WO2020240807A1 - 発光素子及び表示装置 - Google Patents

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WO2020240807A1
WO2020240807A1 PCT/JP2019/021677 JP2019021677W WO2020240807A1 WO 2020240807 A1 WO2020240807 A1 WO 2020240807A1 JP 2019021677 W JP2019021677 W JP 2019021677W WO 2020240807 A1 WO2020240807 A1 WO 2020240807A1
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WO
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layer
transport layer
electron transport
light emitting
quantum dot
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PCT/JP2019/021677
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English (en)
French (fr)
Inventor
上田　吉裕
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H10K50/16—Electron transporting layers

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element and a display device.
  • the light emitting device described in Patent Document 1 includes an electron transport layer between the quantum dot layer and the anode electrode.
  • the difference in electron affinity between the quantum dot layer and the electron transport layer becomes large depending on the material of the quantum dot layer. Then, the barrier to electrons from the electron transport layer to the quantum dot layer becomes large. As a result, it becomes difficult for electrons to be injected from the electron transport layer into the quantum dot layer, and the electron density in the quantum dot layer decreases. As a result, the recombination rate of electrons and holes in the quantum dot layer decreases, and the luminous efficiency (external quantum efficiency) of the light emitting device decreases.
  • the light emitting device aims to increase the luminous efficiency of the light emitting device by reducing the barrier to electrons between the electron transport layer and the quantum dot layer.
  • the light emitting element according to one embodiment of the present invention is provided between the anode and the cathode, the anode and the cathode, and is between the quantum dot layer containing the quantum dots and the quantum dot layer and the cathode.
  • the first electron transport layer which is provided in contact with the quantum dot layer and has a composition of ZnMO, and the constituent element M in the composition is at least one of Co, Rh, and Ir, To be equipped.
  • the luminous efficiency of the light emitting device can be increased by reducing the barrier to electrons between the electron transport layer and the quantum dot layer.
  • FIG. 1 It is the schematic sectional drawing which shows the display device of this invention. It is sectional drawing which shows the outline of the light emitting element which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which illustrated the material used for the 2nd electron transport layer of the light emitting element which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is an energy figure which shows the example of the electron affinity and ionization potential of each layer between an anode and a cathode of the light emitting element which concerns on Example 1-1. It is a figure which shows the composition and characteristic value of the light emitting element which concerns on each Example and comparative example.
  • FIG. It is an energy figure which shows the example of the electron affinity and ionization potential of each layer between an anode and a cathode of the light emitting element which concerns on Example 2.
  • FIG. It is an energy figure which shows the example of the electron affinity and ionization potential of each layer between an anode and a cathode of the light emitting element which concerns on Example 3.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the outline of the light emitting element which concerns on a comparative example. It is an energy figure which shows the example of the electron affinity and ionization potential of each layer between an anode and a cathode concerning the light emitting element of the comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a display device 10 including a light emitting element 20 according to the first embodiment.
  • the display device 10 of the present embodiment is a QLED (quantum dot: Quantum-dot Light Emitting Diode) panel in which a light emitting element 20 including quantum dots is provided on a flexible first film 11 and a resin layer 12. is there.
  • QLED Quantum dot: Quantum-dot Light Emitting Diode
  • the display device 10 includes a resin layer 12, a barrier layer 13, a TFT layer 14 including a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT), and a light emitting element on the first film 11.
  • the light emitting element layer 15 including the 20 and the cover film 151, the sealing layer 16, and the second film 17 are laminated in this order.
  • the first film 11 is a support member in the display device 10 having flexibility.
  • the first film 11 can be made of a flexible material such as PET. If the display device 10 has a structure that does not have flexibility, a substrate made of a hard material such as glass may be used instead of the first film 11.
  • the resin layer 12 is provided between the first film 11 and the barrier layer 13.
  • the resin layer 12 is a layer for being partially removed when the support substrate (not shown) is peeled off from the barrier layer 13.
  • the resin layer 12 can be made of a resin material such as polyimide.
  • the resin layer 12 may have a multilayer structure in which a plurality of resin films are laminated, or may have a multilayer structure in which an inorganic film is sandwiched between the plurality of resin films. If the display device 10 has a structure that does not have flexibility, the resin layer 12 may be omitted.
  • the barrier layer 13 is a layer that prevents foreign substances such as water and oxygen from entering the TFT layer 14 and the light emitting element layer 15.
  • the barrier layer 13 is a single-layer or multi-layer insulating film, and can be made of an insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.
  • the TFT layer 14 includes a semiconductor film 141, a gate insulating film 142 above the semiconductor film 141, a gate electrode GE above the gate insulating film 142, a gate wiring (not shown), and a layer above the gate electrode GE and the gate wiring.
  • the first insulating film 143, the capacitive electrode CE above the first insulating film 143, the second insulating film 144 above the capacitive electrode CE, the source wiring SW above the second insulating film 144, and the illustration. Includes a drain wiring DW that does not, and a flattening film 145 that is a layer above the source wiring SW and the drain wiring DW.
  • the TFT includes a semiconductor film 141, a gate insulating film 142, a gate electrode GE, a first insulating film 143, and a second insulating film 144.
  • the source region and drain region (not shown) of the semiconductor film 141 are regions in which the upper surface of the semiconductor film 141 is heavily doped, and functions as a source electrode and a drain electrode.
  • the source wiring SW and the drain wiring DW are connected to the source region and the drain region, respectively, via contact holes penetrating the gate insulating film 142, the first insulating film 143, and the second insulating film 144.
  • the gate electrode GE is connected to a gate wiring (not shown).
  • the semiconductor film 141 can be made of a semiconductor material such as low-temperature polysilicon (LTPS) or an oxide semiconductor (for example, an In-Ga-Zn-O-based semiconductor).
  • the gate electrode GE, the gate wiring, the capacitance electrode CE, the drain wiring DW, and the source wiring SW are single-layer or multilayer conductive films, and are made of a metal material such as Al, W, Mo, Ta, Cr, Ti, or Cu. Can be configured.
  • the first insulating film 143 and the second insulating film 144 are single-layer or multi-layer insulating films, and can be made of an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride.
  • the flattening film 145 is a film for flattening the unevenness formed by the TFT by being laminated on the TFT.
  • the flattening film 145 makes it easy to laminate the light emitting element layer 15 on the flattening film 145.
  • the flattening film 145 can be made of an organic material such as polyimide or acrylic.
  • the structure of the TFT included in the TFT layer 14 is shown as a top gate type, but the structure of the TFT may be a bottom gate type or a double gate type.
  • the TFT is a switching element that controls the light emission of the light emitting element 20.
  • One TFT is connected to one light emitting element 20.
  • the drain region of the TFT and the anode 21 of the light emitting element 20 are connected via a contact hole formed in the flattening film 145 and a drain wiring DW provided in the TFT layer 14.
  • the light emitting element layer 15 includes a plurality of light emitting elements 20 and a cover film 151.
  • the plurality of light emitting elements 20 are provided in a matrix in the image display area of the display device 10.
  • FIG. 1 illustrates a structure in which a plurality of light emitting elements 20 share one cathode 27.
  • the shape of the cathode 27 is not limited to this.
  • each light emitting element 20 may have a structure having a separate cathode 27.
  • FIG. 1 illustrates a structure in which each light emitting element 20 has a separate anode 21.
  • the shape of the anode 21 is not limited to this.
  • the structure may be such that a plurality of light emitting elements 20 share one anode 21.
  • a cover film 151 is provided between the plurality of light emitting elements 20 so as to cover the side surface of each light emitting element 20 and the end portion of each anode 21.
  • the cover film 151 is provided in a grid pattern in the display area.
  • the cover film 151 is an insulating film and can be made of, for example, an organic material such as polyimide or acrylic.
  • the sealing layer 16 is a layer that seals the light emitting element layer 15 to prevent foreign substances such as water and oxygen from entering the TFT layer 14 and the light emitting element layer 15.
  • the sealing layer 16 has a first sealing film 161 covering the cathode 27, a second sealing film 162 covering the first sealing film 161 and a third sealing film 162 covering the second sealing film 162.
  • the case of a three-layer structure including the film 163 is illustrated.
  • the sealing layer 16 is not limited to the three-layer structure.
  • the sealing layer 16 may have a structure consisting of any number of layers including a single layer.
  • the first sealing film 161 and the third sealing film 163 are single-layer or multilayer inorganic insulating films, and can be made of an inorganic material such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. ..
  • the second sealing film 162 is, for example, a translucent organic film, and can be made of a translucent organic material such as acrylic.
  • the second film 17 can be made of, for example, a PET film. Thereby, the display device 10 having flexibility can be realized. If the display device 10 does not have flexibility, a substrate made of a hard material such as glass may be used instead of the second film 17.
  • the film provided on the side where the light emitted from the light emitting element 20 is emitted that is, the film provided on the side serving as the display region of the display device 10 is included.
  • a functional film having an optical compensation function, a touch sensor function, a protection function, or the like can be used.
  • the light emitting element 20 of the present embodiment illustrates a configuration in which light is emitted from the anode 21 side to the outside of the display device 10 among the anode 21 and the cathode 27. Therefore, in the configuration of the display device 10, the first film 11, the resin layer 12, the barrier layer 13, and the TFT layer 14 provided in the direction of emitting light from the light emitting element 20 to the outside of the display device 10 are transparent. It is preferably composed of a material having a high light property. Further, in the configuration of the display device 10, it is preferable that at least one of the sealing layer 16 and the second film 17 provided on the opposite cathode 27 side of the anode 21 and the cathode 27 has a reflective function. ..
  • the light emitting element 20 may be configured to emit light from the cathode 27 side to the outside of the display device 10 among the anode 21 and the cathode 27.
  • the sealing layer 16 and the second film 17 provided in the direction of emitting light from the light emitting element 20 to the outside of the display device 10 are made of a material having high translucency. Is preferable.
  • at least one of the first film 11, the resin layer 12, the barrier layer 13 and the TFT layer 14 provided on the opposite side of the anode 21 of the anode 21 and the cathode 27 is It is preferable to have a reflective function.
  • an electronic circuit board and a power circuit board are installed outside the display area of the display device 10.
  • a plurality of the above-mentioned TFTs and light emitting elements 20 are arranged on a plane to form a display area of the display device 10. Power is supplied from each of the above circuits to the plurality of TFTs and light emitting elements 20 arranged on a plane, and their respective operations are controlled by the respective circuits. As a result, the screen of the display device 10 is displayed.
  • the resin layer 12 is formed on the support substrate (step of forming the resin layer 12).
  • the barrier layer 13 is formed.
  • the TFT layer 14 including the TFT is formed.
  • the light emitting element layer 15 including the bottom emission type light emitting element 20 is formed.
  • the sealing layer 16 is formed.
  • the second film 17 is attached on the sealing layer 16.
  • the resin layer 12 is partially removed by transmitting laser light or the like through the support substrate and irradiating the resin layer 12, and the support substrate is peeled from the resin layer 12 (support substrate peeling step). ..
  • the first film 11 is attached to the lower surface of the resin layer 12 from which the support substrate has been peeled off (pasting step).
  • the laminate including the first film 11, the resin layer 12, the barrier layer 13, the TFT layer 14, the light emitting element layer 15, the sealing layer 16, and the second film 17 is divided to obtain a plurality of pieces.
  • the electronic circuit board is installed in a part of the non-display area outside the display area. In addition, these steps are performed by the manufacturing apparatus of the display apparatus 10.
  • the steps of forming the resin layer 12, peeling the support substrate, and attaching the first film 11 are unnecessary.
  • the first film 11 is attached to the glass substrate.
  • the steps after the step of forming the barrier layer 13 on the glass substrate may be performed.
  • a method corresponding to the material of each layer such as a coating method, a sputtering method, a photolithography method or a CVD method can be appropriately used.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an outline of the light emitting element 20 according to the first embodiment.
  • the light emitting device 20 of the present embodiment includes an anode 21, a hole injection layer 22, a hole transport layer 23, a quantum dot layer 24, a first electron transport layer 25, a second electron transport layer 26, and a cathode 27 in this order. It is constructed by stacking.
  • the direction from the light emitting element 20 to the anode 21 is the downward direction
  • the direction from the anode 21 to the light emitting element 20 is the upward direction. The details of the light emitting element 20 will be described below.
  • the anode 21 is an electrode for injecting holes into the quantum dot layer 24.
  • the cathode 27 is an electrode for injecting electrons into the quantum dot layer 24.
  • the anode 21 and the cathode 27 can be made of a conductive material.
  • the anode 21 is in contact with the hole injection layer 22.
  • the cathode 27 is in contact with the second electron transport layer 26.
  • the translucent electrode can be made of a conductive material such as ITO, IZO, ZnO, AZO, BZO or FTO.
  • the non-transmissive electrode can be made of a metal material having high light reflectance such as Al, Cu, Au, Ag, Mg or an alloy thereof. By using a material having high light reflectance for the non-transmissive electrode, the light emitted by the quantum dot layer 24 can be reflected in the direction of emitting light from the light emitting element 20.
  • the light emitted by the quantum dot layer 24 is reflected by the cathode 27, passes through the anode 21, and is emitted from the light emitting element 20 to the outside of the display device 10.
  • the hole injection layer 22 is a layer for injecting holes from the anode 21 into the hole transport layer 23.
  • the hole transport layer 23 is a layer for transporting the holes injected from the hole injection layer 22 to the quantum dot layer 24.
  • the hole injection layer 22 and the hole transport layer 23 only the hole injection layer 22 may be provided between the anode 21 and the quantum dot layer 24, or the hole injection layer 22 and the hole transport layer 23 may be provided.
  • the hole transport layer 23 may be omitted and the anode 21 and the quantum dot layer 24 may be in direct contact with each other.
  • the hole injection layer 22 and the hole transport layer 23 is, for example, PEDOT-PSS, TFB, organic material containing a conductive compound such as PVK, or, for example, NiO, Cr 2 O 3, MgO, MgZnO, LaNiO 3, It can be composed of an inorganic material containing a metal oxide such as MoO 3 and WO 3 .
  • the quantum dot layer 24 is provided between the anode 21 and the cathode 27. In the present embodiment, the quantum dot layer 24 is provided between the hole transport layer 23 and the first electron transport layer 25.
  • the quantum dot layer 24 is a layer containing quantum dots 28, which are nano-sized semiconductor particles.
  • the quantum dot layer 24 may be a single layer or a plurality of layers.
  • the quantum dots 28 are preferably made of a cadmium-free material such as InP, SiC, and SiC. Since the quantum dots 28 do not contain cadmium, the light emitting element 20 having a small environmental load can be realized. However, when the quantum dots 28 are made of a material containing no cadmium, the electron affinity of the quantum dot layer 24 tends to be smaller than that of the case where the quantum dots 28 are made of a material containing cadmium.
  • the particle size of the quantum dots 28 is, for example, about 2 to 15 nm.
  • the emission wavelength of the quantum dot 28 changes depending on the particle size. Therefore, the emission wavelength of the light emitting element 20 can be controlled by changing the particle size of the quantum dots 28. The smaller the particle size of the quantum dots 28, the shorter the emission wavelength, and the emission color changes from red to green and from green to blue.
  • the red light emitting element 20, the green light emitting element 20, and the blue light emitting element 20 are arranged as a set in the light emitting element layer 15. Then, in order to increase the depth of the emission color due to the combined light of the three-color light emitting element 20, it is preferable that the particle size of the quantum dots 28 included in each light emitting element 20 is made uniform for each color.
  • the quantum dot layer 24 having quantum dots 28 formed by using InP having a grain size that emits green light has an ionization potential of about 5.2 eV.
  • the quantum dot layer 24 having the quantum dots 28 formed by using InP having a grain diameter that emits red light has an ionization potential of about 5.2 eV and an electron affinity of about 3.1 eV.
  • the quantum dot layer 24 having quantum dots 28 formed by using InP having a grain diameter that emits blue light has an ionization potential of about 5.2 eV and an electron affinity of about 2.5 eV.
  • the first electron transport layer 25 is provided between the quantum dot layer 24 and the cathode 27 in contact with the quantum dot layer 24.
  • the first electron transport layer 25 is provided between the quantum dot layer 24 and the second electron transport layer 26. That is, one surface of the first electron transport layer 25 is in contact with the quantum dot layer 24, and the other surface is in contact with the second electron transport layer 26.
  • the first electron transport layer 25 is a layer for transporting electrons from the second electron transport layer 26 to the quantum dot layer 24.
  • the first electron transport layer 25 contains, for example, a compound composed of Zn, O and a constituent element M, and the constituent element M is at least one of Co, Rh and Ir.
  • the constituent element M contains at least one of the Group 9 elements Co, Rh and Ir.
  • the configuration element M may include a plurality of different compounds.
  • the different compounds containing constituent elements M for example, Zn A (Co B1 ⁇ Rh B2) O C, Zn A (Co B1 ⁇ Ir B3) O C, Zn A (Rh B2 ⁇ Ir B3) O C, Zn A (Co B1 ⁇ Rh B2 ⁇ Ir B3) may be O C (B1, B2, B3 is an arbitrary value).
  • the content ratio of the element contained in the constituent element M can be selected so that the electron affinity of the first electron transport layer 25 is in a predetermined range close to the electron affinity of the quantum dot layer 24. Therefore, the electron affinity of the first electron transport layer 25 and the electron affinity of the quantum dot layer 24 can be brought close to each other, and the injection barrier to electrons can be reduced in the direction from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24. As a result, the number of electrons transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 increases, and the luminous efficiency of the light emitting element 20 can be increased.
  • ZnM 2 O 4 may have a spinel-type crystal structure.
  • the compound ZnM 2 O 4 as the material of the first electron transport layer 25, even if the electron affinity of the quantum dot layer 24 is reduced by forming the quantum dots 28 with a material containing no cadmium. , The electron affinity of the first electron transport layer 25 can be brought close to the electron affinity of the quantum dot layer 24 so as to be within a predetermined range. As a result, the quantum dot layer 24 can be made cadmium-free (made of a material that does not contain cadmium), and the luminous efficiency of the light emitting element 20 can be prevented from being lowered. Details will be described later with reference to Examples.
  • the electron affinity of the quantum dot layer 24 is preferably equal to or higher than the electron affinity of the first electron transport layer 25.
  • the electron affinity of the first electron transport layer 25 is larger than the electron affinity of the quantum dot layer 24, and the electron affinity of the first electron transport layer 25 is the quantum dot layer 24.
  • the type and ratio of the elements contained in the constituent element M may be appropriately selected so as to be in a predetermined range close to the electron affinity of.
  • the "predetermined range" in which the electron affinity of the first electron transport layer 25 is close to the electron affinity of the quantum dot layer 24 is, for example, the electron affinity of the quantum dot layer 24 from the electron affinity of the first electron transport layer 25.
  • the subtracted value is preferably 0.5 eV or less.
  • the injection barrier for electrons is sufficiently reduced in the direction from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24. As a result, the number of electrons transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 increases more reliably, and the luminous efficiency of the light emitting element 20 can be increased.
  • the second electron transport layer 26 is provided between the first electron transport layer 25 and the cathode 27.
  • the second electron transport layer 26 is in contact with the first electron transport layer 25 and the cathode 27, respectively.
  • the second electron transport layer 26 is made of a material whose electron affinity and ionization potential are smaller than the electron affinity of the first electron transport layer 25 and smaller than the work function of the cathode 27. As a result, the junction between the second electron transport layer 26 and the cathode 27 becomes a tunnel junction, and electrons are easily injected from the cathode 27 into the second electron transport layer 26.
  • the second electron transport layer 26 may be omitted as long as the combination of materials has a sufficiently small barrier between the first electron transport layer 25 and the cathode 27.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a material for forming the second electron transport layer 26.
  • the second electron transport layer 26 can be formed by using any of the materials illustrated in FIG.
  • the material shown in FIG. 3 is a high-resistance semiconductor having an electron mobility of about 1 to 10 cm 2 / V ⁇ sec.
  • the material for forming the second electron transport layer 26 is illustrated in FIG. 3, the second electron transport layer 26 is one in which the relationship between the characteristic values of the first electron transport layer 25 and the cathode 27 satisfies the above conditions. It may be adopted as a material for forming.
  • the material for forming the second electron transport layer 26 it is preferable to use a material in which the electrical bond between the second electron transport layer 26 and the cathode 27 is a Schottky bond.
  • a material for forming the second electron transport layer 26 BaO (electron affinity: 1.25 (eV), ionization potential: 1.8 (eV)), SrO (electron affinity). : 1.43 (eV), ionization potential: 6.5 (eV)), CaO (electron affinity: 1.78 (eV), ionization potential: 8.8 (eV)), LaB 6 (electron affinity: 2.
  • the material of the second electron transport layer 26 is preferably a degenerate semiconductor.
  • the material of the second electron transport layer 26 is BaO.
  • BaO has a narrow bandgap of 0.5 eV.
  • BaO is a degenerate semiconductor whose Fermi level is higher than the bottom of the conduction band. Therefore, when the cathode 27 is configured by using, for example, Al, the electrical junction between the second electron transport layer 26 and the cathode 27 is a Schottky junction, and a depletion layer is generated at the junction. Therefore, in the direction from the cathode 27 to the second electron transport layer 26, the depletion layer creates a barrier against electrons having a very narrow width, and the tunnel effect becomes large. As a result, the tunnel current is increased, the contact resistance is further reduced, and the electron injection efficiency can be further improved. As a result, very good ohmic characteristics can be realized between the cathode 27 and the second electron transport layer 26.
  • the first electron transport layer 25, the second electron transport layer 26, and the cathode 27 are made of a translucent material.
  • the three layers are composed of a material having a light transmittance of 95% or more.
  • the holes from the anode 21 reach the quantum dot layer 24 via the hole injection layer 22 and the hole transport layer 23.
  • the arrow e in FIG. 2 - as shown in, electrons from the cathode 27 via a second electron transport layer 26 and the first electron-transport layer 25, and reaches the quantum dot layer 24. Then, the holes and electrons that have reached the quantum dot layer 24 are recombined at the quantum dots 28, and light is emitted from the quantum dot layer 24.
  • the light emitting element 20 emits light.
  • the height of the barrier against holes is the difference between the ionization potential or work function of the layer from which holes flow out and the ionization potential of the layer from which holes flow in.
  • the height of the barrier to electrons is the difference between the electron affinity or work function of the layer from which electrons flow out and the electron affinity of the layer into which electrons flow in. The smaller each barrier, the easier it is for holes and electrons to be injected into the quantum dot layer 24.
  • the emitted light of the quantum dot layer 24 reflected by the cathode 27 of the metal electrode is transmitted to the outside of the light emitting element 20 through the translucent anode 21.
  • light may be emitted to the outside from the cathode side by using the anode 21 as a metal electrode and the cathode 27 as a translucent electrode.
  • the stacking order may be reversed so that the cathode, the second electron transport layer, the first electron transport layer, the quantum dot layer, the hole transport layer, the hole injection layer, and the anode are in this order from the bottom.
  • the electron affinity of the quantum dot layer 24 is preferably equal to or higher than the electron affinity of the first electron transport layer 25. Then, the injection barrier for electrons disappears in the direction from the first electron transport layer 25 toward the quantum dot layer 24. Thereby, the luminous efficiency of the light emitting element 20 can be further improved.
  • the ionization potential of the quantum dot layer 24 is equal to or less than the ionization potential of the first electron transport layer 25. Due to the configuration, the barrier against holes is increased in the direction from the quantum dot layer 24 to the first electron transport layer 25. Then, it is possible to suppress the outflow of holes from the quantum dot layer 24 to the cathode 27 via the first electron transport layer 25. As a result, the number of holes remaining in the quantum dot layer 24 increases, and the recombination rate of holes and electrons in the quantum dot layer 24 improves. As a result, the luminous efficiency of the light emitting element 20 can be further improved.
  • Example 1-1 As Examples 1-1 to 1-11, a light emitting device 20 in which the compound ZnM 2 O 4 which is the composition of the first electron transport layer 25 was variously modified was produced and compared with the light emitting device according to the comparative example. Examples will be described in order from 1-1.
  • FIG. 4 is an energy diagram showing an example of the electron affinity and ionization potential of each layer between the anode 21 and the cathode 27 of the light emitting device 20 according to the first embodiment.
  • the anode 21 and the cathode 27 represent their respective work functions (units are eV) numerically.
  • FIG. 5 is a diagram showing the composition and characteristic values of the light emitting device according to each of the Examples and Comparative Examples. In FIG. 5, the ratio (unit:%) of the Group 9 element contained in the constituent element M is shown for each example.
  • Example 1-1 a light emitting device 20 (FIG. 2) in which the first electron transport layer 25 was formed of ZnRh 2 O 4 was produced. That is, Example 1-1 is an example in which the composition of the first electron transport layer 25 is Rh among the compounds ZnM 2 O 4 .
  • the anode 21 is made of ITO
  • the hole injection layer 22 is made of PEDOT
  • the hole transport layer 23 is made of TFB
  • the quantum dots 28 contained in the quantum dot layer 24 are green.
  • the first electron transport layer 25 is made of ZnRh 2 O 4
  • the second electron transport layer 26 is made of BaO
  • the cathode 27 is made of Al.
  • the hole injection layer 22 had an ionization potential of 5.0 eV and an electron affinity of 3.4 eV.
  • the hole transport layer 23 had an ionization potential of 5.3 eV and an electron affinity of 2.3 eV.
  • the quantum dot layer 24 has an ionization potential of 5.6 eV and an electron affinity of 2.9 eV.
  • the first electron transport layer 25 has an ionization potential of 5.6 eV and an electron affinity of 2.5 eV.
  • the second electron transport layer 26 had an ionization potential of 1.8 eV and an electron affinity of 1.3 eV.
  • the work function of the anode 21 was 4.6 eV, and the work function of the cathode 27 was 4.3 eV.
  • the height of the barrier against holes is the difference between the ionization potential or work function of the layer from which holes flow out and the ionization potential of the layer from which holes flow in.
  • the barrier when holes are transported from the anode 21 to the hole injection layer 22 is represented by the difference obtained by subtracting the work function of the anode 21 from the ionization potential of the hole injection layer 22. 0.4 eV.
  • the barrier when holes are transported from the hole injection layer 22 to the hole transport layer 23 is represented by the difference obtained by subtracting the ionization potential of the hole transport layer 23 from the ionization potential of the hole injection layer 22. It is 3 eV.
  • the barrier when holes are transported from the hole transport layer 23 to the quantum dot layer 24 is represented by the difference obtained by subtracting the ionization potential of the quantum dot layer 24 from the ionization potential of the hole transport layer 23 -0.1 eV. Is.
  • the barrier when holes are transported from the quantum dot layer 24 to the first electron transport layer 25 is represented by the difference obtained by subtracting the ionization potential of the first electron transport layer 25 from the ionization potential of the quantum dot layer 24. It is 4 eV.
  • an arrow e in FIG. 2 - as shown in electrons are injected from the cathode 27 to the second electron-transport layer 26. Then, electrons are injected from the second electron transport layer 26 into the first electron transport layer 25, and the electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24.
  • the height of the barrier to electrons is the difference between the electron affinity or work function of the layer from which electrons flow out and the electron affinity of the layer into which electrons flow in.
  • the barrier when electrons are transported from the cathode 27 to the second electron transport layer 26 is represented by the difference obtained by subtracting the electron affinity of the second electron transport layer 26 from the work function of the cathode 27. It is 3.0 eV.
  • the barrier when electrons are transported from the second electron transport layer 26 to the first electron transport layer 25 is the difference obtained by subtracting the electron affinity of the first electron transport layer 25 from the electron affinity of the second electron transport layer 26-. It is 1.2 eV.
  • the barrier when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is represented by the difference obtained by subtracting the electron affinity of the quantum dot layer 24 from the electron affinity of the first electron transport layer 25. It is 4 eV.
  • the barrier when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is set as a predetermined barrier.
  • the range was -0.4 eV.
  • the cathode 27 and the second electron transport layer 26 form a tunnel junction, and electrons are easily injected from the cathode 27 into the second electron transport layer 26.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an outline of the light emitting element 80 according to the comparative example.
  • FIG. 9 is an energy diagram showing an example of the electron affinity and ionization potential of each layer between the anode 81 and the cathode 86 of the light emitting device 80 according to the comparative example.
  • the anode 81 and the cathode 86 represent their respective work functions (units are eV) numerically.
  • the first electron transport layer 25 and the second electron transport layer 26 are transferred to the one electron transport layer 85.
  • the light emitting element 80 includes an anode 81, a hole injection layer 82, a hole transport layer 83, a quantum dot layer 84 including quantum dots 87, an electron transport layer 85, and a cathode 86, and is configured by being laminated in this order. There is.
  • the electron transport layer 85 is formed by using ZnO, and the other layers are formed of the same material as the light emitting device 20 according to Example 1-1.
  • the element 80 was manufactured. That is, in the light emitting element 80, from left to right in FIG. 9, the anode 81 is made of ITO, the hole injection layer 82 is made of PEDOT, and the hole transport layer 83 is made of TFB, which is included in the quantum dot layer 84.
  • the quantum dots 87 are made of InP having a particle size that emits green light, the electron transport layer 85 is made of ZnO, and the cathode 86 is made of Al.
  • the electron transport layer 85 formed by using ZnO had an ionization potential of 7.0 eV and an electron affinity of 3.8 eV. Therefore, the barrier when electrons are transported from the electron transport layer 85 to the quantum dot layer 84 is 0.9 eV, which is the difference obtained by subtracting the electron affinity of the quantum dot layer 84 from the electron affinity of the electron transport layer 85. Is big.
  • the quantum dot 87 may be formed of, for example, a material that does not contain cadmium because cadmium has a large environmental load.
  • the quantum dots 87 are formed of a material containing no cadmium, the electron affinity of the quantum dot layer 84 tends to be smaller than that of the case of forming the quantum dots 87 with a material containing cadmium. Therefore, in particular, when the quantum dots 87 are formed of a material containing no cadmium, the difference between the electron affinity of the quantum dot layer 84 and the electron affinity of the electron transport layer 85 formed by using ZnO is as described above. , 0.9 eV, which is relatively large. As a result, the injection of electrons from the electron transport layer 85 into the quantum dots 87 is hindered, and the luminous efficiency of the light emitting element 80 is lowered.
  • the quantum is quantum from the first electron transport layer 25.
  • the barrier for transporting electrons to the dot layer 24 could be ⁇ 0.4 eV, which was smaller than 0.9 eV according to the comparative example. That is, the electron affinity of the first electron transport layer 25 could be brought closer to the electron affinity of the quantum dot layer 24, and the injection barrier to electrons could be reduced in the direction from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24. ..
  • the number of electrons transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 increases as compared with the light emitting element 80 according to the comparative example, and the light emitting element.
  • the luminous efficiency of 20 could be increased.
  • the electron affinity of the quantum dot layer 24 was reduced by forming the quantum dots 28 with a material not containing cadmium, but the first electron transport layer 25 was formed using ZnM 2 O 4 , so that the electron affinity of the first electron transport layer 25 could be brought closer to the electron affinity of the quantum dot layer 24.
  • the quantum dot layer 24 can be made cadmium-free, and the decrease in the luminous efficiency of the light emitting element 20 can be prevented.
  • the barrier when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is set within the "predetermined range", that is, the electron transport layer 85 to the quantum dot layer in the comparative example. It can also be expressed as making the absolute value smaller than 0.9 eV, which is a barrier when electrons are transported to 84.
  • the light emitting element 80 according to the comparative example had a brightness of 20000 cd / m 2 and a luminous efficiency of 8%.
  • the light emitting element 20 according to Example 1-1 had a brightness of 45,000 cd / m 2 and a luminous efficiency of 15%.
  • the light emitting element 20 according to Example 1-1 had higher brightness and luminous efficiency than the light emitting element 80 according to the comparative example.
  • Example 1-1 BaO was used for the second electron transport layer 26.
  • the electron affinity of the second electron transport layer 26 using BaO is 1.3 eV, and the ionization potential is 1.8 eV.
  • the work function of the cathode 27 is 4.3 eV, and the electron affinity of the first electron transport layer 25 is 2.5 eV. Therefore, both the electron affinity and the ionization potential of the second electron transport layer 26 are smaller than the electron affinity of the first electron transport layer 25 and smaller than the work function of the cathode 27. As a result, the junction between the second electron transport layer 26 and the cathode 27 becomes a Schottky junction, and a tunnel phenomenon occurs.
  • the junction between the second electron transport layer 26 and the cathode 27 is a tunnel junction.
  • the contact resistance between the cathode 27 and the second electron transport layer 26 was reduced, and good ohmic characteristics could be realized. Therefore, electrons are easily injected from the cathode 27 into the second electron transport layer 26.
  • the electron affinity of the second electron transport layer 26 is smaller than the electron affinity of the first electron transport layer 25, the electrons when electrons are transported from the second electron transport layer 26 to the first electron transport layer 25 There is no barrier to. Therefore, the electrons injected into the second electron transport layer 26 can be easily transported to the first electron transport layer 25. As a result, the amount of electrons in the quantum dot layer 24 increased, and the luminous efficiency of the light emitting element 20 could be further improved.
  • the light emitting element in which the second electron transport layer 26 is omitted and the first electron transport layer 25 and the cathode 27 are directly connected has an electron affinity of the first electron transport layer 25 of 2.50 eV. Since the work function of the cathode 27 is 4.3 eV when the ionization potential is 5.6 eV, it is 1.8 eV higher than the electrons transported from the cathode 27 to the first electron transport layer 25. There is a barrier. In the comparative example, when the electron affinity of the electron transport layer 85 is 3.8 eV and the cathode 27 is Al, the height of the barrier to electrons is 0.5 eV.
  • the contact resistance between the cathode 27 and the first electron transport layer 25 depends on the combination of materials of each layer. May be larger than the comparative example. Further, since the ionization potential of the first electron transport layer 25 is larger than the work function of the cathode 27, the tunnel phenomenon does not occur. Therefore, the efficiency of injecting electrons into the quantum dot layer 24 is lowered, and the luminous efficiency is lowered.
  • Example 1-1 the second electron transport layer 26 is provided between the first electron transport layer 25 and the cathode 27.
  • the ionization potential of the second electron transport layer 26 is smaller than the work function of the cathode 27, and the electron affinity of the second electron transport layer 26 is much smaller than the work function of the cathode 27. Therefore, in the direction from the cathode 27 toward the first electron transport layer 25, the barrier to electrons becomes very high, and the width of the depletion layer formed at the junction becomes narrow. Then, the tunnel effect occurs due to the narrowing of the width of the barrier, and the electrons injected from the cathode 27 penetrate the barrier and flow into the second electron transport layer 26 side. As a result, the tunneling current increased, and electrons were more easily injected from the cathode 27 into the second electron transport layer 26.
  • the barrier to electrons is substantially in the direction from the second electron transport layer 26 to the first electron transport layer 25.
  • the barrier to electrons is substantially in the direction from the second electron transport layer 26 to the first electron transport layer 25.
  • the electrons that have flowed into the second electron transport layer 26 from the cathode 27 can be efficiently injected into the first electron transport layer 25 side.
  • the voltage required for transporting electrons is reduced, the power consumption of the light emitting element 20 is reduced, and the heat generation of the light emitting element 20 can be suppressed.
  • the rising voltage could be made smaller than that of the comparative example.
  • Example 1-2 As shown in FIG. 5, in Example 1-2, unlike Example 1-1, a light emitting device 20 in which the first electron transport layer 25 was formed of ZnIr 2 O 4 was produced. That is, Example 1-2 is an example in which the composition of the first electron transport layer 25 is Ir in the compound ZnM 2 O 4 . Other configurations and materials of the light emitting element 20 according to Example 1-2 are the same as those of the light emitting element 20 according to Example 1-1.
  • the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 5.1 eV and an electron affinity of 2.6 eV. Therefore, in the light emitting element 20 of Example 1-2, the barrier when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is the quantum dot layer 24 due to the electron affinity of the first electron transport layer 25. It is -0.3 eV expressed by the difference obtained by subtracting the electron affinity of. Therefore, even with the light emitting device 20 of Example 1-2, the barrier ( ⁇ 0.3 eV) when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is set in the light emitting device 80 according to the comparative example.
  • the light emitting element 20 according to the first and second embodiments also has an increased number of electrons transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 as compared with the light emitting element 80 according to the comparative example, and the light emitting element.
  • the luminous efficiency of 20 could be increased.
  • the luminance was 43000 cd / m 2 and the luminous efficiency was 13%.
  • the light emitting element 20 according to Example 1-2 had higher brightness and luminous efficiency than the brightness (20000 cd / m 2 ) and luminous efficiency (8%) of the light emitting element 80 according to the comparative example.
  • the second electron transport layer 26 is provided between the first electron transport layer 25 and the cathode 27.
  • the barrier to electrons became very small due to the tunnel junction in the direction from the cathode 27 to the first electron transport layer 25. Therefore, according to the first electron transport layer 25 of Example 1-2, it was possible to realize the light emitting element 20 having higher brightness than the comparative example and higher luminous efficiency than the comparative example.
  • Example 1-3 As shown in FIG. 5, in Example 1-3, unlike Example 1-1, a light emitting device 20 in which the first electron transport layer 25 was formed of ZnCo 2 O 4 was produced. That is, Example 1-3 is an example in which the composition of the first electron transport layer 25 is Co in the compound ZnM 2 O 4 .
  • Other configurations and materials of the light emitting element 20 according to the third embodiment are the same as those of the light emitting element 20 according to the 1-1 embodiment.
  • the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 6.6 eV and an electron affinity of 2.4 eV. Therefore, in the light emitting element 20 of Example 1-3, the barrier when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is the quantum dot layer 24 due to the electron affinity of the first electron transport layer 25. It is -0.5 eV expressed by the difference obtained by subtracting the electron affinity of. Therefore, even with the light emitting element 20 of Example 1-3, the barrier ( ⁇ 0.5 eV) when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is set in the light emitting element 80 according to the comparative example.
  • the electron affinity of the first electron transport layer 25 could be brought closer to the electron affinity of the quantum dot layer 24, and the injection barrier to electrons could be reduced in the direction from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24. ..
  • the number of electrons transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 increases as compared with the light emitting element 80 according to the comparative example, and the light emitting element The luminous efficiency of 20 could be increased.
  • the luminance was 50,000 cd / m 2 and the luminous efficiency was 18%.
  • the light emitting element 20 according to Example 1-3 had higher brightness and luminous efficiency than the brightness (20000 cd / m 2 ) and luminous efficiency (8%) of the light emitting element 80 according to the comparative example.
  • the second electron transport layer 26 is provided between the first electron transport layer 25 and the cathode 27.
  • the barrier to electrons became very small due to the tunnel junction in the direction from the cathode 27 to the first electron transport layer 25. Therefore, according to the first electron transport layer 25 of Example 1-3, it was possible to realize the light emitting element 20 having higher brightness than the comparative example and higher luminous efficiency than the comparative example.
  • Other configurations and materials of the light emitting element 20 of each of Examples 1-4 to 1-11 are the same as those of the light emitting element 20 according to Example 1-1.
  • Example 1-4 to 1-7 a first electron transport layer 25 made of a mixture was formed.
  • Examples 1-8 to 1-11 a first electron transport layer 25 made of a solid solution was formed.
  • the first electron transport layer 25 composed of the mixture of Examples 1-4 to 1-7 is formed by a ternary sputtering method in which ZnIr 2 O 4 , ZnRh 2 O 4 and ZnCo 2 O 4 are independently targeted. Further, the content ratio of each element in the constituent element M is controlled by the ratio of plasma power at the time of sputtering.
  • 35% construction element M is Ir, 30% of Rh, to form a compound in a proportion of 35% Co, ZnIr 2 O 4, ZnRh 2 O 4 and ZnCo 2 three targets O 4 was prepared, in performing the sputtering, and plasma power given to each target on the proportion of 35:30:35.
  • the transport layer 25 may be formed.
  • the first electron transport layer 25 made of the solid solution of Examples 1-8 to 1-11 targets Zn or ZnO and Ir, Rh and Co, respectively. Then, oxygen gas is supplied to the sputtering apparatus in addition to Ar gas, and a ZnM 2 O 4 film is formed by reactive sputtering. In this case, the content ratio of each element was controlled by the ratio of plasma power given to each target.
  • the electron affinity and ionization potential change depending on whether it is a solid solution or not.
  • simple mixtures and solid solutions have different electronic properties.
  • the mixture is a mixture of a plurality of substances, and if each is uniformly mixed in the form of fine particles of, for example, nanoscale or less, the electron affinity and the ionization potential are the average values of the mixed substances.
  • a solid solution is a state in which each atom is bonded to each other, and the state of valence electrons changes due to the bond. To do.
  • the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 5.2 eV and an electron affinity of 2.55 eV.
  • the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 6.5 eV and an electron affinity of 2.50 eV.
  • the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 6.6 eV and an electron affinity of 2.45 eV.
  • the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 5.3 eV and an electron affinity of 2.52 eV.
  • the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 5.3 eV and an electron affinity of 2.45 eV. In the light emitting device 20 of Example 1-9, the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 5.8 eV and an electron affinity of 2.30 eV. In the light emitting device 20 of Example 1-10, the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 6.0 eV and an electron affinity of 2.26 eV. In the light emitting device 20 of Example 1-11, the first electron transport layer 25 had an ionization potential of 6.2 eV and an electron affinity of 2.32 eV.
  • the barrier when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is a quantum dot from the electron affinity of the first electron transport layer 25.
  • Example 1-4 is ⁇ 0.35 eV
  • Example 1-5 is ⁇ 0.40 eV
  • Example 1-6 is ⁇ 0.45 eV.
  • Example 1-7 is ⁇ 0.38 eV
  • Example 1-8 is ⁇ 0.45 eV
  • Example 1-9 is ⁇ 0.60 eV
  • Example 1-10 is ⁇ 0. It was 64 eV
  • Example 1-11 was ⁇ 0.58 eV.
  • the barrier when electrons are transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is set as a barrier for the electrons in the light emitting element 80 according to the comparative example. It was possible to make it smaller than the barrier (0.9 eV) when electrons are transported from the transport layer 85 to the quantum dot layer 84. As a result, the electrons transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 by any of the light emitting elements 20 according to Examples 1-4 to 1-11 as compared with the light emitting element 80 according to the comparative example. was increased, and the luminous efficiency of the light emitting element 20 could be increased.
  • the constituent elements M of the first electron transport layer 25 are set to two or more kinds of elements, and the composition of these two or more kinds of elements is adjusted to make the first electron.
  • the electron affinity and ionization potential of the transport layer 25 could be finely adjusted.
  • the electron affinity and ionization potential of the first electron transport layer 25 could be easily changed according to the electron affinity and ionization potential of the adjacent quantum dot layer 24 and the second electron transport layer 26, respectively.
  • Examples 1-1 to 1-11> For example, in a quantum dot layer using InP quantum dots 28 that emit green light, the ionization potential is about 5.2 eV.
  • the range of the ionization potential is 5.1 to 6.6 eV. Therefore, from the first electron transport layers 25 of those examples, those having a larger ionization potential than the adjacent quantum dot layer 24 may be selected. Then, the barrier against holes becomes higher in the direction from the quantum dot layer 24 toward the first electron transport layer 25, and it is possible to suppress the holes from flowing out from the quantum dot layer 24.
  • the electron affinity tends to be smaller than when the quantum dot 28 is a material containing cadmium.
  • the particle size of the quantum dots 28 is reduced so that the emission color of the light emitting element 20 is green or blue, which is a short wavelength, the energy band at the bottom of the conduction band is displaced and the electron affinity is further reduced. Due to this effect, the electron affinity of the quantum dot layer 24 is more likely to be smaller than that of the first electron transport layer 25. Then, the barrier against electrons becomes large in the direction from the first electron transport layer 25 toward the quantum dot layer 24. As a result, the number of electrons transported from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24 is reduced. As a result, when the number of electrons supplied into the quantum dot layer 24 decreases, the recombination rate of holes and electrons decreases, and the luminous efficiency decreases.
  • the electron affinity of the first electron transport layer 25 is 3.8 eV.
  • the numerical range of the electron affinity of the quantum dot layer 24 is 2.5 eV to. It becomes 3.1 eV. Therefore, when the material of the first electron transport layer 25 is ZnO, the injection barrier for electrons increases to 0.7 to 1.3 eV in the direction from the first electron transport layer 25 to the quantum dot layer 24, and the quantum dots. The luminous efficiency of the layer 24 is reduced.
  • the first electron transport in Examples 1-1 to 1-11.
  • the numerical range of the electron affinity of the layer 25 is 2.26 to 2.60 eV. Therefore, the difference between the electron affinity of the quantum dot layer 24 and the electron affinity of the first electron transport layer 25 is 0.1 eV at the maximum, which is smaller than the case where ZnO is used for the first electron transport layer 25. Therefore, the barrier to electrons between the quantum dot layer 24 and the first electron transport layer 25 becomes smaller, and the electrons injected from the cathode 27 into the first electron transport layer 25 are transferred from the first electron transport layer 25 to the quantum dots.
  • the first electron transport layer 25 of the present embodiment is suitable for the quantum dots 28 using a material containing no cadmium.
  • the light emitting element 20 according to the second embodiment is different from the light emitting element 20 according to the first embodiment in that the composition ratio of the elements contained in the constituent element M of the first electron transport layer 25 changes in the stacking direction of the light emitting element 20. different.
  • the structure of the light emitting element 20 according to the second embodiment is the same as the structure of the light emitting element 20 according to the first embodiment described with reference to FIG.
  • the first electron transport layer 25 included in the light emitting element 20 according to the second embodiment may be composed of a single layer or a plurality of layers, but is within the layer of the first electron transport layer 25.
  • the composition ratios of Co, Rh, and Ir contained in the constituent element M are different between the side close to the quantum dot layer 24 and the side close to the cathode 27.
  • the ionization potential of the first electron transport layer 25 gradually increases from the side close to the quantum dot layer 24 to the side close to the cathode 27.
  • the light emitting device 20 of Embodiment 2 the composition of the first electron-transport layer 25, Zn (Co x Rh y Ir z, 0 ⁇ x ⁇ 1,0 ⁇ y + z ⁇ 1-x) a 2 O 4,
  • the Co composition x increases from the quantum dot layer 24 toward the cathode 27.
  • the ionization potential of the first electron transport layer 25 increases from the quantum dot layer 24 toward the cathode 27. Therefore, it is possible to more reliably prevent the holes injected into the quantum dot layer 24 from flowing out from the quantum dot layer 24 through the first electron transport layer 25 to the side of the cathode 27. As a result, it is possible to suppress a decrease in luminous efficiency in the quantum dot layer 24.
  • the second embodiment which is an example of the second embodiment, will be specifically described.
  • FIG. 6 is an energy diagram showing an example of the electron affinity and ionization potential of each layer between the anode 21 and the cathode 27 of the light emitting device 20 according to the second embodiment.
  • each of the anode 21 and the cathode 27 represents a work function (unit: eV) numerically.
  • the first electron-transport layer 25 to produce a compound Zn (Co x Rh 1-x ) light-emitting element 20 formed using the 2 O 4.
  • Other configurations and materials of the light emitting element 20 according to the second embodiment are the same as those of the light emitting element 20 according to the 1-1 embodiment.
  • the side of the compound Zn (Co x Rh 1-x ) 2 O 4 in the composition of the first electron-transport layer 25, x is adjacent the side close to the quantum dot layer 24 to the second electron-transport layer 26
  • the first electron transport layer 25 was formed so as to increase toward.
  • This arrangement compounds the first electron-transport layer 25 Zn (Co x Rh 1- x) 2 O 4 becomes a composition of ZnRh 2 O 4 in the side in contact with the quantum dot layer 24, in contact with the second electron-transport layer 26
  • the composition of ZnCo 2 O 4 was obtained on the side. In between them, the composition was Zn (Co ⁇ Rh) O 4 .
  • the electron affinity and the ionization potential of the first electron-transport layer 25 was changed from a value of ZnRh 2 O 4 to the value of ZnCo 2 O 4.
  • the electron affinity of the first electron transport layer 25 is 2.5 eV on the quantum dot layer 24 side and 2.4 eV on the second electron transport layer 26 side, and the electron affinity is decreasing during that period. It was.
  • the ionization potential of the first electron transport layer 25 was 5.6 eV on the quantum dot layer 24 side and 6.6 eV on the second electron transport layer 26 side, and the ionization potential was increasing during that period.
  • the ionization potential of the first electron transport layer 25 gradually increases from the quantum dot layer 24 toward the cathode 27. Therefore, it was possible to more reliably prevent the holes injected into the quantum dot layer 24 from flowing out from the quantum dot layer 24 through the first electron transport layer 25 to the cathode 27 side. As a result, the luminous efficiency of the quantum dot layer 24 is further improved.
  • the light emitting element 20 according to the third embodiment is different from the light emitting element 20 according to the second embodiment in that the composition ratio of the elements contained in the constituent element M of the first electron transport layer 25 changes in the stacking direction of the light emitting element 20.
  • the first electron transport layer 25 is composed of a plurality of layers, and the first electron transport layer 25 has an ionization potential from the side close to the quantum dot layer 24 toward the side close to the cathode 27. It is different from the light emitting element 20 according to the second embodiment in that the size is gradually increased.
  • the structure of the light emitting element 20 according to the third embodiment is the same as the structure of the light emitting element 20 according to the first embodiment described with reference to FIG. 2 except for the first electron transport layer 25.
  • the first electron transport layer 25 in the light emitting element 20 according to the third embodiment is, for example, a first layer, a second layer, and a first layer, which are a plurality of layers sequentially laminated from the quantum dot layer 24 toward the cathode 27 side. It has three layers, and the first layer, the second layer, and the third layer have different compositions of Co, Rh, and Ir contained in the constituent elements M, respectively. As a result, the ionization potential of the first electron transport layer 25 increases stepwise in the order of the first layer, the second layer, and the third layer.
  • the first electron transport layer 25 including the plurality of laminated layers according to the third embodiment is composed of n layers having different compositions.
  • the layer in contact with the quantum dot layer 24 is the first layer
  • the layer farthest from the quantum dot layer 24 is the nth layer.
  • the composition of each layer composed of n layers is Zn (Co xn Rh yn Ir zn , 0 ⁇ xn ⁇ 1, 0 ⁇ yn + zn ⁇ 1-xn) 2 O 4 .
  • the Ir composition of the first layer of the first electron transport layer 25 including the plurality of laminated layers in contact with the quantum dot layer 24 is set to the highest, and the relationship of the Ir composition of each layer is y1 ⁇ yn (n ⁇ 1). May be.
  • the ionization potential of each of the plurality of layers included in the first electron transport layer 25 gradually increases in the direction from the quantum dot layer 24 side toward the cathode 27. Therefore, it is possible to more reliably prevent the holes injected from the anode 21 into the quantum dot layer 24 from flowing out from the quantum dot layer 24 through the first electron transport layer 25 to the cathode 27. As a result, it is possible to suppress a decrease in luminous efficiency in the quantum dot layer 24.
  • the number of layers constituting the first electron transport layer 25 is not limited to three, and may be any number.
  • the first electron transport layer 25 may be two layers or four or more layers.
  • the third embodiment which is an example of the third embodiment, will be specifically described.
  • FIG. 7 is an energy diagram showing an example of the electron affinity and ionization potential of each layer between the anode 21 and the cathode 27 of the light emitting device 20 according to the third embodiment.
  • each of the anode 21 and the cathode 27 represents a work function (unit: eV) numerically.
  • the first electron transport layer 25 is a plurality of layers in which the first electron transport layer 25 is sequentially laminated from the quantum dot layer 24 toward the cathode 27, that is, the first layer 251 and the second layer 252 and the third layer 253. Was formed by laminating to produce a light emitting element 20.
  • the light emitting element 20 according to the third embodiment has the same configuration and material as the light emitting element 20 according to the 1-1, except for the first electron transport layer 25.
  • the first electron transport layer 25 has a three-layer structure of the first layer 251 and the second layer 252, and the third layer 253.
  • the first layer 251 is formed by using ZnRh 2 O 4
  • the second layer 252 is formed.
  • the third layer 253 was formed using ZnCo 2 O 4 .
  • the first layer 251 has an ionization potential of 5.6 eV and an electron affinity of 2.5 eV.
  • the second layer 252 had an ionization potential of 6.6 eV and an electron affinity of 2.45 eV.
  • the third layer 253 had an ionization potential of 6.6 eV and an electron affinity of 2.4 eV.
  • the ionization potentials of each of the first layer 251 and the second layer 252 and the third layer 253 gradually increased in the direction from the quantum dot layer 24 side toward the cathode 27. Therefore, it is possible to more reliably prevent the holes injected from the anode 21 into the quantum dot layer 24 from flowing out from the quantum dot layer 24 through the first electron transport layer 25 to the cathode 27. As a result, the luminous efficiency in the quantum dot layer is further improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the technical scope of the present invention also includes a modified form of the above-described embodiment and a form in which the above-described embodiment is appropriately combined with the disclosed technical means.

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Abstract

発光素子は、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられて量子ドットを含む量子ドット層と、量子ドット層と陰極との間であって量子ドット層に接して設けられ、組成がＺｎＭＯである化合物を含み、組成における構成元素Ｍは、Ｃｏ、Ｒｈ及びＩｒのうち少なくともいずれか１つの元素である第１電子輸送層と、を備える。

Description

発光素子及び表示装置
　本発明は、発光素子及び表示装置に関する。
　特許文献１に記載の発光素子は、量子ドット層とアノード電極との間に電子輸送層を備える。
特開２０１２－２３３８８号公報
　特許文献１の発光素子では、量子ドット層の材料によっては、量子ドット層と電子輸送層との間で電子親和力の差が大きくなる。すると、電子輸送層から量子ドット層へ向かう電子に対する障壁が大きくなる。それによって、電子輸送層から量子ドット層へ電子が注入されにくくなり、量子ドット層内の電子密度が低下する。その結果、量子ドット層内での電子と正孔との再結合率が低下し、発光素子の発光効率（外部量子効率）が低下する。
　本発明の一態様に係る発光素子は、電子輸送層と量子ドット層との間の電子に対する障壁を小さくすることにより、発光素子の発光効率を大きくすることを目的とする。
　本発明の一形態に係る発光素子は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられ、量子ドットを含む量子ドット層と、前記量子ドット層と前記陰極との間であって前記量子ドット層に接して設けられ、組成がＺｎＭＯである化合物を含み、前記組成における構成元素Ｍは、Ｃｏ、Ｒｈ及びＩｒのうち少なくともいずれか１つの元素である第１電子輸送層と、を備える。
　本発明の一態様に係る発光素子によれば、電子輸送層と量子ドット層との間の電子に対する障壁を小さくすることにより、発光素子の発光効率を大きくすることができる。
本発明の表示装置を示す概略断面図である。 実施形態１に係る発光素子の概略を表す断面図である。 実施形態１に係る発光素子の第２電子輸送層に用いる材料を例示した図である。 実施例１－１に係る発光素子の、陽極と陰極との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。 各実施例および比較例それぞれに係る発光素子の組成および特性値を表す図である。 実施例２に係る発光素子の、陽極と陰極との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。 実施例３に係る発光素子の、陽極と陰極との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。 比較例に係る発光素子の概略を表す断面図である。 比較例の発光素子に係る、陽極と陰極との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。
　以下、本発明の例示的な実施形態及び実施例について図面を参照しつつ説明する。なお、各実施形態及び各実施例で重複する事項を適宜省略する。また、以降における上下の記載は、各図面での上下に対応する。
　＜実施形態１＞
　図１は、実施形態１に係る発光素子２０を備える表示装置１０の概略を表す断面図である。本実施形態の表示装置１０は、フレキシブル性を有する第１フィルム１１及び樹脂層１２の上に、量子ドットを含む発光素子２０が設けられたＱＬＥＤ（量子ドット：Ｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）パネルである。
　表示装置１０は、図１に示すように、第１フィルム１１の上に、樹脂層１２と、バリア層１３と、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＴＦＴと呼称）を含むＴＦＴ層１４と、発光素子２０及びカバー膜１５１を含む発光素子層１５と、封止層１６と、第２フィルム１７とがこの順に積層された構造である。
　第１フィルム１１は、フレキシブル性を有する表示装置１０における支持部材である。第１フィルム１１は、例えばＰＥＴなどのフレキシブル性を有する材料により構成することができる。なお、表示装置１０を、フレキシブル性を有しない構成とする場合は、第１フィルム１１に替えてガラスなどの硬質な材料からなる基板を用いてもよい。
　樹脂層１２は、第１フィルム１１とバリア層１３との間に設けられている。樹脂層１２は、バリア層１３から図示しない支持基板を剥離するときに、部分的に除去されるための層である。樹脂層１２は、例えば、ポリイミドなどの樹脂材料により構成することができる。なお、樹脂層１２は、複数の樹脂膜が積層された多層構造であってもよいし、複数の樹脂膜の間に無機膜を挟んだ多層構造であってもよい。なお、表示装置１０がフレキシブル性を有しない構成とした場合は、樹脂層１２がなくてもよい。
　バリア層１３は、水や酸素などの異物がＴＦＴ層１４及び発光素子層１５に侵入することを防ぐ層である。バリア層１３は、単層又は多層の絶縁膜であり、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンなどの絶縁材料により構成することができる。
　ＴＦＴ層１４は、半導体膜１４１と、半導体膜１４１よりも上層のゲート絶縁膜１４２と、ゲート絶縁膜１４２よりも上層のゲート電極ＧＥ及び図示しないゲート配線と、ゲート電極ＧＥ及びゲート配線よりも上層の第１絶縁膜１４３と、第１絶縁膜１４３よりも上層の容量電極ＣＥと、容量電極ＣＥよりも上層の第２絶縁膜１４４と、第２絶縁膜１４４よりも上層のソース配線ＳＷ及び図示しないドレイン配線ＤＷと、ソース配線ＳＷ及びドレイン配線ＤＷよりも上層の平坦化膜１４５とを含む。
　ＴＦＴは、半導体膜１４１、ゲート絶縁膜１４２、ゲート電極ＧＥ、第１絶縁膜１４３、及び第２絶縁膜１４４を含む。半導体膜１４１の図示しないソース領域及びドレイン領域は、半導体膜１４１の上面に高濃度のドーピングがされた領域であり、ソース電極及びドレイン電極として機能する。それらソース領域及びドレイン領域には、ゲート絶縁膜１４２、第１絶縁膜１４３及び第２絶縁膜１４４を貫通したコンタクトホールを介して、ソース配線ＳＷ及びドレイン配線ＤＷがそれぞれ接続されている。ゲート電極ＧＥは図示しないゲート配線に接続されている。
　半導体膜１４１は、例えば、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）又は酸化物半導体（例えばＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体）などの半導体材料により構成することができる。ゲート電極ＧＥ、ゲート配線、容量電極ＣＥ、ドレイン配線ＤＷ及びソース配線ＳＷは、単層又は多層の導電膜であり、例えば、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ又はＣｕなどの金属材料により構成することができる。
　第１絶縁膜１４３及び第２絶縁膜１４４は、単層又は多層の絶縁膜であり、例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンなどの絶縁材料により構成することができる。
　平坦化膜１４５は、ＴＦＴに積層されることで、ＴＦＴにより形成された凹凸を平坦化するための膜である。平坦化膜１４５によって、その上に発光素子層１５を積層しやすくすることができる。平坦化膜１４５は、例えば、ポリイミド、アクリルなどの有機材料により構成することができる。
　なお、図１では、ＴＦＴ層１４に含まれるＴＦＴの構造をトップゲート型であるものとして図示しているが、ＴＦＴの構造は、ボトムゲート型又はダブルゲート型でもよい。ＴＦＴは、発光素子２０の発光を制御するスイッチング素子である。１つのＴＦＴが１つの発光素子２０に接続されている。図１では、平坦化膜１４５に形成されたコンタクトホール及びＴＦＴ層１４に設けられたドレイン配線ＤＷを介して、ＴＦＴのドレイン領域と発光素子２０の陽極２１とが接続されている。
　発光素子層１５は、複数の発光素子２０とカバー膜１５１とを備える。複数の発光素子２０は、表示装置１０における、画像の表示領域に、マトリクス状に設けられている。なお、図１では、複数の発光素子２０が１つの陰極２７を共有する構造を例示している。しかし、陰極２７の形状はこれに限定されない。例えば、各発光素子２０で別々の陰極２７を有する構造であってもよい。また、図１では、各発光素子２０が別々の陽極２１を有する構造を例示している。しかし、陽極２１の形状はこれに限定されない。例えば、複数の発光素子２０が１つの陽極２１を共有する構造であってもよい。
　カバー膜１５１が、各発光素子２０の側面および各陽極２１の端部をカバーするように、複数の発光素子２０の間に設けられている。カバー膜１５１は表示領域において格子状に設けられている。カバー膜１５１は、絶縁性の膜であり、例えば、ポリイミド又はアクリルなどの有機材料により構成することができる。
　封止層１６は、発光素子層１５を封止することで、水や酸素などの異物がＴＦＴ層１４及び発光素子層１５に侵入することを防ぐ層である。図１では、封止層１６は、陰極２７を覆う第１封止膜１６１と、第１封止膜１６１を覆う第２封止膜１６２と、第２封止膜１６２を覆う第３封止膜１６３とを備える、３層構造の場合を例示している。しかし、封止層１６は３層構造に限定されない。例えば、封止層１６が単層を含む任意の数の層による構造であってもよい。
　例えば、第１封止膜１６１及び第３封止膜１６３は、単層又は多層の無機絶縁膜であり、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜及び酸窒化シリコン膜などの無機材料により構成することができる。第２封止膜１６２は、例えば、透光性有機膜であり、アクリルなどの透光性を有する有機材料により構成することができる。
　第２フィルム１７は、例えばＰＥＴフィルムにより構成することができる。それによって、フレキシブル性を有する表示装置１０を実現することができる。なお、表示装置１０がフレキシブル性を有さない場合は、第２フィルム１７に替えてガラスなどの硬質な材料からなる基板を用いてもよい。
　第１フィルム１１及び第２フィルム１７のうち、発光素子２０から発する光が出射される側に設けられているフィルム、すなわち、表示装置１０の表示領域となる側に設けられているフィルムには、例えば、光学補償機能、タッチセンサ機能又は保護機能などを有する機能フィルムを用いることができる。
　本実施形態の発光素子２０は、陽極２１および陰極２７のうち、陽極２１側から表示装置１０の外側へと光を出射する構成を例示する。このため、表示装置１０の構成において、発光素子２０から表示装置１０の外側へと光を出射する方向に設けられている第１フィルム１１、樹脂層１２、バリア層１３及びＴＦＴ層１４は、透光性の大きい材料により構成されていることが好ましい。また、表示装置１０の構成において、陽極２１および陰極２７のうち、逆側の陰極２７側に設けられた、封止層１６及び第２フィルム１７の少なくともいずれかが、反射機能を有することが好ましい。
　なお、発光素子２０は、陽極２１および陰極２７のうち、陰極２７側から表示装置１０の外側へと光を出射する構成であってもよい。この場合、表示装置１０の構成において、発光素子２０から表示装置１０の外側へと光を出射する方向に設けられている封止層１６及び第２フィルム１７は透光性の大きい材料により構成されていることが好ましい。また、表示装置１０の構成において、陽極２１および陰極２７のうち、逆側の陽極２１側に設けられた、第１フィルム１１、樹脂層１２、バリア層１３及びＴＦＴ層１４の少なくともいずれかが、反射機能を有することが好ましい。
　また、図示はしないが、表示装置１０の表示領域よりも外側に、電子回路基板及び電力回路基板（例えば、ＩＣチップ又はＦＰＣ）が設置されている。そして、上述のＴＦＴ及び発光素子２０が平面上に複数配列されて、表示装置１０の表示領域を構成している。平面上に並べられた複数のＴＦＴや発光素子２０に対し、上述の各回路から電力が供給されるとともに、それぞれの動作が当該各回路によって制御される。それによって、表示装置１０の画面表示が行われる。
　本実施形態の表示装置１０を作製するには、まず、支持基板上に樹脂層１２を形成する（樹脂層１２の形成工程）。次に、バリア層１３を形成する。次に、ＴＦＴを含むＴＦＴ層１４を形成する。次に、ボトムエミッション型の発光素子２０を含む発光素子層１５を形成する。次に、封止層１６を形成する。次に、封止層１６上に第２フィルム１７を貼り付ける。
　次に、レーザ光などを、支持基板を透過させて樹脂層１２へ照射することで、樹脂層１２を部分的に除去し、樹脂層１２から支持基板が剥離される（支持基板の剥離工程）。次に、樹脂層１２のうち支持基板を剥離した下面に第１フィルム１１を貼り付ける（貼り付け工程）。次に、第１フィルム１１、樹脂層１２、バリア層１３、ＴＦＴ層１４、発光素子層１５、封止層１６及び第２フィルム１７を含む積層体を分断し、複数の個片を得る。次に、表示領域よりも外側にある非表示領域の一部に電子回路基板を設置する。なお、これらの工程は表示装置１０の製造装置により行われる。
　フレキシブル性を有さない表示装置１０を製造する場合は、樹脂層１２の形成工程、支持基板の剥離工程及び第１フィルム１１の貼り付け工程は不要であり、例えば、第１フィルム１１をガラス基板などに替え、ガラス基板上にバリア層１３の形成工程以降の工程を行えばよい。また、上記工程における各層の積層方法は、塗布法、スパッタ法、フォトリソグラフィ法又はＣＶＤ法など、各層の材料に対応した方法を適宜用いることができる。
　図２は、実施形態１に係る発光素子２０の概略を表す断面図である。本実施形態の発光素子２０は、陽極２１、正孔注入層２２、正孔輸送層２３、量子ドット層２４、第１電子輸送層２５、第２電子輸送層２６及び陰極２７を備え、この順に積層されて構成されている。なお、本実施形態においては、発光素子２０から陽極２１へ向かう方向を下方向とし、陽極２１から発光素子２０へ向かう方向を上方向とする。以下、発光素子２０の詳細について説明する。
　陽極２１は、正孔を、量子ドット層２４へ注入するための電極である。陰極２７は、電子を、量子ドット層２４へ注入するための電極である。陽極２１及び陰極２７は導電性材料により構成することができる。陽極２１は正孔注入層２２と接する。陰極２７は第２電子輸送層２６と接する。
　陽極２１及び陰極２７のうち、一方は、透光性の電極であり、他方は、非透光性の電極である。透光性の電極は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＢＺＯ又はＦＴＯなどの導電材料により構成することができる。非透光性の電極は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｇ又はこれらの合金などの光反射率が高い金属材料により構成することができる。非透光性の電極に、光反射率の高い材料を用いることで、量子ドット層２４が発した光を、発光素子２０から光を出射する方向へと反射できる。
　本実施形態では、量子ドット層２４が発した光は、陰極２７に反射され、陽極２１を透過し、発光素子２０から表示装置１０の外側へと出射される。
　正孔注入層２２は、陽極２１からの正孔を正孔輸送層２３へ注入するための層である。正孔輸送層２３は、正孔注入層２２から注入された正孔を量子ドット層２４へ輸送するための層である。なお、例えば、正孔注入層２２及び正孔輸送層２３のうち、正孔注入層２２のみが陽極２１と量子ドット層２４との間に設けられていてもよいし、正孔注入層２２及び正孔輸送層２３を省略して陽極２１と量子ドット層２４とが直接接していてもよい。
　正孔注入層２２及び正孔輸送層２３は、例えば、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ、ＴＦＢ、ＰＶＫなどの導電性化合物を含む有機材料、又は、例えば、ＮｉＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＺｎＯ、ＬａＮｉＯ３、ＭｏＯ３、ＷＯ３などの金属酸化物を含む無機材料により構成することができる。
　量子ドット層２４は、陽極２１と陰極２７との間に設けられている。本実施形態では、量子ドット層２４は、正孔輸送層２３と、第１電子輸送層２５との間に設けられている。量子ドット層２４は、ナノサイズの半導体粒子である量子ドット２８を含む層である。量子ドット層２４は単層であっても複数層であってもよい。
　量子ドット２８は、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＳｉＮなどのカドミウムを含まない材料で構成されることが好ましい。量子ドット２８がカドミウムを含まないことにより、環境負荷の小さい発光素子２０を実現できる。ただし、量子ドット２８を、カドミウムを含まない材料で構成すると、カドミウムを含む材料で構成した場合と比べて、量子ドット層２４の電子親和力が小さくなる傾向がある。
　量子ドット２８の粒径は、例えば、２～１５ｎｍ程度である。粒径によって量子ドット２８の発光波長が変化する。このため、量子ドット２８の粒径を変えることで、発光素子２０の発光波長を制御することができる。量子ドット２８の粒径が小さいほど発光波長は短くなり、発光色が赤から緑、緑から青へと変化する。なお、本実施形態の表示装置１０を構成する際には、発光素子層１５において赤色の発光素子２０、緑色の発光素子２０及び青色の発光素子２０を１組として配列する。そして、３色の発光素子２０の合成光による発光色の深度を高くするために、各発光素子２０に含まれる量子ドット２８の粒径を、それぞれの色ごとで均一にすることが好ましい。
　例えば、緑色の光を発する粒経のＩｎＰを用いて形成した量子ドット２８を有する量子ドット層２４は、イオン化ポテンシャルが約５．２ｅＶとなる。また、赤色の光を発する粒経のＩｎＰを用いて形成した量子ドット２８を有する量子ドット層２４は、イオン化ポテンシャルが約５．２ｅＶとなり、電子親和力が約３．１ｅＶとなる。また、青色の光を発する粒経のＩｎＰを用いて形成した量子ドット２８を有する量子ドット層２４は、イオン化ポテンシャルが約５．２ｅＶ、電子親和力が約２．５ｅＶとなる。
　第１電子輸送層２５は、量子ドット層２４と陰極２７との間に、量子ドット層２４に接して設けられている。本実施形態では、第１電子輸送層２５は、量子ドット層２４と第２電子輸送層２６との間に設けられている。すなわち、第１電子輸送層２５は、一方の表面が量子ドット層２４と接しており、他方の表面が第２電子輸送層２６と接している。第１電子輸送層２５は、第２電子輸送層２６から量子ドット層２４へと電子を輸送するための層である。
　第１電子輸送層２５は、例えば、Ｚｎ、Ｏ及び構成元素Ｍから構成される化合物を含み、構成元素ＭがＣｏ、Ｒｈ及びＩｒのうち少なくともいずれか１つの元素である。本実施形態において、第１電子輸送層２５には、例えば、ＺｎＡＭＢＯＣ（Ａ，Ｂ，Ｃは任意の値）組成を有する化合物が用いられる。構成元素Ｍは、第９族元素であるＣｏ，Ｒｈ及びＩｒのうち、少なくとも１種類を含む。
　第１電子輸送層２５に用いられる、化合物ＺｎＡＭＢＯＣは、構成元素Ｍが異なる複数の化合物を含んでもよい。構成元素Ｍが含む異なる化合物としては、例えば、ＺｎＡ（ＣｏＢ１・ＲｈＢ２）ＯＣ、ＺｎＡ（ＣｏＢ１・ＩｒＢ３）ＯＣ、ＺｎＡ（ＲｈＢ２・ＩｒＢ３）ＯＣ、ＺｎＡ（ＣｏＢ１・ＲｈＢ２・ＩｒＢ３）ＯＣでもよい（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は任意の値）。
　第１電子輸送層２５に用いられる化合物ＺｎＡＭＢＯＣは、例えば、Ａ＝１、Ｂ＝２、Ｃ＝４、すなわち化合物ＺｎＭ２Ｏ４とすることができる。
　それによって、第１電子輸送層２５の電子親和力が量子ドット層２４の電子親和力に近接する所定の範囲となるように、構成元素Ｍに含まれる元素の含有比率を選択することができる。よって、第１電子輸送層２５の電子親和力と量子ドット層２４の電子親和力とを近づけて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向で電子に対する注入障壁を小さくすることができる。その結果、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと輸送される電子が増加し、発光素子２０の発光効率を高くすることができる。なお、ＺｎＭ２Ｏ４はスピネル型の結晶構造を有してもよい。
　例えば、量子ドット２８を、カドミウムを含まない材料により構成することで、量子ドット層２４の電子親和力が小さくなったとしても、第１電子輸送層２５の材料に化合物ＺｎＭ２Ｏ４を用いることにより、第１電子輸送層２５の電子親和力を、量子ドット層２４の電子親和力に対し所定の範囲となるように近づけることができる。これにより、量子ドット層２４をカドミウムフリー（カドミウムを含まない材料により構成すること）とし、かつ、発光素子２０の発光効率の低下を防止することができる。詳細は、実施例を用いて後述する。
　量子ドット層２４の電子親和力は第１電子輸送層２５の電子親和力以上であることが好ましい。又は、第１電子輸送層２５の構成元素Ｍは、第１電子輸送層２５の電子親和力が量子ドット層２４の電子親和力より大きく、かつ、第１電子輸送層２５の電子親和力が量子ドット層２４の電子親和力に近接する所定の範囲となるよう、構成元素Ｍに含まれる元素の種類やその比率を適宜選択すればよい。
　ここで、第１電子輸送層２５の電子親和力が量子ドット層２４の電子親和力に近接する「所定の範囲」は、例えば、第１電子輸送層２５の電子親和力から量子ドット層２４の電子親和力を引いた値が０．５ｅＶ以下であることが好ましい。第１電子輸送層２５において、エネルギーに対する電子密度はボルツマン分布に従うため、高エネルギー側に長く裾を引く形状に電子が存在し、０．５ｅＶ以下であれば電気伝導に寄与する電子が無視できない密度で存在している。そうすることで、十分に第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向で電子に対する注入障壁を小さくなる。この結果、より確実に、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと輸送される電子が増加して、発光素子２０の発光効率を高くすることができる。
　第２電子輸送層２６は、第１電子輸送層２５と陰極２７との間に設けられている。第２電子輸送層２６は、第１電子輸送層２５と陰極２７とにそれぞれ接している。第２電子輸送層２６は、電子親和力及びイオン化ポテンシャルが、第１電子輸送層２５の電子親和力より小さく、陰極２７の仕事関数より小さくなる材料により構成されている。それによって、第２電子輸送層２６と陰極２７との間の接合がトンネル接合となり、陰極２７から第２電子輸送層２６へと電子が注入されやすくなる。なお、第１電子輸送層２５と陰極２７との間の障壁が十分小さくなる材料の組み合わせであれば、第２電子輸送層２６は省いてもよい。
　図３は、第２電子輸送層２６を形成するための材料を例示した図である。例えば、第２電子輸送層２６は、図３に例示する材料の何れかを用いて形成することができる。図３に示す材料は、概ね１～１０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ程度の電子移動度を有する高抵抗の半導体である。図３に第２電子輸送層２６を形成するための材料を例示したが、第１電子輸送層２５及び陰極２７との特性値の関係が上述の条件を充たすものを、第２電子輸送層２６を形成するための材料として採用すればよい。特に、第２電子輸送層２６を形成するための材料は、第２電子輸送層２６と陰極２７との間の電気的接合がショットキー接合となる材料を採用することが好ましい。図３に示すように、例えば、第２電子輸送層２６を形成するための材料として、ＢａＯ（電子親和力：１．２５（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：１．８（ｅＶ））、ＳｒＯ（電子親和力：１．４３（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：６．５（ｅＶ））、ＣａＯ（電子親和力：１．７８（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：８．８（ｅＶ））、ＬａＢ６（電子親和力：２．６９（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：１．４（ｅＶ））、ＴｉＣ（電子親和力：３．３２（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：４．５（ｅＶ））、ＺｒＣ（電子親和力：３．３８（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：５．４（ｅＶ））、ＨｆＣ（電子親和力：３．４０（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：６．６（ｅＶ））、ＮｄＣ（電子親和力：３．４５（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：６．８（ｅＶ））、ＴａＣ（電子親和力：３．６１（ｅＶ）、イオン化ポテンシャル：７．２（ｅＶ））などを挙げることができる。また、第２電子輸送層２６を形成するための材料として、図３に例示した材料の他にも、例えば、ＧｄＢ４、ＣｅＣ２、ＹＢ４、ＣｅＢ６又はＴｈＯ２などを用いることができる。
　第２電子輸送層２６の材料は縮退半導体であることが好ましい。例えば、第２電子輸送層２６の材料をＢａＯとすることが好ましい。ＢａＯは０．５ｅＶの狭いバンドギャップを有する。そして、ＢａＯはフェルミ準位が伝導帯の底より高い縮退半導体である。よって、陰極２７を、例えばＡｌを用いて構成した場合、第２電子輸送層２６と陰極２７との間の電気的接合はショットキー接合となり、接合部には空乏層が発生する。そのため、陰極２７から第２電子輸送層２６へと向かう方向では、空乏層によって非常に幅の狭い電子に対する障壁が生じ、トンネル効果が大きくなる。その結果、トンネル電流が増えてコンタクト抵抗がさらに低減し、電子の注入効率をさらに向上させることができる。その結果、陰極２７と第２電子輸送層２６との間で非常に良好なオーミック特性を実現することができる。
　なお、発光素子２０が陰極２７側から外部へと光を出射する場合は、第１電子輸送層２５、第２電子輸送層２６及び陰極２７が透光性の材料により構成される。例えば、光透過率が９５％以上の材料により、それら３つの層が構成されていることが好ましい。これにより、第１電子輸送層２５、第２電子輸送層２６及び陰極２７が、量子ドット層２４から外部へと放射される光を減衰させることを抑制することができる。
　上述した発光素子２０の構成によると、陽極２１と陰極２７との間に電位差をかけると、量子ドット層２４に向かって、陽極２１から正孔が注入され、陰極２７から電子が注入される。
　すなわち、図２の矢印ｈ＋に示すように、陽極２１からの正孔が、正孔注入層２２及び正孔輸送層２３を介して、量子ドット層２４に到達する。また、図２の矢印ｅ－に示すように、陰極２７からの電子は、第２電子輸送層２６及び第１電子輸送層２５を介して、量子ドット層２４に到達する。そして、量子ドット層２４に到達した正孔と電子とが量子ドット２８で再結合し、量子ドット層２４から光が出射される。
　以上のようにして、発光素子２０が発光する。正孔に対する障壁の高さは、正孔が流出する層のイオン化ポテンシャル又は仕事関数と、正孔が流入する層のイオン化ポテンシャルと、の差となる。また、電子に対する障壁の高さは、電子が流出する層の電子親和力又は仕事関数と、電子が流入する層の電子親和力と、の差となる。それぞれの障壁が小さいほど、正孔及び電子が量子ドット層２４に注入されやすくなる。
　本実施形態における発光素子２０では、例えば、金属電極の陰極２７によって反射された量子ドット層２４の出射光が、透光性の陽極２１を透過して、発光素子２０の外部に放射される。また、陽極２１を金属電極とし、陰極２７を透光性電極として陰極側から光が外部に放射されてもよい。または、積層順を逆転させて、下方から陰極、第２電子輸送層、第１電子輸送層、量子ドット層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順としてもよい。
　ここで、量子ドット層２４の電子親和力は、第１電子輸送層２５の電子親和力以上であることが好ましい。そうすれば、電子に対する注入障壁が、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向では電子に対する注入障壁がなくなる。それによって、発光素子２０の発光効率をより向上させることができる。
　また、量子ドット層２４のイオン化ポテンシャルが、第１電子輸送層２５のイオン化ポテンシャル以下であることが好ましい。その構成により、量子ドット層２４から第１電子輸送層２５に向かう方向において、正孔に対する障壁が高くなる。そうすると、量子ドット層２４から第１電子輸送層２５を介して陰極２７へ正孔が流出することを抑制することができる。それによって、量子ドット層２４内に留まる正孔の数が増え、量子ドット層２４内での正孔と電子との再結合率が向上する。この結果、発光素子２０の発光効率をより向上させることができる。
　以下、実施例１－１～１－１１及び比較例に基づき、本実施形態に係る発光素子２０についてより具体的に説明する。
　＜実施例１－１＞
　実施例１－１～１－１１として、第１電子輸送層２５の組成である化合物ＺｎＭ２Ｏ４を様々に変更した発光素子２０を作製し、比較例に係る発光素子と比較した。実施例１－１から順に説明する。
　図４は、実施例１－１に係る発光素子２０の、陽極２１と陰極２７との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。なお、図４では、陽極２１及び陰極２７は、それぞれの仕事関数（単位はｅＶ）を数値で表している。
　図５は、各実施例および比較例それぞれに係る発光素子の組成および特性値を表す図である。図５では、構成元素Ｍに含まれる第９族元素の割合（単位は％）を実施例毎に表している。
　図４および図５に示すように、実施例１－１では、第１電子輸送層２５をＺｎＲｈ２Ｏ４により形成した発光素子２０（図２）を作製した。つまり、実施例１－１は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＲｈとした実施例である。
　図４では、左から右に向かって、陽極２１がＩＴＯからなり、正孔注入層２２がＰＥＤＯＴからなり、正孔輸送層２３がＴＦＢからなり、量子ドット層２４に含まれる量子ドット２８が緑色に発光する粒径のＩｎＰからなり、第１電子輸送層２５がＺｎＲｈ２Ｏ４からなり、第２電子輸送層２６がＢａＯからなり、陰極２７がＡｌからなる場合を表している。その場合、正孔注入層２２は、イオン化ポテンシャルが５．０ｅＶとなり、電子親和力が３．４ｅＶとなった。正孔輸送層２３は、イオン化ポテンシャルが５．３ｅＶとなり、電子親和力が２．３ｅＶとなった。量子ドット層２４は、イオン化ポテンシャルが５．６ｅＶとなり、電子親和力が２．９ｅＶとなった。第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが５．６ｅＶとなり、電子親和力が２．５ｅＶとなった。第２電子輸送層２６は、イオン化ポテンシャルが１．８ｅＶとなり、電子親和力が１．３ｅＶとなった。また、陽極２１の仕事関数は４．６ｅＶとなり、陰極２７の仕事関数は４．３ｅＶとなった。
　ここで、図２および図４を用いて、発光素子２０の各層において、正孔及び電子が輸送される様子を説明する。発光素子２０において陽極２１と陰極２７との間に電位差が発生すると、図２の矢印ｈ＋に示すように、陽極２１から正孔注入層２２へと正孔が注入される。ついで、正孔注入層２２から正孔輸送層２３へと正孔が注入され、正孔輸送層２３から量子ドット層２４へと正孔が輸送される。
　正孔に対する障壁の高さは、正孔が流出する層のイオン化ポテンシャル又は仕事関数と、正孔が流入する層のイオン化ポテンシャルと、の差となる。
　すなわち、図４に示すように、陽極２１から正孔注入層２２へ正孔が輸送される際の障壁は、正孔注入層２２のイオン化ポテンシャルから陽極２１の仕事関数を差し引いた差で表される０．４ｅＶである。正孔注入層２２から正孔輸送層２３へ正孔が輸送される際の障壁は、正孔注入層２２のイオン化ポテンシャルから正孔輸送層２３のイオン化ポテンシャルを差し引いた差で表される０．３ｅＶである。正孔輸送層２３から量子ドット層２４へ正孔が輸送される際の障壁は、正孔輸送層２３のイオン化ポテンシャルから量子ドット層２４のイオン化ポテンシャルを差し引いた差で表される－０．１ｅＶである。量子ドット層２４から第１電子輸送層２５へ正孔が輸送される際の障壁は、量子ドット層２４のイオン化ポテンシャルから第１電子輸送層２５のイオン化ポテンシャルを差し引いた差で表される０．４ｅＶである。
　一方、図２の矢印ｅ－に示すように、陰極２７から第２電子輸送層２６へと電子が注入される。そして、第２電子輸送層２６から第１電子輸送層２５に電子が注入され、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと電子が輸送される。
　そして、電子に対する障壁の高さは、電子が流出する層の電子親和力又は仕事関数と、電子が流入する層の電子親和力と、の差となる。
　すなわち、図４に示すように、陰極２７から第２電子輸送層２６へ電子が輸送される際の障壁は、陰極２７の仕事関数から第２電子輸送層２６の電子親和力を差し引いた差で表される３．０ｅＶである。第２電子輸送層２６から第１電子輸送層２５へ電子が輸送される際の障壁は、第２電子輸送層２６の電子親和力から第１電子輸送層２５の電子親和力を差し引いた差である－１．２ｅＶである。第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁は、第１電子輸送層２５の電子親和力から量子ドット層２４の電子親和力を差し引いた差で表される－０．４ｅＶである。
　このように、実施例１－１では、第１電子輸送層２５をＺｎＲｈ２Ｏ４により形成したため、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁を、所定の範囲である－０．４ｅＶとすることができた。なお、詳細は後述するが、陰極２７と第２電子輸送層２６とはトンネル接合となり、陰極２７から第２電子輸送層２６へと電子は容易に注入される。
　ここで、実施例１－１の比較対象である比較例について説明する。図８は比較例に係る発光素子８０の概略を表す断面図である。図９は、比較例に係る発光素子８０の、陽極８１と陰極８６との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。なお、図９では、陽極８１及び陰極８６は、それぞれの仕事関数（単位はｅＶ）を数値で表している。
　図８に示すように、比較例に係る発光素子８０は、図２に示した発光素子２０のうち、第１電子輸送層２５及び第２電子輸送層２６を、１層の電子輸送層８５へ変更した構成である。すなわち、発光素子８０は、陽極８１、正孔注入層８２、正孔輸送層８３、量子ドット８７を含む量子ドット層８４、電子輸送層８５及び陰極８６を備え、この順に積層されて構成されている。
　図９及び図５に示すように、電子輸送層８５を、ＺｎＯを用いて形成し、他の層を、実施例１－１に係る発光素子２０と同様の材料により形成した比較例に係る発光素子８０を作製した。すなわち、発光素子８０は、図９の左から右に向かって、陽極８１がＩＴＯからなり、正孔注入層８２がＰＥＤＯＴからなり、正孔輸送層８３がＴＦＢからなり、量子ドット層８４に含まれる量子ドット８７が緑色に発光する粒径のＩｎＰからなり、電子輸送層８５がＺｎＯからなり、陰極８６がＡｌからなる場合を表している。
　比較例において、ＺｎＯを用いて形成した電子輸送層８５は、イオン化ポテンシャルが７．０ｅＶとなり、電子親和力が３．８ｅＶとなった。よって、電子輸送層８５から量子ドット層８４へ電子が輸送される際の障壁は、電子輸送層８５の電子親和力から量子ドット層８４の電子親和力を差し引いた差である０．９ｅＶであり、差が大きい。
　ここで、量子ドット８７は、カドミウムは環境負荷が大きいため、例えば、カドミウムを含まない材料により形成される場合がある。しかし、量子ドット８７を、カドミウムを含まない材料で形成すると、カドミウムを含む材料で形成した場合と比べて、量子ドット層８４の電子親和力が小さくなる傾向がある。このため、特に、カドミウムを含まない材料で量子ドット８７を形成した場合、量子ドット層８４の電子親和力と、ＺｎＯを用いて形成した電子輸送層８５の電子親和力との差は、上述のように、０．９ｅＶとなり、比較的大きくなってしまう。この結果、電子輸送層８５から量子ドット８７への電子の注入が阻害されてしまい、発光素子８０の発光効率が低下する。
　一方、上述のように、図４に示すように、実施例１－１に係る発光素子２０によると、第１電子輸送層２５をＺｎＲｈ２Ｏ４により形成したため、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁を、－０．４ｅＶとすることができ、比較例に係る０．９ｅＶよりも、小さくすることができた。すなわち、第１電子輸送層２５の電子親和力を、量子ドット層２４の電子親和力へ近づけて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向で電子に対する注入障壁を小さくすることができた。これにより、実施例１－１に係る発光素子２０によると、比較例に係る発光素子８０と比べて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと輸送される電子が増加し、発光素子２０の発光効率を高くすることができた。
　すなわち、実施例１－１に係る発光素子２０においては、量子ドット２８を、カドミウムを含まない材料により形成することで、量子ドット層２４の電子親和力が小さくなったが、第１電子輸送層２５を、ＺｎＭ２Ｏ４を用いて形成することで、第１電子輸送層２５の電子親和力を、量子ドット層２４の電子親和力に近づけることができた。これにより、量子ドット層２４をカドミウムフリーとし、かつ、発光素子２０の発光効率の低下を防止することができた。
　なお、本実施例において、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁を、「所定の範囲」内にするとは、比較例における電子輸送層８５から量子ドット層８４へ電子が輸送される際の障壁である０．９ｅＶよりも、絶対値を小さくすることであると表現することもできる。
　そして、実施例１－１に係る発光素子２０と、比較例に係る発光素子８０それぞれを発光させたときの輝度と、発光効率を測定した。比較例に係る発光素子８０は、輝度が２００００ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は８％であった。それに対して、実施例１－１に係る発光素子２０は、輝度が４５０００ｃｄ／ｍ２であり、発光効率が１５％であった。このように、比較例に係る発光素子８０よりも、実施例１－１に係る発光素子２０の方が、輝度及び発光効率とも高かった。
　また、上述のように、実施例１－１では、第２電子輸送層２６にＢａＯを用いた。図３に示すように、ＢａＯを用いた第２電子輸送層２６の電子親和力は１．３ｅＶとなり、イオン化ポテンシャルは１．８ｅＶとなる。そして、上述のように、陰極２７の仕事関数は４．３ｅＶであり、第１電子輸送層２５の電子親和力は２．５ｅＶである。よって、第２電子輸送層２６の電子親和力及びイオン化ポテンシャル両方とも、第１電子輸送層２５の電子親和力より小さく、かつ、陰極２７の仕事関数より小さくなる。これにより、第２電子輸送層２６と陰極２７との間の接合がショットキー接合となり、トンネル現象が発生するようになった。よって、実施例１－１の発光素子２０において、第２電子輸送層２６と陰極２７との間の接合がトンネル接合となった。その結果、陰極２７と第２電子輸送層２６との間のコンタクト抵抗が小さくなり、良好なオーミック特性を実現することができた。したがって、電子が陰極２７から第２電子輸送層２６へと注入されやすくなった。
　また、第１電子輸送層２５の電子親和力よりも、第２電子輸送層２６の電子親和力が小さいことから、第２電子輸送層２６から第１電子輸送層２５へ電子が輸送される際の電子に対する障壁は存在しない。よって、第２電子輸送層２６に注入された電子を第１電子輸送層２５へと容易に輸送することができる。その結果、量子ドット層２４内の電子の量が増え、発光素子２０の発光効率をさらに向上させることができた。
　例えば、実施例１－１から、第２電子輸送層２６を省いて、第１電子輸送層２５と陰極２７が直接接続された発光素子は、第１電子輸送層２５の電子親和力が２．５０ｅＶであり、イオン化ポテンシャルが５．６ｅＶであるところ、陰極２７の仕事関数は４．３ｅＶであるため、陰極２７から第１電子輸送層２５へ輸送される際の電子に対して１．８ｅＶの高さの障壁が発生する。比較例では、電子輸送層８５の電子親和力が３．８ｅＶであり、陰極２７がＡｌの場合は、電子に対する障壁の高さは０．５ｅＶとなる。したがって、比較例１－１に係る発光素子２０とは異なり、第２電子輸送層２６を設けない場合、各層の材料の組み合わせによっては、陰極２７と第１電子輸送層２５との間のコンタクト抵抗が比較例より大きくなってしまうことがある。また、第１電子輸送層２５のイオン化ポテンシャルが陰極２７の仕事関数よりも大きいことから、トンネル現象が発生しない。そのため、量子ドット層２４への電子の注入効率が低下し、発光効率が悪くなる。
　一方、実施例１－１では、上述のように、第１電子輸送層２５と陰極２７との間に第２電子輸送層２６を設けた。第２電子輸送層２６のイオン化ポテンシャルが陰極２７の仕事関数より小さく、第２電子輸送層２６の電子親和力は陰極２７の仕事関数よりも非常に小さい。よって、陰極２７から第１電子輸送層２５に向かう方向では、電子に対する障壁が非常に高くなり、接合部分で生じる空乏層の幅が狭くなった。すると、障壁の幅が狭くなることでトンネル効果が起き、陰極２７から注入された電子が障壁を貫通して第２電子輸送層２６側に流入するようになった。それによって、トンネル電流が増加し、電子が陰極２７から第２電子輸送層２６へとより注入されやすくなった。
　また、第１電子輸送層２５の電子親和力よりも第２電子輸送層２６の電子親和力が小さいので、第２電子輸送層２６から第１電子輸送層２５に向かう方向で、電子に対する障壁が実質的にゼロとすることができた。したがって、陰極２７から第２電子輸送層２６に流入した電子を効率よく第１電子輸送層２５側に注入することができるようになった。その結果、電子の輸送に必要な電圧が低下して発光素子２０の消費電力が下がり、発光素子２０の発熱も抑制することができた。また、比較例に対して立ち上がり電圧を小さくすることができた。
　＜実施例１－２＞
　図５に示すように、実施例１－２では、実施例１－１とは異なり、第１電子輸送層２５をＺｎＩｒ２Ｏ４により形成した発光素子２０を作製した。つまり、実施例１－２は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＩｒとした実施例である。実施例１－２に係る発光素子２０の他の構成および材料は、実施例１－１に係る発光素子２０と同じである。
　実施例１－２の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが５．１ｅＶとなり、電子親和力が２．６ｅＶとなった。このため、実施例１－２の発光素子２０において、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁は、第１電子輸送層２５の電子親和力から量子ドット層２４の電子親和力を差し引いた差で表される－０．３ｅＶである。よって、実施例１－２の発光素子２０によっても、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁（－０．３ｅＶ）を、比較例に係る発光素子８０における電子輸送層８５から量子ドット層８４へ電子が輸送される際の障壁（０．９ｅＶ）よりも、小さくすることができた。すなわち、第１電子輸送層２５の電子親和力を、量子ドット層２４の電子親和力へ近づけて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向で電子に対する注入障壁を小さくすることができた。これにより、実施例１－２に係る発光素子２０によっても、比較例に係る発光素子８０と比べて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと輸送される電子が増加し、発光素子２０の発光効率を高くすることができた。
　実施例１－２に係る発光素子２０を発光させたときの輝度と発光効率とを測定したところ、輝度は４３０００ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１３％であった。このように、実施例１－２に係る発光素子２０は、比較例に係る発光素子８０の輝度（２００００ｃｄ／ｍ２）及び発光効率（８％）よりも、輝度および発光効率が高かった。
　また、実施例１－２の発光素子２０でも第２電子輸送層２６を第１電子輸送層２５と陰極２７との間に設けた。それによって、実施例１－１と同様に、陰極２７から第１電子輸送層２５へ向かう方向では、トンネル接合によって電子に対する障壁が非常に小さくなった。よって、実施例１－２の第１電子輸送層２５によると、比較例よりも高い輝度、及び比較例より高い発光効率を有する発光素子２０を実現することができた。
　＜実施例１－３＞
　図５に示すように、実施例１－３では、実施例１－１とは異なり、第１電子輸送層２５をＺｎＣｏ２Ｏ４により形成した発光素子２０を作製した。つまり、実施例１－３は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＣｏとした実施例である。実施例１－３に係る発光素子２０の他の構成および材料は、実施例１－１に係る発光素子２０と同じである。
　実施例１－３の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが６．６ｅＶとなり、電子親和力が２．４ｅＶとなった。このため、実施例１－３の発光素子２０において、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁は、第１電子輸送層２５の電子親和力から量子ドット層２４の電子親和力を差し引いた差で表される－０．５ｅＶである。よって、実施例１－３の発光素子２０によっても、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁（－０．５ｅＶ）を、比較例に係る発光素子８０における電子輸送層８５から量子ドット層８４へ電子が輸送される際の障壁（０．９ｅＶ）よりも、小さくすることができた。すなわち、第１電子輸送層２５の電子親和力を、量子ドット層２４の電子親和力へ近づけて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向で電子に対する注入障壁を小さくすることができた。これにより、実施例１－３に係る発光素子２０によっても、比較例に係る発光素子８０と比べて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと輸送される電子が増加し、発光素子２０の発光効率を高くすることができた。
　実施例１－３に係る発光素子２０を発光させたときの輝度と発光効率とを測定したところ、輝度は５００００ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１８％であった。このように、実施例１－３に係る発光素子２０は、比較例に係る発光素子８０の輝度（２００００ｃｄ／ｍ２）及び発光効率（８％）よりも、輝度および発光効率が高かった。
　また、実施例１－３の発光素子２０でも第２電子輸送層２６を第１電子輸送層２５と陰極２７との間に設けた。それによって、実施例１－１と同様に、陰極２７から第１電子輸送層２５へ向かう方向では、トンネル接合によって電子に対する障壁が非常に小さくなった。よって、実施例１－３の第１電子輸送層２５によると、比較例よりも高い輝度、及び比較例よりも高い発光効率を有する発光素子２０を実現することができた。
　＜実施例１－４～１－１１＞
　図５に示すように、実施例１－４～１－１１それぞれでは、実施例１－１～１－３とは異なり、第１電子輸送層２５が含むＺｎＭ２Ｏ４の構成元素Ｍが、Ｃｏ，Ｒｈ及びＩｒの内、２つ以上の元素を含む発光素子２０を作製した。実施例１－４は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＩｒおよびＲｈ（Ｉｒ：Ｒｈ＝５０：５０）とした実施例である。実施例１－５は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＣｏ（Ｉｒ：Ｃｏ＝５０：５０）とした実施例である。実施例１－６は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＲｈおよびＣｏ（Ｒｈ：Ｃｏ＝５０：５０）とした実施例である。実施例１－７は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＩｒ、ＲｈおよびＣｏ（Ｉｒ：Ｒｈ：Ｃｏ＝３５：３０：３５）とした実施例である。実施例１－８は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＩｒおよびＲｈ（Ｉｒ：Ｒｈ＝５０：５０）とした実施例である。実施例１－９は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＩｒおよびＣｏ（Ｉｒ：Ｃｏ＝５０：５０）とした実施例である。実施例１－１０は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＲｈおよびＣｏ（Ｒｈ：Ｃｏ＝５０：５０）とした実施例である。実施例１－１１は、第１電子輸送層２５の組成が化合物ＺｎＭ２Ｏ４のうち、構成元素ＭをＩｒ、ＲｈおよびＣｏ（Ｉｒ：Ｒｈ：Ｃｏ＝３５：３０：３５）とした実施例である。実施例１－４～１－１１それぞれの発光素子２０の他の構成および材料は、実施例１－１に係る発光素子２０と同じである。
　実施例１－４～１－７は、混合物からなる第１電子輸送層２５を形成した。実施例１－８～１－１１は、固溶物からなる第１電子輸送層２５を形成した。実施例１－４～１－７の混合物からなる第１電子輸送層２５は、ＺｎＩｒ２Ｏ４、ＺｎＲｈ２Ｏ４及びＺｎＣｏ２Ｏ４を独立したターゲットとした３元スパッタ法により形成する。また、構成元素Ｍにおける各元素の含有比率は、スパッタを行う際のプラズマパワーの比率によって制御する。例えば、実施例１－７では、構成元素ＭがＩｒを３５％、Ｒｈを３０％、Ｃｏを３５％の割合で含む化合物を形成するために、ＺｎＩｒ２Ｏ４、ＺｎＲｈ２Ｏ４及びＺｎＣｏ２Ｏ４の３つのターゲットを用意し、スパッタを行う際に、それぞれのターゲットに与えるプラズマパワーを３５：３０：３５の割合にした。なお、各元素を含有する化合物を上述の割合で混合したものを１つのターゲットとして、スパッタにより、構成元素ＭがＩｒを３５％、Ｒｈを３０％、Ｃｏを３５％の割合で含む第１電子輸送層２５を形成してもよい。
　また、実施例１－８～１－１１の固溶物からなる第１電子輸送層２５は、Ｚｎ又はＺｎＯ並びにＩｒ、Ｒｈ及びＣｏをそれぞれ独立したターゲットとする。そして、スパッタ装置内にＡｒガスに加えて酸素ガスを供給し、反応性スパッタでＺｎＭ２Ｏ４膜を形成する。この場合、各元素の含有比率は、各ターゲットに与えるプラズマパワーの比率によって、制御した。
　実施例１－４～１－７と、実施例１－８～１－１１とのように、構成元素Ｍに含まれる元素の比率が同じであっても、第１電子輸送層２５が混合物か固溶物かの違いによって電子親和力およびイオン化ポテンシャルが変化する。一般に、単純な混合物と固溶体とでは電子物性が異なる。混合物は複数の物質が混合しているものであって、各々が例えばナノスケール以下程度の微粒子状で均一に混合していれば、電子親和力及びイオン化ポテンシャルは混合した物質の平均値となる。一方、固溶体は各々の原子同士が結合した状態であり、結合により価電子の状態が変化するため、電子親和力及びイオン化ポテンシャルは固溶した物質の平均値とならず、組成に対して非線形に変化する。
　具体的には、実施例１－４の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが５．２ｅＶとなり、電子親和力が２．５５ｅＶとなった。実施例１－５の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが６．５ｅＶとなり、電子親和力が２．５０ｅＶとなった。実施例１－６の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが６．６ｅＶとなり、電子親和力が２．４５ｅＶとなった。実施例１－７の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが５．３ｅＶとなり、電子親和力が２．５２ｅＶとなった。実施例１－８の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが５．３ｅＶとなり、電子親和力が２．４５ｅＶとなった。実施例１－９の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが５．８ｅＶとなり、電子親和力が２．３０ｅＶとなった。実施例１－１０の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが６．０ｅＶとなり、電子親和力が２．２６ｅＶとなった。実施例１－１１の発光素子２０において、第１電子輸送層２５は、イオン化ポテンシャルが６．２ｅＶとなり、電子親和力が２．３２ｅＶとなった。
　実施例１－４～１－１１それぞれの発光素子２０において、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁は、第１電子輸送層２５の電子親和力から量子ドット層２４の電子親和力を差し引いた差で表され、実施例１－４は－０．３５ｅＶであり、実施例１－５は－０．４０ｅＶであり、実施例１－６は－０．４５ｅＶであり、実施例１－７は－０．３８ｅＶであり、実施例１－８は－０．４５ｅＶであり、実施例１－９は－０．６０ｅＶであり、実施例１－１０は－０．６４ｅＶであり、実施例１－１１は－０．５８ｅＶであった。実施例１－４～１－１１に係る発光素子２０は、いずれも、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ電子が輸送される際の障壁を、比較例に係る発光素子８０における電子輸送層８５から量子ドット層８４へ電子が輸送される際の障壁（０．９ｅＶ）よりも、小さくすることができた。これにより、実施例１－４～１－１１に係る発光素子２０のいずれによっても、比較例に係る発光素子８０と比べて、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと輸送される電子が増加し、発光素子２０の発光効率を高くすることができた。
　また、実施例１－４～１－１１のように、第１電子輸送層２５の構成元素Ｍを２種以上の元素とし、それら２種以上の元素の組成を調整したことで、第１電子輸送層２５の電子親和力及びイオン化ポテンシャルをより細かく調整することができた。それにより、第１電子輸送層２５の電子親和力及びイオン化ポテンシャルを、隣接する量子ドット層２４及び第２電子輸送層２６それぞれの電子親和力及びイオン化ポテンシャルに応じて容易に変更することができた。
　＜実施例１－１～１－１１＞
　例えば、緑色に発光するＩｎＰの量子ドット２８を用いた量子ドット層では、イオン化ポテンシャルが約５．２ｅＶとなる。それに対して、図５に示した、実施例１－１～１－１１における、ＺｎＭ２Ｏ４による第１電子輸送層２５ではイオン化ポテンシャルの範囲が５．１～６．６ｅＶとなる。よって、それら実施例の第１電子輸送層２５の中から、隣接する量子ドット層２４よりもイオン化ポテンシャルが大きいものを選択すればよい。そうすれば、量子ドット層２４から第１電子輸送層２５に向かう方向で、正孔に対する障壁が高くなり、正孔が量子ドット層２４から流出することを抑制することができる。
　量子ドット２８がカドミウムを含まない材料の場合、量子ドット２８がカドミウムを含む材料である場合よりも電子親和力が小さくなる傾向がある。特に、発光素子２０の発光色を短波長である緑色や青色になるように量子ドット２８の粒径を小さくすると、伝導帯の底のエネルギーバンドが変位して電子親和力がさらに小さくなる。その影響によって、第１電子輸送層２５よりも量子ドット層２４の電子親和力が小さくなる可能性が高くなる。そうすると、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向では、電子に対する障壁が大きくなる。その結果、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へと輸送される電子が減少する。そうして、量子ドット層２４内に供給される電子の数が減少すると、正孔と電子との再結合率が落ちて発光効率が下がってしまう。
　例えば、第１電子輸送層２５に、比較例の電子輸送層８５と同じく、一般的な材料であるＺｎＯを使用した場合、第１電子輸送層２５の電子親和力は３．８ｅＶとなる。それに対して、例えば、カドミウムを含まない量子ドット２８としてＩｎＰを用いた量子ドット層２４によって、３原色の発光素子２０を構成した場合、量子ドット層２４の電子親和力の数値範囲は２．５ｅＶ～３．１ｅＶとなる。よって、第１電子輸送層２５の材料をＺｎＯとした場合、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４に向かう方向では、電子に対する注入障壁が０．７～１．３ｅＶと大きくなり、量子ドット層２４の発光効率が低下してしまう。
　それに対して、第１電子輸送層２５の量子ドット２８の材料として、ＺｎＭ２Ｏ４を用いた場合、図４に示すように、実施例１－１～実施例１－１１における第１電子輸送層２５の電子親和力の数値範囲は２．２６～２．６０ｅＶである。よって、量子ドット層２４の電子親和力と第１電子輸送層２５の電子親和力との差は最大でも０．１ｅＶであり、第１電子輸送層２５にＺｎＯを用いた場合よりもその差は小さい。このため、量子ドット層２４と第１電子輸送層２５との間の電子に対する障壁が小さくなり、陰極２７から第１電子輸送層２５へ注入された電子を、第１電子輸送層２５から量子ドット層２４へ効率よく注入することができる。この結果、量子ドット２８内での電子と正孔との再結合率が向上し、量子ドット層２４の発光効率が向上させることができる。以上のように、本実施形態の第１電子輸送層２５は、カドミウムを含まない材料を用いた量子ドット２８に好適である。
　＜実施形態２＞
　実施形態２に係る発光素子２０は、第１電子輸送層２５の構成元素Ｍに含まれる元素の組成比が、発光素子２０の積層方向で変化する点で、実施形態１に係る発光素子２０と異なる。実施形態２に係る発光素子２０の構造は、図２を用いて説明した実施形態１に係る発光素子２０の構造と同じである。
　実施形態２に係る発光素子２０が備える第１電子輸送層２５は、単層で構成されていてもよいし、複数の層により構成されていてもよいが、第１電子輸送層２５の層内における、構成元素Ｍに含まれるＣｏ、Ｒｈ及びＩｒの組成比が量子ドット層２４に近接する側と陰極２７に近接する側とで異なっている。具体的には、第１電子輸送層２５は、量子ドット層２４に近接する側から陰極２７に近接する側に向かってイオン化ポテンシャルが、次第に大きくなっている。例えば、実施形態２の発光素子２０において、第１電子輸送層２５の組成は、Ｚｎ（ＣｏｘＲｈｙＩｒｚ，０≦ｘ≦１，０≦ｙ＋ｚ≦１－ｘ）２Ｏ４であり、量子ドット層２４から陰極２７の側に向かってＣｏ組成ｘが増加している。
　これにより、第１電子輸送層２５のイオン化ポテンシャルが、量子ドット層２４から陰極２７の側へ向かって大きくなる。このため、量子ドット層２４へ注入された正孔が、量子ドット層２４から第１電子輸送層２５を抜けて陰極２７の側へ流出することを、より確実に抑制することができる。この結果、量子ドット層２４における発光効率の低下を抑えることができる。以下、実施形態２の一例である実施例２について具体的に説明する。
　＜実施例２＞
　図６は、実施例２に係る発光素子２０の、陽極２１と陰極２７との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。なお、図６では、陽極２１及び陰極２７は、それぞれの仕事関数（単位はｅＶ）を数値で表している。図６に示すように、第１電子輸送層２５を、化合物Ｚｎ（ＣｏｘＲｈ１－ｘ）２Ｏ４を用いて形成した発光素子２０を作製した。実施例２に係る発光素子２０の他の構成および材料は、実施例１－１に係る発光素子２０と同じである。
　実施例２は、第１電子輸送層２５の組成を、化合物Ｚｎ（ＣｏｘＲｈ１－ｘ）２Ｏ４のうち、量子ドット層２４に接する側がｘ＝０、第２電子輸送層２６に接する側がｘ＝１となるようにして、第１電子輸送層２５を形成した発光素子２０を作製した。具体的には、第１電子輸送層２５の組成における化合物Ｚｎ（ＣｏｘＲｈ１－ｘ）２Ｏ４を、ｘが量子ドット層２４に近接する側から第２電子輸送層２６に近接する側に向かって増加するように、第１電子輸送層２５を形成した。この構成によって、第１電子輸送層２５の化合物Ｚｎ（ＣｏｘＲｈ１－ｘ）２Ｏ４は、量子ドット層２４に接する側でＺｎＲｈ２Ｏ４の組成となり、第２電子輸送層２６に接する側でＺｎＣｏ２Ｏ４の組成となった。それらの中間ではＺｎ（Ｃｏ・Ｒｈ）Ｏ４の組成となった。そして、第１電子輸送層２５の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、ＺｎＲｈ２Ｏ４の値からＺｎＣｏ２Ｏ４の値へと変化した。具体的には、第１電子輸送層２５の電子親和力は、量子ドット層２４側で２．５ｅＶとなり、第２電子輸送層２６側で２．４ｅＶとなって、その間は電子親和力が減少していた。また、第１電子輸送層２５のイオン化ポテンシャルは、量子ドット層２４側で５．６ｅＶとなり、第２電子輸送層２６側で６．６ｅＶとなって、その間はイオン化ポテンシャルが増加していた。
　このように、実施例２の発光素子２０では、第１電子輸送層２５のイオン化ポテンシャルが、量子ドット層２４から陰極２７へ向って徐々に大きくなっている。このため、量子ドット層２４へ注入された正孔が、量子ドット層２４から第１電子輸送層２５を抜けて陰極２７の側へ流出するのを、より確実に抑制することができた。この結果、さらに、量子ドット層２４の発光効率が向上した。
　＜実施形態３＞
　実施形態３に係る発光素子２０は、第１電子輸送層２５の構成元素Ｍに含まれる元素の組成比が、発光素子２０の積層方向で変化する点は、実施形態２に係る発光素子２０と同じであるが、第１電子輸送層２５が複数の層により構成されており、第１電子輸送層２５は、量子ドット層２４に近接する側から陰極２７に近接する側に向かってイオン化ポテンシャルが、段階的に大きくなっている点が、実施形態２に係る発光素子２０と異なる。実施形態３係る発光素子２０の構造は、第１電子輸送層２５以外は、図２を用いて説明した実施形態１に係る発光素子２０の構造と同じである。
　実施形態３に係る発光素子２０における第１電子輸送層２５は、例えば、量子ドット層２４から陰極２７側に向かって、順に積層された複数の層である、第１層、第２層および第３層を有し、第１層、第２層および第３層は、それぞれ、構成元素Ｍに含まれるＣｏ，Ｒｈ及びＩｒの互いの組成が異なっている。それによって、第１電子輸送層２５は、第１層、第２層および第３層の順に、イオン化ポテンシャルが、段階的に大きくなる。
　例えば、実施形態３に係る積層された複数の層を含む第１電子輸送層２５は、各々組成が異なるｎ層からなる。そして、第１電子輸送層２５を構成する層のうち、量子ドット層２４に接する層を１番目、量子ドット層２４から最も離れた層をｎ番目とする。ｎ層からなる各層の組成をＺｎ（ＣｏｘｎＲｈｙｎＩｒｚｎ，０≦ｘｎ≦１，０≦ｙｎ＋ｚｎ≦１－ｘｎ）２Ｏ４とする。そして、量子ドット層２４に接する積層された複数の層を含む第１電子輸送層２５の１層目のＩｒ組成を最も高くして、各層のＩｒ組成の関係をｙ１＜ｙｎ（ｎ≠１）としてもよい。
　実施形態３に係る発光素子２０によると、第１電子輸送層２５が備える複数の層それぞれのイオン化ポテンシャルが、量子ドット層２４の側から陰極２７に向かう方向で、段階的に大きくなる。このため、陽極２１から量子ドット層２４へ注入された正孔が、量子ドット層２４から第１電子輸送層２５を抜けて陰極２７へ流出することをより確実に抑制することができる。この結果、量子ドット層２４における発光効率の低下を抑えることができる。
　なお、第１電子輸送層２５を構成する層は３層に限られず、任意の数にしてもよい。例えば、第１電子輸送層２５は２層又は４層以上でもよい。以下、実施形態３の一例である実施例３について具体的に説明する。
　＜実施例３＞
　図７は、実施例３に係る発光素子２０の、陽極２１と陰極２７との間の各層の電子親和力およびイオン化ポテンシャルの例を示すエネルギー図である。なお、図７では、陽極２１及び陰極２７は、それぞれの仕事関数（単位はｅＶ）を数値で表している。図７に示すように、第１電子輸送層２５を、量子ドット層２４から陰極２７に向かって、順に積層された複数の層である、第１層２５１、第２層２５２および第３層２５３を積層することで形成し、発光素子２０を作製した。実施例３に係る発光素子２０は、第１電子輸送層２５以外の構成および材料は、実施例１－１に係る発光素子２０と同じである。
　第１電子輸送層２５は、第１層２５１、第２層２５２、及び第３層２５３の３層構造であり、第１層２５１を、ＺｎＲｈ２Ｏ４を用いて形成し、第２層２５２を、Ｚｎ（Ｃｏ・Ｒｈ）Ｏ４を用いて形成し、第３層２５３を、ＺｎＣｏ２Ｏ４を用いて形成した。これにより、第１層２５１は、イオン化ポテンシャルが５．６ｅＶとなり、電子親和力が２．５ｅＶとなった。第２層２５２は、イオン化ポテンシャルが６．６ｅＶとなり、電子親和力が２．４５ｅＶとなった。第３層２５３は、イオン化ポテンシャルが６．６ｅＶとなり、電子親和力が２．４ｅＶとなった。よって、第１層２５１、第２層２５２及び第３層２５３それぞれのイオン化ポテンシャルが、量子ドット層２４の側から陰極２７に向かう方向で、段階的に大きくなった。このため、より確実に、陽極２１から量子ドット層２４へ注入された正孔が、量子ドット層２４から第１電子輸送層２５を抜けて陰極２７へ流出するのを抑制することができる。この結果、さらに、量子ドット層内での発光効率が向上した。
　本発明は前述した実施形態に限定されない。前述の実施形態を変形させた形態や前述の実施形態に開示の技術的手段を適宜組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
１０　表示装置
１１　第１フィルム
１２　樹脂層
１３　バリア層
１４　ＴＦＴ層
１５　発光素子層
１６　封止層
１７　第２フィルム
１４１　半導体膜
１４２　ゲート絶縁膜
１４３　第１絶縁膜
１４４　第２絶縁膜
１４５　平坦化膜
ＧＥ　ゲート電極
ＳＷ　ソース配線
ＤＷ　ドレイン配線
ＣＥ　容量電極
１５１　カバー膜
１６１　第１封止膜
１６２　第２封止膜
１６３　第３封止膜
２０　発光素子
２１　陽極
２２　正孔注入層
２３　正孔輸送層
２４　量子ドット層
２５　第１電子輸送層
２６　第２電子輸送層
２７　陰極
２８　量子ドット
８０　発光素子
８１　陽極
８２　正孔注入層
８３　正孔輸送層
８４　量子ドット層
８５　電子輸送層
８６　陰極
８７　量子ドット

Claims (14)

  1. 　陽極と、
    　陰極と、
    　前記陽極と前記陰極との間に設けられ、量子ドットを含む量子ドット層と、
    　前記量子ドット層と前記陰極との間で前記量子ドット層に接して設けられ、Ｚｎ、Ｏ及び構成元素Ｍから構成される化合物を含み、前記構成元素ＭがＣｏ、Ｒｈ及びＩｒのうち少なくともいずれか１つの元素である第１電子輸送層と、
    を備える、発光素子。
  2. 　前記第１電子輸送層の電子親和力は、前記量子ドット層の電子親和力より大きく、かつ、前記第１電子輸送層の電子親和力と前記量子ドット層の電子親和力との差が０．５ｅＶ以下である、請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記化合物がＺｎＭ２Ｏ４である、請求項１に記載の発光素子。
  4. 　前記量子ドット層の電子親和力が前記第１電子輸送層の電子親和力以上である、請求項１及び３のいずれか１項に記載の発光素子。
  5. 　前記量子ドット層のイオン化ポテンシャルが、前記第１電子輸送層のイオン化ポテンシャル以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
  6. 　前記第１電子輸送層は、前記量子ドット層から前記陰極側に向かってイオン化ポテンシャルが大きくなるように、前記量子ドット層に接する側と前記陰極側とで前記構成元素Ｍに含まれるＣｏ、Ｒｈ及びＩｒの組成比が異なる、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
  7. 　前記第１電子輸送層の組成が、Ｚｎ（ＣｏｘＲｈｙＩｒｚ，０≦ｘ≦１，０≦ｙ＋ｚ≦１－ｘ）２Ｏ４であり、前記量子ドット層から前記陰極側に向かってＣｏ組成ｘが増加する請求項１から６のいずれか１項に記載の発光素子。
  8. 　前記第１電子輸送層は、積層された複数の層を含み、
    　前記複数の層は、前記量子ドット層から前記陰極側に向かってイオン化ポテンシャルが大きくなるように、前記構成元素Ｍに含まれるＣｏ、Ｒｈ及びＩｒの組成比が互いに異なる、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
  9. 　前記積層された複数の層を含む第１電子輸送層は、各々組成が異なるｎ層からなり、前記積層された複数の層を含む第１電子輸送層のうち、前記量子ドット層に接する層を１番目、前記量子ドット層から最も離れた層をｎ番目とし、ｎ層からなる各層の組成がＺｎ（ＣｏｘｎＲｈｙｎＩｒｚｎ，０≦ｘｎ≦１，０≦ｙｎ＋ｚｎ≦１－ｘｎ）２Ｏ４で表され、前記量子ドット層に接する前記積層された複数の層を含む第１電子輸送層の１層目のＩｒ組成が最も高く、各層のＩｒ組成の関係がｙ１＜ｙｎ（ｎ≠１）である、請求項８に記載の発光素子。
  10. 　前記構成元素Ｍは、Ｃｏ、Ｒｈ及びＩｒのうち２つ以上の元素を含む、請求項１から６又は８のいずれか１項に記載の発光素子。
  11. 　前記第１電子輸送層と前記陰極との間に設けられ、前記陰極と接する第２電子輸送層をさらに備え、
    　前記第２電子輸送層の電子親和力及びイオン化ポテンシャルは、前記第１電子輸送層の電子親和力より小さくかつ前記陰極の仕事関数より小さい、請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光素子。
  12. 　前記第２電子輸送層は縮退半導体である、請求項１１に記載の発光素子。
  13. 　前記量子ドットがカドミウムを含まない材料からなる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の発光素子。
  14. 　請求項１から１３のいずれか１項に記載の発光素子を備える表示装置。
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WO2024084616A1 (ja) * 2022-10-19 2024-04-25 シャープディスプレイテクノロジー株式会社 発光素子、表示装置、および発光素子の製造方法

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