发光元件、发光元件的制造方法与流程

本发明是关于发光元件、发光元件的制造方法。

背景技术：

作为图像显示装置，已知多个发光像素各自作为红色、绿色、蓝色的子像素发挥功能，在基板上具备阳极、空穴输送层、发光层、电子输送层以及阴极的有机电致发光图像显示装置。具体来说，例如下述专利文献1公开了如下技术：由于发光像素各自包含发光区域以及非发光区域，从而降低发光面板上的亮度的偏差，所述发光区域通过在每个发光像素分离形成的阳极与在遍及多个发光像素整面形成的阴极来夹持，所述非发光区域形成有阴极。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2010-244885号公报

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题

在一般的图像显示装置、上述专利文献1中，在每个发光像素中使用相同的材料、膜厚的电子输送层。然而，在发出不同颜色的光的子像素之间中，例如在每个发光层的传导带能级也不同的情况下，对这些的发光层层叠相同材料的电子输送层(即导传导带能级是相同的电子输送层)时，例如在每个子像素中发生电子输送效率的偏差。其结果，根据颜色有时降低发光的亮度、外部量子效率(eqe)。

鉴于以上，本发明的目的在于提供能够以高效率使各色发光的发光元件。

解决问题的手段

本发明的发光元件的特征在于，其包括：阴极；阳极；发光层，形成于所述阴极与阳极之间，且包含发出各自不同的波长的光的多个发光区域；以及电子输送层，形成于所述阴极与所述发光层之间，且包含与所述各发光区域各自对应的区域，所述电子输送层包含zn1-xmgxo膜，但是x为0≤x<1，从对应的所述各发光区域发出的光的波长越短的区域，mg的组成比x越大，且膜厚越薄。

另外，本发明的发光元件的制造方法的特征在于，在基板上形成阳极，在所述阳极的上方形成发光层，所述发光层包含发出各自不同的波长的光的多个发光区域，在所述发光层的上方形成电子输送层，所述电子输送层包含与所述各发光区域各自对应的区域，电子输送层包含zn1-xmgxo膜，但是x为0≤x<1，从对应的所述各发光区域发出的光的波长越短的区域，mg的组成比x越大，且其膜厚形成为越薄，在所述电子输送层的上方形成阴极。

发明效果

根据上述构成，例如能够提供可通过高效率使各色发光的发光元件。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的实施方式一所涉及的发光元件的层叠结构的图。

图2是示出构成图1所示的发光层的各发光区域的能级的例子的图。

图3是示出构成图1所示的发光层的层的能级的例子的图。

图4是示意性地示出本发明的实施方式二所涉及的发光元件的层叠结构的图。

图5是示意性地示出本发明的实施方式三所涉及的发光元件的层叠结构的图。

图6是示意性地示出本发明的实施方式四所涉及的发光元件的层叠结构的图。

具体实施方式

以上，一边参照图式一边针对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明在不脱离其要旨的范围可在各种的方案中实施，不应被解释为仅限于下面所示的实施方式所记载的内容。

〔实施方式一〕

图1是示意性地示出本发明的实施方式一所涉及的发光元件的层叠结构的图。

如图1所示，本实施方式所涉及的发光元件1中，在阵列基板10上，阳极11、空穴输送层12、发光层13、电子输送层14以及阴极15的各层从下层起依次该顺序层叠。在阵列基板10上形成的阳极11例如与阵列基板10的tft(thinfilmtransistor)电连接。此外，在本说明书中，将从阵列基板10向发光层13的方向记载为“向上”，将从发光层13向阵列基板10的方向记载为“向下”。

发光元件1的发光层13包含发出各自不同的波长的光的多个发光区域。在本实施方式中，发光层13包含发出红色光的红色发光区域13r、发出绿色光的绿色发光区域13g以及发出蓝色光的蓝色发光区域13b。发光元件1的对应于这些的发光区域的阳极11、空穴输送层12、发光层13以及电子输送层14的各区域被隔壁16隔离，各自形成红色子像素100r、绿色子像素100g以及蓝色子像素100b。此外，阴极15没有被隔壁16隔离，各子像素共用而形成。

在此，红色光(r)是指在610nm以上且750nm以下的波段具有发光中心波长的光，绿色光(g)是指在500nm以上且560nm以下的波段具有发光中心波长的光，蓝色光(b)是指在435nm以上且480nm以下的波段具有发光中心波长的光。此外，在以下的说明中，在通过发光色来区别各部构成的情况下，标注r、g、b，在无需特别区别的情况下，不标注r、g、b。

尤其是，在本实施方式中，电子输送层14包含红色发光区域13r对应的红色电子输送区域14r、绿色发光区域13g对应的绿色电子输送区域14g以及蓝色发光区域13b对应的蓝色电子输送区域14b，各自具有不同的组成，并且具有不同的膜厚。具体来说，电子输送层14r、14g、14b的材料使用将镁添加于氧化锌的材料，以例如电子输送层14r、14g、14b的电子亲和力与发光层13r、13g、13b的电子亲和力的差分别成为0.5ev以下。另外，电子输送层14r、14g、14b的膜厚随着电气传导率例如按照14r、14g、14b的顺序降低，使按照14r、14g、14b的顺序变薄。在后面详细叙述。

接下来，针对发光元件1的各部构成，从下层起依次说明。此外，在本实施方式中，发光元件1采用从发光层13发出的光朝向上方出射的顶部发射方式。

阳极11能够使用例如al、cu、au、ag等的可见光的反射率高的导电性金属。通过将金属使用于阳极11来能够防止例如金属的氧化(时间劣化的原因)。阳极11的成膜是例如在由溅射来成膜阳极材料后，通过根据子像素的形状图案化来在每个子像素实现。

空穴输送层12是向发光层13输送从阳极11供给的空穴的层，能够使用例如pedot：pss、pvk、tfb、poly-tpd或这些的复合材料。如后述所示，空穴输送层12即使在各子像素使用相同的材料，也例如在各子像素之间没有发生空穴输送效率的偏差，因此能够在各子像素使用相同的材料。空穴输送层12的成膜通过例如由喷墨方式的分涂、使用掩膜的蒸镀、使用光刻的图案化来在每个子像素实现。

发光层13是通过发生从阳极11输送的空穴与从阴极15输送的电子的再结合来发出光的层。在本实施方式中，发光层13具备未图示的量子点(半导体纳米粒子)从一层层叠到几个层的构成。发光层13的成膜是将使量子点分散于例如己烷、甲苯等的溶剂的分散液通过由旋涂法、喷墨法等来在每个子像素分涂而实现。在分散液能够混合硫醇、胺等的分散材料。

量子点具有价电子带能级(等于离子电位)以及传导带能级(等于电子亲和力)，且量子点是通过价电子带能级的空穴与传导带能级的电子的再结合来发光的发光材料。量子点能够使用选自例如cds、cdse、cdte、zns、znse、znte、inn、inp、inas、insb、aip、ais、alas、alsb、gan、gap、gaas、gasb、pbs、pbse、si、ge、mgs、mgse、mgte以及由这些的组合形成的群的1个或多个半导体材料。另外，量子点也可以具备双组分核型、三组分核型、四组分核型、核壳型或、核多壳型、掺杂的纳米粒子、组成倾斜的结构。由于来自量子点的发光通过量子限制效应来具有窄的光谱，从而能够获取色度较深的发光。

图2是示出构成图1所示的发光层的各发光区域的能级的例子的图。在该图中，在表示红色发光区域13r、绿色发光区域13g、蓝色发光区域13b的各块的上方示出以真空能级为基准的电子亲和力(单位为ev)，在各块的下方示出以真空能级为基准的离子电位(单位为ev)。以下，在本说明书中，在仅记载电子亲和力、离子电位的情况下，都以真空能级为基准，其单位为ev。

通常在量子点的价电子带能级是相同材料系的情况下，与量子点发射的光的波长无关，实质上相同的数值(参照图2)。这是因为，由于构成量子点的核的元素的原子序数小的一方，闭壳轨道变少，原子核难以被闭壳轨道遮蔽，因此，价电子容易受到原子核产生的电场的影响，并倾向于保持在固定的能级。因此，与量子点的发光颜色无关，关于价电子带能级也是固定的。

如图2所示，例如在本实施方式中，红色发光区域13r、绿色发光区域13g以及蓝色发光区域13b都具有5.9ev的离子电位，在不同子像素之间也是实质上相同的数值。

另一方面，量子点的传导带能级依赖于量子点发出的光的波长而变化。量子点的传导带能级是量子点发出的光的波长越长，能级越深，量子点发出的光的波长越短，能级越浅。这是因为带隙小的量子点的传导带能级变更深。

如图2所示，例如在本实施方式中，红色发光区域13r、绿色发光区域13g、蓝色发光区域13b分别具有3.9ev、3.5ev、3.2ev的电子亲和力。

再返回到图1，电子输送层14是向发光层13输送从阴极15供给的电子的层。电子输送层14包含红色电子输送区域14r、绿色电子输送区域14g以及蓝色电子输送区域14b，各自具有不同的组成。在本实施方式中，电子输送层14包含组成式由zn1-xmgxo(但是x为0≤x<1)表示的材料，mg的组成比x在每个子像素不同。在此，zn1-xmgxo示出zno的一部分的zn置换成mg的结构，x示出zno的zn置换成mg的比例。zno具有如下性质：zn置换成mg的比例越高，离子电位以及电子亲和力越小。电子输送层14除了zn1-xmgxo之外，还可以包含tio2、ta2o3、srtio3或这些的复合材料。电子输送层14的成膜通过例如由喷墨方式的分涂、使用掩膜的蒸镀、使用光刻的图案化来在每个子像素实现。

在电子输送区域14r、14g、14b中的mg的组成比x优选满足0≤14r<14g<14b≤0.5。若x在上述范围内，则电子输送层14的电子亲和力与发光层13的电子亲和力的差是0.5ev以下，例如将电子注入于发光层13时需要的施加电压变小，能够起到抑制发光元件1的驱动电压的效果。更优选地，x设定为如下：红色电子输送区域14r是0以上且小于0.05，绿色电子输送区域14g是0.05以上且小于0.15，蓝色电子输送区域14b是0.15以上且小于0.25。若x在上述范围内，则电子输送层14的电子亲和力与发光层13的电子亲和力的差是0.2ev以下，例如将电子注入于发光层13时需要的施加电压进一步变小，能够起到进一步抑制发光元件1的驱动电压的效果。

电子输送区域14r、14g、14b中的膜厚优选满足14r>14g>14b。zn1-xmgxo在mg的组成比x增加时，电气传导率会降低，因此随着增加mg的组成比x，使膜厚变薄。由此，能够起到例如使各色高效率地发光的效果。另外，电子输送层14的膜厚优选为5nm以上。这是因为当电子输送层14的膜厚小于5nm的情况下，不能充分地进行向发光层13的电子的注入。另外，电子输送层14的膜厚优选为200nm以下。这是因为在电子输送层14的膜厚大于200nm的情况下，电子输送层14成为电阻，难以进行向发光层13的电子的注入。更优选地，x设定为如下：当红色电子输送区域14r是0以上且小于0.05，绿色电子输送区域14g是0.05以上且小于0.15，蓝色电子输送区域14b是0.15以上且小于0.25时，红色电子输送区域14r的膜厚是45nm以上且小于55nm，绿色电子输送区域14g的膜厚是35nm且小于45nm，蓝色电子输送区域14b的膜厚是25nm且小于35nm。若在上述范围内，则更容易进行向发光层13的电子的注入。

阴极15在本实施方式中，遍及整个各子像素而形成。阴极15能够使用例如ito、izo、azo、gzo、ato等的具有透光性的导电性材料。阴极15的成膜例如所有的子像素共用，通过溅射等来实现。

隔壁16能够使用例如丙烯酸系树脂、聚酰亚胺系树脂、酚醛清漆树脂、酚醛树脂等的绝缘性的有机材料。隔壁16的形成例如在阵列基板10以及阳极11上涂布丙烯酸系树脂后，在相邻的阳极11彼此之间，留下覆盖该阳极11的侧面以及周围端部的位置进行图案化而实现。

图3是示出构成图1所示的发光元件的层的能级的例子的图。图3的(a)、(b)、(c)是示出红色子像素100r、绿色子像素100g、蓝色子像素100b中的各层中的费密能级、电子亲和力以及离子电位的例子的能量图。在此图中，从右向左表示在各自的子像素中的阴极15、电子输送层14、发光层13、空穴输送层12、阳极11的能量图。在阴极15以及阳极11中表示各自的电极的费密能级。在电子输送层14、发光层13、空穴输送层12中，在表示各层的各块的上方示出电子亲和力，在各块的下方示出离子电位。

作为例子图3的(a)、(b)、(c)示出在本实施方式中阴极15由ito构成而阳极11由al构成的形况。在此情况下，阴极15的费密能级是4.7ev，阳极11的费密能级是4.3ev。

在本实施方式中，在红色子像素100r中，红色电子输送区域14例如包含zno，如图3的(a)所示，具有7.5ev的离子电位以及4.0ev的电子亲和力。另外，在绿色子像素100g中，绿色电子输送区域14g例如包含zn0.9mg0.1o，如图3的(b)所示，具有7.3ev的离子电位以及3.6ev的电子亲和力。另外，蓝色子像素100b中，蓝色电子输送区域14b例如包含zn0.8mg0.2o，如图3的(c)所示，具有7.1ev的离子电位以及3.2ev的电子亲和力。

在本实施方式中，在所有的子像素中，空穴输送层12包含pvk，且共用。由此，如图3的(a)、(b)、(c)所示，空穴输送层12都具有5.8ev的离子电位以及2.2ev的电子亲和力。

接下来，参照图3的(a)、(b)、(c)说明在发光元件1的各层中空穴以及电子被输送的情况。

如图3的(a)、(b)、(c)的箭头h1所示，在发光元件1中，在阴极15与阳极11之间发生电位差，则空穴从阳极11向空穴输送层12注入。同样地，如图3的(a)、(b)、(c)的箭头er1、eg1、eb1所示，电子从阴极15向各自的子像素中的电子输送层14注入。

在此，例如从第一层向第二层的空穴输送层的势垒通过从第二层的离子电位扣除第一层的离子电位的能量来显示。在此，在所有的子像素中，由于空穴输送层12共用形成，从而与子像素的种类无关，箭头h1所示的空穴注入的势垒是1.5ev。

另外，例如从第一层向第二层的电子输送的势垒通过从第一层的电子亲和力扣除第二层的电子亲和力的能量来显示。由此，箭头er1所示的电子注入的势垒是0.7ev，箭头eg1所示的电子注入的势垒是1.1ev，箭头eb1所示的电子注入的势垒是1.5ev。

接下来，如图3的(a)、(b)、(c)的箭头h2所示，在各自的子像素中，注入于空穴输送层12的空穴输送至发光层13。在此，在所有的子像素中，发光层13中的离子电位是实质上相同数值(参照图2)，因此与子像素的种类无关，图3的(a)、(b)、(c)的箭头h2所示的空穴输送的势垒是0.1ev。

同样地，图3的(a)、(b)、(c)的箭头er2、eg2、eb2所示，在各自的子像素中，注入于电子输送层14的电子输送至发光层13。在此，箭头er2所示的电子输送的势垒是0.1ev，箭头eg2所示的电子输送的势垒是0.1ev，箭头eb2所示的电子输送的势垒几乎不存在。

这样，向发光层13输送的空穴与电子在量子点再结合。此外，从图3可知，箭头h3所示的从发光层13向电子输送层14的空穴输送的势垒为从1.2ev至1.6ev，相对较大。由此，与箭头h3所示的空穴输送相比，发光层13中的空穴与电子的再结合占优势地发生。同样地，从图3可知，箭头er3、eg3以及eb3所示的从发光层13向空穴输送层10的电子输送的势垒为1.0ev至1.7ev，相对较大。由此，与箭头er3、eg3以及ev3所示的电子输送层相比，发光层13中的空穴与电子的再结合占优势地发生。

本实施方式所涉及的发光元件1在每个子像素中形成有适合于发光层13的电子输送层14。尤其是，在本实施方式中，依照红色子像素100r、绿色子像素100g、蓝色子像素100b的顺序，按照发光层13的电子亲和力变小，电子输送层14的电子亲和力变小，因此能够变小从电子输送层14向发光层13的电子输送的势垒。进一步，在本实施方式中，从电子输送层14向发光层13的电子输送的势垒在任何子像素中也为0.5ev以下，相对小。因此，能够有效地向发光层13输送来自阴极4的电子。

此外，在本实施方式所涉及的发光元件1中说明了在任何子像素中也电子输送层14的电子亲和力大致大于发光层13的电子亲和力的构成，但是不限于此。本实施方式所涉及的发光元件1例如在至少一个子像素中，电子输送层14的电子亲和力也可以是与发光层13的电子亲和力相同数值，或也可以是电子输送层14的电子亲和力小于发光层13的电子亲和力。尤其是，电子输送层14的电子亲和力与发光层13的电子亲和力的差优选为0.5ev以下。若是上述构成，则如上述所示，能够起到提高从电子输送层14向发光层13的电子输送的效率。

此外，在本实施方式中，“离子电位是实质上相同数值”是指离子电位的差异小到对空穴输送造成的影响足够小的程度。因此，发光层13中的离子电位在不同的子像之间中也可以不必严格地相同数值。例如，也可以容许例如针对每个量子点的发光波长的组成的略有差异、或测量误差等导致的离子电位的0.1ev至0.2ev的误差。

〔实施方式二〕

图4是示意性地示出本发明的实施方式二所涉及的发光元件的层叠结构的图。

如图4所示，本实施方式与实施方式一相比，不同的构成在于：各层被逆顺序层叠。具体来说，本实施方式所涉及的发光元件1在阵列基板10上具备如下结构：阴极15、电子输送层14、发光层13、空穴输送层12、阳极11的各层，从下层起依次该顺序层叠，并且具备从阴极15到空穴输送层12的从下方四个层通过隔壁16隔离成红色子像素100r、绿色子像素100g、蓝色子像素100b的结构。此外，阳极11没有被隔壁16隔离，各子像素共用而形成。

随着阳极11与阴极15的配置变相反，各自的材料也能够使用相反的材料。具体来说，例如在发光元件1采用顶部发射方式的情况下，由于阳极11配置于量子点发出的光被出射的侧，从而能够使用例如ito、izo、azo、gzo、ato等的具有透光性的导电性材料。另外，由于阴极15配置于反射量子点发出的光的侧，从而能够使用例如al、cu、au、ag等的可见光的反射率高的导电性金属。

根据本实施方式，由于能够将ito等使用于阳极11，从而与使用al等的金属的情况相比，功函数接近空穴输送层12的价电子带能级(～5ev)，能够起到空穴注入效率提升的效果。

〔实施方式三〕

图5是示意性的示出本发明的实施方式三所涉及的发光元件的层叠结构的图。

如图5所示，本实施方式与实施方式二相比，不同构成在于：空穴输送层12不被隔壁16隔离，而对整个各子像素共用化且作为一个区域。也就是说，空穴输送层12对各子像素共用，被一体形成。此外，权利要求中的“一个区域”是指这样各子像素共用形成为一体的区域，这是在电极(阴极、阳极)也是同样的。具体来说，本实施方式所涉及的发光元件1在阵列基板10上具备如下结构：阴极15、电子输送层14、发光层13、空穴输送层12、阳极11的各层，从下层起依次该顺序层叠，并且具备从阴极15到发光层13的从下方三个层被隔壁16隔离成红色子像素100r、绿色子像素100g、蓝色子像素100b的结构。此外，空穴输送层12、阳极11没有被隔壁16隔离，而对各子像素共用地形成。在该各子像素共用形成的一个区域，在对应于各子像素的各区域中，作为各子像素发挥功能。

如上所述，在发光层13所包含的量子点的价电子带能级是相同的材料系的情况下，不管量子点发出的光的波长如何，基板上是相同数值。由此，即使在作为空穴输送层12的材料在各子像素使用相同的材料的情况下，也在各子像素中的发光层13的价电子带能级与空穴输送层12的价电子带能级的差实质上相同数值。因此，例如从在各子像素之间不使空穴输送效率产生偏差的观点而言，空穴输送层12也能够由相同的材料来对整个各子像素共用化。

根据本实施方式，一边能够以各色保持发光效率，一边简化发光元件1的结构以及制造方法。

〔实施方式四〕

图6是示意性地示出本发明地实施方式四所涉及的发光元件的一例的层叠结构的图。

如图6所示，本实施方式与实施方式二相比，不同构成在于：阴极15不被隔壁16隔离，对整个各子像素共用化且成为一个区域。具体来说，本实施方式所涉及的发光元件1在阵列基板10上具备如下结构：阴极15、电子输送层14、发光层13、空穴输送层12、阳极11的各层，从下层起依次该顺序层叠，并且具备电子输送层14以及发光层13的两层被隔离16隔离成红色子像素100r、绿色子像素100g、蓝色子像素100b的结构。此外，阴极15、空穴输送层12、阳极11不被隔壁16隔离，各子像素共用而形成。在该各子像素共用形成的一个区域，在对应于各子像素的各区域中，作为各子像素发挥功能。

另外，本实施方式所涉及的发光元件1的特征在于具有阴极15、空穴输送层12、阳极11的三层的各色为共用。因此，各层与图6的构成逆顺序层叠层，并且也可以是电子输送层以及发光层的两层被隔壁隔离成各子像素的结构。

本实施方式所涉及的发光元件1能够同时驱动包含红色子像素100r、绿色子像素100g以及蓝色子像素100b的所有的子像素。由此，本实施方式所涉及的发光元件1由于同时使所有的所述子像素发光，从而能够形成白色光。本实施方式中的发光元件1例如能够使用于白色照明单元、白色背光单元等的发出白色的白色发光装置。

本发明不限于上述实施方式，也能够以与上述实施方式所示的构成实质上相同的构成、起到相同的作用效果的构成或达成相同的目的的构成置换。

例如，在上述中，如图1、图4至图6所示，随着设置有差，以电子输送层14r、14g、14b的膜厚成为14r>14g>14b，整个发光元件1的膜厚也形成为台阶状。相对于此，也可以通过例如将空穴输送层12r、12g、12b的膜厚设定为12r<12g<12b且吸收上述差来固定形成整个发光元件1的膜厚。由此，能够起到容易适用于例如发光元件1的发光装置等的效果。