WO2024176284A1 - 発光素子、表示装置 - Google Patents

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WO2024176284A1
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electrode
layer
emitting element
gap
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田鶴子 北澤
吉裕 上田
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Sharp Display Technology Corp
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Sharp Display Technology Corp
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    • H10K59/10—OLED displays

Definitions

  • This disclosure relates to light-emitting devices and display devices.
  • Patent Document 1 discloses a display device that achieves both high levels of light transmittance and electrical conductivity in the metal electrode layer by providing multiple openings that penetrate the metal electrode layer.
  • the openings formed in the metal electrode layer have an inner diameter of 10 nm to 780 nm, so if multiple openings are formed in the metal electrode layer, the unevenness on the surface (upper and lower surfaces) of the metal electrode layer will be large. If the unevenness on the surface of the metal electrode layer is large, there is a high possibility that the film will break when a film is formed on the surface of the metal electrode layer. If the film on the metal electrode layer is in a broken state, the film cannot fully function, and the light-emitting efficiency as a light-emitting element will also deteriorate. Thus, conventional technology has not been sufficient to achieve both increased electron injection efficiency into the light-emitting layer and increased light extraction efficiency, while forming a film on the electrode layer without causing film breaks.
  • the purpose of this disclosure is to provide a light-emitting element that achieves both increased efficiency of electron injection into the light-emitting layer and increased efficiency of light extraction, and that allows film formation on the electrode layer without causing film breakage.
  • a light-emitting element includes a first electrode, a second electrode made of a metal-containing layer having a gap penetrating the layer, a light-emitting layer located between the first electrode and the second electrode, and a particle layer containing a plurality of particles and in contact with the second electrode.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device including a light-emitting element according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a second electrode of the light-emitting element shown in FIG. 1 .
  • FIG. 1 is a diagram citing Thornton's zone model showing the structural change of a sputtered thin film.
  • FIG. 2 is a micrograph showing a cross section of one embodiment of the light-emitting element shown in FIG. 1 .
  • FIG. 13 is a diagram showing the simulation results of the electric field distribution in a configuration with a gap spacing of 3 nm. 1 is a graph showing the particle diameter on the gap and the results of electric field amplification.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device including a light-emitting element according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device including a light-emitting element according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device including a light-emitting element according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device including a light-emitting element according to a fifth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a display device according to an embodiment. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device 101 including a light-emitting element 10 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the display device 101 includes a light-emitting element 10 and a pixel circuit substrate 20 for driving the light-emitting element 10.
  • the light-emitting element 10 is provided on the pixel circuit substrate 20.
  • the light-emitting element 10 includes a first electrode E1, a second electrode E2 facing the first electrode E1, and a light-emitting layer Em located between the first electrode E1 and the second electrode E2.
  • the light-emitting element 10 includes a first charge functional layer (ETL) F1 located between the first electrode E1 and the light-emitting layer Em, a second charge functional layer (HTL) F2 located between the second electrode E2 and the light-emitting layer Em, and a particle layer P1 located between the second electrode E2 and the pixel circuit substrate 20.
  • the shape of the particles P contained in the particle layer P1 is not particularly limited, and is not limited to a spherical three-dimensional shape (circular cross-sectional shape). For example, it may be a polygonal cross-sectional shape, a rod-like three-dimensional shape, a branch-like three-dimensional shape, a three-dimensional shape with unevenness on the surface, or a combination thereof.
  • the particle size for example, the diameter value of a circle having an area equivalent to the cross-sectional area of each particle is calculated from the cross-sectional observation of 50 adjacent particles, and the average of the diameter values of the 50 particles can be used as the particle size.
  • the first electrode E1 is a light-reflecting electrode (light-reflecting cathode), and the second electrode E2 is a light-transmitting electrode (light-transmitting anode).
  • the first electrode E1 is a light-reflecting electrode located above the second electrode E2, and the particle layer P1 is in contact with the lower surface of the second electrode E2.
  • the upper layer is a layer located farther from the pixel circuit board 20 than the layer to be compared.
  • the second electrode E2 is made of a metal-containing layer having a gap G penetrating the layer.
  • the light-emitting layer Em includes a plurality of quantum dots.
  • the first charge functional layer F1 and the second charge functional layer F2 may each include one or more functional layers such as a charge injection layer, a charge transport layer, and a charge shielding layer.
  • the particle layer P1 is conductive, is in contact with the lower surface of the second electrode E2, and contains a plurality of metal oxide particles, such as titanium oxide particles P.
  • the pixel circuit substrate 20 is an active substrate on which circuit elements and wiring are provided.
  • the gap G of the metal-containing layer constituting the second electrode E2 will be described in detail later.
  • the light-emitting element 10 shown in FIG. 1 will be described with respect to a configuration in which a particle layer P1, a second electrode E2, a second charge functional layer F2, a light-emitting layer Em, a first charge functional layer F1, and a first electrode E1 are stacked in this order on a pixel circuit substrate 20.
  • the light-emitting element 10 is a bottom-emission type
  • the first electrode E1 is a cathode
  • the second electrode E2 is an anode.
  • the light-emitting element 10 may be a top-emission type.
  • the first charge functional layer F1 includes a hole transport layer HTL.
  • the hole transport layer HTL is composed of a hole transport material that can stabilize the transport of holes into the light emitting layer Em.
  • hole transport materials include poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)] (TFB) and poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine] (poly-TPD). These hole transport materials may be used alone or in a suitable mixture of two or more types.
  • the second charge functional layer F2 includes an electron transport layer ETL.
  • the electron transport layer ETL is composed of an electron transporting material that can stabilize the transport of electrons into the light emitting layer Em.
  • electron transporting materials include MgZnO, as well as nanoparticles containing one or more elements selected from the group consisting of Zn, Mg, Ti, Si, Sn, W, Ta, Ba, Zr, Al, Y, and Hf. These electron transporting materials may be used alone or in a suitable mixture of two or more types.
  • the light-emitting layer Em is an organic light-emitting layer or a quantum dot light-emitting layer.
  • the light-emitting element having an organic light-emitting layer as the light-emitting layer Em is an OLED (Organic Light Emitting Diode)
  • the light-emitting element having a quantum dot light-emitting layer as the light-emitting layer Em is a QLED (Quantum dot Light Emitting Diode).
  • the quantum dot means a dot having a maximum width of 100 nm or less.
  • the shape of the quantum dot may be within a range that satisfies the maximum width, and is not particularly limited, and is not limited to a spherical three-dimensional shape (circular cross-sectional shape).
  • it may be a polygonal cross-sectional shape, a rod-shaped three-dimensional shape, a branch-shaped three-dimensional shape, or a three-dimensional shape having unevenness on the surface, or a combination thereof.
  • the gap G is a region that does not contain the material of the second electrode E2 (metal-containing layer) and penetrates the second electrode E2 (metal-containing layer) in the thickness direction. This region contains at least one of air, argon gas, and the material directly above the second electrode E2.
  • the gap G allows cross-sectional observation of the structure using a SEM, a TEM, or the like, and also allows elements of the attached gas to be identified by elemental analysis using EDX or gas chromatography.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the second electrode E2 of the light-emitting element 10 shown in Fig. 1.
  • Fig. 3 is a diagram quoting Thornton's zone model showing a structural change of a sputtered thin film.
  • Fig. 4 is a micrograph showing a cross section of one embodiment of the light-emitting element 10 shown in Fig. 1.
  • the gap G penetrates the metal-containing layer constituting the second electrode E2.
  • the gap G may have any shape as long as it penetrates the second electrode E2.
  • the gap G may be linear or curved.
  • the gap G may be parallel or oblique to the layer thickness direction.
  • FIGS. 12 and 13 are data showing the relationship between the gap shape and the strength of the electric field directly above the gap.
  • the gap G formed in the second electrode E2 preferably has a ratio (aspect ratio) of the gap width GW to the thickness D of the second electrode E2 of 1.0 or less.
  • the gap width GW may be an average width in the entire gap length. As shown in FIG.
  • the gap G is located on one surface of the second electrode E2, and the width WA of the opening KA facing the particle layer P1 is preferably smaller than the width WB of the opening KB located on the other surface of the second electrode E2 and not facing the particle layer P1.
  • tan ⁇ (WA ⁇ WB)/2D, where D is the thickness of the second electrode E2 (metal-containing layer), and it can be seen that when the inclination angle ⁇ 0, the electric field immediately above the gap is enhanced.
  • the gap G penetrating the second electrode E2 can be introduced by adjusting the sputtering conditions (temperature, pressure) when the second electrode E2 is formed by sputtering instead of general vapor deposition.
  • the temperature of the glass substrate is set to a high temperature of about 200° C., and argon gas is introduced to form a film of the material of the second electrode E2 at a pressure of about 1 Pa.
  • Al (aluminum) or Ag (silver) is suitable as the material of the second electrode E2. Therefore, the second electrode E2 contains aluminum or silver.
  • the sputtering conditions and the state of the film are known as the Thornton zone model in FIG. 3, and the interval of the gap G can be controlled according to this zone model.
  • the gap G can be introduced into the second electrode E2. If the gap G is to be introduced into the second electrode E2, the sputtering conditions of ZONE II of the Thornton zone model shown in FIG. 3 are preferable.
  • the shape of the gap G created under the condition of ZONE II is formed to be a shape along the layer thickness direction, but is not limited to ZONE II, and ZONE III is also applicable.
  • the light-emitting element 10 has a laminated structure of the second charge functional layer (HTL) F2, the light-emitting layer Em, and the first charge functional layer (ETL) F1, which are formed by general coating or inkjet printing, and finally the first electrode E1 (cathode) is vacuum-deposited to seal the element structure.
  • HTL second charge functional layer
  • Em the light-emitting layer
  • ETL first charge functional layer
  • Figure 4 shows a cross-sectional SEM image of the light-emitting element 10 manufactured in this manner. As shown in Figure 4, the gap G in the second electrode E2 can be seen.
  • the gap G exists in the second electrode E2.
  • gap plasmons are excited in the gap G.
  • Gap plasmons are light localized in the gap G, and are converted into propagating light when particles P of the particle layer P1 are present in the range in which this light is distributed (the range that seeps out from the gap G). In other words, it is preferable that the particles P are present on the gap G.
  • the multiple particles P contained in the particle layer P1 scatter light amplified by plasmons generated in the gap G.
  • Figure 5 shows the results of simulating the electric field distribution near the gap G formed in the second electrode E2, which is an Ag layer with a thickness of 20 nm.
  • the second electrode E2 is an Ag layer with a thickness of 20 nm.
  • the gap G spacing in this case was 3 nm.
  • the gap G spacing is the average width at the opening surface of the opening formed by the gap G on the surface of the second electrode E2. For example, if the gap G is cylindrical, the gap G spacing is equal to the diameter of the cylinder.
  • the gap G spacing can be explained as the diameter of the gap G. Also, if the through hole is elliptical, the gap G spacing can be explained as the average diameter of the major axis and the minor axis.
  • a second charge functional layer (HTL) with a thickness of 10 nm and a refractive index of 1.4, and below that is an emission surface for a plane wave with a wavelength of 400 nm excited by an electric field of 1 V/m.
  • the particle layer P1 is omitted, and a layer with a refractive index of 1.5 is set up to the edge of the simulation area as the pixel circuit board 20.
  • gap plasmon a strong electric field (gap plasmon) is excited in the gap G, which has a very narrow gap of 3 nm, for light with a wavelength of 400 nm from the emission surface side, and light leaks out to the upper surface of the gap G (the pixel circuit board 20 side).
  • FIG. 6 shows the results of simulating the electric field amplification at the end of the simulation region in a configuration in which the TiO 2 particles P in the particle layer P1 are on the gap G.
  • a diameter of the TiO 2 particles of 0 nm means a configuration in which there are no TiO 2 particles. From this simulation result, it can be seen that in a configuration in which TiO 2 particles are present, if the diameter of the TiO 2 particles is 60 nm or less, the intensity is amplified by scattering the leaked light of the gap plasmon. On the other hand, if the diameter of the TiO 2 particles is larger than 60 nm, it can be seen that the gap plasmon is difficult to excite, and therefore the effect is lost. Therefore, it is preferable that the average particle diameter of the particles P in the particle layer P1 is 60 nm or less. Furthermore, it is preferable that the average particle diameter of the particles P is 1/10 of the emission peak wavelength at which forward scattering becomes strong.
  • gap plasmons are excited in the gap G introduced in the second electrode E2, and are scattered by the multiple particles P in the particle layer P1, thereby improving the transmittance (light extraction efficiency) of the light from the light-emitting layer Em through the second electrode E2.
  • the graph shown in FIG. 7 plots the relationship between the gap interval and the electric field strength excited directly above the gap G, by changing the gap interval (hereinafter referred to as the gap interval). From this graph, it can be seen that a strong electric field is generated with a peak at a gap interval of 3 nm.
  • a gap interval of 0 nm is a configuration without a gap G, and the range in which the electric field is 800 mV/m or more at this time is the range in which the gap G is effective. Therefore, it can be seen that a gap interval of 20 nm or less is preferable to increase the light extraction efficiency.
  • the average particle size of the particles P of the particle layer P1 is preferably 60 nm or less.
  • a second electrode E2 is formed that combines high electrical conductivity (small work function) due to the metal, high light extraction efficiency, and high reliability (no leakage or discontinuity due to unevenness), and a particle layer P1 is formed by normal coating or the like, thereby making it possible to obtain a light-emitting element 10 that simultaneously satisfies the following:
  • the gap plasmons excited in the gap G can be converted into propagating light, improving the light extraction efficiency from the second electrode E2.
  • the surface of the second electrode E2, including the gap G, has small irregularities, so the layer deposited on it does not break, and leaks, discontinuities, etc. do not occur.
  • the second electrode E2 is an anode, and an example is described in which the second electrode E2 and the particle layer P1 are characterized.
  • the same effect can be achieved even if the second electrode E2 is a cathode, as long as a gap G is provided in the same way and particles P are contained in the particle layer P1.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device 102 including a light-emitting element 11 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the display device 102 has the same pixel circuit substrate 20 as the display device 101 of the first embodiment, but has a different laminated structure of the light-emitting element 11.
  • the light-emitting element 11 has a second electrode E2, a particle layer P1, a light-emitting layer Em, a first charge functional layer F1, and a first electrode E1 laminated in this order on the pixel circuit substrate 20.
  • the members marked with the same reference numerals as those of the light-emitting element 10 of the first embodiment have the same functions, and therefore detailed description thereof will be omitted.
  • the light-emitting element 11 has the same positional relationship between the first electrode E1 and the second electrode E2 as the light-emitting element 10 shown in FIG. 1, but is different in that the second electrode E2 is formed directly above the pixel circuit substrate 20 instead of the particle layer P1, and the particle layer P1 is formed on the second electrode E2.
  • the particle layer P1 is formed so as to be in contact with the upper surface of the second electrode E2.
  • the particle layer P1 functions as a hole transport layer HTL. That is, the particle layer P1 contains, as particles P, metal oxide particles having a hole transport function.
  • the metal oxide is preferably, for example, nickel oxide, and in this case, the particles P contained in the particle layer P1 are nickel oxide particles.
  • the average width (gap spacing) at the opening surface of the opening formed in the surface of the second electrode E2 by penetration through the gap G is set to be equal to or smaller than the average particle size of the multiple particles P contained in the particle layer P1 above the second electrode E2. Therefore, based on the graph of FIG. 7 described in embodiment 1, the gap spacing is preferably equal to or smaller than 20 nm, and is preferably equal to or smaller than the average particle size of the particles P contained in the particle layer P1.
  • the display device 102 having the above configuration is provided with a gap G in the second electrode E2 and a particle layer P1 containing particles P, similar to the display device 101 of the first embodiment. Therefore, the display device 102 has the same effect as the display device 101 of the first embodiment. That is, by adjusting the sputtering conditions, the second electrode E2 having high electrical conductivity (small work function) due to metal, high light extraction efficiency, and high reliability (no leakage or discontinuity due to unevenness) is formed, and the particle layer P1 is formed by normal coating or the like, thereby making it possible to obtain a light-emitting element 11 that simultaneously satisfies the following.
  • the gap plasmons excited in the gap G can be converted into propagating light, improving the light extraction efficiency from the second electrode E2.
  • the surface of the second electrode E2, including the gap G, has small irregularities, so the layer deposited on it does not break, and leaks, discontinuities, etc. do not occur.
  • the second electrode E2 is an anode, and an example is described in which the second electrode E2 and the particle layer P1 are characterized.
  • the same effect can be achieved even if the second electrode E2 is a cathode, as long as a gap G is provided in the same way and particles P are contained in the particle layer P1.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device 103 including a light-emitting element 12 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the display device 103 has the same pixel circuit substrate 20 and the same stacked structure of the light-emitting element 11 as the display device 102 of the second embodiment, but the functions of the first electrode E1 and the second electrode E2 are different.
  • the first electrode E1 is located in a layer above the second electrode E2 and is a translucent electrode (translucent cathode).
  • the second electrode E2 has a plurality of gaps G and is a light-reflecting electrode (light-reflecting anode). Therefore, the display device 103 is a so-called top-emission type display device in which light is emitted from the first electrode E1 stacked at the position farthest from the pixel circuit substrate 20.
  • the light-emitting element 12 has the same positional relationship between the first electrode E1 and the second electrode E2 as the light-emitting element 10 shown in FIG. 1, but is different in that the second electrode E2 is formed directly above the pixel circuit substrate 20 instead of the particle layer P1, and the particle layer P1 is formed on the second electrode E2.
  • the particle layer P1 is formed so as to be in contact with the upper surface of the second electrode E2.
  • the particle layer P1 functions as a hole transport layer HTL. That is, the particle layer P1 contains, as particles P, metal oxide particles having a hole transport function.
  • the metal oxide is preferably, for example, nickel oxide, and in this case, the particles P contained in the particle layer P1 are nickel oxide particles.
  • the display device 103 having the above configuration is provided with a gap G in the second electrode E2 and a particle layer P1 containing particles P, similar to the display device 102 of the second embodiment. Therefore, the display device 103 has the same effect as the display device 102 of the second embodiment, except that the display device 103 is a bottom emission type or a top emission type. That is, by adjusting the sputtering conditions, the second electrode E2 having high electrical conductivity (small work function) due to metal, high light extraction efficiency, and high reliability (no leakage or discontinuity due to unevenness) is formed, and the particle layer P1 is formed by normal coating, etc., to obtain a light-emitting element 11 that simultaneously satisfies the following.
  • the gap plasmons excited in the gap G can be converted into propagating light, improving the light extraction efficiency from the second electrode E2.
  • the surface of the second electrode E2, including the gap G, has small irregularities, so the layer deposited on it does not break, and leaks, discontinuities, etc. do not occur.
  • the second electrode E2 is an anode, and an example is described in which the second electrode E2 and the particle layer P1 are characterized.
  • the same effect can be achieved even if the second electrode E2 is a cathode, as long as a gap G is provided in the same way and particles P are contained in the particle layer P1.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device 104 including a light-emitting element 13 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the display device 104 has the same pixel circuit substrate 20 as the display device 103 of the third embodiment, but has a different layer structure of the light-emitting element 13.
  • the light-emitting element 13 has a first electrode E1, a second charge functional layer F2, a light-emitting layer Em, a particle layer P1, and a second electrode E2 layered in this order on the pixel circuit substrate 20.
  • the light-emitting element 13 differs from the light-emitting element 12 shown in FIG. 9 in that the positions of the first electrode E1, the second electrode E2, and the particle layer P1 are interchanged. Therefore, when the pixel circuit board 20 is the bottom layer, the first electrode E1 is located lower than the second electrode E2 and is a light-reflecting electrode (light-reflecting anode). The particle layer P1 is formed so as to be in contact with the lower surface of the second electrode E2. On the other hand, the second electrode E2 has a plurality of gaps G and is a translucent electrode (translucent cathode).
  • the display device 104 is a so-called top-emission display device in which light is emitted from the second electrode E2 stacked at the position farthest from the pixel circuit board 20.
  • the particle layer P1 functions as an electron transport layer ETL. That is, the particle layer P1 contains, as particles P, particles of a metal oxide having an electron transport function.
  • the metal oxide is, for example, zinc oxide. If it has electronic functionality, the metal oxide is not limited to zinc oxide and may be titanium oxide.
  • the display device 104 having the above configuration is provided with a gap G in the second electrode E2 and a particle layer P1 containing particles P, similar to the display device 103 of the third embodiment. Therefore, the display device 102 has the same effect as the display device 103 of the third embodiment. That is, by adjusting the sputtering conditions, the second electrode E2 having high electrical conductivity (small work function) due to metal, high light extraction efficiency, and high reliability (no leakage or discontinuity due to unevenness) is formed, and the particle layer P1 is formed by normal coating or the like, thereby making it possible to obtain a light-emitting element 11 that simultaneously satisfies the following.
  • the electrode can have a small work function suitable for injecting electrons into the particle layer P1 (ETL). In other words, the efficiency of electron injection into the light-emitting layer Em can be improved.
  • the gap plasmon excited in the gap G can be converted into propagating light, thereby improving the efficiency of extracting light from the second electrode E2.
  • the surface of the second electrode E2, including the gap G, has small irregularities, so the layer deposited on it does not break, and leaks, discontinuities, etc. do not occur.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device 105 including a light-emitting element 14 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the display device 105 is different from the display device 101 of the first embodiment in that it includes another particle layer P2 instead of the second charge functional layer F2.
  • This another particle layer P2 functions as a hole transport layer (HTL) and also contains a plurality of metal oxide particles.
  • the metal oxide particles for example, nickel oxide particles are included.
  • the another particle layer P2 is formed on the upper surface of the second electrode E2.
  • the light emitting element 14 includes a particle layer P1 in contact with one of the upper and lower surfaces of the second electrode E2, and another particle layer P2 in contact with the other.
  • layers containing particles P are stacked on the upper and lower surfaces of the second electrode E2, so that gap plasmons excited in the gap G of the second electrode E2 can be converted into propagating light by the particles P on both the upper and lower surfaces of the second electrode E2. This can significantly improve the light extraction efficiency from the second electrode E2.
  • the display device 105 having the above-described configuration has the same effects as those of the other embodiments, except for the above-described effects. That is, by adjusting the sputtering conditions, the second electrode E2 having high electrical conductivity (small work function) due to metal, high light extraction efficiency, and high reliability (no leakage or discontinuity due to unevenness) is formed, and the particle layer P1 is formed by normal coating or the like, thereby making it possible to obtain the light-emitting element 11 that simultaneously satisfies the following:
  • the surface of the second electrode E2, including the gap G, has small irregularities, so the layer deposited on it does not break, and leaks, discontinuities, etc. do not occur.
  • the above-mentioned configuration makes it possible to simultaneously increase the efficiency of electron injection into the light-emitting layer and the efficiency of light extraction, and to form a film on the electrode layer without causing film breakage. This effect also contributes to the achievement of Goal 12 of the Sustainable Development Goals (SDGs) advocated by the United Nations, "Ensure sustainable consumption and production patterns.”
  • SDGs Sustainable Development Goals
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration example of a display device according to an embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device according to an embodiment.
  • the display device 105 includes a display unit DA including a plurality of subpixels SP, a first driver X1 and a second driver X2 that drive the plurality of subpixels SP, and a display control unit DC that controls the first driver X1 and the second driver X2.
  • the subpixel SP includes a light-emitting element 10 and a pixel circuit PC that is connected to the light-emitting element 10.
  • the pixel circuit PC may be connected to a scanning signal line GL, a data signal line DL, and a light-emitting control line EL.
  • the scanning signal line GL and the light-emitting control line EL may be connected to the first driver X1, and the data signal line DL may be connected to the second driver X2.
  • the light-emitting element 10 is an example, and the light-emitting element 10 may be replaced with any of the light-emitting elements 11, 12, 13, and 14 to form the display devices 101, 102, 103, and 104.
  • the display device 101 may include a pixel circuit substrate 13 including a substrate 11 and a pixel circuit layer 12, a light emitting element layer 14, and a sealing layer 15.
  • the substrate 11 may be a glass substrate, a resin substrate, or the like.
  • the substrate 11 may be flexible.
  • the pixel circuit layer 12 includes a plurality of pixel circuits PC arranged, for example, in an inorganic matrix.
  • the pixel circuit PC may include a pixel capacitance to which a grayscale signal is written, a transistor that controls a current value of the light emitting element ED in response to the grayscale signal, a transistor connected to a scanning signal line GL and a data signal line DL, and a transistor connected to a light emission control line EL.
  • the display device DS includes a pixel circuit board 13 and a light emitting element layer 14.
  • the light emitting element layer 14 may include, in order from the pixel circuit board 13 side, a first electrode E1, an edge cover film JF covering the edge of the first electrode E1, a first functional layer FK, a light emitting layer (quantum dot layer) Em, a second functional layer SK, and a second electrode E2.
  • the first functional layer FK may have a hole injection function and a hole transport function
  • the second functional layer SK may have an electron transport function.
  • the light emitting element layer 14 may include a light emitting element ED including a light emitting layer Em that emits red light, a light emitting element ED including a light emitting layer Em that emits green light, and a light emitting element ED including a light emitting layer Em that emits blue light.
  • the sealing layer 15 includes an inorganic insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film, and prevents foreign matter (water, oxygen, etc.) from entering the light emitting element layer 14.
  • the light-emitting element ED may be any of the light-emitting elements 10 to 14 described above, and the display device DS may be any of the display devices 101 to 105.

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Abstract

本開示の発光素子（１０）は、第１電極（Ｅ１）と、層内を貫通するギャップ（Ｇ）を有する金属含有層からなる第２電極（Ｅ２）と、前記第１電極（Ｅ１）および前記第２電極（Ｅ２）の間に位置する発光層（Ｅｍ）と、複数の粒子（Ｐ）を含み、前記第２電極（Ｅ２）に接する粒子層（Ｐ１）と、を備える。これにより、発光層（Ｅｍ）への電子注入効率を上げること、および光取出し効率を上げることの両立を図り、且つ、膜切れを生じさせずに電極層上への成膜を行うことができる。

Description

発光素子、表示装置
　本開示は、発光素子、表示装置に関する。
　発光素子において、発光層への電子注入効率を上げるために、電極として仕事関数が小さい金属電極を用いるのが好ましい。しかしながら、金属電極は、光透過率、すなわち光取出し効率が悪い。そこで、例えば特許文献１には、金属電極層に貫通した複数の開口部を設けることで、金属電極層の光透過性と導電性とを高いレベルで両立させた表示装置が開示されている。
日本国特開２００９－２３０９６０号
　しかしながら、特許文献１の表示装置では、金属電極層に形成される開口部は、内径が１０ｎｍ～７８０ｎｍであるため、金属電極層に複数形成されれば、金属電極層の表面（上面および下面）における凹凸が大きくなる。金属電極層の表面の凹凸が大きければ、金属電極層の表面に膜を成膜する際に、膜切れが生じる可能性が高い。金属電極層上の膜が切れた状態であれば、その膜の機能が十分に発揮することができないため、発光素子としての発光効率も悪くなる。このように、従来技術では、発光層への電子注入効率を上げること、および光取出し効率を上げることの両立を図り、且つ、膜切れを生じさせずに電極層上への成膜を行うには十分ではなかった。
　本開示は、発光層への電子注入効率を上げること、および光取出し効率を上げることの両立を図り、且つ、膜切れを生じさせずに電極層上への成膜を行うことができる発光素子を提供することを目的としている。
　本開示の一態様にかかる発光素子は、第１電極と、層内を貫通するギャップを有する金属含有層からなる第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に位置する発光層と、複数の粒子を含み、前記第２電極に接する粒子層と、を備える。
　本開示によれば、発光層への電子注入効率を上げること、および光取出し効率を上げることの両立を図り、且つ、膜切れを生じさせずに電極層上への成膜を行うことができる。
本開示の実施形態１に係る発光素子を備えた表示装置の構成例を示す断面図である。 図１に示す発光素子の第２電極の構成例を示す断面図である。 スパッタ薄膜の構造変化を示すＴｈｏｒｎｔｏｎのゾーンモデルを引用する図である。 図１に示した発光素子の一実施例の断面を撮像した顕微鏡写真を示す図である。 ギャップ間隔3nmの構成での電場分布のシミュレーション結果を示す図である。 ギャップ上の粒子径と電場増幅の結果を示すグラフである。 ギャップ間隔と電場強度のシミュレーション結果を示すグラフである。 本開示の実施形態２に係る発光素子を備えた表示装置の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態３に係る発光素子を備えた表示装置の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態４に係る発光素子を備えた表示装置の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態５に係る発光素子を備えた表示装置の構成例を示す断面図である。 ギャップ形状とギャップ直上での電場の強さとの関係を示すデータである。 ギャップ形状とギャップ直上での電場の強さとの関係を示すデータである。 実施形態にかかる表示装置の構成例を示す模式図である。 実施形態にかかる表示装置の構成例を示す断面図である。
　〔実施形態１〕
　（発光素子の概要）
　図１は、本開示の一実施形態に係る発光素子１０を備えた表示装置１０１の構成例を示す断面図である。図１に示すように、表示装置１０１は、発光素子１０と、発光素子１０を駆動するための画素回路基板２０とを含む。発光素子１０は、画素回路基板２０上に設けられている。発光素子１０は、第１電極Ｅ１と、第１電極Ｅ１と対向する第２電極Ｅ２と、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の間に位置する発光層Ｅｍとを備える。発光素子１０は、第１電極Ｅ１および発光層Ｅｍとの間に位置する第１電荷機能層（ＥＴＬ）Ｆ１、第２電極Ｅ２および発光層Ｅｍとの間に位置する第２電荷機能層（ＨＴＬ）Ｆ２、および、第２電極Ｅ２および画素回路基板２０との間に位置する粒子層Ｐ１を備える。
　粒子層Ｐ１に含まれる粒子Ｐの形状は、特に制約されず、球状の立体形状（円状の断面形状）に限定されるものではない。例えば、多角形状の断面形状、棒状の立体形状、枝状の立体形状、表面に凹凸を有する立体形状でもよく、または、それらの組合せでもよい。粒子径については、例えば近接する５０個の粒子の断面観察から、各粒子の断面面積に相当する面積を有する円の直径値を算出し、５０個の直径値の平均を粒子径とすることができる。
　第１電極Ｅ１は、光反射電極（光反射カソード）であり、第２電極Ｅ２は透光性電極（透光性アノード）である。図１に示すように、画素回路基板２０を最下層とし、画素回路基板２０の上に粒子層Ｐ１、第２電極Ｅ２、第２電荷機能層Ｆ２、発光層Ｅｍ、第１電荷機能層Ｆ１、第１電極Ｅ１と順に積層された場合、第１電極Ｅ１は、第２電極Ｅ２よりも上層に位置する光反射電極であり、粒子層Ｐ１は、第２電極Ｅ２の下面に接する。ここで、上層とは、比較対象の層よりも、画素回路基板２０から遠い位置にある層とする。また、第２電極Ｅ２は、層内を貫通するギャップＧを有する金属含有層からなる。発光層Ｅｍは、複数の量子ドットを含む。第１電荷機能層Ｆ１および第２電荷機能層Ｆ２はそれぞれ、電荷注入層、電荷輸送層、および電荷遮蔽層などの機能層を１層以上含んでよい。粒子層Ｐ１は、導電性を有し、第２電極Ｅ２の下面に接触しており、金属酸化物の粒子、例えば酸化チタンの粒子Ｐを複数含んでいる。画素回路基板２０は、回路素子および配線が設けられたアクティブ基板である。なお、第２電極Ｅ２を構成する金属含有層が有するギャップＧの詳細は後述する。
　図１に示す発光素子１０は、画素回路基板２０の上に、粒子層Ｐ１、第２電極Ｅ２、第２電荷機能層Ｆ２、発光層Ｅｍ、第１電荷機能層Ｆ１、および第１電極Ｅ１がこの順に重なる構成に関して説明する。この構成において、発光素子１０がボトムエミッション型であり、第１電極Ｅ１がカソードであり、第２電極Ｅ２がアノードである。これは、本開示の範囲を制限するものではない。例えば、発光素子１０がトップエミッション型であってもよい。
　第１電荷機能層Ｆ１は、正孔輸送層ＨＴＬを含んでいる。正孔輸送層ＨＴＬは、発光層Ｅｍ内への正孔の輸送を安定化させることができる正孔輸送性材料で構成される。正孔輸送性材料の例には、ポリ［（９，９－ジオクチルフルオレニル－２，７－ジイル）－ｃｏ－（４，４’－（Ｎ－（４－ｓｅｃ－ブチルフェニル））ジフェニルアミン）］（ＴＦＢ）、および、ポリ［Ｎ，Ｎ’－ビス（４－ブチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ビス（フェニル）ベンジジン］（ｐｏｌｙ－ＴＰＤ）、が含まれる。これら正孔輸送性材料も、一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合して用いてもよい。
　第２電荷機能層Ｆ２は、電子輸送層ＥＴＬを含んでいる。電子輸送層ＥＴＬは、発光層Ｅｍ内への電子の輸送を安定化させることができる電子輸送性材料で構成される。電子輸送性材料の例には、ＭｇＺｎＯの他に、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｗ、Ｔａ、Ｂａ、Ｚｒ、Ａｌ、ＹおよびＨｆからなる群から選ばれる一以上の元素を含むナノ粒子、が含まれる。これら電子輸送性材料も、一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合して用いてもよい。
　発光層Ｅｍは、有機発光層または量子ドット発光層である。ここで、発光層Ｅｍとして有機発光層である発光素子は、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode：有機発光ダイオード）であり、発光層Ｅｍとして量子ドット発光層である発光素子は、ＱＬＥＤ（Quantum dot Light Emitting Diode：量子ドット発光ダイオード）である。量子ドットとは、最大幅が１００ｎｍ以下のドットを意味する。量子ドットの形状は、前記最大幅を満たす範囲であればよく、特に制約されず、球状の立体形状（円状の断面形状）に限定されるものではない。例えば、多角形状の断面形状、棒状の立体形状、枝状の立体形状、表面に凹凸を有す立体形状でもよく、または、それらの組合せでもよい。
　ギャップＧは、第２電極Ｅ２（金属含有層）の材料を含まず、第２電極Ｅ２（金属含有層）を厚み方向に貫通する領域である。この領域には、空気、アルゴンガス、第２電極Ｅ２直上の材料の少なくとも１つが含まれる。例えばギャップＧは、ＳＥＭ、ＴＥＭなどにより構造の断面観察が可能であり、また、ＥＤＸやガスクロマトグラフィーによる元素分析で、付着ガスの元素を特定可能である。
　（ギャップＧの形成）
　図２は、図１に示す発光素子１０の第２電極Ｅ２の構成例を示す断面図である。図３は、スパッタ薄膜の構造変化を示すＴｈｏｒｎｔｏｎのゾーンモデルを引用する図である。図４は、図１に示した発光素子１０の一実施例の断面を撮像した顕微鏡写真を示す図である。
　ギャップＧは、図２に示すように、第２電極Ｅ２を構成する金属含有層を貫通している。ギャップＧは、第２電極Ｅ２を貫通すればよく、形状は問わない。図２に示すように、直線状でも湾曲状でもよい。ギャップＧは、層厚方向に対して平行であっても斜めであってもよい。図１２および図１３はギャップ形状とギャップ直上での電場の強さとの関係を示すデータである。図１２に示されるように、第２電極Ｅ２に形成されたギャップＧは、第２電極Ｅ２の厚みＤに対するギャップ幅ＧＷの比（アスペクト比）は、１．０以下であることが好ましい。ギャップ幅ＧＷは、ギャップ全長における平均幅であってよい。図１３に示されるように、ギャップＧは、第２電極Ｅ２の一方の面に位置し、粒子層Ｐ１に面する開口ＫＡの幅ＷＡが、第２電極Ｅ２の他方の面に位置し、粒子層Ｐ１に面しない開口ＫＢの幅ＷＢよりも小さいことが好ましい。図１３では、第２電極Ｅ２（金属含有層）の厚みをＤとして、ｔａｎθ＝（ＷＡ－ＷＢ）／２Ｄであり、傾斜角度θ＜０である場合に、ギャップ直上での電場が増強されることが分かる。
　このように第２電極Ｅ２を貫通するギャップＧは、第２電極Ｅ２を一般的な蒸着ではなくスパッタ成膜を行う際のスパッタ条件（温度、圧力）を調整することで導入することができる。例えば、第２電極Ｅ２をスパッタ成膜する際、ガラス基板の温度を２００℃程度の高温とし、アルゴンガスを導入して１Ｐａ程度の圧力として第２電極Ｅ２の材料を成膜する。このときの第２電極Ｅ２の材料はＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）が適する。従って、第２電極Ｅ２は、アルミニウムまたは銀を含む。スパッタ条件と膜の状態は図３のＴｈｏｒｎｔｏｎのゾーンモデルとして知られており、このゾーンモデルに従い、ギャップＧの間隔を制御することができる。アルゴン分圧を固定して基板温度を下げれば層の厚さ方向に連続し柱状に近い膜が生成され、すなわち第２電極Ｅ２にギャップＧを導入することができる。第２電極Ｅ２にギャップＧを導入するのであれば、図３に示すＴｈｏｒｎｔｏｎのゾーンモデルのＺＯＮＥIIのスパッタ条件が好ましい。ＺＯＮＥIIの条件で作成されたギャップＧの形状は、層厚方向に沿う形状に形成される。もっともＺＯＮＥIIに限定されず、ＺＯＮＥIIIも適用可能である。
　発光素子１０は、第２電極Ｅ２を成膜した後、第２電荷機能層（ＨＴＬ）Ｆ２、発光層Ｅｍ、第１電荷機能層（ＥＴＬ）Ｆ１を一般的な塗布またはインクジェットで印刷して積層構造とし、最後に第１電極Ｅ１（カソード）を真空蒸着し、素子構造を封止する。このようにして製造された発光素子１０の断面ＳＥＭ像を図４に示す。図４に示すように、第２電極Ｅ２が有するギャップＧを見て取ることができる。
　（ギャップＧによる光取出し効率）                                                                                          
　上述の通り、第２電極Ｅ２にギャップＧが存在する。発光層Ｅｍからの光が第２電極Ｅ２に入射することで、ギャップＧにおいてギャッププラズモンが励起される。ギャッププラズモンとは、ギャップＧに局在した光であるが、この光が分布している範囲（ギャップＧから浸みだした範囲）に粒子層Ｐ１の粒子Ｐがあることで、伝搬光に変換される。すなわち、ギャップＧ上に粒子Ｐがあることが好ましい。
　「ギャップ上」については、粒子Ｐの少なくとも一部がギャップＧの間隔の範囲に存在すること、第２電極Ｅ２の表面に形成されるギャップＧにおいて、ギャップＧの間隔に対する粒子層Ｐ１の範囲に粒子Ｐの少なくとも一部が存在することが確認できればよい。つまり、粒子層Ｐ１に含まれる複数の粒子Ｐは、ギャップＧで生じたプラズモンにより増幅された光を散乱する。
　図５は、厚み２０ｎｍのＡｇ層である第２電極Ｅ２中に形成されたギャップＧ付近の電場分布をシミュレーションした結果を示している。第２電極Ｅ２には複数のギャップＧが導入されるが、本シミュレーションではわかりやすいように１つのギャップＧの構成でシミュレーションした。このシミュレーションは、粒子Ｐが存在しない、すなわち、基板上に粒子層Ｐ１が形成されず、直接第２電極Ｅ２としてのＡｇ層を形成した状態で行っている。このときのギャップＧの間隔は３ｎｍである。ここで、ギャップＧの間隔は、ギャップＧによって第２電極Ｅ２の表面に形成された開口の開口面における平均幅とする。例えば、ギャップＧが円筒状であれば、ギャップＧの間隔は円筒の直径に等しい。つまり、ギャップＧが円筒状であれば、ギャップＧによって第２電極Ｅ２の表面に形成される貫通穴（開口）は円形である。この場合、ギャップＧの間隔は、ギャップＧの径として説明できる。また、貫通穴が楕円形であれば、長径と短径との平均径をギャップＧの間隔として説明できる。
　第２電極Ｅ２の下には、厚み１０ｎｍであり、屈折率１．４の第２電荷機能層（ＨＴＬ）があり、その下に電場１Ｖ／ｍで励振する波長４００ｎｍの平面波の発光面を設定している。第２電極Ｅ２の上には、粒子層Ｐ１を省略し、画素回路基板２０として屈折率１．５の層をシミュレーション領域の端まで設定している。図５に示すように、発光面側からの波長４００ｎｍの光に対して３ｎｍと非常に間隔が狭いギャップＧに強い電場（ギャッププラズモン）が励起され、ギャップＧの上面（画素回路基板２０側）に光が漏れ出していることがわかる。
　図６は、粒子層Ｐ１中のＴｉＯ２の粒子ＰがギャップＧ上にある構成での、シミュレーション領域端での電場増幅をシミュレーションした結果である。ここで、ＴｉＯ２粒子の径が０ｎｍとは、ＴｉＯ２粒子がない構成である。このシミュレーション結果から、ＴｉＯ２粒子がある構成では、ＴｉＯ２粒子の径が６０ｎｍ以下であればギャッププラズモンの漏れ出し光を散乱することで強度が増幅されていることがわかる。一方、ＴｉＯ２粒子の径が６０ｎｍよりも大きくなると、ギャッププラズモンが励起されにくくなるため、効果がなくなることがわかる。従って、粒子層Ｐ１の粒子Ｐの平均粒子径は、６０ｎｍ以下であることが好ましい。更に、粒子Ｐの平均粒子径は、前方散乱が強くなる発光ピーク波長の１／１０とすることが好ましい。
　以上より、第２電極Ｅ２に導入したギャップＧにおいてギャッププラズモンが励起され、これを粒子層Ｐ１の複数の粒子Ｐにより散乱することで、結果的に発光層Ｅｍからの光が第２電極Ｅ２を透過する透過率（光取出し効率）を向上させることができる。
　（ギャップＧの間隔と光取出し効率との関係）
　図７に示すグラフは、ギャップＧの間隔（以下、ギャップ間隔と称する）を変えてシミュレーションし、ギャップＧ直上に励起された電場強度とギャップ間隔との関係をプロットしたものである。このグラフから、ギャップ間隔が３ｎｍをピークとして強い電場が発生していることがわかる。ここで、ギャップ間隔０ｎｍは、ギャップＧがない構成であり、このときの電場８００ｍＶ／ｍ以上となる範囲がギャップＧによる効果がある範囲である。よって、光取出し効率を高めるためには、２０ｎｍ以下のギャップ間隔が好ましいとわかる。この場合、粒子層Ｐ１の粒子Ｐの平均粒子径は６０ｎｍ以下が好ましい。
　（効果）
　以上のことから、スパッタ条件の調整により、金属による高い電気伝導性（小さな仕事関数）と、高い光取出し効率と、高信頼性（凹凸によるリークや断絶などが起きない）を兼ね備えた第２電極Ｅ２を形成し、通常の塗布などにより粒子層Ｐ１を形成することで、以下を同時に満たす発光素子１０にできる。
　（１）第２電荷機能層（ＨＴＬ）に電子を注入するのに適した、小さな仕事関数の電極とすることができる。つまり、発光層Ｅｍへの電子注入効率を向上できる。
　（２）ギャップＧで励起されたギャッププラズモンを伝搬光に変換し、第２電極Ｅ２からの光取出し効率を向上できる。
　（３）ギャップＧを含む第２電極Ｅ２の表面は凹凸が小さいので、この上に製膜される層の膜切れが起きず、リークや断絶などが起きない。
　なお、本実施形態では、第２電極Ｅ２をアノードとして、第２電極Ｅ２と粒子層Ｐ１に特徴を有する例について説明したが、第２電極Ｅ２をカソードとしても、同様にギャップＧを設け、粒子層Ｐ１に粒子Ｐが含まれていれば、同様の効果を奏する。
　〔実施形態２〕
　図８は、本開示の他の実施形態に係る発光素子１１を備えた表示装置１０２の構成例を示す断面図である。図８に示すように、表示装置１０２は、前記実施形態１の表示装置１０１と比較して、画素回路基板２０は同じであり、発光素子１１の積層構造が異なっている。具体的には、発光素子１１は、画素回路基板２０上に、第２電極Ｅ２、粒子層Ｐ１、発光層Ｅｍ、第１電荷機能層Ｆ１、第１電極Ｅ１が順に積層されている。なお、前記実施形態１の発光素子１０と同じ符号付記した部材は同じ機能を有しているので、詳細な説明は省略する。
　発光素子１１では、図１に示した発光素子１０と、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との位置関係は同じであるが、画素回路基板２０の直上には、粒子層Ｐ１ではなく、第２電極Ｅ２が形成され、第２電極Ｅ２の上に粒子層Ｐ１が形成されている点で異なる。粒子層Ｐ１は、第２電極Ｅ２の上面に接するように形成されている。しかも、発光素子１１では、粒子層Ｐ１が正孔輸送層ＨＴＬとして機能する。つまり、粒子層Ｐ１は、粒子Ｐとして、正孔輸送機能を有する金属酸化物粒子を含んでいる。金属酸化物は、例えば酸化ニッケルが好ましく、この場合、粒子層Ｐ１に含まれる粒子Ｐは、酸化ニッケル粒子である。
　第２電極Ｅ２の上層の粒子層Ｐ１が第２電極Ｅ２のギャップＧの間隔以下の大きさの粒子Ｐを含むと、粒子ＰがギャップＧ内部に入り込み、ギャッププラズモンの励起を弱める。従って、本実施形態では、ギャップＧの貫通によって第２電極Ｅ２の表面に形成された開口の開口面における平均幅（ギャップ間隔）を、第２電極Ｅ２の上層の粒子層Ｐ１に含まれる複数の粒子Ｐの平均粒径以下に設定している。よって、ギャップ間隔は、前記実施形態１で説明した図７のグラフから、２０ｎｍ以下であることが好ましく、かつ、粒子層Ｐ１が含む粒子Ｐの平均粒子径以下が好ましい。
　（効果）
　前記構成の表示装置１０２は、前記実施形態１の表示装置１０１と同様に、第２電極Ｅ２にギャップＧを設けて、粒子Ｐを含む粒子層Ｐ１を設けている。従って、表示装置１０２は、前記実施形態１の表示装置１０１と同様の効果を奏する。すなわち、スパッタ条件の調整により、金属による高い電気伝導性（小さな仕事関数）と、高い光取出し効率と、高信頼性（凹凸によるリークや断絶などが起きない）を兼ね備えた第２電極Ｅ２を形成し、通常の塗布などにより粒子層Ｐ１を形成することで、以下を同時に満たす発光素子１１にできる。
　（１）粒子層Ｐ１（ＨＴＬ）に電子を注入するのに適した、小さな仕事関数の電極とすることができる。つまり、発光層Ｅｍへの電子注入効率を向上できる。
　（２）ギャップＧで励起されたギャッププラズモンを伝搬光に変換し、第２電極Ｅ２からの光取出し効率を向上できる。
　（３）ギャップＧを含む第２電極Ｅ２の表面は凹凸が小さいので、この上に製膜される層の膜切れが起きず、リークや断絶などが起きない。
　なお、本実施形態では、第２電極Ｅ２をアノードとして、第２電極Ｅ２と粒子層Ｐ１に特徴を有する例について説明したが、第２電極Ｅ２をカソードとしても、同様にギャップＧを設け、粒子層Ｐ１に粒子Ｐが含まれていれば、同様の効果を奏する。
　〔実施形態３〕
　図９は、本開示の他の実施形態に係る発光素子１２を備えた表示装置１０３の構成例を示す断面図である。図９に示すように、表示装置１０３は、前記実施形態２の表示装置１０２と比較して、画素回路基板２０は同じであり、発光素子１１の積層構造が同じであるが、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の機能が異なっている。具体的には、第１電極Ｅ１は、第２電極Ｅ２よりも上層に位置し、かつ、透光性電極（透光性カソード）である。一方、第２電極Ｅ２は、ギャップＧを複数有し、かつ、光反射電極（光反射アノード）である。従って、表示装置１０３は、画素回路基板２０から一番遠い位置に積層された第１電極Ｅ１から光が放射される、所謂トップエミッション型の表示装置である。
　発光素子１２では、図１に示した発光素子１０と、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との位置関係は同じであるが、画素回路基板２０の直上には、粒子層Ｐ１ではなく、第２電極Ｅ２が形成され、第２電極Ｅ２の上に粒子層Ｐ１が形成されている点で異なる。粒子層Ｐ１は、第２電極Ｅ２の上面に接するように形成されている。しかも、発光素子１２では、粒子層Ｐ１が正孔輸送層ＨＴＬとして機能する。つまり、粒子層Ｐ１は、粒子Ｐとして、正孔輸送機能を有する金属酸化物の粒子を含んでいる。金属酸化物は、例えば酸化ニッケルが好ましく、この場合、粒子層Ｐ１に含まれる粒子Ｐは、酸化ニッケル粒子である。
　（効果）
　前記構成の表示装置１０３は、前記実施形態２の表示装置１０２と同様に、第２電極Ｅ２にギャップＧを設けて、粒子Ｐを含む粒子層Ｐ１を設けている。従って、表示装置１０３は、前記実施形態２の表示装置１０２とボトムエミッション型かトップエミッション型かの違いだけであり、前記実施形態２の表示装置１０２と同様の効果を奏する。すなわち、スパッタ条件の調整により、金属による高い電気伝導性（小さな仕事関数）と、高い光取出し効率と、高信頼性（凹凸によるリークや断絶などが起きない）を兼ね備えた第２電極Ｅ２を形成し、通常の塗布などにより粒子層Ｐ１を形成することで、以下を同時に満たす発光素子１１にできる。
　（１）粒子層Ｐ１（ＨＴＬ）に電子を注入するのに適した、小さな仕事関数の電極とすることができる。つまり、発光層Ｅｍへの電子注入効率を向上できる。
　（２）ギャップＧで励起されたギャッププラズモンを伝搬光に変換し、第２電極Ｅ２からの光取出し効率を向上できる。
　（３）ギャップＧを含む第２電極Ｅ２の表面は凹凸が小さいので、この上に製膜される層の膜切れが起きず、リークや断絶などが起きない。
　なお、本実施形態では、第２電極Ｅ２をアノードとして、第２電極Ｅ２と粒子層Ｐ１に特徴を有する例について説明したが、第２電極Ｅ２をカソードとしても、同様にギャップＧを設け、粒子層Ｐ１に粒子Ｐが含まれていれば、同様の効果を奏する。
　〔実施形態４〕
　図１０は、本開示の他の実施形態に係る発光素子１３を備えた表示装置１０４の構成例を示す断面図である。図１０に示すように、表示装置１０４は、前記実施形態３の表示装置１０３と比較して、画素回路基板２０は同じであり、発光素子１３の積層構造が異なっている。具体的には、発光素子１３は、画素回路基板２０上に、第１電極Ｅ１、第２電荷機能層Ｆ２、発光層Ｅｍ、粒子層Ｐ１、第２電極Ｅ２が順に積層されている。
　発光素子１３では、図９に示した発光素子１２と、第１電極Ｅ１と、第２電極Ｅ２および粒子層Ｐ１との位置が入れ替わっている点で異なる。したがって、画素回路基板２０を最下層とした場合、第１電極Ｅ１は、第２電極Ｅ２よりも下層に位置し、しかも、光反射電極（光反射アノード）である。また、粒子層Ｐ１は、第２電極Ｅ２の下面に接するように形成されている。一方、第２電極Ｅ２は、ギャップＧを複数有し、かつ、透光性電極（透光性カソード）である。従って、表示装置１０４は、画素回路基板２０から一番遠い位置に積層された第２電極Ｅ２から光が放射される、所謂トップエミッション型の表示装置である。しかも、発光素子１３では、粒子層Ｐ１が電子輸送層ＥＴＬとして機能する。つまり、粒子層Ｐ１は、粒子Ｐとして、電子輸送機能を有する金属酸化物の粒子を含んでいる。金属酸化物は、例えば、酸化亜鉛である。電子機能を有している場合、金属酸化物は、酸化亜鉛に限定されず、酸化チタンであってもよい。
　（効果）
　前記構成の表示装置１０４は、前記実施形態３の表示装置１０３と同様に、第２電極Ｅ２にギャップＧを設けて、粒子Ｐを含む粒子層Ｐ１を設けている。従って、表示装置１０２は、前記実施形態３の表示装置１０３と同様の効果を奏する。すなわち、スパッタ条件の調整により、金属による高い電気伝導性（小さな仕事関数）と、高い光取出し効率と、高信頼性（凹凸によるリークや断絶などが起きない）を兼ね備えた第２電極Ｅ２を形成し、通常の塗布などにより粒子層Ｐ１を形成することで、以下を同時に満たす発光素子１１にできる。
　（１）粒子層Ｐ１（ＥＴＬ）に電子を注入するのに適した、小さな仕事関数の電極とすることができる。つまり、発光層Ｅｍへの電子注入効率を向上できる。
　（２）ギャップＧで励起されたギャッププラズモンを伝搬光に変換し、第２電極Ｅ２からの
光取出し効率を向上できる。
　（３）ギャップＧを含む第２電極Ｅ２の表面は凹凸が小さいので、この上に製膜される層の膜切れが起きず、リークや断絶などが起きない。
　〔実施形態５〕
　図１１は、本開示の他の実施形態に係る発光素子１４を備えた表示装置１０５の構成例を示す断面図である。図１１に示すように、表示装置１０５は、前記実施形態１の表示装置１０１と比較して、第２電荷機能層Ｆ２の代わりに別の粒子層Ｐ２を備えている点で異なる。この別の粒子層Ｐ２は、正孔輸送層（ＨＴＬ）として機能する他に、金属酸化物の粒子を複数含んでいる。金属酸化物の粒子として、例えば酸化ニッケルの粒子を含んでいる。また、別の粒子層Ｐ２は、第２電極Ｅ２の上面に形成されている。
　従って、発光素子１４は、第２電極Ｅ２の上面および下面の一方に接する粒子層Ｐ１と、他方に接する別の粒子層Ｐ２とを備える。よって、発光素子１４では、第２電極Ｅ２の上面および下面に粒子Ｐを含む層（粒子層Ｐ１，別の粒子層Ｐ２）が積層されているため、第２電極Ｅ２のギャップＧで励起されたギャッププラズモンを、第２電極Ｅ２の上面および下面の両面において粒子Ｐによって伝搬光に変換できる。これにより、第２電極Ｅ２からの光取出し効率を大幅に向上できる。
　（効果）
　前記構成の表示装置１０５は、上述した効果の他の効果は、他の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、スパッタ条件の調整により、金属による高い電気伝導性（小さな仕事関数）と、高い光取出し効率と、高信頼性（凹凸によるリークや断絶などが起きない）を兼ね備えた第２電極Ｅ２を形成し、通常の塗布などにより粒子層Ｐ１を形成することで、以下を同時に満たす発光素子１１にできる。
　（１）別の粒子層Ｐ２（ＨＴＬ）に電子を注入するのに適した、小さな仕事関数の電極とすることができる。つまり、発光層Ｅｍへの電子注入効率を向上できる。
　（２）ギャップＧを含む第２電極Ｅ２の表面は凹凸が小さいので、この上に製膜される層の膜切れが起きず、リークや断絶などが起きない。
　前記構成によれば、発光層への電子注入効率を上げること、および光取出し効率を上げることの両立を図り、且つ、膜切れを生じさせずに電極層上への成膜を行うことができる。このような効果は、例えば、国連が提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１２「持続可能な生産消費形態を確保する」等の達成にも貢献するものである。
　図１４は、実施形態にかかる表示装置の構成例を示す模式図である。図１５は、実施形態にかかる表示装置の構成例を示す断面図である。図１４に示すように、表示装置１０５は、複数のサブ画素ＳＰを含む表示部ＤＡと、複数のサブ画素ＳＰを駆動する、第１ドライバＸ１および第２ドライバＸ２と、第１ドライバＸ１および第２ドライバＸ２を制御する表示制御部ＤＣとを備える。サブ画素ＳＰは、発光素子１０と、発光素子１０に接続する画素回路ＰＣとを含む。画素回路ＰＣが、走査信号線ＧＬ、データ信号線ＤＬおよび発光制御線ＥＬに接続されてもよい。走査信号線ＧＬおよび発光制御線ＥＬが第１ドライバＸ１に接続され、データ信号線ＤＬが第２ドライバＸ２に接続されてもよい。発光素子１０は一例であり、発光素子１０を発光素子１１・１２・１３・１４のいずれかに置き換え、表示装置１０１・１０２，１０３，１０４とすることができる。
　表示装置１０１は、基板１１および画素回路層１２を含む画素回路基板１３と、発光素子層１４と、封止層１５とを含んでよい。基板１１にはガラス基板、樹脂基板等を用いることができる。基板１１が可撓性であってもよい。画素回路層１２は、例えば無機マトリクス配置された複数の画素回路ＰＣを含む。画素回路ＰＣは、階調信号が書き込まれる画素容量と、階調信号に応じて発光素子ＥＤの電流値を制御するトランジスタと、走査信号線ＧＬおよびデータ信号線ＤＬに接続するトランジスタと、発光制御線ＥＬに接続するトランジスタとを含んでよい。
　図１５に示すように、表示装置ＤＳは、画素回路基板１３および発光素子層１４を含む。発光素子層１４は、画素回路基板１３側から順に、第１電極Ｅ１、第１電極Ｅ１のエッジを覆うエッジカバー膜ＪＦ、第１機能層ＦＫ、発光層（量子ドット層）Ｅｍ、第２機能層ＳＫ、および第２電極Ｅ２を含んでよい。第１機能層ＦＫは、正孔注入機能および正孔輸送機能を有し、第２機能層ＳＫは、電子輸送機能を有してよい。発光素子層１４は、赤色光を発する発光層Ｅｍを含む発光素子ＥＤと、緑色光を発する発光層Ｅｍを含む発光素子ＥＤと、青色光を発する発光層Ｅｍを含む発光素子ＥＤとを備えてもよい。封止層１５は、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等の無機絶縁膜を含み、異物（水、酸素等）が発光素子層１４に侵入することを防ぐ。発光素子ＥＤは、上述の発光素子１０～１４のいずれかであってよく、表示装置ＤＳは、表示装置１０１～１０５のいずれかであってよい。
　上述の各実施形態は、例示および説明を目的とするものであり、限定を目的とするものではない。これら例示および説明に基づけば、多くの変形形態が可能になることが、当業者には明らかである。
１０、１１、１２、１３、１４　発光素子
２０　画素回路基板
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５　表示装置
Ｅ１　第１電極
Ｅ２　第２電極
Ｅｍ　発光層
Ｆ１　第１電荷機能層
Ｆ２　第２電荷機能層
Ｐ１　粒子層
Ｐ２　別の粒子層

 
 
 

Claims (29)

  1. 　第１電極と、
    　層内を貫通するギャップを有する金属含有層からなる第２電極と、
    　前記第１電極および前記第２電極の間に位置する発光層と、
    　粒子を含み、前記第２電極に接する粒子層と、を備える、発光素子。
  2. 　前記ギャップの貫通によって前記金属含有層の表面に形成された開口の開口面における平均幅は、２０〔ｎｍ〕以下である、請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記ギャップの貫通によって前記金属含有層の表面に形成された開口の開口面における平均幅は、前記粒子の粒径以下である、請求項１に記載の発光素子。
  4. 　前記第１電極は、前記第２電極よりも上層に位置する光反射電極であり、
    　前記粒子層は、前記第２電極の下面に接する、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。
  5. 　前記粒子は、金属酸化物であり、導電性を有する、請求項４に記載の発光素子。
  6. 　前記金属酸化物は、酸化チタンである、請求項５に記載の発光素子。
  7. 　前記第１電極は、前記第２電極よりも上層に位置する光反射電極であり、
    　前記粒子層は、前記第２電極の上面に接する、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。
  8. 　前記粒子は、金属酸化物であり、正孔輸送機能を有する、請求項７に記載の発光素子。
  9. 　前記金属酸化物は、酸化ニッケルである、請求項８に記載の発光素子。
  10. 　前記第１電極は、前記第２電極よりも上層に位置する透光性電極であり、
    　前記粒子層は、前記第２電極の上面に接する、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。
  11. 　前記粒子は、金属酸化物であり、正孔輸送機能を有する、請求項１０に記載の発光素子。
  12. 　前記金属酸化物は、酸化ニッケルである、請求項１１に記載の発光素子。
  13. 　前記第２電極はアノードである、請求項４～１２のいずれか１項に記載の発光素子。
  14. 　前記第２電極は、アルミニウムまたは銀を含む、請求項４～１３のいずれか１項に記載の発光素子。
  15. 　前記第１電極は、前記第２電極よりも下層に位置する光反射電極であり、
    　前記粒子層は、前記第２電極の下面に接する、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。
  16. 　前記粒子は、金属酸化物であり、電子輸送機能を有する、請求項１５に記載の発光素子。
  17. 　前記金属酸化物は、酸化亜鉛である、請求項１６に記載の発光素子。
  18. 　前記金属酸化物は、酸化チタンである、請求項１６に記載の発光素子。
  19. 　前記第２電極はカソードである、請求項１５～１８のいずれか１項に記載の発光素子。
  20. 　前記粒子の粒径は、６０〔ｎｍ〕以下である、請求項１～１９のいずれか１項に記載の発光素子。
  21. 　前記粒子の粒径は、前記発光層の発光ピーク波長の１／１０以下である、請求項１～１９のいずれか１項に記載の発光素子。
  22. 　前記ギャップは、前記第２電極の厚さに対するギャップ幅の比が１．０以下である、請求項１～２１のいずれか１項に記載の発光素子。
  23. 　前記ギャップ上に前記粒子の少なくとも一部が位置する、請求項１～２２のいずれか１項に記載の発光素子。
  24. 　前記ギャップは、前記第２電極の層厚方向に沿う形状である、請求項１～２３のいずれか１項に記載の発光素子。
  25. 　前記ギャップは、前記粒子層に面する開口の幅が、前記第２電極の他方の面に位置し、前記粒子層に面しない開口の幅よりも小さい、請求項１～２４のいずれか１項に記載の発光素子。
  26. 　前記第２電極の上面および下面の一方に接する前記粒子層と、他方に接する別の粒子層とを備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。
  27. 　前記複数の粒子は、前記ギャップで生じたプラズモンにより増幅された光を散乱する、請求項１～２６のいずれか１項に記載の発光素子。
  28. 　前記発光層は、有機発光層または量子ドット発光層である、請求項１～２７のいずれか１項に記載の発光素子。
  29. 　請求項１～２８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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