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JP6388291B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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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、当該短絡が素子の動作に影響しないようにリペア（解消）する方式がある（例えば、特許文献１〜４参照）。
特許文献１〜４に開示された技術では、短絡した部分またはその周囲にレーザーを照射することで、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
一方、近年、強キャビティ化を実現するための構成を有する有機ＥＬ素子の製造も行われている。このような構成を有する有機ＥＬ素子についても、上述のように製造工程において陽極と陰極とが短絡することがあるため、有機ＥＬ素子に生じた短絡を解消する必要がある。
そこで、上述の課題に鑑み、本発明は、強キャビティ化を実現するための構成を有する有機ＥＬ素子について、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ＥＬ素子の製造方法を提供することを目的とする。
上述の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および上部電極を備え、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層および前記透明導電性材料層より屈折率の高い金属層で構成され、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（ＥＬ）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層および前記金属層にフェムト秒レーザーを照射し、前記透明導電性材料層および前記金属層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。
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、強キャビティ化を実現するための構成を有する有機ＥＬ素子について、上部電極と下部電極との短絡を確実に解消することができる。
図１は、短絡された有機ＥＬ素子の断面概略図である。 図２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３Ａ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３Ｂ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４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５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６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７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、実施の形態２における有機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１０は、実施の形態３における有機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、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１２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および上部電極を備え、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層および前記透明導電性材料層より屈折率の高い金属層で構成され、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（ＥＬ）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層および前記金属層にフェムト秒レーザーを照射し、前記透明導電性材料層および前記金属層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。
本態様によると、金属層において、有機ＥＬ素子から出射される光が集光するように屈折されるので、有機ＥＬ素子の強キャビティ化を実現することができる。また、ＩＴＯ層と金属層とにレーザー光を照射して高抵抗化することにより、下部電極と上部電極との短絡を確実に解消することができる。
また、前記金属層は、銀で構成されていてもよい。
本態様によると、短絡が解消された、強キャビティの構成を有する有機ＥＬ素子を製造することができる。
また、前記金属層は、マグネシウムで構成されていてもよい。
本態様によると、短絡が解消された、強キャビティの構成を有する有機ＥＬ素子を製造することができる。
また、前記透明導電性材料層は、透明金属酸化物で構成されていてもよい。
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てもよい。
本態様によると、導電性の異物により下部電極と上部電極とが短絡している場合、つまり、導電性の異物により下部電極と上部電極とが直接接触している場合、および、導電性の異物と下部電極、導電性の異物と上部電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であっても、下部電極と上部電極と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層および前記金属層に前記フェムト秒レーザーを照射してもよい。
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、異物の位置を検出して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くてもよい。
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下部電極と上部電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下部電極と上部電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ＥＬ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、透明導電性材料層および前記透明導電性材料層より屈折率の高い金属層で構成され、前記透明導電性材料層および前記金属層の一部分は、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。
本態様によると、金属層において、有機ＥＬ素子から出射される光が集光するように屈折されるので、有機ＥＬ素子の強キャビティ化を実現することができる。また、ＩＴＯ層と金属層とにレーザー光を照射して高抵抗化することにより、下部電極と上部電極との短絡を確実に解消することができる。
また、前記金属層は、銀で構成されていてもよい。
本態様によると、短絡が解消された、強キャビティの構成を有する有機ＥＬ素子を提供することができる。
また、前記金属層は、マグネシウムで構成されていてもよい。
本態様によると、短絡が解消された、強キャビティの構成を有する有機ＥＬ素子を提供することができる。
また、前記透明導電性材料層および前記金属層の一部分の近傍には、導電性の異物が存在してもよい。
本態様によると、下部電極と上部電極との間に導電性の異物が存在する有機ＥＬ素子であっても、下部電極と上部電極との短絡が解消されているので、有機ＥＬ素子として使用することができる。
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。
また、以下で説明する実施の形態は、本発明の好ましい一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、接続形態、ステップおよびステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より望ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
（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、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。同図に示した有機ＥＬ素子１ａ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１ａは、基板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１８と、透明ガラス１９とを備えている。
ここで、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。
基板９は、例えば、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む基板である。
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（銀−パラジウム−銅合金）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１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。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。
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。発光層１３の厚みは、一例として２０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。
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る。陰極１６は、図１に示すように、例えば、透明金属酸化物であるＩＴＯ層１６ａと金属層１６ｂとが積層された構造となっている。なお、ＩＴＯ層１６ａは、Ｍｇ、Ａｇ等の材料により透明電極として形成されてもよい。金属層１６ｂは、ＩＴＯ層１６ａよりも屈折率の高い材料で形成されている。これにより、金属層１６ｂにおいて、有機ＥＬ素子から出射される光が集光するように屈折されるので、有機ＥＬ素子の強キャビティ化を実現することができる。金属層１６ｂは、例えば銀（Ａｇ）、銀合金ＡＰＣ、マグネシウム（Ｍｇ）等の材料により形成されてもよい。
また、ＩＴＯ層１６ａの厚みは、一例として３０ｎｍ以上９０ｎｍ以下、金属層１６ｂの厚みは、一例として１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
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、上述した発光層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１８は、アクリルまたはエポキシ系の樹脂であり、上述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１９とを接合する機能を有する。
透明ガラス１９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。
上述した陽極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、本実施の形態に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１ａ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。
電子輸送層とは、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１ａ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１９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、本開示において、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、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。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、封止用樹脂層１８および透明ガラス１９を、画素２と称する。
さらに、図１に示した有機ＥＬ素子１ａ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。この短絡を解消するために、後に詳述するように、異物２０が混入している位置の上方の陰極１６の一部１６ｃを構成するＩＴＯ層１６ａおよび金属層１６ｂの組織構造を、レーザー１２５を照射することにより変化させ高抵抗化させる。これにより、異物２０により短絡された陽極１１と陰極１６との間の短絡が解消（リペア）される。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１ａの製造方法について説明する。
はじめに、図１に示した有機ＥＬ素子１ａの形成工程について説明する。まず、ＴＦＴを含む基板９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、電子注入層１５の上にＩＴＯ層１６ａ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７５ｎｍ積層される。このとき、ＩＴＯ層１６ａは、アモルファス状態になっている。
次に、ＩＴＯ層１６ａの上に、金属層１６ｂが形成される。具体的には、ＩＴＯ層１６ａの上に、スパッタリング法により、金属層１６ｂを構成する金属、例えばＡｇが２０ｎｍ積層される。金属層１６ｂの厚さが厚いほど、有機ＥＬ素子からの光は金属層１６ｂを透過しにくくなるため、有機ＥＬパネルの表示は暗くなる。また、金属層１６ｂを設けることにより、有機ＥＬパネルの視野角は狭くなる。すなわち、有機ＥＬ表示装置について、より強キャビティ化を図ることができる。
上述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１ａ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、金属層１６ｂの上に、薄膜封止層１７が形成される。具体的には、例えば、プラズマＣＶＤ法により金属層１６ｂの上に、窒化珪素が５００ｎｍ積層される。薄膜封止層１７は、金属層１６ｂ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い。例えば、薄膜封止層１７を構成する材料としては、上述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１８が塗布される。その後、塗布された封止用樹脂層１８上に透明ガラス１９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１９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１８上に透明ガラス１９が配置される。
最後に、透明ガラス１９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１８が硬化され、透明ガラス１９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、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、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。
ここで、図１に示したように、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とが短絡されることがある。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１ａは発光せず、滅点画素となる。
次に、上述した異物２０により陽極１１と陰極１６とが短絡した有機ＥＬ素子１ａ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２に、有機ＥＬ素子１ａ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１９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１ａ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のＩＴＯ層１６ａおよび金属層１６ｂに、透明ガラス１９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の一部の組織構造を変化させ、高抵抗化させることにより、陽極１１と陰極１６との短絡が解消される。
なお、ステップＳ１０は、本発明における第１の工程、ステップＳ１２は、本発明における第２の工程に相当する。
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し、正常画素の発光輝度に比べて低輝度で発光する画素を、輝度測定装置また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３Ａおよび図３Ｂ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素子の上面図であり、図３Ａはレーザー１２５を照射する前の有機ＥＬ素子１ａ、図３Ｂはレーザー１２５を照射した後の有機ＥＬ素子１ｂの上面図を示している。図３Ａおよび図３Ｂ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４および図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り、図４はレーザー１２５を照射する前の有機ＥＬ素子１ａ、図５はレーザー１２５を照射した後の有機ＥＬ素子１ｂの断面概略図を示している。
異物２０の検出後、図３Ａおよび図４に示すように、異物２０により陽極１１と陰極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。
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１μＪ以上３０μＪ以下で、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、９００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。
レーザー１２５の焦点は、陰極１６に合わせて設定される。なお、レーザー１２５の焦点は、陰極１６のみに限らず、陰極１６と有機層３０に照射されてもよいし、陰極１６のうちのＩＴＯ層１６ａまたは金属層１６ｂの一方のみに照射されてもよい。
レーザー１２５が照射された後の有機ＥＬ素子１ｂの領域２２では、図３Ｂおよび図５に示すように、アモルファス状態であったＩＴＯ層１６ａが粒状の組織構造に変化される。また、金属層１６ｂからＩＴＯ層１６ａに、金属層１６ｂを構成する金属の原子が拡散する。したがって、レーザー１２５が照射された後の有機ＥＬ素子１ｂの領域２２は、ＩＴＯ層１６ａの粒状の組織構造と金属層１６ｂを構成する金属の原子とが混在した状態となる。
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、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。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１６ｃでは、ＩＴＯ層１６ａの粒状の組織構造と金属層１６ｂを構成する金属の原子が混在し、各々の粒子の間に空隙が生じる。この空隙により、粒状の組織構造を有する陰極の一部１６ｃ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である。これに対し、粒状の組織構造を有する陰極の一部１６ｄの抵抗値は、一例として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。
なお、レーザー１２５が、陰極１６のみに限らず、陰極１６と有機層３０に照射された場合には、レーザー１２５が照射された後の有機ＥＬ素子１ｂの領域２２は、ＩＴＯ層１６ａの粒状の組織構造と金属層１６ｂを構成する金属の原子に加えて有機層３０を構成する有機材料も混在した状態となる。
レーザーのパワーは、例えば、発振周波数が２ｋＨｚのレーザーの場合、最大値１３μＷ、最小値４μＷとしてもよい。レーザーのパワーの最大値は、陰極１６の下方に配置された有機層３０が損傷を受けないための上限値である。レーザーのパワーの最小値は、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下限値である。
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、レーザーパワーの最大値と最小値との差（パワーマージン）は、レーザーのパルス幅が４００ｆｓ以上８００ｆｓ以下の範囲で大きくなる。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１ａ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、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。
以上、本実施の形態にかかる有機ＥＬ素子の製造方法によると、強キャビティ化を実現するために陰極１６がＩＴＯ層と金属層とで構成された有機ＥＬ素子であっても、ＩＴＯ層と金属層とにレーザー光を照射して高抵抗化することにより、陽極と陰極との短絡を確実に解消することができる。
なお、レーザー１２５の出力エネルギーは、上述した範囲に限らず、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、レーザー１２５の照射は、透明ガラス１９側から陰極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、透明ガラス１９側から陽極１１に行ってもよい。また、透明ガラス１９側に限らず、基板９側からレーザーを照射してもよい。この場合、基板９を透明ガラスで形成してもよい。
（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６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７および図８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り、図７はレーザー１２５を照射する前の有機ＥＬ素子５０ａ、図８はレーザー１２５を照射した後の有機ＥＬ素子５０ｂの断面概略図を示している。
図６および図７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６に示すように、異物から１０μｍ程度離れた周囲のＩＴＯ層１６ａおよび金属層１６ｂに、２０μｍ×２０μｍの正方形の角周状にレーザーが照射される。図８に示すように、レーザー１２５が照射されると陰極の一部１６ｄ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。また、異物２０の大きさが大きい場合には、レーザー１２５のパワーを大きくするか、長時間の照射が必要となるため、熱により有機層３０にダメージを与えるおそれもある。
一方、本実施の形態に示す方法によると、異物２０の周辺の陰極１６にレーザー１２５の焦点を設定するので、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することができる。したがって、画素２および有機層３０にダメージを与えることなく異物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。
以上のように、本実施の形態にかかる方法によると、レーザー１２５が照射された有機ＥＬ素子５０ｂにおいて、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、上述した実施の形態１と同様に、ＩＴＯ層１６ａおよび金属層１６ｂが高抵抗化され、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。本実施の形態が上述した実施の形態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１０は、本実施の形態における有機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、本実施の形態における有機ＥＬ素子の断面概略図である。すなわち、図１０は、リペア前の有機ＥＬ素子１００ａにレーザー１２５を照射したときの有機ＥＬ素子１００ａの断面概略図、図１１は、リペア後の有機ＥＬ素子１００ｂの断面概略図である。
図１０に示すように、有機ＥＬ素子１００ａは、実施の形態１で示した有機ＥＬ素子１ａ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１１８と、透明ガラス１１９とを備えている。
陰極１６は、例えば、透明金属酸化物であるＩＴＯ層１１６ａと金属層１１６ｂとが積層された構造となっている。なお、ＩＴＯ層１１６ａは、Ｍｇ、Ａｇ等の材料により透明電極として形成してもよい。金属層１１６ｂは、銀合金ＡＰＣであってもよい。
また、ＩＴＯ層１１６ａの厚みは、一例として３０ｎｍ以上９０ｎｍ以下、金属層１１６ｂの厚みは、一例として１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
なお、実施の形態１と同様の構成については、詳細な説明は省略する。また、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、封止用樹脂層１１８および透明ガラス１１９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１１９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１１８上に透明ガラス１１９が配置される。なお、薄膜封止層１１７、封止用樹脂層１１８および透明ガラス１１９が本発明における保護膜に相当する。
図１０に示すように、有機ＥＬ素子１００ａでは、陽極１１１と陰極１１６のＩＴＯ層１１６ａが短絡部分１２０において直接接触している。または、陽極１１１と陰極１１６のＩＴＯ層１１６ａが短絡部分１２０において、短絡部分１２０の有機層１３０の膜厚が、短絡部分１２０以外の有機層１３０の膜厚より薄く形成されている。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、ＩＴＯ層１１６ａの形成工程において当該ピンホールにＩＴＯ層１１６ａを構成する材料が流入されてＩＴＯ層１１６ａが形成されたために、同図に示すように直接接触したものである。そして、陰極の一部１１６ｃを高抵抗化することにより、短絡された陽極１１１とＩＴＯ層１１６ａとの短絡を解消した構成となっている。
次に、上述した陽極１１１とＩＴＯ層１１６ａ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、説明する。
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１０に示すような短絡部分１２０を有する画素１０２内において、短絡部分１２０の近傍のＩＴＯ層１１６ａおよび金属層１１６ｂに、透明ガラス１１９側からレーザー１２５が照射される。これにより、ＩＴＯ層１１６ａおよび金属層１１６ｂ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１１６ｃでは、ＩＴＯ層１１６ａの粒状の組織構造と金属層１１６ｂを構成する金属とが混在し、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１１６ｃ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。
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１μＪ以上３０μＪ以下で、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、９００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。
また、レーザーの熱エネルギーは、有機ＥＬ素子１００ｂにおいてレーザー１２５が照射された領域の周囲の所定範囲に広がっており、例えば、この範囲の陰極１１６が粒状化され、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。
（その他の実施の形態）
本発明のその他の実施の形態について説明する。上述した実施の形態は、陽極１１と陰極１６が完全に導通している場合だけではなく、陽極１１と陰極１６が完全に導通してはいないものの、他の部分と比べて陽極１１と陰極１６間の抵抗が小さい場合にも適用できる。
例えば、実施の形態１において、異物２０の大きさは、陽極１１と陰極１６との間の距離よりも小さく、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場合であってもよい。
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、電流が流れ易くなっている部分の上方の陰極１６に、透明ガラス１９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との短絡を防止することができる。
また、例えば、実施の形態３に示したように、有機層１３０の発光層１１３の形成工程において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が形成された場合にも、上述したリペア工程は適用できるが、陽極１１１と陰極１１６とが完全には導通していないが、陽極１１１と陰極１１６の間の距離が短いために抵抗が小さく、電流が流れやすくなっている場合にも適用できる。
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１１９側からレーザー１２５を照射することにより、陰極１１６の一部１１６ｃ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との短絡を防止することができる。
なお、本発明は、上述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、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１２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２００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。
１ａ、１ｂ、５０ａ、５０ｂ、１００ａ、１００ｂ 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 ＩＴＯ層（透明導電性材料層）
１６ｂ、１１６ｂ 金属層
１６ｃ、１６ｄ、１１６ｃ 陰極の一部
２０ 異物
２５、１２５ レーザー
３０、１３０ 有機層
１２０ 短絡部分
２００ 薄型フラットテレビシステム

Claims (14)

  1. 下部電極、発光層を含む有機層および上部電極を備え、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層および前記透明導電性材料層より屈折率の高い金属層で構成され、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（ＥＬ）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層および前記金属層にフェムト秒レーザーを照射し、前記透明導電性材料層および前記金属層の組織構造を、多数の粒子が粒子間に空隙を残存させつつ集合した粒状の組織構造に変化させて高抵抗化する第２の工程と、
    を含む有機ＥＬ素子の製造方法。
  2. 前記金属層は、銀で構成されている、
    請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  3. 前記金属層は、マグネシウムで構成されている、
    請求項１に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  4. 前記透明導電性材料層は、透明金属酸化物で構成されている、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  5. 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１〜４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  6. 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層および前記金属層に前記フェムト秒レーザーを照射する、
    請求項５に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  7. 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１〜４のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  8. 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ＥＬ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、透明導電性材料層および前記透明導電性材料層より屈折率の高い金属層で構成され、
    前記透明導電性材料層および前記金属層の一部分は、レーザー照射により、多数の粒子が粒子間に空隙を残存させつつ集合した粒状の組織構造に変化されることにより高抵抗化されている、
    有機ＥＬ素子。
  9. 前記金属層は、銀で構成されている、
    請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
  10. 前記金属層は、マグネシウムで構成されている、
    請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
  11. 前記透明導電性材料層および前記金属層の一部分の近傍には、導電性の異物が存在する、
    請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
  12. 前記粒状の組織構造には、前記金属層を構成する金属の原子が混在している、
    請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
  13. 前記粒状の組織構造を構成する粒の粒径は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、
    請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
  14. 前記高抵抗化された部分の抵抗値は、４０ＭΩである、
    請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
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