JP6561281B2 - 有機ｅｌ素子および有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ素子および有機ＥＬ素子の製造方法に関し、特に、光反射性の陽極と光透過性の陰極 を備えた有機ＥＬ素子に関する。

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。

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。
また有機ＥＬ素子において、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ことによって、良好な電子注入性が得られることも知られている。

一方、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しやすく、有機ＥＬ素子における発光効率の低下や発光寿命の短縮といった悪影響を引き起こして保管安定性が低下する原因となる。
これに対して特許文献２には、発光層上に無機バリア層を設けた構成の有機ＥＬ素子が開示されている。このように無機バリア層を設けると、その無機バリア層よりも前に形成された有機発光媒体層の表面に吸着された不純物によって機能層が劣化するのを防止する働きをなす。

ＷＯ２０１２/０２０４５２Ａ１公報 特許第４８８２５０８号明細書

しかしながら、特許文献２に開示された有機ＥＬ素子において、発光層上に設ける無機バリア層は、絶縁体または半導体もしくは仕事関数が４．０ｅＶ以上の金属から成り、電子注入性が低いため、陰極から発光層に電子が十分に供給されず、良好な発光特性が得られないこともある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不純物に対する十分なブロック性を確保して良好な保管安定性を確保しつつ、良好な発光特性を得ることのできる有機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。

上記目的を達成するために、本発明の一態様にかかる有機ＥＬ素子は、光反射性の陽極と、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中間層の上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、機能層の上方に配され、金属層を含む光透過性の陰極と、を有し、機能層には、第１中間層に隣接する領域に、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金属を含ませた。

ここで「第１金属」は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択された元素を指し、「第１金属のフッ化物」は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択された元素のフッ化物を指す。また、「第２金属」は、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元素を指す。
次に「金属層」は、Ａｇ，Ａｌをはじめとする金属元素の単体で形成された層であってもよいが、複数の金属元素の合金で形成された層であってもよい。

上記態様の有機ＥＬ素子においては、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いる。この第１金属のフッ化物は、水分や酸素などの不純物をブロックする性能が高いので、発光層側から機能層に不純物が浸入するのをブロックして、機能層の劣化を防止し、良好な保管安定性を実現することができる。
また、機能層には、第１中間層に隣接する領域に第２金属が含まれ、その第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。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るため、仕事関数が小さく電子注入性が高い。従って、機能層から発光層への電子供給性が良好となり、駆動電圧を低減できる。

また、上記態様の有機ＥＬ素子においては、陰極が金属層を含むので、有機ＥＬ素子の光共振器構造における光取り出し効率を高めるのに適し、陰極のシート抵抗値も低くできる。

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。 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。 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。 （ａ）は、第１中間層の膜厚の違いによる輝度保持率の違いを示すグラフ、（ｂ）は、第１中間層の膜厚の違いによる発光効率比の違いを示すグラフである。 第１中間層の膜厚に対する第２中間層の膜厚の割合に対する発光効率比の変化を示すグラフであって、（ａ）と（ｂ）では正孔輸送層に用いている物質が異なっている。 機能層における有機材料に対する金属のドープ濃度の違いによる発光効率比の変化を示すグラフである。 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って、（ａ）は実施の形態１、（ｂ）は実施の形態２に関する． 機能層２１の光学膜厚を変化させて、青色発光素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値をシミュレーションで算出した結果を示すグラフである。 青色有機ＥＬ素子１（Ｂ）から取り出される青色光の輝度／ｙ値をシミュレーションした結果を示すグラフである。 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、基板上にＴＦＴ層および層間絶縁層が形成された状態、（ｂ）は、層間絶縁層上に画素電極が形成された状態、（ｃ）は、層間絶縁層および画素電極上に隔壁材料層が形成された状態を示す。 図１０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、隔壁層が形成された状態、（ｂ）は、隔壁層の開口部内において画素電極上に正孔注入層が形成された状態、（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。 図１１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、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、（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、（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。 図１２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、第２中間層上に機能層が形成された状態、（ｂ）は、機能層上に対向電極が形成された状態、（ｃ）は、対向電極上に封止層が形成された状態を示す。 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。 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。

＜発明に到る経緯＞
上記のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属から選択された元素（本明細書における「第１金属」）を含む機能層を発光層の上に形成することで、当該機能層から発光層に対して優れた電子注入性を得ることができるが、水分や酸素といった不純物が発光層から機能層に移行することによって機能層が劣化する課題も存在するので、機能層の電子注入性を確保しながら、機能層の劣化を防止する方法が求められる。

ここで、ＮａＦ、ＬｉＦをはじめとして、第１金属のフッ化物は、吸湿性が低く、水や酸素などの不純物をブロックする性質に優れているので、この第１金属のフッ化物で形成した層を発光層と機能層との間に介在させることによって、不純物による機能層の劣化を防止できることを見出した。ただし、第１金属のフッ化物からなる層を、発光層と機能層との間に介在させると、発光層に対する電子注入性が低下することもわかった。

これに対して、アルカリ金属やアルカリ土類金属とフッ素との結合を切る第２金属を含む層を中間層の上に設けて、第１金属を遊離させれば、中間層による不純物をブロックする性質と、発光層への電子供給性の両方を確保できることを見出し、本発明を案出するに到った。
＜発明の態様＞
本発明の一態様にかかる有機ＥＬ素子は、光反射性の陽極と、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中間層の上方に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、機能層の上方に配され、金属層を含む光透過性の陰極と、を有し、機能層には、第１中間層に隣接する領域に、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金属を含ませた。

アルカリ金属、アルカリ土類に該当する第１金属のフッ化物は、不純物をブロックする性能が高いので、これを含む第１中間層は、発光層側から機能層に不純物が浸入するのをブロックして、機能層の劣化を防止し、良好な保管安定性を実現することができる。
また、機能層に含まれる第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。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ので、機能層から発光層への電子供給性が良好となり、駆動電圧の低減に寄与する。

また、上記態様の有機ＥＬ素子においては、陰極が光反射性を有する金属材料で形成されているので、陽極と陰極との間の光共振器構造における光取り出し効率を高めるのに適し、陰極のシート抵抗値も低くできる。
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、光反射性の陽極を形成し、陽極の上方に発光層を形成し、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中間層を形成し、第１中間層の上に、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層を形成し、機能層の上方に、金属層を含む光透過性の陰極を形成する。そして、機能層を形成する際に、第１中間層と隣接する領域に、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金属を含ませる。

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、及び製造方法において、以下のようにしてもよい。
陰極を構成する金属材料を、銀、銀合金、アルミニウム及びアルミニウム合金から選択する。これらの金属材料は、反射率及び導電率が良好なので、光共振構造において光取り出し効率を高めたり、陰極のシート抵抗値を低くするのに適している。

第２金属として、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を用いる。
アルカリ金属またはアルカリ土類金属は、比較的仕事関数が低く電子供給能が高い。また、フッ素との反応性が比較的高いので、第１金属とフッ素との結合を切って第１金属を遊離させる作用効果を得やすい。
機能層を、第２金属がドープされた有機材料で形成する。これによって、機能層が電子輸送性を持ち、陰極から発光層に電子を効率よく供給することができる。

機能層中にドープされる第２金属の濃度を、５ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下とする。これによって、機能層の電子供給能が良好となり、良好な発光効率が得られる。
機能層を、電子輸送性の有機材料からなる有機層と、当該有機層と第１中間層との間に介在し第２金属の単体で形成された第２中間層とで構成する。
これによって、第１中間層に隣接する領域に第２金属の単体で形成された第２中間層が存在するので、第１金属とフッ素との結合を切って第１金属を遊離させる効果が優れたものとなる。

第２金属として、バリウムを用いる。バリウムは汎用性のある材料なので、これを用いて機能層や第２中間層を形成することによって、コスト低減に資することができる。
第１金属として、ナトリウムを用いる。これによって、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、不純物をブロックする性質に優れた層となる。また、ナトリウムは仕事関数が低いので、中間層から発光層に対する電子注入性が優れたものとなる。

発光層が青色光を発光する場合、発光層から機能層までの合計の光学膜厚を、
当該光学膜厚を変化させたときに、有機ＥＬ素子から取り出される青色光の輝度とｘｙ色度のｙ値との比（輝度／ｙ値）が示す特性に関し、１次干渉に相当する光学膜厚の範囲内で、且つ輝度／ｙ値が２次干渉の極大値以上となる光学膜厚に設定する。
これによって、青色発光素子から、輝度／ｙ値の高い青色光が取り出されるので、色純度の良好な青色光を効率よく取り出すことができる。

＜実施の形態１＞
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。
［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１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。

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、以下では、まとめて有機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、第１中間層１８、第２中間層１９、機能層２１、対向電極２２、および封止層２３を備える。なお、基板１１、層間絶縁層１２、第１中間層１８、第２中間層１９、機能層２１、対向電極２２、および封止層２３は、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。

＜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＞
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。

＜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、画素毎に個々に設けられ、コンタクトホールを通じてＴＦＴ層１１２と電気的に接続されている。
本実施形態においては、画素電極１３は、陽極として機能する。

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。

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。
＜隔壁層＞
隔壁層１４は、画素電極１３の上面の一部の領域を露出させ、その周辺の領域を被覆した状態で画素電極１３上に形成されている。画素電極１３上面において隔壁層１４で被覆されていない領域（以下、「開口部」という。）は、サブピクセルに対応している。即ち、隔壁層１４は、サブピクセル毎に設けられた開口部１４ａを有する。

本実施形態においては、隔壁層１４は、画素電極１３が形成されていない部分においては、層間絶縁層１２上に形成されている。即ち、画素電極１３が形成されていない部分においては、隔壁層１４の底面は層間絶縁層１２の上面と接している。
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。

＜正孔注入層＞
正孔注入層１５は、画素電極１３から発光層１７への正孔の注入を促進させる目的で、画素電極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。

ここで、正孔注入層１５を遷移金属の酸化物で形成すると、複数の酸化数をとるため、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、駆動電圧の低減に寄与する。
＜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。
＜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、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。

＜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、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択される第１金属のフッ化物で形成されている。
アルカリ金属に該当する金属は、リチウム，ナトリウム，カリウム，ルビジウム，セシウム，フランシウムであり、アルカリ土類金属の該当する金属は、カルシウム，ストロンチウム，バリウム，ラジウムである。これらのフッ化物で形成した膜は、不純物をブロックする働きをなす。

従って、第１中間層１８は、発光層１７、正孔輸送層１６、正孔注入層１５、隔壁層１４の内部や表面に存在する不純物が、機能層２１や対向電極２２へと侵入するのを防止する働きをなす。
第１金属としては、特に、ＮａあるいはＬｉが好ましく、第１中間層１８を、ＮａＦ（フッ化ナトリウム）あるいはＬｉＦ（フッ化リチウム）で形成することが好ましい。

＜機能層＞
機能層２１は、対向電極２２から注入された電子を発光層１７へと輸送する機能を有する有機材料と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属から選択され、第１金属のフッ化物（ＮａＦ）の結合を切る性質を持つ第２金属とを含む層である。
機能層２１は、第２金属の単体からなり第１中間層１８の直上に形成された第２中間層１９と、第２中間層１９の上に積層され電子輸送性の有機材料からなり第２金属がドープされた電子輸送層２０とで構成されている。

電子輸送層２０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。
第２金属は、アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなど）またはアルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなど）の中で、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金属を用いる。

本実施形態においては、第２金属として、アルカリ土類金属に属するＢａ（バリウム）を選択することとする。このＢａは、ＮａＦにおけるＮａとＦの結合を切ってＮａを遊離させる性質を有する元素である。
＜対向電極＞
対向電極２２は、各サブピクセル共通に設けられており、陰極として機能する。

この対向電極２２には、金属材料で形成された金属層が含まれているが、金属層の膜厚は１０ｎｍ〜３０ｎｍ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３０ｎｍ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１７からの光の一部は対向電極２２において反射されるが、残りの一部は対向電極２２を透過する。

このように対向電極２２に金属層が含まれることによって、そのシート抵抗値を低くすることができる。金属層の膜厚が１０ｎｍ以上であれば、その表面抵抗（Ｒｓ）を１０Ω／□以下の低抵抗にすることができる。
また対向電極２２に金属層が含まれることによって、画素電極１３と対向電極２２との間に形成される光共振器構造においてそのキャビティ効果を高めることができる。

金属層を形成する金属材料としては、銀（Ａｇ）、Ａｇを主成分とする銀合金、アルミニウム（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。
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、対向電極２２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。
＜封止層＞
対向電極２２の上には、発光層１７が水分や酸素等に触れて劣化することを抑制する目的で封止層２３が設けられている。有機ＥＬ表示パネル１００はトップエミッション型であるため、封止層２３の材料としては、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の光透過性材料が選択される。

＜その他＞
なお図１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、正孔輸送層１６、発光層１７、機能層２１を水分および空気などから保護できる。
［２．不純物ブロック性と電子注入性］
正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７をウェットプロセスで形成する場合、これらの層の内部および表面に存在する不純物が機能層２１に到達すると、機能層２１の有機材料にドープされている金属と反応して、機能層２１の機能を低下させる。

また、不純物が有機材料と反応すると、有機材料が変質し、安定性を損なう虞もある。
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、同様に機能層２１の機能低下を引き起こす原因となる。
これに対して、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１は、発光層１７と機能層２１との間に、第１中間層１８および第２中間層１９を備え、第１中間層１８は、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を含んでいるので、このフッ化物が発光層１７側からの不純物の侵入を防ぐ。

特にＮａＦは、吸湿性が低く、酸素との反応性が低いため、不純物をブロックする性能が優れ、発光層１７側からの不純物の侵入を防ぐ。それによって機能層２１に含まれるアルカリ金属・アルカリ土類金属が不純物と反応するのを防ぎ、機能層２１の電子供給能の低下を抑制することができ、さらに、対向電極２２が不純物によって劣化するのを防止する。

一方ＮａＦは電気絶縁性が高いため、対向電極２２および機能層２１から供給される電子の発光層１７への移動を阻害し、発光特性を低下させる問題があるが、有機ＥＬ素子１の機能層２１には、第１中間層１８に隣接して、第２金属としてのＢａで形成された第２中間層１９が設けられている。この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との結合を切る働きがあるので、第１中間層１８中のＮａＦの一部が乖離して、Ｎａが遊離する。

Ｎａは仕事関数が低く、電子供給能が高いため、機能層２１から発光層１７への電子の移動をアシストする。それによって、発光特性の低下を抑制し、駆動電圧を低減することができる。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。
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は、上記に限られない。第１中間層１８、第２中間層１９、発光層１７、機能層２１等の機能を損なわない限り、何れの機構によって第１金属とフッ素との結合が切れてもよい。

このように、第１中間層１８が、高い不純物ブロック性を有する第１金属のフッ化物を含むことにより、発光層１７側からの不純物の侵入をブロックして機能層２１（および対向電極２２）の電子供給能の低下を抑制することができ、第２中間層１９が、第１金属とフッ素との結合を切る第２金属を含むことにより、第１金属が遊離し、絶縁性の高い第１中間層１８を超えて機能層２１から発光層１７へと電子が移動しやすくなり、良好な発光特性を得ることができる。

なお実際は、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。即ち、第１中間層１８および第２中間層１９の膜厚が、それぞれ正確にＤ１，Ｄ２〔ｎｍ〕というわけではなく、その境界がはっきりしていない場合もある。

ただしその場合でも、第１金属の濃度は、電子輸送層２０側よりも発光層１７側で高く、第２金属の濃度は、発光層１７側よりも電子輸送層２０側で高いので、上述した効果を奏する。
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で形成した場合、形成された第１中間層１８および第２中間層１９の膜厚がそれぞれＤ１およびＤ２であるということとする。他の層の膜厚についても同様である。

［３．第２中間層による電流密度向上効果に関する実験］
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を試験体として作製し、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。第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０ｎｍ，０．５ｎｍ，１ｎｍ，２ｎｍの４種類である。４つの試験体における第１中間層１８の膜厚Ｄ１は、何れも４ｎｍである。

図２はその結果を示すグラフである。
図２に示すように、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が０ｎｍの試験体（即ち、第２中間層１９を備えない試験体）と比べて、膜厚Ｄ２＝０．５ｎｍ，１ｎｍ，２ｎｍの試験体は、何れも高い電流密度を示した。この結果は、第２中間層１９を設けることによって、有機ＥＬ素子１の発光層１７により多くの電流が流れることを示している。

また、膜厚Ｄ２＝０．５ｎｍ，１ｎｍ，２ｎｍの３試験体同士を比べると、膜厚Ｄ２が２ｎｍの試験体が最も高い電流密度を示したものの、膜厚Ｄ２が０ｎｍのものと０．５ｎｍのものとの間の違いに比べると、３試験体間の電流密度の差は小さい。
従って、第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０．５ｎｍあれば十分な電流密度が得られるといえる。

［４．第２中間層の膜厚と発光効率比］
図３は、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が互いに異なる６種類の有機ＥＬ表示パネル１００についての発光効率比を示すグラフである。６種類の膜厚Ｄ２は、０ｎｍ，０．１ｎｍ，０．２ｎｍ，０．５ｎｍ，１，２ｎｍである。なお、６種類の有機ＥＬ表示パネル試験体において、第１中間層１８の膜厚Ｄ１はいずれも４ｎｍとした。

この６種類の各試験体に対して、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ2となるように電圧を印加した際の輝度を測定し、測定された輝度の値から発光効率を算出した。そして、基準となる有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を発光効率基準値として、発光効率基準値に対する比（発光効率比）をグラフにプロットした。
なお発光効率の基準値としては、第２中間層１９を備えず、正孔輸送層１６に正孔注入性の低い物質（具体的には、酸化タングステン）を用いた有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を用いた。

図３に示すように、第２中間層１９の膜厚Ｄ２が０．２ｎｍである試験体が、最も高い発光効率比を示した。そして、膜厚Ｄ２が２ｎｍの試験体では、膜厚Ｄ２が０ｎｍの試験体と略同じ発光効率比であった。これは、正孔輸送層１６から発光層１７へと注入される正孔の量が一定であるため、それよりも過剰な電子が発光層１７に注入されて電流が増加しても、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と考えられる。

図３に示すように、膜厚Ｄ２が２ｎｍの試験体では、膜厚Ｄ２が０ｎｍの試験体と略同じ発光効率比であることから、第２中間層１９の膜厚Ｄ２は、０．１ｎｍ≦Ｄ２≦１ｎｍの範囲が好ましいといえる。
［５．第１中間層の膜厚と保管安定性］
第１中間層１８の膜厚Ｄ１が互いに異なる３種類の有機ＥＬ表示パネル１００を試験体として保管安定性試験を行った。

試験体における第１中間層１８の膜厚Ｄ１は、１ｎｍ，４ｎｍ，１０ｎｍである。
保管安定性試験においては、各試験体に通電して初期輝度を測定し、８０℃の環境下に７日間保管した後、再び通電して高温保管後の輝度を測定した。そして各試験体について、輝度保持率（初期輝度に対する高温保管後の輝度の割合〔％〕）を算出した。
この高温保管後の輝度保持率で保管安定性を評価した。

図４（ａ）は、その結果を示すグラフである。
図４（ａ）に示すように、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が１ｎｍの場合、輝度保持率が５９〔％〕であって、保管安定性は低いが、膜厚Ｄ１が４ｎｍ以上の場合、輝度保持率が９５％以上であり、良好な保管安定性を示している。
これより、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が４ｎｍ以上あれば、良好な保管安定性が得られることがわかる。

なお、膜厚Ｄ１が１０ｎｍの試験体では、輝度保持率が１００％を超える結果となっている。これは、高温保管前の状態において、正孔と電子とのバランスが最適な状態からずれていたのが、高温保管により、最適なバランス状態に近づいたためと考えられる。
［６．第１中間層の膜厚と発光効率比］
図４（ｂ）は、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が互いに異なる３種類の有機ＥＬ表示パネル１００についての発光効率比を示すグラフである。膜厚Ｄ１は、１，４，１０〔ｎｍ〕の３種類である。発光効率比は、図３に示す発光効率比の場合と同様に、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ2となるような電圧を印加した際の輝度を測定し、測定された輝度の値から発光効率を算出した。そして、基準となる有機ＥＬ表示パネルの発光効率の値を発光効率基準値として、発光効率基準値に対する比（発光効率比）をグラフにプロットした。

図４（ｂ）に示すように、３種類の試験体うち、膜厚Ｄ１＝４〔ｎｍ〕の試験体が、最も高い発光効比を示し、膜厚Ｄ１が１ｎｍおよび１０ｎｍの試験体は、ほぼ同じ発光効率比を示した。
この結果から、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が、１ｎｍよりも薄い場合および１０ｎｍよりも厚い場合には、さらに発光効率比が低くなると考えられる。これは、第１中間層１８の膜厚Ｄ１が薄くなりすぎると、乖離する第１金属（本実施形態においてはＮａ）の絶対量が少なくなり、機能層２１から発光層１７への電子の移動が促進されなくなり、一方、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なって、発光効率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は、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
［７．第１中間層の膜厚に対する第２中間層の膜厚の割合と発光効率比］
以上説明したように、第１中間層１８の膜厚Ｄ１については、不純物ブロック性を確保するための最低限の膜厚が必要である。一方、膜厚Ｄ１が厚くなりすぎると、絶縁膜としての性質が強くなって発光層１７へ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。

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、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に供給することとなり、発光効率が低下する。

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得られないことがある。
以上の結果から、本発明者らは、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との比率（Ｄ２／Ｄ１）にも好適な範囲が存在するのではないかと考え、膜厚Ｄ１に対する膜厚Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）を変えて、発光効率比がどのように変わるかを調べた。

その結果を、図５（ａ）および（ｂ）に示す。
図５（ａ）に示す試験体と、図５（ｂ）に示す試験体とでは、正孔輸送層１６に用いられた正孔輸送物質が異なるが、それ以外の基本的な構成は同じである。図５（ａ）の試験体の正孔輸送層１６に用いられた正孔輸送物質Ａは、図５（ｂ）の試験体の正孔輸送層１６に用いられた正孔輸送物質Ｂよりも、正孔供給能が高い。

図５（ａ）は、膜厚比Ｄ２／Ｄ１を、１．２５％，２．５％，５％，２５％，３７．５％の５種類に設定した試験体について、発光効率比をプロットしたグラフである。図５（ｂ）は、膜厚比Ｄ２／Ｄ１＝０％，１．２５％，５％，１２．５％，２５％の５種類の試験体について、発光効率をプロットしたグラフである。
図５（ｂ）に示すように、正孔供給能が比較的低い正孔輸送物質Ｂを用いた場合、膜厚比Ｄ２／Ｄ１が３〜５〔％〕の範囲に、発光効率比のピークが観察された。図５（ａ）に示すように、正孔供給能が比較的高い正孔輸送物質Ａを用いた場合、膜厚比Ｄ２／Ｄ１が２０％〜２５％の範囲に、発光効率比のピークが観察された。

そして図５（ａ），（ｂ）のグラフから、膜厚比Ｄ２／Ｄ１が３〜２５％の範囲において、発光効率比が好適である（即ち良好な発光効率が得られる）ことがわかる。
なお、上述したように、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、第１金属と第２金属の成分比（モル比）が、１〔％〕≦第２金属／第１金属≦１０〔％〕であれば、良好な発光効率が得られると考えられる。

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

図６に示すように、ドープ金属濃度が２０ｗｔ％の試験体が最も高い発光効率比を示した。また、３つの試験体はいずれも発光効率比が１以上であり、発光効率基準値よりも良好な発光効率を示したことから、機能層２１におけるドープ金属濃度は５〜４０ｗｔ％の範囲内で良好な発光効率が得られることがわかる。
ただし、電子輸送層２０におけるドープ金属（Ｂａ）の濃度が２０ｗｔ％のところで発光効率が最大値を示しているので、ドープ金属の濃度は、５〜４０ｗｔ％の範囲の中でも、２０ｗｔ％以下の範囲（５〜２０ｗｔ％の範囲）内に設定することが好ましい。

なお、本実施形態では、第１中間層１８の上に、Ｂａ単体からなる第２中間層１９が存在しているため、電子輸送層２０におけるドープ金属の濃度は低くても電子注入性を向上する効果が得られる。
さらに、電子輸送層２０において第２金属をドープしなくても（すなわち電子輸送層２０におけるドープ金属濃度が０であっても）、第２中間層１９による電子注入性向上効果を得ることができる。

[９．各層の光学膜厚と光共振器構造について]
図７（ａ）は、本実施形態にかかる有機ＥＬ素子の光共振器構造における光の干渉を説明する図である。当図では青色発光の発光層１７を有する有機ＥＬ素子１（Ｂ）について示し、ここでは特に有機ＥＬ素子１（Ｂ）について説明する。
この有機ＥＬ素子１（Ｂ）の光共振器構造において、発光層１７における正孔輸送層１６との界面近傍から出射されて各層を透過していく。この各層界面において光の一部が反射されることによって光の干渉が生じる。その主なものを例示すると以下のような干渉が挙げられる。

（１）発光層１７から出射され対向電極２２側に進行した光の一部が、対向電極２２を透過して発光素子の外部に出射される第１光路Ｃ１と、発光層１７から、画素電極１３側に進行した光の一部が、画素電極１３で反射された後、発光層１７および対向電極２２を透過して発光素子の外部に出射される第２光路Ｃ２とが形成される。そして、この直接光と反射光との干渉が生じる。

図７（ａ）に示す光学膜厚Ｌ１は、第１光路Ｃ１と第２光路Ｃ２との光学距離の差に対応している。この光学膜厚Ｌ１は、発光層１７と画素電極１３との間に挟まれた正孔注入層１５、正孔輸送層１６の合計の光学距離（膜厚と屈折率との積、ｎｍ）である。
（２）発光層１７から対向電極２２側に進行した光の一部が、対向電極２２で反射されて、さらに画素電極１３で反射された後、発光素子の外部に出射される第３光路Ｃ３も形成される。

そして、この第３光路Ｃ３を経由する光と、上記第１光路Ｃ１を経由する光との干渉が生じる。
第２光路Ｃ２と第３光路Ｃ３との光学距離の差は図７（ａ）に示す光学膜厚Ｌ２に対応する。この光学膜厚Ｌ２は、発光層１７、第１中間層１８、第２中間層１９、機能層２１の合計の光学距離である。

特に、有機ＥＬ素子１（Ｂ）においては、対向電極２２に金属層が含まれているので、対向電極が金属酸化物だけで構成される場合よりも、対向電極２２で反射されやすいので、このような干渉も生じやすい。
（３）第３光路Ｃ３を経由する光と、上記第２光路Ｃ２を経由する光との干渉も生じる。
第１光路Ｃ１と第３光路Ｃ３との光学距離の差は、図７(ａ）に示す光学膜厚Ｌ３に対応する。光学膜厚Ｌ３は、上記光学膜厚Ｌ１と光学膜厚Ｌ２の和である（Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２）。

光学膜厚Ｌ３は、画素電極１３と対向電極２２との間に挟まれた正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、第１中間層１８、機能層２１の合計の光学距離である。
通常、共振器構造において、光取り出し効率が極大値を示す光学膜厚に調整される。上記の各光路を経由する光が、互いに干渉によって強め合って光取り出し効率が高まるように、発光層１７と画素電極１３との間の光学膜厚Ｌ１、発光層１７と対向電極２２との間の光学膜厚Ｌ２、そして、画素電極１３と対向電極２２との間の光学膜厚Ｌ３は設定される。

これらの基本的な光干渉については、赤色の有機ＥＬ素子１（Ｒ）、緑色の有機ＥＬ素子１（Ｇ）においても同様に生じる。
ただし本発明者の考察によると、青色発光素子に関しては、光取り出し効率が極大値となる光学膜厚に設定すると、取り出される青色光の色度が目標色度に近いとはいえず、むしろ光取り出し効率が極大値をとる光学膜厚からずらして、色度ｙ値の小さい青色光を取り出す光学膜厚を選択する方が好ましいといえる。

すなわち、青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）の共振器構造において、発光層１７と画素電極１３との間の光学膜厚Ｌ１を変化させたり、発光層１７と対向電極２２との間の光学膜厚Ｌ２を変化させると、取り出される青色光の光取り出し効率が変化すると共に色度も変化する。
そこで、以下に詳細に説明するように、青色発光素子については、輝度とｘｙ色度のｙ値との比（輝度／ｙ値）が高い値を示すような光学膜厚に調整することとする。

青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）から最終的に取り出す青色光の色度としては、ｘｙ色度のｙ値が０．０８以下であることが一般的な色度目標とされている。
青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）から取り出される青色光の色度ｙ値がこの目標色度から遠ければ、カラーフィルタ（ＣＦ）で大きく色度補正をする必要がある。その場合、光透過率の低いＣＦを用いざるを得ないので、もとの青色発光素子からの光取り出し効率が大きくても、ＣＦ通過後の光取り出し効率は大幅に低下してしまう。

従って、色度ｙ値が０．０８程度以下の青色光を効率よく取り出すには、光取り出し効率を大きくすることだけではなく、色度Ｙ値を小さくすることも考慮することが必要である。すなわち、青色発光素子における各層の光学膜厚を設定するときに、光取り出し効率と色度ｙ値の両方を考慮して、光学膜厚を設定することが必要である。
本発明者等は、さらに検討を行った結果、上記特許文献１にも開示されているように、色度ｙ値が０．０８以下の青色光を効率よく取り出すには、輝度／ｙ値が高い値を示すように各層の光学膜厚の設定を行えばよいことも見出した。

このような考察に基づいて、青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）については、輝度／ｙ値を指標とし、この指標が高い値を示すように光学膜厚Ｌ１，Ｌ２を設定することとする。以下にその具体例を光学シミュレーションに基づいて説明する。
（光学シミュレーション）
本実施形態に基づく一実施例にかかる青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）において、正孔輸送層１６の膜厚、及び発光層１７から機能層２１までの合計膜厚を、それぞれ変化させたときに、素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値がどのように変化するかをシミュレーションで算出した。

このシミュレーションは、マトリックス法を用いた光学シミュレーションとして知られている。
このシミュレーションにおいて用いた有機ＥＬ素子１（Ｂ）の層構造は、図７（ａ）の表に示す構造であって、正孔輸送層１６の膜厚を５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変えてシミュレーションを行った。

図８のグラフにおいて、横軸は正孔輸送層１６の膜厚を示し、縦軸は、発光層１７〜機能層２１の合計膜厚を示しており、各膜厚は５ｎｍ間隔で変化させている。
ここで、光学膜厚Ｌ１は、正孔輸送層１６、正孔注入層１５、画素電極１３の金属酸化物層の光学膜厚の合計であって。図８の横軸にはその光学膜厚Ｌ１の値も表示している。
同様に、光学膜厚Ｌ２は、発光層１７〜機能層２１の合計光学膜厚であって、図８の縦軸にはその光学膜厚Ｌ２の値も表示している。

なお、光学膜厚Ｌ３は、光学膜厚Ｌ１と光学膜厚Ｌ２の和なので、図８中に矢印Ｌ３で示す斜め方向に光学膜厚Ｌ３が増加するということもできる。
輝度／ｙ値の最高値を１としたときの輝度／ｙ値の相対値を、数値範囲（０．２、０．３〜０．４、０．５〜０．６、０．７〜０．８、０．９〜１．０）に分けてグラフ内にマッピングした。

図８に示すグラフを見ると、正孔輸送層１６の膜厚が２０ｎｍ及び１５５ｎｍを示す縦方向に伸長する破線と、発光層１７〜機能層２１の合計膜厚が、３５ｎｍ及び１６０ｎｍを示す横方向に伸長する破線とが交差する４つの箇所（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に、輝度／ｙ値のピーク（極大値）が明確に表れている。すなわち、正孔輸送層１６の膜厚が２０ｎｍあるいは１５５ｎｍ、且つ、発光層１７〜機能層２１の合計膜厚が３５ｎｍあるいは１６０ｎｍのときに、輝度／ｙ値が極大値を示している。

光学膜厚Ｌ１（正孔輸送層１６の膜厚）に対する輝度／ｙ値の関係を見ると、ａ点、ｂ点は１次干渉ピーク、ｃ点、ｄ点は２次ピークに相当し、１干渉ピークでは、２次干渉ピークと比べて輝度／ｙ値が高い値を示している。一方、光学膜厚Ｌ２（発光層１７〜機能層２１の合計膜厚）に対する輝度／ｙ値の関係を見ると、ａ点、ｃ点は１次干渉ピーク、ｂ点、ｄ点は２次ピークに相当し、１干渉ピークでは２次干渉ピークと比べて輝度／ｙ値が高い値を示している。

ここで、１次干渉のピークは、輝度／ｙ値が極大値を示す光学膜厚の中で最小の光学膜厚に相当し、２次干渉のピークは、輝度／ｙ値が極大値を示す２番目に小さい光学膜厚に相当する。
以上のことから、有機ＥＬ素子１（Ｂ）から輝度／ｙ値の高い青色光を取り出すには、光学膜厚Ｌ１を干渉ピークに合せて設定するだけでなく、光学膜厚Ｌ２も干渉ピークに合せて設定することによって、より高い輝度／ｙ値の青色光を取りせることがわかる。

また、特に、光学膜厚Ｌ１に関する１次干渉ピークと、光学膜厚Ｌ２に関する１次干渉ピークとが重なったａ点においては、高い輝度／ｙ値が得られること（高い光共振効果が得られること）がわかる。
ここで、光学膜厚Ｌ２に関する干渉ピークが大きくなっているのは、対向電極２２に金属層が含まれていることが要因と考えられるので、対向電極２２に金属層が含まれていることが、光共振効果を高めるのに寄与しているということもいえる。

光学膜厚Ｌ２と輝度/ｙ値：
以下では、光学膜厚Ｌ２に着目し、光学膜厚Ｌ１を、１次干渉に相当する一定値に固定して、光学膜厚Ｌ２を変化させたときに、輝度／ｙ値がどのように変化するかを考察する。
光学膜厚Ｌ１が１次干渉に相当するのは、図８に示すように、正孔輸送層１６の膜厚２０ｎｍのときで、光学膜厚Ｌ１が７６ｎｍのときである。

図９は、光学膜厚Ｌ１が１次干渉に相当するときに、発光層１７〜機能層２１の合計膜厚を５ｎｍ〜２００ｎｍ（光学膜厚Ｌ２を９．５〜３８０ｎｍに相当する）の範囲で変化させて、青色有機ＥＬ素子１（Ｂ）から取り出される青色光の輝度／ｙ値をシミュレーションした結果を示すグラフである。
なお、光学膜厚Ｌ２は、横軸の発光層１７〜機能層２１の膜厚に屈折率を掛けた値の合計である。

図９のグラフに示されるように、光学膜厚Ｌ１が小さい方から順に、１次干渉のピーク，２次干渉のピークが存在する。そして、１次干渉のピークａにおける輝度／ｙ値の極大値は、２次干渉のピークｂにおける輝度／ｙ値の極大値よりも高い値である。
従って、青色有機ＥＬ素子において、機能層２１の膜厚を、１次干渉のピークに相当する膜厚に設定すれば、素子から取り出される青色光の輝度／ｙ値が高くなるので、色度が良好な青色光を効率よく取り出せることになる。

特に、図９のグラフにおいて、１次干渉のピークに相当する発光層１７〜機能層２１の合計膜厚範囲の中で、２次干渉のピークの極大輝度／ｙ値以上の輝度／ｙ値を示す範囲Ａに設定することは、色度が良好な青色光を効率よく取り出す上で好ましい。
この範囲Ａは、発光層１７〜機能層２１の合計膜厚が２９ｎｍ〜４４ｎｍの範囲であって、光学膜厚Ｌ２の範囲としては、２９×１．９＝５５ｎｍから４４×１．９＝８４ｎｍに相当する。

従って有機ＥＬ素子１（Ｂ）から色度の良好な青色光を効率よく取り出すには、光学膜厚Ｌ１を１次干渉に相当する７６ｎｍ付近（例えば光学膜厚Ｌ１が６０〜９０ｎｍの範囲）に設定し、光学膜厚Ｌ２を５５ｎｍ〜８４ｎｍの範囲に設定することが特に好ましい。
なお、図９には、光学膜厚Ｌ１が１次干渉ピークに相当するとき（正孔輸送層１６の膜厚２０ｎｍのとき）について示したが、図８を参照すると、光学膜厚Ｌ１が２次干渉ピークに相当するとき（正孔輸送層１６の膜厚１５５ｎｍ、光学膜厚Ｌ１が３０５．５ｎｍのとき）も、輝度／Ｙ値の値は全体的に低いものの、図９と同様の形状のグラフが得られることがわかる。

従って有機ＥＬ素子１（Ｂ）から色度の良好な青色光を効率よく取り出す上で、光学膜厚Ｌ１を２次干渉に相当する３０５．５ｎｍ付近（例えば光学膜厚Ｌ１が２９０〜３２０ｎｍの範囲）に設定し、光学膜厚Ｌ２を５５ｎｍ〜８４ｎｍの範囲に設定することも好ましい。
このように、有機ＥＬ素子１（Ｂ）から色度の良好な青色光を効率よく取り出すには、光学膜厚Ｌ１を光学干渉に適した範囲に設定した上で、光学膜厚Ｌ２を５７ｎｍ〜８４ｎｍの範囲に設定することが好ましい。

以上のしたように、青色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）については輝度／ｙ値が高くなるように、光学膜厚Ｌ１、Ｌ２を設定することが好ましいことを説明したが、赤色の有機ＥＬ素子１（Ｒ）および緑色の有機ＥＬ素子１（Ｂ）においても、同様にして、各色の発光輝度が高くなるように、光学膜厚Ｌ１、Ｌ２を設定することが好ましい。
[１０．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１０〜図１３、図１４を参照しながら説明する。なお、図１０〜図１３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１４は、有機ＥＬ素子１の製造過程を示す模式工程図である。

まず、図１０（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１４のステップＳ１）、基板１１上に層間絶縁層１２を成膜する（図１４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上に塗布し、その後、焼成することによって成膜する（図１４のステップＳ３）。この焼成は、１５０℃以上２１０℃以下の温度で１８０分間行う。

なお、図１０〜図１３の断面図および図１４の工程図には示されないが、層間絶縁層１２を形成するときに、パターン露光と現像を行うことによってコンタクトホールを形成する。層間絶縁層１２は焼成後には硬くなるので、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。
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厚み１５０ｎｍ程度に成膜して、図１０（ｂ）に示すように、画素電極１３を形成する（図１４のステップＳ４）。

次に、画素電極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１０（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画素電極１３上に一様に塗布することによって形成する。

次に、隔壁材料層１４ｂに露光と現像を行うことで隔壁層１４の形状にパターン形成し（図１１（ａ）、図１４のステップＳ５）、焼成することによって隔壁層１４を形成する（図１４のステップＳ６）。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１４によって、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の形成工程においてさらに、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したり、プラズマ処理を施してもよい。隔壁層１４の表面処理は、開口部１４ａに塗布するインクに対する接触角を調節したり、隔壁層１４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、正孔注入層１５の材料を成膜し、焼成することによって、図１１（ｂ）に示すように正孔注入層１５を形成する（図１４のステップＳ７）。

次に、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塗布し、焼成（乾燥）を経て、図１１（ｃ）に示すように正孔輸送層１６を形成する（図１４のステップＳ８）。
同様に、発光層１７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１２（ａ）に示すように発光層１７を形成する（図１４のステップＳ９）。

続いて、図１２（ｂ）に示すように、発光層１７の上に、真空蒸着法などにより、第１中間層１８を膜厚Ｄ１で成膜する（図１４のステップＳ１０）。発光層１７は隔壁層１４の上にも形成される。そして、図１２（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１４のステップＳ１１）。
次に、第２中間層１９の上に、第２金属をドープしながら電子輸送層２０の有機材料を真空蒸着法で成膜することによって、図１３（ａ）に示すように電子輸送層２０を形成する（図１４のステップＳ１２）。

続いて、図１３（ｂ）に示すように、電子輸送層２０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、対向電極２２を形成する（図１４のステップＳ１３）。
そして、対向電極２２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１３（ｃ）に示すように封止層２３を形成する（図１４のステップＳ１４）。

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。
［１１．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。

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。
［実施の形態１のまとめ］
実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１によれば、第１中間層１８によって、発光層１７側から機能層２１や対向電極２２への不純物が侵入するのを防止し、且つ、第２中間層１９の働きで対向電極２２側から発光層１７への電子注入を促進するので、良好な保管安定性と発光特性を実現することができる。

また第１中間層１８の膜厚Ｄ１に対する第２中間層１９の膜厚Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１が、３〔％〕≦Ｄ２／Ｄ１≦２５〔％〕の関係を満たすので、良好な発光効率を実現することができる。
第２中間層１９の膜厚Ｄ２は１ｎｍ以下であるため、第２中間層１９における光吸収量を低く抑えて、良好な光取出し性を実現することができる。

また、対向電極２２に、金属材料からなる金属層が含まれているので、対向電極２２を、ＩＴＯのような金属酸化物の材料だけで形成する場合と比べると、Ａｇのような金属材料層が含まれることによって、そのシート抵抗を低減することができる。そして、対向電極２２の導電性が向上することによって、有機ＥＬ表示パネル１００の中央部に存在する有機ＥＬ素子１に電力を供給する際の電圧降下を低減することができる。

また対向電極２２に、金属材料の層が含まれることによって、対向電極２２を金属酸化物材料だけで形成する場合と比べると、有機ＥＬ素子１における共振器構造のキャビティ効果を高めることができる。それによって、有機ＥＬ素子１における光取り出し効率を高めることができる。
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で満たさなくてもよく、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。

＜実施の形態２＞
本実施形態にかかる有機ＥＬ素子は、上記実施の形態１で説明した有機ＥＬ素子１と同様の構成であるが、機能層２１において、Ｂａ単体の第２中間層１９はなく、第１中間層１８の上に、Ｂａを含む電子輸送層２０が直接形成されている。これは、以下のような点を考慮している。

上記実施の形態１では、第１金属（Ｎａ）のフッ化物からなる第１中間層１９の上に、第２金属（Ｂａ）からなる第２中間層１９を積層した構造とした。その場合、良好な発光特性を得るために、第２金属（Ｂａ）からなる第２中間層の膜厚は薄く、２ｎｍ以下に形成することが求められる。これは、第１中間層１８に対して第２中間層１９の膜厚が厚すぎると、第１中間層中のＮａＦが必要以上に分解され、電子注入性が必要以上に高くなる結果、発光層中における正孔の供給量と電子の供給量とのバランスが崩れ、発光効率が低下するからである。

しかし、蒸着で膜厚の薄い中間層を形成しようとすると、低いレートでゆっくり蒸着する必要があるので、成膜に長時間を要する上に、成膜時の制御も難しくなる。
それに加えて、第２中間層の膜厚を薄くしようとすると、均一な膜を形成することが難しく、層が形成されている部分と形成されていない部分とがまだらになることもある。
このような点を考慮して、本実施形態では、第１中間層１８の上に、Ｂａの単体からなる第２中間層を形成せずに、Ｂａをドープした電子輸送層２０を直接形成することとした。

図７（b）は、実施の形態２にかかる青色の有機ＥＬ素子の層構造を示す。
本実施形態の有機ＥＬ素子においても、実施の形態１の有機ＥＬ素子１と同様に、第１中間層１８を構成している第１金属のフッ化物（具体的にはＮａＦ）が、発光層１７側からの不純物の侵入を防止し、機能層２１に含まれるＢａが不純物と反応するのを防いで、機能層２１の電子供給能の低下を抑制し、さらに、対向電極２２が不純物によって劣化するのを防止する。

また、本実施形態の有機ＥＬ素子では、第１中間層１９の上にＢａ単体からなる第２中間層１９は存在しないが、第１中間層１９に隣接する電子輸送層２０にドープされているＢａが、第１中間層１８中のＮａＦにおけるＮａとＦとの結合を切って、Ｎａを遊離させる。そして遊離したＮａが、電子輸送層２０から発光層１７への電子の移動をアシストするので、第１中間層１８の電子注入特性が確保される。

電子輸送層２０におけるＢａのドープ濃度としては、実施の形態１で図６のグラフに基づいて説明したように、本実施の形態でも、良好な発光効率を得る上で電子輸送層２０におけるＢａのドープ濃度５〜４０ｗｔ％の範囲内に設定するのが好ましいと考えられる。
ただし、上記実施の形態１の有機ＥＬ素子では、電子輸送層２０の直下に、第２金属（Ｂａ）からなる第２中間層１９が存在するので、電子輸送層２０におけるドープ金属（Ｂａ）の濃度を低く設定しても良好な発光効率が得られるのに対して、本実施の形態では第２中間層１９が存在しないので、電子輸送層２０におけるＢａのドープ濃度は５〜４０ｗｔ％の範囲の中でも、比較的高い濃度に設定することが好ましく、２０〜４０ｗｔ％の範囲が好ましいと考えられる。

また、本実施形態では第２中間層１９がなく、第１中間層１８に隣接する領域におけるＢａの量が実施の形態１と比べて少ないので、実施の形態１と比べてＮａＦの結合を切る働きも少ない。従って、実施の形態１と比べて、第１中間層１８の膜厚を、より小さい膜厚に設定することが好ましく、第１中間層１８の膜厚を２ｎｍ以下に設定することが好ましい。

本実施形態の有機ＥＬ素子における各層の光学膜厚に関しては、第２中間層１９が存在しない点を除いて、実施の形態１で説明した内容を適用することができる。
＜変形例＞
以上、実施の形態１，２について説明したが、本発明はこれらの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。

（変形例１）上記実施形態における有機ＥＬ素子は、正孔注入層１５、正孔輸送層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。
（変形例２）さらに、電子注入層や、透明導電層などの層を含む構成とすることもできる。電子注入層を備える場合には、電子注入層と電子輸送層とをまとめて、機能層として扱ってもよい。また、電子輸送層を備えず、電子注入層を備える場合には、電子注入層を機能層として扱ってもよい。

（変形例３）上記実施形態においては、有機ＥＬ素子１の基材１１１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に用いるセラミックとしては、例えばアルミナが挙げられる。

（変形例４）上記実施形態においては、トップエミッション型であって、画素電極１３が光反射性の陽極であり、対向電極２２が光透過性の陰極であったが、逆に、画素電極が光透過性の陰極で、対向電極が光反射性の陽極であるボトムエミッション型も実施できる。
その場合、例えば、層間絶縁層１２上に陰極としての画素電極１３および隔壁層１４を形成し、開口部１４ａ内において、画素電極１３の上に、機能層２１、第１中間層１８、発光層１７を順に形成し、その上に、正孔輸送層１６、正孔注入層１５を形成し、その上に陽極としての対向電極２２を形成する。

本発明の有機ＥＬ素子、有機ＥＬ表示パネルは、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等に利用可能である。

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

Claims (20)

1. 光反射性の陽極と、
   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中間層の上に配され、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層と、
   前記機能層の上方に配され、金属層を含む光透過性の陰極と、
   を有し、
   前記機能層は、前記第１中間層に隣接する領域に、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金属を含み、
   前記機能層は、前記第２金属の単体からなり前記第１中間層の直上に形成された第２中間層と、前記第２中間層の上に積層され電子輸送性の有機材料からなる有機層とで構成されており、
   前記第１金属に対する前記第２金属のモル比は、１％以上１０％以下である
   有機ＥＬ素子。
2. 前記金属層は、
   銀、銀合金、アルミニウム及びアルミニウム合金から選択される材料で形成されている、
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
3. 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または２に記載の有機ＥＬ素子。
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２金属がドープされている、
   請求項１〜３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
5. 前記機能層中における前記第２金属のドープ濃度は、
   ５ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下である、
   請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
6. 前記有機層に、前記第２金属がドープされている、
   請求項５記載の有機ＥＬ素子。
7. 前記第２金属は、バリウムである、
   請求項１〜６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
8. 前記第１金属は、ナトリウムである、
   請求項１〜７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
9. 前記発光層が青色光を発光し、前記陽極と陰極との間に共振器構造が形成され、
   前記発光層から前記機能層までの合計の光学膜厚は、
   当該光学膜厚を変化させたときに取り出される青色光の輝度／ｙ値が示す特性において、１次干渉のピークに相当する光学膜厚の範囲内で、且つ輝度／ｙ値が２次干渉のピークの極大値以上となる光学膜厚に設定されている、
   請求項１〜８のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
   ここで、上記輝度／ｙ値は、有機ＥＬ素子から取り出される青色光の輝度とｘｙ色度のｙ値との比である。
10. 前記第１中間層において、前記第１金属の濃度は、前記有機層側よりも前記発光層側で高く、前記第２金属の濃度は、前記発光層側よりも前記有機層側で高い
    請求項１〜９のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
11. 前記第１中間層の膜厚に対する前記第２中間層の膜厚の比は、３％以上２５％以下である
    請求項１〜９のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
12. 光反射性の陽極を形成し、
    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中間層を形成し、
    前記第１中間層の上に、電子輸送性および電子注入性のうち少なくとも一方の性質を有する機能層を形成し、
    前記機能層の上方に、金属層を含む光透過性の陰極を形成し、
    前記機能層を形成する際に、
    前記第１中間層に隣接する領域に、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金属を含有させ、
    前記機能層を形成する際に、
    前記第１中間層の上に、
    前記第２金属の単体で第２中間層を形成し、
    当該第２中間層の上に、電子輸送性の有機材料からなる有機層を形成し、
    前記第１金属に対する前記第２金属のモル比は、１％以上１０％以下である
    有機ＥＬ素子の製造方法。
13. 前記金属層は、
    銀、銀合金、アルミニウム及びアルミニウム合金から選択される材料で形成される、
    請求項１２に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
14. 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１２または１３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
15. 前記機能層を形成する際に、
    電子輸送性の有機材料に、前記第２金属をドープする
    請求項１４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
16. 前記機能層を形成する際に、
    前記有機材料に前記第２金属をドープする濃度は、５ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下である、
    請求項１５に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
17. 前記第２金属は、バリウムである、
    請求項１２〜１６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
18. 前記第１金属は、ナトリウムである、
    請求項１２〜１７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
19. 前記第１中間層において、前記第１金属の濃度は、前記有機層側よりも前記発光層側で高く形成されており、前記第２金属の濃度は、前記発光層側よりも前記有機層側で高い形成されている
    請求項１２〜１８のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
20. 前記第１中間層の膜厚に対する前記第２中間層の膜厚の比は、３％以上２５％以下である
    請求項１２〜１８のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。

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