(57)【要約】  光取り出し構造を有する発光素子であって、第１および第２の電極と、該第１および第２の電極の間に配置された発光層とを有し、前記第１の電極と前記発光層の間、または前記第２の電極と前記発光層の間には、無機材料の層が配置され、前記無機材料の層は、厚さが１００ｎｍ以上であり、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下である、発光素子。
2016043084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光取り出し構造を有する発光素子であって、
第１および第２の電極と、該第１および第２の電極の間に配置された発光層とを有し、
前記第１の電極と前記発光層の間、または前記第２の電極と前記発光層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが１００ｎｍ以上であり、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下である、発光素子。
【請求項２】
前記無機材料の層は、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系材料、亜鉛−錫−酸素系材料、および亜鉛−ケイ素−酸素系材料からなる群から選定された少なくとも一つの材料を有する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記亜鉛−ケイ素−酸素系材料は、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）を含み、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）の原子数比が０．３０〜０．９５である、請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記亜鉛−錫−ケイ素−酸素系材料は、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）を含み、酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下である、請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｉＯ２が７ｍｏｌ％以上、３０ｍｏｌ％以下である、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記亜鉛−錫−酸素系材料は、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含み、酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下である、請求項２に記載の発光素子。
【請求項７】
前記無機材料の層は、非晶質の酸化物を含む、請求項1乃至６のいずれか一つに記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光層は、有機発光層である、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１の電極は、透明電極であり、前記第２の電極は、反射性電極である、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第１の電極の前記第２の電極とは反対の側に、透明基板が配置される、請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記光取り出し構造は、前記第１の電極と前記透明基板の間に設置された散乱層によって構成され、
前記散乱層は、ガラスからなるベース材と、該ベース材中に分散された複数の散乱物質とを有する、請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記無機材料の層は、前記第１の電極と前記発光層の間に配置される、請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記無機材料の層は、前記第１の電極と接する、請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
発電素子であって、
第１および第２の電極と、該第１および第２の電極の間に配置された発電層とを有し、
前記第１の電極と前記発電層の間、または前記第２の電極と前記発電層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが１００ｎｍ以上であり、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下である、発電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、有機ＬＥＤ素子のような発光素子、および発電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子のような発光素子は、ディスプレイ、バックライト、および照明用途等に幅広く用いられている。【０００３】
一般的な発光素子は、基板上に設置された第１の電極と、第２の電極と、これらの電極間に設置された発光層とを有する。両電極間に電圧を印加すると、それぞれの電極から、発光層にホールおよび電子が注入される。このホールと電子が発光層内で再結合された際に、結合エネルギーが生じ、この結合エネルギーによって発光層中の発光材料が励起される。励起した発光材料が基底状態に戻る際に発光が生じるため、これを利用することにより、光を外部に取り出すことができる。【０００４】
最近では、発光素子の光取り出し効率を高めるため、発光素子に各種光取り出し構造を設けることが提案されている。【０００５】
例えば、特許文献１には、ガラス基板と透明電極の間に、高屈折率の散乱層を設けた場合、発光素子からの光取り出し効率が向上することが示されている。また、特許文献２〜４には、それぞれ、光取り出し構造として、回折構造、コルゲート構造、および低屈折率層を使用し、発光素子の光取り出し効率を高めることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０９／０１７０３５号
【特許文献２】特表２０１２−５１２５１８号公報
【特許文献３】特開２００９−９８６１号公報
【特許文献４】特開２００４−１８２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、これまでに、発光素子の光取り出し効率を高めるため、発光素子に各種光取り出し構造を設けることが提案されている。【０００８】
しかしながら、光取り出し構造を有する発光素子の製造過程中に、しばしば、表面に異物が残存する場合がある。【０００９】
このような異物が存在すると、その後の成膜工程において、形成される層の平坦性および均一性が悪くなるおそれがある。そして、各層の平坦性および均一性が低下すると、発光層を介して離間されるべき２つの電極の間で短絡してしまう危険性が高くなる。そのような場合、最終的に得られる発光素子に、所望の特性が得られなくなってしまう。このような課題は、発電素子においても同様である。【００１０】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、第１の電極と第２の電極の間で、短絡が生じ難い発光素子を提供することを目的とする。【００１１】
また、本発明では、第１の電極と第２の電極の間で、短絡が生じ難い発電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】
【００１２】
本発明では、光取り出し構造を有する発光素子であって、
第１および第２の電極と、該第１および第２の電極の間に配置された発光層とを有し、
前記第１の電極と前記発光層の間、または前記第２の電極と前記発光層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが１００ｎｍ以上であり、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下である、発光素子が提供される。【００１３】
また、本発明では、光電素子であって、
第１および第２の電極と、該第１および第２の電極の間に配置された発電層とを有し、
前記第１の電極と前記発電層の間、または前記第２の電極と前記発電層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが１００ｎｍ以上であり、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下である、発電素子が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、第１の電極と第２の電極の間で、短絡が生じ難い発光素子を提供することができる。【００１５】
また、本発明では、第１の電極と第２の電極の間で、短絡が生じ難い発電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の有機ＬＥＤ素子の概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光素子の概略的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による別の発光素子の概略的な断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子の概略的な断面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子の概略的な断面図である。
【図６】発光素子の色むらの問題を説明するための概略的な図である。
【図７】散乱層を含む発光素子における、正面輝度の計算結果を示したグラフである。
【図８】散乱層を含まない発光素子における、正面輝度の計算結果を示したグラフである。
【図９】第１の発光素子を製造する際の概略的なフローを模式的に示した図である。
【図１０】例１〜例９のサンプルのＸ線回折スペクトルである。
【図１１】例１のサンプルにおけるＵＰＳスペクトル（仕事関数）である。
【図１２】例１のサンプルにおけるＵＰＳスペクトル（イオン化ポテンシャル）である。
【図１３】例１のサンプルにおける無機材料の膜のＴａｕｃプロットである。
【図１４】例２のサンプルにおける無機材料の膜のＴａｕｃプロットである。
【図１５】電子オンリー素子、および例２〜例７のサンプルにおける電流−電圧特性をまとめて示した図である。
【図１６】例１０における有機ＥＬ素子において測定された電流−電圧−輝度特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１８】
（従来の発光素子）
本発明の特徴をより良く理解するため、従来の発光素子の構成について説明する。なお、ここでは、特許文献１に記載の有機ＬＥＤ素子を例に、従来の発光素子の構成について説明する。
【００１９】
図１には、従来の有機ＬＥＤ素子の簡略的な断面図を示す。
【００２０】
図１に示すように、従来の有機ＬＥＤ素子１は、ガラス基板１０と、透明電極（第１の電極）３５と、有機層４０と、反射性電極（第２の電極）７０とをこの順に有する。
【００２１】
透明電極（第１の電極）３５は陽極および陰極の一方として機能し、反射性電極（第２の電極）７０は陽極および陰極の他方として機能する。
【００２２】
有機層４０は、電子注入層、電子輸送層、有機発光層、ホール輸送層、ホール注入層により構成される。ただし、有機層４０において、有機発光層５５を除く、１または２以上の層は、省略されても良い。
【００２３】
図１の例では、透明電極（第１の電極）３５が陽極、反射性電極（第２の電極）７０が陰極として機能する場合を示している。この場合の有機層４０は、透明電極（第１の電極）３５側から、ホール注入層６５、ホール輸送層６０、有機発光層５５、電子輸送層５０、電子注入層４５をこの順に積層することにより構成される。
【００２４】
透明電極（第１の電極）３５が陰極、反射性電極（第２の電極）７０が陽極として機能する場合は、有機層４０は、透明電極（第１の電極）３５側から、電子注入層、電子輸送層、有機発光層、ホール輸送層、ホール注入層をこの順に積層することにより構成される。
【００２５】
なお、図１の例では、有機ＬＥＤ素子１の下側の表面、すなわちガラス基板１０の露出面が光取り出し面１２となる。
【００２６】
ここで、従来の有機ＬＥＤ素子１は、光取り出し改善のために、ガラス基板１０と透明電極３５の間に、散乱層２０を有することができる。散乱層２０は、第１の屈折率を有するガラス製のベース材２１と、該ベース材２１中に分散された、ベース材２１とは異なる第２の屈折率を有する複数の散乱物質２４とで構成される。
【００２７】
このような散乱層２０は、光取り出し構造として機能する。すなわち、散乱層２０は、有機発光層５５から生じる光を効果的に散乱させ、有機ＬＥＤ素子１内で全反射される光の量を低減する役割を有する。従って、図１の構成の有機ＬＥＤ素子１では、光取り出し面１２から出射される光量を向上させることができる。
【００２８】
しかしながら、このような光取り出し構造（散乱層２０）を有する有機ＬＥＤ素子１では、しばしば、散乱層２０の成膜過程において、表面に異物が付着したり、残留したりする場合がある。このような異物は、その後の各層３５〜７０の成膜工程において形成される層の平坦性および均一性を低下させる要因となる。そして、そのような層の平坦性および均一性が許容できない程度にまで低下すると、有機層４０を介して離間されるべき２つの電極３５および７０の間で短絡してしまう危険性が高くなる。そのような場合、最終的に得られる有機ＬＥＤ素子１に、所望の特性が得られなくなってしまうという問題がある。
【００２９】
なお、このような問題は、散乱層２０を有する有機ＬＥＤ素子１に限られるものではなく、その他の光取り出し構造（例えば、回折構造、コルゲート構造、および低屈折率層）を有する発光素子においても、同様に生じ得る。
【００３０】
本発明において、光取り出し構造とは、有機発光層から生じる光を効果的に散乱させ、有機ＬＥＤ素子内で全反射される光の量を低減する役割を有するものをいい、同様の効果が得られれば、散乱層、回折構造（例えば、特表２０１２−５１２５１８号）、コルゲート構造（例えば、特開２００９−９８６１号）、および低屈折率層（例えば、特開２００４−１８２４９０号）に限定されない。
【００３１】
これに対して、本発明の一実施形態では、
光取り出し構造を有する発光素子であって、
第１および第２の電極と、該第１および第２の電極の間に配置された発光層とを有し、
前記第１の電極と前記発光層の間、または前記第２の電極と前記発光層の間には、無機材料の層が配置され、
前記無機材料の層は、厚さが１００ｎｍ以上であり、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下である、発光素子が提供される。
【００３２】
本発明の一実施形態による発光素子では、２つの電極の間のいずれかの箇所に、１００ｎｍ以上の比較的厚い無機材料の層が配置されている。このような厚い無機材料の層を配置した場合、光取り出し構造の形成の際に、仮に表面に異物が残留した場合であっても、２つの電極の間に設置される各層、および２つの電極の平坦性が有意に改善される。その結果、２電極間の短絡の問題を有意に抑制することができる。
【００３３】
なお、２つの電極の間に、単に「厚い層」を介在させただけでは、電極間の短絡の問題が解決できたとしても、電子および／またはホールの移動度および導電性に悪影響が生じる可能性が高く、このため発光素子に所望の特性が生じなくなってしまう。
【００３４】
これに対して、本発明の一実施形態による発光素子では、この厚い無機材料の層は、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下の範囲にある。
【００３５】
このような厚い無機材料の層は、例えば、電子注入層としても使用可能な、良好な電子移動度および導電性を示す。このため、本発明の一実施形態では、厚い無機材料の層の設置が発光素子の特性に悪影響を及ぼすことなく、電極間の短絡を抑制することができる。
【００３６】
厚い無機材料の層は、非晶質であっても、微結晶であっても、非晶質と微結晶が混在する形態であっても良い。
【００３７】
また、厚い無機材料の層は、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系材料、亜鉛−錫−酸素系材料、および亜鉛−ケイ素−酸素系材料からなる群から選定された少なくとも一つの材料を有しても良い。その他の厚い無機材料の層としては、亜鉛−錫−ゲルマニウム−酸素系材料であっても良い。
【００３８】
厚い無機材料の層が亜鉛−ケイ素−酸素系材料で構成される場合、厚い無機材料の層は、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）を含み、Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）の原子数比が０．３０〜０．９５であることが好ましい。Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）の原子数比が０．３０以上、０．９５以下であれば、前記した導電率が得られやすく、平坦度の高い無機材料の層が得られやすいからである。その他、無機材料の層は、インジウム−ケイ素−酸素系、インジウム−ガリウム−亜鉛−酸素系、インジウム−亜鉛−酸素系、ゲルマニウム−亜鉛−酸素系の材料であっても良い。
【００３９】
また、厚い無機材料の層が亜鉛−錫−ケイ素−酸素系材料で構成される場合、厚い無機材料の層は、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）および酸素（Ｏ）を含み、酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下であれば、平坦度の高い無機材料の層が得られやすく、前記した導電率が得られやすいからである。また、この場合に、この厚い無機材料の層は、酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｉＯ２が７ｍｏｌ％以上、３０ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。ＳｉＯ２が７ｍｏｌ％以上、３０ｍｏｌ％以下であれば、電子親和力が大きすぎず、体積抵抗率が大きすぎず、前記した導電率が得られやすいからである。
【００４０】
さらに、厚い無機材料の層が亜鉛−錫−酸素系材料で構成される場合、厚い無機材料の層は、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）および酸素（Ｏ）を含み、酸化物換算で、前記無機材料の層の酸化物の合計１００ｍｏｌ％に対して、ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ＳｎＯ２が１５ｍｏｌ％以上、９５ｍｏｌ％以下であれば、平坦度の高い無機材料の層が得られやすく、非晶質、微結晶、または非晶質と微結晶が混在する薄膜の状態を保ちやすく、前記した導電率が得られやすく、成膜用の酸化物ターゲットが得やすく薄膜をつくりやすいからである。
【００４１】
（本発明の一実施形態による発光素子）
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態による発光素子の構成について、より詳しく説明する。図２には、本発明の一実施形態による発光素子（有機ＬＥＤ素子）の断面構成を模式的に示す。
【００４２】
図２に示すように、本発明の一実施形態による発光素子（以下、「第１の発光素子」と称する）１００は、透明基板１１０と、光取り出し構造としての散乱層１２０と、透明電極（陰極）１３５と、有機層１４０と、反射性電極（陽極）１７０とをこの順に有する。
【００４３】
散乱層１２０は、第１の屈折率を有するガラス製のベース材１２１と、該ベース材１２１中に分散された、ベース材１２１とは異なる第２の屈折率を有する複数の散乱物質１２４とで構成される。
【００４４】
図２の例では、第１の発光素子１００の下側の表面（すなわち透明基板１１０の露出面）が光取り出し面１１２となる。
【００４５】
有機層１４０は、透明電極１３５に近い側から、電子注入層１８０、電子輸送層１５０、有機発光層１５５、ホール輸送層１６０、ホール注入層１６５をこの順に有する。
【００４６】
ここで、第１の発光素子１００において、電子注入層１８０は、厚さが１００ｎｍ以上であり、導電率が１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下の範囲となるように形成される。また、電子注入層１８０は、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系、亜鉛−錫−酸素系および亜鉛−ケイ素−酸素系からなる群から選定された無機材料で構成される。
【００４７】
電子注入層１８０を、このような厚い無機材料の層で構成した場合、前述のような２電極１３５、１７０の間の短絡の問題が有意に抑制される。すなわち、第１の発光素子１００では、散乱層１２０の形成の際に、仮に表面に異物が残留した場合であっても、電子注入層１８０としての厚い無機材料の層の存在により、以降に配置される各層１５０〜１７０の平坦性および均一性を有意に高めることができる。また、これにより、２電極１３５、１７０の間の短絡を有意に抑制することができる。
【００４８】
厚い無機材料の層は、非晶質または非晶質の状態が支配的である方が膜の平坦性がいっそう得られやすい。また、厚い無機材料の層は、非晶質または非晶質の状態が支配的である方が電子親和力と組成との関係が線形性となりやすいため膜に供給する電力を制御しやすい。さらに、厚い無機材料の層は、非晶質または非晶質の状態が支配的である方が均質な層が得られやすい。厚い無機材料の層は、非晶質に比べて微結晶の方が層厚方向に配向しやすいため、微結晶が支配的である方が層厚方向の電子的な特性を向上しやすい。
【００４９】
（本発明の一実施形態による別の発光素子）
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態による別の発光素子の構成について、説明する。図３には、本発明の一実施形態による別の発光素子（有機ＬＥＤ素子）の断面構成を模式的に示す。
【００５０】
図３に示すように、本発明の一実施形態による別の発光素子（以下、「第２の発光素子」と称する）２００は、基本的に、前述の図２に示した第１の発光素子１００と同様の構成を有する。
【００５１】
ただし、この第２の発光素子２００は、有機層２４０が、電子注入層２４５と厚い無機材料の層２８０の両方を有する点で、第１の発光素子１００とは異なっている。すなわち、第２の発光素子２００において、有機層２４０は、電子注入層２４５、厚い無機材料の層２８０、電子輸送層２５０、有機発光層２５５、ホール輸送層２６０、ホール注入層２６５をこの順に有する。
【００５２】
ここで、厚い無機材料の層２８０は、前述のように、１００ｎｍ以上の厚さを有し、１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下の範囲の導電率を有する。また、厚い無機材料の層２８０は、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系、亜鉛−錫−酸素系および亜鉛−ケイ素−酸素系からなる群から選定された材料で構成される。
【００５３】
このような構成においても、第１の発光素子１００と同様に、２つの電極２３５、２７０間の短絡を有意に抑制することができることは、当業者には明らかである。また、第２の発光素子２００においても、厚い無機材料の層２８０の存在が、第２の発光素子２００の特性に悪影響を及ぼす可能性が少ないことは容易に理解されよう。
【００５４】
（本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子）
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子の構成について、説明する。図４には、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子（有機ＬＥＤ素子）の断面構成を模式的に示す。
【００５５】
図４に示すように、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子（以下、「第３の発光素子」と称する）３００は、透明基板３１０と、散乱層３２０と、透明電極（陽極）３３５と、有機層３４０と、反射性電極（陰極）３７０とをこの順に有する。散乱層３２０は、第１の屈折率を有するガラス製のベース材３２１と、該ベース材３２１中に分散された、ベース材３２１とは異なる第２の屈折率を有する複数の散乱物質３２４とで構成される。
【００５６】
図４の例では、第３の発光素子３００の下側の表面（すなわち透明基板３１０の露出面）が光取り出し面３１２となる。
【００５７】
有機層３４０は、透明電極３３５に近い側から、ホール注入層３６５、ホール輸送層３６０、有機発光層３５５、電子輸送層３５０、電子注入層３８０をこの順に有する。
【００５８】
ここで、電子注入層３８０は、前述のような厚い無機材料の層で構成される。すなわち、電子注入層３８０は、１００ｎｍ以上の厚さを有し、１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下の範囲の導電率を有する。また、電子注入層３８０は、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系、亜鉛−錫−酸素系および亜鉛−ケイ素−酸素系からなる群から選定された材料で構成される。
【００５９】
このような第３の発光素子３００の構成においても、第１および第２の発光素子１００、２００と同様に、２つの電極３３５、３７０間の短絡を有意に抑制することができることは、当業者には明らかである。また、第３の発光素子３００においても、厚い無機材料の層（電子注入層３８０）の存在が、第３の発光素子３００の特性に悪影響を及ぼす可能性が少ないことは容易に理解されよう。
【００６０】
（本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子）
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子の構成について、説明する。図５には、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子（有機ＬＥＤ素子）の断面構成を模式的に示す。
【００６１】
図５に示すように、本発明の一実施形態によるさらに別の発光素子（以下、「第４の発光素子」と称する）４００は、基本的に、前述の図４に示した第３の発光素子３００と同様の構成を有する。
【００６２】
ただし、この第４の発光素子４００は、有機層４４０が、電子注入層４４５と厚い無機材料の層４８０の両方を有する点で、第３の発光素子３００とは異なっている。すなわち、第４の発光素子４００において、有機層４４０は、透明電極４３５に近い側から、ホール注入層４６５、ホール輸送層４６０、有機発光層４５５、電子輸送層４５０、厚い無機材料の層４８０、および電子注入層４４５を有する。
【００６３】
このような第４の発光素子４００の構成においても、第１〜第３の発光素子１００、２００、３００と同様に、２つの電極４３５、４７０間の短絡を有意に抑制することができることは、当業者には明らかである。また、第４の発光素子４００においても、厚い無機材料の層４８０の存在が、第４の発光素子４００の特性に悪影響を及ぼす可能性が少ないことは容易に理解されよう。
【００６４】
（各構成部材について）
次に、本発明の一実施形態による発光素子を構成する各部材について、詳しく説明する。
【００６５】
なお、ここでは、一例として、図３に示した第２の発光素子（有機ＬＥＤ素子）２００を参照して、各構成部材について説明する。従って、以降の記載では、明確化のため、各部材を参照する際に、図３で使用した参照符号を使用する。
【００６６】
また、以下に示す各構成部材の仕様は、単なる一例であることに留意する必要がある。
【００６７】
（透明基板２１０）
透明基板２１０の材料は、透明である限り、特に限られない。
【００６８】
透明基板２１０は、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板であっても良い。
【００６９】
（散乱層２２０）
散乱層２２０は、ベース材２２１と、該ベース材２２１中に分散された複数の散乱物質２２４とを有する。ベース材２２１は、第１の屈折率を有し、散乱物質２２４は、ベース材とは異なる第２の屈折率を有する。
【００７０】
散乱層２２０中の散乱物質２２４の存在量は、散乱層２２０の内部から外側に向かって小さくなっていることが好ましく、この場合、高効率の光取り出しを実現することができる。
【００７１】
ベース材２２１は、ガラスで構成され、ガラスの材料としては、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、および無アルカリガラスなどの無機ガラスが使用される。
【００７２】
散乱物質２２４は、例えば、気泡、析出結晶、ベース材とは異なる材料粒子、分相ガラス等で構成される。分相ガラスとは、２種類以上のガラス相により構成されるガラスをいう。
【００７３】
ベース材２２１の屈折率と散乱物質２２４の屈折率の差は、大きい方が良く、このためには、ベース材２２１として高屈折率ガラスを使用し、散乱物質２２４として気泡を使用することが好ましい。
【００７４】
ベース材２２１用の高屈折率のガラスのため、ネットワークフォーマとして、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、およびＴｅＯ２のうちの一種類または二種類以上の成分を選定し、高屈折率成分として、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＢａＯ、ＰｂＯ、およびＳｂ２Ｏ３のうちの一種類または二種類以上の成分を選定しても良い。さらに、ガラスの特性を調整するため、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、フッ化物などを、屈折率に影響を及ぼさない範囲で、添加しても良い。
【００７５】
ベース材２２１に、着色剤を添加することにより、発光の色味を変化させることもできる。着色剤としては、遷移金属酸化物、希土類金属酸化物、および金属コロイドなどを、単独でまたは組み合わせて使うことができる。
【００７６】
（透明電極２３５）
透明電極２３５には、有機発光層２５５で生じた光を外部に取り出すため、８０％以上の透光性が要求される。また、陽極として用いる場合には、多くの正孔を注入するため、仕事関数が高いことが要求される。
【００７７】
透明電極２３５には、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、およびＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３：アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物）などの材料が用いられる。一方、陰極として用いる場合でも、電子注入層を亜鉛−錫−ケイ素−酸素系、亜鉛−錫−酸素系および亜鉛−ケイ素−酸素系からなる群から選定された材料で構成される層を形成することにより、上記の透明電極材料を用いてもオーミック特性が得られる。
【００７８】
透明電極２３５の厚さは、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００７９】
透明電極２３５の屈折率は、１．７５〜２．２の範囲である。例えば、透明電極２３５としてＩＴＯを使用した場合、キャリア濃度を増加させることにより、透明電極２３５の屈折率を低下させることができる。市販のＩＴＯでは、ＳｎＯ２が１０ｗｔ％含まれるものが標準となっているが、Ｓｎ濃度をさらに増加させることにより、ＩＴＯの屈折率を下げることができる。ただし、Ｓｎ濃度の増加により、キャリア濃度は増加するが、移動度および透過率は、低下する。従って、全体のバランスを考慮して、Ｓｎ量を決める必要がある。
【００８０】
また、透明電極２３５の屈折率は、散乱層２２０を構成するベース材２２１の屈折率や反射性電極２７０の屈折率を考慮して、決定することが好ましい。
【００８１】
（反射性電極２７０）
反射性電極２７０には、仕事関数の小さな金属またはその合金が用いられる。反射性電極２７０は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および周期表第３属の金属などであっても良い。
【００８２】
（電子注入層２４５）
電子注入層２４５は、例えば透明電極２４５の表面に、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属をドープした層を設けることにより構成される。
【００８３】
なお、前述のように、厚い無機材料の層２８０を電子注入層２４５としても良い。
【００８４】
（厚い無機材料の層２８０）
厚い無機材料の層２８０は、前述のように、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系、亜鉛−錫−酸素系および亜鉛−ケイ素−酸素系からなる群から選定された材料で構成されても良い。
【００８５】
厚い無機材料の層２８０は、非晶質であり、１００ｎｍ以上の厚さを有し、１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下の範囲の導電率を有しても良い。
【００８６】
厚い無機材料の層２８０は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の厚さを有しても良い。また、厚い無機材料の層２８０は、例えば、１０−４Ω−１ｃｍ−１以上１０Ω−１ｃｍ−１以下の範囲の導電率を有しても良い。
【００８７】
このような厚い無機材料の層２８０は、例えば、スパッタリング法およびＰＶＤ法などの成膜プロセスにより、形成することができる。
【００８８】
（電子輸送層２５０）
電子輸送層２５０は、透明電極２３５から注入された電子を輸送する役割をする。
【００８９】
電子輸送層２５０には、例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）などが用いられる。
【００９０】
（有機発光層２５５）
有機発光層２５５は、注入された電子とホールが再結合する場を提供する役割を有する。有機発光材料としては、低分子系または高分子系のものが使用される。
【００９１】
有機発光層２５５には、ゲスト材料として、例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）など、およびビス（８−キノリノラート）カルシウム錯体（Ｃａｑ２）などのキノリン誘導体の金属錯体など、並びにコロネンなどの蛍光性物質が挙げられる。
【００９２】
ホスト材料としては、キノリノラート錯体を使用しても良く、特に、８−キノリノールおよびその誘導体を配位子としたアルミニウム錯体が使用されても良い。
（ホール輸送層２６０）
ホール輸送層２６０は、ホール注入層２６５から注入されたホールを有機発光層２５５に輸送する役割をする。
【００９３】
ホール輸送層２６０には、例えば、トリフェニルアミン誘導体などが用いられる。
【００９４】
ホール輸送層２６０の厚さは、例えば１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲である。ホール輸送層２６０の厚さが薄いほど、有機ＬＥＤ素子２００を低電圧化できるが、電極間短絡の問題から、通常は、１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲である。
【００９５】
（ホール注入層２６５）
ホール注入層２６５は、電極からのホール注入の障壁を低くするため、イオン化ポテンシャルの差が小さいものが好ましい。電極からホール注入層２６５への電荷の注入効率が高まると、有機ＬＥＤ素子２００の駆動電圧が下がり、ホールの注入効率が高まる。
【００９６】
ホール注入層２６５の材料としては、高分子材料または低分子材料が使用される。高分子材料の中では、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）が良く使用され、低分子材料の中では、フタロシアニン系の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）が広く用いられる。
（追加の効果について）
以上、本発明の一実施形態による発光素子を用いて、本発明の効果について説明した。ただし、本発明の一実施形態による発光素子において、特定の構成では、発光の色むらの抑制という、追加の効果を得ることができる。
【００９７】
以下、図６を参照して、この効果について説明する。
【００９８】
図６には、光取り出し構造を有する、一般的な発光素子の断面を概略的に示す。
【００９９】
図６に示すように、この発光素子５００は、透明基板５１０と、下部透明電極５３５と、有機層５４０と、上部反射性電極５７０とをこの順に有する。有機層５４０は、発光層５５５と、発光層５５５の下側（すなわち下部透明電極５１０側）に配置された各構成層（例えば電子注入層および／または電子輸送層など。以下、まとめて「第１の層」５９０という）と、発光層５５５の上側（すなわち上部反射性電極５７０側）に配置された各構成層（例えばホール輸送層および／またはホール注入層など。以下、まとめて「第２の層」５９２という）と、を有する。
【０１００】
なお、図６には、簡略化のため光取り出し構造は、示されていないが、光取り出し構造は、例えば図２等に示したような散乱層１２０とは異なる方法によって実現されているものと仮定する。
【０１０１】
このような発光素子５００の構成において、発光素子５００の作動の際には、２つの電極５３５、５７０間に電位が印加され、発光層５５５から発光が生じる。この発光は、少なくとも、図６に示すような３通りの経路、すなわちＰ１、Ｐ２およびＰ３を経て、透明基板５１０から外部に出力（放射）される。
【０１０２】
ここで、従来の発光素子５００では、第１の層５９０は、比較的薄く、このため第１の層５９０の膜厚変動による、下部透明電極５３５と発光層５５５の間の距離の変化はあまり顕著ではない。同様に、第２の層５９２は、比較的薄く、このため第２の層５９２の膜厚変動による、上部反射性電極５７０と発光層５５５の間の距離の変化はあまり顕著ではない。そのため、図６に示した３通りの経路Ｐ１〜Ｐ３の間で、光の干渉条件が変化することは生じ難く、出力される発光による色味のばらつきは生じ難い。
【０１０３】
しかしながら、第１の層５９０の中に、厚い層、例えば、前述の「厚い無機材料の層」が存在する場合、第１の層５９０の場所による膜厚変動が相対的に大きくなる。
【０１０４】
特に、経路Ｐ３は、経路Ｐ１または経路Ｐ２に比べて、第１の層５９０を通過する回数が３倍であるため、経路Ｐ３は、より顕著な膜厚変動の影響を受けるようになる。従って、経路Ｐ１と経路Ｐ３、および経路Ｐ２と経路Ｐ３の間で、光の干渉条件が変化する。その結果、最終的に出力される発光の色味のばらつきが大きくなり、発光素子５００内で色むらが生じてしまう。
【０１０５】
これに対して、光取り出し構造として、例えば図２等に示した散乱層１２０を適用した場合、このような問題を有意に抑制することができる。
【０１０６】
これは、散乱層１２０は、屈折率が下部透明電極５３５の屈折率と比較的近くなるように設計できるためである。すなわち、散乱層１２０を設置した場合、散乱層１２０と下部透明電極５３５の界面での屈折率差が抑制され、下部透明電極５３５と散乱層の界面で再反射する光の成分を低減することができる。その結果、経路Ｐ３を経て出力される発光が抑制され、前述のような色むらの問題を有意に抑制することができる。
【０１０７】
このような高屈折率散乱層による干渉抑制効果を確認するため、以下のシミュレーション計算により、散乱層を有する場合（ケース１）と有しない場合（ケース２）を想定して、発光特性の比較を行った。散乱層は散乱粒子を含むが、干渉抑制効果を確認するためには、散乱層のマトリックス部のみで構成される膜厚が無限大の層を考慮すれば十分である。
【０１０８】
ケース１として、以下の構成の発光素子を仮定した。
（ケース１）
散乱層付き透明基板：散乱層マトリックス部分の屈折率＝１．９
下部透明電極：厚さ１５０ｎｍ、屈折率＝１．９
電子注入層（厚い無機材料の層で形成されると仮定）：厚さ４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ（±１０％の膜厚ばらつきを想定）、屈折率＝１．８
発光層：厚さ１０ｎｍ、屈折率＝１．７５
ホール輸送層：厚さ５０ｎｍ、屈折率＝１．８
上部反射性電極：厚さ８０ｎｍ、屈折率＝０．６、消衰係数＝３．５５
また、ケース２として、以下のように、散乱層を有しないこと以外は、ケース１と同様の構成の発光素子を仮定した。
（ケース２）（散乱層なし）
透明基板：屈折率＝１．５
その他の構成は、ケース１と同じ
以上の２通りのケースについて、ｓｅｔｆｏｓソフトウェア（ＦＬＵＸｉＭ社製）を使用し、想定した発光素子から得られる発光の正面輝度を計算した。
【０１０９】
計算の結果を図７および図８に示す。図７は、ケース１の場合の計算結果を示しており、図８は、ケース２の場合の計算結果を示している。また、両図において、横軸は、出力される光のスペクトル波長を示し、縦軸は、正面輝度を示している。
【０１１０】
図8に示すように、ケース２では、厚い無機材料の層で形成された電子注入層の厚さが４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの間で変化すると、これに伴い、出力光の輝度が大きく変化することがわかる。これに対して、ケース１では、厚い無機材料の層で形成された電子注入層の厚さが４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの間で変化しても、出力光の輝度はほとんど変化しないことがわかる。
【０１１１】
このように、光取り出し構造として散乱層を有する発光素子では、下部透明電極５３５と発光層５５５の間に厚い無機材料の層を配置しても、光の干渉条件の変化が少なく、色むらが生じ難いことが確認された。
【０１１２】
（本発明の一実施形態による発光素子の製造方法）
次に、図９を参照して、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法の一例について説明する。なお、ここでは、一例として、図２に示したような構成を有する第１の発光素子１００を例に、その製造方法について説明する。ただし、その他の構成を有する発光素子、例えば、図３〜図５に示したような発光素子２００〜５００においても、以下に記載する製造方法の一部を変更して適用できることは、当業者には明らかである。
【０１１３】
図９には、第１の発光素子１００を製造する際の概略的なフロー図を示す。
【０１１４】
図９に示すように、この製造方法は、
（ａ）透明基板上に散乱層を形成するステップ（ステップＳ１１０）と、
（ｂ）散乱層上に、第１の電極を形成するステップ（ステップＳ１２０）と、
（ｃ）第１の電極上に、厚い無機材料の層を形成するステップ（ステップＳ１３０）と、
（ｄ）厚い無機材料の層上に、有機発光層を形成するステップ（ステップＳ１４０）と、
（ｅ）有機発光層上に、第２の電極を形成するステップ（ステップＳ１５０）と、
を有する。
【０１１５】
以下、各ステップについて詳しく説明する。なお、以下の説明では、明確化のため、各部材を参照する際に、図２に示した参照符号を使用することにする。
【０１１６】
（ステップＳ１１０）
まず、透明基板１１０が準備される。
【０１１７】
次に、透明基板１１０上に、ガラス製のベース材１２１中に散乱物質１２４が分散された散乱層１２０が形成される。
【０１１８】
散乱層１２０の形成方法は、特に限られないが、ここでは、特に、「フリットペースト法」により、散乱層１２０を形成する方法について説明する。ただし、その他の方法で散乱層１２０を形成しても良いことは、当業者には明らかである。
【０１１９】
フリットペースト法とは、フリットペーストと呼ばれるガラス材料を含むペーストを調製し（調製工程）、このフリットペーストを被設置基板の表面に塗布して、パターン化し（パターン形成工程）、さらにフリットペーストを焼成すること（焼成工程）により、被設置表面に、所望のガラス製の膜を形成する方法である。
【０１２０】
以下、各工程について簡単に説明する。
【０１２１】
（調製工程）
まず、ガラス粉末、樹脂、および溶剤等を含むフリットペーストが調製される。
【０１２２】
ガラス粉末は、最終的に散乱層のベース材を形成する材料で構成される。ガラス粉末の組成は、所望の散乱特性が得られ、フリットペースト化して焼成することが可能なものであれば特に限られない。ガラス粉末の組成は、例えば、Ｐ２Ｏ５を２０〜３０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を３〜１４ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を１０〜２０ｍｏｌ％、ＴｉＯ２を３〜１５ｍｏｌ％、Ｎｂ２Ｏ５を１０〜２０ｍｏｌ％、ＷＯ３を５〜１５ｍｏｌ％含み、Ｌｉ２ＯとＮａ２ＯとＫ２Ｏの総量が１０〜２０ｍｏｌ％であり、以上の成分の総量が、９０ｍｏｌ％以上のものであっても良い。ガラス粉末の粒径は、例えば、１μｍ〜１００μｍの範囲である。
【０１２３】
なお、最終的に得られる散乱層１２０の熱膨張特性を制御するため、ガラス粉末には、所定量のフィラーを添加しても良い。フィラーには、例えば、ジルコン、シリカ、またはアルミナなどの粒子が使用され、粒径は、通常、０．１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【０１２４】
樹脂には、例えば、エチルセルロース、ブチラール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、およびロジン樹脂などが用いられる。なお、ブチラール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、およびロジン樹脂を添加すると、フリットペースト塗布膜の強度が向上する。
【０１２５】
溶剤は、樹脂を溶解し、粘度を調整する役割を有する。溶剤には、例えば、α−テルピネオール、および２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレートがある。
【０１２６】
その他、フリットペーストには、粘度の調整やフリット分散促進のため、界面活性剤を添加しても良い。また、表面改質のため、シランカップリング剤を使用しても良い。
【０１２７】
次に、これらの原料を混合し、ガラス原料が均一に分散されたフリットペーストを調製する。
【０１２８】
（パターン形成工程）
次に、前述の方法で調製したフリットペーストを、透明基板上に塗布し、パターン化する。塗布の方法およびパターン化の方法は、特に限られない。例えば、スクリーン印刷機を用いて、透明基板上にフリットペーストをパターン印刷しても良い。あるいは、ドクターブレード印刷法またはダイコート印刷法を利用しても良い。
【０１２９】
その後、フリットペースト膜は、乾燥される。
【０１３０】
（焼成工程）
次に、フリットペースト膜が焼成される。通常、焼成は、２段階のステップで行われる。第１のステップでは、フリットペースト膜中の樹脂が分解、消失され、第２のステップでは、ガラス粉末が軟化、焼結される。
【０１３１】
第１のステップは、大気雰囲気下で、フリットペースト膜を２００℃〜４００℃の温度範囲に保持することにより行われる。ただし、処理温度は、フリットペーストに含まれる樹脂の材料によって変化する。例えば、樹脂がエチルセルロースの場合は、処理温度は、３５０℃〜４００℃程度であり、樹脂がニトロセルロースの場合は、処理温度は、２００℃〜３００℃程度であっても良い。なお処理時間は、通常、３０分から１時間程度である。
【０１３２】
第２のステップは、大気雰囲気下で、フリットペースト膜を、含まれるガラス粉末の軟化温度±３０℃の温度範囲に保持することにより行われる。処理温度は、例えば、４５０℃〜６００℃の範囲である。また、処理時間は、特に限られないが、例えば、３０分〜１時間である。
【０１３３】
第２のステップ後に、ガラス粉末が軟化、焼結して、散乱層１２０のベース材１２１が形成される。また、フリットペースト膜中に内包させた散乱物質によって、例えば内在する気泡などによって、ベース材１２１中に均一に分散された散乱物質１２４が得られる。
【０１３４】
その後、透明基板１１０を冷却することにより、側面部分が上面から前記底面に向かって、直角よりも緩やかな角度で傾斜した表面を有する散乱層１２０が形成される。
【０１３５】
最終的に得られる散乱層１２０の厚さは、５μｍ〜５０μｍの範囲であっても良い。
【０１３６】
（ステップＳ１２０）
次に、前記工程で得られた散乱層１２０上に、透明な第１の電極１３５が設置される。
【０１３７】
第１の電極１３５の設置方法は、特に限られず、例えば、スパッタ法、蒸着法、および気相成膜法等の成膜法を利用しても良い。
【０１３８】
前述のように、第１の電極１３５の材料は、ＩＴＯ等であっても良い。また、第１の電極１３５の厚さは、特に限られず、例えば５０ｎｍ〜１．０μｍの範囲であっても良い。
【０１３９】
また、第１の電極１３５は、エッチング処理等により、パターン化しても良い。
【０１４０】
（ステップＳ１３０）
次に、第１の電極の上に、厚い無機材料の層１８０が形成される。
【０１４１】
厚い無機材料の層１８０は、例えば、スパッタリング法、ＰＶＤ法等のプロセスで形成されても良い。
【０１４２】
前述のように、厚い無機材料の層１８０は、亜鉛−錫−ケイ素−酸素系、亜鉛−錫−酸素系および亜鉛−ケイ素−酸素系からなる群から選定された材料で構成されても良い。
【０１４３】
また、厚い無機材料の層１８０は、１００ｎｍ以上の厚さを有し、例えば、１０−６Ω−１ｃｍ−１以上１００Ω−１ｃｍ−１以下の範囲の導電率を有する。
【０１４４】
厚い無機材料の層１８０を形成することにより、最表面が平坦化される。従って、仮に散乱層１２０の形成後に、表面に異物が残留していた場合であっても、このステップＳ１３０以降に設置される層の平坦度を高めることが可能となる。また、これにより、ステップＳ１２０で形成された第１の電極１３５と、以降のステップＳ１５０において形成される第２の電極１７０の間の短絡を、有意に抑制することが可能となる。
【０１４５】
（ステップＳ１４０）
次に、厚い無機材料の層１８０の上に、有機層１４０を構成する各層が形成される。
【０１４６】
なお、図２の例では、有機層１４０は、電子輸送層１５０、有機発光層１５５、ホール輸送層１６０、およびホール注入層１６５の各層を有する。
【０１４７】
しかしながら、有機層１４０として、必ずしもこれらの全ての層を形成する必要はない。すなわち、有機発光層１５５以外の層は、省略しても良い。
【０１４８】
有機層１４０を構成する各層の設置方法は、特に限られず、例えば、蒸着法および／または塗布法を使用しても良い。
【０１４９】
（ステップＳ１５０）
次に、有機層１４０上に第２の電極１７０が設置される。
【０１５０】
第２の電極１７０の設置方法は、特に限られず、例えば、蒸着法、スパッタ法、気相成膜法等を使用しても良い。
【０１５１】
以上の工程により、図２に示したような第１の発光素子１００が製造される。
【０１５２】
前述のように、このような第１の発光素子１００の製造方法では、ステップＳ１３０の工程において、厚い無機材料の層１８０が配置されるため、第１の電極１３５と第２の電極１７０の間で、短絡が生じる可能性を有意に抑制することができる。
【０１５３】
また、厚い無機材料の層１８０は、前述のような特性を有するため、厚い無機材料の層１８０を介在させても、第１の発光素子１００の特性に悪影響は生じ難くなるという効果が得られる。
【実施例】
【０１５４】
以下、本発明の発光素子の実施例について説明する。【０１５５】
（例１）
以下の方法により、各種被成膜基板上に無機材料の膜を成膜したサンプルを作製した。被成膜基板には、ニッケル基板およびガラス基板等を使用した。【０１５６】
（成膜条件）
成膜装置には、ＲＦマグネトロンスパッタ装置（アルバック社製）を使用した。スパッタリングターゲットには、直径２インチで、所定の比率でＺｎＯとＳｉＯ２を含む焼結体ターゲットを使用した。【０１５７】
成膜の際には、まず、被成膜基板をスパッタ装置のチャンバー内に導入した。【０１５８】
スパッタ装置のチャンバー内を１０−５Ｐａ以下の真空度にした後、チャンバー内に所定のスパッタリングガスを２０ｓｃｃｍ導入した。スパッタリングガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガス（Ｇ１グレード：純度９９．９９９９５ｖｏｌ．％）、または、酸素（Ｏ２）ガス（Ｇ１グレード：純度９９．９９９９５ｖｏｌ．％）とＡｒガス（Ｇ１グレード）の混合ガスを使用した。すなわち、スパッタリングガスとして、Ａｒガス、または、酸素濃度２０％のＯ２／Ａｒ混合ガスを使用した。【０１５９】
スパッタガスの圧力を所定の圧力とし、ターゲットと被成膜基板の間隔（Ｔ−Ｓ距離）を所定の間隔とし、スパッタ装置のカソードに電力５０Ｗを印加した。成膜時の基板温度は７０℃以下であった。【０１６０】
（例２〜例９）
例１と同様の方法で、各種被成膜基板上に無機材料の膜を成膜したサンプルを作製した（例２〜例９）。ただし、例２〜例９では、例１の場合とは異なる成膜条件を採用した。【０１６１】
以下の表１には、例１〜例９において使用した成膜条件をまとめて示す。【０１６２】
【表１】
2016043084.tif 000003
例１〜例９において得られた各サンプルを用いて、以下の評価を行った。【０１６３】
（評価１  原子数比）
例１〜例９において得られた各サンプルを用いて、無機材料の膜の原子数比（Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ））を評価した。なお、各サンプルにおいて、被成膜基板はニッケル基板とした。【０１６４】
原子数比は、無機材料の膜をＳＥＭ−ＥＤＸ分析することによって求めた。ニッケル基板による影響を小さくするために、加速電圧は１０ｋＶとした。【０１６５】
以下の表２の「Ｚｎ／（Ｚｎ＋Ｓｉ）」の欄には、得られた結果をまとめて示した。【０１６６】
【表２】
2016043084.tif 000004
（評価２  Ｘ線回折）
例１〜例９において得られた各サンプルを用いて、無機材料の膜のＸ線回折スペクトルを測定した。なお、各サンプルにおいて、被成膜基板は、厚さ１ｍｍの石英ガラス基板とした。【０１６７】
Ｘ線回折スペクトルは、ＲＩＧＡＫＵ製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２０００を用い、ゼーマンボーリン法により測定した。ゼーマンボーリン法の詳細は、日本金属学会会報第２７巻第６号４６１〜４６５頁（１９８８）に示されている。加速電圧５０ｋＶ、放電電流３００ｍＡの条件で電子線をＣｕに照射し、発生したＣｕＫα線を入射角０．５°に固定してサンプルに照射し、回折パターンを得た。【０１６８】
図１０には、各サンプルにおいて得られた回折パターンを示す。【０１６９】
いずれの回折パターンにおいても、ウルツ型ＺｎＯに由来するハローパターンが認められた。回折角２θが３３°付近のウルツ型ＺｎＯの（００２）面におけるシェラー径を、前述の表２の「シェラー径」欄に示した。【０１７０】
例１〜例７で得られた膜は、いずれもシェラー径５ｎｍ以下であり、Ｘ線回折的に非晶質または非晶質の状態が支配的であることが確認された。一方、例８および例９では、シェラー径が５ｎｍより大きく、Ｘ線回折的に結晶質であることが確認された。【０１７１】
（評価３  ＵＰＳ測定）
例１〜例９において得られた各サンプルを用いて、紫外光電子分光（ＵＰＳ）法により、イオン化ポテンシャルを測定した。【０１７２】
なお、各サンプルにおいて、被成膜基板は、無アルカリガラス基板上に１５０ｎｍのＩＴＯが成膜された基板（以下、ＩＴＯ基板と称する）とし、無機材料の膜（厚さ１０ｎｍ）は、ＩＴＯ基板のＩＴＯが成膜された面上に成膜した。【０１７３】
測定は、１０−７Ｐａ以上の高真空中で、膜にＨｅランプの紫外線（Ｈｅ（Ｉ）、２１．２２ｅＶ）を照射することにより、実施した。【０１７４】
例１のサンプルにおいて得られた結果を図１１および図１２に示す。図１１は、光電子のカウント数と光電子の運動エネルギーの関係を示した図であり、図１２は、光電子のカウント数と結合エネルギーの関係を示した図である。【０１７５】
図１１から、例１のサンプルにおける薄膜の仕事関数は、３．９ｅＶと算定された。また、図１２から、結合エネルギーと仕事関数の和で求められる、例１のサンプルにおける薄膜のイオン化ポテンシャルは、６．６ｅＶと算定された。【０１７６】
（評価４  光吸収係数）
例１〜例９において得られた各サンプルを用いて、各無機材料の膜の光吸収係数を算定した。なお、各サンプルにおいて、被成膜基板は、厚さ１ｍｍの石英ガラス基板とした。【０１７７】
光吸収係数は、各サンプルを用いて、反射率および透過率を測定することにより算出した。また、得られた光吸収係数のＴａｕｃプロットから光学バンドギャップを求めた。【０１７８】
図１３および図１４には、それぞれ、例１および例２のサンプルにおける無機材料の膜のＴａｕｃプロットを示す。【０１７９】
前述の表２の「バンドギャップ」の欄には、各サンプルにおいて得られた光学バンドギャップをまとめて示す。例１〜例７におけるサンプルでは、光学バンドギャップは、３．２〜４．０の範囲であった。【０１８０】
前述のＵＰＳ測定で得られたイオン化ポテンシャルの結果と照合すると、例１のサンプルにおける無機材料の膜の電子親和力は、２．６ｅＶと予想される。例２〜例７のサンプルにおける無機材料の膜においても、同程度のイオン化ポテンシャルを仮定すると、電子親和力は、３．３〜３．４ｅＶ程度と予想される。【０１８１】
前述の表２の「電子親和力」の欄には、各サンプルにおける無機材料の膜の予想される電子親和力をまとめて示す。【０１８２】
（評価５  抵抗率）
例２〜例７において得られた各サンプルを用いて、各無機材料の膜の抵抗率を測定した。なお、各サンプルにおいて、被成膜基板は、厚さ１ｍｍの石英ガラス基板とした。【０１８３】
抵抗率は、４端子法で測定した。各サンプルにおいて、無機材料の膜上に、幅１ｍｍのＮｄ含有アルミニウム層を２ｍｍ間隔でスパッタ成膜し、これらを測定電極とした。【０１８４】
スパッタ成膜のターゲットには、コベルコ科研製の直径２インチの２ｍｏｌ％Ｎｄ含有アルミニウム（製品名：ＡＤ２０）ターゲットを用いた。【０１８５】
前述の表２の「抵抗率」欄には、得られた測定結果をまとめて示した。【０１８６】
（評価６  電子輸送性の評価）
以下の方法により、電子のみを流す素子、いわゆる電子オンリー素子を作製し、その特性を評価した。【０１８７】
電子オンリー素子は、ガラス基板上にボトム電極として陰極を配置し、ボトム電極上に電子輸送層を厚さ１５０ｎｍで配置し、電子輸送層上にトップ電極として陽極を、ボトム電極と直交するように配置して構成した。【０１８８】
陰極は、コベルコ科研製の直径２インチの２ｍｏｌ％Ｎｄ含有アルミニウム（製品名：ＡＤ２０）ターゲットを用い、Ｎｄ含有アルミニウムを厚さ８０ｎｍ、幅１ｍｍとなるようにスパッタ成膜して形成した。電子輸送層として、厚さ１５０ｎｍのＡｌｑ３の層を形成した。陽極は、アルミニウムを厚さ８０ｎｍとなるように真空蒸着して形成した。【０１８９】
電子オンリー素子の陰極と陽極に電圧を印加し、この際に生じる電流値を測定した。【０１９０】
図１５には、電子オンリー素子において得られた電流−電圧特性（「Ａｌｑ３」と表記）を示す。【０１９１】
なお、この図１５には、例２〜例７のサンプルにおける電流−電圧特性が同時に示されている。これらの電流−電圧特性は、各サンプルにおける前述の抵抗率から算定した。【０１９２】
算定には、以下の式（１）を用いた：
Ｉ／Ａ＝Ｅ／（ρ・Ｌ）      式（１）
ここでＩは電流密度、Ａは面積、Ｅは電圧、ρは抵抗率、Ｌは電子輸送層の厚さである。電子輸送層の厚さは１５０ｎｍとした。【０１９３】
図１５から、印加電圧が２０Ｖまでの範囲では、例２〜例７のサンプルは、電子輸送層にＡｌｑ３を用いた電子オンリー素子に比べて、電流値が数桁以上大きくなっていることがわかる。なお、図１５には、２０Ｖを超える電圧領域は示されていない。これは、このような大きな電圧の印加は、素子の劣化につながり実用的ではないからである。【０１９４】
図１５から、例２〜例７のサンプルにおける無機材料の膜を電子輸送層に用いた場合、厚さが１５０ｎｍであっても、有機ＥＬ素子として充分な電子輸送性を有することがわかった。【０１９５】
（例１０）
以下の方法により、有機ＥＬ素子を作製し、その特性を評価した。有機ＥＬ素子は、ガラス基板上にボトム電極として陰極を配置し、その上に順に、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層、およびトップ電極としての陽極を配置し、陽極側から光を取り出す構造とした。また、例１１においては、電子注入層、ホールブロック層、および電子ブロック層の形成は省略した。【０１９６】
まず、ガラス基板上に、陰極を形成した。ガラス基板としては、無アルカリガラス基板を用いた。洗浄したガラス基板およびメタルマスクを、スパッタ装置のチャンバー内に設置した。また、陰極成膜用のターゲットを、スパッタ装置のチャンバー内に設置した。陰極用のターゲットとしては、コベルコ科研製の直径２インチの２ｍｏｌ％Ｎｄ含有アルミニウム（製品名：ＡＤ２０）ターゲットを用いた。メタルマスクを用いて、ガラス基板上に、陰極を厚さ８０ｎｍ、幅１ｍｍとなるようにスパッタ成膜した。スパッタガスはＡｒ、スパッタガスの圧力は０．３Ｐａとし、スパッタカソードに電力５０Ｗを印加した。【０１９７】
次に、陰極上に、電子輸送層を形成した。メタルマスクは動かさずに、例７におけるスパッタ条件で、陰極が形成されたガラス基板上に、電子輸送層として厚さ１００ｎｍの無機材料の膜を成膜した。【０１９８】
次に、電子輸送層上に、発光層、ホール輸送層、ホール注入層を形成した。電子輸送層（および陰極）が形成されたガラス基板を、１０−４Ｐａ以下の高真空の雰囲気下で、スパッタ装置のチャンバーから真空蒸着用のチャンバーに搬送した。続けて、電子輸送層上に発光層としてＡｌｑ３を厚さ５０ｎｍ蒸着した。続けて、発光層上にホール輸送層としてα―ＮＰＤを厚さ５０ｎｍ蒸着した。続けて、ホール輸送層上にホール注入層としてＭｏＯｘを厚さ０．８ｎｍ蒸着した。【０１９９】
次に、ホール注入層上に、陽極を形成した。ホール注入層が形成されたガラス基板上に、陽極として金を厚さ１０ｎｍ、幅１ｍｍで蒸着した。蒸着時の真空度は約８×１０−６Ｐａであった。陽極は可視光を透過するので、陽極（トップ電極）側から光を取り出す構造となっている。【０２００】
なお、発光層、ホール輸送層およびホール注入層は、陰極および電子輸送層を完全に覆うように、メタルマスクを用いて形成した。陽極は、陰極と直交するように、メタルマスクを用いて形成した。幅１ｍｍの陰極と直交するように蒸着された幅１ｍｍの陽極の重複する１ｍｍ×１ｍｍの領域が、電圧印加により発光する領域である。【０２０１】
以上の工程を経て、ガラス基板、２ｍｏｌ％ネオジウムを含有したアルミニウムからなる陰極、無機材料の膜からなる電子輸送層、Ａｌｑ３からなる発光層、α−ＮＰＤからなるホール輸送層、ＭｏＯｘからなるホール注入層、および金からなる陽極を備える有機ＥＬ素子を作製した。【０２０２】
（有機ＥＬ素子の特性評価）
次に、得られた有機ＥＬ素子について、直流電圧を印加し、電流および輝度を測定した。測定は、窒素パージしたグローブボックス内において、有機ＥＬ素子の陰極と陽極の間に所定の値の電圧を印加した際に得られる輝度および電流値を測定することにより実施した。輝度測定には、ＴＯＰＣＯＭ社製の輝度計（ＢＭ−７Ａ）を使用した。【０２０３】
図１６には、有機ＥＬ素子において測定された電流−電圧−輝度特性を示す。有機ＥＬ素子は、８Ｖから輝度および電流密度が増加し、１２Ｖで輝度１５００ｃｄ／ｍ２、電流密度２．６Ａ／ｃｍ２であった。この結果から、厚さ１００ｎｍの無機材料の膜は、電子輸送層として機能することが確認された。このように厚い無機材料の電子輸送層を用いて、低電圧で、従来通りの効率が得られている事がわかる。この発光素子を光取り出し構造の上に形成すれば、更なる高効率発光素子が得られるとともに、厚い無機材料層により短絡が抑制できる。【０２０４】
以上、本発明の一実施形態による発光素子の構成例およびその製造方法の一例について説明した。【０２０５】
しかしながら、本発明による発光素子が、上記の例に限られないことは、当業者には明らかである。【０２０６】
例えば、本発明による発光素子において、光取り出し構造は、散乱層に限られるものではない。光取り出し構造として、回折構造、コルゲート構造、および低屈折率層など、従来から知られている光取り出し効率を高めるための各種構成を適用しても良い。【０２０７】
さらに、本発明による発光素子は、有機ＬＥＤ素子に限られるものではなく、発光素子は、発光層が無機材料等であっても良い。また発光素子に限らず、太陽電池等の発電素子の光利用効率向上に用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２０８】
本発明は、有機ＬＥＤ素子などの各種発光素子、および発電素子などに利用することができる。【０２０９】
本願は２０１４年９月１８日に出願した日本国特許出願２０１４−１９０３６０号に基づく優先権を主張するものであり同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。
【符号の説明】
【０２１０】
１        従来の有機ＬＥＤ素子
１０      ガラス基板
１２      光取り出し面
２０      散乱層
２１      ベース材
２４      散乱物質
３５      透明電極（陽極）
４０      有機層
４５      電子注入層
５０      電子輸送層
５５      有機発光層
６０      ホール輸送層
６５      ホール注入層
７０      反射性電極（陰極）
１００      第１の発光素子（有機ＬＥＤ素子）
１１０      透明基板
１１２      光取り出し面
１２０      散乱層
１２１      ベース材
１２４      散乱物質
１３５      透明電極（陰極）
１４０      有機層
１５０      電子輸送層
１５５      有機発光層
１６０      ホール輸送層
１６５      ホール注入層
１７０      反射性電極（陽極）
１８０      電子注入層
２００      第２の発光素子（有機ＬＥＤ素子）
２１０      透明基板
２１２      光取り出し面
２２０      散乱層
２２１      ベース材
２２４      散乱物質
２３５      透明電極
２４０      有機層
２４５      電子注入層
２５０      電子輸送層
２５５      有機発光層
２６０      ホール輸送層
２６５      ホール注入層
２７０      反射性電極
２８０      厚い無機材料の層
３００      第３の発光素子（有機ＬＥＤ素子）
３１０      透明基板
３１２      光取り出し面
３２０      散乱層
３２１      ベース材
３２４      散乱物質
３３５      透明電極（陽極）
３４０      有機層
３５０      電子輸送層
３５５      有機発光層
３６０      ホール輸送層
３６５      ホール注入層
３７０      反射性電極（陰極）
３８０      電子注入層
４００      第４の発光素子（有機ＬＥＤ素子）
４１０      透明基板
４１２      光取り出し面
４２０      散乱層
４２１      ベース材
４２４      散乱物質
４３５      透明電極（陽極）
４４０      有機層
４４５      電子注入層
４５０      電子輸送層
４５５      有機発光層
４６０      ホール輸送層
４６５      ホール注入層
４７０      反射性電極（陰極）
４８０      厚い無機材料の層
５００      発光素子
５１０      透明基板
５３５      下部透明電極
５４０      有機層
５５５      発光層
５７０      上部反射性電極
５９０      第１の層
５９２      第２の層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2016043084.tif 000019
【図１６】
2016043084.tif 000020
【国際調査報告】
2016043084.tif 000021
2016043084.tif 000022
2016043084.tif 000023
2016043084.tif 000024