JP5963343B2 - 有機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

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などして陽極と陰極とが短絡する場合がある。この場合に、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及び２参照）。

特許文献１では、基板上に形成された第１電極、及び、第１電極と発光層を介して対向するように設けられた第２電極を備えると共に内部に輝点欠陥部を有する有機ＥＬ素子をリペアする工程を含む製造方法が開示されている。具体的には、上記輝点欠陥部にレーザー光を照射し、多光子吸収を生じさせて非発光部を形成することにより、当該輝点欠陥部を有していた画素をリペアする。この製造方法によれば、通常のレーザーリペアと異なる多光子吸収モードを利用することにより、リペア対象の膜の吸収波長とレーザーの発振波長とを特別に合わせる必要がなく、どのような膜においても多光子吸収によってリペアすることができるとしている。また、多光子吸収により特定の層に吸収を持つと、積層膜の中で特定の膜のみをリペアすることになり適切にリペアできない場合が想定されることから、発光層の光吸収波長の半値幅帯域外の発振波長を照射し、狙った層や積層膜全体に対して確実なリペアを行っている。また、レーザーの照射中心と周囲との強度差によるリペアむらを回避するため、レーザー光通過孔を備えたマスクを通して上記輝点欠陥部に照射し、多光子吸収モードの効果をより顕著に引き出している。上記態様によるレーザー照射により、輝点欠陥部及びその近接部における陽極、有機層、カラーフィルタ層等を消滅させて、非発光部を形成することにより、リペア箇所の周辺へのダメージが少ない輝点欠陥部のリペアを行うことができるとしている。

また、特許文献２では、特許文献１と同様の積層構造及び輝点欠陥部を有する有機ＥＬ素子に対して、当該輝点欠陥部に対応する有機層内の所定層にレーザー光を照射し、多光子吸収を生じさせ、欠損部を非発光部とする有機ＥＬディスプレイの製造方法が開示されている。この製造方法によれば、多光子吸収を利用したレーザーリペアを行うことにより、有機層内の所定層に欠損部で構成された非発光部を形成し、かつ、その領域では周辺の層や周辺の領域にダメージを与えない有機ＥＬ素子を作製することが可能であるとしている。

特開２００８−２３５１７７号公報 特開２００８−２３５１７８号公報

特許文献１に記載された有機ＥＬ素子の製造方法では、少なくとも輝点欠陥部を構成するダストやパーティクルに焦点を合わせてレーザーを照射し、併せて当該輝点欠陥部に近接する陽極、有機層、カラーフィルタ層等を消滅または変性させて、非発光部を形成している。しかしながら、当該非発光部で光吸収しないレーザー成分が非発光部近辺で吸収されて熱ダメージを与えてしまい、非発光部が近辺まで拡大して不点灯エリアが拡大し、リペア品質が劣化してしまうという危惧がある。

また、特許文献２に記載された有機ＥＬ素子の製造方法では、陽極を含む有機層の所定層にレーザーを照射することにより、当該所定層を変性または消滅させ、非発光部を形成している。しかしながら、上記所定層を多光子吸収により加工するエネルギーに満たない強度成分は、当該所定層を透過して他の有機層でエネルギー吸収を起こさせる。これにより、他の有機層において熱ダメージを与えてしまい、非発光部が隣接層まで拡大して不点灯エリアが拡大し、リペア品質が劣化してしまうという危惧がある。

本発明は、上記課題に鑑み、有機材料からなる有機層に対してレーザーダメージを与えないで電極間短絡部分を解消する有機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、下部電極層、発光層を含む有機層、上部電極層の順に積層され、前記下部電極層及び前記上部電極層のうち少なくとも一方が透明材料からなり、欠陥部を有する有機ＥＬ素子を準備する準備ステップと、強度分布を有するレーザー光のうち、前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層を透過して前記有機層を変性させ、かつ、前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層を変性させない強度成分を特定する特定ステップと、前記特定ステップで特定された前記強度成分が除去されたレーザー光を、前記欠陥部及び前記欠陥部の周囲のうち少なくとも一方に照射して、前記欠陥部に起因する不良を解消する照射ステップとを含むことを特徴とするものである。

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によれば、強度分布を有するレーザー光のうち、有機層を変性させない強度成分のみを、欠陥部の電極層領域または同一層内の当該領域周囲に照射する。よって、上記電極層を加工するエネルギーに満たない強度成分により電極層に隣接する有機層に対して熱ダメージを軽減できるので、滅点化した不点灯エリアを最小限に抑制でき、リペア前の表示品質を維持することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面概略図である。 高抵抗化された陰極の形状を表す有機ＥＬ素子の上面図である。 本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の第１の工程で準備される有機ＥＬ素子の断面概略図である。 本発明の実施の形態に係るステップＳ２０を説明するための動作フローチャートである。 本発明の実施の形態に係るステップＳ３０を説明するための動作フローチャートである。 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。 実施の形態に係る有機ＥＬ素子表面におけるレーザー光の強度分布を表すグラフである。 レーザー照射中における有機ＥＬ素子の断面概略図である。 ステップＳ３０で特定されたレーザーを有機ＥＬ素子に照射した後のＢＦ−ＳＴＥＭによる積層膜断面図である。 スリットを通過させない場合の有機ＥＬ素子表面におけるレーザー光のビームプロファイル及び当該レーザー光を照射した場合の画素発光状態を表す図である。 スリットを通過させた場合の有機ＥＬ素子表面におけるレーザー光のビームプロファイル及び当該レーザー光を照射した場合の画素発光状態を表す図である。 レーザー描画時及び回復点灯確認時における画素の発光状態を表す図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係る有機ＥＬ素子の断面概略図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係る有機ＥＬ素子の断面概略図である。 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、下部電極層、発光層を含む有機層、上部電極層の順に積層され、前記下部電極層及び前記上部電極層のうち少なくとも一方が透明材料からなり、欠陥部を有する有機ＥＬ素子を準備する準備ステップと、強度分布を有するレーザー光のうち、前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層を透過して前記有機層を変性させ、かつ、前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層を変性させない強度成分を特定する特定ステップと、前記特定ステップで特定された前記強度成分が除去されたレーザー光を、前記欠陥部及び前記欠陥部の周囲のうち少なくとも一方に照射して、前記欠陥部に起因する不良を解消する照射ステップとを含むことを特徴とするものである。

本態様によれば、強度分布を有するレーザー光のうち、電子注入層及び発光層などの有機層を変性させない強度成分のみを、短絡欠陥部の陰極領域または陽極領域、もしくは当該短絡欠陥部の周囲に照射する。よって、上記陰極または陽極を変性させるエネルギーに満たない強度成分が当該陰極または陽極を透過して発光主体である上記有機層に熱ダメージを与えてしまうことを抑制できるので、リペアにより滅点化すべき領域を最小限に抑制でき、リペア精度を高め、製造歩留まりが向上する。さらに、リペア前の表示品質を維持することが可能となる。

また、本発明の一態様は、前記照射ステップでは、前記強度分布を有するレーザー光を、レーザー光を発する光源と前記有機ＥＬ素子との間に配置された、前記光源からのレーザー光のビーム径よりも小さなスリット幅を有するスリットを通過させることにより得られた前記強度成分が除去されたレーザー光を照射することが好ましい。

本態様によれば、レーザー光のビーム中心からの距離が大きい低強度成分を、簡便な構成で除去することが可能となる。

また、本発明の一態様は、前記特定ステップでは、ガウス分布状の前記強度分布を有するレーザー光のうち、前記強度成分を特定することが好ましい。

本態様によれば、レーザー光のビーム中心からの距離とビームエネルギーとの関係を表すビームプロファイルがガウス分布状となっているので、ビーム中心からの距離が大きい部分の強度成分を除去することにより、所定の強度成分以上のレーザー光を生成することが可能となる。

また、本発明の一態様は、前記照射ステップでは、前記レーザー光を、前記欠陥部のうちの前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層の領域及び当該領域の同一層内における周囲のうち少なくとも一方に照射することが好ましい。

本態様によれば、強度分布を有するレーザー光のうち、電子注入層及び発光層などの有機層を変性させない強度成分のみを、短絡欠陥部の陰極領域または陽極領域、もしくは当該領域の同一層内における周囲に照射する。よって、上記陰極または陽極を変性させるエネルギーに満たない強度成分が当該陰極または陽極を透過して発光主体である上記有機層に熱ダメージを与えてしまうことを抑制できるので、リペアにより滅点化すべき領域を最小限に抑制でき、リペア精度を高め、製造歩留まりが向上する。さらに、リペア前の表示品質を維持することが可能となる。

また、本発明の一態様は、前記レーザー光は、超短パルスレーザーであることが好ましい。

本態様によると、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。

また、本発明の一態様は、前記透明材料は、金属酸化物であってもよい。

これにより、電極の構成材料は、透明な金属酸化物であるので、超短パルスレーザーの照射により、より確実に高抵抗化することができる。

また、本発明の一態様は、前記照射ステップでは、前記強度成分が除去されたレーザー光が、前記欠陥部のうちの前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層の領域及び当該領域の同一層内における周囲のうち少なくとも一方に多光子吸収されることにより、当該少なくとも一方が高抵抗化される。

これにより、多光子吸収により上記陰極または陽極を高抵抗化させるエネルギーに満たない強度成分が当該陰極または陽極を透過して上記有機層に熱ダメージを与えてしまうことを抑制できるので、リペアにより滅点化すべき領域を最小限に抑制でき、リペア精度を高めることができる。

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。

＜素子構造＞
図１は、本発明の実施の形態に係る有機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、及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（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。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及び陰極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及び電子が発光層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及び電子注入層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。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、緑及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及び透明ガラス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の周辺である陰極の一部１６ａを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工程については、後に説明する。

図２は、高抵抗化された陰極の形状を表す有機ＥＬ素子の上面図である。同図に示すように、本実施の形態では、異物２０の周囲の所定領域の陰極１６にレーザー焦点が合わされ、レーザーが照射される。例えば、異物２０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高効率に照射され、高抵抗化された陰極の一部１６ａが形成される。

＜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。

図３は、本発明に係る有機ＥＬ素子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素子と当該有機ＥＬ素子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素子を積層形成する工程であり、準備ステップに相当する。

次に、ステップＳ１０で形成された複数の画素が有する有機ＥＬパネルにおいて、画素ごとに有する有機ＥＬ素子の短絡状態を検査し、当該短絡状態にある短絡欠陥部を特定する（Ｓ２０）。

最後に、ステップＳ２０で検出された短絡欠陥部をレーザー照射によりリペアする（Ｓ３０）。ステップＳ３０における工程は、本発明の特徴的な工程である。

以上の工程により、高歩留まりで高品質な有機ＥＬ素子を有する有機ＥＬパネルが完成する。

以下、上述した３工程について、詳細に説明する。

まず、有機ＥＬ素子を準備する工程（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素子の断面概略図である。同図には、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（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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、本発明における保護層に相当する。

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。

次に、有機ＥＬ素子の短絡欠陥部を特定する工程（Ｓ２０）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により陽極１１と陰極１６とが短絡されるので、この画素２では有機ＥＬ素子は発光せず、滅点画素となる。

図５は、本発明の実施の形態に係るステップＳ２０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Ｓ１０で形成した有機ＥＬパネルの点灯検査を行う（Ｓ２１）。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、いわゆる滅点画素を検出する（Ｓ２２）。

次に、検出された滅点画素を拡大観測する（Ｓ２３）。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（Ｓ２４）。

次に、ステップＳ２２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（Ｓ２５）。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、短絡欠陥部を有する有機ＥＬ素子では、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、発光画素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、閾値強度で各撮像点の発光強度を２値化して、リーク発光点の当否を判断する。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、欠陥画素の検出精度が向上する。

次に、ステップＳ２４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Ｓ２５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欠陥部の位置を確定させる（Ｓ２６）。

なお、上述のステップＳ２６における短絡欠陥部位置の確定プロセスでは、順バイアス電圧印加において特定された異物と、逆バイアス電圧印加において特定されたリーク発光点との一致度をもって短絡欠陥部位置を確定させているが、順バイアス電圧印加における異物特定または逆バイアス電圧印加におけるリーク発光点特定をもって短絡欠陥部位置を確定させてもよい。

また、短絡欠陥部を有する画素の検出は、上述した方法に限らず、例えば、有機ＥＬ素子の陽極１１及び陰極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、本発明の要部である、有機ＥＬ素子の短絡欠陥部をレーザー照射によりリペアする工程（Ｓ３０）について説明する。

本工程では、レーザー照射波長と同一の波長を有する反射光をモニタするのではなく、有機ＥＬ素子を構成する多層膜のうちのある特定層からの放射光をモニタすることにより、当該特定層にレーザー焦点を合わせるものである。上記放射光は、上記特定層での多光子吸収により発生するものであり、当該特定層に固有の波長域を有するものとなり得る。よって、特定層に高効率にレーザーを照射する場合には、当該特定層に対応した放射光をモニタしながら、レーザー源と当該特定膜との距離を調整することで、当該特定層にレーザー焦点を合わせることが可能となる。

なお、上述した多光子吸収過程を経て放射された放射光は、各層を構成する材料のバンドギャップ等に基づき、各層と対応づけられるものであるが、当該放射光はこれに限られない。多光子吸収過程を経たものと判断されない放射光であっても、照射するレーザー光波長よりも短波長の光であって、各層と対応づけることが可能である放射光であればよい。

図６は、本発明の実施の形態に係るステップＳ３０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、スリット１０２と、ステージ１０３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１０３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５３２ｎｍ〜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。

ステージ１０３は、高さ方向Ｚ、ならびに平面方向Ｘ及びＹに可動であり、レーザーリペアする対象物を固定する機能を有する。

以下、図６のフローチャートに従って、リペア工程（Ｓ３０）を詳細に説明する。

まず、異物２０による陰極１６の短絡領域周辺部にレーザーを照射して当該周辺部を高抵抗化するにあたり、強度分布を有するレーザー光のうち、陰極１６を透過して電子注入層１５及び発光層１３を変性させ、かつ、陰極１６を変性させない強度成分を特定する（Ｓ３１）。ステップＳ３１は、特定ステップに相当する。

図８は、実施の形態に係る有機ＥＬ素子表面におけるレーザー光の強度分布を表すグラフである。同図には、被照射物である有機ＥＬ素子１Ａの表面における照射レーザー光の強度分布が表されている。横軸は、ビーム中心からの距離を表し、縦軸は、規格化されたレーザー光のビームエネルギーを表す。レーザー発振器１０１から出力されるレーザー光の強度分布において、陰極１６において多光子吸収過程により吸収される強度は、所定の強度以上であることが必要である。よって、ビーム中心からの距離が大きい所定の強度以下の強度成分（図８における斜線領域）を有機ＥＬ素子１Ａに照射すると、当該成分は陰極１６を透過して電子注入層１５及び発光層１３を変性させてしまう。つまり、本ステップでは、上記強度成分（図８における斜線領域）を特定している。

例えば、レーザー発振器１０１から出力されるレーザー光のビーム径を４ｍｍ、対物レンズ１０４を２０倍とした場合、スリット１０２を設けない場合には、有機ＥＬ素子１Ａの表面では、ビーム集光径は５μｍとなる。これには、電子注入層１５及び発光層１３を変性させ、かつ、陰極１６を変性させない強度成分（図８における斜線領域）が含まれている。

これに対して、レーザー発振器１０１と対物レンズ１０４との間に、例えば、ビーム集光径よりも小さなスリット幅を有するスリット１０２を設けることにより、最大強度の５０％以下の強度成分（図８における斜線領域）が排除された、ビーム集光径が３μｍとなるレーザー光を特定する。つまり、レーザー発振器１０１から出射されたガウシアン分布となる強度分布のうち、陰極１６を高抵抗化するための強度分布だけをスリット１０２によって透過させ、吸収しない成分は遮断させる条件を決定する。

なお、有機ＥＬ素子に照射するレーザー光のうち、陰極１６を透過して電子注入層１５及び発光層１３を変性させ、かつ、陰極１６を変性させない強度成分を排除する方法としては、上述したスリット１０２を通過させる方法に限定されない。例えば、レーザー発振器１０１からの出力を、ダウンコリメート法によりビーム中心からの距離を相対圧縮することにより、上記強度成分を抑制することが可能である。また、非球面レンズを用いることにより、上記強度成分を抑制することも可能である。

ここで、陰極１６へのレーザー光照射により生じる多光子吸収過程について説明する。陰極１６から放出される放射光の分光スペクトルにおいて観測されるピーク波長は、いずれもレーザー入射波長よりも短波長側に位置する。これは、陰極１６が、入射したレーザーにより多光子吸収して励起されることにより、入射レーザーより短波長の光を放射するものと推察される。ちなみに、各積層膜のバンドギャップの差異により、照射対象の積層膜からの放射光の波長は異なる。これより、各積層膜に固有の波長を有する放射光をモニタすることにより、多光子吸収による励起を、加工対象の積層膜に生じさせることが可能となる。

再び、図６に戻って、レーザーリペア工程の説明をする。

次に、レーザー照射位置及び描画ラインの設定を行う（Ｓ３２）。具体的には、図２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にレーザーを照射するように、異物２０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を照射するよう、平面方向の描画ラインの設定を行う。

次に、ステップＳ３２で設定した平面方向の描画ラインに従い、ステップＳ３１で特定された強度成分が除去されたレーザー光を、異物２０と接触している陰極１６の短絡部分の周囲に照射して、異物２０に起因する短絡不良を解消する（Ｓ３３）。ステップＳ３３は、照射ステップに相当する。

図９は、レーザー照射中における有機ＥＬ素子の断面概略図である。同図に示すように、異物２０が存在する短絡欠陥部を囲むように、当該欠陥部の周囲に、上記特定されたレーザー１２５を照射する。つまり、特定されたレーザー光を、短絡欠陥部のうちの陰極１６の領域の同一層内における周囲に照射する。これにより、異物２０と電気的に短絡している陰極領域、つまり、陰極の一部１６ａで囲まれた陰極領域は、他の陰極領域と絶縁され、異物２０を介して陽極１１と短絡接続される。これにより、陽極１１と陰極１６との間に流れる電流パスは、陰極の一部１６ａで囲まれた陰極領域には発生しないが、当該陰極領域以外の陰極領域には正常に発生する。

図１０は、ステップＳ３０で特定されたレーザー光を有機ＥＬ素子に照射した後のＢＦ−ＳＴＥＭ（Ｂｒｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による積層膜断面図である。同図は、破線で挟まれた陰極１６の領域（陰極加工幅約３μｍ）に対して、陰極１６を変性させ電子注入層１５及び発光層１３を変性させない強度成分のレーザー光が照射された後の積層断面の状態を表している。上記強度成分が陰極１６に照射されることにより、陰極加工幅内では、陰極１６が高抵抗化されている。図１０において、陰極１６の黒色部が高抵抗化部であり白色部が空隙部である。これに対し、発光層１３は、ダメージを受けておらず変性していない（電子注入層１５には、陰極１６の高抵抗化部が一部浸入している）ため、陰極加工幅以外における各積層膜は全く変性していないことが解る。

図１１Ａは、スリットを通過させない場合の有機ＥＬ素子表面におけるレーザー光のビームプロファイル及び当該レーザー光を照射した場合の画素発光状態を表す図である。一方、図１１Ｂは、スリットを通過させた場合の有機ＥＬ素子表面におけるレーザー光のビームプロファイル及び当該レーザー光を照射した場合の画素発光状態を表す図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、上記ステップＳ３１で特定されたレーザー光を有機ＥＬ素子の表面に照射した場合の効果を説明するための対比実験の結果を示している。図１１Ａでは、スリット１０２を通過させないレーザーのビームプロファイル（図上部）と、当該レーザーを画素中央部に直線状に照射した場合の画素発光状態（図下部）とを表している。また、図１１Ｂでは、スリット１０２を通過させたレーザーのビームプロファイル（図上部）と、当該レーザーを画素中央部に直線状に照射した場合の画素発光状態（図下部）とを表している。

図１１Ａにおいて、スリット１０２を通過させないレーザーのビームプロファイルは、ガウシアン分布となっており、ビーム外周部の境界部において低強度成分が分布している。また、画素発光状態では、レーザー照射箇所だけでなく、当該レーザー照射箇所の周辺部にも非発光である領域が拡散している。これは、ビーム中心からの距離が大きく陰極１６において多光子吸収を起こさない上記低強度成分が電子注入層１５及び発光層１３に照射されることにより、上記照射箇所の周辺部においても電子注入層１５及び発光層１３が熱ダメージを受けてしまったことに起因するものである。

一方、図１１Ｂにおいて、スリット１０２を通過させたレーザーのビームプロファイルは、ガウシアン分布が変形したプロファイルとなっており、ビーム外周部の境界部において低強度成分が抑制されている。また、画素発光状態では、レーザー照射箇所のみ発光輝度が低下するだけであり、当該レーザー照射箇所の周辺部は、発光状態においてレーザー照射の影響を受けない。これは、陰極１６のレーザー照射された部分のみが高抵抗化されただけであり、当該部分の上下に隣接する層、及び、当該部分の面内周辺部は変性していないことに起因するものである。

再び、図６に戻って、レーザーリペア工程の説明をする。

最後に、上述したレーザーリペアにより、短絡欠陥部を有している画素が回復したかを、点灯確認する（Ｓ３４）。

図１２は、レーザー描画時及び回復点灯確認時における画素の発光状態を表す図である。ステップＳ３３におけるレーザー描画の間では、短絡欠陥部を有する画素は、描画ラインが繋がらない限り順バイアス電圧を印加しても発光しない。一方、描画ラインが完了した後の回復点灯確認時には、順バイアス電圧の印加により、描画ライン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、有機ＥＬパネルの画質が向上する。

従来では、輝点欠陥部を構成するダストやパーティクルに焦点を合わせて多光子吸収を利用したレーザー照射を行い、併せて当該輝点欠陥部に近接する陽極、有機層、カラーフィルタ層等を消滅または変性させて、非発光部を形成していた。また、陽極を含む有機層の所定層にレーザーを照射することにより、当該所定層を変性または消滅させ、非発光部を形成していた。しかしながら、図１１Ａに記載された実験結果にも示されているように、上記非発光部または上記有機層で光吸収しないレーザー成分が非発光部近辺で吸収されて熱ダメージを与えてしまい、非発光部が近辺まで拡大して不点灯エリアが拡大し、リペア品質が劣化してしまうという危惧がある。

これに対し、以上説明した有機ＥＬ素子の製造方法によれば、強度分布を有するレーザー光のうち、電子注入層及び発光層などの有機層を変性させない強度成分のみを、短絡欠陥部の陰極領域または陽極領域、もしくは同一層内の当該領域周囲に照射する。言い換えると、レーザーのガウシアン分布において陰極または陽極の高抵抗化に必要なエネルギー範囲以外のエネルギー成分を光学的にカットすることにより、有機層へのレーザー吸収を抑制する。よって、多光子吸収により上記陰極または陽極を高抵抗化させるエネルギーに満たない強度成分が当該陰極または陽極を透過して発光主体である有機層に熱ダメージを与えてしまうことを抑制できるので、リペアにより滅点化すべき不点灯エリアを最小限に抑制でき、リペア精度を高めることができる。さらに、リペア前の表示品質を維持することが可能となる。

＜第１の変形例＞
図１３は、本発明の実施の形態の第１の変形例に係る有機ＥＬ素子の断面概略図である。本変形例に係る有機ＥＬ素子５０は、上述した実施の形態に係る有機ＥＬ素子１と比較して、レーザー照射する領域のみが異なり、素子の積層構造及び異物の発生状態は同じである。以下、上記実施の形態と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。上記実施の形態では、陰極１６を透過して電子注入層１５及び発光層１３を変性させ、かつ、陰極１６を変性させない強度成分が除去されたレーザー光を、異物２０を囲むように正方形の角周状に照射したが、本変形例では、異物２０を含む方形領域全体にレーザーが照射される。

なお、本変形例においても、レーザー照射して上記方形領域を高抵抗化する前に、図６に示すステップＳ３１及びＳ３２を実行する。これにより、レーザー照射によるダメージの発生を抑制しつつ、陽極と陰極との短絡を確実に解消することができる。

本変形例におけるレーザー照射によっても、異物２０を含む陰極領域は高抵抗化され、他の陰極領域と絶縁される。これにより、陽極１１と陰極１６との間に流れる電流パスは、異物２０を含む陰極領域には発生しないが、当該陰極領域以外の陰極領域には正常に発生する。

＜第２の変形例＞
次に、本発明の実施の形態の第２の変形例について説明する。本変形例に係る有機ＥＬ素子６０が上記した実施の形態に係る有機ＥＬ素子１と異なる点は、画素５２において、陽極と陰極とが導電性異物を介さずに直接接触して短絡しており、当該短絡した部分のリペアを行う点である。

図１４は、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る有機ＥＬ素子の断面概略図である。同図に示した有機ＥＬ素子６０の積層構造は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。図１４では、陽極１１と陰極１６とが、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３０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、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１１と陰極１６との短絡を解消した構成となっている。上記実施の形態では、陰極１６を透過して電子注入層１５及び発光層１３を変性させ、かつ、陰極１６を変性させない強度成分が除去されたレーザー光を、異物２０を囲むように正方形の角周状に照射したが、本変形例では、上記ピンホール部を含む方形領域全体にレーザーが照射される。

なお、本変形例においても、レーザー照射して上記方形領域を高抵抗化する前に、図６に示すステップＳ３１及びＳ３２を実行する。これにより、レーザー照射によるダメージの発生を抑制しつつ、陽極と陰極との短絡を確実に解消することができる。

本変形例におけるレーザー照射によっても、上記ピンホール部を含む陰極領域は、陽極１１と絶縁される。これにより、陽極１１と陰極１６との間に流れる電流パスは、上記ピンホール部を含む陰極領域には発生しないが、当該陰極領域以外の陰極領域には正常に発生する。

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種々の改良、変形を行ってもよい。

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、緑及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。本発明は、例えば、図１５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素子の製造方法は、特に、大画面及び高解像度が要望される薄型テレビ及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、５０、６０ 有機ＥＬ素子
２、５２ 画素
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、１１６ａ 陰極の一部
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
１０２ スリット
１０３ ステージ
１２５ レーザー

Claims (7)

1. 下部電極層、発光層を含む有機層、上部電極層の順に積層され、前記下部電極層及び前記上部電極層のうち少なくとも一方が透明材料からなり、欠陥部を有する有機ＥＬ素子を準備する準備ステップと、
   強度分布を有するレーザー光のうち、前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層を透過して前記有機層を変性させ、かつ、前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層を変性させない強度成分を、ビーム中心からの距離とビームエネルギーとの関係を示すレーザー光の強度分布グラフを用いて、前記ビーム中心から離れた位置に分布する所定の強度以下の強度と特定する特定ステップと、
   前記特定ステップで特定された前記強度成分が除去されたレーザー光を、前記欠陥部の周囲に照射して、前記欠陥部に起因する不良を解消する照射ステップとを含み、
   前記照射ステップでは、
   前記強度成分が除去されたレーザー光が、前記欠陥部のうちの前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層の領域の同一層内における周囲に照射して当該周囲を高抵抗化する
   有機ＥＬ素子の製造方法。
2. 前記照射ステップでは、
   前記強度分布を有するレーザー光を、レーザー光を発する光源と前記有機ＥＬ素子との間に配置された、前記光源からのレーザー光のビーム径よりも小さなスリット幅を有するスリットを通過させることにより得られた前記強度成分が除去されたレーザー光を照射する
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
3. 前記特定ステップでは、
   ガウス分布状の前記強度分布を有するレーザー光のうち、前記強度成分を特定する
   請求項２に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
4. 前記照射ステップでは、前記レーザー光を、前記欠陥部のうちの前記透明材料からなる前記下部電極層または前記上部電極層の領域の同一層内における周囲に照射する
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
5. 前記レーザー光は、超短パルスレーザーである
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
6. 前記透明材料は、金属酸化物である
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
7. 前記照射ステップでは、
   前記強度成分が除去されたレーザー光が、前記周囲に多光子吸収されることにより、当該周囲が高抵抗化される
   請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。