JP2021048054A - 自発光素子を用いた表示パネル、および、その製造方法 - Google Patents

自発光素子を用いた表示パネル、および、その製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光取り出し効率が高く、消費電力が小さい自発光素子を用いた表示パネル、および、表示パネルの製造方法を提供する。【解決手段】基板と、前記基板の上方に配される複数の陽極と、前記複数の陽極のそれぞれの上方に配される発光層と、前記発光層の上方に配され、希土類から選択される金属材料を含む機能層と、前記機能層上に接して配され、透光性と導電性とを有する金属酸化物からなる陰極下層と、前記陰極下層上に接して配され、金属膜からなる陰極上層とを備え、前記機能層の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とは、１５０ｎｍ以上離隔している表示パネル。【選択図】図１

Description

本開示は、電界発光現象や量子ドット効果を利用した自発光素子を備える表示パネル、および、その製造方法に関し、特に、共振器構造を有する自発光素子に関する。
近年、有機材料の電界発光現象を利用した有機ＥＬ素子、量子ドット効果を利用したＱＬＥＤなどの自発光素子を利用した表示装置が普及しつつある。
自発光素子は、一対の電極（陽極および陰極）間に、少なくとも発光層が挟まれた構造を有している。そして、自発光素子は、多くの場合、発光層の他に、発光層に電子を供給するための機能層（電子輸送層、電子注入層）が発光層と陰極との間にさらに挟まれた構成を有している。
自発光素子において、消費電力の低減や長寿命化の観点から、各色発光素子から光取り出し効率を向上させることも望まれている。この光取り出し効率を向上させるために、例えば特許文献１に示されるように、自発光素子たる各色の有機ＥＬ素子において、共振器構造を採用する技術も知られている。
国際公開第２０１２／０２０４５２号
しかしながら、共振器構造により１次光干渉を利用して光を取り出す場合、自発光素子において、陽極の発光層側の界面と、陰極の発光層側の界面との距離は、取り出す光の波長に対応した所定の範囲内である必要がある。そのため、発光層や機能層の膜厚を最適化すると、陽極の発光層側の界面と陰極の発光層側の界面との距離が近いため所定の範囲を外れ、光取り出し効率が十分に向上しないことがある。一方で、発光層の膜厚を大きくすると駆動電圧の上昇を招き、自発光素子の消費電力が増加する。また、透光性電極が陰極である場合、電子注入層等の膜厚を大きくすると、電子注入性を向上させるための金属による光吸収により光取り出し効率の低下が引き起こされることとなる。
本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光取り出し効率が高く、消費電力が小さい自発光素子を用いた表示パネル、および、表示パネルの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る表示パネルは、基板と、前記基板の上方に配される複数の陽極と、前記複数の陽極のそれぞれの上方に配される発光層と、前記発光層の上方に配され、希土類から選択される金属材料を含む機能層と、前記機能層上に接して配され、透光性と導電性とを有する金属酸化物からなる陰極下層と、前記陰極下層上に接して配され、金属膜からなる陰極上層とを備え、前記機能層の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とは、１５０ｎｍ以上離隔していることを特徴とする。
上記形態の表示パネルによれば、上記構成により、光透過性の高い陰極下層の膜厚の設計自由度が高いため、各機能層の膜厚を最適化しながら光取り出し効率の高い共振器構造を実現することができる。さらに、酸化物からなる陰極下層と接触する機能層に含まれる金属が希土類であるため、陰極下層による金属の酸化を抑止することができ、機能層の光透過性を高く保ったまま発光層への電子注入性を高めることができる。したがって、各自発光素子の発光効率を容易に高めることが可能となる。
実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１の構成を模式的に示す断面図である。 有機ＥＬ素子１に形成された光共振器構造における光の干渉について説明する模式断面図である。 有機ＥＬ素子１から取り出される光の輝度値／Ｙの値と、発光層１７の陽極側の面〜対向電極第１層２０と対向電極第２層２１との界面までの膜厚との関係を示すグラフである。 実施例および比較例における、電子注入輸送層１９の膜厚と有機ＥＬ素子１の消費電力との関係を示すグラフであり、（ａ）は赤色有機ＥＬ素子、（ｂ）は緑色有機ＥＬ素子、（ｃ）は青色有機ＥＬ素子に関する。 （ａ）は実施例に係る有機ＥＬ素子の模式断面図であり、（ｂ）は比較例に係る有機ＥＬ素子の模式断面図である。 実施例および比較例における有機ＥＬ素子の特性を示すグラフであり、（ａ）は電圧が一定の場合におけるドープ金属の濃度と電流値との関係、（ｂ）はドープ濃度と発光効率との関係、（ｃ）は電流値と発光効率との関係を示す。 実施の形態１に係る有機ＥＬ表示パネルの製造過程を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る有機ＥＬ表示パネルの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）は、基板上にＴＦＴ層が形成された状態、（ｂ）は、基板上に層間絶縁層が形成された状態、（ｃ）は、層間絶縁層上に画素電極材料が形成された状態、（ｄ）は、画素電極が形成された状態、（ｅ）は、層間絶縁層および画素電極上に隔壁材料層が形成された状態を示す。 実施の形態１に係る有機ＥＬ表示パネルの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）は、隔壁が形成された状態、（ｂ）は、画素電極上に正孔注入層が形成された状態、（ｃ）は、正孔注入層上に正孔輸送層が形成された状態、（ｄ）は、正孔注入層上に発光層が形成された状態を示す。 実施の形態１に係る有機ＥＬ表示パネルの製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）は、発光層および隔壁上に中間層が形成された状態、（ｂ）は中間層上に電子注入輸送層が形成された状態、（ｃ）は、電子注入輸送層上に対向電極第１層が形成された状態、（ｄ）は、対向電極第１層上に対向電極第２層および封止層が形成された状態を示す。 実施の形態２に係る有機ＥＬ素子の模式断面図である。 実施の形態に係る表示装置の構成を示すブロック図である。
≪本開示の一態様に至った経緯≫
発光素子の光取り出し効率を向上するための手段として、光共振器構造が知られている。図２は、画素電極が光反射性電極、対向電極が光透過性電極で構成される、いわゆるトップエミッション型の自発光素子における共振器構造を示す模式断面図である。光共振器構造では、発光中心から直接的に放出される経路Ｃ1を経由する光と、発光中心から光反射性電極で反射されて放出される経路Ｃ2を経由する光や発光中心から光透過性電極、光反射性電極の順に反射されて放出される経路Ｃ3を経由する光が互いに強め合うように光路長を調整する。このとき、経路Ｃ2と経路Ｃ1との光路長差はＬ1の光路長（屈折率を経路長で積分した値）に依存し、経路Ｃ3と経路Ｃ1との光路長差はＬ3の光路長（＝Ｌ1の光路長＋Ｌ2の光路長）に依存する。光が強め合う条件について光路長差の短い順から０次干渉、１次干渉、…、としたとき、０次光干渉を実現するためには、光透過性電極から発光層までのＬ2の実経路長はおよそ２０ｎｍとする必要がある。しかしながら、機能層の膜厚が十分でないと、発光層へのキャリア（電子または正孔）の注入性が不十分となるため駆動電圧が上昇し、消費電力が増加する原因となる。一方で、１次光干渉を実現するためには、光透過性電極から発光層までのＬ2の実経路長はおよそ１１０ｎｍとする必要がある。しかしながら、発光層を厚膜化した場合、抵抗値が上昇し消費電力の上昇を招くこととなる。また、光透過性電極が陰極の場合には、発光層と光透過性電極との間に電子注入性を有する機能層や電子輸送層を有する機能層が介在することとなるが、これらの厚膜化は光取り出し効率の低下を招くこととなる。（以下、説明の簡略化のため、「電子注入性を有する機能層」を「電子注入層」と呼ぶ。なお、「電子注入層」は他の機能を兼ね備えていてもよく、「電子注入層」が他の機能を有する機能層と物理的に同一の層であってもよい。）特に、電子注入性の材料としては仕事関数の小さい金属材料が適しており、従来、アルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられるが、これらの材料は可視光を吸収する性質がある。したがって、電子注入層を厚膜化すると、光透過性の低下による光取り出し効率の低下が発生しやすい。
そこで、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透光性導電膜の厚膜を光透過性電極の構成要素とし、透光性導電膜の発光層から遠い側の面（外側面）を共振器構造の反射層とする構成を用いることが考えられる。しかしながら、発明者らは、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む電子注入層の直上にＩＴＯやＩＺＯなどの酸化物透光性導電膜を形成した場合に、光取り出し効率の向上が十分と言えないことがある課題を発見した。ＩＴＯやＩＺＯなどの透光性導電膜を形成する際、一般的に蒸着法、スパッタリング法などの気相成長法を用いるが、酸化物の膜を形成するため、酸素雰囲気が用いられたり、酸化物の微粒子が電子注入層の表面に付着したり、電子注入層の内部に侵入したりすることがある。一方で、アルカリ金属やアルカリ土類金属は活性が高く、酸素雰囲気に曝されたり酸化物と接触したりするとその一部が酸化される。しかしながら、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む電子注入層は金属原子の酸化数が０である状態で電子注入性を発揮するため、金属原子が酸化されてカチオンとなると電子注入性を失う。つまり、電子注入層の直上に酸化物透光性導電膜を形成した場合に、電子注入層中のアルカリ金属やアルカリ土類金属の一部が酸化されるため、電子注入層中の金属濃度にむらが生じる、濃度に対して電子注入性が低いため、適切な濃度範囲や膜厚範囲が狭い、という課題があることを発明者らは発見した。
発明者らは、上記課題に鑑みて、発光効率を向上させるとともに、電子注入性を有する機能層の適正範囲を広範囲化する構成について検討し、本開示に至ったものである。
≪開示の態様≫
本開示の一態様に係る表示パネルは、基板と、前記基板の上方に配される複数の陽極と、前記複数の陽極のそれぞれの上方に配される発光層と、前記発光層の上方に配され、希土類から選択される金属材料を含む機能層と、前記機能層上に接して配され、透光性と導電性とを有する金属酸化物からなる陰極下層と、前記陰極下層上に接して配され、金属膜からなる陰極上層とを備え、前記機能層の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とは、１５０ｎｍ以上離隔していることを特徴とする。
また、本開示の一態様に係る表示パネルの製造方法は、基板を準備し、前記基板の上方に複数の陽極を形成し、前記複数の陽極のそれぞれの上方に発光層を形成し、前記発光層の上方に、希土類から選択される金属材料を含む機能層を形成し、前記機能層上に接するように、透光性と導電性とを有する金属酸化物を用いて陰極下層を形成し、前記陰極下層上に接するように、金属膜を陰極上層として形成し、前記機能層の形成において、前記機能層の膜厚を１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下とし、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とを、１５０ｎｍ以上離隔させることを特徴とする。
上記態様の表示パネル、または、上記態様の製造方法によれば、光透過性の高い陰極下層の膜厚の設計自由度が高いため、各機能層の膜厚を最適化しながら光取り出し効率の高い共振器構造を実現することができる。さらに、酸化物からなる陰極下層と接触する機能層に含まれる金属が希土類であるため、陰極下層による金属の酸化を抑止することができ、機能層の光透過性を高く保ったまま発光層への電子注入性を高めることができる。したがって、各自発光素子の発光効率を容易に高めることが可能となる。
また、上記態様に係る表示パネル、または、上記態様の製造方法において、以下のようにしてもよい。
前記機能層における前記金属材料の濃度は、３ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下である、としてもよい。
また、前記機能層の形成において、前記金属材料の濃度を３ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下とする、としてもよい。
これにより、金属材料の濃度を低くしても電子注入性が保つことができ、金属材料の濃度を高くしても電子注入性の向上により光透過率の低下をカバーできるため、金属材料の濃度の適正範囲が広く、各自発光素子の発光効率を高めたままの設計自由度が向上する。
また、前記金属材料は、イッテルビウムである、としてもよい。
また、前記機能層の形成において、前記金属材料としてイッテルビウムを用いる、としてもよい。
これにより、酸化による金属材料の劣化が起こりにくく電子注入性を高く維持することができる。
また、前記陰極下層の材料は、ＩＴＯまたはＩＺＯである、としてもよい。
また、前記陰極下層の形成において、ＩＴＯまたはＩＺＯを材料として用いる、としてもよい。
これにより、陰極下層の透光性と導電性をいずれも高くすることができる。
また、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とに囲まれる領域が、前記両面を反射面とする光共振器を構成している、としてもよい。
また、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とに囲まれる領域を、前記両面を反射面とする光共振器として構成する、としてもよい。
これにより、陰極下層および陰極下層と陽極との間に存在する機能層の膜厚調整により光共振器を構成できるため、発光効率を低下させることなく容易に光共振器を実現できる。
また、前記発光層は、塗布膜である、としてもよい。なお、本出願において、「塗布膜」とは、当該膜の材料を含むインクを塗布して乾燥することで形成された膜を指す。
また、前記発光層の形成において、前記発光層の材料を含むインクの塗布により前記発光層を形成する、としてもよい。
これにより、発光層の膜厚を容易に制御することができ、発光層の膜厚制御により発光効率を高く保ったまま光共振器構造を容易に実現できる。
また、前記機能層の前記発光層側の面に接する、アルカリ金属の化合物を含む中間層をさらに備える、としてもよい。
また、前記機能層の形成の前に、前記機能層の前記発光層側の面に接するように、アルカリ金属の化合物を用いて中間層をさらに形成する、としてもよい。
これにより、機能層の発光層側からの溶媒等の浸入を抑止することができるとともに、機能層から中間層に電子を注入することで中間層を発光層への電子注入層として機能させることができる。
また、前記発光層は、第１発光層と、前記第１発光層とは異なる陽極上方に配され発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層とを含み、前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚は、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚より大きい、としてもよい。
また、前記発光層の形成において、前記複数の陽極から選択される第１陽極の上方に第１発光層を形成し、前記第１陽極とは異なる陽極の上方に、発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層を形成し、前記機能層の形成において、前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚を、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚より大きくする、としてもよい。
これにより、発光色の異なる自発光素子の間で機能層の膜厚を異ならせることで、それぞれの自発光素子の発光波長に応じた共振器構造を実現することができる。
また、前記複数の前記発光層は、第１発光層と、前記第１発光層とは異なる陽極上方に配され発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層とを含み、前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚は、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚と等しい、としてもよい。
また、前記発光層の形成において、前記複数の陽極から選択される第１陽極の上方に第１発光層を形成し、前記第１陽極とは異なる陽極の上方に、発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層を形成し、前記機能層の形成において、前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚を、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚と等しくする、としてもよい。
これにより、発光色の異なる自発光素子の間でも機能層の膜厚を等しくすることで、共通層としての成膜が容易な機能層の製造工程を単純化させることができる。
本開示の他の一態様に係る表示パネルは、基板と、前記基板の上方に配される複数の陽極と、前記複数の陽極のそれぞれの上方に配される発光層と、前記複数の発光層の上方に配され、希土類から選択される金属材料を含む機能層と、前記機能層上に接して配され、透光性と導電性とを有する金属酸化物からなる陰極と、前記陰極上に接して配され、前記陰極より屈折率が低い低屈折率層とを備え、前記機能層の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とは、１５０ｎｍ以上離隔していることを特徴とする。
また、本開示の他の一態様に係る表示パネルの製造方法は、基板を準備し、前記基板の上方に複数の陽極を形成し、前記複数の陽極のそれぞれの上方に発光層を形成し、前記発光層の上方に、希土類から選択される金属材料を含む機能層を形成し、前記機能層上に接するように、透光性と導電性とを有する金属酸化物を用いて陰極を形成し、前記陰極上に接するように、前記陰極より屈折率が低い低屈折率層を形成し、前記機能層の形成において、前記機能層の膜厚を１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下とし、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とを、１５０ｎｍ以上離隔させることを特徴とする。
上記態様の表示パネル、または、上記態様の製造方法によっても、本開示の一態様に係る表示パネルまたはその製造方法と同様の効果を得ることができる。
また、上記態様に係る表示パネル、または、上記態様の製造方法において、以下のようにしてもよい。
前記低屈折率層は絶縁性の無機材料で形成される、としてもよい。
また、前記低屈折率層の形成において、絶縁性の無機材料を前記低屈折率層の材料として用いる、としてもよい。
これにより、低屈折率層が電気的に自発光素子の外部である構成であっても、本開示の一態様に係る表示パネルまたはその製造方法と同様の効果を得ることができる。
≪実施の形態１≫
以下、本開示に係る自発光素子としての有機ＥＬ素子を備える表示パネルについて説明する。なお、以下の説明は、本発明の一態様に係る構成及び作用・効果を説明するための例示であって、本発明の本質的部分以外は以下の形態に限定されない。
１．有機ＥＬ素子の構成
図１は、実施の形態１に係る表示パネルとしての有機ＥＬ表示パネル１００（図１２参照）の部分断面図である。有機ＥＬ表示パネル１００は、３つの色（赤色、緑色、青色）を発光する有機ＥＬ素子１（Ｒ）、１（Ｇ）、１（Ｂ）で構成される画素を複数備えている。すなわち、有機ＥＬ素子１（Ｒ）、１（Ｇ）、１（Ｂ）のそれぞれがサブ画素を構成し、発光色の異なる複数のサブ画素の集合が画素となる。図１では、その１つの画素の断面を示している。
有機ＥＬ表示パネル１００において、各有機ＥＬ素子１は、前方（図１における紙面上方）に光を出射するいわゆるトップエミッション型である。
有機ＥＬ素子１（Ｒ）と、有機ＥＬ素子１（Ｇ）と、有機ＥＬ素子１（Ｂ）は、ほぼ同様の構成を有するので、区別しないときは、有機ＥＬ素子１として説明する。
図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、基板１１、層間絶縁層１２、画素電極１３、隔壁１４、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、中間層１８、電子注入輸送層１９、対向電極第１層２０、対向電極第２層２１、および、封止層２２を備える。画素電極１３、対向電極第１層２０、対向電極第２層２１は、それぞれ、本開示の陽極、陰極下層、陰極上層に相当する。また、電子注入輸送層１９は、本開示の機能層に相当する。
なお、基板１１、層間絶縁層１２、中間層１８、電子注入輸送層１９、対向電極第１層２０、対向電極第２層２１、および、封止層２２は、画素ごとに形成されているのではなく、有機ＥＬ表示パネル１００が備える複数の有機ＥＬ素子１に共通して形成されている。
＜基板＞
基板１１は、絶縁材料である基材１１１と、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）層１１２とを含む。ＴＦＴ層１１２には、サブ画素ごとに駆動回路が形成されている。基材１１１は、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等を採用することができる。プラスチック材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリイミド（PI）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリサルホン（PSu）、ポリカーボネート（PC）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリブチレンテレフタレート、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられる。これらよりプロセス温度に対して耐久性を有するように選択し、１種、または２種以上を積層した積層体を用いることができる。
＜層間絶縁層＞
層間絶縁層１２は、基板１１上に形成されている。層間絶縁層１２は、樹脂材料からなり、ＴＦＴ層１１２の上面の段差を平坦化するためのものである。樹脂材料としては、例えば、ポジ型の感光性材料が挙げられる。また、このような感光性材料として、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。また、図１の断面図には示されていないが、層間絶縁層１２には、サブ画素ごとにコンタクトホールが形成されている。
＜画素電極＞
画素電極１３は層間絶縁層１２上に形成されている。画素電極１３は、画素ごとに設けられ、層間絶縁層１２に設けられたコンタクトホールを通じてＴＦＴ層１１２と電気的に接続されている。
本実施形態においては、画素電極１３は、光反射性の陽極として機能する。
光反射性を具備する金属材料の具体例としては、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、アルミニウム合金、Ｍｏ（モリブデン）、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＭｏＷ（モリブデンとタングステンの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）などが挙げられる。
画素電極１３は、金属層単独で構成してもよいが、金属層の上に、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）やＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）のような金属酸化物からなる層を積層した積層構造としてもよい。
＜隔壁＞
隔壁１４は、画素電極１３の上面の一部の領域を露出させ、その周辺の領域を被覆した状態で画素電極１３上に形成されている。画素電極１３上面において隔壁１４で被覆されていない領域（以下、「開口部」という）は、サブピクセルに対応している。すなわち、隔壁１４は、サブピクセルごとに設けられた開口部１４ａを有する。
本実施の形態においては、隔壁１４は、画素電極１３が形成されていない部分においては、層間絶縁層１２上に形成されている。すなわち、画素電極１３が形成されていない部分においては、隔壁１４の底面は層間絶縁層１２の上面と接している。
隔壁１４は、例えば、絶縁性の有機材料（例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂等）からなる。隔壁１４は、発光層１７を塗布法で形成する場合には塗布されたインクがあふれ出ないようにするための構造物として機能し、発光層１７を蒸着法で形成する場合には蒸着マスクを載置するための構造物として機能する。本実施の形態では、隔壁１４は、樹脂材料からなり、隔壁１４の材料としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂が挙げられる。本実施の形態においては、フェノール系樹脂が用いられている。
＜正孔注入層＞
正孔注入層１５は、画素電極１３から発光層１７への正孔（ホール）の注入を促進させる目的で、画素電極１３上に設けられている。正孔注入層１５の材料の具体例としては、例えば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）などの導電性ポリマー材料が挙げられる。
なお、正孔注入層１５は、遷移金属の酸化物で形成してもよい。遷移金属の具体例としては、Ａｇ（銀）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｉｒ（イリジウム）などである。遷移金属は複数の酸化数を取るため、複数の準位を取ることができ、その結果、正孔注入が容易になり、駆動電圧の低減に寄与するからである。この場合、正孔注入層１５は、大きな仕事関数を有することが好ましい。
なお、正孔注入層１５は、遷移金属の酸化物上に導電性ポリマー材料を積層した積層構造であってもよい。
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層１６は、正孔注入層１５から注入された正孔を発光層１７へ輸送する機能を有し、正孔を正孔注入層１５から発光層１７へと効率よく輸送するため、正孔移動度の高い有機材料で形成されている。正孔輸送層１６の形成は、有機材料溶液の塗布および乾燥により行われる。正孔輸送層１６を形成する有機材料としては、ポリフルオレンやその誘導体、あるいはポリアリールアミンやその誘導体等の高分子化合物を用いることができる。
また、正孔輸送層１６はトリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ポリスチレン誘導体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンゼン誘導体を用いて形成されてもよい。特に好ましくは、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物等を用いてもよい。この場合、正孔輸送層１６は、真空蒸着法により形成される。なお、正孔輸送層１６の材料および製造方法は上述のものに限られず、正孔輸送機能を有する任意の材料を用いてよく、正孔輸送層１６の製造に用いることのできる任意の製造方法で形成されてよい。
＜発光層＞
発光層１７は、開口部１４ａ内に形成されている。発光層１７は、正孔と電子の再結合によりＲ、Ｇ、Ｂの各色の光を出射する機能を有する。発光層１７の材料としては、公知の材料を利用することができる。
自発光素子１が有機ＥＬ素子である場合、発光層１７に含まれる有機発光材料としては、例えば、オキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物およびアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、２−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質を用いることができる。また、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウムなどの燐光を発光する金属錯体等の公知の燐光物質を用いることができる。また、発光層１７は、ポリフルオレンやその誘導体、ポリフェニレンやその誘導体、あるいはポリアリールアミンやその誘導体等の高分子化合物等、もしくは前記低分子化合物と前記高分子化合物の混合物を用いて形成されてもよい。なお、自発光素子１は量子ドット発光素子（ＱＬＥＤ；Quantum-dot Light Emitting Diode）であってもよく、発光層１７の材料として量子ドット効果を有する材料を使用することができる。
＜中間層＞
中間層１８は、発光層１７上に形成されており、電子注入性を有する金属材料のフッ化物またはキノリニウム錯体を含む。金属材料としては、アルカリ金属、または、アルカリ土類金属から選択される。アルカリ金属は、具体的には、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｃｓ（セシウム）、Ｆｒ（フランシウム）である。また、アルカリ土類金属は、具体的には、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｒａ（ラジウム）である。本実施の形態では、ＮａＦ（フッ化ナトリウム）を含む。
＜電子注入輸送層＞
電子注入輸送層１９は、中間層１８上に形成されており、電子輸送性を有する有機材料に、電子注入性を向上させる金属材料がドープされてなる。ここで、ドープとは、金属材料の金属原子または金属イオンを有機材料中に略均等に分散させることを指し、具体的には、有機材料と微量の金属材料を含む単一の相を形成することを指す。なお、それ以外の相、特に、金属片や金属膜など、金属材料のみからなる相、または、金属材料を主成分とする相は、存在していないことが好ましい。また、有機材料と微量の金属材料を含む単一の相において、金属原子または金属イオンの濃度は均一であることが好ましく、金属原子または金属イオンは凝集していないことが好ましい。金属材料としては、希土類金属から選択されることが好ましく、Ｙｂ（イッテルビウム）がより好ましい。本実施の形態では、Ｙｂが選択される。また、電子注入輸送層１９における金属材料のドープ量は３〜６０ｗｔ％が好ましい。本実施の形態では、２０ｗｔ％である。
電子輸送性を有する有機材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体（ＯＸＤ）、トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）、フェナンスロリン誘導体（ＢＣＰ、Ｂｐｈｅｎ）などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。
なお、図１では電子注入輸送層１９は均一な膜厚の共通膜であるとしたが、有機ＥＬ素子１（Ｒ）、有機ＥＬ素子１（Ｇ）、有機ＥＬ素子１（Ｂ）で膜厚を変えてもよい。好ましくは、発光波長の長い有機ＥＬ素子１（Ｒ）における膜厚が最も大きく、発光波長の短い有機ＥＬ素子１（Ｂ）における膜厚が最も小さい。
＜対向電極第１層＞
対向電極第１層２０は、透光性の導電性材料からなり、電子注入輸送層１９上に形成されている。本実施の形態においては、対向電極第１層２０は、陰極の一部として機能する。
対向電極第１層２０は、発光層１７より出射された光の透過率が、電子注入輸送層１９より高いことが好ましい。対向電極第１層２０の材料としては、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどを用いることができる。本実施の形態では、ＩＴＯが用いられている。
なお、対向電極第２層２１の対向電極第１層２０との界面は共振器構造における光反射面を形成している。したがって、対向電極第１層２０の屈折率は電子注入輸送層１９の屈折率と近いことが好ましく、また、対向電極第２層２１の屈折率とは異なっていることが好ましい。
なお、図１では対向電極第１層２０は均一な膜厚の共通膜であるとしたが、有機ＥＬ素子１（Ｒ）、有機ＥＬ素子１（Ｇ）、有機ＥＬ素子１（Ｂ）で膜厚を変えてもよい。好ましくは、発光波長の長い有機ＥＬ素子１（Ｒ）における膜厚が最も大きく、発光波長の短い有機ＥＬ素子１（Ｂ）における膜厚が最も小さい。
＜対向電極第２層＞
対向電極第２層２１は、透光性の導電性材料からなり、対向電極第１層２０上に形成されている。本実施の形態においては、対向電極第２層２１は、対向電極第１層２０とともに陰極として機能する。
対向電極第２層２１の対向電極第１層２０との界面の光反射面は、画素電極１３の正孔注入層１５との界面の光反射面と対となって共振器構造を形成する。したがって、発光層１７から出射された光が、対向電極第１層２０から対向電極第２層２１へと入射する際にその一部が対向電極第１層２０へと反射される必要がある。したがって、対向電極第２層２１と対向電極第１層２０との間で、屈折率が異なっていることが好ましい。したがって、対向電極第２層２１は、金属薄膜が好ましい。透光性を確保するため、金属層の膜厚は１ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。
対向電極第２層２１の材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｇを主成分とする銀合金、Ａｌ、Ａｌを主成分とするＡｌ合金が挙げられる。Ａｇ合金としては、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、インジウム−銀合金が挙げられる。Ａｇは、基本的に低抵抗率を有し、Ａｇ合金は、耐熱性、耐腐食性に優れ、長期にわたって良好な電気伝導性を維持できる点で好ましい。Ａｌ合金としては、マグネシウム−アルミニウム合金（ＭｇＡｌ）、リチウム−アルミニウム合金（ＬｉＡｌ）が挙げられる。その他の合金として、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金が挙げられる。
＜封止層＞
封止層２２は、発光層１７、中間層１８、電子注入輸送層１９などの有機層が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの透光性材料を用い形成される。また、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの材料を用い形成された層の上に、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
本実施の形態においては、有機ＥＬ表示パネル１００がトップエミッション型であるため、封止層２２は光透過性の材料で形成されることが必要となる。
＜その他＞
なお図１には示されないが、封止層２２の上に、封止樹脂を介してカラーフィルタや上部基板を貼り合せてもよい。上部基板を貼り合せることによって、正孔輸送層１６、発光層１７、中間層１８、電子注入輸送層１９を水分および空気などから保護できる。
２．光共振器構造
図２は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１の光共振器構造における光の干渉を説明する図である。光共振器構造は、画素電極１３との正孔注入層１５との界面と、対向電極第２層２１の対向電極第１層２０との界面との間に構成される。発光層１７は、共振器構造の内側に存在することとなる。
図２には、発光層１７から出射される光の主な経路を示している。経路Ｃ1は、発光層１７から対向電極第２層２１側に出射された光が、反射されることなく対向電極第２層２１を透過する経路である。経路Ｃ2は、発光層１７から画素電極１３側に出射された光が、画素電極１３で反射され、発光層１７と対向電極第２層２１を透過する経路である。経路Ｃ3は、発光層１７から対向電極第２層２１側に出射された光が、対向電極第２層２１で反射され、さらに画素電極１３で反射され、発光層１７と対向電極第２層２１を透過する経路である。そして、これら経路Ｃ1〜Ｃ3のそれぞれの経路により出射された光の間で干渉が生じる。
経路Ｃ1と経路Ｃ2の光学距離の差は、図２に示す光学膜厚Ｌ１に対応する。光学膜厚Ｌ１は、発光層１７から画素電極１３の正孔注入層１５との界面までの、正孔輸送層１６、正孔注入層１５の合計の光学距離（各膜における膜厚と屈折率との積の合計値）である。
また、経路Ｃ2と経路Ｃ3との光学距離の差は、図２に示す光学膜厚Ｌ２に対応する。光学膜厚Ｌ２は、発光層１７から対向電極第２層２１の対向電極第１層２０との界面までの、中間層１８、電子注入輸送層１９と対向電極第１層２０の光学距離（各膜における膜厚と屈折率との積の合計値）である。
また、経路Ｃ1と経路Ｃ3の光学距離の差は、図２に示す光学膜厚Ｌ３に対応する。光学膜厚Ｌ３は、光学膜厚Ｌ１と光学膜厚Ｌ２との合計である。
光共振器構造では、経路Ｃ1、経路Ｃ2、経路Ｃ3のそれぞれの経路により出射された光が強め合うように、光学膜厚Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれを設定する。このとき、各光学膜厚Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において、光取り出し効率が極大となる光学膜厚は、図３のグラフに示すように、０次干渉ピークだけでなく１次干渉ピークも存在する。図３は、光学膜厚と、取り出される光の輝度／ｙ値の特性を示したものであり、輝度／ｙ値とは、有機ＥＬ素子から取り出される光の輝度と、ｘｙ色度のｙ値との比である。本実施の形態では、光学膜厚Ｌ２を、１次光干渉ピークとなる距離、または、その近傍に設定する。これは、光取り出し効率が極大となる光学膜厚において、取り出される光の色度が必ずしも所望の色度とはならない場合があり、カラーフィルタによる補正が必要となった結果、カラーフィルタ通過後の光取り出し効率が低下することがあるからである。したがって、本実施の形態では、対向電極第２層２１と発光層１７との距離は、およそ１５０ｎｍ以上となる。なお、光共振器構造全体の大きさ、すなわち、対向電極第２層２１の対向電極第１層２０との界面と、画素電極１３の正孔注入層１５との界面との距離は、当然に１５０ｎｍ以上となる。
３．電子注入輸送層の膜厚
（３．１）ドープ金属に依存しない傾向
図４は、電子注入輸送層１９の膜厚と有機ＥＬ素子１の消費電力との関係を示すグラフである。ここで、電子注入輸送層１９にドープされている金属は、実施例では図５（ａ）の断面図に示すとおりにＹｂ（イッテルビウム）であり、比較例では図５（ｂ）の断面図に示すとおりにＢａ（バリウム）であり、ドープ濃度はいずれも２０ｗｔ％である。なお、図４（ａ）は有機ＥＬ素子１（Ｒ）、図４（ｂ）は有機ＥＬ素子１（Ｇ）、図４（ｃ）は有機ＥＬ素子１（Ｂ）、のそれぞれの場合を示している。なお、消費電力は比較例（Ｂａドープ）における最小値を１とした相対値で示している。
実施例、比較例のいずれにおいても、電子注入輸送層１９の膜厚が、有機ＥＬ素子１（Ｂ）では３５ｎｍ以上において、有機ＥＬ素子１（Ｒ）および有機ＥＬ素子１（Ｇ）では２０ｎｍ以上において、電子注入輸送層１９の膜厚が大きくなるほど消費電力が増加している。この理由としては、ドープ金属（ＹｂおよびＢａ）による可視光の吸収は電子注入輸送層１９の膜厚が大きいほど強くなるため、光取り出し効率が低下したためと考えられる。
また、実施例、比較例のいずれにおいても、電子注入輸送層１９の膜厚が、有機ＥＬ素子１（Ｂ）では３５ｎｍ以下において、有機ＥＬ素子１（Ｒ）および有機ＥＬ素子１（Ｇ）では２０ｎｍ以下において、電子注入輸送層１９の膜厚が小さくなるほど消費電力が増加している。この理由としては、ドープ金属（ＹｂおよびＢａ）による発光層１７への電子注入性は電子注入輸送層１９の膜厚が小さいほど弱くなるため、駆動電圧の上昇が発生したためと考えられる。
したがって、実施例、比較例のいずれにおいても、電子注入輸送層１９の膜厚は、電子注入性が十分であり、かつ、可視光の吸収が十分に小さい範囲が最適範囲となる。具体的には、比較例においては、有機ＥＬ素子１（Ｒ）では１５ｎｍ〜３５ｎｍ、有機ＥＬ素子１（Ｇ）では１５ｎｍ〜４０ｎｍ、有機ＥＬ素子１（Ｂ）では１０ｎｍ〜６０ｎｍが最適範囲となる。これに対し、実施例においては、有機ＥＬ素子１（Ｒ）では１０ｎｍ〜４０ｎｍ、有機ＥＬ素子１（Ｇ）では１０ｎｍ〜５０ｎｍ、有機ＥＬ素子１（Ｂ）では１０ｎｍ〜７０ｎｍが最適範囲となる。すなわち、実施例では比較例に対し最適範囲が広い。
（３．１）ドープ金属における特性の違い
図６は、ＥＯＤ（Electron Only Device）実施例とＥＯＤ比較例との特性の違いを示すグラフである。ＥＯＤ実施例は、図５（ａ）に示す実施例に対して正孔注入層１５と正孔輸送層１６を備えない構成を有する。同様に、ＥＯＤ比較例は、図５（ｂ）に示す比較例に対して正孔注入層１５と正孔輸送層１６を備えない構成を有する。すなわち、ＥＯＤ実施例とＥＯＤ比較例とは画素電極１３から発光層１７への正孔注入性が略同一とみなせるため、駆動電圧や発光効率等の特性の違いは陰極２０／２１から発光層１７への電子注入性に強く依存する。
図６（ａ）は、ＥＯＤ実施例およびＥＯＤ比較例における、Ｙｂドープ濃度またはＢａドープ濃度と、同一の駆動電圧を与えたときの電流値との関係を示すグラフである。なお、図中の数値はＹｂドープ濃度またはＢａドープ濃度を重量百分率（wt％）で示した値であり、図の横軸はＹｂドープ濃度またはＢａドープ濃度を質量当たりの原子数（mol/g）で示した値に対応する。図６（ａ）に示すように、ＥＯＤ実施例ではＥＯＤ比較例に比べ、ドープ濃度に対する電流依存度が高く、かつ、電流値が大きい。
図６（ｂ）は、ＥＯＤ実施例およびＥＯＤ比較例における、Ｙｂドープ濃度またはＢａドープ濃度と、発光効率との関係を示すグラフである。図６（ｂ）に示すように、発光効率自体は、ＥＯＤ実施例とＥＯＤ比較例との間に有意な差は見いだせない。
図６（ｃ）は、ＥＯＤ実施例およびＥＯＤ比較例における、同一の駆動電圧を与えたときの電流値と、発光効率との関係を示すグラフである。図６（ｃ）に示すように、ＥＯＤ実施例では電流値が大きいため、同一の電圧に対する発光効率はＥＯＤ比較例と比べて大きく改善する。
以上の結果から、電子注入輸送層１９のドープ金属としてＹｂを使用する構成が、電子注入輸送層１９のドープ金属としてＢａを使用する構成と比べて電子注入性が高く、駆動電圧低減による発光効率の向上が図れる構成であることが明らかとなった。なお、この理由としては、以下のように考えることができる。ＢａはＹｂと比べて反応性が高いため、酸化雰囲気内ではＢａは酸化されてＢａＯやＢａ（ＯＨ）2に変化しやすい。図５（ｂ）に示すように、電子注入輸送層１９１直上にはＩＴＯからなる対向電極第１層２０が形成されるが、一般にＩＴＯはスパッタリングにより成膜される。そうすると、対向電極第１層２０の成膜時においてＩＴＯの微粒子が電子注入輸送層１９１内に入り込むため、ＩＴＯとＢａが反応し、Ｂａが酸化されるものと考えられる。すなわち、Ｂａの一部が酸化されることにより、電子注入性の金属として機能するＢａの割合が低下する。これに対し、ＹｂはＢａほど反応性が高くないため、Ｙｂの酸化はほとんど進まず、電子注入性の金属として機能するＹｂの割合が高く維持されるものと考えられる。
４．中間層、透光性導電層の膜厚
中間層１８の膜厚は、電子注入性の向上と有機ＥＬ素子１の駆動電圧の低下の両立が図れることが好ましく、１ｎｍ〜１０ｎｍが好適である。中間層１８の膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることで、発光層１７への電子注入性を担保しつつ、駆動電圧の上昇を抑止することができる。
対向電極第１層２０の膜厚は、中間層１８、電子注入輸送層１９、対向電極第１層２０の光学距離が、設定された光学膜厚Ｌ２となるように設計される。すなわち、中間層１８の膜厚をｔ1、屈折率をｎ1、電子注入輸送層１９の膜厚をｔ2、屈折率をｎ2、対向電極第１層２０の膜厚をｔ3、屈折率をｎ3としたとき、ｎ1ｔ1＋ｎ2ｔ2＋ｎ3ｔ3が設計膜厚Ｌ２となるように、対向電極第１層２０の膜厚ｔ3が定められる。したがって、対向電極第１層２０の膜厚は、設計膜厚Ｌ２を実現するために必要な残りの光学距離に応じて設計される。
５．小括
以上説明したように、実施の形態に係る表示パネルによれば、透光性導電層の形成による電子注入層の金属の酸化を抑止することができる。したがって、実施の形態に係る表示パネルでは、電子注入層の金属ドープ量を低くしても電子注入性が確保でき発光効率を向上できる一方で、金属ドープ量を高くしても電子注入性が高いことによる高い発光効率によって光吸収の影響を受けづらい。さらに、実施の形態に係る表示パネルでは、発光層への電子注入性が高いため発光素子の駆動電圧を下げることができ、消費電力を抑えることができる。また、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む電子注入層では透光性導電層に近い領域ほど金属が酸化されやすく金属濃度にむらが生じやすいところ、実施の形態に係る表示パネルによれば、希土類金属の濃度が低くても金属濃度のむらが生じづらいため、電子注入層の金属濃度を低くし可視光の透過率を高める構成を容易に実現することができる。したがって、電子注入層の金属ドープ量や膜厚の適正範囲が広く、光共振器構造を実現しつつ、他の機能層の膜厚の最適化による発光効率の向上を図ることができる。
６．有機ＥＬ素子の製造方法
有機ＥＬ素子１の製造方法について、図面を用い説明する。図７は、有機ＥＬ素子１の製造工程を示すフローチャートである。図８（ａ）〜（ｅ）、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ）は、有機ＥＬ素子１の製造における各工程での状態を示す模式断面図である。
（１）基板１１の形成
まず、図８（ａ）に示すように、基材１１１上にＴＦＴ層１１２を成膜して基板１１を形成し、（ステップＳ１０）。ＴＦＴ層１１２は、公知のＴＦＴの製造方法により成膜することができる。
（２）層間絶縁層１２の形成
次に、図８（ｂ）に示すように、基板１１上に層間絶縁層１２を形成する（ステップＳ２０）。層間絶縁層１２は、例えば、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法などを用いて積層形成することができる。
次に、層間絶縁層１２における、ＴＦＴ層のソース電極上の個所にドライエッチング法を行い、コンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、その底部にソース電極の表面が露出するように形成される。
次に、コンタクトホールの内壁に沿って接続電極層を形成する。接続電極層の上部は、その一部が層間絶縁層１２上に配される。接続電極層の形成は、例えば、スパッタリング法を用いることができ、金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いパターニングすることがなされる。
（３）画素電極１３の形成
次に、図８（ｃ）に示すように、層間絶縁層１２上に画素電極材料層１３０を形成する。画素電極材料層１３０は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。
次に、図８（ｄ）に示すように、画素電極材料層１３０をエッチングによりパターニングして、サブピクセルごとに区画された複数の画素電極１３を形成する（ステップＳ３０）。
（４）隔壁１４の形成
次に、図８（ｅ）に示すように、画素電極１３および層間絶縁層１２上に、隔壁１４の材料である隔壁層用樹脂を塗布し、隔壁材料層１４０を形成する。隔壁材料層１４０は、隔壁層用樹脂であるフェノール樹脂を溶媒（例えば、乳酸エチルとＧＢＬの混合溶媒）に溶解させた溶液を画素電極１３上および層間絶縁層１２上にスピンコート法などを用いて一様に塗布することにより形成される。そして、隔壁材料層１４０にパターン露光と現像を行うことで隔壁１４を形成し（図９（ａ））、隔壁１４を焼成する（ステップＳ４０）。これにより、発光層１７の形成領域となる開口部１４ａが規定される。隔壁１４の焼成は、例えば、１５０℃以上２１０℃以下の温度で６０分間行う。
また、隔壁１４の形成工程においては、さらに、隔壁１４の表面を所定のアルカリ性溶液や水、有機溶媒等によって表面処理するか、プラズマ処理を施すこととしてもよい。これは、開口部１４ａに塗布するインク（溶液）に対する隔壁１４の接触角を調節する目的で、もしくは、表面に撥水性を付与する目的で行われる。
（５）正孔注入層１５の形成
次に、図９（ｂ）に示すように、隔壁１４が規定する開口部１４ａに対し、正孔注入層１５の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４１０のノズル４０１から吐出して開口部１４ａ内の画素電極１３上に塗布し、焼成（乾燥）を行って、正孔注入層１５を形成する（ステップＳ５０）。
なお、正孔注入層１５の成膜は塗布方式に限られず、蒸着等の方法により形成してもよい。さらに、正孔注入層１５の成膜を蒸着やスパッタリングで行う場合には、ステップ３０における画素電極材料層１３０の形成後、画素電極材料層１３０上に正孔注入層１５の材料からなる正孔注入材料層を形成し、画素電極材料層１３０と正孔注入材料層とを同一のパターニング工程でパターニングして画素電極１３と正孔注入層１５の積層構造を形成する、としてもよい。
（６）正孔輸送層１６の形成
次に、図９（ｃ）に示すように、隔壁１４が規定する開口部１４ａに対し、正孔輸送層１６の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４２０のノズル４０２から吐出して開口部１４ａ内の正孔注入層１５上に塗布し、焼成（乾燥）を行って、正孔輸送層１６を形成する（ステップＳ６０）。
なお、正孔輸送層１６の成膜は塗布方式に限られず、蒸着等の方法により形成してもよい。さらに、画素電極１３、正孔注入層１５、正孔輸送層１６の全ての成膜を蒸着やスパッタリングで行う場合には、上述したように、各層を同一のパターニング工程でパターニングしてもよい。
（７）発光層１７の形成
次に、図９（ｄ）に示すように、発光層１７の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４３０Ｒのノズル４０３Ｒ、インクジェットヘッド４３０Ｇのノズル４０３Ｇ、インクジェットヘッド４３０Ｂのノズル４０３Ｂのそれぞれから吐出して開口部１４ａ内の正孔輸送層１６上に塗布し、焼成（乾燥）を行って発光層１７を形成する（ステップＳ７０）。
（８）中間層１８の形成
次に、図１０（ａ）に示すように、発光層１７および隔壁１４上に、中間層１８を形成する（ステップＳ８０）。中間層１８は、例えば、アルカリ金属のフッ化物であるＮａＦを真空蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
（９）電子注入輸送層１９の形成
次に、図１０（ｂ）に示すように、中間層１８上に、電子注入輸送層１９を形成する（ステップＳ９０）。電子注入輸送層１９は、例えば、電子輸送性の有機材料とドープ金属であるイッテルビウムとを共蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
なお、図１０（ｂ）では、電子注入輸送層１９を均一な膜厚の共通膜として形成しているが、発光素子ごとに膜厚を変えてもよい。この場合、例えば、シャドウマスクを用いて、膜厚の大きい有機ＥＬ素子１（Ｒ）について有機ＥＬ素子１（Ｇ）との膜厚差分に相当する膜厚の部分層を有機ＥＬ素子１（Ｒ）に相当する位置に形成し、有機ＥＬ素子１（Ｇ）について有機ＥＬ素子１（Ｂ）との膜厚差分に相当する膜厚の部分層を有機ＥＬ素子１（Ｒ）と有機ＥＬ素子１（Ｇ）に相当する位置に形成し、最後に有機ＥＬ素子１（Ｂ）の膜厚に相当する部分層を全体に対して形成する、の手法で形成することができる。なお、部分層の形成の順はこの場合に限られず、任意の順で行うことができる。
（１０）対向電極第１層２０の形成
次に、図１０（ｃ）に示すように、電子注入輸送層１９上に、対向電極第１層２０を形成する（ステップＳ１００）。対向電極第１層２０は、ＩＴＯまたはＩＺＯを、スパッタリング法、真空蒸着法により成膜することにより形成される。
なお、図１０（ｃ）では、対向電極第１層２０を均一な膜厚の共通膜として形成しているが、発光素子ごとに膜厚を変えてもよい。この場合、例えば、シャドウマスクを用いて、膜厚の大きい有機ＥＬ素子１（Ｒ）について有機ＥＬ素子１（Ｇ）との膜厚差分に相当する膜厚の部分層を有機ＥＬ素子１（Ｒ）に相当する位置に形成し、有機ＥＬ素子１（Ｇ）について有機ＥＬ素子１（Ｂ）との膜厚差分に相当する膜厚の部分層を有機ＥＬ素子１（Ｒ）と有機ＥＬ素子１（Ｇ）に相当する位置に形成し、最後に有機ＥＬ素子１（Ｂ）の膜厚に相当する部分層を全体に対して形成する、の手法で形成することができる。なお、部分層の形成の順はこの場合に限られず、任意の順で行うことができる。
（１１）対向電極第２層２１の形成
次に、対向電極第１層２０上に、対向電極第２層２１を形成する（ステップＳ１１０）。対向電極第２層２１は、Ａｇ、Ａｌ等の金属材料を、スパッタリング法、真空蒸着上により成膜することにより形成される。
（１２）封止層２２の形成
次に、図１０（ｄ）に示すように、対向電極第２層２１上に、封止層２２を形成する（ステップＳ１２０）。封止層２２は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどを用いて、スパッタリング法、ＣＶＤ法により形成することができる。
なお、封止層２２の上にカラーフィルタや上部基板を載置し、接合してもよい。
６．有機ＥＬ表示装置の全体構成
図１２は、有機ＥＬ表示パネル１００を備えた有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示す模式ブロック図である。図１２に示すように、有機ＥＬ表示装置１０００は、有機ＥＬ表示パネル１００と、これに接続された駆動制御部２００とを含む構成である。駆動制御部２００は、４つの駆動回路２１０〜２４０と、制御回路２５０とから構成されている。
なお、実際の有機ＥＬ表示装置１０００では、有機ＥＬ表示パネル１００に対する駆動制御部２００の配置については、これに限られない。
≪実施の形態２≫
実施の形態１に係る自発光素子としての有機ＥＬ素子１では、対向電極（陰極）が対向電極第１層２０と対向電極第２層２１との２層構造であるとした。しかしながら、有機ＥＬ素子１において対向電極第１層２０と対向電極第２層２１との界面が光反射面として機能すればよく、対向電極第２層２１が陰極として機能することは必ずしも必要ではない。
本実施の形態は、陰極側の光反射面を形成する層の電気的特性が実施の形態１とは異なることを特徴とする。
１．電気的構成
図１１は、実施の形態２に係る自発光素子としての有機ＥＬ素子の模式断面図である。実施の形態２に係る自発光素子では、対向電極第１層２０と対向電極第２層２１のそれぞれに替えて対向電極２０と低屈折率層２１１を備える点で実施の形態１とは異なる。
＜対向電極＞
対向電極２０は、透光性の導電性材料からなり、電子注入輸送層１９上に形成されている。本実施の形態において、対向電極２０は、それ単独で陰極として機能する。すなわち、対向電極２０は陰極の一部ではなく全部である点についてのみ対向電極第１層２０と異なり、物理的特性、電気的特性ともに、対向電極第１層２０と同じである。
対向電極第１層２０は、発光層１７より出射された光の透過率が、電子注入輸送層１９より高いことが好ましい。対向電極第１層２０の材料としては、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどを用いることができる。
＜低屈折率層＞
低屈折率層２１１は、透光性の絶縁体からなり、対向電極２０上に形成されている。
低屈折率層２１の対向電極２０との界面の光反射面は、画素電極１３の正孔注入層１５との界面の光反射面と対となって共振器構造を形成する。したがって、発光層１７から出射された光が、対向電極２０から低屈折率層２１１へと入射する際にその一部が対向電極２０へと反射される必要がある。したがって、低屈折率層２１１と対向電極２０との間で、屈折率が異なっていることが好ましい。具体的には、ＩＴＯの屈折率が約２．０であるため、低屈折率層２１１の屈折率は、１．７以下であることが好ましい。
また、低屈折率層２１１の対向電極２０との界面が共振器構造を形成する光の反射面となるため、対向電極２０と電子注入輸送層１９との界面は、低屈折率層２１１の対向電極２０との界面に比べて反射率が低いことが好ましい。したがって、低屈折率層２１１の屈折率は、電子注入輸送層１９の屈折率より低いことが好ましい。
低屈折率層２１１の材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）などが挙げられる。
なお、低屈折率層２１１は有機ＥＬ素子の電気回路を構成する要素ではないため、電気伝導性を有している必要はなく、絶縁体で構成されてよい。しかしながら、低屈折率層２１１は、例えば、半導体、または、対向電極２０より導電性の低い導電性材料で形成されてもよい。この場合、低屈折率層２１１と対向電極２０とからなる多層構造が陰極として機能することとなる。
≪実施の形態に係るその他の変形例≫
（１）上記各実施の形態においては、電子注入輸送層における希土類金属（イッテルビウム）の濃度が一定であるとしたが、膜厚方向に濃度の変化を設けてもよい。具体的には、例えば、電子注入輸送層のうち、中間層に近い領域と対向電極第１層に近い領域とである膜厚方向の両端の金属濃度が大きく、中央部における金属濃度が小さい構成であってもよい。本構成により、対向電極から電子注入輸送層への電子注入性を向上させ、かつ、中間層の還元を促進して中間層から発光層への電子注入性を向上させる一方で、中央部における希土類金属による光吸収を抑止することができるため、電子注入性を低下させずに光取り出し効率の向上を図ることができる。この場合において、中央部における希土類金属の濃度は０であるとしてもよい。なお、本構成に係る表示パネルの製造においては、電子注入輸送層の成膜において、共蒸着における金属の蒸気圧を制御するとしてもよいし、中央部における希土類金属の濃度を０とする場合には、有機材料と金属の共蒸着、有機材料のみの蒸着、有機材料と金属の共蒸着の順に成膜を行うとしてもよい。
（２）上記実施の形態においては、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに発光する３種類の発光層を設けた有機ＥＬ表示パネルについて説明したが、発光層の種類は２種類であってもよいし、４種類以上であってもよい。ここで、発光層の種類とは発光層や機能層の膜厚のバリエーションを指すものであり、同一の発光色であっても発光層や機能層の膜厚が異なる場合は、種類が異なる発光層と考えてよい。また、発光層の配置についても、ＲＧＢＲＧＢ…の配置に限られず、ＲＧＢＢＧＲＲＧＢ…の配置であってもよいし、画素と画素との間に補助電極層やその他の非発光領域を設けてもよい。
（３）上記実施の形態においては、有機ＥＬ素子１において正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７は全て塗布法により形成されるとしたが、他の方法、例えば、蒸着法、スパッタリング法などにより形成されるとしてもよい。
また、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、中間層１８、電子注入輸送層１９は必ずしも上記実施の形態の構成である必要はない。いずれか１以上を備えないとしてもよいし、さらにほかの機能層を備えていてもよい。例えば、中間層１８を備えないとしてもよいし、中間層１８に替えて、あるいは、中間層１８と発光層１７との間に、電子輸送層を備える、としてもよい。
（４）上記実施の形態においては、陰極が対向電極であり、かつ、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置であるとした。しかしながら、例えば、陽極が対向電極であり、かつ、ボトムエミッション型の表示装置に本発明を適用してもよい。この場合、陰極第２層、陰極第１層の順に積層された構成である画素電極上に、電子注入輸送層、発光層、の順に積層すればよい。また、例えば、陽極が対向電極であり、トップエミッション型の表示装置、または、陰極が対向電極であり、ボトムエミッション型の表示装置において、１次光干渉を利用するために図２における光学膜厚Ｌ１を設計する際に、本発明を適用してもよい。
（５）以上、本開示に係る有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態および変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明は、光共振器構造を備えた発光素子において、光取り出し効率の向上が高く消費電力が小さい発光素子を製造するのに有用である。
１ 有機ＥＬ素子（自発光素子）
１１ 基板
１２ 層間絶縁層
１３ 画素電極（陽極）
１４ 隔壁
１５ 正孔注入層
１６ 正孔輸送層
１７ 発光層
１８ 中間層
１９ 電子注入輸送層（機能層）
２０ 対向電極第１層（陰極下層）、対向電極（陰極）
２１ 対向電極第２層（陰極上層）
２１１ 低屈折率層
２２ 封止層
１００ 有機ＥＬ表示パネル（表示パネル）
２００ 駆動制御部
２１０〜２４０ 駆動回路
２５０ 制御回路
１０００ 有機ＥＬ表示装置

Claims (22)

  1. 基板と、
    前記基板の上方に配される複数の陽極と、
    前記複数の陽極のそれぞれの上方に配される発光層と、
    前記発光層の上方に配され、希土類から選択される金属材料を含む機能層と、
    前記機能層上に接して配され、透光性と導電性とを有する金属酸化物からなる陰極下層と、
    前記陰極下層上に接して配され、金属膜からなる陰極上層と
    を備え、
    前記機能層の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とは、１５０ｎｍ以上離隔している
    ことを特徴とする表示パネル。
  2. 前記機能層における前記金属材料の濃度は、３ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下である
    ことを特徴とする請求項１の表示パネル。
  3. 前記金属材料は、イッテルビウムである
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の表示パネル。
  4. 前記陰極下層の材料は、ＩＴＯまたはＩＺＯである
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表示パネル。
  5. 前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とに囲まれる領域が、前記両面を反射面とする光共振器を構成している
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示パネル。
  6. 前記発光層は、塗布膜である
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の表示パネル。
  7. 前記機能層の前記発光層側の面に接する、アルカリ金属の化合物を含む中間層をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の表示パネル。
  8. 前記発光層は、第１発光層と、前記第１発光層とは異なる陽極上方に配され発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層とを含み、
    前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚は、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚より大きい
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の表示パネル。
  9. 前記複数の前記発光層は、第１発光層と、前記第１発光層とは異なる陽極上方に配され発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層とを含み、
    前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚は、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚と等しい
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の表示パネル。
  10. 基板と、
    前記基板の上方に配される複数の陽極と、
    前記複数の陽極のそれぞれの上方に配される発光層と、
    前記複数の発光層の上方に配され、希土類から選択される金属材料を含む機能層と、
    前記機能層上に接して配され、透光性と導電性とを有する金属酸化物からなる陰極と、
    前記陰極上に接して配され、前記陰極より屈折率が低い低屈折率層と
    を備え、
    前記機能層の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とは、１５０ｎｍ以上離隔している
    ことを特徴とする表示パネル。
  11. 前記低屈折率層は絶縁性の無機材料で形成される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の表示パネル。
  12. 基板を準備し、
    前記基板の上方に複数の陽極を形成し、
    前記複数の陽極のそれぞれの上方に発光層を形成し、
    前記発光層の上方に、希土類から選択される金属材料を含む機能層を形成し、
    前記機能層上に接するように、透光性と導電性とを有する金属酸化物を用いて陰極下層を形成し、
    前記陰極下層上に接するように、金属膜を陰極上層として形成し、
    前記機能層の形成において、前記機能層の膜厚を１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下とし、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とを、１５０ｎｍ以上離隔させる
    ことを特徴とする表示パネルの製造方法。
  13. 前記機能層の形成において、前記金属材料の濃度を３ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下とする
    ことを特徴とする請求項１２の表示パネルの製造方法。
  14. 前記機能層の形成において、前記金属材料としてイッテルビウムを用いる
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の表示パネルの製造方法。
  15. 前記陰極下層の形成において、ＩＴＯまたはＩＺＯを材料として用いる
    ことを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の表示パネルの製造方法。
  16. 前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とに囲まれる領域を、前記両面を反射面とする光共振器として構成する
    ことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載の表示パネルの製造方法。
  17. 前記発光層の形成において、前記発光層の材料を含むインクの塗布により前記発光層を形成する
    ことを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項に記載の表示パネルの製造方法。
  18. 前記機能層の形成の前に、前記機能層の前記発光層側の面に接するように、アルカリ金属の化合物を用いて中間層をさらに形成する
    ことを特徴とする請求項１２から１７のいずれか１項に記載の表示パネルの製造方法。
  19. 前記発光層の形成において、前記複数の陽極から選択される第１陽極の上方に第１発光層を形成し、前記第１陽極とは異なる陽極の上方に、発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層を形成し、
    前記機能層の形成において、前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚を、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚より大きくする
    ことを特徴とする請求項１２から１８のいずれか１項に記載の表示パネルの製造方法。
  20. 前記発光層の形成において、前記複数の陽極から選択される第１陽極の上方に第１発光層を形成し、前記第１陽極とは異なる陽極の上方に、発光色の波長が前記第１発光層より長い第２発光層を形成し、
    前記機能層の形成において、前記第２発光層上方における前記機能層の膜厚を、前記第１発光層上方における前記機能層の膜厚と等しくする
    ことを特徴とする請求項１２から１８のいずれか１項に記載の表示パネルの製造方法。
  21. 基板を準備し、
    前記基板の上方に複数の陽極を形成し、
    前記複数の陽極のそれぞれの上方に発光層を形成し、
    前記発光層の上方に、希土類から選択される金属材料を含む機能層を形成し、
    前記機能層上に接するように、透光性と導電性とを有する金属酸化物を用いて陰極を形成し、
    前記陰極上に接するように、前記陰極より屈折率が低い低屈折率層を形成し、
    前記機能層の形成において、前記機能層の膜厚を１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下とし、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極下層と前記陰極上層との界面とを、１５０ｎｍ以上離隔させる
    ことを特徴とする表示パネルの製造方法。
  22. 前記低屈折率層の形成において、絶縁性の無機材料を前記低屈折率層の材料として用いる
    ことを特徴とする請求項２１に記載の表示パネルの製造方法。
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