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
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
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
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.
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
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
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.
In
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: 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 '
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 durchbestimmt. 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
Um die Laserbetriebstransienten in
Die Nettoverstärkung g(t) = Γσstim(t) – αCAV – ΓσTTTG(t) = 0 bestimmt die Dynamik der Schwellen-S-Population, STH(t), die in
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.
Wenn man die Änderung der Singulett-Population auf Grund der stimulierten Emission (vgl. Gl. (1)) außer Acht lässt, ist die CW-Schwelle ungefähr folgende: 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: 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.
Interessanterweise verschiebt sich die blaue Wellenlänge des Laserbetriebs von λ = 688,1 nm auf 687,7 nm während der Laserbetriebsperiode, in
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
Die Triplett-Energien der drei Fluoreszenzmoleküle werden unter Verwendung des Verfahrens von
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
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
Die Triplett-Absorption wird durch ein räumlich getrenntes Pump-Sonden-Experiment gemessen, das von
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
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
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
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.
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: 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: 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) Assuming the boundary condition that T G = 0 at t = 0, and T G = N GT , since t → ∞ in Eq. (1), ρ (J)
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
Mit diesen Anpassungen wird NGT unter Verwendung der Gl. (4) erhalten, und zwar mit den Ergebnissen, die ebenfalls in
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
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
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
Die Schwellenstromdichte des Laserbetriebs für die beispielhaften elektrisch gepumpten OSLs kann folgendermaßen berechnet werden. Die Schwellenbedingung ist durch: 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: 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
Neben dem Triplett-Verlust werden auch Kontaktverlust und Polaron-Verlust als Behinderungen für elektrisch eingekoppelte OSL angesehen. Eine neuere Untersuchung, die bei
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
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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