JP2010267420A - 有機ｅｌ素子検査リペア方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクトを電極成膜領域に配置する有機ＥＬ素子において、有機ＥＬ素子に電圧を印加したときに、不良個所から発生する発光では検出ができない電極ショートに起因する有機ＥＬ素子の不良を確実にリペアし、有機ＥＬ表示装置の歩留まりを向上させる。
【解決手段】被検査体である有機ＥＬ素子に電圧を印加し、異常発光する箇所を確認する。異常発光箇所をレーザ加工した後でも不点灯の画素、或いは、異常発光を含まない画素で不点灯の画素に対しては、画素の電極コンタクト部のエッジ周辺にレーザ照射することでリペアを行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、有機ＥＬ（ＥＬｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）素子、或いは、有機ＥＬ素子から成るディスプレイパネルの画素に生じる、電気的リーク不良位置や有機ＥＬ素子を構成する陽極、ＥＬ発光部、陰極などの膜厚バラつきや各構成部の界面不具合、有機ＥＬ層の劣化など、有機ＥＬ素子或いは有機ＥＬディスプレイパネルの画素に生じる欠陥を検査、リペアする方法に関するものである。

近年、表示装置として、低電圧駆動、自発光、高速応答などの特徴を持つ有機ＥＬ素子からなる有機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され始めている。

有機ＥＬ素子の構造は、図２（１）に示すように、ガラス基板４００にＴＦＴ回路４０１を形成し、平坦化膜４０２により、ガラス表面を平坦化したのち、陽極１００と、有機ＥＬ層３００と陰極２００を順番に形成する。ＥＬ層は、電圧印加、或いは、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からなる有機層で形成されており、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、ＥＬ層３００に正孔１０と電子２０が供給される。有機ＥＬ層の発光は、ＥＬ層３００で正孔１０と電子２０が結合を起こして発生するエネルギーによりＥＬ層３００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層の均一な発光を行うには、正孔１０と電子２０がＥＬ層３００に均等に供給されることが必要である。

上記の陽極１００と陰極２００の間隔は、約１μｍと非常に微細な構造である。このため、不良の原因のひとつに、金属電極の厚さの不均一性や電極間への異物挟み込みがある。図２（２）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５００が電極間に挟み込まれると、ＥＬ層３００の膜厚が不均一となる個所が発生する。するとＥＬ層３００の膜厚が薄い部分は電気抵抗が低くなるため、その個所に正孔１０と電子２０が過剰に供給されて、有機ＥＬ層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１００と陰極２００に、有機ＥＬを発光させるために十分な正孔１０と電子２０が供給されず、有機ＥＬ層の発光が起きないため、不良画素となる。

開口率向上のためにコンタクトを電極成膜領域に配置する有機ＥＬ素子においては、不良の原因のもう一つに、図２（３）に示すように、画素とＴＦＴ回路を接続する電極コンタクト部４０３のエッジ部分において、陽極１００と陰極２００がショートすることがあげられる。通常は、所定の画素領域以外で有機ＥＬ層が発光しないように画素規制層１０１という絶縁体が画素領域以外に形成されているが、画素規制層１０１の厚みは通常５０ｎｍ程度と非常に薄い。また、電極コンタクト部４０３のエッジ部は傾斜しているため、製造装置の状態によって、画素規制画素規制層１０１がより薄くなり、この領域において、ショートが起きることがある。

このように、有機ＥＬデバイスに電圧を印加した際に、有機ＥＬ層の膜厚が薄い部分へ正孔１０と電子２０の過剰供給されたり、或いは、異物と電極間に形成された界面、電極コンタクト部のエッジなどにより、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。

有機ＥＬデバイス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、陰極側の電圧が陽極側よりも高くする電圧極性を逆バイアスという。

順バイアス或いは逆バイアスを印加したとき、有機ＥＬデバイスの不具合によりリーク電流が発生している個所には、発熱、或いは電子の結合などにより、赤外波長８００ｎｍ近傍の発光が起きる。ただし、有機ＥＬデバイスの不具合により、発光する波長は、８００ｎｍ近傍以下の可視光領域、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長を持つこともある。

このように、有機ＥＬパネルに順バイアス或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。

有機ＥＬデバイスのリペア、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デバイス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がある。

特開２００５−０８３９５１号公報 特開２００２−２６０８５７号公報

しかしながら、上記従来技術では、リーク発光は、ＥＬ層の膜厚が薄くなった部分や異物等の近傍に電界が集中する箇所に発光が顕著に起きるもので、図２（３）に示すような完全に陽極と陰極がショートした場合は、リーク発光が起きにくいという問題を生じることになります。具体的には、前述の特許文献１及び２に記載の技術では、リーク発光個所のみを検出するので、完全にショートを起こしている不良箇所を検出することができないことになる。

本発明は上記従来の問題を鑑みてなされたもので、コンタクトを電極成膜領域に配置する有機ＥＬ素子において、有機ＥＬ素子に電圧を印加したときに不良個所から発生する発光位置の検出では、検出が容易ではなく電極ショートに起因する有機ＥＬ素子の不良を確実にリペアし、有機ＥＬ表示装置の歩留まりを向上させる方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の有機ＥＬ素子検査リペア方法は、有機ＥＬパネルに発光電圧以下の電圧、或いは、電圧極性を通常の発光時と逆にした電圧を印加した際の発光領域を検出する第１の工程と、有機ＥＬパネルの画素を発光させる電圧を印加して、発光の無い画素を確認する第２の工程と、前記第１の工程と第２の工程において、いずれの工程においても発光しない画素において、画素と電源供給回路とを接続している電極のコンタクトエッジにレーザを照射する工程とからなる点に特徴があり、その結果、有機ＥＬ素子の不良を確実にリペアすることを可能とし、有機ＥＬ表示装置の歩留まりを向上させることができる。

リーク発光のみでは検出できない電極ショートによる発光不良画素を発光回復させ、リペアできるので、有機ＥＬ表示装置の歩留まり向上ができる。

本発明の一実施例の有機ＥＬ素子のリペア装置の機能ブロック図 有機ＥＬ素子の発光不良原理の一例を示す図 本発明の実施形態に係る検査、リペアの一例を示すフローチャートを示す図 本発明の実施形態に係る発光検査を説明する平面および断面図 本発明の実施形態に係るレーザリペア方法の一例を示す図 本発明の実施形態に係る検査方法の検査領域分割法の一例を示す図

図３に検査リペアのフローチャートの一例を示す。

まず、有機ＥＬパネルに逆バイアスを印加し、リーク発光箇所を検出する第１工程と順バイアスを印加し、画素発光有無を検出する第２工程を実施する（Ｓ１１）。第１工程、第２工程は、どちらの工程を先に実施してもよい。そして、第１工程においてリーク発光箇所があるかを判断し（Ｓ１２）、リーク発光箇所がある場合は、リーク発光箇所にレーザを照射する（Ｓ１３）。レーザ照射後、順バイアスにより画素の発光が回復するかを判断し（Ｓ１４）、発光が回復しない場合は、発光が無い画素の電極コンタクトのエッジ周辺にレーザを照射する（Ｓ１５）。リーク発光箇所がなく、発光しない画素については、発光が無い画素の電極コンタクトのエッジ周辺にレーザを照射する。

以下、図を用いて、本発明の有機ＥＬ素子の検査リペア方法および装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施例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り、符号１０００を本発明の一実施例の検査リペア装置を意味する。

この有機ＥＬ素子検査リペア装置１０００は、紫外線レーザ１００１、レーザの出力調整機構１１００、ハーフミラー１３１０、ＸＹＺ可動ステージ１４００、リーク発光／画素発光検出カメラ１６００と画像処理ユニット１６５０からなる画像処理手段、制御ユニット１６６０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。

この有機ＥＬ素子検査リペア装置１０００は、次に示す電圧印加や、検査方法を実施できる形態を有している。

有機ＥＬデバイス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、陰極側の電圧が陽極側よりも高くする電圧極性を逆バイアスという。

順バイアス或いは逆バイアスを印加したとき、有機ＥＬデバイスの不具合によりリーク電流が発生している個所には、熱、或いは電子の結合などにより赤外波長８００ｎｍ近傍の発光が起きる。或いは、有機ＥＬデバイスの不具合によっては、可視光領域、４００ｎｍ〜８００ｎｍ、の発光をすることもある。

このように、順バイアス或いは逆バイアスを印加したときに有機ＥＬデバイス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１６５０は、この図には示していない電源から被検査体Ｅに逆バイアスを印加したときに、リーク発光／画素発光検出カメラ１６００により検出されたリーク発光位置を制御ユニット１６６０に記録する。また、被検査体Ｅに順バイアスを印加したときの画素の発光有無も、リーク発光／画素発光検出カメラ１６００は検出できる。制御ユニット１６６０は、被検査体Ｅからリーク発光が検出された場合は、紫外線レーザ１００１が照射できるように、ＸＹＺ可動ステージ１４４０に位置移動の指令を送り、被検査体Ｅの所定の位置に移動させる。

そして、前記のリーク発光位置に、有機ＥＬデバイスが損傷しない程度の出力、例えば、パネルに照射されるエネルギーが３０μＪ以下になるように出力調整した紫外線レーザ１００１を照射する。紫外線レーザで３０μＪ以下であれば、リーク発光を発生させている構造部を除去するように有機ＥＬ素子の陰極と有機層の界面近傍のみを選択的に加工でき、陽極やガラス基板上のＴＦＴ回路は加工されないことを実験で確認している。

紫外線レーザ１００１をリーク発光箇所に照射後、被検査体Ｅに順バイアスを印加し、画素の発光をリーク発光／画素発光検出カメラ１６００で検出する。画素から発光がある場合は、リペアを終了する。

画素の発光をリーク発光／画素発光検出カメラ１６００で画素からの発光が確認されない場合は、ＸＹＺ可動ステージ１４４０に発光が無い画素の電極コンタクトのエッジ周辺に紫外線レーザ１００１を照射できるように、制御ユニット１６６０から移動指令を送り、電極コンタクトのエッジ周辺に陰極と有機層の接合界面を剥離させる、または陰極と有機層の界面に熱エネルギーを与えて界面を酸化させて両者の間を絶縁化する出力条件で、紫外線レーザ１００１を照射し、リペアを終了する。

図４、図５を用いて、具体的な検査リペアの一例を示す。

有機ＥＬデバイスに逆バイアスを印加したときに、異物５０１１が原因となり、リーク電流によるリーク発光領域２０００が観測される場合を例とする。

まず初めに、電源６０１１の正極を被検査体Ｅ１の陰極２０１１へ、電源６０１１の陰極を被検査体Ｅ１の陽極１０１１へ接続し、逆バイアスを印加する。このとき、異物５０１１の影響によるリーク電流に伴うリーク発光領域２０００がリーク発光／画素発光検出カメラ１６００により異物周辺に検出される。このとき、リーク発光領域２０００の中心座標（Ｘ１、Ｙ１）を検出し、制御ユニットによりその座標を記録する。中心座標（Ｘ１、Ｙ１）にレーザを照射するために、ＸＹＺ可動ステージ１４４０を動作させ、リーク発光領域２０００の領域を覆うようにレーザ照射領域Ａ１を決定して、レーザを照射する。

レーザを照射し、リーク発光を起こす要因の異物５０１１の周辺を加工し電流経路の不具合を除去しても、電極ショート７０１１がある場合は、画素の発光は回復しない。また、この電極ショート７０１１は、電極コンタクトのエッジで頻繁に起きうる。この電極ショート７０１１が発生するのは以下の理由による。

所定の発光エリア以外ではＥＬ発光が起こさないように、陽極１０１１と陰極２０１１の間に形成する画素規制層１０１の形状に起因することが多い。画素規制層１０１は、気相成膜法で基板一面に形成され、所望の領域に画素規制層が残るようにマスクを配置した状態で基板に露光し、余分な箇所の画素規制層を剥ぎ取ることで形成される。この画素規制層の厚さは１５０ｎｍ程度である。このとき、傾斜を持つ電極コンタクトのエッジ部には十分な厚さの画素規制層が形成されず、エッジ部分の画素規制層の膜厚は周辺に比べ、薄くなることがある。

絶縁効果をもつ画素規制層が薄くなることで、陰極と陽極が接触しやすくなり、電極ショートが発生する。また、電極ショートが起きると、その部分の電気抵抗値は低下する。この場合、電気抵抗値が高くなり電界が集中している箇所から放出される光を検出する逆バイアス印加などの手法では、電極ショートの発生位置を検出しにくい。

そこで、図５に示すように、順次レーザ照射域Ａ２〜Ａｎにたいして、電極コンタクト４０３１のエッジ周辺に陰極と有機層の接合界面を剥離させる出力条件で、レーザを照射する。波長３５５ｎｍの紫外線レーザであれば、エネルギー１０〜３０μＪで、レーザを照射すると、金属電極と有機層の界面が加工され、リーク発光の消失、或いは、電極ショートによる導通箇所の除去が可能であり、リペアを実施できる。

リペアのためのレーザ照射時には、金属電極加工により熱が発生するため、レーザの同一箇所への照射回数は、１回が望ましい。

さらに、１回のレーザ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。１０μｍ×１０μｍ以上の広い領域を加工するために、レーザ出力を上げた場合は、レーザ照射部周辺への影響のみならず、ＴＦＴ回路などの周辺回路の損傷も懸念される。

電極コンタクト４０３１のエッジ周辺のいずれかの場所で電極ショートが発生する場合、エッジ周辺の特定の１個所で起こるよりも、エッジ構造自体が電極ショートを起こしやすいものであるので、電極コンタクトの周辺エッジ全てにレーザを照射することが望ましい。

製造装置の特性上、コンタクト部の一部にショートが発生しやすいことがわかっている場合は、その部分のみにレーザを照射すればよい。この方が周辺エッジすべて照射する場合に比べ、短時間でリペアを完了できる。

本発明の有機ＥＬ素子のリペア方法、装置を用いれば、第一工程で異物混入などにより電界集中している箇所をリーク発光で検出し、レーザを照射でリペアする。さらに第一工程で発光が回復しない画素については、コンタクト部の完全ショートが原因であるので、画素の電極コンタクト部のエッジ周辺にレーザを照射しリペアする。

このようにして、リーク発光のみでは検出できない電極ショートによる発光不良画素を発光回復させ、リペアできるので、有機ＥＬ表示装置の歩留まり向上ができる。

（実施の形態２）
まず、図６に示す有機ＥＬパネルのエリアＡ−１の領域１について、逆方向の電圧を印加し、第一工程検査としてリーク発光検査を実施する。そして、異物や膜厚不均一を起因としたリーク発光箇所にレーザを照射してリペアを実施する。第二工程検査として順バイアスを印加した場合の滅点検査を実施する。この第二工程検査において、第一工程検査でリペアを実施したにも関わらずＥＬ発光しないセル、つまり電極ショートを含有している電極コンタクト不良に起因した滅点８０１の箇所と滅点の個数をリペア装置の記録装置に保存し、電極ショートを含有している電極コンタクト不良に起因した滅点８０１の電極コンタクト周辺にレーザを照射し、リペアを実施する。

領域１において電極コンタクト不良に起因した滅点８０１が所定の数より多く検出される場合は、エリアＡ−１において画素規制層形成時にプロセス上の不具合が発生しているとみなす。プロセス上の不具合の例としては、量産時に成膜装置の壁に膜が堆積することで、成膜装置内のプラズマ状態が変化することにより発生する膜厚のばらつきなどが考えられる。この場合エリアＡ−１の領域２〜領域９について同様の不具合がある。そこで、エリアＡ−１の領域２〜領域９においては、まず、すべての電極コンタクトエッジ全体にレーザを照射する。

次に、エリアＡ−１の領域２において、第一工程検査のリーク発光検査を実施し、異物や膜厚不均一を起因としたリーク発光箇所にレーザを照射してリペアを実施する。次に、エリアＡ−１の領域３〜領域９についても、第一工程検査のみを実施し、エリアＡ−１の各エリアについてリペアを行う。その後、エリアＢ−１からＣ−３までを同じ手順で検査を行い、有機パネル８００全体の検査を終了する。

このように、画素規制層形成時のプロセス上の不具合により電極ショートを起因とした滅点が多数パネルに含まれると判断される場合は、まず初めに、電極コンタクトエッジ周辺にレーザを照射し、電極ショートに対するリペアを事前に実施することで、各エリアにおいて、第二工程検査の滅点検査を実施する必要がなくなり、短時間で検査及びリペアをすることが可能になる。

なお、すべてのエリアにおいて、画素規制層形成時のプロセス上の不具合によるショートが観測されるようになった後には、最初から第二工程検査を省略しても良い。

（実施例）
図４に示す構成の有機ＥＬ素子について、リペアを実施した例を示す。

有機ＥＬ素子の構成としては、陰極はＩＴＯで、画素規制層はＳｉＯ₂で、陽極はアルミ系合金であり、各層は気相成膜法で作成したものである。また、有機ＥＬ層はフルオレン系高分子材料であり、封止樹脂としてはエポキシ系材料を用いており、これらの層は、塗布・乾燥により形成したものである。

また、リペアに使用したレーザは、ＹＡＧレーザであり、出力値として０．０４Ｊ／ｃｍ²を設定し、１ショットパルスで照射を行い、照射寸法は１５μｍ×１５μｍとした。

有機ＥＬ素子に−２０Ｖの電圧を印加させ、冷却ＣＣＤカメラにより３０秒露光したときに、リーク発光点が検出されない滅点について電極コンタクトエッジ周辺に全てにレーザを照射し、リペアを実施した。１回のレーザ照射領域を１５μｍ×１５μｍとしており、電極コンタクトエッジ周辺全てにレーザを照射するには、１３回レーザ照射を行った。

レーザを照射する前は、８Ｖの電源印加をした場合に、ＥＬ発光しなかった滅点が、レーザ照射後には、隣接しているＥＬ発光画素の発光強度と比較し、９０％以上の強度で発光した。点灯が回復した画素の発光継続を確認すると、リペアから２１８時間後も隣接画素と同等の発光強度で点灯していることを確認した。

本発明の有機ＥＬ素子のリペア方法、装置を用いれば、第一工程で異物混入などにより電界集中している箇所をリーク発光で検出し、レーザを照射することでリペアする。更に、第一工程で発光が回復しない画素については、コンタクト部の完全ショートが原因であるので、画素の電極コンタクト部のエッジ周辺にレーザを照射しリペアする。

このようにして、リーク発光のみでは検出できない電極ショートによる発光不良画素を発光回復させ、リペアできるので、有機ＥＬ表示装置の歩留まり向上ができる。

なお、本発明は上述した実施例や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。

本発明によれば、異常発光する箇所だけでなく、異常発光を有しない電極ショートに起因した不良もリペアできるので、有機ＥＬディスプレイや有機ＥＬ照明に使用される有機ＥＬ素子のリペアに使用可能である。

１０ 正孔
２０ 電子
１０００ 有機ＥＬ素子検査リペア装置
１００１ 紫外線レーザ
１１００ 出力調整機構
１３１０ ハーフミラー
１４００ ＸＹＺ可動ステージ
１６００ リーク発光／画素発光検出カメラ
１６５０ 画像処理ユニット
１６６０ 制御ユニット
２０００ リーク発光領域
Ｅ 被検査体の有機ＥＬ素子

Claims (5)

1. 有機ＥＬパネルに前記パネルの画素を発光させる電圧以下の電圧、或いは、電圧極性を通常の発光時と逆にした電圧を印加することで発光領域を検出する第１の工程と、
   前記有機ＥＬパネルの画素を発光させる電圧を印加して、不点灯の画素を確認する第２の工程と、
   前記第１及び第２の工程において、何れの工程においても発光しない画素に対して前記画素と電源供給回路とを接続している電極のコンタクトエッジにレーザを照射する工程と、
   から構成されること
   を特徴とする有機ＥＬ素子検査リペア方法。
2. 前記第１の工程において検出された発光箇所にレーザを照射した後、
   第２の工程において発光がない画素に対して前記画素と電源供給回路とを接続している電極のコンタクトエッジにレーザを照射する、
   請求項１記載の有機ＥＬ素子検査リペア方法。
3. 電極のコンタクトエッジにレーザを照射する際、前記電極コンタクトの周辺エッジ全てにレーザを照射する
   請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子検査リペア方法。
4. 有機ＥＬパネルに前記パネルの画素を発光させる電圧以下の電圧、或いは、電圧極性を通常の発光時と逆にした電圧を印加することで発光領域を検出する第１の撮像手段と、
   前記有機ＥＬパネルの画素を発光させる電圧を印加して、不点灯の画素を検出する第２の撮像手段と、
   前記の電極のコンタクトエッジに照射するレーザ光源と
   からなることを特徴とする有機ＥＬ素子検査リペア装置。
5. レーザ光源は紫外線レーザである請求項４記載の有機ＥＬ素子検査リペア装置。

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