JP2000277256A - 有機電界発光素子の製造方法及び有機電界発光素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 再現性良く有機ＥＬ素子を製造すること。 【解決手段】 基板上に、透明電極、発光層を含む有機
層及び金属電極を備える有機ＥＬ素子を製造するにあた
り、基板上に形成されたＩＴＯ透明電極に対して表面処
理を行って該ＩＴＯ電極の仕事関数、清浄性及び平坦性
を向上させる。さらに、表面処理後、基板を大気に曝す
ことなく測定室２００に搬入し、ここでＩＴＯ電極表面
の清浄性（ＸＰＳ）、平坦度（ＡＦＭ）及び仕事関数を
測定する。測定した清浄性、平坦度及び仕事関数が所定
条件を満たすかどうか確認し、満たしている場合に、被
測定基板を大気に曝されることなく次の有機層形成室３
００に搬送し表面処理後の透明電極表面に有機層を形成
し、金属電極形成室４００でさらに金属電極が形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、有機電界発光素
子（以下有機ＥＬ素子という）、特に、再現性の良い有
機ＥＬ素子を製造するための方法、製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自発光性の有機ＥＬ素子は、平面光源
や、次世代のフラットパネルディスプレイなどとして注
目されている。

【０００３】この有機ＥＬ素子は、図６に例示するよう
に、ガラス基板上に陽極である透明電極、陰極である金
属電極を備え、透明電極と金属電極との間に有機蛍光体
層（有機層）を備える。有機蛍光体層は、図６（ａ）の
ように、正孔輸送層および発光層からなる２層構造や、
図６（ｂ）のように正孔輸送層、発光層及び電子輸送層
からなる３層構造などが採用される。

【０００４】透明電極としては、光の透過率が８０％以
上でシート抵抗として３０Ω／□以下の透明導電性材料
が要求され、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が最も一般的
に用いられる。

【０００５】このような有機ＥＬ素子は、電流注入型の
素子であるため、その発光特性は各電極と有機層との界
面の状態に大きく依存する。従って、ＩＴＯの表面状態
の制御は、有機ＥＬ素子の高効率化、高安定化といった
特性の向上を図る上での重要な技術の一つである。

【０００６】ここで、制御すべきＩＴＯの表面状態とし
ては、(i)清浄性、(ii)平坦性、および、(iii)仕事関数
が挙げられる。

【０００７】(i)清浄性の制御に関しては、プラズマを
ＩＴＯ電極に照射することにより表面を清浄化し、プラ
ズマ処理後大気に基板をさらすことなく有機層を形成す
る方法が開示されている（特開平７−１４２１６８号公
報）。また、プラズマの代わりにラジカルビーム源から
の中性活性種を照射する方法も開示されている（特開平
１０−１５８８１６号公報）。

【０００８】(ii)平坦性に関しては、ＩＴＯ電極表面の
平坦性をＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される１０点平坦粗
さで定義される平坦度で、ＩＴＯ上に成膜される有機層
の膜厚の１／１０〜１／１００の範囲にすることによ
り、素子の長寿命化が図られることが開示されている
（特開平４−８７１８７号公報）。また、この公報にお
いて、ＩＴＯの平坦度の調整はＩＴＯ表面を研磨するこ
とにより行われている。一方、プラズマを照射すること
によってもＩＴＯ表面が平坦化されることが報告されて
いる（第４５回応用物理学会講演予稿集ｐ６３４（１９
９８））。

【０００９】(iii)仕事関数に関しては、正孔輸送層と
ＩＴＯ電極の間のエネルギー障壁を小さくするために、
ＩＴＯ電極の仕事関数は大きい方が好ましい。しかし、
従来では、ＩＴＯ自体の仕事関数を大きくするのではな
く、ＩＴＯと正孔輸送層との間に仕事関数の大きな第３
の薄膜を正孔注入層として挿入する方法が検討されてい
る（特開昭６３−２９５６９５号公報、特開平１０−９
５９７１号公報、特開平８−１９３１９１号公報、特開
平９−０６３７７１号公報など）。最近、ＩＴＯ表面を
プラズマ処理することによりＩＴＯ表面の仕事関数が大
きくなることが報告された（C.C.Wu,et al.,J.Appl.Phy
s.70(1997)1348, J.S.Kim,et al.,J.Appl.Phys.84(199
8)6859）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】プラズマやラジカルビ
ームをＩＴＯ電極表面に照射した後、大気にさらすこと
なく有機層を形成しても、電極表面の汚染の程度が基板
によって異なるため、清浄化のための表面処理条件を最
適化することが困難である。

【００１１】また、プラズマを照射する場合には、前述
したようにＩＴＯ表面を平坦化する効果も有するが、過
度のプラズマ照射は逆に平坦性を悪化させる。従って、
あらかじめ表面研磨などによってＩＴＯ表面の平坦性を
調整していたとしても、最初の表面状態が異なれば、表
面処理を行うことで平坦性をかえって低下させてしまう
恐れがある。

【００１２】また、第３の薄膜を正孔注入層として挿入
する方法では、耐久性、特に高温での安定性に問題があ
ったり、正孔注入層の電気抵抗が高かったり、あるいは
光の透過率が低いために発光効率を低くしてしまうなど
の様々な課題がある。

【００１３】従って、特性のよい有機ＥＬ素子を得るた
めに陽極としてのＩＴＯ電極には、表面の清浄性と平坦
性を向上し、さらに第３薄膜からなる正孔注入層を挿入
することなく、なるべく仕事関数を大きくすることが望
まれている。しかし、単に表面処理を行うだけでは、上
述のように清浄性や平坦性だけ見た場合でも、再現性の
ある表面処理、又は最適化された表面処理を行うことは
困難である。そして、今までに、透明電極の清浄性、平
坦性および仕事関数の全てを制御して有機ＥＬ素子を作
製する試みは行われてこなかった。

【００１４】本発明は上記課題を解決するためになさ
れ、再現性よく有機ＥＬ素子を製造すること、つまり一
定の特性の有機ＥＬ素子を安定して製造する方法及び製
造装置の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、以下のような特徴を備える。

【００１６】有機ＥＬ素子の製造方法に係る発明におい
て、該有機ＥＬ素子は基板上に透明電極、発光層を含む
有機層及び金属電極を備え、該基板上に形成された透明
電極表面に有機層を形成する前に、真空雰囲気下にて、
透明電極に対して表面処理を行う。続けて、大気に曝す
ことなく該表面処理後の透明電極表面の清浄性と平坦度
及び前記透明電極の仕事関数を測定する。さらに測定し
た清浄性、平坦度及び仕事関数が所定範囲内である場合
に、続けて大気に曝すことなく前記表面処理後の透明電
極の表面に前記有機層を形成する。

【００１７】また、本発明の有機ＥＬ素子の製造装置
は、基板上に、透明電極、発光層を含む有機層及び金属
電極を備える有機ＥＬ素子を製造する装置であって、表
面処理室、測定室及び有機層形成室を有する。表面処理
室は、前記透明電極の形成された前記基板を受け入れ
て、真空雰囲気下で、前記透明電極に対して表面処理を
行う。また、測定室は、表面処理が行われた前記透明電
極を有する基板を大気に曝すことなく受け入れて、前記
表面処理後の透明電極表面の清浄性、平坦度及び前記透
明電極の仕事関数を測定する。測定した清浄性、平坦度
及び仕事関数が所定条件を満たす場合には、前記測定後
の基板は有機層形成室に大気に曝されることなく搬送さ
れ、有機層形成室において、前記表面処理後の透明電極
表面に前記有機層が形成される。なお、各処理が行われ
る処理室は、１室ずつには限らず、一部共通であっても
よいし、反対に、同種類の処理を複数の処理室で行う構
成でもよい。

【００１８】本発明において、上記表面処理としては、
例えば、プラズマ照射、ラジカルビーム照射、イオンビ
ーム照射を用いることが好適である。プラズマ照射の場
合、プラズマ源は１３．５６ＭＨｚのＲＦ（高周波）プ
ラズマか２．４５ＧＨｚのマイクロ波を利用したＥＣＲ
（電子サイクロトン共鳴）プラズマのいずれでも採用可
能であり、特に、基板（透明電極）への低損傷化という
点でＥＣＲプラズマが好ましい。

【００１９】また、本発明において透明電極の仕事関数
の測定には、光照射に伴う光電子放出を利用したイオン
化ポテンシャル測定装置あるいは紫外光電子分光装置を
用いることができる。

【００２０】さらに、透明電極の表面の清浄性の測定に
は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いることができ
る。

【００２１】また、透明電極の表面の平坦性の測定に
は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）あるいは走査トンネル顕
微鏡（ＳＴＭ）を用いることができる。

【００２２】本発明において、陽極として用いる透明電
極には、透明導電性材料であるインジウムスズ酸化物
（ＩＴＯ）を用いることができる。

【００２３】ＩＴＯ透明電極を表面処理した後、有機層
形成工程へ進むために、ＩＴＯ測定結果が満たすべき条
件は、例えば、ＩＴＯ透明電極の仕事関数が５．０ｅＶ
以上であること、清浄性はＸＰＳにより測定される炭素
量として５ａｔｏｍｉｃ％以下であること、平坦性はＡ
ＦＭにて測定されるＲ_MAX の値として２０ｎｍ以下であ
ることなどと設定することができる。

【００２４】ＩＴＯ透明電極にプラズマ照射などの表面
処理を行うことにより、表面の仕事関数が大きくなると
共に表面を清浄化することができる。しかし、透明電極
の初期状態にばらつきがあることは避けられず、一律に
表面処理条件を最適化したり再現性ある表面処理を行う
ことは困難であった。例えば、プラズマやイオンビーム
を照射した場合には、電極表面のモホロジを変化させて
しまい電極表面の平坦性を損なってしまう場合がある。
そのため、同一条件でプラズマなどを利用した表面処理
を行うことで、電極表面の仕事関数と清浄性および平坦
性を同時に再現性良く制御することは難しい。

【００２５】本発明では、上記のように真空一貫プロセ
スにおいて、表面処理から表面の特性測定、有機層形成
などを行う。特に、常時、ある一定の特性を有する透明
電極表面上に有機層が形成されるように表面処理後、有
機層形成前に透明電極の表面特性を測定して確認してい
る。従って、一定範囲の特性を有する透明電極表面に形
成される有機層の密着性向上や正孔注入効率向上を安定
的に図ることが可能となり、その結果、特性の良い（低
電圧駆動、非発光部が少ない、長寿命）有機ＥＬ素子を
再現性よく得ることができる。

【００２６】ここで、プラズマ処理による表面処理によ
ってＩＴＯ透明電極表面が清浄化されるのは、プラズマ
中のイオンによるスパッタクリーニング効果と中性酸素
活性種による炭素汚染層除去効果とによる。

【００２７】また、ＩＴＯ透明電極表面の仕事関数が大
きくなるのは、プラズマ照射によりＩＴＯ表面近傍（１
０ｎｍ以下の層）のＳｎＯ₂が選択的にエッチングさ
れ、Ｓｎ濃度が低下すること、および、Ｏ濃度が低下す
ることによる。さらに、プラズマ生成ガスにＣＦ₄など
のフッ素含有ガスを添加したり、又は、プラズマ中にポ
リテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有物質を配置
することにより、プラズマ中にフッ素原子を生成させ、
これをＩＴＯ表面に吸着させることにより、仕事関数を
さらに大きく（７ｅＶ程度まで）することもできる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の好
適な実施の形態（以下実施形態という）について説明す
る。

【００２９】［実施形態１］図１は、本発明の実施形態
１に係る有機ＥＬ素子の製造装置の構成例を示してい
る。この製造装置は、プラズマ発生源を備えた前処理室
（表面処理室）１００、透明電極表面の仕事関数、清浄
性および平坦性を測定する装置を備えた測定室２００、
正孔輸送層や発光層、電子輸送層などの有機層を真空蒸
着法により形成する有機層形成室３００、陰極となる金
属電極を蒸着する金属電極形成室４００、および、作製
した素子を封止する封止室５００を備える。

【００３０】各処理室は、この順に並んでおり、互いに
隣接する処理室（容器）間にはそれぞれゲートバルブ６
００が取り付けられている。また、各処理室には図示し
ない真空ポンプが取り付けられており、各処理室を独立
して真空排気することが可能となっている。素子基板
は、トランスファロッドによって真空雰囲気を破ること
なく、つまり大気に曝されることなく各処理室間を搬送
することができる。なお、図１の装置では、有機層形成
室３００は、単一処理室としているが、複数室としても
よい。例えば、有機層は正孔輸送層と発光層からなる２
層構造や、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層からなる
３層構造が採用されることがあり、その場合には、各層
を別の形成室にて形成しても良い。また、金属電極形成
室４００と封止室５００との間に、保護膜を形成する保
護膜形成室を設けてもよい。

【００３１】以上のような装置を用いた有機ＥＬ素子の
製造について、以下図２をさらに参照して説明する。

【００３２】まず、ガラスなどの透明基板１上に透明導
電性材料としてＩＴＯを用い透明電極２を形成する。次
に、前処理室１００にこの透明電極２の形成された基板
１を搬入する。前処理室１００では、搬入された基板１
を基台１１上に保持し、該基板１の透明電極表面に対し
て表面処理を行う。

【００３３】表面処理は、プラズマ照射、ラジカルビー
ム照射、イオンビーム照射などを用いることができ、本
実施形態１ではプラズマ照射による表面処理を行ってい
る。前処理室１００にはプラズマ生成室１０が連結され
ていて、室内１００に導入されるガスは例えば、Ａｒ、
Ｏ₂混合ガス（１：１）であり、またマイクロ波（例え
ば２．４５ＧＨｚ）と電磁石１２によって与えられる磁
場とによってＥＣＲプラズマを発生し、これが基台１１
上にあるＩＴＯ電極表面に照射される。プラズマ照射の
場合、プラズマ源は１３．５６ＭＨｚのＲＦ（高周波）
プラズマか、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を利用したＥ
ＣＲプラズマのいずれでも採用可能であるが、ＥＣＲプ
ラズマは、ＲＦプラズマに比べて基板へ入射するイオン
のエネルギーを低くすることができるため、基板１０へ
のダメージを低減することができる点でＲＦプラズマよ
り好ましい。またＥＣＲプラズマによりＩＴＯ電極表面
の平坦性の改善効果を得ることもできる。

【００３４】ＩＴＯ透明電極表面に対して、例えばプラ
ズマ処理を用いた表面処理を行うことにより、プラズマ
中のイオンによるスパッタクリーニング効果と中性酸素
活性種による炭素汚染層除去効果とによって透明電極表
面が清浄化される。また、プラズマ照射によりＩＴＯ表
面近傍（１０ｎｍ以下の層）のＳｎＯ₂が選択的にエッ
チングされ、Ｓｎ濃度が低下すること、および、Ｏ濃度
が低下すること等によりＩＴＯ透明電極表面の仕事関数
が大きくなる。またさらに、プラズマ生成ガスにＣＦ₄
などのフッ素含有ガスを添加したり、又は、プラズマ中
にポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有物質を
配置することにより、プラズマ中にフッ素原子を生成さ
せ、これをＩＴＯ表面に吸着させれば、仕事関数をさら
に大きく（７ｅＶ程度まで）することもできる。

【００３５】表面処理後、図２（ｂ）に示すような被処
理基板１は、開放されたゲートバルブ６００を通って測
定室２００内に大気に曝されることなく搬入される。測
定室２００は、被表面処理基板を基台２１上に保持し、
表面処理後のＩＴＯ電極表面の清浄性、平坦度及び前記
透明電極の仕事関数を測定する。

【００３６】測定室２００において、ＩＴＯ表面の仕事
関数（イオン化ポテンシャル）測定装置には、仕事関数
用紫外光源２０、仕事関数用２次電子検出器２２、及び
図示しない分光器、石英レンズ等を備える測定装置が用
いられている。紫外光源２０には重水素ランプを用い、
光源２０からの光を図示しない分光器を用いて分光し、
同様に図示しない石英レンズで集光した後、石英窓を通
して真空状態にされた測定室２００内の基板１に照射
し、基板１のＩＴＯ表面から放出される光電子を電子増
倍管である２次電子検出器２２で検出する。この仕事関
数測定装置では、基板１のＩＴＯ表面から光電子が放出
されはじめる紫外光のしきい値エネルギーを測定するこ
とで、ＩＴＯ表面の仕事関数を求める。この測定は、紫
外線を測定対象物に照射することで、対象物の最外殻電
子が励起されるため、放出された光電子を検出してその
ときの光源波長を測定すれば対象物の仕事関数（イオン
化ポテンシャル）を求めることができるという原理を利
用している。

【００３７】次に、ＩＴＯ表面の清浄性の測定装置とし
ては、本実施形態１では、ＭｇＫα線を用いたＸ線光源
２４と円筒ミラー型エネルギー分析器２６を備えるＸ線
光電子分光（ＸＰＳ）システムを用いている。このシス
テムでは測定対象物の表面から数ｎｍまでの深さの組成
分析が可能であり、Ｘ線光源２４からのＸ線を石英窓か
ら測定室２００内に照射し、発生する光電子を分析器２
６で検出分析することで、プラズマ照射前後のＩＴＯ表
面の炭素量を測定し、表面の清浄性を炭素による汚染度
（炭素含有量）によって調べる。

【００３８】ＩＴＯ表面の平坦性は、原子間顕微鏡（Ａ
ＦＭ）又は走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）により測定す
ることができる。本実施形態１では、この内、測定室２
００内に設置したＡＦＭユニット２８を用いて測定す
る。このＡＦＭユニット２８は、直線導入端子に取り付
けられていて、仕事関数や清浄性の測定時には、それら
の測定の妨げにならない位置に退避される。そして、平
坦性の測定時に基台２１上の基板１に近傍に移動し、Ｉ
ＴＯ表面に探針を近接させて表面の凹凸を測定する。

【００３９】測定室２００での測定結果が、所定条件、
例えば、仕事関数が５．０ｅＶ以上であること、清浄性
はＸＰＳにより測定される炭素量として５ａｔｏｍｉｃ
％以下であること、平坦性はＡＦＭにて４００×４００
μｍのＡＦＭ画像中の最高点と最低点との差で定義した
Ｒ_MAX の値で２０ｎｍ以下であることを満たしている場
合、被測定基板１は、隣接する有機層形成室３００にゲ
ートバルブ６００を経て大気に曝されることなく搬送さ
れる。

【００４０】測定結果がこの様な所定条件を満たしてい
ない場合には、透明電極２の表面状態が適正でないこと
を意味しているため、その基板１は有機層形成室３００
に搬送することなく、製造ラインから取り除くことが好
ましい。

【００４１】有機層形成室３００は、例えば真空蒸着室
であり、内部には有機層４の蒸着材料源が配置されてい
る（蒸着源３２、蒸着源３４等）。そして、これらの蒸
着源３２、３４から蒸発させた有機材料を表面処理後の
透明電極２の表面に付着させ、図２（ｃ）に示すように
有機層４を形成する。有機層４を例えば正孔輸送層と発
光層の２層構造、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層の
３層構造などとする場合、この有機層形成室３００は、
各層用にそれぞれ別の形成室から構成してもよい。

【００４２】有機層４を形成した後、基板１をゲートバ
ルブ６００を経て隣接する金属電極形成室４００に搬送
する。この金属電極形成室４００は、有機層形成室３０
０と同様、例えば真空蒸着室であり、室内には金属電極
材料となる蒸着源が配置されている（蒸着源４２、蒸着
源４４）。なお、金属電極６を単一材料から構成する場
合には蒸着源は１つとすることができる。

【００４３】金属電極形成室４００内で図２（ｄ）に示
すように有機層４上に金属電極６が形成されると、基板
１は次にゲートバルブ６００を経て隣接する封止室５０
０に搬送される。封止室５００では、図２（ｅ）に示す
ように、基板１上に形成された透明電極２、有機層４及
び金属電極６によって構成される有機ＥＬ素子を覆うよ
うに封止キャップ８を被せ、この封止キャップ８を樹脂
などを接着剤として用いて基板１に接着する。なお、素
子の封止空間内には、素子の特性変化、特に有機層特性
変化を防ぐため不活性ガス（例えばＮ₂ガス）が封入さ
れる。

【００４４】（実施例１）以下、実施例１として上述の
図１に示す製造装置による有機ＥＬ素子の作成例につい
て説明する。

【００４５】まず、基板１には、三容真空社製のＩＴＯ
電極（１６０ｎｍ、１０Ω／□）付のガラス基板を用い
た。この基板１を洗浄（アルカリ性の基板洗浄液で超音
波洗浄→純水洗浄→エタノール超音波洗浄→アセトン超
音波洗浄→イソプロピルアルコール超音波洗浄→１００
℃で乾燥）後、ＵＶオゾンクリーナー（日本電子レーザ
社製、ＮＬ−ＵＶ２５３）を用いて２０分間ＵＶオゾン
処理を行った。

【００４６】表面処理後との比較のため、ＵＶオゾン処
理後すみやかに基板１を前処理室１００に搬入し、真空
排気を行った。１０^-7Ｔｏｒｒ台の真空度まで真空排気
後、基板１を測定室２００に搬送し測定を行った。仕事
関数は４．８ｅＶ、炭素量は２４ａｔｏｍｉｃ％、表面
の平坦性は４００×４００μｍのＡＦＭ画像中の最高点
と最低点との差で定義したＲ_MAX にして２５ｎｍであっ
た。

【００４７】この基板１を再び前処理室１００に戻し、
プラズマ照射によるＩＴＯ電極の表面処理を行った。真
空の前処理室内にガス流量調節器を通して１０％０₂ −
Ａｒ混合ガスを流し、室内の圧力を１×１０^-3Ｔｏｒｒ
とした。次いで、電磁コイルに電流を流し磁場を印加
し、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力２００Ｗで導波
管から石英窓を通して室内に導入してＥＣＲプラズマを
発生させた。発生したＥＣＲプラズマは、コイルの作る
発散磁場に従って基板１の方へ拡散する。このプラズマ
に基板１を５分間さらした。その後、マイクロ波と磁場
の印加を止め、ガス導入も止め、再び前処理室内を１０
^-7Ｔｏｒｒ台まで真空排気した。

【００４８】ＥＣＲプラズマによりＩＴＯ電極の表面処
理を行った後、基板１を測定室２に搬送し、再度測定を
行った。測定の結果、仕事関数は５．２ｅＶ、炭素量は
５ａｔｏｍｉｃ％、Ｒ_MAX は１８ｎｍであった。

【００４９】測定後、基板１を有機層形成室３００へ搬
送し、ＩＴＯ電極２の表面に正孔輸送層としてトリフェ
ニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）を６０ｎｍ、発光層とし
てキノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ₃ ）を６０ｎｍ成膜
し、有機層４を得た。

【００５０】次に、基板１を金属電極形成室４００へ搬
送し、金属電極６として、ＭｇＡｇ電極（Ｍｇ：Ａｇ＝
９：１）を２００ｎｍ成膜した。

【００５１】以上の成膜工程では、全て１×１０^-6Ｔｏ
ｒｒ以下の真空度にて行った。金属電極６を形成した
後、１０^-7Ｔｏｒｒ台に排気された封止室５００に基板
１を搬送し、その後、封止室内にＮ₂ ガスを１気圧まで
導入した。あらかじめ封止室内にセットしておいた紫外
硬化樹脂を周囲に塗った封止キャップ８としての封止ガ
ラスを基板上面に接着し、容器外からガラス窓を通して
紫外ランプを照射して樹脂を硬化して素子の封止を行っ
た。

【００５２】（比較例１）比較例１として、プラズマに
よる表面処理を行うことなく有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１と同じ基板１を用いてこれを洗浄、ＵＶオゾン
処理した後、図１の製造装置の前処理室１００内に搬入
し、真空排気後、測定室２００に移し、測定を行った。
その結果ＩＴＯ電極の仕事関数は５．２ｅＶ、炭素量は
２８ａｔｏｍｉｃ％、Ｒ_MAX は２４ｎｍであった。測定
後、有機層形成室３００にて有機層４を形成し、金属電
極形成室４００にて金属電極６を形成し、封止室５００
にて封止を行い、実施例１と同じ構造の素子を得た。

【００５３】（比較例２）比較例２として、プラズマに
よる表面処理時間を実施例１よりも長く実施した有機Ｅ
Ｌ素子を作製した。

【００５４】実施例１と同様の手順で前処理室１００内
で、プラズマ照射によるＩＴＯ電極に対する表面処理を
２０分間行った。この基板１を測定室２００に搬送し、
ＩＴＯ電極表面の特性を測定したところ、仕事関数は
５．２ｅＶ、炭素量は３．５ａｔｏｍｉｃ％と実施例１
の場合とほぼ同じであったが、Ｒ_MAX は２７ｎｍであ
り、表面処理前よりも大きくなっていた。

【００５５】測定後、有機層形成室３００にて有機層４
を形成し、金属電極形成室４００にて金属電極６を形成
し、封止室５００にて封止を行い、実施例１と同じ構造
の有機ＥＬ素子を得た。

【００５６】以上実施例１、比較例１及び２で作製した
素子のそれぞれに対して、陽極（ＩＴＯ電極）に正、陰
極（金属電極）に負の直流電圧を印加して発光面の観察
を行った。

【００５７】図３に各素子の電圧（横軸）−発光輝度
（縦軸）特性を示し、図４に同じ素子について初期輝度
２４００ｃｄ／ｍ² にて定電流駆動したときの輝度（縦
軸）の経時変化を示す（横軸−駆動時間）。図３からわ
かるように、プラズマ表面処理を行わない比較例１の試
料が駆動に最も高い電圧を要しており特性が悪い。図４
の経時変化においても、比較例１の試料が最も輝度の低
下が著しいことがわかる。

【００５８】実施例１と比較例２とを比べると、図４の
輝度の経時変化では両者に顕著な差はみられないもの
の、図３では、実施例１の試料に比べて比較例２の試料
では駆動電圧が大きくなっている。このように駆動電圧
が高くなったのは、比較例２の素子は、過剰な表面処理
が行われる事でＩＴＯ電極表面の平坦性が実施例１の試
料に比べて悪くなったことにより、発光特性が低下した
ことを示している。

【００５９】以上の比較からわかるように、実施例１の
ように表面処理後のＩＴＯ電極が、例えば、仕事関数は
５．２ｅＶ、炭素量は５ａｔｏｍｉｃ％、Ｒ_MAX は１８
ｎｍを示していれば、その後有機層及び金属電極を形成
して有機ＥＬ素子を製造した場合に、実施例１と同じ特
性を備える素子が得られることとなる。

【００６０】そこで、本実施形態１において、例えば、
測定室２００で測定した表面処理後のＩＴＯ電極の特性
が、仕事関数５．０ｅＶ以上であること、清浄性はＸＰ
Ｓ測定下の炭素量として５ａｔｏｍｉｃ％以下であるこ
と、平坦性はＡＦＭ測定下のＲ_MAX の値として２０ｎｍ
以下であることを表面処理後の透明電極の特性が満たす
べき条件と設定し、これを満たす場合にのみ、その基板
に対し素子製造を行えば、再現性よく有機ＥＬ素子を形
成することができる。また、表面特性が適正値でないＩ
ＴＯ電極を備える基板に対してはその後の製造処理を実
行しないこととすれば、素子を最後まで製造した後に不
良品を除く必要がなくなるため、有機層、金属電極形成
工程での製造効率を高めることができ、製品の歩留まり
向上に寄与する。

【００６１】（実施例２）図１に示す装置において、プ
ラズマ源のプラズマ生成室１０の内壁に、意図的にフッ
素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）シート（厚さ１
ｍｍ）を配し、前処理室１００内で、実施例１と同じ基
板１を用い、同じ条件で生成したプラズマを同じ時間
（５分）照射して表面処理を行った。

【００６２】この後、基板１を測定室２００に搬送し、
測定を行った。測定の結果、仕事関数は６．２ｅＶ、炭
素量は４．５ａｔｏｍｉｃ％、Ｒ_MAXは１９ｎｍであっ
た。なお、ＸＰＳにより測定されたＩＴＯ表面のフッ素
量は１２ａｔｏｍｉｃ％であった。このように、プラズ
マ生成室１０にポリテトラフルオロエチレンを配してプ
ラズマ処理を行うことでＩＴＯ電極表面にフッ素が導入
され、その結果仕事関数が著しく大きくなることがわか
った。

【００６３】測定室２００での測定終了後、実施例１と
同様に有機層４及び金属電極６を形成し、さらに封止を
行った。

【００６４】このようにして実施例２で作製した有機Ｅ
Ｌ素子は、電極間に直流電圧を印加したところ、実施例
１と同じ電圧−輝度特性、半減寿命を示した（図３及び
図４参照）。この結果は、ＩＴＯ表面のフッ素は、素子
特性に直接悪影響を及ぼさないことを示す。さらには、
正孔注入層のＨＯＭＯレベル（本実施例２に用いたＴＰ
ＴＥでは約５．０ｅＶ）よりもＩＴＯ電極側の仕事関数
は大きければ正孔の注入効率は改善され、その大きさに
よらないことを示している。

【００６５】実施例２では、フッ素量は特性に悪影響を
及ぼさなかったが、多量のフッ素は素子の動作の不安定
性などの悪影響を与えると考えられる。その点から、フ
ッ素量は２０ａｔｏｍｉｃ％以下に止めた方が好ましい
と考えられる。

【００６６】［実施形態２］図５は、実施形態２に係る
有機ＥＬ素子の製造装置の構成例を示している。上記実
施形態１では、各真空処理室を直線的に配しているが、
本実施形態２の製造装置では、中央に基板搬送用の搬送
ロボットを備えた搬送室７００を設け、その周囲に複数
の真空処理室を配したプロセスの効率化が可能なマルチ
チャンバ型とした。真空処理室は、概ね実施形態１と同
様であるが、外部からのＩＴＯ付き基板１の取り入れ、
取り出しを行う予備室７１０と、プラズマ処理室１１
０、ＡとＢの二つの測定室２１０、ＡとＢの２つの有機
層形成室３１０、金属電極形成室４１０及び封止室５１
０を備える。

【００６７】２つの測定室２１０の内、測定室ＡにはＸ
線光電子分光装置と紫外光電子分光装置とが設けられ、
プラズマ表面処理後のＩＴＯ表面の清浄性と仕事関数の
測定を行う。測定室ＢにはＡＦＭユニットが設けられ、
プラズマ表面処理後のＩＴＯ表面の平坦性を測定する。

【００６８】２つの有機層形成室３１０の内、有機層形
成室Ａでは正孔輸送層を真空蒸着により形成し、有機層
形成室Ｂでは該正孔輸送層上に、発光層および電子輸送
層を同じく真空蒸着により形成する。

【００６９】また、本実施形態２においても、金属電極
６を形成した後、素子の封止を行う装置構成としたが、
金属電極形成後、該金属電極及び素子全体を覆うような
保護膜を形成する保護膜形成室をさらに追加した装置構
成としてもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、陽極となる透明電極上に有機層を形成する前に該透
明電極に表面処理を施し、表面処理後の透明電極表面の
仕事関数、清浄性、平坦性を測定し、特性が所定条件を
満たすかどうか確認し、満たしている場合に有機層、金
属電極を形成し、有機ＥＬ素子を作製する。

【００７１】従って、特性が同程度の透明電極表面に有
機層、金属電極を形成することができ、低電圧で駆動可
能でかつ均一な発光面を有し、長時間の駆動に対して輝
度低下の少ない有機ＥＬ素子を再現性よく得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の本実施形態１に係る有機ＥＬ素子の
製造装置の構成例を示す図である。

【図２】 本発明に係る有機ＥＬ素子の製造工程を示す
図である。

【図３】 実施例及び比較例に係る有機ＥＬ素子の電圧
−発光輝度特性を示す図である。

【図４】 実施例及び比較例に係る有機ＥＬ素子の輝度
の経時変化を示す図である。

【図５】 本発明の本実施形態２に係る有機ＥＬ素子の
製造装置の構成例を示す図である。

【図６】 一般的な有機ＥＬ素子の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 基板、２ 透明電極（ＩＴＯ電極、陽極）、４ 有
機層、６ 金属電極（陰極）、８ 封止キャップ、１０
プラズマ生成室、１２ 電磁石、２０ 仕事関数用紫
外光源、２１，３１，４１，５１ 基台、２２ 仕事関
数用２次電子検出器、２４ ＸＰＳ用Ｘ線光源、２６
ＸＰＳ用エネルギー分析器、２８ ＡＦＭユニット、３
２，３４ 有機層用蒸着源、４２，４４ 金属電極用蒸
着源、１００ 前処理室、１１０ プラズマ処理室、２
００，２１０ 測定室、３００，３１０ 有機層形成
室、４００，４１０ 金属電極形成室、５００，５１０
封止室、６００ ゲートバルブ、７００ 搬送室、７
１０ 真空予備室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多賀 康訓 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 3K007 AB01 AB03 AB06 AB11 AB18 BB01 CA01 CB01 DA01 DB03 EB00 FA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、透明電極、発光層を含む有機
   層及び金属電極を備える有機電界発光素子の製造方法で
   あり、 前記基板上に形成された前記透明電極表面に前記有機層
   を形成する前に、真空雰囲気下で、前記透明電極に対し
   て表面処理を行い、次に、大気に曝すことなく該表面処
   理後の透明電極表面の清浄性と平坦度及び前記透明電極
   の仕事関数を測定し、 測定した清浄性、平坦度及び仕事関数が所定条件を満た
   す場合に、大気に曝すことなく前記表面処理後の透明電
   極表面に前記有機層を形成することを特徴とする有機電
   界発光素子の製造方法。
2. 【請求項２】 基板上に、透明電極、発光層を含む有機
   層及び金属電極を備える有機電界発光素子を製造する製
   造装置であり、 前記透明電極の形成された前記基板を受け入れて、真空
   雰囲気下で、前記透明電極に対して表面処理を行う表面
   処理室と、 前記表面処理が行われた前記透明電極を有する基板を大
   気に曝すことなく受け入れて、前記表面処理後の透明電
   極表面の清浄性、平坦度及び前記透明電極の仕事関数を
   測定する測定室と、 測定した清浄性、平坦度及び仕事関数が所定条件を満た
   す場合に、大気に曝すことなく搬入される前記測定後の
   基板に対し、該表面処理後の透明電極表面に前記有機層
   を形成する有機層形成室と、 を備えることを特徴とする有機電界発光素子の製造装
   置。