(57)【要約】      （修正有）【課題】寿命を向上させた有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】陽極と、ホール輸送層１３と、発光層１４と、電子輸送層１５と、陰極とを順に備えた有機ＥＬ素子において、ホール輸送層のＬＵＭＯ準位１３１と発光層のＬＵＭＯ準位１４１の差ΔＥ１と、発光層のＬＵＭＯ準位１４１と電子輸送層のＬＵＭＯ準位１５１の差ΔＥ２と、ホール輸送層の電子移動度μｅ１と、発光層の電子移動度μｅ２と、電子輸送層の電子移動度μｅ３とが、それぞれ特定の関係式を満たし、発光層のＨＯＭＯ準位１４２と電子輸送層のＨＯＭＯ準位１５２の差ΔＨと、発光層のホール移動度μｈ２と、電子輸送層のホール移動度μｈ３とが、特定の関係式を満たす有機ＥＬ素子。【選択図】図２
2017183510.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、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）を有する第１有機半導体を含有するホール輸送層と、
前記ホール輸送層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第２有機半導体を含有する発光層と、
前記発光層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第３有機半導体を含有する電子輸送層と、
前記電子輸送層の上方に配された陰極とを備え、
前記第２有機半導体の電子移動度は、前記第２有機半導体のホール移動度よりも大きく、
前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ１［ｅＶ］と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２とが、
μｅ１＜μｅ２において、
【数１】
2017183510.tif 000048
の関係式を満たし、
μｅ１≧μｅ２において、
【数２】
2017183510.tif 000049
の関係式を満たし、
前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２と、前記第３有機半導体の電子移動度μｅ３とが、
μｅ２＜μｅ３において、
【数３】
2017183510.tif 000050
の関係式を満たし、
μｅ２≧μｅ３において、
【数４】
2017183510.tif 000051
の関係式を満たし、
前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３とが、
μｈ３＜μｈ２において、
【数５】
2017183510.tif 000052
の関係式を満たし、
μｈ３≧μｈ２において、
【数６】
2017183510.tif 000053
の関係式を満たす
有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２と、前記第３有機半導体の電子移動度μｅ３とがさらに、
μｅ２＜μｅ３において、
【数７】
2017183510.tif 000054
の関係式を満たし、
μｅ２≧μｅ３において、
【数８】
2017183510.tif 000055
の関係式を満たす
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２と、前記第３有機半導体の電子移動度μｅ３とがさらに、
μｅ２＜μｅ３において、
【数９】
2017183510.tif 000056
の関係式を満たし、
μｅ２≧μｅ３において、
【数１０】
2017183510.tif 000057
の関係式を満たす
請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ１［ｅＶ］と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２とが、
μｅ１＜μｅ２において、
【数１１】
2017183510.tif 000058
の関係式を満たし、
μｅ１≧μｅ２において、
【数１２】
2017183510.tif 000059
の関係式を満たす
請求項１乃至３の何れかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３とが、
μｈ３＜μｈ２において、
【数１３】
2017183510.tif 000060
の関係式を満たし、
μｈ３≧μｈ２において、
【数１４】
2017183510.tif 000061
の関係式を満たす
請求項１乃至４の何れかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
陽極と、
前記陽極の上方に配され、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）を有する第１有機半導体を含有するホール輸送層と、
前記ホール輸送層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第２有機半導体を含有する発光層と、
前記発光層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第３有機半導体を含有する電子輸送層と、
前記電子輸送層の上方に配された陰極とを備え、
前記第２有機半導体のホール移動度は、前記第２有機半導体の電子移動度よりも大きく、
前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ１［ｅＶ］と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２とが、
μｈ３＜μｈ２において、
【数１５】
2017183510.tif 000062
の関係式を満たし、
μｈ３≧μｈ２において、
【数１６】
2017183510.tif 000063
の関係式を満たし、
前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第１有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第１有機半導体のホール移動度μｈ１とが、
μｈ２＜μｈ１において、
【数１７】
2017183510.tif 000064
の関係式を満たし、
μｈ２≧μｈ１において、
【数１８】
2017183510.tif 000065
の関係式を満たし、
前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１とが、
μｅ１＜μｅ２において、
【数１９】
2017183510.tif 000066
の関係式を満たし、
μｅ１≧μｅ２において、
【数２０】
2017183510.tif 000067
の関係式を満たす
有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第１有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第１有機半導体のホール移動度μｈ１とがさらに、
μｈ２＜μｈ１において、
【数２１】
2017183510.tif 000068
の関係式を満たし、
μｈ２≧μｈ１において、
【数２２】
2017183510.tif 000069
の関係式を満たす
請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第１有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第１有機半導体のホール移動度μｈ１とがさらに、
μｈ２＜μｈ１において、
【数２３】
2017183510.tif 000070
の関係式を満たし、
μｈ２≧μｈ１において、
【数２４】
2017183510.tif 000071
の関係式を満たす
請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ１［ｅＶ］と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２とが、
μｈ３＜μｈ２において、
【数２５】
2017183510.tif 000072
の関係式を満たし、
μｈ３≧μｈ２において、
【数２６】
2017183510.tif 000073
の関係式を満たす
請求項６乃至８の何れかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１とが、
μｅ１＜μｅ２において、
【数２７】
2017183510.tif 000074
の関係式を満たし、
μｅ１≧μｅ２において、
【数２８】
2017183510.tif 000075
の関係式を満たす
請求項６乃至９の何れかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
陽極と、
前記陽極の上方に配され、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）を有する第１有機半導体を含有するホール輸送層と、
前記ホール輸送層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第２有機半導体を含有する発光層と、
前記発光層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第３有機半導体を含有する電子輸送層と、
前記電子輸送層の上方に配された陰極とを備え、
前記第２有機半導体の電子移動度と、前記第２有機半導体のホール移動度とが同等であり、
前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ［ｅＶ］と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２とが、
μｅ１＜μｅ２において、
【数２９】
2017183510.tif 000076
の関係式を満たし、
μｅ１≧μｅ２において、
【数３０】
2017183510.tif 000077
の関係式を満たし、
前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３とが、
μｈ３＜μｈ２において、
【数３１】
2017183510.tif 000078
の関係式を満たし、
μｈ３≧μｈ２において、
【数３２】
2017183510.tif 000079
の関係式を満たす
有機ＥＬ素子。
【請求項１２】
前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ［ｅＶ］と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２とが、
μｅ１＜μｅ２において、
【数３３】
2017183510.tif 000080
の関係式を満たし、
μｅ１≧μｅ２において、
【数３４】
2017183510.tif 000081
の関係式を満たす
請求項１１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】
前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３とが、
μｈ３＜μｈ２において、
【数３５】
2017183510.tif 000082
の関係式を満たし、
μｈ３≧μｈ２において、
【数３６】
2017183510.tif 000083
の関係式を満たす
請求項１１または１２に記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子における電荷注入性に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示装置や照明装置に有機ＥＬ素子が利用されつつある。
有機ＥＬ素子は、陽極および陰極の間に、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、ホール輸送層が陽極と発光層との間に挟まれ、電子輸送層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。
ホール輸送層は、電子移動度よりもホール移動度が大きい材料（以下、「ホール輸送性材料」）で構成され、発光層にホールを供給するために設けられる。電子輸送層は、ホール移動度よりも電子移動度が大きい材料（以下、「電子輸送性材料」）で構成され、発光層に電子を供給するために設けられる。
【０００３】
陽極と陰極との間に電圧が印加されると、電子輸送層から発光層の最低空軌道（ＬＵＭＯ：Lowest Unoccupied Molecular Orbital）に電子が注入され、ホール輸送層から発光層の最高被占軌道（ＨＯＭＯ：Highest Occupied Molecular Orbital）にホールが注入される。発光層内には、陽極と陰極との間に印加された電圧により電界が発生している。発光層のＬＵＭＯに注入された電子は、電界の影響を受けて発光層内を陽極に向けて移動する。一方、発光層のＨＯＭＯに注入されたホールは、電界の影響を受けて発光層内を陰極に向けて移動する。こうして発光層内を移動した電子とホールとが再結合すると励起子が生成される。この励起子が励起状態から基底状態に戻る際に発光が生じる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５１４２５７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機ＥＬ素子の寿命に影響する因子は種々存在する。その中に発光層を形成する有機材料の劣化がある。有機材料の劣化は、有機ＥＬ素子の駆動により促進されることが知られている。これは、有機ＥＬ素子の駆動時に励起子は一定の割合で光を放射せずに失活（以下、「無放射失活」）するが、無放射失活する励起子のエネルギーの一部が熱や振動となり有機材料を劣化させるためである。
【０００６】
通常、発光層内の膜厚方向における励起子の密度分布は、発光層が電子輸送性材料で構成されているとホール輸送層との界面近傍に集中し、発光層がホール輸送性材料で構成されていると電子輸送層との界面近傍に集中する（以下、「分布」は、特に指定のない限り、膜厚方向の分布を指すこととする）。その結果、励起子の密度分布が集中する位置では、有機材料の劣化が特に促進される。
【０００７】
このような有機材料の局所的な劣化は発光層の寿命を律速すると考えられるので、励起子の密度分布が一か所に集中することは、有機ＥＬ素子の長寿命化の阻害要因になるという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、寿命を向上させた有機ＥＬ素子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】
【０００８】
上記目的を達成するために、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、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）を有する第１有機半導体を含有するホール輸送層と、前記ホール輸送層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第２有機半導体を含有する発光層と、前記発光層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第３有機半導体を含有する電子輸送層と、前記電子輸送層の上方に配された陰極とを備え、前記第２有機半導体の電子移動度は、前記第２有機半導体のホール移動度よりも大きく、前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ１［ｅＶ］と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２とが、μｅ１＜μｅ２において、
【０００９】
【数１】
2017183510.tif 000003
【００１０】
の関係式を満たし、μｅ１≧μｅ２において、
【００１１】
【数２】
2017183510.tif 000004
【００１２】
の関係式を満たし、前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２と、前記第３有機半導体の電子移動度μｅ３とが、μｅ２＜μｅ３において、
【００１３】
【数３】
2017183510.tif 000005
【００１４】
の関係式を満たし、μｅ２≧μｅ３において、
【００１５】
【数４】
2017183510.tif 000006
【００１６】
の関係式を満たし、前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３とが、μｈ３＜μｈ２において、
【００１７】
【数５】
2017183510.tif 000007
【００１８】
の関係式を満たし、μｈ３≧μｈ２において、
【００１９】
【数６】
2017183510.tif 000008
【００２０】
の関係式を満たす。
上記目的を達成するために、本発明の他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、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）を有する第１有機半導体を含有するホール輸送層と、前記ホール輸送層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第２有機半導体を含有する発光層と、前記発光層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第３有機半導体を含有する電子輸送層と、前記電子輸送層の上方に配された陰極とを備え、前記第２有機半導体のホール移動度は、前記第２有機半導体の電子移動度よりも大きく、前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ１［ｅＶ］と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２とが、μｈ３＜μｈ２において、
【００２１】
【数１５】
2017183510.tif 000009
【００２２】
の関係式を満たし、μｈ３≧μｈ２において、
【００２３】
【数１６】
2017183510.tif 000010
【００２４】
の関係式を満たし、前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第１有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ２［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第１有機半導体のホール移動度μｈ１とが、μｈ２＜μｈ１において、
【００２５】
【数１７】
2017183510.tif 000011
【００２６】
の関係式を満たし、μｈ２≧μｈ１において、
【００２７】
【数１８】
2017183510.tif 000012
【００２８】
の関係式を満たし、前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１とが、μｅ１＜μｅ２において、
【００２９】
【数１９】
2017183510.tif 000013
【００３０】
の関係式を満たし、μｅ１≧μｅ２において、
【００３１】
【数２０】
2017183510.tif 000014
【００３２】
の関係式を満たす。
上記目的を達成するために、本発明のさらに他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、最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）を有する第１有機半導体を含有するホール輸送層と、前記ホール輸送層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第２有機半導体を含有する発光層と、前記発光層上に配され、ＨＯＭＯとＬＵＭＯを有する第３有機半導体を含有する電子輸送層と、前記電子輸送層の上方に配された陰極とを備え、前記第２有機半導体の電子移動度と、前記第２有機半導体のホール移動度とが同等であり、前記第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位と前記第２有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位の差ΔＥ［ｅＶ］と、前記第１有機半導体の電子移動度μｅ１と、前記第２有機半導体の電子移動度μｅ２とが、μｅ１＜μｅ２において、
【００３３】
【数２９】
2017183510.tif 000015
【００３４】
の関係式を満たし、μｅ１≧μｅ２において、
【００３５】
【数３０】
2017183510.tif 000016
【００３６】
の関係式を満たし、前記第２有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位と前記第３有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位の差ΔＨ［ｅＶ］と、前記第２有機半導体のホール移動度μｈ２と、前記第３有機半導体のホール移動度μｈ３とが、μｈ３＜μｈ２において、
【００３７】
【数３１】
2017183510.tif 000017
【００３８】
の関係式を満たし、μｈ３≧μｈ２において、
【００３９】
【数３２】
2017183510.tif 000018
【００４０】
の関係式を満たす。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る有機ＥＬ素子では、発光層内において電子輸送層との界面近傍と、ホール輸送層との界面近傍との２つの位置で励起子の密度のピークが生じる。この場合、それぞれのピークの高さは、ホール輸送層との界面近傍と電子輸送層その界面近傍との何れか一方にのみ励起子の密度のピークが生じる場合に比べて低く抑えられる。
従って、本発明に係る有機ＥＬ素子では、発光層の局所的な劣化を抑制して長寿命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子の構成を模式的に示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る有機ＥＬ素子のエネルギーバンド構造を示すバンドダイアグラムである。
【図３】励起子の密度分布および再結合レートを示す図であり、（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は実施例においてΔＥ２が０．１４［ｅＶ］である場合を示し、（ｂ）は実施例においてΔＥ２が０．３２５［ｅＶ］である場合を示す。
【図４】励起子の密度分布および再結合レートを示す図であり、（ａ）は実施例においてΔＥ２が０．３５［ｅＶ］である場合を示し、（ｂ）は実施例においてΔＥ２が０．４４［ｅＶ］である場合を示し、（ｂ）は実施例においてΔＥ２が０．５［ｅＶ］である場合を示す。
【図５】（ａ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる実施例毎に、ホール輸送層との界面近傍での励起子の密度ピーク値を示したグラフであり、（ｂ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる実施例毎に、電子輸送層との界面近傍での励起子の密度ピーク値を示したグラフであり、（ｃ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる実施例毎に、励起子密度比を示したグラフである。
【図６】（ａ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる実施例毎に、ホール輸送層との界面近傍での再結合レートのピーク値を示したグラフであり、（ｂ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる実施例毎に、電子輸送層との界面近傍での再結合レートのピーク値を示したグラフであり、（ｃ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる実施例毎に、再結合レート比を示したグラフである。
【図７】（ａ）は、エネルギー障壁ΔＥ２と励起子密度比との関係を示したグラフであり、（ｂ）は、パラメータＰ２と励起子密度比との関係を示したグラフである。
【図８】エネルギー障壁φから算出したexp(-ｑφ/kT)と、移動度比μｙ／μｘとの等価関係を示すテーブルである。
【図９】（ａ）は、エネルギー障壁ΔＨの値毎に、発光層と電子輸送層との界面近傍でのホールの密度分布を示したグラフであり、（ｂ）は、エネルギー障壁ΔＨと発光層内におけるホールの密度ピーク値との関係を示したグラフである。
【図１０】（ａ）は、エネルギー障壁ΔＨの値毎に、発光層と電子輸送層との界面近傍での再結合レートを示したグラフであり、（ｂ）は、エネルギー障壁ΔＨと発光層内における再結合レートのピーク値との関係を示したグラフである。
【図１１】変形例１に係る有機ＥＬ素子のエネルギーバンド構造を示すバンドダイアグラムである。
【図１２】第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示パネルの部分断面図である。
【図１３】第２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って、（ａ）は、ＴＦＴ基板であり、（ｂ）は、ＴＦＴ基板上に陽極が形成された状態、（ｃ）は、ＴＦＴ基板および陽極上に隔壁層が形成された状態、（ｄ）は、隔壁層の開口部内において陽極上にホール注入層が形成された状態、（ｅ）は、隔壁層の開口部内においてホール注入層上にホール輸送層が形成された状態、（ｆ）は、隔壁層の開口部内においてホール輸送層上に発光層が形成された状態を示す。
【図１４】図１３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って、（ａ）は、発光層および隔壁層上に電子輸送層が形成された状態、（ｂ）は、電子輸送層上に電子注入層が形成された状態（ｃ）は、電子輸送層上に対向電極が形成された状態、（ｄ）は、対向電極上に封止層が形成された状態を示す。
【図１５】第２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ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、実施の形態にかかる有機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および作用・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。
＜第１の実施形態＞
［１．有機ＥＬ素子の構成］
図１は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１の断面構造を模式的に示す図である。有機ＥＬ素子１は、陽極１１、ホール注入層１２、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、電子注入層１６、および陰極１７を備える。
【００４４】
有機ＥＬ素子１において、陽極１１の上方にホール輸送層１３が配され、ホール輸送層上に発光層１４が配され、発光層１４上に電子輸送層１５が配され、電子輸送層１５の上方に陰極１７が配されている。
ホール注入層１２は、陽極１１から発光層１４へのホールの注入を促進させる機能を有する。
【００４５】
ホール輸送層１３は、第１有機半導体を含有する。第１有機半導体としてはホール輸送性材料である公知の有機材料を利用することができ、ホール輸送層１３は、ホール注入層１２から注入されたホールを発光層１４へ輸送する機能を有する。
ホール輸送層１３と電子輸送層１５とに挟まれて、この両方に接して形成されている発光層１４は、ホールと電子の再結合により光を出射する機能を有する。発光層１４は、第２有機半導体を含有する。第２有機半導体としては、電子輸送性材料である公知の有機材料を利用することができる。
【００４６】
電子輸送層１５は、第３有機半導体を含有する。第３有機半導体としては電子輸送性材料である公知の有機材料を利用することができ、電子輸送層１５は、電子注入層１６から注入された電子を発光層１４へ輸送する機能を有する。
電子注入層１６は、金属および金属酸化物の何れかを含む機能層である。電子注入層１６は、陰極１７から電子輸送層１５への電子注入性を高める機能を有する。
【００４７】
以上が有機ＥＬ素子１の構成である。
［２．キャリアの蓄積の特性］
励起子の形成には、電子とホールとを近接させる必要があり、一般に、励起子の形成位置は、有機ＥＬ素子１の定常状態における電子とホールとの密度分布と相関することが知られている。
【００４８】
発光層１４において、電子およびホールといった電荷のキャリアの蓄積は、ホール輸送層１３との界面、および電子輸送層１５との界面で生じる。そこで、電子輸送層１５と発光層１４との界面、および発光層１４とホール輸送層１３との界面におけるキャリアの蓄積の特性を、有機半導体Ｘと有機ＥＬ素子Ｙとを接合したモデルを用いて検討した。ここでは、キャリアの移動度がμｘである有機半導体Ｘと、キャリアの移動度がμｙである有機半導体Ｙとを接合し、電界Ｅを加えて有機半導体Ｘから有機半導体Ｙへキャリアを注入することを想定する。
【００４９】
例えば、有機半導体におけるキャリア移動度を示すプール・フレンケル伝導モデルを参考にすると、有機半導体Ｘと有機ＥＬ素子Ｙとを接合したモデルでは、移動度μｘより移動度μｙが小さいと、有機半導体Ｙに注入されたキャリアが界面近傍のトラップサイトから対極へ向けて拡散しきる前に、有機半導体Ｘから新たなキャリアの注入が生じることがある。この場合、新たなキャリアの注入が阻害されることによって、有機半導体Ｘから有機半導体Ｙへの注入電流Ｊが制限され、有機半導体Ｘでは、界面近傍でキャリアの蓄積が生じる。
【００５０】
そのため、有機半導体Ｘにおいて有機半導体Ｙとの界面近傍におけるキャリアの蓄積の特性は、注入電流Ｊの大きさと相関関係にあると考えられる。
一般に金属−半導体界面での電荷注入モデルとしては、熱電子放出−拡散モデルが知られている。熱電子放出−拡散モデルにおいて注入電流Ｊは、式１で表される。
【００５１】
【数３７】
2017183510.tif 000019
【００５２】
φは界面におけるキャリア注入のエネルギー障壁であり、μは半導体におけるキャリアの移動度である。ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。
式１で注入電流Ｊは、注入障壁φだけではなく、移動度μにも依存している。そこで、式１の移動度μに、有機半導体におけるキャリア移動度を示すプール・フレンケル伝導モデルの式２を代入することで、式３が得られる。
【００５３】
【数３８】
2017183510.tif 000020
【００５４】
【数３９】
2017183510.tif 000021
【００５５】
εａは、有機半導体における無電界でのトラップキャリアの活性化エネルギーである（以下、トラップキャリアの活性化エネルギーを、単に「活性化エネルギー」と表記する）。μ０はμ０・exp（−εａ／kT）によって無電界での移動度が得られる定数である。
つまり、注入電流Ｊは式４のように、exp[−(εａ+ｑφ)／kT]に比例する。
【００５６】
【数４０】
2017183510.tif 000022
【００５７】
よって、式３で「活性化エネルギーεａ」と「注入障壁φ」とが、注入電流Ｊに及ぼす影響は、等価であると考えられる。
ここで式３は金属−半導体界面での電荷注入に関する熱電子放出−拡散モデルをベースにしたものである。これを有機半導体Ｘと有機半導体Ｙとを接合したモデルに拡張するために、有機半導体Ｘにおける無電界での活性化エネルギーがεａｘであり、有機半導体Ｙにおける無電界での活性化エネルギーがεａｙであることを想定し、εａ＝εａｙ−εａｘの関係を導入する。これにより、式３は、式５のように変形できる。
【００５８】
【数４１】
2017183510.tif 000023
【００５９】
さらに、プール・フレンケル伝導モデルの式２に活性化エネルギーεａｘ、εａｙを用いることで、有機半導体Ｘでのキャリアの移動度μｘ、有機半導体Ｙでのキャリアの移動度μｙは、それぞれ式６、式７で表すことができる。
【００６０】
【数４２】
2017183510.tif 000024
【００６１】
【数４３】
2017183510.tif 000025
【００６２】
式６、式７において無電界での移動度に関する定数μ０、および電界係数βが同じ値であるとすると、移動度μｘに対する移動度μｙの比率μｙ／μｘと、活性化エネルギーとの関係を示す式８を導出することができる。（以下、キャリア注入元の移動度に対するキャリア注入先の移動度の比率を「移動度比」という。）
【００６３】
【数４４】
2017183510.tif 000026
【００６４】
式８における活性化エネルギーと移動度比μｙ／μｘとの関係から、式５は、式９のように表すことができる。
【００６５】
【数４５】
2017183510.tif 000027
【００６６】
よって、式４は、有機半導体Ｘと有機半導体Ｙとを接合したモデルに拡張した場合、式１０のように表すことができる。
【００６７】
【数４６】
2017183510.tif 000028
【００６８】
つまり、「移動度比μｙ／μｘ」と、注入障壁φを用いた「exp(-ｑφ/kT)」とが注入電流Ｊに及ぼす影響が等価であると考えられる。例えば、電界Ｅが１．００×１０-5［ｃｍ2／Ｖｓ］である場合に、素電荷ｑに１．６０２１７６５６５×１０-19［ｃ］、ボルツマン定数ｋに１．３８０６４８８×１０-23［Ｊ／Ｋ］、温度Ｔに３００［Ｋ］の各値を用いて、０．０５から０．２までの範囲で注入障壁φから算出したexp(-ｑφ/kT)の値は、図８の表のように、μｙ／μｘの値と対応付けることができる。
【００６９】
この表において二重線で区切った行に示すように、電界Ｅが１．００×１０-5［ｃｍ2／Ｖｓ］である場合に、注入障壁φが０．１［ｅＶ］であることと、移動度比μｙ／μｘが２．０９０×１０-2であることとは注入電流Ｊに及ぼす影響が等価である。そのため、注入障壁φが０［ｅＶ］であっても注入障壁φが０．１［ｅＶ］である場合と同じ注入電流Ｊを実現するためには、移動度μｘが２．０９０×１０-2である有機半導体Ｘを用いる場合、有機半導体Ｙとして移動度μｙが４．３７×１０-4である有機材料を用いればよい。
【００７０】
ここで、有機半導体Ｘにおいて有機半導体Ｙとの界面近傍におけるキャリアの蓄積の特性は、上述のように注入電流Ｊの大きさと相関すると考えられるため、μｙ／μｘとexp(-ｑφ/kT)との積であるパラメータＰに影響を受けると考えられる。
具体的には、パラメータＰは、キャリアの注入性、蓄積性を指標する。注入先の有機半導体Ｙにおける移動度μｙが注入元の有機半導体Ｘにおける移動度μｘに比べて小さい程、パラメータＰは小さくなり、キャリアが注入しにくくなる。この時、有機半導体Ｘでは有機半導体Ｙとの界面近傍におけるキャリアの蓄積性が高まる。また、注入障壁φが大きい程、パラメータＰが小さくなり、キャリアが注入しにくくなる。この時にも、有機半導体Ｘでは有機半導体Ｙとの界面近傍におけるキャリアの蓄積性が高まる。
【００７１】
【数４７】
2017183510.tif 000029
【００７２】
【数４８】
2017183510.tif 000030
【００７３】
【数４９】
2017183510.tif 000031
【００７４】
そこで、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１では、発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に関するパラメータＰ１、電子輸送層１５から発光層１４への電子注入性に関するパラメータＰ２、および発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に関するパラメータＰ３が、後述する範囲の値となるように、第１有機半導体、第２有機半導体、および第３有機半導体に用いる有機材料を、適宜、選択している。
【００７５】
なお、注入先の移動度μｙが注入元の移動度μｘより小さいとき、即ち、μｙ＜μｘのときは、注入先の有機半導体Ｙにおいてキャリアが界面近傍のトラップサイトから拡散しづらいため、有機半導体Ｙへキャリアを注入しにくくなる。そのため、注入障壁φだけではなく、移動度比μｙ／μｘがキャリアの注入性、蓄積性に寄与する。
しかし、逆に注入先の移動度μｙが注入元の移動度μｘより大きい、または、注入先の移動度μｙが注入元の移動度μｘと同じであるとき、即ち、μｙ≧μｘのときは、有機半導体Ｙの界面近傍におけるトラップサイトでキャリアの供給より拡散が大きく、または同等になる。そのため、トラップサイトの空きの少なさによる有機半導体Ｙへのキャリア注入のしにくさはなくなり、移動度比μｙ／μｘがキャリアの注入性、蓄積性に寄与しなくなる。この場合、パラメータＰでは、移動度比μｙ／μｘが１とみなされ、注入障壁φのみに支配される。
【００７６】
そのため、パラメータＰ１は、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２よりも小さく、μｅ１／μｅ２が発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に寄与する場合、図２に示すエネルギーバンド図におけるエネルギー障壁ΔＥ１、ホール輸送層１３の電子移動度μｅ１、発光層１４の電子移動度μｅ２を用いて式１２で示される。
【００７７】
【数５０】
2017183510.tif 000032
【００７８】
また、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２と同じ、または、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２よりも大きく、μｅ１／μｅ２が発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に寄与しない場合、パラメータＰ１は、エネルギー障壁ΔＥ１を用いて式１３で示される。
【００７９】
【数５１】
2017183510.tif 000033
【００８０】
パラメータＰ２は、電子移動度μｅ２が電子移動度μｅ３よりも小さく、μｅ２／μｅ３が電子輸送層１５から発光層１４への電子注入性に寄与する場合、エネルギー障壁ΔＥ２、発光層１４の電子移動度μｅ２、電子輸送層１５の電子移動度μｅ３を用いて式１４で示される。
【００８１】
【数５２】
2017183510.tif 000034
【００８２】
また、電子移動度μｅ２が電子移動度μｅ３と同じ、または電子移動度μｅ２が電子移動度μｅ３よりも大きく、μｅ２／μｅ３が電子輸送層１５から発光層１４への電子注入性に寄与しない場合、パラメータＰ２は、エネルギー障壁ΔＥ２を用いて式１５で示される。
【００８３】
【数５３】
2017183510.tif 000035
【００８４】
パラメータＰ３は、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２よりも小さく、μｈ３／μｈ２が発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に寄与する場合、エネルギー障壁ΔＨ、電子輸送層１５のホール移動度μｈ３、発光層１４のホール移動度μｈ２を用いて式１６で示される。
【００８５】
【数５４】
2017183510.tif 000036
【００８６】
また、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２と同じ、またはホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２よりも大きく、μｈ３／μｈ２が発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に寄与しない場合、パラメータＰ３は、エネルギー障壁ΔＨを用いて式１７で示される。
【００８７】
【数５５】
2017183510.tif 000037
【００８８】
なお、図２では、第１有機半導体のＬＵＭＯのエネルギー準位（以下、「ＬＵＭＯ準位」）およびＨＯＭＯのエネルギー準位（以下、「ＨＯＭＯ準位」）をホール輸送層１３のＬＵＭＯ準位１３１およびＨＯＭＯ準位１３２として示し、第２有機半導体のＬＵＭＯ準位およびＨＯＭＯ準位を発光層１４のＬＵＭＯ準位１４１およびＨＯＭＯ準位１４２として示し、第３有機半導体のＬＵＭＯ準位およびＨＯＭＯ準位を電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位１５１およびＨＯＭＯ準位１５２として示している。以下、各層に含有される有機半導体のＬＵＭＯ準位およびＨＯＭＯ準位を、それぞれの層のＬＵＭＯ準位およびＨＯＭＯ準位と表記する。
【００８９】
［３．パラメータＰ２］
計算実験により、有機ＥＬ素子１の膜厚方向における励起子の密度分布および再結合レート分布を求め、適切なパラメータＰ２の値を検討した。
先ず比較例として、エネルギー障壁ΔＥ１を０．２６［ｅＶ］、エネルギー障壁ΔＥ２を０．０１［ｅＶ］、エネルギー障壁ΔＨを０［ｅＶ］とした有機ＥＬ素子における励起子の密度分布および再結合レートを、計算実験により求めた。この計算実験では、発光層での電子移動度μｅ２に対するホール輸送層での電子移動度μｅ１の移動度比μｅ１／μｅ２は、４．４４４×１０1とし、電子輸送層での電子移動度μｅ３に対する発光層での電子移動度μｅ２の移動度比μｅ２／μｅ３は、９．８１８×１０-2とし、発光層でのホール移動度μｈ２に対する電子輸送層でのホール移動度μｈ３の移動度比μｈ３／μｈ２は、６．６６７×１０-1とした。また、発光層において電子移動度μｅ２をホール移動度μｈ２よりも３倍程度大きく設定した。
【００９０】
その結果、比較例では、図３（ａ）に示すように、発光層内における励起子の密度が、ホール輸送層との界面近傍で最大となり、電子輸送層に近づくほど低下した。特に、発光層内で電子輸送層との界面近傍で励起子の密度分布にピークは生じなかった。
再結合レートも、発光層内ではホール輸送層との界面近傍で最大となった。発光層と電子輸送層１５との界面では、再結合レートのピークが電子輸送層側に生じ、発光層側では低いものとなった。
【００９１】
これらのことから、比較例では、励起子の密度および再結合レートの両方でピークが生じたホール輸送層との界面近傍の位置で発光層が劣化することが推定される。
次に、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１の計算実験では、エネルギー障壁ΔＥ１を０．２６［ｅＶ］、エネルギー障壁ΔＨを０．４７［ｅＶ］に固定し、エネルギー障壁ΔＥ２を様々な値に変化させて、励起子の密度分布および再結合レートを求めた。この計算実験では、発光層１４での電子移動度μｅ２に対するホール輸送層１３での電子移動度μｅ１の移動度比μｅ１／μｅ２を４．４４４×１０1とし、電子輸送層１５での電子移動度μｅ３に対する発光層１４での電子移動度μｅ２の移動度比μｅ２／μｅ３を９．８１８×１０-2とし、発光層１４でのホール移動度μｈ２に対する電子輸送層１５でのホール移動度μｈ３の移動度比μｈ３／μｈ２を６．６６７×１０-1とした。また、本計算実験では、発光層１４における電子移動度μｅ２をホール移動度μｈ２よりも３倍程度大きい値に設定した。
【００９２】
エネルギー障壁ΔＥ２は、発光層１４のＬＵＭＯ準位１４１と電子輸送層１５のＬＵＭＯ準位１５１との差であり、電子輸送層１５から発光層１４へ電子を注入する際の注入障壁となる。エネルギー障壁ΔＥ２を様々な値に設定したところ、発光層１４内でホール輸送層１３側の界面近傍と電子輸送層１５側の界面近傍とに蓄積する励起子のバランスに、エネルギー障壁ΔＥ２が影響を及ぼすことが確認できた。
【００９３】
図３（ｂ）、（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）は、有機ＥＬ素子１の計算実験による励起子の密度分布および再結合レートを示す図である。図３（ｂ）はΔＥ＝０．１４［ｅＶ］である場合、図３（ｃ）はΔＥ２＝０．３２５［ｅＶ］である場合、図４（ａ）はΔＥ＝０．３５［ｅＶ］である場合、図４（ｂ）はΔＥ２＝０．４４［ｅＶ］である場合、図４（ｃ）はΔＥ２＝０．５［ｅＶ］である場合をそれぞれ示している。
【００９４】
例えば、ΔＥ＝０．１４［ｅＶ］である場合、図３（ｂ）に示すように、発光層１４内における励起子の密度分布のピークが、ホール輸送層１３との界面近傍だけではなく、電子輸送層１５との界面近傍にも生じた。再結合レートも同様に、発光層内でホール輸送層１３との界面近傍だけではなく、電子輸送層１５との界面近傍にもピークが生じた。
ピークが１か所のみの比較例と同じ発光輝度を実現する場合、ピークが２か所に分散するΔＥ＝０．１４［ｅＶ］の例では、それぞれのピーク値を比較例でのピーク値より低く抑えることができる。そのため、ΔＥ＝０．１４［ｅＶ］の例では、比較例に比べて、ホール輸送層１３との界面近傍での発光層１４の劣化が抑制されると考えられる。
【００９５】
さらに、ΔＥ２を増大させ０．３２５［ｅＶ］にすると、図３（ｃ）に示すように、励起子の密度分布および再結合レートの何れもΔＥ＝０．１４［ｅＶ］の場合に比べて、ホール輸送層１３との界面近傍のピーク値が低下し、電子輸送層１５との界面近傍のピーク値が上昇した。特に、ΔＥ２＝０．３５［ｅＶ］の場合では、図４（ａ）に示すように、励起子の密度分布および再結合レートの何れも、ホール輸送層１３との界面近傍のピークと、電子輸送層１５との界面近傍のピークとが同程度の値になった。
【００９６】
このようなΔＥを増大させることによる励起子の密度分布、および再結合レートへの影響を詳細に検討するため、計算実験の結果を整理した。
図５（ａ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる例毎に、発光層１４内におけるホール輸送層１３との界面近傍での励起子の密度ピーク値を示したグラフであり、図５（ｂ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる例毎に、発光層１４内における電子輸送層１５との界面近傍での励起子の密度ピーク値を示したグラフである。図５（ｃ）は、発光層１４内におけるホール輸送層１３との界面近傍での励起子の密度ピーク値に対する電子輸送層１５との界面近傍での励起子の密度ピーク値の比率（以下、「励起子密度比」という）を、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる例毎に示したグラフである。
【００９７】
また、図６（ａ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる例毎に、発光層１４内におけるホール輸送層１３との界面近傍での再結合レートのピーク値を示したグラフであり、図６（ｂ）は、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる例毎に、発光層１４内における電子輸送層１５との界面近傍での再結合レートのピーク値を示したグラフである。図６（ｃ）は、再結合レートに関し、発光層１４内におけるホール輸送層１３との界面近傍でピーク値に対する電子輸送層１５との界面近傍でのピーク値の比率（以下、「再結合レート比」という）を、比較例とエネルギー障壁ΔＥ２の値が異なる例毎に示したグラフである。
【００９８】
図５（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）では、励起子の密度、および再結合レートの何れも、ΔＥ２が大きいほど、ホール輸送層１３との界面近傍のピーク値が低下し、電子輸送層１５との界面近傍のピーク値が上昇する傾向がみられた。
また、図５（ｃ）、図６（ｃ）では、ΔＥ２が大きいほど、再結合レート比と再結合レート比とは、何れも大きくなる傾向がみられた。
【００９９】
図７（ａ）、（ｂ）を参照して、ΔＥ２とパラメータＰ２との適切な値の範囲を検討する。図７（ａ）は、有機ＥＬ素子１の計算実験におけるΔＥ２の値と、励起子密度比との関係を示したグラフである。図７（ｂ）は、パラメータＰ２と励起子密度比との関係を示したグラフである。
図７（ａ）のグラフから、ΔＥ２が０［ｅＶ］以上、０．１４［ｅＶ］未満の範囲では、励起子密度比の変化は小さく、励起子の密度分布がホール輸送層１３側の界面近傍に大きく偏る傾向の改善効果は小さいと考えられる。
【０１００】
しかし、ΔＥ２が０．１４［ｅＶ］以上になると、ΔＥ２の増加に伴う励起子密度比の変化が大きくなり、特に、ΔＥ２が０．３２５［ｅＶ］以上になると、励起子密度比の増加が顕著である。さらに、ΔＥ２が０．３５［ｅＶ］では、励起子密度比が０．８３２となり、励起子の分布がホール輸送層１３側の界面と電子輸送層１５側の界面とでおおよそ同程度になることがわかる。
【０１０１】
ΔＥ２をさらに増加させると、ΔＥ２が０．４４［ｅＶ］で励起子密度比は７．３９７に達する。この値は、ΔＥ２が０［ｅＶ］である場合の励起子密度比０．１６１の逆数である６．２１１に近い値である。このことから、ΔＥ２が０．４４［ｅＶ］を超える値では、励起子の分布が電子輸送層１５側の界面に過度に偏り、ΔＥ２が０［ｅＶ］である場合よりも、有機ＥＬ素子１の寿命が短くなると考えられる。
【０１０２】
以上のように、本計算実験では、ΔＥ２が０．１４［ｅＶ］以上の値であれば、ホール輸送層１３との界面近傍における励起子の集中が緩和され、有機ＥＬ素子１の長寿命化を図ることができた。このΔＥ２の範囲に対応するパラメータＰ２の範囲は、計算実験で用いた移動度比μｅ２／μｅ３が９．８１８×１０-2であったことから、式１４を用いて４．３６７×１０-4以下になる。よって、パラメータＰ２は、４．３６７×１０-4以下の値であることが好ましい。
【０１０３】
また、本計算実験では、ΔＥ２が０．４４［ｅＶ］を超えると、励起子の分布が電子輸送層１５側の界面に過度に偏った。そのため長寿命化の効果を得るには、ΔＥ２は０．１４［ｅＶ］以上、０．４４［ｅＶ］以下の値であることがより好ましい。このΔＥ２の範囲に対応するパラメータＰ２の範囲は、式１４を用いて３．９８４×１０-9以上、４．３６７×１０-4以下になる。よって、パラメータＰ２は、３．９８４×１０-9以上、４．３６７×１０-4以下の範囲の値であることがより好ましい。
【０１０４】
さらに、本計算実験では、ΔＥ２が０．３２５［ｅＶ］以上の値であれば、ΔＥ２がそれ以下の値である場合よりも励起子の密度分布のバランスを改善する効果が顕著であり、長寿命化の効果も顕著になると考えられる。また、ΔＥ２が０．３５［ｅＶ］である場合、励起子の分布がホール輸送層１３側の界面と電子輸送層１５側の界面とでおおよそ同程度になることから、有機ＥＬ素子１を最も長寿命化することができる。そのためΔＥ２は、０．３２５［ｅＶ］以上、０．３５［ｅＶ］以下の範囲の値であることがさらに好ましい。このΔＥ２の範囲に対応するパラメータＰ２の範囲は、式１４を用いて１．２９５×１０-7以上、３．４０６×１０-7以下になる。よって、パラメータＰ２は、１．２９５×１０-7以上、３．４０６×１０-7以下の範囲の値であることがさらに好ましい。
【０１０５】
なお、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５における励起子の寿命および拡散長によって、発光層１４から隣接する他の層への励起子の抜けやすさが定まるが、通常、現実的な発光効率を実現するために、発光層１４からホール輸送層１３と電子輸送層１５とへ励起子が抜けにくい材料が選択される。そのため、本計算実験においても、ホール輸送層１３と電子輸送層１５とには発光層１４から励起子が拡散しづらくなる励起子寿命および拡散長を用いている。
【０１０６】
また、本計算実験では、発光層１４における励起子の拡散長として１０［ｎｍ］を設定した。しかし、励起子の拡散長を変化させた場合にも、ΔＥ２の値毎の励起子密度比に変化は見られなかった。そのため、発光層１４における励起子の拡散長の値が、パラメータＰ２の好ましい値の範囲に及ぼす影響は小さく、無視できる。
また、本計算実験では、発光層１４における電子移動度μｅ２がホール移動度μｈ２よりも３倍程度大きい値に設定したが、この値は第２有機半導体として現実的に選択可能な有機材料において、一般的な値を考慮したものである。本実施形態に係る有機ＥＬ素子１では、第２有機半導体におけるホール移動度μｈ２に対する電子移動度μｅ２の比率μｅ２／μｈ２が、２以上の範囲の値であればよい。
【０１０７】
なお、電子移動度μｅ２がホール移動度μｈ２よりも２桁ほど大きい場合、ΔＥ２の値毎の励起子密度比が、本計算実験の結果よりも小さくなる傾向がある。しかし、発光層１４で生成される励起子のうち、非放射失活時に有機半導体材料を劣化させる励起子の割合が、通常１０-20程度と非常に小さいため、電子移動度μｅ２がホール移動度μｈ２よりも２桁ほど大きい場合にも、パラメータＰ２が本計算実験から求めた好ましい値の範囲にあれば、有機ＥＬ素子１の長寿命化の効果が得られると考えられる。
【０１０８】
［４．パラメータＰ１、Ｐ３］
計算実験により、適切なパラメータＰ３の値を検討した。
本計算実験では、ΔＥ１、ΔＥ２を固定して、有機ＥＬ素子１の膜厚方向におけるホールの密度分布および再結合レート分布を、ΔＨが０［ｅＶ］、０．０５［ｅＶ］、０．１［ｅＶ］、０．１５［ｅＶ］、０．２［ｅＶ］、０．４７［ｅＶ］、０．９［ｅＶ］の各値で求めた。この計算実験では、発光層１４でのホール移動度μｈ２に対する電子輸送層１５でのホール移動度μｈ３の移動度比μｈ３／μｈ２を１２とした。
【０１０９】
図９（ａ）は、計算実験におけるエネルギー障壁ΔＨの値毎に、発光層１４と電子輸送層１５との界面近傍でのホールの密度分布を示したグラフであり、図９（ｂ）は、エネルギー障壁ΔＨと、発光層１４内におけるホールの密度ピーク値との関係を示したグラフである。
図１０（ａ）は、計算実験におけるエネルギー障壁ΔＨの値毎に、発光層１４と電子輸送層１５との界面近傍での再結合レートを示したグラフであり、図９（ｂ）は、エネルギー障壁ΔＨと、発光層１４内における再結合レートのピーク値との関係を示したグラフである。
【０１１０】
図９（ａ）に示すように、ΔＨが０．０５［ｅＶ］以上で、発光層１４において電子輸送層１５との界面近傍にホールの密度にピークが生じた。
また、図９（ｂ）に示すように、ΔＨが０．２［ｅＶ］で、ホールの密度ピーク値が飽和した。ΔＨが０．１［ｅＶ］である場合、ホールの密度ピーク値が飽和値の１／１０程度となった。
【０１１１】
再結合レートに関しても、ホールの密度と同様に、図１０（ａ）に示すように、ΔＨが０．０５［ｅＶ］以上でピークが生じ、図１０（ｂ）に示すように、ΔＨが０．２［ｅＶ］で飽和した。ΔＨが０．１［ｅＶ］である場合に、再結合レートのピーク値が飽和値の１／１０程度となることも、ホール密度と同様であった。
これは、エネルギー障壁ΔＨが発光層１４から電子輸送層１５へホールを注入する際の注入障壁となることで、発光層１４において電子輸送層１５との界面近傍でのホールの蓄積性に影響を及ぼし、そこでの再結合を生起させるためである。発光層１４において電子輸送層１５との界面近傍で再結合を生起させるためには、飽和値の１／１０程度にホールが蓄積されることが望ましいと考えられる。
【０１１２】
そのため、本計算実験においてΔＨが０．１［ｅＶ］以上の範囲の値であれば、再結合を生起させるために十分なホールの蓄積が得られる効果が見込まれる。
このΔＨの範囲に対応するパラメータＰ３の範囲は、計算実験で用いたホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２より大きく移動度比μｈ３／μｈ２がホール注入性に寄与しないことから、式１７を用いて２．０９０×１０-2以下になる。よって、パラメータＰ３は、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることが好ましい。
【０１１３】
さらに、本計算実験では、ΔＨが０．２［ｅＶ］であれば、ホールの密度ピーク値が飽和値となり、再結合を生起させるためにより好ましいと考えられる。ただし、ΔＨが大きい程、有機ＥＬ素子１の駆動電圧が上昇するにもかかわらず、ΔＨが０．２［ｅＶ］を超える値では、ホールの密度ピーク値が飽和しているために、発光層１４において電子輸送層１５との界面近傍での再結合レートのさらなる向上は見込めない。そのため、ΔＨは、０．１［ｅＶ］以上、０．２［ｅＶ］の範囲の値であることがより好ましい。
【０１１４】
このΔＨの範囲に対応するパラメータＰ３の範囲は、式１７を用いて４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下になる。よって、パラメータＰ３は、４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることがより好ましい。
また、ΔＨに様々な値を用いた本計算実験は、発光層１４内を輸送されてきたホールが電子輸送層１５との界面近傍に蓄積する条件を得るためのものであるが、ΔＥ１に様々な値を用い他のエネルギー障壁を固定して計算実験を行った場合にも、本計算実験と同じ数値結果が得られる。そのため、パラメータＰ１の好ましい値の範囲は、上述のパラメータＰ３の好ましい値の範囲と等しくなる。
【０１１５】
具体的には、パラメータＰ１は、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることが好ましい。さらに、パラメータＰ１は、４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることがより好ましい。
［５．まとめ］
以上説明したように本実施形態に係る有機ＥＬ素子１は、パラメータＰ１が２．０９０×１０-2以下の範囲の値であり、パラメータＰ２が４．３６７×１０-4以下の範囲の値であり、パラメータＰ３が２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることで、発光層１４内においてホール輸送層１３との界面近傍に電子が蓄積され、電子輸送層１５との界面近傍にホールが蓄積され、それぞれの界面近傍で再結合が生起する。これにより、励起子の密度分布が、ホール輸送層１３との界面近傍のみに集中することを緩和できる。
【０１１６】
そのため、有機ＥＬ素子１では、発光層１４内において一方の界面近傍のみで再結合が生起する従来の有機ＥＬ素子と比べ、発光輝度が同一の条件において、再結合レートのピーク値が低くなる。その結果、発光層１４の局所的な劣化を抑制して長寿命化を実現することができる。
また、パラメータＰ２が３．９８４×１０-9以上、４．３６７×１０-4以下の範囲の値である場合、励起子の分布が電子輸送層１５側の界面に過度に偏ることなく、長寿命化の効果を得ることができる。
【０１１７】
さらに、パラメータＰ２が、１．２９５×１０-7以上、３．４０６×１０-7以下の範囲の値である場合、有機ＥＬ素子１は、発光層１４内におけるホール輸送層１３との界面近傍の位置と、電子輸送層１５との界面近傍の位置とで、励起子の密度および再結合レートのピーク値がより近い値になり、さらなる長寿命化を実現することができる。
さらに、パラメータＰ１が４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値である場合、有機ＥＬ素子１の駆動電圧を過度に上昇させることなく、長寿命化を実現することができる。
【０１１８】
さらに、パラメータＰ３が４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値である場合、有機ＥＬ素子１の駆動電圧を過度に上昇させることなく、長寿命化を実現することができる。
ここで、パラメータＰ１、パラメータＰ２、パラメータＰ３のそれぞれが上述の範囲となるように、第１有機半導体、第２有機半導体、および第３有機半導体に用いる有機材料のそれぞれを選択するための、有機材料のＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、電子移動度、ホール移動度のそれぞれの測定方法について説明する。
【０１１９】
ＨＯＭＯ準位は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ；Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）やＵＰＳ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）の光電子分光測定を行うことで測定できる。これは、有機半導体表面の占有準位の電子状態を知ることができるからである。
ＬＵＭＯ準位は、逆光電子分光法（ＩＰＥＳ；Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により測定できる。これは、有機半導体表面の非占有準位の電子状態を知ることができるからである。
【０１２０】
電子移動度、及び、ホール移動度のそれぞれは、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ法、インピーダンス分光法により測定することができる。特に、「有機発光ダイオードの移動度・局在状態の評価」（内藤裕義、表面科学Vol. 33, No. 2, pp. 69-74, 2012）に示されているインピーダンス分光法では、移動度測定用素子を用いず、OLEDのような機能素子状態にて移動度を測定することができる。
【０１２１】
［６．変形例１］
図１１は、変形例１に係る有機ＥＬ素子のエネルギーバンド構造を示すバンドダイアグラムである。変形例１では、発光層１４に含有される第２有機半導体が、ホール輸送性材料である点で、図２に示す例と相違している。変形例１における第２有機半導体としては、ホール輸送性材料である公知の有機材料を利用することができる。特に本変形例１において第２有機半導体に用いる材料は、ホール移動度μｈ２に対する電子移動度μｅ２の比率μｅ２／μｈ２が、０．５以下の範囲の値であることが好ましい。
【０１２２】
その他の点で図１１の変形例１は、図２のものと同一である。また、変形例１における発光層１４と電子輸送層１５との界面におけるホールの蓄積特性、ホール輸送層１３と発光層１４との界面におけるホールの蓄積特性、および、発光層１４とホール輸送層１３との界面における電子の蓄積特性は、それぞれ図２の実施例における発光層１４とホール輸送層１３との界面における電子の蓄積特性、電子輸送層１５と発光層１４との界面における電子の蓄積特性、および発光層１４と電子輸送層１５との界面におけるホールの蓄積特性と同一になる。
【０１２３】
具体的には、変形例１では、発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に関するパラメータＰ４、ホール輸送層１３から発光層１４へのホール注入性に影響に関するパラメータＰ５、および発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に関するパラメータＰ６が、下記の範囲の値となるように、第１有機半導体、第２有機半導体、および第３有機半導体に用いる有機材料を、適宜、選択している。
【０１２４】
パラメータＰ４、およびパラメータＰ６は、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることが好ましい。パラメータＰ４、およびパラメータＰ６はさらに、４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることがより好ましい。
パラメータＰ５は、４．３６７×１０-4以下の範囲の値であることが好ましい。パラメータＰ５は、３．９８４×１０-9以上、４．３６７×１０-4以下の範囲の値であることがより好ましい。パラメータＰ５はさらに、１．２９５×１０-7以上、３．４０６×１０-7以下の範囲の値であることがさらにより好ましい。
【０１２５】
ここでパラメータＰ４は、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２よりも小さく、μｈ３／μｈ２が発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に寄与する場合、エネルギー障壁ΔＨ１、電子輸送層１５のホール移動度μｈ３、発光層１４のホール移動度μｈ２を用いて式１８で示される。
【０１２６】
【数５６】
2017183510.tif 000038
【０１２７】
また、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２と同じ、または、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２よりも大きく、μｈ３／μｈ２が発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に寄与しない場合、パラメータＰ４は、エネルギー障壁ΔＨ１を用いて式１９で示される。
【０１２８】
【数５７】
2017183510.tif 000039
【０１２９】
パラメータＰ５は、ホール移動度μｈ２がホール移動度μｈ１よりも小さく、μｈ２／μｈ１がホール輸送層１３から発光層１４へのホール注入性に寄与する場合、エネルギー障壁ΔＨ２、ホール輸送層１３のホール移動度μｈ１、発光層１４のホール移動度μｈ２を用いて式２０で示される。
【０１３０】
【数５８】
2017183510.tif 000040
【０１３１】
また、ホール移動度μｈ２がホール移動度μｈ１と同じ、またはホール移動度μｈ２がホール移動度μｈ１よりも大きく、μｈ２／μｈ１がホール輸送層１３から発光層１４へのホール注入性に寄与しない場合、パラメータＰ５は、エネルギー障壁ΔＨ２を用いて式２１で示される。
【０１３２】
【数５９】
2017183510.tif 000041
【０１３３】
パラメータＰ６は、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２よりも小さく、μｅ１／μｅ２が発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に寄与する場合、エネルギー障壁ΔＥ、ホール輸送層１３の電子移動度μｅ１、発光層１４の電子移動度μｅ２を用いて式２２で示される。
【０１３４】
【数６０】
2017183510.tif 000042
【０１３５】
また、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２と同じ、または、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２よりも大きく、μｅ１／μｅ２が発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に寄与しない場合、パラメータＰ６は、エネルギー障壁ΔＥを用いて式２３で示される。
【０１３６】
【数６１】
2017183510.tif 000043
【０１３７】
以上の変形例１では、パラメータＰ４が２．０９０×１０-2以下の範囲の値であり、パラメータＰ５が４．３６７×１０-4以下の範囲の値であり、パラメータＰ６が２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることで、発光層１４内においてホール輸送層１３との界面近傍に電子が蓄積され、電子輸送層１５との界面近傍にホールが蓄積され、それぞれの界面近傍で再結合が生起する。これにより、第２有機半導体がホール輸送性材料でありながら、励起子の密度分布が電子輸送層１５との界面近傍のみに集中することを緩和できる。
【０１３８】
そのため、変形例１では、発光層１４内において一方の界面近傍のみで再結合が生起する従来の有機ＥＬ素子と比べ、発光輝度が同一の条件において、再結合レートのピーク値が低くなる。その結果、発光層１４の局所的な劣化を抑制して長寿命化を実現することができる。
また、パラメータＰ５が３．９８４×１０-9以上、４．３６７×１０-4以下の範囲の値である場合、励起子の分布がホール輸送層１３側の界面に過度に偏ることなく、長寿命化の効果を得ることができる。
【０１３９】
さらに、パラメータＰ５が、１．２９５×１０-7以上、３．４０６×１０-7以下の範囲の値である場合、変形例１では、発光層１４内におけるホール輸送層１３との界面近傍の位置と、電子輸送層１５との界面近傍の位置とで、励起子の密度ピーク値がより近い値になり、さらなる長寿命化を実現することができる。
さらに、パラメータＰ４が４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値である場合、有機ＥＬ素子１の駆動電圧を過度に上昇させることなく、長寿命化を実現することができる。
【０１４０】
さらに、パラメータＰ６が４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値である場合、有機ＥＬ素子１の駆動電圧を過度に上昇させることなく、長寿命化を実現することができる。
［７．変形例２］
変形例２では、発光層１４に含有される第２有機半導体の電子移動度とホール移動度とが同程度である点で、実施例、および変形例１と相違する。ここで「電子移動度とホール移動度とが同程度」とは、第２有機半導体におけるホール移動度μｈ２に対する電子移動度μｅ２の比率μｅ２／μｈ２が、０．５より大きく、２より小さい範囲の値であることを指す。
【０１４１】
変形例２における第２有機半導体としては、電子移動度とホール移動度とが同程度である公知の有機材料を利用することができる。
その他の点で変形例２は、図２の実施例と同一であり、変形例２における発光層１４とホール輸送層１３との界面における電子の蓄積特性、および発光層１４と電子輸送層１５との界面におけるホールの蓄積特性は、それぞれ図２の実施例における発光層１４とホール輸送層１３との界面における電子の蓄積特性、および発光層１４と電子輸送層１５との界面におけるホールの蓄積特性と同一になる。
【０１４２】
具体的には、変形例２では、発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に関するパラメータＰ７、および発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に関するパラメータＰ８が、下記の範囲の値となるように、第１有機半導体、第２有機半導体、および第３有機半導体に用いる有機材料を、適宜、選択している。
パラメータＰ７、およびパラメータＰ８は、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることが好ましい。パラメータＰ７、およびパラメータＰ８はさらに、４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることがより好ましい。
【０１４３】
ここでパラメータＰ７は、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２よりも小さく、μｅ１／μｅ２が発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に寄与する場合、ホール輸送層１３のＬＵＭＯ準位１３１と発光層１４のＬＵＭＯ準位１４１の差であるエネルギー障壁ΔＥ、ホール輸送層１３の電子移動度μｅ１、発光層１４の電子移動度μｅ２を用いて式２４で示される。
【０１４４】
【数６２】
2017183510.tif 000044
【０１４５】
また、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２と同じ、または、電子移動度μｅ１が電子移動度μｅ２よりも大きく、μｅ１／μｅ２が発光層１４からホール輸送層１３への電子注入性に寄与しない場合、パラメータＰ７は、エネルギー障壁ΔＥを用いて式２５で示される。
【０１４６】
【数６３】
2017183510.tif 000045
【０１４７】
パラメータＰ８は、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２よりも小さく、μｈ３／μｈ２が発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に寄与する場合、
発光層１４のＨＯＭＯ準位１４２と電子輸送層１５のＨＯＭＯ準位１５２の差であるエネルギー障壁ΔＨ、電子輸送層１５のホール移動度μｈ３、発光層１４のホール移動度μｈ２を用いて式２６で示される。
【０１４８】
【数６４】
2017183510.tif 000046
【０１４９】
また、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２と同じ、または、ホール移動度μｈ３がホール移動度μｈ２よりも大きく、μｈ３／μｈ２が発光層１４から電子輸送層１５へのホール注入性に寄与しない場合、パラメータＰ８は、エネルギー障壁ΔＨを用いて式２７で示される。
【０１５０】
【数６５】
2017183510.tif 000047
【０１５１】
以上の変形例２では、パラメータＰ７が２．０９０×１０-2以下の範囲の値であり、パラメータＰ８が２．０９０×１０-2以下の範囲の値であることで、発光層１４内においてホール輸送層１３との界面近傍に電子が蓄積され、電子輸送層１５との界面近傍にホールが蓄積され、それぞれの界面近傍で再結合が生起する。
そのため、変形例２では、発光層１４内において一方の界面近傍のみで再結合が生起する従来の有機ＥＬ素子と比べ、発光輝度が同一の条件において、再結合レートのピーク値が低くなる。その結果、発光層１４の局所的な劣化を抑制して長寿命化を実現することができる。
【０１５２】
さらに、パラメータＰ７が４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値である場合、有機ＥＬ素子１の駆動電圧を過度に上昇させることなく、長寿命化を実現することができる。
さらに、パラメータＰ８が４．３６７×１０-4以上、２．０９０×１０-2以下の範囲の値である場合、有機ＥＬ素子１の駆動電圧を過度に上昇させることなく、長寿命化を実現することができる。
【０１５３】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した有機ＥＬ素子１を基板上に複数配列して構成した有機ＥＬ表示パネル１００について説明する。
[１．有機ＥＬ表示パネルの構成]
図１２は、第２の実施形態に係る有機ＥＬ表示パネル１００（図１５参照）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）を発光する有機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１２では、その１つの青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）を中心としてその周辺の断面を示している。
【０１５４】
有機ＥＬ表示パネル１００において、各有機ＥＬ素子１は、前方（図１２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、以下では、まとめて有機ＥＬ素子１として説明する。
図１２に示すように、有機ＥＬ素子１は、ＴＦＴ基板２１、陽極１１、隔壁層２２、ホール注入層１２、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、電子注入層１６、陰極１７、および封止層２３を備える。なお、ＴＦＴ基板２１、電子輸送層１５、電子注入層１６、陰極１７、および封止層２３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。
【０１５５】
以下、有機ＥＬ素子１の構成については、第１の実施形態での説明と重複する内容を省略し、主にその材料について説明する。
ＴＦＴ基板２１は、絶縁材料である基材と、ＴＦＴ（Thin  Film  Transistor）層と、層間絶縁層とを含む。ＴＦＴ層には、画素毎に駆動回路が形成されている。基材は、例えばガラス材料からなる基板である。ガラス材料としては、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。層間絶縁層は、樹脂材料からなり、ＴＦＴ層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。
【０１５６】
また、図１２の断面図には示されていないが、ＴＦＴ基板２１の層間絶縁層には、画素毎にコンタクトホールが形成されている。
陽極１１は、ＴＦＴ基板２１の層間絶縁層上に形成されている。陽極１１は、画素毎に個々に設けられ、コンタクトホールを通じてＴＦＴ層と電気的に接続されている。陽極１１は、光反射性の金属材料からなる金属層を含む。光反射性を具備する金属材料の具体例としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、モリブデン（Ｍｏ）、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。さらに、陽極１１は、金属層単独で構成してもよいが、金属層の上に、ＩＴＯやＩＺＯ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。
【０１５７】
隔壁層２２は、陽極１１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１１上に形成されている。陽極１１上面において隔壁層２２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２２は、サブピクセル毎に設けられた開口部２２ａを有する。
ホール注入層１２、ホール輸送層１３、および発光層１４は、陽極１１上の開口部２２ａ内に、この順で積層して設けられている。
【０１５８】
ホール注入層１２は、例えば、Ａｇ、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。
ホール輸送層１３は、第１有機半導体を含有する。第１有機半導体には、例えば、ポリフルオレンやその誘導体、あるいはポリアリールアミンやその誘導体などの高分子化合物などを用いることができる。
【０１５９】
発光層１４は、第２有機半導体を含有する。第２有機半導体には、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燐光物質を用いることができる。
【０１６０】
電子輸送層１５は、例えば、電子輸送性材料である第３有機半導体に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択されるドープ金属がドープされて形成されている。電子輸送層１５に用いられる第３有機半導体としては、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。
【０１６１】
電子注入層１６は、金属および金属酸化物の何れかを含む機能層である。電子注入層２１の材料としては、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、キノリノールＬｉ錯体（Ｌｉｑ）、Ｂａ、Ａｇ等の電子注入性材料が選択される。
本実施形態においては、隔壁層２２は、陽極１１が形成されていない部分においては、ＴＦＴ基板２１上に形成されている。即ち、陽極１１が形成されていない部分においては、隔壁層２２の底面はＴＦＴ基板２１の上面と接している。
【０１６２】
隔壁層２２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２２は、発光層１４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１４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２２は、樹脂材料からなり、隔壁層２２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。
【０１６３】
陰極１７は、各サブピクセル共通に設けられている。陰極１７は、金属材料で形成された金属層および金属酸化物で形成された金属酸化物層の少なくとも一方を含んでいる。陰極１７に含まれる金属層の膜厚は１ｎｍ〜５０ｎｍ程度に薄く設定されて光透過性を有している。金属材料は光反射性の材料であるが、金属層の膜厚を５０ｎｍ以下と薄くすることによって、光透過性を確保することができる。従って、発光層１４からの光の一部は陰極１７において反射されるが、残りの一部は陰極１７を透過する。
【０１６４】
陰極１７に含まれる金属層を形成する金属材料としては、Ａｇ、Ａｇを主成分とする銀合金、Ａｌ、Ａｌを主成分とするＡｌ合金が挙げられる。Ａｇ合金としては、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、インジウム−銀合金が挙げられる。Ａｇは、基本的に低抵抗率を有し、Ａｇ合金は、耐熱性、耐腐食性に優れ、長期にわたって良好な電気伝導性を維持できる点で好ましい。Ａｌ合金としては、マグネシウム−アルミニウム合金（ＭｇＡｌ）、リチウム−アルミニウム合金（ＬｉＡｌ）が挙げられる。その他の合金として、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、が挙げられる。
【０１６５】
陰極１７に含まれる金属層は、例えばＡｇ層あるいはＭｇＡｇ合金層の単層で構成してもよいし、Ｍｇ層とＡｇ層の積層構造（Ｍｇ／Ａｇ）、あるいは、ＭｇＡｇ合金層とＡｇ層の積層構造（ＭｇＡｇ／Ａｇ）にしてもよい。
また、陰極１７は、金属層単独、または金属酸化物層単独で構成してもよいが、金属層の上に、ＩＴＯやＩＺＯのような金属酸化物からなる金属酸化物層を積層した積層構造としてもよい。
【０１６６】
各サブピクセル共通に設けられている陰極１７の上には、発光層１４が水分や酸素等に触れて劣化することを抑制する目的で封止層２３が設けられている。有機ＥＬ表示パネル１００はトップエミッション型であるため、封止層２３の材料としては、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の光透過性材料が選択される。
なお図１２には示されないが、封止層２３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、ホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５を水分および空気などから保護できる。
【０１６７】
[２．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１３、および図１４を参照しながら説明する。図１３、および図１４は、有機ＥＬ素子１の製造過程を模式的に示す断面図である。
まず、図１３（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板２１を準備する。そして、サブピクセル毎に、金属材料を真空蒸着法またはスパッタ法で５０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚で成膜して、図１３（ｂ）に示すように、陽極１１を形成する。
【０１６８】
次に、陽極１１上に、隔壁層２２の材料である隔壁層用樹脂を一様に塗布し、隔壁材料層を形成する。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。この隔壁材料層に露光と現像を行うことで隔壁層２２の形状にパターン形成し、焼成することによって隔壁層２２を形成する（図１３（ｃ））。この焼成は、例えば、１５０℃以上２１０℃以下の温度で６０分間行う。形成された隔壁層２２によって、発光層１４の形成領域となる開口部２２ａが規定される。
【０１６９】
隔壁層２２の形成工程においてさらに、隔壁層２２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したり、プラズマ処理を施してもよい。隔壁層２２の表面処理は、開口部２２ａに塗布するインクに対する接触角を調節したり、隔壁層２２の表面に撥液性を付与する目的で行われる。
そして、マスク蒸着法やインクジェットによる塗布法によって、ホール注入層１２の材料を成膜し、焼成することによって、図１３（ｄ）に示すようにホール注入層１２を形成する。
【０１７０】
次に、隔壁層２２が規定する開口部２２ａに対し、ホール輸送層１３の構成材料を含むインクを塗布し、焼成（乾燥）を経て、図１３（ｅ）に示すようにホール輸送層１３を形成する。
同様に、発光層１４の材料を含むインクを塗布し、焼成（乾燥）することにより、図１３（ｆ）に示すように発光層１４を形成する。
【０１７１】
続いて、図１４（ａ）に示すように、発光層１４の上に、真空蒸着法などにより、電子輸送層１５を膜厚１０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚で成膜する。電子輸送層１５は隔壁層２２の上にも形成される。そして、図１４（ｂ）に示すように、電子輸送層１５の上に、真空蒸着法などにより電子注入層１６を成膜する。
続いて、図１４（ｃ）に示すように、電子注入層１６の上に、金属材料等を、真空蒸着法、スパッタ法等で成膜することにより、陰極１７を形成する。
【０１７２】
そして、陰極１７の上に、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の光透過性材料を、スパッタ法、ＣＶＤ法等で成膜することによって、図１４（ｄ）に示すように封止層２３を形成する。
以上の工程を経ることにより、有機ＥＬ素子１が完成すると共に、複数の有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示パネル１００ができあがる。なお、封止層２３の上にカラーフィルタや上部基板を貼り合せてもよい。
【０１７３】
［３．有機ＥＬ表示装置の全体構成］
図１５は、有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示す模式ブロック図である。当図に示すように、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。
【０１７４】
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。
＜その他の変形例＞
以上、第１の実施形態、および第２の実施形態について説明したが、本発明は各実施形態に限定されることはなく、例えば以下に示すような変形例を実施することも出来る。
【０１７５】
（１）各実施形態における有機ＥＬ素子１は、ホール注入層１２、電子注入層１６を備えていたが、これらのうち１つ以上の層を備えない構成の有機ＥＬ素子も同様に実施することができる。
（２）上記第２の実施形態における膜厚の範囲についての条件は、必ずしも開口部２２ａで規定されるサブピクセルの全領域で満たさなくてとも、サブピクセルの一部の領域で満たせばよい。例えば、サブピクセルの中央部での膜厚が、上記説明における膜厚の条件を満たしていればよい。
【０１７６】
（３）上記第２の実施形態においては、有機ＥＬ素子１の基材は、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。基材に用いるセラミックとしては、例えばアルミナが挙げられる。基材に用いる樹脂としては、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。基材に樹脂を用いると、フレキシブル性を有する有機ＥＬ素子を実現することができる。
【０１７７】
（４）上記第２の実施形態においては、トップエミッション型であって、陽極１１が光反射性の材料からなり、陰極１７が光透過性の材料からなる構成であったが、逆に、陽極１１が光透過性の材料からなり、陰極１７が光反射性の材料からなるボトムエミッション型の構成でも実施できる。
（５）上記第２の実施形態においては、ホール輸送層１３、発光層１４をインク塗布で成膜しているが、ホール輸送層１３、発光層１４の成膜方法は、これに限らない。例えば、ホール輸送層１３、発光層１４の両方、もしくは何れか一方を蒸着法によって成膜することで有機ＥＬ素子１を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明の有機ＥＬ素子は、家庭用、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、照明等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１７９】
１    有機ＥＬ素子
１１  陽極
１２  ホール注入層
１３  ホール輸送層
１４  発光層
１５  電子輸送層
１６  電子注入層
１７  陰極
【図１】
2017183510.tif 000084
【図２】
2017183510.tif 000085
【図３】
2017183510.tif 000086
【図４】
2017183510.tif 000087
【図５】
2017183510.tif 000088
【図６】
2017183510.tif 000089
【図７】
2017183510.tif 000090
【図８】
2017183510.tif 000091
【図９】
2017183510.tif 000092
【図１０】
2017183510.tif 000093
【図１１】
2017183510.tif 000094
【図１２】
2017183510.tif 000095
【図１３】
2017183510.tif 000096
【図１４】
2017183510.tif 000097
【図１５】
2017183510.tif 000098