WO2015004889A1

WO2015004889A1 - 有機ｅｌ素子、および有機ｅｌ表示パネル

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Publication number: WO2015004889A1
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Inventors: 芳樹林田; 島村　隆之; 潤橋本; 木村　亮; 裕之増田
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Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2015-01-15
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Abstract

　陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられ、陽極から注入された正孔および陰極から注入された電子が再結合することで発光する有機発光層と、陰極と記有機発光層との間に設けられ、陰極から有機発光層へ電子を輸送する電子輸送層とを有する有機ＥＬ素子である。電子輸送層には、電子供与性物質を含むｎ型ドーパントがドープされており、そのドープ濃度は、有機発光層の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高い。

Description

有機ＥＬ素子、および有機ＥＬ表示パネル

　本発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子の構造に関する。

　有機ＥＬ素子は電流駆動型の発光素子であり、陽極および陰極の電極対の間に、キャリア（正孔、電子）の再結合による電界発光現象を行う有機発光層が介挿された構造を有する。また、有機発光層等に用いられる有機材料は、水または酸素等と反応すると特性が劣化するため、陰極の上方には封止層が設けられている。

　近年、発光効率を向上させるために、上記の構造に加えて、高い電子移動度を有する電子輸送層を陰極と有機発光層との間に設けることが行われている。特許文献１には、電子輸送層にアルカリ金属等の電子供与性物質を含むｎ型ドーパントをドープすることで、電子輸送層の電子移動度を高め、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させる技術が開示されている。

特表２０１２－５０４８４７号公報

　ところで、有機ＥＬ素子の製造過程において微小な異物が付着することにより、封止層に不所望の亀裂が生じる場合がある。また、有機ＥＬ素子の使用中に局所的な力が加えられた際に、封止層に亀裂が生じる場合がある。この場合、封止層の亀裂から浸入した水または酸素等が、電子輸送層に含まれるｎ型ドーパントと反応し、ｎ型ドーパントのドープ濃度が低下する。その結果、電子輸送層の発光効率が低下し、発光輝度が低下している、または非発光となっている不良発光領域が発生する。このような不良発光領域は、ユーザに目に付きやすく、有機ＥＬ素子としての商品価値は大きく損なわれる。

　本開示は、上記事情に鑑みなされたもので、不所望の不良発光領域が発生したとしても、その不良発光領域が目立ちにくい有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本開示の一態様である有機ＥＬ素子は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた有機発光層と、前記陰極と前記有機発光層との間に設けられた電子輸送層とを有する有機ＥＬ素子であって、前記電子輸送層は、電子供与性物質を含むｎ型ドーパントがドープされてなり、そのドープ濃度は、前記有機発光層の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高いことを特徴とする。

　本開示の一態様である有機ＥＬ素子では、電子輸送層にドープされたｎ型ドーパントのドープ濃度が、有機発光層の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高いため、不良発光領域に隣接する領域では、ｎ型ドーパントのドープ濃度が低下することにより、発光効率が向上する。不良発光領域に隣接する領域の発光効率が向上し発光輝度が向上するため、不良発光領域の見かけ上の大きさが小さくなり、不良発光領域がユーザに目立ちにくくなる。

実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と有機発光層の発光効率との関係を示す図である。実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子において、封止層に亀裂が生じた状態での構成を示す断面図である。図３の破線Ａで囲まれた部分の拡大断面図である。実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と、ｎ型ドーパントのドープ濃度と、有機発光層の発光効率との関係を示す図であって、（ａ）は、実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と有機発光層の発光効率との関係を示す図であり、（ｂ）は、有機ＥＬ素子のＸ方向における位置とｎ型ドーパントのドープ濃度との関係を示す図であり、（ｃ）は、有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と有機発光層の発光効率との関係を示す図である。従来の有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と、ｎ型ドーパントのドープ濃度と、有機発光層の発光効率との関係を示す図であって、（ａ）は、従来の有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と有機発光層の発光効率との関係を示す図であり、（ｂ）は、従来の有機ＥＬ素子のＸ方向における位置とｎ型ドーパントのドープ濃度との関係を示す図であり、（ｃ）は、従来の有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と有機発光層の発光効率との関係を示す図である。異物が混入し不良発光領域生じた状態の拡大写真を示す図であって、（ａ）は、Ｂａのドープ濃度が約４０［ｗｔ％］における不良発光領域の拡大写真を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した不良発光領域の原因となる異物の拡大写真を示す図であり、（ｃ）は、Ｂａのドープ濃度が約２０［ｗｔ％］における不良発光領域の拡大写真を示す図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示した不良発光領域の原因となる異物の拡大写真を示す図であり、（ｅ）は、Ｂａのドープ濃度が約５［ｗｔ％］における不良発光領域の拡大写真を示す図であり、（ｆ）は、（ｅ）に示した不良発光領域の原因となる異物の拡大写真を示す図である。有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と、見かけ上の不良発光領域の数との関係を示す図である。目視可能な不良発光領域発生した場合において、その不良発光領域が発生する原因となった異物の直径の長さと、有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度との関係を示す図である。変形例にかかる有機ＥＬ表示装置を示す外観図である。変形例にかかる有機ＥＬ表示装置の構成を模式ブロック図である。

　≪本開示の一態様の概要≫
　本開示の一態様である有機ＥＬ素子は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた有機発光層と、前記陰極と前記有機発光層との間に設けられた電子輸送層とを有する有機ＥＬ素子であって、前記電子輸送層は、電子供与性物質を含むｎ型ドーパントがドープされてなり、そのドープ濃度は、前記有機発光層の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高い。

　これにより、不良発光領域が発生したとしても不良発光領域に隣接する領域では、電子輸送層でｎ型ドーパントのドープ濃度が低下することにより、有機発光層の発光効率が向上する。不良発光領域に隣接する領域で有機発光層の発光効率が向上し発光輝度が向上するため、不良発光領域の見かけ上の大きさが小さくなり、不良発光領域がユーザに目立ちにくくなる。

　また、本開示の一態様にかかる有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記陰極を挟んで前記電子輸送層とは反対側に設けられた封止層をさらに有し、前記封止層に不所望の亀裂が生じた場合において、前記ｎ型ドーパントが、前記亀裂から浸入した水またはガスと反応することにより、そのドープ濃度が前記電子輸送層における前記亀裂に最も近い位置に向かって漸減しており、前記ｎ型ドーパントのドープ濃度が漸減している領域に対応する前記有機発光層の領域には、発光効率が最大となる領域が存在する。

　これにより、亀裂が生じた領域が不良発光領域となったとしても、亀裂に最も近い位置に向かって電子輸送層におけるｎ型ドーパントのドープ濃度が漸減している領域で、有機発光層の発光輝度が向上する。そのため、不良発光領域の見かけ上の大きさが小さくなり、不良発光領域がユーザに目立ちにくくなる。

　また、本開示の一態様にかかる有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記ｎ型ドーパントは、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属である。

　また、本開示の一態様にかかる有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記ｎ型ドーパントは、バリウムである。

　また、本開示の一態様にかかる有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記バリウムのドープ濃度は、１５［ｗｔ％］より高い。

　ｎ型ドーパントにバリウムを用いると、ドープ濃度が１５［ｗｔ％］で有機発光層の発光効率が最大となる。そのため電子輸送層におけるバリウムのドープ濃度が１５［ｗｔ％］より高い範囲であれば、亀裂に最も近い位置に向かって電子輸送層におけるバリウムのドープ濃度が漸減している領域に、有機発光層の発光効率が最大となる領域を存在させることができる。

　また、本開示の一態様にかかる有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記バリウムのドープ濃度は、２５［ｗｔ％］以上である。

　バリウムのドープ濃度が２５［ｗｔ％］以上であれば、除去が難しい直径の大きさが約２０［μｍ］未満の異物が混入したとしても、目視可能な不良発光領域の発生を抑えることができる。

　また、本開示の一態様にかかる有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記バリウムのドープ濃度は、５０［ｗｔ％］以下である。

　バリウムのドープ濃度が５０［ｗｔ％］以下の範囲であれば、電子輸送層でリーク電流が発生するおそれを抑えることができる。

　また、本開示の一態様である有機ＥＬ表示パネルは、上記の有機ＥＬ素子を備える。

　これにより、有機ＥＬ表示パネルに不良発光領域が発生したとしても不良発光領域に隣接する領域では、電子輸送層でｎ型ドーパントのドープ濃度が低下することにより、有機発光層の発光効率が向上する。不良発光領域に隣接する領域で有機発光層の発光効率が向上し発光輝度が向上するため、不良発光領域の見かけ上の大きさが小さくなり、不良発光領域がユーザに目立ちにくくなる。

　≪実施の形態１≫
　以下では、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　［有機ＥＬ素子の構成］
　図１は、実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子の構成を示す断面図である。有機ＥＬ素子１は、所謂トップエミッション型の有機ＥＬ素子であって、基板２、陽極３、正孔注入層４、有機発光層５、電子輸送層６、陰極７、封止層８を備える。

　＜基板＞
　基板２は、無アルカリガラスからなり、有機ＥＬ素子の基材としての役割を果たす。基板２の表面には有機ＥＬ素子を駆動するためのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）層（不図示）が形成されており、その上に、陽極３、有機機能層（正孔注入層４、有機発光層５、電子輸送層６）、陰極７が順次積層され、有機ＥＬ素子１が製造される。

　なお、基板２の材料には、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、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、ポリエチレン、ポリエステル、シリコン系樹脂、アルミナ等の絶縁性材料を用いることもできる。

　＜陽極＞
　陽極３は、正孔を正孔注入層４に注入する機能を有する。陽極３の材料にはＡｌ（アルミニウム）が用いられ、スパッタリング法により基板２の上に約４００［ｎｍ］の厚みで形成されている。

　なお、陽極３の材料には、Ａｇ（銀）、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）、ＡＣＬ（アルミニウム、コバルト、ゲルマニウム、ランタンの合金）等の光反射性導電材料を用いることもできる。

　＜正孔注入層＞
　正孔注入層４は、陽極３から有機発光層５への正孔の注入および輸送を促進させる機能を有する。正孔注入層４の材料には、ＷＯＸ（酸化タングステン）が用いられ、スパッタリング法により陽極３の上に約１４［ｎｍ］の厚みで形成されている。

　なお、正孔注入層４の材料には、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、イリジウム（Ｉｒ）等の酸化物、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）等の導電性ポリマー材料を用いることもできる。

　＜有機発光層＞
　有機発光層５は、キャリア（正孔と電子）の再結合による発光を行う部位である。有機発光層５の材料には、有機発光ポリマーが用いられ、インクジェット法により正孔注入層４の上に約８０［ｎｍ］の厚みで形成されている。

　なお、有機発光層５の材料には、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリフルオレンや、例えば、特許公開公報（特開平５－１６３４８８号公報）に記載の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等を用いることもできる。

　＜電子輸送層＞
　電子輸送層６は、電子輸送性材料６ａおよび電子供与性物質を含むｎ型ドーパント６ｂからなり、陰極７から注入された電子を有機発光層５に輸送する機能を有する。本実施の形態では、電子輸送性材料６ａには電子輸送性を有する有機モノマーを用い、ｎ型ドーパント６ｂにはＢａ（バリウム）を用い、真空蒸着法により有機発光層５の上に約３５［ｎｍ］の厚みで形成されている。電子輸送性材料６ａにｎ型ドーパント６ｂをドープすることで、電子輸送性材料６ａ‐ｎ型ドーパント６ｂ間で電子移動が起こり、電子移動錯体（ＣＴ錯体）が形成される。これにより、電子輸送層６の電子移動度が向上するため、陰極７から注入された電子を効率的に有機発光層５に輸送することができる。

　図２は、有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と有機発光層５の発光効率との関係を示す図である。ここでは、本実施の形態に示す材料、成膜方法、層の厚みで、基板２、陽極３、正孔注入層４、有機発光層５、電子輸送層６、陰極７、封止層８の各層を成膜して、Ｂａのドープ濃度が異なる複数の有機ＥＬ素子を製造し、各有機ＥＬ素子の発光効率を測定している。図２において、横軸は、電子輸送層６の総重量を基準にしたＢａのドープ濃度［ｗｔ％］を示し、縦軸は、有機発光層５の発光効率［ｃｄ／Ａ］を示す。また縦軸の発光効率は、ドープ濃度３０［ｗｔ％］における発光効率で規格化している。

　本図に示すように、Ｂａのドープ濃度が１５［ｗｔ％］未満の範囲では、Ｂａのドープ濃度が増えるに従って、有機発光層５の発光効率が上昇している。また、Ｂａのドープ濃度が１５［ｗｔ％］では、有機発光層５の発光効率が最大となっている。また、Ｂａ濃度が１５［ｗｔ％］を越える範囲では、Ｂａのドープ濃度が増えるに従って、有機発光層５の発光効率が低下している。

　ここで、有機発光層５の発光効率を高めるためには、正孔および電子がそれぞれバランスよく有機発光層５に注入されることが重要である。正孔または電子の一方の注入が過多な場合、効率良く正孔と電子が再結合することができないため、有機発光層５の発光効率は低下する。

　図２に示すＢａのドープ濃度と有機発光層５の発光効率との関係において、Ｂａ濃度が１５［ｗｔ％］未満の範囲では、電子輸送層６から有機発光層５への電子の注入量が、正孔注入層４から有機発光層５への正孔の注入量に比べ少ないため、Ｂａのドープ濃度が増えるに従って、有機発光層５の発光効率が上昇したものと考えられる。また、Ｂａのドープ濃度が１５［ｗｔ％］では、電子輸送層６から有機発光層５への電子の注入量と、正孔注入層４から有機発光層５への正孔の注入量とがほぼ同量であるため、有機発光層５の発光効率が最大となったものと考えられる。また、Ｂａ濃度が１５［ｗｔ％］を越える範囲では、電子輸送層６から有機発光層５への電子の注入量が、正孔注入層４から有機発光層５への正孔の注入量に比べ多いため、Ｂａのドープ濃度が増えるに従って、有機発光層５の発光効率が低下したものと考えられる。この有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と有機発光層の発光効率との関係は、他の一般的な有機ＥＬ素子においても適用することができる。

　本実施の形態では、Ｂａを電子輸送層６に、有機発光層５の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高い濃度でドープしている。すなわち、Ｂａを電子輸送層６に、１５［ｗｔ％］を越える濃度でドープしている。これにより、詳細は後述するが、封止層８に不所望の亀裂等が生じることにより有機発光層５に不良発光領域が発生したとしても、その不良発光領域の見かけ上の大きさを小さくすることができ、不良発光領域がユーザに目立ちにくい。

　なお、電子輸送性材料６ａの材料には、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）等の有機材料を用いることもできる。

　また、ｎ型ドーパント６ｂの材料には、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）等のアルカリ金属や、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）等のアルカリ土類金属を用いることもできる。

　＜陰極＞
　陰極７は、電子を電子輸送層６に注入する機能を有する。陰極７の材料には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が用いられ、スパッタリング法により電子輸送層６の上に約３５［ｎｍ］の厚みで形成されている。

　なお、陰極７の材料には、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＴｉＯ２（酸化チタン）等のＩｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎの少なくとも１つを含む酸化物からなる透明導電材料を用いることもできる。

　＜封止層＞
　封止層８は、有機機能層（正孔注入層４、有機発光層５、電子輸送層６）を封止し、外部に存在する水分または酸素等から、有機機能層を保護する機能を有する。封止層８の材料には、ＳＩ３Ｎ４（窒化ケイ素）が用いられ、化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により陰極７の上に約６００［ｎｍ］の厚みで形成されている。

　なお、封止層８の材料には、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）、ＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）等を用いることもできる。

　［封止層に亀裂が生じた状態での構成］
　有機ＥＬ素子１は、（１）陽極３を形成する工程（陽極形成工程）、（２）正孔注入層４を形成する工程（正孔注入層形成工程）、（４）有機発光層５を形成する工程（有機発光層形成工程）、（５）電子輸送層６を形成する工程（電子輸送層形成工程）、（６）陰極７を形成する工程（陰極形成工程）、（７）封止層８を形成する工程（封止層形成工程）を経て製造される。各工程では、スパッタリング法、インクジェット法、真空蒸着法、化学気相成長法等の各種の成膜方法を用いて、各層が形成される。クリーンな雰囲気中で各層が形成されるものの、製造工程中に各層への異物混入をゼロにすることは困難である。製造工程中に異物が混入した場合、各層に亀裂等が生じる場合がある。

　図３は、実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子において、封止層に亀裂が生じた状態での構成を示す断面図である。本図に示すように、電子輸送層６には異物１０が混入しており、電子輸送層６の一部が上方（Ｙ方向側）に盛り上がっている。有機ＥＬ素子１は、基板２の上に、陽極３、正孔注入層４、有機発光層５、電子輸送層６、陰極７、封止層８を順次積層して製造されるため、何れかの層が平坦に形成されず、その表面に凹凸が生じた場合、その上に形成された層に亀裂が生じる場合がある。本図に示す例では、異物１０の上方に位置する封止層８の一部に亀裂１１ａ、１１ｂが発生している。

　図４は、図３の破線Ａで囲まれた部分の拡大断面図である。封止層８に不所望の亀裂１１ａ、１１ｂが生じた場合、亀裂１１ａ、１１ｂから水またはガス等が浸入する。浸入した水またはガス等は、陰極７を透過して電子輸送層６に達し、電子輸送層６にドープされたｎ型ドーパント６ｂと反応する。このため、電子輸送層６中のｎ型ドーパント６ｂのドープ濃度は、電子輸送層６における亀裂１１ａ、１１ｂに最も近い位置に向かって漸減している。一方、水またはガス等と反応したｎ型ドーパント６ｂは、電子供与性を失う。このため、電子輸送性材料６ａ‐ｎ型ドーパント６ｂ間で形成されていた電子移動錯体が分解され、電子輸送層６の電子移動度が低下する。

　なお、本明細書中において、「ｎ型ドーパントの濃度」とは、電子移動錯体として存在するｎ型ドーパントの濃度のことをいい、水またはガス等と反応したｎ型ドーパントの濃度を含まない。例えば、ｎ型ドーパントがＢａである場合には、水またはガス等と反応し、Ｂａ（ＯＨ）２（水酸化バリウム）等として存在するＢａの濃度は含まれない。

　上記の結果、有機ＥＬ素子１には、発光輝度が低下している、または非発光となっている不良発光領域Ｂ、有機発光層５の発光輝度が向上している明発光領域Ｃ、および亀裂１１ａ、１１ｂの発生の前後で発光輝度が変わっていない正常発光領域Ｄが形成される。

　不良発光領域Ｂは、亀裂１１ａ、１１ｂの直下付近に位置する。亀裂１１ａ、１１ｂの直下付近では、浸入する水またはガス等の量が多いため、ｎ型ドーパント６ｂのドープ濃度は０［ｗｔ％］、または非常に小さくなる。このため、電子輸送層６の電子移動度が大幅に低下し、有機発光層５の発光効率が低下する。その結果、有機発光層５の発光輝度が低下したり、非発光となる。

　正常発光領域Ｄは、亀裂１１ａ、１１ｂから一定距離離れた位置にあり、亀裂１１ａ、１１ｂから浸入した水またはガス等が達しない。このため、ｎ型ドーパント６ｂのドープ濃度は、亀裂１１ａ、１１ｂの発生の前後で一定であり、正常発光領域Ｄの発光輝度は変わらない。

　明発光領域Ｃは、不良発光領域Ｂと正常発光領域Ｄとの間に位置している。有機ＥＬ素子１では、ｎ型ドーパント６ｂを電子輸送層６に、有機発光層５の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高い濃度でドープしている。このため、亀裂１１ａ、１１ｂから浸入した水またはガス等がｎ型ドーパント６ｂと反応しドープ濃度が低下したとしても、その低下の量が小さい場合、有機発光層５の発光効率が向上する。これにより、不良発光領域Ｂと正常発光領域Ｄとの間には、ｎ型ドーパント６ｂのドープ濃度が低下して有機発光層５の発光効率が向上することにより、発光輝度が向上している明発光領域Ｃが形成される。

　図５は、実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と、ｎ型ドーパントのドープ濃度と、有機発光層の発光効率との関係を示す図であって、（ａ）は、実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と有機発光層の発光効率との関係を示す図であり、（ｂ）は、有機ＥＬ素子のＸ方向における位置とｎ型ドーパントのドープ濃度との関係を示す図であり、（ｃ）は、有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と有機発光層の発光効率との関係を示す図である。

　図５（ａ）は、図２で示したＢａのドープ濃度と有機発光層５の発光効率との関係を縦軸と横軸とを入れ替えて示したものであり、図５（ａ）の縦軸の目盛りは、図５（ｂ）の縦軸の目盛りに合わせて描いている。図５（ａ）と図５（ｂ）とを参照することにより、図５（ｃ）に示す有機ＥＬ素子１のＸ方向における位置と有機発光層５の発光効率との関係が求まる。

　図５において、Ｘ５は亀裂１１ａの位置を示す。Ｘ５の左側の領域では、Ｘ５に向かってＢａのドープ濃度が漸減している。

　Ｘ１は、Ｂａのドープ濃度が低下し始める位置を示す。Ｘ１において、ドープ濃度は約３０［ｗｔ％］であり、その位置での有機発光層５の発光効率は約１．１［ｃｄ／Ａ］である。このＸ１の位置より左側の領域が、正常発光領域Ｄとなる。

　ここで図５（ａ）を参照するに、ドープ濃度が約１５［ｗｔ％］以上、約３０［ｗｔ％］以下の間では、Ｂａのドープ濃度が低下していくにつれて、有機発光層５の発光効率が向上する。このため、Ｘ１の右側にいくにつれて、有機発光層５の発光効率が向上する。

　Ｘ２は、有機発光層５の発光効率が最大となる位置を示す。Ｘ２の位置では、Ｂａのドープ濃度が約１５［ｗｔ％］に低下しており、有機発光層５の発光効率は約１．６［ｃｄ／Ａ］となっている。

　図５（ａ）を参照するに、ドープ濃度が約１５［ｗｔ％］以下の間では、Ｂａのドープ濃度が低下していくにつれて、有機発光層５の発光効率が低下する。このため、Ｘ２の右側にいくにつれて、有機発光層５の発光効率が低下する。

　Ｘ３は、有機発光層５の発光効率が正常発光領域Ｄにおける発光効率と同程度になる位置を示す。Ｘ３において、ドープ濃度は約５［ｗｔ％］であり、その位置での有機発光層５の発光効率は約１．１［ｃｄ／Ａ］である。Ｘ２とＸ３との間の領域が、明発光領域Ｃとなる。

　Ｘ４は、Ｂａのドープ濃度が低下し、その濃度が０［ｗｔ％］になった位置を示す。また、Ｘ１１は、有機発光層５の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となった位置を示す。Ｘ３とＸ１１との間の領域が、亀裂１１ａ、１１ｂの発生前に比べ発光輝度が低下した輝度低下領域Ｂ１となる。

　Ｘ６は亀裂１１ｂの位置を示す。Ｘ６の右側の領域では、Ｘ６に向かってＢａのドープ濃度が漸減する。Ｘ６の右側の領域におけるＢａのドープ濃度の変化、および有機発光層５の発光効率の変化は、Ｘ５の左側の領域における変化と同様となる。Ｘ１０は、Ｂａのドープ濃度が低下し始める位置を示し、Ｘ９は、有機発光層５の発光効率が最大となる位置を示し、Ｘ８は、有機発光層５の発光効率が正常発光領域Ｄにおける発光効率と同程度になる位置を示す。また、Ｘ７は、Ｂａのドープ濃度が低下し、その濃度が０［ｗｔ％］になる位置を示し、Ｘ１２は、有機発光層５の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置を示す。

　Ｘ１０の位置より右側の領域は、正常発光領域Ｄであり、Ｘ１０とＸ８との間の領域が、明発光領域Ｃであり、Ｘ８とＸ１２との間の領域が、輝度低下領域Ｂ１である。また、Ｘ１１とＸ１２との間の領域が非発光領域Ｂ２である。不良発光領域Ｂは、輝度低下領域Ｂ１と非発光領域Ｂ２とからなる。

　以上のように、有機ＥＬ素子１では、電子輸送層６にドープされたＢａのドープ濃度が、有機発光層５の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高いため、不良発光領域Ｂに隣接する領域Ｃでは、Ｂａのドープ濃度が低下することにより、発光効率が向上する。不良発光領域Ｂに隣接する領域Ｃの発光効率が向上し発光輝度が向上するため、不良発光領域Ｂの見かけ上の大きさが小さくなり、不良発光領域Ｂがユーザに目立ちにくくなる。

　次に、従来の有機ＥＬ素子において、封止層に亀裂が生じた場合を説明する。図６は、従来の有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と、ｎ型ドーパントのドープ濃度と、有機発光層の発光効率との関係を示す図であって、（ａ）は、従来の有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と有機発光層の発光効率との関係を示す図であり、（ｂ）は、従来の有機ＥＬ素子のＸ方向における位置とｎ型ドーパントのドープ濃度との関係を示す図であり、（ｃ）は、従来の有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と有機発光層の発光効率との関係を示す図である。

　図６（ａ）は、図２で示したＢａのドープ濃度と有機発光層の発光効率との関係を縦軸と横軸を入れ替えて示したものであり、図６（ａ）の縦軸の目盛りは、図６（ｂ）の縦軸の目盛りに合わせて描いている。図６（ａ）と図６（ｂ）とを参照することにより、図６（ｃ）に示す従来の有機ＥＬ素子のＸ方向における位置と有機発光層の発光効率との関係が求まる。

　ここで、ｎ型ドーパントは、電子輸送層の電子移動度を向上させ、有機発光層の発光効率を高めるために、電子輸送層にドープされるものである。そのため、従来では、ｎ型ドーパントを電子輸送層に、有機発光層の発光効率が最大となるドープ濃度よりも小さい、または有機発光層の発光効率が最大となるドープ濃度でドープしていた。図６に示す例では、Ｂａを電子輸送層に約１０［ｗｔ％］の濃度でドープしている。

　亀裂１１ａの位置を示すＸ５の左側の領域では、Ｘ５に向かってＢａのドープ濃度が漸減している。

　Ｘ２１は、Ｂａのドープ濃度が低下し始める位置を示す。Ｘ２１において、ドープ濃度は約１０［ｗｔ％］であり、その位置での有機発光層５の発光効率は約１．５［ｃｄ／Ａ］である。このＸ２１の位置より左側の領域が、正常発光領域Ｄ１となる。

　ここで図６（ａ）を参照するに、ドープ濃度が約１５［ｗｔ％］以下の間では、Ｂａのドープ濃度が低下していくにつれて、有機発光層の発光効率が低下する。このため、Ｘ２１の右側にいくにつれて、有機発光層の発光効率が低下する。

　Ｘ２２は、Ｂａのドープ濃度が低下し、その濃度が０［ｗｔ％］になった位置を示す。また、Ｘ２５は、有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となった位置を示す。Ｘ２１とＸ２５との間の領域が、亀裂１１ａ、１１ｂの発生前に比べ発光輝度が低下した輝度低下領域Ｂ４となる。

　亀裂１１ｂの位置を示すＸ６の右側の領域では、Ｘ６に向かってＢａのドープ濃度が漸減している。Ｘ６の右側の領域におけるＢａのドープ濃度の変化、および有機発光層の発光効率の変化は、Ｘ５の左側の領域における変化と同様となる。Ｘ２４は、Ｂａのドープ濃度が低下し始める位置を示し、Ｘ２３は、Ｂａのドープ濃度が低下し、その濃度が０［ｗｔ％］になる位置を示し、Ｘ２６は、有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置を示す。

　Ｘ２４の位置より右側の領域は、正常発光領域Ｄ１であり、Ｘ２４とＸ２６との間の領域が、輝度低下領域Ｂ４であり、Ｘ２５とＸ２６との間の領域が非発光領域Ｂ３とである。不良発光領域Ｂ３は、輝度低下領域Ｂ４と非発光領域Ｂ５とからなる。

　［効果］
　以下では、封止層に亀裂が生じた状態における、有機ＥＬ素子１と上記の従来の有機ＥＬ素子とを比較する。
（１）非発光領域の大きさ
　有機ＥＬ素子１は、従来の有機ＥＬと比較して、電子輸送層にドープするＢａ濃度が高いため、亀裂１１ａの位置Ｘ５から有機ＥＬ素子１において有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置Ｘ１１までの長さは、亀裂１１ａの位置Ｘ５から有機ＥＬ素子１において有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置Ｘ２５までの長さよりも長い。これと同様に、亀裂１１ｂの位置Ｘ６から有機ＥＬ素子１において有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置Ｘ１２までの長さは、亀裂１１ａの位置Ｘ５から有機ＥＬ素子１において有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置Ｘ２６までの長さよりも長い。従って、有機ＥＬ素子１における非発光領域Ｂ２は、上記の従来の有機ＥＬ素子における非発光領域Ｂ５よりも小さい。
（２）輝度低下領域の大きさ
　有機ＥＬ素子１の正常発光領域Ｄの発光効率は、従来の有機ＥＬ素子の正常発光領域Ｄ１よりも発光効率よりも低い。このため、有機ＥＬ素子１において発光効率が正常発光領域Ｄにおける発光効率と同程度になる位置Ｘ３から、有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置Ｘ１１までの長さは、従来の有機ＥＬ素子において発光効率が正常発光領域Ｄ１における発光効率と同程度になる位置Ｘ２１から、有機発光層の発光効率が０［ｃｄ／Ａ］となる位置Ｘ２５までの長さより短い。従って、有機ＥＬ素子１における輝度低下領域Ｂ１は、上記の従来の有機ＥＬ素子における非発光領域Ｂ２よりも小さい。

　また、有機ＥＬ素子１は、従来の有機ＥＬ素子よりも、非発光領域の大きさおよび輝度低下領域の大きさが小さいため、非発光領域および輝度低下領域からなる不良発光領域の大きさも、従来の有機ＥＬ素子よりも小さい。
（３）不良発光領域のみかけ上の大きさ
　有機ＥＬ素子１の明発光領域Ｃは不良発光領域Ｂに隣接している。明発光領域Ｃの発光輝度が高く、不良発光領域Ｂの暗さを補間するため、不良発光領域Ｂの見かけ上の大きさは小さくなる。このため、不良発光領域Ｂがユーザに目立ちにくくなる。

　［検証実験］
　本実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の上記効果を確かめるため、以下の検証実験を行った。

　図７は、異物が混入し不良発光領域生じた状態の拡大写真を示す図であって、（ａ）は、Ｂａのドープ濃度が約４０［ｗｔ％］における不良発光領域の拡大写真を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した不良発光領域の原因となる異物の拡大写真を示す図であり、（ｃ）は、Ｂａのドープ濃度が約２０［ｗｔ％］における不良発光領域の拡大写真を示す図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示した不良発光領域の原因となる異物の拡大写真を示す図であり、（ｅ）は、Ｂａのドープ濃度が約５［ｗｔ％］における不良発光領域の拡大写真を示す図であり、（ｆ）は、（ｅ）に示した不良発光領域の原因となる異物の拡大写真を示す図である。

　図７（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）において、異物は、破線で囲った部分に存在し、その大きさは何れも約３０［μｍ］である。

　ここで、図７（ａ）を参照するに、Ｂａのドープ濃度が約４０［ｗｔ％］の場合、不良発光領域の大きさは約２×２の４画素分の大きさである。また、図７（ｃ）を参照するに、Ｂａのドープ濃度が約２０［ｗｔ％］の場合、不良発光領域の大きさは約３×３の９画素分の大きさである。また、図７（ｅ）を参照するに、Ｂａのドープ濃度が約５［ｗｔ％］の場合、不良発光領域の大きさは約５×５の２５画素分の大きさである。このように、Ｂａのドープ濃度が高くなるにつれ、不良発光領域の大きさが小さくなることが分かる。また、図７（ａ）を参照するに、Ｂａのドープ濃度が約４０［ｗｔ％］の場合において、不良発光領域の周りが、他の領域よりも発光輝度が高くなっているっていることが分かる。これにより、不良発光領域の見かけ上の大きさは小さくなり、不良発光領域Ｂがユーザに目立ちにくくなる。

　図８は、有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度と、見かけ上の不良発光領域の数との関係を示す図である。横軸は、電子輸送層の総重量を基準にしたＢａのドープ濃度［ｗｔ％］を示し、縦軸は、見かけ上の不良発光領域の数［個］を示す。ここでは、Ｂａのドープ濃度を変えて製作した有機ＥＬ素子を備える１６００×１２００画素の２０インチの有機ＥＬ表示パネルに対して、発光輝度が低下している、または非発光となっている不良発光領域の数を目視により数えている。

　図８を参照するに、Ｂａのドープ濃度が高くなるにつれ、見かけ上の不良発光領域の数が減っていき、Ｂａのドープ濃度が約４０［ｗｔ％］の場合では、見かけ上の不良発光領域の数が０となっていることが分かる。

　≪変形例１≫
　上記の実施の形態では、Ｂａを電子輸送層に、１５［ｗｔ％］を越える濃度でドープする場合を示した。このＢａのドープ濃度に関しては、Ｂａを電子輸送層に、２５［ｗｔ％］以上の濃度でドープすることがより好ましい。その理由を以下に示す。

　図９は、目視可能な不良発光領域が発生した場合において、その不良発光領域が発生する原因となった異物の直径の長さと、有機ＥＬ素子のＢａのドープ濃度との関係を示す図である。横軸は、電子輸送層の総重量を基準にしたＢａのドープ濃度［ｗｔ％］を示し、縦軸は、異物の直径［μｍ］を示す。

　図９を参照するに、例えば直径が約１０［μｍ］の異物が混入した場合、Ｂａのドープ濃度が約５［ｗｔ％］の有機ＥＬ素子では、目視可能な不良発光領域が発生することが分かる。これに対して、同じ直径が約１０［μｍ］の異物が混入した場合であっても、Ｂａのドープ濃度が約３０［ｗｔ％］の有機ＥＬ素子では、目視可能な不良発光領域が発生しないことが分かる。

　図９に示す直線は、Ｂａの各ドープ濃度において、目視可能な不良発光領域が発生する最小の異物の直径の長さを対数近似で結んだものである。Ｂａのドープ濃度をＮ［ｗｔ％］、目視可能な不良発光領域が発生する最小の異物の直径をＤ［μｍ］としたとき、直線は以下の関係式で表される。

　　Ｎ≧４×ｅｘｐ（０．００９５×Ｄ）
　一般に、除去が容易な異物の直径の大きさは、約２０［μｍ］以上である。除去が難しい直径の大きさが約２０［μｍ］未満の異物が混入したとしても、目視可能な不良発光領域が発生しないためには、図９および上記数式から、Ｂａのドープ濃度が約２５［ｗｔ％］以上であればよいことが分かる。

　≪変形例２≫
　本開示は、上記の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示パネル、およびその有機ＥＬパネルを備える有機ＥＬ表示装置としても実施可能である。

　図１０は、変形例にかかる有機ＥＬ表示装置を示す外観図である。図１１は、変形例にかかる有機ＥＬ表示装置の構成を模式ブロック図である。図１０および図１１に示すように、有機ＥＬ表示装置１００は、有機ＥＬ表示パネル１１０と、これに接続された駆動制御部１２０とを有し構成されている。有機ＥＬ表示パネル１１０は、上記の実施の形態にかかる複数の有機ＥＬ素子が、例えば、マトリクス状に配列され構成されている。駆動制御部１２０は、４つの駆動回路１２１～１２４と制御回路１２５とから構成されている。このような、有機ＥＬ表示装置１００、および有機ＥＬ表示パネル１１０によれば、不所望の不良発光領域が発生したとしても、不良発光領域に隣接する領域の発光効率が向上し発光輝度が向上する。このため、不良発光領域の見かけ上の大きさが小さくなり、不良発光領域がユーザに目立ちにくくなる。

　≪補足≫
　なお、上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本開示は上記の実施の形態に限定されないことはもちろんである。以下のような場合も本開示に含まれる。

　（ａ）電子輸送層にドープするＢａのドープ濃度は、５０［ｗｔ％］以下であることが好ましい。正常発光領域において一定の発光効率を確保するためである。また、Ｂａのドープ濃度が５０［ｗｔ％］以下の範囲では、リーク電流が発生するおそれが低い。

　（ｂ）上記の実施の形態では、有機ＥＬ素子の成膜過程において異物が混入することにより、封止層に亀裂が生じる場合を示したが、本開示は必ずしもこの場合に限定されない。例えば、ユーザが有機ＥＬ素子の使用過程で過度な力を封止層に加えた結果、封止層に亀裂が生じることが考えられる。また、有機ＥＬ素子の成膜過程で、いずれかの層が何らかの要因で平坦に形成されず、その表面に凹凸が生じた結果、その上に形成された層に亀裂が生じることが考えられる。

　（ｃ）上記の実施の形態において、有機ＥＬ素子は、基板、陽極、正孔注入層、有機発光層、電子輸送層、陰極、および封止層からなるとしたが、本開示は必ずしもこの場合に限定されない。陽極と、陰極と、有機発光層と、陰極と有機発光層との間に設けられ、陰極から有機発光層へ電子を輸送する電子輸送層とを有する有機ＥＬ素子であればよく、ここに挙げた以外の有機機能層を含む構成であってもよい。

　例えば、陰極と電子輸送層との間に、陰極から電子輸送層への電子の注入を促進させる機能を有する電子注入層を設けてもよい。電子注入層の材料には、リチウム、バリウム、カルシウム、カリウム、セシウム、ナトリウム、ルビジウム等の低仕事関数金属、及びフッ化リチウム等の低仕事関数金属塩、酸化バリウム等の低仕事関数金属酸化物等が好適する。

　また、有機発光層と正孔注入層との間に、陽極から注入された正孔を有機発光層に輸送する機能を有する正孔輸送層を設けてもよい。正孔輸送層の材料には、例えば、特許公開公報（特開平５－１６３４８８号公報）に記載の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、ピラゾリン誘導体およ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、ポリフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物、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ジン誘導体等が好適する。

　また、封止層の上方に、有機ＥＬ素子を保護する樹脂層を設けてもよい。樹脂層の材料には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料が好適する。

　（ｄ）上記の実施の形態では、陰極側から光を取り出す所謂トップエミッション型の有機ＥＬ素子を示したが、本開示は必ずしもこの場合に限定されない。基板側から光を取り出す所謂ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子であってもよい。ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子では、陽極に、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の光透過性材料が用いられる。

　（ｅ）上記実施の形態では、有機ＥＬ素子の各層が、スパッタリング法、インクジェット法、真空蒸着法、化学気相成長法等の成膜方法を用いて形成される場合を示したが、本開示は必ずしもこの場合に限定されない。上記で示した成膜方法はその一例であり、これに限定されない。

　本発明の一態様にかかる有機ＥＬ素子は、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等として用いられる有機ＥＬ素子に利用可能である。

　　１　有機ＥＬ素子
　　２　基板
　　３　陽極
　　４　正孔注入層
　　５　有機発光層
　　６　電子輸送層
　　６ａ　電子輸送性材料
　　６ｂ　ｎ型ドーパント
　　７　陰極
　　８　封止層
　　１０　異物
　　１１ａ、１１ｂ　亀裂
　　１００　有機ＥＬ表示装置
　　１１０　有機ＥＬ表示パネル

Claims

　陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた有機発光層と、前記陰極と前記有機発光層との間に設けられた電子輸送層とを有する有機ＥＬ素子であって、
　前記電子輸送層は、電子供与性物質を含むｎ型ドーパントがドープされてなり、そのドープ濃度は、前記有機発光層の発光効率が最大となるドープ濃度よりも高い
　ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
　前記陰極を挟んで前記電子輸送層とは反対側に設けられた封止層をさらに有し、
　前記封止層に不所望の亀裂が生じた場合において、
　前記ｎ型ドーパントが、前記亀裂から浸入した水またはガスと反応することにより、そのドープ濃度が前記電子輸送層における前記亀裂に最も近い位置に向かって漸減しており、
　前記ｎ型ドーパントのドープ濃度が漸減している領域に対応する前記有機発光層の領域には、発光効率が最大となる領域が存在する
　ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
　前記ｎ型ドーパントは、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属である
　ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
　前記ｎ型ドーパントは、バリウムである
　ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
　前記バリウムのドープ濃度は、１５ｗｔ％より高い
　ことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
　前記バリウムのドープ濃度は、２５ｗｔ％以上である
　ことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
　前記バリウムのドープ濃度は、５０ｗｔ％以下である
　ことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
　請求項１ないし７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子を備える
　ことを特徴とする有機ＥＬ表示パネル。