JP6519910B2 - 有機ｅｌ素子および有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子の製造方法に関する。

有機ＥＬ素子は、自己発光を行うため視認性が高く、さらに完全固体素子であるため耐衝撃性に優れるなどの特徴を有し、近年、表示装置に有機ＥＬ素子を利用したものが普及しつつある。
有機ＥＬ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成を有している。そして、有機ＥＬ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、電子注入層等）が発光層と陰極の間にさらに挟まれた構成を有している。また、アルカリ金属やアルカリ土類金属は仕事関数が低いため、これらを含む層を機能層に用いると、良好な電子注入性が得られることが知られている。

しかし、アルカリ金属やアルカリ土類金属は、水分や酸素といった不純物と反応しやすい。そのため、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む機能層は、不純物が存在すると劣化が促進され、有機ＥＬ素子の発光効率の低下や発光寿命の短縮といった悪影響が発生するおそれがある。
機能層の劣化を防止するために、特許文献１には、発光層上に無機バリア層を設けた構成の有機ＥＬ素子が開示されている。このような無機バリア層によって不純物に対するブロック性が確保され、その無機バリア層よりも前に形成された発光層表面に吸着された不純物による、機能層の劣化を防止することができる。

ここで有機ＥＬ素子の発光効率は、内部量子効率および光取り出し効率の積によって決まる。内部量子効率とは、有機ＥＬ素子に注入された電子の数に対して有機ＥＬ素子内部で生じた光子の数の割合であり、光取り出し効率とは、有機ＥＬ素子内部で生じた光子の数に対して有機ＥＬ素子の外部に放射された光子の数の割合である。

特許第４８８２５０８号明細書

しかしながら、特許文献１の構成においては、無機バリア層が、絶縁体または半導体、もしくは仕事関数が４．０［ｅＶ］以上の金属から成り、電子注入性が低いため、発光層に十分な電子が供給されず、良好な内部量子効率が得られないおそれがある。
また、一般に金属の消衰係数が高いため、機能層にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含むことは、光取り出し効率の向上を阻害する要因となっている。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、不純物に対する十分なブロック性を確保しつつ良好な内部量子効率を実現し、かつ、光取り出し効率を向上させた有機ＥＬ素子および当該有機ＥＬ素子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、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、光反射性の陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配された機能層と、前記機能層上に配され、金属層を含む光透過性の陰極と、を有し、前記機能層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む中間層と、前記中間層上に配され、電子輸送性を有する電子輸送層と、を含み、前記電子輸送層は、電子輸送性を有する有機材料と、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有するアルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属とを含み、前記中間層に接する前記電子輸送層の第１領域における前記第２金属の濃度は、前記第１領域より前記陰極に近い前記電子輸送層の第２領域における前記第２金属の濃度よりも高いことを特徴とする。

アルカリ金属、アルカリ土類に該当する第１金属のフッ化物は、不純物をブロックする性能が高いので、これを含む中間層は、発光層から電子輸送層に不純物が浸入するのをブロックして、電子輸送層の劣化を防止することができる。そのため、上記態様の有機ＥＬ素子においては、発光効率の低下や発光寿命の短縮といった悪影響の発生を抑えることができる。

また、中間層に接する電子輸送層の第１領域に含まれる第２金属は、中間層に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切って第１金属を遊離させる。遊離した第１金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、仕事関数が小さく電子注入性が高い。そのため、上記態様の有機ＥＬ素子においては、電子輸送層から発光層への電子供給性が良好となり、良好な内部量子効率を実現することができる。

また、第２金属の濃度が電子輸送層全体で均一ではなく、電子輸送層の第１領域よりも第２領域で第２金属の濃度が低く抑えられている。そのため、上記態様の有機ＥＬ素子においては、第２金属が第１領域に含まれる濃度と同じ濃度で電子輸送層全体に第２金属が含まれる場合に比べて、電子輸送層全体での光の吸収を抑えることができ、光取り出し効率を向上させることができる。

従って、上記態様の有機ＥＬ素子においては、不純物に対する十分なブロック性を確保しつつ良好な内部量子効率を実現し、かつ、光取り出し効率を向上させることができる。

実施形態に係る有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、中間層の膜厚の違いによる輝度保持率の違いを示すグラフ、（ｂ）は、中間層の膜厚の違いによる発光効率比の違いを示すグラフである。 有機ＥＬ素子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図である。 機能層の光学膜厚を変化させて、青色発光素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値をシミュレーションで算出した結果を示すグラフである。 発光層〜機能層の合計膜厚を５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変化させて、青色有機ＥＬ素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値をシミュレーションした結果を示すグラフである。 （ａ）は機能層の光学膜厚の違いによる青色光の輝度／ｙ値の実効率の変化を示すグラフ、（ｂ）は発光層〜機能層の合計膜厚を５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変化させて、青色有機ＥＬ素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値をシミュレーションした結果と、各膜厚で実効率から推定される青色光の輝度／ｙ値を示すグラフである。 実施形態に係る有機ＥＬ素子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層および層間絶縁層が形成された状態、（ｂ）は、層間絶縁層上に画素電極が形成された状態、（ｃ）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。 図７の続きの有機ＥＬ素子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、隔壁層が形成された状態、（ｂ）は、隔壁層の開口部内において画素電極上に正孔注入層が形成された状態、（ｃ）は、隔壁層の開口部内において正孔注入層上に正孔輸送層が形成された状態を示す。 図８の続きの有機ＥＬ素子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、隔壁層の開口部内において正孔輸送層上に発光層が形成された状態、（ｂ）は、発光層および隔壁層上に中間層が形成された状態、（ｃ）は、中間層上に電子輸送層の金属ドープ領域が形成された状態を示す。 図９の続きの有機ＥＬ素子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、電子輸送層の金属ドープ領域上に電子輸送層の金属ノンドープ領域が形成された状態、（ｂ）は、電子輸送層の金属ノンドープ領域上に電子注入層が形成された状態、（ｃ）は、電子注入層上に対向電極が形成された状態、（ｄ）は、対向電極上に封止層が形成された状態を示す。 実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程を示す模式工程図である。 実施形態に係る有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置の構成を示すブロック図である。

＜発明の態様＞
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、光反射性の陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配された機能層と、前記機能層上に配され、金属層を含む光透過性の陰極と、を有し、前記機能層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む中間層と、前記中間層上に配され、電子輸送性を有する電子輸送層と、を含み、前記電子輸送層は、電子輸送性を有する有機材料と、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有するアルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属とを含み、前記中間層に接する前記電子輸送層の第１領域における前記第２金属の濃度は、前記第１領域より前記陰極に近い前記電子輸送層の第２領域における前記第２金属の濃度よりも高いことを特徴とする。

ここで「金属層」は、Ａｇ，Ａｌをはじめとする金属元素の単体で形成された層であってもよいが、複数の金属元素の合金で形成された層であってもよい。
アルカリ金属、アルカリ土類に該当する第１金属のフッ化物は、不純物をブロックする性能が高いので、これを含む中間層は、発光層から電子輸送層に不純物が浸入するのをブロックして、電子輸送層の劣化を防止することができる。そのため、上記態様によれば、発光効率の低下や発光寿命の短縮といった悪影響の発生を抑えることができる。

また、中間層に接する電子輸送層の第１領域に含まれる第２金属は、中間層に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切って第１金属を遊離させる。遊離した第１金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、仕事関数が小さく電子注入性が高い。そのため、上記態様によれば、電子輸送層から発光層への電子供給性が良好となり、良好な内部量子効率を実現することができる。

また、第２金属の濃度が電子輸送層全体で均一ではなく、電子輸送層の第１領域よりも第２領域で第２金属の濃度が低く抑えられているため、第２金属が第１領域に含まれる濃度と同じ濃度で電子輸送層全体に第２金属が含まれる場合に比べて、電子輸送層全体での光の吸収を抑えることができる。そのため、上記態様によれば、光取り出し効率を向上させることができる。

従って、上記態様によれば、不純物に対する十分なブロック性を確保しつつ良好な内部量子効率を実現し、かつ、光取り出し効率を向上させることができる。
また、前記第１領域は、前記有機材料に前記第２金属がドープされており、前記第２領域は、前記有機材料に前記第２金属がドープされていないとしてもよい。
上記態様によれば、第２領域での光の吸収を抑えることができ、光取り出し効率を向上させることができる。

第１金属として、ナトリウムを用いる。これによって、中間層は、吸湿性が低く、酸素との反応性が低いフッ化ナトリウムを含むため、不純物をブロックする性質に優れた層となる。また、ナトリウムは仕事関数が低いので、中間層から発光層に対する電子注入性が優れたものとなる。
第２金属として、バリウムを用いる。バリウムは汎用性のある材料なので、これを用いて機能層を形成することによって、コスト低減に資することができる。

また、前記発光層は、青色光を出射し、前記陽極と前記陰極との間には、光共振器構造が形成されており、前記機能層の膜厚は、前記光共振器構造が前記青色光に対して２次干渉を示す膜厚に設定されているとしてもよい。
ここで「光共振器構造が青色光に対して２次干渉を示す機能層の膜厚」とは、光共振器構造における光の干渉によって青色光の輝度とｘｙ色度のｙ値との比（輝度／ｙ値）が極大値を示す機能層の膜厚のうち２番目に小さい膜厚である。

陰極に金属層を含む場合、例えば、金属層の製造過程で金属元素が発光層内に拡散すると、発光層に不純物準位が生じて内部量子効率が低下するおそれがある。また、陰極に金属層を含む場合、青色光を出射する有機ＥＬ素子では、プラズモンロスにより内部量子効率が低下すると考えられる。
上記態様の有機ＥＬ素子においては、２次干渉を示す光共振器構造であるため、１次干渉を示す光共振器構造に比べて機能層の膜厚が厚い。そのため、上記態様によれば、発光層を陰極から遠ざけることができ、その結果、金属層の製造過程での元素拡散や、プラズモンロスを抑制し、良好な内部量子効率を実現することができる。

また、機能層の膜厚を、当該膜厚を変化させたときに取り出される青色光の輝度／ｙ値が示す特性に関し、２次干渉に相当する膜厚の範囲内で、且つ輝度／ｙ値が１次干渉の極大値以上となる膜厚に設定するとしてもよい。
これによって、青色発光素子から、輝度／ｙ値の高い青色光が取り出されるので、色純度の良好な青色光を効率よく取り出すことができる。

また、機能層はさらに、電子輸送層上に配され、電子注入性を有する電子注入層を含むとしてもよい。これによって、陰極からの電子注入性が高まり、良好な内部量子効率を実現することができる。
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、光反射性の陽極を形成し、前記陽極の上方に発光層を形成し、前記発光層上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む中間層を形成し、前記中間層上に、電子輸送性を有する有機材料を用いて電子輸送層を形成し、前記電子輸送層の上方に、金属層を含む光透過性の陰極を形成し、前記電子輸送層を形成する際に、前記中間層に接する前記電子輸送層の第１領域に、前記第１領域の上方の前記電子輸送層の第２領域よりも高い濃度で、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する第２金属を含有させることを特徴とする。

この製造方法によって形成した有機ＥＬ素子においては、第１金属のフッ化物を含む中間層が、発光層から電子輸送層に不純物が浸入するのをブロックして、電子輸送層の劣化を防止することができる。そのため、上記製造方法によれば、発光効率の低下や発光寿命の短縮といった悪影響の発生を抑えた有機ＥＬ素子を形成することができる。
また、中間層に接する電子輸送層の第１領域含まれる第２金属は、中間層に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切って第１金属を遊離させる。遊離した第１金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、仕事関数が小さく電子注入性が高い。そのため、上記製造方法によれば、電子輸送層から発光層への電子供給性が良好で、内部量子効率が高い有機ＥＬ素子を形成することができる。

また、第２金属の濃度が電子輸送層全体で均一ではなく、電子輸送層の第１領域よりも第２領域で第２金属の濃度が低く抑えられているため、第２金属が第１領域に含まれる濃度と同じ濃度で電子輸送層全体に第２金属が含まれる場合に比べて、電子輸送層全体での光の吸収を抑えることができる。そのため、上記製造方法によれば、光取り出し効率の高い有機ＥＬ素子を形成することができる。

＜実施の形態＞
以下、実施の形態にかかる有機ＥＬ素子について説明する。なお、以下の説明は、本発明の一態様に係る構成および作用・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、実施の形態に係る有機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。図１では、その１つの青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）を中心としてその周辺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、以下では、まとめて有機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、隔壁層１４、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、機能層３１、対向電極２２、および封止層２３を備える。なお、基板１１、層間絶縁層１２、機能層３１、対向電極２２、および封止層２３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、画素毎に駆動回路が形成されている。基材１１１は、例えばガラス材料からなる基板である。ガラス材料としては、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英等のガラスなどが挙げられる。

＜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、画素毎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、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、画素毎に個々に設けられ、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、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やＩＺＯ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。
＜隔壁層＞
隔壁層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上面において隔壁層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。即ち、隔壁層１４は、サブピクセル毎に設けられた開口部１４ａを有する。

本実施形態においては、隔壁層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。即ち、画素電極１３が形成されていない部分においては、隔壁層１４の底面は層間絶縁層１２の上面と接している。
隔壁層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。隔壁層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。本実施形態では、隔壁層１４は、樹脂材料からなり、隔壁層１４の材料としては、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。本実施形態においては、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、正孔（ホール）を安定的に、または正孔（ホール）の生成を補助して、発光層１７に対し正孔（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からなる。

ここで、正孔注入層１５を遷移金属の酸化物で形成すると、複数の酸化数をとるため、複数の準位をとることができ、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。
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層１６は、親水基を備えない高分子化合物を用い開口部１４ａ内に形成されている。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ることができる。

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する。
＜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。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燐光物質を用いることができる。

＜機能層＞
機能層３１は、中間層１８、電子輸送層３０、および電子注入層２１で構成されている。
中間層１８は、発光層１７上に形成されており、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択される第１金属のフッ化物で形成されている。

アルカリ金属に該当する金属は、リチウム，ナトリウム，カリウム，ルビジウム，セシウム，フランシウムであり、アルカリ土類金属の該当する金属は、カルシウム，ストロンチウム，バリウム，ラジウムである。これらのフッ化物で形成した膜は、不純物をブロックする働きをなす。
従って、中間層１８は、発光層１７、正孔輸送層１６、正孔注入層１５、隔壁層１４の内部や表面に存在する不純物が、機能層３１や対向電極２２へと侵入するのを防止する働きをなす。

第１金属としては、特に、ＮａあるいはＬｉが好ましく、中間層１８を、ＮａＦ（フッ化ナトリウム）あるいはＬｉＦ（フッ化リチウム）で形成することが好ましい。
電子輸送層３０は、対向電極２２から注入された電子を発光層１７へと輸送する機能を有する有機材料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択され、第１金属のフッ化物（ＮａＦ）の結合を切る性質を持つ第２金属とを含む層である。

電子輸送層３０は、中間層１８の上に形成され電子輸送性の有機材料からなり第２金属がドープされた金属ドープ領域１９と、金属ドープ領域１９の上に積層され電子輸送性の有機材料からなり第２金属がドープされていない金属ノンドープ領域２０とで構成されている。本実施形態においては、金属ドープ領域１９が電子輸送層３０の第１領域となり、金属ノンドープ領域２０が電子輸送層３０の第２領域となる。

電子輸送層３０に用いられ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。
第２金属は、アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなど）またはアルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなど）の中で、中間層１８に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する金属を用いる。

本実施形態においては、第２金属として、アルカリ土類金属に属するＢａ（バリウム）を選択することとする。このＢａは、ＮａＦにおけるＮａとＦの結合を切ってＮａを遊離させる性質を有する元素である。
電子輸送層３０の金属ノンドープ領域２０の上には、対向電極２２から金属ノンドープ領域２０への電子注入性を高める目的で電子注入層２１が設けられている。電子注入層２１の材料としては、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）、ＮａＦ、キノリノールＬｉ錯体（Ｌｉｑ）、Ｂａ等の電子注入性材料が選択される。

＜対向電極＞
対向電極２２は、各サブピクセル共通に設けられており、陰極として機能する。
この対向電極２２には、金属材料で形成された金属層が含まれているが、金属層の膜厚は１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度に薄く設定されて光透過性を有している。金属材料は光反射性の材料であるが、金属層の膜厚を３０ｎｍ以下と薄くすることによって、光透過性を確保することができる。

従って、発光層１７からの光の一部は対向電極２２において反射されるが、残りの一部は対向電極２２を透過する。
このように対向電極２２に金属層が含まれることによって、そのシート抵抗値を低くすることができる。金属層の膜厚が１０ｎｍ以上であれば、その表面抵抗（Ｒｓ）を１０Ω／□以下の低抵抗にすることができる。

また対向電極２２に金属層が含まれることによって、画素電極１３と対向電極２２との間に形成される光共振器構造においてそのキャビティ効果を高めることができる。
金属層を形成する金属材料としては、銀（Ａｇ）、Ａｇを主成分とする銀合金、アルミニウム（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。
金属層は、例えばＡｇ層あるいはＭｇＡｇ合金層の単層で構成してもよいし、Ｍｇ層とＡｇ層の積層構造（Ｍｇ／Ａｇ）、あるいは、ＭｇＡｇ合金層とＡｇ層の積層構造（ＭｇＡｇ／Ａｇ）にしてもよい。

また、対向電極２２は、金属層単独で構成してもよいが、金属層の上に、ＩＴＯやＩＺＯ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。
＜封止層＞
対向電極２２の上には、発光層１７が水分や酸素等に触れて劣化することを抑制する目的で封止層２３が設けられている。有機ＥＬ表示パネル１００はトップエミッション型であるため、封止層２３の材料としては、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の光透過性材料が選択される。

＜その他＞
なお図１には示されないが、封止層２３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、機能層３１を水分および空気などから保護できる。
［２．不純物ブロック性と電子注入性］
正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７をウェットプロセスで形成する場合、これらの層の内部および表面に存在する不純物が電子輸送層３０に到達すると、電子輸送層３０の有機材料にドープされている金属と反応して、電子輸送層３０の機能を低下させる。

また、不純物が有機材料と反応すると、有機材料が変質し、安定性を損なう虞もある。
隔壁層１４をウェットプロセスで形成する場合にも、隔壁層１４の内部および表面に存在する不純物が、同様に電子輸送層３０の機能低下を引き起こす原因となる。
これに対して、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１は、発光層１７と電子輸送層３０との間に、中間層１８を備え、中間層１８は、アルカリ金属のフッ化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物を含んでいるので、このフッ化物が発光層１７側から電子輸送層３０側への不純物の侵入を防ぐ。

特にＮａＦは、吸湿性が低く、酸素との反応性が低いため、不純物をブロックする性能が優れ、発光層１７側からの不純物の侵入を防ぐ。それによって電子輸送層３０に含まれるアルカリ金属・アルカリ土類金属が不純物と反応するのを防ぎ、電子輸送層３０の電子供給能の低下を抑制することができ、さらに、対向電極２２が不純物によって劣化するのを防止する。

一方ＮａＦは電気絶縁性が高いため、対向電極２２および電子輸送層３０から供給される電子の発光層１７への移動を阻害し、発光効率を低下させる問題があるが、有機ＥＬ素子１の電子輸送層３０には、中間層１８に隣接して、第２金属としてのＢａがドープされた金属ドープ領域１９が設けられている。このＢａは、中間層１８中の第１金属であるＮａのフッ化物（ＮａＦ）におけるＮａとＦとの結合を切る働きがあるので、中間層１８中のＮａＦの一部が乖離して、Ｎａが遊離する。

Ｎａは仕事関数が低く、電子供給能が高いため、電子輸送層３０から発光層１７への電子の移動をアシストする。それによって、発光効率の低下を抑制し、駆動電圧を低減することができる。同時に中間層１８中のＮａＦにより良好な不純物ブロック性を得ることができる。
電子輸送層３０の金属ドープ領域１９におけるＢａのドープ濃度としては、良好な発光効率を得る上で５〜４０ｗｔ％の範囲内に設定するのが好ましい。

ただし、中間層１８におけるＮａＦの結合を切ってＮａを遊離させるためには、電子輸送層３０の金属ドープ領域１９におけるＢａのドープ濃度は５〜４０ｗｔ％の範囲の中でも、比較的高い濃度に設定することが好ましく、２０〜４０ｗｔ％の範囲が好ましいと考えられる。
なお、第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を分解する機構は、上記に限られない。発光層１７、中間層１８、電子輸送層３０等の機能を損なわない限り、何れの機構によって第１金属とフッ素との結合が切れてもよい。

このように、中間層１８が、高い不純物ブロック性を有する第１金属のフッ化物を含むことにより、発光層１７側からの不純物の侵入をブロックして電子輸送層３０（および対向電極２２）の電子供給能の低下を抑制することができ、電子輸送層３０の金属ドープ領域１９が、第１金属とフッ素との結合を切る第２金属を含むことにより、第１金属が遊離し、絶縁性の高い中間層１８を超えて電子輸送層３０から発光層１７へと電子が移動しやすくなり、良好な発光効率を得ることができる。

なお実際は、中間層１８と電子輸送層３０の金属ドープ領域１９の境界は明確には分かれておらず、中間層１８を形成する材料と、電子輸送層３０の金属ドープ領域１９を形成する材料とが、製造の過程で多少混ざり合って形成されている場合もある。即ち、中間層１８の膜厚が、正確にＤ１〔ｎｍ〕というわけではなく、中間層１８および電子輸送層３０の境界がはっきりしていない場合もある。

ただしその場合でも、中間層１８における第１金属の濃度は、電子輸送層３０側よりも発光層１７側で高く、第２金属の濃度は、発光層１７側よりも電子輸送層３０側で高いので、上述した効果を奏する。
ここでは、中間層１８を形成する際に、膜厚がＤ１となるように意図した方法で形成した場合、形成された中間層１８の膜厚がＤ１であるということとする。他の層の膜厚についても同様である。

［３．中間層の膜厚と保管安定性］
中間層１８の膜厚Ｄ１が互いに異なる３種類の有機ＥＬ表示パネル１００を試験体として保管安定性試験を行った。
試験体における中間層１８の膜厚Ｄ１は、１ｎｍ，４ｎｍ，１０ｎｍである。
保管安定性試験においては、各試験体に通電して初期輝度を測定し、８０℃の環境下に７日間保管した後、再び通電して高温保管後の輝度を測定した。そして各試験体について、輝度保持率（初期輝度に対する高温保管後の輝度の割合〔％〕）を算出した。

この高温保管後の輝度保持率で保管安定性を評価した。
図２（ａ）は、その結果を示すグラフである。
図２（ａ）に示すように、中間層１８の膜厚Ｄ１が１ｎｍの場合、輝度保持率が５９〔％〕であって、保管安定性は低いが、膜厚Ｄ１が４ｎｍ以上の場合、輝度保持率が９５％以上であり、良好な保管安定性を示している。

これより、中間層１８の膜厚Ｄ１が４ｎｍ以上あれば、良好な保管安定性が得られ、有機ＥＬ素子の長寿命化を図れることがわかる。
なお、膜厚Ｄ１が１０ｎｍの試験体では、輝度保持率が１００％を超える結果となっている。これは、高温保管前の状態において、正孔と電子とのバランスが最適な状態からずれていたのが、高温保管により、最適なバランス状態に近づいたためと考えられる。

［４．中間層の膜厚と発光効率比］
図２（ｂ）は、中間層１８の膜厚Ｄ１が互いに異なる３種類の有機ＥＬ表示パネル１００についての発光効率比を示すグラフである。膜厚Ｄ１は、１，４，１０〔ｎｍ〕の３種類である。この３種類の各試験体に対して、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ2となるような電圧を印加した際の輝度を測定し、測定された輝度の値から発光効率を算出した。そして、基準となる有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を発光効率基準値として、発光効率基準値に対する比（発光効率比）をグラフにプロットした。

図２（ｂ）に示すように、３種類の試験体うち、膜厚Ｄ１＝４〔ｎｍ〕の試験体が、最も高い発光効比を示し、膜厚Ｄ１が１ｎｍおよび１０ｎｍの試験体は、ほぼ同じ発光効率比を示した。
この結果から、中間層１８の膜厚Ｄ１が、１ｎｍよりも薄い場合および１０ｎｍよりも厚い場合には、さらに発光効率比が低くなると考えられる。これは、中間層１８の膜厚Ｄ１が薄くなりすぎると、乖離する第１金属（本実施形態においてはＮａ）の絶対量が少なくなり、電子輸送層３０から発光層１７への電子の移動が促進されなくなり、一方、中間層１８の膜厚Ｄ１が厚くなりすぎると、絶縁層としての機能が強くなって、発光効率が低下するためと考えられる。

従って、中間層１８の膜厚Ｄ１は、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
[５．各層の光学膜厚と光共振器構造について]
図３は、本実施形態にかかる有機ＥＬ素子の光共振器構造における光の干渉を説明する図である。当図では青色発光の発光層１７を有する有機ＥＬ素子１（Ｂ）について示し、ここでは特に有機ＥＬ素子１（Ｂ）について説明する。

この有機ＥＬ素子１（Ｂ）の光共振器構造において、発光層１７における正孔輸送層１６との界面近傍から青色光が出射されて各層を透過していく。この各層界面において光の一部が反射されることによって光の干渉が生じる。その主なものを例示すると以下のような干渉が挙げられる。
（１）発光層１７から出射され対向電極２２側に進行した光の一部が、対向電極２２を透過して発光素子の外部に出射される第１光路Ｃ１と、発光層１７から、画素電極１３側に進行した光の一部が、画素電極１３で反射された後、発光層１７および対向電極２２を透過して発光素子の外部に出射される第２光路Ｃ２とが形成される。そして、この直接光と反射光との干渉が生じる。

図３に示す光学膜厚Ｌ１は、第１光路Ｃ１と第２光路Ｃ２との光学距離の差に対応している。この光学膜厚Ｌ１は、発光層１７と画素電極１３との間に挟まれた正孔注入層１５、正孔輸送層１６の合計の光学距離（膜厚と屈折率との積、ｎｍ）である。
（２）発光層１７から対向電極２２側に進行した光の一部が、対向電極２２で反射されて、さらに画素電極１３で反射された後、発光素子の外部に出射される第３光路Ｃ３も形成される。

そして、この第３光路Ｃ３を経由する光と、上記第２光路Ｃ２を経由する光との干渉が生じる。
第２光路Ｃ２と第３光路Ｃ３との光学距離の差は図３に示す光学膜厚Ｌ２に対応する。この光学膜厚Ｌ２は、発光層１７、機能層３１の合計の光学距離である。
特に、有機ＥＬ素子１（Ｂ）においては、対向電極２２に金属層が含まれているので、対向電極が金属酸化物だけで構成される場合よりも、対向電極２２で反射されやすいので、このような干渉も生じやすい。

（３）第３光路Ｃ３を経由する光と、上記第１光路Ｃ１を経由する光との干渉も生じる。第１光路Ｃ１と第３光路Ｃ３との光学距離の差は、図３に示す光学膜厚Ｌ３に対応する。光学膜厚Ｌ３は、上記光学膜厚Ｌ１と光学膜厚Ｌ２の和である（Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２）。
光学膜厚Ｌ３は、画素電極１３と対向電極２２との間に挟まれた正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、機能層３１の合計の光学距離である。

通常、共振器構造において、光取り出し効率が極大値を示す光学膜厚に調整される。上記の各光路を経由する光が、互いに干渉によって強め合って光取り出し効率が高まるように、発光層１７と画素電極１３との間の光学膜厚Ｌ１、発光層１７と対向電極２２との間の光学膜厚Ｌ２、そして、画素電極１３と対向電極２２との間の光学膜厚Ｌ３は設定される。

これらの基本的な光干渉については、赤色の有機ＥＬ素子１（Ｒ）、緑色の有機ＥＬ素子１（Ｇ）においても同様に生じる。
ただし本発明者の考察によると、青色発光素子に関しては、光取り出し効率が極大値となる光学膜厚に設定すると、取り出される青色光の色度が目標色度に近いとはいえず、むしろ光取り出し効率が極大値をとる光学膜厚からずらして、色度ｙ値の小さい青色光を取り出す光学膜厚を選択する方が好ましいといえる。

すなわち、青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）の共振器構造において、発光層１７と画素電極１３との間の光学膜厚Ｌ１を変化させたり、発光層１７と対向電極２２との間の光学膜厚Ｌ２を変化させたりすると、取り出される青色光の光取り出し効率が変化すると共に色度も変化する。
そこで、以下に詳細に説明するように、青色発光素子については、輝度とｘｙ色度のｙ値との比（輝度／ｙ値）が高い値を示すような光学膜厚に調整することとする。

青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）から最終的に取り出す青色光の色度としては、ｘｙ色度のｙ値が０．０８以下であることが一般的な色度目標とされている。
青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）から取り出される青色光の色度ｙ値がこの目標色度から遠ければ、カラーフィルタ（ＣＦ）で大きく色度補正をする必要がある。その場合、光透過率の低いＣＦを用いざるを得ないので、もとの青色発光素子からの光取り出し効率が大きくても、ＣＦ通過後の光取り出し効率は大幅に低下してしまう。

従って、色度ｙ値が０．０８程度以下の青色光を効率よく取り出すには、光取り出し効率を大きくすることだけではなく、色度Ｙ値を小さくすることも考慮することが必要である。すなわち、青色発光素子における各層の光学膜厚を設定するときに、光取り出し効率と色度ｙ値の両方を考慮して、光学膜厚を設定することが必要である。
本発明者等は、さらに検討を行った結果、色度ｙ値が０．０８以下の青色光を効率よく取り出すには、輝度／ｙ値が高い値を示すように各層の光学膜厚の設定を行えばよいことも見出した。

このような考察に基づいて、青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）については、輝度／ｙ値を指標とし、この指標が高い値を示すように光学膜厚Ｌ１，Ｌ２を設定することとする。以下にその具体例を光学シミュレーションに基づいて説明する。
（光学シミュレーション）
本実施形態に基づく一実施例にかかる青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）において、正孔輸送層１６の膜厚、及び発光層１７から機能層３１までの合計膜厚を、それぞれ変化させたときに、素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値がどのように変化するかをシミュレーションで算出した。

このシミュレーションは、マトリックス法を用いた光学シミュレーションとして知られている。
このシミュレーションにおいて、有機ＥＬ素子１（Ｂ）の各層の屈折率は、４６０ｎｍの光に対する屈折率の値を用いた。また、このシミュレーションは、対向電極２２の膜厚を３０ｎｍに固定し、正孔輸送層１６の膜厚を５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変え、発光層１７から機能層３１までの合計膜厚を１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変えて行った。

図４のグラフにおいて、横軸は正孔輸送層１６の膜厚を示し、縦軸は、発光層１７〜機能層３１の合計膜厚を示しており、各膜厚は５ｎｍ間隔で変化させている。
ここで、光学膜厚Ｌ１は、正孔輸送層１６、正孔注入層１５、画素電極１３の金属酸化物層の光学膜厚の合計なので、正孔注入層１５、画素電極１３の金属酸化物層の膜厚を固定した場合、正孔輸送層１６の膜厚を変化させるのに応じて、光学膜厚Ｌ１も変化する。図４の横軸にはその光学膜厚Ｌ１の値も表示している。

同様に、光学膜厚Ｌ２は、発光層１７〜機能層３１の合計光学膜厚であって、その発光層１７〜機能層３１の合計膜厚を変化させるのに応じて、光学膜厚Ｌ２も変化する。図４の縦軸にはその光学膜厚Ｌ２の値も表示している。
なお、光学膜厚Ｌ３は、光学膜厚Ｌ１と光学膜厚Ｌ２の和なので、図４中に矢印Ｌ３で示す斜め方向に光学膜厚Ｌ３が増加するということもできる。

輝度／ｙ値の最高値を１としたときの輝度／ｙ値の相対値を、数値範囲（０．２、０．３〜０．４、０．５〜０．６、０．７〜０．８、０．９〜１．０）に分けてグラフ内にマッピングした。
図４に示すグラフを見ると、正孔輸送層１６の膜厚が２０ｎｍ及び１５５ｎｍを示す縦方向に伸長する破線と、発光層１７〜機能層３１の合計膜厚が、３５ｎｍ及び１６０ｎｍを示す横方向に伸長する破線とが交差する４つの箇所（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に、輝度／ｙ値のピーク（極大値）が明確に表れている。すなわち、正孔輸送層１６の膜厚が２０ｎｍあるいは１５５ｎｍ、且つ、発光層１７〜機能層３１の合計膜厚が３５ｎｍあるいは１６０ｎｍのときに、輝度／ｙ値が極大値を示している。

本明細書では、有機ＥＬ素子１（Ｂ）の何れかの層の膜厚を変化させたときに取り出される青色光の輝度／ｙ値が極大値を示すことを、膜厚が最少のものから順に１次干渉、２次干渉というように、次数を増やして表現する。
光学膜厚Ｌ１（正孔輸送層１６の膜厚）に対する輝度／ｙ値の関係を見ると、ａ点、ｂ点は１次干渉ピーク、ｃ点、ｄ点は２次干渉ピークに相当し、１干渉ピークでは、２次干渉ピークと比べて輝度／ｙ値が高い値を示している。一方、光学膜厚Ｌ２（発光層１７〜機能層３１の合計膜厚）に対する輝度／ｙ値の関係を見ると、ａ点、ｃ点は１次干渉ピーク、ｂ点、ｄ点は２次干渉ピークに相当し、１干渉ピークでは２次干渉ピークと比べて輝度／ｙ値が高い値を示している。

ここで、１次干渉のピークは、輝度／ｙ値が極大値を示すの光学膜厚の中で最小の光学膜厚に相当し、２次干渉のピークは、輝度／ｙ値が極大値を示す２番目に小さい光学膜厚に相当する。
以上のことから、有機ＥＬ素子１（Ｂ）から輝度／ｙ値の高い青色光を取り出すには、光学膜厚Ｌ１を干渉ピークに合せて設定するだけでなく、光学膜厚Ｌ２も干渉ピークに合せて設定することによって、より高い輝度／ｙ値の青色光を取りせることがわかる。

また、特に、光学膜厚Ｌ１に関する１次干渉ピークと、光学膜厚Ｌ２に関する１次干渉ピークとが重なったａ点においては、高い輝度／ｙ値が得られること（高い光共振効果が得られること）がわかる。
ここで、光学膜厚Ｌ２に関する干渉ピークが大きくなっているのは、対向電極２２に金属層が含まれていることが要因と考えられるので、対向電極２２に金属層が含まれていることが、光共振効果を高めるのに寄与しているということもいえる。

光学膜厚Ｌ２と輝度/ｙ値：
以下では、光学膜厚Ｌ２に着目し、光学膜厚Ｌ１を、１次干渉に相当する一定値に固定して、光学膜厚Ｌ２を変化させたときに、輝度／ｙ値がどのように変化するかを考察する。
光学膜厚Ｌ１が１次干渉に相当するのは、図４に示すように、正孔輸送層１６の膜厚２０ｎｍ、光学膜厚Ｌ１が７６ｎｍのときである。

図５は、発光層１７〜機能層３１の合計膜厚を５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変化させて、青色有機ＥＬ素子１（Ｂ）から取り出される青色光の輝度／ｙ値をシミュレーションした結果を示すグラフである。光学膜厚Ｌ２は、横軸の発光層１７〜機能層３１の合計膜厚に屈折率１．９を掛けた値である。
図５のグラフに示されるように、光学膜厚Ｌ２が小さい方から順に、１次干渉のピーク，２次干渉のピークが存在する。そして、光学シミュレーションにおいて、１次干渉のピークａにおける輝度／ｙ値の極大値は、２次干渉のピークｂにおける輝度／ｙ値の極大値よりも高い値である。

従って、光学シミュレーションの結果からは、青色有機ＥＬ素子において、機能層３１の膜厚を、１次干渉のピークに相当する膜厚に設定すれば、素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値が高くなるので、色度が良好な青色光を効率よく取り出せると考えられる。
ただし、マトリックス法を用いた光学シミュレーションでは、対向電極２２の製造過程でＡｇが発光層１７の内部へ拡散し不純物準位が生じることに起因する内部量子効率の低下や、プラズモンロスによる内部量子効率の低下が反映されない。これらの理由による内部量子効率の低下は、青色発光の発光層１７を有する有機ＥＬ素子１（Ｂ）において顕著である。また、機能層３１の膜厚が大きく、発光層１７が対向電極２２から離れていれば、これらの理由による内部量子効率の低下は隠微になる。

そこで本発明者らは、実際に有機ＥＬ素子１（Ｂ）から色度が良好な青色光を効率よく取り出せる機能層３１の膜厚と、光学シミュレーションの結果に基づいた機能層３１の好適な膜厚とが相違するのではないかと考え、有機ＥＬ素子１（Ｂ）から出射した青色光の実測値と光学シミュレーションの結果とで輝度／ｙ値を比較した。
その結果を、図６（ａ）に示す。

図６（ａ）は、機能層３１の膜厚が互いに異なる４種類の有機ＥＬ素子１（Ｂ）についての光学シミュレーションの結果と実測値との比率を示すグラフである。４種類の有機ＥＬ素子１（Ｂ）試験体における機能層３１の膜厚は、１０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ，１２５ｎｍである。なお、４種類の有機ＥＬ素子１（Ｂ）の試験体において、光学膜厚Ｌ１はいずれも１次干渉に相当する７６ｎｍとした。

この４種類の各試験体に対して、輝度およびｙ値を測定して輝度／ｙ値の実測値を算出した。そして、各試験体で光学シミュレーションにより得た輝度／ｙ値に対する比率（以下、「実効率」と表記する）を、グラフにプロットした。
図６（ａ）に示すように、機能層３１の膜厚が１０ｎｍの場合、実効率が４４％であって実測値とシミュレーション結果との差が大きい。しかし、機能層３１の膜厚が厚くなるほど実効率が向上し、機能層３１の膜厚が１２５ｎｍの場合、実効率が８９％であり、シミュレーション結果に近い性能を示している。

これは、機能層３１の膜厚が小さい場合、対向電極２２の製造過程でＡｇが発光層１７の内部へ拡散しやすいことや、プラズモンロスが大きくなるために、光学シミュレーションの条件よりも実際の内部量子効率が低下したと考えられる。逆に、機能層３１の膜厚が大きいほど、対向電極２２の製造過程で発光層１７へのＡｇの拡散が機能層３１によって阻止され、さらに、発光層１７の発光点が対向電極２２から遠ざかりプラズモンロスが低減することにより、光学シミュレーションの条件と実際の内部量子効率との差が抑えられると考えられる。そのため、機能層３１の膜厚が１３０ｎｍ以上の場合、実効率は９０％以上になると推定される。

図６（ｂ）は、機能層３１の膜厚と青色有機ＥＬ素子１（Ｂ）から取り出される青色光の輝度／ｙ値との関係を示すグラフである。太線は発光層１７〜機能層３１の合計膜厚を５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変化させて、有機ＥＬ素子１（Ｂ）から取り出される青色光の輝度／ｙ値を光学シミュレーションした結果を示す。細線は各膜厚で実効率から推定される青色光の輝度／ｙ値を示す。なお、試験体において、発光層１７の膜厚は５０ｎｍに固定している。

図６（ｂ）のグラフに示されるように、実効率から推定される青色光の輝度／ｙ値についても、１次干渉のピーク，２次干渉のピークが存在することは、光学シミュレーションの結果と同様である。
しかし、実効率から推定される青色光の輝度／ｙ値では、２次干渉のピークａにおける極大値が、１次干渉のピークｂにおける極大値よりも高い値である点で、光学シミュレーションの結果と相違している。

従って、実効率を考慮すると、有機ＥＬ素子１（Ｂ）において、発光層１７〜機能層３１の合計膜厚を、２次干渉のピークに相当する膜厚に設定すれば、素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値が高くなるので、色度が良好な青色光を効率よく取り出せることになる。
特に、図６（ｂ）の細線で示すグラフにおいて、２次干渉のピークに相当する発光層１７〜機能層３１の合計膜厚範囲の中で、１次干渉のピークの極大輝度／ｙ値以上の輝度／ｙ値を示す範囲Ａに設定することは、色度が良好な青色光を効率よく取り出す上で好ましい。

この範囲Ａは、発光層１７〜機能層３１の合計膜厚が１５０ｎｍ〜１７０ｎｍの範囲である。図６（ｂ）に結果を示す光学シミュレーションでは発光層１７の膜厚を５０ｎｍに固定しているので、範囲Ａに相当する機能層３１の膜厚の範囲は１００ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲であって、機能層３１の光学膜厚の範囲としては、１００×１．９＝１９０ｎｍから１２０×１．９＝２２８ｎｍに相当する。

従って有機ＥＬ素子１（Ｂ）から色度の良好な青色光を効率よく取り出すには、光学膜厚Ｌ１を１次干渉に相当する７６ｎｍ付近（例えば光学膜厚Ｌ１が６０〜９０ｎｍの範囲）に設定し、機能層３１の光学膜厚を１９０ｎｍ〜２２８ｎｍの範囲に設定することが特に好ましい。
なお、図５および図６（ｂ）には、光学膜厚Ｌ１が１次干渉ピークに相当するとき（正孔輸送層１６の膜厚２０ｎｍのとき）について示したが、図４を参照すると、光学膜厚Ｌ１が２次干渉ピークに相当するとき（正孔輸送層１６の膜厚１５５ｎｍ、光学膜厚Ｌ１が３０５．５ｎｍのとき）も、輝度／Ｙ値の値は全体的に低いものの図５および図６（ｂ）と同様の形状のグラフが得られることがわかる。

従って有機ＥＬ素子１（Ｂ）から色度の良好な青色光を効率よく取り出す上で、光学膜厚Ｌ１を２次干渉ピークに相当する３０５．５ｎｍ付近（例えば光学膜厚Ｌ１が２９０〜３２０ｎｍの範囲）に設定し、機能層３１の光学膜厚を１９０ｎｍ〜２２８ｎｍの範囲に設定することも好ましい。
このように、有機ＥＬ素子１（Ｂ）から色度の良好な青色光を効率よく取り出すには、光学膜厚Ｌ１を光学干渉に適した範囲に設定した上で、機能層３１の光学膜厚を１９０ｎｍ〜２２８ｎｍの範囲に設定することが好ましい。

以上のように、青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）については輝度／ｙ値が高くなるように、光学膜厚Ｌ１および機能層３１の光学膜厚を設定することが好ましいことを説明したが、赤色の有機ＥＬ素子１（Ｒ）および緑色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）においても、同様にして、各色の発光輝度が高くなるように、光学膜厚Ｌ１および機能層３１の光学膜厚を設定することが好ましい。

［６．電子輸送層の膜厚］
ここまでの説明で示したように、中間層１８の膜厚Ｄ１は、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下の範囲に設定することが好ましい。つまり、機能層３１全体の好ましい膜厚（１００ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下の範囲）において中間層１８が占める割合は小さく、機能層３１を好ましい膜厚に設定するためには、電子輸送層３０の膜厚を大きくする必要がある。例えば、中間層１８の膜厚Ｄ１を４ｎｍに設定した場合、機能層３１の膜厚を１００ｎｍ以上、１２０ｎｍ以下の範囲に収めるに、電子輸送層３０の膜厚を９６ｎｍ以上、１１６ｎｍ以下の範囲に設定することが好ましい。

このような電子輸送層３０の厚膜化により、有機ＥＬ素子１からの光取り出し効率は、電子輸送層３０の消衰係数に大きく影響される。特に、金属ドープ領域１９において有機材料にＢａを２０％の濃度でドープした場合、金属ドープ領域１９の消衰係数は、０．１６と比較的高い値になる。
しかし、金属ノンドープ領域２０では、有機材料にＢａがドープされていないため、金属ノンドープ領域２０の消衰係数は、０．０３４に抑えられる。そこで、電子輸送層３０全体での消衰係数を低く抑えるには、金属ドープ領域１９の膜厚を小さく形成し、金属ノンドープ領域２０の膜厚を大きく形成することが好ましい。

ただし、金属ドープ領域１９の膜厚を小さくしすぎると、隣接する中間層１８のＮａＦを十分に乖離させることができないと考えられる。そこで金属ドープ領域１９の膜厚を例えば１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲に設定した上で、機能層３１の膜厚を好ましい膜厚の範囲に収める範囲で、金属ノンドープ領域２０を厚膜化することが好ましい。
なお実際は、金属ドープ領域１９と金属ノンドープ領域２０との境界は明確には分かれておらず、金属ドープ領域１９と金属ノンドープ領域２０とが、製造の過程で多少混ざり合って形成されている場合もある。ただしその場合でも、電子輸送層３０における第２金属の濃度は、電子注入層２１側よりも中間層１８側で高いので、中間層１８のＮａＦを乖離させる機能を有しつつ、電子輸送層３０全体での消衰係数を低く抑えることができる。

[７．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７〜図１０、図１１を参照しながら説明する。なお、図７〜図１０は、有機ＥＬ素子１の製造過程を模式的に示す断面図であり、図１１は、有機ＥＬ素子１の製造過程を示す模式工程図である。
まず、図７（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（図１１のステップＳ１）、基板１１上に層間絶縁層１２を成膜する（図１１のステップＳ２）。層間絶縁層１２の材料である層間絶縁層用樹脂には、本実施形態においては、ポジ型の感光性材料であるアクリル樹脂を用いる。層間絶縁層１２は、層間絶縁層用樹脂であるアクリル樹脂を層間絶縁層用溶媒（例えば、ＰＧＭＥＡ）に溶解させた層間絶縁層用溶液を基板１１上に塗布し、その後、焼成することによって成膜する（図１１のステップＳ３）。この焼成は、１５０℃以上２１０℃以下の温度で１８０分間行う。

なお、図７〜図１０の断面図および図１１の工程図には示されないが、層間絶縁層１２を形成するときに、パターン露光と現像を行うことによってコンタクトホールを形成する。層間絶縁層１２は焼成後には硬くなるので、コンタクトホールの形成は、層間絶縁層１２の焼成前に行う方が容易である。
そして、サブピクセル毎に、金属材料を真空蒸着法またはスパッタ法で厚み１５０ｎｍ程度に成膜して、図７（ｂ）に示すように、画素電極１３を形成する（図１１のステップＳ４）。

次に、画素電極１３上に、隔壁層１４の材料である隔壁層用樹脂を塗布し、隔壁材料層１４ｂを形成する（図７（ｃ））。隔壁層用樹脂には、例えば、ポジ型の感光性材料であるフェノール樹脂が用いられる。隔壁材料層１４ｂ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上に一様に塗布することによって形成する。

次に、隔壁材料層１４ｂに露光と現像を行うことで隔壁層１４の形状にパターン形成し（図８（ａ）、図１１のステップＳ５）、焼成することによって隔壁層１４を形成する（図１１のステップＳ６）。この焼成は、例えば、１５０℃以上２１０℃以下の温度で６０分間行う。形成された隔壁層１４によって、発光層１７の形成領域となる開口部１４ａが規定される。

隔壁層１４の形成工程においてさらに、隔壁層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したり、プラズマ処理を施してもよい。隔壁層１４の表面処理は、開口部１４ａに塗布するインクに対する接触角を調節したり、隔壁層１４の表面に撥液性を付与する目的で行われる。
そして、マスク蒸着法やインクジェットによる塗布法によって、正孔注入層１５の材料を成膜し、焼成することによって、図８（ｂ）に示すように正孔注入層１５を形成する（図１１のステップＳ７）。

次に、隔壁層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塗布し、焼成（乾燥）を経て、図８（ｃ）に示すように正孔輸送層１６を形成する（図１１のステップＳ８）。
同様に、発光層１７の材料を含むインクを塗布し、焼成（乾燥）することにより、図９（ａ）に示すように発光層１７を形成する（図１１のステップＳ９）。

続いて、図９（ｂ）に示すように、発光層１７の上に、真空蒸着法などにより、中間層１８を膜厚Ｄ１で成膜する（図１１のステップＳ１０）。中間層１８は隔壁層１４の上にも形成される。
次に、中間層１８の上に、第２金属をドープしながら電子輸送層３０の有機材料を真空蒸着法で成膜することによって、図９（ｃ）に示すように電子輸送層３０の金属ドープ領域１９を形成する（図１１のステップＳ１１）。さらに、金属ドープ領域１９の上に、第２金属をドープすることなく電子輸送層３０の有機材料を真空蒸着法で成膜することによって、図１０（ａ）に示すように電子輸送層３０の金属ノンドープ領域２０を形成する（図１１のステップＳ１２）。

金属ドープ領域１９および金属ノンドープ領域２０の形成工程では、金属ドープ領域１９および金属ノンドープ領域２０を合わせた電子輸送層３０の膜厚が、機能層３１の好適な膜厚の範囲（１００ｎｍ〜１２０ｎｍ）から中間層１８の膜厚Ｄ１、および電子輸送層３０の後に成膜する電子注入層２１の膜厚（０．５ｎｍ〜１．０ｎｍ）を引いた膜厚の範囲に収まるように、真空蒸着法により有機材料および第２金属を堆積させる量を決定する。

次に、電子輸送層３０の金属ノンドープ領域２０の上に、電子注入層２１の構成材料を真空蒸着法またはスパッタ法で厚み０．５ｎｍ〜１．０ｎｍの範囲内で成膜して、図１０（ｂ）に示すように、電子注入層２１を形成する（図１１のステップＳ１３）。
続いて、図１０（ｃ）に示すように、電子注入層２１の上に、金属材料等を、真空蒸着法、スパッタ法等で成膜することにより、対向電極２２を形成する（図１１のステップＳ１４）。

そして、対向電極２２の上に、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の光透過性材料を、スパッタ法、ＣＶＤ法等で成膜することによって、図１０（ｄ）に示すように封止層２３を形成する（図１１のステップＳ１５）。
以上の工程を経ることにより、有機ＥＬ素子１が完成すると共に、複数の有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示パネル１００ができあがる。なお、封止層２３の上にカラーフィルタや上部基板を貼り合せてもよい。

［８．有機ＥＬ表示装置の全体構成］
図１２は、有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示す模式ブロック図である。当図に示すように、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とを有している。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。
［実施の形態のまとめ］
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１によれば、中間層１８によって、発光層１７側から電子輸送層３０に不純物が浸入するのを防止するので、発光効率の低下や発光寿命の短縮といった悪影響の発生を抑えることができる。

また、中間層１８に接する金属ドープ領域１９にＢａが含まれるので、金属ドープ領域１９の働きで中間層１８における発光層１７への電子注入性が確保され、高い内部量子効率を実現することができる。
また、電子輸送層３０のうち金属ノンドープ領域２０には、Ｂａがドープされておらず、消衰係数が０．０３４に抑えられている。さらに、Ｂａがドープされ消衰係数が大きい金属ドープ領域１９の膜厚を１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲に抑え、消衰係数が小さい金属ノンドープ領域２０を厚膜化している。そのため、電子輸送層３０全体での消衰係数を低く抑えて、良好な光取出し性を実現することができる。

また、青色光を出射する有機ＥＬ素子１（Ｂ）において機能層３１の膜厚を、１００ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲に設定している。この機能層３１の膜厚の範囲は、青色光に対する２次干渉のピークに相当する膜厚範囲であり、１次干渉のピークに相当する膜厚範囲よりも膜厚が大きいため、対向電極２２の製造過程でのＡｇの拡散やプラズモンロスが抑制され、内部量子効率が向上する。そのため、出射する青色光が１次干渉のピークの極大輝度／ｙ値以上の輝度／ｙ値を示し、色純度の良好な青色光を効率よく取り出すことができる。

また、対向電極２２に、金属材料からなる金属層が含まれているので、対向電極２２を、ＩＴＯのような金属酸化物の材料だけで形成する場合と比べると、Ａｇのような金属材料層が含まれることによって、そのシート抵抗を低減することができる。そして、対向電極２２の導電性が向上することによって、有機ＥＬ表示パネル１００の中央部に存在する有機ＥＬ素子１に電力を供給する際の電圧降下を低減することができる。

また対向電極２２に、金属材料の層が含まれることによって、対向電極２２を金属酸化物材料だけで形成する場合と比べると、有機ＥＬ素子１における共振器構造のキャビティ効果を高めることができる。それによって、有機ＥＬ素子１における光取り出し効率を高めることができる。
なお、上記説明における膜厚の範囲や膜厚の割合についての条件は、必ずしも開口部１４ａで規定されるサブピクセルの全領域で満たさなくてもよく、サブピクセルの中央部での膜厚が、上記説明における膜厚の条件を満たしていればよい。

＜変形例＞
以上、実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されることはなく、例えば以下に示すような変形例を実施することも出来る。
（変形例１）上記実施形態における有機ＥＬ素子は、正孔注入層１５、正孔輸送層１６を備えていたが、これらのうち１つ以上の層を備えない構成の有機ＥＬ素子も同様に実施することができる。

（変形例２）上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１の基材１１１は、絶縁材料としてガラスを用いた例について説明したが、これに限られない。基材１１１を構成する絶縁材料として、例えば、樹脂やセラミック等を用いてもよい。基材１１１に用いる樹脂としては、例えば、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂等の絶縁性材料が挙げられる。基材１１１に用いるセラミックとしては、例えばアルミナが挙げられる。

（変形例３）上記実施形態においては、トップエミッション型であって、画素電極１３が光反射性の陽極であり、対向電極２２が光透過性の陰極であったが、逆に、画素電極が光透過性の陰極で、対向電極が光反射性の陽極であるボトムエミッション型も実施できる。
その場合、例えば、層間絶縁層１２上に陰極としての画素電極１３および隔壁層１４を形成し、開口部１４ａ内において、画素電極１３の上に、電子注入層２１、電子輸送層３０の金属ノンドープ領域２０、電子輸送層３０の金属ドープ領域１９、中間層１８、発光層１７を順に形成し、その上に、正孔輸送層１６、正孔注入層１５を形成し、その上に陽極としての対向電極２２を形成する。

（変形例４）上記実施形態においては、電子輸送層３０の金属ノンドープ領域２０に第２金属を含まない例について説明したが、金属ノンドープ領域２０に第２金属を含む構成とすることもできる。金属ノンドープ領域２０に第２金属を含む場合は、電子輸送層３０の金属ノンドープ領域２０における第２金属の濃度を、金属ドープ領域１９における第２金属の濃度よりも低く設定する。

例えば、電子輸送層３０にＢａをドープする場合、金属ドープ領域１９におけるＢａのドープ濃度は、中間層１８におけるＮａＦの結合を切ってＮａを遊離させるために２０〜４０ｗｔ％の範囲に設定し、金属ノンドープ領域２０におけるＢａのドープ濃度は、光の吸収を抑えるために５〜１９ｗｔ％の範囲に設定することが好ましい。
また、金属ノンドープ領域２０におけるＢａのドープ濃度を５〜１９ｗｔ％の範囲に設定する場合、金属ノンドープ領域２０において対向電極２２からの電子注入性を確保することができる。この場合には、電子注入層２１を備えない構成とすることもできる。

本発明の有機ＥＬ素子、有機ＥＬ表示パネルは、家庭用、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等に利用可能である。

１ 有機ＥＬ素子
１３ 画素電極（陽極）
１７ 発光層
１８ 中間層
１９ 金属ドープ領域（第１領域）
２０ 金属ノンドープ領域（第２領域）
２１ 電子注入層
２２ 対向電極（陰極）
３０ 電子輸送層
３１ 機能層

Claims (12)

1. 光反射性の陽極と、
   前記陽極の上方に配された発光層と、
   前記発光層上に配された機能層と、
   前記機能層上に配され、金属層を含む光透過性の陰極と、
   を有し、
   前記機能層は、
   アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む中間層と、
   前記中間層上に配され、電子輸送性を有する電子輸送層と、
   を含み、
   前記電子輸送層は、電子輸送性を有する有機材料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属とを含み、
   前記中間層に接する前記電子輸送層の第１領域における前記第２金属の濃度は、前記第１領域より前記陰極に近い前記電子輸送層の第２領域における前記第２金属の濃度よりも高い
   有機ＥＬ素子。
2. 前記第１領域は、前記有機材料に前記第２金属がドープされており、
   前記第２領域は、前記有機材料に前記第２金属がドープされていない
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 前記第１金属はナトリウムである
   請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
4. 前記第２金属は、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する
   請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記第２金属はバリウムである
   請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記発光層は、青色光を出射し、
   前記陽極と前記陰極との間には、光共振器構造が形成されており、
   前記機能層の膜厚は、前記光共振器構造が前記青色光に対して２次干渉を示す膜厚に設定されている
   請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
7. 前記機能層の膜厚は、
   当該膜厚を変化させたときに取り出される前記青色光の輝度／ｙ値が示す特性において
   、２次干渉のピークに相当する膜厚の範囲内で、且つ輝度／ｙ値が１次干渉のピークの極大値以上となる膜厚に設定されており、
   前記輝度／ｙ値は、有機ＥＬ素子から取り出される前記青色光の輝度とｘｙ色度のｙ値との比である
   請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
8. 前記中間層の膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、かつ、前記発光層は青色光を射出するものであって、前記発光層と前記機能層を合わせた膜厚は、１５０ｎｍ以上、１７０ｎｍ以下である
   請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
9. 前記中間層の膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、かつ、前記発光層は青色光を射出するものであって、前記発光層と前記機能層を合わせた光学膜厚は、２８５ｎｍ以上、３２３ｎｍ以下である
   請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
10. 前記電子輸送層のうち、前記第１領域となる部分の膜厚は、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である
    請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
11. 前記機能層はさらに、前記電子輸送層上に配され、電子注入性を有する電子注入層を含む
    請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
12. 光反射性の陽極を形成し、
    前記陽極の上方に発光層を形成し、
    前記発光層上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む中間層を形成し、
    前記中間層上に、電子輸送性を有する有機材料を用いて電子輸送層を形成し、
    前記電子輸送層の上方に、金属層を含む光透過性の陰極を形成し、
    前記電子輸送層を形成する際に、
    前記中間層に接する前記電子輸送層の第１領域に、前記第１領域の上方の前記電子輸送層の第２領域よりも高い濃度で、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属を含有させる、
    有機ＥＬ素子の製造方法。

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