JP2004327414A

JP2004327414A - 有機ｅｌ素子およびその製造方法

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Publication number: JP2004327414A
Application number: JP2003159941A
Authority: JP
Inventors: Yuko Nakamata; 祐子仲俣
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-11-18
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Abstract

【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、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。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。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）、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｄＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、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、それらが酸化されることにより有機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。したがって、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
【００１７】
【特許文献２】
特開２０００−５８２６５号公報
【００１８】
【特許文献３】
特開２００２−７５６５８号公報
【００１９】
【特許文献４】
特開２００２−２６０８６２号公報
【００２０】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ，Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
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、本願発明を完成するに至った。
【００２４】
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、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。
【００２５】
ここで、上記バッファ層の厚さは２０ｎｍ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。上記第２の層は、４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することが好ましい。
【００２６】
上記透明材料は、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２およびＳｂ_２Ｏ_３からなる群から選択されることが好ましい。
【００２７】
上記金属は、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は０．２〜２．０の範囲であることが好ましい。上記金属はＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、上記合金は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。
【００２８】
本発明の有機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、上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）上記有機ＥＬ層の上に、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。
【００２９】
ここで、上記バッファ層の厚さは２０ｎｍ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の層との膜厚比は１：５〜５：１であることが好ましい。上記第２の層は４．８ｅＶ未満の仕事関数を有することが好ましい。
【００３０】
上記透明材料は、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２およびＳｂ_２Ｏ_３からなる群から選択されることが好ましい。
【００３１】
上記金属はアルカリ金属、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、上記合金はアルカリ金属、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は０．２〜２．０の範囲であることが好ましい。上記金属はＡｌ、Ａｇ、ＭｇまたはＭｎのいずれかであり、前記合金は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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
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、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。
【００３３】
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。さらに、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。すなわち、本願発明によれば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、本願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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。さらに、バッファ層は、有機ＥＬ層からの光を十分に透過する一方で、耐スパッタ衝撃性を有する膜厚を有する必要がある。バッファ層全体の膜厚は２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、バッファ層は、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％以上の透過率を有することが望ましい。
【００３８】
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。なお、透明材料は特に限定されるものではないが、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。さらに、透明材料は、電子注入性および導電性に優れたものが好ましい。本発明で好適に使用できる透明材料としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属などのフッ化物、あるいは酸化物である。より具体的には、透明材料はＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ、ＮａＦ、ＳｉＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３から選択されることが好ましい。さらに具体的には、被加熱方式の蒸着法などの成膜方法によって成膜を良好に実施できるＬｉＦ、ＭｇＦ_２またはＳｂ_２Ｏ_３が好ましい。
【００３９】
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直に受けることになる。したがって、第２の層となる金属層は、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
以上説明したように、バッファ層を多層構造として構成することによって、バッファ層の導電性および透過性を確保すると同時にバッファ層全体を厚膜化することが可能となる。そのことにより、上部電極の形成が系中に酸素が存在するスパッタリングによって実施された場合であっても、有機ＥＬ層のダメージおよび劣化が極めて少ない有機ＥＬ素子を提供することが可能となる。
【００４５】
以下、バッファ層以外の構成エレメントについて詳細に説明する。
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。
【００４６】
下部電極は基板の上に設けられる。下部電極の材料は、特に限定されるものではなく、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕなどの金属またはそれら金属を含むＣｒＢ、ＮｉＰなどの合金、あるいはＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明導電性材料であってよい。下部電極材料として透明導電性材料を使用する場合には何らかの反射手段を設けることが好ましい。反射手段としては、特に限定されるものではなく、有機ＥＬ層からの光を上部透明電極側に効率良く反射させることが可能であればよい。例えば、ガラスまたはプラスチックなどの透明基板の表面または裏面（背面）に設けられる、光を反射する金属または合金からなる反射膜が挙げられる。また、下部電極の形状に合わせてパターン化された反射膜を透明基板上に設けてもよい。透明基板上に設けられる反射膜は、有機ＥＬ層の下地層にもなるため平坦性に優れたアモルファス膜とすることが好ましい。アモルファス膜を形成するのに好適な金属および合金としては、ＣｒＢ、ＣｒＰ、またはＮｉＰなどが挙げられる。さらに、透明基板の代りに絶縁層を介して、光を反射する金属または合金からなる基板を用いることにより、基板自体を反射膜として機能させてもよい。
【００４７】
なお、ディスプレイなどの応用に向けて複数の発光部を有する有機ＥＬ素子を形成する場合、下部電極の形状および基板に設けられる駆動回路は特に限定されるものではなく、アクティブマトリクス駆動方式またはパッシブマトリクス駆動方式のどちらを選択してもよい。
【００４８】
有機ＥＬ層は下部電極の上に設けられる。有機ＥＬ層は、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する有機発光層を少なくとも含み、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および／または電子注入層を介在させた構造を有する。より具体的には、以下に示すような構造が挙げられる。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子輸送層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
（６）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
【００４９】
なお、上述の（１）〜（６）の構造を有する有機ＥＬ層において、有機発光層または正孔注入層に下部電極（陽極）が接続され、有機発光層、電子輸送層または電子注入層にバッファ層を介して上部透明電極（陰極）が接続される。なお、本願発明の有機ＥＬ素子では材料を適宜選択することで、バッファ層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。
【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、例えば銅フタロシアニン（Ｃｕ−Ｐｃ）を使用することができる。正孔輸送層の材料としては、例えば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）を使用することができる。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を使用することができる。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アルミキレート（Ａｌｑ_３）、ベンズアズールなどを使用することができる。さらに、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、電子注入層の透過率は４０％以上であることが好ましく、８０％以上がより好ましく、このような透過率を達成するための材料を適宜選択することができる。各層を形成するための成膜には、通常、真空蒸着法が適用されるが、塗布法を適用することも可能である。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、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。
【００５５】
上述のように、本発明の製造方法によれば、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。
【００５６】
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、Ｏ_２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。
【００５７】
【実施例】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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Ａｌｑ_３層を有機ＥＬ層として成膜した。次に、Ａｌｑ_３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、Ａｌｑ_３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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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Ａｌｑ_３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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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Ａｌｑ_３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。
【００６４】
【表２】

【００６５】
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。
【００６６】
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）、本願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。
【００６７】
（実施例２）
多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を以下のようにして作製した。
【００６８】
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。
【００６９】
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（Ａｌｑ_３）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。
【００７０】
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。
【００７１】
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Ｉｎ_２Ｏ_３−１０％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。
【００７２】
上述のようにして得られた有機ＥＬ素子にパルス電圧を印加すること（パルスＩＶＬ）によって、電流密度および輝度について測定を行った。
【００７３】
（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。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有機ＥＬ素子を作製した。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。
【００７４】
上述のようにして得られた有機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。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。
【００７５】
（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。バッファ層を膜厚１ｎｍ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有機ＥＬ素子を作製した。すなわち、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６ｎｍとした。
【００７６】
上述のようにして得られた有機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。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よりも小さいが、Ａｌ層の膜厚が５ｎｍと大きいため、透過率が低下し、それにともなって輝度が低下することが分かった。
【００７７】
（実施例３）
バッファ層を膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ層と膜厚１．５ｎｍ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と同様にして多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を作製した。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。
【００７８】
（比較例５）
膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ層と膜厚１．５ｎｍのＡｌ層とから構成される、膜厚が２．０ｎｍのバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を実施例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。
【００７９】
（比較例６）
膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ層と膜厚１．５ｎｍのＹ（イットリウム）層とから構成される、膜厚が２．０ｎｍのバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を実施例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。極薄ＬｉＦ層と極薄イットリウム層とから構成されるバッファ層は、ＡｌまたはＡｇなどからなる上部金属電極を形成する際のスパッタリングによるダメージを改善することが知られている。しかし、ＩＺＯなどの上部透明電極材料として酸化物をターゲットに用いるスパッタリングに対してはその緩和効率が低下することが分かった。
【００８０】
（比較例７）
膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ層と膜厚１．５ｎｍのＭｎ（マンガン）層とから構成される、膜厚が２．０ｎｍのバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を実施例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。ＬｉＦ層とマンガン層とから構成されるバッファ層は、ＡｌまたはＡｇなどからなる上部金属電極を形成する際のスパッタリングによるダメージを改善することが知られている。しかし、ＩＺＯなどの上部透明電極材料として酸化物をターゲットに用いるスパッタリングに対してはその緩和効率が低下することが分かった。
【００８１】
【表３】

【００８２】
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、４、５、６および７）よりも、多層構造のバッファ層を備える本願発明の素子（実施例２および３）の方が優れた性能を有することが明らかである。これは、本願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。
【００８３】
（実施例４）
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。
【００８４】
次に、先の工程によって反射電極が形成されたガラス基板を７室型蒸着装置に移動し、反射電極を備えた基板の上に有機ＥＬ層、バッファ層および陰極を、真空を破らずに順に形成した。各層の成膜において、真空槽内圧は１×１０^−５Ｐａまで減圧した。
【００８５】
有機ＥＬ層は、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層、および電子注入層から構成した。各層を成膜する際の蒸発源は抵抗加熱式とし、るつぼ材質は各層の材料に応じて石英、Ｍｏ、ＢＮ、ＰＢＮを使用し、それぞれの蒸着レートは２〜４Å／ｓとした。なお、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ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート（ＴＢＰＢ）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（Ａｌｑ）を成膜し、膜厚２０ｎｍとした。
【００８６】
バッファ層は、ＬｉＦ層とＭｇＡｇ層とが順次交互に積層された多層構造とした。バッファ層の形成は、メタルマスクを用いて、膜厚１ｎｍのＬｉＦ層および膜厚１ｎｍのＭｇＡｇ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ＭｇＡｇ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。
【００８７】
次に、スパッタリング法に従って、バッファ層の上に陰極としてＩＺＯを成膜した。ＩＺＯターゲットとしては、Ｉｎ_２Ｏ_３−１０％ＺｎＯを使用し、スパッタリンスガスとして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、真空を破らずに形成した。
【００８８】
最後に、上述のように得られた有機ＥＬ素子を大気に曝露せずにグローボックス（酸素濃度および水分濃度がともに数ｐｐｍ以下）に移動させ、有機ＥＬ素子に紫外線硬化型接着剤を用いて封止部材を貼り合わせた。なお、封止部材の内部にはゲッター材として予めＣａＯを塗布しておいた。
【００８９】
上述のようにして得られた有機ＥＬ素子にパルス電圧を印加すること（パルスＩＶＬ）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４に示す。
【００９０】
（比較例８）
膜厚５．０ｎｍのＬｉＦ層と膜厚５．０ｎｍのＭｇＡｇ層とから構成される、膜厚が１０．０ｎｍのバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を実施例４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４に示す。
【００９１】
（実施例５）
バッファ層を膜厚１．０ｎｍのＬｉＦ層と膜厚１．０ｎｍのＡｌＬｉ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４と同様にして多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を作製した。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４に示す。
【００９２】
（比較例９）
膜厚５．０ｎｍのＬｉＦ層と膜厚５．０ｎｍのＡｌＬｉ層とから構成される、膜厚が１０．０ｎｍのバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を実施例４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４に示す。
【００９３】
（実施例６）
バッファ層を膜厚１．０ｎｍのＬｉＦ層と膜厚１．０ｎｍのＡｌＤｙ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４と同様にして多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を作製した。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４に示す。
【００９４】
（比較例１０）
膜厚５．０ｎｍのＬｉＦ層と膜厚５．０ｎｍのＡｌＤｙ層とから構成される、膜厚が１０．０ｎｍのバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を実施例４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４に示す。
【００９５】
（実施例７）
バッファ層を膜厚１．０ｎｍのＬｉＦ層と膜厚１．０ｎｍのＭｇＡｇＺｎ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４と同様にして多層構造のバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を作製した。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４に示す。
【００９６】
（比較例１１）
膜厚５．０ｎｍのＬｉＦ層と膜厚５．０ｎｍのＭｇＡｇＺｎ層とから構成される、膜厚が１０．０ｎｍのバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を実施例４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４に示す。
【００９７】
【表４】

【００９８】
表４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８〜１１）よりも、多層構造のバッファ層を備える本願発明の素子（実施例４〜７）の方が優れた性能を有することが明らかである。これは、本願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。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、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。
【図面の簡単な説明】
【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】
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）

Claims

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、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。
前記バッファ層の厚さが２０ｎｍ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。
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。
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。
前記透明材料がＬｉＦ、ＭｇＦ_２およびＳｂ_２Ｏ_３からなる群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。
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５のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
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６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
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７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
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、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。
前記バッファ層の厚さが２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
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９または１０に記載の方法。
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９から１１のいずれかに記載の方法。
前記透明材料がＬｉＦ、ＭｇＦ_２およびＳｂ_２Ｏ_３からなる群から選択されることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
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９から１３のいずれかに記載の方法。
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９から１４のいずれかに記載の方法。
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９から１５のいずれかに記載の方法。