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CN106796998B - 有机电致发光晶体管 - Google Patents

有机电致发光晶体管 Download PDF

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CN106796998B
CN106796998B CN201580045054.2A CN201580045054A CN106796998B CN 106796998 B CN106796998 B CN 106796998B CN 201580045054 A CN201580045054 A CN 201580045054A CN 106796998 B CN106796998 B CN 106796998B
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Abstract

本发明涉及具有改进的光发射特征的有机电致发光晶体管。更具体地，本发明有机电致发光晶体管具有包括至少一个n型半导体材料层、至少一个p型半导体材料层和布置在该p型半导体材料层与该n型半导体材料层之间的至少一个发射材料层的发射双极通道，其中该n型半导体材料包含由式(N‑1)表示的电子传输化合物：其中X、Ar、Ar'、R1、R2、m和m'如说明书所定义。

Description

有机电致发光晶体管
技术领域
本发明涉及有机电致发光晶体管。
背景技术
有机电致发光场效应晶体管也称为OLET(有机发光晶体管)，为组合薄膜晶体管与电致发光装置的开关装置的相对最新型装置。虽然电荷传输垂直于OLED(有机发光二极管)中的有机层发生，但大部分电流水平流动穿过OLET中的半导体层。因此，OLET中的光可沿着发射层以条带形式发射，而非如常规的OLED中均匀地穿过电极区。OLET的平面传输几何结构有助于抑制有害的光子损失和OLED架构中固有的激子淬灭机制。因此，相同有机电致发光材料已经显示在OLET中达到比在等效OLED中高得多的外量子效率(EQE)和发光度。
欧洲专利第EP 1609195号描述具有可通过一层或数个共平面层有机半导体实现的双极通道的OLET。关于此类OLET的功能特征及其优于OLED的优点的其他详情可见于Capelli等人,“Organic light-emitting transistors with an efficiency thatoutperforms the equivalent light-emitting diodes,”Nature Materials,第9卷,第496-503页(2010)。
迄今为止，OLET的各种研究和表征已显示可在偏压条件下获得增强的发光度，其中充电电流转换成光发射的效率往往会极低(1×10-1％量级)。相反地，装置效率通常可通过调节偏压条件而达到最大，但对发光度具有不利影响。此类限制显著降低现有技术OLET在同时需要高亮度和高效率的应用中的有用性。电致发光强度的进一步提高(自纳瓦(nW)级至微瓦(μW)级而不改变装置几何结构)也是所希望的。
发明内容
因此，本发明教导内容的目的是要提供一种有机电致发光晶体管，其可克服上文提及的先前技术中的缺点，特别地是使OLET及含有其的装置的光发射效率和亮度同时达到最大。
一般而言，本发明教导内容涉及一种有机电致发光晶体管，其具有至少一个介电层、至少一个控制电极、至少一个空穴电极、至少一个电子电极和具有发射双极通道的组装件，其中该介电层布置在该控制电极和该组装件之间，且其中该发射双极通道包括至少一个n型半导体材料层、至少一个p型半导体材料层和布置在该p型半导体材料层和该n型半导体材料层之间的至少一个发射材料层。特别地n型半导体材料包含由式(N-1)表示的电子传输化合物：
其中：
X选自由O、S和Se组成的组；
Ar和Ar'在每次出现时独立地为相同或不同的单环芳基或杂芳基；
R1和R2独立地为相同或不同的选自由-CN、Ra、-C(O)Rb和-C(O)ORb组成的组的吸电子基团；其中Ra为由至少一个氟或氰基取代的C1-20烷基、C2-20烯基或C2-20炔基；和Rb选自由H、C1-20烷基、C2-20烯基和C2-20炔基组成的组，其中C1-20烷基、C2-20烯基和C2-20炔基各自任选被一或多个氟和/或氰基取代；和
m和m'独立地为1或2。
在优选的实施方案中，Ar和Ar'为苯基，和R1和R2为C1-20氟烷基。
在一些实施方案中，p型半导体材料可包含空穴传输化合物，如低聚噻吩、并苯或稠合杂芳烃。低聚噻吩的实例包括二噻吩和四噻吩。并苯的实例包括并五苯和蒽。稠合杂芳烃(特别是包含至少一个噻吩环的稠合杂芳烃)的实例包括噻吩并噻吩、苯并噻吩、萘并噻吩、苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩和二萘并[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩。上述p型半导体材料的实例任选可被烃基α-和/或ω-取代。
在一些实施方案中，发射层可为由主体基质化合物和客体发射体组成的掺合物材料。优选主体基质化合物包括咔唑衍生物，如4,4',4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)、4'-双(3,6-二新戊基-9H-咔唑-9-基)-1,'-联苯(NP4-CBP)和4,4'-双(N-咔唑基)-1,1'-联苯(CBP)。优选客体发射体包括基于铱的发射体，如三(1-苯基异喹啉)铱(III)(Ir(piq)3)、三(2-苯基吡啶)铱(III)(Ir(ppy))和双(4,6-二氟苯基-吡啶)(吡啶甲酸)铱(III)(FIrpic)。更优选，发射层可为选自由以下所述组成的组的掺合物材料：4,4',4”-三(咔唑-9-基)三苯胺:三(1-苯基异喹啉)铱(III)(TCTA:Ir(piq)3)、4,4'-双(3,6-二新戊基-9H-咔唑-9-基)-1,'-联苯:三(1-苯基异喹啉)铱(III)(NP4-CBP:Ir(piq)3)、4,4'-双(3,6-二新戊基-9H-咔唑-9-基)-1,'-联苯:三(2-苯基吡啶)铱(III)(NP4-CBP:Ir(ppy))和4,4'-双(3,6-二新戊基-9H-咔唑-9-基)-1,'-联苯:双(4,6-二氟苯基-吡啶)(吡啶甲酸)铱(III)(NP4-CBP:FIrpic)。
在各种实施方案中，有机电致发光晶体管可包括选自由空穴注入子层、电子注入子层和钝化层组成的组的一或多个额外层。例如，空穴注入子层可插入于空穴电极和p型半导体材料层之间，和/或电子注入子层可插入于电子电极和n型半导体材料层之间。在一些实施方案中，空穴电极可与p型半导体材料层接触且电子电极可与n型半导体材料层接触。
本发明教导内容的上述以及其他特征和优点将由以下附图、说明书、实施例和权利要求而更清楚地理解。所提交的权利要求为本说明书的整体部分并且以引用的方式引入本文中。
附图说明
图1为根据本发明教导内容的一个实施方案的有机电致发光场效应晶体管(OLET)的截面视图，其包括基板(1)、控制电极(2)、介电层(3)、包含发射双极通道的组装件，该发射双极通道包括第一类型半导体材料层(4)、发射材料层(5)、第二类型半导体材料层(6)和电子电极和空穴电极(7和7')。
图2描绘如由具有图1中所示的架构和引入由式I表示的电子传输化合物作为n型半导体材料的第一例举的OLET所获得，在不同栅极-源极电压VGS值下漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压VDS的函数的图线。
图3描绘如由第一例举的OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图4描绘如由第一例举的OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率EQE(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图5描绘如由具有图1中所示的架构和引入由式I表示的电子传输化合物作为n型半导体材料的第二例举的OLET所获得，在不同栅极-源极电压VGS值下漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压VDS的函数的图线。
图6描绘如由第二例举的OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图7描绘如由第二例举的OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率EQE(左侧标度-黑色曲线)和电致发光输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图8描绘如由具有图1中所示的架构和引入由式I表示的电子传输化合物作为n型半导体材料的第三例举的OLET所获得，在不同栅极-源极电压VGS值下漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压VDS的函数的图线。
图9描绘如由第三例举的OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图10描绘如由第三例举的OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率EQE(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图11描绘如由具有图1中所示的架构和引入不在式I范围内的第一比较性电子传输化合物作为n型半导体材料的第一比较性OLET所获得，在不同栅极-源极电压VGS值下漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压VDS的函数的图线。
图12描绘如由第一比较性OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图13描绘如由第一比较性OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率EQE(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图14描绘如由具有图1中所示的架构和引入不在式I范围内的第二比较性电子传输化合物作为n型半导体材料的第二比较性OLET所获得，在不同栅极-源极电压VGS值下漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压VDS的函数的图线。
图15描绘如由第二比较性OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流IDS(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
图16描绘如由第二比较性OLET所获得，当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率EQE(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的图线。
具体实施方式
图1示出根据本发明教导内容的一个实施方案的有机电致发光晶体管(OLET)的结构。在此具体实施方案中，OLET包括充当支撑层的基板1，在基板1上面存在充当控制(或栅极)电极和可以是透明电极的电极2，和介电材料层3，在介电材料层3上面存在发光组装件。发光组装件一般包括第一类型电荷载流子传输层4、发射材料层5和第二类型电荷载流子传输层6。第一类型电荷载流子传输层4例如可以是由p型半导体材料制成的空穴传输层和第二类型电荷载流子传输层6可以是由n型半导体材料制成的电子传输层，但也可使用倒置式组装件(其中层4为由n型半导体材料制成的电子传输层和层6为由p型半导体材料制成的空穴传输层)。实现空穴电极和电子电极7和7'以便将电荷载流子注入发光组装件中。在所示实施方案中，空穴电极和电子电极直接与第二类型电荷载流子传输层6接触。根据一些实施方案(未示出)，在层6为p型半导体材料层的实施方案中，注入子层(即空穴注入子层)可插入于空穴电极和层6之间。在层6为n型半导体材料层的实施方案中，注入子层(即电子注入子层)可插入于电子电极和层6之间。
如本领域技术人员所理解，空穴电极和电子电极可分别取决于栅极电压的极性而充当源极电极和漏极电极(或反之亦然)。简言之，由于源极电极通常接地(0V)，若栅极电压为-100V和漏极电压为-80V，则源极电极为空穴电极(负偏压)和漏极电极为电子电极(正偏压)。另一方面，若栅极电压为+100V，则源极电极为电子电极和漏极电极为空穴电极。OLET通常通过将第一适当偏压电压施加至栅极电极和注入来自电子电极的电子和来自空穴电极的空穴，同时维持后两个电极之间的第二偏压电压来操作。在一些实施方案中，第一和第二偏压电压可为连续电压。在其他实施方案中，第一和第二偏压电压可为脉冲电压。
代替图1中描绘的底部栅极架构，OLET可具有顶部栅极架构。另外，空穴电极和电子电极和/或控制电极可具有如国际公开案第WO2014/035841号中所述的替代布置。具体地是空穴电极和电子电极可与发光组装件的不同层接触。例如，空穴电极可与p型半导体材料层接触，而电子电极可与n型半导体材料层接触。此外，如国际公开案第WO 2013/018002号、第WO 2013/017999号、第WO 2014/035842号和第WO 2013/018000号中所述，额外控制电极和/或额外介电材料层、发射材料层和/或电荷载流子传输材料层可引入至OLET中。任选地可存在钝化层覆盖发射双极通道的顶表面。
本发明者已发现，若n型半导体材料层包括由式(N-1)表示的电子传输化合物，则上述有机电致发光晶体管可具有增强的光发射：
其中：
X选自由O、S和Se组成的组；
Ar和Ar'在每次出现时独立地为相同或不同的单环芳基或杂芳基；
R1和R2独立地为相同或不同的选自由-CN、Ra、-C(O)Rb和-C(O)ORb组成的组的吸电子基团；其中Ra为至少一个氟或氰基取代的C1-20烷基、C2-20烯基或C2-20炔基；和Rb选自由H、C1-20烷基、C2-20烯基和C2-20炔基组成的组，其中C1-20烷基、C2-20烯基和C2-20炔基各自任选被一或多个氟和/或氰基取代；和
m和m'独立地为1或2。
例如，R1和R2可为选自由以下所述组成的组的Ra：(i)具有通式CxFyH2x+1-y或CxCNyH2x+1-y的被一或多个F或CN基团取代的C1-20烷基，限制条件为x为在1至20之间变化的整数，y为在1至41之间变化的整数和y≤2x+1；(ii)具有通式CxFyH2x-1-y或CxCNyH2x-1-y的被一或多个F或CN基团取代的C2-20烯基，限制条件为x为在2至20之间变化的整数，y为在1至39之间变化的整数和y≤2x-1；(iii)具有通式CxFyH2x-3-y或CxCNyH2x-3-y的被一或多个F或CN基团取代的C2-20炔基，限制条件为x为在2至20之间变化的整数，y为在1至37之间变化的整数和y≤2x-3。在一些实施方案中，R1和R2可为具有通式CxFyH2x+1-y的被一或多个F基团取代的C1-20烷基，限制条件为x为在1至20之间变化的整数，y为在1至41之间变化的整数和y≤2x+1。在特定实施方案中，R1和R2可为具有通式CnF2n+1的C1-18全氟烷基，限制条件为n为在1至20之间变化的整数。在替代实施方案中，R1和R2可为分别具有通式CnF2n-1或CnF2n-3的C2-20全氟烯基或全氟炔基，限制条件为n为在2至20之间变化的整数。
在其他实施方案中，R1和R2可为-C(O)Rb或-C(O)ORb，其中Rb选自由以下所述组成的组：(i)H；(ii)具有通式CxFyH2x+1-y或CxCNyH2x+1-y的任选被一或多个F或CN基团取代的C1-18烷基，限制条件为x为在1至20之间变化的整数，y为在0至41之间变化的整数和y≤2x+1；(ii)具有通式CxFyH2x-1-y或CxCNyH2x-1-y的任选被一或多个F或CN基团取代的C2-18烯基，限制条件为x为在2至20之间变化的整数，y为在0至39之间变化的整数和y≤2x-1；和(iii)具有通式CxFyH2x-3-y或CxCNyH2x-3-y的被一或多个F或CN基团取代的C2-18炔基，限制条件为x为在2至20之间变化的整数，y为在0至37之间变化的整数和y≤2x-3。
在优选实施方案中，电子传输化合物可由式(N-2)表示：
其中Ar、Ar'、R1、R2、m和m'如本文所定义。
在更优选实施方案中，电子传输化合物可由式(N-3)表示：
其中n为在1至12(包括端点)、优选4至12(包括端点)范围内的整数，和其中Ar、Ar'、m和m'如本文所定义。
在上述实施方案中的任一个中，Ar和Ar'在每次出现时可独立地选自由以下所述组成的组：苯基、噻吩基、噻唑基、异噻唑基、噻二唑基、呋喃基、唑基、异唑基、二唑基、吡咯基、三唑基、四唑基、吡唑基、咪唑基、吡啶基、嘧啶基、哒嗪基和吡嗪基。
在特定实施方案中，电子传输化合物可由式(N-4)表示：
其中n为在1至12(包括端点)和优选4至12(包括端点)范围内的整数。
在一个特定实施方案中，电子传输化合物可为2,5-双(4-(全氟辛基)苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩(N-F2-6)：
在另一个特定实施方案中，电子传输化合物可为2,5-双(4-(三氟甲基)苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩(N-F2-6-CF3)：
本发明者还已发现，若p型半导体材料层包括选自由低聚噻吩、并苯和稠合杂芳烃组成的组的空穴传输化合物，则上述有机电致发光晶体管可具有进一步增强的发射特性。在一些实施方案中，p型半导体材料可包括选自由以下所述组成的组的空穴传输化合物：二噻吩、四噻吩、噻吩并噻吩、苯并噻吩、萘并噻吩、苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩和二萘并[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩，其各自可任选被烃基α-和/或ω-取代。在一些实施方案中，p型半导体材料可包括由式(P-1)、(P-2)、(P-3)、(P-4)、(P-5)或(P-6)表示的空穴传输化合物：
其中R3和R4独立地为H或相同或不同的C1-20烷基。在特定实施方案中，p型半导体材料可包括选自由以下所述组成的组的空穴传输化合物：
若发射材料包含如下文所提供的由式(H-1)(TCTA)、式(H-2)(NP4-CBP)或式(H-3)(CBP)表示的空穴基质化合物和由式(G-1)(FIrpic)、(G-2)(Ir(ppy))或(G-3)(Ir(piq)3)表示的客体发射体的掺合物，则也可获得进一步增强的发射性能。在各种实施方案中，发射材料层可包括其总重量的5％至22％的客体发射体。
例如，在发射材料发射蓝光的实施方案中，发射材料可包括式(H-1)的芳胺基质化合物和式(G-1)的蓝光发射体的掺合物：
或式(H-2)的芳胺基质化合物和式(G-1)的蓝光发射体的掺合物：
或式(H-3)的芳胺基质化合物和式(G-1)的蓝光发射体的掺合物：
在发射材料发射绿光的实施方案中，发射材料可包括式(H-1)的芳胺基质化合物和式(G-2)的绿光发射体的掺合物：
或式(H-2)的芳胺基质化合物和式(G-2)的绿光发射体的掺合物：
或式(H-3)的芳胺基质化合物和式(G-2)的绿光发射体的掺合物：
在发射材料发射红光的实施方案中，发射材料可包括式(H-1)的芳胺基质化合物和式(G-3)的红光发射体的掺合物：
或式(H-2)的芳胺基质化合物和式(G-3)的红光发射体的掺合物：
或式(H-3)的芳胺基质化合物和式(G-3)的红光发射体的掺合物：
然而，发射材料可选自本领域技术人员已知的各种单组分主体发射材料和包括主体基质化合物和客体荧光或磷光发射体的掺合物材料。适合的有机电致发光材料包括已用于OLED应用的有机电致发光材料。例如，替代性发射材料可为主体三(8-羟基喹啉根基)铝(Alq3)和客体4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对二甲基胺基苯乙烯基)-4H-哌喃(DCM)的掺合物。
主体材料、客体发射体和单组分主体发射材料的各种实例描述于Chaskar等人,“Bipolar Host Materials:A Chemical Approach for Highly EfficientElectrophosphorescent Devices,”Adv.Mater.,23(34):3876-3895(2011)；Tao等人,“Organic host materials for phosphorescent organic light-emitting diodes,”Chem.Soc.Rev.,40(5):2943-2970(2011)；Sasabe等人,“Multifunctional Materials inHigh-Performance OLEDs:Challenges for Solid-State Lighting,”Chem.Mater.,23(3):621-630(2011)；Tsuboi,“Recent advances in white organic light emittingdiodes with a single emissive dopant,”J.Non-Cryst.Solids,356(37-40):1919-1927(201)；Singh等人,“Bio-organic optoelectronic devices using DNA,”Adv.Polym.Sci.,223(Organic Electronics):189-212(2010)；Kappaun等人,“Phosphorescent organic light-emitting devices:working principle and iridiumbased emitter materials,”Int.J.Mol.Sci.,9(8):1527-1547(2008)；Tokito等人,“Phosphorescent organic light-emitting devices:triplet energy management,”Electrochemistry,76(1):24-31(2008)；Chen,“Evolution of Red Organic Light-Emitting Diodes:Materials and Devices,”Chem.Mater.,16(23):4389-4400(2004)；Liu等人,“Polyfluorenes with on-chain metal centers,”Adv.Poly.Sci.,212(Polyfluorenes):125-144(2008)；Danev等人,“Vacuum deposited polyimide-a perfectmatrix for nanocomposite materials,”J.Optoelectron.Adv.Mater.,7(3):1179-1190(2005)；美国专利第5,747,183号；美国专利第5,683,823号；美国专利第6,626,722号；美国专利第7,074,502号；美国专利第7,671,241号；和美国专利第7,772,762号中。
例如，一些例举的主体发射材料包括基于咔唑衍生物、芴衍生物或9-萘基蒽衍生物的磷光主体发射化合物和基于有机金属螯合物(如三(8-喹啉醇)铝络合物)的荧光主体发射化合物。一些例举的主体材料包括聚合物，如聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚(烷苯基苯基亚乙烯基)、聚(烷苯基苯基亚乙烯基-共-烷氧基亚苯基亚乙烯基)、聚芴、聚(正乙烯基咔唑)和其共聚物。各种咔唑化合物、三苯胺化合物(包括与二唑或苯并咪唑的杂混物)也已用作主体材料。
一些例举的客体发射体(发光染料或掺杂剂)包括荧光染料，如各种苝衍生物、蒽衍生物、红萤烯衍生物、咔唑衍生物、芴衍生物和喹吖啶酮衍生物；和磷光发射体，如各种过渡金属络合物，包括Ir、Os或Pt。本发明者已发现，当发射层选自由TCTA:Ir(piq)3、NP4-CBP:Ir(piq)3、NP4-CBP:Ir(ppy)和NP4-CBP:FIrpic组成的组时，通过本发明OLET的光发射被进一步增强。
介电层可为选自由无机氧化物或氮化物、分子电介质、聚合电介质及其组合组成的组的电绝缘材料。在介电层为金属氧化物或氮化物的实施方案中，此类介电材料可选自由SiO2、Si3N4、Al2O3、ZrOx、Al掺杂的ZrOx和HfOx组成的组。在介电层为分子电介质的实施方案中，此类电介质可为自组装纳米电介质。在介电层为聚合电介质的实施方案中，此类介电材料可选自由聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酯和氟聚合物组成的组。也可使用杂混有机/无机材料。在优选实施方案中，介电层包含有机电介质，尤其聚合电介质。
根据本发明教导内容的OLET可使用本领域技术人员已知的方法制造。例如，有机层(例如一些实施方案的发射材料层、p型和n型半导体材料层和有机介电层)可通过气相方法，如化学气相沉积或物理气相沉积；以及溶液相方法，如印刷(例如柔版印刷、平版印刷、凹版印刷、喷墨、移印等)、滴铸、狭缝涂布、浸涂、刀片刮抹、辊涂或旋涂形成。
空穴/电子电极和栅极电极可使用常规工艺技术形成。例如，电接触点中的任一个可经由掩模沉积，或可沉积，接着蚀刻或剥离(光刻)。适合的沉积技术包括由相同或不同金属或金属合金，如铜、铝、金、银、钼、铂、钯、铜、钛、铬和/或镍；透明导电氧化物，如锡掺杂的氧化铟(ITO)；或导电聚合物，如聚亚乙基二氧噻吩(polyethylenethioxythiophene)(PEDOT)电沉积、汽化、溅射、电镀、涂布、激光切除和平版印刷。电荷载流子注入可通过使用用于注入电极(空穴电极或电子电极)的材料来促进，该材料具有低的抵抗电荷载流子类型分别注入空穴传输子层和电子传输子层的阻隔。例如，电子电极可包含选自由以下所述组成的组的一或多种元素：Au、Ca、Mg、Al、In和钙钛矿水锰矿(RE1-xAxMnO3，RE＝稀土元素，如La、Nd、Pr等，A＝碱金属)。空穴电极可包含选自由以下所述组成的组的至少一种材料：Au、氧化铟锡、Cr、Cu、Fe、Ag、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)与聚(苯乙烯磺酸酯)的组合(PEDOT:PSS)和钙钛矿水锰矿(Re1-xAxMnO3)。在一些实施方案中，空穴电极和电子电极可由具有不同功函数的导体制成以促进空穴和电子注入。
若存在，空穴注入子层和电子注入子层可通过自组装硫醇盐、膦酸盐或脂族或芳族羧酸盐；通过热蒸发各种电荷转移络合物及其他杂芳族或有机金属络合物；或通过热蒸发或溅射各种金属氧化物、氟化物或碳酸盐来制备。空穴注入子层和电子注入子层可由在空穴电极和电子电极的能级与分别注入空穴传输子层和电子传输子层所需的能级之间提供电子能级阶梯的材料制成。参见例如Li等人,“Low operating-voltage and highpower-efficiency OLED employing MoO3-doped CuPc as hole injection layer,”Displays,33(1):17-20(2012)；Wen等人,“Self-assembled of conducting polymericnanoparticles and its application for OLED hole injection layer,”EnergyProcedia,12:609-614(2011)；Zhang等人,“Role of Fe3O4as a p-dopant in improvingthe hole injection and transport of organic light-emitting devices,”IEEEJournal of Quantum Electronics,47(5):591-596(2011)；Choo等人,“Luminance andcharge transport mechanisms for phosphorescent organic light-emitting devicesfabricated utilizing a tris(2-phenylpyridine)iridium-doped
N,N'-dicarbazolyl-3,5-benzene emitting layer,”Thin Solid Films,519(15):5253-5256(2011)；Tao等人,“Odd-even modulation of electrode work functionwith self-assembled layer:Interplay of energy barrier and tunneling distanceon charge injection in organic light-emitting diodes,”Organic Electronics,12(4):602-608(2011)；Sung等人,“AC Field-Induced Polymer Electroluminescence withSingle Wall Carbon Nanotubes,”Nano Letters,11(3):966-972(2011)；Qiao等人,“Controlling charge balance and exciton recombination by bipolar host insingle-layer organic light-emitting diodes,”Journal of Applied Physics,108(3):034508/1-034508/8(2011)；Khizar-ul-Haq等人,“Blue organic light-emittingdiodes with low driving voltage and enhanced power efficiency based on MoO3as hole injection layer and optimized charge balance,”Journal of Non-Crystalline Solids,356(20-22):1012-1015(2010)；Qi等人,“Analysis of metal-oxide-based charge generation layers used in stacked organic light-emittingdiodes,”Journal of Applied Physics,107(1):014514/1-014514/8(201)；Huang等人,“Materials and interface engineering in organic light-emitting diodes,”Organic Electronics,243-261(2010)；Helander等人,“Comparison of Alq3/alkali-metal fluoride/Al cathodes for organic electroluminescent devices,”Journal ofApplied Physics,104(9):094510/1-094510/6(2008)；Roy Choudhury等人,“LiF as ann-dopant in tris(8-hydroxyquinoline)aluminum thin films,”Advanced Materials,20(8):1456-1461(2008)；Vacca等人,“Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate)ratio:Structural,physical and hole injection properties inorganic light emitting diodes,”Thin Solid Films,516(12):4232-4237(2008)；Yang等人,“Improved fabrication process for enhancing light emission in single-layer organic light-emitting devices doped with organic salt,”JapaneseJournal of Applied Physics,47(2,Pt.1):1101-1103(2008)；Kim等人,“UV-ozonesurface treatment of indium-tin-oxide in organic light emitting diodes,”Journal of the Korean Physical Society,50(6):1858-1861(2007)；Prat等人,“Stable,highly efficient and temperature resistant organic light-emittingdevices,”Japanese Journal of Applied Physics,Part 1:Regular Papers,BriefCommunications&Review Papers,”46(4A):1727-1730(2007)；Luo等人,“Improving thestability of organic light-emitting devices by using a hole-injection-tunable-anode-buffer-layer,”Journal of Applied Physics,101(5):054512/1-054512/4(2007)；Matsushima等人,“Charge-carrier injection characteristics atorganic/organic heterojunction interfaces in organic light-emitting diodes,”Chemical Physics Letters,435(4-6):327-330(2007)；Kim等人,“Controllable workfunction of Li-Al alloy nanolayers for organic light-emitting devices,”Advanced Engineering Materials,7(11):1023-1027(2005)；Kato,“DesigningInterfaces That Function to Facilitate Charge Injection in Organic Light-Emitting Diodes,”Journal of the American Chemical Society,127(33):11538-11539(2005)；Veinot等人,“Toward the Ideal Organic Light-Emitting Diode.TheVersatility and Utility of Interfacial Tailoring by Cross-Linked SiloxaneInterlayers,”Accounts of Chemical Research,38(8):632-643(2005)；Oyamada等人,“Extremely low-voltage driving of organic light-emitting diodes with a Cs-doped phenyldipyrenylphosphine oxide layer as an electron-injection layer,”Applied Physics Letters,86(3):033503/1-033503/3(2005)；Hughes等人,“Electron-transporting materials for organic electroluminescent andelectrophosphorescent devices,”Journal of Materials Chemistry,15(1):94-107(2005)；D'Andrade等人,“Efficient organic electrophosphorescent white-light-emitting device with a triple doped emissive layer,”Advanced Materials,16(7):624-628(2004)；Kanno等人,“Development of OLED with high stability andluminance efficiency by co-doping methods for full color displays,”IEEEJournal of Selected Topics in Quantum Electronics,10(1):30-36(2004)；Han等人,“Transparent-cathode for top-emission organic light-emitting diodes,”AppliedPhysics Letters,82(16):2715-2717(2003)；Tutis等人,“Internal electric field andcharge distribution in multilayer organic light-emitting diodes,”Journal ofApplied Physics,93(8):4594-4602(2003)；Mathai等人,“Controlled injection ofholes into AlQ3 based OLEDs by means of an oxidized transport layer,”Materials Research Society SymposiumProceedings,708(Organic OptoelectronicMaterials,Processing and Devices):101-106(2002)；Crone等人,“Charge injectionand transport in single-layer organic light-emitting diodes,”Applied PhysicsLetters,73(21):3162-3164(1998)；和Park等人,“Charge injection andphotooxidation of single conjugated polymer molecules,”Journal of theAmerican Chemical Society,126(13):4116-7(2004)。
根据本发明教导内容的OLET可在各种基板上制造，包括具有耐低温性的塑料可挠性基板。此类可挠性基板的实例包括聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯；聚烯烃，如聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯；聚苯硫，如聚苯硫醚；聚酰胺；芳族聚酰胺；聚醚酮；聚酰亚胺；丙烯酸类树脂；聚甲基丙烯酸甲酯及其掺合物和/或共聚物。在一些实施方案中，基板可为刚性透明基板，如玻璃、石英和也可使用常用于薄膜晶体管的基板-栅极材料。实例包括掺杂的硅芯片、玻璃上锡掺杂的氧化铟(ITO)、聚酰亚胺或迈拉(mylar)膜上锡掺杂的氧化铟、单独或涂布于如聚对苯二甲酸乙二酯的聚合物上的铝或其他金属、掺杂的聚噻吩和其类似物。
不同层的厚度可经调适以使根据本发明教导内容的OLET的效能和/或按比例缩小优化。在此方面，p型半导体材料层的厚度在5nm至50nm之间、优选在15nm至45nm之间；n型半导体材料层的厚度在30nm至60nm之间；和发射材料层的厚度在30nm至60nm之间可为优选的。
可在基质中布置多个OLET以提供显示设备。显示设备可包括任选的驱动和开关元件、补偿晶体管元件、电容器和/或发光二极管。特别地，此任选的驱动和开关元件和补偿晶体管元件可为有机场效应晶体管。
提供以下实施例以进一步说明和有助于理解本发明教导内容，且不意欲以任何方式限制本发明。
实施例中使用缩写字表示某些化合物。下表1提供此类化合物的IUPAC名称和缩写字母。
表1
C8-BTBT 2,7-二辛基[1]苯并-噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩
C5-BTBT 2,7-二戊基[1]苯并-噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩
DNTT 二萘并[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩
DH4T 5,5'-双(3-己基-2-噻吩基)-2,2'-联噻吩
N-F2-6 2,5-双(4-(全氟辛基)苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩
N-F2-6-CF3 2,5-双(4-(三氟甲基)苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩
N-F4-1 2,6-双(4-十七氟辛基苯基)-二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩
DFH4T 5,5'-双((5-全氟己基)噻吩-2-基)-2,2'-联噻吩
TCTA 4,4',4”-三(咔唑-9-基)三苯胺
NP4-CBP 4,4'-双(3,6-二新戊基-9H-咔唑-9-基)-1,'-联苯
Ir(piq)3 三(1-苯基异喹啉)铱(III)
Ir(ppy)3 三(2-苯基吡啶)铱(III)
FIrpic 双(4,6-二氟苯基-吡啶)(吡啶甲酸)铱(III)
PtOEP 2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基卟啉-22,24-二氧；铂(2+)
Alq3 三(8-羟基喹啉根基)铝
DCM 4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲基胺基苯乙烯基)-4H-哌喃
实施例1
参照图1，根据本发明教导内容的有机双极发光晶体管(OLET)在玻璃基板(第一层1)上制造，在玻璃基板上提供由ITO(氧化铟锡)制成的透明控制电极2。由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)构成的450nm厚的介电层3通过旋涂在ITO电极上且在90℃下真空固化制造。有机发射双极通道通过真空(10-7毫巴)升华在介电层上形成且包括以下各层：
-沉积在介电层3上的由p型半导体材料构成的空穴传输层4，具体地为在基板维持在室温时，以速率升华的由C8-BTBT制成的15nm厚的膜；
-与空穴传输层4接触的发射层5，具体地为由主体-客体系统构成的60nm厚的再组合层(其中客体发射体浓度为20％)。TCTA用作主体基质且其在基板维持在室温时以速率升华。Ir(piq)3用作客体发射体且其在基板维持在室温时以速率升华；和
-与发射层5接触的电子传输层6，具体地为在基板维持在室温时以速率升华的45nm厚的N-F2-6膜。
真空(10-6毫巴)沉积由银(Ag)制成的金属源极电极和漏极电极7和7'且其各自具有70nm的厚度。
装置通道长度(L)和通道宽度(W)分别为70μm和12mm。
发现上文所述的OLET具有以下特征参数：
p型阈电压＝-40.1V；
p型迁移率＝5.2×10-1cm2/Vs；
n型阈电压＝38.4V；
n型迁移率＝3.6×10-3cm2/Vs。
测试的OLET的电流-电压曲线示于图2和图3中。图2示出当源极接触点接地时，在不同栅极-源极电压(VGS)下漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压(VDS)的函数的变化。图3示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压(VGS)的函数的图线。
图4示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率(EQE，左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的曲线。
如图4中所示，具有由式(N-1)表示的电子传输化合物(在此情况下，N-F2-6)组成的n型半导体材料层的测试的OLET出乎意料地同时实现高亮度(EL约45μW)和高效率(EQE约2.25％)。
实施例2
除p型半导体材料的空穴传输层4为由C5-BTBT代替C8-BTBT制成的15nm厚的膜层之外，第二OLET以与实施例1中所述的OLET相同的方式且使用相同材料(包括使用N-F2-6作为电子传输层6的材料)来制造。
所得OLET示出以下特征参数：
p型阈电压＝-54.5V；
p型迁移率＝1.2×10-1cm2/Vs；
n型阈电压＝25.9V；
n型迁移率＝4.2×10-3cm2/Vs。
该测试的OLET的电流-电压曲线示于图5和图6中。图5示出当源极接触点接地时，在不同栅极-源极电压(VGS)下漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压(VDS)的函数的变化。图6示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压(VGS)的函数的变化。
图7示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率(EQE，左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的曲线。
如图7中所示，具有由式(N-1)表示的电子传输化合物(在此情况下，N-F2-6)组成的n型半导体材料层的测试的OLET出乎意料地同时实现高亮度(EL＞50μW)和高效率(EQE＞2.5％)。
实施例3
除p型半导体材料的空穴传输层4为由DNTT代替C8-BTBT制成的15nm厚的膜层之外，第三OLET以与实施例1中所述的OLET相同的方式和使用相同材料(包括使用N-F2-6作为电子传输层6的材料)来制造。
所得晶体管示出以下特征参数：
p型阈电压＝-40V；
p型迁移率＝5×10-5cm2/Vs；
n型阈电压＝34V；
n型迁移率＝0.5cm2/Vs。
该测试的OLET的电流-电压曲线示于图8和图9中。图8示出当源极接触点接地时，在不同栅极-源极电压(VGS)下漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压(VDS)的函数的变化。图9示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压(VGS)的函数的变化。
图10示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率(EQE，左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的曲线。
如图10中所示，具有由式(N-1)表示的电子传输化合物(在此情况下，N-F2-6)组成的n型半导体材料层的该测试的OLET出乎意料地同时实现高亮度(EL约20μW)和高效率(EQE约2.5％)，但通过使用由DNTT组成的p型半导体材料实现的电致发光并未与使用BTBT化合物一样高。
相比于实施例1-3中所获得的数据，发现具有由不在式I内的n型半导体化合物组成的电子传输层的OLET具有显著较低的光发射亮度和效率。这些比较装置描述于实施例4和5中。
实施例4(比较)
在此实施例中测试的比较装置引入R.Capelli等人,“Organic light-emittingtransistors with an efficiency that outperforms the equivalent light-emittingdiodes,”Nature Materials,第9卷,第496-503页(2010)所报导的有机发光晶体管中所用的p型半导体材料(DH4T)、n型半导体材料(DFH4T，双(氟烷基取代的)低聚噻吩)和发射材料(Alq3:DCM)。
再次参照图1，比较性OLET在玻璃基板(第一层1)上制造，在玻璃基板上提供由ITO(氧化铟锡)制成的透明控制电极2。由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)构成的450nm厚的介电层3通过旋涂在ITO电极上和在90℃下真空固化制造。有机发射双极通道通过真空(10-7毫巴)升华在介电层上形成和包括以下各层：
-沉积在介电层3上的n型半导体材料的电子传输层4，具体地为在基板维持在室温时以速率升华的由DFH4T制成的15nm厚的膜层；
-与空穴传输层4接触的发射层5，具体地为由主体-客体系统构成的60nm厚的再组合层(其中客体发射体浓度为20％)。Alq3用作主体基质和其在基板维持在室温时以速率升华。DCM用作客体发射体且其在基板维持在室温时以速率升华；和
-与发射层5接触的空穴传输层6，在此情况下，在基板维持在室温时以速率升华的45nm厚的DH4T膜。
真空(10-6毫巴)沉积由银(Ag)制成的金属源极电极和漏极电极7和7'且其各自具有70nm的厚度。
装置通道长度(L)和通道宽度(W)分别为70μm和12mm。
发现所得OLET具有以下特征参数：
p型阈电压＝-60V；
p型迁移率＝5.3×10-1cm2/Vs；
n型阈电压＝23.7V；
n型迁移率＝3.6×10-3cm2/Vs。
该测试的OLET的电流-电压曲线示于图11和图12中。图11示出当源极接触点接地时，在不同栅极-源极电压(VGS)下漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压(VDS)的函数的变化。图12示出当漏极接触点维持在90V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝90V)时，漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压(VGS)的函数的变化。
图13示出当漏极接触点维持在90V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝90V)时，外量子效率(EQE，左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS的函数的变化的曲线。
如图13中所示，在此实施例中测试的引入此技术领域中先前报导的材料的组合的比较性OLET展示出与实施例1-3的装置相比显著较低的亮度(EL<0.25μW)和效率(EQE<0.8％)。另外，最大亮度在当效率极低时的条件下获得，且反之亦然(如由EQE和EL曲线的反向关系所指示，尤其在VGS＝20V与VGS＝60V之间)。
实施例5(比较)
制造具有发射双极通道的第二比较性OLET，该发射双极通道包括由DH4T构成的p型半导体材料层、由Alq3:PtOEP构成的发射层和由N-F4-1构成的n型半导体材料层。N-F4-1在结构上与由式(N-1)表示的化合物类似，不同之处在于N-F4-1具有三环(二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩)核而非如由式(N-1)表示的化合物中具有双环核。先前报导已提出，二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩化合物具有比其双环对应物高得多的迁移率。参见例如美国专利公开案第2013-0207081号。
具体地为第二比较性OLET在玻璃基板(第一层1)上制造，在玻璃基板上提供由ITO(氧化铟锡)制成的透明控制电极2。由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)构成的450nm厚的介电层3通过旋涂在ITO电极上和在90℃下真空固化制造。有机发射双极通道通过真空(10-7毫巴)升华在介电层上形成且包括以下各层：
-沉积在介电层3上的由p型半导体材料构成的空穴传输层4，具体地为在基板维持在室温时以速率升华的由DH4T制成的15nm厚的膜；
-与空穴传输层4接触的发射层5，具体地为由主体-客体系统构成的60nm厚的再组合层(其中客体发射体浓度为20％)。Alq3用作主体基质且其在基板维持在室温时以速率升华。PtOEP用作客体发射体且其在基板维持在室温时以速率升华；和
-与发射层5接触的电子传输层6，具体地为在基板维持在室温时以速率升华的45nm厚的N-F4-1膜。
真空(10-6毫巴)沉积由银(Ag)制成的金属源极电极和漏极电极7和7'且其各自具有70nm的厚度。
装置通道长度(L)和通道宽度(W)分别为70μm和12mm。
发现所得OLET具有以下特征参数：
p型阈电压＝-55.2V；
p型迁移率＝3.8×10-2cm2/Vs；
n型阈电压＝空；
n型迁移率＝空。
该测试的OLET的电流-电压曲线示于图14和图15中。图14示出当源极接触点接地时，在不同栅极-源极电压(VGS)下漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为漏极-源极电压(VDS)的函数的变化。图15示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，漏极-源极电流(IDS)(左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率(EL)(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压(VGS)的函数的变化。
图16示出当漏极接触点维持在-100V的恒定偏压电压和源极接触点接地(VDS＝-100V)时，外量子效率(EQE，左侧标度-黑色曲线)和电致发光光学输出功率EL(右侧标度-灰色曲线)作为栅极-源极电压VGS变化的曲线。
如图16中所示，在此实施例中测试的引入此技术中先前报导的材料的组合的比较性OLET展示出与实施例1-3的装置相比低得多的亮度(EL约0.30μW)和效率(EQE<0.9％)。另外，最大亮度在当效率极低时的条件下获得，且反之亦然(如由EQE和EL曲线的反向关系所指示)。具体地为当EL在VGS＝-100V的条件下优化至约0.30μW时，EQE仅约0.15％。相反地，当EQE在VGS＝-20V的条件下优化至约0.9％时，EL仅约0.05μW。鉴于已报导二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩化合物具有比其双环对应物(其可基于噻吩并噻吩核，如在一些实施方案中由式(N-1)表示的化合物)高得多的迁移率，此结果特别出人意料。
因此，实施例1、2和3证明具有包括由式(N-1)的电子传输化合物组成的电子传输层的有机发射双极通道的有机电致发光晶体管一般与实施例4和5中所述的分别引入替代性n型半导体化合物作为电子传输层的比较装置相比，显示较高源极-漏极电流和较高光学输出功率(EL)。
此外，实施例1、2和3的有机电致发光晶体管与实施例4和5中所述的比较装置相比，显示显著较高的发射量子效率(EQE)值(参见图4、7和10，左侧标度)。实施例1、2和3的晶体管的EQE值在栅极偏压扫描期间环绕恒定值波动(在最大EQE值的10-20％内波动)，同时实现最大亮度和最大效率。在实施例4(图13，左侧标度)中，在增加的栅极偏压下观察到EQE的实质上的劣化(出现相对于其最大值约40％的减小)。实施例5观察到类似劣化。
与通常在如SiOx的无机电介质用作介电层时显示最佳装置性能的常规OLET和OFET相比，实施例1、2和3中所说明的显示此类高光学输出功率和效率的装置通过聚合电介质(PMMA)用作介电层的事实而更加出人意料。

Claims (27)

1.一种有机电致发光晶体管，其包含：至少一个介电层；至少一个控制电极；至少一个空穴电极；至少一个电子电极；和包含发射双极通道的组装件，其中：
该介电层布置在该控制电极和该组装件之间；
该发射双极通道包含至少一个n型半导体材料层、至少一个p型半导体材料层和至少一个布置在该p型半导体材料层与该n型半导体材料层之间的发射材料层；
该n型半导体材料包含由式(N-1)表示的电子传输化合物：
其中：
X选自由O、S和Se所组成的组；
Ar和Ar'在每次出现时独立地为相同或不同的单环芳基或杂芳基；
R1和R2独立地为相同或不同的吸电子基团，其选自由-CN、Ra、-C(O)Rb和-C(O)ORb所组成的组；其中Ra为以至少一个氟或氰基取代的C1-20烷基、C2-20烯基或C2-20炔基；和Rb选自由H、C1-20烷基、C2-20烯基和C2-20炔基所组成的组，其中该C1-20烷基、该C2-20烯基和该C2-20炔基各自任选以一或多个氟和/或氰基取代；和
m和m'独立地为1或2。
2.如权利要求1的晶体管，其中该电子传输化合物由式(N-2)表示：
3.如权利要求1的晶体管，其中该电子传输化合物由式(N-3)表示：
其中n为1至12范围内的整数,包括端点。
4.如权利要求1至3中任一项的晶体管，其中Ar和Ar'在每次出现时独立地选自由以下所述组成的组：苯基、噻吩基、噻唑基、异噻唑基、噻二唑基、呋喃基、唑基、异唑基、二唑基、吡咯基、三唑基、四唑基、吡唑基、咪唑基、吡啶基、嘧啶基、哒嗪基和吡嗪基。
5.如权利要求3的晶体管，其中该电子传输化合物由式(N-4)表示：
6.如权利要求5的晶体管，其中该电子传输化合物为2,5-双(4-(全氟辛基)苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩(N-F2-6)：
2,5-双(4-(三氟甲基)苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩(N-F2-6-CF3)：
7.如权利要求1的晶体管，其中该p型半导体材料包含选自由低聚噻吩、并苯和稠合杂芳烃组成的组的空穴传输化合物。
8.如权利要求1的晶体管，其中该p型半导体材料包含选自由以下所述组成的组的空穴传输化合物：二噻吩、四噻吩、噻吩并噻吩、苯并噻吩、萘并噻吩、苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩和二萘并[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩，其各自可任选以烃基α-取代和/或ω-取代。
9.如权利要求1的晶体管，其中该p型半导体材料包含由式(P-1)、(P-2)、(P-3)、(P-4)、(P-5)或(P-6)表示的空穴传输化合物：
其中R3及R4独立地为H、或相同或不同的C1-20烷基。
10.如权利要求9的晶体管，其中该p型半导体材料包含选自由以下所述组成的组的空穴传输化合物：
11.如权利要求10的晶体管，其中该发射材料发射蓝光。
12.如权利要求11的晶体管，其中该发射材料包含式(H-1)的芳胺基质化合物和式(G-1)的蓝光发射体的掺合物：
式(H-2)的芳胺基质化合物和式(G-1)的蓝光发射体的掺合物：
式(H-3)的芳胺基质化合物和式(G-1)的蓝光发射体的掺合物：
13.如权利要求10的晶体管，其中该发射材料发射绿光。
14.如权利要求13的晶体管，其中该发射材料包含式(H-1)的芳胺基质化合物和式(G-2)的绿光发射体的掺合物：
式(H-2)的芳胺基质化合物和式(G-2)的绿光发射体的掺合物：
式(H-3)的芳胺基质化合物和式(G-2)的绿光发射体的掺合物：
15.如权利要求10的晶体管，其中该发射材料发射红光。
16.如权利要求15的晶体管，其中该发射材料包含式(H-1)的芳胺基质化合物和式(G-3)的红光发射体的掺合物：
式(H-2)的芳胺基质化合物和式(G-3)的红光发射体的掺合物：
式(H-3)的芳胺基质化合物和式(G-3)的红光发射体的掺合物：
17.如权利要求1的晶体管，其中电子电极、空穴电极和栅极电极各自独立地包含金属或透明导电氧化物。
18.如权利要求17的晶体管，其中该电子电极、该空穴电极和该栅极电极各自独立地包含选自由以下所述组成的组的金属或透明导电氧化物：金、银、钼、铜、钛、铬、锡掺杂的氧化铟及其组合。
19.如权利要求18的晶体管，其中该电子电极和该空穴电极由不同金属构成。
20.如权利要求1的晶体管，其中该介电层包含选自由以下所述组成的组的电绝缘材料：无机氧化物或氮化物、分子电介质、聚合电介质及其组合。
21.如权利要求20的晶体管，其中该无机氧化物或氮化物选自由以下所述组成的组：SiO2、Si3N4、Al2O3、ZrOx、Al掺杂的ZrOx、和HfOx。
22.如权利要求20的晶体管，其中该分子电介质为自组装纳米电介质。
23.如权利要求20的晶体管，其中该聚合电介质选自由以下所述组成的组：聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酯和氟聚合物。
24.如权利要求1的晶体管，其进一步包含沉积在该至少一个n型半导体材料层与该电子电极之间的电子注入子层。
25.如权利要求24的晶体管，其进一步包含沉积在该至少一个p型半导体材料层与该空穴电极之间的空穴注入子层。
26.如权利要求25的晶体管，其进一步包含覆盖该发射双极通道的顶表面的钝化层。
27.一种用于产生图像的光电装置，该光电装置包含多个相同或不同的如权利要求1至26中任一项的有机电致发光晶体管，其彼此互连和沉积在基板上。
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