[發(fā)明專利]一種基于三線態(tài)激子放大器的有機激光薄膜器件及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108808449B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴文勇;潘勁強;江翼;林赫;黃維
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01S5/36
• 分類號: H01S5/36
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發(fā)明公開了一種基于三線態(tài)激子放大器的有機激光薄膜器件及其應(yīng)用，由襯底和增益介質(zhì)組成，增益介質(zhì)沉積在襯底之上，增益介質(zhì)為三線態(tài)?單線態(tài)的主客體摻雜體系，其中包含磷光配合物作為三線態(tài)激子放大器和熒光有機化合物作為實現(xiàn)光放大的增益介質(zhì)。可以通過調(diào)節(jié)磷光配合物和熒光有機化合物的比例，實現(xiàn)更低閾值的有機激光薄膜器件。同時可將此基于三線態(tài)激子放大器的有機激光薄膜器件作為發(fā)光層運用于有機電致發(fā)光二極管，由于充分利用了三線態(tài)激子從而可以大幅提高有機電致發(fā)光二極管的光電性能，可以應(yīng)用于實現(xiàn)電泵浦有機激光器件。本發(fā)明的方法成本低廉、制備簡單快捷，可以應(yīng)用于基于柔性基底的有機激光器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三線態(tài)激子放大器的有機激光薄膜器 件及應(yīng)用。

背景技術(shù)

有機半導(dǎo)體材料被廣泛的探索在各種光電應(yīng)用中，比如有機發(fā)光二極管(OLED)、有機太陽能電池(OPV)、有機薄膜晶體管(OTFT)和有機半導(dǎo)體激光器(OSL)等等。 特別是基于有機半導(dǎo)體發(fā)光的OLED技術(shù)已經(jīng)進入了商品化的平板顯示器和固體照明 應(yīng)用市場。根據(jù)自旋守恒原則，在有機電致發(fā)光產(chǎn)生激子的過程中，單線態(tài)和三線態(tài)激 子的比例為1:3。因此，通常π共軛有機半導(dǎo)體熒光材料中，只有占激子總量25％的單 線態(tài)激子可以被利用，另外占激子總量75％的三線態(tài)激子則不能被有效利用。因此基于 π共軛有機半導(dǎo)體的熒光材料的OLED器件，其內(nèi)量子效率(IQE：輻射光子數(shù)占注入 載流子數(shù)的比例)難以突破25％的理論極限。而在磷光材料體系中，由于重金屬原子等 存在較強的自旋軌道耦合作用，使三線態(tài)激子的光輻射衰減過程可以被利用，因此基于 磷光材料的OLED器件的內(nèi)量子效率在理論上可以達到100％。為了實現(xiàn)更高效的OLED， 充分利用單線態(tài)和三線態(tài)激子是非常必要的。于是，基于磷光機制的OLED器件引起人 們的濃厚興趣。其中基于主-客體摻雜的磷光材料體系，特別是基于三線態(tài)金屬配合物 的OLED器件得到廣泛研究，其內(nèi)量子效率可以達到100％。

在有機半導(dǎo)體激光領(lǐng)域，目前有機增益介質(zhì)絕大部分主要基于熒光材料體系。為了 盡量減少有機激光系統(tǒng)中三線態(tài)激子引起的光損耗，一般采取的策略是通過在增益介質(zhì) 中引入三重態(tài)猝滅劑比如氧、環(huán)辛四烯、蒽衍生物和金屬納米顆粒來消除三重態(tài)激子。但是，這種方法同時也限制了75％的三線態(tài)激子對受激發(fā)射的貢獻。這是浪費和不利的，因為電泵浦有機半導(dǎo)體激光二極管通常需要極高的電流密度(超過1kA/cm²)。另一方 面，磷光材料實現(xiàn)受激發(fā)射的最大挑戰(zhàn)是由長壽命三重態(tài)激子引起的較大的光學(xué)損失。 大多數(shù)情況下，磷光材料泵浦過程中不發(fā)生自發(fā)輻射光放大(ASE)或激光發(fā)射。主要 是因為磷光材料相對于最大受激發(fā)射截面(σ_ex,T₁→T_n)的激發(fā)態(tài)吸收截面(σ_em,T₁→S₀)大 得多。盡管磷光材料直接用作增益介質(zhì)的分子設(shè)計還有待探索，但發(fā)展間接策略充分利 用有機發(fā)光半導(dǎo)體的單重態(tài)和三重態(tài)激子來實現(xiàn)受激發(fā)射也同樣重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對有機激光器件領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)難題，本發(fā)明的目的是提供一種基于三線態(tài)激子 放大器的有機激光薄膜器件，并應(yīng)用于構(gòu)筑電泵浦有機激光器件。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于三線態(tài)激子放大器的有機激光薄膜器件，由襯底和增益介質(zhì)組成，增益介 質(zhì)沉積在襯底之上，增益介質(zhì)為三線態(tài)-單線態(tài)的主客體摻雜體系，其中包含磷光配合物作為三線態(tài)激子放大器和熒光有機化合物作為實現(xiàn)光放大的增益介質(zhì)。

優(yōu)選的，所述磷光配合物為銥配合物、鉑配合物中的一種。

優(yōu)選的，所述熒光有機化合物為熒光共軛聚合物。

優(yōu)選的，所述磷光配合物和熒光增益介質(zhì)的質(zhì)量比例為1％～95％。