光电子器件及其应用的制作方法
【专利摘要】在一个方面，本文描述了光电子器件。在一些实施方式中，本文所描述的光电子器件包含第一电极、第二电极和配置在第一电极与第二电极之间的发光复合层。在一些实施方式中，在发光复合层与第一电极和/或第二电极之间配置有介电层。
【专利说明】光电子器件及其应用
[0001]政府许可权声明
[0002]本发明是通过美国国防部-美国空军科学研究局(AFOSR)批准号:FA9550-04-1-0161的资助进行的。联邦政府保留了本发明中的某些许可权。
[0003]相关申请数据
[0004]根据35U.S.C.§ 119(e)，本申请要求2011年7月12日提交的美国临时专利申请61/506，855和2012年I月27日提交的美国临时专利申请61/591，721的优选权，它们各自特此通过引用以其全部并入。
【技术领域】
[0005]本发明涉及光电子器件(optoelectronic device),并且特别地涉及发光光电子器件。
【背景技术】
[0006]有机薄膜因为其在光电子器件(例如，有机发光器件(OLED )、光伏器件和有机光电探测器)中的应用而被大量研究。
[0007]因为许多原因，基于有机材料(包括有机薄膜)的光电子器件在各种各样的应用中正变得越来越可取。例如，与它们的无机对应物相比，用来构建有机光电子器件的材料相对便宜，从而与用无机材料生产的光电子器件相比提供了成本优势。另外，有机材料提供了所需的物理性能(例如柔性)，这允许它们在不适合使用刚性无机材料的应用中使用。
[0008]但是，当前基于发光有机材料的器件有一些缺陷而限制了它们在某些领域中的应用。例如，一些发光聚合物在相对较低的电场下具有击穿电压，这限制了一些器件的电荷注入和寿命。此外，一些有机材料和器件结构需要复杂和/或昂贵的制造方法以获得足够薄的薄膜发光材料以用于发光应用。
【发明内容】
[0009]在一个方面，本文中描述了光电子器件。在一些实施方式中，本文所描述的光电子器件包括第一电极、第二电极和配置于该第一电极与第二电极之间的发光复合层。在一些实施方式中，第一电极和/或第二电极是福射透射的(radiation transmissive)。如本文进一步所述的，发光复合层可以表现为多种构造。
[0010]在一些实施方式中，在发光复合层和第一电极之间配置有电绝缘层或介电层。在一些实施方式中，在发光复合层和第二电极之间配置有介电层。在一些实施方式中，在第一电极和发光复合层之间配置有第一介电层，并且在第二电极和发光复合层之间设置有第二介电层。在一些实施方式中，当在发光复合层与第一电极和/或第二电极之间配置一个或多个介电层时，该光电子`器件为场诱导聚合物电致发光器件(FIPEL)。或者，在一些实施方式中，其中在发光复合层与第一和/或第二电极之间未配置介电层，该光电子器件为有机发光二极管(OLED)。[0011]在另一方面，本文所述的光电子器件包括第一电极、第二电极和配置于第一电极与第二电极之间的发光复合层，发光复合层包含配置于介电质或电绝缘基质(host)中的发光相。在一些实施方式中，发光相包含共轭聚合物、半导体性聚合物、小分子或纳米颗粒或它们的混合物。此外，在一些实施方式中，在发光复合层与第一和/或第二电极之间配置有介电层。第一和/或第二电极可以是辐射透射的。
[0012]在另一方面，本文描述了一种制造光电子器件的方法。在一些实施方式中，一种制造光电子器件的方法包括提供第一电极、提供第二电极以及在第一电极和第二电极之间配置复合发光层。如本文进一步所描述的，发光复合层可以表现为各种构造。在一些实施方式中，第一电极和/或第二电极是辐射透射的。另外，在一些实施方式中，本文所述的方法进一步包括在第一电极和发光复合层之间配置介电层，或在第二电极和发光复合层之间配置介电层。在一些实施方式中，在发光复合层和第一电极之间配置第一介电层，并且在第二电极和发光复合层之间配置第二介电层。
[0013]在一些实施方式中，一种制造光电子器件的方法包括将发光相配置于介电质或电绝缘基质中以提供发光复合层并且将该发光复合层配置于第一电极和第二电极之间。在一些实施方式中，第一电极和/或第二电极是辐射透射的。在一些实施方式中，发光相包含共轭聚合物、半导体性聚合物、小分子或纳米颗粒或它们的混合物。另外，在一些实施方式中，在发光复合层与第一和/或第二电极之间安置有介电层或电绝缘层。
[0014]这些及其它实施方式在以下的详细说明中进行了更加详细的描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1描绘了根据本文所述的一个实施方式的光电子器件的剖视图。
[0016]图2描绘了根据本文所述的一个实施方式的光电子器件的剖视图。
[0017]图3描绘了根据本文所述的一个实施方式的光电子器件的剖视图。
[0018]图4描绘了根据本文所述的一个实施方式的光电子器件的剖视图。
[0019]图5描绘了根据本文所述的一些实施方式的、一系列具有不同介电层厚度的光电子器件的频率-依赖性亮度(luminance)。
[0020]图6描绘了根据本文所述的一些实施方式的、一系列具有不同介电层厚度的光电子器件的频率-依赖性亮度。
[0021]图7描绘了本文所述的一个实施方式中根据变化的操作电压和电场频率的FIPEL器件的亮度。
[0022]图8描绘了本文所述的一个实施方式中根据变化的操作电压和电场频率的FIPEL器件的亮度。
[0023]图9描绘了根据本文所述的一个实施方式的FIPEL器件的电致发光特性。
【具体实施方式】
[0024]通过参照下列详细说明、实施例和附图可以更加容易地理解本文所述的实施方式。但是，本文所述的元件、装置和方法并不限于在所述详细说明、实施例和附图中给出的【具体实施方式】。应当认识到，这些实施方式仅仅是说明本发明的原理。在不脱离本发明的精神和范围的条件下，许多改变和调整对于本领域技术人员来说将是显而易见的。[0025]另外，应当理解的是本文所公开的所有范围都涵盖了包含于其中的任何和所有子范围。例如，指定的范围“1.0?10.0”应当认为包括以1.0或更大的最小值为起点并且以10.0或更小的最大值为终点的任何和所有子范围，例如，1.0?5.3，或4.7?10.0,或
3.6 ?7.9。
[0026]本文中单独或组合使用的术语“烷基”是指具有I?20个碳原子的直链或支链饱和烃基。在一些实施方式中，例如，烷基是C8_12烷基。
[0027]本文中单独或组合使用的术语“烯基”是指含有2?20个碳原子和至少一个碳-碳双键的直链或支链烃基。在一些实施方式中，例如，烯基包含C8_12烯基。
[0028]本文中单独或组合使用的术语“芳基”是指芳香环体系基团。芳基也旨在包括碳环体系的部分氢化衍生物。
[0029]本文中单独或组合使用的术语“杂芳基”是指含有一个或多个选自氮、氧或硫杂原子的、具有例如5?7元原子的芳香环基团或具有例如7?18元原子的芳香环体系基团，其中N-氧化物和硫一氧化物和硫二氧化物允许杂芳香取代；如，例如呋喃基、噻吩基、苯硫基、吡咯基、咪唑基、吡唑基、三唑基、四唑基、噻唑、噁唑、异噁唑基、噁二唑基、噻二唑基、异噻唑基、吡啶基、哒嗪基、吡嗪基、嘧啶基、喹啉基、异喹啉基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、R引哚基以及吲唑基等。杂芳基也意在包括杂环体系的部分氢化衍生物。
[0030]在一个方面，本文描述了光电子器件。在一些实施方式中，本文所述的光电子器件显不FIPEL体系结构。或者,在一些实施方式中，本文所述的光电子器件表现出有机发光器件(OLED)体系结构。
[0031]1.场诱导聚合物电致发光器件(FIPEL)
[0032]在一些实施方式中，本文所述的FIPEL包括第一电极和第二电极和配置于第一电极与第二电极之间的发光复合层。在发光复合层与第一电极或第二电极之间安置有电绝缘层或介电层。另外，在一些实施方式中，在第一电极和发光复合层之间安置有第一介电层，并且在第二电极和发光复合层之间安置有第二介电层。在一些实施方式中，第一电极是福射透射的且第二电极是非辐射透射的和/或反射的。或者，在一些实施方式中，第一电极和第二电极都是辐射透射的。
[0033]在一些实施方式中，本文所述的FIPEL包括多个安置于第一和第二电极之间的发光复合层。例如，在一些实施方式中，在第一和第二电极之间安置有多个发光层，它们的每一个都具有本文章节I (C) (i)- (ii)中描述的构造。发光层可以具有不同的发光分布(emission profile),当将它们组合时,提供了来自FIPEL所需的发光分布特征。
[0034]图1描绘了根据本文所述的一个实施方式的具有FIPEL体系结构的光电子器件的剖视图。图1中描绘的FIPEL (10)包括辐射透射的第一电极(11)和金属第二电极(12)。发光复合层(13)配置在福射透射的第一电极(11)和金属第二电极(12)之间。发光复合层
(13)可以具有本文章节I (C)中所列举的任何构造。在图1的实施方式中，介电层(14)或电绝缘层(14)配置在金属第二电极(12)和发光复合层(13)之间。
[0035]图2描绘了根据本文所述的一个实施方式的具有FIPEL体系结构的光电子器件的剖视图。图2中描绘的FIPEL (20)包括辐射透射的第一电极(21)和金属第二电极(22)。在福射透射的第一电极(21)和金属第二电极(22)之间配置有发光复合层(23)。发光复合层(23)可以具有本文章节I (C)中所列举的任何构造。在图2的实施方式中，在辐射透射的第一电极(21)和发光复合层(23)之间配置有介电层(24)或电绝缘层(24)。
[0036]图3描绘了根据本文所述的一个实施方式的具有FIPEL体系结构的光电子器件的剖视图。图3中描绘的FIPEL (30)包括辐射透射的第一电极(31)和金属第二电极(32)。在福射透射的第一电极(31)和金属第二电极(32)之间配置有发光复合层(33)。发光复合层(33)可以具有本文章节I (C)中所列举的任何构造。在发光复合层(33)和辐射透射第一电极(31)之间配置有第一介电层(34)。进一步,在发光复合层(33 )和金属第二电极(32 )之间配置有第二介电层(35)。
[0037]现在描述FIPEL体系结构的光电子器件的具体组件。
[0038]A.第一电极
[0039]在一些实施方式中，第一电极是辐射透射的。本文所使用的辐射透射是指材料至少部分地通过或传输电磁波谱的可见光区中的辐射的能力。在一些实施方式中，辐射透射的材料可以以最小的吸收或其他干扰通过由本文所述的复合有机层发出的电磁辐射。
[0040]可以使用不与本发明的目的相矛盾的任何辐射透射的第一电极。在一些实施方式中，辐射透射的第一电极包含辐射透射导电氧化物。在一些实施方式中，辐射透射导电氧化物可以包含铟锡氧化物(ΙΤ0)、镓铟锡氧化物(GITO)和锌铟锡氧化物(ZITO)中的一种或多种。
[0041]在一些实施方式中，辐射透射第一电极包含一种或多种辐射透射聚合物材料，例如聚苯胺(PANI)及其化学相当物。在一些实施方式中，辐射透射的第一电极包含3，4-聚乙烯二氧噻吩(PED0T)。在一些实施方式中，辐射透射的第一电极包含具有可操作以至少部分地通过可见光的电磁辐射的厚度的碳纳米管层。在一些实施方式中，辐射透射的第一电极包含复合材料，该复合材料包含分散在聚合物相中的纳米颗粒相。在一些实施方式中，纳米颗粒相可以包含碳纳米管、富勒烯、或它们的混合物。另外，在一些实施方式中，辐射透射的第一电极可以包含具有可操作以至少部分地通过可见光的电磁辐射的厚度的金属层。在一些实施方式中，金属层可以包含元素纯金属或合金。在一些实施方式中，适合用作辐射透射的第一电极的金属包含高功函数金属。
[0042]辐射透射第一电极可以具有不与本发明的目的相矛盾的任何厚度。在一些实施方式中，例如，辐射透射的第一电极具有至少约IOnm的厚度。在一些实施方式中，辐射透射的第一电极具有约IOnm至约Iym范围的厚度。在一些实施方式中，辐射透射的第一电极具有约20nm至约750nm、约50nm?约500nm、约30nm?约200nm或约50nm?约150nm范围的厚度。在一些实施方式中，辐射透射的第一电极具有大于约Iym的厚度。
[0043]B.第二电极
[0044]本文所述的FIPEL还包括第二电极。在一些实施方式中，第二电极是非辐射透射的和/或反射的。在一些实施方式中，第二电极是金属。在一些实施方式中，金属包括元素纯金属以及金属合金。在一些实施方式中，第二电极包含铝、镍、铜、金、银、钼、钯或其它过渡金属或它们的合金。在一些实施方式中，第二电极是辐射透射的。在一些实施方式中，其中第二电极是辐射透射的，该第二电极包含本文中用于辐射透射的第一电极所描述的任何辐射透射材料。
[0045]第二电极可以具有任何所需的厚度。在一些实施方式中，第二电极具有约IOnm至约IOym范围的厚度。在一些实施方式中，第二电极具有约50nm至约750nm范围的厚度。在一些实施方式中，第二电极具有约IOOnm至约500nm范围的厚度。
[0046]C.发光复合层
[0047]本文所述的FIPEL的发光复合层可以表现为各种结构。在一些实施方式中，发光复合层是发光复合有机层。
[0048](i)在一些实施方式中，本文所述的FIPEL的发光复合有机层包含配置于发光聚合物或低聚物相中的纳米颗粒相。在一些实施方式中，纳米颗粒相分散在整个发光聚合物相或低聚物相中。在一些实施方式中，例如，纳米颗粒相包含均匀地或基本上均匀地分布于整个发光聚合物或低聚物相中的纳米颗粒。在一些实施方式中，纳米颗粒相包含不均匀地分散在发光聚合物或低聚物相中的纳米颗粒。 [0049]在一些实施方式中，纳米颗粒相与第一电极和第二电极两者电气隔离。在一些实施方式中，纳米颗粒相中的纳米颗粒不与辐射透射的第一电极和/或第二电极接触和/或直接接触。在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒具有的尺寸在至少一个维度上小于复合有机层的厚度。在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒具有的尺寸在每个维度上都小于复合有机层的厚度。在一些实施方式中，例如，纳米颗粒相的纳米颗粒具有的长度和/或一个或多个其他维度充分地小于复合有机层的厚度，从而抑制或阻碍与辐射透射的第一电极和/或第二电极的接触。
[0050]在一些实施方式中，发光聚合物或低聚物相包含共轭聚合物或低聚物，并且纳米颗粒相的纳米颗粒与发光共轭聚合物或低聚物直接接触。在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒未被包覆和/或未通过任何次要聚合物或低聚物或分散剂而分散在共轭聚合物或低聚物相中。
[0051]在一些实施方式中，纳米颗粒相按照表1中的量存在于复合有机层中。
[0052]表1 一复合有机层中的纳米颗粒相的重量百分比
[0053]
纳农B!粒.? WL%)
0.001-20
0,01-15
(JJ-H)
(1.5-5
1-4
0.01-3
[0054]
【权利要求】
1.一种光电子器件，包括: 第一电极； 第二电极； 发光复合有机层，配置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述发光复合有机层包括单态发射极相和三态发射极相；以及 第一介电层，配置在所述发光复合有机层与所述第一电极或所述第二电极之间。
2.根据权利要求1所述的光电子器件，其中，所述单态发射极相包含一种或多种共轭聚合物或低聚物、小分子或它们的混合物。
3.根据权利要求2所述的光电子器件，其中，所述一种或多种共轭聚合物或低聚物包括含有选自由重复单元A、B和C组成的组中的至少两种重复单元的共轭聚合物或低聚物:
4.根据权利要求3所述的光电子器件，其中，R3和R4独立地选自由吡啶基、吡喃基、批啶基、联吡啶基、苯基吡啶基、噻吩基、呋喃基、硒苯基、芴基、咔唑基、吡咯基、喹啉基、异喹啉基、嘌呤基、噁唑基和异噁唑基和它们的低聚物组成的组。
5.根据权利要求3所述的光电子器件，其中，所述共轭聚合物或低聚物是式(I)的共轭聚合物或低聚物:
6.根据权利要求3所述的光电子器件，其中，所述共轭聚合物或低聚物是式(II)的共轭聚合物或低聚物:
7.根据权利要求3所述的光电子器件，其中，所述共轭聚合物或低聚物是式(III)的共轭聚合物或低聚物:
8.根据权利要求3所述的光电子器件，其中，所述共轭聚合物或低聚物是式(IV)的共轭聚合物或低聚物:
9.根据权利要求2所述的光电子器件，其中，所述一种或多种共轭聚合物或低聚物包含式(V)的结构单元:
10.根据权利要求1所述的光电子器件，其中，所述三态发射极相包含磷光性过渡金属络合物。
11.根据权利要求10所述的光电子器件，其中，所述三态发射极相分散在所述单态发射极相中。
12.根据权利要求1所述的光电子器件，其中，所述发光复合有机层包含用于所述单态发射极相和所述三态发射极相的介电基质。
13.根据权利要求12所述的光电子器件，其中，所述介电基质是聚合的。
14.根据权利要求13所述的光电子器件，其中，所述介电聚合基质选自由聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或它们的混合物组成的组。
15.根据权利要求1所述的光电子器件，进一步包含配置在所述复合有机层中的纳米颗粒相。
16.根据权利要求15所述的光电子器件，其中，所述纳米颗粒相包含碳纳米颗粒。
17.根据权利要求16所述的光电子器件，其中，所述碳纳米颗粒包含碳纳米管、富勒烯、石墨烯或它们的混合物。
18.根据权利要求17所述的光电子器件，其中，所述碳纳米管是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的混合物。
19.根据权利要求17所述的光电子器件，其中，所述碳纳米管掺杂有氮、硼或它们的组合。
20.根据权利要求1所述的光电子器件，其中，所述第一电极是辐射透射的，且所述第二电极是金属。
21.根据权利要求20所述的光电子器件，其中，所述第一介电层位于所述第二电极与所述发光复合有机层之间。
22.根据权利要求21所述的光电子器件，进一步包括位于辐射透射的所述第一电极与所述发光复合有机层之间的第二介电层。
23.根据权利要求1所述的光电子器件，其中，所述器件的发射分布包含来自所述单态发射极相的发射和来自所述三态发射极相的发射。
24.根据权利要求23所述的光电子器件，其中，所述三态发射极相以按重量计至少约10%的量存在于所述发光复合有机层中。
25.根据权利要求23所述的光电子器件，其中，来自所述单态发射极相的发射在强度上基本上等于来自所述三态发射极相的发射。
【文档编号】H01L51/50GK103797601SQ201280044148
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2011年7月12日
【发明者】戴维·L·卡罗尔 申请人:韦克森林大学