特許 6142213 有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6142213

(24)【登録日】2017年5月19日

(45)【発行日】2017年6月7日

(54)【発明の名称】有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/50 20060101AFI20170529BHJP

   H05B 33/10 20060101ALI20170529BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/22 A

   H05B33/10

   H05B33/14 A

   H05B33/22 B

【請求項の数】14

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-526155(P2015-526155)

(86)(22)【出願日】2014年7月2日

(86)【国際出願番号】JP2014003525

(87)【国際公開番号】WO2015004882

(87)【国際公開日】20150115

【審査請求日】2015年12月24日

(31)【優先権主張番号】特願2013-145243(P2013-145243)

(32)【優先日】2013年7月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】514188173

【氏名又は名称】株式会社ＪＯＬＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001900

【氏名又は名称】特許業務法人 ナカジマ知的財産綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】ホアン ミン ヒェップ

(72)【発明者】

【氏名】松末 哲征

(72)【発明者】

【氏名】西村 征起

(72)【発明者】

【氏名】米田 和弘

【審査官】 井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０１５８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６６６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３５４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８７０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７１４６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｈ０５Ｂ ３３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極と、
前記陽極の上方に配された発光層と、
前記発光層上に配され、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第１中間層と、
前記第１中間層上に配され、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金属を含む第２中間層と、
前記第２中間層上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、
前記機能層の上方に配された陰極と、を有し、
前記第１中間層の膜厚をＤ１、前記第２中間層の膜厚をＤ２とするとき、Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下であると共に、Ｄ２は、０．１〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下であり、かつ、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たす
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。

【請求項2】

前記第２金属は、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。

【請求項3】

前記機能層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属がドープされた有機材料から成る
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。

【請求項4】

前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属の前記機能層中の濃度は、５〔ｗｔ％〕以上、４０〔ｗｔ％〕以下である
ことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。

【請求項5】

前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、前記第２金属と同じ種類の金属である
ことを特徴とする請求項３または４に記載の有機ＥＬ素子。

【請求項6】

前記第２金属および、前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、バリウムである
ことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。

【請求項7】

前記第１金属は、ナトリウムである
ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。

【請求項8】

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第１中間層を膜厚Ｄ１で形成し、
前記第１中間層上に、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金属を含む第２中間層を膜厚Ｄ２で形成し、
前記第２中間層上に、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層を形成し、
前記機能層の上方に、陰極を形成し、
前記第１中間層の膜厚Ｄ１および前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下であると共に、Ｄ２は、０．１〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下であり、かつ、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たす
ことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。

【請求項9】

前記第２金属は、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８に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

【請求項10】

前記機能層の形成において、有機材料にアルカリ金属またはアルカリ土類金属をドープして、前記機能層を形成する
ことを特徴とする請求項８または９に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

【請求項11】

前記機能層の形成において、前記有機材料にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を、５〔ｗｔ％〕以上、４０〔ｗｔ％〕以下の濃度でドープして、前記機能層を形成する
ことを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

【請求項12】

前記機能層の形成において、前記有機材料にドープするアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、前記第２金属と同じ種類の金属である
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

【請求項13】

前記第２金属および、前記機能層の形成において前記有機材料にドープするアルカリ金属またはアルカリ土類金属前記は、バリウムである
ことを特徴とする請求項１２に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

【請求項14】

前記第１金属は、ナトリウムである
ことを特徴とする請求項８から１３の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子の製造方法に関し、特に、保管安定性と発光特性に関する。

【背景技術】

【0002】

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ので耐衝撃性に優れるなどの特徴を有するため、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。

【0003】

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）または、正孔注入層、正孔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、機能層に仕事関数の低いアルカリ金属やアルカリ土類金属を含む層を用いると、良好な電子注入性が得られることが知られている。

【0004】

仕事関数が低い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して保管安定性が低下する。また、金属から成る陰極に不純物が接触すると、腐食や劣化を引き起こし、上記と同様の悪影響が引き起こされる虞がある。

【0005】

そこで、特許文献１には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層（特許文献１では、これらを「有機発光媒体層」と呼んでいる。）の間に無機バリア層を設けた構成が開示されている。無機バリア層は、無機バリア層よりも前に形成された有機発光媒体層表面に吸着された不純物（特許文献１では、「劣化要因因子」）による、無機バリア層よりも後に形成された有機発光媒体層の劣化を防止するために設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４８８２５０８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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、良好な発光特性が得られない虞がある。

【0008】

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て良好な保管安定性を確保しつつ、良好な発光特性を実現することができる有機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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様である有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配され、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第１中間層と、前記第１中間層上に配され、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金属を含む第２中間層と、前記第２中間層上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、前記機能層の上方に配された陰極と、を有し、前記第１中間層の膜厚をＤ１、前記第２中間層の膜厚をＤ２とするとき、Ｄ１およびＤ２は、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすことを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様である有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成する陽極形成工程と、前記陽極の上方に発光層を形成する発光層形成工程と、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第１中間層を膜厚Ｄ１で形成する第１中間層形成工程と、前記第１中間層上に、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金属を含む第２中間層を膜厚Ｄ２で形成する第２中間層形成工程と、前記第２中間層上に、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層を形成する機能層形成工程と、前記機能層の上方に、陰極を形成する陰極形成工程と、を含み、前記第１中間層の膜厚Ｄ１および前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすことを特徴とする。

【0011】

本発明の別の一態様である有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配された中間層と、前記中間層上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、前記機能層の上方に配された陰極と、を有し、前記中間層は、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第２金属と、を含み、前記中間層中において、前記第１金属は、前記機能層側よりも前記発光層側において濃度が高く、前記第２金属は、前記発光層側よりも前記機能層側において濃度が高いことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子においては、第１中間層および第２中間層を備える。第１中間層は、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んでおり、高い不純物ブロック性を有する。これにより、発光層側からの不純物の浸入をブロックして機能層の劣化を防止し、良好な保管安定性を実現することができる。また、第２中間層に含まれる第２金属は、第１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。そして、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ため、発光層への電子供給を十分に行うことができる。

【0013】

ここで、遊離する第１金属が少ないと、発光層に対して電子を十分に供給することができず、十分な輝度が得られない。一方、遊離する第１金属が多すぎると、発光層内の正孔の量に対して、供給される電子の量が過剰になり、発光効率（電流に対する輝度）が低下する。

【0014】

本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子においては、第１中間層の膜厚Ｄ１と第２中間層の膜厚Ｄ２とが、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の範囲内であるため、不純物ブロック性と電子供給性とのバランスにおいて好適な範囲内にあり、良好な発光特性を実現することができる。

【0015】

本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法においても、上記と同様の効果を得ることができる。

【0016】

本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子においては、中間層の発光層側において、高い不純物ブロック性を有する第１金属のフッ化物の濃度は機能層側よりも高く、第２金属の濃度は機能層側よりも低い。従って、発光層側において第２金属が第１金属を過剰に遊離させて不純物ブロック性を低下させることがなく、第１金属のフッ化物により発光層側からの不純物の浸入を防止することができる。また、主に中間層の機能層側において、第２金属が第１金属を遊離させることにより、発光層に対する良好な電子注入性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子１の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】第２中間層の膜厚の違いによる電流密度の違いを示すグラフである。

【図3】第２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。

【図4】（ａ）は、第１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である。（ｂ）は、第１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。

【図5】（ａ）は、第１中間層の膜厚に対する第２中間層の膜厚の割合の違いによる、発光効率比の違いを示すグラフである。（ｂ）は、正孔輸送層に（ａ）とは異なる物質を用いた場合における、第１中間層の膜厚に対する第２中間層の膜厚の割合の違いによる、発光効率比の違いを示すグラフである。

【図6】機能層における有機材料に対する金属のドープ濃度の違いによる発光効率比の違いを示すグラフである。

【図7】本発明の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る。（ａ）は、基板上にＴＦＴ層および層間絶縁層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｂ）は、層間絶縁層上に画素電極が形成された状態を示す部分断面図である。（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部分断面図である。

【図8】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る。（ａ）は、隔壁層が形成された状態を示す部分断面図である。（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を示す部分断面図である。（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部分断面図である。

【図9】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る。（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を示す部分断面図である。（ｂ）は、発光層および隔壁層上に第１中間層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｃ）は、第１中間層上に第２中間層が形成された状態を示す部分断面図である。

【図10】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る。（ａ）は、第２中間層上に機能層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｂ）は、機能層上に対向電極が形成された状態を示す部分断面図である。（ｃ）は、対向電極上に封止層が形成された状態を示す部分断面図である。

【図11】本発明の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。

【図12】本発明の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模式ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

≪本発明の一態様の概要≫
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配され、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第１中間層と、前記第１中間層上に配され、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金属を含む第２中間層と、前記第２中間層上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、前記機能層の上方に配された陰極と、を有し、前記第１中間層の膜厚をＤ１、前記第２中間層の膜厚をＤ２とするとき、Ｄ１およびＤ２は、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすことを特徴とする。

【0019】

これにより、第１中間層の膜厚Ｄ１と第２中間層の膜厚Ｄ２との割合が、不純物ブロック性と電子供給性とのバランスにおいて好適な範囲内にあるため、良好な発光特性を実現することができる。

【0020】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２金属は、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。

【0021】

第２金属に比較的仕事関数が低く電子供給能の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられているため、フッ素との反応性が比較的高く、第１金属とフッ素との結合を切りやすい。

【0022】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第１中間層の膜厚Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。

【0023】

これにより、第１中間層の膜厚Ｄ１が、十分な不純物ブロック性を得るのに必要な膜厚は確保しつつ、膜厚が厚くなりすぎて電子注入性が低下するのを防止することができる。

【0024】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、０．１〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。

【0025】

これにより、発光層へ注入される電子が少なすぎず、過剰にもならない好適な電子注入能を第２中間層が発揮することができ、良好な発光効率を実現することができる。

【0026】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記機能層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属がドープされた有機材料から成ることを特徴とする。

【0027】

これにより、機能層が電子輸送機能を有し、陰極から発光層へと効果的に電子を供給することができる。

【0028】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属の前記機能層中の濃度は、５〔ｗｔ％〕以上、４０〔ｗｔ％〕以下であることを特徴とする。

【0029】

これにより、機能層の電子供給能が好適な範囲内であるため、良好な発光効率が得られる。

【0030】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、前記第２金属と同じ種類の金属であることを特徴とする。

【0031】

これにより、同じ原料を用いて第２中間層と機能層とを形成することができるため、製造が容易である。

【0032】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２金属および、前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、バリウムであることを特徴とする。

【0033】

これにより、バリウムという汎用性のある材料を用いて第２中間層および機能層を形成することができるため、コスト抑制に資することができる。

【0034】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第１金属は、ナトリウムであることを特徴とする。

【0035】

これにより、第１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、良好な不純物ブロック性を有することができる。また、ナトリウムは仕事関数が低く、電子注入性が高いため、発光層へと効果的に電子を供給することができる。

【0036】

本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成する陽極形成工程と、前記陽極の上方に発光層を形成する発光層形成工程と、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第１中間層を膜厚Ｄ１で形成する第１中間層形成工程と、前記第１中間層上に、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金属を含む第２中間層を膜厚Ｄ２で形成する第２中間層形成工程と、前記第２中間層上に、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層を形成する機能層形成工程と、前記機能層の上方に、陰極を形成する陰極形成工程と、を含み、前記第１中間層の膜厚Ｄ１および前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすことを特徴とする。

【0037】

これにより、第１中間層の膜厚Ｄ１と第２中間層の膜厚Ｄ２との割合が、不純物ブロック性と電子供給性とのバランスが好適な範囲内となるような割合となり、良好な発光特性を備えた有機ＥＬ素子を製造することができる。

【0038】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第２金属は、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。

【0039】

これにより、第２金属に比較的仕事関数が低く電子供給能の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられているため、フッ素との反応性が比較的高く、第１金属とフッ素との結合を切りやすい。

【0040】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第１中間層の膜厚Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。

【0041】

これにより、良好な不純物ブロック性を得るのに必要な膜厚は確保しつつ、電子注入性を損なわない程度の膜厚を有する第１中間層を備えた有機ＥＬ素子を製造することができる。

【0042】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、０．１〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。

【0043】

これにより、発光層へ注入される電子が少なすぎず、過剰にもならない好適な電子注入能を有する第２中間層を備えた有機ＥＬ素子を製造することができる。

【0044】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記機能層形成工程において、有機材料にアルカリ金属またはアルカリ土類金属をドープして、前記機能層を形成することを特徴とする。

【0045】

これにより、電子輸送性を有する機能層を備えた有機ＥＬ素子を製造することができる。

【0046】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記機能層形成工程において、前記有機材料にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を、５〔ｗｔ％〕以上、４０〔ｗｔ％〕以下の濃度でドープして、前記機能層を形成することを特徴とする。

【0047】

これにより、好適な範囲の電子供給能を有する機能層を備え、良好な発光効率が得られる有機ＥＬ素子を製造することができる。

【0048】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記機能層形成工程において、前記有機材料にドープするアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、前記第２金属と同じ種類の金属であることを特徴とする。

【0049】

これにより、同じ原料を用いて第２中間層と機能層とを形成することができるため、製造が容易である。

【0050】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第２金属および、前記機能層形成工程において、前記有機材料にドープするアルカリ金属またはアルカリ土類金属前記は、バリウムであることを特徴とする。

【0051】

これにより、バリウムという汎用性のある材料を用いて第２中間層および機能層を形成することができるため、コスト抑制に資することができる。

【0052】

また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第１金属は、ナトリウムであることを特徴とする。

【0053】

これにより、吸湿性が低く酸素との反応性が低いフッ化ナトリウムにより良好な不純物ブロック性を有する第１中間層を備えた有機ＥＬ素子を製造することができる。また、ナトリウムは仕事関数が低く、電子注入性が高いため、発光層へと効果的に電子を供給することができる。

【0054】

本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配された中間層と、前記中間層上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、前記機能層の上方に配された陰極と、を有し、前記中間層は、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第２金属と、を含み、前記中間層中において、前記第１金属は、前記機能層側よりも前記発光層側において濃度が高く、前記第２金属は、前記発光層側よりも前記機能層側において濃度が高いことを特徴とする。

【0055】

これにより、発光層側において第２金属が第１金属を過剰に遊離させて不純物ブロック性を低下させることがなく、第１金属のフッ化物により発光層側からの不純物の浸入を防止することができる。また、主に中間層の機能層側において、第２金属が第１金属を遊離させることにより、発光層に対する良好な電子注入性を得ることができる。このように、不純物ブロック性と電子供給性とのバランスが好適な範囲内にある中間層を備えることにより、良好な発光特性を実現することができる。

【0056】

また、本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２金属は、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。

【0057】

これにより、第２金属に比較的仕事関数が低く電子供給能の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられているため、フッ素との反応性が比較的高く、第１金属とフッ素との結合を切りやすい。

【0058】

また、本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記機能層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属がドープされた有機材料から成ることを特徴とする。

【0059】

これにより、機能層が電子輸送機能を有し、陰極から発光層へと効果的に電子を供給することができる。

【0060】

また、本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属の前記機能層中の濃度は、５〔ｗｔ％〕以上、４０〔ｗｔ％〕以下であることを特徴とする。

【0061】

これにより、機能層の電子供給能が好適な範囲内であるため、良好な発光効率が得られる。

【0062】

また、本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、前記第２金属と同じ種類の金属であることを特徴とする。

【0063】

これにより、同じ原料を用いて第２中間層と機能層とを形成することができるため、製造が容易である。

【0064】

また、本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２金属および、前記ドープされたアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、バリウムであることを特徴とする。

【0065】

これにより、バリウムという汎用性のある材料を用いて第２中間層および機能層を形成することができるため、コスト抑制に資することができる。

【0066】

また、本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第１金属は、ナトリウムであることを特徴とする。

【0067】

これにより、吸湿性が低く酸素との反応性が低いフッ化ナトリウムにより良好な不純物ブロック性を有する第１中間層を備えた有機ＥＬ素子を製造することができる。また、ナトリウムは仕事関数が低く、電子注入性が高いため、発光層へと効果的に電子を供給することができる。

【0068】

以下、具体例を示し、構成および作用・効果を説明する。

【0069】

なお、以下の説明で用いる実施形態は、本発明の一態様に係る構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる例示であって、本発明は、その本質的部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

【0070】

≪実施形態≫
［１．有機ＥＬ素子の構成］
本発明の一態様である実施形態に係る有機ＥＬ素子の構成について、図１を用い説明する。

【0071】

図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を複数備える有機ＥＬ表示パネル１００（図１２参照）の一部拡大断面図であり、１つの有機ＥＬ素子１に相当する部分およびその周辺の断面図である。本実施形態においては、１つの有機ＥＬ素子１は、１つのサブピクセルに対応している。有機ＥＬ素子１は、図１における紙面上側を表示面とする、いわゆるトップエミッション型である。

【0072】

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、第１中間層１８、第２中間層１９、機能層２１、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、第１中間層１８、第２中間層１９、機能層２１、対向電極２２、および封止層２３は、サブピクセル（有機ＥＬ素子１）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。

【0073】

＜基板＞
基板１１は、絶縁材料である基材１１１と、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層１１２とを含む。ＴＦＴ層１１２には、サブピクセル毎に駆動回路が形成されている。基材１１１が形成される材料としては、例えば、ガラスが用いられる。ガラス材料としては、具体的には例えば、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。

【0074】

＜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、サブピクセル毎にコンタクトホールが形成されている。

【0075】

＜画素電極＞
画素電極１３は、導電性の材料からなり、層間絶縁層１２上に形成されている。画素電極１３は、サブピクセル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、陽極として機能しており、有機ＥＬ表示パネル１００がトップエミッション型であるので、光反射性を具備した導電材料により形成されるとよい。光反射性を具備する導電材料としては、金属が挙げられる。具体的には、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）などがある。

【0076】

また、ボトムエミッション型の場合には、画素電極１３は、光透過性を具備するとよい。光透過性を具備する導電材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などがある。

【0077】

＜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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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、開口部１４ａ内において画素電極１３上に設けられている。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）などの金属の酸化物、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形成される。上記の金属酸化物は、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。

【0081】

ここで、正孔注入層１５が遷移金属の酸化物から構成される場合、遷移金属は複数の酸化数をとることが可能であり、これにより複数のエネルギー準位をとることができるため、その結果、正孔注入が容易になり駆動電圧を低減することができる。

【0082】

＜正孔輸送層＞
正孔輸送層１６は、高分子化合物を用い開口部１４ａ内に形成されている。正孔輸送層１６の形成に用いられる高分子化合物としては、具体的には例えば、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ることができる。

【0083】

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。

【0084】

＜発光層＞
発光層１７は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）何れかの発光色に対応した材料を用いて開口部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のうち対応する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、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。

【0085】

＜第１中間層＞
第１中間層１８は、発光層１７上に形成されている。第１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２１や対向電極２２へと侵入するのを防止するための層である。従って、第１中間層１８は、不純物ブロック性を有する材料を含む。第１中間層１８に含まれる不純物ブロック性を有する材料は、例えば、アルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物であり、より具体的には、本実施形態においてはＮａＦ（フッ化ナトリウム）である。第１中間層１８に含まれる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中のアルカリ土類金属を、第１金属とする。

【0086】

また、第１中間層１８は、膜厚Ｄ１〔ｎｍ〕で形成されている。

【0087】

＜第２中間層＞
第２中間層１９は、第１中間層１８上に形成されている。第２中間層１９は、第１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分解する金属（以下、「第２金属」という。）を含む。第１金属とフッ素との結合を分解する第２金属としては、例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられる。本実施形態においては、第２金属は、具体的には、Ｂａ（バリウム）である。

【0088】

また、第２中間層１９は、膜厚Ｄ２〔ｎｍ〕で形成されている。

【0089】

なお、第１中間層１８と第２中間層１９とで、中間層２０を構成している。

【0090】

＜機能層＞
機能層２１は、第２中間層１９上に形成されており、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。機能層２１は、本実施形態においては、電子輸送層であり、有機材料に金属をドープさせて形成される。機能層２１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。有機材料にドープされる金属（以下、「ドープ金属」という。）としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられる。より具体的には、例えば、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、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、リチウムキノリノール等の低仕事関数金属有機錯体などが用いられる。

【0091】

＜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いる。対向電極２２は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の導電性を有する光透過性材料で形成されている。本実施形態においては、対向電極２２は、陰極として機能している。

【0092】

＜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。

【0093】

＜その他＞
なお、図１には図示されていないが、封止層２３の上にカラーフィルターや上部基板を載置し、接合してもよい。上部基板の載置および接合により、水分、空気などから、正孔輸送層１６、発光層１７、機能層２１の保護が図られる。

【0094】

［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機能層２１に到達すると、機能層２１の有機材料にドープされている金属と反応して、機能層２１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。

【0095】

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、上記と同様の問題を引き起こす原因となる。

【0096】

本実施形態に係る有機ＥＬ素子１は、発光層１７と機能層２１との間に、第１中間層１８および第２中間層１９を備えている。第１中間層１８は、ＮａＦを含んでいる。ＮａＦは、吸湿性が低く、アルカリ金属やアルカリ土類金属と比較して酸素との反応性が低いため、良好な不純物ブロック性を有している。よって、第１中間層１８により、発光層１７側からの不純物の侵入が阻害される。これにより、機能層２１に含まれるアルカリ金属やアルカリ土類金属が不純物と反応するのを防いで、機能層２１の電子供給能の低下を抑制することができる。さらには、対向電極２２がＡｌやＭｇＡｇ等の金属から形成されている場合には、不純物による対向電極２２の劣化を防止することができる。

【0097】

その一方で、ＮａＦは電気絶縁性が高いため、対向電極２２および機能層２１から供給される電子の発光層１７への移動を阻害し、発光特性を低下させるという問題がある。

【0098】

本実施形態に係る有機ＥＬ素子１においては、第１中間層１８と機能層２１との間に、第２中間層１９が設けられている。第２中間層１９は、第２金属としてＢａを含んでいる。Ｂａは、第１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（フッ素）との結合を分解する。これにより、第１中間層１８中のＮａＦの一部が乖離し、Ｎａが遊離していてもよい。Ｎａは仕事関数が低く、電子供給能が高いため、機能層２１から発光層１７への電子の移動をアシストし、発光特性の低下を抑制することができる。これと同時に第１中間層１８中の乖離していないＮａＦにより良好な不純物ブロック性を得ることができる。

【0099】

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としては、上記に限られない。第１中間層１８、第２中間層１９、発光層１７、機能層２１等の機能を損なわない限り、何れの機構により第１金属とフッ素との結合が分解されてもよい。

【0100】

このように、第１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機能層２１（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る。そして、第２中間層１９が、第１金属とフッ素との結合を分解する第２金属を含むことにより、第１金属が遊離し、絶縁性の高い第１中間層１８を超えて機能層２１から発光層１７へと電子が移動しやすくなり、良好な発光特性を得ることができる。

【0101】

なお、このとき、実際は、第１中間層１８と第２中間層１９の境界は、明確には分かれておらず、第１中間層１８を形成する材料と、第２中間層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と考えられる。即ち、第１中間層１８および第２中間層１９の膜厚は、それぞれ正確にＤ１、Ｄ２〔ｎｍ〕というわけではなく、その境界がはっきりしていない場合もあると考えられる。このような場合、中間層２０において、第１金属は、機能層２１側よりも発光層１７側において濃度が高く、第２金属は、発光層１７側よりも機能層２１側において濃度が高いということができる。

【0102】

また、ここでは、第１中間層１８および第２中間層１９を形成する際に、それぞれ膜厚がＤ１およびＤ２となるように意図した方法により形成された場合、形成された第１中間層１８および第２中間層１９の膜厚は、それぞれＤ１およびＤ２であるとする。他の層の膜厚についても、同様である。以下、変形例においても、同様である。

【0103】

［３．第２中間層の効果］
図２は、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が互いに異なる４種類の有機ＥＬ表示パネル１００を試験体に用い、それぞれの試験体に電圧を印加して電流密度を測定した結果を示すグラフである。第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０，０．５，１，２〔ｎｍ〕の４種類である。それぞれの試験体に対して印加電圧を変化させ、電流密度の測定を行った。電流密度の測定は、それぞれの試験体に対し複数セル（異なる複数の有機ＥＬ素子１）について行った。

【0104】

なお、上記４つの試験体における第１中間層１８の膜厚Ｄ１は、何れも４〔ｎｍ〕である。

【0105】

図２に示すように、膜厚Ｄ２＝０〔ｎｍ〕の試験体（即ち、第２中間層１９を備えない試験体）と比較して、膜厚Ｄ２＝０．５，１，２〔ｎｍ〕の試験体は、何れも高い電流密度を示した。これは、即ち、第２中間層１９を設けることによって、有機ＥＬ素子１により多くの電流が流れることを示している。言い換えると、第２中間層１９を設けることによって、発光層１７により多くの電流が流れ、有機ＥＬ素子の輝度向上の効果が得られることが確認された。

【0106】

一方、膜厚Ｄ２＝０．５，１，２〔ｎｍ〕の３試験体の中では、膜厚Ｄ２＝２〔ｎｍ〕の試験体が最も高い電流密度を示したものの、膜厚Ｄ２＝０〔ｎｍ〕と０．５〔ｎｍ〕との間の違いに比べると、上記３試験体間の電流密度の差は小さい結果となった。従って、第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０．５〔ｎｍ〕あれば十分であるということができる。

【0107】

［４．第２中間層の膜厚と発光効率比］
図３は、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が互いに異なる６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。第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０，０．１，０．２，０．５，１，２〔ｎｍ〕の６種類である。これら６種類の膜厚で形成された第２中間層１９をそれぞれ有する６種類の有機ＥＬ表示パネルを試験体として、電流密度が１０〔ｍＡ／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。

【0108】

なお、第２中間層１９を備えず、正孔輸送層１６に正孔注入性の低い物質（具体的には、酸化タングステンである。）を用いた有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を、発光効率基準値として用いた。

【0109】

図３に示すように、第２中間層１９の膜厚Ｄ２＝０．２〔ｎｍ〕の試験体が、最も高い発光効率比を示した。そして、膜厚Ｄ２＝２〔ｎｍ〕の試験体では、膜厚Ｄ２＝０〔ｎｍ〕の試験体と略同じ発光効率比であった。これは、正孔輸送層１６から発光層１７へと注入される正孔の量は一定であるため、それよりも過剰な電子が発光層１７へと注入されても、電流の増加に対して輝度は増加せず、結果として発光効率が低下し、発光効率比も低下したためと考えられる。

【0110】

図３に示すように、膜厚Ｄ２＝２〔ｎｍ〕の試験体は、膜厚Ｄ２＝０〔ｎｍ〕の試験体と略同じ発光効率比であったことから、本実施形態においては、０．１≦Ｄ２≦１〔ｎｍ〕が、効果的な膜厚Ｄ２の範囲と言うことができる。また、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が１〔ｎｍ〕以下であれば、有機ＥＬ表示パネル１００がトップエミッション型の場合であっても、第２中間層１９における光吸収量を低く抑えることができ、良好な光取出し性を実現することができる。

【0111】

なお、上記６種類の有機ＥＬ表示パネル試験体においては、第１中間層１８の膜厚Ｄ１＝４〔ｎｍ〕である。

【0112】

［５．第１中間層の膜厚と保管安定性］
図４（ａ）は、第１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を試験体に用いて行った保管安定性試験の結果を示すグラフである。保管安定性は、高温保管後の輝度保持率を用いて評価した。保管安定性試験に用いた試験体における第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、１，４，１０〔ｎｍ〕である。保管安定性試験は、次のようにして行った。先ず、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、輝度保持率（初期輝度に対する高温保管後の輝度の割合〔％〕）をそれぞれの試験体について算出し、その結果をグラフにプロットしたのが図４（ａ）である。

【0113】

図４（ａ）に示すように、第１中間層１８の膜厚Ｄ１＝１〔ｎｍ〕の場合、輝度保持率が５９〔％〕であり、良好な保管安定性を得ることができなかった。膜厚Ｄ１＝４〔ｎｍ〕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た。従って、第１中間層１８の膜厚が４〔ｎｍ〕以上であれば、良好な保管安定性を得ることができると言える。

【0114】

なお、膜厚Ｄ１＝１０〔ｎｍ〕の試験体で、輝度保持率が１００〔％〕を超える結果となったが、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であると考えられる。

【0115】

［６．第１中間層の膜厚と発光効率比］
図４（ｂ）は、第１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。発光効率比は、図３に示す発光効率比の場合と同様に、電流密度が１０〔ｍＡ／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。

【0116】

図４（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＝１〔ｎｍ〕および１０〔ｎｍ〕の試験体は、ほぼ同じ発光効率比を示した。この結果から、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が、１〔ｎｍ〕よりも薄い場合および１０〔ｎｍ〕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、第１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、機能層２１から発光層１７への電子の移動があまり促進されなくなるためであると考えられる。また、第１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働いてしまい、発光効率が低下するためであると考えられる。従って、第１中間層１８の膜厚Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下が望ましいと言える。

【0117】

［７．第１中間層の膜厚に対する第２中間層の膜厚の割合と発光効率比］
以上説明したように、第１中間層１８の膜厚Ｄ１については、不純物ブロック性を確保するための最低限の膜厚が必要である。一方で、Ｄ１が厚くなりすぎると、絶縁膜としての性質が強くなって発光層１７へと電子が注入されにくくなり、十分な輝度が得られなくなる。

【0118】

また、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が薄すぎると、第２中間層１９に含まれる第２金属（本実施形態ではＢａ）が、第１中間層１８に含まれる第１金属（本実施形態ではＮａ）を十分に遊離させることができず、発光層１７に十分な電子を供給することができない。一方で、Ｄ２が厚くなりすぎると、発光層１７に供給される正孔の量に対して過剰な電子が発光層に供給されることとなり、発光効率が低下する。

【0119】

さらには、第１中間層１８の膜厚Ｄ１に対して第２中間層１９の膜厚Ｄ２が厚すぎると、第２金属が第１金属を過剰に遊離させて、第１金属のフッ化物（本実施形態ではＮａＦ）が減少する結果、第１中間層１８の不純物ブロック性が十分でなくなる虞がある。

【0120】

以上の結果から、本願発明者らは、第１中間層１８および第２中間層１９は、それぞれの膜厚の好適な値の範囲が存在するのみならず、膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ２との割合にも好適な値の範囲が存在するのではないかと考えた。そこで、本願発明者らは、膜厚Ｄ１に対する膜厚Ｄ２の比を変えて、発光効率比がどのように異なるかを調べた。その結果を、図５（ａ）および（ｂ）に示す。図５（ａ）に示す試験体と、図５（ｂ）に示す試験体とでは、正孔輸送層１６に用いられた正孔輸送物質が異なる以外は、基本的な構成は同じである。図５（ａ）の試験体の正孔輸送層１６に用いられた正孔輸送物質Ａは、図５（ｂ）の試験体の正孔輸送層１６に用いられた正孔輸送物質Ｂよりも、正孔供給能が高い。

【0121】

図５（ａ）は、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝１．２５，２．５，５，２５，３７．５〔％〕の５種類の試験体について発光効率比をプロットしたグラフである。図５（ｂ）は、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝０，１．２５，５，１２．５，２５〔％〕の５種類の試験体について発光効率をプロットしたグラフである。

【0122】

図５（ｂ）に示すように、正孔供給能が比較的低い正孔輸送物質Ｂを用いた場合、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝３〜５〔％〕のところに、発光効率比のピークが観察された。図５（ａ）に示すように、正孔供給能が比較的高い正孔輸送物質Ａを用いた場合、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝２０〜２５〔％〕のところに、発光効率比のピークが観察された。

【0123】

以上の結果から、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝３〜２５〔％〕であれば、発光効率比が好適である、即ち、良好な発光効率が得られることがわかった。

【0124】

なお、先に述べたように、実際には、第１中間層１８と第２中間層１９の境界は、明確には分かれておらず、第１中間層１８を形成する材料と、第２中間層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と考えられる。そのような場合には、中間層２０において、第１金属と第２金属の成分比（モル比）が、１〔％〕≦第２金属／第１金属≦１０〔％〕であれば、良好な発光効率が得られると考えられる。

【0125】

［８．電子輸送層のドープ金属濃度と発光効率比］
図６は、機能層２１のドープ金属濃度の違いによる発光効率比の違いを示すグラフである。ドープ金属は、ここではＢａ（バリウム）であり、ドープ金属濃度は５，２０，４０〔ｗｔ％〕の３種類である。なお、ここでの試験体における第１中間層１８の膜厚Ｄ１＝４〔ｎｍ〕であり、第２中間層１９の膜厚Ｄ２＝０．２〔ｎｍ〕である。

【0126】

図６に示すように、ドープ金属濃度が２０[ｗｔ％]の試験体が最も高い発光効率比を示した。また、３種類の試験体いずれもが発光効率比が１以上であり、発光効率基準値よりも良好な発光効率を示したことから、機能層２１におけるドープ金属濃度が５〜４０[ｗｔ％]の範囲内であれば、良好な発光効率が得られることがわかった。

【0127】

［９．有機ＥＬ素子の製造方法］
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１の製造方法について図７〜図１１を用いて以下に説明する。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。

【0128】

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：Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌｅｔｈｅｒ ａｃｅｔａｔｅ：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）に溶解させた層間絶縁層用溶液を基板１１上へ塗布し、成膜する。そしてその後、焼成を行う（図１１のステップＳ３）。焼成は、例えば、１５０℃以上２１０℃以下の温度で１８０分間行う。

【0129】

なお、図７〜図１０に示す断面図および図１１の工程図には現れないが、このとき、層間絶縁層１２の各開口部１４ａ（が形成される予定の領域）の間に該当する位置にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、パターン露光と現像を行うことにより形成する。層間絶縁層１２は焼成により硬くなるため、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。

【0130】

次に、図７（ｂ）に示すように、真空蒸着法またはスパッタ法に基づき、厚み１５０〔ｎｍ〕程度の金属材料からなる画素電極１３を、サブピクセル毎に形成する（図１１のステップＳ４）。

【0131】

続いて、画素電極１３および層間絶縁層１２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（Ｇａｍｍａ−Ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ：γ-ブチロラクトン）の混合溶媒）に溶解させた溶液を画素電極１３および層間絶縁層１２上にスピンコート法などを用いて一様に塗布し、形成する。

【0132】

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

【0133】

また、隔壁層１４の形成工程においては、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するか、プラズマ処理を施してもよい。これは、開口部１４ａに塗布するインク（溶液）に対する隔壁層１４の接触角を調節する目的で、あるいは、表面に撥水性（撥液性）を付与する目的で行われる。

【0134】

そして、図８（ｂ）に示すように、マスク蒸着法やインクジェットによる塗布法により、開口部１４ａ内に正孔注入層１５を製膜し、焼成する（図１１のステップＳ７）。

【0135】

次に、図８（ｃ）に示すように、隔壁層１４が規定する開口部１４ａ内に正孔輸送層１６の構成材料を含むインクを塗布し、焼成（乾燥）を経て、正孔輸送層１６を形成する（図１１のステップＳ８）。

【0136】

同様に、図９（ａ）に示すように、発光層１７の構成材料を含むインクの塗布および焼成（乾燥）により開口部１４ａ内に発光層１７を形成する（図１１のステップＳ９）。

【0137】

続いて、図９（ｂ）に示すように、発光層１７および隔壁層１４の上に、真空蒸着法などにより、第１中間層１８を膜厚Ｄ１で成膜する（図１１のステップＳ１０）。

【0138】

そして、図９（ｃ）に示すように、第１中間層１８の上に、真空蒸着法などにより、第２中間層１９を膜厚Ｄ２で成膜する（図１１のステップＳ１１）。第１中間層１８と第２中間層１９とで、中間層２０を構成する。

【0139】

次に、図１０（ａ）に示すように、第２中間層１９の上に、機能層２１を構成する材料を用いて真空蒸着法により成膜し、機能層２１を形成する（図１１のステップＳ１２）。

【0140】

続いて、図１０（ｂ）に示すように、機能層２１の上に、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の材料を用い、真空蒸着法、スパッタ法等により、対向電極２２を成膜する（図１１のステップＳ１３）。

【0141】

そして、図１０（ｃ）に示すように、対向電極２２の上に、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の光透過性材料を用いてスパッタ法、ＣＶＤ法等により封止層２３を形成する（図１１のステップＳ１４）。

【0142】

以上の工程を経ることにより有機ＥＬ素子１および有機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ーや上部基板を載置し、接合してもよい。

【0143】

［１０．有機ＥＬ表示装置の全体構成］
図１２は、有機ＥＬ素子１を複数有する有機ＥＬ表示パネル１００を備えた有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示す模式ブロック図である。図１２に示すように、有機ＥＬ表示装置１０００は、有機ＥＬ表示パネル１００と、これに接続された駆動制御部２００とを有し構成されている。有機ＥＬ表示パネル１００は、有機材料の電界発光現象を利用した表示パネルであり、複数の有機ＥＬ素子１が、例えば、マトリクス状に配列されて構成されている。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。

【0144】

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。

【0145】

［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子１の構成によれば、第１中間層１８により発光層１７側からの機能層２１や対向電極２２への不純物の侵入を防止することができる。加えて、第２中間層１９により対向電極２２側から発光層１７への電子注入を促進することができる。これにより、良好な保管安定性と発光特性を実現することができる。

【0146】

また、第１中間層１８の膜厚Ｄ１と第２中間層１９の膜厚Ｄ２とが、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすため、良好な発光効率を実現することができる。

【0147】

さらに、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が、１〔ｎｍ〕以下であるため、トップエミッション型の場合においても、第２中間層１９における光吸収量を低く抑えることができ、良好な光取出し性を実現することができる。

【0148】

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において条件を満たしていなくてもよい。少なくとも平面視でのサブピクセルの中央部における膜厚が、上記説明における膜厚の条件を満たしていればよい。サブピクセルの一部領域（例えば、隔壁層１４に近接した領域や、隔壁層１４に一部乗り上げて形成されている領域）において、上記膜厚条件を満たさない部分があってもよい。

【0149】

［変形例］
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することが出来る。

【0150】

（変形例１）上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１が、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、機能層２１を備えた構成について説明したが、これに限られない。例えば、これらのうちいずれか１つ以上の層、または全部を備えない構成としてもよい。

【0151】

（変形例２）さらには、電子注入層や、透明導電層などの他の層をさらに含む構成とすることもできる。電子注入層を備える場合には、電子注入層と電子輸送層とをまとめて、機能層として扱ってもよい。また、電子輸送層を備えず、電子注入層を備える場合には、電子注入層を機能層として扱ってもよい。

【0152】

（変形例３）上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１の基材１１１を構成する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に用いられる樹脂としては、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に用いられるセラミックとしては、例えば、アルミナ等が挙げられる。

【0153】

（変形例４）上記実施形態においては、画素電極１３が陽極で、対向電極２２が陰極であったが、これに限られない。画素電極１３が陰極で、対向電極２２が陽極である構成としてもよい。その場合は、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が配され、開口部１４ａ内において、画素電極１３の上に、機能層２１、第２中間層１９、第１中間層１８、発光層１７がこの順に配される。そして、その上に、正孔輸送層１６、正孔注入層１５が配され、さらにその上に、陽極としての対向電極２２が配される構成となる。

【0154】

そして、本変形例に係る有機ＥＬ表示パネルがトップエミッション型の場合、陽極としての対向電極２２は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の導電性を有する光透過性材料で形成される。そして、陰極としての画素電極１３は、Ａｇ、Ａｌ、アルミニウム合金、Ｍｏ、ＡＰＣ、ＡＲＡ、ＭｏＣｒ、ＭｏＷ、ＮｉＣｒ等の光反射性を具備した導電材料により形成されるとよい。

【0155】

また、本変形例に係る有機ＥＬ表示パネルがボトムエミッション型の場合は、上記とは逆で、陽極としての対向電極２２が、導電性を有する光透過性材料から形成され、陰極としての画素電極１３が、光反射性を具備した導電材料により形成されるとよい。

【産業上の利用可能性】

【0156】

本発明の有機ＥＬ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等として用いられる有機ＥＬ素子および有機ＥＬ表示パネルの製造方等に好適に利用可能である。

【符号の説明】

【0157】

１ 有機ＥＬ素子
１３ 画素電極（陽極）
１７ 発光層
１８ 第１中間層
１９ 第２中間層
２０ 中間層
２１ 機能層（電子輸送層）
２２ 対向電極（陰極）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】