管外部)福射和提取更多的光。不能被提取的光转化成热量，运种热量会大大降 低发光二极管的使用寿命和性能（因为性能和溫度相关）。
[0055] (b)在光累浦方式中，从发光二极管外部福射而来的光福射到发光二极管内部在 发光材料层18里，产生光(不需要电流）。在运种工作方式下，除了能在福射波长范围内提高 光提取W外，所述光天线也能在累浦波长范围内提高从腔外通过光透明电极到腔内部的光 传输(意味着使用腔的电极的光传输大于没有腔的电极的光传输），和提高累浦光在腔内的 捕捉和吸收（由于在腔内的多次光反射）。
[0056] 当环境光25入射在LED 10的表面11(接近顶部金属层14)上时，一部分环境光25被 反射和散射形成被反射/被散射光27。一部分环境光25(未显示)被吸收在LED 10内。所述 LED 10的一个特殊性能是被反射/被散射光27远远小于入射的环境光25。所述发光二极管 在较长的光波段范围内有运样低的反射/散射(就是宽波段）。运样的低反射/散射说明所述 LED 10是一个好的环境光吸收体。产生于LED 10内部的光从内到外有较大的福射和较小的 环境光吸收使所述LED 10具有很好的对比度。高对比度在很多应用中都非常重要，包括但 不限于个人电子器件(如智能手机)等。
[0057] 换句话说，当顶部金属层14,发光材料层18和底部金属层16形成腔12时，和利用单 一层而不用腔的结构比较，腔12可W吸收比所有单一层吸收的环境光总量还多的环境光。 并且腔12对环境光的反射比所有单一层反射的环境光的总量还少。
[005引顶部金属层14本身可W制成防反射的。但是腔12的防反射性能比顶部金属层14的 防反射性能要好。并且，通过顶部金属层14的光被背板层16大大的反射，但是腔12可W把被 反射的光捕捉在腔12内。
[0化9] 一个系统可W包含多个LED 10。每个(单独使用一个LED 10)或多个LED 10通过上 述一种或两种方法被电偏置。多个LED 10可W形成一个显示器件。同样多个LED 10可W用 做相机(每个LED 10记录一个像素)和光伏器件提供电源。
[0060] 应用金属的特性和腔的设计，PLaC甜可W实现很多不同的功能。和介电材料相比， 金属有很多特性。其中一个特性是金属表面可W产生表面等离子极化（surface plasmon polar i ton，SPP)。表面等离子极化在一定条件下可W提高光发射速率(泊塞尔效应），改变 发射强度和图案，并提高光提取。
[0061] 本发明的一个方面是使用化aC甜的发光二极管结构，也可W称为金属光子谐振腔 天线，光子谐振腔天线，腔天线。所述二极管结构可W大大提高光提取、环境光吸收、对比 度、亮度、视角、图形锐度和降低眩光。所述化aCSH可W作为金属光子谐振腔天线大大提高 发光材料的光发射和从腔内的发光材料发射到腔外部自由空间的光的提取。根据本发明的 一些实例，所述化aCSH可W包括带有亚波长图案的金属网。所述金属网可W透光和用于取 代氧化氛锡（indium-tin-oxide，ITO)。在一些实例中，透光层指的是该层可W部分或全部 透过入射光。
[0062] 根据本发明的一个方面，PLaCSH-L抓的光子谐振腔天线包括:透光的带有亚波长 孔阵列的金属网电极（metallic-mesh electrode with subwavelength hole-array, MESH)层、背板层和半导体发光材料层。发光材料层位于电极与背板层之间，用于产生光。
[0063] 本发明的一个新颖之处在于所述化aC甜-L抓提高了产生在化aC細内的光向外的 福射(提高了发光材料层产生的光的发射效率)和从化aCSH来的同波长(或相同波长范围） 的光的吸收(提高了环境光的吸收）。进一步，对环境光的吸收不仅高，而且宽波段全接收。 运些性能可W使发光二极管显示器具有高对比度，在发光二极管显示器中非常有用。
[0064] 本发明的另一个新颖处在于化aCSH-L邸的视角和光发射角的分布可通过化aCW-LED的腔的长度和/或其他参数(形状和材料等)进行调节。在不同的实例中，腔的长度是指 PLaCSH-L邸两个相邻金属电极之间的距离。
[0065] 通过改变化aCSH-L邸的参数，从化aC甜发射出的光可W更多聚焦在某一方向或分 布在更宽的角度。例如，PLaCSH-LEDs的视角比没有化aC細的接近固定视角的化抓(如ITO-OLm)等）宽或窄达17度。所述视角也可W通过在发光二极管的前或后电极上使用不同金属 或不同纳米结构来调节。
[0066] PLaCSH-LE化的另一个新颖处在于化aC細-L抓比参比L抓在特定角度有更高的亮 度。参比L邸指的是与化aCSH-LEDs有相同或相似的结构但是没有化aCSH。所述亮度和角度 通过改变PLaCSH-LE化的形状和材料来调节。
[0067] PLaCSH-LEDs的另一个新颖处在于光发射在整个发射角范围内颜色均匀。运意味 着在显示器应用中PLaCSH-L邸有很好的图像锐度。
[0068] PLaCSH-LE化的另一个新颖处在于化aCSH-LE化具有宽波段，角度不敏感。并且，从 腔内到腔外的光福射增强的强度相似，从腔外到腔内光提取的强度相似。在显示器应用中， 运样的性能使得PLaCSH-LE化在不同角度的颜色和图像锐度均匀。
[0069] 在一个实例中，本发明设及新式高性能发光二极管及其制备方法。本发明的几个 实例可W解决一个或多个传统发光二极管面临的挑战。运些挑战包括(a)如何提高发光材 料的光福射；（b)如何有效的从发光材料内部到外部提取光；（C)如何取代ITO透明电极；（d) 如何在不同角度保持均匀颜色；（f)如何控制福射图案，角分布和视角；（g)当发光二极管用 光累浦驱动而不是电流驱动时，如何实现（i)从发光二极管内部到外部的高光透过和（ii) 在二极管内的较薄发光层内有高光捕捉和吸收，W使量子效率最大化，和化)如何更好的冷 却发光二极管。在某些实例中，量子效率指的是入射光和发光二极管的发光层产生的光的 转化效率。
[0070] 我们的研究已经证实本发明的发光二极管在宽波段内有高吸收(>90%)和捕捉， 和全方位接受。全方位接受指的是几乎不受入射光的角度和极化的影响且小于菲涅尔定律 的变化。
[0071] 所述LED 10的另一个性能是：用于发光的LED 10也可W用做光探测器。光探测器 可W探测环境光在发光二极管两个电极之间产生电信号和能量。因为所述LED 10有很好的 环境光吸收能力，因此LED 10可W是高效率光探测器。L抓10所吸收的环境光可W产生电 荷载流子（电子或空穴）。光生载流子可W被传输到电极26和28,电极26和28之间可W产生 电势差或电流。使用可W用作有效发光和光探测的同一器件有很多优势。例如，在智能手机 或类似器件中，当所述LED 10工作在光发射模式时可W用作显示器，当所述LED 10工作在 光探测模式时可W用作相机或电源(类似于光伏器件）。同一个LED 10可W依次用作发光二 极管(LED)和光探测器(相机或电源）（即在一个时段用来光发射另一个时段用来光探测)或 同时用作发光二极管和光探测器。
[0072] 本发明的同一个发光二极管可W同时用作高效率显示器和高效率光伏器件或光 探测器。运意味着，当相同的LED 10用作阵列时，此阵列可W用作显示器(发光二极管工作 模式），电源(光伏器件模式)和相机(光探测器和成像模式）。多个LED 10工作在光发射模式 和光子探测模式，可W用作成像和电源。
[0073] 顶部金属层和背板层的光学相互作用在实现高性能化aC甜-L抓起重要作用。高性 能意思是：（a)提高发光材料层的光福射；（b)有效的从发光材料层内到外提取光;和(C)提 高环境光的吸收。所述强的光学相互作用对化aCSH的材料和形状有特殊的设计要求，例如， (a)顶部电极和底部电极之间的光学长度(腔的长度乘W折射常数），通常是亚波长(小于福 射波长）；（b)两个电极的厚度；（C)两个电极的材料。我们的发现表明，在强光学相互作用 下，更多的光可W穿过顶部金属层(从外到内或从内到外取决于光源），因而增强光提取和 捕捉。
[0074] 本发明的另一方面包括形成化aC細-L抓S的方法。所述方法包括用至少低溫分子 束外延，瓣射，物理气相沉积，化学气相沉积，薄膜沉积，薄膜转化-打印和薄膜旋涂中的一 种方法沉积一层发光材料层。
[0075] 所述LED 10不管在发光二极管模式(发光模式)还是在光探测模式（电源或相机） 下都可W在宽波段内工作。所述LED 10的工作波段可W从30纳米到40000纳米。由于很难采 用一个腔12的设计来实现在整个可能的波长范围内工作，优选的波长范围可W是50纳米到 100纳米；100纳米W上到300纳米;300纳米W上到400纳米;400纳米W上到800纳米;800纳 米W上到1600纳米;1600纳米W上到4000纳米;4000纳米W上到10000纳米；10000纳米W上 到40000纳米。 发光层（18)和界面层(22,24)
[0076] 发光层18包括一种或多种单一材料52,多种材料的混合物54,和由多种材料组成 的多层材料56。例如，所述单一材料52可W是任意一种发光二极管常用的材料。所述多种材 料的混合物54可W是空穴材料和电子材料的混合物。所述多种材料的混合物54也可W包含 多种高分子相形成有机发光二极管(也称为体异质结层）。所述多层结构56可W包含任意无 机半导体材料或有机半导体材料的PN结。
[0077] 所述发光材料层18可W由有机和/或无机发光材料制成。所述发光材料可W是多 晶，非晶，异质混合，或运些结构的组合。在一些实例中，异质混合结构指的是多种材料混合 在一起的细小晶粒。所述发光材料层18的厚度可W从大约2纳米到700纳米，或者从1纳米到 100纳米。
[007引所述无机发光材料可W包括III-V族材料（如，GaAs, InP,AlGaAs,GaN, (AlGa)InP 等），II-VI族材料（如，CdZnSe-CdM扣nSe，aiSe等），纳米材料（如，CdSe量子点，CdS量子点， InAs量子点，InP量子点等），和运些材料的组合。
[0079] 所述有机发光材料可W包括小分子，像染料，（如憐光染料等），P型共辆高分子(如 并四苯，并五苯，等），N型共辆高分子（如富勒締的衍生物，如（6,6)-苯基-C61-下酸甲醋 (PCBM)等）。所述有机发光材料也可W包括聚合物，如聚对苯乙烘(PPVK例如，M拙-PPV, MDMO-PPV，BCHA-PPV，等），1-4聚对苯(PPP)，聚巧(PFO)(如9，9-二辛基巧，等），聚嚷吩（如3-辛基取代聚嚷吩，等），含氮高分子(如1，3，4-恶二挫，等)和水溶性LEPs (如硫化PPV等），等。
[0080] 在其他例子中，所述发光材料层18可W由如下材料制成，如晶体材料，非晶材料， 多晶材料，无机材料，有机材料，聚合物，GaAs，GaN，GaInN，AlN，Si，Ge，和/或其他任意可发 射光子的材料。
[0081] 所述发光材料层18可W由受主-施主憐光有机(小分子)系统制成。所述发光材料 层18可W包括一个或多个空穴传输层材料(如4,4'，4"-立师挫-9-基)立苯胺(TCTA)，等）， 一个或多个电子传输层材料(如4,7-联苯-1,10-邻菲日罗嘟(BPhen)等）。上述材料也可W用 憐光染料(如立(2-苯基化晚)银(III)([Ir(ppy)3])渗杂。
[0082] 所述发光材料层18的厚度可W被优化。优化的内容包括从腔天线内部向外部的光 福射和从腔电极外部到内部的环境光捕捉。
[0083] 通常，对波长约为500纳米到600纳米的可见光福射和对波长约为400纳米到900纳 米的环境光的捕捉，所述发光材料层的厚度可W在400纳米到900纳米之间。具体值由光波 长决定。顶部金属层14上的孔阵列的周期约为40纳米到500纳米。顶部金属层的厚度约为5 纳米到100纳米。背板层16的厚度约为50纳米到500纳米。背板层16的平均反射率约大于 90%。
[0084] 第一界面层22可W用于为不同层提供好的粘结力。也就是说，第一界面层22可W 做为粘结层。第一界面层22也可W阻止和/或传输带某种电荷的载流子(作为电荷载流子的 阻挡层或传输层），或者提高腔天线的性能(作为隔离结构）。所述隔离结构在随后形成的金 属光子腔中可能是必须的，可W用于降低金属对光的某种隧灭。所述隔离结构可W控制腔 内的光子的状态密度，电场分布，磁场分布和提高材料的福射效率，光提取和捕捉也可能是 必须的。
[0085] 在一个实例中，第一界面层22可W包含顶部金属层在内。例如，一个典型的结构可 W是第一界面层22-1/顶部金属层/第一金属层22-2。22-1和22-2可W有不同的厚度，或是 不同的材料。
[0086] 例如，第一界面层22可W包括一个电荷载流子传输/阻挡层，一个光学隔离结构 层，一个粘结层或几者的组合。所述电荷载流子传输/阻挡层可W包括聚（3,4-亚乙二氧基 嚷吩)-聚(苯乙締横酸）（阳DOT:PSS)，富勒締衍生物(如C60)，8-径基哇嘟侣(Alq3)，LiF，Ca， 和TiOx及其组合。所述光学隔离结构层可W包括ZnO，TiOx，Mo〇2等过渡金属氧化物及其组 合。所述粘结层可W包括Ti, A，化，聚酷亚胺及其组合。
[0087] 例如，第二界面层24可W包括一个电荷载流子传输/阻挡层，一个光学隔离结构 层，一个粘结层或几者的组合。所述电荷载流子传输/阻挡层可W包括聚（3,4-亚乙二氧基 嚷吩)-聚(苯乙締横酸）（阳DOT:PSS)，富勒締衍生物(如C60)，8-径基哇嘟侣(Alq3)，LiF，Ca， 和Ti化。所述光学隔离结构层可W包括化0，TWx，Mo02等过渡金属氧化物。所述粘结层可W 包括Ti，A，化，聚酷亚胺。
[0088] 通常，根据界面层的功能和对应的波长，界面层22,24的厚度约为0.1纳米到100纳 米。对可见光发射，当介面层作为电荷载流子传输/阻挡层时，其厚度约为0.1纳米到50纳 米。当介面层作为粘结层时，其厚度约为0.1纳米到5纳米。当介面层作为光学隔离结构层 时，其厚度约为10纳米到100纳米。
[0089] 顶部金属层在取代传统透明ITO电极方面也起到很大的作用。在PLaCSH-化邸工作 过程中，金属网电极和背电极（由侣制成)可W分别提供空穴和电子。空穴和电子在发光材 料层内重新复合W产生光子(光）。在一些实例中，PLaCSH-OLED可W面朝下制备W使ME甜与 光发射的衬底相邻。 顶部金属层14
[0090] 顶部金属层14对LED 10来说非常重要。除了许多其他功能外，顶部金属层14的两 个主要功能是(a)使光通过(在提供电压或电流的同时形成一个光透明电极。也就是说顶部 金属层可W是一个透明导电电极），和(b)提高产生于光二极管内部的光的发射和提高环境 光在二极管内部的捕捉。当和底部电极16和光发射层一起使用时，在LED 10内部产生的光 的光发射会被提高。同时，LED 10对环境光的反射小于每个单一没有腔的层对环境光反射 的总和。因此，提高了环境光在发光二极管内部的捕捉。顶部金属层14的作用与其形状/结 构和制备材料有关。
[0091] 在一个实例中，如图2a所示，所述顶部金属层包含一个连续的金属薄层。所属薄层 金属内形成有一个孔64或多个孔60。一个例子是金属网结构。对多个孔60来说，每个孔64的 尺寸和两个相邻孔60之间的分隔或距离62小于所传输的波的波长，也就是亚波长。在一些 实例中，金属材料层60的亚波长特征结构对期望的光子性能非常重要。
[0092] 所述的孔(狭缝)64可W为任意形状，比如圆形，长方形，多边形，=角形，等。也可 W是随机边沿的孔，交叉的孔，或各种形状的组合。孔64可W是周期的或非周期的。每个孔 64的大小和形状可W相同，也可W不同。为了使PLaCSH发射或吸收光在宽波段的有响应，孔 64的形状比较复杂而不是完美的圆形。
[0093] 在其他实例中，顶部金属层14也可W是金属材料片状物阵列40。每一个片状物42 的尺寸是亚波长的，可W为任意形状，比如圆形，长方形，多边形，=角形，等。也可W是随机 边数的片状物，交叉，或各种形状的组合。片状物之间的距离44也是亚波长的。
[0094] 每一个片状物42具有亚波长的尺寸，可W为任意形状，比如圆形，长方形，多边形， =角形，等。也可W是随机边数的片状物，交叉，或各种形状的组合。片状物之间的距离44也 是亚波长的。片状物阵列40可W是周期的或非周期的。每个片状物40的大小和形状可W相 同，也可W不同，只要大部分片状物42是亚波长的就可W。
[0095] 在光传播和作为光子腔镜方面，金属材料片状物阵列的光学性能和金属材料网 (孔阵列）的性能相似。但是片状物阵列不导电，因而不能作为LED 10的电极。为了解决运个 问题，一个薄导电层可W沉积在片状物阵列上。所述导电薄层不会严重影响光子腔的光学 性能。比如，对可见光，一个薄ITO层可W沉积在片状物阵列上。在一些例子中，一层超薄金 属层可W和片状物阵列一起使用。无论是用于孔阵列还是片状物阵列，顶部金属层的厚度 都约为1纳米到150纳米。在一个例子中，优选的厚度约为15纳米到40纳米。
[0096] 形成顶部金属层14的材料可W是金属材料或金属材料的混合物。所述顶部金属层 14可W是由一种或多中材料制成的单一结构，也可W是由一种或多种材料制成的多层结 构。所述金属材料的性能对光子腔天线所需的性能(如提高光提取，透过和捕捉)非常重要。
[0097] 在一些实例中，当一种材料被称为"金属"时，指的是所述材料不仅导电，在光福射 条件下也表现为金属。当光波长(频率）比该金属的等离子波长(频率)长(小)时，W至于该 金属中的自由电子能够对入射光的谐振有响应，该金属可W强烈的反射入射光。但是当光 波长(频率)比该金属的等离子波长(频率)短(大)时，W至于该金属中的自由电子对入射光 的谐振没有响应，该金属可W表现为介电材料而对入射光透明。
[0098] 例如，块体金(Au)的等离子波长约为540纳米，因此块体金对波长约大于540纳米 的光具有金属性，光可W被强烈的反射。但是，如果入射光的波长小于560纳米，块体金可W 成为该光的透明体。
[0099] 再例如，ITO的等离子波长约为1.祉m。因此对波长约为400纳米到700纳米的可见 光，ITO可W对该可见光透明，但ITO不是金属。在一些实例中，光子和光在描述时可W通用。
[0100] 根据工作光子的波长(发光二极管发射的光子的波长，或二极管使用时从二极管 外部吸收的光子的波长），顶部金属层14的材料可W从在工作光子波长内具有金属性的材 料中选择。例如，当工作光子的波长等于或大于可见光波长时，顶部金属层14的材料可W从 金，铜，银，侣及其组合中或合金中选择。顶部金属层14可W是多层结构。当工作光子的波长 在近红外或中红外波长范围内时，所述金属材料可W在ITO或其他金属氧化物中选择。娃在 一定工作波长范围内也具有金属性。
[0101] 进一步，当选择金属材料时，其功函数与发光二极管的匹配也需要考虑。也就是 说，金属材料的选择也要考虑顶部金属层14和随后形成的发光层的能级匹配。
[0102] 在一个实例中，当工作光子波长等于可见光波长时，ITO可W沉积在圆片阵列40 上。在另一个实例中，一层超薄金属层可W和圆片阵列40-起使用。无论是孔阵列还是圆片 阵列，顶部金属层14的厚度约为1纳米到150纳米。在一个实例中，顶部金属层14的厚度是15 纳米到40纳米。在另一个实例中，顶部金属层14的厚度是15纳米到40纳米。在另一个实例 中，对于可见光发光，所述顶部金属层4的孔阵列和圆片阵列的周期约为50纳米到400纳米， 顶部金属层14的厚度约为10纳米到80纳米。 底部(背部)金属层16
[0103] 所述背板层16可W是金属，金属混合物，或金属材料的多层结构。所述背板层16可 W是平整(光滑)表面或带有特定结构的表面。背板层16的金属材料的性能对获得光子谐振 腔天线所需性能，如提高光提取，透射和捕捉，非常重要。
[0104] 根据所需工作光子波长，所述背板层16的材料可W从在工作光子波长下是具有金 属性的材料中选择。比如，当工作光子波长等于或长于可见光波长时，所述背板层16的材料 可W为金，铜，银，销，儀，锋，铁，钮，裡，巧及其组合或合金。所述背板层16也可W是多层结 构。当工作光子波长等于或长于近红外或中红外波长时，对应的金属材料可W是ITO或金属 氧化物。当工作波长在一定波长范围内，娃也可W具有金属特性。
[0105] 对腔的光子性能来说，背板层16的厚度不是非常重要，因为底部金属层的主要作 用是反射光子。但是背板层16的厚度对其制备，柔初性及冷却非常重要。为了制备过程简单 和具有较好的柔初性，背板层16的厚度约为5纳米到5微米。同时，背板层16材料的选择需要 考虑该材料与其他有源层的能级匹配。
[0106] 底部金属层16可W为金属材料，金属材料的混合物，或多层金属材料。底部金属层 16可W有平滑表面或带有特定结构的表面。所述金属材料的性能对光子谐振腔天线获得期 望的性能(提高光提取，传输和捕捉)非常重要。
[0107] 在运里，材料为金属材料指的是该材料不仅导电，还要在光福射下能表现为金属。 当光波长(频率)比该金属的等离子波长(频率)长(或小)时，W至于该金属中的自由电子能 够对入射光的谐振有响应，该金属可W强烈的反射入射光。但是当光波长(频率）比该金属 的等离子波长(频率)短(或大)时，W至于该金属中的自由电子对入射光的谐振没有响应， 该金属可W表现为介电材料而对入射光透明。例如，块体金(Au)的等离子波长约为540纳 米，因此块体金对波长约大于540纳米的光具有金属性，光可W被强烈的反射。但是，如果入 射光的波长小于560纳米，块体金可W成为该光的透明体。再例如，ITO的等离子波长约为 1.祉m。因此对波长约为400纳米到700纳米的可见光，ITO可W对该可见光透明，但ITO不是 金属(在一些实例中，光子和光可W通用）。 光子腔(PLaCSH) 12
[0108] 所述腔12对LED 10的性能和表现来说是一个重要的结构组成。
[0109] 腔的长度13指的是发光材料层和在两个电锻层之间的界面层的总厚度。也就是说 腔的长度13为顶部金属层14和底部金属层16的内部距离。
[0110] 在一些实例中，对LED 10来说，腔12作为一个天线能有效地从腔内向腔外发射产 生的光和有效地在腔12内吸收从外部产生的光。对高性能发光二极管和光电二极管来说， 运种有效发射和吸收应该是宽波段的，也就是在较宽的波长范围内。
[0111] 所述腔12的性能，特别是对从腔内向外福射光和对从外到内的光的吸收，可W用 一些模式来控制。运些控制模式包括i.对亚波长产生的局域表面等离子谐振（localized surface plasmonic resonance，LSPR)的控制；ii .对ME甜本身产生的LSPR的控制；iii .对 ME甜产生的表面等离子谐振(surface plasmon resonance,SPR)的控制；iv.对金属背版产 生的SPR的控制;V.对腔产生的TE/TM波导的控制。所有模式（i-v化不同波段都有吸收。在 一些实例中，主要的福射增强来源于(i)从腔来的LSPR.
[0112] 因此，为了保持发光二极管在福射上有好的表现，我们应该保持从亚波长腔来的 局域表面等离子谐振。所述亚波长腔满足福射波长和在模式和福射光之间拥有较强的禪合 效率。为了增强总的吸收，我们应该设计所有其他模式去i)覆盖更宽波段;和ii)增强模式 禪合强度W从外部和其他波长范围吸收更多的光。
[0113] 腔12的光性能控制的一些典型的例子包括在由高分子材料制成的化aCSH-OL邸中 把腔的长度从80纳米变成200纳米，对应的外量子效率（external quantum efficient， E犯)从1.2%变成2.35%。在本例中100纳米腔长的PLaCSH-OLED有最高的E犯即2.35% .
[0114] 总腔长度既影响福射又影响吸收。对最大的吸收有一个最优的总腔长度，但是在 运个最优总腔长度下，福射达不到最高。所述最优总腔长通常是亚波长，对有机(聚合物或 小分子)发光二极管，对应的厚度约为30纳米到300纳米。
[0115] 优选的实例是腔的长度除W平均系数在真空中测量的所述LED 10发射或吸收的 波长的1/5到1/2之间。
[0116] 在保持总腔长度条件下(对应于高吸收），福射可W通过腔内的发射层的位置来调 整或提高。通常，发光层可W设置在离背版10纳米到150纳米左右的位置。运样的位置可W 使有机(高分子或小分子)发光二极管具有最高的福射。
[0117] ME甜的周期是决定亚波长腔的局域表面等离子共振的重要参数。通常较长波长的 福射需要较大的周期。例如，福射波长在500纳米到700纳米之间时，所需的MESH的周期最好 是在100纳米到400纳米之间。
[0118] ME甜的厚度有一个最优值。ME甜太厚会导致更多的光阻损失，相应地，会降低福射 (但是会提高吸收KMESH太薄会导致电导变差，降低电性能和福射。对有机(聚合物或小分 子)发光二极管，MESH厚度的最优值约为5纳米到50纳米。
[0119] MESH和背板的材料:MESH和背板的材料影响腔的模式。对背板，高反射(至少对福 射波长)金属，像侣或银优先考虑。对MESH材料的福射波长和等离子共振应该在一起考虑。 例如，金和银可W在可见光内工作，但是不适合用在紫外区。
[0120] 背板的厚度:除了像透明发光二极管窗口运类特殊的应用，背板的厚度应该大于 材料的消散波衰减波长。例如，侣背板厚度应该大于50纳米到100纳米。在运个条件下，腔12 对由聚合物发光材料制备的发光材料层18的长度可W在50纳米到300纳米的范围内。运些 参数对性能提高和工作波段非常重要。不合适的设计(器件工作波段和工作波长不匹配等） 可能会大大降低性能的提高和工作波段。 比例缩放
[0121] 与波长的比例缩放。在前述(1巧lj(6)中的优选参数是针对500纳米到650纳米波长 范围内的光发射和吸收。对波长在500纳米到650纳米W外的光，优选参数可W与波长近似 线性缩放。例如，如果对波长"b"初始优选参数为V'，那么对波长V'的优选参数可W是V' 除 W V 的a倍（即 X = a* (y/b))。
[0122] 与有源层折射率的比例缩放。上前述（1巧lj(6)中的优选参数在500纳米到650纳米 波长范围内对有源层的折射率在1.5到2.5之间。对有其他折射率的材料(或其他材料在不 同波长范围，因此有不同的光学折射率），优选参数(尤其是腔的长度)应该近似线性反比例 缩放。例如，如果对波长V'初始优选参数为V'，那么光学折射率V'的优选参数可W是V' 除W V'的倍数(即x = a*(c/z))。 其它PLaSCH-LED结构的实例
[0123] 在图5和图2a到2f所示的化aC甜-LED(LED 10)的形成方法实例中，顶部金属层14， 第一界面层22，发光材料层18，第二界面层24和背板层16顺次形成。但是所述顺序并不限制 本发明。例如，在一个载体上，背板层16可W先形成，顶部金属层14可W后形成。如果需要衬 底，形成的PLaSCH-L邸可W转移到衬底上。
[0124] 一个或多个顶部金属层14,顶部金属层14,第一界面层22,发光材料层18,第二界 面层24和背板层16可W形成在另一个载体层或平台上，然后转移到合适的层上W形成 PLaSCH-LEDo
[0125] 图6a到图6c为本发明腔的形成过程的结构示意图。如图4a所示，一个化aC細-L抓 包含多层透光的金属MESH层，多层背板层，多层有源层及其不同组合。任意相邻两层之间的 距离可W相同也可W不同，只要是多数的距离是亚波长。如图4b所示，多个相同或相似的腔 串联可W形成一个较大的腔。所述较大的腔可W提高发光二极管的性能和功能。比如，=个 分别发红光，蓝光和绿光的腔可W串联叠加在一起发射白光。如图4c所示，多个相同或相似 的腔(准腔)可W形成一个较大的腔。所述较大的腔可W提高发光二极管的性能和功能。比 如，=个分别发红光，蓝光和绿光的腔可W平行叠加在一起发射白光。所述准腔可W用任何 合适的形成方法形成一个较大的腔。在本发明中不做限制。
[01%]在一些实例中，一个腔可W仅包含一个或多个透光的ME細层和一个或多个有源 层。在运些例子中，所述顶部层和有源层可W形成一个或多个腔。图5a-7c为本发明腔的结 构示意图。如图5a所示，MESH层可W形成在腔的顶部。如图化所示，MESH层可W形成在两层 有源层中间，因此MESH层在腔的内部。有就是说，顶部金属层可W在一个腔的内部或两个准 腔之间。如图5c所示，MESH层可W在腔的底部。
[0127] 背板层可W是一个平面结构或者包括一些亚波长结构。在一个实例中，形成腔的 沉积工艺包括形成MESH层，随后形成有源层，随后形成背板层，因此在金属背板层上相同的 亚波长结构可W被复制到金属层上。在另一些实例中，金属背板层可W直接按设计的样式 形成。MESH层的样式可W有任何合适的形状，如圆型（圆），多边形，S角形，孔，带随机边缘 的柱W及运些形状的叠加或组合。所述的孔或柱可W是周期性的或非周期性的。每一个图 形(孔或柱）的大小和形状可W与其他图形相同或不同，只要绝大多数的图形是亚波长的即 可。
[0128] 对某些应用要求，所述腔的长度可W被优化。例如最大化/最小化从腔外部对特定 波长的吸收;最大化/最小化从腔内部发射特定波长的光;最大化/最小化发射光的视角;最 大化/最小化光吸收的角度/极化;和最大化/最小化从腔内向外的电子发射，等等。因此，从 经典腔(谐振)的角度来看，优化的腔的长度不一定是相同的，或最好的。
[0129] 图8为本发明的一个腔的结构示意图。如图8所示，所述腔内部的有源层包含亚波 长结构。所述亚波长结构由一种或多种金属和非金属材料制成。所述亚波长结构的形状可 W是圆形，长方形，六边形，或其他多边形。亚波长结构可W均匀分布也可W不均匀分布。所 述亚波长结构可W进一步增强所述腔在不同应用中的性能。例如，亚波长结构可W包含大 折射率(如娃）的纳米颗粒用来增强光捕捉/散射;金属（如金，银)纳米颗粒用来增强光发 射;和上/下转化纳米球用来扩大光吸收/发射的波长范围W提高对比度。
[0130] 为了在不大量损失化aCSH-L邸的前提下进一步提高对比度，一个或两个光吸收材 料和光吸收结构可W加到化aCSH-L邸中。所述光吸收材料或结构可W在发光材料层18的内 部或表面，或在顶部金属层14或背板层16的内部或表面。为了提高对比度，光吸收材料的吸 收谱可W和发光二极管的发射谱不同。所述光吸收增强结构包括纳米结构。
[0131] 如上所述的由本发明方法形成的光子谐振天线有如下一个或多个特征：
[0132] a.提高的光发射层所发射的光的产率和从发光二极管向外发射的光的产率;和
[0133] b.提高的输入电流到从发光二极管向外发射的光子的转化效率;和
[0134] C.提高的通过提高环境光捕捉而达到的对比度（宽波段，独立于环境光的极化和 视角）。
[0135] 所述金属谐振腔天线12在一定波长内（工作波段)可W提高从腔内的发光材料层 18到腔外自由空间内的光福射和提取，也可W促进光学累浦光（如果需要)从腔外进入腔 内。所述增强，就是工作波段的中屯、波长和带宽，取决于一个或多个因素，如发光材料层18， 顶部金属层14,第一界面层22,第二界面层24和背板层16的材料和形状，等。
[0136] 在不同的实例中，形状是指上述各层的厚度，顶部金属层中孔和圆片的尺寸和周 期。形状的因素可W被优化W最大化特定的发光材料层18在特定的波长向自由空间的福 射。
[0137] I.如图I所示，所述腔结构包括几层透光的金属层(ME甜），背板金属层，有源层及 其组合。每层之间的距离可W相同，也可W不同，只要满足亚波长。多个串联或平行的相同 的腔可W形成一个较大的腔。
[0138] 2.所述腔结构可W仅包含透光金属层(ME甜)和有源层。所述金属层可W在腔的上 面，里面或下面。在本实例中，金属层和有源层的表面形成腔。
[0139] 3.底部背板金属层可W是平面的或者带有亚波长结构。a)在形成腔的沉积工艺中 (MESH-〉有源层-〉金属背板层），在ME甜上同样亚波长结构可W复制到底部金属层上。（b)样 式可W直接形成在金属背板层上。所述样式可W是任何形状，如圆形，=角形，多边形，具有 随机边缘孔/柱及其叠加或组合。所述孔/柱可W是周期性的或非周期性的。每一个图形(孔 或柱）的大小和形状可W与其他图形相同或不同，只要绝大多数的图形是亚波长的即可。
[0140] 4.对某些应用要求，所述腔的长度可W被优化。例如最大化/最小化从腔外部对特 定波长的吸收；最大化/最小化从腔内部发射特定波长的光；最大化/最小化发射光的视 角；；最大化/最小化光吸收的角度/极化;和;最大化/最小化从腔内向外的电子发射，等等。 因此，从经典腔(谐振)的角度来看，优化的腔的长度不一定是相同的，或最好的。
[0141] 5.所述腔内部的有源层包括亚波长结构。所述亚波长结构由一种或多种金属和非 金属材料制成。所述亚波长结构的形状可W是圆形，长方形，六边形，或其他多边形。亚波长 结构可W均匀分布也可W不均匀分布。所述亚波长结构可W进一步增强所述腔在不同应用 中的性能。例如，亚波长结构可W包含大折射率(如娃）的纳米颗粒用来增强光捕捉/散射； 金属(如金，银)纳米颗粒用来增强光发射;和上/下转化纳米球用来扩大光吸收/发射的波 长范围W提高对比度。
[0142] 权利要求15中的发光二极管组件的功能层是体异质结材料。所述体异质结材料包 括空穴材料和电子材料的混合物。
[0143] 权利要求15中的发光二极管组件的功能层的厚度是被优化过的。所述的优化包括 对从腔内到腔外光福射的优化和从腔外到腔内光捕捉的优化。
[0144] 为了在不大量损失化aCSH-L邸的外量子效率的前提下进一步提高对比度，一个或 两个光吸收材料和光吸收结构可W加到PLaCSH-L邸中。所述光吸收材料或结构可W在发光 材料层18的内部或表面，或在顶部金属层14或背板层16的内部或表面。为了提高对比度，光 吸收材料的吸收谱可W和发光二极管的发射谱不同。所述光吸收增强结构包括纳米结构。
[0145] 权利要求1中发光二极管的光子谐振天线有如下一个或多个特征：
[0146] a.提高的光发射层所发射的光的产率和从发光二极管向外发射的光的产率;和
[0147] b.提高的输入电流到从发光二极管向外发射的光子的转化效率;和
[0148] C.提高的通过提高环境光捕捉而达到的对比度（宽波段，独立于环境光的极化和 视角）。
[0149] 所述金属谐振腔天线12在一定波长内（工作波段)可W提高从腔内的发光材料层 18到腔外自由空间内的光福射和提取，也可W促进光学累浦光（如果需要)从腔外进入腔 内。所述增强，就是工作波段的中屯、波长和带宽，取决于一个或多个因素，如发光光材料层， 顶部金属层，第一界面层，第二界面层和背板层的材料和形状，等。所述形状是指上述各层 的厚度，顶部金属层中孔和圆片的尺寸和周期。形状的因素可W被优化W最大化特定的发 光材料层18在特定的波长向自由空间的福射。
[0150] 对LED 10来说，本发明实例描述的是腔12作为在腔12内产生的光天线从内往外的 福射，不是从腔外来的光的强烈吸收。因此，发光二极管的10的腔12比光电源60和光探测器 100的腔长(或厚）。腔12对由聚合物发光材料制备的发光材料层18的长度可W在50纳米到 300纳米的范围内。运些参数对性能提高和工作波段宽化非常重要。不合适的设计(器件工 作波段和工作波长不匹配等)可能会大大降低性能的提高和工作波段的宽化。
[0151] 通常，所述发光材料层18的厚度可W在20纳米到300纳米之间。对可见光发射，顶 部金属层14上的孔阵列的周期约为50纳米到400纳米。顶部金属层14的厚度约为10纳米到 80纳米。底部金属层16的厚度约为50纳米到500纳米。背板层16的平均反射率约大于90%。
[0152] 在此所述的所有材料可W是晶体，多晶，非晶，或异质混合。所述异质混和意味着 不同材料混合在一起形成细小晶粒。
[0153] 所述LED 10的不同参数可W提高性能和波段。合适的设计可W大大提高LED 10的 性能和波段。
[0154] 考虑到前述的问题和其他问题，本发明的一个方面是采用具有新颖结构的器件集 合来提供低反射和低眩光。所述新颖结构指的是新颖的等离子纳米腔，也被称为具有亚波 长孔阵列的等离子腔(PLaCSH)。并且，运种器件集合可W同时提高从器件集合内部的发光 材料光发射和提高发光材料的光提取。 衬底30
[0155] 衬底30可W是一个或多个柔性薄膜，和相对较硬的厚衬底。所述衬底30可W由聚 合物、玻璃、非晶材料、晶体、多晶材料、颗粒材料及其组合制成。所述薄膜衬底的厚度可W 从100纳米到1微米。所述薄膜衬底厚度的另一个范围是1微米W上到100微米。所述薄膜衬 底厚度的另一个范围是100微米W上到1毫米。衬底30可W由金属，半导体，绝缘材料及其组 合制成。
[0156] 在本发明中描述的材料可W是晶体材料、多晶材料、非晶材料或异质混合材料。所 述异质混合材料指的的是不同材料混合形成的小晶粒。
[0157] 在一些实例中，金属被沉积到非金属表面。粘结层可W形成在非金属表面和金属 层之间W增强粘结力。所述粘结层的材料可W是铁、铭、儀或其他材料。 PLaC甜发光二极管的形成
[0158] 所述LEDlO可W用不同方法和不同技术形成。LED 10可W形成在一个衬底上。发光 表面可W对着衬底(光从衬底通过)或远离衬底。或者LED 10可W从衬底上剥离下来成为独 立的结构。形成方法包括光刻、刻蚀和沉积中的一种，多种或所有。
[0159] 为了示意的目的，本发明中器件的制备方法包括至少下面所述方法中的一种或多 种，但不限于运些方法。材料的沉积可W由分子束外延（常规分子束外延或低溫分子束外 延），蒸锻(热蒸锻或电子束蒸锻），瓣射，化学气相沉积，原子层沉积，旋涂或诱注等方法来 实现。纳米结构的形成可W由纳米压印，电子束或离子束光刻，光学光刻，自组装，剥离和刻 蚀等来实现。所述纳米压印可W是板到板，板到卷，卷到卷等方式。形成方法也包括把部分 器件粘接到其他部分器件上，或把器件粘接到衬底上。所述刻蚀包括湿法化学刻蚀，干刻 (反应离子刻蚀），瓣射和离子加工中的一种或多种。
[0160] 发光二极管的形成方法包括形成带有亚波长孔阵列的金属网电极(MESH)。所述 MESH对二极管所发的光透明。所述MESH至少有一个横向结构小于对应的光的波长。所述形 成方法还包括形成背板层;和形成在顶部金属层和背板层之间的发光材料层。所述发光材 料层至少由低溫分子束外延和薄膜沉积中的一种形成。 在述的方法中，顶部金属层14的形成方法包括转移印刷法。在转移印刷法中所述顶部 金属层先被形成在一个载体衬底上，然后将其压在发光二极管衬底W使顶部金属层14粘接 到发光二极管的衬底上，然后把载体衬底从顶部金属层14分开。
[0161] 作为一个例子，图5为本发明中形成LED 10的流程图。所述发光二极管的顶部金属 层14对着衬底30(光从衬底穿过）。图2a-2f为本发明的形成方法中不同阶段的器件结构的 截面示意图。图2a-2f中的器件结构对应于图1中的方法，但是运些器件结构和方法并不限 制其他实例。
[0162] 参考图5中的步骤SlOl和图8a，所述方法包括提供一个衬底30。本发明中的 PLaCSH-L邸器件可W由衬底30支撑或自支撑。因此，提供衬底30是可选的，在一些方法技术 和器件结构中可W略过。
[0163] 当化aCSH-L邸器件由衬底30支撑时，衬底30可W用作一个与随后形成的ME甜层接 触的层。当随后形成的PLaCSH-L邸器件工作时，光可W从所述衬底30中射入或射出。
[0164] 参考图5中的步骤S102和图8b，所述形成方法也包括形成带有亚波长孔阵列的金 属网电极层(ME甜)14。在一个实例中，当所述衬底如SlOl中方式提供，PLaCSH-L抓可W面向 下形成，顶部金属层可W形成在衬底上。在另一个实例中，当所述衬底如SlOl中方式提供， 顶部金属层14可W形成在载体上，在随后的步骤中，可W转移到衬底上。顶部金属层14可W 用任意合适的方法转移，如微接触印刷，等等。所述载体可W是满足工艺要求或产品应用的 任意衬底型的层。同样，在另一实例中，当所述衬底未如SlOl中方式提供，顶部金属层14可 W形成在一个载体上。
[01化]图3a-3d为本发明中ME甜结构示意图。图3a是本发明中ME甜层的S维示意图。图3b 是本发明中图3a所示MESH层的顶示图。图3c是本发明中另一MESH层的S维示意图。图3d是 本发明中图3c所示MESH层的顶示图。
[0166] 如图3a和3b所示，所述顶部金属层14包括金属材料层60。所述金属材料层60包括 一薄金属材料层62和孔阵列(缝)64。相邻孔之间的距离和每个空的尺寸小于随后形成的发 光二极管所发光子(光）的波长。当光累浦被用在发光二极管中时，相邻孔之间的距离和每 个空的尺寸小于累浦光子的波长。
[0167] 如图3c和3d所示，所述顶部金属层14还可W包括金属材料片状物阵列40.
[0168] 参考图5中的步骤S103和图8c，所述形成方法也包括在顶部金属层14上形成第一 界面层22。束一界面层22是可选的，可W略过。
[0169] 参考图5中的步骤S104和图8d，所述形成方法还包括在顶部金属层14上形成发光 材料层18.如果第一界面层已经被形成，所述发光材料层18形成在第一界面层22上。所述发 光材料层18可W用于当电流通过随后形成的发光二极管，或入射光照射随后形成的发光二 极管时发射光子。在不同的实例中，发光材料层18也可W被称为功能层18或有源层18。
[0170] 参考图5中的步骤S105和图8e，所述形成方法还包括在发光材料层上形成第二界 面层24。第二界面层24是可选的，可W略过。所述第二界面层24可W为不同层间提供较好的 粘结力。也就是，第二介面层24可W作为粘结层。第二界面层24可W进一步阻挡或传输特定 的电荷载流子（用作电流载流子的阻挡或传输层），或提高腔天线的性能（用作隔离结构）。 所述隔离结构在金属光子腔中可能需要，用W降低光隧灭。
[0171] 参考图5中的步骤S106和图8f，所述形成方法也包括在发光材料层18上形成背板 层16。当第二界面层24已经形成时，所述背板层16可W形成在第二界面层24上。 应用
[0172] 所述LED 10可W应用在很多发光和显示领域(被人类或其他生物使用KLED 10可 W有如下分类，（1)可视信号，光或多或少从光源到人(或其他生物）的眼睛，提供信息或内 容；（2)照明，光从物体反射给出运些物体的可视反应；（3)感应，测量，或光辅助工艺(例如， 物理，化学或生物过程）；和(4)光探测器(即光传感器），发光二极管工作在反偏条件下对入 射光做出相应反应，不是作为发光二极管发光。
[0173] 所述LED 10在显示器中应用的例子包括，但不限于W下方面（1)手提式或腕式电 器（智能手机，等）；（2)电视;运动场发光二极管显示器(翻页发光二极管显示器。所述运动 场发光二极管显示器用于当运动或娱乐场景在运动场内发生时显示图片；（4)墙面大小的 显示器;和（5)其他显示器应用，如：舞台发光二极管显示器，巨大发光二极管显示器，机场 发光二极管显示器，和(6)其他应用，如(a)闪光。PLaCSH-L抓可W用于注意力寻找标记而不 需要外部电子器件;和(b)标记和信号。
[0174] 所述LED 10的另一重要应用是同一器件可W同时用作显示器和光子成像仪，特别 是当多个发光二极管形成阵列时(LED 10形成行和列）。
[0175] 所述LED 10在照明中的应用包括，但不限于:零售店照明。PLaCSH-L邸是好的零售 商店的照明，可W在大范围内提供全顾客体验并允许人们在许多场合设置好的场景。发光 二极管解决方案可W标示产品，产生兴趣，反应屯、态等。因此可W提供完美个购物环境和体 验。办公室照明。PLaCSH-LE化可W提供多种形状和设计，多种颜色选择，强度和方向上的动 态效果，和增强的舒适和健康的环境。在运些优点之上，发光二极管与合适的控制一起，可 ^节约能源。酒店照明。酒店行业有很广阔的能源节约潜力。PLaCSH-LEDs技术在全球能源 保护方面有非常大的潜力。发光二极管灯提供了新的单位面积瓦特消耗的新标准，特别可 W和灯光控制一起使用。户外照明。PLaCSH-LE化提供一种无可比拟的郊区环境照明方案。 PLaCSH-LE化具有好的适应性，如设计者可将原有的静态照明替换成可W随天气或季节变 化的自由转变照明，在节日里提供具有节日气氛的颜色等。所有运些设计都有节约能源的 特点，所需能源只为传统照明的一小部分。医疗保健照明。在医院里停留的人通常会感到焦 虑，无法平静，可能导致检查过程非常困难耗时。PLaCSH-LE化照明可W制造一个更多彩的 软环境，使环境变得更不像诊疗环境，更人性化。运样对人们的感觉有益，也可W提高诊断 的速度和质量。同时，PLaCSH-LEDs照明有很大的节能潜力，特别是用在医院的大厅或公用 空间。PLaCSH-LE化照明可W改变诊疗环境，改善医生和病人的在医院的生活，节能的潜力 也很大，可W节约医院运作的成本。工业照明。大型的工业场地通常需要24/7的照明，因此 照明用电消耗很多能源。并且工厂内的屋顶很高，使照明及其设备的维护很耗时，花费也很 高，特别是当某些维护需要停产的时候。PLaCSH-LEDs解决方案可W帮助人们克服运些挑 战。PLaCSH-LE化解决方案可W在不需要降低照明水平下大大降低能源消耗，提高照明源的 使用寿命，减少停产和照明源的更换。PLaCSH-LE化解决方案也可W应用在消毒（消除表面 生物污染），理疗(治疗皮肤病，如牛皮癖，和白齋风等)方面，和农业及园艺方面。
[0176] 发光二极管的另外15个应用如下。#1，冰柜的外壳（当发光二极管装在冰柜外壳 中，发光二极管可产生复合的能源益处。较大的节能效果可W从发光二极管改进的照射方 向中获得。发光二极管可W有好的光控制，降低使用巧光灯在低溫下的光损失和降低热 量）；#2,基础设施效果照明（使用彩色发光二极管可W在大型灰色水泥基础设施上产生惊 人的效果）；#3,传统控制的通用照明（改进的从上到下的照明，和传统的减光控制器一起使 用可W产生发光二极管的效率和传统照明的简便的组合）；#4,彩色住宅照明（使用彩色照 明本来是做为新颖性考虑，现在已经变成令人兴奋的特征。在住宅中，彩色可W通过DMX界 面来控制。运种控制可W通过工作站激活预先编程好的效果。编程可W通过墙上控制或连 接在主控板上的电脑来实现）；#5,建筑物外墙广告和显示效果（白色发光二极管照射在包 裹建筑物外部的金属屏幕，剧场控制和DMX协议用来产生动态图案和固定照明效果。运些效 果可W通过计算机软件来编程。所述计算机软件存储该建筑物的图形化信息，商店显示专 家可W使用运些信息来编程所述发光二极管，运些显示器件还有感光功能用来开关照明系 统）；#6剧场式房屋外墙照明（发光二极管照明可W用作屋脊或阳台照明。运些照明效果可 W用墙上或屋顶其他照明的控制器来控制，类似于剧场控制）；#7,日光控制(发光二极管照 明扩散日光增加填充。日光控制和标准大面积建筑控制得W实现。发光二极管固定装置的 控制可W和用在其他领域的传统照明产品的控制集成在一起。运种集成可W通过一个大的 中屯、减光和可编程控制系统来实现）；#8,集成显示器和通用照明效果(在运个应用中，发光 二极管用来在墙上产生白光的阴影和动态艺术信息。其控股通过DMX界面，效果的编程用标 准个人电脑和第=方软件来实现）；#9特殊效果（利用易编程软件和互动控制，公用空间可 W通过颜色和动态光效果来变化。运种效果可W使公用空间随着季节或特殊时间而发生变 化）；#1〇,户外建筑外墙照明（白光发光二极管的应用可W用其他照明产品相同的方法来控 审IJ，其户外应用没有特殊要求。在室内应用时，时钟和光传感器控制与标准继电器一起使 用，可W实现和其他传统光源一样的效果外墙纹理结构效果(使用暴露的发光二极 管光源和DMX控制并通过电脑软件，使用白光源可W得到无限阵列的静态和动态的图案）；# 12,工作间照明（巧光灯在打开后不能马上达到全亮度，并且经常开关会影响使用寿命。所 述发光二极管在任务照明方面有明显的优势）；#13,商业内部照明（在运种应用中，100%是 发光二极管。发光二极管通过传统线电压负载控制，典型的墙站和日光传感器的组合来控 审IJ，W在不使用时降低照明）；#14,影像效果(发光二极管在大型影像系统中的使用打破了 照明，娱乐和标示之间的界限）；和#15,白光调制(使用DMX或带有墙站激活预设情景的专利 控制方法来控制光的颜色和白光混合可W提供新的照明方式。运些照明方式不会比传统的 白识灯光减效率低，也不会有由使用在白识灯和巧光灯上面的过滤器造成的光损失）。 例子
[0177] 本发明的其他方面可W根据下面的例子进一步理解。运些例子不应在任何方面对 本发明有限制。
[0178] 在一个非限定的例子中，PLaCSH-L抓可W包括一个新颖的亚波长等离子纳米腔， PLaCSH。所述化aC細可W包括两个锻层。两个锻层中的第一锻层可W是透光的金属网电极 (ME甜层）。顶部金属层有亚波长孔阵列。两个锻层中的第二金属层可W是一个金属背电极 (背板层）。背板层可W是不透光的和平面的。在两个锻层之间包括发光材料(发光材料层）。
[0179] 在所述优化的化aCSH-OL抓中，顶部金属层可W包括一层15纳米厚的金网。所述金 网包含孔阵列。一层AuOx层可W形成在金网表面。所述背板层的表面可W包括一层100纳米 厚的侣膜。一层0.3纳米厚的LiF层可W形成在背板层上作为第二界面层。
[0180] 所述发光材料层可W包括一个空穴传输层。所述空穴传输材料可W由绿色憐光材 料4,4'，4"-S(巧挫-9-基)S苯胺(TCTA)制成。所述发光材料层也包括一个电子传输层。所 述电子传输材料层可W由4,7-联苯-1,10-邻菲喫嘟(BPhen)制成。发光材料层的总厚度约 为80纳米。所述空穴传输层和电子传输层可W用憐光染料(如= (2-苯基化晚)银(III) ([Ir (ppy)3])渗杂（参考下面的图9曰）。不包括衬底，所述化aCSH-L抓的总厚度约为195纳米。 PLaCSH-L邸也可W形成在折射率为1.46的石英玻璃衬底上。
[0181] 憐光渗杂Ir(ppy)3可W使发光材料层实现单一态和S态发光。因此，内量子效应 较高。本发明中的一些器件的内量子效率估计约为92%。发光材料层的巧光峰在520纳米左 右。折射率约为1.65到1.70。所采用的衬底为石英玻璃，其折射率约为1.46。顶部金属层的 周期约为200纳米，比发射光的峰值波长小(n = 360nm)，所W可W很好的和离子腔天线的表 面离子波长吻合。
[0182] 根据简化模型^ = \_0/^(￡_111￡_3/(￡_111+￡_3))，对^_0 = 520纳米，在金网和有源层 的界面上的A可W为200纳米。e_m和e_a为金网和有源层的界面上的电容率。
[0183] 为了减少在顶部金属层的非福射损失（焦耳损失等），顶部金属层的厚度和宽度 (孔阵列中任意孔的任意宽度，圆片阵列中圆片的宽度和相邻圆片的距离)可W保持在深亚 波长尺寸（如，分别为15纳米和20纳米），较好的水平直流电导率也可W保持。许多化aCSH-OL抓的设计原则和具体参数都是基于在之前的化aCSH光伏器件和相关的等离子纳米结构 的实验结果。
[0184] 在化aCSH-OL抓的使用中，空穴和电子分别由顶部金属层和侣背板层提供。所述空 穴和电子在发光材料层中可W重新复合W产生光子(光）。在憐光渗杂Ir (ppy)3的作用下， 一态和=态都可W用于发光，所W，内量子效率很高，估计约为92%。
[0185] 等离子纳米腔，PLaCSH,的主要作用包括一下一些方面：（a)在宽波长范围内大大 提高向外发射光提取的效率，从而提高外量子效率；（b)在宽波长范围内和所有角度和极化 方向上大大提高环境光的吸收，从而提高对比度和降低眩光;和(C)控制远红外福射图案， 从而提局视角和見度。
[0186] 图9a为本发明的化aCSH-OL邸放大示意图。图9b为图9a所示的化aC甜-OL抓的能带 结构示意图。图9c为为图9a所示的PLaCSH-OLED形成方法示意图。
[0187] 图9c中所示的化aC細-OL抓形成在一个4英寸石英玻璃衬底上（大约0.5毫米厚）。 形成方法为平面或滚轴纳米压印方法(nanoimprint lithography ,NIL)。所使用的4英寸 NIL模具拥有200纳米周期的网格图案，和不同尺寸的孔。所述英寸NIL模具用干设光刻法， 多步NIL,刻蚀，自完全等方法的组合来形成。
[018引图9f为本发明中大面积卷到卷柔性ME甜层的模具。如图9f，形成大面积(50厘米乘 20厘米)卷到卷柔性MESH层的模具。
[0189]石英玻璃上的ME細由NIL,沉积，剥离等方法形成，随后经紫外臭氧处理（15分钟） 形成AuOx层。ME細层的厚度为15nm。然后一层35纳米的TCTA和一层45纳米的B化en形成在 Au化上。TCTA层和BP层都有Ir(PPy)X渗杂。所有材料都从Sigama Al化ich购买，直接使用。 运些材料按顺序在约1(T7托下热蒸锻到MESH层上。蒸锻过程持续进行。随后LiF(0.5纳米)和 侣（100纳米)薄膜从荫罩中蒸锻。所述荫罩定义背板电极和OLm)的有源层。荫罩的尺寸通常 是3毫米乘3毫米。
[0190] 图9d为本发明ME甜层的扫描电镜照片。如图9d所示，所述顶部金属层有200纳米的 孔距，180纳米的直径。孔的形状接近于带有圆角和平滑边的正方形。同时，所述ME甜层在较 大范围内有很好的纳米图案均匀性。图9e为本发明中化aCSH-OL抓截面扫描电镜图。如图9e 所示，覆盖纳米尺度MESH层的有机薄膜没有明显的穿孔。图9g为本发明中从化aCSH-OL抓发 出绿光的示意图。
[0191] 在下面的实例中，图9所示的PLaCSH-化邸采用前述方法形成。为了做比较，形成两 种参比发光二极管。所述参比发光二极管包括ITO-化抓和DMD-OLED。所述ITO-OL抓和DMD-OL抓与化aCSH-OL邸基本相同，除了顶部金属层不同。在所述口O-OL邸中，顶部金属层由ITO (100纳米厚，10ohm/sq的薄膜电阻)所替代。在DMD-化抓中，顶部金属层由介电/金属/介电 (DMD)电极所替代。DMD结构为化2〇5 (70纳米)/Au (18纳米)/Mo〇3 (1纳米）。
[0192] 图化为参比ITO-OL抓的环境光反射。如图化所示，参比ITO-化抓的环境光反射是 白色光。图9g为本发明化aC甜-OLED的环境光发射。如图9g所示，本发明PLaCSH-OLED的环境 光反射为深蓝色。因此，本发明化aCSH-OL抓的环境光反射比参比ITO-化邸环境光反射低得 多。
[0193] 在上述例子中形成的发光二极管有如下特点。
[0194] 电致发光和宽波段，全方位提高
[01巧]PLaCSH-化邸和口 0-化邸的前表面总电致发光的光谱随偏置电压（电流注入)的变 化被测量。所述测量使用集成球Qab-S地ere LMS-100)和波谱仪化or化a化bin Yvon)来 完成。所述仪器用标准光源化absphere AUX-100)进行标定。在测量中，所有的发光二极管 的背面和四个边都用黑胶带覆盖，W使光只从发光二极管的前表面发出。
[0196] 图 10 给出测量得到的 PLaC 甜和 ITO-OLED 电光亮度(electro-luminance, EUJ-V, 亮度发射和EQE。图IOa显示出在lOmA/cm2条件下总的前表面化/增强波谱。图IOb为电流密 度和电压之间的关系(J-V)。图IOc为亮度发射与电流密度之间的关系。图IOd为E犯与电压 之间的关系。图IOe为E犯与无玻璃半球条件的电流密度之间的关系。图IOf为E犯与有玻璃 半球条件下的电流密度之间的关系。与ITO-LE化k较，PLaCSH-L抓的化峰高1.69倍和蓝移3 纳米。PLaCSH-L抓的E犯(在lOmA/cm 2)在无玻璃半球条件下为29.1%，在有玻璃半球条件下 为 54.5%，都比 ITO-L 邸高 1.57 倍(18.5%和 35%)。
[0197] 测量得到的光谱显示化aC甜-L抓的前表面总的电致发光强度在整个测量波长范 围（480纳米到640纳米）内远远大于口0-LED。例如，在lOmA/cm 2的电流密度下，PLaCSH-LED 的化在517纳米波长处的最大值为1別〇-4胖/醒-畑12，在整个测试波长内总的化为6.1別〇- 3胖/ nm-cm2。运些值分别比口O-L抓的对应值(0.6x 1 〇-4w/nm-cm2和4.3x 1 〇-3w/nm-cm2)大 1.69倍 和1.57倍(参考图IOa到IOf )。
[019引测试结果也显示化aC細导致的提高（化aC細和ITO-L抓的波谱的比例）是宽波段 的：在整个160纳米测量波长范围内接近常数(+/-18% )。实际上，PLaC甜导致的提高的波段 应该更宽，因为化测量受发光材料的波宽限制。线性拟合分析可W很容易的证明在整个宽 波长范围内对化的增强接近常数。也就是说福射增强几乎不随初始福射的波长、福射角度、 极化而变化，就是"全方位福射增强"。
[0199] 化aC甜-OL抓的化谱在517纳米处有一个峰，该峰对ITO-OL抓的峰有3纳米蓝移。此 峰的波宽约为61纳米，比ITO-OLED的峰宽(68纳米)窄7纳米(10%)。所述微小蓝移和窄化可 能由PLaCSH在发光波长范围内的化增强波谱的微小变化引起的。
[0200] 电流密度-电压特性及亮度发射的增强
[0201] 电流密度和电压关系（J-V)的特性也被测量（如图10b)。和ITO-化抓比较，虽然 PLaCSH-OL抓在lOcd/m2有相似的2.4V的开启电压（IT0-0L邸的开启电压为2.3V)，但是有更 大的电流增加斜率(大的微分电导），因此（i)在口槛电压W上有更大的电流(在6伏电压处 大70% );和（ii)在正向偏置电压下和反向偏置电压下有更小的漏电流(在2伏处小10倍， 在-0.5伏处小1.8倍）。运些值也比先前报道的同材料体系小。
[0202] PLaCSH-化抓的高电流是由于AuOx电极比ITO降低了空穴-注入-阻挡的高度。 PLaCSH-OLE化k ITO-OL邸的漏电流低的原因是覆盖ME甜的有机材料层有更少的针孔(如SEM 照片所示）。
[0203] 用所得的EL和偏置电压的关系和电流密度与偏置电压的关系，可W获得光亮度发 射和注入电流化-J)或偏置电压化-V)之间的关系。所述L-J或L-V之间的关系可W通过集成 在特定电流或电压下的EL谱与眼睛亮度随重量除W面积的变化而得到（图9c到9(1)。心1显 示化aC細-OLED比ITO-OLED有更高的光亮度发射，在lOmA/cm 2的电流密度下可达340001UX (=Im/m2);在75mA/cm2时，最大值可达1700001UX。运些光亮度发射值比ITO-OL抓的光亮度 发射值(22000 Iux ,105000 lux)分别高 1.56 倍和 1.62 倍。
[0204] 外量子效率和电源效率增强
[0205] 前表面外量子效率与偏置电压和注入电流之间的关系可W通过测得的化谱和偏 置电压的关系和电流密度与偏置电压的关系获得(参考图9e到图9f)。在注入电流从ImA/ cm2到lOOmA/cm2变化时，所述PLaCSH-OLED外量子效率巧犯)的最大值为29.1 % (在IOmA/cm2 和4.8V时），比ITO-OL抓大1.57倍。平均E犯为25 %，比ITO-OL抓大1.6倍（ITO-OL抓的最大 E犯为18.5%，平均E犯为15.6%)。化aC甜-OL邸的E犯的增强与化的增强相似，所述增强在 化波段内为宽波段，独立于波长和极化方向。据我们所知，所得的E犯为在折射率为1.46没 有透镜的衬底上的最大E犯。当其他衬底比例缩放时，得到的E犯也为最大值。
[0206] 为了释放捕捉在平面石英玻璃衬底内的光，一个无涂层的半球化alf-sphere，HS) (B270玻璃，折射率为1.51，略大于衬底的折射率)被放置在衬底表面背对发光二极管的一 面，中间是带有禪合溶液(折射率与衬底折射率相同）的薄层。所述HS的直径为10厘米，远大 于发光二极管的尺寸（3毫米）。所述发光二极管放置在HS的焦点上。有了 HS,测量得到的 PLaCSH-OL邸的最大E犯从29.1 %增大到54.5%，ITO-OL邸的最大E犯从18.5 %增大到35 %。 对两种发光二极管，增大值分别是1.87倍和1.89倍，接近相同（参考图9a到9f和表1)。测量 值可W通过更高的内量子效率和更好的HS和衬底之间的匹配进一步提高（如，在完美匹配 条件下，目前PLaCSH-OLED的E犯对100%内量子效率(I犯)可W变为84% )。
[0207] 不带透镜和带透镜化aC細-OL抓的最大的墙插电源效率为80/1501m/W，比ITO-OLm)大约1.43倍(56/1061m/w)。除了增加 E犯外，电源效率可W通过降低开关电压来进一步 增加。 表1 PLaCSH-OL邸和口 O-OL邸的福射性能
a)电流密度lOmA/cm2
[020引内量子效率和光捕捉效率的增强
[0209] 对口 0-0LED，从已知的射线光学模型得到的光捕捉效率(Iiextr)为20%。因此口 O-化抓的内量子效率（I犯）可W达到92 %，因为测量得到的E犯是18.5 %，并且IQE = EQE/n extr〇
[0210] 对化aC細-OLED，因为没有化aC甜的I犯已达92%，所W在光福射增强中贝赛尔效 应应该很小。贝赛尔效应被加到公式I犯=EQEAiextr中的Iiextr中。基于测量的E犯和估计 的IQE，没有HS和有HS的化aC甜-OL抓的有效光捕捉效率分别是32%和60%。运样的有效光 捕捉效率比ITO-OLED的有效光捕捉效率(20%和38%)高1.57倍。运样的有效光捕捉效率是 在已知在折射率为1.46的玻璃衬底上的有效光捕捉效率中最高的。对应于其他衬底比例缩 放，也是最高的。如果折射率是完美匹配和使用无光损失透镜，在折射率为1.46的衬底上的 ITO-化抓和化aC甜-OL抓的估计有效光捕捉效率分别被增加到45%和84%。如果使用折射 率为1.58的衬底，没有和有匹配透镜的化aC甜-OL抓的有效光捕捉效率可W达到42%和接 近100% (如表2所示）。 表2 PLaCSH-OL邸和口O-OL邸的对比度
电流密度lOmA/cm2. W电流密度75mA/cm2
[0211] 角度与EL、波谱和光亮度(亮度)的相关性
[0212] 所有种类的发光二极管的化谱的角度相关性都使用旋转台，瞄准透镜和光探测器 测量。透镜的直径为5毫米，放在离发光二极管5厘米的位置。因此接受角为O.OOSsr。通过集 成在全波长的化谱和亮度随重量变化的关系，并除W接受角和面积，可W获得发光亮度和 发射角之间的关系(如图IOa到IOc和Ila到lie)。
[0213] 如图IOa到IOc为本发明的化aCSH-OL邸和ITO-OLED的化的角分布示意图。图1 Ia为 标准化的光亮度与角度的关系。图Ub为FDTD模拟测量的对比。图1 Ic为测量的视角和模拟 的视角与腔长度的关系。试验表明，当腔的长度从80纳米变化到120纳米时，对ITO-化抓来 说，视角几乎是固定的（120°)。但是对化aCSH-OLED，视角变化很大，从100°到138°，调节度 为I Vnm(视角/腔长度变化量）。模拟结果在试验结果的5%之内。
[0214] 如图12a到12e为本发明的化aCSH-OLED和ITO-OLED测量得到的电光亮度 (electro-luminance,EL)的角分布示意图。测量中的腔长度为80纳米，电流密度为IOmA/ cm2。图1?为光亮度与角度的关系。图12b为化aCSH-OL抓的光亮度对ITO-OL抓的光亮度的 增强。图12c为不同角度下的标准化的化谱。图12d为化谱与视角和波长的关系。实验表明， PLaCSH-化邸(29. %的E犯)拥有（i)在垂直方向的上比口O-OL抓高78 %的光亮度；（i i)独立 于角度的波谱(在较大角度内的均一颜色）；和（iii)l〇〇°的视角一在相同腔的长度下，比 ITO-OL邸的视角（120°)窄17%。视角窄化可使更多的光进入手提器件使用者的眼中。
[0215] 首先，在ITO-化抓中，光亮度角分布与腔的长度相关，正如所预计的，视角固定在 120°，因为传统的发光二极管的发光角度总是接近兰博顿角。但是对化aCSH-化抓，角度分 布，也就是视角，和腔的长度非常相关。可W比兰博顿角宽或窄（图IOa到图10c)。具体来说， 采用80纳米和120纳米的腔的长度，PLaCSH-化抓的视角分别是100°和138°，大约比有相同 腔的长度的口O-OLED的视角分别窄和宽17%，所W有38°的可调度。然而口O-OLED的视角分 别是118°和122°，只有4°的可调范围。本发明中现有的化aCSH-OL邸在单位腔的长度上的视 角调节率为IV纳米。更宽(或窄）的视角意味着更大(或小)比例的光在垂直的前方。
[0216] 其次，测量的化aCSH-OLED的化谱表明化aCSH-OL抓的化和发射角度不相关。也就 是，在角度范围内颜色均匀(uniform color over angle,C0A)。运一特性在显示器里，像 IT0-0LED，非常需要。COA提供了化aC甜全方位福射增强的另一个试验证据。用金属薄膜代 替ITO电极或用介电谐振腔来增强光捕捉等方法中，发光二极管有比较差的C0A。运再次证 明PLaC甜是一种从本质上不同的腔，从物理原理上与W前的方法不同。
[0217]第S，ITO-OLm)具有兰博顿光发射分布，因此其光亮度（亮度）与角度相关，但是 PLaCSH-化抓的光亮度与角度不相关。对具有80纳米腔长度的化aC細-OLED(具有100°的视 角），在垂直角度(对便携器件显示器最相关的角度)和lOmA/cm 2的电流密度下的光亮度是 13000cd/m2,在75mA/cm2的电流密度下的光亮度是65000cd/m 2。运样的光亮度分别是ITO-OLED光亮度(7300cd/m2和35000cd/m2)的1.78倍和1.86倍(参考图4a到4b)。运样的增强来源 于1.7倍高的光捕捉(也是E犯)和1.17倍的视角窄化(在正面有更多的光）。 脚引对环境光的宽波段、高和全方位的吸收(低反射)
[0219] 发光二极管对环境光的吸收(反射)用前述白光光源和标准光，对准光学器件和频 谱仪来测量。PLaCSH-化抓的一个惊人特点是其对环境光的吸收（随之反射）不仅比ITO-OLm)高(低）的多，更重要的是宽波段。同时，在达30°的角度内几乎和角度和极化不相关，相 关度远小于用菲涅耳定律预测的值(也就是全方位）。因此有更少的眩光和高对比度。
[0220] 具体的，PLaCSH-化抓对垂直入射的波长在300纳米到900纳米的环境光的吸收谱 表明（1)所述PLaCSH-化邸在720纳米处有最低反射率，为8.3 %。平均反射率为26%。发光反 射为25% (平均亮度方程和(HE标准照明D65)。运些值比口O-OLm)的对应值(在450纳米处最 低的反射率为45 %，平均反射率为70 %，发光反射率为67 % )分别低5.6倍，2.8倍和2.7倍。 (2 )PLaCSH-〇LED对低环境光反射(高吸收)的带宽为400纳米，比ITO-OLED的90纳米带宽宽4 倍。PLaCSH-OL抓的环境光吸收反射性能有可W从化aCSH-OL邸和口 O-OL邸的照片中清楚看 出（图化到9i)。运些照片是在垂直方向白光照射条件下拍摄的。图化到9i的照片在同一尺 度下拍摄。
[0221 ]文献中发光反射率由W下公式计算：
[0222] 运里，V(A)是标准光子曲线(眼睛的光度函数），是S(A)是Cffi标准光源D65，R(A)是 反射波谱，M和A2选为450纳米和750纳米。
[0223] 图12a到12f是测量的化aC甜-OL抓和ITO-OL抓的反射率和极化与环境光反射之间 的关系。图13a为垂直入射的反射谱。图13b为超过450纳米到750纳米波长的发光反射与入 射角的的关系。图13c为化aCSH-OL抓的反射率与S-极化波波长的关系。图13d为化aCSH-OLED的反射率与P-极化波波长的关系。图13e为口 O-OLED的反射率与S-极化入射角的关系。 图13f为ITO-化抓的反射率与P-极化入射角的关系。实验结果显示（i )PLaCSH-化抓垂直发 光反射率为25%，比ITO-OL抓的垂直反射率(67%)小3倍;和（ii)化aCSH-OL抓的眩光不仅 比ITO-化抓小3倍，更重要的是几乎与光的极化和入射角无关（即全方位防眩）。例如，在 60° ,PLaCSH-化抓的发光反射率分别比S和P-极化的ITO-化抓的发光反射率（27% :83%， 5% :29%)小3.1 倍和5.8倍。
[0224] 在不同角度和极化方向测量的发光二极管的环境光反射表明化aCSH-OL抓的环境 光反射不仅比ITO-化抓小，更重要的是，不像ITO-化抓那样遵循菲涅耳定律。具体地，对 化aC甜-0LED，其S-极化反射在0°到30°内几乎为常值27%，然后在75°时增加为37%。其P-极化反射在0°到30°内几乎为常值27%，然后随角度下降，在60°达到最小值5%，在70°时为 10%。（参考图13b) DPLaCSH-OL抓的S和P-极化反射在60°时分别比口O-OLED小3.1倍和5.8 倍（27% :83% ,5% :29%)，在 75° 时比ITO-OL 抓分别小2.5 倍和3.1倍（37% :91% ,12% : 37%)。化aC甜-OL抓的宽波段全方位高环境光吸收(低反射)也可W从反射与角度和极化关 系的S维示意图中看出（图12c到12f KPLaCSH-化抓的环境光吸收性能与W前报道的 PLaCSH光伏器件相似。 帷引全方位福射和吸收的增强，E犯-吸收介质产品
[0。6]在上述的实验中，PLaCSH对光福射和吸收的增强是分开单独测量的。因此，运些实 验提供了第一直接证据。运些直接证据指明等离子纳米腔，PLaCSH-化抓，在宽波段内的光 福射和吸收表现优异，并且几乎与入射光的角度和极化不相关(全方位福射/接受增强）（极 好的光天线和吸收器）。发光二极管产品的EQE和环境光吸收值（ambient-1 ight-absorptance，E犯-A)的乘积，作为显示器的一个重要的品质因数，在没有透镜和有透镜条 件下分别是0.21(29% X74%)和0.41(55% X74%)。运些品质因数比已有的发光二极管大 至少3倍。
[0。7] PLaCSH-OL邸的高度比度
[0228] PLaCSH-化抓的高光捕捉和低环境光散射使其有很强的对比度增强效果，对比度 的定义为：
[0229] C〇ntrast=(X〇n+LambientXI?L)/(X〇ff+LambientXI?L)
[0230] 运里，Lnn和Lnff分别是开和关状态下的光亮度，Lambient是环境光的亮度，Rl是发光 的反射。
[0231] 图13a到13C为本发明中化aC細-OLED，ITO-OL抓和DMD-OL抓的对比度测量值。图 14a为对比度和环境光在零视角条件下的关系。图14b为对比度和强度的关系。图14c为对比 度和化aCSH-OL抓与ITO-化抓视角之间的关系。除非特殊说明，所有环境光的亮度都为 140 Iux，电流密度都为1 OmA/cm2。实验表明化aCSH-OL抓的对比度比ITO-OLED高巧化倍。
[0232] 从实验结果中可知，对环境光亮度从0到lOOOOlux，电流密度从ImA/cm2到100mA， 在垂直入射光条件下，PLaC甜-OLED的对比度(平均所有的极化）比IT(M)L邸高巧化倍;在非 垂直入射角条件下，PLaCSH-化抓的对比度(平均所有的极化）比ITO-OL抓高3至化倍（图13a 到13c，表 2)。
[0233] 例如，在电流密度为lOmA/cm2,角度为0时，PLaCSH-OL抓对亮度为1401ux(通常室 内亮度），l〇〇〇lux(高亮度)和100001ux(全日光）的对比度分别为2300,330,和34。所有运些 对比度的值都比ITO-化抓的对应的对比度(4901ux，691ux和81ux)高。对不同的电流密度 (lmA/cm 2，10mA/cm2和lOOmA/cm2)，所述化aCSH-OL邸在0度和HOlux环境光亮度下的对比度 分别为222,2300,11324,运些对比度值也比ITO-OL抓在相同条件下的对比度(48,490,和 2102)高5倍。对不同的角度(0°，30°，60°和75° )，所述化aC細-OLED在lOmA/cm2和HOlux环 境光亮度下的对比度分别达到2300，1523，300，运些对比度值分别ITO-OLED在相同条件下 的对比度(490，436，291和90)的4.7倍，3.5倍，5.1倍和3.3倍。所述高5倍的对比度来自于低 3倍的反射和高1.6倍的E犯/光捕捉。PLaCSH-OL邸的环境光吸收和对比度也一样，根据模拟 计算，也比带介质/金属/介质(化2〇5(70纳米)/Au(18纳米VMo化（1纳米））0LED结构高几倍。
[0234] 模拟仿真和增强的来源
[0235] 使用商用的有限不同时间域算法和从实验中得到的发光二极管的形状，尺寸和指 数(除了发光材料的折射率，只有实部因此没有吸收），我们通过把电偶极子震动子放在发 光二极管的内部模拟了化aCSH-OL抓的福射性能，通过向发光二极管发射平面波模拟了 PLaCSH-化抓的吸收性能。模拟的腔长度对化抓的光福射角分布(对应于视角）的影响与实 验结果一致(5%的误差）（如图IOb到10c)。因此，所述模拟仿真有意义。
[0236] 图14a到14 j为本发明中对化aCSH-化邸和口0-化邸福射和吸收的数值分析。图14a 到14j显示电场强度在一个垂直于发光二极管各层的平面上的分布，该平面通过开孔和 MESH上（2D)的线，并在电极和有源层表面上（ID)。图15a为电场强度在带有沿X方向排列的 偶极子的口 〇-〇LED(80纳米厚有源层)上的分布。图15b为电场强度在带有沿X方向排列的偶 极子的化aC甜-0LED(80纳米厚有源层)上的分布。图15c为电场强度在带有沿X方向网格上 排列的偶极子的化aCSH-化抓(80纳米厚有源层)上的分布（网格是指在顶部金属层上分割 相邻空的位置）。图15d为电场强度在有300纳米厚有源层的化aCSH-OL邸上的分布。图14e到 14h电场强度分布与图14a到图14d的相似，除了电偶极子在图14e到14h中是沿Z轴分布。在 图14a到Hh中，所有偶极子都在发光材料层中间。图Hi到14 j分别为发光二极管外部平面 波激发的口 O-OL邸和PLaCSH-化邸(80纳米的有源层）电场强度分布。图14a到14 j中，黑线为 不同材料层的界面，粗线为器件和衬底的边界。
[0237] 图14a到Hj中显示单一偶极子0 = 520纳米福射模拟。所述偶极子放置在发光材料 层的中间平面上，在MESH的开口中间或金属线下面的一点。模拟结果清楚的显示出化aCSH-化抓独特性能（二极管光捕捉的增强，低眩光，对比度，视角和亮度的增强）的来源是在 PLaCSH产生的局域表面等离子体激元（surface plasmon-polaritons，SPP)。
[0238] 模拟结果显示化aC細是极好的光天线，可W有效的从腔内向外福射光（图14a到 14j)。特别的，模拟结果显示(a)不像在电场在ITO-OLm)内随距离单调衰减(偶极子福射）， PLaCSH-OL邸中的电场可W被ME甜的周期金属纳米结构强烈的调制。因此，在金属部分附近 比MESH的孔区域有更强的电场，电偶极子被禪合到腔的SPP中（SPP的波长由MESH的周期决 定）；（b)MESH中的SPP被设置在偶极子周围，因为不是所有的金属结构，而是10-12个周期有 强电场；（C)远场平均场强对偶极子的位置相对不敏感，再次显示偶极子福射被禪合进SPP; 和(d)80纳米的腔长比300纳米腔长有更强的向外福射，显示与亚波长腔长的禪合对好的光 捕捉至关重要。
[0239] 对于吸收性能，模拟结果进一步显示化aCSH是很好的光吸收体，有效的从腔外吸 收光到化aCSH腔内。运也是好的光天线的另外一个特征。特别地，模拟结果显示（a)ITO-化ED反射回绝大多数的入射光（平面波），只有一小部分入射光进入腔内部。但是，尽管 PLaCSH-OL抓用相同的背板层，仍有大部分光进入腔的内部并捕捉在腔内，只有一小部分反 射;和(b)在ITO-化邸中，电场在水平方向上(X方向）是均匀分布的。但是在化aCSH-OL邸中， 电场是调制的（和MESH有相同的周期），也表明SSP的生成。模拟结果确认化aCSH同时是好的 光吸收体和发射体。
[0240] PLaCSH-化抓在其他波长（从480纳米到640纳米）的福射和吸收行为也进行了模 拟。结果显示几乎和波长不相关，因此是宽波段的。
[0241 ] 进一步讨论
[0242] 使用市场上现有的有机发光材料，PLaCSH-化抓可W展示（1)高光发射:光提取效 率分别为32%和60% (没有和有透镜），为目前在折射率为1.46的衬底上可W得到的最高 值，或其他衬底上的等比缩放，比除了口0前电极（IT0-0LE化）W外的发光二极管高1.57倍， 和29%和55%的外量子效应(无透镜和有透镜）；（2)高，宽波段，全方位(几乎和角度和极化 无关)从腔外对环境光的吸收，有在400纳米波段的25 %的发光反射率，比ITO-OLED小2.7 倍；（3)因为（1)和(2)，对比度比ITO-化邸和带介质-金属-介质前电极的OL邸分别大5倍和3 倍；（4)视角可W通过腔长调节(可调度为IV纳米），比具有接近固定视角的ITO-化抓宽或 窄17% (5)垂直观看的亮度度比ITO-OL邸高1.79倍;和(6)在全部发射角度内颜色均匀。
[0243] 从W上所述的实验和模拟结果可W看出，PLaCSH-化抓的独特优点是由于化aCSH 结构超过其他现有结构的独特性质带来的。W前的发光二极管结构(非谐振腔结构)不可能 同时是好的光发射体和光吸收体。介电-谐振腔发光二极管只有在几纳米波长范围内和特 定的方向上可W同时是光发射体和吸收体，不能一次增强作为显示器应用的所有重要参 数。另一方面，PLaC甜是很好的光天线，在较宽的光波段和几乎所有入射角和极化方向上是 出色的光发射体和吸收体。因此，PLaC甜可W提高显示器的所有参数。运些独特的性能是由 于表面等离子体激元，周期结构固定的水平等离子动量和金属电容率的波长相关等。
[0244] 如前所述，和传统的发光二极管(相同但是没有PlaC甜)相比，PLaCSH-OL抓可W从 实验上实现：（i)高于1.57倍的前表面外量子效率巧犯)和光提取效率(对无透镜情况:29% 和32%，对有透镜情况55%和60% )，为报导的值中最高值；（ii)环境光吸收不仅高于2.5倍 (最大92%，平均74%)，而且宽波段(400纳米），几乎角度和极化不相关达30%比菲涅尔定 律小的多，因而有更小的眩光；（iii)高于5倍的对比度(对1401ux，10001ux和lOOOOlux的环 境光分别为12000,1600,和160)，和W前的产品比较，为最高的E犯吸收产品；（iv)通过腔长 可调的视角-宽于或窄于兰伯顿(展示为38°); (V)高于1.86倍的垂直观测亮度(在75mA/cm2 的电流密度下为65000cd/m2);(vi)8ohm/sq的薄膜电阻-低20%;和(Vii)在整个福射角范 围内颜色均匀。因此，PLaCSH-化邸可W在不牺牲图像锐度的情况下，大大挺高光提取，对比 度，亮度，和降低眩光。
[0245] 作为比较，传统的发光二极管通常牺牲对比度和图像锐度来提高光提取;牺牲亮 度来提高对比度。上述一些实例所描述的模拟结果进一步证明化aC甜实际上可W作为优异 的光天线，可W即福射光又吸收光:有效的福射腔内的光到腔外，有效的从外面吸收光到腔 内。
[0246] 进一步，PLaCSH-L邸或化aC甜-OL邸可W包括一个简单的结构。所述结构可W用纳 米压印在大面范围制作，可W制备成墙面大小。因此，PLaCSH-LED或化aC甜-OLED可在降低 成本下生产，提高产率。PLaCSH-L邸的性能通过优化器件结构和材料来进一步提高。
[0247] 进一步，因为ITO电极被ME細所取代，ME細的总厚度小于200纳米。因此，PLaCSH-OL抓可W具有柔性和延展性，有形成为纤维状的可能。PLaCSH-OL邸已经用低成本的纳米图 形化，和纳米压印的方法形成到大尺寸(达1000cm 2)，因此可W到墙纸大小。PLaCSH-化邸的 性能可W通过调整材料，结构，衬底折射率等来进一步优化。本发明所述的设计，形成方法 和发现可W应用到有不同的材料(有机或无机)和不同薄衬底(塑料或玻璃）的发光二极管 上。
[0248] 本发明的一些实例提供了显示面板。所述显示面板包含本发明中的一个或多个 PLaCSH-OLED。本发明的一些实例也提供了形成所述显示面板的方法。所述方法包括在不同 实例里描述的工艺，如图1和图8a到8f所示。
[0249] 本发明的一些实例提供了电子器件。所述电子器件包含本发明的一个或多个 PLaCSH-OLED。所述电子器件可包括电视机，计算机，平板器件，智能手机，功能手机，个人电 子辅助器件及相关器件等。所述电子器件包括显示面板。所述显示面板可W包含一个或多 个本发明的PLaCSH-OLED。
[0250] 本发明的一些实例提供了形成电子器件的方法。所述方法包括在不同实例里描述 的工艺，如图1和图2a到2f所示。
[0251] 进一步，由化aCSH-OL抓形成的显示面板可W与其他不同电子部分集成W得到更 多的应用。例如，由化aCSH-化抓形成的显示面板可W与触控板集成W形成触控显示，可W 应用在上述的电子器件中。在不同的应用中，当被用作发光二极管时，入射光不一定垂直于 腔的表面，可W是从里面或外面与腔表面有一定角度(0到90度)入射，尤其是在/从腔的边 缝里(垂直部分）。
[0252] 由于PLaCSH-OL抓是好的光的吸收体，由PLaCSH-OL抓形成的显示器可W和电池集 成。PLaCSH-化邸可W用作光伏器件给电池充电W存储电能。存储在电池里的电能可W随后 用于驱动显示器发光（太阳能/环境光驱动的显示器）。例如，一个电子产品可W有第一 PLaCSH-化抓面板作为充电面板，第二化aC細-OLED面板作为显示面板。所述第一化aCW-化抓面板和第二化aC甜-OL抓面板可W独立，也可W集成在一起。即便是所述第一化aCW-化ED面板和第二化aCSH-OL抓面板是分开的，因为相同或相似的材料可W用于形成所述两 个面板，形成步骤可W简化。
[0253] 在运里，使用关系词，如第一或第二等，仅仅是为了区分一个元素和动作于其他元 素或动作，并不要求运些元素和动作有实际的关系或顺序。进一步，使用一些词，如"包括"， "包含"，"含有"和其他变形，是为了覆盖一些非独家的包含，W使一个工艺，方法，事物和设 备不仅仅包含所描述的元素，还包含其他没有列出的元素，及该工艺，方法，事物和设备的 内在元素。除非进一步限定，一个元素被一个盛名定义成"包含一个。。。。"不排斥额外的可 能包括在内的相同元素方法，事物和设备。
[0254]运里所描述的实例只是例子。其他的应用，有点，改动，改变和本专利同等的事物 对本领的人员是显而易见的，也包含在本发明保护的范围之内。 参考符号列表 LED 10 带有亚波长孔阵列的等离子腔12 腔长度13 ME甜层14 背板层16 发光材料层18 光子21 束一界面层22 第二界面层24 入射光子25 电连线26 反射的光子27 电引线28 衬底30 金属材料片状物阵列40 片状物42 距离44 单一材料52 材料混合物54 多层叠加结构56 金属材料层60 金属材料薄膜62 孔(或缝）64
【主权项】
1. 一种发光二极管(LED)，包括： 光子谐振腔天线包括：（a)顶部金属层，所述顶部金属层具有光透过性能和小于光波长 的横向结构；（b)底部金属层;和(c)半导体发光材料层，所述半导体发光材料层设置在顶部 金属层和底部金属层之间，用来产生光， 其中，所述产生的光穿过顶部金属层，并且所述发光二极管对环境光具有低反射，提高 了从腔内发光的性能和/或提高了向腔外的光传输，以及提高了对比度。2. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，多个所述发光二极管形成一个显示 器。3. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，多个所述发光二极管形成一个相机， 每个所述发光二极管作为一个像素。4. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，多个所述发光二极管形成一个光探测 器/光伏器件阵列。5. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，多个所述发光二极管工作在发光模式 和光子探测模式，可以用作成像或电源。6. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述光波长在100纳米到10000纳米范 围内。7. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述顶部金属层包括一个金属网，所 述金属网包括在所述顶部金属层中的一个或多个孔。8. 如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述一个或多个孔的形状可以从一组 包括圆形、长方形、多边形、三角形及其叠加的形状中选择。9. 如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，所述孔的尺寸比光的波长小。10. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述顶部金属层包含一个或多个金 属片状物。11. 如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所属一个或多个金属片状物的形状 可以从一组包括圆形、长方形、多边形、三角形及其叠加的形状中选择，所述金属片状物的 水平尺寸小于光的波长。12. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述顶部金属层和背板层从一组包 括金、铜、银、铝、钛、铂及其合金或混合物中选择，也可以是上述材料的多层结构。13. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述顶部金属层形成一个电极用于 为所述发光材料层提供电流。14. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述顶部金属层的厚度在1纳米到 100纳米范围内。15. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括： 设置在所述顶部金属层和所述发光材料层之间的第一界面层;和 设置在所述背板层和所述发光材料层之间的第二界面层。16. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光材料层由在电流作用下可 以发光的半导体材料制成。17. 如权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述发光材料层包括一种或多种单 一材料、多种材料的混合物、多种材料的多层堆叠结构、p-n结及其组合。18. 如权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述发光材料层为半导体材料，从 一组包括晶体、非晶、多晶、无机、有机、聚合物、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、硅（Si )、锗 (Ge)及其混合物，多层结构和合金材料中选择。19. 如权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述发光材料层为一种或多种有机 半导体。20. 如权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述发光材料层的厚度在2纳米到 700纳米范围内。21. 如权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述发光材料层的厚度在1纳米到 100纳米范围内。22. 如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述光子谐振腔天线有如下一种或 多种特征： 提高从发光材料层产生的且从所述发光二极管腔内向腔外发射的光的产率;和 提高所述发光二极管对环境光的吸收效率。23. -种发光二极管的形成方法，包括： 形成一个含有亚波长孔阵列的金属网(MESH)层，所述MESH层可透过所述发光二极管所 发的光并且包括至少一个小于所发的光的波长的横向结构； 形成背板层;和 在顶部金属层和背板层之间形成发光材料层，所述发光材料层由低温分子束外延和薄 膜沉积中的至少一种方法形成。24. 如权利要求23所述的形成方法，其特征在于，所述顶部金属层由电子束光刻、光学 光刻和自组装中的至少一种方法形成。25. 如权利要求23所述的形成方法，其特征在于，所述顶部金属层由转移打印方法形 成。26. 如权利要求23所述的形成方法，其特征在于，所述顶部金属层由纳米压印方法形 成。
【文档编号】H01L31/12GK105849989SQ201480065114
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年11月28日
【发明人】斯蒂芬Y·周, 丁惟
【申请人】斯蒂芬Y·周