JP2006092886A - 有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ素子の欠陥部を確実にオープン破壊するとともに、有機層の膜厚が同じで発光面積が異なる場合であっても前記有機ＥＬ素子の破損を発生させないエージング処理工程を提供すること。
【解決手段】 有機層５を透明電極３と背面電極６とで狭持した有機ＥＬ素子７を透光性のガラス基板２上に形成してなる素子形成工程Ｓ１と、素子形成工程Ｓ１後に、透明電極３及び背面電極６からなる両電極間に所定の逆バイアス電圧からなる修復電圧Ｖｒを印加し、有機ＥＬ素子７の欠陥部１２を破壊するエージング処理工程Ｓ３とを少なくとも含む有機ＥＬ素子７の製造方法に関する。エージング処理工程Ｓ３の修復電圧Ｖｒは、有機ＥＬ素子７の実駆動時の最大逆電圧Ｒと、有機層５の静電容量成分に依存する有機ＥＬ素子７の破壊電圧Ｖとの間に設定される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、少なくとも発光層を有する有機層を陽極と陰極とで挟持した有機ＥＬ素子を、透光性の支持基板上に配設してなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の製造方法に関し、特に前記有機ＥＬ素子の欠陥部を破壊するエージング処理工程に関するものである。

従来、有機ＥＬパネルとしては、ガラス材料からなる透光性基板上に、ＩＴＯ（indium tin oxide）等の陽極となる透明電極と、正孔注入層，正孔輸送層，発光層及び電子輸送層からなる有機層と、陰極となるアルミニウム（Al）等の非透光性の背面電極とを順次積層して積層体である有機ＥＬ素子を形成し、この積層体を覆うガラス材料からなる封止部材を透光性基板上に配設してなるものが知られている。このような有機ＥＬパネルは、例えば特許文献１に開示されている。

かかる有機ＥＬ素子の製造工程において、蒸着法もしくはスパッタリング法等によって前記各電極及び前記各層を形成する場合の真空槽内に、サブミクロン（数μｍ以下）単位の塵やゴミ等の異物が混入することがあり、この混入を防ぐことは実質上困難である。従って、前記透明電極形成後に、前記透明電極上に前記異物が付着し、この異物が付着した状態にて前記有機層を形成すると、膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍと非常に薄い前記有機層が部分的に更に薄くなってしまう個所（以下、欠陥部と記す）が発生し、この欠陥部を有する有機層上に前記背面電極を堆積させると、前記透明電極と前記背面電極とが短絡したり、あるいはリークが生じる恐れがあり、発光部である前記有機層が発光しなくなることから有機ＥＬパネルの歩留まりが低下してしまうといった問題点を有していた。

このような問題点を解決するものとして、本願出願人は特許文献２で示すような有機ＥＬパネルの製造方法を提案している。この製造方法としては、陽極と陰極との間に少なくとも発光層を含む有機層を挟んでなる有機ＥＬ素子を形成する有機ＥＬ素子形成工程と、前記有機ＥＬ素子における前記陽極と前記陰極との両電極間に逆バイアス電圧からなる修復電圧を印加するエージング処理を行って前記有機ＥＬ素子の欠陥部をオープン破壊させ、短絡及びリークを防止するエージング処理工程とを備えるものである。このエージング処理工程は、前記有機ＥＬ素子の前記有機層の膜厚を考慮し、この膜厚に依存した設定電圧と、前記有機ＥＬ素子の実駆動時の逆電圧との間に、修復電圧の印加条件を設定するものである。
特開２００１−２６７０６６号公報 特開２００３−２８２２４９号公報

しかしながら、前述したエージング処理工程にあっては、前記有機層の膜厚が同じであっても前記有機層の発光面積が変化した場合、前記膜厚にて修復電圧の設定範囲を管理すると、発光面積の大きさ次第では、前記有機ＥＬ素子を破損してしまう恐れがあり、前記エージング処理にて改善の余地があった。

本発明は、前述した問題点に着目し、有機ＥＬ素子の欠陥部を確実にオープン破壊するとともに、有機層の膜厚が同じで発光面積が異なる場合であっても前記有機ＥＬ素子の破損を発生させないエージング処理工程を有する有機ＥＬ素子の製造方法を提供するものである。

本発明は、前述した課題を解決するため、請求項１に記載した有機ＥＬ素子の製造方法のように、少なくとも発光層を有する有機層を陽極と陰極とで狭持した有機ＥＬ素子を透光性の支持基板上に形成してなる有機ＥＬ素子形成工程と、前記有機ＥＬ素子形成工程後に、前記陽極及び前記陰極からなる両電極間に所定の逆バイアス電圧からなる修復電圧Ｖｒを印加し、前記有機ＥＬ素子の欠陥部を破壊するエージング処理工程とを少なくとも含む有機ＥＬ素子の製造方法であって、前記エージング処理工程の前記修復電圧Ｖｒは、前記有機ＥＬ素子の実駆動時の最大逆電圧Ｒと、前記有機ＥＬ素子の静電容量成分に依存する前記有機ＥＬ素子の破壊電圧Ｖとの間に設定されてなるものである。

また、請求項２に記載の有機ＥＬ素子の製造方法は、請求項１に記載の有機ＥＬパネルの製造方法において、前記破壊電圧Ｖは、下記式にて求められるものである。
Ｖ＝３．６×１０↑−３・Ｃ↑−０．５［Ｖ］
（Ｃは有機ＥＬ素子の静電容量）

本発明は、少なくとも発光層を有する有機層を陽極と陰極とで挟持した有機ＥＬ素子を、透光性の支持基板上に配設してなる有機ＥＬ素子の製造方法に関し、有機ＥＬ素子の欠陥部を確実にオープン破壊するとともに、発光面積が異なる場合であっても前記有機ＥＬ素子の破損を発生させない逆バイアス電圧の印加条件が設定でき、有機ＥＬパネルの歩留まりを向上させることができる、

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１及び図２において、有機ＥＬパネル１は、ガラス基板（支持基板）２と、透明電極（陽極）３，絶縁層４，有機層５及び背面電極（陰極）６を順次積層形成してなる積層体である有機ＥＬ素子７を封止キャップ８によって覆ってなる。

ガラス基板２は、長方形形状からなる透光性の支持基板である。

透明電極３は、ガラス基板２上にＩＴＯ等の導電性材料によって構成され、日の字型の表示セグメント部３ａと、個々のセグメントからそれぞれ引き出し形成されたリード部３ｂと、リード部３ｂの終端部に設けられる電極部３ｃとを備えている。尚、電極部３ｃは、ガラス基板２の一辺に集中的に配設されている。

絶縁層４は、ポリイミド系等の絶縁材料からなり、表示セグメント部３ａに対応した窓部４ａと、背面電極６の後述する電極部に対応する切り欠き部４ｂとを有し、発光領域の輪郭を鮮明に表示するため、透明電極３の表示セグメント部３ａの周縁部と若干重なるように窓部４ａが形成され、また、透明電極３と背面電極６との絶縁を確保するためにリード部３ｂ上を覆うように配設される。

有機層５は、少なくとも発光層を有するものであれば良いが、本発明の実施の形態においては正孔注入層，正孔輸送層，発光層及び電子輸送層を順次積層形成してなるものである。有機層５は、絶縁層４における窓部４ａの形成箇所に対応するように所定の大きさをもって配設される。

背面電極６は、アルミ（Al）やアルミリチウム（Al-Li），マグネシウム銀（Mg-Ag）等の金属性の導電性材料から構成され、有機層５上に配設される。背面電極６は、透明電極３における各電極部３ｃが形成されるガラス基板２の一辺に設けられるリード部６ａと電気的に接続される。尚、リード部６ａの終端部には、電極部（引き出し部）６ｂが設けられ、リード部６ａ及び電極部６ｂは透明電極３と同材料により形成される。

以上のように、ガラス基板２上に透明電極３と絶縁層４と有機層５と背面電極６とを順次積層して有機ＥＬ素子７が構成される。

封止キャップ８は、有機ＥＬ素子７を収納するための凹部形状の収納部８ａと、収納部８ａを取り巻くように形成され、ガラス基板とＵＶ硬化型接着剤９を介して接合するための接合部８ｂとを有している。封止キャップ８は、透明電極３の電極部３ｂ及び背面電極６の電極部６ａが露出するようにガラス基板２よりも若干小さ目に構成されている。

以上の各部によってセグメント表示式の有機ＥＬパネル１が構成される。

以上のようにして得られた有機ＥＬパネル１の電極部３ｃ，６ｂに、少なくともドライバ部，電源部及び制御部からなる駆動回路（図示しない）を電気的に接続する。そして前記駆動回路により、少なくとも順方向（有機ＥＬ素子７をダイオード成分とした場合に、背面電極６をマイナス電位とし、透明電極３をプラス電位とした方向）の発光駆動電圧成分を有する所定の駆動波形を有機ＥＬパネル１に印加することで、有機ＥＬパネル１での表示が得られる。

また、前記発光駆動電圧成分としては、定電圧、または定電流が挙げられるが、有機ＥＬパネル１の輝度安定性と発光寿命の確保をする上では定電流であることが望ましい。

また、前記駆動波形は、前記発光駆動電圧成分以外にグランド電圧（０V）成分や逆電圧成分などの異なる電圧成分を含むこともある。前記グランド電圧成分あるいは前記逆電圧成分は、駆動方式に係る制御の制約により含まれる場合もあるし、表示品位を向上させたり輝度減衰を抑制させたり、製品駆動中に透明電極３と背面電極６との間の電気的短絡として発生する欠陥部（後述する）を修復する目的で含まれる場合もある。

また、前記駆動波形は、有機ＥＬパネル１の表示意匠（寸法、セグメントまたはドット数、色、輝度）あるいは駆動方式（直流点灯、単純マトリクス駆動、アクティブマトリクス駆動など）の選択によって決定される。

次に、図３から図５を用いて有機ＥＬパネル１の製造方法を説明する。

先ず、素子形成工程（有機ＥＬ素子形成工程）Ｓ１にて、蒸着及びエッチング処理を適宜行うことで、ガラス基板２上に透明電極３，絶縁層４，有機層５及び背面電極６を順次積層形成し、所定の発光形状の有機ＥＬ素子７を得る。尚、図４は、有機ＥＬ素子７の部分拡大断面図であり、有機ＥＬ素子７の形成工程において、透明電極３の形成工程後に、透明電極３上に異物１１が付着し、この状態にて絶縁層４，有機層５及び背面電極６が順次積層された状態を示している。

そして、素子形成工程Ｓ１後に、パネル化工程Ｓ２にて、所定の酸素濃度を有する窒素雰囲気中にて、ガラス基板２上に封止ガラス８をＵＶ硬化型接着剤９を介し配設し、ＵＶを照射することによって有機ＥＬ素子７を気密的に封止し、有機ＥＬパネル１を得る。

次に、エージング処理工程Ｓ３にて、異物１１が付着し欠陥部１２を有する状態の有機ＥＬ素子７を備えた有機ＥＬパネル１の透明電極３と背面電極６との各電極部３ｃ，６ｂに電源装置Ｐを接続し、所定温度雰囲気中にて両電極３，６間に後で詳述する修復電圧である逆バイアス電圧を印加し、欠陥部１２をオープン破壊する。

次に、素子判定工程Ｓ４にて、所定電圧を印加して、セグメント表示部３ａを全点灯させ、例えば予め決められた数個所について発光輝度及び発光面積を検査装置にて計測することで、有機ＥＬパネル１の良否判定を行う。

次に、本発明の特徴ポイントであるエージング処理時の修復電圧（逆バイアス電圧）Ｖｒの設定条件について詳述する。本願発明者は、有機ＥＬ素子７の破壊電圧が有機ＥＬ素子７の静電容量成分に依存することを見出した。以下に具体的に説明する。逆バイアス電圧下で有機ＥＬ素子７（表示セグメント表示部３ａ）に充電された静電エネルギーは、順方向バイアスによって放電される際の放電エネルギーと等しいことから、式（１）により有機ＥＬ素子７の静電エネルギーを表すことができる。
Ｗ＝１／２・ＣＶ↑２
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ
Ｗ＝１／２・ε・Ｓ／ｄ・Ｖ↑２・・・（１）
尚、Ｗは静電エネルギー［Ｊ］、Ｃは静電容量［Ｆ］、Ｖは充電電圧（有機ＥＬ素子７の破壊，修復電圧に相当する）［Ｖ］、εは誘電率、Ｓは発光面積［ｍ↑２］、ｄは有機層５の膜厚［ｍ］であり、括弧内は単位を示す。
上記式（１）からも分かるように。静電エネルギーＷは、有機ＥＬ素子７の面積Ｓと膜厚ｄと充電電圧Ｖによって決まることが明らかである。

以下のテストピース（有機ＥＬ素子）を用意し、有機ＥＬ素子の破壊時の静電エネルギーＷを求めた。第１のテストピースとしては、有機層５の膜厚を１５０ｎｍ、発光面積を４ｍｍ↑２とし、第２のテストピースとしては、膜厚を１５０ｎｍ、発光面積を８ｍｍ↑２とし、第３のテストピースとしては、膜厚を１００ｎｍ、発光面積を４ｍｍ↑２とするものである。これらの第１，第２，第３のテストピースについて、式（１）にそれぞれの膜厚ｄ，発光面積Ｓと、有機ＥＬ素子の破壊時の電圧（エージング処理工程と同じ波形で、印加する逆バイアス電圧を徐々に大きくしていった場合、有機ＥＬパネル（セル）に破損が生じる電圧、あるいは有機ＥＬ素子において目に見える破壊が生じる電圧）Ｖとを入力したところ、各テストピースについても以下に示すように略同様の静電エネルギーＷが得られた。尚、誘電率εは一定であり、破壊時の電圧は計測値である。
Ｗ＝６．７×１０↑−６［Ｊ］（小数点第二位は四捨五入）

上記式から明らかなように、有機層５の膜厚及び発光面積が変わっても静電エネルギー（Ｗ）は一定あり、このことから、式（１）における破壊電圧Ｖを解くと、式（２）で表すことができ、破壊電圧Ｖは、静電容量Ｃに依存することがわかる。
Ｖ＝３．６×１０↑−３・Ｃ↑−０．５［Ｖ］・・・・（２）

従って、有機ＥＬ素子７のエージング処理工程時の修復電圧Ｖｒの設定範囲は、有機ＥＬ素子７の実駆動時の最大逆電圧をＲとし、また有機ＥＬ素子７の破壊電圧をＶとした場合に、式（３）で示す範囲となる。従って、エージング処理時の修復電圧Ｖｒは、有機ＥＬ素子７の実駆動時の最大逆電圧Ｒより大きく、有機ＥＬ素子７の静電容量成分に依存した破壊電圧（３．６×１０↑−３・Ｃ↑−０．５）Ｖとの間で設定されるものである。尚、有機ＥＬ素子７の実駆動時の最大逆電圧Ｒは、実駆動時の順方向電圧と配線抵抗等を含み、さらに有機ＥＬ素子の温度特性の影響を考慮した値である。
Ｒ＜Ｖｒ＜Ｖ
Ｒ＜Ｖｒ＜３．６×１０↑−３・Ｃ↑−０．５・・・（３）

前述した範囲内で決定された修復電圧Ｖｒについて、図表６で示す実際の有機ＥＬパネルを用いてエージング処理工程Ｓ３にてエージング処理を行った。図表６で示される有機ＥＬパネルは、図１，２で示すようなセグメント表示式のものではなく、有機ＥＬ素子かならなる発光部（画素）をマトリクス状に配置したドットマトリクス型の有機ＥＬパネルである。これら有機ＥＬパネルは、正孔注入層，正孔輸送層，発光層及び電子輸送層からなる有機層を透光性の複数の陽極ラインと前記陽極ラインと直交する（交差する）状態で配設される複数の陰極ラインとの間に挟持して前記発光部を透光性基板上に構成するものである。

これらの有機ＥＬパネルＡ，Ｂは、実駆動時の電圧の最大逆電圧Ｒが−８．４Ｖから−１４．８Ｖである。また、エージング処理時の修復電圧Ｖｒについては、有機ＥＬパネルＡが−３５Ｖであり、有機ＥＬパネルＢが−３０Ｖである。また、有機ＥＬパネルＡ，Ｂは、有機層の膜厚ｄは１４０ｎｍと同一であるものの、ドット面積Ｓは、有機ＥＬパネルＡが０．３０ｍｍ↑２であり、有機ＥＬパネルｂが０．４５ｍｍ↑２である。図表６からも明らかなように、有機ＥＬパネルＡ，Ｂは、式（３）により求められる破壊電圧Ｖと、最大逆電圧Ｒとの間に修復電圧Ｖｒが設定されており、この設定された修復電圧Ｖｒでエージング処理を行った結果、前記発光部の欠陥部は確実にオープン破壊され、かつ発光輝度及び発光面積に異常が無いことが認められた。

かかる有機ＥＬパネル１の製造方法は、有機層５を透明電極３と背面電極６とで狭持した有機ＥＬ素子７を透光性のガラス基板２上に形成してなる素子形成工程Ｓ１と、素子形成工程Ｓ１後に、透明電極３及び背面電極６からなる両電極間に所定の逆バイアス電圧からなる修復電圧Ｖｒを印加し、有機ＥＬ素子７の欠陥部１２を破壊するエージング処理工程Ｓ３とを少なくとも含むものであって、エージング処理工程Ｓ３の修復電圧Ｖｒは、有機ＥＬ素子７の実駆動時の最大逆電圧Ｒと、有機層５の静電容量成分に依存する有機ＥＬ素子７の破壊電圧Ｖとの間に設定されてなるものであり、また、その破壊電圧Ｖは、式（３）にて求められるものである。

従って、修復電圧Ｖｒの上限規格電圧（有機ＥＬ素子７の破壊電圧Ｖ）を有機ＥＬ素子７の静電容量成分（Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ）に依存する電圧値とすることで、有機層５の膜厚ｄが同じで有機層５の発光面積が異なる場合であっても、エージング処理工程Ｓ３において、有機ＥＬ素子７を破損してしまう修復電圧Ｖｒを設定する恐れがない。また、エージング処理工程Ｓ３において、修復電圧Ｖｒの上限規格電圧値を式（３）によって容易に求めることが可能であることから、製造工程における機種換え及び新規機種のエージング処理工程の条件出しを容易なものとすることができ、製造工程を簡素化することができる。

本発明の実施形態の有機ＥＬパネルを示す斜視図である。 同上実施形態の有機ＥＬパネルの部分断面図である。 同上実施形態の有機ＥＬパネルの異物が付着した状態を示す要部拡大断面図である。 同上実施形態の有機ＥＬパネルの異物が取れた状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態の有機ＥＬパネルの製造工程を示す図である。 同上実施形態の他の有機ＥＬパネルのエージング処理工程のエージング条件を示す図表である。

符号の説明

１ 有機ＥＬパネル
２ ガラス基板（支持基板）
３ 透明電極（陽極）
５ 有機層
６ 背面電極（陰極）
７ 有機ＥＬ素子
１１ 異物
１２ 欠陥部
Ｓ１ 素子形成工程（有機ＥＬ素子形成工程）
Ｓ３ エージング処理工程

Claims (2)

1. 少なくとも発光層を有する有機層を陽極と陰極とで狭持した有機ＥＬ素子を透光性の支持基板上に形成してなる有機ＥＬ素子形成工程と、前記有機ＥＬ素子形成工程後に、前記陽極及び前記陰極からなる両電極間に所定の逆バイアス電圧からなる修復電圧Ｖｒを印加し、前記有機ＥＬ素子の欠陥部を破壊するエージング処理工程とを少なくとも含む有機ＥＬ素子の製造方法であって、
   前記エージング処理工程の前記修復電圧Ｖｒは、前記有機ＥＬ素子の実駆動時の最大逆電圧Ｒと、前記有機ＥＬ素子の静電容量成分に依存する前記有機ＥＬ素子の破壊電圧Ｖとの間に設定されてなることを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
2. 前記破壊電圧Ｖは、下記式にて求められること特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
   Ｖ＝３．６×１０↑−３・Ｃ↑−０．５［Ｖ］
   （Ｃは有機ＥＬ素子の静電容量）

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