有機ＥＬ素子およびその製造方法
【課題】 上部透明電極作製時のスパッタリングによるダメージを緩和する一方で、十分な導電性および光透過性を有し、さらに電子注入効率に優れたバッファ層を備えた有機ＥＬ素子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子であって、バッファ層を、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層と、第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層とからなる多層構造とする。
【解決手段】 基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子であって、バッファ層を、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層と、第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層とからなる多層構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子の構造およびその製造方法に関する。より詳細には、トップエミッション方式の有機ＥＬ素子におけるバッファ層の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と称する）が知られている。有機ＥＬ素子については、１９８７年、イーストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって、高効率の発光を実現する２層積層構造の素子が発表されて以来、有機ＥＬ素子の実用化に向けて様々な検討がなされている（非特許文献１を参照）。
【０００３】
例えば、有機ＥＬディスプレイの分野では、近年、アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイの開発が盛んに行われている。アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイでは、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設置された基板の上に、複数個の有機ＥＬ素子を形成し、それらを発光源とすることによってディスプレイを構成している。現状におけるアクティブマトリックス駆動方式のディスプレイでは、ＴＦＴまたは有機ＥＬ素子の特性のバラツキが大きく、そのようなバラツキを補正するために様々な駆動回路が必要となる。そして、駆動回路が複雑になると、一画素を駆動するために必要とされるＴＦＴの数が増加することになる。
【０００４】
ディスプレイに適用される有機ＥＬ素子は、一般に、光をガラス基板面から取り出す、いわゆるボトムエミッション方式（以下、「Ｂｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型」と称す）として構成する場合が多い。図１（ａ）にＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の模式的断面図を示す。しかし、このようなＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子をアクティブマトリックス駆動方式のディスプレイに適用した場合、ＴＦＴの数の増加に伴い、下部電極における光の取り出し面積が小さくなってしまう。したがって、アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイを構成する場合、Ｂｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子（図１（ａ））よりも、光を上部電極側から取り出す「トップエミッション」方式（以下「Ｔｏｐ−Ｅｍ型」と称す）の方が構造的に有利となり、そのような素子の開発が進められている。図１（ｂ）にＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の模式的断面図を示す。
【０００５】
Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子において、上部電極は十分な光透過性を有する必要がある。そのため、一般に、可視光に対して透過率が大きく、かつ大きな電気伝導性を示す物質からなる透明導電性膜を上部電極として使用する。透明導電性膜には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｈなどの金属薄膜（膜厚５ｎｍ以下）、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＣｄＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの酸化物半導体薄膜およびそれらの複合系であるＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）などの酸化物半導体薄膜がある。金属薄膜は光の吸収が大きく、しかも硬度が低く安定性も悪いため、透明導電性膜としては主に酸化物半導体薄膜が用いられる。特に、ＩＴＯ、ＩＺＯなどからなる透明導電性膜は、テレビ、透明ヒータ、液晶表示素子などの広い用途で電極として使用されている。
【０００６】
上述のように、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子において、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの酸化物半導体薄膜は優れた上部電極となり得るが、その一方で、いくつかの解決すべき課題がある。
【０００７】
第１に、ＩＴＯまたはＩＺＯを上部電極（陰極）として用いることによる電子注入効率の低下を改善することである。陰極をＩＺＯなどの透明導電性膜とするＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の電子注入効率は、陰極をＡｌまたはＡｇなどの金属電極とするＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子における電子注入効率よりも低くなる。これは、表１に示すような材料特性の違いに起因する。すなわち、ＩＺＯは、ＡｇおよびＡｌと比較してより大きな仕事関数を有し、かつキャリヤ密度が著しく低い。したがって、電子注入効率に優れたＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子を形成するために、陰極のキャリア密度を向上させ、その一方で下部電極（陽極）の仕事関数よりも低く、かつＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子における陰極の仕事関数の値と合わせる技術が望まれている。
【０００８】
【表１】
【０００９】
第２に、上部電極を形成するための成膜による有機ＥＬ層へのダメージを緩和することである。スパッタ法は、成膜効率および簡便性の点で優れた成膜方法である。そのため、ＩＺＯなどの透明導電性膜の成膜にもスパッタ法が適用されることが多い。しかし、成膜時のエネルギーは、蒸着法では約０．１ｅＶ、イオンプレーティング法では約２０〜３０ｅＶであるのに対し、スパッタ法では約３００〜４００ｅＶであり、他の成膜方法の場合と比較して非常に大きい。そのため、上部電極を形成するためにスパッタ法を適用した場合、下層として存在する有機ＥＬ層はスパッタリング時の高エネルギー粒子（ターゲット物質の中性原子および負イオン、ガス成分の中性原子および正イオン、電子）の衝突によりダメージを受け易い。成膜時に有機ＥＬ層がダメージを受けると、ショートまたはリークあるいは発光効率の低下といった素子の性能劣化を招くことが多い。したがって、上部電極の成膜にスパッタ法などの高エネルギー成膜法を適用した場合に懸念される有機ＥＬ層に対するダメージを緩和する技術が望まれている。
【００１０】
第３に、酸素による有機ＥＬ層の劣化を改善することである。有機ＥＬ素子の電子注入効率を改善するために、一般に陰極の下層として電子注入層が設けられる。しかし、上部電極（陰極）の成膜工程において系中に酸素が存在すると、電子注入層および電子輸送層が酸化され易く、そのことにより有機ＥＬ層としての性能が劣化する場合がある。特に、陰極を透明導電性膜とする上部電極の形成工程において、電極材料として透明導電性酸化物を使用する場合には酸素による影響が無視できない。系中に存在する酸素によって有機ＥＬ層が酸化されると、電子注入層が酸化され所定の物性値が変化し所期の設計値を満たさなくなる場合がある。また、上部電極の成膜にスパッタ法を適用した場合、酸化物または導入ガスに由来して系中に存在する酸素によるプラズマが発生し有機ＥＬ層にダメージを与える可能性がある。酸素によるプラズマは、Ａｒなどの不活性ガスによるプラズマよりも有機ＥＬ層に対するダメージが大きく、著しい輝度の低下を招く傾向がある。以上の理由により、成膜時に系中に存在する酸素に起因する有機ＥＬ層の劣化を改善する方法が望まれている。
【００１１】
このような状況に鑑み、電子注入効率の改善および上部電極形成時の有機ＥＬ層へのダメージの緩和に向けて、有機ＥＬ層と上部電極（陰極）との間にバッファ層を設けた有機ＥＬ素子の検討がなされている。
【００１２】
例えば、抵抗値が低くかつ透過性に優れた上部電極（陰極）を得るために、陰極を電子注入性金属と非晶質透明導電層とによって構成することが知られている（特許文献１を参照）。特許文献１によれば、有機ＥＬ層の上に極めて薄い金属膜が設けられることになるが、そのような金属膜は電子注入効率を改善したとしても、スパッタリングによる衝撃を緩和するバッファとして機能させるには膜厚が不十分である。仮に、金属膜の厚さを増加させて耐スパッタ衝撃性を高めたとしても、金属膜の厚さとその光透過率とはトレードオフの関係になるため、良好な発光特性を得ることは非常に困難である。
【００１３】
また、スパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを低減し、かつ電子注入効率を向上させるために、有機ＥＬ層（電子輸送層）の上に、フタロシアニンからなるバッファ層を設け、さらにＣｅ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇなどをドーパントとして拡散させることが知られている（特許文献２を参照）。しかし、特許文献２に記載のバッファ層によれば、電子注入性の改善は可能であるが、フタロシアニン自体は耐スパッタ衝撃性が低い。そのため、バッファ層の膜厚が５〜１００ｎｍ程度ではスパッタリングによる有機ＥＬ層への衝撃を効果的に緩和するには不十分である。
【００１４】
また、スパッタリングによる有機ＥＬ層の損傷を低減するために、有機ＥＬ層の上に、アルカリハロゲン化物からなる第１バッファ層とフタロシアニンからなる第２バッファ層とを設けることが知られている（特許文献３を参照）。しかし、第１バッファ層を構成するアルカリハロゲン化物は絶縁体であり、導電性を維持するために、その膜厚の上限は３ｎｍ程度までに制限されている。一方、第２バッファ層を構成するフタロシアニン自体は、耐スパッタ衝撃性が低い。そのため、フタロシアニンから構成される第２バッファ層の膜厚を２００ｎｍ程度にまで厚膜化することが開示されている。しかし、バッファ層の膜厚が増加するに伴って導電性および光透過性が低下するという課題がある。
【００１５】
さらに、スパッタリングによる有機ＥＬ層の損傷を改善するために、有機ＥＬ層の上に、アルカリハロゲン化物からなる第１バッファ層と仕事関数の低い金属からなる第２バッファ層とを設けることが知られている（特許文献４を参照）。特許文献４では、バッファ層を上述のように構成することによって、電子注入効率の改善、スパッタリングによるダメージの緩和、光透過率の向上を実現可能としている。なお、バッファ層全体の膜厚は、好ましくは５ｎｍ以下としている。しかし、特許文献４の実施例で開示されているカソード（上部電極）はＡｇ、Ａｌなどの金属電極であり、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子として適用するには限界がある。すなわち、上部電極（陰極）としてＩＺＯなどの透明導電性膜をスパッタ法に従い形成する場合、上部電極を金属電極とする場合と比較して有機ＥＬ層へのダメージはより大きくなる。そのため、バッファ層全体の厚さが５ｎｍ程度では、電子注入効率の改善と透過率の向上が達成できるとしても、耐スパッタ衝撃性の点では不十分である。また、仮にバッファ層の膜厚を増加させたとしても、耐スパッタ衝撃性と光透過率とはトレードオフの関係になり、良好な有機ＥＬ特性を得ることは困難である。
【００１６】
【特許文献１】特開平１０−１６２９５９号公報
【特許文献２】特開２０００−５８２６５号公報
【特許文献３】特開２００２−７５６５８号公報
【特許文献４】特開２００２−２６０８６２号公報
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ，Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のように、電子注入効率の改善、スパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージの緩和、および光透過率の改善といった個々の観点から、バッファ層について様々な検討が行われている。しかし、従来のバッファ層では、十分な光透過率および導電性を維持する一方で、電子注入効率を改善し、かつスパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを緩和することは困難であり、さらなる改善が望まれている。特に、上部電極（陰極）をＩＺＯなどの透明導電性膜とするＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子では、酸素に起因する有機ＥＬ層の劣化が無視できないため、酸素から有機ＥＬ層を効果的に保護するバッファ層が望まれている。
【００１８】
したがって、本発明の課題は、十分な光透過率および導電性を維持する一方で、ＩＺＯなどの透明導電性膜を上部電極（陰極）とすることにより派生する問題点、すなわち電子注入性の低下、上部電極形成時における有機ＥＬ層のスパッタリングによる損傷および酸素による劣化を効果的に改善することができるバッファ層を備えた有機ＥＬ素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の課題を解決するために、本発明者らは、上部透明電極と有機ＥＬ層との間に設けられるバッファ層について鋭意検討した結果、バッファ層を多層構造とすることによって良好な結果が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２０】
すなわち、本発明による有機ＥＬ素子は、基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上記上部透明電極側から光を取り出すものであって、上記バッファ層が、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層と、該第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層とからなる多層構造を有することを特徴とする。
【００２１】
ここで、上記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることが好ましい。上記バッファ層において、上記第１の層と上記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることが好ましい。
【００２２】
上記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することが好ましい。
【００２３】
上記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることが好ましく、上記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることがより好ましい。
【００２４】
上記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、上記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することが好ましい。上記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることが好ましい。上記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、上記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することが好ましい。
【００２５】
本発明による有機ＥＬ素子の製造方法は、基板の上に、下部電極と、有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、前記上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子に向けたものであって、（ａ）基板上に、下部電極および少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層を順次形成する工程と、（ｂ）前記有機ＥＬ層の上に、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって、２以上の上記第１の層と２以上の上記第２の層とからなる多層構造を有するバッファ層を形成する工程と、（ｃ）上記バッファ層の上に、スパッタリングによって上部透明電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２６】
ここで、上記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、上記バッファ層において、上記第１の層と上記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることが好ましい。
【００２７】
上記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することが好ましい。
【００２８】
上記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることが好ましく、上記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることがより好ましい。
【００２９】
上記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、上記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することが好ましい。上記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることが好ましい。上記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、上記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、有機ＥＬ層と上部電極との間に形成されるバッファ層を、透明材料を含む層と金属または合金を含む層とを交互に積層してなる多層構造とすることによって、バッファ層の厚膜化に伴う透明性および導電性の低下が改善され、より高品質な有機ＥＬ素子をスパッタ法により効率良く提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明にもとづく第１の態様は、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子に向けた有機ＥＬ素子に関する。本発明の有機ＥＬ素子は、基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子であって、上記バッファ層が、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層（透明材料層）と、該第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層（金属層）とからなる多層構造を有することを特徴する。
【００３２】
図２は、本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。図２に示すように、本発明の有機ＥＬ素子は、基板１０と、反射膜２０と、下部電極（陽極）３０と、有機ＥＬ層４０と、バッファ層５０と、上部透明電極（陰極）６０とを有し、バッファ層５０は２以上の第１の層（透明材料層）５１および２以上の第２の層（金属層）５２からなる多層構造を有する。なお、反射膜２０は下部電極３０の一部を構成するものであり、有機ＥＬ層４０は、陽極３０上に隣接する正孔注入層４１と、正孔輸送層４２と、有機発光層４３と、電子輸送層４４とから構成される。
【００３３】
上述のように、本発明では、上部透明電極と有機ＥＬ層との間に第１の層（透明材料層）と第２の層（金属層）とが交互に積層されてなる多層構造を有するバッファ層を設けることを特徴としている。バッファ層を多層構造とすることによって、バッファ層の厚膜化にともなって低下する透過性および導電性の問題を解決することが可能となる。すなわち、バッファ層を多層構造とすることにより、各層の膜厚を極めて薄くすることができる。その結果、バッファ層を構成する第１の層（透明材料層）および第２の層（金属層）を、それぞれ一面の完全な連続膜としてではなく、複数の島状粒子から構成される不連続な膜の状態に留めることが可能となる。ここで、「不連続な膜」とは、複数の島状粒子がそれぞれ独立して存在するか、または複数の島状粒子が互いに部分的に接触して存在するかのいずれかの状態を示し、被積層表面を完全に覆い尽くさないことを意味する。
【００３４】
このような島状薄膜においては、金属または合金を含む島状粒子が、部分的に層間（上下方向）で接触している。すなわち、バッファ層において、少なくとも透明材料層を不連続な膜とすることにより、微視的に透明材料層は金属層を完全に相分離することがない。したがって、絶縁性の透明材料を使用した場合であってもバッファ層の導電性を十分に維持することが可能となる。そのため、本発明では透過性および導電性を低下することなくバッファ層の厚膜化を達成することが可能となる。なお、本発明によるバッファ層は、従来型のバッファ層と比較して、有機ＥＬ層より生じた光の損失を低減させると同時に、十分な導電性を維持することが可能となる。
【００３５】
先の説明から明らかなように、バッファ層において良好な透過性および導電性を得るためには、バッファ層を構成する各々の層が十分に薄くなければならない。すなわち、透明材料からなる第１の層が厚くなると、透明材料が絶縁体であるために導電性が低下することになる。また、金属または合金からなる第２の層が厚くなると金属粒子が連続的に配列するため透過率が低下してしまう。したがって、第１および第２の層の一層あたりの膜厚は、金属または透明材料がそれぞれ微細な島状粒子の状態を維持する範囲が好ましく、１〜５ｎｍ、より好ましくは１〜２ｎｍの範囲とすることが望ましい。一層あたりの膜厚が５ｎｍを超えると、金属または透明材料がそれぞれ連続膜を形成し、光透過性が低下することになる。なお、島状薄膜では膜の平均厚さと平均高さは一致しないが、本願における層の膜厚とは、基板表面に関する平均厚さを意味する。また、バッファ層における第１の層と第２の層との一層あたりの膜厚比は１：５〜５：１の範囲であり、より好ましくは１：１である。
【００３６】
さらに、バッファ層は、十分な導電性および光透過性を維持する一方で、耐スパッタ衝撃性を有する膜厚を有する必要がある。上述のように透明材料と金属とを積層することで厚膜化が図れるが、バッファ層の厚さが大きくなると透過率が低下する傾向にある。そのため、本発明では、上述のように各層の膜厚を極薄にすることに加えて、透明材料として金属と一部反応して金属が被金属化を起こすような材料を使用することによって、導電性および光透過性を維持しつつ、バッファ層の膜厚を増加させるようにする。その結果、導電性および透過率を低下させることなく、かつ耐スパッタ衝撃性を有するバッファ層を形成することが可能となる。導電性、光透過性、および耐スパッタ衝撃性の観点から、バッファ層全体の膜厚は５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
バッファ層の透過率は、可視光の領域である３８０〜７８０ｎｍの波長において、好ましくは４０％以上、より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは８０％以上であることが望ましい。そのため、バッファ層における第１の層を構成する透明材料は、有機ＥＬ層からの光を十分に透過する程度に透明であることが好ましい。より具体的には、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料が望ましい。なお、透明材料としては、被加熱方式の蒸着法または電子ビーム法などの成膜時に有機ＥＬ層に与えるダメージが少ない成膜方法を適用できるものが好ましい。本発明で好適に使用できる透明材料としては、特に限定されるものではないが、アルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物である。より具体的には、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択される１つ以上の材料を含有することが好ましい。特に、フッ化物は、酸化物、窒化物に比べて、有機物への吸着ポテンシャルが低く、有機物の電子順位を著しく変化させることはないため、好ましい材料である。フッ化物とＡｌとを交互に積層してバッファ層とする場合では、ＬｉＦ／Ａｌ、ＫＦ／Ａｌ、ＣｓＦ／Ａｌなどが考えられるが、フッ素との結合力が比較的弱いフッ化物との組み合わせによって、金属Ａｌを減少させ透過率を向上させる方法も考えられる。より詳細には、フッ化物と金属Ａｌとが反応すると、フッ化アルミとアルカリ金属になると考えられ、このような反応が多く生じることによって、不透明な金属Ａｌの量が減少し、透明であるフッ化アルミの量が増加し、透過率が向上する可能性がある。
【００３８】
バッファ層における第２の層は、上部透明電極を形成する際のスパッタリングによるダメージを直に吸収することになる。また、上部電極材料となる透明導電性酸化物に起因する酸素による影響を受けることになる。したがって、第２の層となる金属層は、導電性および電子注入性に優れることに加えて、耐スパッタ性に優れ、有機ＥＬ層を酸素から効果的に保護し得る金属または合金から構成されることが好ましい。また、キャリア密度の向上およびＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子における陰極（ＬｉＦ／Ａｌ）の仕事関数の値と合わせることを考慮して、第２の層となる金属層は仕事関数が４．８ｅＶ未満、好ましくは２．０〜４．５ｅＶ、より好ましくは２．０〜４．０ｅＶの範囲となることが好ましい。
【００３９】
第２の層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属、またはそれら金属を含有する合金から構成することが可能である。さらに、特に限定されるものではないが、第２の層を構成する金属または合金を、それ自身が酸素を取り込み易い、すなわち酸化されやすい材料から選択することによって、酸素から有機ＥＬ層を効果的に保護することが可能となる。すなわち、本発明において好適な金属または合金は、それらの電気陰性度が好ましくは０．２〜２．０、より好ましくは０．２〜１．６、さらに好ましくは０．２〜１．０の範囲であるものである。より具体的には、接触ゲッターとして知られているＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金属およびそれらを含む合金、またはＤｙ、Ｅｒ、Ｙｂなどの希土類元素およびそれらを含む合金、あるいは分散ゲッターとして知られているＴｉ、Ｖ、Ｚｒなどの酸素吸着性の遷移元素およびそれらを含む合金が挙げられる。
【００４０】
特に限定されるものではないが、仕事関数の観点から第２の層を構成する材料としてＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎを使用することが好ましい。また、それらの金属を含有する合金も好ましい。好ましい合金の具体例としては、ＡｌＬｉ、ＭｇＡｇ、ＡｇＬｉ、ＡｌＺｎ、ＭｇＡｇＺｎ、ＡｌＢａ、ＡｌＤｙなどが挙げられる。
【００４１】
上述のように構成される金属層を形成するための成膜は、有機ＥＬ層への影響が少ない、例えば抵抗加熱方式による蒸着法または電子ビーム法などの成膜方法に従って良好に実施することが可能である。
【００４２】
なお、第１および第２の層を構成する材料の組み合わせによっては、バッファ層自体を優れた電子注入層として機能させることも可能である。そのような組み合わせの例としては、第１の層をＬｉＦとし、第２の層をＡｌとする場合が挙げられる。
【００４３】
以上説明したように、本発明では、導電性、透過性を確保すると同時に、バッファ層全体の厚膜化が可能となるため、スパッタリングエネルギーによるダメージの低減、また酸化物ターゲットまたは系中に含まれる酸素による有機層のダメージの緩和が実現可能となる。すなわち、本発明によれば、バッファ層が、耐スパッタ性、酸素プロテクト性、さらに透明電極のキャリア密度ならびに仕事関数補助のための電子注入性といった機能を併せ持つことになるため、信頼性の高い高品質な有機ＥＬ素子を提供することが可能となる。
【００４４】
以下、バッファ層以外の主な構成エレメントについて説明する。
（基板）
基板は、例えば、ガラスまたはプラスチックなどの透明基板であっても、光を反射する金属または合金であってもよい。
【００４５】
（反射膜および下部電極（陽極））
反射膜は主として、低い電気抵抗性を提供するために設けられる層である。下部電極は主として、正孔注入に好適な仕事関数を提供するために設けられる層である。各層は、それぞれ連続膜を形成するのに十分な膜厚を有するべきであり、２０ｎｍ以上、好ましくは２０〜４０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００４６】
反射膜は、反射率が５０％以上、好ましくは７０％以上を有し、反射性金属、合金、またはそれらの積層膜を用いることが好ましい。Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕなどの高反射率の金属および合金を用いて形成される、特に反射陽極は、その上に積層される層の下地となるため、良好な平坦性を有するアモルファス合金または微結晶合金を用いて形成することが好ましい。アモルファス材料の膜の上に高反射率の金属の極薄膜を積層したもの、例えば、ＣｒＢ／Ａｇ、ＣｒＢ／Ａｌなどが好ましい。反射陽極は蒸着（抵抗加熱または電子ビース加熱）、スパッタ、イオンプレーティング、レーザーアブレーションなどの当該技術において周知の任意の手段を用いて形成することができる。
【００４７】
下部電極は、スパッタ、イオンプレーティング、レザーアブレーションなどの当該技術において周知の任意の手段を用いて、ＳｎＯ２、ｎ２Ｏ３、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ａｌなどの導電性金属酸化物を含む公知の材料から形成することができる。透明導電膜の透過率は８０％以上、好ましくは９０％以上である。
【００４８】
（有機ＥＬ層）
有機ＥＬ層は下部電極上に設けられ、少なくとも有機発光層を含む。有機発光層では、陽極および陰極に電圧が印加されることによって生じる正孔および電子が再結合することで発光が生じる。有機ＥＬ層は、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層といった追加の層を含んでもよい。すなわち、有機ＥＬ層は、陽極／有機発光層／陰極の構成を基本として、例えば、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極といった構成であってもよい。
【００４９】
正孔注入層および正孔輸送層は、陽極より注入された正孔を有機発光層に伝達する機能を有する。また、電子注入層および電子輸送層は、陰極より注入された電子を有機発光層に伝達する機能を有する。したがって、正孔注入層および／または正孔輸送層を有機発光層と陽極との間に介在させることによって、より低い電界で多くの正孔が有機発光層に注入されることになる。一方、陰極および電子注入層および／または電子輸送層から有機発光層に注入された電子は、陽極側まで輸送されず、正孔注入層または正孔輸送層と有機発光層との界面に蓄積され、その結果、発光効率が向上することになる。なお、一般に、透明電極を陽極とし、金属電極を陰極とすることが好ましい。
【００５０】
有機ＥＬ層における各層の材料としては、特に限定されるものではなく公知のものが使用される。正孔注入層の材料としては、フタロシアニン類（銅フタロシアニンなど）またはインダンスレン系化合物などを用いることができる。正孔輸送層の材料としては、ＴＰＤ、Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビニルフェニルアミン（α−ＮＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−３−トリル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−テトラビニル−４，４’−ビフェニレンジアミン（ＴＢＰＢ）などのトリアリールアミン系材料を含む公知の材料を用いることができる。
【００５１】
有機発光層の材料は、所望する色調に応じて選択することが可能であり、例えば青色から青緑色の発光を得るためには、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などの材料が好ましく使用される。あるいはまた、ホスト化合物（ジスチリルアリーレン化合物、ＴＰＤ、アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ３など）にドーパント（ペリレン、キナクリドン類、ルブレンなど）を添加することによって、手種の波長域の光を発する有機発光層を形成してもよい。
【００５２】
電子輸送層の材料としては、特に限定されるものではないが、２−（４−ビフェニル）−５−（ｐ−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘電体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体（例えば、Ａｌｑ３）などを用いることができる。
【００５３】
電子注入層の材料としては、特に限定されるものではないが、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、希土類元素、あるいはそれらのフッ化物等を使用することができる。なお、先に説明したように、本発明では、バッファ層における第１および第２の層を構成する材料の組み合わせによっては、バッファ層自体を優れた電子注入層として機能させることも可能である。
【００５４】
有機ＥＬ層の形成方法としては、例えば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法などの公知の方法により薄膜化することにより形成することができる。また、樹脂などの結着材とともに溶剤に溶かして溶液とした後に、スピンコート法などによって薄膜化することにより形成することができる。
【００５５】
（上部電極）
上部電極は、有機ＥＬ層の上にバッファ層を介して設けられる。本発明の有機ＥＬ素子は上部電極側から光を取り出すＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子に向けたものである。したがって、上部電極は、可視光の領域である３８０〜７８０ｎｍの波長において８０％以上の透過率を有することが望ましい。上部電極は、ＩＺＯまたはＩＴＯなどの透明導電性酸化物からなる膜から形成されることが好ましい。
【００５６】
なお、上述のように構成される本発明の有機ＥＬ素子は、気密性を高めるために、必要に応じてガラス製封止部材または透明樹脂製封止部材などを用いて封止されることが好ましい。本発明の有機ＥＬ素子には慣用の封止方法を適用することができる。特に限定されるものではないが、例えば、封止用基板（透明基板）、外周封止層および充填剤層によって有機ＥＬ素子を封止することができる。外周封止層は、封止用基板と、下部電極、有機ＥＬ層、上部電極を設けた支持基板を接着すると共に、内部の各構成要素を外部環境の酸素、水分などから保護する機能を有する。外周封止層は、例えば紫外線硬化型樹脂から形成することができる。外周封止層の形成は、封止用基板と支持基板とのアライメントが完了した後に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を硬化させることによって達成することが可能である。なお、内部空間に充填剤を封入する場合には、外周封止層の一部に孔を設けて外周封止層を硬化させ、この孔から充填剤を注入した後、この孔を塞げばよい。封止用基板は、有機ＥＬ素子を封止し、外部の水分や有害なガスなどを透過させないものであれば特に限定されない。また封止用基板の膜厚は当業界で一般に用いられる範囲であればよい。充填剤層は、外周封止層、封止用基板、有機ＥＬ素子、および必要に応じて内部空間を充填して、有機ＥＬ素子の密閉性を高めるためのものである。充填剤層を形成するための充填剤は、有機ＥＬ素子部の特性に悪影響を及ぼさない不活性な液体または不活性なゲルであればよい。また、充填剤は、内部空間に注入した後にゲル化する液体であってもよい。そのような充填剤の例としては、シリコーン樹脂、フッ素系不活性液体、またはフッ素系オイルなどが挙げられる。なお、封止用基板、外周封止層および充填剤層などの封止部材に、酸化カルシウムなどのゲッター材を予め塗布しておくことにより、酸素から有機ＥＬ素子をより効果的に保護することが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の第１の態様である有機ＥＬ素子について説明したが、本発明の有機ＥＬ素子を用いて、例えば、情報機器用ディスプレイなどの表示装置を構成することが可能である。特に、本発明の有機ＥＬ素子はＴｏｐ−Ｅｍ型の素子であるため、大画面化が要求される表示装置を構成する素子として有効である。
【００５８】
本発明にもとづく第２の態様は、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の製造方法に関する。本発明の製造方法は、基板の上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子の製造方法に向けた方法であり、（ａ）基板上に、下部電極および少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層を順次形成する工程と、（ｂ）有機ＥＬ層の上に、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって、２以上の第１の層と２以上の第２の層とからなる多層構造を有するバッファ層を形成する工程と、（ｃ）バッファ層の上に、スパッタリングによって上部透明電極を形成する工程とを有することを特徴とする。なお、上記金属または合金および上記透明材料に関する材料特性および具体例については、先に第１の態様で説明したとおりである。
【００５９】
上述のように、本発明の製造方法によれば、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって多層構造を有するバッファ層を形成するため、バッファ層を構成する各層の膜厚を薄くすることが可能である。各層の膜厚を薄くすることによって、先に説明したように十分な導電性および透過性を確保することが可能となる。その結果、良好な導電性および透過性を維持しながら、スパッタリングによる衝撃を緩和するのに十分な厚さを有するバッファ層を形成することが可能となる。なお、バッファ層の形成には、成膜時のダメージが大きいスパッタ法ではなく、有機ＥＬ層への影響がより少ない被加熱方式の蒸着法または電子ビーム法などを適用することが好ましい。
【００６０】
本発明の製造方法では、バッファ層を設けた後に上部透明電極を形成するため、上部電極形成時においてバッファ層は有機ＥＬ層の保護層として機能し、スパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを効果的に緩和することが可能となる。特に、上部透明電極を形成する工程において、Ａｒプラズマに加えて、Ｏ２プラズマの存在が予測される酸化物をターゲットとして使用するスパッタ法を適用した場合または系中に酸素ガスを導入する場合であっても、バッファ層における第２の層を酸化されやすい金属または合金から構成することにより、スパッタリングによるダメージに起因する有機ＥＬ層の損傷および劣化を改善することが可能となる。すなわち、第２の層によってスパッタリングにおける衝撃を吸収、および系中に存在する酸素を吸収（第２の層自体が酸化される）ことによって、有機ＥＬ層と酸素との反応を抑制し、有機ＥＬ層の性能低下を低減することが可能となる。したがって、本発明の製造方法によれば、バッファ層によって上部電極形成時における有機ＥＬ層の損傷および劣化が改善されるため、有機ＥＬ層へのダメージが大きいスパッタ法を用いた場合であっても、より高品質な有機ＥＬ素子を効率良く提供することが可能となる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、それらは本発明を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６２】
（実施例１）
バッファ層の性能を評価するために、有機ＥＬ層（電子輸送層）上に、ＬｉＦ層（透明材料層）とＡｌ層（金属層）とを交互に積層して構成される多層構造のバッファ層を備えたサンプルを作製した。サンプルの作製は、３室型（ロードロック室、有機チャンバー、メタルチャンバー）蒸着装置を使用し、以下の手順により実施した。なお、真空槽内圧は１×１０−５Ｐａまで減圧し、抵抗加熱式の蒸発源を用い、るつぼ材質は蒸着材料に応じて石英、ＭｏまたはＢＮとした。
【００６３】
先ず、ガラス基板を有機チャンバーに移動し、ガラス基板上に、成膜速度２Å／ｓで膜厚１６２ｎｍのＡｌｑ３層を有機ＥＬ層として成膜した。次に、Ａｌｑ３層が形成されたガラス基板をメタルチャンバーに移動し、Ａｌｑ３層の上に成膜速度０．２５Å／ｓで膜厚１ｎｍのＬｉＦ層を形成した。次に、ＬｉＦ層の上に成膜速度２．５Å／ｓで膜厚１ｎｍのＡｌ層を形成した。さらに、先と同じ条件下において、膜厚１ｎｍのＬｉＦ層および膜厚１ｎｍのＡｌ層を形成する成膜を交互に５回繰り返すことによって、それぞれ膜厚１ｎｍのＬｉＦ層とＡｌ層とが交互に積層された多層構造を有するバッファ層を形成した。なお、バッファ層は全体で１０層とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００６４】
上述のようにして得られたＬｉＦ／Ａｌ多層構造を有するサンプルの透明性について評価した。その結果を表２に示す。なお、透明性は、分光光度計を使用して、波長５００ｎｍにおける透過率を測定することにより評価した。
【００６５】
（比較例１）
実施例１と同様の蒸着装置を使用し、以下の手順で比較サンプルを作製した。先ず、ガラス基板上に、成膜速度２Å／ｓで膜厚１６２ｎｍのＡｌｑ３層を有機ＥＬ層として形成した。次に、成膜速度０．２５Å／ｓで膜厚５ｎｍのＬｉＦ層を形成し、次いで成膜速度２．５Å／ｓで膜厚５ｎｍのＡｌ層を成膜することにより、ＬｉＦ／Ａｌ単層構造を有するバッファ層を形成した。なお、バッファ層は全体で２層とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００６６】
上述のようにして得られた比較サンプルの透明性を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。
【００６７】
（比較例２）
実施例１と同様の蒸着装置を使用し、以下の手順で比較サンプルを作製した。先ず、ガラス基板上に、成膜速度２Å／ｓで膜厚１６２ｎｍのＡｌｑ３層を有機ＥＬ層として形成した。次に、成膜速度０．２５Å／ｓで膜厚１ｎｍのＬｉＦ層を形成し、次いで成膜速度２．５Å／ｓで膜厚５ｎｍのＡｌ層を成膜することにより、ＬｉＦ／Ａｌ単層構造を有するバッファ層を形成した。このようにして得られた比較サンプルの透明性を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
表２から明らかなように、単層構造のバッファ層（比較例１および２）と比較して、多層構造のバッファ層（実施例１）の透過率はより高い値を示している。このことから、バッファ層を厚膜化した場合であっても、バッファ層を多層構造とすることによって透過率の低下を改善することが可能であることが分かる。
【００７０】
また、バッファ層におけるＡｌの厚さを同じにした場合であっても（実施例１および比較例２を参照）、本発明のようにバッファ層を金属と透明材料とを交互に積層した多層膜とすることにより、単層の金属膜とするよりも高い透過率を得ることが可能であることが分かる。
【００７１】
（実施例２）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は以下のようにして作製した。
【００７２】
ガラス基板上にＣｒＢを１００ｎｍの膜厚で成膜し、次いでパターニングを実施し、乾燥処理（１５０℃）およびＵＶ処理（室温および１５０℃）を施すことによりＣｒＢからなる反射電極を形成した。なお、ＣｒＢの成膜は、ＤＣスパッタリング法に従って、室温下、スパッタリングガスとしてＡｒを使用し、３００Ｗのスパッタパワーを印加することにより実施した。
【００７３】
次に、先の工程によって反射層および陽極が形成されたガラス基板を蒸着装置に移動し、真空槽内圧を１×１０−５Ｐａまで減圧し、真空を破らずに、有機ＥＬ層、バッファ層および陰極を順次形成した。有機ＥＬ層は、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、および電子輸送層から構成した。正孔注入層としては銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。正孔輸送層としては４，４′−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。有機発光層としては４，４′−ビス（２，２′−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を成膜し、膜厚４０ｎｍとした。電子輸送層としてはアルミキレート（Ａｌｑ３）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。
【００７４】
次に、メタルマスクを用いて、多層構造のバッファ層を形成した。バッファ層は、膜厚１ｎｍのＬｉＦ層および膜厚１ｎｍのＡｌ層を形成する成膜を交互に５回繰り返すことによって、それぞれ膜厚１ｎｍのＬｉＦ層とＡｌ層とが交互に積層された多層構造を有するバッファ層を形成した。なお、バッファ層は全体で１０層構造とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００７５】
次に、先の工程で形成された多層構造のバッファ層の上に陰極ＩＺＯを形成した。陰極の形成は、ＩＺＯターゲットとしてＩｎ２Ｏ３−１０％ＺｎＯを用い、スパッタリングガスとしてＡｒを用い、０．３Ｐａの圧力下、１００Ｗのスパッタパワーを印加することによって実施した。膜厚は７５ｎｍとした。
【００７６】
上述のようにして得られた有機ＥＬ素子にパルス電圧（パルスＩＶＬ）を印加することによって、電流密度および輝度について測定を行った。その結果を表３に示す。
【００７７】
（比較例３）
本比較例は単層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、バッファ層を膜厚５ｎｍのＬｉＦ層と膜厚５ｎｍのＡｌ層とから構成すること以外、実施例２と同様の方法により作製した。バッファ層は、１つのＬｉＦ層と１つのＡｌ層との２層構造とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００７８】
上述のようにして作製した有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。本比較例におけるバッファ層全体の厚さは実施例２のバッファ層全体の厚さと同じであるが、ＬｉＦの１層あたりの膜厚が大きくなることによって実施例２の素子よりも導電率が低下し、電圧値が著しく増加することが分かった。
【００７９】
（実施例３〜９）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。各々の有機ＥＬ素子は、バッファ層を各種透明材料からなる膜厚１．０ｎｍの透明材料層と膜厚１．０ｎｍのＡｌ層とを交互に５回積層することにより、全体で１０層とし、全体の膜厚を１０ｎｍとすることを除き、実施例２と同様にして作製した。得られた有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８０】
（実施例１０）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、 バッファ層を膜厚１．０ｎｍのＫＦ層と膜厚１．０ｎｍのＡｌ層とを交互に１５回積層することにより、全体で３０層とし、全体の膜厚を３０ｎｍとすることを除き、実施例２と同様にして作製した。得られた有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８１】
（比較例４）
本比較例は単層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、 バッファ層を膜厚１５ｎｍのＫＦ層と膜厚１５ｎｍのＡｌ層とから構成すること以外、実施例２と同様の方法により作製した。バッファ層は、１つのＫＦ層と１つのＡｌ層との２層構造とし、バッファ層全体の膜厚は３０ｎｍとした。
【００８２】
上述のようにして作製した有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。本比較例におけるバッファ層全体の厚さは実施例１０のバッファ層全体の厚さと同じであるが、ＫＦ層の１層あたりの膜厚が大きくなることによって実施例１０の素子よりも導電率が低下し、電圧値が著しく増加することが分かった。
【００８３】
（実施例１１）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、 バッファ層を膜厚１．０ｎｍのＣｓＦ層と膜厚１．０ｎｍのＡｌ層とを交互に１５回積層することにより、全体で３０層とし、全体の膜厚を３０ｎｍとすることを除き、実施例２と同様にして作製した。得られた有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８４】
（比較例５）
本比較例は単層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、バッファ層を膜厚１５ｎｍのＣｓＦ層と膜厚１５ｎｍのＡｌ層とから構成すること以外、実施例２と同様の方法により作製した。バッファ層は、１つのＣｓＦ層と１つのＡｌ層との２層構造とし、バッファ層全体の膜厚は３０ｎｍとした。
【００８５】
上述のようにして作製した有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。本比較例におけるバッファ層全体の厚さは実施例１１のバッファ層全体の厚さと同じであるが、ＫＦ層の１層あたりの膜厚が大きくなることによって実施例１１の素子よりも導電率が低下し、電圧値が著しく増加することが分かった。
【００８６】
【表３】
【００８７】
＊ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）
表３から明らかなように、多層構造を持たないバッファ層を備える有機ＥＬ素子（比較例３〜５）よりも、多層構造のバッファ層を備える本発明の素子（実施例２〜１１）の方が優れた性能を有することが明らかである。これは、本発明におけるバッファ層が、十分な透過性および導電性を維持しながら厚膜化され、さらに酸化物をターゲットに用いるスパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを効果的に緩和したためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】一般的な有機ＥＬ素子の構造を示すものであり、（ａ）はＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子を示す模式的断面図であり、（ｂ）はＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 基板
２０ 反射膜
３０ 下部電極（陽極）
４０ 有機ＥＬ層
４１ 正孔注入層
４２ 正孔輸送層
４３ 発光層
４４ 電子輸送層
５０ バッファ層
５１ 第１の層（透明材料層）
５２ 第２の層（金属層）
６０ 上部透明電極（陰極）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子の構造およびその製造方法に関する。より詳細には、トップエミッション方式の有機ＥＬ素子におけるバッファ層の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と称する）が知られている。有機ＥＬ素子については、１９８７年、イーストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって、高効率の発光を実現する２層積層構造の素子が発表されて以来、有機ＥＬ素子の実用化に向けて様々な検討がなされている（非特許文献１を参照）。
【０００３】
例えば、有機ＥＬディスプレイの分野では、近年、アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイの開発が盛んに行われている。アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイでは、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設置された基板の上に、複数個の有機ＥＬ素子を形成し、それらを発光源とすることによってディスプレイを構成している。現状におけるアクティブマトリックス駆動方式のディスプレイでは、ＴＦＴまたは有機ＥＬ素子の特性のバラツキが大きく、そのようなバラツキを補正するために様々な駆動回路が必要となる。そして、駆動回路が複雑になると、一画素を駆動するために必要とされるＴＦＴの数が増加することになる。
【０００４】
ディスプレイに適用される有機ＥＬ素子は、一般に、光をガラス基板面から取り出す、いわゆるボトムエミッション方式（以下、「Ｂｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型」と称す）として構成する場合が多い。図１（ａ）にＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の模式的断面図を示す。しかし、このようなＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子をアクティブマトリックス駆動方式のディスプレイに適用した場合、ＴＦＴの数の増加に伴い、下部電極における光の取り出し面積が小さくなってしまう。したがって、アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイを構成する場合、Ｂｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子（図１（ａ））よりも、光を上部電極側から取り出す「トップエミッション」方式（以下「Ｔｏｐ−Ｅｍ型」と称す）の方が構造的に有利となり、そのような素子の開発が進められている。図１（ｂ）にＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の模式的断面図を示す。
【０００５】
Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子において、上部電極は十分な光透過性を有する必要がある。そのため、一般に、可視光に対して透過率が大きく、かつ大きな電気伝導性を示す物質からなる透明導電性膜を上部電極として使用する。透明導電性膜には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｈなどの金属薄膜（膜厚５ｎｍ以下）、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＣｄＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの酸化物半導体薄膜およびそれらの複合系であるＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）などの酸化物半導体薄膜がある。金属薄膜は光の吸収が大きく、しかも硬度が低く安定性も悪いため、透明導電性膜としては主に酸化物半導体薄膜が用いられる。特に、ＩＴＯ、ＩＺＯなどからなる透明導電性膜は、テレビ、透明ヒータ、液晶表示素子などの広い用途で電極として使用されている。
【０００６】
上述のように、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子において、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの酸化物半導体薄膜は優れた上部電極となり得るが、その一方で、いくつかの解決すべき課題がある。
【０００７】
第１に、ＩＴＯまたはＩＺＯを上部電極（陰極）として用いることによる電子注入効率の低下を改善することである。陰極をＩＺＯなどの透明導電性膜とするＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の電子注入効率は、陰極をＡｌまたはＡｇなどの金属電極とするＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子における電子注入効率よりも低くなる。これは、表１に示すような材料特性の違いに起因する。すなわち、ＩＺＯは、ＡｇおよびＡｌと比較してより大きな仕事関数を有し、かつキャリヤ密度が著しく低い。したがって、電子注入効率に優れたＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子を形成するために、陰極のキャリア密度を向上させ、その一方で下部電極（陽極）の仕事関数よりも低く、かつＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子における陰極の仕事関数の値と合わせる技術が望まれている。
【０００８】
【表１】
【０００９】
第２に、上部電極を形成するための成膜による有機ＥＬ層へのダメージを緩和することである。スパッタ法は、成膜効率および簡便性の点で優れた成膜方法である。そのため、ＩＺＯなどの透明導電性膜の成膜にもスパッタ法が適用されることが多い。しかし、成膜時のエネルギーは、蒸着法では約０．１ｅＶ、イオンプレーティング法では約２０〜３０ｅＶであるのに対し、スパッタ法では約３００〜４００ｅＶであり、他の成膜方法の場合と比較して非常に大きい。そのため、上部電極を形成するためにスパッタ法を適用した場合、下層として存在する有機ＥＬ層はスパッタリング時の高エネルギー粒子（ターゲット物質の中性原子および負イオン、ガス成分の中性原子および正イオン、電子）の衝突によりダメージを受け易い。成膜時に有機ＥＬ層がダメージを受けると、ショートまたはリークあるいは発光効率の低下といった素子の性能劣化を招くことが多い。したがって、上部電極の成膜にスパッタ法などの高エネルギー成膜法を適用した場合に懸念される有機ＥＬ層に対するダメージを緩和する技術が望まれている。
【００１０】
第３に、酸素による有機ＥＬ層の劣化を改善することである。有機ＥＬ素子の電子注入効率を改善するために、一般に陰極の下層として電子注入層が設けられる。しかし、上部電極（陰極）の成膜工程において系中に酸素が存在すると、電子注入層および電子輸送層が酸化され易く、そのことにより有機ＥＬ層としての性能が劣化する場合がある。特に、陰極を透明導電性膜とする上部電極の形成工程において、電極材料として透明導電性酸化物を使用する場合には酸素による影響が無視できない。系中に存在する酸素によって有機ＥＬ層が酸化されると、電子注入層が酸化され所定の物性値が変化し所期の設計値を満たさなくなる場合がある。また、上部電極の成膜にスパッタ法を適用した場合、酸化物または導入ガスに由来して系中に存在する酸素によるプラズマが発生し有機ＥＬ層にダメージを与える可能性がある。酸素によるプラズマは、Ａｒなどの不活性ガスによるプラズマよりも有機ＥＬ層に対するダメージが大きく、著しい輝度の低下を招く傾向がある。以上の理由により、成膜時に系中に存在する酸素に起因する有機ＥＬ層の劣化を改善する方法が望まれている。
【００１１】
このような状況に鑑み、電子注入効率の改善および上部電極形成時の有機ＥＬ層へのダメージの緩和に向けて、有機ＥＬ層と上部電極（陰極）との間にバッファ層を設けた有機ＥＬ素子の検討がなされている。
【００１２】
例えば、抵抗値が低くかつ透過性に優れた上部電極（陰極）を得るために、陰極を電子注入性金属と非晶質透明導電層とによって構成することが知られている（特許文献１を参照）。特許文献１によれば、有機ＥＬ層の上に極めて薄い金属膜が設けられることになるが、そのような金属膜は電子注入効率を改善したとしても、スパッタリングによる衝撃を緩和するバッファとして機能させるには膜厚が不十分である。仮に、金属膜の厚さを増加させて耐スパッタ衝撃性を高めたとしても、金属膜の厚さとその光透過率とはトレードオフの関係になるため、良好な発光特性を得ることは非常に困難である。
【００１３】
また、スパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを低減し、かつ電子注入効率を向上させるために、有機ＥＬ層（電子輸送層）の上に、フタロシアニンからなるバッファ層を設け、さらにＣｅ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇなどをドーパントとして拡散させることが知られている（特許文献２を参照）。しかし、特許文献２に記載のバッファ層によれば、電子注入性の改善は可能であるが、フタロシアニン自体は耐スパッタ衝撃性が低い。そのため、バッファ層の膜厚が５〜１００ｎｍ程度ではスパッタリングによる有機ＥＬ層への衝撃を効果的に緩和するには不十分である。
【００１４】
また、スパッタリングによる有機ＥＬ層の損傷を低減するために、有機ＥＬ層の上に、アルカリハロゲン化物からなる第１バッファ層とフタロシアニンからなる第２バッファ層とを設けることが知られている（特許文献３を参照）。しかし、第１バッファ層を構成するアルカリハロゲン化物は絶縁体であり、導電性を維持するために、その膜厚の上限は３ｎｍ程度までに制限されている。一方、第２バッファ層を構成するフタロシアニン自体は、耐スパッタ衝撃性が低い。そのため、フタロシアニンから構成される第２バッファ層の膜厚を２００ｎｍ程度にまで厚膜化することが開示されている。しかし、バッファ層の膜厚が増加するに伴って導電性および光透過性が低下するという課題がある。
【００１５】
さらに、スパッタリングによる有機ＥＬ層の損傷を改善するために、有機ＥＬ層の上に、アルカリハロゲン化物からなる第１バッファ層と仕事関数の低い金属からなる第２バッファ層とを設けることが知られている（特許文献４を参照）。特許文献４では、バッファ層を上述のように構成することによって、電子注入効率の改善、スパッタリングによるダメージの緩和、光透過率の向上を実現可能としている。なお、バッファ層全体の膜厚は、好ましくは５ｎｍ以下としている。しかし、特許文献４の実施例で開示されているカソード（上部電極）はＡｇ、Ａｌなどの金属電極であり、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子として適用するには限界がある。すなわち、上部電極（陰極）としてＩＺＯなどの透明導電性膜をスパッタ法に従い形成する場合、上部電極を金属電極とする場合と比較して有機ＥＬ層へのダメージはより大きくなる。そのため、バッファ層全体の厚さが５ｎｍ程度では、電子注入効率の改善と透過率の向上が達成できるとしても、耐スパッタ衝撃性の点では不十分である。また、仮にバッファ層の膜厚を増加させたとしても、耐スパッタ衝撃性と光透過率とはトレードオフの関係になり、良好な有機ＥＬ特性を得ることは困難である。
【００１６】
【特許文献１】特開平１０−１６２９５９号公報
【特許文献２】特開２０００−５８２６５号公報
【特許文献３】特開２００２−７５６５８号公報
【特許文献４】特開２００２−２６０８６２号公報
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ，Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のように、電子注入効率の改善、スパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージの緩和、および光透過率の改善といった個々の観点から、バッファ層について様々な検討が行われている。しかし、従来のバッファ層では、十分な光透過率および導電性を維持する一方で、電子注入効率を改善し、かつスパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを緩和することは困難であり、さらなる改善が望まれている。特に、上部電極（陰極）をＩＺＯなどの透明導電性膜とするＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子では、酸素に起因する有機ＥＬ層の劣化が無視できないため、酸素から有機ＥＬ層を効果的に保護するバッファ層が望まれている。
【００１８】
したがって、本発明の課題は、十分な光透過率および導電性を維持する一方で、ＩＺＯなどの透明導電性膜を上部電極（陰極）とすることにより派生する問題点、すなわち電子注入性の低下、上部電極形成時における有機ＥＬ層のスパッタリングによる損傷および酸素による劣化を効果的に改善することができるバッファ層を備えた有機ＥＬ素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の課題を解決するために、本発明者らは、上部透明電極と有機ＥＬ層との間に設けられるバッファ層について鋭意検討した結果、バッファ層を多層構造とすることによって良好な結果が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２０】
すなわち、本発明による有機ＥＬ素子は、基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上記上部透明電極側から光を取り出すものであって、上記バッファ層が、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層と、該第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層とからなる多層構造を有することを特徴とする。
【００２１】
ここで、上記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることが好ましい。上記バッファ層において、上記第１の層と上記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることが好ましい。
【００２２】
上記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することが好ましい。
【００２３】
上記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることが好ましく、上記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることがより好ましい。
【００２４】
上記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、上記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することが好ましい。上記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることが好ましい。上記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、上記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することが好ましい。
【００２５】
本発明による有機ＥＬ素子の製造方法は、基板の上に、下部電極と、有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、前記上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子に向けたものであって、（ａ）基板上に、下部電極および少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層を順次形成する工程と、（ｂ）前記有機ＥＬ層の上に、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって、２以上の上記第１の層と２以上の上記第２の層とからなる多層構造を有するバッファ層を形成する工程と、（ｃ）上記バッファ層の上に、スパッタリングによって上部透明電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２６】
ここで、上記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、上記バッファ層において、上記第１の層と上記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることが好ましい。
【００２７】
上記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することが好ましい。
【００２８】
上記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることが好ましく、上記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることがより好ましい。
【００２９】
上記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、上記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することが好ましい。上記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることが好ましい。上記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、上記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、有機ＥＬ層と上部電極との間に形成されるバッファ層を、透明材料を含む層と金属または合金を含む層とを交互に積層してなる多層構造とすることによって、バッファ層の厚膜化に伴う透明性および導電性の低下が改善され、より高品質な有機ＥＬ素子をスパッタ法により効率良く提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明にもとづく第１の態様は、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子に向けた有機ＥＬ素子に関する。本発明の有機ＥＬ素子は、基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子であって、上記バッファ層が、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層（透明材料層）と、該第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層（金属層）とからなる多層構造を有することを特徴する。
【００３２】
図２は、本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。図２に示すように、本発明の有機ＥＬ素子は、基板１０と、反射膜２０と、下部電極（陽極）３０と、有機ＥＬ層４０と、バッファ層５０と、上部透明電極（陰極）６０とを有し、バッファ層５０は２以上の第１の層（透明材料層）５１および２以上の第２の層（金属層）５２からなる多層構造を有する。なお、反射膜２０は下部電極３０の一部を構成するものであり、有機ＥＬ層４０は、陽極３０上に隣接する正孔注入層４１と、正孔輸送層４２と、有機発光層４３と、電子輸送層４４とから構成される。
【００３３】
上述のように、本発明では、上部透明電極と有機ＥＬ層との間に第１の層（透明材料層）と第２の層（金属層）とが交互に積層されてなる多層構造を有するバッファ層を設けることを特徴としている。バッファ層を多層構造とすることによって、バッファ層の厚膜化にともなって低下する透過性および導電性の問題を解決することが可能となる。すなわち、バッファ層を多層構造とすることにより、各層の膜厚を極めて薄くすることができる。その結果、バッファ層を構成する第１の層（透明材料層）および第２の層（金属層）を、それぞれ一面の完全な連続膜としてではなく、複数の島状粒子から構成される不連続な膜の状態に留めることが可能となる。ここで、「不連続な膜」とは、複数の島状粒子がそれぞれ独立して存在するか、または複数の島状粒子が互いに部分的に接触して存在するかのいずれかの状態を示し、被積層表面を完全に覆い尽くさないことを意味する。
【００３４】
このような島状薄膜においては、金属または合金を含む島状粒子が、部分的に層間（上下方向）で接触している。すなわち、バッファ層において、少なくとも透明材料層を不連続な膜とすることにより、微視的に透明材料層は金属層を完全に相分離することがない。したがって、絶縁性の透明材料を使用した場合であってもバッファ層の導電性を十分に維持することが可能となる。そのため、本発明では透過性および導電性を低下することなくバッファ層の厚膜化を達成することが可能となる。なお、本発明によるバッファ層は、従来型のバッファ層と比較して、有機ＥＬ層より生じた光の損失を低減させると同時に、十分な導電性を維持することが可能となる。
【００３５】
先の説明から明らかなように、バッファ層において良好な透過性および導電性を得るためには、バッファ層を構成する各々の層が十分に薄くなければならない。すなわち、透明材料からなる第１の層が厚くなると、透明材料が絶縁体であるために導電性が低下することになる。また、金属または合金からなる第２の層が厚くなると金属粒子が連続的に配列するため透過率が低下してしまう。したがって、第１および第２の層の一層あたりの膜厚は、金属または透明材料がそれぞれ微細な島状粒子の状態を維持する範囲が好ましく、１〜５ｎｍ、より好ましくは１〜２ｎｍの範囲とすることが望ましい。一層あたりの膜厚が５ｎｍを超えると、金属または透明材料がそれぞれ連続膜を形成し、光透過性が低下することになる。なお、島状薄膜では膜の平均厚さと平均高さは一致しないが、本願における層の膜厚とは、基板表面に関する平均厚さを意味する。また、バッファ層における第１の層と第２の層との一層あたりの膜厚比は１：５〜５：１の範囲であり、より好ましくは１：１である。
【００３６】
さらに、バッファ層は、十分な導電性および光透過性を維持する一方で、耐スパッタ衝撃性を有する膜厚を有する必要がある。上述のように透明材料と金属とを積層することで厚膜化が図れるが、バッファ層の厚さが大きくなると透過率が低下する傾向にある。そのため、本発明では、上述のように各層の膜厚を極薄にすることに加えて、透明材料として金属と一部反応して金属が被金属化を起こすような材料を使用することによって、導電性および光透過性を維持しつつ、バッファ層の膜厚を増加させるようにする。その結果、導電性および透過率を低下させることなく、かつ耐スパッタ衝撃性を有するバッファ層を形成することが可能となる。導電性、光透過性、および耐スパッタ衝撃性の観点から、バッファ層全体の膜厚は５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
バッファ層の透過率は、可視光の領域である３８０〜７８０ｎｍの波長において、好ましくは４０％以上、より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは８０％以上であることが望ましい。そのため、バッファ層における第１の層を構成する透明材料は、有機ＥＬ層からの光を十分に透過する程度に透明であることが好ましい。より具体的には、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料が望ましい。なお、透明材料としては、被加熱方式の蒸着法または電子ビーム法などの成膜時に有機ＥＬ層に与えるダメージが少ない成膜方法を適用できるものが好ましい。本発明で好適に使用できる透明材料としては、特に限定されるものではないが、アルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物である。より具体的には、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択される１つ以上の材料を含有することが好ましい。特に、フッ化物は、酸化物、窒化物に比べて、有機物への吸着ポテンシャルが低く、有機物の電子順位を著しく変化させることはないため、好ましい材料である。フッ化物とＡｌとを交互に積層してバッファ層とする場合では、ＬｉＦ／Ａｌ、ＫＦ／Ａｌ、ＣｓＦ／Ａｌなどが考えられるが、フッ素との結合力が比較的弱いフッ化物との組み合わせによって、金属Ａｌを減少させ透過率を向上させる方法も考えられる。より詳細には、フッ化物と金属Ａｌとが反応すると、フッ化アルミとアルカリ金属になると考えられ、このような反応が多く生じることによって、不透明な金属Ａｌの量が減少し、透明であるフッ化アルミの量が増加し、透過率が向上する可能性がある。
【００３８】
バッファ層における第２の層は、上部透明電極を形成する際のスパッタリングによるダメージを直に吸収することになる。また、上部電極材料となる透明導電性酸化物に起因する酸素による影響を受けることになる。したがって、第２の層となる金属層は、導電性および電子注入性に優れることに加えて、耐スパッタ性に優れ、有機ＥＬ層を酸素から効果的に保護し得る金属または合金から構成されることが好ましい。また、キャリア密度の向上およびＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子における陰極（ＬｉＦ／Ａｌ）の仕事関数の値と合わせることを考慮して、第２の層となる金属層は仕事関数が４．８ｅＶ未満、好ましくは２．０〜４．５ｅＶ、より好ましくは２．０〜４．０ｅＶの範囲となることが好ましい。
【００３９】
第２の層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属、またはそれら金属を含有する合金から構成することが可能である。さらに、特に限定されるものではないが、第２の層を構成する金属または合金を、それ自身が酸素を取り込み易い、すなわち酸化されやすい材料から選択することによって、酸素から有機ＥＬ層を効果的に保護することが可能となる。すなわち、本発明において好適な金属または合金は、それらの電気陰性度が好ましくは０．２〜２．０、より好ましくは０．２〜１．６、さらに好ましくは０．２〜１．０の範囲であるものである。より具体的には、接触ゲッターとして知られているＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金属およびそれらを含む合金、またはＤｙ、Ｅｒ、Ｙｂなどの希土類元素およびそれらを含む合金、あるいは分散ゲッターとして知られているＴｉ、Ｖ、Ｚｒなどの酸素吸着性の遷移元素およびそれらを含む合金が挙げられる。
【００４０】
特に限定されるものではないが、仕事関数の観点から第２の層を構成する材料としてＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎを使用することが好ましい。また、それらの金属を含有する合金も好ましい。好ましい合金の具体例としては、ＡｌＬｉ、ＭｇＡｇ、ＡｇＬｉ、ＡｌＺｎ、ＭｇＡｇＺｎ、ＡｌＢａ、ＡｌＤｙなどが挙げられる。
【００４１】
上述のように構成される金属層を形成するための成膜は、有機ＥＬ層への影響が少ない、例えば抵抗加熱方式による蒸着法または電子ビーム法などの成膜方法に従って良好に実施することが可能である。
【００４２】
なお、第１および第２の層を構成する材料の組み合わせによっては、バッファ層自体を優れた電子注入層として機能させることも可能である。そのような組み合わせの例としては、第１の層をＬｉＦとし、第２の層をＡｌとする場合が挙げられる。
【００４３】
以上説明したように、本発明では、導電性、透過性を確保すると同時に、バッファ層全体の厚膜化が可能となるため、スパッタリングエネルギーによるダメージの低減、また酸化物ターゲットまたは系中に含まれる酸素による有機層のダメージの緩和が実現可能となる。すなわち、本発明によれば、バッファ層が、耐スパッタ性、酸素プロテクト性、さらに透明電極のキャリア密度ならびに仕事関数補助のための電子注入性といった機能を併せ持つことになるため、信頼性の高い高品質な有機ＥＬ素子を提供することが可能となる。
【００４４】
以下、バッファ層以外の主な構成エレメントについて説明する。
（基板）
基板は、例えば、ガラスまたはプラスチックなどの透明基板であっても、光を反射する金属または合金であってもよい。
【００４５】
（反射膜および下部電極（陽極））
反射膜は主として、低い電気抵抗性を提供するために設けられる層である。下部電極は主として、正孔注入に好適な仕事関数を提供するために設けられる層である。各層は、それぞれ連続膜を形成するのに十分な膜厚を有するべきであり、２０ｎｍ以上、好ましくは２０〜４０ｎｍの膜厚を有することが望ましい。
【００４６】
反射膜は、反射率が５０％以上、好ましくは７０％以上を有し、反射性金属、合金、またはそれらの積層膜を用いることが好ましい。Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕなどの高反射率の金属および合金を用いて形成される、特に反射陽極は、その上に積層される層の下地となるため、良好な平坦性を有するアモルファス合金または微結晶合金を用いて形成することが好ましい。アモルファス材料の膜の上に高反射率の金属の極薄膜を積層したもの、例えば、ＣｒＢ／Ａｇ、ＣｒＢ／Ａｌなどが好ましい。反射陽極は蒸着（抵抗加熱または電子ビース加熱）、スパッタ、イオンプレーティング、レーザーアブレーションなどの当該技術において周知の任意の手段を用いて形成することができる。
【００４７】
下部電極は、スパッタ、イオンプレーティング、レザーアブレーションなどの当該技術において周知の任意の手段を用いて、ＳｎＯ２、ｎ２Ｏ３、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ａｌなどの導電性金属酸化物を含む公知の材料から形成することができる。透明導電膜の透過率は８０％以上、好ましくは９０％以上である。
【００４８】
（有機ＥＬ層）
有機ＥＬ層は下部電極上に設けられ、少なくとも有機発光層を含む。有機発光層では、陽極および陰極に電圧が印加されることによって生じる正孔および電子が再結合することで発光が生じる。有機ＥＬ層は、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層といった追加の層を含んでもよい。すなわち、有機ＥＬ層は、陽極／有機発光層／陰極の構成を基本として、例えば、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極といった構成であってもよい。
【００４９】
正孔注入層および正孔輸送層は、陽極より注入された正孔を有機発光層に伝達する機能を有する。また、電子注入層および電子輸送層は、陰極より注入された電子を有機発光層に伝達する機能を有する。したがって、正孔注入層および／または正孔輸送層を有機発光層と陽極との間に介在させることによって、より低い電界で多くの正孔が有機発光層に注入されることになる。一方、陰極および電子注入層および／または電子輸送層から有機発光層に注入された電子は、陽極側まで輸送されず、正孔注入層または正孔輸送層と有機発光層との界面に蓄積され、その結果、発光効率が向上することになる。なお、一般に、透明電極を陽極とし、金属電極を陰極とすることが好ましい。
【００５０】
有機ＥＬ層における各層の材料としては、特に限定されるものではなく公知のものが使用される。正孔注入層の材料としては、フタロシアニン類（銅フタロシアニンなど）またはインダンスレン系化合物などを用いることができる。正孔輸送層の材料としては、ＴＰＤ、Ｎ，Ｎ’−ビス（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルビニルフェニルアミン（α−ＮＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ−３−トリル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−テトラビニル−４，４’−ビフェニレンジアミン（ＴＢＰＢ）などのトリアリールアミン系材料を含む公知の材料を用いることができる。
【００５１】
有機発光層の材料は、所望する色調に応じて選択することが可能であり、例えば青色から青緑色の発光を得るためには、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などの材料が好ましく使用される。あるいはまた、ホスト化合物（ジスチリルアリーレン化合物、ＴＰＤ、アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ３など）にドーパント（ペリレン、キナクリドン類、ルブレンなど）を添加することによって、手種の波長域の光を発する有機発光層を形成してもよい。
【００５２】
電子輸送層の材料としては、特に限定されるものではないが、２−（４−ビフェニル）−５−（ｐ−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘電体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体（例えば、Ａｌｑ３）などを用いることができる。
【００５３】
電子注入層の材料としては、特に限定されるものではないが、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、希土類元素、あるいはそれらのフッ化物等を使用することができる。なお、先に説明したように、本発明では、バッファ層における第１および第２の層を構成する材料の組み合わせによっては、バッファ層自体を優れた電子注入層として機能させることも可能である。
【００５４】
有機ＥＬ層の形成方法としては、例えば蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法などの公知の方法により薄膜化することにより形成することができる。また、樹脂などの結着材とともに溶剤に溶かして溶液とした後に、スピンコート法などによって薄膜化することにより形成することができる。
【００５５】
（上部電極）
上部電極は、有機ＥＬ層の上にバッファ層を介して設けられる。本発明の有機ＥＬ素子は上部電極側から光を取り出すＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子に向けたものである。したがって、上部電極は、可視光の領域である３８０〜７８０ｎｍの波長において８０％以上の透過率を有することが望ましい。上部電極は、ＩＺＯまたはＩＴＯなどの透明導電性酸化物からなる膜から形成されることが好ましい。
【００５６】
なお、上述のように構成される本発明の有機ＥＬ素子は、気密性を高めるために、必要に応じてガラス製封止部材または透明樹脂製封止部材などを用いて封止されることが好ましい。本発明の有機ＥＬ素子には慣用の封止方法を適用することができる。特に限定されるものではないが、例えば、封止用基板（透明基板）、外周封止層および充填剤層によって有機ＥＬ素子を封止することができる。外周封止層は、封止用基板と、下部電極、有機ＥＬ層、上部電極を設けた支持基板を接着すると共に、内部の各構成要素を外部環境の酸素、水分などから保護する機能を有する。外周封止層は、例えば紫外線硬化型樹脂から形成することができる。外周封止層の形成は、封止用基板と支持基板とのアライメントが完了した後に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を硬化させることによって達成することが可能である。なお、内部空間に充填剤を封入する場合には、外周封止層の一部に孔を設けて外周封止層を硬化させ、この孔から充填剤を注入した後、この孔を塞げばよい。封止用基板は、有機ＥＬ素子を封止し、外部の水分や有害なガスなどを透過させないものであれば特に限定されない。また封止用基板の膜厚は当業界で一般に用いられる範囲であればよい。充填剤層は、外周封止層、封止用基板、有機ＥＬ素子、および必要に応じて内部空間を充填して、有機ＥＬ素子の密閉性を高めるためのものである。充填剤層を形成するための充填剤は、有機ＥＬ素子部の特性に悪影響を及ぼさない不活性な液体または不活性なゲルであればよい。また、充填剤は、内部空間に注入した後にゲル化する液体であってもよい。そのような充填剤の例としては、シリコーン樹脂、フッ素系不活性液体、またはフッ素系オイルなどが挙げられる。なお、封止用基板、外周封止層および充填剤層などの封止部材に、酸化カルシウムなどのゲッター材を予め塗布しておくことにより、酸素から有機ＥＬ素子をより効果的に保護することが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の第１の態様である有機ＥＬ素子について説明したが、本発明の有機ＥＬ素子を用いて、例えば、情報機器用ディスプレイなどの表示装置を構成することが可能である。特に、本発明の有機ＥＬ素子はＴｏｐ−Ｅｍ型の素子であるため、大画面化が要求される表示装置を構成する素子として有効である。
【００５８】
本発明にもとづく第２の態様は、Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の製造方法に関する。本発明の製造方法は、基板の上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子の製造方法に向けた方法であり、（ａ）基板上に、下部電極および少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層を順次形成する工程と、（ｂ）有機ＥＬ層の上に、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって、２以上の第１の層と２以上の第２の層とからなる多層構造を有するバッファ層を形成する工程と、（ｃ）バッファ層の上に、スパッタリングによって上部透明電極を形成する工程とを有することを特徴とする。なお、上記金属または合金および上記透明材料に関する材料特性および具体例については、先に第１の態様で説明したとおりである。
【００５９】
上述のように、本発明の製造方法によれば、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって多層構造を有するバッファ層を形成するため、バッファ層を構成する各層の膜厚を薄くすることが可能である。各層の膜厚を薄くすることによって、先に説明したように十分な導電性および透過性を確保することが可能となる。その結果、良好な導電性および透過性を維持しながら、スパッタリングによる衝撃を緩和するのに十分な厚さを有するバッファ層を形成することが可能となる。なお、バッファ層の形成には、成膜時のダメージが大きいスパッタ法ではなく、有機ＥＬ層への影響がより少ない被加熱方式の蒸着法または電子ビーム法などを適用することが好ましい。
【００６０】
本発明の製造方法では、バッファ層を設けた後に上部透明電極を形成するため、上部電極形成時においてバッファ層は有機ＥＬ層の保護層として機能し、スパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを効果的に緩和することが可能となる。特に、上部透明電極を形成する工程において、Ａｒプラズマに加えて、Ｏ２プラズマの存在が予測される酸化物をターゲットとして使用するスパッタ法を適用した場合または系中に酸素ガスを導入する場合であっても、バッファ層における第２の層を酸化されやすい金属または合金から構成することにより、スパッタリングによるダメージに起因する有機ＥＬ層の損傷および劣化を改善することが可能となる。すなわち、第２の層によってスパッタリングにおける衝撃を吸収、および系中に存在する酸素を吸収（第２の層自体が酸化される）ことによって、有機ＥＬ層と酸素との反応を抑制し、有機ＥＬ層の性能低下を低減することが可能となる。したがって、本発明の製造方法によれば、バッファ層によって上部電極形成時における有機ＥＬ層の損傷および劣化が改善されるため、有機ＥＬ層へのダメージが大きいスパッタ法を用いた場合であっても、より高品質な有機ＥＬ素子を効率良く提供することが可能となる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、それらは本発明を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６２】
（実施例１）
バッファ層の性能を評価するために、有機ＥＬ層（電子輸送層）上に、ＬｉＦ層（透明材料層）とＡｌ層（金属層）とを交互に積層して構成される多層構造のバッファ層を備えたサンプルを作製した。サンプルの作製は、３室型（ロードロック室、有機チャンバー、メタルチャンバー）蒸着装置を使用し、以下の手順により実施した。なお、真空槽内圧は１×１０−５Ｐａまで減圧し、抵抗加熱式の蒸発源を用い、るつぼ材質は蒸着材料に応じて石英、ＭｏまたはＢＮとした。
【００６３】
先ず、ガラス基板を有機チャンバーに移動し、ガラス基板上に、成膜速度２Å／ｓで膜厚１６２ｎｍのＡｌｑ３層を有機ＥＬ層として成膜した。次に、Ａｌｑ３層が形成されたガラス基板をメタルチャンバーに移動し、Ａｌｑ３層の上に成膜速度０．２５Å／ｓで膜厚１ｎｍのＬｉＦ層を形成した。次に、ＬｉＦ層の上に成膜速度２．５Å／ｓで膜厚１ｎｍのＡｌ層を形成した。さらに、先と同じ条件下において、膜厚１ｎｍのＬｉＦ層および膜厚１ｎｍのＡｌ層を形成する成膜を交互に５回繰り返すことによって、それぞれ膜厚１ｎｍのＬｉＦ層とＡｌ層とが交互に積層された多層構造を有するバッファ層を形成した。なお、バッファ層は全体で１０層とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００６４】
上述のようにして得られたＬｉＦ／Ａｌ多層構造を有するサンプルの透明性について評価した。その結果を表２に示す。なお、透明性は、分光光度計を使用して、波長５００ｎｍにおける透過率を測定することにより評価した。
【００６５】
（比較例１）
実施例１と同様の蒸着装置を使用し、以下の手順で比較サンプルを作製した。先ず、ガラス基板上に、成膜速度２Å／ｓで膜厚１６２ｎｍのＡｌｑ３層を有機ＥＬ層として形成した。次に、成膜速度０．２５Å／ｓで膜厚５ｎｍのＬｉＦ層を形成し、次いで成膜速度２．５Å／ｓで膜厚５ｎｍのＡｌ層を成膜することにより、ＬｉＦ／Ａｌ単層構造を有するバッファ層を形成した。なお、バッファ層は全体で２層とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００６６】
上述のようにして得られた比較サンプルの透明性を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。
【００６７】
（比較例２）
実施例１と同様の蒸着装置を使用し、以下の手順で比較サンプルを作製した。先ず、ガラス基板上に、成膜速度２Å／ｓで膜厚１６２ｎｍのＡｌｑ３層を有機ＥＬ層として形成した。次に、成膜速度０．２５Å／ｓで膜厚１ｎｍのＬｉＦ層を形成し、次いで成膜速度２．５Å／ｓで膜厚５ｎｍのＡｌ層を成膜することにより、ＬｉＦ／Ａｌ単層構造を有するバッファ層を形成した。このようにして得られた比較サンプルの透明性を実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
表２から明らかなように、単層構造のバッファ層（比較例１および２）と比較して、多層構造のバッファ層（実施例１）の透過率はより高い値を示している。このことから、バッファ層を厚膜化した場合であっても、バッファ層を多層構造とすることによって透過率の低下を改善することが可能であることが分かる。
【００７０】
また、バッファ層におけるＡｌの厚さを同じにした場合であっても（実施例１および比較例２を参照）、本発明のようにバッファ層を金属と透明材料とを交互に積層した多層膜とすることにより、単層の金属膜とするよりも高い透過率を得ることが可能であることが分かる。
【００７１】
（実施例２）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は以下のようにして作製した。
【００７２】
ガラス基板上にＣｒＢを１００ｎｍの膜厚で成膜し、次いでパターニングを実施し、乾燥処理（１５０℃）およびＵＶ処理（室温および１５０℃）を施すことによりＣｒＢからなる反射電極を形成した。なお、ＣｒＢの成膜は、ＤＣスパッタリング法に従って、室温下、スパッタリングガスとしてＡｒを使用し、３００Ｗのスパッタパワーを印加することにより実施した。
【００７３】
次に、先の工程によって反射層および陽極が形成されたガラス基板を蒸着装置に移動し、真空槽内圧を１×１０−５Ｐａまで減圧し、真空を破らずに、有機ＥＬ層、バッファ層および陰極を順次形成した。有機ＥＬ層は、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、および電子輸送層から構成した。正孔注入層としては銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。正孔輸送層としては４，４′−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。有機発光層としては４，４′−ビス（２，２′−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を成膜し、膜厚４０ｎｍとした。電子輸送層としてはアルミキレート（Ａｌｑ３）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。
【００７４】
次に、メタルマスクを用いて、多層構造のバッファ層を形成した。バッファ層は、膜厚１ｎｍのＬｉＦ層および膜厚１ｎｍのＡｌ層を形成する成膜を交互に５回繰り返すことによって、それぞれ膜厚１ｎｍのＬｉＦ層とＡｌ層とが交互に積層された多層構造を有するバッファ層を形成した。なお、バッファ層は全体で１０層構造とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００７５】
次に、先の工程で形成された多層構造のバッファ層の上に陰極ＩＺＯを形成した。陰極の形成は、ＩＺＯターゲットとしてＩｎ２Ｏ３−１０％ＺｎＯを用い、スパッタリングガスとしてＡｒを用い、０．３Ｐａの圧力下、１００Ｗのスパッタパワーを印加することによって実施した。膜厚は７５ｎｍとした。
【００７６】
上述のようにして得られた有機ＥＬ素子にパルス電圧（パルスＩＶＬ）を印加することによって、電流密度および輝度について測定を行った。その結果を表３に示す。
【００７７】
（比較例３）
本比較例は単層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、バッファ層を膜厚５ｎｍのＬｉＦ層と膜厚５ｎｍのＡｌ層とから構成すること以外、実施例２と同様の方法により作製した。バッファ層は、１つのＬｉＦ層と１つのＡｌ層との２層構造とし、バッファ層全体の膜厚は１０ｎｍとした。
【００７８】
上述のようにして作製した有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。本比較例におけるバッファ層全体の厚さは実施例２のバッファ層全体の厚さと同じであるが、ＬｉＦの１層あたりの膜厚が大きくなることによって実施例２の素子よりも導電率が低下し、電圧値が著しく増加することが分かった。
【００７９】
（実施例３〜９）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。各々の有機ＥＬ素子は、バッファ層を各種透明材料からなる膜厚１．０ｎｍの透明材料層と膜厚１．０ｎｍのＡｌ層とを交互に５回積層することにより、全体で１０層とし、全体の膜厚を１０ｎｍとすることを除き、実施例２と同様にして作製した。得られた有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８０】
（実施例１０）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、 バッファ層を膜厚１．０ｎｍのＫＦ層と膜厚１．０ｎｍのＡｌ層とを交互に１５回積層することにより、全体で３０層とし、全体の膜厚を３０ｎｍとすることを除き、実施例２と同様にして作製した。得られた有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８１】
（比較例４）
本比較例は単層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、 バッファ層を膜厚１５ｎｍのＫＦ層と膜厚１５ｎｍのＡｌ層とから構成すること以外、実施例２と同様の方法により作製した。バッファ層は、１つのＫＦ層と１つのＡｌ層との２層構造とし、バッファ層全体の膜厚は３０ｎｍとした。
【００８２】
上述のようにして作製した有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。本比較例におけるバッファ層全体の厚さは実施例１０のバッファ層全体の厚さと同じであるが、ＫＦ層の１層あたりの膜厚が大きくなることによって実施例１０の素子よりも導電率が低下し、電圧値が著しく増加することが分かった。
【００８３】
（実施例１１）
本実施例は、多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、 バッファ層を膜厚１．０ｎｍのＣｓＦ層と膜厚１．０ｎｍのＡｌ層とを交互に１５回積層することにより、全体で３０層とし、全体の膜厚を３０ｎｍとすることを除き、実施例２と同様にして作製した。得られた有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。
【００８４】
（比較例５）
本比較例は単層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子に関する。有機ＥＬ素子は、バッファ層を膜厚１５ｎｍのＣｓＦ層と膜厚１５ｎｍのＡｌ層とから構成すること以外、実施例２と同様の方法により作製した。バッファ層は、１つのＣｓＦ層と１つのＡｌ層との２層構造とし、バッファ層全体の膜厚は３０ｎｍとした。
【００８５】
上述のようにして作製した有機ＥＬ素子について、パルス電圧を印加することにより電流密度および輝度特性を測定した。その結果を表３に示す。本比較例におけるバッファ層全体の厚さは実施例１１のバッファ層全体の厚さと同じであるが、ＫＦ層の１層あたりの膜厚が大きくなることによって実施例１１の素子よりも導電率が低下し、電圧値が著しく増加することが分かった。
【００８６】
【表３】
【００８７】
＊ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）
表３から明らかなように、多層構造を持たないバッファ層を備える有機ＥＬ素子（比較例３〜５）よりも、多層構造のバッファ層を備える本発明の素子（実施例２〜１１）の方が優れた性能を有することが明らかである。これは、本発明におけるバッファ層が、十分な透過性および導電性を維持しながら厚膜化され、さらに酸化物をターゲットに用いるスパッタリングによる有機ＥＬ層へのダメージを効果的に緩和したためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】一般的な有機ＥＬ素子の構造を示すものであり、（ａ）はＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子を示す模式的断面図であり、（ｂ）はＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 基板
２０ 反射膜
３０ 下部電極（陽極）
４０ 有機ＥＬ層
４１ 正孔注入層
４２ 正孔輸送層
４３ 発光層
４４ 電子輸送層
５０ バッファ層
５１ 第１の層（透明材料層）
５２ 第２の層（金属層）
６０ 上部透明電極（陰極）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、前記上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子であって、
前記バッファ層が、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層と、該第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層とからなる多層構造を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記バッファ層において、前記第１の層と前記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、前記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、前記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
基板の上に、下部電極と、有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、前記上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子の製造方法であって、
（ａ）基板上に、下部電極および少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層を順次形成する工程と、
（ｂ）前記有機ＥＬ層の上に、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって、２以上の前記第１の層と２以上の前記第２の層とからなる多層構造を有するバッファ層を形成する工程と、
（ｃ）前記バッファ層の上に、スパッタリングによって上部透明電極を形成する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記バッファ層において、前記第１の層と前記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、前記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、前記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することを特徴とする請求項１０から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
基板上に、下部電極と、少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、前記上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子であって、
前記バッファ層が、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む２以上の第１の層と、該第１の層の上に積層され金属または合金を含む２以上の第２の層とからなる多層構造を有することを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記バッファ層において、前記第１の層と前記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、前記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、前記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
基板の上に、下部電極と、有機ＥＬ層と、バッファ層と、上部透明電極とを順次有し、前記上部透明電極側から光を取り出す有機ＥＬ素子の製造方法であって、
（ａ）基板上に、下部電極および少なくとも有機発光層を含む有機ＥＬ層を順次形成する工程と、
（ｂ）前記有機ＥＬ層の上に、３．２６ｅＶ以上のバンドギャップを有する透明材料を含む第１の層と、金属または合金を含む第２の層とを交互に積層することによって、２以上の前記第１の層と２以上の前記第２の層とからなる多層構造を有するバッファ層を形成する工程と、
（ｃ）前記バッファ層の上に、スパッタリングによって上部透明電極を形成する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記バッファ層の厚さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記バッファ層において、前記第１の層と前記第２の層との膜厚比が１：５〜５：１であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の層が４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記透明材料がアルカリハロゲン化物、アルカリ土類ハロゲン化物、２Ｂ、３Ｂハロゲン化物、希土類ハロゲン化物、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、３Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ酸化物、希土類酸化物、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記透明材料が、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｉＯｘ（ｘ＝１〜２）、Ｓｂ２Ｏ３からなる群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択され、前記合金がアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、遷移元素および３Ｂ族元素からなる群から選択される金属を含有することを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記金属または合金の電気陰性度が０．２〜２．０の範囲であることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記金属がＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、前記合金がＡｌ、Ａｇ、ＭｇおよびＭｎからなる群から選択される１以上の金属を含有することを特徴とする請求項１０から１７のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−６６５５３（Ｐ２００６−６６５５３Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４５９１３（Ｐ２００４−２４５９１３）
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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