JP5629989B2

JP5629989B2 - カラーフィルタ、当該カラーフィルタを備えた有機ｅｌ表示装置およびカラーフィルタの形成方法

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Publication number: JP5629989B2
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Inventors: 安智宏竹
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Description

本発明はカラーフィルタに係り、とりわけ、入射された光を効率的に利用することができるカラーフィルタ、およびその形成方法に関する。また本発明は、当該カラーフィルタを備えた有機ＥＬ表示装置に関する。

従来、平面ディスプレイとして液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などが実用化されている。これらの表示装置は一般に、光源からの光の色純度を向上させるため、または光源からの光の波長を変換するため、カラーフィルタを備えている。

従来のカラーフィルタは、透明基材と、透明基材上に設けられ、各々が表示装置の単位画素に対応する複数の着色樹脂層と、各着色樹脂層間に設けられたブラックマトリクス層とを有している。このように従来のカラーフィルタにおいては、ブラックマトリクス層を各着色樹脂層間に設けることにより、各画素間における光の漏れが発生するのを防いでいる。

しかしながら従来のカラーフィルタにおいて、ブラックマトリクス層に入射した光は、カラーフィルタから取り出されることなく、ブラックマトリクス層により吸収される。このため光の利用効率が悪いという課題がある。このような課題を解決するため、例えば特許文献１においては、各着色樹脂層間に遮光層を設けるとともに、遮光層の側面を反射層によって覆っている。この場合、カラーフィルタに入射した光のうち遮光層に到達した光を反射層で全反射させ、このことにより光を表示面側に取り出し、これによって光の利用効率を向上させることが図られている。

特開２００５−３２２６２３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のカラーフィルタにおいては、遮光層が印刷法により形成されており、このため、遮光層の側面が十分に平滑になるよう遮光層を形成するのは困難であると考えられる。従って、このような遮光層の側面に設けられた反射層によっては、光を適切に全反射させることができないと考えられる。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、入射された光を効率的に利用することができるカラーフィルタ、およびその形成方法を提供することを目的とする。また本発明は、当該カラーフィルタを備えた有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。

本発明によるカラーフィルタは、一側の面に仕切り壁を残して複数の溝が形成されたカラーフィルタ用基材と、カラーフィルタ用基材の各溝内に設けられたカラーフィルタ層とを備え、一側からカラーフィルタ層内に入射した光が、カラーフィルタ層と仕切り壁との間の境界で全反射されることを特徴とする。

本発明によるカラーフィルタにおいて、各仕切り壁の表面に反射層が設けられ、一側の面からカラーフィルタ層内に入射した光が、当該反射層で全反射されてもよい。

本発明によるカラーフィルタにおいて、各溝内に、前記カラーフィルタ層が空間を残して充填され、一側の面から溝内に入射した光が、前記反射層で全反射されてもよい。

本発明によるカラーフィルタは、前記カラーフィルタ用基材の一側の面の外周に設けられた周縁枠体をさらに備えていてもよい。

本発明によるカラーフィルタにおいて、前記周縁枠体の内面に反射層を設けてもよい。

本発明による有機ＥＬ表示装置は、上記記載のカラーフィルタと、当該カラーフィルタの一側に配置されて、このカラーフィルタを支持するガラス基板と、ガラス基板上に設けられるとともに、陽極と、陰極と、陽極と陰極の間に設けられた有機発光層とを有する有機ＥＬ層とを備えたことを特徴とする。

本発明によるカラーフィルタの形成方法は、素材を準備する工程と、素材の一側の面に仕切り壁を残して複数の溝を形成し、これによってカラーフィルタ用基材を形成する工程と、仕切り壁の表面に、溝内に入射した光を全反射させる反射層を形成する工程と、各溝の底面にカラーフィルタ層を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、カラーフィルタは、一側の面に仕切り壁を残して複数の溝が形成されたカラーフィルタ用基材と、カラーフィルタ用基材の各溝内に設けられたカラーフィルタ層とを備えており、このため、一側からカラーフィルタに入射した光がカラーフィルタの他側から取り出されるよう、カラーフィルタ層と仕切り壁との間の境界において光を適切に全反射させることができる。これによって、従来はカラーフィルタ内で吸収されている光をカラーフィルタから取出すことができ、このことにより、カラーフィルタにおける光利用効率を向上させることができる。

また本発明によれば、有機ＥＬ表示装置は、上記記載のカラーフィルタと、当該カラーフィルタの一側に配置されて、このカラーフィルタを支持するガラス基板と、ガラス基板上に設けられるとともに、陽極と、陰極と、陽極と陰極の間に設けられた有機発光層とを有する有機ＥＬ層とを備えている。このため、一側からカラーフィルタに入射した光がカラーフィルタの他側から取り出されるよう、カラーフィルタの仕切り壁において光を全反射させることができる。これによって、従来はカラーフィルタ内で吸収されている光をカラーフィルタから取り出すことができ、このことにより、有機ＥＬ表示装置における効率を向上させることができる。

また本発明によれば、カラーフィルタの形成方法は、素材を準備する工程と、素材の一側の面に仕切り壁を残して複数の溝を形成し、これによってカラーフィルタ用基材を形成する工程と、仕切り壁の表面に、溝内に入射した光を全反射させる反射層を形成する工程と、各溝の底面にカラーフィルタ層を形成する工程とを備えている。このため、カラーフィルタ用基材の溝を深くかつ平滑に形成することにより、光の入射方向に沿って十分な長さを有するとともに、平滑な表面を有する反射層を形成することができる。このことにより、一側からカラーフィルタに入射した光がカラーフィルタの他側から取り出されるよう、反射層において光を適切に全反射させることができ、これによって、光の利用効率を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態における有機ＥＬ表示装置を示す縦断面図。図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における有機ＥＬ表示装置を示す縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す有機ＥＬ表示装置のカラーフィルタを矢印Ａから見た図、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ層を矢印Ｂから見た図。図３は、本発明の第１の実施の形態において、カラーフィルタ層とカラーフィルタ用基材の境界で光が全反射される様子を示す図。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態において、カラーフィルタ用基材にカラーフィルタ層用の複数の溝を形成する工程を示す図。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態において、カラーフィルタ用基材の仕切り壁の表面に反射層を形成する工程を示す図。図６は、第１の比較例としての有機ＥＬ表示装置を示す縦断面図。図７は、第２の比較例としての有機ＥＬ表示装置を示す縦断面図。図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例におけるカラーフィルタを示す図。図９は、本発明の第１の実施の形態のその他の変形例におけるカラーフィルタを示す図。図１０は、本発明の第２の実施の形態における有機ＥＬ表示装置を示す図。図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態において、周縁枠体を形成する工程を示す図。図１２は、本発明の第３の実施の形態における有機ＥＬ表示装置を示す図。

第１の実施の形態
以下、図１乃至図９を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。まず図１により、本実施の形態における有機ＥＬ表示装置４０全体について説明する。

有機ＥＬ表示装置
図１に示すように、有機ＥＬ表示装置４０は、カラーフィルタ１０と、カラーフィルタ１０の一側に配置されて、このカラーフィルタ１０を支持するガラス基板４７と、ガラス基板４７上に設けられた有機ＥＬ層４４とを備え、このうち有機ＥＬ層４４は、陽極４１と、陰極４３と、陽極４１と陰極４３の間に設けられた有機発光層４２とを有している。なお本実施の形態における有機ＥＬ表示装置４０はいわゆるトップエミッション型であり、図１において符号（１）〜（４）で示すように、有機ＥＬ層４４からの発光がカラーフィルタ１０の他側から取り出される。

また、カラーフィルタ１０の後述するカラーフィルタ用基材２０とガラス基板４７との間に接着剤３０が介在されており、これによってカラーフィルタ１０とガラス基板４７とが接着されている。

本実施の形態におけるガラス基材４７は、有機ＥＬ層４４を支持するとともに、外気を遮断することができるものであれば特に限定されるものではないが、安定性、耐久性等が良好なことから、ガラスや透明ポリマーであることが好ましい。

陽極４１としては、効率良く正孔を注入できる材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム、クロム、モリブデン、タングステン、銅、銀または金およびそれらの合金等を使用することが好ましい。

一方、陰極４３は、電子を注入しやすく、かつ光透過性の良好な材料が用いられており、例えば酸化リチウム、炭酸セシウム等が用いられる。

有機発光層４２としては、所定の電圧を印加することにより発光する蛍光性有機物質を含有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、キノリノール錯体、オキサゾール錯体、各種レーザー色素、ポリパラフェニレンビニレン等が挙げられる。

なお、陽極４１から注入された正孔を有機発光層４２に効率的に輸送するため、陽極４１と有機発光層４２との間に正孔輸送層（図示せず）を設けてもよい。正孔輸送層の構成材料として、例えばテトラフェニルベンジジンが挙げられる。さらに、陽極４１と正孔輸送層との間に正孔注入層（図示せず）を設けてもよい。また、有機発光層４２と陰極４３との間に、電子注入層（図示せず）や電子輸送層（図示せず）を設けてもよい。

また図１に示すように、ガラス基板４７上に設けられた有機ＥＬ層４４は、水分を遮蔽するバリア膜４５により覆われている。このバリア膜４５は、複数、例えば２０の層を積層して形成されており、バリア膜４５の各層の材料としては、珪素、アルミニウム、亜鉛またはスズの酸化物または酸窒化物等が挙げられる。しかしながら、有機ＥＬ層４４を覆うバリア膜４５は必ずしも設けなくてもよい。

さらに図１に示すように、カラーフィルタ１０とガラス基板４７の間に、有機ＥＬ表示装置４０内の水蒸気を吸着する乾燥剤４６が、有機ＥＬ層４４からの発光を妨害しないよう配置されている。乾燥剤４６の材料としては、バリウムまたはカルシウムの酸化物等が挙げられる。しかしながら、乾燥剤４６は必ずしも設けなくてもよい。

なお、有機ＥＬ層４４上にハーフミラー層（図示せず）を設けてもよい。ハーフミラー層を設けることにより、有機ＥＬ層４４からの光を透過させるとともに、後述するように、カラーフィルタ１０からの戻り光を全反射させることができる。ハーフミラー層としては、金属薄膜からなる金属ハーフミラーなどを用いることができる。しかしながら、ハーフミラー層は必ずしも設けなくてもよい。ハーフミラー層が設けられていない場合であっても、カラーフィルタ１０からの戻り光を、有機発光層４２と陽極４１の境界において陽極４１により全反射させることができる。

接着剤３０としては、カラーフィルタ１０のカラーフィルタ用基材２０とガラス基板４７とを良好に接着させる機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、塩化ビニル系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂等の一種単独または二種以上の組合わせからなる接着機能を有する樹脂等を使用することが好ましい。

カラーフィルタ
次に、カラーフィルタ１０について詳述する。図１に示すように、カラーフィルタ１０は、一側の面２０ａに仕切り壁１６を残して複数の溝１７が形成されたカラーフィルタ用基材２０と、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７内に、空間を残して充填されたカラーフィルタ層１１とを備えている。また、各仕切り壁１６の表面には、光を全反射する反射層１８が設けられている。このため後述するように、一側の面２０ａからカラーフィルタ用基材２０の溝１７内に入射した光のうち仕切り壁１６に到達する光は、仕切り壁１６の表面に設けられた反射層１８により全反射される。なお本実施の形態においては、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａに対して垂直な方向（図１において矢印Ｖで示す方向）が鉛直方向となっている。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図２（ａ）は、本実施の形態における有機ＥＬ表示装置４０を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）において矢印Ａから見た場合の有機ＥＬ表示装置４０のカラーフィルタ１０を示す図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）において矢印Ｂから見た場合の有機ＥＬ表示装置４０の有機ＥＬ層４４を示す図である。図２（ｃ）に示すように、有機ＥＬ層４４は、各々が有機ＥＬ表示装置４０の単位画素に対応する複数の単位有機ＥＬ層４４ａからなり、各単位有機ＥＬ層４４ａには駆動用配線４８が接続されている。そして図２（ｂ）に示すように、カラーフィルタ用基材２０の溝１７は、各単位有機ＥＬ層４４ａと各溝１７とが一対一に対応するよう形成されている。溝１７および単位有機ＥＬ層４４ａにおいて、各々の長さｓ_３、ｓ_５は例えば３００μｍとなっており、各々の幅ｓ_４、ｓ_６は例えば１００μｍとなっている。

カラーフィルタ用基材
次に、カラーフィルタ１０の構成要素について各々詳述する。はじめにカラーフィルタ用基材２０について詳述する。

カラーフィルタ用基材２０の材料は、有機ＥＬ層４４の発光を外部に取り出すことができ、かつ水分および酸素を効率的に遮断することができる限り特に限定されるものではない。ただし、溝１７を形成する際の加工性、接着剤３０との接着性、および光透過性、安定性や耐久性等を考慮すると、ガラスやポリマー等を使用することが好ましい。本実施の形態においては、カラーフィルタ用基材２０の材料としてガラスを用いており、その屈折率は例えば１．５となっている。

カラーフィルタ層
次にカラーフィルタ層１１について詳述する。カラーフィルタ層１１は、有機ＥＬ層４４からの光を補正し、または色純度を高めるものである。本実施の形態において、カラーフィルタ層１１は、図１に示すように、カラーフィルタ用基材２０の溝１７の底面１７ａに積層されている。

本実施の形態において、カラーフィルタ層１１は、有機ＥＬ層４４の所定の単位有機ＥＬ層４４ａに対応して設けられた赤色着色層、青色着色層および緑色着色層のいずれかからなる。赤色着色層、青色着色層および緑色着色層は、各色の顔料や染料等の着色剤を感光性樹脂中に分散または溶解させて形成された層である。
このうち赤色着色層に用いられる着色剤としては、例えば、ペリレン系顔料、レーキ顔料、アゾ系顔料、キナクリドン系顔料、アントラキノン系顔料、アントラセン系顔料、イソインドリン系顔料等が挙げられる。これらの顔料は単独で用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。
青色着色層に用いられる着色剤としては、例えば、銅フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、インダンスレン系顔料、インドフェノール系顔料、シアニン系顔料、ジオキサジン系顔料等が挙げられる。これらの顔料は単独で用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。
緑色着色層に用いられる着色剤としては、例えば、ハロゲン多置換フタロシアニン系顔料もしくはハロゲン多置換銅フタロシアニン系顔料等のフタロシアニン系顔料、トリフェニルメタン系塩基性染料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料等が挙げられる。これらの顔料もしくは染料は単独で用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。

このような赤色着色層、青色着色層および緑色着色層のいずれかからなるカラーフィルタ層１１の屈折率は、一般に１．５〜１．７の範囲内となっており、本実施の形態においては例えば１．７となっている。また前述のように、カラーフィルタ用基材２０の屈折率は１．５となっている。ここで図３に示すように、カラーフィルタ層１１内に入射した光がカラーフィルタ用基材２０の溝１７の底面１７ａに到達するときの入射角をθとする。この場合、θが臨界角（この場合は６２度）よりも大きいと、スネルの法則に従い、底面１７ａに到達した光が、カラーフィルタ用基材２０内に入射することなく底面１７ａにおいて全反射される。すなわち、カラーフィルタ層１１内に入射した光が、カラーフィルタ層１１とカラーフィルタ用基材２０の境界において全反射される。
なお本実施の形態において、カラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０の屈折率が特に限定されることはなく、カラーフィルタ層１１内に入射した光のうち所定範囲内の入射角を有する光がカラーフィルタ層１１とカラーフィルタ用基材２０の境界において全反射されるよう、カラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０の屈折率を適宜設定することができる。

なおカラーフィルタ層１１若しくはカラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａを、カラーフィルタ層１１を保護するためのオーバーコート層（図示せず）により覆ってもよい。またカラーフィルタ層１１若しくはカラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａを、カラーフィルタ層１１から放出される水分が有機ＥＬ層４４に入り込むのを遮蔽するバリア膜（図示せず）により覆ってもよい。カラーフィルタ層１１を覆うバリア膜は、有機ＥＬ層４４を覆うバリア膜４５と同様に、複数、例えば２０の層を積層して形成されており、当該バリア膜の各層の材料としては、珪素、アルミニウム、亜鉛またはスズの酸化物または酸窒化物等が挙げられる。

反射層
次に仕切り壁１６の表面に形成される反射層１８について詳述する。反射層１８の材料は、光を反射できるものであれば特に限定されないが、例えば各種金属材料、特にアルミニウム、ニッケル、クロムなどを挙げることができる。仕切り壁１６の表面に形成される反射層１８の厚さは、十分な反射強度を得ることができるとともに、仕切り壁１６の表面から剥離しない程度の厚さであれば特に限定されないが、好ましくは０．０５〜１μｍの範囲内となっており、さらに好ましくは０．１２〜０．１３μｍの範囲内となっている。反射層１８の形成方法は特に限定されず、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、無電界めっき溶液法、電界めっき溶液法、コーティング法、イオンプレーティング法などを用いることができる。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、はじめに、カラーフィルタ１０および有機ＥＬ表示装置４０の形成方法について説明し、次に、有機ＥＬ層４４からの光をカラーフィルタ１０により効率的に取り出す作用について説明する。

カラーフィルタの形成方法
まず図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して、一側の面２０ａに仕切り壁１６を残して複数の溝１７が形成されたカラーフィルタ用基材２０を形成する方法について説明する。はじめに、カラーフィルタ用基材２０を形成するための素材２６を準備する。この素材２６は、１０ｃｍ×１０ｃｍの幅を有するガラスからなる。

次に、図４（ａ）に示すように、素材２６にサンドブラストへの耐性を有する耐ブラストレジスト３１を設ける。その後、カラーフィルタ用基材２０の溝１７に対応するパターンが形成されたマスク（図示ぜず）を耐ブラストレジスト３１上に載せ、そして露光および現像を行う。これによって、図４（ｂ）に示すように、溝１７に対応する開口部３１ａが形成された耐ブラストレジスト３１が得られる。

次に、サンドブラストにより、素材２６のうち耐ブラストレジスト３１の開口部３１ａに対応する部分を削り取る。これによって、図４（ｃ）に示すように複数の溝１７が形成される。その後、耐ブラストレジスト３１を除去することにより、図４（ｄ）に示すように、一側の面２０ａに仕切り壁１６を残して複数の溝１７が形成されたカラーフィルタ用基材２０が得られる。この場合、サンドブラストを用いることにより、深くかつ平滑な溝１７を形成することが可能であり、各溝１７の深さ（鉛直方向における長さ）ｓ_１は例えば２０μｍとなっている。

次に図５（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して、各溝１７の仕切り壁１６の表面に反射層１８を形成する方法について説明する。はじめに図５（ａ）に示すように、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａにおいて、各溝１７の底面１７ａのうち後の工程においてカラーフィルタ層１１が形成される領域、および一側の面２０ａのうち後の工程において接着剤３０が塗布される領域にマスキング材３２を設ける。

次に、図５（ｂ）に示すように、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａ上にめっき法により反射層１８を形成する。その後、マスキング材３２を除去することにより、図５（ｃ）に示すように、各溝１７の仕切り壁１６の表面に反射層１８を形成することができる。この場合、上述のように溝１７が深くかつ平滑に形成されており、このため、鉛直方向において十分な長さを有するとともに、平滑な表面を有する反射層１８を仕切り壁１６の表面に形成することができる。鉛直方向における反射層１８の長さは、例えば２０μｍとなっている。

その後、各溝１７の底面１７ａに、フォトリソグラフィー法によりカラーフィルタ層１１を積層させる。これによって、図１に示すカラーフィルタ１０が得られる。この場合、鉛直方向におけるカラーフィルタ層１１の厚さは、例えば３μｍとなっている。

有機ＥＬ表示装置の形成方法
上述のようにしてカラーフィルタ１０を製造した後、有機ＥＬ層４４が設けられたガラス基板４７を準備する。次に、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａの外周に接着剤３０を塗布した後、ガラス基板４７とカラーフィルタ１０とを接着させる。このようにして、図１に示す有機ＥＬ表示装置４０が得られる。この場合、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａとガラス基板４７との間のセルギャップｓ_２は例えば２０μｍとなっている。

なお、ガラス基板４７とカラーフィルタ１０とを接着する前に、図１に示すように、有機ＥＬ層４４をバリア膜４５により覆ってもよく、カラーフィルタ層１１をオーバーコート層（図示せず）およびバリア膜（図示せず）により覆ってもよい。また、ガラス基板４７とカラーフィルタ１０の間に乾燥剤４６を配置してもよい。

カラーフィルタによる光の取り出し
次に図１を参照して、有機ＥＬ層４４からの光をカラーフィルタ１０により効率的に取り出す作用について説明する。ここでは、カラーフィルタ１０の一側から入射して他側から出射する光の経路のうち４つの経路について説明する。

はじめに、図１において符号（１）で示す経路について説明する。この場合、光がカラーフィルタ１０の一側に鉛直方向に沿って入射しており、この光は、カラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０を透過してカラーフィルタ１０の他側から出射する。

次に、図１において符号（２）で示す経路について説明する。この場合、光がカラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射しており、溝１７内に入射した光は仕切り壁１６の表面に到達する。この場合、仕切り壁１６の表面には反射層１８が設けられており、このため、光が反射層１８により全反射される。その後、光は、カラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０を透過してカラーフィルタ１０の他側から出射する。このように、仕切り壁１６の表面に反射層１８を設け、この反射層１８で光を全反射させることにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができる。

次に、図１において符号（３）で示す経路について説明する。この場合、光がカラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射しており、溝１７内に入射した光は、カラーフィルタ層１１内に入射した後に仕切り壁１６の表面に到達する。この場合、仕切り壁１６の表面には反射層１８が設けられており、このため、光が反射層１８により全反射される。その後、光は、カラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０を透過してカラーフィルタ１０の他側から出射する。このように、仕切り壁１６の表面に反射層１８を設け、この反射層１８で光を全反射させることにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができる。

次に、図１において符号（４）で示す経路について説明する。この場合、光がカラーフィルタ１０の一側に鉛直方向からさらに傾斜して入射しており、仕切り壁１６の表面において反射層１８により全反射された光が、カラーフィルタ層１１とカラーフィルタ用基材２０の境界においてさらに全反射される。カラーフィルタ層１１とカラーフィルタ用基材２０の境界において全反射された光は、図１に示すように、有機ＥＬ層４４側に戻された後、有機ＥＬ層４４上に設けられたハーフミラー層（図示せず）により全反射され、このため光が再びカラーフィルタ１０の一側に入射する。その後、光は、反射層１８において全反射した後、カラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０を透過してカラーフィルタ１０の他側から出射する。このように、仕切り壁１６の表面に反射層１８を設け、さらに、カラーフィルタ層１１内に入射した光のうち所定範囲内の入射角を有する光がカラーフィルタ層１１とカラーフィルタ用基材２０の境界において全反射されるようカラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０の屈折率を設定し、さらに、有機ＥＬ層４４上にハーフミラー層を設けることにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができる。

このように本実施の形態によれば、カラーフィルタ１０は、一側の面２０ａに仕切り壁１６を残して複数の溝１７が形成されたカラーフィルタ用基材２０と、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７内に、空間を残して充填されたカラーフィルタ層１１とを備えている。また、各仕切り壁１６の表面には反射層１８が設けられており、このため、一側の面２０ａからカラーフィルタ用基材２０の溝１７内に入射した光がカラーフィルタ１０の他側から取り出されるよう、反射層１８において光を全反射させることができる。このことにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができ、これによって、カラーフィルタ１０および有機ＥＬ表示装置４０における光の利用効率を向上させることができる。

また本実施の形態によれば、カラーフィルタ１０の形成方法は、素材２６を準備する工程と、素材２６の一側の面にサンドブラストにより、仕切り壁１６を残して複数の溝１７を形成し、これによってカラーフィルタ用基材２０を形成する工程と、仕切り壁１６の表面に、溝１７内に入射した光を全反射させる反射層１８を形成する工程と、各溝１７の底面１７ａにカラーフィルタ層１１を形成する工程とを備えている。このため、カラーフィルタ用基材２０の溝１７を深くかつ平滑に形成することができ、このことにより、鉛直方向において十分な長さを有するとともに、平滑な表面を有する反射層１８を仕切り壁１６の表面に形成することができる。このため、一側からカラーフィルタ１０に入射した光がカラーフィルタ１０の他側から取り出されるよう、反射層１８において光を適切に全反射させることができ、これによって、光の利用効率を向上させることができる。

次に、本願発明の効果を第１の比較例と比較して説明する。第１の比較例として、図６に、カラーフィルタ用ガラス基板５１と、カラーフィルタ用ガラス基板５１に設けられたカラーフィルタ層１１と、カラーフィルタ層１１間に設けられたブラックマトリクス層５２とを備えたカラーフィルタ５３、および当該カラーフィルタ５３を備えた有機ＥＬ表示装置５０を示す。この場合、ブラックマトリクス層５２は、フォトリソグラフィー法によりカラーフィルタ用ガラス基板５１上に形成されており、このブラックマトリクス層５２は光を吸収する性質を有している。このため図６において符号（２’）または（３’）で示すように、カラーフィルタ５３の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光は、ブラックマトリクス層５２により吸収される。

また図６に示す第１の比較例において、ブラックマトリクス層５２はフォトリソグラフィー法により形成されており、このため、その厚さｔ_１は２μｍ程度である。このため図６において符号（４’）で示すように、有機ＥＬ層４４の一の単位有機ＥＬ層４４ｂからの光は、カラーフィルタ層１１のうちの一の単位有機ＥＬ層４４ｂに対応するカラーフィルタ層１１ｂには入射せず、カラーフィルタ層１１ｂに隣接するカラーフィルタ層１１ｃに入射し、その後、カラーフィルタ５３の他側から出射する。すなわち、単位画素間における光の回りこみが生じている。このように、ブラックマトリクス層５２の厚さｔ_１が不足しているため、光の回りこみを確実に防ぐことができない。

これに対して本願発明によれば、上述のように、カラーフィルタ１０は、一側の面２０ａに仕切り壁１６を残して複数の溝１７が形成されたカラーフィルタ用基材２０と、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７内に、空間を残して充填されたカラーフィルタ層１１とを備えている。また、各仕切り壁１６の表面には反射層１８が設けられており、このため、一側の面２０ａからカラーフィルタ用基材２０の溝１７内に入射した光がカラーフィルタ１０の他側から取り出されるよう、反射層１８で全反射させることができる。このことにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができ、これによって、カラーフィルタ１０および有機ＥＬ表示装置４０における光の利用効率を向上させることができる。

また本願発明によれば、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７はサンドブラストにより形成されている。このため、溝１７を深くかつ平滑に形成することができ、このことにより、鉛直方向において十分な長さ、例えば２０μｍの長さを有するとともに、平滑な表面を有する反射層１８を仕切り壁１６の表面に形成することができる。このことにより、単位画素間における光の回りこみをより確実に防ぐことができ、これによってカラーフィルタ１０および有機ＥＬ表示装置４０における光の利用効率を向上させることができる。

次に、本実施の形態の効果を第２の比較例と比較して説明する。第２の比較例として、図７に、カラーフィルタ用ガラス基板６１と、カラーフィルタ用ガラス基板６１に設けられたカラーフィルタ層１１と、カラーフィルタ層１１間に設けられた遮光層６２と、遮光層６２の側面に設けられた反射層６３とを備えたカラーフィルタ６４、および当該カラーフィルタ６４を備えた有機ＥＬ表示装置６０を示す。この場合、遮光層６２は印刷法により形成されている。このため遮光層６２の側面は起伏に富んでおり、この結果、遮光層６２の側面に設けられた反射層６３において、その表面の平滑性は乏しいと考えられる。このため図７において符号（２’’）で示すように、反射層６３に到達した光が、全反射の場合とは異なる角度で反射される場合があると考えられる。このように第２の比較例においては、適切な全反射の場合とは異なる角度で反射が生じることにより、単位画素間における光の回りこみが生じることが考えられる。

これに対して本願発明によれば、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７はサンドブラストにより形成されている。このため、カラーフィルタ用基材２０の溝１７を深くかつ平滑に形成することができ、このことにより、鉛直方向において十分な長さを有するとともに、平滑な表面を有する反射層１８を仕切り壁１６の表面に形成することができる。このため、一側からカラーフィルタ１０に入射した光がカラーフィルタ１０の他側から取り出されるよう、反射層１８において光を適切に全反射させることができ、これによって、光の利用効率を向上させることができる。

なお本実施の形態において、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７がサンドブラストにより形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、様々な方法により、深く、かつ平滑な溝１７を形成することができる。例えば、機械切削やウェットエッチングなどによりカラーフィルタ用基材２０の各溝１７を形成してもよい。

また本実施の形態において、図１乃至図５に示すように、カラーフィルタ用基材２０に、略鉛直方向に延びる仕切り壁１６を残して複数の溝１７が形成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、カラーフィルタ用基材２０に、鉛直方向から傾斜して延びる仕切り壁１６を残して複数の溝１７を形成してもよい。この場合、仕切り壁１６の傾斜の程度を、溝１７の寸法やカラーフィルタ１０とガラス基板４７との間のセルギャップなどに応じて適宜設定することができる。

また本実施の形態において、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７が、各単位有機ＥＬ層４４ａと各溝１７とが一対一に対応するよう形成されている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図８または図９に示すように、各溝１７を、各溝１７が複数の単位有機ＥＬ層４４ａと対応するよう形成してもよい。この場合、図８または図９に示すように、各溝１７内に、各々が単位有機ＥＬ層４４ａと対応する複数のカラーフィルタ層１１が設けられ、各カラーフィルタ層１１には、光を遮蔽するブラックマトリクス層１３が設けられる。ブラックマトリクス層１３の材料としては、例えば、カーボンブラック、チタンブラック等の黒色着色剤を含有する樹脂組成物等が挙げられる。この樹脂組成物に用いられる樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂を使用することができる。

また本実施の形態において、カラーフィルタ層１１が、有機ＥＬ層４４の所定の単位有機ＥＬ層４４ａに対応して設けられた赤色着色層、青色着色層および緑色着色層のいずれかからなる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、カラーフィルタ層１１を、有機ＥＬ層４４の発光特性に応じて適宜設計することができる。例えば、有機ＥＬ層４４の有機発光層４２として青色発光の有機発光層が用いられる場合、カラーフィルタ層１１は、青色光を緑色蛍光や赤色蛍光に変換する色変換蛍光体層（図示せず）を有していてもよい。

第２の実施の形態
次に図１０および図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。ここで図１０は、本発明の第２の実施の形態における有機ＥＬ表示装置を示す図であり、１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態において、カラーフィルタ用基材の仕切り壁の表面に反射層を形成する工程を示す図である。

図１０および図１１に示す第２の実施の形態は、カラーフィルタが、カラーフィルタ用基材の一側の面の外周に設けられた周縁枠体をさらに備えている点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図９に示す第１の実施の形態と略同一である。図１０および図１１に示す第２の実施の形態において、図１乃至図９に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、カラーフィルタ１０は、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａの外周に設けられた周縁枠体２２をさらに備えている。この場合、周縁枠体２２はカラーフィルタ用基材２０と一体に形成されており、また周縁枠体２２の高さｓ_７は例えば１４μｍとなっている。

一般に、有機ＥＬ層４４の有機発光層４２は周囲に存在する水分および酸素の影響を受けやすく、このため有機ＥＬ表示装置４０内に水分および酸素が入り込むと、有機ＥＬ表示装置４０の発光性能が劣化する虞がある。本実施の形態においては、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａの外周に周縁枠体２２を設けることにより、図１０に示すように、周縁枠体２２が設けられていない場合に比べて、カラーフィルタ１０とガラス基板４７との間に介在される接着剤３０の厚さを減らすことができる。このことにより、接着剤３０を透過して有機ＥＬ表示装置４０内に入り込む水分および酸素の量を減らすことができ、これによって有機ＥＬ表示装置４０の信頼性を向上させることができる。

また図１０に示すように、周縁枠体２２の内面２２ａには、カラーフィルタ用基材２０の仕切り壁１６の表面と同様に反射層１８が設けられている。このため後述するように、有機ＥＬ層４４からの光のうち周縁枠体２２の内面２２ａに到達する光が、内面２２ａに設けられた反射層１８により全反射される。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、はじめに、カラーフィルタ１０および有機ＥＬ表示装置４０の製造方法について説明し、次に、有機ＥＬ層４４からの光をカラーフィルタ１０により効率的に取り出す作用について説明する。

カラーフィルタの形成方法
まず図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して、周縁枠体２２を形成する方法について説明する。はじめに、１０ｃｍ×１０ｃｍの幅を有するガラスからなる素材２６を準備する。

次に、図１１（ａ）に示すように、素材２６にサンドブラストへの耐性を有する耐ブラストレジスト３３を設ける。その後、図１１（ｂ）に示すように、周縁枠体２２に対応する部分にのみ耐ブラストレジスト３１が残るよう、露光および現像を行う。

次に図１１（ｃ）に示すように、サンドブラストにより、素材２６のうち周縁枠体２２に対応する部分以外の部分を削り取る。その後、耐ブラストレジスト３３を除去することにより、図１１（ｄ）に示すように、一側の面２６ａの外周に周縁枠体２２が設けられた素材２６を得ることができる。

次に、素材２６の一側の面２６ａに、仕切り壁１６を残して複数の溝１７を形成する。これによって、その一側の面２０ａの外周に周縁枠体２２が設けられたカラーフィルタ用基材２０を得ることができる。複数の溝１７を形成する方法は、図１乃至図９に示す第１の実施の形態において説明した方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。

その後、各溝１７の仕切り壁１６の表面、および周縁枠体２２の内面２２ａに反射層１８を形成し、そして、各溝１７の底面１７ａにカラーフィルタ層１１を形成する。これによって、図１０に示すカラーフィルタ１０を得ることができる。

有機ＥＬ表示装置の形成方法
上述のようにしてカラーフィルタ１０を製造した後、有機ＥＬ層４４が設けられたガラス基板４７を準備する。次に、カラーフィルタ１０の周縁枠体２２の一側の面２２ｂに接着剤３０を塗布した後、ガラス基板４７とカラーフィルタ１０とを接着させる。このようにして、図１０に示す有機ＥＬ表示装置４０が得られる。この場合、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ｂの外周に周縁枠体２２を設けることにより、周縁枠体２２が設けられていない場合に比べて、カラーフィルタ１０とガラス基板４７との間に介在される接着剤３０の厚さを低減することができ、接着剤３０の厚さは例えば６μｍとなっている。

カラーフィルタによる光の取り出し
次に図１０を参照して、有機ＥＬ層４４からの光をカラーフィルタ１０により効率的に取り出す作用について説明する。ここでは、有機ＥＬ層４４からの光のうち周縁枠体２２の内面２２ａに設けられた反射層１８により全反射される光（図１０において符号（５）で示す経路）について説明する。

図１０において符号（５）で示す経路において、光がカラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射しており、カラーフィルタ１０に入射した光は周縁枠体２２の内面２２ａに到達する。この場合、周縁枠体２２の内面２２ａには反射層１８が設けられており、このため、光が反射層１８により全反射される。その後、光は、カラーフィルタ層１１およびカラーフィルタ用基材２０を透過してカラーフィルタ１０の他側から出射する。このように、周縁枠体２２の内面２２ａに反射層１８を設け、この反射層１８で光を全反射させることにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができる。

このように本実施の形態によれば、カラーフィルタ１０は、カラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ａの外周に設けられた周縁枠体２２をさらに備えている。このため、周縁枠体２２が設けられていない場合に比べて、カラーフィルタ１０とガラス基板４７との間に介在される接着剤３０の厚さを減らすことができる。このことにより、接着剤３０を透過して有機ＥＬ表示装置４０内に入り込む水分および酸素の量を減らすことができ、これによって、有機ＥＬ表示装置４０の信頼性を向上させることができる。

また本実施の形態によれば、周縁枠体２２の内面２２ａに反射層１８が設けられている。このため、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光のうち、周縁枠体２２の内面２２ａに到達する光を、反射層１８により適切に全反射させることができる。このことにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができ、これによって、カラーフィルタ１０および有機ＥＬ表示装置４０における光の利用効率を向上させることができる。

なお本実施の形態において、素材２６のうち周縁枠体２２に対応する部分以外の部分をサンドブラストによって削り取ることにより、一側の面２６ａの外周に周縁枠体２２が設けられた素材２６が得られる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、様々な方法、例えば機械切削やウェットエッチングなどによっても、素材２６のうち周縁枠体２２に対応する部分以外の部分を削り取り、これによって、一側の面２６ａの外周に周縁枠体２２が設けられた素材２６を形成することができる。

また本実施の形態において、周縁枠体２２が、カラーフィルタ用基材２０と一体に形成されている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、カラーフィルタ用基材２０とは別体の周縁枠体２２を、ガラスフリットなどを介してカラーフィルタ用基材２０の一側の面２０ｂの外周に接続してもよい。この場合、周縁枠体２２は、カラーフィルタ用基材２０と同一の材料から形成されていてもよく、または、カラーフィルタ用基材２０とは異なる材料から形成されていてもよい。

また本実施の形態において、図１０に二点鎖線で示すように、周縁枠体２２の一側の面２２ｂに、周縁枠体２２全周に延びて接着剤３０を収納する接着剤３０用の溝２２ｃを形成してもよい。溝２２ｃの深さは、好ましくは１μｍ以上であり、さらに好ましくは１μｍ以上かつ３０μｍ以下であり、例えば５μｍとなっている。また溝２２ｃの幅は、好ましくは１μｍ以上であり、例えば５μｍとなっている。これによって、ガラス基板４７と周縁枠体２２との間の強固な接着を保ちながら、接着剤３０の厚さをより薄くすることができ、このことにより、接着剤３０を透過して有機ＥＬ表示装置４０内に入り込む水分および酸素をより低減することができる。

第３の実施の形態
次に図１２を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。ここで図１２は、本発明の第３の実施の形態における有機ＥＬ表示装置を示す図である。

図１２に示す第３の実施の形態は、各仕切り壁の表面に反射層が設けられていない点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図９に示す第１の実施の形態と略同一である。図１２に示す第３の実施の形態において、図１乃至図９に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１乃至図９に示す第１の実施の形態において説明したように、カラーフィルタ層１１の屈折率は例えば１．７となっており、カラーフィルタ用基材２０の屈折率は例えば１．５となっている。このため図１２において符号（２）〜（４）で示すように、一側からカラーフィルタ層１１内に入射した光のうち、臨界角よりも大きな入射角で仕切り壁１６の表面に到達する光を、カラーフィルタ層１１と仕切り壁１６との境界において全反射させることができる。このことにより、カラーフィルタ１０の一側に鉛直方向から傾斜して入射した光を、カラーフィルタ１０の他側から適切に取り出すことができ、これによって、カラーフィルタ１０および有機ＥＬ表示装置４０における光の利用効率を向上させることができる。

このように本実施の形態によれば、カラーフィルタ１０は、一側の面２０ａに仕切り壁１６を残して複数の溝１７が形成されたカラーフィルタ用基材２０と、カラーフィルタ用基材２０の各溝１７内に設けられたカラーフィルタ層１１とを備えており、このため、一側からカラーフィルタに入射した光がカラーフィルタ１０の他側から取り出されるよう、カラーフィルタ層１１と仕切り壁１６との間の境界において光を適切に全反射させることができる。これによって、従来はカラーフィルタ１０内で吸収されている光をカラーフィルタ１０から取出すことができ、このことにより、カラーフィルタ１０における光利用効率を向上させることができる。

なお上記各実施の形態において、カラーフィルタ１０を備えた有機ＥＬ表示装置４０が得られる例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、本実施の形態におけるカラーフィルタ１０を、液晶表示装置またはその他の表示装置において用いてもよい。光利用効率の高い表示装置を提供することができる。

１０カラーフィルタ
１１カラーフィルタ層
１３ブラックマトリクス層
１６仕切り壁
１７溝
１７ａ溝の底面
１８反射層
２０カラーフィルタ用基材
２０ａカラーフィルタ用基材の一側の面
２２周縁枠体
２２ａ周縁枠体の内面
２２ｂ周縁枠体の一側の面
２２ｃ周縁枠体の溝
２６素材
２６ａ素材の一側の面
３０接着剤
３１耐ブラストレジスト
３１ａ耐ブラストレジストの開口部
３２マスキング材
３３耐ブラストレジスト
４０有機ＥＬ表示装置
４１陽極
４２有機発光層
４３陰極
４４有機ＥＬ層
４４ａ単位有機ＥＬ層
４５有機ＥＬ層用のバリア膜
４６乾燥剤
４７ガラス基板
４８駆動用配線
５０有機ＥＬ表示装置
５１カラーフィルタ用ガラス基板
５２ブラックマトリクス層
５３カラーフィルタ
６０有機ＥＬ表示装置
６１カラーフィルタ用ガラス基板
６２遮光層
６３反射層
６４カラーフィルタ

Claims

カラーフィルタの形成方法において、
素材を準備する工程と、
素材の一側の面に仕切り壁を残して複数の溝を形成し、これによってカラーフィルタ用基材を形成する工程と、
仕切り壁の表面に、溝内に入射した光を反射させる反射層を形成する工程と、
各溝の底面にカラーフィルタ層を形成する工程と、を備え、
前記カラーフィルタ用基材は、前記仕切り壁が前記カラーフィルタ用基材の面に対して垂直な方向に延びるよう形成され、
素材の一側の面に仕切り壁を残して複数の溝を形成し、これによってカラーフィルタ用基材を形成する工程が、サンドブラストによって実施されることを特徴とするカラーフィルタの形成方法。