JP2009277528A - 有機ｅｌ素子検査リペア方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子の発光機能を劣化させず、短時間に、検出しリペアする。
【解決手段】順バイアスあるいは逆バイアスの印加によって、有機ＥＬ素子に不具合があるとリーク電流発生の箇所に発光が起きる。この発光を画像処理ユニット１７は、リーク発光検出カメラ１６で検出してリーク発光位置を記憶し、これから制御ユニット１８で算出し位置座標を記録する。制御ユニット１８はＸＹＺ可動ステージ１５を位置制御して有機ＥＬ素子のリーク発光部周辺に、紫外線レーザー１１から第１の紫外線レーザー光を照射し、これに励起されて蛍光する。蛍光観測ユニット１９が、蛍光強度を観測し、制御ユニット１８が所定の強度範囲内か比較する、所定強度か否かを判断する蛍光検査を行う。蛍光検査で、異常と判断した不良領域を制御ユニット１８に記録し、記録し不良領域に、紫外線レーザー１１からリペア用の第２の紫外線レーザー光を照射し不良箇所を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（Electro Luminesence）素子、あるいは有機ＥＬ素子からなるディスプレイパネルの画素に生じる、欠陥を検査、リペアする方法および装置に関するものである。

近年、表示装置として、有機ＥＬディスプレイパネルや液晶表示装置等が用いられている。有機ＥＬディスプレイパネルは、自発光型であり、液晶表示装置で必要とされるバックライトが不要であるため、製品の薄型化、低消費電力化、低コスト化などが可能である。近年では、有機ＥＬディスプレイパネルの製造技術が向上し、携帯電話、カーナビゲーションなどの小型パネルでは実用化され始めている。

有機ＥＬ素子の構造は、図６（ａ）に示すように、ガラス基板１の上の陽極２、陽極２に対向した陰極３、これらの陽極２および陰極３間に挟持された有機ＥＬ層４を有している。有機ＥＬ層４は、電圧印加、あるいは紫外光などの外部エネルギーを供給されると発光する機能を有した有機化合物を含み、赤色、緑色、および青色のいずれかの発光色に発光する。

２つの電極間に電圧を印加すると、有機ＥＬ層４に正孔５と電子６が供給される。有機ＥＬ層４の発光は、有機ＥＬ層４で正孔５と電子６が結合を起こして発生するエネルギーにより有機ＥＬ層４に含まれる有機化合物の電子が励起され、励起された電子が基底状態になるときに外部にエネルギーを光として放出することにより発生する。このため、有機ＥＬ層４の均一な発光を行うには、正孔５と電子６が有機ＥＬ層４に均等に供給されることが必要である。

前記の陽極２と陰極３の間隔は、約１μｍと非常に微細な構造である。このため、図６（ｂ）に示すように有機ＥＬ表示装置の製造過程において、金属電極の厚さの不均一性や異物７が電極間に挟み込まれると、有機ＥＬ層４の膜厚が不均一となる箇所が発生する。すると有機ＥＬ層４の膜厚が薄い部分は電気抵抗が低くなるため、その箇所に正孔５と電子６が過剰に供給されて、有機ＥＬ層４の発光が不均一になるので、不良画素となる。

また、電極間に大きな異物の噛み込みなどがあると、異物７と電極の間に界面が形成されるために、電流が界面付近にも流れる。そのため、陽極２と陰極３に、有機ＥＬ層４を発光させるために十分な正孔５と電子６が供給されず、有機ＥＬ層４の発光が起きないため、不良画素となる。

このように、有機ＥＬ素子に電圧を印加した際に、有機ＥＬ層４の膜厚が薄い部分へ正孔５と電子６の過剰供給がされたり、あるいは、異物７と電極間に形成された界面などにより、本来流れるべきでない経路に流れる電流をリーク電流と呼ぶ。

また、有機ＥＬ素子を発光させるために、陰極３側に比べ、陽極２側の電圧を高くする電圧極性を順バイアスという。また、陰極３側の電圧が陽極２側よりも高くする電圧極性を逆バイアスという。

この順バイアスあるいは逆バイアスを印加したとき、有機ＥＬ素子の不具合によりリーク電流が発生している箇所には、発熱などにより、赤外波長８００ｎｍ近傍の発光が起きる。ただし、有機ＥＬ素子の不具合により、発光する波長が、８００ｎｍ近傍以下の可視光領域、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長をもつこともある。

このように、有機ＥＬディスプレイパネルに順バイアスあるいは逆バイアスを印加したときに、製造過程で生じた不具合を原因として発生する発光を、リーク発光と呼ぶ。

従来の有機ＥＬ素子のリペア、検査方法としては、特許文献１に示すような、有機ＥＬディスプレイパネルに発光電圧以下の電圧を順バイアスで作用させてリーク発光位置を検出する方法や、特許文献２に示すような、有機ＥＬ素子に逆バイアスを印加したときに発生するリーク発光位置にレーザー照射し、リーク発光を発生させる原因を除去するリペア方法や、特許文献３に示すように、紫外線を有機ＥＬ層に照射したときに発生する蛍光と呼ばれる光の発光状態から有機ＥＬ層の劣化具合を判別する方法（以下、蛍光検査と呼ぶ）などがある。
特開２００５−０８３９５１号公報 特開２００２−２６０８５７号公報 特開２００４−１７２１２７号公報

ところで、リーク発光は、有機ＥＬ層の膜厚が薄くなった部分や異物等の近傍のみに起こるが、一般に、有機ＥＬ層の膜厚が薄い部分や異物の周辺には、さらに細かい異物や、有機ＥＬ層自体が水分と反応した部分が存在する。

これらの部分はリーク電流が小さくリーク発光では検出できないが、有機ＥＬディスプレイを長時間使用していると電流や熱で成長して不良となる（以下、不良成長要因と呼ぶ）。

特許文献１，２に記載の技術では、リーク発光箇所のみを検出するので、リーク発光周辺に存在する、発光機能が低下した不良成長要因を検出することができない。

一方、特許文献３の技術では、不良成長要因まで検出できるが、有機ＥＬ層の発光機能は、紫外線を照射されると低下するという性質をもつので、すべての正常な部分にまで紫外線を照射すると有機ＥＬディスプレイパネル全体の特性を落とすという問題がある。

また、蛍光検査においては均一な光を照射する必要があり、一度に狭い領域しか検査できず、有機ＥＬディスプレイパネル全体を蛍光検査するには時間がかかるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、有機ＥＬ層の発光機能を劣化させず、短時間に、不良成長要因までリペアする有機ＥＬ素子検査リペア方法および装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した有機ＥＬ素子検査リペア方法は、有機ＥＬ素子に発光電圧以下の電圧、あるいは通常の発光時とは逆極性の電圧を印加した際の発光領域を検出する工程と、検出された発光領域の周辺に第１の紫外線レーザー光を選択的に照射する工程と、第１の紫外線レーザー光の照射時に有機ＥＬ素子発光面の発光強度が所定の発光強度と異なる領域を不良領域と判断する工程と、発光領域および不良領域に第２の紫外線レーザー光を照射する工程とからなることを特徴とする。

また、請求項２，３に記載した有機ＥＬ素子検査リペア装置は、有機ＥＬ素子に所定の電圧を印加する手段と、電圧印加による発光領域を検出する画像処理手段と、発光領域周辺に蛍光を励起する第１の紫外線レーザー光と、第１の紫外線レーザー光によって励起された蛍光の発光強度を測定する手段と、発光強度を所定の値と比較する手段と、発光強度が所定の値と異なる箇所に照射する第２の紫外線レーザー光とを備えたこと、さらに、第１の紫外線レーザー光と第２の紫外線レーザー光が出力調整機構を有する同一レーザーであることを特徴とする。

前記方法および装置によれば、有機ＥＬ素子からなる有機ＥＬディスプレイパネルに電圧印加し、パネル上のリーク発光を検出し、特定して周辺のみを蛍光検査することにより、紫外線レーザーをパネル全体に照射することなく、有機ＥＬ素子の発光特性劣化を抑え、かつ短時間で検査リペアができる。

本発明によれば、有機ＥＬディスプレイパネルに電圧印加し、このパネル上で不良成長要因が集中している箇所のリーク発光を検出することで特定し、その周辺のみを蛍光検査ことで、有機ＥＬ層の劣化原因となる紫外線レーザーを、大型パネル全体に照射する必要がなく、有機ＥＬ層の発光特性の劣化が少なく、短時間で有機ＥＬディスプレイパネルの検査、リペアが可能となるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態における有機ＥＬ素子の検査リペア装置の基本構成を示す機能ブロック図である。図１において、１０は本実施形態における有機ＥＬ素子の検査リペア装置を意味する。この有機ＥＬ素子の検査リペア装置１０は、紫外線レーザー１１、紫外線レーザー１１の出力調整機構１２、ハーフミラー１３、ハーフミラー１４、ＸＹＺ可動ステージ１５、リーク発光検出カメラ１６と画像処理ユニット１７からなる画像処理手段、制御ユニット１８から構成されており、Ｅは被検査体の有機ＥＬ素子を示している。

リーク発光検出カメラ１６としては、例えば、浜松ホトニクス社製のＣ９１００−１３型を用いることができる。このカメラの検出波長としては、波長１０００ｎｍ近傍の近赤外領域まで検出できるため、波長４００ｎｍから１０００ｎｍまでの、可視光領域から近赤外まで広い領域でリーク発光を検出することができる。

本実施形態では不良成長要因検出用の第１の紫外線レーザー光と、リペア用の第２の紫外線レーザー光は出力調整機構１２を有し、この出力調整機構１２により照射強度を変更することにより得る同一の紫外線レーザー１１である。

また、検査リペア装置１０は、図１には図示していない電源を有する。この電源により、次に説明する順バイアスまたは逆バイアスを有機ＥＬ素子に印加する。

前述したように、有機ＥＬ素子を発光させるために、陰極側に比べ、陽極側の電圧を高くする電圧極性を順バイアスという。また、陰極側の電圧を陽極側よりも高くする電圧極性を逆バイアスという。

そして、順バイアスあるいは逆バイアスを印加したとき、有機ＥＬ素子の不具合によりリーク電流が発生している箇所には、熱などにより赤外波長８００ｎｍ近傍の発光が起きる。あるいは、有機ＥＬ素子の不具合によっては、可視光領域の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ、の発光をすることもある。

このように、順バイアスあるいは逆バイアスを印加したときに有機ＥＬ素子の不具合により発生する発光を、リーク発光と呼ぶ。

画像処理ユニット１７は、リーク発光検出カメラ１６により検出されたリーク発光位置を記憶し、被検査体（有機ＥＬ素子）Ｅのどの位置からリーク発光が検出されるのかを記録し、制御ユニット１８により、算出された位置座標を記録する。

制御ユニット１８はＸＹＺ可動ステージ１５に位置移動の指令を送ることで、被検査体（有機ＥＬ素子）Ｅのリーク発光部の周辺に、紫外線レーザー１１を使用し第１の紫外線レーザー光を照射するように被検査体Ｅの位置を制御できる。

有機ＥＬ層は、紫外線レーザー１１を照射されると励起され、蛍光という発光現象を起こす。蛍光観測ユニット１９はこの蛍光強度を観測する。蛍光観測ユニット１９で測定された蛍光強度は制御ユニット１８で所定の強度範囲内に入っているか比較される。所定の強度内に入っていなければ異常と判断される（ここまでの検査を「蛍光検査」と呼ぶ）。

この蛍光検査により、異常と判断された場合その領域を不良領域として制御ユニット１８に記録する。

そして、制御ユニット１８に記録された不良領域に、紫外線レーザー１１を使用してリペア用の第２の紫外線レーザー光を照射し、不良箇所を除去する。

リーク発光が起きている位置と、蛍光検査により不良成長要因と判断した領域とでは、紫外線レーザー１１の照射強度をレーザーの出力調整機構１２で変更し、両者の不良原因を除去できる条件でレーザー照射を行う。

次に図１，図２を用いて、本実施形態の検査方法について説明する。ここで、前記従来例を示す図６において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。

ここでは、有機ＥＬ素子に逆バイアスを印加したときに、異物７が原因となり、リーク電流によるリーク発光がリーク発光領域２１に発生し、その周辺に、蛍光検査より不良領域２２が観測される場合を例とする。

まず初めに電源９の正極（＋）を被検査体Ｅの陰極３へ、陰極（−）を被検査体Ｅの陽極２へ接続し、逆バイアスを印加する。このとき、異物７の影響によるリーク電流に伴うリーク発光のリーク発光領域２１が、リーク発光検出カメラ１６により異物７周辺に検出される。このとき、リーク発光領域２１の中心座標（Ｘ１、Ｙ１）を検出し、制御ユニット１８によりその座標を記録する。

次に、ＸＹＺ可動ステージ１５を制御しリーク発光領域２１の中心座標（Ｘ１、Ｙ１）を蛍光検査可能位置に移動させ、中心座標（Ｘ１、Ｙ１）の周辺の蛍光検査を実施する。

この蛍光検査は、本装置が備える紫外線レーザー１１の出力を下げた状態で、中心座標（Ｘ１、Ｙ１）の周辺にレーザーを照射して行うことになる。強度の高い紫外線レーザー１１を有機ＥＬ層４に照射すると有機ＥＬ層４の発光機能自体が劣化するので、紫外線レーザー１１の被検査体（有機ＥＬ素子）Ｅへの照射エネルギーは、１〜１０ｍＷ／ｃｍ^２以下にすることが望ましい。

レーザー照射を構成する光学系にもよるが、１回のレーザー照射領域は、５μｍ×５μｍ程度から５０μｍ×５０μｍ程度までであるので、検査すべき領域の面積に応じて、蛍光検査時のレーザー照射領域を変更することもできる。

蛍光検査としての紫外線レーザー１１の波長としては、例えばＹＡＧレーザーの３５５ｎｍ波長を用いることができる。また蛍光検査の光源である紫外線レーザー１１は、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザーに限定されることなく、波長が４００ｎｍ以下のものを用いることができる。

紫外線レーザー１１により励起された蛍光の強度を蛍光観測ユニット１９で測定する。この蛍光観測ユニット１９で測定された蛍光強度は、制御ユニット１８で所定の強度範囲内に入っているか比較される。所定の強度内に入っていなければ不良と判断される。このように蛍光検査を実施して、蛍光検査による不良領域２２を検出する。

なお、逆バイアスを印加して、リーク発光の位置座標を検出したのちに、その位置座標周辺の蛍光検査を行うが、例えば、有機ＥＬ表示装置のように有機ＥＬ素子の画素が複数並列されている場合は、有機ＥＬ表示装置に含まれるすべての画素においてリーク発光の有無を検査し、リーク発光位置座標の記録をすべて行ったのち、蛍光検査を実施することもできる。

次に、図３を用いて、リーク発光検査、蛍光検査した後の不良箇所のリペア方法を説明する。

リーク発光領域２１が蛍光検査による不良領域２２よりも面積が小さい場合、各不良領域のすべてをレーザー照射領域２３で囲み、有機ＥＬ素子を構成する金属電極を除去できる程度のエネルギーを出力し、電極部を焼き切ることによりリペアを実施する。レーザーを照射した箇所は、電極部が焼き切られるため、リーク電流により発光していなかった画素の発光は回復する。なお、電極部が焼き切られた部分は発光には寄与しないが、焼き切られた部分が微小領域である場合は表示品質に影響しない。

照射する波長３５５ｎｍの紫外線レーザーであれば、１０μｍ×１０μｍの領域に、２〜８μＪのエネルギーを照射すれば電極部を焼き切ることができる。また、リペア時には熱が発生するため、レーザーの照射回数は、１回が望ましい。

リーク発光領域２１と蛍光検査による不良領域２２の各領域を含む大きなエリアを１回のレーザー照射で焼き切る場合の照射面積は、１０μｍ×１０μｍ以下が望ましい。これは、レーザー照射領域が広すぎると有機ＥＬ素子に入力されるエネルギーが不十分になり、リペアのための電極除去が行えないからである。

さらに、図４を用いてもうひとつ別のリペア方法の例について説明する。

蛍光検査での不良領域２２が１０μｍ×１０μｍより大きな場合は、例えば、リーク発光領域２１を焼き切るためにリーク発光領域２１に対するレーザー照射域２６を設定し、リーク発光領域２１を焼き切った後に、蛍光検査の不良領域２２のレーザー照射第１領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと蛍光検査の不良領域２２のレーザー照射第２領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃを設定し、各不良領域の場所に応じたレーザー照射面積、レーザー出力を設定してもよい。

具体的な紫外線レーザーの照射エネルギーとしては、リーク発光領域２１に対するレーザー照射域２６に対しては、１０μｍ×１０μｍあたり２〜８μＪで電極部を除去する。

蛍光検査の不良領域２２のリペアに対しては、電極部を除去する必要はないので、１０μｍ×１０μｍあたり０．３〜１μＪを入射し、発光機能が劣化した有機ＥＬ層の領域を高抵抗化し、周囲への進展を防ぐ。このようにリペアのエネルギーを調整することで、発光に寄与しない領域を最小限に抑えることができる。

また、図５を用いてさらにもうひとつ別のリペア方法の例を説明する。

複数の画素から構成された有機ＥＬ表示装置の場合、２００μｍ×８０μｍ程度の１画素の領域に対し、リーク発光や蛍光検査による不良領域が、例えば５０μｍ×５０μｍの大きな場合は、それらの不良領域を、たとえ紫外線レーザーによる電極除去、あるいは有機ＥＬ層の高抵抗化を実施した場合でも、人間の目において不灯画素と認識されることが多い。ただし、通常、有機ＥＬ表示装置であれば、表示装置全体で不灯画素が１〜２個以下であれば、十分画像表示機能を果たす。

したがって、不良成長領域が５０μｍ×５０μｍの各不良領域を個々にリペアするのではなく、レーザー光２９により１０μｍ×１０μｍあたり１０μＪ以上のエネルギーで照射し、陽極２とガラス基板１内に形成されている駆動回路２８を接続している配線２７、あるいは駆動回路２８自体、さらには、駆動回路２８と外部の電源９を接続する配線２７を切断し、その有機ＥＬ素子を不灯画素化するという方法をとってもよい。このようなリペア方法を用いることで、リペア時間を短縮することができる。

以上のように本発明の方法によると、初めに異物７等によるリーク発光領域２１の箇所を検出し、その周辺の不良領域２２を選択的に蛍光検査するので、蛍光検査により有機ＥＬ素子の発光機能を劣化させることなく、短時間で、確実に不良成長要因となる箇所を検出しリペアすることが可能となる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることはもちろんである。

本発明に係る有機ＥＬ素子検査リペア方法および装置は、短時間で、有機ＥＬ素子の発光機能を劣化させることなく不良を検出し、リペアすることができ、有機ＥＬディスプレイパネルや有機ＥＬ照明に使用される有機ＥＬ層の検査リペアとして有用である。

本発明の実施形態における有機ＥＬ素子の検査リペア装置の基本構成を示す機能ブロック図 本実施形態におけるリーク発光検査，蛍光検査を説明する平面および断面図 本実施形態におけるリーク発光検査，蛍光検査後の不良箇所リペア方法を説明する図 本実施形態におけるリーク発光検査，蛍光検査後のもうひとつ別の不良箇所リペア方法を説明する図 本実施形態におけるリーク発光検査，蛍光検査後のさらにもうひとつ別の不良箇所リペア方法を説明する図 有機ＥＬ素子の（ａ）は発光原理、（ｂ）は発光不良原理の一例を示す図

符号の説明

１ ガラス基板
２ 陽極
３ 陰極
４ 有機ＥＬ層
５ 正孔
６ 電子
７ 異物
９ 電源
１０ 検査リペア装置
１１ 紫外線レーザー
１２ 出力調整機構
１３，１４ ハーフミラー
１５ ＸＹＺ可動ステージ
１６ リーク発光検出カメラ
１７ 画像処理ユニット
１８ 制御ユニット
１９ 蛍光観測ユニット
２０ 被検査体の発光面
２１ リーク発光領域
２２ 蛍光検査の不良領域
２３ レーザー照射領域
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 蛍光検査の不良領域のレーザー照射第１領域
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 蛍光検査の不良領域のレーザー照射第２領域
２６ リーク発光領域のレーザー照射領域
２７ 配線
２８ 駆動回路
２９ レーザー光
Ｅ 被検査体

Claims (3)

1. 有機ＥＬ素子に発光電圧以下の電圧、あるいは通常の発光時とは逆極性の電圧を印加した際の発光領域を検出する工程と、前記検出された発光領域の周辺に第１の紫外線レーザー光を選択的に照射する工程と、前記第１の紫外線レーザー光の照射時に前記有機ＥＬ素子発光面の発光強度が所定の発光強度と異なる領域を不良領域と判断する工程と、前記発光領域および前記不良領域に第２の紫外線レーザー光を照射する工程とからなることを特徴とする有機ＥＬ素子検査リペア方法。
2. 有機ＥＬ素子に所定の電圧を印加する手段と、前記電圧印加による発光領域を検出する画像処理手段と、前記発光領域周辺に蛍光を励起する第１の紫外線レーザー光と、前記第１の紫外線レーザー光によって励起された蛍光の発光強度を測定する手段と、前記発光強度を所定の値と比較する手段と、前記発光強度が所定の値と異なる箇所に照射する第２の紫外線レーザー光とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子検査リペア装置。
3. 前記第１の紫外線レーザー光と前記第２の紫外線レーザー光が出力調整機構を有する同一レーザーであることを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ素子検査リペア装置。

Images