JP4411006B2 - カラーフィルタ及び有機el表示素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタ及び有機EL表示素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フルカラーの有機EL表示素子を製造する方法として、以下の二種類の方法が知られている。
【0003】
第一の方法は、赤、緑及び青色の各画素にそれぞれの色を発光する有機EL発光材料塗り分ける方法である。この方法には、例えばフォトリソグラフィ法、マスク蒸着法、インクジェット法等がある。
【0004】
まず、フォトリソグラフィ法は処理温度が高温であり、有機EL発光材料は化学的に不安定であるため適さない。
【0005】
次に、マスク蒸着法は、蒸着用マスクを用いて低分子系の有機EL発光材料を真空蒸着してパターニングすることで各画素を形成するが、大型で位置精度に優れた蒸着用マスクが作製できない問題がある。そのため、大画面、高精彩のパターン形成をすることができない。さらに各画素を構成する有機EL発光材料の輝度や寿命等の特性が異なるため、使用時間に応じて色バランスが変化し、表示素子としての特性は最も特性の低い有機EL発光材料に制限されてしまう問題がある。
【0006】
また、インクジェット法は、高精彩のパターン形成をすることができるが、色バランスのとれた有機EL発光材料を作製することが困難である。
【0007】
第二の方法は、白色の有機EL発光材料からの白色光をカラーフィルタに入射させて赤、緑及び青の各色の発光を取り出す方法である。この方法ではカラーフィルタにおいて信頼性・耐久性の面で優れた顔料を使用することが可能であることから、色バランスが変化することのない長寿命の表示素子を製造することが可能となる。また、顔料に替えて、例えば青色の光を吸収し緑色や赤色の光を発光する蛍光物質を含むパターンをカラーフィルタに形成することも可能である。さらに、このようなカラーフィルタを用いる方法では液晶表示素子のカラーフィルタ製造技術を転用することができ、大面積、高精彩の表示素子を製造できる。
【0008】
ここで、有機EL発光材料からなる有機EL層に隣接してカラーフィルタを形成する際にフォトリソグラフィ法を用いると、化学的に不安定な有機EL層が有機溶媒、アルカリ水溶液、200℃以上の高温にさらされるため、有機EL層に隣接してカラーフィルタを形成することは困難である。このため、別途カラーフィルタを透明基板上に作製して、この透明基板を有機EL層に貼り合わせることが必要となる。
【0009】
一方、従来、フルカラー表示のEL表示素子として、EL素子とカラーフィルタとの間に間隙を設けるためのスペーサを、EL素子側に形成して、カラーフィルタと貼り合せたEL表示素子が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開平05−94879公報
【0011】
【特許文献2】
特開平07−201466公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スペーサをEL素子側に形成すると、EL素子とカラーフィルタとの間隙は、真空又はシリコーンオイルで充填されているため、外部からの水分や酸素が侵入しやすい。また、スペーサを対向基板に形成する場合、スペーサとEL素子が固定されていないため、振動や温度変化によりスペーサとEL素子基板の間に摩擦や衝突が生じてEL層が損傷する場合がある。このため、特に有機EL素子の場合、化学的に不安定であるので、有機EL層の損傷により有機EL表示素子の表示品質が低下するという問題がある。
【0013】
また、スペーサを形成することなく、カラーフィルタを有機EL素子に貼り合わせると、貼り合わせ時に有機EL層が損傷するという問題がある。
【0014】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、有機EL素子との貼り合わせに好適なカラーフィルタを提供し、信頼性に優れた高精彩・大面積の有機EL表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明のカラーフィルタは、有機EL層の発光方向に位置する透明基板上に有機EL層と対向してブラックマトリックスと複数の着色樹脂領域とからなる有効領域と、有機EL層と透明基板との間に介在するスペーサとを備え、スペーサと透明基板との間にバリア膜を有する有機EL表示素子用のカラーフィルタであって、スペーサが前記ブラックマトリックス上に形成されており、スペーサの頂面の面積の総和をA、有効領域の面積をSとした場合、AのSに対する比率Rが下記条件:
0.2%≦R≦0.4%を満たすことを特徴とするカラーフィルタ。
【0016】
なお、「透明基板」における「基板」は樹脂フイルム等の「薄膜」を含むものである。
【0017】
このカラーフィルタによれば、有機EL層から発光した光は、発光方向に位置する透明基板の有効領域に入射するが、この有効領域はブラックマトリックス(ブラックマスク)と着色樹脂領域からなる。ブラックマトリックスに照射された光は遮蔽され、着色樹脂領域に入射した光は当該着色樹脂領域を透過することで波長選択されて外部に出力される。従って、各着色樹脂領域は特定波長の光を出射する画素を構成する。
【0018】
ここで、有機EL層を有する基板である有機EL素子と、カラーフィルタとを貼り合わせる場合に、微小な粉塵等がこれらの間に介在すると、貼り合わせ時に粉塵が有機EL層を押圧することで、有機EL層が損傷する場合があるので、有機EL層と前記透明基板との間にスペーサが設けられており、粉塵等の影響を抑制している。
【0019】
また、スペーサは、有機EL素子側でなくカラーフィルタ側に設置されているため、振動や温度変化によるスペーサと有機EL層との摩擦や衝突を生じないため、有機EL層はダメージを受けない。
【0020】
さらに、スペーサがブラックマトリックス上に形成されているので、有機EL層からの光は、ブラックマトリックスの開口部を透過する場合には遮られることなく着色樹脂領域を通って外部に出力される。
【0021】
ここで、比率Rが0.05%より小さい場合、有機EL素子とカラーフィルタとを貼り合わせる場合に用いる光硬化性樹脂が硬化する際の圧縮応力はスペーサの頂面に集中する傾向が顕著となる。これによりスペーサの頂面に接続する有機EL層を保護するバリア膜(防湿膜)が破損することで有機EL層を損傷する場合があるため好ましくない。一方、比率Rが1%より大きい場合、光硬化性樹脂が硬化する際の引っ張り応力が増加し、有機EL層が損傷する場合があり好ましくない。また、比率Rが1%より大きいと、スペーサの頂面に粉塵等の異物が付着するリスクが増大し、さらに、カラーフィルタの開口率、すなわち有効領域の面積に対する開口部の面積の比率が低下する場合があり、こうなると表示素子の輝度が低下する。従って、比率Rは0.05%以上、1%以下であることが好ましい。
【0022】
また、スペーサの高さHが3μmより小さい場合には、有機EL素子と、カラーフィルタとを貼り合わせる場合に、粉塵等がこれらの間に介在すると、貼り合わせ時に粉塵が有機EL層を押圧することで、有機EL層が損傷する場合があるため好ましくない。一方、スペーサの高さHが20μmより大きい場合には、カラーフィルタと有機EL素子との距離が大きくなるため、視野角を大きくすると表示素子の輝度が低下する傾向が顕著となり好ましくない。従って、スペーサの高さHは3μm以上、20μm以下が好ましい。
【0023】
ここで、スペーサの高さとは、カラーフィルタを構成する透明基板を下側にして置いた場合に、スペーサの下地表面から頂点までの離隔距離である。
【0024】
また、スペーサは頂面に凹部を有することが好ましい。凹部を設けることで、頂面の面積を小さく調整することができ、同じ頂面の面積を有する場合でも頂面への応力を分散することができる。
【0025】
また、カラーフィルタを構成するスペーサと透明基板との間にバリア膜(防湿膜)を有することが好ましく、特に、透明基板上に形成されたブラックマトリックス及び着色樹脂領域を被覆するように形成されることが好ましい。これにより、着色樹脂領域又はブラックマトリックスから発生する水分、反応生成物等が有機EL素子側に浮遊して有機EL層に混入する可能性を低減できる。
【0026】
また、本発明のカラーフィルタを用いた有機EL表示素子の製造方法は、(1)有機EL層を有する有機EL素子上に光硬化性樹脂を塗布する工程と、(2)有機EL素子に対向するように有機EL表示素子用のカラーフィルタを位置合わせして貼り合わせる工程と、(3)光硬化性樹脂に対して光を照射して光硬化性樹脂を硬化させることで有機EL素子と有機EL表示素子用のカラーフィルタとを接着する工程とを備えたことを特徴とする。
【0027】
この製造方法では、カラーフィルタと有機EL素子との間隙が光硬化樹脂で充填されており、さらに、光硬化性樹脂が光の照射により硬化することで両者が接着し、固定されるため、外部からの水分や酸素が有機EL層に侵入しない。従って、本発明のカラーフィルタを用いれば、貼り合わせ時の有機EL層の損傷を抑制することができるため、信頼性に優れた高精彩・大面積の有機EL表示素子を製造することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るカラーフィルタについて説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【0029】
図1は、実施の形態に係るカラーフィルタcの平面図であり、図2(a)は、図1に示したカラーフィルタcのII−II矢印断面図である。図2(b)は、図2(a)に示したカラーフィルタcの変形例である。また、図3は、図1及び図2(a)に示したカラーフィルタcを有機EL素子eに貼り合わせて作製した有機EL表示素子の断面図である。まず、有機EL表示素子及びカラーフィルタcの構成について説明する。
【0030】
図3に示した有機EL表示素子は、本発明のカラーフィルタcと有機EL素子eとを、光硬化性樹脂を介して貼り合わせて作製される。有機EL素子eは透明基板2上に画素電極9、TFT10、有機EL層82、透明電極81、バリア膜(防湿膜)8を積層してなる。
【0031】
一方、図1〜図3に示したカラーフィルタcは、有機EL層82の発光方向に位置する透明基板1上に有機EL層82と対向してブラックマトリックス3と赤、緑及び青色からなる着色樹脂領域4R,4G,4Bとからなる有効領域s、すなわち有機EL表示素子として機能する領域を有しており、スペーサ6が有機EL層82と透明基板1との間に介在してブラックマトリックス3上に形成されている。
【0032】
ブラックマトリックス3は遮光膜であり、透明基板1上において格子状にパターニングされており、画素間のクロストークを防止する。各々の画素は、赤、緑及び青色からなる着色樹脂領域4R,4G,4Bが、それぞれブラックマトリックス3の開口部を充填するように形成されてなる。
【0033】
また、隣接する着色樹脂領域、例えば、着色樹脂領域4Rと4Gとを、その境界を形成するブラックマトリックス3上において重ね合わせて、スペーサ6の土台Bを形成すると好ましい。この土台Bにより、スペーサ6は安定して下地に固定される。
【0034】
さらに、ブラックマトリックス3上であって、土台Bが形成されていない領域のうち、各画素の境界に遮光壁61を設けてもよい。これにより、高視野角から表示素子を観察しても隣接する画素を透過した光が混入しない。なお、カラーフィルタcを有機EL素子eに貼り合わせる際に、遮光壁61は有機EL層82と接続しないため、押圧により有機EL層82を損傷することはない。
【0035】
また、ブラックマトリックス3及び着色樹脂領域4R,4G,4Bを被覆するように、水分や反応生成物等を透過しないバリア膜(防湿膜)5が形成されていると好ましい。これにより、ブラックマトリックス3、又は着色樹脂領域4R,4G,4B等から発生する水分や反応生成物等が浮遊して有機EL層82に混入する可能性を低減できる。
【0036】
スペーサ6は、ブラックマトリックス3上に形成されているため、有機EL層82からの発光がスペーサ6によって遮られることなく着色樹脂領域4R,4G,4Bを通って外部に出力される。
【0037】
また、スペーサ6は、頂面a1,a2,a3,・・・,anの面積の総和をA、有効領域sの面積をSとしたとき、AのSに対する比率Rが0.05%より小さい場合、貼り合わせ時にスペーサ6の頂面a1,a2,a3,・・・,anがバリア膜8に及ぼす圧縮応力は大きくなり、バリア膜8が断裂すると有機EL層82を構成する有機EL発光材料が失活するため好ましくない。
【0038】
一方、比率Rが1%より大きい場合、スペーサ6の頂面a1,a2,a3,・・・,anがバリア膜8に及ぼす引っ張り応力が大きくなり好ましくない。この場合、スペーサ6の頂面a1,a2,a3,・・・,anに粉塵等の異物が付着するリスクは増大する。さらに、ブラックマトリックス3の遮光部を拡大する必要があり、ブラックマトリックス3の開口部は狭くなり輝度が低下する。従って、比率Rは0.05%以上、1%以下であることが好ましい。
【0039】
さらに、スペーサ6の高さHが3μmより小さい場合には、カラーフィルタc、特にブラックマトリックス3、着色樹脂領域4R,4G,4Bに混入した粉塵等の異物が、貼り合わせ時に有機EL層82を被覆するバリア膜8を押圧することで、有機EL層82が損傷する場合があるため好ましくない。一方、スペーサ6の高さHが20μmより大きい場合には、カラーフィルタcと有機EL層82との距離が大きくなる。この場合の有機EL表示素子は、視野角に依存して輝度が低下し、視差による色ずれが顕著に生じるため好ましくない。従って、スペーサ6の高さHは3μm以上、20μm以下が好ましい。
【0040】
また、スペーサ6の形状は、例えば柱状、畝状、又は椀状であり、底面の面積が頂面の面積より大きいことが好ましい。例えば、スペーサ6の高さ方向に沿った断面が略台形になることが好ましい。これにより、スペーサ6は安定して下地に設置される。
【0041】
また、頂面a1,a2,a3,・・・,anの形状は、例えば長方形、円、楕円であり、曲面であってもよい。曲面であると、貼り合わせ時にスペーサ6の頂面a1,a2,a3,・・・,anへの応力集中を緩和することができるので、有機EL層82の損傷を抑制することができる。
【0042】
また、スペーサ6の頂面a1,a2,a3,・・・,anは、それぞれ例えば柱状、畝状、又は椀状の凹部a1t,a2t,a3t,・・・,antを有していると、さらに好ましい。これにより、頂面a1,a2,a3,・・・,anにおける応力を分散できるため、貼り合わせ時にバリア膜8が破損しにくくなる。
【0043】
図4(a)〜(d)は、スペーサ6の模式的な斜視図及び断面図である。図4(a)は、曲面からなる頂面anを有する椀状のスペーサ6の模式的な斜視図であり、図4(b)はその断面図である。図4(c)は、図4(a)に示すスペーサ6の頂面anに、椀状の凹部antを有するスペーサ6の模式的な斜視図であり、図4(d)はその断面図である。なお、凹部antは複数設けられていてもよい。
【0044】
この場合、頂面anの面積は、スペーサ6の高さHを規定する頂点からΔだけ下地側における下地表面BSに平行な平面で切断したスペーサ6の断面積とする。すなわち、例えば図4(b)において断面が円形の場合は、直径Dにより規定され、図4(d)において断面が円形のリング状の場合は、外径D及び内径Dtによって規定される。なお、Δは0.2μmに設定されている。
【0045】
次に、カラーフィルタcを構成する透明基板1、ブラックマトリックス3、着色樹脂領域4R,4G,4B、土台B、バリア膜5、スペーサ6及び遮光壁61の材料について説明する。
【0046】
透明基板1の材料は無アルカリガラスであるが、低アルカリガラス等の無機材料の他、PET,PES,PC等の透明樹脂材料を用いてもよい。
【0047】
ブラックマトリックス3は、例えばカーボンブラックや金属酸化物等の遮光性を有する顔料を分散した遮光性樹脂、金属酸化物/金属からなる。
【0048】
着色樹脂領域4R,4G,4Bは、透明樹脂中に少なくとも一種類の有機顔料又は無機顔料を分散配合した樹脂であればよい。特に、透明樹脂に感光性を付与したいわゆる顔料分散レジストが好ましく、微細なパターンを形成することができ、高精彩なフルカラー表示が可能となる。
【0049】
ここで、顔料分散レジストは、溶剤中に顔料等の着色材料が分散され、さらにバインダー樹脂、光重合性モノマー及び光重合開始剤が溶解又は分散されてなる。なお、その他に任意の添加剤が溶解又は分散されていてもよい。
【0050】
バインダー樹脂は、未露光部がアルカリ溶液により現像されるバインダー樹脂か、又は着色材料の分散媒体として作用するバインダー樹脂であればよい。例えば、(メタ)アクリレート化合物を一つのモノマーとし、かつ分子内にカルボキシル基を有する(メタ)アクリル系共重合体を用いることが好ましい。
【0051】
光重合性モノマーは、不飽和カルボン酸であり、典型的には、例えばアクリル酸、メタクリル酸等がある。アクリル酸及びメタクリル酸は、それぞれ単独で、又は両者を組み合わせてもよく、さらにクロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等の不飽和カルボン酸を任意に加えてもよい。
【0052】
光重合開始剤には、この分野で通常用いられているものであって、例えば、アセトフェノン系、ベンゾイン系、ベンゾフェノン系、チオキサントン系、s−トリアジン系光重合開始剤等があり、これらをそれぞれ単独で、又は二種類以上を組み合わせてもよい。光重合開始剤は、(メタ)アクリレート系共重合体及び光重合性モノマーの合計100重量部に対して、好ましくは1〜40重量部の範囲で含有される。なお、光重合開始剤に加えて光開始助剤を用いる場合は、光重合開始剤と光開始助剤の合計量が上記範囲(1〜40重量部の範囲)となることが好ましい。
【0053】
着色材料としては、顔料分散レジストに通常用いられる有機顔料又は無機顔料がある。無機顔料としては、例えば金属酸化物や金属錯塩のような金属化合物があり、具体的には、鉄、コバルト、アルミニウム、カドミウム、鉛、胴、チタン、マグネシウム、クロム、亜鉛、アンチモン等の金属の酸化物又は複合金属酸化物がある。また、有機顔料としては、例えば、カラーインデックス(Colour Index:C.I.)(The Society of Dyers and Colourists出版)において、ピグメント(Pigment)に分類されている化合物が挙げられる。具体的には、以下のようなカラーインデックス(C.I.)番号の化合物があるが、これらに限定されるわけではない。
【0054】
C.I.ピグメントイエロー20,24,31,53,83,86,93,94,109,110,117,125,137,138,139,147,148,150,153,154,166及び173;
C.I.ピグメントオレンジ13,31,36,38,40,42,43,51,55,59,61,64,65,及び71;
C.I.ピグメントレッド9,97,105,122,123,144,149,166,168,176,177,180,192,215,216,224,242,及び254;
C.I.ピグメントバイオレット14,19,23,29,32,33,36,37及び38;
C.I.ピグメントブルー15(15:3,15:4,15:6等),21,22,28,60及び64;
C.I.ピグメントグリーン7,10,15,25,36及び47;
C.I.ピグメントブラウン28;
C.I.ピグメントブラック1及び7。
【0055】
これらの着色材料は、それぞれ単独で、又は二種類以上組み合わせてもよく、着色感光性樹脂組成物中の全固形分量を基準に、10〜50重量%含まれることが好ましい。また、着色材料は、顔料に加えてその他の染料や蛍光物質を含んでもよく、これにより発色を整えることができる。
【0056】
土台Bは、図2(a)に示すように、例えば着色樹脂領域4R,4G,4Bのうち2つの着色樹脂領域を重ね合わせて形成される。また、土台Bは、図2(b)に示すように、例えば着色樹脂領域4R,4G,4Bのうち3つの着色樹脂領域を重ね合わせて形成されるとしてもよい。スペーサ6の底面積よりも広い領域に土台Bを形成すると、スペーサ6を安定して下地に設置することができる。さらに、土台Bの形状を利用して、スペーサ6の頂面に凹部antを形成することができる。
【0057】
バリア膜5は、ケイ素、アルミニウム等の酸化物、窒化物、酸窒化物の膜、又はポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂等の透明樹脂膜を単独又は積層してなる。
【0058】
スペーサ6及び遮光壁61は、同一の材料からなってもよく、遮光性を有することが好ましい。これらが遮光性を有しない場合、高視野角から表示素子を観察すると、隣接する画素を透過した光が混入し、混色又はコントラスト低下の原因となる。
【0059】
また、スペーサ6及び遮光壁61の側面は光を散乱することが好ましい。これにより、有機EL層82からの光の利用効率を高めることができる。これらの側面が吸光性であると、有機EL層82から当該側面に入射した光が吸収されて、着色樹脂領域4R,4G,4Bに直接入射した光のみが出射され、輝度が低下する。
【0060】
またスペーサ6及び遮光壁61は、感光性樹脂であって、微細加工が可能であり、形成された構造が下地に対して充分な密着力及び耐圧強度を有するものであればよく、好ましくは、弾性変形領域が大きい樹脂組成物である。例えば、不飽和カルボン酸及び/又は不飽和カルボン酸無水物、エポキシ基含有不飽和化合物、並びにこれ以外のオレフィン系不飽和化合物の共重合体、エチレン性不飽和結合を有する重合性化合物、感放射線重合開始剤、並びに着色剤を含有する組成物がある。
【0061】
また、室温(25℃付近)、大気圧(1atm付近)下において、スペーサ6の高さHが10%減少する場合の圧縮応力の値をスペーサ6の押し込み硬度(ダイナミック硬度)とすると、スペーサ6は、押し込み硬度が4kgf/mm2以上、16kgf/mm2以下となる樹脂からなることが好ましい。押し込み硬度が16kgf/mm2より大きい場合には、有機EL素子eとカラーフィルタcとの貼り合わせ工程で、光硬化性樹脂の収縮により光硬化性樹脂と有機EL素子eとの接合面に発生する引っ張り応力が大きくなるため好ましくない。一方、押し込み硬度が4kgf/mm2より小さい場合には、カラーフィルタcと有機EL素子eとが衝突することで有機EL層82が損傷するため表示品質の低下を招来する。
【0062】
ここで、感光性樹脂からなるスペーサ6の押し込み硬度は、例えばベーク時間に依存するため、調整することができる。すなわち、ベーク時間を長くすると感光性樹脂は硬化し、押し込み硬度の値は小さくなる。
【0063】
次に、カラーフィルタc及び有機EL表示素子の製造方法について説明する。下記工程(1)〜(7)を順次実施することで、カラーフィルタc及び有機EL表示素子を製造することができる。
【0064】
工程(1)ブラックマトリックス形成工程
まず、透明基板1上に遮光膜(遮光性樹脂膜又は金属遮光膜)を形成し、スピンコータ、ロールコータ、ダイコータ等を用いてレジストを塗布する。次に、ブラックマトリックス3の形状に対応する開口部を有するフォトマスクを介して紫外線等の光をレジストが塗布された透明基板1に照射し、現像することでレジストパターンを形成する。さらに、遮光膜に対して腐食性を有する液体に浸漬し、レジストで保護されていない遮光膜を腐食除去し、その後レジストを剥離除去することで、ブラックマトリックス3を透明基板1上に形成する。
【0065】
工程(2)着色樹脂領域形成工程
次に、ブラックマトリックス3が形成された透明基板1上に、スピンコータ、ダイコータ等を用いて、例えば、青色の顔料分散レジストを塗布し、70℃〜120℃でプリベークする。さらに、着色樹脂領域4Bに対応するパターンを有するフォトマスクを介して紫外線等の光を照射し、アルカリ溶液に浸漬することで光が照射されていない領域の着色樹脂領域4Bを溶解除去し、純水で充分洗浄した後にオーブン、ホットプレート等を用いて160〜250℃に加熱し、残存した着色樹脂領域4Bを硬化・焼付けする。
【0066】
この工程をさらに2回、すなわち赤色に対しては着色樹脂領域4Rを、緑色に対しては着色樹脂領域4Gを、同様にパターニングすることで赤、緑及び青色の着色樹脂領域4R,4G,4Bのストライプ状の配列を周期的に形成する。
【0067】
このとき、隣接する着色樹脂領域4Gと4B、4Bと4R、及び4Rと4Gの境界において、感光性樹脂材料を重ねて土台Bを形成してもよい。この土台Bはスペーサ6の形成される領域に下地として形成される。なお、着色樹脂領域形成工程には、フォトリソグラフィ法のほか、電着法又は印刷法を用いてもよい。
【0068】
工程(3)バリア膜形成工程
その後、ブラックマトリックス3及び着色樹脂領域4R,4G,4Bを被覆するようにバリア膜5を形成する。その形成方法には、バリア膜5の材料が金属の酸化物、窒化物、酸窒化物等の場合は、例えばスパッタ法、プラズマCVD法又は蒸着法が用いられる。一方、バリア膜5の材料がポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂等の場合は、例えばカーテンコータ、ドクターブレード、キャップコータ等の湿式塗布法、又は、蒸着等の乾式法が用いられる。
【0069】
工程(4)スペーサ形成工程
さらに、バリア膜5が形成された透明基板1に、スピンコータ等を用いて、例えばアクリル系の光硬化・熱硬化型樹脂を塗布し、プリベークし、スペーサ6の頂面a1,a2,a3,・・・anの形状に対応するパターンを有するフォトマスクを用いて露光し、アルカリ水溶液で現像することで非露光部を除去し、ベークする。これにより土台B上にスペーサ6を形成する。このとき、ブラックマトリックス3上であって、土台Bが形成されていない各画素の境界領域に遮光壁61を形成してもよい。
【0070】
ここで、スペーサ6の頂面a1,a2,a3,・・・an及び凹部a1t,a2t,a3t,・・・antの形状に対応するようにフォトマスク用のパターンデータを作成することで、所望の頂面形状及び凹部形状が得られる。すなわち、スペーサ6の寸法は露光時のマスク寸法によって調整することができる。また、フォトマスクを用いた露光における露光条件、例えば露光量、露光時間を調整することでスペーサ6を所望の形状に加工することができる。
【0071】
さらに、スペーサ6の押し込み硬度は、レジスト材料にも依存するが、ベーク時間及びベーク温度を増加させるほど増加させることができる。これによりカラーフィルタcが完成する。
【0072】
工程(5)塗布工程
一方、予め作製した有機EL素子e上にスピンコータ等を用いて光硬化性樹脂、例えば紫外線硬化樹脂を塗布する。
【0073】
工程(6)貼り合わせ工程
さらに、光硬化性樹脂が塗布された有機EL素子eに対向するように、前述のカラーフィルタcを貼り合わせ装置によって位置合わせ(アライメント)して貼り合わせる。
【0074】
工程(7)接着工程
最後に、有機EL素子eとカラーフィルタcの間隙に充填された光硬化性樹脂に対して光を照射して硬化させる。これにより、カラーフィルタcと有機EL素子eとを接着し、固定することができ、有機EL表示素子が完成する。
【0075】
【実施例】
(実施例1)〜(実施例5)
【0076】
工程(1)ブラックマトリックス形成工程
まず、スパッタリング法によって、厚さ0.2μmの酸化クロム/クロムの積層構造膜を形成した縦横100mm×100mm、板厚0.63mmの無アルカリガラス製の透明基板1(OA−10、日本電気硝子社製)を準備し、さらにレジスト(OFPR−13、東京応化製)を1.1μmの厚さで基板に塗布した。次に、プリベークし、格子状のパターンを有するフォトマスクを用いて露光し、現像した後に硝酸第二セリウム−アンモニウム液を用いて酸化クロム/クロム膜をエッチングし、レジスト剥離、洗浄、乾燥を経てブラックマトリックス3を形成した。
【0077】
工程(2)着色樹脂領域形成工程
次に、赤色パターン用の感光性着色材料(CR−8130、富士フイルムアーチ社製)をスピンコート法により塗布して赤色の着色樹脂領域4Rを形成し、プリベーク(90℃、1分間)を行った後、周期的なストライプ状の開口パターンを有するフォトマスクを用いて露光し、炭酸ナトリウム−重炭酸ナトリウム水溶液を用いて現像し、ポストベーク(240℃、20分間)を行うことでブラックマトリックス3のパターン上に厚さ1.3μmの赤色ストライプ状の着色樹脂領域4Rを形成した。
【0078】
同様に、緑色パターン用の感光性着色材料(CG−8130、富士フイルムアーチ社製)を用いて、所定の位置に厚さ1.4μmの緑色の着色樹脂領域4Gを形成した。さらに、青色パターン用の感光性着色材料(CB−8130、富士フイルムアーチ社製)を用いて、所定の位置に厚さ1.3μmの青色の着色樹脂領域4Bを形成した。ここで、隣接する着色樹脂領域、例えば赤色の着色樹脂領域4Rと青色の着色樹脂領域4Bとの間にあるブラックマトリックス3上において感光性樹脂材料を重ね合わせ、周辺部より略1.0μm高いスペーサ6の土台Bを形成した。
【0079】
工程(3)バリア膜形成工程
次に、バリア膜5(バリア膜)として厚さ200nmの酸窒化ケイ素膜を、RFスパッタ装置(SPF−530H、アネルバ製)を用いてスパッタリングすることで形成した。スパッタリングの条件は、ターゲット(Bドープ高純度ケイ素)、圧力(0.5Pa)、雰囲気(アルゴン50sccm、酸素1.3sccm、窒素2.6sccm)、印加パワー(0.48W)、電極間距離(70%)、基板回転数(24rpm)、処理時間(30分)で行った。このように作製されたバリア膜5の波長に対する透過率を図5に示す。
【0080】
工程(4)スペーサ形成工程
さらに、バリア膜5を成膜した透明基板1上に、カーボンブラック添加によりOD値が0.5/μmの遮光性を有するアクリル系の光硬化・熱硬化型樹脂を、スピンコート法により塗布して、プリベークを行い、膜厚を5μmとした。次に、スペーサ6に対応する開口部を有するフォトマスクを用いて露光量800mJ/cm2で露光し、炭酸ナトリウム−重炭酸ナトリウム水溶液で現像して非露光部を除去し、240℃で20分間ベークすることで、赤、緑、及び青色で構成される画素の間隙部、すなわちブラックマトリックス3上に高さ4.3μmのスペーサ6を形成した。ここで、スペーサ6は土台B上に形成され、土台Bとスペーサ6の高さの合計は4.8μmであった。同時に、ブラックマトリックス3上に高さ4.3μmの遮光壁61も形成した。なお、この場合のスペーサ6の押し込み硬度は、8kgf/mm2であった。これにより、カラーフィルタcが得られた。
【0081】
工程(5)塗布工程
一方、洗浄した無アルカリガラス製の透明基板2上に、透明電極82として厚さ30nmのTPDを蒸着し、次いで有機EL層82を構成する発光材料のモデル物質として、化学的に不安定な金属カルシウムを厚さ40nmとなるよう蒸着した。さらに、厚さ200nmの酸窒化ケイ素膜をスパッタすることでバリア膜8を形成して、有機EL素子eのモデル素子を作製した。
【0082】
この有機EL素子e上に、光硬化性樹脂(スミフラッシュXR−98、住友化学社製)をスピンコータにより塗布し、減圧して光硬化性樹脂を脱泡処理した。
【0083】
工程(6)貼り合わせ工程
次に、この有機EL素子eに対向するように、カラーフィルタcを位置合わせして貼り合わせを行った。ここで、貼り合わせには貼り合わせ装置を使用し、1気圧のガス圧で加圧して行った。
【0084】
工程(7)接着工程
その後、高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射し、さらに80℃×2時間の熱処理を行うことで光硬化性樹脂を硬化して、カラーフィルタcと有機EL素子eとを接着させて固定し、一体化することで有機EL表示素子を作製した。
【0085】
なお、(実施例1)〜(実施例5)の相違点は、スペーサ形成工程(工程(4))のみである。すなわち、所望の比率R及び押し込み硬度となるように、フォトマスクのパターンデータ及びスペーサ6のベーク時間を調整した。
【0086】
(比較例1)
(実施例1)〜(実施例5)と同一の工程でカラーフィルタc及びモデル有機EL表示素子を作製した。(比較例1)では、所定の比率R及び押し込み硬度となるように、工程(4)においてフォトマスクのパターンデータ及びスペーサ6のベーク時間を調整した。
【0087】
(評価及び結果)
工程(4)の後に、それぞれのカラーフィルタcにおいてスペーサ6の押し込み硬度をダイナミック超微小硬度計(DUH−201S、島津製作所製)を用いて評価した。圧子として、50μm径円錐ダイ圧子(東京ダイヤモンド工具製作所製)を用いて、スペーサ6に荷重をかけることでスペーサ6の押し込み硬度を測定した。
【0088】
さらに、工程(7)の後に、それぞれの有機EL表示素子を、60℃、85%RH環境下で200時間連続通電試験を行い、金属カルシウムのダメージを観察した。このダメージを表示部のダメージとして、表示品質の低下量を評価した。
【0089】
図6は、評価結果を示す表である。ここで、それぞれのカラーフィルタcにおいて、スペーサ6の頂面a1,a2,a3・・・anの形状は長方形であり、タテとヨコの寸法(μm)により面積を算出した。その結果、(実施例1)〜(実施例3)では金属カルシウムにダメージは確認されなかった。また、(実施例4)ではスペーサ6に小ダメージが、(実施例5)では金属カルシウムに小ダメージが確認された。これは、(実施例4)ではスペーサ6の押し込み硬度が30kgf/mm2と大きい、すなわちスペーサ6が軟らかいこと、(実施例5)ではスペーサ6の押し込み硬度が2kgf/mm2と小さい、すなわちスペーサ6が硬いことにそれぞれ起因していると考えられる。
【0090】
一方、(比較例1)では金属カルシウムに(実施例4)及び(実施例5)と比較して大ダメージが確認された。これは比率Rが4.3%と大きいためと考えられる。
【0091】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルタを用いれば、有機EL素子との貼り合わせが好適であり、信頼性に優れた高精彩・大面積の有機EL表示素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係るカラーフィルタの平面図である。
【図2】実施の形態に係るカラーフィルタの断面図である。
【図3】実施の形態に係るカラーフィルタを備えた有機EL表示素子の断面図である。
【図4】スペーサ6の模式的な斜視図及び断面図である。
【図5】バリア膜5の波長に対する透過率を示す図である。
【図6】評価結果を示す表である。
【符号の説明】
82…有機EL層、1…透明基板、3…ブラックマトリックス、4R,4G,4B…着色樹脂領域、s…有効領域、6…スペーサ、c…カラーフィルタ、a1,a2,a3,an…頂面、a1t,a2t,a3t,ant・・・凹部、5…バリア膜、e…有機EL素子。
Claims (4)
- 有機EL層の発光方向に位置する透明基板上に前記有機EL層と対向してブラックマトリックスと複数の着色樹脂領域とからなる有効領域と、前記有機EL層と前記透明基板との間に介在するスペーサとを備え、前記スペーサと前記透明基板との間にバリア膜を有する有機EL表示素子用のカラーフィルタであって、
前記スペーサが前記ブラックマトリックス上に形成されており、
前記スペーサの頂面の面積の総和をA、前記有効領域の面積をSとした場合、AのSに対する比率Rが下記条件:
0.2%≦R≦0.4%
を満たすことを特徴とするカラーフィルタ。 - 前記スペーサの高さをHとした場合、Hが下記条件:
3μm≦H≦20μm
を満たすことを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタ。 - 前記スペーサは頂面に凹部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のカラーフィルタ。
- 前記有機EL層を有する有機EL素子上に光硬化性樹脂を塗布する工程と、
前記有機EL素子に対向するように請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機EL表示素子用のカラーフィルタを位置合わせして貼り合わせる工程と、
前記光硬化性樹脂に対して光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させることで前記有機EL素子と有機EL表示素子用の前記カラーフィルタとを接着する工程と、
を備えたことを特徴とする有機EL表示素子の製造方法。
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