JP6417394B2 - 光漏れ及びプーリング抵抗性向上のための柱状スペーサ構造体を有するディスプレイ - Google Patents

Description

本出願は、２０１３年４月１１日出願の米国特許出願第１３／８６１，２３１号に対する優先権を主張する。同出願は全体が参照により本明細書に組み込まれている。

本出願は概して電子デバイスに関し、より詳細には、ディスプレイを有する電子デバイスに関する。

電子デバイスはディスプレイをしばしば含む。例えば、携帯電話及びポータブルコンピュータは、ユーザに情報を提示するためのディスプレイをしばしば含む。

液晶ディスプレイは液晶材料の層を包含する。液晶ディスプレイ内の表示画素は、液晶材料に電界を印加するための薄膜トランジスタ及び電極を包含する。表示画素内の電界の強度は液晶材料の偏光状態を制御し、それにより、表示画素の輝度を調整する。

液晶ディスプレイ内では、カラーフィルタ層及び薄膜トランジスタ層などの基板層が用いられる。薄膜トランジスタ層は、液晶層内の電界の制御に用いられる薄膜トランジスタのアレイを包含する。カラーフィルタ層は、赤色、青色、及び緑色要素などのカラーフィルタ要素のアレイを包含する。カラーフィルタ層は、カラー画像を表示する能力をディスプレイに提供する。

組み立てられたディスプレイ内で、液晶材料の層は薄膜トランジスタ層とカラーフィルタ層との間に挟み込まれる。ポリイミド不活性化層が、カラーフィルタ層の内面及び薄膜トランジスタ層の上面を被覆する。カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間の所望の間隙を維持するために、カラーフィルタ層の内面上には柱状スペーサのアレイが形成される。柱状スペーサは通例、フォトレジストなどの硬質の有機材料から形成される。

液晶ディスプレイ内には通例、２種類の柱状スペーサが存在する。カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間には、メイン柱状スペーサの比較的まばらなセットが延びる。柱状スペーサ及びそれらの関連付けられたランディングパッドの厚さが、カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間の分離量を確立する。サブスペーサと呼ばれる柱状スペーサの別のセットは、カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間の途中までのみ延びる構造体を有する。サブスペーサは、薄膜トランジスタ層及び柱状スペーサが互いに接触するのを妨げるために用いられる。サブスペーサは、ディスプレイのための周囲温度が降下した時の薄膜トランジスタに対するカラーフィルタ層の変形を吸収するために、カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間の全域にわたっては延びない。

所与のディスプレイ内で使用するために適切な数の柱状スペーサを決定する際にはそれに伴うトレードオフが存在する。提供されるメイン柱状スペーサが少なすぎる場合には、ディスプレイのための支持が不足することになるであろう。このせいで、ディスプレイは、プーリングムラと呼ばれる望ましくない視覚効果を被りやすくなる。提供されるメイン柱状スペーサが多すぎる場合には、ディスプレイは過度に堅くなってしまうことになる。このせいで、ディスプレイは、変形されると応力誘起複屈折を起こしやすくなり、不所望の光漏れ効果を生じさせる。既存の柱状スペーサ設計を用いる場合には、プーリングと光漏れとの間の受け入れ可能なトレードオフを特定することは難しくなり得る。ディスプレイは、多くの場合、製造のばらつきに敏感であり、所望よりも多くのプーリング及び光漏れ効果を呈することがある。

したがって、改善された柱状スペーサ構成を有するディスプレイを提供することができることが望ましいであろう。

ディスプレイは、反対の上面及び下面を有するカラーフィルタ層と、反対の上面及び下面を有する薄膜トランジスタ層と、を有してもよい。カラーフィルタ層の下面と薄膜トランジスタ層の上面との間に液晶材料の層が配置されてもよい。

カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間の所望の分離を維持するために、カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間に柱状スペーサ構造体が形成されてもよい。柱状スペーサ構造体はフォトレジスト柱などのポリマー構造体から形成されてもよく、金属パッドなどのパッドを含んでもよい。金属パッドは、薄膜トランジスタ層の上面又はカラーフィルタ層の下面上に形成されてもよい。フォトレジスト柱は、カラーフィルタ層の下面などのディスプレイ内の表面上に形成されてもよい。

柱状スペーサ構造体は、メインスペーサ構造体、サブスペーサ構造体、及び１つ以上の異なる種類の中間厚スペーサ構造体を含んでもよい。中間厚スペーサ構造体を用いると、プーリングムラ性能及び光漏れ性能を同時に改善し得る。

添付の図面及び以下の好適な実施形態の詳細な説明から、本発明の更なる特長、性質、及び様々な利点がより明白となるであろう。

本発明の一実施形態に係る、ディスプレイを有するラップトップコンピュータなどの例示的な電子デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、ディスプレイを有するハンドヘルド電子デバイスなどの例示的な電子デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、ディスプレイを有するタブレットコンピュータなどの例示的な電子デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、ディスプレイ構造体を有するコンピュータディスプレイなどの例示的な電子デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、例示的なディスプレイの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、薄膜トランジスタ層上のランディングパッドによって支持されるメイン柱状スペーサを有するディスプレイの一部分の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、カラーフィルタ層上のパッドによって支持されるメイン柱状スペーサを有するディスプレイの一部分の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、カラーフィルタ層上のパッドと薄膜トランジスタ層上のパッドとの間に延びるメイン柱状スペーサを有するディスプレイの一部分の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、カラーフィルタ層上に形成され、薄膜トランジスタ層から間隙によって分離された柱状スペーサを有するディスプレイの一部分の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、異なる厚さの柱状スペーサ構造体を有する例示的なディスプレイの一部分の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、プーリング及び光漏れ性能値がメイン柱状スペーサ密度の関数としてプロットされたグラフである。 本発明の一実施形態に係る、柱状スペーサ構成において用いることができる例示的な柱状スペーサ特徴の表である。 本発明の一実施形態に係る、薄膜トランジスタ層の表面上の異なる厚さのパッドを用いる、メイン柱状スペーサ構造体、サブスペーサ構造体、及び中間柱状スペーサ構造体を有するディスプレイの一部分の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、薄膜トランジスタ層の表面上、及びカラーフィルタ層の表面上の異なる厚さのパッドを用いる、メイン柱状スペーサ構造体、サブスペーサ構造体、及び中間柱状スペーサ構造体を有するディスプレイの一部分の断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、メイン柱状スペーサ構造体、サブスペーサ構造体、並びにそれぞれの第１及び第２の中間柱状スペーサ厚さを有する２つの異なる種類の中間柱状スペーサ構造体を有するディスプレイの一部分の断面側面図である。

電子デバイスはディスプレイを含んでもよい。ディスプレイは、ユーザに画像を表示するために用いられてもよい。図１、図２、図３、及び図４に、ディスプレイが提供されてもよい例示的な電子デバイスが示されている。

図１は、電子デバイス１０がどのように、上部筐体１２Ａ、並びにキーボード１６及びタッチパッド１８などの構成要素を有する下部筐体１２Ｂを有するラップトップコンピュータの形態を有し得るのかを示す。デバイス１０は、上部筐体１２Ａが、下部筐体１２Ｂに対して回転軸２４を中心として方向２２に回転することを可能にするヒンジ構造体２０を有してもよい。ディスプレイ１４は上部筐体１２Ａ内に装着されてもよい。上部筐体１２Ａは、時によりディスプレイ筐体又は蓋と呼ばれることがあるが、上部筐体１２Ａを回転軸２４の周りに下部筐体１２Ｂに向かって回転させることによって、閉鎖位置に配されてもよい。

図２は、電子デバイス１０がどのように、携帯電話、ミュージックプレーヤ、ゲームデバイス、ナビゲーションユニット、又はその他のコンパクトデバイスなどのハンドヘルドデバイスとなり得るのかを示す。デバイス１０のためのこの種の構成では、筐体１２は反対の前面及び背面を有してもよい。ディスプレイ１４は筐体１２の前面上に装着されてもよい。ディスプレイ１４は、所望の場合には、ボタン２６などの構成要素のための開口部を有してもよい。開口部はまた、スピーカポートを収容するためにディスプレイ１４内に形成されてもよい（例えば、図２のスピーカポート２８参照）。

図３は、電子デバイス１０がどのようにタブレットコンピュータとなり得るのかを示す。図３の電子デバイス１０では、筐体１２は反対の平面状の前面及び背面を有してもよい。ディスプレイ１４は筐体１２の前面上に装着されてもよい。図３に示されるように、ディスプレイ１４は、（一例として）ボタン２６を収容するための開口部を有してもよい。

図４は、電子デバイス１０がどのように、コンピュータディスプレイ、又はコンピュータディスプレイ内に一体化されたコンピュータとなり得るのかを示す。この種の機構を用いる場合には、デバイス１０のための筐体１２は台２７などの支持構造体上に装着されてもよい。ディスプレイ１４は筐体１２の前面上に装着されてもよい。

図１、図２、図３、及び図４に示されているデバイス１０のための例示的な構成は単なる例示にすぎない。一般的に、電子デバイス１０は、ラップトップコンピュータ、組み込み型コンピュータを内蔵するコンピュータモニタ、タブレットコンピュータ、携帯電話、メディアプレーヤ、又はその他のハンドヘルド若しくはポータブル電子デバイス、腕時計デバイスなどのより小さいデバイス、ペンダントデバイス、ヘッドホン若しくはイヤピースデバイス、又はその他のウェアラブル若しくは小型デバイス、テレビ、組み込み型コンピュータを内蔵しないコンピュータディスプレイ、ゲームデバイス、ナビゲーションデバイス、キオスク若しくは自動車内におけるディスプレイを有する電子機器が装着されるシステムなどの組み込みシステム、これらのデバイスのうちの２つ以上の機能性を実装する機器、あるいはその他の電子機器であってもよい。

デバイス１０の筐体１２は、時によりケースと呼ばれるが、プラスチック、ガラス、セラミックス、炭素繊維複合材及びその他の繊維ベースの複合材、金属（例えば、機械加工アルミニウム、ステンレス鋼、若しくはその他の金属）、その他の材料、又はこれらの材料の組み合わせなどの材料で形成されてもよい。デバイス１０は、筐体１２のほとんど又は全てが単一の構造要素（例えば、機械加工金属片若しくは成型プラスチック片）から形成されるユニボディ構造を用いて形成されてもよいか、又は複数の筐体構造体（例えば、内部フレーム要素若しくはその他の内部筐体構造体に装着された外部筐体構造体）から形成されてもよい。

ディスプレイ１４は、タッチセンサを含むタッチ感知ディスプレイであってもよいか、又はタッチに対して非感知性であってもよい。ディスプレイ１４のためのタッチセンサは、容量性タッチセンサ電極のアレイ、抵抗性タッチアレイ、音響的タッチ技術、光学的タッチ技術、若しくは力ベースのタッチ技術に基づくタッチセンサ構造体、又はその他の好適なタッチセンサ構成要素から形成されてもよい。

デバイス１０のためのディスプレイ１４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid crystal display）構成要素又はその他の好適な画像画素構造体から形成される表示画素を含む。

ディスプレイカバー層がディスプレイ１４の表面を被覆してもよいか、又はカラーフィルタ層などの表示層、若しくはディスプレイのその他の部分がディスプレイ１４内の最外部の（又はほぼ最外部の）層として用いられてもよい。最外部の表示層は、透明ガラス板、クリアプラスチック層、又はその他の透明部材から形成されてもよい。

図５に、デバイス１０のディスプレイ１４のための（例えば、図１、図２、図３、図４のデバイス又はその他の好適な電子デバイスのディスプレイ１４のための）例示的な構成の断面側面図が示されている。図５に示されるように、ディスプレイ１４は、バックライト４４を作り出すためのバックライトユニット４２などのバックライト構造体を含んでもよい。動作中、バックライト４４は外側へ（図５の配向における次元Ｚ内の垂直上方へ）進み、表示層４６内の表示画素構造体を通過する。これは、表示画素によって作り出されているあらゆる画像をユーザによる観察のために照明する。例えば、バックライト４４は、観察者４８によって方向５０に観察されている表示層４６上の画像を照明してもよい。

表示層４６は、筐体１２内に装着するためのディスプレイモジュールを形成するためのプラスチックシャーシ構造体及び／若しくは金属シャーシ構造体などのシャーシ構造体内に装着されてもよいか、又は表示層４６は筐体１２内に（例えば、表示層４６を筐体１２内の凹部内に積み重ねることによって）直接装着されてもよい。表示層４６は液晶ディスプレイを形成してもよいか、又は他の種類のディスプレイの形成に用いられてもよい。

表示層４６が液晶ディスプレイの形成に用いられる構成では、表示層４６は液晶層５２などの液晶層を含んでもよい。液晶層５２は、表示層５８及び５６などの表示層間に挟み込まれてもよい。層５６及び５８は、下部偏光板層６０と上部偏光板層５４との間に介在させてもよい。

層５８及び５６は、ガラス又はプラスチックの透明層などの透明基板層から形成されてもよい。層５６及び５８は、薄膜トランジスタ層及び／又はカラーフィルタ層などの層であってもよい。層５８及び５６の基板上には、導電トレース、カラーフィルタ要素、トランジスタ、及びその他の回路及び構造体が（例えば、薄膜トランジスタ層及び／又はカラーフィルタ層を形成するために）形成されてもよい。層５８及び５６などの層内にはタッチセンサ電極も組み込まれてよく、並びに／又はタッチセンサ電極はその他の基板上に形成されてもよい。

１つの例示的な構成では、層５８は、液晶層５２に電界を印加し、それにより、ディスプレイ１４上に画像を表示するための薄膜トランジスタ及び関連付けられた電極（表示画素電極）のアレイを含む薄膜トランジスタ層であってもよい。層５６は、カラー画像を表示する能力をディスプレイ１４に提供するためのカラーフィルタ要素のアレイを含むカラーフィルタ層であってもよい。所望の場合には、層５８がカラーフィルタ層であってもよく、層５６が薄膜トランジスタ層であってもよい。

デバイス１０内のディスプレイ１４の動作中には、ディスプレイ１４上に表示されるべき情報（例えば、ディスプレイデータ）を生成するための制御回路機構（例えば、プリント回路上の１つ以上の集積回路）が用いられてもよい。表示されるべき情報は、（一例として）プリント回路６４などのリジッド又はフレキシブルプリント回路内の導電金属トレースから形成される信号経路などの信号経路を用いて回路６２Ａ又は６２Ｂなどのディスプレイドライバ集積回路へ伝達されてもよい。

バックライト構造体４２は導光板７８などの導光板を含んでもよい。導光板７８は、クリアガラス又はプラスチックなどの透明材料から形成されてもよい。バックライト構造体４２の動作中には、光源７２などの光源が光７４を発生してもよい。光源７２は、例えば、発光ダイオードのアレイであってもよい。

光源７２からの光７４は導光板７８の端面７６内に結合されてもよく、内部全反射のプリンシパルによって導光板７８全体にわたり次元Ｘ及びＹ内に分散されてもよい。導光板７８はくぼみ又は隆起などの光散乱性の特徴を含んでもよい。光散乱性の特徴は、導光板７８の上面上、及び／又は反対の下面上に配置されてもよい。

導光板７８からＺ方向に上方へ散乱する光７４はディスプレイ１４のためのバックライト４４の役割を果たしてもよい。下方へ散乱する光７４は反射板８０によって上方向に反射されてもよい。反射板８０は、白色のプラスチック又はその他の光沢のある材料の層などの反射性材料から形成されてもよい。

バックライト構造体４２のためのバックライト性能を高めるために、バックライト構造体４２は光学フィルム７０を含んでもよい。光学フィルム７０は、バックライト４４を均質化し、それにより、ホットスポットを減少させるのを助けるための拡散板層、軸外視（off−axis viewing）を向上させるための補償フィルム、及びバックライト４４を平行にする（collimate）ための輝度向上フィルム（時により、転向フィルムとも呼ばれる）を含んでもよい。光学フィルム７０は、導光板７８及び反射板８０などのバックライトユニット４２内の他の構造体と重なり合ってもよい。例えば、導光板７８が図５のＸ−Ｙ平面内に長方形の設置面を有する場合には、光学フィルム７０及び反射板８０は、一致する長方形の設置面を有してもよい。

カラーフィルタ層５６の下面と薄膜トランジスタ層５８の上面との間の液晶材料のための所望の間隙を維持するために、ディスプレイ１４に柱状スペーサ構造体（時によりポストスペーサと呼ばれる）が提供されてもよい。柱状スペーサ構造体は、カラーフィルタ層５６及び／又は薄膜トランジスタ層５８の表面上の柱状構造体（例えば、円柱ポスト）及び／又は金属パッドなどの平面状構造体から形成されてもよい。

図６、図７、図８、及び図９は、異なるそれぞれの柱状スペーサ構造体（時により、柱状スペーサと呼ばれる）を有する機構におけるディスプレイ１４の一部分の断面側面図である。図６、図７、図８、若しくは図９の機構、その他の柱状スペーサ構造体、並びにこれらの構成のうちの２つ以上の組み合わせが、ディスプレイ１４のための柱状スペーサ構造体の形成に用いられてもよい。図６の例では、カラーフィルタ層５６の下面（最内部面）１１４と薄膜トランジスタ層５８の上面（最外部面）１１６との間に柱状スペーサ構造体１００が延びる。

図６の柱状スペーサ構造体１００は柱状スペーサ１０２及びランディングパッド１０４を含む。ディスプレイ１４内の柱状スペーサ１０２及びその他の柱状スペーサなどの柱状スペーサ構造体は、フォトレジスト、その他のポリマー、又は非ポリマー材料から形成されてもよい。カラーフィルタ層５６などの層上に柱状スペーサをパターニングするために、フォトリソグラフィ製作技術が用いられてもよい。ランディングパッド１０４は有機又は無機材料から形成されてもよい。一例として、ランディングパッド１０４は金属から形成されてもよい。薄膜トランジスタ層５８の表面１１６上のランディングパッド１０４の厚さ（次元Ｚ内の垂直高さ）と、柱状スペーサ１０２の厚さの両方が柱状スペーサ構造体１００の総厚に寄与する。所望の場合には、柱状スペーサ構造体１００の柱状スペーサ１０２の下面とパッド１０４の上面１０６との間に間隙１１０などの間隙が形成され得るように、柱状スペーサ１０２は位置１０８までのみ延びてもよい。

所望の場合には、柱状スペーサ構造体１００は、図７に示されるように、カラーフィルタ層５６の下面１１４上にパッド（例えば、金属パッド１０４）が形成される構成を用いて、ディスプレイ１４内に形成されてもよい。柱状スペーサ１０２はパッド１０４の上に形成されてもよい。このシナリオにおける柱状スペーサ構造体１００の総厚は、パッド１０４の厚さ・プラス・柱状スペーサ１０２の厚さで構成される。図６の例示的な構成と同様に、図７の柱状スペーサ構造体１００は、カラーフィルタ５６の下面１１４から薄膜トランジスタ層５８の上面１１６まで延びてもよいか、又は柱状スペーサ構造体１００の下面と薄膜トランジスタ層の上面１１６との間に間隙１１０などの間隙が形成されるように、表面１１４から位置１０８まで延びてもよい。

図８の例示的な機構では、柱状スペーサ１０２の上方及び下方に金属パッドなどのパッドが形成されている。具体的には、カラーフィルタ層５６の表面１１４上に金属パッド１０４−１が形成されており、薄膜トランジスタ層５８の表面１１６上に金属パッド１０４−２が形成されている。この種の構成では、柱状スペーサ構造体１００は、金属パッド１０４−１及び１０４−２の間に延びる柱状スペーサ１０２などの柱状スペーサ、又は柱状スペーサとパッド１０４−２の上面との間の間隙１１０を作り出すためにパッド１０４−１から表面１０８まで延びる柱状スペーサを含んでもよい。

図９に示されるように、柱状スペーサ構造体１００は、カラーフィルタ層５６の表面１１４上に直接形成される柱状スペーサ１０２などの柱状スペーサを含んでもよい。薄膜トランジスタ層５８の表面１１６上に、接合するランディングパッドが提供される必要はない。間隙１１０が柱状スペーサ１０２の下面を薄膜トランジスタ層５８の上面１１６から分離してもよい。

図１０は、カラーフィルタ層５６と薄膜トランジスタ層５８との間に３つの異なる種類の柱状スペーサ構造体が存在する構成のディスプレイ１４の一部分の断面側面図である。図１０に示されるように、カラーフィルタ層５６は基板１２０及びカラーフィルタ要素アレイ１２２を含んでもよい。基板１２０は、ガラス又はプラスチックの透明層などの透明平面状部材から形成されてもよい。カラーフィルタアレイ１２２は基板１２０の下面上に形成されてもよい。カラーフィルタアレイ１２２は、マスキング線１２６などの不透明なマスキング線の格子によって分離されたカラーフィルタ要素１２４のアレイを包含してもよい。カラーフィルタ要素１２４は着色ポリマー（例えば、赤色、青色、及び緑色フォトレジスト要素）から形成されてもよい。被覆層１２８は透明な材料（例えば、ポリマー材料）であってもよい。薄膜トランジスタ層５８は、薄膜トランジスタ回路機構１２５（例えば、薄膜層から形成されたトランジスタ、電極、パターニングされた信号線、キャパシタ、及びその他の表示画素アレイ回路機構）の層から形成されてもよい。薄膜トランジスタ回路機構１２５は薄膜トランジスタ基板１２７上に形成されてもよい。基板１２７は、透明なガラス、プラスチック、又はその他の材料の層であってもよい。カラーフィルタ層５６及び薄膜トランジスタ層５８の表面上にコーティング（例えば、ポリマーコーティング層）が形成されてもよい（例えば、これらの表面上のパッド構造体を被覆するコーティング）。

柱状スペーサ構造体１００Ａ、１００Ｂ、及び１００Ｃは、カラーフィルタ層５６の表面１１４上に柱状スペーサ１０２Ａ、１０２Ｂ、及び１０２Ｃなどの柱状スペーサを堆積させることによって形成されてもよい。１つ以上のマスク（例えば、バイナリマスク、ハーフトーンマスク、及び／又はグレースケールマスク）が、異なる厚さのフォトレジスト柱（柱状スペーサ）の形成に用いられてもよい。ランディングパッド１０４などのランディングパッド及びその他のパッド構造体が柱状スペーサ１０２Ａなどの柱状スペーサと重なり合ってもよく、表示層の表面内のひっかき傷を防止するため、及び／又は柱状スペーサ構造体内の所望の厚さ調整を行うために用いられてもよい。金属又はその他の材料がパッドの形成に用いられてもよい。

ディスプレイ１４内には、一般的に、柱状スペーサ構造体１００Ａなどの多数の柱状スペーサ構造体、柱状スペーサ構造体１００Ｂなどの多数の柱状スペーサ構造体、及び柱状スペーサ構造体１００Ｃなどの多数の柱状スペーサ構造体が存在し、構造体１００Ａ、１００Ｂ、及び１００Ｃは一般的にディスプレイ１４の表面にわたって均等に分布する。これらの種類の柱状スペーサ構造体の各々が１つずつ存在する図１０に示されるディスプレイ１４の部分は、単なる例示にすぎない。

柱状スペーサ１０２Ａ、１０２Ｂ、及び１０２Ｃは異なる厚さ（時により、高さと呼ばれる）を有する。例えば、図１０の柱状スペーサ１０２Ａは厚さ（高さ）Ｈ１を有してもよく、図１０の柱状スペーサ１０２Ｂは厚さ（高さ）Ｈ２を有してもよく、図１０の柱状スペーサ１０２Ｃは厚さ（高さ）Ｈ３を有してもよい。Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３の値は（一例として）全て異なってもよい。

柱状スペーサ構造体１００Ａ（及び柱状スペーサ１０２Ａ）は、時により、メイン柱状スペーサ構造体（又はメイン柱状スペーサ）と呼ばれることがある。図１０に示されるように、メイン柱状スペーサ構造体１００Ａは、カラーフィルタ層５６の下面１１４と薄膜トランジスタ層５８の上面１１６との間に延び、そのため、柱状スペーサ構造体内に間隙は存在しない。したがって、メイン柱状スペーサ構造体１００Ａは、液晶材料５２が配置されるカラーフィルタ層５６と薄膜トランジスタ層５８との間の分離距離を規定する。

柱状スペーサ構造体１００Ｂはカラーフィルタ層５６上の表面１１４と薄膜トランジスタ層５８上の表面１１６との間の全域にわたっては延びず、したがって、時により、サブスペーサと呼ばれる。図１０に示されるように、柱状サブスペーサ構造体１００Ｂはパッド１０４のような金属パッドを含まない。サブスペーサ柱状スペーサ１０２Ｂと薄膜トランジスタ層５８の上面１１６との間には間隙ΔＨが存在する。液晶材料５２（図５）の温度が変化する条件においては、カラーフィルタ層５６は薄膜トランジスタ層５８に向かって変形し得る。カラーフィルタ層５６はまた、カラーフィルタ層５６に圧力が加えられた場合にも、薄膜トランジスタ層５８に向かって変形され得る。これらなどの状況においては、柱状スペーサ１０２Ｂの下面が薄膜トランジスタ層の表面１１６と接触するため、間隙ΔＨは一時的に消える。したがって、柱状スペーサ構造体１００Ｂの存在は、ディスプレイ１４の使用中にカラーフィルタ層５６及び薄膜トランジスタ層５８が互いに接触するのを阻止するべくカラーフィルタ層５６の動きを止めるために用いられる。

柱状スペーサ構造体１００Ｃは、サイズが、サブスペーサ柱状スペーサ構造体１００Ｂに関連付けられる間隙ΔＨのサイズと、メイン柱状スペーサ構造体１００Ａに関連付けられる０の間隙サイズとの間の中間である間隙ΔＨ’を形成する。柱状スペーサ構造体１００Ｃの厚さもまた、メイン柱状スペーサ構造体１００Ａの厚さとサブスペーサ柱状スペーサ構造体１００Ｂの厚さとの間にある。したがって、柱状スペーサ構造体１００Ｃは、時により、中間柱状スペーサ構造体、中間厚柱状スペーサ構造体、又は移行柱状スペーサ構造体と呼ばれることもある。

中間柱状スペーサ構造体１００Ｃはサブスペーサ構造体１００Ｂよりも厚く（例えば、中間柱状スペーサ１０２はサブスペーサ柱状スペーサ１０２Ｂよりも厚い）、したがって、ディスプレイ１４の層のためにサブスペーサ柱状スペーサ１００Ｂよりも多くの支持を提供する。これは、ディスプレイ１４が不所望のプーリングムラに抗するのを助けることができる。図１０に示されるように、中間柱状スペーサ構造体１００Ｃは、薄膜トランジスタ層ｌ５８の表面１１６から（ΔＨと異なる）間隙ΔＨ’だけ分離された厚さＨ３の中間厚柱状スペーサ１０２Ｃを有してもよい。

一般的に、図１０のディスプレイ１４などのディスプレイにおける光漏れ性能とプーリング性能との間で考慮されるべきトレードオフが存在する。図１１は、プーリング性能が左手の縦軸上にメイン柱状スペーサ濃度の関数としてプロットされ、光漏れ性能が右手の縦軸上にメイン柱状スペーサ濃度の関数としてプロットされたグラフである。

プーリングムラ曲線１４０は、ディスプレイ内のメイン柱状スペーサの濃度が減少するにつれて、プーリング性能がどのように低下する傾向を有するのかを示す。これは、ディスプレイ内の柱状スペーサ構造体が、層５６及び５８が互いに接触するのを阻止する助けとなるためである。十分な数のメイン柱状スペーサを提供することによって、図１１の曲線１４０の下向きの勾配によって指示されるように、プーリング性能を改善することができる。

光漏れ曲線１４２は、ディスプレイ内のメイン柱状スペーサの数が減少するにつれて、応力誘起複屈折及びしたがって光漏れがどのように悪化する傾向を有するのかを示す。ディスプレイ１４の平面性の所与の変形に対して、応力はディスプレイの剛性に比例して上昇する傾向を有する。より少ないメイン柱状スペーサを有するディスプレイは、より多くの柱状スペーサを有するディスプレイよりも可撓性が高い。その結果、より少ないメイン柱状スペーサを有するディスプレイは、変形された時に発現させる応力がより小さくなり、発生する応力誘起複屈折及び光漏れ（ディスプレイの不所望の局所的輝度増大）がそれに対応してより小さくなる。この振る舞いは曲線１４２の上向きの勾配によって反映される。より少ないメイン柱状スペーサが存在する場合には（図１１における曲線１４２の左手側付近）、光漏れ性能はより向上する。より多くのメイン柱状スペーサが存在する場合には（図１１における曲線１４２の右手側付近）、光漏れ性能はより悪化する。

サブスペーサ構造体１００Ｂの厚さよりも大きな厚さを有する柱状スペーサ構造体１００Ｃなどの中間厚柱状スペーサ構造体を含めることは、カラーフィルタ層５６などの層に対して曲げ圧力を及ぼす温度変化及びその他の力の間に、ディスプレイ１４内のメイン柱状スペーサ１０２Ａの数を増加させることによって生じ得る種類の過度の剛性を生み出すことなく、ディスプレイ１４の層のための追加の構造支持を提供することによって、プーリングムラ性能を向上させる。図１０の柱状スペーサ構造体１００Ｃなどの中間厚柱状スペーサ構造体をディスプレイ１４内に含めることの利点が破線の曲線１４４によって示されている。

矢印１４６によって示されるように、曲線１４４は、中間柱状スペーサを含めることでもたらされる曲線１４０に対する改善を表す。中間柱状スペーサ構造体１００Ｃを用いずにディスプレイにおいてプーリングムラ性能に対して光漏れ性能をトレードオフする場合には、ディスプレイは、図１１のグラフの点１４８に関連付けられるメイン柱状スペーサの数を用いるように構成されてもよいであろう。中間柱状スペーサ構造体１００Ｃを用いてディスプレイにおけるプーリングムラ性能に対して光漏れ性能をトレードオフする場合には、対照的に、ディスプレイは、図１１のグラフの点１５０に関連付けられるメイン柱状スペーサの数を用いるように構成されてもよいであろう。点１５０に従ってディスプレイ１４が構成されると、点１４８に従って構成されるディスプレイに対してプーリングムラ性能及び光漏れ性能を両方とも改善することができる。

図１２は、ディスプレイ１４内で用いられてもよいメイン柱状スペーサ密度、中間柱状スペーサ密度、及びサブスペーサ柱状スペーサ密度の例示的な（百分率の）数を示す表である。図１２の表はまた、柱状スペーサ１０２Ａ、１０２Ｂ、及び１０２Ｃについての例示的な厚さを示し、例示的な間隙サイズΔ（メイン柱状スペーサについては０、中間柱状スペーサ及びサブスペーサについては非０）を示す。

所望の場合には、柱状スペーサ構造体は、柱状スペーサ構造体についての所望の全厚を達成するために、異なる厚さの上部及び／又は下部パッド（例えば、金属パッド）及び／又は柱状スペーサを用いることができる。一例として、図１３の構成を考える。この構成では、メイン柱状スペーサ構造体１００Ａは、カラーフィルタ層５６の表面１１４上のメイン柱状スペーサ１０２Ａ、及び薄膜トランジスタ層５８の表面１１６上のランディングパッド１０４から形成される。サブスペーサ柱状スペーサ構造体１００Ｂはカラーフィルタ層５６の表面１１４上のサブスペーサ１０２Ｂから形成される。図１３の中間柱状スペーサ構造体１００Ｃは、中間柱状スペーサ１０２Ｃ、及び薄膜トランジスタ層５８の表面１１６上のパッド１０４Ｃから形成される。スペーサ１０２Ａ、１０２Ｂ、及び１０２Ｃの厚さは、所望の場合には、全て等しくてもよい（Ｈ１）。

図１３の例では、２種類のパッドが用いられている−パッド１０４Ａなどのパッドはディスプレイ１４のためのメイン柱状スペーサ構造体の一部の役割を果たし、パッド１０４Ｃなどのパッドはディスプレイ１４のための中間柱状スペーサ構造体の一部の役割を果たす。所望の場合には、パッドのその他の組み合わせが柱状スペーサ構造体内に用いられてもよい（例えば、図６、図７、図８、及び図１０参照）。２つの異なる種類の柱状スペーサ構造体内で、薄膜トランジスタ層の表面１１６上のパッドの２つの異なる厚さが用いられる図１４の例は、単なる例示にすぎない。

図１４は、各柱状スペーサの厚さＨ１が同じであり、パッド１０４Ｃがカラーフィルタ層５６の表面１１４上に形成された構成のディスプレイ１４の一部分の断面側面図である。一般的に、パッドは、表面１１４上、表面１１６上、又は表面１１４及び１１６の組み合わせの上に形成されてもよい。所望の場合には、サブスペーサ柱状スペーサ構造体１００Ｂ（及び／又は構造体１００Ａ及び／又は構造体１００Ｃ）は、図６、図７、及び図８に関して説明されたように、１つ以上のパッドを含んでもよい。

図１５の例は、４つの異なる種類の柱状スペーサ構造体の使用を含む。メイン柱状スペーサ構造体１００Ａ及びサブスペーサ柱状スペーサ構造体１００Ｂに加えて、図１５の柱状スペーサ構造体は、異なるそれぞれの厚さを各々有する、第１及び第２の中間柱状スペーサ構造体１００Ｃ−１及び１００Ｃ−２を含む。図１５の例では、メイン柱状スペーサ構造体１００Ａはメイン柱状スペーサ１０２Ａ及びメイン柱状スペーサパッド１０４Ａから形成され、サブスペーサ柱状スペーサ構造体１００Ｂはサブスペーサ柱状スペーサ１０２Ｂから形成される（パッドは有しない）。中間柱状スペーサ構造体１００Ｃ−１は、厚さＨ３の中間柱状スペーサ１０２Ｃ−１を用いることによって、パッドを用いずに形成された。中間柱状スペーサ構造体１００Ｃ−２は、サブスペーサ柱状スペーサ１０２Ｂの厚さと同じであり、メイン柱状スペーサ１０２Ａのメイン柱状スペーサ厚さＨ１と異なる、厚さＨ２の柱状スペーサ１０２Ｃ−２から形成される。パッド１０４Ｃ−２及びスペーサ１０２Ｃ−２が柱状スペーサ構造体１００Ｃ−２の全厚に寄与する。ディスプレイ１４のための中間柱状支持の２つの異なるレベルを提供するために、中間柱状スペーサ構造体１００Ｃ−１の厚さは好ましくは中間柱状スペーサ構造体１００Ｃ−２の厚さと異なる。

一実施形態によれば、ディスプレイであって、下面を有するカラーフィルタ層と、上面を有する薄膜トランジスタ層と、下面と上面との間の液晶層と、下面と上面との間のメイン柱状スペーサ構造体であって、メイン柱状スペーサ構造体はメイン柱状スペーサ構造体厚さを有する、メイン柱状スペーサ構造体と、下面と上面との間のサブスペーサ柱状スペーサ構造体であって、サブスペーサ柱状スペーサ構造体は、メイン柱状スペーサ構造体厚さよりも小さいサブスペーサ柱状スペーサ構造体厚さを有する、サブスペーサ柱状スペーサ構造体と、下面と上面との間の中間柱状スペーサ構造体であって、中間柱状スペーサ構造体は、メイン柱状スペーサ構造体厚さよりも小さく、サブスペーサ柱状スペーサ構造体厚さよりも大きい中間柱状スペーサ構造体厚さを有する、中間柱状スペーサ構造体と、を含む、ディスプレイが提供される。

別の実施形態によれば、メイン柱状スペーサ構造体は、メイン柱状スペーサ及び対応するパッドを含む。

別の実施形態によれば、パッドは薄膜トランジスタ層の上面上に形成される。

別の実施形態によれば、サブスペーサ柱状スペーサ構造体はサブスペーサ柱状スペーサを含み、パッドを含まない。

別の実施形態によれば、中間柱状スペーサ構造体は、中間柱状スペーサ、及び上面上の対応するパッドを含む。

別の実施形態によれば、メイン柱状スペーサ、サブスペーサ柱状スペーサ、及び中間柱状スペーサは、異なるそれぞれの厚さを有する。

別の実施形態によれば、中間柱状スペーサ構造体は、異なるそれぞれの厚さの第１及び第２の中間柱状スペーサ構造体を含む。

別の実施形態によれば、中間柱状スペーサ構造体はカラーフィルタ層の下面上の金属パッドを含む。

別の実施形態によれば、メイン柱状スペーサ構造体はメイン柱状スペーサを含み、中間柱状スペーサ構造体は中間柱状スペーサを含み、サブスペーサ柱状スペーサ構造体はサブスペーサ柱状スペーサを含み、メイン柱状スペーサ、中間柱状スペーサ、及びサブスペーサ柱状スペーサは全て同じ厚さを有する。

別の実施形態によれば、メイン柱状スペーサはカラーフィルタ層の下面上に形成される。

別の実施形態によれば、メイン柱状スペーサ構造体は薄膜トランジスタ層の上面上の金属パッドを含む。

別の実施形態によれば、サブスペーサ柱状スペーサはカラーフィルタ層の下面上に形成される。

別の実施形態によれば、サブスペーサ柱状スペーサ構造体はパッドを含まず、中間柱状スペーサはカラーフィルタ層の下面上に形成される。

別の実施形態によれば、サブスペーサ柱状スペーサ構造体はパッドを含まず、中間柱状スペーサ構造体は、カラーフィルタ層の下面上の金属パッド、及び金属パッド上の中間柱状スペーサを含む。

一実施形態によれば、ディスプレイであって、カラーフィルタ層と、薄膜トランジスタ層と、カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間の液晶材料の層と、カラーフィルタ層と薄膜トランジスタ層との間の複数の柱状スペーサ構造体であって、柱状スペーサ構造体は、第１の厚さの第１の柱状スペーサ構造体、第２の厚さの第２の柱状スペーサ構造体、及び第１及び第２の厚さの間にある第３の厚さの第３の柱状スペーサを含む、複数の柱状スペーサ構造体と、を含む、ディスプレイが提供される。

別の実施形態によれば、柱状スペーサ構造体は、第１及び第３の厚さの間にある第４の厚さの第４の柱状スペーサ構造体を含む。

別の実施形態によれば、柱状スペーサ構造体のうちの少なくともいくつかはフォトレジスト柱及び金属パッドを含む。

一実施形態によれば、ディスプレイであって、第１の表示層と、第２の表示層と、第１及び第２の表示層の間の液体材料の層であって、第１及び第２の表示層は距離だけ分離される、液体材料と、第１の厚さの第１のスペーサ構造体、第２の厚さの第２のスペーサ構造体、並びに第１及び第２の厚さの間にある第３の厚さの第３のスペーサを含む第１及び第２の表示層の間のスペーサ構造体であって、第１の厚さは距離と等しい、スペーサ構造体と、を含む、ディスプレイが提供される。

別の実施形態によれば、スペーサ構造体はポリマー構造体及び金属パッドを含む。

別の実施形態によれば、ポリマー構造体は、第１のスペーサ構造体内の第１のポリマー構造体、第２のスペーサ構造体内の第２のポリマー構造体、及び第３のスペーサ構造体内の第３のポリマー構造体を含み、第１、第２、及び第３のポリマー構造体は等しい厚さを有する。

以上のものは、本発明の原理の単なる例示にすぎず、当業者は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく様々な変更を行うことができる。

Claims (18)

1. ディスプレイであって、
   下面を有するカラーフィルタ層と、
   上面を有する薄膜トランジスタ層と、
   前記下面と前記上面との間の液晶層と、
   前記下面と前記上面との間のメイン柱状スペーサ構造体であって、前記メイン柱状スペーサ構造体は前記下面と前記上面との間の距離と等しいメイン柱状スペーサ構造体厚さを有し、各メイン柱状スペーサ構造体はメイン柱状スペーサ及び対応するパッドを有する、メイン柱状スペーサ構造体と、
   前記下面と前記上面との間のサブスペーサ柱状スペーサ構造体であって、前記サブスペーサ柱状スペーサ構造体は、前記メイン柱状スペーサ構造体厚さよりも小さいサブスペーサ柱状スペーサ構造体厚さを有し、各サブスペーサ柱状スペーサ構造体はサブスペーサ柱状スペーサを含む、サブスペーサ柱状スペーサ構造体と、
   前記下面と前記上面との間の中間柱状スペーサ構造体であって、前記中間柱状スペーサ構造体は、前記メイン柱状スペーサ構造体厚さよりも小さく、前記サブスペーサ柱状スペーサ構造体厚さよりも大きい中間柱状スペーサ構造体厚さを有し、各中間柱状スペーサ構造体は中間柱状スペーサを含み、前記サブスペーサ柱状スペーサは前記中間柱状スペーサよりも大きなディスプレイの領域をカバーする、中間柱状スペーサ構造体と、を備え、
   前記ディスプレイにおける前記メイン柱状スペーサの面積の密度は０．００２〜０．１％又は０．００４〜０．０５％であり、前記中間柱状スペーサの面積の密度は０．００１〜０．０５％又は０．００２〜０．０２５％であり、前記サブスペーサ柱状スペーサの面積の密度は０．５〜２％又は１〜２％である、
   ことを特徴とする、ディスプレイ。
2. 各メイン柱状スペーサ構造体の前記パッドが前記薄膜トランジスタ層の前記上面上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記サブスペーサ柱状スペーサ構造体がパッドを含まないことを特徴とする、請求項２に記載のディスプレイ。
4. 前記中間柱状スペーサ構造体が、前記上面上の対応するパッドを含むことを特徴とする、請求項３に記載のディスプレイ。
5. 前記メイン柱状スペーサ、前記サブスペーサ柱状スペーサ、及び前記中間柱状スペーサが、異なるそれぞれの厚さを有することを特徴とする、請求項４に記載のディスプレイ。
6. 前記中間柱状スペーサ構造体が、異なるそれぞれの厚さの第１の中間柱状スペーサ構造体及び第２の中間柱状スペーサ構造体を含むことを特徴とする、請求項４に記載のディスプレイ。
7. 前記中間柱状スペーサ構造体が前記カラーフィルタ層の前記下面上の金属パッドを含むことを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイ。
8. 前記メイン柱状スペーサ、前記中間柱状スペーサ、及び前記サブスペーサ柱状スペーサは全て同じ厚さを有することを特徴とする、請求項７に記載のディスプレイ。
9. 前記メイン柱状スペーサが前記カラーフィルタ層の前記下面上に形成されることを特徴とする、請求項８に記載のディスプレイ。
10. 前記メイン柱状スペーサ構造体が前記薄膜トランジスタ層の前記上面上の金属パッドを含むことを特徴とする、請求項９に記載のディスプレイ。
11. 前記サブスペーサ柱状スペーサが前記カラーフィルタ層の前記下面上に形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のディスプレイ。
12. 前記サブスペーサ柱状スペーサ構造体がパッドを含まず、前記中間柱状スペーサが前記カラーフィルタ層の前記下面上に形成されることを特徴とする、請求項１１に記載のディスプレイ。
13. 前記サブスペーサ柱状スペーサ構造体がパッドを含まず、前記中間柱状スペーサ構造体が、前記カラーフィルタ層の前記下面上の金属パッド、及び前記金属パッド上の中間柱状スペーサを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のディスプレイ。
14. ディスプレイであって、
    カラーフィルタ層と、
    薄膜トランジスタ層と、
    前記カラーフィルタ層と前記薄膜トランジスタ層との間の液晶材料の層と、
    前記カラーフィルタ層と前記薄膜トランジスタ層との間の複数の柱状スペーサ構造体であって、前記柱状スペーサ構造体は、前記カラーフィルタ層と前記薄膜トランジスタ層との間の距離と等しい第１の厚さの第１の柱状スペーサ構造体、第２の厚さの第２の柱状スペーサ構造体、及び前記第１の厚さ及び前記第２の厚さの間にある第３の厚さの第３の柱状スペーサ構造体を含み、前記第１の柱状スペーサ構造体は第１の柱状スペーサ及び対応するパッドを含み、前記第２の柱状スペーサ構造体は第２の柱状スペーサを含み、前記第３の柱状スペーサ構造体は第３の柱状スペーサを含み、前記ディスプレイにおける第３の柱状スペーサの密度が前記ディスプレイにおける第２の柱状スペーサの密度より小さい、複数の柱状スペーサ構造体と、を備え、
    前記ディスプレイにおける前記第１の柱状スペーサの面積の密度は０．００２〜０．１％又は０．００４〜０．０５％であり、前記第３の柱状スペーサの面積の密度は０．００１〜０．０５％又は０．００２〜０．０２５％であり、前記第２の柱状スペーサの面積の密度は０．５〜２％又は１〜２％である、
    ことを特徴とする、ディスプレイ。
15. 前記柱状スペーサ構造体が、前記第１の厚さ及び前記第３の厚さの間にある第４の厚さの第４の柱状スペーサ構造体を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のディスプレイ。
16. 前記柱状スペーサ構造体のうちの少なくともいくつかがフォトレジスト柱及び金属パッドを含むことを特徴とする、請求項１５に記載のディスプレイ。
17. ディスプレイであって、
    第１の表示層と、
    第２の表示層と、
    前記第１の表示層及び前記第２の表示層の間の液晶材料の層であって、前記第１の表示層及び前記第２の表示層は所定の距離だけ分離される、液晶材料と、
    第１の厚さの第１の柱状スペーサ構造体、第２の厚さの第２の柱状スペーサ構造体、並びに前記第１の厚さ及び前記第２の厚さの間にある第３の厚さの第３の柱状スペーサ構造体を含む前記第１の表示層及び前記第２の表示層の間の柱状スペーサ構造体であって、前記第１の厚さは前記所定の距離と等しく、前記第１の柱状スペーサ構造体は第１の柱状スペーサ及び対応するパッドを含み、前記第２の柱状スペーサ構造体は第２の柱状スペーサを含み、前記第３の柱状スペーサ構造体は第３の柱状スペーサを含む、スペーサ構造体と、を備え、
    前記ディスプレイにおける前記第１の柱状スペーサの面積の密度は０．００２〜０．１％又は０．００４〜０．０５％であり、前記第３の柱状スペーサの面積の密度は０．００１〜０．０５％又は０．００２〜０．０２５％であり、前記第２の柱状スペーサの面積の密度は０．５〜２％又は１〜２％である、
    ことを特徴とする、ディスプレイ。
18. 前記スペーサ構造体がポリマー構造体及び金属パッドを含むことを特徴とする、請求項１７に記載のディスプレイ。

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