JP6057143B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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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１〜４参照）。
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、異物による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。
上記した特許文献１〜４では、レーザー照射により異物の周囲の有機層を高抵抗化または絶縁化することにより、陽極と陰極との短絡を解消することが可能である。しかし、上記した方法では、レーザー照射により短絡を解消したリペア領域（高抵抗化または絶縁化された領域）が時間の経過とともに拡大する可能性がある。リペア領域が拡大すると、発光しない領域または所望の輝度で発光することができない領域が増加するので、表示装置としては好ましくない。
本発明は、上記問題点に鑑み、レーザー照射によるリペア領域の拡大を抑制しつつ、陽極と陰極との短絡を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は、陽極及び陰極と、前記陽極及び前記陰極間に配置され少なくとも発光層を含む機能層と、少なくとも前記機能層に含まれ、前記陽極と前記陰極との短絡不良をレーザーリペアにより解消したリペア領域とを備え、前記機能層は、前記リペア領域の拡大を抑制するための還元性金属を含む。
本発明にかかる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リペア領域の拡大を抑制しつつ、陽極と陰極との短絡を解消することができる。
本発明の一態様にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極及び陰極と、前記陽極及び前記陰極間に配置され少なくとも発光層を含む機能層と、少なくとも前記機能層に含まれ、前記陽極と前記陰極との短絡不良をレーザーリペアにより解消したリペア領域とを備え、前記機能層は、前記リペア領域の拡大を抑制するための還元性金属を含む。
本態様によると、レーザーリペアにより陽極と陰極との短絡を解消することができ、かつ、機能層に含まれる還元性金属が、レーザー照射により生成した物質が拡散するのを抑制するため、レーザー照射によるリペア領域の拡大を抑制することができる。
また、前記機能層は、前記発光層に隣接する電子輸送層を有し、前記電子輸送層は、前記還元性金属を含むこととしてもよい。
本態様によると、機能層に含まれる電子輸送層に還元性金属が含まれるので、発光層またはこれらの機能層の構成材料が変化して生成した物質が拡散するのを抑制することができる。
また、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記リペア領域を囲むように、前記機能層よりも前記還元性金属の含有濃度が高い高濃度領域を備えることとしてもよい。
本態様によると、リペア領域を囲むように、機能層よりも還元性金属の含有濃度が高い高濃度領域を有するので、レーザー照射によるリペア領域の拡大を抑制することができる。
また、前記高濃度領域は、前記機能層に隣接して形成されているとしてもよい。
本態様によると、高濃度領域が機能層上に形成されるので、高濃度領域の形成が容易であり、かつ、レーザー照射によるリペア領域の拡大を抑制することができる。
また、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記発光層を複数の発光領域に分離するための隔壁を備え、前記高濃度領域は、前記隔壁の上方に形成されているとしてもよい。
本態様によると、高濃度領域は隔壁の上方に形成されているので、レーザー照射によるリペア領域の拡大を少なくとも一画素内に抑制することができる。
また、前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記発光層を複数の発光領域に分離するための隔壁を備え、前記高濃度領域は、前記発光領域内に形成されているとしてもよい。
本態様によると、高濃度領域が発光領域に形成されているので、レーザー照射によるリペア領域の拡大を少なくとも画素の一部に抑制することができる。
また、前記還元性金属の濃度は、５ｗｔ％以上であるとしてもよい。
本態様によると、レーザー照射によるリペア領域の拡大を効果的に抑制することができる。
また、前記還元性金属は、バリウム、チタン、ナトリウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１つであるとしてもよい。
本態様によると、レーザー照射によるリペア領域の拡大を効果的に抑制することができる。
また、本発明の一態様にかかる有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極及び陰極と、前記陽極及び前記陰極間に配置され少なくとも発光層を含む機能層と、前記発光層を複数の発光領域に分離するための隔壁とを備え、前記隔壁の上方または前記発光領域内に、前記機能層よりも還元性金属の含有濃度が高い高濃度領域が形成されている。
本態様によると、高濃度領域が隔壁の上方および発光領域に形成されているので、レーザー照射によるリペア領域の拡大をより抑制することができる。
（本発明の基礎となった知見）
以下、本発明の基礎となった知見について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の基礎となった知見について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明の基礎となった知見を説明するための有機ＥＬ素子の断面概略図である。また、図３は、本発明の基礎となった知見を説明するための有機ＥＬ素子の上面図であり、（ａ）はレーザー照射直後の有機ＥＬ素子の上面図、（ｂ）はレーザー照射後一定期間経過後の有機ＥＬ素子の上面図である。
図１に示すように、有機ＥＬ素子１００は、透明ガラス（図示せず）の上に、平坦化膜１０と、陽極１１と、発光層１２と、隔壁１４と、電子輸送層１３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。
なお、本実施の形態において、発光層１２、電子輸送層１３を合わせて機能層と称する。また、機能層には、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層等が含まれていても良い。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と、陽極１１と、機能層と、陰極１６と、薄膜封止層１７と、透明ガラス１８と、封止用樹脂層１９とを、画素２と称する。隔壁１４は、発光層１２を複数の発光領域に分離するための壁であり、画素２の周囲を囲むように形成されている。隔壁１４で囲まれた領域が発光領域となる。
また、図１に示した有機ＥＬ素子１００では、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、図２に示すように、異物２０が混入している位置の上部電極である陰極１６を構成するＩＴＯの構成材料と、それに隣接する機能層の構成材料および薄膜封止層１７の構成材料のうち少なくともいずれかにレーザーを照射して高抵抗化または絶縁化したリペア領域を形成し、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。
具体的には、図２に示すように、画素２内において、異物２０に透明ガラス１８側からレーザー２５が照射される。これにより、陰極１６と、機能層の構成材料および薄膜封止層１７の構成材料の少なくとも１つが混在した高抵抗化領域２２がリペア領域として形成される。高抵抗化領域２２では、高抵抗化領域２２が形成されていない部分の陰極１６に比べて電流が流れにくくなっている。このように、陰極１６の一部が高抵抗化されることにより、陽極１１と陰極１６との短絡が解消される。これにより、高抵抗化領域２２では発光は生じず滅点（ダークスポット）が生じるものの、当該画素２の高抵抗化領域２２以外の領域では発光が回復されることとなる。
なお、照射されるレーザー２５には、例えば、パルス幅が８００ｆｓ、レーザーの波長が９００〜２５００ｎｍ、出力エネルギーが１〜５０μＪの超短パルスレーザーが用いられている。
ここで、レーザーを照射することにより短絡を解消する（レーザーリペア）工程において、レーザーリペア初期（例えば、レーザーリペアを行った直後）の高抵抗化領域２２ａは、図３の（ａ）に示すように、レーザーを照射した領域とほぼ同一の領域である。しかし、レーザーを照射してから時間が経過するとともに、図３の（ｂ）に示す高抵抗化領域２２ｂのように、高抵抗化領域２２が拡大するという問題が生じる。高抵抗化領域２２が拡大することにより、有機ＥＬ素子１００において正常に発光する領域が減少することとなる。したがって、高抵抗化領域２２が形成される範囲は、異物２０による短絡を解消することができる最小限の範囲にとどめることが好ましい。
また、高抵抗化領域２２が拡大するという問題は、レーザーを照射することにより機能層の構成材料が変化（例えば、気化）して生成した物質、例えば、機能層に含まれる酸素原子が、時間の経過とともに機能層の高抵抗化していない領域に拡散することにより生じると考えられる。したがって、レーザーを照射することにより機能層の構成材料が変化して生成した物質（例えば、酸素原子）の拡散を抑制することで、高抵抗化領域２２の拡散を抑制することができると考えられる。
そこで、本件出願人らは、機能層の構成材料が変化して生成した物質（例えば、酸素原子）の拡散を抑制することで高抵抗化領域２２の拡散を抑制すべく、以下のような構成の有機ＥＬ素子を見出している。
以下、本発明の実施の形態にかかる有機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にかかる有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。
以下に、本発明の実施の形態１にかかる有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。
図４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。同図に示した有機ＥＬ素子２００は、下部電極である陽極と、上部電極である陰極と、および当該両極で挟まれた発光層を含む有機層とを有する有機機能デバイスである。なお、有機ＥＬ素子２００の構成は、上記した有機ＥＬ素子１００とほぼ同様の構成であるため、図４では、陽極１１と、隔壁１４と、機能層と、陰極１６のみ示し、その他の構成は図示を省略している。陽極１１と、隔壁１４と、機能層と、陰極１６以外の構成については、図１および図２を用いて説明する。
図４に示すように、有機ＥＬ素子２００は、上記した有機ＥＬ素子１００と同様、陽極１１と、発光層１２と、隔壁１４と、電子輸送層３０と、陰極１６とを備えている。また、図１に示したように、陽極１１の下には、平坦化膜１０を備えている。陰極１６の上には、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。
なお、本実施の形態において、発光層１２、電子輸送層３０を合わせて機能層と称する。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、機能層、陰極１６、薄膜封止層１７、透明ガラス１８を、画素２と称する。また、陽極１１、陰極１６はそれぞれ下部電極、上部電極に相当する。また、発光層１２および電子輸送層３０は本発明における機能層に相当する。
透明ガラス１８は、発光パネルの底面及び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（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）と銀合金ＡＰＣなどからなる２層構造であってもよい。
発光層１２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。
電子輸送層３０は、発光層１２に隣接し発光層１２の上に形成されている。電子輸送層３０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１２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。電子輸送層３０は、例えば、電子輸送性材料として知られるＡｌｑ３等で構成されても良い。
また、電子輸送層３０には、レーザーリペアにより機能層の構成材料が変化（例えば、気化）して生成された物質が機能層に拡散するのを抑制するために、還元性金属のイオンが含まれている。還元性金属とは、酸素と結びつきやすく、酸化した他の材料から酸素を離脱させる金属である。還元性金属として、例えば、バリウム（Ｂａ）が使用される。電子輸送層３０にドープされているＢａイオンの濃度は、例えば、電子輸送材料の重量に対して５ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。
なお、還元性金属は、バリウム、チタン、ナトリウム及びアルミニウムのうち少なくとも１つであることが好ましい。また、発光層１２と電子輸送層３０で構成される機能層の厚さは、一例として、１００〜２００ｎｍである。
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１２を複数の発光領域に分離するための壁であり、隔壁１４により隣接する画素２が分離されている。隔壁１４は、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（ＳｉＮ）からなり、上記した発光層１２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１２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１２、陰極１６の構成は有機ＥＬ素子２００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１２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１２で再結合して生じるエネルギーにより、発光層１２の発光材料が励起され発光する。
なお、機能層には、発光層１２及び電子輸送層３０に限らず、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層等が含まれていても良い。例えば、有機ＥＬ素子２００の構成として、陽極１１と発光層１２との間に正孔注入層があってもよいし、正孔注入層と発光層１２との間に正孔輸送層があってもよい。また、陰極１６と発光層１２との間に電子注入層があってもよいし、電子注入層と発光層１２との間に電子輸送層３０があってもよい。これらの材料は本実施の形態により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。
正孔注入層は、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１２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。
正孔輸送層は、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１２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。
電子注入層は、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側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１２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。
また、電子輸送層３０は、上記したように、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１２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。電子輸送層３０は、例えば、電子輸送性材料として知られるＡｌｑ３等で構成されても良い。
また、有機ＥＬ素子２００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。
さらに、図４に示した有機ＥＬ素子２００は、上部電極である陰極１６を構成するＩＴＯの構成材料と、それに隣接する機能層の構成材料および薄膜封止層１７の構成材料のうち少なくとも一方とが混在し高抵抗化している高抵抗化領域２２を有している。高抵抗化領域２２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が混入することにより異物を介して陽極１１と陰極１６とが短絡している部分にレーザーを照射することにより形成されたものである。高抵抗化領域２２が形成されていることにより、有機ＥＬ素子２００では、陽極１１と陰極１６との間の短絡が解消されている。なお、高抵抗化領域２２は本発明におけるリペア領域に相当する。
次に、有機ＥＬ素子２００の製造方法について説明する。
まず、図１および図２に示したように、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。
発光層１２は、正孔注入層の上に、例えば、真空蒸着法によりα−ＮＰＤ、Ａｌｑ３が積層されることにより形成される。
電子輸送層３０は、発光層１２の上に、例えば、電子輸送性材料として知られるＡｌｑ３等を蒸着することにより形成される。また、電子輸送層３０には還元性金属がドープされている。還元性金属としては、例えば、バリウム（Ｂａ）が使用される。電子輸送層３０にドープされるＢａイオンの濃度は、例えば電子輸送材料の重量に対して５ｗｔ％〜１０ｗｔ％であり、Ａｌｑ３に５ｗｔ％〜１０ｗｔ％のＢａが混合された混合材料が発光層１２上に共蒸着されることにより形成される。
続けて、電子輸送層３０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、陰極１６は、電子輸送層３０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、有機ＥＬ素子２００は発光素子としての機能を有する構成となる。なお、陽極１１の形成工程と発光層１２（正孔注入層を有する構造の場合は正孔注入層）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（ＳｉＸＯＹ）や酸窒化珪素（ＳｉＸＯＹＮＺ）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２００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は、保護膜に相当する。
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。
さらに、上記した製造工程において、陽極１１と陰極１６との間に導電性の異物が混入し、異物を介して陽極１１と陰極１６とが短絡されている場合には、レーザーリペアにより短絡した部分に高抵抗化領域２２が形成される。
ここで、陽極１１と陰極１６の短絡は、例えば陽極１１と陰極１６との間に導電性の異物が混入し、異物を介して陽極１１と陰極１６とが短絡される場合や、陽極１１と陰極１６とが、陰極の一部において直接接触している場合などに生じる。
陽極１１と陰極１６とを短絡させる異物とは、例えば、陽極１１の材料であるＡｌが、陽極１１の形成後に陽極１１上に付着したものである。異物が付着した後、続けて、正孔注入層、発光層１２、電子輸送層３０、陰極１６が積層されるために陽極１１と陰極１６との短絡が生じる。異物の大きさは、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２００は発光せず、滅点画素となる。
また、陽極１１と陰極１６とが陰極の一部において直接接触する場合とは、例えば、機能層の形成工程において短絡部分の位置にピンホールが形成され、その後、陰極１６の形成工程において当該ピンホールに陰極１６を構成する材料が流入されて陰極１６が形成されたために、陽極１１と陰極１６とが直接接触する場合である。
短絡を解消するための高抵抗化領域２２は、透明ガラス１８を介して短絡している位置の上部電極である陰極１６を構成するＩＴＯの構成材料と、それに隣接する機能層の構成材料および薄膜封止層１７の構成材料のうち少なくともいずれかに、レーザーが照射されることにより形成される。より具体的には、短絡した部分を有する有機ＥＬ素子を準備し、短絡した部分、または、混入した異物そのものを検出し、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が開始される。
陽極１１と陰極１６が短絡した部分または異物の検出は、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われる。なお、短絡した部分または異物の検出は、上記した方法に限らず、例えば、有機ＥＬ素子２００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が混入した部分であると判断してもよい。
レーザーリペアに使用されるレーザーは、例えば、超短パルスレーザーである。超短パルスレーザーとは、パルス幅が数ピコ秒から数フェムト秒のパルス幅であるレーザーのことをいい、具体的には、１００ｆｓ〜２０ｐｓのパルス幅であることが好ましい。一例として、本実施の形態では、パルス幅が８００ｆｓの超短パルスレーザー（一般にフェムト秒レーザーとも称される）を使用している。また、レーザーの波長は、一例として、９００〜２５００ｎｍ、出力エネルギーは１〜５０μＪである。
レーザーは、例えば、短絡した位置、または、短絡した位置から１０μｍ程度離れた周囲の陰極１６に、異物を囲む四方（４辺）２０μｍ×２０μｍに照射される。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と、隣接する機能層の構成材料（電子輸送層、電子注入層等）および薄膜封止層１７の構成材料（樹脂等）の少なくとも一方が混在した高抵抗化領域２２が形成される。これにより、陽極１１と陰極１６との短絡が解消される。
このような形成方法により、図４に示す有機ＥＬ素子２００が形成される。
なお、陽極１１、発光層１２、電子輸送層３０、陰極１６の形成工程は、本実施の形態により限定されるものではない。
次に、Ｂａをドープした場合に高抵抗化領域２２の拡大が抑制される効果について説明する。
図５〜図８は、電子輸送層３０に所定濃度のＢａがドープされた有機ＥＬ素子２００のレーザー照射後の上面の拡大写真である。ドープされたＢａの電子輸送材料の重量に対する濃度は、図５では０ｗｔ％（ドープなし）、図６では５ｗｔ％、図７では７．５ｗｔ％、図８では１０ｗｔ％である。
なお、図５〜図８に示す１画素の大きさは、例えば１５０×４０μｍである。また、レーザーを照射した範囲（レーザー描画サイズ）は、１辺が３０μｍの正方形の範囲である。図５〜図８の各図の中央付近に見られる黒く表されている部分が、レーザー照射により形成された高抵抗化領域２２に起因する滅点（ダークスポット）の領域である。また、図５〜図８に示す写真は、レーザー照射後、滅点（ダークスポット）の拡大が落ち着くまで十分な時間が経過した後に観測した写真である。
図５に示すように、電子輸送層３０にＢａがドープされていない場合には、滅点（ダークスポット）の大きさは直径約２００μｍであり、機能層に含まれる酸素原子等が時間の経過とともに３〜４画素程度に拡大していることがわかる。
また、図６に示すように、濃度５ｗｔ％のＢａがドープされている場合には、ダークスポットの大きさは約６０μｍであり、機能層に含まれる酸素原子等が時間の経過とともに機能層の高抵抗化していない領域に拡散するのを抑制することができることがわかる。具体的には、高抵抗化領域２２の拡大が１画素程度に抑制されていることがわかる。
また、図７に示すように、濃度７．５ｗｔ％のＢａがドープされている場合には、ダークスポットの大きさは約５０μｍであり、高抵抗化領域２２の拡大がより小さくなり、大きくとも１画素程度に抑制されていることがわかる。したがって、機能層に含まれる酸素原子が時間の経過とともに機能層の高抵抗化していない領域内に拡散するのが抑制されていることがわかる。
また、図８に示すように、濃度１０ｗｔ％のＢａがドープされている場合には、ダークスポットの大きさは約３０μｍでレーザー描画サイズとほぼ同一であり、高抵抗化領域２２の拡大がより抑制されていることがわかる。
したがって、電子輸送層３０に少なくとも機能層の重量に対して少なくとも濃度５ｗｔ％のＢａがドープされることにより、レーザーリペア後の高抵抗化領域２２の拡大を抑制することができる。
以上、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子によれば、電子輸送層３０に還元性金属をドープすることにより、レーザーの照射により機能層の構成材料が変化して生成した物質（例えば、酸素原子）の拡散を抑制することができる。これにより、レーザー照射による有機ＥＬ素子のダメージの発生する領域の拡大を抑制することができる。
なお、電子輸送層３０にドープされる還元性金属はＢａに限らず、例えば、バリウム、チタン、ナトリウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１つであればよい。また、還元性金属がドープされる層は電子輸送層３０に限らず、例えば、電子注入層、正孔注入層、正孔輸送層、発光層１２等であってもよい。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態が上記した実施の形態１と異なる点は、画素領域の周辺における電子輸送層に、還元性金属の含有濃度が高い領域（高濃度領域）を備える点である。
次に、実施の形態２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、画素領域の周辺における電子輸送層に、還元性金属の含有濃度が高い領域（高濃度領域）を備える点である。
以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子について図面を参照しながら説明する。
図９は、実施の形態２に係る有機ＥＬ素子の上面図であり、図１に示した透明ガラス、封止用樹脂層、薄膜封止層、陰極を透視した図である。また、図１０Ａ及び図１０Ｂは、実施の形態２に係る有機ＥＬ素子の断面概略図であり、図９のＡＡ’線における断面図である。図１０Ａは、レーザーの照射により高抵抗化領域４２が形成される前、図１０Ｂは、レーザーの照射により高抵抗化領域４２が形成された後の断面概略図である。
図９に示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子３００は、画素２の発光領域の周辺に還元性金属の含有濃度が高い高濃度領域４０を備えている。
詳細には、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、有機ＥＬ素子３００は、実施の形態１で示した有機ＥＬ素子１００と同様に、平坦化膜（図示せず）の上に、陽極１１と、発光層１２と、電子輸送層１３と、高濃度領域４０と、高抵抗化領域４２と、隔壁１４と、陰極１６とを備えている。また、有機ＥＬ素子３００は、図示を省略した薄膜封止層と、封止用樹脂層と、透明ガラスとを陰極１６上に備えている。
なお、実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、発光層１２、電子輸送層１３を合わせて機能層と称する。また、正孔輸送層、正孔注入層、電子注入層を有する場合には、これらの層も機能層に含まれる。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（図示せず）、陽極１１、機能層、陰極１６を画素２と称する。
高濃度領域４０は、電子輸送層１３と同様、例えば、Ａｌｑ３に５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の還元性金属が混合された混合材料が、発光層１２上に共蒸着されることにより形成されている。電子輸送層１３には還元性金属がドープされているが、画素２の発光領域の周辺の領域における電子輸送層１３の還元性金属の含有濃度は、画素２の発光領域における還元性金属の含有濃度より高く、これにより、高濃度領域４０が形成されている。還元性金属としては、例えば、バリウム（Ｂａ）が使用される。その他の構成は、実施の形態１に示した有機ＥＬ素子１００と同様であるため説明を省略する。
高濃度領域４０は、図１０Ａに示すように、発光層１２上の画素２の発光領域に電子輸送層１３が形成された後、画素２の発光領域以外の領域に形成される。
詳細には、発光層１２の画素２の発光領域以外をマスクで覆い、マスクで覆われていない領域に所定の濃度のＢａが混合されたＡｌｑ３を共蒸着することにより、電子輸送層１３が形成される。また、発光層１２上の電子輸送層１３が形成された領域をマスクで覆い、マスクで覆われていない画素２の発光領域に、電子輸送層１３にドープされたＢａの濃度より高濃度のＢａが混合されたＡｌｑ３が共蒸着されることにより、所望の形状の高濃度領域４０が形成される。Ｂａの含有濃度は、例えば、５ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。
また、図１０Ｂに示すように、有機ＥＬ素子３００には、陽極１１と陰極１６とが短絡した箇所にレーザーが照射されることで高抵抗化領域４２が形成される。この高抵抗化領域４２は、レーザー照射により発生した酸素原子が時間の経過とともに拡散することにより拡大すると考えられる。しかし、画素２の発光領域以外の領域の発光層１２の上に、電子輸送層１３より還元性金属の含有濃度が高い高濃度領域４０が形成されることにより、画素２の発光領域よりも画素２の周辺の領域において酸素原子が拡散するのを抑制して、高抵抗化領域４２の拡大を１画素程度の領域内に抑制することができる。これにより、レーザー照射による有機ＥＬ素子のダメージの発生する領域の拡大を抑制することができる。
以上、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子によれば、画素２の発光領域の周辺に高濃度領域４０を設けることにより、少なくとも１画素の領域内に、高抵抗化領域４２の拡散を抑制することができる。
（実施の形態２の変形例）
次に、本発明の実施の形態２の変形例について説明する。本変形例が上記した実施の形態２と異なる点は、発光領域の周辺の隔壁の上方の電子輸送層上に、還元性金属の含有濃度が高い高濃度電子輸送層を備える点である。
次に、本発明の実施の形態２の変形例について説明する。本変形例が上記した実施の形態２と異なる点は、発光領域の周辺の隔壁の上方の電子輸送層上に、還元性金属の含有濃度が高い高濃度電子輸送層を備える点である。
以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子について図面を参照しながら説明する。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本変形例に係る有機ＥＬ素子の断面概略図である。図１１Ａは、レーザーの照射により高抵抗化領域４７が形成される前、図１１Ｂは、レーザーの照射により高抵抗化領域４７が形成された後の断面概略図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子４００は、実施の形態２で示した有機ＥＬ素子３００と同様に、平坦化膜（図示せず）の上に、陽極１１と、発光層１２と、電子輸送層１３と、高抵抗化領域４７と、隔壁１４と、陰極１６とを備えている。また、有機ＥＬ素子４００は、画素２の発光領域の周辺の隔壁１４の上方の電子輸送層１３の上に、電子輸送層１３よりもドープされた還元性金属の濃度が高い高濃度電子輸送層４５を備えている。なお、高濃度電子輸送層４５は、本発明の高濃度領域に相当する。
高濃度電子輸送層４５は、電子輸送層１３と同様、例えば、Ａｌｑ３に５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の還元性金属が混合された混合材料が、隔壁１４の上方の電子輸送層１３上に共蒸着されることにより形成されている。電子輸送層１３には還元性金属がドープされているが、隔壁１４の上方に形成された高濃度電子輸送層４５における還元性金属の含有濃度は、画素２の発光領域における電子輸送層１３の還元性金属の含有濃度より高い。還元性金属としては、例えば、バリウム（Ｂａ）が使用される。その他の構成は、実施の形態２に示した有機ＥＬ素子３００と同様であるため説明を省略する。
高濃度電子輸送層４５は、図１１Ａに示すように、発光層１２及び隔壁１４の上に電子輸送層１３が形成された後、画素２の発光領域以外の領域、つまり、隔壁１４の上方の電子輸送層１３上に形成される。
詳細には、発光層１２上に所定の濃度のＢａが混合されたＡｌｑ３を共蒸着することにより、電子輸送層１３が形成される。また、隔壁１４の上方の電子輸送層１３が形成された領域をマスクで覆い、マスクで覆われていない画素２の発光領域に電子輸送層１３にドープされたＢａの濃度より高濃度のＢａが混合されたＡｌｑ３が共蒸着されることにより、所望の形状の高濃度電子輸送層４５が形成される。混合されたＢａの濃度は、例えば、５ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。
また、図１１Ｂに示すように、有機ＥＬ素子４００には、実施の形態２と同様に、陽極１１と陰極１６とが短絡した箇所にレーザーが照射されることで、高抵抗化領域４７が形成される。この高抵抗化領域４７は、レーザー照射により発生した酸素原子が時間の経過とともに拡散することにより拡大すると考えられる。しかし、画素２の発光領域以外の領域、つまり、隔壁１４の上方の電子輸送層１３上に、画素２の発光領域より還元性金属の含有濃度が高い高濃度電子輸送層４５が形成されることにより、画素２の発光領域よりも画素２の周辺の領域において酸素原子が拡散するのを抑制して、高抵抗化領域４７の拡大を１画素程度の領域内に抑制することができる。これにより、レーザー照射による有機ＥＬ素子のダメージの発生する領域の拡大を抑制することができる。
以上、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子によれば、画素２の発光領域の周辺、つまり、隔壁１４の上方の電子輸送層１３上に高濃度電子輸送層４５を設けることにより、少なくとも１画素の領域内に、高抵抗化領域４７の拡散を抑制することができる。
（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。本実施の形態に係る有機ＥＬ素子が上記した実施の形態２と異なる点は、画素の発光領域内部の電子輸送層の上に、還元性金属の含有濃度が高い高濃度電子輸送層をさらに備える点である。
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態に係る有機ＥＬ素子が上記した実施の形態２と異なる点は、画素の発光領域内部の電子輸送層の上に、還元性金属の含有濃度が高い高濃度電子輸送層をさらに備える点である。
以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子について図面を参照しながら説明する。
図１２は、実施の形態３に係る有機ＥＬ素子の上面図であり、図１に示した透明ガラス、封止用樹脂層、薄膜封止層、陰極を透視した図である。また、図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施の形態３に係る有機ＥＬ素子の断面概略図であり、図１２のＢＢ’線における断面図である。図１３Ａは、レーザーの照射により高抵抗化領域５２が形成される前、図１３Ｂは、レーザーの照射により高抵抗化領域５２が形成された後の断面概略図である。
図１２に示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子５００は、画素２の発光領域の周辺に、ドープされた還元性金属の濃度が高い高濃度領域４０を備えている。また、有機ＥＬ素子５００は、画素２の発光領域内に、ドープされた還元性金属の濃度が高い高濃度電子輸送層５０を備えている。
詳細には、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、有機ＥＬ素子５００は、実施の形態２で示した有機ＥＬ素子３００と同様に、平坦化膜（図示せず）の上に、陽極１１と、発光層１２と、電子輸送層１３と、高濃度領域４０と、高抵抗化領域５２と、隔壁１４と、陰極１６とを備えている。また、有機ＥＬ素子５００は、図示を省略した薄膜封止層と、封止用樹脂層と、透明ガラスとを陰極１６上に備えている。
また、有機ＥＬ素子５００は、画素２の発光領域内部の電子輸送層１３の上に、還元性金属の含有濃度が高い高濃度電子輸送層５０をさらに備えている。なお、高濃度領域４０及び高濃度電子輸送層５０は、本発明の高濃度領域に相当する。
高濃度電子輸送層５０は、図１３Ａに示すように、画素２の発光領域に電子輸送層１３が形成され、画素２の発光領域以外の領域に高濃度領域４０が形成された後、画素２の発光領域内部の電子輸送層１３上に形成される。図１２に示すように、高濃度電子輸送層５０は、例えば、画素２の長辺の中央付近において画素２を二分割するように形成される。
詳細には、高濃度電子輸送層５０が形成される画素２の発光領域内の所定の領域以外をマスクで覆い、マスクで覆われていない領域に、電子輸送層１３にドープされたＢａの濃度より高濃度のＢａが混合されたＡｌｑ３が共蒸着されることにより、所望の形状の高濃度電子輸送層５０が形成される。
また、図１３Ｂに示すように、有機ＥＬ素子５００には、陽極１１と陰極１６とが短絡した箇所にレーザーが照射されることで高抵抗化領域４７が形成される。この高抵抗化領域４７は、レーザー照射により発生した酸素原子が時間の経過とともに拡散することにより拡大すると考えられる。しかし、画素２の発光領域内の電子輸送層１３上に、電子輸送層１３より還元性金属の含有濃度が高い高濃度電子輸送層５０が形成されることにより、酸素原子の拡散を高濃度領域４０と高濃度電子輸送層５０との間の領域内に抑制することができる。したがって、高抵抗化領域５２の拡大を１画素よりさらに狭い領域内に抑制することができる。これにより、レーザー照射による有機ＥＬ素子のダメージの発生する領域の拡大を抑制することができる。
なお、上記した有機ＥＬ素子５００は、高濃度領域４０を備える構成としたが、高濃度領域４０に代えて、上記した実施の形態２の変形例に示した高濃度電子輸送層４５を隔壁１４上に備える構成であっても良い。この構成によれば、酸素原子の拡散を高濃度電子輸送層４５と高濃度電子輸送層５０との間の領域内に抑制することができる。したがって、高抵抗化領域２２の拡大を１画素よりさらに狭い領域内に抑制することができる。これにより、レーザー照射による有機ＥＬ素子のダメージの発生する領域の拡大を抑制することができる。
以上、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子によれば、画素２の発光領域内の電子輸送層１３上に高濃度電子輸送層５０を設けることにより、１画素よりさらに狭い領域内に、高抵抗化領域４７の拡散を抑制することができる。
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、高濃度領域、高濃度電子輸送層、リペア領域の形成位置は上記した実施の形態に示した位置に限らず、変更しても良い。
また、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、機能層は、発光層、電子輸送層で構成されるものに限らず、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層をさらに備えるものであっても良い。また、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層は上記した材料に限らず、その他の材料であっても良い。
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、還元性金属は、上記したバリウムに限らず、チタン、ナトリウム及びアルミニウムのうち少なくとも１つであることが好ましく、これらを組み合わせたものであっても良い。また、還元性金属は、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層にドープされる構成であっても良い。
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、照射されるレーザーの種類、波長、出力エネルギーは、上記した範囲に限らず、リペア領域が形成され、かつ、薄膜封止層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、レーザーの照射は、陰極に行うことに限らず、レーザーの焦点位置を調整して陽極に行ってもよい。また、透明ガラス側に限らず、平坦化膜側からレーザーを照射してもよい。
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１４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。
２ 画素
１１ 陽極
１２ 発光層（機能層）
１３、３０ 電子輸送層（機能層）
１６ 陰極
１７ 薄膜封止層
２０ 異物
２２、２２ａ、２２ｂ、４２、４７、５２ 高抵抗化領域
２５ レーザー
４０ 高濃度領域
４５、５０ 高濃度電子輸送層（高濃度領域）
１００、２００、３００、４００、５００ 有機ＥＬ素子
１１ 陽極
１２ 発光層（機能層）
１３、３０ 電子輸送層（機能層）
１６ 陰極
１７ 薄膜封止層
２０ 異物
２２、２２ａ、２２ｂ、４２、４７、５２ 高抵抗化領域
２５ レーザー
４０ 高濃度領域
４５、５０ 高濃度電子輸送層（高濃度領域）
１００、２００、３００、４００、５００ 有機ＥＬ素子
Claims (7)
- 陽極及び陰極と、
前記陽極及び前記陰極間に配置され少なくとも発光層を含む機能層と、
少なくとも前記機能層に含まれ、前記陽極と前記陰極との短絡が解消された高抵抗化領域とを備え、
前記機能層は、前記高抵抗化領域の拡大を抑制するための還元性金属を含み、
前記高抵抗化領域を囲むように、前記機能層に、前記機能層よりも前記還元性金属の含有濃度が高い高濃度領域を備える
有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記機能層は、前記発光層に隣接する電子輸送層を有し、
前記電子輸送層は、前記還元性金属を含む
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記高濃度領域は、前記機能層に隣接して形成されている
請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記発光層を複数の発光領域に分離するための隔壁を備え、
前記高濃度領域は、前記隔壁の上方に形成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記発光層を複数の発光領域に分離するための隔壁を備え、
前記高濃度領域は、前記発光領域内に形成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記還元性金属の濃度は、５ｗｔ％以上である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記還元性金属は、バリウム、チタン、ナトリウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１つである
請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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