(57)【要約】【課題】  保護層形成時の高エネルギーによるダメージが低減された、寿命特性がよい有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】  第１の電極２と、発光層４を有する複数の層からなる有機化合物層と、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属薄膜からなる第２の電極７と、スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法で形成される保護層９を順に有し、発光層４の第１の電極７側の界面と第２の電極７の発光層４側の界面との距離が５５ｎｍ以上９０ｎｍ以下であって、第２の電極７と保護層９との間には、蒸着法で形成されるバッファ層８がある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、発光層を有する複数の層からなる有機化合物層と、第２の電極と、保護層を有し、前記発光層で発せられる光を第２の電極側から出射する有機ＥＬ素子であって、
前記第２の電極が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属膜からなり、
前記発光層の前記第１の電極側の界面と前記第２の電極の前記有機化合物層側の界面との距離が５５ｎｍ以上９０ｎｍ以下であって、
前記保護層がスパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法で形成され、
前記第２の電極と前記保護層との間には、蒸着法で形成されるバッファ層があることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記バッファ層の膜厚が６０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記バッファ層の膜厚ｄは、前記有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、前記最大ピーク波長λにおける前記バッファ層の屈折率をｎ、前記有機ＥＬ素子から取り出される光が前記バッファ層と前記保護層との界面で反射される際の位相シフト量をφ、自然数をｍとして、
（４ｍ−２φ／π−１）λ／（８ｎ）＜ｄ＜（４ｍ−２φ／π＋１）λ／（８ｎ）
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記バッファ層は複数の層からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記バッファ層が、前記有機化合物層を構成する複数の層のいずれかの材料と同一の層を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記バッファ層は、フッ化リチウムまたはフッ化マグネシウムからなる層を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記保護層の膜厚が１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記第２の電極がスパッタリング法によって膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下で形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記バッファ層と前記保護層との界面での屈折率差が、０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
青色を発光する有機ＥＬ素子と、緑色を発光する有機ＥＬ素子と、赤色を発光する有機ＥＬ素子を複数有する表示装置であって、
各色を発光する有機ＥＬ素子が請求項１乃至９のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子であることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の表示装置であって、
前記各色を発光する有機ＥＬ素子のそれぞれのバッファ層は、共通の膜厚で一体で配置されることを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の表示装置であって、前記青色を発する有機ＥＬ素子において、発光層の前記第１の電極側の界面と前記第２の電極の前記有機化合物層側の界面との距離が５５ｎｍ以上６６ｎｍ以下であることを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の表示装置であって、前記緑色を発する有機ＥＬ素子において、発光層の前記第１の電極側の界面と前記第２の電極の前記有機化合物層側の界面との距離が６９ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、前記赤色を発する有機ＥＬ素子において、発光層の前記第１の電極側の界面と前記第２の電極の前記有機化合物層側の界面との距離が８３ｎｍ以上９０ｎｍ以下であることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の表示装置であって、前記バッファ層の膜厚ｄは、前記青色を発する有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長をλＢ、前記最大ピーク波長λＢにおける前記バッファ層の屈折率をｎ、前記有機ＥＬ素子から取り出される光が前記バッファ層と前記保護層との界面で反射される際の位相シフト量をφ、自然数をｍとして、
（４ｍ−２φ／π−１）λＢ／（８ｎ）＜ｄ＜（４ｍ−２φ／π＋１）λＢ／（８ｎ）
を満たすことを特徴とする表示装置。
【請求項１５】
第１の電極と、発光層を有する複数の層からなる有機化合物層と、第２の電極と、保護層を有し、前記発光層で発せられる光を第２の電極側から出射する有機ＥＬ素子であって、
前記第２の電極が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属膜からなり、
前記保護層がスパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法で形成され、
前記第２の電極と前記保護層との間には、蒸着法で形成されるバッファ層があることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ素子とそれを用いる表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、基板側に配置される下部電極と、発光層を含む有機化合物層と、上部電極とが積層されて構成されている。有機ＥＬ素子の課題として、光取り出し効率の向上が挙げられる。この課題に対して、薄膜トランジスタが形成されている基板とは反対側（上部電極側）から光を取り出す、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子が提供されている。また、有機ＥＬ素子を構成する２つの電極をともに金属で構成し、金属の高い反射率を利用して、この２つの電極間で光を強め合わせる光学干渉を利用することで光取り出し効率を向上させる有機ＥＬ素子が提供されている。
【０００３】
一方、有機ＥＬ素子は水分に弱いため、水分の浸入を防ぐための保護層が有機ＥＬ素子を覆うように構成されている。特許文献１では、有機ＥＬ素子の上に、ＣＶＤ法で形成される窒化珪素からなる保護層が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−４１１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、トップエミッション型でかつ光学干渉を利用する有機ＥＬ素子において、高エネルギー成膜であるスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法で保護層を形成すると、有機ＥＬ素子の寿命特性が著しく損なわれることがわかった。なぜなら、上述の有機ＥＬ素子において、上部電極は２０ｎｍ以下の金属薄膜で形成されるので、保護層形成時の高エネルギーが電極間の有機化合物層にまで伝わり、有機ＥＬ素子にダメージを与えてしまうからである。さらに、光学干渉を利用するために、一般的に、発光層内の発光位置から上部電極までの光学的距離が波長の略１／４となるような薄い膜厚で、発光層から上部電極までの層が形成されるので、発光層へのダメージが問題となることがわかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１の電極と、発光層を有する複数の層からなる有機化合物層と、第２の電極と、保護層を有し、前記発光層で発せられる光を第２の電極側から出射する有機ＥＬ素子であって、前記第２の電極が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属膜からなり、前記発光層の前記第１の電極側の界面と前記第２の電極の前記有機化合物層側の界面との距離が５５ｎｍ以上９０ｎｍ以下であって、前記保護層がスパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法で形成され、前記第２の電極と前記保護層との間には、蒸着法で形成されるバッファ層があることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、保護層形成時の高エネルギーによるダメージが低減された、寿命特性がよい有機ＥＬ素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の断面図
【図２】本発明の他の有機ＥＬ素子の断面図
【図３】本発明の他の有機ＥＬ素子の断面図
【図４】本発明の表示装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１を参照して本発明の有機ＥＬ素子の実施形態について説明する。図１に示す有機ＥＬ素子は、基板１上に、第１の電極２、正孔輸送層３と発光層４と電子輸送層５と電子注入層６からなる有機化合物層、第２の電極７、バッファ層８、保護層９が順次配置されたトップエミッション型の構成である。この有機ＥＬ素子に電流を通電することで、２つの電極から注入された正孔と電子が発光層４において再結合して、その際に生じるエネルギーを利用して有機ＥＬ素子が発光する。本発明の有機ＥＬ素子においては基板とは反対側にある第２の電極側から光が出射される。
【００１０】
本発明のトップエミッション型の有機ＥＬ素子は、光学的な共振器構造を有する。具体的には、以下の２つの強め合いの光学干渉を利用している。１つ目は、第１の電極２と第２の電極７が金属層を有し、第１の電極２にある反射面と、第２の電極７にある反射面とで、発光層４で発生する光を反射させて、その反射光を強め合わせる光学干渉である。この共振器構造の関係を位相シフト量も含めた式で表すと以下の式１となる。ここで、Ｄは第１の電極２の反射面と第２の電極７の反射面との間の光学的距離、λは有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長である。また、φ１は第１の電極２にある反射面での位相シフト量、φ２は第２の電極７にある反射面での位相シフト量、Ｎは自然数である。
２Ｄ／λ＋（φ１＋φ２）／２π＝Ｎ  ・・・式１
通常、第１の電極２にある反射面での位相シフト量φ１と第２の電極７にある反射面での位相シフト量φ２はそれぞれπとなる。このため、第１の電極２にある反射面と第２の電極７にある反射面との間の光学的距離を最大ピーク波長λの略１／２の整数倍とすることで、発光層４で発生する光を強め合わせる共振器構造の関係となり、光取り出し効率が向上する。なお、青色の有機ＥＬ素子の最大ピーク波長λは４００ｎｍ乃至４８０ｎｍであり、緑色を発する有機ＥＬ素子の最大ピーク波長は５００ｎｍ乃至５８０ｎｍであり、赤色を発する有機ＥＬ素子の最大ピーク波長は６００ｎｍ乃至７３０ｎｍである。
【００１１】
２つ目は、発光層４の発光位置で発光される光と第１の電極２の反射面で反射されて戻る光との強め合いの光学干渉である。この光学干渉の関係を位相シフト量も含めた式で表すと以下の式２となる。ここで、Ｌは第１の電極２にある反射面と発光層４の発光位置との間の光学的距離、λは取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長、φ１は第１の電極２にある反射面での位相シフト量、Ｍは自然数である。
２Ｌ／λ＋φ１／２π＝Ｍ  ・・・式２
上述したように、第１の電極２での位相シフト量φ１はπとなる。このため、第１の電極２の反射面と発光層４の発光位置の光学的距離を最大ピーク波長λの略１／４の奇数倍とすることで、発光層４の発光位置で発光される光と第１の電極２の反射面で反射されて戻る光が互いに強め合う関係となり、光取り出し効率が向上する。
【００１２】
式１と式２を用いる共振器構造を用いる有機ＥＬ素子では、発光位置から第２の電極７にある反射面までの光学的距離は最大ピーク波長λの略１／４の奇数倍となる。そして、一般的には、有機化合物層が厚くなると駆動電圧が大きくなるので、発光位置から第２の電極７にある反射面までの光学的距離は、最大ピーク波長λの略１／４程度としている。有機化合物層の屈折率が約１．８程度であるので、発光層４の発光位置と第２の電極７の反射面（第２の電極７の有機化合物層側の界面）との間の距離は、発光色ごとで異なるが５５ｎｍ以上９０ｎｍ以下程度である。なお、発光位置は、発光強度分布における最も発光強度の大きい位置であり、発光層の材料や電荷輸送層の材料によって、発光層のいずれかの界面であったり、発光層の中央であったりする。そして、共振器構造を有する有機ＥＬ素子においては、少なからず発光層４の第１の電極側の界面から第２の電極７の有機化合物層側の界面までの距離が５５ｎｍ以上９０ｎｍ以下であることが多い。また、この距離は、発光色の異なる有機ＥＬ素子ごとで異なっている場合があり、青色の有機ＥＬ素子では、５５ｎｍ以上６６ｎｍ以下、緑色の有機ＥＬ素子では、６９ｎｍ以上８０ｎｍ以下、赤色の有機ＥＬ素子では、８３ｎｍ以上９０ｎｍ以下である。このように青色の有機ＥＬ素子では、発光層４の第１の電極側の界面から第２の電極７の有機化合物層側の界面までの距離が短いので、青色の有機ＥＬ素子にのみバッファ層を設けてもよい。
【００１３】
なお、実際の有機ＥＬ素子では、正面の取り出し効率とトレードオフの関係にある視野角特性なども考慮して、必ずしも上記の膜厚に完全に一致させる必要はなく、光学的距離ＤもしくはＬが式１もしくは２を満たす値から±λ／８程度ずれていてもよい。
【００１４】
つまり、光学的距離Ｄ、Ｌがそれぞれ式１’、式２’を満たせば、それぞれが考慮している光の干渉は強め合いの光学干渉となる。
（４Ｎ−２（φ１＋φ２）／π−１）λ／８＜Ｄ＜（４Ｎ−２（φ１＋φ２）／π＋１）λ／８  ・・・式１’
（４Ｍ−２φ１／π−１）λ／８＜Ｌ＜（４Ｍ−２φ１／π＋１）λ／８  ・・・式２’
より好ましくは、光学的距離Ｄ、Ｌがそれぞれ式１、式２を満たす値から±λ／１６の範囲を満たすことが好ましい。
【００１５】
本発明の有機ＥＬ素子の各部位についてそれぞれ詳しく説明する。
【００１６】
基板１は、ガラスや、プラスチックなどを用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子は、基板１側とは反対側から光を取り出す、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子であるので、基板１は光透過率が低いものであってもよいし、高いものであってもよい。
【００１７】
第１の電極２は、金、白金、銀、アルミニウム、クロム、マグネシウムまたはこれらの合金などの層を単層あるいは積層した層として用いることができる。特に、導電率と反射率が他の金属より大きい銀または銀合金の薄膜が好ましい。第１の電極２の膜厚は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。また金属からなる第１の電極２では、第１の電極２にある反射面は、第１の電極２と有機化合物層との界面である。また、上記した金属の層を反射層として、その上にＩＴＯ等の酸化物透明導電層を積層してなる構成を採ってもよい。この場合には、反射層と酸化物透明導電層との界面が第１の電極２にある反射面となる。
【００１８】
正孔輸送層３は、陽極からの正孔注入と正孔輸送の役割を担う。また、必要に応じて陽極と正孔輸送層の間に、銅フタロシアニンや酸化バナジウムなどの正孔注入層を形成しても良い。正孔注入輸送性能を有する低分子および高分子材料としては、トリフェニルジアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポリフィリル誘導体、スチルベン誘導体、およびポリビニルカルバゾール、ポリチオフェン等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、必要に応じて正孔輸送層と発光層の間に、最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーの絶対値が小さい電子ブロック層を形成しても良い。正孔輸送層３の膜厚は１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。
【００１９】
発光層４には、公知の発光材料をいずれも好適に用いることができる。発光材料は、単体で発光層として機能する材料でもよいし、ホスト材料と発光ドーパントや電荷輸送ドーパント、などとの混合層として機能する材料でもよい。発光層４の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下が好ましい。
【００２０】
電子輸送層５としては、公知の材料、例えばアルミキノリノール錯体やフェナントロリン化合物等を用いることができる。また、必要に応じて発光層と電子輸送層の間に、最高被占有軌道（ＨＯＭＯ）エネルギーの絶対値が大きい正孔ブロック層を形成しても良い。電子輸送層５の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下が好ましい。
【００２１】
電子注入層６としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属、またはアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物の薄膜（０．５ｎｍ乃至１ｎｍ）を用いることができる。例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）やフッ化カリウム（ＫＦ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が好ましい。また、有機化合物にドナー（電子供与性）ドーパントとして機能する金属または金属化合物を混合する層を用いることができる。電子注入効率を向上させるために仕事関数の低い金属、もしくはその化合物をドーパントとして用いることが好ましく、仕事関数が低い金属としてはアルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類が好ましい。アルカリ金属化合物は、大気中での取り扱いが比較的容易なため好ましい。例えば、アルカリ金属化合物としてセシウム化合物が好ましく、炭酸セシウムは大気中で安定であり、取り扱いが容易である。この構成の場合には膜厚を大きくしても駆動電圧の上昇が抑えられる。電子注入層の有機化合物としては電子輸送性の材料が好ましく、公知の材料、例えばアルミキノリノール錯体やフェナントロリン化合物等を用いることができる。また、有機化合物にドナー（電子供与性）ドーパントを混合させる電子注入層は、膜厚を大きくしても駆動電圧の上昇が抑えられるので好ましい。電子注入層６の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下が好ましい。
【００２２】
第２の電極７は、薄膜の金、白金、銀、アルミニウム、クロム、マグネシウムまたはこれらの合金などを用いることができる。特に、導電率と反射率が高い銀または銀合金の薄膜が好ましい。また、第２の電極７は膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。第２の電極７の膜厚が５ｎｍ未満だと共振器構造として十分な反射率（可視光域３８０ｎｍ乃至７８０ｎｍにおいて反射率が１０％以上）が得られない。一方で、第２の電極７の膜厚が２０ｎｍ以上の膜厚になると、青色の波長（４００ｎｍ乃至４８０ｎｍ）において、４０％以上の透過率が得られない。
【００２３】
また、膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ未満の第２の電極７は、スパッタリング法で形成された金属膜であることが好ましい。本発明の構成では、第２の電極７のみでカソードの導通を確保する構成である。しかし、膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の金属薄膜を蒸着法で形成すると、基板１の面内方向で金属膜は連続膜になりにくく、コンタクトホール部等の凹凸部で段切れするなどの問題があり、さらに、金属膜のプロセス管理が厳しくなってしまう。それに対して、スパッタリング法で形成する場合には連続膜となりやすく、本発明者らの検討では、膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下という薄膜であればスパッタ時間が短く、スパッタリング法による有機層へのダメージは特段の問題とならない。また、第２の電極７を連続膜とすることによって、後述する保護層９の形成時の有機化合物層へのダメージを少なからず軽減する効果もあると考える。
【００２４】
バッファ層８は、実質的に有機ＥＬ素子の発光色において透明性を有した蒸着膜を用いることができる。透明性を有することで、光吸収によるロスを少なくすることができる。バッファ層の構成や効果については、詳しく後述する。なお、透明性とは、有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長に関して５０％以上の光透過率を有していることをいう。
【００２５】
保護層９は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン窒化酸化物（ＳｉＮＯＸ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、またはインジウム亜鉛酸化物（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））などを用いることができる。また、保護層９はスパッタリング法またはプラズマＣＶＤ法を用いることで、防湿性に優れた緻密な膜を形成することができる。保護層９の形成によって、その下層にある有機化合物層やバッファ層の水分劣化が少なく信頼性の高い有機ＥＬ素子が実現できる。また、保護層９としての性能を持たせるために、保護層９の膜厚は、１００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
保護層９の上部の構成は、様々な封止構造を採用することができ、特に限定されるものではない。例えば、保護層９まで形成した後、その上に異物があった場合に備えて、カバレッジ層として熱硬化樹脂を１０μｍ乃至３０μｍの膜厚で形成して、更にその上に、カバレッジ層への水分の浸入を防ぐ目的で、別の保護層を形成してもよい。このような構成とすることで、異物があっても封止性能が損なわれることがない封止構造を実現できる。この場合、カバレッジ層の下層の保護層９は、熱硬化樹脂の応力緩和や印刷プロセス時の保護としても機能する。また別の封止構造の例としては、保護層９まで形成した後、窒素雰囲気中のグローブボックスにおいて、乾燥剤を入れたガラスキャップにより封止されてもよい。
【００２７】
本発明のバッファ層８の構成や効果について、以下に詳しく説明する。共振器構造を有したトップエミッション型の有機ＥＬ素子においては、第２の電極７の膜厚が小さくなる。さらに、上述したように発光層４の第１の電極２側の界面と第２の電極７の有機化合物層側の界面との距離が６０ｎｍ以上９０ｎｍ以下と短くなる。このため、この有機ＥＬ素子の上に保護層９をスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法で成膜する場合、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法によるダメージが顕著に発生してしまうと考えられる。そして、このような構成において、保護層９の形成前にバッファ層８を設けることによって、このバッファ層８がダメージ緩和層として顕著な効果を示すことがわかった。本発明者らの実験によって得られたバッファ層の典型的な効果は、２５ｍＡ／ｃｍ２で発光させて輝度が１．５％低下する劣化時間で比較した場合に、バッファ層がない場合に対して１．２倍〜４．０倍に劣化時間が改善される。
【００２８】
また本発明の有機ＥＬ素子においては、バッファ層８の膜剥れの問題がなく、バッファ層の材料選択性も高い、という特徴を有する。というのも、本発明ではバッファ層８上部に保護層９が形成されているからである。この保護層９は有機ＥＬ材料の水分劣化を防止するだけでなく、バッファ層８の吸湿による膜剥がれも防止することができる。例えば、耐スパッタ性には優れるが吸湿しやすい材料をバッファ層８に用いても、防湿性の保護層９があるために、膜剥がれが発生することが低減される。よって、バッファ層８の材料選択性が高い構成を提供できる。
【００２９】
バッファ層８は蒸着法により形成される。この方法は蒸着粒子の入射エネルギーが小さく、またスパッタ法やプラズマＣＶＤ法のように下地の層（有機化合物層）がプラズマに暴露されることがないため、下地の層へのダメージが少ない。本発明のバッファ層８としては、従来のカバレッジ層などに用いられる熱硬化樹脂や光硬化樹脂は好ましくない。これらの樹脂の場合、硬化時の熱や光による有機化合物層の劣化や、硬化時の応力による膜剥がれが問題となる場合がある。また、塗布プロセスでのモノマーや溶剤の第２の電極７を通した有機化合物層への浸透の問題や、非真空プロセスでのコンタミや有機化合物層の劣化が問題となる場合がある。
【００３０】
バッファ層８の材料としては、有機化合物でも無機化合物でも用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子では、第２の電極７の層のみで各有機ＥＬ素子へ電流を供給するため、バッファ層８の導電率や膜厚は問題とならない。このため、バッファ層８は耐スパッタ性を考慮して、３０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上の膜厚とすると、安定した寿命特性を得られる。また、製造時間の短縮のために、バッファ層８の膜厚は１５０ｎｍ以下が好ましい。
【００３１】
また、本発明のバッファ層８の膜厚ｄは、以下の式３もしくは式３’を満たすことが好ましい。このような膜厚とすることで、第２の電極７を透過し、バッファ層８と保護層９との界面で反射される光と、第２の電極７の反射面で反射されて戻る光の位相が揃う関係となり、本発明の共振器構造を強める効果を奏する。ここで、有機ＥＬ素子から取り出される光のスペクトルの最大ピーク波長をλ、最大ピーク波長λにおけるバッファ層８の屈折率をｎ、有機ＥＬ素子から取り出される光がバッファ層８と保護層９との界面で反射される際の位相シフト量をφ、自然数をｍとする。なお、式３’は式３を満たす光学的距離ｌ（＝ｎｄ）が±λ／８ずれた範囲内に膜厚ｄがあることを表しており、この式３’を満たしても本発明の共振器構造を強める効果を奏する。
２ｎｄ／λ＋φ／２π＝ｍ  ・・・式３
（４ｍ−２φ／π−１）λ／（８ｎ）＜ｄ＜（４ｍ−２φ／π＋１）λ／（８ｎ）  ・・・式３’
バッファ層８の材料に用いる有機化合物としては、例えば、有機化合物層のいずれかの材料（正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料など）と同一の材料を用いることができる。この構成では、材料の種類を増やすことがなくコストを抑えることができる。
【００３２】
また、バッファ層８の材料に用いる無機化合物としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）またはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を用いることができる。このフッ化リチウムやフッ化マグネシウムは、有機化合物材料（屈折率１．８程度）よりも低屈折率な材料（屈折率１．４程度）であるために、バッファ層８と保護層９の界面に大きな屈折率段差が形成され、この界面での反射率を高めることができる。このため、上述した共振器構造を強める効果を大きくすることができる。なお、バッファ層８と保護層９との界面における屈折率差は０．５以上であることが好ましい。
【００３３】
バッファ層８は２層以上の複数の層の積層構成で形成してもよい。このとき、バッファ層８は有機化合物からなる層を積層する構成でも無機材料からなる層を積層する構成でもよいし、有機化合物（例えば電子輸送材料）からなる層と無機材料（例えばフッ化リチウム）からなる層とを積層する構成でもよい。なお、複数の層からなるバッファ層の一つの層として、フッ化リチウムからなる層などの低屈折率層を用いることは、フッ化リチウムからなる層と他の層との界面での反射率を向上させるので望ましい。また、積層された複数のバッファ層のそれぞれの膜厚ｄが、式３あるいは式３’を満たすようにすれば共振器構造を強める効果を奏する。
【００３４】
また更に、本発明の有機ＥＬ素子においては、バッファ層８と保護層９を合計した光学的距離が、最大ピーク波長λの１／４の奇数倍であることが好ましい。つまり、式３におけるｎｄが、バッファ層８全体の膜厚ｄ１、バッファ層の平均屈折率ｎ１、保護層９の膜厚ｄ２、保護層９の屈折率ｎ２として、ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２として、バッファ層８と保護層９の膜厚が式３を満たすようにする。この構成であれば、本発明の共振器構造を更に強めることができる。さらに、バッファ層８と保護層９を合計した光学的距離が、最大ピーク波長λの１／４の奇数倍から±λ／８ずれる範囲内の値であったもよい。保護層９の上の層は、別の保護層９や樹脂、または窒素雰囲気など封止構造によって異なるが、界面での反射率を高めるために保護層９との屈折率差が大きいことが好ましい。
【００３５】
本実施形態では基板１上の第１の電極２が陽極となる構成で説明してきたが、本発明はこの形態に限定されるものではない。基板１側より第１の電極（陰極）、電子注入層、発光層、正孔輸送層、第２の電極（陽極）、バッファ層、保護層の順序で構成されてもよい。
【００３６】
図４は、青色を発光する有機ＥＬ素子と、緑色を発光する有機ＥＬ素子と、赤色を発光する有機ＥＬ素子を複数有する表示装置の断面図である。この表示装置の各色を発光する有機ＥＬ素子は本発明の有機ＥＬ素子を適用することができる。各有機ＥＬ素子は基板１の上に、第１の電極２と、発光層を有する複数の層からなる有機化合物層３０と、第２の電極７を有し、その上にバッファ層８と、保護層９が設けられている。また、各有機ＥＬ素子の間には、隔壁２０が設けられている。そして、バッファ層８は各有機ＥＬ素子に固有の膜厚、例えば、式３あるいは式３’を満たすような膜厚で設けてもよいし、発光効率の最も小さい色を発光する有機ＥＬ素子の光取り出し効率を向上させる膜厚で、各有機ＥＬ素子共通に一体で構成されていてもよい。後者の場合は、具体的には、バッファ層８が、青色の有機ＥＬ素子の最大ピーク波長λＢが式３あるいは式３’を満たす膜厚で構成される。この構成により各色でバッファ層８をパターニング形成する必要がなくプロセスが容易になる。この表示装置は、例えばテレビ受像機やパーソナルコンピュータ、デジタルカメラや携帯電話のディスプレイなどに適用することができる。
【００３７】
（実施例１）
図１に示す有機ＥＬ素子を以下に示す方法で作製した。支持体としてのガラス基板１上に、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜した後、ＩＴＯをスパッタリング法にて７０ｎｍの膜厚で成膜し積層構成の第１の電極２を形成した。次に、高さ１μｍでテーパー角４０°の隔壁（不図示）をポリイミドにより形成した。これをアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄した後、ＩＰＡで煮沸洗浄して乾燥する。更に、この基板１表面に対してＵＶ／オゾン洗浄を施した。
【００３８】
次に、銅フタロシアニンを５０ｎｍの膜厚となるように成膜して正孔輸送層３を形成した。次に、Ａｌｑ３とＤＴＢＶｉとを共蒸着（重量比９５：５）して膜厚３０ｎｍの発光層４を形成した。発光層４の上に、バソフェナントロリン化合物を２０ｎｍの膜厚となるように成膜して電子輸送層５を形成した。次に、バソフェナントロリン化合物と炭酸セシウムを、層中のセシウム濃度が８．３ｗｔ％となるように共蒸着して、膜厚１５ｎｍの電子注入層６を形成した。そして、電子注入層６の上に銀（Ａｇ）を加熱蒸着法で成膜して、膜厚１６ｎｍの第２の電極７を形成した。なお、発光層４の第１の電極２側の界面と第２の電極７の有機化合物層側の界面の距離は、６５ｎｍである。
【００３９】
次に、第２の電極７の上に、電子輸送層５と同じ材料を加熱蒸着して、膜厚３０ｎｍのバッファ層８を形成した。最後にバッファ層の８上にＳｉＮをＣＶＤ法にて成膜して、膜厚３μｍの保護層を形成した。
【００４０】
本実施例の有機ＥＬ素子を２５ｍＡ／ｃｍ２で発光させて、輝度が１．５％低下する劣化時間を調べた。その結果、本実施例の有機ＥＬ素子のバッファ層８を除いた素子構成と比較して、およそ２．５倍に改善されていた。
【００４１】
また、このようにして得られた有機ＥＬ素子は、ダークスポットや膜剥がれなどの水分由来の劣化が観測されず、寿命特性が改善された。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様な条件にて電子注入層６まで形成した後、以下の手順で本実施例の有機ＥＬ素子を作製した。図２に実施例２の断面図を示す。
【００４３】
電子注入層６の上に銀（Ａｇ）をスパッタリング法で成膜して、膜厚１２ｎｍの第２の電極７を形成した。
【００４４】
次に、第２の電極７の上に電子輸送層５と同じ材料を、膜厚４５ｎｍとなるように成膜してバッファ層８を形成する。
【００４５】
次に、バッファ層８の上にインジウム亜鉛酸化物をスパッタリング法にて成膜して、膜厚３０ｎｍの保護層を形成する。最後に、窒素雰囲気中のグローブボックスにおいて、乾燥剤を入れたガラスキャップ４０により発光素子全体をカバーする。なお、バッファ層８と保護層９を合計した光学的距離が、最大ピーク波長λ（＝４６０ｎｍ）の１／４の奇数倍から±λ／８ずれる範囲内の値である。
【００４６】
この構成により、バッファ層８と保護層９の合計の光学距離が最大ピーク波長λ（＝４６０ｎｍ）の１／４の奇数倍から±λ／８ずれる範囲内の値から外れた値の構成のものより、発光効率が１．２倍向上した。
【００４７】
本実施例の有機ＥＬ素子を２５ｍＡ／ｃｍ２で発光させて、輝度が１．５％低下する劣化時間を調べた。その結果、本実施例の有機ＥＬ素子のバッファ層８を除いた素子構成と比較して、およそ３．０倍に改善されていた。
【００４８】
また、このようにして得られた有機ＥＬ素子は、ダークスポットや膜剥がれなどの水分由来の劣化が観測されず、寿命特性が改善された。
【００４９】
また本実施例では、第２の電極が１２ｎｍという薄膜金属であるがスパッタリング法で形成されるために連続膜となり、分離膜やコンタクトホール部などの凹凸部で段切れすることのない信頼性の高い導通が可能である。
【００５０】
（実施例３）
実施例２と同様な条件にてバッファ層８まで形成した後、以下の手順で本実施例の有機ＥＬ素子を作製した。図３（ａ）に本実施例の断面図を示す。
【００５１】
バッファ層８の上にＳｉＮをＣＶＤ法にて成膜して膜厚１５０ｎｍの第１の保護層９１を形成した。更に、この上に熱硬化樹脂により３０μｍのカバレッジ層１０を塗布して硬化させて形成し、最後に、このカバレッジ層１０の上にＳｉＮをＣＶＤ法にて成膜して膜厚１μｍの第２の保護層９２を形成した。
【００５２】
本実施例の有機ＥＬ素子のバッファ層８を除いた素子構成と比較して、２５ｍＡ／ｃｍ２で発光させて輝度が１．５％低下する劣化時間が、およそ３．２倍に改善されていた。
【００５３】
また、このようにして得られた有機ＥＬ素子は、ダークスポットや膜剥がれなどの水分由来の劣化が観測されなかった。
【００５４】
（実施例４）
実施例２と同様な条件にて第２の電極７まで形成した後、以下の手順で実施例４の有機ＥＬ素子を作製した。図３（ａ）に本実施例の断面図を示す。
【００５５】
第２の電極７の上にフッ化リチウムを８０ｎｍの膜厚となるように成膜してバッファ層を形成した。
【００５６】
次に、バッファ層８の上にＳｉＮをＣＶＤ法にて成膜して膜厚１１０ｎｍの第１の保護層９１を形成した。更に、この上に熱硬化樹脂により３０μｍのカバレッジ層１０を形成して、最後にこの熱硬化樹脂の上にＳｉＮをＣＶＤ法にて成膜して膜厚１μｍの第２の保護層９２を形成した。
【００５７】
本実施例では、バッファ層８の膜厚が式３’を満たしており、バッファ層８と第１の保護層９１との界面で反射されて戻る光の位相と、第２の電極７で反射されて戻る光の位相が揃う関係となり、共振器構造が更に強められる。本実施例の有機ＥＬ素子のバッファ層８をフッ化リチウム（屈折率１．４）の替わりにバソフェナントロリン化合物（屈折率１．８）で形成した場合、第１の保護層９１であるＳｉＮ（屈折率２．０）との界面での屈折率段差が小さくなる。このため、この構成では効率が０．９倍に低下してしまう。
【００５８】
また本実施例では、ＳｉＮのＣＶＤプロセスダメージをバッファ層により緩和することができ、優れた寿命特性を達成することができる。具体的には、本実施例の有機ＥＬ素子のバッファ層８を除いた構成と比較して、２５ｍＡ／ｃｍ２で発光させて輝度が１．５％低下する劣化時間がおよそ３．６倍に改善される。
【００５９】
（実施例５）
本実施例は、実施例４とバッファ層の構成が異なる点以外は同じ構成である。具体的には、第２の電極７の上に電子注入層と同じ材料を用いて７０ｎｍの膜厚となるように成膜してバッファ層８１を形成し、更に、バッファ層８１の上にフッ化リチウムを７７ｎｍの膜厚となるように成膜してバッファ層８２を形成する構成である。図３（ｂ）に本実施例の断面図を示す。
【００６０】
本実施例では、屈折率の異なるバッファ層８１とバッファ層８２との間で屈折率差を設けることで、バッファ層内での反射率を大きくすることができる。さらに、バッファ層の膜厚が式３’を満たしているので、バッファ層８と第１の保護層９１との界面で反射されて戻る光の位相と、第２の電極で反射されて戻る光の位相が揃う関係となり、共振器構造が更に強められる。本実施例の有機ＥＬ素子のバッファ層８１を除いた場合と比較して、本実施例の有機ＥＬ素子発光効率が１．２倍向上した。
【００６１】
また本実施例では、ＳｉＮのＣＶＤプロセスダメージをバッファ層により緩和することができ、優れた寿命特性を達成することができる。本実施例の有機ＥＬ素子のバッファ層８１とバッファ層８２を除いた構成と比較して、２５ｍＡ／ｃｍ２で発光させて輝度が１．５％低下する劣化時間がおよそ４．０倍に改善される。
【符号の説明】
【００６２】
２  第１の電極
４  発光層
７  第２の電極
８  バッファ層
９  保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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