JP2007157659A - 有機ｅｌ素子の配線パターンの形成方法及び有機ｅｌ素子の形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機化合物層や透明電極層にダメージを与えることなく、微細な電極パターンを形成可能な極めて実用性に秀れた有機ＥＬ素子の電極パターンの形成方法を提供する。
【解決手段】基板１上に陽極２，有機化合物層３，金属電極層４を順次積層して成る有機ＥＬ素子の配線パターン化に際してレーザーアブレーション現象を利用する配線パターンの形成方法において、真空中若しくは不活性ガス雰囲気中にて、波長が近赤外領域で、パルス幅が１０ｆｓ〜１０ｐｓ、レーザーフルーエンスが０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２のレーザー６を前記金属電極層４表面にパルス発振により照射する際、その照射位置の膜厚分の金属電極層４のみをエッチングするために必要な積算照射時間をパルス周波数に応じて制御し、当該金属電極層４のみを選択的にエッチングするものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法及び有機ＥＬ素子の形成装置に関するものである。更に詳しくは、有機ＥＬ素子の配線パターンの形成に際して、所定のレーザーを用いて行なう方法及びその方法を実現する機構を備えた有機ＥＬ素子の形成装置に関する。

有機ＥＬ素子は、基板上に例えば透明電極層（陽極），有機化合物層（発光層等）及び金属電極層（陰極）を順次形成して成る「基板／透明電極層／有機化合物層／金属電極層」の構成であり、この有機ＥＬ素子を表示素子として利用するためには電極のパターン化が必要である。従来、電極のパターン化方法としては、例えば特許第３５５６９９０号公報（特許文献１）に開示されるような方法がある。ここで用いられているフッ化クリプトンを光源とするエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）による電極のパターン加工は、レーザーのフルーエンスが０．０１〜０．２２J／ｃｍ^２の範囲において、金属電極層側からそのレーザーを照射した際に、その金属電極層並びにその下層として存在する有機化合物層の両方にレーザーアブレーション現象を誘起させて、それらの層を同時にエッチングすることを特徴としている。

特許第３５５６９９０号公報

しかしながら、上記特許文献１のエキシマレーザーによる電極のパターン化では、最表層の金属電極層をエッチングする際、下層にレーザーアブレーション現象を起こさせるための犠牲層が必要となり、有機化合物層を残したい場合などに活用できなかった。更に、特許文献１の発明に従ってパルス幅を数百ナノ秒程度に設定した場合、金属電極層への所定のレーザーの照射により、熱伝導が生じてしまい、有機化合物層並びにその下層となる透明電極層にまでもエッチングや熱歪など、製品品質（輝度や画質）に波及する熱的な影響を及ぼすことがあった。一方では、金属電極層を直接レーザーにより加工しようとする場合、有機化合物よりも２桁高いフルーエンスのレーザーで加工する必要があり、この場合も、前記した状況と同様であり、レーザー照射位置周囲への熱拡散による悪影響を回避できない状況があった。

本発明は、上述のような問題点を解決したもので、有機化合物層でなく金属電極層（陰極）でレーザーアブレーション現象を生じさせ、有機化合物層（発光層）や透明電極層（陽極）にダメージを与えることなく、微細な電極パターンを形成可能な極めて実用性に秀れた有機ＥＬ素子の電極パターンの形成方法及び有機ＥＬ素子の形成装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

基板１上に陽極２，有機化合物層３，金属電極層４を順次積層して成る有機ＥＬ素子の配線パターン化に際してレーザーアブレーション現象を利用する配線パターンの形成方法において、真空中若しくは不活性ガス雰囲気中にて、波長が近赤外領域で、パルス幅が１０ｆｓ〜１０ｐｓ、レーザーフルーエンスが０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２のレーザー６を前記金属電極層４表面にパルス発振により１回又は複数回に分割して照射する際、その照射位置の膜厚分の金属電極層４のみをエッチングするために必要な積算照射時間をパルス周波数に応じて制御し、当該金属電極層４のみを選択的にエッチングすることを特徴とする有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法に係るものである。

また、前記レーザー６の波長が、近赤外領域のうち０．７〜２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法に係るものである。

また、前記レーザーフルーエンスを、開口率（ＮＡ）が０．２以上である集光レンズを用いてレーザー密度を変化させて調整することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法に係るものである。

また、有機ＥＬ素子を載置する基板用ステージと、このステージに載置した基板１に対向するように設けた、波長が近赤外領域でパルス幅が１０ｆｓ〜１０ｐｓ、レーザーフルーエンスが０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２のパルス発振型のレーザー発振器と、前記レーザー発振器によるレーザー６のパルス周波数に応じた速度にて前記基板用ステージ又は前記レーザー発振器の少なくともいずれか一方を三軸方向に移動させる駆動機構とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子の形成装置に係るものである。

また、前記レーザー発振器は、レーザー６の照射位置におけるレーザー密度を調節するための集光レンズと、その集光レンズの位置を制御する集光レンズ固定機構とを備えたものであることを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬ素子の形成装置に係るものである。

本発明は、上述のように構成したから、陰極でレーザーアブレーション現象を生じさせこの陰極のみをエッチングすることで、有機化合物層のエッチングが抑制され、この有機化合物層下の透明電極層等の陽極にダメージを与えることなく、微細な電極パターンが形成可能な、極めて実用性に秀れた有機ＥＬ素子の電極パターンの形成が可能となる。

好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

基板１上に例えば陽極２としての透明電極層２、有機化合物層３及び陰極４としての金属電極層４を順次積層して形成された有機ＥＬ素子の前記金属電極層４の所定部位にレーザー６を吸収させ、レーザーアブレーション現象を生じさせることで金属電極層４をエッチングして金属電極層４を所望の配線パターンに形成する。

即ち、本発明は、特許文献１に開示される方法と異なり、有機化合物層３にはレーザーアブレーション現象を生じさせず、金属電極層４でレーザーアブレーション現象を生じさせてこの金属電極層４のみをエッチングするもので、特許文献１の方法のように有機化合物層３をエッチングすることがなく、有機化合物層３下の透明電極層２までもをエッチングすることを阻止でき、少なくとも透明電極層２にダメージを与えることは確実に阻止できることになる。

従って、本発明は、有機化合物層３に多くのレーザーエネルギーを吸収させレーザーアブレーション現象によりこの有機化合物層３と金属電極層４とを同時にエッチングするのではなく、金属電極層４のみをエッチングするから、仮に有機化合物層３がこの金属電極層４で生じたレーザーアブレーション現象に伴いエッチングされたとしても、この有機化合物層３と金属電極層４との境界部が僅かにエッチングする程度であり、この透明電極層２がレーザーアブレーション現象に伴いエッチングされたり、この有機化合物層３下の透明電極層２でレーザーアブレーション現象が生じることがなく、透明電極層２がダメージを受けることは確実に阻止され、製品の表示品位の低下を阻止できることになる。金属電極層４にのみレーザーアブレーション現象を誘起させるには、所定のレーザー照射の積算時間をレーザーのパルス周波数に応じて制御することにより、エッチングするために必要なレーザーエネルギー量だけを金属電極層４に照射することで達成される。

具体的には、例えば、ステージ上に載置した基板１に対して、金属陰極層４側からレーザーを照射する場合に、波長が０．７〜２μｍ、パルス幅が１０フェムト秒（ｆｓ）〜１０ピコ秒（ｐｓ）であり、０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２のフルーエンスであるパルスレーザーを、前記金属電極層４をアブレーション現象によりエッチングするのに必要な積算時間だけ１回又は複数回に分割して照射することで、その下にある有機化合物層や透明電極層に悪影響を及ぼすことなくエッチング可能となる。また、その際に、基板１を載置したステージをＸ−Ｙ−Ｚ方向に前記した必要な積算時間に合わせて適宜移動させながら前記金属電極層４にレーザー６を照射する事で、確実に有機化合物層３でなく金属電極層４でレーザーアブレーション現象を生じさせ、この金属電極層４のみをエッチングすることができることになる。また、基板１を載置したステージを移動せずとも、レーザー発振器（のレーザー照射部５）を移動させて同様の効果が得られるようにしても良い。

よって、本発明は、透明電極層（陽極）にダメージを与えることなく、金属電極層（陰極）を微細な配線パターンに形成可能な極めて実用性に秀れた有機ＥＬ素子の電極パターンの形成方法となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、基板１上に透明電極層２（ＩＴＯ），有機化合物層３，金属電極層４（Ａｌ）を順次積層して成る有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法であって、有機化合物層３上に積層された前記金属電極層４にレーザー６を照射し、これにレーザーアブレーション現象を誘起させて、これのみを選択的にエッチングすることで、この金属電極層４の配線パターンを形成するものである。

本実施例のサンプルは、ガラス基板上に透明電極層２としてＩＴＯ、その上部に有機化合物層３としてＣｕＰｃ（正孔注入層；２０ｎｍ）／α‐ＮＰＤ（正孔輸送層；４００ｎｍ)／Ａｌｑ_３（発光層兼電子輸送層；６００ｎｍ）からなる膜厚が０．１２μｍの蒸着膜層、最上部に金属電極層４として膜厚が０．１５μｍのＡｌの蒸着膜層の構成を持つ有機ＥＬ素子である。また、レーザー６は、エルビウム系光パルスエネルギーモデルのフェムト秒（ｆｓ）ファイバーレーザーであり、レーザー中心波長が１５６０ｎｍ、レーザーフルーエンスが０．２Ｊ／ｃｍ^２、パルス周波数が１５０ｋＨｚである。連続的に前記レーザー６による加工を施すために、基板を載置したステージを１５０ｍｍ／ｓｅｃで配線パターンに従い適宜移動させた。

本実施例は、前記金属電極層４側から、この金属電極層４に吸収され易い波長として、近赤外領域の波長のレーザー６を照射することで金属電極層４にレーザーエネルギーを吸収させ、この金属電極層４でのみレーザーアブレーション現象が生じるようにした。

従って、金属電極層４にのみレーザーエネルギーを吸収させるため、有機化合物層３にはレーザー６が到達せずにレーザーアブレーション現象は生じないことになる。仮に、金属電極層４で生じるレーザーアブレーション現象の影響により金属電極層４と共に有機化合物層３がエッチングしたとしても、この有機化合物層３と金属電極層４との境界部がわずかにエッチングするに留まり、この有機化合物層３下の透明電極層２まではエッチングしない。

また、本実施例は、パルス発振方式のレーザー発振器、具体的にはｆｓレーザー発振器を用いてレーザー６を発振させ、レンズ等の集光光学系を介してレーザー照射部５から、パルス幅及びレーザーフルーエンスをそれぞれ所定値に調節したレーザー６を、金属電極層４側から照射するようにした。なお、集光光学系としては、集光レンズが汎用的であり、開口率（ＮＡ）が０．２以上のものがより好適である。この集光レンズを用いてレーザー密度を変化させてレーザーフルーエンスが調整可能となる。

従って、極めて短時間（超短パルス幅）に高エネルギー密度のレーザー６を金属電極層４に照射することで、金属電極層４を良好にエッチングすることができるのは勿論、この金属電極層４のみでレーザーアブレーション現象を誘起させるように制御した結果、図３に示した電子顕微鏡による観察において、透明電極層２上の有機化合物層３がほとんどダメージを受けずに存在している事を確認した。

ここで、レーザーのパルス幅に関してもう少し詳細に説明するが、金属は一般に光の吸収長が短く、入射光の強度が１／ｅに減少する距離は、近赤外光（波長が概ね０．７５〜３μｍ）から可視光（波長が概ね０．３８〜０．７５μｍ）に対してはＡｌでは７ｎｍ程度であり、レーザー照射の初期には、この程度より薄い厚さの表面金属層がエネルギーを吸収し、溶融、蒸発等により除去される。それよりも厚い金属膜の除去では、レーザーにより極薄い表面金属層が除去される過程、それによって現れた新たな表面が再び光を吸収して除去される過程及びその吸収したエネルギーが熱として伝導し、金属層下部の温度上昇とそれに伴う溶融により蒸発する過程との複合によって行われる。従って、最表層部の除去が生じる程度の、あるいは金属層内部の熱の伝導が始まる程度の極短時間にレーザー照射が終結するような場合に除去されるのは、光の吸収長で決まる程度の厚さの金属層ということになる。例えば、金属層をＡｌとし、その厚みを１００ｎｍの程度とすると、Ａｌの熱拡散率から概算すれば、近赤外光の場合、レーザーのパルス幅が１ｎｓ以下であればこの様な条件が満たされることが確認されている。この点、本実施例は近赤外光領域のｆｓレーザーを照射するものであるから、上記条件を満たし、有機化合物層３にダメージを与えることなく金属電極層４のみを除去することが可能となる。

ところで、上述のようなレーザー出力範囲であっても、同一箇所へのレーザーの必要以上の繰り返し照射は、有機化合物層３の除去を引き起こしてしまうため、高速でレーザーを走査し、同一箇所への必要以上の繰り返し照射を避ける必要がある。

そこで、本実施例は、基板１をステージ（図示省略，例えば公知のＮＣ三軸リニアステージ）に固定し、このステージ上に固定された基板１に対して対向状態に前記レーザー６を照射するレーザー照射部５を設け、前記ステージを適宜な駆動機構を用いて三軸に高速移動し得るように構成し、前記レーザー照射部５が、レーザー６を前記金属電極層４の同一箇所を１回または複数回に分割して照射し且つこの層のみをエッチングし得る積算時間だけ照射されるように逐次移動させながら前記陰極４にレーザー６を照射するようにしている。この際、一箇所の照射時間は、その照射位置の金属電極層４の膜厚に対して、前記レーザー６のパルス周波数に応じて制御する。即ち、１点への照射の積算時間は、パルス周波数に応じて、その周波数とパルス幅との関係のもとで、アブレーション現象により、エッチングする素材とその層厚に対して必要な積算時間になるように該レーザー照射部５の固定時間を定めることで制御する。

従って、既にレーザー６を照射して金属電極層４を除去した部位に繰り返しレーザーを照射することがないから、露出した有機発光層３にレーザーアブレーション現象を生じさせることはなく、また、金属電極層４のみをエッチングし得る時間だけレーザー６を照射するから、有機発光層３へのダメージは低減され、透明電極層２へのダメージは確実に阻止できる。尚、レーザー６の照射位置を高速で移動させる構造を備えた構成としても良い。例えば、ミラー等のレーザー照射位置移動光学系を設けてレーザー６の照射位置を高速で移動できるように構成しても良い。この場合、上記テーブルは固定状態としても良いが、上述のように高速で移動させる構成とすると、一層良好にレーザー６の照射位置を高速で移動させることが可能となる。

本実施例は上述のように構成したから、基板１上に陽極２としての透明電極層２、有機化合物層３及び陰極４としての金属電極層４を順次積層して形成された有機ＥＬ素子の前記金属電極層４の所定部位にレーザーエネルギーを吸収させ、レーザーアブレーション現象を生じさせることで金属電極層４をエッチングして金属電極層４を所望の配線パターンに形成する。

即ち、本実施例は、有機化合物層３に多くのレーザーエネルギーを吸収させレーザーアブレーション現象によりこの有機化合物層３と金属電極層４とを同時にエッチングする特許文献１とは異なり、金属電極層４にのみレーザー６を吸収させて、この層のみレーザーアブレーション現象によるエッチングをするから、仮に有機化合物層３がこの金属電極層４で生じたレーザーアブレーション現象に伴いエッチングしたとしても、この有機化合物層３と金属電極層４との境界部が僅かにエッチングする程度で、この有機化合物層３下の透明電極層２でレーザーアブレーション現象が生じたり、この透明電極層２がレーザーアブレーション現象に伴いエッチングされたりすることはなく、透明電極層２がダメージを受けることは確実に阻止され、表示品位の低下を阻止できることになる。

具体的には、ステージ上に載置した基板１に対して、金属陰極層４側からレーザー６を照射する場合に、波長、パルス幅、レーザーフルーエンスを所定範囲に設定したｆｓパルスレーザーによって前記金属電極層４にアブレーション現象を誘起させエッチングするのに必要な積算時間だけ１回又は複数回に分割して照射することで、その下にある有機化合物層や透明電極層に悪影響を及ぼすことなくエッチング可能となる。その必要な時間は、対象となるエッチング位置の膜厚によりパルス周波数に応じて決定し制御する。また、その際に、基板１を載置したステージあるいは前記レーザー照射部５を三軸（Ｘ−Ｙ−Ｚ）方向に、前記した必要な積算時間に合わせて移動させながら前記金属電極層４にレーザー６を照射する事で、確実に有機化合物層３でなく金属電極層４でレーザーアブレーション現象を生じさせ、この金属電極層４のみをエッチングすることができることになる。

よって、本実施例は、透明電極層（陽極）にダメージを与えることなく、金属電極層（陰極）を微細な配線パターンに形成可能な極めて実用性に秀れた有機ＥＬ素子の電極パターンの形成方法となる。

本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

本実施例に係る有機ＥＬ素子の概略説明側断面図である。 本実施例の実施形態を示す概略説明側断面図である。 本実施例によるレーザー加工の電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１ 基板
２ 陽極（透明電極層）
３ 有機化合物層
４ 陰極（金属電極層）
５ レーザー照射部
６ レーザー

Claims (5)

1. 基板上に陽極，有機化合物層，金属電極層を順次積層して成る有機ＥＬ素子の配線パターン化に際してレーザーアブレーション現象を利用する配線パターンの形成方法において、真空中若しくは不活性ガス雰囲気中にて、波長が近赤外領域で、パルス幅が１０ｆｓ〜１０ｐｓ、レーザーフルーエンスが０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２のレーザーを前記金属電極層表面にパルス発振により１回又は複数回に分割して照射する際、その照射位置の膜厚分の金属電極層のみをエッチングするために必要な積算照射時間をパルス周波数に応じて制御し、当該金属電極層のみを選択的にエッチングすることを特徴とする有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法。
2. 前記レーザーの波長が、近赤外領域のうち０．７〜２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法。
3. 前記レーザーフルーエンスを、開口率（ＮＡ）が０．２以上である集光レンズを用いてレーザー密度を変化させて調整することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子の配線パターンの形成方法。
4. 有機ＥＬ素子を載置する基板用ステージと、このステージに載置した基板に対向するように設けた、波長が近赤外領域でパルス幅が１０ｆｓ〜１０ｐｓ、レーザーフルーエンスが０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２のパルス発振型のレーザー発振器と、前記レーザー発振器によるレーザーのパルス周波数に応じた速度にて前記基板用ステージ又は前記レーザー発振器の少なくともいずれか一方を三軸方向に移動させる駆動機構とを備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子の形成装置。
5. 前記レーザー発振器は、レーザーの照射位置におけるレーザー密度を調節するための集光レンズと、その集光レンズの位置を制御する集光レンズ固定機構とを備えたものであることを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬ素子の形成装置。