JP5654037B2

JP5654037B2 - 有機ｅｌ素子の製造方法及び評価方法

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Publication number: JP5654037B2
Application number: JP2012541666A
Authority: JP
Inventors: 平岡　知己; 知己平岡; 泰生瀬川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: JPWO2013038454A1; US20130102094A1; US8765494B2; WO2013038454A1

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び評価方法に関する。

従来、アノード（陽極）とカソード（陰極）との間に有機層が介在されてなる有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する）素子において、製造工程で導電性の異物が付着または混入するなどしてアノードとカソードとの間に望ましくない短絡（リーク）が生じ、有機ＥＬ素子が発光不良となる場合がある。

この場合に、短絡箇所又はその周辺部に定められるターゲット領域をレーザー照射にて高抵抗化することで、短絡に起因する不良をリペアする方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、有機ＥＬ素子の異物の周りの電極へレーザー照射を行うことにより、電極を、異物との接触領域と、その領域及び異物の何れとも接触していない領域とに分離することで、有機ＥＬ素子の発光機能を回復させる技術が開示されている。

また、特許文献２には、逆バイアス電圧の印加にてフラットパネルディスプレイ装置に生じる微弱発光からリーク箇所を特定し、当該リーク箇所にレーザー照射を行うことで、リークに起因する発光不良をリペアする技術が開示されている。

特開２００５−２７６６００号公報特開２００６−３２３０３２号公報

このようなリペアが成功したと判断するための１つの必要条件は、リペア後の有機ＥＬ素子の最大発光輝度が、許容できるしきい値以上に回復することである。そのため、従来のリペア処理では典型的に、リペア後の有機ＥＬ素子に高階調（例えば最大階調付近）の輝度信号を与えて、発光した輝度を確認する検査が行われている。

高階調の発光検査は、可視光による通常強度の発光を確認することによって行われるので、作業者の目視または機械的な自動認識の何れによっても簡便に実行でき、リペア工程の簡素化および効率化に大いに役立つ。

ところが、本願の発明者らは、このような高階調の発光検査において最大発光輝度が許容できる程度に回復したことが確認されたにもかかわらず、より低い階調の輝度信号を与えた場合に、全く発光しないか、極端に低い輝度でしか発光しない有機ＥＬ素子があることに気づいた。このような低階調での発光不良が見逃されることは、リペアの信頼性を損なう要因になるため、大きな問題である。

本発明は、そのような問題への対策を検討する中でなされたものであり、有機ＥＬ素子の短絡に起因する発光不良をレーザー照射によりリペアした際のリペアの成否をより高い精度で評価することができる評価方法、およびそのような評価方法を含む有機ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様にかかる有機ＥＬ素子の製造方法は、欠陥部を有する有機ＥＬ素子にレーザー光を照射する第１のレーザー照射工程と、前記レーザー光の照射後、前記有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば基準階調未満の第１階調に対応する輝度で発光することが期待される第１量の電流を供給しつつ、前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する第１輝度測定工程と、前記第１輝度測定工程において測定された発光輝度が判定しきい値未満である場合に、前記有機ＥＬ素子に前記レーザー光を再度照射する第２のレーザー照射工程と、前記第１輝度測定工程において測定された発光輝度が前記判定しきい値以上である場合に、前記有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば前記基準階調以上の第２階調に対応する輝度で発光することが期待される第２量の電流を供給しつつ、前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する第２輝度測定工程と、を含む。

上記の有機ＥＬ素子の製造方法によれば、高階調の発光輝度を測定する従来の検査に先立って、低階調の発光輝度を測定するので、レーザーリペアが不完全な発光素子を確実に発見し、かかる素子をリペアすることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の一例を示す断面概略図である。図２は、高抵抗化された陰極の状態の一例を表す有機ＥＬ素子の上面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態において準備される有機ＥＬ素子の一例を示す断面概略図である。図５は、本発明の実施の形態に係る各発光素子の短絡箇所を検出する工程の一例を示すフローチャートである。図６は、本発明の実施の形態に係る短絡に起因する不良をリペアする工程の一例を示すフローチャートである。図７は、本発明の実施の形態に係るレーザーリペアを実施するためのシステムの一例を示す構成図である。図８（ａ）は、正常、リペア成功、リペア失敗の各状態の有機ＥＬ素子の発光特性の一例を示すグラフであり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の低階調部分を拡大したグラフである。図９（ａ）は、異物による短絡箇所を有する有機ＥＬ素子の等価回路図であり、図９（ｂ）は、異物による短絡箇所を有する有機ＥＬ素子の電流−電圧特性の一例を示すグラフである。図１０は、本発明の有機ＥＬ素子を備えたテレビシステムの外観図である。

本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、欠陥部を有する有機ＥＬ素子にレーザー光を照射する第１のレーザー照射工程と、前記レーザー光の照射後、前記有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば基準階調未満の第１階調に対応する輝度で発光することが期待される第１量の電流を供給しつつ、前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する第１輝度測定工程と、前記第１輝度測定工程において測定された発光輝度が判定しきい値未満である場合に、前記有機ＥＬ素子に前記レーザー光を再度照射する第２のレーザー照射工程と、前記第１輝度測定工程において測定された発光輝度が前記判定しきい値以上である場合に、前記有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば前記基準階調以上の第２階調に対応する輝度で発光することが期待される第２量の電流を供給しつつ、前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する第２輝度測定工程と、を含む。

また、前記有機ＥＬ素子の製造方法において、前記発光輝度の判定しきい値は、前記有機ＥＬ素子が正常な場合に前記第１階調に対応する輝度の５０％であってもよい。

低階調の発光輝度が正常な有機ＥＬ素子の半分に満たない有機ＥＬ素子は、利用者に特に認識されやすいので、そのような有機ＥＬ素子を選択して、レーザー再照射による再リペアを試みることは有効である。

また、前記有機ＥＬ素子の製造方法において、前記第１階調は、前記有機ＥＬ素子が正常な場合に発光輝度１ｃｄ／ｍ^２に対応する階調であってもよい。

発光輝度１ｃｄ／ｍ^２は、利用者によって実質的に黒色と認識される輝度の上限値の一例であり、利用者は１ｃｄ／ｍ^２以下の輝度を一律に黒色と認識する。

そのため、有機ＥＬ素子が正常であれば輝度１ｃｄ／ｍ^２で発光する階調において、リペア後の有機ＥＬ素子の発光輝度を、正常な輝度の５０％の０．５ｃｄ／ｍ^２まで回復することができれば、利用者には一律に黒色と認識されるもっと低い階調においてリペア後の有機ＥＬ素子の発光輝度が不足することは妥協できると考えられる。

なお、利用者によって実質的に黒色と認識される輝度の上限値は、有機ＥＬパネルが適用されるディスプレイ装置の性能、用途、利用環境によって大きく異なるため、前記第１階調の具体的な値はディスプレイ装置の性能、用途、利用環境に応じて適宜選択されるべきである。

また、前記有機ＥＬ素子の製造方法において、前記第２階調は、前記有機ＥＬ素子の最高階調付近の階調であってもよい。

最高階調付近で行われる高階調の発光検査は、レーザー照射後の有機ＥＬ素子において、許容できるしきい値以上の最大発光輝度が回復しているかを確認すると同時に、レーザー照射によって有機ＥＬ素子の耐性が劣化していないことを確認する耐性検査を兼ねることができるので、リペア工程の簡素化および効率化に大いに役立つ。

本発明は、前述した有機ＥＬ素子の製造方法として実現できるのみならず、有機ＥＬ素子を評価するための評価方法として実現することもできる。

以下、本発明の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の製造方法及びそのような製造方法によって製造された有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一または対応する要素には同じ符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
＜素子構造＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１の断面概略図である。図１に示した有機ＥＬ素子１は、陽極、陰極、および当該両極で挟まれた発光層を含む有機層を有する有機機能デバイスである。

図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、透明ガラス９の上に、平坦化膜１０と、陽極１１と、正孔注入層１２と、発光層１３と、隔壁１４と、電子注入層１５と、陰極１６と、薄膜封止層１７と、封止用樹脂層１９と、透明ガラス１８とを備える。

陽極１１及び陰極１６は、それぞれ、本発明における下部電極層及び上部電極層に相当する。また、正孔注入層１２、発光層１３及び電子注入層１５は、本発明における有機層に相当する。

透明ガラス９及び１８は、発光パネルの発光表面を保護する基板であり、例えば、厚みが０．５ｍｍである透明の無アルカリガラスである。

平坦化膜１０は、一例として、絶縁性の有機材料からなり、例えば駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを含む基板上に形成されている。

陽極１１は、正孔が供給される、つまり、外部回路から電流が流れ込むアノードであり、例えば、Ａｌ、あるいは銀合金ＡＰＣなどからなる反射電極が平坦化膜１０上に積層された構造となっている。反射電極の厚みは、一例として１０〜４０ｎｍである。なお、陽極１１は、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）と銀合金ＡＰＣなどからなる２層構造であってもよい。このように、陽極１１を、ＡＰＣなどの高反射率の金属で形成されることにより、照射レーザー光が高反射率の金属で反射されるので、より高効率にフォーカスしたい層にレーザー光を集光することが可能となる。

正孔注入層１２は、正孔注入性の材料を主成分とする層である。正孔注入性の材料とは、陽極１１側から注入された正孔を安定的に、または正孔の生成を補助して発光層１３へ注入する機能を有する材料であり、例えば、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）、アニリンなどの化合物が使用される。

発光層１３は、陽極１１および陰極１６間に電圧が印加されることにより発光する層であり、例えば、下層としてα−ＮＰＤ（Ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ］ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）、上層としてＡｌｑ３（ｔｒｉｓ−（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）が積層された構造となっている。

電子注入層１５は、電子注入性の材料を主成分とする層である。電子注入性の材料とは、陰極１６から注入された電子を安定的に、または電子の生成を補助して発光層１３へ注入する機能を有する材料であり、例えば、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）が使用される。

陰極１６は、電子が供給される、つまり、外部回路へ電流が流れ出すカソードであり、例えば、透明金属酸化物であるＩＴＯにより積層された構造となっている。Ｍｇ、Ａｇ等の材料により透明電極として形成することもできる。また、電極の厚みは、一例として１０〜４０ｎｍである。

隔壁１４は、発光層１３を独立して発光駆動可能な発光領域２ごとに分離するための壁であり、例えば、感光性の樹脂からなる。

薄膜封止層１７は、例えば、窒化珪素からなり、上記した発光層１３や陰極１６を水蒸気や酸素から遮断する機能を有する。発光層１３そのものや陰極１６が、水蒸気や酸素にさらされることにより劣化（酸化）してしまうことを防止するためである。

封止用樹脂層１９は、アクリルまたはエポキシ系の樹脂であり、上記の基板上に形成された平坦化膜１０から薄膜封止層１７までの一体形成された層と、透明ガラス１８とを接合する機能を有する。

上述した陽極１１、発光層１３及び陰極１６の積層構造体は有機ＥＬ素子１の基本構成であり、このような構成により、陽極１１と陰極１６との間に適当な電圧が印加されると、陽極１１側から正孔、陰極１６側から電子がそれぞれ発光層１３に注入される。これらの注入された正孔および電子が発光層１３で再結合して生じるエネルギーにより、発光層１３の発光材料が励起され発光する。

なお、正孔注入層１２および電子注入層１５の材料は、本発明では限定されるものではなく、周知の有機材料または無機材料が用いられる。

また、有機ＥＬ素子１の構成として、正孔注入層１２と発光層１３との間に正孔輸送層があってもよいし、電子注入層１５と発光層１３との間に電子輸送層があってもよい。また、正孔注入層１２の代わりに正孔輸送層が配置されてもよいし、電子注入層１５の代わりに電子輸送層が配置されてもよい。正孔輸送層とは、正孔輸送性の材料を主成分とする層である。ここで、正孔輸送性の材料とは、電子ドナー性を持ち陽イオン（正孔）になりやすい性質と、生じた正孔を分子間の電荷移動反応により伝達する性質を併せ持ち、陽極１１から発光層１３までの電荷輸送に対して適性を有する材料のことである。また、電子輸送層は、電子輸送性の材料を主成分とする層である。ここで、電子輸送性の材料とは、電子アクセプター性を有し陰イオンになりやすい性質と、発生した電子を分子間の電荷移動反応により伝達する性質を併せ持ち、陰極１６から発光層１３までの電荷輸送に対して適性を有する材料のことである。

また、有機ＥＬ素子１は、さらに、隔壁１４で分離された各発光領域を覆うように、透明ガラス１８の下面に、赤、緑および青の色調整を行うカラーフィルタ（調光層）を備える構成であってもよい。

なお、本発明において、正孔注入層１２、発光層１３及び電子注入層１５を合わせて有機層３０と称する。また、正孔輸送層、電子輸送層を有する場合には、これらの層も有機層３０に含まれる。有機層３０の厚さは、一例として、１００ｎｍ〜２００ｎｍである。

また、隔壁１４で分離され独立して発光制御可能な１つの発光領域２に配置された平坦化膜１０、陽極１１、有機層３０、陰極１６、薄膜封止層１７、封止用樹脂層１９及び透明ガラス１８が１つの有機ＥＬ素子１を構成している。

複数の有機ＥＬ素子１をマトリクス状に配列すると共に、当該複数の有機ＥＬ素子１の各々を発光駆動するための駆動回路を設けて、有機ＥＬパネル（画像表示パネル）を構成することができる。本明細書では、そのような有機ＥＬパネルにおける１つの有機ＥＬ素子１及び対応する駆動回路を含む部分を画素と称する。

さらに、図１に示した有機ＥＬ素子１は、製造工程において、陽極１１と陰極１６との間に導電性の異物２０が混入し、異物２０を介して陽極１１と陰極１６とが短絡している。異物２０による短絡箇所は、発光領域２の欠陥部の一例である。

そして、異物２０による陽極１１と陰極１６との間の短絡に起因する不良を解消（リペア）すべく、異物２０の周辺に位置する陰極の一部がレーザー光の照射による照射痕１６ａが形成されている。レーザー光の照射によるリペアの詳細については、後ほど説明する。

図２は、有機ＥＬ素子１の上面図であり、異物２０による短絡箇所を有する発光領域２において、レーザー光の照射にて形成される照射痕１６ａの平面位置の典型例を表している。ここで、図２に示されるＡＡ’断面が、図１に対応している。

レーザー光は、陰極１６の異物２０による短絡箇所を包囲する閉じた線上をトレースしながら照射される。例えば、陰極１６の異物２０から１０μｍ程度離れた周囲に定められる２０μｍ×２０μｍの正方形の輪郭線上にレーザー光が照射されてもよい。その結果、陰極１６に、図２に示すような状態の照射痕１６ａが形成される。照射痕１６ａの抵抗値は、レーザー光の照射を受けていない陰極１６の本来の抵抗値よりも高くなっている。

以下の説明では、レーザー光の照射により、照射対象箇所の抵抗値を、レーザー光の照射前に比べて高めることを高抵抗化するという。

＜製造方法＞
次に、有機ＥＬ素子１の製造方法について説明する。この製造方法には、有機ＥＬ素子１の欠陥部に起因する不良を解消する工程が含まれる。

図３は、本発明に係る有機ＥＬ素子１の製造方法を説明するフローチャートである。

まず、有機ＥＬパネルを準備する（Ｓ１０）。有機ＥＬパネルは、有機ＥＬ素子１と有機ＥＬ素子１を駆動する駆動回路とが形成された画素がマトリクス状に配置されたものである。本工程は、マトリクス状に配置された複数の画素が有する有機ＥＬ素子１を積層形成する工程を含む。

次に、ステップＳ１０で準備された有機ＥＬパネルの全面を点灯させ、面的な表示特性に問題がない有機ＥＬパネルを選別する全面点灯検査を実行する（Ｓ２０）。

次に、ステップＳ２０で選別された有機ＥＬパネルにおいて、各画素の滅点検査およびリペアを行う（Ｓ３０）。

まず、画素ごとの発光領域を検査し、各発光領域において陽極１１と陰極１６とが短絡している短絡箇所を欠陥部として検出する（Ｓ４０）。

次に、ステップＳ４０で検出された欠陥部に起因する不良をレーザー照射によりリペアする（Ｓ５０）。ステップＳ５０における工程には、レーザー照射後の有機ＥＬ素子を評価するための、本発明の特徴的な回復評価工程が含まれる。

以下、上述した各々の工程について、詳細に説明する。

まず、有機ＥＬパネルを準備する工程（Ｓ１０）について説明する。

図４は、本発明の第１の工程で準備された有機ＥＬパネルの部分断面概略図である。図４には、異物２０により陽極１１及び陰極１６が短絡された有機ＥＬ素子１Ａの断面構造が表されている。

まず、ＴＦＴを含む基板上に、絶縁性の有機材料からなる平坦化膜１０を形成し、その後、平坦化膜１０上に陽極１１を形成する。陽極１１は、例えば、スパッタリング法により、平坦化膜１０上にＡｌが３０ｎｍ成膜され、その後、フォトリソグラフィ及びウエットエッチングによるパターニング工程を経て形成される。

次に、陽極１１上に、例えば、ＰＥＤＯＴをキシレンよりなる溶剤に溶かし、このＰＥＤＯＴ溶液をスピンコートすることにより、正孔注入層１２を形成する。

次に、正孔注入層１２の上に、例えば、真空蒸着法によりα−ＮＰＤ、Ａｌｑ３を積層し、発光層１３を形成する。

次に、発光層１３の上に、例えば、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）を、キシレンまたはクロロホルムよりなる溶剤に溶かしてスピンコートすることにより、電子注入層１５を形成する。

続いて、電子注入層１５が形成された基板を大気曝露させることなく、陰極１６を形成する。具体的には、電子注入層１５の上に、スパッタリング法によりＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）が３５ｎｍ積層されることにより、陰極１６が形成される。このとき、陰極１６は、アモルファス状態になっている。

上記製造工程により、発光素子としての機能をもつ有機ＥＬ素子が形成される。なお、陽極１１の形成工程と正孔注入層１２の形成工程との間に、表面感光性樹脂からなる隔壁１４が所定位置に形成される。

次に、陰極１６の上に、例えば、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により窒化珪素を５００ｎｍ積層し、薄膜封止層１７を形成する。薄膜封止層１７は、陰極１６の表面に接して形成されるので、特に、保護膜としての必要条件を厳しくすることが好ましく、上記した窒化珪素に代表されるような非酸素系無機材料が好ましい。また、例えば、酸化珪素（Ｓｉ_ＸＯ_Ｙ）や酸窒化珪素（Ｓｉ_ＸＯ_ＹＮ_Ｚ）のような酸素系無機材料や、これらの無機材料が複数層形成された構成であってもよい。また、形成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、アルゴンプラズマを用いたスパッタリング法など、その他の方法であってもよい。

次に、薄膜封止層１７の表面に、封止用樹脂層１９を塗布する。その後、塗布された封止用樹脂層１９上に、透明ガラス１８を配置する。ここで、透明ガラス１８の主面に、予めカラーフィルタ（調光層）が形成されてもよい。この場合には、カラーフィルタが形成された面を下方にして、塗布された封止用樹脂層１９上に透明ガラス１８を配置する。なお、薄膜封止層１７、封止用樹脂層１９及び透明ガラス１８は、保護層として機能する。

最後に、透明ガラス１８を上面側から下方に加圧しつつ熱またはエネルギー線を付加して封止用樹脂層１９を硬化し、透明ガラス１８と薄膜封止層１７とを接着する。

このような形成方法により、図４に示す有機ＥＬ素子１Ａが形成される。

なお、陽極１１、正孔注入層１２、発光層１３、電子注入層１５及び陰極１６の形成工程は、本発明により限定されるものではない。

また、有機ＥＬ素子１Ａの発光領域２には欠陥部、つまり、前述した製造工程において混入した異物２０による陽極１１と陰極１６との間の短絡箇所があり、有機ＥＬ素子１Ａには短絡に起因する不良が生じている。

次に、全面点灯検査工程（Ｓ２０）について説明する。

全面点灯検査工程では、ステップＳ１０で準備された有機ＥＬパネルの全面を点灯させ、許容レベルを超える輝度むら、線状の表示欠陥、ダークスポットといった、面的な表示特性上の問題の有無を検査し、問題がない有機ＥＬパネルを選別するとともに、不合格品は部材を再生利用するかまたは破棄する。

次に、有機ＥＬ素子の各画素の滅点検査およびリペア工程（Ｓ３０）における、有機ＥＬ素子の欠陥部を特定する工程（Ｓ４０）について説明する。

図４において、異物２０は、例えば、陽極１１の材料であるＡｌが、陽極１１の形成後、陽極１１上に付着し、続けて、正孔注入層１２、発光層１３、電子注入層１５、陰極１６が積層されたために生じたものである。異物２０の大きさは、一例として直径が２００ｎｍ、高さが５００ｎｍ程度である。異物２０による陽極１１と陰極１６との短絡箇所があると、本来は発光を駆動するための電流が当該短絡箇所に流れてしまうので、この発光領域２は十分に又は全く発光することができない。このように正常な発光機能を喪失した発光領域２に対応する画素を、以下では、滅点画素という。

図５は、本発明の実施の形態に係るステップＳ４０を説明するための動作フローチャートである。

まず、ステップＳ２０で選別された有機ＥＬパネルを点灯させる（Ｓ４１）。具体的には、有機ＥＬパネルが備える駆動回路により、または、外部接続されたソースメータにより、有機ＥＬパネルの有する全画素へ、順バイアス電圧を一斉に印加させる。このとき、同時に、全画素を、ＣＣＤカメラなどで撮像する。

そして、上記順バイアス電圧印加期間における撮像画像から各画素の発光輝度を算出し、当該発光輝度が所定の閾値以下である画素を、滅点画素として検出する（Ｓ４２）。

次に、検出された滅点画素を拡大観測する（Ｓ４３）。具体的には、例えば、カメラ顕微鏡を用いて滅点画素を観測する。

このとき、拡大観測された滅点画素の領域において、異物２０を特定する（Ｓ４４）。

次に、ステップＳ４２で検出された滅点画素に、逆バイアス電圧を印加してリーク発光する発光点を特定する（Ｓ４５）。正常画素では、上記逆バイアス電圧により有機ＥＬ素子に電流は流れないが、短絡箇所を有する発光領域では、リーク電流によるリーク発光が短絡箇所で観測される。このリーク発光状態を撮像して得られた画像により、発光領域中のリーク発光点を特定する。

具体的には、有機ＥＬパネルが備える駆動回路により、または、外部接続されたソースメータにより、検査対象の画素に所定の逆バイアス電圧を印加させる。そして、上記逆バイアス電圧が印加されている期間に閾値強度以上のリーク発光をした発光点を特定する。なお、逆バイアス電圧印加によるリーク発光は微弱であるため、ＣＣＤカメラ等による撮像は、完全遮光環境にて実行されることが好ましい。そして、各撮像点の発光強度を所定の閾値と比較することで、リーク発光の有無を判断する。このようにしてリーク発光点を特定する。

なお、ＣＣＤカメラは、冷却型ＣＣＤカメラが好ましい。これにより、微弱な有機ＥＬ素子のリーク発光の撮像においても、所定のＳ／Ｎ比を確保することができる。よって、検査時におけるノイズを排除し、リーク発光点の検出精度が向上する。

次に、ステップＳ４４で拡大観測された順バイアス電圧印加における滅点画素の画像と、ステップＳ４５で観測された逆バイアス電圧印加におけるリーク発光点の画像とを合成することにより、当該滅点画素における短絡箇所の位置を確定させる（Ｓ４６）。

なお、上述のステップＳ４６における短絡箇所の位置の確定プロセスでは、ステップＳ４４で特定された異物の位置と、ステップＳ４５で特定されたリーク発光点の位置とが一致することで短絡箇所の位置を確定させてもよく、異物の位置またはリーク発光点の位置のみを用いて短絡箇所を確定させてもよい。

また、短絡箇所を有する発光領域の検出は、上述した方法に限らず、例えば、有機ＥＬ素子の陽極１１および陰極１６の間に流れる電流値を測定し、電流値の大きさに基づいて検出してもよい。この場合、順バイアス電圧を印加すると正常画素と同等の電流値が得られ、逆バイアス電圧を印加するとリーク発光が観測される画素を、滅点画素と判断してもよい。

次に、有機ＥＬ素子の欠陥部に起因する不良をレーザー照射によりリペアする工程（Ｓ５０）について説明する。本工程には、レーザー照射後の有機ＥＬ素子を評価するための、本発明の特徴的な回復評価工程が含まれる。

図６は、本発明の実施の形態に係るステップＳ５０を説明するための動作フローチャートである。また、図７は、本発明の実施の形態に係るレーザーリペアを実施するためのシステム構成図である。図７に記載されたシステムは、レーザー発振器１０１と、ＣＣＤカメラ１０３と、照明１０４と、ステージ１０５とを備える。また、製造仕掛品である、有機ＥＬ素子１Ａを有する有機ＥＬパネルが、ステージ１０５の上に固定配置されている。

レーザー発振器１０１は、例えば、波長が７５０ｎｍ〜１６００ｎｍ、出力エネルギーが１〜３０μＪ、パルス幅が数フェムト秒から数ピコ秒オーダーである超短パルスレーザーを発振することが可能である。かかる超短パルスレーザーには、例えばフェムト秒レーザーが含まれ、好適なパルス幅の範囲は、１００ｆｓ〜２０ｐｓである。超短パルスレーザーの照射により、特に、アモルファス（非晶質）状態の陽極または陰極の構成材料を容易に高抵抗化することができる。さらに、他のレーザーでは加工が容易ではない透明導電性材料について、高抵抗化することができる。

本実施の形態においては、陰極１６にレーザー焦点を合わせて、陰極１６の一部を高抵抗化させている。このとき、陰極１６の一部を高抵抗化させることが可能な出力エネルギーの範囲は、照射するレーザーの波長に依存する。過大な出力エネルギーを有するレーザーを陰極１６に照射すると、レーザーが陰極１６の下方に設けられた有機層３０にまで到達し、有機層３０が損傷を受けることとなる。また、過小な出力エネルギーを有するレーザーを陰極１６に照射すると、陰極１６は高抵抗化されない。また、パルス幅が２０ｐｓｅｃ以上のパルス幅のレーザーを照射すると、有機層３０は損傷を受けることとなる。これらを総合して、上記レーザー波長の範囲で、かつ上記パルス幅範囲のパルス幅のレーザーを有機ＥＬ素子に照射することにより、容易に陰極１６の一部を高抵抗化することができる。

ＣＣＤカメラ１０３は、ステージ１０５上の有機ＥＬパネルを撮影する。

照明１０４は、有機ＥＬパネルの撮影に必要な補助光を発光する。

ステージ１０５は、有機ＥＬパネルを載置して、高さ方向Ｚ、ならびに平面方向Ｘ及びＹに可動であり、有機ＥＬ素子のレーザー照射箇所を位置決めする。

以下、図６のフローチャートに従って、リペア工程（Ｓ５０）を詳細に説明する。

まず、有機ＥＬ素子のレーザー照射箇所（被照射部）の高さを設定する（Ｓ５１）。具体的には、ステージ１０５のＺ位置を、レーザー光の焦点が、例えば有機ＥＬ素子１Ａの陰極１６に合う位置に設定する。

次に、レーザー光の照射ラインの設定を行う（Ｓ５２）。具体的には、図２で説明したように、陰極１６の異物２０による短絡箇所を包囲する閉じた線状（例えば、陰極１６の異物から１０μｍ程度離れた周囲に定められる２０μｍ×２０μｍの正方形の輪郭線上）にレーザー光にてトレースされる平面方向の照射ラインを設定する。照射ラインで包囲される領域の面積は、発光領域２の面積の１／３以下であることが望ましい。また、照射痕が確実に閉じた線状になるように、照射ラインの始点近傍部分と終点近傍部分とを交差させてもよい。

次に、ステップＳ５１で決定したステージ１０５の高さにおいて、ステップＳ５２で設定した照射ラインをトレースするように、レーザー光を照射する第１のレーザー照射工程を実行する（Ｓ５３）。

次に、上述したレーザー照射により、滅点画素の発光機能が回復したかを評価する（Ｓ５４）。

ステップＳ５４の回復評価工程では、まず、ステップＳ５３でレーザー照射を受けた有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば基準階調未満の第１階調に対応する輝度で発光すると期待される第１量の電流を供給しつつ前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する、低階調発光確認工程を実行し（Ｓ５５）、測定された輝度が判定しきい値未満であれば（Ｓ５６でＮＯ）、ステップＳ５３に戻り、有機ＥＬ素子に再びレーザー光を照射する第２のレーザー照射工程を実行する。

ステップＳ５５において測定された輝度が判定しきい値以上であれば（Ｓ５６でＹＥＳ）、前記有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば前記基準階調以上の第２階調に対応する輝度で発光することが期待される第２量の電流を供給しつつ前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する、高階調発光確認工程を行う（Ｓ５７）。高階調発光確認工程は、従来の典型的な回復確認検査と同様にして行われる。

上述した回復評価工程の効果、並びに、第１階調、第２階調、および判定しきい値の好適な一例について、図８（ａ）、（ｂ）、図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

課題の項で述べたように、本願発明者らは、従来の高階調の発光検査において許容できる最大発光輝度が回復したことが確認されたにもかかわらず、より低い階調の輝度信号を与えた場合に、全く発光しないか、極端に低い輝度でしか発光しない有機ＥＬ素子があることに気づいた。

このような現象への対策を検討するため、本願発明者らは、レーザー照射によって最大発光輝度が許容できる程度に回復した複数の有機ＥＬ素子の発光特性を測定する実験を行った。この実験では、有機ＥＬ素子に、０（消灯）から２５５（最大輝度）までの２５６階調のうちの１つの階調に対応する量の電流を順次供給しつつ、各階調に対応する発光輝度を測定した。

図８（ａ）は、正常、リペア成功、リペア失敗の各状態の有機ＥＬ素子の発光特性の一例を示すグラフであり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の低階調部分を拡大したグラフである。

これらのグラフのうち、正常と示されたグラフは、有機ＥＬ素子が正常な場合に、各階調に対応する量の電流が供給されることによって発光する輝度の設計値を示している。短絡に起因する発光不良がない正常な有機ＥＬ素子は、ほぼこのような発光特性に従って発光する。

また、リペア成功およびリペア失敗と示されたグラフは、最大発光輝度が許容できる程度に回復した複数の有機ＥＬ素子のうち、それぞれ、低階調輝度が回復した有機ＥＬ素子について測定された発光特性および低階調輝度が回復しなかった有機ＥＬ素子について測定された発光特性を示している。

図８（ａ）に示されるように、１４０階調以上では、リペア成功およびリペア失敗のいずれの有機ＥＬ素子も同等の発光特性を示す。２００ｃｄ／ｍ^２以上の発光特性の図示は省略しているが、これらのいずれの有機ＥＬ素子も、最大階調に対応する量の電流供給にて、正常な有機ＥＬ素子の半分以上の輝度で発光することが確かめられている。そのため、いずれの有機ＥＬ素子も、例えば判定しきい値を正常な輝度の５０％とした高階調の発光検査をパスする。しかしながら、図８（ｂ）に示されるように、５０階調以下では、リペア失敗の有機ＥＬ素子の発光輝度は正常な有機ＥＬ素子の半分未満にとどまる。

本願発明者らは、発光特性に生じるこのような差の要因が、レーザー照射による短絡箇所の高抵抗化の程度の差にあることを疑い、次のような考察を行った。

図９（ａ）は、異物による短絡箇所を有する有機ＥＬ素子の等価回路図であり、図９（ｂ）は、異物による短絡箇所を有する有機ＥＬ素子の電流−電圧特性の一例を示すグラフである。

図９（ａ）、（ｂ）において、太線は有機層３０に流れる電流を示している。有機層３０はダイオードとしての非線形の電流−電圧特性を有する。また、細線は異物２０による短絡箇所に流れる電流を示している。短絡箇所はレーザー照射後の照射痕１６ａの抵抗値に依存した抵抗値を有する。ここで、細破線のグラフおよび細実線のグラフは、それぞれ、レーザー照射による短絡箇所の高抵抗化が不十分な場合（リペア失敗）および十分な場合（リペア成功）をモデル化している。

図９（ｂ）から分かるように、有機ＥＬ素子を大電流で駆動する場合、つまり有機ＥＬ素子を高階調で発光させる場合は、有機層３０に流れる電流が支配的となり、短絡箇所の高抵抗化の不足は顕在化しない。他方、有機ＥＬ素子を小電流で駆動する場合、つまり有機ＥＬ素子を低階調で発光させる場合は、短絡箇所に流れる電流が支配的となり、短絡箇所の高抵抗化が十分でない有機ＥＬ素子は、全く発光しないか、極端に低い輝度でしか発光しない。このことは、発明者らが見出した前述の現象とよく一致する。

このような考察に基づき、発明者らは、図６のフローチャートで説明したリペア方法、すなわち、レーザー照射後の有機ＥＬ素子に対して、まず低階調の発光確認を行い、低階調の発光確認において所望の輝度が得られない場合には、レーザー再照射にて照射痕の抵抗値をさらに高めた後に、従来の典型的な回復確認検査である高階調の発光確認を行う方法を考案した。

図６に示されるように、ステップＳ５３のレーザー照射において、レーザー光による照射ラインのトレースが完了して照射痕が閉じた線状になるまでは、滅点画素は、順バイアス電圧を印加しても発光しない。

その後、照射ラインのトレースが完了すると、順バイアス電圧の印加により、照射痕で囲まれた領域は発光しないが、その他の領域は発光することが確認される。これを有機ＥＬ発光パネル全体として確認した場合には、２０μｍ×２０μｍの正方形である領域が非発光であっても、当該非発光部分は視認されず、短絡による発光不良が解消される。

その後、ステップＳ５４の回復評価工程において、高階調の発光輝度を測定する従来の高階調発光確認（Ｓ５７）に先立って、低階調の発光輝度を測定する低階調発光確認を行い（Ｓ５５）、測定された輝度が判定しきい値未満であれば（Ｓ５６でＮＯ）、ステップＳ５３に戻り、かかる素子にレーザー光を再照射することで十分な高抵抗化を試みるので、従来と比べて低階調の発光不良を見逃す可能性が減り、より高い精度で有機ＥＬ素子をリペアできるようになる。

ここで、上述のステップＳ５６で用いる判定しきい値は、前記有機ＥＬ素子が正常な場合に前記第１階調に対応する輝度の５０％であってもよい。低階調の発光輝度が正常な有機ＥＬ素子の半分に満たない有機ＥＬ素子は、利用者に特に認識されやすいので、そのような有機ＥＬ素子を選択して、レーザー再照射による再リペアを試みることは有効である。

また、前記第１階調は、前記有機ＥＬ素子が正常な場合に発光輝度１ｃｄ／ｍ^２に対応する階調（例えば、２６階調）であってもよい。発光輝度１ｃｄ／ｍ^２は、利用者によって実質的に黒色と認識される輝度の上限値の一例であり、利用者は１ｃｄ／ｍ^２以下の輝度を一律に黒色と認識する。

また、前記第２階調は、前記有機ＥＬ素子の最高階調付近の階調であってもよい。最高階調付近で行われる高階調の発光検査は、レーザー照射後の有機ＥＬ素子において、許容できるしきい値以上の最大発光輝度が回復しているかを確認すると同時に、レーザー照射によって有機ＥＬ素子の耐性が劣化していないことを確認する耐性検査を兼ねることができるので、リペア工程の簡素化および効率化に大いに役立つ。

なお、本発明は、上記した実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態及びその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上述した実施の形態では、下部電極を陽極、上部電極を陰極とする構成について示したが、下部電極を陰極、上部電極を陽極とする構成であってもよい。また、有機ＥＬ素子の構成である平坦化膜、陽極、正孔注入層、発光層、隔壁、電子注入層、陰極、薄膜封止層、封止用樹脂層及び透明ガラスは、上記した実施の形態に示した構成に限らず、材料や構成、形成方法を変更してもよい。例えば、正孔注入層と発光層との間に正孔輸送層があってもよいし、電子注入層と発光層との間に電子輸送層があってもよい。また、隔壁で分離された各発光領域を覆うように、透明ガラスの下面に、赤、緑および青の色調整を行うカラーフィルタを備える構成であってもよい。上述したフェムト秒レーザーは、カラーフィルタを透過することができるため、当該カラーフィルタを介して短絡を解消することができる。

また、レーザーの照射位置は、上述した実施の形態に限定されず、異物や短絡箇所を含む所定の範囲に設定されてもよいし、異物や短絡箇所のみに設定されてもよい。また、異物や短絡箇所の周囲を囲むように設定されてもよい。また、レーザーの照射は、陰極に限らず陽極に対して行われてもよい。

また、本発明は、例えば、図１０に示すような、有機ＥＬ素子を備えた薄型フラットテレビシステムの製造に好適である。

本発明にかかる有機ＥＬ素子及び有機ＥＬ素子の製造方法は、特に、大画面および高解像度が要望される薄型テレビおよびパーソナルコンピュータのディスプレイなどの技術分野に有用である。

１、１Ａ有機ＥＬ素子
２発光領域
９透明ガラス
１０平坦化膜
１１陽極
１２正孔注入層
１３発光層
１４隔壁
１５電子注入層
１６陰極
１６ａ照射痕
１７薄膜封止層
１８透明ガラス
１９封止用樹脂層
２０異物
３０有機層
１０１レーザー発振器
１０３ＣＣＤカメラ
１０４照明
１０５ステージ

Claims

欠陥部を有する有機ＥＬ素子にレーザー光を照射する第１のレーザー照射工程と、
前記レーザー光の照射後、前記有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば基準階調未満の第１階調に対応する輝度で発光することが期待される第１量の電流を供給しつつ、前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する第１輝度測定工程と、
前記第１輝度測定工程において測定された発光輝度が判定しきい値未満である場合に、前記有機ＥＬ素子に前記レーザー光を再度照射する第２のレーザー照射工程と、
前記第１輝度測定工程において測定された発光輝度が前記判定しきい値以上である場合に、前記有機ＥＬ素子に、前記有機ＥＬ素子が正常であれば前記基準階調以上の第２階調に対応する輝度で発光することが期待される第２量の電流を供給しつつ、前記有機ＥＬ素子の発光輝度を測定する第２輝度測定工程と、
を含む有機ＥＬ素子の製造方法。
前記発光輝度の判定しきい値は、前記有機ＥＬ素子が正常な場合に前記第１階調に対応する輝度の５０％である、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
前記第１階調は、前記有機ＥＬ素子が正常な場合に発光輝度１ｃｄ／ｍ^２に対応する階調である、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
前記第２階調は、前記有機ＥＬ素子の最高階調付近の階調である、
請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。