DE102012021174A1 - Organic semiconductor laser with trip-line manager - Google Patents

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Abstract

Es wird eine erste Vorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen organischen Halbleiterlaser. Der organische Halbleiterlaser umfasst ferner einen optischen Resonator und eine organische Schicht, die in dem optischen Resonator angeordnet ist. Die organische Schicht umfasst: eine organische Wirtsverbindung; eine organische emittierende Verbindung, die zur Fluoreszenzemission fähig ist; und eine organische Dotierungsverbindung. Die organische Dotierungsverbindung kann hier auch als „Triplett-Manager” bezeichnet werden. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen Wirtsverbindung. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen emittierenden Verbindung. Die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung ist kleiner oder gleich der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung.A first device is provided. The device comprises an organic semiconductor laser. The organic semiconductor laser further includes an optical resonator and an organic layer disposed in the optical resonator. The organic layer comprises: an organic host compound; an organic emissive compound capable of fluorescence emission; and an organic dopant compound. The organic dopant compound may also be referred to herein as a "triplet manager". The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic host compound. The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic emissive compound. The singlet energy of the organic emissive compound is less than or equal to the singlet energy of the organic host compound.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und ist eine Teilfortsetzung der US-Anmeldung mit der Seriennummer 13/283,284, eingereicht am 27. Oktober 2011, die hiermit durch Bezugnahme vollständig miteingeschlossen wird.The present application claims priority and is a continuation-in-part of US Application Serial No. 13 / 283,284, filed October 27, 2011, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

ERKLÄRUNG BEZÜGLICH DER RECHTE AN ERFINDUNGEN, DIE IM RAHMEN STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG ERFOLGENDECLARATION OF RIGHTS TO INVENTIONS RESULTING FROM STATE-SUPPORTED RESEARCH OR DEVELOPMENT

Die vorliegende Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung unter FA9550-10-1-0339 gemacht, die von der AFOSR („Air Force Office of Scientific Research”) erteilt wurde. Die vorliegende Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung unter DE-500001013 gemacht, die vom U.S. Department of Energy, Energy Frontier Center an der Universität von Südkalifornien erteilt wurde. Die Regierung verfügt über gewisse Rechte an der Erfindung.The present invention was made with government support under FA9550-10-1-0339 granted by AFOSR ("Air Force Office of Scientific Research"). The present invention was under government support DE-500001013 made by the US Department of Energy's Energy Frontier Center at the University of Southern California. The government has certain rights to the invention.

Die beanspruchte Erfindung wurde von, im Namen von und/oder in Verbindung mit einem oder mehreren der folgenden Teilnehmer an einem gemeinsamen Hochschul- und Unternehmens-Forschungsabkommen gemacht: Verwaltungsmitglieder der Universität von Michigan, der Universität Princeton, der Universität von Südkalifornien und der Universal Display Corporation. Das Abkommen war an und vor dem Datum gültig, an dem die beanspruchte Erfindung gemacht wurde, und die beanspruchte Erfindung wurde als Ergebnis von Tätigkeiten gemacht, die im Rahmen des Abkommens unternommen wurden.The claimed invention has been made by, in the name of and / or in association with one or more of the following participants in a joint university and enterprise research agreement: administrators from the University of Michigan, Princeton University, the University of Southern California, and Universal Display Corporation. The Agreement was valid on and before the date on which the claimed invention was made, and the claimed invention was made as a result of activities undertaken under the Agreement.

Die vorliegende Anmeldung steht in Beziehung zu der US-Anmeldung mit der Seriennummer 12/117,926, eingereicht am 27. Mai 2011, welche die Priorität der US 61/396,862 , eingereicht am 3. Juni 2010, und der US 61/398,627 , eingereicht am 29. Juni 2010, beansprucht. Diese verwandten Anmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme vollständig miteingeschlossen.The present application is related to U.S. Application Serial No. 12 / 117,926, filed May 27, 2011, which is the priority of US 61 / 396,862 , filed on 3 June 2010, and the US 61 / 398,627 , filed June 29, 2010. These related applications are hereby incorporated by reference in their entirety.

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Laser, die organische Stoffe verwenden.The present invention relates to lasers that use organic substances.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Optoelektronische Vorrichtungen, die organische Stoffe verwenden, sind im Begriff, aus zahlreichen Gründen immer wünschenswerter zu werden. Viele der Stoffe, die verwendet werden, um derartige Vorrichtungen herzustellen, sind relativ kostengünstig, so dass organische optoelektronische Vorrichtungen das Potenzial für Kostenvorteile gegenüber anorganischen Vorrichtungen aufweisen. Zudem kann es sein, dass organische Stoffe durch ihre inhärenten Eigenschaften, wie etwa ihre Flexibilität, für bestimmte Anwendungen, wie etwa die Anfertigung eines flexiblen Substrats, gut geeignet sind. Beispiele von organischen optoelektronischen Vorrichtungen umfassen organische Leuchtvorrichtungen („Organic light emitting device”, OLED), organische Phototransistoren, organische Photovoltaikzellen und organische Photodetektoren.Opto-electronic devices using organic materials are becoming more and more desirable for a variety of reasons. Many of the materials used to make such devices are relatively inexpensive, so that organic optoelectronic devices have the potential for cost advantages over inorganic devices. In addition, because of their inherent properties, such as flexibility, organic materials may be well suited to particular applications, such as the manufacture of a flexible substrate. Examples of organic optoelectronic devices include organic light emitting devices (OLEDs), organic phototransistors, organic photovoltaic cells, and organic photodetectors.

Es sind verschiedene Möglichkeiten zum Abscheiden der organischen Stoffe bekannt, die zum Anfertigen von organischen Vorrichtungen verwendet werden, wie etwa thermische Vakuumverdampfung, Lösungsverarbeitung, organische Dampfphasenabscheidung und organisches Dampfstrahldrucken.Various ways of depositing the organic materials used to fabricate organic devices, such as thermal vacuum evaporation, solution processing, organic vapor deposition, and organic vapor jet printing, are known.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es wird eine erste Vorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen organischen Halbleiterlaser. Der organische Halbleiterlaser umfasst ferner einen optischen Resonator und eine organische Schicht, die in dem optischen Resonator angeordnet ist. Die organische Schicht umfasst: eine organische Wirtsverbindung; eine organische emittierende Verbindung, die zur Fluoreszensemission fähig ist; und eine organische Dotierungsverbindung. Die organische Dotierungsverbindung kann hier auch als „Triplett-Manager” bezeichnet werden. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen Wirtsverbindung. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen emittierenden Verbindung. Die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung ist kleiner oder gleich der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung.A first device is provided. The device comprises an organic semiconductor laser. The organic semiconductor laser further includes an optical resonator and an organic layer disposed in the optical resonator. The organic layer comprises: an organic host compound; an organic emissive compound capable of emitting fluorescence; and an organic dopant compound. The organic dopant compound may also be referred to herein as a "triplet manager". The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic host compound. The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic emissive compound. The singlet energy of the organic emissive compound is less than or equal to the singlet energy of the organic host compound.

Gemäß einigen Ausführungsformen ist in der zuvor beschriebenen ersten Vorrichtung die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung. According to some embodiments, in the first device described above, the singlet energy of the organic emissive compound is smaller than the singlet energy of the organic host compound.

Bevorzugt ist die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Dotierungsverbindung.Preferably, the singlet energy of the organic emissive compound is less than the singlet energy of the organic dopant compound.

Bevorzugt absorbiert die organische Dotierungsverbindung die Fluoreszenzemission der organischen emittierenden Verbindung nicht stark.Preferably, the organic dopant compound does not strongly absorb the fluorescence emission of the organic emissive compound.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Vorrichtung ferner eine optische Pumpe, die mit der organischen Schicht optisch gekoppelt ist.In one embodiment, the first device further includes an optical pump optically coupled to the organic layer.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der organische Halbleiterlaser ferner eine Anode und ein Kathode. Die organische Schicht ist zwischen der Anode und der Kathode angeordnet. Eine Lochtransportschicht ist zwischen der organischen Schicht und der Anode angeordnet. Eine Elektronentransportschicht ist zwischen der organischen Schicht und der Kathode angeordnet. Die organische Dotierungsverbindung liegt nur in der Emissionsschicht vor.According to an embodiment, the organic semiconductor laser further comprises an anode and a cathode. The organic layer is disposed between the anode and the cathode. A hole transport layer is disposed between the organic layer and the anode. An electron transport layer is disposed between the organic layer and the cathode. The organic dopant compound is present only in the emission layer.

Bevorzugt ist die Triplett-Abklingzeit der Dotierungsverbindung kürzer als die Triplett-Abklingzeit der emittierenden Verbindung.Preferably, the triplet decay time of the dopant compound is shorter than the triplet decay time of the emitting compound.

Bevorzugt reicht die Konzentration der Dotierungsverbindung von 10 bis 90 Gewichtsprozent, und die Konzentration der emittierenden Verbindung reicht von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent.Preferably, the concentration of the doping compound ranges from 10 to 90% by weight, and the concentration of the emitting compound ranges from 0.5 to 5% by weight.

Bevorzugt ist die organische emittierende Verbindung bei Raumtemperatur zur Fluoreszenzemission fähig.Preferably, the organic emissive compound is capable of fluorescence emission at room temperature.

Bevorzugt wird die Dotierungsverbindung aus der Gruppe ausgewählt, die Folgendes umfasst: Anthrazen, Tetrazen, Rubren und Perylen und ihre Derivate. Weiter bevorzugt wird die Dotierungsverbindung aus Anthrazen ausgewählt, und seine Derivate sind besonders bevorzugt. Weiter bevorzugt ist die Dotierungsverbindung ADN.Preferably, the doping compound is selected from the group comprising: anthracene, tetracene, rubrene and perylene and their derivatives. More preferably, the doping compound is selected from anthracene, and its derivatives are particularly preferred. More preferably, the doping compound is ADN.

Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Dotierungsverbindung ein Phosphor. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Dotierungsverbindung ein Fluorophor.According to some embodiments, the dopant compound is a phosphor. According to some embodiments, the dopant compound is a fluorophore.

Gemäß einigen Ausführungsformen der zuvor beschriebenen ersten Vorrichtung kann der organische Halbleiterlaser ferner eine Rückkopplungsstruktur umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Rückkopplungsstruktur eine beliebige oder eine gewisse Kombination von einer planaren Wellenleiterstruktur, einer verteilten Rückkopplungsstruktur, einer Rückkopplungsstruktur mit Bragg-Reflektor oder einer Oberflächenemitter-Struktur („Vertical cavity structure surface emitting structure”, VCSEL) umfassen.According to some embodiments of the first device described above, the organic semiconductor laser may further comprise a feedback structure. According to some embodiments, the feedback structure may include any or some combination of a planar waveguide structure, a distributed feedback structure, a Bragg reflector feedback structure, or a vertical cavity structure (VCSEL) structure.

Gemäß einigen Ausführungsformen der zuvor beschriebenen ersten Vorrichtung kann der organische Halbleiterlaser ferner ein Substrat umfassen. Die Anode der Vorrichtung kann über dem Substrat angeordnet sein, und mindestens ein Spiegel ist zwischen dem Substrat und der Anode angeordnet.According to some embodiments of the first device described above, the organic semiconductor laser may further comprise a substrate. The anode of the device may be disposed over the substrate, and at least one mirror is disposed between the substrate and the anode.

Gemäß einigen Ausführungsformen der zuvor beschriebenen ersten Vorrichtung kann der organische Halbleiterlaser ferner eine Lochinjektionsschicht, die zwischen der Anode und der Lochtransportschicht angeordnet ist, und eine Elektroneninjektionsschicht, die zwischen der Kathode und der Elektronentransportschicht angeordnet ist, umfassen.According to some embodiments of the above-described first device, the organic semiconductor laser may further comprise a hole injection layer disposed between the anode and the hole transport layer and an electron injection layer disposed between the cathode and the electron transport layer.

Die erste Vorrichtung kann ein Verbraucherprodukt sein.The first device may be a consumer product.

Es wird ein Verfahren bereitgestellt. Es wird ein organischer Halbleiterlaser bereitgestellt. Der organische Halbleiterlaser umfasst ferner einen optischen Resonator und eine organische Schicht, die in dem optischen Resonator angeordnet ist. Die organische Schicht umfasst: eine organische Wirtsverbindung; eine organische emittierende Verbindung, die zur Fluoreszenzemission fähig ist; und eine organische Dotierungsverbindung. Die organische Dotierungsverbindung kann hier auch als „Triplett-Manager” bezeichnet werden. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen Wirtsverbindung. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen emittierenden Verbindung. Die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung ist kleiner oder gleich der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung. Der organische Halbleiterlaser wird gepumpt, um den –Laserbetrieb zu erreichen.A method is provided. An organic semiconductor laser is provided. The organic semiconductor laser further includes an optical resonator and an organic layer disposed in the optical resonator. The organic layer comprises: an organic host compound; an organic emissive compound capable of fluorescence emission; and an organic dopant compound. The organic dopant compound may also be referred to herein as a "triplet manager". The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic host compound. The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to Triplet energy of the organic emissive compound. The singlet energy of the organic emissive compound is less than or equal to the singlet energy of the organic host compound. The organic semiconductor laser is pumped to achieve laser operation.

Gemäß einigen Ausführungsformen des zuvor beschriebenen Verfahrens ist die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung.According to some embodiments of the method described above, the singlet energy of the organic emissive compound is less than the singlet energy of the organic host compound.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Pumpen ein optisches Pumpen.In one embodiment, the pumping is optical pumping.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Pumpen ein elektrisches Pumpen.According to one embodiment, the pumping is an electric pump.

Wenn der organische Halbleiterlaser gepumpt wird, wird der Laserbetrieb mindestens 1 Mikrosekunde lang erreicht.When the organic semiconductor laser is pumped, laser operation is achieved for at least 1 microsecond.

Gemäß einigen Ausführungsformen wird der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt, die über die Impulsschwelle hinausgeht.According to some embodiments, the organic semiconductor laser is pumped at a power that exceeds the pulse threshold.

Gemäß einigen Ausführungsformen wird der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt, die über die Dauerstrichschwelle (continuous wave threshold) hinausgeht.According to some embodiments, the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the continuous wave threshold.

Gemäß einer Ausführungsform wird der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt, welche die Dauerstrichschwelle mindestens 1 Mikrosekunde lang, und weiter bevorzugt mindestens 100 Mikrosekunden lang, übersteigt.In one embodiment, the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the continuous wave threshold for at least 1 microsecond, and more preferably at least 100 microseconds.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt getrennte Kanäle für die Singulett-(S) und Triplett-(T)Bildung und den Transport in die Triplett-gemanagten Laser. Es werden sowohl auf Alq3 und ADN Singuletts (Kreise) erzeugt und zu DCM2 Förster-transferriert (durchgehende Pfeile). Tripletts werden durch Intersystem-Crossing (ISC) oder Singulett-Spaltung erzeugt und von ADN durch Dexter-Transfer (gestrichelte Pfeile) gesammelt. 1 shows separate channels for singlet (S) and triplet (T) formation and transport into the triplet-managed lasers. Both singlets (circles) are generated on both Alq 3 and ADN and transferred to DCM2 Förster (continuous arrows). Triplets are generated by intersystem crossing (ISC) or singlet cleavage and are collected by ADN by Dexter transfer (dashed arrows).

2 zeigt Transienten (a) der Photolumineszenz (PL) und (b) des Laserbetriebs, die bei einer Pumpintensität von 1,6 kW/cm2 für verschiedene Wirtsmischungen gemessen werden. Die PL-Transienten werden durch die Spitzenintensitäten normiert, und die Laserbetriebstransienten werden auf 1 für x = 0,10, und 30 ADN-Mischungen, und auf 5 für x = 50 und 70 normiert. Die Anpassungen werden durch das Modell erzielt, das als Text mit Parameter in der Tabelle 1 zusammengefasst ist. Einschub: Laserbetriebsspektrum eines OSL mit x = 70. 2 shows transients (a) of photoluminescence (PL) and (b) laser operation measured at a pump intensity of 1.6 kW / cm 2 for various host mixtures. The PL transients are normalized by the peak intensities, and the lasing transients are normalized to 1 for x = 0.10, and 30 ADN mixtures, and to 5 for x = 50 and 70. The adjustments are made by the model, which is summarized as text with parameters in Table 1. Inset: Laser operating spectrum of an OSL with x = 70.

3 zeigt eine simulierte Singulett-Schwellenpopulation, STH(t) mit x = 70 (Sternchen) und ohne Triplett-Manager (Quadrate), und S(t) (Linien) für den OSL mit x = 70. Der Laserbetrieb erfolgt, wenn S ≥ STH. Die gestrichelten Linien entsprechen Lasern, die ihre gepulste Singulett-Schwellenpopulation (SPS) jedoch nicht ihre CW-Schwelle (SCW) überschritten haben. Einschub links: Streak-Kamerabild der Laseremission für einen Triplett-gemanagten OSL (x = 70), gemessen bei einer Pumpintensität von 2,4 kW/cm2, Pulsbreite 18 μs. Einschub rechts: Simulierte Entwicklung der Laserbetriebsdauer mit zunehmender Pumpleistung für einen Triplett-gemanagten OSL mit x = 70. 3 shows a simulated singlet threshold population, S TH (t) with x = 70 (asterisks) and no triplet manager (squares), and S (t) (lines) for the OSL with x = 70. Laser operation occurs when S ≥ S TH . The dashed lines correspond to lasers that have not exceeded their pulsed singlet threshold population (S PS ) but their CW threshold (S CW ). Inset left: Streak camera image of the laser emission for a triplet-managed OSL (x = 70), measured at a pump intensity of 2.4 kW / cm 2 , pulse width 18 μs. Insert on the right: Simulated development of the laser operating time with increasing pumping power for a triplet-managed OSL with x = 70.

4 zeigt: 4(a) Photolumineszenz-(PL)Spektren von Dünnschicht-ADN (Quadrate), Alq3 (Kreise) und DCM2, die in eine Mischung aus x%ADN/(100 – x)%Alq3 mit x = 0 (Sternchen) und 70 (Dreiecke) dotiert sind. Der schattierte Bereich entspricht der Stelle, an welcher der DCM2-Absorptionskoeffizient > 4 × 104 cm–1 ist, was einen wirksamen Energietransport sowohl aus ADN als auch aus Alq3 beinhaltet. 4(b) die Phosphoreszenz von Alq3, DCM2 und ADN, gemessen bei 14 K, die Anpassungen sind für eine Doppelspitzen-Gaussfunktion für Alq3 und für Einzelspitzen-Gaussfunktionen für den Rest. 4 shows: 4 (a) Photoluminescence (PL) spectra of thin-film ADN (squares), Alq 3 (circles) and DCM2, which are transformed into a mixture of x% ADN / (100-x)% Alq 3 with x = 0 (asterisks) and 70 (triangles ) are doped. The shaded area corresponds to the location where the DCM2 absorption coefficient is> 4 × 10 4 cm -1 , which involves efficient energy transport from both ADN and Alq 3 . 4 (b) the phosphorescence of Alq 3 , DCM2 and ADN measured at 14 K, the fits are for a dual peak Gaussian for Alq 3 and for single peak Gaussian functions for the remainder.

5 zeigt ein Testimpuls-PL-Spektrum mit und ohne Pumpimpuls für (a) x = 0; und (b) x = 70 Schichten. Die 200 nm-Schicht wurde auf einem Substrat aus SiO2 (2 μm)/Si gezogen. 5 shows a test pulse PL spectrum with and without a pump pulse for (a) x = 0; and (b) x = 70 layers. The 200 nm layer was grown on a substrate of SiO 2 (2 μm) / Si.

6 bildet die Berechnung eines Absorptionskoeffizienten für x = 0 und 70 aus den Daten in 5 ab. 6 forms the calculation of an absorption coefficient for x = 0 and 70 from the data in 5 from.

7 zeigt ein Streak-Kamerabild einer Laseremission für einen Triplett-gemanagten OSL mit x = 70, gemessen bei einer Pumpintensität von 2,4 kW/cm2 und einer Impulsbreite von 100 μs, integriert über 10 Impulse. Es sei zu beachten, dass die Farbtabelle einen logarithmischen Maßstab verwendet. Die Laserbetriebsdauer (gekennzeichnet durch ein schmales Spektrum) liegt bei ungefähr 55 μs. Die Wellenlänge des Laserbetriebs ist ein wenig anders als bei dem Einschub in 3, weil diese beiden Laser nicht gleichzeitig hergestellt werden und die Dicken ihrer Verstärkungsmedien oder Gitterperioden geringfügig unterschiedlich sein können. 7 shows a streak camera image of a laser emission for a triplet-managed OSL with x = 70, measured at a pump intensity of 2.4 kW / cm 2 and a pulse width of 100 μs, integrated over 10 Impulse. It should be noted that the color table uses a logarithmic scale. The laser operating time (characterized by a narrow spectrum) is approximately 55 μs. The wavelength of the laser operation is a little different than the insertion in 3 because these two lasers are not made simultaneously and the thicknesses of their gain media or grating periods may be slightly different.

8(a) bildet EL-Transienten von OLEDs mit unterschiedlichen Konzentrationen (0,10%, 30%, 50%, 70% von unten nach oben) von ADN als Triplett-Manager ab, der bei 2 A/cm2 unter Verwendung von rechteckigen Stromimpulsen gepumpt wird. Die Linien sind Anpassungen an das Modell. 8(b) zeigt einen Triplett-Absorptionskoeffizienten, αr, für ALq3 und ADN-Schichten, die mit 2% DCM2 dotiert sind, gegenüber der Wellenlänge. 8 (a) maps EL transients from OLEDs with different concentrations (0.10%, 30%, 50%, 70% bottom to top) of ADN as a triplet manager, which is pumped at 2 A / cm 2 using rectangular current pulses , The lines are adjustments to the model. 8 (b) shows a triplet absorption coefficient, α r , for ALq 3 and ADN layers doped with 2% DCM2 versus wavelength.

9 bildet das Verhältnis der Intensität von Spitze zu Spitze im Dauerzustand (ρ auf der linken Achse) als Funktion der Stromdichte für OLEDs mit verschiedenen ADN-Konzentrationen ab. Die entsprechenden Triplett-Gastpopulationen (NGT auf der rechten Achse) sind darunter berechnet. 9 maps the ratio of peak-to-peak intensity (ρ on the left axis) as a function of current density for OLEDs with different concentrations of ADN. The corresponding triplet guest populations (N GT on the right axis) are calculated below.

10(a) bildet die EQE oder Triplett-gemanagten OLEDs mit verschiedenen ADN-Konzentrationen (x) ab. Die ausgefüllten Symbole stammen von Dauerzustandsmessungen und die leeren Symbole stammen von Transientenmessungen. Der Einschub zeigt die Eigenschaften von Stromdichte zu Spannung (J-V) für OLEDs mit x ≤ 50% (nahezu identisch) und x = 70%. 10(b) bildet die Triplett-(ηr) und Ladungs-(ηc) induzierte Dämpfung der externen Quanteneffizienz (EQE) für OLEDs mit x = 0 und 50% ab. 10 (a) maps the EQE or triplet-managed OLEDs with different concentrations of ADN (x). The filled symbols are from steady state measurements and the empty symbols are from transient measurements. The inset shows the properties of current density to voltage (JV) for OLEDs with x ≤ 50% (almost identical) and x = 70%. 10 (b) maps the triplet (η r ) and charge (η c ) induced external quantum efficiency (EQE) attenuation for OLEDs with x = 0 and 50%.

11 zeigt die unterschiedlichen Rückkopplungsstrukturen, die in der derzeitigen OSL Architektur verwendet werden. 11 shows the different feedback structures used in the current OSL architecture.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Es wurde ein Modell für organische Laser entwickelt, das zwei Schwellenpumpintensitäten bei optisch gepumpten organischen Halbleiterlasern („Organic semiconductor lasers”, OSLs) vorhersagt; eine für den gepulsten Laserbetrieb, IPS, und eine andere für den Dauerstrich-(„continuous wave”, CW) Laserbetrieb, ICW. Die Theorie sagt eine Verringerung der ICW von 32 kW/cm2, bzw. weit über der Schadensschwelle, auf 2,2 kW/cm2 für einen Laser vorher, der mit 4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran (DCM2) dotiertes Tris(8-hydroxyquinolin)aluminium (Alq3) verwendet, wenn die Tripletts effektiv aus dem emittierenden Gastmaterial entfernt werden können. Auf der Grundlage dieser Analyse wurde nachgewiesen, dass die Laserbetriebsdauer bis auf nahezu 100 μs verlängert werden kann, wobei dies letztendlich durch den Abbau des Laserbetriebsmediums beschränkt ist, wenn ein „Triplett-Manager”-Molekül, 9,10-Di(naphtha-2-yl)anthrazen (ADN), in den Verstärkungsbereich eines verteilten Rückkopplungs-OSL eingemischt wird. Der Triplett-Manager erleichtert den strahlenden Singulett-Transport und unterdrückt gleichzeitig den nichtstrahlenden Triplett-Transport zum Emittermolekül, wodurch die Triplett-induzierten Verluste reduziert werden. Unsere Theorie zeigt eindeutig, dass diese Laser in den CW-Laserbetriebszustand eingetreten sind.An organic laser model has been developed that predicts two threshold pump intensities in optically pumped organic semiconductor lasers (OSLs); one for pulsed laser operation, I PS , and another for continuous wave (CW) laser operation, I CW . The theory predicts a reduction of the I CW from 32 kW / cm 2 , or well above the damage threshold, to 2.2 kW / cm 2 for a laser paired with 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6-julolidyl -9-enyl-4H-pyrane (DCM2) doped tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq 3 ) is used when the triplets can be effectively removed from the emitting guest material. Based on this analysis, it has been demonstrated that the lasing lifetime can be extended to nearly 100 μs, ultimately limited by the degradation of the laser operating medium when a "triplet manager" molecule, 9,10-di (naphtha-2 -yl) anthracene (ADN), is mixed into the gain area of a distributed feedback OSL. The triplet manager facilitates radiative singlet transport while suppressing non-radiative triplet transport to the emitter molecule, thereby reducing triplet-induced losses. Our theory clearly shows that these lasers have entered the CW laser regime.

Optisch gepumpte organische Halbleiterlaser (OSLs) mit niedrigen Schwellen und breiten spektralen Abstimmungsbereichen haben seit ihrem Nachweis vor 15 Jahren Interesse geweckt. Ein wesentliches Hindernis für die Anwendung von OSL bestand jedoch in ihrer Einschränkung auf den gepulsten Betrieb allein mit einer maximalen Dauer von mehreren Dutzend Nanosekunden. Diese Einschränkung wird durch die Ansammlung von Triplett-(T)Exzitonen im Verstärkungsbereich geschaffen, die durch Intersystem-Crossing (ISC) aus strahlenden Singuletts (S) erzeugt werden. Da die Relaxation von T in den Grundzustand quantenmechanisch verboten ist, hat das T-Exziton eine hohe Lebensdauer (~ms) im Vergleich zu S (~ns), so dass sich die T-Population mit der Zeit anhäufen kann. Die große T-Population führt zusammen mit sich überlappender S-Emission und T-Absorption zu Singulett- und Photonenverlusten, die den Laserbetrieb letztendlich ausschalten, wodurch sie den Dauerstrich-(CW)Betrieb verhindern.Optically pumped organic semiconductor lasers (OSLs) with low thresholds and wide spectral tuning ranges have aroused interest since their detection fifteen years ago. However, a major obstacle to the application of OSL has been its limitation to pulsed operation alone with a maximum duration of tens of nanoseconds. This limitation is created by the accumulation of triplet (T) excitons in the gain region generated by intersystem crossing (ISC) from radiating singlets (S). Since the relaxation of T into the ground state is forbidden quantum-mechanically, the T-exciton has a long lifetime (~ ms) compared to S (~ ns), so that the T-population can accumulate over time. The large T-population, coupled with overlapping S-emission and T-absorption, results in singlet and photon losses that ultimately shut off laser operation, thereby preventing continuous wave (CW) operation.

Obwohl Triplett-Verluste in Flüssigfarbstofflasern dadurch gemindert werden können, dass Löschermoleküle verwendet werden, die Triplett-Energien aufweisen, die kleiner als die des Farbstoffs sind, wurde kein CW-Betrieb ohne Farbstoffzirkulation erreicht. Bei OSL ist eine Zirkulation des Verstärkungsmediums nicht möglich; es wurden jedoch diverse Bemühungen angestellt, um die Triplett-Verluste soweit zu mindern, wenn auch nicht zu beheben, dass der CW-Betrieb erreichbar ist. Bornemann et al., Opt. Lett. 31 (11), 1669–1671 (2006) , haben ein sich schnell drehendes Substrat verwendet, um einen CW-Halbleiter-Farbstofflaser nachzuweisen, doch die Ausgabe war nicht konstant. Schols et al., ChemPhysChem 10 (7), 1071–1076 (2009) , haben gezeigt, dass man „Scavengers” verwenden kann, um Tripletts abzuregen, doch es wurde keine Verbesserung des Laserbetriebs nachgewiesen. Rabe et al., Appl. Phys. Lett. 89 (8), 081115 (2006) , und Leahnhardt et al., Org. Electron. 12 (8), 1346–1351 (2011) , haben einen Polymer-OSL nachgewiesen, der durch sehr niedrige Arbeitszyklusimpulse (< 0,1%) gepumpt wurde, um die Gesamtdauer auf 400 μs zu verlängern, obwohl dies kein echter CW-Betrieb ist.Although triplet losses in liquid dye lasers can be reduced by using quencher molecules having triplet energies smaller than that of the dye, no CW operation was achieved without dye circulation. With OSL, circulation of the gain medium is not possible; however, various efforts have been made to mitigate the triplet losses as much, if not to fix, that the CW operation is achievable. Bornemann et al., Opt. Lett. 31 (11), 1669-1671 (2006) , have used a fast rotating substrate to detect a CW semiconductor dye laser, but the output was not constant. Schols et al., ChemPhys Chem 10 (7), 1071-1076 (2009) , have shown that "scavengers" can be used to de-excite triplets, but no improvement in laser operation has been demonstrated. Rabe et al., Appl. Phys. Lett. 89 (8), 081115 (2006) , and Leahhardt et al., Org. Electron. 12 (8), 1346-1351 (2011) , have demonstrated a polymer OSL pumped by very low duty cycle pulses (<0.1%) to extend the total duration to 400 μs, although this is not a true CW operation.

Hier wird ein „Triplett-Manager” in den Verstärkungsbereich zusammen mit dem Gast-Emitter und den Wirtsmolekülen eingebracht. Der Manager reduziert die Triplett-Population des Emitters, wodurch er die Laserbetriebsdauer verlängert. Der Einschub in 1 zeigt das Konzept des Triplett-Managements. Der Manager weist eine geringere Triplett-Energie und eine höhere Singulett-Energie als der Emitter auf. Wenn entweder die Wirts- oder die Managermoleküle angeregt werden, ist der Förster-Transfer von S-Zuständen zum Emitter sehr effizient. Ferner führt ein Dexter-Transfer von Tripletts dazu, dass sie an dem Manager eingefangen werden, da er eine geringere Triplett-Energie als sowohl der Gast als auch der Wirt aufweisen. Die Triplett-Absorption des Managers verschiebt sich von der Gastemission, und somit tragen die eingefangenen Tripletts nicht zu optischen Verlusten oder zur Singulett-Löschung bei.Here, a "triplet manager" is introduced into the enhancement region along with the guest emitter and host molecules. The manager reduces the triplet population of the emitter, thereby extending laser life. The inset in 1 shows the concept of triplet management. The manager has lower triplet energy and higher singlet energy than the emitter. When either the host or the managerial molecules are excited, the Förster transfer from S-states to the emitter is very efficient. Furthermore, Dexter transfer of triplets causes them to be trapped on the manager because they have lower triplet energy than both the guest and the host. The triplet absorption of the manager shifts from the guest emission, and thus the trapped triplets do not contribute to optical losses or singlet cancellation.

Der 200 nm dicke aktive Bereich des OSL besteht aus dem Manager, 9,10-Di(naphtha-2-yl)anthrazen (ADN), der gleichzeitig in das herkömmliche Gast-Wirt-Verstärkungsmedium abgeschieden wird, das aus 2 Vol.-% von rot emittierendem 4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran (DCM2) in Tris(8-hydroxyquinolin) Al (Alq3) besteht. Die S- und T-Energien werden jeweils aus der Fluoreszenz bei Raumtemperatur und der Phosphoreszenz bei 14 K bestimmt, siehe EPAPS. Dabei weist ADN eine geringere T-(1,69 eV) und eine höhere S-Energie (2,83 eV) auf als Alq3 (T = 1,99 eV und S = 2,38 eV). Ferner ist S = 2,03 eV und T = 1,74 eV für DCM2. Dieses System stimmt daher energetisch mit 1 überein.The 200 nm active region of the OSL consists of the manager, 9,10-di (naphtha-2-yl) anthracene (ADN), which is simultaneously deposited in the conventional guest-host amplification medium consisting of 2% by volume. of red emitting 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran (DCM2) in tris (8-hydroxyquinoline) Al (Alq 3 ). The S and T energies are determined in each case from the fluorescence at room temperature and the phosphorescence at 14 K, see EPAPS. In this case, ADN has a lower T- (1.69 eV) and a higher S-energy (2.83 eV) than Alq 3 (T = 1.99 eV and S = 2.38 eV). Further, S = 2.03 eV and T = 1.74 eV for DCM2. This system is therefore energetic 1 match.

Die Manager-Konzentration bei (100 – x) Vol.-% Alq3 ist x Vol.-% ADN (x = 0, 10, 30, 50, 70, 100). Es wurden gemischte Schichten durch thermisches Verdampfen im Hochvakuum (10–7 Torr) auf Quarz, Si und 2 μm dicke SiO2-auf-Si-Substrate abgeschieden, um jeweils Absorption, Photolumineszenz (PL) und Triplett-Absorption zu charakterisieren. Die gleichen Schichten wurden auf Gitter mit einem Abstand von 430 nm ±5 nm und einer Tiefe von 50 nm auf das SiO2-auf-Si abgeschieden, um verteilte Rückkopplungs-(DFB)OSL zu bilden. Die Ausgabe einer 0,6 W-Laserdiode auf einer Wellenlänge von λ = 405 nm wurde auf einen Spot von 150 μm × 250 μm fokussiert, um die Dünnschicht optisch zu pumpen. Die Reinschicht-Absorptionskoeffizienten von Alq3 und ADN wurden mit 4,8 × 104 cm–1 und 9,1 × 10–4 cm–1 bei λ = 405 nm gemessen, und man geht davon aus, dass sie zu der Gesamtabsorption der gemischten Schicht im Verhältnis zu ihrem Volumen beitragen. Alle Messungen wurden in einer N2-Umgebung vorgenommen, um den Schichtabbau zu minimieren.The manager concentration at (100-x) vol.% Alq 3 is x vol.% ADN (x = 0, 10, 30, 50, 70, 100). Mixed layers were deposited by thermal evaporation in high vacuum (10 -7 Torr) on quartz, Si and 2 μm thick SiO 2 on Si substrates to characterize each absorption, photoluminescence (PL) and triplet absorption. The same layers were deposited on lattices 430 nm ± 5 nm apart and 50 nm deep on the SiO 2 on Si to form distributed feedback (DFB) OSL. The output of a 0.6 W laser diode at a wavelength of λ = 405 nm was focused on a spot of 150 μm × 250 μm in order to optically pump the thin film. The pure layer absorption coefficients of Alq 3 and ADN were measured to be 4.8 x 10 4 cm -1 and 9.1 x 10 -4 cm -1 at λ = 405 nm, and are believed to contribute to the total absorption of the mixed layer in proportion to their volume. All measurements were taken in an N 2 environment to minimize stratification.

2(a) und (b) zeigen die PL- und Laserbetriebstransienten, die bei 1,6 kW/cm2 gepumpt werden. In 2(a) erfährt der Alq3-Wirt eine Reduzierung der PL um 55% auf seinen Dauerzustandswert innerhalb von 30 μs nach dem Beginn des Pumpens. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Intensitätsdämpfung auf die Singulett-Löschung der S-T-Annihilation zurückzuführen ist. D. h. nach dem Beginn erreicht die S-Dichte schnell eine Spitze und klingt anschließend auf Grund der Annihilation durch die langsam zunehmende T-Population ab. Das Vorliegen der langfristigen Dauerzustands-PL-Intensität unter ihrer Spitze legt eine Sättigung der Gast-Triplett-Population nahe. Dadurch dass der ADN-Manager in die Wirtsmischung mit x = 10 bis 70 einbezogen wird, wird PL-Transientenlöschung auf 17% reduziert. Ferner kann eine Erhöhung auf x > 70 die Löschung vollständig eliminieren. Daraus leiten wir folglich ab, dass Tripletts von Alq3 zu DCM2 transferriert werden, während der Transfer von ADN zu DCM2 unterbunden ist, in Übereinstimmung mit der Triplett-Energiebeziehung T(Alq3) > T(DCM2) > T(ADN). Es sei jedoch zu beachten, dass ein Morphologieabbau bei hoher Pumpintensität für x > 50 erfolgt, in Übereinstimmung mit der vorhergehenden Beobachtung der morphologischen Instabilität von ADN. 2 (a) and (b) show the PL and laser operating transients pumped at 1.6 kW / cm 2 . In 2 (a) The Alq 3 host experiences a 55% reduction in PL to its steady state value within 30 μs of the start of pumping. Previous research has shown that this intensity attenuation is due to the singlet cancellation of ST annihilation. Ie. After the onset, the S-density rapidly peaks and then decays due to the annihilation by the slowly increasing T-population. The presence of the long-term steady state PL intensity below its peak suggests saturation of the guest triplet population. By including the ADN manager in the host mix with x = 10 to 70, PL transient cancellation is reduced to 17%. Furthermore, increasing to x> 70 can completely eliminate erasure. Hence, we deduce that triplets are transferred from Alq 3 to DCM2 while the transfer from ADN to DCM2 is inhibited, in accordance with the triplet energy relationship T (Alq 3 )> T (DCM2)> T (ADN). It should be noted, however, that morphology degradation occurs at high pumping intensity for x> 50, consistent with the previous observation of the morphological instability of ADN.

In 2(b) ist eine mehr als zehnfache Steigerung der Laserbetriebszeit (von ungefähr 400 ns bis 4,5 μs) zu beobachten, wenn x von 0 bis 70 zunimmt. Der Laserbetrieb wird für x = 100 auf Grund des Abbaus nicht beobachtet. Der Einschub zeigt ein typisches Laserbetriebsspektrum eines OSL mit 70% ADN, zentriert bei λ = 687,9 nm, mit einem Vollbreiten-Halbmaximum von 0,15 nm, das durch die Auflösung des Spektrometers eingeschränkt ist. Die Schwelle der gepulsten Pumpintensität, IPS (gekennzeichnet durch eine plötzliche spektrale Verengung von > 30 nm auf < 0,5 nm und einen deutlichen Anstieg der Neigungseffizienz) wurde unter Verwendung eines Pumpimpulses von 30 ns erzielt (Tabelle 1). Tabelle 1: Parameter für Anpassungen von PL- und Laserbetriebstransienten und die entsprechenden, gemessenen, gepulsten (IPS) und berechneten CW-(ICW)Laserbetriebs-Schwellenintensitäten Vorrichtung (%ADN) ITH† (kW/cm2) kHG* (1010/s) kISC* (107/s) N0* (1018/cm3) σTT† (10–17m2) σstim* (10–16 cm2) ICW (kW/cm2) 0 0,93 4,0 3,3 5,0 ± 0,4 4,0 ± 0,3 1,9 32 10 0,75 3,5 2,6 3,9 ± 0,3 3,8 ± 0,3 2,0 19 30 0,72 13 2,3 2,8 ± 0,3 3,6 ± 0,4 2,4 8,8 50 0,45 3,0 × 103 1,7 1,5 ± 0,2 4,3 ± 0,6 2,1 3,7 70 0,43 5,0 × 105 1,3 0,92 ± 0,08 4,1 ± 0,4 2,3 2,2 † Parameter der Messung * Parameter von Anpassungen an die DatenIn 2 B) For example, a more than 10-fold increase in laser operating time (from about 400 ns to 4.5 μs) is observed as x increases from 0 to 70. Laser operation is not observed for x = 100 due to degradation. The inset shows a typical laser operating spectrum of an OSL with 70% ADN centered at λ = 687.9 nm, with a full-width half-maximum of 0.15 nm, which is limited by the resolution of the spectrometer. The pulsed pump intensity threshold, I PS (characterized by a sudden spectral narrowing of> 30 nm to <0.5 nm and a marked increase in tilt efficiency) was achieved using a pump pulse of 30 ns (Table 1). Table 1: Parameters for adaptations of PL and laser operating transients and the corresponding measured, pulsed (I PS ) and calculated CW (I CW ) laser operating threshold intensities Device (% ADN) I TH † (kW / cm 2 ) k HG * (10 10 / s) k ISC * (10 7 / s) N 0 * (10 18 / cm 3 ) σ TT † (10 -17 m 2 ) σ stim * (10 -16 cm 2 ) I CW (kW / cm 2 ) 0 0.93 4.0 3.3 5.0 ± 0.4 4.0 ± 0.3 1.9 32 10 0.75 3.5 2.6 3.9 ± 0.3 3.8 ± 0.3 2.0 19 30 0.72 13 2.3 2.8 ± 0.3 3.6 ± 0.4 2.4 8.8 50 0.45 3.0 × 10 3 1.7 1.5 ± 0.2 4.3 ± 0.6 2.1 3.7 70 0.43 5.0 × 10 5 1.3 0.92 ± 0.08 4.1 ± 0.4 2.3 2.2 † Parameters of Measurement * Parameters of adjustments to the data

Um die Dynamik des transienten PL- und Laserbetriebs zu verstehen, verweisen wir auf das vorherige Werk' ENREF 8, um den Triplett-Dexter-Tranfer von der Wirtsmischung zum Gast und die Gast-Triplett-Sättigung einzubeziehen. Daher lauten die Gleichungen der gekoppelten Laserrate wie folgt:

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wobei S, TH, TG, P jeweils die Photonendichten von Gast-Singulett, Wirtsmischung-Triplett (einschließlich sowohl ADN als auch Alq3), Gast-Triplett und Laserbetriebsmodus sind, t die Zeit ist, η der Anteil der Pumpemission ist, die von der organischen Schicht absorbiert wird, I die Pumpintensität ist, ep = 3,06 eV die Pumpphotonenenergie ist, d = 200 nm die Dicke des OSL-Verstärkungsmediums ist, kS = (6,7 ± 0,5) × 108s–1 die natürliche Abklingrate des Gast-S ist (gemessen an einer 2%igen DCM2:Alq3-Schicht, die durch 1,5 ns breite N2-Laserimpulse angeregt wird), kISC die Wirts-ISC-Rate ist, kST die Gast-S-T-Annihilationsrate ist, γ = σstimS die Verstärkung ist, σstim der stimulierte Emissionsquerschnitt ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist, und neff = 1,6 und Γ = 0,69 der effektive Brechungsindex und der optische Einschlussfaktor für den Wellenleiter aus SiO2 (n = 1,48)/organisch (n = 1,82)/Luft (n = 1) sind.24 Ebenso ist kHG der Wirt-Gast-Dexter-Transferkoeffizient, L ist der Gast-Wirt-Van der Waals-Radius (~1 nm), N0 ist die Gast-Triplett-Sättigungspopulation, αCAV ist der Resonatorverlust ohne Beiträge der Triplett-Absorption, αTT, und σTT ist der Gast-Triplett-Absorptionsquerschnitt, und β ≈ 10–4 ist der spontane Emissionsfaktor25. Für die PL erhalten wir P = 0, und die Intensität ist proportional zu S. Man geht davon aus, dass die Wirt-Triplett-Population nicht mit S oder P interagiert; dies wird durch Anpassungen an die Daten und über direkte Triplett-Absorptionsmessungen getestet. Nun wird N0 aus der Sättigung der PL-Löschung und auf Grund des Ausgleichs des Triplett-Transfers von Alq3 zu DCM2 und des Triplett-Einfangens an ADN bestimmt. Das Einbringen von N0 vermeidet die Komplikation der Behandlung eines individuellen Triplett-Transports in der ternären Mischung.To understand the dynamics of transient PL and laser operation, we refer to the previous work 'ENREF 8 to include the triplet Dexter transfer from host mixing to guest and guest triplet saturation. Therefore, the equations of the coupled laser rate are as follows:
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where S, T H , T G , P are respectively guest singlet photon densities, host mixture triplet (including both ADN and Alq 3 ), guest triplet and laser mode of operation, t is time, η is the pump emission fraction, which is absorbed by the organic layer, I is the pumping intensity, e p = 3.06 eV is the pump photon energy, d = 200 nm is the thickness of the OSL gain medium, k S = (6.7 ± 0.5) × 10 8 s -1 is the natural rate of guest S decay (measured on a 2% DCM2: Alq 3 layer excited by 1.5 ns wide N 2 laser pulses), k ISC is the host ISC rate , k ST is the guest ST annihilation rate, γ = σ stim S is the gain, σ stim is the stimulated emission cross section, c is the speed of light, and n eff = 1.6 and Γ = 0.69 the effective refractive index and optical confinement factor for the waveguide of SiO 2 (n = 1.48) / organic (n = 1.82) / air (n = 1). 24 Similarly, k HG is the host-guest Dexter transfer coefficient, L is the guest-host van of the Waals radius (~ 1 nm), N 0 is the guest triplet saturation population, α CAV is the resonator loss with no contribution from the Triplet absorption, α TT , and σ TT is the guest triplet absorption cross section, and β ≈ 10 -4 is the spontaneous emission factor 25 . For the PL we get P = 0, and the intensity is proportional to S. It is assumed that the host-triplet population does not interact with S or P; this is tested by data adjustments and triplet absorption measurements. Now N 0 is determined from the saturation of the PL quench and due to the compensation of the triplet transfer from Alq 3 to DCM2 and the triplet trapping to ADN. The introduction of N 0 avoids the complication of treating an individual triplet transport in the ternary mixture.

Es werden die freien Parameter kST, kISC, kHG und N0 bei der Anpassung der PL-Transienten verwendet. Um die Modellkonsistenz zu testen, erbringen Transienten bei vier verschiedenen Pumpintensitäten (1,6; 1,3; 0,93 und 0,56 kW/cm2) einen einzigen Satz von Parameterwerten, der in Tabelle 1 zusammengefasst ist. Für alle Schichten ist kST = 2,0 × 1010 cm3/s, wie es für die Gast-S-T-Annihilation auf Grund des resonanten Energietransports erwartet wird, der nur von der DCM2-S-Emission und der T-Absorption abhängt. Wenn x zunimmt, werden weniger Tripletts von Alq3 zu DCM2 transferriert und es bleiben mehr davon an ADN haften; somit verringert sich N0 von 5,0 × 1018 cm–3 auf 9,2 × 1017 cm–3, wenn x = 70, was zu einer verringerten PL-Transientendämpfung führt. Der Anstieg von ~105 bei kHG scheint überraschend, doch die Dexter-Transportrate wird durch

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bestimmt. Somit steigt für TG = 0,7 N0 kDex nur von 7,6 × 104/s (x = 0) auf 4,4 × 105/s (x = 70) an, was mit der kürzeren PL-Löschzeit für ein höheres x übereinstimmt.The free parameters k ST , k ISC , k HG and N 0 are used in the adaptation of the PL transients. To test model consistency, transients at four different pump intensities (1.6, 1.3, 0.93, and 0.56 kW / cm 2 ) yield a single set of parameter values, summarized in Table 1. For all layers, k ST = 2.0 × 10 10 cm 3 / s, as is the case for guest ST annihilation due to the resonant Energy transport is expected, which depends only on the DCM2-S emission and T-absorption. As x increases, fewer triplets are transferred from Alq 3 to DCM 2, and more of them will adhere to ADN; thus, N 0 decreases from 5.0 × 10 18 cm -3 to 9.2 × 10 17 cm -3 when x = 70, resulting in decreased PL transient loss. The increase of ~ 10 5 at k HG seems surprising, but the Dexter transport rate is by
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certainly. Thus, for T G = 0.7 N 0 k Dex only increases from 7.6 × 10 4 / s (x = 0) to 4.4 × 10 5 / s (x = 70), which is consistent with the shorter PL Deletion time for a higher x matches.

Um die Laserbetriebstransienten in 2(b) zu modellieren, sind drei zusätzliche Parameter, σTT, σstim und αCAV, erforderlich. Dabei wurde αTT(λ) nach Lehnhardt et al., Phys. Rev. B 81 (16), 165206 (2010) , (siehe EPAPS), gemessen, und σTT = αTT/N0 wird in Tabelle 1 bei λ = 680 nm gezeigt. Die nahezu konstanten αTT(λ) Spektren und σTT für alle x stimmen mit der Annahme überein, dass nur das Gast-Triplett die Laserbetriebsemission absorbiert (d. h. Wirts- und Manager-Absorption sind vernachlässigbar). Ferner ist αCAV = ΓσstimSPS, wobei SPS = ηIPS/(ePdkS) die Impulsschwellen-S-Population ist, wobei die T-Ansammlung bei kurzen Anregungsimpulsen vernachlässigbar ist. Mit diesen Messungen und Annahmen werden die Laserbetriebstransienten unter Verwendung nur eines einzigen freien Parameters, σstim, angepasst (Tabelle 1). Es sei zu beachten, dass die Wirkung von ADN als Triplett-Manager in seiner Fähigkeit liegt, N0 zu verringern, während kST und σTT unverändert bleiben, da sie für DCM2 intrinsisch sind.To the laser operation transients in 2 B) To model, three additional parameters, σ TT , σ stim and α CAV , are required. In this case, α TT (λ) became Lehnhardt et al., Phys. Rev. B 81 (16), 165206 (2010) , (see EPAPS), and σ TT = α TT / N 0 is shown in Table 1 at λ = 680 nm. The nearly constant α TT (λ) spectra and σ TT for all x are consistent with the assumption that only the guest triplet absorbs the laser emission (ie, host and manager absorption are negligible). Further, α CAV = Γσ stim S PS , where S PS = ηI PS / (e P dk S ) is the threshold threshold S population, where T accumulation is negligible for short excitation pulses. With these measurements and assumptions, the lasing transients are adjusted using only a single free parameter, σ stim (Table 1). It should be noted that the effect of ADN as a triplet manager is its ability to decrease N 0 , while k ST and σ TT remain unchanged because they are intrinsic to DCM2.

Die Nettoverstärkung g(t) = Γσstim(t) – αCAV – ΓσTTTG(t) = 0 bestimmt die Dynamik der Schwellen-S-Population, STH(t), die in 3 für den Alq3-Wirt (Quadrate) und den optimierten (x = 70) Mischwirt (Sternchen) unter Verwendung der Parameter aus Tabelle 1 eingezeichnet ist. Erstaunlicherweise gehen zwei getrennte Schwellen-S-Populationen aus den Anpassungen hervor, wobei eine CW-Schwellenpopulation (SCW) bei einer Dichte von mehr als derjenigen auftritt, die für den gepulsten Laserbetrieb (SPS) benötigt wird. Da t → 0, beträgt der Triplett-VerlustThe net gain g (t) = Γσ stim (t) - α CAV - Γσ TT T G (t) = 0 determines the dynamics of the threshold S population, S TH (t), which in 3 for the Alq 3 host (squares) and the optimized (x = 70) mixed host (asterisks) using the parameters from Table 1. Surprisingly, two separate threshold S populations emerge from the adjustments, with a CW threshold population (S CW ) occurring at a density greater than that needed for pulsed laser (S PS ) operation. Since t → 0, the triplet loss is

ΓσTTTG << αCAV, was SPS = αCAV/(Γσstim) ergibt. Mit der Zeit nimmt TG zu, wobei gleichzeitig der dazugehörige Verlust zunimmt, bis ΓσTTTG > αCAV. Schließlich erreicht TG seine Sättigungsdichte, N0, bei welcher der Triplett-Verlust nicht mehr zunehmen kann, was SCW = (αCAV + ΓσTTN0)/(Γσstim) ergibt. 3 zeigt auch S(t) für mehrere Pumpintensitäten, I, für die Wirt-Manager-Mischung, mit der Laserbetriebsdauer gegenüber I, die in dem Einschub eingezeichnet ist. Auf Grund der Sättigung von TG und somit STH, bei einem I, das größer ist als die CW-Pumpintensitätsschwelle, ICW = 2,2 kW/cm2, ist die Laserbetriebsdauer nicht länger durch den Triplett-Verlust betroffen und strebt gegen Unendlich. Die Tabelle I ergibt auch ICW für alle x bei gemischten Wirten. Mit einem größeren N0 und somit einem erhöhten Triplett-Verlust, weist der OSL mit Alq3-Wirt ICW = 32 kW/cm2 auf. Auf Grund der Beschädigung der organischen Schicht bei solch hohen Intensitäten wurde die CW-Laserbetriebsschwelle in Abwesenheit eines Managers zuvor nicht angegeben.Γσ TT T G << α CAV , giving S PS = α CAV / (Γσ stim ). Over time, T G increases and at the same time the associated loss increases until Γσ TT T G > α CAV . Finally, T G reaches its saturation density, N 0 , at which the triplet loss can no longer increase, giving S CW = (α CAV + Γσ TT N 0 ) / (Γσ stim ). 3 also shows S (t) for several pump intensities, I, for the host-manager mix, with the lasing time versus I being plotted in the drawer. Due to the saturation of T G, and thus S TH , with an I greater than the CW pump intensity threshold, I CW = 2.2 kW / cm 2 , the lasing duration is no longer affected by the triplet loss and tends to infinity. Table I also gives I CW for all x in mixed hosts. With a larger N 0 and thus an increased triplet loss, the OSL with Alq 3 -Wirt I CW = 32 kW / cm 2 . Due to the damage of the organic layer at such high intensities, the CW laser operating threshold was not previously specified in the absence of a manager.

Wenn man die Änderung der Singulett-Population auf Grund der stimulierten Emission (vgl. Gl. (1)) außer Acht lässt, ist die CW-Schwelle ungefähr folgende:

Figure 00140001
im Vergleich zur Impulsschwelle IPS = ICW(N0 ≈ 0). Aus Gl. (5) ist ICW eine quadratische Funktion der Gast-Triplett-Sättigungspopulation: kSTN0 stammt aus der S-T-Löschung, welche die Verstärkung reduziert; und ΓσTTN0 ist auf die Triplett-Absorption zurückzuführen, was den Verlust erhöht.Disregarding the change in the singlet population due to the stimulated emission (see equation (1)), the CW threshold is approximately as follows:
Figure 00140001
in comparison to the pulse threshold I PS = I CW (N 0 ≈ 0). From Eq. (5) I CW is a quadratic function of the guest triplet saturation population: k ST N 0 is from the ST cancellation which reduces the gain; and Γσ TT N 0 is due to triplet absorption, which increases the loss.

Um das Vorliegen dieses CW-Zustandes zu testen, wurde ein Laser mit Alq3/ADN (x = 70)/DCM2 auf 2,4 kW/cm2 angeregt, oder gerade über dem berechneten Wert von ICW unter Verwendung der Parameter in Tabelle I. 3, Einschub links, zeigt ein Streak-Kamerabild dieser Emission über eine Dauer von 20 μm. Der Laserbetrieb wird schwächer (was zu der ersichtlichen spektralen Verengung führt), schaltet aber am Ende des langen Impulses nicht ab, was mit der Theorie übereinstimmt. In der Tat wurde eine Laserbetriebsdauer von ungefähr 100 μs beobachtet (siehe EPAPS), wenn durch einen Einzelimpuls gepumpt wurde, obwohl der Schichtabbau auf Grund der hohen optischen Pumpintensitäten letztendlich die Laserbetriebsdauer einschränkt. Während daher dieser OSL seine CW-Schwelle deutlich überschritt, funktioniert der Laser auf Grund des Materialabbaus CW-artig.To test for the presence of this CW state, a laser with Alq 3 / ADN (x = 70) / DCM 2 was excited to 2.4 kW / cm 2 , or just above the calculated value of I CW using the parameters in Table I. 3 , Inset left, shows a streak camera image of this emission over a duration of 20 microns. Laser operation becomes weaker (resulting in the apparent spectral narrowing), but does not shut off at the end of the long pulse, which is consistent with theory. In fact, a lasing life of approximately 100 μs was observed (see EPAPS) when pumped by a single pulse, although the degradation of the layer ultimately results in the lasing life due to the high optical pump intensities limits. Therefore, while this OSL significantly exceeded its CW threshold, the laser functions CW-like due to material degradation.

Interessanterweise verschiebt sich die blaue Wellenlänge des Laserbetriebs von λ = 688,1 nm auf 687,7 nm während der Laserbetriebsperiode, in 3 gezeigt, Einschub links. Wellenlängenverschiebungen wurden bei Flüssigfarbstofflasern beobachtet, bei denen sie der Konkurrenz zwischen Triplett-Absorption und Verstärkungsspektrum zugeschrieben wurden. Bei Dünnschicht-Monomode-DFB-OSL, bei denen die Triplett-Absorption im Großen und Ganzen konstant ist (siehe EPAPS), ist die Verschiebung eher auf Änderungen des effektiven Brechungsindexes mit zunehmender T-Dichte zurückzuführen.Interestingly, the blue wavelength of laser operation shifts from λ = 688.1 nm to 687.7 nm during the lasing period, 3 shown, inset left. Wavelength shifts have been observed with liquid dye lasers attributed to competition between triplet absorption and gain spectrum. For thin-film monomode DFB-OSL, where triplet absorption is broadly constant (see EPAPS), the shift is more due to changes in the effective refractive index with increasing T-density.

Es sei zu beachten, dass ICW weiter reduziert und die Laserbetriebszeit verlängert werden kann, indem man einen stabileren Manager mit niedrigerer Triplett-Energie und mit einer besseren Übereinstimmung zwischen Manager-Emission und Gastabsorption verwendet als sie mit ADN erreicht wird. Dann trägt die Gast-Triplett-Population mit geringerer Sättigung einen vernachlässigbaren Verlust bei, wobei ICW → IPS. Das Strukturkonzept kann auf die spätere Entwicklung von elektrisch gepumpten organischen Halbleiterlasern angewendet werden, wobei 75% der injizierten Elektronen zu Tripletts führen, im Vergleich zu nur einigen Prozenten beim optischen Pumpen.It should be noted that I CW can be further reduced and laser uptime extended by using a more stable manager with lower triplet energy and with a better match between manager emission and guest absorption than achieved with ADN. Then, the lower saturation guest-triplet population contributes a negligible loss, where I CW → I PS . The structure concept can be applied to the later development of electrically pumped organic semiconductor lasers, with 75% of the injected electrons leading to triplets, compared to only a few percent in optical pumping.

Abschließend wird das Vorliegen einer CW-Schwelle bei einer höheren Pumpintensität als der gepulsten Schwelle gezeigt, die bei allen vorhergehenden OSL-Untersuchungen beobachtet wurde. Auf der Grundlage unserer Analyse weisen wir eine Laserbetriebsdauer von bis zu 100 μs nach, indem wir einen Triplett-Manager in das OSL-Verstärkungsmedium einbringen. Der reduzierte Triplett-induzierte Verlust des Triplett-gemanagten OSLs verringert ICW von 32 kW/cm2 auf einen zweckmäßigeren Wert von 2,2 kW/cm2, der hier beobachtet wird.Finally, the presence of a CW threshold at a higher pump intensity than the pulsed threshold seen in all previous OSL studies is shown. Based on our analysis, we demonstrate a lasing life of up to 100 μs by introducing a triplet manager into the OSL gain medium. The reduced triplet-induced loss of the triplet-managed OSL reduces I CW from 32 kW / cm 2 to a more useful value of 2.2 kW / cm 2 , which is observed here.

MESSUNGENMEASUREMENTS

Die Singulett-Energie wird aus der Spitze des PL-Spektrums in 4(a) für ADN (S = 2,83 eV), Alq3(S = 2,38 eV), und DCM2(S = 2,03 eV) abgeleitet. Die spektrale Überlappung der ADN- und Alq3-PL und der DCM2-Absorption, zusammen mit der DCM2-Emission in den geringfügig dotierten Schichten, zeigt einen effizienten und vollständigen Förster-Transfer von Singuletts, die sowohl in dem Wirt als auch dem Manager erzeugt wurden, zu dem Gast an. Die 17 nm bathochrome Verschiebung der PL für die dotierte Schicht ist auf den Festkörper-Solvatationseffekt zurückzuführen.The singlet energy is from the top of the PL spectrum in 4 (a) for ADN (S = 2.83 eV), Alq 3 (S = 2.38 eV), and DCM2 (S = 2.03 eV). The spectral overlap of ADN and Alq 3 -PL and DCM 2 absorption, together with DCM 2 emission in the lightly doped layers, demonstrates efficient and complete Förster transfer of singlets generated in both the host and the manager were, to the guest. The 17 nm bathochromic shift of the PL for the doped layer is due to the solid-state solvation effect.

Die Triplett-Energien der drei Fluoreszenzmoleküle werden unter Verwendung des Verfahrens von Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) , gemessen. Auf Grund der geringfügigen Triplett-Emission der Fluorophore werden die beiden Phosphore: Tris(2-phenylpyridin)Ir(III) (Ir(ppy)3), T = 2,4 eV) und Bis(2-phenylquinolin) (acetylacetonat)Ir(III) (PQIr), T = 2,1 eV) mit der untersuchten Substanz zusammen dotiert, um einen effizienten Transfer von photogenerierten Tripletts vom Phosphor zu den Fluorophoren zu ermöglichen, wodurch sie seine geringe Intersystem-Crossing-Rate überwinden. Die Triplett-Energie des Phosphors ist geringer als die des Fluorophor-Singuletts, jedoch höher als sein Triplett, damit der Transfer erfolgt. Die Photolumineszenz bei 14 K der Mischungen:
Alq3(25%)/Ir(ppy)3(75%), DCM2(50%)/PQIr(50%) und ADN(50%)/Ir(ppy)3(50%) unter Verwendung eines N2-Pumplasers (Impuls 1 ns) werden unter Verwendung einer Streak-Kamera (Hamamatsu C4334) gemessen. Die Spektren bei 0,4 ms bis 9 ms nach den Pumpimpulsen werden in 4(b) gezeigt. Die Triplett-Energien von Alq3 (T = 1,99 eV), DCM2 (T = 1,74 eV) und ADN (T = 1,69 eV) werden den Anpassungen an Gauß-Funktionen (durchgezogene Linien) entnommen. Die Alq3-Triplett-Energie stimmt mit derjenigen überein, die von Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) , erzielt wurde.
The triplet energies of the three fluorescence molecules are determined using the method of Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) , measured. Due to the minor triplet emission of the fluorophores, the two phosphors are: tris (2-phenylpyridine) Ir (III) (Ir (ppy) 3 ), T = 2.4 eV) and bis (2-phenylquinoline) (acetylacetonate) Ir (III) (PQIr), T = 2.1 eV) are doped together with the substance under study to allow efficient transfer of photogenerated triplets from the phosphorus to the fluorophores, thereby overcoming its low intersystem crossing rate. The triplet energy of the phosphorus is lower than that of the fluorophore singlet but higher than its triplet in order for the transfer to occur. The photoluminescence at 14 K of the mixtures:
Alq 3 (25%) / Ir (ppy) 3 (75%), DCM2 (50%) / PQIr (50%) and ADN (50%) / Ir (ppy) 3 (50%) using an N 2 - Pump lasers (1 ns pulse) are measured using a streak camera (Hamamatsu C4334). The spectra at 0.4 ms to 9 ms after the pump pulses are in 4 (b) shown. The triplet energies of Alq 3 (T = 1.99 eV), DCM2 (T = 1.74 eV) and ADN (T = 1.69 eV) are taken from the fits to Gaussian functions (solid lines). The Alq 3 triplet energy agrees with that of Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) , was achieved.

Die Triplett-Absorption wird durch ein räumlich getrenntes Pump-Sonden-Experiment gemessen, das von Lehnhardt et al., Org. Electron. 12 486 (2011) , vorgeschlagen wird. Der Pumpimpuls einer Laserdiode mit λ = 405 nm hat eine Dauer von 50 μs, welche das Gast-Triplett sättigt; der Sondenimpuls eines N2-(Breite 1,5 ns)Lasers wird 100 ns nach dem Abschalten der Pumpe angelegt. Die PL der Schicht wird am Schichtrand entweder von einer Streak-Kamera (Hamamatsu C4334) zur Messung des Absorptionsspektrums αTT(λ) oder von einem Bandpassfilter mit λ = 680 ± 5 nm durch eine Lawinenphotodiode (C5658) für αTT in der Nähe der Wellenlänge des Laserbetriebs mit geringer Abweichung erhoben. 5 zeigt die PL-Intensität von der Sonde mit und ohne Pumpimpuls für x = 0 und 70 Schichten. Es ist ersichtlich, dass die Triplett-Absorption durch das Einbringen des Triplett-Managers wesentlich reduziert wird. Aus 5 werden in 6 zwei ähnliche breite und merkmalslose αTT(λ) erzielt, was bestätigt, dass die Absorptionen aus dem gleichen angeregten Zustand stammen (Gast-Triplett). Wie zuvor beschrieben, stammt der ~5fache Unterschied aus der unterschiedlichen Gast-Triplett-Sättigungspopulation, N0.The triplet absorption is measured by a spatially separated pump-probe experiment, that of Lehnhardt et al., Org. Electron. 12 486 (2011) , is proposed. The pump pulse of a laser diode with λ = 405 nm has a duration of 50 μs, which saturates the guest triplet; the probe pulse of an N 2 (wide 1.5 ns) laser is applied 100 ns after the pump has been switched off. The PL of the film is measured at the film edge either by a streak camera (Hamamatsu C4334) for measuring the absorption spectrum α TT (λ) or by a band pass filter with λ = 680 ± 5 nm through an avalanche photodiode (C5658) for α TT near the Wavelength of laser operation with little deviation levied. 5 shows the PL intensity of the probe with and without pump pulse for x = 0 and 70 layers. It can be seen that the triplet absorption is significantly reduced by the incorporation of the triplet manager. Out 5 be in 6 obtained two similar broad and featureless α TT (λ), confirming that the absorptions from the same excited state come (guest triplet). As described above, the ~ 5-fold difference is due to the different guest triplet saturation population, N 0 .

Verbesserte Effizienz bei ultrahellen fluoreszierenden OLEDImproved ultra-bright fluorescent OLED efficiency

Die Erfinder haben auch eine verbesserte Effizienz bei ultrahellen fluoreszierenden organischen Leuchtdioden durch Triplett-Management nachgewiesen.The inventors have also demonstrated improved efficiency in ultrahigh fluorescent organic light emitting devices by triplet management.

Insbesondere haben die Erfinder eine Singulett-Triplett-(S-T)Löschung und demnach eine verstärkte Quanteneffizienz bei ultrahellen fluoreszierenden organischen Leuchtdioden (OLEDs) durch Reduzierung der Gast-Triplett-Population durch das Einbringen eines Triplett-Managermoleküls in die Emissionsschicht (EML) nachgewiesen. Beispielsweise wird eine OLED, deren EML aus dem roten Fluorophor, 4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran, besteht, das in den Wirt, Tris(8-hydroxyquinolin) AI (Alq3) dotiert wird, mit dem Triplett-Manager, 9,10-Di(naphtha-2-yl)anthrazen vermischt. Die Manager-Triplett-Energie ist geringer als die des Wirts oder des Dotierungsmittels, was zu einer wirksamen Triplett-Entfernung aus dem Dotierungsmittel führt, ohne die strahlende Singulett-Population zu beeinflussen. Messungen legen die vollständige Unterdrückung der S-T-Löschung unter Verwendung der Triplett-Managementstrategie nahe, was zu einer Steigerung von mehr als 100% der externen OLED-Quanteneffizienzim Dauerzustand führt.In particular, the inventors have demonstrated singlet-triplet (ST) quenching and thus enhanced quantum efficiency in ultraviolet organic light-emitting diodes (OLEDs) by reducing the guest triplet population by introducing a triplet manager molecule into the emissive layer (EML). For example, an OLED whose EML is the red fluorophore, 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran, is transformed into the host, tris (8-hydroxyquinoline) Al (Alq 3 ) is doped with the triplet manager, 9,10-di (naphtha-2-yl) anthracene. The manager triplet energy is lower than that of the host or dopant, resulting in effective triplet removal from the dopant without affecting the radiative singlet population. Measurements suggest the complete suppression of ST deletion using the triplet management strategy, resulting in an increase of more than 100% of external OLED quantum efficiency in steady state.

Der Effizienzverlust bei fluoreszierenden organischen Leuchtdioden (OLEDs) wurde verschiedentlich dem Ladungsungleichgewicht der Singulett-Polaron-(S-P)Löschung und der Singulett-Triplett-(S-T)Löschung zugeschrieben. Bei der S-T-Löschung die ist die Reduzierung der Effizienz proportional zum Produkt der Triplett-(T)Population und der Löschrate. Da 75% der injizierten Ladung zur Bildung von nichtstrahlenden Tripletts mit relativ langer Lebensdauer (typischerweise > 1 ms) im Vergleich zu strahlenden Singuletts (~1 bis 10 ns) führen, können Tripletts bei OLED eine hohe Dichte erreichen (> 1018 cm–3). Auch verwenden fluoreszierende OLED häufig einen Laserfarbstoff als Emitter, der üblicherweise eine Resonanz zwischen den Spektren der S-Emission und der T-Absorption aufweist, was zu einer großen S-T-Löschrate führt. Die kombinierte große T-Population und die hohe S-T-Löschrate können die OLED-Effizienz reduzieren.The loss of efficiency in fluorescent organic light-emitting diodes (OLEDs) has been attributed variously to the charge imbalance of singlet polaron (SP) quenching and singlet triplet (ST) quenching. In ST deletion, the reduction in efficiency is proportional to the product of the triplet (T) population and erasure rate. Since 75% of the injected charge leads to non-radiative triplet formation with a relatively long lifetime (typically> 1 ms) compared to radiating singlets (~ 1 to 10 ns), OLED triplets can reach a high density (> 10 18 cm -3 ). Also, fluorescent OLEDs often use a laser dye as an emitter, which usually has a resonance between the S emission spectra and the T absorption, resulting in a large ST deletion rate. The combined large T population and high ST erase rate can reduce OLED efficiency.

Die herkömmliche Emissionsschicht (EML) einer fluoreszierenden OLED besteht aus einem leitfähigen Wirt und einem emittiernden Gast. Weil der Gast häufig geringere S- und T-Energien aufweist als der Wirt, werden die beiden exzitonischen Spezies, die sich an dem Wirt bilden, zum Gast transferriert, wo die S-T-Löschung erfolgt. Eine Strategie zum Reduzieren der Löschung besteht darin, ein „Triplett-Manager”-Molekül in die EML einzumischen, um Tripletts zu sammeln, wie es wieder in 1 gezeigt wird. Falls der T-Manager eine höhere S- und niedrigere T-Energie aufweist als der Gast, erleichtert er den Förster-Transfer von S-Exzitonen zum Gast und den Dexter-Transport von T-Exzitonen vom Gast zum Manager, wodurch die Gast-S-T-Annihilation potenziell eliminiert wird. Dabei wird die Wirksamkeit einer derartigen Strategie bei OLEDs mit EMLs nachgewiesen, die einen Wirt aus Tris(8-hydroxyquinolin) Al (Alq3) aufweisen, der mit 2 Vol.-% von 4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6 julolidyl-9-enyl-4H-pyran (DCM2) dotiert ist. Diverse Konzentrationen (0 ≤ x ≤ 70 Vol.-%) von 9,10 Di(naphtha-2-yl)anthrazen (ADN) werden in die EML für das T-Management eingemischt.The conventional emission layer (EML) of a fluorescent OLED consists of a conductive host and an emitting guest. Because the guest often has lower S and T energies than the host, the two excitonic species that form on the host are transferred to the guest where ST deletion occurs. One strategy to reduce erasure is to put a "triplet manager" molecule in the EML to collect triplets, as it would in 1 will be shown. If the T-Manager has a higher S and lower T-energy than the guest, it facilitates Förster's transfer of S-excitons to the guest and Dexter's transport of T-excitons from the guest to the manager, thus making the guest ST -Annihilation is potentially eliminated. The effectiveness of such a strategy is demonstrated in OLEDs with EMLs having a host of tris (8-hydroxyquinoline) Al (Alq 3 ) containing 2% by vol of 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6-glolidolide -9-enyl-4H-pyran (DCM2) is doped. Diverse concentrations (0 ≦ x ≦ 70 vol%) of 9,10-di (naphtha-2-yl) anthracene (ADN) are mixed into the EML for T-management.

Die OLEDs wurden im Vakuum (~10–7 Torr) durch thermisches Verdampfen auf vorgemusterte Substrate aus mit Indium-Zinn-Oxid-(ITO) beschichtetem Glas nach standardmäßigen Arbeitsabläufen hergestellt. Die 25 nm dicke EML wird zwischen eine 35 nm dicke Lochtransportschicht (HTL) aus 4,4'-Bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl (NPD) und eine 25 nm dicke Elektronentransportschicht aus Bathocuproin (BCP) eingeschoben. Die Anordnung von 1 mm2-Vorrichtungen wird durch das Abscheiden einer 0,8 nm dicken LiF- und einer 100 nm dicken Al-Schicht durch eine Lochmaske fertiggestellt, um die Kathoden zu definieren. Die Eigenschaften von Stromdichte-Spannung-Leuchtdichte (J-V-L) im Dauerzustand wurden bei < 0,3 A/cm2 unter Verwendung eines Parameteranalysators und eines kalibrierten Si-Photodetektors gemessen. Bei höheren Stromstärken von 0,1 bis 2,5 A/cm2 wurde die Intensität der Elektrolumineszenz (EL) unter Verwendung eines Impulsgenerators (Impulsbreite 100 μs) und einer Lawinenphotodiode gemessen.The OLEDs were made in vacuum (~ 10 -7 Torr) by thermal evaporation on pre-patterned indium tin oxide (ITO) coated glass substrates according to standard procedures. The 25 nm thick EML is sandwiched between a 35 nm thick hole transport layer (HTL) of 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (NPD) and a 25 nm electron-transport layer of bathocuproin ( BCP) inserted. The array of 1 mm 2 devices is completed by depositing a 0.8 nm thick LiF and a 100 nm thick Al layer through a shadow mask to define the cathodes. The steady state current density-voltage-luminance (JVL) characteristics were measured at <0.3 A / cm 2 using a parameter analyzer and a calibrated Si photodetector. At higher currents of 0.1 to 2.5 A / cm 2 , the intensity of electroluminescence (EL) was measured using a pulse generator (100 μs pulse width) and an avalanche photodiode.

Es wird noch einmal Bezug genommen auf 4(a), welche die Photolumineszenz-(PL)Spektren der ADN- und Alq3-Schichten und die EL-Spektren für OLEDs mit EMLs mit x = 0 und 50% ADN zeigt. Die spektrale Überlappung der PL mit der DCM2-Absorption (schattiert) und die reine DCM2-OLED-Emission bestätigen den kompletten Förster-Transfer der Singuletts zum Gast. Die Triplett-Energien der drei Moleküle werden bei 14 K unter Verwendung des Verfahrens des Triplett-Energietransfers aus einem sensibilisierenden Iridium-Komplex gemessen. Aus 4(b) haben die Erfinder Triplett-Energien von Alq3(T = 1,99 eV), DCM2 (T = 1,74 eV) und ADN (T = 1,69 eV) gemessen, die mit den in 1 gezeigten Anforderungen übereinstimmen.It will be referred to again 4 (a) showing the photoluminescence (PL) spectra of the ADN and Alq 3 layers and the EL spectra for OLEDs with EMLs with x = 0 and 50% ADN. The spectral overlap of the PL with the DCM2 absorption (shaded) and the pure DCM2-OLED emission confirm the complete Förster transfer of the singlets to the guest. The triplet energies of the three molecules are measured at 14 K using the method of triplet energy transfer from a sensitizing iridium complex. Out 4 (b) For example, the inventors measured triplet energies of Alq 3 (T = 1.99 eV), DCM 2 (T = 1.74 eV) and ADN (T = 1.69 eV) associated with the in 1 match the requirements shown.

Der Beweis, dass ADN den Triplett-Transfer zu DCM2 unterdrückt, wird aus den Triplett-Absorptionskoeffizienten (xr) für 200 nm dicke Schichten von 2% DCM2, das in ADN und Alq3 auf SiO2 dotiert wird, in 8 (Einschub), abgeleitet. Der Triplett-Zustand wird durch Intersystem-Crossing mit dem Singulett mit einer Pumplaserdiode mit 1,6 kW/cm2, 50 μs, Wellenlänge λ = 405 nm, besetzt, und die Absorption wird durch Übertragung der PL gemessen, die von einem N2-Laserimpuls mit 5 μJ/cm2, 1,5 ns λ = 337 nm angeregt wird, der gegenüber der Pumpe um 100 ns verzögert wird. Da xr = σTTG, wobei σT der Gast-Triplett-Absorptionsquerschnitt und TG seine Dichte ist, ist die Eliminierung von xr durch ADN auf eine erfolgreiche Entfernung der Tripletts aus DCM2 zurückzuführen. Ferner zeigt die vernachlässigbare Absorption im angeregten Zustand für die mit DCM2 dotierte ADN-Schicht auch, dass die ADN-Triplett-Absorption im DCM2-PL-Spektralbereich verschwindet. The proof that ADN suppresses the triplet transfer to DCM2 is obtained from the triplet absorption coefficients (x r ) for 200 nm thick layers of 2% DCM2 doped into SiO 2 in ADN and Alq 3 8th (Inset), derived. The triplet state is occupied by intersystem crossing with the singlet with a pump laser diode of 1.6 kW / cm 2 , 50 μs, wavelength λ = 405 nm, and the absorbance is measured by transfer of the PL, which is from a N 2 Laser pulse is excited with 5 μJ / cm 2 , 1.5 ns λ = 337 nm, which is delayed by 100 ns with respect to the pump. Since x r = σ T T G , where σ T is the guest triplet absorption cross section and T G is its density, the elimination of x r by ADN is due to a successful removal of the triplets from DCM 2. Furthermore, the negligible excited state absorption for the DCM2 doped ADN layer also shows that the ADN triplet absorption in the DCM2 PL spectral region disappears.

8(a) zeigt die transiente EL für eine Reihe von OLED mit verschiedenen ADN-Fraktionen, x, nach dem Beginn eines Stromschritts mit J = 2 A/cm2. Für die Steuervorrichtung (x = 0) erreicht die EL schnell eine Spitze und klingt dann in den folgenden 20 μs auf eine Dauerzustandsintensität von ~50% ihres Anfangswertes ab. Da die EL-Intensität proportional zur S-Dichte ist, ist das transiente Abklingen ein Hinweis auf die S-T-Löschung. Nach dem Beginn des Stromimpulses nähert sich die S-Population in Abwesenheit von Tripletts schnell ihrer Spitze. Während der Strom aufrechterhalten wird, nimmt die langlebige Triplett-Population (~ms) zu, was zu einer erhöhten S-T-Löschung und somit einer verringerten S-Population führt. Wenn sich die Gast T-Population schließlich dem Dauerzustand nähert, stabilisiert sich auch die S-T-Löschung, was zu einer reduzierten Dauerzustands-S-Population führt. 8 (a) shows the transient EL for a series of OLEDs with different ADN fractions, x, after the start of a current step with J = 2 A / cm 2 . For the controller (x = 0), the EL quickly peaks and then decays to a steady state intensity of ~ 50% of its initial value over the next 20 μs. Since the EL intensity is proportional to the S density, the transient decay is an indication of the ST erasure. After the onset of the current pulse, the S population quickly approaches its peak in the absence of triplets. As the current is maintained, the long-lived triplet population (~ ms) increases, resulting in increased ST deletion and thus a decreased S population. Finally, as the guest T-population approaches steady state, ST deletion also stabilizes, resulting in a reduced steady-state S population.

In Gegenwart des T-Managers reduziert sich das Ausmaß des transienten Abklingens der EL mit zunehmendem x und verschwindet bei x ≥ 50%, was die vollständige Unterdrückung der S-T-Löschung zeigt. 9 zeigt das Verhältnis der EL-Intensitätsspitze zum Dauerzustand, ρ(J) für die OLEDs aus 8(a). Es wurde bestimmt, dass ρ(J) mit zunehmender Manager-Konzentration abnimmt, und ρ(J) = 1 für x ≥ 50%, was einem transienten Abklingen von gleich Null entspricht.In the presence of the T-manager, the amount of transient decay of the EL is reduced with increasing x and disappears at x ≥ 50%, indicating complete suppression of the ST erasure. 9 shows the ratio of the EL intensity peak to the steady state, ρ (J) for the OLEDs 8 (a) , It was determined that ρ (J) decreases with increasing manager concentration, and ρ (J) = 1 for x ≥ 50%, which equates to zero transient decay.

Zwei Prozesse dominieren den Energietransport bei Triplett-gemanagten OLEDs, nämlich die Gast-S-T-Löschung, S + TG → So + TG (So ist der Grundzustand), und der Triplett-Dexter-Transport von Wirt zu Gast, TH (umfasst sowohl Alq3- als auch ADN-Tripletts). Die EL kann modelliert werden unter Verwendung von:

Figure 00200001
wobei b der Ladungsungleichgewichtsfaktor ist, e die Elektronenladung ist, d die EML-Dicke ist, wenn man davon ausgeht, dass die Exzitonen über diese Schicht einheitlich verteilt sind, τs die natürliche Abklingzeit der Singuletts ist, und kst die S-T-Löschungsrate ist. Ebenso sind kHG und L jeweils der Koeffizient der Triplett-Transferrate von Wirt zu Gast bzw. der Vander-Waals-Radius, und NGT(J) ist die Sättigungs-Gast-T-Population; d. h. wenn TG(t) → NGT(J) stoppt der Transfer und dTG/dt = 0. Diese Behandlung geht von 25% injizierten Ladungen von Singuletts aus. Die Exponentialfaktoren sind auf den Diffusionstransport von Exzitonen zwischen Molekülen zurückzuführen, was mit dem Dexter-Prozess übereinstimmt. Schließlich ist TH auf Grund der Triplett-Triplett-(T-T)Löschung und des natürlichen Abklingens gesättigt, doch diese Prozesse sind viel langsamer (~1 ms) als das interessante Zeitfenster (~30 μs) und werden deshalb vernachlässigt. Eine Singulett-Singulett-(S-S)Löschung wird nicht in Betracht gezogen, da sie bei solch niedrigen Dichten geringfügig ist. Schließlich ist auch eine S-P-Löschung möglich; sie kann jedoch nicht zu den beobachteten EL-Transienten führen, da die Polarondichte den Dauerzustand innerhalb von mehreren zehn ns nach dem Beginn des Stromimpulses erreicht.Two processes dominate the energy transport in triplet-managed OLEDs, namely the guest ST deletion, S + T G → S o + T G (thus, the ground state), and the triplet-dexter transport from host to guest, T H (includes both Alq 3 and ADN triplets). The EL can be modeled using:
Figure 00200001
where b is the charge imbalance factor, e is the electron charge, d is the EML thickness, assuming that the excitons are uniformly distributed throughout this layer, τ s is the natural decay time of the singlets, and k st is the ST extinction rate , Similarly, k HG and L are each the host-to-guest triplet transfer coefficient or Vander-Waals radius, and N GT (J) is the saturation guest T population; ie, when T G (t) → N GT (J), the transfer stops and dT G / dt = 0. This treatment is based on 25% injected charges of singlets. The exponential factors are due to the diffusion transport of excitons between molecules, which is consistent with the Dexter process. Finally, T H is saturated due to triplet triplet (TT) quenching and natural decay, but these processes are much slower (~ 1 ms) than the interesting time window (~ 30 μs) and are therefore neglected. Singlet singlet (SS) erasure is not considered because it is marginal at such low densities. Finally, a SP deletion is possible; however, it can not lead to the observed EL transients since the polar density reaches the steady state within tens of ns after the start of the current pulse.

Wenn man von der Randbedingung ausgeht, dass TG = 0 bei t = 0, und TG = NGT, da t → ∞ in Gl. (1), ist ρ(J)

Figure 00210001
Assuming the boundary condition that T G = 0 at t = 0, and T G = N GT , since t → ∞ in Eq. (1), ρ (J)
Figure 00210001

Die Dämpfung der externen Quanteneffizienz wird dann durch EQE(J) = ηoηC(J)ηT(J) gegeben, wobei ηo die externe Quanteneffizienz (EQE) mit perfektem Ladungsausgleich und ohne Singulett-Löschung ist, ηC(J) die Dämpfung auf Grund des Ladungsungleichgewichts und der S-P-Löschung ist, und ηT(J) = 1/ρ(J) die Dämpfung auf Grund der S-T-Löschung ist. The damping of the external quantum efficiency is then given by EQE (J) = η o η C (J) η T (J), where η o is the external quantum efficiency (EQE) with perfect charge compensation and without singlet cancellation, η C (J ) is the attenuation due to the charge imbalance and the SP cancellation, and η T (J) = 1 / ρ (J) is the attenuation due to the ST cancellation.

Aus den PL-Transienten, die für 50 nm dicke Schichten unter Verwendung einer N2-Laserpumpe gemessen werden, τs = 1,5 ± 0,2 ns für DCM2:ADN/Alq3, unabhängig von der Manager-Konzentration. Für eine DCM2-Konzentration von 2 Vol.-% ist L ≈ 3 nm, wie es aus dem durchschnittlichen Abstand zwischen den Dotierungsmittelmolekülen bestimmt wird. Mit der Auflage für NGT(J), die durch Gl. (4) gegeben ist, und für einen perfekten Ladungsausgleich (b = 1) werden die EL-Transienten durch die Gl. (1) bis (3) angepasst, wie es die durchgezogenen Linien in 8(a) zeigen. Aus den Anpassungen ist kST = 1,5 × 10–10 cm3/s, unabhängig von den Wirt- und Manager-Konzentrationen, und ist ähnlich wie die vorherigen Werte, die für DCM:Alq3 erzielt werden. Zudem hat sich herausgestellt, dass kHG = 2,5 × 107s–1 für x = 0 und 10%, und kHG = 3 × 108s–1 für x = 30% ADN ist.From the PL transients measured for 50 nm thick layers using an N 2 laser pump, τ s = 1.5 ± 0.2 ns for DCM2: ADN / Alq 3 , regardless of the manager concentration. For a DCM2 concentration of 2% by volume, L≈3 nm, as determined from the average spacing between the dopant molecules. With the edition for N GT (J), which is given by Eq. (4), and for a perfect charge balance (b = 1), the EL transients are given by Eqs. (1) to (3) adjusted as the solid lines in 8 (a) demonstrate. From the adjustments, k ST = 1.5 x 10 -10 cm 3 / s, regardless of host and manager concentrations, and is similar to the previous values achieved for DCM: Alq 3 . In addition, it has been found that k HG = 2.5 × 10 7 s -1 for x = 0 and 10%, and k HG = 3 × 10 8 s -1 for x = 30% ADN.

Mit diesen Anpassungen wird NGT unter Verwendung der Gl. (4) erhalten, und zwar mit den Ergebnissen, die ebenfalls in 9 angegeben werden. Offensichtlich reduziert das Einbringen des Triplett-Managers NGT wesentlich. Beispielsweise bei J = 0,5 bis 2,5 A/cm2 wird NGT(J) von 4 × 1018 cm–3 (x = 0) auf < 3 × 1017 cm–3 (x = 30%) und 0 cm–3 (x ≥ 50%) reduziert.With these adjustments, N GT is calculated using Eqs. (4), with the results also found in 9 be specified. Obviously, introducing the triplet manager significantly reduces N GT . For example, at J = 0.5 to 2.5 A / cm 2 , N GT (J) becomes from 4 x 10 18 cm -3 (x = 0) to <3 x 10 17 cm -3 (x = 30%) and 0 cm -3 (x ≥ 50%) reduced.

10(a) zeigt EQE(J) für verschiedene ADN-Konzentrationen. Für x = 0 bis 50% sind die EQE bei niedrigem J(< 10–4 A/cm2) bei ~3% ähnlich, während die EQE-Dämpfung mit J bei höherem x reduziert wird. Bei starken Strömen (J > 0,1 2,5 A/cm2) wird die EQE bei x = 50% gegenüber x = 0 auf Grund der reduzierten Dämpfung um mehr als 100% verstärkt. Die getrennten Beiträge aus der Dämpfung, die durch Polarone und Tripletts induziert wird, sind in 10(b) eingezeichnet. Hier wird ηT(J) aus ρ(J) erzielt, während ηC(J) unter der Annahme ηo = 3% gelöst wird, die bei J → Oerzielt wird. Aus 10(b) ist eine reduzierte S-T-Löschung der Hauptbeitrag für die verbesserte EQE bei x = 50%, während eine polaroninduzierte Dämpfung bei x = 50% auf Grund des bipolaren Ladungstransports in ADN ebenfalls geringfügig reduziert wird. D. h., obwohl sowohl ADN als auch Alq3 gute Elektronentransportstoffe sind, weist ADN eine höhere Lochmobilität auf. Dies kann zu einer effizienteren Rekombination und somit zu einer geringeren Dichte freier Ladungsträger in der EML führen. Dies wiederum reduziert die S-P-Löschung und erhöht somit ηC(J) geringfügig. 10 (a) shows EQE (J) for different concentrations of ADN. For x = 0 to 50%, EQE at low J (<10 -4 A / cm 2 ) is similar to ~ 3%, while EQE attenuation is reduced to J at higher x. At high currents (J> 0.1 2.5 A / cm 2 ), the EQE at x = 50% is increased by more than 100% compared to x = 0 due to the reduced attenuation. The separate contributions from the attenuation induced by polarons and triplets are in 10 (b) located. Here, η T (J) is obtained from ρ (J), while η C (J) is solved by assuming η o = 3%, which is obtained at J → O. Out 10 (b) Reduced ST deletion is the major contributor to the improved EQE at x = 50%, while polar-induced attenuation at x = 50% is also slightly reduced due to bipolar charge transport in ADN. That is, although both ADN and Alq 3 are good electron-transporting agents, ADN has higher hole mobility. This can lead to a more efficient recombination and thus to a lower density of free charge carriers in the EML. This in turn reduces the SP cancellation and thus slightly increases η C (J).

Dagegen verringert sich die EQE, wenn x von 50% auf 70% ansteigt, obwohl in beiden Fällen ρ = 1. Dies wird einem reduzierten ηC(J) bei x = 70% auf Grund des Ladungsungleichgewichts zugeschrieben. Da das tiefste unbesetzte Orbital eines Moleküls (LUMO) von NPD bei 2,3 eV liegt, ist die Elektronen blockierende Barriere an der Schnittstelle HTL/EML für ADN (mit einem LUMO bei 2,6 eV) kleiner als für Alq3(LUMO = 3,1 eV). Somit erfolgt bei hohen ADN-Konzentrationen der Elektronentransport bevorzugt auf ADN und sie entweichen leichter aus der EML ohne Rekombination. Dies geht aus 10(a), Einschub, hervor, wobei x = 70% einen wesentlich stärkeren Strom bei x < 50% zeigt. Somit kann der Wirt (Alq3) nicht vollständig durch den Triplett-Manager ersetzt werden, um sicherzustellen, dass der Ladungsausgleich beibehalten wird.In contrast, the EQE decreases as x increases from 50% to 70%, though in both cases ρ = 1. This is attributed to a reduced η C (J) at x = 70% due to charge imbalance. Since the deepest unoccupied orbital of a molecule (LUMO) of NPD is at 2.3 eV, the electron blocking barrier at the HTL / EML interface is smaller for ADN (with a LUMO at 2.6 eV) than for Alq 3 (LUMO = 3.1 eV). Thus, at high concentrations of ADN, electron transport preferentially occurs on ADN and they more easily escape from the EML without recombination. This goes out 10 (a) , Inset, where x = 70% shows a much stronger current at x <50%. Thus, the host (Alq 3 ) can not be completely replaced by the triplet manager to ensure that charge balancing is maintained.

T.-H. Liu, C.-Y. Iou und C. H. Chen, Curr. Appl. Phys. 5 (3), 218 (2005) , hiermit durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen, verwendeten ADN und Rubren als Co-Wirte bei einer OLED, die auf dem Fluorophor, 4-(Dicyanomethylen)2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran (DCJTB) basiert, das in Alq3 dotiert wird, um die Dämpfung der starken EQE im Dauerzustand zu reduzieren. Die verbesserte EQE wurde durch eine reduzierte Löschung der Singulett-Ladung (Alq3 ) erklärt. Die Analyse der Erfinder unterscheidet sich von derjenigen von Liu et al., wobei die Transienteneffizienz zeigt, dass eine reduzierte S-T-Löschung der Hauptgrund für die verbesserte EQE ist. Es versteht sich, dass Rubren (T = 1,1 eV (gezeigt bei M. Montalti, A. Credi, L. Prodi und M. T. Gandolfi, „Handbook of Photochemistry”, 3. Ausgabe (CRC. Boca Raton, FL. 2006) S. 83, das hiermit durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist)) ebenfalls effektiv als Triplett-Manager verwendet werden kann, obwohl Daten für Rubren: Alq3:DCM2-Vorrichtungen der Übersichtlichkeit halber ausgelassen werden. T.-H. Liu, C.-Y. Iou and CH Chen, Curr. Appl. Phys. 5 (3), 218 (2005) , incorporated herein by reference in their entirety, use ADN and rubrene as co-hosts in an OLED based on the fluorophore, 4- (dicyanomethylene) 2-t-butyl-6- (1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9 -enyl) -4H-pyran (DCJTB), which is doped in Alq 3 to reduce the attenuation of the strong steady state EQE. The improved EQE was explained by a reduced quenching of the singlet charge (Alq 3 - ). The analysis of the inventors differs from that of Liu et al. where the transient efficiency indicates that reduced ST extinction is the main cause of the improved EQE. It is understood that rubrene (T = 1.1 eV (shown at M. Montalti, A. Credi, L. Prodi, and MT Gandolfi, "Handbook of Photochemistry," 3rd Edition (CRC, Boca Raton, FL., 2006) p. which is fully incorporated herein by reference)) can also be effectively used as a triplet manager, although data for rubrics: Alq 3 : DCM2 devices are omitted for clarity.

Abschließend haben die Erfinder nachgewiesen, dass Triplett-Manager, die in die EML von fluoreszierenden OLED eingemischt werden, zu einer wesentlichen Steigerung der Quanteneffizienz bei hoher Stromdichte führen können. Die Manager-Moleküle fördern den effizienten Triplett-Transfer vom Gast aus, wodurch sie die S-T-Löschung bei hoher Stromstärke reduzieren. Eine derartige Management-Strategie ist im Allgemeinen auf fluoreszierende OLED anwendbar, die eine S-T-Löschung erfahren, um sehr hohe Helligkeit zu erreichen, und es wurde ebenfalls gezeigt, dass sie wirksam ist, um es organischen Halbleiterlasern zu ermöglichen, in den Dauerstrichbetriebsmodus einzutreten.Finally, the inventors have demonstrated that triplet managers mixed into the EML of fluorescent OLEDs can lead to a significant increase in quantum efficiency at high current density. The manager molecules promote efficient triplet transfer from the guest, thereby reducing S-T quenching at high current levels. Such a management strategy is generally applicable to fluorescent OLEDs that undergo S-T cancellation to achieve very high brightness, and has also been shown to be effective to allow organic semiconductor lasers to enter the continuous wave mode of operation.

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass triplettinduzierte Verluste, wozu sowohl Singulett-Triplett-Löschung als auch Triplett-Absorption gehören, erhebliche Behinderungen für elektrisch gepumpte organische Halbleiterlaser (OSLs) sind. Angesicht der obigen Ausführungen wird ein Verfahren zum Triplett-Management bereitgestellt, das die triplettinduzierten Verluste bei OSLs eliminieren (oder reduzieren) könnte und somit einen neuen Weg für die Entwicklung elektrisch gepumpter OSLs eröffnet. Previous studies have shown that triplet-induced losses, which include both singlet-triplet quenching and triplet absorption, are significant impediments to electrically pumped organic semiconductor (OSL) lasers. In light of the above, a triplet management method is provided that could eliminate (or reduce) the triplet-induced losses in OSLs, thus opening a new path for the development of electrically pumped OSLs.

Die triplettinduzierten Verluste bei herkömmlichen OSLs (einschließlich sowohl kleiner Moleküle als auch Polymere) stammen aus der Spektrumsüberlappung der Laseremission und der Triplett-Zustandsabsorption. Die Triplett-Managementstrategie beinhaltet die Dotierung des Laserverstärkungsmediums durch ein zusätzliches Molekül, den so genannten Triplett-Manager, der die folgenden Merkmale aufweisen kann: 1. die Triplett-Energie des Mangers ist kleiner als die aller anderen Moleküle, die sich bereits in dem Verstärkungsmedium befanden; 2. die Triplett-Absorption des Mangers auf der Wellenlänge des Laserbetriebs ist vernachlässigbar. Sobald diese beiden Merkmale erfüllt sind, kann der triplettinduzierte Verlust eliminiert oder wesentlich reduziert werden. Die Wirksamkeit der Verwendung von 9,10-Di(naphtha-2-yl)anthrazen (ADN) oder Rubren als Triplett-Manager in dem herkömmlichen Gast-Wirt-Verstärkungsmedium mit kleinen Molekülen von mit 4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6 julolidyl-9-enyl-4H-pyran (DCM2) dotiertem Tris(8-hydroxyquinolin) Aluminium (Alq3) wurde zuvor nachgewiesen. Durch optisches Pumpen weist der mit ADN gemanagte Laser eine Laserbetriebsdauer von nahezu 100 μs auf, im Vergleich zu den nur 400 ns des herkömmlichen nicht gemanagten Lasers.The triplet induced losses in conventional OSLs (including both small molecules and polymers) are due to the spectrum overlap of the laser emission and the triplet state absorption. The triplet management strategy involves doping the laser enhancement medium with an additional molecule, the so-called triplet manager, which may have the following characteristics: 1. the triplet energy of the host is smaller than that of all other molecules already present in the enhancement medium were; 2. the triplet absorption of the manganese at the wavelength of laser operation is negligible. Once these two features are met, the triplet-induced loss can be eliminated or significantly reduced. The effectiveness of using 9,10-di (naphtha-2-yl) anthracene (ADN) or rubrene as a triplet manager in the conventional small-molecule guest-host amplification medium of 4- (dicyanomethylene) -2-methyl- 6 Julolidyl-9-enyl-4H-pyrane (DCM2) -doped tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq 3 ) was previously detected. By optical pumping, the laser managed with ADN has a lasing life of nearly 100 μs, compared to only 400 ns of the conventional unmanaged laser.

Unter Verwendung der gleichen Triplett-Managementstrategie in der Emissionsschicht (EML) einer fluoreszierenden organischen Leuchtdiode (OLED) haben die Erfinder eine vollständige Unterdrückung des triplettinduzierten Verlustes und somit Effizienzverbesserungen von mehr als 100% entdeckt. Auch dies wurde unter Verwendung von ADN oder Rubren als Triplett-Manager in der DCM2-dotierten Alq3-EML einer OLED nachgewiesen.Using the same triplet management strategy in the emissive layer (EML) of a fluorescent organic light emitting diode (OLED), the inventors have discovered complete suppression of triplet-induced loss, and thus efficiency improvements of greater than 100%. Again, this was demonstrated using ADN or rubrene as the triplet manager in the DCM2-doped Alq 3 -EML of an OLED.

Wie es hier bereitgestellt wird, haben die Erfinder herausgefunden, dass die beiden zuvor beschriebenen Lösungsansätze für einen elektrisch gepumpten OSLS kombiniert werden könnten. Ein Laser besteht aus einem Verstärkungsmedium und einer Rückkopplungsstruktur. Das Verstärkungsmedium der elektrisch gepumpten OSL verwendet eine Triplett-Managementstrategie, z. B. ein Triplett-Managermolekül, das in ein ansonsten herkömmliches Polyfluoren oder ein Gast-Wirt-System mit kleinen Molekülen dotiert wird. Die Rückkopplungsstruktur kann eine beliebige geeignete Form aufweisen, wie etwa die Beispiele, die in 11(a) bis (d) bereitgestellt werden. Beispielsweise zeigt 11(a) eine Rückkopplung mit einem planaren Wellenleiter, wobei die Rückkopplung durch die Reflexion von der Randfläche bereitgestellt wird. 11(b) zeigt die verteilte Rückkopplung (DFB), wobei die Rückkopplung durch die Beugung des Gitters bereitgestellt wird. 11(c) zeigt die Rückkopplung mit einem planar verteilten Bragg-Reflektor (DBR), wobei die Rückkopplung durch die Reflexion von dem DBR parallel zum Substrat bereitgestellt wird. 11(d) zeigt die Oberflächenemitter-Struktur (VCSEL), wobei sich die Rückkopplung durch die Reflexion vom vorderen und hinteren Spiegel ergibt. Wie es jedoch der Fachmann nach dem Durchlesen der vorliegenden Offenbarung verstehen würde, kann ein beliebiges geeignetes Rückkopplungssystem bzw. -gerät verwendet werden.As provided herein, the inventors have found that the two approaches described above for an electrically pumped OSLS could be combined. A laser consists of a gain medium and a feedback structure. The gain medium of the electrically pumped OSL uses a triplet management strategy, e.g. A triplet manager molecule doped into an otherwise conventional polyfluorene or small molecule guest-host system. The feedback structure may have any suitable shape, such as the examples shown in FIG 11 (a) to (d) are provided. For example, shows 11 (a) a feedback with a planar waveguide, wherein the feedback is provided by the reflection from the edge surface. 11 (b) shows Distributed Feedback (DFB), where the feedback is provided by the diffraction of the grating. 11 (c) Figure 11 shows the feedback with a planar distributed Bragg reflector (DBR), the feedback being provided by the reflection from the DBR parallel to the substrate. 11 (d) shows the surface emitter structure (VCSEL), where the feedback results from reflection from the front and back mirrors. However, as one of ordinary skill in the art would appreciate after reading the present disclosure, any suitable feedback system or device may be used.

Im Allgemeinen können Materialwahl und Dicke für die Anode, die Lochinjektionsschicht (HTL), die Elektroneninjektionsschicht (ETL) und die Kathode in einem OSL wie bei herkömmlichen OLEDs sein. Die Dicke des Verstärkungsmediums kann im Bereich von 50 nm bis 300 nm liegen. Das Substrat sollte bevorzugt einen Brechungsindex aufweisen, der geringer als bei organischen Schichten (n ~1,6 bis 1,8) ist, und ist typischerweise Quarz oder SiO2, kann jedoch ein beliebiges Material umfassen. Bei den beispielhaften Rückkopplungsstrukturen, die in 11(a) bis (c) gezeigt werden, erfolgt die Rückkopplung parallel zum Substrat; wohingegen bei der beispielhaften Struktur, die in 11(d) gezeigt wird, die Rückkopplung rechtwinklig zum Substrat ist.In general, the choice of material and thickness for the anode, the hole injection layer (HTL), the electron injection layer (ETL), and the cathode in an OSL can be as in conventional OLEDs. The thickness of the gain medium may be in the range of 50 nm to 300 nm. The substrate should preferably have a refractive index that is lower than organic layers (n ~ 1.6 to 1.8), and is typically quartz or SiO 2 , but may include any material. In the exemplary feedback structures used in 11 (a) to (c), the feedback is parallel to the substrate; whereas in the exemplary structure shown in FIG 11 (d) is shown, the feedback is perpendicular to the substrate.

Die Schwellenstromdichte des Laserbetriebs für die beispielhaften elektrisch gepumpten OSLs kann folgendermaßen berechnet werden. Die Schwellenbedingung ist durch:

Figure 00250001
gegeben, wobei t die Zeit ist, g die Nettoverstärkung ist, Γ der optische Einschlussfaktor ist, σ der stimulierte Emissionsquerschnitt ist, α der Resonatorverlust ist, σTT der Triplett-Absorptionsquerschnitt ist, und S und T jeweils Singulett- und Triplett-Dichten sind. Nun können mit den Triplett-Managern die triplettinduzierten Verluste eliminiert werden, also:
Figure 00250002
wobei d die Dicke des Verstärkungsmediums (EML-Dicke bei OLED) ist, e die Elektronenladung ist, und τ die Singulett-Lebensdauer ist. Dann ist die Schwellenstromdichte Jth = 4edα/Γτα (es sei zu beachten, dass α und Γ nicht unabhängig sind). Mit typischen Werten von d = 50 nm, Γ = 0,3, α = 10 cm–1, τ = 2 ns und σ = 4 × 10–17 cm2 kann man dann berechnen, dass Jth = 1,3 kA/cm2. Gemäß früheren Untersuchungen ist eine derart hohe Stromdichte im Allgemeinen bei organischen Halbleiterstoffen zu erreichen. Falls Triplett-Verluste vorliegen, sind die Schwellenstromdichten wesentlich höher (siehe N. C. Giebink und S. R. Forrest, „Temporal response of optically pumped organic semiconductor lasers and its implication for reaching threshold under electrical excitation”, Phys. Rev. B 79 (7), 073302 (2009) 3(b), hiermit durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen).The threshold current density of the lasing operation for the exemplary electrically pumped OSLs can be calculated as follows. The threshold condition is through:
Figure 00250001
where t is the time, g is the net gain, Γ is the optical confinement factor, σ is the stimulated emission cross section, α is the resonator loss, σ TT is the triplet absorption cross section, and S and T are each singlet and triplet densities , Now triplet managers can eliminate triplet induced losses, so:
Figure 00250002
where d is the thickness of the gain medium (EML thickness at OLED), e is the electron charge, and τ is the singlet lifetime. Then the threshold current density J th = 4edα / Γτα (note that α and Γ are not independent). With typical values of d = 50 nm, Γ = 0.3, α = 10 cm -1 , τ = 2 ns and σ = 4 × 10 -17 cm 2 , one can then calculate that J th = 1.3 kA / cm 2 . According to previous investigations, such a high current density can generally be achieved with organic semiconductor materials. If there are triplet losses, the threshold current densities are much higher (see NC Giebink and SR Forrest, "Temporal Response of optically pumped organic semiconductor lasers and their implication for reaching threshold under electrical excitation", Phys. Rev. B 79 (7), 073302 (2009) 3 (b) hereby incorporated by reference in its entirety).

Neben dem Triplett-Verlust werden auch Kontaktverlust und Polaron-Verlust als Behinderungen für elektrisch eingekoppelte OSL angesehen. Eine neuere Untersuchung, die bei M. Reufer, S. Riechel, J. M. Lupton, J. Feldmann, U. Lemmer, D. Schneider, T. Benstem, T. Dobbertin, W. Kowalsky, A. Gombert, K. Forberich, V. Wittwer und U. Scherf, „Lowthreshold polymeric distributed feedback lasers with metallic contacts”, Appl. Phys. Lett. 84 (17), 32623264 (2004) auf S. 8 offenbart wurde und hier durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen wird, zeigte, dass der Kontaktverlust dadurch eliminiert werden kann, dass der Wellenleitermodus sorgfältig abgestimmt wird. Die Polaron-Absorption wurde zuvor ähnlich wie die Triplett-Absorption gemessen, doch sie kann durch die Verwendung von hochleitfähigen Stoffen, um die Polaron-Konzentration zu reduzieren, gemindert werden. Dies ist der Fall, weil die Polaron-Population im Gleichgewicht abnimmt, wenn die Mobilität durch: n α 1/√μ erhöht wird, wobei μ die Mobilität der Schicht ist.In addition to the triplet loss, contact loss and polaron loss are also considered as impediments to electrically coupled OSL. A recent investigation at M. Reufer, S. Riechel, JM Lupton, J. Feldmann, U. Lemmer, D. Schneider, T. Benstem, T. Dobbertin, W. Kowalsky, A. Gombert, K. Forberich, V. Wittwer and U. Scherf , "Lowthreshold polarized feedback laser with metallic contacts", Appl. Phys. Lett. 84 (17), 32623264 (2004) on page 8 and fully incorporated herein by reference, showed that contact loss can be eliminated by carefully tuning the waveguide mode. Polaron absorption has previously been measured in a similar way to triplet absorption, but it can be mitigated by using highly conductive materials to reduce the polaron concentration. This is because the polaron population decreases in equilibrium when the mobility is increased by: n α 1 / √μ, where μ is the mobility of the layer.

Ausführungsbeispieleembodiments

Es wird eine erste Vorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen organischen Halbleiterlaser. Der organische Halbleiterlaser umfasst ferner einen optischen Resonator und eine organische Schicht, die in dem optischen Resonator angeordnet ist. Die organische Schicht umfasst: eine organische Wirtsverbindung; eine organische emittierende Verbindung, die fluoreszenzemissionsfähig ist; und eine organische Dotierungsverbindung. Die organische Dotierungsverbindung kann hier auch als „Triplett-Manager” bezeichnet werden. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen Wirtsverbindung. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen emittierenden Verbindung. Die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung ist kleiner oder gleich der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung.A first device is provided. The device comprises an organic semiconductor laser. The organic semiconductor laser further includes an optical resonator and an organic layer disposed in the optical resonator. The organic layer comprises: an organic host compound; an organic emissive compound that is fluorescently emissive; and an organic dopant compound. The organic dopant compound may also be referred to herein as a "triplet manager". The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic host compound. The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic emissive compound. The singlet energy of the organic emissive compound is less than or equal to the singlet energy of the organic host compound.

Die beschriebenen Energiebeziehungen ermöglichen es der organischen Dotierungsverbindung, Tripletts aus der organischen Wirtsverbindung und der organischen emittierenden Verbindung abzuleiten und den Transfer von Tripletts von der organischen Dotierungsverbindung zu anderen Verbindungen zu vermeiden. Die organische Dotierungsverbindung weist auch bevorzugt eine Triplett-Lebensdauer auf, die im Verhältnis zu der organischen Wirtsverbindung und der organischen emittierenden Verbindung kurz ist, so dass die organische Dotierungsverbindung über einen Zeitraum viele Tripletts ableiten kann.The described energy relationships enable the organic dopant compound to derive triplets of the organic host compound and the organic emissive compound and to avoid the transfer of triplets from the organic dopant compound to other compounds. The organic dopant compound also preferably has a triplet lifetime which is short relative to the organic host compound and the organic emissive compound such that the organic dopant compound can dissipate many triplets over a period of time.

Triplett- und Singulett-Energien für viele verschiedene Verbindungen sind in der Fachliteratur ohne Weiteres verfügbar. Ein Teil dieser Fachliteratur wird hier beschrieben. Diese Energien können gemessen werden und können auch berechnet werden. Es kann bestimmte Unterschiede bei den Werten geben, die durch diverse Mess- und Berechnungstechniken erzielt werden. Zum Zweck des Vergleichs der Energien, um zu sehen, ob eine größer oder kleiner ist als die andere, wird es bevorzugt, dass die gleiche oder eine ähnliche Messung oder Berechnung verwendet wird, um die zu vergleichenden Werte zu erzielen. Falls eine bestimmte Messung oder Berechnung dazu neigt, Energiewerte zu über- oder zu unterbewerten, minimiert die Verwendung der gleichen Messung oder Berechnung, um alle verglichenen Werte zu erzielen, einen eventuellen derartigen Effekt.Triplet and singlet energies for many different compounds are readily available in the literature. Part of this literature is described here. These energies can be measured and can also be calculated. There may be certain differences in the values achieved through various measurement and calculation techniques. For the purpose of comparing the energies to see if one is larger or smaller than the other, it is preferred that the same or a similar measurement or calculation be used to obtain the values to be compared. If a particular measurement or calculation tends to over-or under-value energy values, using the same measurement or calculation to achieve all the values compared minimizes any such effect.

Die Verwendung des Begriffs „oder gleich” mit Bezug auf die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung im Vergleich zu der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist dazu gedacht, die Möglichkeit eines endothermen Transfers in Betracht zu ziehen. Diese endothermen Prozesse werden in dem US-Patent Nr. 2005/0214576 ausführlicher beschrieben, das am 3. Mai 2005 eingereicht wurde und hiermit durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen wird. Während es somit im Allgemeinen bevorzugt sein kann, dass die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist, sind die Ausführungsformen nicht unbedingt darauf beschränkt.The use of the term "or equal to" with respect to the singlet energy of the organic emissive compound as compared to the singlet energy of the organic host compound is intended to take into account the possibility of endothermic transfer. These endothermic processes are in the U.S. Patent No. 2005/0214576 described in more detail on May 3, 2005, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Thus, while it may generally be preferred that the singlet energy of the organic emissive compound be less than the singlet energy of the organic host compound, the embodiments are not necessarily limited thereto.

Gemäß einigen Ausführungsformen der zuvor beschriebenen ersten Vorrichtung kann der organische Halbleiterlaser ferner eine Lochinjektionsschicht, die zwischen der Anode und der Lochtransportschicht angeordnet ist, und eine Elektroneninjektionsschicht, die zwischen der Kathode und der Elektronentransportschicht angeordnet ist, umfassen. Wie zuvor angemerkt, kann die Vorrichtung (und/oder der OSL) einige oder alle der organischen Schichten umfassen, die typischerweise bei herkömmlichen OLED verwendet werden. According to some embodiments of the above-described first device, the organic semiconductor laser may further comprise a hole injection layer disposed between the anode and the hole transport layer and an electron injection layer disposed between the cathode and the electron transport layer. As noted previously, the device (and / or the OSL) may include some or all of the organic layers typically used in conventional OLEDs.

Bevorzugt ist die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung geringer als die Singulett-Energie der organischen Dotierungsverbindung.Preferably, the singlet energy of the organic emissive compound is less than the singlet energy of the organic dopant compound.

Dieses Energieverhältnis minimiert den Transfer von Singuletts von der organischen emittierenden Verbindung zur organischen Dotierungsverbindung, so dass die Singuletts der organischen emittierenden Verbindung wie gewünscht ein Photon emittieren können.This energy ratio minimizes the transfer of singlets from the organic emissive compound to the organic dopant compound such that the singlets of the organic emissive compound can emit a photon as desired.

Bevorzugt absorbiert die organische Dotierungsverbindung die Fluoreszenzemission der organischen emittierenden Verbindung nicht stark.Preferably, the organic dopant compound does not strongly absorb the fluorescence emission of the organic emissive compound.

Wenn gesagt wird, dass die Dotierungsverbindung die Fluoreszenzemission der emittierenden Verbindung „nicht stark absorbiert”, bedeutet dies, dass der Grundzustand und die Singulettangeregten und Triplett-Triplett-angeregten Zustände alle eine geringe Absorption des Spektrums aufweisen, das von der fluoreszierenden emittierende Verbindung emittiert wird. Der Fachmann kann ermitteln, ob eine geringe Absorption vorliegt, indem er Darstellungen der Emissions- und Absorptionsspektren auf demselben Graphen betrachtet und überprüft, ob eine wesentliche Überlappung vorliegt – eine geringe Überlappung in Endbereichen ist zulässig.When it is said that the dopant compound "does not strongly absorb" the fluorescent emission of the emitting compound, it means that the ground state and the singlet excited and triplet triplet excited states all have a low absorption of the spectrum emitted from the fluorescent emitting compound , One skilled in the art can determine if there is low absorption by looking at representations of the emission and absorption spectra on the same graph and checking for substantial overlap - a small overlap in end regions is allowed.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Vorrichtung ferner eine optische Pumpe, die mit der organischen Schicht optisch gekoppelt ist.In one embodiment, the first device further includes an optical pump optically coupled to the organic layer.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der organische Halbleiterlaser ferner eine Anode und eine Kathode. Die organische Schicht ist zwischen der Anode und der Kathode angeordnet. Eine Lochtransportschicht ist zwischen der organischen Schicht und der Anode angeordnet. Eine Elektronentransportschicht ist zwischen der organischen Schicht und der Kathode angeordnet. Die organische Dotierungsverbindung liegt nur in der Emissionsschicht vor.According to one embodiment, the organic semiconductor laser further comprises an anode and a cathode. The organic layer is disposed between the anode and the cathode. A hole transport layer is disposed between the organic layer and the anode. An electron transport layer is disposed between the organic layer and the cathode. The organic dopant compound is present only in the emission layer.

Bevorzugt ist die Triplett-Abklingzeit der Dotierungsverbindung kürzer als die Triplett-Abklingzeit der emittierenden Verbindung.Preferably, the triplet decay time of the dopant compound is shorter than the triplet decay time of the emitting compound.

Bevorzugt beträgt die Konzentration der Dotierungsverbindung 10 bis 90 Gewichtsprozent, und die Konzentration der emittierenden Verbindung beträgt 0,5 bis 5 Gewichtsprozent.Preferably, the concentration of the doping compound is 10 to 90% by weight, and the concentration of the emitting compound is 0.5 to 5% by weight.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Wirt vollständig in der organischen Schicht fehlen, d. h. die organische Schicht umfasst nur die emittierende Verbindung und die Dotierungsverbindung. In diesem Fall beträgt die Konzentration der emittierenden Verbindung bevorzugt 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, wobei der Rest der Schicht die Dotierungsverbindung ist. Die bevorzugten Energieniveaubeziehungen, die hier für die Dotierungsverbindung und die emittierende Verbindung beschrieben werden, gelten auch für diese Ausführungsform. Die Vorrichtung kann noch andere organische Schichten umfassen, wie etwa Lochtransport- und Elektronentransportschichten – die vorliegende Ausführungsform betrifft eine emittierende Schicht aus zwei Komponenten, die das Dotierungsmittel und die emittierende Verbindung aufweist, doch der Rest der Vorrichtung kann beliebige der hier beschriebenen Komponenten aufweisen.In one embodiment, the host may be completely absent in the organic layer, i. H. the organic layer includes only the emitting compound and the doping compound. In this case, the concentration of the emitting compound is preferably 0.5 to 5% by weight, with the remainder of the layer being the doping compound. The preferred energy level relationships described herein for the dopant compound and the emissive compound also apply to this embodiment. The device may comprise other organic layers, such as hole transport and electron transport layers - the present embodiment relates to a two-component emissive layer comprising the dopant and the emissive compound, but the remainder of the device may comprise any of the components described herein.

Bevorzugt ist die organische emittierende Verbindung bei Raumtemperatur zur Fluoreszenzemission fähig.Preferably, the organic emissive compound is capable of fluorescence emission at room temperature.

Bevorzugt wird die Dotierungsverbindung aus der Gruppe ausgewählt, die Folgendes umfasst: Anthrazen, Tetrazen, Rubren und Perylen und ihre Derivate. Weiter bevorzugt wird die Dotierungsverbindung aus Anthrazen ausgewählt, und seine Derivate sind besonders bevorzugt. Weiter bevorzugt ist die Dotierungsverbindung ADN.Preferably, the doping compound is selected from the group comprising: anthracene, tetracene, rubrene and perylene and their derivatives. More preferably, the doping compound is selected from anthracene, and its derivatives are particularly preferred. More preferably, the doping compound is ADN.

Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Dotierungsverbindung ein Phosphor. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Dotierungsverbindung ist ein Fluorophor.According to some embodiments, the dopant compound is a phosphor. According to some embodiments, the dopant compound is a fluorophore.

Es wird bevorzugt, den Transfer von Singuletts von Wirt und Dotierungsmittel zur emittierenden Verbindung zu maximieren. Das gemeinsame System aus Wirt und Dotierungsmittel (ohne emittierende Verbindung) kann für verschiedene Dotierungsmittelkonzentrationen verschiedene Emissionsspektren aufweisen. Für eine optimierte Konzentration wird die Überlappung zwischen diesem Emissionsspektrum und dem Gast-Absorptionsspektrum maximiert. Das Ergebnis einer derartigen Maximierung ist ein erhöhter oder sogar vollständiger Singulett-Transport zur emittierenden Verbindung. Dabei handelt es sich um eine genauere Bedingung als die Bedingung, dass die Singulett-Energie der emittierenden Verbindung einfach geringer ist als die Singulett-Energie des Wirts und die Singulett-Energie des Dotierungsmittels. It is preferred to maximize the transfer of host and dopant singlets to the emitting compound. The common system of host and dopant (without emitting compound) may have different emission spectra for different dopant concentrations. For optimized concentration, the overlap between this emission spectrum and the guest absorption spectrum is maximized. The result of such maximization is increased or even complete singlet transport to the emitting compound. This is a more accurate condition than the condition that the singlet energy of the emitting compound is simply less than the singlet energy of the host and the singlet energy of the dopant.

Es wird bevorzugt, den Transfer von Tripletts vom Wirt und der emittierender Verbindung zum Dotierungsmittel zu maximieren. Eine höhere Dotierungsmittelkonzentration führt zu einem effizienteren Triplett-Transfer von emittierender Verbindung und Wirt zum Dotierungsmittel. Es handelt sich um eine spezifischere Bedingung als die Bedingung, dass die Triplett-Energie des Dotierungsmittels kleiner oder gleich der Triplett-Energie von Wirt und emittierender Verbindung ist. Falls jedoch die Dotierungsmittelkonzentration zu hoch ist, kann der Transport von Singuletts zur emittierenden Verbindung beeinträchtigt werden. Auch kann eine zu hohe Dotierungsmittelkonzentration zu einem schnelleren Abbau der Vorrichtung führen.It is preferred to maximize the transfer of triplets from the host and the emissive compound to the dopant. Higher dopant concentration results in a more efficient triplet transfer of emissive compound and host to the dopant. It is a more specific condition than the condition that the triplet energy of the dopant is less than or equal to the triplet energy of the host and the emitting compound. However, if the dopant concentration is too high, the transport of singlets to the emitting compound may be impaired. Also, too high dopant concentration can lead to faster degradation of the device.

Bei Ausführungsformen, bei denen der Laser elektrisch gepumpt wird, d. h. bei denen die emissive Schicht zwischen einer Anode und einer Kathode liegt, wird es ebenfalls bevorzugt, die Konzentrationen der emittierenden Verbindung, des Wirts und des Dotierungsmittels so auszuwählen, dass höchste Mobilität der emittierenden Schicht erhalten wird.In embodiments where the laser is pumped electrically, i. H. where the emissive layer is between an anode and a cathode, it is also preferable to select the concentrations of the emissive compound, the host and the dopant so as to obtain the highest mobility of the emissive layer.

Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Triplett-Energie der Dotierungsverbindung bevorzugt größer als 1,3 eV, und weiter bevorzugt größer als 1,6 eV. 130 kJ/mol ist ungefähr 1,3 eV. Falls die Triplett-Energie des Wirtsmaterials hoch genug ist, kann auch die Triplett-Energie des Triplett-Senkendotierungsmittels hoch sein. Anthrazen (Triplett-Exziton 1,6 eV) als Triplett-Senke in Alq3 ist etwa ein Beispiel. Die Verwendung von hochenergetischen Stoffen, wie sie hier beschrieben wird, ermöglicht Wirte, die in der Lage sind, fluoreszierende Emitter mit hoher Energie, wie etwa blau emittierende Emitter, zu unterstützen. Da die Technologie für organische emittierende Verbindungen im Allgemeinen für blaue Emitter schwächer ist, ist die Verwendung von Wirten und Triplett-Senken mit hoher Energie, um die Leistung von blau emittierenden fluoreszierenden Laservorrichtungen zu verbessern, ein besonders wünschenswertes Ergebnis. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Triplett-Energie der Dotierungsverbindung mindestens 1,3 eV, bevorzugt mindestens 1,6 eV, und nicht mehr als 1,7 eV, aus den hier beschriebenen Gründen.According to some embodiments, the triplet energy of the dopant compound is preferably greater than 1.3 eV, and more preferably greater than 1.6 eV. 130 kJ / mol is about 1.3 eV. If the triplet energy of the host material is high enough, the triplet energy of the triplet sink dopant may also be high. Anthracene (triplet exciton 1.6 eV) as a triplet sink in Alq 3 is just one example. The use of high energy materials as described herein enables hosts capable of supporting high energy fluorescent emitters, such as blue emitting emitters. Since the technology for organic emissive compounds is generally weaker for blue emitters, the use of high energy hosts and triplet sinks to improve the performance of blue emitting fluorescent laser devices is a particularly desirable result. According to a particularly preferred embodiment, the triplet energy of the dopant compound is at least 1.3 eV, preferably at least 1.6 eV, and not more than 1.7 eV, for the reasons described herein.

Die erste Vorrichtung kann ein Verbraucherprodukt sein. In Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung umfasst ein derartiges Verbraucherprodukt ein beliebiges käufliches Produkt, das einen Laser umfasst. Beispiele umfassen Drucker, Kommunikationsgeräte, CD/DVD-Vorrichtungen und viele andere wohlbekannte Produkte. Der Fachmann kann die hier beschriebenen Laser ohne Weiteres statt der herkömmlichen Laser einsetzen, die bereits in derartigen Verbraucherprodukten verwendet werden.The first device may be a consumer product. In the context of the present application, such a consumer product comprises any commercially available product comprising a laser. Examples include printers, communication devices, CD / DVD devices, and many other well-known products. One skilled in the art can readily use the lasers described herein instead of the conventional lasers already used in such consumer products.

Gemäß einigen Ausführungsformen der ersten Vorrichtung, wie zuvor beschrieben, kann der organische Halbleiterlaser ferner eine Rückkopplungsstruktur umfassen. Die Rückkopplungsstruktur kann konfiguriert sein, um Photonen zu reflektieren (oder anderweitig abzulenken oder zu leiten), die eine spezifische Wellenlänge und Phase aufweisen, um durch das Verstärkungsmedium (d. h. das Laserbetriebsmedium) zurückzukehren. Die Rückkopplungsstruktur kann an einem oder an beiden Enden eine teilweise transmissive Oberfläche umfassen, die es ermöglicht, einen Teil der Photonen durch die Schnittstelle hindurch zu übertragen (wohingegen die übrigen Photonen reflektiert oder anderweitig zurück durch das Verstärkungsmedium geleitet werden können). Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Rückkopplungsstruktur einen oder mehrere Spiegel (z. B. eine halbverspiegelte Fläche) und/oder Beugungsgitter umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Rückkopplungsstruktur eine beliebige oder eine gewisse Kombination von einer planaren Wellenleiterstruktur, einer verteilten Rückkopplungsstruktur, einer Rückkopplungsstruktur mit Bragg-Reflektor oder einer Oberflächenemitter-Struktur (VCSEL) umfassen. Es kann jedoch eine beliebige geeignete Rückkopplungsstruktur bei den hier offenbarten Ausführungsformen verwendet werden, wie es der Fachmann verstehen wird. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der zuvor beschriebenen ersten Vorrichtung der organische Halbleiterlaser ferner ein Substrat umfassen. Die Anode der Vorrichtung kann über dem Substrat angeordnet sein, und mindestens ein Spiegel ist zwischen dem Substrat und der Anode angeordnet.According to some embodiments of the first device as described above, the organic semiconductor laser may further include a feedback structure. The feedback structure may be configured to reflect (or otherwise deflect or direct) photons having a specific wavelength and phase to return through the gain medium (i.e., the laser operating medium). The feedback structure may include at one or both ends a partially transmissive surface that allows some of the photons to be transmitted through the interface (whereas the remaining photons may be reflected or otherwise conducted back through the gain medium). According to some embodiments, the feedback structure may include one or more mirrors (eg, a semi-mirrored surface) and / or diffraction gratings. According to some embodiments, the feedback structure may include any or some combination of a planar waveguide structure, a distributed feedback structure, a Bragg reflector feedback structure, or a surface emitter structure (VCSEL). However, any suitable feedback structure may be used in the embodiments disclosed herein, as will be understood by those skilled in the art. For example, in some embodiments of the first device described above, the organic semiconductor laser may further comprise a substrate. The anode of the device may be disposed over the substrate, and at least one mirror is disposed between the substrate and the anode.

Es wird ein Verfahren bereitgestellt. Es wird ein organischer Halbleiterlaser bereitgestellt. Der organische Halbleiterlaser umfasst ferner einen optischen Resonator und eine organische Schicht, die in dem optischen Resonator angeordnet ist. Die organische Schicht umfasst: eine organische Wirtsverbindung; eine organische emittierende Verbindung, die zur Fluoreszenzemission fähig ist; und eine organische Dotierungsverbindung. Die organische Dotierungsverbindung kann hier auch als „Triplett-Manager” bezeichnet werden. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen Wirtsverbindung. Die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen emittierenden Verbindung. Die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung ist kleiner oder gleich der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung. Der organische Halbleiterlaser wird gepumpt, um den Laserbetrieb zu erreichen.A method is provided. An organic semiconductor laser is provided. The organic semiconductor laser further includes an optical resonator and an organic layer disposed in the optical resonator. The organic layer comprises: an organic host compound; a organic emissive compound capable of fluorescence emission; and an organic dopant compound. The organic dopant compound may also be referred to herein as a "triplet manager". The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic host compound. The triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic emissive compound. The singlet energy of the organic emissive compound is less than or equal to the singlet energy of the organic host compound. The organic semiconductor laser is pumped to achieve laser operation.

Gemäß einigen Ausführungsformen des zuvor beschriebenen Verfahrens ist die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung.According to some embodiments of the method described above, the singlet energy of the organic emissive compound is less than the singlet energy of the organic host compound.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Pumpen ein optisches Pumpen.In one embodiment, the pumping is optical pumping.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Pumpen ein elektrisches Pumpen.According to one embodiment, the pumping is an electric pump.

Wenn der organische Halbleiterlaser gepumpt wird, wird der Laserbetrieb mindestens 1 Mikrosekunde lang erreicht.When the organic semiconductor laser is pumped, laser operation is achieved for at least 1 microsecond.

Gemäß einigen Ausführungsformen wird der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt, welche die Impulsschwelle übersteigt.According to some embodiments, the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the pulse threshold.

Gemäß einigen Ausführungsformen wird der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt, welche die Dauerstrichschwelle übersteigt.According to some embodiments, the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the CW threshold.

Gemäß einer Ausführungsform wird der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt, welche die Dauerstrichschwelle mindestens 1 Mikrosekunde, und weiter bevorzugt mindestens 100 Mikrosekunden, lang übersteigt.In one embodiment, the organic semiconductor laser is pumped at a power that exceeds the continuous wave threshold for at least 1 microsecond, and more preferably at least 100 microseconds.

Es versteht sich, dass die diversen hier beschriebenen Ausführungsformen rein beispielhaft sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Erfindung einzuschränken. Beispielsweise können viele der hier beschriebenen Materialien und Strukturen durch andere Materialien und Strukturen ersetzt werden, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Die vorliegende Erfindung, wie sie beansprucht wird, kann daher Variationen gegenüber den hier beschriebenen bestimmten Beispielen und bevorzugten Ausführungsformen umfassen, wie es für den Fachmann ersichtlich sein wird. Es versteht sich, dass diverse Theorien, weshalb die Erfindung funktioniert, und die Modellierung spezifischer Konfigurationen nicht dazu gedacht sind, einschränkend zu sein.It should be understood that the various embodiments described herein are exemplary only and are not intended to limit the scope of the invention. For example, many of the materials and structures described herein may be replaced with other materials and structures without departing from the spirit of the invention. The present invention as claimed may therefore involve variations from the specific examples and preferred embodiments described herein, as will be apparent to those skilled in the art. It should be understood that various theories why the invention works and the modeling of specific configurations are not intended to be limiting.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 500001013 [0002] DE 500001013 [0002]
  • US 61/396862 [0004] US 61/396862 [0004]
  • US 61/398627 [0004] US 61/398627 [0004]
  • US 2005/0214576 [0091] US 2005/0214576 [0091]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Bornemann et al., Opt. Lett. 31 (11), 1669–1671 (2006) [0044] Bornemann et al., Opt. Lett. 31 (11), 1669-1671 (2006) [0044]
  • Schols et al., ChemPhysChem 10 (7), 1071–1076 (2009) [0044] Schols et al., ChemPhys Chem 10 (7), 1071-1076 (2009) [0044]
  • Rabe et al., Appl. Phys. Lett. 89 (8), 081115 (2006) [0044] Rabe et al., Appl. Phys. Lett. 89 (8), 081115 (2006) [0044]
  • Leahnhardt et al., Org. Electron. 12 (8), 1346–1351 (2011) [0044] Leahnhardt et al., Org. Electron. 12 (8), 1346-1351 (2011) [0044]
  • Lehnhardt et al., Phys. Rev. B 81 (16), 165206 (2010) [0052] Lehnhardt et al., Phys. Rev. B 81 (16), 165206 (2010) [0052]
  • Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) [0061] Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) [0061]
  • Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) [0061] Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005) [0061]
  • Lehnhardt et al., Org. Electron. 12 486 (2011) [0062] Lehnhardt et al., Org. Electron. 12,486 (2011) [0062]
  • T.-H. Liu, C.-Y. Iou und C. H. Chen, Curr. Appl. Phys. 5 (3), 218 (2005) [0079] T.-H. Liu, C.-Y. Iou and CH Chen, Curr. Appl. Phys. 5 (3), 218 (2005) [0079]
  • Liu et al., [0079] Liu et al., [0079]
  • M. Montalti, A. Credi, L. Prodi und M. T. Gandolfi, „Handbook of Photochemistry”, 3. Ausgabe (CRC. Boca Raton, FL. 2006) S. 83, [0079] M. Montalti, A. Credi, L. Prodi, and MT Gandolfi, "Handbook of Photochemistry," 3rd Edition (CRC, Boca Raton, FL., 2006) p. 83, [0079]
  • N. C. Giebink und S. R. Forrest, „Temporal response of optically pumped organic semiconductor lasers and its implication for reaching threshold under electrical excitation”, Phys. Rev. B 79 (7), 073302 (2009) [0086] NC Giebink and SR Forrest, "Temporal Response of optically pumped organic semiconductor lasers and their implication for reaching threshold under electrical excitation", Phys. Rev. B 79 (7), 073302 (2009) [0086]
  • M. Reufer, S. Riechel, J. M. Lupton, J. Feldmann, U. Lemmer, D. Schneider, T. Benstem, T. Dobbertin, W. Kowalsky, A. Gombert, K. Forberich, V. Wittwer und U. Scherf, „Lowthreshold polymeric distributed feedback lasers with metallic contacts”, Appl. Phys. Lett. 84 (17), 32623264 (2004) auf S. 8 [0087] M. Reufer, S. Riechel, JM Lupton, J. Feldmann, U. Lemmer, D. Schneider, T. Benstem, T. Dobbertin, W. Kowalsky, A. Gombert, K. Forberich, V. Wittwer and U. Scherf , "Lowthreshold polarized feedback laser with metallic contacts", Appl. Phys. Lett. 84 (17), 32623264 (2004) on p. 8 [0087]

Claims (22)

Erste Vorrichtung, ferner umfassend: einen organischen Halbleiterlaser, ferner umfassend: einen optischen Resonator; eine organische Schicht, die in dem optischen Resonator angeordnet ist, wobei die organische Schicht Folgendes umfasst: eine organische Wirtsverbindung; eine organische emittierende Verbindung, die zur Fluoreszenzemission fähig ist; und eine organische Dotierungsverbindung; wobei: die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist; die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen emittierenden Verbindung ist; die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner oder gleich der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist.First device, further comprising: an organic semiconductor laser, further comprising: an optical resonator; an organic layer disposed in the optical resonator, the organic layer comprising: an organic host compound; an organic emissive compound capable of fluorescence emission; and an organic dopant compound; in which: the triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic host compound; the triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic emitting compound; the singlet energy of the organic emissive compound is less than or equal to the singlet energy of the organic host compound. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist, oder wobei die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Dotierungsverbindung ist.The first device of claim 1, wherein the singlet energy of the organic emissive compound is less than the singlet energy of the organic host compound, or wherein the singlet energy of the organic emissive compound is less than the singlet energy of the organic dopant compound. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die organische Dotierungsverbindung die Fluoreszenzemission der organischen emittierenden Verbindung nicht stark absorbiert.The first device according to claim 1, wherein the organic dopant compound does not strongly absorb the fluorescence emission of the organic emissive compound. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine optische Pumpe, die mit der organischen Schicht optisch gekoppelt ist.The first device of claim 1, further comprising an optical pump optically coupled to the organic layer. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der organische Halbleiterlaser ferner Folgendes umfasst: eine Anode; ein Kathode; wobei die organische Schicht zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist; eine Lochtransportschicht, die zwischen der organischen Schicht und der Anode angeordnet ist; und eine Elektronentransportschicht, die zwischen der organischen Schicht und der Kathode angeordnet ist; wobei die organische Dotierungsverbindung nur in der Emissionsschicht vorliegt.The first device according to claim 1, wherein the organic semiconductor laser further comprises: an anode; a cathode; wherein the organic layer is disposed between the anode and the cathode; a hole transport layer disposed between the organic layer and the anode; and an electron transport layer disposed between the organic layer and the cathode; wherein the organic dopant compound is present only in the emission layer. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Triplett-Abklingzeit der Dotierungsverbindung kürzer als die Triplett-Abklingzeit der emittierenden Verbindung ist.The first device of claim 1, wherein the triplet decay time of the dopant compound is shorter than the triplet decay time of the emitting compound. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Konzentration der Dotierungsverbindung 10 bis 90 Gewichtsprozent beträgt; die Konzentration der emittierenden Verbindung 0,5 bis 5 Gewichtsprozent beträgt.The first device of claim 1, wherein: the concentration of the doping compound is 10 to 90% by weight; the concentration of the emitting compound is 0.5 to 5% by weight. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die organische emittierende Verbindung bei Raumtemperatur zur Fluoreszenzemission fähig ist.The first device of claim 1, wherein the organic emissive compound is capable of fluorescence emission at room temperature. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dotierungsverbindung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus: Anthrazen, Tetrazen, Rubren und Perylen und ihren Derivaten besteht.The first device of claim 1, wherein the dopant compound is selected from the group consisting of: anthracene, tetracene, rubrene and perylene and their derivatives. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dotierungsverbindung aus Anthrazen und seinen Derivaten ausgewählt wird, vorzugsweise ist die Dotierungsverbindung ADN.The first device of claim 1 wherein the dopant compound is selected from anthracene and its derivatives, preferably the dopant compound is ADN. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dotierungsverbindung ein Phosphor oder ein Fluorophor ist.The first device of claim 1, wherein the dopant compound is a phosphor or a fluorophore. Erste Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Vorrichtung ein Verbraucherprodukt ist.The first device of claim 1, wherein the first device is a consumer product. Verfahren, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines organischen Halbleiterlasers, ferner umfassend: einen optischen Resonator; eine organische Schicht, die in dem optischen Resonator angeordnet ist, wobei die organische Schicht Folgendes umfasst: eine organische Wirtsverbindung; eine organische emittierende Verbindung, die zur Fluoreszenzemission fähig ist; und eine organische Dotierungsverbindung; wobei: die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist; die Triplett-Energie der organischen Dotierungsverbindung kleiner oder gleich der Triplett-Energie der organischen emittierenden Verbindung ist; die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner oder gleich der Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist; Pumpen des organischen Halbleiterlasers, um den Laserbetrieb zu erreichen.A method comprising the steps of: providing an organic semiconductor laser, further comprising: an optical resonator; an organic layer disposed in the optical resonator, the organic layer comprising: an organic host compound; an organic emissive compound capable of fluorescence emission; and an organic dopant compound; wherein: the triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic host compound; the triplet energy of the organic dopant compound is less than or equal to the triplet energy of the organic emitting compound; the singlet energy of the organic emissive compound is less than or equal to the singlet energy of the organic host compound; Pumping the organic semiconductor laser to achieve the laser operation. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Singulett-Energie der organischen emittierenden Verbindung kleiner als die Singulett-Energie der organischen Wirtsverbindung ist.The method of claim 13, wherein the singlet energy of the organic emissive compound is less than the singlet energy of the organic host compound. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Pumpen ein optisches Pumpen oder elektrisches Pumpen ist.The method of claim 13, wherein the pumping is optical pumping or electric pumping. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Laserbetrieb mindestens 1 Mikrosekunde lang erreicht wird.The method of claim 13, wherein the lasing operation is achieved for at least 1 microsecond. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt wird, welche die Impulsschwelle übersteigt.The method of claim 13, wherein the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the pulse threshold. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt wird, welche die Dauerstrichschwelle übersteigt, oder der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt wird, welche die Dauerstrichschwelle mindestens 1 Mikrosekunde lang übersteigt, oder der organische Halbleiterlaser mit einer Leistung gepumpt wird, welche die Dauerstrichschwelle mindestens 100 Mikrosekunden lang übersteigt.The method of claim 13, wherein the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the continuous wave threshold, or the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the CW threshold for at least 1 microsecond, or the organic semiconductor laser is pumped at a power exceeding the CW threshold for at least 100 microseconds. Erste Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der organische Halbleiterlaser ferner Folgendes umfasst: eine Lochinjektionsschicht, die zwischen der Anode und der Lochtransportschicht angeordnet ist; und eine Elektroneninjektionsschicht, die zwischen der Kathode und der Elektronentransportschicht angeordnet ist.The first device according to claim 5, wherein the organic semiconductor laser further comprises: a hole injection layer disposed between the anode and the hole transport layer; and an electron injection layer disposed between the cathode and the electron transport layer. Erste Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der organische Halbleiterlaser ferner eine Rückkopplungsstruktur umfasst.The first device of claim 5, wherein the organic semiconductor laser further comprises a feedback structure. Erste Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Rückkopplungsstruktur eine beliebige oder eine gewisse Kombination von: einer planaren Wellenleiterstruktur; einer verteilten Rückkopplungsstruktur; einer Rückkopplungsstruktur mit Bragg-Reflektor; oder einer Oberflächenemitter-Struktur (VCSEL) umfasst.The first device of claim 5, wherein the feedback structure comprises any or some combination of: a planar waveguide structure; a distributed feedback structure; a feedback structure with Bragg reflector; or a surface emitter structure (VCSEL) includes. Erste Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der organische Halbleiterlaser ferner ein Substrat umfasst, wobei: die Anode über dem Substrat angeordnet ist; und mindestens ein Spiegel zwischen dem Substrat und der Anode angeordnet ist.The first device of claim 5, wherein the organic semiconductor laser further comprises a substrate, wherein: the anode is disposed above the substrate; and at least one mirror is disposed between the substrate and the anode.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106537630A (en) * 2014-07-18 2017-03-22 国立大学法人九州大学 Organic light-emitting element

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050214576A1 (en) 2000-08-11 2005-09-29 Sergey Lamansky Organometallic compounds and emission-shifting organic electrophosphorescence
WO2011153480A1 (en) 2010-06-03 2011-12-08 The Regents Of The University Of Michigan Ultrabright fluorescent oleds using triplet sinks

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050214576A1 (en) 2000-08-11 2005-09-29 Sergey Lamansky Organometallic compounds and emission-shifting organic electrophosphorescence
WO2011153480A1 (en) 2010-06-03 2011-12-08 The Regents Of The University Of Michigan Ultrabright fluorescent oleds using triplet sinks

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bornemann et al., Opt. Lett. 31 (11), 1669-1671 (2006)
Leahnhardt et al., Org. Electron. 12 (8), 1346-1351 (2011)
Lehnhardt et al., Org. Electron. 12 486 (2011)
Lehnhardt et al., Phys. Rev. B 81 (16), 165206 (2010)
Liu et al.,
M. Montalti, A. Credi, L. Prodi und M. T. Gandolfi, "Handbook of Photochemistry", 3. Ausgabe (CRC. Boca Raton, FL. 2006) S. 83,
M. Reufer, S. Riechel, J. M. Lupton, J. Feldmann, U. Lemmer, D. Schneider, T. Benstem, T. Dobbertin, W. Kowalsky, A. Gombert, K. Forberich, V. Wittwer und U. Scherf, "Lowthreshold polymeric distributed feedback lasers with metallic contacts", Appl. Phys. Lett. 84 (17), 32623264 (2004) auf S. 8
N. C. Giebink und S. R. Forrest, "Temporal response of optically pumped organic semiconductor lasers and its implication for reaching threshold under electrical excitation", Phys. Rev. B 79 (7), 073302 (2009)
Rabe et al., Appl. Phys. Lett. 89 (8), 081115 (2006)
Schols et al., ChemPhysChem 10 (7), 1071-1076 (2009)
T.-H. Liu, C.-Y. Iou und C. H. Chen, Curr. Appl. Phys. 5 (3), 218 (2005)
Tanaka et al., Phys. Rev. B 71 205207 (2005)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106537630A (en) * 2014-07-18 2017-03-22 国立大学法人九州大学 Organic light-emitting element
EP3171421A4 (en) * 2014-07-18 2018-03-14 Kyushu University, National University Corporation Organic light-emitting element
CN106537630B (en) * 2014-07-18 2020-03-31 国立大学法人九州大学 Organic light emitting element

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