(57)【要約】【課題】液晶表示装置の厚さの増加を防ぎ、かつ、レンズ間ピッチ、レンズの高さを再現よくかつ低コストで実現する。【解決手段】対向する２枚の基板（ＴＦＴ基板及びカラーフィルタ基板）で囲まれたセル内に液晶を挟持してなる液晶表示装置であって、前記基板の一方の外面に、光源からの光を前記セル内に集光するための複数の集光レンズを備えている。そして、前記集光レンズは、オフセット印刷により形成されたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２枚の基板で囲まれたセル内に液晶を挟持してなる液晶表示装置であって、
前記基板の一方の外面に、光源からの光を前記セル内に集光するための複数の集光レンズを備え、
前記集光レンズは、オフセット印刷により形成されたものである
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記集光レンズのレンズ端間隔は、２０μｍ以内である
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記集光レンズの高さは、２〜２５μｍの範囲である
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記光源からの光を前記液晶層を透過して表示する透過表示部を備え、
前記集光レンズは、
前記透過表示部に対応して配置されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記液晶表示装置は、
光源からの光を前記液晶層を透過して表示する透過表示部と、入射した外光を反射して表示する反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置であり、
前記集光レンズは、
前記透過表示部の開口パターンに対応して配置されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記集光レンズの幅は、
前記透過表示部の開口パターン幅より大きい
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記集光レンズは、
シリンドリカルレンズである
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記集光レンズを構成するシリンドリカルレンズは、
凸部中心が画素領域の列に沿うように配置されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記集光レンズを構成するシリンドリカルレンズは、
円筒の長さ方向が、長方形状の画素領域の長手方向に一致するように形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記集光レンズを構成するシリンドリカルレンズは、
円筒の長さ方向が、長方形状の画素領域の短手方向に一致するように形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記複数の集光レンズは、
互いに独立したマイクロレンズである
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１において、
光源として、前記集光レンズに入射する光線が平行となるコリメート光を発生するバックライトユニットを備える
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光用のマイクロレンズアレイを備える液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）基板を使用するアクティブ型の中小型液晶表示装置は、表示性能としての高精細・高画質化に向けて、バックライトと組み合わせたときのモジュールの薄型化要求も強いため、光学特性向上との両立が課題である。
【０００３】
特に、半透過型液晶表示装置では、同一液晶パネル内にバックライトを利用して表示する透過部と、外部光を利用して表示する反射部が混在し、バックライトの全光を有効利用できていない問題がある。高精細な液晶表示装置では、ＴＦＴ基板の配線が占める領域が多くなりバックライトからの光を遮光する面積が増え、ますますバックライトの全光を有効利用できず、表示装置全面での輝度を上げるための、バックライトの光量を上げる必要があり、消費電力が増えて、携帯電話などのバッテリの消耗が激しくなる問題がある。
【０００４】
そこで、ＴＦＴ基板配線や反射板によって遮光されるバックライト光をパネル全面に有効利用するために、ＴＦＴ基板裏面に集光レンズを形成して輝度向上を実現する技術が必要である。
【０００５】
この点、特許文献１には、バックライトからの照明光を画素電極の開口に向けて集光するために、ライン状のマイクロレンズを備える集光板を、液晶パネルのバックライト側に貼り合わせてなる液晶表示装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、マイクロレンズアレイを形成する方法として、偏光板上に光硬化性の樹脂膜を塗布した後、金型を押し付けてレンズ形状を転写し、露光及びベークにより硬化させる方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３３７３２７号公報
【特許文献２】特開２００７−２５１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の方法では、
（１）ライン状マイクロレンズを備える集光板を液晶セルガラス基板に貼り合わせるため、マイクロレンズとＴＦＴ基板の開口部との位置あわせが困難であり、
（２）偏光板を透過した偏光を集光しているため、レンズで集光できる光量が少なく、
（３）ライン状のマイクロレンズを備える集光板を液晶セルガラス基板に貼り合わせるために、レンズの高さよりも集光板の厚みが大きく、バックライトと組み合わせた液晶表示装置全体の厚みが厚くなる、
という欠点がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の金型によるレンズ形成では、レンズ間ピッチやレンズの高さを再現良く形成できないため、高精細な液晶パネルを歩留まりよく製造することができない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、液晶表示装置の厚さの増加を防ぎ、かつ、レンズ間ピッチ、レンズの高さを再現よくかつ低コストで実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明は、対向する２枚の基板（ＴＦＴ基板及びカラーフィルタ基板）で囲まれたセル内に液晶を挟持してなる液晶表示装置であって、前記基板の一方の外面に、光源からの光を前記セル内に集光するための複数の集光レンズを備えている。そして、前記集光レンズは、オフセット印刷により形成されたものである。
【００１１】
前記集光レンズのレンズ端間隔は、２０μｍ以内であり、レンズの高さは、２〜２５μｍの範囲とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態が適用された液晶表示装置１００の平面図である。図面に対して手前が表示面側となる。図２は、液晶表示装置１００の断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面に相当する。また、図３は、液晶表示装置１００の一部の分解斜視図である。
【００１３】
本実施形態の液晶表示装置１００は、バックライトを効率的に集光して液晶セル内に入射させるマイクロレンズアレイ７０を備える他は、従来の液晶表示装置と同様の構成を備えている。また、本実施形態の液晶表示装置は、半透過型であり、バックライトを透過して表示する透過表示部と、外光を受け入れて反射して表示する反射表示部と、を備えている。ただし、本発明は、反射表示部を備えていない透過型液晶表示装置にも適用することができる。
【００１４】
また、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＶＡ（Virtical Alignment）方式、ＩＰＳ（In-Place-Switching）方方などの様々な方式の液晶表示装置に対して適用するこができる。
【００１５】
図示するように、液晶表示装置１００は、表示面側から順に、外付け光学フィルム（偏光板、位相差板など）１０と、カラーフィルタ基板２０と、液晶層４０と、ＴＦＴ基板５０と、外付け光学フィルム（偏光板、位相差板など）６０と、マイクロレンズアレイ７０と、バックライトモジュール８０と、を備えて構成される。
【００１６】
バックライトモジュール８０は、マイクロレンズアレイ７０に入射する光線が平行となるコリメート光を発生する。
【００１７】
液晶層４０は、カラーフィルタ基板２０とＴＦＴ基板５０との間に、シール部３０により封止されている。
【００１８】
カラーフィルタ基板２０には、ブラックマトリックスと、着色レジスト（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青））とが形成されている。さらに、主面側（液晶層４０側）には、共通電極２１が形成されており、共通電極２１の上層には、液晶層４０を配向させるための配向膜が形成されている。共通電極２１は、ＩＴＯ膜等の透明電極である。
【００１９】
ＴＦＴ基板５０には、図１で示すように、マトリクス状に、透明電極である画素電極５４が配されている。各画素電極５４は、カラーフィルタ基板２０のＲ，Ｇ、Ｂのいずれかに対応し、画素領域（サブ画素領域）となる。画素電極５４の間には、互いに交差する走査線５１及び信号線５２からなる配線層５３が形成されている。各画素電極５４は、走査線５１及び信号線５２が交差する部分に形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）に接続している。走査線５１は、ＴＦＴのゲート電極に接続している。信号線５２は、ＴＦＴのソース・ドレイン電極に接続している。
【００２０】
画素電極５４からなる画素領域の一部には、表示面側から入射した外部光を反射するための反射部材５５が配されている。反射部材５５が配されている部分は、反射表示部となる。配線層５３や反射部材５５は、バックライトモジュール８０側からの光（バックライト）の液晶層４０への透過を遮る。したがって、画素領域の反射表示部５５が配されていない領域は、バックライトを透過する開口部となり、透過表示部となる。
【００２１】
なお、横電荷を発生させるＩＰＳ方式の場合、共通電極２１は、ＴＦＴ基板５０側に設けられた画素電極５４の下層に、絶縁膜を挟んで形成される。かかる場合、画素電極５４は、例えば、スリット状の開口部を備えている。
【００２２】
マイクロレンズアレイ７０は、バックライトモジュール８０側の外付け光学フィルム（例えば、偏光板）６０に直接形成されている。マイクロレンズアレイ７０は、バックライトモジュール８０からの光を、ＴＦＴ基板５０の開口部である透過表示部に向けて集光させるために設けられている。マイクロレンズアレイ７０は、バックライト方向に凸状の複数のシリンドリカルレンズからなる。
【００２３】
マイクロレンズアレイ７０を構成するシリンドリカルレンズは、図３に示すように、円筒の長さ方向が、長方形の画素領域（画素電極５４）の長手方向に一致するように配することができる。また、画素領域の長手方向の列に対して、１つのシリンドリカルレンズが配されるようにする。すなわち、図中の矢印Ｐに示すように、各円筒の凸部中心が、画素列の中心線と一致するようにする。
【００２４】
また、レンズ端間ピッチｄを、２０μｍ以内として、レンズの高さｈを、２〜２５μｍとするのが好ましい。また、各シリンドリカルレンズの幅ｗｌを、画素領域の開口パターンの幅ｗｄより広くする。
このようなマイクロレンズアレイ７０は、後述するオフセット印刷の技術により形成することができる。
【００２５】
このようにマイクロレンズアレイ７０を配することにより、図２に示すように、画素領域（画素電極５４）の長手方向に平行な配線層５３（図１の例では、走査線５１）に入射するはずであった光を、画素領域に集光することができる。そして、バックライトの有効利用が図られる。
【００２６】
なお、透過領域に対して効率的に集光でいるのであれば、マイクロレンズアレイ７０の形状に制限はない。例えば、図４に示すように、画素領域（画素電極５４）の短手方向に、シリンドリカルレンズの円筒の長さ方向が一致するように、マイクロレンズアレイ７０を形成してもよい。かかる場合、画素領域の短手方向の「行」に対して、１つのシリンドリカルレンズが配されるようにする。すなわち、図中の矢印Ｐに示すように、各円筒の凸部中心が、各行の中心線と一致するようにする。このようにマイクロレンズアレイ７０を配することにより、画素領域（画素電極５４）の短手方向に平行な配線層５３（図１の例では、信号線５２）に入射するはずであった光を、画素領域に集光させることができる。また、レンズの形状を適宜選択し、各円筒の凸部中心が透過表示部の中心線と一致するようにすれば、反射部材５４に入射するはずであった光を、透過表示部に集光させることもできる。そして、バックライトの有効利用が図られる。
【００２７】
なお、マイクロレンズアレイ７０は、シリンドリカルレンズに限らない。画素の透過表示部に集光させる形状であればよく、例えば、球面レンズであってもよい。
【００２８】
図５〜図１０は、マイクロレンズアレイ７０の形成工程を示す図である。本実施形態では、オフセット印刷法を用いてマイクロレンズアレイ７０を形成する。オフセット印刷法を用いることで、所望のピッチ端間隔ｄ（０〜２０μｍ）、レンズ高さｈ（２〜２５μｍ）のマイクロレンズアレイ７０を実現することができる。
【００２９】
図５及び図６に示すように、まず、マイクロレンズアレイ７０のパターン（レンズパターン）に対応して窪み２０２が形成されている凹版２０１に、ドクターブレード２０４により、レンズ材料２０３を刷り込む。ここで、窪み２０２の深さを調整することで、形成されるレンズの高さを調整することができる。
【００３０】
レンズ材料２０３としては、ＵＶ（紫外線）硬化型ポリマー材料や１００℃以下の加熱で硬化する熱硬化型ポリマー材料を用いることができる。ポリマー全体は、アクリル系ポリマー、エポキシ系ポリマー、アクリルエポキシ系ポリマーなどを用いることができる。
【００３１】
次に、図７に示すように、周囲にブランケット３０２を備えた転写ローラ３０１を、凹版２０１上で転がし、図８に示すように、ブランケット３０２にレンズ材料２０３を付着させ、レンズパターンを転写する。
【００３２】
ここで、カラーフィルタ基板２０とＴＦＴ基板５０とを液晶層４０を封止して貼り合わせ、さらに外付け光学フィルム１０、６０を貼り合わせた状態の液晶セル１１０（図２参照）を用意する。
【００３３】
そして、図９に示すように、オフセット印刷機の定盤に、かかる液晶セル１１０を、ＴＦＴ基板５０側の外付け光学フィルム６０を上面として固定する。さらに、図９及び図１０に示すように、レンズ材料２０３が付着した転写ローラ３０１を、外付け光学フィルム６０の上面で転がす。これにより、レンズ材料２０３を、外付けフィルム６０に付着させることができ、転写ローラ３０１に転写されたレンズパターンを、外付けフィルム６０に転写するとができる。なお、レンズ材料２０３は、転写ローラ３０１から離れるときに、その表面に丸みが形成される。この丸みがシリンドリカルレンズのレンズ作用を生じることになる。
【００３４】
最後に、外付けフィルム６０に転写したレンズ材料２０３に対して、その材料に応じて、ＵＶ光照射処理又は加熱処理、またはそれらの組み合わせ処理を行い、レンズ材料３０２を硬化させる。これにより、所望のピッチ間隔および高さを備えるマイクロレンズアレイ７０が形成される。
【００３５】
なお、印刷を複数回に分けて行ってもよい。例えば、最初の印刷で外付けフィルム６０上に形成したレンズパターンの間に、さらにオフセット印刷により、レンズパターンを形成する。こうすれば、よりレンズの密度を高くすることができる。
【００３６】
マイクロレンズアレイ７０を形成した後は、マイクロレンズアレイ７０側にバックライトモジュール８０を固定して、バックライト付の液晶表示装置１００が完成する。
【００３７】
以上、本発明が適用された液晶表示装置およびその特徴的な製造工程について説明した。
【００３８】
本実施形態によれば、バックライトを十分に有効利用可能な液晶表示装置が提供される。また、集光レンズは、外付けフィルムに直接形成されるので、液晶表示装置全体の厚みの低減につながる。マイクロレンズアレイ７０を外付け光学フィルム６０に直接形成するということは、最外面の部材が偏光板の場合は、偏光板に直接形成することになる。位相差板である場合は、位相差板に直接形成することになる。
また、オフセット印刷技術を用いてマイクロレンズアレイを形成するので、レンズのピッチ間隔を十分に狭くすることができ、またレンズ高の制御が容易である。したがって、高精細な液晶表示装置を抵コストで歩留まりよく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態が適用された液晶表示装置の平面図。
【図２】液晶表示装置のＡ−Ａ’断面図。
【図３】液晶表示装置の分解斜視図。
【図４】液晶表示装置の分解斜視図。
【図５】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【図６】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【図７】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【図８】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【図９】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【図１０】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・外付け光学フィルム
２０・・・カラーフィルタ基板、２１・・・共通電極
３０・・・シール材
４０・・・液晶
５０・・・ＴＦＴ基板、５３・・・配線層、５４・・・画素電極
６０・・・外付け光学フィルム
７０・・・マイクロレンズアレイ
８０・・・バックライトモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008304523.tif 000009
【図８】
2008304523.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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