JP3556990B2

JP3556990B2 - Fine patterning method of organic electroluminescence device and device obtained therefrom

Info

Publication number: JP3556990B2
Application number: JP04658995A
Authority: JP
Inventors: 紳郎下; 弘東海林
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: JPH08222371A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略記する）素子の微細パターン化方法及び微細パターン化されたＥＬ素子に関する。さらに詳しくは、本発明は、レーザーアブレーション加工法を用いて、非接触的にＥＬ素子を微細パターン化する方法、特に、金属系電極（陰極）／有機化合物層／透明電極（陽極）／基板の構成からなる有機ＥＬ素子をパターン化するに際し、レーザーアブレーション加工法により、透明電極に損傷を与えることなく、金属系電極に、加工エッジ周辺部への熱的損傷の少ないシャープな微細加工を効率よく施し、有機ＥＬ素子を微細パターン化する方法、及びこのレーザーアブレーション加工法により微細パターン化されたＥＬ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光を利用したＥＬ素子は、自己発光のため視認性が高く、かつ完全固体素子であるため、耐衝撃性に優れるなどの特徴を有することから、各種表示装置における発光素子としての利用が注目されている。
このＥＬ素子には、発光材料に無機化合物を用いてなる無機ＥＬ素子と有機化合物を用いてなる有機ＥＬ素子とがあり、このうち、有機ＥＬ素子は、印加電圧を大幅に低くしうるために、次世代の表示素子としてその実用化研究が積極的になされている。
上記有機ＥＬ素子は、発光層を少なくとも含む有機化合物層と、この有機化合物層を挾持する一対の電極とを備えたものであって、具体的には、陽極／発光層／陰極の構成を基本とし、これに正孔注入輸送層や電子注入輸送層を適宜設けたもの、例えば陽極／正孔注入輸送層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入輸送層／発光層／電子注入輸送層／陰極などの構成のものが知られている。該正孔注入輸送層は、陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有し、また、電子注入輸送層は陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有している。そして、該正孔注入輸送層を発光層と陽極との間に介在させることによって、より低い電界で多くの正孔が発光層に注入され、さらに、発光層に陰極又は電子注入輸送層より注入された電子は、正孔注入輸送層が電子を輸送しないので、正孔注入輸送層と発光層との界面に蓄積され発光効率が上がることが知られている。
【０００３】
ところで、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不可欠であり、そして繊細な表示を行うために微細パターン化された電極が正常に作動することが必要となる。そのためには、（１）充分に微細な電極パターンと絶縁化された部分の幅が狭いこと、（２）電極のエッジ部分がシャープな形状となっていること、（３）微細加工された部分が完全に絶縁化されていること、（４）微細加工された電極部分がショートしないこと、（５）微細加工された電極の性能が損なわれないこと、（６）微細加工を行う際に除去に必要な部分以外の下地の部分に影響を与えないこと、などが重要な要件となる。
【０００４】
表示用ＥＬ素子のパターン化方法としては、電極を形成する際に同時にパターン化する方法と、ＥＬ素子を作成したのち、電極に微細加工を施す方法とが考えられる。
前者の方法としては、例えば電極を蒸着などの方法により形成する際に、マスクを用いてパターン化するマスク蒸着法が知られている。しかしながら、この方法においては、極めて微細なパターン、特に数十μｍ以下のものを作成するには、蒸着金属の回り込みなどの問題がある上、微細パターニングを行う場合、下地の蒸着層に対するマスクセッティングの位置精度が重要であり、そのため蒸着装置内に高度のマスクセッティング機構が必要となって、操作性が悪くなり生産性が低下するのを免れないなどの問題があった。したがって、このマスク蒸着法では、数十μｍの高精細な表示パターンを得ることは困難であった。
【０００５】
一方、後者の方法としては、代表的なものとして、フォトリソグラフィー技術を用いてパターン化する方法が知られている。しかしながら、この方法においては、レジスト塗布，ベーキング，露光，現像，エッチング及びレジスト剥離といった数多くの工程を経て作成されるために煩雑である上、レジスト塗布や現像などの工程において、電極が他の材料と接触するために、微細なパターンは得られるものの、電極材料の劣化などにより、電荷注入効率が落ち、ＥＬ素子としては使えないという本質的な問題を有している。
また、微細加工方法として、ドリルを用いた切削による方法も知られており、プリント基板の微細なホール加工などに用いられている。しかしながら、この方法は、強度的にそれほど強くない金属薄膜からなる陰極を加工するのに適しておらず、電極加工精度が不十分であったり、切削の際に生じる切削屑が電極のショートをもたらしたり、あるいは、陰極や発光層ばかりでなく、下地の陽極まで加工の影響をもたらし、断線する場合があるなどの問題を有している。
【０００６】
このような問題を解決する方法として、非接触ビームを用いて微細加工する方法が種々提案されている。例えば、特開平５−３０７７号公報や同−３０７８号公報には、ＥＬ素子に用いられる金属膜を切削する技術が提案されている。しかしながら、この技術は、切削は可能であるものの、操作性に問題があって効率的でなく、また周辺部へ熱的損傷をもたらし、微細加工プロセスとしては実用的でない。また、特開昭６１−１０５８８５号公報には、金属導電膜又は透光性導電膜と金属導電膜との組合せに、線状のレーザーパルスビームを照射して、電極を光加工する方法が提案されている。しかしながら、この方法においては、適用される材料の光吸収が大きくないので、レーザーアブレーションを起こすことは難しく、熱的プロセスにより微細加工が行われるため、周辺部への損傷や透光性導電膜への影響も大きいなどの問題がある。さらに、特開平１−１３０４９４号公報，特開平４−２５５６９２号公報，特開平５−２９０９７１号公報，特開平５−１９６９４９号公報などにおいても、非接触ビームを用いる微細加工技術が開示されているが、これらの技術は、いずれもレーザーアブレーション現象を利用するものではなく、必ずしも満足しうる方法とはいえない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来のＥＬ素子のパターン化方法がもつ欠点を改良し、ＥＬ素子の電極に、非接触的で、かつ加工エッジ周辺部や下地に対する熱的損傷をあまりもたらすことなく、シャープな微細加工を効率よく施し、しかも微細加工された電極が正常に作動しうる有機ＥＬ素子のパターン化方法及びそれにより得られた素子を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ＥＬ素子の微細パターン化にレーザーアブレーション加工法を用いることにより、その目的を達成しうること、そして、特に金属系電極（陰極）／有機化合物層／透明電極（陽極）／基板の構成からなる有機ＥＬ素子においては、金属系電極側からレーザービームの照射を特定の強度で行うことにより、レーザーエネルギーの大部分が陰極の金属系材料及び有機化合物でのみ吸収され、この際生じるレーザーアブレーション現象によって、金属系材料及び有機化合物のみを同時に飛散させ、加工エッジ周辺部や透明電極に損傷を与えることがなく、金属系電極にシャープな微細加工を効率よく施すことができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、有機ＥＬ素子を微細パターン化するに当たり、レーザーアブレーション加工法を用い、有機化合物層と該有機化合物層上に積層された金属系電極とを同時に飛散させることを特徴とする有機ＥＬ素子の微細パターン化方法、及び有機化合物層上に積層された金属系電極側から、単位面積当たりのレーザー出力が１０〜２２０ｍＪ／ｃｍ ² になるようにレーザービームが照射され、この際生じるレーザーアブレーション現象により、前記有機化合物層と前記金属系電極とを同時に飛散させて微細パターン化された有機ＥＬ素子を提供するものである。
【０００９】
また、本発明を実施するための好ましい態様は、金属系電極（陰極）／有機化合物層／透明電極（陽極）／基板の構成からなる有機ＥＬ素子に対し、金属系電極側から、単位面積当たりのレーザー出力が１０〜２２０ｍＪ／ｃｍ²になるようにレーザービームの照射を行い、この際生じるレーザーアブレーション現象により金属系電極に微細加工を施し、有機ＥＬ素子を微細パターン化する方法である。
【００１０】
本発明の方法において用いられるＥＬ素子においては、陽極として透明電極が用いられる。この透明電極としては、例えばＩＴＯ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏｘｉｄｅ），ＺｎＯ，ＣｕＳなどの無機系材料、あるいは有機系透明導電性材料を、ガラスなどの透明基板上に、蒸着やスパッタリングなどの方法により薄膜を形成させたものが用いられる。この透明電極のパターン化は、リソグラフィーなどの通常の微細加工によって形成される。
一方、陰極としては、金属単体又は金属合金などの金属系材料が用いられるが、電子の注入効率が高く、劣化の少ない材料が好ましく、特にマグネシウム・銀合金やアルミニウム・リチウム合金などの金属合金が好適である。該陰極は、これらの金属系材料を蒸着やスパッタリングなどの方法により、後述の発光層又は多層構造の有機化合物層の上に薄膜を形成させることによって作製することができる。
【００１１】
一方、有機ＥＬ素子は、上記陽極の透明電極と陰極の金属系電極との間に、有機発光材料からなる発光層を少なくとも含む有機化合物層を介在させたものであり、一般に金属系電極（陰極）／有機化合物層／透明電極（陽極）／基板の構成からなっている。ここで、有機化合物層は発光層のみからなる層であってもよく、また発光層とともに、正孔注入輸送層，電子注入輸送層などを積層した多層構造のものであってもよい。この有機ＥＬ素子の素子構成としては、例えば金属系電極（陰極）／発光層／透明電極（陽極）／基板，金属系電極（陰極）／発光層／正孔注入輸送層／透明電極（陽極）／基板，金属系電極（陰極）／電子注入輸送層／発光層／透明電極（陽極）／基板，金属系電極（陰極）／電子注入輸送層／発光層／正孔注入輸送層／透明電極（陽極）／基板などを挙げることができる。
【００１２】
この有機ＥＬ素子において、発光層は（１）電界印加時に、陽極又は正孔注入輸送層により正孔を注入することができ、かつ陰極又は電子注入層より電子を注入することができる注入機能、（２）注入した電荷（電子と正孔）を電界の力で移動させる輸送機能、（３）電子と正孔の再結合の場を発光層内部に提供し、これを発光につなげる発光機能などを有している。この発光層に用いられる発光材料の種類については特に制限はなく、従来有機ＥＬ素子における発光材料として公知のものを用いることができる。また、正孔注入輸送層は、正孔伝達化合物からなる層であって、陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有し、この正孔注入輸送層を陽極と発光層との間に介在させることにより、より低い電界で多くの正孔が発光層に注入される。その上、発光層に陰極又は電子注入層により注入された電子は、発光層と正孔注入輸送層の界面に存在する電子の障壁により、この発光層内の界面付近に蓄積されＥＬ素子の発光効率を向上させ、発光性能の優れたＥＬ素子とする。この正孔注入輸送層に用いられる正孔伝達化合物については特に制限はなく、従来有機ＥＬ素子における正孔伝達化合物として公知のものを使用することができる。さらに、電子注入輸送層は、陰極より注入される電子を発光層に伝達する機能を有している。この電子注入輸送層に用いられる電子伝達化合物については特に制限はなく、従来有機ＥＬ素子における電子伝達化合物として公知のものを使用することができる。この有機化合物層は、各有機材料を蒸着やスパッタリングなどの方法により、透明電極上に積層して薄膜を形成させることにより、作製することができる。
【００１３】
本発明においては、上記ＥＬ素子の微細パターン化方法として、レーザーアブレーション加工法が用いられる。ここでいうレーザーアブレーション加工法とは、レーザービームを固体物質表面に照射した際、このレーザーエネルギーを吸収した物質が大きなエネルギーをもつフラグメントとして飛散する現象、すなわちレーザーアブレーション現象を利用して微細加工を施す方法のことである。このレーザーアブレーション現象は、１９８０年初頭に見出され、レーザー特有の多光子過程により生じるものと考えられている。エキシマーレーザーに代表される高いエネルギーをもつ紫外レーザーを、例えばポリマーに照射した場合には、通常の化学結合を解離し、余剰エネルギーはフラグメントの飛散に用いられるため、熱的作用の小さい過程によりエッチングが行われ、周囲に熱的影響を与えないシャープな微細加工が可能となる。このような現象はポリマー分子に限らず、通常の有機固体においても起こるものと考えられ、また、最近では有機液体物質のアブレーション現象についても報告されている。
【００１４】
一方、金属やセラミックスにおけるレーザーアブレーション現象についても数多く報告されており、薄膜形成などへの応用が進められている。しかしながら、金属やセラミックスの場合には、フラグメントとして飛散させるためには、通常有機物に比べて１桁ないし２桁高いレーザーフルエンス（単位面積当たりのレーザー出力）で照射しなければならない。例えばポリマーの場合では、数十ｍＪ／ｃｍ^２ないし数百ｍＪ／ｃｍ^２フルエンスでレーザーアブレーション現象を起こすことができるが、金属やセラミックスの場合では、数Ｊ／ｃｍ^２ないし数十Ｊ／ｃｍ^２のフルエンスが必要とされる。
【００１５】
本発明のＥＬ素子の微細パターン化方法においては、有機ＥＬ素子に対し、上記のレーザーアブレーション加工法が施されるが、特に金属系電極（陰極）／有機化合物層／透明電極（陽極）／基板の構成からなる有機ＥＬ素子に対し、レーザーアブレーション加工法を施すのが有利である。この場合、金属系電極側からレーザービームを照射することにより、金属系電極を透過したレーザービームが吸収係数の大きな有機化合物層で吸収され、それより下に存在する透明電極には影響を及ぼさずに、レーザーアブレーション現象により、有機化合物が陰極の金属系材料と共に飛散し、微細加工が施される。したがって、このような方法によると、熱的な影響の少ないシャープなエッチングが可能となり、かつ下地の透明電極に損傷を与えないため、断線やショートのない微細パターンを形成することができる。有機化合物層が存在しない場合には、低いレーザーフルエンスではアブレーション現象を起こすことができないため、微細加工を行うには、高いレーザーフルエンスでレーザービームを照射しなければならず、熱的な影響により、照射した部分以外の部位が加工されてしまったり、周囲が溶融してしまったり、下地部分をも加工されてしまうなどの現象が起こり、所望の微細加工ができないという問題が生じる。
【００１６】
本発明において、レーザーアブレーション加工に用いられるレーザーとしては、波長１０ｎｍないし２０μｍのレーザービーム（赤外線，可視光線，紫外線，Ｘ線）を発振できるものであれば、いずれのものであってもよい。このようなレーザーとしては、例えば炭酸ガスレーザー，一酸化炭素レーザー，ＨＦレーザー，ヨウ素レーザー，ＹＡＧレーザー，ガラスレーザー，ＹＬＦレーザー，アレクサンドライトレーザー，半導体レーザー，色素レーザー，窒素レーザー，エキシマーレーザー，Ｘ線レーザー，自由電子レーザーなどが挙げられ、また、高調波素子などを用いて波長変換したものを使用することができる。
【００１７】
これらの中で、産業用に用いられているレーザーが安定的に発振するので好ましく、特に加工用レーザーとして知られているものが操作性や生産性の点から好ましい。さらに、大出力のレーザーが生産性の点から好適である。また、波長の短いものほどビームを微細に絞ることができるので好ましく、特に紫外レーザーは熱的な寄与の少ないアブレーション現象による加工を行うことができるので最適である。このような条件を満たす大出力の加工用産業レーザーとして、エキシマーレーザーが知られており、このエキシマーレーザーを用いて、ポリイミドなどの材料の加工が実用的に行われている。
【００１８】
本発明においては、金属系電極（陰極）／有機化合物層／透明電極（陽極）／基板の構成からなる有機ＥＬ素子の微細パターン化には、上記レーザーを用いて、金属系電極側からレーザービームが照射される。この際、レーザービームの照射は、レーザーフルエンスが１０〜２２０ｍＪ／ｃｍ^２の範囲になるように行うことが必要である。このレーザーフルエンスが１０ｍＪ／ｃｍ^２未満では陰極の金属系材料が飛散せずに残存するおそれがある上、飛散物が充分なエネルギーをもつことができないため、加工表面から飛散しないことがあるなどの好ましくない事態を招来し、所望の微細加工を行うことができない。一方、２２０ｍＪ／ｃｍ^２を超えるレーザーフルエンスでは、陰極の金属系材料及び有機化合物は飛散するものの、有機化合物層の下に存在する透明電極が損傷や熱的な影響を受けて、導電性の低下をもたらす。また、照射周辺部への熱的な影響が大きくなり、微細加工幅が広がってしまったり、残すべき陰極の金属系材料が溶けてしまったり、変質したりして所望の微細パターンが得られない。
本発明においては、レーザーの発振方式としては、パルス発振方式が有利である。連続発振方式では、ステージを駆動させることにより、比較的自由に加工操作を行うことができるが、アブレーション現象が生じにくく、熱的蓄積が起こるため、加工精度などの問題が生じ、所望の微細加工を行うことが困難である。一方、パルス発振方式では、パルス間隔とステージの駆動速度を考慮してレーザービームを照射する必要があるが、パルス的にレーザービームを照射することにより、アブレーション現象を起こすことができ、熱的損傷の少ない微細加工を行うことができるので、このパルス発振方式が有利である。パルス幅は短いほど、熱的な損傷を少なくすることができるため、有利である。パルス幅としては１００μ秒以下が望ましく、より好ましくは１００ナノ秒以下、さらに好ましくはピコ秒，フェムト秒である。
【００１９】
なお、電子ビームやイオン（クラスター）ビームも微細加工に用いることができるが、これらの方法においては、装置が大がかりで高価である上、真空を必要とするなど操作性の点で大きな問題を有し、微細加工法としては実用的でない。
本発明においては、レーザービームを照射し、この際生じるアブレーション現象を利用して微細加工を行うが、レーザービーム、特にエキシマーレーザーから得られたビームは不均一なものが多いので、ビームホモジナイザーなどを用いて均一化したビームを使用するのが望ましい。ビームの形状については、点状のものでも矩形状のものでもよいが、短形状のものはビームを細長くすることができるため、特に薄加工を行う場合には１パルス照射で大きな部分の加工ができ、効率よく微細加工ができることから、有利である。また、ビームを集光することにより、レーザーフルエンスを高めることができ、容易に加工を行いうるとともに、原理的に数μｍ程度にまで絞ることが可能であり、微細加工を行うのに有利である。しかし、必ずしも焦点で加工を行う必要がなく、むしろ焦点で加工を行う場合は、レーザーフルエンスが高くなりすぎて、下地に影響を与えたり、周辺部に熱的な損傷を与えるなどの好ましくない事態を生じる場合がある。
【００２０】
また、大面積に微細加工を行う場合は、レーザービームをふりながら固定化した被加工物に照射するか、あるいは被加工物をステージに乗せて、このステージを駆動させる方法が用いられるが、操作性の点から後者の方法が好ましい。ステージの駆動をレーザーの発振と同期させることにより、任意の形状のパターンを得ることができる。なお、微細なパターンを得るためには、それに見合った精度をもつステージを用いることが必要である。
さらに、予め所望のパターンをもつマスクを作成しておき、このマスクを介してレーザービームを照射することにより、大面積に一括パターン転写を施すことができ、極めて効率よく微細加工を行うことができる。しかし、この場合、マスクの劣化やマスク材料のコンタミ（汚染）などの問題がある。
【００２１】
本発明においては、レーザーアブレーション現象を利用して微細加工を行うため、加工の際に被加工物からフラグメントが飛散する。この飛散物は再び被加工物上に堆積して電極の短絡などの好ましくない事態を招来する場合があり、飛散物を堆積させないことが重要である。
本発明においては、前記したようにエキシマーレーザーが好ましく用いられる。このエキシマーレーザーは、高い励起エネルギーをもつ大出力のレーザーであって、このレーザーを用いた高分子材料などのアブレーション加工法が知られている。このエキシマーレーザーは紫外領域で発振するため、熱的な寄与の少ない加工が行える利点を有している。さらに、高励起エネルギーで大出力のエキシマーレーザーを用いることにより、フラグメントの分解を促進し、原子や分子やイオンなどの小さなフラグメントにまですることが可能である上、フラグメントに大きな並進エネルギーを与えることができるため、フラグメントが加工領域から離れた遠くにまで飛散することになる。これらの点から、本発明においてはエキシマーレーザーを用いるのが最適である。
【００２２】
本発明においては、この微細加工を真空中で行うことにより、フラグメントを遠くに飛散させることができる。空気や不活性ガスなどが存在すると、フラグメントはこれらと衝突してエネルギーを失い、遠くに飛散できなくなる場合がある。また、加工領域に不活性ガスなどを強制的に吹き込むことにより、フラグメントを飛散させる方法も有効である。
このようにして、金属系電極（陰極）に微細加工を施し、ＥＬ素子の微細パターン化を行ったのち、素子の劣化を防ぎ、寿命を延ばすために、通常封止処理が施される。
本発明は、またこのようなレーザーアブレーション加工法により微細パターン化された有機ＥＬ素子をも提供するものである。
図１は、金属系電極（陰極）に微細加工を施す前の有機ＥＬ素子の一例の構成を示す斜視図であり、ガラス基板１上にパターン化されたＩＴＯ電極２，有機化合物層３及び金属系電極４が順次積層されている。図２は、この図１に示す有機ＥＬ素子の金属系電極４に微細加工を施すことにより、微細パターン化された有機ＥＬ素子の一例の斜視図を示す。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
フッ化クリプトンエキシマーレーザービーム（４５ｍＪ，縦１０ｍｍ×横３０ｍｍ）を、シリンドリカルレンズを用い、まず２枚のレンズにより横方向に拡大した後に平行光線とし、次いで縦方向に縮小した。
次に、このようにして得られた細長状のレーザービーム（フルエンス１８０ｍＪ／ｃｍ^２，縦２５０μｍ×横１００ｍｍ）を、予め作製した有機ＥＬ素子（ＭｇＡｇ合金電極／有機発光層／ＩＴＯ電極／ガラス基板）に照射した。この有機ＥＬ素子はステージ上に固定されており、マイクロメーターを用いることにより、５００μｍずつ動かすことが可能であるので、最終的に２５０μｍのギャップと電極幅をもつ微細電極パターンを得ることができた。
【００２４】
これら一連のプロセスの概略を図３（ａ）〜（ｃ）に示した。この微細加工されたＥＬ素子について光学顕微鏡〔三菱化学（株）製，マイクロウオッチャーＶＳ−２０５〕を用いて形状を観察したところ、図４の写真図に示すように、シャープなエッジをもち、陰極材料及び発光層の有機材料が完全にアブレーションされており、ＩＴＯ薄膜は飛散せずに残存していることが明らかとなった。
このようにして微細加工が施された有機ＥＬ素子に、図５に示すように９Ｖの定電圧を共通のＩＴＯ電極と微細化された陰極部分との間にかけて発光試験を行ったところ、微細化された部分のみが発光することが確認された。このことは、ＥＬ素子の陰極の加工が充分に完了しており、切断された微細電極部分同士は短絡されておらず、かつＩＴＯ電極は損傷をうけていないことを示している。
【００２５】
また、微細電極パターンの深さ方向の掘れ具合を、触針式膜厚計（Ｓｌｏａｎ社製，ＤＥＫＴＡＫ３０３０）を用いて測定したところ、電極パターンの立ち上りは２０μｍ以内であることが分かった。
図３（ａ）〜（ｃ）及び図５において、１はガラス基板，２はＩＴＯ電極，３は有機化合物層（有機発光層）及び４は金属系電極（ＭｇＡｇ合金電極）である。
また、図４において、（１）の部分はレーザービームにより溝加工された部分を示し、最表面はＩＴＯ電極で、幅２５０μｍである。一方（２）の部分はレーザービーム未照射部分を示し、ＭｇＡｇ合金電極及び有機化合物層は残存しており、幅は２５０μｍである。なお、スケール数値はｍｍを示す。
実施例２
実施例１において、フッ化クリプトンエキシマーレーザービームの代わりにフッ化アルゴンエキシマーレーザービーム（５０ｍＪ，縦１０ｍｍ×横３０ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様に微細加工を行った。この微細加工されたＥＬ素子について、光学顕微鏡（前出）を用いて形状を観察したところ、シャープなエッジをもち、陰極材料及び発光層の有機材料が完全にアブレーションされており、ＩＴＯ薄膜は飛散せずに残存している金属合金電極微細パターンが作製されていることが明らかとなった。
【００２６】
実施例３
実施例１において、ＥＬ素子のマイクロメーターで駆動する距離を２５０μｍから１ｍｍに変えた以外は、実施例１と同様にして微細加工を行った。この微細加工されたＥＬ素子の金属合金電極の形状を光学顕微鏡（前出）を用いて観察したところ、図６の写真図に示すように、電極の幅７５０μｍ、電極間のピッチ２５０μｍのものであった。
図６において、（１）の部分はレーザービームにより溝加工された部分を示し、最表面はＩＴＯ電極で、幅２５０μｍである。一方（２）の部分はレーザービーム未照射部分を示し、ＭｇＡｇ合金電極及び有機化合物層は残存しており、幅は７５０μｍである。なお、スケール数値はｍｍを示す。
【００２７】
比較例１
実施例１において、レーザー出力を２ｍＪ（レーザーフルエンスとして８ｍＪ／ｃｍ^２）とした以外は、実施例１と同様にして微細加工を行ったところ、ＭｇＡｇ合金電極は飛散せず、微細な溝加工はできなかった。この合金電極表面を光学顕微鏡（前出）で観察したところ、図７に示すように表面が班状になっていることが確認された。
比較例２
実施例１において、レーザー出力を１０Ｊ（レーザーフルエンスとして４０Ｊ／ｃｍ^２）とした以外は、実施例１と同様にして微細加工を行い、ＭｇＡｇ合金電極の表面を光学顕微鏡（前出）で観察したところ、図８に示すようにＭｇＡｇ合金電極は飛散し、溝加工されたが、照射されない部分も融けた状態となったり、一部飛散したりしており、微細加工された金属合金電極は作製できなかった。
比較例３
板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなるマスクを用い、板厚１．１ｍｍのガラス基板上に、開口部が３ｍｍのマスクを装着し、Ｍｇ１４Å／ｓｅｃ，Ａｇ１Å／ｓｅｃの速度で共蒸着を行いＭｇＡｇの微細電極パターンを作製した。この深さプロファイルを、実施例１と同様の方法により測定したところ、電極パターンの立ち上りは８０μｍであった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の方法は、レーザーアブレーション加工法により非接触で金属系電極（陰極）に微細加工を施し、有機ＥＬ素子を微細パターン化する方法であって、（１）透明電極に損傷を与えることなく、金属系電極に、加工エッジ周辺部への熱的損傷の少ないシャープな微細加工を効率よく施すことができる、（２）不安定な陰極の金属系材料に対して、非接触で加工が行われるため、該金属系材料に寿命低下などの悪影響を与えない、（３）レーザー光を絞ることにより、原理的に波長程度までの極めて高精細な微細加工が可能である、（４）大気中で加工を行うことができ、かつ装置が簡便で、容易に微細加工が行える、（５）レーザービームを走査することにより、容易に任意の微細パターンを得ることができる、（６）レーザービームを細長い形状にすることにより、生産性よく加工を行うことができる、（７）レーザービームを一括大面積照射することにより、マスクパターンの転写も可能であり、高い生産性で加工を行うことができる、などの利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属系電極（陰極）に微細加工を施す前の有機ＥＬ素子の一例の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の方法により、金属系電極（陰極）に微細加工を施すことにより、微細パターン化された有機ＥＬ素子の一例の斜視図である。
【図３】本発明の方法におけるプロセスの概略を示す説明図である。
【図４】本発明の方法により微細パターン化された有機ＥＬ素子の一例の光学顕微鏡写真図である。
【図５】本発明の方法により微細パターン化された有機ＥＬ素子の一例について、発光試験を行うための説明図である。
【図６】本発明の方法により微細パターン化された有機ＥＬ素子の上記図４と異なった例の光学顕微鏡写真図である。
【図７】本発明で規定する範囲より小さいレーザーフルエンスでレーザービームを照射し、微細加工を行った場合の有機ＥＬ素子の一例における金属系電極表面の光学顕微鏡写真図である。
【図８】本発明で規定する範囲より大きいレーザーフルエンスでレーザービームを照射し、微細加工を行った場合の有機ＥＬ素子の一例における金属系電極表面の光学顕微鏡写真図である。
【符号の説明】
１：ガラス基板
２：ＩＴＯ電極
３：有機化合物層
４：金属系電極[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for finely patterning an electroluminescence (hereinafter abbreviated as EL) device and a finely patterned EL device. More specifically, the present invention provides a method for finely patterning an EL element in a non-contact manner by using a laser ablation method, particularly, a metal-based electrode (cathode) / organic compound layer / transparent electrode (anode) / substrate. In patterning the organic EL device having the above configuration, the laser ablation method can efficiently perform sharp microscopic processing on the metal-based electrode with less thermal damage to the periphery of the processing edge without damaging the transparent electrode. The present invention relates to a method for forming an organic EL element into a fine pattern and an EL element finely patterned by the laser ablation processing method.
[0002]
[Prior art]
EL devices using electroluminescence emit light with high visibility due to self-emission, and have characteristics such as excellent impact resistance because they are completely solid devices. Therefore, their use as light emitting devices in various display devices attracts attention. Have been.
This EL element includes an inorganic EL element using an inorganic compound as a light emitting material and an organic EL element using an organic compound. Among these, the organic EL element is used because the applied voltage can be significantly reduced. Practical research is being actively conducted on the next-generation display element.
The organic EL element includes an organic compound layer including at least a light emitting layer and a pair of electrodes sandwiching the organic compound layer. Specifically, the organic EL element has a basic structure of anode / light emitting layer / cathode. Which are provided with a hole injection / transport layer or an electron injection / transport layer as appropriate, for example, anode / hole injection / transport layer / light emitting layer / cathode, or anode / hole injection / transport layer / light emitting layer / electron injection / transport layer One having a configuration such as a / cathode is known. The hole injection transport layer has a function of transmitting holes injected from the anode to the light emitting layer, and the electron injection transport layer has a function of transmitting electrons injected from the cathode to the light emitting layer. I have. By interposing the hole injecting and transporting layer between the light emitting layer and the anode, many holes are injected into the light emitting layer at a lower electric field, and further injected into the light emitting layer from the cathode or the electron injecting and transporting layer. It is known that the collected electrons accumulate at the interface between the hole injection / transport layer and the light emitting layer because the hole injection / transport layer does not transport the electrons, thereby increasing the luminous efficiency.
[0003]
By the way, in order to use an EL element as a display element, electrode patterning is indispensable, and finely patterned electrodes need to operate normally in order to perform delicate display. To this end, (1) a sufficiently fine electrode pattern and the width of the insulated portion are narrow, (2) the edge portion of the electrode has a sharp shape, and (3) a finely processed portion. Is completely insulated, (4) that the micro-machined electrode portion does not short-circuit, (5) that the performance of the micro-machined electrode is not impaired, and (6) that is removed during micro-machining. An important requirement is to not affect the underlying part other than the part necessary for the above.
[0004]
As a method of patterning the display EL element, a method of patterning the electrode at the same time as forming the electrode and a method of forming the EL element and then performing fine processing on the electrode can be considered.
As the former method, for example, a mask evaporation method in which an electrode is patterned by using a mask when an electrode is formed by a method such as evaporation is known. However, in this method, in order to produce an extremely fine pattern, particularly one having a size of several tens of μm or less, there is a problem such as a wraparound of a deposited metal, and when performing fine patterning, a mask setting for an underlying deposited layer is required. Positional accuracy is important, and therefore, a high-level mask setting mechanism is required in the vapor deposition apparatus, and there is a problem that operability is deteriorated and productivity is reduced. Therefore, it is difficult to obtain a high-definition display pattern of several tens of μm by this mask vapor deposition method.
[0005]
On the other hand, as the latter method, a patterning method using a photolithography technique is known as a typical one. However, this method is complicated because it is created through a number of steps such as resist coating, baking, exposure, development, etching, and resist stripping. In addition, in the steps of resist coating and development, electrodes are made of other materials. Thus, although a fine pattern can be obtained, the charge injection efficiency is reduced due to the deterioration of the electrode material or the like, and there is an essential problem that the device cannot be used as an EL element.
Further, as a fine processing method, a method using cutting with a drill is also known, and is used for fine hole processing of a printed circuit board. However, this method is not suitable for processing a cathode made of a metal thin film that is not so strong in terms of strength, and the electrode processing accuracy is insufficient, and cutting chips generated at the time of cutting cause a short circuit of the electrode. In addition, there is a problem in that not only the cathode and the light emitting layer but also the underlying anode are affected by the processing and the wire may be disconnected.
[0006]
As a method for solving such a problem, various methods for performing fine processing using a non-contact beam have been proposed. For example, JP-A-5-3077 and JP-A-3078 propose a technique for cutting a metal film used in an EL element. However, although this technique is capable of cutting, it is not efficient due to problems in operability and causes thermal damage to the periphery, and is not practical as a micromachining process. Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-105885 proposes a method of irradiating a metal conductive film or a combination of a light-transmitting conductive film and a metal conductive film with a linear laser pulse beam to optically process the electrodes. Have been. However, in this method, it is difficult to cause laser ablation because the material to be applied does not have a large light absorption, and fine processing is performed by a thermal process. There is a problem such that the influence of is large. Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-130494, 4-255592, 5-290971 and 5-196949 also disclose a fine processing technique using a non-contact beam. However, none of these techniques utilize the laser ablation phenomenon and are not necessarily satisfactory methods.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention improves on the drawbacks of the conventional EL element patterning method, and makes the electrodes of the EL element non-contact and does not cause much thermal damage to the periphery of the processing edge and the base. Efficient sharp micromachining, and finely machined electrodes can operate normallyOrganicEL element patterning methodAnd device obtained therebyThe purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, it has been found that the object can be achieved by using a laser ablation method for fine patterning of an EL element, and in particular, a metal-based electrode. In an organic EL device having a constitution of (cathode) / organic compound layer / transparent electrode (anode) / substrate, a laser beam is radiated from the metal-based electrode side at a specific intensity so that most of the laser energy is converted to the cathode. Is absorbed only by the metal-based material and the organic compound, and at this time, the laser-ablation phenomenon causes only the metal-based material and the organic compound to be scattered at the same time, without damaging the periphery of the processing edge and the transparent electrode, It has been found that sharp fine processing can be performed efficiently. The present invention has been completed based on such findings.
That is, the present invention uses a laser ablation processing method in forming an organic EL element into a fine pattern.Simultaneously scatter the organic compound layer and the metal-based electrode laminated on the organic compound layer.A method for finely patterning an organic EL device, comprising:From the side of the metal-based electrode laminated on the organic compound layer, the laser output per unit area is 10 to 220 mJ / cm. ^Two A laser beam is irradiated so that the organic compound layer and the metal-based electrode are simultaneously scattered due to a laser ablation phenomenon occurring at this time.An object of the present invention is to provide a finely patterned organic EL device.
[0009]
In addition, a preferred mode for carrying out the present invention is that an organic EL element having a configuration of a metal-based electrode (cathode) / organic compound layer / transparent electrode (anode) / substrate has a unit area per unit area from the metal-based electrode side. Laser output of 10-220mJ / cm^TwoIn this method, a metal electrode is finely processed by laser ablation phenomenon which occurs at this time, and a fine pattern is formed on the organic EL element.
[0010]
In the EL device used in the method of the present invention, a transparent electrode is used as an anode. As the transparent electrode, for example, an inorganic material such as ITO (In-Sn-Oxide), ZnO, or CuS, or an organic transparent conductive material is formed on a transparent substrate such as glass by a method such as vapor deposition or sputtering. Is used. The patterning of the transparent electrode is formed by ordinary fine processing such as lithography.
On the other hand, as the cathode, a metal-based material such as a simple metal or a metal alloy is used, but a material having high electron injection efficiency and low deterioration is preferable, and a metal alloy such as a magnesium-silver alloy or an aluminum-lithium alloy is particularly preferable. It is suitable. The cathode can be manufactured by forming a thin film of these metal-based materials on a light-emitting layer or an organic compound layer having a multilayer structure described later by a method such as evaporation or sputtering.
[0011]
On the other hand, an organic EL element is one in which an organic compound layer including at least a light-emitting layer made of an organic light-emitting material is interposed between the transparent electrode of the anode and the metal-based electrode of the cathode. ) / Organic compound layer / transparent electrode (anode) / substrate. Here, the organic compound layer may be a layer composed of only a light emitting layer, or may have a multilayer structure in which a hole injection transport layer, an electron injection transport layer, and the like are stacked together with the light emitting layer. As an element configuration of this organic EL element, for example, metal-based electrode (cathode) / light-emitting layer / transparent electrode (anode) / substrate, metal-based electrode (cathode) / light-emitting layer / hole injection / transport layer / transparent electrode (anode) / Substrate, metal-based electrode (cathode) / electron injection / transport layer / light-emitting layer / transparent electrode (anode) / substrate, metal-based electrode (cathode) / electron injection / transport layer / light-emitting layer / hole injection / transport layer / transparent electrode ( Anode) / substrate.
[0012]
In this organic EL device, the light emitting layer has the following functions: (1) an injection function capable of injecting holes by an anode or a hole injection / transport layer and injecting electrons from a cathode or an electron injection layer when an electric field is applied; (2) a transport function of moving injected charges (electrons and holes) by the force of an electric field, and (3) a light-emitting function of providing a field for recombination of electrons and holes inside the light-emitting layer and connecting it to light emission. have. There is no particular limitation on the type of light emitting material used for the light emitting layer, and a known light emitting material in an organic EL element can be used. The hole injecting and transporting layer is a layer made of a hole transporting compound, and has a function of transmitting holes injected from the anode to the light emitting layer. By intervening between them, many holes are injected into the light emitting layer at a lower electric field. In addition, electrons injected into the light emitting layer by the cathode or the electron injection layer are accumulated near the interface in the light emitting layer due to the electron barrier existing at the interface between the light emitting layer and the hole injection transport layer, and the light emission of the EL element is reduced. Efficiency is improved and an EL element having excellent light emission performance is obtained. There is no particular limitation on the hole transporting compound used in the hole injecting / transporting layer, and any known hole transporting compound in an organic EL device can be used. Further, the electron injecting and transporting layer has a function of transmitting electrons injected from the cathode to the light emitting layer. There is no particular limitation on the electron transfer compound used in the electron injecting and transporting layer, and any known electron transfer compound in an organic EL device can be used. This organic compound layer can be produced by laminating each organic material on a transparent electrode by a method such as vapor deposition or sputtering to form a thin film.
[0013]
In the present invention, a laser ablation method is used as a method for forming a fine pattern of the EL element. The laser ablation method referred to here is a phenomenon in which, when a laser beam is applied to the surface of a solid material, the material that absorbs the laser energy scatters as fragments having a large energy. It is a method of applying. This laser ablation phenomenon was discovered in early 1980 and is thought to be caused by a multiphoton process unique to lasers. When a polymer is irradiated with an ultraviolet laser having a high energy represented by an excimer laser, for example, the polymer is dissociated, the ordinary chemical bonds are dissociated, and the excess energy is used to scatter the fragments. Is performed, and sharp fine processing without affecting the surroundings can be performed. Such a phenomenon is considered to occur not only in polymer molecules but also in ordinary organic solids. Recently, ablation phenomena of organic liquid substances have also been reported.
[0014]
On the other hand, many laser ablation phenomena have been reported for metals and ceramics, and applications to thin film formation and the like have been promoted. However, in the case of metals and ceramics, in order to scatter them as fragments, they must be irradiated with a laser fluence (laser output per unit area) which is usually one or two orders of magnitude higher than that of organic substances. For example, in the case of a polymer, several tens mJ / cm²Or several hundred mJ / cm²Laser ablation can be caused by fluence, but in the case of metal and ceramics, several J / cm²Or several tens J / cm²Fluence is required.
[0015]
The present inventionofIn the fine patterning method of the EL element,, HavingThe above-mentioned laser ablation method is applied to the organic EL element of the organic EL device. In particular, the laser ablation processing method is applied to the organic EL element composed of a metal electrode (cathode) / organic compound layer / transparent electrode (anode) / substrate. It is advantageous to apply a method. In this case, by irradiating the laser beam from the metal-based electrode side, the laser beam transmitted through the metal-based electrode is absorbed by the organic compound layer having a large absorption coefficient, and does not affect the transparent electrode existing thereunder. In addition, due to the laser ablation phenomenon, the organic compound is scattered together with the metal material of the cathode, and fine processing is performed. Therefore, according to such a method, it is possible to perform sharp etching with little thermal influence and not to damage the underlying transparent electrode, so that a fine pattern without disconnection or short circuit can be formed. If the organic compound layer does not exist, the ablation phenomenon cannot occur with low laser fluence, so in order to perform fine processing, a laser beam must be irradiated with high laser fluence, and due to thermal effects, Phenomena such as processing of a part other than the irradiated part, melting of the surroundings, and processing of the underlying part also occur, causing a problem that desired fine processing cannot be performed.
[0016]
In the present invention, the laser used for the laser ablation processing may be any laser as long as it can oscillate a laser beam (infrared, visible light, ultraviolet, X-ray) having a wavelength of 10 nm to 20 μm. Examples of such a laser include a carbon dioxide laser, a carbon monoxide laser, an HF laser, an iodine laser, a YAG laser, a glass laser, a YLF laser, an alexandrite laser, a semiconductor laser, a dye laser, a nitrogen laser, an excimer laser, and an X-ray. A laser, a free electron laser and the like can be mentioned, and a laser whose wavelength has been converted using a harmonic element or the like can be used.
[0017]
Among these, lasers used for industrial use are preferable because they oscillate stably, and those known as processing lasers are particularly preferable in terms of operability and productivity. Further, a high output laser is preferable from the viewpoint of productivity. Further, a shorter wavelength is preferable because the beam can be finely narrowed, and an ultraviolet laser is particularly preferable because processing by an ablation phenomenon with little thermal contribution can be performed. An excimer laser is known as a high-power industrial laser for processing that satisfies such conditions, and a material such as polyimide is practically processed using the excimer laser.
[0018]
In the present invention, the above-described laser is used to form a laser beam from the metal-based electrode side for fine patterning of an organic EL device having the structure of a metal-based electrode (cathode) / organic compound layer / transparent electrode (anode) / substrate. Is irradiated. At this time, the laser beam irradiation is performed with a laser fluence of 10 to 220 mJ / cm.²It is necessary to perform so as to be within the range. This laser fluence is 10mJ / cm²If it is less than 1, the metal-based material of the cathode may remain without being scattered, and the scattered material may not have sufficient energy. Cannot perform fine processing. On the other hand, 220 mJ / cm²When the laser fluence exceeds, the metal-based material and the organic compound of the cathode are scattered, but the transparent electrode under the organic compound layer is damaged or thermally affected, resulting in a decrease in conductivity. In addition, the thermal influence on the irradiation peripheral portion becomes large, and the fine processing width is widened, or the metal material of the cathode to be left is melted or deteriorated, and a desired fine pattern cannot be obtained. .
In the present invention, the pulse oscillation method is advantageous as the laser oscillation method. In the continuous oscillation method, the processing operation can be performed relatively freely by driving the stage. However, since the ablation phenomenon does not easily occur and thermal accumulation occurs, problems such as processing accuracy occur, and the desired fine processing is performed. Is difficult to do. On the other hand, in the pulse oscillation method, it is necessary to irradiate a laser beam in consideration of the pulse interval and the driving speed of the stage. This pulse oscillation method is advantageous because fine processing with less noise can be performed. A shorter pulse width is advantageous because thermal damage can be reduced. The pulse width is desirably 100 μsec or less, more preferably 100 ns or less, even more preferably picosecond or femtosecond.
[0019]
Note that an electron beam or an ion (cluster) beam can also be used for microfabrication, but these methods have large problems in terms of operability such as requiring a large and expensive apparatus and requiring a vacuum. However, it is not practical as a fine processing method.
In the present invention, a laser beam is irradiated, and fine processing is performed using the ablation phenomenon that occurs at this time.However, since a laser beam, particularly a beam obtained from an excimer laser, is often non-uniform, a beam homogenizer or the like is used. It is desirable to use a beam that has been homogenized. Regarding the beam shape, a point-like shape or a rectangular shape may be used, but a short shape can make the beam elongated. This is advantageous because fine processing can be performed efficiently. In addition, by condensing the beam, the laser fluence can be increased, processing can be easily performed, and it is possible to narrow down to about several μm in principle, which is advantageous for performing fine processing. . However, it is not always necessary to perform processing at the focal point. Rather, when processing is performed at the focal point, the laser fluence becomes too high, and undesired situations such as affecting the base and causing thermal damage to the surrounding area. May occur.
[0020]
In the case of performing fine processing on a large area, a method of irradiating a fixed workpiece while shaking with a laser beam or placing the workpiece on a stage and driving this stage is used. The latter method is preferred from the viewpoint of properties. By synchronizing the driving of the stage with the oscillation of the laser, a pattern of any shape can be obtained. In order to obtain a fine pattern, it is necessary to use a stage having an accuracy corresponding thereto.
Furthermore, by preparing a mask having a desired pattern in advance and irradiating a laser beam through the mask, a batch pattern transfer can be performed over a large area, and fine processing can be performed extremely efficiently. . However, in this case, there are problems such as deterioration of the mask and contamination (contamination) of the mask material.
[0021]
In the present invention, since fine processing is performed using the laser ablation phenomenon, fragments are scattered from a workpiece during processing. The scattered matter may be deposited on the workpiece again to cause an undesirable situation such as a short circuit of the electrode, and it is important that the scattered matter is not deposited.
In the present invention, an excimer laser is preferably used as described above. This excimer laser is a high-output laser having high excitation energy, and an ablation processing method for a polymer material or the like using this laser is known. Since this excimer laser oscillates in the ultraviolet region, it has an advantage that processing with little thermal contribution can be performed. Furthermore, by using a high-power excimer laser with high excitation energy, it is possible to promote fragment decomposition and to reduce fragments into small fragments such as atoms, molecules, and ions, and to provide large translational energy to fragments. Therefore, the fragments are scattered far away from the processing area. From these points, it is optimal to use an excimer laser in the present invention.
[0022]
In the present invention, by performing the fine processing in a vacuum, fragments can be scattered far away. In the presence of air or inert gas, the fragments may collide with them and lose energy, and may not be able to scatter far away. In addition, a method in which fragments are scattered by forcibly blowing an inert gas or the like into the processing region is also effective.
After the metal electrode (cathode) is finely processed and the EL element is finely patterned in this way, a sealing process is usually performed to prevent deterioration of the element and extend the life.
The present invention also provides a fine pattern by such a laser ablation processing method.OrganicAn EL element is also provided.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of an organic EL element before fine processing is performed on a metal-based electrode (cathode). The ITO electrode 2, the organic compound layer 3, and the metal are patterned on a glass substrate 1. The system electrodes 4 are sequentially stacked. FIG. 2 is a perspective view of an example of the organic EL element which is finely patterned by subjecting the metal-based electrode 4 of the organic EL element shown in FIG. 1 to fine processing.
[0023]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
A krypton fluoride excimer laser beam (45 mJ, 10 mm long × 30 mm wide) was first expanded in the horizontal direction with two lenses using a cylindrical lens, then converted into a parallel light beam, and then reduced in the vertical direction.
Next, the thus obtained elongated laser beam (fluence 180 mJ / cm², 250 μm in length × 100 mm in width) was irradiated to an organic EL element (MgAg alloy electrode / organic light emitting layer / ITO electrode / glass substrate) prepared in advance. This organic EL element is fixed on a stage and can be moved by 500 μm by using a micrometer, so that a fine electrode pattern having a gap and electrode width of 250 μm was finally obtained. .
[0024]
The outline of these series of processes is shown in FIGS. The shape of the finely processed EL element was observed using an optical microscope (Microwatcher VS-205, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). As shown in the photograph of FIG. 4, the EL element had a sharp edge. It was clarified that the cathode material and the organic material of the light emitting layer were completely ablated, and the ITO thin film remained without being scattered.
The organic EL device thus finely processed was subjected to a light emission test by applying a constant voltage of 9 V between the common ITO electrode and the finely divided cathode portion as shown in FIG. It was confirmed that only the lighted portion emitted light. This indicates that the processing of the cathode of the EL element is sufficiently completed, the cut fine electrode portions are not short-circuited, and the ITO electrode is not damaged.
[0025]
Moreover, when the degree of digging in the depth direction of the fine electrode pattern was measured using a stylus type film thickness meter (manufactured by Sloan, DEK TAK3030), it was found that the rise of the electrode pattern was within 20 μm.
3A to 3C and FIG. 5, reference numeral 1 denotes a glass substrate, 2 denotes an ITO electrode, 3 denotes an organic compound layer (organic light emitting layer), and 4 denotes a metal-based electrode (MgAg alloy electrode).
In FIG. 4, the portion (1) shows a portion processed by a laser beam, and the outermost surface is an ITO electrode having a width of 250 μm. On the other hand, the portion (2) indicates a portion not irradiated with the laser beam, the MgAg alloy electrode and the organic compound layer remain, and the width is 250 μm. In addition, a scale numerical value shows mm.
Example 2
Fine processing was performed in the same manner as in Example 1 except that an argon fluoride excimer laser beam (50 mJ, length 10 mm × width 30 mm) was used instead of the krypton fluoride excimer laser beam. Observation of the shape of this finely processed EL element using an optical microscope (described above) revealed that the EL element had sharp edges, the cathode material and the organic material of the light emitting layer were completely ablated, and the ITO thin film was scattered. It was clarified that a fine pattern of the metal alloy electrode remaining without being produced was produced.
[0026]
Example 3
Fine processing was performed in the same manner as in Example 1 except that the distance driven by the micrometer of the EL element was changed from 250 μm to 1 mm. When the shape of the metal alloy electrode of this finely processed EL element was observed using an optical microscope (described above), as shown in the photograph of FIG. 6, the electrode width was 750 μm and the pitch between the electrodes was 250 μm. there were.
In FIG. 6, a portion (1) shows a portion processed by a laser beam, and the outermost surface is an ITO electrode having a width of 250 μm. On the other hand, the portion (2) indicates a portion not irradiated with the laser beam, the MgAg alloy electrode and the organic compound layer remain, and the width is 750 μm. In addition, a scale numerical value shows mm.
[0027]
Comparative Example 1
In Example 1, the laser output was set to 2 mJ (8 mJ / cm as laser fluence).²) Was performed in the same manner as in Example 1 except that the MgAg alloy electrode was not scattered, and a fine groove was not formed. Observation of the surface of the alloy electrode with an optical microscope (described above) confirmed that the surface was patchy as shown in FIG.
Comparative Example 2
In Example 1, the laser output was set to 10 J (40 J / cm as the laser fluence).²), Except that the fine processing was performed in the same manner as in Example 1. The surface of the MgAg alloy electrode was observed with an optical microscope (described above). As shown in FIG. However, the non-irradiated portion was in a melted state or partially scattered, so that a finely processed metal alloy electrode could not be produced.
Comparative Example 3
Using a mask made of SUS304 having a thickness of 0.5 mm, a mask having an opening having a thickness of 3 mm was mounted on a glass substrate having a thickness of 1.1 mm, and co-evaporation was performed at a speed of Mg14Å / sec and Ag1Å / sec to perform MgAg A fine electrode pattern was produced. When this depth profile was measured by the same method as in Example 1, the rising of the electrode pattern was 80 μm.
[0028]
【The invention's effect】
In the method of the present invention, a metal electrode (cathode) is subjected to fine processing in a non-contact manner by a laser ablation processing method,OrganicMethod for fine patterning EL elementso(1) The metal electrode can be efficiently subjected to sharp fine processing with little thermal damage to the periphery of the processing edge without damaging the transparent electrode, and (2) an unstable cathode. The metal-based material is processed in a non-contact manner, so that the metal-based material is not adversely affected such as a shortened life. Fine fine processing is possible. (4) Processing can be performed in the air, and the apparatus is simple and fine processing can be easily performed. (5) Laser beam can be easily scanned by scanning. It is possible to obtain a fine pattern. (6) It is possible to perform processing with high productivity by forming the laser beam into an elongated shape. Are possible, it has advantages such, it is possible to perform processing with high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an example of an organic EL element before fine processing is performed on a metal electrode (cathode).
FIG. 2 is a perspective view of an example of an organic EL element which is finely patterned by subjecting a metal-based electrode (cathode) to fine processing by the method of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing an outline of a process in the method of the present invention.
FIG. 4 is an optical microscope photograph of an example of an organic EL device finely patterned by the method of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for performing a light emission test on an example of an organic EL element finely patterned by the method of the present invention.
FIG. 6 is an optical microscope photograph of an example different from FIG. 4 of the organic EL element finely patterned by the method of the present invention.
FIG. 7 is an optical microscope photograph of the surface of a metal-based electrode in an example of an organic EL device when a laser beam is irradiated with a laser fluence smaller than the range specified in the present invention and fine processing is performed.
FIG. 8 is an optical microscope photograph of the surface of a metal-based electrode in an example of an organic EL element when a laser beam is irradiated with a laser fluence larger than the range specified in the present invention and fine processing is performed.
[Explanation of symbols]
1: Glass substrate
2: ITO electrode
3: Organic compound layer
4: Metal electrode

Claims

The organic electroluminescence element Upon finely patterned, using a laser ablation method, the organic electroluminescent device characterized Rukoto is scattered and metal-based electrode laminated on the organic compound layer and the organic compound layer at the same time Fine patterning method.

The laser output per unit area from the metal-based electrode side is 10 to 220 mJ / cm ² with respect to the organic electroluminescence element having the structure of metal-based electrode (cathode) / organic compound layer / transparent electrode (anode) / substrate. 2. The method according to claim 1, wherein the laser beam is irradiated in such a manner, and the metal-based electrode is finely processed by a laser ablation phenomenon occurring at this time.

3. The method according to claim 1, wherein the laser beam is irradiated by a pulse oscillation method.

3. The method according to claim 1, wherein the laser beam is oscillated using an excimer laser.

A laser beam is irradiated from the metal-based electrode side laminated on the organic compound layer so that the laser output per unit area is 10 to 220 mJ / cm ^2, and the laser ablation phenomenon that occurs at this time causes the organic compound layer to be irradiated with the laser beam. An organic electroluminescence device in which fine patterns are formed by simultaneously scattering the metal-based electrode .

The organic electroluminescence device according to claim 5, wherein the rising of the fine electrode pattern is within 20 µm.