特許 7636963 有機発光素子、成膜方法、及び成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-18

(45)【発行日】2025-02-27

(54)【発明の名称】有機発光素子、成膜方法、及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H10K 50/828 20230101AFI20250219BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20250219BHJP

   H10K 50/15 20230101ALI20250219BHJP

   H10K 50/16 20230101ALI20250219BHJP

   H10K 50/17 20230101ALI20250219BHJP

   H10K 50/818 20230101ALI20250219BHJP

   H10K 71/16 20230101ALI20250219BHJP

   H10K 71/60 20230101ALI20250219BHJP

   H10K 102/10 20230101ALN20250219BHJP

   H10K 102/20 20230101ALN20250219BHJP

【ＦＩ】

H10K50/828

C23C14/14 G

H10K50/15

H10K50/16

H10K50/17

H10K50/17 171

H10K50/818

H10K71/16

H10K71/60

H10K102:10

H10K102:20

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021083747

(22)【出願日】2021-05-18

(65)【公開番号】P2022177474

(43)【公開日】2022-12-01

【審査請求日】2024-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】氏原 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】松崎 淳介

(72)【発明者】

【氏名】磯部 辰徳

【審査官】岩井 好子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００９／０４４６７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２０００４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０１２４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１６４９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７６７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４２２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０１６３４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－００３１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１１１４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６５８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１６６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００１５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３２６５１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００７３６２０（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｋ ５０／８２８

Ｃ２３Ｃ １４／１４

Ｈ１０Ｋ ５０／１５

Ｈ１０Ｋ ５０／１６

Ｈ１０Ｋ ５０／１７

Ｈ１０Ｋ ５０／８１８

Ｈ１０Ｋ ７１／１６

Ｈ１０Ｋ ７１／６０

Ｈ１０Ｋ １０２／１０

Ｈ１０Ｋ １０２／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トップエミッション型の有機発光素子であって、
陰極層と陽極層との間に設けられた発光層と、
前記陰極層と前記発光層との間に設けられた電子注入層と、
前記陽極層と前記発光層との間に設けられた正孔注入層と、
前記電子注入層と前記発光層との間に設けられた電子輸送層と、
前記正孔注入層と前記発光層との間に設けられた正孔輸送層と
を具備し、
前記陰極層は、スパッタリング層であり、Ａｇ及びＡｌの少なくとも１つを含む第１成分と、Ｍｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも１つを含む第２成分とを含み、厚みが１０ｎｍよりも大きく２０ｎｍ以下に構成され、
前記第１成分と前記第２成分とは固溶し、前記第２成分は、前記第１成分中に１０原子％～２０原子％で含有され、
前記電子注入層の側において、前記第２成分の濃度は、前記第１成分の濃度に比べて相対的に高く、
前記電子注入層の厚みは、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である
有機発光素子。

【請求項2】

請求項１に記載された有機発光素子であって、
前記電子注入層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、及びランタノイドの少なくとも１つを含む
有機発光素子。

【請求項3】

トップエミッション型の有機発光素子であって、
陰極層と陽極層との間に設けられた発光層と、
前記陰極層と前記発光層との間に設けられ、厚みが５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である電子注入層と、
前記陽極層と前記発光層との間に設けられた正孔注入層と、
前記電子注入層と前記発光層との間に設けられた電子輸送層と、
前記正孔注入層と前記発光層との間に設けられた正孔輸送層と
を具備する有機発光素子に含まれる前記電子注入層に対して前記陰極層を成膜する成膜方法であって、
Ａｇ及びＡｌの少なくとも１つを含む第１成分と、Ｍｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも１つを含む第２成分とを含有し、前記第１成分と前記第２成分とは固溶し、前記第２成分が前記第１成分中に１０原子％～２０原子％含有され、厚みが１０ｎｍよりも大きく２０ｎｍ以下に構成され、前記電子注入層の側において、前記第２成分の濃度が前記第１成分の濃度に比べて相対的に高い前記陰極層を前記電子注入層にスパッタリング成膜する
成膜方法。

【請求項4】

請求項３に記載された成膜方法であって、
成膜源として、前記第１成分を含む第１成膜源と、前記第２成分を含む第２成膜源とを準備し、
前記成膜源と前記電子注入層とを第１方向に対向させて、前記第１方向と交差する第２方向に前記電子注入層と前記成膜源とを相対移動させながら前記第１成膜源の成分と前記第２成膜源の成分とを含む前記陰極層を成膜する際、前記第1方向において前記第１成膜源よりも先に前記第２成膜源と前記電子注入層とが重なるように前記第１成膜源と前記第２成膜源とを前記第２方向に並べて成膜を実行する
成膜方法。

【請求項5】

トップエミッション型の有機発光素子に含まれる電子注入層に対して陰極層を成膜する成膜装置であって、
陽極層、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び厚みが５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である前記電子注入層の順に積層された積層体が設けられた基板であり、前記電子注入層が成膜源に向けて露出される前記基板を支持可能な基板ホルダと、
前記基板ホルダに第１方向において対向し、Ａｇ及びＡｌの少なくとも１つを含む第１スパッタリングターゲットと、Ｍｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも１つを含む第２スパッタリングターゲットとを有する成膜源と、
前記第１方向と交差する第２方向において、前記基板と前記成膜源とを相対移動させる移動機構とを具備し、
前記第１成分と前記第２成分とは固溶し、前記第２成分が前記第１成分中に１０原子％～２０原子％含有され、
前記電子注入層の側において、前記第２成分の濃度が前記第１成分の濃度に比べて相対的に高い前記陰極層を成膜する
成膜装置。

【請求項6】

請求項５に記載された成膜装置であって、
前記第１スパッタリングターゲットと前記スパッタリングターゲットとの間に、前記第１方向に延在する仕切板が設けられた
成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機発光素子、成膜方法、及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

有機発光素子では、発光層にカソード電極から電子を注入しアノード電極から正孔を注入し、発光層で電子と正孔とを再結合させて光を発生させる。ここで、有機発光素子のカソード電極（陰極層）として、極薄に構成された半透過性の銀層を用いる技術がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－３１７３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記技術では、極薄の銀層の膜厚を１０ｎｍとしているため、銀層が半透過性であっても層がアイランド状になりやすい。このため、半透過性とはいえ、陰極層の抵抗が高くなる場合がある。

【0005】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、光透過性に優れ、低抵抗の陰極層を含む有機発光素子、その陰極層を成膜する成膜方法及び成膜装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る有機発光素子は、陰極層と陽極層との間に設けられた発光層と、上記陰極層と上記発光層との間に設けられた電子注入層と、
上記陽極層と上記発光層との間に設けられた正孔注入層と、上記電子注入層と上記発光層との間に設けられた電子輸送層と、上記正孔注入層と上記発光層との間に設けられた正孔輸送層とを具備する。
上記陰極層は、スパッタリング層であり、Ａｇ及びＡｌの少なくとも1つを含む第１成分と、Ｍｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも1つを含む第２成分とを含み、厚みが１０ｎｍよりも大きく２０ｎｍ以下に構成されている。

【0007】

このような有機発光素子であれば、有機発光素子の陰極層が上記の第１成分及び第２成分で構成されたとしても、有機発光素子が低抵抗で光透過性に優れた陰極層を具備することになる。

【0008】

上記有機発光素子においては、上記陰極層においては、上記電子注入層の側において上記第２成分の濃度が上記第１成分の濃度に比べて相対的に高くてもよい。

【0009】

このような有機発光素子であれば、有機発光素子の発光層へのキャリア注入がさらに促進される。

【0010】

上記有機発光素子においては、上記陰極層においては、上記電子注入層から離れるにつれ、上記第２成分の濃度に対する上記第１成分の濃度が徐々に増加してもよい。

【0011】

このような有機発光素子であれば、有機発光素子の発光層へのキャリア注入がさらに促進される。

【0012】

上記有機発光素子においては、上記陰極層においては、上記電子注入層に上記第２成分から積層されて、上記第２成分と上記第１成分とが交互に積層されてもよい。

【0013】

このような有機発光素子であれば、有機発光素子の発光層へのキャリア注入がさらに促進される。

【0014】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、有機発光素子に含まれる電子注入層に対して陰極層を成膜する成膜方法である。
Ａｇ及びＡｌの少なくとも１つを含む第１成分を含有し、厚みが１０ｎｍよりも大きく２０ｎｍ以下に構成された上記陰極層が上記電子注入層にスパッタリング成膜される。

【0015】

このような成膜方法であれば、有機発光素子の陰極層が上記の第１成分で構成されたとしても、有機発光素子が低抵抗で光透過性に優れた陰極層を具備することになる。

【0016】

上記成膜方法においては、上記第１成分と、Ｍｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも１つを含む第２成分とを含有する上記陰極層を上記電子注入層にスパッタリング成膜してもよい。

【0017】

このような成膜方法であれば、有機発光素子の陰極層が第１成分及び第２成分で構成されたとしても、有機発光素子が低抵抗で光透過性に優れた陰極層を具備することになる。

【0018】

上記成膜方法においては、上記電子注入層の側において上記第２成分の濃度が上記第１成分の濃度に比べて相対的に高くなるように上記陰極層を形成してもよい。

【0019】

このような成膜方法によれば、有機発光素子において、有機発光素子の発光層へのキャリア注入がさらに促進される。

【0020】

上記成膜方法においては、成膜源として、上記第１成分を含む第１成膜源と、上記第２成分を含む第２成膜源とを準備し、上記成膜源と上記電子注入層とを第１方向に対向させて、上記第１方向と交差する第２方向に上記電子注入層と上記成膜源とを相対移動させながら上記第１成膜源の成分と上記第２成膜源の成分とを含む上記陰極層を成膜する際、上記第1方向において上記第１成膜源よりも先に上記第２成膜源と上記電子注入層とが重なるように上記第１成膜源と上記第２成膜源とを上記第２方向に並べて成膜を実行してもよい。

【0021】

このような成膜方法によれば、有機発光素子において、有機発光素子の発光層へのキャリア注入がさらに促進される。

【0022】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、基板ホルダと、成膜源と、移動機構とを具備する。
上記基板ホルダは、有機発光素子に含まれる電子注入層が成膜源に向けて露出される基板を支持することができる。
上記成膜源は、上記基板ホルダに第１方向において対向し、Ａｇ及びＡｌの少なくとも1つを含む第１スパッタリングターゲットと、Ｍｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも1つを含む第２スパッタリングターゲットとを有する。
上記移動機構は、上記第１方向と交差する第２方向において、上記基板と上記成膜源とを相対移動させる。

【0023】

このような成膜装置を用いれば、有機発光素子の陰極層が第１成分及び第２成分で構成されたとしても、有機発光素子が低抵抗で光透過性に優れた陰極層を具備することになる。

【0024】

上記成膜装置においては、上記第１スパッタリングターゲットと上記スパッタリングターゲットとの間に、上記第１方向に延在する仕切板が設けられてもよい。

【0025】

このような成膜装置を用いれば、第１成膜源６１及び第２成膜源６２のそれぞれのスパッタリング粒子が互いに干渉せず、第１成膜源６１及び第２成膜源６２のそれぞれの放出量が安定する。

【発明の効果】

【0026】

以上述べたように、本発明によれば、光透過性に優れ、低抵抗の陰極層を含む有機発光素子、その陰極層を成膜する成膜方法及び成膜装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本実施形態の有機発光素子を示す模式的断面図である。

【図2】陰極層と電子注入層との界面から陰極層の表面までの第１成分の濃度と第２成分の濃度との関係を示すグラフである。

【図3】本実施形態の成膜方法が実行される成膜装置の要部の模式的断面図である。

【図4】本実施形態の成膜方法を示す模式的断面図である。

【図5】図（ａ）は、Ａｇスパッタリング層における光透過率（％）を示すグラフである。図（ｂ）は、ＡｇＭｇスパッタリング層における光透過率（％）を示すグラフである。横軸は、透過光の波長である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。

【0029】

図１は、本実施形態の有機発光素子を示す模式的断面図である。図１には、一例として、トップエミッション方式の有機発光素子１の要部が示されている。

【0030】

有機発光素子１は、発光層（ＥＭＬ）１０と、電子輸送層（ＥＴＬ）２１と、正孔輸送層（ＨＴＬ）２２と、電子注入層（ＥＩＬ）３１と、正孔注入層（ＨＩＬ）３２と、陰極層４１と、陽極層４２とを具備する。有機発光素子１においては、陽極層４２から陰極層４１に向かって正孔注入層３２、正孔輸送層２２、発光層１０、電子輸送層２１、及び電子注入層３１の順で積層されている。

【0031】

発光層１０は、陰極層４１と陽極層４２との間に設けられている。電子注入層３１は、陰極層４１と発光層１０との間に設けられている。正孔注入層３２は、陽極層４２と発光層１０との間に設けられている。電子輸送層２１は、電子注入層３１と発光層１０との間に設けられている。正孔輸送層２２は、正孔注入層３２と発光層１０との間に設けられている。

【0032】

有機発光素子１において、陰極層４１から発光層１０で発光した光が取り出される。陰極層４１の反対側、すなわち、陽極層４２の下には、有機発光素子１を支持する支持基板（不図示）が配置されている。基板には、薄膜トランジスタ、配線等の回路、層間絶縁層等が配置されている（いずれも不図示）。支持基板は、可撓性基板でもよく、可撓性のない板状基板でもよい。

【0033】

陰極層４１は、光透過性に優れ、低抵抗の導電層で構成される。陰極層４１は、減圧雰囲気下で形成されたスパッタリング層（スパッタリング膜とも呼称される）であり、厚みが１０ｎｍよりも大きく２０ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ以上２０ｎｍ以下で構成される。陰極層４１の材料は、Ａｇ及びＡｌの少なくとも１つを含む。但し、陰極層４１の仕事関数を低減させる観点からは、陰極層４１の材料は、Ａｇ及びＡｌの少なくとも１つを含む第１成分と、Ｍｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも１つを含む第２成分とを含有させたほうが好ましい。第２成分は、第１成分中に１０原子％～２０原子％含有される。

【0034】

電子注入層３１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、及びランタノイドの少なくとも１つを含む。例えば、電子注入層３１は、ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＮａＦ、Ｃａ、Ｂａ、Ｙｂの少なくとも１つを含む。電子注入層３１の厚みは、光透過を高めるために、極薄に構成されており、例えば、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。

【0035】

陽極層４２と陰極層４１とに電圧が印加されると、正孔注入層３２から正孔輸送層２２に正孔が注入され、電子注入層３１から電子輸送層２１に電子が注入される。続いて、正孔輸送層２２を移動した正孔と、電子輸送層２１を移動した電子とが発光層１０で再結合し、発光層１０で光が生成される。発光層１０で生成された光は、発光層１０から陽極層４２及び陰極層４１のそれぞれの側に放出される。

【0036】

有機発光素子１は、トップエミッション型であり、正孔注入層３２、正孔輸送層２２、発光層１０、電子輸送層２１、電子注入層３１、及び陰極層４１は、発光光に対する光透過率が高く構成されている。また、陽極層４２は、発光光を反射するように構成されている。これにより、発光層１０から直接陰極層４１に向かう発光光と陽極層４２によって跳ね返された発光光とが合成し、有機発光素子１内の発光光が陰極層４１を透過して、有機発光素子１の外部に放出される。

【0037】

陰極層４１は、第１成分と第２成分とが固溶し、第１成分に第２成分が均等に分散された合金層である。あるいは、陰極層４１は、電子注入層３１の側において第２成分の濃度（原子％）が第１成分の濃度（原子％）に比べて相対的に高く構成されてもよい。なお、陰極層４１が第１成分のみの金属層である構成も本実施形態に含まれる。

【0038】

例えば、図２（ａ）、（ｂ）には、陰極層と電子注入層との界面から陰極層の表面までの第１成分の濃度と第２成分の濃度との関係が示されている。

【0039】

図２（ａ）に示すように、陰極層４１においては、電子注入層３１から離れるにつれ、第２成分の濃度（原子％）に対する第１成分の濃度（原子％）が徐々に増加してもよい。例えば、電子輸送層２１の側から陰極層４１の側に向かって、第２成分の濃度に対する第１成分の濃度が徐々に増加している。図２（ａ）には、深さと、第１成分の濃度または第２成分の濃度との関係として、一次の線形関数が示されているが、第２成分の濃度に対する第１成分の濃度は、界面から表面に向かって、ｎ次の線形関数で増加してもよく、段階的に増加してもよい。

【0040】

または、図２（ｂ）に示すように、陰極層４１においては、電子注入層３１に第２成分から積層されて、第２成分と第１成分とが交互に積層されてもよい。ここで、第２成分と第１成分とが交互に積層された場合は、図２（ｂ）に示すように、電子注入層３１から離れるにつれ、第２成分の厚みが薄くなり、第１成分の厚みが厚くなるように構成されてもよい。または、第２成分と第１成分とが交互に積層された場合は、第２成分の厚みと第１成分の厚みとが同じ厚みで交互に積層されてもよい。以下に、図２（ａ）に示す濃度分布を有する陰極層４１の製造方法について説明する。

【0041】

図３は、本実施形態の成膜方法が実行される成膜装置の要部の模式的断面図である。図３には、有機発光素子１に含まれる電子注入層３１に対して陰極層４１を成膜する成膜装置１００が示されている。図３においては、成膜時に、成膜源６０と、基板９１または基板ホルダ９０とが対向する方向をＺ軸方向（第１方向）としている。また、基板９１と成膜源６０とを相対移動する方向をＹ軸方向（第２方向）とする。第１方向と第２方向とは交差（例えば、直交）する。

【0042】

成膜装置１００は、基板ホルダ９０と、成膜源６０と、移動機構７０と、防着板９５とを具備する。基板ホルダ９０は、基板９１を支持可能とする。基板９１の成膜面には、有機発光素子１の発光層１０、電子輸送層２１、電子注入層３１、正孔輸送層２２、正孔注入層３２、及び陽極層４２が既に形成された積層体５０が設けられている。

【0043】

成膜時、基板９１は成膜源６０に対し防着板９５によって遮蔽されず、防着板９５がＹ軸方向において途切れた開口９６で露出する。基板９１においては、有機発光素子１に含まれる電子注入層３１が成膜源６０に向けて露出されている。電子注入層３１は、マスクパターン（不図示）から露出されてもよい。

【0044】

成膜源６０は、第１成膜源６１と、第２成膜源６２と、第１成膜源６１に対向するシャッタ６７と、第２成膜源６２に対向するシャッタ６８とを有する。例えば、第１成膜源６１は、第１成分としてのＡｇ及びＡｌの少なくとも１つを含むスパッタリングターゲットである。第２成膜源６２は、第２成分としてのＭｇ、Ｌｉ、及びＣａの少なくとも１つを含むスパッタリングターゲットである。

【0045】

第１成膜源６１及び第２成膜源６２のそれぞれのスパッタリングターゲットは、プレーナ型ターゲットである。第１成膜源６１及び第２成膜源６２は、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に交差（例えば、直交）するＸ軸方向に延在する。すなわち、スパッタリングターゲットは、Ｘ軸方向に長手方向を有している。スパッタリングターゲットにおいては、基板９１と対向する面がスパッタリング面とされる。

【0046】

また、スパッタリング面とは反対側のスパッタリングターゲットのそれぞれの背後には、マグネット機構６７が設けられている。これにより、成膜装置１００においては、マグネトロンスパッタリング成膜が可能になる。マグネット機構６７は、スパッタリングターゲットの背後においてＹ軸方向に揺動することもできる。第１成膜源６１及び第２成膜源６２のそれぞれには、図示しない電源から独立して放電電力が供給される。

【0047】

成膜装置１００では、基板９１に形成された電子注入層３１と成膜源６０とが相対移動する際、Ｚ軸方向において第１成膜源６１よりも先に第２成膜源６２と基板９１とが重なるように、第１成膜源６１と第２成膜源６２とがＹ軸方向に並設されている。第１成膜源６１と第２成膜源６２との間には、Ｚ軸方向に延在する仕切板６５が設けられている。仕切板６５は、Ｘ軸方向にも延在する。仕切板６５は、Ｘ軸方向に長手方向を有している。

【0048】

移動機構７０は、Ｚ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）において、基板９１と成膜源６０とを相対移動させる。例えば、移動機構７０は、Ｚ軸方向と直交するＹ軸方向において、基板９１と成膜源６０とを相対移動させる。例えば、基板ホルダ９０及び防着板９５が固定され、成膜源６０が走査方向に移動する。なお、成膜源６０が開口９６の下で固定されて、基板ホルダ９０及び基板ホルダ９０がＹ軸方向に移動してもよい。

【0049】

図４（ａ）～図４（ｃ）は、本実施形態の成膜方法を示す模式的断面図である。図４（ａ）～図４（ｃ）では、シャッタ６７、６８がともに開の状態であるため、シャッタ６７、６８が略されている。

【0050】

有機発光素子１に含まれる電子注入層３１に対して陰極層４１の成膜を試みる場合、例えば、２元成膜源によるスパッタリグ成膜が実行される。例えば、成膜源６０として、第１成分を含む第１成膜源６１と、第２成分を含む第２成膜源６２とが準備される。なお、スパッタリグ成膜での成膜源６０の走査は、片道１回とする。基板９１は、例えば、１．５ｍ～３．０ｍ（Ｙ軸方向）、１．５ｍ～３．５ｍ（Ｘ軸方向）の大型基板である。基板９１が成膜源６０と対向する最表面には、電子注入層３１が形成されている。

【0051】

本実施形態の成膜方法では、成膜源６０と電子注入層３１とをＺ軸方向に対向させて、第１成膜源６１と第２成膜源６２との双方に放電電力が供給される。そして、Ｙ軸方向に電子注入層３１と成膜源６０とを相対移動させながら、第１成膜源６１の第１成分と第２成膜源６２の第２成分とが電子注入層３１に成膜される。

【0052】

例えば、図４（ａ）に示すように、成膜源６０においては、成膜源６０を走査方向に移動させた場合、Ｚ軸方向において第１成膜源６１よりも先に第２成膜源６２と電子注入層３１とが重なるように第１成膜源６１と第２成膜源６２とが並べられている。

【0053】

これにより、基板９１上の任意の位置Ｐ１では、成膜当初に第２成膜源６２から放出されるスパッタリング粒子６２ｓが優先的に電子注入層３１に堆積する。また、成膜の中期では、図４（ｂ）に示すように、第２成膜源６２から放出されるスパッタリング粒子６２ｓと第１成膜源６１から放出されるスパッタリング粒子６１ｓとが電子注入層３１に堆積する。そして、成膜後期では、図４（ｃ）に示すように、第１成膜源６１から放出されるスパッタリング粒子６１ｓが電子注入層３１に優先的に成膜される。この結果、図２（ａ）に示す濃度分布を持った陰極層４１が電子注入層３１上に形成される。

【0054】

放電ガスとしては、Ａｒガスが用いられる。放電電力は、第１成膜源６１：０．５Ｗ／ｃｍ^２～１０Ｗ／ｃｍ^２、第２成膜源６２：０．５Ｗ／ｃｍ^２～１０Ｗ／ｃｍ^２である。放電電力は、ＤＣ電力でもよく、パルスＤＣ電力でもよく、ＡＣ電力（ＲＦ、ＶＨＦ等）でもよい。成膜圧力は、０．２Ｐａ～３．０Ｐａである。基板と成膜源との距離（Ｔ／Ｓ）は、９ｃｍ～３０ｃｍである。ターゲット長（ターゲットのＸ軸方向の長さ）は、１８０ｃｍ～３５０ｃｍである。走査速度は、２００ｃｍ／分～１０００ｃｍ／分である。第１成膜源６１または第２成膜源６２による基板９１上の成膜速度は、１０ｎｍ／秒～１００ｎｍ／秒である。成膜温度は、２５℃～８０℃である。成膜速度は、第１成膜源６１及び第２成膜源６２において同じ成膜速度に設定されてもよく、異なる成膜速度に設定されてもよい。

【0055】

また、第２成分と第１成分とが交互に積層した陰極層４１を成膜する場合は、以下のように成膜源６０が制御される。例えば、第１成膜源６１のシャッタ６７を閉状態または第１成膜源６１への電力供給をせずに、第２成膜源６２のシャッタ６８が開状態とされ、第２成膜源６２に所定の電力が供給される。そして、電子注入層３１と成膜源６０とを相対移動させながら、スパッタリング粒子６２ｓを第２成膜源６２から放出させて第２成分を電子注入層３１に成膜する。この際、第２成分の厚みは、第２成膜源６２に投入される電力または走査速度を制御することで調整される。

【0056】

次に、第２成膜源６２のシャッタ６８を閉状態または第２成膜源６２への電力供給をせずに、第１成膜源６１のシャッタ６７を開状態で第１成膜源６１に所定の電力が供給される。そして、電子注入層３１と成膜源６０とを相対移動させながら、スパッタリング粒子６１ｓを第１成膜源６１から放出させて第１成分を電子注入層３１に成膜する。この際、第１成分の厚みは、第１成膜源６１に投入される電力または走査速度を制御することで調整される。

【0057】

この第２成膜源６２による成膜と、第１成膜源６１による成膜とを交互に繰り返すことで、第２成分と第１成分とが交互に積層した陰極層４１が電子注入層３１に形成される。なお、第１成分で構成された陰極層４１を形成する場合は、第１成膜源６１のみを用いて、基板９０にスパッタリング層、すなわち陰極層４１を形成すればよい。

【0058】

有機発光素子１においては、電子輸送層２１と電子注入層３１との界面での電子に対するエネルギー障壁を下げるために、電子注入層３１の材料として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、及びランタノイドの少なくとも１つを含む材料が用いられる。

【0059】

また、有機発光素子１においては、陰極層４１として、厚みが１０ｎｍよりも大きく２０ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の極薄の金属層または合金層を用いる。これにより、陰極層４１の光透過率が高くなり、陰極層４１から放出される発光光の光透過性が向上する。

【0060】

さらに、陰極層４１においては、ＡｇまたはＡｌよりも仕事関数が小さい、第２成分のＭｇ等が含まれる。この場合、Ａｇ単体の陰極層に比べて有機発光素子１に含まれる発光層１０に、より多くのキャリア（電子）を注入することできる。この結果、有機発光素子１の輝度がより増加する。例えば、電子注入層３１の側において第２成分の濃度が第１成分の濃度に比べて相対的に高くなるように陰極層４１を形成することにより、発光層１０へのキャリアの注入効果がより促進する。

【0061】

また、本実施形態では、成膜時には、坩堝を利用する蒸着法ではなく、スパッタリング法によって陰極層４１が形成される。これにより、陰極層４１は、蒸着法で起き得る輻射熱によるマイグレーション効果が抑制されて、アイランド状になりにくい。このため、陰極層４１は、極薄ではあっても平坦な連続層となって、低抵抗な層になる。

【0062】

例えば、厚みが２０ｎｍで構成されたＡｇ蒸着膜と、厚みが２０ｎｍで構成されたＡｇスパッタリング膜とを比較すると、Ａｇ蒸着膜のシート抵抗は、３．０Ω／ｓｑ、比抵抗は、６．０μΩ・ｃｍであるのに対し、Ａｇスパッタリング膜のシート抵抗は、２．２Ω／ｓｑとなり、比抵抗は、４．４μΩ・ｃｍとなることが判明している。このときの光透過率は、Ａｇ蒸着膜及びＡｇスパッタリング膜においてともに３４％（５５０ｎｍ）であった。さらに、Ａｇスパッタリング膜の厚みを１５ｎｍとすると、光透過率が４８％（５５０ｎｍ）にまで上昇することが判明している。

【0063】

特に、陰極層４１を第１成分と第２成分とで構成する場合は、例えば、成膜時に第１成分（例えば、Ａｇ）に第２成分（例えば、Ｍｇ）が固溶されることで、スパッタリング層が凝集される効果が抑えられる。

【0064】

また、本実施形態では、スパッタリング法を採用することにより、陰極層４１の下地である有機層（電子注入層３１、電子輸送層２１、発光層１０、正孔輸送層２２、正孔注入層３２）が坩堝からの熱輻射の影響を受けにくくなり、有機層の熱ダメージが抑制される。この結果、信頼性の高い有機発光素子が提供される。

【0065】

また、本実施形態では、第１成膜源６１と第２成膜源６２とが仕切板６５によって仕切られている。このため、成膜中、第１成膜源６１から放出するスパッタリング粒子６１ｓは、第２成膜源６２のターゲット表面に付着しにくく、第２成膜源６２から放出するスパッタリング粒子６２ｓは、第１成膜源６１のターゲット表面に付着しにくい。

【0066】

これにより、成膜中には、第１成膜源６１及び第２成膜源６２のそれぞれのターゲット表面でプラズマ放電が安定し、時間毎における第１成膜源６１及び第２成膜源６２のそれぞれのスパッタリング粒子が互いに干渉せず、それぞれの放出量が安定する。また、スパッタリング粒子６１ｓは、第２成膜源６２に付着しにくく、スパッタリング粒子６２ｓは、第１成膜源６１に付着しにくくなることから、図２（ａ）、（ｂ）に示す濃度分布を確実に形成できる。

【0067】

特に、電子注入層３１に含まれるアルカリ金属等は、微量の酸素、水等によって酸化されやすい。本実施形態では、ＩＴＯ等の酸素を含む透明導電層を陰極層４１とせず、金属層または合金層で構成された陰極層４１が電子注入層３１に形成される。これにより、電子注入層３１は酸化されにくく、その劣化が抑制される。

【0068】

図５（ａ）は、Ａｇスパッタリング層における光透過率（％）を示すグラフである。図５（ｂ）は、ＡｇＭｇスパッタリング層における光透過率（％）を示すグラフである。横軸は、透過光の波長である。

【0069】

ここで、基材としては、石英板を用い、この石英板の上に以下のスパッタリング層が形成されたとした。
サンプル１：Ａｇ金属層（１０ｎｍ）
サンプル２：Ａｇ金属層（１５ｎｍ）
サンプル３：Ａｇ金属層（２０ｎｍ）
サンプル４：ＡｇＭｇ合金層（１０ｎｍ、Ａｇ中のＭｇ含有量は１０原子％相当）
サンプル５：ＡｇＭｇ合金層（１５ｎｍ、Ａｇ中のＭｇ含有量は１０原子％相当）
サンプル６：ＡｇＭｇ合金層（２０ｎｍ、Ａｇ中のＭｇ含有量は１０原子％相当）

【0070】

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、Ａｇ金属層及びＡｇＭｇ合金層を問わず、その厚みを減少させることで、Ａｇ金属層及びＡｇＭｇ合金層の光透過率が増加することが分かる。また、サンプル１、４は同じ厚みであり、サンプル２、５は同じ厚みであり、サンプル３、６は同じ厚みであることから、Ａｇ金属層と、ＡｇＭｇ合金層とにおいて、同じ厚みであっても、ＭｇをＡｇに混合させることで、光透過率が相対的に上昇することが分かった。

【0071】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

【符号の説明】

【0072】

１…有機発光素子
１０…発光層
２１…電子輸送層
２２…正孔輸送層
３１…電子注入層
３２…正孔注入層
４１…陰極層
４２…陽極層
５０…積層体
６０…成膜源
６１…第１成膜源
６１ｓ…スパッタリング粒子
６２…第２成膜源
６２ｓ…スパッタリング粒子
６５…仕切板
６７、６８…シャッタ
６７…マグネット機構
７０…移動機構
９０…基板ホルダ
９１…基板
９５…防着板
９６…開口
１００…成膜装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】