[发明专利]掺杂剂注入层

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年8月2日提交的、题为《掺杂剂注入层（Dopant Injection Layers）》的美国临时申请No.61/514,425的优先权，该文的全部内容通过引用纳入本文。

发明领域

本发明涉及使用源层来注入离子，从而改善电子器件的性能。

背景

发光电化学电池使用可移动的离子来减小将电子和空穴注入共轭聚合物基发光器件的屏障。美国专利5,682,043（裴（Pei）等）显示了这样的示例性器件。这些器件无需使用低功函的金属作为阴极。这些器件可取得合理的高器件效率和低操作电压。但是，如美国专利No.5,682,043所述，这些器件的开启动力学是相对低的。此外，该器件是固有的电中性的，阳离子和阴离子浓度相等，但是存在相等的阳离子和阴离子浓度不是优化的。

使用具有电荷注入增强层的多层器件是改善器件效率和寿命的潜在手段。一些参考文献已经描述了由导电聚合物空穴注入层组成的多层器件，以改善聚合物和小分子有机发光二极管。在常规的聚合物OLED多层器件结构中，聚合物掺杂的共轭有机薄膜已用作空穴注入层。但是，在这些情况下，通过共轭物质(聚3,4-乙撑二氧噻吩–PEDT或PEDOT)形成的导电聚合物被用聚苯乙烯磺酸（PSS）掺杂，但没有特意包含可移动的离子。事实上，掺杂聚合物PSS通常分子量比共轭片段还高，形成固体膜的主体，且与可移动的掺杂剂相比主要是固定的。还感兴趣的是，共轭的PEDOT:PSS的比例通常是相对低的。在PEDOT:PSS的许多应用中，如抗静电涂层、离散的OLED和被动基质OLED，都需要特别的措施来确保电隔离以及因此确保低的横向PEDOT:PSS导电率，所以PSS的含量高于PEDOT含量，且导电率随着PSS含量的增加而降低。常规的OLED器件通常不追求更高导电率级别的PEDOT:PSS。

PEDOT:PSS更少用于发光电化学电池（也称为LEC）。LEC操作原理包括在发光层中使用可移动的离子掺杂剂，来在阳极产生掺杂的界面。这减少了对空穴注入增强层如PEDOT:PSS的需求，因为LEC掺杂的界面已经用作该目的。注意到掺杂的PEDOT:PSS层的确会吸收从该器件的活性层通过这些层的光传播。这降低了外部效率，并因此使得典型的PEDOT:PSS是不利的，除非出于其它必要的原因。基于公知常识和对LEC模型的简单考虑，本领域技术人员将假定在LEC中包含共轭聚合物注入层不是有利的，且高的掺杂水平也不是有利的，因为会带来高的吸收损失和漏电流。此外，在常规OLED中，存在离子尤其是可能漂移或扩散进入该器件的活性层的可移动的离子，通常被认为是不利的，因为这些杂质会导致效率损失和器件退化。

最近，已经为有机发光器件结构提出了另一种掺杂多层。在这种情况下，提出的多层固有的漂移迁移率控制在类似LEC器件中的掺杂剂的流动，从而创建有利的效果。在极端情况下，甚至通过共价键固定掺杂剂抗衡离子。此外，题为《具有离子受体层的聚合物发光二极管（Polymer light-emitting diode with an ion receptor layer）》的美国专利No.7,868,537（梅捷（Meijer）等）已经提出使用离子受体来固定从抗衡离子层供应的离子。美国专利No.7,868,537还包括了一种器件的示例和描述，其中使用PEDOT:PSS层作为可移动的阳离子的来源，该阳离子可在正向偏压下流向阳离子受体。。但是，美国专利No.7,868,537将阳离子来源归功为PEDOT:PSS中的Na+，而Na+并没有特意的以显著数量存在，并通常认为是造成器件中偏压应力退化的原因。此外，美国专利No.7,868,537将阴离子的固定归功于它的聚合物性质。

美国专利No.7,868,537没有描述下述事实：PEDOT:PSS具有金属性性质，其中零电场将抑制PEDOT:PSS内的离子运动，且当PEDOT:PSS上有正向偏压时，在PEDOT:PSS界面将优先的只注入阳离子，而与阴离子尺寸无关。包括具有高载流子浓度的导电注入层（如PEDOT:PSS），阳离子和阴离子的再分布将由扩散驱动。在正向偏压（正的PEDOT:PSS）中，可移动的阳离子的注入会很快消耗活性层界面处PEDOT:PSS中的区域。在PEDOT:PSS整体上并没有分布显著数量的、可扩散到界面区域并维持阳离子供应的可移动的离子，将会抑制该掺杂剂注入效应。如下文所描述，这些掺杂剂必须作为特意的、外在掺杂剂来引入。

概述