JP6815294B2 - 有機ｅｌ素子、および有機ｅｌパネル - Google Patents

有機ｅｌ素子、および有機ｅｌパネル Download PDF

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Description

本発明は、共振器構造を有する有機ＥＬ素子におけるエネルギーバンド構造と機能層の膜厚に関する。
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、陽極と陰極との間に、少なくとも発光層が挟まれた構造を有している。
発光層を構成する有機材料の最低空軌道（ＬＵＭＯ；Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）のエネルギー準位（以下、「ＬＵＭＯ準位」と呼ぶ）は、多くの場合、陰極材料のフェルミ準位との差が大きい。そこで、有機ＥＬ素子は、発光層に電子を供給するための機能層（電子注入層、電子輸送層等）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。
また、有機ＥＬ素子では、陽極の陰極と対向している主面と、陰極の陽極と対向している主面とで、光共振器構造を有している。すなわち、発光層から透光性電極を透過した光と、一度以上電極の主面で発光層側に反射した光との位相を揃えることで、発光層から出射された光を相互に強めあうように干渉させ、光取り出し効率を向上させている（特許文献１）。
特開２００７−１４９６０５号公報
しかしながら、有機ＥＬ素子の駆動電圧の低下や発光効率、寿命を向上させるために最適な発光層や機能層の膜厚と、光共振器構造上の最適な膜厚とは必ずしも一致しない。特に、光共振器構造上、発光層と陰極との離間間隔が最も小さい設計（０次光干渉）では発光層や機能層を薄膜化せざるを得ないため、より膜厚を大きくできる１次光干渉、２次光干渉を用いることが検討されている。一方で、１次光干渉では発光層と陰極との離間間隔が１００ｎｍより大きくなり、発光層や機能層のうち１つ以上を厚膜化する必要が生じる。そのため、１次以上の光干渉を用いる光共振器構造を採用する際に、有機ＥＬ素子の駆動電圧や発光効率、寿命を向上させることが困難である。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、１次以上の光干渉を用いる光共振器構造を採用し、かつ、駆動電圧の低下や発光効率、寿命を向上させた有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
上記目的を達するために、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の主面側に配された陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層とを備え、前記電子輸送層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位は前記電子注入層のＬＵＭＯ準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より低く、前記電子注入層の膜厚は、前記電子輸送層の膜厚より大きい。
上記態様に係る有機ＥＬ素子は、１次以上の光干渉を用いる光共振器構造を有した構成とすることができ、かつ、駆動電圧の低下や発光効率、寿命を向上することができる。
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図である。 実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１のエネルギーバンド構造を示すバンドダイアグラムである。 実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１の光共振器構造を模式的に示す断面図である。 実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１と、比較例１、２における、駆動電圧、発光効率、寿命を示す表である。 実施の形態２に係る有機ＥＬ表示パネル１００の部分断面図である。 実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１の製造工程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）はＴＦＴ基板２１であり、（ｂ）はＴＦＴ基板２１上に陽極１１が形成された状態、（ｃ）はＴＦＴ基板２１および陽極１１上に隔壁層２２が形成された状態、（ｄ）は隔壁層２２の開口部２２ａ内において陽極１１上にホール注入層１２が形成された状態、（ｅ）は隔壁層２２の開口部２２ａ内においてホール注入層１２上にホール輸送層１３が形成された状態、（ｆ）は隔壁層２２の開口部２２ａ内においてホール輸送層１３上に発光層１４が形成された状態を示す。 図６に続いて実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１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１４および隔壁層２２上に電子輸送層１５が形成された状態、（ｂ）は電子輸送層１５上に電子注入層１６が形成された状態、（ｃ）は電子注入層１６上に陰極１７が形成された状態、（ｄ）は陰極１７上に封止層２３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１を備えた有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示すブロック図である。
＜開示の態様＞
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の主面側に配された陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層とを備え、前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位は前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位または前記電子輸送層に含まれる金属材料のフェルミ準位より低く、前記電子注入層の膜厚は、前記電子輸送層の膜厚より大きい。
また、本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の主面側に配された陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層とを備え、前記電子輸送層は金属材料を含み、前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位は、前記電子注入層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より低く、前記電子注入層の膜厚は、前記電子輸送層の膜厚より大きい。
上記態様に係る有機ＥＬ素子は、電子注入層から電子輸送層へ電子を注入するためのエネルギー障壁（以下、「電子注入障壁」と呼ぶ）が負の値を取る。そのため、陰極から発光層への電子注入障壁は、電子注入層から発光層への電子注入障壁の大きさが支配的となり、電子注入層の膜厚の影響を受けない。したがって、電子注入層を厚膜化させて光共振器構造を形成することで、有機ＥＬ素子の光取り出し効率の向上と寿命の向上を図ることができる。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位は、前記電子注入層のＬＵＭＯ準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より０．３ｅＶ以上低い、としてもよい。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位は、前記電子注入層のＬＵＭＯ準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より０．３ｅＶ以上低い、としてもよい。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差は０．５ｅＶ以上である、としてもよい。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位との差は０．５ｅＶ以上である、としてもよい。
これにより、電子輸送層から発光層への電子注入障壁が電子注入層から電子輸送層への電子注入障壁に対して十分大きくなり、電子注入層の膜厚が有機ＥＬ素子の駆動電圧、発光効率、寿命等の特性へ与える影響がさらに小さくなる。
また、本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の主面側に配された陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層と前記陰極とに接して配された電子注入層とを備え、前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差は０．５ｅＶ以上であり、前記電子注入層の膜厚は、前記電子輸送層の膜厚より大きい。
また、本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の主面側に配された陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層とを備え、前記電子輸送層は金属材料を含み、前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位との差は０．５ｅＶ以上であり、前記電子注入層の膜厚は、前記電子輸送層の膜厚より大きい。
上記態様に係る有機ＥＬ素子は、電子輸送層から発光層への電子注入障壁が大きい。そのため、陰極から発光層への電子注入障壁は、電子注入層から発光層への電子注入障壁の大きさが支配的となり、電子注入層の膜厚の影響を受けない。したがって、電子注入層を厚膜化させて光共振器構造を形成することで、有機ＥＬ素子の光取り出し効率の向上と寿命の向上を図ることができる。
また、本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の主面側に配された陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層とを備え、前記電子輸送層の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差よりも大きく、前記電子注入層の膜厚は、前記電子輸送層の膜厚より大きい。
また、本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の主面側に配された陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層とを備え、前記電子輸送層は金属材料を含み、前記電子輸送層の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位との差よりも大きく、前記電子注入層の膜厚は、前記電子輸送層の膜厚より大きい。
上記態様に係る有機ＥＬ素子は、発光層から電子注入層へのホールを注入するためのエネルギー障壁（以下、「ホール注入障壁」と呼ぶ）が電子注入層から発光層への電子注入障壁よりも大きい。そのため、発光層から電子注入層へのホールの移動を防ぐことができ、電子とホールの再結合領域を広範囲化することができる。さらに、有機ＥＬ素子の光取り出し効率の向上と寿命の向上を図ることができる。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記電子輸送層のＨＯＭＯ準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差よりも０．４ｅＶ以上大きい、としてもよい。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記電子輸送層の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位との差よりも０．４ｅＶ以上大きい、としてもよい。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記電子注入層に含まれる前記金属材料は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または、遷移金属から選択されてもよい。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記電子注入層に含まれる前記金属材料はバリウムであってもよい。
これにより、電子注入層の仕事関数が小さく電子注入性がさらに向上するため、駆動電圧の低減による消費電力の低減に寄与する。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記電子注入層と前記陰極との間に、光学調整層をさらに有する、としてもよい。
これにより、電子輸送層だけでは光共振器構造の膜厚が不足する場合、駆動電圧や発光効率、寿命に影響させることなく共振器構造を形成することができる。
また、上記態様の有機ＥＬ素子において、前記陽極が光反射性を有し、前記陰極が光透過性を有し、前記発光層から発光される光を前記陰極側から出射する構造を有してもよい。
また、本開示の一態様に係る有機ＥＬパネルは、上記態様に係る有機ＥＬ素子が、基板の表面に複数形成される。
また、上記態様の有機ＥＬパネルにおいて、前記基板はフレキシブル基板である、としてもよい。
また、上記態様の有機ＥＬパネルにおいて、前記複数の有機ＥＬ素子の前記電子注入層は共通層である、としてもよい。
＜実施の形態＞
以下、実施の形態に係る有機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。
＜実施の形態１＞
［１．有機ＥＬ素子の構成］
図１は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１の断面構造を模式的に示す図である。有機ＥＬ素子１は、陽極１１、ホール注入層１２、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、電子注入層１６、および、陰極１７を備える。
有機ＥＬ素子１において、陽極１１と陰極１７とは主面同士が向き合うように互いに対向して配されており、陽極１１と陰極１７との間に発光層１４が形成されている。
発光層１４の陽極１１側には、発光層１４に接してホール輸送層１３が形成されている。ホール輸送層１３と陽極１１との間にはホール注入層１２が形成されている。
発光層１４の陰極１７側には、発光層１４に接して電子輸送層１５が形成されている。電子輸送層１５と陰極１７との間には電子注入層１６が形成されている。
陽極１１は、光反射性の金属材料からなる金属層を含む。光反射性を具備する金属材料の具体例としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、モリブデン（Ｍｏ）、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。
ホール注入層１２は、陽極１１から発光層１４へのホール（正孔）の注入を促進させる機能を有する。ホール注入層１２は、例えば、Ａｇ、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。
ホール輸送層１３は、ホール注入層１２から注入されたホールを発光層１４へ輸送する機能を有する。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などを用いることができる。
ホール輸送層１３と電子輸送層１５とにはさまれて、この両方に接して形成されている発光層１４は、ホールと電子の再結合により光を出射する機能を有する。発光層１４を形成する材料としては公知の有機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、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。
電子輸送層１５は、発光層１４の陰極１７側の面と接して形成され、陰極１７からの電子を発光層１４へ輸送するとともに、発光層１４への電子の注入を制限する機能を有する。発光層１４への電子の注入を制限する機能は、後述のエネルギーバンド構造の設計により実現される。電子輸送層１５は、電子輸送性が高い有機材料からなる。また、電子輸送層１５は膜厚が１ｎｍより厚く、３０ｎｍ以下の範囲で形成されている。電子輸送層１５の膜厚が過度に薄いと、電子注入層１６から発光層１４へ電子が直接移動し、電子輸送層１５と発光層１４との界面におけるエネルギー障壁の大きさが、陰極１７と発光層１４との間に流れる電流に十分な影響を及ぼさない恐れがある。しかし、電子輸送層１５の膜厚が１ｎｍより厚ければ、電子が電子注入層１６から発光層１４へ直接移動することを抑止することができる。
電子輸送層１５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。
なお、電子輸送層１５の厚膜化は、電子輸送層１５における光の吸収を増大させることになる。電子輸送層１５を通過する光を過度に減衰させないためには、電子輸送層１５の膜厚を３０ｎｍ以下に形成することが好ましい。
電子注入層１６は、電子輸送層１５の陰極１７側の面と接して形成され、陰極１７から供給される電子を発光層１４側へと注入する機能を有する。電子注入層１６は、例えば、電子輸送性が高い有機材料に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、あるいは、遷移金属から選択されるドープ金属がドープされて形成されてなる、または、有機材料と金属錯体とを含む。ここで、有機材料にドープ金属がドープするとは、有機材料中にドープ金属の原子またはイオンを分散させ、単一の相を形成することを指す。実施の形態では、有機材料に、ドープ金属としてのＢａがドープされている。Ｂａのドープ濃度は４０ｗｔ％以下であり、２０ｗｔ％以下が好ましく、１５ｗｔ％以下がより好ましい。電子注入層中の金属材料濃度が高いと、可視光の透過性が低下し、発光効率の低下を招くためである。一方、後述のエネルギーバンド構造から、ドープ濃度は過度に低くない限り電子注入性はドープ濃度に依存しない。
アルカリ金属に該当する金属は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）である。アルカリ土類金属に該当する金属は、例えば、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）である。遷移金属に該当する金属は、例えば、チタン（Ｔｉ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、バナジウム（Ｖ）である。
電子注入層１６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。なお、後述のエネルギーバンド構造の設計上、電子輸送層１５の有機材料とは異なる材料が用いられる。
電子注入層１６の膜厚は、４０ｎｍ以上で、かつ、後述する光共振器構造に好適な膜厚で形成されている。上述したように発光層１４と陰極１７との離間間隔は１００ｎｍより大きいため、好適には８０ｎｍから１２０ｎｍの範囲である。
陰極１７は、金属材料で形成された金属層および金属酸化物で形成された金属酸化物層の少なくとも一方を含んでいる。陰極１７における金属層の膜厚は１ｎｍ〜５０ｎｍ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、金属層の薄膜を５０ｎｍ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。したがって、発光層１４からの光の一部は陰極１７において反射されるが、残りの一部は陰極１７を透過する。
陰極１７に含まれる金属層を形成する金属材料としては、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。
陰極１７に含まれる金属層は、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。
陰極１７に含まれる金属酸化物層を形成する金属酸化物としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）が挙げられる。
また、陰極は、金属層単独、または、金属酸化物層単独で構成してもよいが、金属層の上に金属酸化物層を積層した積層構造、あるいは金属酸化物層の上に金属層を積層した積層構造としてもよい。
［２．エネルギーバンド構造］
有機ＥＬ素子１は、発光層１４、電子輸送層１５、および、電子注入層１６のエネルギーバンド構造に特徴を有する。以下、各層を形成する有機材料のエネルギー準位を、それぞれの層のエネルギー準位として説明する。
図２は、有機ＥＬ素子１のエネルギーバンド構造を示すバンドダイアグラムである。ず２では、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、および、電子注入層１６のＬＵＭＯのエネルギー準位（以下、「ＬＵＭＯ準位」と表記する）と最高被占有軌道（ＨＯＭＯ；Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）のエネルギー準位（以下、「ＨＯＭＯ準位」と表記する）とを示し、他の層は記載を省略している。なお、図２では電子の真空準位を図示していないが、ＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位のそれぞれは、バンドダイアグラムの下側であるほど、電子の真空準位からの差が大きく、エネルギーレベルが低い。
［２．１ エネルギー障壁］
陰極１７側から発光層１４へ電子を注入するためのエネルギー障壁が、陰極１７から発光層１４までの各層の界面に存在する。このエネルギー障壁は、界面の陽極１１側の層と陰極１７側の層とのＬＵＭＯ準位の差に起因する。以下、隣り合う２つの層の界面において陰極１７側から陽極１１側へ電子を注入するためのエネルギー障壁を「電子注入障壁」という。
陰極１７から電子注入層１６への電子の注入では、陰極１７から電子注入層１６中のドープ金属へ電子が移動し、ドープ金属から電子注入層１６を構成する有機材料のＬＵＭＯへ電子が移動する。そのため、陰極１７から電子注入層１６への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｉｌ）は、電子注入層１６のＬＵＭＯ準位１６１と電子注入層１６のドープ金属のフェルミ準位との差に相当する。本実施の形態では、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｉｌ）は０ｅＶである。
電子注入層１６から電子輸送層１５への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ）は、電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位１５１と電子注入層１６のＬＵＭＯ準位１６１との差によって規定される。電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位１５１は、電子注入層１６のＬＵＭＯ準位１６１と比較してエネルギーレベルが低く、Ｅｇ（ｅｔｌ）は下記の式（１）を満たすことを特徴とする。さらに、下記の式（２）を満たしていることがより好ましい。本実施の形態では、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ）が−０．３ｅＶである。
Ｅｇ（ｅｔｌ）＜０ …式（１）
Ｅｇ（ｅｔｌ）＜−０．３ｅＶ …式（２）
電子輸送層１５から発光層１４への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）は、発光層１４のＬＵＭＯ準位１４１と電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位１５１との差によって規定される。電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）は、陰極１７から発光層１４までの各層の界面に存在する電子注入障壁のなかで最も大きい。Ｅｇ（ｅｍｌ）は下記の式（３）を満たすことが好ましく、下記の式（４）を満たすことがより好ましい。本実施の形態では、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）が０．５ｅＶである。
Ｅｇ（ｅｍｌ）＞０．３ｅＶ …式（３）
Ｅｇ（ｅｍｌ）≧０．５ｅＶ …式（４）
一方、陽極１１側から発光層１４へホールを注入するためのエネルギー障壁が、陽極１１から発光層１４までの各層の界面に存在する。このエネルギー障壁は、界面の陽極１１側の層と陰極１７側の層とのＨＯＭＯ準位の差に起因する。以下、隣り合う２つの層の界面において陽極１１側から陰極１７側へホールを注入するためのエネルギー障壁を「ホール注入障壁」という。
ホール輸送層１３から発光層１４へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）は、ホール輸送層１３のＨＯＭＯ準位１３２と発光層１４のＨＯＭＯ準位１４２との差によって規定される。本実施の形態では、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）が０．２ｅＶである。
電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）とホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）とが、下記式（５）の関係を満たしていてもよい。さらに電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）とホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）とが、下記式（６）の関係を満たしていてもよい。なお、式（６）の場合、当然のことながら、Ｅｇ（ｅｍｌ）は０．３ｅＶより大きい。本実施形態では、有機ＥＬ素子１の電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）がホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）よりも０．３ｅＶ大きい。
Ｅｇ（ｅｍｌ）＞Ｈｇ（ｅｍｌ） …式（５）
Ｅｇ（ｅｍｌ）−Ｈｇ（ｅｍｌ）≧０．３ｅＶ …式（６）
また、発光層１４から電子輸送層１５へホールを注入するためのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）は、電子輸送層１５のＨＯＭＯ準位１５２と発光層１４のＨＯＭＯ準位１４２との差によって規定される。本実施の形態では、０．９ｅＶである。
ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）とホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）とが、下記式（７）の関係を満たしていてもよい。
Ｈｇ（ｅｔｌ）＞Ｈｇ（ｅｍｌ） …式（７）
また、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）とホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）とが、下記式（８）の関係を満たしている。さらに電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）とホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）とが、下記式（９）の関係を満たしている。本実施形態では、有機ＥＬ素子１のホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）よりも０．４ｅＶ大きい。
Ｅｇ（ｅｍｌ）＜Ｈｇ（ｅｔｌ） …式（８）
Ｈｇ（ｅｔｌ）−Ｅｇ（ｅｍｌ）≧０．４ｅＶ …式（９）
［３． 共振器構造］
図３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、陽極１１のホール注入層１２との界面と、陰極１７の電子注入層１６との界面との間に構成される。発光層１４は、共振器構造の内側に存在することとなる。
図３には、発光層１４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１４から陰極１７側に出射された光が、反射されることなく陰極１７を透過する経路である。経路Ｃ２は、発光層１４から陽極１１側に出射された光が、陽極１１で反射され、発光層１４と陰極１７とを透過する経路である。経路Ｃ３は、発光層１４から陰極１７側に出射された光が、陰極１７で反射され、さらに陽極１１で反射され、発光層１４と陰極１７とを透過する経路である。そして、これらＣ１、Ｃ２、Ｃ３の各径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３に示す光学膜厚Ｌ１に対応する。光学膜厚Ｌ１は、発光層１４から陽極１１のホール注入層１２との界面までの、ホール注入層１２、ホール輸送層１３の合計の光学距離（各層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３に示す光学膜厚Ｌ２に対応する。光学膜厚Ｌ２は、発光層１４から陰極１７の電子注入層１６との界面までの、電子輸送層１５と電子注入層１６の光学距離（各層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３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。本実施の形態では、光学膜厚Ｌ２を、２番目以降のピーク、すなわち、１次光干渉ピークまたは２次光干渉ピーク等に設定する。したがって、陰極１７と発光層１４との距離は、およそ１５０ｎｍ以上となる。
［４．実験］
電子輸送層１５と電子注入層１６の膜厚、および、電子注入層１６におけるドープ金属のドープ濃度が、有機ＥＬ素子１の特性に及ぼす影響を評価するために、発光層１４から陰極１７までの光学膜厚Ｌ２をほぼ一定にした上で電子輸送層１５と電子注入層１６の膜厚、および、電子注入層１６におけるドープ金属であるバリウムのドープ濃度を変化させたサンプルを作成し、それぞれのサンプルの発光効率、駆動電圧、寿命を測定した。
各サンプルのエネルギーバンド構造は、図２に示すように、Ｅｇ（ｅｍｌ）が０．５ｅＶ、Ｅｇ（ｅｔｌ）が−０．３ｅＶである。ＨＯＭＯ準位の値は、光電子分光装置（理研計器（株）製、ＡＣ−２）を用いて測定した。また、ＬＵＭＯ準位の値は薄膜の光学吸収端をエネルギーギャップとし、ＨＯＭＯ準位の値から減算することにより得た。
実施例であるサンプルＡでは、電子輸送層１５の膜厚を１５ｎｍとした。また、電子注入層１６の膜厚を１０５ｎｍ、ドープ濃度を５ｗｔ％とした。一方、比較例であるサンプルＢでは、電子輸送層１５の膜厚を１２０ｎｍとし、電子注入層１６の膜厚を３ｎｍ、ドープ濃度を３０ｗｔ％とした。また、比較例であるサンプルＣでは、電子輸送層１５の膜厚を１５ｎｍ、電子注入層１６の膜厚を３ｎｍ、ドープ濃度を３０ｗｔ％とし、電子輸送層１５と電子注入層１６との間に膜厚１０５ｎｍの中間層を設けることで、光学膜厚Ｌ２をサンプルＡ、Ｂと同じくした。また電子輸送層と中間層、中間層と電子注入層の電子注入障壁影響によって特性が悪化することを懸念し、中間層のＬＵＭＯと電子注入層の有機材料のＬＵＭＯが同等である材料を選択した。
図４はサンプルＡ、Ｂ、Ｃの測定結果を示す表である。なお、発光効率、駆動電圧、寿命については、サンプルＡの値を１００とした相対値で示している。
サンプルＢでは、駆動電圧が上昇し、発光効率、寿命ともに低下した。これは、電気抵抗の大きい電子輸送層１５が厚膜化したことが原因と考えられる。
また、サンプルＣにおいても、駆動電圧が上昇し、発光効率、寿命ともに低下した。これは、電子輸送層１５と電子注入層１６の間に中間層が存在するため、中間層のエネルギー準位が電子注入障壁に影響を与えるためである。特に、中間層のＬＵＭＯ準位（中間層が半導体でない場合はフェルミ準位）が電子注入層１６のＬＵＭＯ準位より高い場合、中間層と電子注入層１６間の電子注入障壁により、中間層への電子注入性が低下することとなる。また、中間層のＬＵＭＯ準位（中間層が半導体でない場合はフェルミ準位）が電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位より低い場合も、中間層と電子輸送層１５間の電子注入障壁により、電子輸送層１５への電子注入性が低下することとなる。
これに対し、実施の形態に係るサンプルＡは、比較例であるサンプルＢ、サンプルＣと比べて駆動電圧が低く、発光効率、寿命ともに向上している。これについては、以下の理由が考えられる。まず、サンプルＡ、Ｂでは、エネルギーバンド構造が上述の式（１）〜式（６）を満たしているため、陰極１７から発光層１４への電子の注入性は電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）の影響を大きく受け、有機ＥＬ素子の駆動電圧、発光効率、寿命における電子注入層１６におけるバリウムのドープ濃度に対する依存度が低い。したがって、サンプルＡでは、サンプルＢ、サンプルＣと比べて電子注入層１６におけるバリウムのドープ濃度が低くしている。これにより、サンプルＡでは、電子注入層１６の厚膜化を行っているにもかかわらず、バリウムによる可視光の吸収が少ないため光取り出し効率の低下が抑制される。その一方、サンプルＢと比べて、電気抵抗の大きい電子輸送層１５が薄く、かつ、電気抵抗の小さい電子注入層１６が厚いため、駆動電圧が低い。
したがって、図２に示すエネルギーバンド構造を採用し、かつ、光共振器構造を採用する場合、光学膜厚Ｌ２、Ｌ３が所望の光学距離となるように電子注入層１６を厚膜化することが好ましい。
［５．まとめ］
以上説明したように本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１は、発光層１４のＬＵＭＯ準位１４１と電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位１５１との差が０．３ｅＶ以上である。このため、発光層１４への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）が０．３ｅＶ以上と大きく、発光層１４にホールが十分に供給されて陰極１７側に拡がる。したがって、発光層１４における再結合領域が膜厚方向に広くなり、有機ＥＬ素子１の長寿命化が期待できる。
また、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１は、電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位１５１が電子注入層１６のＬＵＭＯ準位１６１より低く、電子輸送層１５への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ）が負の値である。したがって、電子注入層１６において金属材料のドープ濃度にばらつきがあっても、電子注入層１６から電子輸送層１５への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ）が、電子輸送層１５から発光層１４への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）より大きくなりにくい。したがって、陰極１７から発光層１４への電子注入性は、最も大きい電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）によって定まり、電子注入層１６における金属材料のドープ濃度のばらつきが有機ＥＬ素子１の駆動電圧、発光効率、寿命に影響を与えることを抑止できる。
さらに、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１は、電子注入層１６の膜厚が、電子輸送層１５の膜厚よりも大きい。電子注入層１６は電子輸送層１５より電気伝導度が高く、また、その膜厚が有機ＥＬ素子１の駆動電圧、発光効率、寿命に影響を与える影響が小さい。したがって、有機ＥＬ素子１の駆動電圧、発光効率、寿命への影響を抑制しつつ、光共振器構造を形成することができる。
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、実施の形態１で説明した有機ＥＬ素子を基板上に複数配列して構成した有機ＥＬ表示パネル１００について説明する。
［１．有機ＥＬ表示パネルの構成］
図５は、実施の形態２に係る有機ＥＬ表示パネル１００（図８参照）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５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５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５に示すように、有機ＥＬ素子１は、ＴＦＴ基板２１、陽極１１、隔壁層２２、ホール注入層１２、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、電子注入層１６、陰極１７、および、封止層２３を備える。なお、ＴＦＴ基板２１、電子輸送層１５、電子注入層１６、陰極１７、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。
以下、実施の形態１で説明した有機ＥＬ素子１の構成についてはその説明を省略し、実施の形態２に係る有機ＥＬ表示パネル１００において追加された要素についてのみ説明する。
ＴＦＴ基板２１は、絶縁材料である基材と、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層と、層間絶縁層とを含む。ＴＦＴ層には、画素ごとに駆動回路が形成されている。基材は、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。層間絶縁層は、樹脂材料からなり、ＴＦＴ層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５の断面図には示されていないが、ＴＦＴ基板２１の層間絶縁層には、画素ごとにコンタクトホールが形成されている。
陽極１１は、ＴＦＴ基板２１の層間絶縁層上に形成されている。陽極１１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層と電気的に接続されている。陽極１１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２２は、陽極１１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陽極１１上に形成されている。陽極１１上面において隔壁層２２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、隔壁層２２は、サブピクセルごとに設けられた開口部２２ａを有する。
ホール注入層１２、ホール輸送層１３、および、発光層１４は、陽極上の開口部２２ａ内に、この順で積層して設けられている。
本実施の形態においては、隔壁層２２は、陽極１１が形成されていない部分においては、ＴＦＴ基板２１上に形成されている。すなわち、陽極１１が形成されていない部分においては、隔壁層２２の底面はＴＦＴ基板２１の上面と接している。
隔壁層２２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２２は、発光層１４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１４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、隔壁層２２は、樹脂材料からなり、隔壁層２２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。本実施の形態においては、フェノール系樹脂が用いられている。
各サブピクセルに共通して設けられている陰極１７の上には、発光層１４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が形成されている。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。
なお、図５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わせてもよい。上部基板を貼り合わせることによって、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、電子注入層１６を水分および空気などから保護できる。
［２．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６、および、図７を参照しながら説明する。図６、および、図７は、有機ＥＬ素子１の製造過程を模式的に示す断面図である。
まず、図６（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板２１を準備する。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５０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚で成膜して、図６（ｂ）に示すように、陽極１１を形成する。
次に、陽極１１上に、隔壁層２２の材料である隔壁層用樹脂を一様に塗布し、隔壁材料層を形成する。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。この隔壁材料層に露光と現像を行うことで隔壁層２２の形状にパターン形成し、焼成することによって隔壁層２２を形成する（図６（ｃ））。この焼成は、例えば、１５０℃以上２１０℃以下の温度で６０分間行う。生成された隔壁層２２によって、発光層１４の形成領域となる開口部２２ａが規定される。
隔壁層２２の形成工程において、さらに、隔壁層２２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を行ってもよいし、プラズマ処理を施してもよい。隔壁層２２の表面処理は、開口部２２ａに塗布するインクに対する接触角を調整する目的や、隔壁層２２の表面に撥水性を付与する目的で行われる。
そしても、マスク蒸着法やインクジェットによる塗布法によって、ホール注入層１２の材料を成膜し、焼成することによって、図６（ｄ）に示すように、ホール注入層１２を形成する。
次に、隔壁層２２が規定する開口部２２ａに対し、ホール輸送層１３の構成材料を含むインクを塗布し、焼成（乾燥）を経て、図６（ｅ）に示すようにホール輸送層１３を形成する。
同様に、発光層１４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６（ｆ）に示すように発光層１４を形成する。
続いて、図７（ａ）に示すように、発光層１４の上に、有機材料の真空蒸着法などにより、電子輸送層１５を１ｎｍより厚く、３０ｎｍ以下の膜厚で成膜する。電子輸送層１５は隔壁層２２の上にも形成される。
そして、図７（ｂ）に示すように、電子輸送層１５の上に、有機材料と金属材料との共蒸着法により、電子注入層１６を８０ｎｍより厚く、１２０ｎｍ以下の膜厚で成膜する。このとき、光学膜厚Ｌ２およびＬ３が設計上の値となるように成膜を行う。
続いて、図７（ｃ）に示すように、電子注入層１６の上に、金属材料または金属酸化物材料を、真空蒸着法、スパッタ法等で成膜することにより、陰極１７を形成する。
そして、陰極１７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７（ｄ）に示すように封止層２３を形成する。
以上の工程を経ることにより、有機ＥＬ素子１が完成するとともに、複数の有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示パネル１００が完成する。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わせてもよい。
［３．有機ＥＬ表示装置の全体構成］
図８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。
＜変形例＞
以上、実施の形態１および実施の形態２について説明したが、本発明は各実施の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）各実施の形態において電子注入層１６は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または、遷移金属から選択されるドープ金属が有機材料にドープされて形成されていた。しかし、電子注入層１６は、可視光の透過性が高く、かつ、陰極１７からの電子の注入性を向上する機能を実現する材料で形成されていればよく、必ずしもドープ金属とホスト材料としての有機材料との組合せで形成する必要はない。
電子注入層１６は、例えば、電子輸送性が高いＢａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ（ＢＣＰ）と、陰極１７からの電子注入性、電子輸送性が高いキノリノールＡｌ錯体（Ａｌｑ）との組合せ等、２種類以上の有機材料で形成してもよい。但し、少なくとも１種類の材料に、キノリノールＡｌ錯体（Ａｌｑ）のような金属錯体を用いる。このような電子注入層は、２種類以上の有機材料の共蒸着法等を用いて成膜することができる。
（変形例２）各実施の形態では、電子輸送層１５がアルカリ金属、アルカリ土類金属、または、遷移金属を含まない構成について説明した。しかし、電子輸送層１５は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または、遷移金属から選択されるドープ金属を有機材料にドープして形成してもよい。
このような電子注入層において、ホスト材料としての有機材料のＬＵＭＯ準位よりドープ金属のフェルミ準位が高い場合、電子注入層１６から電子輸送層１５への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ）は、電子輸送層１５に含まれるドープ金属のフェルミ準位と、電子注入層１６のＬＵＭＯ準位との差によって規定される。また、電子輸送層１５から発光層１４への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）は、発光層１４のＬＵＭＯ準位と電子輸送層１５に含まれるドープ金属のフェルミ準位との差によって規定される。
この変形例においても、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ）が上述の式（１）を満たすようにエネルギーバンド構造を設計することで、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）が大きくなり複数の有機ＥＬ素子１間における特性のばらつきを抑制することができる。
（変形例３）各実施の形態における有機ＥＬ素子１は、ホール注入層１２を備えていたが、これ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４）上記実施の形態２においては、有機ＥＬ素子１の基材は、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。基材を構成する絶縁材料として、例えば、セラミックや樹脂等を用いてもよい。基材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。基材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。基材に樹脂を用いると、フレキシブル性を有するが、酸素や水分の透過率が高い事が知られており、酸素や水分によって金属材料などの劣化を招くことがある。本実施形態に係る有機ＥＬ表示パネル１００では、電子注入層１６における金属材料のドープ濃度のばらつきに対して特性が安定しているため、特にこのような樹脂基材を用いた有機ＥＬ素子に適している。
（変形例５）各実施の形態においては、陽極１１が光反射性を有し、陰極１７が光透過性を有するトップエミッション型の構造について説明したが、逆に、陽極１１が光透過性を有し、陰極１７が光反射性を有するボトムエミッション型の構造でも実施できる。
（変形例６）各実施の形態においては、ホール輸送層１３、発光層１４をインク塗布で製造しているがこれに限らない。例えば、ホール輸送層、発光層の少なくとも一方を蒸着により製造してもよい。
（変形例７）各実施の形態においては、電子注入層１６の膜厚の設計により光共振器構造を設計しているがこれに限られない。例えば、電子注入層１６と陰極１７との間に光学調整層を設け、電子注入層１６と光学調整層の両方の膜厚の設計により光共振器構造を設計するとしてもよい。このような設計であれば、電子注入層１６から発光層１４への電子注入性に光学調整層が影響を与えないからである。なお、光学調整層は、可視光の透過性、電気伝導度が共に高い透明導電膜が適しており、陰極１７とは屈折率が異なっていることが好ましい。例えば、陰極１７がＩＴＯ、ＩＺＯなどの酸化物であれば銀、アルミニウム、銀合金、アルミニウム合金などの金属薄膜が好ましく、逆に、陰極１７が金属薄膜であれば、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電膜が好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子は、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、照明等に利用可能である。
１ 有機ＥＬ素子
１１ 陽極
１２ ホール注入層
１３ ホール輸送層
１４ 発光層
１５ 電子輸送層
１６ 電子注入層
１７ 陰極

Claims (20)

  1. 陽極と、
    前記陽極の主面側に配された陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、
    前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、
    前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層と
    を備え、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極の前記発光層側の面との間に、光共振器構造が形成され、
    前記電子注入層は、有機材料と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および、遷移金属から選択される金属材料とを含み、
    前記電子輸送層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位は、前記電子注入層に含まれる前記有機材料のＬＵＭＯ準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より低く、
    前記電子輸送層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記電子注入層の膜厚は、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である
    有機ＥＬ素子。
  2. 前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位は、前記電子注入層に含まれる前記有機材料のＬＵＭＯ準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より０．３ｅＶ以上低い
    請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  3. 前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差は０．５ｅＶ以上である
    請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
  4. 陽極と、
    前記陽極の主面側に配された陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、
    前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、
    前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層と前記陰極とに接して配された電子注入層と
    を備え、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極の前記発光層側の面との間に、光共振器構造が形成され、
    前記電子注入層は、有機材料と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および、遷移金属から選択される金属材料とを含み、
    前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差は０．５ｅＶ以上であり、
    前記電子輸送層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記電子注入層の膜厚は、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である
    有機ＥＬ素子。
  5. 陽極と、
    前記陽極の主面側に配された陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、
    前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、
    前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層と
    を備え、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極の前記発光層側の面との間に、光共振器構造が形成され、
    前記電子注入層は、有機材料と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および、遷移金属から選択される金属材料とを含み、
    前記電子輸送層の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差よりも大きく、
    前記電子輸送層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記電子注入層の膜厚は、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である
    有機ＥＬ素子。
  6. 前記電子輸送層のＨＯＭＯ準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層のＬＵＭＯ準位との差よりも０．４ｅＶ以上大きい
    請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  7. 陽極と、
    前記陽極の主面側に配された陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、
    前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、
    前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層と
    を備え、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極の前記発光層側の面との間に、光共振器構造が形成され、
    前記電子注入層は、有機材料と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および、遷移金属から選択される金属材料とを含み、
    前記電子輸送層は金属材料を含み、
    前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位は、前記電子注入層に含まれる有機材料の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より低く、
    前記電子輸送層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記電子注入層の膜厚は、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である
    有機ＥＬ素子。
  8. 前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位は、前記電子注入層に含まれる有機材料のＬＵＭＯ準位または前記電子注入層に含まれる金属材料のフェルミ準位より０．３ｅＶ以上低い
    請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
  9. 前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位との差は０．５ｅＶ以上である
    請求項７または８に記載の有機ＥＬ素子。
  10. 陽極と、
    前記陽極の主面側に配された陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、
    前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、
    前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層と
    を備え、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極の前記発光層側の面との間に、光共振器構造が形成され、
    前記電子注入層は、有機材料と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および、遷移金属から選択される金属材料とを含み、
    前記電子輸送層は金属材料を含み、
    前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料の
    フェルミ準位との差は０．５ｅＶ以上であり、
    前記電子輸送層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記電子注入層の膜厚は、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である
    有機ＥＬ素子。
  11. 陽極と、
    前記陽極の主面側に配された陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に配された発光層と、
    前記発光層の前記陰極側の面に接して配された電子輸送層と、
    前記電子輸送層と前記陰極との間に、前記電子輸送層に接して配された電子注入層と
    を備え、
    前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極の前記発光層側の面との間に、光共振器構造が形成され、
    前記電子注入層は、有機材料と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および、遷移金属から選択される金属材料とを含み、
    前記電子輸送層は金属材料を含み、
    前記電子輸送層の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位との差よりも大きく、
    前記電子輸送層の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
    前記電子注入層の膜厚は、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である
    有機ＥＬ素子。
  12. 前記電子輸送層のＨＯＭＯ準位と前記発光層のＨＯＭＯ準位との差は、前記発光層のＬＵＭＯ準位と前記電子輸送層に含まれる前記金属材料のフェルミ準位との差よりも０．４ｅＶ以上大きい
    請求項１１に記載の有機ＥＬ素子。
  13. 前記電子注入層に含まれる前記金属材料はバリウムである
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
  14. 前記電子注入層におけるバリウムのドープ濃度は、２０ｗｔ％以下である
    請求項１３に記載の有機ＥＬ素子。
  15. 前記電子注入層と前記陰極との間に、光学調整層をさらに有する
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
  16. 前記光学調整層は、ＩＴＯまたはＩＺＯを含む
    請求項１５に記載の有機ＥＬ素子。
  17. 前記陽極が光反射性を有し、前記陰極が光透過性を有し、
    前記発光層から発光される光を前記陰極側から出射する構造を有する
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
  18. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子が基板上に複数形成された有機ＥＬパネル。
  19. 前記基板はフレキシブル基板である
    請求項１８に記載の有機ＥＬパネル。
  20. 前記複数の有機ＥＬ素子の前記電子注入層は共通層である
    請求項１８または１９に記載の有機ＥＬパネル。
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