WO2025257964A1 - 発光素子及び表示装置 - Google Patents

発光素子及び表示装置

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WO2025257964A1
WO2025257964A1 PCT/JP2024/021311 JP2024021311W WO2025257964A1 WO 2025257964 A1 WO2025257964 A1 WO 2025257964A1 JP 2024021311 W JP2024021311 W JP 2024021311W WO 2025257964 A1 WO2025257964 A1 WO 2025257964A1
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electron
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emitting
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吉裕 上田
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Sharp Display Technology Corp
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    • H10K2102/20—Metallic electrodes, e.g. using a stack of layers

Definitions

  • This disclosure relates to light-emitting elements and display devices.
  • Patent Document 1 describes a light-emitting element including a first electrode, a second electrode including multiple conductive portions, an organic light-emitting layer, and an insulating layer.
  • an insulating layer is not provided in the light-emitting region, and the insulating layer cannot suppress electron injection in the light-emitting region.
  • trion Auger which occurs in an electron excess state, causes roll-off of the light-emitting device at low injected carrier densities.
  • the peak of the external quantum efficiency (EQE) also occurs at low injected carrier densities, resulting in a decrease in light-emitting efficiency, and as a result, the device is unsuitable for high-brightness applications.
  • One aspect of the present disclosure aims to provide a light-emitting element and a display device suitable for high-brightness applications.
  • the light-emitting device of the present disclosure has the following features: an anode; a cathode; a light-emitting layer disposed between the anode and the cathode; an electron transport layer disposed between the cathode and the light-emitting layer; an electron inhibiting layer having an opening and at least one surface thereof in contact with the electron transporting layer;
  • the display device of the present disclosure comprises: The light emitting element is included.
  • One aspect of the present disclosure provides a light-emitting element and a display device suitable for high-brightness applications.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a display device including a light-emitting element according to a first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element according to a first embodiment.
  • 1A and 1B are diagrams illustrating problems with a conventional light-emitting device that does not include an electron inhibiting layer.
  • FIG. 1 is a diagram showing a general trend of the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) in a conventional light-emitting device that does not have an electron inhibiting layer. This figure shows the general trend of the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) in a semiconductor LED (Light Emitting Diode), which is a comparative example.
  • FIG. 10 is a diagram showing changes in electrical characteristics of a light-emitting element of a comparative example in which electron traps are introduced into the electron transport layer or junction.
  • 3 is a diagram showing changes in the electrical characteristics of the light-emitting device of the first embodiment shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing the ratio of the total current flowing through quantum dots (QDs) to the current flowing through portions other than quantum dots (QDs) in a conventional light-emitting device that does not have an electron inhibiting layer.
  • 7 is a diagram showing the ratio of the total current flowing through the light emitting element of the comparative example shown in FIG. 6 to the quantum dots QD and the current flowing through the quantum dots QD.
  • 10A and 10B are a plan view showing the shape of an electron inhibiting layer provided in a light-emitting element of a second modified example, and a cross-sectional view taken along line AB in the plan view.
  • 10A and 10B are a plan view showing the shape of an electron inhibiting layer provided in a light-emitting element of a third modified example, and a cross-sectional view taken along line AB in the plan view.
  • 10A and 10B are a plan view showing the shape of an electron inhibiting layer provided in a light-emitting element of a fourth modified example, and a cross-sectional view taken along line AB in the plan view.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element according to a fifth modified example.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a display device 1 including a light-emitting element 20 according to the first embodiment shown in FIG.
  • the display device 1 has a frame area NDA and a display area DA.
  • the display area DA of the display device 1 has a plurality of pixels PIX, each of which includes a red subpixel RSP, a green subpixel GSP, and a blue subpixel BSP.
  • PIX pixels PIX
  • an example is described in which one pixel PIX is composed of a red subpixel RSP, a green subpixel GSP, and a blue subpixel BSP, but this is not limiting.
  • one pixel PIX may include subpixels of other colors in addition to the red subpixel RSP, green subpixel GSP, and blue subpixel BSP.
  • the red subpixel RSP provided in the display area DA of the display device 1 includes a red light-emitting element in which the light-emitting layer 6 is a red light-emitting layer in the light-emitting element 20 shown in FIG. 2, or the green subpixel GSP provided in the display area DA of the display device 1 includes a green light-emitting element in which the light-emitting layer 6 is a green light-emitting layer in the light-emitting element 20 shown in FIG. 2, or the blue subpixel BSP provided in the display area DA of the display device 1 includes a blue light-emitting element in which the light-emitting layer 6 is a blue light-emitting layer in the light-emitting element 20 shown in FIG. 2.
  • the light-emitting element 20 includes an anode 4, a cathode 8, a light-emitting layer 6 provided between the anode 4 and the cathode 8, an electron transport layer 7 provided between the cathode 8 and the light-emitting layer 6, and an electron inhibiting layer 9 having an opening 9K and at least one surface in contact with the electron transport layer 7.
  • the electron inhibiting layer 9 provided in the light-emitting element 20 is provided between the first surface of the electron transport layer 7 on the anode 4 side and the second surface of the electron transport layer 7 on the cathode 8 side, and is spaced apart from the first and second surfaces. While the electron inhibiting layer 9 is described as being covered by the electron transport layer 7 as an example, as in embodiments 2 and 3 described below, this is not limiting.
  • the first surface of the electron transport layer 7 on the anode 4 side is the surface that contacts the upper surface of the light-emitting layer 6, and the second surface of the electron transport layer 7 on the cathode 8 side is the surface that contacts the lower surface of the cathode 8.
  • the electron inhibiting layer 9 is preferably an insulating layer.
  • the electron inhibiting layer 9 may contain, for example, one or more selected from silicon oxide, silicon nitride, zirconium oxide, and aluminum oxide, or may be composed of an inorganic material. Without being limited to this, the electron inhibiting layer 9 may also contain an organic material, or may even be composed of an organic insulating film. The electron inhibiting layer 9 may also be formed using a photosensitive organic insulating film.
  • the thickness of the electron-inhibiting layer 9 is preferably 3 nm or more and 50 nm or less.
  • the electron-inhibiting layer 9 is formed with a film thickness of 3 nm or more and 50 nm or less, it is possible to prevent electrons supplied from the cathode 8 from tunneling through the electron-inhibiting layer 9.
  • an anode 4 is formed on a substrate 2.
  • the anode 4 may be formed in a predetermined shape on the substrate 2 by sputtering or vacuum deposition using a mask, or the anode 4 may be formed in a predetermined shape by patterning using general photolithography after forming the anode by sputtering or vacuum deposition.
  • an active matrix substrate including a thin-film transistor layer is used as the substrate 2, and the drain electrode of the thin-film transistor included in the thin-film transistor layer is electrically connected to the anode 4.
  • the light-emitting element 20 shown in Figure 2 may be either a top-emission type or a bottom-emission type.
  • the light-emitting element 20 has a stacked structure in which the cathode 8 is disposed above the anode 4.
  • the anode 4 should be formed from an electrode material that reflects visible light
  • the cathode 8 should be formed from an electrode material that transmits visible light.
  • the anode 4 should be formed from an electrode material that transmits visible light
  • the cathode 8 should be formed from an electrode material that reflects visible light.
  • the electrode material that reflects visible light is not particularly limited as long as it can reflect visible light and is conductive, but examples include metal materials such as Al, Mg, Li, and Ag, alloys of these metal materials, laminates of these metal materials and transparent metal oxides (e.g., indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, etc.), and laminates of these alloys and these transparent metal oxides.
  • metal materials such as Al, Mg, Li, and Ag, alloys of these metal materials, laminates of these metal materials and transparent metal oxides (e.g., indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, etc.), and laminates of these alloys and these transparent metal oxides.
  • electrode materials that transmit visible light are not particularly limited as long as they are transparent to visible light and conductive, but examples include transparent metal oxides (e.g., indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, etc.), thin films made of metal materials such as Al or Ag, and nanowires made of metal materials such as Al or Ag.
  • transparent metal oxides e.g., indium tin oxide, indium zinc oxide, indium gallium zinc oxide, etc.
  • thin films made of metal materials such as Al or Ag
  • nanowires made of metal materials such as Al or Ag.
  • a bank 3 is formed to separate adjacent light-emitting elements.
  • the bank 3 may be formed, for example, by using a metal mask to form a resin material such as polyimide into a predetermined shape, or by using a photosensitive resin and forming it into a predetermined shape by exposure and development.
  • the bank 3 may be formed, for example, in a frame shape that exposes the anode 4 and contacts the edge of the anode 4, or it may be formed in a frame shape that exposes only the central portion of the anode 4 and covers the peripheral portion near the edge of the anode 4.
  • a hole functional layer 5 is formed on the anode 4, in which a hole injection layer (HIL) and a hole transport layer (HTL) are stacked in this order from the anode 4 side.
  • HIL hole injection layer
  • HTL hole transport layer
  • a hole injection layer (HIL) formed from nickel oxide (e.g., NiO) is described as an example, but this is not limited to this.
  • a hole injection layer (HIL) made of nickel oxide can be formed, for example, by applying a colloidal solution of dispersed nickel oxide nanoparticles or by printing using an inkjet method.
  • the particle size of the nickel oxide nanoparticles is preferably approximately 6 nm or more, so that the quantum size effect does not occur.
  • hole injection layer (HIL) made of nickel oxide is not limited to being formed using nanoparticles as described above, and may also be a thin film formed by, for example, vacuum deposition or sputtering.
  • a hole injection layer (HIL) made of nickel oxide formed by any of the above methods can be formed with a substantially uniform thickness on the substrate 2.
  • hole transport layer is formed from poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)] (TFB), i.e., a crosslinkable TFB
  • TFB poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)]
  • TFB poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(4-sec-butylphenyl))diphenylamine)]
  • a hole transport layer (HTL) made of a crosslinkable TFB can be formed, for example, by coating or printing the crosslinkable TFB by an inkjet method.
  • organic materials are considered suitable for the hole transport layer (HTL), and suitable materials for use include N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine (poly-TPD), polyvinylcarbazole (PVK), and the crosslinkable TFB described above, which have a HOMO not significantly different from the energy level of the valence band top (VBM) of the quantum dots QDs contained in the light-emitting layer 6 and a LUMO shallower than the energy level of the conduction band bottom (CBM) of the quantum dots QDs contained in the light-emitting layer 6.
  • VBM valence band top
  • CBM conduction band bottom
  • the HOMO of the hole transport layer serves as a hole injection barrier, and therefore, as described above, it is preferable that the HOMO not significantly different from the energy level of the valence band top (VBM) of the quantum dots QDs contained in the light-emitting layer 6.
  • the LUMO of the hole transport layer (HTL) acts as a barrier that suppresses the overflow of electrons from the quantum dots QDs contained in the light-emitting layer 6, and therefore, as described above, it is preferable that the LUMO be shallower than the energy level of the conduction band minimum (CBM) of the quantum dots QDs contained in the light-emitting layer 6.
  • quantum dots may contain a ligand, such as an organic ligand or a halogen ligand. At least a portion of the ligand may be removed and the quantum dots (QDs) may be protected with an inorganic material, such as a semiconductor material or silicon oxide. From the viewpoint of reliability, it is preferable to use quantum dots (QDs) protected with an inorganic material.
  • the red light-emitting layer, the green light-emitting layer, and the blue light-emitting layer can each be formed using a lift-off method or a general photolithography method.
  • the light-emitting layer (6) contains quantum dots (QDs), but this is not limiting; the light-emitting layer (6) may also contain an organic light-emitting material.
  • an electron transport layer (ETL) 7 and an electron inhibiting layer 9 are formed on the light-emitting layer 6 so as to be encapsulated in the electron transport layer (ETL) 7.
  • a lower electron transport layer (ETL) 7 having a thickness of approximately 20 nm is formed.
  • a light-transmitting electron transport material such as zinc oxide (e.g., ZnO) or zinc magnesium oxide (e.g., ZnMgO) can be suitably used as the electron transport layer (ETL) 7.
  • the electron transport layer (ETL) 7 can be formed, for example, by coating or inkjet printing a colloidal solution of dispersed nanoparticles of zinc oxide (e.g., ZnO) or zinc magnesium oxide (e.g., ZnMgO).
  • the particle size of the zinc oxide (e.g., ZnO) or zinc magnesium oxide (e.g., ZnMgO) nanoparticles is preferably approximately 6 nm or greater, so that the quantum size effect does not occur.
  • a resist layer of a predetermined shape is formed by photolithography on the upper surface of the lower electron transport layer (ETL) 7 formed as described above, and then the electron inhibiting layer 9 is vapor-deposited.
  • the resist layer is provided only in the area corresponding to the opening 9K of the electron inhibiting layer 9, and the electron inhibiting layer 9 is formed on the upper surface of the underlying electron transport layer (ETL) 7 and the entire upper surface of the resist layer.
  • the electron inhibiting layer 9 having the opening 9K as shown in Fig. 2 can be formed.
  • the electron inhibiting layer 9 is formed by vapor deposition of silicon oxide will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and the electron inhibiting layer 9 may also be formed of silicon oxide by a method other than vapor deposition, such as a coating method, an inkjet method, or a photolithography method.
  • the electron inhibiting layer 9 is preferably a transparent insulating material having insulating properties and optical transparency.
  • the electron inhibiting layer 9 may be composed of an organic insulating film having insulating properties and optical transparency.
  • the electron inhibiting layer 9 preferably has a thickness sufficient to prevent tunneling current from flowing, and is preferably formed with a thickness of 3 nm or more. Furthermore, when the light emitting element 20 shown in FIG. 2 is viewed in plan (top view), the electron inhibiting layer 9 is formed as a film having an opening 9K in the in-plane direction. If the electron inhibiting layer 9 were formed as a film without an opening 9K, electrons supplied from the cathode 8 would not be able to pass through the electron inhibiting layer 9, making it difficult to inject electrons into the light-emitting layer 6.
  • the electron inhibiting layer 9 can be formed so as to be enclosed in the electron transport layer (ETL) 7, as shown in FIG. 2 . That is, as shown in FIG. 2 , the electron inhibiting layer 9 provided in the light-emitting element 20 is provided between a first surface of the electron transport layer 7 on the anode 4 side and a second surface of the electron transport layer 7 on the cathode 8 side, and is spaced apart from the first and second surfaces.
  • the electron transport layer (ETL) 7 made of zinc oxide or zinc magnesium oxide is not limited to being formed using nanoparticles as described above, and may be a thin film formed by, for example, vacuum deposition or sputtering.
  • the electron transport layer (ETL) 7 may be made of an organic material such as 2,2′,2′′-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi).
  • the cathode 8 is formed on the electron transport layer 7 by vapor deposition, sputtering, or the like, and the entire structure is sealed with a sealing layer (not shown), completing the light-emitting element 20 formed on the substrate 2 shown in FIG. 2.
  • the light-emitting element 20 shown in FIG. 2 is a top-emission light-emitting element, and therefore the cathode 8 can be formed of ITO (indium tin oxide), a conductive material that transmits visible light, or a metal material with a film thickness of 10 nm or less, such as Al or Ag, to extract light from the light-emitting layer 6.
  • ITO indium tin oxide
  • a metal material with a film thickness of 10 nm or less such as Al or Ag
  • one of the cathode 8 and the anode 4 may be a layer formed of a metal material with a film thickness of 10 nm or less, and the other of the cathode 8 and the anode 4 may be a layer formed of a conductive material that reflects visible light, or one of the cathode 8 and the anode 4 may be a layer formed of a conductive material that transmits visible light, and the other of the cathode 8 and the anode 4 may be a layer formed of a conductive material that reflects visible light.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the problems of conventional light-emitting devices that do not have an electron-inhibiting layer 9.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the general trend of the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) in conventional light-emitting devices that do not have an electron-inhibiting layer 9.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the general trend of the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) in a semiconductor light-emitting diode (LED) as a comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating changes in the electrical characteristics of a comparative light-emitting device in which electron traps are introduced into the electron transport layer or junction.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating changes in the electrical characteristics of the light-emitting device 20 of embodiment 1 shown in FIG. 2.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the ratio of the total current flowing through a conventional light-emitting device that does not have an electron-inhibiting layer 9 to the quantum dots QDs and components other than the quantum dots QDs.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the ratio of the total current flowing through the comparative light-emitting device shown in FIG. 6 to the quantum dots QDs and components other than the quantum dots QDs.
  • Figure 10 is a diagram showing the electrical characteristics of the light-emitting device 20 of embodiment 1 shown in Figure 2, showing the ratio of the total current flowing through the quantum dots QDs to that flowing outside the quantum dots QDs.
  • Figure 11 is a diagram showing the improvement in external quantum efficiency (EQE) of the light-emitting device 20 of embodiment 1 shown in Figure 2.
  • EQE external quantum efficiency
  • a conventional light-emitting element that does not have an electron-inhibiting layer 9 i.e., a conventional light-emitting element that has an anode 4, a hole-functional layer 5, a light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs), an electron-transport layer 7, and a cathode 8 stacked in this order
  • the effective mass of the electrons e is less than 1/10 of the hole h, so the electrons e easily overcome the injection barrier, and the balance between the electrons e and the holes h, which are carriers injected into the quantum dots (QDs) in the light-emitting layer 6, is an excess of electrons.
  • Figure 4 shows the general trend in the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) for the conventional light-emitting device shown in Figure 3.
  • S1-1 to S1-3 are results for blue light-emitting devices
  • S2-1 to S2-3 are results for red light-emitting devices
  • S3-1 to S3-3 are results for green light-emitting devices
  • ABC is a result theoretically derived using the ABC model.
  • the EQE peak appears at an injected carrier density of about 10 15 cm -3 , and when further carriers are injected beyond the EQE peak, the EQE exhibits a characteristic known as roll-off, where it rapidly decreases at an injected carrier density of about 10 16 cm -3 .
  • the comparative semiconductor LED (light-emitting diode) has been analyzed in detail theoretically and empirically, and the roll-off of the comparative semiconductor LED is also caused by Auger recombination due to an increase in carrier density in the light-emitting layer.
  • the general trend of the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) in the comparative semiconductor LED is similar to the general trend of the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) in the conventional light-emitting device with a light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs) shown in FIG. 4 .
  • the EQE peak appears at an injected carrier density of approximately 10 18 cm ⁇ 3 , which is three orders of magnitude higher than that of the conventional light-emitting device with a light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs).
  • roll-off also appears at an injected carrier density three orders of magnitude higher than that of the conventional light-emitting device with a light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs). Note that in FIG. 5 , measurements were performed using four samples with different sizes of inductively coupled plasma etching specimens.
  • the roll-off of the semiconductor LED appears at a current density approximately 1,000 times higher than that of a conventional light-emitting device with a light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs).
  • QDs quantum dots
  • This difference is unique to conventional light-emitting devices with a light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs). Because conventional light-emitting devices with a light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs) operate with an excess of electrons, excess electrons injected into the light-emitting layer 6 containing quantum dots (QDs) do not recombine with holes to emit light.
  • quantum dots are nanoparticles small enough that the quantum size effect is apparent, focusing on a single quantum dot (QD), electron-hole pairs injected from the outside into the core of the quantum dot (QD) create excitons, which recombine to emit light and generate photons after an average time equivalent to their lifetime has elapsed.
  • the roll-off of conventional light-emitting devices having a quantum dot QD-containing light-emitting layer 6 is thought to be due to trion Auger of excess electrons.
  • trion Auger occurs even when two or more electrons are injected into a single quantum dot QD. Therefore, in conventional light-emitting devices having a quantum dot QD-containing light-emitting layer 6, significant roll-off occurs even at an injection carrier density as low as 1/1000 of that of semiconductor LEDs. Therefore, by restricting the injection of electrons into the light-emitting layer 6, the roll-off of conventional light-emitting devices having a quantum dot QD-containing light-emitting layer 6 can be suppressed.
  • Figure 8 shows a schematic representation of the ratio of the total current flowing through the quantum dot QDs to that flowing through portions other than the quantum dot QDs in a conventional light-emitting device that does not have an electron-inhibiting layer 9
  • Figure 9 shows a schematic representation of the ratio of the total current flowing through the quantum dot QDs to that flowing through portions other than the quantum dot QDs in a comparative light-emitting device shown in Figure 6, in which electron traps have been introduced.
  • Figure 9 shows a schematic representation of the ratio of the total current flowing through the quantum dot QDs to that flowing through portions other than the quantum dot QDs in a comparative light-emitting device shown in Figure 6, in which electron traps have been introduced.
  • the junction material is not changed, and an insulator having a thickness sufficient to prevent tunneling is used as the electron-inhibiting layer 9. Furthermore, by forming the electron-inhibiting layer 9 from a film having an opening 9K, a current is injected directly through the opening 9K in the electron-inhibiting layer 9 in the layer thickness direction, and a current is injected indirectly through the opening 9K in the electron-inhibiting layer 9 by lateral diffusion due to the difference in electron concentration. As shown in FIG.
  • this allows the total current to be reduced while maintaining the electrical characteristics of the light-emitting device 20 equivalent to those of a conventional light-emitting device not having an electron-inhibiting layer 9, i.e., without changing the slope.
  • this is a means for changing the current I 0 in Equation 1 shown in FIG. 7 .
  • the current injected into the quantum dots QDs is also reduced at the same rate as the reduction in the total current. Therefore, as shown in FIG. 11 , excess electrons in the quantum dot QD layer included in the light-emitting layer 6 are reduced, trion Auger is suppressed, and roll-off is improved. Furthermore, as shown in FIG.
  • the electron-inhibiting layer 9 inhibits electron injection into the quantum dots QDs contained in the light-emitting layer 6, and therefore, the EQE is improved by the improved carrier balance, and the number of electron-hole (positive hole) pairs that can radiatively recombine per unit time increases, resulting in a shift of the EQE peak toward the high injected carrier density side.
  • 12 is a plan view showing the shape of the electron-inhibiting layer 9 provided in the light-emitting element 20 of embodiment 1 shown in FIG. 2, and a cross-sectional view taken along line A-B in the plan view.
  • 13 is a plan view showing the shape of the electron-inhibiting layer 9a provided in the light-emitting element 21 of the first modified example, and a cross-sectional view taken along line A-B in the plan view.
  • 14 is a plan view showing the shape of the electron-inhibiting layer 9b provided in the light-emitting element 22 of the second modified example, and a cross-sectional view taken along line A-B in the plan view.
  • 15 is a plan view showing the shape of the electron-inhibiting layer 9c provided in the light-emitting element 23 of the third modified example, and a cross-sectional view taken along line A-B in the plan view.
  • 16 is a plan view showing the shape of the electron-inhibiting layer 9d provided in the light-emitting element 24 of the fourth modified example, and a cross-sectional view taken along line A-B in the plan view.
  • the multiple openings 9K in the electron suppression layer 9 provided in the light-emitting element 20 are formed in a mesh shape in a planar view. With this configuration, the lateral diffusion of electrons can reduce the in-plane brightness distribution of the light-emitting element 20.
  • the electron-inhibiting layer 9 includes a plurality of openings 9K, including a first opening and a second opening. In plan view, the first boundary line E1 of the opening (first opening) 9K that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9 faces the second boundary line E2 of the opening (second opening) 9K that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1 to the second boundary line E2 is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the first boundary line E1' of the opening (first opening) 9K that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9 faces the second boundary line E2' of the opening (second opening) 9K that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1' to the second boundary line E2' is preferably 10 ⁇ m or less. The reason why each of the shortest distances is preferably 10 ⁇ m or less will be described later in embodiment 4.
  • the electron-inhibiting layer 9a provided in the light-emitting element 21 is formed in a planar view so as to have a striped first portion and a striped second portion sandwiching at least a portion of the opening 9aK, in this case the entire opening 9aK.
  • the electron-inhibiting layer 9a has a plurality of openings 9aK, including a first opening and a second opening.
  • each of the shortest distances from each of the multiple points constituting the first boundary line E1 to the second boundary line E2 is 10 ⁇ m or less. The reason why each of the shortest distances is preferably 10 ⁇ m or less will be described later in embodiment 4.
  • the electron suppression layer 9b provided in the light-emitting element 22 is formed in the shape of multiple islands in a planar view. With this configuration, the lateral diffusion of electrons can reduce the in-plane brightness distribution of the light-emitting element 22.
  • the opening 9bK of the electron-inhibiting layer 9b includes a first opening (first opening region) and a second opening (second opening region). In a plan view, the first boundary line E1 of the opening (first opening) 9bK that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9b faces the second boundary line E2 of the opening (second opening) 9bK that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9b.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1 to the second boundary line E2 is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the first boundary line E1' of the opening (first opening) 9bK that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9b faces the second boundary line E2' of the opening (second opening) 9bK that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9b.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1' to the second boundary line E2' is preferably 10 ⁇ m or less. The reason why each of the shortest distances is preferably 10 ⁇ m or less will be described later in the fourth embodiment.
  • the electron suppression layer 9c provided in the light-emitting element 23 is formed to include a first portion and a second portion that surrounds the first portion in a planar view, and the first and second portions sandwich at least a portion of the opening 9cK, here a portion of the opening 9cK, between them in a planar view.
  • the first portion is formed in any one of a circular, elliptical, or rectangular shape in a planar view
  • the second portion may be formed in any one of a circular, elliptical, or rectangular shape with a hollow portion inside in a planar view.
  • the electron-inhibiting layer 9c has a plurality of openings 9cK, including a first opening and a second opening.
  • the first boundary line E1 of the opening (first opening) 9cK that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9c faces the second boundary line E2 of the opening (second opening) 9cK that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9c.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1 to the second boundary line E2 is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the first boundary line E1' of the opening (first opening) 9cK that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9c faces the second boundary line E2' of the opening (second opening) 9cK that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9c.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1' to the second boundary line E2' is preferably 10 ⁇ m or less. The reason why each of the shortest distances is preferably 10 ⁇ m or less will be described later in embodiment 4.
  • the electron suppression layer 9d provided in the light-emitting element 24 is formed in a planar view to include at least a portion of the opening 9dK, here a portion of the opening 9dK, and a striped first portion and a striped second portion sandwiching the opening 9dK therebetween, and in each of the first and second portions, wide portions and narrow portions that are narrower than the wide portions in a direction perpendicular to the lengthwise direction (left-right direction in Figure 16) are alternately provided in the lengthwise direction in a planar view (up-down direction in Figure 16).
  • the in-plane brightness distribution of the light-emitting element 24 can be reduced by lateral diffusion of electrons. As shown in FIG.
  • the electron-inhibiting layer 9d has a plurality of openings 9dK, including a first opening and a second opening.
  • the first boundary line E1 of the opening (first opening) 9dK that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9d faces the second boundary line E2 of the opening (second opening) 9dK that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9d.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1 to the second boundary line E2 is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the first boundary line E1' of the opening (first opening) 9dK that contacts a portion of the electron-inhibiting layer 9d faces the second boundary line E2' of the opening (second opening) 9dK that contacts another portion of the electron-inhibiting layer 9d.
  • the shortest distance from each of the points constituting the first boundary line E1' to the second boundary line E2' is preferably 10 ⁇ m or less. The reason why each of the shortest distances is preferably 10 ⁇ m or less will be described later in embodiment 4.
  • light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 and display device 1 equipped with light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 can be suitably used for high-brightness applications.
  • Fig. 17 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 25 of embodiment 2.
  • Fig. 18 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 26 of a fifth modified example.
  • Light-emitting element 25 shown in FIG. 17 and light-emitting element 26 shown in FIG. 18 differ from light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1 in that an electron-inhibiting layer 9 is provided at the interface between the cathode 8 and the electron-transporting layer 7.
  • the shape of the electron-inhibiting layer 9 in plan view can be any of the shapes described in embodiment 1 based on FIGS. 12 to 16.
  • Light-emitting element 25 shown in FIG. 17 differs from light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1, in that a lower electron transport layer 7 is formed, followed by an electron inhibiting layer 9, and then an upper electron transport layer 7 is formed in an area other than the area where the electron inhibiting layer 9 is provided.
  • Light-emitting element 25 has the advantage of being able to form a flat cathode 8.
  • Light-emitting element 26 shown in FIG. 18 is different from light-emitting element 25 shown in FIG. 17 and light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1, in that the electron transport layer 7 is formed in one step and then the electron inhibiting layer 9 is formed.
  • Light-emitting element 26 has the advantage of being able to form the electron transport layer 7 in one step.
  • the electron-inhibiting layer 9 can be provided to restrict the injection of electrons into the light-emitting layer 6, thereby achieving the same effects as the light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1.
  • light-emitting elements 25 and 26 and a display device 1 equipped with light-emitting elements 25 and 26 can be suitably used for high-brightness applications.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 27 according to the third embodiment.
  • Light-emitting element 27 shown in Figure 19 differs from light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1 and light-emitting elements 25 and 26 described above in embodiment 2 in that an electron-inhibiting layer 9 is provided at the interface between the light-emitting layer 6 and the electron-transporting layer 7.
  • Light-emitting element 27 shown in FIG. 19 differs from light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1 and light-emitting elements 25 and 26 described above in embodiment 2 in that after forming the light-emitting layer 6, the electron-blocking layer 9 is formed, and then the electron-transport layer 7 is formed all at once.
  • Light-emitting element 27 has the advantage of being able to form the electron-transport layer 7 all at once, and the advantage of being able to form a flat cathode 8.
  • the electron-inhibiting layer 9 can also restrict the injection of electrons into the light-emitting layer 6, thereby achieving the same effects as the light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1 and the light-emitting elements 25 and 26 described above in embodiment 2.
  • the light-emitting element 27 and the display device 1 equipped with the light-emitting element 27 can be suitably used for high-brightness applications.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 28 according to the fourth embodiment.
  • the light-emitting element 28 shown in Figure 20 is an example in which the width W of the electron-suppressing layer 9 and the width (spacing D) of the opening 9K are changed.
  • Light-emitting element 28 can be fabricated in the same manner as light-emitting elements 20, 21, 22, 23, and 24 described above in embodiment 1. In this process, several light-emitting elements were fabricated with different widths W of the electron-inhibiting layer 9 and different widths (spacing D) of the openings 9K, and the characteristics of each light-emitting element were confirmed. Each light-emitting element was fabricated to a size of 300 ⁇ m x 300 ⁇ m.
  • the electron inhibiting layer 9 shown in Figure 20 has a repeating structure of the same size in the depth direction of Figure 20 as in the cross-sectional direction shown in Figure 20, with the structures arranged at intervals D on all four sides of a square of width W x width W.
  • width W is fixed at 5 ⁇ m and the interval D is changed to 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, or 20 ⁇ m
  • the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) does not change significantly.
  • the interval D is increased to 50 ⁇ m, a decrease in external quantum efficiency (EQE) was observed in the relationship between current density and external quantum efficiency (EQE) compared to when the interval D was 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, or 20 ⁇ m.
  • the interval D When the interval D is larger than a certain value, the number of electrons directly injected in the thickness direction of the electron transport layer 7 increases, which may prevent effective narrowing of electron injection into the light-emitting layer 6. Furthermore, when the spacing D is changed significantly and the value of (spacing D/width W) is around 10, the external quantum efficiency (EQE) is improved compared to conventional light-emitting devices that do not have an electron-inhibiting layer 9, but it also drops significantly; no fluctuation in the external quantum efficiency (EQE) was observed even when the value of (spacing D/width W) was set to 10 or more. For this reason, it is preferable that the value of (spacing D/width W) be less than 10.
  • the spacing D was fixed at 5 ⁇ m, and the width W was varied to 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, and 20 ⁇ m. As a result, a luminance distribution appeared at 20 ⁇ m. When the width W was further increased, a similar luminance distribution appeared even at widths W of 25 ⁇ m or greater. While increasing the width W can effectively restrict electron injection into the light-emitting layer 6, electrons diffusing laterally from the spacing D diffuse in proportion to exp(-x/ ⁇ ) where x is the absolute distance and ⁇ is the diffusion length.
  • the electron diffusion length ⁇ in a thin film of zinc oxide (e.g., ZnO), which can be used as the electron transport layer (ETL) 7, is approximately 5 to 12 ⁇ m, depending on the quality.
  • the electron transport layer (ETL) 7 In the case of nanoparticles of zinc oxide (e.g., ZnO), which can be used as the electron transport layer (ETL) 7, the occurrence of defects is suppressed to approximately 1/10 to 1/100 of that in a thin film of zinc oxide, and the electron diffusion length ⁇ is approximately 10 ⁇ m. Based on the above, when metal oxide nanoparticles such as zinc oxide (e.g., ZnO) are used as the electron transport layer (ETL) 7, it is preferable that the width W be 10 ⁇ m or less.
  • ZnO zinc oxide
  • the electron inhibiting layer includes a first opening and a second opening, and in a planar view, the first boundary line of the first opening that contacts a portion of the electron inhibiting layer and the second boundary line of the second opening that contacts another portion of the electron inhibiting layer are opposite each other.
  • each be 10 ⁇ m or less.
  • This disclosure can be used in light-emitting devices and display devices.

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Abstract

発光素子（２０）は、アノード（４）と、カソード（８）と、アノード（４）とカソード（８）との間に備えられた発光層（６）と、カソード（８）と発光層（６）との間に備えられた電子輸送層（７）と、開口部（９Ｋ）を有し、少なくとも１面が電子輸送層（７）と接する電子抑制層（９）と、を含む。

Description

発光素子及び表示装置
　本開示は、発光素子及び表示装置に関する。
　近年、発光素子を備えた様々な表示装置が開発されており、特に、ＱＬＥＤ（Quantum dot Light Emitting Diode：量子ドット発光ダイオード）または、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode：有機発光ダイオード）を備えた表示装置は、低消費電力化、薄型化及び高画質化などを実現できる点から、高い注目を浴びている。
　例えば、特許文献１には、第１電極と、複数の導電部を含む第２電極と、有機発光層と、絶縁層と、を含む発光素子について記載されている。
日本国特開2016-62859号公報
　特許文献１に記載の発光素子においては、発光領域には絶縁層が設けられてなく、前記発光領域において、前記絶縁層による電子の注入を抑制することはできず、電子過剰の状態で生じるトリオンオージェにより、低注入キャリア密度で発光素子がロールオフを起こしてしまい、外部量子効率（ＥＱＥ）のピークも低注入キャリア密度で生じるため、発光効率が低下してしまい、結果として高輝度用途に向かないという問題がある。
　本開示の一態様は、高輝度用途に適した発光素子及び表示装置を提供することを目的とする。
　本開示の発光素子は、前記の課題を解決するために、
　アノードと、
　カソードと、
　前記アノードと前記カソードとの間に備えられた発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に備えられた電子輸送層と、
　開口部を有し、少なくとも１面が前記電子輸送層と接する電子抑制層と、を含む。
　本開示の表示装置は、前記の課題を解決するために、
　前記発光素子を含む。
　本開示の一態様によれば、高輝度用途に適した発光素子及び表示装置を提供できる。
実施形態１の発光素子を含む表示装置の概略的な構成を示す平面図である。 実施形態１の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。 電子抑制層を備えていない従来の発光素子の問題点を説明するための図である。 電子抑制層を備えていない従来の発光素子における電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係の一般的な傾向を示す図である。 比較例である半導体ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）における電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係の一般的な傾向を示す図である。 電子輸送層または接合に電子トラップを導入した比較例の発光素子の電気特性の変化を示す図である。 図２に示す実施形態１の発光素子の電気特性の変化を示す図である。 電子抑制層を備えていない従来の発光素子を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示した図である。 図６に示す比較例の発光素子を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示した図である。 図２に示す実施形態１の発光素子の電気特性を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示した図である。 図２に示す実施形態１の発光素子における外部量子効率（ＥＱＥ）の改善効果を示す図である。 図２に示す実施形態１の発光素子に備えられた電子抑制層の形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 第１変形例の発光素子に備えられた電子抑制層の形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 第２変形例の発光素子に備えられた電子抑制層の形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 第３変形例の発光素子に備えられた電子抑制層の形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 第４変形例の発光素子に備えられた電子抑制層の形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 実施形態２の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。 第５変形例の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。 実施形態３の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。 実施形態４の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。
　本開示の実施の形態について、図１から図２０に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。
　〔実施形態１〕
　図１は、図２に示す実施形態１の発光素子２０を含む表示装置１の概略的な構成を示す平面図である。
　図１に示すように、表示装置１は、額縁領域ＮＤＡと、表示領域ＤＡとを備えている。表示装置１の表示領域ＤＡには、複数の画素ＰＩＸが備えられており、各画素ＰＩＸは、それぞれ、赤色サブ画素ＲＳＰと、緑色サブ画素ＧＳＰと、青色サブ画素ＢＳＰとを含む。本実施形態においては、１画素ＰＩＸが、赤色サブ画素ＲＳＰと、緑色サブ画素ＧＳＰと、青色サブ画素ＢＳＰとで構成される場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。例えば、１画素ＰＩＸは、赤色サブ画素ＲＳＰ、緑色サブ画素ＧＳＰ及び青色サブ画素ＢＳＰの他に、さらに他の色のサブ画素を含んでいてもよい。
　図２は、実施形態１の発光素子２０の概略的な構成を示す断面図である。
　表示装置１の表示領域ＤＡに備えられた赤色サブ画素ＲＳＰは図２に示す発光素子２０において発光層６が赤色発光層である赤色発光素子を含み、あるいは、表示装置１の表示領域ＤＡに備えられた緑色サブ画素ＧＳＰは図２に示す発光素子２０において発光層６が緑色発光層である緑色発光素子を含み、あるいは、表示装置１の表示領域ＤＡに備えられた青色サブ画素ＢＳＰは図２に示す発光素子２０において発光層６が青色発光層である青色発光素子を含む。
　発光素子２０は、アノード４と、カソード８と、アノード４とカソード８との間に備えられた発光層６と、カソード８と発光層６との間に備えられた電子輸送層７と、開口部９Ｋを有し、少なくとも１面が電子輸送層７と接する電子抑制層９と、を含む。
　本実施形態においては、図２に示すように、発光素子２０に備えられた電子抑制層９は、電子輸送層７のアノード４側の第１面と電子輸送層７のカソード８側の第２面との間であって、前記第１面及び前記第２面から離れて設けられており、電子抑制層９は、電子輸送層７に覆われている場合を一例に挙げて説明するが、後述する実施形態２及び３のように、これに限定されることはない。なお、電子輸送層７のアノード４側の第１面は、発光層６の上面と接する面であり、電子輸送層７のカソード８側の第２面は、カソード８の下面と接する面である。
　電子抑制層９は、絶縁層であることが好ましい。電子抑制層９は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムから選択される一つ以上を含んでいてもよく、無機材料で構成されていてもよい。これに限定されることはなく、電子抑制層９は、有機材料を含んでいてもよく、さらには、有機絶縁膜で構成されていてもよい。また、電子抑制層９を、感光性を有する有機絶縁膜を用いて形成してもよい。
　電子抑制層９の厚さは、３ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であることが好ましい。電子抑制層９が３ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の膜厚で形成されている場合、カソード８から供給された電子が電子抑制層９をトンネルするのを阻止することができる。
　ここでは、図２に示す発光素子２０の製造方法の一例を挙げて説明する。先ず、基板２上にアノード４を形成する。基板２上には、マスクを用いてスパッタまたは真空蒸着によりアノード４を成膜することで、所定形状のアノード４を形成してもよく、スパッタまたは真空蒸着によりアノードを成膜した後、一般的なフォトリソグラフィによりパターニングを行い、所定形状のアノード４を形成してもよい。本実施形態においては、基板２として、例えば、薄膜トランジスタ層を含むアクティブマトリクス基板を用いており、薄膜トランジスタ層に含まれる薄膜トランジスタのドレイン電極とアノード４とが電気的に接続されている。
　図２に示す発光素子２０は、トップエミッション型であっても、ボトムエミッション型であってもよい。発光素子２０は、アノード４よりもカソード８が上層として配置された順積構造であるので、トップエミッション型にするためには、アノード４は可視光を反射する電極材料で形成し、カソード８は可視光を透過する電極材料で形成すればよく、ボトムエミッション型にするためには、アノード４は可視光を透過する電極材料で形成し、カソード８は可視光を反射する電極材料で形成すればよい。
　可視光を反射する電極材料としては、可視光を反射でき、導電性を有するのであれば、特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｇなどの金属材料または、前記金属材料の合金または、前記金属材料と透明金属酸化物（例えば、indium tin oxide、indium zinc oxide、indium gallium zinc oxideなど）との積層体または、前記合金と前記透明金属酸化物との積層体などを挙げることができる。
　一方、可視光を透過する電極材料としては、可視光を透過でき、導電性を有するのであれば、特に限定されないが、例えば、透明金属酸化物（例えば、indium tin oxide、indium zinc oxide、indium gallium zinc oxideなど）または、Ａｌ、Ａｇなどの金属材料からなる薄膜または、Ａｌ、Ａｇなどの金属材料からなるナノワイア（Nano Wire）などを挙げることができる。
　基板２上にアノード４を形成した後、隣接する発光素子間を分離するバンク３を形成する。バンク３は、例えば、メタルマスクを用いてポリイミドなどの樹脂材料を所定形状に形成してもよく、感光性樹脂を用いて、露光及び現像を行うことで、所定形状に形成してもよい。図２に示すように、バンク３は、例えば、アノード４を露出するとともに、アノード４の端部と接するように枠状に形成されてもよく、アノード４の中央部分のみを露出し、アノード４の端部に近い周辺部は覆うように枠状に形成されてもよい。
　続いて、正孔注入層（ＨＩＬ）と正孔輸送層（ＨＴＬ）とがアノード４側からこの順に積層された正孔機能層５をアノード４上に形成する。本実施形態においては、正孔注入層（ＨＩＬ）を酸化ニッケル（例えば、ＮｉＯ）で形成した場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。酸化ニッケルからなる正孔注入層（ＨＩＬ）は、例えば、酸化ニッケルのナノ粒子分散コロイド溶液を塗布またはインクジェット法で印刷することで形成することができる。酸化ニッケルのナノ粒子の粒径は、量子サイズ効果が現れない程度、概ね６ｎｍ以上が望ましい。なお、酸化ニッケルからなる正孔注入層（ＨＩＬ）は、上述したように、ナノ粒子を用いて形成した場合に限定されず、例えば、真空蒸着またはスパッタなどによって形成された薄膜であってもよい。上述した何れの方法で形成された酸化ニッケルからなる正孔注入層（ＨＩＬ）も、基板２上においてほぼ均一な厚さで形成することができる。本実施形態においては、正孔輸送層（ＨＴＬ）をポリ［（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）、すなわち、架橋性ＴＦＢで形成した場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。架橋性ＴＦＢからなる正孔輸送層（ＨＴＬ）は、例えば、架橋性ＴＦＢを塗布またはインクジェット法で印刷することで形成することができる。なお、正孔輸送層（ＨＴＬ）としては、一般的に有機物が適するとされており、発光層６に含まれる量子ドットＱＤの価電子帯上端（ＶＢＭ）のエネルギー準位と大きな差がないＨＯＭＯと、発光層６に含まれる量子ドットＱＤの伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位よりも浅いＬＵＭＯを有する、例えば、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）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）及び上述した架橋性ＴＦＢなどを好適に用いることができる。正孔輸送層（ＨＴＬ）のＨＯＭＯは、正孔の注入障壁となるため、上述したように、発光層６に含まれる量子ドットＱＤの価電子帯上端（ＶＢＭ）のエネルギー準位と大きな差がないことが好ましい。正孔輸送層（ＨＴＬ）のＬＵＭＯは、発光層６に含まれる量子ドットＱＤからの電子のオーバーフローを抑制する障壁となるため、上述したように、発光層６に含まれる量子ドットＱＤの伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位よりも浅いＬＵＭＯを有することが好ましい。
　次に、正孔機能層５上に、例えば、量子ドットＱＤを含むコロイド溶液を塗布またはインクジェット法で印刷して発光層６を形成した。量子ドットＱＤは、例えば、有機リガンドやハロゲンリガンドなどのリガンドを含んでいてもよく、上述したリガンドの少なくとも一部を除去し、半導体材料や酸化ケイ素などの無機物で保護されていてもよい。信頼性の観点から、無機物で保護された量子ドットＱＤを用いることが好ましい。なお、基板２上に、例えば、赤色発光層を備えた赤色発光素子、緑色発光層を備えた緑色発光素子及び青色発光層を備えた青色発光素子を形成する場合には、赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層それぞれは、リフトオフ法や一般的なフォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。本実施形態においては、発光層６が量子ドットＱＤを含む発光層である場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、発光層６は有機発光材料を含む発光層であってもよい。
　次に、発光層６上に、電子輸送層（ＥＴＬ）７及び電子輸送層（ＥＴＬ）７に内包されるように電子抑制層９を形成する。先ず、膜厚２０ｎｍ程度の下層側の電子輸送層（ＥＴＬ）７を形成する。電子輸送層（ＥＴＬ）７としては、例えば、酸化亜鉛（例えば、ＺｎＯ）や酸化亜鉛マグネシウム（例えば、ＺｎＭｇＯ）などの光透過性の電子輸送材料を好適に用いることができる。電子輸送層（ＥＴＬ）７は、例えば、酸化亜鉛（例えば、ＺｎＯ）や酸化亜鉛マグネシウム（例えば、ＺｎＭｇＯ）のナノ粒子分散コロイド溶液を塗布またはインクジェット法で印刷することで形成することができる。酸化亜鉛（例えば、ＺｎＯ）や酸化亜鉛マグネシウム（例えば、ＺｎＭｇＯ）のナノ粒子の粒径は、量子サイズ効果が現れない程度、概ね６ｎｍ以上が望ましい。その後、上述したように形成した下層側の電子輸送層（ＥＴＬ）７の上面に、フォトリソグラフィにより所定形状のレジスト層を形成した後、電子抑制層９を蒸着する。前記レジスト層は電子抑制層９の開口部９Ｋに該当する箇所にのみ設けられ、電子抑制層９は下層側の電子輸送層（ＥＴＬ）７の上面と前記レジスト層の上面全体に形成される。そして、リフトオフ法により、前記レジスト層と前記レジスト層の上面に形成された電子抑制層９を除去することで、図２に示すような開口部９Ｋを有する電子抑制層９を形成することができる。本実施形態においては、電子抑制層９を、酸化ケイ素を蒸着して形成した場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、電子抑制層９は、蒸着以外の方法、例えば、塗布法、インクジェット法、フォトリソグラフィ法などで形成された酸化ケイ素であってもよい。電子抑制層９は、絶縁性及び光透過性を有する透明絶縁材料であることが好ましく、例えば、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（例えば、ＳｉＮ）、酸化ジルコニウム（例えば、ＺｒＯ２）及び酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）から選択される一つで構成されていてもよく、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（例えば、ＳｉＮ）、酸化ジルコニウム（例えば、ＺｒＯ２）及び酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）から選択される一つ以上を含んでいてもよい。さらに、電子抑制層９は、絶縁性及び光透過性を有する有機絶縁膜で構成されていてもよい。なお、電子抑制層９は、トンネル電流が流れない程度以上の膜厚を有することが好ましく、３ｎｍ以上の膜厚で形成されることが好ましい。また、図２に示す発光素子２０を平面視（上面視）した場合における電子抑制層９は、面内方向に開口部９Ｋを有する膜として形成されている。もし、電子抑制層９が開口部９Ｋを有しない膜として形成された場合には、カソード８から供給された電子が電子抑制層９を通過できないので、発光層６への電子の注入が困難になってしまう。続いて、上述した下層側の電子輸送層（ＥＴＬ）７の形成方法と同様に、膜厚２０ｎｍ程度の上層側の電子輸送層（ＥＴＬ）７を形成することで、図２に示すように、電子輸送層（ＥＴＬ）７に内包されるように電子抑制層９を形成することができる。すなわち、図２に示すように、発光素子２０に備えられた電子抑制層９は、電子輸送層７のアノード４側の第１面と電子輸送層７のカソード８側の第２面との間であって、前記第１面及び前記第２面から離れて設けられている。図２に示す電子抑制層９によれば、発光層６への電子の注入を抑制できるとともに、電子抑制層９の開口部９Ｋを通った後の電子を、電子抑制層９と電子抑制層９の開口部との電子密度の差により、効率よく横方向に拡散できる。なお、酸化亜鉛や酸化亜鉛マグネシウムからなる電子輸送層（ＥＴＬ）７は、上述したように、ナノ粒子を用いて形成した場合に限定されず、例えば、真空蒸着またはスパッタなどによって形成された薄膜であってもよい。また、電子輸送層（ＥＴＬ）７としては、例えば、２，２’，２”－（１，３，５－ベンジントリイル）－トリス（１－フェニル－１－Ｈ－ベンズイミダゾール）（ＴＰＢｉ）などの有機材料を用いてもよい。
　そして、電子輸送層７上にカソード８を、蒸着やスパッタなどで形成した後、全体を図示していない封止層で封止することで、図２に示す基板２上に形成された発光素子２０を完成することができる。本実施形態においては、図２に示す発光素子２０がトップエミッション型の発光素子であるため、発光層６からの光を取り出すため、カソード８は、可視光を透過する導電性材料であるＩＴＯ（indium tin oxide）または、膜厚１０ｎｍ以下の金属材料、例えば、ＡｌまたはＡｇで形成することができる。図２に示す発光素子２０は、トップエミッション型であっても、ボトムエミッション型であってもよいので、カソード８及びアノード４の一方は、金属材料で形成された膜厚１０ｎｍ以下の層であり、カソード８及びアノード４の他方は、可視光を反射する導電性材料で形成された層であってもよく、カソード８及びアノード４の一方は、可視光を透過する導電性材料で形成された層であり、カソード８及びアノード４の他方は、可視光を反射する導電性材料で形成された層であってもよい。
　図３は、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子の問題点を説明するための図である。図４は、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子における電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係の一般的な傾向を示す図である。図５は、比較例である半導体ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）における電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係の一般的な傾向を示す図である。図６は、電子輸送層または接合に電子トラップを導入した比較例の発光素子の電気特性の変化を示す図である。図７は、図２に示す実施形態１の発光素子２０の電気特性の変化を示す図である。図８は、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示した図である。図９は、図６に示す比較例の発光素子を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示した図である。図１０は、図２に示す実施形態１の発光素子２０の電気特性を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示した図である。図１１は、図２に示す実施形態１の発光素子２０における外部量子効率（ＥＱＥ）の改善効果を示す図である。
　図３から図１１に基づいて、ここでは、電子抑制層９を備えている発光素子２０の特性を、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子及び電子輸送層または接合にトラップを導入した比較例の発光素子と比較しながら説明する。
　図３に示すように、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子、すなわち、アノード４と、正孔機能層５と、量子ドットＱＤを含む発光層６と、電子輸送層７と、カソード８とがこの順に積層された従来の発光素子においては、電子ｅの有効質量が正孔ｈの１／１０以下であることから、電子ｅは注入障壁を超えやすく、発光層６の量子ドットＱＤに注入されたキャリアである電子ｅと正孔ｈのバランスは電子過剰となる。
　図３に示す従来の発光素子における電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係の一般的な傾向を図４に示す。図４に示す、Ｓ１－１～Ｓ１－３は青色発光素子の結果であり、Ｓ２－１～Ｓ２－３は赤色発光素子の結果であり、Ｓ３－１～Ｓ３－３は緑色発光素子の結果であり、ＡＢＣはＡＢＣモデルにより理論的に導出した結果である。図４に示すように、量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子においては、ＥＱＥピークが１０１５ｃｍ－３程度の注入キャリア密度で現れ、ＥＱＥのピークを超えてさらにキャリア注入すると、１０１６ｃｍ－３程度の注入キャリア密度でロールオフと呼ばれるＥＱＥが急激に低下する特性を示す。
　一方、比較例である半導体ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）については、理論的及び経験的に詳細に解析されており、比較例である半導体ＬＥＤのロールオフも発光層のキャリア密度上昇に伴うオージェ再結合が原因で発生する。図５に示すように、比較例である半導体ＬＥＤにおける電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係の一般的な傾向は、図４に示す量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子における電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係の一般的な傾向と相似だが、半導体ＬＥＤでは、ＥＱＥピークが現れる注入キャリア密度が１０１８ｃｍ－３程度であり、量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子よりも３桁高い。同様に、半導体ＬＥＤでは、ロールオフも量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子よりも３桁高い注入キャリア密度で現れる。なお、図５においては、誘導結合プラズマエッチング試料のサイズが異なる４つのサンプルを用いて測定を行った。
　図４及び図５の比較から、半導体ＬＥＤのロールオフは、量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子の約１０００倍高い電流密度で現れており、この差は量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子特有のものである。量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子は電子過剰で動作していることから、量子ドットＱＤを含む発光層６に過剰に注入された電子は正孔と発光再結合することなく、図３に示すような量子ドットＱＤを含む発光層６と正孔機能層５の正孔輸送層との電子障壁により量子ドットＱＤを含む発光層６に蓄積され厚さ方向に電子密度の分布を生じるようになる。また、量子ドットＱＤは、量子サイズ効果が現れる程度に小さいナノ粒子であるため、１個の量子ドットＱＤに着目すると、外部から量子ドットＱＤのコアに注入された電子－正孔対は励起子を作り、平均的に寿命に相当する時間が経過すると発光再結合してフォトンを生成する。一方で、量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子が電子過剰かつ密度分布がある状態で動作する場合、量子ドットＱＤに２個以上の電子が注入される確率を無視できず、１個の量子ドットＱＤに２個以上の電子が入ると電子同士が相互作用して高エネルギーの電子１個を生成するトリオンオージェと呼ばれる現象が起こり、発光効率が低下する。また、生成された高エネルギー電子が、図３に示すような量子ドットＱＤを含む発光層６と正孔機能層５の正孔輸送層との電子障壁を超えてオーバーフローするためさらに発光効率が低下する。従って、量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子のロールオフは、過剰な電子のトリオンオージェによるものと考えられる。上述したように、１個の量子ドットＱＤに２個以上の電子が注入された程度でもトリオンオージェが起こるため、量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子においては、半導体ＬＥＤに比べて１／１０００程度の低注入キャリア密度でも大きなロールオフが発生する。よって、発光層６への電子の注入を絞れば、量子ドットＱＤを含む発光層６を備えた従来の発光素子のロールオフを抑制できる。
　上述したように、電子抑制層９を備えることで、発光層６への電子の注入を絞る手段以外にも、多数の手段が存在するが、それぞれ以下で説明するような問題がある。例えば、電子輸送層として、非常に深い伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギー準位を有するｎ型窒化物を用いて、電子の注入障壁を高くすることが考えられるが、この場合には、電子の注入を絞ることはできるが、駆動電圧が大きく上昇してしまうという問題がある。また、量子ドットＱＤの表面または電子輸送層に電磁気力線や重イオンを照射すれば、電子輸送層または接合に電子トラップが導入されるため、図６に矢印方向で示すように、電子注入が低下する。動作電圧４Ｖで比較すると電流密度が低下するので、電子注入が低下するものの、電圧に対する電流密度の傾きが緩くなる方向に変化している。図６に示すような傾きの変化は、発光素子のダイオード特性の悪化を意味する。なお、この場合は、図６に示す（式１）中のキャリア密度ｎを変化させる手段である。図８には、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示しており、図９には、電子トラップが導入された図６に示す比較例の発光素子を流れる全電流が、量子ドットＱＤと量子ドットＱＤ以外にどのような比で流れるかを概略的に示している。図９に示すように、全電流を減らすことで、量子ドットＱＤを流れる電流も減少させているが、この場合、図１１に示す傾斜が変化した場合のように、僅かなロールオフの改善が見られるものの同時にＥＱＥが著しく低下してしまうという問題がる。
　一方、図２に示す発光素子２０においては、接合を作る材料を変えず、トンネルしない程度の膜厚を有する絶縁体を電子抑制層９として用いている。また、電子抑制層９を、開口部９Ｋを有する膜で形成することで、電子抑制層９の開口部９Ｋから層厚方向に直接注入される電流と、電子抑制層９の開口部９Ｋから電子の濃度差により横方向に拡散し間接的に注入される電流を作ることにより、図７に示すように、発光素子２０の電気特性を、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子と同等に維持しながら、すなわち、傾きを変えることなく全電流を絞ることができる。なお、この場合は、図７に示す（式１）中の電流Ｉ０を変化させる手段である。図１０に示すように、この場合、全電流の減少と同じ割合で量子ドットＱＤに注入される電流も低減する。従って、図１１に示すように、発光層６に含まれる量子ドットＱＤ層中の過剰電子が減少し、トリオンオージェが抑制され、ロールオフが改善される。さらに、図１１に示すように、発光素子２０においては、電子抑制層９により、発光層６に含まれる量子ドットＱＤへの電子注入が抑制されるので、キャリバランスの改善によってＥＱＥの向上も見られるとともに、単位時間に発光再結合できる電子－ホール（正孔）対が増加し、ＥＱＥピークの高注入キャリア密度側へのシフトも見られる。
　図１２は、図２に示す実施形態１の発光素子２０に備えられた電子抑制層９の形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。図１３は、第１変形例の発光素子２１に備えられた電子抑制層９ａの形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。図１４は、第２変形例の発光素子２２に備えられた電子抑制層９ｂの形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。図１５は、第３変形例の発光素子２３に備えられた電子抑制層９ｃの形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。図１６は、第４変形例の発光素子２４に備えられた電子抑制層９ｄの形状を示す平面図と、前記平面図のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。
　図１２に示すように、発光素子２０に備えられた電子抑制層９の複数個の開口部９Ｋは、平面視において、メッシュ状に形成されている。このような構成によれば、電子の横方向への拡散により、発光素子２０の面内輝度分布を低減できる。また、図１２に示すように、電子抑制層９は、第１開口部と第２開口部とを含む複数個の開口部９Ｋを備えており、平面視において、電子抑制層９の一部と接する開口部（第１開口部）９Ｋの第１境界線Ｅ１と電子抑制層９の他の一部と接する開口部（第２開口部）９Ｋの第２境界線Ｅ２とは対向し、第１境界線Ｅ１を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましく、電子抑制層９の一部と接する開口部（第１開口部）９Ｋの第１境界線Ｅ１’と電子抑制層９の他の一部と接する開口部（第２開口部）９Ｋの第２境界線Ｅ２’とは対向し、第１境界線Ｅ１’を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２’までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましい。なお、上記最短距離それぞれを１０μｍ以下にすることが好ましい理由については、実施形態４で後述する。
　図１３に示すように、発光素子２１に備えられた電子抑制層９ａは、平面視において、開口部９ａＫの少なくとも一部、ここでは、開口部９ａＫ全体を間に挟むストライプ状の第１部とストライプ状の第２部とを有するように形成されている。このような構成によれば、電子の横方向への拡散により、発光素子２１の面内輝度分布を低減できる。また、図１３に示すように、電子抑制層９ａは、第１開口部と第２開口部とを含む複数個の開口部９ａＫを備えており、平面視において、電子抑制層９ａの一部と接する開口部（第１開口部）９ａＫの第１境界線Ｅ１と電子抑制層９ａの他の一部と接する開口部（第２開口部）９ａＫの第２境界線Ｅ２とは対向し、第１境界線Ｅ１を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましい。なお、上記最短距離それぞれを１０μｍ以下にすることが好ましい理由については、実施形態４で後述する。
　図１４に示すように、発光素子２２に備えられた電子抑制層９ｂは、平面視において、複数の島状に形成されている。このような構成によれば、電子の横方向への拡散により、発光素子２２の面内輝度分布を低減できる。また、図１４に示すように、電子抑制層９ｂの開口部９ｂＫは、第１開口部（第１開口領域）と第２開口部（第２開口領域）とを含み、平面視において、電子抑制層９ｂの一部と接する開口部（第１開口部）９ｂＫの第１境界線Ｅ１と電子抑制層９ｂの他の一部と接する開口部（第２開口部）９ｂＫの第２境界線Ｅ２とは対向し、第１境界線Ｅ１を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましく、電子抑制層９ｂの一部と接する開口部（第１開口部）９ｂＫの第１境界線Ｅ１’と電子抑制層９ｂの他の一部と接する開口部（第２開口部）９ｂＫの第２境界線Ｅ２’とは対向し、第１境界線Ｅ１’を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２’までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましい。なお、上記最短距離それぞれを１０μｍ以下にすることが好ましい理由については、実施形態４で後述する。
　図１５に示すように、発光素子２３に備えられた電子抑制層９ｃは、第１部と、平面視において、前記第１部を取り囲む第２部とを含むように形成されており、前記第１部と前記第２部とは、平面視において、その間に開口部９ｃＫの少なくとも一部、ここでは、開口部９ｃＫの一部を挟む。前記第１部は、平面視において、円形状、楕円形状及び矩形状の何れかの形状で形成されており、前記第２部は、平面視において、内側に空洞部を有する、円形状、楕円形状及び矩形状の何れかの形状で形成されていてもよい。このような構成によれば、電子の横方向への拡散により、発光素子２３の面内輝度分布を低減できる。また、図１５に示すように、電子抑制層９ｃは、第１開口部と第２開口部とを含む複数個の開口部９ｃＫを備えており、平面視において、電子抑制層９ｃの一部と接する開口部（第１開口部）９ｃＫの第１境界線Ｅ１と電子抑制層９ｃの他の一部と接する開口部（第２開口部）９ｃＫの第２境界線Ｅ２とは対向し、第１境界線Ｅ１を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましく、電子抑制層９ｃの一部と接する開口部（第１開口部）９ｃＫの第１境界線Ｅ１’と電子抑制層９ｃの他の一部と接する開口部（第２開口部）９ｃＫの第２境界線Ｅ２’とは対向し、第１境界線Ｅ１’を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２’までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましい。なお、上記最短距離それぞれを１０μｍ以下にすることが好ましい理由については、実施形態４で後述する。
　図１６に示すように、発光素子２４に備えられた電子抑制層９ｄは、平面視において、開口部９ｄＫの少なくとも一部、ここでは、開口部９ｄＫの一部を間に挟むストライプ状の第１部とストライプ状の第２部とを含むように形成されており、前記第１部及び前記第２部それぞれにおいては、平面視における長さ方向（図１６の上下方向）において、広幅部と、前記広幅部よりも前記長さ方向と直交する方向（図１６の左右方向）の幅が狭い狭幅部とが、交互に設けられている。このような構成によれば、電子の横方向への拡散により、発光素子２４の面内輝度分布を低減できる。また、図１６に示すように、電子抑制層９ｄは、第１開口部と第２開口部とを含む複数個の開口部９ｄＫを備えており、平面視において、電子抑制層９ｄの一部と接する開口部（第１開口部）９ｄＫの第１境界線Ｅ１と電子抑制層９ｄの他の一部と接する開口部（第２開口部）９ｄＫの第２境界線Ｅ２とは対向し、第１境界線Ｅ１を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましく、電子抑制層９ｄの一部と接する開口部（第１開口部）９ｄＫの第１境界線Ｅ１’と電子抑制層９ｄの他の一部と接する開口部（第２開口部）９ｄＫの第２境界線Ｅ２’とは対向し、第１境界線Ｅ１’を構成する複数の点それぞれから第２境界線Ｅ２’までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下であることが好ましい。なお、上記最短距離それぞれを１０μｍ以下にすることが好ましい理由については、実施形態４で後述する。
　以上のように、発光素子２０・２１・２２・２３・２４及び発光素子２０・２１・２２・２３・２４を備えた表示装置１は、高輝度用途に好適に用いることができる。
　〔実施形態２〕
　図１７は、実施形態２の発光素子２５の概略的な構成を示す断面図である。図１８は、第５変形例の発光素子２６の概略的な構成を示す断面図である。
　図１７に示す発光素子２５及び図１８に示す発光素子２６それぞれにおいては、電子抑制層９がカソード８と電子輸送層７との界面に設けられている点において、実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４とは異なる。なお、発光素子２５及び発光素子２６それぞれにおいても、電子抑制層９の平面視における形状は、実施形態１で図１２から図１６に基づいて説明した形状の何れかを採用することができる。
　図１７に示す発光素子２５は、下層側の電子輸送層７を形成した後、電子抑制層９を形成し、その後に、電子抑制層９が設けられた領域以外に上層側の電子輸送層７を形成する点において、下層側の電子輸送層７を形成した後、電子抑制層９を形成し、その後に、下層側の電子輸送層７及び電子抑制層９の両方を覆うように上層側の電子輸送層７を形成する実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４とは異なる。発光素子２５の場合、平坦なカソード８を形成できるというメリットがある。
　図１８に示す発光素子２６は、電子輸送層７を一度に形成した後、電子抑制層９を形成する点において、下層側の電子輸送層７を形成した後、電子抑制層９を形成し、その後に、上層側の電子輸送層７を形成する図１７に示す発光素子２５及び実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４とは異なる。発光素子２６の場合、電子輸送層７を一度に形成できるというメリットがある。
　図１７に示す発光素子２５及び図１８に示す発光素子２６それぞれにおいても、電子抑制層９を備えることで、発光層６への電子の注入を絞ることができ、実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４と同様の効果を得ることができる。
　以上のように、発光素子２５・２６及び発光素子２５・２６を備えた表示装置１は、高輝度用途に好適に用いることができる。
　〔実施形態３〕
　図１９は、実施形態３の発光素子２７の概略的な構成を示す断面図である。
　図１９に示す発光素子２７は、電子抑制層９が発光層６と電子輸送層７との界面に設けられている点において、実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４及び実施形態２で上述した発光素子２５・２６とは異なる。
　図１９に示す発光素子２７は、発光層６を形成した後に、電子抑制層９を形成し、その後、電子輸送層７を一度に形成する点において、実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４及び実施形態２で上述した発光素子２５・２６とは異なる。発光素子２７の場合、電子輸送層７を一度に形成できるというメリットと、平坦なカソード８を形成できるというメリットがある。
　図１９に示す発光素子２７においても、電子抑制層９を備えることで、発光層６への電子の注入を絞ることができ、実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４及び実施形態２で上述した発光素子２５・２６と同様の効果を得ることができる。
　以上のように、発光素子２７及び発光素子２７を備えた表示装置１は、高輝度用途に好適に用いることができる。
　なお、発光素子２７を備えた表示装置１の画素ＰＩＸを１００倍程度に拡大して観察した際に僅かに明暗の差が見られた。この明暗の差は、電子の拡散に対応しており、電子抑制層９が発光層６に最も近い位置に設けられた発光素子２７では発光層６内で電子が拡散するため、電子輸送層７の厚さを電子の拡散に使える実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４及び実施形態２で上述した発光素子２５・２６と比べて、面内に電子密度分布が生じやすいためである。しかし、面内の輝度分布は１００倍程度に拡大して観察できる程度であり、表示装置１として目視するのであれば実質的な影響はない。
　〔実施形態４〕
　図２０は、実施形態４の発光素子２８の概略的な構成を示す断面図である。
　図２０に示す発光素子２８は、電子抑制層９の幅Ｗと、開口部９Ｋの幅（間隔Ｄ）と、を変えた例である。
　発光素子２８は、実施形態１で上述した発光素子２０・２１・２２・２３・２４と同様の方法で作製することができる。その際に、電子抑制層９の幅Ｗと、開口部９Ｋの幅（間隔Ｄ）とが異なる複数の発光素子を作製し、それぞれの発光素子の特性を確認した。それぞれの発光素子のサイズは、３００μｍ×３００μｍで作製した。
　図２０に示す電子抑制層９は、図２０の奥行方向にも、図２０に示す断面方向と同じサイズの繰り返し構造であり、幅Ｗ×幅Ｗの正方形の四方に間隔Ｄで敷き詰めた構造である。幅Ｗを５μｍに固定し、間隔Ｄを５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍと変えた場合、電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係は大きく変化しない。間隔Ｄを５０μｍまで拡大すると、間隔Ｄが５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの場合と比較して、電流密度と外部量子効率（ＥＱＥ）の関係において、外部量子効率（ＥＱＥ）の低下が見られた。間隔Ｄが所定値以上に大きい場合には、電子輸送層７の厚さ方向に直接注入される電子が増加し、発光層６への電子の注入を効果的に絞れない可能性がある。さらに間隔Ｄを大きく変え、（間隔Ｄ／幅Ｗ）の値が１０近傍においては、外部量子効率（ＥＱＥ）は、電子抑制層９を備えていない従来の発光素子よりは改善するものの、大きく低下し、（間隔Ｄ／幅Ｗ）の値を１０以上にしても外部量子効率（ＥＱＥ）の変動は見られなかった。このことから、（間隔Ｄ／幅Ｗ）の値は、１０未満であることが好ましい。
　次に、間隔Ｄを５μｍに固定し、幅Ｗを５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍと変化させた。その結果、２０μｍで輝度分布が現れた。さらに幅Ｗを大きくしたところ、幅Ｗが２５μｍ以上でも、同様の輝度分布が現れた。幅Ｗの増加により発光層６への電子の注入を効果的に絞ることはできるが、間隔Ｄの部分から横方向に拡散する電子は、距離の絶対値ｘと拡散長λに対してｅｘｐ（－ｘ／λ）に比例して拡散するため、幅Ｗが拡散長の２倍を超えると面内の電流密度分布が大きくなり輝度分布も電流密度分布に比例して生じるので、輝度分布が現れたものと考えられる。なお、このような面内の輝度分布は１００倍程度に拡大して観察できる程度であり、表示装置１として目視するのであれば実質的な影響はない。電子輸送層（ＥＴＬ）７として用いることができる、例えば、酸化亜鉛（例えば、ＺｎＯ）の薄膜における電子の拡散長λは、品質にも依存するが、５～１２μｍ程度であり、電子輸送層（ＥＴＬ）７として用いることができる、例えば、酸化亜鉛（例えば、ＺｎＯ）のナノ粒子の場合、酸化亜鉛の薄膜に比較して、欠陥の発生が１／１０から１／１００程度に抑えられ、１０μｍ程度の長い拡散長λを有する。以上から、電子輸送層（ＥＴＬ）７として酸化亜鉛（例えば、ＺｎＯ）などの金属酸化物ナノ粒子を用いる場合には、幅Ｗを１０μｍ以下とすることが好ましい。すなわち、上記した各実施例においては、電子抑制層が第１開口部と第２開口部とを含み、平面視において、前記電子抑制層の一部と接する前記第１開口部の第１境界線と前記電子抑制層の他の一部と接する前記第２開口部の第２境界線とは対向し、前記第１境界線を構成する複数の点それぞれから前記第２境界線までの最短距離を求めた場合、それぞれは１０μｍ以下であることが望ましい。
　〔付記事項〕
　本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　本開示は、発光素子及び表示装置に利用することができる。
　１　　　　　　　表示装置
　２　　　　　　　基板
　３　　　　　　　バンク
　４　　　　　　　アノード
　５　　　　　　　正孔機能層
　６　　　　　　　発光層
　７　　　　　　　電子輸送層
　８　　　　　　　カソード
　９、９ａ～９ｄ　電子抑制層
　９Ｋ、９ａＫ～９ｄＫ　開口部
　２０～２８　　　発光素子
　Ｅ１、Ｅ１’　　第１境界線
　Ｅ２、Ｅ２’　　第２境界線
　ＲＳＰ　　　　　赤色サブ画素
　ＧＳＰ　　　　　緑色サブ画素
　ＢＳＰ　　　　　青色サブ画素
　ＰＩＸ　　　　　画素
　ＤＡ　　　　　　表示領域
　ＮＤＡ　　　　　額縁領域

Claims (21)

  1. 　アノードと、
    　カソードと、
    　前記アノードと前記カソードとの間に備えられた発光層と、
    　前記カソードと前記発光層との間に備えられた電子輸送層と、
    　開口部を有し、少なくとも１面が前記電子輸送層と接する電子抑制層と、を含む、発光素子。
  2. 　前記電子抑制層は、絶縁層である、請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記電子抑制層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムから選択される一つ以上を含む、請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　前記電子抑制層は、無機材料で構成されている、請求項１から３の何れか１項に記載の発光素子。
  5. 　前記電子抑制層は、有機材料を含む、請求項１から３の何れか１項に記載の発光素子。
  6. 　前記電子抑制層の厚さは、３ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である、請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子。
  7. 　前記電子抑制層の複数個の前記開口部は、平面視において、メッシュ状に形成されている、請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子。
  8. 　前記電子抑制層は、平面視において、複数の島状に形成されている、請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子。
  9. 　前記電子抑制層は、平面視において、前記開口部の少なくとも一部を間に挟むストライプ状の第１部とストライプ状の第２部とを含むように形成されている、請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子。
  10. 　前記電子抑制層は、平面視において、前記開口部の少なくとも一部を間に挟むストライプ状の第１部とストライプ状の第２部とを含むように形成されており、
    　前記第１部及び前記第２部それぞれにおいては、平面視における長さ方向において、広幅部と、前記広幅部よりも前記長さ方向と直交する方向の幅が狭い狭幅部とが、交互に設けられている、請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子。
  11. 　前記電子抑制層は、第１部と、平面視において、前記第１部を取り囲む第２部とを含むように形成されており、
    　前記第１部と前記第２部とは、平面視において、その間に前記開口部の少なくとも一部を挟む、請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子。
  12. 　前記第１部は、平面視において、円形状、楕円形状及び矩形状の何れかの形状で形成されており、
    　前記第２部は、平面視において、内側に空洞部を有する、円形状、楕円形状及び矩形状の何れかの形状で形成されている、請求項１１に記載の発光素子。
  13. 　前記開口部は、第１開口部と第２開口部とを含み、
    　平面視において、前記電子抑制層の一部と接する前記第１開口部の第１境界線と前記電子抑制層の他の一部と接する前記第２開口部の第２境界線とは対向し、
    　前記第１境界線を構成する複数の点それぞれから前記第２境界線までの最短距離それぞれは、１０μｍ以下である、請求項７から１２の何れか１項に記載の発光素子。
  14. 　前記電子抑制層は、前記発光層と前記電子輸送層との界面に設けられている、請求項１から１３の何れか１項に記載の発光素子。
  15. 　前記電子抑制層は、前記電子輸送層の前記アノード側の第１面と前記電子輸送層の前記カソード側の第２面との間であって、前記第１面及び前記第２面から離れて設けられており、
    　前記電子抑制層は、前記電子輸送層に覆われている、請求項１から１３の何れか１項に記載の発光素子。
  16. 　前記電子抑制層は、前記カソードと前記電子輸送層との界面に設けられている、請求項１から１３の何れか１項に記載の発光素子。
  17. 　前記カソード及び前記アノードの一方は、金属材料で形成された膜厚１０ｎｍ以下の層であり、
    　前記カソード及び前記アノードの他方は、可視光を反射する導電性材料で形成された層である、請求項１から１６の何れか１項に記載の発光素子。
  18. 　前記カソード及び前記アノードの一方は、可視光を透過する導電性材料で形成された層であり、
    　前記カソード及び前記アノードの他方は、可視光を反射する導電性材料で形成された層である、請求項１から１６の何れか１項に記載の発光素子。
  19. 　前記発光層は、量子ドットを含む、請求項１から１８の何れか１項に記載の発光素子。
  20. 　前記発光層は、有機発光材料を含む、請求項１から１８の何れか１項に記載の発光素子。
  21. 　請求項１から２０の何れか１項に記載の発光素子を含む、表示装置。
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