JP2004139746A - Method for manufacturing organic el element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably provide an organic EL (electroluminescence) element having a long luminance lifetime. <P>SOLUTION: A method for manufacturing the organic EL element includes a step of sequentially forming a lower electrode layer made of an ITO (indium tin oxide), an organic layer containing an organic EL material and an upper electrode layer on a substrate. In this method, a surface treatment of the lower electrode layer is performed to set a carbonyl compound existing on a surface of the ITO, to a specified amount or less at a surface state of the ITO immediately before the organic layer is formed. It means to set the carbonyl compound to the specific amount or less that in a spectrum of the surface of the ITO obtained by an XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analyzing method, a ratio (P2/P1) of an oxygen peak P1 originating from an In<SB>2</SB>O<SB>3</SB>present at 530 eV and the peak P2 originated from C=O present at 532 eV becomes 0.43 or less, where the peaks P1, P2 are among the peaks P1, P2 and P3 obtained by waveform separating a peak P0 originating from O1s by a curve fitting method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の上に、ITO(インジウムチンオキサイド)からなる下部電極層、有機EL材料からなる有機層、上部電極層を順次形成してなる有機EL素子およびその製造方法に関し、特に下部電極層の表面処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子は、自己発光のため、視認性に優れ、かつ数V〜数十Vの低電圧駆動が可能なため駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこで薄膜型ディスプレイ、照明、バックライトとしての活用が期待できる。また、有機EL素子は色バリエーションが豊富であることも特徴である。
【0003】
このような有機EL素子は、ガラス等の基板の上に、ITO(インジウムチンオキサイド)からなる下部電極層を形成した後、この下部電極層の表面処理を行い、続いて下部電極層の上に蒸着法等により有機EL材料からなる1層以上の有機層を形成し、この有機層の上に上部電極層を形成してなる。
【0004】
ここで、有機層を形成する前に基板上の下部電極層に表面処理を施すが、この目的は、大きく電極表面の洗浄と電極表面の物性値の改善であり、物性値の改善とは有機層内に電荷が注入されやすいように仕事関数をあわせこむものである。
【0005】
このような下部電極層の表面処理としては、従来、必要に応じてオゾンを導入しながら常温で紫外線照射を行う処理(以後、UV処理と呼ぶ)が用いられたり(例えば、特許文献1参照)、電極表面を酸素プラズマ等のプラズマにさらす方法(以後、プラズマ処理と呼ぶ)が用いられる。
【0006】
プラズマ処理は真空中で処理し、そのまま真空中を介して有機層の形成に持ち込むことができるため、プロセスとしても非常に有利な手法である。しかし、プラズマ粒子の物理的エネルギーが非常に高いため、処理条件によっては、ITOの表面組成を変化させてしまう場合や過度な場合にはITO自体がエッチングされてしまい、電極表面の凹凸が悪化する場合も発生し、取り扱いが難しい。
【0007】
一方、UV処理は、ITO自体への影響が少ないため、比較的安易に適用できる手法である。このUV処理では、下部電極層の表面に存在する有機物等の汚染物質をUV照射によって分解し、それにより発生する分解生成物がオゾンと反応してガス化することで除去され、表面洗浄がなされる。
【0008】
【特許文献1】
特開平10−261484号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの検討では、UV処理およびプラズマ処理では、処理条件によっては、有機EL素子における輝度寿命が不十分となる場合が生じることがわかった。
【0010】
従来では、下部電極層を表面処理するにあたって、有機EL素子の輝度寿命と処理条件との関係は明確化されておらず、輝度寿命を確保できる有機EL素子を確実に製造することは困難であった。
【0011】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、長い輝度寿命を有する有機EL素子を安定して提供できるようにすることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、下部電極層の表面処理において表面処理後の電極表面の状態に着目し、鋭意検討を行った。
【0013】
表面処理前の下部電極層においては、大気中等に存在する汚染物質が付着するが、検討の結果、従来の表面処理方法では、その中でもカルボニル化合物が残存して輝度寿命に大きく影響することを見出した。
【0014】
このカルボニル化合物は、従来のUV処理では下部電極層を構成するITO表面から十分に除去することができず、残存する。カルボニル化合物はC=O結合を有するが、このC=O結合の結合エネルギー(約190kcal/mol)は他の有機化合物の結合エネルギーよりも高く、特にUV処理の場合においては通常使用されるUV波長(例えば185nm)のエネルギー(約154kcal/mol)では切断できないためである。
【0015】
そして、このカルボニル化合物においてはC=O結合が小さいエネルギーギャップを有するものであるために、有機EL素子において用いられる発光のエネルギーが、このC=O結合部分に移動して放出され、その結果、発光のためのエネルギーが無駄に消費され、輝度寿命の低下につながると考えられる。
【0016】
しかし、本発明者らは、表面処理の条件を従来に対し変更すれば、ITO表面に存在するカルボニル化合物までも十分に除去することができることを見出した。つまり、表面処理後にITO表面に残存するカルボニル化合物が規定量以下であれば、十分な輝度寿命が確保できることを見出した。本発明は、このような検討結果に基づき創出されたものである。
【0017】
すなわち、請求項1に記載の発明は、基板(10)の上に、ITO(インジウムチンオキサイド)からなる下部電極層(20)を形成した後、この下部電極層の表面処理を行い、続いて下部電極層の上に有機EL材料からなる1層以上の有機層(30)を形成し、この有機層の上に上部電極層(40)を形成してなる有機EL素子の製造方法において、下部電極層の表面処理工程は、有機層を形成する直前の下部電極層の表面状態として、下部電極層を構成するITO表面に存在するカルボニル化合物を規定量以下とするように表面処理を行うものである。
【0018】
ここで、カルボニル化合物を規定量以下にするとは、ITO表面のXPS分析法により得られるスペクトルにおいて、O1sに由来するピーク(P0)をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピーク(P1、P2、P3)のうち、530eVに現れるIn由来の酸素ピーク(P1)と532eVに現れるC=O由来のピーク(P2)との比であるカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43以下となるようにするものである。
【0019】
本発明者らの検討によれば、有機EL素子の輝度寿命を十分に長いものにするには、下部電極層を表面処理したときに、上記カルボニル/酸素ピーク比が0.43以下に小さくなるようにカルボニル化合物を低減させれば十分であることが実験的にわかった(図18参照)。
【0020】
よって、本製造方法によれば、長い輝度寿命を有する有機EL素子を安定して提供することができる。
【0021】
さらに、検討を進めた結果、下部電極層を表面処理するにあたって、ITO表面に残存するカルボニル化合物を規定量以下とした場合において、さらに、ITOの組成状態の変化を所定量以内の変化にとどめるような処理条件を採用すれば、より確実に輝度寿命の向上が図れることを見出した。
【0022】
すなわち、請求項2に記載の発明は、請求項1の製造方法において、下部電極層(20)の表面処理工程が、下部電極層を構成するITOの酸素とインジウムの組成比が表面処理前後で所定量以内の変化にとどまるように表面処理を行うものである。
【0023】
ここで、所定量以内の変化にとどまることとは、ITO表面のXPS分析法により得られるスペクトルにおいてO1sに由来するピーク(P0)をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピークであって530eVに現れるIn由来の酸素ピーク(P1)と同スペクトルにおいて444eVに現れるIn由来のピークとの比である酸素/インジウムピーク比における表面処理後の値が、表面処理前の値に対して90%以上であることである。
【0024】
本発明者らの検討によれば、上記酸素/インジウムピーク比における表面処理後の値が表面処理前の値に対して90%以上となるように、表面処理前後でのITO組成比の変化を小さくすれば、より確実に有機EL素子の輝度寿命を十分に長いものにできることが実験的にわかった(図19参照)。
【0025】
ここで、上記請求項1や請求項2に記載の製造方法における下部電極層(20)の表面処理としては、具体的には、請求項3に記載の発明のように、基板(10)の温度が145℃以上となるように基板を加熱した状態で紫外線照射による処理を行うことで適切に実現できる。
【0026】
本発明は、検討の結果、実験的に見出されたものであり、145℃以上でUV処理を行うことで、従来の常温でのUV処理では分解が困難であったカルボニル化合物を分解し、除去できる。
【0027】
特に、請求項2の製造方法を実現するにあたっては、プラズマ処理でも処理条件を調整することによって実現可能であるが、本発明では、プラズマ処理よりもより容易に請求項2の製造方法を実現することができ、好ましい。
【0028】
また、請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の有機EL素子の製造方法において、下部電極層(20)の表面処理として、紫外線照射による処理を行う前に、予め処理槽の内部にオゾンを導入し充満させることを特徴とする。
【0029】
それによれば、下部電極層の表面処理においてUV処理を行った場合に、処理雰囲気はオゾンが十分に存在したものとなるため、UV処理にて発生する分解生成物をより確実にガス化することができ、好ましい。
【0030】
また、請求項5に記載の発明では、請求項3または4に記載の有機EL素子の製造方法において、下部電極層(20)の表面処理として、紫外線照射による処理を行った後、プラズマによる処理を行うことを特徴とする。
【0031】
それによれば、下部電極層の表面処理においてUV処理を行った後に、微量に残存する分解生成物をプラズマ処理によって確実に除去することができ、好ましい。
【0032】
これら請求項4や請求項5の製造方法に示す好ましい手法は、特に、請求項6に記載の発明のように、下部電極層(20)の表面処理工程において、基板(10)として下部電極層以外に有機物からなる部材(60、70)が基板の上に形成されたものを用いる場合に適用して好ましい。
【0033】
表面処理の対象である下部電極層以外に有機物からなる隔壁および膜等の部材が形成された基板を、UV処理する場合、これら隔壁や膜の有機物が分解生成物となって処理後に残存し、素子特性に悪影響を与える恐れがある。その点、当該分解生成物を確実に除去可能な上記手法を採用すれば、効果的である。
【0034】
また、請求項7に記載の発明は、基板(10)の上に、インジウムチンオキサイドからなる下部電極層(20)、有機EL材料からなる1層以上の有機層(30)、上部電極層(40)を順次形成してなる有機EL素子において、下部電極層として、有機層を形成する前の下部電極層の表面状態をXPS分析法で分析することにより得られるスペクトルにおいて、O1sに由来するピーク(P0)をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピーク(P1、P2、P3)のうち、530eVに現れるIn由来の酸素ピーク(P1)と532eVに現れるC=O由来のピーク(P2)との比であるカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43以下となっているものが用いられていることを特徴とする。
【0035】
本発明は、上記請求項1に記載の製造方法によって適切に製造しうるものであり、その効果は請求項1の発明と同様である。
【0036】
ここで、請求項8に記載の発明のように、基板(10)の上に、有機層(30)以外に有機物からなる部材(60、70)が形成されているものにでき、その効果は上記請求項6の発明と同様である。
【0037】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子S1の概略断面構成を示す図である。
【0039】
この有機EL素子S1は、透明なガラス基板または樹脂基板等からなる基板10を備え、この基板10の上には、下部電極層としてのITO(インジウムチンオキサイド)からなる陽極20、有機EL材料からなる発光層33を含む有機層30、上部電極層としての陰極40を順次積層してなる。
【0040】
ここで、陽極10〜陰極40までが積層された積層体50は、電気絶縁性の絶縁膜60によって複数個に分割されており、この絶縁膜60の上には、積層体50よりも高い隔壁70が形成されている。その結果、絶縁膜60および隔壁70により分割された各積層体50は、それぞれ画素として構成されている。
【0041】
次に、基板10の上に形成された上記各層等の材質等について述べる。陽極20は上述したように、ITO(インジウムとスズの酸化物)等からなる透明電極膜である。この陽極20は、スパッタ法等で150nm程度の厚さに成膜したITO膜を、通常のフォトリソグラフィー法でパターニングすることで形成されたものとしている。
【0042】
有機層30は、陽極20側から順に、正孔注入性有機材料からなる正孔注入層31、正孔輸送性有機材料からなる正孔輸送層32、有機EL材料からなる発光層33、電子輸送性有機材料からなる電子輸送層34が、蒸着法等によって積層されてなる。
【0043】
本例では、正孔注入層31は膜厚10nm程度のCuPc(銅フタロシアニン錯体)、正孔輸送層32は膜厚40nm程度のトリフェニルアミン4量体、発光層33は、電子輸送性材料であるAlq中にジメチルキナクリドンを添加したものを膜厚40nm程度成膜したもの、電子輸送層34は膜厚20nm程度のAlqからなる。
【0044】
また、陰極40は金属材料等を蒸着したものからなり、本例では、有機層30側から電子注入層としての膜厚0.5nm程度のLiF膜41、膜厚150nm程度のAl膜42を順次蒸着法等にて成膜したものからなる。
【0045】
基板10の上に形成された有機層30以外の有機物からなる部材60、70すなわち絶縁膜60は感光性ポリイミド等の樹脂材料からなり、一方、隔壁70はネガ型の感光性樹脂レジスト材料等からなる。
【0046】
また、図示しないが、この有機EL素子S1は基板10上にステンレス等の封止缶を設け、この封止缶によって基板10上の各部を被覆して保護するようにしている。
【0047】
このような有機EL素子S1においては、所望の画素すなわち積層体50にて発光を行うようにするものである。具体的には、陽極20と陰極40との間に電圧を印加することで発光層33内へ電子および正孔が注入され、これら電子と正孔の結合による発生するエネルギーにより発光層33が発光する。この発光は例えば基板10側から取り出される。
【0048】
[有機EL素子S1の製造方法]
次に、上記した有機EL素子S1の製造方法について説明する。まず、基板10上の所定の位置にITOからなる陽極20を形成する(陽極形成工程)。本例では、ITOをスパッタ法等で150nm程度の厚さに成膜し、通常のフォトリソグラフィー法でパターニングすることで、陽極20が形成される。
【0049】
次に、各積層体(画素)50の間となる部分において基板10の上に、上記絶縁膜60を感光性ポリイミド等の樹脂にて形成する(絶縁膜形成工程)。さらに、絶縁膜60の上に、有機層30および陰極40を分断するための隔壁70をフォトリソグラフィー法で形成する(隔壁形成工程)。
【0050】
このようにして、陽極(下部電極層)20、有機物からなる隔壁70および有機物からなる膜としての絶縁膜60を形成した後、有機層30を形成する前に陽極20の表面処理を行う(陽極表面処理工程)。
【0051】
この陽極20の表面処理は、有機EL素子の輝度寿命を十分に長いものにするために、有機層30を形成する直前の陽極20の表面状態として、陽極20を構成するITO表面に存在するカルボニル化合物を規定量以下とするように行うものである。
【0052】
具体的に、カルボニル化合物を規定量以下にするとは、ITO表面のXPS(X線光電子分光法)を用いた分析法により得られるスペクトルのうちO1sに由来するピークを利用する。そして、表面処理後のITO表面のスペクトルにおいてカルボニル化合物が規定量以下となるような処理条件を求め、この求められた処理条件に基づいて表面処理を行うものである。
【0053】
このスペクトルは次のようにして求める。ITOからなる陽極20が形成されたガラス基板10を表面処理した後グローブボックスに搬送する。グローブボックス内でXPSに付属する搬送用密封治具(以後、ベッセルと呼ぶ)に装填し、分析装置に搬送する。ベッセルは分析装置に直結するため、大気に曝されることなく分析装置内に挿入することができる。そして、分析を行う。
【0054】
図2は、このXPS分析により得られるスペクトルにおけるO1sに由来するピークの一例を示す図である。図2において、破線P0で示すものが実測されたスペクトルにおけるO1sに由来するピークである。
【0055】
このO1sのピークP0は、複数のピークの重ね合わせのような形状をしているが、これはいくつかの化合物の酸素が存在するためである。このピークP0はカーブフィッテング法により波形分離することができる。
【0056】
この場合には、図2に示すように、O1sのピークP0に合うようにカーブフィッティング法で計算し、3つのピークP1、P2、P3に分離した。なお、分離して求められた各ピークP1〜P3を足し合わせものは、ピークP0’として示してあり、このピークP0’は実測のピークP0とよく一致している。
【0057】
分離された各ピークP1、P2、P3の酸素はおおよそどの化合物に由来するかは理論的に判明しており、ピークP1は陽極のITO(In)に由来する酸素ピーク、ピークP2は処理後に残存する汚染物質のC=O(カルボニル基)に由来するピーク、ピークP3は当該汚染物質のC−Oに由来するピークである。
【0058】
ここで、C=O由来のピークP2はO1sのピーク同様にC1sのピークの波形分離によっても確認することができる。このことを利用して、このO1sピークP0における分離されたピークP2が、本当にC=O由来であることを確認した。
【0059】
いくつかのITO表面を測定し、O1sにおけるピークP2(C=O in O1s)のピーク強度とC1sピークの波形分離から得られるC=O由来のピーク(C=O in C1s)のピーク強度との相関を確認した。その結果を図3に示す。図3に示すように、両ピークのピーク強度は良く相関しており、この結果から、O1sのピークP2がC=O由来であることが確認できた。
【0060】
そして、本実施形態におけるカルボニル化合物の残存量の定義としては、陽極の表面処理条件が変化しても、ITO由来のピークであるピークP1の強度に変動が見られないので、このピークP1をリファレンスとし、530eVに現れるピークP1と532eVに現れるピークP2との比(P2/P1)を用いることとした。
【0061】
そして、本実施形態における陽極20の表面処理は、有機層30を形成する直前の陽極20の表面状態として、ITO表面のXPS分析法により得られるスペクトルにおいてO1sに由来するピークP0をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピークP1〜P3のうち、530eVに現れるIn由来の酸素ピークP1と532eVに現れるC=O由来のピークP2との比(P2/P1)が0.43以下となるような、表面処理条件にて行う。なお、このピーク比を以後、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)という。
【0062】
詳細は後述するが、このカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)を0.43とするように陽極20の表面処理を行えば、ITO表面に存在するカルボニル化合物を十分に低減したものにでき、有機EL素子の輝度寿命を十分に長いものできることは、本発明者らの検討により実験的にわかったことである。
【0063】
さらに、この陽極20の表面処理としては、より確実に有機EL素子の輝度寿命を十分に長いものにするために、ITOの組成状態の変化を所定量以内の変化にとどめるような処理条件を採用することが好ましい。ITO組成の変化は少ない方が好ましいが、本発明者らは、その変化度合がある所定量以内であれば、輝度寿命の確保に大きく効果があることを見出した。
【0064】
つまり、陽極20の表面処理工程は、有機層30を形成する直前の陽極20の表面状態として上記カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)を0.43となるようにしつつ、ITOの酸素とインジウムの組成比が表面処理前後で所定量以内の変化にとどまるように表面処理を行うことが好ましい。
【0065】
具体的に、所定量以内の変化にとどまることとは、ITO表面のXPS分析法により得られるスペクトルにおいて、O1sに由来するピークP0をカーブフィッティング法により波形分離して得られる530eVに現れるIn由来の酸素ピークP1(図2参照)と444eVに現れるIn由来のピーク(図無)との比である酸素/インジウムピーク比における表面処理後の値が、表面処理前の値に対して90%以上である。
【0066】
詳細は後述するが、上記酸素/インジウムピーク比における表面処理後の値が表面処理前の値に対して90%以上となるように表面処理前後でのITO組成比の変化を小さくすれば、より確実に有機EL素子の輝度寿命を十分に長いものにできることは、本発明者らの検討により実験的にわかったことである。
【0067】
そして、上記したカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)や酸素/インジウムピーク比を考慮した表面処理は、基板10の温度(基板温度)が145℃以上となるように基板10を加熱した状態で紫外線照射による処理(UV処理)や、酸素−アルゴン混合ガス等を用いたプラズマ処理を用い、処理条件を適宜調製することで実現できる。
【0068】
例えば、UV処理条件としては、実際の基板温度を145℃以上とした状態で、オゾン流量0.5〜10リットル/分で3分〜20分間程度、UV照射するものとできる。また、プラズマ処理条件としては、圧力1.0Paになるように酸素ガスとアルゴンガスを1:9の比率で導入し、RFパワーを50Wに設定し200秒処理を行うものにできる。
【0069】
また、本実施形態の陽極20の表面処理として基板温度を145℃以上としたUV処理を行う場合において、さらに好ましい形態を次に示す。一つは、紫外線照射を行う前に、予めUV処理槽の内部にオゾンを導入し充満させるものである。
【0070】
このようにオゾンを予め予備導入すれば、陽極20の表面処理においてUV処理を行う際に、その処理雰囲気はオゾンが十分に存在したものとなるため、UV処理にて発生する分解生成物をより確実にガス化することができ、好ましい。基板が大型化して処理槽が大きくなりオゾンが不足しがちになると、上記分解生成物が残存しやすいが、本手法ならば、そのような問題を回避できる。
【0071】
二つ目は、紫外線照射による処理を行った後、さらにプラズマによる処理を行うもの、すなわちプラズマアシストを行うものである。それによれば、UV処理を行った後に、陽極20のITO表面に微量に残存する分解生成物をプラズマ処理によって確実に除去することができ、好ましい。
【0072】
このような補助的なプラズマ処理の条件としては、例えば、圧力1.0Paになるように酸素ガスとアルゴンガスを1:9の比率で導入し、RFパワーを30Wに設定し数十秒処理を行うものにできる。
【0073】
また、これら二つの好ましい形態は、本実施形態の有機EL素子のように、陽極表面処理工程において、基板10として陽極20に有機物からなる部材(つまり本例では絶縁膜60および隔壁70)が基板10の上に形成されたものを用いる場合に好適である。
【0074】
表面処理の対象である陽極20以外に有機物からなる部材が形成された基板10をUV処理する場合、これらの有機物が分解生成物となって処理後に残存し、素子特性に悪影響を与える恐れがある。その点、当該分解生成物を確実に除去可能な上記手法を採用すれば、効果的である。
【0075】
このようにして陽極表面処理工程を実行した後、蒸着法等を採用して陽極20の上に有機層30を成膜して積層し(有機層成膜工程)、有機層30の上に陰極40を成膜して積層する(陰極成膜工程)ことにより積層体50を形成する。本例における有機層30および陰極40の成膜例は上述したとおりである。
【0076】
なお、図示しないが、実際には、このような成膜方法により、隔壁70の上端面にも、有機層30および陰極40と同様の膜が積層される。その後、上記封止缶を取り付ける等の工程を行うことによって、有機EL素子S1が完成する。
【0077】
このようにして完成した有機EL素子S1においては、特にITOからなる陽極20として、有機層30を形成する前の陽極20の表面状態をXPS分析法で分析することにより得られるスペクトルにおいて、O1sに由来するピークP0をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピークP1〜P3のうち、530eVに現れるIn由来の酸素ピークP1と532eVに現れるC=O由来のピークP2との比であるカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43以下となっているものが用いられた構成となっている。
【0078】
そして、上述したように、本実施形態の製造方法によれば、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)や酸素/インジウムピーク比を考慮した陽極20の表面処理を行うことにより、長い輝度寿命を有する有機EL素子を安定して提供することができる。
【0079】
次に、上記した本実施形態の製造方法において、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)や酸素/インジウムピーク比を考慮した表面処理を採用した根拠、さらにはより好ましい形態を採用できる根拠等について述べる。採用の根拠は、次に述べる本発明者らの検討に基づくものである。
【0080】
[UV照射の検討1]
従来のUV処理では常温で行っており、UV照射によるエネルギーではC=O結合を切断するのに十分なエネルギーが付与できなかった。そこで、基板を加熱してC=O結合に付与されるエネルギーを大きくすることを検討した。
【0081】
図4に示すように、ガラス基板10の上にITOからなる陽極20まで形成したITO付き基板としてのサンプルを作製した。
【0082】
そして、このサンプルを用いて、UV処理を行わなかったもの(UV処理なし)、検討例1として従来と同様に常温でUV処理したもの(UV(常温)処理)、検討例2として処理装置の設定温度100℃でUV処理したもの(UV(100℃)処理)、検討例3として処理装置の設定温度150℃でUV処理したもの(UV(150℃)処理)を作製した。
【0083】
ここで、UV処理は、100mm□基板用UVオゾン処理装置を用い、上記した常温、100℃、150℃の各設定温度において、オゾン流量0.5リットル/分で20分間行った。そして、UV処理なしおよび各温度のUV処理が施された検討例1〜3のサンプルについて、それぞれのITO表面をXPS分析した。
【0084】
このXPS分析は上述の要領で行い、それぞれの処理を施したサンプルについて、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)を求めた。その結果を図5に示す。図5から、基板10を加熱することにより当該ピーク比(P2/P1)が小さくなりカルボニル化合物の除去効果が高まっていることがわかる。
【0085】
ここで、処理装置の設定温度すなわち処理温度は、実際の基板10の温度すなわち基板温度とは多少ずれがある。これは、基板温度はUVランプの輻射熱によって処理温度よりも高くなるためである。上記図5では、処理温度が常温、100℃、150℃の場合、それぞれ基板温度は60℃、115℃、170℃であった。
【0086】
そして、この基板温度と輝度寿命との関係を調べるにあたって、上記のUV(常温)処理、UV(100℃)処理、UV(150℃)処理を行った検討例1〜3のサンプルに対して、陽極20上に上記した本例の要領で有機層30、陰極40を形成し、さらに図示しない封止缶を組み付けることで有機EL素子を形成した。
【0087】
その断面構成を図6に示す。この有機EL素子においては、隔壁や絶縁膜等の有機層以外の有機物からなる部材は存在しない。
【0088】
繰り返しになるが、図6に示す有機EL素子においては、有機層30は、膜厚10nmのCuPcからなる正孔注入層31、膜厚40nmのトリフェニルアミン4量体からなる正孔輸送層32、Alq中にジメチルキナクリドンを添加したものを膜厚40nm成膜してなる発光層33、膜厚20nmのAlqからなる電子輸送層34が順次積層されてなる。また、陰極40は電子注入層としての膜厚0.5nmのLiF膜41、膜厚150nmのAl膜42を順次蒸着法等にて成膜したものからなる。
【0089】
また、基板温度と輝度寿命との関係を調べるにあたっては、処理温度200℃(基板温度では230℃)で同様にUV処理したITO付き基板を用いて、図6と同様の有機EL素子を作製し、この素子を検討例4とした。
【0090】
そして、各基板温度毎に得られた検討例1〜4の有機EL素子について、輝度寿命を調べた。輝度寿命は、85℃で初期輝度2400cd/mにおいてDC駆動を行った際の輝度が半減する時間すなわち輝度半減寿命を用いた。つまり、この輝度半減寿命は、85℃で輝度が1200cd/mとなる駆動時間である。
【0091】
基板温度(℃)と輝度半減寿命(hr)との関係を図7に示す。輝度半減寿命は検討例1が60時間、検討例2が75時間、検討例3が95時間、検討例4が98時間であった。ちなみに、UV処理なしは20時間程度であった。この結果から、基板温度を少なくとも170℃程度以上にすれば輝度半減寿命が十分に改善されることが明確化した。
【0092】
また、上記した検討においてUV処理なしおよび処理温度が常温、100℃、150℃のサンプル(検討例1〜3)について求めたカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)と、そのサンプルを用いて作製した有機EL素子について求めた輝度半減寿命との関係を調べた。その結果を図8に示す。
【0093】
この図8の結果から、有機層30を形成する直前の陽極20表面におけるカルボニル化合物の存在状態としては、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.33以下程度であれば良いことになり、輝度半減寿命としては、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)を0.33以下にすれば良いといえる。
【0094】
以上、UV照射の検討1では、ガラス基板10に陽極20(ITO)のみが形成されたテストピースおよびそれを用いて有機層30および陰極40を積層してなる有機EL素子を用いて行ってきた。
【0095】
そして、この検討からは、陽極20の表面処理としては、基板温度を170℃以上としてUV処理すること、および、表面処理後且つ有機層形成前の陽極の表面状態として、ITO表面に存在するカルボニル化合物をカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.33以下程度となるように低減すれば良いことが知見として得られた。つまり、おおよその表面処理条件を絞り込むことができた。
【0096】
この結果を受け、実際のパネル形態としての基板すなわち上記図1に示した有機物からなる隔壁70や絶縁膜60が存在する基板10において、上記条件の効果を確認すべく検討を行った。次に、この検討を「UV照射の検討2」として述べる。
【0097】
[UV照射の検討2]
まず、上記図1に示す有機EL素子S1として、UV(150℃)処理を施したものを、検討例5として作製した。ちなみに、この検討例5におけるUV(150℃)処理は、上記UV照射の検討1における検討例3と同様に行った。
【0098】
つまり、陽極20、絶縁膜60、隔壁70が形成された基板10を150℃の処理温度(基板温度は170℃)で加熱しながら、100mm□基板用UVオゾン処理装置により、オゾン流量0.5リットル/分で20分間表面処理を行った。そして、後は同様に、有機層30、陰極40、封止缶組み付けを行い、検討例5の有機EL素子を作製した。
【0099】
この検討例5の有機EL素子S1について、120℃、2時間の放置試験を行った。図9は、この放置試験の前後において素子特性として電圧電流特性を調べた結果を示す図である。図9に見られるように、放置後では初期に比べて、電流電圧特性の大幅な低下が見られた。例えば、電圧8Vでの電流密度が放置前の14%程度であった。
【0100】
このように特性が低下した検討例5の有機EL素子S1の発光状態を確認すると、隔壁70や絶縁膜(平坦化膜)60の周辺で輝度ムラや輝度低下が発生していることがわかった。このことから、隔壁70や絶縁膜60の周辺において電荷が注入されにくくなっていると判断した。
【0101】
この原因として、隔壁70や絶縁膜60といった有機物が紫外線によって分解し、この分解生成物とオゾンとの酸化反応が十分でないために気体化されず、隔壁70や絶縁膜60の周辺にいけるITO表面に付着したことが考えられる。そして、その付着がITO(陽極)表面状態の変化をもたらし、その上に形成される有機層30の膜質や密着性を悪化させたと推定した。
【0102】
この推定モデルを検証するために2つの検証実験を試みた。1つ目は、UV処理の処理時間の短縮である。この処理時間を短縮すれば、蓄積する分解生成物量が低減するはずである。2つ目はオゾン濃度を高くすることである。オゾン濃度を高くすることにより酸化反応確率が向上し、分解生成物量が低減するはずである。
【0103】
「処理時間の短縮の検証」:まず、処理時間の短縮について検証した。ここでは、上記検討例5におけるUV(150℃)処理の処理条件、すなわちオゾン流量0.5リットル/分、20分間という処理条件を基準とした。
【0104】
そして、この基準処理条件に対して、オゾン流量と処理時間を変えた表面処理を行い、後は同様の手順にて上記図1に示す有機EL素子S1を作製した。
【0105】
具体的には、検討例6としてオゾン流量0.5リットル/分、10分間としたもの、検討例7としてオゾン流量1.0リットル/分、10分間としたもの、検討例8としてオゾン流量0.5リットル/分、5分間としたもの、検討例9としてオゾン流量1.0リットル/分、5分間としたもの、検討例10としてオゾン流量1.0リットル/分、3分間としたものを作製した。
【0106】
そして、これら検討例5〜検討例10の有機EL素子について、上記同様の120℃、2時間の高温放置試験を行い、放置試験前後における電圧8Vでの電流密度比を調べた。この電流密度比は、電圧8Vでの放置前の値に対する放置後の割合であり、この電流密度比が大きいほど特性変化が少なく良好なことを意味する。つまり、電圧電流特性変化の指標となる。
【0107】
当該電流密度比を調べた結果、検討例5では上述したように14%、また、検討例6では12%、検討例7では41%、検討例8では63%、検討例9では73%、検討例10では100%であった。この結果をグラフ化したものが図10である。
【0108】
図10に示す結果から、処理時間が短くなると、確かに電流密度比が大きくなる、すなわち素子特性変化が小さくなることがわかる。そのため、この結果から、処理時間の短縮が効果があるという推定が妥当であることが確認された。
【0109】
なお、処理時間を短縮することで、本来のカルボニル化合物の除去効果が低減してしまうことが懸念されたが、輝度半減寿命は変わらなかったため、処理時間を短縮しても除去効果は十分であると考えられる。
【0110】
ちなみに、処理時間を3分間まで短縮して電流密度比100%を実現した上記検討例10においては、輝度半減寿命は97時間であり、上記図7や図8に示す十分に改善された輝度半減寿命と同レベルを確保している。
【0111】
また、あまり処理時間が長いとUV処理によって、隔壁70や絶縁膜60もエッチングされてしまう。そのため、処理時間の短縮化は当該エッチング量の低減にも効果的である。実際にUV(150℃)処理を20分間行った場合には、隔壁70や絶縁膜60が大きくエッチングされてしまうことが、SEM観察の結果確認された。
【0112】
「オゾン濃度に関する検証」:また、図10に示す結果から、オゾン流量が多い方が電流密度比が大きくなっている。すなわち、UV処理におけるオゾン濃度が高い方が、高温放置に供されても素子特性の変化が小さい傾向にあることが確認された。このオゾン濃度に関する検証をさらに進めた。
【0113】
本検証2において、上記検討例5〜検討例10は、小型の100mm□基板用UVオゾン処理装置で行った。装置の処理槽の容積が大きくなればオゾン濃度が十分なものとはなりにくいと考え、これを確認するため、大型の400mm□基板用UVオゾン処理装置を用いてオゾン濃度に関する検証を行った。このとき、処理時間は上記図10の中で最適な時間である3分間とした。
【0114】
検討例11として、陽極20、絶縁膜60、隔壁70が形成された基板10を150℃の処理温度(基板温度は170℃)で加熱しながら、400mm□基板用UVオゾン処理装置により、オゾン流量1.0リットル/分で3分間表面処理を行った。
【0115】
そして、後は同様に、有機層30、陰極40、封止缶組み付けを行い、検討例11としての有機EL素子を作製した。この素子を、120℃、2時間の高温放置試験に供し、放置前後における電圧8Vでの電流密度比を調べたところ、検討例11では4%であった。
【0116】
また、検討例12として、陽極20、絶縁膜60、隔壁70が形成された基板10を150℃の処理温度(基板温度は170℃)で加熱しながら、400mm□基板用UVオゾン処理装置により、オゾン流量10リットル/分で3分間表面処理を行った。
【0117】
そして、後は同様に、有機層30、陰極40、封止缶組み付けを行い、検討例12としての有機EL素子を作製し、検討例11と同様にして、放置前後における電圧8Vでの電流密度比を調べたところ、検討例12では12%であった。これら検討例11および検討例12におけるオゾン流量と電流密度比との関係を図11に示しておく。
【0118】
このように検討例11と検討例12では、オゾン流量を変えたが、電流密度比の低下は避けられず、大型UV処理装置では同様の手法を採用しても、小型UV処理装置と同様の効果が再現しないことが判明した。特に、検討例12のオゾン流量は処理装置の最大値であるにもかかわらず、電流密度比が低下した。
【0119】
この原因としては、大型UV処理装置では、その処理槽の容量が大きいため、小型UV処理装置にくらべ処理開始からオゾン濃度が飽和するまでに時間を要してしまうことが考えられる。そのため、低濃度時に分解生成物が付着すると推定される。
【0120】
「オゾンの予備導入の検証」このため、UV処理開始前に処理槽内に予めオゾンを十分に導入してから処理を開始すること、すなわちオゾンの予備導入を試みた。
【0121】
検討例13として、陽極20、絶縁膜60、隔壁70が形成された基板10を150℃の処理温度(基板温度は170℃)で加熱しながら、400mm□基板用UVオゾン処理装置により、オゾンの予備導入を5分間行った後、オゾン流量10リットル/分で3分間表面処理を行った。
【0122】
そして、後は同様に、有機層30、陰極40、封止缶組み付けを行い、検討例13としての有機EL素子を作製し、上記検討例11と同様にして、放置前後における電圧8Vでの電流密度比を調べたところ、検討例13では80%であった。この検討例13の結果を上記検討例12と対比して、図12に示しておく。
【0123】
このように、オゾンの予備導入によって電流密度比が大幅に改善され、検討例10に示したような小型UV処理装置並みのレベルに達した。この結果から、オゾンによる酸化効率が普遍的に重要であることが確認された。
【0124】
「プラズマアシストの検証」:次に、本UV照射の検討2において、大型UV処理装置にてオゾンの予備導入を行った場合、電流密度比を80%程度まで向上させることができたが、これを100%に達するべくさらなる改善を試みた。
【0125】
プラズマ処理は、プラズマ粒子にのみによる効果であり、UV処理のようなUVよる分子結合の切断とオゾンによる酸化反応(気体化)の複合効果ではない。このため途中段階での分解生成物の影響をあまり考えなくてよい。
【0126】
しかし、プラズマ処理では、「従来技術」の欄にて述べたようにITOの組成変化やエッチング、さらには隔壁等の有機物のエッチング等の影響が懸念され、特にプラズマ粒子のエネルギーが高い場合には、その影響が顕著となる。しかし、プラズマ粒子のエネルギーが低い場合には、この影響は小さい。
【0127】
このため、UV処理を行った後にわずかに残存しているであろう分解生成物を除去するために、非常に弱いプラズマで短時間処理することすなわちプラズマアシストを検討した。
【0128】
ここで、非常に弱いプラズマの定義としては、プラズマ処理における圧力やパワーの大きさが、プラズマ処理によって隔壁70や絶縁膜60にエッチングもしくは表面形態の変化が発生する未満の大きさであることとする。
【0129】
具体的には、検討例14として、陽極20、絶縁膜60、隔壁70が形成された基板10を150℃の処理温度(基板温度は170℃)で加熱しながら、400mm□基板用UVオゾン処理装置により、オゾンの予備導入を5分間行った後、オゾン流量10リットル/分で3分間表面処理を施し、続いて、酸素ガスとアルゴンガスを1:9の比率で導入し、RFパワー30W、圧力1.0Paの条件で10秒間プラズマ処理を施した。
【0130】
後は、上記同様に、有機層30、陰極40、封止缶組み付けを行い、検討例14としての有機EL素子を作製した。この素子を、120℃、2時間の高温放置試験に供し、放置前後における電圧8Vでの電流密度比を調べたところ、検討例14では100%であった。
【0131】
この検討例14の結果を上記図12に加えたものが図13として示されている。このように、プラズマアシストによって電流密度比のさらなる改善が達成できることが確認された。
【0132】
また、この検討例14の素子を、85℃雰囲気中でDC駆動により初期輝度2400cd/mで輝度寿命を評価したところ、輝度半減寿命は99hrであり、プラズマアシストによる悪影響は見られず、十分長い寿命レベルを確保できた。
【0133】
以上、「UV照射の検討1」および「UV照射の検討2」に述べた検討の結果により、有機EL素子の長寿命化のための普遍的なUV処理法を見出すことができた。そこで、プラズマ法により同様の効果を発現できないかどうか検討を試みた。
【0134】
[プラズマ処理の検討]
「酸素プラズマの検討」:まず、一般的な手法である酸素プラズマによる効果を確認した。検討例15として、陽極20、絶縁膜60、隔壁70が形成された基板10を用いて、プラズマ条件としては圧力1.0Paになるように酸素ガスを導入し、RFパワーを50Wに設定し200秒間プラズマ処理を行った。ちなみに、このプラズマ条件は、絶縁膜60、隔壁70といった有機物がほとんどエッチングされないような条件として決めたものである。
【0135】
このプラズマ処理を施した後に、上記同様に、有機層30、陰極40、封止缶組み付けを行い、検討例15としての有機EL素子を作製した。この素子を、120℃、2時間の高温放置試験に供したところ、放置前後における電流電圧特性の変化は見られなかった。
【0136】
しかし、この検討例15の有機EL素子を、85℃初期輝度2400cd/mにおいてDC駆動を行った際の輝度半減寿命は60hrであった。また、この酸素プラズマによる陽極表面処理を施したITOの表面状態をXPS分析法で分析した結果、上記カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)は0.44であった。
【0137】
図14は、検討例15における輝度半減寿命とカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)の値を上記図8に加えて示したものである。図14に示す結果からわかるように、本検討例15においても比較的カルボニル化合物量は低減されているものの、UV処理の場合ほどには、輝度半減寿命が向上していない。
【0138】
このため、カルボニル化合物以外にも輝度寿命に影響を及ぼす因子が存在すると考え、分析結果を再検討した。再検討の結果、酸素プラズマ処理を行った検討例15については、ITOとしての組成に変化が生じており、具体的にはITOの主成分であるInの酸素比率が低下していることが判明した。
【0139】
このITO組成比すなわち酸素比率としては、ITO表面のXPS分析法により得られるスペクトルにおいて、O1sに由来するピークP0をカーブフィッティング法により波形分離して得られる530eVに現れるIn由来の酸素ピークP1(上記図2参照)と、同スペクトルにおいて444eVに現れるIn由来のピーク(In3d由来のピーク、図無)との比である酸素/インジウムピーク比を用いた。
【0140】
この酸素/インジウムピーク比を、上記「UV照射の検討1」に述べたUV処理なし、UV(常温)処理(検討例1)、UV(100℃)処理(検討例2)、UV(150℃)処理(検討例3)、および酸素プラズマ(本検討例15)について求めた。その結果を図15に示す。
【0141】
図15から、酸素プラズマで表面処理した場合、UV処理の場合に比べて酸素/インジウムピーク比が小さくなり、ITO組成比が大きく変化していることがわかる。
【0142】
酸素プラズマによって、ITOの酸素比率が低下するメカニズムはよくわからないが、少なくとも設定したプラズマパワーは隔壁を構成するレジストにすらダメージが入らない条件であるため、物理的スパッタによる影響は少ないと考えられる。
【0143】
このため、酸素ガスの化学的な影響であると推定し、この影響を低減するため酸素とアルゴンの混合ガスによるプラズマ処理を検討した。ちなみに、アルゴンガスのみによるプラズマ処理では素子の駆動電圧が大幅に上昇してしまい、評価に値しないため検討をしなかった。
【0144】
「酸素−アルゴンプラズマの検討」:検討例16として、陽極20、絶縁膜60、隔壁70が形成された基板10を用いて、プラズマ条件としては、圧力1.0Paになるように酸素ガスとアルゴンガスを1:9の比率で導入し、RFパワーを50Wに設定し200秒間処理を行った。
【0145】
このプラズマ処理を施した後に、上記同様に、有機層30、陰極40、封止缶組み付けを行い、検討例16としての有機EL素子を作製した。この素子を、85℃初期輝度2400cd/mにおいてDC駆動を行った際の輝度半減寿命は93時間であり、十分長いレベルであった。
【0146】
また、この検討例16において、プラズマ処理を施したITO(陽極)の表面状態をXPS分析法にて分析した結果、カルボニル化合物の存在を定義するカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)は0.43であった。また、ITO組成比を示す酸素/インジウムピーク比は0.17であった。
【0147】
この検討例16における輝度半減寿命とカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)の値を上記図14に追加したものを、図16に示す。また、この検討例16における酸素/インジウムピーク比を上記図15に追加したものを、図17に示す。
【0148】
この結果から、陽極20を表面処理した場合に、その表面においてITO組成比に異常がなければカルボニル化合物の存在量によって輝度寿命が支配されることが明確化するとともに、ITO組成比も輝度寿命に影響を与える因子であることが判明した。
【0149】
図16の結果から、有機層形成直前の陽極20の表面においてカルボニル化合物の存在状態としてはカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43以下程度であれば効果的であることが判明した。これは、上記図8からの結果であるカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)を0.33以下とすれば良いことに対しての高精度がなされたことを意味する。
【0150】
また、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43となるときのUV処理時の基板温度は、上記図5等に示した検討例1〜検討例3から求めた基板温度とカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)との相関関係を用いて算出した。図18に、この基板温度とピーク比の相関を示す。
【0151】
図18から、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43となるときのUV処理時の基板温度は145℃と算出された。これは基板温度と輝度半減寿命との関係を示した上記図7中の変化点とほぼ一致することから妥当性のある結果であると判断した。
【0152】
つまり、有機層30を形成する直前の陽極20の表面状態として、ITO表面におけるカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43以下となるように表面処理することは、基板温度が145℃以上の状態でUV処理すれば良いことがわかった。
【0153】
さらに、このカルボニル化合物の影響が小さいものについてITO組成比と輝度寿命の相関を確認した。すなわちカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43近傍となるように、酸素プラズマ、酸素−アルゴンプラズマ、UVの各表面処理を行って上記酸素/インジウムピーク比を求め、さらに、続けて有機EL素子を作製して輝度半減寿命を調べた。その結果を図19に示す。
【0154】
図19は、酸素/インジウムピーク比と輝度半減寿命との関係を示す図であり、酸素/インジウムピーク比の小さい側から順に、上記検討例15、検討例16、検討例3の結果となっている。
【0155】
上記図7に示したようにカルボニル化合物低減による輝度寿命の向上は約90時間で飽和するが、この約90時間の輝度半減寿命を達成するためには、この図19から、酸素/インジウムピーク比が0.16以上である必要があることがわかる。これは、表面処理を施す前のITO組成比すなわち酸素/インジウムピーク比=0.176に対して90%程度の値である。
【0156】
つまり、有機層30を形成する直前の陽極20の表面状態として、酸素/インジウムピーク比における表面処理後の値が、表面処理前の値に対して90%以上であれば良いことがわかった。
【0157】
また、酸素とアルゴンの混合ガスによるプラズマを用いれば、ITOの組成比の変化が抑制され且つカルボニル化合物量も低減することによって輝度半減寿命が改善することが判明した。
【0158】
以上述べてきた検討の結果が、上記した本実施形態の製造方法において、カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)や酸素/インジウムピーク比を考慮した表面処理を採用した根拠、さらにはより好ましい形態を採用できる根拠となるものである。
【0159】
(他の実施形態1)
前記実施形態では、陽極20と陰極40の上下電極間に低分子有機材料を多層形成した、低分子タイプの有機EL素子の例を示したが、例えば、陽極20のITO上にポリチオフェン系の正孔注入輸送層とポリパラフェニレンビニレンやポリフルオレンの発光層を形成した後に陰極40を形成した高分子タイプの有機EL素子においても、同様な効果を奏でることができる。
【0160】
すなわち、前記有機層の成膜前にITO表面をUV加熱処理を行ってカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)を所定の値以下にすることにより、長寿命化することができる。特に、ITO形成後に、ITO電極間に絶縁膜60を形成したり、隔壁70を形成したりする工程を有する場合には、有効である。
【0161】
(他の実施形態2)
前記実施形態では、基板10の上に有機層30以外に有機物からなる絶縁膜60、隔壁70が形成されていることが特徴であるパッシブマトリクス駆動方式有機EL素子の例を示した。
【0162】
図20に、アクティブマトリクス駆動方式有機EL素子の断面図を示す。20は薄膜トランジスタ、30は有機物からなる平坦化膜、40は陽極および陰極電極であるITO、50は有機層、60は陰極および陽極電極である。60は光取り出し方向に応じて、金属電極もしくは透明電極のどちらが採用されても良い。
【0163】
ITO40下部の有機物からなる平坦化膜30は部分的に露出しているため、ITO40の表面処理時において、パッシブマトリクス駆動方式有機EL素子の場合と同様の課題が発現する。すなわち、薄膜トランジスタ上に有機物からなる平坦化膜を有するアクティブマトリクス駆動方式有機EL素子においても有効である。ITO形成後に有機物からなる部材を形成する場合においては、さらに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る有機EL素子の概略断面図である。
【図2】ITO表面処理後のITO表面をXPS分析して得られるスペクトルにおけるO1sに由来するピークの一例を示す図である。
【図3】O1sにおけるC=O由来のピークのピーク強度とC1sにおけるC=O由来のピークのピーク強度との相関を示す図である。
【図4】本発明者らの検討に用いたITO付き基板の構成を示す概略断面図である。
【図5】UV処理における処理温度を変えていったときのカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)を示す図である。
【図6】上記図4に示すITO付き基板におけるITO上に有機層および陰極を積層してなる有機EL素子の概略断面図である。
【図7】基板温度と輝度半減寿命との関係を示す図である。
【図8】カルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)と輝度半減寿命との関係を示す図である。
【図9】上記図1に示す有機EL素子S1としてUV(150℃)処理を施したものについて高温放置試験を行った後の電圧電流特性を調べた結果を示す図である。
【図10】陽極の表面処理としてUV(150℃)処理をおこなったときの処理時間と素子特性変化との関係を示す図である。
【図11】大型UV処理装置を用いた場合のオゾン流量と電流密度比との関係を示す図である。
【図12】大型UV処理装置を用いた場合におけるオゾンの予備導入の効果を示す図である。
【図13】プラズマアシストの効果を示す図である。
【図14】上記図8においてさらに検討例15における輝度半減寿命とカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)の値を追加して示す図である。
【図15】UV処理したITOと酸素プラズマ処理したITOとについて酸素/インジウムピーク比を求めた結果を示す図である。
【図16】上記図14においてさらに検討例15における輝度半減寿命とカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)の値を追加して示す図である。
【図17】上記図15においてさらに検討例15における酸素/インジウムピーク比の値を追加して示す図である。
【図18】UV処理時の基板温度とカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)との相関関係を示す図である。
【図19】酸素/インジウムピーク比と輝度半減寿命との関係を示す図である。
【図20】アクティブマトリクス駆動方式有機EL素子の断面図である。
【符号の説明】
10…基板、20…下部電極層としての陽極、30…有機層、
40…上部電極層としての陰極、
P0…ITO表面のXPS分析法にて得られるスペクトルにおけるO1sに由来するピーク、
P1…O1sに由来するピークP0をカーブフィッティング法により波形分離して得られる530eVに現れるIn由来の酸素ピーク、
P2…O1sに由来するピークP0をカーブフィッティング法により波形分離して得られる532eVに現れるC=O由来のピーク。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic EL device in which a lower electrode layer made of ITO (indium tin oxide), an organic layer made of an organic EL material, and an upper electrode layer are sequentially formed on a substrate, and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a method for surface treatment of a layer.
[0002]
[Prior art]
In general, an organic EL (electroluminescence) element has excellent visibility due to self-emission and can be driven at a low voltage of several V to several tens of V, so that the weight including a driving circuit can be reduced. Therefore, it can be expected to be used as a thin film display, lighting, and backlight. Further, the organic EL element is characterized by abundant color variations.
[0003]
In such an organic EL device, a lower electrode layer made of ITO (indium tin oxide) is formed on a substrate such as glass, and then the lower electrode layer is subjected to a surface treatment. One or more organic layers made of an organic EL material are formed by an evaporation method or the like, and an upper electrode layer is formed on the organic layer.
[0004]
Here, the surface treatment is performed on the lower electrode layer on the substrate before forming the organic layer. The purpose of this is to largely clean the electrode surface and improve the physical properties of the electrode surface. The work function is adjusted so that charges are easily injected into the layer.
[0005]
As a surface treatment of such a lower electrode layer, conventionally, a treatment of irradiating ultraviolet rays at room temperature while introducing ozone as necessary (hereinafter referred to as UV treatment) has been used (for example, see Patent Document 1). A method of exposing the electrode surface to plasma such as oxygen plasma (hereinafter referred to as plasma processing) is used.
[0006]
The plasma treatment is a very advantageous method as a process because the treatment is performed in a vacuum and can be directly used for forming an organic layer through the vacuum. However, since the physical energy of the plasma particles is very high, depending on the processing conditions, if the surface composition of the ITO is changed or excessive, the ITO itself is etched and the unevenness of the electrode surface is deteriorated. Occasionally, it is difficult to handle.
[0007]
On the other hand, UV treatment is a technique that can be applied relatively easily because it has little effect on ITO itself. In this UV treatment, contaminants such as organic substances existing on the surface of the lower electrode layer are decomposed by UV irradiation, and decomposition products generated thereby are removed by reacting with ozone and gasifying, thereby cleaning the surface. You.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-10-261484
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventors have found that in the UV treatment and the plasma treatment, the luminance life of the organic EL element may be insufficient depending on the treatment conditions.
[0010]
In the related art, when surface treatment is performed on the lower electrode layer, the relationship between the luminance life of the organic EL element and the processing conditions has not been clarified, and it has been difficult to reliably manufacture an organic EL element that can ensure the luminance life. Was.
[0011]
In view of the above problems, it is an object of the present invention to stably provide an organic EL device having a long luminance life.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the surface treatment of the lower electrode layer, the inventors focused on the state of the electrode surface after the surface treatment and made intensive studies.
[0013]
Contaminants existing in the air and the like adhere to the lower electrode layer before the surface treatment, but as a result of the investigation, it was found that, in the conventional surface treatment method, the carbonyl compound remained among them and greatly affected the luminance life. Was.
[0014]
This carbonyl compound cannot be sufficiently removed from the ITO surface constituting the lower electrode layer by the conventional UV treatment, and remains. The carbonyl compound has a C = O bond, and the binding energy of this C = O bond (about 190 kcal / mol) is higher than the binding energy of other organic compounds. Particularly, in the case of UV treatment, a commonly used UV wavelength is used. This is because cutting cannot be performed with an energy of, for example, 185 nm (about 154 kcal / mol).
[0015]
In this carbonyl compound, since the COO bond has a small energy gap, the energy of light emission used in the organic EL element is transferred to the C = O bond portion and released, and as a result, It is considered that energy for light emission is wastefully consumed, leading to a reduction in luminance life.
[0016]
However, the present inventors have found that the carbonyl compound existing on the ITO surface can be sufficiently removed by changing the conditions of the surface treatment as compared with the related art. That is, it has been found that a sufficient luminance life can be secured if the amount of the carbonyl compound remaining on the ITO surface after the surface treatment is equal to or less than a specified amount. The present invention has been created based on the results of such studies.
[0017]
That is, according to the first aspect of the present invention, after a lower electrode layer (20) made of ITO (indium tin oxide) is formed on a substrate (10), a surface treatment of the lower electrode layer is performed. In a method of manufacturing an organic EL device, one or more organic layers (30) made of an organic EL material are formed on a lower electrode layer, and an upper electrode layer (40) is formed on the organic layer. In the surface treatment step of the electrode layer, the surface state of the lower electrode layer immediately before forming the organic layer is subjected to a surface treatment so that the carbonyl compound present on the ITO surface constituting the lower electrode layer is not more than a specified amount. is there.
[0018]
Here, when the carbonyl compound is reduced to the specified amount or less, the peaks (P1, P2, and P2) obtained by separating the peak (P0) derived from O1s from the waveform by the curve fitting method in the spectrum obtained by the XPS analysis method on the ITO surface. In P3), In which appears at 530 eV 2 O 3 The carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1), which is the ratio of the oxygen peak (P1) derived from C = O and the peak (P2) appearing at 532 eV, is 0.43 or less.
[0019]
According to the study of the present inventors, in order to make the luminance life of the organic EL element sufficiently long, the carbonyl / oxygen peak ratio is reduced to 0.43 or less when the lower electrode layer is subjected to surface treatment. Experimentally, it was found that reducing the carbonyl compound was sufficient (see FIG. 18).
[0020]
Therefore, according to the present manufacturing method, an organic EL device having a long luminance life can be stably provided.
[0021]
Furthermore, as a result of further study, when the carbonyl compound remaining on the ITO surface is reduced to a specified amount or less in the surface treatment of the lower electrode layer, the change in the composition state of the ITO is further limited to a predetermined amount or less. It has been found that the use of appropriate processing conditions can more reliably improve the luminance life.
[0022]
That is, in the invention according to claim 2, in the manufacturing method according to claim 1, the surface treatment step of the lower electrode layer (20) is such that the composition ratio of oxygen and indium of ITO constituting the lower electrode layer is changed before and after the surface treatment. The surface treatment is performed so as to keep the change within a predetermined amount.
[0023]
Here, the term “change within a predetermined amount” refers to a peak obtained by separating the peak (P0) derived from O1s from the waveform obtained by the XPS analysis method on the ITO surface by the curve fitting method, and is 530 eV. Appearing In 2 O 3 The value after the surface treatment in the oxygen / indium peak ratio, which is the ratio of the oxygen peak (P1) derived from the semiconductor and the peak derived from In at 444 eV in the same spectrum is 90% or more of the value before the surface treatment. It is.
[0024]
According to the study of the present inventors, the change in the ITO composition ratio before and after the surface treatment was adjusted so that the value of the oxygen / indium peak ratio after the surface treatment was 90% or more of the value before the surface treatment. It was experimentally found that the smaller the size, the more reliably the luminance life of the organic EL element can be made long (see FIG. 19).
[0025]
Here, specifically, the surface treatment of the lower electrode layer (20) in the manufacturing method according to the first or second aspect is specifically performed on the substrate (10) as in the third aspect of the invention. It can be appropriately realized by performing a treatment by irradiating ultraviolet rays while heating the substrate so that the temperature becomes 145 ° C. or higher.
[0026]
The present invention has been found experimentally as a result of examination. By performing UV treatment at 145 ° C. or higher, a carbonyl compound which was difficult to decompose by conventional UV treatment at normal temperature is decomposed. Can be removed.
[0027]
In particular, in realizing the manufacturing method of the second aspect, it is possible to realize the manufacturing method of the second aspect by adjusting the processing conditions even in the plasma processing, but in the present invention, the manufacturing method of the second aspect is more easily realized than the plasma processing. Can be preferred.
[0028]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an organic EL device according to the third aspect, the surface treatment of the lower electrode layer (20) is performed in advance in the inside of the treatment tank before performing the treatment by ultraviolet irradiation. Ozone is introduced and filled.
[0029]
According to this, when UV treatment is performed in the surface treatment of the lower electrode layer, the treatment atmosphere becomes a state in which ozone is sufficiently present, so that decomposition products generated in the UV treatment are more reliably gasified. Is preferred.
[0030]
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an organic EL device according to the third or fourth aspect, as a surface treatment of the lower electrode layer (20), a treatment by ultraviolet irradiation is performed, and then a treatment by plasma is performed. Is performed.
[0031]
According to this, after performing UV treatment in the surface treatment of the lower electrode layer, a trace amount of decomposition products can be surely removed by plasma treatment, which is preferable.
[0032]
The preferable method described in the manufacturing method of claim 4 or claim 5 is, in particular, as described in claim 6, in the surface treatment step of the lower electrode layer (20), the lower electrode layer (20) is used as the substrate (10). In addition, the present invention is preferably applied to a case where members (60, 70) made of an organic substance are formed on a substrate.
[0033]
When UV treatment is performed on a substrate on which a member such as a partition and a film made of an organic material is formed in addition to the lower electrode layer to be subjected to the surface treatment, the organic material of the partition or the film remains as a decomposition product and remains after the treatment, There is a possibility that device characteristics may be adversely affected. In this regard, it is effective if the above-described method capable of reliably removing the decomposition product is employed.
[0034]
In addition, the invention according to claim 7 is that, on the substrate (10), a lower electrode layer (20) made of indium tin oxide, one or more organic layers (30) made of an organic EL material, and an upper electrode layer (20). 40), in the spectrum obtained by analyzing the surface state of the lower electrode layer before the organic layer is formed by the XPS analysis method as the lower electrode layer in the organic EL element formed sequentially, the peak derived from O1s. Of the peaks (P1, P2, P3) obtained by separating the waveform of (P0) by the curve fitting method, In which appears at 530 eV 2 O 3 The peak having a carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) of 0.43 or less, which is the ratio of the oxygen peak (P1) derived from C = O and the peak (P2) derived from C = O appearing at 532 eV, is used. It is characterized by the following.
[0035]
The present invention can be appropriately manufactured by the manufacturing method according to the first aspect, and its effects are the same as those of the first aspect.
[0036]
Here, as in the invention according to claim 8, a member (60, 70) made of an organic substance can be formed on the substrate (10) in addition to the organic layer (30). This is the same as the sixth aspect of the present invention.
[0037]
It should be noted that reference numerals in parentheses of the above-described units are examples showing the correspondence with specific units described in the embodiments described later.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of an organic EL (electroluminescence) element S1 according to an embodiment of the present invention.
[0039]
The organic EL element S1 includes a substrate 10 made of a transparent glass substrate or a resin substrate. On this substrate 10, an anode 20 made of ITO (indium tin oxide) as a lower electrode layer, and an organic EL material The organic layer 30 including the light emitting layer 33 and the cathode 40 as an upper electrode layer are sequentially laminated.
[0040]
Here, the stacked body 50 in which the anode 10 to the cathode 40 are stacked is divided into a plurality by an electrically insulating insulating film 60, and a partition wall higher than the stacked body 50 is provided on the insulating film 60. 70 are formed. As a result, each stacked body 50 divided by the insulating film 60 and the partition 70 is configured as a pixel.
[0041]
Next, the material and the like of each of the layers and the like formed on the substrate 10 will be described. As described above, the anode 20 is a transparent electrode film made of ITO (oxide of indium and tin) or the like. The anode 20 is formed by patterning an ITO film formed to a thickness of about 150 nm by a sputtering method or the like by a normal photolithography method.
[0042]
The organic layer 30 includes, in order from the anode 20 side, a hole injection layer 31 made of a hole injection organic material, a hole transport layer 32 made of a hole transport organic material, a light emitting layer 33 made of an organic EL material, and electron transport. An electron transport layer 34 made of a conductive organic material is laminated by a vapor deposition method or the like.
[0043]
In this example, the hole injection layer 31 is CuPc (copper phthalocyanine complex) having a thickness of about 10 nm, the hole transporting layer 32 is a triphenylamine tetramer having a thickness of about 40 nm, and the light emitting layer 33 is an electron transporting material. A film obtained by adding dimethylquinacridone to certain Alq and having a thickness of about 40 nm, and the electron transport layer 34 is made of Alq having a thickness of about 20 nm.
[0044]
Further, the cathode 40 is formed by evaporating a metal material or the like. In this example, a LiF film 41 having a thickness of about 0.5 nm as an electron injection layer and an Al film 42 having a thickness of about 150 nm are sequentially formed from the organic layer 30 side. It is formed of a film by a vapor deposition method or the like.
[0045]
The members 60 and 70 made of organic substances other than the organic layer 30 formed on the substrate 10, that is, the insulating film 60 is made of a resin material such as photosensitive polyimide, while the partition wall 70 is made of a negative photosensitive resin resist material or the like. Become.
[0046]
Although not shown, the organic EL element S1 is provided with a sealing can made of stainless steel or the like on the substrate 10, and covers and protects each part on the substrate 10 with the sealing can.
[0047]
In such an organic EL element S1, light emission is performed at a desired pixel, that is, the stacked body 50. Specifically, electrons and holes are injected into the light emitting layer 33 by applying a voltage between the anode 20 and the cathode 40, and the light emitting layer 33 emits light by the energy generated by the combination of these electrons and holes. I do. This light emission is extracted from, for example, the substrate 10 side.
[0048]
[Method of Manufacturing Organic EL Element S1]
Next, a method for manufacturing the above-described organic EL element S1 will be described. First, an anode 20 made of ITO is formed at a predetermined position on the substrate 10 (anode forming step). In this example, the anode 20 is formed by depositing ITO to a thickness of about 150 nm by a sputtering method or the like and patterning the film by a normal photolithography method.
[0049]
Next, the insulating film 60 is formed of a resin such as photosensitive polyimide on the substrate 10 in a portion between the stacked bodies (pixels) 50 (insulating film forming step). Further, a partition 70 for separating the organic layer 30 and the cathode 40 is formed by photolithography on the insulating film 60 (partition forming step).
[0050]
After the anode (lower electrode layer) 20, the partition wall 70 made of an organic material, and the insulating film 60 as a film made of an organic material are formed in this way, the surface treatment of the anode 20 is performed before the organic layer 30 is formed (the anode). Surface treatment step).
[0051]
The surface treatment of the anode 20 is performed by changing the surface state of the anode 20 immediately before the formation of the organic layer 30 to the carbonyl existing on the ITO surface constituting the anode 20 in order to make the luminance life of the organic EL element sufficiently long. The reaction is performed so that the amount of the compound is not more than the specified amount.
[0052]
Specifically, when the carbonyl compound content is reduced to a specified amount or less, a peak derived from O1s in a spectrum obtained by an analysis method using XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) on the ITO surface is used. Then, processing conditions are determined such that the carbonyl compound is not more than a specified amount in the spectrum of the ITO surface after the surface processing, and the surface processing is performed based on the obtained processing conditions.
[0053]
This spectrum is obtained as follows. The glass substrate 10 on which the anode 20 made of ITO is formed is subjected to a surface treatment and then transferred to a glove box. In a glove box, it is loaded into a transfer sealing jig (hereinafter referred to as a vessel) attached to the XPS and transferred to the analyzer. Since the vessel is directly connected to the analyzer, it can be inserted into the analyzer without being exposed to the atmosphere. Then, the analysis is performed.
[0054]
FIG. 2 is a diagram showing an example of a peak derived from O1s in a spectrum obtained by the XPS analysis. In FIG. 2, what is indicated by a broken line P0 is a peak derived from O1s in the actually measured spectrum.
[0055]
This O1s peak P0 has a shape like a superposition of a plurality of peaks, because oxygen of some compounds is present. This peak P0 can be separated into waveforms by a curve fitting method.
[0056]
In this case, as shown in FIG. 2, calculation was performed by the curve fitting method so as to match the peak P0 of O1s, and the peak was separated into three peaks P1, P2, and P3. The sum of the peaks P1 to P3 obtained separately is shown as a peak P0 ′, and this peak P0 ′ is in good agreement with the actually measured peak P0.
[0057]
It is theoretically known from which compound the oxygen of each of the separated peaks P1, P2, and P3 is derived from, and the peak P1 corresponds to ITO (In 2 O 3 ), The peak P2 is a peak derived from C = O (carbonyl group) of the contaminant remaining after the treatment, and the peak P3 is a peak derived from C—O of the contaminant.
[0058]
Here, the peak P2 derived from C = O can be confirmed by waveform separation of the peak of C1s as well as the peak of O1s. By utilizing this fact, it was confirmed that the separated peak P2 in the O1s peak P0 really originated from C = O.
[0059]
Some ITO surfaces were measured, and the peak intensity of the peak P2 (C = O in O1s) at O1s and the peak intensity of C = O-derived peak (C = O in C1s) obtained from waveform separation of the C1s peak were measured. The correlation was confirmed. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the peak intensities of both peaks are well correlated, and from this result, it was confirmed that the peak P2 of O1s was derived from C = O.
[0060]
As the definition of the residual amount of the carbonyl compound in the present embodiment, the intensity of the peak P1 derived from ITO does not change even if the surface treatment conditions of the anode are changed. The ratio (P2 / P1) between the peak P1 appearing at 530 eV and the peak P2 appearing at 532 eV was used.
[0061]
In the surface treatment of the anode 20 in the present embodiment, as a surface state of the anode 20 immediately before the formation of the organic layer 30, a peak P0 derived from O1s in a spectrum obtained by the XPS analysis method on the ITO surface is formed by a curve fitting method. In which appears at 530 eV among peaks P1 to P3 obtained by waveform separation 2 O 3 The treatment is performed under such surface treatment conditions that the ratio (P2 / P1) of the oxygen peak P1 derived from C = O and the peak P2 derived from C = O appearing at 532 eV becomes 0.43 or less. This peak ratio is hereinafter referred to as carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1).
[0062]
Although the details will be described later, if the surface treatment of the anode 20 is performed so that the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) is 0.43, the carbonyl compound present on the ITO surface can be sufficiently reduced, The fact that the luminance life of the organic EL element can be made sufficiently long has been experimentally found by the study of the present inventors.
[0063]
Further, as the surface treatment of the anode 20, in order to more surely make the luminance life of the organic EL element sufficiently long, a treatment condition is adopted such that the change in the composition state of ITO is kept within a predetermined amount. Is preferred. Although it is preferable that the change in the ITO composition is small, the present inventors have found that if the degree of the change is within a predetermined amount, it is highly effective in securing the luminance life.
[0064]
That is, in the surface treatment step of the anode 20, the oxygen and the indium of ITO are adjusted while keeping the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) at 0.43 as the surface state of the anode 20 immediately before forming the organic layer 30. It is preferable to perform the surface treatment so that the composition ratio of the above remains within a predetermined amount before and after the surface treatment.
[0065]
Specifically, staying within a change within a predetermined amount means that in a spectrum obtained by XPS analysis on the ITO surface, the peak P0 derived from O1s appears at 530 eV obtained by separating the waveform by a curve fitting method. 2 O 3 The value after the surface treatment in the oxygen / indium peak ratio, which is the ratio between the oxygen peak P1 originating from P1 (see FIG. 2) and the peak derived from In (not shown) at 444 eV, is 90% of the value before the surface treatment. That is all.
[0066]
Although the details will be described later, if the change in the ITO composition ratio before and after the surface treatment is reduced so that the value of the oxygen / indium peak ratio after the surface treatment is 90% or more of the value before the surface treatment, it is more preferable. It has been experimentally found by the present inventors that the luminance life of the organic EL element can be made sufficiently long.
[0067]
The above-described surface treatment in consideration of the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) and the oxygen / indium peak ratio is performed by heating the substrate 10 such that the temperature of the substrate 10 (substrate temperature) becomes 145 ° C. or higher. It can be realized by appropriately adjusting the processing conditions by using a treatment by ultraviolet irradiation (UV treatment) or a plasma treatment using an oxygen-argon mixed gas or the like.
[0068]
For example, as the UV processing conditions, UV irradiation can be performed at an ozone flow rate of 0.5 to 10 liters / minute for about 3 to 20 minutes with the actual substrate temperature kept at 145 ° C. or higher. As the plasma processing conditions, an oxygen gas and an argon gas are introduced at a ratio of 1: 9 so that the pressure becomes 1.0 Pa, and the RF power is set to 50 W and the processing is performed for 200 seconds.
[0069]
Further, in the case of performing UV treatment at a substrate temperature of 145 ° C. or higher as the surface treatment of the anode 20 of the present embodiment, a more preferable embodiment will be described below. One is to inject ozone into the UV processing tank and fill it beforehand before performing the ultraviolet irradiation.
[0070]
If ozone is preliminarily introduced in this way, when UV treatment is performed in the surface treatment of the anode 20, the treatment atmosphere becomes sufficient for ozone, so that decomposition products generated in the UV treatment are reduced. It is preferable because it can be surely gasified. When the substrate becomes large and the processing tank becomes large and ozone tends to be insufficient, the above decomposition products tend to remain. However, this method can avoid such a problem.
[0071]
The second one is to perform processing by plasma after performing processing by ultraviolet irradiation, that is, to perform plasma assist. According to this, after performing the UV treatment, a small amount of decomposition products remaining on the ITO surface of the anode 20 can be reliably removed by the plasma treatment, which is preferable.
[0072]
As the conditions of such auxiliary plasma processing, for example, oxygen gas and argon gas are introduced at a ratio of 1: 9 so that the pressure becomes 1.0 Pa, the RF power is set to 30 W, and the processing is performed for several tens of seconds. You can do it.
[0073]
Further, these two preferred embodiments are the same as the organic EL element of the present embodiment, except that in the anode surface treatment step, a member made of an organic substance (that is, the insulating film 60 and the partition wall 70 in this example) is used as the substrate 10 as the substrate 10. It is suitable when using what was formed on 10.
[0074]
When the substrate 10 on which a member made of an organic substance is formed other than the anode 20 to be subjected to the surface treatment is subjected to UV treatment, these organic substances become decomposition products, remain after the treatment, and may adversely affect device characteristics. . In this regard, it is effective if the above-described method capable of reliably removing the decomposition product is employed.
[0075]
After performing the anode surface treatment step in this manner, the organic layer 30 is formed and laminated on the anode 20 by using a vapor deposition method or the like (organic layer forming step), and the cathode is formed on the organic layer 30. The layered body 50 is formed by forming and stacking the layers 40 (cathode film forming step). The film formation example of the organic layer 30 and the cathode 40 in this example is as described above.
[0076]
Although not shown, in practice, a film similar to the organic layer 30 and the cathode 40 is also stacked on the upper end surface of the partition 70 by such a film forming method. Thereafter, by performing a process such as attaching the sealing can, the organic EL element S1 is completed.
[0077]
In the organic EL element S1 completed in this way, particularly as the anode 20 made of ITO, in the spectrum obtained by analyzing the surface state of the anode 20 before forming the organic layer 30 by the XPS analysis method, O1s Of the peak P0 originating from the peak P0 obtained at 530 eV out of the peaks P1 to P3 obtained by separating the waveform by the curve fitting method. 2 O 3 The carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1), which is the ratio of the peak P2 derived from C = O appearing at 532 eV to the peak P1 derived from 532 eV, is 0.43 or less. .
[0078]
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, by performing the surface treatment of the anode 20 in consideration of the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) or the oxygen / indium peak ratio, a long luminance life can be achieved. The organic EL device can be provided stably.
[0079]
Next, in the above-described manufacturing method of the present embodiment, the grounds for adopting the surface treatment in consideration of the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) and the oxygen / indium peak ratio, and the grounds for adopting a more preferable form, etc. State. The grounds for adoption are based on the following studies by the present inventors.
[0080]
[Examination of UV irradiation 1]
The conventional UV treatment is performed at room temperature, and energy due to UV irradiation cannot provide sufficient energy to break the COO bond. Therefore, it was studied to increase the energy applied to the C 付 与 O bond by heating the substrate.
[0081]
As shown in FIG. 4, a sample as a substrate with ITO was formed on a glass substrate 10 up to an anode 20 made of ITO.
[0082]
Then, using this sample, no UV treatment was performed (no UV treatment), Study Example 1 was a UV treatment at ordinary temperature as in the past (UV (normal temperature) treatment), and Study Example 2 was UV-treated at a set temperature of 100 ° C. (UV (100 ° C.) treatment), and as Study Example 3, UV-treated at a set temperature of 150 ° C. of the processing apparatus (UV (150 ° C.) treatment) were produced.
[0083]
Here, the UV treatment was performed for 20 minutes at an ozone flow rate of 0.5 L / min at the above-mentioned set temperatures of normal temperature, 100 ° C., and 150 ° C. using a UV ozone treatment apparatus for a 100 mm square substrate. Then, XPS analysis was performed on the ITO surface of each of the samples of Study Examples 1 to 3 to which no UV treatment and each temperature were applied.
[0084]
This XPS analysis was performed as described above, and the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) was determined for each of the treated samples. The result is shown in FIG. From FIG. 5, it can be seen that heating the substrate 10 reduces the peak ratio (P2 / P1) and enhances the effect of removing the carbonyl compound.
[0085]
Here, the set temperature of the processing apparatus, that is, the processing temperature is slightly different from the actual temperature of the substrate 10, that is, the substrate temperature. This is because the substrate temperature becomes higher than the processing temperature due to the radiant heat of the UV lamp. In FIG. 5, when the processing temperature is room temperature, 100 ° C., and 150 ° C., the substrate temperature is 60 ° C., 115 ° C., and 170 ° C., respectively.
[0086]
Then, in examining the relationship between the substrate temperature and the luminance life, the samples of the examination examples 1 to 3 that were subjected to the above-mentioned UV (normal temperature) treatment, UV (100 ° C.) treatment, and UV (150 ° C.) treatment were The organic layer 30 and the cathode 40 were formed on the anode 20 in the same manner as in the above-described example, and an organic EL element was formed by assembling a sealing can (not shown).
[0087]
FIG. 6 shows a sectional configuration thereof. In this organic EL element, there is no member made of an organic material other than the organic layer such as a partition and an insulating film.
[0088]
Again, in the organic EL device shown in FIG. 6, the organic layer 30 has a hole injection layer 31 made of CuPc with a thickness of 10 nm, and a hole transport layer 32 made of a triphenylamine tetramer with a thickness of 40 nm. A light-emitting layer 33 formed by adding dimethylquinacridone to Alq and having a thickness of 40 nm, and an electron transport layer 34 of Alq having a thickness of 20 nm are sequentially laminated. The cathode 40 is formed by sequentially forming a 0.5 nm thick LiF film 41 and a 150 nm thick Al film 42 as an electron injection layer by an evaporation method or the like.
[0089]
Further, in examining the relationship between the substrate temperature and the luminance lifetime, an organic EL device similar to that shown in FIG. 6 was manufactured using a substrate with ITO similarly subjected to UV treatment at a processing temperature of 200 ° C. (substrate temperature: 230 ° C.). This element was designated as Study Example 4.
[0090]
The luminance life of the organic EL devices of Study Examples 1 to 4 obtained at each substrate temperature was examined. Brightness life is 2400 cd / m2 initial brightness at 85 ° C 2 , The time during which the luminance when the DC drive was performed was halved, that is, the luminance half life was used. That is, the luminance half life is such that the luminance is 1200 cd / m at 85 ° C. 2 Driving time.
[0091]
FIG. 7 shows the relationship between the substrate temperature (° C.) and the luminance half life (hr). The half life of luminance was 60 hours in Study example 1, 75 hours in Study example 2, 95 hours in Study example 3, and 98 hours in Study example 4. By the way, the time without UV treatment was about 20 hours. From this result, it was clarified that the luminance half life was sufficiently improved when the substrate temperature was at least about 170 ° C. or higher.
[0092]
In addition, the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) determined for the samples (Examination Examples 1 to 3) having no UV treatment and treatment temperatures of normal temperature, 100 ° C., and 150 ° C. in the above-described study, and prepared using the samples The relationship with the luminance half life obtained for the obtained organic EL device was examined. FIG. 8 shows the result.
[0093]
From the result of FIG. 8, it is sufficient that the carbonyl compound exists on the surface of the anode 20 immediately before the formation of the organic layer 30 as long as the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) is about 0.33 or less. It can be said that the luminance half-life may be reduced by setting the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) to 0.33 or less.
[0094]
As described above, the UV irradiation study 1 has been performed using the test piece in which only the anode 20 (ITO) is formed on the glass substrate 10 and the organic EL element in which the organic layer 30 and the cathode 40 are laminated using the test piece. .
[0095]
From this study, it was found that the surface treatment of the anode 20 was performed by performing UV treatment at a substrate temperature of 170 ° C. or higher, and the surface state of the anode after the surface treatment and before the formation of the organic layer was a carbonyl existing on the ITO surface. It has been found that the compound may be reduced so that the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) is about 0.33 or less. That is, the rough surface treatment conditions could be narrowed down.
[0096]
Based on this result, a study was performed to confirm the effects of the above conditions on the substrate as an actual panel configuration, that is, the substrate 10 on which the partition wall 70 made of an organic substance and the insulating film 60 shown in FIG. Next, this study will be described as “Study of UV irradiation 2”.
[0097]
[Examination of UV irradiation 2]
First, as the organic EL element S1 shown in FIG. 1, an element subjected to UV (150 ° C.) treatment was produced as Study Example 5. Incidentally, the UV (150 ° C.) treatment in the study example 5 was performed in the same manner as the study example 3 in the study 1 of the UV irradiation.
[0098]
That is, while the substrate 10 on which the anode 20, the insulating film 60, and the partition wall 70 are formed is heated at a processing temperature of 150 ° C. (substrate temperature is 170 ° C.), an ozone flow rate of 0.5 The surface treatment was performed at liter / minute for 20 minutes. Then, similarly, the organic layer 30, the cathode 40, and the sealing can were assembled in the same manner to produce an organic EL device of Study Example 5.
[0099]
With respect to the organic EL device S1 of this study example 5, a standing test at 120 ° C. for 2 hours was performed. FIG. 9 is a diagram showing the results of examining the voltage-current characteristics as element characteristics before and after this standing test. As can be seen from FIG. 9, the current-voltage characteristics were significantly reduced after being left as compared to the initial stage. For example, the current density at a voltage of 8 V was about 14% of that before leaving.
[0100]
When the light emitting state of the organic EL element S1 of the study example 5 in which the characteristics were thus reduced was confirmed, it was found that luminance unevenness and luminance reduction occurred around the partition wall 70 and the insulating film (flattening film) 60. . From this, it was determined that the charge was hardly injected around the partition 70 and the insulating film 60.
[0101]
The reason for this is that organic substances such as the partition wall 70 and the insulating film 60 are decomposed by ultraviolet rays and are not gasified due to insufficient oxidation reaction between the decomposition product and ozone, and the ITO surface around the partition wall 70 and the insulating film 60 It is conceivable that it adhered to the surface. Then, it was presumed that the adhesion caused a change in the surface state of the ITO (anode), thereby deteriorating the film quality and adhesion of the organic layer 30 formed thereon.
[0102]
Two verification experiments were performed to verify the estimation model. The first is to reduce the processing time of the UV processing. Reducing this processing time should reduce the amount of decomposition products that accumulate. The second is to increase the ozone concentration. Increasing the ozone concentration should increase the probability of oxidation reaction and reduce the amount of decomposition products.
[0103]
“Verification of shortening of processing time”: First, verification of reduction of processing time was performed. Here, the processing conditions of the UV (150 ° C.) processing in Study Example 5 above, that is, the processing conditions of an ozone flow rate of 0.5 liter / minute and 20 minutes were used as a reference.
[0104]
Then, a surface treatment was performed with the ozone flow rate and the treatment time changed under the reference treatment conditions, and thereafter, the organic EL element S1 shown in FIG. 1 was manufactured in the same procedure.
[0105]
Specifically, as an investigation example 6, an ozone flow rate of 0.5 liter / min for 10 minutes, as an investigation example 7, an ozone flow rate of 1.0 liter / min for 10 minutes, and as an investigation example 8, an ozone flow rate of 0 liter / min. 0.5 l / min for 5 minutes, Study Example 9 for an ozone flow rate of 1.0 L / min for 5 minutes, and Study Example 10 for an ozone flow rate of 1.0 L / min for 3 minutes Produced.
[0106]
The organic EL devices of Examination Examples 5 to 10 were subjected to the same high-temperature storage test at 120 ° C. for 2 hours, and the current density ratio at a voltage of 8 V before and after the storage test was examined. This current density ratio is a ratio after the standing at a voltage of 8 V before the standing, and the larger the current density ratio, the smaller the change in characteristics and the better. That is, it is an index of the change in the voltage-current characteristics.
[0107]
As a result of examining the current density ratio, as described above, the current density ratio was 14% in Study Example 5, 12% in Study Example 6, 41% in Study Example 7, 63% in Study Example 8, 73% in Study Example 9, and In Study Example 10, the ratio was 100%. FIG. 10 is a graph of the result.
[0108]
From the results shown in FIG. 10, it can be seen that the shorter the processing time, the larger the current density ratio, that is, the smaller the change in element characteristics. Therefore, from these results, it was confirmed that the estimation that the reduction of the processing time was effective was appropriate.
[0109]
In addition, it was feared that the reduction effect of the original carbonyl compound was reduced by shortening the processing time, but since the luminance half life was not changed, the removal effect was sufficient even if the processing time was reduced. it is conceivable that.
[0110]
Incidentally, in the above-described Study Example 10 in which the processing time was shortened to 3 minutes to achieve a current density ratio of 100%, the luminance half life was 97 hours, and the fully improved luminance half life shown in FIGS. The same level of life is ensured.
[0111]
If the processing time is too long, the partition wall 70 and the insulating film 60 are also etched by the UV processing. Therefore, shortening the processing time is also effective in reducing the etching amount. As a result of SEM observation, it was confirmed that when the UV (150 ° C.) treatment was actually performed for 20 minutes, the partition wall 70 and the insulating film 60 were largely etched.
[0112]
"Verification on ozone concentration": Also, from the results shown in FIG. 10, the larger the ozone flow rate, the larger the current density ratio. That is, it was confirmed that the higher the ozone concentration in the UV treatment, the smaller the change in device characteristics even when subjected to high-temperature storage. Verification of this ozone concentration was further advanced.
[0113]
In the present verification 2, the above-mentioned examination examples 5 to 10 were performed using a small-sized 100 mm square substrate UV ozone treatment apparatus. It was considered that the ozone concentration would not be sufficient if the capacity of the processing tank of the apparatus was large, and in order to confirm this, ozone concentration was verified using a large-sized UV ozone treatment apparatus for a 400 mm square substrate. At this time, the processing time was 3 minutes, which is the optimum time in FIG.
[0114]
As a study example 11, while heating the substrate 10 on which the anode 20, the insulating film 60, and the partition wall 70 were formed at a processing temperature of 150 ° C. (the substrate temperature was 170 ° C.), the ozone flow rate was measured using a UV ozone treatment apparatus for 400 mm square substrate. Surface treatment was performed at 1.0 liter / minute for 3 minutes.
[0115]
Then, similarly, the organic layer 30, the cathode 40, and the sealing can were assembled, and an organic EL device as Study Example 11 was manufactured. The device was subjected to a high-temperature storage test at 120 ° C. for 2 hours, and the current density ratio at a voltage of 8 V before and after the storage was examined.
[0116]
As a study example 12, while heating the substrate 10 on which the anode 20, the insulating film 60, and the partition wall 70 were formed at a processing temperature of 150 ° C. (the substrate temperature was 170 ° C.), a UV ozone treatment apparatus for a 400 mm □ substrate was used. Surface treatment was performed at an ozone flow rate of 10 liters / minute for 3 minutes.
[0117]
Then, similarly, the organic layer 30, the cathode 40, and the sealing can are assembled to produce an organic EL device as Study Example 12, and the current density at a voltage of 8 V before and after standing as in Study Example 11 When the ratio was examined, it was 12% in Study Example 12. FIG. 11 shows the relationship between the ozone flow rate and the current density ratio in these Study Examples 11 and 12.
[0118]
As described above, the flow rate of ozone was changed in Study Example 11 and Study Example 12, but a decrease in the current density ratio was inevitable. Even in the case of using the same method in a large UV processing apparatus, the same method as in the small UV processing apparatus was used. It turned out that the effect was not reproduced. In particular, although the flow rate of ozone in Study Example 12 was the maximum value of the processing apparatus, the current density ratio decreased.
[0119]
This may be because, in a large-sized UV processing apparatus, since the capacity of the processing tank is large, a longer time is required from the start of processing to the saturation of the ozone concentration as compared with a small-sized UV processing apparatus. Therefore, it is presumed that decomposition products adhere at low concentrations.
[0120]
"Verification of preliminary introduction of ozone" For this reason, before starting the UV treatment, ozone was sufficiently introduced into the treatment tank before starting the treatment, that is, the preliminary introduction of ozone was attempted.
[0121]
As a study example 13, while heating the substrate 10 on which the anode 20, the insulating film 60, and the partition wall 70 are formed at a processing temperature of 150 ° C. (substrate temperature is 170 ° C.), a UV ozone treatment apparatus for a 400 mm □ substrate is used to remove ozone. After performing the preliminary introduction for 5 minutes, the surface treatment was performed for 3 minutes at an ozone flow rate of 10 L / min.
[0122]
Then, similarly, the organic layer 30, the cathode 40, and the sealing can are assembled in the same manner to produce an organic EL device as Study Example 13, and the current at a voltage of 8 V before and after standing as in Study Example 11 above. When the density ratio was examined, it was 80% in Study Example 13. FIG. 12 shows the result of the study example 13 in comparison with the study example 12 described above.
[0123]
As described above, the current density ratio was significantly improved by the preliminary introduction of ozone, and reached a level comparable to that of a small-sized UV processing apparatus as shown in Study Example 10. From this result, it was confirmed that the oxidation efficiency by ozone was universally important.
[0124]
"Verification of Plasma Assist": Next, in Study 2 of this UV irradiation, the current density ratio could be improved to about 80% when ozone was preliminarily introduced in a large UV processing device. Was further improved to reach 100%.
[0125]
The plasma treatment is an effect due only to plasma particles, and is not a combined effect of UV-induced breaking of molecular bonds and oxidation reaction (gasification) by ozone as in UV treatment. For this reason, it is not necessary to consider much the influence of the decomposition products in the middle stage.
[0126]
However, in the plasma treatment, as described in the section of “Prior Art”, there is a concern that the composition of ITO may be changed or etched, and that the etching of organic substances such as partition walls may be affected. In particular, when the energy of plasma particles is high, , The effect becomes remarkable. However, when the energy of the plasma particles is low, this effect is small.
[0127]
For this reason, in order to remove the decomposition products that may have remained slightly after performing the UV treatment, processing with a very weak plasma for a short time, that is, plasma assist was studied.
[0128]
Here, the definition of the extremely weak plasma is that the magnitude of the pressure or power in the plasma processing is smaller than that at which the plasma processing causes etching or change in the surface morphology of the partition 70 or the insulating film 60. I do.
[0129]
Specifically, as Study Example 14, UV ozone treatment for a 400 mm square substrate is performed while heating the substrate 10 on which the anode 20, the insulating film 60, and the partition wall 70 are formed at a processing temperature of 150 ° C (substrate temperature is 170 ° C). After preliminarily introducing ozone for 5 minutes by the apparatus, surface treatment was performed for 3 minutes at an ozone flow rate of 10 liters / min. Subsequently, oxygen gas and argon gas were introduced at a ratio of 1: 9, and RF power of 30 W, Plasma treatment was performed for 10 seconds at a pressure of 1.0 Pa.
[0130]
Thereafter, the organic layer 30, the cathode 40, and the sealing can were assembled in the same manner as described above to produce an organic EL device as Study Example 14. The device was subjected to a high-temperature storage test at 120 ° C. for 2 hours, and the current density ratio at a voltage of 8 V before and after storage was 100% in Study Example 14.
[0131]
FIG. 13 shows the result of the study example 14 added to FIG. As described above, it was confirmed that the plasma assist can further improve the current density ratio.
[0132]
The device of this study example 14 was subjected to DC driving in an atmosphere of 85 ° C. to have an initial luminance of 2400 cd / m 2. 2 When the luminance life was evaluated, the luminance half life was 99 hr, no adverse effect due to plasma assist was observed, and a sufficiently long life level was secured.
[0133]
As described above, a universal UV treatment method for prolonging the life of the organic EL element could be found from the results of the studies described in “Study of UV irradiation 1” and “Study of UV irradiation 2”. Therefore, an attempt was made to determine whether the same effect could be exhibited by the plasma method.
[0134]
[Study of plasma treatment]
“Study of oxygen plasma”: First, the effect of oxygen plasma, which is a general technique, was confirmed. As a study example 15, using the substrate 10 on which the anode 20, the insulating film 60, and the partition wall 70 were formed, an oxygen gas was introduced so as to have a pressure of 1.0 Pa as a plasma condition, and RF power was set to 50 W and 200 Plasma treatment was performed for seconds. Incidentally, the plasma conditions are determined as conditions under which organic substances such as the insulating film 60 and the partition 70 are hardly etched.
[0135]
After performing the plasma treatment, the organic layer 30, the cathode 40, and the sealing can were assembled in the same manner as described above, to produce an organic EL device as Study Example 15. When this device was subjected to a high-temperature storage test at 120 ° C. for 2 hours, no change in current-voltage characteristics before and after storage was observed.
[0136]
However, the organic EL device of this study example 15 was prepared at 85 ° C. with an initial luminance of 2400 cd / m 2. 2 , The half life of luminance when the DC drive was performed was 60 hr. The surface state of ITO subjected to the anode surface treatment by oxygen plasma was analyzed by XPS analysis, and as a result, the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) was 0.44.
[0137]
FIG. 14 shows the values of the luminance half-life and the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) in Study Example 15 in addition to FIG. As can be seen from the results shown in FIG. 14, even in the present investigation example 15, although the amount of the carbonyl compound is relatively reduced, the luminance half life is not improved as much as in the case of the UV treatment.
[0138]
For this reason, it was considered that factors other than the carbonyl compound had an effect on the luminance lifetime, and the analysis results were reexamined. As a result of the reexamination, the composition as ITO was changed in Examination Example 15 in which the oxygen plasma treatment was performed, and specifically, In which is a main component of ITO was In. 2 O 3 Was found to have a reduced oxygen ratio.
[0139]
As the ITO composition ratio, that is, the oxygen ratio, In appears at 530 eV obtained by separating the peak P0 derived from O1s from the waveform obtained by the XPS analysis on the ITO surface by the curve fitting method. 2 O 3 The oxygen / indium peak ratio, which is the ratio of the derived oxygen peak P1 (see FIG. 2 above) and the peak derived from In at 444 eV in the same spectrum (peak derived from In3d, not shown), was used.
[0140]
The oxygen / indium peak ratio was determined by comparing the above-mentioned “UV irradiation study 1” with no UV treatment, UV (normal temperature) treatment (Study Example 1), UV (100 ° C.) treatment (Study Example 2), UV (150 ° C.) ) Processing (Examination Example 3) and oxygen plasma (Examination Example 15) were determined. The result is shown in FIG.
[0141]
From FIG. 15, it can be seen that the oxygen / indium peak ratio is smaller when the surface treatment is performed with oxygen plasma than when the UV treatment is performed, and the ITO composition ratio is largely changed.
[0142]
The mechanism by which the oxygen ratio of ITO is reduced by oxygen plasma is not well understood, but at least the set plasma power is a condition that does not damage even the resist constituting the partition walls, and thus it is considered that the influence of physical sputtering is small.
[0143]
For this reason, it was presumed that it was a chemical effect of oxygen gas, and plasma treatment with a mixed gas of oxygen and argon was studied to reduce this effect. Incidentally, plasma treatment using only argon gas drastically increased the driving voltage of the device, and was not considered because it was not worthy of evaluation.
[0144]
"Study of oxygen-argon plasma": As Study Example 16, using the substrate 10 on which the anode 20, the insulating film 60, and the partition wall 70 were formed, the plasma conditions were such that oxygen gas and argon were adjusted to a pressure of 1.0 Pa. Gas was introduced at a ratio of 1: 9, RF power was set to 50 W, and processing was performed for 200 seconds.
[0145]
After performing this plasma treatment, the organic layer 30, the cathode 40, and the sealing can were assembled in the same manner as described above, to produce an organic EL device as Study Example 16. This device was subjected to an initial luminance of 2400 cd / m at 85 ° C. 2 , The luminance half life when DC driving was performed was 93 hours, which was a sufficiently long level.
[0146]
In addition, in this examination example 16, as a result of analyzing the surface state of the ITO (anode) subjected to the plasma treatment by the XPS analysis method, the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) defining the presence of the carbonyl compound was 0.1%. 43. The oxygen / indium peak ratio indicating the ITO composition ratio was 0.17.
[0147]
FIG. 16 shows a value obtained by adding the values of the luminance half-life and the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) in the study example 16 to the above-described FIG. FIG. 17 shows the result obtained by adding the oxygen / indium peak ratio in this study example 16 to the above-mentioned FIG.
[0148]
From this result, it is clarified that, when the anode 20 is subjected to the surface treatment, if there is no abnormality in the ITO composition ratio on the surface, the luminance life is governed by the abundance of the carbonyl compound. It was found to be an influencing factor.
[0149]
From the results of FIG. 16, it was found that the presence of the carbonyl compound on the surface of the anode 20 immediately before the formation of the organic layer was effective if the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) was about 0.43 or less. . This means that high accuracy has been achieved with respect to the fact that the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) as a result from FIG.
[0150]
The substrate temperature during the UV treatment when the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) is 0.43 is determined by comparing the substrate temperature obtained from Study Example 1 to Study Example 3 shown in FIG. It was calculated using the correlation with the oxygen peak ratio (P2 / P1). FIG. 18 shows the correlation between the substrate temperature and the peak ratio.
[0151]
From FIG. 18, the substrate temperature at the time of UV treatment when the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) becomes 0.43 was calculated to be 145 ° C. Since this almost coincides with the change point in FIG. 7 showing the relationship between the substrate temperature and the luminance half life, it was determined that the result was valid.
[0152]
That is, as the surface state of the anode 20 immediately before the formation of the organic layer 30, performing the surface treatment so that the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) on the ITO surface becomes 0.43 or less requires a substrate temperature of 145 ° C. It was found that UV treatment should be performed in the above state.
[0153]
Further, the correlation between the ITO composition ratio and the luminance life was confirmed for those having a small influence of the carbonyl compound. That is, oxygen plasma, oxygen-argon plasma, and UV surface treatment are performed to obtain the oxygen / indium peak ratio so that the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) becomes close to 0.43. An organic EL device was manufactured, and the luminance half life was examined. FIG. 19 shows the result.
[0154]
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the oxygen / indium peak ratio and the luminance half-life, and shows the results of the above-described Examined Example 15, Examined Example 16, and Examined Example 3 in ascending order of oxygen / indium peak ratio. I have.
[0155]
As shown in FIG. 7, the improvement of the luminance life due to the reduction of the carbonyl compound is saturated in about 90 hours. In order to achieve the luminance half life of about 90 hours, FIG. Needs to be 0.16 or more. This is about 90% of the ITO composition ratio before the surface treatment, that is, the oxygen / indium peak ratio = 0.176.
[0156]
That is, as the surface state of the anode 20 immediately before the formation of the organic layer 30, it was found that the value of the oxygen / indium peak ratio after the surface treatment was 90% or more of the value before the surface treatment.
[0157]
In addition, it has been found that the use of plasma with a mixed gas of oxygen and argon suppresses a change in the composition ratio of ITO and reduces the amount of the carbonyl compound, thereby improving the luminance half life.
[0158]
The results of the examination described above are the basis for adopting the surface treatment in consideration of the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) and the oxygen / indium peak ratio in the above-described manufacturing method of the present embodiment, and a more preferable embodiment. This is the basis for adoption.
[0159]
(Other Embodiment 1)
In the above embodiment, an example of a low-molecular-weight organic EL element in which low-molecular-weight organic materials are formed in multiple layers between the upper and lower electrodes of the anode 20 and the cathode 40 has been described. A similar effect can be obtained in a polymer type organic EL device in which a cathode 40 is formed after forming a hole injection transport layer and a light emitting layer of polyparaphenylenevinylene or polyfluorene.
[0160]
That is, before the organic layer is formed, the ITO surface is subjected to a UV heat treatment so that the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) becomes equal to or less than a predetermined value, whereby the life can be extended. In particular, it is effective when a step of forming the insulating film 60 between the ITO electrodes or forming the partition 70 after the formation of ITO is provided.
[0161]
(Other Embodiment 2)
In the above-described embodiment, an example of the passive matrix driving type organic EL element in which the insulating film 60 made of an organic material and the partition 70 are formed on the substrate 10 in addition to the organic layer 30 has been described.
[0162]
FIG. 20 shows a cross-sectional view of an active matrix drive type organic EL element. Reference numeral 20 denotes a thin film transistor, 30 denotes a flattening film made of an organic material, 40 denotes ITO serving as an anode and a cathode, 50 denotes an organic layer, and 60 denotes a cathode and an anode. The reference numeral 60 may be either a metal electrode or a transparent electrode depending on the light extraction direction.
[0163]
Since the flattening film 30 made of an organic material below the ITO 40 is partially exposed, the same problem as that in the case of the passive matrix driving type organic EL element appears during the surface treatment of the ITO 40. That is, the present invention is also effective in an active matrix driving type organic EL device having a flattening film made of an organic material on a thin film transistor. It is more effective when a member made of an organic material is formed after the formation of ITO.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an organic EL device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an example of a peak derived from O1s in a spectrum obtained by XPS analysis of an ITO surface after ITO surface treatment.
FIG. 3 is a diagram showing a correlation between a peak intensity of a peak derived from C = O in O1s and a peak intensity of a peak derived from C = O in C1s.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a substrate with ITO used in the study of the present inventors.
FIG. 5 is a view showing a carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) when the processing temperature in the UV processing is changed.
6 is a schematic cross-sectional view of an organic EL element in which an organic layer and a cathode are stacked on ITO in the substrate with ITO shown in FIG. 4;
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a substrate temperature and a luminance half life.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) and a luminance half life.
FIG. 9 is a diagram showing a result of examining voltage-current characteristics after performing a high-temperature storage test on an organic EL element S1 shown in FIG. 1 which has been subjected to UV (150 ° C.) treatment.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a processing time and a change in element characteristics when UV (150 ° C.) processing is performed as a surface treatment of an anode.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between an ozone flow rate and a current density ratio when a large-sized UV processing apparatus is used.
FIG. 12 is a diagram showing the effect of preliminary introduction of ozone when a large-sized UV processing apparatus is used.
FIG. 13 is a diagram illustrating the effect of plasma assist.
FIG. 14 is a diagram additionally showing the values of the half-life of luminance and the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) in Study Example 15 in FIG.
FIG. 15 is a diagram showing the results of obtaining oxygen / indium peak ratios for UV-treated ITO and oxygen plasma-treated ITO.
FIG. 16 is a diagram additionally showing the values of the half-life of luminance and the carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) in Study Example 15 in FIG.
FIG. 17 is a diagram additionally showing the value of the oxygen / indium peak ratio in Study Example 15 in FIG.
FIG. 18 is a diagram showing a correlation between a substrate temperature and a carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1) during UV processing.
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the oxygen / indium peak ratio and the luminance half life.
FIG. 20 is a cross-sectional view of an active matrix drive type organic EL element.
[Explanation of symbols]
10: substrate, 20: anode as lower electrode layer, 30: organic layer,
40 ... a cathode as an upper electrode layer,
P0: a peak derived from O1s in a spectrum obtained by XPS analysis on the ITO surface;
In appearing at 530 eV obtained by separating the peak P0 derived from P1... O1s by the waveform by the curve fitting method. 2 O 3 Derived oxygen peak,
P2... A peak derived from C = O, which appears at 532 eV and is obtained by separating the peak P0 derived from O1s into a waveform by the curve fitting method.

Claims (8)

基板(10)の上に、ITOからなる下部電極層(20)を形成した後、この下部電極層の表面処理を行い、続いて前記下部電極層の上に有機EL材料からなる1層以上の有機層(30)を形成し、この有機層の上に上部電極層(40)を形成してなる有機EL素子の製造方法において、
前記下部電極層の表面処理工程は、前記有機層を形成する直前の前記下部電極層の表面状態として、前記下部電極層を構成するITO表面に存在するカルボニル化合物を規定量以下とするように前記表面処理を行うものであり、
前記カルボニル化合物を規定量以下にするとは、前記ITO表面のXPS分析法により得られるスペクトルにおいて、O1sに由来するピーク(P0)をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピーク(P1、P2、P3)のうち、530eVに現れるIn由来の酸素ピーク(P1)と532eVに現れるC=O由来のピーク(P2)との比であるカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43以下となるようにするものであることを特徴とする有機EL素子の製造方法。
After a lower electrode layer (20) made of ITO is formed on a substrate (10), a surface treatment of the lower electrode layer is performed, and then one or more layers made of an organic EL material are formed on the lower electrode layer. In a method for manufacturing an organic EL device, an organic layer (30) is formed, and an upper electrode layer (40) is formed on the organic layer.
In the surface treatment step of the lower electrode layer, the surface state of the lower electrode layer immediately before the formation of the organic layer, the carbonyl compound present on the ITO surface constituting the lower electrode layer to a specified amount or less. Surface treatment.
When the amount of the carbonyl compound is not more than the specified amount, the peaks (P1, P2, P3) obtained by separating the peak (P0) derived from O1s from the waveform obtained by the XPS analysis on the ITO surface by curve fitting are used. ), The carbonyl / oxygen peak ratio (P2 / P1), which is the ratio of the peak of oxygen (P1) derived from In 2 O 3 at 530 eV and the peak (P2) derived from CCO at 532 eV, is 0.43. A method for producing an organic EL device, characterized in that:
前記下部電極層(20)の表面処理工程は、前記下部電極層を構成するITOの酸素とインジウムの組成比が前記表面処理前後で所定量以内の変化にとどまるように前記表面処理を行うものであり、
前記所定量以内の変化にとどまることとは、前記ITO表面のXPS分析法により得られるスペクトルにおいてO1sに由来するピーク(P0)をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピークであって530eVに現れるIn由来の酸素ピーク(P1)と前記スペクトルにおいて444eVに現れるIn由来のピークとの比である酸素/インジウムピーク比における前記表面処理後の値が、前記表面処理前の値に対して90%以上であることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子の製造方法。
In the surface treatment step of the lower electrode layer (20), the surface treatment is performed so that the composition ratio of oxygen and indium in ITO constituting the lower electrode layer remains within a predetermined amount before and after the surface treatment. Yes,
The term “change within the predetermined amount” refers to a peak obtained by separating the peak (P0) derived from O1s in the spectrum obtained by the XPS analysis method on the ITO surface by the curve fitting method, and appears at 530 eV. The value after the surface treatment in the oxygen / indium peak ratio, which is the ratio between the oxygen peak (P1) derived from In 2 O 3 and the peak derived from In at 444 eV in the spectrum, is higher than the value before the surface treatment. The method according to claim 1, wherein the content is 90% or more.
前記下部電極層(20)の表面処理として、前記基板(10)の温度が145℃以上となるように前記基板を加熱した状態で紫外線照射による処理を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の有機EL素子の製造方法。The surface treatment of the lower electrode layer (20) is performed by irradiating ultraviolet rays while heating the substrate so that the temperature of the substrate (10) is 145 ° C or higher. 3. The method for producing an organic EL device according to item 1. 前記下部電極層(20)の表面処理として、前記紫外線照射による処理を行う前に、予め処理槽の内部にオゾンを導入し充満させることを特徴とする請求項3に記載の有機EL素子の製造方法。4. The organic EL device according to claim 3, wherein the surface of the lower electrode layer (20) is filled with ozone by introducing ozone into the processing tank before performing the processing by the ultraviolet irradiation. 5. Method. 前記下部電極層(20)の表面処理として、前記紫外線照射による処理を行った後、プラズマによる処理を行うことを特徴とする請求項3または4に記載の有機EL素子の製造方法。5. The method according to claim 3, wherein the surface treatment of the lower electrode layer is performed by plasma treatment after the treatment by the ultraviolet irradiation. 6. 前記下部電極層(20)の表面処理工程においては、前記基板(10)として前記下部電極層以外に有機物からなる部材(60、70)が前記基板の上に形成されたものを用いることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の有機EL素子の製造方法。In the surface treatment step of the lower electrode layer (20), a material in which members (60, 70) made of an organic substance are formed on the substrate other than the lower electrode layer is used as the substrate (10). The method for manufacturing an organic EL device according to claim 1. 基板(10)の上に、インジウムチンオキサイドからなる下部電極層(20)、有機EL材料からなる1層以上の有機層(30)、上部電極層(40)を順次形成してなる有機EL素子において、
前記下部電極層として、前記有機層を形成する前の前記下部電極層の表面状態をXPS分析法で分析することにより得られるスペクトルにおいて、O1sに由来するピーク(P0)をカーブフィッティング法により波形分離して得られるピーク(P1、P2、P3)のうち、530eVに現れるIn由来の酸素ピーク(P1)と532eVに現れるC=O由来のピーク(P2)との比であるカルボニル/酸素ピーク比(P2/P1)が0.43以下となっているものが用いられていることを特徴とする有機EL素子。
An organic EL device in which a lower electrode layer (20) made of indium tin oxide, one or more organic layers (30) made of an organic EL material, and an upper electrode layer (40) are sequentially formed on a substrate (10). At
In the spectrum obtained by analyzing the surface state of the lower electrode layer before the organic layer is formed by the XPS analysis method as the lower electrode layer, a peak (P0) derived from O1s is separated into waveforms by a curve fitting method. Carbonyl / oxygen, which is the ratio of the peak of oxygen (P1) derived from In 2 O 3 appearing at 530 eV and the peak (P2) derived from C 現 れ る O appearing at 532 eV among the peaks (P1, P2, P3) obtained by An organic EL device comprising a device having a peak ratio (P2 / P1) of 0.43 or less.
前記基板(10)の上には、前記有機層(30)以外に有機物からなる部材(60、70)が形成されていることを特徴とする請求項7に記載の有機EL素子。The organic EL device according to claim 7, wherein members (60, 70) made of an organic material are formed on the substrate (10) in addition to the organic layer (30).
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