用三重态管理器的有机半导体激光器制造技术

本公开涉及用三重态管理器的有机半导体激光器。本发明专利技术提供第一装置。所述装置包括有机半导体激光器。所述有机半导体激光器进一步包括光学共振腔及布置在所述光学共振腔内的有机层。所述有机层包括：有机主体化合物；能够荧光发射的有机发光化合物；以及有机掺杂剂化合物。所述有机掺杂剂化合物在此也可以称为“三重态管理器”。所述有机掺杂剂化合物的三重态能量低于或等于所述有机主体化合物的三重态能量。所述有机掺杂剂化合物的所述三重态能量低于或等于所述有机发光化合物的三重态能量。所述有机发光化合物的单重态能量低于或等于所述有机主体化合物的单重态能量。

【技术实现步骤摘要】
用三重态管理器的有机半导体激光器相关申请的交叉引用本申请请求于2011年10月27日提交的美国序列号13/283,284的优先权，本申请为其部分继续申请，并且将其全文以引用的方式并入本文。关于在联邦资助的研究或开发下进行的专利技术的权利声明本专利技术是由AFOSR（空军科学研究办公室）授权的在政府支持下以编号FA9550-10-1-0339进行。本专利技术是由美国能源部、南加利福利亚大学能源前沿研究中心授权的在政府支持下以编号DE-SC0001013进行。在本专利技术中，政府拥有某些权利。所要求保护的专利技术是由联合大学联盟研究协议的以下各方中的一方或多方进行、代表所述各方的利益、和/或与所述各方有关：密歇根大学董事会、普林斯顿大学董事会、南加利福利亚大学董事会以及通用显示器公司董事会。所述协议在所要求保护的专利技术进行之日当天及之前生效，并且所要求保护的专利技术是由于在所述协议范围内开展的活动而进行。本申请涉及于2011年5月27日提交的美国申请序列号12/117,926，所述美国申请要求于2010年6月3日提交的US61/396,862以及2010年6月29提交的US61/398,627的优先权。这些相关申请的全文均以引用的方式并入本文。
本专利技术涉及使用有机材料的激光器。
技术介绍
利用有机材料的光电装置由于多种原因而变得越来越可取。用于制造此类装置的许多材料相对便宜，因此相比无机装置，有机光电装置具有潜在的成本优势。此外，有机材料的固有特性，如其柔韧性，可以使其非常适合特别的应用，如在柔性衬底上制备。有机光电装置的实例包括有机电致发光装置(OLEDs)、有机光电晶体管、有机光伏电池以及有机光电探测器。已知沉积用于制造有机装置的有机材料的多种方法，如真空热蒸发、溶液处理、有机气相沉积以及有机蒸汽喷印。
技术实现思路
本专利技术提供第一装置。该装置包括有机半导体激光器。所述有机半导体激光器进一步包括光学共振腔及布置在所述光学共振腔内的有机层。所述有机层包括：有机主体化合物；能够荧光发射的有机发光化合物；及有机掺杂剂化合物。所述有机掺杂剂化合物在此也可以称为“三重态管理器”。所述有机掺杂剂化合物的三重态能量低于或等于所述有机主体化合物的三重态能量。所述有机掺杂剂化合物的三重态能量低于或等于所述有机发光化合物的三重态能量。所述有机发光化合物的单重态能量低于或等于所述有机主体化合物的单重态能量。在某些实施方案中，在如上描述的第一装置中，所述有机发光化合物的单重态能量低于所述有机主体化合物的单重态能量。优选地，所述有机发光化合物的单重态能量低于所述有机掺杂剂化合物的单重态能量。优选地，所述有机掺杂剂化合物不会强烈地吸收所述有机发光化合物的荧光发射。在一个实施方案中，所述第一装置进一步包括光学耦合至所述有机层的光泵。在一个实施方案中，所述有机半导体激光器进一步包括阳极及阴极。所述有机层布置在所述阳极与所述阴极之间。空穴传输层布置在所述有机层与所述阳极之间。电子传输层布置在所述有机层与所述阴极之间。所述有机掺杂剂化合物只存在于发光层中。优选地，所述掺杂剂化合物的三重态衰减时间比所述发光化合物的三重态衰减时间短。优选地，所述掺杂剂化合物的浓度为10wt%-90wt%，并且所述发光化合物的浓度为0.5wt%-5wt%。优选地，所述有机发光化合物能够在室温下荧光发射。优选地，所述掺杂剂化合物选自由以下各项组成的组：蒽、并四苯、红荧烯和苝以及它们的衍生物。更优选地，所述掺杂剂化合物选自蒽并且特别优选地选自它的衍生物。更优选地，所述掺杂剂化合物是ADN。在某些实施方案中，所述掺杂剂化合物是磷光体。在某些实施方案中，所述掺杂剂化合物是荧光团。在某些实施方案中，在如上描述的第一装置中，所述有机半导体激光器可以进一步包括反馈结构。在某些实施方案中，所述反馈结构可以包括以下的任何一个，或以下的某种组合：平面波导结构；分布式反馈结构；布拉格反射反馈结构；或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在某些实施方案中，在如上描述的第一装置中，所述有机半导体激光器可以进一步包括衬底。所述装置的阳极可以布置在所述衬底上并且至少一个反射镜布置在所述衬底与所述阳极之间。在某些实施方案中，在如上描述的第一装置中，所述有机半导体激光器可以进一步包括布置在所述阳极与所述空穴传输层之间的空穴注入层，以及布置在所述阴极与所述电子传输层之间的电子注入层。所述第一装置可以是消耗品。本专利技术提供一种方法。本专利技术提供有机半导体激光器。该有机半导体激光器进一步包括光学共振腔及布置在所述光学共振腔内的有机层。该有机层包括：有机主体化合物；能够荧光发射的有机发光化合物；以及有机掺杂剂化合物。所述有机掺杂剂化合物在此也可以称为“三重态管理器”。所述有机掺杂剂化合物的三重态能量低于或等于所述有机主体化合物的三重态能量。所述有机掺杂剂化合物的三重态能量低于或等于所述有机发光化合物的三重态能量。所述有机发光化合物的单重态能量低于或等于所述有机主体化合物的单重态能量。抽送所述有机半导体激光器以便实现激光发射。在某些实施方案中，在如上描述的方法中，所述有机发光化合物的单重态能量低于所述有机主体化合物的单重态能量。在一个实施方案中，所述抽送是光学抽送。在一个实施方案中，所述抽送是电学抽送。当抽送所述有机半导体激光器时，所实现的激光发射持续至少1微秒。在某些实施方案中，所述有机半导体激光器以超过脉冲阈值的功率抽送。在某些实施方案中，所述有机半导体激光器以超过连续波阈值的功率抽送。在某些实施方案中，所述有机半导体激光器以超过连续波阈值的功率抽送至少1微秒，并且更优选地抽送至少100微秒。附图说明图1示出用于三重态管理激光器中单重态(S)和三重态(T)形成及转移的独立通道。单重态在Alq3及ADN上产生（圆形），并且福斯特转移（实线箭头）至DCM2。三重态通过系间跨越(ISC)或单重态裂变产生并且由ADN通过德克斯特转移（虚线箭头）采集。图2示出用于不同主体混合物的以1.6kW/cm2抽送强度测量出的(a)光致发光(PL)瞬态以及(b)激光发射瞬态。所述PL瞬态通过峰值强度归一化，并且激光发射瞬态在x=0、10以及30的ADN混合物时归一化为1，并且在x=50和70时归一化为5。通过在文中描述的模型获得拟合，其参数总结在表1中。插图：x=70OSL的激光发射光谱。图3示出模拟阈值单重态群，具有（x=70，星形）三重态管理器以及没有（正方形）三重态管理器的STH(t)，以及对于x=70OSL时的S(t)（线条）。当S≥STH时出现激光发射。虚线对应于已经超过其脉冲阈值单重态群(SPS)而未超过其CW阈值(SCW)的激光器。左插图：以2.4kW/cm2抽送强度、18μs脉冲宽度测量出的三重态管理OSL(x=70)的激光发射的条纹相机图像。右插图：用于x=70三重态管理OSL的伴随不断增加的抽送功率的模拟激光发射持续时间演变。图4示出：4(a)薄膜ADN（正方形）、Alq3（圆形）和掺杂在x%ADN/(100-x)%Alq3混合物中的DCM2的光致发光(PL)光谱，其中x=0（星形）和70（三角形）。阴影区域对应于吸收系数>4×104cm-1的DCM2，暗示从ADN及Alq3的有效能量转移。4(b)以14K测量出的A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种第一装置，其进一步包括：有机半导体激光器，其进一步包括：光学共振腔；布置在所述光学共振腔内的有机层，所述有机层包括：有机主体化合物；能够荧光发射的有机发光化合物；以及有机掺杂剂化合物；其中：所述有机掺杂剂化合物的三重态能量低于或等于所述有机主体化合物的三重态能量；所述有机掺杂剂化合物的所述三重态能量低于或等于所述有机发光化合物的三重态能量；所述有机发光化合物的单重态能量低于或等于所述有机主体化合物的单重态能量。

【技术特征摘要】
2011.10.27 US 13/283,284;2012.04.13 US 13/446,9281.一种光电装置，其进一步包括：有机半导体激光器，所述有机半导体激光器进一步包括：光学共振腔；布置在所述光学共振腔内的有机层，所述有机层包括：有机主体化合物；能够荧光发射的有机发光化合物；以及有机掺杂剂化合物；其中：所述有机掺杂剂化合物的三重态能量低于或等于所述有机主体化合物的三重态能量；所述有机掺杂剂化合物的所述三重态能量低于或等于所述有机发光化合物的三重态能量；所述有机发光化合物的单重态能量低于或等于所述有机主体化合物的单重态能量。2.如权利要求1所述的装置，其中所述有机发光化合物的所述单重态能量低于所述有机主体化合物的所述单重态能量。3.如权利要求1所述的装置，其中所述有机发光化合物的所述单重态能量低于所述有机掺杂剂化合物的单重态能量。4.如权利要求1所述的装置，其中所述有机掺杂剂化合物不会强烈地吸收所述有机发光化合物的所述荧光发射。5.如权利要求1所述的装置，其进一步包括光学耦合至所述有机层的光泵。6.如权利要求1所述的装置，其中所述有机半导体激光器进一步包括：阳极；阴极；其中所述有机层布置在所述阳极与所述阴极之间；布置在所述有机层与所述阳极之间的空穴传输层；以及布置在所述有机层与所述阴极之间的电子传输层；其中所述有机掺杂剂化合物只存在于发光层中。7.如权利要求1所述的装置，其中所述掺杂剂化合物的三重态衰减时间比所述发光化合物的三重态衰减时间短。8.如权利要求1所述的装置，其中：所述掺杂剂化合物的浓度为10wt％-90wt％；所述发光化合物的浓度为0.5wt％-5wt％。9.如权利要求1所述的装置，其中所述有机发光化合物能够在室温下荧光发射。10.如权利要求1所述的装置，其中所述掺杂剂化合物选自由以下各项组成的组：蒽、并四苯、红荧烯和苝以及它们的衍生物。11.如权利要求1所述的装置，其中所述掺杂剂化合物选自蒽以及其衍生物。12.如权利要求11所述的装置，其中所述掺杂剂化合物是ADN。13.如权利要求1所述的装置，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·R·弗里斯特，张一帆，
申请(专利权)人：密执安州立大学董事会，
类型：发明
国别省市：