JP4255250B2 - エレクトロルミネッセント素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光効率が良好なエレクトロルミネッセント（以下、エレクトロルミネッセントをＥＬと略す場合がある。）素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光を利用したＥＬ素子は、自己発光のため視認性が高く、かつ完全固体素子であるため、耐衝撃性に優れるなどの特徴を有することから、各種表示装置における発光素子としての利用が注目されている。
【０００３】
このようなＥＬ素子には、発光材料として無機化合物を用いる無機ＥＬ素子と、有機化合物を用いる有機ＥＬ素子とがある。このうち、有機ＥＬ素子は、駆動電圧を大幅に低くした小型化が容易であるため、次世代の表示素子としてその実用化研究が積極的になされている。有機ＥＬ素子の構成は、陽極／発光層／陰極の積層を基本とし、ガラス板等を用いた基材上に、透明陽極を形成する構成が通常採用されている。この場合、発光は基材側に取り出される。
【０００４】
このようなＥＬ素子としては、近年、陰極を透明にして陰極側から発光を取り出す試みがなされている。このように陰極側から発光を取り出す場合には、陰極と共に陽極も透明とすることにより、全体として透明なＥＬ素子を製造することが可能となる。このような透明なＥＬ素子は、背景色として任意な色が採用でき、発光時以外もカラフルなディスプレイとすることができる。また、背景色として黒を採用した場合には、発光時のコントラストを向上させることができるといった利点を有する。さらに、カラーフィルターや色変換層を用いた場合には、ＥＬ素子上にこれらを置くことができることから、ＥＬ素子の製造段階において、カラーフィルターや色変換層を考慮しなくてもよいため、例えば、陽極を形成する際には、基材温度を高くすることができ、陽極の抵抗値を下げることができるといった利点も有する。
【０００５】
このような利点を有するＥＬ素子の例としては、特開平１０−１６２９５９号公報に、陰極を膜厚が非常に薄い電子注入金属層と非晶質透明導電層で形成することにより、透明陰極側から発光を取り出す技術が開示されている。さらに、陽極には仕事関数４．８ｅＶ以上の導電性を示す金属又は透明導電膜、あるいはその組合せを用いることが開示されており、好適な金属として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄが挙げられている。しかしながら、これらの金属は、陽極金属上に成膜される有機ＥＬ層との密着性が良好ではないため、ダークスポット（非発光点）や不均一な発光を発生するおそれがある。そこで、このような問題点を解決する手段として、陽極金属に用いられる金属を、クロム、モリブテン、タングステン、タンタル等の仕事関数４．８ｅＶ未満の金属を用いた方法が特開２００１−４３９８０号公報に開示されている。このように４．８ｅＶの金属を用いることにより、ダークスポットの発生を抑えることが可能となったが、その一方で、同じ印可電圧における電流密度の低下、発光効率の低下といった新たな不都合を発生させることとなった。
【０００６】
さらに、このような問題点を解決する手段として、陽極金属上に修飾電極と称される透明導電膜を積層する方法が提案されているが、この方法においても、透明導電膜による光の損失が大きく光の取り出し効率が劣るといった問題点を有している。
【０００７】
そこで、透明陰極側から発光を取り出すＥＬ素子においては、これらすべての問題点を解決する手段の開発が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属電極層の金属の種類に関わらず、ダークスポット等の不都合が生じることなく、光の取り出し効率を向上させることが可能なＥＬ素子を提供することを主目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載するように、金属電極層と、上記金属電極層上に形成された発光層を含む有機ＥＬ層と、上記有機ＥＬ層上に形成された透明電極層とを少なくとも有するＥＬ素子において、上記金属電極層上に、電荷注入層としての機能を有し、光の損失を抑制する光導波防止層が設けられていることを特徴とするＥＬ素子を提供する。
【００１０】
本発明においては、上述したように電荷注入層としての機能を有し、かつ、光の導波を抑制する機能も保持する光導波防止層が金属電極層上に設けられているので、金属電極層に用いる金属の種類に関わらず、ダークスポット等を生じさせることが少なく、さらに、光の導波を抑制することから光の損失を抑えることができるため、良好な光の取り出し効率を有するＥＬ素子とすることができるのである。
【００１１】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項２に記載するように、上記光導波防止層は、その表面粗さが、１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることが好ましい。このように光導波防止層の表面を、上記範囲内で粗く形成することにより、有機ＥＬ層内で発生する光が、光導波防止層内を導波する際に、光導波防止層の表面付近の粗さにより乱反射され、光の導波を抑制することができるのである。これにより光の導波による損失を抑えることができるため、光の取り出し効率を向上させることができるのである。
【００１２】
上記請求項２に記載された発明においては、請求項３に記載するように、上記光導波防止層の平均膜厚は０．１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲内の平均膜厚を有する光導波防止層であれば、電荷注入層としての機能を十分に発揮することができるからである。
【００１５】
上記請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項４に記載するように、上記光導波防止層に用いられる材料は、導電性を有する有機材料を用いることができる。また、請求項５に記載するように、上記光導波防止層が、インジウムを含む無機酸化物で形成されているものであってもよい。さらに、この場合請求項６に記載するように、ＩＴＯであることが好ましい。ＩＴＯは光の透過率が高く、かつ、低抵抗であるため、ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化することができ、さらに、発光効率を向上させることができるからである。
【００１６】
上記請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項７に記載するように、上記金属電極層の光の反射率は、可視領域３８０〜７８０ｎｍの範囲内で、３０％以上であることが好ましい。金属電極層の光の反射率を上記範囲とすることにより、発光層内で発生した光が金属電極層で反射され、透明電極層側から効率良く光を取り出すことができるからである。
【００１７】
上記請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項８に記載するように、上記金属電極層の膜厚は、４０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも薄い膜厚とすると、光が金属電極層を透過するおそれがあり、一方、上記範囲よりも厚い膜厚とすると、ＥＬ素子としての平滑性が損なわれ、また透明電極層等に断線といった不都合が生じる可能性があるからである。
【００１８】
上記請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項９に記載するように、上記透明電極層の光の透過率は、可視領域３８０〜７８０ｎｍの範囲内で、５０％以上であることが好ましい。上記範囲内の光の透過率を有する透明電極層であれば、発光層内で発生した光を透明電極層側から効率良く取り出すことができるからである。
【００１９】
上記請求項１から請求項９までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項１０に記載するように、上記金属電極層は陽極であることが好ましい。金属電極層を陽極とし、透明電極層を陰極とする構成が、仕事関数等の関係上好ましい態様であるからである。
【００２０】
上記請求項１０に記載された発明においては、請求項１１に記載するように、上記金属電極層の仕事関数値ＷＦａと光導波防止層の仕事関数値ＷＦｂの関係において、仕事関数値がＷＦａ＜ＷＦｂとなることが好ましい。光導波防止層の仕事関数値を金属電極層のそれよりも高くすることにより、発光層内への正孔の注入が安定化し、発光効率を向上させることができるからである。
【００２１】
上記請求項１０または請求項１１に記載された発明においては、請求項１２に記載するように、上記透明電極層の仕事関数値が５．０ｅＶ以下であることが好ましい。上記範囲内の仕事関数値を有する透明電極層を陰極として用いることにより、発光層内への電子の注入が安定化し、発光効率を向上させることができるからである。
【００２２】
上記請求項１から請求項１２までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項１３に記載するように、上記金属電極層および光導波防止層からなる金属電極層部のシート抵抗が１Ω／□以下であることが好ましい。金属電極層部のシート抵抗を上記範囲内にすることにより、抵抗を低下させることができるため、駆動電圧を低電圧化することができ、発光効率を向上させることができるからである。
【００２３】
上記請求項１から請求項１３までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項１４に記載するように、上記透明電極層上に屈折率１．７以下であり、可視領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにおける光透過率が７０％以上である低屈折率層を積層することが好ましい。透明電極層上に設けられた低屈折率層が、上述した範囲の屈折率および光の透過率を有することにより、有機ＥＬ層や透明電極層等の屈折率の違いを要因とするＥＬ素子内への光の閉じこもりを防止することができ、光の取り出し効率を向上させることができるからである。
【００２４】
上記請求項１から請求項１４までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項１５に記載するように、上記透明電極層上に酸化珪素および窒化珪素の組合せからなり、水蒸気および酸素の影響から上記有機ＥＬ層を保護するバリア層を積層することが好ましい。有機ＥＬ層等は、水蒸気および酸素に曝されることにより劣化が促進されるおそれがあるが、このような特性を有するバリア層を設けることにより、有機ＥＬ層をそれらの影響から保護することができ、素子の長寿命化が可能であるからである。
【００２５】
上記請求項１から請求項１５までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項１６に記載するように、上記金属電極層は、基材上に形成されていることが好ましい。基材上に金属電極層等を形成することにより、ＥＬ素子の強度を向上させることができるからである。
【００２６】
本発明においてはまた、請求項１７に記載するように、陽極である金属電極層を形成する工程と、上記金属電極層上に、インジウムを含む無機酸化物を用い、その表面粗さが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内となるように光導波防止層を形成する工程と、上記光導波防止層を紫外線オゾン下または酸素プラズマ下に曝し、光導波防止層の仕事関数値を０．２ｅＶ以上変化させるプラズマ処理を施す工程と、上記プラズマ処理後の光導波防止層上に有機ＥＬ層を形成する工程と、上記有機ＥＬ層上に陰極である透明電極層を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とするＥＬ素子の製造方法を提供する。
【００２７】
本発明においては、上述するように、光導波防止層の表面を上記範囲内で粗く形成することにより、光導波防止層内を光が導波することによる光の損失を抑制することができると共に、光導波防止層にプラズマ処理を施すことにより、陽極である金属電極層の仕事関数値と好適な差を形成することができるため、発光層への正孔の注入が安定化し、発光効率を向上させることができるといった利点を有する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＥＬ素子およびその製造方法について説明する。まず、ＥＬ素子について説明する。
【００２９】
Ｉ．ＥＬ素子
本発明のＥＬ素子は、金属電極層と、上記金属電極層上に形成された有機ＥＬ層と、上記有機ＥＬ層上に形成された透明電極層とを少なくとも有するＥＬ素子において、上記金属電極層上に、電荷注入層としての機能を有し、光の損失を抑制する光導波防止層が設けられていることを特徴とするものである。
【００３０】
通常ＥＬ素子においては、発光効率を向上させるために、有機ＥＬ層内への電荷の注入を安定化させる電荷注入層としての機能を有する層を設けることが多い。本発明においてもこのような機能を有する層として光導波防止層を金属電極層上に設けている。しかしながら、このような機能を有する層は、入射光がその内部を導波することにより光の損失を招くことがあり、このため光の取り出し効率を低下させる要因となること場合がある。そこで、本発明においては、電荷注入層としての機能に加えて、このような光の導波を抑制する機能を保持する光導波防止層とすることにより、発光効率に加えて光の取り出し効率をも改善することを可能とする。
【００３１】
このような利点を有する本発明のＥＬ素子について、その構成について詳細に説明する。
【００３２】
１．光導波防止層
本発明における光導波防止層とは、有機ＥＬ層への電荷の注入を安定化させる電荷注入層としての役割を担うと共に、光導波防止層内へ入射した光が光導波防止層内を導波することにより生じる光の損失を抑制する機能をも有するものである。
【００３３】
このような機能を有する光導波防止層を金属電極層上に設けることにより、金属電極層からの電荷の注入が滞りなく行われるため、発光効率が向上し、さらに、光の損失が抑制されることから、有機ＥＬ層内で発生する光の透明電極層側からの取り出し効率も向上させることができるのである。このような作用を及ぼす本発明の光導波防止層について、形状および材料について詳細に説明する。
【００３４】
（１）光導波防止層の形状について
まず、光導波防止層の形状について説明する。本発明における光導波防止層とは、上述するように、電荷注入層としての機能を有し、かつ、光の損失を抑制する機能も保持する層である。従って、本発明における光導波防止層の形状としては、電荷注入層としての機能を損なうことがなく、かつ、光の損失を抑制することが可能な形状であれば特に限定はされない。具体的には、光導波防止層の表面を粗く形成する方法や光導波防止層を島状に形成する方法を挙げることができる。以下、この両方法について説明する。
【００３５】
▲１▼ 表面を粗く形成する場合
まず、光導波防止層の表面を粗くすることにより、光導波防止層に光の損失を抑制する機能を保持させる場合について説明する。このように光導波防止層の表面を粗くすることにより、光導波防止層における光の損失を抑制させることができるのは、粗く形成された光導波防止層の表面付近で、光導波防止層に入射した光が乱反射するため、入射光の導波を抑制することができるからである。従って、これにより光の損失が少なくなり、透明電極側からの光の取り出し効率を向上させることができるのである。
【００３６】
このような作用を及ぼす光導波防止層の表面粗さとしては、入射光をその表面付近で乱反射させることが可能な表面粗さであれば特に限定はされない。具体的には、１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内、好ましくは、１５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内、その中でも特に、２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも表面粗さが小さいと、入射光の乱反射が十分に生じず、光の導波を抑制する効果が十分に得られない可能性があるから好ましくなく、一方、上記範囲よりも表面粗さが大きいと、光導波防止層上に成膜される有機ＥＬ層の平滑性を損なう可能性があるため好ましくない。
【００３７】
また、ここでいう表面粗さとは、セイコーインスツルメンツ株式会社製、Nanopics1000を用い、膜表面の平均面粗さを計測したものである。
【００３８】
さらに、本発明における光導波防止層の平均膜厚としては、０．１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内、その中でも、０．１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも平均膜厚を薄くすると、光導波防止層が担う電荷注入層としての役割が十分に発揮されず、一方、上記範囲よりも平均膜厚を厚くすると、発光層内で発生した光が光散乱することなく光導波防止層内で導波するため、光の取り出し効率が低下するからである。
【００３９】
なお、本発明における表面を粗く形成するとは、膜状の層の表面を一定の範囲内の凹凸を有するように形成された状態を意味するのみならず、均一に膜が形成されていない状態、すなわち、金属電極層上に島状に光導波防止層が形成され、その結果として、上述したような表面粗さを有する場合も含むものとする。
【００４０】
▲２▼ 島状に形成する場合
次に、光導波防止層を島状に形成する場合について説明する。島状に形成された光導波防止層においては、その形状から入射した光がその内部を導波し、ＥＬ素子の側面から出射することがなく、よって光の導波による光の損失を抑制することができるのである。
【００４１】
このような作用を及ぼす島状に形成された光導波防止層としては、金属電極層上の有機ＥＬ層が成膜される領域に対して、１％〜９９％の範囲内、好ましくは１０％〜９０％の範囲内、その中でも特に、３０％〜８０％の範囲内の領域を被覆するように設けられていることが好ましい。
【００４２】
上記範囲よりも広範囲に光導波防止層を形成すると、膜状に近い形状となるため、島状に形成することにより得られる光の導波を抑制する効果が得られないからである。一方、上記範囲よりも狭い領域とすると、電荷注入層としての機能が十分に発揮されず、発光効率が低下してしまうからである。
【００４３】
（２）光導波防止層の材料について
次に、光導波防止層を形成する材料について説明する。本発明における光導波防止層を形成する材料としては、金属電極層からの電荷を有機ＥＬ層へ良好に注入することができる材料であれば特に限定されない。例えば、導電性を有する有機材料や導電性を有する無機材料を挙げることができる。以下、これらの材料について説明する。
【００４４】
▲１▼ 導電性を有する有機材料
本発明における光導波防止層を形成する導電性を有する有機材料としては、金属電極層が陽極である場合には、正孔注入層に用いられる材料を挙げることができ、逆に金属電極層を陰極として用いる場合には、電子注入層に用いられる材料を挙げることができる。例えば、正孔注入層に用いられる材料としては、金属電極層からの有機ＥＬ層への正孔の注入を安定化させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン等の導電性高分子、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物からなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。さらに、電子注入層としての機能を有する光導波防止層とする場合には、金属電極層からの電子の注入を安定化させる材料であれば特に限定はされない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン等の導電性高分子、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物からなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。またアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属との金属ドープ層が挙げられる。好適な電子輸送材料および金属ドープ材料としてはＢＣＰ（バソキュプロイン）または、Ｂｐｈｅｎ（バソフェナントロン）と、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｓｒなどの金属ドープが挙げられる。
【００４５】
▲２▼ 導電性を有する無機酸化物
次いで、光導波防止層の形成する材料として導電性を有する無機材料について説明する。本発明における導電性を有する無機酸化物としては、有機ＥＬ層への電荷の注入を安定化させる材料であれば特に限定はされない。このような導電性を有する無機材料としては、具体的には、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｏ、Ｃｄ−Ｉｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、Ｍｇ−Ｉｎ−Ｏ、Ｃａ−Ｇａ−Ｏ系またはＴｉＯ_２、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＬａＢ_６等を挙げることができる。その中でも、インジウムを含む無機酸化物であることが好ましい。特に、その中でも、ＩＴＯを用いることが好ましい。ＩＴＯは、導電性および光の透過率が高く、抵抗率が低いことから、光の取り出し効率を向上させると共に、ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化することができるからである。
【００４６】
▲３▼ その他
本発明においては、上述した材料の他にも、α−Ｓｉ、α−ＳｉＣ、α−Ｃ等の非晶質半導体や、μ−Ｃ−Ｓｉ、μ−Ｃ−Ｃ−Ｓｉ等の微結晶等によっても光導波防止層を形成することができる。
【００４７】
２．有機ＥＬ層
次に、本発明に用いられる有機ＥＬ層について説明する。通常、有機ＥＬ層としては、発光層、バッファー層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等を挙げることができる。このような本発明における有機ＥＬ層としては、発光層を含むことが必須である。また、発光層と上記各層を組み合わせて、複数層からなる有機ＥＬ層とすることも可能である。
【００４８】
また、本発明における有機ＥＬ層を形成する方法としては、そのパターニングの必要性から、高精細なパターニングを可能とする方法であれば特に限定はされない。例えば、蒸着法、印刷法、インクジェット法等によるパターン状に有機ＥＬ層を形成する方法や、有機ＥＬ層を形成する材料を塗工液として塗布する方法、例えば、スピンコーティング法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の塗布方法を挙げることができる。この中でも、本発明においては、蒸着法を用いて有機ＥＬ層を形成することが好ましい。
【００４９】
以下、このような有機ＥＬ層において、必須の構成である発光層について説明する。
【００５０】
（発光層）
ＥＬ素子において、発光層は必須の層であり、かつフルカラーおよびマルチカラーのディスプレイを製造する際には、パターニングを必要とする層である。このような発光層を形成する材料としては、通常、色素系、金属錯体系、または高分子系の発光材料を挙げることができる。以下、このような発光層を形成する材料として、発光材料について説明する。
【００５１】
（１）色素系材料
色素系材料としては、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾ−ル誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマー等を挙げることができる。
【００５２】
（２）金属錯体系材料
金属錯体系材料としては、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体、イリジウム金属錯体、プラチナ金属錯体等、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ等または、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等を挙げることができる。
【００５３】
（３）高分子系材料
高分子系の材料としては、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体等、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、上記色素体、金属錯体系発光材料を高分子化したもの等を挙げることができる。
【００５４】
３．金属電極層
本発明における金属電極層を形成する材料としては、導電性であれば特に限定はされない。具体的には、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＣｒやＡｌ合金、Ｎｉ合金、Ｃｒ合金等を挙げることができる。
【００５５】
さらに、金属電極層の光の反射率としては、可視領域３８０〜７８０ｎｍの範囲内で、３０％以上、その中でも、５０％以上であることが好ましい。本発明のＥＬ素子は、透明電極層側から光を取り出すため、有機ＥＬ層内で発生した光が、上記範囲内で反射されることにより、光の損失を抑制することができるからである。
【００５６】
なお、本発明における反射率とは、紫外可視分光光度計（株式会社島津製作所製、ＵＶ−２２００Ａ）を用い室温、大気中により測定された値を示すものである。
【００５７】
また、このような金属電極層の膜厚としては、４０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、その中でも、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも膜厚を薄くすると、抵抗値が高くなる場合があることから好ましくない。一方、上記範囲よりも膜厚を厚くすると、金属電極層がパターン状に形成されている場合に、ＥＬ素子全体としての平滑性を得ることが困難であり、さらに、金属電極層の端部における基材との段差により、金属電極層上に形成される透明電極層等の段差切れや断線といった不都合が生じる可能性があることから好ましくない。
【００５８】
また、この金属電極層と、この金属電極層上に形成される上記光導波防止層からなる部材を金属電極層部とすると、この金属電極層部のシート抵抗が１Ω／□以下、その中でも、０．６Ω／□以下、であることが好ましい。このように金属電極層部のシート抵抗を低くすることにより、駆動電圧が低下し、発光効率を向上させることが可能であるからである。
【００５９】
なお、ここでいうシート抵抗とは、試験片表面の二つの電極間に印加した直流電圧を、表面を通って流れる電流で除した数値であり、本発明においては、四探針法により測定された値とする。
【００６０】
４．透明電極層
本発明のＥＬ素子は、発光層内で発生した光を透明電極層側から取り出すため、透明電極層を形成する材料としては、透明性のある導電材料であれば特に限定はされない。しかしながら、インジウムを含む無機酸化物であることが好ましい。これらは、透明性が高く、低抵抗であるため、光の透過率が高く、駆動電圧を低くすることができるからである。具体的には、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ等を挙げることができる。その中でも特に、本発明においては、ＩＴＯが好ましい。
【００６１】
また、透明電極層の光の透過率としては、可視領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内で、５０％以上、その中でも、８０％以上、であることが好ましい。上記範囲内の光の透過率を有する透明電極層であれば、当該透明電極層側から良好に光を取り出すことができるからである。
【００６２】
なお、本発明における透過率は、紫外可視分光光度計（株式会社島津製作所製、ＵＶ−２２００Ａ）を用い室温、大気中により測定された値を示すものである。
【００６３】
さらに、透明電極層の膜厚としては、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、その中でも、５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも膜厚を薄くすると、導電性が不充分となり電極としての機能が発揮されない可能性があるため好ましくない。一方、上記範囲よりも膜厚を厚くすると、光透過率が低下するおそれがあるからであり、さらにＥＬ素子を多少変形させる場合などに、可撓性が劣り、透明電極層内にクラックが生じやすくなる場合もあるから好ましくない。
【００６４】
５．電荷注入輸送層
次いで、電荷注入輸送層について説明する。
【００６５】
本発明においては、上記有機ＥＬ層と各々の電極層との間に電荷注入輸送層を設けることも可能である。ここでいう電荷注入輸送層とは、上記有機ＥＬ層に電極からの電荷を安定に輸送する機能を有するものであり、このような電荷注入輸送層を有機ＥＬ層および電極の間に設けることにより、有機ＥＬ層中の発光層への電荷の注入が安定化し、発光効率を高めることができるのである。
【００６６】
このような電荷注入輸送層としては、陽極から注入された正孔を発光層内へ輸送する正孔注入輸送層、さらに、同様に陰極から注入された電子を発光層内へ輸送する電子注入輸送層とがある。以下、両電荷注入輸送層について説明する。
【００６７】
▲１▼ 正孔注入輸送層
本発明における正孔注入輸送層としては、陽極から注入された正孔を発光層内へ輸送することが可能である層であれば特に限定されない。例えば、陽極から注入された正孔を安定に発光層内へ注入する機能を有する正孔注入層、および、陽極から注入された正孔を発光層内へ輸送する機能を有する正孔輸送層のいずれか一方からなる場合、またはそれらの組合せからなる場合や、これら両機能を有する層からなる場合であってもよい。
【００６８】
さらに、正孔注入輸送層の膜厚としては、その機能が十分に発揮される膜厚であれば特に限定されないが、１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、その中でも３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００６９】
このような正孔注入輸送層としては、陽極から注入された正孔を安定に発光層へ輸送する材料であれば特に限定はされない。具体的には、Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルべジジン（α−ＮＰＤ）、４，４，４−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、さらに高分子量の材料としては、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）、ポリ３，４エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリフェニレンビニレン誘導体等が挙げられる。
【００７０】
▲２▼ 電子注入輸送層
次いで、電子注入輸送層について説明する。本発明における電子注入輸送層としては、陰極からの注入された電子を安定に発光層内へ注入する機能を有する電子注入層、および、電子を発光層内へ輸送する機能を有する電子輸送層のいずれか一方からなる場合、またはそれらの組合せからなる場合や、これら両機能を有する単層からなる場合であってもよい。
【００７１】
まず、電子注入層について説明する。電子注入層を形成する材料としては、発光層への電子の注入を安定化させることが可能な材料であれば特に限定されない。この様な材料としては、アルカリ金属化若しくはアルカリ土類金属の酸化物またはフッ化物を挙げることができる。その中でもアルカリ土類金属のフッ化物であることが好ましい。アルカリ土類金属のフッ化物は、融点が高く耐熱性を向上させることが可能であるからである。具体的には、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＢａＦ_２等が挙げられる。このような材料からなる電子注入層の膜厚としては、０．２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００７２】
さらに、陰極としてインジウム酸化物のような透明酸化物導電材料を用いた場合には、これらの仕事関数が４．６ｅＶ以上であることから、４．０ｅＶ以下の仕事関数を有する材料を用いて電子注入層を形成することが好ましい。低駆動電圧下では仕事関数が４．６ｅＶ以上のインジウム酸化物から形成された陰極から発光層へ直接電子を注入することは困難であるが、これらの層の間に４．０ｅＶ以下の仕事関数を有する電子注入層を設けることにより、電子の注入が容易となるからである。具体的には、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｍｇ等が挙げられる。このような材料により電子注入層を形成した場合には、その膜厚は、０．２ｎｍ〜５０ｎｍ、その中でも、０．２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内とすることが好ましい。この場合は、陰極として透明酸化物導電材料を用いているため、この陰極側から光を取り出す際には、電子注入層にも透明性が要求されるからである。
【００７３】
次いで、電子輸送層を形成する材料としては、陰極からまたは上記電子注入層から注入された電子を発光層内へ輸送することが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、電子輸送性の有機材料として、ＢＣＰ（バソキュプロン）あるいはＢｐｅｈｎ（バソフェナントロリン）を挙げることができる。
【００７４】
また、電子注入層としての機能および電子輸送層としての機能の両機能を有する層とする場合には、電子輸送性の有機材料に、ドープ材料としてアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を混合することにより、発光層へ電子を安定に注入し、輸送することができる。このような金属ドープ材料としては、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｓｒ等が挙げられる。この場合の電子輸送性有機材料と、金属ドープ材料とのモル比率は１：１〜１：３の範囲内、その中でも１：１〜１：２の範囲内であることが好ましい。さらに、この場合の膜厚としては、５ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内、その中でも、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。金属ドープ材料を加えることにより電子移動度が大きくなり、かつ、透過率が金属単体に比べ高いためである。
【００７５】
５．その他
その他、上記各層以外に本発明のＥＬ素子を構成することが可能な層について説明する。
【００７６】
（１）低屈折率層
本発明においては、低屈折率層を透明電極層上に形成することができる。通常、各々の層は異なる屈折率を有するため、このような屈折率の差により素子内に光が閉じこもることがある。そこで、本発明においては、陰極と後述するバリア層との間に当該低屈折率層を成膜することにより、バリア層による光の損失を低減させ、より一層光の取り出し効率を向上させることができるのである。
【００７７】
このような低屈折率層としては、光の取り出し方向である透明電極層上に設けていることから透明性が高く、さらにその屈折率としては、１．７以下、その中でも、１．５以下であることが好ましい。屈折率を上記範囲とすることにより、透明電極層とバリア層との屈折率の差を要因とする光の損失が抑えられ、透明電極層側からの光の取り出し効率が向上するからである。
【００７８】
なお、ここでいう屈折率は、分光エリプソメータ（Jovin Yvon社製）を用い、Ｓｉウェハ上に膜を形成し、可視波長の屈折により得られた値を示すものである。
【００７９】
また、低屈折率層の光の透過率としては、光の取り出し効率を向上させる目的から、可視領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内で、７０％以上、その中でも、８０％以上であることが好ましい。なお、ここでいう透過率は、上述した測定により得られるものである。
【００８０】
さらに、低屈折率層の膜厚としては、上記光の透過率を保持することが可能な膜厚であれば特に限定はされないが、１０ｎｍ〜１００００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００８１】
このような低屈折率層を形成する材料としては、多孔質ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ等が挙げられる。
【００８２】
（２）バリア層
次に、本発明に用いられるバリア層について説明する。本発明におけるバリア層とは、発光層を含む有機ＥＬ層を水蒸気および酸素等の影響から保護する役割を担う層である。発光層等は、水蒸気および酸素等に曝されると、その劣化が促進され、結果としてＥＬ素子の素子寿命が短くなる不都合が発生する。そこで、水蒸気および酸素等の素子内への透過を阻止するバリア層を設けることにより、素子寿命の長寿命化を図っている。
【００８３】
このようなバリア層の水蒸気透過率としては、０．００１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下、その中でも、０．０００１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが好ましい。
【００８４】
さらに、酸素透過率としては、０．００１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下、その中でも、０．０００１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが好ましい。上記範囲内の酸素および水蒸気透過率であれば、素子内への両者の透過を好適に妨げることができるからである。
【００８５】
なお、本発明における酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社製、ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／２０）を用い、２３℃、９０％Ｒｈの条件で測定したものである。また、水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置（ＭＯＣＯＮ社製、ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ ３／３１）を用い、３７．８℃、１００％Ｒｈの条件で測定したものである。
【００８６】
また、本発明においては、バリア層を光の取り出し方向に設けるため、可視領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内での光の透過率が６０％以上、その中でも、８０％以上であることが好ましい。上記範囲よりも透過率を低くすると、バリア層による光の吸収が大きくなり、透明電極層からの光の取り出し効率が低下する要因となるからである。なお、ここでいう光の透過率の測定法は、上述したものと同様である。
【００８７】
さらに、その膜厚としては、バリア層として水蒸気および酸素の透過を十分に阻止することが可能な膜厚であれば特に限定はされないが、光の透過率との関係から０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００８８】
このようなバリア層を形成する材料としては、水蒸気および酸素の透過を好適に阻止することができ、透明性に優れている材料であれば特に限定はされない。例えば、珪素酸化物または珪素窒化物等が挙げられ、これらの組合せからなっていてもよい。
【００８９】
また、本発明においては、上記低屈折率およびバリア層が、これら両層の機能を有する保護層からなっていてもよい。このような保護層としては、屈折率が、上記低屈折率層の屈折率の範囲内であり、かつ、水蒸気透過率および酸素透過率が、上記バリア層におけるこれらの範囲内であれば特に限定されない。また、透明電極層上に設けられることから透明性が高いことが好ましい。
【００９０】
（３）基材
さらに、本発明においては、ＥＬ素子を基材上に形成してもよい。基材上にＥＬ素子を形成する場合は、ＥＬ素子の強度を向上させることができるからである。このような基材として用いることが可能な材料としては、自己支持性を有する材料であれば特に限定されない。また、金属電極層の下に基材を設けることから、特に透明性を有していなくてもよい。例えば、石英やガラス、シリコンウェハ、高分子基材としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、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（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を挙げることができる。この中でも、石英、ガラス、シリコンウェハ、またはスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が好ましい。これらは２００℃以上の耐熱性を有しており、製造段階での基材温度を高くすることができるからである。
【００９１】
６．本発明のＥＬ素子の具体的態様
次いで、本発明のＥＬ素子の具体的に態様について説明する。
【００９２】
図１は、本発明のＥＬ素子の具体的態様の一例を図示したものである。図１に示すＥＬ素子においては、基材１と、この基材１上に陽極２が形成されている。なお、本態様においては、この陽極２が上述した金属電極層となっている。さらに、この金属電極層である陽極２上に表面が粗く形成された光導波防止層３が設けられており、さらに、光導波防止層３を有する陽極２上に、発光層へ正孔を輸送する機能を有する正孔輸送層４が形成されている。本態様では、陽極２が上述の金属電極層からなることから、光導波防止層３は正孔注入層としての機能を有しており、光導波防止層３から注入された正孔を、当該正孔輸送層４により発光層５内へ速やかに輸送するのである。さらに、正孔輸送層４上には発光層５が積層されている。発光層５は通常パターン状に形成されており、フルカラーのＥＬ素子とする場合には、複数色の発光層が各々パターニングされている。さらに、発光層５上には、陰極からの電子を注入し輸送する電子注入輸送層６が形成され、電子注入輸送層６上には陰極７が形成されている。本態様では、陽極２が上述の金属電極層となっていることから、陰極７は上述した透明電極層であり、この透明電極層である陰極７側から光が取り出される。また、本態様においては、陰極７側からの光の取り出し効率を更に向上させるため、陰極７上に低屈折率層８が形成されており、さらに、発光層５等を酸素および水蒸気の影響から保護するバリア層９が前記低屈折率層８上に形成されている。
【００９３】
以下、このような態様における本発明のＥＬ素子について各構成を説明する。なお、本態様は、上述の金属電極層を陽極とし、透明電極層を陰極とした態様であり、光導波防止層、発光層等の有機ＥＬ層については、上述した説明と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００９４】
（電極）
本態様においては、上述した金属電極層を陽極とし、透明電極層を陰極とした点に特徴を有する。
【００９５】
このように上記金属電極層を陽極として用いた本態様においては、上述した光導波防止層の仕事関数をＷＦｂとし、陽極の仕事関数をＷＦａとした場合、両者の関係が
ＷＦａ＜ＷＦｂ
となることが好ましい。
【００９６】
ここで、光導波防止層の仕事関数としては、有機ＥＬ層への正孔注入の安定性の関係から、４．８ｅＶ以上、その中でも、５．０ｅＶ以上であることが好ましい。このような範囲の仕事関数を有する光導波防止層を、その仕事関数と上記式の範囲内にある仕事関数を有する陽極上に形成することにより、陽極からの正孔の注入がより一層安定化し、発光効率を向上させることができるからである。
【００９７】
また、金属電極層を陽極としたことにより、透明電極層は陰極となるが、この場合、陰極の仕事関数としては、５．０ｅＶ以下、その中でも、４．８ｅＶ以下であることが好ましい。さらに、透明電極層からなる陰極のシート抵抗は、２０Ω／□以下であることが好ましい。
【００９８】
なお、ここでいう仕事関数は、理研計器株式会社製、表面分析装置ＡＣ−１を用い、大気中で測定した数値である。
【００９９】
ＩＩ．ＥＬ素子の製造方法
次に、本発明のＥＬ素子の製造方法について説明する。本発明のＥＬ素子の製造方法は、陽極である金属電極層を形成する工程と、前記金属電極層上に、インジウムを含む無機酸化物を用い、その表面粗さが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内となるように光導波防止層を形成する工程と、前記光導波防止層を紫外線オゾン下または酸素プラズマ下に曝し、光導波防止層の仕事関数値を０．２ｅＶ以上変化させるプラズマ処理を施す工程と、前記プラズマ処理後の光導波防止層上に有機ＥＬ層を形成する工程と、前記有機ＥＬ層上に陰極である透明電極層を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とするものである。
【０１００】
図２は、このような特徴を有する本発明のＥＬ素子の製造方法の一例を図示したものである。以下、図２を用いて、本発明のＥＬ素子の製造方法について具体的に説明する。
【０１０１】
まず、図２（ａ）に示すように、金属電極層からなる陽極２を準備し、当該陽極２上に上述した材料からなる光導波防止層３を成膜する。この際、光導波防止層３は、その表面粗さが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内になるように形成する。このような形状に光導波防止層を形成することにより、光導波防止層内を光が導波することが抑制され、これにより光の損失を少なくすることができるため、光の取り出し効率を向上させることができるのである。
【０１０２】
なお、光導波防止層の表面粗さが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内である形状として形成する方法としては、コロナ処理、エッチング、サンドプラストのいずれか、または、それらの組合せを用いて形成することができる。
【０１０３】
なお、ここでいう「表面粗さ」とは、上述したように、膜状の層の表面を一定の範囲内の凹凸を有するように形成された状態を意味するのみならず、均一に膜が形成されていない状態も含むものである。すなわち、光導波防止層を膜状に形成する他に、島状に形成することにより、上述した表面粗さを有するようにしてもよい。
【０１０４】
さらに、図２（ｂ）に示すように、表面を粗く形成された光導波防止層３を紫外線オゾン下または酸素プラズマ下に曝すことにより、光導波防止層３の仕事関数を０．２以上変化させるプラズマ処理を行う。このようなプラズマ処理においては、金属電極層からなる陽極２の仕事関数値をＷＦａとし、光導波防止層３の仕事関数値をＷＦｂとした場合、両者の関係が
ＷＦａ＜ＷＦｂ
となるように、プラズマ処理を行うことが好ましい。このようなプラズマ処理を施すことにより、陽極２と光導波防止層３との仕事関数が好適な差を有するように光導波防止層３の仕事関数値を制御することができ、有機ＥＬ層内へ安定に正孔を注入することができるようになるからである。
【０１０５】
次いで、プラズマ処理が施され好適な仕事関数の値に設定された光導波防止層３を有する陽極２上に、有機ＥＬ層を成膜する。有機ＥＬ層としては、少なくとも発光層５を有するものであるが、ここでは、図２（ｃ）に示すように、陽極２からの正孔を輸送する役割を担う正孔輸送層４を光導波防止層３上に成膜し、当該正孔輸送層４上に、図２（ｄ）に示すように、ＥＬ素子において必須の層である発光層５を設ける場合を図示している。また、有機ＥＬ層としてその他にも、図２（ｅ）に示すように、発光層５への電子の注入を安定化させ輸送する電子注入輸送層６を発光層５上に積層することができる。このような有機ＥＬ層上に、図２（ｆ）に示すように透明電極層からなる陰極７を設ける。
【０１０６】
この後、上述するように、有機ＥＬ層を水蒸気および酸素の影響から保護するバリア層や、さらに、陰極とバリア層との屈折率の差による素子内への光の閉じこもりを解消する低屈折率層を設けてもよい。
【０１０７】
このようにして製造することにより、図の上面から発光を得ることができるＥＬ素子を得ることができる。
【０１０８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０９】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【０１１０】
［実施例１］
基材として、縦横２５ｍｍ×２５ｍｍで、厚みが１．１ｍｍの透明ガラスを洗浄後、マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１００ｎｍのＡｌもしくはＣｒからなる陽極を成膜した。スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力０．１５Ｐａ、ＤＣ出力２００Wとした。その上に光導波防止層として１０ｎｍのＩＴＯをマグネトロンスパッタリング法にて形成した。スパッタガスとして、ＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝５０：１）、圧力０．１Ｐａ、ＤＣ出力１５０Ｗとした。陽極としてＡｌ、光導波防止層としてＩＴＯを形成した膜について、四探針法により表面抵抗値を調べたところ０．５Ω／□であった。
【０１１１】
成膜時は金属マスクを使用し発光エリア２ｍｍ×２ｍｍが４ヶ所できるように陽極をフォトリソグラフィー法によりパターン状に形成した。その後、基材を酸素プラズマ下に曝した。Ａｌ／ＩＴＯの陽極の場合、酸素プラズマ処理を行った後、大気中で仕事関数を測定した結果４．９ｅＶから５．７ｅＶとイオン化ポテンシャルが低下した。ＩＴＯが形成されていない場合、仕事関数の値は変わらなかった。ＳＥＭにてＡｌ上のＩＴＯ表面を観察したところ２５ｎｍ以下では均一な膜でなく島状に形成されていることを確認した。
【０１１２】
次いで、形成した光導波防止層上に正孔注入輸送層として、下記化学式（１）に示すビス（Ｎ−ナフチル）−Ｎ−フェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）を真空加熱蒸着法により、厚み８０ｎｍの正孔注入輸送層を形成した。このα−ＮＰＤの化学式について以下に示す。
【０１１３】
【化１】

【０１１４】
その後、発光層として、下記化学式（２）に示すアルミニウムキノリノール金属錯体（Ａｌｑ_３）を厚み８０ｎｍ蒸着し、最後に電子注入層兼スパッタリング保護層として、下記化学式（３）に示すバソキュプロイン（ＢＣＰ）とＬｉの共蒸着層を２０ｎｍ成膜した。モル比率がＢＣＰ：Ｌｉが１：２になるように成膜速度を調節した。
【０１１５】
【化２】

【０１１６】
【化３】

【０１１７】
成膜条件は、真空度５×１０^−５Ｐａ、各層の有機材料は成膜速度２〜５Å／ｓｅｃで成膜した。成膜条件としてスパッタガスはＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝５０：１）、圧力０．１Ｐａ、ＲＦ出力１００Ｗ、ＤＣ出力１５０Ｗとした。成膜速度２〜５Å／ｓｅｃでガス圧５．５×１０^−２Ｐａの条件下で１５０ｎｍの透明電極層を形成し発光エリア２ｍｍ×２ｍｍの有機ＥＬ素子を作製した。
【０１１８】
その後、透明電極層上に低屈折率層としてＭｇＦ_２を真空蒸着法にて５０ｎｍ形成し、最後にバリア層としてＳｉＯ_２、ＳｉＮの組合せからなる膜を５μｍ成膜した。成膜条件はマグネトロンスパッタリングにてターゲットＳｉＯｘＮｙを使用し、スパッタガスはＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝３０：１）、圧力０．２Ｐａ、ＲＦ出力１５０Ｗ、ＤＣ出力２００Ｗとした。バリア層の形成はプラズマＣＶＤ法でも形成可能である。透明電極層のシート抵抗は１０Ω／□であった。得られた有機ＥＬ素子の発光エリアは２ｍｍ×２ｍｍであり、陽極の成膜からバリア層までの工程はすべて真空下で行った。
【０１１９】
Ａｌを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は１０Ｖ印加時の電流密度は１１０ｍＡで、３０００ｃｄ／ｍ^２であった。
【０１２０】
［比較例１］
光導波防止層を形成しない有機ＥＬ素子を実施例１と同様の工程で作製した。Ａｌを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は１０Ｖ印加時の電流密度は２０ｍＡで、２００ｃｄ／ｍ^２であった。
【０１２１】
［比較例２］
光導波防止層としてＩＴＯを使用し、表面粗さを５ｎｍとし、膜厚を１００ｎｍとした有機ＥＬ素子を実施例１と同様の工程で作製した。陽極としてＡｌ、光導波防止層としてＩＴＯを形成した膜について四探針法により表面抵抗値を調べたところ０．６Ω／□であった。Ａｌを陽極とした有機ＥＬ素子は１０Ｖ印加時の電流密度は１００ｍＡで、２６００ｃｄ／ｍ^２であった。
【０１２２】
［実施例２］
基材として、縦横２５ｍｍ×２５ｍｍで、厚みが１．１ｍｍの透明ガラスを洗浄後、マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１００ｎｍのＡｌもしくはＣｒからなる陽極を成膜した。スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力０．１５Ｐａ、ＤＣ出力２００Wとした。その上に光導波防止層として１０ｎｍのＩＴＯをマグネトロンスパッタリング法にて形成した。スパッタガスとして、ＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝５０：１）、圧力０．１Ｐａ、ＤＣ出力１５０Ｗとした。成膜時は金属マスクを使用し発光エリア２ｍｍ×２ｍｍが４ヶ所できるように陽極のパターニングを行った。その後、基材を酸素プラズマ下に曝した。Ａｌ／ＩＴＯの陽極の場合、酸素プラズマ処理を行った後、大気中で仕事関数を測定した結果４．９ｅＶから５．７ｅＶとイオン化ポテンシャルが低下した。ＩＴＯが形成されていない場合、仕事関数の値は変わらなかった。
【０１２３】
次いで、形成した光導波防止層上に正孔注入輸送層として、下記化学式（４）に示すポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）をスピンコートにより厚み８０ｎｍ形成し加熱乾燥させた。以下に、（ＰＥＤＯＴ（ＰＳＳ））の化学式を示す。
【０１２４】
【化４】

【０１２５】
その後、酸素濃度が１ｐｐｍまでの低酸素条件下および湿度が１ｐｐｍまでの低湿度条件下であるグローブＢＯＸ中にて発光層として、下記化学式（５）に示すポリ（ジオクチルフルオレン−ｃｏ−アントラセン）（ＰＦ）を厚み８０ｎｍに成膜し、最後に電子注入層兼スパッタリング保護層としてバソキュプロイン（ＢＣＰ）とＬｉの共蒸着層を２０ｎｍ成膜した。モル比率がＢＣＰ：Ｌｉが１：２になるように成膜速度を調節した。以下に、ＰＦの化学式について示す。
【０１２６】
【化５】

【０１２７】
成膜条件は、真空度５×１０^−５Ｐａ、ＢＣＰの成膜速度２Å／ｓｅｃで成膜した。電子注入層を成膜後、透明電極層としてＩＴＯ、ＩＺＯをスパッタリングにより１５０ｎｍ形成した。電子注入層へのスパッタダメージを軽減するため、対向ターゲット式マグネトロンスパッタ装置で成膜した。成膜条件としてスパッタガスはＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝５０：１）、圧力０．１Ｐａ、ＲＦ出力１００Ｗ、ＤＣ出力１５０Ｗとした。成膜速度２〜５Å／ｓｅｃでガス圧５．５×１０^−２Ｐａの条件下で１５０ｎｍの透明電極層を形成し発光エリア２ｍｍ×２ｍｍの有機ＥＬ素子を作製した。
【０１２８】
その後、透明電極層上に低屈折率層としてＭｇＦ_２を真空蒸着法にて５０ｎｍ形成し、最後にバリア層としてＳｉＯ_２、ＳｉＮの組合せからなる膜を５μｍ成膜した。成膜条件はマグネトロンスパッタリングにてターゲットＳｉＯｘＮｙを使用し、スパッタガスはＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝３０：１）、圧力０．２Ｐａ、ＲＦ出力１５０Ｗ、ＤＣ出力２００Ｗとした。
【０１２９】
Ａｌを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は８Ｖ印加時の電流密度は２００ｍＡで、９０００ｃｄ／ｍ^２であった。Ｃｒを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は８Ｖ印加時の電流密度は２２０ｍＡで、６０００ｃｄ／ｍ^２であった。
【０１３０】
［比較例３］
光導波防止層を形成しない有機ＥＬ素子を実施例２と同様の工程で作製した。Ａｌを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は１０Ｖ印加時の電流密度は２０ｍＡで、２００ｃｄ／ｍ^２であった。Ｃｒを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は８Ｖ印加時の電流密度は６０ｍＡで、７００ｃｄ／ｍ^２であった。
【０１３１】
［実施例３］
基材として、縦横２５ｍｍ×２５ｍｍで、厚みが１．１ｍｍの透明ガラスを洗浄後、マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１００ｎｍのＡｌもしくはＣｒからなる陽極を成膜した。スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力０．１５Ｐａ、ＤＣ出力２００Wとした。その上に光導波防止層として１０ｎｍのＩＴＯをマグネトロンスパッタリング法にて形成した。スパッタガスとして、ＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝５０：１）、圧力０．１Ｐａ、ＤＣ出力１５０Ｗとした。
【０１３２】
次いで、形成した光導波防止層上に正孔注入輸送層としてポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）をスピンコートにより厚み８０ｎｍ形成し加熱乾燥させた。その後、酸素濃度が１ｐｐｍまでの低酸素条件下および湿度が１ｐｐｍまでの低湿度条件下であるグローブＢＯＸ中にて発光層としてポリ（ジオクチルフルオレン−ｃｏ−アントラセン）（ＰＦ）を厚み８０ｎｍに成膜し、最後に電子注入層としてＬｉＦを０．５ｎｍ成膜した。更にその上にＣａを１０ｎｍ蒸着した。を２０ｎｍ成膜した。成膜条件は、真空度５×１０^−５Ｐａ、ＬｉＦの成膜速度０．１Å／ｓｅｃ、Ｃａの成膜速度１．０Å／ｓｅｃで成膜した。電子注入層を成膜後、透明電極層としてＩＴＯ、ＩＺＯをスパッタリングにより１５０ｎｍ形成した。発光層へのスパッタダメージを軽減するため、対向ターゲット式マグネトロンスパッタ装置で成膜した。成膜条件としてスパッタガスはＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝５０：１）、圧力０．１Ｐａ、ＲＦ出力１００Ｗ、ＤＣ出力１５０Ｗとした。成膜速度２〜５Å／ｓｅｃでガス圧５．５×１０^−２Ｐａの条件下で１５０ｎｍの透明電極層を形成し発光エリア２ｍｍ×２ｍｍの有機ＥＬ素子を作製した。
【０１３３】
その後、透明電極層上に低屈折率層としてＭｇＦ_２を真空蒸着法にて５０ｎｍ形成し、最後にバリア層としてＳｉＯ_２、ＳｉＮの組合せからなる膜を５μｍ成膜した。成膜条件はマグネトロンスパッタリングにてターゲットＳｉＯｘＮｙを使用し、スパッタガスはＡｒとＯ_２の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝３０：１）、圧力０．２Ｐａ、ＲＦ出力１５０Ｗ、ＤＣ出力２００Ｗとした。
【０１３４】
Ａｌを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は８Ｖ印加時の電流密度は３００ｍＡで、１２０００ｃｄ／ｍ^２であった。Ｃｒを陽極としＩＴＯを透明電極層とした有機ＥＬ素子は８Ｖ印加時の電流密度は３３０ｍＡで、８０００ｃｄ／ｍ^２であった。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば、上述したように電荷注入層としての機能を有し、かつ、光の導波を抑制する機能も保持する光導波防止層が金属電極層上に設けられているので、金属電極層に用いる金属の種類に関わらず、ダークスポット等を生じさせることが少なく、さらに、光の導波を抑制することから光の損失を抑えることができるため、良好な光の取り出し効率を有するＥＬ素子とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のＥＬ素子の製造方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１ … 基材
２ … 陽極
３ … 光導波防止層
４ … 正孔輸送層
５ … 発光層
６ … 電子注入輸送層
７ … 陰極
８ … 低屈折率層
９ … バリア層

Claims (17)

1. 金属電極層と、前記金属電極層上に形成され、表面に凹凸を有する光導波防止層と、前記光導波防止層上に形成され、発光層を含む有機エレクトロルミネッセント層と、前記有機エレクトロルミネッセント層上に形成された透明電極層とを少なくとも有するエレクトロルミネッセント素子であって、
   前記光導波防止層が、電荷注入層としての機能を有し、かつ当該光導波防止層内に入射した光が当該光導波防止層内を導波することにより生じる光の損失を抑制する機能を有し、
   前記発光層内で発生した光が前記金属電極層で反射され、前記透明電極層側から光を取り出すことを特徴とするエレクトロルミネッセント素子。
2. 前記光導波防止層は、セイコーインスツルメンツ株式会社製のNanopics1000を用いて計測される膜表面の平均面粗さが、１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセント素子。
3. 前記光導波防止層の平均膜厚は０．１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロルミネッセント素子。
4. 前記光導波防止層に用いられる材料は、導電性を有する有機材料であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
5. 前記光導波防止層は、インジウムを含む無機酸化物で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
6. 前記インジウムを含む無機酸化物は、インジウムスズ酸化物であることを特徴とする請求項５に記載のエレクトロルミネッセント素子。
7. 前記金属電極層の光の反射率は、可視領域３８０〜７８０ｎｍの範囲内で、３０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
8. 前記金属電極層の膜厚は、４０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
9. 前記透明電極層の光の透過率は、可視領域３８０〜７８０ｎｍの範囲内で、５０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
10. 前記金属電極層は陽極であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
11. 前記金属電極層の仕事関数値ＷＦａと光導波防止層の仕事関数値ＷＦｂの関係において、仕事関数値がＷＦａ＜ＷＦｂとなることを特徴とする請求項１０に記載のエレクトロルミネッセント素子。
12. 前記透明電極層の仕事関数値が５．０ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のエレクトロルミネッセント素子。
13. 前記金属電極層および光導波防止層からなる金属電極層部のシート抵抗が１Ω／□以下であることを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
14. 前記透明電極層上に屈折率１．７以下であり、可視領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにおける光透過率が７０％以上である低屈折率層を積層することを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
15. 前記透明電極層上に酸化珪素および窒化珪素の組合せからなり、水蒸気および酸素の影響から前記有機エレクトロルミネッセント層を保護するバリア層を積層することを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
16. 前記金属電極層は、基材上に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれかの請求項に記載のエレクトロルミネッセント素子。
17. 陽極である金属電極層を形成する工程と、
    前記金属電極層上に、インジウムを含む無機酸化物を用い、セイコーインスツルメンツ株式会社製のNanopics1000を用いて計測される膜表面の平均面粗さが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内となるように光導波防止層を形成する工程と、
    前記光導波防止層を紫外線オゾン下または酸素プラズマ下に曝し、光導波防止層の仕事関数値を０．２ｅＶ以上変化させるプラズマ処理を施す工程と、
    前記プラズマ処理後の光導波防止層上に有機エレクトロルミネッセント層を形成する工程と、
    前記有機エレクトロルミネッセント層上に陰極である透明電極層を形成する工程と、
    を少なくとも有し、前記発光層内で発生した光が前記金属電極層で反射され、前記透明電極層側から光を取り出すエレクトロルミネッセント素子を製造することを特徴とするエレクトロルミネッセント素子の製造方法。

Images