JP3633841B2

JP3633841B2 - 有機薄膜発光ディスプレイの修復方法

Info

Publication number: JP3633841B2
Application number: JP2000043375A
Authority: JP
Inventors: 剛司川口; 洋太郎白石
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2020-02-21
Also published as: JP2001237082A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイとして用いられる有機発光素子に関し、詳しくは、長期にわたって駆動可能であり、かつ、高い信頼性を有するパッシブマトリクス型有機発光ディスプレイおよびその修復方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光素子は、自己発光型素子であるために視認性が高く、低電圧で駆動できるという特徴を持つことから、実用化に関する研究が積極的になされている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３，１９８７）。かかる有機発光素子としては、透明基板上に、陽極としての透明導電性膜と、有機物からなる正孔輸送層および発光層と、陰極としての金属膜とを形成した２層の有機層を有する構造や、有機層が正孔輸送層、発光層および電子輸送層の３層からなる構造のものが知られている。
【０００３】
有機発光素子の発光機構は次のように考えられている。陰極から注入された電子と、陽極から注入された正孔とが、正孔輸送層と発光層との界面近傍で再結合することにより励起子が生じて、この励起子が放射失活する過程で光を放つ。この光が陽極である透明導電性膜および透明基板を通して外部に放出され、発光が生ずるのである。
【０００４】
有機発光素子を用いたディスプレイの一つに、図１に示すような、パッシブマトリクス型（単純マトリクス型）ディスプレイがある。かかるパッシブマトリクス型有機発光ディスプレイは、透明基板１上の複数列の陽極７（第一の電極、データライン）と、陽極と交差する複数列の陰極８（第二の電極、アドレスライン）と、これらに挟持された、有機発光層を含む有機層５とから構成される。陽極７と陰極８との交差領域が一の画素１０を形成し、この画素１０が複数個配列することにより表示部分が形成されており、陽極および陰極を表示部から基板周囲へ延長して形成した接続部分を介して、外部駆動回路と表示部とを接続することにより、ディスプレイ装置が構成される。
【０００５】
最近では、有機発光素子の発光応答速度の速さを活かした高精細なパッシブマトリクス型カラーディスプレイの研究が進んでおり、フルカラー表示や動画表示といった情報機器用途での低コストの高品位ディスプレイ実現への期待が高まってきている。
【０００６】
前述したように、有機発光素子は電流注入によりエレクトロルミネッセンス（以下、「ＥＬ」とも称する）を得るデバイスであり、液晶ディスプレイ等の電界デバイスに比して大きな電流を制御しうる駆動回路と、大きな電流を流し得る陽極および陰極を必要とする。
【０００７】
パッシブマトリクス型有機発光ディスプレイに用いられる電極としては、陽極にはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物、酸化錫等の透明導電性金属酸化物が挙げられ、また、陰極にはＡｌやＡｌ合金、Ｍｇ合金等の低仕事関数金属が挙げられる。透明性金属酸化物の抵抗率は、金属配線材料として用いられるＡｌ等に比較して大きく、また、透明導電性膜としてある程度の可視光透過性を保つ必要があるため、膜厚が制限される。このため、陽極の配線抵抗が大きくなる傾向がある。
【０００８】
陽極の配線抵抗の大きさに起因する問題としては、配線抵抗に由来する電圧降下のためにパネル駆動時に高い駆動電圧が必要となり、消費電力が大きくなることや、配線で発生するジュール熱が有機層を加熱する結果、パネルの特性を劣化させるなどといった点が挙げられる。
【０００９】
この陽極の抵抗を低減させる方法として、特開平４−８２１９７号公報、特開平５−３０７９９７号公報、特開平６−５３６９号公報中の実施例に示されるように、透明導電性膜と金属膜とを積層する方法がある。即ち、かかる透明導電性膜と金属膜とを積層する方法を用いた場合には、特開平５−３０７９９７号公報において「陽極及び正孔輸送層間の一部に積層された前記陽極より仕事関数の小さい金属膜を有する」とあり、また、特開平６−５３６９号公報において「前記陽極が透明な第１陽極部と前記正孔輸送層に接する前記第１陽極部より仕事関数の高い第２陽極部からなる」と記載されているように、金属膜を積層して配線抵抗を低減する効果を得ることができる。
【００１０】
また、比較的低抵抗の金属膜を積層することで、発光電流は透明導電性膜よりも金属膜に集中して流れるようになる。これにより、透明導電性膜については、導電性よりも透過率を優先して材料の選択および成膜を行うことができ、発光素子としての発光効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
以上のように、パッシブマトリクス型有機発光ディスプレイの陽極、陰極等の配線を設計する上では、配線抵抗を低減し、併せて開口率と透過率とを向上せしめることが重要とされてきた。この設計指針により動作電圧および消費電力を低減することが可能であり、また、ジュール熱による劣化などを抑制して駆動安定性を向上せしめることも併せて実現されるからである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際のパッシブマトリクス型有機発光ディスプレイには、未だ重要な課題が存在する。それは、画素中の両電極間に、プロセス上の構造欠陥に起因する電気的短絡が発生することがあるという点である。
【００１３】
例えば、画素ピッチ０．１１ｍｍ×０．３３ｍｍ、開口率７０％、陽極をデータラインとしデータライン数が２４０、陰極をアドレスラインとしアドレスライン数が６０、両電極の交点で形成される画素数が１４４００である１．２５型パッシブマトリクス型有機発光ディスプレイを考える。簡単のために、データライン電位を選択時Ｈ（正電位）で非選択時ゼロ（グランド）、アドレスライン電位を選択時ゼロ（グランド）で非選択時Ｈ（正電位：データ電位Ｈに同じ）、走査線１アドレスラインの１電源定電圧駆動とする。
【００１４】
電気的短絡欠陥のない状態では、電極配線抵抗あるいは駆動回路内部インピーダンスは、有機発光素子部を有する画素の抵抗に比して十分小さい。例示の場合においては、選択時（発光状態、順バイアス）での画素抵抗が数１００ｋΩ、非選択時（消灯状態、順バイアス）あるいは逆バイアス時の画素抵抗が数１０ＭΩ以上であるのに対して、電極配線抵抗あるいは駆動回路内部インピーダンスは高々数ｋΩである。パネルに印加される電圧の殆どは画素すなわち有機発光層への電荷注入に必要な電界強度を得るために画素内の両電極間で電圧降下しているため、配線構造設計の設計指針としては前述したように配線抵抗と駆動回路の内部インピーダンスを低減させることにより、低消費電力で画質の均質性に優れたパネルを実現することが可能となる。
【００１５】
しかし、画素中に電気的な短絡が存在する場合には、上述の画素抵抗が殆ど失われて高々数１００Ω程度となる。このため、欠陥画素を経由する電気経路には、配線抵抗と駆動回路内部インピーダンスで決定される大電流（以下、「リーク電流」と称する）が流れるという欠点がある。例示の場合では、正常動作時の画素電流が高々１００μＡであるのに対して、リーク電流は数ｍＡから数１０ｍＡにも達する。
【００１６】
このリーク電流は、消費電力を増大させるばかりでなく、熱的に比較的弱い有機薄膜層を変質せしめ、短絡画素内での電極短絡面積を増大させ、さらには近隣画素へも伝播して、新たな電気的短絡画素を誘起することになる。
【００１７】
また、電気的短絡の存在する画素は、発光に必要な電極間電位を得られなくなるために非点灯となり、表示中で黒点の表示欠陥となるばかりでなく、画像を表示する場合に様々な画質欠陥を引き起こす。例えば、短絡画素を含むデータラインが明るい線状に点灯しつづける、または、短絡画素を含むアドレスライン全体が暗くなる、などの画質不良がよく知られている。
【００１８】
作製直後のパッシブマトリクス型有機発光ディスプレイの短絡画素を修復する方法としては、例えば、レーザーを用いて短絡電極を部分破壊して修復する方法、発光電圧を超える高電圧を与えて短絡部の修復を行う方法などがある。
【００１９】
しかしながら、パッシブマトリクス型有機発光ディスプレイに用いられる有機層は膜厚が数１００ｎｍ程度以下と非常に薄いため、ダストの付着や成膜むら等による短絡欠陥を皆無とすることは工業的には困難であり、上記方法等により修復が可能であるとはいえ、安定した画質を得るためには、発生した短絡欠陥画素における短絡電流の抑制と、短絡に起因する表示欠陥の解消が必要となる。
【００２０】
そこで本発明の目的は、短絡欠陥の発生による表示画質の低下を防止し、短絡電流の抑制を可能とした有機薄膜発光ディスプレイおよびその修復方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の有機薄膜発光ディスプレイは、透明性基板上に、短冊状に配置された複数列の第一の電極と、該第一の電極に直交する方向に短冊状に配置された複数列の第二の電極とを有し、かつ、該第一の電極と第二の電極との間に少なくとも有機発光層が挟持されてなり、該両電極の交点が夫々画素を構成し、所望の画素を構成する該両電極間に電圧を印加してエレクトロルミネッセンスを取り出すことにより情報の表示を行う有機薄膜発光ディスプレイにおいて、
前記複数列の第一の電極が夫々、対応する前記画素に電流を供給する給電機能と、該画素においてエレクトロルミネッセンスを取り出す透明電極機能と、外部から電気的に断線せしめることが可能な接続機能と、を少なくとも備えることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明においては、特には、前記複数列の第一の電極が、該電極に延在する電気的に連続した誘電体からなる給電部と、該給電部と電気的に接触することなく該電極内の前記画素部分に配列された透明導電体からなる透明電極部と、該給電部と該透明電極部との間を電気的に接続するよう配設された接続部と、からなる構造を取ることが好ましい。これにより、パネル組み立て後のエイジング駆動時に発生した短絡欠陥を含む画素において透明電極部と給電部との接続を担う接続部を断線せしめることで、ディスプレイパネルの表示画質の低下の防止と、短絡電流の抑制とを共に達成することが可能となる。
【００２３】
本発明においては、前記接続部が、インジウム、錫、または、これらのうちいずれか一方を主成分としてなる合金または酸化物からなることが好ましく、また、好適には、前記接続部が、前記透明性基板を透過して該接続部に集光されるレーザー光により電気的に断線されるものである。
【００２４】
また、本発明の有機薄膜発光ディスプレイの修復方法は、点燈状態の前記有機薄膜発光ディスプレイを検査して短絡欠陥を検出する操作工程と、前記透明性基板を透過してレーザー光を前記接続部に集光する操作工程と、を少なくとも含むことを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の有機薄膜発光ディスプレイを、具体的な実施の形態に関して説明する。
本発明の有機薄膜発光ディスプレイは、図１に示すように、透明性基板１上に、短冊状に配置された複数列の第一の電極７と、かかる第一の電極７と直交する方向に同じく短冊状に配置された複数列の第二の電極８とを有し、２つの電極７および８の間に少なくとも有機発光層を含む有機層５が挟持されてなるものであり、両電極の交点が夫々画素１０を構成しており、所望の画素１０を構成する両電極７および８の間に電圧を印加して電流を注入することでエレクトロルミネッセンスを取り出すことにより情報の表示を行う。
【００２６】
本発明においては、上記複数列の第一の電極７の夫々が、対応する画素１０に電流を供給する給電機能と、この画素１０においてエレクトロルミネッセンスを取り出す透明電極機能と、外部から電気的に断線せしめることが可能な接続機能との３機能を少なくとも備えていることが必要である。
【００２７】
図２は、本発明の有機薄膜発光ディスプレイの好適例の部分拡大図であり、単位発光画素ごとに独立した、透明導電性膜からなる透明電極部４と、金属膜等の電気的に連続した導電体からなる給電部２と、かかる画素中の透明電極部４と給電部２とを電気的に接続する接続部３とからなる第一の電極７を示す概略平面図である。この場合において、透明電極部４は給電部２と電気的に接触することなく各画素１０中に形成されている。
【００２８】
上述の構造とすることにより、長期の駆動において画素１０内での電極間短絡が発生した場合には、接続部３を電気的に断線させることにより、短絡画素が電源から切断され、短絡画素を経由して流れる大きな短絡電流を防止することができ、さらには短絡画素を含む電極列の電位変動に起因する明るい線状欠陥などの画質不良の発生を防止することが可能となる。
【００２９】
また、接続部３の機能によって、大きな短絡電流により駆動回路に負荷をかける可能性を極めて低くすることができることから、低コストの駆動ＩＣを使用することが可能である。
【００３０】
接続部３の電気的断線手段としては、対応する電極を選択して高電圧を印加することによりジュール熱で焼き切る方法、透明性基板を経由して集光レーザーを照射することで切断する方法等が挙げられるが、電気的短絡を含むパッシブマトリクスパネルに高電圧を印加することは所望の短絡画素以外の正常な画素に不要な負荷を与える可能性があるため、実用的見地からは、透明性基板を透過してレーザー光を照射、集光する方法が好ましい。
【００３１】
特には、かかる電気的断線手段を用いて有機薄膜発光ディスプレイを修復するには、点燈状態のパッシブマトリクス有機薄膜発光ディスプレイを検査して短絡欠陥を検出する操作工程と、透明性基板を透過してレーザー光を本発明に係る接続部３に集光する操作工程と、を含む方法を採ることが好ましい。
【００３２】
かかる接続部３に用いる材料としては、基本的に電気的導電性を有するものであればよく、レーザー光加工等による切断時の周辺構造への影響を極力抑えるためには、好ましくは低融点金属である。また、生産性の見地からは、スパッタ法や蒸着法などの生産性の高い方式で成膜が可能で、一般的なフォトリソグラフィー法によりパターニングが可能である、金属、合金あるいは金属酸化物が好ましい。
【００３３】
具体的な金属としては、例えば、Ｉｎ（融点：４２９Ｋ）、または、Ｓｎ（融点：５０５Ｋ）を挙げることができ、上述の生産性を確保する目的で、これらを主成分として含む合金あるいは酸化物を使用してもよい。
【００３４】
尚、図３（イ）〜（ハ）は、本発明に係る単位発光画素部分の拡大図であり、接続部３の配設位置および形状の異なる構成例を示している。接続部３は、透明電極部４および給電部２と電気的に接触しており、かつ、透明電極部４と給電部２とが直接に接触しないよう形成されていればよく、配設位置および形状はこれらの例に制限されない。
【００３５】
本発明の有機薄膜発光ディスプレイにおいては、第一の電極７を上記構成とするものであればよく、他の構成要素の材料、作製手順等は慣用に従い形成することができる。また、本発明の製造方法においては、前記接続機能を、外部から電気的に断線させることができるよう形成することが重要であり、それ以外の条件等は適宜設定して実施することが可能である。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本発明をより詳細に説明する。
画素数（８０×ＲＧＢ）×６０ドット、画素ピッチ１１０×３３０μｍ、サブドット数１４４００として、以下に示すように実施例および比較例の有機ＥＬディスプレイパネルを作製した。
【００３７】
実施例１
最初に、図３（ロ）に示す電極構造を有する第一の電極列を基板上に下記の手順で作製した。
ガラス基板上に、給電部２としての抵抗率１．５×１０^−５［Ω・ｃｍ］のＭｏ膜を、膜厚３００ｎｍ、幅２０μｍにて形成した。給電部２の成膜にはＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、パターニングには通常のフォトリソグラフィー法を用いた。
【００３８】
次に、透明電極部４としての抵抗率４．１×１０^−４［Ω・ｃｍ］のインジウム−錫−酸化物（ＩＴＯ）を膜厚１００ｎｍ、幅８０μｍ、長さ２８０μｍにて形成した。透明電極部４の成膜にはＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、パターニングには通常のフォトリソグラフィー法を用いた。
【００３９】
更に、接続部３としての抵抗率６×１０^−３［Ω・ｃｍ］のインジウム−亜鉛−酸化物を膜厚１００ｎｍ、幅１０μｍ、長さ１５μｍで形成した。接続部の成膜にはＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、パターニングには通常のフォトリソグラフィー法を用いた。
【００４０】
続いて、以下の手順で、上記基板上に有機層５および第二の電極である陰極８を形成し、封止、接続を行った。
上記基板を、酸素／窒素混合ガス（２０％酸素、水分量２０ｐｐｍ以下）パージ環境にてＵＶ照射洗浄を行った後、速やかに蒸着装置に導入した。
【００４１】
次に、有機正孔注入層、有機発光層、有機電子注入層およびＡｌ陰極を、１．０×１０^−５Ｐａ台の真空を破ることなく、連続して成膜した。すべての成膜は抵抗加熱式蒸着法を用いて行い、膜厚の検出には水晶振動子式膜厚計を使用した。第二の電極である陰極の形成には、厚さ２０μｍの電鋳（エレクトロフォーミング）法により形成したＮｉマスクを用いた。
【００４２】
成膜を終了した基板を、大気に曝すことなく、窒素ガス雰囲気下のグローブボックスに移送し、ＵＶ硬化／熱硬化併用型シール剤とガラス封止板とを用いて封止した。封止内にはグローブボックス内環境ガスである窒素ガス（水分量５ｐｐｍ以下、酸素分量５ｐｐｍ以下）を充填した。
封止を完了した基板を大気中に取り出し、異方導電性接着剤（ＡＣＦ）を用いて、第一の電極がデータライン、第二の電極がアドレスラインとなるように駆動回路端子に接続した。
【００４３】
上記実施例１の有機発光ディスプレイについて、全点燈状態でのエリアル輝度が３００ｃｄ／ｍ^２となるパッシブマトリクス駆動（駆動周波数６０Ｈｚ、デューティ１／６０、階調数３２、階調方式はフレーム・シニング・アウト）によるエージングを８時間行ったところ、合計４画素に短絡欠陥が発生した。
【００４４】
この状態で黒表示（全消灯）による画質評価を実施したところ、上述の４個の短絡欠陥画素を含む各データライン（第一の電極）において、高輝度状態の線状画素不良が観られた。また、白表示（全点燈）による画質評価では、上述の４画素が黒点欠陥となり、さらに、上述の４画素の短絡欠陥を含む各アドレスライン（第二の電極）において、低輝度状態の線状画質不良が観られた。
【００４５】
次に、接続部の切断を以下の手順で行った。まず、点燈状態のパネルをＸＹステージに固定して、ＣＣＤ画像処理機能を備えた光学顕微鏡にて短絡欠陥を含む画素の一つを自動検出し、この画素の接続部に焦点を合わせて、光学顕微鏡の同軸からＹＡＧの第二高調波レーザーをパルス照射して、目的の接続部を切断した。この操作を計４回反復して行い、４個全ての短絡欠陥を含む画素の接続部を切断した。
【００４６】
この状態で黒表示（全消灯）による画質評価を実施したところ、画質不良は観られなかった。また、白表示（全点燈）による画質評価では、上述の４画素が黒点欠陥となっていること以外の画質不良は観られなかった。
【００４７】
これにより、短絡欠陥を含む画素の接続部を切断することで、黒表示（全消灯）に観られた各データライン（第一の電極）における高輝度状態の線状画質不良や、白表示（全点燈）に観られた各アドレスライン（第二の電極）における低輝度状態の線状画質不良を解消できることが確かめられた。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、短絡欠陥の発生による表示画質の低下を防止し、短絡電流の抑制を可能とした良好な有機薄膜発光ディスプレイおよびその修復方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例のパッシブマトリクス型有機発光ディスプレイを示す平面図である。
【図２】図１の有機発光ディスプレイの楕円で囲んだ部分を示す部分拡大図である。
【図３】本発明に係る単位発光画素部分の電極構造を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１基板
２給電部
３接続部
４透明電極部
５有機層
７第一の電極（データライン）
８第二の電極（アドレスライン）
１０画素

Claims

透明性基板上に、短冊状に配置された複数列の第一の電極と、該第一の電極に直交する方向に短冊状に配置された複数列の第二の電極とを有し、かつ、該第一の電極と第二の電極との間に少なくとも有機発光層が挟持されてなり、該両電極の交点が夫々画素を構成し、所望の画素を構成する該両電極間に電圧を印加してエレクトロルミネッセンスを取り出すことにより情報の表示を行う有機薄膜発光ディスプレイであって、前記複数列の第一の電極が夫々、対応する前記画素に電流を供給する給電機能と、該画素においてエレクトロルミネッセンスを取り出す透明電極機能と、外部から電気的に断線せしめることが可能な接続機能と、を少なくとも備える有機薄膜発光ディスプレイの修復方法において、
前記複数列の第一電極が、該電極に延在する電気的に連続した導電体からなる給電部と、該給電部と電気的に接触することなく該電極内の前記画素部分に配列された透明導電体からなる透明電極部と、該給電部と該透明電極部との間を電気的に接続するよう配設された接続部と、からなり、
点燈状態の前記有機薄膜発光ディスプレイを検査して短絡欠陥を検出する操作工程と、前記透明性基板を透過してレーザー光を前記接続部に集光する操作工程と、を少なくとも含むことを特徴とする有機薄膜発光ディスプレイの修復方法。
前記接続部が、インジウム、錫、または、これらのうちいずれか一方を主成分としてなる合金または酸化物からなる請求項１記載の有機薄膜発光ディスプレイの修復方法。
前記接続部が、前記透明性基板を透過して該接続部に集光されるレーザー光により電気的に断線される請求項１または２記載の有機薄膜発光ディスプレイの修復方法。