(57)【要約】【課題】有機材料薄膜の膜厚や膜質の面内均一性を向上させることができ、基板の面内の素子特性ばらつきを低減し良好なものに改善することができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供すること。【解決手段】所定の温度に基板を加熱する工程を有する有機ＥＬ素子の製造方法において、加熱する基板が配置される容器と、基板を固定する部材と、不活性ガスを予め所定の温度に加熱する加熱手段と、加熱された不活性ガスを搬送する配管を具備し、予め所定の温度に加熱された不活性ガスを搬送し、前記容器内に充填又はフロー又は循環させて前記基板を加熱する工程を有することを特徴とする。【選択図】図１
2007005002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度に基板を加熱する工程を有する有機ＥＬ素子の製造方法において、
加熱する基板が配置される容器と、基板を固定する部材と、不活性ガスを予め所定の温度に加熱する加熱手段と、加熱された不活性ガスを搬送する配管を具備し、予め所定の温度に加熱された不活性ガスを搬送し、前記容器内に充填又はフロー又は循環させて前記基板を加熱する工程を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界発光を利用したエレクトロルミネッセンス素子（以下、「ＥＬ素子」と言う）は、自己発光のため視認性が高く、又、完全固体であるため耐衝撃性に優れている等の特徴を有することから、各種表示装置として注目されている。このＥＬ素子には、無機化合物を用いた無機ＥＬ素子と有機化合物を用いた有機ＥＬ素子とがあり、このうち有機ＥＬ素子は印加電圧を大幅に低くすることができるので、次世代の自発光素子としてその実用化研究が積極的になされている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、発光層を含む有機化合物層と、この有機化合物層を挟持する一対の電極から構成され、具体的には陽極／発光層／陰極の構成を基本とし、これに正孔輸送層や電子輸送層を適宜設けたもの、例えば陽極／正孔輸送層／発光層／陰極や、陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極等の構成のものが知られている。これらの有機ＥＬ素子は、両電極間に３〜２０Ｖの直流電圧を印加すると、陽極から正孔が陰極から電子が有機物層に注入され、正孔と電子の再結合により有機物が発光する。
【０００４】
このように、有機ＥＬ素子の基本的な構成は、陽極と陰極との間に発光材料を含む有機薄膜を形成したものである。これら有機ＥＬ素子を形成する代表的な手段として真空蒸着法があり、有機物の薄膜を形成する方法として現在広く用いられている。
【０００５】
ところで、これらの有機ＥＬ素子は初期特性として優れた発光特性を発揮しても、時間の経過と共に素子が劣化して、優れた発光特性を長時間に渡り維持することが困難であった。このため、素子の劣化をいかに防止するかが重要な課題であり、種々の方向からの検討がなされている。素子を劣化させる要因としては様々な原因があるが、主な要因として電極と有機層界面での劣化及び有機層膜密度変化による劣化が挙げられる。
【０００６】
これらの課題を克服する手段として、有機材料の蒸着に適した温度まで加熱された基板に有機材料を蒸着する方法が提案されている。特許文献１では、有機ＥＬ素子の駆動時における発熱により、耐熱性の低い有機膜が結晶化して隣接する電極層から剥離し、ダークスポットが発生してしまう素子の劣化現象を有機膜成膜中の基板加熱により抑制できることに着目し、真空蒸着時に基板を有機材料の融点の０．７〜０．９倍の温度に加熱することを開示している。
【０００７】
又、特許文献２には、実施例では開示されていないが、有機ＥＬ素子における駆動初期の輝度低下の要因となる内部電界の発生を、熱処理によって低減できることに着目し、成膜時、５０℃以上であって、有機膜の構成材料中最も低いガラス転移温度Ｔｇ−２０℃未満の低い温度の範囲で熱処理を施すことを開示している。
【特許文献１】特開平１０−２８４２４８号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
採用される基板の加熱方法としては、主として、ヒータ等の抵抗加熱、赤外線ランプの等のランプ加熱等が広く用いられている。これらの加熱法は、基板の近傍に抵抗加熱線、ランプ等の加熱源を配置して、輻射熱を利用して基板を加熱する方法である。
【０００９】
しかしながら、上記何れの方法においても面内温度分布の均一化を図ることが難しいのが現状である。これは、加熱源と被処理基板との間において、加熱源に最も近い部分が加熱され易いといった幾何学的な位置関係に基づくものである。このため、基板表面でそれぞれの部分において形成される有機膜の結晶性、界面状態を面内で均一に確保することが非常に困難になっている。又、その結果、形成された有機EL素子の面内の各部位において輝度ムラが起こり易く、有機EL素子を表示装置や平面光源として用いた場合、発光輝度の安定性、発光寿命において品質を低下させてしまう。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、有機材料薄膜の膜厚や膜質の面内均一性を向上させることができ、基板の面内の素子特性ばらつきを低減し良好なものに改善することができる有機ＥＬ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、所定の温度に基板を加熱する工程を有する有機ＥＬ素子の製造方法において、加熱する基板が配置される容器と、基板を固定する部材と、不活性ガスを予め所定の温度に加熱する加熱手段と、加熱された不活性ガスを搬送する配管を具備し、予め所定の温度に加熱された不活性ガスを搬送し、前記容器内に充填又はフロー又は循環させて前記基板を加熱する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、伝熱媒体として不活性ガスを熱交換器により加熱し、所定の時間基板加熱室に流して伝熱用のガスを基板表面に衝突させて基板加熱を行うことにより、基板の面内温度分布をより均一にすることができる。従って、有機ＥＬ素子の製造方法として使用することで、有機材料薄膜の膜厚や膜質の面内均一性を向上させることができ、基板の面内の素子特性ばらつきを低減し良好なものに改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
本有機ＥＬ素子の製造方法では、所定の有機層及び電極を形成するために、基板表面の前処理を施す前処理工程、基板を加熱するための加熱工程、有機材料積層工程、電極形成工程、封止工程を遍歴させることにより所定の有機ＥＬ素子を形成する装置を用いる。その中の有機材料を好適に蒸着するための基板加熱を行う基板加熱装置の断面を示したものが図１である。
【００１５】
図１において、１は基板加熱用容器、２は伝熱用のガスを加熱するための熱交換器、３はガス吹き出し孔、４は有機EL素子形成用の基板、５は有機ＥＬ素子形成用基板を保持するための基板ホルダ、６は加熱された伝熱用のガスを基板方面に導入するためのガス穴、７は排気口、８は基板加熱用容器内からの放熱を抑制するための断熱材から構成されている。
【００１６】
図中の矢印は、本発明に係る伝熱用のガスの導入から排気までの流れを示している。基板加熱方法としては、先ず導入口より伝熱用のガスを導入し、熱交換器２により通過するガスを加熱する。所要のプロセス温度を有した伝熱用のガスは、吹き出し孔３を通じて基板加熱室内に導入され、基板加熱室内に配設された複数のガス穴６を通じて分配され、基板ホルダ５上に設置された基板４に達する。所定の時間、基板加熱室に流すことにより、加熱された伝熱用のガスを加熱室内に配置された基板表面に衝突させ、伝熱用ガスの自由分子熱伝導によって基板が加熱される。基板加熱終了後、基板加熱用容器内を真空ポンプ（図示せず）により排気し、有機材料成膜のための真空容器に搬送し成膜を行う。
【００１７】
基板加熱室容器内では、導入された伝熱用のガスが容器内で拡散し攪拌される。伝熱用のガスは、基板４を含めた基板加熱室容器内の各部材に衝突し、熱が伝達される。伝熱用のガスを所定の時間、基板加熱室内に流すことにより、最終的に基板加熱室容器内全体の温度が均一化し、所要の温度に収束していくことになる。結果として有機EL用基板面内においても所要の温度に均一化していく。実用的には有機ＥＬ用基板面内の温度分布が±５％以内の範囲で制御されることが好ましい。
【００１８】
加熱室内の基板ホルダ５及び熱交換器２内の配管には通常、例えば熱電対等の測温器（図示せず）が設けられ、基板４、基板ホルダ５及び熱交換器２内の配管内部の温度が測温器によって計測される。これによって基板４、基板ホルダ５及び伝熱用のガスの温度状態を計測する。
【００１９】
基板４の温度はガス吹き出し孔４からの伝熱用のガスより供給される熱を受けて上昇するが、通常の構成では、基板の温度は、その温度を基板ホルダ５表面に設置された測温器で測定し、マイコン等で形成される制御手段（図示せず）にフィードバックし、伝熱用のガスを加熱するための熱交換器２を制御することにより必要な一定温度に制御される。
【００２０】
伝熱媒体である伝熱用のガスとしては、基板表面との反応を避けるために、不活性ガス、例えばＮ２
ガスが使用される。ガスの流れを作ることにより、加熱室内の温度の均熱化を促進することができる。
【００２１】
図１に示すように、伝熱用のガスは排気口とは反対の方向から導入するのが効果的である。系内に流す伝熱用のガスは、好ましくはガス分子の平均自由工程が基板加熱室の内壁と基板との距離より短くなるように圧力を高くすることが望ましい。伝熱用のガスの圧力をこの程度まで高くすることにより伝熱用のガスの加熱室内における攪拌が促進されるとともに、伝熱用のガス分子と基板表面との衝突回数が増加し、熱伝達の均一化を助けることになる。
【００２２】
配設される基板ホルダ５は、好ましくは高温における強度が比較的大きく且つ熱伝導率が小さいＳＵＳ（ステンレス）等の金属を使用して作製することが望ましい。一般的に真空用材料として入手が容易で且つ種種のデータが豊富なＳＵＳ３０４が使用されることが好ましい。ＳＵＳ３０４は金属の中でも熱伝導率が小さな金属であり、与えられた熱を保持する性能が高い。これによって基板ホルダの有する熱を保持することが可能となる。
【００２３】
又、伝熱用のガスを所定の温度に上げるために配管の途中に熱交換器２を配設しているが、この熱交換器２により熱交換器内部に配置される伝熱用のガスが流れる配管自体を加熱し、配管を通過するガスを一定温度に維持している。熱交換器の加熱手段としては、加熱温度の制御が可能なものであれば良く、抵抗加熱、ランプ加熱、オイル加熱等の種々の加熱方式により加熱すれば良い。
【００２４】
基板加熱用容器の外部は、好ましくは基板加熱室外部への放熱を極力抑制し、加熱室内の温度を均一に保持するために、Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）、ＳｉＯ2 （シリカ）、Ｆｅ2 Ｏ3 等を成分とする断熱材で覆ったりすることが望ましい。
【００２５】
上記したように、本実施の形態によれば、有機ＥＬ素子形成用基板の加熱方法において、ガス導入口より伝熱媒体として不活性ガスを導入し、熱交換器により通過する伝熱用のガスを加熱し、伝熱用のガスを導入孔を通じて所定の時間、基板加熱室に流すことにより、伝熱用のガスを基板加熱室内に配置された基板表面に衝突させ、伝熱用のガスからの自由分子熱伝導を利用して有機EL素子形成用基板を加熱するという方法で行われるものであり、図２に示すような従来の基板の近傍に抵抗加熱線、赤外線ランプ等の加熱源を配置して、加熱源からの輻射熱を利用して有機ＥＬ素子形成用基板を加熱する方法とは異なるものである。
【００２６】
個々の伝熱用のガス分子は、何れも均一の温度を有して基板加熱室に導入されるため、基板表面に均一的に拡散し、基板表面全体にほぼ等しく熱が与えられることとなる。従って、従来の方法よりも基板の面内の場所による温度差が小さくなり、面内の温度ばらつきの一層少ない有機ＥＬ素子形成用基板の加熱が可能となる。
【実施例１】
【００２７】
図１に示すような基板加熱装置において、基板加熱装置内部に配設される基板ホルダ５上に、有機EL用ガラス基板４を用意し、基板ホルダ５上に設置した。有機ＥＬ用ガラス基板は、９０ｍｍ×９０ｍｍ×１．１ｍｍで２．５ｍｍ×１８ｍｍのＩＴＯ電極が複数配置されたものであり、予めＩＰＡ溶液で５分間、純水中で５分間それぞれ超音波洗浄し、乾燥後ＵＶオゾン洗浄機で１０分間洗浄したものである。
【００２８】
次に、有機ＥＬ用ガラス基板の面内温度分布を調べるため、基板のＩＴＯ電極上の発光部位に相当する複数個所に熱電対を設置した。真空ポンプにて基板加熱室内を７×１０−４Ｐａまで排気し、基板加熱装置内部に残留するガスを排出した後、真空ポンプによる排気を停止しＮ2 ガス導入により基板加熱室内のガスをＮ2 ガスに置換した。
【００２９】
基板加熱室に導入する伝熱用のＮ2 ガスを配管入口より導入し、配管を加熱するために熱交換器の電熱線（ヒーター線）に通電を行うことによりＮ2 ガスを加熱した。熱交換器内の配管内部の温度が１４０℃になるように制御系にて通電量を調整し、配管内の温度が安定していること確認した。
【００３０】
基板加熱室内に熱交換器により加熱された伝熱用のＮ2 ガスを導入口より５Ｌ／ｍｉｎの流量にて１０分間流し基板加熱を行った。加熱した基板の面内温度分布を調べるために、Ｎ2 フロー１０分後、基板加熱用容器内を真空ポンプ（図示せず）により７×１０−４Ｐａまで排気した後、基板の温度分布を測定したところ、温度の最も高い部位では９０．４℃となり、温度の最も低い部位では８８．７℃となった。以上の結果より、温度の最も高い部分と最も低い部分との温度ばらつきは１．９％であった。
【００３１】
更に、上記の方法で加熱した有機ＥＬ用基板を用いて有機EL素子を作製した。具体的には、上記条件で有機EL用基板を加熱して基板加熱用容器内を真空ポンプにより７×１０−４Ｐａまで排気した後、有機材料成膜のための真空層に搬送した。有機材料成膜のための真空層にて正孔輸送材料であるα−ＮＰＤ（ガラス転移点：９６℃）を３００Å蒸着した。
【００３２】
次に、発光層のドーパントとしてクマリン６を、発光層のホスト材料であるトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ3 ）に対して、１．０重量％ドープする形で共蒸着を行い、発光層を２００Å形成した。
【００３３】
次に、電子輸送材料であるトリス（８−キノリノール）アルミニウム錯体（Ａｌｑ3 ）を４００Å蒸着した。更に、電子注入層としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を５Å蒸着した後、陰極マスクを所定の位置に設置してマスキングし、アルミニウムを１２００Å蒸着した。以上のような作製工程により、複数の発光部位を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【００３４】
上記で得られた有機ＥＬ素子の発光試験を行うために、各素子に対して陽極−陰極間に１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で直流電流を流し、２４時間連続定電流駆動した。その結果、上記で測定した温度の最も高かった発光部位において、発光開始時の輝度に対して２４時間後に測定した輝度の減少率は２０．５％であった。又、温度の最も低かった発光部位では、発光開始時の輝度に対して２４時間後に測定した輝度の減少率は２１．７％であり、温度の最も高い部分と最も低い部分との輝度の減少率差は１．２％であった。
【００３５】
＜比較例１＞
比較のために、図２に示すような従来の赤外線ランプを配設した基板加熱室において基板加熱を行った。上記実施例と同様の有機EL用基板ガラス基板２を基板ホルダ上に設置し、基板下面の複数箇所に温度測定のための熱電対を設置した。真空ポンプにて基板加熱室内を７×１０−４Ｐａまで排気した。
【００３６】
基板加熱のための赤外線ランプに通電し、ランプの温度が１００℃となるように制御系にて通電量を調整しながら赤外線ランプ上部に設置された基板を１０分間加熱した。
【００３７】
加熱した基板の面内温度分布を調べるために、赤外線ランプによる加熱を行った後、上記実施例と同様に基板の温度分布を測定したところ、温度の最も高い部位では９１．２℃となり、温度の最も低い部位では７６．７℃となった。以上の結果より、温度の最も高い部分と最も低い部分との温度ばらつきは１８．９％であった。
【００３８】
更に、上記実施例と同様に有機EL素子を作製した。加熱後の基板を有機材料成膜のための真空層に搬送し、上記実施例と同様、正孔輸送材料、発光層材料、電子輸送材料、電子注入材料、陰極の順に蒸着し、有機EL素子を作製した。
【００３９】
得られた有機ＥＬ素子の発光試験を行うために、各素子に対して上記実施例と同様、陽極−陰極間に１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で直流電流を流し、２４時間連続定電流駆動した。その結果、上記で測定したの温度の最も高かった発光部位において、発光開始時の輝度に対して２４時間後に測定した輝度の減少率は１９．９％であった。又、温度の最も低かった発光部位では、発光開始時の輝度に対して２４時間後に測定した輝度の減少率は３１．６％であり、温度の最も高い部分と最も低い部分との輝度の減少率差は１１．７％であった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の基板加熱を実施するための基板加熱装置の構成を示した概略構成断面図である。
【図２】従来例の基板加熱を実施するための基板加熱装置の構成を示した概略構成断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板加熱用容器
２  熱交換器
３  ガス吹き出し孔
４  基板
５  基板ホルダ
６  ガス穴
７  断熱材
８  排気口
９  赤外線ランプ
１０  反射板
【図１】
2007005002.tif 000003
【図２】
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