JP2006502447A - 表示装置用時差補償カラーフィルタ及びブラックマスク - Google Patents

Abstract

【課題】 斜めから見た場合の良好な条件を維持しながら３次元ブラックマスク構造は、カラーフィルタが表示装置の内側に配設できるようにする。
【手段】
色表示装置は、互いに離隔しており、各々内側面と外側面とを有する少なくとも二つの第１基板及び第２基板、前記両基板間の空間に電場を形成するために配設される電極、前記両基板間の空間の少なくとも一部分を充填し、前記電場の影響を受ける光学特性を有する光学活性材料、カラーフィルタ部を含むカラーフィルタ層、そして隣接するカラーフィルタ部間の境界と整列されたマスク部を含む３次元ブラックマスクを含む。前記両基板の内側面は対向しており、少なくとも一つの基板は透明であり、前記カラーフィルタ部は前記カラーフィルタ層を通って移動する光の色を変更し、前記両基板間の空間の外側に位置する。

Description

本発明は電気光学と磁気光学を利用する色表示装置に用いられるカラーフィルタ及びブラックマスクに関する。

各画素に異なる色相の副画素を配置して色表示パネルを作る。色相は各副画素を通る光の量を調節する光バルブと、整列されたカラーフィルタ部を具備するカラーフィルタ層によって表現される。所定の表示画素位置に係る光の全体色相と明るさが、この表示画素位置に存在する互いに異なる色相を有する副画素等の色相が混合されて人間の目に認識される。副画素間の光の交差汚染（即ち、一つの副画素の光バルブと隣接する副画素のカラーフィルタ部を通過する光移動の経路）を防止し、暗度と色飽和度の最終損失を防止するために、言わゆるブラックマスク層がカラーフィルタ部間の境界を覆っている。

各副画素の光バルブは、通常、電気光学または磁気光学（ＥＯ/ＭＯ）表示によって提供される。この光バルブは、（米国出願番号第０９/８８２，３１１号“出願日:２００１年６月１５”に記載）液晶、電気泳動、コレステリック、及びジリコン表示装置を含む。一般に光バルブは全て同じ色相の光を生成し、カラーフィルタ部は表示装置の色を生成する。

理想的には、カラーフィルタ部と周辺のブラックマスクは、表示装置に対し垂直方向（表示装置の面に対して垂直方向）に沿って同じ位置に存在する。言い換えれば、光バルブ及びそれに係るカラーフィルタ部とブラックマスクとの間の空間が垂直方向に沿って理想的に“０”になる。これは副画素間で発生する光の相互汚染の可能性を最少に抑制しかり、除去するものである。

電気光学及び磁気光学表示装置で、光バルブは通常二つの基板間の極めて狭い空間に位置する。例えば液晶表示装置で、液晶物質は光バルブとして働き、両基板間の極めて薄い層に注入されている。色不正確度を最少化するために、従来は基板間の狭い空間にカラーフィルタとブラックマスク層とを配置した（例えば図１で、カラーフィルタとブラックマスク層は基板のうち一つの内側面上に配設されている）。材料には、カラーフィルタ層とブラックマスク層の性能に不利な影響を与えず、ＥＯ/ＭＯ表示装置の製造に伴う粗い製造工程に耐えられるものを選ぶ。通常のブラックマスク材料は、黒色の有機色素や金属薄膜である。優れた光遮断性能のため一般には金属膜を有機材料よりも好む。

米国特許番号第５，３９９，３７４号に記載のように、金属薄膜からなるブラックマスクを備えたカラーフィルタを形成する方法の一つは、エッチング処理を施すものである。まず、エッチングされる酸化インジウム（ＩＴＯ）のような導電膜をガラスのような透明基板上に形成し、この導電膜をエッチングして予め決められたパターンを有するブラックマスクの構造を形成する。次に、ニッケルのような金属を用いた無電解メッキにてブラックマスクを導電膜上に形成する。次に、色パターンをブラックマスク上に積層する。カラーフィルタを形成する他の方法は、まず、透明基板上にクロムのような金属をスパッタリング法により金属薄膜を形成した後、その金属薄膜を所望のブラックマスクパターンの構造にエッチングする。次に、パターン化されたカラーフィルタ層をブラックマスク層の上に積層する。また、他の方式によれば、ブラックマスクを収容しない透明基板の領域にレジストを塗布し、金属をこのレジスター上に薄膜にスパッタリングし、このレジストを除去する。このようにして、レジストによって本来覆われなかった領域にブラックマスクが残される。

従来技術では、カラーフィルタとブラックマスク層は、表示セルの外側に位置するが、これは、図２に示したように視差問題を生じさせる。図２で、カラーフィルタとブラックマスク層は、表示セル基板のうちの一つの外側面に塗布される。各々該当する自分のカラーフィルタ部と（カラーフィルタ層のすぐ上の層に）、このカラーフィルタ部間に位置するブラックマスクを具備し、互いに異なる色相を有する三つの副画素が図２に示されている。各副画素用光バルブは、基板間の液晶層によって提供され、カラーフィルタ層とブラックマスク層の上に少なくとも基板の厚さほど隔離されている。垂直方向に極めて近い経路１００に沿って、表示装置を通過する光移動は、基板の外側のカラーフィルタ層とブラックマスク層を通過するが、特別に影響は受けない。しかしながら、垂直方向（入射角が０度）から実質的に逸脱した入射角（α）で光は一つの副画素のカラーフィルタを通過できるが、互いに異なる色相の隣接する副画素の光バルブを通過することはできないため、垂直方向から実質的に逸脱した入射角（α）を有する経路１０２、１０４に沿って移動する光移動は不正確性をもたらすことがある。

光バルブからカラーフィルタとブラックマスクを分離することで生じる視差問題は、少なくとも二つの異なる様態を見せる。その一つは、暗度の損失である。これは図２の経路１０２を通過する光移動によるものである。この例で、最も左側の副画素はターンオフの状態と仮定する。即ち、最も左側の副画素に対応する色成分は“０”と仮定する。視差の難しさに対するものでなければ、表示装置は最も左側の副画素上で黒色を帯びることであろう。この問題は、通常の位置（ホワイト領域４２）に位置するブラックマスク層を備えたブラックマスクによって遮断され得る経路１０２の光移動が、逆に表示装置を通過できるとのことである。これは、表示装置の暗度を減少させる望ましくない結果を招く。即ち、所望の副画素や副画素群または全体画素が完全に見えない程度にまでなれる。

視差がもたらす問題のもう一つの様態は、色飽和度と色相変化の損失である。これは図２に示した経路１０４に沿っ低どうする光移動によって説明できる。最も左側の副画素に係る色の色相と明暗（飽和度）は、各々最も左側のカラーフィルタと最も左側の光バルブによって決められる。しかし、経路１０４に沿って移動する光移動は、最も左側のカラーフィルタによって正確に決められた色相を有しているが、隣接する副画素に係る光バルブによって決められた色相の明暗も有する。

図３の表は、３０度の入射角で、互いに異なる基板の厚さ１mil、２mil、３milと、カラーフィルタ間の互いに異なる間隔に対する色飽和度、明るさ及び暗度を（パーセント単位で）示したものである。図４乃至図６のグラフは、同一の三つの基板の厚さで、入射角が変化する時に一定間隔を維持する１０μmのカラーフィルタに対する三つの媒介変数（色飽和度、明るさ及び暗度の程度をパーセント単位で）を示したものである。カラーフィルタの間隔は、隣接するカラーフィルタ部を分離するブラックマスクの幅である。表及びグラフから分かるように、カラーフィルタ間の間隔が減少すれば、表示装置の明るさは増加し、色飽和度は若干減少する。カラーフィルタ間の間隔が増加すれば、色飽和度は増加するが、明るさは著しく激減する。プラスチックの厚さが減少されることによって色飽和度は向上するが、明るさは一定の定数を維持する。暗度は全体媒介変数の設定値から本質的に全く変わらず、一定に維持される。

既に記載したように、この視差問題に対する通常の解決方法は、基板のうちの一つの基板の内側面の上にカラーフィルタ層とブラックマスク層を形成し、このカラーフィルタ層とブラックマスク層を光学活性素子（例えば液晶光バルブ）の数ミクロン以内に配置することである。この方法の難しさは、カラーフィルタを表示装置内部に配設する際に、表示セル製造時の粗い工程をこのカラーフィルタが耐えなければならないことである。このカラーフィルタは（駆動電圧を下げるために、ＩＴＯ層はできれば液晶に近接させる必要があり、配向膜は液晶を配向するために液晶と直ちに接しなければならないため）ＩＴＯ層とポリイミド配向膜の全部の下部に一般に配置される。要するに、カラーフィルタは、ＩＴＯと配向膜を形成するために必要とされる全工程を耐えなければならない。この工程には、強い酸、塩基、高温（１８０度以上）及び溶媒が含まれる。このような要求事項は、色相を提供するために利用可能な化学物質の選択を極めて制限し、製造コストを増加させ、設計の柔軟性及び製品性能を低下させる。

前記したように、従来では、カラーフィルタ層とブラックマスク層を表示セルの外部に移動させた例がある。しかしながら、このような例に、視差問題を提起し独自に解決したものは見られない。例えば米国特許番号第４，８７７，６９７号、第４，６１０，５０８号及び第４，６７３，２５３号には、色フィルムを表示素子と整列させ、色フィルムを露出することによって表示装置の光バルブの位置を定める電極と、カラーフィルタ部間の整列の誤差を減らせる表示装置が記載されている。米国特許番号第５，７５４，２６１号には、基板のうちの外側基板の上に位置したカラーフィルタ層について記載されている。米国特許番号第４，６９０，５１１号及び第４，５６０，２４１号には、カラーフィルタと液晶層を分離する非常に薄い補助ガラス層を用いることが記載されている。米国特許番号第４，９５３，９５２号には、偏光フィルタのプラスチック膜積層構造の内部に配置されたカラーフィルタについて記載されている。

本発明の一つの特徴は、互いに隔離しており、各々内側面と外側面とを有する少なくとも二つの第１基板及び第２基板、前記両基板間の空間に電場を形成するために設けられる電極、前記両基板間の空間の少なくとも一部分を充填し、前記電場の影響を受ける光学特性を有する光学活性材料、カラーフィルタ部を含むカラーフィルタ層、そして隣接するカラーフィルタ部間の境界と整列されたマスク部を含む３次元ブラックマスクを含み、前記基板の内側面は対向しており、少なくとも一つの基板は透明であり、前記カラーフィルタ部は、前記カラーフィルタ層を通して移動する光の色を変更し、前記基板間の空間の外側に位置する。

前記３次元ブラックマスク構造は、斜めから見た視野において依然良好な色性能を維持する間にカラーフィルタが表示装置の内側に位置できるようにする。
本発明の前記特徴による好適な実施例は、次のうちの一つもしくはそれ以上のものを結合できる。前記３次元ブラックマスクは、少なくとも二つの第１及び第２ブラックマスク層を含むのが良い。前記ブラックマスク層は、前記基板間に位置する少なくとも一つの内側層と、前記基板のうちの一つの内側面にもしくは前記基板の外側の他の基板に位置する少なくとも一つの外側層とを含むことができる。前記３次元ブラックマスクは、第３ブラックマスク層をさらに含むことができる。また、前記三つのブラックマスク層は、前記基板間に位置する少なくとも一つの内側層、前記基板のうちの一つの外側面にもしくは前記基板の外側のほかの基板に各々位置する二つの外側層を含むこともできる。前記３次元ブラックマスクは少なくとも約０．２（好ましくは、少なくとも約０．３５、そして最も好ましくは少なくとも約０．５）の映像比率を有するのが良い。前記特徴による表示装置は、少なくとも一つのブラックマスク層を支持する第３基板をさらに含むことができる。前記光学活性材料はＥＯ/ＭＯ材料であり得る。前記ＥＯ/ＭＯ材料は液晶材料であり得る。前記カラーフィルタ層は、印刷法によって形成できる。前記カラーフィルタ層は、少なくとも各異なる色に一つずつ複数の下位層を含むことが良い。前記カラーフィルタ層は、前記両基板のうちの一つの外側面に形成されるのが良い。また、前記カラーフィルタ層は、前記第１及び第２基板に積層された第３基板に形成できる。前記光学活性材料と前記カラーフィルタ層との間の垂直方向への間隔は１mil以上であるのが好ましい。前記両基板各々は、約２０μm乃至５００μm（好ましくは、約３０μm乃至２５０μm、最も好ましくは約５０μm乃至１５０μm）範囲の厚さを有する。

本発明の他の特徴は、少なくとも二つの基板から表示セルを製造する段階、前記表示セルの性能を検査する段階、そして前記表示セルが前記性能検査を通過すれば、前記表示セルにカラーフィルタ層を付加する段階を含み、前記基板各々は内側面と外側面とを含み、前記二つの基板の内側面は対向し、前記基板のうちの少なくとも一つは透明であり、電極は前記両基板間の空間に電場を形成するために設けられ、光学活性材料は前記両基板間の空間の少なくとも一部分を充填し、前記電場の影響を受け、前記カラーフィルタ層は前記表示セルの外側に位置する。

本発明のこのような特徴による好適な実施例は、前記表示セルの性能を検査した後に少なくとも一つのブラックマスク層を付加する段階をさらに含むことができる。
本発明の他の特徴は、本発明は、互いに隔離しており、各々内側面と外側面とを有する少なくとも二つの基板、前記両基板間の空間に電場を形成するために設けられる電極、前記両基板間の空間の少なくとも一部分を充填し、前記電場の影響を受ける光学特性を有する光学活性材料、前記両基板間に空間を生成し、密封枠によって囲まれ、前記両基板に形成された一体に連結された密封材、前記密封枠の内部の領域内に光学活性材料が前記両基板間の空間内に注入されるように、前記基板のうちの一つまたは全部に孔状の少なくとも一つのフィルム孔、そして前記フィルム孔上に存在し、前記フィルム孔を密封する第１可撓性膜カバーを含み、前記両基板間の空間が真空状態になった後、予め定められた量の光学活性材料が前記膜カバーの内側に配置された後に密封されることができ、大気圧に露出される時、前記両基板間の空間内に前記光学活性材料が注入されるように、前記フィルタで内側へと前記膜カバーが偏向するよう、前記膜カバーと前記フィルム孔の大きさ及び位置が決められる表示装置を含む。

本発明の前記特徴による好適な実施例は、次のうちの一つまたはそれ以上のものが結合されることができる。前記光学活性材料は液晶材料であり得る。
前記表示装置は、前記フィルム孔上に存在し、前記フィルム孔を密封する第２可撓性膜カバーをさらに含み、予め決められた量の光学活性材料が前記二つの膜カバー間に存在し、開口部は前記二つの膜カバーの内部に存在し、大気圧に露出される前記表示装置によって前記膜カバーが内側に偏向される時、前記光学活性材料が前記開口部を通じて前記二つの基板間の空間内に注入されるように、前記第１及び第２可撓性膜カバーと前記フィルム孔の大きさ及び位置が決められるのが好ましい。

本発明の多くの長点のうち（上記した種々の特徴と実施例のいずれかのみでも達成できるもの）、一般的なエッチング法を用いてカラーフィルタ層を生成できるので、製造コストが節減される。広い範囲の染料とインキを利用できるため、色相の質が向上する（極めて粗い処理工程を耐える必要がないため）。表示装置は、カラーフィルタを付着する前に電気-光学性能の検査を受けることで、不合格の部分に対する費用を減らすことができる（現在、カラーフィルタが既に表示装置に付着されて表示装置が不合格になればカラーフィルタは破棄されている）。

本発明は、設計の柔軟性を多いに提供している。例えば表示装置の外側にカラーフィルタを備え、例えばＯＴＳ（off-the-shelf）色加工印刷システムによって生成できる、新たなフィルタを作るための所要時間が大幅に減少される。表示装置を開発するのに特に役に立ち、これは色相が主観的であり、まず第１に顧客が満足できるような正確な表示色相の実現が難しいためである。何回にわたってカラーフィルタを製造することができ、短い製造時間は顧客の満足度を高め、設計周期を短縮する。

本発明は、多様で、異なる実施例を含み、できる限り沢山の実施例を記載する。現在に好適な所定の実施可能な実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は記載するが、この実施例に限定されず、特許請求の範囲でより広い範囲の用語で記述される本発明については記載していない。

以下の記載事項に基づいて、当業者は記述した実施例を十分に実現することができる。そして、特に言及しない限り、記述した製造過程及び製造工程は当業者に公知のものである。
第１の実施例は、液晶表示装置１０の一部（拡大）断面図であり、図７に示した。図７のように、液晶表示装置１０は、間隔材の構成要素１６によって分離された上部及び下部基板１２、１４を含む。ＩＴＯとポリイミド配向膜１８、２０は、基板１２、１４内側面に装着されている。電気-光学液晶物質２２は、基板１２、１４間に充填されている。内側ブラックマスク層２４は、基板１４の内側面に塗布される。内側ブラックマスク層のマスク部２６は、基板１４の外側面に塗布されている外側ブラックマスク層３０のマスク部２８と整列されている。個別的なカラーフィルタ部３４を備えたカラーフィルタ層３２は、外側ブラックマスク層上に塗布されている。偏光板、反射膜及び他の補償膜のような付加的な膜３６、３８は、表示装置の上段及び下段に塗布できる。

第２の実施例は図８に示されている。カラーフィルタ層３２と外側ブラックマスク層３０が別個の基板４２に形成されたことは図７と異なる。さらにもう一つ追加された第３のブラックマスク層４４は、下部基板１４の外側面に（あるいはカラーフィルタの対向側基板４２面に）塗布されている。マスク層４４のマスク部４６は、他の二つのマスク層のマスク部２６、２８と整列される。図７と図８によれば、ブラックマスク部はこれらが塗布された基板内に窪んで見えるが、実際には、これらのブラックマスク部は基板の平面上に塗布されている。

第３の実施例は図９に示されている。図９では、基板４２の方向が逆になっており、カラーフィルタ層３２がブラックマスク層３０、４４の間に挿入されている。
上記の三つの実施例では、ブラックマスク層の映像比率が少なくとも０．２であり、好ましくは少なくとも０．３５であり、最も好ましくは少なくとも０．５０であって、３次元ブラックマスク層が具備されている。ブラックマスク層の映像比率は、色副画素の幅（隣接する副画素間の中心から中心までの距離）対ブラックマスクの高さ（高さは二つの最外側ブラックマスク層である２４、３０間の間隔）の比率である。

表示セルは種々な方法で形成できる。（本明細書に引用されて本発明の一部である）好適な技術の一つが米国特許出願第０９/８８２，３１１号（出願日:２００１年６月１５日）に記載されているが、他の表示セル構造も本発明を実施する時に利用できる。米国特許出願第０９/８８２，３１１号に記載されたように、ＩＴＯ電極と配向膜を支える基板層は、ガスケットと間隔材にてボンディングされて液晶によって充填される。好ましい電気-光学（あるいは電界-光学）性能に対する検査をセルに実施した後、カラーフィルタを塗布する。次に、カラーフィルタを備えたセルに対する性能検査を実施する。次に、電子回路、例えば一つ以上の集積表示駆動ＩＣを備えた軟性回路及び関連する手動素子を付着する。

表示セルに利用される可撓性基板１２、１４、４２は、高引張強度と高引張係数、低誘電率定数、高熱安定性、低い電気損失係数及び良好な誘電率強度を有する、光学的に透明で、超薄膜（例えば約２０μm乃至約５００μm、好ましく約３０μm乃至約２５０μm、さらに好ましくは約５０μm乃至１５０μm）であるのが好ましい。様々な可撓性基板材料のどれでもよい。これらの材料は、可撓性電子回路の製品に利用されたものを含み、ポリエステル（例えばデュポン社のマイラー（登録商標））、ポリエーテルサルホン、ポリノボノン、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、そして当業者に公知の他の可撓性プラスチック材料を含むが、これに限定されない。

基板の用意は、個別マスク部２６を備えた内側ブラックマスク層２４を形成することから始める。内側ブラックマスク層は、セルの内側に存在し、セルを製造する時に利用される全処理工程、例えば焼成工程、エッチング工程及び他の化学的処理工程を耐えなければならず、そして前記工程により損傷を受けてはならないので、内側ブラックマスク層２４と外側ブラックマスク層３０、４４との組成は異なる。外側ブラックマスク層は、さらに広い範囲で材料を選択して組成できる。この材料には、表示処理段階によって逆に影響を受けることもありえる材料などが含まれるが、該材料は表示セルを製造した後に塗布されるため、利用できる。

内側ブラックマスク層は、写真エッチング重合体樹脂、一般に高温耐性を有するポリイミド系樹脂で形成できる。この樹脂は、着色されて適合の遮断性能のための高不透明度を備える。トッパン社（日本）は、このような樹脂を製造する製造社の一つである。当業者に公知の一般的な写真エッチング法を用いてカラーフィルタに隣接する基板に樹脂のブラックマスクを塗布できる。

これとは異なって、内側ブラックマスク層は金属薄膜で組成できる。当該分野で公知の種々な工程によってマスク層を生成する。例えば基板にＩＴＯのような導電膜を積層した後、この導電膜をエッチングして所望のマスクパターンを形成することができる。この後、ブラックマスクは、ニッケルのような金属を用いる無電解メッキ法により導電膜上に形成される。

ブラックマスクを形成する他の工程は、基板上にクロムのような金属をスパッタリングして薄膜を形成した後、この薄膜を所望のマスクパターンにエッチングするものである。
また、他の工程は、ブラックマスクを必要としない基板の部分にレジストを形成した後、スパッタリングで金属薄膜を積層し、該レジストを除去して所望のマスクパターンだけを残すものである。

内側ブラックマスク層を形成した後、通常、ポリイミド樹脂や他の固い物質によって組成された平坦化層が塗布される。次に、ＩＴＯのような透明な導電成分が当業者に既知の真空積層法によって表面に塗布される。平坦化層は、電気的に絶縁層を提供し、マスクの金属膜をＩＴＯ導電成分から絶縁する。（有機ブラックマスク層の場合、平坦化層は平坦な表面を提供し、その表面上にＩＴＯを積層することができる）導電成分は、ＩＴＯ、または銀やニッケル、グラファイトや他の導電炭素物質などを含む導電重合体のような実質的に透明な他の導電物質のように、ＥＯ/ＭＯ表示装置用に知られた光学的に透明な材料であるのが好ましい。導電成分は、公知の工程により可撓性基板に積層される。例えばＩＴＯは、通常スパッタリング法によって可撓性基板上に積層される。可撓性回路や導電成分層を写真エッチングパターニングするための工程及び材料は公知のものである。

次に、ＥＯ/ＭＯセルを組立てる。液晶表示装置は、当業者に既知の材料及び工程によって適合にラビングされた、一般にポリイミドで組成された配向膜の蒸着を要する。好適の実施例で、ポリイミドは、浸漬法、スピンコーティング法または印刷法によって積層された後、熱硬化され、適切な布材によって物理的にラビングされる。
両基板のうち一つの基板の表面にガスケット５０を積層する。フィルム孔５２はセルが組立てられる際に、セルをＥＯ/ＭＯ材料にて充填できるようにガスケット周囲の左部が開く。ガスケットの材料は公知のものであり、熱硬化性エポキシ接着剤を含むが、これに限定されない。選択的な間隔材の構成要素１６をガスケット５０の周囲により定められた領域内に、少なくとも一つの基板１２、１４の表面に積層する。例えば液晶表示装置は、液晶層の厚さを維持するための間隔材が必要である。該厚さは表示装置のＥＯ特性を決める重要な要素である。間隔材には、大概セキスイ（日本）社製造のプラスチック絶縁微小球体が用いられる。また、間隔材の構成要素は、可撓性基板にもしくは組立てられたセルで可撓性基板の上部と下部との間に挿入された多孔性膜層に直接エンボス加工されたり、印刷されたリブや柱のような形態であることができるが、これに限定されない。基板１２、１４間の構造的な結合を提供するための重合体は、基板間の空間にプリポリマーを注入し、適合にプリポリマーを硬化して提供できる。液体プリポリマーは、間隔材が基板のうちの一つに（例えば間隔材を湿式スプレーして）塗布される時に、液晶プリポリマーによって間隔材をコーティングして注入できる。

［液晶プリポリマーの塗布に係る言及付加］
基板上にガスケット及び間隔材を組立てた後、約５psiまたはそれ以上の圧力で公知の工程によってガスケットを硬化してセルの表面を結合する。
代案として、紫外線（ＵＶ）光でガスケットを硬化することもできる。次に、結合されたセルを真空チャンバーに配置し、一定の時間、約２時間乃至８時間の間真空状態にし、セル内の全ての空気を実質的に除去する。次に、ＥＯ/ＭＯ材料をフィルム孔５２（図１５）の開口部に配置し、ポートの開口部を完全に封止する。次に、チャンバーの圧力を次第に上げると、ＥＯ/ＭＯ材料はフィルム孔の開口部内へと引き込まれる。セルがＥＯ/ＭＯ材料で完全に充填されれば、チャンバーの圧力は室内圧力に変わり、フィルム孔の開口部はＵＶ硬化接着剤などのような接着剤によって封止される。

セルを充填するための代案的な工程は次の通りである。フィルム孔５２を具備しない一体に連結された枠としてガスケット５０を施す。両基板を結合する前に、ガスケット５０で囲まれた領域内のある一周縁に液晶のようなＥＯ/ＭＯ材料を隣接するガスケット線に沿って塗布する。表示装置が結合される際に、表示装置は圧力下でその周縁から回転を開始する。

余分の活性材料がガスケット５０の枠上を通って組立体の外部に流れ出る。これとは異なって、組立体全体が真空雰囲気であれば、正確な量の活性材料がガスケット５０で囲まれた領域内に塗布できる。組立体は真空雰囲気の時に結合する。大気圧力が増加し、その後ガスケット５０が硬化される。
図１６及び図１７に示した他の代案的な実施例において、一体に連結された形態の枠としてガスケット５０を施し、フィルム孔５２はガスケットの枠内に設けられる。表示装置の表示領域の外部に位置する孔と共に、少なくとも一つの基板に、好ましくは一つの基板にそしてガスケットの枠内に孔を設ける。既に記載したように、約５psiまたはそれ以上の圧力で公知の工程によってガスケットを硬化し、セルの表面を結合する。これとは異なって、ガスケットは当業者に既知のように、紫外線光によって硬化される材料で形成することもできる。次に、結合されたセルを真空チャンバーに配置し、約２乃至８時間の間真空雰囲気にし、セル内の空気を実質的に全て除去する。表示装置が依然真空チャンバーにある間に、基板間の空間を充填するために必要な量のＥＯ/ＭＯ材料２２を、孔によって生成された窪みに入れる。次に、後面に接着剤が塗られた可撓性膜カバー５６で孔を封止する。真空雰囲気から大気圧に戻る時、液晶を完全に空間に注入できる膜密封材によって基板間の空間に液晶が自然に注入される。液晶で充填される空間の体積が一つの基板に形成された孔によって生成された窪み内に完全に収容される液晶の量より大きければ、二つの層５６、５８（図１６及び図１７）の空間に収容された液晶２２により、二つの層５６、５８が膜密封材となる。膜密封材が塗布された後、液晶を注入するための孔が下部層５８に形成され、表示装置は大気圧に戻る。一般的な処理過程において液体が漏れない程度に孔は十分小さい。

セルを組立てる際に、当業者に既知の方法で、適正の電気-光学または電界-光学性能レベル、例えば対比比率、駆動電圧、応答時間を定めるためにセルを検査する。検査が合格であれば、カラーフィルタを塗布する。好ましい実施例で、色加工デジタル印刷システム（例えば富士社のGraphic systems FinalProof Luxel５６００）を用いてブラックマスクとカラーフィルタ部を印刷する。図７は最終表示セル上に直ちにフィルタを印刷した実施例を示すものである。この場合、表示セルは、Luxel５６００の印刷ドラム上に直ちに位置する。これは表示装置の可撓性のため可能である。Luxel５６００が作動し、収容基板（ここでは、表示セル）上に着色された重合体薄膜が熱転写される。印刷ドラムがレーザー走査間で回転する間に行単位に走査し、直線経路で移動する焦点が調節されたダイオードレーザーによって顔料が加熱される。各色層（シアン、マゼンタ、黄色、ブラック）は、別個の経路を経て異なる膜層に印刷される。ＩＴＯ層にエッチングされた、表示装置自体の整列マークを用いて、表示装置上に印刷される前にカラーフィルタの大きさ、回転、オフセット及びピンクッションのようなより精密な光学補正、デジタル映像調整が実施され、写真エッチングによりパターニングされた導体にカラーフィルタ部をほぼ完壁に整列できる。

ラップトップに用いられるような高解像度表示装置で、良好な色演出をする高コントラスト比を実現するためには、カラーフィルタが活性画素素子（手動表示装置の場合、写真エッチングによりパターニングされた導体、または能動表示装置の場合、ＴＦＴトランジスタ電極領域）に整列されなければならないため、ほぼ完壁な整列が決定的な要素となる。通常、高解像度の色表示装置のために５ミクロン以下の整列が要求される。記載された本発明の実施例は、光学整列と映像補償動作を通じて整列の正確性が実現できる。フィルタが表示装置基板に直ちに付着されているため、別個のフィルタ部と表示基板との熱膨脹係数を一致させなければならないという問題がなくなる。

例えば図８及び図９に示したような代案的な実施例で、色フィルムは表示セルのすぐ前に配設される別個の基板上に印刷できる。
表示装置を駆動するために通常利用される方法は、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて可撓性電子回路を接触地点に沿って下部基板の内側面に機械的に且つ電気的に連結することである。可撓性回路は、表示動作に特別に係る基板に電子を提供するだけでなく、システムの電子との電気的な連結を提供するために利用される。可撓性回路は、カラーフィルタの塗布後に付着される。

軟性表示組立体に対する付加的な検査を実施して検査結果が合格であれば、偏光板と補償膜または反射防止膜のような他の膜を塗布する。
記載された本発明の実施例の向上された性能は、図２乃至図１０を比較してみれば理解できる。従来技術で、カラーフィルタとブラックマスク層は、図２に示したように、表示セルの外部に位置し、経路１００に沿って移動する光移動は同一の副画素に係るカラーフィルタ部と光バルブを正確に通過した。しかし、経路１０２に沿って移動する光移動は、隣接する副画素のカラーフィルタ部と光バルブを通過し、表示品質を低下させた。（図７に示したように）図１０に示した本発明の実施例と比較すると、経路１０２に沿って移動する光移動は、ブラックマスク層２４のブラックマスク部２６によって遮断される。さらに大きい入射角（α）を有する、例えば経路１０４に沿って移動する光移動では、一つの副画素のカラーフィルタ部を通じて光が移動するが、隣接する副画素の光バルブを通じては移動しない場合のように、従来技術と本発明の実施例の図１０とでは全て色の飽和度に対する損失が生じる。図８と図９に示した本発明の実施例によれば、大きい入射角における色飽和度に対するこのような損失を減らせる可能性がある。三つのブラックマスク層を具備することは、大きい入射角を有する光の通過を遮断するといった長所がある（しかし、製造工程と材料の層を必要とするだけに、前記三つの層は製造コストを上げるおそれがある）。

図２に示した従来技術と図１０に示した本発明の実施例を比較する際に、本発明によって実現される性能向上は、従来技術と本発明による二つの表示装置における色飽和度及び明るさに係る表とグラフを比較してみれば分かる。図１１乃至図１４は、図１０に示す実施例の結果であり、図３乃至図６は、図３に示す従来技術の結果を示す。表とグラフは、同一カラーフィルタの間隔（５μm、１０μm、１０μm及び２０μm）、基板の厚さ（１mil、２mil及び３mil）、そして入射角（０度乃至９０度）に対応する。表（図３と図１１）に示されるデータは、入射角が３０度の場合である。グラフ（図４乃至図６、図１２乃至図１４）に示されるデータは、カラーフィルタ間隔が１０μmの場合である。表（図３と図１１）に示されるように、入射角が３０度である時に全ての基板の厚さと全てのカラーフィルタ間隔に対して色飽和度が向上することが分かる。グラフ（図４乃至図６、図１２乃至図１４）を通じて、カラーフィルタ間隔が１０μmである時に全ての入射角で色飽和度（ＳＡＴ）が向上することが分かる。大きい入射角で明るさ（ＢＲＴ）は、図１０のブラックマスク層が画素領域間から漏れる光を遮断する傾向があるので、従来技術と比較してみれば、本発明の実施例では減少した。

図１８は、ＣＩＥ１９７６ＵＣＳ色度図に描かれた従来技術と図７の本発明の分光結果である。黒色点１２０は、図１に示したように、現在ＬＣＤのガラスカラーフィルタに対する色性能を示しており、この時カラーフィルタは基板内部に存在する。白点１２２は、カラーフィルタが図１に示したように表示セルの外部に存在する従来技術の色飽和度に対する損失を示している。基板の厚さは３mil、ブラックマスクの幅は５μm、視野角は３０度である図２に示した従来技術の場合、色飽和度は２７％減少した。灰色点１２４は、１milのブラックマスクの高さ、３０度の視野角を有する図７に示した本発明の実施例の色飽和度の損失を示す。この例で色飽和度は２％に減少した。３milの基板の厚さと５μmのブラックマスクの幅を有する時、色飽和度は２０％まで減少した（図示せず）。

上記の実施例よりも多くの本発明の実施例が、特許請求の範囲により限定される本発明に属する。例えば全てのブラックマスク層は（例えば図８と図９に示した、本発明による実施例の外側の二つのブラックマスク層だけを利用して）表示セルの外部に存在できる。これとは異なって、ブラックマスク層は、例えば表示基板のうちの一つの内側面に厚い３次元のブラックマスクを形成し、完全に表示セル内に存在することもできる。厚い３次元のブラックマスクの場合、映像比率は色副画素の幅に対するブラックマスク層の厚さの比率であり得る。ブラックマスク層は、表示装置を製造する際に用いられる粗い製造工程に対してより大きい耐性を有し、また、カラーフィルタ層に配設されるよりは表示装置内に配設される方が一層適している。

カラーフィルタ層とブラックマスク層とが表示基板のうちの一つの内側面上に位置する従来の表示装置の断面図である。 カラーフィルタ層とブラックマスク層とが表示基板のうちの一つの外側面上に位置する表示装置における一画素の断面図である。 各基板の厚さとカラーフィルタ間隔で、３０度の入射角で表示装置に光が入射される時に図２の構造を有する表示装置における色飽和度、明るさ及び暗度をパーセント単位で算出した表である。 光入射角と基板の厚さで、カラーフィルタ間隔が１０μmである時に図２に示した構造を有する表示装置における色飽和度を示すグラフである。 光入射角と基板の厚さで、カラーフィルタ間隔が１０μmである時に図２に示した構造を有する表示装置における明るさを示すグラフである。 光入射角と基板の厚さで、カラーフィルタ間隔が１０μmである時に図２に示した構造を有する表示装置における暗度を示すグラフである。 本発明の一実施例による表示装置の一画素の断面図である。 本発明の他の実施例による表示装置の一画素の断面図である。 本発明の他の実施例による表示装置の一画素の断面図である。 図７に光経路を付加して示した断面図である。 各基板の厚さとカラーフィルタ間隔で、３０度の入射角で表示装置に光が入射される時に図７、図１０に示した表示装置における色飽和度、明るさをパーセントで算出した表である。 光入射角と基板の厚さ（３mil）で、カラーフィルタ間隔が１０μmの時に、図７、１０に示した表示装置における色飽和度及び明るさを算出したグラフである。 光入射角と基板の厚さ（２mil）で、カラーフィルタ間隔が１０μmの時に、図７、１０に示した表示装置における色飽和度及び明るさを算出したグラフである。 光入射角と基板の厚さ（１mil）で、カラーフィルタ間隔が１０μmの時に、図７、１０に示した表示装置における色飽和度及び明るさを算出したグラフである。 本発明の一実施例によって形成されたフィルム孔を備えた表示セルの平面図である。 本発明の他の実施例に基づいて液晶を充電した表示セルの断面図である。 本発明の他の実施例に基づいて液晶を充電した表示セルの断面図である。 図２に示した従来の表示装置と、図７に示した本発明による一の実施例との色帯域を比較するＣＩＥ１９７６ＵＣＳ色度図である。

Claims (25)

1. 互いに隔離しており、各々内側面と外側面とを有する少なくとも二つの第１基板及び第２基板と、
   前記両基板間の空間に電場を形成するために設けられる電極と、
   前記両基板間の空間の少なくとも一部分を充填し、前記電場の影響を受ける光学特性を有する光学活性材料と、
   カラーフィルタ部を含むカラーフィルタ層と、
   隣接するカラーフィルタ部間の境界と整列されたマスク部を含む３次元ブラックマスクと、を含み、
   前記両基板の内側面は対向しており、少なくとも一つの基板は透明であり、
   前記カラーフィルタ部は、前記カラーフィルタ層を通って移動する光の色を変更し、前記両基板間の空間の外側に位置する、色表示装置。
2. 前記３次元ブラックマスクは、少なくとも二つの第１及び第２ブラックマスク層を含む、請求項１に記載の色表示装置。
3. 前記ブラックマスク層は、前記両基板間に位置した少なくとも一つの内側層と、前記両基板のうちの一つの内側面にもしくは前記両基板外側の他の基板に位置する少なくとも一つの外側層とを含む、請求項３に記載の色表示装置。
4. 前記３次元ブラックマスクは、第３ブラックマスク層をさらに含む、請求項２に記載の色表示装置。
5. 前記三つのブラックマスク層は、前記両基板間に位置する少なくとも一つの内側層と、前記両基板のうちの一つの外側面にもしくは前記両基板外側の他の基板に各々位置する二つの外側層とを含む、請求項４に記載の色表示装置。
6. 前記３次元ブラックマスクは、少なくとも約０．２の映像比率を有する、請求項２に記載の色表示装置。
7. 前記３次元ブラックマスクは、少なくとも約０．２の映像比率を有する、請求項４に記載の色表示装置。
8. 前記ブラックマスクの映像比率は、少なくとも約０．３５である、請求項６に記載の色表示装置。
9. 前記ブラックマスクの映像比率は、少なくとも約０．５である、請求項７に記載の色表示装置。
10. 前記表示装置は、少なくとも一つのブラックマスク層を支持する第３基板をさらに含む、請求項２に記載の色表示装置。
11. 前記光学活性材料は、ＥＯ/ＭＯ材料である、請求項１に記載の色表示装置。
12. 前記ＥＯ/ＭＯ材料は、液晶材料である、請求項１１に記載の色表示装置。
13. 前記カラーフィルタ層は、印刷法により形成される、請求項１に記載の色表示装置。
14. 前記カラーフィルタ層は、少なくとも各異なる色に対し一つずつ、複数の下位層を含む、請求項１に記載の色表示装置。
15. 前記カラーフィルタ層は、前記両基板のうちの一つの外側面に形成される、請求項１に記載の色表示装置。
16. 前記カラーフィルタ層は、前記第１及び第２基板に積層された第３基板に形成される、請求項１に記載の色表示装置。
17. 前記光学活性材料と前記カラーフィルタ層との間の垂直方向への間隔は１mil以上である、請求項１に記載の色表示装置。
18. 前記両基板各々は、約２０μm乃至５００μm範囲の厚さを有する、請求項１に記載の色表示装置。
19. 前記両基板各々は、約３０μm乃至２５０μm範囲の厚さを有する、請求項１８に記載の色表示装置。
20. 前記両基板各々は、約５０μm乃至１５０μm範囲の厚さを有する、請求項１９に記載の色表示装置。
21. 少なくとも二つの基板から表示セルを製造する段階、
    前記表示セルの性能を検査する段階、そして
    前記表示セルが前記性能検査を通過すれば、前記表示セルにカラーフィルタ層を付加する段階、を含み、
    前記基板各々は、内側面と外側面とを含み、前記両基板の内側面は対向しており、前記基板のうちの少なくとも一つは透明であり、電極は前記両基板間の空間に電場を形成するために配設され、光学活性材料は前記両基板間の空間の少なくとも一部分を充填し、前記電場の影響を受け、
    前記カラーフィルタ層は前記表示セルの外側に位置する、色表示装置の製造方法。
22. 前記表示セルの性能検査の後に、少なくとも一つのブラックマスク層を含む３次元ブラックマスクを付加する段階をさらに含む、請求項２１に記載の色表示装置製造方法。
23. 互いに隔離しており、各々内側面と外側面とを有する少なくとも二つの基板と、
    前記両基板間の空間に電場形成するために配設された電極と、
    前記両基板間の空間の少なくとも一部分を充填し、前記電場の影響を受ける光学特性を有する光学活性材料と、
    前記両基板間に空間を生成し、密封枠によって囲まれ、前記両基板に形成された一体に連結された密封材と、
    光学活性材料が前記両基板間の空間内に注入できるように、前記密封枠の内部領域内に、かつ前記基板のうちの一つまたは両方に設けられた、少なくとも一つの孔状のフィルム孔と、
    前記フィルム孔上に存在し、前記フィルム孔を密封する第１可撓性膜カバーと、を含み、
    前記基板の間の空間が真空状態になった後に、予め決められた量の光学活性材料が前記膜カバーの内側に置かれた後密封されることができ、大気圧に露出されるとき、前記基板間の空間内に前記光学活性材料が注入されるように、前記フィルタで内側へと前記膜カバーが偏向するよう、前記膜カバーと前記フィルム孔の大きさ及び位置が決められる、表示装置。
24. 前記光学活性材料は、液晶材料である、請求項２３に記載の表示装置。
25. 前記フィルム孔上に存在し、前記フィルム孔を密封する第２可撓性膜カバーをさらに含み、
    予め決められた量の光学活性材料が前記両膜カバー間に存在し、開口部は前記両膜カバーの内部に存在して、大気圧に露出される前記表示装置によって前記膜カバーが内側へと偏向される時に、前記光学活性材料が前記開口部を通って前記両基板間の空間内に注入できるように、前記第１及び第２可撓性膜カバーと前記フィルム孔の大きさ及び位置が決められる、請求項２３に記載の表示装置。

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