JP2021072416A - 自発光素子、自発光表示パネルおよび自発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が向上すると共に、長寿命化が可能な自発光素子を提供する。【解決手段】有機ＥＬ素子２において、画素電極１３と、画素電極１３の上方に配された有機発光層１７と、有機発光層１７の上方に配され、有機材料にＹｂがドープされてなる機能層１９と、機能層１９の上方に配された対向電極２０とを備え、機能層１９は、有機発光層１７側の第１層部分１９１と対向電極２０側の第２層部分１９２からなり、第１層部分１９１のＹｂのドープ濃度が、第２層部分１９２のＹｂのドープ濃度よりも低い。【選択図】図４

Description

本開示は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの自発光素子、自発光表示パネルおよび自発光素子の製造方法に関する。

近年、発光型のディスプレイとして、基板上に行列方向に沿って有機ＥＬ素子を複数配列した有機ＥＬパネルが、電子機器のディスプレイとして実用化されている。各有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の一対の電極対の間に有機発光材料を含む有機発光層が配設された基本構造を有し、駆動時に一対の電極対間に電圧を印加し、陽極から有機発光層に注入される正孔と、陰極から有機発光層に注入される電子との再結合に伴って発生する電流駆動型の自発光素子である。

このような有機ＥＬ素子にあっては、発光効率の向上と長寿命化が常に求められている。

有機発光層を構成する有機材料（特に、高分子有機材料）の最低空軌道（ＬＵＭＯ：Lowest Unoccupied Molecular Orbital）のエネルギー準位は、多くの場合、陰極材料のフェルミ準位との差が大きいため、陰極から有機発光層への電子の注入が円滑に行われず、良好な発光効率を得るのが難しい。

そのため、有機発光層に電子を供給するための電子輸送性を有する有機材料に仕事関数の低いアルカリ金属またはアルカリ土類金属をドープした機能層を、有機発光層と陰極の間に配して、電子注入性を高める構成が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１６−１１５７４８号公報

しかしながら、アルカリ金属やアルカリ土類金属（以下、「アルカリ金属等」と総称する。）は、化学的に活性が高く、有機ＥＬ素子の内部に残留する水分等の不純物もしくは外部から侵入してきた水分等の不純物と反応して電子注入特性が劣化し、寿命が短くなるおそれがある。

また、発光効率のさらなる改善を目指して、光共振器構造を構築することが提案されているが、アルカリ金属等は、それほど透光性に優れているとは言えないので、光学設計通りに、上記アルカリ金属等を含む機能層の膜厚を厚くすると光透過率が低下してしまい、光共振器構造を採用した効果が減殺するおそれがある。

さらに、発光層で発生した励起子が、機能層中の金属と反応し、発光に寄与しない無輻射失活に転じて発光効率が低下するおそれがある。

本開示は、上記事情に鑑み、発光効率をより改善すると共に、さらなる長寿命化が可能な自発光素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の一態様における自発光素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層の上方に配され、有機材料に希土類金属に属する金属がドープされてなる機能層と、前記機能層の上方に配された陰極とを備え、前記機能層の膜厚方向における前記金属の濃度分布が均一ではなく、膜厚方向において前記発光層側の界面に隣接する第１の領域に含まれる前記金属の含有の割合が、前記陰極側の界面に隣接する第２の領域に含まれる前記金属の含有の割合よりも少ないことを特徴とする。

本開示の一態様に係る自発光素子では、機能層に含まれる希土類金属は仕事関数が小さいので良好な電子注入特性を有すると共に、アルカリ金属等に比べて化学的に安定しているため劣化しにくいので、発光効率を改善しつつ、発光素子の長寿命化に貢献する。また、発光層側の界面に隣接する第１の領域における希土類金属の含有の割合が少ないため、発光層内で生じた励起子が無輻射失活になるのを抑制すると共に、希土類金属の含有の割合が少ない第１の領域の部分で膜厚を多少厚くしても機能層の透光性に大きく影響しないため、高効率な光共振器構造の構築が容易となる。

本開示の態様に係る有機ＥＬ表示装置の全体構成を示すブロック図である。 上記有機ＥＬ表示装置における有機ＥＬパネルの画像表示面の一部を拡大した模式平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。 本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子の積層構造を模式的に示す図である。 光共振器構造を説明するための模式図である。 （ａ）は、周波数の変化に対するＢａとＹｂのそれぞれの消衰係数の変化を比較して示すグラフであり、（ｂ）は、ＲＧＢの各発光色のピーク波長におけるＢａとＹｂの消衰係数と、その比を示すテーブルである。 （ａ）は、機能層における目標の透過率を得るための第１層部分と第２層部分の膜厚の関係を示すテーブルであり、（ｂ）は、Ｙｂのドープ濃度が、５［ｗｔ％］、２５［ｗｔ％］、４０［ｗｔ％］の場合における消衰係数を示すグラフである。 本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造工程を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、有機ＥＬ素子の製造過程を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図９に続く有機ＥＬ素子の製造過程を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１０に続く有機ＥＬ素子の製造過程を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１１に続く有機ＥＬ素子の製造過程を模式的に示す部分断面図である。 本開示の変形例に係る有機ＥＬ素子の積層構造を模式的に示す図である。 （ａ）は本開示の別の変形例に係る有機ＥＬ素子の積層構造を模式的に示す図であり、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ機能層における膜厚方向におけるドープ濃度の変化の例を示すグラフである。 本開示のさらに別の変形例に係る有機ＥＬ素子の積層構造を模式的に示す図である。

≪発明を実施するための形態の概要≫
本開示の一態様に係る自発光素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層の上方に配され、有機材料に希土類金属に属する金属がドープされてなる機能層と、前記機能層の上方に配された陰極とを備え、前記機能層の膜厚方向における前記金属の濃度分布が均一ではなく、膜厚方向において前記発光層側の界面に隣接する第１の領域に含まれる前記金属の含有の割合が、前記陰極側の界面に隣接する第２の領域に含まれる前記金属の含有の割合よりも少ないことを特徴とする。

係る態様により、発光効率をより改善すると共に、さらなる長寿命化が可能な自発光素子を得ることができる。

また、本開示の別の態様では、前記機能層は、前記発光層側に配された第１層部分と、前記第１層部分の上に積層された第２層部分とからなり、前記第１層部分における前記金属の含有の割合をＤ１、前記第２層部分における前記金属の含有の割合をＤ２としたとき、Ｄ１＜Ｄ２である。

また、本開示の別の態様では、前記第１層部分の膜厚をｔ１、前記第２層部分の膜厚をｔ２とすると、ｔ１＞ｔ２である。

係る態様により、機能層の第２層部分における希土類金属の含有割合を高くして、陰極からの電子注入を促進しつつ、発光層側の第１層部分における希土類金属の含有の割合を低くすることにより、励起子の無輻射失活を抑制できる。また、希土類金属の含有の割合が低い第２層部分の膜厚ｔ１を多少厚くしても機能層１９の透過率に大きく影響しないようにできる。光共振器構造を構築が容易になる。

また、本開示の別の態様では、前記機能層は、前記中間層に近い側から第１層部分、第２層部分および第３層部分を順に積層してなり、前記第１層部分、第２層部分、第３層部分における前記金属の含有の割合をそれぞれ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３とすると、Ｄ２＜Ｄ１＜Ｄ３である。

係る態様により、第１層部分、第３層部分により電子注入性を促進しつつ、希土類金属の含有の割合の一番低い第２層部分において膜厚を稼ぐことができる。

また、本開示の別の態様では、前記機能層における前記金属の含有の割合が、前記陰極側から前記発光層側に向けて連続的に変化する。

係る態様により、機能層内での層の界面がなくなり、電子注入の障壁がなくなるため、機能層内での電子の移動がより円滑になる。

また、本開示の別の態様では、前記金属は、Ｙｂである。Ｙｂは希土類金属の中でも比較的仕事関数が低く、透明性も高い。また化学的な安定性にも優れているため、発光効率の向上および長寿命化に大きく貢献する。

また、本開示の別の態様では、前記発光層と前記機能層との間に、第１電子注入補助層が配されている。ここで、前記第１電子注入補助層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選択された金属のフッ化物からなる。

係る態様により、機能層から発光層への電子注入が促進され、発光効率の向上に寄与する。

また、本開示の別の態様では、前記機能層と前記陰極との間に、第２電子注入補助層が配されている。前記第２電子注入補助層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物、希土類金属に属する金属、およびリチウムキノラートのうちから選択された材料からなる。

これにより、陰極から機能層への電子注入が促進される。

また、本開示の別の態様では、前記陽極は光反射性であり、前記陰極は、半透光性である。係る態様により、効率的な光共振器構造の構築が可能となる。

また、本開示の別の態様では、前記陽極と発光層との間に、正孔注入性および／または正孔輸送性を有する正孔移動容易化層が配されており、前記正孔移動容易化層および前記発光層のうち、少なくとも１層は、塗布膜からなる。

これにより製造プロセスが容易になるので、製品のコストダウンが図れる。

また、本開示の別の態様に係る自発光表示パネルは、基板上方に、上記の自発光素子を複数、行列状に配列し、行方向に隣接する自発光素子における発光層は、列方向に延在する隔壁によって仕切られている。

また、本開示の別の態様に係る自発光素子の製造方法は、陽極を形成する工程と、前記陽極上方に発光層を形成する工程と、前記発光層上方に、希土類金属に属する金属を含む機能層を形成する工程と、前記機能層の上方に、陰極を形成する工程と、を含み、前記機能層を形成する工程において、前記機能層の膜厚方向における、前記発光層側の界面に隣接する第１の領域に含まれる前記金属の含有の割合が、前記陰極側の界面に隣接する第２の領域に含まれる前記金属の含有の割合よりも少なくなるように、前記機能層が形成される。

係る態様により、発光効率が改善され、長寿命化が可能な自発光素子を製造することができる。
≪実施の形態≫
以下、本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子および有機ＥＬパネル、有機ＥＬ表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は、模式的なものを含んでおり、各部材の縮尺や縦横の比率などが実際とは異なる場合がある。

１．有機ＥＬ表示装置１の全体構成
図１は、有機ＥＬ表示装置１の全体構成を示すブロック図である。有機ＥＬ表示装置１は、例えば、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯端末、業務用ディスプレイ（電子看板、商業施設用大型スクリーン）などに用いられる表示装置である。

有機ＥＬ表示装置１は、有機ＥＬパネル１０と、これに電気的に接続された駆動制御部２００とを備える。

有機ＥＬパネル１０は、本実施の形態では、上面が長方形状の画像表示面であるトップエミッション型の表示パネルである。有機ＥＬパネル１０では、画像表示面に沿って複数の有機ＥＬ素子（不図示）が配列され、各有機ＥＬ素子の発光を組み合わせて画像を表示する。なお、有機ＥＬパネル１０は、一例として、アクティブマトリクス方式を採用している。

駆動制御部２００は、有機ＥＬパネル１０に接続された駆動回路２１０と、計算機などの外部装置又はアンテナなどの受信装置に接続された制御回路２２０とを有する。駆動回路２１０は、各有機ＥＬ素子に電力を供給する電源回路、各有機ＥＬ素子への供給電力を制御する電圧信号を印加する信号回路、一定の間隔ごとに電圧信号を印加する箇所を切り替える走査回路などを有する。

制御回路２２０は、外部装置や受信装置から入力された画像情報を含むデータに応じて、駆動回路２１０の動作を制御する。

なお、図１では、一例として、駆動回路２１０が有機ＥＬパネル１０の周囲に４つ配置されているが、駆動制御部２００の構成はこれに限定されるものではなく、駆動回路２１０の数や位置は適宜変更可能である。また、以下では説明のため、図１に示すように、有機ＥＬパネル１０上面の長辺に沿った方向をＸ方向、有機ＥＬパネル１０上面の短辺に沿った方向をＹ方向とする。

２．有機ＥＬパネル１０の構成
（Ａ）平面構成
図２は、有機ＥＬパネル１０の画像表示面の一部を拡大した模式平面図である。有機ＥＬパネル１０では、一例として、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）（以下、単にＲ、Ｇ、Ｂともいう。）にそれぞれ発光する副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂが行列状に配列されている。副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、Ｘ方向に交互に並び、Ｘ方向に並ぶ一組の副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂが、一つの画素Ｐを構成している。画素Ｐでは、階調制御された副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂの発光輝度を組み合わせることにより、フルカラーを表現することが可能である。

また、Ｙ方向においては、副画素１００Ｒ、副画素１００Ｇ、副画素１００Ｂのいずれかのみが並ぶことでそれぞれ副画素列ＣＲ、副画素列ＣＧ、副画素列ＣＢが構成されている。これにより、有機ＥＬパネル１０全体として画素Ｐが、Ｘ方向及びＹ方向に沿った行列状に並び、この行列状に並ぶ画素Ｐの発色を組み合わせることにより、画像表示面に画像が表示される。

副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂには、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの色に発光する有機ＥＬ素子２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）（図３参照）が配置されている。

また、本実施の形態に係る有機ＥＬパネル１０では、いわゆるラインバンク方式を採用している。すなわち、副画素列ＣＲ、ＣＧ、ＣＢを１列ごとに仕切る隔壁（バンク）１４がＸ方向に間隔をおいて複数配置され、各副画素列ＣＲ、ＣＧ、ＣＢでは、副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂが、有機発光層を共有している。

ただし、各副画素列ＣＲ、ＣＧ、ＣＢでは、副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ同士を絶縁する画素規制層１４１がＹ方向に間隔をおいて複数配置され、各副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、独立して発光することができるようになっている。

なお、画素規制層１４１の高さは、有機発光層のインク塗布時における液面の高さよりも低い。図２では、隔壁１４及び画素規制層１４１は点線で表されているが、これは、画素規制層１４１及び隔壁１４が、画像表示面の表面に露出しておらず、画像表示面の内部に配置されているからである。

（Ｂ）断面構成
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。有機ＥＬパネル１０において、一つの画素は、Ｒ、Ｇ、Ｂをそれぞれ発光する３つの副画素からなり、各副画素は、対応する色を発光する有機ＥＬ素子２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）で構成される。

各発光色の有機ＥＬ素子２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）は、基本的には、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２として説明する。

図３に示すように、有機ＥＬ素子２は、基板１１、層間絶縁層１２、画素電極（陽極）１３、隔壁１４、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、有機発光層１７、機能層１９、対向電極（陰極）２０、および、封止層２１とからなる。機能層１９は、第１層部分１９１と第２層部分１９２の２層構造となっている。

基板１１、層間絶縁層１２、中間層１８、機能層１９、対向電極２０、および、封止層２１は、画素ごとに形成されているのではなく、有機ＥＬパネル１０が備える複数の有機ＥＬ素子２に共通して形成されている。

（１）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、副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、シリコン基板、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属基板、ガリウム砒素などの半導体基板、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、熱硬化樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレ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、これらのうち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。

（２）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、フェノール系樹脂が挙げられる。また、図３の断面図には示されていないが、層間絶縁層１２には、副画素ごとにコンタクトホールが形成されている。

（３）画素電極
画素電極１３は、光反射性の金属材料からなる金属層を含み、層間絶縁層１２上に形成されている。画素電極１３は、副画素ごとに設けられ、コンタクトホール（不図示）を通じてＴＦＴ層１１２と電気的に接続されている。本実施の形態においては、画素電極１３は、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。

（４）隔壁・画素規制層
隔壁１４は、基板１１の上方に副画素ごとに配置された複数の画素電極１３を、Ｘ方向（図２参照）において列毎に仕切るものであって、Ｘ方向に並ぶ副画素列ＣＲ、ＣＧ、ＣＢの間においてＹ方向に延伸するラインバンク形状である。

この隔壁１４には、電気絶縁性材料が用いられる。電気絶縁性材料の具体例として、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）が用いられる。

隔壁１４は、有機発光層１７を塗布法で形成する場合に塗布された各色のインクが溢れて混色しないようにするための構造物として機能する。

なお、樹脂材料を用いる際は、加工性の点から感光性を有することが好ましい。当該感光性は、ポジ型、ネガ型のいずれであってもよい。

隔壁１４は、有機溶媒や熱に対する耐性を有することが好ましい。また、インクの流出を抑制するために、隔壁１４の表面は所定の撥液性を有することが好ましい。

画素電極１３が形成されていない部分において、隔壁１４の底面が層間絶縁層１２の上面と接している。

画素規制層１４１は、電気絶縁性材料からなり、各副画素列においてＹ方向（図２）に隣接する画素電極１３の端部を覆い、当該Ｙ方向に隣接する画素電極１３同士を仕切っている。

画素規制層１４１の膜厚は、画素電極１３の膜厚よりも若干大きいが、有機発光層１７の上面までの厚みよりも小さくなるように設定されている。これにより、各副画素列ＣＲ、ＣＧ、ＣＢにおける有機発光層１７は、画素規制層１４１によっては仕切られず、有機発光層１７を形成する際のインクの流動が妨げられない。そのため、各副画素列における有機発光層１７の厚みを均一に揃えることを容易にする。

画素規制層１４１は、上記構造により、Ｙ方向に隣接する画素電極１３の電気絶縁性を向上しつつ、各副画素列ＣＲ、ＣＧ、ＣＢにおける有機発光層１７の段切れ抑制、画素電極１３と対向電極２０との間の電気絶縁性の向上などの役割を有する。

画素規制層１４１に用いられる電気絶縁性材料の具体例としては、上記隔壁１４の材料として例示した樹脂材料や無機材料などが挙げられる。また、上層となる有機発光層１７を形成する際、インクが濡れ広がりやすいように、画素規制層１４１の表面はインクに対する親液性を有することが好ましい。

（５）正孔注入層
正孔注入層１５は、画素電極１３から発光層１７へのホール（正孔）の注入を促進させる目的で、画素電極１３上の開口部１４ａ内に設けられている。正孔注入層１５は、例えば、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、イリジウム（Ｉｒ）などの酸化物、あるいは、ＰＥＤＯＴ（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からなる層である。上記の内、酸化金属からなる正孔注入層１５は、ホールを安定的に、またはホールの生成を補助して、発光層１７に対しホールを注入する機能を有し、大きな仕事関数を有する。本実施の形態においては、正孔注入層１５は、ＰＥＤＯＴ（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で印刷法などのウエットプロセスにより形成する。

（６）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有機発光層１７へ輸送する機能を有する。正孔輸送層１６は、例えば、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などの高分子化合物であって、親水基を備えないものなどを用いて印刷法などのウエットプロセスにより形成される。

（７）有機発光層
有機発光層１７は、開口部１４ａ内に形成されており、正孔と電子の再結合により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光を発光する機能を有する。なお、特に、発光色を特定して説明する必要があるときには、有機発光層１７（Ｒ）、１７（Ｇ）、１７（Ｂ）と記す。

有機発光層１７に用いられる有機発光材料として、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、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及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、アンスラセン化合物、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鎖体、２−ビピリジン化合物の金属鎖体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との鎖体、オキシン金属鎖体、希土類鎖体等の蛍光物質や、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。

（８）機能層
機能層１９は、有機発光層１７上に形成されており、対向電極２０から注入された電子を有機発光層１７へと輸送する機能を有する。

本実施の形態では、機能層１９は、第１層部分１９１と第２層部分１９２の２層構造としている。どちらも電子輸送性を有する有機材料にＹｂ（イッテルビウム）をドープして形成されるが、対向電極２０側の第２層部分１９２の方が、画素電極１３側の第１層部分１９１よりもＹｂのドープ濃度が高い。

Ｙｂは、仕事関数が低いため電子注入特性に優れる。また、アルカリ金属等に比べて化学的に安定しており、水分等の不純物と反応しにくく、劣化しにくいという優れた特性を有するため、長寿命化に資する。

また、第１層部分１９１におけるＹｂのドープ濃度を第２層部分１９２よりも低くすることにより、無輻射失活を低減して発光効率のさらなる改善が可能である。詳しくは後述する。

（９）対向電極
対向電極２０は、透光性の導電性材料からなり、機能層１９上に形成されている。対向電極２０は、陰極として機能する。

対向電極２０としては、例えば、金属薄膜または、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜を用いることができる。光共振器構造をより効果的に得るためには、対向電極２０の材料として、アルミニウム、マグネシウム、銀、アルミニウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等のうち少なくとも１つの材料からなる金属薄膜を形成するのが望ましい。この場合において、金属薄膜の膜厚は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが望ましい。これにより、対向電極２０が半透光性となり、画素電極１３と対向電極２０の各反射面との間でより高次の光共振器構造を構築することができるため、発光効率をさらに向上できる。

（１０）封止層
封止層２１は、正孔輸送層１６、有機発光層１７、機能層１９などの有機層が水分に晒されたり、空気に晒されたりして劣化するのを防止するために設けられるものである。

封止層２１は、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て形成される。

（１１）その他
図３には示されてないが、封止層２１上に透明な接着剤を介して防眩用の偏光板や上部基板を貼り合せてもよい。また、各有機ＥＬ素子２により発光される光の色度を補正するためのカラーフィルターを貼り合わせてもよい。これらにより、正孔輸送層１６、有機発光層１７、機能層１９などを外部の水分および空気などからさらに保護できる。

３．発光効率の向上について
以下、本開示に係る有機ＥＬ素子における発光効率の向上について図面を参照しながら説明する。

（１）有機ＥＬ素子の主要部における積層構造
図４は、本開示の態様に係る有機ＥＬ素子における主要部（陽極から陰極に至るまでの部分：以下、単に「発光部」ともいう。）の積層構造を示す模式図である。

同図に示すように画素電極１３上に正孔注入層１５、正孔輸送層１６、有機発光層１７、機能層１９および対向電極２０を積層して発光部が形成される。特に、電子輸送層としての役目を果たす機能層１９が第１層部分１９１と第２層部分１９２の２層構造となっている。

既述のように、第１層部分１９１と第２層部分１９２の双方とも電子輸送性の有機材料にＹｂをドープしてなるが、第１層部分１９１におけるＹｂのドープ濃度Ｄ１［ｗｔ％］は、第２層部分１９２のドープ濃度Ｄ２［ｗｔ％］よりも低くなっている（Ｄ１＜Ｄ２）。

したがって、第１層部分１９１の膜厚をｔ１［ｎｍ］、第２層部分１９２の膜厚をｔ２［ｎｍ］とすると、第１層部分１９１と第２層部分１９２の透明度を同じとした場合に、ドープ濃度の低い第１層部分１９１の膜厚ｔ１［ｎｍ］＞第２層部分１９２の膜厚ｔ２［ｎｍ］となり、機能層１９を単層として、ドープ濃度をＤ２［ｗｔ％］で均一とした場合の膜厚（２＊ｔ２）よりも厚く構成することができる。

これにより、光共振器構造、特に２次キャビティの構築が容易になる。

図５は、本開示の態様に係る有機ＥＬ素子２の光共振器構造における光の干渉を説明するための模式図であり、Ｃ１〜Ｃ３は、有機発光層１７から出射される光の主な光路を示している。

光共振器構造は、画素電極１３の正孔注入層１５との界面（反射面Ｓ１）と、対向電極２０と機能層１９との界面（反射面Ｓ２）との間で構成される。

画素電極１３の反射面Ｓ１から有機発光層１７における発光中心までの光学的距離（以下、「光路長」という。）をＬ１とし、有機発光層１７の発光中心から、対向電極２０の反射面Ｓ２までの光路長をＬ２とすれば、反射面Ｓ１と反射面Ｓ２間の光路長Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２となる。

光路Ｃ１は、有機発光層１７から対向電極２０側に出射された光が、反射されることなく対向電極２０を透過する光路である。光路Ｃ２は、有機発光層１７から画素電極１３側に出射された光が、画素電極１３の反射面Ｓ１で反射され、有機発光層１７を経由して対向電極２０を透過する光路である。光路Ｃ３は、有機発光層１７から対向電極２０側に出射された光が、対向電極２０の反射面Ｓ２で反射され、さらに画素電極１３の反射面Ｓ１で反射され、有機発光層１７を介して対向電極２０を透過する光路である。光取り出し効率を向上させるためには、これらの光路Ｃ１〜Ｃ３を経て外部に出射される光が共振することが望まれる。

ここで、光路Ｃ１と光路Ｃ２をそれぞれ経由する光の共振現象（以下、「１次キャビティ」という。）は、その光学長の差（光路差）（＝２＊Ｌ１）に依存する。また、光路Ｃ２と光路Ｃ３を経由する光の共振現象（以下、「２次キャビティ」という。）時は、光路差（＝２＊Ｌ２）に依存する。

光路長Ｌ１は、正孔注入層１５と正孔輸送層１６の光学膜厚の和であるが、正孔注入層１５、正孔輸送層１６の構成材料は、比較的、透過率（透過率＝透過光強度／入射光強度）が高いので、膜厚を厚くしても光が減衰しにくく、所定の光路長を設定しやすい。一方、光路長Ｌ２は、有機発光層１７と機能層１９の光学膜厚の和であり、有機発光層１７は比較的抵抗値が高いので、その膜厚をあまり大きくできない。そこで、２次キャビティの構築のため機能層１９の膜厚をどれほど厚くできるかが重要になる。

本実施の形態では、上述のように機能層１９を２層構造にして、有機発光層１７側の第１層部分１９１のＹｂドープ濃度を、第２層部分１９２よりも低くしているため、その分第２層部分１９２の膜厚を厚くしても透過率を大きく損なうことがないので、機能層１９の総膜厚を従来よりも厚くでき、上述の経路Ｃ２とＣ３を経由した光が共振するための最適な光路長Ｌ２を確保することが容易になる。

さらに、有機発光層１７に近い第１層部分１９１のドープ濃度が低いということは、それだけ有機発光層１７で発生した励起子と反応する金属量が少なくなり、無輻射失活を抑制して、発光に寄与する励起子が増えるため、この点でも発光効率の改善に寄与するという効果が得られる。

なお、第１電子注入補助層１８（後述の図１５参照）や有機発光層１７などの膜厚および発光色の波長にもよるが、機能層１９の膜厚が３０ｎｍもあれば、２次キャビティを構築できることが、本願発明者により確認されており、その値を超えて膜厚を形成しても透過率が低下するだけなので、機能層１９の膜厚は３０ｎｍ以下であることが望ましい。

（２）Ｙｂの消衰係数について
図６（ａ）は、周波数の変化に対するＢａとＹｂのそれぞれの消衰係数の変化を比較して示すグラフであり、図６（ｂ）は、ＲＧＢの各発光色のピーク波長におけるＢａとＹｂの消衰係数と、その比を示すテーブルである。

図６（ａ）のグラフにおいて、横軸は、光の周波数を示しており、縦軸は、消衰係数の大きさを示している。消衰係数は無次元であり、その値が大きいほど光の透過性が悪いことを示す。

また、実線は、電子輸送性の有機材料にＹｂを３０［ｗｔ％］ドープした機能層についての実験結果を示し、破線は、同じ電子輸送性の有機材料にＢａを３０［ｗｔ％］ドープした機能層についての実験結果を示す。なお、双方のサンプルとも機能層の膜厚は同じもので実験した。

図６（ａ）のグラフに示すように、一部の波長域（約５３０ｎｍ〜５７０ｎｍ）を除き、Ｙｂをドープした機能層の方がＢａをドープした場合よりも消衰係数が小さく、透光性に優れていることが分かる。

図６（ｂ）は、良好なカラー表示画像を得るため、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光色の有機ＥＬ素子において目標とすべきピーク波長と、そのピーク波長における消衰係数を、ドープ金属がＹｂとＢａとの場合で比較して示すテーブルである。

同テーブルに示すように、Ｂ、Ｇ、Ｒの各目標ピーク波長（４５０ｎｍ、５２０ｎｍ、６２０ｎｍ）の全てにおいて、ドープ金属をＹｂにした方が、Ｂａである場合よりも、消衰係数が小さく、両者の比（Ｙｂ／Ｂａ）も、全て「１未満」となり、ドープ金属をＹｂとした方が透明性に優れていることが分かる。

特に、発光色がＲの場合には、消衰係数が、１１％以上も小さくなるため、その分、光取り出し効率が増し、ひいては発光効率が向上する。

（３）第１層部分１９１と第２層部分１９２の膜厚比の最適範囲
（３−１）機能層１９の目標透過率が９０％の場合
２次キャビティを構築するためには、機能層１９の全膜厚ｔａ［ｎｍ］は、３０［ｎｍ］あればよく、また、機能層１９全体の透過率が、少なくとも９０％あることが望ましい。

一方、対向電極２０から有機発光層１７への良好な電子注入性を考慮すると、第２層部分１９２におけるＹｂのドープ濃度Ｄ２［ｗｔ％］は、４０［ｗｔ％］以上あることが望ましい。

図７（ｂ）は、透明な電子輸送性の有機材料にＹｂを所定濃度でドープしたときの、波長と消衰係数との関係を示すグラフであり、左から、Ｙｂのドープ濃度が、５［ｗｔ％］、２５［ｗｔ％］、４０［ｗｔ％］の場合のグラフを示している。

ドープ濃度が４０［ｗｔ％］の場合には、発光色Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、Ｒのときの消衰係数が最大（約０．１７）となり、これにより、仮に、機能層１９全体のＹｂのドープ濃度が４０［ｗｔ％］の場合の透過率を求めると、９０％を大きく下回ってしまう。

一方、透過率が２５［ｗｔ％］とすると、図７（ｂ）の中央のグラフにより、消衰係数は、ほぼ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長域で、０．１以下となり、膜厚３０ｎｍでの透過率は、ほぼ９２％となって９０％を上回る。

そこで、図７（ａ）の目標透過率が９０％の場合に、第１層部分１９１のドープ濃度Ｄ１を２５［ｗｔ％］とし、第２層部分１９２のドープ濃度Ｄ２を４０［ｗｔ％］として、機能層１９の透明度が９０％となるような、膜厚ｔ１とｔ２を求めた。

この際、第１層部分１９１の消衰係数を０．１、第２層部分１９２の消衰係数を０．２として計算したところ、ｔ１＝２０［ｎｍ］、ｔ２＝１０［ｎｍ］となり、ｔ１とｔ２の比は２対１となる（ｔ１＝２＊ｔ２）。

すなわち、機能層１９の層厚みＴａ＝３０［ｎｍ］のとき、少なくともｔ１＝２＊ｔ２の関係を満たすと透過率９０％を達成することができる。

それ以上の透過率を得ようとすれば、ドープ濃度の高い第２層部分１９２の膜厚ｔ２に対する第１層部分１９１の膜厚ｔ１の比を大きくすればよいので、結局「ｔ１≧２＊ｔ２」の関係を満たせば、透過率９０％以上とすることができる（図７（ａ）の目標透過率９０％の欄参照）。

（３−２）機能層１９の目標透過率が９５％の場合
さらに、機能層１９の目標透過率を９５％以上として試算したところ次のようになった。

第１層部分１９１のドープ濃度Ｄ１を上記と同じ２５［ｗｔ％］とすると、機能層１９の全部が、同じドープ濃度２５［ｗｔ％］あったしても、透過率は、９２％にしかならない。消衰係数を０．０２（ドープ濃度５［ｗｔ％］：図７（ｂ）の左のグラフ参照）としてようやく３０ｎｍの膜厚で、透過率が９８％程度となるので、Ｄ１は５［ｗｔ％］以下であることが望ましい。

そこで、Ｄ１＝５［ｗｔ％］（消衰係数０．０２）、目標透過率９５％として、他の数値は上記（２−１）と同様にして、第１層部分１９１、第２層部分１９２の各厚みｔ１［ｎｍ］、ｔ２［ｎｍ］を求めると、ｔ１＝２２．３［ｎｍ］、ｔ２＝７．７［ｎｍ］となり、ほぼ、ｔ１対ｔ２が３：１の関係（ｔ１＝３＊ｔ２）が成立することが分かった。

したがって、透過率９５％以上を得るためには、「ｔ１≧３＊ｔ２」の関係式を満たすことが望ましいと言える（図７（ａ）の目標透過率９５％の欄参照）。

５．有機ＥＬ素子の製造方法
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子２の製造方法について、図８〜図１２を用いて以下に説明する。図８は、有機ＥＬ素子２の製造過程を示すフローチャートであり、図９〜図１２は、有機ＥＬ素子２の製造過程を模式的に示す断面図である。

（１）基板準備工程
まず、図９（ａ）に示すように、基材１１１上にＴＦＴ層１１２を形成して基板１１を準備する（図８のステップＳ１）。ＴＦＴ層１１２は、公知のＴＦＴの製造方法により形成することができる。

（２）層間絶縁層形成工程
次に、図９（ｂ）に示すように、基板１１上に、層間絶縁層１２を形成する。（図８のステップＳ２）。

具体的には、一定の流動性を有する樹脂材料を、例えば、ダイコート法により、基板１１の上面に沿って、ＴＦＴ層１１２による基板１１上の凹凸を埋めるように塗布する。これにより、層間絶縁層１２の上面は、基材１１１の上面に沿って平坦化した形状となる。

また、層間絶縁層１２における、ＴＦＴ素子の例えば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（不図示）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パターニングなどを用いて形成される。

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エットエッチング法を用いてパターニングすればよい。

（３）画素電極形成工程
次に、図９（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。

そして、図９（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、副画素ごとに区画された複数の画素電極１３を形成する（図８のステップＳ３）。

（４）隔壁・画素規制層形成工程
次に、隔壁１４および画素規制層１４１を形成する（図８のステップＳ４）。

本実施の形態では、画素規制層１４１と隔壁１４を別工程で形成するようにしている。

（４−１）画素規制層形成
まず、Ｙ方向（図２）における画素電極列を副画素毎に仕切るため、Ｘ方向に伸びる画素規制層１４１を形成する。

図１０（ａ）に示すように、画素電極１３が形成された層間絶縁層１２上に、画素規制層１４１の材料となる感光性の樹脂材料を一様に塗布して、画素規制層材料層１４１０を形成する。このときの樹脂材料の塗布量は、乾燥後に狙いの画素規制層１４１の膜厚となるように予め求められている。

具体的な塗布方法として、例えばダイコート法やスリットコート法、スピンコート法などのウエットプロセスを用いることができる。塗布後には、例えば、真空乾燥及び６０℃〜１２０℃程度の低温加熱乾燥（プリベーク）などを行って不要な溶媒を除去するとともに、画素規制層材料層１４１０を層間絶縁層１２に定着させることが好ましい。

そして、フォトリソグラフィ法を用いて、画素規制層材料層１４１０をパターニングする。

例えば、画素規制層材料層１４１０がポジ型の感光性を有する場合は、画素規制層１４１として残す箇所を遮光し、除去する部分が透明なフォトマスク（不図示）を介して画素規制層材料層１４１０を露光する。

次に、現像を行い、画素規制層材料層１４１０の露光領域を除去することにより、画素規制層１４１を形成することができる。具体的な現像方法としては、例えば、基板１１全体を、画素規制層材料層１４１０の露光により感光した部分を溶解させる有機溶媒やアルカリ液などの現像液に浸した後、純水などのリンス液で基板１１を洗浄すればよい。

その後、所定温度で焼成（ポストベーク）することにより、層間絶縁層１２上に、Ｘ方向に延伸する画素規制層１４１を形成することができる（図１０（ｂ））。

（４−２）隔壁形成
次に、Ｙ方向に伸びる隔壁１４を上記画素規制層１４１と同様にして形成する。

すなわち、上記画素電極１３、画素規制層１４１が形成された層間絶縁層１２上に、隔壁用の樹脂材料を、ダイコート法などを用いて塗布して、隔壁材料層１４０を形成する（図１０（ｃ））。このときの樹脂材料の塗布量は、乾燥後に狙いの隔壁１４の高さとなるように予め求められている。

そして、フォトリソグラフィ法により隔壁材料層１４０にＹ方向に延在する隔壁１４をパターニングした後、所定の温度で焼成して隔壁１４を形成する（図１０（ｄ））。

なお、上記では、画素規制層１４１と隔壁１４のそれぞれの材料層をウエットプロセスで形成した後にパターニングするようにしたが、いずれか一方または双方の材料層をドライプロセスで形成して、フォトリソグラフィ法とエッチング法により、パターニングするようにしてもよい。

（５）正孔注入層・正孔輸送層形成工程
次に、正孔注入層１５および正孔輸送層１６をウエットプロセスにより形成する（図８のステップＳ５）。

まず、正孔注入層１５は、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を含むインクを印刷装置の塗布ヘッド３０１のノズル３０１１から吐出して、開口部１４ａ内に塗布し、溶媒を揮発除去させ、および／または焼成することにより形成される。

正孔輸送層１６は、上記正孔注入層１５上に、正孔輸送層１６の構成材料を含むインクを塗布した後、溶媒を揮発除去させ、および／または、焼成することにより形成される。正孔輸送層１６の構成材料として、例えば、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などの高分子化合物であって、親水基を備えないものなどである。塗布方法は、正孔注入層１５の場合と同じである。

なお、図１１（ａ）は、正孔注入層１５形成後に正孔輸送層１６を形成している際における表示パネル１０の模式断面図を示している。

（６）有機発光層形成工程
次に、上記正孔輸送層１６の上方に、有機発光層１７の前駆体として有機発光層１７（Ｒ）、１７０（Ｇ）、１７０（Ｂ）（以下、各発光色を区別しないで、単に「有機発光層１７」という。）を形成する（図８のステップＳ６）。

具体的には、図１１（ｂ）に示すように、各開口部１４ａに対応する発光色の有機発光層の構成材料である有機発光材料を含むインクを、印刷装置の塗布ヘッド３０１のノズル３０１１から順次吐出して開口部１４ａ内の正孔輸送層１６上に塗布し、インク塗布後の基板１１を真空乾燥室内に搬入して真空環境下で加熱することにより、インク中の有機溶媒を蒸発させる。これにより、有機発光層１７を形成できる。

（７）機能層形成工程
次に、各有機発光層１７に共通に機能層１９を形成する（図８のステップＳ７）。機能層１９は、第１層部分１９１と第２層部分１９２との２層構造となっており、その総膜厚は、２次キャビティを構築するのに最適な値、例えば、３０［ｎｍ］である。

まず、図１２（ａ）に示すように、有機発光層１７および隔壁層１４の上に、第１層部分１９１を形成する。第１層部分１９１は、電子輸送性を有する有機材料とＹｂを、Ｙｂのドープ濃度が、例えば、５［ｗｔ％］となるように共蒸着法によって、膜厚２３［ｎｍ］で形成する。

なお、この共蒸着法では、例えば、高真空の雰囲気に設定された真空チャンバー内に、有機材料とＹｂをそれぞれ蒸発させるための２つの蒸発源を配し、各蒸発源にシャッターを設けて、各シャッターの開放時間や蒸発源の加熱温度を制御することにより、目的の膜厚およびドープ濃度の調整が可能である。上記の方法で形成した場合、例えば第１層と第２層の境界は蒸発源の各シャッターの開放時間や加熱温度で決まる為、必ずしも明確に規定されるものではなく、例えば第１層と第２層の境界におけるドープ濃度もしくは有機材料の濃度は連続的もしくは濃度勾配をもつ場合もあると考えられる。本開示においては、このような場合も含めて２層構造であると定義する。

次に、図１２（ｂ）に示すように、第１層部分１９１上に、第２層部分１９２を形成する。第２層部分１９２は、電子輸送性を有する有機材料とＹｂを、Ｙｂのドープ濃度が、例えば、４０［ｗｔ％］となるように共蒸着法によって、例えば、膜厚７［ｎｍ］で形成する。

（８）対向電極形成工程
次に、機能層１９上に対向電極２０を形成する（図８のステップＳ８）
対向電極形成工程は、まず、機能層１９上に銀、アルミニウム等を、スパッタリング法、真空蒸着法により、５ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚の対向電極２０を形成する（図１２（ｃ））。これにより半透光性の対向電極２０が形成され、高次の光共振器構造が構築できる。

（９）封止層形成工程
次に、図１２（ｄ）に示すように、対向電極２０上に、封止層２１を形成する（図８のステップＳ９）。封止層２１は、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等を、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより成膜することにより形成することができる。

以上により図３に示す表示パネル１０が製造される。なお、上記の製造方法は、あくまで例示であり、趣旨に応じて適宜変更可能である。

≪変形例≫
以上、実施の形態に係る有機ＥＬ素子２等を説明したが、本発明は、その本質的な特徴的構成要素を除き、以上の実施の形態に何ら限定を受けるものではない。例えば、各実施の形態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各実施の形態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。以下では、そのような形態の一例として、有機ＥＬ素子、有機ＥＬ表示パネルの変形例を説明する。

（１）上記実施の形態に係る有機ＥＬ素子２おいては、機能層１９にドープする金属として、Ｙｂについて説明したが、機能層１９にドープされる金属は、Ｙｂだけでなく他の希土類金属、例えば、Ｌａ（ランタン）、Ｅｕ（ユウトロピウム）、Ｎｄ（ネオジム）などであっても構わない。Ｙｂの有する低仕事関数、化学安定性、消衰係数の低さなどの各特性は、希土類金属に共通する特性であるからである。

また、第１層部分１９１、第２層部分１９２などの各層に含まれる希土類金属は、必ずしも同一である必要はなく、異なる金属を使用することも可能である。例えば、対向電極２０側のドープ濃度の高い方により仕事関数が低く、透過率の高い希土類金属をドープし、画素電極１３側のドープ濃度の低い方には、有機発光層１７からの不純物に対するブロック姓を高めるためより化学安定性の高い希土類金属をドープするようにしてもよい。

さらには、第１層部分１９１に希土類金属は全く含まれていない場合であっても構わない（すなわち、ドープ濃度Ｄ１［ｗｔ％］＝０であっても構わない）。もともと機能層１９のホストとなる材料は電子輸送性を有するものが使用されているからであり、このように第１層部分１９１に希土類金属が含まれていないことにより、無輻射失活の発生を最大限に抑制するという効果も得られる。

（２）積層構造の変形例
（２−１）機能層が３層構造の例
上記実施の形態では、機能層１９を２層構造としたが、図１３に示すように、機能層１９を、第１層部分１９１、第２層部分１９２、第３層部分１９３の３層構造とし、第１〜第３層部分１９１〜１９３のＹｂのドープ濃度を、それぞれＤ１ｗｔ％、Ｄ２ｗｔ％、Ｄ３ｗｔ％としたときに、Ｄ２＜Ｄ１＜Ｄ３の関係を満たすように形成されている。

本変形例によれば、対向電極２０側の第３層部分１９３のドープ濃度を一番高くすることにより、対向電極２０からの機能層１９への電子注入性を向上するとともに外部からの水分などの不純物の浸入を阻止して、有機ＥＬ素子の寿命を更に延ばせることができる。

また、第１層部分１９１のドープ濃度が、それよりも低いため、有機発光層１７からの不純物に対するブロック性と発光層への電子注入性を向上させつつ、第３層部分１９３と同じドープ濃度とする場合に比べて無輻射失活を抑制することができる。

また、第２層部分１９２の部分のドープ濃度が一番低いので、この部分で膜圧を厚くしても機能層１９全体の透明度に与える影響が少なく、その結果機能層１９の総膜圧を厚くすることができ光共振器構造の構築が容易になる。第２層部分１９２のドープ濃度は、０［ｗｔ％］以上、５［ｗｔ％］以下であることが望ましい。ドープ濃度が０［ｗｔ％］の場合には、第２層部分１９２は、通常の電子輸送層となる。

なお、この変形例において、第１層部分１９１のドープ濃度が、第２層部分１９２のドープ濃度よりも低くなるようにしてもよい（すなわち、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３）。この場合には、第１層部分１９１による無輻射失活の抑制に、より重点が置かれることになる。

（２−２）機能層の膜厚方向にＹｂの濃度勾配を設ける例
図１４（ａ）に示すように、機能層１９を単層にして、Ｙｂのドープ濃度が対向電極２０に接する側は、Ｄ２［ｗｔ％］で、有機発光層１７に近付くに連れてドープ濃度が少なくなり、中間層１８と接する部分では、Ｄ１［ｗｔ％］（Ｄ１＜Ｄ２）となるように構成してもよい。

このように機能層１９のＹｂ含有量を変化させることによっても、対向電極２０からの電子注入性を確保しつつ、有機発光層１７における無輻射失活の発生を抑制できる。また、機能層１９全体を対向電極２０からの電子注入に必要なドープ濃度（Ｄ２［ｗｔ％］）で均一な濃度とする場合よりも膜厚を厚くしても、目標の透過率を得ることができ、２次キャビティの構築が容易となる。また、機能層１９内での層の界面がなくなり、電子注入の障壁がなくなるため、機能層１９内でより円滑に電子が移動できる。

これにより、より発光効率に優れ、長寿命化が可能な有機ＥＬ素子を提供できる。

Ｙｂのドープ濃度を徐々に変化させる方法として、例えば、共蒸着法において、Ｙｂを加熱する電気炉の温度と有機材料を加熱する電気炉の温度をそれぞれ制御して、Ｙｂの蒸着速度を、有機材料の蒸着速度に対して相対的に遅くさせていくことにより達成できる。

なお、機能層１９における対向電極２０側（陰極側）から有機発光層１７側へのドープ濃度の減少は、一定の減少率（一定の傾き）で減少する必要はなく、例えば、図１４（ｂ）のグラフに示すように、Ｐ１、Ｐ２の位置で、界面を形成しない程度で減少率（傾き）が多少変更されてもよい。

また、例えば、図１４（ｃ）のようにドープ濃度Ｄ２［ｗｔ％］から一旦、位置Ｐ３でドープ濃度Ｄ３［ｗｔ％］まで増加した後、有機発光層１７側に向けてドープ濃度Ｄ１［ｗｔ％］に減少するような曲線を描くように変化するような場合であってもよい。

要するに、機能層１９の膜厚方向において、有機発光層１７側の界面に隣接する領域（第１の領域）に含まれるＹｂのドープ濃度が、対向電極２０側の界面に隣接する領域（第２の領域）に含まれるＹｂのドープ濃度よりも少なければ、本発明の効果を享受できるものである。

（２−３）電子注入補助層を形成する例
また、図１５に示すように、有機発光層１７と機能層１９との間に、第１電子注入補助層１８を配し、機能層１９と対向電極２０との間に第２電子注入補助層２２を配するようにしてもよい。

第１電子注入補助層１８は、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物、例えばＮａＦからなり、蒸着法やスパッタ法により形成される。

第１電子注入補助層１８により、機能層１９から有機発光層１７への電子注入性が補助され、発光効率が増加する。また、有機発光層１７から不純物が機能層１９に侵入するのをブロックする効果があり、これにより長寿命化することができる。なお、この場合には、ＮａＦを還元してＮａを遊離させることにより、電子注入性が促進されるので、第１層部分１９１のドープ濃度Ｄ１［ｗｔ％］は、「０」とならない方が望ましく、少なくとも５［ｗｔ％］はあるのが望ましい。

第１電子注入補助層１８の膜厚は、０．５ｎｍ〜６ｎｍの範囲が望ましく、１ｎｍ〜４ｎｍとするのがより望ましい。

第１電子注入補助層１８の膜厚が、薄すぎると電子注入性を十分発揮できないと共に、ウエットプロセスにより形成された下層の有機層中に含まれる水分等の不純物が機能層１９に浸入するのを阻止できないからである。また、反対に厚過ぎると遊離しないＮａＦが多すぎて却って電子の移動を阻害するおそれがあるからである。

また、第２電子注入補助層２２は、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物のほか、ＹｂやＬｉｑ（リチウムキノラート錯体）などからなり、蒸着法やスパッタ法により０．５ｎｍ以上、６ｎｍ以下の膜厚で形成される。

第２電子注入補助層２２は、対向電極２０から機能層１９への電子注入性を促進させて、発光効率をより向上させる役目を果たす。

なお、第１電子注入補助層１８と第２電子注入補助層２２は、どちらか一方だけであっても構わない。

（３）上記実施の形態に係る表示パネル１０では、図２に示すように、画素規制層１４１の延伸方向が表示パネル１０の長軸Ｘ方向、隔壁１４の延伸方向が表示パネル１０の短軸Ｙ方向であったが、画素規制層１４１と隔壁１４の延伸方向は、逆であってもよい。また、画素絶縁層及び隔壁の延伸方向は、表示パネル１０の形状とは無関係な方向であってもよい。

また、上記実施の形態に係る表示パネル１０では、一例として画像表示面を長方形状としたが、画像表示面の形状に限定はなく、適宜変更可能である。

また、上記実施の形態に係る表示パネル１０では、画素電極１３を長方形平板状の部材としたが、これに限られない。

さらに、上記実施の形態においてはラインバンク方式の有機ＥＬ表示パネルについて説明したが、一つの副画素ごとにその四方を隔壁で囲むようにした、いわゆるピクセルバンク方式の表示パネルであっても構わない。

もっとも、ラインバンク方式の方が、画素規制層１４１上にも発光層が残るので、ピクセルバンク方式の場合よりもインクの滴下量が多くなり、それだけ乾燥後に残留する水分等が多いので、機能層１９のドープ金属として化学的安定性を有するＹｂを採用する効果はより大きくなる。

（４）上記実施の形態では、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、有機発光層１７の全てについて印刷法（塗布法）により形成したが、そのうち１層のみを印刷法で形成された塗布膜としてもよい。なお、表示パネル１０の完成品において、ある特定の層が塗布膜であるか否かは、その膜に残存する水分や溶媒を検出することにより容易に判別できる。

（５）上記実施の形態に係る有機ＥＬ表示パネル１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂ色にそれぞれ発光する副画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂが配列されていたが、副画素の発光色はこれに限られず、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂに加えて黄色（Ｙ）の４色であってもよい。また、一つの画素Ｐにおいて、副画素は１色あたり１個に限られず、複数配置されてもよい。また、画素Ｐにおける副画素の配列は、図２に示すような、赤色、緑色、青色の順番に限られず、これらを入れ替えた順番であってもよい。

（６）上記実施の形態の図３などでは、有機ＥＬ素子の各層の膜厚が、各発光色で等しい例が開示されている。実際に光共振器構造を構築する場合には、各色の発光色の波長に応じて、図５における光路長Ｌ１〜Ｌ３が、光学的設計により決定され、そのため、例えば、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、有機発光層１７、機能層１９などの膜厚が調整されることになる。

なお、全ての発光色について光共振器構造を採用しなくてもよく、また、同色の発光色が複数、１画素内にある場合もあり得るので、このような表示パネルの積層構造をまとめるとすれば、次のような表現になる。

「複数の発光部を含む画素が基板の主面に沿って二次元配置されてなる表示パネルであって、前記複数の発光部のうち少なくとも一の発光部は、前記複数の発光部における他の発光部と発光色が異なり、前記少なくとも一の発光部における、前記発光層および／または前記機能層の膜厚が、前記他の発光部と異なる表示パネル。」
（７）また、上記実施の形態に係る有機ＥＬ表示パネル１０は、アクティブマトリクス方式を採用したが、これに限られず、パッシブマトリクス方式を採用してもよい。

また、トップエミッション型の有機ＥＬ表示パネルだけでなくボトルエミッション型の有機ＥＬ表示パネルにも適用可能である。

なお、ボトムエミッション型の場合には、対向電極２０を光反射性の陽極とし、画素電極１３を光透過性（半光透過性を含む）の材料で構成して陰極とする。これに合せて他の正孔注入層１５、正孔輸送層１６、中間層１８、機能層１９等の積層順も異なる。

（８）上記実施の形態に係る有機ＥＬ素子２では、正孔注入層１５と正孔輸送層１６とを備えていたが、正孔注入性および正孔輸送性の少なくとも一方の特性を備える層（正孔移動容易化層）を備えていればよい。

（９）上記実施の形態では、自発光素子として有機ＥＬ素子および当該有機ＥＬ素子を使用した有機ＥＬ表示パネルについて説明したが、その他、量子ドット発光素子（ＱＬＥＤ：Quantum dot Light Emitting Diode）を使用した量子ドット表示パネル（例えば、特開２０１０−１９９０６７号公報参照）などの表示パネルについても、発光層の構造や種類が異なるだけで、画素電極と対向電極との間に発光層やその他の機能層を介在させるという構成において有機ＥＬ表示パネルと同じであり、本発明を適用することができる。

本開示に係る自発光素子等は、例えば、家庭用もしくは公共施設あるいは業務用の各種表示装置、テレビジョン装置、携帯型電子機器用ディスプレイ用として好適に用いられる。

１ 有機ＥＬ表示装置
２ 有機ＥＬ素子
１０ 有機ＥＬパネル
１１ 基板
１２ 層間絶縁層
１３ 画素電極（陽極）
１５ 正孔注入層
１６ 正孔輸送層
１７ 有機発光層
１８ 第１電子注入補助層
１９ 機能層
２０ 対向電極（陰極）
２１ 封止層
２２ 第２電子注入補助層
１９１ 第１層部分
１９２ 第２層部分
１９３ 第３層部分

Claims (14)

1. 陽極と、
   前記陽極の上方に配された発光層と、
   前記発光層の上方に配され、有機材料に希土類金属に属する金属がドープされてなる機能層と、
   前記機能層の上方に配された陰極と
   を備え、
   前記機能層の膜厚方向において、前記発光層側の界面に隣接する第１の領域に含まれる前記金属の含有の割合が、前記陰極側の界面に隣接する第２の領域に含まれる前記金属の含有の割合よりも少ない
   ことを特徴とする自発光素子。
2. 前記機能層は、前記発光層側に配された第１層部分と、前記第１層部分の上に積層された第２層部分とからなり、
   前記第１層部分における前記金属の含有の割合をＤ１、前記第２層部分における前記金属の含有の割合をＤ２としたとき、Ｄ１＜Ｄ２である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自発光素子。
3. 前記第１層部分の膜厚をｔ１、前記第２層部分の膜厚をｔ２とすると、
   ｔ１＞ｔ２である
   ことを特徴とする請求項２に記載の自発光素子。
4. 前記機能層は、前記中間層に近い側から第１層部分、第２層部分および第３層部分を順に積層してなり、前記第１層部分、第２層部分、第３層部分における前記金属の含有の割合をそれぞれ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３とすると、Ｄ２＜Ｄ１＜Ｄ３である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自発光素子。
5. 前記機能層における前記金属の含有の割合が、前記陰極側から前記発光層側に向けて連続的に変化する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自発光素子。
6. 前記金属は、Ｙｂである
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の自発光素子。
7. 前記発光層と前記機能層との間に、第１電子注入補助層が配されている
   ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の自発光素子。
8. 前記第１電子注入補助層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選択された金属のフッ化物からなる
   ことを特徴とする請求項７に記載の自発光素子。
9. 前記機能層と前記陰極との間に、第２電子注入補助層が配されている
   ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の自発光素子。
10. 前記第２電子注入補助層は、
    アルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物、希土類金属に属する金属、およびリチウムキノラートのうちから選択された材料からなる
    ことを特徴とする請求項９に記載の自発光素子。
11. 前記陽極は光反射性であり、前記陰極は、半透光性である
    ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の自発光素子。
12. 前記陽極と発光層との間に、正孔注入性および／または正孔輸送性を有する正孔移動容易化層が配されており、前記正孔移動容易化層および前記発光層のうち、少なくとも１層は、塗布膜からなる
    ことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の自発光素子。
13. 基板上方に、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の自発光素子を複数、行列状に配列し、行方向に隣接する自発光素子における発光層は、列方向に延在する隔壁によって仕切られている
    ことを特徴とする自発光表示パネル。
14. 陽極を形成する工程と、
    前記陽極上方に発光層を形成する工程と、
    前記発光層上方に、希土類金属に属する金属を含む機能層を形成する工程と、
    前記機能層の上方に、陰極を形成する工程と、
    を含み、
    前記機能層を形成する工程において、
    前記機能層の膜厚方向における、前記発光層側の界面に隣接する第１の領域に含まれる前記金属の含有の割合が、前記陰極側の界面に隣接する第２の領域に含まれる前記金属の含有の割合よりも少なくなるように、前記機能層が形成される
    ことを特徴とする自発光素子の製造方法。

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