CN116711463A - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

发光元件(1)具备:阴极(6)；阳极(2)，其与阴极(6)相对配置；发光层(4)，其在阴极(6)与阳极(2)之间；以及电子输送层(5)，其在阴极(6)与发光层(4)之间，包含IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物、或包含所述IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物。

Description

发光元件
技术领域
本公开涉及一种发光元件。
背景技术
近年来，作为可利用于例如显示装置、照明装置等多种领域的发光元件，QLED(Quantum dot Light Emitting Diode:量子点发光二极管)或OLED(Organic LightEmitting Diode:有机发光二极管)备受关注。
但是，以往的QLED和OLED存在无法得到能够令人满意程度的发光效率的问题，正在积极地进行用于改善发光效率的研究。
专利文献1中记载了发光层为含有核壳型量子点的QLED，核由金属氮化物构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国特开2018-154666号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1所记载的QLED中，由于发光层中包含的核壳型量子点的核心材料仅由金属氮化物构成，因此，不能改善注入发光层的空穴与电子的平衡、即载流子平衡，存在无法得到能够满足的程度的发光效率的问题。
本公开的一方面鉴于上述问题点而作出，其目的在于提供一种改善载流子平衡、提高发光效率以及可靠性的发光元件。
用于解决技术问题的技术方案
本公开的发光元件为了解决上述课题，包括:阴极；阳极，与所述阴极相对配置；发光层，在所述阴极与所述阳极之间；以及电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，并包含:含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物、或含有IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物。
本公开的发光元件为了解决上述课题，包括:阴极；阳极，与所述阴极相对配置；发光层，其在所述阴极与所述阳极之间并包含量子点层；以及电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，与所述发光层接触，并且是导带下端与真空能级之差的绝对值小于所述发光层的导带下端与所述真空能级之差的绝对值的n型半导体，所述发光层由与所述电子传输层相接的第一层以及与所述第一层相接且远离所述电子传输层的第二层构成，仅所述发光层的所述第二层发光。
本公开的发光元件为了解决上述课题，包括:阴极；阳极，与所述阴极相对配置；发光层，在所述阴极与所述阳极之间；以及电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，所述电子传输层的电离电势及其电子亲和力值小于所述发光层的电子亲和力值，且具有带隙。
有益效果
根据本公开的一方式，能够提供改善载流子平衡、提高发光效率和可靠性的发光元件。
附图说明
图1是示出实施方式1的发光元件的概略构成的剖视图。
图2是实施方式1的发光元件所具备的发光层和电子传输层的概略带图。
图3是将实施方式1的发光元件所具备的发光层和电子传输层连接时的概略能带图。
图4是用于说明在实施方式1的发光元件中能够用作电子传输层的材料的一例的图。
图5是表示在实施方式1的发光元件中能够用作电子传输层的材料的一例的带隙与纤锌矿晶格常数的关系的图。
图6是实施方式1的发光元件能够具备的其他电子传输层的概略能带图。
图7是用于说明实施方式1的发光元件的元件特性的图。
图8是示出实施方式2的发光元件的概略构成的剖视图。
图9是表示包含实施方式3的发光元件的显示装置的概略构成的图。
图10的(a)是表示图9所示的显示装置的红色子像素所包含的实施方式3的发光元件的概略结构的剖视图，(b)是表示图9所示的显示装置的绿色子像素所包含的实施方式3的发光元件的概略结构的剖视图，(c)是表示图9所示的显示装置的蓝色子像素所包含的实施方式3的发光元件的概略结构的剖视图。
图11是示出实施方式4的发光元件的概略构成的剖视图。
图12是用于说明实施方式4的发光元件所具备的电子传输层的图。
图13是用于说明实施方式4的发光元件所具备的电子传输层的图。
图14的(a)是表示图9所示的显示装置的红色子像素所包含的实施方式4的发光元件的概略结构的剖视图，(b)是表示图9所示的显示装置的绿色子像素所包含的实施方式4的发光元件的概略结构的剖视图，(c)是表示图9所示的显示装置的蓝色子像素所包含的实施方式4的发光元件的概略结构的剖视图。
图15是示出实施方式5的发光元件的概略构成的剖视图。
图16是示出实施方式6的发光元件的概略构成的剖视图。
图17的(a)、(b)和(c)是量子点层的导带下端(CBM)比发光层的LUMO低时的量子点层和发光层的概略能带图，(d)、(e)和(f)是量子点层的导带下端(CBM)比发光层的LUMO高时的量子点层和发光层的概略能带图，(g)、(h)和(i)是量子点层的导带下端(CBM)与发光层的LUMO相同时的量子点层和发光层的概略能带图。图18是用于说明在发光元件中，载流子为电子过多状态的情况下，在空穴传输层中产生的问题的图。
图19的(a)和(b)是用于说明在发光元件中，载流子为电子过多状态的情况下，电子传输层的浅导带下端所引起的问题的图。图20是表示使用导带下端(CBM)不同的两种ZnO作为电子传输层的各种情况下的单极电子器件中的电压和电流密度的关系的图。图21是表示使用导带下端(CBM)不同的两种ZnO作为电子传输层的各种情况下的单极电子器件中的电压与亮度的关系的图。
图22是表示作为空穴传输层，仅使用NiO、NiO与有机材料的组合、以及仅使用有机材料的各种情况下的单极空穴器件中的电压与电流密度的关系的图。
图23是表示作为空穴传输层，仅使用NiO、NiO和有机材料的组合、以及仅使用有机材料的各种情况下的单极空穴器件中的电压与亮度的关系的图。
图24的(a)、(b)和(c)是用于说明具备仅由有机材料构成的空穴传输层和由ZnO构成的电子传输层的发光元件的问题点的概略能带图。
具体实施方式
首先，根据图18至图24，对发光元件中使用ZnO作为电子传输层，并且仅使用NiO、NiO和有机材料的组合以及仅使用有机材料作为空穴传输层的情况下，在确保可靠性的状态下，无法改善载流子的电子过多状态(过剩电子状态)的理由进行说明。
图18是用于说明在发光元件中载流子为电子过多状态的情况下在空穴传输层产生的问题点的图。
图18表示在具备ZnO作为电子传输层的发光元件中，仅改变空穴传输层以及空穴注入层的构成的各发光元件的可靠性试验结果。此外，该可靠性试验结果是在以下所示的加速条件下得到的结果。对于显示装置化(面板化)时的设想亮度，以约10倍的光束负荷进行加速，同时，对于驱动电流，以约2.5倍的电流负荷及约6.25倍的电力负荷对典型的TFT驱动电流进行加速。另外，在温度为25℃，湿度为60％下进行测量。
图18中的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT):聚苯乙烯磺酸(PSS)/聚乙烯基咔唑(PVK)是作为空穴传输层以及空穴注入层的构成，仅使用有机材料时的一个例子，是分别以空穴传输层为有机材料的PVK，空穴注入层为有机材料的PEDOT:PSS形成的发光元件。图18中的NiO/PVK是使用有机材料和无机材料作为空穴传输层及空穴注入层的结构的一例，是分别以空穴传输层为有机材料PVK、空穴注入层为无机材料NiO形成的发光元件。图18中的NiO是仅使用无机材料作为空穴传输层以及空穴注入层的构成的一例，是由空穴传输层以及空穴注入层为无机材料的NiO形成的发光元件。
如图18所示，各发光元件的随着时间的经过亮度降低、即劣化速度按照PEDOT:PSS/PVK、NiO/PVK以及NiO的顺序加快。由该结果可知，作为空穴传输层以及空穴注入层，有机材料的比率越高，发光元件的可靠性越差。认为这是因为，电子从电子过多状态的发光层向空穴传输层以及空穴注入层溢出，与无机材料相比，使用了化学稳定性比无机材料差的有机材料作为空穴传输层以及空穴注入层的情况下，与无机材料相比，接收了过剩电子的有机材料的劣化显著。
图19的(a)和图19的(b)是用于说明在发光元件中，载流子为电子过多状态的情况下，电子传输层的浅导带下端所引起的问题的图。
图19的(a)是发光层的量子点(QD)以及用作电子传输层的导带下端(CBM)不同的MgZnO和ZnO的概略能带图。
如图19的(a)所示，由于MgZnO的导带下端(CBM)比ZnO的导带下端(CBM)浅，因而在使用MgZnO作为电子传输层的情况下，与使用ZnO作为电子传输层的情况相比，电子向发光层的量子点(QD)的注入特性提高，因此在发光层中进一步成为电子过多状态(过剩电子状态)。
图19的(b)表示在作为空穴传输层以及空穴注入层具备NiO/PVK的发光元件中，仅改变了电子传输层的构成的各发光元件的可靠性试验结果。此外，该可靠性试验以电流密度恒定进行。此外，该可靠性试验结果是在以下所示的加速条件下得到的结果。对于显示装置化(面板化)时的设想亮度，以约10倍的光束负荷进行加速，同时，对于驱动电流，以约2.5倍的电流负荷及约6.25倍的电力负荷对典型的TFT驱动电流进行加速。另外，在温度为25℃，湿度为60％下进行测量。
图19的(b)中的MgZnO是使用MgZnO作为电子传输层的情况，图19的(b)中的ZnO-1～ZnO-3是使用ZnO作为电子传输层的情况，使用在ZnO-1和ZnO-2及ZnO-3中具有不同的导带下端(CBM)的ZnO。
如图19的(b)所示，可知使用MgZnO作为电子传输层的发光元件与使用ZnO作为电子传输层的发光元件相比，初始的劣化速度、长期的劣化速度也快。这与如下有关联:如上所述，MgZnO的导带下端(CBM)比ZnO的导带下端(CBM)浅，在使用MgZnO作为电子传输层的情况下，与使用ZnO作为电子传输层的情况相比，电子向发光层的量子点(QD)的注入特性提高。
图20是表示在使用导带下端(CBM)不同的两种ZnO作为电子传输层的各种情况下的仅使电子流动的单极电子器件(Electron only device)的电压与电流密度的关系的图。另外，图20中的纵行是表示3V的行。
仅使电子流过的单极电子器件(Electron only device)是在切断对发光层的空穴注入的状态下，仅能够向发光层注入电子，能够适合用于对发光层注入电子的状态的分析的器件。电流是单位时间的电荷流动，能够估计从单极电子器件的电流密度向发光层的电子注入状态。
图21为表示分别使用了导带下端(CBM)不同的2种ZnO作为电子传输层的各种情况下的仅使电子流过的单极电子器件(Electron only device)中的电压与亮度的关系的图。
根据图21所示的单极电子器件的电压与亮度的关系，图20及图21的测量中使用的单极电子器件在大于6V的驱动电压发光，因而可知在6V以下的驱动电压作为单极电子器件工作。
图22是表示作为空穴传输层，仅使用NiO、使用NiO和有机材料的组合、以及仅使用有机材料的各种情况下的仅使空穴流动的单极空穴器件(Hole only device)中的电压与电流密度的关系的图。另外，图22中的纵线是表示3V的线。
仅流过空穴的单极空穴器件(Hole only device)是在切断了向发光层的电子注入的状态下只进行向发光层的空穴注入，能够适合用于对发光层注入空穴的注入状态的分析的器件。电流是单位时间的电荷的流动，可以估算从单极空穴器件的电流密度向发光层注入孔的状态。
图22中的最上面的线是使用PEDOT:PSS/PVK作为空穴传输层的单极空穴器件，从上开始的第2条线是使用NiO/Al2O3/氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)作为空穴传输层的单极空穴器件，从上开始的第3条线是使用PEDOT:PSS/聚[(9，9-二辛基芴基-2，7-二基)-co-(4，4’-(N-(4-仲丁基苯基))二苯胺](TFB)作为空穴传输层的单极空穴器件，从上开始的第4条线是使用NiO作为空穴传输层的单极空穴器件，使用从上开始的第5条线作为空穴传输层的单极空穴器件，使用NiO/PVK作为空穴传输层的单极空穴器件，从上开始的第6条线作为空穴传输层的单极空穴器件，下面的NiO/TFB是作为空穴传输层的单极空穴器件。
根据图22所示的各单极空穴器件中的电压与电流密度的关系，可知向发光层的空穴注入特性有这样的倾向:仅由有机材料构成的空穴传输层最高，由有机材料和无机材料构成的空穴传输层最低。
图23是表示作为空穴传输层，仅使用NiO、使用NiO和有机材料的组合、以及仅使用有机材料的各种情况下的仅使空穴流动的单极空穴器件(Hole only device)中的电压与亮度的关系的图。
根据图23所示的单极空穴器件的电压与亮度的关系，可知用于图22和图23的测量的单极空穴器件以大于10V的驱动电压发光，因此以10V以下的驱动电压作为单极空穴器件动作。
在QLED、OLED的一般的发光起始电压即3V以下的动作条件下，图20所示的电子电流密度与图22所示的空穴电流密度相比，大约10倍左右，因此可知QLED、OLED在电子过多状态下动作。
因此，也考虑从图22所示的对发光层的空穴注入特性使用仅由有机材料构成的空穴传输层来提高空穴注入特性，改善这样的电子过多状态。但是，在使用仅由有机材料构成的空穴传输层的情况下，根据3V以下的动作条件下的图20所示的电子电流密度和图22所示的空穴电流密度，虽然其程度得到改善，但可知依然以电子过多状态进行动作。因此，无法避免仅由有机材料构成的空穴传输层接受过剩电子，仅由有机材料构成的空穴传输层的劣化显著，因此，无法实现提高可靠性的发光元件。
图24的(a)、图24的(b)以及图24的(c)是用于说明发光元件的问题点的概略能带图，该发光元件具备仅由有机材料TFB构成的空穴传输层以及由ZnO构成的电子传输层。
图24的(a)是连接前的概略能带图，图24的(b)是连接后的概略能带图，图24的(c)是施加电压时的概略能带图。
如图24的(c)所示，在发光元件的驱动时，发光层的量子点(QD)以电子过多状态被驱动。因此，无法避免过剩电子从发光层向空穴传输层的溢出，不仅产生来自发光层的量子点(QD)的发光，还产生来自空穴传输层(HTL)的发光，导致发光效率的降低。另外，无法避免仅由有机材料TFB构成的空穴传输层接受过剩电子，仅由有机材料构成的空穴传输层的劣化显著，因此，无法实现提高可靠性的发光元件。
因此，本发明的发明人为了抑制对发生发光的部位的电子注入，提出了在从电子传输层至发光层的路径中具有封闭电子的电位变深的区域的构成的发光元件。
若基于图1至图17说明本发明的实施方式，则如下所述。以下，为了便于说明，有时对与在特定的实施方式中说明的构成具有同一功能的构成，标注相同的附图标记，并省略其说明。
[实施方式1]
图1是示出实施方式1的发光元件1的概略构成的图。
如图1所示，发光元件1具备阴极6、与阴极6相对配置的阳极2、在阴极6与阳极2之间的发光层4以及在阴极6与发光层4之间的电子传输层5。另外，详细情况将在后面叙述，电子传输层5包含IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和含氮元素的化合物、或包含IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物。在本实施方式中，列举在电子传输层5与阴极6之间不具备电子注入层的情况为例进行说明，但并不限于此，既可以还具备电子注入层，也不限定其他介于其间的层。另外，在本实施方式中，举出在阳极2与发光层4之间具备空穴传输层3的情况为例进行说明，但不限于此，也可以在阳极2与发光层4之间具备空穴注入层来代替空穴传输层3，不限定介于其间的其他层，也可以与空穴传输层3一起在阳极2与空穴传输层3之间还具备空穴注入层。
需要说明的是，第12族(现IUPAC)＝IIB族(旧IUPAC)＝IIB族(旧CAS)，第14族(现IUPAC)＝IVB族(旧IUPAC)＝IVA族(旧CAS)，第16族(现IUPAC)＝VIB族(旧IUPAC)＝VIA族(旧CAS)。在此，将各个族用旧IUPAC(现IUPAC)表示。
在本实施方式中，举例说明发光元件1具有按顺序形成阳极2、空穴传输层3、发光层4、电子传输层5和阴极6的顺向层叠结构的层叠膜的情况，但并不限定于此。发光元件1也可以具有例如依次层叠阴极6、电子传输层5、发光层4、空穴传输层3和阳极2而成的逆向层叠结构的层叠膜。
发光元件1可以是顶发光型，也可以是底发光型。如图1所示，在发光元件1具有顺向层叠构造的层叠膜的情况下，阴极6配置为比阳极2靠上层，因此为了成为顶发光型，阳极2由反射可见光的电极材料形成，阴极6由透过可见光的电极材料形成即可，为了成为底发光型，阳极2由透过可见光的电极材料形成，阴极6由反射可见光的电极材料形成即可。另一方面，虽然未图示，但在发光元件1具有逆向层叠结构的层叠膜的情况下，阳极2配置为比阴极6更靠上层，因此为了成为顶发光型，阴极6由反射可见光的电极材料形成，阳极2由透过可见光的电极材料形成即可，为了成为底发光型，阳极2由反射可见光的电极材料形成，阴极6由透过可见光的电极材料形成即可。
作为反射可见光的电极材料，能够反射可见光，只要具有导电性即可，并无特别限定，例如可列举出:Al、Mg、Li、Ag等金属材料或所述金属材料的合金或所述金属材料与透明金属氧化物(例如，氧化铟锡，氧化铟锌，氧化铟镓锌等)的层叠体或所述合金与所述透明金属氧化物的层叠体等。
另一方面，作为透射可见光的电极材料，如果能够透射可见光且具有导电性，则没有特别限定，例如可列举透明金属氧化物(例如氧化铟锡，氧化铟锌，氧化铟镓锌等)或由Al、Mg、Li、Ag等金属材料构成的薄膜等。
作为阳极2及阴极6的成膜方法，能够使用一般的电极的形成方法，例如可列举真空蒸镀法、溅射法、EB蒸镀法、离子镀法等物理蒸镀(PVD)法、或化学蒸镀(CVD)法等。另外，作为阳极2及阴极6的图案化方法，只要是能够以良好的精度形成为所期望的图案的方法即可，对其并无特别限定，具体而言，可列举出光刻法、喷墨法等。
作为用于图1所示的空穴传输层3的材料，只要是能够使空穴向发光层4内的输送稳定化的空穴输送性材料，则没有特别限定。其中，空穴传输性材料优选为空穴迁移率高的材料。而且，空穴传输性材料优选为能够防止从阴极6移动过来的电子穿透的材料(电子阻挡性材料)。由此，能够提高发光层内的空穴和电子的复合效率。
空穴传输层3优选含有无机物，上述无机物例如也可以是含有选自Zn、Ni、Mg、La、Mo、W、V、Le的一种以上的氧化物。这样的金属氧化物与有机材料相比具有高的化学稳定性，因此，能够进一步提高发光元件1的可靠性。由这样的金属氧化物构成的空穴传输层由于氧缺损而产生传导电子，因此，例如在溅射制膜时，通过一边适当控制供给气体的氧浓度一边进行成膜，能够适当控制膜的氧缺损密度。进而，所述无机物例如也可以是II族-VI族化合物半导体或III族-V族化合物半导体。这样，通过将II族-VI族化合物半导体或III-V族化合物半导体用作空穴传输层3，与使用由有机材料构成的空穴传输层的构成相比，能够提高发光元件1的可靠性。在本实施方式中，列举由NiO形成空穴传输层3的情况为例进行说明，但并不限于此，例如，也可以由MgNiO等无机材料形成。
在本实施方式中，举出在阳极2与发光层4之间仅具备由NiO形成的空穴传输层3的情况为例进行说明，但并不限于此，也可以是在阳极2与发光层4之间具备空穴传输层以及空穴注入层的至少一方、所述空穴传输层以及所述空穴注入层的至少一方包含无机物的构成。根据这种构成，由于空穴传输层以及空穴注入层的至少一方为含有无机物的构成，因此，可以提高发光元件1的可靠性。
发光元件1详细情况如后所述，由于是具有从电子传输层5至发光层4的路径上封入电子的电位变低的区域的构成，因此溢出至空穴传输层3的电子非常少，因此即使空穴传输层3仅由有机材料构成，也能够实现具有充分的可靠性的发光元件1。另外，作为构成空穴传输层3的有机材料，例如，可以列举聚乙烯咔唑(PVK)或聚[(9，9-二辛基芴基-2，7-二基)-co-(4，4'-(N-(4-仲丁基苯基))二苯胺))](TFB)，但并不限定于此。
另外，也可以在阳极2和空穴传输层3之间具备未图示的空穴注入层。作为用于空穴注入层的材料，只要是能够使空穴向发光层4内的注入稳定化的空穴注入性材料，则没有特别限定。作为空穴注入层，例如可以使用PEDOT:PSS等。
此外，也可以在空穴传输层3与发光层4之间具备未图示的钝化层。作为钝化层，例如能够使用Al2O3等。
图1所示的发光元件1中的发光层4包含量子点(QD)。量子点(QD)是指最大宽度为1nm以上100nm以下的点。量子点的形状只要是满足上述最大宽度的范围即可，没有特别限制，并不限定于球形(截面圆形)。例如，也可以是截面为多边形、棒状、枝状、表面具有凹凸、或者它们的组合。通过包含量子点(QD)的发光层4如下所示，例如可以为发出红色的发光层、发出绿色的发光层及发出蓝色的发光层中的任一个。为了以不同颜色发出具备包含量子点(QD)的发光层4的发光元件1，能够使用相同材料的不同粒径的核来构成。例如，发出红色的发光层使用粒径最大的核，发出蓝色的发光层使用粒径最小的核，发出绿色的发光层可以使用具有发出红色的发光层中使用的核的粒径与发出蓝色的发光层中使用的核的粒径之间的粒径的核。另外，为了使具备包含量子点(QD)的发光层4的发光元件1以不同颜色发光，也可以使用不同材料的核来构成。
发光层4中包含的量子点(QD)只要在可见光区域具有发光峰值波长，其材料就没有特别限定。例如，也可以是在红色区域、绿色区域以及蓝色区域中的任一区域具有发光峰值波长的半导体量子点，如ZnSe等的II-VI化合物、InP等的III-V化合物、硫族化合物、钙钛矿等那样，能够使用一般在量子点中使用的材料。
发光层4中包含的量子点(QD)优选为核/壳结构。发光层4中包含的量子点(QD)可以是仅由核构成的结构，优选为核/壳结构。即使量子点(QD)为仅由核构成的结构，也会制作封闭电子e的电势变低的区域，但在量子点(QD)为仅由核构成的结构的情况下，表面缺陷的去活化不充分，认为被封闭到电势变深的区域的电子e经由缺陷而丢失。另一方面，在量子点(QD)为核/壳结构的情况下，量子点(QD)的缺陷被充分地去活化，由于因非发光跃迀而失去的电子e是极微量的，因此具有电子e的高禁闭效应。具体而言，如后所述，能够提高发光层4的第一层R1的电子e的禁闭效应，其中，发光层4的第一层R1成为禁闭电子e的电势变低的区域。核/壳结构是指包含核以及设置于该核表面的壳的结构。优选量子点具有核以及覆盖该核的表面的至少一部分的壳。另外，特别优选的是，壳包覆核整体。另外，发光层4中包含的量子点(QD)优选具有有机或无机配体。通过量子点(QD)具有适当的有机或无机配体，能够提高向涂布溶剂的分散性。量子点(QD)的粒径因发光波长以及材料而不同，一般而言，多表现出后述的量子禁闭效应的程度的数nm至数十nm左右。
图1所示的发光元件1中的电子传输层5将包含量子点(QD)的发光层4的带大幅弯曲，在发光层4中形成封闭电子的电位变低的区域。
图2是实施方式1的发光元件1所具备的发光层4和电子传输层5的概略能带图。另外，图2中的Ef是费米能级。
图3是将实施方式1的发光元件1所具备的发光层4与电子传输层5连接时的概略能带图。
在本实施方式中，如图1所示，举电子传输层5与发光层4接触的情况为例进行说明，但并不限于此，如后述的实施方式2所示，在发光层4与电子传输层5之间也可以具备绝缘层。根据包含量子点(QD)的发光层4与电子传输层5接触的构成，无需追加其他层，就能够在发光层4中形成禁闭电子的电位变低的区域。
在本实施方式中，如图2所示那样，举出使用价电子带上端为-5.3eV且导带下端为-3.0eV的量子点(QD)以及导带下端为-0.3eV且价电子带上端为-4.8eV且带隙Bg为4.5eV的n型半导体ZnSiN2的电子传输层5的情况作为一个例子进行说明，但并不限定于此。如上所述，量子点(QD)只要在可见光区域具有发光峰值波长，其材料就没有特别限定。电子传输层5只要是与发光层4的量子点(QD)的导带下端与真空能级之差的绝对值相比，其导带的下端与上述真空能级之差的绝对值更小的材料即可，并无特别限定。
此外，在概略能带图的说明中，能量的数字记载了与真空能级之差的绝对值附有负号的数字，另外，在记载为能带的位置低或高的情况下，可以分别说与真空能级的差的绝对值(能量的数字的绝对值)大或小。而且，真空能级与导带的下端之差的绝对值可以称为电子亲和力，此外，真空能级与价带的上端之差的绝对值可以称为电离电势。
如图3所示，在发光层4与电子传输层5接合的情况下，发光层4的带受到电子传输层5的影响，在厚度方向整体大幅弯曲。这是因为，电子传输层5的电子e的浓度大于发光层4的电子e浓度。发光层4由与电子传输层5相接的第一层R1、以及与第一层R1相接且远离电子传输层5的第二层R2构成。与电子传输层5相接，并成为禁闭电子的电位变深的区域的发光层4的第一层R1的能带，其远离电子传输层5，并且比作为发光层的发光层4的第二层R2的能带弯曲得更大。
在从电子传输层5向成为禁闭电子e的电势变低的区域的发光层4的第一层R1注入电子e时，在电子e充满成为电势变低的区域的发光层4的第一层R1之后，越过电势变低的区域的发光层4的第一层R1到达发光层4的第二层R2的电子e的数量从电子传输层5重新注入到发光层4的第一层R1。即，在充满成为电势变低的区域的发光层4的第一层R1之后，进出发光层4的第一层R1的电子e的数量相等。发光层4的第一层R1的电子密度为1015个/cm3～1016个/cm3左右，若电子e从发光层4的第一层R1溢出，则需要注入约为该电子密度的100倍以上的电子e，在具备禁闭电子e的电势变低的区域的发光层4的第一层R1的发光元件1中，在通常的驱动电压下，作为发光层的发光层4的第二层R2不会变得电子过多。越过发光层4的第一层R1到达发光层4的第二层R2的电子e的数量为被禁闭在发光层4的第一层R1的电子e的数量的1/10左右。剩余的电子e停留于发光层4的第一层R1。另外，向发光层4的第一层R1注入电子e，是通过薄的肖特基势垒穿过隧道进行。
成为禁闭电子e的电势变低的区域的发光层4的第一层R1即使是发光性的，根据以下的理由也不需要使其非发光化。如图3所示，与电子传输层5接触，同时成为禁闭电子e的电势变低的区域的发光层4的第一层R1的能带大幅弯曲，因此，由于形成在发光层4的第一层R1的价带侧的高势垒，从阳极2经由空穴传输层3注入发光层4的空穴h被禁闭在发光层4的第二层R2。如上所述，在发光层4的第一层R1中，作为载流子，仅存在电子e，不存在空穴h，因此，电子e和空穴h不会复合发光。因此，发光层4的第一层R1成为无损失地将电子e禁闭的电势变低的区域。
从阳极2经由空穴传输层3注入发光层4的空穴h被禁闭在发光层4的第二层R2，并且，被禁闭在发光层4的第一层R1的电子e的数量的1/10左右溢出从而供给发光层4的第二层R2。因此，在发光层4的第二层R2中，电子e和空穴h复合发光。因此，在发光层4中仅第二层R2发光。
如上所述，在QLED、OLED的一般发光起始电压即3V以下的动作条件下，由于电子电流密度(参照图20)比空穴电流密度(参照图22)大约10倍左右，因此可知以电子e的数量比空穴h的数量多约10倍的电子过多状态进行动作。
在本实施方式的发光元件1中具备:阴极6、与阴极6相对配置的阳极2、在阴极6与阳极2之间的发光层4以及在阴极6与发光层4之间的电子传输层，电子传输层5包含:含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物、或含有IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物。根据上述构成，由于电子传输层5以及发光层4成为期望的能带结构，因此能够实现发光层4中的电子e和空穴h的载流子平衡得到大幅改善、发光效率提高的发光元件1。另外，通过改善发光层4中的载流子平衡，向空穴传输层3侧流出的电子e的数量大幅减少，因此即使空穴传输层3由有机材料形成，也能够抑制劣化。进而，如果用无机材料形成空穴传输层3，则能够进一步抑制劣化。因此，能够实现提高可靠性的发光元件1。
本实施方式的发光元件1具备:阴极6；阳极2，与阴极6相对配置；发光层4，在阴极6与阳极2之间包含量子点(QD)；以及电子传输层5，在阴极6与发光层4之间，与发光层4接触，并且是导带的下端的所述真空能级之差的绝对值小于与发光层4的导带的下端的真空能级之差的绝对值的n型的半导体，发光层4由与电子传输层5接触的第一层R1以及与第一层R1接触并且与电子传输层5分离的第二层R2构成，仅发光层4的第二层R2发光。根据上述构成，由于禁闭在发光层4的第一层R1的电子e的数量的1/10左右溢出并供给发光层4的第二层R2，因此，能够实现在发光层4的第二层R2中大幅改善电子e和空穴h的载流子平衡、提高发光效率的发光元件1。另外，通过这样改善载流子平衡，向空穴传输层3侧流出的电子e的数量大幅减少，因此即使空穴传输层3由有机材料形成，也能够抑制劣化。进而，如果用无机材料形成空穴传输层3，则能够进一步抑制劣化。因此，能够实现提高可靠性的发光元件1。
另外，发光层4的膜厚优选为20nm以上且100nm以下。通过将发光层4的膜厚形成为20nm以上，能够抑制不均匀发光，通过将发光层4的膜厚形成为100nm以下，能够抑制发光效率的降低。
发光层4的第二层R2的厚度(膜厚)优选为发光层4的第一层R1的厚度和发光层4的第二层R2的厚度的合计厚度即发光层4的厚度4T的一半以下。在包含量子点(QD)的发光层4内，第二层R2的厚度优选为大约10nm以上、大约50nm以下。含有量子点(QD)的第二层R2的厚度能够以量子点(QD)的粒径、涂布条件控制厚度，但超过50nm的厚度比注入的空穴h的扩散长度厚，因此会有发光效率降低的情况。此外，小于10nm的厚度不能遍及发光元件1的整个面以均匀的厚度形成第二层R2，会产生不均匀发光。
在本实施方式中，发光层4的第一层R1以及发光层4的第二层R2由相同种类的量子点(QD)构成，所以列举通过形成发光层4来形成第一层R1与第二层R2的情况为例进行说明，但并不限定于此。例如，发光层4的第一层R1与发光层4的第二层R2可以分别由不同种类的量子点(QD)构成，在这种情况下，发光层4的第一层R1与发光层4的第二层R2分别在不同的工序中以规定的膜厚形成。另外，如本实施方式，发光层4的第一层R1以及发光层4的第二层R2由相同种类的量子点(QD)构成，在形成发光层4，形成第一层R1与第二层R2时，通过控制发光层4整体的膜厚，能够控制第二层R2的厚度。发光层4的第二层R2是发光层，发光层4的第一层R1是非发光层，因此，即使在发光层4的第一层R1及发光层4的第二层R2由相同种类的量子点(QD)构成的情况下，也能够测量发光层4的第二层R2的厚度。
如图3所示，为了使成为禁闭电子e的电势变低的区域的发光层4的第一层R1的能带弯曲，优选地，电子传输层5具有尽可能浅的导带下端(CBM)和高的自由电子密度。优选电子传输层5的导带的下端的真空能级之差的绝对值小于0.3eV。根据上述构成，能够通过与发光层4的连接而在发光层4侧形成成为禁闭电子e的电势变低的区域的发光层4的第一层R1。
作为这样的材料，例如可列举出含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物。作为形成电子传输层5的材料，例如能够优选使用含有IIB(12)族元素的Zn、IVB(14)族元素和氮元素的化合物、含有IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的1种作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物、含有IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的2种以上作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物、含有Zn作为IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的1种作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物、含有Zn作为IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的2种以上作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物。
通过具备含有上述化合物的电子传输层5，电子传输层5及发光层4成为期望的能带结构。
图4是用于说明实施方式1的发光元件1中能够用作电子传输层5的材料的一例的图。
图5是示出在实施方式1的发光元件1中，能够用作电子传输层5的材料的一例的带隙与纤锌矿晶格常数aw的关系的图(出处:非专利文献[Bernard Gil:III-NitrideSemiconductors and Their Modern Devices(Series on Semiconductor Science andTechnology)，Oxford University Press,2013.])。
在图4中，含有Zn作为IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物的一个例子，图示了ZnSnN2、ZnGeN2、在本实施方式中用作电子传输层5的ZnSiN2的概略能带图。
含有Zn作为IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物的结晶为六方晶型，并且是GaN等氮化物半导体的IIIB(13)族元素交替地被Zn(IIB(12)族)和IVB(14)族置换的结构。作为IIB(12)族元素的Zn及IVB(14)族元素的价电子的平均为3，从晶体整体来看，为近似与氮化物相同的结构。从该结构出发，具有来自氮元素的高电负性导致的较深的价带上端(VBM)，并且具有来自IVB(14)族元素的较浅的导带下端(CBM)。特别是，与ZnO等导带下端(CBM)相比，来源于IVB(14)族元素的浅导带下端(CBM)非常浅。如图4所示，ZnSnN2的导带下端(CBM)为-0.18eV，ZnGeN2的导带下端(CBM)为-0.22eV，ZnSiN2的导带下端(CBM)为-0.3eV。另外，虽然未图示，但CdGeN2的导带下端(CBM)与ZnSnN2的导带下端(CBM)为相同程度。另一方面，如图4所示，ZnSnN2的价带上端(VBM)为-1.89eV，ZnGeN2的价带上端(VBM)为-3.7eV，ZnSiN2的价带上端(VBM)为-4.8eV。另外，虽然未图示，但CdGeN2的价带上端(VBM)与ZnSnN2的价带上端(VBM)为相同程度。
如图5所示，示出了含有IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的1种作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物、含有IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的2种以上作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物的半导体区域的带隙。已知这些化合物在未掺杂状态下表现n型传导，具有其载流子密度超过1018个/cm3、在常温下显示接近简并的特性的特征。
由于这样的特征优选制作发光层4的第一层R1，发光层4成为禁闭电子e的势变低的区域，因此，优选电子传输层5为n型半导体。另外，电子传输层5优选为简并半导体。另外，简并半导体是指费米能级处于导带内或价带内的半导体。在电子传输层5为n型半导体或者简并半导体的情况下，能够扩大阴极6的电离电位与电子传输层5的电离电位的差，能够将两者的连接设为较薄的肖特基连接。另外，能够从阴极6利用接触电阻小的隧道效应进行电子的注入。
含有IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的1种作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物、含有IIB(12)族元素、选自Si、Ge和Sn中的2种以上作为IVB(14)族元素和氮元素的化合物，认为因原子缺陷而产生自由电子是产生这样的载流子密度、即高自由电子密度的原因之一。在典型的情况下，认为氮欠缺例如在1017个/cm3以上且1020个/cm3以下。
如图4所示，发光层4中包含的量子点(QD)的导带下端(CBM)与作为电子传输层5的ZnSnN2的导带下端(CBM)、ZnGeN2的导带下端(CBM)或ZnSiN2的导带下端(CBM)之差非常大。在这样连接导带下端(CBM)之差较大的两层的情况下，由于电子从导带下端(CBM)较浅且具有接近简并的费米能级的电子传输层5移动到发光层4中包含的量子点(QD)，导带下端(CBM)之差较大的两层的连接体的费米能级与发光层4中包含的量子点(QD)的接近真实的费米能级匹配。其结果，如图3所示，能形成包含导带下端(CBM)之差较大的两层的连接体的能带较大地弯曲、在几乎不具有自由载流子的量子点(QD)的发光层4的第一层R1中电势变低的区域。在从阳极2注入的空穴h观察时，在包含量子点(QD)的发光层4的第一层R1中形成的该电势变低的区域是非常高的势垒，因此能够高效地将空穴h禁闭在包含量子点(QD)的发光层4的第二层R2。另一方面，接近简并的电子传输层5在包含量子点(QD)的发光层4的接近第一层R1的一侧的有限区域形成高的势垒，但由于该势垒非常薄，因此在施加电压时，电子e能够容易地隧穿。
如上所述，通过将含有量子点(QD)的发光层4和电子传输层5连接，能够不阻碍从电子传输层5注入电子e，对于从空穴传输层3侧注入的空穴h，形成具有高势垒的、禁闭电子e的电势变低区域的发光层4的第一层R1。
如上所述，在本实施方式中，列举如图5所示的ZnSiN2、ZnGeN2、Zn2GeSnN4、ZnSnN2以及CdGeN2等那样电子传输层5中包含的化合物的IIB(12)族元素与IVB(14)族元素与氮元素的比为1:1:2的情况为例进行了说明，但并不限定于此。
电子传输层5所含的化合物只要满足化学式(1)AxDyNz即可。在化学式(1)中，A是IIB(12)族元素，D是IVB(14)族元素，N是上述氮元素，x是0.75以上且1.25以下的数值，y是0.75以上且1.25以下的数值，z是1.5以上且2.5以下的数值。
将氮元素的比的上限设为2.5以下的理由在于，在氮元素的过剩状态(z>2.5)下，IIB(12)族元素成为不足状态(x<0.75)以及IVB(14)族元素成为不足状态(y<0.75)，IIB(12)族元素的空位和IVB(14)族元素的空位会补偿电子而高电阻化，并且认为费米能级Ef接近真性，但通过将氮元素的比的上限设为2.5以下，认为这样的问题的发生可被抑制。
另一方面，将氮元素之比的下限设为1.5以上的理由认为是:在氮元素的不足状态(z<1.5)下，成为IIB(12)族元素的过剩状态(x>1.25)以及IVB(14)族元素的过剩状态(y>1.25)，析出IIB(12)或IVB(14)族元素。这样，IIB(12)族元素或IVB(14)族元素析出的区域成为金属传导，可以认为阻碍泄漏的发生或阻碍电子e向发光层4的注入，但认为通过将氮元素之比的下限设为1.5以上，这样的问题的发生被抑制。
图6是实施方式1的发光元件1能够具备的其他电子传输层的概略能带图。
图6是使用包含ZnSnN2的电子传输层5的情况的概略能带图，所述ZnSnN2是导带下端为-0.18eV、价带上端为-1.89eV、带隙Bg为1.71eV的n型半导体。
如图6所示，电子传输层5的电离电位Ei的值(1.89eV)及其电子亲和力EA的值(0.18)小于发光层4中包含的量子点(QD)的电子亲和力EA’的值(3.0eV)，并具有带隙(Bg＝1.71eV)。根据上述构成，由于电子传输层5以及发光层4成为期望的能带结构，因此能够实现发光层4中的电子e和空穴h的载流子平衡得到大幅改善、提高发光效率的发光元件。另外，通过改善发光层4中的载流子平衡，向空穴传输层3侧流出的电子e的数量大幅减少，因此即使空穴传输层3由有机材料形成，也能够抑制劣化。进而，如果用无机材料形成空穴传输层3，则能够进一步抑制劣化。因此，能够实现提高可靠性的发光元件。
电子传输层5的电子亲和力EA的值优选为1eV以下。另外，优选地，电子传输层5的电离电位Ei的值为2.55eV以下。通过将这样的电子传输层5与含有量子点(QD)的发光层4连接，能够不阻碍从电子传输层5注入电子e，对于从空穴传输层3侧注入的空穴h，形成具有高势垒的、禁闭电子e的电势变低区域的发光层4的第一层R1。
以上，举例说明了电子传输层5包含IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和含氮元素的化合物的情况，但并不限于此，电子传输层5也可以包含IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和含硼元素的化合物。
含有IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物共用的是具有最高的电负性和最小的离子半径的IIIB(13)族元素的硼，用IVB(14)族元素和VIB(16)族元素交替置换VB(15)族元素的结构。从该结构出发，具有来自硼元素的高电负性导致的较深的价带上端(VBM)，并且具有来自IVB(14)族元素的较浅的传导带下端(CBM)。另外，VIB(16)族元素优选为选自具有比较小的离子半径的S、Se和O中的1种以上。
通过具备含有上述化合物的电子传输层5，由于电子传输层5以及发光层4成为期望的能带结构，因此能够实现发光层4中的电子e和空穴h的载流子平衡得到大幅改善、发光效率提高的发光元件1。另外，通过改善发光层4中的载流子平衡，向空穴传输层3侧流出的电子e的数量大幅减少，因此即使空穴传输层3由有机材料形成，也能够抑制劣化。进而，如果用无机材料形成空穴传输层3，则能够进一步抑制劣化。因此，能够实现提高可靠性的发光元件1。
电子传输层5中包含的化合物的IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的比可以为1:1:2，但并不限定于此。
另外，第13族(当前IUPAC)＝IIIB族(旧IUPAC)＝IIIA族(旧CAS)，第15族(当前IUPAC)＝VB族(旧IUPAC)＝VA族(旧CAS)。
电子传输层5所含的化合物只要满足作为化学式(2)的DxEyBz即可。在化学式(2)中，D是IVB(14)族元素，E是VIB(16)族元素，B是硼元素，x是0.75以上且1.25以下的数值，y是0.75以上且1.25以下的数值，z是1.5以上且2.5以下的数值。
将硼元素的比的上限设为2.5以下的理由在于，在硼元素的过剩状态(z>2.5)下，IVB(14)族元素成为不足状态(x<0.75)以及VIB(16)族元素成为不足状态(y<0.75)，由于进入晶格间的硼元素的增加，成为金属或半金属的电传导，阻碍泄漏的发生或阻碍电子e向发光层4的注入，IVB(14)族元素的空位和VIB(16)族元素的空位会补偿电子而高电阻化，并且认为费米能级Ef接近真性，但通过将硼元素的比的上限设为2.5以下，认为这样的问题的发生可被抑制。
另一方面，将硼元素之比的下限设为1.5以上的理由认为是:在硼元素的不足状态(z<1.5)下，成为IVB(14)族元素的过剩状态(x>1.25)以及VIB(16)族元素的过剩状态(y>1.25)，析出IVB(14)或VIB(16)族元素。这样，IVB(14)族元素或VIB(16)族元素析出的区域成为金属传导，可以认为阻碍泄漏的发生或阻碍电子e向发光层4的注入，但认为通过将硼元素之比的下限设为1.5以上，这样的问题的发生被抑制。
通过将包含如上所述的IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物的电子传输层5与包含量子点(QD)的发光层4连接，能够不阻碍从电子传输层5注入电子e，对于从空穴传输层3侧注入的空穴h，形成具有高势垒的、禁闭电子e的电势变低区域的发光层4的第一层R1。
另外，也可以在阴极6与电子传输层5之间具备未图示的电子注入层。作为用于电子注入层的材料，只要是能够使电子向发光层内的注入稳定化的电子注入性材料，则没有特别限定。作为电子注入层，例如可以使用铝、锶、钙、锂、铯、氧化镁、氧化铝、氧化锶、氧化锂、氟化锂、氟化镁、氟化锶、氟化钙、氟化钡、氟化铯、聚甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯磺酸钠等碱金属或碱土金属、碱金属或碱土金属的氧化物、碱金属或碱土金属的氟化物、碱金属的有机络合物等。
未图示的空穴注入层、空穴传输层3、电子传输层5以及未图示的电子注入层的形成方法例如可以采用蒸镀法、印刷法、喷墨法、旋涂法、流延法、浸渍法、棒涂法、刮刀涂布法、辊涂法、凹版涂布法、柔版印刷法、喷涂法、光刻法或者自组装法(交替吸附法、自组装单分子膜法)等，但不限定于此。其中，优选使用蒸镀法、旋涂法、喷墨法或光刻法。
作为包含量子点(QD)的发光层4的形成方法，例如，可以将量子点(QD)分散于溶剂中而成的胶体溶液例如旋涂而形成，也可以通过喷墨法来形成。另外，也能够使量子点(QD)分散于抗蚀剂并通过光刻法进行图案化。
在本实施方式的发光元件1在阴极6与发光层4之间具备电子传输层，电子传输层5包含:含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物、或含有IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物。含有所述化合物的电子传输层5具有非常浅的导带下端和接近所述导带下端的费米能级，具有高的自由电子密度。通过使用这样的电子传输层5，能够形成发光层4的第一层R1，该第一层R1成为从电子传输层5至发光层4的路径上禁闭电子e的电位变低的区域。从电子传输层5注入的电子e由于上述电势变低的区域的非常浅的导带下端所形成的高势垒积蓄在上述电势变低的区域，仅具有高能量的一部分电子e溢出注入发光层4的第二层R2，因此，能够抑制电子e从上述电势变深的区域向发光层4的第二层R2的注入。
另一方面，从阳极2侧向发光层4的第二层R2注入的空穴h因上述电势变低的区域的价带上端所形成的高势垒而被禁闭在发光层4的第二层R2。
如上所述，在将从阳极2侧向发光层4的第二层R2注入的空穴h禁闭在发光层4的第二层R2中的状态下，通过从电子传输层5向发光层4的第一层R1注入的电子e中仅将具有高能量的一部分电子e向发光层4的第二层R2注入，能够在发光的发光层4的第二层R2中改善电子e和空穴h的载流子平衡，能够实现具有高发光效率的发光元件1。
此外，在本实施方式中，禁闭电子e的电势变低的区域的发光层4的第一层R1是通过将电子传输层5与发光层4以直接相接的方式而形成的，其中，发光层4包含与电子传输层5所具有的导带下端及费米能级这些值显著不同的量子点(QD)，但并不限定于此。
图7是用于说明实施方式1的发光元件的元件特性的图。
在图7中，实线表示发光元件1的元件特性，虚线表示代替发光元件1的电子传输层5而具备作为电子传输层的ZnO的比较例的发光元件的元件特性。根据电流(I)与EQE(外部量子效率)的关系，在发光元件1中，与比较例的发光元件相比，同一电流值下的EQE的值变高，并且峰值EQE以更低电流实现。因此，与比较例的发光元件相比，发光元件1具有较高的发光效率。另外，根据电流(I)与亮度(L)的关系，在发光元件1中，与比较例的发光元件相比，实现了降低I-L开始发光电流和I-L倾斜度的陡峭化。进而，根据电流(I)与电压(V)的关系，在发光元件1中，与比较例的发光元件相比，通过降低V-I上升电压和抑制I-V倾斜度的陡峭化，实现驱动电压的降低。
[实施方式2]
接下来，基于图8说明本发明的实施方式2。本实施方式的发光元件1’在发光层4与电子传输层5之间具备膜厚为5nm以下的绝缘层8，其在电子传输层5与绝缘层8接触的同时，绝缘层8与发光层4接触这一点上，与在实施方式1中说明的发光元件1不同。除此之外，如在实施方式1中所说明的。为了便于说明，对与在实施方式1的附图所示的构件具有相同功能的构件，标注相同的附图标记，并省略其说明。
图8是示出实施方式的发光元件1’的概略构成的剖视图。
如图8所示，在发光元件1’中，在发光层4与电子传输层5之间夹持有膜厚为5nm以下的绝缘层8，电子传输层5与绝缘层8接触，且绝缘层8与发光层4接触。绝缘层8的膜厚必须为电子e能够通过的程度的厚度，在本实施方式中，将Al2O3形成为膜厚5nm，但并不限于此。通过在发光层4和电子传输层5之间设置绝缘层8，能够使与绝缘层8接触的电子传输层5的界面和与绝缘层8接触的发光层4的界面的缺陷钝化。
发光元件1’所具备的发光层4所包含的量子点(QD)的导带下端(CBM)与电子传输层5的导带下端(CBM)之差非常大。这样，在以将膜厚5nm以下的绝缘层8夹在中间的方式将导带下端(CBM)之差较大的两层连接的情况下，来自导带下端(CBM)浅且具有接近简并的费米能级的电子传输层5的电子e通过绝缘层8，移动到发光层4所包含的量子点(QD)。因此，发光层4、绝缘层8和电子传输层5的连接体的费米能级与发光层4中包含的量子点(QD)的接近真实的费米能级匹配。其结果，发光层4、绝缘层8和电子传输层5的连接体的带大幅弯曲，能够在与包含几乎不具有自由载流子的量子点(QD)的发光层4的与绝缘层8接触的第一层(未图示)形成电势变低的区域。在从阳极2注入的空穴h观察时，在包含量子点(QD)的发光层4的第一层中形成的该电势变低的区域是非常高的势垒，因此能够高效地将空穴h禁闭在包含量子点(QD)的发光层4的与空穴传输层3连接的第二层R2(未图示)。另一方面，接近简并的电子传输层5在靠近绝缘层8一侧的有限区域形成高的势垒，但由于该势垒非常薄，因此在施加电压时，电子e能够容易地隧穿。
如上所述，通过将含有量子点(QD)的发光层4和电子传输层5连接使得绝缘层8被夹在中间，能够不阻碍从电子传输层5注入电子e，对于从空穴传输层3侧注入的空穴h，形成具有高势垒的、禁闭电子e的电势变低区域的发光层4的第一层。
根据上述构成，能够实现改善载流子平衡、提高发光效率和可靠性的发光元件1’。
[实施方式3]
接下来，基于图9和图10说明本发明的实施方式3。本实施方式的发光元件1R、发光元件1G、发光元件1B分别具备不同的发光层4R、4G、4B，但具备由同一材料构成的电子传输层5。为了便于说明，对与在实施方式1及2的附图所示的构件具有相同功能的构件，标注相同的附图标记，并省略其说明。
图9是表示具备发光元件1R、发光元件1G、发光元件1B的显示装置20的概略性构成的图。
图10的(a)是示出图9所示的显示装置20的红色子像素RSP所包含的发光元件1R的概略结构的剖视图，图10的(b)是示出图9所示的显示装置20的绿色子像素GSP所包含的发光元件1G的概略结构的剖视图，图10的(c)是示出图9所示的显示装置20的蓝色子像素BSP所包含的发光元件1B的概略结构的剖视图。
如图9所示，显示装置20包括边框区域NDA和显示区域DA。显示装置20的显示区域DA包括多个像素PIX，一像素PIX包括红色子像素RSP、绿色子像素GSP和蓝色子像素BSP。在本实施方式中，以一像素PIX由红色子像素RSP、绿色子像素GSP、蓝色子像素BSP构成的情况为例进行说明，但并不限于此。例如，一像素PIX除了红色子像素RSP、绿色子像素GSP和蓝色子像素BSP以外，也可以包括其他颜色的子像素。
显示装置20的各红色子像素RSP包括图10的(a)所示的发光元件1R，显示装置20的各绿色子像素GSP包括图10的(b)所示的发光元件1G，显示装置20的各蓝色子像素BSP包括图10的(c)所示的发光元件1B。
发光元件1R所具备的发光层4R所包含的量子点(QD)、发光元件1G所具备的发光层4G所包含的量子点(QD)以及发光元件1B所具备的发光层4B所包含的量子点(QD)能够使用相同材料的不同粒径的核来构成。例如，发出红色的发光层4R使用粒径最大的核，发出蓝色的发光层4B使用粒径最小的核，发出绿色的发光层4G可以使用具有发出红色的发光层4R中使用的核的粒径与发出蓝色的发光层4B中使用的核的粒径之间的粒径的核。
另外，发光元件1R所具备的发光层4R所包含的量子点(QD)、发光元件1G所具备的发光层4G所包含的量子点(QD)以及发光元件1B所具备的发光层4B所包含的量子点(QD)也可以分别使用不同的材料的核构成。
在本实施方式中，举例说明发光层4R、发光层4G以及发光层4B分别包括核和壳、且在可见光区域具有发光峰值波长的量子点(QD)的情况，但并不限定于此。例如，发光层4R、发光层4G以及发光层4B分别具备的量子点(QD)如果在可见光区域具有发光峰值波长，则不是核/壳结构，也可以是仅由核构成的结构。在发光层4R、发光层4G以及发光层4B各自中，在可见光区域具有发光峰值波长的量子点(QD)为核/壳结构的情况下，量子点(QD)的缺陷被充分地去活化，由于因非发光跃迀而失去的电子e是极微量的，因此具有电子e的高禁闭效应。
发光层4R、发光层4G及发光层4B各自的带隙的能量的大小是在波长(λ)是可见光区域的波长的情况下由下述式A决定的能量的大小。
E＝hc/λ(式A)
此外，在上述式A中，E是能量(eV)，λ是波长(nm)，h是普朗克常数，c是光速。
根据上述构成，发光层4R、发光层4G以及发光层4B各自在可见光区域具有发光波长，并且具有与其对应的带隙。
在本实施方式中，如图10的(a)、图10的(b)以及图10的(c)所示，发光元件1R、发光元件1G以及发光元件1B分别具备发光峰值波长不同的发光层4R、发光层4G以及发光层4B，但具备由相同材料构成的电子传输层5。因此，为了抑制由同一材料构成的电子传输层5导致的来自发光峰值波长不同的发光层4R、发光层4G以及发光层4B的光吸收，优选由同一材料构成的电子传输层5的带隙的能量大小在波长(λ)为450nm的情况下比由上述式A决定的能量大小更大。即，由相同材料构成的电子传输层5的带隙的能量大小优选设定为不吸收来自发光层4B的蓝色光，该蓝色光是能量最大的光。根据上述构成，能够抑制由同一材料构成的电子传输层5导致的来自具有不同发光峰值波长的发光层4R、发光层4G以及发光层4B的光的吸收。
如图10的(a)、图10的(b)以及图10的(c)所示，发光元件1R、发光元件1G以及发光元件1B分别具备由相同材料构成的电子传输层5。因此，在具备发光元件1R、发光元件1G、发光元件1B的显示装置20的制造工序中，无需针对每个发光元件1R、1G、1B，在不同工序中形成电子传输层5，能够通过共同的工序对所有的发光元件1R、1G、1B形成电子传输层5，因此能够减少显示装置20的制造工序数。
如上所述，在本实施方式中，列举发光元件1R、发光元件1G以及发光元件1B分别具备由相同材料构成的电子传输层5的情况为例进行了说明，但并不限于此，如后述的实施方式5所示，各发光元件也可以分别具备由不同的材料构成的电子传输层5。
[实施方式4]
接下来，基于图11至图13说明本发明的实施方式4。本实施方式的发光元件1a与实施方式1至3中说明的发光元件的不同点在于，电子传输层5a中包含的IVB(14)族元素包含从Si、Ge和Sn中选择的两种以上。除此之外，如实施方式1至3中说明的那样。为了便于说明，对与在实施方式1至3的附图所示的构件具有相同功能的构件，标注相同的附图标记，并省略其说明。
图11是示出发光元件1a的概略构成的剖面图。
如图11所示，发光元件1a在发光层4和阴极6之间具备电子传输层5a。
图12以及图13是用于说明发光元件1a具备的电子传输层5a的图(出处:非专利文献[Bernard Gil:III-Nitride Semiconductors and Their Modern Devices(Series onSemiconductor Science and Technology),Oxford University Press,2013.])。
图12是示出ZnGe1-xSnxN2中的Sn的组成比(x值)与带隙的关系的图。
如图12所示，电子传输层5a例如包含含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物，且所述IVB(14)族元素含有Ge和Sn时，在所述化合物中，Sn的比例越高(Ge的比例越低)，带隙越窄。电子传输层5a由于Sn的比例越高(Ge的比例越低)、带隙越窄，但导带下端(CBM)几乎不变化，自由电子密度也变高，因此在使用电子传输层5a的情况下，在形成将电子e禁闭在从电子传输层5a至发光层4的路径上的电势变低的区域的效果方面，与使用实施方式1中已经说明的电子传输层5的情况相比几乎没有变化。
图13是表示ZnSixGe1-xN2和ZnSixSn1-xN2中Si的组成比(x值)与带隙的关系的图。另外，图13分别示出直接能隙(direct gap)以及间接能隙(indirect gap)。
如图13所示，电子传输层5a例如在含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和含氮元素的化合物，且所述IVB(14)族元素含有Si和Ge的情况下，或者在含有Si和Sn的情况下，在所述化合物中，Si之比例越高，带隙越宽。电子传输层5a的Si之比例越高，则带隙越宽，但导带下端(CBM)几乎不变化，自由电子密度也变高，因此在使用电子传输层5a的情况下，在形成将电子e禁闭在从电子传输层5a至发光层4的路径上的电势变低的区域这样的效果方面，与使用实施方式1中已经说明的电子传输层5的情况相比几乎没有变化。
如上所述，通过使用IVB(14)族元素为混晶的化合物作为电子传输层5a，能够比较容易地控制电子传输层5a的带隙。
在本实施方式中，举例说明了电子传输层5a包含IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和含氮元素的化合物，电子传输层5a中所包含的IVB(14)族元素包含选自Si、Ge和Sn中的两种以上的情况，但并不限于此，电子传输层5a也可以包含IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素，电子传输层5a中所包含的VIB(16)族元素包含选自S、Se和O中的两种以上。
[实施方式5]
接下来，基于图9和图14说明本发明的实施方式5。本实施方式的发光元件1R’、发光元件1G’、发光元件1B’具备分别不同的发光层4R、4G、4B，并且具备分别不同的电子传输层5R、5G、5B，在这一点上与实施方式3中说明的发光元件1R、1G、1B不同。除此之外，如实施方式3中说明的那样。为了便于说明，对与在实施方式3的附图所示的构件具有相同功能的构件，标注相同的附图标记，并省略其说明。
图14的(a)是示出图9所示的显示装置20的红色子像素RSP所包含的发光元件1R的概略结构的剖视图，图14的(b)是示出图9所示的显示装置20的绿色子像素GSP所包含的发光元件1G的概略结构的剖视图，图14的(c)是示出图9所示的显示装置20的蓝色子像素BSP所包含的发光元件1B的概略结构的剖视图。
图14的(a)所示的发光元件1R’包括在红色区域具有发光峰值波长的发光层4R，电子传输层5R包括ZnSnN2(例如，带隙为1.71eV)。
图14的(b)所示的发光元件1G’包括在绿色区域具有发光峰值波长的发光层4G，电子传输层5G包括ZnGeN2(例如，带隙为3.48eV)。
图14的(c)所示的发光元件1B’包括在蓝色区域具有发光峰值波长的发光层4B，电子传输层5B包括ZnSnN2(例如，带隙为4.5eV)。
在本实施方式中，举例说明了电子传输层5R由ZnSnN2形成、电子传输层5G由ZnGeN2形成、电子传输层5B由ZnSnN2形成的情况，但并不限定于此。当波长(λ)为760nm时，电子传输层5R、电子传输层5G以及电子传输层5B能够在比由上述式A决定的能量大小(1.63eV)更大的材料中适当选择。
如上所述，在发光元件1R’、1G’、1B’的各个中，通过具备最适于发光层4R、4G、4B的发光峰值波长的电子传输层5R、5G、5B，能够进一步抑制电子传输层5R、5G、5B对发光层4R、4G、4B的光的吸收。
[实施方式6]
接下来，基于图15说明本发明的6实施方式。本实施方式的发光元件1b作为电子传输层5’，从发光层4侧依次包括第一电子传输层5b、第二电子传输层5c和第三电子传输层5d，在第三电子传输层5d的电子亲和力的值小于第二电子传输层5c的电子亲和力的值、第二电子传输层5c的电子亲和力的值小于第一电子传输层5b的电子亲和力的值这点上，与实施方式1至5中说明的发光元件不同。除此之外，如实施方式1至5中说明的那样。为了便于说明，对与在实施方式1至5的附图所示的构件具有相同功能的构件，标注相同的附图标记，并省略其说明。
图15是示出发光元件1b的概略构成的剖视图。
如图15所示，发光元件1b中，作为电子传输层5’，从发光层4侧依次包括第一电子传输层5b、第二电子传输层5c和第三电子传输层5d，第三电子传输层5d的电子亲和力的值小于第二电子传输层5c的电子亲和力的值，第二电子传输层5c的电子亲和力的值小于第一电子传输层5b的电子亲和力的值。
在本实施方式中，举用ZnSnN2(例如，电子亲和力＝0.18eV)形成第三电子传输层5d、用ZnGeN2(例如，电子亲和力＝0.22eV)形成第二电子传输层5c、用ZnSiN2(例如，电子亲和力＝0.3eV)形成第一电子传输层5b的情况为例进行说明，但并不限定于此。
根据发光元件1b，对于从阴极6注入的电子的势垒在第三电子传输层5d、第二电子传输层5c以及第一电子传输层5b中为阶梯状，能够降低发光元件1b的驱动电压。
在本实施方式中，作为电子传输层5’，列举层叠有第一电子传输层5b、第二电子传输层5c和第三电子传输层5d的情况为例进行了说明，但并不限定于此，电子传输层5’也可以从发光层4侧依次包括第一电子传输层5b和第二电子传输层5c，第二电子传输层5c的电子亲和力的值比第一电子传输层5b的电子亲和力的值小。在这样的构成的情况下，例如，既可以通过ZnSiN2来形成第一电子传输层5b，通过ZnGeN2或者ZnSnN2来形成第二电子传输层5c，也可以通过ZnGeN2来形成第一电子传输层5b，通过ZnSnN2来形成第二电子传输层5c。
[实施方式7]
接下来，基于图16和图17说明本发明的实施方式7。本实施方式的发光元件1c作为发光层4’，在具备由不包含量子点(QD)的有机材料构成的发光层并且在发光层4’与电子传输层5之间具备包含量子点(QD)的量子点层7这点上，与实施方式1至6中说明的发光元件不同。除此之外，如实施方式1至6中说明的那样。为了便于说明，对与在实施方式1至6的附图所示的构件具有相同功能的构件，标注相同的附图标记，并省略其说明。
图16是示出发光元件1c的概略构成的剖视图。
如图16所示，发光元件1c作为发光层4’，具备由不包含量子点(QD)的有机材料构成的发光层，并且在发光层4’与电子传输层5之间具备包含量子点(QD)的量子点层7。电子传输层5和量子点层7接触，并且也与量子点层7和发光层4’接触。
另外，发光层4’的膜厚与量子点层7的膜厚的合计膜厚优选为20nm以上且100nm以下。
通过发光层4’的膜厚与量子点层7的膜厚的合计膜厚形成为20nm以上，能够抑制不均匀发光，通过发光层4’的膜厚与量子点层7的膜厚的合计膜厚形成为100nm以下，能够抑制发光效率的降低。
图17的(a)是量子点层7以及发光层4’的非连接时的概略能带图，图17的(b)是量子点层7以及发光层4’的连接时的概略能带图，图17的(c)是量子点层7以及发光层4’的电压施加时的概略能带图。
如图17的(c)所示，在发光元件1c中，在量子点层7形成禁闭上述电子e的电势变低的区域。这样，能够形成禁闭上述电子e的电势变低的区域的理由在于，量子点层7的导带下端(CBM)比发光层4’的LUMO低，发光层4’的LUMO相对于从电子传输层5侧注入到量子点层7的电子e成为高的势垒。
另外，量子点层7的价带上端(VBM)比发光层4’的HOMO低，相对于从空穴传输层3侧注入的发光层4’内的空穴h，量子点层7的价带上端(VBM)成为高的势垒，因此能够将发光层4’内的空穴h封入发光层4’内。
另外，在量子点层7与电子传输层5连接的情况下，量子点层7的能带受到电子传输层5的影响，在厚度方向整体大幅弯曲。这是因为，电子传输层5的电子e的浓度大于量子点层7的电子e浓度。具有导带下端(CBM)浅且接近简并的费米能级的电子传输层5，其在接近量子点层7的一侧的有限区域形成高的势垒，但由于该势垒非常薄，因此在施加电压时，电子e能够容易地隧穿。
在形成于量子点层7的将电子e禁闭的电位变低的区域中，作为载流子，仅存在电子e，不存在空穴h，因此，电子e和空穴h不会复合发光。因此，量子点层7成为无损失地将电子e禁闭的电势变低的区域。
从阳极2经由空穴传输层3注入发光层4的空穴h被禁闭在发光层4’，并且，被禁闭在电势变低的区域的电子e的数量的1/10左右溢出从而供给发光层4’，其中，该电势变低的区域是形成在量子点层7上并将电子e禁闭的区域。因此，在发光层4’中，电子e和空穴h复合发光。
如上所述，在本实施方式的发光元件1c中，被禁闭在形成于量子点层7的电子e的电势变低的区域的电子e数量的1/10左右溢出，被供给至发光层4’，因此在发光层4’中，能够大幅改善电子e和空穴h的载流子平衡，实现发光效率提高的发光元件1c。另外，通过这样改善载流子平衡，向空穴传输层3侧流出的电子e的数量大幅减少，因此即使空穴传输层3由有机材料形成，也能够抑制劣化。进而，如果用无机材料形成空穴传输层3，则能够进一步抑制劣化。因此，能够实现提高可靠性的发光元件1c。
图17的(d)是量子点层107和发光层104的非连接时的概略能带图，图17的(e)是量子点层107和发光层104的连接时的概略能带图，图17的(f)是量子点层107和发光层104的施加电压时的概略能带图。
在量子点层107的导带下端(CBM)比发光层104的LUMO高、量子点层107的价电子带上端(VBM)比发光层104的HOMO高的情况下，如图17的(f)所示，无法形成禁闭电子e的电势变低的区域，存在电子e和空穴h在发光层104的厚度方向上进行空间分离而无法提高发光效率的可能性。
图17的(g)是量子点层107和发光层104的非连接时的概略能带图，图17的(h)是量子点层107和发光层104的连接时的概略能带图，图17的(i)是量子点层107和发光层104的施加电压时的概略能带图。
量子点层107的导带下端(CBM)是与发光层104的LUMO相同的能级，量子点层107的价带上端(VBM)是与发光层104的HOMO相同的能级的情况下，如图17的(i)所示，不产生能级的移位，无法形成禁闭电子e的电势变低的区域，因此，存在无法提高发光效率的可能性。
如上所述，在本实施方式中，举例说明了发光层4’是由不包含量子点(QD)的有机材料构成的发光层的情况，但即使在发光层4’包含第一量子点(QD)的情况下，也可以与发光层4’分开地设置包含第二量子点(QD)的量子点层7。在该情况下，量子点层7中包含的第二量子点(QD)和发光层4’中包含的第一量子点(QD)既可以是同一种类的量子点，也可以是不同种类的量子点。
[总结]
[方式1]
一种发光元件，包括:阴极；阳极，与所述阴极相对配置；发光层，在所述阴极与所述阳极之间；以及电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，并包含:含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物、或含有IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物。
[方式2]
在方式1所述的发光元件中，所述电子传输层包含含有所述IIB(12)族元素、所述IVB(14)族元素和所述氮元素的所述化合物，所述化合物满足化学式AxDyNz，所述A是IIB(12)族元素，所述D是IVB(14)族元素，所述N是所述氮元素，所述x是0.75以上且1.25以下的数值，所述y是0.75以上且1.25以下的数值，所述z是1.5以上且2.5以下的数值。
[方式3]
在方式1或2所述的发光元件中，所述电子传输层含有所述IIB(12)族元素、所述IVB(14)族元素和所述氮元素的所述化合物，所述IIB(12)族元素为Zn。
[方式4]
在方式1所述的发光元件中，所述化合物满足化学式DxEyBz，所述D是IVB(14)族元素，所述E是VIB(16)族元素，所述B是所述硼元素，所述x是0.75以上且1.25以下的数值，所述y是0.75以上且1.25以下的数值，所述z是1.5以上且2.5以下的数值。
[方式5]
在方式1或4所述的发光元件中，所述电子传输层包含含有所述IVB(14)族元素、所述VIB(16)族元素和所述含硼元素的所述化合物，所述VIB(16)族元素选自S、Se及O中的1种以上。
[方式6]
在方式1至5中任一项所述的发光元件中，所述IVB(14)族元素为选自Si、Ge和Sn中的一种。
[方式7]
在方式1至5中任一项所述的发光元件中，所述IVB(14)族元素为选自Si、Ge和Sn中的两种以上。
[方式8]
在方式1至7中任一项所述的发光元件中，所述电子传输层是n型半导体。
[方式9]
在方式1至8中任一项所述的发光元件中，所述电子传输层是简并半导体。
[方式10]
在方式1至9中任一项所述的发光元件中，所述发光层包含第一量子点。
[方式11]
在方式1至9中任一项所述的发光元件中，所述发光层包含第一量子点，电子传输层与发光层连接。
[方式12]
在方式1至9中任一项所述的发光元件中，所述发光层包含第一量子点，在所述电子传输层和所述发光层之间具备膜厚为5nm以下的绝缘层，所述电子传输层与所述绝缘层连接，并且所述绝缘层与所述发光层连接。
[方式13]
在方式1至10中任一项所述的发光元件中，在所述电子传输层和所述发光层之间具备包含第二量子点的量子点层，所述电子传输层与所述量子点层连接，并且所述量子点层与所述发光层连接。
[方式14]
在方式10至13中任一项所述的发光元件中，各所述量子点分别包含核和壳，且在可见光区域具有发光峰值波长。
[方式15]
一种发光元件，包括:阴极；阳极，与所述阴极相对配置；发光层，其在所述阴极与所述阳极之间并包含量子点层；以及电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，与所述发光层接触，并且是导带下端与真空能级之差的绝对值小于所述发光层的导带下端与所述真空能级之差的绝对值的n型半导体，所述发光层由与所述电子传输层相接的第一层以及与所述第一层相接且远离所述电子传输层的第二层构成，仅所述发光层的所述第二层发光。
[方式16]
在方式15所述的发光元件中，所述发光层的所述第二层的厚度为所述发光层的厚度的一半以下。
[方式17]
一种发光元件，包括:阴极；阳极，与所述阴极相对配置；发光层，在所述阴极与所述阳极之间；以及电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，所述电子传输层的电离电势及其电子亲和力值小于所述发光层的电子亲和力值，且具有带隙。
[方式18]
在方式17所述的发光元件中，所述电子传输层的所述电子亲和力值为1eV以下。
[方式19]
在方式17或18所述的发光元件中，所述电子传输层的所述电离电势为2.55eV以下。
[方式20]
在方式15至19中的任一项所述的发光元件中，所述发光层包含量子点，所述量子点包含核和壳，且在可见光区域具有发光峰值波长。
[方式21]
在方式17至20中任一项所述的发光元件中，所述电子传输层的带隙的能量的大小在波长λ为760nm时，比由下式A确定的能量大，在下述式A中，E是能量(eV)，λ是波长(nm)，h是普朗克常数，c是光速，
[方式22]
在方式21所述的发光元件中，在波长λ为450nm的情况下，所述电子传输层的带隙的能量大小大于由所述式A确定的能量大小。
[方式23]
在方式17至22中任一项所述的发光元件中，所述电子传输层的带隙的能量大小，在波长λ为可见光区域波长的时，比由下式A确定的能量大，在下述式A中，E是能量(eV)，λ是波长(nm)，h是普朗克常数，c是光速，
[方式24]
在方式13所述的发光元件中，所述发光层的膜厚和所述量子点层的膜厚的合计膜厚为20nm以上且100nm以下。
[方式25]
在方式10至12、15、16、20中任一项所述的发光元件中，所述发光层的膜厚为20nm以上且100nm以下。
[方式26]
在方式1至25中任一项所述的发光元件中，所述电子传输层的导带的下端与真空能级之差的绝对值小于0.3eV。
[方式27]
在方式1至3、15至23中任一项所述的发光元件中，所述发光层具有红色区域的发光峰值波长，所述电子传输层包含ZnSnN2。
[方式28]
在方式1至3、15至23中任一项所述的发光元件中，所述发光层具有绿色区域的发光峰值波长，所述电子传输层包含ZnGeN2。
[方式29]
在方式1至3、15至23中任一项所述的发光元件中，所述发光层具有蓝色区域的发光峰值波长，所述电子传输层包含ZnSnN2。
[方式30]
在方式1至29中的任一项所述的发光元件中，在所述阳极和所述发光层之间具备空穴传输层以及空穴注入层中的至少一方，所述空穴传输层及所述空穴注入层的至少一方含有无机物。
[方式31]
在方式30所述的发光元件中，在所述阳极和所述发光层之间具备包含无机物的所述空穴传输层，所述无机物含有选自Zn、Ni、Mg、La、Mo、W、V、Le的一种以上的氧化物。
[方式32]
在方式30所述的发光元件中，在所述阳极和所述发光层之间具备包含无机物的所述空穴传输层，所述无机物是II族-VI族化合物半导体或III族-V族化合物半导体。
[方式33]
在方式1至32中任一项所述的发光元件中，所述电子传输层从所述发光层侧起依次包括第一电子传输层和第二电子传输层，所述第二电子传输层的电子亲和力的值小于所述第一电子传输层的电子亲和力的值。
[附加说明]
并且，本发明不限于上述各实施方式，能在权利要求所示的范围中进行各种变更，将不同的实施方式中分别公开的技术方法适当组合得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。而且，能够通过组合各实施方式分别公开的技术方法来形成新的技术特征。
工业上的实用性
本发明涉及发光元件以及具备该发光元件的显示装置。
附图标记说明
1、1’、1A、1b、1c 发光元件
1R、1G、1B、1R’、1G’、1B’ 发光元件
2 阳极
3 空穴传输层
4、4R、4G、4B、4’ 发光层
5、5a、5R、5G、5B、5’ 电子传输层
5b 第一电子传输层
5c 第二电子传输层
5d 第三电子传输层
6 阴极
7 量子点层
8 绝缘层
20 显示装置
PIX 一像素
RSP 红色子像素
GSP 绿色子像素
BSP 蓝色子像素
h 空穴
e 电子
R1 发光层的第一层
R2 发光层的第二层
DA 显示区域
NDA 边框区域
EA、EA’电子亲和力
Ei 电离电势

Claims (33)

1.一种发光元件，其特征在于，包括:
阴极；
阳极，与所述阴极相对配置；
发光层，在所述阴极与所述阳极之间；以及
电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，并包含:含有IIB(12)族元素、IVB(14)族元素和氮元素的化合物、或含有IVB(14)族元素、VIB(16)族元素和硼元素的化合物。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述电子传输层包含含有所述IIB(12)族元素、所述IVB(14)族元素和所述氮元素的所述化合物，
所述化合物满足化学式AxDyNz，
所述A是IIB(12)族元素，
所述D是IVB(14)族元素，
所述N是所述氮元素，
所述x是0.75以上且1.25以下的数值，
所述y是0.75以上且1.25以下的数值，
所述z是1.5以上且2.5以下的数值。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，
所述电子传输层含有所述IIB(12)族元素、所述IVB(14)族元素和所述氮元素的所述化合物，
所述IIB(12)族元素为Zn。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述化合物满足化学式DxEyBz，
所述D是IVB(14)族元素，
所述E是VIB(16)族元素，
所述B是所述硼元素，
所述x是0.75以上且1.25以下的数值，
所述y是0.75以上且1.25以下的数值，
所述z是1.5以上且2.5以下的数值。
5.根据权利要求1或4所述的发光元件，其特征在于，
所述电子传输层包含含有所述IVB(14)族元素、所述VIB(16)族元素和所述含硼元素的所述化合物，
所述VIB(16)族元素选自S、Se及O中的1种以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述IVB(14)族元素为选自Si、Ge和Sn中的一种。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述IVB(14)族元素为选自Si、Ge和Sn中的两种以上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述电子传输层是n型半导体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述电子传输层是简并半导体。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层包含第一量子点。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层包含第一量子点，
所述电子传输层与所述发光层连接。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层包含第一量子点，
在所述电子传输层和所述发光层之间具备膜厚为5nm以下的绝缘层，
所述电子传输层与所述绝缘层连接，并且所述绝缘层与所述发光层连接。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的发光元件，其特征在于，
在所述电子传输层和所述发光层之间具备包含第二量子点的量子点层，
所述电子传输层与所述量子点层连接，并且所述量子点层与所述发光层连接。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的发光元件，其特征在于，各所述量子点分别包含核和壳，且在可见光区域具有发光峰值波长。
15.一种发光元件，其特征在于，包括:
阴极；
阳极，与所述阴极相对配置；
发光层，其在所述阴极与所述阳极之间并包含量子点层；以及
电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，与所述发光层接触，并且是导带下端与真空能级之差的绝对值小于所述发光层的导带下端与所述真空能级之差的绝对值的n型半导体，
所述发光层由与所述电子传输层相接的第一层以及与所述第一层相接且远离所述电子传输层的第二层构成，
仅所述发光层的所述第二层发光。
16.根据权利要求15所述的发光元件，其特征在于，
所述发光层的所述第二层的厚度为所述发光层的厚度的一半以下。
17.一种发光元件，其特征在于，包括:
阴极；
阳极，与所述阴极相对配置；
发光层，在所述阴极与所述阳极之间；以及
电子传输层，其在所述阴极与所述发光层之间，
所述电子传输层的电离电势及其电子亲和力值小于所述发光层的电子亲和力值，且具有带隙。
18.根据权利要求17所述的发光元件，其特征在于，所述电子传输层的所述电子亲和力值为1eV以下。
19.根据权利要求17或18所述的发光元件，其特征在于，所述电子传输层的所述电离电势为2.55eV以下。
20.根据权利要求15至19中的任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层包含量子点，所述量子点包含核和壳，且在可见光区域具有发光峰值波长。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的发光元件，其特征在于，
所述电子传输层的带隙的能量的大小在波长λ为760nm时，比由下式A确定的能量大，在下述式A中，E是能量(eV)，λ是波长(nm)，h是普朗克常数，c是光速，
E＝hc/λ(式A)。
22.根据权利要求21所述的发光元件，其特征在于，在波长λ为450nm的情况下，所述电子传输层的带隙的能量大小大于由所述式A确定的能量大小。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的发光元件，其特征在于，
所述电子传输层的带隙的能量大小在波长λ为可见光区域波长的时，比由下式A确定的能量大，在下述式A中，E是能量(eV)，λ是波长(nm)，h是普朗克常数，c是光速，
E＝hc/λ(式A)。
24.根据权利要求13所述的发光元件，其特征在于，
所述发光层的膜厚和所述量子点层的膜厚的合计膜厚为20nm以上且100nm以下。
25.根据权利要求10至12、15、16、20中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述发光层的膜厚为20nm以上且100nm以下。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的发光元件，其特征在于，所述电子传输层的导带的下端与真空能级之差的绝对值小于0.3eV。
27.根据权利要求1至3、15至23中任一项所述的发光元件，其特征在于，
所述发光层具有红色区域的发光峰值波长，
所述电子传输层包含ZnSnN2。
28.根据权利要求1至3、15至23中任一项所述的发光元件，其特征在于，
所述发光层具有绿色区域的发光峰值波长，
所述电子传输层包含ZnGeN2。
29.根据权利要求1至3、15至23中任一项所述的发光元件，其特征在于，
所述发光层具有蓝色区域的发光峰值波长，
所述电子传输层包含ZnSnN2。
30.根据权利要求1至29中的任一项所述的发光元件，其特征在于，
在所述阳极和所述发光层之间具备空穴传输层以及空穴注入层中的至少一方，
所述空穴传输层及所述空穴注入层的至少一方含有无机物。
31.根据权利要求30所述的发光元件，其特征在于，
在所述阳极和所述发光层之间具备包含无机物的所述空穴传输层，
所述无机物含有选自Zn、Ni、Mg、La、Mo、W、V、Le的一种以上的氧化物。
32.根据权利要求30所述的发光元件，其特征在于，
在所述阳极和所述发光层之间具备包含无机物的所述空穴传输层，
所述无机物是II族-VI族化合物半导体或III族-V族化合物半导体。
33.根据权利要求1至32中任一项所述的发光元件，其特征在于，
所述电子传输层从所述发光层侧起依次包括第一电子传输层和第二电子传输层，
所述第二电子传输层的电子亲和力的值小于所述第一电子传输层的电子亲和力的值。
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