(57)【要約】【課題】共振器構造を有する有機ＥＬ素子において、共振器構造による光取り出し効率を向上させるとともに、消費電力を低下させる。【解決手段】発光層１７、機能層１９、透光性導電層２０、陰極２１が互いに接して、かつ、この順に陽極１３の上方に積層されてなる有機ＥＬ発光素子１であって、機能層１９の膜厚は１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、陽極１３の発光層１７側の面と、陰極２１と透光性導電層２０との界面とは、１５０ｎｍ以上離間している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
陽極の上方に配された発光層と、
前記発光層上に前記発光層に接して配され、第１金属を含む機能層と、
前記機能層上に前記機能層に接して配され、金属酸化物からなる透光性導電層と、
前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して配され、金属からなる陰極とを備え、
前記機能層の膜厚は１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、
前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とは、１５０ｎｍ以上離間している
有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陽極と、
陽極の上方に配された発光層と、
前記発光層上に配され、第１金属を含む機能層と、
前記発光層と前記機能層との間に、前記発光層と前記機能層とに接して配され、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属のフッ化物を含む中間層と、
前記機能層上に前記機能層に接して配され、金属酸化物からなる透光性導電層と、
前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して配され、金属からなる陰極とを備え、
前記機能層の膜厚は１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、
前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とは、１５０ｎｍ以上離間している
有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第２金属は、ナトリウムである
請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記機能層は、電子輸送性の有機材料で形成され、前記第１金属がドープされている
請求項１から３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記第１金属材料は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選択される
請求項１から４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記機能層における前記第１金属の濃度は、５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下である
請求項１から５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記機能層の前記金属材料は、バリウムまたはリチウムである
請求項１から６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記透光性導電層は、ＩＴＯまたはＩＺＯである
請求項１から７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とで、共振器構造が形成されている
請求項１から８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
陽極を形成し、
陽極の上方に発光層を形成し、
前記発光層上に前記発光層に接して、金属材料を含む機能層を形成し、
前記機能層上に前記機能層に接して、金属酸化物からなる透光性導電層を形成し、
前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して、金属からなる陰極を形成し、
前記機能層を形成する際に、前記機能層の膜厚を１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下とし、
前記透光性導電層を形成する際に、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とを、１５０ｎｍ以上離間させる
有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１１】
陽極を形成し、
陽極の上方に発光層を形成し、
前記発光層上に前記発光層に接して、中間層を形成し、
前記中間層上に前記中間層に接して、金属材料を含む機能層を形成し、
前記機能層上に前記機能層に接して、金属酸化物からなる透光性導電層を形成し、
前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して、金属からなる陰極を形成し、
前記中間層を形成する際に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属のフッ化物を前記中間層に含ませ、
前記機能層を形成する際に、前記機能層の膜厚を１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下とし、
前記透光性導電層を形成する際に、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とを、１５０ｎｍ以上離間させる
有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記中間層の前記第２金属材料は、ナトリウムである
請求項１１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記機能層を形成する際に、電子輸送性の有機材料に前記金属材料をドープする
請求項１０から１２のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記機能層の前記金属材料は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選択される
請求項１０から１３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記機能層を形成する際に、前記有機材料に前記金属材料をドープする濃度は、５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下である
請求項１０から１４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記機能層の前記金属材料は、バリウムまたはリチウムである
請求項１０から１５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１７】
ＩＴＯまたはＩＺＯからなる前記透光性導電層を形成する、
請求項１０から１６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とで、共振器構造を形成する
請求項１０から１７のいずれか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表示素子および有機ＥＬ表示素子の製造方法に関し、特に、共振器構造を有する有機ＥＬ素子に関する。
【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ため耐衝撃性に優れるなどの特徴を有し、近年、表示装置に有機ＥＬ素子を利用したものが普及しつつある。
有機ＥＬ素子は、一対の電極（陽極および陰極）間に、少なくとも発光層が挟まれた構成を有している。そして、有機ＥＬ素子は、多くの場合、発光層の他に、発光層に電子を供給するための機能層（電子輸送層、電子注入層）や、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。
【０００３】
有機ＥＬ素子において、消費電力の低減や長寿命化の観点から、各色発光素子から光取り出し効率を向上させることも望まれている。この光取り出し効率を向上させるために、例えば特許文献１に示されるように、各色の有機ＥＬ素子において、共振器構造を採用する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０２０４５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、共振器構造において１次光干渉を利用して光を取り出す場合、発光層と透光性電極との距離を１５０ｎｍ以上設ける必要がある。一方で、発光層の膜厚を大きくすると駆動電圧の上昇を招き、有機ＥＬ素子の消費電力が増加する。また、透光性電極が陰極である場合、電子輸送層、電子注入層の膜厚を大きくすると、電子注入性を向上させるための金属による光吸収により光取り出し効率の低下が引き起こされることとなる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率が高く、消費電力が小さい有機ＥＬ素子および有機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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の位置態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に前記発光層に接して配され、金属材料を含む機能層と、前記機能層上に前記機能層に接して配され、金属酸化物からなる透光性導電層と、前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して配され、金属からなる陰極とを備え、前記機能層の膜厚は１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とは、１５０ｎｍ以上離間している。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様の有機ＥＬ素子においては、発光層と陰極との間に機能層と透光性導電層が介在している。そのため、発光層と機能層の膜厚を最適化し、消費電力を低減させることができる。また、機能層の膜厚を必要以上に大きくせずに透光性導電層の膜厚を大きくすることで、発光層と陰極との間の光の減衰を抑止することができるとともに、発光層と陰極との間の距離を、１次光干渉を利用して光を取り出すために十分な距離とすることができる。すなわち、発光層と機能層の膜厚を過大とせずとも１次光干渉を利用できるため、駆動電圧を低くし、かつ、光取り出し効率を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る有機ＥＬ素子１の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】有機ＥＬ素子に形成された光共振器構造における光の干渉について説明する図である。
【図３】有機ＥＬ素子から取り出される光の輝度値／Ｙの値と陰極側機能層との膜厚との関係を示すグラフである。
【図４】電子注入輸送層１９の膜厚と有機ＥＬ素子１の消費電力との関係を示すグラフであり、（ａ）は赤色有機ＥＬ素子、（ｂ）は緑色有機ＥＬ素子、（ｃ）は青色有機ＥＬ素子に関する。
【図５】実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）は、基板上にＴＦＴ層が形成された状態、（ｂ）は、基板上に層間絶縁層が形成された状態、（ｃ）は、層間絶縁層上に画素電極材料が形成された状態、（ｄ）は、画素電極材料上に正孔注入層材料が形成された状態、（ｅ）は、画素電極層と正孔注入層が形成された状態を示す。
【図６】実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）は、層間絶縁層および画素電極、正孔注入層上に隔壁材料層が形成された状態、（ｂ）は、隔壁層が形成された状態、（ｃ）は、正孔注入層上に正孔輸送層が形成された状態、（ｄ）は、正孔注入層上に発光層が形成された状態を示す。
【図７】実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図であって、（ａ）は、発光層および隔壁層上に中間層が形成された状態、（ｂ）は中間層上に電子注入輸送層が形成された状態、（ｃ）は、電子注入輸送層上に透光性導電層が形成された状態、（ｄ）は、透光性導電層上に対向電極および封止層が形成された状態を示す。
【図８】実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態に係る有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜発明に至った経緯＞
光共振器構造を採用した有機ＥＬ素子において、０次光干渉を利用して光取り出し効率を向上させようとした場合、透光性電極と発光層との距離をおよそ２０ｎｍに設計する必要がある。一方で、機能層の膜厚が十分でないとキャリア（電子または正孔）の注入が十分に行われず、有機ＥＬ素子の消費電力の増加の原因となる。そこで、発明者は、１次光干渉を利用して光取り出し効率を向上させるとともに、機能層の膜厚を十分に確保することを検討した。
【００１１】
しかしながら、上述したように、０次光干渉の次に光取り出し効率の高い１次光干渉を利用して光取り出し効率を向上させようとした場合、透光性電極と発光層との距離をおよそ１５０ｎｍ以上に設計する必要が生じる。一方で、発光層や機能層が適正な膜厚範囲を超えて過度に厚膜化すると、有機ＥＬ素子の駆動電圧の上昇や光取り出し効率の低下を招き、消費電力の増加の原因となる。例えば、発光層を厚膜化した場合、抵抗値が上昇し消費電力の上昇を招くこととなる。また、透光性電極が陰極の場合には、発光層と透光性電極との間に電子注入層や電子輸送層が介在することとなるが、これらの厚膜化は光取り出し効率の低下を招くこととなる。一般に、これらの機能層では、電子注入性を向上させるために金属がドープされることが多く、特に、仕事関数が小さいことから、アルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。一方で、アルカリ金属やアルカリ土類金属は可視光を吸収する性質があるため、電子注入性を有する機能層を厚膜化すると、光透過性が低下し、光取り出し効率が低下することとなる。
【００１２】
そこで、発明者は、発光層と機能層の膜厚を適正に保ったまま光共振器構造を採用する方法について検討し、機能層と透光性電極との間に、透光性導電層を設けるという着想に至った。
＜開示の態様＞
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に前記発光層に接して配され、第１金属を含む機能層と、前記機能層上に前記機能層に接して配され、金属酸化物からなる透光性導電層と、前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して配され、金属からなる陰極とを備え、前記機能層の膜厚は１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とは、１５０ｎｍ以上離間している。
【００１３】
また、本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配され、第１金属を含む機能層と、前記発光層と前記機能層との間に、前記発光層と前記機能層とに接して配され、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属のフッ化物を含む中間層と、前記機能層上に前記機能層に接して配され、金属酸化物からなる透光性導電層と、前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して配され、金属からなる陰極とを備え、前記機能層の膜厚は１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とは、１５０ｎｍ以上離間している。
【００１４】
上記態様の有機ＥＬ素子においては、発光層と陰極との間に機能層と必要に応じて中間層（以下、機能層と中間層とをまとめて「機能層等」と呼ぶ）と透光性導電層が介在している。そのため、発光層と機能層等の膜厚を最適化し、消費電力を低減させることができる。また、機能層等の膜厚を必要以上に大きくせずに透光性導電層の膜厚を大きくすることで、発光層と陰極との間の光の減衰を抑止することができるとともに、発光層と陰極との間の距離を、１次光干渉を利用して光を取り出すために十分な距離とすることができる。すなわち、発光層と機能層等の膜厚を過大とせずとも１次光干渉を利用できるため、駆動電圧を低くし、かつ、光取り出し効率を高くすることが可能となる。
【００１５】
また、本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成し、陽極の上方に発光層を形成し、前記発光層上に前記発光層に接して、金属材料を含む機能層を形成し、前記機能層上に前記機能層に接して、金属酸化物からなる透光性導電層を形成し、前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して、金属からなる陰極を形成し、前記機能層を形成する際に、前記機能層の膜厚を２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とし、前記透光性導電層を形成する際に、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とを、１５０ｎｍ以上離間させる。
【００１６】
また、本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成し、陽極の上方に発光層を形成し、前記発光層上に前記発光層に接して、中間層を形成し、前記中間層上に前記中間層に接して、金属材料を含む機能層を形成し、前記機能層上に前記機能層に接して、金属酸化物からなる透光性導電層を形成し、前記透光性導電層上に前記透光性導電層に接して、金属からなる陰極を形成し、前記中間層を形成する際に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第２金属のフッ化物を前記中間層に含ませ、前記機能層を形成する際に、前記機能層の膜厚を１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下とし、前記透光性導電層を形成する際に、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とを、１５０ｎｍ以上離間させる。
【００１７】
この製造方法によって形成した有機ＥＬ素子においても上記と同様の効果が得られる。
上記態様の有機ＥＬ素子、および製造方法にして、以下のようにしてもよい。
前記機能層は、電子輸送性の有機材料で形成され、前記第１金属がドープされている。
これにより、機能層が電子注入性と高い電子輸送性を有するため、機能層から発光層への電子供給性が良好となり、駆動電圧の低減による消費電力の低減に寄与する。
【００１８】
前記第１金属は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選択される、としてもよい。
また、前記機能層における前記第１金属の濃度は、５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下である、としてもよい。
また、前記第１金属は、バリウムまたはリチウムである、としてもよい。
【００１９】
これにより、機能層の仕事関数が小さく電子注入性がさらに向上するため、駆動電圧の低減による消費電力の低減に寄与する。
また、前記第２金属は、ナトリウムである、としてもよい。
これにより、中間層による発光層への電子注入層がさらに向上するため、駆動電圧の低減による消費電力の低減に寄与する。
【００２０】
また、前記透光性導電層は、ＩＴＯまたはＩＺＯである、としてもよい。
これにより、透光性導電層の導電率と光透過性が良好であるため、消費電力の増加を抑制するとともに、光共振構造の光取り出し効率を高めるのに適している。
また、前記陽極の前記発光層側の面と、前記陰極と前記透光性導電層との界面とで、共振器構造が形成されている、としてもよい。
【００２１】
これにより、共振器構造の１次光干渉を利用することができ、光取り出し効率を向上させることができる。
＜実施の形態＞
以下、実施の形態に係る有機ＥＬ素子について説明する。なお、以下の説明は、本発明の一態様に係る構成及び作用・効果を説明するための例示であって、本発明の本質的部分以外は以下の形態に限定されない。
【００２２】
１．有機ＥＬ素子の構成
図１は、実施の形態１に係る有機ＥＬ表示パネル１００（図９参照）の部分断面図である。有機ＥＬ表示パネル１００は、３つの色（赤色、緑色、青色）を発行する有機ＥＬ素子１（Ｒ）、１（Ｇ）、１（Ｂ）で構成される画素を複数備えている。図１では、その１つの画素の断面を示している。
【００２３】
有機ＥＬ表示パネル１００において、各有機ＥＬ素子１は、前方（図１における紙面上方）に光を出射するいわゆるトップエミッション型である。
有機ＥＬ素子１（Ｒ）と、有機ＥＬ素子１（Ｇ）と、有機ＥＬ素子１（Ｂ）は、ほぼ同様の構成を有するので、区別しないときは、有機ＥＬ素子１として説明する。
図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、基板１１、層間絶縁層１２、画素電極１３、隔壁層１４、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、中間層１８、電子注入輸送層１９、透光性導電層２０、対向電極２１、および、封止層２２を備える。電子注入輸送層１９は、本発明の機能層に相当する。また、中間層１８は、本発明の中間層に相当する。
なお、基板１１、層間絶縁層１２、中間層１８、電子注入輸送層１９、透光性導電層２０、対向電極２１、および、封止層２２は、画素ごとに形成されているのではなく、有機ＥＬ表示パネル１００が備える複数の有機ＥＬ素子１に共通して形成されている。
【００２４】
＜基板＞
基板１１は、絶縁材料である基材１１１と、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層１１２とを含む。ＴＦＴ層１１２には、画素ごとに駆動回路が形成されている。基材１１１は、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属基板、ガリウム砒素基などの半導体基板、プラスチック基板等を採用することができる。プラスチック材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上を積層した積層体を用いることができる。
【００２５】
＜層間絶縁層＞
層間絶縁層１２は、基板１１上に形成されている。層間絶縁層１２は、樹脂材料からなり、ＴＦＴ層１１２の上面の段差を平坦化するためのものである。樹脂材料としては、例えば、ポジ型の感光性材料が挙げられる。また、このような感光性材料として、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂が挙げられる。また、図１の断面図には示されていないが、層間絶縁層１２には、画素ごとにコンタクトホールが形成されている。
【００２６】
＜画素電極＞
画素電極１３は、光反射性の金属材料からなる金属層を含み、層間絶縁層１２上に形成されている。画素電極１３は、画素ごとに設けられ、コンタクトホールを通じてＴＦＴ層１１２と電気的に接続されている。
本実施形態においては、画素電極１３は、陽極として機能する。
【００２７】
光反射性を具備する金属材料の具体例としては、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、アルミニウム合金、Ｍｏ（モリブデン）、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＭｏＷ（モリブデンとタングステンの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）などが挙げられる。
【００２８】
画素電極１３は、金属層単独で構成してもよいが、金属層の上に、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）やＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）のような金属酸化物からなる層を積層した積層構造としてもよい。
＜隔壁層＞
隔壁層１４は、画素電極１３と正孔注入層１５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正孔注入層１５上に形成されている。正孔注入層１５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。すなわち、隔壁層１４は、サブピクセルごとに設けられた開口部１４ａを有する。
【００２９】
本実施の形態においては、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。すなわち、画素電極１３が形成されていない部分においては、隔壁層１４の底面は層間絶縁層１２の上面と接している。
隔壁層１４は、例えば、絶縁性の有機材料（例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂等）からなる。隔壁層１４は、発光層１７を塗布法で形成する場合には塗布されたインクがあふれ出ないようにするための構造物として機能し、発光層１７を蒸着法で形成する場合には蒸着マスクを載置するための構造物として機能する。本実施の形態では、隔壁層１４は、樹脂材料からなり、隔壁層１４の材料としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂が挙げられる。本実施の形態においては、フェノール系樹脂が用いられている。
【００３０】
＜正孔注入層＞
正孔注入層１５は、画素電極１３から発光層１７への正孔（ホール）の注入を促進させる目的で、画素電極１３上に設けられている。正孔注入層１５は、例えば、Ａｇ（銀）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｉｒ（イリジウム）などの酸化物、あるいは、ＰＥＤＯＴ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）などの導電性ポリマー材料からなる層である。上記のうち、酸化金属からなる正孔注入層１５は、正孔を安定的に、または、正孔の生成を補助して、発光層１７に対し正孔を注入する機能を有し、大きな仕事関数を有する。本実施の形態では、正孔注入層１５は、酸化タングステンからなる。正孔注入層１５を遷移金属の酸化物で形成すると、複数の酸化数を取るため、複数の準位を取ることができ、その結果、正孔注入が容易になり、駆動電圧の低減に寄与する。
【００３１】
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層１６は、親水基を備えない高分子化合物を用い開口部１４ａ内に形成されている。例えば、ポリフルオレンやその誘導体、あるいは、ポリアリールアミンやその誘導体などの高分子化合物であって、親水基を備えないものなどを用いることができる。
正孔輸送層１６は、正孔注入層１５から注入された正孔を発光層１７へ輸送する機能を有する。
【００３２】
＜発光層＞
発光層１７は、開口部１４ａ内に形成されている。発光層１７は、正孔と電子の再結合により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光を出射する機能を有する。発光層１７の材料としては、公知の材料を利用することができる。
具体的には、例えば、特許公開公報（特開平５−１６３４８８号公報）に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、２−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体などの蛍光物質で形成されることが好ましい。
【００３３】
＜中間層＞
中間層１８は、発光層１７上に形成されており、電子注入性を有する金属材料のフッ化物を含む。金属材料としては、アルカリ金属、または、アルカリ土類金属から選択される。アルカリ金属は、具体的には、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｃｓ（セシウム）、Ｆｒ（フランシウム）である。また、アルカリ土類金属は、具体的には、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｒａ（ラジウム）である。本実施の形態では、Ｎａが選択される。
【００３４】
＜電子注入輸送層＞
電子注入輸送層１９は、中間層１８上に形成されており、電子輸送性を有する有機材料に、電子注入性を向上させる金属材料がドープされてなる。金属材料としては、アルカリ金属、または、アルカリ土類金属から選択されることが好ましく、ＢａまたはＬｉがより好ましい。本実施の形態では、Ｂａが選択される。また、電子注入輸送層１９における金属材料のドープ量は５〜４０ｗｔ％が好ましい。本実施の形態では、２０ｗｔ％である。
【００３５】
電子輸送性を有す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。
＜透光性導電層＞
透光性導電層２０は、電子注入輸送層１９上に形成されている。透光性導電層２０は、発光層１７より出射された光の透過率が、電子注入輸送層１９より高いことが好ましい。透光性導電層２０の材料としては、例えば、ＩＴＯやＩＺＯなどを用いることができる。本実施の形態では、ＩＴＯが用いられている。
【００３６】
なお、対向電極２１の透光性導電層２０との界面は共振器構造を形成している。したがって、透光性導電層２０の屈折率は電子注入輸送層１９の屈折率と近いことが好ましく、また、対向電極２１の屈折率とは異なっていることが好ましい。
＜対向電極＞
対向電極２１は、透光性の導電性材料からなり、透光性導電層２０上に形成されている。本実施の形態においては、対向電極２１は、陰極として機能する。
【００３７】
対向電極２１の透光性導電層２０との界面は、画素電極１３の正孔注入層１５との界面と対となって共振器構造を形成する。したがって、発光層１７から出射された光が、透光性導電層２０から対向電極２１へと入射する際にその一部が透光性導電層２０へと反射される必要がある。したがって、対向電極２１と透光性導電層２０との間で、屈折率が異なっていることが好ましい。したがって、対向電極２１は、金属薄膜が好ましい。
【００３８】
対向電極２１の材料としては、例えば、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、銀合金、アルミニウム合金の薄膜などが挙げられる。銀合金としては、マグネシウム−銀合金、インジウム−銀合金が挙げられる。また、アルミニウム合金としては、マグネシウム−アルミニウム合金、リチウム−アルミニウム合金が挙げられる。
＜封止層＞
封止層２２は、発光層１７、中間層１８、電子注入輸送層１９などの有機層が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの透光性材料を用い形成される。また、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの材料を用い形成された層の上に、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
【００３９】
本実施の形態においては、有機ＥＬ表示パネル１００がトップエミッション型であるため、封止層２２は光透過性の材料で形成されることが必要となる。
＜その他＞
なお図１には示されないが、封止層２２の上に、封止樹脂を介してカラーフィルタや上部基板を貼り合せてもよい。上部基板を貼り合せることによって、正孔輸送層１６、発光層１７、中間層１８、電子注入輸送層１９を水分および空気などから保護できる。
【００４０】
２．光共振器構造
図２は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１の光共振器構造における光の干渉を説明する図である。光共振器構造は、画素電極１３の正孔注入層１５との界面と、対向電極２１の透光性導電層２０との界面との間に構成される。発光層１７は、共振器構造の内側に存在することとなる。
【００４１】
図２には、発光層１７から出射される光の主な経路を示している。経路Ｃ１は、発光層１７から対向電極２１側に出射された光が、反射されることなく対向電極２１を透過する経路である。経路Ｃ２は、発光層１７から画素電極１３側に出射された光が、画素電極１３で反射され、発光層１７と対向電極２１を透過する経路である。経路Ｃ３は、発光層１７から対向電極２１側に出射された光が、対向電極２１で反射され、さらに画素電極１３で反射され、発光層１７と対向電極２１を透過する経路である。そして、これら経路Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれの経路により出射された光の間で干渉が生じる。
【００４２】
経路Ｃ１と経路Ｃ２の光学距離の差は、図２に示す光学膜厚Ｌ１に対応する。光学膜厚Ｌ１は、発光層１７から画素電極１３の正孔注入層１５との界面までの、正孔輸送層１６、正孔注入層１５の合計の光学距離（各膜における膜厚と屈折率との積の合計値）である。
また、経路Ｃ２と経路Ｃ３との光学距離の差は、図２に示す光学膜厚Ｌ２に対応する。光学膜厚Ｌ２は、発光層１７から対向電極２１の透光性導電層２０との界面までの、中間層１８、電子注入輸送層１９と透光性導電層２０の光学距離（各膜における膜厚と屈折率との積の合計値）である。
【００４３】
また、経路Ｃ１と経路Ｃ３の光学距離の差は、図２に示す光学膜厚Ｌ３に対応する。光学膜厚Ｌ３は、光学膜厚Ｌ１と光学膜厚Ｌ２との合計である。
光共振器構造では、経路Ｃ１、経路Ｃ２、経路Ｃ３のそれぞれの経路により出射された光が強め合うように、光学膜厚Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれを設定する。このとき、各光学膜厚Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３において、光取り出し効率が極大となる光学膜厚は、図３のグラフに示すように、０次干渉ピークだけでなく１次干渉ピークも存在する。図３は、光学膜厚と、取り出される光の輝度／ｙ値の特性を示したものであり、輝度／ｙ値とは、有機ＥＬ素子から取り出される光の輝度と、ｘｙ色度のｙ値との比である。本実施の形態では、光学膜厚Ｌ２を、１次光干渉ピークとなる距離、または、その近傍に設定する。これは、光取り出し効率が極大となる光学膜厚において、取り出される光の色度が必ずしも所望の色度とはならない場合があり、カラーフィルタによる補正が必要となった結果、カラーフィルタ通過後の光取り出し効率が低下することがあるからである。したがって、本実施の形態では、対向電極２１と発光層１７との距離は、およそ１５０ｎｍ以上となる。なお、光共振器構造全体の大きさ、すなわち、対向電極２１の透光性導電層２０との界面と、画素電極１３の正孔注入層１５との界面との距離は、当然に１５０ｎｍ以上となる。
【００４４】
３．電子注入輸送層の膜厚
図４は、電子注入輸送層１９の膜厚と有機ＥＬ素子１の消費電力との関係を示すグラフである。ここで、電子注入輸送層１９にドープされている金属はＢａ（バリウム）であり、ドープ濃度は２０ｗｔ％である。なお、図４（ａ）は有機ＥＬ素子１（Ｒ）、図４（ｂ）は有機ＥＬ素子１（Ｇ）、図４（ｃ）は有機ＥＬ素子１（Ｂ）、のそれぞれの場合を示している。
【００４５】
いずれの場合においても、電子注入輸送層１９の膜厚が約３５ｎｍ以上の場合、電子注入輸送層１９の膜厚が大きくなるほど消費電力が増加している。これは、電子注入輸送層１９の膜厚が大きくなることで、ドープされているバリウムによる光吸収が強くなった結果、光取り出し効率が低下するためである。
一方で、電子注入輸送層１９の膜厚が１５ｎｍ以下の場合、電子注入輸送層１９の膜厚が小さくなるほど消費電力が増加している。これは、電子注入輸送層１９の膜厚が小さくなるほどバリウムの量が減少し、電子注入性が低下して有機ＥＬ素子１の駆動電圧が上昇するためである。
【００４６】
したがって、電子注入輸送層１９の膜厚が、有機ＥＬ素子１（Ｒ）では１５ｎｍ〜３５ｎｍの範囲で、有機ＥＬ素子１（Ｇ）では１５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲で、有機ＥＬ素子１（Ｂ）では１０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲で、発光効率が好適となる。
なお、上述したように、電子注入輸送層１９は、画素ごとに形成されているのではなく、有機ＥＬ表示パネル１００が備える複数の有機ＥＬ素子１に共通して形成されている。したがって、有機ＥＬ素子１に共通して形成される電子注入輸送層１９の膜厚は、１５ｎｍ〜３５ｎｍが好適な範囲となる。
【００４７】
４．中間層、透光性導電層の膜厚
中間層１８の膜厚は、電子注入性の向上と有機ＥＬ素子１の駆動電圧の低下の両立が図れることが好ましく、１ｎｍ〜１０ｎｍが好適である。中間層１８の膜厚が１ｎｍより小さい場合、発光層１７への電子注入性が十分に向上しない。一方で、中間層１８の膜厚が１０ｎｍより大きい場合、電子注入性が発揮されず駆動電圧が上昇する。
【００４８】
透光性導電層２０の膜厚は、中間層１８、電子注入輸送層１９、透光性導電層２０の光学距離が、設定された光学膜厚Ｌ２となるように設計される。すなわち、中間層１８の膜厚をｔ1、屈折率をｎ1、電子注入輸送層１９の膜厚をｔ2、屈折率をｎ2、透光性導電層２０の膜厚をｔ3、屈折率をｎ3としたとき、ｎ1ｔ1＋ｎ2ｔ2＋ｎ3ｔ3が設計膜厚Ｌ２となるように、透光性導電層２０の膜厚ｔ3が定められる。したがって、透光性導電層２０の膜厚は、約１００ｎｍ以上となる。
【００４９】
５．有機ＥＬ素子の製造方法
有機ＥＬ素子１の製造方法について、図面を用い説明する。図５（ａ）から（ｆ）、図６（ａ）〜（ｄ）、図７（ａ）〜（ｄ）は、有機ＥＬ素子１の製造における各工程での状態を示す模式断面図である。
（１）基板１１の形成
まず、図５（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８のステップＳ１）。ＴＦＴ層１１２は、公知のＴＦＴの製造方法により成膜することができる。
【００５０】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１１上に層間絶縁層１２を形成する（図８のステップＳ２）。層間絶縁層１２は、例えば、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法などを用いて積層形成することができる。
次に、層間絶縁層１２における、ＴＦＴ層のソース電極上の個所にドライエッチング法を行い、コンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、その底部にソース電極の表面が露出するように形成される。
【００５１】
次に、コンタクトホールの内壁に沿って接続電極層を形成する。接続電極層の上部は、その一部が層間絶縁層１２上に配される。接続電極層の形成は、例えば、スパッタリング法を用いることができ、金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いパターニングすることがなされる。
（２）画素電極１３、正孔注入層１５の形成
次に、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁層１２上に画素電極材料層１３０を形成する（図８のステップＳ３）。画素電極材料層１３０は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。
【００５２】
次に、図５（ｄ）に示すように、画素電極材料層１３０上に正孔注入材料層１５０を形成する（図８のステップＳ４）。正孔注入材料層１５０は、例えば、反応性スパッタ法などを用いて形成することができる。
そして、図５（ｅ）に示すように、画素電極材料層１３０と正孔注入材料層１５０とをエッチングによりパターニングして、サブピクセルごとに区画された複数の画素電極１３と正孔注入層１５とを形成する（図８のステップＳ５）。
【００５３】
なお、画素電極１３、正孔注入層１５の形成方法は上述の方法に限られず、例えば、画素電極材料層１３０をパターニングして画素電極１３を形成してから、正孔注入層１５を形成してもよい。
（３）隔壁層１４の形成
次に、図６（ａ）に示すように、正孔注入層１５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１４０を形成する。隔壁材料層１４０は、隔壁層用樹脂であるフェノール樹脂を溶媒（例えば、乳酸エチルとＧＢＬの混合溶媒）に溶解させた溶液を正孔注入層１５上および層間絶縁層１２上にスピンコート法などを用いて一様に塗布することにより形成される。そして、隔壁材料層１４０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６（ｂ），図８のステップＳ６）、隔壁層１４を焼成する（図８のステップＳ７）。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。
【００５４】
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、プラズマ処理を施すこととしてもよい。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、もしくは、表面に撥水性を付与する目的で行われる。
（４）正孔輸送層１６の形成
次に、図６（ｃ）に示すように、隔壁層１４が規定する開口部１４ａに対し、正孔輸送層１６の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０１のノズル４０３０から吐出して開口部１４ａ内の正孔注入層１５上に塗布し、焼成（乾燥）を行って、正孔輸送層１６を形成する（図８のステップＳ８）。
【００５５】
（５）発光層１７の形成
次に、図６（ｄ）に示すように、発光層１７の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０１のノズル４０３０から吐出して開口部１４ａ内の正孔輸送層１６上に塗布し、焼成（乾燥）を行って発光層１７を形成する（図８のステップＳ９）。
（６）中間層１８の形成
次に、図７（ａ）に示すように、発光層１７および隔壁層１４上に、中間層１８を形成する（図８のステップＳ１０）。中間層１８は、例えば、アルカリ金属のフッ化物であるＮａＦを真空蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
【００５６】
（７）電子注入輸送層１９の形成
次に、図７（ｂ）に示すように、中間層１８上に、電子注入輸送層１９を形成する（図８のステップＳ１１）。電子注入輸送層１９は、例えば、電子輸送性の有機材料とドープ金属とを共蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
（８）透光性導電層２０の形成
次に、図７（ｃ）に示すように、電子注入輸送層１９上に、透光性導電層２０を形成する（図８のステップＳ１２）。透光性導電層２０は、ＩＴＯまたはＩＺＯを、スパッタリング法、真空蒸着法により成膜することにより形成される。
【００５７】
（９）対向電極２１の形成
次に、図７（ｄ）に示すように、透光性導電層２０上に、対向電極２１を形成する（図８のステップＳ１３）。対向電極２１は、金属材料を、スパッタリング法、真空蒸着上により成膜することにより形成される。
（１０）封止層２２の形成
次に、図７（ｄ）に示すように、対向電極２１上に、封止層２２を形成する（図８のステップＳ１４）。封止層２２は、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００５８】
なお、封止層２２の上にカラーフィルタや上部基板を載置し、接合してもよい。
６．有機ＥＬ表示装置の全体構成
図９は、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９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とを含む構成である。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。
【００５９】
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。
５．変形例
上記実施の形態においては、本開示に係る発光パネルの一例として有機ＥＬ表示装置に適用された場合について説明したが、これに限られない。本開示に係る発光パネルは、無機の発光材料を用いた発光パネルでもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、陰極が対向電極であり、かつ、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置であるとした。しかしながら、例えば、陽極が対向電極であり、かつ、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置に本発明を適用してもよい。この場合、陰極である画素電極上に、透光性導電層、電子注入輸送層、発光層、の順に積層すればよい。また、例えば、陽極が対向電極であり、トップエミッション型の有機ＥＬ表示装置、または、陰極が対向電極であり、ボトムエミッション型の有機ＥＬ表示装置において、１次光干渉を利用するために図２における光学膜厚Ｌ１を設計する際に、本発明を適用してもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態においては、中間層１８や正孔注入層１５、正孔輸送層１６を必須構成であるとしたが、これに限られない。例えば、中間層１８を有しない有機ＥＬ素子や、正孔輸送層１６を有しない有機ＥＬ素子であってもよい。また、例えば、正孔注入層１５と正孔輸送層１６とに替えて、単一層の正孔注入輸送層を有していてもよい。
また、表示装置に限られず、有機ＥＬ照明装置のようなパネル型の照明装置であってもよい。
【００６２】
以上、本開示に係る有機発光パネルおよび表示装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態および変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、光共振器構造を備えた発光素子において、光取り出し効率の向上が高く消費電力が小さい発光素子を製造するのに有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１１  基板
１２  層間絶縁層
１３  画素電極（陽極）
１４  隔壁層
１４ａ  開口部
１５  正孔注入層
１６  正孔輸送層
１７  発光層
１８  中間層
１９  電子注入輸送層（機能層）
２０  透光性導電層
２１  対向電極（陰極）
２２  封止層
１００  有機ＥＬ表示パネル
１０００  有機ＥＬ表示装置
【図１】
2018055937.tif 000003
【図２】
2018055937.tif 000004
【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】
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【図８】
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【図９】
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