(57)【要約】【課題】水分の除去とともに基板上に形成された金属酸化物製の透明電極に対する適切な表面処理を同時に行うことができる有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法を提供する。【解決手段】ＩＴＯ製の透明電極を形成した基板上に有機ＥＬ素子を構成する層を順に積層形成する有機ＥＬ素子製造方法において、ヒータ２２を備えたベーク室１５内に基板Ｐを収容する。そして、酸素と窒素との混合ガスをベーク室１５内のガスと置換するように導入しながら基板Ｐの加熱処理を行い、かつ混合ガスの導入速度を、１分間あたりのベーク室１５への導入量がベーク室１５の全容量の１／６０以上かつ１／１５以下の範囲となる速度に設定する。混合ガスの酸素と窒素との割合は、体積比で酸素：不活性ガスが１．８：８．２〜３．０：７．０の範囲である。【選択図】図１
2008293914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物製の透明電極を形成した基板上に有機ＥＬ素子を構成する層を順に積層形成する有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法であって、
加熱手段を備えた処理室内に前記基板を収容するとともに、酸素と不活性ガスとの混合ガスを前記処理室内のガスと置換するように導入しながら前記基板の加熱処理を行い、かつ前記混合ガスの導入速度を、１分間あたりの前記処理室への導入量が前記処理室の全容量の１／６０以上かつ１／１５以下の範囲となる速度に設定することを特徴とする有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法。
【請求項２】
前記混合ガスの酸素と不活性ガスとの割合は、体積比で酸素：不活性ガスが１．８：８．２〜３．０：７．０の範囲である請求項１に記載の有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法に係り、詳しくは基板上に金属酸化物製の透明電極が形成された基板の前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発光型の発光素子として有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）が注目されている。有機ＥＬ素子の基本的な製造方法は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）製透明電極からなる陽極がパターニングされた基板上に、有機ＥＬ層、陰極を順次積層する。有機ＥＬ層は水分や酸素の悪影響を受け易く、陽極がパターニングされた基板上に水分や不純物が付着していると、製造された有機ＥＬ素子にダークスポット（又はダークエリア）と呼ばれる発光しない領域（非発光領域）が発生したり、輝度ムラが発生したりする場合がある。そのため、基板の前処理が必要になる。
【０００３】
基板の前処理として、ダークスポット発生の原因となる水分を基板から除去する処理がある。そして、基板の加熱脱水処理を行った後に基板への水分の再吸着を抑制する、基板の前処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、第一電極と、絶縁層と、少なくとも発光層を有する有機層と、第二電極とを順次積層してなる有機ＥＬ素子が配設される基板の脱水方法として、少なくとも前記絶縁層形成後に基板を加熱して加熱脱水処理を行う工程と、加熱脱水処理後に雰囲気を低露点に保ちながら基板の温度を下げる降温処理を行う工程とを含むことが記載されている。また、基板の降温処理を、雰囲気中の気体を排気するとともに新たな低露点気体を雰囲気中に導入しながら行ったり、新たな低露点気体を基板に吹き付けながら行ったりすることも開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１９０８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１には、基板上の水分を除去することのみを目的とした基板の前処理方法が開示されているだけである。
一方、本願発明者は、金属酸化物製の透明電極が形成された基板の前処理として、低露点の窒素ガスのみを処理室に導入して基板の加熱処理を行った際に、その基板上に製造された有機ＥＬ素子の特性が落ちる場合（例えば、輝度ムラの発生）があることを確認した。即ち、加熱処理時の雰囲気ガスが金属酸化物製の透明電極の特性に影響を与えることを見いだした。また、その他の乾燥条件によっても、製造された有機ＥＬ素子の特性が劣る場合があることが分かった。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板上に存在する水分の除去を行うとともに、基板上に形成された金属酸化物製の透明電極に対する適切な表面処理を同時に行うことができる、有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、金属酸化物製の透明電極を形成した基板上に有機ＥＬ素子を構成する層を順に積層形成する有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法である。そして、加熱手段を備えた処理室内に前記基板を収容するとともに、酸素と不活性ガスとの混合ガスを前記処理室内のガスと置換するように導入しながら前記基板の加熱処理を行い、かつ前記混合ガスの導入速度を、１分間あたりの前記処理室への導入量が前記処理室の全容量の１／６０以上かつ１／１５以下の範囲となる速度に設定する。ここで、酸素と不活性ガスとの混合ガスは、ドライエアー（乾燥空気）を含む。空気の主成分は、窒素、酸素、アルゴンであり、その割合は体積比［％］で、窒素７８．０８４、酸素２０．９４６、アルゴン０．９３０であり、三者の合計が９９．９６％になり、その他の成分は微量であるため、乾燥空気は実質的に酸素と不活性ガスとの混合ガスとなる。
【０００７】
この発明では、金属酸化物製の透明電極が形成された基板の前処理として、酸素と不活性ガスとの混合ガスが処理室内のガスと置換するように導入される状態で基板の加熱処理が行われる。そして、混合ガスの導入速度が、１分間あたりの処理室への導入量が処理室の全容量の１／６０以上かつ１／１５以下の範囲となる速度に設定されている。そのため、基板や透明電極に付着している水分の除去が行われるだけでなく、金属酸化物製の透明電極の表面の改質を同時に行うことができる。ここで、「透明電極の表面の改質」とは、この表面処理が行われた基板を用いて有機ＥＬ素子を製造した際に、得られた有機ＥＬ素子の特性、例えば、初期特性、寿命、輝度ムラ及びダークスポットの発生状態が予め設定された合格ラインを満たすようになる処理を意味する。通常、基板の加熱脱水処理で用いられるガスは、加熱によって蒸発した水分を外部に運ぶキャリアーガスとしての役割のみを担っている。これに対して本発明の混合ガスは、蒸発した水分を運ぶキャリアーガスとしての役割に加えて、水分が除去されることによって金属酸化物製の透明電極の表面状態が劣化するのを防ぐという役割も持っているのである。即ち、混合ガスに含まれる酸素が金属酸化物製の透明電極の表面において反応し、透明電極の表面状態を改質しているのである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記混合ガスの酸素と不活性ガスとの割合は、体積比で酸素：不活性ガスが１．８：８．２〜３．０：７．０の範囲である。この発明では、金属酸化物製の透明電極の表面の改質処理を良好に行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板上に存在する水分の除去を行うとともに、基板上に形成された金属酸化物製の透明電極に対する適切な表面処理を同時に行うことができる、有機ＥＬ素子製造方法における基板の前処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１（ａ），（ｂ）にしたがって説明する。図１（ａ）は複数のブロックからなる有機ＥＬ素子製造装置の第１ブロックの模式図である。
【００１１】
図１（ａ）に示される有機ＥＬ素子製造装置の第１ブロックは、種々の前処理が行われるブロックである。この第１ブロックの複数の処理室は、それぞれ搬送室１１を介して連結されている。また、第１ブロックの受渡室１２は、有機ＥＬ層や電極等の蒸着が行われる第２ブロック（図示せず）と連結されている。搬送室１１には、搬送アーム１８を備えたロボットで構成された搬送機構１３が設けられている。搬送機構１３は、搬送室１１を介して各処理室への基板の搬送を行う。また、搬送室１１や受渡室１２や各処理室は、それぞれ図示しない真空排気処理装置と連結されており、個々に独立して真空排気を行って真空にすることも、真空排気した後、不活性ガスを導入して大気圧にすることも可能に構成されている。
【００１２】
第１ブロックの搬送室１１の周囲には処理室としての反転室１４、ベーク室１５、ＵＶ処理室１６、冷却室１７が連結されている。反転室１４では、透明電極等がパターニングされた基板を搬送する図示しない移載機により搬入された基板の表裏を反転させる処理が行われる。ベーク室１５では、基板に含まれる水分やその他のガスを除去し、且つ透明電極の改質が行われる。ベーク室１５は、処理室内を真空状態に保持でき、またガスを導入することが可能になっている。これにより、所定の雰囲気中において基板のベーク処理（加熱処理）を行うことができる。また、ＵＶ処理室１６では、基板上に形成された透明電極の表面に付着している有機物や塵埃等の除去を行うためのＵＶ処理が行われる。冷却室１７では、ベーク室１５で加熱処理された基板の温度が所定温度まで低下した後、基板の温度を室温まで短時間で冷却する冷却処理が行われる。
【００１３】
第１ブロックと連結されている第２ブロックは、マスクストック室や複数の蒸着室（成膜室）を備えている。そして、第１ブロックで前処理が行われた基板は、受渡室１２を介して第２ブロックへと進められ、その第２ブロックの各蒸着室で有機ＥＬ層や陰極層が形成される。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、ベーク室１５内には、カセット収容室１９が区画されており、カセット収容室１９内には複数の基板Ｐを水平状態で支持するとともに、昇降機構２０で昇降可能な基板カセット２１が設けられている。カセット収容室１９の上方には、加熱手段としてのヒータ２２が設けられている。また、ベーク室１５の上方にはシロッコファン２３が設けられている。シロッコファン２３の下方に位置するカセット収容室１９の隔壁２４には複数のスリット２４ａが形成されるとともに、スリット２４ａを覆うようにＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air ）フィルタ２５が配設されている。また、カセット収容室１９の下部には、排気口２６が設けられている。
【００１５】
そして、シロッコファン２３は、ベーク室１５の外部に設けられた図示しない混合ガス供給部から供給される酸素と不活性ガスとの混合ガスが、パイプ２７を介してシロッコファン２３のシャフト部に設けられた導入部に導入されるとともに、導入された混合ガスを隔壁２４に設けられたＨＥＰＡフィルタ２５に向けて送風するようになっている。つまり、シロッコファン２３は混合ガスを所定の導入速度でベーク室１５内に導入する。そして、シロッコファン２３によりＨＥＰＡフィルタ２５に向けて送風された混合ガスは、複数の基板Ｐが収容された基板カセット２１を通り、さらにベーク室１５上部のヒータ２２を通過して、再度シロッコファン２３によりＨＥＰＡフィルタ２５に向けて送風される。即ち、混合ガスは、シロッコファン２３により所定の流速でベーク室１５内を循環するようになっている。なお、ここで、ベーク室１５内を循環する混合ガスの流速は、混合ガスの導入速度に等しい。
【００１６】
ヒータ２２は、基板Ｐを２５０℃まで加熱可能に構成されている。また、シロッコファン２３は、ベーク室１５内への混合ガスの導入速度を０〜２５０Ｌ／ｍｉｎの範囲で調整可能となっている。
【００１７】
次に前記のように構成された製造装置による有機ＥＬ素子（パネル）の製造方法を説明する。図１（ａ），（ｂ）に示す製造装置と別工程で透明電極としてＩＴＯ（インジウム錫酸化物）のパターンを形成した基板Ｐを準備する。その基板Ｐが図示しない移載機により製造装置の反転室１４に搬入される。基板Ｐに対する各蒸着室における膜の蒸着はデポアップで行われる。そこで、搬送室１１において搬送アーム１８が基板Ｐの膜形成面側である透明電極側を保持部で保持可能とするため、反転室１４において基板Ｐは、透明電極側が下側となるように表裏が反転される。そして、基板Ｐは、搬送機構１３の搬送アーム１８により、保持部で保持された状態でＵＶ処理室１６、ベーク室１５及び冷却室１７間を順に搬送されて各処理を受けることにより前処理が行われる。
【００１８】
前処理が終了した基板Ｐは、搬送アーム１８により受渡室１２を経て次のブロックへ搬入される。そして、次のブロックで有機ＥＬ層を構成する各層等が積層形成される。
次に前処理の一工程であるベーク処理について詳しく説明する。
【００１９】
反転室１４で反転された基板Ｐは先ずＵＶ処理室１６でＵＶ処理を受けた後、ベーク室１５でベーク処理を受ける。基板Ｐは、基板カセット２１に複数枚収容された状態でベーク処理を受ける。ベーク処理は、大気圧において露点が−３０℃以下の酸素と、不活性ガスとしての露点が−３０℃以下の窒素との混合ガスを外部から導入しつつ、シロッコファン２３を駆動してその混合ガスの導入速度（流速）を調整し、また混合ガスの一部を排気口２６から外部に排出する状態で、ヒータ２２を所定温度に加熱して、所定時間行われる。
【００２０】
混合ガスとしては、体積比で酸素：不活性ガスが１．８：８．２〜３．０：７．０の範囲で、好ましくは酸素：不活性ガスが１：４（２：８）のものが使用される。不活性ガスとして例えば窒素が使用される。混合ガスの導入速度は、ベーク室１５内の混合ガスが、１分間にベーク室１５の全容量の１／６０以上かつ１／１５以下の範囲で置換されるように調整される。温度は１７０℃±１０℃が好ましい。処理時間は８０分±１０℃が好ましい。
【００２１】
前記の条件で加熱処理を行った後、ヒータ２２による加熱を停止し、基板温度が所定温度（例えば、１００℃）に低下した後、基板Ｐを冷却室１７に移して、室温まで冷却する。冷却する際、大気圧において露点が−４０℃以下の乾燥した混合ガスを基板Ｐに吹き付けるのが好ましい。
【００２２】
前記のベーク処理により、基板Ｐ及び透明電極に付着している水分が除去されるだけでなく、透明電極が活性化処理を受け、製造された有機ＥＬ素子として特性の良好なものが得られる。
【実施例】
【００２３】
次に全容量が３０Ｌのベーク室１５を備えた試験装置を使用して、加熱温度１７０℃、乾燥時間８０分、酸素と窒素の体積比が１：４の混合ガスを使用し、その流量を０．２〜３．３Ｌ／ｍｉｎの範囲で変更して前処理（ベーク処理）を行った。そして、前処理を行った基板Ｐを用いて製造された有機ＥＬ素子の初期特性、寿命、輝度ムラ、ダークスポットの有無を調べた。結果を表１に示す。
【００２４】
初期特性の評価は、所定電圧（例えば、４．８Ｖ）を印加して予め設定された輝度が得られた場合を○（合格）、得られなかった場合を×（不合格）とした。
寿命の評価は、有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して定電流駆動させて、輝度の半減時間を測定し、半減時間が５００時間以上を○（合格）、５００時間未満を×（不合格）とした。
【００２５】
輝度ムラ及びダークスポットの評価は、有機ＥＬ素子を１００℃で５時間加熱した後に、輝度ムラ及びダークスポットのいずれも発生していない場合を○（合格）、少なくとも一方が発生している場合を×（不合格）とした。
【００２６】
【表１】
2008293914.tif 000003
表１から、混合ガスの流量が０．２Ｌ／ｍｉｎ及び３．３Ｌ／ｍｉｎの場合は不合格となるが、混合ガスの流量が０．５Ｌ／ｍｉｎ〜２．０Ｌ／ｍｉｎの場合は合格になることを確認できる。即ち、混合ガスの導入速度を、１分間にベーク室１５の全容量の０．５／３０（＝１／６０）以上かつ２．０／３０（＝１／１５）以下の量の混合ガスが導入されるような速度として、ベーク室１５内のガスが新たに導入される混合ガスと置換されるようにして加熱処理を行うと、良好な特性の有機ＥＬ素子が得られることを確認できる。
【００２７】
導入速度（流速）が大きい程、乾燥にとっては好ましいが、混合ガス中の酸素によるＩＴＯ表面の改質が起こり難くなるため、特性が低下すると考えられる。また、導入速度（流速）が小さくなりすぎると、乾燥し難くなるとともに酸素によるＩＴＯの改質も起こり難くなると考えられる。
【００２８】
ベーク室１５の全容積が２５００Ｌの有機ＥＬ素子製造装置において、試験装置で得られた条件と同じ条件、即ち、１分間に２５００Ｌのベーク室１５の１／６０〜１／１５の量が導入されるような導入速度である、４１．７Ｌ／ｍｉｎ〜１６６．７Ｌ／ｍｉｎの流速で混合ガスを供給しながら基板Ｐのベーク処理を行った。その基板Ｐを用いて製造した有機ＥＬ素子も良好な特性が得られた。
【００２９】
ＩＴＯ表面の改質は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いたプラズマ処理によっても行うことができるが、水分除去と別工程にする必要があるばかりでなく、プラズマ装置が必要になり、製造コストが上昇する。
【００３０】
したがって、この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ＩＴＯ製の透明電極が形成された基板Ｐの前処理として、加熱手段（ヒータ２２）を備えたベーク室１５内に基板Ｐを収容するとともに、酸素と不活性ガスとの混合ガスをベーク室１５内のガスと置換するように導入しながら基板Ｐの加熱処理が行われる。そして、混合ガスの導入速度が、１分間あたりのベーク室１５への導入量がベーク室１５の全容量の１／６０以上かつ１／１５以下の範囲となる速度によう設定される。したがって、基板Ｐや透明電極に付着している水分の除去が行われるだけでなく、透明電極の表面の改質が行われ、ＩＴＯ製の透明電極に対する適切な表面処理を同時に行うことができる。
【００３１】
（２）混合ガスの酸素と不活性ガスとの割合は、体積比で酸素：不活性ガスが１．８：８．２〜３．０：７．０の範囲である。したがって、ＩＴＯ製の透明電極の表面の改質処理を良好に行うことができる。
【００３２】
（３）酸素と不活性ガスとの混合ガスを用いた前記前処理を行うことにより、プラズマ処理を行って透明電極の表面改質を行った基板を用いて有機ＥＬ素子を製造した場合と同様な特性の有機ＥＬ素子を得ることができる。したがって、プラズマ装置を使用してプラズマ処理を行う場合に比較してプロセスが単純で製造コストを低減することができる。
【００３３】
（４）不活性ガスとして窒素が使用されている。したがって、不活性ガスとしてアルゴンやヘリウムを使用する場合に比較してコストを低減することができる。
（５）ベーク処理が大気圧で行われる。したがって、ベーク処理のための減圧設備が不要になる。
【００３４】
（６）基板Ｐは、基板カセット２１に複数枚収容された状態で同時にベーク処理を受ける。したがって、基板Ｐを一枚ずつベーク処理する場合に比較して、基板Ｐのベーク処理を効率良く行うことができる。
【００３５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  基板Ｐの処理室として、図２に示すように、加熱室と冷却室とが一体に構成された処理室２８を用いて前処理を行ってもよい。処理室２８内には、下部にヒータ２２が設けられ、ヒータ２２の上方に基板Ｐが保持されるようになっている。処理室２８は四角箱状に形成されるとともに、混合ガスが一方の隅部から導入されるとともに対角線上の隅部から排出されるように、導入口２９及び排気口（図示せず）が設けられている。この処理室２８でベーク処理を行う場合は、ヒータ２２を駆動させて基板Ｐを加熱しながら導入口２９から混合ガスを導入する。導入された混合ガスは基板Ｐ及び透明電極３０に沿って流れて排気口から排出される。冷却時には、ヒータ２２の駆動を停止して混合ガスを導入する。
【００３６】
○  透明電極の材料となる金属酸化物は、ＩＴＯに限らず、例えば、有機ＥＬ素子の透明電極の材料として知られているＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ２（酸化錫）等を用いることができる。
【００３７】
○  ベーク室１５と冷却室１７とが別の構成においても、基板Ｐを１枚ずつベーク室１５でベーク処理してもよい。
○  ベーク室１５内に隔壁２４を設けてカセット収容室１９を区画した構成に代えて、隔壁２４を設けずにシロッコファン２３の送風が直接、基板カセット２１に向かって吹き付けられる構成にしてもよい。
【００３８】
○  不活性ガスは窒素に限らず、アルゴンやヘリウムを用いたり、それらの混合物を用いたりしてもよい。
○  酸素と不活性ガスとの混合ガスとしてドライエアー（乾燥空気）を用いても良い。この場合、コストをより低減することができる。
【００３９】
○  ヒータ２２としてシーズヒータ、赤外ランプヒータを用いると急速に加熱することができる。
○  ヒータ２２を取付ける位置はベーク室１５内のどの位置でもよい。
【００４０】
○  ベーク室１５あるいは処理室２８に、酸素と不活性ガスとの混合ガスをベーク室１５あるいは処理室２８内のガスと置換するように導入しながら処理を行う場合、ベーク室１５あるいは処理室２８にガスが導入される前に酸素と不活性ガスとを混合して導入する方法に限らない。例えば、ベーク室１５あるいは処理室２８に、酸素及び不活性ガスの導入口を別々に設け、それぞれの導入口から導入された酸素及び不活性ガスがベーク室１５あるいは処理室２８内で混合される構成にしてもよい。
【００４１】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記金属酸化物はＩＴＯである。
（２）請求項１、請求項２及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱は、大気圧において温度１７０±１０℃で８０±１０分間行われる。
【００４２】
（３）請求項１、請求項２及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記混合ガスとして乾燥空気を使用する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は一実施形態における有機ＥＬ素子製造装置の模式平面図、（ｂ）はベーク室の模式図。
【図２】別の実施形態におけるベーク室の模式図。
【符号の説明】
【００４４】
Ｐ…基板、１５…処理室としてのベーク室、２２…加熱手段としてのヒータ、２８…処理室、３０…透明電極。
【図１】
2008293914.tif 000004
【図２】
2008293914.tif 000005