JP7474345B2 - 光電変換素子、表示装置、および光電変換素子の製造方法 - Google Patents

光電変換素子、表示装置、および光電変換素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、光電変換素子、表示装置、および光電変換素子の製造方法に関する。
近年、さまざまなフラットパネルディスプレイが開発されており、特に、ＱＬＥＤ（Quantum dot Light Emitting Diode：量子ドット発光ダイオード）またはＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode：有機発光ダイオード）を電界発光素子として備えた表示装置が注目を浴びている。
特許文献１は、正孔輸送層に接する面と電子輸送層に接する面とが互いに異なる有機リガンド分布を有する量子ドット発光層を含む構成を開示している。
日本国公開特許公報「特開２０１０－１１４０７９号（２０１０年５月２０日公開）」
発光素子および受光素子などの光電変換素子における電子輸送層および正孔輸送層などの電荷輸送層が、電荷輸送材料のナノ粒子とこれに配位する有機リガンドとを含む構成が知られている。
このような電荷輸送層中の電荷輸送材料のナノ粒子と、アノードおよびカソードなどの電極との間には、有機リガンドが介在する。有機リガンドは誘電体である。これらのため、ナノ粒子と電極との間に電気的な接触不良が生じ、静電容量が形成される。
この結果、発光素子に点灯中に注入された（または受光素子で露光中に発生した）電荷が、消灯（または遮光）後も当該素子に長時間滞留するという課題があった。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光電変換素子は、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記光電変換層との間の第１最短距離は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記第２電極との間の第２最短距離よりも、大きい構成である。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光電変換素子は、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第１端部領域に含まれる有機リガンドの第１比率は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第２端部領域に含まれる有機リガンドの第２比率よりも、大きい構成である。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光電変換素子の製造方法は、第１電極を形成する第１工程と、前記第１電極の上層に光電変換層を形成する第２工程と、前記光電変換層の上層にキャリア輸送層を、前記キャリア輸送層が複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有するように、形成する第３工程と、前記キャリア輸送層の上層に第２電極を形成する第４工程と、を含み、前記キャリア輸送層から前記複数の有機リガンドの一部を除去する第５工程をさらに含む方法である。
本発明の一態様によれば、キャリア輸送層のキャリア輸送材料と第２電極との間は、電気的な接触が良好である。この結果、電界発光素子に電荷が滞留する時間を短縮することができる。
本発明の一実施形態に係る表示デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の上記一実施形態に係る表示デバイスの表示領域の構成の一例を示す概略断面図である。 本発明の上記一実施形態に係る発光素子層の概略構成を示す断面図である。 本発明の上記一実施形態に係る、互いに異なる色に発光するサブ画素における、電子輸送層の発光層に近い側に位置する第１端部領域を示す概略断面図である。 図３に示した発光素子層を形成する工程を概略的に示すフロー図である。 図３に示した発光素子層を形成する工程が含む工程を概略的に示す断面図である。 図３に示した発光素子層を形成する工程が含む工程を概略的に示す別の断面図である。 図３に示した発光素子層を形成する工程が含む工程を概略的に示す別の断面図である。 図７に示す工程の別の一例を概略的に示す断面図である。 比較例に係る発光素子層２０５の概略構成を示す断面図である。 本発明の別の一実施形態に係る発光素子層の概略構成を示す断面図である。 図１１に示した発光素子層を形成する工程を概略的に示すフロー図である
〔実施形態１〕
（表示デバイスの製造方法及び構成）
以下においては、「同層」とは同一のプロセス（成膜工程）にて形成されていることを意味し、「下層」とは、比較対象の層よりも先のプロセスで形成されていることを意味し、「上層」とは比較対象の層よりも後のプロセスで形成されていることを意味する。
図１は表示デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。図２は、表示デバイス２の表示領域の構成の一例を示す概略断面図である。
フレキシブルな表示デバイスを製造する場合、図１および図２に示すように、まず、透光性の支持基板（例えば、マザーガラス）上に樹脂層１２を形成する（ステップＳ１）。次いで、バリア層３を形成する（ステップＳ２）。次いで、薄膜トランジスタ層４（ＴＦＴ層）を形成する（ステップＳ３）。次いで、トップエミッション型の発光素子層５を形成する（ステップＳ４）。次いで、封止層６を形成する（ステップＳ５）。次いで、封止層６上に上面フィルムを貼り付ける（ステップＳ６）。
次いで、レーザ光の照射等によって支持基板を樹脂層１２から剥離する（ステップＳ７）。次いで、樹脂層１２の下面に下面フィルム１０を貼り付ける（ステップＳ８）。次いで、下面フィルム１０、樹脂層１２、バリア層３、薄膜トランジスタ層４、発光素子層５、封止層６を含む積層体を分断し、複数の個片を得る（ステップＳ９）。次いで、得られた個片に機能フィルム３９を貼り付ける（ステップＳ１０）。次いで、複数のサブ画素が形成された表示領域よりも外側（非表示領域、額縁領域）の一部（端子部）に電子回路基板（例えば、ＩＣチップおよびＦＰＣ）をマウントする（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１～Ｓ１１は、表示デバイス製造装置（ステップＳ１～Ｓ５の各工程を行う成膜装置を含む）が行う。
樹脂層１２の材料としては、例えばポリイミド等が挙げられる。樹脂層１２の部分を、二層の樹脂膜（例えば、ポリイミド膜）およびこれらに挟まれた無機絶縁膜で置き換えることもできる。
バリア層３は、水、酸素等の異物が薄膜トランジスタ層４および発光素子層５に侵入することを防ぐ層であり、例えば、ＣＶＤ法により形成される、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、あるいは酸窒化シリコン膜、またはこれらの積層膜で構成することができる。
薄膜トランジスタ層４は、半導体膜１５と、半導体膜１５よりも上層の無機絶縁膜１６（ゲート絶縁膜）と、無機絶縁膜１６よりも上層のゲート電極ＧＥおよびゲート配線ＧＨ１と、ゲート電極ＧＥおよびゲート配線ＧＨよりも上層の無機絶縁膜１８（層間絶縁膜）と、無機絶縁膜１８よりも上層の容量電極ＣＥと、容量電極ＣＥよりも上層の無機絶縁膜２０（層間絶縁膜）と、無機絶縁膜２０よりも上層のソース配線ＳＨ、ソース配線ＳＨよりも上層の平坦化膜２１（層間絶縁膜）とを含む。
半導体膜１５は、例えば低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）あるいは酸化物半導体（例えばＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体）で構成される。図２では、トランジスタがトップゲート構造で示されているが、ボトムゲート構造でもよい。
ゲート電極ＧＥ、ゲート配線ＧＨおよび容量電極ＣＥ、およびソース配線ＳＨは、例えば、アルミニウム、タングステン、モリブデン、タンタル、クロム、チタン、および銅の少なくとも１つを含む金属の単層膜あるいは積層膜によって構成される。
無機絶縁膜１６・１８・２０は、例えば、ＣＶＤ法によって形成された、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜、または酸窒化シリコン（ＳiＮＯ）あるいはこれらの積層膜によって構成することができる。平坦化膜２１は、例えば、ポリイミド、アクリル等の塗布可能な有機材料によって構成することができる。
発光素子層５は、平坦化膜２１よりも上層のアノード２２（陽極，いわゆる画素電極）と、アノード２２のエッジを覆う絶縁性のエッジカバー２３と、エッジカバー２３よりも上層のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）層である活性層２４と、活性層２４よりも上層のカソード２５（陰極，いわゆる共通電極）とを含む。エッジカバー２３は、例えば、ポリイミド、アクリル等の有機材料を塗布した後にフォトリソグラフィよってパターニングすることで形成される。
サブ画素ごとに、島状のアノード２２、活性層２４、およびカソード２５を含み、ＱＬＥＤである発光素子ＥＳ（電界発光素子）が発光素子層５に形成され、発光素子ＥＳを制御するサブ画素回路が薄膜トランジスタ層４に形成される。
活性層２４は、例えば、下層側から順に、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層を積層することで構成される。電子注入層、電子輸送層、正孔輸送層、正孔注入層のうち１以上の層を形成しない構成も可能である。
アノード２２は、光反射性を有する反射電極である。反射電極は例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）とＡｇ（銀）あるいはＡｇを含む合金との積層によって構成されたり、Ａｕ，Ａｇ，ＣｕまたはＡｌを含む材料から構成されたりする。カソード２５は、透光性の導電材で構成された透明電極である。透光性の導電材は例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒの薄膜、ＭｇＡｇ合金の薄膜、ＩＴＯ、ＩＺＯ（Indium zinc Oxide）、ＡＺＯ（Aluminum doped zinc Oxide）、ＧＺＯ（Galium doped zinc Oxide）等である。表示デバイスがトップエミッション型でなく、ボトムエミッション型の場合、下面フィルム１０および樹脂層１２が透光性であり、アノード２２が透明電極であり、カソード２５が反射電極である。
あるいは、平坦化膜２１よりも上層に島状のカソード２５を、いわゆる画素電極として形成し、活性層２４よりも上層にアノード２２を、いわゆる共通電極として形成した構成も可能である。この場合、活性層２４は、例えば、下層側から順に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を積層することで構成される。正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層のうち１以上の層を形成しない構成も可能である。また、表示デバイスがトップエミッション型の場合、アノード２２が透明電極であり、カソード２５が反射電極であり、一方、表示デバイスがボトムエミッション型の場合、カソード２５が透明電極であり、アノード２２が反射電極である。
発光素子ＥＳでは、アノード２２およびカソード２５間の駆動電流によって正孔と電子が発光層内で再結合し、これによって生じたエキシトンが、量子ドットの最低空軌道（ＬＵＭＯ）あるいは伝導帯（conduction band）から最高被占軌道（ＨＯＭＯ）あるいは価電子帯（valence band）に遷移する過程で光が放出される。
封止層６は透光性であり、カソード２５を覆う無機封止膜２６と、無機封止膜２６よりも上層の有機バッファ膜２７と、有機バッファ膜２７よりも上層の無機封止膜２８とを含む。発光素子層５を覆う封止層６は、水、酸素等の異物の発光素子層５への浸透を防いでいる。
無機封止膜２６および無機封止膜２８はそれぞれ無機絶縁膜であり、例えば、ＣＶＤ法により形成される、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、あるいは酸窒化シリコン膜、またはこれらの積層膜で構成することができる。有機バッファ膜２７は、平坦化効果のある透光性有機膜であり、アクリル等の塗布可能な有機材料によって構成することができる。有機バッファ膜２７は例えばインクジェット塗布によって形成することができるが、液滴を止めるためのバンクを非表示領域に設けてもよい。
下面フィルム１０は、支持基板を剥離した後に樹脂層１２の下面に貼り付けることで柔軟性に優れた表示デバイスを実現するための、例えばＰＥＴフィルムである。機能フィルム３９は、例えば、光学補償機能、タッチセンサ機能、および保護機能の少なくとも１つを有する。
以上にフレキシブルな表示デバイスについて説明したが、非フレキシブルな表示デバイスを製造する場合は、一般的に樹脂層の形成、基材の付け替え等が不要であるため、例えば、ガラス基板上にステップＳ２～Ｓ５の積層工程を行い、その後、ステップＳ９に移行する。また、非フレキシブルな表示デバイスを製造する場合は、封止層６を形成する代わりに或いは加えて、透光性の封止部材を、封止接着剤によって、窒素雰囲気下で接着してもよい。透光性の封止部材は、ガラスおよびブラスチックなどから形成可能であり、凹形状であることが好ましい。
本実施形態１は、特に、上述した表示装置の構成のうち、活性層２４の正孔輸送層または電子輸送層に関する。本実施形態１は、特に、上述した表示装置の製造方法のうち、発光素子層５を形成する工程（ステップＳ４）に関する。
（発光素子の構成）
図３は、本実施形態１に係る発光素子ＥＳ（光電変換素子）における発光素子層５の概略構成を示す断面図である。
図３に示すように、発光素子層５は、互いに対向するアノード２２（第１電極）およびカソード２５（第２電極）と、アノード２２およびカソード２５の間に設けられた発光層４３（光電変換層）と、発光層４３およびアノード２２の間に設けられた正孔輸送層４２と、発光層４３およびカソード２５の間に設けられた電子輸送層４４（キャリア輸送層）と、を備える。
本明細書は、光電変換層として発光層４３を備える発光素子ＥＳ、複数の発光素子ＥＳを備える表示装置、および発光素子ＥＳの製造方法を例示して説明するが、本発明の範囲はこれに限らない。例えば、光電変換層として受光層を備える受光素子、複数の受光素子を備えるセンサ装置、および受光素子の製造方法も、本発明の範囲に含まれる。
（正孔輸送層）
正孔輸送層４２は、どのような構成であってもよく、正孔輸送層４２は正孔輸送性の有機材料を１種以上含んでもよい。正孔輸送性の有機材料は例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンサルフォネートネート），ＰＶＫ（ポリ-Ｎ-ビニルカルバゾール），ＴＦＢ（ポリ[(9,9-ジオクチルフルオレニル-2,7-ジイル)-コ-(4,4’-(N-(4-sec-ブチルフェニル)ジフェニルアミン))]），ｐｏｌｙ‐ＴＰＤ（N,N'-ビス(4-ブチルフェニル)-N,N'-ビス(フェニル)-ベンジジン）である。
正孔輸送層４２およびアノード２２との間の電気的な接触は、良好であることが好ましい。あるいは、正孔輸送層４２およびアノード２２の間に、正孔注入層がさらに設けられてもよい。
（発光層）
発光層４３は、有機発光材料を含んでもよいが、量子ドットを含むことが好ましい。当該量子ドットは、無機物のナノ結晶およびリガンドから成る。このため、有機発光材料よりも量子ドットの方が、後述の除去工程（図５のステップＳ２６を参照）において、発光層４３の性能を損なわずに有機リガンド５２の一部を除去することが容易である。
量子ドットのナノ結晶は、コア型、コアシェル型、コアマルチシェル型などの何れであってもよい。量子ドットのナノ結晶は、例えば、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＩｎＰから選択される１種以上を含んでもよい。
（電子輸送層）
電子輸送層４４は、複数の粒子５０（キャリア輸送材料）と、複数の有機リガンド５２とを含む。粒子５０は、電子輸送性材料から成り、その粒径がナノ単位（すなわち、１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の範囲）に収まる粒子である。
電子輸送層４４は適度な厚みを有することが好ましく、具体的には、粒子５０が２粒子以上積層した２粒子層以上であり、かつ、粒子５０が３０粒子以上積層した３０粒子層以下であることが好ましい。なぜならば、電子輸送層４４が薄すぎる場合、電子輸送層４４に穴が生じやすく、その結果、発光層４３とカソード２５とが短絡する傾向にあるからである。また、電子輸送層４４が厚すぎる場合、電子輸送層４４の電気抵抗が大きくなり、その結果、発光素子ＥＳの発光効率が低下するからである。
粒子５０は、電子輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される１種または２種以上の混合物、あるいは、前記群から選択された２種以上の混晶系を含むことが好ましい。これによって、粒子５０が無機物から成る一方、有機リガンド５２が有機物から成る。このため、後述の除去工程（図５のステップＳ２６を参照）において、粒子５０を損なわずに有機リガンド５２の一部を除去することが容易である。
粒子５０は、ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＬｉＯ，ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ３から成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含むことがより好ましい。なぜならば、上記の材料を用いることで、汎用性が高いナノ粒子を製造することができるからである。混晶系は、例えば、ＺｎＭｇＯ、ＬｉＺｎＯなどが挙げられる。なぜならば、混晶によってより細かく伝導帯準位を制御できるからである。
粒子５０は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒径を有することが好ましい。粒径が１ｎｍを下回る場合、粒径の平均に比して粒径の分散が大きくなると共に、粒径の差異に対して敏感にバンドギャップが変化する。これらのため、複数の粒子５０を、そのバンドギャップの分散が十分に小さいように製造することが困難になる。故に、粒子５０の粒径は１ｎｍ以上が好ましい。粒径が１０ｎｍを上回る場合、量子効果が薄れる。量子効果は、電子輸送層４４における電子移動度を高めるように寄与している。故に、粒子５０の粒径は１０ｎｍ以下が好ましい。
有機リガンド５２は、粒子５０に配位可能な有機化合物である。有機リガンド５２は例えば、アルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された１種以上の置換基を有する化合物を含む。有機リガンド５２は例えば、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された１種以上の有機化合物を含み得る。
有機リガンド５２は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の分子長を有することが好ましい。なぜならば、分子長が１ｎｍを下回る場合、粒子５０の失活を防止困難だからである。また、分子長が１０ｎｍを上回る場合、粒子５０同士の間の電子移動が顕著に妨げられるからである。
好ましくは、粒子５０は、ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＬｉＯから成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含み、かつ、有機リガンド５２は、アルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された１種以上の置換基を有する化合物を含む。なぜならば、粒子５０と結合するために上記の置換基のいずれか一つが必要だからである。上記いずれかの置換基を有する有機リガンド５２が、粒子５０と結合することで、粒子５０の適切な粒子間距離を保つことができる。例えば、有機リガンド５２がＰＶＰ、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された１種以上の有機化合物を含む。粒子５０が上記材料から成りかつ、有機リガンド５２が上記の有機化合物を含む場合、粒子５０と有機リガンド５２特に強く結合する。これによって、ナノ粒子の化学的安定性を向上することができる。また、粒子５０の粒子間距離を最適化することができる。
（電子輸送層の端部領域）
電子輸送層４４は、第１端部領域４６と第２端部領域４７とを有する。第１端部領域４６は、電子輸送層４４の厚み方向における発光層４３に近い側に位置する端部領域である。第２端部領域４７は、電子輸送層４４の厚み方向におけるカソード２５に近い側に位置する端部領域である。電子輸送層４４において、第１端部領域４６に含まれる粒子５０と発光層４３との間の最短距離Ｄ１（第１最短距離）は、第２端部領域４７に含まれる粒子５０とカソード２５との間の最短距離Ｄ２（第２最短距離）よりも、大きい。
このため、本実施形態１に係る電子輸送層４４の粒子５０とカソード２５との間は、電気的な接触が良好である。この結果、粒子５０とカソード２５との間に静電容量が形成されないか、あるいは、後述の比較例（図１０参照）よりも小さな静電容量が形成される。このため、発光素子ＥＳの内部に電荷が滞留することが防止される。したがって、発光素子ＥＳの点灯中に発光素子ＥＳに注入された電荷が、発光素子ＥＳの消灯後に発光素子ＥＳに滞留する時間を短縮することができる。
前述のような最短距離の差は、第１端部領域４６および第２端部領域４７が有機リガンド５２の互いに異なる分布を有することによって実現されている。具体的には、第１端部領域４６に含まれる粒子５０に対する第１端部領域４６に含まれる有機リガンド５２の比率（第１比率）は、第２端部領域４７に含まれる粒子５０に対する第２端部領域４７に含まれる有機リガンド５２の比率（第２比率）よりも、大きい。
第１端部領域４６（およびあれば、第１端部領域４６と第２端部領域４７との間の中間領域）においては、有機リガンド５２の比率が大きいため、粒子５０は有機リガンド５２で十分に被覆されている。この結果、第１端部領域４６に含まれる粒子５０と発光層４３との間の最短距離Ｄ１は、大きい。また、第１端部領域４６（およびあれば、中間領域）における粒子５０は失活が十分に防止されている。
一方、第２端部領域４７においては、第２端部領域４７における有機リガンド５２の比率が小さいため、粒子５０を被覆する有機リガンド５２が不足する。このため、有機リガンド５２が粒子５０を被覆する厚さが部分的または全体的に薄かったり、粒子５０が部分的または全体的に露出していたり、する。この結果、第２端部領域４７に含まれる粒子５０とカソード２５との間の最短距離Ｄ２は、小さい。
第２端部領域４７における有機リガンド５２の比率は、第１端部領域４６における有機リガンド５２の比率の０以上１／２以下であることが好ましい。１／２以下である場合、第２端部領域４７における粒子５０は部分的または全体的に露出しやすい。このため、電子輸送層４４とカソード２５との間の静電容量の形成を防止できる。
ここで、粒子５０に対する有機リガンド５２の比率は、質量比率または物質量比率である。第１端部領域４６および第２端部領域４７の双方で、質量比率が粒子５０：有機リガンド５２＝１００：１～１：３００であり、物質量比率が粒子５０：有機リガンド５２＝３：１～１：１５００である。当該比率は、次の手順で測定することができる。まず、電子輸送層４４の第１端部領域４６または第２端部領域４７の部分を採取する。次に、各部分を有機溶媒に溶かして溶液を得る。次に、各溶液をカラムクロマトグラフィーに入れる。次に、カラムクロマトグラフィーから出てきた各溶液を回収する。次に、各溶液に含まれる有機リガンド５２の濃度を計測する。そして、この濃度から、第１端部領域４６または第２端部領域４７の部分における粒子５０に対する有機リガンド５２の比率を算出する。あるいは、第１端部領域４６の部分と第２端部領域４７の部分とを同量ずつ採取して、同量の有機溶媒に溶かしてもよい。この場合、当該比率の大小関係は、カラムクロマトグラフィーから出てきた各溶液に含まれる有機リガンド５２の濃度の大小関係に一致する。
第２端部領域４７は、他の層を挟まずに直接、カソード２５に接していることが好ましい。前述のように、第２端部領域４７における有機リガンド５２の比率は、小さい。このため、第２端部領域４７が接する層によっては、粒子５０が凝集またはオストワルド成長によって失活しやすい。したがって、粒子５０の失活を防止するために、第２端部領域４７が接する層は、カソード２５であることが好ましい。
さらに、第２端部領域４７に含まれる粒子５０が直接、カソード２５に接していることが好ましい。電子輸送層４４の第２端部領域４７の粒子５０とカソード２５との間の最短距離は、直接接している場合、０である。このため、電子輸送層４４とカソード２５との間の静電容量の形成が防止できる。
第２端部領域４７は、粒子５０について１粒子層であることが好ましい。なぜならば、第２端部領域４７が２粒子層以上である場合、第２端部領域４７内部で粒子５０が失活しやすいからである。これは、前述のように、第２端部領域４７において、粒子５０を被覆する有機リガンド５２が不足することに起因する。
第１端部領域４６および第２端部領域４７は各々、粒子５０について１粒子層であるとする。この場合、電子輸送層４４の厚み方向において、第１端部領域４６の厚みは、第２端部領域４７の厚みよりも、大きい。なぜならば、第１端部領域４６における有機リガンド５２の比率は、第２端部領域４７における有機リガンド５２の比率よりも、大きいからである。
第２端部領域４７は、粒子５０について１粒子層であるとする。この場合、電子輸送層４４の厚み方向において、第２端部領域４７の厚みは、電子輸送層４４全体の厚みの１／３０以上１／２以下であることが好ましい。なぜならば、前述のように、電子輸送層４４は２粒子層以上３０粒子層以下のであることが好ましいからである。
（多色表示）
本実施形態１に係る表示装置２は、三原色表示などの多色表示が可能なことが好ましい。例えば、図３に示すように表示装置２は、赤色発光する発光素子ＥＳを有する赤色サブ画素Ｐｒと、緑色発光する発光素子ＥＳを有する緑色サブ画素Ｐｇと、青色発光する発光素子ＥＳを有する青色サブ画素Ｐｂとを備える。
図４は、各サブ画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂにおける、電子輸送層４４ｒ，４４ｇ，４４ｂの発光層４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに近い側に位置する第１端部領域層４６ｒ，４６ｇ，４６ｂを示す概略断面図である。
図４に示すように、赤色サブ画素Ｐｒにおける発光素子ＥＳは、赤色発光する赤色発光層４３ｒ（第３光電変換層）と、赤色発光層４３ｒへの電子輸送に適合する赤色電子輸送層４４ｒ（第３キャリア輸送層）と、を備える。同様に、緑色サブ画素Ｐｇにおける発光素子ＥＳは、緑色発光する緑色発光層４３ｇ（第２光電変換層）と、緑色発光層４３ｇへの電子輸送に適合する緑色電子輸送層４４ｇ（第２キャリア輸送層）と、を備える。同様に、青色サブ画素Ｐｂにおける発光素子ＥＳは、青色発光する青色発光層４３ｂ（第１光電変換層）と、青色発光層４３ｂへの電子輸送に適合する青色電子輸送層４４ｂ（第１キャリア輸送層）と、を備える。
青色発光層４３ｂの真空準位からの電子親和力は緑色発光層４３ｇの真空準位からの電子親和力よりも小さく、緑色発光層４３ｇの真空準位からの電子親和力は赤色発光層４３ｒの電子親和力よりも小さい。ここで、各発光層４３ｒ，４３ｇ，４３ｂの電子親和力は、各発光層４３ｒ，４３ｇ，４３ｂに含まれる量子ドット（特に、量子ドットのナノ結晶のコア）の電子親和力を意味する。
このため、各電子輸送層４４ｒ，４４ｇ，４４ｂに同一の電子輸送層を用いた場合、青色発光層４３ｂは緑色発光層４３ｇよりも電子注入困難であり、緑色発光層４３ｇは赤色発光層４３ｒよりも電子注入困難である。したがって、各発光素子ＥＳへのキャリア注入バランスを揃えるために、各電子輸送層４４ｒ，４４ｇ，４４ｂは互いに異なることが好ましい。
具体的には、青色電子輸送層４４ｂの第１端部領域４６ｂにおける有機リガンド５２の比率は、緑色電子輸送層４４ｇの第１端部領域４６ｇにおける有機リガンド５２の比率よりも小さいことが好ましい。代わりにまたは加えて、青色電子輸送層４４ｂに含まれる粒子５０ｂの粒径は、緑色電子輸送層４４ｇに含まれる粒子５０ｇの粒径よりも小さいことが好ましい。
同様に、緑色電子輸送層４４ｇの第１端部領域４６ｇにおける有機リガンド５２の比率は、赤色電子輸送層４４ｒの第１端部領域４６ｒにおける有機リガンド５２の比率よりも小さいことが好ましい。代わりにまたは加えて、緑色電子輸送層４４ｇに含まれる粒子５０ｇの粒径は、赤色電子輸送層４４ｒに含まれる粒子５０ｒの粒径よりも小さいことが好ましい。
なお、これに限らず、カラーフィルタ方式によって多色表示可能な表示装置も、本発明の範囲である。
（発光素子層の製造方法）
以下に、図５～図９を参照して、図３に示した発光素子層５を形成する方法に関して詳細に説明する。
図５は、発光素子層５を形成する工程（図１のステップＳ４）を概略的に示すフロー図である。図６～図８は、発光素子層５を形成する工程が含む各工程を概略的に示す断面図である。図９は、図７に示す工程の別の一例を概略的に示す断面図である。
図５および図６に示すように、まず、薄膜トランジスタ層４の上層にアノード２２を島状に形成し（第１工程，ステップＳ２１）、図５に示すように、アノード２２のエッジを覆うエッジカバー２３（図２参照）を形成する（ステップＳ２２）。次に、図５および図６に示すように、アノード２２およびエッジカバー２３の上層に正孔輸送層４２を形成する（ステップＳ２３）。
続いて、図５および図６に示すように、アノード２２の上層に発光層４３を形成する（第２工程，ステップＳ２４）。すなわち、正孔輸送層４２の上層に発光層４３を形成する。次に、図５および図６に示すように、発光層４３の上層に電子輸送層４４を形成する（第３工程，ステップＳ２５）。電子輸送層４４は前述したように、複数の粒子５０（キャリア輸送材料）と、粒子５０に配位可能な複数の有機リガンド５２とを含む。
続いて、図５および図７に示すように、電子輸送層４４から複数の有機リガンド５２の一部を除去する（第５工程，ステップＳ２６）。ここで、有機リガンド５２は、厚みＤ３だけ除去される。一方、粒子５０は除去されず、その全てが残存する。
ステップＳ２６においては、アッシング処理、エッチング処理、紫外線照射、オゾン暴露、および有機溶剤で洗浄する有機洗浄から成る群から選択される１種以上の方法を、電子輸送層４４の上側端部領域に対して用いる。有機溶剤は例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール類、ジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン等のケトン類、ギ酸等のカルボン酸類などである。
ステップＳ２６においては、下記２条件を満たす場合に、アッシング処理およびエッチング処理から成る群から選択される１種以上の方法を用いることが好ましい。
・粒子５０がＺｎＯ、ＭｇＯ，ＬｉＯから成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含む。
・有機リガンド５２がアルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された１種以上の置換基を有する化合物を含む。例えば、有機リガンド５２は、ＰＶＰ、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された１種以上の有機化合物を含む。
なぜならば、上記２条件を満たす場合、アッシング処理およびエッチング処理の一方のみを用いて、電子輸送層４４の上面に粒子５０を露出できるからである。
ステップＳ２６において有機リガンド５２を除去する厚みＤ３は、電子輸送層４４の厚み方向において、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。なぜならば前述のように、第２端部領域４７は粒子５０について１粒子層であることが好ましく、かつ、粒子５０は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒径を有することが好ましく、かつ、有機リガンド５２は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の分子長を有することが好ましいからである。厚みＤ３が１ｎｍを下回る場合、厚みＤ３は有機リガンド５２の分子長よりも小さい。このため、粒子５０が露出し得ない。故に、厚みＤ３は１ｎｍ以上が好ましい。厚みＤ３が２０ｎｍを上回る場合、厚みＤ３は粒子５０の粒子径と有機リガンド５２の分子長との和よりも大きい。このため、電子輸送層４４の一番上側に位置する粒子５０と、二番目に上側に位置する粒子５０との間の有機リガンド５２が除去され得る。これは、粒子５０を失活し易くする。故に、厚みＤ３は２０ｎｍ以下が好ましい。
図７は、除去する各有機リガンド５２の全体を電子輸送層４４から除去する例を示すが、本発明の範囲はこれに限らない。図９に示すように、除去する各有機リガンド５２の一部を電子輸送層４４から除去してもよい。図９に示す場合、第１端部領域４６に含まれる有機リガンド５２の平均分子長は、第２端部領域４７に含まれる有機リガンド５２の平均分子長よりも、大きい。
最後に、図５および図８に示すように、電子輸送層４４の上層にカソード２５を形成する（第４工程，ステップＳ２７）。
（比較例）
図１０は、比較例に係る発光素子層２０５の概略構成を示す断面図である。
このような発光素子層２０５は、ステップＳ２１～Ｓ２５を行った後に、ステップＳ２６を行わずに、ステップＳ２７を行うことによって、得られる。
図３と図１０とを対照して、本実施形態１に係る第１端部領域４６に含まれる粒子５０と発光層４３との間の最短距離Ｄ１（図３参照）は、比較例に係る第１端部領域２４６に含まれる粒子５０と発光層４３との間の最短距離Ｄ２０１（図１０参照）と略同等である。一方、本実施形態１に係る第２端部領域４７に含まれる粒子５０とカソード２５との間の最短距離Ｄ２（図３参照）は、比較例に係る第２端部領域２４７に含まれる粒子５０とカソード２５との間の最短距離Ｄ２０２（図１０参照）よりも小さい。
したがって、比較例に係る構成よりも、本実施形態１に係る構成において、電子輸送層４４の粒子５０とカソード２５との間は、電気的な接触が良好である。すなわち、粒子５０とカソード２５との間に静電容量が形成されないか、あるいは、比較例よりも小さな静電容量が形成される。
（実施例）
ステップＳ２１～Ｓ２４の後、ステップＳ２５において、粒子５０としてＺｎＯのナノ結晶を含み、有機リガンド５２としてＰＶＰを含む電子輸送層４４を形成した。ＺｎＯのナノ結晶は、バンドキャップが３．３ｅＶであり、動的光散乱法により測定した粒径の中央値が３．７ｎｍであった。また、ＺｎＯのナノ結晶とそれを修飾するＰＶＰとを含むナノ粒子について、動的光散乱法により測定した粒径の中央値が１２ｎｍであった。
したがって、除去する有機リガンド５２の厚みを、（１２－３．７）／２＝４．１５ｎｍと算出した。
続いて、ステップＳ２６において、電子輸送層４４の表面から有機リガンド５２を厚み４．１５ｎｍだけ、酸素プラズマアッシングを用いて除去した。アッシング条件は、サンプルステージを常温（摂氏２０度）に温度調整しながら、圧力２０Ｐａで、出力１５０Ｗで、酸素を５秒間照射した。
さらにステップＳ２７を行い、図３に示す構成の発光素子層５を得た。
〔実施形態２〕
図１１～図１２を参照して、本発明に係る別の実施形態について説明する。
前述の実施形態１と同一または類似する部材には、同一または類似する符号を付して、その説明を省略する。
図１１に示すように、本実施形態２に係る発光素子層１０５は、互いに対向するカソード２５（第１電極）およびアノード２２（第２電極）と、カソード２５およびアノード２２の間に設けられた発光層４３（光電変換層）と、発光層４３およびカソード２５の間に設けられた電子輸送層１４４と、発光層４３およびアノード２２の間に設けられた正孔輸送層１４２（キャリア輸送層）と、を備える。
このように、本実施形態２に係る発光素子層１０５は、前述の実施形態１に係る発光素子層５と比較して、積層順序が上下逆である。
（電子輸送層）
電子輸送層１４４は、どのような構成であってもよい。電子輸送層１４４は、電子輸送性の無機材料を１種以上含んでもよく、電子輸送性の有機材料を１種以上含んでもよく、その両方を１種以上ずつ含んでもよい。電子輸送性の無機材料は例えば、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＬｉＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ３から成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系である。電子輸送性の有機材料は例えば、ＴＰＢｉ（2,2’,2”-(1,3,5-フェニレン)-トリス(1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール)）である。
電子輸送層１４４およびカソード２５の間の電気的な接触は、良好であることが好ましい。あるいは、電子輸送層１４４およびカソード２５の間に、電子注入層がさらに設けられてもよい。
（正孔輸送層）
正孔輸送層１４２は、複数の粒子１５０（キャリア輸送材料）と、複数の有機リガンド１５２とを含む。粒子１５０は、正孔輸送性材料から成り、その粒径がナノ単位（すなわち、１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の範囲）に収まる粒子である。
正孔輸送層１４２は、前述の実施形態１に係る電子輸送層４４と同様に、適度な厚みを有することが好ましい。具体的には、正孔輸送層１４２は、粒子１５０について２粒子層以上３０粒子層以下であることが好ましい。
粒子１５０は、正孔輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される１種または２種以上の混合物、あるいは、前記群から選択された２種以上の混晶系を含むことが好ましい。これによって、粒子１５０が無機物から成る一方、有機リガンド１５２が有機物から成る。このため、後述の除去工程（図１２のステップＳ３６を参照）において、粒子１５０を損なわずに有機リガンド１５２の一部を除去することが容易である。
粒子１５０は、ＮｉＯ、ＭｇＯ、ＬａＯ、ＭｎＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、ＲｅＯ３から成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含むことがより好ましい。混晶系は、例えば、ＭｇＮｉＯ、ＬａＮｉＯ３、などが挙げられる。なぜならば、混晶によってより細かく伝導帯準位を制御できるからである。
粒子５０は、前述の実施形態１に係る粒子１５０と同様に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒径を有することが好ましい。
有機リガンド１５２は、粒子１５０に配位可能な有機化合物である。有機リガンド５２は例えば、アルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された１種以上の置換基を有する化合物を含む。有機リガンド１５２は例えば、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された１種以上の有機化合物を含み得る。
有機リガンド１５２は、前述の実施形態１に係る有機リガンド５２と同様に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の分子長を有することが好ましい。
（正孔輸送層の端部領域）
正孔輸送層１４２は、第１端部領域１４６と第２端部領域１４７とを有する。第１端部領域１４６は、正孔輸送層１４２の厚み方向における発光層４３に近い側に位置する端部領域である。第２端部領域１４７は、正孔輸送層１４２の厚み方向におけるアノード２２に近い側に位置する端部領域である。正孔輸送層１４２において、第１端部領域１４６に含まれる粒子１５０と発光層４３との間の最短距離Ｄ１０１（第１最短距離）は、第２端部領域１４７に含まれる粒子１５０とアノード２２との間の最短距離Ｄ１０２（第２最短距離）よりも、大きい。
前述のような最短距離の差は、第１端部領域１４６および第２端部領域１４７が有機リガンド１５２の互いに異なる分布を有することによって実現されている。具体的には、第１端部領域１４６に含まれる粒子１５０に対する第１端部領域１４６に含まれる有機リガンド１５２の比率（第１比率）は、第２端部領域１４７に含まれる粒子１５０に対する第２端部領域１４７に含まれる有機リガンド１５２の比率（第２比率）よりも、大きい。
（発光素子層の製造方法）
以下に、図１２を参照して、図１１に示した発光素子層１０５を形成する方法に関して詳細に説明する。
図１２は、発光素子層１０５を形成する工程（図１のステップＳ４）を概略的に示すフロー図である。
図１２に示すように、まず、薄膜トランジスタ層４の上層にカソード２５を島状に形成し（第１工程，ステップＳ２３）、カソード２５のエッジを覆うエッジカバー２３（図２参照）を形成する（ステップＳ３２）。次に、カソード２５およびエッジカバー２３の上層に電子輸送層１４４を形成する（ステップＳ３３）。
続いて、カソード２５の上層に発光層４３を形成する（第２工程，ステップＳ３４）。すなわち、電子輸送層１４４の上層に発光層４３を形成する。次に、発光層４３の上層に正孔輸送層１４２を形成する（第３工程，ステップＳ３５）。正孔輸送層１４２は前述したように、複数の粒子１５０（キャリア輸送材料）と、粒子１５０に配位可能な複数の有機リガンド１５２とを含む。
続いて、正孔輸送層１４２から複数の有機リガンド１５２の一部を除去し（第５工程，ステップＳ３６）、正孔輸送層１４２の上層にアノード２２を形成する（第４工程，ステップＳ３７）。
（まとめ）
本発明の態様１に係る光電変換素子は、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記光電変換層との間の第１最短距離は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記第２電極との間の第２最短距離よりも、大きい構成である。
本発明の態様２に係る光電変換素子は、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第１端部領域に含まれる有機リガンドの第１比率は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第２端部領域に含まれる有機リガンドの第２比率よりも、大きい構成である。
本発明の態様３に係る光電変換素子は、上記態様２に記載の構成であって、前記第２比率は、前記第１比率の０以上１／２以下である構成であってよい。
本発明の態様４に係る光電変換素子は、上記態様２に記載の構成であって、
前記第２電極はカソードであり、上記態様１～３の何れか１態様に記載の構成であって、前記キャリア輸送層は電子輸送層であり、前記複数のキャリア輸送材料は、電子輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される１種または２種以上の混合物、あるいは前記群から選択された２種以上の混晶系を含む構成であってよい。
本発明の態様５に係る光電変換素子は、上記態様４に記載の構成であって、前記複数のキャリア輸送材料は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＬｉＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ３から成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含む構成であってよい。
本発明の態様６に係る光電変換素子は、上記態様４に記載の構成であって、前記複数のキャリア輸送材料は、ＺｎＯまたはＺｎＯを含む混晶系を含み、
前記複数の有機リガンドは、アルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された１種以上の置換基を有する有機化合物を含む構成であってよい。
本発明の態様７に係る光電変換素子は、上記態様１～３の何れか１態様に記載の構成であって、前記第２電極はアノードであり、前記キャリア輸送層は正孔輸送層であり、前記キャリア輸送材料は、正孔輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される１種または２種以上の混合物または２種以上の混晶系を含む構成であってよい。
本発明の態様８に係る光電変換素子は、上記態様７に記載の構成であって、前記キャリア輸送材料は、ＮｉＯ、ＭｇＯ、ＬａＯ、ＭｎＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、ＲｅＯ３から成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含む構成であってよい。
本発明の態様９に係る光電変換素子は、上記態様７に記載の構成であって、前記複数の有機リガンドはＰＶＰ、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された1種以上の有機化合物を含む構成であってよい。
本発明の態様１０に係る光電変換素子は、上記態様１～９の何れか１態様に記載の構成であって、前記キャリア輸送層の前記第２端部領域は、前記第２電極に接している構成であってよい。
本発明の態様１１に係る光電変換素子は、上記態様１０に記載の構成であって、前記複数のキャリア輸送材料のうちの前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料は、前記第２電極に接している構成であってよい。
本発明の態様１２に係る光電変換素子は、上記態様１～１１の何れか１態様に記載の構成であって、前記キャリア輸送層の前記厚み方向において、前記第１端部領域の厚みは、前記第２端部領域の厚みよりも、大きく、前記複数のキャリア輸送材料は粒子であり、前記第１端部領域および前記第２端部領域は各々、前記複数のキャリア輸送材料について、１粒子層である光電変換素子。
本発明の態様１３に係る光電変換素子は、上記態様１～１２の何れか１態様に記載の構成であって、前記キャリア輸送材料は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒径を有する金属酸化物である構成であってよい。
本発明の態様１４に係る光電変換素子は、上記態様１～１３の何れか１態様に記載の構成であって、前記キャリア輸送層の前記厚み方向において、前記第２端部領域の厚みは、前記キャリア輸送層の厚みの１／３０以上１／２以下であり、前記複数のキャリア輸送材料は粒子であり、前記第２端部領域は、前記複数のキャリア輸送材料について、１粒子層である構成であってよい。
本発明の態様１５に係る光電変換素子は、上記態様１～１４の何れか１態様に記載の構成であって、前記光電変換層は、量子ドットを含む構成であってよい。
本発明の態様１６に係る光電変換素子は、上記態様１～１５の何れか１態様に記載の構成であって、前記光電変換層は、発光層である構成であってよい。
本発明の態様１７に係る光電変換素子は、上記態様１～１５の何れか１態様に記載の構成であって、前記光電変換層は、受光層である構成であってよい。
本発明の態様１８に係る表示装置は、上記態様１～１６の何れか１態様に記載の光電変換素子を２つ以上備え、前記２つ以上の光電変換素子は、第１光電変換素子と第２光電変換素子とを含み、前記第１光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第１光電変換層及び第１キャリア輸送層とし、前記第２光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第２光電変換層および第２キャリア輸送層とし、前記第１光電変換層の真空準位からの電子親和力は、前記第２光電変換層の真空準位からの電子親和力よりも小さく、前記第１キャリア輸送層の前記第１比率は、前記第２キャリア輸送層の前記第１比率よりも小さい構成である。
本発明の態様１９に係る表示装置は、上記態様１～１６の何れか１態様に記載の光電変換素子を２つ以上備え、前記２つ以上の光電変換素子は、第１光電変換素子と第２光電変換素子とを含み、前記第１光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第１光電変換層及び第１キャリア輸送層とし、前記第２光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第２光電変換層および第２キャリア輸送層とし、前記第１光電変換層の真空準位からの電子親和力は、前記第２光電変換層の真空準位からの電子親和力よりも小さく、前記第１キャリア輸送層に含まれる前記キャリア輸送材料の粒径は、前記第２キャリア輸送層に含まれる前記キャリア輸送材料の粒径よりも小さい構成で合う。
本発明の態様２０に係る光電変換素子の製造方法は、第１電極を形成する第１工程と、前記第１電極の上層に光電変換層を形成する第２工程と、前記光電変換層の上層にキャリア輸送層を、前記キャリア輸送層が複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有するように、形成する第３工程と、前記キャリア輸送層の上層に第２電極を形成する第４工程と、を含み、前記キャリア輸送層から前記複数の有機リガンドの一部を除去する第５工程をさらに含む方法である。
本発明の態様２１に係る光電変換素子の製造方法は、上記態様２０に記載の方法であって、前記第５工程は、前記第３工程と前記第４工程との間に行われる方法であってよい。
本発明の態様２２に係る光電変換素子の製造方法は、上記態様２０または２１に記載の方法であって、前記第５工程において、前記複数のキャリア輸送材料は全て残存する方法であってよい。
本発明の態様２３に係る光電変換素子の製造方法は、上記態様２０～２２の何れか１態様に記載の方法であって、前記第５工程において、アッシング処理、エッチング処理、紫外線照射、オゾン暴露、および有機溶剤で洗浄する有機洗浄から成る群から選択される１種以上の方法を用いて、前記複数の有機リガンドの上記一部を除去する方法であってよい。
本発明の態様２４に係る光電変換素子の製造方法は、上記態様２３に記載の方法であって、前記複数のキャリア輸送材料はＺｎＯ、ＺｎＭｇＯから成る群から選択された１種以上の金属酸化物または１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含み、前記複数の有機リガンドはＰＶＰ、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された１種以上の有機化合物を含み、前記第５工程において、アッシング処理およびエッチング処理から成る群から選択される１種以上の方法を用いて、前記複数の有機リガンドの上記一部を除去する方法であってよい。
本発明の態様２５に係る光電変換素子の製造方法は、上記態様２０～２４の何れか１態様に記載の方法であって、前記第５工程において、前記キャリア輸送層の厚み方向において、前記複数の有機リガンドを１ｎｍ以上２０ｎｍ以下だけ除去する方法であってよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
２２ アノード（第１電極，第２電極）
２５ カソード（第２電極，第１電極）
４３ 発光層（光電変換層）
４３ｂ 青色発光層（第１光電変換層）
４３ｇ 緑色発光層（第２光電変換層）
４４ 電子輸送層（キャリア輸送層）
４４ｂ 青色電子輸送層（第１キャリア輸送層）
４４ｇ 緑色電子輸送層（第２キャリア輸送層）
１４２ 正孔輸送層（キャリア輸送層）
５０、５０ｂ、５０ｇ、５０ｒ、１５０ 粒子（複数のキャリア輸送材料）
５２、１５２ 有機リガンド（複数の有機リガンド）
４６，４６ｂ、４６ｇ、４６ｒ、１４６ 第１端部領域
４７，４７ｂ、４７ｇ、４７ｒ、１４７ 第２端部領域
Ｄ１ 第１最短距離
Ｄ２ 第２最短距離
ＥＳ 発光素子（光電変換素子，第１光電変換素子，第２光電変換素子）

Claims (26)

  1. 互いに対向する第１電極および第２電極と、
    前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、
    前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
    前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記光電変換層との間の第１最短距離は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記第２電極との間の第２最短距離よりも、大きいことを特徴とする光電変換素子。
  2. 互いに対向する第１電極および第２電極と、
    前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、
    前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
    前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第１端部領域に含まれる有機リガンドの第１比率は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第２端部領域に含まれる有機リガンドの第２比率よりも、大きいことを特徴とする光電変換素子。
  3. 前記第２比率は、前記第１比率の０以上１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子。
  4. 前記第２電極はカソードであり、
    前記キャリア輸送層は電子輸送層であり、
    前記複数のキャリア輸送材料は、電子輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される１種または２種以上の混合物、あるいは前記群から選択された２種以上の混晶系を含む請求項１～３の何れか１項に記載の光電変換素子。
  5. 前記複数のキャリア輸送材料は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＬｉＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ３から成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含むことを特徴とする請求項４に記載の光電変換素子。
  6. 前記複数のキャリア輸送材料は、ＺｎＯまたはＺｎＯを含む混晶系を含み、
    前記複数の有機リガンドは、アルコール基、ケト基、カルボニル基、フェニル基、エーテル基、エステル基、アミノ基、チオール基からなる群から選択された１種以上の置換基を有する有機化合物を含むことを特徴とする請求項４に記載の光電変換素子。
  7. 前記第２電極はアノードであり、
    前記キャリア輸送層は正孔輸送層であり、
    前記キャリア輸送材料は、正孔輸送性を有する元素半導体、化合物半導体、酸化物半導体、金属酸化物、カルコゲナイド、およびペロブスカイとから成る群から選択される１種または２種以上の混合物または２種以上の混晶系を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光電変換素子。
  8. 前記キャリア輸送材料は、ＮｉＯ、ＭｇＯ、ＬａＯ、ＭｎＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、ＲｅＯ３から成る群から選択された１種以上の金属酸化物または前記群から選択された１種以上の金属酸化物を含む混晶系を含むことを特徴とする請求項７に記載の光電変換素子。
  9. 前記複数の有機リガンドはＰＶＰ、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された１種以上の有機化合物を含むことを特徴とする請求項７に記載の光電変換素子。
  10. 前記キャリア輸送層の前記第２端部領域は、前記第２電極に接していることを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の光電変換素子。
  11. 前記複数のキャリア輸送材料のうちの前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料は、前記第２電極に接していることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。
  12. 前記キャリア輸送層の前記厚み方向において、前記第１端部領域の厚みは、前記第２端部領域の厚みよりも、大きく、
    前記複数のキャリア輸送材料は粒子であり、
    前記第１端部領域および前記第２端部領域は各々、前記複数のキャリア輸送材料について、１粒子層であることを特徴とする請求項１～１１の何れか１項に記載の光電変換素子。
  13. 互いに対向する第１電極および第２電極と、
    前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、
    前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
    前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記光電変換層との間の第１最短距離は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料と前記第２電極との間の第２最短距離よりも、大きい光電変換素子であって、
    前記キャリア輸送材料は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒径を有する金属酸化物であることを特徴とする光電変換素子。
  14. 互いに対向する第１電極および第２電極と、
    前記第１電極および前記第２電極の間に設けられた光電変換層と、
    前記光電変換層および前記第２電極の間に設けられたキャリア輸送層であって、複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有し、前記キャリア輸送層の厚み方向における前記光電変換層に近い側に位置する端部領域を第１端部領域とし、前記キャリア輸送層の前記厚み方向における前記第２電極に近い側に位置する端部領域を第２端部領域とするキャリア輸送層と、を含み、
    前記第１端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第１端部領域に含まれる有機リガンドの第１比率は、前記第２端部領域に含まれるキャリア輸送材料に対する前記第２端部領域に含まれる有機リガンドの第２比率よりも、大きい光電変換素子であって、
    前記キャリア輸送材料は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒径を有する金属酸化物であることを特徴とする光電変換素子。
  15. 前記キャリア輸送層の前記厚み方向において、前記第２端部領域の厚みは、前記キャリア輸送層の厚みの１／３０以上１／２以下であり、
    前記複数のキャリア輸送材料は粒子であり、
    前記第２端部領域は、前記複数のキャリア輸送材料について、１粒子層であることを特徴とする請求項１～１４の何れか１項に記載の光電変換素子。
  16. 前記光電変換層は、量子ドットを含むことを特徴とする請求項１～１５の何れか１項に記載の光電変換素子。
  17. 前記光電変換層は、発光層であることを特徴とする請求項１～１６の何れか１項に記載の光電変換素子。
  18. 前記光電変換層は、受光層であることを特徴とする請求項１～１６の何れか１項に記載の光電変換素子。
  19. 請求項２に記載の光電変換素子を２つ以上備え、
    前記２つ以上の光電変換素子は、第１光電変換素子と第２光電変換素子とを含み、
    前記第１光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第１光電変換層及び第１キャリア輸送層とし、
    前記第２光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第２光電変換層および第２キャリア輸送層とし、
    前記第１光電変換層の真空準位からの電子親和力は、前記第２光電変換層の真空準位からの電子親和力よりも小さく、
    前記第１キャリア輸送層の前記第１比率は、前記第２キャリア輸送層の前記第１比率よりも小さい、表示装置。
  20. 請求項１～１７の何れか１項に記載の光電変換素子を２つ以上備え、
    前記２つ以上の光電変換素子は、第１光電変換素子と第２光電変換素子とを含み、
    前記第１光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第１光電変換層及び第１キャリア輸送層とし、
    前記第２光電変換素子に含まれる前記光電変換層および前記キャリア輸送層をそれぞれ第２光電変換層および第２キャリア輸送層とし、
    前記第１光電変換層の真空準位からの電子親和力は、前記第２光電変換層の真空準位からの電子親和力よりも小さく、
    前記第１キャリア輸送層に含まれる前記キャリア輸送材料の粒径は、前記第２キャリア輸送層に含まれる前記キャリア輸送材料の粒径よりも小さい、表示装置。
  21. 第１電極を形成する第１工程と、
    前記第１電極の上層に光電変換層を形成する第２工程と、
    前記光電変換層の上層にキャリア輸送層を、前記キャリア輸送層が複数のキャリア輸送材料と前記複数のキャリア輸送材料の各々に配位可能な複数の有機リガンドとを有するように、形成する第３工程と、
    前記キャリア輸送層の上層に第２電極を形成する第４工程と、を含み、
    前記キャリア輸送層から前記複数の有機リガンドの一部を除去する第５工程をさらに含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
  22. 前記第５工程は、前記第３工程と前記第４工程との間に行われることを特徴とする請求項２１に記載の光電変換素子の製造方法。
  23. 前記第５工程において、前記複数のキャリア輸送材料は全て残存することを特徴とする請求項２１または２２に記載の光電変換素子の製造方法。
  24. 前記第５工程において、アッシング処理、エッチング処理、紫外線照射、オゾン暴露、および有機溶剤で洗浄する有機洗浄から成る群から選択される１種以上の方法を用いて、前記複数の有機リガンドの上記一部を除去することを特徴とする請求項２１～２３の何れか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
  25. 前記複数のキャリア輸送材料はＺｎＯ、ＺｎＭｇＯから成る群から選択された１種以上の金属酸化物または２種以上の金属酸化物の混晶系を含み、
    前記複数の有機リガンドはＰＶＰ、オクタデセン、オレイン酸、オレイルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群から選択された１種以上の有機化合物を含み、
    前記第５工程において、アッシング処理およびエッチング処理から成る群から選択される１種以上の方法を用いて、前記複数の有機リガンドの上記一部を除去することを特徴とする請求項２４に記載の光電変換素子の製造方法。
  26. 前記第５工程において、前記キャリア輸送層の厚み方向において、前記複数の有機リガンドを１ｎｍ以上２０ｎｍ以下だけ除去することを特徴とする請求項２１～２５の何れか１項に記載の光電変換素子の製造方法。
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