JP7492820B2 - 有機ｅｌ素子、有機ｅｌ表示パネル、および、有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents
有機ｅｌ素子、有機ｅｌ表示パネル、および、有機ｅｌ素子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本開示は、蛍光材料を発光材料として用いる有機ＥＬ素子における発光効率と寿命の改善に関する。
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、陽極と陰極との間に、少なくとも発光層が挟まれた構造を有している。発光層では、電子と正孔（ホール）との再結合により発生した励起子のエネルギーが光に変換される。有機半導体においては、励起子（励起状態）には電子のスピン状態により、一重項励起子と三重項励起子の２種類が存在し、いわゆる蛍光材料においては、一重項励起子のエネルギーが光に変換される。
従来、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるため、電子とホールのバランスを調整する（例えば、特許文献１参照）、三重項励起子により発光する燐光材料を用いる（例えば、特許文献２参照）などの工夫がなされている。
図３（ｃ）は、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）を０．２ｅＶ未満とした場合の模式図である。発光層１７の電子移動度が発光層１７のホール移動度より低く、さらに電子輸送層の実効的電子移動度が発光層１７の電子移動度以下であると、発光層１７における電子とホールの再結合領域は発光層１７の第１電子輸送層１８との界面近傍になる。しかしながら、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）が十分に高くない場合、発光層１７の第１電子輸送層１８との界面付近に蓄積したホールがホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）を超えて第１電子輸送層１８中に注入され、第１電子輸送層１８や第２電子輸送層１９において再結合が起きて励起子が生じ、材料劣化が促進される原因となるという問題がある。
本開示の目的は、材料劣化の促進を防止することができる有機ＥＬ素子を提供することである。
本開示の目的は、材料劣化の促進を防止することができる有機ＥＬ素子を提供することである。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、発光層と、機能層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、前記発光層と前記機能層とは接しており、前記発光層の正孔移動度は、前記発光層の電子移動度より大きく、前記発光層の電子移動度は、前記機能層の実効的電子移動度以上であり、前記発光層に含まれる機能材料の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位は、前記機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高く、前記機能層は、前記発光層に接する第１機能層と、前記第１機能層に接する第２機能層とを含み、前記発光層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位は、前記第１機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高く、前記機能層の実効的電子移動度は、前記第１機能層の電子移動度を第１機能層の膜厚で割り、前記第２機能層の電子移動度を第２機能層の膜厚で割って、前記第１機能層の膜厚と前記第２機能層の膜厚との和で重みづけることで得られる値であることを特徴とする。
なお、本明細書において、最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位ないしＨＯＭＯ準位が高いとは、当該準位と電子の真空準位との差が小さいこと、すなわち、当該準位に存在する電子のポテンシャルエネルギーが大きいことを指す。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子によれば、機能層の正孔密度を上昇させることなく発光層内の機能層との界面付近の励起子密度を向上させることができる。したがって、正孔や励起子による機能層の機能材料の劣化を抑止しつつ発光層の発光効率を向上させることができ、有機ＥＬ素子の長寿命化が期待できる。
≪本開示の一態様に至った経緯≫
有機ＥＬ素子を発光素子として使用するためには、発光の始状態となる励起子の生成が不可欠である。したがって、従来、正孔輸送層から発光層への正孔注入性と電子輸送層から発光層への電子注入性を高め、発光層内のキャリア密度を向上させて電子とホールの再結合確率を高めている。また、発光層内のキャリア密度をさらに向上させる構成として、発光層から電子輸送層への正孔漏出と発光層から正孔輸送層への電子漏出を抑制することができるように、電子輸送層のＨＯＭＯ(Highest Occupied Molecular Orbital)準位、および／または、正孔輸送層のＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位を調整した機能層を選定する。このような構成により、発光層内のキャリア密度を向上させて電子と正孔の再結合確率を高めることができるからである。
有機ＥＬ素子を発光素子として使用するためには、発光の始状態となる励起子の生成が不可欠である。したがって、従来、正孔輸送層から発光層への正孔注入性と電子輸送層から発光層への電子注入性を高め、発光層内のキャリア密度を向上させて電子とホールの再結合確率を高めている。また、発光層内のキャリア密度をさらに向上させる構成として、発光層から電子輸送層への正孔漏出と発光層から正孔輸送層への電子漏出を抑制することができるように、電子輸送層のＨＯＭＯ(Highest Occupied Molecular Orbital)準位、および／または、正孔輸送層のＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位を調整した機能層を選定する。このような構成により、発光層内のキャリア密度を向上させて電子と正孔の再結合確率を高めることができるからである。
有機材料中の励起子には、電子のスピン状態によって、一重項励起子と三重項励起子の２つが存在する。蛍光材料では、上述したように、一重項励起子が発光に寄与し、三重項励起子は発光に寄与しない。一方で、一重項励起子と三重項励起子の生成確率はおよそ１：３であり、一重項励起子の密度の向上が課題となっている。
発光効率の低い蛍光材料、特に、発光波長の短い青色発光材料等において、一重項励起子の密度の向上として、複数の三重項励起子を衝突させて一重項励起子を生成するＴＴＦ(Triplet-Triplet Fusion)現象を利用することが検討されている。このＴＴＦを利用するためには、三重項励起子の密度を向上させる必要があり、すなわち、電子とホールの再結合領域を狭くすることで励起子密度を向上させる必要がある。
電子とホールの再結合領域を狭くする方法のひとつとして、発光層内の電子の移動度とホールの移動度との大小関係を調整することにより、再結合領域を発光層中の正孔輸送層側あるいは電子輸送層側のいずれかの界面近傍に局在化させる方法がある。
しかしながら、単に発光層内の電子移動度とホールの移動度との大小関係により再結合領域を局在化させただけでは、発光層に隣接する機能層にキャリアが漏出する、機能層内で再結合が生じる、発光層で生じた励起子のエネルギーが機能層に遷移し機能層内に励起子を生成するなどの現象が起きることがある。したがって、機能層内の機能性材料がキャリアや励起子により劣化が促進され、有機ＥＬ素子の寿命を縮める結果となる。
そこで、発明者らは、発光層に隣接する機能層にキャリアや励起子の密度を低下させながら発光層内の励起子密度を向上させる技術について検討し、本開示の態様に至った。
≪開示の態様≫
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、発光層と、機能層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、前記発光層と前記機能層とは接しており、前記発光層の正孔移動度は、前記発光層の電子移動度より大きく、前記発光層の電子移動度は、前記機能層の実効的電子移動度以上であり、前記発光層に含まれる機能材料の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位は、前記機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高いことを特徴とする。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、発光層と、機能層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、前記発光層と前記機能層とは接しており、前記発光層の正孔移動度は、前記発光層の電子移動度より大きく、前記発光層の電子移動度は、前記機能層の実効的電子移動度以上であり、前記発光層に含まれる機能材料の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位は、前記機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高いことを特徴とする。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、基板を準備し、前記基板の上方に陽極を形成し、前記陽極の上方に、蛍光材料を発光材料として含む発光層を形成し、前記発光層上に機能層を形成し、前記機能層の上方に陰極を形成する有機ＥＬ素子の製造方法であって、前記発光層の正孔移動度は、前記発光層の電子移動度より大きく、前記発光層の電子移動度は、前記機能層の実効的電子移動度以上であり、前記発光層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位は、前記機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高いことを特徴とする。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子または有機ＥＬ素子の製造方法によれば、機能層の正孔密度を上昇させることなく発光層内の機能層との界面付近の励起子密度を向上させることができる。したがって、正孔や励起子による機能層の機能材料の劣化を抑止しつつ発光層の発光効率を向上させることができ、有機ＥＬ素子の長寿命化が期待できる。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、前記機能層は、前記発光層に接する第１機能層と、前記第１機能層に接する第２機能層とを含み、前記発光層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位は、前記第１機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高く、前記機能層の実効的電子移動度は、前記第１機能層の電子移動度と前記第２機能層の電子移動度を、前記第１機能層の膜厚と前記第２機能層の膜厚とで重みづけ平均した値である、としてもよい。
これにより、発光層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位が第１機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高ければ、第２機能層に含まれる機能性材料のＨＯＭＯ準位と発光層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位との関係を考慮しなくてよい。したがって、第２機能層に含まれる機能性材料の選択の余地が広がり、また、第１機能層の電子移動度と第２機能層の電子移動度のいずれか一方が発光層の電子移動度より大きくてもよいので、機能層の実効的電子移動度の設計も容易となる。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、前記発光層に含まれる機能材料の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位は、前記機能層に含まれる機能性材料のＬＵＭＯ準位以上である、としてもよい。
これにより、機能層から発光層への電子注入性を発光層に含まれる機能材料のＬＵＭＯ準位と機能層に含まれる機能材料のＬＵＭＯ準位との差により制御することができる。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子は、前記発光層の発光中心と前記発光層の前記陰極側の表面との距離は、前記発光層の発光中心と前記発光層の前記陽極側の表面との距離より短い、としてもよい。
これにより、発光層の中央より陰極側においてホールと電子との再結合確率を高めることができ、有機ＥＬ素子においてより高い発光効率を得ながら長寿命化を図ることができる。
本開示の一形態に係る有機ＥＬ素子は、前記機能層に含まれる機能材料における一重項励起子のエネルギーは、前記発光層に含まれる機能材料における一重項励起子のエネルギーより大きい、としてもよい。
これにより、発光層の機能材料における一重項励起子のエネルギーが機能層に遷移して発光効率が低下することを抑止するとともに、機能層の機能材料における一部の一重項励起子のエネルギーを発光層に遷移させて励起子を生成し発光に用いることで発光効率の向上を図ることができる。
本開示の一形態に係る有機ＥＬ素子は、前記機能層に含まれる機能材料における三重項励起子のエネルギーは、前記発光層に含まれる機能材料における三重項励起子のエネルギーより大きい、としてもよい。
これにより、発光層の機能材料における三重項励起子のエネルギーが機能層に遷移して発光効率が低下することを抑止するとともに、機能層の機能材料における一部の三重項励起子のエネルギーを発光層に遷移させて励起子を生成し発光に用いることで発光効率の向上を図ることができる。
本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、機能層と、発光層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、前記発光層と前記機能層とは接しており、前記発光層の電子移動度は、前記発光層の正孔移動度より大きく、前記発光層の正孔移動度は、前記機能層の実効的正孔移動度以上であり、前記発光層に含まれる機能材料のＬＵＭＯ準位は、前記機能層に含まれる機能材料のＬＵＭＯ準位より０．４ｅＶ以上低いことを特徴とする。
本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子によれば、機能層の電子密度を上昇させることなく発光層内の機能層との界面付近の励起子密度を向上させることができる。したがって、電子や励起子による機能層の機能材料の劣化を抑止しつつ発光層の発光効率を向上させることができ、有機ＥＬ素子の長寿命化が期待できる。
本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、発光層と、機能層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、前記発光層と前記機能層とは接しており、前記発光層の正孔移動度は、前記発光層の電子移動度より大きく、前記発光層の電子移動度は、前記機能層の実効的電子移動度未満であり、前記発光層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位は、前記機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．２ｅＶ以上高いことを特徴とする。
本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法によれば、機能層の正孔密度を上昇させることなく発光層内の機能層との界面付近の励起子密度を向上させることができる。したがって、正孔や励起子による機能層の機能材料の劣化を抑止しつつ発光層の発光効率を向上させることができ、有機ＥＬ素子の長寿命化が期待できる。
本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、機能層と、発光層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、前記発光層と前記機能層とは接しており、前記発光層の電子移動度は、前記発光層の正孔移動度より大きく、前記発光層の正孔移動度は、前記機能層の実効的正孔移動度未満であり、前記発光層に含まれる機能材料のＬＵＭＯ準位は、前記機能層に含まれる機能材料のＬＵＭＯ準位より０．２ｅＶ以上低いことを特徴とする。
本開示の他の一態様に係る有機ＥＬ素子によれば、機能層の電子密度を上昇させることなく発光層内の機能層との界面付近の励起子密度を向上させることができる。したがって、電子や励起子による機能層の機能材料の劣化を抑止しつつ発光層の発光効率を向上させることができ、有機ＥＬ素子の長寿命化が期待できる。
本開示の一態様に係る有機ＥＬ表示パネルは、本開示の一態様に係る有機ＥＬ素子を基板上に複数備える、としてもよい。
≪実施の形態≫
以下、実施の形態に係る有機ＥＬ素子について説明する。なお、以下の説明は、本発明の一態様に係る構成および作用・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。
以下、実施の形態に係る有機ＥＬ素子について説明する。なお、以下の説明は、本発明の一態様に係る構成および作用・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、本実施の形態に係る有機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１３、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、第１電子輸送層１８、第２電子輸送層１９、電子注入層２０、および、陰極２１を備える。
図１は、本実施の形態に係る有機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１３、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、第１電子輸送層１８、第２電子輸送層１９、電子注入層２０、および、陰極２１を備える。
有機ＥＬ素子１において、陽極１３と陰極２１とは主面同士が向き合うように互いに対向して配されており、陽極１３と陰極２１との間に発光層１７が形成されている。
発光層１７の陽極１３側には、発光層１７に接して正孔輸送層１６が形成されている。正孔輸送層１６と陽極１３との間には正孔注入層１５が形成されている。
発光層１７の陰極２１側には、発光層１７に接して第１電子輸送層１８が形成されており、第１電子輸送層１８に接して第２電子輸送層１９が形成されている。第２電子輸送層１９と陰極２１との間に電子注入層２０が形成されている。
［１．１ 有機ＥＬ素子の各構成要素］
＜陽極＞
陽極１３は、層間絶縁層１２上に形成されている。画素電極１３は、画素ごとに設けられ、層間絶縁層１２に設けられた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。
＜陽極＞
陽極１３は、層間絶縁層１２上に形成されている。画素電極１３は、画素ごとに設けられ、層間絶縁層１２に設けられた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、光反射性の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（酸化インジウム錫）やＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）のような金属酸化物からなる層を積層した積層構造としてもよい。
なお、陰極２１を光反射性の陰極とする場合には、陽極１３を光透過性の陽極としてもよい。この場合、陽極１３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。陽極１３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、金属層の薄膜を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。したがって、発光層１７からの光の一部は陽極１３において反射されるが、残りの一部は陽極１３を透過する。
このとき、陽極１３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。
陽極１３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。
陽極１３に含まれる金属酸化物層を形成する金属酸化物としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）が挙げられる。
また、陽極１３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、金属層の上に金属酸化物層を積層した積層構造、あるいは金属酸化物層の上に金属層を積層した積層構造としてもよい。
＜正孔注入層＞
正孔注入層１５は、陽極１３から発光層１７へのホール（正孔）の注入を促進させる機能を有する。正孔注入層１５は、例えば、塗布膜であり、例えば、正孔注入材料と溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。正孔注入層１５は蒸着膜で形成されていてもよい。正孔注入層１５は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）、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導電性ポリマー材料、あるいは、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）などの酸化物からなる。
正孔注入層１５は、陽極１３から発光層１７へのホール（正孔）の注入を促進させる機能を有する。正孔注入層１５は、例えば、塗布膜であり、例えば、正孔注入材料と溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。正孔注入層１５は蒸着膜で形成されていてもよい。正孔注入層１５は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）、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導電性ポリマー材料、あるいは、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）などの酸化物からなる。
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層１６は、正孔注入層１５から注入されたホールを発光層１７へ輸送する機能を有する。正孔輸送層１６は、例えば、塗布膜であり、具体的には、正孔輸送材料を溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。または、正孔輸送層１６は蒸着膜で形成されていてもよい。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。
正孔輸送層１６は、正孔注入層１５から注入されたホールを発光層１７へ輸送する機能を有する。正孔輸送層１６は、例えば、塗布膜であり、具体的には、正孔輸送材料を溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。または、正孔輸送層１６は蒸着膜で形成されていてもよい。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。
＜発光層＞
発光層１７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。発光層中でのホールと電子の再結合位置は分布を持つため、発光層膜厚は再結合分布幅よりも大きいことが好ましく、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は３０ｎｍ以上である。また、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は４０ｎｍ以上である。また、一般に発光材料の移動度は電荷輸送材料の移動度に比べて小さく、発光層膜厚を薄く設計することが素子の駆動電圧低減に寄与するため、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は８０ｎｍ以下である。また、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は１２０ｎｍ以下である。
発光層１７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。発光層中でのホールと電子の再結合位置は分布を持つため、発光層膜厚は再結合分布幅よりも大きいことが好ましく、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は３０ｎｍ以上である。また、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は４０ｎｍ以上である。また、一般に発光材料の移動度は電荷輸送材料の移動度に比べて小さく、発光層膜厚を薄く設計することが素子の駆動電圧低減に寄与するため、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は８０ｎｍ以下である。また、実施の一態様において、発光層１７の膜厚は１２０ｎｍ以下である。
発光層１７は、例えば、塗布膜であり、例えば、発光層を形成する材料と溶質とする溶液の塗布および乾燥より形成されている。または、発光層１７は蒸着膜で形成されていてもよい。
発光層１７を形成する材料としては、公知の蛍光物質である有機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、アクリジン化合物等を用いることができる。
なお、後述するように、発光層１７は、電子移動度よりホール移動度が高いことが好ましく、そのような特性を有する蛍光材料を用いるか、または、そのような特性を有する有機材料をホスト材料として用いることが好ましい。蛍光材料をドーパントとして用いる場合のホスト材料としては、例えば、アミン化合物、縮合多環芳香族化合物、ヘテロ環化合物を用いることができる。アミン化合物としては、例えば、モノアミン誘導体、ジアミン誘導体、トリアミン誘導体、テトラアミン誘導体を用いることができる。縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン誘導体、ナフタレン誘導体、ナフタセン誘導体、フェナントレン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、トリフェニレン誘導体、ペンタセン誘導体、ペリレン誘導体を用いることができる。ヘテロ環化合物としては、例えば、カルバゾール誘導体、フラン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロール誘導体、インドール誘導体、アザインドール誘導体、アザカルバゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フタロシアニン誘導体を用いることができる。
なお、発光層を蛍光材料とホスト材料とから形成する場合において、実施の一態様では、蛍光材料の濃度は１ｗｔ％以上である。また、実施の一態様では、蛍光材料の濃度は１０ｗｔ％以下である。また、実施の一態様では、蛍光材料の濃度は３０ｗｔ％以下である。
発光層１７の膜厚は、青色発光層の場合、例えば、２０～６０ｎｍであり、緑色発光層、赤色発光層の場合、例えば、５０～１５０ｎｍである。
＜第１電子輸送層＞
第１電子輸送層１８は、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホールの流出を制限するとともに、第１電子輸送層１８から発光層１７への電子の注入を制御する機能を有する。発光層１７から第１電子輸送層１８へのホールの流出を制限する機能は、後述のエネルギーバンド構造の設計により実現される。また、第１電子輸送層１８から発光層１７への電子の注入を制御する機能は、後述の電子移動度の設計により実現される。
第１電子輸送層１８は、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホールの流出を制限するとともに、第１電子輸送層１８から発光層１７への電子の注入を制御する機能を有する。発光層１７から第１電子輸送層１８へのホールの流出を制限する機能は、後述のエネルギーバンド構造の設計により実現される。また、第１電子輸送層１８から発光層１７への電子の注入を制御する機能は、後述の電子移動度の設計により実現される。
また、第１電子輸送層１８の材料は、ＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位とのエネルギー差、（バンドギャップ）、すなわち、一重項励起子のエネルギーが、発光層１７の材料のＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位とのエネルギー差（一重項励起子のエネルギー）より大きいことが好ましい。本構成により、第１電子輸送層１８の材料に一重項励起子が生成した場合に発光層１７の蛍光材料の一重項励起子への遷移が容易に起きるとともに、発光層１７の蛍光材料の一重項励起子が第１電子輸送層１８へ流出することを抑止することができ、発光効率の向上に寄与する。また、同様に、第１電子輸送層１８の材料における三重項励起子のエネルギーは、発光層１７の材料における三重項励起子のエネルギーより大きいことが好ましい。
第１電子輸送層１８は、例えば、蒸着膜から構成されている。第１電子輸送層１８の材料としては、例えば、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キナゾリン誘導体、フェナントロリン誘導体などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。なお、後述するように、第１電子輸送層１８は発光層１７および第２電子輸送層１９より電子移動度が低いことが好ましく、格子不整合を有している、および／または、電子トラップを生成する材料をドーパントとして含んでいることが好ましい。
第１電子輸送層１８の膜厚は、例えば、１０～３０ｎｍである。
＜第２電子輸送層＞
第２電子輸送層１９は、陰極２１からの電子を、第１電子輸送層１８を経て発光層１７へ輸送する機能を有する。電子輸送層１９は、電子輸送性が高い有機材料からなる。電子輸送層１９は、例えば、蒸着膜で構成されている。電子輸送層１９に用いられる有機材料としては、例えば、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キナゾリン誘導体、フェナントロリン誘導体などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。
第２電子輸送層１９は、陰極２１からの電子を、第１電子輸送層１８を経て発光層１７へ輸送する機能を有する。電子輸送層１９は、電子輸送性が高い有機材料からなる。電子輸送層１９は、例えば、蒸着膜で構成されている。電子輸送層１９に用いられる有機材料としては、例えば、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、キナゾリン誘導体、フェナントロリン誘導体などのπ電子系低分子有機材料が挙げられる。
第２電子輸送層１９の膜厚は、例えば、２０～６０ｎｍである。
＜電子注入層＞
電子注入層２０は、陰極２１から供給される電子を発光層１７側へと注入する機能を有する。電子注入層２０は、例えば、蒸着膜で構成されている。電子注入層２０は、例えば、電子輸送性が高い有機材料に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または、希土類金属等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。なお、ドープ金属は、金属単体に限られず、フッ化物（例えば、ＮａＦ）やキノリニウム錯体（例えば、Ａｌｑ3、Ｌｉｑ）など化合物としてドープされてもよい。実施の形態では、ＬｉがＬｉｑとしてドープされている。ドープ金属としては、例えば、アルカリ金属に該当するリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）、アルカリ土類金属に該当するカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）、希土類金属に該当するイットリウム（Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等である。
電子注入層２０は、陰極２１から供給される電子を発光層１７側へと注入する機能を有する。電子注入層２０は、例えば、蒸着膜で構成されている。電子注入層２０は、例えば、電子輸送性が高い有機材料に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または、希土類金属等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。なお、ドープ金属は、金属単体に限られず、フッ化物（例えば、ＮａＦ）やキノリニウム錯体（例えば、Ａｌｑ3、Ｌｉｑ）など化合物としてドープされてもよい。実施の形態では、ＬｉがＬｉｑとしてドープされている。ドープ金属としては、例えば、アルカリ金属に該当するリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）、アルカリ土類金属に該当するカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）、希土類金属に該当するイットリウム（Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等である。
電子注入層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。
＜陰極＞
陰極２１は、光透過性の導電性材料からなり、電子注入層２０上に形成されている。
陰極２１は、光透過性の導電性材料からなり、電子注入層２０上に形成されている。
陰極２１の材料としては、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む。
陰極２１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、インジウム－銀合金が挙げられる。Ａｌ合金としては、マグネシウム－アルミニウム合金、リチウム－アルミニウム合金が挙げられる。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。
陰極２１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、あるいは、ＭｇＡｇ合金層とＡｇ層の積層構造にしてもよい。
陰極２１に含まれる金属酸化物層を形成する金属酸化物としては、ＩＴＯ、ＩＺＯが挙げられる。
また、陰極２１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、金属層の上に金属酸化物層を積層した積層構造、あるいは金属酸化物層の上に金属層を積層した積層構造としてもよい。
なお、陽極１３を光透過性の陽極とする場合には、陰極２１を光反射性の電極としてもよい。このとき、陰極２１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、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、ＡＰＣ、ＡＲＡ、ＭｏＣｒ、ＭｏＷ、ＮｉＣｒなどが挙げられる。
＜その他＞
有機ＥＬ素子１は基板１１上に形成される。基板１１は、絶縁材料である基材１１１からなる。あるいは、絶縁材料である基材１１１上に配線層１１２を形成してもよい。基材１１１は、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、プラスチック基板等を採用することができる。プラスチック材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上を積層した積層体を用いることができる。配線層１１２を構成する材料としては、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属材料、窒化ガリウム、ガリウム砒素などの無機半導体材料、アントラセン、ルブレン、ポリパラフェニレンビニレンなどの有機半導体材料等が挙げられ、これらを複合的に用いて形成したＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層としてもよい。
有機ＥＬ素子１は基板１１上に形成される。基板１１は、絶縁材料である基材１１１からなる。あるいは、絶縁材料である基材１１１上に配線層１１２を形成してもよい。基材１１１は、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、プラスチック基板等を採用することができる。プラスチック材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれの樹脂を用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上を積層した積層体を用いることができる。配線層１１２を構成する材料としては、硫化モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鉄、ニッケル、金、銀などの金属材料、窒化ガリウム、ガリウム砒素などの無機半導体材料、アントラセン、ルブレン、ポリパラフェニレンビニレンなどの有機半導体材料等が挙げられ、これらを複合的に用いて形成したＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層としてもよい。
また、図示していないが、基板１１上には層間絶縁層１２が形成されている。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、層間絶縁層１２には、画素ごとにコンタクトホールが形成されている。
有機ＥＬ表示パネル１００がボトムエミッション型である場合には、基材１１１、層間絶縁層１２は光透過性の材料で形成されることが必要となる。さらに、ＴＦＴ層１１２が存在する場合には、ＴＦＴ層１１２において画素電極１３の下方に存在する領域の少なくとも一部分は、光透過性を有する必要がある。
また、有機ＥＬ素子１上には、封止層２２が形成されている。封止層２２は、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、第１電子輸送層１８、第２電子輸送層１９、電子注入層２０などの有機層が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの透光性材料を用い形成される。また、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの材料を用い形成された層の上に、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなる封止樹脂層を設けてもよい。
有機ＥＬ表示パネル１００がトップエミッション型である場合には、封止層２２は光透過性の材料で形成されることが必要となる。なお図１には示されないが、封止層２２の上に、封止樹脂を介してカラーフィルタや上部基板を貼り合せてもよい。上部基板を貼り合せることによって、正孔注入層１５、正孔輸送層１６、発光層１７、第１電子輸送層１８、第２電子輸送層１９、電子注入層２０を水分および空気などから保護できる。
［２．エネルギーバンド構造］
有機ＥＬ素子１は、発光層１７、第１電子輸送層１８、および、第２電子輸送層１９のエネルギーバンド構造に特徴を有する。なお、説明の簡略化のために、「層のエネルギー準位」と記載するが、これは、当該層を形成する有機材料のエネルギー準位を略記したものである。なお、複数の種類の材料からなる層については、電子および／またはホールの輸送を担っている代表的な有機材料のエネルギー準位を「層のエネルギー準位」として表記する。
有機ＥＬ素子１は、発光層１７、第１電子輸送層１８、および、第２電子輸送層１９のエネルギーバンド構造に特徴を有する。なお、説明の簡略化のために、「層のエネルギー準位」と記載するが、これは、当該層を形成する有機材料のエネルギー準位を略記したものである。なお、複数の種類の材料からなる層については、電子および／またはホールの輸送を担っている代表的な有機材料のエネルギー準位を「層のエネルギー準位」として表記する。
図２は、有機ＥＬ素子１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２では、正孔輸送層１６、発光層１７、第１電子輸送層１８、および、第２電子輸送層１９のＬＵＭＯのエネルギー準位（以下、「ＬＵＭＯ準位」と表記する）とＨＯＭＯのエネルギー準位（以下、「ＨＯＭＯ準位」と表記する）とを示し、他の層は記載を省略している。なお、図２では電子の真空準位を図示していないが、ＬＵＭＯ準位、ＨＯＭＯ準位のそれぞれは、バンドダイアグラムの下側であるほど、電子の真空準位からの差が大きく、エネルギーレベルが低い。
［２．１ 電子注入障壁］
陰極２１側から発光層１７へ電子を注入するためのエネルギー障壁が、陰極２１から発光層１７までの各層の界面に存在する。このエネルギー障壁は、界面の陽極１３側の層と陰極２１側の層とのＬＵＭＯ準位の差に起因する。以下、隣り合う２つの層の界面において陰極２１側から陽極１３側へ電子を注入するためのエネルギー障壁を「電子注入障壁」という。
陰極２１側から発光層１７へ電子を注入するためのエネルギー障壁が、陰極２１から発光層１７までの各層の界面に存在する。このエネルギー障壁は、界面の陽極１３側の層と陰極２１側の層とのＬＵＭＯ準位の差に起因する。以下、隣り合う２つの層の界面において陰極２１側から陽極１３側へ電子を注入するためのエネルギー障壁を「電子注入障壁」という。
第２電子輸送層１９から第１電子輸送層１８への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ１）は、第１電子輸送層１８の有機材料のＬＵＭＯ準位１８１と第２電子輸送層１９の有機材料のＬＵＭＯ準位１９１との差によって規定される。本実施の形態では、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ１）は０ｅＶである。
第１電子輸送層１８から発光層１７への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）は、発光層１７の有機材料のＬＵＭＯ準位１７１と第１電子輸送層１８の有機材料のＬＵＭＯ準位１８１との差によって規定される。本実施の形態では、電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）は０．１ｅＶである。
［２．２ ホール注入障壁］
一方、陽極１３から発光層１７を経て陰極２１側へホールを注入するためのエネルギー障壁が、陽極１３から第２電子輸送層１９までの各層の界面に存在する。このエネルギー障壁は、界面の陰極２１側の層と陽極１３側の層とのＨＯＭＯ準位の差に起因する。以下、隣り合う２つの層の界面において陽極１３側から陰極２１側へホールを注入するためのエネルギー障壁を「ホール注入障壁」という。
一方、陽極１３から発光層１７を経て陰極２１側へホールを注入するためのエネルギー障壁が、陽極１３から第２電子輸送層１９までの各層の界面に存在する。このエネルギー障壁は、界面の陰極２１側の層と陽極１３側の層とのＨＯＭＯ準位の差に起因する。以下、隣り合う２つの層の界面において陽極１３側から陰極２１側へホールを注入するためのエネルギー障壁を「ホール注入障壁」という。
正孔輸送層１６から発光層１７へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）は、発光層１７の有機材料のＨＯＭＯ準位１７２と正孔輸送層１６の有機材料のＨＯＭＯ準位１６２の際によって規定される。本実施の形態では、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）が０．１１ｅＶである。
発光層１７から第１電子輸送層１８へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）は、第１電子輸送層の有機材料のＨＯＭＯ準位１８２と発光層の有機材料のＨＯＭＯ準位１７２との差によって規定される。Ｈｇ（ｅｔｌ１）は下記の式（１）を満たすことが好ましい。本実施の形態では、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）は０．３１ｅＶである。また、Ｈｇ（ｅｔｌ１）は下記の式（２）を満たすことがより好ましい。
Ｈｇ（ｅｔｌ１）≧０．２ｅＶ …式（１）
Ｈｇ（ｅｔｌ１）≧０．４ｅＶ …式（２）
［３．キャリア移動度の構成］
有機ＥＬ素子１は、発光層１７、第１電子輸送層１８、および、第２電子輸送層１９のキャリア移動度に特徴を有する。
Ｈｇ（ｅｔｌ１）≧０．４ｅＶ …式（２）
［３．キャリア移動度の構成］
有機ＥＬ素子１は、発光層１７、第１電子輸送層１８、および、第２電子輸送層１９のキャリア移動度に特徴を有する。
上述したように、発光層１７は電子移動度よりホール移動度が高い。発光層１７の電子移動度をμｅ（ｅｍｌ）とし、ホール移動度をμｈ（ｅｍｌ）としたとき、下記の式（３）を満たすことが好ましい。
μｈ（ｅｍｌ）＞μｅ（ｅｍｌ） …式（３）
また、第１電子輸送層１８と第２電子輸送層１９とを併せた電子輸送層全体の実効的な電子移動度をμｅ（ｅｔｌ）としたとき、下記の式（４）を満たすことが好ましい。
μｅ（ｅｍｌ）≧μｅ（ｅｔｌ） …式（４）
なお、μｅ（ｅｔｌ）は、第１電子輸送層１８の電子移動度をμｅ（ｅｔｌ１）、第１電子輸送層１８の膜厚をｄ（ｅｔｌ１）、第２電子輸送層１９の電子移動度をμｅ（ｅｔｌ２）、第２電子輸送層１９の膜厚をｄ（ｅｔｌ２）としたとき、下記の式（５）により定義される。
μｈ（ｅｍｌ）＞μｅ（ｅｍｌ） …式（３）
また、第１電子輸送層１８と第２電子輸送層１９とを併せた電子輸送層全体の実効的な電子移動度をμｅ（ｅｔｌ）としたとき、下記の式（４）を満たすことが好ましい。
μｅ（ｅｍｌ）≧μｅ（ｅｔｌ） …式（４）
なお、μｅ（ｅｔｌ）は、第１電子輸送層１８の電子移動度をμｅ（ｅｔｌ１）、第１電子輸送層１８の膜厚をｄ（ｅｔｌ１）、第２電子輸送層１９の電子移動度をμｅ（ｅｔｌ２）、第２電子輸送層１９の膜厚をｄ（ｅｔｌ２）としたとき、下記の式（５）により定義される。
μｅ（ｅｔｌ）＝｛μｅ（ｅｔｌ１）／ｄ（ｅｔｌ１）＋μｅ（ｅｔｌ２）／ｄ（ｅｔｌ２）｝・（ｄ（ｅｔｌ１）＋ｄ（ｅｔｌ２）） …式（５）
［４．構成がもたらす効果］
［４．１ 設計から予測される効果］
図３（ａ）～（ｂ）、および、（ｃ）は、それぞれ、実施例および比較例に係る、正孔輸送層１６、発光層１７、第１電子輸送層１８、第２電子輸送層１９のバンドダイアグラム及び電子と正孔の再結合を示した簡易模式図である。
［４．構成がもたらす効果］
［４．１ 設計から予測される効果］
図３（ａ）～（ｂ）、および、（ｃ）は、それぞれ、実施例および比較例に係る、正孔輸送層１６、発光層１７、第１電子輸送層１８、第２電子輸送層１９のバンドダイアグラム及び電子と正孔の再結合を示した簡易模式図である。
実施の形態に係る有機ＥＬ素子では、図３（ａ）の模式図に示すように、発光層１７の陽極側より注入されたホールは、発光層１７のホール移動度が高いため発光層１７の第１電子輸送層１８との界面付近まで移動する。しかしながら、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）は０．２ｅＶ以上と大きいため、ホールは第１電子輸送層１８へとほとんど注入されることなく、図３（ｂ）の模式図に示すように、発光層１７の第１電子輸送層１８との界面付近にホールが蓄積する。一方で、実施の形態に係る有機ＥＬ素子では、発光層１７の電子移動度は発光層１７のホール移動度より低く、さらに電子輸送層の実効的電子移動度は発光層１７の電子移動度以下である。したがって、図３（ａ）、図３（ｂ）の模式図に示すように、発光層１７～第２電子輸送層１９における電子の移動度は発光層１７におけるホールの移動度より低く、第１電子輸送層１８から発光層１７への電子注入が発光層１７における電子とホールの再結合の律速過程となる。したがって、発光層１７における電子とホールの再結合領域は発光層１７の第１電子輸送層１８との界面近傍の狭い領域に制限されるため、励起子密度の向上が容易となりＴＴＦ現象を利用しやすくなる。また、電子輸送層の実効的電子移動度を低下させることで励起子の生成速度を制御可能であるため、励起子密度の過度の向上による材料劣化を抑止することができる。
これに対し、図３（ｃ）は、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）を０．２ｅＶ未満とした場合の模式図である。この場合も、発光層１７の電子移動度は発光層１７のホール移動度より低く、さらに電子輸送層の実効的電子移動度は発光層１７の電子移動度以下であるため、発光層１７における電子とホールの再結合領域は発光層１７の第１電子輸送層１８との界面近傍となる。しかしながら、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）が十分に高くない場合、発光層１７の第１電子輸送層１８との界面付近に蓄積したホールがホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ１）を超えて第１電子輸送層１８中に注入され、第１電子輸送層１８や第２電子輸送層１９において再結合が起きて励起子が生じ、材料劣化が促進される原因となる。すなわち、本実施例では比較例に対し長寿命化が期待される。
また、第１電子輸送層１８の材料の一重項励起子のエネルギー（バンドギャップ）は、発光層１７の蛍光材料の一重項励起子のエネルギー（バンドギャップ）より大きいことが好ましい。第１電子輸送層１８の材料の一重項励起子のエネルギーが蛍光材料の一重項励起子のエネルギーより大きいため、（ａ）ホールが第１電子輸送層１８に注入され第１電子輸送層１８中で再結合が起きて一重項励起子が生成した場合に、蛍光材料を励起させて蛍光材料の一重項励起子に遷移することが期待でき、（ｂ）蛍光材料の一重項励起子が第１電子輸送層１８の材料を励起させることを抑止することができる。同様に、第１電子輸送層１８の材料の三重項励起子のエネルギーは、発光層１７の蛍光材料の三重項励起子のエネルギーより大きいことが好ましい。これにより、（ａ）第１電子輸送層１８中で三重項励起子が生成した場合に、蛍光材料を励起させて蛍光材料の三重項励起子に遷移することが期待でき、（ｂ）蛍光材料の三重項励起子が第１電子輸送層１８の材料を励起させることを抑止することができる。
［４．２ 評価結果］
以下、実施の形態に係る有機ＥＬ素子の特性について評価結果とともに説明する。
以下、実施の形態に係る有機ＥＬ素子の特性について評価結果とともに説明する。
まず、電子輸送層が１層である場合における、電子輸送層の電子移動度、発光層の電子移動度、発光層から電子輸送層へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）と、発光効率との関係について説明する。
図４（ａ）は、発光層１７の電子移動度を一定とし、電子輸送層の電子移動度を変化させた場合における、電子輸送層の電子移動度と有機ＥＬ素子の駆動電圧との関係を示すグラフである。なお、電子輸送層の電子移動度は、発光層の電子移動度を１とした相対値で示している。また、発光層から電子輸送層へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）の値は０．４４ｅＶとした。
図４（ａ）に示すように、電子輸送層の電子移動度が低下すると有機ＥＬ素子の駆動電圧は上昇する。特に、電子輸送層の電子移動度が発光層１７の電子移動度未満（相対値が１未満）であるときは、電子輸送層の電子移動度が低下するほど有機ＥＬ素子の駆動電圧が急峻に上昇する。一方で、電子輸送層の電子移動度が発光層１７の電子移動度より大きい（相対値が１より大きい）ときは、電子輸送層の電子移動度が増加するほど有機ＥＬ素子の駆動電圧が穏やかに低下する。したがって、駆動電圧のばらつきを抑制するためには、電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度より高いことが好ましいと言える。また、有機ＥＬ素子の駆動電圧を過度に上昇させないために、電子輸送層の電子移動度は、発光層の電子移動度の約０．０１倍以上であることが好ましい。
図４（ｂ）は、発光層から電子輸送層へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）と、有機ＥＬ素子の発光効率との関係を示すグラフである。なお、図４（ｂ）は、電子輸送層の電子移動度が、発光層１７の電子移動度に対して、約１０７倍の場合と、約１倍の２つの場合について示している。
図４（ｂ）に示すように、電子輸送層の電子移動度が、発光層の電子移動度に対して約１０７倍の場合は、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．１ｅＶ以上で効率がほぼ最大となり、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．１ｅＶ未満であるときは、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が低下するほど発光効率が低下する。また、電子輸送層の電子移動度が、発光層の電子移動度に対して約１倍の場合は、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．２ｅＶ以上で効率がほぼ最大となり、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．２ｅＶ未満であるときは、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が低下するほど発光効率が低下する。すなわち、電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度より大きい場合においては、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．２ｅＶ以上であれば、発光層から電子輸送層へのホール流出による発光効率の低下を抑制することができると言える。
しかしながら、発光層の材料によっては電子により非発光サイトの生成が促進されるものがある。このような材料を用いる場合、発光効率を向上させるためには、発光層への電子注入を抑制することにより非発光サイトの生成を抑制することが好ましい。したがって、実施の形態のように、電子輸送層の実効電子移動度を低下させ、発光層１７の電子移動度以下とすることが好ましい。
図５は、電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度より低い場合における、電子輸送層の電子移動度ごとの、発光層から電子輸送層へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）の値と発光効率との関係を示したグラフである。ここで、電子輸送層の電子移動度は、発光層との電子移動度を１とした比で示している。上述したように、電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度と比して低くなるほど駆動電圧が上昇するが、図５に示すように、発光層から電子輸送層へのホール流出による発光効率の低下を抑制するために必要なホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）の最低値も上昇する。すなわち、電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度が１０７倍や１倍の場合、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．２ｅＶ以上で効率が最大となったが、例えば、電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度が０．２１倍や０．０４４倍の場合、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．３ｅＶ以上で効率が最大となる。また、電子輸送層の電子移動度が発光層との電子移動度の約０．０１倍である場合、ホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．４ｅＶ以上で効率が最大となる。さらに、電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度が０．００２倍以下の場合、効率を最大とするにはホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が０．５～０．６ｅＶ以上を必要とする。上述したように、有機ＥＬ素子の駆動電圧を過度に上昇させないためには電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度の約０．０１倍以上であることが好ましいから、ホール流入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）は、０．４ｅＶ以上であることが好ましい。
［４．３ 発光中心］
ここで、発光層における発光中心について説明する。発光中心とは、以下に説明する発光のピークとなる代表位置を指す。発光ピークの位置は、発光材料の励起子が集中する位置であり、一般に、発光層の陰極側の界面と、発光層の陽極側の界面との、いずれか一方、または、両方である。発光層におけるホールの移動度が電子の移動度より十分に高い場合、ホールは発光層の陰極側の界面まで移動する一方で、電子は発光層の陰極側の界面付近で再結合によって消費されるため、励起子は発光層の陰極側の界面付近で集中的に生成する。一方、発光層における電子の移動度がホールの移動度より十分に高い場合、電子は発光層の陽極側の界面まで移動する一方で、ホールは発光層の陽極側の界面付近で再結合によって消費されるため、励起子は発光層の陽極側の界面付近で集中的に生成する。また、発光層におけるホールの移動度と電子の移動度との関係によっては、励起子が、発光層の陰極側の界面付近と陽極側の界面付近の双方で集中的に生成することもある。一般には、励起子が集中的に生成した位置が、そのまま発光ピークの位置となる。
ここで、発光層における発光中心について説明する。発光中心とは、以下に説明する発光のピークとなる代表位置を指す。発光ピークの位置は、発光材料の励起子が集中する位置であり、一般に、発光層の陰極側の界面と、発光層の陽極側の界面との、いずれか一方、または、両方である。発光層におけるホールの移動度が電子の移動度より十分に高い場合、ホールは発光層の陰極側の界面まで移動する一方で、電子は発光層の陰極側の界面付近で再結合によって消費されるため、励起子は発光層の陰極側の界面付近で集中的に生成する。一方、発光層における電子の移動度がホールの移動度より十分に高い場合、電子は発光層の陽極側の界面まで移動する一方で、ホールは発光層の陽極側の界面付近で再結合によって消費されるため、励起子は発光層の陽極側の界面付近で集中的に生成する。また、発光層におけるホールの移動度と電子の移動度との関係によっては、励起子が、発光層の陰極側の界面付近と陽極側の界面付近の双方で集中的に生成することもある。一般には、励起子が集中的に生成した位置が、そのまま発光ピークの位置となる。
なお、発光材料の励起子の拡散特性が高く、励起子寿命が長い場合は、励起子の拡散により、励起子が集中的に生成する位置と発光ピークの位置が必ずしも一致しない場合がある。この場合は、励起子が集中的に生成する位置ではなく、励起子のエネルギーから光子のエネルギーへの遷移が集中的に発生する位置が発光中心となる。
［５．まとめ］
以上説明したように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、発光層１７においてホール移動度が電子移動度より高い。そのため、発光層１７における電子とホールの再結合領域が発光層１７の電子輸送層との界面付近の狭い領域とすることができ、励起子密度を向上させてＴＴＦによる発光効率の向上を得ることができる。また、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、電子輸送層の実効的電子移動度が発光層１７の電子移動度以下である。したがって、再結合による励起子の生成を第１電子輸送層１８から発光層１７への電子注入によって制御することができ、電子や励起子による発光材料の劣化を抑止することができる。
以上説明したように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、発光層１７においてホール移動度が電子移動度より高い。そのため、発光層１７における電子とホールの再結合領域が発光層１７の電子輸送層との界面付近の狭い領域とすることができ、励起子密度を向上させてＴＴＦによる発光効率の向上を得ることができる。また、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、電子輸送層の実効的電子移動度が発光層１７の電子移動度以下である。したがって、再結合による励起子の生成を第１電子輸送層１８から発光層１７への電子注入によって制御することができ、電子や励起子による発光材料の劣化を抑止することができる。
また、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子は、発光層１７の材料のＨＯＭＯ準位が第１電子輸送層１８の材料のＨＯＭＯ準位よりも０．２ｅＶ以上、好ましくは０．４ｅＶ以上高い。そのため、発光層１７から第１電子輸送層１８へのホールの漏出を抑止し、発光層１７の第１電子輸送層１８との界面付近のホール密度を向上させることができる。したがって、再結合領域が発光層１７の外部、特に、第１電子輸送層１８へと広がることを抑止することができ、発光効率の向上とともに、ホールや励起子による機能性材料の劣化を抑止することができる。
［６．変形例］
図６（ａ）～（ｂ）は、変形例に係る、正孔輸送層１６、発光層１７、電子輸送層１８１のバンドダイアグラム及び電子と正孔の再結合を示した簡易模式図である。
図６（ａ）～（ｂ）は、変形例に係る、正孔輸送層１６、発光層１７、電子輸送層１８１のバンドダイアグラム及び電子と正孔の再結合を示した簡易模式図である。
変形例に係る有機ＥＬ素子は、第１電子輸送層１８、第２電子輸送層１９に替えて、単一の電子輸送層１８１を備える点に特徴がある。電子輸送層１８１は、電子輸送層の有機材料のＨＯＭＯ準位と発光層の有機材料のＨＯＭＯ準位との差によって規定される発光層１７から電子輸送層１８１へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が、上記の式（１）または（２）を満たす。すなわち、
Ｈｇ（ｅｔｌ）≧０．２ｅＶ
Ｈｇ（ｅｔｌ）≧０．４ｅＶ
を満たす。また、電子輸送層１８は、その電子移動度をμｅ（ｅｔｌ）としたとき、上述の式（４）を満たす。すなわち、
μｅ（ｅｍｌ）≧μｅ（ｅｔｌ）
を満たす。
Ｈｇ（ｅｔｌ）≧０．２ｅＶ
Ｈｇ（ｅｔｌ）≧０．４ｅＶ
を満たす。また、電子輸送層１８は、その電子移動度をμｅ（ｅｔｌ）としたとき、上述の式（４）を満たす。すなわち、
μｅ（ｅｍｌ）≧μｅ（ｅｔｌ）
を満たす。
変形例に係る有機ＥＬ素子では、実施の形態に係る有機ＥＬ素子と同様、発光層１７において、ホール移動度は電子移動度よりも高い。したがって、図６（ａ）の模式図に示すように、発光層１７の陽極側より注入されたホールは、発光層１７のホール移動度が高いため発光層１７の電子輸送層１８１との界面付近まで移動する。しかしながら、発光層１７から電子輸送層１８１へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）は、０．２ｅＶ以上と大きい。したがって、ホールは発光層１７から電子輸送層１８１へとほとんど注入されることなく、図６（ｂ）の模式図に示すように、発光層１７の電子輸送層１８１との界面付近にホールが蓄積する。
一方で、変形例に係る有機ＥＬ素子では、発光層１７の電子移動度は発光層１７のホール移動度より低く、さらに電子輸送層の電子移動度は発光層１７の電子移動度以下である。したがって、図６（ａ）、図６（ｂ）の模式図に示すように、電子輸送層１８１から発光層１７における電子の移動度は発光層１７におけるホールの移動度より低く、電子輸送層１８１から発光層１７への電子注入が発光層１７における電子とホールの再結合の律速過程となる。したがって、発光層１７における電子とホールの再結合領域は発光層１７の電子輸送層１８１との界面近傍の狭い領域に制限されるため、励起子密度の向上が容易となりＴＴＦ現象を利用しやすくなる。また、電子輸送層の実効的電子移動度を低下させることで励起子の生成速度を制御可能であるため、励起子密度の過度の向上による材料劣化を抑止することができる。
なお、電子輸送層１８１の材料の一重項励起子のエネルギーは、発光層１７の蛍光材料の一重項励起子のエネルギーより大きいことが好ましい。また、同様に、電子輸送層１８１の材料の三重項励起子のエネルギーは、発光層１７の蛍光材料の三重項励起子のエネルギーより大きいことが好ましい。
以上説明したように、電子輸送層が１層であっても、（ａ）発光層から、発光層に隣接する電子輸送層との間のホール注入障壁Ｈｇ（ｅｔｌ）が式（１）または式（２）を満たすこと、（ｂ）電子輸送層の電子移動度が発光層の電子移動度以下であること、の２条件を満たしていればよく、（ｃ）発光層に隣接する電子輸送層における一重項励起子、三重項励起子それぞれのエネルギーが、発光層における一重項励起子、三重項励起子それぞれのエネルギーより大きいことが好ましい。なお、電子輸送層は３層以上であってもよく、この場合には、発光層に隣接する電子輸送層が上記（ａ）の条件を満たし、好ましくは上記（ｃ）の条件を満たし、電子輸送層全体としての実効的な電子移動度が（ｂ）の条件を満たせばよい。電子輸送層を上述した条件を満たすように構成することにより、実施の形態に係る有機ＥＬ素子と同様、発光効率の向上とともに、キャリアや励起子による機能性材料の劣化を抑止することができる。
［７．有機ＥＬ素子の製造方法］
有機ＥＬ素子の製造方法について、図面を用いて説明する。図７（ａ）～図１０（ｃ）は、有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示パネルの製造における各工程での状態を示す模式断面図である。図１１は、有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示パネルの製造方法を示すフローチャートである。
有機ＥＬ素子の製造方法について、図面を用いて説明する。図７（ａ）～図１０（ｃ）は、有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示パネルの製造における各工程での状態を示す模式断面図である。図１１は、有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示パネルの製造方法を示すフローチャートである。
なお、有機ＥＬ表示パネルにおいて、画素電極（下部電極）は有機ＥＬ素子の陽極として、対向電極（上部電極、共通電極）は有機ＥＬ素子の陰極として、それぞれ機能する。
（１）基板１１の形成
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を形成する（図１１のステップＳ１０）。ＴＦＴ層１１２は、公知のＴＦＴの製造方法により成膜することができる。
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を形成する（図１１のステップＳ１０）。ＴＦＴ層１１２は、公知のＴＦＴの製造方法により成膜することができる。
次に、図７（ｂ）に示すように、基板１１上に層間絶縁層１２を形成する（図１１のステップＳ２０）。層間絶縁層１２は、例えば、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法などを用いて積層形成することができる。
次に、層間絶縁層１２における、ＴＦＴ層のソース電極上の個所にドライエッチング法を行い、コンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、その底部にソース電極の表面が露出するように形成される。
次に、コンタクトホールの内壁に沿って接続電極層を形成する。接続電極層の上部は、その一部が層間絶縁層１２上に配される。接続電極層の形成は、例えば、スパッタリング法を用いることができ、金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いパターニングすることがなされる。
（２）画素電極１３の形成
次に、図７（ｃ）に示すように、層間絶縁層１２上に画素電極材料層１３０を形成する（図１１のステップＳ３１）。画素電極材料層１３０は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成することができる
次に、図７（ｄ）に示すように、画素電極材料層１３０をエッチングによりパターニングして、サブピクセルごとに区画された複数の画素電極１３を形成する（図１１のステップＳ３２）。この画素電極１３は、各有機ＥＬ素子の陽極として機能する。
次に、図７（ｃ）に示すように、層間絶縁層１２上に画素電極材料層１３０を形成する（図１１のステップＳ３１）。画素電極材料層１３０は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成することができる
次に、図７（ｄ）に示すように、画素電極材料層１３０をエッチングによりパターニングして、サブピクセルごとに区画された複数の画素電極１３を形成する（図１１のステップＳ３２）。この画素電極１３は、各有機ＥＬ素子の陽極として機能する。
なお、画素電極１３の形成方法は上述の方法に限られず、例えば、画素電極材料層１３０上に正孔注入材料層１５０を形成し、画素電極材料層１３０と正孔注入材料層１５０とをエッチングによりパターニングすることで、画素電極１３と正孔注入層１５とをまとめて形成してもよい。
（３）隔壁１４の形成
次に、図７（ｅ）に示すように、画素電極１３および層間絶縁層１２上に、隔壁１４の材料である隔壁用樹脂を塗布し、隔壁材料層１４０を形成する。隔壁材料層１４０は、隔壁層用樹脂であるフェノール樹脂を溶媒（例えば、乳酸エチルとＧＢＬの混合溶媒）に溶解させた溶液を画素電極１３上および層間絶縁層１２上にスピンコート法などを用いて一様に塗布することにより形成される（図１１のステップＳ４１）。そして、隔壁材料層１４０にパターン露光と現像を行うことで隔壁１４を形成し（図８（ａ）、図１１のステップＳ４２）、隔壁１４を焼成する。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１４の焼成は、例えば、１５０℃以上２１０℃以下の温度で６０分間行う。
次に、図７（ｅ）に示すように、画素電極１３および層間絶縁層１２上に、隔壁１４の材料である隔壁用樹脂を塗布し、隔壁材料層１４０を形成する。隔壁材料層１４０は、隔壁層用樹脂であるフェノール樹脂を溶媒（例えば、乳酸エチルとＧＢＬの混合溶媒）に溶解させた溶液を画素電極１３上および層間絶縁層１２上にスピンコート法などを用いて一様に塗布することにより形成される（図１１のステップＳ４１）。そして、隔壁材料層１４０にパターン露光と現像を行うことで隔壁１４を形成し（図８（ａ）、図１１のステップＳ４２）、隔壁１４を焼成する。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１４の焼成は、例えば、１５０℃以上２１０℃以下の温度で６０分間行う。
また、隔壁１４の形成工程においては、さらに、隔壁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１４の接触角を調節する目的で、もしくは、表面に撥水性を付与する目的で行われる。
（４）正孔注入層１５の形成
次に、図８（ｂ）に示すように、隔壁１４が規定する開口部１４ａに対し、正孔注入層１５の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０１のノズルから吐出して開口部１４ａ内の画素電極１３上に塗布し、焼成（乾燥）を行って、正孔注入層１５を形成する（図１１のステップＳ５０）。
次に、図８（ｂ）に示すように、隔壁１４が規定する開口部１４ａに対し、正孔注入層１５の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０１のノズルから吐出して開口部１４ａ内の画素電極１３上に塗布し、焼成（乾燥）を行って、正孔注入層１５を形成する（図１１のステップＳ５０）。
（５）正孔輸送層１６の形成
次に、図８（ｃ）に示すように、隔壁１４が規定する開口部１４ａに対し、正孔輸送層１６の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０２のノズルから吐出して開口部１４ａ内の正孔注入層１５上に塗布し、焼成（乾燥）を行って、正孔輸送層１６を形成する（図１１のステップＳ６０）。
次に、図８（ｃ）に示すように、隔壁１４が規定する開口部１４ａに対し、正孔輸送層１６の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０２のノズルから吐出して開口部１４ａ内の正孔注入層１５上に塗布し、焼成（乾燥）を行って、正孔輸送層１６を形成する（図１１のステップＳ６０）。
（６）発光層１７の形成
次に、図９（ａ）に示すように、発光層１７の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０３のノズルから吐出して開口部１４ａ内の正孔輸送層１６上に塗布し、焼成（乾燥）を行って発光層１７を形成する（図１１のステップＳ７０）。
次に、図９（ａ）に示すように、発光層１７の構成材料を含むインクを、インクジェットヘッド４０３のノズルから吐出して開口部１４ａ内の正孔輸送層１６上に塗布し、焼成（乾燥）を行って発光層１７を形成する（図１１のステップＳ７０）。
（７）第１電子輸送層１８の形成
次に、図９（ｂ）に示すように、発光層１７および隔壁１４上に、第１電子輸送層１８を形成する（図１１のステップＳ８０）。第１電子輸送層１８は、例えば、第１電子輸送層１８の材料となる有機化合物を蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
次に、図９（ｂ）に示すように、発光層１７および隔壁１４上に、第１電子輸送層１８を形成する（図１１のステップＳ８０）。第１電子輸送層１８は、例えば、第１電子輸送層１８の材料となる有機化合物を蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
（８）第２電子輸送層１９の形成
次に、図９（ｃ）に示すように、第１電子輸送層１８上に、第２電子輸送層１９を形成する（図１１のステップＳ９０）。第２電子輸送層１９は、例えば、電子輸送性の有機材料を蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
次に、図９（ｃ）に示すように、第１電子輸送層１８上に、第２電子輸送層１９を形成する（図１１のステップＳ９０）。第２電子輸送層１９は、例えば、電子輸送性の有機材料を蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
（９）電子注入層２０の形成
次に、図１０（ａ）に示すように、第２電子輸送層１９上に、電子注入層２０を形成する（図１１のステップＳ１００）。電子注入層２０は、例えば、電子輸送性の有機材料とドープ金属またはその化合物を共蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
次に、図１０（ａ）に示すように、第２電子輸送層１９上に、電子注入層２０を形成する（図１１のステップＳ１００）。電子注入層２０は、例えば、電子輸送性の有機材料とドープ金属またはその化合物を共蒸着法により各サブピクセルに共通して成膜することにより形成される。
（１０）対向電極２１の形成
次に、図１０（ｂ）に示すように、電子注入層２０上に、対向電極２１を形成する（図１１のステップＳ１１０）。対向電極２１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、銀、アルミニウム等を、スパッタリング法、真空蒸着法により成膜することにより形成される。なお、対向電極２１は、各有機ＥＬ素子の陰極として機能する。
次に、図１０（ｂ）に示すように、電子注入層２０上に、対向電極２１を形成する（図１１のステップＳ１１０）。対向電極２１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、銀、アルミニウム等を、スパッタリング法、真空蒸着法により成膜することにより形成される。なお、対向電極２１は、各有機ＥＬ素子の陰極として機能する。
（１１）封止層２２の形成
最後に、図１０（ｃ）に示すように、対向電極２１上に、封止層２２を形成する（図１１のステップＳ１２０）。封止層２２は、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等を、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより成膜することにより形成することができる。なお、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどの無機膜上に封止樹脂層をさらに塗布、焼成等により形成してもよい。
最後に、図１０（ｃ）に示すように、対向電極２１上に、封止層２２を形成する（図１１のステップＳ１２０）。封止層２２は、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等を、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより成膜することにより形成することができる。なお、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどの無機膜上に封止樹脂層をさらに塗布、焼成等により形成してもよい。
なお、封止層２２の上にカラーフィルタや上部基板を載置し、接合してもよい。
［８．有機ＥＬ表示装置の全体構成］
図１２は、有機ＥＬ表示パネル１００を備えた有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示す模式ブロック図である。図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とを含む構成である。駆動制御部２００は、４つの駆動回路２１０～２４０と、制御回路２５０とから構成されている。
図１２は、有機ＥＬ表示パネル１００を備えた有機ＥＬ表示装置１０００の構成を示す模式ブロック図である。図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とを含む構成である。駆動制御部２００は、４つの駆動回路２１０～２４０と、制御回路２５０とから構成されている。
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。
［９．その他の変形例］
（１）上記実施の形態において、発光層１７においてホール輸送性が電子輸送性より高いとしたが、発光層１７において電子輸送性がホール輸送性より高い場合においても、本開示に係る構成が可能である。
（１）上記実施の形態において、発光層１７においてホール輸送性が電子輸送性より高いとしたが、発光層１７において電子輸送性がホール輸送性より高い場合においても、本開示に係る構成が可能である。
図１３（ａ）は、発光層１７において電子輸送性がホール輸送性より高い場合におけるバンドダイアグラムである。この場合、第１正孔輸送層１６１から第２正孔輸送層１６２かへのホール注入障壁Ｈｇ（ｈｔｌ１）は０ｅＶである。第２正孔輸送層１６２から発光層１７へのホール注入障壁Ｈｇ（ｅｍｌ）は０．１ｅＶである。一方、電子輸送層１８３から発光層１７への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｍｌ）は０．１１ｅＶである。
発光層１７から第２正孔輸送層１６２への電子注入障壁Ｅｇ（ｈｔｌ２）は、下記の式（６）を満たすことが好ましい。また、Ｅｇ（ｈｔｌ２）は、下記の式（７）を満たすことがより好ましい。
Ｅｇ（ｈｔｌ２）≧０．２ｅＶ …式（６）
Ｅｇ（ｈｔｌ２）≧０．４ｅＶ …式（７）
また、第１正孔輸送層１６１と第２正孔輸送層１６２とを併せた正孔輸送層全体の実効的なホール移動度をμｈ（ｈｔｌ）としたとき、下記の式（８）を満たすことが好ましい。
Ｅｇ（ｈｔｌ２）≧０．４ｅＶ …式（７）
また、第１正孔輸送層１６１と第２正孔輸送層１６２とを併せた正孔輸送層全体の実効的なホール移動度をμｈ（ｈｔｌ）としたとき、下記の式（８）を満たすことが好ましい。
μｈ（ｅｍｌ）≧μｈ（ｈｔｌ） …式（８）
上記構成によれば、図１４（ｂ）の模式図に示すように、発光層１７における電子とホールの再結合領域が発光層１７の正孔輸送層との界面付近の狭い領域とすることができ、励起子密度を向上させてＴＴＦによる発光効率の向上を得ることができる。また、再結合による励起子の生成を第２正孔輸送層１６２から発光層１７へのホール注入によって制御することができ、ホールや励起子による発光材料の劣化を抑止することができる。さらに、発光層１７から第２正孔輸送層１６２への電子の漏出を抑止し、発光層１７の第２正孔輸送層１６２との界面付近の電子密度を向上させることができる。したがって、再結合領域が発光層１７の外部、特に、第２正孔輸送層１６２へと広がることを抑止することができ、発光効率の向上とともに、電子や励起子による機能性材料の劣化を抑止することができる。
上記構成によれば、図１４（ｂ）の模式図に示すように、発光層１７における電子とホールの再結合領域が発光層１７の正孔輸送層との界面付近の狭い領域とすることができ、励起子密度を向上させてＴＴＦによる発光効率の向上を得ることができる。また、再結合による励起子の生成を第２正孔輸送層１６２から発光層１７へのホール注入によって制御することができ、ホールや励起子による発光材料の劣化を抑止することができる。さらに、発光層１７から第２正孔輸送層１６２への電子の漏出を抑止し、発光層１７の第２正孔輸送層１６２との界面付近の電子密度を向上させることができる。したがって、再結合領域が発光層１７の外部、特に、第２正孔輸送層１６２へと広がることを抑止することができ、発光効率の向上とともに、電子や励起子による機能性材料の劣化を抑止することができる。
（２）上記実施の形態においては、発光層１７が単一の有機発光材料からなるとしたが、これに限られない。例えば、発光層１７が、蛍光材料と、ホスト材料とを含むなど、複数の材料からなるとしてもよい。このとき、バンドダイアグラムとしては、以下の条件を満たすことが好ましい。
発光層１７と第１電子輸送層１８との関係においては、発光層１７から第１電子輸送層１８にホールが流出する際、発光層１７を構成する主たる材料からホールが流出する。したがって、第１電子輸送層１８の材料と、発光層１７を構成する主たる材料との間において、式（１）、または、式（２）を満たしていることが好ましい。同様に、電子輸送層から発光層１７に電子が注入される際、発光層１７を構成する主たる材料に電子が注入される。したがって、第１電子輸送層１８および第２電子輸送層１９それぞれの材料と、発光層１７を構成する主たる材料との間において、式（４）を満たすことが好ましい。
なお、上記変形例（１）の場合においては、同様に、第２正孔輸送層１６２の材料と、発光層１７を構成する主たる材料との間において、式（６）、または、式（７）を満たしていることが好ましく、第１正孔輸送層１６１および第２正孔輸送層１６２それぞれの材料と、発光層１７を構成する主たる材料との間において、式（８）を満たすことが好ましい。
（３）上記実施の形態においては、正孔注入層１５や正孔輸送層１６を必須構成であるとしたが、これに限られない。例えば、正孔輸送層１６を有しない有機ＥＬ素子であってもよい。また、例えば、正孔注入層１５と正孔輸送層１６とに替えて、単一層の正孔注入輸送層を有していてもよい。
また、上記実施の形態において、第２電子輸送層１９とは別に電子注入層２０を設けたが、第２電子輸送層１９は電子注入層を兼ねてもよい。同様に、上記変形例（１）の場合において、第１正孔輸送層１６１とは別に正孔注入層１５を設けてもよいし、第１正孔輸送層１６１が正孔注入層を兼ねてもよい。
（４）上記実施の形態においては、第１電子輸送層１８の電子移動度が第２電子輸送層１９の電子移動度より低いとしたが、これに限られない。第１電子輸送層１８の電子移動度が第２電子輸送層１９の電子移動度より高くてもよく、例えば、第１電子輸送層１８の機能材料として式（１）または（２）を満たすが電子移動度が発光層１７より高い材料を用い、第２電子輸送層１９の機能材料として式（４）を満たすように電子移動度の低い材料を用いることにより、本開示に係る有機ＥＬ素子を実現することも可能である。
（５）上記実施の形態においては、第１電子輸送層１８のＬＵＭＯ準位が発光層１７のＬＵＭＯ準位以下であるとしたが、第１電子輸送層１８のＬＵＭＯ準位が発光層１７のＬＵＭＯ準位より高く、かつ、第２電子輸送層１９のＬＵＭＯ準位より高いとしてもよい。このようにすることで、第２電子輸送層１９から第１電子輸送層１８への電子注入障壁Ｅｇ（ｅｔｌ１）が大きく陰極２１から発光層１７への電子注入を制御することができる。また、本構成かつ式（１）または式（２）を満たせば、必然的に発光層１７のバンドギャップより第１電子輸送層１８のバンドギャップの方が大きくなるため、発光層１７の励起子のエネルギーが第１電子輸送層１８に流出することを抑止することができる。
（６）上記実施の形態においては、有機ＥＬ表示パネルはトップエミッション構成であるとしたが、陽極を光透過型電極、陰極を光反射型電極とすることでボトムエミッション構成としてもよい。
また、上記実施の形態においては、陽極が画素電極、陰極が対向電極であるとしたが、陰極が画素電極、陽極が対向電極であるとしてもよい。
以上、本開示に係る有機発光パネルおよび表示装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態および変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明は、長寿命の有機ＥＬ素子およびそれを備える有機ＥＬ表示パネル、表示装置を製造するのに有用である。
１ 有機ＥＬ素子
１１ 基板
１２ 層間絶縁層
１３ 画素電極（陽極）
１４ 隔壁
１５ 正孔注入層
１６ 正孔輸送層
１７ 発光層
１８ 第１電子輸送層
１９ 第２電子輸送層
２０ 電子注入層
２１ 対向電極（陰極）
２２ 封止層
１００ 有機ＥＬ表示パネル
２００ 駆動制御部
２１０～２４０ 駆動回路
２５０ 制御回路
１０００ 有機ＥＬ表示装置
１１ 基板
１２ 層間絶縁層
１３ 画素電極（陽極）
１４ 隔壁
１５ 正孔注入層
１６ 正孔輸送層
１７ 発光層
１８ 第１電子輸送層
１９ 第２電子輸送層
２０ 電子注入層
２１ 対向電極（陰極）
２２ 封止層
１００ 有機ＥＬ表示パネル
２００ 駆動制御部
２１０～２４０ 駆動回路
２５０ 制御回路
１０００ 有機ＥＬ表示装置
Claims (7)
- 陽極と、発光層と、機能層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、
前記発光層と前記機能層とは接しており、
前記発光層の正孔移動度は、前記発光層の電子移動度より大きく、
前記発光層の電子移動度は、前記機能層の実効的電子移動度以上であり、
前記機能層は、前記発光層に接する第１機能層と、前記第１機能層に接する第２機能層とを含み、
前記発光層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位は、前記第１機能層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高く、
前記機能層の実効的電子移動度は、前記第１機能層の電子移動度を前記第１機能層の膜厚で割り、前記第２機能層の電子移動度を前記第２機能層の膜厚で割って、前記第１機能層の膜厚と前記第２機能層の膜厚との和で重みづけることで得られる値である
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。 - 前記発光層に含まれる機能材料の最低空軌道（ＬＵＭＯ）準位は、前記機能層に含まれる機能性材料のＬＵＭＯ準位以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記発光層の発光中心と前記発光層の前記陰極側の表面との距離は、前記発光層の発光中心と前記発光層の前記陽極側の表面との距離より短い
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記機能層に含まれる機能材料における一重項励起子のエネルギーは、前記発光層に含まれる機能材料における一重項励起子のエネルギーより大きい
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。 - 前記機能層に含まれる機能材料における三重項励起子のエネルギーは、前記発光層に含まれる機能材料における三重項励起子のエネルギーより大きい
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。 - 請求項１から５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子を基板上に複数備える
有機ＥＬ表示パネル。 - 陽極と、発光層と、電子輸送層と、陰極とがこの順に積層されてなる有機ＥＬ素子であって、
前記電子輸送層は、前記発光層と接する第１電子輸送層と、前記第１電子輸送層と接する第２電子輸送層とを含み、
前記発光層の正孔移動度は、前記発光層の電子移動度より大きく、
前記発光層の電子移動度は、前記第１電子輸送層の電子移動度以上であり、
前記発光層に含まれる機能材料の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）準位は、前記第１電子輸送層に含まれる機能材料のＨＯＭＯ準位より０．４ｅＶ以上高く、
前記第１電子輸送層には、格子不整合を有している層、または、電子トラップを生成する材料をドーパントとして含んでいる層を含み、
前記電子輸送層の実効的電子移動度は、前記第１電子輸送層の電子移動度を前記第１電子輸送層の膜厚で割り、前記第２電子輸送層の電子移動度を前記第２電子輸送層の膜厚で割って、前記第１電子輸送層の膜厚と前記第２電子輸送層の膜厚との和で重みづけることで得られる値である
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
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