(57)【要約】【課題】本発明は、色純度が高く、表示品位に優れる有機ＥＬ素子を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、透明基材と、上記透明基材上に形成された第１半透過電極層と、上記第１半透過電極層上に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層と、上記有機ＥＬ層上に形成された第２半透過電極層と、上記第２半透過電極層上に形成され、無機物からなる半透過膜厚調整層と、上記半透過膜厚調整層上に形成された反射層とを有することを特徴とする有機ＥＬ素子を提供することにより、上記目的を達成するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材と、前記透明基材上に形成された第１半透過電極層と、前記第１半透過電極層上に形成され、少なくとも発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層と、前記有機エレクトロルミネッセンス層上に形成された第２半透過電極層と、前記第２半透過電極層上に形成され、無機物からなる半透過膜厚調整層と、前記半透過膜厚調整層上に形成された反射層とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記反射層が導電性を有し、非表示領域に前記第２半透過電極層および前記反射層が接触している接触領域が設けられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記半透過膜厚調整層が、前記第２半透過電極層の酸化を防止する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記反射層がパターン状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記反射層が、前記第２半透過電極層の酸化を防止する機能を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第２半透過電極層が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方を含有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記半透過膜厚調整層の光学膜厚ｎｄが下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
ｎｄ＝λ×ｍ／４      （１）
（ここで、ｎは半透過膜厚調整層の屈折率、ｄは半透過膜厚調整層の膜厚、λは弱めたい波長、ｍは任意の奇数である。）
【請求項８】
前記無機物が、広いバンドギャップ半導体、金属酸化物、金属硫化物、または金属フッ化物であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学干渉を利用する有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光層を一対の電極の間に挟み、両電極間に電圧をかけて発光させる有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略す場合がある。）素子は、自己発色により視認性が高いこと、液晶素子と異なり全固体素子であるため耐衝撃性に優れていること、応答速度が速いこと、温度変化による影響が少ないこと、および、視野角が大きいことなどの利点を有しており、表示装置における発光素子としての利用が注目されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の構成は、陽極／発光層／陰極の積層構造を基本とする。また、有機ＥＬ素子としては、下部電極側から光を取り出すボトムエミッション型と、上部電極側から光を取り出すトップエミッション型とが知られている。
【０００４】
有機ＥＬ素子においては、発光色の色純度や発光効率を高めるために、上部電極または下部電極のいずれかを反射電極にしたり、透明基材と下部電極との間、あるいは上部電極上に反射層を設けたりすることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような有機ＥＬ素子では、下部電極および上部電極間で多重干渉が起こるので、発光色の色純度や発光効率を向上させることができるのである。
【０００５】
また、発光色の色純度や発光効率を向上させるために、下部電極および上部電極間の光学距離を調整することが開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。特許文献１および特許文献２においては、正孔輸送層と発光層と電子輸送層との合計光学膜厚、すなわち有機ＥＬ層の光学膜厚を調整することが開示されている。しかしながら、一般に、有機ＥＬ層を構成する各層の膜厚は各層に要求される機能に応じて適宜調整されるものであるので、さらに光学干渉を考慮して有機ＥＬ層の膜厚を設計するのは困難である。
【０００６】
特許文献１には、ボトムエミッション型およびトップエミッション型の有機ＥＬ素子が示されており、特許文献２には、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子が示されている。
ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子では、通常、上部電極には反射電極が用いられ、下部電極にはＩＴＯ膜等の透明電極が用いられるが、光学干渉を利用するボトムエミッション型の有機ＥＬ素子では、例えば、上部電極には反射電極が用いられ、下部電極には発光層からの光を一部透過し、一部反射する半透過反射電極が用いられる。特許文献２においては、半透過反射電極として、厚み１ｎｍ〜５０ｎｍ程度のＡｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ等を含む金属薄膜が例示されている。しかしながら、半透過反射電極には、ＩＴＯ等と同様の特性を有する金属を適切に選ぶ必要があり、材料選択が難しい。また、金属薄膜だけで所望の特性を得られない場合は、金属薄膜を表面処理する必要がある。
また、トップエミッション型の有機ＥＬ素子では、通常、上部電極にはＩＴＯ膜等の透明電極が用いられ、下部電極には反射電極が用いられるが、光学干渉を利用するトップエミッション型の有機ＥＬ素子では、例えば、下部電極には反射電極が用いられ、上部電極には発光層からの光を一部透過し、一部反射する半透過反射電極が用いられる。
【０００７】
さらに、光学干渉を利用する有機ＥＬ素子において、外光反射を低減するために、低反射率積層構造体を設けることが開示されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３においては、第１半透過性膜と第２半透過性膜と反射層とが積層された低反射率積層構造体を有する有機ＥＬ素子が開示されている。低反射率積層構造体では、光学干渉により反射光を弱めるように、第１半透過性膜および第２半透過性膜の膜厚が調整されている。
この低反射率積層構造体を有する有機ＥＬ素子の層構造としては、いくつかの態様がある。例えば、低反射率積層構造体が背面電極構造体として機能する、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子が示されている。この場合、第１半透過性膜が電極として機能してもよく、反射層が電極として機能してもよい。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子では、有機ＥＬ層を構成する材料が物理的もしくは化学的な環境変化に対してデリケートであり、しばしばダークスポットと呼ばれる非発光点が生じることがある。このため、ダークスポットの原因の一つである空気中の水分や酸素の侵入を防止する目的で、有機ＥＬ層上にガスバリア層を設けることが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１２７７２５号公報
【特許文献２】特開２００５−９３３２９号公報
【特許文献３】特開２００４−１５２７５１号公報
【特許文献４】特開平８−２７９３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献３においては、ガスバリア性について一切示されていない。また、第２半透過性膜が有機物から構成されているので、水蒸気や酸素に対するガスバリア性が十分であるとはいえない。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、色純度が高く、表示品位に優れる有機ＥＬ素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、透明基材と、上記透明基材上に形成された第１半透過電極層と、上記第１半透過電極層上に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層と、上記有機ＥＬ層上に形成された第２半透過電極層と、上記第２半透過電極層上に形成され、無機物からなる半透過膜厚調整層と、上記半透過膜厚調整層上に形成された反射層とを有することを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１３】
本発明によれば、半透過膜厚調整層の膜厚を発光層の発光波長に応じて適宜設定することにより、光学干渉によって、色純度を高めることができる。したがって、色純度を高めるために有機ＥＬ層の膜厚を設計する必要はないので、膜厚設計の自由度を高めることができる。
また本発明によれば、第２半透過電極層上に半透過膜厚調整層が形成されているので、周囲の水分や酸素から第２半透過電極層および有機ＥＬ層を保護することができる。特に、無機物からなる半透過膜厚調整層は、有機物からなる層に比較して、酸素や水蒸気に対するガスバリア性に優れている。したがって、例えば、第２半透過電極層が比較的反応性の高い金属を含有する場合には、金属の酸化を防ぐことができ、発光特性の低下を抑制することが可能である。また、ダークスポット等の発生を抑制し、表示品位を向上させることが可能である。
【００１４】
上記発明においては、上記反射層が導電性を有し、非表示領域に上記第２半透過電極層および上記反射層が接触している接触領域が設けられていることが好ましい。非表示領域に第２半透過電極層および反射層が接触している接触領域が設けられているので、第２半透過電極層を介して電流が流れるとともに、反射層をも介して電流が流れ、発光層に効率的に電荷を供給することができ、発光効率を向上させることができるからである。
【００１５】
また本発明においては、上記半透過膜厚調整層が、上記第２半透過電極層の酸化を防止する機能を有することが好ましい。上述したように、例えば、第２半透過電極層が比較的反応性の高い金属を含有する場合は、半透過膜厚調整層によって第２半透過電極層を保護し、周囲の水分や酸素による金属の酸化を効果的に防止することができるからである。
【００１６】
さらに本発明においては、上記反射層がパターン状に形成されていてもよい。このような構成とすることにより、反射層が設けられている領域と、反射層が設けられていない領域とで、発光色の色調を変えることができるからである。
【００１７】
また本発明においては、上記反射層が、上記第２半透過電極層の酸化を防止する機能を有することが好ましい。例えば、第２半透過電極層が比較的反応性の高い金属を含有する場合は、半透過膜厚調整層とともに、反射層によっても第２半透過電極層を保護することができ、周囲の水分や酸素による金属の酸化を効果的に防止することができるからである。
【００１８】
さらに本発明においては、上記第２半透過電極層が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方を含有することが好ましい。第２半透過電極層がアルカリ金属やアルカリ土類金属を含有する場合、アルカリ金属やアルカリ土類金属は比較的反応性が高いために酸化によって導電性が低下しやすいが、第２半透過電極層上には半透過膜厚調整層が形成されているので、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化を防止することができるからである。
【００１９】
また本発明においては、上記半透過膜厚調整層の光学膜厚ｎｄが下記式（１）を満たすことが好ましい。
ｎｄ＝λ×ｍ／４      （１）
（ここで、ｎは半透過膜厚調整層の屈折率、ｄは半透過膜厚調整層の膜厚、λは弱めたい波長、ｍは任意の奇数である。）
半透過膜厚調整層の光学膜厚が上記式を満たす場合には、特定の波長を光学干渉により弱めることができ、目的とする波長の色純度を高めることができるからである。
【００２０】
さらに本発明においては、上記無機物が、広いバンドギャップ半導体、金属酸化物、金属硫化物、または金属フッ化物であってもよい。これらの無機物は、有機ＥＬ層にダメージを与えない方法により成膜可能であるからである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明においては、半透過膜厚調整層の膜厚を発光層の発光波長に応じて適宜設定することによって色純度を高めることができ、色純度を高めるために有機ＥＬ層の膜厚を設計する必要はないので、膜厚設計の自由度を高めることができる。また、第２半透過電極層上に無機物からなる半透過膜厚調整層が形成されているので、周囲の水分や酸素から第２半透過電極層および有機ＥＬ層を保護することができ、発光特性および表示品位を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の有機ＥＬ素子および機能デバイスについて詳細に説明する。
【００２３】
Ａ．有機ＥＬ素子
本発明の有機ＥＬ素子は、透明基材と、上記透明基材上に形成された第１半透過電極層と、上記第１半透過電極層上に形成され、少なくとも発光層を含む有機ＥＬ層と、上記有機ＥＬ層上に形成された第２半透過電極層と、上記第２半透過電極層上に形成され、無機物からなる半透過膜厚調整層と、上記半透過膜厚調整層上に形成された反射層とを有することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の有機ＥＬ素子について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。図１に例示するように、有機ＥＬ素子１は、透明基材２上に、第１半透過電極層３と、正孔注入輸送層４および発光層５から構成される有機ＥＬ層６と、第２半透過電極層７と、半透過膜厚調整層８と、反射層９とがこの順に積層されたものである。この有機ＥＬ素子１は、発光層５で発生した光を透明基材２側から取り出すボトムエミッション型となっている。また、半透過膜厚調整層８は無機物から構成されている。
【００２５】
次に、図２を用いて、有機ＥＬ素子における光学干渉について説明する。図１に例示する有機ＥＬ素子では、様々な放射光が存在する。例えば図２に示すように、発光層５から前面（透明基材２側）に放射される光ａ、発光層５から後面（半透過膜厚調整層８側）に放射される光ｂ、発光層５から後面に放射されて、半透過膜厚調整層８および反射層９の界面で反射される光ｃ、発光層５から後面に放射されて、発光層５および第２半透過電極層７の界面で反射される光ｄ、発光層５から後面に放射されて、半透過膜厚調整層８および反射層９の界面で反射され、さらに半透過膜厚調整層８および第２半透過電極層７の界面で反射される光ｅなどがある。これらの光が干渉し、多重干渉が起こる。
【００２６】
光の干渉は、各層の膜厚および屈折率、ならびに発光層の発光波長に依存し、光が強め合ったり弱め合ったりする。また、この光の干渉によって、発光スペクトルが変化する。本発明においては、半透過膜厚調整層の膜厚を発光層の発光波長に対応させて適宜設定することにより、光学干渉を利用して、発光スペクトルを変化させ、色純度を向上させることができる。
【００２７】
例えば、発光層が緑色発光するものである場合であって、発光層で発生した緑色光が６３０ｎｍ付近の赤色光を含んでいる場合、緑色光の色純度は低くなる。この緑色光の色純度を高めるためには、６３０ｎｍ付近の赤色光を光の干渉によって弱めればよい。
【００２８】
ある波長λの光を光の干渉によって弱めるには、本発明の有機ＥＬ素子においては、簡単な場合、半透過膜厚調整層の光学膜厚を、弱めたい波長λの約ｍ／４倍（ｍは任意の奇数）にすればよい。半透過膜厚調整層の屈折率をｎ、膜厚をｄとすると、半透過膜厚調整層の光学膜厚はｎｄで与えられる。したがって、波長λの光を光の干渉によって弱めるには、下記式（１）の関係を満たすようにするとよい。
ｎｄ＝λ×ｍ／４      （１）
（ここで、ｎは半透過膜厚調整層の屈折率、ｄは半透過膜厚調整層の膜厚、λは波長、ｍは任意の奇数である。）
【００２９】
上記の緑色光の例においては、波長６３０ｎｍの赤色光を光の干渉によって弱めるには、下記式の関係を満たすようにするとよい。
ｎｄ＝６３０×ｍ／４＝１５７．５×ｍ
（ここで、ｎは半透過膜厚調整層の屈折率、ｄは半透過膜厚調整層の膜厚、ｍは任意の奇数である。）
この場合、半透過膜厚調整層にＺｎＳを用いるとすると、ＺｎＳの屈折率ｎが２．３５程度であるので、下記式が成り立つ。
２．３５×ｄ＝１５７．５×ｍ
∴  ｄ＝６７×ｍ＝６７、２０１、３３５、…
（ここで、ｄは半透過膜厚調整層の膜厚、ｍは任意の奇数である。）
したがって、半透過膜厚調整層の膜厚ｄは、６７ｎｍ、２０１ｎｍ、３３５ｎｍ、…  となる。
【００３０】
ここで、本発明者は、下記の実験を行った。ガラス基板／ＩＴＯ薄膜（厚み：１５０ｎｍ）／ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）薄膜（厚み：８０ｎｍ）／緑色発光の発光層（厚み：８０ｎｍ）／Ｃａ薄膜（厚み：２０ｎｍ）／ＺｎＳ薄膜（厚み：２００ｎｍ）／Ａｇ薄膜（厚み：１５０ｎｍ）が順次積層された有機ＥＬ素子Ａと、ガラス基板／ＩＴＯ薄膜（厚み：１５０ｎｍ）／ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）薄膜（厚み：８０ｎｍ）／緑色発光の発光層（厚み：８０ｎｍ）／Ｃａ薄膜（厚み：２０ｎｍ）／Ａｇ薄膜（厚み：１５０ｎｍ）が順次積層された有機ＥＬ素子Ｂとについて、発光スペクトルを測定した。有機ＥＬ素子Ａは半透過膜厚調整層としてＺｎＳ薄膜が形成されているものであり、有機ＥＬ素子ＢはＺｎＳ薄膜、すなわち半透過膜厚調整層が形成されていないものである。有機ＥＬ素子Ａにおいては、上述の式から求めたように、ＺｎＳを用いた半透過膜厚調整層の膜厚ｄを２００ｎｍとした。
有機ＥＬ素子Ａの発光スペクトルでは、ピーク波長が５３０ｎｍであり、スペクトル半値幅が３５ｎｍであった。これに対し、有機ＥＬ素子Ｂの発光スペクトルでは、ピーク波長が５４０ｎｍであり、スペクトル半値幅が７５ｎｍであった。これにより、上記式（１）の関係を満たす場合には、スペクトル半値幅が狭くなり、色純度が高くなることがわかった。
【００３１】
また、理想的な状態では、半透過膜厚調整層の膜厚ｄが厚いほど、弱め合う波長λの周期が小さくなり、発光スペクトルのスペクトル半値幅はより狭くなる。例えば、半透過膜厚調整層の膜厚が６７ｎｍの場合と２０１ｎｍの場合とでは、２０１ｎｍの場合の方がスペクトル半値幅が狭くなり、色純度が高くなる。
【００３２】
さらに、例えば、発光層が緑色発光するものである場合、緑色光の色純度を高めるためには、緑色光を光の干渉によって強めればよい。
ある波長λの光を光の干渉によって強めるには、本発明の有機ＥＬ素子においては、簡単な場合、半透過膜厚調整層の光学膜厚を、強めたい波長λの約ｍ´／４倍（ｍ´は任意の偶数）にすればよい。半透過膜厚調整層の屈折率をｎ、膜厚をｄとすると、半透過膜厚調整層の光学膜厚はｎｄで与えられる。したがって、波長λの光を光の干渉によって強めるには、下記式（２）の関係を満たすようにするとよい。
ｎｄ＝λ×ｍ´／４      （２）
（ここで、ｎは半透過膜厚調整層の屈折率、ｄは半透過膜厚調整層の膜厚、λは波長、ｍ´は任意の偶数である。）
【００３３】
このように本発明においては、半透過膜厚調整層の膜厚を発光層の発光波長に応じて適宜設定することによって色純度を高めることができ、色純度を高めるために有機ＥＬ層の膜厚を設計する必要はないので、膜厚設計の自由度を高めることができる。
【００３４】
また、本発明においては、第２半透過電極層上に半透過膜厚調整層が形成されているので、半透過膜厚調整層によって、周囲の水分や酸素から第２半透過電極層および有機ＥＬ層を保護することができる。特に、半透過膜厚調整層は無機物から構成されているので、有機物からなる層と比較して、酸素や水蒸気に対するガスバリア性に優れている。したがって、例えば、第２半透過電極層が比較的反応性の高い金属を含有する場合には、周囲の水分や酸素による金属の酸化を防止することができる。これにより、第２半透過電極層の電荷注入機能の低下を抑制し、発光特性の低下を抑制することができる。また、ダークスポット等の発生を抑制し、表示品位を向上させることができる。
【００３５】
さらに、本発明においては、第２半透過電極層が発光層からの光を一部透過し一部反射することによって多重干渉が起こるため、従来のように、多重干渉を起こすために第１半透過電極層（下部電極）を半透過反射電極とする必要がない。そのため、第１半透過電極層の材料選択が容易であり、また所望の特性を得るための表面処理を要しない。
以下、本発明の有機ＥＬ素子の各構成について説明する。
【００３６】
１．半透過膜厚調整層
本発明に用いられる半透過膜厚調整層は、第２半透過電極層と反射層との間に形成され、無機物からなるものである。
【００３７】
半透過膜厚調整層の形成材料としては、無機物が用いられる。この無機物としては、所定の膜厚において透明性を有するものであれば特に限定されるものではないが、水分や酸素等に対する安定性が比較的高いものであることが好ましい。このような半透過膜厚調整層であれば、水分や酸素等から、第２半透過電極層および有機ＥＬ層を効果的に保護することができるからである。すなわち、半透過膜厚調整層は、第２半透過電極層の酸化を防止する機能を有することが好ましいのである。
【００３８】
また、半透過膜厚調整層に用いられる無機物は、有機ＥＬ層にダメージを与えない方法により成膜可能なものであることが好ましい。これにより、半透過膜厚調整層形成時に有機ＥＬ層がダメージを受けることによって発光特性が低下するのを回避することができるからである。
【００３９】
さらに、半透過膜厚調整層に用いられる無機物は、導電性を有していてもよく、絶縁性を有していてもよい。
【００４０】
このような無機物としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ等の周期表の２族および６族の元素から構成される化合物などの広いバンドギャップ半導体；ＳｉＯ等の金属酸化物；金属硫化物；金属フッ化物などを挙げることができる。
【００４１】
図３に例示するように、第２半透過電極層７がパターン状に形成されている場合、半透過膜厚調整層８は、第２半透過電極層７のパターンのエッジを覆うように形成されていることが好ましい。例えば、第２半透過電極層が比較的反応性の高い金属を含有する場合、第２半透過電極層のパターンのエッジから金属の酸化が進行しやすい。これに対し、第２半透過電極層のパターンのエッジを覆うように半透過膜厚調整層が形成されている場合には、この第２半透過電極層のパターンのエッジから金属の酸化を防ぐことができる。
また、この場合、半透過膜厚調整層に用いられる無機物は、絶縁性を有することが好ましい。これにより、隣接する第２半透過電極層のパターン間での導通を防ぎ、クロストークの発生を抑えることができるからである。
【００４２】
また、半透過膜厚調整層は、可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における平均透過率が１０％以上であることが好ましく、より好ましくは４０％以上である。半透過膜厚調整層の膜厚を適宜設定することにより、光学干渉を利用して色純度を高めるためには、図２に例示するように、発光層からの発光が半透過膜厚調整層８を透過する必要があるからである。
なお、上記平均透過率は、紫外可視分光光度計（（株）島津製作所製  ＵＶ−２２００Ａ）を用い、室温、大気中で測定した値とする。
【００４３】
半透過膜厚調整層の厚みとしては、所望の色純度を得ることができる厚みであれば特に限定されるものではなく、半透過膜厚調整層に用いられる無機物の屈折率、発光層の発光波長等に応じて適宜設定される。なお、半透過膜厚調整層の厚みの決め方の一例については、上述した通りである。
具体的には、半透過膜厚調整層の厚みは、１ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。半透過膜厚調整層の厚みが上記範囲より薄いと、水分や酸素等から第２半透過電極層および有機ＥＬ層を保護することが困難となる場合があるからである。また、半透過膜厚調整層の厚みが上記範囲より厚いと、透過率が低下したり、成膜時間が長くなったりする場合があるからである。
【００４４】
半透過膜厚調整層の形成方法としては、有機ＥＬ層にダメージを与えない方法であることが好ましく、例えば、化学的気相成長法；真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的気相成長法が挙げられる。中でも、化学的気相成長法、真空蒸着法が好ましい。化学的気相成長法や真空蒸着法では、気体となった物質のもつ運動エネルギーが低いので、有機ＥＬ層に対して与えるエネルギーが小さいからである。
また、半透過膜厚調整層の形成方法として、塗布法を用いることもできる。さらに、半透過膜厚調整層がフィルム状に成形されている場合は、直接もしくは粘着剤を介して、第２半透過電極層上に半透過膜厚調整層を積層したり、転写したりすることもできる。
【００４５】
特に、半透過膜厚調整層の形成方法としては、真空蒸着法が好適である。真空蒸着法では、上述した利点があるだけではなく、酸素等の反応性を有する気体が導入されないからである。このため、第２半透過電極層が比較的反応性の高い金属を含有する場合であっても、この金属の酸化を回避することができる。
したがって、化学的気相成長法、スパッタリング法、イオンプレーティング法を用いる場合においても、酸素等の反応性を有する気体を導入せず、希ガス等の反応性のない気体を導入することが好ましい。
【００４６】
真空蒸着法としては、抵抗加熱蒸着法、フラッシュ蒸着法、アーク蒸着法、レーザー蒸着法、高周波加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法等を挙げることができる。
【００４７】
２．第２半透過電極層
本発明に用いられる第２半透過電極層は、有機ＥＬ層と半透過膜厚調整層との間に形成されるものである。また、図２に例示するように、第２半透過電極層７は、発光層からの発光を一部透過し、一部反射するものである。
【００４８】
第２半透過電極層は、陽極であってもよく陰極であってもよいが、通常は陰極とされる。一般に、有機ＥＬ素子を作製する際には、陽極側から積層する方が安定して有機ＥＬ素子を作製することができるからである。
【００４９】
第２半透過電極層としては、所定の膜厚において透明性を有し、かつ導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、比較的反応性の高い金属を含有することが好ましい。中でも、第２半透過電極層は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方を含有することが好ましい。特に、第２半透過電極層は、アルカリ金属単体、アルカリ土類金属単体、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、またはアルカリ金属の有機錯体を含有することが好ましい。
【００５０】
アルカリ金属およびアルカリ土類金属は酸化されやすく、金属の酸化により第２半透過電極層の電子注入機能が失われるおそれがある。これに対し、本発明においては第２半透過電極層上に半透過膜厚調整層が形成されているので、第２半透過電極層がアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する場合であっても、半透過膜厚調整層によって第２半透過電極層を保護することができ、周囲の水分や酸素によるアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化を防止することができる。
【００５１】
アルカリ金属単体またはアルカリ土類金属単体としては、例えば、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等が挙げられる。アルカリ金属の酸化物またはアルカリ土類金属の酸化物としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化リチウム等が挙げられる。アルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物としては、例えば、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化セシウム等が挙げられる。アルカリ金属の有機錯体としては、例えば、ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。
【００５２】
第２半透過電極層としては、単一層であってもよく、複数の層が積層されたものであってもよい。
【００５３】
単一層である第２半透過電極層としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ等のアルカリ金属単体またはアルカリ土類金属単体からなる単一膜、あるいは、ＭｇＡｇ等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属と比較的安定性の高い金属との合金からなる単一膜が例示される。なお、Ｃａ膜が電極として機能することについては、特許第３４７８８２４号公報、および、Appl. Phys. Lett., Vol.58, No.18, p.1982-1984 (1991) を参照することができる。
【００５４】
また、複数の層が積層されたものである第２半透過電極層としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属と、比較的安定性の高い金属との積層体；アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物またはアルカリ金属の有機錯体と、比較的安定性の高い金属との積層体；アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物またはアルカリ金属の有機錯体と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属との積層体；アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物またはアルカリ金属の有機錯体と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属と、比較的安定性の高い金属との積層体が例示される。具体的には、Ｃａ／Ａｇ、ＬｉＦ／Ａｌ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ／Ａｇ等が挙げられる。
【００５５】
上述した中でも、第２半透過電極層は、アルカリ金属単体またはアルカリ土類金属単体からなる単一膜、あるいは、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物またはアルカリ金属の有機錯体と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属との積層体であることが好ましい。特に、第２半透過電極層は、Ｃａからなる単一膜、あるいは、ＬｉＦ／Ｃａの積層体であることが好ましい。これらは、酸化に弱いが、導電性および透明性が比較的高いからである。
【００５６】
第２半透過電極層に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のような比較的反応性の高い金属を用いると、発光層への電子注入性を高めることができる。しかしながら、上述したように、アルカリ金属やアルカリ土類金属は比較的反応性が高いために、酸化によって導電性が低下しやすい。従来では、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化を防ぐために、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属またはそれらの化合物の膜の上にＡｇやＡｌ等の比較的安定性の高い金属の膜を積層したり、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属とＡｇやＡｌ等の比較的安定性の高い金属との合金の膜を用いたりしていた。しかしながら、膜中の比較的安定性の高い金属の含有量を増やすと、膜の透明性が低下する場合がある。本発明においては、半透過膜厚調整層によって第２半透過電極層に含まれるアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化を防ぐことができるため、第２半透過電極層が比較的安定性の高い金属を含有する場合には、その比較的安定性の高い金属の含有量、すなわち透明性を低下させる金属の含有量を少なくすることができる。
【００５７】
第２半透過電極層は、可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における平均透過率が１０％以上であることが好ましく、より好ましくは５０％以上である。半透過膜厚調整層の膜厚を適宜設定することにより、光学干渉を利用して色純度を高めるためには、図２に例示するように、発光層からの発光が第２半透過電極層７を一部透過し、一部反射する必要があるからである。なお、平均透過率の測定方法については、上記半透過膜厚調整層の項に記載した方法と同様である。
【００５８】
また、第２半透過電極層の厚みとしては、特に限定されるものではなく、用いる材料に応じて適宜設定される。具体的には、第２半透過電極層の厚みは、０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内である。第２半透過電極層の厚みが薄すぎると、抵抗が高くなる場合があり、第２半透過電極層の厚みが厚すぎると、透過率が低くなる場合があるからである。
【００５９】
第２半透過電極層の形成方法は、有機ＥＬ層にダメージを与えない方法であることが好ましい。なお、第２半透過電極層の形成方法については、上記半透過膜厚調整層の形成方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６０】
３．反射層
本発明に用いられる反射層は、半透過膜厚調整層上に形成されるものである。また、図２に例示するように、反射層９は、発光層からの発光を反射するものである。
【００６１】
反射層の形成材料としては、反射性を有するものであれば特に限定されるものではないが、水分や酸素等に対する安定性が比較的高いものであることが好ましい。このような反射層であれば、水分や酸素等から、第２半透過電極層および有機ＥＬ層を保護することができるからである。すなわち、反射層は、第２半透過電極層の酸化を防止する機能を有することが好ましいのである。
【００６２】
また、反射層の形成材料は、有機ＥＬ層にダメージを与えない方法により成膜可能なものであることが好ましい。これにより、反射層形成時に有機ＥＬ層がダメージを受けることによって発光特性が低下するのを回避することができるからである。
【００６３】
このような反射層の形成材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ等が挙げられる。
【００６４】
反射層は、導電性を有していてもよい。この場合、反射層の導電性は、第２半透過電極層の導電性よりも高いことが好ましい。具体的には、反射層の抵抗率を膜厚で割った値が、第２半透過電極層の抵抗率を膜厚で割った値以下であることが好ましい。この場合、図４に例示するように、非表示領域１２に第２半透過電極７および反射層９が接触している接触領域１３が設けられていることが好ましい。
【００６５】
図４に示す有機ＥＬ素子１において、第１半透過電極層３および第２半透過電極層７に電圧をかけると、電流が取り出し電極１０から第２半透過電極層７を介して有機ＥＬ層６に流れ、第２半透過電極層７が導電経路となる。このとき、非表示領域１２内の接触領域１３にて第２半透過電極層７と反射層９とが接触しているので、反射層９が第２半透過電極層７の導電性を補助し、電流が反射層９を介しても流れ、反射層９も導電経路となる。すなわち、非表示領域に設けられた反射層が第２半透過電極層のバス電極として機能し、電荷の伝導性を向上させるので、発光層に効率的に電荷を供給することができる。
【００６６】
また、図４に例示する有機ＥＬ素子１において、取り出し電極１０がＩＴＯ等の導電性無機酸化物からなるものである場合、第２半透過電極層７と取り出し電極１０とが接触している領域において、第２半透過電極層に含有される金属が、取り出し電極に含有される酸素と反応して酸化されることがある。この場合、第２半透過電極層および取り出し電極が接触している領域において、第２半透過電極層の導電性が低下するおそれがある。しかしながら、非表示領域１２に、第２半透過電極層７および反射層９が接触している接触領域１３が設けられているので、取り出し電極に含有される酸素の影響により部分的に第２半透過電極層の導電性が低下した場合であっても、反射層が第２半透過電極層の導電性の低下を補うことができる。
【００６７】
非表示領域において、反射層の抵抗が第２半透過電極層の抵抗よりも小さいと、取り出し電極、第２半透過電極層および反射層が導電経路となる。例えば、図４に示す有機ＥＬ素子１においては、電流は、取り出し電極１０から第２半透過電極層７および反射層９に流れ、そして第２半透過電極層７に流れて、発光層５に電子が供給される。また例えば、図５に示す有機ＥＬ素子１においては、電流は、取り出し電極１０から反射層９に流れ、そして第２半透過電極層７に流れて、発光層５に電子が供給される。このように、非表示領域に設けられた反射層が第２半透過電極層のバス電極として機能し、電荷の伝導性を向上させるので、発光層に効率的に電荷を供給することができる。
【００６８】
上記の反射層の形成材料の中でも、導電性が比較的高いものとして、Ａｇ、Ａｌが好ましく用いられる。
【００６９】
反射層９は、図１に例示するように、半透過膜厚調整層８上の全面に形成されていてもよく、図６に例示するように、半透過膜厚調整層８上にパターン状に形成されていてもよい。
図６に例示するように、反射層９がパターン状に形成されている場合には、反射層９が設けられている反射領域２１では、発光層からの発光が半透過膜厚調整層８および反射層９の界面で反射されるが、反射層９が設けられていない透過領域２２では、発光層からの発光が半透過膜厚調整層８をそのまま透過する。このため、反射領域２１と透過領域２２とで発光色の色調を変化させることができる。例えば、発光層が青色発光するものである場合であって、発光層から発生した青色光が緑色光を含んでいる場合、反射領域と透過領域とで、青色および青緑色というように、色調を変化させることができる。
【００７０】
反射層は、可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における平均反射率が１０％以上であることが好ましく、より好ましくは３０％以上である。反射率が上記範囲であれば、図２に例示するように、発光層からの発光を半透過膜厚調整層８と反射層９との界面で効率良く反射させることができるからである。
なお、反射率は、紫外可視分光光度計（（株）島津製作所製  ＵＶ−２２００Ａ）を用い、室温、大気中、エアリファレンスで測定した値とする。平均反射率については、可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における反射率を平均した値とする。
【００７１】
また、反射層の厚みとしては、特に限定されるものではなく、用いる材料に応じて適宜設定される。具体的には、反射層の厚みとしては、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。反射層の厚みが薄すぎると、反射率が低くなったり、抵抗が高くなったりする場合があり、反射層の厚みが厚すぎると、成膜時間が長くなる場合があるからである。
【００７２】
反射層の形成方法は、有機ＥＬ層にダメージを与えない方法であることが好ましい。なお、反射層の形成方法については、上記半透過膜厚調整層の形成方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７３】
４．有機ＥＬ層
本発明に用いられる有機ＥＬ層は、少なくとも発光層を含む１層もしくは複数層の有機層から構成されるものである。すなわち、有機ＥＬ層とは、少なくとも発光層を含む層であり、その層構成が有機層１層以上の層をいう。通常、塗布法で有機ＥＬ層を形成する場合は、溶媒との関係で多数の層を積層することが困難であることから、有機ＥＬ層は１層もしくは２層の有機層で構成される場合が多いが、溶媒への溶解性が異なるように有機材料を工夫したり、真空蒸着法を組み合わせたりすることにより、さらに多数層とすることも可能である。
【００７４】
発光層以外に有機ＥＬ層内に形成される有機層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層および電子輸送層を挙げることができる。正孔輸送層は、正孔注入層に正孔輸送機能を付与することにより、正孔注入層と一体化される場合が多い。また、電子輸送層は、電子注入層に電子輸送機能を付与することにより、電子注入層と一体化されることがある。
その他、有機ＥＬ層内に形成される有機層としては、キャリアブロック層のような正孔もしくは電子の突き抜けを防止し、さらに励起子の拡散を防止して発光層内に励起子を閉じ込めることにより、再結合効率を高めるための層等を挙げることができる。
【００７５】
このように有機ＥＬ層は種々の層を積層した積層構造を有することが多く、このような積層構造としては多くの種類がある。例えば、正孔注入輸送層／発光層のような積層構造が好ましい。
以下、有機ＥＬ層の各構成について説明する。
【００７６】
（１）発光層
本発明に用いられる発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有するものである。
【００７７】
発光層としては、青色、緑色、黄色、橙色、赤色等の単色発光するものであってもよく、複数色の混色により白色発光するものであってもよく、三原色の発光パターンが配列されたものであってもよい。
白色発光は、複数の発光体からの発光の重ねあわせにより得ることができる。白色発光する発光層は、例えば、所定のピーク波長を有する２種類の発光体の２色発光の重ねあわせにより白色発光を得るものであってもよく、所定のピーク波長を有する３種類の発光体の３色発光の重ねあわせにより白色発光を得るものであってもよい。
【００７８】
発光層が単色発光するものである場合は、半透過膜厚調整層の膜厚を発光波長に応じて適宜設定することにより、目的とする単一色の色純度を高くすることができる。
また、発光層が、白色発光するものである場合、および、三原色の発光パターンが配列されたものである場合は、半透過膜厚調整層の膜厚を発光波長に応じて適宜設定することにより、三原色のバランスを良くすることができる。
【００７９】
発光層の形成材料としては、通常、色素系発光材料、金属錯体系発光材料、または高分子系発光材料が用いられる。
【００８０】
色素系発光材料としては、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマーなどを挙げることができる。
【００８１】
金属錯体系発光材料としては、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｉｒ、Ｐｔ等、またはＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体を挙げることができる。この金属錯体としては、アルミニウムキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体、イリジウム金属錯体、プラチナ金属錯体等が挙げられる。具体的には、トリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）を用いることができる。
【００８２】
高分子系発光材料としては、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体、およびそれらの共重合体等を挙げることができる。また、上記色素系発光材料および金属錯体系発光材料を高分子化したものも挙げられる。
【００８３】
また、発光層中には、発光効率の向上、発光波長を変化させる等の目的で、蛍光発光または燐光発光するドーパントを添加してもよい。このようなドーパントとしては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体等を挙げることができる。
【００８４】
発光層の厚みとしては、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を発現することができる厚みであれば特に限定されるものではなく、１ｎｍ〜２００ｎｍ程度とすることができる。
【００８５】
発光層の形成方法としては、有機ＥＬ素子に要求される微細なパターンの形成が可能な方法であれば特に限定されるものではない。発光層の形成方法としては、例えば、蒸着法、印刷法、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、自己組織化法（交互吸着法、自己組織化単分子膜法）等を挙げることができる。中でも、蒸着法、スピンコート法、インクジェット法が好ましい。
【００８６】
有機ＥＬ素子を用いて、フルカラー表示またはマルチカラー表示の表示装置を作製する際には、異なる色を発光する発光層を微細な形状に形成した上、所定の配列で並べる必要があることから、発光層のパターニングを要することがある。発光層のパターニング方法としては、異なる発光色ごとに、マスキング法により塗り分けや蒸着を行う方法、印刷法またはインクジェット法により行う方法が挙げられる。また、配列した発光層間に隔壁を形成することにより、発光層をパターニングしてもよい。隔壁を形成する方法は、インクジェット法等によって発光層を形成する際に、発光材料が隣接する区域に濡れ広がらないという利点を有する。
このような隔壁の形成材料としては、感光性ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂等の光硬化型樹脂、または熱硬化型樹脂、および無機材料等を用いることができる。さらに、隔壁の形成材料の表面エネルギー（濡れ性）を変化させる処理を行ってもよい。
【００８７】
（２）正孔注入輸送層
本発明においては、発光層と陽極との間に正孔注入輸送層が形成されていてもよい。例えば図１に示すように、第１半透過電極層３が陽極である場合には、第１半透過電極層３と発光層５との間に正孔注入輸送層４が形成される。
【００８８】
正孔注入輸送層としては、陽極から注入された正孔を発光層内へ輸送することが可能な層であれば特に限定されるものではない。正孔注入輸送層は、正孔注入層および正孔輸送層のいずれか一方を有するものであってもよく、正孔注入層および正孔輸送層の両方を有するものであってもよく、正孔注入機能および正孔輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
【００８９】
正孔注入輸送層の形成材料は、陽極から注入された正孔を安定に発光層内へ輸送することができる材料であれば特に限定されるものではない。正孔注入輸送層の形成材料としては、例えばフェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系；酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどの酸化物；アモルファスカーボン；ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレンおよびこれらの誘導体等を挙げることができる。正孔注入輸送層の形成材料として、具体的には、ビス（Ｎ−（１−ナフチル−Ｎ−フェニル）ベンジジン（α−ＮＰＤ）、４，４，４−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）等を用いることができる。
【００９０】
正孔注入輸送層の厚みとしては、陽極から正孔を注入し、発光層へ正孔を輸送する機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されないが、具体的には、０．５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。
【００９１】
（３）電子注入層
本発明においては、発光層と陰極の間に電子注入層が形成されていてもよい。例えば、第２半透過電極層が陰極である場合には、発光層と第２半透過電極層との間に電子注入層が形成される。
【００９２】
電子注入層の形成材料は、発光層内への電子の注入を安定化させることができる材料であれば特に限定されるものではない。電子注入層の形成材料としては、例えばストロンチウム、カルシウム、リチウム、セシウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の金属単体；酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化リチウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物；フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物；ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム等のアルカリ金属の有機錯体などを挙げることができる。
【００９３】
上記の中でも、アルカリ土類金属のフッ化物が好ましい。アルカリ土類金属のフッ化物は、有機ＥＬ層の安定性および寿命を向上させることができるからである。これは、アルカリ土類金属のフッ化物が、上述したアルカリ金属の化合物やアルカリ土類金属の酸化物などに比べて水との反応性が低く、電子注入層の成膜中または成膜後における吸水が少ないためである。さらに、アルカリ土類金属のフッ化物が、上述したアルカリ金属の化合物に比べて融点が高く、耐熱安定性に優れるためである。
【００９４】
また、上述したように、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は酸化されやすく、金属の酸化により電子注入層の電子注入機能が失われるおそれがある。これに対し、本発明においては半透過膜厚調整層が形成されているので、電子注入層がアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有する場合であっても、電子注入層が半透過膜厚調整層によって保護され、周囲の水分や酸素による金属の酸化を防止することができる。
【００９５】
電子注入層の厚みとしては、上述したアルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物等の導電率および透過率を考慮すると、０．２ｎｍ〜１０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００９６】
（４）電子輸送層
本発明においては、発光層と陰極との間に電子輸送層が形成されていてもよい。例えば、第２半透過電極層が陰極である場合には、発光層と第２半透過電極層との間に電子輸送層が形成される。また、電子注入層が形成されている場合には、発光層、電子輸送層、電子注入層および第２半透過電極層の順に積層される。
【００９７】
電子輸送層の形成材料は、陰極または電子注入層から注入された電子を発光層内へ輸送することが可能な材料であれば特に限定されるものではない。電子輸送層の形成材料としては、例えばバソキュプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントロリン（Ｂｐｅｈｎ）等のフェナントロリン誘導体、またはトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）等のアルミキノリノール錯体などを挙げることができる。
【００９８】
５．第１半透過電極層
本発明に用いられる第１半透過電極層は、陽極であってもよく陰極であってもよいが、通常は陽極とされる。一般に、有機ＥＬ素子を作製する際には、陽極側から積層する方が安定して有機ＥＬ素子を作製することができるからである。
【００９９】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、第１半透過電極層側から光を取り出すボトムエミッション型であるので、第１半透過電極層は透明性を有する必要がある。第１半透過電極層は、可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）における平均透過率が１０％以上であることが好ましく、より好ましくは５０％以上である。
【０１００】
第１半透過電極層の形成材料としては、透明導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ等の導電性無機酸化物、金属がドープされたポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体等の導電性高分子、α−Ｓｉ、α−ＳｉＣなどを用いることもできる。
【０１０１】
第１半透過電極層の厚みとしては、特に限定されるものではなく、用いる透明導電性材料に応じて適宜設定される。具体的には、第１半透過電極層の厚みは、５ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは４０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内である。第１半透過電極層の厚みが薄すぎると、抵抗が高くなる場合があるからである。また、第１半透過電極層の厚みが厚すぎると、例えばパターニングされた第１半透過電極層の端部の段差により、第２半透過電極層が断線したり、第１半透過電極層および第２半透過電極層間で短絡が生じたりする可能性があるからである。
【０１０２】
第１半透過電極層の形成方法としては、例えば化学的気相成長法；真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的気相成長法が挙げられる。
【０１０３】
６．透明基材
本発明に用いられる透明基材は、第１半透過電極層、有機ＥＬ層、第２半透過電極層、半透過膜厚調整層、および反射層を支持するものである。
【０１０４】
上述したように、本発明の有機ＥＬ素子は、透明基材側から光を取り出すボトムエミッション型であるので、透明基材は透明性を有する必要がある。
【０１０５】
透明基材の形成材料としては、例えば、石英、ガラス、シリコンウェハ、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が形成されたガラス等の無機材料を挙げることができる。また、透明基材の形成材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の高分子材料を挙げることができる。
【０１０６】
上記の中でも、石英、ガラス、シリコンウェハ、またはスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が好ましい。これらの材料は２００℃以上の耐熱性を有しており、製造工程での透明基材温度を高くすることができるからである。特にＴＦＴを用いたアクティブ駆動表示装置を製造する場合、製造工程中に高温となるので、上記の材料を好適に用いることができる。
【０１０７】
透明基材の厚みとしては、用いる材料および有機ＥＬ素子の用途により適宜選択される。具体的には、透明基材の厚みは、０．００５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【０１０８】
また、透明基材に上述の高分子材料を用いた場合、この高分子材料から発生するガスによって有機ＥＬ層が劣化する可能性があることから、透明基材と第１半透過電極層との間にガスバリア層が形成されていることが好ましい。ガスバリア層の形成材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
【０１０９】
７．その他
本発明においては、上述したように、反射層の導電性が第２半透過電極層の導電性よりも高い場合には、非表示領域に反射層および第２半透過電極層が接触している接触領域が設けられていることが好ましい。接触領域は非表示領域内に設けられていればよく、接触領域の面積としては特に限定されるものではない。
【０１１０】
また、非表示領域において、反射層と第２半透過電極層とが接触していればよく、図４に例示するように第２半透過電極層７が取り出し電極１０と接触し、反射層９が取り出し電極１０に接触していなくてもよく、図５に例示するように反射層９が取り出し電極１０と接触し、第２半透過電極層７が取り出し電極１０に接触していなくてもよく、図示しないが第２半透過電極層および反射層の両方が取り出し電極と接触していてもよい。
【０１１１】
例えば、図４に示す有機ＥＬ素子１において、取り出し電極１０がＩＴＯ等の導電性無機酸化物からなるものである場合、第２半透過電極層７に含有される金属が、取り出し電極１０に含有される酸素と反応して酸化されることがある。この場合、取り出し電極と第２半透過電極層とが導通しにくくなる可能性がある。しかしながら、反射層が取り出し電極と接触している場合には、電流が、取り出し電極から反射層を介して流れ、さらに接触領域にて反射層から第２半透過電極層に流れるので、取り出し電極と第２半透過電極層とが導通しにくくなったとしても、安定して発光層に電荷を供給することができると考えられる。
【０１１２】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、マルチフォトンエミッションといわれる積層型の有機ＥＬ素子であってもよい。すなわち、本発明においては、第１半透過電極層と第２半透過電極層との間に、複数の有機ＥＬ層が設けられていてもよい。この場合、各有機ＥＬ層間には中間層が形成される。
【０１１３】
この中間層については、特開平１１−３２９７４８号公報、特開２００３−４５６７６公報、特開２００３−２７２８６０公報、特開２００４−３９６１７公報および特開２００５−１３５６００公報などを参考にすることができる。
【０１１４】
本発明の有機ＥＬ素子の用途としては、例えば、広告、照明、ディスプレイの表示部、ディスプレイのバックライト等を挙げることができる。
【０１１５】
Ｂ．機能デバイス
本発明の適用範囲は、上述した有機ＥＬ素子に限定されるものではない。本発明における第２半透過電極層、半透過膜厚調整層、および反射層は、キャリア（正孔と電子）の注入および輸送機能が必要とされ、光学干渉を利用するものであり、第２半透過電極層に含まれる金属の酸化を防止することが望まれる機能デバイスに対して、広く適用可能である。
【０１１６】
本発明の機能デバイスは、透明基材と、上記透明基材上に形成された第１半透過電極層と、上記第１半透過電極層上に形成され、電界もしくは電流により機能を発揮する機能層と、上記機能層上に形成された第２半透過電極層と、上記第２半透過電極層上に形成され、無機物からなる半透過膜厚調整層と、上記半透過膜厚調整層上に形成された反射層とを有することを特徴とするものである。
【０１１７】
本発明の機能デバイスとしては、具体的に、有機ＥＬ素子の他に、無機ＥＬ素子、有機薄膜太陽電池等を挙げることができる。
【０１１８】
本発明に用いられる機能層としては、電界もしくは電流により機能を発揮するものであれば特に限定されるものではなく、本発明の機能デバイスの種類に応じて適宜選択される。機能層として、具体的には、有機ＥＬ層の他に、無機ＥＬ層、太陽電池層、トランジスタ層、メモリ層等を挙げることができる。
【０１１９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１２０】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
【０１２１】
［実施例１］
ガラス基板上に、まず、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）の薄膜（厚み：１５０ｎｍ）をスパッタリング法により成膜して、陽極（第１半透過電極層）を形成した。陽極が形成された基板を洗浄し、ＵＶオゾン処理を施した。その後、大気中にて、ＩＴＯ薄膜上にポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（略称：「ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ」）の溶液をスピンコート法により塗布し、乾燥させて、正孔注入輸送層（厚み：８０ｎｍ）を形成した。次に、低酸素（酸素濃度：０．１ｐｐｍ以下）、低湿度（水蒸気濃度：０．１ｐｐｍ以下）状態のグローブボックス中にて、上記正孔注入輸送層上にフルオレン系コポリマー（アメリカン・ダイ・ソース社製、品番：ＡＤＳ１３３ＹＥ）の溶液をスピンコート法により塗布し、乾燥させて、発光層（厚み：８０ｎｍ）を形成した。
【０１２２】
発光層まで形成された基板に対し、真空中（圧力：５×１０−５Ｐａ）にて、発光層上にＣａの薄膜（厚み：２０ｎｍ）を抵抗加熱蒸着法により成膜し、第２半透過電極層（陰極）を形成した。
【０１２３】
次に、真空中（圧力：５×１０−５Ｐａ）にて、第２半透過電極層上に、ＺｎＳを抵抗加熱蒸着法により成膜し、半透過膜厚調整層（厚み：２００ｎｍ）を形成した。
このとき、半透過膜厚調整層の厚みは、下記式（１）より求めた。
ｎｄ＝λ×ｍ／４      （１）
（ここで、ｎは半透過膜厚調整層の屈折率、ｄは半透過膜厚調整層の膜厚、λは弱めたい波長、ｍは任意の奇数である。）
ＺｎＳの屈折率ｎは２．３５程度であり、緑色光の色純度を高めるために波長λ＝６３０ｎｍの赤色光を弱めるには、半透過膜厚調整層の膜厚ｄは
２．３５×ｄ＝６３０×２／４
∴  ｄ＝２０１（ｎｍ）
となる。
【０１２４】
さらに、半透過膜厚調整層上に、Ａｇの薄膜（厚み：１５０ｎｍ）を抵抗加熱蒸着法により成膜し、反射層を形成した。
【０１２５】
反射層形成後、低酸素（酸素濃度：０．１ｐｐｍ以下）、低湿度（水蒸気濃度：０．１ｐｐｍ以下）状態のグローブボックス中にて、無アルカリガラスにより封止し、有機ＥＬ素子を得た。
【０１２６】
得られた有機ＥＬ素子の陽極と陰極の間に電圧を印加し、基板平面に対して垂直な方向へ発光された光の放射スペクトル（発光スペクトル）を測定したところ、色度が（ｘ、ｙ）＝（０．３５、０．６１）であった。また、放射スペクトルは、ピーク波長が５３０ｎｍであり、スペクトル半値幅（ピーク波長の強度５０％でのスペクトルの幅）が３５ｎｍであった。
また、有機ＥＬ素子を肉眼で観察した範囲では、ダークスポット等の発光欠陥は生じていなかった。
【０１２７】
［比較例１］
実施例１において、半透過膜厚調整層を形成せず、第２半透過電極層上に直接Ａｇの薄膜を成膜した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【０１２８】
得られた有機ＥＬ素子の陽極と陰極の間に電圧を印加し、基板平面に対して垂直な方向へ発光された光の放射スペクトルを測定したところ、色度が（ｘ、ｙ）＝（０．４１、０．５７）であった。また、放射スペクトルは、ピーク波長が５４０ｎｍ付近であり、スペクトル半値幅が７５ｎｍであった。
実施例１および比較例１の結果から、半透過膜厚調整層を形成することによって、色度が変化し、スペクトル半値幅が小さくなることが確認された。
【０１２９】
［実験例１］
実施例１において、非表示領域にのみ反射層を形成した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子の陽極と陰極の間に電圧を印加し、発光状態を調べたところ、数日経過後も良好な発光が得られた。
【０１３０】
［実験例２］
実施例１において、ＺｎＳのかわりにＡｌｑ３を用いて半透過膜厚調整層を形成し、さらに非表示領域にのみ反射層を形成した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子の陽極と陰極の間に電圧を印加し、発光状態を調べたところ、１日経過後に発光が得られなくなった。
【０１３１】
実験例１，２より、半透過膜厚調整層にＡｌｑ３のような有機物を用いた場合、半透過膜厚調整層によって第２半透過電極層の酸化を十分に防ぐことができないため、時間の経過とともに第２半透過電極層が酸化劣化して発光が得られなくなることがわかった。一方、半透過膜厚調整層にＺｎＳのような無機物を用いた場合、半透過膜厚調整層によって第２半透過電極層の酸化を防止することができるため、数日経過後も良好な発光が持続することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す有機ＥＬ素子における光学干渉を説明する図である。
【図３】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１  …  有機ＥＬ素子
２  …  透明基材
３  …  第１半透過電極層
４  …  正孔注入輸送層
５  …  発光層
６  …  有機ＥＬ層
７  …  第２半透過電極層
８  …  半透過膜厚調整層
９  …  反射層
【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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