(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に配置され、有機材料を用いてなる発光層を含む、１または複数の層からなる機能層と、
前記陽極と前記機能層との間に配置されたホール注入層と、
前記発光層を規定するバンクと、を備え、
前記ホール注入層は酸化タングステンを含み、
前記酸化タングステンを構成するタングステン元素は、６価の状態および当該６価よりも低い価数の状態で前記ホール注入層に含まれ、かつ、
前記ホール注入層は、粒径が３〜１０ｎｍの大きさである前記酸化タングステンの結晶を含み、
前記バンクに規定された領域においては前記機能層側の表面の一部が他の部分よりも前記陽極側に位置する凹入構造に形成され、
前記凹入構造には、前記機能層の底面に接触する内底面と、前記内底面に連続する内側面とを備えた凹部が存在し、
前記凹部の内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、
前記凹部の内側面は、前記上部側の端縁が前記バンクの前記機能層側の下端縁と一致した形状、または前記上部側の端縁が前記バンクの底面に接触した形状であり、前記機能層の側面の少なくとも一部に接触していること
を特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記６価よりも低い価数は、５価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５価のタングステン元素の原子数を、前記６価のタングステン元素の原子数で割った値であるＷ5+／Ｗ6+が３．２％以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記Ｗ5+／Ｗ6+が３．２％以上７．４％以下である
ことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記ホール注入層表面の硬Ｘ線光電子分光スペクトルにおいて、６価のタングステンの４ｆ7/2準位に対応した第１ピークよりも低い結合エネルギー領域に第２ピークが存在する
ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記第２ピークは、前記第１ピークの結合エネルギー値よりも０．３〜１．８ｅＶ低い結合エネルギー領域に存在する
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】
前記第２ピークの面積強度は、前記第１ピークの面積強度に対して、３．２〜７．４％である
ことを特徴とする請求項５、６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記６価よりも低い価数の状態のタングステン元素の存在によって、前記ホール注入層のバンド構造には、価電子帯で最も低い結合エネルギーよりも１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に占有準位を有している
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記ホール注入層は、粒径が３〜１０ナノメートルの大きさである前記酸化タングステンの結晶を複数個含む
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記ホール注入層断面の透過型電子顕微鏡観察による格子像において、１．８５〜５．５５Åの間隔で規則的に配列した線状構造が現れる
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
前記格子像の２次元フーリエ変換像において、当該２次元フーリエ変換像の中心点を中心とした同心円状の模様が現れる
ことを特徴とする請求項１０に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１２】
前記中心点からの距離と、前記距離における前記２次元フーリエ変換像の輝度を規格化した数値である規格化輝度との関係を表すプロットにおいて、前記規格化輝度のピークが１以上現れる
ことを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】
前記プロットにおける前記中心点から最も近くに現れる前記規格化輝度のピークの位置に対応する前記距離と、前記規格化輝度のピークの立ち上がり位置に対応する前記距離との差をピーク幅とし、
前記中心点に対応する前記距離と、前記中心点から最も近くに現れる前記規格化輝度のピークに対応する前記距離との差を１００とした時の前記ピーク幅が２２よりも小さい
ことを特徴とする請求項１２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１４】
前記機能層は、アミン系材料を含んでいることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１５】
前記機能層は、ホールを輸送するホール輸送層、光学特性の調整又は電子ブロックの用途に用いられるバッファ層のいずれかを含む
ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１６】
前記バンクは撥液性であり、前記ホール注入層は親液性である
ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネル。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ発光装置。
【請求項１９】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示装置。
【請求項２０】
陽極を準備する陽極準備工程と、
前記陽極上に酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程であって、アルゴンガスと酸素ガスからなるスパッタガス、および、タングステンからなるターゲットを用い、前記スパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であるとともに、前記スパッタガスの全圧に対する前記酸素ガス分圧の割合が５０％以上７０％以下であり、かつ、前記ターゲットの単位面積当たりの投入電力である投入電力密度が１．５Ｗ／ｃｍ2以上６．０Ｗ／ｃｍ2以下であり、かつ、前記スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／投入電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも大きい成膜条件下で酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程と、
前記酸化タングステン層上に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成するバンク形成工程と、
前記バンクを形成した後、前記酸化タングステン層表面に付着するレジスト残渣を洗浄液を用いて洗浄するとともに、前記洗浄液で前記酸化タングステン層の一部を溶解させ、上面の一部分が上面の他の部分よりも前記陽極側に位置し、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹部を有する、ホール注入層を形成するホール注入層形成工程と、
前記バンクにより規定された領域内にインクを滴下し、前記ホール注入層の前記凹部の内面に前記インクを接触するように塗布して乾燥させ、機能層を形成する機能層形成工程と、
前記機能層の上方に、陰極を形成する陰極形成工程と、を有し、
前記ホール注入層形成工程では、さらに前記凹部の内側面を、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備えるように形成し、且つ、前記上部側の端縁が前記バンクの前記機能層側の下端縁と一致した形状、または前記上部側の端縁が前記バンクの底面に接触した形状にホール注入層を形成し、前記機能層の側面の少なくとも一部に接触させる
ことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２１】
陽極を準備する陽極準備工程と、
前記陽極上に酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程であって、アルゴンガスと酸素ガスからなるスパッタガス、および、タングステンからなるターゲットを用い、前記スパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であるとともに、前記スパッタガスの全圧に対する前記酸素ガス分圧の割合が５０％以上７０％以下であり、かつ、前記ターゲットの単位面積当たりの投入電力である投入電力密度が１．５Ｗ／ｃｍ2以上６．０Ｗ／ｃｍ2以下であり、かつ、前記スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／投入電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも大きい成膜条件下で酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程と、
前記酸化タングステン層の上方に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成するとともに、前記現像液により前記酸化タングステン層表面に付着するレジスト残渣を洗浄し、且つ、前記酸化タングステン層の一部を溶解させ、その上面の一部が上面の他の部分よりも前記陽極側に位置し、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹部を有するホール注入層を形成するホール注入層形成工程と、
前記バンクにより規定された領域内にインクを滴下し、前記ホール注入層の前記凹部の内面に前記インクを接触するように塗布して乾燥させ、機能層を形成する機能層形成工程と、
前記機能層の上方に、陰極を形成する陰極形成工程と、を有し、
前記ホール注入層形成工程では、さらに前記凹部の内側面を、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備えるように形成し、且つ、前記上部側の端縁が前記バンクの前記機能層側の下端縁と一致した形状、または前記上部側の端縁が前記バンクの底面に接触した形状にホール注入層を形成し、前記機能層の側面の少なくとも一部に接触させる
ことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記酸化タングステン成膜工程において、
前記酸化タングステン層を構成するタングステン元素が、前記タングステン元素が取り得る最大価数の状態および前記最大価数よりも低い価数の状態で前記酸化タングステン層に含まれるように、かつ、粒径が３〜１０ｎｍの大きさである酸化タングステンの結晶が含まれるように、前記酸化タングステン層を成膜する
ことを特徴とする請求項２０または請求項２１のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記酸化タングステン成膜工程は、前記全圧／投入電力密度が３．２Ｐａ・ｃｍ2／Ｗよりも小さい
ことを特徴とする請求項２０または請求項２１のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的発光素子である有機電界発光素子（以下「有機ＥＬ素子」と称する）およびその製造方法に関し、特に、ホール注入層においてホール伝導効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体を用いた各種機能素子の研究開発が進められており、代表的な機能素子として有機ＥＬ素子が挙げられる。有機ＥＬ素子は、電流駆動型の発光素子であり、陽極および陰極とからなる一対の電極対の間に有機材料からなる発光層を含む機能層を設けた構成を有する。そして、電極対間に電圧を印加し、陽極から機能層に注入されるホールと陰極から機能層に注入される電子とを再結合させ、これにより発生する電界発光現象によって発光する。有機ＥＬ素子は、自己発光を行うため視認性が高くかつ固体素子であるため耐振動性に優れることから、各種表示装置における発光素子や光源としての利用が注目されている。【０００３】
有機ＥＬ素子を高輝度で発光させるためには、電極から機能層へキャリア（ホールおよび電子）を効率よく注入することが重要である。一般に、キャリアを効率よく注入するためには、それぞれの電極と機能層との間に、注入の際のエネルギー障壁を低くするための注入層を設けるのが有効である。このうち機能層と陽極との間に配設されるホール注入層には、銅フタロシアニンやＰＥＤＯＴ（導電性高分子）などの有機物、酸化モリブデンや酸化タングステンなどの金属酸化物が用いられている。また、機能層と陰極との間に配設される電子注入層には、金属錯体やオキサジアゾールなどの有機物、バリウムなどの金属が用いられている。【０００４】
中でも、酸化モリブデンや酸化タングステンなどの金属酸化物からなる金属酸化物膜をホール注入層として用いた有機ＥＬ素子に関しては、ホール伝導効率の改善や寿命の改善が報告されている（特許文献１、２、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０３３３９号公報
【特許文献２】特開２００７−２８８０７４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊｉｎｇｚｅ  Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ  １５１，１４１（２００５）．
【非特許文献２】Ｍ．  Ｓｔｏｌｚｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ４０９  ，２５４（２００２）
【非特許文献３】Ｋａｎａｍｅ  Ｋａｎａｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  １１，１８８（２０１０）．
【非特許文献４】Ｉ．Ｎ．Ｙａｋｏｖｋｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ６０１，１４８１（２００７）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の金属酸化物膜を形成する方法としては、蒸着法又は、スパッタ法が一般的に用いられている。この場合、金属酸化物膜が成膜される時点で既に基板に成膜されている層等の耐熱性を考慮して、通常、２００℃以下の低温の基板温度で金属酸化物膜の成膜が行われている。【０００８】
スパッタ法において低い基板温度で成膜を行った場合には、成膜ガスが成膜基板に到達した際に生じる熱エネルギーが成膜基板に早く吸収されるため、秩序性の少ないアモルファス構造の金属酸化物膜が形成され易い。さらに、低い基板温度で成膜を行った場合には、膜組成や膜厚の均一性を保持することが困難であることも報告されている（非特許文献２）。【０００９】
金属酸化物膜がアモルファス構造である場合、金属酸化物膜に注入されたホールの伝導に寄与する部位、例えば、酸素欠陥に類する部位が散在しているため、ホールの伝導は主としてホッピング伝導によって行われる。ホッピング伝導では、散在したホール伝導部位同士の間をホールがホッピングするが、これを有機ＥＬ素子の駆動に利用するためには、有機ＥＬ素子に高い駆動電圧を印加する必要があり、結果として、ホール伝導効率が低くなるという問題がある。【００１０】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであって、良好なホール伝導効率が得られるホール注入層を採用した有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、有機材料を用いてなる発光層を含む、１または複数の層からなる機能層と、前記陽極と前記機能層との間に配置されたホール注入層と、前記発光層を規定するバンクと、を備え、前記ホール注入層は酸化タングステンを含み、前記酸化タングステンを構成するタングステン元素は、６価の状態および当該６価よりも低い価数の状態で前記ホール注入層に含まれ、かつ、前記ホール注入層は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記酸化タングステンの結晶を含み、前記バンクに規定された領域においては前記機能層側の表面の一部が他の部分よりも前記陽極側に位置する凹入構造に形成され、前記凹入構造には、前記機能層の底面に接触する内底面と、前記内底面に連続する内側面とを備えた凹部が存在し、前記凹部の内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、前記凹部の内側面は、前記上部側の端縁が前記バンクの前記機能層側の下端縁と一致した形状、または前記上部側の端縁が前記バンクの底面に接触した形状であり、前記機能層の側面の少なくとも一部に接触していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子では、ホール注入層を酸化タングステンで構成するとともに、当該酸化タングステンを構成するタングステン元素を、６価の状態および当該６価よりも低い価数の状態とすることで、ホール注入層にホールの伝導部位となる酸素欠陥に類する構造を持たせることができる。また、酸化タングステンの結晶粒径をナノメートルオーダーの大きさとすることで、それに伴って、酸素欠陥に類する構造が多く存在する結晶粒界がホール注入層内に数多く形成される。これにより、ホール注入層の膜厚方向にホール伝導経路を張り巡らすことができるので、低い駆動電圧で効率的なホールの伝導を実現できる。【００１３】
なお、ホール注入層が上記の酸素欠陥に類する構造が多く存在する酸化タングステンで構成されている場合、製造工程においてホール注入層の膜厚が減少する、いわゆる膜減りの問題を生じ、バンクで規定された領域の発光部面内における輝度ばらつきや素子寿命の低下等、発光特性に影響を及ぼすおそれがある。【００１４】
これに対し、上記した本発明の一態様の有機ＥＬ素子では、ホール注入層が、機能層側の表面の一部が他の表面部分よりも陽極側に位置する凹入構造をなすように形成される。さらに、ホール注入層の凹部の内面（底面及び側面）には機能層が接触するように形成される。このため、ホール注入層に対する機能層の濡れ性が向上し、たとえホール注入層が膜減りを生じても、機能層材料の塗布ムラを防止して高精細なパターニングにより素子を良好に形成できる。従って、輝度ばらつきや素子寿命の低下等の問題の発生を防止して、発光特性に対する影響の発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１０００の構成を示す模式的な断面図と、（ｂ）ホール注入層４付近の部分拡大図である。
【図２】ホールオンリー素子１０００Ａの構成を示す模式的な断面図である。
【図３】ホールオンリー素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図４】有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図５】酸化タングステン層表面のＸＰＳ測定によるＷ５ｐ３／２、Ｗ４ｆ５／２、Ｗ４ｆ７／２に帰属されるスペクトルを示す図である。
【図６】（ａ）図５に示すサンプルＡに係るピークフィッティング解析結果を示す図と、（ｂ）サンプルＥに係るピークフィッティング解析結果を示す図である。
【図７】酸化タングステン層表面のＵＰＳスペクトルを示す図である。
【図８】酸化タングステン層表面のＵＰＳスペクトルを示す図である。
【図９】酸化タングステン層表面の構造を説明するための図である。
【図１０】酸化タングステン層断面のＴＥＭ写真である。
【図１１】図１０に示すＴＥＭ写真の２次元フーリエ変換像を示す図である。
【図１２】図１１に示す２次元フーリエ変換像から輝度変化プロットを作成する過程を説明する図である。
【図１３】サンプルＡ、Ｂ、Ｃにおけるフーリエ変換像と、輝度変化プロットを示す図である。
【図１４】サンプルＤ、Ｅにおけるフーリエ変換像と、輝度変化プロットを示す図である。
【図１５】サンプルＡ、サンプルＥの輝度変化プロット（（ａ）、（ｂ））と、各輝度変化プロットにおける中心点から最も近くに現れる規格化輝度のピーク付近の拡大図（（ａ１）、（ｂ１））と、（ａ１）および（ｂ１）の各プロットの１次微分を示す図（（ａ２）、（ｂ２））である。
【図１６】酸化タングステン層が、（ａ）ナノクリスタル構造である場合のホール伝導を模式的に示す図と、（ｂ）アモルファス構造である場合のホール伝導を模式的に示す図である。
【図１７】ホールオンリー素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。
【図１８】ホール注入層を構成する酸化タングステン層の膜減り量と膜密度の関係を示すグラフである。
【図１９】ホール注入層を構成する酸化タングステン層の膜構造と膜密度と関係を説明する模式図である。
【図２０】実施の形態２に係る有機ＥＬ素子の各層の積層状態を示す模式図である。
【図２１】図２０における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。
【図２２】凹部の形状を説明するための模式図である。
【図２３】変形例に係る有機ＥＬ素子の図２０における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。
【図２４】凹部の形状を説明するための模式図である。
【図２５】発光層の最適膜厚を説明するための模式図である。
【図２６】変形例に係る有機ＥＬ素子の図２０における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。
【図２７】実施の形態２に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明する工程図である。
【図２８】図２７に続く実施の形態２に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明する工程図である。
【図２９】実施の形態３に係る有機ＥＬ素子の各層の積層状態を示す模式図である。
【図３０】実施の形態３に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明する工程図である。
【図３１】実施の形態４に係る有機ＥＬ素子の各層の積層状態を示す模式図である。
【図３２】実施の形態４に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明する工程図である。
【図３３】実施の形態５に係る表示装置等を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施の態様］
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、有機材料を用いてなる発光層を含む、１または複数の層からなる機能層と、前記陽極と前記機能層との間に配置されたホール注入層と、前記発光層を規定するバンクと、を備え、前記ホール注入層は酸化タングステンを含み、前記酸化タングステンを構成するタングステン元素は、６価の状態および当該６価よりも低い価数の状態で前記ホール注入層に含まれ、かつ、前記ホール注入層は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである前記酸化タングステンの結晶を含み、前記バンクに規定された領域においては前記機能層側の表面の一部が他の部分よりも前記陽極側に位置する凹入構造に形成され、前記凹入構造には、前記機能層の底面に接触する内底面と、前記内底面に連続する内側面とを備えた凹部が存在し、前記凹部の内側面は、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備え、前記凹部の内側面は、前記上部側の端縁が前記バンクの前記機能層側の下端縁と一致した形状、または前記上部側の端縁が前記バンクの底面に接触した形状であり、前記機能層の側面の少なくとも一部に接触している特徴とした。
【００１７】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子では、ホール注入層を酸化タングステンで構成するとともに、当該酸化タングステンを構成するタングステン元素を、６価の状態および当該６価よりも低い価数の状態とすることで、ホール注入層にホールの伝導部位となる酸素欠陥に類する構造を持たせることができる。これに加え、酸化タングステンの結晶粒径をナノメートルオーダーの大きさとすることで、それに伴って、酸素欠陥に類する構造が多く存在する結晶粒界がホール注入層内に数多く形成される。これにより、ホール注入層の膜厚方向にホール伝導経路を張り巡らすことができるので、低い駆動電圧で効率的なホールの伝導を実現できる。ここで、「ナノメートルオーダーの大きさ」とは、３〜１０ｎｍ程度の大きさを指しており、ホール注入層の膜厚よりも小さいこととする。
【００１８】
なお、ホール注入層が上記の酸素欠陥に類する構造が多く存在する酸化タングステンで構成されている場合、製造工程においてホール注入層の膜厚が減少する、いわゆる膜減りの問題を生じ、バンクで規定された領域の発光部面内における輝度ばらつきや素子寿命の低下等、発光特性に影響を及ぼすおそれがある。これに対し、上述した本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子では、ホール注入層が機能層側の表面の一部が他の表面部分よりも陽極側に位置する凹入構造に形成され、さらに、ホール注入層の凹入構造の縁がバンクの一部で被覆されているため、この縁部における電界集中を緩和できる。これにより、輝度ばらつきや素子寿命の低下等の問題の発生が防止され、発光特性に対する影響の発生を未然に防止する効果が奏される。
【００１９】
ここで前記６価よりも低い価数は、５価であることとしてもよい。また、前記５価のタングステン元素の原子数を、前記６価のタングステン元素の原子数で割った値であるＷ５＋／Ｗ６＋が３．２％以上であることとしてもよい。６価のタングステン原子に対し、５価のタングステン原子が３．２％以上含まれていることで、より良好なホール伝導効率を得ることができる。
【００２０】
さらに、前記Ｗ５＋／Ｗ６＋が３．２％以上７．４％以下であることとしても、より良好なホール伝導効率を得ることができる。
【００２１】
前記ホール注入層表面の硬Ｘ線光電子分光スペクトルにおいて、６価のタングステンの４ｆ７／２準位に対応した第１ピークよりも低い結合エネルギー領域、言い換えると浅いエネルギー準位に第２ピークが存在することとしてもよい。具体的には前記第２ピークは、前記第１ピークの結合エネルギー値よりも０．３〜１．８ｅＶ低い結合エネルギー領域に存在することとしてもよい。ここで、第１ピークは６価のタングステン原子のピークに相当し、一方の第２ピークは、５価のタングステン原子のピークに相当する。
【００２２】
前記第２ピークの面積強度は、前記第１ピークの面積強度に対して、３．２〜７．４％であることとしてもよい。第１ピークと第２ピークの面積の比は、６価のタングステン原子と５価のタングステン原子の存在比に対応する。すなわち、６価のタングステン原子に対し、５価のタングステン原子が３．２％以上７．４％以下の割合で含まれていることを示している。
【００２３】
前記最大価数よりも低いタングステン元素の存在によって、前記ホール注入層における価電子帯で最も低い結合エネルギーよりも１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に占有準位を有していることとしてもよい。この占有準位が存在することで、ホール注入層と機能層との間のホール注入障壁を小さく抑えることができる。その結果、より良好なホール注入効率を得ることができる。ここで、「価電子帯で最も低い結合エネルギー」とは、真空レベルからの価電子帯の上端の位置に相当するエネルギーを意味する。
【００２４】
また、前記ホール注入層は、粒径が３〜１０ナノメートルの大きさである前記酸化タングステンの結晶を複数個含んでおり、前記ホール注入層断面の透過型電子顕微鏡観察による格子像において、１．８５〜５．５５Åの間隔で規則的に配列した線状構造が現れることとしてもよい。粒径が３〜１０ナノメートルの大きさの結晶が含まれた酸化タングステン層表面のＴＥＭ写真においては、部分的に明部が同方向に配列していることにより、規則的に配列した線状構造が現れる。この規則的な線状構造はナノメートルオーダーの結晶の存在を示唆している。
【００２５】
また、前記格子像の２次元フーリエ変換像において、当該２次元フーリエ変換像の中心点を中心とした同心円状の模様が現れることとしてもよい。ナノメートルオーダーの結晶が存在していると、それに基づいて上記のような同心円状の模様が現れる。
【００２６】
さらに、前記中心点からの距離と、前記距離における前記２次元フーリエ変換像の輝度を規格化した数値である規格化輝度との関係を表すプロットにおいて、前記規格化輝度のピークが１以上現れることとしてもよい。前記プロットにおける一の規格化輝度のピークが、一の同心円状の模様に対応する。
【００２７】
前記プロットにおける前記中心点から最も近くに現れる前記規格化輝度のピークの位置に対応する前記距離と、前記規格化輝度のピークの立ち上がり位置に対応する前記距離との差をピーク幅とし、前記中心点に対応する前記距離と、前記中心点から最も近くに現れる前記規格化輝度のピークに対応する前記距離との差を１００とした時の前記ピーク幅が２２よりも小さいこととしてもよい。最も中心点に近い距離に現れる規格化輝度のピークが、ナノメートルオーダーの結晶の存在に基づく同心円状の模様に対応する。また、ナノメートルオーダーの結晶の存在量が多いほど、この規格化輝度のピークの半値幅は小さく、すなわち、前記規格化輝度の幅は小さくなる。ピーク幅が所定の範囲内に収まる程度にナノメートルオーダーの結晶が存在していることで、より良好なホール伝導効率を得ることができる。
【００２８】
前記機能層は、アミン系材料を含んでいることとしてもよい。アミン系の有機分子においては、窒素原子の非共有電子対を中心にＨＯＭＯの電子密度が分布しているため、この部分がホールの注入サイトとなる。機能層がアミン系材料を含んでいることにより、機能層側にホールの注入サイトを形成することができるので、ホール注入層から伝導されてきたホールを機能層に効率良く注入することが可能となる。
【００２９】
前記機能層は、ホールを輸送するホール輸送層、光学特性の調整又は電子ブロックの用途に用いられるバッファ層のいずれかであることとしてもよい。
【００３０】
前記バンクは撥液性であり、前記ホール注入層は親液性であることとしてもよい。
【００３１】
また、本発明に係る有機ＥＬパネル、有機ＥＬ発光装置、有機ＥＬ表示装置は上記構成の有機ＥＬ素子を備える。これにより、上記と同様の効果が得られる有機ＥＬパネル、有機ＥＬ発光装置、有機ＥＬ表示装置を構成することができる。
【００３２】
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を準備する陽極準備工程と、前記陽極上に酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程であって、アルゴンガスと酸素ガスからなるスパッタガス、および、タングステンからなるターゲットを用い、前記スパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であるとともに、前記スパッタガスの全圧に対する前記酸素ガス分圧の割合が５０％以上７０％以下であり、かつ、前記ターゲットの単位面積当たりの投入電力である投入電力密度が１．５Ｗ／ｃｍ２以上６．０Ｗ／ｃｍ２以下であり、かつ、前記スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／投入電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ２／Ｗよりも大きい成膜条件下で酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程と、前記酸化タングステン層上に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成するバンク形成工程と、前記バンクを形成した後、前記酸化タングステン層表面に付着するレジスト残渣を洗浄液を用いて洗浄するとともに、前記洗浄液で前記酸化タングステン層の一部を溶解させ、上面の一部分が上面の他の部分よりも前記陽極側に位置し、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹部を有する、ホール注入層を形成するホール注入層形成工程と、前記バンクにより規定された領域内にインクを滴下し、前記ホール注入層の前記凹部の内面に前記インクを接触するように塗布して乾燥させ、機能層を形成する機能層形成工程と、前記機能層の上方に、陰極を形成する陰極形成工程と、を有し、ホール注入層形成工程では、さらに前記凹部の内側面を、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備えるように形成し、且つ、前記上部側の端縁が前記バンクの前記機能層側の下端縁と一致した形状、または前記上部側の端縁が前記バンクの底面に接触した形状にホール注入層を形成し、前記機能層の側面の少なくとも一部に接触させることとしてもよい。
【００３３】
また、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を準備する陽極準備工程と、前記陽極上に酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程であって、アルゴンガスと酸素ガスからなるスパッタガス、および、タングステンからなるターゲットを用い、前記スパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であるとともに、前記スパッタガスの全圧に対する前記酸素ガス分圧の割合が５０％以上７０％以下であり、かつ、前記ターゲットの単位面積当たりの投入電力である投入電力密度が１．５Ｗ／ｃｍ２以上６．０Ｗ／ｃｍ２以下であり、かつ、前記スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／投入電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ２／Ｗよりも大きい成膜条件下で酸化タングステン層を成膜する酸化タングステン成膜工程と、前記酸化タングステン層の上方に、レジスト材料を含むレジスト膜を形成し、現像液によりエッチング処理し、バンクを形成するとともに、前記現像液により前記タングステン層表面に付着するレジスト残渣を洗浄し、且つ、前記酸化タングステン層の一部を溶解させ、その上面の一部が上面の他の部分よりも前記陽極側に位置し、内底面と前記内底面に連続する内側面とを備える凹部を有するホール注入層を形成するホール注入層形成工程と、前記バンクにより規定された領域内にインクを滴下し、前記ホール注入層の前記凹部の内面に前記インクを接触するように塗布して乾燥させ、機能層を形成する機能層形成工程と、前記機能層の上方に、陰極を形成する陰極形成工程と、を有し、ホール注入層形成工程では、さらに前記凹部の内側面を、前記内底面と連続する下部側の端縁と、前記下部側の端縁と連続する上部側の端縁とを備えるように形成し、且つ、前記上部側の端縁が前記バンクの前記機能層側の下端縁と一致した形状、または前記上部側の端縁が前記バンクの底面に接触した形状にホール注入層を形成し、前記機能層の側面の少なくとも一部に接触させることとしてもよい。
【００３４】
また、前記酸化タングステン成膜工程において、前記酸化タングステン層を構成するタングステン元素が、前記タングステン元素が取り得る最大価数の状態および前記最大価数よりも低い価数の状態で前記酸化タングステン層に含まれるように、かつ、粒径がナノメートルオーダーの大きさである酸化タングステンの結晶が含まれるように、前記酸化タングステン層を成膜することとしてもよい。さらに、前記酸化タングステン成膜工程は、前記全圧／投入電力密度が３．２Ｐａ・ｃｍ２／Ｗよりも小さいこととしてもよい。このような工程を経ることで、上記と同様の効果が得られる有機ＥＬ素子を形成することができる。
【００３５】
［実施の形態１］
〈有機ＥＬ素子の構成〉
図１（ａ）は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０００の構成を示す模式的な断面図であり、図１（ｂ）はホール注入層４付近の部分拡大図である。
【００３６】
有機ＥＬ素子１０００は、例えば、機能層をウェットプロセスにより塗布して製造する塗布型であって、ホール注入層４と、所定の機能を有する有機材料を含んでなる各種機能層が互いに積層された状態で、陽極２および陰極８からなる電極対の間に介設された構成を有する。
【００３７】
具体的には図１に示すように、有機ＥＬ素子１０００は、基板１の片側主面に対し、陽極２、ＩＴＯ層３、ホール注入層４、バッファ層６Ａ（機能層の一例）、発光層６Ｂ（機能層の一例）、電子注入層７、陰極８、封止層９を同順に積層して構成される。
【００３８】
（基板１、陽極２、ＩＴＯ層３）
基板１は有機ＥＬ素子１０００の基材となる部分であり、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、またはアルミナ等の絶縁性材料のいずれかで形成することができる。
【００３９】
図示していないが、基板１の表面には有機ＥＬ素子１０００を駆動するためのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が形成されており、その上方には陽極２が形成されている。陽極２は、例えば、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）等で形成することができる。
【００４０】
ＩＴＯ層（酸化インジウムスズ）３は、陽極２とホール注入層４の間に介在し、各層間の接合性を良好にする機能を有する。
【００４１】
（ホール注入層４）
ホール注入層４は、例えば、厚さ３０ｎｍの酸化タングステン層（ＷＯｘ）からなる。酸化タングステンは、その組成式ＷＯｘにおいて、ｘが概ね２＜ｘ＜３の範囲における実数である。ホール注入層４はできるだけ酸化タングステンのみで構成されることが望ましいが、通常レベルで混入し得る程度に、微量の不純物が含まれていてもよい。
【００４２】
ここで、酸化タングステン層は所定の成膜条件で成膜されている。この所定の成膜条件についての詳細は（有機ＥＬ素子１０００の製造方法）の項および（ホール注入層４の成膜条件について）の項で詳細に説明する。酸化タングステン層がこの所定の成膜条件下で成膜されていることにより、図１（ｂ）に示すように、酸化タングステン層は、酸化タングステンの結晶１３を多数含んでいる。各々の結晶１３の粒径はナノメートルオーダーの大きさとなるように形成されている。例えば、ホール注入層４が厚さ３０ｎｍ程度であるに対し、結晶１３の粒径は３〜１０ｎｍ程度である。以下、粒径がナノメートルオーダーの大きさの結晶１３を「ナノクリスタル１３」と称し、ナノクリスタル１３からなる層の構造を「ナノクリスタル構造」と称する。なお、ホール注入層４における、ナノクリスタル構造をとっている領域以外の領域には、アモルファス構造も含まれる。
【００４３】
上記のようなナノクリスタル構造を有するホール注入層４において、酸化タングステンを構成するタングステン原子（Ｗ）は、タングステンが取り得る最大価数の状態および当該最大価数よりも低い価数の状態を有するように分布している。一般に、酸化タングステンの結晶構造は均一ではなく、酸素欠陥に類する構造が含まれる。このうち、酸素欠陥に類する構造を有しない結晶構造の酸化タングステンの中では、タングステンの取り得る最大価数は６価の状態である。一方、酸素欠陥に類する構造を有する結晶構造の酸化タングステンの中では、タングステンの価数は最大価数よりも低い５価の状態であることが分かっている。なお、酸化タングステンの膜中は、上記の最大価数、最大価数よりも低い価数等、様々な価数の状態のタングステン原子が集まって構成されており、膜全体で見ると、それらの様々な価数の平均の価数となっている。
【００４４】
ここで、酸素欠陥に類する構造をとることで、当該構造に基づく電子準位により、ホール伝導効率が向上するとの報告がある（非特許文献３）。さらに、図９で述べるように、この酸素欠陥に類する構造は結晶の表面に多く存在することが分かっている。
【００４５】
したがって、酸化タングステン中において、タングステンを６価または５価の状態を有するように分布させ、ホール注入層４に酸素欠陥に類する構造を持たせることにより、ホール伝導効率の向上が望める。すなわち、陽極２からホール注入層４に供給されたホールは結晶粒界に存在する酸素欠陥を伝導するので、酸化タングステン層をナノクリスタル構造とすることで、ホールが伝導する経路を増やすことができ、ホール伝導効率の向上につながる。したがって、有機ＥＬ素子１０００を起動させる駆動電圧を下げることが可能となる。
【００４６】
また、ホール注入層４は化学的耐性が高い、すなわち、不要な化学反応を起こしにくい酸化タングステンで構成されている。したがって、ホール注入層４が、同層の形成後に行われる工程等において用いられる溶液等と触れた場合であっても、溶解、変質、分解等によるホール注入層４の損傷を抑制することができる。このように、ホール注入層４が、化学的耐性が高い材料で構成されていることにより、ホール注入層４のホール伝導性能の低下を防ぐことができる。
【００４７】
本実施の形態におけるホール注入層４は、ナノクリスタル構造の酸化タングステンのみから構成されている場合と、ナノクリスタル構造の酸化タングステンとアモルファス構造の酸化タングステンの両方から構成されている場合の、双方を含むものとする。また、ナノクリスタル構造は、ホール注入層４の全体に存在することが望ましいが、陽極２とホール注入層４が接する界面から、ホール注入層４とバッファ層６Ａが接する界面との間に一箇所でも粒界が繋がっていれば、ホール注入層４の下端から上端へのホールを伝導させることができる。
【００４８】
なお、結晶化した酸化タングステンを含む酸化タングステン層をホール注入層として用いる例自体は、過去にも報告されている。例えば、非特許文献１では、酸化タングステン層を４５０℃のアニーリングで結晶化することによりホール伝導性が向上することが示されている。しかしながら、非特許文献１ではホール注入層が成膜される基板等の他層への影響を含めて、大型有機ＥＬパネルを量産するに堪える実用性については示されていない。さらに、ホール注入層に積極的に酸素欠陥を有する酸化タングステンのナノクリスタルを形成することも示されていない。本発明の一態様に係るホール注入層は、化学反応を起こしにくく、安定であり、大型有機ＥＬパネルの量産プロセスにも耐える酸化タングステン層で構成されている。さらに、酸化タングステン層に積極的に酸素欠陥を存在させることにより、優れたホール伝導性およびホール注入効率を実現している点で、従来技術と大きく異なるものである。
【００４９】
（バンク５）
ホール注入層４の表面には、絶縁性の有機材料（例えばアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等）からなるバンク５が、一定の台形断面を持つストライプ構造または井桁構造をなすように形成される。各々のバンク５に区画されたホール注入層４の表面には、バッファ層６Ａと、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色に対応する発光層６Ｂからなる機能層が形成されている。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０００を有機ＥＬパネルに適用する場合には、基板１上にＲＧＢの各色に対応する一連の３つの素子１０００を１単位（画素、ピクセル）とし、これが複数単位にわたり並設される。
【００５０】
なお、バンク５は本発明に必須の構成ではなく、有機ＥＬ素子１０００を単体で使用する場合等には不要である。
【００５１】
（機能層６）
有機ＥＬ素子１０００はホール注入層４以外にも、有機ＥＬ素子１０００に必要な、所要機能を果たす機能層が存在する。本発明における機能層は、ホールを輸送するホール輸送層、注入されたホールと電子とが再結合することにより発光する発光層、光学特性の調整または電子ブロックの用途に用いられるバッファ層等のいずれか、もしくはこれらの層を２層以上の組み合わせた層、またはこれらの層の全てを含む層を指す。本実施の形態では、機能層６として、バッファ層６Ａおよび発光層６Ｂを含む例を説明する。
【００５２】
バッファ層６Ａは、例えば、厚さ２０ｎｍのアミン系有機高分子であるＴＦＢ（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−（１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−（（４−ｓｅｃ−ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｉｍｉｎｏ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ））で構成されている。
【００５３】
バッファ層６Ａをアミン系有機分子で構成することにより、ホール注入層４から伝導されてきたホールを、バッファ層６Ａより上層に形成される機能層に効率的に注入することが可能となる。すなわち、アミン系の有機分子においては、窒素原子の非共有電子対を中心にＨＯＭＯの電子密度が分布しているため、この部分がホールの注入サイトとなる。バッファ層６Ａがアミン系有機分子を含んでいることにより、バッファ層６Ａ側にホールの注入サイトを形成することができる。
【００５４】
発光層６Ｂは、例えば、厚さ７０ｎｍの有機高分子であるＦ８ＢＴ（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ））で構成される。しかしながら、発光層６Ｂはこの材料からなる構成に限定されず、公知の有機材料を含むように構成することが可能である。たとえば特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物およびアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、２−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質等を挙げることができる。
【００５５】
（電子注入層７・陰極８・封止層９）
電子注入層７は、陰極８から注入された電子を発光層６Ｂへ輸送する機能を有し、例えば、厚さ５ｎｍ程度のバリウム、フタロシアニン、フッ化リチウム、あるいはこれらの組み合わせた層で形成されることが好ましい。
【００５６】
陰極８は、例えば、厚さ１００ｎｍ程度のアルミニウム層から構成される。前述した陽極２および陰極８には直流電源ＤＣが接続され、外部より有機ＥＬ素子１０００に給電されるようになっている。
【００５７】
封止層９は、発光層６等が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の材料で形成される。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
【００５８】
〈有機ＥＬ素子１０００の製造方法の概略〉
次に、図１に基づき本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０００の全体的な製造方法を例示する。
【００５９】
まず、基板１をスパッタ成膜装置のチャンバー内に載置する。そしてチャンバー内に所定のスパッタガスを導入し、反応性スパッタ法に基づき陽極２を成膜する。なお、陽極２は真空蒸着等で形成することもできる。引き続き、上記のチャンバー内で、スパッタ法に基づき陽極２上にＩＴＯ層３を形成する。
【００６０】
次に、ホール注入層４を成膜するが、反応性スパッタ法で成膜することが好適である。具体的には、金属タングステンをターゲットとし、アルゴンガスをスパッタガスとし、酸素ガスを反応性ガスとしてチャンバー内に導入する。この状態で高電圧によりアルゴンをイオン化し、ターゲットに衝突させる。このとき、スパッタリング現象により放出された金属タングステンが酸素ガスと反応して酸化タングステンとなり、ＩＴＯ層３上に酸化タングステン層が成膜される。
【００６１】
なお、この成膜条件の詳細については次項で述べるが、簡単に述べると、（１）アルゴンガスと酸素ガスから構成されるスパッタガスの全圧が２．３Ｐａ以上７．０Ｐａ以下であり、かつ、（２）スパッタガスの全圧に対する酸素ガス分圧が５０％以上７０％以下である。さらに（３）ターゲットの単位面積当たりの投入電力（投入電力密度）は１．５Ｗ／ｃｍ２以上６．０Ｗ／ｃｍ２以下であり、かつ、（４）スパッタガスの全圧を投入電力密度で割った値である全圧／電力密度が０．７Ｐａ・ｃｍ２／Ｗより大きくなるように設定することが好適である。このような成膜条件により、ナノクリスタル構造を有する酸化タングステン膜が形成される。
【００６２】
前述したように、ホール注入層４を構成する酸化タングステンは化学的耐性が高い。したがって、ホール注入層４が、この後の工程で用いられる溶液等と触れた場合であっても、溶解、変質、分解等によるホール注入層４の損傷を抑制することができる。
【００６３】
次に、バンク材料として、例えば感光性のレジスト材料、好ましくはフッ素系材料を含有するフォトレジスト材料を用意する。このバンク材料をホール注入層４上に一様に塗布し、プリベークした後、所定形状の開口部（形成すべきバンクのパターン）を持つマスクを重ねる。そして、マスクの上から感光させた後、未硬化の余分なバンク材料を現像液で洗い出す。最後に純水で洗浄することでバンク５が完成する。
【００６４】
次に、ホール注入層４の表面に、例えばスピンコート法やインクジェット法によるウェットプロセスにより、アミン系有機分子材料を含む組成物インクを滴下し、溶媒を揮発除去させる。これによりバッファ層６Ａが形成される。
【００６５】
次に、バッファ層６Ａの表面に、同様の方法で、有機発光材料を含む組成物インクを滴下し、溶媒を揮発除去させる。これにより発光層６Ｂが形成される。
【００６６】
なお、バッファ層６Ａ、発光層６Ｂの形成方法はこれに限定されず、スピンコート法やインクジェット法以外の方法、例えばグラビア印刷法、ディスペンサー法、ノズルコート法、凹版印刷、凸版印刷等の公知の方法によりインクを滴下・塗布しても良い。
【００６７】
続いて、発光層６Ｂの表面に真空蒸着法で電子注入層７、陰極８を成膜する。
【００６８】
最後に封止層９を形成する。なお、封止層９を設ける代わりに、封止缶を用いる場合は、封止缶は例えば基板１と同様の材料で形成でき、水分などを吸着するゲッターを密閉空間内に設ける。
【００６９】
以上の工程を経ることで、有機ＥＬ素子１０００が完成する。
【００７０】
〈ホール注入層４の成膜条件に関する各種実験と考察〉
（ホール注入層４の成膜条件について）
本実施の形態では、ホール注入層４を構成する酸化タングステンを所定の成膜条件で成膜することで、ホール注入層４にナノクリスタル構造を意図的に存在させることによりホール伝導性を向上させ、有機ＥＬ素子１０００を低電圧駆動できるようにしている。この所定の成膜条件について詳細に説明する。
【００７１】
スパッタ装置としてＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、ターゲットは金属タングステンとした。基板温度の制御は行わなかった。スパッタガスはアルゴンガスで構成し、反応性ガスは酸素ガスで構成し、各々のガスを同等の流量とする反応性スパッタ法を用いる条件下で成膜することが好適であると考えられる。なお、ホール注入層４の形成方法はこれに限定されず、スパッタ法以外の方法、例えば蒸着法、ＣＶＤ法等の公知の方法により成膜することもできる。
【００７２】
結晶性の高い酸化タングステン層を形成する為には、原子が基板に成膜されて規則性を持って膜化する必要があり、出来る限り低い蒸着レートで成膜されることが望ましい。
ここで、スパッタ成膜における成膜レートは、上述した（１）〜（４）の条件に依存すると考えられる。そして、後述する実験を行った結果、（１）〜（４）が上記の数値範囲を取る場合、駆動電圧が低減されることを確認しており、このことにより、結晶性の高い酸化タングステン層が得られていることになる。
【００７３】
なお、上記（１）に関し、後述する実験条件においては、スパッタガスの全圧は上限値が４．７Ｐａであるが、少なくとも７．０Ｐａまでは同様な傾向を示すことが別途、確認されている
また、上記（２）に関し、スパッタガス全圧に対する酸素ガス分圧の割合は５０％に設定されているが、少なくとも５０％以上７０％以下において、駆動電圧の低減が確認されている。
【００７４】
さらに、上記（４）に関し、補足説明する。アルゴンガスと酸素ガスの流量比率が同等の場合、投入電力密度と成膜時圧力（全圧）によって決定すると考えられる。（３）の投入電力密度は、スパッタされるタングステン原子またはタングステン原子クラスターの数とエネルギーを変化させる。つまり、投入電力密度を低くすることによって、スパッタされるタングステンの数が低減し、基板に成膜されるタングステンを低エネルギーで成膜でき、低成膜レートでの膜化が期待できる。（１）の成膜時の全圧は、スパッタされ気相中に放出されたタングステン原子またはタングステン原子クラスターが成膜基板に到着するまでの平均自由行程を変化させる。つまり、全圧が高いとタングステン原子またはタングステン原子クラスターが基板に到着するまでに成膜チャンバー内のガス成分と衝突を繰返す確率が上昇して、飛来しているタングステン原子またはタングステン原子クラスターのランダム性が増すことによって、基板に成膜されるタングステンの数が低減し、タングステンを低エネルギーで成膜できると考えられる。それにより低成膜レートでの膜化が期待できる。
【００７５】
しかし、前記スパッタの成膜レートを変化させる前記投入電力密度、前記成膜時の全圧をそれぞれ単独で制御しデバイス特性を高めるには限界があると考えられる。そこで、成膜時の全圧（Ｐａ）／投入電力密度（Ｗ／ｃｍ２）によって、これを新たに成膜条件（４）と規定し、タングステン原子の成膜レートを決定する指標とした。
【００７６】
上記成膜条件（４）が高い程、駆動電圧が低くなって、成膜レートが低く、一方、前記成膜パラメータ（４）が低い程、駆動電圧が高くなって、成膜レートが高い傾向であることが実験的に確認された。
【００７７】
具体的には、全圧／電力密度は後述する実験条件の通り、０．７８Ｐａ・ｃｍ２／Ｗ以上であり、０．７Ｐａ・ｃｍ２／Ｗよりも大きいことが必要であると考えられ、より確実には、０．８Ｐａ・ｃｍ２／Ｗ以上であることが好ましいと考えられる。一方、全圧／電力密度の上限値については、実験条件上、３．１３Ｐａ・ｃｍ２／Ｗ以下であり、３．２Ｐａ・ｃｍ２／Ｗよりも小さければよいと考えられ、より確実には、３．１Ｐａ・ｃｍ２／Ｗ以下であることが好ましいと考えられるが、上記の通り、成膜レートの点からすると、必ずしも上限値には制約されないと考えられる。
【００７８】
次に、上記成膜条件の有効性を確認するための諸実験を行った。
【００７９】
まず、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール伝導効率の、成膜条件依存性の評価を行うため、評価デバイスとして図２に示すようなホールオンリー素子１０００Ａを作製した。
【００８０】
実際に動作する有機ＥＬ素子においては、電流を形成するキャリアはホールと電子の両方である。したがって、有機ＥＬ素子の電気特性には、ホール電流以外にも電子電流が反映されている。しかし、ホールオンリー素子では陰極からの電子の注入が阻害されるため、電子電流はほとんど流れず、全電流はほぼホール電流のみから構成されることとなる。すなわち、キャリアはホールのみと見なすことができ、ホールオンリー素子はホール伝導効率の評価に好適である。
【００８１】
図２に示すように、ホールオンリー素子１０００Ａは、図１の有機ＥＬ素子１０００における陰極８を、金からなる陰極８Ａに置換えたものである。具体的には、上述した製造方法に基づいて作成し、各層の層厚は、酸化タングステンからなるホール注入層４を３０ｎｍ、ＴＦＢからなるバッファ層６Ａを２０ｎｍ、Ｆ８ＢＴからなる発光層６Ｂを７０ｎｍ、金からなる陰極８Ａを１００ｎｍとした。
【００８２】
ホールオンリー素子１０００Ａの作製工程において、ホール注入層４は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、反応性スパッタ法で成膜した。チャンバー内ガスは、アルゴンガスおよび酸素ガスの少なくともいずれかから構成し、ターゲットは金属タングステンを用いた。基板温度は制御せず、全圧は各ガスの流量で調節するものとした。表１に示すように、Ａ〜Ｅの５種の成膜条件でホールオンリー素子１０００Ａを作製した。表１に示すように、各成膜条件によって、全圧および投入電力密度を変化させた。チャンバー内のアルゴンガスおよび酸素ガスの分圧はそれぞれ５０％である。
【００８３】
以下、成膜条件Ａで成膜したホールオンリー素子１０００ＡをＨＯＤ−Ａ、成膜条件Ｂで成膜したホールオンリー素子１０００ＡをＨＯＤ−Ｂ、成膜条件Ｃで成膜したホールオンリー素子１０００ＡをＨＯＤ−Ｃ、成膜条件Ｄで成膜したホールオンリー素子１０００ＡをＨＯＤ−Ｄ、成膜条件Ｅで成膜したホールオンリー素子１０００ＡをＨＯＤ−Ｅと称する。
【００８４】
【表１】
0005612692.tif 000002
【００８５】
作製した各ホールオンリー素子を直流電源ＤＣに接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。
【００８６】
図３は、各ホールオンリー素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。図中縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。
【００８７】
表２は、当該実験によって得られたＨＯＤ−Ａ〜ＨＯＤ−Ｅの各サンプルの駆動電圧の値を示したものである。表２中の「駆動電圧」とは、実用的な具体値である電流密度０．３ｍＡ／ｃｍ２のときの印加電圧である。
【００８８】
【表２】
0005612692.tif 000003
【００８９】
この駆動電圧が小さいほど、ホール注入層４のホール伝導効率は高いと言える。なぜなら、各ホールオンリー素子において、ホール注入層４以外の各部位の作製方法は同一であるから、ホール注入層４を除く、隣接する２つの層の間のホール注入障壁は一定と考えられる。また、当該実験で用いたＩＴＯ層３とホール注入層４は、オーミック接続をしていることが、別の実験で確認している。したがって、ホール注入層４の成膜条件による駆動電圧の違いは、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール伝導効率を強く反映したものであると言える。
【００９０】
表２、図３に示されるように、ＨＯＤ−Ａ〜ＨＯＤ−Ｅは、成膜時の全圧を下げるとともに投入電力密度を最大にした条件で作製したＨＯＤ−Ｅと比較して、ホール伝導効率が優れていることがわかる。
【００９１】
以上、ホールオンリー素子１０００Ａにおけるホール注入層４のホール伝導効率に関する検証について述べたが、ホールオンリー素子１０００Ａは、陰極８Ａ以外は実際に動作する有機ＥＬ素子１０００（図１）と同一の構成である。したがって、有機ＥＬ素子１０００においても、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール伝導効率の成膜条件依存性は、本質的にホールオンリー素子１０００Ａと同じである。このことを確認するために、Ａ〜Ｅの各成膜条件で成膜したホール注入層４を用いた有機ＥＬ素子１０００を作製した。以下、成膜条件Ａで成膜した有機ＥＬ素子１０００をＢＰＤ−Ａ、成膜条件Ｂで成膜した有機ＥＬ素子１０００をＢＰＤ−Ｂ、成膜条件Ｃで成膜した有機ＥＬ素子１０００をＢＰＤ−Ｃ、成膜条件Ｄで成膜した有機ＥＬ素子１０００をＢＰＤ−Ｄ、成膜条件Ｅで成膜した有機ＥＬ素子１０００をＢＰＤ−Ｅと称する。
【００９２】
作製した各有機ＥＬ素子は、上述した製造方法に基づいて作成した。各層の層厚は、酸化タングステンからなるホール注入層４を３０ｎｍ、ＴＦＢからなるバッファ層６Ａを２０ｎｍ、Ｆ８ＢＴからなる発光層６Ｂを７０ｎｍ、バリウム層からなる電子注入層７を５ｎｍ、アルミニウム層からなる陰極８を１００ｎｍとした。作製した成膜条件Ａ〜Ｅの各有機ＥＬ素子１０００を直流電源ＤＣに接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。
図４は、各有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。図中縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。表３は、当該実験によって得られたＢＯＤ−Ａ〜ＢＯＤ−Ｅの各サンプルの駆動電圧の値を示したものである。表３中の「駆動電圧」とは、実用的な具体値である電流密度８ｍＡ／ｃｍ２のときの印加電圧である。
【００９３】
【表３】
0005612692.tif 000004
【００９４】
表３、図４に示されるように、ＢＰＤ−Ｅは他の有機ＥＬ素子と比較して、最も電流密度―印加電圧曲線の立ち上がりが遅く、高い電流密度を得る為には、最も高い印加電圧であることが確認された。これは、それぞれ同じ成膜条件のホールオンリー素子ＨＯＤ−Ａ〜ＨＯＤ−Ｅと同様の傾向である。
【００９５】
以上の結果により、ホール注入層４のホール伝導効率の成膜条件依存性が、有機ＥＬ素子１０００においても、ホールオンリー素子１０００Ａの場合と同様に作用していることが確認された。すなわち、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの範囲となる成膜条件下で成膜を行うことにより、ホール注入層４からバッファ層６Ａへのホール伝導効率を向上させ、それにより低電圧駆動が実現されることが確認された。
【００９６】
なお、上記においては、投入電力の条件は、表１に示したように投入電力密度で表した。本実験で用いたＤＣマグネトロンスパッタ装置とは異なるＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いる場合は、ターゲット裏面のマグネットのサイズに合わせて、投入電力密度が上記条件になるように投入電力を調節することにより、本実験と同様に、ホール伝導効率の優れた酸化タングステン層からなるホール注入層４を得ることができる。なお、全圧、酸素分圧については、装置やターゲットサイズ及び、ターゲットマグネットサイズに依存しない。
【００９７】
また、ホール注入層４の反応性スパッタ法による成膜時は、室温環境下に配置されるスパッタ装置において、基板温度を意図的には設定していない。したがって、少なくとも成膜前の基板温度は室温である。ただし、成膜中に基板温度は数１０℃程度上昇する可能性がある。
【００９８】
なお、本願発明者は別の実験により、酸素分圧を上げすぎた場合には逆に駆動電圧が上昇してしまうことを確認している。したがって、酸素分圧は５０％〜７０％であることが望ましい。
【００９９】
以上の実験結果より、低電圧駆動には成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで作製したホール注入層を備える有機ＥＬ素子が好ましく、より好ましくは成膜条件Ａ、Ｂで作製した有機ＥＬ素子である。以下、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで作製したホール注入層を備える有機ＥＬ素子を本願の対象とする。
【０１００】
（ホール注入層４におけるタングステンの化学状態について）
本実施の形態の有機ＥＬ素子１０００のホール注入層４を構成する酸化タングステンには、上述したナノクリスタル構造が存在している。このナノクリスタル構造は、先の実験で示した成膜条件の調整により形成されるものである。詳細を以下に述べる。
【０１０１】
前述の成膜条件Ａ〜Ｅで成膜した酸化タングステンにおける、ナノクリスタル構造の存在を確認するために、硬Ｘ線光電子分光（ＨＡＸＰＥＳ）測定（以下、単に「ＸＰＳ測定」と記載する。）実験を行った。ここで、一般に硬Ｘ線光電子分光スペクトル（以下、単に「ＸＰＳスペクトル」と記載する。）は、測定対象物の表面と、光電子を取り出す検出器において光電子を検出する方向とがなす角度によって、膜の平均価数を反映する情報深さが決まる。そこで本実験では、ＸＰＳ測定における光電子検出方向と、酸化タングステン層の表面のなす角度が４０°となる条件で測定を行い、酸化タングステン層の厚み方向の平均の価数の状態を観察するものとした。
【０１０２】
ＸＰＳ測定条件は以下の通りである。なお、測定中、チャージアップは発生しなかった。
【０１０３】
（ＸＰＳ測定条件）
使用機器  ：Ｒ−４０００（ＶＧ−ＳＣＩＥＮＴＡ社製）
光源      ：シンクロトロン放射光（７８５６ｅＶ）
バイアス  ：なし
出射角    ：基板表面とのなす角が４０°
測定点間隔：０．０５ｅＶ
表１に示すＡ〜Ｅの各成膜条件でＸＰＳ測定用のサンプルを作製した。ガラス上に成膜されたＩＴＯ導電性基板の上に、厚さ３０ｎｍのホール注入層４を、前記の反応性スパッタ法により成膜することにより、ＸＰＳ測定用のサンプルとした。以降、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで作製したＸＰＳ測定用サンプルを、それぞれサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＥと称する。続いて、サンプルＡ〜Ｅの各ホール注入層４の表面に対してＸＰＳ測定を行った。その結果のスペクトルを図５に示す。
【０１０４】
図５の横軸は結合エネルギーを示しており、Ｘ線を基準としたときの各準位に存在する光電子のエネルギーに相当し、左方向を正の向きとした。縦軸は光電子強度を示しており、観測された光電子の個数に相当する。図５に示すように３つのピークが観測され、各ピークは図の左から右に向かって、それぞれタングステンの５ｐ３／２準位（Ｗ５ｐ３／２）、４ｆ５／２準位（Ｗ４ｆ５／２）、４ｆ７／２準位（Ｗ４ｆ７／２）に対応するピークであると帰属した。
【０１０５】
次に、サンプルＡのスペクトルと比較例としてサンプルＥのスペクトルのＷ５ｐ３／２、Ｗ４ｆ５／２、Ｗ４ｆ７／２に帰属されたピークに対し、ピークフィッティング解析を行った。
ピークフィッティング解析は以下のようにして行った。
【０１０６】
具体的には、光電子分光解析用ソフト「ＸＰＳｐｅａｋ  Ｖｅｒｓｉｏｎ４．１」を用いて行った。まず、硬Ｘ線のエネルギーの７９４０ｅＶの光イオン化断面積から、Ｗ４ｆ７／２準位、Ｗ４ｆ５／２準位、Ｗ５ｐ３／２準位に対応するピーク面積強度の比率を、Ｗ４ｆ７／２：Ｗ４ｆ５／２：Ｗ５ｐ３／２＝４：３：１０．５で固定し、表４に示すように、Ｗ４ｆ７／２の６価表面欠陥準位（Ｗ６＋４ｆ７／２）に帰属されるピークトップを３５．７ｅＶのエネルギー値に合わせた。次に、Ｗ５ｐ３／２の表面光電子ピーク（Ｗｓｕｒ５ｐ３／２）、６価表面欠陥準位（Ｗ６＋５ｐ３／２）、５価表面欠陥準位（Ｗ５＋５ｐ３／２）に帰属される各帰属ピークのピークエネルギー値とピーク半値幅を、表４に示す数値に設定した。同様に、Ｗ４ｆ５／２、Ｗ４ｆ７／２に対しても、表面光電子ピーク（Ｗｓｕｒ４ｆ５／２、Ｗｓｕｒ４ｆ７／２）、６価表面欠陥準位（Ｗ６＋４ｆ５／２）、５価表面欠陥準位（Ｗ５＋４ｆ５／２、Ｗ５＋４ｆ７／２）に帰属される各帰属ピークのピークエネルギー値とピーク半値幅の値を、表４のように設定した。ピーク強度を任意の強度に設定した後、Ｇａｕｓｓｉａｎ−Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎの混合関数を用いて最大１００回演算することにより、最終的なピークフィッティング解析結果を得た。上記混合関数におけるＬｏｒｅｎｔｚｉａｎ関数の比率は表４の通りである。
【０１０７】
【表４】
0005612692.tif 000005
【０１０８】
最終的なピークフィッティング解析結果を図６に示す。図６（ａ）は、サンプルＡの解析結果、図６（ｂ）はサンプルＥの解析結果である。
【０１０９】
両図において、破線（ｓａｍｐｌｅ  Ａ、ｓａｍｐｌｅ  Ｅ）は実測スペクトル（図５のスペクトルに相当）、二点鎖線（ｓｕｒｆａｃｅ）は表面光電子ピークＷｓｕｒ５ｐ３／２、Ｗｓｕｒ４ｆ５／２、Ｗｓｕｒ４ｆ７／２に帰属されるスペクトル、点線（Ｗ６＋）は６価表面欠陥準位Ｗ６＋５ｐ３／２、Ｗ６＋４ｆ７／２、（Ｗ６＋４ｆ５／２）に帰属されるスペクトル、一点鎖線（Ｗ５＋）は５価表面欠陥準位Ｗ５＋５ｐ３／２、Ｗ５＋４ｆ５／２、Ｗ５＋４ｆ７／２に帰属されるスペクトルである。実線（ｆｉｔ）は、二点鎖線と点線と一点鎖線で示すスペクトルを足し合わせたスペクトルである。なお、両図において、一点鎖線で示した５価タングステンに帰属されるピークは、５価の状態のタングステンのみに由来するものとみなした。
【０１１０】
図６の各図に示すように、５ｐ３／２、４ｆ５／２、４ｆ７／２の各準位に帰属されるスペクトルは、ホール注入層４の表面からの光電子によるピーク（ｓｕｒｆａｃｅ）と、ホール注入層４の層内で光電子が検出される深さに含まれる６価タングステンのピーク（Ｗ６＋）と、同深さに含まれる５価タングステンのピーク（Ｗ５＋）の足し合わせにより構成されていることが分かる。
【０１１１】
また、図６（ａ）に示すように、サンプルＡでは、Ｗ６＋のスペクトルにおける５ｐ３／２、４ｆ５／２、４ｆ７／２の各準位に帰属されるピークから、０．３〜１．８ｅＶ低い結合エネルギー領域において、各々の準位に対応するＷ５＋のピークが存在することが見て取れる。一方、図６（ｂ）に示すように、サンプルＥでは、そのようなＷ５＋のピークは見て取れない。分かりやすくするために、図６（ａ）および（ｂ）の右側に、サンプルＡおよびサンプルＥのＷ５＋のスペクトルにおける４ｆ７／２に帰属されるピークの拡大図を示した。同図の（ｃ）で示したように、サンプルＡでははっきりとＷ５＋のピークが存在していること確認できるが、サンプルＥではＷ５＋のピークは確認できない。
【０１１２】
さらに、図６の各拡大図の細部に着目すると、サンプルＡでは実線（ｆｉｔ）で示すピークフィッティンの足し合わせのスペクトルと、点線（Ｗ６＋）で示すＷ６＋のスペクトルとの間で大きく「ずれ」がある一方で、サンプルＥではサンプルＡほどの「ずれ」はない。すなわち、サンプルＡにおけるこの「ずれ」が５価タングステンの存在を示唆するものであると推察される。
【０１１３】
次に、サンプルＡ〜Ｅにおける、６価タングステンの元素数に対する５価タングステンの元素数の存在比率であるＷ５＋／Ｗ６＋を算出した。この存在比率は、各サンプルのピークフィッティング解析で得たスペクトルにおけるＷ５＋（一点鎖線）のピークの面積強度を、Ｗ６＋（点線）のピークの面積強度で除算することにより算出した。
【０１１４】
なお、原理上、Ｗ４ｆ７／２におけるＷ６＋のピークの面積強度とＷ５＋のピークの面積強度の比率により、６価タングステン原子の数と５価タングステン原子の数の存在比を表すことは、Ｗ５ｐ３／２ならびにＷ４ｆ５／２に帰属されるピークから前記存在比を表すことと同義である。実際、本検討において、Ｗ４ｆ７／２におけるＷ５＋４ｆ７／２の面積強度とＷ６＋４ｆ７／２の面積強度の比率は、Ｗ５ｐ、Ｗ４ｆ５／２の場合でも同じ値であることを確認している。よって、以降の考察においては、Ｗ４ｆ７／２に帰属されるピークのみを用いて検討を行うこととした。
【０１１５】
表５にサンプルＡ〜ＥのＷ５＋／Ｗ６＋を示す。
【０１１６】
【表５】
0005612692.tif 000006
【０１１７】
表５に示すＷ５＋／Ｗ６＋の値より、最も多くの５価タングステン原子が含まれるのはサンプルＡであり、続いてサンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤの順にその比率が少ないことを確認した。また、表３および表５の結果より、Ｗ５＋／Ｗ６＋の値が大きいほど、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低くなることが明らかとなった。
【０１１８】
（ホール注入層４におけるタングステンの電子状態について）
前述の成膜条件Ａ〜Ｄで成膜した酸化タングステンには、その電子状態において、価電子帯の上端、すなわち価電子帯で最も低い結合エネルギーよりも、１．８〜３．６ｅＶ低い結合エネルギー領域内に占有準位が存在している。この占有準位がホール注入層４の最高占有準位に該当し、すなわち、その結合エネルギー範囲はホール注入層４のフェルミ面に最も近い。以降、この占有準位を「フェルミ面近傍の占有準位」と称する。
【０１１９】
このフェルミ面近傍の占有準位が存在することで、ホール注入層４とバッファ層６Ａとの積層界面では、いわゆる界面準位接続がなされ、バッファ層６Ａの最高被占軌道の結合エネルギーが、ホール注入層４の前記フェルミ面近傍の占有準位の結合エネルギーと、ほぼ等しくなる。すなわち、この占有準位が存在することで、ホール注入層４とバッファ層６Ａとの間のホール注入障壁を小さく抑えることができる。その結果、より良好なホール伝導効率を得ることができ、低電圧で駆動が可能となる。
【０１２０】
なお、ここで言う「ほぼ等しくなる」および「界面準位接続がなされた」とは、ホール注入層４とバッファ層６Ａとの界面において、フェルミ面近傍の占有準位で最も低い結合エネルギーと、最高被占軌道で最も低い結合エネルギーとの差が、±０．３ｅＶ以内の範囲にあることを意味している。
【０１２１】
さらに、ここで言う「界面」とは、ホール注入層４の表面と、当該表面から０．３ｎｍ以内の距離におけるバッファ層６Ａとを含む領域を指す。
【０１２２】
また、前記フェルミ面近傍の占有準位は、ホール注入層４の全体に存在することが望ましいが、少なくともバッファ層６Ａとの界面に存在すればよい。
【０１２３】
次に、前述のサンプルＡおよびサンプルＥのホール注入層４に対し、フェルミ面近傍の占有準位の存在を確認する実験を、紫外光電子分光（ＵＰＳ）測定を用いて行った。
【０１２４】
サンプルＡ、Ｅはいずれも、スパッタ装置内においてホール注入層４を成膜した後、当該スパッタ装置に連結され窒素ガスが充填されたグローブボックス内に移送し、大気曝露しない状態を保った。そして、当該グローブボックス内でトランスファーベッセルに封入し、光電子分光装置に装着した。これにより、ホール注入層４を成膜後に大気曝露することなく、ＵＰＳ測定を実施した。
【０１２５】
ここで、一般にＵＰＳスペクトルは、測定対象物の表面から深さ数ｎｍまでにおける、価電子帯などの占有準位の状態を反映したものになる。そこで本実験では、ＵＰＳ測定を用いてホール注入層４の表層における占有準位の状態を観察するものとした。
【０１２６】
ＵＰＳ測定条件は以下の通りである。なお、測定中チャージアップは発生しなかった。
【０１２７】
（ＵＰＳ測定条件）
使用機器  ：走査型Ｘ線光電子分光分析装置  ＰＨＩ５０００  ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ（アルバック・ファイ社製）
光源    ：Ｈｅ  Ｉ線
バイアス：なし
出射角  ：基板法線方向
測定点間隔：０．０５ｅＶ
図７に、サンプルＡにおけるホール注入層４表面のＵＰＳスペクトルを示す。横軸の結合エネルギーの原点は基板１のフェルミ面とし、左方向を正の向きとした。以下、図７を用いて、ホール注入層４の各占有準位について説明する。
【０１２８】
一般に酸化タングステンが示すＵＰＳスペクトルにおいて、最も大きく急峻な立ち上がりは一意に定まる。この立ち上がりの変曲点を通る接線を線（ｉ）、その横軸との交点を点（ｉｉｉ）とする。これにより、酸化タングステンのＵＰＳスペクトルは、点（ｉｉｉ）から高結合エネルギー側に位置する領域（ｘ）と、低結合エネルギー側（すなわちフェルミ面側）に位置する領域（ｙ）に分けられる。
【０１２９】
ここで、先の同様のＸＰＳ測定を用いて、サンプルＡ、Ｅとも、タングステン原子と酸素原子の数の比率がほぼ１：３であること確認した。具体的には、ホール注入層４の表面から深さ数ｎｍまでにおけるタングステンと酸素の組成比を見積もることにより行った。
【０１３０】
この比率より、サンプルサンプルＡ、Ｅのいずれにおいても、ホール注入層４は少なくとも表面から深さ数ｎｍ以内の範囲において、三酸化タングステンを基本とする原子配置を基本構造（詳細は次項で述べる）に持つと考えられる。したがって、図７における領域（ｘ）は、上記基本構造に由来する占有準位であり、いわゆる価電子帯に対応する領域である。なお、本願発明者はホール注入層４のＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）測定を行い、サンプルＡ、Ｅのいずれにおいても、上記基本構造が形成されていることを確認した。
【０１３１】
したがって、図７における領域（ｙ）は、価電子帯と伝導帯の間のバンドギャップに対応するが、本ＵＰＳスペクトルが示すように、酸化タングステンにはこの領域にも、価電子帯とは別の占有準位が存在することがあることが知られている。これは上記基本構造とは異なる別の構造に由来する準位であり、いわゆるバンドギャップ間準位（ｉｎ−ｇａｐ
ｓｔａｔｅあるいはｇａｐ  ｓｔａｔｅ）である。
【０１３２】
続いて図８に、サンプルＡ、Ｅにおける各ホール注入層４の、領域（ｙ）におけるＵＰＳスペクトルを示す。図８に示すスペクトルの強度は、図７における点（ｉｉｉ）よりも３〜４ｅＶほど高結合エネルギー側に位置するピーク（ｉｉ）のピークトップの値で規格化した。図８にも図７の点（ｉｉｉ）と同じ横軸位置に点（ｉｉｉ）を示している。横軸は点（ｉｉｉ）を基準とした相対値（相対結合エネルギー）として表し、左から右（フェルミ面側）に向かって結合エネルギーが低くなるように示している。
【０１３３】
図８に示されるように、サンプルＡのホール注入層４では、点（ｉｉｉ）からおおよそ３．６ｅＶ低い結合エネルギーの位置から、点（ｉｉｉ）からおおよそ１．８ｅＶ低い結合エネルギーの位置までの領域に、ピークの存在が確認できる。このピークの明瞭な立ち上がり位置を図中に点（ｉｖ）で示した。このようなピークは、サンプルＥでは確認できない。
【０１３４】
このように、ＵＰＳスペクトルにおいて点（ｉｉｉ）から１．８〜３．６ｅＶ程度低い結合エネルギーの領域内に隆起（ピークとは限らない）した構造を持つ酸化タングステンを、ホール注入層として用いることにより、有機ＥＬ素子において優れたホール伝導効率が発揮できるようになっている。
【０１３５】
ここで、当該隆起の程度が急峻であるほど、ホール注入効率が高くなることが分かっている。したがって、図８に示すように、点（ｉｉｉ）から２．０〜３．２ｅＶ程度低い結合エネルギーの領域は、比較的当該隆起構造を確認しやすく、かつ、その隆起が比較的急峻である領域として、特に重要であると言える。
【０１３６】
（Ｗ５＋／Ｗ６＋の値と駆動電圧の関係）
図９は酸化タングステン層表面の構造を説明するための図である。ここでは酸化タングステンとして三酸化タングステン（ＷＯ３）を例に挙げて説明する。図９に示すように、酸化タングステンの単結晶は、酸素原子がタングステン原子に対し８面体配位で結合したルチル構造を基本構造に持つ。なお、図９では、単純化のために三酸化タングステン単結晶をルチル構造で示しているが、実際は歪んだルチル構造である。
【０１３７】
図９に示すように、結晶内部においてタングステン原子が酸素原子で終端されているが、結晶粒界においては終端酸素原子（ｂ）とそれに囲まれた終端されていないタングステン原子（ａ）が存在すると考えられる。非特許文献４では、第一原理計算により、結晶粒界の全てのタングステン原子が酸素原子で終端されるよりも、図９のように周期的に一部のタングステン原子（ａ）が終端されない構造の方がエネルギー的に安定すると開示されている。この理由として、結晶粒界の全てのタングステン原子が酸素原子で終端されると終端酸素原子同士の電気的な斥力が大きくなり、かえって不安定化するからであると報告している。つまり、結晶粒界においては、表面に酸素欠陥に類する構造（ａ）がある方が安定するのである。
【０１３８】
ここでは、酸素原子で終端されているタングステン原子、すなわち、酸素欠陥に類する構造（ａ）を有しないタングステン原子が６価タングステン原子に対応している。一方、酸素原子で終端されていないタングステン原子、すなわち、酸素欠陥に類する構造（ａ）を有するタングステン原子が５価タングステン原子（５価以上６価未満も含む）に対応している。
【０１３９】
５価タングステン原子は、８面体配位している酸素原子の１つがなくなることによって非共有電子対を有する構造を有していると思われる。つまり、５価タングステン原子は自身が持つ非共有電子対をホールに供与し、それにより当該電子を供与した５価タングステン原子はホールを有することになると考えられる。ホール注入層に印加されたバイアス電圧によって、５価タングステン原子に存在する非共有電子対の供与が連続的に生じることで、ホールは低い電位方向に、電子は高い電位方向に移動し、ホール伝導が生じると考えられる。よって、サンプルＡのようにＷ５＋／Ｗ６＋の値が高い、すなわち、５価タングステン原子の比率が高いホール注入層４ではホール伝導経路が多く、低電圧でのホール伝導により低電圧駆動が実現し、結果として有機ＥＬ素子において優れたホール伝導効率が発揮できるようになっている。
【０１４０】
また、サンプルＣ、Ｄにおいては、Ｗ５＋／Ｗ６＋の値がサンプルＡほど高くはないが、３．２％程度であっても良好なホール伝導が生じていることも確認された。
【０１４１】
（ホール注入層４におけるタングステンの微細構造について）
ホール注入層４を構成する酸化タングステン層には、ナノクリスタル構造が存在している。このナノクリスタル構造は、成膜条件の調整により形成されるものである。詳細を以下に述べる。
【０１４２】
表１で示した成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで成膜した酸化タングステン層における、ナノクリスタル構造の存在を確認するために、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察実験を行った。
【０１４３】
ＴＥＭ観察用のサンプルにおける酸化タングステン層は、表１に示す条件にてＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、反応性スパッタ法で成膜した。当該サンプルの構成としては、ガラス上に成膜されたＩＴＯ導電性基板の上に、厚さ３０ｎｍのホール注入層４を前記の反応性スパッタ法により成膜した。以降、成膜条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで作製したＴＥＭ観察用サンプルを、それぞれサンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＥと称する。なお、ＴＥＭ観察は、先のＸＰＳ測定により、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに５価タングステン原子が含まれていることを確認した上で行っている。
【０１４４】
ここで、一般にＴＥＭ観察は、観察する面に対する厚みを薄片化し観察を行う。本実施の形態での薄片化は、酸化タングステン層における断面からの深さ方向の厚みを、収束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用いてサンプル加工し、１００ｎｍ程度の薄片化とした。ＦＩＢ加工とＴＥＭ観察の条件は以下の通りである。
【０１４５】
（ＦＩＢ加工条件）
使用機器：Ｑｕａｎｔａ２００（ＦＥＩ社製）
加速電圧：３０ｋＶ（最終仕上げ５ｋＶ）
薄片膜厚：〜５０ｎｍ
（ＴＥＭ観察条件）
使用機器：トプコンＥＭ−００２Ｂ（トプコンテクノハウス社製）
観察方法：高分解能電子顕微鏡法
加速電圧：２００ｋＶ
図１０に、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのホール注入層４断面のＴＥＭ観察写真を示す。写真のスケールは、写真内に記載したスケールバーに従い、ＴＥＭ写真の表示サイズは５６０×５６０ピクセルで表示している。また、図１０で示すＴＥＭ観察写真は、黒暗部から薄明部までを２５６階調に平均分割し表示している。
【０１４６】
図１０に示すＴＥＭ写真から、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいては部分的に明部が同方向に配列していることにより、規則的に配列した線状構造が確認される。この線状構造は、ＴＥＭ写真中の縮尺より、おおよそ１．８５〜５．５５Åの間隔で配列していることがわかった。
【０１４７】
一方で、サンプルＥにおいては明部が不規則に分散しており、規則的に配列した線状構造は確認されなかった。ＴＥＭ写真において、上記の線状構造がある領域は、酸化タングステンの一つのナノクリスタルを表しており、ＴＥＭ写真より、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは酸化タングステンのナノクリスタル構造の形成が確認された。一方、サンプルＥにおいてはナノクリスタル構造の形成は確認されなかった。
【０１４８】
図１０のサンプルＡのＴＥＭ写真において、ナノクリスタルの任意の１つを白線枠にて図示した。なお、この輪郭線は正確なものではなく、あくまで例示である。というのは、実際には、ＴＥＭ写真に写っているのは最表面だけではなく、下層の様子も写り込んでいるため、正確な輪郭を特定することが困難であるからである。サンプルＡにおいて白線枠にて図示している一のナノクリスタルの大きさは、おおよそ３〜１０ｎｍ程度である。
【０１４９】
図１１に、図１０で示したＴＥＭ観察写真を２次元フーリエ変換した結果を２次元フーリエ変換像として示す。図１１に示す２次元フーリエ変換像は、図１０に示すＴＥＭ観察写真の逆格子空間を示す分布である。具体的には、図１１に示す２次元フーリエ変換像は、図１０に示すＴＥＭ写真を画像処理ソフト「ＬＡｖｉｅｗ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ＃１．７７」を用い、フーリエ変換を行った。図１１に示すフーリエ変化像から、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄではフーリエ変換像の中心点を中心とした３本ないしは２本の同心円状の明部が確認される。また、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで確認されたフーリエ変換像の同心円状明部は、サンプルＥでは不明瞭な円を有していることが確認できる。この同心円状明部の「不明瞭さ」は、定性的に図１０で示すホール注入層４における構造の秩序性の崩れを示している。つまり、円状明部が明瞭に確認できるサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは、高い秩序性を有しており、サンプルＥでは秩序性が崩れていることを示している。
【０１５０】
次に、図１１で示した２次元フーリエ変換像から、その像の中心点から外周部に向かう距離に対する輝度の変化を示すグラフを作成した。図１２は、その作成方法の概要を示す図であり、サンプルＡを例として示している。
【０１５１】
図１２（ａ）に示すように、フーリエ変換像の中心点を軸として１°ずつ回転させて、フーリエ変換像の中心点からＸ軸方向の写真外周部までの距離に対する輝度を測定する。０°から３５９°回転させ各１°刻みの回転時のフーリエ変換像の中心点からの距離（横軸）と、フーリエ変換像の輝度を規格化した数値である規格化輝度（縦軸）を積算し、３６０で割ることによって、図１２（ｂ）に示すグラフを描画した。なお、画像の回転には、「Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｍａｎａｇｅｒ」を用い、フーリエ変換像の中心からの距離と輝度の測定には、画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＮｏｓ」を用いた。以下、図１２で説明した手法に基づいて描画したプロットを「輝度変化プロット」と称する。
【０１５２】
図１３、１４に、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについての輝度変化プロットを示す。サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける輝度変化プロットにおいて、各サンプルとも中心点の高輝度部とは別にＰ１で示すピークを有することが分かる。以下、この輝度変化プロットにおける中心点から最も近くに現れる規格化輝度のピークを「ピークＰ１」と称する。また、サンプルＥにおけるピークＰ１に比べて、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、ＤにおけるピークＰ１は鋭い凸形状を持っていることが確認された。
【０１５３】
次に、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥにおけるピークＰ１の鋭さについて評価した。図１５はその評価方法の概要を示す図であり、サンプルＡおよびサンプルＥを例として示している。
【０１５４】
図１５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、サンプルＡおよびサンプルＥの輝度変化プロットであり、図１５（ａ１）、（ｂ１）は各々のサンプルのピークＰ１付近の拡大図である。図１５（ａ１）、（ｂ１）中のＬで示した「ピークＰ１のピーク幅Ｌ」を、ピークＰ１の「鋭さ」を示す指標として用いることとする。
【０１５５】
この「ピークＰ１のピーク幅Ｌ」をより正確に決定するために、図１５（ａ１）、（ｂ１）で示すプロットを一次微分し、それを図１５（ａ２）、（ｂ２）に示した。図１５（ａ２）、（ｂ２）において、ピークＰ１のピークトップに対応する横軸の値と、当該ピークトップから中心点に向かって初めに微分強度が０となる位置に対応する横軸の値との差をピーク幅Ｌとする。フーリエ変換画像の中心点とピークＰ１のピークトップに対応する横軸の値を１００として規格化したときの、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおけるピーク幅Ｌの値を表６に示す。
【０１５６】
【表６】
0005612692.tif 000007
【０１５７】
表６に示すように、サンプルＡでは最もピーク幅Ｌが小さく、サンプルＢ、Ｃ、Ｄの順でピーク幅Ｌが大きくなり、サンプルＥのピーク幅Ｌが最大となったことを確認した。また、サンプルＣ、Ｄにおいては、ピーク幅Ｌの値がサンプルＡほど小さくはないが、２１．９程度であっても良好なホール伝導が生じていることも確認された。
【０１５８】
表６に示すピーク幅Ｌの値は、図１１で示すフーリエ変換像の中心値から最も近い同心円状の明部の明瞭さを示しており、ピーク幅Ｌの値が小さい程、同心円状明部の広がりが少なく、すなわち、図１０で示すホール注入層４のＴＥＭ写真における規則性の高いことを示している。反対に、ピーク幅Ｌの値が大きくなるにつれて、図１１で示すフーリエ変換像の中心から最も近い同心円状の明部が広がりを有していることを示しており、すなわち、図１０で示すホール注入層４のＴＥＭ写真における微細構造の規則性が崩れていることを示している。
【０１５９】
図９で述べたように、酸化タングステンの単結晶は、酸素原子がタングステン原子に対し８面体配位した、歪んだルチル構造を基本構造に持つと考えられている。また、ナノクリスタル構造は、このような単結晶、すなわちナノクリスタルが多数集合して構成されるものである。つまり、ナノクリスタル構造の内部は、単結晶の内部と同じく歪んだルチル構造であり、規則性の高い構造であると考えられる。よって、５価タングステン原子はナノクリスタル内部ではなく、ナノクリスタル同士の表面に存在していると考えるべきである。
【０１６０】
表５、表６の結果より、酸化タングステン層が規則性の低い膜構造であるほど、５価タングステン原子の比率は低下することが明らかになった。この理由については、次のように考えられる。
【０１６１】
成膜条件Ｅで作製した酸化タングステン層は、一部においては前述のルチル構造が秩序性を持って存在しているが、膜中の大部分においては、ルチル構造が秩序性を持たないアモルファス構造となっていると考えられる。アモルファス構造となっている部分では、ルチル構造が秩序性を有していないものの、ルチル構造が膜全体でつながりを持っており、ルチル構造の配列を切っている断絶部分が少ない。そのため、酸素欠陥が多く存在する粒界は少なく、結果として、５価タングステン原子の比率が低くなる。このため、ホール伝導経路となる部位が少なく、低電圧駆動が実現しにくいものと考えられる
一方、成膜条件Ａ〜Ｄで作製した酸化タングステン層においては、膜全体においてルチル構造が秩序性を持って存在している。その秩序性を持った部分がナノクリスタルに由来するものと考えられる。ナノクリスタルが存在する部分では、ルチル構造が秩序性を有しているものの、ルチル構造の断絶部分が多く存在する。この断絶部分がナノクリスタルの結晶粒界に相当する。結晶粒界では酸素の不足、つまり酸素欠陥が生じ、それに伴って５価のタングステン原子の量が多くなる。結果として、ホール伝導経路となる部位が増え、低電圧駆動が実現されるものと考えられる。
【０１６２】
（注入されたホールのホール伝導に関する考察）
上述しているように、酸化タングステンの単結晶は酸素原子がタングステン原子に対し８面体配位で結合した、歪んだルチル構造を基本構造としていると考えられる。このルチル構造が秩序性を持たずに膜化した場合はアモルファス構造となり、ルチル構造が秩序性を持って膜化した場合はナノクリスタル構造になると考えられる。
【０１６３】
酸化タングステン層に５価タングステン原子が存在している場合、タングステン原子に対して８面体配位している酸素原子の１つがなくなることによって、タングステン原子は非共有電子対を有する構造をしていると思われる。つまり、５価タングステン原子は自身が持つ非共有電子対をホールを有するタングステン原子に供与し、非共有電子対を供与した５価タングステン原子はホールを有することになると考えられる。ホール注入層に印加されたバイアス電圧によって、５価タングステン原子に存在する非共有電子対の供与が連続的に生じることで、ホールは低い電位方向に、電子は高い電位方向に移動し、ホール伝導が生じると考えられる。よって、５価タングステン原子が多く含まれるほど、ホール伝導に寄与するタングステン原子が多く存在することになり、ホール伝導効率は向上する。しかし、５価タングステン原子を多く含んでいることが、ホール伝導性が向上する必要十分条件とはならない。この理由について図１６を用いて説明する。
【０１６４】
図１６（ｂ）は、ホッピング伝導によりホール１４が伝導される様子の概念図であり、アモルファス構造の場合におけるホール１４の伝導を示す図である。アモルファス構造では、同図において、１１で示した部分はルチル構造が秩序性を持つ結晶質の部分（偏析した結晶１５）であり、偏析した結晶１５の表面には５価タングステン原子が多く存在する。一方、偏析した結晶１５以外の領域１６においてはルチル構造が秩序性を持たず、アモルファス部分となっており、５価タングステン原子は偏析した結晶１５の表面ほど多くは存在しない。アモルファス構造においては、偏析した結晶１５の表面に５価タングステン原子が存在しているものの、５価タングステン原子と近接する他の５価タングステン原子の間は各々のタングステン原子の軌道の重なりがない為に、各々の５価タングステン原子間をホール１４がホッピングすることによってホールが伝導すると思われる。つまり、アモルファス構造の場合、５価タングステン原子間の距離が長く、ホール伝導部位となり得る５価タングステン原子間でのホールの授受には、５価タングステン原子間に非常に高い電圧を印加する必要が生じ素子としての駆動電圧も高電圧化する。
【０１６５】
一方、図１６（ａ）は、ナノクリスタルの表面を介してホール１４が伝導される様子の概念図であり、ナノクリスタル構造の場合におけるホール１４の伝導を示す図である。ナノクリスタル構造では、同図に示すように、ルチル構造が秩序性を持って存在しているため、膜全体が微細な結晶質となっており、ホール伝導様式はアモルファス膜の場合とは異なる。前述したように、５価タングステン原子が存在するのはナノクリスタル１３同士の表面部分であり、この表面部分がホール伝導部となる。ナノクリスタル構造では、このホール伝導部となる表面部分がつながりを有していることによって低い電圧でホール１４が伝導できると考えられる。
【０１６６】
以上説明したように、良好なホール伝導性をもつ金属酸化物膜の構造としては、（１）ホール伝導部となる部分が存在すること、および、（２）結晶粒界となる部分を増やすことにより、ホール伝導に寄与する電子軌道の重なりを形成することが必要であると考えられる。すなわち、（１）金属元素が自身が取り得る最大価数より低い価数の状態の金属元素が存在し、（２）ナノクリスタル構造となるような金属酸化物膜が、ホール伝導に好適な構造と言える。
【０１６７】
次に、低価数を含むナノクリスタルの結晶性の酸化タングステンが低電圧駆動を実現することの要因がホール伝導性の向上による効果が支配的である点について述べる。ホール注入層４は、ＩＴＯ層３とホール注入層４の界面で形成されるホール注入障壁及び、ホール注入層４とバッファ層６Ａの界面で形成されるホール注入障壁の低減によっても駆動電圧の低減を図ることが可能である。本検討においては、ホール伝導効率の異なる表３に示すＢＰＤ−Ｄ、ＢＰＤ−Ｅと同じホール注入層４で作製した酸化タングステン層についてＵＰＳ測定を用いてホール伝導エネルギー値の解析を行った。ＢＰＤ−Ｄ、ＢＰＤ−Ｅは図４に示すように電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２においては、おおよそ２Ｖ程度の駆動電圧の違いが確認されたが、ＵＰＳによるホール伝導エネルギー値に違いはなかった。すなわち、ＢＰＤ−Ｄ、ＢＰＤ−Ｅのホール注入電圧の違いは、ＩＴＯ層３とホール注入層４の界面で形成されるホール注入障壁及び、ホール注入層４とバッファ層６Ａの界面で形成されるホール注入障壁の違いによって形成されるのではなく、前述のホール注入層の膜構造に起因するものであることを確認した。
【０１６８】
（ホール注入層の膜減りについて）
本願発明者らは、上記の実験で作製したホールオンリー素子ＨＯＤ−Ａ〜ＨＯＤ−Ｅを確認したところ、ホール注入層の厚みが当該層を形成した直後に比べて薄くなっている（以下、「膜減り」と記載する。）ことを見出した。この現象について、本願発明者らは、このホール注入層の膜減りはバンク形成工程にて発生しているものと推測した。そこでホール注入層の膜減り現象を究明するため、さらに以下の確認実験を行った。
【０１６９】
具体的手法として、当該実験用のホールオンリー素子ＨＯＤ−ａ〜ＨＯＤ−ｃを作製した。各ホールオンリー素子は、ガラス基板上にホール注入層となる酸化タングステンからなる層を、スパッタリングにより成膜することにより作成した。以下、ホールオンリー素子ＨＯＤ−ａをサンプルａ、ホールオンリー素子ＨＯＤ−ｂをサンプルｂ、ホールオンリー素子ＨＯＤ−ｃをサンプルｃと記載する。サンプルａ〜ｃの成膜条件は表７の通りである。なお、サンプルａの成膜条件と表１における成膜条件Ａを比較すると、全圧がわずかに異なるのみで、両者はほぼ同条件である。
【０１７０】
【表７】
0005612692.tif 000008
【０１７１】
作製したサンプルａ〜ｃを直流電源ＤＣに接続し、電圧を印加した。このときの印加電圧を変化させ、電圧値に応じて流れた電流値を素子の単位面積当たりの値（電流密度）に換算した。図１７は、各サンプルの印加電圧と電流密度の関係曲線を示すデバイス特性図である。図中縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。図１７より、サンプルａが最も駆動電圧が低く、サンプルｂ、ｃの順に駆動電圧が高いことがわかる。これは、サンプルａが最もホール注入層のホール伝導効率が高く、サンプルｂ、ｃの順にホール伝導効率が低いことを示しており、実施の形態１から得た知見によれば、サンプルａ＞サンプルｂ＞サンプルｃの順に５価タングステンの量が多いことを意味する。
【０１７２】
次に、各サンプルのホール注入層の上に、所定の樹脂材料（東京応化工業株式会社製「ＴＦＲ」シリーズ）からなる樹脂材料層を、スピンコート法に基づき積層し（室温、２５００ｒｐｍ/２５ｓｅｃ）、ベーク処理（１００℃、９０ｓｅｃ）を経て作製した。次に、現像処理（ＴＭＡＨ２．３８％溶液使用、現像時間６０ｓｅｃ）及び洗浄処理（純水使用、洗浄時間６０ｓｅｃ）を行った。その後、樹脂材料層を剥離した。この樹脂材料層の配設と現像処理、洗浄処理は、実際のバンク形成工程を想定したものである。
【０１７３】
この実験条件と結果を表７に示す。また、表７中の膜密度と膜減り量の関係を示すグラフを図１８に示す。
【０１７４】
表７の実験結果に示すように、ホール伝導効率が最良であったサンプルａにおいては、酸化タングステン層は、成膜直後の膜厚（８０ｎｍ）に対し、最終的に２３ｎｍ程度の膜厚になった。これにより、実に約５７ｎｍ程度の膜厚分に至る酸化タングステン層が膜減りにより消失したことが確認された。
【０１７５】
また、表７および図１８に示すように、酸化タングステン層の膜減り量と膜密度の間には相当の因果関係が存在し、膜密度が低いほど膜減り量が大きいことが分かった。さらに、図１７の結果を加味すると、ホール伝導効率が良好であるほど、つまり、５価タングステンの量が多いほど酸化タングステン層の膜密度が低く、膜減り量が多いことが分かる。この理由について、図１９を用いて説明する。
【０１７６】
図１９は、ホール注入層を構成する酸化タングステン層の膜構造と膜密度と関係を説明する模式図であり、（ａ）と（ｂ）の何れの図もホール注入層形成後バンク形成前の状態を示している。図１９（ａ）は、酸化タングステン層がナノクリスタル構造で構成されている場合、すなわち、ホール伝導効率が高い場合のホール注入層の模式図であり、図１９（ｂ）は酸化タングステン層がアモルファス構造（全域がアモルファスではなく、一部に酸化タングステンの結晶が偏析している）で構成されている場合、すなわち、ホール伝導効率が低い場合のホール注入層の模式図である。
【０１７７】
ホール注入層がナノクリスタル構造の場合（図１９（ａ））、ホール注入層の全域にわたってナノクリスタル１３の粒界が広がっており、言うまでもなく、ホール注入層におけるバンクが形成される側の界面にもナノクリスタル１３の粒界が広がっている。この状態で、ホール注入層がバンクを形成する際に用いられる溶剤（現像液、洗浄液等）に晒されると、図１９（ａ）の矢印で示すように、バンクが形成される側の界面に存在するナノクリスタル１３の粒界を介して溶剤がホール注入層に浸入する。これは、ナノクリスタル１３の粒界と粒界の間が、いわば溶剤が浸入する空隙のようになっているからである。しかも、このナノクリスタル１３の粒界は、文字通り非常に微細な粒界であるため溶剤が浸入する経路が増えてしまい、これに伴って膜減り量が増大する。また、上述したように、ナノクリスタル構造を有する膜は、ナノクリスタルの粒界と粒界の間に空隙が存在し、膜密度が低い膜となる。
【０１７８】
一方、アモルファス構造の場合（図１９（ｂ））、偏析した結晶１５は、ホール注入層の一部にのみ存在するだけであり、図中の矢印で示すように溶剤の浸入経路となる結晶粒界は少ない。さらに、アモルファス部分１６では結晶粒界がつながっていないため、ナノクリスタル構造の場合と比較して、ホール注入層の深部（図面の下方側）まで溶剤が浸入しにくい。したがって、ナノクリスタル構造の場合と比較して、膜減り量が少なくなると考えられる。また、アモルファス構造を有する膜には結晶粒界が少ないため、膜中に空隙があまり存在せず、したがって膜密度は高いものとなる。
【０１７９】
以上の実験結果より、実施の形態１でホール伝導効率が高いと評価した酸化タングステン層ほど、バンクを形成する際に用いられる溶剤による膜減り量が多いことが判明した。
【０１８０】
ところで、一般的には、上記のような膜減りを生じると酸化タングステン層の膜厚が管理しづらくなり、また、素子完成後のホール伝導効率に何らかの影響があると懸念される。このため、仮にこのようなホール注入層の膜減りの発生を当業者が知得することとなった場合には、酸化タングステンを用いてホール注入層を構成することに躊躇すると想定される。
【０１８１】
しかしながら本願発明者らは、あえてこの点を鋭意検討した末、例えば現像条件の変更（現像液濃度を２．３８％から０．２％前後まで低下させる）、またはベーク条件の変更を適切に行うことで、酸化タングステン層の膜減り量を調節できることを見出した。これにより、膜減りを考慮した酸化タングステン層の膜厚制御が可能となるそこで本願発明者らは、このホール注入層の膜減り量の調節に係る技術を拠り所とし、さらに現実的な有機ＥＬ素子の試作について検討を進め、以下の技術的事項を確認するに至った。
【０１８２】
有機ＥＬ素子の試作の手順として、まず陽極上に酸化タングステンを含むホール注入層を成膜した。このホール注入層上にバンク材料層を積層し、その後、バンク材料層を、機能層を形成するための開口部を有する所定の形状にパターニングした（このとき露光、現像、洗浄の各処理を実施する）。その後、前記開口部に対応する位置に機能層を成膜する。機能層上に陰極を形成した。
【０１８３】
この方法で得られた素子の構造を確認したところ、ホール注入層の前記開口部に対応する領域において、酸化タングステンが溶解してなる窪みが形成され、これによってホール注入層は全体として凹入構造を有するように構成されていることを確認した。
【０１８４】
ここで、ホール注入層における凹部の内底面と内側面により囲まれる隅部に着眼し、機能層を構成するインク材料を凹部の隅部を含む内面に対して塗布することにより、機能層の濡れ性が向上し、良好な機能層が形成できるであろうとの知見を得た。
【０１８５】
そこで本願発明者らは次の実施の形態に示すように、バンクに規定された領域においては、機能層側の表面を凹入構造に形成するとともに、当該凹入構造内の凹部の内面が機能層に接触する構成に着想したものである。
【０１８６】
次に、実施の形態２について、実施の形態１との差異を中心に説明する。
【０１８７】
［実施の形態２］
〈有機ＥＬ素子１００の概略構成〉
図２０は、実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１００の各層の積層状態を示す模式図であり、図２１は、図２０における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。
【０１８８】
図２０に示すように、実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応する各ピクセルがマトリックス状又はライン状に配置されてなるトップエミッション型の有機ＥＬ素子であり、各ピクセルは基板１上に各層を積層した積層構造となっている。
【０１８９】
図２０に示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１０００（図１）からバッファ層６Ａを除いた点で異なる。以下、特記しない限り、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００の各層を構成する材料は実施の形態１と同様である。
【０１９０】
基板１上には、陽極２がマトリックス状又はライン状に形成されており、陽極２上に、ＩＴＯ層３及び、ホール注入層４がその順で積層されている。なお、ＩＴＯ層３が陽極２上にのみ積層されているのに対し、ホール注入層４は陽極２の上方だけでなく基板１の上面側全体に亘って形成されている。
【０１９１】
ホール注入層４上には、ピクセルを規定するバンク５が形成されており、バンク５で規定された領域内に発光層６Ｂが積層されている。さらに、発光層６Ｂの上には、電子注入層７、陰極８、及び封止層９が、それぞれバンク５で規定された領域を超えて隣のピクセルのものと連続するように形成されている。
【０１９２】
バンク５で規定された領域は、ＩＴＯ層３、ホール注入層４、発光層６Ｂ、及び電子注入層７がその順で積層された多層積層構造となっており、それらの積層構造で機能層が構成されている。なお、機能層にはホール輸送層や電子輸送層等の他の層が含まれていても良い。
【０１９３】
〈有機ＥＬ素子１００の各部構成〉
陽極２は、ここでは単層構造としており、Ａｇ（銀）で形成されている。なお、陽極２は、例えば、ＡＰＣ（銀、パラジウム、銅の合金）、ＡＲＡ（銀、ルビジウム、金の合金）、ＭｏＣｒ（モリブデンとクロムの合金）、ＮｉＣｒ（ニッケルとクロムの合金）等で形成されていても良い。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、光反射性の材料で形成されていることが好ましい。
【０１９４】
ＩＴＯ層３は、陽極２及びホール注入層４の間に介在し、各層間の接合性を良好にする機能を有する。
【０１９５】
ホール注入層４は、実施の形態１のものと同様であり、良好なホール伝導効率を得ることのできる成膜条件により成膜された、酸化タングステン（ＷＯｘ）層で構成されている。この材料を用いて構成されたホール注入層４は、バンク５の表面と比較して親液性を有することができる。
【０１９６】
（ホール注入層４について）
ここで図２１に示すように、ホール注入層４は、バンク５の底面に沿って隣のピクセル方向に拡がっていると共に、バンク５で規定された領域においてはバンク５底面のレベルよりも沈下した凹入構造に形成されており、所定の溶剤により溶解されて形成された凹部４ａ（図２１において網目のハッチングで示す部分）を備える。そして、ホール注入層４は、バンク５で規定された領域だけが他の領域と比べて膜厚が薄くなっており、前記他の領域の膜厚は全体に亘って略均一である。ホール注入層４が親液性を有する金属化合物からなるため、凹部４ａの内面４ｂはインクに対して濡れ性が良い。したがって、バンク５で規定された領域に滴下されたインクが凹部４ａの内面４ｂに密着しやすく、インクがバンク５で規定された領域に留まりやすい。
【０１９７】
なお、ホール注入層４は、少なくともバンク５の底面における端縁部５ａのレベルよりも沈下した凹入構造であれば良く、底面全体のレベルよりも沈下した凹入構造である必要はない。本実施の形態では、底面における端縁部５ａのレベルより沈下しているが、底面における中央部５ｂのレベルより沈下していない凹入構造となっているが、例えば、図２１に二点鎖線５ｃで示すように、中央部５ｂのバンクの底面のレベルを端縁部５ａに揃え、バンク５の底面を平坦にする等して、バンク５の底面全体のレベルより沈下した凹入構造としても良い。
【０１９８】
ホール注入層４は、バンクの下端縁５ｄ相当部位から沈下した凹入構造であって、具体的には、ホール注入層４の上面におけるバンク５に規定された領域が下端縁５ｄ相当部位から基板１の上面に対して略垂直下方に沈下している。このように、バンク５の下端縁５ｄ相当部位から沈下した凹入構造である場合は、発光層６Ｂの膜厚を広範囲に亘って均一にすることができ、発光層６Ｂに輝度ムラが生じにくい。
【０１９９】
ホール注入層４の凹入構造はカップ状であって、より具体的には、凹部４ａの内面４ｂが、基板１の上面と略平行且つ平坦であって発光層６Ｂの底面６ａに接触する内底面４ｃと、当該内底面４ｃの端縁から基板１の上面と略垂直な方向に向けて延びており前記発光層６Ｂの側面６ｂに接触する内側面４ｄとで構成されている。このように、凹入構造がカップ状である場合は、内側面４ｄの存在によって凹部４ａ内のインクが基板１の上面と平行な方向へ移動しにくくなるため、バンク５で規定された領域にインクをより安定にとどめておくことができる。しかも、凹入構造をカップ状にすると、凹部４ａの内面４ｂの面積が大きくなり、インクとホール注入層４との密着する面積が大きくなるため、バンク５で規定された領域にインクをより安定にとどめておくことができる。したがって、発光層６Ｂの高精細なパターニングが可能である。
【０２００】
上記のように、本実施の形態においては、バンク５とホール注入層４とは、略垂直方向に接続されていることにより、発光層６Ｂの底部側においてインクが濡れやすくなっており、良好な発光層６Ｂが形成できる。ここで、バンク５とホール注入層４が、水平方向に接続される場合には、バンク５とホール注入層４との接続部分付近において、インクが濡れづらくなると考えられる。このため、発光層６Ｂの底部側において、発光層６Ｂが十分には形成されない可能性があり、この結果、電気的リークが発生するおそれがある。すなわち、発光層６Ｂの良好な形成に関し、バンク５とホール注入層４とが、水平方向ではなく、略垂直方向に接続されている点に、技術的な意義が存在する。
【０２０１】
なお、バンク５とホール注入層４とが略垂直に接続される形態としては、垂直方向に限らず、斜め方向であればよく、水平方向に対する縦方向であればよい。
【０２０２】
ホール注入層４の凹入構造をさらに詳しく説明すると、図２２（ａ）に示すように、凹部４ａの内側面４ｄは、内底面４ｃと連続する下部側の端縁と、当該下部側の端縁と連続する上部側の端縁４ｅ（以下、「上端縁４ｅ」と称する。）とを備え、前記凹部４ａの内側面４ｄは、前記上端縁４ｅにおいて前記バンク５の発光層６Ｂ側の下端縁５ｄと一致した形状であり、かつ、前記内側面４ｄと前記内底面４ｃとが連続する部分がＲ形状になっている。なお、内側面４ｄの上端縁４ｅがバンク５の下端縁５ｄと一致している場合において、凹部４ａは、図２２（ａ）に示すような前記内側面４ｄが内底面４ｃに対して略垂直な形状に限定されず、図２２（ｂ）に示すように前記内側面４ｄがバンク５の側面５ｅと略同じ傾きでそれらが面一の形状でも良く、図２２（ｃ）に示すように前記内側面４ｄと前記内底面４ｃとが連続する部分がＲ形状でない形状でも良く、図２２（ｄ）に示すように前記内側面４ｄが前記バンク５の下側に入り込むように前記バンク５の側面５ｅとは反対側に傾いた形状でも良い。
【０２０３】
また、ホール注入層４は、バンク５の下端縁５ｄ相当部位から沈下した凹入構造に限らず、例えば、図２３に示すように、バンク５の下端縁５ｄ相当部位よりも隣のピクセル側に寄った部位から沈下した構造としても良い。その場合、図２４（ａ）に示すように、凹部４ａの内側面４ｄは、上端縁４ｅがバンク５の底面５ａに接触した形状となる。なお、内側面４ｄの上端縁４ｅがバンク５の底面５ａに接触した形状の場合において、凹部４ａは、図２４（ａ）に示すような前記内側面４ｄが内底面４ｃに対して略垂直な形状に限定されず、図２４（ｂ）に示すように前記内側面４ｄがバンク５の側面５ｅと略同じ傾きの形状でも良く、図２４（ｃ）に示すように前記内側面４ｄと前記内底面４ｃとが連続する部分がＲ形状でない形状でも良く、図２４（ｄ）に示すように前記内側面４ｄが前記バンク５の下側に入り込むように前記バンク５の側面５ｅとは反対側に傾いた形状でも良い。
【０２０４】
内側面４ｄは、上端縁４ｅがバンク５の下端縁５ｄと一致した形状、または、前記上端縁４ｅが前記バンク５の底面５ａに接触した形状であるため、電極２、８間においてショートが発生しにくい。仮に、図２３において二点鎖線１０で示すように、バンク５の下端縁５ｄ相当部位よりもピクセル中央側に寄った部位から沈下した凹入構造とした場合は、ホール注入層４の上面におけるバンク５から露出した部分４ｆを介して電極２、８間でショートが発生するおそれがある。特に、後述するように、発光層６Ｂの平均膜厚ｈが凹部４ａの平均深さｔよりも小さいか同じである場合は、ホール注入層４の上面におけるバンク５で覆われていない部分４ｆが電子注入層７や陰極８と接触する可能性があるため、電極２、８間でショートが発生するおそれが高い。
【０２０５】
図２１に戻って、凹部４ａの平均深さｔは本願発明では特に特定されるものではないが、例えば５〜１００ｎｍとすることができる。凹部４ａの平均深さｔが５ｎｍ以上であれば、凹部４ａ内に十分な量のインクを溜めることができ、バンク５で規定された領域にインクを安定に留めることができる。さらに、バンク５端部まで発光層６Ｂがはじかれることなく形成されるため、電極２、８間のショートを防ぐことができる。
【０２０６】
なお、凹部４ａの平均深さｔは、触針式段差計もしくはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）にてホール注入層４の表面輪郭を測定し、当該表面輪郭から山となる部分の平均高さと谷となる部分の平均高さとの差を求めて、得ることができる。
【０２０７】
一方、発光層６Ｂの膜厚は特に特定されるものではないが、例えば発光層６Ｂの乾燥後の平均膜厚ｈが１００ｎｍ以上の場合において凹部４ａの平均深さｔが１００ｎｍ以下であれば、バンク５で規定された領域における発光層６Ｂの膜厚を均一にすることができる。
【０２０８】
さらに、発光層６Ｂの平均膜厚ｈと凹部４ａの平均深さｔとの差は２０ｎｍ以下であることが好ましい。発光層６Ｂの平均膜厚ｈが凹部４ａの平均深さｔよりも小さ過ぎる場合は（例えば、ｔ−ｈ＞２０ｎｍの場合は）、図２５（ａ）に示すように、凹部４ａの内側面４ｄに発光層６Ｂと接触していない部分（発光層６Ｂが未塗布の部分）が生じ、その部分において電極２、８間のショートが発生するおそれがある。また、発光層６Ｂの平均膜厚ｈが凹部４ａの平均深さｔよりも大き過ぎる場合は（例えば、ｈ−ｔ＞２０ｎｍの場合は）、図２５（ｂ）に示すように、バンク５の撥液性により発光層６Ｂのバンク近傍部分６ｃの膜厚が他の部分よりも薄くなり、当該発光層６Ｂの断面形状が略凸形となって、膜厚の違いに起因する発光むらが生じるおそれがある。
【０２０９】
なお、凹部４ａの内側面４ｄは発光層６Ｂの側面６ｂの少なくとも一部に接触していれば良い。例えば、図２１や図２５（ｂ）に示すように発光層６Ｂの平均膜厚ｈが凹部４ａの平均深さｔよりも大きい、若しくは、それらが同じ大きさである場合は、前記発光層６Ｂの側面６ｂの少なくとも一部である下方側にだけ前記凹部４ａの内側面４ｄが接触する。一方、図２５（ａ）に示すように発光層６Ｂの平均膜厚ｈが凹部４ａの平均深さｔよりも小さい場合は、前記発光層６Ｂの側面６ｂの全体に前記凹部４ａの内側面４ｄが接触する。
【０２１０】
図２６に示すように、ホール注入層４の凹部４ａ内には、例えば機能層を構成するホール輸送層であるＩＬ層（中間層）などの親液性層１２が、発光層６Ｂの下側に形成されていても良い。この場合は、凹部４ａの内底面４ｃではなく親液性層１２の上面１２ａにインクが滴下されることになるが、それでも前記上面１２ａが親液性であるため、バンク５で規定された領域にインクを安定にとどめることができる。但し、親液性層１２によって凹部４ａが完全に埋まってしまうと前記凹部４ａの内側面４ｄがインクと接触しなくなってしまうため、前記親液性層１２の平均膜厚ｇは凹部４ａの平均深さｔよりも薄いことが好ましい。
【０２１１】
なお、親液性層１２は、厚み１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の層であって、ホール注入層４から注入された正孔（ホール）を発光層６Ｂ内へ輸送する機能を有する。親液性層１２としては、ホール輸送性の有機材料を用いる。正孔輸送性の有機材料とは、生じた正孔を分子間の電荷移動反応により伝達する性質を有する有機物質である。これは、ｐ−型の有機半導体と呼ばれることもある。
【０２１２】
親液性層１２は、高分子材料でも低分子材料であってもよいが、湿式印刷法で成膜される。上層である発光層６Ｂを形成する際に、これに溶出しにくいよう、架橋剤を含むことが好ましい。正孔輸送性の材料の例としてはフルオレン部位とトリアリールアミン部位を含む共重合体や低分子量のトリアリールアミン誘導体を用いることが出来る。架橋剤の例としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどを用いることができる。この場合、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）や、その誘導体（共重合体など）で形成されていることが好適である。
【０２１３】
バンク５は、樹脂等の有機材料又はガラス等の無機材料で形成されており絶縁性を有する。有機材料の例には、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられ、無機材料の例には、ＳｉＯ２（シリコンオキサイド）、Ｓｉ３Ｎ４（シリコンナイトライド）等が挙げられる。バンク５は、有機溶剤耐性を有することが好ましく、また可視光をある適度透過させることが好ましい。さらに、バンク５はエッチング処理、ベーク処理等がされることがあるので、それらの処理に対する耐性の高い材料で形成されることが好ましい。
【０２１４】
バンク５は、少なくとも表面が撥液性である。したがって、バンク５を親液性の材料で形成する場合は、撥水処理を施す等して表面を撥液性にする必要がある。
【０２１５】
また、バンク５は、ピクセルバンクであっても、ラインバンクであっても良い。ピクセルバンクの場合、ピクセルごと発光層６Ｂの全周を囲繞するようにバンク５が形成される。一方、ラインバンクの場合、複数のピクセルを列ごと又は行ごとに区切るようにバンク５が形成され、バンク５は発光層６Ｂの行方向両側又は列方向両側だけに存在し、発光層６Ｂは同列又は同行のものが連続した構成となる。
【０２１６】
電子注入層７は、陰極８から注入された電子を発光層６Ｂへ輸送する機能を有し、例えば、バリウム、フタロシアニン、フッ化リチウム、これらの組み合わせ等で形成されることが好ましい。
【０２１７】
陰極８は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等を用いて単層構造で形成される。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
【０２１８】
封止層９は、発光層６Ｂ等が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）等の材料で形成される。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
【０２１９】
＜有機ＥＬ素子１００の製造方法＞
図２７は、実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１００の製造方法を説明する工程図であり、図２８は、図２７に続く実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１００の製造方法を説明する工程図である。
【０２２０】
実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１００の製造工程では、まず、図２７（ａ）に示すように、ガラス製の基板１上に例えばスパッタリングによりＡｇ薄膜を形成し、当該Ａｇ薄膜を例えばフォトリソグラフィでパターニングすることによりマトリックス状又はライン状に陽極２を形成する。なお、Ａｇ薄膜は真空蒸着等で形成しても良い。
【０２２１】
次に、図２７（ｂ）に示すように、例えばスパッタリングによりＩＴＯ薄膜を形成し、当該ＩＴＯ薄膜を例えばフォトリソグラフィによりパターニングすることによりＩＴＯ層３を形成する。
【０２２２】
続いて、所定の溶剤に対して溶解可能である金属化合物を含む薄膜１１を形成する。例えば、ＷＯｘ又はＭｏＷＯｘを含む組成物を用いて、真空蒸着法、スパッタ法などによって、基板１の上面側全体に亘って均一な膜厚となるように、ＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜１１を形成する。
【０２２３】
次に、図２７（ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法によって各ピクセル領域（陽極２が配置された領域）を取り囲むようにバンク５を形成する。その場合、例えば、薄膜１１上に塗布等により、バンク材料としてのレジスト材料を含む、バンク膜としてのレジスト膜（例えば樹脂膜）を形成し、さらに当該レジスト膜上にレジストパターンを形成し、その後現像液によりエッチング処理してレジスト膜の所望の部位を除去しバンク５のパターンを形成する。なお、バンク５を無機物材料で形成する場合は、例えばＣＶＤ法等を用いる。エッチング後に残った薄膜１１の表面に付着するレジスト残渣は、例えばフッ酸等で除去する。さらに、必要に応じてバンク５の表面に撥液処理を施す。
【０２２４】
次に、図２７（ｄ）に示すように、薄膜１１の一部を溶かして凹部４ａを形成しホール注入層４とする。これにより、ホール注入層４は、バンク５で規定された領域だけが他の領域よりも膜厚が薄い構成となる。凹部４ａの形成は、例えば、レジスト残渣除去後のバンク５表面に残留するフッ酸等の不純物を純水で洗浄する純水洗浄の際に、その純水で薄膜１１上面におけるバンク５で規定された領域を溶かすことによって行う。その場合、所定の溶剤とは純水であり、凹部４ａの深さ及び形状は純水洗浄の条件を変えることにより適宜調整可能である。
【０２２５】
具体的な方法としては、例えば、スピンコーターで基板１を回転させておき、回転中の基板１上に純水（例えば室温）を垂らして洗浄する。その後、基板１を回転させ続けながら純水を垂らすのを止めて水を切る。この場合、純水を垂らす時間により凹部４ａの深さ及び形状を調節可能である。また、薄膜１１の溶解速度は純水の温度によっても変わるため、純水の温度によって凹部４ａの深さ及び形状を調節することも可能である。
【０２２６】
凹部４ａの形成方法は上記に限定されない。例えば、バンク５を形成後、薄膜１１の表面に付着するレジスト残渣を純水等の洗浄液を用いて洗浄すると共に、前記洗浄液により前記薄膜１１の一部を溶解させて凹部４ａを形成しても良い。その場合、所定の溶剤とは洗浄液である。また、現像液によりレジスト膜をエッチング処理しバンク５を形成すると共に、前記現像液により薄膜１１の表面に付着するレジスト残渣を洗浄し、かつ、前記薄膜１１の一部を溶解させて凹部４ａを形成しても良い。その場合、現像液が所定の溶剤である。
【０２２７】
バンク形成処理の際に用いられる洗浄液や現像液などの溶剤を用いて薄膜１１を溶解させホール注入層４を形成する場合は、凹部４ａを形成するために別途に所定の溶剤を用いる必要がなく、また、前記凹部４ａを形成するための追加の工程を実施する必要もないため、生産効率が良い。
【０２２８】
なお、凹部４ａの形成は上記所定の溶剤を用いる場合に限定されず、例えば、まず、スパッタとフォトリソグラフィを用いて陽極２が配置された領域を除いた全ての領域にＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜を形成し、その上から全ての領域にＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜を形成することによって、陽極２が配置された領域に凹型のホール注入層４を形成する等他の方法で行っても良い。
【０２２９】
次に、図２８（ｅ）に示すように、バンク５で規定された領域内に例えばインクジェット法によりインクを滴下し、そのインクをホール注入層４の内底面４ｃおよび内側面４ｄに沿って塗布して乾燥させて発光層６Ｂを形成する。なお、ディスペンサー法、ノズルコート法、スピンコート法、凹版印刷、凸版印刷等によりインクを滴下しても良い。
【０２３０】
次に、図２８（ｆ）に示すように、例えば真空蒸着により電子注入層７となるバリウム薄膜を形成し、図２８（ｇ）に示すように、例えばスパッタリングにより陰極８となるＩＴＯ薄膜を形成し、図２８（ｈ）に示すように、さらに封止層９を形成する。
【０２３１】
［実施の形態３］
実施の形態３に係る有機ＥＬ素子１００Ａは、ホール注入層の下にＩＴＯ層が形成されていない点、及び、ホール注入層の上に保護膜が形成される点が、実施の形態２に係る有機ＥＬ素子１００とは大きく異なる。以下では、実施の形態２と異なる点について重点的に説明し、実施の形態２と同様の点ついては重複を避けるため説明を簡略若しくは省略する。
【０２３２】
＜有機ＥＬ素子１００Ａの構成＞
図２９は、有機ＥＬ素子１００Ａの各層の積層状態を示す模式図である。図２９に示すように有機ＥＬ素子１００Ａは、基板１０１上に陽極である陽極１０２が形成されており、その上に電荷注入輸送層としてのホール注入層１０４及び保護層１１０がその順で積層されている。なお、ホール注入層１０４が基板１０１の上面側全体に亘って形成されているのに対し、保護層１１０は陽極１０２の上方には形成されていない。また、陽極１０２とホール注入層１０４との間にＩＴＯ層は介在していない。
【０２３３】
ホール注入層１０４上にはピクセルを区画するバンク１０５が形成されており、バンク１０５で区画された領域内に発光層１０６Ｂが積層され、発光層１０６Ｂの上には、電子注入層１０７、陰極である陰極１０８及び封止層１０９が、それぞれバンク１０５で区画された領域を超えて隣のピクセルのものと連続するように形成されている。
【０２３４】
〈有機ＥＬ素子１００Ａの製造方法〉
図３０は有機ＥＬ素子１００Ａの製造方法を説明する工程図である。有機ＥＬ素子１００Ａの製造工程では、まず、図３０（ａ）に示すように、ガラス製の基板１０１上にＡｌ（アルミニウム）系の材料で陽極１０２を形成し、その上に、後にホール注入層１０４となるＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜１１１を形成し、さらにその上に、後に保護層１１０となるＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜１１２を形成する。当該薄膜１１２はバンク１０５形成時のエッチングの際にホール注入層１０４を保護する機能を有する。
【０２３５】
次に、図３０（ｂ）に示すように、薄膜１１２上にバンク１０５を形成する。具体的には、薄膜１１２上にレジスト材料を含むレジスト膜を形成し、さらに当該樹脂膜上にレジストパターンを形成し、その後現像液によりエッチング処理してレジスト膜の所望の部位を除去し、バンク１０５のパターンを形成する。なお、形成後のバンク１０５表面に残ったフッ酸等の不純物は純水等の洗浄液で洗浄し除去するが、その洗浄液によって薄膜１１２の上面におけるバンク１０５で規定された領域が溶けて沈下する。
【０２３６】
さらに、図３０（ｃ）に示すように、洗浄液による処理を続けると、薄膜１１２のバンク１０５で規定された領域の全てが溶けて保護層１１０の状態になる。そして、薄膜１１２が溶けたことによって薄膜１１１が露出するため、当該薄膜１１１の上面におけるバンク１０５で規定された領域が溶けて沈下し、凹部１０４ａが形成される。このようにしてホール注入層１０４が形成される。
【０２３７】
次に、図３０（ｄ）に示すように、バンク１０５で規定された領域内に発光層１０６Ｂを形成する。その後の工程は実施の形態２に係る工程と同じであるため省略する。
【０２３８】
［実施の形態４］
実施の形態４に係る有機ＥＬ素子１００Ｂは、ホール注入層が形成されている領域が、実施の形態３に係る有機ＥＬ素子１００Ａとは大きく異なる。以下では、実施の形態３と異なる点について重点的に説明し、実施の形態３と同様の点ついては重複を避けるため説明を簡略若しくは省略する。
【０２３９】
〈有機ＥＬ素子１００Ｂの構成〉
図３１は、は有機ＥＬ素子１００Ｂの各層の積層状態を示す模式図である。図３１に示すように有機ＥＬ素子１００Ｂは、基板２０１上に陽極である陽極２０２が形成されており、その上に電荷注入輸送層としてのホール注入層２０４及び保護層２１０がその順で積層されている。ホール注入層２０４は、基板１の上面全体に亘って形成されておらず、陽極２０２上及び当該陽極２０２の周辺部のみに形成されている。一方、保護層２１０は陽極２０２の上方には形成されていない。
【０２４０】
ホール注入層２０４上にはピクセルを区画するバンク２０５が形成されており、バンク２０５で区画された領域内に発光層２０６Ｂが積層され、発光層２０６Ｂの上には、電子注入層２０７、陰極である陰極２０８及び封止層２０９が、それぞれバンク２０５で区画された領域を超えて隣のピクセルのものと連続するように形成されている。
【０２４１】
〈有機ＥＬ素子１００Ｂの製造方法〉
図３２は有機ＥＬ素子１００Ｂの製造方法を説明する工程図である。有機ＥＬ素子１００Ｂの製造工程では、まず、図３２（ａ）に示すように、ガラス製の基板１０１上にＡｌ系の材料で陽極１０２を形成し、次に、陽極１０２の露出面（上面及び側面）を酸化させることによってホール注入層２０４となる酸化膜２１１を形成し、さらにその上に、後に保護層２１０となるＷＯｘ又はＭｏＷＯｘの薄膜２１２を形成する。
【０２４２】
次に、図３２（ｂ）に示すように、薄膜２１２上にバンク２０５を形成する。バンク２０５表面に残ったフッ酸等の不純物は純水等の洗浄液で洗浄し除去するが、その洗浄液によって薄膜２１２上面のバンク２０５で規定された領域が溶けて沈下する。
【０２４３】
さらに、図３２（ｃ）に示すように、洗浄液による処理を続けると、薄膜２１２はバンク２０５で規定された領域が全て溶けて最終形態である保護層２１０の状態になる。また、薄膜２１２が溶けたことによって酸化膜２１１のバンク２０５で規定された領域が露出するため、その領域の上面も溶けて沈下し、凹部２０４ａが形成される。このようにしてホール注入層２０４が形成される。
【０２４４】
次に、図３２（ｄ）に示すように、バンク２０５で規定された領域内に発光層２０６Ｂを形成する。その後の工程は実施の形態２に係る工程と同じであるため省略する。
【０２４５】
［実施の形態５］
図３３は、実施の形態５に係る有機ＥＬ表示装置等を示す斜視図である。図３３に示すように、本発明の一態様に係る有機ＥＬ表示装置３００は、Ｒ、Ｇ、又はＢの光を出射する各ピクセルが行方向及び列方向にマトリックス状に規則的に配置されてなる有機ＥＬパネルを備え、各ピクセルが本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子で構成されている。
【０２４６】
［変形例］
以上、実施の形態１乃至実施の形態５について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
【０２４７】
（１）実施の形態１においては、ホール注入層としてＤＣスパッタで成膜した酸化タングステン層を例として示したが、成膜方法および酸化物金属種はそれに限定されない。他の成膜方法としては例えば蒸着法、ＣＶＤ法等が挙げられる。また、上記実施の形態においては、ホール注入層を酸化タングステンで構成する例を説明したが、酸化タングステン以外にも、例えば、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、モリブデン−タングステン酸化物（ＭｏｘＷｙＯｚ）等の金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物で構成した場合であっても、同様の効果を奏することができる。
【０２４８】
（２）本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、素子を単一で用いる構成に限定されない。複数の有機ＥＬ素子を画素として基板上に集積することにより、有機ＥＬ発光装置を構成することもできる。このような有機ＥＬ発光装置は、各々の素子における各層の膜厚を適切に設定することにより実施可能であり、例えば、照明装置等として利用することが可能である。
【０２４９】
（３）上記の実施の形態では、図１５において、ピークＰ１の立ち上がり位置を、図１５（ａ２）、（ｂ２）におけるピークＰ１のピークトップから中心点に向かって初めに微分強度が０となる点とした。ピークＰ１の立ち上がり位置の決定方法はこれに限られない。例えば、図１５のグラフ（ａ１）を例に説明すると、ピークＰ１の立ち上がり位置付近の規格化輝度の平均値をベースラインとし、当該ベースラインとピークＰ１との交点をＰ１の立ち上がり位置とすることもできる。
【０２５０】
（４）上記実施の形態では、トップエミッション型で説明しているが、これに限定されず、ボトムエミッション型であっても良い。
【０２５１】
（５）上記実施の形態では、発光層と陰極との間に電子注入層のみが介挿されているが、これに加えて電子輸送層を介挿してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２５２】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、家庭用もしくは公共施設、あるいは業務用の各種表示装置、テレビジョン装置、携帯型電子機器用ディスプレイ等に用いられる有機ＥＬ装置に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０２５３】
１、１０１  基板
２、１０２、２０２  陽極
３  ＩＴＯ層
４、１０４、２０４  ホール注入層
４ａ  凹部
４ｃ  凹部の内底面
４ｄ  凹部の内側面
５、１０５、２０５  バンク
５ａ  バンクの底面
５ｃ  バンクの底面のレベル
５ｄ  バンクの下端縁
６Ａ  バッファ層
６Ｂ、１０６Ｂ、２０６Ｂ  発光層
６ａ  発光層の底面
６ｂ  発光層の側面
７  電子注入層
８、１０８、２０８  陰極
８Ａ  陰極（金層）
９  封止層
１１  金属化合物を含む薄膜
１２  親液性層
１３  ナノクリタル
１４  ホール
１５  偏析した結晶
１６  アモルファス部分
３００  表示装置
１０００、１００Ａ、１００Ｂ  有機ＥＬ素子
１０００Ａ    ホールオンリー素子
【図１】
0005612692.tif 000009
【図２】
0005612692.tif 000010
【図３】
0005612692.tif 000011
【図４】
0005612692.tif 000012
【図５】
0005612692.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005612692.tif 000016
【図９】
0005612692.tif 000017
【図１０】
0005612692.tif 000018
【図１１】
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【図１２】
0005612692.tif 000020
【図１３】
0005612692.tif 000021
【図１４】
0005612692.tif 000022
【図１５】
0005612692.tif 000023
【図１６】
0005612692.tif 000024
【図１７】
0005612692.tif 000025
【図１８】
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【図１９】
0005612692.tif 000027
【図２０】
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【図２１】
0005612692.tif 000029
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
0005612692.tif 000037
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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