CN104170113B - 电致发光装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
在一方面，本文描述了光电子装置。在一些实施方式中，本文描述的光电子装置包括辐射透射第一电极、第二电极、布置在第一电极和第二电极之间的发光有机层、布置在发光有机层和第一电极和/或第二电极之间的介电层、和布置在发光有机层的光路上的磷光体层，其中发光有机层包括单态发射极相和三态发射极相。
Description
相关申请数据
根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2012年1月27日提交的美国临时专利申请61/591,721和2012年7月12日提交的国际申请PCT/US12/46412的优选权，其二者整体通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及光电子装置，并且具体地涉及发光光电子装置。
背景技术
有机薄膜因为其在诸如有机发光器件(OLED)、光伏器件和有机光探测器的光电子装置中的应用而被大量研究。
因为许多原因，基于有机材料(包括有机膜)的光电子装置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装置的材料相对便宜，从而与用无机材料生产的光电子装置相比提供了成本优势。此外，有机材料提供了期望的物理性能(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。
然而，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膜发光材料以用于发光应用。
发明内容
在一个方面，本文中描述了光电子装置。在一些实施方式中，本文所描述的光电子装置包括第一电极、第二电极和布置于第一电极与第二电极之间的发光有机层。在一些实施方式中，第一电极和/或第二电极是辐射透射的。如本文中进一步描述的，发光有机层可表现出多种构造。
在一些实施方式中，在发光有机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，在发光层和第二电极之间配置有介电层。在一些实施方式中，第一介电层位于第一电极和发光层之间，且第二介电层位于第二电极和发光层之间。当在发光有机层与第一电极和/或第二电极之间配置一个或多个介电层时，该光电子装置可以是场致聚合物电致发光器件(FIPEL)。可替换地，在一些实施方式中，其中，在发光有机层与第一和/或第二电极之间未配置介电层，该光电子装置为有机发光二极管(OLED)。
在一个方面，本文描述的光电子装置包括辐射透射第一电极(辐射可透过性第一电极，radiation transmissive first electrode)、第二电极、置于第一电极和第二电极之间的发光有机层、置于发光有机层和辐射透射(辐射可透过性，radiationtransmissive)第一电极和/或第二电极之间的介电层、和置于发光有机层的光路中的磷光体(荧光体，phosphor)层。
在另一个方面，本文描述的光电子装置包括辐射透射第一电极、第二电极和布置于第一电极与第二电极之间的发光复合有机层，包括单态发射极相和三态发射极相的发光复合有机层。介电层布置于发光有机层与第一电极或第二电极之间。此外，第一电荷传输层也可以布置于发光复合有机层和第一电极之间。第一电荷传输层可以是空穴传输层(holetransport layer)或者电子传输层。在一些实施方式中，第一电荷传输层可以直接沉积在第一电极上。可替代地，第一电荷传输层可以沉积在介电层上，覆盖第一电极。在一些实施方式中，第二电荷传输层布置于发光复合有机层和第二电极之间。第二电荷传输层可以用来降低用于将电子注入至发光层的第二电极的功函数。此外，光电子装置可以进一步包括布置于发光复合有机层光路中的磷光体层。
在另一方面，光电子装置包括第一电极、第二电极和布置于第一电极与第二电极之间的发光复合有机层，发光复合有机层包括置于非共轭聚合物基质(polymeric host)中的发光相。在一些实施方式中，发光相包括共轭聚合物、半导体聚合物、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。
在另一方面，光电子装置包括辐射透射第一电极、第二电极和布置于第一电极和第二电极之间的发光复合有机层，发光复合有机层包括单态发射极相、三态发射极相和纳米颗粒相，其中三态发射极相分散于单态发射极相中。
在另一方面，本文中描述了制备光电子装置的方法。在一些实施方式中，一种制造光电子装置的方法包括提供第一电极、提供第二电极和在该第一电极和该第二电极之间布置有机发光层。如本文中进一步描述的，发光层可表现出多种构造。在一些实施方式中，第一电极和/或第二电极是辐射透射的。此外，在一些实施方式中，本文描述的方法进一步包括在第一电极和发光有机层之间布置介电层、或者在第二电极和发光有机层之间布置介电层。在一些实施方式中，在发光有机层和第一电极之间布置第一介电层，并且在第二电极和发光有机层之间布置第二介电层。此外，在一些实施方式中，本文描述的方法进一步包括在发光层和第一电极和/或第二电极之间布置电荷传输层。在一些实施方式中，本文描述的方法进一步包括在发光层的光路中布置磷光体层。
在一些实施方式中，制造光电子装置的方法包括在非共轭聚合物基质中布置发光相以提供发光复合层并且将该发光复合层布置在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，发光相包括共轭聚合物、半导体聚合物、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/或第二电极之间配置有介电层或电绝缘层。
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。
附图说明
图1描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的截面图(剖视图)。
图2描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的截面图。
图3描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的截面图。
图4描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的截面图。
图5描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的截面图。
图6描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的截面图。
图7描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的截面图。
图8描绘了根据本文描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装置的频率-依赖性亮度。
图9描绘了根据本文描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装置的频率-依赖性亮度。
图10描绘了本文描述的一个实施方式中根据变化的工作电压和电场频率的FIPEL装置的亮度。
图11描绘了本文描述的一个实施方式中根据变化的工作电压和电场频率的FIPEL装置的亮度。
图12描绘了根据本文描述的一个实施方式的FIPEL装置的电致发光特性。
图13描绘了根据本文描述的一个实施方式的光电子装置的透视图。
图14描绘了根据本文描述的一个实施方式的一系列FIPEL装置的光发射谱。
图15描绘了用于图14的FIPEL装置的CIE色度图。
图16描绘了根据本文描述的一些实施方式的一系列光电子装置的电流-电压特性。
图17描绘了根据本文描述的一些实施方式的一系列光电子装置的光发射谱。
图18描绘了根据本文描述的一些实施方式的一系列光电子装置的光发射谱。
图19描绘了根据本文描述的一些实施方式的光电子装置的透视图。
具体实施方式
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描述的实施方式。但是，本文描述的要素、装置和方法并不限于在详细说明、实施例和附图中给出的具体实施方式。应当认识到的是，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，许多修改和改变对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
另外，应当理解的是本文所公开的所有范围都涵盖了包括于其中的任意和所有子范围。例如，指定的范围“1.0至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意和所有子范围，例如，1.0～5.3、或4.7～10.0、或3.6～7.9。
本文中单独或组合使用的术语“烷基”是指具有1-20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。
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，烯基包括C8-12烯基。
本文中单独或组合使用的术语“芳基”是指芳香环体系的基团。芳基也旨在包括碳环体系的部分氢化的衍生物。
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至7元原子的芳香环基团或具有例如7至18元原子的芳香环体系的基团，其中N-氧化物和一氧化硫和二氧化硫允许杂芳香取代；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、噻唑基、噁唑基、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、吲哚基、吲唑基等。杂芳基也旨在包括杂环体系的部分氢化的衍生物。
在一个方面，本文中描述了光电子装置。在一些实施方式中，本文描述的光电子装置显示FIPEL结构。或者，在一些实施方式中，本文描述的光电子装置表现出有机发光器件(OLED)结构。
I.场致聚合物电致发光器件(FIPEL)
在一些实施方式中，本文描述的FIPEL包括第一电极和第二电极和布置于第一电极与第二电极之间的发光有机层。在发光有机层与第一电极或第二电极之间配置有电绝缘层或介电层。此外，在一些实施方式中，第一介电层位于第一电极和发光有机层之间，以及第二介电层位于第二电极和发光有机层之间。在一些实施方式中，第一电极是辐射透射的和第二电极是非辐射透射的和/或反射的。可替代地，第一电极和/或第二电极可以是辐射透射的。
此外，磷光体层可以布置于发光有机层的光路中。磷光体层，例如可以布置于辐射透射基底上。本文出于参考的目的，在光子或波离开发光有机层中后，发光有机层的光路包括由发光有机层发射的光子或波经过的路径。因此，布置于发光有机层光路中的磷光体层被配置以吸收由发光有机层发射的至少一些光。在一些实施方式中，在与磷光体层相交之前，光路是直路径和并不包括光子或者波的实质反射或者折射。在其他实施方式中，在与磷光体层相交之前，光路不是直路径和可以包括光子或者波的反射或折射。此外，在一些实施方式中，除与磷光体层相交外，光路通过一个或多个本文描述的光电子装置的其他层，如下文进一步描述的。
进一步，在本文描述的光电子装置的一些实施方式中，电荷传输层布置于发光有机层和本文描述的光电子装置的第一电极或者第二电极之间。电荷传输层可以是空穴传输层或者是电子传输层。在一些实施方式中，电荷传输层可以直接沉积在第一和/或者第二电极上。可替代地，电荷传输层可以沉积在介电层上，覆盖第一和/或者第二电极。在一些实施方式中，电荷传输层可操作为阻挡相反极性的电荷。例如，空穴传输层可以阻挡电子的通道，同时电子传输层可以阻挡空穴的通道。使用这种能力，发光有机层可以邻接(borderby)相对的空穴和电子传输层吸收以将注入的电荷载子限制至发光层用于辐射复合。
在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL包括多个位于第一电极和第二电极之间的发光有机层。例如，在一些实施方式中，各自具有在本文I(C)(i)-(v)部分中所描述的构造的多个发光层位于第一电极和第二电极之间。发光层可以具有不同的发射谱(profile)，当组合时，提供来自FIPEL的期望的发射谱特性。
图1描绘了根据本文描述的一个实施方式的具有FIPEL结构的光电子装置的截面图。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)。发光层(13)配置在辐射透射的第一电极(11)和金属第二电极(12)之间。发光层(13)可以具有本文I(C)部分中所列举的任意构造。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)和发光层(13)之间。
图2描绘了根据本文描述的一个实施方式的具有FIPEL结构的光电子装置的截面图。图2中描绘的FIPEL(20)包括辐射透射第一电极(21)和金属第二电极(22)。发光层(23)布置在辐射透射第一电极(21)和金属第二电极(22)之间。发光层(23)可以具有本文I(C)部分中所列举的任意构造。在图2的实施方式中，在辐射透射第一电极(21)和发光层(23)之间布置有介电层(24)或电绝缘层(24)。
图3描绘了根据本文描述的一个实施方式的具有FIPEL结构的光电子装置的截面图。图3中描绘的FIPEL(30)包括辐射透射第一电极(31)和金属第二电极(32)。在辐射透射第一电极(31)和金属第二电极(32)之间布置有发光层(33)。发光层(33)可以具有本文I(C)部分中所列举的任意构造。在发光层(33)和辐射透射第一电极(31)之间布置有第一介电层(34)。进一步，在发光层(33)和金属第二电极(32)之间布置有第二介电层(35)。
图4描绘了根据本文描述的一个实施方式的具有FIPEL结构的光电子装置的截面图。图4中描绘的FIPEL(40)包括辐射透射第一电极(41)和金属第二电极(42)。在辐射透射第一电极(41)和金属第二电极(42)之间布置有发光层(43)。发光层(43)可以具有本文I(C)部分中所列举的任意构造。在发光层(43)和辐射透射第一电极(41)之间布置有第一介电层(44)。可替换地，在发光层(43)和金属第二电极(42)之间布置有第二介电层(44)。进一步，在远离发光层(43)的辐射透射第一电极(41)的一侧布置有辐射透射基底层(45)和磷光体层(46)。磷光体层(46)布置于发光层(43)的光路(A)中。在图4的实施方式中，将光路(A)描绘为与光电子装置的层的堆集方向基本平行的路径。然而，在其他实施方式中，光路可以具有其他方向。此外，本文描述的光电子装置的磷光体层也可以位于与图4的实施方式所描述的路径不同的路径。例如，在一些实施方式中，磷光体层(46)(具有或者不具有基底(45))可以布置于发光层(43)和介电层之间。
图5描绘了根据本文描述的一个实施方式的具有FIPEL结构的光电子装置的截面图。图5中描绘的FIPEL(50)包括辐射透射第一电极(51)和金属第二电极(52)。在辐射透射第一电极(51)和金属第二电极(52)之间布置有发光层(53)。发光层(53)可以具有本文I(C)部分中所列举的任意构造。在发光层(53)和辐射透射第一电极(51)之间布置有第一介电层(54)。进一步，在发光层(53)和第二电极(52)之间布置有电荷传输层(55)。在图5的实施方式中，电荷传输层(55)置于金属第二电极(52)和发光层(53)之间的交界面。然而，在其他实施方式中，电荷传输层(55)可以布置于其他地点。例如，在一些实施方式中，电荷传输层(55)布置于发光层(53)和第一电极(51)之间或者在发光层(53)和介电层(54)之间，包括在发光层(53)和介电层(54)之间的交界面处。
图6描绘了根据本文描述的一个实施方式的具有FIPEL结构的光电子装置的截面图。图6中描绘的FIPEL(60)包括辐射透射第一电极(61)和金属第二电极(62)。在辐射透射第一电极(61)和金属第二电极(62)之间布置有发光层(63)。发光层(63)可以具有本文I(C)部分中所列举的任意构造。在发光层(63)和辐射透射第一电极(61)之间布置有第一介电层(64)。进一步，在远离发光层(63)的辐射透射第一电极(61)的一侧布置有辐射透射基底层(65)和磷光体层(66)。磷光体层(66)布置于发光层(63)的光路中。此外，第一电荷传输层(67)布置于发光层(63)和第二电极(62)之间，和第二电荷传输层(68)布置于发光层(63)和第一电极(61)之间。在图6的实施方式中，将第一和第二电荷产生层(67、68)布置于发光层(63)的对立面上。如本文所描述，第一和第二电荷传输层(67，68)可以用来将电荷载子限制至发光层(63)。例如，第一电荷传输层(67)可以是可操作为阻挡空穴传输的电子传输层。此外，第二传输层(68)可以是可操纵为阻挡电子传输的空穴传输层。
现在描述FIPEL结构的光电子装置的具体组件。
A.第一电极
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在电磁波谱的可见光区，材料至少部分地通过或传输辐射的能力。在一些实施方式中，辐射透射材料可以以最小的吸收通过由本文描述的有机层发出的电磁辐射或其他干扰。
可以使用与本发明目的不相矛盾的任意辐射透射第一电极。在一些实施方式中，辐射透射第一电极包括辐射透射传导氧化物(conducting oxide)。在一些实施方式中，辐射透射传导氧化物可以包括铟锡氧化物(ITO)、镓铟锡氧化物(GITO)和锌铟锡氧化物(ZITO)或者铝掺杂的氧化锌中的一种或多种。
在一些实施方式中，辐射透射第一电极包括一种或多种辐射透射聚合物材料，例如，聚苯胺(PANI)及其化学同系物(chemical relative)。在一些实施方式中，辐射透射第一电极包括3，4-聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)。在一些实施方式中，辐射透射第一电极包括具有可操作为至少部分通过可见光电磁辐射的厚度的碳纳米管层或垫。在一些实施方式中，辐射透射第一电极包括复合材料，该复合材料包括分散于聚合物相中的纳米颗粒相。在一些实施方式中，纳米颗粒相可以包括碳纳米管、富勒烯、或它们的混合物。此外，在一些实施方式中，辐射透射第一电极可以包括具有可操作为至少部分通过可见光电磁辐射的厚度的金属层。在一些实施方式中，金属层可以包括元素纯金属或合金。例如，在一些实施方式中，辐射透射第一电极包括纳米银垫或者其他在纳米尺度上具有一个或者多个维度的合适金属的垫。在一些实施方式中，适合用作辐射透射第一电极的金属包括高功函数金属。
辐射透射第一电极可以具有与本发明目的不相矛盾的任意厚度。在一些实施方式中，例如，辐射透射第一电极具有至少约10nm的厚度。在一些实施方式中，辐射透射第一电极具有从约10nm至约1μm范围的厚度。在一些实施方式中，辐射透射第一电极具有从约20nm至约750nm、从约50nm至约500nm、从约30nm至约200nm或约50nm至约150nm范围的厚度。在一些实施方式中，辐射透射第一电极具有大于约1μm的厚度。
B.第二电极
本文描述的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。金属可以包括元素纯的金属以及合金。例如，第二电极可以是铝、镍、铜、金、银、铂、钯、或者其他过渡金属、碱金属、碱土金属或者它们的合金。在一些实施方式中，第二电极包括铝的第一层和钙金属的第二层。这类电极可以定向于钙金属第二层，面向有机发光层。进一步，第二电极可以包括金属第一层和过渡金属氧化物第二层。在一个实施方式中，例如，第二电极包括第一铝层和MoO3第二层。这类电极可以定向于MoO3第二层，面向有机发光层。
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，该第二电极包括本文描述的用于辐射透射第一电极的任意辐射透射材料。
第二电极可以具有任意期望的厚度。在一些实施方式中，第二电极具有从约10nm至约10μm范围的厚度。在一些实施方式中，第二电极具有从约50nm至约750nm范围的厚度。在一些实施方式中，第二电极具有从约100nm至约500nm范围的厚度。
C.发光层
本文描述的FIPEL的发光层可以表现为各种结构。在一些实施方式中，发光层是发光有机层。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL包括多个位于第一和第二电极之间的发光有机层。例如，在一些实施方式中，各自具有在本文I(C)(i)-(v)部分中所描述构造的多个发光层位于第一和第二电极之间。发光层可以具有不同的发射谱，当组合时，提供来自FIPEL的期望的发射谱特性。
(i)在本文描述的FIPEL构造的光电子装置的一些实施方式中，发光有机层包括共轭聚合物相或者低聚物相。有机层的发光聚合物相或者低聚物相可以包括一个或多个共轭聚合物或者低聚物。在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相包括共轭聚合物或低聚物的掺混物。在一些实施方式中，共轭聚合物或低聚物的掺混物包括聚合物或低聚物的共聚物。
在一些实施方式中，适合在发光聚合物相或低聚物相中使用的共轭聚合物或低聚物包括选自由重复单元A、B和C组成的组中的至少两种重复单元：
其中，表示在聚合物链或低聚物链中的连接点，X选自由S、O、Se和NR5组成的组，以及R1、R2、R5、R6、R7、R8和R9独立地选自由氢、C1-20烷基、C2-20烯基、C8-12烷基和C8-12烯基所组成的组以及R3和R4独立地选自由芳基和杂芳基组成的组，其中使用选自由烷基、烯基、芳基、杂芳基、烷基芳基、烷基杂芳基、烯基芳基和烯基杂芳基组成的组的取代基可任选独立取代一次或多次R1、R2、R5、R6、R7、R8和R9的烷基和烯基和R3和R4的芳基和杂芳基。
在一些实施方式中，R3和R4独立地选自由吡啶基(pyridyl)、吡喃基、吡啶基(pyridinyl)、联吡啶基、苯基吡啶基、噻吩基、呋喃基、硒苯基(硒吩基，selenophenyl)、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。
在一些实施方式中，本文描述的共轭聚合物或低聚物的重复单元A选自由以下各项组成的组：
其中R5是以上限定的。
在一些实施方式中，本文描述的共轭聚合物或低聚物的重复单元B选自由以下各项组成的组：
在一些实施方式中，本文描述的共轭聚合物或低聚物的重复单元C选自由以下各项组成的组：
此外，在一些实施方式中，重复单元A、B和C的选择和摩尔比可以用来选择共轭聚合物或者低聚物的发射谱，如在Aimsen等中描述的“用于发光二极管的聚芴衍生物的合成和电致发光特性”，2010第5届纳米/微工程和分子系统进展，21-25，(“Proceedings of the2010 5th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and MolecularSystems，21-25”)，其全部通过引用结合于此。例如，在一些实施方式中，选择重复单元以提供白光发射。可替代地，在其他实施方式中，可选择重复单元以提供绿光或蓝-绿光发射。
在一些实施方式中，包括重复单元A和B的发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物为式(I)的共轭聚合物或低聚物：
其中，X、R1、R2、R3、R4、R6和R7如上限定以及x和y是独立地从1至10,000的整数。如本文所描述的，在一些实施方式中，排列式(I)的共轭聚合物或低聚物的重复单元A和B以提供交替共聚物、嵌段共聚物、统计共聚物或无规共聚物。
在一些实施方式中，式(I)的共轭聚合物或低聚物具有从约1,000至约1,000,000范围的重均分子量(Mw)。在一些实施方式中，式(I)的共轭聚合物或低聚物具有从约500至约500,000的数均分子量(Mn)。
在一些实施方式中，本文描述的式(I)的共轭聚合物或低聚物选自由以下各项组成的组：
其中，X、R1、R2、R6和R7如上限定，并且x和y独立地是从1至10,000范围内的整数。
在一些实施方式中，本文描述的式(I)的共轭聚合物或低聚物选自由以下各项组成的组：
其中R5如上限定并且x和y独立地是从1至10,000范围内的整数。
在一些实施方式中，包括重复单元A和C的发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物是式(II)的共轭聚合物或低聚物：
其中，X、R1、R2、R8、R9如上限定，并且x和y独立地是从1至10,000范围内的整数。如本文所描述的，在一些实施方式中，排列式(II)的共轭聚合物或低聚物的重复单元A和C以提供交替共聚物、嵌段共聚物、统计共聚物或无规共聚物。
在一些实施方式中，式(II)的共轭聚合物或低聚物具有约1,000至约1,000,000范围的重均分子量(Mw)。在一些实施方式中，式(II)的共轭聚合物或低聚物具有约500至约500,000范围的数均分子量(Mn)。
在一些实施方式中，本文描述的式(II)的共轭聚合物或低聚物选自由以下组成的组：
其中R5如上限定且x和y独立地是从1至10,000范围内的整数。
在一些实施方式中，包括重复单元B和C的发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物是式(III)的共轭聚合物或低聚物：
其中，R3、R4、R6、R7、R8和R9如上限定以及x和y独立地是从1至10,000范围内的整数。如本文所描述的，在一些实施方式中，排列式(III)的共轭聚合物或低聚物的重复单元B和C以提供交替共聚物、嵌段共聚物、统计共聚物或无规共聚物。
在一些实施方式中，式(III)的共轭聚合物或低聚物具有约1,000至约1,000,000范围的重均分子量(Mw)。在一些实施方式中，式(III)的共轭聚合物或低聚物具有约500至约500,000范围的数均分子量(Mn)。
在一些实施方式中，本文所描述的式(III)的共轭聚合物或低聚物选自由以下组成的组：
其中，R6、R7、R8和R9如上限定并且x和y独立地为1至10,000范围的整数。
在一些实施方式中，本文所描述的式(III)的共轭聚合物或低聚物选自由以下组成的组：
其中x和y独立地为1至10,000范围的整数。
在一些实施方式中，包括重复单元A、B和C的发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物是式(IV)的共轭聚合物或低聚物：
其中，X、R1、R2、R3、R4、R6、R7、R8和R9如上限定并且x、y和z独立地为1至10,000范围的整数。如本文所描述的，在一些实施方式中，排列式(IV)的共轭聚合物或低聚物的重复单元A、B和C以提供交替共聚物、嵌段共聚物、统计共聚物或无规共聚物。
在一些实施方式中，式(IV)的共轭聚合物或低聚物具有约1,000至约1,000,000范围的重均分子量(Mw)。在一些实施方式中，式(IV)的共轭聚合物或低聚物具有从约500至约500,000范围的数均分子量(Mn)。
在一些实施方式中，本文所描述的式(IV)的共轭聚合物或低聚物选自由以下组成的组：
其中，X、R1、R2、R6、R7、R8和R9如上限定并且x、y和z独立地为1至10,000范围的整数。
在一些实施方式中，本文所描述的式(IV)的共轭聚合物或低聚物选自由以下组成的组：
其中，R5如上限定并且x、y和z独立地为1至10,000范围的整数。
包括从本文所描述的重复单元A、B和C组成的组中选出的至少两种重复单元的发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物可以使用本领域中已知的方法来提供。例如，在一些实施方式中，可以使用Suzuki偶联来提供包括从由本文所描述的重复单元A、B和C组成的组中选出的至少两种重复单元的共轭聚合物或低聚物。关于包括从由本文所描述的重复单元A、B和C组成的组中选出的至少两种重复单元的共轭聚合物和/或低聚物的额外信息提供于专利合作条约申请公开WO2012/009344(PCT申请号PCT/US201I/043690，提交于2011年7月12日)中，通过引用将其全部结合于此。
在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物包括聚芴、聚芴共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种。在一些实施方式中，共轭聚合物或者低聚物包括选自由以下组成的组的种类：聚(9，9-二-正辛基芴-2，7-二基)、聚[(9，9-二-正辛基芴-2，7-二基)-交替-(苯并[2，1，3]噻二唑-4，8-二基)]、聚(9，9-二-正十二烷基芴-2，7-二基)、聚(9，9-二-正己基芴-2，7-二基)、聚(9，9-二-正辛基芴-2，7-二基)、聚(9，9-正-二己基-2，7-芴-交替-9-苯基-3，6-咔唑)、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-交替-(2，5-二甲基-1，4-亚苯基)]、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(9-乙基咔唑-2，7-二基)]、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(蒽-9，10-二基)]、聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-二噻吩]、聚[9，9-双-(2-乙基己基)-9H-芴-2，7-二基]、聚((9，9-二己基-9H-芴-2，7-亚乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基))(例如，90∶10或95∶5的摩尔比)、聚(9，9-二-(2-乙基己基)-9H-芴-2，7-亚乙烯基)、聚(9，9-二-正己基芴-2，7-亚乙烯基)、聚[(9，9-二-(2-乙基己基)-9H-芴-2，7-亚乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基)](例如，90∶10或95∶5摩尔比)及它们的混合物。
在一些实施方式中，本文所描述的光电子装置的共轭聚合物相或低聚物相包括含有式(V))结构单元的聚合物或低聚物：
其中表示聚合物或低聚物链的连接点并且R16和R17是独立地选自由氢、C1-20烷基、C2-20烯基、C8-12烷基和C8-12烯基组成的组，并且，其中，使用选自由烷基、烯基、芳基、杂芳基、烷基芳基、烷基杂芳基、烯基芳基和-烯基杂芳基组成的组的取代基独立任选地一次或多次取代R16和R17的烷基和烯基。
在一些实施方式中，本文所描述的光电子装置的共轭聚合物相或低聚物相包括聚(亚苯基亚乙烯基)、聚(亚苯基亚乙烯基)共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种物质。在一些实施方式中，本文描述的光电子装置的共轭聚合物相或者低聚物相包括选自由以下组成的组的物质：聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚(1-甲氧基-4-(3-丙氧基-七异丁基-PSS)-2，5-亚苯基亚乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基)(60∶40)、聚(1-甲氧基-4-(O-分散红1))-2，5-亚苯基亚乙烯基、聚(2，5-双(1，4，7，10-四氧杂十一烷基)-1，4-亚苯基亚乙烯基)、聚(2，5-二辛基-1，4-亚苯基亚乙烯基)、聚[(间亚苯基亚乙烯基)-交替-(2，5-二己氧基-对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(间亚苯基亚乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(间亚苯基亚乙烯基)-共-(2，5-二辛氧基-对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(邻亚苯基亚乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(对亚苯基亚乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)亚苯基亚乙烯基)]、聚[1-甲氧基-4-(3-丙氧基-七异丁基-PSS)-2，5-亚苯基亚乙烯基]、聚[1-甲氧基-4-(3-丙氧基-七异丁基-PSS)-2，5-亚苯基亚乙烯基]-共-[1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基](30∶70)、聚[2，5-二辛氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2，5-双(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2-(2′，5′-二(2”-乙基己氧基)苯基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[5-甲氧基-2-(3-磺基丙氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[三(2，5-双(己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基)-交替-(1，3-亚苯基亚乙烯基)]、聚{[2-[2′，5′-二(2”-乙基己氧基)苯基]-1，4-亚苯基亚乙烯基]-共-[2-甲氧基-5-(2′-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]}、以及它们的混合物。
在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物包括聚(亚萘基亚乙烯基)、聚(亚萘基亚乙烯基)共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种。在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物包括氰基-聚(亚苯基亚乙烯基)、氰基-聚(亚苯基亚乙烯基)共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种。在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物包括聚(亚芴基亚乙炔基)、聚(亚芴基亚乙炔基)共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种。在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物包括聚(亚苯基亚乙炔基)、聚(亚苯基亚乙炔基)共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种。在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物包括聚噻吩、聚噻吩共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种。
在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相的共轭聚合物或低聚物包括选自由以下组成的组的物质：聚(2，5-二(3，7-二甲基辛氧基)氰基亚对苯二甲基)、聚(2，5-二(己氧基)氰基亚对苯二甲基)、聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基亚对苯二甲基)、聚(5-(3，7-二甲基辛氧基)-2-甲氧基-氰基亚对苯二甲基)、聚(9，9-二辛基芴-2，7-亚基亚乙炔基)、聚(9，9-双十二烷基芴-2，7-亚基亚乙炔基)、聚[9，9-二(2′-乙基己基)芴-2，7-亚基亚乙炔基]、聚[9，9-二(3′，7′-二甲基辛基)芴-2，7-亚基亚乙炔基]、聚(2，5-二环己基亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二十二烷基亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二辛基亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二(2′-乙基己基)-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二(3′，7′-二甲基辛基)亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(3-丁基噻吩-2，5-二基)(区域随机(regiorandom))或区域规整)、聚(3-环己基-4-甲基噻吩-2，5-二基)、聚(3-环己基噻吩-2，5-二基)、聚(3-癸氧基噻吩-2，5-二基)、聚(3-癸基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-十二烷基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-辛基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-辛基噻吩-2，5-二基-共-3-癸氧基噻吩-2，5-二基)、聚(噻吩-2，5-二基)、聚[(2，5-二癸氧基-1，4-亚苯基)-交替-(2，5-亚噻吩基)]、聚(2，6-亚萘基亚乙烯基)、聚(对二甲苯四氢噻吩鎓氯化物)、聚(2，5吡啶)、聚(3，5吡啶)、聚(2，5-双(3-磺酸丙氧基)-1，4-亚苯基，二钠盐-交替-1，4-亚苯基)、聚[(2，5-双(2-(N，N-二乙基铵氢溴酸盐)乙氧基)-1，4-亚苯基)-交替-1，4-亚苯基]、聚[5-甲氧基-2-(3-磺基丙氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]钾盐、聚{[2，5-双(2-(N，N-二乙基氨基)乙氧基)-1，4-亚苯基]-交替-1，4-亚苯基}和它们的混合物。
(ii)在一些实施方式中，本文描述的FIPEL的发光有机层包括非共轭发光聚合物或低聚物、发光小分子或者它们的混合物。在一些实施方式中，发光有机层包括聚乙烯咔唑(PVK)。
在一些实施方式中，荧光小分子包括金属螯合物种类、荧光染料、共轭树枝状化合物、或它们的混合物或者组合。在一些实施方式中，荧光小分子包括二萘嵌苯、红荧烯、喹吖啶酮或它们的混合物、组合和/或衍生物中的一种或多种。在一些实施方式中，荧光小分子包括蒽或相关化合物或香豆素。在一些实施方式中，荧光小分子包括三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)。
(iii)在一些实施方式中，本文描述的FIPEL的发光有机层包括复合有机层，复合有机层包括位于发光聚合物相或者低聚物相中的纳米颗粒相，包括在上文I(i)-(ii)部分描述的聚合相或低聚物相。在一些实施方式中，纳米颗粒相分散于整个发光聚合物相或低聚物相中。在一些实施方式中，例如，纳米颗粒相包括均匀地或基本上均匀地分布于整个发光聚合物相或低聚物相中。在一些实施方式中，纳米颗粒相包括不均匀地分散于发光聚合物相或低聚物相中的纳米颗粒。
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，纳米颗粒相中的纳米颗粒在至少一个维度上具有的尺寸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在每个维度上具有的尺寸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/或其他维度充分地小于复合有机层的厚度以抑制或排除与辐射透射第一电极和/或第二电极的接触。
在一些实施方式中，发光聚合物相或低聚物相包括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/或未通过任意次要聚合物或低聚物或分散剂而分散于共轭聚合物相或低聚物相中。
在一些实施方式中，纳米颗粒相以根据表I中的量存在于复合有机层中。
表I-复合有机层中的纳米颗粒相的重量百分比
在一些实施方式中，纳米颗粒相以低于逾渗阈的量存在于复合有机层中。
布置于复合有机层的发光聚合物相或低聚物相中的纳米颗粒相可以包括不与本发明目的相矛盾的任意类型的纳米颗粒。在一些实施方式中，纳米颗粒相包括适于在发光器件中应用的一种或多种纳米颗粒种类。在一些实施方式中，纳米颗粒相包括纳米管。在一些实施方式中，该纳米管具有短于或基本上短于复合有机层的厚度的长度。在一些实施方式中，该纳米管具有不大于约200nm的长度。
在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒包括碳纳米颗粒，该碳纳米颗粒包括但不限于富勒烯、碳纳米管、碳量子点、石墨烯颗粒或它们的混合物。在一个实施方式中，适合在纳米颗粒相使用的富勒烯可以包括1-(3-甲氧基羰基)丙基-1-苯基(6，6)C61(PCBM)、更高阶富勒烯(C70和更高)和内型金属富勒烯(endometallofullerene)(其中配置有至少一个金属原子的富勒烯)。根据一些实施方式，用于纳米颗粒相中的碳纳米管可以包括单壁纳米管(SWNT)、多壁纳米管(MWNT)、短切纳米管(cut nanotubes)、氮和/或硼掺杂的碳纳米管或它们的混合物。
在一些实施方式中，其中，纳米颗粒相包括碳纳米管，碳纳米管具有从约5nm至约1μm范围的长度。在一些实施方式中，该碳纳米管具有从约10nm至约600nm或从约20nm至约500nm范围的长度。在一些实施方式中，该碳纳米管具有从约50nm至约300nm或从约100nm至约200nm范围的长度。在一些实施方式中，碳纳米管具有短于或基本上短于复合有机层的厚度的长度。
在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒包括金属纳米颗粒，如金纳米颗粒、银纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒和其它过渡金属纳米颗粒。在一些实施方式中，纳米颗粒包括半导体纳米颗粒，如III/V族和II/VI族半导体纳米颗粒，包括硒化镉(CdSe)纳米颗粒、碲化镉(CdTe)纳米颗粒、氮化镓(GaN)纳米颗粒、砷化镓(GaAs)纳米颗粒、磷化铟(InP)纳米颗粒或它们的混合物。在一些实施方式中，半导体纳米颗粒包括量子点，包括但不限于II/VI族和/或III/V族量子点。
此外，在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒是发光的。在一些实施方式中，纳米颗粒相中的发光纳米颗粒的存在能够允许调谐本文所描述的发光复合有机层的发射谱。可使用与本发明目的不相矛盾的任意发光纳米颗粒。在一些实施方式中，发光纳米颗粒包括本文所描述的量子点。
在一些实施方式中，纳米颗粒相包括至少一种纳米晶须。根据一些实施方式，可操作以形成纳米晶须的碳纳米颗粒可包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和富勒烯。在一个实施方式中，纳米晶须包括结晶PCBM。
在一些实施方式中，光电子装置的复合有机层的纳米颗粒相包括本文描述的纳米颗粒种类的任意组合或混合物。在一些实施方式中，例如，复合有机层包括碳纳米管(SWNT和/或MWNT)与半导体纳米晶体的混合物，例如，第1I/VI族和/或III/V族量子点。
在一些实施方式中，发光复合有机层进一步包括三态发射极相以及发光聚合物相或低聚物相和纳米颗粒相。三态发射极相可以包括与本发明目的不相矛盾的任意磷光化合物。在一些实施方式中，磷光化合物包括过渡金属配体络合物，包括有机金属络合物。在一些实施方式中，过渡金属络合物包括铱或铂金属中心。在一些实施方式中，磷光过渡金属络合物是三(2-苯基吡啶)铱[Ir(PPy)3]或八乙基卟吩铂(PtOEP)。在一些实施方式中，三态发射极相包括选自表II的一种或多种磷光过渡金属络合物：
表II-三态发射极相的过渡金属络合物
在一些实施方式中，三态发射极相的过渡金属络合物可操作为参加与发光复合有机层的一个或多个组分(component)的能量转移。在一些实施方式中，例如，三态发射极相的磷光过渡金属络合物可操作为接收来自复合有机层的发光聚合物相或低聚物相的能量，例如，通过共振能量转移。在一些实施方式中，共振能量转移可以包括能量转移和/或Dexter能量转移。在一些实施方式中，三态发射极相的磷光过渡金属络合物可操作为接收来自单态发射聚合相或低聚物相的三态激发态，用于随后所接收的三态激发态到基态的辐射驰豫(radiative relaxation)。另外，在一些实施方式中，三态发射极相的磷光过渡金属络合物也可操作为接收来自单态发射极聚合物相或低聚物相的单态激发态，以用于随后所接收的单态激发态到基态的辐射驰豫。在一些实施方式中，通过磷光途径发生接收到的单态激发态的弛豫。
在一些实施方式中，三态发射极相包括一种或多种的镧系和/或锕系元素(稀土发射体)如饵、镱、镝、或钬；金属如过渡金属；金属氧化物；金属硫化物；或它们的组合。在一些实施方式中，三态发射极相包括掺杂的氧化钇(Y2O3)如Y2O3：Eu、Y2O3：Zn、和Y2O3：Ti。在一些实施方式中，三态发射极相包括掺杂的锌化硫如ZnS：Cu、ZnS：Mn、ZnS：Ga或ZnS：Gd或它们的混合物。在另一个实施方式中，三态发射极相包括掺杂的硫化钙如CaS：Er、CaS：Tb、CaS：Eu或它们的混合物。在进一步的实施方式中，三态发射极相包括掺杂的氧化锌如ZnO：Eu。在一个实施方式中，三态发射极相包括掺杂的硫化锶如SrS：Ca、SrS：Mn、SrS：Cu或它们的混合物。在一些实施方式中，三态发射极相包括磷光过渡金属络合物和本文描述的其他三态发射物种的任意混合物。
可以以与本发明目的不相矛盾的任意方式将三态发射极相与发光聚合物相或低聚物相结合。在一些实施方式中，三态发射极相分散于整个发光聚合物相或低聚物相中。在一个实施方式中，例如，将三态发射极相的一种或多种磷光过渡金属络合物与一种或多种发光共轭聚合物或低聚物掺混以将该过渡金属络合物分散于整个共轭聚合物或低聚物中。
在一些实施方式中，三态发射极相可以以与本发明目的不相矛盾的任意期望量存在于发光复合有机层中。在一些实施方式中，三态发射极相以根据表III中的任意量存在于发光复合有机层中：
表III-复合有机层中三态发射极相的重量百分比
在一些实施方式中，复合有机层的发光聚合物相或低聚物相和纳米颗粒相布置在介电基质材料中。在一些实施方式中，当存在三态发射极相时，其也布置在介电基质材料中。在一些实施方式中，该介电基质材料是辐射透射的。
在一些实施方式中，用于发光聚合物相或低聚物相、纳米颗粒相和可选的三态发射极相的介电基质材料包括介电聚合物材料。在一些实施方式中，介电聚合物基质的使用使得发光复合层实现厚度的增加，致使无需牺牲效率或其他性能特征即可得到器件的加工优势。令人惊奇地，在一些实施方式中，介电聚合物基质的使用允许形成具有合适的发光特性的较厚的发光复合层，而无需同时使用额外的发光聚合物相或低聚物相和/或纳米颗粒相。
在一些实施方式中，介电基质包括聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酸酯(PAA)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或它们的混合物。在一些实施方式中，介电基质包括聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯或它们的混合物。在一些实施方式中，介电基质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。此外，在一些实施方式中，介电基质包括氟聚合物，氟聚合物包括全氟环丁基(PFCB)聚合物、聚氟乙烯(PVF)或聚偏氟乙烯(PVDF)或它们的混合物。
介电聚合物基质可以以与本发明目的不相矛盾的任意期望量存在于发光复合有机层中。在一些实施方式中，介电聚合物基质以至少约50重量百分比或至少约70重量百分比的量存在。在一些实施方式中，介电聚合物基质以从约30重量百分比至约80重量百分比范围或从约40重量百分比至约75重量百分比范围的量存在。在一些实施方式中，介电聚合物基质以从约50重量百分比至约70重量百分比范围的量存在。
在一些实施方式中，发光复合有机层中，介电聚合物基质与发光聚合物相或低聚物相的比率在约1∶5至约5∶1的范围内。在一些实施方式中，发光复合有机层中，介电聚合物基质与发光聚合物相或低聚物相的比率在约1∶4至约4∶1、从约1∶3至约3∶1或从约1∶2至约2∶1的范围内。在一些实施方式中，发光复合有机层中，介电聚合物基质与发光聚合物相或低聚物相的比率在从约1∶1至约4∶1的范围内。
发光复合有机层可以具有与本发明目的不相矛盾的任意期望厚度。在一些实施方式中，例如，发光复合有机层具有从约10nm至约30μm范围的厚度，在一些实施方式中，发光复合有机层具有从约10nm至约10μm的范围的厚度。在一些实施方式中，发光复合有机层具有从约80nm至约1μm、从约100nm至约500nm或从约150nm至约400nm范围的厚度。在一些实施方式中，发光复合有机层具有从约50nm至约300nm、从约40nm至约200nm或从约80nm至约150nm范围的厚度。在一些实施方式中，发光复合有机层具有至少约300nm或至少约400nm的厚度。在一些实施方式中，发光复合有机层具有从约300nm至约5μm或从约400nm至约10μm范围的厚度。在一些实施方式中，发光复合有机层具有从约1μm至约30μm范围的厚度。
(iv)或者，在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL的发光复合有机层包括单态发射极相和三态发射极相。在一些实施方式中，单态发射极相包括共轭聚合物。用于单态发射极相的合适共轭聚合物可以包括本文I(C)(i)部分中列举的任意共轭聚合物。在一些实施方式中，例如，单态发射极相包括一种或多种选自由以下组成的组的共轭聚合物：聚(9，9-二正辛基芴-2，7-二基)、聚[(9，9-二正辛基芴-2，7-二基)-交替-(苯并[2，1，3]噻二唑-4，8-二基)]、聚(9，9-二正十二烷基芴-2，7-二基)、聚(9，9-二正己基芴-2，7-二基)、聚(9，9-二正辛基芴-2，7-二基)、聚(9，9-正二己基-2，7-芴-交替-9-苯基-3，6-咔唑)、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-交替-(2，5-二甲基-1，4-亚苯基)]、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(9-乙基咔唑-2，7-二基)]、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(蒽-9，10-二基)]、聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-二噻吩]、聚[9，9-双-(2-乙基己基)-9H-芴-2，7-二基]、聚((9，9-二己基-9H-芴-2，7-亚乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基))(例如，90∶10或95∶5的摩尔比)、聚(9，9-二-(2-乙基己基)-9H-芴-2，7-亚乙烯基)、聚(9，9-二-正己基芴-2，7-亚乙烯基)、聚[(9，9-二-(2-乙基己基)-9H-芴-2，7-亚乙烯基)-共-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基)](例如，90∶10或95∶5摩尔比)及它们的混合物。
在一些实施方式中，本文所描述的光电子装置的单态发射极相包括含有式(V)的结构单元的聚合物或低聚物：
其中，表示聚合物或低聚物链的连接点以及R16和R17独立地选自由氢、C1-20烷基、C2-20烯基、C8-12烷基和C8-12烯基组成的组，以及其中，使用选自由-烷基、-烯基、-芳基、-杂芳基、-烷基-芳基、-烷基-杂芳基、-烯基-芳基和-烯基-杂芳基组成的组的取代基独立可选地一次或多次取代R16和R17的烷基和烯基。
在一些实施方式中，单态发射极相包括一种或多种聚(亚苯基亚乙烯基)类、聚(亚苯基亚乙烯基)共聚物和/或它们的衍生物中。在一些实施方式中，单态发射极相包括选自由以下组成的组的共轭聚合物：聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚(1-甲氧基-4-(3-丙氧基-七异丁基-PSS)-2，5-亚苯基亚乙烯基)-共聚-(1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基)(60∶40)、聚(1-甲氧基-4-(O-分散红1))-2，5-亚苯基亚乙烯基、聚(2，5-双(1，4，7，10-四氧杂十一烷基)-1，4-亚苯基亚乙烯基)、聚(2，5-二辛基-1，4-亚苯基亚乙烯基)、聚[(间亚苯基亚乙烯基)-交替-(2，5-二己氧基对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(间亚苯基亚乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(间亚苯基亚乙烯基)-共-(2，5-二辛氧基对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(邻亚苯基亚乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)对亚苯基亚乙烯基)]、聚[(对亚苯基亚乙烯基)-交替-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)对亚苯基亚乙烯基)]、聚[1-甲氧基-4-(3-丙氧基七异丁基-PSS)-2，5-亚苯基亚乙烯基]、聚[1-甲氧基-4-(3-丙氧基七异丁基-PSS)-2，5-亚苯基亚乙烯基]-共-[1-甲氧基-4-(2-乙基己氧基)-2，5-亚苯基亚乙烯基](30∶70)、聚[2，5-双辛氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2，5-双(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2-(2′，5′-二(2“-乙基己氧基)苯基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[5-甲氧基-2-(3-磺基丙氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]、聚[三(2，5-双(己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基)-交替-(1，3-亚苯基亚乙烯基)]、聚{[2-[2′，5′-二(2”-乙基己氧基)苯基]-1，4-亚苯基亚乙烯基]-共-[2-甲氧基-5-(2′-乙基己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]}、以及它们的混合物。
另外，在一些实施方式中，单态发射极相包括一种或多种聚(亚萘基亚乙烯基)类、聚(亚萘基亚乙烯基)共聚物和/或它们的衍生物。在一些实施方式中，单态发射极相包括一种或多种氰基-聚(亚苯基亚乙烯基)类、氰基-聚(亚苯基亚乙烯基)共聚物和/或它们的衍生物。在一些实施方式中，单态发射极相包括一种或多种聚(亚芴基亚乙炔基)、聚(亚芴基亚乙炔基)共聚物和/或它们的衍生物。在一些实施方式中，单态发射极相包括一种或多种聚(亚苯基亚乙炔基)类、聚(亚苯基亚乙炔基)共聚物和/或它们的衍生物。在一些实施方式中，单态发射极相包括聚噻吩类、聚噻吩共聚物和/或它们的衍生物中的一种或多种。
在一些实施方式中，发光复合有机层的单态发射极相包括选自由以下组成的组中的共轭聚合物：聚(2，5-二(3，7-二甲基辛氧基)氰基亚对苯二甲基)、聚(2，5-二(己氧基)氰基亚对苯二甲基)、聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基亚对苯二甲基)、聚(5-(3，7-二甲基辛氧基)-2-甲氧基-氰基亚对苯二甲基)、聚(9，9-二辛基芴-2，7-亚基亚乙炔基)、聚(9，9-双十二烷基芴-2，7-亚基亚乙炔基)、聚[9，9-二(2′-乙基己基)芴-2，7-亚基亚乙炔基]、聚[9，9-二(3′，7′-二甲基辛基)芴-2，7-亚基亚乙炔基]、聚(2，5-二环己基亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二十二烷基亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二辛基亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二(2′-乙基己基)-1，4-亚乙炔基)、聚(2，5-二(3′，7′-二甲基辛基)亚苯基-1，4-亚乙炔基)、聚(3-丁基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-环己基-4-甲基噻吩-2，5-二基)、聚(3-环己基噻吩-2，5-二基)、聚(3-癸氧基噻吩-2，5-二基)、聚(3-癸基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-十二烷基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-辛基噻吩-2，5-二基)(区域随机或区域规整)、聚(3-辛基噻吩-2，5-二基-共-3-癸氧基噻吩-2，5-二基)、聚(噻吩-2，5-二基)、聚[(2，5-二癸氧基-1，4-亚苯基)-交替-(2，5-亚噻吩基)]、聚(2，6-萘乙炔)、聚(对二甲苯四氢噻吩鎓氯化物)、聚(2，5吡啶)、聚(3，5吡啶)、聚(2，5-双(3-磺酸基丙氧基)-1，4-亚苯基，二钠盐-交替-1，4-亚苯基)、聚[(2，5-双(2-(N，N-二乙基溴化铵)乙氧基)-1，4-亚苯基)-交替-1，4-亚苯基]、聚[5-甲氧基-2-(3-磺基丙氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基]钾盐、聚{[2，5-双(2-(N，N-二乙基氨基)乙氧基)-1，4-亚苯基]-交替-1，4-亚苯基}和它们的混合物。
进一步地，在一些实施方式中，单态发射极相包括在2011年7月12日提交的专利合作条约申请号PCT/US201I/043690中描述的共轭聚合物或低聚物，通过引用将其全部结合于此。
在一些实施方式中，本文描述的FIPEL的发光复合有机层的单态发射极相包括非共轭发光聚合物或低聚物、荧光小分子、或它们的混合物。用于单态发射极相的合适的非共轭聚合物可以包括本文I(C)(ii)部分中列举的任一项。
在一些实施方式中，单态发射极相包括聚乙烯咔唑(PVK)。
在一些实施方式中，本文描述的发光复合有机层的单态发射极相包括荧光小分子。在一些实施方式中，例如，荧光小分子包括金属螯合物物种、荧光染料、共轭树枝状聚合物、或它们的混合物或组合。在一些实施方式中，荧光小分子包括二萘嵌苯、红荧烯、喹吖啶酮或它们的混合物、组合和/或衍生物中的一种或多种。在一些实施方式中，荧光小分子包括蒽或相关化合物或香豆素。在一些实施方式中，荧光小分子包括三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)。
此外，在一些实施方式中，单态发射极相可以包括一种或多种共轭聚合物或低聚物以及一种或多种荧光小分子。在发光复合有机层中，共轭聚合物或低聚物可以以与本发明目的不相矛盾的任意方式与荧光小分子结合。在一些实施方式中，例如，将一种或多种荧光小分子与一种或多种共轭聚合物或低聚物掺混以提供单态发射极相。在一些实施方式中，组合多个聚合物、低聚物和/或小分子单态发射极可以允许调谐本文所描述的复合有机层的发光有机相的发射性能。
如本文所描述的，发光复合有机层还包括三态发射极相。三态发射极相可以包括与本发明目的不相矛盾的任意磷光化合物。在一些实施方式中，该三态发射极相可以包括上文I(C)(iii)部分中描述的任意三态化学物种。
三态发射极相可以以与本发明目的不相矛盾的任意方式与本文描述的发光复合有机层的单态发射极相组合。在一些实施方式中，三态发射极相分散于整个单态发射极相中。在一个实施方式中，例如，将三态发射极相的一种或多种磷光过渡金属络合物与单态发射极相的一种或多种共轭聚合物或低聚物掺混以将该过渡金属络合物分散于整个共轭聚合物或低聚物中。
三态发射极相可以以与本发明目的不相矛盾的任意期望量存在于发光复合有机层中。在一些实施方式中，三态发射极相以根据上文表III中的量存在于发光复合有机层中。
在一些实施方式中，发光复合有机层进一步包括布置于该复合有机层中的纳米颗粒相。在一些实施方式中，纳米颗粒相被布置在单态发射极相中。在其它实施方式中，纳米颗粒相被布置在三态发射极相中。在一些实施方式中，一种或多种纳米颗粒相也可以布置在单态发射极相和三态发射极相中。此外，纳米颗粒相可以包括本文I部分中描述的任意纳米颗粒相。进一步地，纳米颗粒相可以以与本发明目的不相矛盾的任意量存在于复合有机层中。在一些实施方式中，该纳米颗粒相以本文表I相一致的量存在于复合有机层中。
此外，在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒与三态发射极相的磷光过渡金属络合物相连接。在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒结合到三态发射极相的过渡金属络合物。在一些实施方式中，纳米颗粒通过一个或多个范德瓦尔斯相互作用、静电相互作用、氢键、离子键和共价键结合至磷光过渡金属络合物三态发射极相。在一个实施方式中，例如，磷光过渡金属络合物包括铱或铂络合物和纳米颗粒包括碳纳米管。在一些实施方式中，可以在磷光过渡金属络合物和纳米颗粒之间通过侧壁卤化、加氢、环加成(例如Prato反应)，和/或者自由基加成反应形成一个或多个共价键。在一些实施方式中，磷光金属络合物和纳米颗粒之间的连接可以减少或避免电迁移和/或者最大化复合有机层的两种组分间的能量传递的效率，例如在单态发射极相和三态发射极相之间。
在一些实施方式中，发光复合层的单态发射极相、三态发射极相和/或纳米颗粒相布置在介电基质材料中。在一些实施方式中，用于单态发射极相和三态发射极相的介电基质材料是辐射透射的。
在一些实施方式中，用于单态发射极相和三态发射极相的介电基质材料是聚合物材料。在一些实施方式中，介电聚合物基质的使用允许发光有机复合层实现增加的厚度，致使器件加工优势而不牺牲效率或其他性能特征。令人惊奇地，在一些实施方式中，介电聚合物基质的使用允许形成具有合适的发光特性的较厚的发光复合层，而无需同时使用额外的单态发射极相、三态发射极相和/或纳米颗粒相。
在一些实施方式中，介电基质包括聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酸酯(PAA)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或它们的混合物。在一些实施方式中，介电基质包括聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯或它们的混合物。在一些实施方式中，非共轭基质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。此外，在一些实施方式中，介电基质包括氟聚合物，包括全氟环丁基(PFCB)聚合物、聚氟乙烯(PVF)或聚偏氟乙烯(PVDF)或它们的混合物。
介电聚合物基质可以以与本发明目的不相矛盾的任意期望量存在于发光复合有机层中。在一些实施方式中，介电聚合物基质以至少约50重量百分比或至少约70重量百分比的量存在。在一些实施方式中，介电聚合物基质以约30重量百分比至约80重量百分比范围或从约40重量百分比至约75重量百分比范围的量存在。在一些实施方式中，介电聚合物基质以从约50重量百分比至约70重量百分比范围的量存在。
在一些实施方式中，发光复合有机层中的介电聚合物基质与单态发射极相的比率在约1∶5至约5∶1的范围。在一些实施方式中，发光复合有机层中的介电聚合物基质与单态发射极相的比率在从约1∶4至约4∶1，从约1∶3至约3∶1或从约1∶2至约2∶1的范围。在一些实施方式中，发光复合有机层中的介电聚合物基质与单态发射极相的比率在从约1∶1至约4∶1的范围。
包括单态发射极相和三态发射极相的发光复合有机层可以具有与本发明目的不相矛盾的任意期望厚度。在一些实施方式中，例如，发光复合有机层具有从约10nm至约30nm的厚度。在一些实施方案方式中，复合有机层具有从约10nm至约10μm的厚度。在一些实施方式中，复合有机层具有从约80nm至约1μm，从约100nm至约500nm，或者从约150nm至约400nm的厚度。在一些实施方式中，复合有机层具有从约50nm至约300nm、从约40nm至约200nm、或从约80nm至约150nm范围的厚度。在一些实施方式中，复合有机层具有至少约300nm或至少约400nm的厚度。在一些实施方式中，复合有机层具有从约300nm至约5μm，或者从约400nm至约10μm的厚度。在一些实施方式中，复合有机层具有从约1μm至约30μm的厚度。
(v)在一些实施方式中，本文描述的光电子装置的发光有机层包括含有位于非共轭聚合基质的发光相的复合有机层。在一些实施方式中，发光相包括共轭聚合物，小分子或者纳米颗粒或它们的混合物。本文描述的复合有机层的发光相可以包括本文章节I(C)(i)-(iv)中描述的任意发光物种。相似地，本文描述的复合有机层的非共轭聚合物基质可以包括本文章节I(C)(i)-(iv)中描述的任意非共轭聚合物，包括本文描述的任意聚合物介电基质。进一步，本文描述的复合有机层的纳米颗粒可以包括本文章节I(C)(i)-(iv)描述的任意纳米颗粒。
D.介电层或电绝缘层
如本文所描述的，具有FIPEL结构的光电子装置包括发光层与第一电极或第二电极之间的电绝缘层。此外，在一些实施方式中，第一介电层位于第一电极和发光层之间，且第二介电层位于第二电极和发光层之间。发光层可以包括在本文I(C)(i)-(v)部分中所描述的任意发光复合层。
本文所描述的具有FIPEL结构的光电子装置的介电层可以包括与本发明目的不相矛盾的任意绝缘材料。例如，在一些实施方式中，介电层包括一种或多种无机氧化物。在一些实施方式中，无机氧化物包括过渡金属氧化物、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或它们的混合物。
在一些实施方式中，介电层包括一种或多种聚合物材料。在一些实施方式中，在介电层中使用的合适的聚合物包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(PVDF-TrFE)、聚(氟乙烯)(PVF)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟丙烯、聚氯氟乙烯(CFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)或它们的共聚物及组合，例如，PVDF-TrFE-CFE。在一些实施方式中，介电聚合物材料包括一种或多种聚丙烯酸酯，例如，聚丙烯酸(PAA)、聚(甲基丙烯酸酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、或它们的共聚物及组合。在一些实施方式中，介电聚合物材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、或它们的共聚物及组合。本文描述的聚合物介电材料可以具有与本发明目的不相矛盾的任意分子量(Mw)和多分散性。
在一些实施方式中，介电层进一步包括纳米颗粒。介电层的纳米颗粒可以包括本文I部分中描述的任意纳米颗粒。在一些实施方式中，纳米颗粒以少于约0.5重量百分比或少于约0.1重量百分比的量存在于介电层中。在一些实施方式中，纳米颗粒以约0.01重量百分比至约0.1重量百分比范围的量存在于介电层中。
此外，在一些实施方式中，介电层的电绝缘材料是基于其介电常数(dielectricconstant)、相对介电常数(相对电容率，relative permittivity)和/或击穿电压来选择。例如，在一些实施方式中，介电层的绝缘材料具有高介电常数和/或高击穿电压。此外，本文所描述的介电层可以具有与本发明目的不相矛盾的任意厚度。
FIPEL结构的电绝缘层或介电层可以具有与本发明目的不相矛盾的任意期望的厚度。在一些实施方式中，电绝缘层或介电层具有从约100nm至约50μm或者从约1μm至约50μm范围的厚度。在一些实施方式中，电绝缘层具有从约10μm至约30μm范围的厚度。在一些实施方式中，电绝缘层具有小于约1μm或大于约50μm范围的厚度。
在一些实施方式中，本文所描述的具有FIPEL结构的光电子装置包括具有一种或多种构造的多个发光有机层。在一些实施方式中，一个或多个发光有机层具有本文I部分中所描述的构造。在一些实施方式中，发光有机层通过一个或多个介电层彼此分离。另外，在一些实施方式中，发光有机层可以参照彼此或者彼此独立地被构造。例如，在一些实施方式中，发光有机层可以具有重叠或部分重叠的发射谱(发射范围，emission profile)。在一些实施方式中，发光有机层不具有重叠的发射谱。在一些实施方式中，可以选择发光有机层的发射谱以产生从FIPEL发出的期望的颜色，例如，发白光。
此外，在一些实施方式中，本文所描述的具有FIPEL结构的光电子装置具有120VAC+/-10％的工作电压。在一些实施方式中，FIPEL具有从约10VAC至约220VAC范围的工作电压。在一些实施方式中，FIPEL具有从约20VAC至约440VAC范围的工作电压。在一些实施方式中，FIPEL具有从约5VAC至约1000VAC范围的工作电压。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL的工作电压参照一层或多层的FIPEL的厚度进行选择，包括存在于该结构中的一个或多个介电层的厚度。
另外，在一些实施方式中，施加至具有本文所描述的构造的FIPEL的电场的频率范围为约10Hz至约1GHz或为约50Hz至约1MHz。在一些实施方式中，施加的电场的频率范围为约100Hz至约100kHz或为约500Hz至约50kHz。在一些实施方式中，施加的电场的频率范围为约1kHz至约10kHz。进一步地，在一些实施方式中，FIPEL结构的本文描述的光电子装置具有对由第一和第二电极所施加的交变电场的频率变化表现出非线性响应的亮度。例如，在一些实施方式中，FIPEL具有对所施加的交变电场的频率变化表现出二次响应的亮度。
E.磷光体层
在一些实施方式中，本文描述的光电子装置包括置于发光有机层光路中的磷光体层。磷光体层可以以与本发明目的不相矛盾的任意方式放置。在一些实施方式中，磷光体层可以置于第一电极和第二电极之间。例如，在一些实施方式中，在发光有机层和介电层之间配置有磷光体层。可替代地，在其他实施方式中，磷光体层不置于第一电极和第二电极之间。相反，在一些实施方式中，磷光体层可以置于电极外，包括电极的表面。此外，在本文描述的光电子装置的一些实施方式中，磷光体层置于辐射透射基底上。例如，在一些实施方式中，辐射透射基底置于辐射透射第一电极和磷光体层之间。可以使用与本发明目的不相矛盾的任意辐射透射基底。在一些实施方式中，基底包括玻璃。此外，在一些实施方式中，基底包括透镜、盖、或其他光学元件。进一步，在一些实施方式中，磷光体层包括分散于辐射透射粘合剂材料的磷光体粉末。可使用与本发明目的不相矛盾的任意粘合剂。在一些实施方式中，粘合剂包括聚合物粘合剂。
本文描述的磷光体层可以包括与本发明目的不相矛盾的任意磷光体或者磷光体粉末。在一些实施方式中，磷光体包括降频转换器。在一些实施方式中，降频转换器发射较低能量的两个光子用于每个较高能量的吸收光子。在一些实施方式中，较高能量的光子包括具有蓝色或蓝绿色波长的光(例如，约350nm至约540nm)，和较低能量的光子包括具有黄色、橙色、或红色波长的光(例如，约580nm至约700nm)。在一些实施方式中，磷光体包括黄色、橙色、红色、或者黄-红色发光材料。在一些实施方式中，磷光体包括宽带或者发白光的材料。
此外，在一些实施方式中，磷光体具有选择的吸收谱和/或者发射谱以与本文描述的光电子装置发光有机层的发射谱协作操作，以达到期望的器件发射，包括上文描述的降频转化方式。例如，磷光体层的吸收谱(profile)可以与发光有机层的发射谱至少部分重叠。进一步，在一些实施方式中，可以配置和/或选择磷光体层以不吸收全部或基本上所有的由发光有机层发射的光，该光在磷光体层上是入射的，但相反仅吸收部分入射至磷光体层发射光的部分。以这种方式，由发光层发的光的第一部分可以被磷光体层吸收和由发光体层发射的光的第二部分可以穿过磷光体层而不被吸收。因此，在一些实施方式中，本文描述的光电子装置的发射谱可以通过选择在磷光体层中使用的合适的磷光体调谐。在一些实施方式中，例如，发光有机层发射由共轭聚合物相单态发射的蓝光或蓝绿光和磷光体层吸收蓝光或者蓝绿光并发射黄光或者黄-红光，。在一些实施方式中，这类器件的发射谱包括白光。
因此，在本文描述的光电子装置的一些实施方式中，器件的发射谱包括来自发光有机层的发射和来自磷光体的发射。例如，在一些实施方式中，本文描述的器件的发射谱包括来自单态发射极相的发射、来自三态发射极相的发射和来自磷光体层的发射。进一步，当单态发射基本在激发磷光体层中基本消耗时，发射谱可以包括来自三态发射极相和仅来自磷光体的发射。
如本文进一步讨论的，发光有机层可以显示单态发射与存在于有机层中的三态发射极相的量无关。在一些实施方式中，在大于1重量百分比三态发射极存在下发光有机层显示了单态发射。在一些实施方式中，在大于5重量百分比或者10重量百分比三态发射极存在下，发光有机层显示了单态发射。作为不具有FIPEL结构的现有器件，这类单态发射是出乎意料的，当在发光层中的三态发射物种的量超过1重量百分比时，例如有机发光二极管，缺乏显示单态发射的能力。在这些现有器件中的单态发射由从单态极相到三态发射极的电荷转移淬灭。
适合在本文描述的光电子装置的一些实施方式中使用的磷光体的非限制实例包括铈(III)掺杂的YAG(Y3Al5O12：Ce3+的)或铽-钆掺杂的YAG。在一些实施方式中，YAG中的一些或者全部的铝被镓替换以提供另外的磷光体。磷光体的其他非限制实例包括稀土掺杂“铝氧氮化物”例如铕(II)-掺杂β-SiAlON；CaAlSiN3(CASN)磷光体；镧系元素和/或锕系元素(稀土类发射极)，如铒、镱、镝、或钬；金属，如过渡金属；金属氧化物；金属硫化物；或它们的组合。在一些实施方式中，磷光体包括掺杂的氧化钇(Y2O3)如Y2O3：Eu、Y2O3：Zn、和Y2O3：Ti。在一些实施方式中，磷光体包括掺杂的硫化锌如ZnS：Cu、ZnS：Mn、ZnS：Ga或ZnS：Gd或它们的混合物。在另一个实施方式中，磷光体包括掺杂的硫化钙如CaS：Er、CaS：Tb、CaS：Eu或它们的混合物。在一些实施方式中，磷光体包括掺杂的氧化锌如ZnO：Eu。在一些实施方式中，磷光体包括掺杂的硫化锶如SrS：Ca、SrS：Mn、SrS：Cu或它们的混合物。
F.电荷传输层
进一步，在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL包括一个或多个电荷传输层。在一些实施方式中，电荷传输层置于发光有机层和电极之间。可替代的，在一些实施方式中，电荷传输层置于发光有机层和本文描述的器件的介电层之间。电荷传输层，例如，可以置于发光有机层和介电层或电绝缘层的分界面上。此外，在一些实施方式中，其中存在多个发光有机层，电荷传输层置于发光有机层之间。例如，在一些实施方式中，电荷传输层置于发光有机层的一个或多个分界面上。
在FIPEL操作过程中电荷传输层可以具有可操作的任意期望的构造以增加和/或者限定在发光有机层中的注入电荷载子，例如通过减低电极的功函数。进一步，相比于在删去电荷传输层的相似的器件中的载流子注入，可以选择电荷传输层以增加电荷载子(例如，电子或空穴)注入至或单态或三态发射极相的HOMO或者LUMO。在一些实施方式中，电荷载子的增加的注入是优选的，意味着相比于电荷载子的另一种类型的注入(例如，空穴)，一种类型的电荷载子的产生或者注入(例如，电子)至发光层增加更多。进一步，在一些实施方式中，在AC-装置的或高或低的应用场中，选择电荷传输层以创造增加的电荷产生或者注入。
电荷传输层可以是空穴传输层或者是电子传输层。在一些实施方式中，电荷传输层是可操作为阻挡相反极性的电荷。例如，空穴传输层可以阻挡电子的通道，同时电子传输层可以阻挡空穴的通道。使用这种能力，发光有机层可以毗邻相对的空穴和电子传输层以限制注入电荷载子至发光层用于辐射复合。
在一些实施方式中，电荷传输层是金属的、半金属的或半导体的。在一些实施方式中，电荷传输层是包括一种或多种过渡金属氧化物的金属氧化物。在一个实施方式中，例如，电荷传输层是TiOx。在一些实施方式中，电荷传输层包括导体或半导体聚合物。在一个实施方式中，例如，电荷传输层包括PEDOT。在一些实施方式中，电荷传输层包括1，3，5-三[(3-吡啶基)-苯-3-基]苯(TmPyPB)或聚-三苯基二胺：2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基醌二甲烷(对-TPD：F4TCNQ)。
电荷传输层可以具有与本发明目的不相矛盾的任意期望厚度。在一些实施方式中，电荷传输层具有从约0.5nm至约20nm范围的厚度。在一些实施方式中，电荷传输层具有从约2nm至约15nm范围或从约1nm至约10nm范围的厚度。在一些实施方式中，电荷传输层具有小于1nm或大于20nm的厚度。
II有机发光二极管
在另一方面，本文所描述的光电子装置显示OLED结构。在一些实施方式中，OLED包括第一电极、第二电极和布置于第一电极和第二电极之间的发光复合有机层，发光复合有机层包括单态发射极相、三态发射极相和纳米颗粒相。在一些实施方式中，OLED的单态发射极相、三态发射极相和/或纳米颗粒相可以包括上文章节I(C)中为相同部分列举的任意组成构造，并且具有上文章节I(C)中为相同部分描述的任意性质。在一些实施方式中，例如，单态发射极相可以包括在上文章节I(C)(i)-(v)中描述的任意的共轭聚合物种类。三态发射极相可以包括在上文章节上文章节I(C)(i)-(v)中描述的任意的三态种类，和纳米颗粒相可以包括上文章节I(C)(i)-(v)中描述的任意的纳米颗粒。
在一些实施方式中，本文所描述的OLED包括位于第一和第二电极之间的多个发光复合层。例如，在一些实施方式中，多个发光层(每个具有本文章章节I(C)(i)-(v)中描述的构造)置于第一和第二电极之间。发光层可以具有多种发射谱，当组合时从OLED提供期望的发射谱特性。
在一些实施方式中，OLED的第一电极和/或第二电极是辐射透射的。在一些实施方式中，该第一电极和/或第二电极可以具有上文章节I(A)-(B)中为第一和第二电极所列举的任意构造和/或性质。
另外，在一些实施方式中，本文所描述的OLED进一步包括一个或多个空穴传输、空穴阻挡、电子传输和/或电子阻挡层。如本文所描述的，在一些实施方式中，纳米颗粒相的纳米颗粒与三态发射极相的磷光过渡金属络合物相连接。在一些实施方式中，例如，纳米颗粒结合至三态发射极相的磷光过渡金属络合物。
图7描绘了根据本文描述的一个实施方式的具有OLED结构的光电子装置的截面图。如图7中所描绘的，OLED(70)包括辐射透射第一电极(71)和第二电极(72)。发光复合有机层(73)置于辐射透射第一电极(71)和第二电极(72)之间。
III.光电子装置的发光特性
在一些实施方式中，具有本文描述的FIPEL或OLED结构的光电子装置具有至少约10流明/瓦(LPW)的效率。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有至少约50LPW或至少约100LPW的效率。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有至少约150LPW或200LPW的效率。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有约10LPW至约200LPW范围或约50LPW至约100LPW范围的效率。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有约50LPW至约150LPW范围或约100LPW至150LPW范围的效率。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有约100LPW至约200LPW或约150LPW至约200LPW范围的效率。另外，在一些实施方式中，具有本文所描述的FIPEL或OLED结构的光电子装置可以具有提高了约10％至约1000％的寿命。
进一步地，在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有至少约10cd/m2或至少约50cd/m2的亮度。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有至少约100cd/m2或至少约200cd/m2的亮度。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有至少约300cd/m2、至少约500cd/m2、至少约1000cd/m2或至少约1500cd/m2的亮度。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有从约200cd/m2至约1000cd/m2范围、从约500cd/m2至约1500cd/m2范围、从约500cd/m2至约10,000cd/m2范围、或从约1000cd/m2至约40,000cd/m2范围的亮度。
此外，在一些实施方式中，本文描述的FIPEL和/或OLED具有高于约40cd/A的电流效率。在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED具有在约10cd/A和约60cd/A之间或者在约20cd/A和约50cd/A之间的电流效率。
此外，在一些实施方式中，本文所描述的FIPEL和/或OLED光电子装置可以具有与本发明目的不相矛盾的任意电致发光发射谱。在一些实施方式中，例如，器件具有基本上处于1931CIE色度图的白光区域的坐标的电致发光发射。具有本文描述的构造的FIPEL可以提供具有坐标(x＝0.28-0.37，y＝0.28-0.35)的电致发光发射。在一些实施方式中，FIPEL和/或OLED包括具有基本处于1931CIE色度图的其他颜色区域的坐标的电致发光发射，例如，红光区域、蓝光区域、绿光区域、橙光区域、或黄光区域。
此外，具有本文描述的结构的FIPEL可以调谐以显示具有任意期望颜色温度(2000-8000K)的电致发光发射。在一些实施方式中，例如，具有本文描述结构的FIPEL提供了具有2000至5000k温度的发射，此外，具有本文描述结构的FIPEL可以显示至少80或至少85的显色指数(CRI)。在一些实施方式中，本文描述的FIPEL可以显示至少90的CRI。
进一步，在一些实施方式中，本文所描述的包括单态发射极相和三态发射极相的FIPEL在发射谱中显示出单态和三态发射。在一些实施方式中，来自本文所描述的发光复合层的单态发射和三态发射基本上是相等的或是基本上平衡的。例如，在上文表III中以任意量提供的包括单态发射极相和三态发射极相的发光层在发射谱中可以显示出单态发射和三态发射。在一些实施方式中，包括大于或等于约10重量百分比的量的三态发射极相的发光复合层在发射谱中显示出单态发射和三态发射。如本文进一步描述的，在此类实施方式中，单态发射和三态发射可以是基本平衡的。
(IV)制造光电子装置的方法
在另一方面，本文中描述了制备光电子装置的方法。在一些实施方式中，制造光电子装置的方法包括提供第一电极、提供第二电极和在该第一电极和该第二电极之间布置发光层。如本文中进一步描述的，发光层层可表现出多种构造。在一些实施方式中，例如，发光层可以具有上文章节I(C)(i)-(v)中为发光层列举的任意构造和/或性质。
在一些实施方式中，第一电极和/或第二电极是辐射透射的。此外，在一些实施方式中，本文描述的方法进一步包括在第一电极和发光层之间布置介电层、或者在第二电极和发光层之间布置介电层。在一些实施方式中，在发光层和第一电极之间布置第一介电层，并且在第二电极和发光层之间布置第二介电层。在一些实施方式中，适合在本文描述的方法中使用的介电层可以具有上文章节I(D)中列举的任意构造和/或性质。
进一步，在一些实施方式中，本文描述的方法进一步包括在发光层的光路中布置磷光体层。以与本发明目的不相矛盾的任意方式将磷光体层置于发光体的光路中，包括通过将磷光体层置于位于器件的电极上的辐射透射基底上。在一些实施方式中，适合在本文描述的方法中使用的磷光体层和基底可以具有上文章节I(E)中列举的任意构造和/或性质。
此外，在一些实施方式中，本文描述的方法进一步包括将一个或多个电荷传输层或者电荷阻挡层置于第一电极和第二电极之间。电荷传输层或阻挡层可以以与本发明目的不相矛盾的任意方式布置。在一些实施方式中，适合在本文描述的方法中使用的电荷传输层和电荷阻挡层可以具有上文章节I(F)中列举的任意构造和/或性质。
在一些实施方式中，制造光电子装置的方法包括在介电基质或电绝缘基质中布置发光相以提供发光复合层并将该发光复合层布置在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，发光相包括共轭聚合物、半导体聚合物、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/或第二电极之间配置有介电层或电绝缘层。
在下列非限制的实施例中进一步说明了本文所描述的一些实施方式。
实施例1
纯化的单壁碳纳米管(SWNT)
如下制备了在本文描述的光电子装置中使用的具有可控长度的纯化SWNT。
如下从粗SWNT中除去金属催化剂。将HiPCO-SWNT(高压CO转化SWNT，100mg，RiceUniversity)、硝酸(70wt％，200mL)、去离子水(＞18M欧姆，400mL)和表面活性剂(TritonX-100，0.05mL)的混合物在100℃回流6小时。在配备有回流塔和加热套(Glas-Col，115V270W，配备有Staco Energy Products电源，Model 3PN1010B)的圆底烧瓶中回流混合物。回流后，向混合物中加入去离子水(400mL)，并将混合物快速地置于冰箱中以将混合物冷却至低于室温。使用47mm直径、0.2μm孔径的PTFE(聚四氟乙烯)膜通过真空过滤来过滤冷却的混合物。使用去离子水(1000mL)冲洗过滤物残留物(在下文中称为“A6-SWNT”)并干燥，并且仍在过滤器上时在70℃下干燥4小时以上。随后从过滤器上除去A6-SWNT并在100℃N2下干燥1小时。
如下控制管的长度。第一，将A6-SWNT(5mg)和去离子水(＞18M欧姆，10mL)加入到烧瓶中并且混合15分钟。然后向混合物中加入硝酸(70wt％，20mL)和硫酸(98wt％，60mL)。然后，在超声仪(Cole Parmer Model 08849-00)中在30-40℃下将混合物超声24小时以切割A6-SWNT。为了在超声中维持烧瓶温度，通过流经超声波仪浴的连续水流冷却烧瓶。然后将切割的A6-SWNT的混合物转移到配备有搅拌器的平底烧瓶中。将H2O2(30wt％，12mL)加入至烧瓶，和混合物在搅拌盘上搅拌20分钟，然后，使用47mm直径、0.2μm孔径的PTFE膜通过真空过滤将混合物过滤。使用去离子水(1000mL)冲洗过滤物残留并干燥，并且仍在过滤器上时在70℃下干燥4小时以上。然后从过滤器上取下SWNT过滤物，并且与去离子水(1000mL)合并。然后将这种混合物超声20分钟，并且使用47mm直径、0.2μm孔径的PTFE膜通过真空过滤再次过滤。干燥SWNT过滤无，和进一步在100℃N2下干燥1小时，生产具有长度降低到小于约200nm的长度的纯化的SWNT。
实施例2
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一系列具有根据本文描述的一些实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
第一，为每个器件准备一块ITO-玻璃基底。该ITO-玻璃基底由部分涂覆有150nm厚的ITO(铟锡氧化物)层的0.7mm厚的钠钙玻璃方形基底(25.4mm x 25.4mm)构成。该ITO层覆盖玻璃基底的25.4mm×15.9mm部分。未涂覆的基底的“玻璃”部分抛光至表面粗糙度为＜5nmRa。涂覆的基底的“玻璃”部分抛光至表面粗糙度为＜3nmRa。该ITO部分具有小于10欧姆/sq的电阻率。该ITO-玻璃基底在555nm下具有大于95％的透明度。
第二，如下清洁ITO-玻璃基底。将高纯度的N2流从配备有CGA580调节器的容器流吹至基底。然后将基底置于聚丙烯基底载流子中。将该基底和基底载流子置于玻璃皿中。将该玻璃皿放置在超声发生器(Branson3510)中。向玻璃皿中加入丙酮，覆盖基底。然后进行超声波清洗15分钟或更长。然后使用甲醇替代皿中的丙酮溶剂，并且进行超声波清洗15分钟或更长的额外时间。然后使用IPA(异丙醇，高效液相色谱(HPLC)级)替换皿中的甲醇溶剂，并且进行超声波清洗15分钟或更长。然后将干燥的基底平放在UV-臭氧清洁器(UVOCSInc.，Model T16X16/OES)中，以该基底的功能侧朝上，清洁60分钟或更长。
第三，将发光有机层涂覆在各个经清洁的ITO-玻璃基底上。由聚苯乙烯(PS)和聚芴(PFO)处于氯苯中的溶液(8mg/mL)旋涂发光复合有机层。PFO获自于American DyeSource of Quebec，Canada。为了形成一系列的光电子装置，改变了PS与PFO的比率。对于各个器件，比率为4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3或1∶4。在旋涂之前，通过13mm直径、0.2μm孔径的尼龙针头式过滤器过滤各PS：PFO溶液。使用旋转涂布机(Chemat Technology KW-4A)在2000转/分下操作60秒来进行旋涂。将每个涂覆基底置于热盘上的陪替氏培养皿中，并在90℃干燥N2下固化60分钟。
第四，在每个器件的发光复合有机层上涂覆介电层或电绝缘层。由PVDF-TrFE处于二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液旋涂介电层。对于各个器件，PVDF-TrFE在DMF中的浓度是按重量计10％、15％或20％。对于10％、15％和20％的PVDF-TrFE浓度，使用旋转涂布机在1500转/分下操作60秒来进行旋涂。
第五，在介电层上沉积金属阴极层。将基底放置在真空蒸发器中用于沉积Al(150-250nm厚)。铝(＞99.999％)在5×10-5至5×10-6托压力下以0.4至0.7nm/秒沉积。
第六，使用玻璃盖密封各器件。玻璃盖(0.7-1.1mm厚)首先以超声波清洗在丙酮中清洁15分钟以上，随后通过超声波清洗在甲醇中清洁15分钟以上。然后，通过向玻璃盖的内表面施加(1)干化学层(CaO GDO，SAES Getters，18mm×10mm×0.3-0.4mm)和向玻璃盖的底部边缘施加(2)可固化密封胶(Three Bond，30Y-436)来对玻璃盖进行预装配。然后将该预装配的玻璃盖放置在基底上的阴极上，并且通过UV光(＞6000mJ/cm2，发射自EFO UV灯)固化密封胶。
表4显示了如上以1∶1的PS：PFO比率和不同量的PVDF-TrFE制造的一系列光电子装置的亮度。在接通电压(Vpp)范围为0至8V和频率范围为1至130kHZ下测量亮度。在低频率下诱导蓝光发射，和在高频率下诱导蓝绿光和绿光发射。
表4
表5显示了具有由15％PVDF-TrFE形成的介电层和复合有机层中的不同比率的PS：PFO的器件的亮度和接通电压。
表5
实施例3
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一系列具有根据本文描述的一些实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
如实施例2所描述的，为各器件准备ITO-玻璃基底并清洁。然后，在该ITO-玻璃基底上涂覆发光有机层。由PS和PFO(1∶1)处于氯苯中的溶液(8mg/mL)喷涂该发光复合有机层。该溶液还含有实施例1的纯化的SWNT，提供包括0.01重量百分比的SWNT的发光复合有机层。将涂覆的基底置于在热盘上的陪替氏培养皿中并在在90℃的干燥N2下固化60分钟。
然后，将介电层涂覆至发光有机层。由15％PVDF-TrFE处于DMF中的溶液旋涂介电层。为获得一系列具有不同介电层厚度的器件，使用悬涂器以范围从1000转/分至1500转/分的不同速度下操作进行旋涂，然后将铝阴极层沉积在实施例2中描述的介电层上，随后使用玻璃盖密封该器件。
图8描绘了一系列具有不同介电层厚度的光电子装置的频率-依赖性亮度。与曲线1相关的器件的介电层以1000转/分旋涂。与曲线2、3、4、5和6相关的器件的介电层分别在1100转/分、1200转/分、1300转/分、1400转/分和1500转/分下旋涂。
实施例4
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一系列具有根据本文描述的一些实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
如实施例2所描述的，为各器件准备ITO-玻璃基底并清洁。然后，如实施例3中所描述的，在各器件的ITO-玻璃基底上涂覆发光复合有机层。
然后，将介电层涂覆至发光有机层。由15％PVDF-TrFE处于DMF中的溶液旋涂介电层。溶液也包括实施例1的纯化的SWNT，并提供包括0.01重量百分比纯化的SWNT的介电层。为获得一系列具有不同介电层厚度的器件，使用在范围从1000转/分至1500转/分不同速度下操作的悬涂器进行旋涂，将铝阴极层沉积在实施例2中描述的介电层上，随后使用玻璃盖密封器件。
图9描绘了一系列具有不同介电层厚度的光电子装置的频率-依赖性光的亮度。与曲线7相关的器件的介电层是在1000转/分下旋涂的。与曲线8、9、10、11和12相关的器件的介电层分别是在1100转/分、1200转/分、1300转/分、1400转/分和1500转/分下旋涂。
实施例5
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一种具有根据本文描述的一个实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
如实施例2所描述的，为各器件准备ITO-玻璃基底并清洁。然后，在该清洁的ITO玻璃基底上涂覆发光有机层。由15％PVDF-TrFE处于DMF中的溶液在1500转/分下旋涂介电层60秒。随后，使用PS与PCT/US201I/043690中描述的共轭聚合物[PF-BT-QL](1∶1)的氯苯溶液(6mg/mL)、在介电层上在1500转/分下旋涂60秒得到发光有机层。该溶液还含有实施例1的纯化的SWNT以提供在沉积的发光复合有机层中的包括0.1重量百分比的SWNT。将得到的结构置于在热盘上的陪替氏培养皿中和在90℃的干燥N2下固化60分钟。然后在实施例2中所描述的条件下铝阴极层沉积至发光有机层，随后使用玻璃盖密封该FIPEL装置。
图10描绘了所得到的FIPEL装置根据不同的工作电压和电场频率的亮度。
实施例6
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一种具有根据本文描述的一个实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
如实施例2所描述的，为各器件准备ITO-玻璃基底并清洁。然后，在该清洁的ITO-玻璃基底上涂覆发光有机层。由15％PVDF-TrFE的DMF溶液在1500转/分下旋涂介电层60秒。该溶液还含有实施例1的纯化的SWNT以提供在沉积的发光复合有机层中的包括0.01重量百分比的SWNT。
随后，使用PS与PCT/US201I/043690中描述的共轭聚合物[PF-BT-QL](1∶1)的氯苯溶液(6mg/mL)、在介电层上在1500转/分下旋涂60秒得到发光有机层。该溶液还含有实施例1的纯化的SWNT以提供在沉积的发光复合有机层中的包括0.1重量百分比的SWNT。该溶液按照含量还含有Ir(ppy)3以提供在沉积的发光复合有机层中的10重量百分比的Ir(ppy)3。将得到的结构置于在热盘上的陪替氏培养皿中和在90℃的干燥N2下固化60分钟。然后在实施例2中所描述的条件下将铝阴极层沉积至发光有机层，随后使用玻璃盖密封该FIPEL装置。
图11描绘了所得到的FIPEL装置根据不同的工作电压和电场频率的亮度。
实施例7
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一种具有根据本文描述的一个实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
如实施例2所描述的准备ITO-玻璃基底并清洁。然后，在该清洁的ITO-玻璃基底上涂覆PEDOT缓冲层。由6份(按体积计)PEDOT/PSS(聚(3，4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯))，Baytron#8000)和4份(按体积计)去离子(DI)水(＞18M欧姆)的溶液旋涂缓冲层。对于旋涂，通过13mm直径、0.2μm孔径的尼龙针头式过滤器过滤该溶液。使用旋转涂布机(ChematTechnology KW-4A)在4000转/分下操作15秒来进行旋涂，目标层厚度为40nm。将涂覆的基底放置在热盘(Corning)上的陪替氏培养皿中，并且在200℃空气中固化5分钟。随后将陪替氏培养皿和基底置于具有干燥N2大气的干燥器中以冷却至室温从而完成退火过程。
通过由纯化的SWNT和PFO的溶液旋涂，将PFO/SWNT发射层涂覆至缓冲液层。根据实施例1纯化该SWNT。用于旋涂的纯化的SWNT和PFO的溶液是按如下来制备的。在干燥的N2大气手套箱中，1，2-二氯苯(无水的，HPLC级别)溶剂、PFO(0.015wt％)和纯化SWNT(0.0015wt％)组合并超声60分钟。然后向该混合物中加入额外的PFO以将PFO的总量提高至1.5wt％。为了称量PFO，使用专门为在变化的压力下使用的天平(Mettler ToledoSAG204)。然后，在配置有磁力搅拌棒的小瓶中将混合物在50℃搅拌30分钟。然后将PFO/SWNT混合物冷却至室温并且通过0.45μm特氟隆针头式过滤器过滤以用于旋涂。
旋涂是在手套箱中使用旋转涂布机(Specialty Coating Systems，Inc.，ModelP6700)在4000转/分下操作15秒来进行的，目标厚度为80nm。将涂覆的基底放置在热盘上的陪替氏培养皿中，并且在90℃在干燥的N2下固化60分钟。
随后在该发射层上沉积金属阴极层。将基底放置在真空蒸发器中以连续沉积LiF(多至0.5nm厚)和Al(150-250nm厚)。在5×10-5至5×10-6托的压力下以0.02nm/s沉积氟化锂(＞99.999％)。在5×10-5至5×10-6托的压力以0.4至0.7nm/s沉积铝(＞99.999％)。
使用玻璃盖密封该器件。玻璃盖(0.7-1.1mm厚)首先以超声波清洗在丙酮中清洁15分钟以上，随后通过超声波清洗在甲醇中清洁15分钟以上。然后，通过向玻璃盖的内表面施加(1)干化学层(CaO GDO，SAES Getters，18mm x 10mm x 0.3-0.4mm)和向玻璃盖的底部边缘施加(2)可固化密封胶(Three Bond，30Y-436)来对玻璃盖进行预装配。然后将该预装配的玻璃盖放置在基底上的阴极上，并且通过UV光(＞6000mJ/cm2，发射自EFO UV灯)固化密封胶。
实施例8
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一种具有根据本文描述的一个实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
如实施例2所描述的为器件准备ITO-玻璃基底并清洁。随后，使用PCT/US2011/043690中的共轭聚合物[PF-BT-QL]的氯苯溶液(6mg/mL)，在该ITO-玻璃基底上旋涂发光有机层，以提供100-200nm的层厚度。溶液还含有实施例1的纯化的SWNT以在沉积的发光有机层中提供0.07重量％的SWNT。溶液还以在沉积的发光有机层中提供10重量％Ir(PPy)3的量而含有Ir(PPy)3。将所得到的结构放置在热盘上的陪替氏培养皿中，并且在90℃在干燥的N2下固化60分钟。
然后，在该发光有机层上涂覆介电层。该介电层是由15％PVDF-TrFE的DMF溶液使用旋转涂布机在1500转/分下操作60秒来旋涂的。然后按实施例2中所描述的在该介电层上沉积铝阴极层，随后使用玻璃盖密封器件。
图12描绘了具有前述结构的光电子装置的电致发光特性。如图12中所描绘的，该光电子装置提供了来自单态共轭聚合物相([PF-BT-QL])和三态相Ir(PPy)3的发射。来自单态相和三态相的发射基本上是平衡的。图12另外提供了该光电子装置在不同工作电压下的CIE坐标、显色指数(CRI)和相关色温度(CCT)。
实施例9
FIPEL结构的光电子装置
如下制造了一系列具有根据本文描述的一些实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
FIPEL装置包括白光发射层，白光发射层包括与红磷光体结合的蓝绿色荧光体(WP5)，双(2-甲基二苯并[f，H]喹喔啉)(乙酰丙酮)铱(III)(Ir(MDQ)2(acac))。令人惊讶的是，所有的设备表现出独立于Ir(MDQ)2(acac)浓度的高彩色质量，甚至在IR(MDQ)2(acac)浓度高达按重量计30％。显示来自在高三态发射[Ir(MDQ)2(acac)]浓度时的WP5的单态发射的显著量的能力是出乎意料的和在有机发光二极体构造中未被认识。
图13示出了FIPEL装置的装置结构和WP5、Ir(MDQ)2(acac)、和聚(偏氟乙烯-共-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))的分子结构。弛豫铁电聚合物层P(VDF-TrFE)作为介电层使用。发光层由使用掺杂有按重量计0.5％至30％的不同浓度的Ir(MDQ)2(acac)的WP5的主客体系统组成。使用铝和ITO作为电极材料。
以与实施例2中描述的相似的方式制造器件。然而，在该实施例中，使用具有厚度为100nm和薄层电阻为约10Ω/平方的预涂覆的ITO膜在玻璃基底上制造器件。在超声波浴中使用丙酮，随后甲醇和异丙醇各清洗基底30分钟。随后使用UV-臭氧处理ITO基底20分钟。在具有低湿度和氧气(＜0.1ppm)的填充氮的手套箱中，以1500转/分离心成型具有氯苯中的WP5的不同浓度的Ir(MDQ)2(acac)的发光层，和随后在120℃干燥30min。通过在二甲基甲酰胺(DMF)中以1000转/分旋涂15％P(VDF-TrFE)溶液制造介电层，随后在120℃热退火2h。P(VDF-TrFE)膜的厚度使用校准DEKTAK6M分析器测量(Veeco)。典型的厚度为约2400nm。通过200nm的Al的热蒸汽在真空下基本压力为约5×10-6Torr以0.05nm/s的速率穿过荫罩完成器件的制造。在ITO和Al电极之间的重叠是4mm×4mm作为器件的活化发射区。
如下测量器件的光电特性。在Shimadzu UV-2500分光光度记录仪上测量紫外/可见吸收光谱。在Hitachi F-4500荧光分光光度仪上记录光致发光(PL)谱。在甲苯/乙醇/甲醇(5∶4∶1)混合溶剂中测量77k的磷光谱。
如下测量器件的电学特性。应用来自连接至Model PZD700A M/S放大器(Trek)的200MHZ的功能/任意波形发生器((Agilent 33220A)的AC正弦电压和在示波器(Tektronix)上检测电压。使用ILT950分光幅度仪收集EL光谱(国际光学技术)。通过使用Keithleysource测量单位(Keithley 236)测量空穴和仅电子的器件的电流-电压特性。在周围情况为大气压和室温条件下进行所有测量。
如图14的，获得高质量的来自FIPEL装置的白光发射不依赖于Ir(MDQ)2(acac)的浓度。除了在422nm、466nm和524nm处的发射，考虑到相应的纯WP5的薄膜的PL谱和相似的OLED谱，在564nm处的发射在基于WP5的器件中增强。当小量的Ir(MDQ)2(acac)(0.5％和1％)加入至WP5发射层时，在600nm的来自Ir(MDQ)2(acac)的红光发射逐渐增强和在约700nm出现小峰。EL谱几乎覆盖从400至800nm的所有波长(图14B和14C)，和CIE和CRI分别达到(0.38，0.41)和86.8和(0.38，0.0)和91.2。具有掺杂WP5的5％Ir(MDQ)2(acac)的器件在宽的电压范围下表现出更稳定的白光发射，如图14D所示，其与相应的白OLED显著不同，其中发射几乎不来自Ir(MDQ)2(acac)。该宽的EL发射有效地覆盖了可见光谱区和极大丰富了显色能力，使得CIE(0.36，0.38)接近理想的等能白色(0.33，0.33)和CRI高达97.4接近黑体曲线特征和CCT位于3034k和5334k之间。当在WP5中的Ir(MDQ)2(acac)的浓度进一步增加至10％时，如图14E所示，器件显色也很出色，致使更纯的白CIE(0.36，0.38)和CRI高达97.1。出乎意料地，在高电场，具有包括20％和30％Ir(MDQ)2(acac)掺杂的WP5的发光层的FIPEL装置分别仍显示高质量的白光发射和CIE(0.42，0.37)和(0.32，0.38)以及CRI 93.9和88.9(图14F和14G)。进一步，图15显示了对于器件的CIE色度曲线。如图15所示，来自FIPEL装置的发射是在来自低电场至高电场的白光区。
实施例10
光电子装置
如下制造了一系列具有根据本文描述的一些实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
使用一系列具有不同三态发射水平和电荷注入特性的器件研究本文描述的光电子装置的电荷注入特性。首先，制造单载流子类注入器件。以与实施例9描述的相似的方式制造具有ITO/PEDOT(40nm)/WP5：Ir(MDQ)2(acac)(0％，5％，30％)(80nm)/MoO3(5nm)/Al(120nm)结构的仅空穴注入器件和具有ITO/TiOx(20nm)/WP5：Ir(MDQ)2(acac)(0％，5％，30％)(80nm)/Ca(20nm)/Al(120nm)结构的仅电子注入器件。图16A总结了这些器件的电流-电压特性。随着三态发射浓度的增加，电子流(图16A)极大增加，而当更多Ir(MDQ)2(acac)掺杂至WP5中时，空穴流降低(图16B)。
第二，以与以上实施例9描述的相似的方法制造显示一类载流子(空穴或者电子)增加注入的器件。具体地，在ITO和发光层之间将TiOx的电子传输层加入至实施例9的器件结构以增加电子注入。如图17，相对于在相同的电场中不具有TiOx传输层的器件，在所有浓度的Ir(MDQ)2(acac)中CIE坐标的y值增加和CCT降低。此外，制造其他一系列的器件，其中，ITO和发光层之间加入PEDOT而不是TiOx的空穴传输层。如图18所示，相比于在相同的电场中不具有PEDOT传输层的器件，CIE坐标的x值降低和在所有浓度的Ir(MDQ)2(acac)中CCT值更高。因此，通过使用各种载流子传输层，本文描述的FIPEL装置显示了颜色调谐电致发光发射的能力。使用发射层之外的结构来调谐电致发光的颜色的能力提供了增加的选择数以提供来自本文描述的FIPEL装置的期望的谱输出。
实施例11
具有FIPEL构造的光电子装置
如下制造了一系列具有根据本文描述的一些实施方式的FIPEL结构的光电子装置。
制造具有在图19中示出的器件结构的不对称FIPEL装置。器件A(图19A)具有位于氧化铟锡(ITO)电极顶部的介电层，和器件B(图19B)在Ca/Al电极底部具有介电层。在该实施例中使用的分子结构也在图19中示出。介电层包括P(VDF-TrFE)。该两种器件中的发光层由使用掺杂不同浓度的Ir(MDQ)2(acac)(1％、5％、和10％)的PFO的主客系统组成。使用薄层电阻为10Ω/平方的ITO基底制备两种器件。首先通过UV-臭氧处理清洁的ITO 20分钟。通过在具有低湿度和氧(＜0.1ppm)的氮填充的手套箱中旋涂沉积所有的有机层。使用15％P(VDF-TrFE)的二甲基甲酰胺溶液在1000转/分旋涂介电层。随后在120℃热退火2h。具有在氯苯溶液PFO中的不同浓度的Ir(MDQ)2(acac)的发光层在1500转/分浇注成型和随后在120℃干燥30min。器件通过20nm的Ca和100nm Al的热蒸汽在基准压为约5×10-6Torr以速率为0.05nm/s穿过荫罩完成制造。ITO和Al电极之间的重叠是4mm×4mm作为器件的活化发射区。
已经描述了本发明的各种实施方式以实现本发明的各种目的。应当认识到的是，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，它们的许多修改和调整对本领域技术人员而言将是显而易见的。
Claims (50)
1.一种场致聚合物电致发光装置，包括：
辐射透射第一电极；
第二电极；
布置在所述第一电极和所述第二电极之间的发光有机层；
布置在所述发光有机层和所述第二电极之间的介电层；和
布置在所述发光有机层的光路中的磷光体层，
其中，所述磷光体层的吸收谱与所述发光有机层的发射谱至少部分重叠，
其中，所述装置的发射谱包括来自所述发光有机层的发射和来自所述磷光体层的发射，并且
其中，所述装置的发射谱显示出处于1931CIE色度图白光区域中的坐标，显示出大于80的显色指数。
2.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层包括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所述的场致聚合物电致发光装置，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：
其中，表示在聚合物链或低聚物链中的连接点，X选自由S、O、Se和NR5所组成的组中，以及R1、R2、R5、R6、R7、R8和R9独立地选自由氢、C1-20烷基、C2-20烯基、C8-12烷基和C8-12烯基所组成的组中，并且R3和R4独立地选自由芳基和杂芳基所组成的组中，其中，R1、R2、R5、R6、R7、R8和R9的烷基和烯基以及R3和R4的芳基和杂芳基用选自由-烷基、-烯基、-芳基、-杂芳基、-烷基-芳基、-烷基-杂芳基、-烯基-芳基、和-烯基-杂芳基所组成的组中的取代基任选独立地取代一次或多次。
4.根据权利要求3所述的场致聚合物电致发光装置，其中，R3和R4独立地选自由吡啶基、吡喃基、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所组成的组中。
5.根据权利要求3所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述共轭聚合物或低聚物具有式(I)：
其中，x和y独立地为1至10,000范围的整数。
6.根据权利要求3所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述共轭聚合物或低聚物具有式(II)：
其中，x和y独立地为1至10,000范围的整数。
7.根据权利要求3所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述共轭聚合物或低聚物具有式(III)：
其中，x和y独立地为1至10,000范围的整数。
8.根据权利要求3所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述共轭聚合物或低聚物具有式(IV)：
其中，x、y和z独立地为1至10,000范围的整数。
9.根据权利要求2所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述一种或多种共轭聚合物或低聚物包括式(V)的结构单元：
其中，表示聚合物或低聚物链中的连接点以及R16和R17独立地选自由氢、C1-20烷基、C2-20烯基、C8-12烷基和C8-12烯基所组成的组中，并且其中R16和R17的烷基和烯基用选自由-烷基、-烯基、-芳基、-杂芳基、-烷基-芳基、-烷基-杂芳基、-烯基-芳基和-烯基-杂芳基所组成的组中的取代基任选独立地取代一次或多次。
10.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层包括聚亚苯基亚乙烯基、聚芴、聚乙烯咔唑或它们的混合物。
11.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层是包括单态发射极相和三态发射极相的复合有机层。
12.根据权利要求11所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述三态发射极相包括磷光过渡金属-配体络合物。
13.根据权利要求12所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述三态发射极相分散于所述单态发射极相中。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括纳米颗粒相。
15.根据权利要求14所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述纳米颗粒相的纳米颗粒与磷光过渡金属络合物结合。
16.根据权利要求14所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述纳米颗粒相包括碳纳米颗粒。
17.根据权利要求16所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述碳纳米颗粒包括碳纳米管、富勒烯、石墨烯或它们的混合物。
18.根据权利要求17所述的场致聚合物电致发光装置，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所述的场致聚合物电致发光装置，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至13中任一项所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括非共轭聚合物基质材料。
21.根据权利要求20所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述聚合物基质材料选自由聚苯乙烯、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所组成的组中。
22.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述第二电极是金属。
23.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述介电层位于所述辐射透射第一电极和所述发光有机层之间。
24.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，进一步包括位于所述辐射透射第一电极与所述发光有机层之间的第二介电层。
25.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述磷光体层位于所述第一电极和所述第二电极之间。
26.根据权利要求25所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述磷光体层位于所述发光有机层和所述介电层之间。
27.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述磷光体层不位于所述辐射透射第一电极和所述第二电极之间。
28.根据权利要求27所述的场致聚合物电致发光装置，进一步包括布置于所述辐射透射第一电极与所述磷光体层之间的辐射可透过性基底。
29.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述磷光体层包括布置于辐射透射粘合剂材料中的磷光体粉末。
30.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述磷光体层包括黄光或黄-红光发光材料。
31.根据权利要求12所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述装置的发射谱包括来自所述单态发射极相的发射，来自所述三态发射极相的发射和来自所述磷光体层的发射。
32.根据权利要求31所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述三态发射极相以按重量计至少5％的量存在于所述发光有机层中。
33.根据权利要求31所述的场致聚合物电致发光装置，其中，来自所述单态发射极相的发射在强度上等于来自所述三态发射极相的发射。
34.根据权利要求1所述的场致聚合物电致发光装置，进一步包括至少一个布置于所述辐射透射第一电极与所述发光有机层之间的电荷传输层。
35.根据权利要求14所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括非共轭聚合物基质材料。
36.根据权利要求35所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述聚合物基质材料选自由聚苯乙烯、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所组成的组中。
37.根据权利要求15所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括非共轭聚合物基质材料。
38.根据权利要求37所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述聚合物基质材料选自由聚苯乙烯、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所组成的组中。
39.根据权利要求16所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括非共轭聚合物基质材料。
40.根据权利要求39所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述聚合物基质材料选自由聚苯乙烯、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所组成的组中。
41.根据权利要求17所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括非共轭聚合物基质材料。
42.根据权利要求41所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述聚合物基质材料选自由聚苯乙烯、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所组成的组中。
43.根据权利要求18所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括非共轭聚合物基质材料。
44.根据权利要求43所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述聚合物基质材料选自由聚苯乙烯、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所组成的组中。
45.根据权利要求19所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述发光有机层进一步包括非共轭聚合物基质材料。
46.根据权利要求45所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述聚合物基质材料选自由聚苯乙烯、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所组成的组中。
47.一种场致聚合物电致发光装置，包括：
辐射透射第一电极；
第二电极；
布置于所述第一电极和所述第二电极之间的发光复合有机层，所述发光复合有机层包括单态发射极相和三态发射极相，所述三态发射极相包括一种或多种磷光过渡金属络合物并以复合有机层的2重量百分比至30重量百分比的量存在；
布置于所述发光复合有机层和所述第二电极之间的介电层；以及
布置于所述发光复合有机层的光路中的磷光体层，
其中，来自复合有机层的电致发光发射包括来自所述单态发射极相的单态发射、来自所述三态发射极相的三态发射和来自所述磷光体层的三态发射，并且
其中，所述电致发光发射显示出处于1931CIE色度图白光区域中的坐标。
48.根据权利要求47所述的场致聚合物电致发光装置，进一步包括布置于所述发光复合有机层和所述辐射透射第一电极或所述第二电极之间的电荷传输层。
49.根据权利要求48所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述电荷传输层是空穴传输层。
50.根据权利要求48所述的场致聚合物电致发光装置，其中，所述电荷传输层是电子传输层。
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