JP5760009B2

JP5760009B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

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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および有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。

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）素子を備えた有機ＥＬ素子において、製造工程で有機ＥＬ素子に導電性の異物が付着または混入して陽極と陰極とが短絡した場合に、短絡した部分にレーザー照射を行うことで、短絡した部分をリペア（解消）する方式がある（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１では、有機ＥＬ素子に付着した導電性の異物を検出し、この異物の周辺領域の有機層にレーザー照射を行う。これにより、異物が付着した有機ＥＬ素子の陽極と陰極との間の有機層を絶縁化し、高抵抗領域を形成して、異物による陽極と陰極の短絡を解消している。

特許文献２では、陽極および陰極の上方に保護膜を形成する前に、異物により短絡している部分にレーザーを照射する。これにより、異物自体を溶かして変形させる、または、異物自体を焼き切ることで、異物により陽極と陰極の短絡を解消している。

特許文献３では、レーザー照射により、異物により陽極と陰極が短絡した部分の陰極を短絡していない部分の陰極から切断して物理的に分離することにより、異物による陽極と陰極の短絡を解消している。

特許文献４では、有機ＥＬ素子の輝点欠陥部に、フェムト秒レーザー等のレーザー光を照射し、欠損部を形成して短絡を解消している。

特開２００４−２２７８５２号公報特開２００３−１７８８７１号公報特開２００５−２７６６００号公報特開２００８−２３５１７７号公報

特許文献１に示したように、レーザー照射により異物の周囲の有機層を絶縁化して陽極と陰極との短絡を解消する方法では、異物の周囲の有機層を絶縁化させるので、異物の大きさが有機層の膜厚未満である場合の短絡の解消には有効である。ところが、異物の大きさが有機層の膜厚以上である場合には、上記した方法で陽極と陰極との短絡を解消することが難しいという問題が生じている。

また、特許文献２に示したように、異物に直接レーザーを照射して異物を破壊する方法も考えられるが、レーザーを照射された異物がレーザーのエネルギーを吸収して振動し、当該有機ＥＬ素子の陽極や陰極が破壊されたり、破壊された部分から発光層や陰極が酸素や水蒸気にさらされて劣化（酸化）し、パネル全体にダメージを与えたりするおそれがある。

さらに、特許文献３に示したように、陽極と陰極が短絡した部分の周囲をレーザーにより切断し物理的に分離する方法では、異物周辺の分離された領域では有機層は発光せず滅点を生じる。また、パネル全体にダメージを与えるおそれがある。

加えて、特許文献４に示したように、欠損部を形成して短絡を解消する方法では、レーザー光の照射によって欠損部が形成される際に、欠損部の周辺へのダメージが大きくなってしまうおそれがある。

本発明は、上記問題点に鑑み、レーザー照射によるダメージの発生を最大限に抑制しつつ、陽極と陰極との短絡を確実に解消することができる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法および有機エレクトロルミネッセンス素子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、本発明の一形態にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、下部電極、発光層を含む有機層、上部電極および保護層を備え、下部電極および上部電極の少なくとも一方は透明導電性材料からなり、前記保護層は前記上部電極に接して形成されて前記上部電極を酸素から遮断する機能を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、下部電極と上部電極とが短絡している部分を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を準備する第１の工程と、下部電極と上部電極とが短絡している部分および当該部分の周囲のうち少なくとも一方の透明導電性材料にフェムト秒レーザーを照射し、透明導電性材料の組織構造を変化させて高抵抗化する第２の工程とを含むものであることを特徴とする。

本発明にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法および有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、レーザー照射によるダメージの発生を最大限に抑制しつつ、陽極と陰極との短絡を確実に解消することができる。

図１は、実施の形態１における有機ＥＬ素子の断面概略図である。図２は、短絡された有機ＥＬ素子の断面概略図である。図３は、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法における工程を示すフローチャートである。図４Ａは、レーザーの照射位置を示すための有機ＥＬ素子の上面図である。図４Ｂは、レーザーの照射位置を示すための有機ＥＬ素子の上面図である。図５は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図６は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図７Ａは、レーザーのパルス幅に対するレーザーパワーの関係を示した図である。図７Ｂは、レーザーのパルス幅に対するレーザーパワーの関係を示した図である。図８は、実施の形態２における有機ＥＬ素子の断面概略図である。図９は、レーザーの照射位置を示すための有機ＥＬ素子の上面図である。図１０は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図１１は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図１２は、陰極を粒状組織化した後の陰極の表面状態を観察する断面概略図である。図１３Ａは、陰極の表面状態を撮影したＳＥＭ写真である。図１３Ｂは、陰極の表面状態を撮影したＳＥＭ写真である。図１４は、実施の形態３における有機ＥＬ素子の断面概略図である。図１５は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図１６は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図１７は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図１８は、実施の形態４における有機ＥＬ素子の断面概略図である。図１９は、実施の形態４における有機ＥＬ素子の断面概略図である。図２０は、実施の形態４における有機ＥＬ素子の断面概略図である。図２１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。

本発明にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、下部電極、発光層を含む有機層、上部電極および保護層を備え、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は透明導電性材料からなり、前記保護層は前記上部電極に接して形成されて前記上部電極を酸素から遮断する機能を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記下部電極と前記上部電極とが短絡している部分を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を準備する第１の工程と、前記下部電極と前記上部電極とが短絡している部分および当該部分の周囲のうち少なくとも一方の前記透明導電性材料にフェムト秒レーザーを照射し、前記透明導電性材料の組織構造を変化させて高抵抗化する第２の工程とを含むものである。ここで、短絡には、下部電極と上部電極が完全に導通している状態だけでなく、下部電極と上部電極の間の抵抗が、他の部分と比べて小さく、電流が流れ易い状態のことも含まれる。

本態様によると、短絡した部分およびその近傍のうち少なくとも一方の電極を構成する材料の組織構造を変化させることで、下部電極または上部電極の一部分を高抵抗化する。これにより、短絡を解消することができ、陽極と陰極の間の有機層に電圧が印加され、陽極と有機層と陰極とを含む当該画素の発光が回復される。また、本態様では、レーザー照射によって、短絡した部分の電極を切断したり、電極に欠陥部を形成したりして、電極の物理的形態を変化させるのではなく、電極を構成する材料の組織構造を変化させるだけであるので、レーザー照射時にリペアの必要な部分以外にダメージが発生するのを最大限に抑制することができる。また、高抵抗化した部分は、経時的に再び導電化することはなく短絡不良を生じることはないので、確実に短絡を解消することができる。さらに、照射するレーザーとしてフェムト秒レーザーを利用しているので、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、その組織構造を変化させて高抵抗化することができる。

また、レーザーを照射する前記第２の工程においては、前記透明導電性材料の組織構造を粒状の組織構造に変化させることが好ましい。加えて、前記粒状の組織構造を構成する各粒子の粒径を、１０〜５００ｎｍとするのが好ましい。

本態様によると、透明導電性材料の組織構造が、例えば１０〜５００ｎｍの粒径の粒子からなる粒状の組織構造とされるので、組織構造を構成する各粒子間に空隙が存在し、確実に高抵抗化することができる。

また、前記レーザーの波長は、９００〜２５００ｎｍであることが好ましい。

本態様によると、使用するレーザーの波長は９００ｎｍ〜２５００ｎｍであり、カラーフィルターを透過することができるため、カラーフィルターを介して短絡を解消することができる。

また、前記透明導電性材料は、透明な金属酸化物であることが好ましい。

本態様によると、電極の構成材料は、透明な金属酸化物であるので、フェムト秒レーザーの照射により、より確実に組織構造を変化させて高抵抗化することができる。

また、前記フェムト秒レーザー照射を開始する前の前記透明導電性材料は、アモルファス状態であるものであることが好ましい。

本態様によると、フェムト秒レーザーの照射により、アモルファス（非晶質）状態の陽極または陰極の構成材料の組織構造を変化させるので、容易に高抵抗化することができる。

また、前記透明導電性材料からなる前記下部電極または前記上部電極の厚みは、１０〜４０ｎｍであることが好ましい。

本態様によると、電極の厚みが１０〜４０ｎｍであるので、組織構造が変化した後において、短絡を解消するための十分に高い抵抗を確保することができる。

また、前記第２の工程では、前記保護層を介して、前記短絡している部分および当該部分の周囲のうち少なくとも一方の前記透明導電性材料にフェムト秒レーザーを照射するものであることが好ましい。

本態様によると、透明ガラス等の保護層が形成された有機ＥＬ素子であっても、パネル状態で簡便に短絡を解消することができる。パネル状態で短絡した画素の滅点不良を解消することができるので、有機ＥＬ素子の歩留まりを向上させることが可能となる。

また、前記短絡した部分は、前記有機層に導電性の異物を含んでいるものであってもよい。

本態様によると、導電性の異物により陽極と陰極とが短絡している場合、つまり、導電性の異物により陽極と陰極とが直接接触している場合、および、導電性の異物と陽極、導電性の異物と陰極との距離が短いために電流が流れ易くなっている場合の短絡を解消することができる。

また、前記導電性の異物を検出する工程をさらに含み、前記導電性の異物の周囲の前記透明導電性材料に前記レーザーを照射するものであってもよい。

異物にレーザーを照射すると、異物がレーザーのエネルギーを吸収して振動し、有機ＥＬ素子を含む画素にダメージを与えるおそれが生じるが、本態様によると、異物周囲にレーザーを照射するので、画素にダメージを与えることなく短絡を解消することができる。

また、前記短絡した部分の前記有機層の膜厚は、前記短絡した部分以外の前記有機層の膜厚より薄いものであってもよい。

本態様によると、有機ＥＬ素子の形成過程でピンホールが形成されたことにより陽極と陰極が直接接触している場合、または、有機層の膜厚が薄いために陽極と陰極が近接し電流が流れ易くなっている場合の短絡を解消することができる。

また、本発明にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子は、下部電極、発光層を含む有機層および上部電極を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は透明導電性材料からなり、前記透明導電性材料の一部分は、レーザー照射により組織構造が変化し高抵抗化されているものである。前記透明導電性材料の一部分は、粒状の組織構造に変化しているのが好ましい。また、前記透明導電性材料の一部分の近傍には、導電性の異物が存在していてもよい。

本態様は、高抵抗化した部分が、経時的に再び導電化することはなく確実に短絡が解消されている。

以下、本発明の実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の製造方法および有機ＥＬ素子について図面に基づき説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一または相当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）
以下に、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の製造方法により製造された有機ＥＬ素子１の断面概略図である。同図に示した有機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とを備えている。陽極１１、陰極１６はそれぞれ本発明における下部電極、上部電極に相当する。また、正孔注入層１２、発光層１３および電子注入層１５は本発明における有機層に相当する。

透明ガラス９および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。

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を複数の発光領域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、上記した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。

上記した陽極１１、発光層１３、陰極１６の構成は有機ＥＬ素子の基本構成であり、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。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。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正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。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正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ー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、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、１００〜２００ｎｍである。また、隔壁１４で分離された発光領域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、透明ガラス１８を、画素２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。そして、異物２０が混入している位置の上方の陰極１６の一部１６ａを構成するＩＴＯの組織構造を粒状の組織構造に変化させ高抵抗化することにより、異物２０により短絡された陽極１１と陰極１６との間の短絡を解消（リペア）した構成となっている。短絡した部分のリペアの工程については、後に説明する。

次に、有機ＥＬ素子１の製造方法について説明する。

はじめに、有機ＥＬ素子の形成工程について説明する。図２は、本発明の第１の工程で準備された有機ＥＬ素子の断面概略図であり、短絡された有機ＥＬ素子の断面構造を示している。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が形成され、その後、平坦化膜１０上に陽極１１が形成される。

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ーとウエットエッチングによるパターニング工程を経ることにより形成される。

正孔注入層１２は、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形成される。

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が積層され、発光層１３が形成される。

次に、発光層１３の上に、例えば、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）を例えば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が形成される。

続けて、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が形成される。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。

上記のような製造工程により、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法により窒化珪素が５００ｎｍ積層され、薄膜封止層１７が形成される。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が塗布される。その後、塗布された封止用樹脂層１９上に透明ガラス１８が配置される。ここで、カラーフィルターが配置された有機ＥＬ素子１の場合には、透明ガラス１８の主面にあらかじめカラーフィルターが形成される。その後、カラーフィルター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が配置される。なお、薄膜封止層１７、封止用樹脂層１９および透明ガラス１８が本発明における保護層に相当する。

最後に、透明ガラス１８が上面側から下方に加圧され、熱またはエネルギー線が付加されて封止用樹脂層１９が硬化され、透明ガラス１８と薄膜封止層１７とが接着される。

このような形成方法により、図２に示す有機ＥＬ素子１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、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。

図２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とが短絡された有機ＥＬ素子１の断面概略図を示している。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により陽極１１と陰極１６が短絡されるので、この画素２では有機ＥＬ素子は発光せず、滅点画素となる。

次に、上記した異物２０により陽極１１と陰極１６とが短絡した有機ＥＬ素子１において、短絡した部分のリペアの工程について説明する。図３に、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示すフローチャートを示す。

短絡した部分のリペアは、透明ガラス１８を介して陰極１６にレーザーを照射することにより行われる。具体的には、短絡した部分を有する有機ＥＬ素子を準備し（ステップＳ１０）、異物２０により短絡した部分、または、混入した異物２０そのものを検出し（ステップＳ１１）、画素２内において短絡した部分の上方の陰極１６に、透明ガラス１８側からレーザーの照射を開始する（ステップＳ１２）。これにより、レーザーを照射された陰極１６の一部を構成するＩＴＯの組織構造を粒状の組織構造に変化させ、高抵抗化されることにより、陽極１１と陰極１６との短絡を解消する。

陽極１１と陰極１６が短絡した部分または異物２０の検出は、例えば、各画素２に中間輝度階調に対応した輝度信号電圧を入力することにより、正常画素の発光輝度に比べて低輝度の画素を輝度測定装置若しくは目視により検出することにより行う。なお、短絡した部分または異物２０の検出は、上記した方法に限らず、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、逆バイアスの電圧を印加するとリーク発光が観測される部分を、短絡した部分または異物２０が混入した部分であると判断してもよい。

図４Ａおよび図４Ｂは、異物２０に対するレーザーの照射領域を示すための有機ＥＬ素子１の上面図であり、図４Ａはレーザー１２５を照射する前、図４Ｂはレーザー１２５を照射した後の有機ＥＬ素子１の上面図を示している。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、実線で囲んだ領域２２がレーザーの照射範囲である。また、図５および図６は、有機ＥＬ素子１の短絡を解消する工程を示す断面概略図であり、図５はレーザー１２５を照射する前、図６はレーザー１２５を照射した後の有機ＥＬ素子１の断面概略図を示している。

異物２０の検出後、図４Ａおよび図５に示すように、異物２０により陽極１１と陰極が１６とが短絡した部分およびその周囲の、例えば５μｍ×１０μｍの領域２２の陰極１６にレーザー１２５が照射される。なお、レーザー１２５の焦点は、陰極１６に合わせて設定される。

レーザー１２５が照射された領域２２では、図４Ｂおよび図６に示すように、アモルファス状態であった陰極１６が粒状の組織構造に変化される。ここでいう粒状の組織構造とは、多数の粒子が、粒子間に空隙を残存させつつ集合した組織構造のことを意味する。この粒状の組織構造を構成する各粒子の粒径は、一例として、１０〜５００ｎｍである。各粒子の形状は、球形状であっても、薄片状であってもよい。粒状の組織構造を有する陰極の一部１６ａでは、各々の粒子の間に空隙が生じている。この空隙により、粒状の組織構造を有する陰極の一部１６ａでは、粒状の組織構造を有しない部分の陰極１６に比べて電流が流れにくく、高抵抗になっていると考えられる。粒状の組織構造を有しない部分の陰極１６の抵抗値（抵抗率）は、一例として５０Ωであり、粒状の組織構造を有する陰極の一部１６ａの抵抗値は、４０MΩである。このように、領域２２の陰極１６が高抵抗化されることにより、領域２２では陽極１１および陰極１６の間の短絡が解消され、当該画素２の発光が回復されることとなる。

ここで、照射されるレーザー１２５の種類は、例えば、出力エネルギーが１〜３０μＪで、パルス幅が数百フェムト秒のフェムト秒レーザーが用いられる。レーザーの波長は、一例として、９００〜２５００ｎｍである。

図７Ａおよび図７Ｂは、レーザー１２５のパルス幅に対するレーザーパワーの関係を示した図である。図７Ａは、パルス幅に対する、陰極１６の粒状化に必要なレーザーパワーの最大値および最小値を示したものである。図７Ａでは、発振周波数が２ｋＨｚのレーザー１２５を照射した場合の、有機ＥＬ素子１の表面におけるレーザーパワーを示している。また、図７Ｂは、図７Ａに示したパルス幅に対するレーザーパワーの最大値および最小値の差（パワーマージン）を示したものである。

図７Ａにおいて、白三角で示す破線は、陰極１６の構成材料が粒状化するために必要なレーザーパワーの最大値（ＭＡＸ）を示している。また、図７Ａにおいて、白四角で示す破線は、陰極１６の構成材料が粒状化するために必要なレーザーパワーの最小値（ＭＩＮ）を示している。実線は、レーザーパワーのＭＡＸ、ＭＩＮの近似値を示している。

当該レーザーパワーのＭＡＸより大きなレーザーパワーのレーザーを陰極１６に照射すると、レーザーが有機ＥＬ素子１の陰極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、図７Ａに示すレーザーパワーのＭＩＮより小さなレーザーパワーのレーザーを陰極１６に照射すると、陰極１６は粒状化されない。また、パルス幅が２００００ｆｓ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。したがって、レーザーパワーのＭＡＸおよびＭＩＮの間でレーザーパワーを調整して陰極１６に照射するのが好ましい。

なお、図７Ａにおいて、レーザーパワーの最大値である１３μＷは、レーザーの出力エネルギーに換算すると７．５ｎＪとなる。また、レーザーパワーの最小値である４μＷはレーザーの出力エネルギーに換算すると２ｎＪとなる。

また、図７Ｂに示すように、パワーマージンは、レーザーのパルス幅が４００〜８００ｆｓの範囲で高くなっている。したがって、フェムト秒レーザーにより、この範囲のパルス幅のレーザーを有機ＥＬ素子１に照射することにより、容易に陰極１６の構成材料を粒状の組織構造にすることができる。

また、レーザー１２５の出力エネルギーは、上記した範囲に限らず、陰極１６が粒状化され、かつ、薄膜封止層１７が破壊されない程度の出力エネルギーであればよい。

また、領域２２に照射されたレーザーの熱エネルギーは、領域２２の周囲の、例えば、レーザーを照射した位置から１μｍ程度離れた範囲に広がり、この範囲の陰極１６が粒状化されて高抵抗化される場合もある。この場合も、陽極１１と陰極１６との短絡が解消され当該画素２の発光が回復される。

また、レーザー１２５の照射は、陰極１６に行うことに限らず、陽極が透明導電性材料からなる場合には、レーザーの焦点位置を調整して陽極１１に行ってもよい。また、透明ガラス１８側に限らず、透明ガラス９側からレーザーを照射してもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、有機ＥＬ素子５０に照射されるレーザーの照射領域が実施の形態１と異なる。

図８は、本実施の形態における有機ＥＬ素子５０の断面概略図であり、陽極１１と陰極１６とが短絡された部分の周囲にレーザーが照射された後の、有機ＥＬ素子５０の断面概略図を示している。図９は、レーザーの照射位置を示すための有機ＥＬ素子の上面図である。図１０および図１１は、有機ＥＬ素子５０の短絡を解消する工程を示す断面概略図であり、図１０はレーザー１２５を照射する前、図１１はレーザー１２５を照射した後の有機ＥＬ素子５０の断面概略図を示している。

図９および図１０に示すように、本実施の形態では、異物２０の周囲の所定領域の陰極１６にレーザー１２５が照射される。例えば、図９に示すように、異物から１０μｍ程度離れた周囲の陰極１６に、２０μｍ×２０μｍの正方形の角周状にレーザーが照射される。図１１に示すように、レーザー１２５が照射されると陰極の一部１６ａの組織構造は粒状化され、陽極１１と陰極１６の短絡が解消される。

実施の形態１に示したように、異物２０を含む所定領域の陰極１６にレーザー１２５を照射すると、異物２０がレーザー１２５のエネルギーを吸収して振動し、画素２にダメージを与えるおそれが生じる。一方、本実施の形態に示すように、異物２０の周辺の陰極１６にレーザー１２５の焦点を設定することにより、異物２０にレーザー１２５のエネルギーが吸収されるのを抑制して、異物２０の周辺の陰極１６の組織構造を粒状化することができる。

図１２はＩＴＯからなる陰極１６の組織構造を粒状化した後の陰極１６の表面状態を観察する断面概略図である。図１３Ａはレーザー１２５の照射により短絡を解消した後の有機ＥＬ素子５０の表面状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したＳＥＭ写真、図１３Ｂは図１３Ａの一部を拡大して観察したＳＥＭ写真を示している。

図１３Ａに示すように、陰極１６の表面状態のＳＥＭ観察は、図１２に示すように、陰極１６にレーザー１２５を照射し、その後、陰極１６と有機層３０の間で有機ＥＬ素子５０を劈開して、陰極の一部１６ａが劈開された劈開面を観察したものである。

図１３Ａに示すように、レーザー１２５を照射した有機ＥＬ素子５０では、２０μｍ×２０μｍの正方形の角周状にレーザー１２５が照射された陰極の一部１６ａの組織構造が粒状化されていることが観測されている。この粒状化された組織構造を構成する各粒子の粒径は、一例として１０〜５００ｎｍである。また、図１３Ｂに示すように、粒状組織化された陰極の一部１６ａを拡大してＳＥＭ観測した場合、各々の粒子の間に空隙が生じていることが観測されている。この空隙により、粒状化された陰極の一部１６ａは、粒状化されていない部分の陰極１６に比べて電流が流れにくく、高抵抗化されていると考えられる。

以上のように、レーザー１２５が照射された異物２０を囲む範囲の陰極１６は、粒状化されることにより高抵抗化される。これにより、陽極１１と陰極１６の短絡が解消され、当該画素２の発光が回復される。

なお、レーザー２５の種類、波長、出力エネルギーは、上記した実施の形態１と同様に、陰極１６が粒状組織化され、かつ、薄膜封止層１７が破壊されないのであれば、どのように変更してもよい。また、実施の形態１と同様に、リペアの工程の前に、異物２０の位置を検出する工程を設けてもよい。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態が上記した実施の形態１と異なる点は、陽極と陰極が導電性異物を介さずに直接接触して短絡した有機ＥＬ素子において、短絡した部分のリペアを行う点である。

図１４は、本実施の形態における有機ＥＬ素子１００の断面概略図である。同図に示した有機ＥＬ素子１００は、実施の形態１で示した有機ＥＬ素子１と同様に、透明ガラス１０９の上に、平坦化膜１１０と、陽極１１１と、正孔注入層１１２と、発光層１１３と、隔壁１１４と、電子注入層１１５と、陰極１１６と、薄膜封止層１１７と、封止用樹脂層１１９と、透明ガラス１１８とを備えている。各構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。なお、実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、正孔注入層１１２、発光層１１３、電子注入層１１５を合わせて有機層１３０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１３０に含まれる。また、隔壁１１４で分離された発光領域に配置された平坦化膜１１０、陽極１１１、有機層１３０、陰極１１６、薄膜封止層１１７、透明ガラス１１８を、画素１０２と称する。また、カラーフィルターが配置された有機ＥＬ素子１００の場合には、透明ガラス１１８の主面にあらかじめカラーフィルターが形成される。その後、カラーフィルターが形成された面を下方にして、塗布された封止用樹脂層１１９上に透明ガラス１１８が配置される。なお、薄膜封止層１１７、封止用樹脂層１１９および透明ガラス１１８が本発明における保護膜に相当する。

図１４では、陽極１１１と陰極１１６が、陰極の一部１１６ａにおいて直接接触している。これは、例えば、有機層１３０の形成工程において短絡部分１２０の位置にピンホールが形成され、その後、陰極１１６の形成工程において当該ピンホールに陰極１１６を構成する材料が流入されて陰極１１６が形成されたために、このように直接接触したものである。そして、陰極の一部１１６ａを高抵抗化することにより、短絡された陽極１１１と陰極１１６との短絡を解消した構成となっている。

次に、上記した陽極１１１と陰極１１６とが短絡した短絡部分１２０の短絡を解消する工程について、図１５〜図１７を用いて説明する。

図１５〜図１７は、有機ＥＬ素子の短絡を解消する工程を示す断面概略図である。図１５は、リペア前の有機ＥＬ素子１００の断面概略図、図１６は、レーザー１２５を照射したときの有機ＥＬ素子１００の断面概略図、図１７は、リペア後の有機ＥＬ素子１００の断面概略図である。

短絡部分１２０のリペアは、実施の形態１と同様に、短絡部分１２０の近傍の陰極１１６にレーザー１２５を照射することにより行われる。具体的には、図１５に示すような短絡部分１２０を有する画素１０２内において、図１６に示すように、短絡部分１２０の近傍の陰極１１６に、透明ガラス１１８側からレーザー１２５が照射され、陰極１１６の一部の組織構造が粒状化される。粒状化された陰極の一部１１６ａでは、各々の粒子の間に空隙が生じる。したがって、この空隙により、粒状化された陰極の一部１１６ａでは、粒状化されていない部分の陰極１１６に比べて電流が流れにくく、高抵抗化されていると考えられる。このように、陰極１１６の一部が高抵抗化されることにより、陽極１１１および陽極１１１と陰極１１６との短絡が解消され、当該画素１０２の発光が回復されることとなる。

また、レーザーの熱エネルギーは、レーザー１２５が照射された領域の周囲の所定範囲に広がり、例えば、この範囲の陰極１１６が粒状組織化され、高抵抗化される場合もある。この場合も、陽極１１１と陰極１１６との短絡が解消され当該画素１０２の発光が回復されることとなる。

また、短絡部分１２０のリペアの工程の前に、短絡部分１２０を検出する工程を設けてもよい。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態が上記した実施の形態１〜３と異なる点は、陽極１１と陰極１６が完全に導通しているのではなく、陽極１１と陰極１６間の抵抗が他の部分と比べて小さい点である。

図１８は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ素子２００の断面概略図である。異物２０の大きさは、陽極１１と陰極１６の大きさよりも小さく、異物２０は陽極１１および陰極１６とは導通していないが、異物２０と陽極１１、異物２０と陰極１６の間の距離が短いので抵抗が小さく、電流が流れ易くなっている。

このように、陽極１１と陰極１６が完全に導通していない場合でも、陽極１１と陰極１６の短絡を解消することができる。つまり、実施の形態１と同様に、短絡した部分の上方の陰極１６に、透明ガラス１８側からレーザー１２５を照射することにより、陰極１６の一部の組織構造を粒状化し、陰極１６の一部を高抵抗化して、陽極１１と陰極１６との短絡を解消することができる。

また、図１９は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ素子３００の断面概略図である。図１９において、陽極１１１と陰極１１６とは導通していないが、陽極１１１と陰極１１６の間の距離は短いので抵抗が小さく、レーザーを照射する前の短絡部分２２０では電流が流れやすくなっている。短絡部分２２０は、例えば、有機層１３０の発光層１１３の形成工程において短絡部分２２０の位置にピンホールが形成され、その後、陰極１１６の形成工程において当該ピンホールに陰極１１６を構成する材料が流入されて陰極１１６が形成されたものである。

このように、陽極１１１と陰極１１６とが完全に導通していない場合でも、実施の形態３と同様に、短絡した部分の上方の陰極１１６に、透明ガラス１１８側からレーザー１２５を照射することにより、陰極１１６の一部１１６ａの組織構造を粒状化することができる。これにより、陰極１１６の一部を高抵抗化して、陽極１１１と陰極１１６との短絡を解消することができる。

また、図２０は、本実施の形態にかかる有機ＥＬ素子４００の断面概略図である。図２０において、陽極１１１と陰極１１６とは導通していないが、陽極１１１と陰極１１６の間の距離が短いので抵抗が小さく、短絡部分３２０では電流が流れやすくなっている。短絡部分３２０は、例えば、平坦化膜１１０の形成工程において平坦化膜１１０が凸状に形成され、その後、有機層１３０および陰極１１６が平坦化膜１１０上に形成されたものである。

このように、陽極１１１と陰極１１６とが完全に導通していない場合でも、実施の形態３と同様に、短絡した部分に対応する陽極１１１に、透明ガラス１０９側からレーザー３２５を照射することにより、陽極１１１の一部の組織構造を粒状化することができる。これにより、実施の形態３と同様に、陽極１１１の一部を高抵抗化して、陽極１１１と陰極１１６との短絡を解消することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態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種々の改良、変形を行ってもよい。

例えば、上記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、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ーを備える構成であってもよい。

また、レーザーの照射位置は、上記した実施の形態に限定されず、異物や短絡部分を含む所定の範囲に設定されてもよいし、異物や短絡部分のみに設定されてもよい。また、異物や短絡部分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、本発明の趣旨を逸脱しない限り、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、図２１に示すような、本発明にかかる有機ＥＬ素子を備えた薄型フラットテレビシステムも本発明に含まれる。

本発明にかかる有機ＥＬ素子の製造方法および有機ＥＬ素子は、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、５０、１００、２００、３００、４００有機ＥＬ素子
２、１０２画素
１１、１１１陽極（下部電極）
１２、１１２正孔注入層（有機層）
１３、１１３発光層（有機層）
１５、１１５電子注入層（有機層）
１６、１１６陰極（上部電極）
１６ａ、１１６ａ陰極の一部（粒状の組織構造）
２０異物
２５、１２５、３２５レーザー
３０、１３０有機層
１２０、２２０、３２０短絡部分

Claims

下部電極、発光層を含む有機層、上部電極および保護層を備え、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方は透明導電性材料からなり、前記保護層は前記上部電極に接して形成されて前記上部電極を酸素から遮断する機能を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記下部電極と前記上部電極とが短絡している部分を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を準備する第１の工程と、
前記下部電極と前記上部電極とが短絡している部分および当該部分の周囲のうち少なくとも一方の前記透明導電性材料にフェムト秒レーザーを照射し、前記透明導電性材料の組織構造を変化させて高抵抗化する第２の工程と、
を含む有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第２の工程において、
前記透明導電性材料の組織構造を粒状の組織構造に変化させる、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記粒状の組織構造を構成する各粒子の粒径は、１０〜５００ｎｍである、
請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記フェムト秒レーザーの波長は、９００〜２５００ｎｍである、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記透明導電性材料は、透明金属酸化物である、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記フェムト秒レーザー照射を開始する前の前記透明導電性材料は、アモルファス状態である、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記透明導電性材料からなる前記下部電極または前記上部電極の厚みは、１０〜４０ｎｍである、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記第２の工程では、前記保護層を介して、前記短絡している部分および当該部分の周囲のうち少なくとも一方の前記透明導電性材料にフェムト秒レーザーを照射する、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記短絡している部分は、前記有機層に導電性の異物を含んでいる、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記導電性の異物を検出する工程をさらに含み、
前記導電性の異物の周囲の前記透明導電性材料に前記レーザーを照射する、
請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
前記短絡している部分の前記有機層の膜厚は、前記短絡している部分以外の前記有機層の膜厚より薄い、
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。