JP4411006B2

JP4411006B2 - カラーフィルタ及び有機ｅｌ表示素子の製造方法

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Publication number: JP4411006B2
Application number: JP2003105670A
Authority: JP
Inventors: 幸男藤井; 行一佐藤
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: JP2004311305A

Description

【０００１】
【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（ＣｏｌｏｕｒＩｎｄｅｘ：Ｃ．Ｉ．）（ＴｈｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＤｙｅｒｓａｎｄＣｏｌｏｕｒｉｓｔｓ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

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。