(57)【要約】  陽極と、陽極の上方に配された発光層と、発光層上に配され、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む第１中間層と、第１中間層上に配され、第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する第２金属を含む第２中間層と、第２中間層上に配された陰極と、陰極の上方に配され、水分および酸素を吸着する性質を有する第３金属を含む吸着層とを有する有機ＥＬ素子である。第１中間層の膜厚をＤ１、第２中間層の膜厚をＤ２とするとき、Ｄ１およびＤ２は、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たす。
2015141144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
前記陽極の上方に配された発光層と、
前記発光層上に配され、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む第１中間層と、
前記第１中間層上に配され、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する第２金属を含む第２中間層と、
前記第２中間層上に配された陰極と、
前記陰極の上方に配され、水分および酸素のうち少なくとも一方を吸着する性質を有する第３金属を含む吸着層と、を有し、
前記第１中間層の膜厚をＤ１、前記第２中間層の膜厚をＤ２とするとき、Ｄ１およびＤ２は、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たす
有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第３金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第１中間層の膜厚Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下である
請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、０．２〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下である
請求項１から３の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記吸着層の膜厚は、５〔ｎｍ〕以上、１２〔ｎｍ〕以下である
請求項１から４の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記陰極は、金属から成る陰極薄膜層と、前記陰極薄膜層上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する陰極補助層とから成る
請求項１から５の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記第２金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である
請求項１から６の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記第３金属は、前記第１中間層に含まれる前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する
請求項１から７の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記第３金属は、前記第２金属と同じ種類の金属である
請求項１から８の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記第２金属および前記第３金属は、バリウムである
請求項９に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
前記第１金属は、ナトリウムである
請求項１から１０の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１２】
前記陰極薄膜層は、１の金属材料もしくは複数の金属材料の合金からなる
請求項１から１１の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】
陽極を形成し、
前記陽極の上方に発光層を形成し、
前記発光層上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む第１中間層を膜厚Ｄ１で形成し、
前記第１中間層上に、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する第２金属を含む第２中間層を膜厚Ｄ２で形成し、
前記第２中間層上に、陰極を形成し、
前記陰極の上方に、水分および酸素を吸着する性質を有する第３金属を含む吸着層を形成し、
前記第１中間層の膜厚Ｄ１および前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たす
有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第３金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である
請求項１３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１中間層の膜厚Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下である
請求項１３または１４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、０．２〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下である
請求項１３から１５の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記吸着層の膜厚は、５〔ｎｍ〕以上、１２〔ｎｍ〕以下である
請求項１３から１６の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記陰極の形成は、以下の手順を含む
（Ａ）金属材料を用いて陰極薄膜層を形成する
（Ｂ）前記陰極薄膜層上に、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する陰極補助層を形成する
請求項１３から１７の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である
請求項１３から１８の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第３金属は、前記第１中間層に含まれる前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する
請求項１３から１９の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第３金属は、前記第２金属と同じ種類の金属である
請求項１３から２０の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第２金属および前記第３金属は、バリウムである
請求項１３から２１の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１金属は、ナトリウムである
請求項１３から２２の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２４】
前記陰極薄膜層は、１の金属材料もしくは複数の金属材料の合金からなる
請求項１３から２３の何れか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子および有機ＥＬ素子の製造方法に関し、特に、保管安定性と発光特性に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、自己発光を行うため視認性が高く、さらに完全固体素子であるため耐衝撃性に優れるなどの特徴を有することから、近年、表示装置に有機ＥＬ素子を利用したものが普及しつつある。【０００３】
有機ＥＬ素子は、一対の電極（陽極および陰極）間に、少なくとも発光層が挟まれた構成を有している。そして、有機ＥＬ素子は、多くの場合、発光層の他に、発光層に電子を供給するための機能層（電子輸送層、電子注入層）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。また、機能層に仕事関数の低いアルカリ金属やアルカリ土類金属を含む層を用いると、良好な電子注入性が得られることが知られている。【０００４】
仕事関数が低いアルカリ金属やアルカリ土類金属は、水分や酸素といった不純物と反応しやすい。そのため、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む機能層は、不純物が存在すると劣化が促進され、有機ＥＬ素子の発光効率の低下や発光寿命の短縮といった悪影響が発生し、保管安定性が低下する。また、金属から成る陰極に不純物が接触すると、腐食や劣化を引き起こし、上記と同様の悪影響が引き起こされる虞がある。【０００５】
そこで、特許文献１には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層（特許文献１では、これらを「有機発光媒体層」と呼んでいる。）の間に無機バリア層を設けた構成が開示されている。無機バリア層は、無機バリア層よりも前に形成された有機発光媒体層表面に吸着された不純物（特許文献１では、「劣化要因因子」）による、無機バリア層よりも後に形成された有機発光媒体層の劣化を防止するために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８８２５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成においては、無機バリア層が、絶縁体または半導体、もしくは仕事関数が４．０［ｅＶ］以上の金属から成り、電子注入性が低いため、発光層に十分な電子が供給されず、良好な発光特性が得られない虞がある。【０００８】
さらに、バリア層よりも後に形成される有機発光媒体層や陰極層が外部からの不純物で劣化し、良好な発光特性が得られない虞がある。【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バリア層の前に形成された層からの不純物のみならず、外部からの不純物に対する十分なブロック性を確保して良好な保管安定性を確保しつつ、良好な発光特性を実現することができる有機ＥＬ素子および当該有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様である有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配され、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む第１中間層と、前記第１中間層上に配され、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する第２金属を含む第２中間層と、前記第２中間層上に配された陰極と、前記陰極の上方に配され、水分および酸素を吸着する性質を有する第３金属を含む吸着層と、を有する有機ＥＬ素子である。そして、前記第１中間層の膜厚をＤ１、前記第２中間層の膜厚をＤ２とするとき、Ｄ１およびＤ２は、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子においては、第１中間層および第２中間層を備える。第１中間層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含んでおり、高い不純物ブロック性を有する。これにより、発光層側からの不純物の浸入をブロックして陰極の劣化を抑制し、良好な発光特性を維持することができる。また、第２中間層に含まれる第２金属は、第１中間層に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切って第１金属を遊離させる。そして、遊離した第１金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、仕事関数が小さく電子注入性が高いため、発光層への電子供給を十分に行うことができる。【００１２】
ここで、遊離する第１金属が少ないと、発光層に対して電子を十分に供給することができず、十分な輝度が得られない。一方、遊離する第１金属が多すぎると、発光層内の正孔の量に対して、供給される電子の量が過剰になり、発光効率（電流に対する輝度）が低下する。【００１３】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子においては、第１中間層の膜厚Ｄ１と第２中間層の膜厚Ｄ２とが、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の範囲内であるため、不純物ブロック性と電子供給性とのバランスにおいて好適な範囲内にあり、良好な発光効率を実現することができる。【００１４】
さらに、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子においては、不純物（水分および酸素）を吸着する性質を有する第３金属を含む吸着層が陰極の上方に配されている。吸着層は外部からの不純物の侵入をブロックして陰極および第１中間層，第２中間層の劣化を抑制し、良好な保管安定性を実現することができる。【００１５】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子１の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】第２中間層の膜厚の違いによる電流密度の変化を示すグラフである。
【図３】第２中間層の膜厚の違いによる、発光効率比の変化を示すグラフである。
【図４】第１中間層の膜厚の違いによる発光効率比の変化を示すグラフである。
【図５】第１中間層の膜厚に対する第２中間層の膜厚の割合の違いによる発光効率比の変化を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、吸着層の膜厚の違いによる、発光効率比の変化を示すグラフである。（ｂ）は、吸着層の膜厚の違いによる光取出し効率の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。（ａ）は、基板上にＴＦＴ層および層間絶縁層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｂ）は、層間絶縁層上に陽極が形成された状態を示す部分断面図である。（ｃ）は、層間絶縁層および陽極上に隔壁材料層が形成された状態を示す部分断面図である。
【図８】図７の続きの有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。（ａ）は、隔壁層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｂ）は、隔壁層の開口部内において陽極上に正孔注入層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｃ）は、隔壁層の開口部内において正孔注入層上に正孔輸送層が形成された状態を示す部分断面図である。
【図９】図８の続きの有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。（ａ）は、隔壁層の開口部内において正孔輸送層上に発光層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｂ）は、発光層および隔壁層上に第１中間層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｃ）は、第１中間層上に第２中間層が形成された状態を示す部分断面図である。
【図１０】図９の続きの有機ＥＬ素子の製造過程の一部を模式的に示す部分断面図である。（ａ）は、第２中間層上に陰極薄膜層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｂ）は、陰極薄膜層上に陰極補助層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｃ）は、陰極補助層上に吸着層が形成された状態を示す部分断面図である。（ｄ）は、吸着層上に封止層が形成された状態を示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造過程を示す模式工程図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬ表示装置の構成を示す模式ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
≪本発明の一態様の概要≫
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、前記陽極の上方に配された発光層と、前記発光層上に配され、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む第１中間層と、前記第１中間層上に配され、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する第２金属を含む第２中間層と、前記第２中間層上に配された陰極と、前記陰極の上方に配され、水分および酸素を吸着する性質を有する第３金属を含む吸着層と、を有する有機ＥＬ素子である。そして、前記第１中間層の膜厚をＤ１、前記第２中間層の膜厚をＤ２とするとき、Ｄ１およびＤ２は、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすことを特徴とする。
【００１８】
これにより、第１中間層の膜厚Ｄ１と第２中間層の膜厚Ｄ２との割合が、発光層側から陰極側への不純物ブロック性と陰極側から発光層側への電子供給性とのバランスにおいて好適な範囲内にあるため、良好な発光特性を実現することができる。さらに、吸着層が外部からの不純物を吸着してブロックすることにより、不純物による陰極や第１中間層，第２中間層の劣化を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第３金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする。
【００２０】
第３金属は、比較的仕事関数が低いアルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、不純物との反応性が高いので、外部から侵入してきた不純物と反応し、吸着層内に不純物を捕える働きをする。これにより、外部からの不純物の陰極側への侵入をブロックして陰極の劣化を抑制し、良好な発光特性を維持することができる。
【００２１】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第１中間層の膜厚Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。
【００２２】
これにより、第１中間層の膜厚Ｄ１が、十分な不純物ブロック性を得るのに必要な膜厚は確保しつつ、膜厚が厚くなりすぎて電子注入性が低下するのを防止することができる。
【００２３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、０．２〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。
【００２４】
これにより、発光層へ注入される電子が少なすぎず、過剰にもならない好適な電子注入能を第２中間層が発揮することができ、良好な発光効率を実現することができる。
【００２５】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、吸着層は５〔ｎｍ〕以上、１２〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。
【００２６】
吸着層は第３金属を含むため、厚くなりすぎると光の吸収が起こり、発光層から発せられた光を効率良く外に取り出せなくなる。従って、吸着層の膜厚を５〔ｎｍ〕以上、１２〔ｎｍ〕以下とすることで、外部からの不純物を十分にブロックしつつ、光の吸収を抑え効率よく光を取り出すことができる。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記陰極は、金属から成る陰極薄膜層と、前記陰極薄膜層上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する陰極補助層とから成ることを特徴とする。
【００２８】
陰極薄膜層が非常に薄い場合、陰極薄膜層の電気抵抗率が高くなる。そのため、陰極薄膜層の周辺部分に供給された電圧が、陰極薄膜層の中央部分では電圧降下により低下して輝度むらを引き起こす原因となる。本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、陰極薄膜層上に陰極補助層が配されているため、陰極薄膜層の周辺部分に供給された電流は、陰極薄膜層に加えて陰極補助層中を流れることができる。これにより、陰極薄膜層の中央部分における電圧降下を低減して輝度むらの発生を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする。
【００３０】
第２金属に比較的仕事関数が低く電子供給能の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられているため、フッ素との反応性が比較的高く、第１金属とフッ素との結合を切りやすい。これにより、第１中間層側から発光層側への電子注入性をより効率よく促進することができる。
【００３１】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第３金属は、前記第１中間層に含まれる前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有することを特徴とする。
【００３２】
第３金属が、第２金属と同様にアルカリ金属またはアルカリ土類金属である場合、第３金属もまた、第１中間層に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切る性質を有することが当然考えられる。この場合、第３金属が、吸着層から拡散により第１中間層および第２中間層に達すると、第１金属とフッ素との結合を切る金属が増加することとなり、第１中間層による不純物ブロック性と第２中間層による電子供給性とのバランスが崩れる虞がある。しかし、この場合においても、陰極により、第３金属の拡散を抑制することができる。また、陰極が陰極薄膜層と陰極補助層との２層構造を有する場合には、陰極補助層によりさらに第３金属の拡散抑制効果を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第３金属は、前記第２金属と同じ種類の金属であることを特徴とする。
【００３４】
これにより、同じ金属材料を用いて第２中間層と吸着層とを形成することができるため、製造が容易である。
【００３５】
ここで、第３金属が第２金属と「同じ種類の金属」であるとは、材料としての金属が同じであるという意味である。例えば、第２金属がバリウムである場合、第３金属もバリウムである。第３金属が第２金属と「同じ金属」であると表記した場合、第３金属と第２金属とが同一物である、即ち、第２金属が第３金属を兼ねているとの誤解を招く虞がある。第３金属と第２金属とが同一物である場合、第２中間層と吸着層とが同一の層となって有機ＥＬ素子の構成に矛盾が生じることとなる。このような誤解を排除する目的で「同じ種類の金属」と表記している。以下、本明細書においては、「同じ種類の金属」とは同様の意味で用いている。
【００３６】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第２金属および第３金属は、バリウムであることを特徴とする。
【００３７】
これにより、バリウムという汎用性のある材料を用いて第２中間層および吸着層を形成することができるため、コスト抑制に資することができる。
【００３８】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記第１金属は、ナトリウムであることを特徴とする。
【００３９】
これにより、第１中間層は、吸湿性が低く、酸素との反応性が低いフッ化ナトリウムを含むため、良好な不純物ブロック性を有することができる。また、ナトリウムは仕事関数が低く、電子注入性が高いため、発光層へと効果的に電子を供給することができる。
【００４０】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の特定の局面では、前記陰極薄膜層は、１の金属材料もしくは複数の金属材料の合金からなることを特徴とする。
【００４１】
陰極薄膜層に良好な導電性を有する金属材料を用いることにより、有機ＥＬ素子に効率よく電力を供給することができ、良好な発光効率を実現することができる。さらに、金属は非常に薄く加工することができるため、陰極薄膜層による光の吸収を抑制して良好な光取出し効率を実現することができる。
【００４２】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成し、前記陽極の上方に発光層を形成し、前記発光層上に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である第１金属のフッ化物を含む第１中間層を膜厚Ｄ１で形成し、前記第１中間層上に、前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有する第２金属を含む第２中間層を膜厚Ｄ２で形成し、前記第２中間層上に、陰極を形成し、前記陰極の上方に、水分および酸素を吸着する性質を有する第３金属を含む吸着層を形成する手順を有する。そして、前記第１中間層の膜厚Ｄ１および前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすことを特徴とする。
【００４３】
これにより、第１中間層の膜厚Ｄ１と第２中間層の膜厚Ｄ２との割合が、発光層側から陰極側への不純物ブロック性と陰極側から発光層側への電子供給性とのバランスにおいて好適な範囲内となるように第１中間層と第２中間層とを形成することができ、良好な発光特性を実現することができる。さらに、吸着層が外部からの不純物を吸着してブロックすることにより、不純物による陰極や第１中間層，第２中間層の劣化を抑制することができる。
【００４４】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第３金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする。
【００４５】
第３金属は、比較的仕事関数が低いアルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、不純物との反応性が高いので、外部から侵入してきた不純物と反応し、吸着層内に不純物を捕える働きをする。第３金属を含む吸着層を陰極の上方に形成することにより、外部からの不純物の陰極側への侵入をブロックして陰極の劣化を抑制し、良好な発光特性を維持することができる。
【００４６】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第１中間層の膜厚Ｄ１は、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。
【００４７】
これにより、十分な不純物ブロック性を得るのに必要な膜厚は確保しつつ、厚くなりすぎて電子注入性が低下しない程度の膜厚で第１中間層を形成することができ、良好な発光特性を実現することができる。
【００４８】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第２中間層の膜厚Ｄ２は、０．２〔ｎｍ〕以上、１〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。
【００４９】
これにより、発光層へ注入される電子が少なすぎず、過剰にもならない好適な電子注入能を有する膜厚で第２中間層を形成することができ、良好な発光効率を実現することができる。
【００５０】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記吸着層の膜厚は、５〔ｎｍ〕以上、１２〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。
【００５１】
吸着層は第３金属を含むため、厚くなりすぎると光の吸収が起こり、発光層から発せられた光を効率良く外に取り出せなくなる。従って、外部からの不純物を十分にブロックしつつ、光の吸収を抑えることができる膜厚で吸着層を形成することにより、陰極の劣化を抑制しつつ良好な光取出し効率を実現して、良好な発光特性を得ることができる。
【００５２】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記陰極の形成は、（Ａ）金属材料を用いて陰極薄膜層を形成する（Ｂ）前記陰極薄膜層上に、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する陰極補助層を形成する、の２つの手順を含むことを特徴とする。
【００５３】
陰極薄膜層が非常に薄い場合、陰極薄膜層の電気抵抗率が高くなる。そのため、陰極薄膜層の周辺部分から供給された電圧が、陰極薄膜層の中央部分では電圧降下により低下して輝度むらを引き起こす原因となる。本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、陰極薄膜層上に陰極補助層を形成する手順を含むため、陰極薄膜層の周辺部分に供給された電流は、陰極薄膜層に加えて陰極補助層中を流れることができる。これにより、陰極薄膜層の中央部分における電圧降下を低減して輝度むらの発生を抑制することができる。
【００５４】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第２金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする。
【００５５】
第２金属に比較的仕事関数が低く電子供給能の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられているため、フッ素との反応性が比較的高く、第１金属とフッ素との結合を切りやすい。このような第２金属を含む第２中間層を形成することにより、第１中間層側から発光層側への電子注入性をより効率よく促進することができる。
【００５６】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第３金属は、前記第１中間層に含まれる前記第１金属のフッ化物における前記第１金属とフッ素との結合を切る性質を有することを特徴とする。
【００５７】
第３金属が、第２金属と同様にアルカリ金属またはアルカリ土類金属である場合、第３金属もまた、第１中間層に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を切る性質を有することが当然考えられる。この場合、第３金属が、吸着層から拡散により第１中間層および第２中間層に達すると、第１金属とフッ素との結合を切る金属が増加することとなり、第１中間層による不純物ブロック性と第２中間層による電子供給性とのバランスが崩れる虞がある。しかし、この場合においても、吸着層と第１中間層および第２中間層との間に陰極が形成されることにより、第３金属の拡散を抑制することができる。また、陰極の形成が、陰極薄膜層を形成する手順と、陰極薄膜上に陰極補助層を形成する手順とを含む場合には、陰極補助層によりさらに第３金属の拡散抑制効果を得ることができる。
【００５８】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第３金属は、前記第２金属と同じ種類の金属であることを特徴とする。
【００５９】
これにより、同じ金属材料を用いて第２中間層と吸着層とを形成することができるため、製造が容易である。
【００６０】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第２金属および前記第３金属は、バリウムであることを特徴とする。
【００６１】
これにより、バリウムという汎用性のある材料を用いて第２中間層および吸着層を形成することができるため、コスト抑制に資することができる。
【００６２】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記第１金属は、ナトリウムであることを特徴とする。
【００６３】
吸湿性が低く、酸素との反応性が低いフッ化ナトリウムを含む第１中間層を形成することにより、発光層側から陰極側へと侵入する不純物を効果的にブロックすることができる。また、仕事関数が低く、電子注入性が高いナトリウムを第１金属として含む第１中間層を形成することにより、第１中間層側から発光層側へと効果的に電子を供給することができる。
【００６４】
本発明の別の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法の特定の局面では、前記陰極薄膜層は、１の金属材料もしくは複数の金属材料の合金からなることを特徴とする。
【００６５】
良好な導電性を有する金属材料を用いて陰極薄膜層を形成することにより、有機ＥＬ素子に効率よく電力を供給することができ、良好な発光効率を実現することができる。さらに、金属は非常に薄く加工することができるため、陰極薄膜層を非常に薄い膜厚で形成することにより、陰極薄膜層による光の吸収を抑制して良好な光取出し効率を実現することができる。
【００６６】
以下、具体例を示し、構成および作用・効果を説明する。
【００６７】
なお、以下の説明で用いる実施形態は、本発明の一態様に係る構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる例示であって、本発明は、その本質的部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００６８】
≪実施形態≫
［１．有機ＥＬ素子の構成］
本発明の一態様である実施形態に係る有機ＥＬ素子の構成について、図１を用い説明する。
【００６９】
図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を複数備える有機ＥＬ表示パネル１００（図１３参照）の一部拡大断面図であり、１つの有機ＥＬ素子１に相当する部分およびその周辺の断面図である。本実施形態においては、１つの有機ＥＬ素子１は、１つの画素（サブピクセル）に対応している。本実施形態においては、有機ＥＬ素子１は、図１における紙面上側を表示面とする、いわゆるトップエミッション型である場合について説明する。
【００７０】
図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、基板１１、層間絶縁層１２、陽極１３、隔壁層１４、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、第１中間層１８、第２中間層１９、陰極薄膜層２１、陰極補助層２２、吸着層２４、および封止層２５を備える。第１中間層１８と第２中間層１９とで、中間層２０を構成している。陰極薄膜層２１と陰極補助層２２とで陰極２３を構成している。
【００７１】
なお、基板１１、層間絶縁層１２、第１中間層１８、第２中間層１９、陰極薄膜層２１、陰極補助層２２、吸着層２４、および封止層２５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。
【００７２】
＜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、画素毎に駆動回路が形成されている。基材１１１が形成される材料としては、例えば、ガラスが用いられる。ガラス材料としては、具体的には例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英等のガラスなどが挙げられる。
【００７３】
＜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、画素毎にコンタクトホールが形成されている。
【００７４】
＜陽極＞
陽極１３は、導電材料からなり、層間絶縁層１２上に形成されている。陽極１３は、画素毎に個々に設けられた画素電極であり、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、トップエミッション型であるので、光反射性を具備した導電材料により形成されるとよい。光反射性を具備する導電材料としては、金属が挙げられる。具体的には、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、アルミニウム合金、Ｍｏ（モリブデン）、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＭｏＷ（モリブデンとタングステンの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）などがある。
【００７５】
また、ボトムエミッション型の場合には、陽極１３は、光透過性を具備するとよい。光透過性を具備する導電材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などがある。
【００７６】
＜隔壁層＞
隔壁層１４は、陽極１３の上面の一部の領域を露出させ、その周辺の領域を被覆した状態で陽極１３上に形成されている。陽極１３上面において隔壁層１４で被覆されていない領域（以下、「開口部」という。）は、サブピクセルに対応している。即ち、隔壁層１４は、サブピクセル毎に設けられた開口部１４ａを有する。
【００７７】
本実施形態においては、隔壁層１４は、陽極１３が形成されていない部分においては、層間絶縁層１２上に形成されている。即ち、陽極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。
【００７８】
隔壁層１４は、例えば、絶縁性の有機材料（例えばアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂等）からなる。隔壁層１４は、発光層１７を塗布法で形成する場合には塗布されたインクがあふれ出ないようにするための構造物として機能し、発光層１７を蒸着法で形成する場合には蒸着マスクを載置するための構造物として機能する。本実施形態では、隔壁層１４は、樹脂材料からなり、隔壁層１４の材料としては、例えば、ポジ型の感光性材料が挙げられる。また、このような感光性材料として、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂が挙げられる。本実施形態においては、フェノール系樹脂が用いられている。
【００７９】
＜正孔注入層＞
正孔注入層１５は、陽極１３から発光層１７への正孔の注入を促進させる目的で、陽極１３上の開口部１４ａ内に設けられている。正孔注入層１５は、例えば、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、イリジウム（Ｉｒ）などの酸化物、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。上記の内、酸化金属からなる正孔注入層１５は、正孔（ホール）を安定的に、または正孔（ホール）の生成を補助して、発光層１７に対し正孔（ホール）を注入する機能を有し、大きな仕事関数を有する。本実施の形態においては、正孔注入層１５は、ＰＥＤＯＴ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）などの導電性ポリマー材料からなる。
【００８０】
ここで、正孔注入層１５を遷移金属の酸化物から構成する場合には、複数の酸化数をとるためこれにより複数の準位をとることができ、その結果、正孔注入が容易になり駆動電圧を低減することができる。
【００８１】
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層１６は、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化合物を用いることができる。
【００８２】
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。
【００８３】
＜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。例えば、オキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属鎖体、２−ビピリジン化合物の金属鎖体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との鎖体、オキシン金属鎖体、希土類鎖体等の蛍光物質や、トリス(２-フェニルピリジン)イリジウムなどの燐光を発光する金属錯体等の公知の燐光物質を用いることができる。
【００８４】
＜第１中間層＞
第１中間層１８は、発光層１７上に形成されており、発光層１７、正孔輸送層１６、正孔注入層１５、隔壁層１４の内部や表面に存在する不純物が、第１中間層１８や第２中間層や陰極薄膜層２１へと侵入するのを防止するための層である。従って、第１中間層１８は、不純物ブロック性を有する材料を含む。第１中間層１８が形成される不純物ブロック性を有する材料は、例えば、アルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物であり、より具体的には、本実施形態においてはＮａＦ（フッ化ナトリウム）である。第１中間層１８に含まれるアルカリ金属のフッ化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物中のアルカリ土類金属を、第１金属とする。
【００８５】
第１中間層１８は、膜厚Ｄ１〔ｎｍ〕で形成されている。
【００８６】
＜第２中間層＞
第２中間層１９は、第１中間層１８上に形成されており、第１中間層に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を分解する金属（以下、「第２金属」という。）を含む。第１金属とフッ素との結合を分解する第２金属として、例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられる。本実施形態においては、第２金属は、具体的には、Ｂａ（バリウム）である。
【００８７】
第２中間層１９は、膜厚Ｄ２〔ｎｍ〕で形成されている。
【００８８】
＜中間層＞
第１中間層１８と第２中間層１９とで、中間層２０が構成される。
【００８９】
なお、第２中間層１９に含まれる第２金属により第１中間層１８に含まれる第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合が分解されて第１金属が遊離すると、第１金属は仕事関数が低く電子注入性が高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属であるため、発光層へと効果的に電子を供給することができる。
【００９０】
＜陰極薄膜層＞
陰極薄膜層２１は、各サブピクセル共通に設けられており、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の導電性を有する金属酸化物からなる材料の薄膜、または、アルミニウム、マグネシウム、銀などの金属の薄膜もしくはそれらの合金の薄膜で形成されている。本実施形態においては、陰極薄膜層２１は、アルミニウム薄膜である。
【００９１】
＜陰極補助層＞
陰極補助層２２は、電子輸送性を有する有機材料を用いて陰極薄膜層２１上に各サブピクセル共通に形成されており、陰極薄膜層２１の陰極としての機能を補助する役割を果たす。陰極補助層２２の陰極薄膜層２１の陰極としての機能を補助する役割は、次の通りである。陰極薄膜層２１の膜厚は非常に薄く、電気抵抗率が高い。そのため、陰極薄膜層２１の周辺部分に接続された配線から供給される電圧は、陰極薄膜層２１の中央部分では電圧降下により低くなり、輝度むらの発生に繋がる。ここで、陰極薄膜層２１の膜厚を厚くすると、金属は光を通しにくいため光透過性が低下し、光取出し効率が低下する。そこで、陰極薄膜層２１上に陰極補助層２２を形成し、陰極薄膜層２１の周辺部から中央部への電力の供給を陰極補助層２２により補助することにより、陰極薄膜層２１の中央部での電圧降下を抑制して輝度ムラ抑制するとともに、光取出し効率の低下も抑制することができる。
【００９２】
陰極補助層２２は、本実施形態においては、電子輸送層に一般的に用いられるのと同じ有機材料により形成されている。陰極補助層２２に用いられる有機材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体（ＯＸＤ）、トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）、フェナンスロリン誘導体（ＢＣＰ、Ｂｐｈｅｎ）などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。
【００９３】
＜陰極層＞
本実施形態においては、陰極薄膜層２１と陰極補助層２２とで、陰極２３が構成される。
【００９４】
＜吸着層＞
吸着層２４は、陰極補助層２２上に形成され、外部からの不純物（水分、酸素）を吸着する機能を有しており、外部から侵入した不純物が陰極薄膜層２１に到達して陰極薄膜層２１を劣化させるのを抑制する。吸着層２４には、水分や酸素を吸着するための第３金属が含まれている。第３金属に用いられる金属としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が用いられる。より具体的には、例えば、リチウム、バリウム、カルシウム、カリウム、セシウム、ナトリウム、ルビジウム等の低仕事関数金属が用いられる。本実施形態においては、第３金属は、Ｂａ（バリウム）であって、吸着層２４は、Ｂａの単層として形成される。特に、本実施形態のように金属薄膜が陰極薄膜層として用いられる場合、金属は水分や酸素により酸化されて劣化しやすいため、吸着層２４の効果は大きくなる。
【００９５】
ここで、不純物の「吸着」とは、第３金属が不純物（水分や酸素）と反応して酸化物等が生成し、不純物が酸化物等の分子中に捕捉されることにより、不純物が吸着層２４を通過して陰極２３の陰極薄膜層２１等に到達するのを妨げることを意味する。従って、「吸着層」とは、不純物の透過、拡散を妨げる機能を有する層である。
【００９６】
なお、吸着層２４は、前記第３金属がドープされた有機膜であっても良い。この場合の有機膜には、陰極補助層２２に用いられる電子輸送性材料を用いてもよい。
【００９７】
また、吸着層２４は、膜厚Ｄ３〔ｎｍ〕で形成されている。
【００９８】
＜封止層＞
吸着層２４の上には、外部からの水分や酸素の侵入を抑制するために封止層２５を設けても良い。封止層２５の材料としては、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の光透過性材料が選択される。
【００９９】
＜その他＞
なお、図１には図示しないが、封止層２５の上にカラーフィルターや上部基板を載置し、接合してもよい。上部基板の載置、接合により、水分および酸素などからの保護がさらに図られる。
【０１００】
［２．不純物ブロック性と電子注入性］
正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７をウェットプロセスで形成する場合、これらの層の内部および表面に存在する不純物が中間層２０もしくは陰極薄膜層２１に到達すると、陰極薄膜層２１を形成している金属や中間層２０と反応して、発光層１７への電子注入機能を低下させる。隔壁層１４をウェットプロセスで形成する場合にも、隔壁層１４の内部および表面に存在する不純物が、上記と同様の問題を引き起こす原因となる。
【０１０１】
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１は、発光層１７と陰極薄膜層２１との間に、第１中間層１８および第２中間層１９を備えている。第１中間層１８は、ＮａＦを含んでいる。ＮａＦは、アルカリ金属やアルカリ土類金属と比較して酸素との反応性が低いため、良好な不純物ブロック性を有している。よって、第１中間層１８により、発光層１７側からの不純物の侵入が阻害される。これにより、陰極薄膜層２１がＡｌやＭｇＡｇ等の金属から形成されている場合には、陰極薄膜層２１の不純物による劣化を防止することができる。
【０１０２】
その一方で、ＮａＦは電気絶縁性が高いため、陰極薄膜層２１から供給される電子の発光層１７への移動を阻害し、発光特性を低下させるという問題がある。
【０１０３】
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１においては、第１中間層１８と陰極薄膜層２１との間に、第２中間層１９が設けられている。第２中間層１９は、第２金属としてＢａを含んでいる。Ｂａは、第１中間層１８中の第１金属であるＮａのフッ化物（ＮａＦ）におけるＮａとＦ（フッ素）との結合を分解する。これにより、第１中間層１８中のＮａＦの一部が乖離していてもよい。ＮａＦの一部が乖離してＮａが遊離すると、Ｎａは仕事関数が低く、電子供給能が高いため、陰極薄膜層２１から発光層１７への電子の移動をアシストし、発光特性の低下を抑制することができる。これと同時に第１中間層１８中のＮａＦにより良好な不純物ブロック性を得ることができる。そのため第２中間層１９を形成するＢａが劣化することなく第１中間層を形成するＮａＦと反応し、効率よくＮａとＦの結合を分解できる。
【０１０４】
なお、第１金属のフッ化物における第１金属とフッ素との結合を分解する機構としては、上記に限られない。第１中間層１８、第２中間層１９、発光層１７、陰極薄膜層２１等の機能を損なわない限り、何れの機構により第１金属とフッ素との結合が分解されてもよい。
【０１０５】
このように、第１中間層１８が、高い不純物ブロック性を有する第１金属のフッ化物を含むことにより、発光層１７側からの不純物の侵入をブロックして陰極薄膜層２１（および第２中間層１９）の電子供給能の低下を抑制することができる。そして、第２中間層１９が、第１金属とフッ素との結合を分解する第２金属を含むことにより、第１金属が遊離し、絶縁性の高い第１中間層１８を超えて陰極薄膜層２１から発光層１７へと電子が移動しやすくなり、良好な発光特性を得ることができる。
【０１０６】
なお、このとき、実際は、第１中間層１８と第２中間層１９の境界は、明確には分かれておらず、第１中間層１８を形成する材料と、第２中間層１９を形成する材料とが、製造の過程で多少混ざり合って形成されている場合もあると考えられる。即ち、第１中間層１８および第２中間層１９の膜厚は、それぞれ正確にＤ１、Ｄ２〔ｎｍ〕というわけではなく、その境界ははっきりしていない場合もあると考えられる。そのような場合も含めて、中間層２０において、第１金属は、陰極薄膜層２１側よりも発光層１７側で濃度が高く、第２金属は、発光層１７側よりも陰極薄膜層２１側で濃度が高いということができる。
【０１０７】
また、ここでは、第１中間層１８および第２中間層１９を形成する際に、それぞれ膜厚がＤ１およびＤ２となるように意図した方法により形成された場合、形成された第１中間層１８および第２中間層１９の膜厚は、それぞれＤ１およびＤ２であるとする。他の層の膜厚についても、同様である。以下、変形例においても、同様である。
【０１０８】
［３．第２中間層の効果］
図２は、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が互いに異なる４種類の有機ＥＬ表示パネル１００を試験体に用い、それぞれの試験体に電圧を印加して電流密度を測定した結果を示すグラフである。第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０，０．５，１，２〔ｎｍ〕の４種類である。それぞれの試験体に対して印加電圧を変化させ、それぞれ複数セル（異なる複数の有機ＥＬ素子１）について電流密度の測定を行った。なお、上記４つの試験体においては、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が異なる以外は、何れも他の層の構成および膜厚は同じであり、第１中間層１８の膜厚Ｄ１は、何れも４〔ｎｍ〕である。
【０１０９】
図２に示すように、膜厚Ｄ２＝０〔ｎｍ〕の試験体（即ち、第２中間層１９を備えない試験体）と比較して、膜厚Ｄ２＝０．５，１，２〔ｎｍ〕の試験体は、何れも高い電流密度を示した。これは、即ち、第２中間層１９を設けることで、有機ＥＬ素子１により多くの電流が流れることを示している。従って、第２中間層１９を設けることにより、発光層１７により多くの電流が流れ、有機ＥＬ素子の輝度向上の効果が得られることが確認された。
【０１１０】
［４．第２中間層の膜厚と発光効率比］
図３は、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が互いに異なる有機ＥＬ表示パネル１００についての発光効率比を示すグラフである。第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０．１，０．２，０．５，１〔ｎｍ〕の４種類である。これら４種類の膜厚で形成された第２中間層１９をそれぞれ有する４種類の有機ＥＬ表示パネルを試験体として、電流密度が１０〔ｍＡ／ｃｍ2〕となるような電圧を印加した際の輝度を測定し、測定された輝度の値から発光効率を算出した。そして、基準となる有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を発光効率基準値として、発光効率基準値に対する比（発光効率比）を算出し、グラフにプロットしたのが図３である。
【０１１１】
なお、上記４種類の有機ＥＬ表示パネル試験体においては、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が異なる以外は、何れも他の層の構成および膜厚は同じであり、第１中間層１８の膜厚Ｄ１は、何れも４〔ｎｍ〕である。
【０１１２】
図３に示すように、第２中間層の膜厚Ｄ２＝０．５〔ｎｍ〕の試験体が、最も高い発光効率比を示した。そして、膜厚Ｄ２＝１〔ｎｍ〕の試験体では、膜厚Ｄ２＝０．５〔ｎｍ〕の試験体に比べて発光効率比が低下した。これは、正孔輸送層１６から発光層１７へと注入される正孔の量は一定であるため、それよりも過剰な電子が発光層１７へと注入されても、電流の増加に対して輝度は増加せず、結果として発光効率が低下し、発光効率比も低下したためと考えられる。
【０１１３】
図３に示すように、最も高い発光効率比を示す膜厚Ｄ２＝０．５〔ｎｍ〕の試験体の発光効率比を基準とした場合、それに対して８０％以上の発光効率比を維持することが好適である。従って、０．２≦Ｄ２≦１〔ｎｍ〕が、効果的な膜厚Ｄ２の範囲と言うことができる。
【０１１４】
［５．第１中間層の膜厚と発光効率比］
図４は、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が互いに異なる５種類の有機ＥＬ表示パネル１００についての発光効率比を示すグラフである。第１中間層１８の膜厚Ｄ１は、０、１、２、４、１０〔ｎｍ〕である。なお、上記５種類の有機ＥＬパネル試験においては、第２中間層１９の膜厚Ｄ２＝０．５〔ｎｍ〕である。
【０１１５】
発光効率比は、図３に示す発光効率比の場合と同様にして算出した。即ち、先ず、電流密度が１０〔ｍＡ／ｃｍ2〕となるような電圧を印加した際の輝度を測定し、測定された輝度の値から発光効率を算出した。次に、基準となる有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を発光効率基準値として、発光効率基準値に対する比（発光効率比）を算出した。そして、算出した値をグラフにプロットしたのが図４である。
【０１１６】
図４に示すように、５種類の試験体うち、膜厚Ｄ１＝０［ｎｍ］の試験体の場合、すなわち第１中間層１８が無い場合、発光効率比は非常に小さい値を示した。これは、発光層１７側からの不純物をブロックすることができず、第２中間層１９もしくは陰極薄膜層２１が劣化したため、発光層１７への電子の供給量が十分ではなくなったためだと考えられる。
【０１１７】
また、膜厚Ｄ１＝４〔ｎｍ〕の試験体が、最も高い発光効比を示し、膜厚Ｄ１＝１〔ｎｍ〕および２〔ｎｍ〕の試験体も、ほぼ同じ発光効率比を示した。一方、膜厚Ｄ１＝１０［ｎｍ］の試験体では、比較的高い発光効率比を維持しているものの、膜厚Ｄ１が４[ｎｍ]を越えて厚くなるにつれて発光効率比が低下していく傾向が見て取れる。これは、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が厚くなりすぎると、絶縁層としての機能が強く働いてしまい、発光層１７への電子の注入が低下するためと考えられる。従って、第１中間層１８の膜厚Ｄ１の範囲としては、１〔ｎｍ〕以上、１０〔ｎｍ〕以下の範囲が効果的である。
【０１１８】
［６．第１中間層の膜厚に対する第２中間層の膜厚の割合と発光効率比］
以上説明したように、第１中間層１８の膜厚Ｄ１については、不純物ブロック性を確保するための最低限の膜厚が必要である。一方で、Ｄ１が厚くなりすぎると、絶縁層としての性質が強くなって発光層１７へと電子が注入されにくくなり、十分な輝度が得られなくなる。
【０１１９】
また、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が薄すぎると、第２中間層１９に含まれる第２金属（本実施形態ではＢａ）が、第１中間層１８に含まれる第１金属（本実施形態ではＮａ）を十分に遊離させることができず、発光層１７に十分な電子を供給することができない。一方で、Ｄ２が厚くなりすぎると、発光層１７に供給される正孔の量に対して過剰な電子を発光層１７に供給することとなり、発光効率が低下する。
【０１２０】
さらには、第１中間層１８の膜厚Ｄ１に対して第２中間層１９の膜厚Ｄ２が厚すぎると、第２金属が第１金属を過剰に遊離させて、第１金属のフッ化物が減少する結果、第１中間層１８の不純物ブロック性が十分でなくなる虞がある。
【０１２１】
以上の結果から、本願発明者らは、第１中間層１８および第２中間層１９は、それぞれの膜厚の好適な値の範囲が存在するのみならず、膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ２との割合にも好適な値の範囲が存在するのではないかと考えた。そこで、本願発明者らは、膜厚Ｄ１に対する膜厚Ｄ２の比を変えて、発光効率比がどのように異なるかを調べた。その結果を、図５に示す。
【０１２２】
図５は、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝２．５，５，１２．５，２５〔％〕の４種類の試験体について発光効率比をプロットしたグラフである。図５に示すように、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝１２．５〔％〕の場合に、最も高い発光効率比を示した。また、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝５〔％〕では、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝１２．５〔％〕とほぼ同等の発光効率を示したが、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝２．５〔％〕になると、発光効率比は急激に低下した。膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝２５〔％〕では、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝５〔％〕の場合よりは低いものの、最も高い膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝１２．５〔％〕の場合の発光効率比を基準として、その８０％以内の比較的良好な発光効率比を示した。
【０１２３】
以上の結果から、膜厚比が、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕であれば、良好な発光効率が得られることがわかった。
【０１２４】
なお、先に述べたように、実際には、第１中間層１８と第２中間層１９の境界は、明確には分かれておらず、第１中間層１８を形成する材料と、第２中間層１９を形成する材料とが、製造の過程で多少混ざり合って形成されている場合もあると考えられる。そのような場合には、中間層２０において、第１金属と第２金属の成分比（モル比）が、２〔％〕≦第２金属／第１金属≦１０〔％〕であれば、良好な発光効率が得られると考えられる。
【０１２５】
［７．吸着層の膜厚と発光効率比］
図６（ａ）は、吸着層２４（本実施形態ではＢａの層）の膜厚Ｄ３が互いに異なる３種類の有機ＥＬ表示パネル１００についての発光効率比を示すグラフである。膜厚Ｄ３は、２，５，１０〔ｎｍ〕の３種類である。発光効率比は、図３に示す発光効率比の場合と同様にして算出した。即ち、先ず、電流密度が１０〔ｍＡ／ｃｍ2〕となるような電圧を印加した際の輝度を測定し、測定された輝度の値から発光効率を算出した。次に、基準となる有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を発光効率基準値として、発光効率基準値に対する比（発光効率比）を算出した。そして、算出した値をグラフにプロットしたのが図６（ａ）である。なお、ここでの試験体における第１中間層１８の膜厚Ｄ１＝４〔ｎｍ〕であり、第２中間層１９の膜厚Ｄ２＝０．５〔ｎｍ〕である。
【０１２６】
図６（ａ）に示すように、吸着層２４の膜厚Ｄ３＝１０〔ｎｍ〕の試験体が最も高い発光効率比を示した。膜厚Ｄ３＝５〔ｎｍ〕の試験体では、膜厚Ｄ３＝１０〔ｎｍ〕の場合よりは低いものの比較的高い発光効率比を示した。
【０１２７】
しかし、膜厚Ｄ３＝２〔ｎｍ〕の試験体では、非常に低い発光効率比となった。これは、吸着層２４が薄いため、外部からの不純物を十分に吸着することができず、吸着できなかった水分や酸素が陰極薄膜層２１（および第２中間層１９）を劣化させ、発光層１７に電子が十分に供給されなくなったためであると考えられる。従って、図６（ａ）のグラフから、吸着層２４の膜厚Ｄ３は、５〔ｎｍ〕以上であれば良好な発光効率が得られると言える。
【０１２８】
一方、吸着層２４が厚い場合、吸着層２４の光透過率が低下し、有機ＥＬ素子１の光取出し効率が低下してしまう。図６（ｂ）に、吸着層２４の膜厚Ｄ３の違いによる光取出し効率の変化を表す光学シミュレーションの結果を示す。同図に示すように、膜厚Ｄ３が厚くなるにつれて光取出し効率が低下し、吸着層２４が無い場合（Ｄ３＝０〔ｎｍ〕）の光取出し効率を１．０とした場合、吸着層２４の膜厚Ｄ３＝１２〔ｎｍ〕のときの光取出し効率は、０．９であった。光取出し効率は、０．９以上が望ましいので、図６（ｂ）のグラフより、吸着層２４の膜厚Ｄ３は、１２〔ｎｍ〕以下が望ましい。
【０１２９】
図６（ａ）に示す発光効率比の結果と合わせて考えると、吸着層２４の膜厚Ｄ３は、５〔ｎｍ〕≦Ｄ３≦１２〔ｎｍ〕であれば、外部からの侵入した不純物を吸着して良好な発光効率を実現可能であると同時に良好な光取出し効率を実現することができる。
【０１３０】
［８．吸着層および陰極補助層と中間層との関係］
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１は、吸着層２４を有している。吸着層２４は、第３金属を含んでおり、第３金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属である。ここで、吸着層２４に含まれる第３金属が、陰極薄膜層２１を超えて拡散し、中間層２０に達する場合がある。すると、中間層２０の第２中間層１９に含まれる第２金属は、第３金属と同じくアルカリ金属またはアルカリ土類金属であるため、吸着層２４から拡散してきた第３金属もまた、第１中間層１８のフッ化ナトリウム（ＮａＦ）におけるＮａとＦ（フッ素）との結合を分解する機能を有すると考えられる。すると、第１中間層１８による不純物ブロック性と第２中間層１９によるＮａＦの分解能力とのバランスが崩れ、ＮａＦの分解能力がより大きくなる結果、不純物ブロック性が低下して、発光効率が低下して短寿命化を引き起こす虞がある。特に、本実施形態の場合は、第２金属も第３金属も同じＢａが用いられているため、このようなバランスの崩れは顕著に発生すると考えられる。
【０１３１】
しかしながら、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１の場合、吸着層２４と中間層２０との間に陰極補助層２２が設けられているため、その分吸着層２４と中間層２０との間の距離が長くなり、拡散により第３金属が中間層２０にまで到達する時間が長くなる。これにより、短寿命化を抑制することができる。
【０１３２】
なお、陰極補助層２２に高分子の有機材料を用いれば、陰極補助層２２の密度が高くなり、その分第３金属が拡散しづらくなるため、短寿命化抑制効果をより一層期待することができる。
【０１３３】
［９．有機ＥＬ素子の製造方法］
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１の製造方法について図７〜図１１を用いて以下に説明する。なお、図７〜図１０は、有機ＥＬ素子１の製造過程を模式的に示す断面図であり、図１１は、有機ＥＬ素子１の製造過程を示す模式工程図である。
【０１３４】
まず、図７（ａ）に示すように、基材１１１上にＴＦＴ層１１２を成膜して基板１１を形成し（図１１のステップＳ１）、基板１１上に層間絶縁層１２を成膜する（図１１のステップＳ２）。層間絶縁層１２の材料である層間絶縁層用樹脂には、本実施形態においては、ポジ型の感光性材料であるアクリル樹脂を用いる。層間絶縁層１２は、層間絶縁層用樹脂であるアクリル樹脂を層間絶縁層用溶媒（例えば、ＰＧＭＥＡ）に溶解させた層間絶縁層用溶液を基板１１上へ塗布し、成膜する。そしてその後、焼成を行う（図１１のステップＳ３）。焼成は、１５０℃以上、２１０℃以下の温度で１８０分間行う。
【０１３５】
なお、図７〜図１０に示す断面図および図１１の工程図には現れないが、このとき、層間絶縁層１２の各開口部１４ａ（が形成される予定の領域）の間に該当する位置にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、パターン露光と現像を行うことにより形成する。層間絶縁層１２は焼成により硬くなるため、コンタクトホールの形成は、層間絶縁層１２の焼成前に行う方が容易である。
【０１３６】
そして、図７（ｂ）に示すように、真空蒸着法またはスパッタ法に基づき、厚み１５０〔ｎｍ〕程度の金属材料からなる陽極１３を、サブピクセル毎に形成する（図１１のステップＳ４）。
【０１３７】
次に、陽極１３上に、隔壁層１４の材料である隔壁層用樹脂を塗布し、隔壁材料層１４ｂを形成する（図７（ｃ））。隔壁層用樹脂には、例えば、ポジ型の感光性材料であるフェノール樹脂が用いられる。隔壁材料層１４ｂは、隔壁層用樹脂であるフェノール樹脂を溶媒（例えば、乳酸エチルとＧＢＬの混合溶媒）に溶解させた溶液を陽極１３上にスピンコート法などを用いて一様に塗布し、形成される。
【０１３８】
次に、隔壁材料層１４ｂにパターン露光と現像を行うことで隔壁層１４を形成し（図８（ａ）、図１１のステップＳ５）、隔壁層１４を焼成する（図１１のステップＳ６）。これにより、発光層１７の形成領域となる開口部１４ａが規定される。隔壁層１４の焼成は、例えば、１５０℃以上、２１０℃以下の温度で６０分間行う。
【０１３９】
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。
【０１４０】
そして、図８（ｂ）に示すように、マスク蒸着法やインクジェットによる塗布法により、正孔注入層１５を製膜し、焼成する（図１１のステップＳ７）。
【０１４１】
次に、図８（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塗布と、これの焼成（乾燥）とを経て、正孔輸送層１６を形成する（図１１のステップＳ８）。
【０１４２】
同様に、図９（ａ）に示すように、発光層１７の構成材料を含むインクの塗布および焼成（乾燥）により発光層１７を形成する（図１１のステップＳ９）。
【０１４３】
続いて、図９（ｂ）に示すように、発光層１７および隔壁層１４の上に、第１中間層１８を膜厚Ｄ１で成膜する（図１１のステップＳ１０）。
【０１４４】
続いて、図９（ｃ）に示すように、第１中間層１８の上に、真空蒸着法などにより、第２中間層１９を膜厚Ｄ２で成膜する（図１１のステップＳ１１）。第１中間層１８と第２中間層１９とで、中間層２０が完成する。
【０１４５】
次に、図１０（ａ）に示すように、第２中間層１９の上に、陰極薄膜層２１を構成する材料を真空蒸着法、パッタ法等により、陰極薄膜層２１を形成する（図１１のステップＳ１２）。
【０１４６】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、陰極薄膜層２１上に、陰極補助層２２を構成する材料を真空蒸着法、スパッタ法等により、陰極補助層２２を成膜する（図１１のステップＳ１３）。陰極薄膜層２１と陰極補助層２２とで、陰極２３が完成する。
【０１４７】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、陰極補助層２２上に、吸着層２４を構成する材料を真空蒸着法、スパッタ法等により、吸着層２４を製膜する（図１１のステップＳ１４）。
【０１４８】
そして、図１０（ｄ）に示すように、吸着層２４の上に、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の光透過性材料をスパッタ法、ＣＶＤ法等で成膜して、封止層２５を形成する（図１１のステップＳ１５）。
【０１４９】
以上の工程を経ることにより有機ＥＬ素子１および有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示パネル１００が完成する。なお、封止層２５の上にカラーフィルターや上部基板を載置し、接合してもよい。
【０１５０】
［１０．有機ＥＬ表示装置の全体構成］
図１２は、有機ＥＬ素子１を複数有する有機ＥＬ表示パネル１００を備えた有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示す模式ブロック図である。図１２に示すように、有機ＥＬ表示装置１０００は、有機ＥＬ表示パネル１００と、これに接続された駆動制御部２００とを有し構成されている。有機ＥＬ表示パネル１００は、有機材料の電界発光現象を利用した表示パネルであり、複数の有機ＥＬ素子１が、例えば、マトリクス状に配列されて構成されている。駆動制御部２００は、４つの駆動回路２１０〜２４０と制御回路２５０とから構成されている。
【０１５１】
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。
【０１５２】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子１の構成によれば、発光層１７側からの第２中間層１９や陰極薄膜層２１への不純物の侵入を第１中間層１８によりブロックし、且つ、第２中間層１９により陰極２３側から発光層１７への電子注入を促進して、良好な発光特性を実現することができる。さらに、吸着層２４により封止層２５側からの第２中間層１９や陰極薄膜層２１への不純物の侵入を阻害し、良好な発光特性を実現することができる。
【０１５３】
また、第１中間層１８の膜厚Ｄ１と第２中間層１９の膜厚Ｄ２とが、５〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすため、良好な発光効率を実現することができる。
【０１５４】
さらに、吸着層２４の膜厚が、１２〔ｎｍ〕以下であるため、トップエミッション型の場合においても、吸着層２４における光吸収量を低く抑えることができ、良好な光取出し性を実現することができる。
【０１５５】
なお、上記説明における、膜厚の範囲や膜厚の割合についての条件は、必ずしも開口部１４ａで規定されるサブピクセルの全領域において条件を満たしていなくてもよい。少なくとも平面視でのサブピクセルの中央部における膜厚が、上記説明における膜厚の条件を満たしていればよい。サブピクセルの一部領域（例えば、隔壁層１４に近接した領域や、隔壁層１４に一部乗り上げて形成されている領域）において、上記膜厚条件を満たさない部分があってもよい。
【０１５６】
［変形例］
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することが出来る。
【０１５７】
（変形例１）
上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１が、陰極補助層２２を備えた構成について説明したが、これに限られない。陰極補助層２２を備えない構成としてもよい。その場合であっても、封止層２５側から侵入した不純物が吸着層２４により吸着されるため、吸着層２４を備えない場合と比較して不純物による陰極薄膜層２１の劣化を抑制することができる。
【０１５８】
また、陰極補助層２２を備えない場合であっても、吸着層２４からの第３金属の拡散は、陰極薄膜層２１によりある程度抑えることができる。
【０１５９】
（変形例２）
上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１が、正孔注入層１５、正孔輸送層１６を備えた構成について説明したが、これに限られない。例えば、これらのうちいずれか１つ以上の層、または全部を備えない構成としてもよい。
【０１６０】
（変形例３）
さらには、電子注入層や電子輸送層、透明導電層などの他の層をさらに含む構成とすることもできる。
【０１６１】
（変形例４）
上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１の基材１１１を構成する絶縁材料としてガラスを用いた例について説明したが、これに限られない。基材１１１を構成する絶縁材料として、例えば、樹脂やセラミック等を用いてもよい。基材１１１に用いられる樹脂としては、例えば、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂等の絶縁性材料が挙げられる。基材１１１に用いられるセラミックとしては、例えば、アルミナ等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明の有機ＥＬ素子等は、例えば、家庭用もしくは公共施設、あるいは業務用の各種表示装置、テレビジョン装置、携帯型電子機器用ディスプレイ等として用いられる有機ＥＬ素子および有機ＥＬ表示パネルの製造方等に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０１６３】
１  有機ＥＬ素子
１３  陽極
１７  発光層
１８  第１中間層
１９  第２中間層
２１  陰極薄膜層
２２  陰極補助層
２３  陰極
２４  吸着層
【図１】
2015141144.tif 000003
【図２】
2015141144.tif 000004
【図３】
2015141144.tif 000005
【図４】
2015141144.tif 000006
【図５】
2015141144.tif 000007
【図６】
2015141144.tif 000008
【図７】
2015141144.tif 000009
【図８】
2015141144.tif 000010
【図９】
2015141144.tif 000011
【図１０】
2015141144.tif 000012
【図１１】
2015141144.tif 000013
【図１２】
2015141144.tif 000014
【国際調査報告】
2015141144.tif 000015
2015141144.tif 000016
2015141144.tif 000017
2015141144.tif 000018