(57)【要約】【課題】有機ＥＬディスプレイを破壊することなく迅速かつ簡単に発光素子自体の劣化状態を評価することが可能な有機ＥＬディスプレイの素子劣化評価方法を提供する。【解決手段】顕微レーザーラマン分光装置１１を用いて、有機ＥＬディスプレイの中の評価対象である有機ＥＬ素子に単色光の波長５３２nmのレーザー光を照射して発光層のラマンスペクトルを得る。得られたラマンスペクトルから、（１６３０±５０）cm-1と、（１３００±５０）cm-1の範囲におけるラマンスペクトル強度をＰＣ６において抽出する。抽出された（１６３０±５０）cm-1のラマンスペクトル強度の最大値の、（１３００±５０）cm-1のラマンスペクトル強度の最大値に対する強度比をＰＣ６において算出する。得られたスペクトル強度比に基づいて、評価対象の有機ＥＬ素子の劣化状態を判定する。【選択図】図２
2011198666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極層、発光層、陰極層を含む有機ＥＬ素子を配列してなる有機ＥＬディスプレイの、有機ＥＬ素子の劣化評価方法であって、
顕微レーザーラマン分光装置により測定対象である前記有機ＥＬ素子に単色のレーザー光を照射し、ラマンスペクトルを得るラマンスペクトル取得ステップと、
得られた前記ラマンスペクトルから第１の波数範囲及び第２の波数範囲におけるスペクトル強度を抽出するスペクトル強度抽出ステップと、
抽出した前記第１の波数範囲及び第２の波数範囲におけるスペクトル強度の強度比を算出するスペクトル強度比算出ステップと、
前記スペクトル強度比により、前記有機ＥＬ素子の劣化状態を判定する劣化状態判定ステップと、
を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の劣化評価方法。
【請求項２】
前記有機ＥＬ素子の発光層は、高分子材料、又はこの高分子材料に低分子材料の分散または共重合した材料を用いて構成されることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法。
【請求項３】
上記ラマンスペクトル取得ステップにおいて、前記有機ＥＬ素子に照射する単色のレーザー光の波長が５３２nm以上である事を特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法。
【請求項４】
前記スペクトル強度抽出ステップにおいてスペクトル強度を抽出する第１の波数範囲は（１６３０±５０）ｃｍ−１であり、前記第２の波数範囲は（１３００±５０）ｃｍ−１であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法。
【請求項５】
前記劣化状態判定ステップにおいて、前記第１の波数範囲におけるラマンスペクトル強度の最大値の、前記第２の波数範囲におけるラマンスペクトル強度の最大値に対する強度比が２．３以上の場合、前記有機ＥＬ素子の輝度が半分以下に劣化していると判定することを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬディスプレイの有機ＥＬ素子の劣化評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビやパソコンモニタ、携帯電話等の携帯端末などに使用されているフラットディスプレイや面発光光源、照明、発光型広告体などとして、有機ＥＬディスプレイは幅広い用途で使用される。
【０００３】
有機ＥＬディスプレイは、広視野角、応答速度が速い、低消費電力、薄膜性などの利点から、ブラウン管や液晶ディスプレイに変わるフラットパネルディスプレイとして期待されている。
【０００４】
有機ＥＬディスプレイは、ガラス材料からなる透光性の支持部材上にITO(indium tin oxide)等によって陽極となる透明電極（陽極）と、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子輸送層からなる有機層と、陰極となるアルミニウム等の非透光性の背面電極（陰極）を順に積層形成して、積層体である有機ＥＬ素子を形成し、この有機ＥＬ素子をガラス材料からなる凹部形状の封止部材によって、機密的に封止するため、支持部材上に紫外線硬化性接着剤を介して配設する構成のものが多く知られている。
【０００５】
上記のような構造の有機ＥＬディスプレイは両電極間に電圧を印加し、電流を流す事により有機層で発光が生じる自発光型の表示素子である。
【０００６】
有機ＥＬ素子は高輝度発光が可能であると共に、有機材料を発光材料に利用しており、発光色の自由度が高い事からも盛んに研究開発が行われている。一方、耐久性などの課題も多く、中でも有機物に電流を通して使用するため寿命の問題が大きい。そのため、こういった素子の耐久性向上のため素子の特性や寿命の評価、輝度測定には効率的な評価方法が求められる。
【０００７】
有機ＥＬ素子は、発光輝度が電流、電圧に依存性を持つ事から一般的に素子の評価には、輝度―電流―電圧特性を測定する事が行われている。例えば、定電流印加時における発光輝度測定、発光時における電圧測定などが挙げられる。
例えば、特許文献１に示されるように、電流―電圧特性から係数を求めることで、素子の劣化を電気的に評価する方法がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の方法は、その素子の特性異常について、発光素子を発光させて得られる発光スペクトルを所定の観察角度にて測定し、基準スペクトルとの差分スペクトルで特性異常の有無を判断する手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３４８８６１
【特許文献２】特開２００９−１８１８２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１，２は発光スペクトルの輝度や駆動させた時の電圧―電流特性により評価しているため、欠陥が生じた際、回路や配線異常によるものか素子自体の特性異常によるものか判別がつかない。また、微小範囲（例えば単一素子毎）の素子劣化状態の評価が困難であるといった問題がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機ＥＬディスプレイを非破壊で、かつ短時間で単一素子毎の劣化状態を評価する方法を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、陽極層、発光層を含む有機ＥＬ素子を配列してなる有機ＥＬディスプレイの、有機ＥＬ素子の劣化評価方法であって、顕微レーザーラマン分光装置により測定対象である前記有機ＥＬ素子に単色のレーザー光を照射し、ラマンスペクトルを得るラマンスペクトル取得ステップと、得られた前記ラマンスペクトルから第１の波数範囲及び第２の波数範囲におけるスペクトル強度を抽出するスペクトル強度抽出ステップと、抽出した前記第１の波数範囲及び第２の波数範囲におけるスペクトル強度の強度比を算出するスペクトル強度比算出ステップと、前記スペクトル強度比により、前記有機ＥＬ素子の劣化状態を判定する劣化状態判定ステップとを有することを特徴とする有機ＥＬ素子の劣化評価方法である。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、前記有機ＥＬ素子の発光層は、高分子材料、又はこの高分子材料に低分子材料の分散または共重合した材料を用いて構成されることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法である。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、上記ラマンスペクトル取得ステップにおいて、前記有機ＥＬ素子に照射する単色のレーザー光の波長が５３２nm以上である事を特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法である。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、前記スペクトル強度抽出ステップにおいてスペクトル強度を抽出する第１の波数範囲は（１６３０±５０）ｃｍ−１であり、前記第２の波数範囲は（１３００±５０）ｃｍ−１であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法である。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、前記劣化状態判定ステップにおいて、前記第１の波数範囲におけるラマンスペクトル強度の最大値の、前記第２の波数範囲におけるラマンスペクトル強度の最大値に対する強度比が２．３以上の場合、前記有機ＥＬ素子の輝度が半分以下に劣化していると判定することを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子の劣化評価方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の有機ＥＬ素子の劣化評価方法においては、有機ＥＬディスプレイを破壊する事なく、顕微レーザーラマン分析装置を用いて、単一素子毎のラマンスペクトルを得るため、得られたピークの強度比から単一素子毎の劣化状態を迅速にかつ正確に評価する事ができる。
【００１８】
また、本発明は、発光材料そのもののラマンスペクトルに基づいて評価を行うため、回路や配線異常によるものか素子自体の特性異常によるものか判別が可能となり、明らかな素子の特性異常として正確に評価する事が可能となる。また、微小範囲（例えば単一素子毎）の劣化状態の評価が可能となる。
【００１９】
また、本発明は、発光素子を発光させて発光スペクトルや輝度により素子の劣化状態を評価する手法ではないため、発光素子を発光させることなく、素子劣化状態の評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一般的な有機ＥＬディスプレイの断面図である。
【図２】本発明の実施形態における評価装置概要図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の発光素子の劣化評価方法について説明する。
【００２２】
図１に、一般的な有機ＥＬディスプレイの構成について示す。有機ＥＬディスプレイは基材１の上に、陽極層２、発光層を含む有機膜層３、陰極層４、封止層５の順で積層された構成となっている。この陽極層２と陰極層４の電極間に電圧を印加し、電流を流す事で、発光層が基材側に向けて発光する。ここで用いられる基材は透明基材であり、一般的にはガラス基材が多く用いられる。陽極層２には透明電極が用いられ、多くはITOが使用されている。もう一方の電極層である陰極層４には金属電極が用いられ、Mg、Al、Yb等の金属単体を用いる。あるいは合金であるMgAg、AlLi等が用いられる。また封止層５には、水分や酸素の透過性が低い基材である必要があり、一例としてアルミナ、窒化珪素、石英、耐湿性フィルムなどが用いられる。発光層を含む有機膜層３は、発光層に用いられる材料特性などに応じて、単層構造であったり、多層構造であったりする。図１には一般的な有機ＥＬの構成を示したが、これに限定されるものではない。
【００２３】
図１に示した有機膜層３中の発光材料は、ポリフルオレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリスピロなどの高分子材料、あるいはこれら高分子材料に低分子材料の分散、または共重合した材料や、その他既存の発光材料を用いる事ができる。
【００２４】
次に、図２を用いて、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子の劣化評価方法を実施するための装置構成について説明する。
【００２５】
図２に示すように、本実施の形態の評価装置の主な構成は、顕微レーザーラマン分光装置１１と制御・演算・判定用のＰＣ６からなる。
顕微レーザーラマン分光装置１１は、光源（レーザ）及び検出器１０と、パネル支持部８と、パネル移動用Ｘ軸Ｙ軸制御部７とからなる。
【００２６】
パネル支持部８は、評価対象の有機ＥＬ素子が配列された有機ＥＬディスプレイのパネルをパネル設置場所９に支持し、有機ＥＬディスプレイのうち、測定が行われる有機ＥＬ素子の位置に光源の射出光が照射されるように、有機ＥＬパネルの移動を行うものである。
また、パネル移動用Ｘ軸Ｙ軸制御部７は、ＰＣ６からの命令に基づき、パネル支持部８をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させる制御信号を出力するものである。
また、光源および検出器１０は、レーザー光を射出し、レーザー光が照射された評価対象物でラマン散乱された光の強度を検出し、分光するものである。
ここでの評価対象物は、有機ＥＬ素子の発光層３である。
ＰＣ６は、光源および検出器１０で検出、分光した光の強度を読み取り、演算・判定を行う。
【００２７】
顕微レーザーラマン分光装置１１を用いていることから、１μm程度の微小領域での測定が可能であり、有機ＥＬディスプレイの単一画素毎の劣化状態が評価できる。有機ＥＬディスプレイのパネルは図２に示したパネル設置場所９に基材面が上部になるように設置する。
【００２８】
顕微レーザーラマン分光装置１１の光源からの射出光は、単色光（レーザー光）であり、波長は５３２nmで測定を行う。あるいは、波長は６３３nm、７８０nmでも構わない。５３２nm未満の単色光で測定した場合、発光素子材料の種類によってはラマンスペクトルが得られない可能性があるため、望ましくない。
【００２９】
また、顕微レーザーラマン分光装置で測定する際に単色光（レーザー光）が試料である発光素子へ届く必要がある。そのため、有機ＥＬディスプレイでは材料に金属を使用している陰極側から測定する事が出来ない。そこで、基材（TFTのガラス側）側から単色光（レーザー光）を照射するようにパネルを設置する。
このように設置して評価を行うことで、有機ＥＬディスプレイ中に駆動配線や駆動回路等の配線が組み込まれた状態のまま、非破壊で評価する事が可能である。
【００３０】
以上述べた構成により本実施の形態に係る評価方法の手順について述べる。
まず、顕微レーザーラマン分光装置１１を用いて、単色光の波長５３２nmのレーザー光を照射して発光層のラマンスペクトルを得る（ラマンスペクトル取得ステップ）。
次に得られたラマンスペクトルから、（１６３０±５０）cm-1の波数範囲におけるラマンスペクトル強度と、（１３００±５０）cm-1の範囲におけるラマンスペクトル強度をＰＣ６において抽出する（スペクトル強度抽出ステップ）。
次に、抽出された（１６３０±５０）cm-1の波数範囲におけるラマンスペクトル強度の最大値の、（１３００±５０）cm-1の範囲におけるラマンスペクトル強度の最大値に対する強度比をＰＣ６において算出する（スペクトル強度比算出ステップ）。
そして、得られたスペクトル強度比に基づいて、評価対象の有機ＥＬ素子の劣化状態をＰＣ６において判定する（劣化状態判定ステップ）。
【００３１】
有機ＥＬ素子の劣化状態の判定について、以下詳細に述べる。
【００３２】
（１６３０±５０）cm-1および（１３００±５０）cm-1のラマンスペクトルの強度比と実際の素子の劣化状態との相関を得るために、輝度―電流―電圧特性を測定する一般的な素子の劣化（寿命）評価を経時で行い、その都度、顕微レーザーラマン分光法による測定を行い、得られたスペクトルの強度比と比較し検討した。
【００３３】
その結果、劣化が生じていない素子のラマンスペクトルは、蛍光によりバックグランドが大きくラマンススペクトルは得られなかった。一方、輝度が小さく劣化が生じてしまった素子のラマンスペクトルからは上記波数範囲のラマンスペクトルが得られ、２つのラマンスペクトル強度比と素子の劣化（寿命）に相関がある事を見出した。
単一画素毎に同様に測定を行った結果、Ｒ、Ｇ，Ｂ各色とも同じ傾向が見られる事が分かった。また、発光材料も一般的な高分子材料の種類であれば、同様の傾向が見られた。
【００３４】
（１６３０±５０）cm-1および（１３００±５０）cm-1のラマンスペクトルの強度比について、素子の劣化（寿命）評価結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2011198666.tif 000003
【００３６】
表1より明らかなとおり、強度比２．３以上で有機ＥＬ素子の寿命いわゆるLT５０（初期輝度が半減した時点を一般的にLT５０という）と同等の劣化状態になり、強度比が１．５程度でLT８０、強度比が１．０以上でLT９０と同等である。また、ラマンスペクトル（１６００±５０）cm-1がほぼ得られない場合は素子が未劣化である事がわかった。
すなわち、ラマンスペクトル強度比が２．３以下となる時間を調べることで、有機ＥＬ素子の寿命LT５０がわかると言える。
【００３７】
以上のように得られた相関関係を利用して、本実施形態の評価方法においては、評価対象である有機ＥＬ素子に対する顕微レーザーラマン分光装置１１で得られたラマンスペクトルから２つ波数範囲のラマンスペクトル強度比をＰＣ６で算出し、素子の劣化状態の判定を行う。
【００３８】
以上述べた本実施の形態の有機ＥＬ素子の評価方法によれば、パネル化した有機ＥＬディスプレイの単一発光素子を非破壊で評価することができる。
特に、有機ＥＬディスプレイの単一素子面積は微小である事もあり、欠陥が生じた画素をピンポイントで狙い、素子の劣化評価を行う事は困難である。また製品開発の段階で生じる欠陥、例えば異物による滅点、TFTの配線や回路異常による異常、膜厚ムラによる暗画素や滅点、そしてダークスポットなど様々な欠陥要因を評価する中で、発光材料そのものの劣化による特性異常によるものかその他の要因か区別する事は難しい。これに対し、本実施の形態の評価方法によれば、顕微レーザーラマン分光装置を用いる事で、非破壊、かつ短時間で、他の欠陥要因と切り離した正確な素子劣化評価が可能となる。
また、従来の有機ＥＬ素子の劣化状態を評価する際には、駆動させて発光輝度や発光スペクトルから評価する。しかし本実施の形態に係る評価方法では、評価装置に顕微レーザーラマン分光装置を用いて、基材側から発光層を顕微鏡で狙いラマンスペクトルを得るため、駆動させて素子を発光させて評価する必要がない。
【００３９】
以上より、本発明の有機ＥＬディスプレイの発光素子劣化評価方法を用いる事で、非破壊で、かつ短時間で容易に素子の劣化状態を評価する事が可能となり、発光素子自体の異常なのか、もしくは素子の駆動回路、あるいは配線等による異常なのか即座に判別する事が可能となる。そのため、素子材料の開発における評価、例えば素子の初期性能・特性評価や、開発段階の欠陥評価方法の1つとして利用可能である。
【実施例】
【００４０】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明の技術範囲はこれらの実施例に限られるものではない。
【００４１】
（実施例1）
７０００時間駆動させた有機ＥＬディスプレイ（２．７インチ）のパネル上に輝度ムラが生じたディスプレイにおいて、輝度ムラの要因が発光素子自体の特性異常によるものか、それとも他の要因によるものか判断するため、本発明による発光素子の劣化評価方法を行った。また、この輝度ムラが素子の劣化によるものだった場合、劣化状態がどの程度であるかR, G, B各色について評価を行った。
【００４２】
有機ＥＬディスプレイを基材側が上面にくるように、パネル支持部８のパネル設置場所９に置き、レーザー顕微レーザーラマン法にはThermo社のNicolet Almega XRを用いた。単色光（レーザー）には５３２nmの波長を使用し、測定波数範囲は１２００〜１７００cm-1で、積算回数１６で測定を行った。また、対物レンズは２００倍を用いた。測定箇所は、パネル支持部８および」パネル移動用Ｘ軸Ｙ軸制御装置７を用いてＰＣ６から制御可能とした。
【００４３】
測定箇所は同一パネル上の輝度ムラがある場所とない場所で、測定箇所No.１〜６の輝度およびそれぞれのラマンスペクトルの（１６３０±５０）cm-1および（１３００±５０）cm-1のラマンシグナル強度比を以下の表２に示す。
【００４４】
【表２】
2011198666.tif 000004
【００４５】
表２には、同一パネル上の正常箇所および輝度ムラが生じて暗くなっている箇所の劣化状態をラマンスペクトルとの比較で示した。この劣化状態は初期輝度を１とした場合、この輝度が半減したときをLT５０とし、輝度が２０％減少したときをLT８０とする。
上記のラマンスペクトルによる評価結果では、正常な発光状態である測定画素No.１〜３からはラマンスペクトルが得られなかった。この事から、この画素の素子は劣化が生じていない事がわかる。一方、輝度ムラが発生したNo.４〜６の画素ではRのラマンスペクトル比１．５と素子の劣化状態がLT８０となっており、Bでは強度比が２．４である事からLT５０まで劣化が進んでいる事がわかる。同じく、輝度ムラが発生したGについては、ラマンスペクトルが得られず、G素子の劣化が認められなかった。以上の評価結果より、輝度ムラ発生要因としてRやBについては素子の劣化が進行していることが欠陥原因である事が分かった。Gについては素子の劣化が確認されなかった事から、輝度ムラ原因は例えばTFTの配線あるいは回路等で異常が発生した可能性が予測でき、素子の特性異常とその他の欠陥要因を判断する事ができた。
【００４６】
以上より顕微レーザーラマン分析装置を用いて、画素毎のラマンスペクトルを得る事で、得られたラマンスペクトルの強度比から発光素子自体の劣化状態を評価する事が可能となった。素子の輝度から劣化（寿命）を評価する手法とは異なるため、明らかな素子の劣化による欠陥とそれ以外の欠陥を判断する事が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の有機ＥＬディスプレイにおける発光素子の劣化評価方法を用いる事で、製品化された有機ＥＬディスプレイの寿命評価として利用可能な他、短時間で正確に素子の劣化状態が評価出来る為、開発中の欠陥解析方法の１つとして用いる事が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    基材
２    陽極層
３    有機膜層（発光層を含む）
４    陰極層
５    封止層
６    ＰＣ
７    パネル移動用Ｘ軸Ｙ軸制御部
８    パネル支持部
９    パネル設置場所
１０  光源及び検出部
１１  顕微レーザーラマン分光装置
【図１】
2011198666.tif 000005
【図２】
2011198666.tif 000006