光電子器件及其應用的製作方法
2023-08-13 17:21:26
光電子器件及其應用的製作方法
【專利摘要】在一個方面，本文描述了光電子器件。在一些實施方式中，本文所描述的光電子器件包含第一電極、第二電極和配置在第一電極與第二電極之間的發光複合層。在一些實施方式中，在發光複合層與第一電極和/或第二電極之間配置有介電層。
【專利說明】光電子器件及其應用
[0001]政府許可權聲明
[0002]本發明是通過美國國防部-美國空軍科學研究局(AFOSR)批准號:FA9550-04-1-0161的資助進行的。聯邦政府保留了本發明中的某些許可權。
[0003]相關申請數據
[0004]根據35U.S.C.§ 119(e)，本申請要求2011年7月12日提交的美國臨時專利申請61/506，855和2012年I月27日提交的美國臨時專利申請61/591，721的優選權，它們各自特此通過引用以其全部併入。
【技術領域】
[0005]本發明涉及光電子器件(optoelectronic device),並且特別地涉及發光光電子器件。
【背景技術】
[0006]有機薄膜因為其在光電子器件(例如，有機發光器件(OLED )、光伏器件和有機光電探測器)中的應用而被大量研究。
[0007]因為許多原因，基於有機材料(包括有機薄膜)的光電子器件在各種各樣的應用中正變得越來越可取。例如，與它們的無機對應物相比，用來構建有機光電子器件的材料相對便宜，從而與用無機材料生產的光電子器件相比提供了成本優勢。另外，有機材料提供了所需的物理性能(例如柔性)，這允許它們在不適合使用剛性無機材料的應用中使用。
[0008]但是，當前基於發光有機材料的器件有一些缺陷而限制了它們在某些領域中的應用。例如，一些發光聚合物在相對較低的電場下具有擊穿電壓，這限制了一些器件的電荷注入和壽命。此外，一些有機材料和器件結構需要複雜和/或昂貴的製造方法以獲得足夠薄的薄膜發光材料以用於發光應用。
【發明內容】
[0009]在一個方面，本文中描述了光電子器件。在一些實施方式中，本文所描述的光電子器件包括第一電極、第二電極和配置於該第一電極與第二電極之間的發光複合層。在一些實施方式中，第一電極和/或第二電極是福射透射的(radiation transmissive)。如本文進一步所述的，發光複合層可以表現為多種構造。
[0010]在一些實施方式中，在發光複合層和第一電極之間配置有電絕緣層或介電層。在一些實施方式中，在發光複合層和第二電極之間配置有介電層。在一些實施方式中，在第一電極和發光複合層之間配置有第一介電層，並且在第二電極和發光複合層之間設置有第二介電層。在一些實施方式中，當在發光複合層與第一電極和/或第二電極之間配置一個或多個介電層時，該光電子`器件為場誘導聚合物電致發光器件(FIPEL)。或者，在一些實施方式中，其中在發光複合層與第一和/或第二電極之間未配置介電層，該光電子器件為有機發光二極體(OLED)。[0011]在另一方面，本文所述的光電子器件包括第一電極、第二電極和配置於第一電極與第二電極之間的發光複合層，發光複合層包含配置於介電質或電絕緣基質(host)中的發光相。在一些實施方式中，發光相包含共軛聚合物、半導體性聚合物、小分子或納米顆粒或它們的混合物。此外，在一些實施方式中，在發光複合層與第一和/或第二電極之間配置有介電層。第一和/或第二電極可以是輻射透射的。
[0012]在另一方面，本文描述了一種製造光電子器件的方法。在一些實施方式中，一種製造光電子器件的方法包括提供第一電極、提供第二電極以及在第一電極和第二電極之間配置複合發光層。如本文進一步所描述的，發光複合層可以表現為各種構造。在一些實施方式中，第一電極和/或第二電極是輻射透射的。另外，在一些實施方式中，本文所述的方法進一步包括在第一電極和發光複合層之間配置介電層，或在第二電極和發光複合層之間配置介電層。在一些實施方式中，在發光複合層和第一電極之間配置第一介電層，並且在第二電極和發光複合層之間配置第二介電層。
[0013]在一些實施方式中，一種製造光電子器件的方法包括將發光相配置於介電質或電絕緣基質中以提供發光複合層並且將該發光複合層配置於第一電極和第二電極之間。在一些實施方式中，第一電極和/或第二電極是輻射透射的。在一些實施方式中，發光相包含共軛聚合物、半導體性聚合物、小分子或納米顆粒或它們的混合物。另外，在一些實施方式中，在發光複合層與第一和/或第二電極之間安置有介電層或電絕緣層。
[0014]這些及其它實施方式在以下的詳細說明中進行了更加詳細的描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1描繪了根據本文所述的一個實施方式的光電子器件的剖視圖。
[0016]圖2描繪了根據本文所述的一個實施方式的光電子器件的剖視圖。
[0017]圖3描繪了根據本文所述的一個實施方式的光電子器件的剖視圖。
[0018]圖4描繪了根據本文所述的一個實施方式的光電子器件的剖視圖。
[0019]圖5描繪了根據本文所述的一些實施方式的、一系列具有不同介電層厚度的光電子器件的頻率-依賴性亮度(luminance)。
[0020]圖6描繪了根據本文所述的一些實施方式的、一系列具有不同介電層厚度的光電子器件的頻率-依賴性亮度。
[0021]圖7描繪了本文所述的一個實施方式中根據變化的操作電壓和電場頻率的FIPEL器件的亮度。
[0022]圖8描繪了本文所述的一個實施方式中根據變化的操作電壓和電場頻率的FIPEL器件的亮度。
[0023]圖9描繪了根據本文所述的一個實施方式的FIPEL器件的電致發光特性。
【具體實施方式】
[0024]通過參照下列詳細說明、實施例和附圖可以更加容易地理解本文所述的實施方式。但是，本文所述的元件、裝置和方法並不限於在所述詳細說明、實施例和附圖中給出的【具體實施方式】。應當認識到，這些實施方式僅僅是說明本發明的原理。在不脫離本發明的精神和範圍的條件下，許多改變和調整對於本領域技術人員來說將是顯而易見的。[0025]另外，應當理解的是本文所公開的所有範圍都涵蓋了包含於其中的任何和所有子範圍。例如，指定的範圍「1.0?10.0」應當認為包括以1.0或更大的最小值為起點並且以10.0或更小的最大值為終點的任何和所有子範圍，例如，1.0?5.3，或4.7?10.0,或
3.6 ?7.9。
[0026]本文中單獨或組合使用的術語「烷基」是指具有I?20個碳原子的直鏈或支鏈飽和烴基。在一些實施方式中，例如，烷基是C8_12烷基。
[0027]本文中單獨或組合使用的術語「烯基」是指含有2?20個碳原子和至少一個碳-碳雙鍵的直鏈或支鏈烴基。在一些實施方式中，例如，烯基包含C8_12烯基。
[0028]本文中單獨或組合使用的術語「芳基」是指芳香環體系基團。芳基也旨在包括碳環體系的部分氫化衍生物。
[0029]本文中單獨或組合使用的術語「雜芳基」是指含有一個或多個選自氮、氧或硫雜原子的、具有例如5?7元原子的芳香環基團或具有例如7?18元原子的芳香環體系基團，其中N-氧化物和硫一氧化物和硫二氧化物允許雜芳香取代；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、異噁唑基、噁二唑基、噻二唑基、異噻唑基、吡啶基、噠嗪基、吡嗪基、嘧啶基、喹啉基、異喹啉基、苯並呋喃基、苯並噻吩基、R引哚基以及吲唑基等。雜芳基也意在包括雜環體系的部分氫化衍生物。
[0030]在一個方面，本文描述了光電子器件。在一些實施方式中，本文所述的光電子器件顯不FIPEL體系結構。或者,在一些實施方式中，本文所述的光電子器件表現出有機發光器件(OLED)體系結構。
[0031]1.場誘導聚合物電致發光器件(FIPEL)
[0032]在一些實施方式中，本文所述的FIPEL包括第一電極和第二電極和配置於第一電極與第二電極之間的發光複合層。在發光複合層與第一電極或第二電極之間安置有電絕緣層或介電層。另外，在一些實施方式中，在第一電極和發光複合層之間安置有第一介電層，並且在第二電極和發光複合層之間安置有第二介電層。在一些實施方式中，第一電極是福射透射的且第二電極是非輻射透射的和/或反射的。或者，在一些實施方式中，第一電極和第二電極都是輻射透射的。
[0033]在一些實施方式中，本文所述的FIPEL包括多個安置於第一和第二電極之間的發光複合層。例如，在一些實施方式中，在第一和第二電極之間安置有多個發光層，它們的每一個都具有本文章節I (C) (i)- (ii)中描述的構造。發光層可以具有不同的發光分布(emission profile),當將它們組合時,提供了來自FIPEL所需的發光分布特徵。
[0034]圖1描繪了根據本文所述的一個實施方式的具有FIPEL體系結構的光電子器件的剖視圖。圖1中描繪的FIPEL (10)包括輻射透射的第一電極(11)和金屬第二電極(12)。發光複合層(13)配置在福射透射的第一電極(11)和金屬第二電極(12)之間。發光複合層
(13)可以具有本文章節I (C)中所列舉的任何構造。在圖1的實施方式中，介電層(14)或電絕緣層(14)配置在金屬第二電極(12)和發光複合層(13)之間。
[0035]圖2描繪了根據本文所述的一個實施方式的具有FIPEL體系結構的光電子器件的剖視圖。圖2中描繪的FIPEL (20)包括輻射透射的第一電極(21)和金屬第二電極(22)。在福射透射的第一電極(21)和金屬第二電極(22)之間配置有發光複合層(23)。發光複合層(23)可以具有本文章節I (C)中所列舉的任何構造。在圖2的實施方式中，在輻射透射的第一電極(21)和發光複合層(23)之間配置有介電層(24)或電絕緣層(24)。
[0036]圖3描繪了根據本文所述的一個實施方式的具有FIPEL體系結構的光電子器件的剖視圖。圖3中描繪的FIPEL (30)包括輻射透射的第一電極(31)和金屬第二電極(32)。在福射透射的第一電極(31)和金屬第二電極(32)之間配置有發光複合層(33)。發光複合層(33)可以具有本文章節I (C)中所列舉的任何構造。在發光複合層(33)和輻射透射第一電極(31)之間配置有第一介電層(34)。進一步,在發光複合層(33 )和金屬第二電極(32 )之間配置有第二介電層(35)。
[0037]現在描述FIPEL體系結構的光電子器件的具體組件。
[0038]A.第一電極
[0039]在一些實施方式中，第一電極是輻射透射的。本文所使用的輻射透射是指材料至少部分地通過或傳輸電磁波譜的可見光區中的輻射的能力。在一些實施方式中，輻射透射的材料可以以最小的吸收或其他幹擾通過由本文所述的複合有機層發出的電磁輻射。
[0040]可以使用不與本發明的目的相矛盾的任何輻射透射的第一電極。在一些實施方式中，輻射透射的第一電極包含輻射透射導電氧化物。在一些實施方式中，輻射透射導電氧化物可以包含銦錫氧化物(ΙΤ0)、鎵銦錫氧化物(GITO)和鋅銦錫氧化物(ZITO)中的一種或多種。
[0041]在一些實施方式中，輻射透射第一電極包含一種或多種輻射透射聚合物材料，例如聚苯胺(PANI)及其化學相當物。在一些實施方式中，輻射透射的第一電極包含3，4-聚乙烯二氧噻吩(PED0T)。在一些實施方式中，輻射透射的第一電極包含具有可操作以至少部分地通過可見光的電磁輻射的厚度的碳納米管層。在一些實施方式中，輻射透射的第一電極包含複合材料，該複合材料包含分散在聚合物相中的納米顆粒相。在一些實施方式中，納米顆粒相可以包含碳納米管、富勒烯、或它們的混合物。另外，在一些實施方式中，輻射透射的第一電極可以包含具有可操作以至少部分地通過可見光的電磁輻射的厚度的金屬層。在一些實施方式中，金屬層可以包含元素純金屬或合金。在一些實施方式中，適合用作輻射透射的第一電極的金屬包含高功函數金屬。
[0042]輻射透射第一電極可以具有不與本發明的目的相矛盾的任何厚度。在一些實施方式中，例如，輻射透射的第一電極具有至少約IOnm的厚度。在一些實施方式中，輻射透射的第一電極具有約IOnm至約Iym範圍的厚度。在一些實施方式中，輻射透射的第一電極具有約20nm至約750nm、約50nm?約500nm、約30nm?約200nm或約50nm?約150nm範圍的厚度。在一些實施方式中，輻射透射的第一電極具有大於約Iym的厚度。
[0043]B.第二電極
[0044]本文所述的FIPEL還包括第二電極。在一些實施方式中，第二電極是非輻射透射的和/或反射的。在一些實施方式中，第二電極是金屬。在一些實施方式中，金屬包括元素純金屬以及金屬合金。在一些實施方式中，第二電極包含鋁、鎳、銅、金、銀、鉬、鈀或其它過渡金屬或它們的合金。在一些實施方式中，第二電極是輻射透射的。在一些實施方式中，其中第二電極是輻射透射的，該第二電極包含本文中用於輻射透射的第一電極所描述的任何輻射透射材料。
[0045]第二電極可以具有任何所需的厚度。在一些實施方式中，第二電極具有約IOnm至約IOym範圍的厚度。在一些實施方式中，第二電極具有約50nm至約750nm範圍的厚度。在一些實施方式中，第二電極具有約IOOnm至約500nm範圍的厚度。
[0046]C.發光複合層
[0047]本文所述的FIPEL的發光複合層可以表現為各種結構。在一些實施方式中，發光複合層是發光複合有機層。
[0048](i)在一些實施方式中，本文所述的FIPEL的發光複合有機層包含配置於發光聚合物或低聚物相中的納米顆粒相。在一些實施方式中，納米顆粒相分散在整個發光聚合物相或低聚物相中。在一些實施方式中，例如，納米顆粒相包含均勻地或基本上均勻地分布於整個發光聚合物或低聚物相中的納米顆粒。在一些實施方式中，納米顆粒相包含不均勻地分散在發光聚合物或低聚物相中的納米顆粒。 [0049]在一些實施方式中，納米顆粒相與第一電極和第二電極兩者電氣隔離。在一些實施方式中，納米顆粒相中的納米顆粒不與輻射透射的第一電極和/或第二電極接觸和/或直接接觸。在一些實施方式中，納米顆粒相的納米顆粒具有的尺寸在至少一個維度上小於複合有機層的厚度。在一些實施方式中，納米顆粒相的納米顆粒具有的尺寸在每個維度上都小於複合有機層的厚度。在一些實施方式中，例如，納米顆粒相的納米顆粒具有的長度和/或一個或多個其他維度充分地小於複合有機層的厚度，從而抑制或阻礙與輻射透射的第一電極和/或第二電極的接觸。
[0050]在一些實施方式中，發光聚合物或低聚物相包含共軛聚合物或低聚物，並且納米顆粒相的納米顆粒與發光共軛聚合物或低聚物直接接觸。在一些實施方式中，納米顆粒相的納米顆粒未被包覆和/或未通過任何次要聚合物或低聚物或分散劑而分散在共軛聚合物或低聚物相中。
[0051]在一些實施方式中，納米顆粒相按照表1中的量存在於複合有機層中。
[0052]表1 一複合有機層中的納米顆粒相的重量百分比
[0053]
納農B!粒.? WL%)
0.001-20
0,01-15
(JJ-H)
(1.5-5
1-4
0.01-3
[0054]
【權利要求】
1.一種光電子器件，包括: 第一電極； 第二電極； 發光複合有機層，配置在所述第一電極與所述第二電極之間，所述發光複合有機層包括單態發射極相和三態發射極相；以及 第一介電層，配置在所述發光複合有機層與所述第一電極或所述第二電極之間。
2.根據權利要求1所述的光電子器件，其中，所述單態發射極相包含一種或多種共軛聚合物或低聚物、小分子或它們的混合物。
3.根據權利要求2所述的光電子器件，其中，所述一種或多種共軛聚合物或低聚物包括含有選自由重複單元A、B和C組成的組中的至少兩種重複單元的共軛聚合物或低聚物:
4.根據權利要求3所述的光電子器件，其中，R3和R4獨立地選自由吡啶基、吡喃基、批啶基、聯吡啶基、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、異喹啉基、嘌呤基、噁唑基和異噁唑基和它們的低聚物組成的組。
5.根據權利要求3所述的光電子器件，其中，所述共軛聚合物或低聚物是式(I)的共軛聚合物或低聚物:
6.根據權利要求3所述的光電子器件，其中，所述共軛聚合物或低聚物是式(II)的共軛聚合物或低聚物:
7.根據權利要求3所述的光電子器件，其中，所述共軛聚合物或低聚物是式(III)的共軛聚合物或低聚物:
8.根據權利要求3所述的光電子器件，其中，所述共軛聚合物或低聚物是式(IV)的共軛聚合物或低聚物:
9.根據權利要求2所述的光電子器件，其中，所述一種或多種共軛聚合物或低聚物包含式(V)的結構單元:
10.根據權利要求1所述的光電子器件，其中，所述三態發射極相包含磷光性過渡金屬絡合物。
11.根據權利要求10所述的光電子器件，其中，所述三態發射極相分散在所述單態發射極相中。
12.根據權利要求1所述的光電子器件，其中，所述發光複合有機層包含用於所述單態發射極相和所述三態發射極相的介電基質。
13.根據權利要求12所述的光電子器件，其中，所述介電基質是聚合的。
14.根據權利要求13所述的光電子器件，其中，所述介電聚合基質選自由聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或它們的混合物組成的組。
15.根據權利要求1所述的光電子器件，進一步包含配置在所述複合有機層中的納米顆粒相。
16.根據權利要求15所述的光電子器件，其中，所述納米顆粒相包含碳納米顆粒。
17.根據權利要求16所述的光電子器件，其中，所述碳納米顆粒包含碳納米管、富勒烯、石墨烯或它們的混合物。
18.根據權利要求17所述的光電子器件，其中，所述碳納米管是單壁碳納米管、多壁碳納米管或它們的混合物。
19.根據權利要求17所述的光電子器件，其中，所述碳納米管摻雜有氮、硼或它們的組合。
20.根據權利要求1所述的光電子器件，其中，所述第一電極是輻射透射的，且所述第二電極是金屬。
21.根據權利要求20所述的光電子器件，其中，所述第一介電層位於所述第二電極與所述發光複合有機層之間。
22.根據權利要求21所述的光電子器件，進一步包括位於輻射透射的所述第一電極與所述發光複合有機層之間的第二介電層。
23.根據權利要求1所述的光電子器件，其中，所述器件的發射分布包含來自所述單態發射極相的發射和來自所述三態發射極相的發射。
24.根據權利要求23所述的光電子器件，其中，所述三態發射極相以按重量計至少約10%的量存在於所述發光複合有機層中。
25.根據權利要求23所述的光電子器件，其中，來自所述單態發射極相的發射在強度上基本上等於來自所述三態發射極相的發射。
【文檔編號】H01L51/50GK103797601SQ201280044148
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年7月12日 優先權日:2011年7月12日
【發明者】戴維·L·卡羅爾 申請人:韋克森林大學