(57)【要約】  低電圧で駆動できるとともに優れた発光効率を実現できる有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置を提供する。  基板１０、第１電極２０、補助配線３０、ホール注入層４０、機能層および第２電極９０を具備し、ホール注入層４０および第２電極９０の各々は、第１電極２０の上方および補助配線３０の上方に連続して形成され、第２電極９０と補助配線３０とは、ホール注入層４０を介して電気接続された有機ＥＬ表示パネル１１０において、ホール注入層４０は金属酸化物膜であり、金属酸化物を構成する金属原子がその取り得る最大価数の状態およびそれよりも低い価数の状態で金属酸化物膜に含まれ、かつ、金属酸化物膜は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである金属酸化物の結晶１３を含む。
2012153445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上または前記基板内に形成された第１電極と、
前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して形成された補助配線と、
前記第１電極の上方に形成され、少なくとも発光層を含む機能層と、
前記機能層と前記第１電極との間に介在し前記機能層へのホール注入を行うホール注入層と、
前記機能層の上方に形成された第２電極と、を具備し、
前記ホール注入層および前記第２電極の各々は、前記第１電極の上方および前記補助配線の上方にも連続して形成され、
前記第２電極と前記補助配線とは、前記ホール注入層を介して電気接続され、
前記ホール注入層は金属酸化物膜を含んで構成され、
前記金属酸化物を構成する金属原子は、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれ、かつ、
前記金属酸化物膜は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶を含む、
有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２】
前記第２電極は、透明電極である、
請求項１に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３】
前記透明電極は、ＩＴＯまたはＩＺＯである、
請求項２に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項４】
前記第２電極は、ＡｌまたはＡｇを主成分とする、
請求項１に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項５】
前記第１電極の上方および前記補助配線の上方に連続して形成された金属層を有し、
前記金属層は、
前記第１電極の上方では、前記第２電極と前記発光層との間に介在し、
前記補助配線の上方では、前記第２電極と前記ホール注入層との間に介在する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項６】
前記金属層は、前記第１電極の上方にて、前記第２電極から前記発光層に電子を注入する電子注入層である、
請求項５に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項７】
前記金属層がＢａを含んでなる、
請求項６に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項８】
前記補助配線は、ＩＴＯまたはＩＺＯである、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項９】
前記第１電極の上方に形成されたホール注入層と同一層のホール注入層が、前記補助配線の上方に形成されている、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１０】
少なくとも前記補助配線上に形成されるホール注入層の膜厚が４ｎｍ以上である、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１１】
前記第１電極を露出させた開口部および前記補助配線を露出させた領域を有する隔壁が、前記ホール注入層上に形成され、
前記発光層は、前記第１電極の上方であって前記隔壁の開口部内に形成されている
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１２】
前記第１電極は画素単位に複数配置され、
前記隔壁の開口部は、前記複数の第１電極の各々に対応して形成されている、
請求項１１に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１３】
前記第１電極は画素単位に複数配置され、
前記隔壁の開口部は、前記複数配置された第１電極のラインごとに、対応して形成されている、
請求項１１に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１４】
前記ホール注入層と前記第１電極との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記第１電極の最高被占軌道の結合エネルギーの差が±０．３ｅＶ以内である、
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１５】
前記ホール注入層の膜厚は２ｎｍ以上である、
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１６】
前記ホール注入層は、ＵＰＳスペクトルにおいて、価電子帯で最も低い結合エネルギーより１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に、隆起した形状を有する、
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１７】
前記ホール注入層は、ＸＰＳスペクトルにおいて、価電子帯で最も低い結合エネルギーより１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に、隆起した形状を有する、
請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１８】
前記ホール注入層は、ＵＰＳスペクトルの微分スペクトルにおいて、価電子帯で最も低い結合エネルギーより２．０〜３．２ｅＶ低い結合エネルギー領域に亘り、指数関数とは異なる関数として表される形状を有する、
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項１９】
前記ホール注入層における前記占有準位は、価電子帯で最も低い結合エネルギーより２．０〜３．２ｅＶ低い結合エネルギー領域内に存在している、
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２０】
前記占有準位の存在によって、前記ホール注入層と前記機能層との積層界面において、前記機能層の最高被占軌道の結合エネルギーが、前記占有準位の結合エネルギーの近傍に位置づけられている、
請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２１】
前記ホール注入層と前記機能層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記機能層の最高被占軌道の結合エネルギーの差が±０．３ｅＶ以内である、
請求項２０に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２２】
前記占有準位の存在によって、前記第１電極と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記第１電極のフェルミレベルの近傍に位置づけられている、
請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２３】
前記第１電極と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記第１電極のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である、
請求項２２に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２４】
前記占有準位の存在によって、前記補助配線と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記補助配線のフェルミレベルの近傍に位置づけられている、
請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２５】
前記補助配線と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記補助配線のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である、
請求項２４に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２６】
前記占有準位の存在によって、前記ホール注入層と前記第２電極との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記第２電極のフェルミレベルの近傍に位置づけられている、
請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２７】
前記ホール注入層と前記第２電極との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記第２電極のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である、
請求項２６に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２８】
前記占有準位の存在によって、前記ホール注入層と前記電子注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記電子注入層のフェルミレベルの近傍に位置づけられている、
請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項２９】
前記ホール注入層と前記電子注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記電子注入層のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である、
請求項２８に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３０】
前記金属酸化物は酸化タングステンであり、
前記最大価数の状態の前記金属原子は６価のタングステン原子である、
請求項１に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３１】
前記最大価数よりも低い価数の前記金属原子は５価のタングステン原子である、
請求項３０に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３２】
前記５価のタングステン原子の数を、前記６価のタングステン原子の数で割った値であるＷ5+／Ｗ6+が３．２％以上である、
請求項３１に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３３】
前記Ｗ5+／Ｗ6+が３．２％以上７．４％以下である、
請求項３２に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３４】
前記酸化タングステンで構成されるホール注入層の硬Ｘ線光電子分光スペクトルにおいて、６価のタングステン原子の４ｆ7/2準位に対応した第１成分よりも低い結合エネルギー領域に第２成分が存在する、
請求項３０に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３５】
前記第２成分は、前記第１成分のピークトップの結合エネルギーよりも０．３〜１．８ｅＶ低い結合エネルギー領域に存在する、
請求項３４に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３６】
前記第２成分の面積強度は、前記第１成分の面積強度に対して、３．２〜７．４％である、
請求項３４または３５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３７】
前記最大価数よりも低いタングステン原子の存在によって、前記酸化タングステンで構成されるホール注入層の電子状態において、価電子帯で最も低い結合エネルギーより１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に占有準位を有している、
請求項３０から請求項３６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３８】
前記酸化タングステンで構成されるホール注入層は、粒径が５〜１０ナノメートルの大きさである前記酸化タングステンの結晶を複数個含む、
請求項３０から請求項３７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項３９】
前記酸化タングステンで構成されるホール注入層の透過型電子顕微鏡観察による格子像において、１．８５〜５．５５Åの間隔で規則的に配列した線状構造が現れる、
請求項３０から請求項３８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項４０】
前記格子像の２次元フーリエ変換像において、当該２次元フーリエ変換像の中心点を中心とした同心円状の明部が現れる、
請求項３９に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項４１】
前記中心点からの距離と、前記距離における前記２次元フーリエ変換像の輝度を規格化した数値である規格化輝度との関係を表すプロットにおいて、前記規格化輝度のピークが、中心点以外に１つ以上現れる、
請求項４０に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項４２】
前記プロットにおける前記中心点から最も近くに現れる前記規格化輝度のピークトップの位置に対応する前記距離と、前記規格化輝度のピークの立ち上がり位置に対応する前記距離との差をピーク幅とし、
前記ピークトップの位置に対応する前記距離を１００としたときの前記ピーク幅が２２よりも小さい、
請求項４１に記載の有機ＥＬ表示パネル。
【請求項４３】
基板と、
前記基板上または前記基板内に形成された第１電極と、
前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して形成された配線と、
前記第１電極の上方に形成され、有機材料を含む有機層と、
前記有機層と前記第１電極との間に介在し、金属酸化物を含む金属酸化物膜と、
前記有機層の上方に形成された第２電極と、を具備し、
前記金属酸化物膜および前記第２電極の各々は、前記第１電極の上方および前記配線の上方にも連続して形成され、
前記第２電極と前記配線とは、前記金属酸化物膜を介して電気接続され、
前記金属酸化物を構成する金属原子は、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれ、かつ、
前記金属酸化物膜は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶を含む、
有機ＥＬ表示パネル。
【請求項４４】
基板上または基板内に第１電極を形成する第１工程と、
前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して補助配線を形成する第２工程と、
前記第１電極の上方及び前記補助配線の上方に連続したホール注入層を形成する第３工程と、
前記第１電極の上方に少なくとも発光層を含む機能層を形成する第４工程と、
前記機能層の上方および前記補助配線上の前記ホール注入層の上方に連続した第２電極を形成する第５工程と、を具備し、
前記第２電極と前記補助配線とは、前記ホール注入層を介して電気接続され、
前記第３工程において、
前記ホール注入層は、金属酸化物膜を含んで構成され、
前記金属酸化物を構成する金属原子が、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれるように、かつ、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶が含まれるように、前記金属酸化物膜を形成する、
有機ＥＬ表示パネルの製造方法。
【請求項４５】
前記第３工程と前記第４工程との間に、前記第１電極上方の前記ホール注入層を露出させた開口部及び前記補助配線を露出させた領域を有する隔壁を前記ホール注入層上に形成する工程を、さらに具備し、
前記第４工程において、前記機能層は前記隔壁の前記開口部内に形成される、
請求項４４に記載の有機ＥＬ表示パネルの製造方法。
【請求項４６】
前記第３工程において、前記第１電極の上方に形成されたホール注入層と同一層のホール注入層が前記補助配線の上方に形成される、
請求項４４または請求項４５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネルの製造方法。
【請求項４７】
前記第３工程において、
前記金属酸化膜は、酸化タングステン膜であり、
アルゴンガスと酸素ガスからなるスパッタガス、および、タングステンからなるターゲットを用い、前記スパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であるとともに、前記スパッタガスの全圧に対する前記酸素ガス分圧の割合が５０％以上７０％以下であり、かつ、前記ターゲットの単位面積当たりの投入電力である投入電力密度が１．５Ｗ／ｃｍ2以上６．０Ｗ／ｃｍ2以下であり、かつ、前記スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／投入電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも大きい成膜条件下で、前記酸化タングステン膜を成膜する、
請求項４４〜４６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネルの製造方法。
【請求項４８】
前記第３工程において、
前記全圧／投入電力密度が３．２Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも小さい、
請求項４７に記載の有機ＥＬ表示パネルの製造方法。
【請求項４９】
基板上または基板内に第１電極を形成する第１工程と、
前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して配線を形成する第２工程と、
前記第１電極の上方及び前記配線の上方に連続した金属酸化物を含む金属酸化物膜を形成する第３工程と、
前記第１電極の上方に有機材料を含む有機層を形成する第４工程と、
前記有機層の上方および前記配線上の前記金属酸化物膜の上方に連続した第２電極を形成する第５工程と、を具備し、
前記第２電極と前記配線とは、前記金属酸化物膜を介して電気接続され、
前記第３工程において、
前記金属酸化物を構成する金属原子が、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれるように、かつ、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶が含まれるように、前記金属酸化物膜を形成する、
有機ＥＬ表示パネルの製造方法。
【請求項５０】
請求項１から請求項４９のいずれか１項に記載の有機ＥＬ表示パネルを備える有機ＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的発光素子である有機電界発光素子（以下「有機ＥＬ素子」と称する）を用いた有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体を用いた各種機能素子の研究開発が進められており、代表的な機能素子として有機ＥＬ素子が挙げられる。有機ＥＬ素子は、電流駆動型の発光素子であり、陽極および陰極とからなる一対の電極対の間に有機材料からなる発光層を含む機能層を設けた構成を有する。そして、電極対間に電圧を印加し、陽極から機能層に注入されるホールと陰極から機能層に注入される電子とを再結合させ、これにより発生する電界発光現象によって発光する。有機ＥＬ素子は、自己発光を行うため視認性が高くかつ完全固体素子であるため耐衝撃性に優れることから、各種有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置における発光素子や光源としての利用が注目されている。【０００３】
有機ＥＬ素子の発光光率を向上させるためには、電極から機能層へキャリア（ホールおよび電子）を効率よく注入することが重要である。一般に、キャリアを効率よく注入するためには、それぞれの電極と機能層との間に注入の際のエネルギー障壁を低くするための注入層を設けるのが有効である。このうち機能層と陽極との間に配設されるホール注入層には、銅フタロシアニンやＰＥＤＯＴ（導電性高分子）などの有機物、酸化モリブデンや酸化タングステンなどの金属酸化物が用いられている。また、機能層と陰極との間に配設される電子注入層には、金属錯体やオキサジアゾールなどの有機物、バリウムなどの金属が用いられている。【０００４】
中でも、酸化モリブデンや酸化タングステンなどの金属酸化物をホール注入層として用いた有機ＥＬ素子に関しては、ホール注入効率の改善や寿命の改善が報告されており（特許文献１、２、非特許文献１）、その改善にはホール注入層表面における金属酸化物の酸素欠陥に類する構造により形成される電子準位が影響しているとの報告がある（非特許文献２）。【０００５】
一方、有機ＥＬ表示パネルの大判化に伴い、パネルを構成する各有機ＥＬ画素の、電極から電源に繋がる配線部の低抵抗化が必要とされている。特に、トップエミッション型のアクティブマトリクス有機ＥＬ表示パネルにおいては、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明電極材料を共通電極に用いる必要があるが、これらは比較的高抵抗のため、配線部としてはなるべく多用しないのが望ましい。【０００６】
これについて、例えば、特許文献３には、トップエミッション型の有機ＥＬ素子として、第２電極（共通電極）が補助配線に接続された構造の配線部を有する有機ＥＬ素子が開示されており、比較的高抵抗の共通電極の使用をなるべく抑えた配線部を実現している。ここで、補助配線とは、電源から共通電極へ電子を供給する構造を有する低抵抗配線のことである。【０００７】
補助配線は、発光部を遮らないよう非発光部に設けるのが好ましい。また、補助配線を非発光部に設ける場合、共通電極の上部と下部のどちらに設けてもよいが、下部に設ける構造は、薄膜トランジスタや画素電極などの形成工程を利用して補助配線も同時に形成できるため、より好ましい構造であると言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２０３３３９号公報
【特許文献２】特開２００７−２８８０７４号公報
【特許文献３】特開２００２−３１８５５６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊｉｎｇｚｅ  Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ  １５１，１４１（２００５）．
【非特許文献２】Ｋａｎａｍｅ  Ｋａｎａｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  １１，１８８（２０１０）．
【非特許文献３】Ｍ．  Ｓｔｏｌｚｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ４０９，２５４（２００２）．
【非特許文献４】渡邊寛己  他，有機ＥＬ討論会第７回例会予稿集  １７（２００８）．
【非特許文献５】Ｉ．Ｎ．Ｙａｋｏｖｋｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ６０１，１４８１（２００７）．
【非特許文献６】Ｈｙｕｎｂｏｋ  Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９３，０４３３０８（２００８）．
【非特許文献７】中山泰生  他，有機ＥＬ討論会第７回例会予稿集  ５（２００８）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の金属酸化物膜を形成する方法としては、蒸着法またはスパッタ法が一般的に用いられている。この場合、金属酸化物膜を成膜する時点で既に先に基板に成膜されている層等の耐熱性を考慮して、通常２００℃以下の低温の基板温度で成膜が行われている。【００１１】
ここで、一般にスパッタ法において低い基板温度で成膜を行うと、スパッタされ基板に到達した金属酸化物粒子の基板表面での拡散が抑えられるため、秩序性の低いアモルファス構造の金属酸化物膜が形成されやすい。さらに、低い基板温度で成膜を行った場合、膜組成や膜厚の均一性を保持することが困難であることも報告されている（非特許文献３）。【００１２】
金属酸化物膜がアモルファス構造である場合、注入されたホールを受容する膜中の部位、例えば酸素欠陥に類する部位が散在しているため、膜中のホールの伝導は、この散在した部位同士の間をホールがホッピングすることによって行われる。しかし、これを有機ＥＬ素子の駆動に利用するためには、有機ＥＬ素子に高い駆動電圧を印加する必要がある。すなわち、ホッピング伝導ではホール伝導効率が低いため、素子の駆動電圧が増大するという問題がある。【００１３】
一方、共通電極の下部に補助配線を有する有機ＥＬ素子においては、一般には画素電極（陽極）と補助配線を同一膜で形成した後パターニングを行う。その後、ホール注入層を積層する。【００１４】
ここで、銅フタロシアニンやＰＥＤＯＴなどのホール注入層は、補助配線の上には形成しないことが望まれる。なぜなら、これらのホール注入層は一般に高抵抗であるばかりでなく、補助配線の上に形成すると、補助配線から共通電極への電子の供給を阻害するからである。【００１５】
具体的には、これらのホール注入層は、その最高被占軌道の結合エネルギーが、一般に陽極に使われるＩＴＯなどのフェルミレベルに近接するように設計されており、逆に最低空軌道の結合エネルギーは、当該フェルミレベルからは相当離れている。このため、陽極からこれらのホール注入層へは、ホール注入は比較的容易であるものの、電子注入は困難である。このことは発光部においては有利に働くが、補助配線と共通電極の接続部においては、陽極と同一の材料を用いた補助配線から、これらのホール注入層を介しての共通電極への電子の供給が出来ず、配線部の高抵抗化の原因となる。【００１６】
またホール注入層に用いられる材料の中には、電子に対して化学的に不安定で、長時間電子を流し続けるとそれ自身が分解、劣化するものも多く、結果としてパネル特性の低下を招く恐れがある。【００１７】
そこで、これらのホール注入層は、パターニング成膜により、補助配線の上には形成されないようにする必要がある。このようなパターニング成膜の方法としては、１）マスク蒸着やスクリーン印刷、インクジェット印刷等を用いて、画素電極上に選択成膜する方法と、２）全面成膜形成した後に、フォトリソグラフィやドライエッチング等を用いて、補助配線上のみを選択除去する方法とがある。しかしながら、いずれの方法によっても、工程数の増加は製造コストを増大させ、またパーティクルの増加などに繋がり歩留まりの低下を招く。さらにパターニングの際のレジスト残渣等が補助配線上に抵抗成分として残り、配線部の更なる高抵抗化に繋がる恐れがある。【００１８】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであって、低電圧で駆動できるとともに優れた発光効率を実現できる有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置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】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルは、基板と、前記基板上または前記基板内に形成された第１電極と、前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して形成された補助配線と、前記第１電極の上方に形成され、少なくとも発光層を含む機能層と、前記機能層と前記第１電極との間に介在し前記機能層へのホール注入を行うホール注入層と、前記機能層の上方に形成された第２電極と、を具備し、前記ホール注入層および前記第２電極の各々は、前記第１電極の上方および前記補助配線の上方にも連続して形成され、前記第２電極と前記補助配線とは、前記ホール注入層を介して電気接続され、前記ホール注入層は金属酸化物膜を含んで構成され、前記金属酸化物を構成する金属原子は、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれ、かつ、前記金属酸化物膜は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶を含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置は、ホール注入層を、金属酸化物を含む金属酸化物膜で構成するとともに、当該金属酸化物を構成する金属原子を、最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態とすることで、金属酸化物膜中にホールおよび電子の伝導部位を持たせることができる。これに加え、当該ホール注入層の膜中に、粒径がナノメートルオーダーの大きさである金属酸化物結晶を含むことで、ホールおよび電子の伝導部位を多く持つ、結晶の表面や粒界が、ホール注入層内に数多く形成される。【００２１】
ホール注入層がこのような構成を有していることから、画素部のホール注入層と機能層との間のホール注入障壁を小さく抑えることができると共に、画素部の画素電極とホール注入層、および配線部の補助配線とホール注入層、ホール注入層と共通電極の間においては、ほとんど障壁なくキャリアの授受ができる。さらに、画素部においては、ホール注入層の膜厚方向にホールの伝導経路が張り巡らされているので、効率的なホール伝導を実現でき、配線部においては、ホール注入層中の前記伝導経路を電子が容易に移動できるので、配線部の良好な低抵抗を維持することができる。以上のことから、低い駆動電圧を実現できるとともに優れた発光効率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルを説明するための図である。
【図２】本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法を説明する断面図である。
【図５】ホールオンリー素子１Ｂの構成を示す模式的な断面図である。
【図６】ホール注入層の成膜条件に対するホールオンリー素子の駆動電圧の依存性を示すグラフである。
【図７】ホールオンリー素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図８】評価デバイスとしての有機ＥＬ素子１の構成を示す模式的な断面図である。
【図９】有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図１０】有機ＥＬ素子の電流密度と発光強度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図１１】光電子分光測定用のサンプルの構成を示す模式的な断面図である。
【図１２】酸化タングステン層のＵＰＳスペクトルを示す図である。
【図１３】酸化タングステン層のＵＰＳスペクトルを示す図である。
【図１４】図１３のＵＰＳスペクトルの微分曲線を示す図である。
【図１５】大気曝露した酸化タングステン層のＵＰＳスペクトルを示す図である。
【図１６】本発明の酸化タングステン層のＵＰＳスペクトルおよびＸＰＳスペクトルを併せて示す図である。
【図１７】本発明の酸化タングステン層とα−ＮＰＤ層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図１８】ホール注入層と機能層の注入サイトの効果を説明するための図である。
【図１９】成膜条件ｃの酸化タングステン層とα−ＮＰＤ層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２０】純水洗浄したＩＺＯ陽極と機能層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２１】純水洗浄後ドライエッチング処理したＩＺＯ陽極と機能層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２２】ＩＰＡ洗浄したＩＴＯ陽極と機能層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２３】ＩＰＡ洗浄後酸素プラズマ処理したＩＴＯ陽極と機能層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２４】純水洗浄したＩＺＯ陽極と本発明のホール注入層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２５】純水洗浄後ドライエッチング処理したＩＺＯ陽極と本発明のホール注入層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２６】ＩＰＡ洗浄したＩＴＯ陽極と本発明のホール注入層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２７】ＩＰＡ洗浄後酸素プラズマ処理したＩＴＯ陽極と本発明のホール注入層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２８】アルミニウム陽極と本発明のホール注入層の界面エネルギーダイアグラムである。
【図２９】ホールオンリー素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図３０】有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図３１】酸化タングステン層のＨＸＰＳ測定によるＷ５ｐ3/2、Ｗ４ｆ5/2、Ｗ４ｆ7/2に帰属されるスペクトルを示す図である。
【図３２】図９に示すサンプルＡに係るピークフィッティング解析結果を示す図（ａ）と、サンプルＥに係るピークフィッティング解析結果を示す図（ｂ）である。
【図３３】酸化タングステン層のＵＰＳスペクトルを示す図である。
【図３４】三酸化タングステン結晶の構造を説明するための図である。
【図３５】酸化タングステン層の断面ＴＥＭ写真である。
【図３６】図３５に示すＴＥＭ写真の２次元フーリエ変換像を示す図である。
【図３７】図３６に示す２次元フーリエ変換像から輝度変化プロットを作成する過程を説明する図である。
【図３８】サンプルＡ、Ｂ、Ｃにおける２次元フーリエ変換像と輝度変化プロットを示す図である。
【図３９】サンプルＤ、Ｅにおける２次元フーリエ変換像と輝度変化プロットを示す図である。
【図４０】サンプルＡ、Ｅの輝度変化プロット（（ａ）、（ｂ））と、各輝度変化プロットにおける中心点から最も近くに現れるピーク付近の拡大図（（ａ１）、（ｂ１））と、（ａ１）および（ｂ１）の各輝度変化プロットの１次微分を示す図（（ａ２）、（ｂ２））である。
【図４１】酸化タングステン層が、主にナノクリスタル構造で形成される場合のホール伝導を模式的に示す図（ａ）と、主にアモルファス構造で形成される場合のホール伝導を模式的に示す図（ｂ）である。
【図４２】実施の形態２に係る有機ＥＬパネルの構成を示す模式的な断面図（ａ）と、ホール注入層付近の部分拡大図（ｂ）である。
【図４３】実施の形態２に係る有機ＥＬパネルの製造方法を説明する工程図である。
【図４４】実施の形態２に係る有機ＥＬパネルの製造方法を説明する工程図である。
【図４５】実施の形態２に係る有機ＥＬパネルの製造方法を説明する工程図である。
【図４６】実施の形態２の変形例に係る有機ＥＬパネルの製造方法を説明する工程図である。
【図４７】実施の形態２の変形例に係る有機ＥＬパネルの製造方法を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
≪本発明の一態様の概要≫
本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルは、基板と、前記基板上または前記基板内に形成された第１電極と、前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して形成された補助配線と、前記第１電極の上方に形成され、少なくとも発光層を含む機能層と、前記機能層と前記第１電極との間に介在し前記機能層へのホール注入を行うホール注入層と、前記機能層の上方に形成された第２電極と、を具備し、前記ホール注入層および前記第２電極の各々は、前記第１電極の上方および前記補助配線の上方にも連続して形成され、前記第２電極と前記補助配線とは、前記ホール注入層を介して電気接続され、前記ホール注入層は金属酸化物膜を含んで構成され、前記金属酸化物を構成する金属原子は、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれ、かつ、前記金属酸化物膜は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶を含む。
【００２４】
本態様によると、ホール注入層を、金属酸化物を含む金属酸化物膜で構成するとともに、当該金属酸化物を構成する金属原子を、最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態とすることで、金属酸化物膜中にホールおよび電子の伝導部位を持たせることができる。これに加え、当該ホール注入層の膜中に、粒径がナノメートルオーダーの大きさである金属酸化物結晶を含むことで、ホールおよび電子の伝導部位を多く持つ、結晶の表面や粒界が、ホール注入層内に数多く形成される。これにより、画素部においては、ホール注入層の膜厚方向にホールの伝導経路が張り巡らされているので、効率的なホール伝導を実現でき、配線部においては、ホール注入層中の前記伝導経路を電子が容易に移動できるので、配線部の良好な低抵抗を維持することができるので、低い駆動電圧を実現できるとともに優れた発光効率を実現できる。ここで、「ナノメートルオーダーの大きさ」とは、５〜１０ｎｍ程度の大きさを指しており、ホール注入層の膜厚よりも小さいこととする。
【００２５】
また、本態様によると、配線部の補助配線とホール注入層、ホール注入層と共通電極の間はほとんど障壁なくキャリアの授受ができ、また配線部のホール注入層中を電子が容易に伝導できることから、補助配線上にホール注入層を形成してもなんら問題がなく、ホール注入層のパターニング工程が不要となることから、工程削減を可能とするだけでなく、安定した量産プロセスを実現できる。
【００２６】
さらに、本態様によると、ホール注入層を、化学的に安定な酸化タングステンで構成しているので、バンク形成工程において、使用するアルカリ溶液や水、有機溶媒等を適切に選択することによりホール注入層の変質、分解を抑制することができる。したがって、素子完成後も、ホール注入層の形態、ならびに画素部におけるホール注入層から機能層へのホール注入効率、および配線部におけるホール注入層と共通電極の間のキャリアの授受を、良好に保持できる。これにより、有機ＥＬ表示パネルの量産プロセスに耐えることのできる有機ＥＬ素子の製造を行うことが可能となる。
【００２７】
有機ＥＬ素子の発光層は、ホール注入層形成後に積層される。一般的に発光層は発光色毎（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）に塗り分けられるが、画素間の混色を防ぎ高精細化を実現するため、画素間には、例えば、隔壁（以下、バンクと称する）が配置される。バンク形成工程では、一般的にフォトリソグラフィ法を用い、例えば、ホール注入層表面に、感光性のレジスト材料からなるバンク材料を塗布し、プリベークした後、パターンマスクを用いて感光させ、未硬化の余分なバンク材料をアルカリ溶液等で構成される現像液で洗い出し、最後に純水で洗浄する。このように、バンク形成工程では、アルカリ溶液、水、有機溶媒等を用いるが、例えばホール注入層が有機系の材料で形成されている場合は、それらによって材料が変質、分解などしてホール注入層が損なわれるため、所望のホール注入効率が得られないという問題が生ずる。これに対して、本発明の一態様に係るホール注入層の場合は、酸化タングステンで形成されているため、前記溶液によってホール注入層が変質、分解し難いため、そのような問題が生じ難い。
【００２８】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第２電極は、透明電極である。
【００２９】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記透明電極は、ＩＴＯまたはＩＺＯである。
【００３０】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第２電極は、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｇ（銀）を主成分とする。
【００３１】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第１電極の上方および前記補助配線の上方に連続して形成された金属層を有し、前記金属層は、前記第１電極の上方では、前記第２電極と前記発光層との間に介在し、前記補助配線の上方では、前記第２電極と前記ホール注入層との間に介在する。
【００３２】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記金属層は、前記第１電極の上方にて、前記第２電極から前記発光層に電子を注入する電子注入層とする。
【００３３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記金属層として、Ｂａ（バリウム）を含む金属層を設ける。
【００３４】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記補助配線は、ＩＴＯまたはＩＺＯである。
【００３５】
前述のように、ＩＴＯ、ＩＺＯからなる補助配線とホール注入層との間は、ほとんど障壁なくキャリアの授受ができる。したがって、本態様の有機ＥＬ表示パネルは、低電圧で駆動できるとともに優れた発光効率の発揮を期待することができる。
【００３６】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第１電極の上方に形成されたホール注入層と同一層のホール注入層が、前記補助配線の上方に形成されている。
【００３７】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、少なくとも前記補助配線上に形成されるホール注入層の膜厚が４ｎｍ以上である。
【００３８】
本態様によれば、配線部の補助配線とホール注入層の間、およびホール注入層と金属層の間に、ショットキーオーミック接続が安定して形成され、安定したキャリアの授受を期待できるため、一層好適である。すなわち、補助配線とホール注入層の間の安定なショットキーオーミック接続のために２ｎｍ以上、ホール注入層と金属層の間の安定なショットキーオーミック接続のために２ｎｍ以上を確保することが好ましいことから、計４ｎｍ以上であれば一層好適であるといえる。
【００３９】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第１電極の上方に開口部を有する隔壁が、前記ホール注入層上に形成され、前記機能層は、前記隔壁の開口部内に形成されている。
【００４０】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第１電極は画素単位に複数配置され、前記隔壁の開口部は、前記複数の第１電極の各々に対応して形成されている。
【００４１】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第１電極は画素単位に複数配置され、前記隔壁の開口部は、前記複数配置された第１電極のラインごとに、対応して形成されている。
【００４２】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層と前記第１電極との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記第１電極の最高被占軌道の結合エネルギーの差が±０．３ｅＶ以内である。
【００４３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層の膜厚は２ｎｍ以上である。
【００４４】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層は、ＵＰＳスペクトルにおいて、価電子帯で最も低い結合エネルギーより１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に、隆起した形状を有する。
【００４５】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層は、ＸＰＳスペクトルにおいて、価電子帯で最も低い結合エネルギーより１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に、隆起した形状を有する。
【００４６】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層は、ＵＰＳスペクトルの微分スペクトルにおいて、価電子帯で最も低い結合エネルギーより２．０〜３．２ｅＶ低い結合エネルギー領域に亘り、指数関数とは異なる関数として表される形状を有する。
【００４７】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層における前記占有準位は、価電子帯で最も低い結合エネルギーより２．０〜３．２ｅＶ低い結合エネルギー領域内に存在している。
【００４８】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記占有準位の存在によって、前記ホール注入層と前記機能層との積層界面において、前記機能層の最高被占軌道の結合エネルギーが、前記占有準位の結合エネルギーの近傍に位置づけられている。
【００４９】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層と前記機能層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記機能層の最高被占軌道の結合エネルギーの差が±０．３ｅＶ以内である。
【００５０】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記占有準位の存在によって、前記第１電極と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記第１電極のフェルミレベルの近傍に位置づけられている。
【００５１】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第１電極と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記第１電極のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である。
【００５２】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記占有準位の存在によって、前記補助配線と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記補助配線のフェルミレベルの近傍に位置づけられている。
【００５３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記補助配線と前記ホール注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記補助配線のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である。
【００５４】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記占有準位の存在によって、前記ホール注入層と前記第２電極との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記第２電極のフェルミレベルの近傍に位置づけられている。
【００５５】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層と前記第２電極との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記第２電極のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である。
【００５６】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記占有準位の存在によって、前記ホール注入層と前記電子注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーが前記電子注入層のフェルミレベルの近傍に位置づけられている。
【００５７】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記ホール注入層と前記電子注入層との積層界面において、前記占有準位の結合エネルギーと前記電子注入層のフェルミレベルの差が±０．３ｅＶ以内である。
【００５８】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記金属酸化物は酸化タングステンであり、前記最大価数の状態の前記金属原子は６価のタングステン原子である。また、前記最大価数よりも低い価数の前記金属原子は５価のタングステン原子である。加えて、前記５価のタングステン原子の数を、前記６価のタングステン原子の数で割った値であるＷ5+／Ｗ6+が３．２％以上である。このようにすることで、より良好なホール伝導効率を得ることができる。
【００５９】
前述のように、トップエミッション型の有機ＥＬ素子においては、共通電極（第２電極）にＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明電極材料を用いる必要があるが、それらは金属材料より抵抗率が高い。そのため、配線部に共通電極を多用すると、表示パネルが大面積化されるほど、発光画素間で共通電極の配線長に差異が生じ、電源供給部の端と表示パネルの中央の間で大きな電圧降下が発生し、それに応じて輝度に差が出るため、中央が暗くなる。つまり、表示パネル面の有機ＥＬ素子の配置位置によって電圧がばらつき、表示品質の低下を生じるという課題がある。このため、前述のように低抵抗の補助配線を併用し、共通電極の使用を極力抑えた配線部を形成する。
【００６０】
ここで、本発明における所定の物性を備えた酸化タングステンは、これらの透明電極材料ともショットキーオーミック接続するので、補助配線と透明電極材料との間に形成されても配線部の高抵抗化を引き起こさない。すなわち、補助配線とホール注入層、ホール注入層とＩＴＯ、ＩＺＯ等からなる共通電極との間は、ほとんど障壁なくキャリアの授受ができる。その結果、本発明の一態様の有機ＥＬ表示パネルは、低電圧で駆動できるとともに優れた発光効率の発揮を期待することができる。
【００６１】
また、有機ＥＬ素子の発光層と共通電極の間には、電子注入層としてＢａなどの金属層が設けられることがある。また、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子においては、共通電極としてＡｇやＡｌなどの高反射率の金属材料を用いる。
【００６２】
ここで、本発明における所定の物性を備えた酸化タングステンは、これらの金属ともショットキーオーミック接続するので、補助配線上に形成されても配線部の高抵抗化を引き起こさない。すなわち、補助配線とホール注入層、ホール注入層とＢａ、Ａｌ、Ａｇ等からなる金属層や共通電極との間は、ほとんど障壁なくキャリアの授受ができる。その結果、本発明の一態様の有機ＥＬ表示パネルは、低電圧で駆動できるとともに、優れた発光効率の発揮を期待することができる。
【００６３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記Ｗ5+／Ｗ6+が３．２％以上７．４％以下であることとしても、より良好なホール伝導効率を得ることができる。
【００６４】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記酸化タングステンで構成されるホール注入層の硬Ｘ線光電子分光スペクトルにおいて、６価のタングステン原子の４ｆ7/2準位に対応した第１成分よりも低い結合エネルギー領域に第２成分が存在する。
【００６５】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第２成分は、前記第１成分のピークトップの結合エネルギーよりも０．３〜１．８ｅＶ低い結合エネルギー領域に存在する。
【００６６】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記第２成分の面積強度は、前記第１成分の面積強度に対して、３．２〜７．４％である。
【００６７】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルは、前記最大価数よりも低いタングステン原子の存在によって、前記酸化タングステンで構成されるホール注入層の電子状態において、価電子帯で最も低い結合エネルギーより１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に占有準位を有している。
【００６８】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記酸化タングステンで構成されるホール注入層は、粒径が５〜１０ナノメートルの大きさである前記酸化タングステンの結晶を複数個含む。
【００６９】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記酸化タングステンで構成されるホール注入層の透過型電子顕微鏡観察による格子像において、１．８５〜５．５５Åの間隔で規則的に配列した線状構造が現れる。
【００７０】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記格子像の２次元フーリエ変換像において、当該２次元フーリエ変換像の中心点を中心とした同心円状の明部が現れる。
【００７１】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記中心点からの距離と、前記距離における前記２次元フーリエ変換像の輝度を規格化した数値である規格化輝度との関係を表すプロットにおいて、前記規格化輝度のピークが、中心点以外に１つ以上現れる。
【００７２】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、前記プロットにおける前記中心点から最も近くに現れる前記規格化輝度のピークトップの位置に対応する前記距離と、前記規格化輝度のピークの立ち上がり位置に対応する前記距離との差をピーク幅とし、前記ピークトップの位置に対応する前記距離を１００としたときの前記ピーク幅が２２よりも小さい。
【００７３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの特定の局面では、基板と、前記基板上または前記基板内に形成された第１電極と、前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して形成された配線と、前記第１電極の上方に形成され、有機材料を含む有機層と、前記有機層と前記第１電極との間に介在し、金属酸化物を含む金属酸化物膜と、前記有機層の上方に形成された第２電極と、を具備し、前記金属酸化物膜および前記第２電極の各々は、前記第１電極の上方および前記配線の上方にも連続して形成され、前記第２電極と前記配線とは、前記金属酸化物膜を介して電気接続され、前記金属酸化物を構成する金属原子は、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれ、かつ、前記金属酸化物膜は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶を含む。
【００７４】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法は、基板上または基板内に第１電極を形成する第１工程と、前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して補助配線を形成する第２工程と、前記第１電極の上方及び前記補助配線の上方に連続したホール注入層を形成する第３工程と、前記第１電極の上方に少なくとも発光層を含む機能層を形成する第４工程と、前記機能層の上方および前記補助配線上の前記ホール注入層の上方に連続した第２電極を形成する第５工程と、を具備し、前記第２電極と前記補助配線とは、前記ホール注入層を介して電気接続され、前記第３工程において、前記ホール注入層は、金属酸化物膜を含んで構成され、前記金属酸化物を構成する金属原子が、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれるように、かつ、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶が含まれるように、前記金属酸化物膜を形成する。
【００７５】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法の特定の局面では、前記第３工程と前記第４工程との間に、前記第１電極上方の前記ホール注入層を露出させた開口部及び前記補助配線を露出させた領域を有する隔壁を前記ホール注入層上に形成する工程を、さらに具備し、前記第４工程において、前記機能層は前記隔壁の前記開口部内に形成される。
【００７６】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法は、前記第３工程において、前記第１電極の上方に形成されたホール注入層と同一層のホール注入層が前記補助配線の上方に形成される。
【００７７】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法の特定の局面では、前記第３工程において、前記金属酸化膜は、酸化タングステン膜であり、アルゴンガスと酸素ガスからなるスパッタガス、および、タングステンからなるターゲットを用い、前記スパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であるとともに、前記スパッタガスの全圧に対する前記酸素ガス分圧の割合が５０％以上７０％以下であり、かつ、前記ターゲットの単位面積当たりの投入電力である投入電力密度が１．５Ｗ／ｃｍ2以上６．０Ｗ／ｃｍ2以下であり、かつ、前記スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／投入電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも大きい成膜条件下で、前記酸化タングステン膜を成膜する。
【００７８】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法の特定の局面では、前記第３工程において、前記全圧／投入電力密度が３．２Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも小さい。
【００７９】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法の特定の局面では、基板上または基板内に第１電極を形成する第１工程と、前記基板上または前記基板内に前記第１電極と離間して配線を形成する第２工程と、前記第１電極の上方及び前記配線の上方に連続した金属酸化物を含む金属酸化物膜を形成する第３工程と、前記第１電極の上方に有機材料を含む有機層を形成する第４工程と、前記有機層の上方および前記配線上の前記金属酸化物膜の上方に連続した第２電極を形成する第５工程と、を具備し、前記第２電極と前記配線とは、前記金属酸化物膜を介して電気接続され、前記第３工程において、前記金属酸化物を構成する金属原子が、当該金属原子が取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態で前記金属酸化物膜に含まれるように、かつ、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記金属酸化物の結晶が含まれるように、前記金属酸化物膜を形成する。
【００８０】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置は、上記いずれかに記載の有機ＥＬ表示パネルを備える。
【００８１】
なお、本願において数値範囲を「〜」を用いて記載した場合は、その下限値および上限値もその数値範囲に含むものとする。例えば、０．３〜１．８ｅＶと記載した場合は、その数値範囲に０．３ｅＶおよび１．８ｅＶが含まれる。
【００８２】
≪本発明に至った経緯≫
第１に、本発明者らは、酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物からなるホール注入層の表面に、酸素欠陥に類する構造が形成するフェルミ面近傍の占有準位が存在すれば、当該ホール注入層と機能層との界面において、当該フェルミ面近傍の占有準位で最も低い結合エネルギーと、機能層の最高被占軌道の結合エネルギーとの差が小さくなり、素子の駆動電圧低減に有効であるということを、後述するような実験により確認した。
【００８３】
さらに、この点に着目し、当該ホール注入層にフェルミ面近傍の占有準位が存在すれば、陽極、陰極、補助配線等の電極との界面においても、当該フェルミ面近傍の占有準位で最も低い結合エネルギーと、電極のフェルミレベルとの差が小さくなり、良好なキャリアの授受が可能であるとの着想に至った。
【００８４】
そして、フェルミ面近傍の占有準位を有する、金属酸化物からなるホール注入層は、比較的低抵抗であり、かつ、Ａｌ等の金属材料からなる電極や、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の比較的高抵抗の透明電極材料からなる電極との間に、ショットキーオーミック接続を実現できるという理由によって、補助配線上に形成されても配線部の高抵抗化を引き起こさない、という知見を得るに至った。
【００８５】
第２に、金属酸化物等の結晶の周期性が途切れる表面や粒界では、酸素欠陥に類する構造が容易に形成されることが知られていた。そこで、本発明者らは、ホール注入層を形成する金属酸化物の結晶を微細化し、ホール注入層中の結晶粒界および表面に上記のフェルミ面近傍の占有準位を連続的に形成することで、ホール注入層にホールの伝導部位を持たせることを着想した。そして、ホール注入層におけるホール伝導性を向上させることにより、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低減できることを、後述する実験により確認した。さらに、本発明者らは、ホール伝導性の良いホール注入層を形成するための成膜条件についても検討を行った。さらに、このホール伝導部位は、本質的にホールに限らず電子の伝導も可能であることに着眼し、当該ホール注入層が配線部に配設されても、電子はホール注入層中を容易に伝導し、この点においても配線部の良好な低抵抗を維持できる、という知見を得るに至った。
【００８６】
第３に、本発明者らは、バンク形成工程において変質、分解され難いホール注入層を形成するための材料についても検討を行った。
【００８７】
上記のように、有機ＥＬ素子の駆動電圧や寿命の改善を実現するホール注入層用の材料としては、無機材料である金属酸化物が好適であったが、実際に酸化モリブデンをホール注入層に用いて有機ＥＬ素子を製造してみると、バンク形成工程で用いられるアルカリ溶液、水、有機溶媒等によりホール注入層が変質、分解する可能性が示唆された。もしも、ホール注入層の変質、分解等の問題が発生すれば、発光部の画素電極上においてはホール注入層が本来有しているホール注入能力に支障を来たし、配線部の補助配線上においては配線部の高抵抗化を引き起こすなどして、正常な有機ＥＬ素子の駆動が行えない原因となるほか、有機ＥＬ素子およびこれを用いた有機ＥＬ表示パネルの量産プロセスに耐えることが難しくなる。したがって、変質、分解を生じる可能性がある酸化モリブデンを用いてホール注入層を形成することは、必ずしも好ましいとは言えない。
【００８８】
そこで、本発明者らは、変質、分解が生じる可能性がより低い酸化タングステンに着目し、しかも、酸化タングステンの中でも所定の物性を備えたものであれば、前記溶液等に対する溶解性または分解性が低く且つホール注入・伝導能力が高い、ことを突き止めた。
【００８９】
≪実施の形態１≫
以下、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルおよび有機ＥＬ表示装置を説明し、続いて各性能確認実験の結果と考察を述べる。なお、各図面における部材縮尺は、実際のものとは異なる。
【００９０】
［有機ＥＬ表示パネルの構成］
図１は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルを説明するための図であって、図１（ａ）は、有機ＥＬ表示パネルの要部を説明する部分平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ'線に沿って切断した要部断面図である。
【００９１】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示パネル１１０では、発光部９５を有する発光画素９５Ａがマトリクス状に複数配置されており、陽極（画素電極、第１電極）２０は画素単位に複数配置され、補助配線（配線にも該当する）３０は各発光部９５に沿って発光画素列ごとに配置して設けられている。
【００９２】
図１（ｂ）に示すように、有機ＥＬ表示パネル１１０は、基板１０と、基板１０上に形成された陽極２０および補助配線３０と、陽極２０および補助配線３０上に形成されたホール注入層（酸化タングステン層にも該当する）４０と、ホール注入層４０上に形成され、陽極２０の上方に画素開口部４５、および補助配線３０の上方に接続開口部３５を有するバンク５０と、バンク５０の画素開口部４５内に形成されたバッファ層６０と、バンク５０の画素開口部４５内のバッファ層６０上に形成された発光層（有機層にも該当する）７０と、それらの上面に形成された電子注入層（金属層にも該当する）８０と、電子注入層８０上に形成された陰極９０（共通電極、第２電極）と、等から構成されている。
【００９３】
ホール注入層４０については、陽極２０の上方に形成されたホール注入層と同一のホール注入層が補助配線３０の上方に形成されている。すなわち、ホール注入層４０は、図１（ａ）に記載された部分平面図の全面に亘って形成されている。また、電子注入層８０および陰極９０も、図１（ａ）に記載された部分平面図の全面に亘って形成されている。
【００９４】
補助配線３０と陰極９０とは、補助配線３０に沿って設けられた接続開口部３５において、ホール注入層４０と電子注入層８０を介して電気的に接続され、陰極９０から電源へと繋がる配線部を構成している。なお、接続開口部３５における陰極９０と補助配線３０との間の層構造は、上記構造に限定されない。例えば、ホール注入層４０および電子注入層８０以外の層が含まれていても、あるいは電子注入層８０がなくても良い。補助配線３０から陰極９０への電子の流れを阻止しない層構造であれば良く、このような多層構造を有する有機ＥＬ表示パネルも本発明に含まれ、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示パネル１１０と同様の効果を有する。
【００９５】
発光部９５は、画素開口部４５に設けられた、ホール注入層４０、バッファ層６０、発光層７０および電子注入層８０から構成され、発光層７０に注入された電子とホールの再結合により発生する光を陰極９０側から放出する。なお、陽極２０は、発光部９５に対応して画素ごとに離間して設けられている。すなわち、発光部がＲ、Ｇ、Ｂなどのサブ画素から構成されている場合には、各サブ画素に対応した発光部９５および陽極２０がサブ画素ごとに離間して設けられている。
【００９６】
〈基板〉
基板１０は、有機ＥＬ素子の基材となる部分であり、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、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、またはアルミナ等の絶縁性材料のいずれかで形成することができる。
【００９７】
図示していないが、基板１０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）が形成されている。
【００９８】
〈陽極〉
陽極２０は、例えば、Ａｌからなる厚さ４００ｎｍの金属膜に、ＩＴＯからなる厚さ２０ｎｍの透明導電膜を積層させて構成される。なお、陽極２０の構成はこれに限定されず、例えばＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電膜、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜、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）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）などの合金膜の単層から構成されていてもよい。また、それら透明導電膜、金属膜および合金膜の中から選択した複数の膜を積層させて構成することもできる。
【００９９】
〈補助配線〉
補助配線３０は、例えば、Ａｌからなる厚さ４００ｎｍの金属膜に、ＩＴＯからなる厚さ２０ｎｍの透明導電膜を積層させて構成される。なお、補助配線３０の構成はこれに限定されず、例えばＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電膜、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜、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）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）などの合金膜の単層から構成されていてもよい。また、それら透明導電膜、金属膜および合金膜の中から選択した複数の膜を積層させて構成することもできる。
【０１００】
〈ホール注入層〉
ホール注入層４０は、例えば、酸化タングステン（組成式ＷＯｘにおいて、ｘは概ね２＜ｘ＜３の範囲における実数）を用いた、少なくとも膜厚が２ｎｍ以上（ここでは一例として３０ｎｍ）の層として構成される。膜厚が２ｎｍ未満であると、均一な成膜を行いにくく、また、画素部の陽極２０とホール注入層４０の間のショットキーオーミック接続を形成しにくいので、好ましくない。前記ショットキーオーミック接続は酸化タングステンの膜厚が２ｎｍ以上で安定して形成されるため、これ以上の膜厚でホール注入層４０を形成すれば、画素部の陽極２０からホール注入層４０への安定したホール注入効率を期待できる。
【０１０１】
さらに、酸化タングステンの膜厚が４ｎｍ以上であれば、配線部の補助配線３０とホール注入層４０の間、およびホール注入層４０と電子注入層８０の間も、ショットキーオーミック接続が安定して形成され、安定したキャリアの授受を期待できるため、一層好適である。
【０１０２】
ホール注入層４０はできるだけ酸化タングステンのみで構成されることが望ましいが、通常レベルで混入し得る程度であれば、極微量の不純物が含まれていてもよい。
【０１０３】
ここで、ホール注入層４０は、所定の成膜条件で成膜することにより、金属酸化物の酸素欠陥に類する構造が形成する電子準位を持つ。この電子準位の存在により、画素部の陽極２０からホール注入層４０、ホール注入層４０からバッファ層６０への良好なホール注入、および配線部の補助配線３０とホール注入層４０、ホール注入層４０と電子注入層８０の間の良好なキャリア授受が可能となっている。この所定の成膜条件についての詳細は後述する。
【０１０４】
図１（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、陽極２０の上方におけるホール注入層４０付近の部分拡大図と、補助配線３０の上方におけるホール注入層４０付近の部分拡大図である。ここで、ホール注入層４０を構成する酸化タングステン層が上記所定の成膜条件で成膜されていることにより、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、酸化タングステンの結晶１３を多数含んでいる。各々の結晶１３の粒径はナノメートルオーダーである。例示するとホール注入層４０が厚さ３０ｎｍ程度であるのに対し、結晶１３の粒径は５〜１０ｎｍ程度である。以下、粒径がナノメートルオーダーの大きさの結晶１３を「ナノクリスタル１３」と称し、ナノクリスタル１３からなる層の構造を「ナノクリスタル構造」と称する。なお、ホール注入層４０には、ナノクリスタル構造以外に、アモルファス構造が含まれていてもよい。
【０１０５】
上記のようなナノクリスタル構造を有するホール注入層４０では、酸化タングステンを構成するタングステン原子は、自らが取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態を有するように分布している。一般に、酸化タングステン層には酸素欠陥に類する構造が存在することがある。酸素欠陥に類する構造に含まれていないタングステン原子の価数は６価であり、一方、酸素欠陥に類する構造に含まれているタングステン原子の価数は６価よりも低い状態である。また、一般に、酸素欠陥に類する構造は結晶の表面に多く存在する。
【０１０６】
したがって、有機ＥＬ表示パネル１１０では、画素部においては陽極２０とホール注入層４０との間のホール注入障壁の緩和に加え、ホール注入層４０中に５価のタングステン原子を分布させ、酸素欠陥に類する構造を形成させることによって、さらなるホール伝導効率の向上が望まれる。すなわち、酸化タングステンからなるホール注入層４０にナノクリスタル構造を持たせることで、陽極２０からホール注入層４０に注入されたホールは、ナノクリスタル１３の結晶粒界に存在する酸素欠陥に類する構造を伝導するので、ホールが伝導する経路を増やすことができ、ホール伝導効率の向上につながる。これにより有機ＥＬ表示パネル１１０は、駆動電圧の低減が効率よく図られる。さらに、配線部においては電子もナノクリスタル１３の結晶粒界に存在する酸素欠陥に類する構造を伝導できるため、補助配線３０上のホール注入層４０が配線部の電子の伝導を妨げることはない。
【０１０７】
また、ホール注入層４０は化学的耐性が高い、すなわち、不要な化学反応を起こしにくい酸化タングステンで構成されている。したがって、ホール注入層４０が、同層の形成後に行われる工程等において用いられる溶液等と触れた場合であっても、変質、分解等によるホール注入層４０の損傷を抑制することができる。このように、ホール注入層４０が、化学的耐性が高い材料で構成されていることにより、ホール注入層４０のホールおよび電子の伝導効率の低下を防ぐことができる。
【０１０８】
本実施の形態における酸化タングステンからなるホール注入層４０は、ナノクリスタル構造のみから構成されている場合と、ナノクリスタル構造とアモルファス構造の両方から構成されている場合の双方を含むものとする。また、ナノクリスタル構造は、ホール注入層４０の全体に存在することが望ましいが、画素部においては、陽極２０とホール注入層４０が接する界面から、ホール注入層４０とバッファ層６０が接する界面との間に、一箇所でも粒界が繋がっていれば、ホール注入層４０の下端から上端へホールを効率よく伝導させることができ、配線部においては、補助配線３０とホール注入層４０が接する界面から、ホール注入層４０と電子注入層８０が接する界面との間に、一箇所でも粒界が繋がっていれば、ホール注入層４０の下端から上端へ電子を効率よく伝導させることができる。
【０１０９】
なお、酸化タングステン結晶を含む層をホール注入層として用いる例自体は、過去にも報告されている。例えば、非特許文献１からは、酸化タングステン層を４５０℃のアニーリングで結晶化することにより、ホール伝導効率が向上することが示唆される。しかしながら、非特許文献１には、大面積の酸化タングステン層の成膜条件や、基板上にホール注入層として成膜された酸化タングステンが基板上の他層に与える影響等に関して記載がなく、大型有機ＥＬ表示パネルの実用的な量産性が示されていない。さらに、ホール注入層に積極的に酸素欠陥に類する構造を有する酸化タングステンのナノクリスタルを形成することも示されていない。本発明の一態様に係るホール注入層は、化学反応を起こしにくく、安定であり、大型有機ＥＬ表示パネルの量産プロセスにも耐える酸化タングステン層で構成されている。さらに、酸化タングステン層に積極的に酸素欠陥に類する構造を存在させることにより、優れたホール伝導効率を実現している点で、従来技術と大きく異なるものである。
【０１１０】
前記の「酸素欠陥に類する構造が形成する電子準位を持つ」ということをより具体的に書くと、ホール注入層４０は、その電子状態において、価電子帯の上端、すなわち価電子帯で最も低い結合エネルギーよりも、１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に占有準位が存在している。この占有準位がホール注入層４０の最高占有準位であり、その結合エネルギー範囲はホール注入層４０のフェルミレベル（フェルミ面）に最も近い。したがって、以降では、この占有準位を「フェルミ面近傍の占有準位」と称する。
【０１１１】
このフェルミ面近傍の占有準位が存在することで、ホール注入層４０と機能層（ここではバッファ層６０）との積層界面では、いわゆる界面準位接続がなされ、バッファ層６０の最高被占軌道の結合エネルギーが、ホール注入層４０の前記フェルミ面近傍の占有準位の結合エネルギーと、ほぼ等しくなる。
【０１１２】
なお、ここで言う「ほぼ等しくなる」および「界面準位接続がなされた」とは、ホール注入層４０とバッファ層６０との界面において、前記フェルミ面近傍の占有準位で最も低い結合エネルギーと、前記最高被占軌道で最も低い結合エネルギーとの差が、±０．３ｅＶ以内の範囲にあることを意味している。
【０１１３】
さらに、ここで言う「界面」とは、ホール注入層４０の表面と、当該表面から０．３ｎｍ以内の距離におけるバッファ層６０とを含む領域を指す。
【０１１４】
加えて、ホール注入層４０は、その特徴として陽極２０や補助配線３０、電子注入層８０との界面において、いわゆるショットキーオーミック接続を形成している。
【０１１５】
なお、ここで言う「ショットキーオーミック接続」とは、陽極２０や補助配線３０、電子注入層８０のフェルミレベルと、前述したホール注入層４０のフェルミ面近傍の占有準位で最も低い結合エネルギーとの差が、陽極２０や補助配線３０、電子注入層８０の表面からホール注入層４０側への距離が２ｎｍの位置において、±０．３ｅＶ以内に小さく収まっている接続を言う。また、ここで言う「界面」とは、陽極２０や補助配線３０、電子注入層８０の表面と、当該表面からホール注入層４０側に形成されるショットキーバリアを含む領域を指す。
【０１１６】
そして、このフェルミ面近傍の占有準位は、上記の界面だけでなく、ホール注入層４０の層中においてもナノクリスタルの粒界に存在し、画素部においてはホールの伝導経路となり、良好なホール伝導効率を得ることができ、配線部においては電子の伝導経路となり、良好な低抵抗を維持することができる。その結果、本実施の形態の有機ＥＬ素子は、より低電圧での駆動が可能となる。
【０１１７】
なお、このようなフェルミ面近傍の占有準位は、全ての酸化タングステンが有しているものではなく、特にホール注入層の内部や、バッファ層６０との界面においては、後述する所定の成膜条件によって初めて形成できる、特有の準位である。
【０１１８】
〈バンク〉
バンク５０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、ノボラック型フェノール樹脂等）からなり、画素開口部４５が複数の陽極２０の各々に対応して形成された井桁構造、または、画素開口部４５が複数配置された陽極２０のラインごとに対応して形成されたストライプ構造をなすように形成されている。なお、バンク５０は、本発明に必須の構成ではなく、有機ＥＬ素子を単体で使用する場合等には不要である。
【０１１９】
〈バッファ層〉
バッファ層６０は、例えば、厚さ２０ｎｍのアミン系有機高分子であるＴＦＢ（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−（１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−（（４−ｓｅｃ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｉｍｉｎｏ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ））で構成されている。
【０１２０】
〈発光層〉
発光層７０は、例えば、厚さ７０ｎｍの有機高分子であるＦ８ＢＴ（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ））で構成される。しかしながら、発光層７０はこの材料からなる構成に限定されず、公知の有機材料を含むように構成することが可能である。たとえば特開平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、キノロン化合物およびアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体およ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等を挙げることができる。
【０１２１】
〈機能層〉
本発明における機能層は、ホールを輸送するホール輸送層、注入されたホールと電子とが再結合することで発光する発光層、光学特性の調整または電子ブロックの用途に用いられるバッファ層等のいずれか、もしくはそれらの２層以上の組み合わせ、または全ての層を指す。本発明はホール注入層を対象としているが、有機ＥＬ素子はホール注入層以外に上記したホール輸送層、発光層等のそれぞれ所要機能を果たす層が存在する。機能層とは、本発明の対象とするホール注入層以外の、有機ＥＬ素子に必要な層を意味している。
【０１２２】
〈電子注入層〉
電子注入層８０は、例えば、厚さ５ｎｍのバリウム層で構成されており、陰極９０から発光層７０に電子を注入する機能を有する。電子注入層８０は、陽極２０の上方および補助配線３０の上方に連続して形成されており、陽極２０の上方では陰極９０と発光層７０との間に介在し、補助配線３０の上方では陰極９０とホール注入層４０との間に介在する。本実施の形態のように、光を上方に取り出す方式(トップ・エミッション方式)においては、電子注入層８０は光透過性を有する必要があり、電子注入層を上記したように厚さ５ｎｍのバリウム層で構成する場合には、光透過性を有する。なお、光を下方に取り出す方式(ボトムエミッション方式)においては、素子構造にも依存するが、電子注入層は必ずしも光透過性は求められない。
【０１２３】
〈陰極〉
陰極９０は、例えば、ＩＴＯからなる厚さ３５ｎｍの透明導電膜を積層させて構成される。なお、陰極９０の構成はこれに限定されず、ＩＺＯなどの他の透明導電膜や、Ａｌ、Ａｇなどの金属や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）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）などの合金からなる薄膜で構成されていてもよい。また、それら透明導電膜、金属膜および合金膜の中から選択した複数の膜を積層させて構成することもできる。
【０１２４】
陽極２０および補助配線３０には直流電源が接続され、外部より有機ＥＬ表示パネル１１０に給電されるようになっている。
【０１２５】
［有機ＥＬ表示装置の構成］
図２に基づいて、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置について説明する。図２は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置の全体構成を示す図である。
【０１２６】
図２に示すように、有機ＥＬ表示装置１００は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネル１１０と、これに接続された駆動制御部１２０とを備え、ディスプレイ、テレビ、携帯電話等に用いられる。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。なお、実際の有機ＥＬ表示装置１００では、有機ＥＬ表示パネル１１０に対する駆動制御部１２０の配置や接続関係については、これに限られない。
【０１２７】
［有機ＥＬ表示パネルの製造方法］
以下に、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０１２８】
図３および図４は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法を説明する断面図である。
【０１２９】
まず、図３（ａ）に示すように、例えばＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とコンデンサなどで構成された駆動回路（図示せず）を備えた基板１０を用意する。そして、例えば真空蒸着法やスパッタリング法を用いて、Ａｌからなる金属膜およびＩＴＯからなる透明導電膜を、順次基板１０上の全面に形成する。その後、フォトリソグラフィ法を用いて、金属膜および透明導電膜をエッチングして、所定の位置に陽極２０を、また陽極２０と電気的に絶縁された所定の位置に補助配線３０を形成する。
【０１３０】
このとき、陽極２０は、発光部に対応して個別に形成され、補助配線３０は、二次元のマトリクス状に配列された発光画素の、例えば行または列に沿って、一次元的に配置して形成される。なお、基板１０には、例えば、駆動回路などによる凹凸を解消するために、必要に応じて、平坦化層を設け、その上に陽極２０と補助配線３０とを形成してもよい。
【０１３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、ホール注入層４０を、反応性スパッタ法で、陽極２０上および補助配線３０上に成膜する。具体的には、ターゲットを金属タングステンとし、反応性スパッタ法を実施する。スパッタガスとしてアルゴンガスを、反応性ガスとして酸素ガスを、それぞれチャンバー内に導入する。この状態で高電圧によりアルゴンをイオン化しターゲットに衝突させる。このとき、スパッタリング現象により放出された金属タングステンが酸素ガスと反応して酸化タングステンとなり、基板１０の陽極２０上および補助配線３０上に連続した状態でホール注入層４０が成膜され、中間製品１１０Ａが得られる。
【０１３２】
なお、この成膜条件は後述するように、アルゴンガスと酸素ガスから構成されるスパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であり、かつ、スパッタガスの全圧に対する酸素ガス分圧が５０％以上７０％以下であり、かつ、ターゲットの単位面積当たりの投入電力（投入電力密度）が１．５Ｗ／ｃｍ2以上６．０Ｗ／ｃｍ2以下であり、かつ、スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ2／Ｗより大きくなるように設定することが好適である。この条件で成膜した酸化タングステンからなるホール注入層４０はナノクリスタル構造を持ち、その表面と結晶粒界に酸素欠陥に類する構造が形成する電子準位を有する。
【０１３３】
次に、中間製品１１０Ａをチャンバーから取り出す。
【０１３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ネガ型のフォトレジスト５０Ａを全面に塗布する。
【０１３５】
次に、図３（ｄ）に示すように、ネガ型のフォトレジスト５０Ａの上に、発光部と接続部に相当する位置に遮光部を有するフォトマスク５１を位置合わせして載置する。そして、このフォトマスク５１を介して、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト５０Ａを露光する。
【０１３６】
次に、図３（ｅ）に示すように、現像処理をして、画素開口部４５と接続開口部３５を構成するバンク５０を形成する。
【０１３７】
次に、図４（ａ）に示すように、例えばスピンコート法やインクジェット法によるウェットプロセスにより、アミン系有機分子材料を含む組成物インクを画素開口部４５に滴下し、溶媒を揮発除去させる。これによりバッファ層６０が形成される。
【０１３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、バッファ層６０の表面に、同様の方法で、有機発光材料を含む組成物インクを画素開口部４５に滴下し、溶媒を揮発除去させる。これにより、発光層７０が形成される。
【０１３９】
なお、バッファ層６０、発光層７０の形成方法はこれに限定されず、スピンコート法やインクジェット法以外の方法、例えばグラビア印刷法、ディスペンサー法、ノズルコート法、凹版印刷、凸版印刷等の公知の方法によりインクを滴下・塗布してもよい。
【０１４０】
続いて、図４（ｃ）に示すように、例えば真空蒸着法により、電子注入層８０を、発光層７０上および接続開口部３５のホール注入層４０上に連続した状態で成膜する。
【０１４１】
さらに、図４（ｄ）に示すように、同様の方法により、電子注入層８０上に陰極９０を成膜する。
【０１４２】
なお、図１には図示しないが、有機ＥＬ素子が完成後に大気曝露されるのを抑制する目的で、陰極９０の表面にさらに封止層を設けるか、あるいは素子全体を空間的に外部から隔離する封止缶を設けることができる。封止層は例えばＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の材料で形成でき、素子を内部封止するように設ける。封止缶を用いる場合は、封止缶は例えば基板１０と同様の材料で形成でき、水分などを吸着するゲッターを密閉空間内に設ける。
【０１４３】
以上の工程を経ることで、有機ＥＬ表示パネル１１０が完成する。
【０１４４】
［各種実験と考察］
［１］ホール注入層から機能層へのホール注入効率に関する実験と考察
なお、本項では、ホール注入層４０からバッファ層６０へのホール注入効率を主に考察し、ホール注入層４０のホール伝導効率については、次の［２］の項にて考察を行う。
【０１４５】
〈酸化タングステンの成膜条件について〉
本実施の形態では、ホール注入層４０を構成する酸化タングステンを所定の成膜条件で成膜することで、ホール注入層４０に前記したフェルミ面近傍の占有準位を存在させ、ホール注入層４０とバッファ層６０との間のホール注入障壁を低減して、有機ＥＬ表示パネル１１０を低電圧駆動できるようにしている。
【０１４６】
このような性能を得るための酸化タングステンの成膜方法としては、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、ターゲットは金属タングステンとし、基板温度は制御せず、チャンバー内ガスはアルゴンガスと酸素ガスで構成し、（１）アルゴンガスと酸素ガスから構成されるスパッタガスの全圧が２．７Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であり、かつ、（２）スパッタガスの全圧に対する酸素ガス分圧が５０％以上７０％以下であり、かつ、（３）ターゲットの単位面積当たりの投入電力（投入電力密度）が１Ｗ／ｃｍ2以上２．８Ｗ／ｃｍ2以下となる成膜条件に設定して、反応性スパッタ法で成膜することが好適であると考えられる。
【０１４７】
上記成膜条件の有効性は以下の諸実験で確認された。
【０１４８】
まず、ホール注入層４０からバッファ層６０へのホール注入効率の、成膜条件依存性の評価を確実にするために、評価デバイスとしてホールオンリー素子を作製するものとした。
【０１４９】
有機ＥＬ素子においては、電流を形成するキャリアはホールと電子の両方であり、有機ＥＬ素子の電気特性にはホール電流以外にも電子電流が反映されている。しかし、ホールオンリー素子では、陰極からの電子の注入が阻害されるため、電子電流はほとんど流れず、全電流はほぼホール電流のみから構成され、キャリアはほぼホールのみと見なせる。したがって、ホールオンリー素子は、ホール注入効率の評価に好適である。
【０１５０】
具体的に作製したホールオンリー素子１Ｂは、図５に示す構成とし、基板９上に厚さ５０ｎｍのＩＴＯ薄膜からなる陽極２をスパッタ成膜法にて成膜し、陽極２上に厚さ３０ｎｍの酸化タングステンからなるホール注入層４を下記の各成膜条件で成膜し、ホール注入層４上に厚さ２０ｎｍのアミン系有機高分子であるＴＦＢからなるバッファ層６Ａ、厚さ７０ｎｍの有機高分子であるＦ８ＢＴからなる発光層６Ｂを各々スピンコート法で成膜し、さらに厚さ１００ｎｍのＡｕ（金）からなる陰極８Ｃを蒸着法で成膜して作製した。なお、ホールオンリー素子１Ｂは、有機ＥＬ表示パネルの画素部におけるホール注入層からバッファ層へのホール注入効率を検討するための評価デバイスであるため、バンクや配線部は省略した。
【０１５１】
この作製工程において、ホール注入層４は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、反応性スパッタ法で成膜した。チャンバー内ガスは、アルゴンガスおよび酸素ガスの少なくともいずれかから構成し、ターゲットは金属タングステンを用いた。基板温度は制御せず、アルゴンガス分圧、酸素ガス分圧、全圧は各ガスの流量で調節するものとした。成膜条件は以下の表１に示すように、全圧、酸素ガス分圧、および投入電力の各条件を変化させるものとし、これにより各成膜条件で成膜したホール注入層４を備えるホールオンリー素子１Ｂ（素子Ｎｏ．１〜１４）を得た。なおこれ以降、酸素ガス分圧は、全圧に対する比（％）として表す。
【０１５２】
【表１】
2012153445.tif 000003
【０１５３】
上記ＤＣマグネトロンスパッタ装置の、投入電力と投入電力密度の関係を表２に示す。
【０１５４】
【表２】
2012153445.tif 000004
【０１５５】
作製した各ホールオンリー素子１Ｂを直流電源ＤＣに接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。以降、「駆動電圧」とは、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2のときの印加電圧とする。
【０１５６】
この駆動電圧が小さいほど、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率は高いと推測される。なぜなら、各ホールオンリー素子１Ｂにおいて、ホール注入層４以外の各部位の作製方法は同一であるから、ホール注入層４を除く、隣接する２つの層の間のホール注入障壁は一定と考えられる。また、後述のように、当該実験で用いた陽極２とホール注入層４は、ショットキーオーミック接続をしていることが、別の実験により確認されている。したがって、ホール注入層４の成膜条件による駆動電圧の違いは、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率、およびホール注入層４自体のホール伝導効率を強く反映したものになる。
【０１５７】
ここで、本項〈酸化タングステンの成膜条件について〉の各実験における素子の特性には、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率の他に、ホール注入層４のホール伝導効率も影響していると考えられる。しかしながら、当該素子の特性において、少なくともホール注入層４とバッファ層６Ａとの間のホール注入障壁が強く反映されていることは、後述するエネルギーダイアグラムの評価結果からも明確である。
【０１５８】
表３は、当該実験によって得られた、各ホールオンリー素子１Ｂの、全圧、酸素ガス分圧、投入電力の各成膜条件に対する、駆動電圧の値である。表３中、各ホールオンリー素子１Ｂの素子Ｎｏ．は囲み数字で示している。
【０１５９】
【表３】
2012153445.tif 000005
【０１６０】
また、図６の（ａ）〜（ｃ）は、各ホールオンリー素子１Ｂの駆動電圧の成膜条件依存性をまとめたグラフである。図６（ａ）中の各点は、左から右に向かって、素子Ｎｏ．４、１０、２の駆動電圧を表す。図６（ｂ）中の各点は、左から右に向かって、素子Ｎｏ．１３、１０、１の駆動電圧を表す。さらに図６（ｃ）中の各点は、左から右に向かって、素子Ｎｏ．１４、２、８の駆動電圧を表す。
【０１６１】
なお当該実験では、全圧が２．７Ｐａで酸素ガス分圧が１００％の場合、全圧が４．８Ｐａで酸素ガス分圧が３０％の場合、全圧が４．８Ｐａで酸素ガス分圧が７０％の場合、全圧が４．８Ｐａで酸素ガス分圧が１００％の場合は、いずれもガス流量などのスパッタ装置の制約で成膜を行えなかった。
【０１６２】
まず、駆動電圧の全圧依存性は、図６（ａ）からわかるように、酸素ガス分圧５０％、投入電力５００Ｗの条件下では、少なくとも全圧が２．７Ｐａ超４．８Ｐａ以下の範囲において、駆動電圧の明確な低減が確認できた。この傾向は、少なくとも全圧が７．０Ｐａ以下の範囲まで続くことが別の実験により分かった。したがって、全圧は２．７Ｐａ超７．０Ｐａ以下の範囲に設定することが望ましいと言える。
【０１６３】
次に、駆動電圧の酸素ガス分圧依存性は、図６（ｂ）からわかるように、全圧２．７Ｐａ、投入電力５００Ｗの条件下では、少なくとも酸素ガス分圧が５０％以上７０％以下の範囲において、酸素ガス分圧の上昇とともに駆動電圧の低下が確認できた。ただし、これ以上に酸素ガス分圧が上昇すると、別の実験により逆に駆動電圧の上昇が確認された。したがって、酸素ガス分圧は５０％以上で上限を７０％程度に抑えることが望ましいと言える。
【０１６４】
次に、駆動電圧の投入電力依存性は、図６（ｃ）からわかるように、全圧４．８Ｐａ、酸素ガス分圧５０％の条件下では、投入電力が５００Ｗ超で、急激に駆動電圧が上昇することが確認された。したがって、投入電力は５００Ｗ以下に抑えるのが望ましいと考えられる。なお、表３の素子Ｎｏ．１、３を見ると、投入電力が５００Ｗであっても、全圧が２．７Ｐａ以下であれば、駆動電圧が上昇するという結果が確認できる。
【０１６５】
次に、各ホールオンリー素子１Ｂのうち、代表して素子Ｎｏ．１４、１、７の電流密度―印加電圧曲線を図７に示した。図中縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。素子Ｎｏ．１４は、上記した全圧、酸素ガス分圧、投入電力の望ましい条件をすべて満たしている。一方、素子Ｎｏ．１、７は、上記望ましい条件を一部満たしていない。
【０１６６】
ここで、以降の説明のために、ホール注入層４（および後述の酸化タングステン層１２）の成膜条件に関しては、素子Ｎｏ．１４の成膜条件を成膜条件ａ、素子Ｎｏ．１の成膜条件を成膜条件ｂ、素子Ｎｏ．７の成膜条件を成膜条件ｃと呼ぶことにする。また、それに倣い、図７では、素子Ｎｏ．１４をＨＯＤ−ａ、素子Ｎｏ．１をＨＯＤ−ｂ、素子Ｎｏ．７をＨＯＤ−ｃとも記述した。
【０１６７】
図７に示されるように、ＨＯＤ−ａはＨＯＤ−ｂ、ＨＯＤ−ｃと比較して、最も電流密度―印加電圧曲線の立ち上がりが早く、また最も低い印加電圧で高い電流密度が得られている。これにより、ＨＯＤ−ａはＨＯＤ−ｂ、ＨＯＤ−ｃと比較し、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率が優れていることが推測される。なお、ＨＯＤ−ａは、各ホールオンリー素子１Ｂの中で最も駆動電圧が低い素子である。
【０１６８】
以上は、ホールオンリー素子１Ｂにおけるホール注入層からバッファ層へのホール注入効率に関する検証であったが、本発明の有機ＥＬ表示パネルの画素部における有機ＥＬ素子においても、ホール注入層からバッファ層へのホール注入効率の成膜条件依存性は、本質的にホールオンリー素子１Ｂと同じである。このことを確認するために、成膜条件ａ、ｂ、ｃのホール注入層を用いて、図８に示す各有機ＥＬ素子１を作製した。
【０１６９】
作製した有機ＥＬ素子１は、図８に示すように、陰極以外はホールオンリー素子１Ｂと同一の構成である。具体的には、基板９上に厚さ５０ｎｍのＩＴＯ薄膜からなる陽極２をスパッタ成膜法にて成膜し、陽極２上に厚さ３０ｎｍの酸化タングステンからなるホール注入層４を成膜条件ａ、ｂ、ｃで成膜し、ホール注入層４上に厚さ２０ｎｍのアミン系有機高分子であるＴＦＢからなるバッファ層６Ａ、厚さ７０ｎｍの有機高分子であるＦ８ＢＴからなる発光層６Ｂを各々スピンコート法で成膜し、さらに厚さ５ｎｍのＢａからなる電子注入層８Ａ、厚さ１００ｎｍのＡｌからなる陰極８Ｂを蒸着法で成膜して作製した。なお、有機ＥＬ素子１は、有機ＥＬ表示パネルの画素部におけるホール注入層からバッファ層へのホール注入効率を検討するための評価デバイスであるため、バンクや配線部は省略した。
【０１７０】
作製した成膜条件ａ、ｂ、ｃの各有機ＥＬ素子１を直流電源ＤＣに接続し、電圧を印加した。このときの電流密度―印加電圧曲線を図９に示した。図中、縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。
【０１７１】
なお、以降の説明のために、図９では、成膜条件ａの有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−ａ、成膜条件ｂの有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−ｂ、成膜条件ｃの有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−ｃと記述した。
【０１７２】
図９に示されるように、ＢＰＤ−ａはＢＰＤ−ｂ、ＢＰＤ−ｃと比較して、最も電流密度―印加電圧曲線の立ち上がりが早く、また最も低い印加電圧で高い電流密度が得られている。これは、それぞれ同じ成膜条件のホールオンリー素子であるＨＯＤ−ａ、ＨＯＤ−ｂ、ＨＯＤ−ｃと同様の傾向である。
【０１７３】
さらに、上記の各有機ＥＬ素子１について、電流密度の変化に応じた発光強度の関係を表す、発光強度―電流密度曲線を図１０に示した。図中、縦軸は発光強度（ｃｄ／Ａ）、横軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）である。これより、少なくとも測定した電流密度の範囲では、ＢＰＤ−ａの発光強度が最も高いことがわかる。
【０１７４】
以上の結果により、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率の成膜条件依存性が、有機ＥＬ素子１においても、ホールオンリー素子１Ｂの場合と同様に作用していることが推測される。すなわち、当該実験の有機ＥＬ素子１において、ホール注入層４を構成する酸化タングステンを、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、ターゲットは金属タングステンとし、基板温度は制御せず、チャンバー内ガスはアルゴンガスと酸素ガスで構成し、全圧が２．７Ｐａ超７．０Ｐａ以下であり、かつ酸素ガス分圧の全圧に対する比が５０％以上７０％以下であって、さらに投入電力密度が１Ｗ／ｃｍ2以上２．８Ｗ／ｃｍ2以下となる成膜条件下で、反応性スパッタ法で成膜すると、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率が良く、それにより優れた低電圧駆動と高い発光効率が実現されることが推測される。
【０１７５】
なお、上記においては、投入電力の条件は、表２をもとに改めて投入電力密度で表した。本実験で用いたＤＣマグネトロンスパッタ装置とは異なるＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いる場合は、ターゲットのサイズに合わせて、投入電力密度が上記条件になるように投入電力を調節することにより、本実験と同様に、優れた低電圧駆動と高い発光効率の有機ＥＬ素子１を実現するホール注入層４が得られる。なお、全圧、酸素分圧については、装置やターゲットのサイズに依存しない。
【０１７６】
また、ホール注入層４の反応性スパッタ法による成膜時は、室温環境下に配置されるスパッタ装置において、基板温度を意図的には設定していない。したがって、少なくとも成膜前は基板温度は室温である。ただし、成膜中に基板温度は数１０℃程度上昇する可能性がある。
【０１７７】
〈ホール注入層の電子状態について〉
本実施の形態の有機ＥＬ表示パネル１１０のホール注入層４０を構成する酸化タングステンには、前記フェルミ面近傍の占有準位が存在している。このフェルミ面近傍の占有準位は、先の実験で示した成膜条件の調整により形成されるものである。詳細を以下に述べる。
【０１７８】
前述の成膜条件ａ、ｂ、ｃで成膜した酸化タングステンにおける、前記フェルミ面近傍の占有準位の存在を確認する実験を行った。
【０１７９】
成膜条件ａ、ｂ、ｃで、光電子分光測定用のサンプルを作製した。当該サンプルの構成としては、図１１に示す１Ｃのように、導電性シリコン基板１１の上に、厚さ１０ｎｍの酸化タングステン層１２（ホール注入層に該当する）を、前記の反応性スパッタ法により成膜した。以降、成膜条件ａのサンプル１Ｃをサンプルａ、成膜条件ｂのサンプル１Ｃをサンプルｂ、成膜条件ｃのサンプル１Ｃをサンプルｃと記述する。
【０１８０】
サンプルａ、ｂ、ｃは、いずれもスパッタ装置内において酸化タングステン層１２を成膜した後、当該スパッタ装置に連結され窒素ガスが充填されたグローブボックス内に移送し、大気曝露しない状態を保った。そして、当該グローブボックス内でトランスファーベッセルに封入し、光電子分光装置に装着した。これにより、酸化タングステン層１２を成膜後に大気曝露することなく、紫外光電子分光（ＵＰＳ）測定を実施した。
【０１８１】
ここで、一般にＵＰＳスペクトルは、測定対象物の表面から深さ数ｎｍまでにおける、価電子帯などの占有準位の状態を反映したものになる。そこで本実験では、ＵＰＳを用いて酸化タングステン層１２の表層における占有準位の状態を観察するものとした。
【０１８２】
ＵＰＳ測定条件は以下の通りである。なお、サンプルａ、ｂ、ｃでは導電性シリコン基板１１を用いたため、測定中チャージアップは発生しなかった。
【０１８３】
光源      ：Ｈｅ  Ｉ線
バイアス  ：なし
出射角    ：基板法線方向
測定点間隔：０．０５ｅＶ
図１２に、サンプルａの酸化タングステン層１２のＵＰＳスペクトルを示す。横軸の結合エネルギーの原点は導電性シリコン基板１１のフェルミレベルとし、左方向を正の向きとした。
【０１８４】
以下、図１２を用いて、酸化タングステン層１２の各占有準位について説明する。
【０１８５】
一般に酸化タングステンが示すＵＰＳスペクトルにおいて、最も大きく急峻な立ち上がりは一意に定まる。この立ち上がりの変曲点を通る接線を線（ｉ）、その横軸との交点を点（ｉｉｉ）とする。これにより、酸化タングステンのＵＰＳスペクトルは、点（ｉｉｉ）から高結合エネルギー側に位置する領域（ｘ）と、低結合エネルギー側に位置する領域（ｙ）に分けられる。
【０１８６】
ここで、以下の表４に示した酸化タングステン層１２の組成比によれば、サンプルａ、ｂ、ｃとも、タングステン原子と酸素原子の数の比率がほぼ１：３である。なお、この組成比は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により求めた。具体的には、当該光電子分光装置を用い、前記ＵＰＳ測定と同様に、酸化タングステン層１２を大気曝露することなくＸＰＳ測定し、酸化タングステン層１２の表面から深さ数ｎｍまでにおけるタングステンと酸素の組成比を見積もった。なお、表４には、酸化タングステン層１２の成膜条件も併記してある。
【０１８７】
【表４】
2012153445.tif 000006
【０１８８】
この組成比から、サンプルａ、ｂ、ｃのいずれにおいても、酸化タングステン層１２は少なくとも表面から深さ数ｎｍ以内の範囲において、三酸化タングステンを基本とする原子配置、つまり６つの酸素原子が１つのタングステン原子に対し８面体配位で結合し、８面体が互いに頂点の酸素原子を共有する構造を基本構造に持つと考えられる。したがって、図１２における領域（ｘ）は、三酸化タングステン結晶、あるいはその結晶の秩序が乱れた（ただし結合は切れておらず、上記基本構造が保たれている）アモルファス構造が持つ、上記基本構造に由来する占有準位であり、いわゆる価電子帯に対応する領域である。なお、本発明者は酸化タングステン層１２のＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）測定を行い、サンプルａ、ｂ、ｃのいずれにおいても、上記基本構造が形成されていることを確認した。
【０１８９】
したがって、図１２における領域（ｙ）は、価電子帯と伝導帯の間のバンドギャップに対応するが、本ＵＰＳスペクトルが示すように、酸化タングステンにはこの領域にも、価電子帯とは別の占有準位が存在することがあることが知られている。これは上記基本構造とは異なる別の構造に由来する準位であり、いわゆるバンドギャップ間準位（ｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅあるいはｇａｐ  ｓｔａｔｅ）である。
【０１９０】
続いて図１３に、サンプルａ、ｂ、ｃにおける各酸化タングステン層１２の、領域（ｙ）におけるＵＰＳスペクトルを示す。図１３に示すスペクトルの強度は、図１２における点（ｉｉｉ）よりも３〜４ｅＶほど高結合エネルギー側に位置するピーク（ｉｉ）のピークトップの値で規格化した。図１３にも図１２の点（ｉｉｉ）と同じ横軸位置に点（ｉｉｉ）を示している。横軸は点（ｉｉｉ）を基準とした相対値（相対結合エネルギー）として表し、左から右に向かって結合エネルギーが低くなるように示している。
【０１９１】
図１３に示されるように、サンプルａの酸化タングステン層１２では、点（ｉｉｉ）からおおよそ３．６ｅＶ低い結合エネルギーの位置から、点（ｉｉｉ）からおおよそ１．８ｅＶ低い結合エネルギーの位置までの領域に、ピークの存在が確認できる。このピークの明瞭な立ち上がり位置を図中に点（ｉｖ）で示した。このようなピークは、サンプルｂ、ｃでは確認できない。
【０１９２】
本発明はこのように、ＵＰＳスペクトルにおいて点（ｉｉｉ）から１．８〜３．６ｅＶ程度低い結合エネルギーの領域内に隆起（ピーク形状を持つとは限らない）した構造を持つ酸化タングステンを、ホール注入層として用いることにより、有機ＥＬ表示パネル１１０において優れたホール注入効率が発揮できるようになっている。
【０１９３】
ここで、当該隆起の程度が急峻であるほど、ホール注入効率が高くなる傾向があることが分かっている。したがって、図１３に示すように、点（ｉｉｉ）から２．０〜３．２ｅＶ程度低い結合エネルギーの領域は、比較的当該隆起構造を確認しやすく、かつ、その隆起が比較的急峻である領域として、特に重要であると言える。
【０１９４】
なお、以降、ＵＰＳスペクトルにおける当該隆起構造を、「フェルミ面近傍の隆起構造」と称する。このフェルミ面近傍の隆起構造に対応する占有準位が、前記した「フェルミ面近傍の占有準位」である。
【０１９５】
次に、上記フェルミ面近傍の隆起構造をより明確にするために、図１３に示したサンプルａ、ｂ、ｃのＵＰＳスペクトルにおける規格化強度の微分を計算した。
【０１９６】
具体的には、グラフ解析ソフトウェア「ＩＧＯＲ  Ｐｒｏ  ６．０」を用い、図１３に示すＵＰＳスペクトルについて２項スムージング（スムージングファクターは１とした）を１１回行い、その後に中心差分法による微分処理を行った。これはＵＰＳ測定時のバックグラウンドノイズなどのばらつき要因を平滑化し、微分曲線をスムーズにし、下記の議論を明快にするためである。
【０１９７】
この処理により得られた微分曲線を図１４に示した。図１４中の点（ｉｉｉ）、（ｉｖ）は図１３と同一の横軸位置である。
【０１９８】
図１４に示す微分曲線によれば、サンプルｂ、ｃの酸化タングステン層１２では、光電子分光装置で測定可能な結合エネルギーから点（ｉｖ）に至るまでの領域（ｖ）においては、微分値は０付近をほぼ前後するのみであり、さらに点（ｉｖ）から高結合エネルギー側におおよそ１．２ｅＶまでの領域（ｖｉ）では、微分値は高結合エネルギー側に向かって、ほぼその増加率を増しながら漸増していくのみである。そして、この領域（ｖ）、（ｖｉ）におけるサンプルｂ、ｃの各微分曲線の形状は、当該各微分曲線の元である図１３に示したサンプルｂ、ｃのＵＰＳスペクトルとほぼ相似である。したがって、サンプルｂ、ｃの領域（ｖ）、（ｖｉ）におけるＵＰＳスペクトルとその微分曲線の形状は、指数関数的な形状であると言える。
【０１９９】
一方、サンプルａの酸化タングステン層１２では、点（ｉｖ）付近から高結合エネルギー側に向かって急峻な立ち上がりを見せており、領域（ｖ）、（ｖｉ）における微分曲線の形状は指数関数的な曲線の形状とは明らかに異なっている。このようなサンプルａについては、図１３の微分前のスペクトルにおいても、点（ｉｖ）付近から隆起し始め、また指数関数的なスペクトル形状とは異なる、フェルミ面近傍の隆起構造を持つことが確認できる。
【０２００】
このようなサンプルａの特性は、言い換えると、価電子帯で最も低い結合エネルギーよりおおよそ１．８〜３．６ｅＶ低い範囲内にフェルミ面近傍の占有準位が存在し、特に、価電子帯で最も低い結合エネルギーよりおおよそ２．０〜３．２ｅＶ低い範囲内にて、この範囲に対応するフェルミ面近傍の隆起構造が、ＵＰＳスペクトルで明瞭に確認できるものである。
【０２０１】
次に、成膜後大気曝露せずに図１３のＵＰＳスペクトルを測定したサンプルａ、ｂ、ｃの酸化タングステン層１２に対し、常温にて大気曝露を１時間行った。そして、再びＵＰＳ測定を行い、これによるスペクトルの変化を確認した。その前記領域（ｙ）におけるＵＰＳスペクトルを図１５に示す。横軸の取り方は図１３と同様であり、図中の点（ｉｉｉ）、（ｉｖ）は図１３と同一の横軸位置である。
【０２０２】
図１５に示したＵＰＳスペクトルによれば、サンプルｂ、ｃの酸化タングステン層１２では、大気曝露前と同様にフェルミ面近傍の隆起構造は確認できない。これに対し、サンプルａの酸化タングステン層１２では、大気曝露後には強度やスペクトル形状に変化はみられるものの、依然としてフェルミ面近傍の隆起構造の存在を確認できる。これにより、サンプルａについては、一定時間大気曝露を行っても、大気曝露前の特性が維持でき、周辺雰囲気に対して一定の安定性を有することがわかる。
【０２０３】
以上では、サンプルａ、ｂ、ｃについて測定したＵＰＳスペクトルに対して議論を行ったが、上記フェルミ面近傍の隆起構造は、ＸＰＳや硬Ｘ線光電子分光測定で得たスペクトルでも同様に確認することができる。
【０２０４】
図１６は、サンプルａの酸化タングステン層１２の、前記大気曝露後のＸＰＳスペクトルである。なお、比較のため、サンプルａの酸化タングステン層１２のＵＰＳスペクトル（図１２と同一のもの）を重ね書きした。
【０２０５】
ＸＰＳ測定条件は、光源がＡｌ  Ｋα線であること以外は、前述のＵＰＳ測定条件と同様である。ただし測定点の間隔は０．１ｅＶとした。図１６において、図中の点（ｉｉｉ）は図１２と同一の横軸位置であり、横軸は図１３と同様に、点（ｉｉｉ）を基準とした相対結合エネルギーで示している。また、ＸＰＳスペクトルにおける図１２の（ｉ）に該当する線を、図１６中で（ｉ）'で示した。
【０２０６】
図１６に示すように、サンプルａの酸化タングステン層１２におけるフェルミ面近傍の隆起構造は、ＸＰＳスペクトルにおいても、ＵＰＳスペクトルの場合と同様に、価電子帯で最も低い結合エネルギーよりもおおよそ１．８〜３．６ｅＶ低い範囲内にて、相当の大きさの隆起構造として、存在を明確に確認することができる。なお、別の実験により、硬Ｘ線光電子分光のスペクトルでも同様にフェルミ面近傍の隆起構造が確認できた。
【０２０７】
なお、上記測定においては、光電子分光測定用のサンプルとして、有機ＥＬ素子１（図８）の構造とは別に、導電性シリコン基板１１の上に酸化タングステン層１２を形成してなるサンプル１Ｃ（図１１）を用いた。これは単に、測定中のチャージアップを防ぐための措置であり、本発明の有機ＥＬ表示パネル１１０の構造を当該構成に限定するものではない。
【０２０８】
本発明者が行った別の実験によれば、図８に示す有機ＥＬ素子１の構成（基板９の片面にＩＴＯからなる陽極、および酸化タングステンからなるホール注入層を、順次積層した構成）を有するサンプルを用い、ＵＰＳ、ＸＰＳ測定を行った場合は、成膜条件ｂ、ｃの酸化タングステン層の測定中にチャージアップが発生した。
【０２０９】
しかしながら、チャージアップをキャンセルする中和銃を併用すれば、ホール注入層の各占有準位の示す結合エネルギーの絶対値（例えば、光電子分光装置自体のフェルミレベルを原点とするときの結合エネルギーの値）は、光電子分光測定用サンプル１Ｃの酸化タングステン層１２のものとは異なることがあるものの、少なくともバンドギャップから価電子帯で最も低い結合エネルギーに至る範囲においては、サンプル１Ｃと同様の形状のスペクトルが得られている。
【０２１０】
〈ホール注入層から機能層へのホール注入効率に関する考察〉
酸化タングステンからなるホール注入層において、ＵＰＳスペクトル等でフェルミ面近傍の隆起構造として確認できるフェルミ面近傍の占有準位が、ホール注入層から機能層へのホール注入効率に作用する原理は、以下のように考えることができる。
【０２１１】
酸化タングステンの薄膜や結晶に見られる、前記フェルミ面近傍の占有準位は、酸素欠陥に類する構造に由来することが、実験および第一原理計算の結果から多数報告されている。
【０２１２】
具体的には、酸素原子の欠乏により形成される隣接したタングステン原子の５ｄ軌道同士の結合軌道や、酸素原子に終端されることなく膜表面や膜内に存在するタングステン原子単体の５ｄ軌道に、前記フェルミ面近傍の占有準位が由来するものと推測されている。これらの５ｄ軌道は、半占あるいは非占状態であれば、有機分子と接触したとき、相互のエネルギー安定化のために、有機分子の最高被占軌道から電子を引き抜くことが可能であると推測される。
【０２１３】
実際、酸化タングステンと、触媒作用やエレクトロクロミズム、フォトクロミズムなど、多くの共通した物性を持つ酸化モリブデンにおいては、その薄膜上に有機低分子のα−ＮＰＤからなる層を積層すると、α−ＮＰＤ分子から酸化モリブデン薄膜に電子が移動するとの報告がある（非特許文献４参照）。
【０２１４】
なお、本発明者は、酸化タングステンにおいては、隣接したタングステン原子の５ｄ軌道同士の結合軌道よりも結合エネルギーが低い、タングステン原子単体の半占５ｄ軌道あるいはそれに類似した構造が、フェルミ面近傍の占有準位に該当するものと考える。
【０２１５】
図１７は、本発明のフェルミ面近傍の占有準位を持つ酸化タングステン層と、α−ＮＰＤ層との界面における、エネルギーダイアグラムである。
【０２１６】
図１７中では、まず、当該酸化タングステン層（ホール注入層に該当する）における、価電子帯で最も低い結合エネルギー（図中「価電子帯上端」と表記した）と、フェルミ面近傍の占有準位の立ち上がり位置に相当する、フェルミ面近傍の占有準位で最も低い結合エネルギー（図中「ｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端」と表記した）を示している。ＵＰＳスペクトルにおいては、価電子帯上端は図１２の点（ｉｉｉ）に該当し、ｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端は図１３の点（ｉｖ）に該当する。
【０２１７】
そして、さらに当該酸化タングステン層の上に、α−ＮＰＤ（機能層に該当する）を積層したときの、α−ＮＰＤ層の膜厚と、α−ＮＰＤの最高被占軌道の結合エネルギー、また真空準位との関係も示している。ここで、α−ＮＰＤの最高被占軌道の結合エネルギーとは、ＵＰＳスペクトルにおける、当該最高被占軌道によるピークの立ち上がり位置の結合エネルギーであり、言い換えればα−ＮＰＤの最高被占軌道で最も低い結合エネルギーである。
【０２１８】
具体的には、ＩＴＯ基板上に成膜した当該酸化タングステン層を、光電子分光装置と当該装置に連結された超高真空蒸着装置との間で基板を往復させながら、ＵＰＳ測定とα−ＮＰＤの超高真空蒸着とを繰り返すことで、図１７のエネルギーダイアグラムを得た。ＵＰＳ測定中にチャージアップは確認されなかったので、図１７では、縦軸の結合エネルギーをＩＴＯ基板のフェルミレベルを原点とした絶対値表記にしている。
【０２１９】
図１７から、α−ＮＰＤ層の厚さが少なくとも０〜０．３ｎｍの範囲、つまり当該酸化タングステン層とα−ＮＰＤ層との界面付近においては、当該酸化タングステン層のｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端と、α−ＮＰＤの最高被占軌道の結合エネルギーはほぼ等しく、言わば互いの準位が接続した状態（前述の界面準位接続の状態）になっていることがわかる。なお、ここで言う「等しい」とは、実際上多少の差を含んでおり、具体的には±０．３ｅＶ以内の範囲を指す。
【０２２０】
さらに、図１７は、前記界面準位接続が、偶然によるものではなく、酸化タングステンとα−ＮＰＤとの相互作用により実現しているものであることを示している。
【０２２１】
例えば、界面における真空準位の変化（真空準位シフト）は、その変化の向きから、界面に電気二重層が、酸化タングステン層側を負、α−ＮＰＤ層側を正として形成されていることを示す。また、その真空準位シフトの大きさが２ｅＶ近くと非常に大きいため、当該電気二重層は、物理吸着等ではなく、化学結合に類する作用により形成されたと考えるのが妥当である。すなわち、前記界面準位接続は、酸化タングステンとα−ＮＰＤとの相互作用により実現していると考えるべきである。
【０２２２】
本発明者は、具体的な相互作用として、以下のメカニズムを推察している。
【０２２３】
まず、フェルミ面近傍の占有準位は、上述のとおり、酸素欠陥に類する構造を構成しているタングステン原子の５ｄ軌道に由来するものである。これを、以下「隆起構造のＷ５ｄ軌道」と称する。
【０２２４】
当該酸化タングステン層の表面において、隆起構造のＷ５ｄ軌道に、α−ＮＰＤ分子の最高被占軌道が近づくと、相互のエネルギー安定化のために、α−ＮＰＤ分子の最高被占軌道から、隆起構造のＷ５ｄ軌道に電子が移動する。これにより、界面に電気二重層が形成され、図１７に見られるような真空準位シフト、界面準位接続が起こる。
【０２２５】
さらに具体的には、α−ＮＰＤ等のアミン系有機分子の最高被占軌道は、一般にその電子密度がアミン構造の窒素原子に偏って分布しており、当該窒素原子の非共有電子対を主成分として構成されていることが、第一原理計算による結果として多数報告されている。このことから、特に、当該酸化タングステン層と、アミン系有機分子の層との界面においては、アミン構造の窒素原子の非共有電子対から、隆起構造のＷ５ｄ軌道に電子が移動すると推察される。
【０２２６】
上記の推察を支持するものとしては、前述のように酸化タングステンと共通の物性を持つ酸化モリブデンの蒸着膜と、α−ＮＰＤ、Ｆ８ＢＴとの各界面において、図１７で示した酸化タングステン層とα−ＮＰＤ層の界面準位接続と同様の界面準位接続の報告がある（非特許文献２、６、７参照）。
【０２２７】
本発明の有機ＥＬ表示パネルのホール注入層が持つ、機能層に対する優れたホール注入効率は、以上の界面準位接続により説明することができる。すなわち、フェルミ面近傍の占有準位を持つ酸化タングステンからなるホール注入層と、隣接した機能層との間で、界面準位接続が起こり、フェルミ面近傍の占有準位の立ち上がり位置の結合エネルギーと、機能層の最高被占軌道の立ち上がり位置の結合エネルギーがほぼ等しくなる。ホール注入は、この接続された準位間で起こる。したがって、本発明のホール注入層と機能層との間のホール注入障壁は、ほぼ無いに等しい。
【０２２８】
しかしながら、フェルミ面近傍の占有準位を形成する要因である酸素欠陥に類する構造が全く無い酸化タングステンというものが、現実に存在するとは考えにくい。例えば、前述のサンプルｂ、ｃ等、光電子分光スペクトルにおけるフェルミ面近傍の隆起構造がない酸化タングステンにおいても、酸素欠陥に類する構造が、極めてわずかにでも存在はしていると考えるのが妥当である。
【０２２９】
これに対し、先の実験が示すように、サンプルａの酸化タングステン層１２に該当するホール注入層を持つホールオンリー素子ＨＯＤ−ａおよび有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａが優れた低電圧駆動を示す理由を、図１８を用いて説明する。
【０２３０】
酸化タングステン層に機能層を積層するとき、機能層を構成する有機分子の最高被占軌道と、酸化タングステン層のフェルミ面近傍の占有準位とが相互作用するには、その界面において、有機分子の最高被占軌道の電子密度が高い部位（例えば、アミン系有機分子におけるアミン構造の窒素原子。図中「注入サイト（ｙ）」で示す）と、酸化タングステン層表面の酸素欠陥に類する構造（図中「注入サイト（ｘ）」で示す）が、相互作用する距離まで接近（接触）する必要がある。
【０２３１】
しかし、図１８（ｂ）に示すように、前述のサンプルｂ、ｃ等、フェルミ面近傍の隆起構造が存在しない酸化タングステン層には、注入サイト（ｘ）が存在するとしても、その数密度は、ＵＰＳスペクトルにおいてフェルミ面近傍の隆起構造を発現するまでに至らないほど小さい。したがって、注入サイト（ｙ）が注入サイト（ｘ）と接触する可能性が非常に低い。注入サイト（ｘ）と注入サイト（ｙ）が接触するところにおいてホールが注入されるのであるから、サンプルｂ、ｃはその効率が極めて悪いことがわかる。
【０２３２】
これに対し、図１８（ａ）に示すように、前述のサンプルａ等、フェルミ面近傍の隆起構造を持つ酸化タングステン層には、注入サイト（ｙ）が豊富に存在する。したがって、注入サイト（ｙ）が注入サイト（ｘ）と接触する可能性が高く、ホール注入層から機能層へのホール注入効率が高いことがわかる。
【０２３３】
ここまでの一連の考察をより確実にするために、さらに、フェルミ面近傍の隆起構造が全く確認できない、成膜条件ｃの酸化タングステン層に対しても、図１７と同様に、α−ＮＰＤ層との界面におけるエネルギーダイアグラムを測定した。
【０２３４】
図１９にその結果を示す。ここで、上記のように、当該酸化タングステン層では、フェルミ面近傍の隆起構造に該当するｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端が全く確認できなかった。そこで、ホール注入に使われる準位の別の候補として、ＵＰＳスペクトルにおいてフェルミ面近傍の隆起構造の位置よりも高結合エネルギー側に見られる、当該隆起構造とは別の構造（図１２の（ｚ））の立ち上がり位置（「第２ｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端」と表記した）と、価電子帯上端とを、図１９中に示した。
【０２３５】
しかしながら、図１９のα−ＮＰＤの最高被占軌道は図１７とは全く異なり、第２ｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端にも、価電子帯上端にも、全く近づいておらず、つまり全く界面準位接続が起こっていない。これは、第２ｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅも、価電子帯も、α−ＮＰＤの最高被占軌道とはほとんど相互作用していないことを意味する。そして、仮に第２ｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端からα−ＮＰＤの最高被占軌道にホールが注入されるとしても、その注入障壁は０．７５ｅＶと、ほぼ０であった図１７の場合に比べ極めて大きい。
【０２３６】
この注入障壁の差は、成膜条件ａ、ｂ、ｃのホールオンリー素子１Ｂ、有機ＥＬ素子１の駆動電圧や発光効率に大きく影響していると考えられる。すなわち、成膜条件ａ、ｂ、ｃの各ホールオンリー素子１Ｂ、有機ＥＬ素子１の特性の違いは、本発明の有機ＥＬ表示パネル１１０が、ホール注入層から機能層への優れたホール注入効率を持つことを強く示唆するものと考えられるのである。
【０２３７】
以上をまとめると、本発明の有機ＥＬ表示パネル１１０が優れたホール注入効率を持つことは、次のように説明できる。
【０２３８】
まず、酸化タングステンからなるホール注入層が、その光電子分光スペクトルにおいて、フェルミ面近傍の隆起構造を持つ。これは、酸素欠陥に類する構造、そしてそれに由来するフェルミ面近傍の占有準位が、当該ホール注入層の表面に少なからず存在することを意味する。
【０２３９】
そして、フェルミ面近傍の占有準位自体は、隣接する機能層を構成する有機分子から電子を奪うことで、有機分子の最高被占軌道と界面準位接続する作用を持つ。
【０２４０】
したがって、ホール注入層の表面に、少なからず酸素欠陥に類する構造が存在すれば、フェルミ面近傍の占有準位と、有機分子の最高被占軌道の電子密度が高い部位とが接触する確率が高く、界面準位接続の作用が効率的に起こり、ホール注入層から機能層への優れたホール注入効率が発現することになる。
【０２４１】
〈陽極からホール注入層へのホール注入効率に関する考察〉
次に、陽極と、本発明の酸化タングステンからなるホール注入層との間に形成される、ショットキーオーミック接続、およびその安定性（陽極の材料や表面状態に対する依存性）について説明する。
【０２４２】
１．陽極とホール注入層との間のホール注入障壁について
まず、陽極と機能層を直接積層した従来構成の有機ＥＬ素子における、陽極と機能層との界面付近におけるエネルギーダイアグラムを、図２０〜２３にそれぞれ示す。なお、ここでは機能層としてα−ＮＰＤを用いた。また、図中の縦軸の結合エネルギーは、陽極のフェルミレベルを原点とした絶対値表記にしている。
【０２４３】
図２０、２１のように、陽極をＩＺＯで構成する場合、当該陽極の表面に対し、純水洗浄のみを行ったもの（図２０）、また純水洗浄後さらにドライエッチング処理を行ったもの（図２１）とで、陽極のフェルミレベルと機能層の最高被占軌道との間のホール注入障壁は、いずれも１ｅＶ超という相当な大きさであり、しかもその大きさが、ＩＺＯ表面に対する処理の違いで大きく変動していることが分かる。
【０２４４】
また、図２２、２３のように、陽極をＩＴＯで構成する場合においても、当該陽極の表面に対し、ＩＰＡ（イソプロパノール）洗浄のみを行ったもの（図２２）、またＩＰＡ洗浄後さらに酸素プラズマで処理したもの（図２３）とも、やはり相当な高さのホール注入障壁が存在することが分かる。
【０２４５】
これらの図２０〜２３に示すように、従来の有機ＥＬ素子では、陽極材料の種類や陽極の表面状態によって、陽極と機能層との間ホール注入障壁が相当に変動するほか、障壁自体も大きく、駆動電圧の面において改善の余地があったことを確認できる。
【０２４６】
一方、陽極と、本発明の酸化タングステンからなるホール注入層を積層した場合の、陽極と本発明のホール注入層との界面付近におけるエネルギーダイアグラムを、図２４〜２８にそれぞれ示す。
【０２４７】
図２４、２５は、陽極をＩＺＯで構成する場合である。図２０、２１と同様に、当該陽極の表面に対し、純水洗浄のみを行ったもの（図２４）、また純水洗浄後さらにドライエッチング処理を行ったもの（図２５）をそれぞれ作製し、その上に本発明のホール注入層を積層している。
【０２４８】
図２６、２７は、陽極をＩＴＯで構成する場合である。図２２、２３と同様に、当該陽極の表面に対し、ＩＰＡ洗浄のみを行ったもの（図２６）、またＩＰＡ洗浄後さらに酸素プラズマで処理したもの（図２７）をそれぞれ作製し、その上に本発明のホール注入層を積層している。
【０２４９】
さらに、図２８は、陽極をＡｌで構成する場合である。当該陽極を成膜した後、その表面が自然酸化されないように、大気曝露することなく本発明のホール注入層を積層している。
【０２５０】
これらの図２４〜２８に示される結果から、次のことがわかる。
【０２５１】
まず、図２４〜２８のすべてにおいて、ホール注入層の膜厚がおよそ２ｎｍ未満においては、フェルミ面近傍の占有準位の立ち上がり位置であるｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端の結合エネルギーは比較的急峻に変化しているが、膜厚２ｎｍ以上においては、ほぼ一定である。そして、その一定となった結合エネルギーの値は、陽極のフェルミレベルに非常に近く、差は±０．３ｅＶ以内に収まっている。これは、言い換えれば、図２４〜２８のすべてにおいて、陽極と本発明のホール注入層の間では、ショットキーバリアの幅が２ｎｍ程度の良好なショットキーオーミック接続が実現されている、ということを意味する。
【０２５２】
さらに、図２４、２５のＩＺＯ陽極、また図２６、２７のＩＴＯ陽極においては、ホール注入層の膜厚が２ｎｍ以上における陽極のフェルミレベルとｉｎ−ｇａｐ  ｓｔａｔｅ上端との結合エネルギー差は、陽極の表面状態に依存せず、ほぼ同じ値（高々０．０２ｅＶのずれ）となっている。
【０２５３】
したがって、次のことが言える。まず、陽極の材料がＩＺＯ、ＩＴＯ、Ａｌのいずれでも、陽極と本発明のホール注入層は、ホール注入層の膜厚が２ｎｍ以上であれば、ショットキーオーミック接続する。さらに、陽極の表面状態が少なくとも上記したいずれの処理を経た場合のものでも、この接続は依然良好に保たれるばかりでなく、その接続の程度（上記の結合エネルギー差）も、陽極の表面状態の違いに依存することなく、極めて安定した一定の状況を維持しているのである。
【０２５４】
これらの結果から、本発明の酸化タングステンからなるホール注入層を用いれば、陽極の仕事関数や表面状態を一定にするための諸作業、つまり陽極材料を厳密に選択したり、ホール注入層形成直前の陽極の表面状態を高度に一定に維持したりするなどの特別な配慮を行わなくても、陽極からホール注入層への良好なホール注入効率を期待できる。
【０２５５】
以上をまとめると、本発明における酸化タングステンからなるホール注入層は、フェルミ面近傍に占有準位を有することで、当該準位の作用により、陽極の仕事関数や表面状態にほとんど影響を受けずに陽極とショットキーオーミック接続を実現し、具体的には、陽極の表面からホール注入層側への距離が２ｎｍの位置において、陽極のフェルミレベルと当該占有準位の結合エネルギー差が±０．３ｅＶ以内に収まっている。その結果、陽極とホール注入層との間のホール注入障壁を相当に緩和することができる。
【０２５６】
ここで、本発明のホール注入層は、前述のように当該占有準位の作用により、機能層との間のホール注入障壁も極めて小さい。したがって、陽極からホール注入層へ、またホール注入層から機能層へと、ほとんど障壁を受けることなくホールを注入することができる。このように、ホール注入層と機能層との間のホール注入障壁のみならず、陽極とホール注入層との間のホール注入障壁をも緩和することで、一層、良好な素子の低電圧駆動を実現できる。さらに、ホール注入効率の向上を図れば、駆動時に素子にかかる負荷が軽減されるため、素子の駆動寿命を延ばすことも期待できる。
【０２５７】
２．ショットキーオーミック接続の安定性の確認
上記のように、本発明の酸化タングステンからなるホール注入層は、膜厚が２ｎｍ以上であれば、陽極との間に安定したショットキーオーミック接続を形成できる。このことを素子の特性によっても確認した。
【０２５８】
まず、前述のホールオンリー素子ＨＯＤ−ａを用いて、本発明のホール注入層における、陽極からホール注入層へのホール注入効率の膜厚依存性を評価した。
【０２５９】
ここでのホールオンリー素子ＨＯＤ−ａのホール注入層は、前述の成膜条件ａ（表４）で成膜し、膜厚は５〜３０ｎｍの範囲とした。また、比較のために、ホール注入層を省略した、すなわち陽極とバッファ層を直接積層した素子も作製した（以降「膜厚０ｎｍ」と称する）。他の各層の構成は〈酸化タングステンの成膜条件について〉の項にて述べたものと同じである。
【０２６０】
ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａは、膜厚０ｎｍの素子を除き、ホール注入層がいずれも成膜条件ａで成膜されているため、ホール注入層からバッファ層へのホール注入効率は全て同等と考えられる。さらに、ホール注入層の膜厚以外の構成も同一である。したがって、ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａの特性には、ホール注入層の膜厚、および陽極とホール注入層との間のショットキーオーミック接続の形成の程度が主に影響するはずである。
【０２６１】
ここで、まず、ホール注入層の電気抵抗の影響が考えられる。ホール注入層の膜厚が大きいほどホール注入層の抵抗は増加する。しかしながら、成膜条件ａのホール注入層の抵抗率は、バッファ層や発光層の１００分の１以下であることが、別の実験により確認された。したがって、ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａの特性には、ホール注入層の膜厚の違いによる抵抗の違いはほとんど寄与しない。
【０２６２】
したがって、ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａは、膜厚０ｎｍの素子を除き、陽極とホール注入層との間に一定のショットキーオーミック接続を形成できていれば、全て同等の特性になるはずである。
【０２６３】
作製したホール注入層の膜厚が０ｎｍ、５ｎｍ、３０ｎｍの各ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａを直流電源に接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。以降、「駆動電圧」とは、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2のときの印加電圧とする。
【０２６４】
各ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａの駆動電圧を表５に示す。
【０２６５】
【表５】
2012153445.tif 000007
【０２６６】
膜厚０ｎｍの素子の駆動電圧は相当に高くなっている。これは、本発明のホール注入層を持たないために、陽極とバッファ層との間に大きなホール注入障壁が生じているためと考えられる。一方、膜厚５ｎｍ、３０ｎｍの各素子では、駆動電圧が低く抑えられており、その値も膜厚に依存せず、ほぼ同じであることがわかる。これより、ホール注入層の膜厚が少なくとも５ｎｍ以上であるとき、陽極と本発明のホール注入層の間には、ほぼ一定のショットキーオーミック接続が形成され、陽極からホール注入層への良好なホール注入効率が実現していると考えられる。
【０２６７】
次に、有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａにおいても、本発明のホール注入層における、陽極からホール注入層へのホール注入効率の膜厚依存性を評価した。ホール注入層の膜厚は２〜３０ｎｍの範囲とした。
【０２６８】
当該有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａも、ホール注入層の膜厚以外の構成は全て同一であるから、陽極とホール注入層との間に一定のショットキーオーミック接続を形成できていれば、全て同等の特性になるはずである。
【０２６９】
作製したホール注入層の膜厚が２ｎｍ、５ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍの各有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａを直流電源に接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。以降、「駆動電圧」とは、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2のときの印加電圧とする。
【０２７０】
各有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａの駆動電圧を表６に示す。
【０２７１】
【表６】
2012153445.tif 000008
【０２７２】
駆動電圧はいずれも低く、良好である。素子の作製上必然的に生じる各層の膜厚のばらつきなどを考慮すれば、これらの駆動電圧は、膜厚に依存せず、十分に同等と見なせる。これより、ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａの場合と同様に、当該有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａにおいても、ホール注入層の膜厚が２ｎｍ以上であるとき、陽極と本発明のホール注入層の間に、ほぼ一定のショットキーオーミック接続が形成されていると考えられる。
【０２７３】
続いて、有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａを用いて、本発明のホール注入層の膜厚と、素子の駆動寿命との関係についても評価を行った
当該有機ＥＬ素子ＢＰＤ−ａは、表６で用いたものと同じ構成であり、ホール注入層の膜厚は２〜３０ｎｍの範囲とし、また、比較のために、ホール注入層を省略した膜厚０ｎｍの素子も作製した。
【０２７４】
各素子ともホール注入層の膜厚以外の構成は同一であり、したがって、陽極とホール注入層との間に一定のショットキーオーミック接続を形成できていれば、同程度の寿命が期待できる。
【０２７５】
作製したホール注入層の膜厚が０ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、３０ｎｍの各素子を直流電源に接続し、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2の定電流で駆動し、発光輝度の駆動時間による変化を測定した。
【０２７６】
各素子において、輝度が駆動開始時の６０％に低下するまでの輝度低下時間を表７に示す。
【０２７７】
【表７】
2012153445.tif 000009
【０２７８】
これより、まず、膜厚０ｎｍの素子は輝度の低下が速く、つまり寿命が短いことがわかる。これは、本発明のホール注入層を持たないために、陽極とバッファ層との間に大きなホール注入障壁が生じ、定電流を流すためには駆動電圧を高くする必要があり、素子への負荷が高くなることが大きく影響していると考えられる。
【０２７９】
一方、膜厚２ｎｍ、５ｎｍ、３０ｎｍの各素子は、膜厚０ｎｍの素子に比べ輝度低下が遅く、つまり寿命が長い。これは、本発明のホール注入層により、ホール注入障壁が効果的に緩和され、駆動電圧が低くて済み、素子への負担が軽減されたためであると考えられる。
【０２８０】
そして、膜厚２ｎｍ、５ｎｍ、３０ｎｍの各素子は、いずれも良好で同程度の輝度低下を示している。したがって、やはりホール注入層の膜厚が２ｎｍ以上であれば、陽極と本発明のホール注入層の間に、ほぼ一定のショットキーオーミック接続が形成され、このためホール注入層の膜厚が２ｎｍ以上の素子は駆動電圧が同程度となり、同程度の寿命を示すと考えられる。
【０２８１】
以上の実験により、本発明の酸化タングステンからなるホール注入層は、膜厚が２ｎｍ以上であれば、陽極との間に安定したショットキーオーミック接続を形成できることが、素子特性によっても確認された。
【０２８２】
なお、本発明者は、表１および図６、７、９、１０の素子の作製において、ホール注入層の成膜前にＩＴＯ陽極の表面に対して、アルゴンイオンスパッタ処理を行って陽極の洗浄を行ったところ、ホール注入層の成膜条件に関わらず、陽極とホール注入層の間にショットキーオーミック接続がなされることを他の実験で確認した。
【０２８３】
図１７で用いた方法と同様に、上記の処理後のＩＴＯ陽極上への各成膜条件によるホール注入層の成膜とＵＰＳ測定とを繰り返したところ、ホール注入層の膜厚がおよそ２ｎｍ以内では、成膜条件に関わらずフェルミ面近傍の隆起構造が確認され、陽極とショットキーオーミック接続を形成していた。しかし、膜厚が大きくなると、図１３のように、成膜条件によってフェルミ面近傍の隆起構造の有無が異なるものとなった。
【０２８４】
これは、アルゴンイオンスパッタによって当該ＩＴＯ陽極の表面に酸素欠陥が形成されることにより、ホール注入層の成膜開始直後においては、酸化タングステンの酸素原子が当該ＩＴＯ陽極側に奪われやすくなり、このため界面近傍のみにおいては、ホール注入層に酸素欠陥に類する構造が多くなるからと考えられる。このため、当該ＩＴＯ陽極とホール注入層の間には、本発明のショットキーオーミック接続が形成される。
【０２８５】
ホール注入層の成膜開始後、膜厚が数ｎｍ以上になれば、以降は各成膜条件で決まる膜質で一様に成膜されるため、ホール注入層の膜厚が３０ｎｍである表１および図６、７、９、１０の素子の特性は、成膜条件に依存するものになる。
【０２８６】
［２］ホール注入層におけるホール伝導効率に関する実験と考察
上述したように、本実施の形態における有機ＥＬ表示パネル１１０では、ホール注入層４０（図１）をナノクリスタル構造としている。このようにすることで、ホール注入層４０中に、陽極２０からホール注入層４０に注入されたホールが伝導する経路を増やすことができるので、有機ＥＬ表示パネル１１０の駆動電圧の低減が図られる。
【０２８７】
ここで、本発明者は、ホール注入層４０を構成する酸化タングステンを所定の成膜条件で成膜することで、ホール注入層４０にナノクリスタル構造を意図的に存在させることができることを見出した。先ず、この所定の成膜条件について詳細に説明する。
【０２８８】
ホール注入層４０の成膜にはＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、ターゲットは金属タングステンとした。基板温度の制御は行わなかった。スパッタガスはアルゴンガスで構成し、反応性ガスは酸素ガスで構成し、各々のガスを同等の流量とし、反応性スパッタ法で成膜することが好適であると考えられる。なお、ホール注入層４０の成膜方法はこれに限定されず、スパッタ法以外の方法、例えば蒸着法、ＣＶＤ法等の公知の方法により成膜することもできる。
【０２８９】
ナノクリスタル構造を持つ酸化タングステンからなるホール注入層４０を形成するためには、基板に飛来する原子やクラスターが、基板上に先に形成された規則的な構造を壊さない程度の低運動エネルギーで基板に到達し、基板上を動きながら互いに規則性を持って結合できることが必要と考えられ、このためには出来る限り低い成膜レートで成膜されることが望ましい。
【０２９０】
ここで、本発明者らは後述する実験結果より、反応性スパッタ法において上記の低い成膜レートを実現できる成膜条件としては、（４）アルゴンガスと酸素ガスから構成されるスパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であり、かつ、（５）スパッタガスの全圧に対する酸素ガス分圧が５０％以上７０％以下であり、かつ、（６）ターゲットの単位面積当たりの投入電力（投入電力密度）が１．５Ｗ／ｃｍ2以上６．０Ｗ／ｃｍ2以下であり、かつ、（７）スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ2／Ｗより大きくなるように設定することで、ナノクリスタル構造を持つ酸化タングステンからなるホール注入層４０を得、有機ＥＬ表示パネル１１０の駆動電圧の低減効果を確認した。
【０２９１】
なお、上記（４）に関し、後述する実験においては、全圧は上限値が４．７Ｐａであるが、少なくとも７．０Ｐａまでは同様の傾向を示すことが、別途確認されている。
【０２９２】
また、上記（５）に関し、後述する実験においては、全圧に対する酸素ガス分圧の割合は５０％に設定されているが、少なくとも５０％以上７０％以下において、駆動電圧の低減が確認されている。
【０２９３】
さらに、上記（７）に関し、補足説明する。アルゴンガスと酸素ガスの流量が同等の場合、投入電力密度と全圧によって膜質が決定すると考えられる。（６）の投入電力密度は、スパッタされターゲットから放出されるタングステン原子やタングステンクラスターの数と運動エネルギーを変化させる。つまり、投入電力密度を低くすることによって、ターゲットから放出されるタングステンの数が減少し、運動エネルギーも低下し、基板に飛来するタングステンを少なくかつ低運動エネルギーにでき、低成膜レートでの膜形成が期待できる。また、（４）の全圧は、ターゲットから放出されたタングステン原子やタングステンクラスターの平均自由行程を変化させる。つまり、全圧が高いとタングステン原子やタングステンクラスターが、基板に到達するまでにチャンバー内のガスと衝突を繰返す確率が上昇して、タングステン原子やタングステンクラスターの飛来方向が分散し、かつ運動エネルギーも衝突で失うことによって、基板に到達するタングステンを少なくかつ低運動エネルギーにでき、低成膜レートでの膜形成が期待できる。
【０２９４】
しかし、投入電力密度と全圧をそれぞれ単独で制御して成膜レートを変化させるには、限界があると考えられる。そこで、全圧を投入電力密度で割った値を、新たに成膜レートを決めるパラメータとして採用し、成膜条件（７）を決定した。
【０２９５】
以上より、本実施の形態のナノクリスタル構造を形成するための成膜条件は、上記の（４）〜（７）を満たすことが好ましいと考えられる。ここで（７）のパラメータの上限値については、後述する実験の範囲内では３．１３Ｐａ・ｃｍ2／Ｗ以下であり、３．２Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも小さければよいと考えられ、より確実には３．１Ｐａ・ｃｍ2／Ｗ以下であることが好ましいと考えられる。しかし、上述の成膜レートとナノクリスタル構造に関する考察から、成膜レートは低いほど好ましく、したがって必ずしも上限値には制約されないと考えられる。以上から、成膜条件（７）を決定した。
【０２９６】
なお、上記パラメータの値が大きい程成膜レートが低く、上記パラメータの値が小さい程成膜レートが高くなることが、別の実験により確認された。
【０２９７】
次に、上記成膜条件の有効性を確認するための諸実験を行った。
【０２９８】
まず、ホール注入層４０のホール伝導効率の、成膜条件依存性の評価を行うため、評価デバイスとしてホールオンリー素子１Ｂを作製した。具体的に作製したホールオンリー素子１Ｂは、図５に示すものと同様の構成とした。
【０２９９】
表８に示すＡ〜Ｅの５通りの成膜条件のホール注入層４で構成される、各ホールオンリー素子１Ｂを作製した。以下、成膜条件Ａで成膜したホールオンリー素子１ＢをＨＯＤ−Ａ、成膜条件Ｂで成膜したホールオンリー素子１ＢをＨＯＤ−Ｂ、成膜条件Ｃで成膜したホールオンリー素子１ＢをＨＯＤ−Ｃ、成膜条件Ｄで成膜したホールオンリー素子１ＢをＨＯＤ−Ｄ、成膜条件Ｅで成膜したホールオンリー素子１ＢをＨＯＤ−Ｅと称する。
【０３００】
なお、表８に示す成膜条件Ａと表４に示す成膜条件ａを比較すると、全圧がわずかに異なるのみで、両者はほぼ同条件である。
【０３０１】
【表８】
2012153445.tif 000010
【０３０２】
作製した各ホールオンリー素子１Ｂを直流電源ＤＣに接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。
【０３０３】
各ホールオンリー素子１Ｂの印加電圧と電流密度の関係を図２９に示す。図中縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。
【０３０４】
また、各ホールオンリー素子１Ｂの駆動電圧を表９に示す。なお、ここでの「駆動電圧」は、電流密度０．３ｍＡ／ｃｍ2のときの印加電圧とした。
【０３０５】
ここで、各ホールオンリー素子１Ｂのホール注入層４以外の構成は同一であるから、ホール注入層４を除く、隣接する２つの層の間のホール注入障壁や、ホール注入層４を除く各層のホール伝導効率は、各素子で一定と考えられる。このことから、駆動電圧が小さいほど、ホール注入層４０のホール伝導効率は高いと推測される（理由については後ほど考察する）。
【０３０６】
【表９】
2012153445.tif 000011
【０３０７】
表９および図２９に示されるように、ＨＯＤ−Ｅは他の素子に比べ、最も電流密度―印加電圧曲線の立ち上がりが遅く、最も駆動電圧が高い。したがって、ＨＯＤ−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、全圧を下げるとともに投入電力密度を最大にした成膜条件で作製したＨＯＤ−Ｅと比較して、ホール伝導効率が優れていると推測される。
【０３０８】
以上は、ホールオンリー素子１Ｂにおけるホール注入層４のホール伝導効率に関する検証であったが、本発明の有機ＥＬ表示パネルの画素部における有機ＥＬ素子においても、ホール注入層のホール伝導効率の成膜条件依存性は、本質的にホールオンリー素子１Ｂと同じである。このことを確認するために、評価デバイスとして有機ＥＬ素子１を作製した。作製した有機ＥＬ素子１は、図８に示すものと同様の構成である。
【０３０９】
以下、成膜条件Ａで成膜した有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−Ａ、成膜条件Ｂで成膜した有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−Ｂ、成膜条件Ｃで成膜した有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−Ｃ、成膜条件Ｄで成膜した有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−Ｄ、成膜条件Ｅで成膜した有機ＥＬ素子１をＢＰＤ−Ｅと称する。
【０３１０】
作製した成膜条件Ａ〜Ｅの各有機ＥＬ素子１を直流電源ＤＣに接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。
【０３１１】
各有機ＥＬ素子１の印加電圧と電流密度の関係を図３０に示す。図中縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。
【０３１２】
また、各有機ＥＬ素子１の駆動電圧を表１０に示す。なお、ここでの「駆動電圧」は、電流密度８ｍＡ／ｃｍ2のときの印加電圧とした。
【０３１３】
【表１０】
2012153445.tif 000012
【０３１４】
表１０および図３０に示されるように、ＢＰＤ−Ｅは他の素子に比べ、最も電流密度―印加電圧曲線の立ち上がりが遅く、最も駆動電圧が高い。これは、それぞれ同じ成膜条件のホールオンリー素子ＨＯＤ−Ａ〜Ｅと同様の傾向である。
【０３１５】
以上の結果により、ホール注入層４のホール伝導効率の成膜条件依存性が、有機ＥＬ素子１においても、ホールオンリー素子１Ｂの場合と同様に作用していることが確認された。すなわち、有機ＥＬ素子１においても、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの範囲となる成膜条件で成膜を行うことにより、良好なホール注入層４のホール伝導効率が得られ、それにより低電圧駆動が実現されていると推測される。
【０３１６】
なお、上記においては、投入電力の条件は、表８に示したように投入電力密度で表した。本実験で用いたものと異なるＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いる場合は、投入電力密度が上記条件になるように投入電力を調節することにより、本実験と同様に、優れたホール伝導効率の酸化タングステン層からなるホール注入層を得ることができる。なお、全圧、酸素分圧については、装置に依存しない。
【０３１７】
また、ホール注入層４の反応性スパッタ法による成膜時は、室温環境下に配置されるスパッタ装置において、基板温度を意図的には設定していない。したがって、少なくとも成膜前の基板温度は室温である。ただし、成膜中に基板温度は数１０℃程度上昇する可能性がある。
【０３１８】
なお、本発明者は別の実験により、酸素分圧を上げすぎた場合には逆に駆動電圧が上昇してしまうことを確認している。したがって、酸素分圧は５０％〜７０％であることが望ましい。
【０３１９】
以上の実験結果より、低電圧駆動には成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで作製したホール注入層を備える有機ＥＬ素子が好ましく、より好ましくは成膜条件Ａ、Ｂで作製した有機ＥＬ素子である。以下、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで作製したホール注入層を備える有機ＥＬ素子を画素部とする有機ＥＬ表示パネルを本願の対象とする。
【０３２０】
〈ホール注入層のタングステンの化学状態について〉
本実施の形態に係るホール注入層４０を構成する酸化タングステン層には、５価のタングステン原子が存在している。この５価のタングステン原子は、先の実験で示した成膜条件の調整により形成されるものである。詳細を以下に述べる。
【０３２１】
前述の成膜条件Ａ〜Ｅで成膜した酸化タングステンの化学状態を確認するために、硬Ｘ線光電子分光測定（以下、単に「ＨＸＰＳ測定」と称する）実験を行った。ここで、一般に硬Ｘ線光電子分光スペクトル（以下、単に「ＨＸＰＳスペクトル」と称する）からは、測定対象物の膜の深さ数十ｎｍまでに渡る情報、言い換えれば膜のバルクの情報が得られ、測定深さは、表面の法線と光電子を検出する方向とがなす角度によって決まる。本実験では、酸化タングステン層の厚み方向全体の価数の状態を観察するために、上記角度を調整し、４０°に決定した。
【０３２２】
ＨＸＰＳ測定条件は以下の通りである。なお、測定中、チャージアップは発生しなかった。
【０３２３】
（ＨＸＰＳ測定条件）
ＳＰｒｉｎｇ−８のビームラインＢＬ４６ＸＵを使用。
【０３２４】
光源      ：シンクロトロン放射光（エネルギー８ｋｅＶ）
バイアス  ：なし
出射角    ：基板法線方向とのなす角が４０°
測定点間隔：０．０５ｅＶ
表８に示すＡ〜Ｅの各成膜条件でＨＸＰＳ測定用のサンプルを作製した。ガラス上に成膜されたＩＴＯ基板の上に、厚さ３０ｎｍの酸化タングステン層（ホール注入層４０と見なす）を、前記の反応性スパッタ法で成膜することにより、ＨＸＰＳ測定用のサンプルとした。以降、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで作製したＨＸＰＳ測定用サンプルを、それぞれサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＥと称する。
【０３２５】
サンプルＡ〜Ｅの各ホール注入層４０に対してＨＸＰＳ測定を行った。その結果のスペクトルを図３１に示す。横軸は結合エネルギーであり、ＩＴＯ基板のフェルミレベルを原点とし、左方向を正の向きとした。縦軸は光電子強度である。
【０３２６】
図３１に示す結合エネルギー領域には３つのピークが観測され、各ピークは図の左から右に向かって、それぞれタングステンの５ｐ3/2準位（Ｗ５ｐ3/2）、４ｆ5/2準位（Ｗ４ｆ5/2）、４ｆ7/2準位（Ｗ４ｆ7/2）に対応するピークであると帰属した。
【０３２７】
次に、各サンプルのスペクトルのＷ５ｐ3/2、Ｗ４ｆ5/2、Ｗ４ｆ7/2に帰属された各ピークに対し、光電子分光解析用ソフト「ＸＰＳＰＥＡＫ  ４．１」を用いてピークフィッティング解析を行った。まず、硬Ｘ線のエネルギーに対する光イオン化断面積から、Ｗ４ｆ7/2、Ｗ４ｆ5/2、Ｗ５ｐ3/2に対応する各成分それぞれの面積強度比を、Ｗ４ｆ7/2：Ｗ４ｆ5/2：Ｗ５ｐ3/2＝４：３：１０．５に固定した。次に、表１１に示すように、Ｗ４ｆ7/2の６価に帰属される成分（Ｗ6+４ｆ7/2）のピークトップの位置を結合エネルギー３５．７ｅＶに合わせた。次に、Ｗ５ｐ3/2、Ｗ４ｆ5/2、Ｗ４ｆ7/2それぞれの表面光電子に帰属される成分、６価に帰属される成分、５価に帰属される成分のピークトップの位置と半値幅の初期値を、表１１に示す範囲内に設定した。また、各成分のフィッティングに用いるＧａｕｓｓｉａｎ−Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎの混合関数におけるＬｏｒｅｎｔｚｉａｎ関数の比率の初期値も、表１１に示す範囲内に設定した。さらに、各成分の面積強度の初期値を、上記の強度比を保った上で任意に設定した。そして、各成分の面積強度を上記の強度比を保ちながら動かし、また各成分のピーク位置、半値幅、Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎ関数の比率を表１１の範囲内で動かし、最大１００回最適化計算することにより、最終的なピークフィッティング解析結果を得た。
【０３２８】
【表１１】
2012153445.tif 000013
【０３２９】
最終的なピークフィッティング解析結果を図３２に示す。図３２（ａ）は、サンプルＡの解析結果、図３２（ｂ）はサンプルＥの解析結果である。
【０３３０】
両図において、破線（ｓａｍｐｌｅ  Ａ、ｓａｍｐｌｅ  Ｅ）は実測スペクトル（図３１のスペクトルに相当）、二点鎖線（ｓｕｒｆａｃｅ）は表面光電子に帰属される成分（Ｗsur５ｐ3/2、Ｗsur４ｆ5/2、Ｗsur４ｆ7/2）、点線（Ｗ6+）は６価に帰属される成分（Ｗ6+５ｐ3/2、Ｗ6+４ｆ5/2、Ｗ6+４ｆ7/2）、一点鎖線（Ｗ5+）は５価に帰属される成分（Ｗ5+５ｐ3/2、Ｗ5+４ｆ5/2、Ｗ5+４ｆ7/2）である。実線（ｆｉｔ）は、二点鎖線と点線と一点鎖線で示す各成分を足し合わせたスペクトルである。
【０３３１】
図３２の破線と実線のスペクトルは非常に良く一致しており、すなわちＷ５ｐ3/2、Ｗ４ｆ5/2、Ｗ４ｆ7/2の各準位に帰属されるピークは、いずれもホール注入層４０の表面からの光電子に帰属される成分（ｓｕｒｆａｃｅ）と、ホール注入層４０の層内に含まれる６価に帰属される成分（Ｗ6+）および５価に帰属される成分（Ｗ5+）の足し合わせで良く説明できることが分かる。
【０３３２】
また、図３２（ａ）のサンプルＡでは、６価に帰属される各成分（Ｗ6+）に対して０．３〜１．８ｅＶ低い結合エネルギー領域に、対応した５価に帰属される成分（Ｗ5+）が存在することが確認できる。一方、図３２（ｂ）のサンプルＥでは、そのような５価に帰属される成分は確認できない。分かりやすくするために、図３２（ａ）および（ｂ）のそれぞれの右側に、丸で囲んだ部分の拡大図を示した。これによれば、サンプルＡでははっきりとＷ5+の一点鎖線の山（図中（ｃ）で示した）が存在していること確認できるが、サンプルＥでは確認できない。さらに、拡大図の細部に着目すると、サンプルＡではピークフィッティング結果の各成分の足し合わせである実線（ｆｉｔ）と、６価の成分のみの点線（Ｗ6+）との間で大きく「ずれ」がある一方で、サンプルＥではサンプルＡほどの「ずれ」はない。すなわち、サンプルＡにおけるこの「ずれ」が５価のタングステン原子の存在を示唆するものであると推察される。
【０３３３】
次に、サンプルＡ〜Ｅにおける、６価のタングステン原子に対する５価のタングステン原子の数の比率であるＷ5+／Ｗ6+を算出した。この比率は、各サンプルのピークフィッティング解析結果において、５価に帰属される成分の面積強度を、対応する６価に帰属される成分の面積強度で除算することにより算出した。
【０３３４】
なお、５価に帰属される成分と、対応する６価に帰属される成分の面積強度比は、Ｗ５ｐ3/2、Ｗ４ｆ5/2、Ｗ４ｆ7/2のいずれにおいても、測定原理上同じ値になる。実際、本検討においても同じ値であることを確認している。そこで、以降の考察では、Ｗ４ｆ7/2のみを用いている。
【０３３５】
表１２にサンプルＡ〜ＥのＷ４ｆ7/2におけるＷ5+／Ｗ6+を示す。
【０３３６】
【表１２】
2012153445.tif 000014
【０３３７】
表１２に示すＷ5+／Ｗ6+の値によれば、ホール注入層４０中の５価のタングステン原子の割合が最も高いのはサンプルＡであり、続いてサンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤの順にその割合が小さくなる傾向があり、サンプルＥは最も小さい。また、表１０と表１２の結果を比較すると、ホール注入層４０中の５価のタングステン原子の割合が高いほど、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低くなる傾向があることがわかる。
【０３３８】
なお、上記のＨＸＰＳ測定を用いて、タングステンと酸素の組成比を求めることにより、サンプルＡ〜Ｅとも、ホール注入層４０中のタングステン原子と酸素原子の数の比率は、層全体の平均として、ほぼ１：３であることが確認された。この比率より、サンプルＡ〜Ｅのいずれにおいても、ホール注入層４０はほぼ全体にわたって、三酸化タングステンを基本とする原子配置を基本構造に持つと考えられる。なお、本発明者はホール注入層４０のＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）測定を行い、サンプルＡ〜Ｅのいずれにおいても、上記基本構造が形成されていることを確認した。
【０３３９】
〈ホール注入層４０の電子状態について〉
本実施の形態の酸化タングステンからなるホール注入層４０は、フェルミ面近傍の占有準位を有する。この占有準位の作用により、ホール注入層４０とバッファ層６０との間で界面準位接続がなされ、ホール注入層４０とバッファ層６０との間のホール注入障壁が小さく抑えられている。これにより、本実施の形態の有機ＥＬ素子は、低電圧での駆動が可能となる。
【０３４０】
そして、このフェルミ面近傍の占有準位は、後述のように、上記の界面だけでなく、ホール注入層４０の層中においてもナノクリスタルの粒界に存在し、ホールの伝導経路となっている。その結果、ホール注入層４０は良好なホール伝導効率を得ることができ、本実施の形態の有機ＥＬ表示パネルは、より低電圧での駆動が可能となる。
【０３４１】
前述のサンプルＡ〜Ｅの各ホール注入層４０に対し、このフェルミ面近傍の占有準位の存在を確認する実験を、ＵＰＳ測定を用いて行った。
【０３４２】
サンプルＡ〜Ｅは、いずれもスパッタ装置内においてホール注入層４０を成膜した後、当該スパッタ装置に連結され窒素ガスが充填されたグローブボックス内に移送し、大気曝露しない状態を保った。そして、当該グローブボックス内でトランスファーベッセルに封入し、光電子分光装置に装着した。これにより、ホール注入層４０を成膜後に大気曝露することなく、ＵＰＳ測定を実施した。
【０３４３】
ＵＰＳ測定条件は以下の通りである。なお、測定中チャージアップは発生しなかった。
【０３４４】
光源    ：Ｈｅ  Ｉ線
バイアス：なし
出射角  ：基板法線方向
測定点間隔：０．０５ｅＶ
図３３に、サンプルＡ、Ｅの各ホール注入層４０の、領域（ｙ）におけるＵＰＳスペクトルを示す。ここで、領域（ｙ）や点（ｉｉｉ）等の記号は、図１２、１３で説明した通りであり、横軸は点（ｉｉｉ）を原点とした相対的な結合エネルギーである。
【０３４５】
図３３に示されるように、サンプルＡのホール注入層４０では、価電子帯の立ち上がりの位置である点（ｉｉｉ）からおおよそ３．６ｅＶ低い結合エネルギーの位置から、点（ｉｉｉ）からおおよそ１．８ｅＶ低い結合エネルギーの位置までの領域に、図１３で述べたフェルミ面近傍の隆起構造が確認できる。一方、このような隆起構造は、サンプルＥでは確認できない。なお、サンプルＢ、Ｃ、Ｄにおいても、上記の隆起構造は確認され、その形状、規格化強度に、サンプルＡとの大きな差は見られなかった。
【０３４６】
しかしながら、ＵＰＳ測定は表層のみの評価である。そこで、ホール注入層４０の膜全体に渡ってもフェルミ面近傍の隆起構造が存在するかを、サンプルＡ、Ｅの各ホール注入層４のＨＸＰＳ測定で確認したところ、サンプルＡではやはり隆起構造が確認され、一方サンプルＥではやはり確認できなかった。
【０３４７】
以上の実験より、成膜条件Ａ〜Ｄのホール注入層４０は、フェルミ面近傍の占有準位を有することが確認された。このように、光電子スペクトルにおいて点（ｉｉｉ）から１．８〜３．６ｅＶ程度低い結合エネルギーの領域内に隆起（ピークとは限らない）した構造を持つ酸化タングステン層、すなわちフェルミ面近傍の占有準位を有する酸化タングステン層を、ホール注入層として用いることにより、成膜条件Ａ〜Ｄで形成されたホール注入層を有する有機ＥＬ表示パネルは、優れたホール伝導効率を発揮できるようになっている。
【０３４８】
ここで、本実施の形態で述べた一連のホールオンリー素子１Ｂ、有機ＥＬ素子１の特性には、陽極２からホール注入層４へのホール注入効率、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率よりも、ホール注入層４におけるホール伝導効率が大きく影響していると考えられる。その理由を以下に述べる。
【０３４９】
成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで成膜した各ホール注入層４では、前述したように、いずれもＵＰＳ測定において、フェルミ面近傍の隆起構造が確認された。このことは、図１８で説明すれば、これらのホール注入層４には、いずれも注入サイト（ｘ）がＵＰＳで確認できる程度の数密度で存在していることを意味する。さらに、隆起構造の形状や規格化強度は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ホール注入層４で大差なく、したがって、注入サイト（ｘ）の数密度は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ホール注入層４で同程度と考えられる。そして、成膜条件Ａが、先の成膜条件ａと同等であることを考慮すれば、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ホール注入層４は、いずれもバッファ層６Ａの注入サイト（ｙ）の数密度に対し、十分な数密度の注入サイト（ｘ）を持っていると考えられる。つまり、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ホール注入層４は、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール注入効率に関しては、同程度と見なせる。
【０３５０】
そして、成膜条件Ａ〜Ｄのホール注入層は、このようにフェルミ面近傍の隆起構造を同程度に持つから、陽極２とホール注入層４の間には、前述のようにショットキーオーミック接続が形成される。したがって、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ホール注入層４は、陽極２からホール注入層４へのホール注入効率に関しても、同程度と見なせる。
【０３５１】
ところが、表９のＨＯＤ−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの駆動電圧は、いずれも良好であるものの、２．２５Ｖの開きがある。したがって、ホール注入層４からバッファ層６Ａ、および陽極２からホール注入層４へのホール注入効率以外の要素が、この開きに影響していることになる。この開きに影響する要素は、残りのひとつ、つまりホール注入層４自体のホール伝導効率と考えられるのである。
【０３５２】
なお、成膜条件Ｅのホール注入層４はフェルミ面近傍の隆起構造が確認されないことから、成膜条件Ｅの素子の駆動電圧には、ホール注入層４のホール伝導効率とともにホール注入層４とバッファ層６Ａ、および陽極２とホール注入層４の間のホール注入障壁が影響すると考えられる。しかしながら、以降で述べるタングステンの価数およびナノクリスタル構造とホール伝導の関係から、成膜条件Ｅのホール注入層４はホール伝導効率が非常に低いことが容易に推測される。
【０３５３】
〈Ｗ5+／Ｗ6+の値とホール伝導効率の関係に関する考察〉
図３４は酸化タングステン結晶の構造を説明するための図である。本実施の形態の酸化タングステンは、前述したようにタングステンと酸素の組成比がほぼ１：３であるから、ここでは三酸化タングステンを例に挙げて説明する。
【０３５４】
図３４に示すように、三酸化タングステンの結晶は、６つの酸素原子が１つのタングステン原子に対し８面体配位で結合し、その８面体同士が頂点の酸素原子を共有する構造を持つ。（なお、図３４では、単純化のために８面体が三酸化レニウムのように整然と並んだ絵で示しているが、実際は８面体同士がやや歪んで配置している。）
この、６つの酸素と８面体配位で結合したタングステン原子が、６価のタングステン原子である。一方で、６価より価数が低いタングステン原子とは、この８面体配位が何らかの形で乱れたものに対応する。典型的には、配位している６つの酸素原子のうちのひとつが抜け酸素欠陥となっている場合で、このとき、残された５つの酸素原子と結合しているタングステン原子は５価となる。
【０３５５】
一般に金属酸化物に酸素欠陥が存在するときは、電気的な中性を維持するために、抜けた酸素原子が残した電子が欠陥周囲の金属原子に供給され、これにより金属原子の価数は低くなる。５価のタングステン原子は、このようにして電子がひとつ供給されており、したがって、抜けた酸素原子との結合に使われていた電子ひとつと合わせて、ひとつの非共有電子対を有していると考えられる。
【０３５６】
以上から推測される、５価のタングステン原子を有する本実施の形態のホール注入層４０におけるホール伝導のメカニズムは、例えば以下の通りである。
【０３５７】
５価のタングステン原子は、自身が持つ非共有電子対から電子をホールに供与することが可能である。したがって、５価のタングステン原子同士がある程度近接して存在すれば、ホール注入層に印加された電圧によって、ホールは５価のタングステン原子の非共有電子対の間をホッピングで移動することも可能である。さらに、５価のタングステン原子同士がほぼ隣接していれば、非共有電子対に対応する５ｄ軌道同士の重なりが大きくなり、ホッピングをしなくても容易に移動が可能である。
【０３５８】
すなわち、本実施の形態では、ホール注入層４０中に存在する５価のタングステン原子の間を、ホールが伝導していると考えられるのである。
【０３５９】
上記の推測に基づけば、サンプルＡのようにＷ5+／Ｗ6+の値が大きい、すなわち５価のタングステン原子の割合が高いホール注入層４０では、５価のタングステン原子同士がより近接、隣接しやすくなるため、低電圧でホール伝導しやすく、有機ＥＬ素子において優れたホール伝導効率を発揮できると考えられる。
【０３６０】
なお、サンプルＣ、Ｄにおいては、Ｗ5+／Ｗ6+の値がサンプルＡほど高くはないが、３．２％程度であっても、素子は良好な低電圧駆動であった。これより、Ｗ5+／Ｗ6+の値は３．２％程度以上であれば良いと考えられる。
【０３６１】
〈ホール注入層４０における酸化タングステンの微細構造について〉
本実施の形態のホール注入層４０を構成する酸化タングステン層には、ナノクリスタル構造が存在している。このナノクリスタル構造は、成膜条件の調整により形成されるものである。詳細を以下に述べる。
【０３６２】
表８の成膜条件Ａ〜Ｅで成膜した各ホール注入層４０におけるナノクリスタル構造の存在を確認するために、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察実験を行った。
【０３６３】
ＴＥＭ観察用のサンプルにおけるホール注入層４０は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて成膜した。具体的には、ガラス上に成膜されたＩＴＯ基板の上に、厚さ３０ｎｍの酸化タングステン層（ホール注入層４０と見なす）を前記の反応性スパッタ法により成膜した。
【０３６４】
以降、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで作製したＴＥＭ観察用サンプルを、それぞれサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと称する。
【０３６５】
ここで、一般にＴＥＭ観察は、観察する面に対して、サンプルの厚み方向を薄くして観察を行う。本実施の形態では、ホール注入層４０の断面を観察するものとし、収束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用いたサンプル加工により当該断面を作製し、さらに厚さ５０ｎｍ程度の薄片にした。ＦＩＢ加工とＴＥＭ観察の条件は以下の通りである。
【０３６６】
（ＦＩＢ加工条件）
使用機器：Ｑｕａｎｔａ２００（ＦＥＩ社製）
加速電圧：３０ｋＶ（最終仕上げ５ｋＶ）
薄片膜厚：約５０ｎｍ
（ＴＥＭ観察条件）
使用機器：トプコンＥＭ−００２Ｂ（トプコンテクノハウス社製）
観察方法：高分解能電子顕微鏡法
加速電圧：２００ｋＶ
図３５に、サンプルＡ〜Ｅの各ホール注入層４０の断面のＴＥＭ観察写真を示す。写真の倍率は、写真内に記載したスケールバーに従う。また、最暗部から最明部までを２５６階調に分割し表示している。
【０３６７】
サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各ＴＥＭ写真では、部分的に明部が同方向に配列していることによる、規則的な線状構造が確認される。スケールバーから、この線状構造はおおよそ１．８５〜５．５５Åの間隔で配列していることがわかる。一方で、サンプルＥでは明部が不規則に分散しており、規則的に配列した線状構造は確認されなかった。
【０３６８】
一般にＴＥＭ写真において、上記のような線状構造がある領域は、一つの微細な結晶を表している。図３５のＴＥＭ写真では、この結晶の大きさは、おおよそ５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のナノサイズと見て取れる。したがって、上記の線状構造の有無は、次のように言い換えられる。すなわち、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは酸化タングステンのナノクリスタル構造が確認できるが、一方でサンプルＥでは確認できず、ほぼ全体がアモルファス構造と考えられる。
【０３６９】
図３５のサンプルＡのＴＥＭ写真において、ナノクリスタルの任意の１つを白線の輪郭線にて図示した。なお、この輪郭線は正確なものではなく、あくまで例示である。なぜなら、ＴＥＭ写真には断面の最表面だけではなく、その下層の様子も写り込んでいるため、正確な輪郭を特定することが困難であるからである。この輪郭線で囲んだナノクリスタルの大きさは、おおよそ５ｎｍ程度と読める。
【０３７０】
図３５のＴＥＭ観察写真を２次元フーリエ変換した結果（２次元フーリエ変換像と称する）を、図３６に示す。この２次元フーリエ変換像は、図３５のＴＥＭ観察写真の逆空間における波数の分布であり、したがってＴＥＭ観察写真の周期性を示すものである。具体的には、図３６の２次元フーリエ変換像は、図３５のＴＥＭ写真を画像処理ソフト「ＬＡｖｉｅｗ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ＃１．７７」を用い、フーリエ変換を行って作成した。
【０３７１】
サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの２次元フーリエ変換像では、中心点（Γ点）を中心とした、比較的明瞭な３本ないしは２本の同心円状の明部が確認される。一方、サンプルＥでは、この同心円状の明部は不明瞭である。
【０３７２】
上記の同心円状の明部の「不明瞭さ」は、図３５のＴＥＭ写真における秩序性の崩れを示している。つまり、同心円状の明部が明瞭に確認できるサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのホール注入層４０は秩序性、規則性が比較的高く、サンプルＥのホール注入層４０は秩序性、規則性が低いことを示している。
【０３７３】
上記の秩序性を明確にするために、図３６の各２次元フーリエ変換像から、像の中心点からの距離に対する輝度の変化を示すグラフを作成した。図３７は、その作成方法の概要を示す図であり、サンプルＡを例として示している。
【０３７４】
図３７（ａ）に示すように、２次元フーリエ変換像を、その中心点を回転中心として０°から３５９°まで１°刻みに回転させ、１°回転毎に、中心点から図のＸ軸方向の距離に対する輝度を測定する。そして、この１°回転毎の測定結果を全て足し合わせて３６０で割ることで、中心点からの距離に対する平均輝度（規格化輝度と称する）を得た。中心点からの距離を横軸に、各距離における規格化輝度を縦軸としてプロットしたものが図３７（ｂ）である。なお、２次元フーリエ変換像の回転には「Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｍａｎａｇｅｒ」を用い、中心点からの距離と輝度の測定には、画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＮｏｓ」を用いた。以下、図３７で説明した方法で作成した、中心点からの距離と、各距離における規格化輝度との関係を示すプロットを「輝度変化プロット」と称する。
【０３７５】
図３８、３９に、サンプルＡ〜Ｅの輝度変化プロットを示す。各サンプルとも、中心点の高輝度部とは別に、矢印で示したピークを有することが分かる。以下、この輝度変化プロットにおける、中心点から最も近くに現れる矢印のピークを「ピークＰ１」と称する。
【０３７６】
図３８、３９から、サンプルＥのピークＰ１に比べて、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、ＤのピークＰ１は鋭い凸形状を持っていることがわかる。この各サンプルのピークＰ１の鋭さを、数値化して比較した。図４０はその評価方法の概要を示す図であり、サンプルＡおよびＥを例として示している。
【０３７７】
図４０（ａ）、（ｂ）は、それぞれサンプルＡおよびＥの輝度変化プロットであり、図４０（ａ１）、（ｂ１）はそのピークＰ１付近の拡大図である。図中に「Ｌ」で示した「ピークＰ１のピーク幅Ｌ」を、ピークＰ１の「鋭さ」を示す指標として用いることにする。
【０３７８】
この「ピークＰ１のピーク幅Ｌ」をより正確に決定するために、図４０（ａ１）、（ｂ１）の輝度変化プロットを一次微分し、それを図４０（ａ２）、（ｂ２）に示した。図４０（ａ２）、（ｂ２）において、ピークＰ１のピークトップに対応する横軸の値と、当該ピークトップから中心点に向かって最初に微分値が０となる位置に対応する横軸の値との差を、ピーク幅Ｌとする。
【０３７９】
ピークＰ１のピークトップに対応する横軸の値を１００として規格化したときの、サンプルＡ〜Ｅにおけるピーク幅Ｌの値を表１３に示す。
【０３８０】
【表１３】
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【０３８１】
表１３に示すように、ピーク幅Ｌは、サンプルＡが最も小さく、サンプルＢ、Ｃ、Ｄの順に大きくなり、サンプルＥで最大となっている。ここで、サンプルＣ、Ｄのピーク幅ＬはサンプルＡほど小さくはない。しかしながら、２１．９程度の値であっても、成膜条件Ｃ、Ｄのホール注入層を持つ有機ＥＬ素子は、前述の通り良好なホール伝導効率が得られている。
【０３８２】
表１３のピーク幅Ｌの値は、図３６の２次元フーリエ変換像における、中心点から最も近い同心円状の明部の明瞭さを示している。ピーク幅Ｌの値が小さいほど、同心円状の明部の広がりが小さく、したがって、２次元フーリエ変換前の図３５のＴＥＭ写真における規則性、秩序性が高くなる。これは、ＴＥＭ写真において、ナノクリスタル構造が占める面積の割合が大きくなることに対応すると考えられる。反対に、ピーク幅Ｌの値が大きいほど、同心円状の明部の広がりが大きく、したがって、２次元フーリエ変換前の図３５のＴＥＭ写真における規則性、秩序性が低くなる。これは、ＴＥＭ写真において、ナノクリスタル構造が占める面積の割合が低くなることに対応すると考えられる。
【０３８３】
〈ナノクリスタル構造とホール伝導効率との関係に関する考察〉
本実施の形態の各実験によって、次のことがわかった。ホール伝導効率が良いホール注入層は、膜全体にわたってフェルミ面近傍の占有準位を持ち、５価のタングステン原子の割合が高く、ナノクリスタル構造を持ち、膜構造の規則性、秩序性が高い。逆に、ホール伝導効率が悪いホール注入層は、膜全体にわたってフェルミ面近傍の占有準位が確認されず、５価のタングステン原子の割合が非常に低く、ナノクリスタル構造も確認できず、膜構造の規則性、秩序性が低い。この各実験結果の相関関係を、以下に考察する。
【０３８４】
まず、ナノクリスタル構造（膜構造の規則性）と、５価のタングステン原子の関係について述べる。
【０３８５】
本実施の形態の各成膜条件のホール注入層は、前述のように、いずれもタングステンと酸素の組成比がほぼ１：３である。したがって、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのホール注入層で見られた、膜構造の規則性の要因であるナノクリスタルは、三酸化タングステンの微結晶であると考えられる。
【０３８６】
ここで、一般に、ナノスケールの微結晶内部に酸素欠陥が生じた場合、そのサイズの小ささ故に、酸素欠陥が影響を及ぼす領域が相対的に非常に大きくなるため、微結晶は大きく歪み、その結晶構造の維持が困難になる。したがって、酸素欠陥に類する構造に由来する５価のタングステン原子が、ナノクリスタルの内部に含まれる可能性は低い。
【０３８７】
しかし、ナノクリスタルの表面や、ナノクリスタル同士の粒界に関しては、この限りではない。一般に、結晶の周期性が途切れる表面や粒界では、いわゆる表面酸素欠陥などの、酸素欠陥に類する構造が容易に形成される。例えば非特許文献５は、三酸化タングステン結晶の表面は、最表面のタングステン原子の半数が酸素原子に終端されていない構造の方が、最表面のタングステン原子の全てが酸素原子に終端された構造よりも安定であると報告している。このようにして、ナノクリスタルの表面や粒界には、酸素原子に終端されていない５価のタングステン原子が多く存在していると考えられる。
【０３８８】
一方で、成膜条件Ｅのホール注入層は、５価のタングステン原子はほとんどなく、ナノクリスタルは確認されず、膜全体が規則性に乏しいアモルファス構造である。これは、三酸化タングステンの基本構造である８面体構造同士は、互いに途切れることなく頂点の酸素を共有している（したがって５価のタングステン原子にはならない）ものの、その８面体の並び方に周期性、秩序性がないためと考えられる。
【０３８９】
次に、フェルミ面近傍の占有準位と、５価のタングステン原子の関係について述べる。
【０３９０】
フェルミ面近傍の占有準位は酸素欠陥に類する構造に由来すると考えられている。また、５価のタングステン原子も酸素欠陥に類する構造に由来する。すなわち、フェルミ面近傍の占有準位と５価のタングステン原子は、同じ酸素欠陥に類する構造がその形成要因である。具体的には、５価のタングステン原子などが持つ酸素原子との結合に使われていない５ｄ軌道がフェルミ面近傍の占有準位であるとの推測が多数報告されている。
【０３９１】
以上から、ホール伝導効率が良いホール注入層では、ナノクリスタルの表面や粒界に５価のタングステン原子が多く隣接して存在し、したがって、表面や粒界において、５価のタングステン原子の５ｄ軌道同士の重なりが大きく、フェルミ面近傍の占有準位が連続的に存在していると推察される。一方で、ホール伝導効率が悪いホール注入層では、酸素欠陥に類する構造およびそれに由来する５価のタングステン原子はアモルファス構造中にほとんどなく、そのためフェルミ面近傍の占有準位がほとんど存在しないと推察される。
【０３９２】
続いて、本発明のホール注入層のホール伝導のメカニズムについてさらに考察する。すでに、ホール注入層４０中に存在する５価のタングステン原子の間をホールが伝導している、と考察したが、上記の各実験結果の相関関係から、さらに具体像を推測することが可能である。
【０３９３】
まず、成膜条件Ｅのホール注入層のように、主にアモルファス構造で形成されている酸化タングステンからなるホール注入層における、ホール伝導を説明する。図４１（ｂ）はホール注入層において、アモルファス構造１５が支配的であり、ナノクリスタル１３が少ない（あるいは全くない）場合における、ホール１４の伝導を示す図である。ホール注入層に電圧が印加されると、アモルファス構造１５中では、離散して存在する５価のタングステン原子のうち比較的近接しているものの間で、ホール１４のホッピングが起こる。そして、電界の力を受けて、ホール１４は近接する５価のタングステン原子の間をホッピングしながら、バッファ層側へ移動していく。つまり、アモルファス構造１５中では、ホッピング伝導によりホール１４が移動する。
【０３９４】
ここで、成膜条件Ｅのホール注入層のように、５価のタングステン原子が極めて少ない場合、５価のタングステン原子間の距離が長く、この長距離間をホッピングするためには非常に高い電圧を印加する必要があり、したがって素子の駆動電圧は高くなる。
【０３９５】
なお、この高電圧化を避けるためには、５価のタングステン原子、したがって酸素欠陥に類する構造をアモルファス構造１５中に増やせば良く、実際、例えば真空蒸着法による所定の条件で酸化タングステンを成膜すれば、酸素欠陥に類する構造を多く含むアモルファス膜を作製することは可能である。
【０３９６】
しかしながら、このような酸素欠陥に類する構造を多量に含むアモルファス膜では、化学的な安定性は失われてしまい、さらに、酸素欠陥に類する構造の光吸収現象に由来する、明らかな着色も生じてしまうため、有機ＥＬ表示パネルの量産に対して実用的ではない。この点、本発明のホール注入層は、タングステンと酸素の組成比がほぼ１：３であることから膜全体としては酸素欠陥に類する構造が少なく、かつ、結晶構造を形成している。したがって、化学的な安定性が比較的良好に保たれ、着色も低減されている。
【０３９７】
なお、図４１（ｂ）でナノクリスタル１３の表面にホール１４が到達した場合、ナノクリスタル１３の表面には５価のタングステン原子が多く存在し、このためホールの授受が可能であるフェルミ面近傍の占有準位が、表面に隣接して存在し、したがってナノクリスタル１３の表面に限れば、ホール１４の移動は容易である。しかしながら、バッファ層にホール１４が到達するためには、結局アモルファス構造１５を経由せざるを得ないため、ホール伝導効率は向上しない。
【０３９８】
次に、本発明のナノクリスタル構造を有する酸化タングステン層におけるホール伝導を説明する。図４１（ａ）はホール注入層において、アモルファス構造１５が少なく（あるいは全くなく）、一方でナノクリスタル１３が数多く存在している場合における、ホール１４の伝導を示す図である。まず、上記と同様に、ナノクリスタル１３の表面や粒界には、５価のタングステン原子が多く隣接して存在し、このためホールの授受が可能であるフェルミ面近傍の占有準位が、表面や粒界にほぼ連続して存在している。しかも、図４１（ａ）ではナノクリスタル１３が数多く存在していることにより、それぞれの表面や粒界がさらに連結している。すなわち、ナノクリスタル１３間を連結した表面や粒界による、図の太矢印のような連続したホールの伝導経路が存在している。これにより、ホール注入層に電圧が印加されると、ホール１４は、この連結した表面や粒界に広がっているフェルミ面近傍の占有準位を容易に伝導し、低駆動電圧でバッファ層に到達できるのである。
【０３９９】
以上の考察から、良好なホール伝導効率を示す金属酸化物層の構造としては、（１）ホールの授受を担う部分が存在すること、および（２）それが連続的に存在していること、が重要であると考えられる。したがって、（１）自身が取り得る最大価数より低い価数の金属原子が層中に存在し、（２）ナノクリスタル構造を形成している、金属酸化物層が、ホールの伝導に好適な構造と言える。
【０４００】
〈補助配線、電子注入層とホール注入層の間のショットキーオーミック接続、ホール注入層中のホールおよび電子の伝導に関する考察〉
上記では、有機ＥＬ素子における陽極とホール注入層に関して考察するという観点から、キャリアとしてはホールと表現し、また電流は陽極からホール注入層への方向のみを議論した。しかしながら、陽極等の電極と本発明のホール注入層の間のショットキーオーミック接続は、電流の方向を電極からホール注入層のみに限定するものではない。
【０４０１】
前述のように、フェルミ面近傍の占有準位は、酸素欠陥に類する構造における、酸素原子と結合していないタングステン原子の５ｄ軌道が持つ電子によるものであり、これは価電子帯の電子や、有機分子の持つ電子とは異なり、比較的自由に動けるキャリアである。言わば、フェルミ面近傍の占有準位は、電子の出し入れが容易なｎ型半導体のドナー準位、あるいは金属的な準位である。したがって、電極との電子の授受（ホールの授受とも言い換えられる）は双方向に容易であり、容易であるからこそショットキーオーミック接続を実現しているのである。実際、本発明者らは、別の実験により、ＩＴＯ、ＩＺＯ、Ａｌ、Ｂａと本発明のホール注入層の２層構造において、双方向にオーミックに電流が流れることを確認した。
【０４０２】
電極と本発明のホール注入層の間の、上記のようなショットキーオーミック接続は、当然ながら補助配線とホール注入層の間、またホール注入層と電子注入層の間においても形成されており、これらの層の間ではキャリアの授受が容易である。このため、補助配線と電子注入層の間に位置している本発明のホール注入層が、ホール注入層から電子注入層への電子の注入を妨げたり、補助配線からホール注入層への電子の注入を妨げたりすることはない。この点において、本発明のホール注入層は、例えば補助配線からの電子の注入が困難な銅フタロシアニンやＰＥＤＯＴ等のホール注入層とは、大きく異なるものである。
【０４０３】
さらに、本発明のホール注入層はナノクリスタル構造を有し、上述の金属的な準位であるフェルミ面近傍の占有準位が、ナノクリスタルの表面や粒界に連続して存在している。したがって、この連続した金属的な準位を介して、電子（ホールとも言い換えられる）が容易に膜中を伝導できる。このことにより、画素部においては素子の良好なホール伝導効率が実現され、また配線部においてはホール注入層が介在しても良好な低抵抗が維持されるのである。
【０４０４】
ここで、補助配線と電子注入層が直接接続する場合に比べれば、本発明のホール注入層が補助配線と電子注入層の間に介在することで、接続部の抵抗自体は大きくなる。しかしながら、本発明のホール注入層は、ナノクリスタル構造を持つため、有機物からなる一般の機能層に比べ極めて抵抗率が低く、また膜厚も通常の有機ＥＬ素子の構成においては高々数十ｎｍ以内であるから、画素部、配線部を含めた有機ＥＬ表示パネル全体の抵抗に対する本発明のホール注入層の抵抗の寄与は極めて小さい。したがって、本発明のホール注入層が接続部に介在していても、実質的な配線部の高抵抗化を引き起こすことはなく、本発明のホール注入層を用いた有機ＥＬ表示パネルにおいては、補助配線上にホール注入層を形成しないようにする工程は必要がない。
【０４０５】
なお、本実施の形態では、接続部においては本発明のホール注入層に電子注入層が積層されているが、接続部の電子注入層は必ずしも必要ではなく、省略することができる。この場合は、ホール注入層と共通電極が直接ショットキーオーミック接続するから、やはり配線部の高抵抗化を引き起こすことはない。
【０４０６】
また、発光層を形成した後、主に有機材料や無機材料からなる電子輸送層を、発光部と接続部に連続して形成しても良い。この場合、接続部においては本発明のホール注入層と当該電子輸送層が隣接することになる。ここで、前述の通り、本発明のホール注入層は、そのフェルミ面近傍の占有準位により、ｎ型半導体や金属としての性質を持つ。したがって、当該電子輸送層との界面において、いわゆるｐｎ接合を起こすことがなく、エネルギー障壁の小さい界面を形成でき、本発明のホール注入層から当該電子輸送層への電子の注入は比較的容易である。本発明のホール注入層は、この点においても、当該電子輸送層との電子の授受が困難な銅フタロシアニンやＰＥＤＯＴ等のホール注入層とは、大きく異なるものである。
【０４０７】
なお、本実施の形態の有機ＥＬ表示パネル１１０では、基板１０の上方に設けられた陽極（第１電極）２０と補助配線３０がホール注入層４０を介して並設されているが、陽極２０と補助配線３０の間は数十μｍの隔たりがあるため、同じホール注入層４０を介して極性の異なる陽極２０と補助配線３０とが短絡を起こす問題はない。
【０４０８】
≪実施の形態２≫
［有機ＥＬ表示パネルの全体構成］
図４２（ａ）は、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃの構成を示す模式的な断面図である。図４２（ｂ）はホール注入層４０Ｃ付近の部分拡大図である。
【０４０９】
有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃは、例えば、機能層をウェットプロセスにより塗布して成膜する塗布型であって、ホール注入層４０Ｃと、所定の機能を有する有機材料を含んでなる各種機能層が互いに積層された状態で、陽極２０Ｃおよび陰極９０Ｃからなる電極対の間に介設された構成を有する。
【０４１０】
具体的には、有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃは、基板１０Ｃの片側主面に対し、陽極２０Ｃ、ＩＴＯ層２５Ｃ、ホール注入層４０Ｃ、バッファ層６０Ｃ、発光層７０Ｃ、電子注入層８５Ｃ、陰極９０Ｃ、封止層９５Ｃを同順に積層して構成される。また、基板１０Ｃの前記片側主面には、陽極２０Ｃと離間した位置に補助配線３０Ｃが形成されており、補助配線３０Ｃ上にも、ＩＴＯ層２５Ｃ、ホール注入層４０Ｃ、陰極９０Ｃ、封止層９５Ｃが積層されている。以下、有機ＥＬ表示パネル１１０との違いを中心に説明する。
【０４１１】
〈陽極・補助配線〉
陽極２０Ｃは、画素単位ごと複数マトリックス状に配置されており、補助配線３０Ｃは、画素列ごとに各陽極２０Ｃに沿って配置して設けられている。
【０４１２】
〈ＩＴＯ層〉
ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）層２５Ｃは、陽極２０Ｃとホール注入層４０Ｃの間に介在し、各層間の接合性を良好にする機能を有する。有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃでは、ＩＴＯ層２５Ｃを陽極２０Ｃと分けているが、ＩＴＯ層２５Ｃを陽極２０Ｃの一部とみなすこともできる。
【０４１３】
また、ＩＴＯ層２５Ｃは、補助配線３０Ｃとホール注入層４０Ｃの間にも介在する。有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃでは、ＩＴＯ層２５Ｃを補助配線３０Ｃと分けているが、ＩＴＯ層２５Ｃを補助配線３０Ｃの一部とみなすこともできる。
【０４１４】
〈ホール注入層〉
ホール注入層４０Ｃは、実施の形態１のホール注入層４０と同様に、所定の成膜条件で成膜された、少なくとも２ｎｍ以上の膜厚（ここでは一例として３０ｎｍ）の酸化タングステン層で構成されている。これにより、画素部（図４２（ａ）の省略波線の左側）においては、ホール注入層４０Ｃとバッファ層６０Ｃは界面準位接続しており、ＩＴＯ層２５Ｃとホール注入層４０Ｃはショットキーオーミック接続している。また、配線部（図４２（ａ）の省略波線の右側）においては、ＩＴＯ層２５Ｃとホール注入層４０Ｃ、ホール注入層４０Ｃと陰極９０Ｃがショットキーオーミック接続している。これらのショットキーオーミック接続を具体的に言えば、ＩＴＯ層２５Ｃおよび陰極９０Ｃのフェルミレベルと、それらの表面からホール注入層４０Ｃ側への距離が２ｎｍの位置におけるフェルミ面近傍の占有準位で最も低い結合エネルギーとの差が、±０．３ｅＶ以内に収まっている。これにより有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃでは、画素部においては従来構成に比べてＩＴＯ層２５Ｃとホール注入層４０Ｃの間、ホール注入層４０Ｃとバッファ層６０Ｃの間のホール注入障壁が緩和され、配線部においてはＩＴＯ層２５Ｃとホール注入層４０Ｃの間、ホール注入層４０Ｃと陰極９０Ｃの間のキャリアの授受が容易であり、良好な低電圧駆動が可能となっている。
【０４１５】
ホール注入層４０Ｃを構成する酸化タングステンは、その組成式ＷＯｘにおいて、ｘが概ね２＜ｘ＜３の範囲における実数である。ホール注入層４０Ｃは可能な限り高純度の酸化タングステンで構成することが望ましいが、通常レベルで混入し得る程度の微量の不純物が含まれていてもよい。
【０４１６】
なお、ホール注入層４０Ｃの所定の成膜条件については［有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃの製造方法］の項で述べる。実施の形態１と同様に、ホール注入層４０Ｃを構成する酸化タングステン層が上記所定の成膜条件で成膜されていることにより、図４２（ｂ）に示すように、酸化タングステンのナノクリスタル１３Ｃを多数含んでいる。なお、ホール注入層４０Ｃには、ナノクリスタル構造以外に、アモルファス構造が含まれていてもよい。
【０４１７】
〈電子注入層・陰極・封止層〉
電子注入層８５Ｃは、電子を陰極９０Ｃから発光層７０Ｃへ注入する機能を有し、例えば、膜厚５ｎｍ程度のバリウム、厚さ１ｎｍ程度のフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、あるいはこれらを組み合わせた層で形成されることが好ましい。
【０４１８】
陰極９０Ｃは、例えば、膜厚１００ｎｍ程度のＩＴＯ層から構成される。
【０４１９】
陽極２０Ｃおよび補助配線３０Ｃには直流電源が接続され、外部より有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃに給電されるようになっている。
【０４２０】
封止層９５Ｃは、有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃが水分や空気に晒されることを抑制する機能を有し、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の材料で形成される。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
【０４２１】
［有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃの製造方法］
次に、図４３〜４７を用いて、有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃの全体的な製造方法を例示する。
【０４２２】
まず、基板１０Ｃ上に例えばスパッタ法により銀からなる薄膜を形成し、当該薄膜を例えばフォトリソグラフィでパターニングすることにより、マトリックス状に陽極２０Ｃおよび補助配線３０Ｃを形成する（図４３（ａ））。なお、当該薄膜は真空蒸着法等で形成しても良い。
【０４２３】
引き続き、例えばスパッタ法によりＩＴＯ薄膜を形成し、当該ＩＴＯ薄膜を例えばフォトリソグラフィによりパターニングすることにより、陽極２０Ｃおよび補助配線３０Ｃ上にＩＴＯ層２５Ｃを形成する。続いて、後述する所定の成膜条件で、酸化タングステンを含む薄膜４０Ｘを形成する（図４３（ｂ））。
【０４２４】
次に、薄膜４０Ｘ上に有機材料からなるバンク材料を用いてバンク材料層５０Ｘを形成し、バンク材料層５０Ｘの一部を除去して薄膜４０Ｘの一部を露出させる（図４３（ｃ））。バンク材料層５０Ｘの形成は、例えば塗布等により行うことができる。バンク材料層５０Ｘの除去は、所定の現像液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液等）を用いてパターニングをすることにより行うことができる。
【０４２５】
このとき、薄膜４０Ｘを構成する酸化タングステンは、化学耐性は良好ではあるものの、ＴＭＡＨ溶液には少し溶ける性質をもつので、前記現像液により薄膜４０Ｘの表面に付着するバンク残渣を洗浄すると、薄膜４０Ｘの露出部分が浸食され、凹入構造が形成される（図４４（ａ））。この結果、陽極２０Ｃに対応した凹部４０ａ、および補助配線３０Ｃに対応した凹部４０ｂを具備するホール注入層４０Ｃが形成される。
【０４２６】
次に、バンク材料層５０Ｘの表面に例えばフッ素プラズマ等による撥液処理を施して、バンク５０Ｃを形成する。続いて、陽極２０Ｃに対応するようバンク５０Ｃで規定された領域内に、例えばインクジェット法により有機材料を含む組成物インクを滴下し、そのインクを乾燥させてバッファ層６０Ｃ、発光層７０Ｃを形成する（図４４（ｂ））。補助配線３０Ｃに対応しバンク５０Ｃで規定された領域内には、バッファ層６０Ｃ、発光層７０Ｃを形成しない。なお、ディスペンサー法、ノズルコート法、スピンコート法、凹版印刷、凸版印刷等によりインクを滴下しても良い。
【０４２７】
次に、例えば真空蒸着法により、電子注入層８５Ｃとなるバリウム薄膜を発光層７０Ｃ上に形成する（図４５（ａ））。
【０４２８】
次に、例えばスパッタ法により、陰極９０ＣとなるＩＴＯ薄膜を全面に亘って形成する（図４５（ｂ））。
【０４２９】
次に、陰極９０Ｃの上に対して、封止層９５Ｃを形成する（図４５（ｃ））。
【０４３０】
以上で有機ＥＬ表示パネル１１０Ｃが完成する。
【０４３１】
次に、ホール注入層４０Ｃ（薄膜４０Ｘ）の成膜条件について述べる。ホール注入層４０Ｃ（薄膜４０Ｘ）は、反応性スパッタ法で成膜することが好適である。具体的には、金属タングステンをターゲットとし、アルゴンガスをスパッタガスとし、酸素ガスを反応性ガスとしてチャンバー内に導入する。この状態で高電圧によりアルゴンをイオン化し、ターゲットに衝突させる。このとき、スパッタリング現象により放出された金属タングステンが酸素ガスと反応して酸化タングステンとなり、ＩＴＯ層２５Ｃ上に酸化タングステン層が成膜される。
【０４３２】
なお、この成膜条件は、実施の形態１と同様、（４）チャンバー内のガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であり、かつ、（５）全圧に対する酸素ガス分圧の割合が５０％以上７０％以下であり、かつ、（６）ターゲットの単位面積当たりの投入電力（投入電力密度）が１．５Ｗ／ｃｍ２以上６．０Ｗ／ｃｍ２以下であり、かつ、（７）全圧を投入電力密度で割った値である全圧／電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ２／Ｗより大きくなるように設定することが好適である。このような成膜条件により、ナノクリスタル構造を有する酸化タングステンからなるホール注入層４０Ｃが形成される。
【０４３３】
〈陽極および補助配線形成工程からバンク形成工程までの別の工程例〉
次に図４６、４７を用いて、陽極および補助配線形成工程からバンク形成工程までのプロセスの別例を説明する。なお、当該プロセスでは、基板１０Ｃの表面に平坦化膜１７Ｃを形成する構成を例示している。
【０４３４】
まず、基板１０Ｃ上にポリイミドやアクリル等の絶縁性樹脂材料を用いて平坦化膜１７Ｃを形成する。当該平坦化膜１７Ｃの上に、蒸着法に基づき、Ａｌ合金薄膜２０Ｘ、ＩＺＯ薄膜２５Ｘ、薄膜（酸化タングステン膜）４０Ｘの３層を順次形成する（図４６（ａ））。Ａｌ合金材料としては、例えばＡＣＬ（アルミコバルトランタン合金）材料を利用できる。
【０４３５】
次に、陽極２０Ｃ、ＩＺＯ層２５Ｄ、ホール注入層４０Ｄの３層、および、補助配線３０Ｃ、ＩＺＯ層２５Ｄ、ホール注入層４０Ｄの３層を形成させたい領域に、フォトリソグラフィ法によりレジストパターンＲを形成する（図４６（ｂ））。
【０４３６】
続いて、レジストパターンＲに覆われていない薄膜４０Ｘの領域をドライエッチング（Ｄ／Ｅ）処理し、パターニングする（図４６（ｃ））。このドライエッチング処理では、薄膜４０Ｘのみを選択的にエッチングするため、Ｆ系ガスとＮ２ガスの混合ガス、もしくはＦ系ガスとＯ２ガスの混合ガスのいずれかを用いる。具体的なドライエッチング処理の設定条件は一例として以下の通りに定めることができる。
【０４３７】
（ドライエッチング条件）
処理対象；酸化タングステン膜
エッチングガス；フッ素系ガス（ＳＦ６、ＣＦ４ＣＨＦ３）
混合ガス；Ｏ２、Ｎ２
混合ガス比；ＣＦ４：Ｏ２＝１６０：４０
供給パワー；Ｓｏｕｒｃｅ  ５００Ｗ、Ｂｉａｓ  ４００Ｗ
圧力；１０〜５０ｍＴｏｒｒ
エッチング温度；室温
上記ドライエッチング処理を実施後、ホール注入層４０Ｄが形成される。その後はＯ２ガスでアッシング処理を行うことで、次のウェットエッチング（Ｗ／Ｅ）処理におけるレジストパターンＲの剥離を容易にしておく。
【０４３８】
次に、ウェットエッチング処理により、レジストパターンＲに覆われていないＩＺＯ薄膜２５Ｘ、Ａｌ合金薄膜２０Ｘの領域をパターニングする（図４６（ｄ））。エッチャントとして、硝酸、リン酸、酢酸、水の混合液を用い、ＩＺＯ薄膜２５Ｘ、Ａｌ合金薄膜２０Ｘの２層を一括してウェットエッチングする。
【０４３９】
具体的なウェットエッチング処理の設定条件は一例として以下の通りに定めることができる。
【０４４０】
（ウェットエッチング条件）
処理対象；ＩＺＯ薄膜及びＡｌ合金薄膜
エッチャント；リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液
溶剤の混合比率；任意（一般的な条件で混合可能）
エッチング温度；室温よりも低くする。
【０４４１】
なお、当該ウェットエッチング処理を良好に行うため、上層のＩＺＯ薄膜２５Ｘの膜厚としては２０ｎｍ以下が好ましい。膜厚が２０ｎｍを超えると、サイドエッチング量が多くなるからである。
【０４４２】
また、ＩＺＯ薄膜を用いてＩＺＯ層を形成する代わりに、ＩＴＯ薄膜を用いてＩＴＯ層を形成することも勿論可能である。
【０４４３】
以上のプロセスを経ると、陽極２０ＣとＩＺＯ層２５Ｄの２層、および、補助配線３０ＣとＩＺＯ層２５Ｄの２層が形成される。その後、レジスト剥離工程を実施してレジストパターンＲを除去することで、パターニングされた陽極２０Ｃ、ＩＺＯ層２５Ｄ、ホール注入層４０Ｄの３層構造、および、補助配線３０Ｃ、ＩＺＯ層２５Ｄ、ホール注入層４０Ｄの３層構造を得ることができる（図４７（ａ））。このプロセスでは、ホール注入層４０Ｄは、陽極２０ＣとＩＺＯ層２５Ｄの２層、および、補助配線３０ＣとＩＺＯ層２５Ｄの２層に対応する位置に合わせて形成される。
【０４４４】
次に、露出している平坦化膜１７Ｃの表面にバンク材料層５０Ｘ（不図示）を形成し、これをパターニングすることで、バンク５０Ｃが形成される（図４７（ｂ））。
【０４４５】
なお、その後は上記した方法で所定のインクを調整し、これをバンク５０Ｃに規定された領域に順次滴下・乾燥することで、バッファ層６０Ｃ、発光層７０Ｃをそれぞれ形成することができる（図４７（ｃ））。
【０４４６】
なお、上記した実施の形態１における実験および考察は、当然ながら実施の形態２におけるホール注入層４０Ｃ、４０Ｄについても当てはまるものである。
【０４４７】
＜その他＞
以上、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネル、および、有機ＥＬ表示装置を具体的に説明してきたが、上記実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かり易く説明するために用いた例であって、本発明の内容は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、理解を容易にするために挙げた各部のサイズや材料などは、あくまでも典型的な一例に過ぎず、本発明がそれらサイズや材料などに限定されるものではない。
【０４４８】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルは、いわゆるトップエミッション型の構成でもよく、いわゆるボトムエミッション型の構成でもよい。
【０４４９】
トップエミッション型では図１に示す態様以外に、画素電極および補助配線を金属膜のみとした構成を採ることもできる。この場合、発光部の構成は、例えば基板側から画素電極（金属膜）／ホール注入層／バッファ層／発光層／電子注入層／共通電極（透明導電膜）となり、接続部の構成は、例えば基板側から補助配線（金属膜）／ホール注入層／電子注入層／共通電極（透明導電膜）となる。
【０４５０】
また、ボトムエミッション型では、例えば画素電極および補助配線を透明導電膜で、共通電極を金属膜で構成し、発光部の構成は、例えば基板側から画素電極（透明導電膜）／ホール注入層／バッファ層／発光層／電子注入層／共通電極（金属膜）となり、接続部の構成は、例えば基板側から補助配線（透明導電膜）／ホール注入層／電子注入層／共通電極（金属膜）となる。
【０４５１】
さらに、本発明は両面発光方式の態様も可能であり、この場合の発光部の構成は、例えば基板側から画素電極（透明導電膜）／ホール注入層／バッファ層／発光層／電子注入層／共通電極（透明導電膜）となり、接続部の構成は、例えば基板側から補助配線（透明導電膜）／ホール注入層／電子注入層／共通電極（透明導電膜）となる。このとき、さらに補助配線として、部分的に金属膜を設ける構成としてもよい。
【０４５２】
以上の態様において、共通電極下の電子注入層は、金属層に限定されず、主に有機材料や無機材料からなる電子注入層、電子輸送層、あるいはその両方から構成されたものでも良い。
【０４５３】
本発明において言及する「占有準位」とは、少なくとも１つの電子によって占められた電子軌道による電子準位、いわゆる半占軌道の準位を内含するものとする。
【０４５４】
本発明のホール注入層の成膜方法は、反応性スパッタ法に限定されず、例えば蒸着法、ＣＶＤ法等を用いることもできる。
【０４５５】
実施の形態１では、図４０に示したピークＰ１の立ち上がり位置を、図４０（ａ２）、（ｂ２）において、ピークＰ１のピークトップから中心点に向かって最初に微分値が０になる位置とした。しかし、ピークＰ１の立ち上がり位置の決定方法はこれに限らず、例えば、図４０（ａ１）を例に説明すると、ピークＰ１近傍の規格化輝度の平均値をベースラインとし、当該ベースラインとピークＰ１近傍のグラフとの交点をピークＰ１の立ち上がり位置とすることもできる。
【０４５６】
本発明の有機ＥＬ表示パネルでは、ホール注入層と発光層の間にホール輸送層を形成してもよい。ホール輸送層は、ホール注入層から注入されたホールを発光層へ輸送する機能を有する。ホール輸送層としては、ホール輸送性の有機材料を用いる。ホール輸送性の有機材料とは、生じたホールを分子間の電荷移動反応により伝達する性質を有する有機物質である。これは、ｐ型の有機半導体と呼ばれることもある。
【０４５７】
ホール輸送層の材料は、高分子材料または低分子材料のいずれを用いてもよく、例えば湿式印刷法で成膜できる。上層である発光層を形成する際に、発光層の材料と混ざらないよう、ホール輸送層の材料は、架橋剤を含むことが好ましい。ホール輸送層の材料としては、フルオレン部位とトリアリールアミン部位を含む共重合体や、低分子量のトリアリールアミン誘導体を例示できる。架橋剤の例としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどを用いることができる。この場合、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）や、その誘導体（共重合体など）で形成されていることが好適である。
【０４５８】
上記の実施の形態では、バンク材料として、有機材料が用いられていたが、無機材料を用いることもできる。この場合、バンク材料層の形成は、有機材料を用いる場合と同様、例えば塗布等により行うことができる。バンク材料層の除去は、バンク材料層上にレジストパターンを形成し、その後、所定のエッチング液（テトラメチルアンモニウムハイドロキシオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液等）を用いてエッチングをすることにより行うことができる。
【０４５９】
また、本発明の一態様として、画素電極上と補助配線上のホール注入層は、互いに分離されていても何ら問題はない。
【０４６０】
さらに、本発明の一態様として、有機ＥＬ表示パネルの駆動方式は、アクティブマトリクス方式に限定するものではなく、例えばパッシブマトリクス方式であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０４６１】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法で製造される有機ＥＬ表示パネルは、携帯電話用のディスプレイやテレビなどの表示素子、各種光源などに利用可能である。いずれの用途においても、低輝度から光源用途等の高輝度まで幅広い輝度範囲で低電圧駆動される有機ＥＬ表示パネルとして適用できる。このような高性能により、家庭用もしくは公共施設、あるいは業務用の各種ディスプレイ装置、テレビジョン装置、携帯型電子機器用ディスプレイ、照明光源等として、幅広い利用が可能である。
【符号の説明】
【０４６２】
１  有機ＥＬ素子（評価デバイス）
１Ｂ  ホールオンリー素子
１Ｃ  光電子分光用サンプル
２、２０、２０Ｃ  陽極（第１電極）
４、１２、４０、４０Ｃ、４０Ｄ  ホール注入層（酸化タングステン層）
６Ａ、６０、６０Ｃ  バッファ層
６Ｂ、７０、７０Ｃ  発光層（有機層）
８Ａ  バリウム層
８Ｂ  アルミニウム層
８Ｃ  陰極（Ａｕ）
９、１０、１０Ｃ  基板
１１  導電性シリコン基板
１３  ナノクリスタル
１４  ホール
１５  アモルファス構造
１７Ｃ  平坦化膜
２０Ｘ  Ａｌ合金薄膜
２５Ｃ  ＩＴＯ層
２５Ｄ  ＩＺＯ層
２５Ｘ  ＩＺＯ薄膜
３０、３０Ｃ  補助配線（配線）
３５  接続開口部
４０Ｘ  薄膜（酸化タングステン膜）
４０ａ、４０ｂ  凹部
４５  画素開口部
５０、５０Ｃ  バンク（隔壁）
５０Ａ  フォトレジスト
５０Ｘ  バンク材料層
５１  マスク
８０、８５Ｃ  金属層（電子注入層）
９０、９０Ｃ  陰極（第２電極）
９５  発光部
９５Ａ  発光画素
９５Ｃ  封止層
１００  有機ＥＬ表示装置
１１０、１１０Ｃ  有機ＥＬ表示パネル
１１０Ａ  中間製品
１２０  駆動制御部
１２１〜１２４  駆動回路
１２５  制御回路
ＤＣ  直流電源
【図１】
2012153445.tif 000016
【図２】
2012153445.tif 000017
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012153445.tif 000022
【図８】
2012153445.tif 000023
【図９】
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【図１０】
2012153445.tif 000025
【図１１】
2012153445.tif 000026
【図１２】
2012153445.tif 000027
【図１３】
2012153445.tif 000028
【図１４】
2012153445.tif 000029
【図１５】
2012153445.tif 000030
【図１６】
2012153445.tif 000031
【図１７】
2012153445.tif 000032
【図１８】
2012153445.tif 000033
【図１９】
2012153445.tif 000034
【図２０】
2012153445.tif 000035
【図２１】
2012153445.tif 000036
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2012153445.tif 000039
【図２５】
2012153445.tif 000040
【図２６】
2012153445.tif 000041
【図２７】
2012153445.tif 000042
【図２８】
2012153445.tif 000043
【図２９】
2012153445.tif 000044
【図３０】
2012153445.tif 000045
【図３１】
2012153445.tif 000046
【図３２】
2012153445.tif 000047
【図３３】
2012153445.tif 000048
【図３４】
2012153445.tif 000049
【図３５】
2012153445.tif 000050
【図３６】
2012153445.tif 000051
【図３７】
2012153445.tif 000052
【図３８】
2012153445.tif 000053
【図３９】
2012153445.tif 000054
【図４０】
2012153445.tif 000055
【図４１】
2012153445.tif 000056
【図４２】
2012153445.tif 000057
【図４３】
2012153445.tif 000058
【図４４】
2012153445.tif 000059
【図４５】
2012153445.tif 000060
【図４６】
2012153445.tif 000061
【図４７】
2012153445.tif 000062
【国際調査報告】
2012153445.tif 000063
2012153445.tif 000064
2012153445.tif 000065
2012153445.tif 000066