CN114631200A - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

发光元件(10)依次具备阳极(1)、EML(3)、ETL(4)和阴极(6)，在上述ETL和上述阴极之间的至少一部分具备IL(5)，上述IL(5)与上述ETL和上述阴极接触且相对介电常数为2以上且50以下。

Description

发光元件
技术领域
本公开涉及一种发光元件。
背景技术
关于OLED(Organic Light Emitting Diode：有机发光二极管)、QLED(Quantumdot Light Emitting Diode：量子点发光二极管)、无机发光二极管等向自发光型的发光元件的载流子(电子和空穴)的注入，在分别高效地将双方的载流子注入发光层时，需要适当选择各个载流子注入层的能量能级。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报“特开2005-123094号”
发明内容
本发明所要解决的技术问题
但是，发光层的能量能级由该材料决定。例如在QLED的情况下，将空穴和电子高效地封入量子点中，使其重组而生成激子并使其发光，因此量子点的材料无法自由地选择。例如，与当前使用的量子点层的电子注入相关的电子亲和力在3eV附近或比其小。为了向这样的量子点层注入电子，作为具有电子传输性的层，需要使用电子亲和力小的电子传输层或电子注入层，作为阴极，需要使用功函数小的阴极。
用于形成具有电子传输性的层的一般的电子传输性材料具有离子性键，构成元素间的结合比较强。但是，在具有电子传输性的层成膜时，例如使用溅射法时，具有电子传输性的层暴露于离子冲击等，在具有电子传输性的层的表面形成非常深的缺陷能级。此外，在利用纳米粒子涂布法的成膜中，由于尺寸效果，表面积的比例相对变大，由于结晶缺陷、与化学计量组成的偏离等，在具有电子传输性的层的表面形成非常深的缺陷能级。这样在具有电子传输性的层的表面形成深的缺陷能级时，阴极的费米能级被钉扎(日文：ピニング)在该缺陷能级，使阴极的费米能级深化。其结果，在具有电子传输性的层与阴极之间形成远远高于从这些材料的物性所期望的电子注入势垒，从而阻碍了电子的注入。
另外，例如在专利文献1中公开了如下内容：在与由有机化合物构成的发光层邻接的供电子金属掺杂剂与有机物的混合层(低电阻电子传输层)上形成有机金属络合物含有层，在其上作为阴极，蒸镀能够将上述有机金属络合物含有层中的金属离子在真空中还原为金属的热还原性金属而引起氧化还原反应，或者在上述有机金属络合物含有层上蒸镀上述热还原性金属而引起氧化还原反应后，形成阴极，由此降低在从阴极向低电阻电子传输层注入电子时成为问题的能量障壁(即，电子注入势垒)。
但是，在上述有机金属络合物含有层和通过上述氧化还原反应在上述有机金属络合物含有层与上述阴极的界面生成的反应生成层都具有导电性，并且上述反应生成层的还原作用是在上述有机金属络合物含有层的表面生成缺陷。因此，在专利文献1中，在有机金属络合物含有层的表面形成缺陷能级，阴极的费米能级被钉扎在该有机金属络合物含有层的缺陷能级(表面能级)。但是，专利文献1对上述钉扎没有任何考虑。专利文献1的发光元件通过上述钉扎使阴极的费米能级深化，由此，阴极的功函数深化，因此在低电阻电子传输层与阴极之间形成远远高于从这些材料的物性所期望的电子注入势垒，阻碍电子的注入。
本公开的一方面是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供能够与现有相比提高向发光层的电子注入效率的发光元件。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述课题，本公开的一方式的发光元件依次具备阳极、发光层、具有电子传输性的层以及阴极，在具有所述电子传输性的层与所述阴极之间的至少一部分具备绝缘体层，所述绝缘体层与所述具有电子传输性的层以及所述阴极接触且相对介电常数为2以上且50以下。
有益效果
根据本公开的一方式，通过在发光层与阴极之间的至少一部分，与具有电子传输性的层和阴极相接触地设置上述绝缘体层，能够抑制具有电子传输性的层的表面能级与阴极之间的电荷的移动，防止阴极的费米能级在阴极整体中被钉扎在深的缺陷能级。因此，根据本公开的一方式，能够防止具有电子传输性的层的表面能级对阴极的费米能级的影响波及整个阴极，能够经由上述绝缘层以阴极本来的功函数接合阴极和具有电子传输性的层。因此，根据本公开的一方式，与现有相比降低阴极和具有电子传输性的层之间的电子注入势垒的至少一部分，由此，与现有相比能够提高电子注入效率。
附图说明
图1是表示第一实施方式的发光元件的概略构成的一个例子的截面图。
图2是用于说明第一实施方式的发光元件中的阴极与具有电子传输性的层之间的电子注入势垒的能带图。
图3是用于说明比较用的发光元件中的阴极与具有电子传输性的层之间的电子注入势垒的能带图。
图4是表示第二实施方式的发光元件的概略构成的一例的截面图。
图5是表示第二实施方式的发光元件的主要部分的概略构成的透视图。
图6是表示第三实施方式的发光元件的主要部分的概略构成的透视图。
图7是表示第四实施方式的发光元件的主要部分的概略构成的透视图。
图8是表示第五实施方式的发光元件的主要部分的概略构成的透视图。
具体实施方式
以下，对本公开的实施方式的一个实施方式进行说明。另外，以下，将通过比较对象的层之前的工艺而形成的层设为“下层”，将通过比较对象的层之后的工艺而形成的层设为“上层”。
＜发光元件的概略构成＞
图1为表示本实施方式的将发光元件10在法线方向切断(即，沿其层叠方向切断)时的该发光元件10的概略构成的一例的截面图。
如图1所示，发光元件10具备阳极(Anode)1、阴极(cathode)6、设置在阳极1和阴极6之间的发光层(以下，记为“EML”)3。在阴极6与EML3之间，与阴极6相接触地设置有绝缘体层(以下记为“IL”)5。另外，在IL5和EML3之间设置有与IL5接触且具有电子传输性的层(以下，记为“ETL”)4。此外，在阳极1和EML3之间，可以设置具有空穴传输性的层(以下，记作“HTL”)2，也可以不设置。
在图1中，列举发光元件10具有阳极1、HTL2、EML3、ETL4、IL5和阴极6从下层侧起依次层叠的构成的情况为例并图示。但是，如上所述，发光元件10的构成并不限定于上述构成。
另外，发光元件10中的上述各层的层叠顺序也可以相反，发光元件10例如也可以从上层侧按顺序具备阳极1、HTL2、EML3、ETL4、IL5和阴极6。
阳极1由导电性材料构成，在该阳极1和阴极6之间的层中注入空穴。阴极6由导电性材料构成，向该阴极6与阳极1之间的层注入电子。
作为用于阳极1的导电性材料，例如可列举Al(铝)、Ag(银)、Mg(镁)等的现有一般用于阳极的金属；这些金属的合金；ITO(氧化铟锡)、InGaZnOx(氧化铟镓锌)等无机氧化物；在这些无机氧化物中掺杂了杂质的导电性化合物等。这些导电性材料可以单独使用，也可以适当组合两种以上使用。
作为用于阴极6的导电性材料，例如可列举出Al、Ag、Mg等现有一般用于阴极的金属；这些金属的合金等。这些导电性材料可以单独使用，也可以适当组合两种以上使用。此外，上述合金还可进一步包含Li(锂)。
此外，阳极1和阴极6中的成为光的提取面侧的电极需要是透明的。另一方面，与光的取出面相反一侧的电极可以不是透明的。因此，阳极1和阴极6的至少一方由透光性材料构成。阳极1和阴极6的任一方也可以由光反射性材料形成。图1所示的发光元件10是顶部发光型的发光元件的情况下，作为上层的阴极6由透光性材料形成，作为下层的阳极1由光反射性材料形成。图1所示的发光元件10是底部发光型的发光元件的情况下，作为光上层的阴极6由光反射性材料形成，作为下层的阳极1由透光性材料形成。
这些阳极1和阴极6例如可以使用溅射法、真空蒸镀法、CVD(chemical vapordeposition：化学气相沉积)法、等离子体CVD法、印刷法等作为阳极和阴极的形成方法而使用现有公知的各种方法来形成。
HTL2可以是空穴传输层以及空穴注入层中的任一种。空穴传输层是从阳极1向EML3传输空穴的层。空穴注入层是促进空穴从阳极1向EML3注入的层。此外，空穴传输层可以兼作空穴注入层，阳极1也可以兼作空穴注入层。因此，发光元件10在阳极1和EML3之间，作为HTL2，可以从阳极1侧起依次具备空穴注入层和空穴传输层，也可以仅具备空穴传输层。
HTL2可以使用公知的空穴传输性材料。作为空穴传输性材料，HTL2例如可以包含NiO(氧化镍)、CuAlO2(铝酸铜)、PEDOT：PSS(聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)-聚(4-苯乙烯磺酸盐))、PVK(聚乙烯基咔唑)、聚[(9，9-二辛基芴基-2，7-二基)-co-(4，4’-(N-4-sec-丁基苯基))二苯胺)](TFB)等。这些空穴传输性材料可以仅使用一种，也可以适当混合两种以上使用。另外，上述空穴传输性材料也可以使用纳米粒子。
ETL4可以是电子传输层及电子注入层中的任一种。电子传输层是从阴极6向EML3传输电子的层。电子注入层是促进电子从阴极6向EML3注入的层。此外，电子传输层也可以兼作电子注入层。因此，发光元件10在阴极6与EML3之间，作为ETL4，可以从阴极6侧起依次具有电子注入层、电子传输层，也可以只具备电子传输层。也就是说，发光元件10也可以在阴极6与EML3之间，与阴极6相接触地设置IL5，在IL5与EML3之间，与IL5相接触地设置电子注入层或电子传输层。这样，IL5的一个主面必须与阴极接触。作为EML3仅设有电子传输层时，IL5的另一个主面与电子传输层接触。在设有电子注入层和电子传输层作为EML3的情况下，IL5的另一个主面与电子注入层接触。
在ETL4中能够使用公知的电子传输性材料。ETL4作为电子传输性材料，例如可以包含金属氧化物、II-VI族化合物半导体、III-V族化合物半导体、IV-IV族化合物半导体。作为上述金属氧化物，可举出例如：MoO3(三氧化钼)、Cr2O3(氧化铬)、NiO(氧化镍)、WO3(三氧化钨)、ITO(氧化铟锡)、InGaZnOx(氧化铟镓锌)、Ga2O3(氧化镓)、In2O3(氧化铟)等。作为上述II-VI族化合物半导体，可举出例如：IZO(掺铟氧化锌)、ZAO(掺铝氧化锌)、ZnO(氧化锌)、MgO(氧化镁)、ZnMgO(氧化锌镁)、ZnS(硫化锌)、ZnSe(硒化锌)、ZnSSe(硒化硫化锌)、MgS(硫化镁)、MgSe(硒化镁)、MgSSe(硒化硫化镁)等。作为上述III-V族化合物半导体，可举出例如：AlAs(砷化铝)、GaAs(砷化镓)、InAs(砷化铟)、及作为它们的混晶的AlGaInAs；AlN(氮化铝)、GaN(氮化镓)、InN(氮化铟)、及作为它们的混晶的AlGaInN、GaP(磷化镓)、AlInGaP等。作为上述IV-IV族化合物半导体，可举出例如由SiGe(硅锗)、SiC(碳化硅)等互不相同的元素构成的半导体。这些电子传输性材料可以仅使用一种，也可以适当地混合两种以上使用。
此外，作为HTL2及ETL4的厚度，只要是空穴传输功能及电子注入功能各自充分发挥的厚度即可，并无特别限定。作为HTL2及ETL4的厚度，可以与现有公知的发光元件中的具有空穴传输性的层及具有电子传输性的层的厚度同样地设定。
这些HTL2及ETL4，例如，作为溅射法、纳米粒子涂布法、前驱体涂布法等、具有空穴传输性的层及具有电子传输性的层的形成方法，可以使用现有公知的各种方法来形成。
如上所述，IL5在IL5和阴极6之间，与IL5和阴极6相接触地设置。
IL5是相对介电常数(k)为2以上且50以下的绝缘体层。IL5能够使用例如Al2O3(氧化铝)、SiO2(氧化硅)、SiN(氮化硅)、SiON(氮氧化硅)、AlON(氮氧化铝)、TiO2(氧化钛)等绝缘体。另外，上述例示的绝缘体的相对介电常数(k)，一般Al2O3中k＝6～10，SiO2中k＝3.5～4，SiN中k＝7，SiON中k＝7～8，AlON中k＝9，TiO2中k＝10～190左右。此外，例如在TiO2那样相对介电常数(k)根据氧化状态而大幅变化的绝缘体的情况下，选择性地使用2≤k≤50的范围内的氧化状态的绝缘体。
这些绝缘体可以仅使用一种，也可以适当混合两种以上使用。因此，IL5例如可以包含从由Al2O3、SiO2、SiN、SiON、AlON、TiO2构成的组中选择的2≤k≤50的范围内的至少一种绝缘体。另外，作为用于IL体，只要为2≤k≤50，则既可以是在电子设备中通常使用的绝缘体，也可以是例如聚酰亚胺(k＝3.5)等树脂。作为在电子设备中通常使用的绝缘体，例如可以举出玻璃-环氧叠层体(k＝4.5～5.2)、二甲基硅酮树脂(k＝3～4)等。
依据本实施方式，在ETL4和阴极6之间，与ETL4和阴极6双方接触，通过设置相对介电常数为2以上且50以下的IL5，能够确保IL5的绝缘性，并且抑制ETL4的表面能级(缺陷能级)和阴极6之间的电荷的移动，能够防止阴极6的费米能级被钉扎在ETL4的深的表面能级上。此外，上述效果将在后面详述。
IL5的层厚优选为0.1nm～2nm的范围内。通过在ETL4和阴极6之间设置具有0.1nm以上的层厚的IL5，能够防止ETL4(即，电子传输层或电子注入层)从缺陷能级向阴极6的电荷移动。但是，当IL5的层厚超过2nm时，由外部电场引起的从阴极6向ETL4的电子的隧道概率降低，IL5作为电阻体起作用。因此，通过将IL5的层厚设定在0.1nm～2nm的范围内，能够防止从ETL4(即，电子传输层或电子注入层)的缺陷能级向阴极6的电荷移动，能够防止阴极6的费米能级的钉扎，并且防止IL5作为电阻体起作用，能够高效地进行基于隧道的电子传导。
此外，在本实施方式中，ETL4和阴极6如上所述经由薄的IL5进行肖特基接合。肖特基接合由于蓄积在耗尽层的电荷的释放快，因此本实施方式的发光元件10的高速动作优异。
另外，IL5的带隙优选为5eV以上，更优选为8eV以上。如果IL5的带隙为5eV以上，则在发光元件10的动作条件(100℃以下)下没有由热激发引起的自由载流子，保持绝缘性。此外，如果IL5的带隙为8eV以上，则通过较宽的带隙，能够更有效地抑制ETL4(电子传输层或电子注入层)的表面的来自缺陷能级的电荷移动。但是，如果IL5的带隙超过10eV，则构成材料的原子间的结合变强，成膜变难。因此，IL5的带隙优选为10eV以下。这种情况下，能够容易地成膜(形成)IL5。
另外，作为绝缘体层的形成方法，可以使用现有公知的各种方法来形成IL5，例如溅射法、蒸镀法或涂布法等。
EML3是包含发光材料、且通过从阴极6传输的电子与从阳极1传输的空穴的再结合而发出光的层。
EML3例如可以包含纳米尺寸的量子点(半导体纳米粒子)作为发光材料。上述量子点能够使用公知的量子点。上述量子点例如也可以包含由选自由Cd(镉)、S(硫)、Te(碲)、Se(硒)、Zn(锌)、In(铟)、N(氮)、P(磷)、As(砷)、Sb(锑)、铝(Al)、Ga(镓)、Pb(铅)、Si(硅)、Ge(锗)、Mg(镁)组成的组中的至少一种元素构成的至少一种半导体材料。另外，上述量子点也可以是双成分核型、三成分核型、四成分核型、核壳型或核多壳型。另外，上述量子点可以包含掺杂有上述元素中的至少一种的纳米粒子，也可以具备组成倾斜的结构。
上述量子点的粒径能够与现有同样地设定。上述量子点的核的粒径例如为1nm～30nm，包含壳的量子点的最外粒径例如为1nm～50nm。另外，发光元件10中的量子点的重叠层数例如为1～20层。EML3的层厚只要是能够提供电子与空穴的再结合场而发光的功能的厚度即可，并无特别限定，例如可以为1nm～200nm左右。此外，EML3的层厚优选为量子点的最外粒径的数倍左右。
但是，本实施方式不限于上述例示。EML3也可以代替量子点而具备例如发出各种颜色的光的有机发光材料作为发光材料。
发光元件10是如上所述将量子点作为发光材料的QLED的情况下，通过阳极1和阴极6之间的驱动电流，空穴和电子在EML3内再结合，由此产生的激子在从量子点的传导带能级向价电子带能级转变的过程中发射光(荧光)。
另一方面，发光元件10是使用有机发光材料作为发光材料的OLED时，通过阳极1和阴极6间的驱动电流，空穴和电子在EML3内再结合，在由此产生的激子迁移到基底状态的过程中发射光。
此外，发光元件10也可以是OLED、QLED以外的发光元件(例如无机发光二极管等)。
发光元件10例如通过在照明装置、显示装置等发光装置中具备至少一个(例如多个)，从而用作这些发光装置的光源。
另外，发光元件10可以具备未图示的基板，上述阳极1或阴极6也可以设置在未图示的基板上。此外，上述基板例如也可以是玻璃基板、或者树脂基板等柔性基板。此外，在发光元件10例如是显示装置等发光装置的一部分的情况下，上述基板使用该发光装置的基板。因此，上述基板例如也可以是形成有多个薄膜晶体管的阵列基板。
＜效果＞
接着，参照图2和图3对IL5的效果进行更详细的说明。
图2是用于说明本实施方式的发光元件10中的阴极6与ETL4之间的电子注入势垒Ee的能带图。另一方面，图3是用于说明未设置有IL5的比较用的发光元件100中的阴极6与ETL4之间的电子注入势垒Ee’的能带图。另外，除了未设置IL5之外，发光元件100具有与发光元件10相同的结构。
首先，参照图3对未设置IL5的情况下的问题点进行详细说明。
除了电子能级与EML3的匹配之外，ETL4还要求对基于发光的光是透明的。如上所述，同时满足这样的电性和光学物性的电子传输性材料包含金属氧化物、II-VI族化合物半导体、III-V族化合物半导体、IV-IV族化合物半导体。一般而言，由于这样的材料具有离子性键，因此，如图3所示，ETL4的费米能级成为接近带隙中央的深的表面能级。但是，由于是n型，因此ETL4的费米能级处于比带隙的1/2浅的位置。
另外，IV-IV族化合物半导体，如Si-Si键、Ge-Ge键、C-C键那样，在元素半导体中具有共价键，但如上述例示的半导体那样，由互不相同的元素构成的情况下，闭壳轨道不同，内核屏蔽以C→Si→Ge的顺序强烈地起作用，因此在键中产生离子性质。
如果在ETL4的表面没有缺陷，则以阴极6的本来的功函数W与ETL4的费米能级在阴极6与ETL4的接合界面处相等的方式弯曲，从而形成与ETL4的传导带下端与阴极6的本来的功函数W的能量差相等的电子注入势垒Ee。此外，在阴极6为金属的情况下，上述功函数W等于真空能级与温度为绝对零度(T＝0K)时的阴极6的本来的费米能级Ef之差。换言之，在阴极6为金属的情况下，阴极6的功函数W等于阴极6的费米能级Ef。
但是，不论制膜方法如何，都不能得到ETL4的完全结晶，即使是非晶状，也无法消除ETL4表面的悬空键。进而，例如QLED的ETL4通过纳米粒子涂布法或溅射法进行制膜。
用纳米粒子涂布法成膜ETL4时，由于尺寸效果，表面积的比例相对变大。由于纳米粒子的表面积对体积的影响显著地表现，所以在表面露出的原子的反应性与块状相比非常大，容易生成在块状晶体中难以形成的表面能级。其结果，如图3所示，由于结晶缺陷、来自化学计量组成的偏离等，在ETL4的表面形成比ETL4的费米能级深的、非常深的缺陷能级(表面能级)。
此外，溅射法在ETL4的制膜过程中，ETL4暴露于离子化的Ar(氩)等重元素的冲击(离子冲击)。因此，在通过溅射法形成ETL4时，如图3所示，在ETL4的表面形成比ETL4的费米能级深的、通常不发生的缺陷能级(表面能级)。即，在QLED中，不管膜的状态如何，ETL4必定具有表面能级。
当阴极6与具有深的表面能级的层接触时，在所述表面能级与阴极6之间发生电荷的移动，在所述表面能级上捕捉阴极6的费米能级(也就是说，被钉扎)。因此，当如上所述在ETL4的表面形成深的缺陷能级时，阴极6的费米能级被钉扎在该缺陷能级，使阴极6的费米能级深化。
如上所述，由于金属的费米能级与功函数相等，因此，如图3所示，在未设置IL5的情况下，阴极6的功函数不依赖于阴极6本来的功函数W，而被钉扎到比ETL4的费米能级深的上述缺陷能级上。换而言之，阴极6的功函数被钉扎在ETL4的带隙的大致中央至比ETL4的带隙的1/2深的位置。其结果，阴极6的功函数成为有效地比阴极6的本来的功函数W显著大的功函数W’。
因此，在未设置IL5的发光元件100中，形成与ETL4的传导带下端与阴极6的功函数W’的能量差相等的电子注入势垒Ee’。电子注入势垒Ee’相当于ETL4的带隙的约一半～一半以上的能量差。因此，在未设置IL5的发光元件100中，由于上述电子注入势垒Ee’比从阴极6和ETL4材料的物理性质期望的高得多，因此，阻碍了电子的注入。其结果，发光元件100的驱动电压上升，电子注入效率降低。
如上所述，作为发光层的EML3的能量能级由EML3中使用的材料确定。电子亲和力与传导带下端能级相等，在EML3中使用量子点的、图3所示的发光元件100的EML3的电子亲和力为3.2eV，非常小。此外，电离电位与价带上端的能级相等，图3所示的发光元件100的EML3具有5.2eV的电离电位。另外，如图3所示，例如由NiO构成的HTL2的电子亲和力为2.1eV，电离电位为5.6eV。另外，如图3所示，例如由ZnO构成的ETL4的电子亲和力为3.8eV，电离电位为7.0eV。
如果阴极6的功函数W浅到接近ETL4的电子亲和力的程度，则从阴极6向ETL4的电子注入势垒降低，但在没有设置IL5的发光元件100中，如上所述，形成远高于由上述材料的物性所期望的电子注入势垒Ee’。
因此，在本实施方式中，为了防止阴极6被钉扎在ETL4上，如图1所示，在ETL4和阴极6之间，设置有与ETL4和阴极6双方接触，相对介电常数为2以上且50以下的IL5。这样的IL5通过抑制由ETL4表面缺陷引起的高密度的不成对电子移动到阴极6，如图2所示那样，防止阴极6的功函数W钉扎在ETL4表面较深的缺陷能级。以下更详细地进行说明。
IL5的能带结构基本上与半导体层相同。但是，作为绝缘体层的IL5的带隙如上所述非常宽，不会像半导体层那样以室温程度的热能引起电子从价电子带向传导带的激发。另外，IL5的电子迁移率与半导体层的电子的迁移率相比，非常小至10-6～10-8倍左右。因此，IL5的电荷传输性极低，并且IL5在ETL4的缺陷能级(表面能级)与阴极6之间不会产生电荷的移动。
但是，IL5根据其相对介电常数产生电偶极子。此外，相对介电常数用“相对介电常数＝介电常数/真空的介电常数”定义。当电偶极子以高密度存在时，阴极6的功函数被钉扎为IL5。因此，相对介电常数高的IL5是不优选的。一般来说，介电常数与电偶极子密度具有比例关系。本申请发明人等进行了深入研究，结果本申请发明人发现：为了防止在IL5上钉扎阴极6，IL5的相对介电常数优选为50以下，更优选为20以下。
另外，当IL5的相对介电常数为50时，在该绝缘体上感应的电偶极子的密度为5×1022cm-3，其每单位面积的密度为1.4×1015cm-2。另外，当IL5的相对介电常数为20时，在该绝缘体上感应的电偶极子的密度为1.5×1025cm-3，其每单位面积的密度为6×1016cm-2。
本申请发明人们，使用能够根据氧化的状态使相对介电常数(k)变大(具体而言如前所述k＝10～190左右)变化的TiO2作为绝缘体，制作出具有相对介电常数不同的IL5的多个发光元件10。而且，通过实验求出这些发光元件10的电压-电流特性。此外，在实验中，为了排除TiO2的光电动势的影响，而屏蔽紫外光～可见光。另外，在上述实验中，作为一个例子，在阴极6使用Al，在ETL4使用ZnO，在阳极1使用ITO。另外，设置HTL2，同时使用所述TFB作为HTL2。并且，使用进行红色发光的核壳型的量子点作为EML3。另外，作为核材料使用了CdSe(硒化镉)，作为壳材料使用了ZnS(硫化锌)。
其结果，开始对发光元件通电的电压在上述相对介电常数为50以下降低，在大于50的相对介电常数下电压上升。另外，若上述相对介电常数超过50，则开始对发光元件通电的电压大幅上升。可以认为“阴极6与IL5之间的电子注入势垒”按照每个发光元件而不同，开始对发光元件通电的电压受到按照每个该发光元件而不同的“阴极6与IL5之间的电子注入势垒”的影响。另外，当上述相对介电常数为20以下时，与相对介电常数达到50的情况相比，表现出更低的电压。当上述相对介电常数超过50时，认为由于电偶极子的高密度化，阴极6的功函数被钉扎在1L5。此外，在上述实验中，作为一个例子，列举了使用了如上所述进行红色发光的量子点的情况为例，上述效果在传导带下端的能级浅的蓝色发光的量子点和无Cd(镉)量子点中显著。
另外，如果相对介电常数为2以上，则能够使IL5的带隙为5eV以上，能够确保IL5的绝缘性。
如上所述，根据本实施方式，通过在ETL4和阴极6之间，设置与ETL4和阴极6双方接触，相对介电常数为2以上且50以下的IL5，能够确保IL5的绝缘性，并且抑制ETL4的表面能级(缺陷能级)和阴极6之间的电荷的移动，能够防止阴极6的费米能级被钉扎在ETL4的深的表面能级上。因此，根据本实施方式，能够防止阴极6的功函数W被钉扎在ETL4的深的表面能级。因此，根据本实施方式，能够消除ETL4的表面能级对阴极6的费米能级的影响，使阴极6和ETL4经由上述IL5以阴极6原本的功函数W接合。因此，根据本实施方式，能够将阴极6与ETL4之间的电子注入势垒从电子注入势垒Ee’降低至阴极6和ETL4的材料的组合所带来的本来的电子注入势垒Ee，因此与现有相比能够提高电子注入效率。此外，如上所述，上述效果在传导带下端的能级浅的蓝色发光量子点以及无Cd(镉)量子点中显著。
〔第二实施方式〕
在本实施方式中，对与第一实施方式的不同点进行说明。此外，为了便于说明，对具有与在第一实施方式中说明的构成要素相同的功能的构成要素标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
图4是表示将本实施方式的发光元件10沿法线方向切断时的该发光元件10的概略构成的一个例子的截面图。另外，图5是表示本实施方式的发光元件10的主要部分的概略构成的透视图。更具体而言，图5是从该发光元件10的上方观察本实施方式的发光元件10的IL5及ETL4的透视图。
如图4及图5所示，本实施方式的发光元件10，除了位于ETL4和阴极6的界面的IL5不是连续膜状，而是呈岛状离散配设多个，除此以外，与第一实施方式相同。因此，以岛状离散配设多个的各IL5的层厚(岛状的IL5的层叠方向的高度)与第一实施方式相同。
另外，图5举例表示了岛状的多个IL5在发光元件10的发光区域整体(更具体而言，在图5所示的例子中是ETL4的上表面整体)上俯视时均匀地分散而形成的情况。
此外，发光元件10的发光区域是指在发光元件10中发光的区域。例如，在阳极1和阴极6之间设置有覆盖阳极1的端部的边缘罩(未图示)的情况下，发光元件10的发光区域表示露出阳极1的内侧的边缘罩的开口部。
IL5在通过溅射法、蒸镀法或涂布法等形成IL5时，通过使用设置有多个开口部的掩模进行成膜，能够形成具有所期望的图案的岛状。另外，当然也可以在利用例如溅射法、蒸镀法或涂布法等使IL5成膜后，利用光刻法进行图案化，由此形成具有所期望的图案的岛状。
如图4和图5所示，在俯视时ETL4位于岛状的IL5之间。如图4所示，阴极6与岛状的IL5相接触地设置，并且与位于这些岛状的IL5之间的ETL4相接触地设置。
如第一实施方式所示，当IL5为连续膜时，经由IL5接合的ETL4和阴极6的接合面整个面的电子注入势垒从Ee'降低到Ee，因此，能够以大面积，经由IL5从阴极6向ETL4注入电子。
另一方面，根据本实施方式，通过IL5形成为岛状，能够在IL5存在的部分使电子注入势垒从Ee’降低到Ee。另外，根据本实施方式，与IL5为连续膜的情况相比，强的电场集中于IL5存在的部分，被降低的电子注入势垒加速后的电子集中，进而提高电子注入效率。
如上所述，如果通过IL5，即使在阴极6的一部分中，也能够避免阴极6的费米能级被钉扎在ETL4的表面能级上，则从低的注入势垒的区域中选择性地注入电子。这样，如果在ETL4和阴极6之间的一部分也设置IL5，则能够防止在阴极6整体中阴极6的费米能级被钉扎在ETL4的表面能级，与现有相比能够提高电子注入效率。因此，在本实施方式中，也能够得到与第一实施方式同样的效果。因此，IL5也可以不是连续的膜状。
另外，通常使用的ETL材料，由于高电阻且层厚薄至数十nm左右，因此，向ETL4的横向(面内方向)的电流扩展小，存在电流容易流到正下方的倾向。通过在阴极6和ETL4之间设置IL5，在IL5和阴极6的接触部，电子注入效率提高。但是，如上所述，电流容易在IL5与阴极6的接触部的正下方流动，难以扩展到上述接触部的周边，因此，正对发光区域观察发光元件10时的发光图案有可能未必均匀地发光。因此，通过使上述接触部的分布在发光区域内均匀化，还能够使发光图案均匀化。但是，即使是不连续的接触部，通过使接触部的面积高密度化，也能够使发光图案进一步均匀化。
〔第三实施方式〕
在本实施方式中，对与第一实施方式、第二实施方式的不同点进行说明。此外，为了便于说明，对具有与在第一实施方式、第二实施方式中说明的构成要素相同的功能的构成要素标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
图6是表示本实施方式的发光元件10的主要部分的概略构成的透视图。更具体而言，图6是从该发光元件10的上方观察本实施方式的发光元件10的IL5及ETL4的透视图。
如图6所示，本实施方式的发光元件10除了岛状的多个IL5在发光元件10的发光区域整体(更具体而言，在图6所示的例子中ETL4的上表面整体)中俯视时不均匀(不规则)地分散而形成的点以外，与第一实施方式、第二实施方式相同。
本实施方式中，IL5在通过溅射法、蒸镀法或涂布法等形成IL5时，通过使用设置有多个开口部的掩模进行成膜，能够形成具有期望图案的岛状。另外，当然也可以在利用例如溅射法、蒸镀法或涂布法等使IL5成膜后，利用光刻法进行图案化，由此形成具有所期望的图案的岛状。
如在第二实施方式中说明的那样，如果利用IL5在一部分也能够避免阴极6的费米能级的钉扎，则从低的注入势垒的区域中选择性地注入电子。而且，其结果，与现有相比能够提高电子注入效率。
因此，IL5可以如上述那样在俯视时不均匀地分布。根据本实施方式，能够得到与第一实施方式、第二实施方式相同的效果。
〔第四实施方式〕
在本实施方式中，对与第一实施方式～第三实施方式的不同点进行说明。此外，为了便于说明，对具有与在第一实施方式～第三实施方式中说明的构成要素相同的功能的构成要素标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
图7是表示本实施方式的发光元件10的主要部分的概略构成的透视图。更具体而言，图7是从该发光元件10的上方观察本实施方式的发光元件10的IL5及ETL4的透视图。
如图7所示，本实施方式的发光元件10中，岛状的多个IL5，除了以该IL5的配设密度在发光元件10的外周部比发光区域的中心部高的方式，在所述发光区域(更具体而言，在图5所示的例子中是ETL4的上表面)，在俯视时不均匀(不规则)地分散形成的点以外，与第一实施方式～第三实施方式相同。
另外，上述“IL5的配设密度”表示岛状的IL5的与阴极6的接触面积相对于发光元件10的发光区域的面积的密度。
本实施方式中，IL5在通过溅射法、蒸镀法或涂布法等形成IL5时，通过使用设置有多个开口部的掩模进行成膜，能够形成具有期望图案的岛状。另外，当然也可以在利用例如溅射法、蒸镀法或涂布法等使IL5成膜后，利用光刻法进行图案化，由此形成具有所期望的图案的岛状。
在该情况下，以与第二实施方式、第三实施方式中说明的理由相同的理由，与现有相比也能够提高电子注入效率。因此，能够得到与第一实施方式～第三实施方式相同的效果。并且，根据本实施方式，能够消除ETL4的表面能级对容易引起电场集中的发光元件10的发光区域的外周部的阴极6的费米能级的影响。其结果，在容易发生电场集中的上述外周部，能够防止阴极6的费米能级的钉扎，提高电子注入效率。
此外，如图7所示，在发光区域的中心部也可以不设置IL5。
〔第五实施方式〕
在本实施方式中，对与第一实施方式～第四实施方式的不同点进行说明。此外，为了便于说明，对具有与在第一实施方式～第四实施方式中说明的构成要素相同的功能的构成要素标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
图8是表示本实施方式的发光元件10的主要部分的概略构成的透视图。更具体而言，图8是从该发光元件10的上方观察本实施方式的发光元件10的IL5的透视图。
本实施方式的发光元件10在阳极1和阴极6之间设置有覆盖阳极1的端部的边缘罩7。露出阳极1的内侧的边缘罩7的开口部是本实施方式的发光元件10的发光区域10a。本实施方式的发光元件10除了发光元件10的发光区域10a的端部与多个IL5重叠这点之外，与第四实施方式相同。
本实施方式中，IL5在通过溅射法、蒸镀法或涂布法等形成IL5时，通过使用设置有多个开口部的掩模进行成膜，能够形成具有期望图案的岛状。另外，当然也可以在利用例如溅射法、蒸镀法或涂布法等使IL5成膜后，利用光刻法进行图案化，由此形成具有所期望的图案的岛状。
在这种情况下，由于与第四实施方式相同的理由，也能够得到与第四实施方式相同的效果。
本公开不限于上述的各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，适当组合在不同的实施方式中分别公开的技术方案而得到的实施方式也包含于本公开的技术范围。而且，通过组合各实施方式分别公开的技术手段，能够形成新的技术特征。
附图标记说明
1 阳极
3 EML(发光层)
4 ETL(具有电子传输性的层)
5 IL(绝缘层)
6 阴极
10 发光元件
10a 发光区域

Claims (13)

1.一种发光元件，其特征在于，其依次具有阳极、发光层、具有电子传输性的层以及阴极，
在所述具有电子传输性的层与所述阴极之间的至少一部分上，具备绝缘体层，所述绝缘体层与所述具有电子传输性的层及所述阴极接触，且相对介电常数为2以上且50以下。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述绝缘体层的带隙为5eV以上且10eV以下。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，所述绝缘体层的带隙为8eV以上。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的发光元件，其特征在于，所述绝缘体层的相对介电常数为20以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述绝缘体层的层厚在0.1nm～2nm的范围内。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述绝缘体层为连续膜状。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的发光元件，其特征在于，以岛状离散配设多个所述绝缘体层。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其特征在于，所述多个绝缘体层在俯视时均匀地分布。
9.根据权利要求7所述的发光元件，其特征在于，所述多个绝缘体层在俯视时不均匀地分布。
10.根据权利要求9所述的发光元件，其特征在于，所述多个绝缘体层的配设密度在该发光元件的发光区域的外周部比在中心部更高。
11.根据权利要求10所述的发光元件，其特征在于，在所述发光区域的中心部未设置所述绝缘体层。
12.根据权利要求10或11所述的发光元件，其特征在于，所述发光元件的发光区域的端部与所述多个绝缘体层重叠。
13.根据权利要求7～12中任一项所述的发光元件，其特征在于，在俯视时，位于多个所述绝缘体层之间的具有所述电子传输性的层与所述阴极接触。
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