(57)【要約】      （修正有）【課題】液晶表示パネルの輝度を向上させることが可能なバックライトユニットおよび液晶表示装置を提供する。【解決手段】バックライトユニットでは、ＬＥＤ３０１からの光を端部から入射し、プリズム状の反射溝において反射することにより出射面より平行光を出射するライトガイド３０２を用いている。ライトガイド３０２から出射された平行光を側面より入射し、プリズム部２０５によって反射してマイクロレンズアレイ２０２を介して液晶表示パネル１００に対して出射するマイクロレンズアレイ基板も備えている。プリズム部２０５は、側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直方向に延在する反射溝２０５ａを有する。マイクロレンズ２０２ａは、反射溝２０５ａに対し垂直な方向に延在している。マイクロレンズアレイ２０２側には、低屈折率層２０４を設けている。【選択図】図１３
2008010393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルの背面側に設けられ、当該液晶表示パネルの各画素の透過領域に光を集光させるマイクロレンズを備えたバックライトユニットであって、
光源と、
前記光源からの光を端部から入射し、一側面に設けられた第１のプリズム部において反射することにより前記第１のプリズム部が設けられた側面と対向する側面より平行光を出射するライトガイドと、
前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、
前記マイクロレンズアレイ基板は、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、
前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
前記光源は、前記ライトガイドの一方の端部に設けられた第１の光源と、他方の端部に設けられた第２の光源を有することを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項３】
前記ライトガイドにおいて、前記第１のプリズム部が設けられた側面は、中央部が突出する曲面構造を有することを特徴とする請求項１〜２いずれかに記載のバックライトユニット。
【請求項４】
液晶表示パネルの背面側に設けられ、当該液晶表示パネルの各画素の透過領域に光を集光させるマイクロレンズを備えたバックライトユニットであって、
平行光を出射するライトガイドと、
前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、
前記マイクロレンズアレイ基板は、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、
前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたことを特徴とする
バックライトユニット。
【請求項５】
前記マイクロレンズが、前記第２のプリズム部の反射溝に対して垂直な方向に延在するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のバックライトユニット。
【請求項６】
前記低屈折率層と前記マイクロレンズアレイとの間に設けられた偏光板又は偏光層を備えたことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のバックライトユニット。
【請求項７】
内面に電極が形成された一対の素子基板の間に液晶を挟持してなる液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライトユニットを備えた液晶表示装置であって、
前記バックライトユニットは、
光源と、
前記光源からの光を端部から入射し、一側面に設けられた第１のプリズム部において反射することにより前記第１のプリズム部が設けられた側面と対向する側面より平行光を出射するライトガイドと、
前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、
前記マイクロレンズアレイ基板は、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、
前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記光源は、前記ライトガイドの一方の端部に設けられた第１の光源と、他方の端部に設けられた第２の光源を有することを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記ライトガイドにおいて、前記第１のプリズム部が設けられた側面は、中央部が突出する曲面構造を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
内面に電極が形成された一対の素子基板の間に液晶を挟持してなる液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライトユニットを備えた液晶表示装置であって、
前記バックライトユニットは、
平行光を出射するライトガイドと、
前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、
前記マイクロレンズアレイ基板は、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、
前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたことを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項１１】
前記マイクロレンズが、前記第２のプリズム部の反射溝に対して垂直な方向に延在するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項７〜１０いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記低屈折率層と前記マイクロレンズアレイとの間に設けられた偏光板又は偏光層を備えたことを特徴とする請求項７〜１１いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記液晶表示パネルは、それぞれが長方形からなる複数の画素を有し、それぞれの画素の長手方向が同一方向を向くように隣接して配列された画素構造を有し、
前記バックライトユニットのマイクロレンズの長手方向が、前記画素の短手方向と平行になるように配置されていることを特徴とする請求項７〜１２いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記液晶表示装置が、半透過型液晶表示装置であることを特徴とする請求項７〜１３いずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックライトユニットおよび液晶表示装置に関し、特に、マイクロレンズアレイ基板とライトガイドユニットを備えたバックライトユニット及び当該バックライトユニットを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置において、高輝度化及び高視野角化を達成するためにマイクロレンズアレイを用いた技術が提案されている。この技術によれば、液晶表示パネルの背面側にマイクロレンズアレイ基板を配置することによって、液晶表示パネルの透明基板上に形成されたＴＦＴ素子やブラックマトリクスを避けるように、バックライト光を集光させることができ、光の利用効率を高め、高輝度化を達成することが可能となる。
【０００３】
特許文献１には、ガラス基板上に、ガラスよりなるマイクロレンズアレイを形成する方法が開示されている。特許文献１に記載された方法では、ガラス粉末と感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストの膜を基板上に形成し、露光・現像・熱処理を行うことによってマイクロレンズアレイを形成している。
【０００４】
特許文献２には、液晶表示パネルとバックライトとの間に、マイクロレンズアレイを配置した技術が開示されている。
【０００５】
特許文献３及び特許文献４には、側面側から入射して伝播した光をプリズム状の反射溝によって前面側に反射し、これを複数のレンズを介して出射する導光板が開示されている。しかしながら、特許文献３及び特許文献４に記載されたレンズは、液晶表示パネルの透明基板上に形成されたＴＦＴ素子やブラックマトリクスを避けるようにバックライト光を集光させるものではない。
【特許文献１】特開平８−１６６５０２号公報
【特許文献２】特開平１０−３３３１４４号公報
【特許文献３】特開２００６−１１４２３９号公報
【特許文献４】特開２００４−２２７９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
導光板に設けられたマイクロレンズによって液晶表示パネルの輝度を向上させるためには、ＴＦＴ素子やブラックマトリクスを精度良く避けることができるようにマイクロレンズに対して指向性の高い光を入射させ、集光させる必要がある。しかしながら、導光板の底面に設けたプリズム状の反射溝は導光板の前面の全域に亘って均一に側面からの入射光を出射しなければならないため、入射光が最初に反射した反射溝において全て導光板の前面より出射されるのではなく、導光板の前面側界面と当該反射溝との間で複数回に亘って反射を繰り返して導光板の入射側面とは反対側の側面の近傍にまで入射光を導く必要がある。このため、導光板の底面に設けられた反射溝によって、指向性の高い光を導光板の前面から出射させ、マイクロレンズに対して入射させることができず、液晶表示パネルの輝度を向上させることが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、液晶表示パネルの輝度をさらに向上させることが可能なバックライトユニットおよびこのバックライトユニットを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるバックライトユニットは、液晶表示パネルの背面側に設けられ、当該液晶表示パネルの各画素の透過領域に光を集光させるマイクロレンズを備えたバックライトユニットであって、光源と、前記光源からの光を端部から入射し、一側面に設けられた第１のプリズム部において反射することにより前記第１のプリズム部が設けられた側面と対向する側面より平行光を出射するライトガイドと、前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、前記マイクロレンズアレイ基板は、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたものである。このような構成により、マイクロレンズに対して指向性の高い光を入射することができるため、精度良く、バックライト光を液晶表示パネルの画素の透過領域を通過させることができるため、液晶表示パネルの輝度を向上させることができる。
【０００９】
ここで、前記光源は、前記ライトガイドの一方の端部に設けられた第１の光源と、他方の端部に設けられた第２の光源を有することが好ましい。このように、ライトガイドの両端から光を入射する構成を採用することによって、光源からの光を反対側の端部近傍まで導く必要がなくなるため、容易に指向性の高い光を生成することが可能となる。
【００１０】
また、前記ライトガイドにおいて、前記第１のプリズム部が設けられた側面は、中央部が突出する曲面構造を有することが好ましい。このような構成により、容易に指向性の高い光を生成することが可能となる。
【００１１】
本発明にかかる他のバックライトユニットは、液晶表示パネルの背面側に設けられ、当該液晶表示パネルの各画素の透過領域に光を集光させるマイクロレンズを備えたバックライトユニットであって、平行光を出射するライトガイドと、前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、前記マイクロレンズアレイ基板は、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたものである。このような構成により、マイクロレンズに対して指向性の高い光を入射することができるため、精度良く、バックライト光を液晶表示パネルの画素の透過領域を通過させることができるため、液晶表示パネルの輝度を向上させることができる。
【００１２】
ここで、前記マイクロレンズが、前記第２のプリズム部の反射溝に対して垂直な方向に延在するシリンドリカルレンズであることが望ましい。さらに、前記低屈折率層と前記マイクロレンズアレイとの間に設けられた偏光板又は偏光層を備えることが望ましい。
【００１３】
本発明にかかる液晶表示装置は、内面に電極が形成された一対の素子基板の間に液晶を挟持してなる液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライトユニットを備えた液晶表示装置であって、前記バックライトユニットは、光源と、前記光源からの光を端部から入射し、一側面に設けられた第１のプリズム部において反射することにより前記第１のプリズム部が設けられた側面と対向する側面より平行光を出射するライトガイドと、前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、前記マイクロレンズアレイ基板は、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたものである。このような構成により、マイクロレンズに対して指向性の高い光を入射することができるため、精度良く、バックライト光を液晶表示パネルの画素の透過領域を通過させることができるため、液晶表示パネルの輝度を向上させることができる。
【００１４】
ここで、光源は、前記ライトガイドの一方の端部に設けられた第１の光源と、他方の端部に設けられた第２の光源を有することが好ましい。このように、ライトガイドの両端から光を入射する構成を採用することによって、光源からの光を反対側の端部近傍まで導く必要がなくなるため、容易に指向性の高い光を生成することが可能となる。
【００１５】
また、前記ライトガイドにおいて、前記第１のプリズム部が設けられた側面は、中央部が突出する曲面構造を有することが好ましい。このような構成により、容易に指向性の高い光を生成することが可能となる。
【００１６】
本発明にかかる他の液晶表示装置は、内面に電極が形成された一対の素子基板の間に液晶を挟持してなる液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライトユニットを備えた液晶表示装置であって、前記バックライトユニットは、平行光を出射するライトガイドと、前記ライトガイドから出射された平行光を側面より入射し、底面に設けられた第２のプリズム部によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに対して出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、前記マイクロレンズアレイ基板は、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記側面より入射した平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在する反射溝からなる第２のプリズム部が形成された透明基板と、前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたものである。このような構成により、マイクロレンズに対して指向性の高い光を入射することができるため、精度良く、バックライト光を液晶表示パネルの画素の透過領域を通過させることができるため、液晶表示パネルの輝度を向上させることができる。
【００１７】
ここで、前記マイクロレンズが、前記第２のプリズム部の反射溝に対して垂直な方向に延在するシリンドリカルレンズであることが望ましい。さらに、前記低屈折率層と前記マイクロレンズアレイとの間に設けられた偏光板又は偏光層を備えることが望ましい。
【００１８】
さらに、前記液晶表示パネルは、それぞれが長方形からなる複数の画素を有し、それぞれの画素の長手方向が同一方向を向くように隣接して配列された画素構造を有し、前記バックライトユニットのマイクロレンズの長手方向が、前記画素の短手方向と平行になるように配置されていることが望ましい。このような構成によれば、開口率の低い画素の長手方向に対して集光率を高める構成となるため、液晶表示パネルにおける透過率を高め、輝度を向上させることができる。また、前記液晶表示装置が、半透過型液晶表示装置である場合に、本発明を適用するとより効果的である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、液晶表示パネルの輝度をさらに向上させることが可能なバックライトユニットおよびこのバックライトユニットを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明の実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置について、図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００２１】
図１に示されるように、液晶表示装置は、液晶表示パネル１００と、マイクロレンズアレイ基板２００と、光源ユニット３００とを備えている。本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置は、例えば、携帯電話機、携帯端末、携帯型ゲーム機、カーナビゲーションシステムのディスプレイ等に搭載される。本発明は、半透過型、透過型液晶表示装置のどちらにも用いることが可能である。半透過型液晶表示装置において、本発明のバックライトユニットは、特に有効である。半透過型液晶表示装置は、外光が強い場所では外光を反射して利用するため、外光を反射させる機能を有する。したがって、透過型と比較してバックライトの透過率が低くなってしまう。本発明は、透過領域にマイクロレンズでバックライト光を集光できるため、光利用効率低下を防ぐことができる。よって、反射領域を広げることも可能であり、屋外での外光利用時の視認性をも同時に高めることができる。
【００２２】
また、マイクロレンズアレイ基板２００および光源ユニット３００によりバックライトユニットが構成される。液晶表示パネル１００は、内面に透明電極１０６などが形成された２枚の透明基板１０１、１０２の内面が相対向して配置され、この２枚の透明基板１０１、１０２の内面間に液晶層１０３が挟持されて構成されている。
【００２３】
まず、液晶表示パネル１００の構成について、図に基づいて、詳細に説明する。図１に示されるように、透明基板１０１、１０２の間には、液晶層１０３の高さ（セルギャップ）を制御するためのスペーサ１１０が散布されている。透明基板１０１、１０２は、当該透明基板１０１、１０２の外周縁に沿って塗布されるシール材１１１により貼り合わされている。透明基板１０１、１０２の外面上には、偏光板１０９ａ、１０９ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００２４】
透明基板１０１は矩形状の薄板により形成されている。透明基板１０１の材料にはガラスやポリカーボネートやアクリル樹脂などが用いられる。透明基板１０１の内面には、カラーフィルタ層１０４、透明電極１０６および配向膜１０７が順次積層されて形成されている。また、カラーフィルタ層１０４の各画素間には、遮光膜としてのブラックマトリックス１０５が形成されている。各画素は、ブラックマトリクス１０５、ＴＦＴ素子や各種配線等の非透過領域を除く領域に、バックライト光を透過する透過領域を備えている。なお、透明基板１０１上に、これらカラーフィルタ層１０４、透明電極１０６および配向膜１０７などが形成されて、素子基板を構成する。
【００２５】
透明基板１０２は矩形状の薄板により形成されている。透明基板１０２の材料にはガラスやポリカーボネートやアクリル樹脂などが用いられる。透明基板１０２の内面には、ＴＦＴ素子１０８、透明電極１０６および配向膜１０７が順次積層されて形成されている。なお、透明基板１０２上に、これらＴＦＴ素子１０８、透明電極１０６および配向膜１０７などが形成されて、素子基板を構成する。透明電極１０６の材料には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられる。配向膜１０７の材料には、例えば、ポリイミド薄膜が用いられる。
【００２６】
次に、マイクロレンズアレイ基板２００および光源ユニット３００の構成について、図に基づいて、詳細に説明する。図１に示されるように、マイクロレンズアレイ基板２００が液晶表示パネル１００の背面側に設けられている。また、マイクロレンズアレイ基板２００の一側面に光源ユニット３００が設けられている。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態１に係るマイクロレンズアレイ基板および光源ユニットの構成を示す模式図であって、図２（ａ）は模式前面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＰ−Ｐ切断線における模式断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＱ−Ｑ切断線における模式断面図である。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態１に係るマイクロレンズアレイ基板および光源ユニットの構成を示す模式図であって、図３（ａ）は模式背面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＲ−Ｒ切断線における模式断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＳ−Ｓ切断線における模式断面図である。図２（ａ）および図３（ａ）では、便宜上、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の各頂点をＡ〜Ｄとした。
【００２９】
なお、図２および図３に示されるように、マイクロレンズアレイ２０２のマイクロレンズ２０２ａの延在方向（長手方向）およびプリズム部２０５の溝２０５ａの延在方向（長手方向）は、互いに略直交する関係にある。
【００３０】
図１、図２および図３に示されるように、マイクロレンズアレイ基板２００は、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１と、複数のマイクロレンズ２０２ａからなるマイクロレンズアレイ２０２と、リム２０３と、低屈折率層２０４と、複数の溝２０５ａを有するプリズム部２０５と、反射部２０６とを備えている。
【００３１】
マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１は、矩形状の薄板により形成されている。また、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の材料にはガラスが用いられる。
【００３２】
マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の熱膨張係数は、周囲使用環境温度による液晶画素とマイクロレンズアレイのずれを防止するため、液晶表示パネルに用いられているガラス基板の膨張係数に近い基板であることが望ましく、1０×１０−７（／℃）以上１００×１０−７（／℃）以下程度のガラス基板であることが望ましい。
【００３３】
図１、図２および図３に示されるように、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の前面には、マイクロレンズアレイ２０２とリム２０３とが形成されている。なお、図１に示されるように、マイクロレンズアレイ基板２００は、リム２０３を介して、液晶表示パネル１００の背面に取り付けられている。後述の通り、マイクロレンズアレイ２０２とリム２０３は、感光性樹脂（レジスト）をマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１上に成膜し、露光・現像を行うことにより形成される。
【００３４】
マイクロレンズアレイ２０２は、複数の蒲鉾形状のマイクロレンズ２０２ａを有する。マイクロレンズ２０２ａは、シリンドリカルレンズであって、円筒状のレンズ形状を有し、主として１方向にのみ曲率を有する。但し、本発明でいうシリンドリカルレンズは、一方向への曲率が主体的であることを意味し、その他の方向への曲率が全くないことを意味するものではない、図２および図３に示されるように、複数の長尺形状のマイクロレンズ２０２ａは、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１のうち、光源ユニット３００が配置されている側の辺ＢＣに対して略垂直方向に沿って、相互に平行に連続して並設されて形成されている。ここで、マイクロレンズ２０２ａの幅は、液晶表示パネル１００の画素に対応して、数ｍｍ以下に設定されている。
【００３５】
図２および図３に示されるように、外枠部としてのリム２０３は、マイクロレンズアレイ２０２の外周縁に沿って、突出して枠状に形成されている。図１、図２および図３に示されるように、リム２０３はマイクロレンズアレイ２０２の凸部頂点と同一またはそれより高く形成されている。このリム２０３は、液晶表示パネル１００の背面にマイクロレンズアレイ基板２００を取り付けるために設けられている。
【００３６】
複数の溝２０５ａを有するプリズム部２０５が、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の背面上に設けられている。複数の溝２０５ａは、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１のうち、光源ユニット３００が配置されている辺ＢＣに対して略平行方向に沿って、相互に平行に連続して並設されて形成されている。すなわち、複数の溝２０５ａの延在方向（長手方向）が複数のマイクロレンズ２０２ａの延在方向（長手方向）に略直交している。
【００３７】
プリズム部２０５は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（Polyethylene terephthalate（以下、ＰＥＴと称する））などの透明基材上に、予めプリズム状に複数の溝２０５ａが施された透明な光硬化性樹脂をロール転写して硬化した後、透明基板２０１に貼り合わせたり、あるいは透明基板２０１に光反応性樹脂を直接塗布した後、グレイマスクを用いたフォトリソグラフィー法などにより複数の溝２０５ａを形成することにより作製される。このようにすることにより、簡単にプリズム部２０５を作製できる。
【００３８】
なお、例えばポリカーボネート（Polycarbonate）などの透明基材にスタンパを用いてナノインプリンティングによりプリズム部２０５を形成してもよい。また、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の背面上に直接２P法によりプリズム部２０５を形成してもよい。なお、プリズム部２０５の屈折率は、マイクロレンズアレイ形成用基板２０１の屈折率と等しいか、あるいはそれよりも大きくなるように、設定されている。
【００３９】
図１、図２および図３に示されるように、反射部２０６がプリズム部２０５の表面上の複数の溝２０５ａに沿って形成されている。反射部２０６は、金、銀、アルミニウムや、アルミニウム合金などの材料により、蒸着などにより形成される。なお、反射部２０６を金、銀、アルミニウムや、アルミニウム合金などによりシート状に形成し、このシート状の反射部２０６をプリズム部２０５の溝２０５ａが形成されている面に対向して配設してもよい。すなわち、反射部２０６に反射膜を形成せずに、マイクロレンズアレイ基板２００とは別に反射板を設けるようにしてもよい。
【００４０】
ここで、プリズム部２０５および反射部２０６の具体例を示す。図４および図５は、プリズム部および反射部の一例を示す図である。図４および図５に示されるように、プリズム部２０５は、ＰＥＴシート２０５１と、このＰＥＴシート２０５１上に塗布された光硬化樹脂２０５２と、この光硬化樹脂２０５２に形成された複数の溝２０５ａとから構成されている。ＰＥＴシート２０５１および光硬化樹脂２０５２には、約１．６の屈折率の材料を用いた。
【００４１】
図４では、複数の溝２０５ａは鋭角状に形成されている。図５では、複数の溝２０５ａは、蒲鉾形状の凸部間に形成されている。また、図４および図５に示されるように、反射部２０６は、プリズム部２０５の表面の溝２０５ａに沿って、形成されている。なお、反射部２０６の材料には、金、銀、アルミニウムや、アルミニウム合金などの薄膜が用いられる。このとき、図４および図５に示されるように、反射部２０６がプリズム部２０５の表面上の複数の溝２０５ａに沿って形成されているので、光が各溝２０５ａのエッジ部で反射および散乱され、プリズム部２０５からの出射光が略均一になる。この結果、均一性が高く、視野角が大きい出射光を得ることができる。なお、ハードコート層（不図示）が反射部２０６上に形成されている。ハードコート層の材料には光硬化性樹脂などを用いられている。このハードコート層は反射部２０６の保護、酸化防止のために設けられる。なお、プリズム部２０５は、辺ＢＣに平行して必ずしも連続している必要はなく、間欠的に形成されていてもよい。
【００４２】
図２および図３に示されるように、光源ユニット３００は、例えば、光源である発光ダイオード（Light Emitting Diode（以下、ＬＥＤと称する））３０１ａ、３０１ｂおよびライトガイド３０２から構成されている。光源ユニット３００はマイクロレンズアレイ形成用基板２０１の辺ＢＣにおける側面側に設けられている。光源ユニット３００とマクロレンズアレイ基板２００とは一定距離だけ離間して配置される。これらの間は空気であってもよく、マイクロレンズアレイ基板２００の屈折率よりも低い低屈折率層で充填してもよい。ＬＥＤ３０１ａ、３０１ｂは、ライドガイド３０２の両端部（短辺側の端部側面）に配置された点光源である。
【００４３】
ライトガイド３０２は、例えば、ポリカーボネート、ポリオレフィンやアクリル樹脂などの透明樹脂より構成される。ライトガイド３０２においてマイクロレンズアレイ基板２００側の側面３０２１とは反対側の側面３０２２には、プリズム状の反射溝が形成されている。さらに側面３０２２には、反射膜を形成するようにしてもよい。側面３０２１に形成された反射溝は、基本的に、ＬＥＤ３０１ａ、３０１ｂの光又はＬＥＤ３０１ａ、３０１ｂから出射され、側面３０２１において反射された光を、マイクロレンズアレイ形成用基板２０１側へ向けて照射するように形成されている。即ち、当該反射溝は、側面３０２１と側面３０２２の間で複数回に亘って反射を繰り返させることによって光を入射側から奥へ導く役割は有してない。このため、このライトガイド３０２の側面３０２２に形成されたプリズム状の反射溝は、マイクロレンズアレイ基板２００の底面に形成され、前面側に光を反射させるプリズム状の反射溝とは異なり、反射された光の指向性を高めることが容易である。
【００４４】
さらに、ライトガイド３０２の側面３０２２は、長手方向（マイクロレンズアレイ形成用基板２０１の辺ＢＣの方向）に曲率を有する曲面が形成されている。より具体的には、ライトガイド３０２の側面３０２２は、中央部がライトガイド３０２の出射方向とは反対側へ凸状に突出した曲面形状を有する。このような曲面形状を有することによって、さらに、両端部から入射した光を指向性を高めて側面３０２１側のマイクロレンズアレイ基板端面に入射することが可能となる。
【００４５】
ここで、ライトガイド３０２の曲面のうち、中央部の曲率は両端部の曲率よりも小さい。このようにしたことにより、ライドガイド３０２の中央部からの出射光の指向性を両端部からの出射光の指向性よりも高く設定できる。本例では、図６に示されるように、中央部からの出射光は半値幅角度が±２度程度、両端部近傍からの出射光は半値幅角度が±８度程度の指向性を有する。
【００４６】
このようにして構成されたライトガイド３０２は、両端部から入射した光を、出射面である側面３０２１から、指向性を著しく高めて出射することが可能となる。即ち、ライトガイド３０２の側面３０２１から出射された光は、その側面３０２１からライトガイド３０２の長手方向に対して垂直に出射する成分が大きい平行光である。好適な実施の形態におけるライトガイド３０２から出射される光の半値幅角度は、±１５度以下であり、さらに好ましくは±１０度以下である。本明細書において、「平行光」とは、ライトガイド端面３０２１から出射される光のピーク強度に対して半減する出射強度を有する角度を半値幅角度と定義し、その半値幅角度が±１５度以下の指向性を有する光をいう。
【００４７】
図１、図２および図３に示されるように、中間層としての低屈折層２０４が、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の前面上であって、マイクロレンズアレイ２０１およびマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の間に形成されている。ここで、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の屈折率が、低屈折層２０４の屈折率より大きくなるように設定されている。低屈折層２０４は例えばフッ素系樹脂材料や中空ナノシリカ球をアクリルなどの透明樹脂に分散させた材料などをマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の前面上に塗布することにより形成される。ここで、中空ナノシリカ球とは、４０ｎｍ程度のシリカ（ＳｉＯ２）の玉であって、内部が空洞になっているものをいう。この中空ナノシリカ球を透明樹脂に分散させることにより、透明樹脂の屈折率を実効的に下げることができる。
【００４８】
このような構成にしたことにより、図７を用いて後述するように、マイクロレンズアレイ形成用基板２０１と低屈折率層２０４との間の界面における全反射の臨界角θｍａｘを小さくすることができ、マイクロレンズ２０２ａに対する入射角が大きい光が低屈折層２０４で反射され、マイクロレンズ２０２ａに対する入射角が大きい光が、マイクロレンズアレイ形成用基板２０１と低屈折率層２０４との間の界面を透過するのを抑止できる。この結果、マイクロレンズアレイ基板２００の側面側に配置される光源ユニット３００の光を当該マイクロレンズアレイ基板２００内を効率良く導光させるとともに前面側へ向けて効率よく出射することができる。この結果、液晶表示パネル１００の画素内の輝度を高くでき、視野角を大きくすることができる。
【００４９】
仮に、低屈折率層２０４が形成されていない場合には、マイクロレンズアレイ基板２００の出射面には、シリンドリカルレンズ形状を有するマイクロレンズ２０２ａが形成されているため、ライトガイド３０２から出射された光はマイクロレンズ２０２ａのレンズ面で様々な方向へ反射され、指向性が低下することになる。これに対して、本発明の実施の形態では、入射した平行光は、フラット（平坦）な低屈折率層２０４において全反射されて全域に亘って導かれるため、平行光の状態を維持した状態で伝播することになり、指向性の低下を抑制できる。このとき、伝播の過程で、入射光は、マイクロレンズアレイ基板２００の底面に設けられたプリズム状の反射溝により反射されるが、この反射溝は、入射光の伝播方向に垂直な方向に延在しているため、反射により平行光の状態が乱されることはない。
【００５０】
ここで、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１と低屈折率層２０４との間の界面における全反射の臨界角θｍａｘを具体的に算出してみる。図７は、マイクロレンズアレイ基板の光源側の拡大模式図である。θは光源ユニット３００の光が低屈折率層２０４への入射するときの入射角を示している。φは光源ユニット３００の光が空気層からマイクロレンズアレイ形成用基板２０１へ入射する際の屈折角を示している。また、図７内で示す矢印線ＪＫおよび矢印線ＫＬは、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１と低屈折率層２０４との間の界面で光源ユニット３００の光が全反射したときの光路を示している。
【００５１】
図８は、低屈折率層の材料と各種光学特性との関係を示す図である。図７に示されるように、低屈折率層２０４の材料には、フッ素系透明樹脂、中空ナノシリカ球入り透明樹脂、および二酸化ケイ素の３種類を選定した。スネルの法則に従って全反射条件を検討すると、低屈折率層２０４の屈折率が小さければ小さいほど、マイクロレンズアレイ形成用透明基板と低屈折率層との間の界面における全反射の臨界角θｍａｘは小さくなる。
【００５２】
図８に示されるように、屈折率が最も小さいフッ素系透明樹脂を選定した場合、全反射の臨界角θｍａｘを約６３．５°まで小さくすることができることがわかる。このとき、光源ユニット３００の光が空気層からマイクロレンズアレイ形成用基板２０１へ入射する際の屈折角φは約２６．５°となる。なお、スネルの法則に従って全反射条件を検討するに際し、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の屈折率を１．５２とした。
【００５３】
ここで、屈折角φが大きいほど、マイクロレンズ２０２ａに対する入射角が大きい光が低屈折層２０４で効率よく反射され、マイクロレンズ２０２ａに対する入射角が大きい光がマイクロレンズアレイ形成用基板２０１と低屈折率層２０４との間の界面をそのまま透過するのを効率よく抑止できる。この結果、マイクロレンズ２０２ａに実際に入射する光の入射角を効率よく小さくでき、マイクロレンズアレイ基板２００の側面側に配置される光源ユニット３００の光を当該マイクロレンズアレイ基板２００の前面側へ向けて効率よく出射することができる。
【００５４】
以上のように、マイクロレンズアレイ基板２００に、バックライトの導光板としての機能を加えた液晶表示装置を得ることができる。また、従来の液晶表示装置で使用していた導光板や複数の光学シートを無くすことができ、バックライトユニットを薄型化でき、液晶表示装置全体の厚みを薄くできる。また、導光板や複数の光学シートを無くすことにより、部品コストおよび製造コストを低減できる。
【００５５】
例えば、従来、偏光板を含めた液晶表示パネル厚が０．６ｍｍ、マイクロレンズアレイ基板厚が約０．３ｍｍ、導光板厚が約０．４ｍｍ、複数の光学シート厚の合計が約０．２５ｍｍであったとき、従来の液晶表示装置全体の厚みは約１．５５ｍｍであった。これに対し、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置では、偏光板を含めた液晶表示パネル厚が０．６ｍｍ、マイクロレンズアレイ基板厚が約０．４ｍｍであったとき、液晶表示装置全体の厚みは約１．０ｍｍとなった。このように、本発明により、液晶表示装置全体の厚みを約０．５５ｍｍ薄くすることができた。
【００５６】
また、近年、液晶表示パネルの薄型化に伴って、液晶表示パネルの剛性が低下し、液晶表示パネルが割れやすくなってきているが、前記実施態様の通り、マイクロレンズアレイ基板２００を液晶表示パネル１００の背面側に配置することにより、液晶表示装置全体の剛性を高めることができる。また、マイクロレンズアレイ基板２００を、リム２０３を介して、液晶表示パネル１００の背面に貼り付けているので、更に液晶表示装置全体の剛性を高めることができる。
【００５７】
図９は、本発明の実施の形態１に係るバックライトユニットの斜視図である。この図を用いて、ＬＥＤ３０１ａから出射された光がマイクロレンズアレイ基板２００の出射面から出射するまでの挙動について説明する。
【００５８】
まず、ＬＥＤ３０１ａから出射された光は、ライトガイド３０２の端部から入射する。ライトガイド３０２において、入射光は、直接、若しくは、側面３０２１において反射された後に、プリズム状の反射溝を有する側面３０２２において反射され、マイクロレンズアレイ基板２００側の側面３０２１から出射する。この出射光は、出射面である側面３０２１の長手方向に垂直な方向に対して指向性の高い平行光である。
【００５９】
マイクロレンズアレイ基板２００の側面から入射した平行光は、低屈折率層２０４とプリズム部２０５の間で反射された後にマイクロレンズ２０２ａに入射するか、若しくは、入射直後にプリズム部２０５において反射された後にすぐにマイクロレンズ２０２ａに入射する。このとき、プリズム部２０５の反射溝は平行光の進行方向に対して垂直な方向に延在しているから、平行光が当該反射溝で反射されたとしても、平行光の状態は乱されず、高い指向性を維持する。また、低屈折率層２０４もフラットな界面を有するため、そこで反射したとしても、やはり平行光の状態は乱されず、高い指向性を維持する。
【００６０】
平行光の状態でマイクロレンズ２０２ａに入射された光は、シリンドリカルレンズであるマイクロレンズ２０２ａの長手方向と垂直な方向に、当該平行光の平行面に沿って集光されることになるから、マイクロレンズ２０２ａの長手方向と垂直な方向についてマイクロレンズ２０２ａのレンズ面形状に応じて精度良く集光させることができる。
本発明のバックライトユニットを用いた液晶表示装置の輝度シュミレーションを図１５に示す。光源出射角が小さいほど（平行光であるほど）、輝度が上昇することがわかる。
【００６１】
ここで、図１０に示されるように、液晶表示パネル上の画素は、長方形を有し、通常は、長方形の長辺同士が接するようにして配置される。例えば、ＱＶＧＡにおける画素の長辺は１５０μｍ、短辺は５０μｍであり、また、ＶＧＡにおける画素の長辺は７５μｍ、短辺は２５μｍである。そして、これらの画素上の開口部は、長辺方向の方が短辺方向よりも開口率が低いから、長辺方向に精度良く集光させた方が、短辺方向に精度良く集光させるよりも、入射光が開口部を効率良く透過することになり、輝度が向上する。このため、図１０に示されるように、精度良く集光可能な、マイクロレンズ２０２ａの長手方向に垂直な方向に画素の長辺方向が配置されるようにしている。なお、入射光は画素の透過領域で集光した後に広がるため、画素の長辺方向への視野角は広い。
【００６２】
他方で、マイクロレンズ２０２ａの長手方向に対しては、指向性は高くないが、この方向は開口率の高い短辺方向と一致するので輝度の低下への影響は少ない。本例では、指向性を低くすることで短辺方向に対する視野角を確保している。
【００６３】
このようにして、ＬＥＤ３０１ａから入射された光は、マイクロレンズ２０２ａを出射し、各画素に入射するので、液晶表示パネルに設けられたＴＦＴ素子やブラックマトリクスを精度良く避けることができ、液晶表示パネルの輝度を向上させることができる。
【００６４】
次に、本発明の実施の形態１に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法について説明する。図１１は、本発明の実施１の形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【００６５】
まず、図１１（ａ）に示されるように、ガラス製のマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１を用意し、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１の前面上に、例えばフッ素系透明樹脂を塗布することにより、低屈折率層２０４を形成した。ここで、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１には例えば４００μｍ厚のガラス基板を用いた。
【００６６】
次に、図１１（ｂ）に示されるように、このマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１のうち、低屈折率層２０４が形成されている面の全域に亘って、感光性樹脂（ネガ型透明レジスト）を塗布し、グレイスケールマスクを用いて、レンズ形成層２０を形成した。塗布方法には、スピンコートやスリットコートがある。
【００６７】
感光性樹脂は、紫外線硬化性樹脂が好ましい。感光性樹脂として、有機溶媒、アルカリ溶液、水のいずれかで現像できることが好ましい。紫外線硬化性樹脂としては、少なくとも側鎖にカルボキシル基とエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体と光反応性化合物を含むものであることが好ましい。側鎖にカルボキシル基とエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体は、ポリマーバインダー成分であり、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物を共重合させて形成したアクリル系共重合体にエチレン性不飽和基を側鎖に付加させることによって製造できる。
【００６８】
不飽和カルボン酸は、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸およびこれらの酸無水物などである。エチレン性不飽和化合物は、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート等である。側鎖のエチレン不飽和基としてはビニル基、アリル基、アクリル基のようなものがある。
【００６９】
グリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物としては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。感光性樹脂には、ポリマーバインダー成分として前記のアクリル系共重合体以外の感光性ポリマーや非感光性ポリマーを併用することもできる。
【００７０】
感光性ポリマーとしては、光不溶化型のものと光可溶化型のものがあり、光不溶化型のものとしては、１分子に不飽和基などを１つ以上有する官能性モノマーやオリゴマーを適当なポリマーバインダーと混合したもの、芳香族ジアゾ化合物、芳香族アジド化合物、有機ハロゲン化合物などの感光性化合物を適当なポリマーバインダーに混合したもの、既存の高分子に感光性の基をペンダントすることにより得られる感光性高分子あるいはそれを改質したもの、ジアゾ系アミンとホルムアルデヒドとの縮合物などのいわゆるジアゾ樹脂などが挙げられる。また光可溶化型のものとして、ジアゾ化合物の無機塩や有機酸とのコンプレックス、キノンジアジド類などを適当なポリマーバインダーと混合したもの、キノンジアゾ類を適当なポリマーバインダーと結合させた、例えばフェノール、ノボラック樹脂のナフトキノン−１，２−ジアジド−５−スルホン酸エステルなどが挙げられる。
【００７１】
非感光性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、メタクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、α−メチルスチレン重合体などが挙げられる。
【００７２】
光反応性化合物としては、公知の光反応性を有する炭素−炭素不飽和結合を含有するモノマー、オリゴマーを用いることができる。例えば、光反応性化合物には、アリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、ブトキシトリエチレングリコールアクリレートなどがある。またオリゴマーの代表例としてはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレートなどが挙げられる。
【００７３】
紫外線硬化性樹脂に使用される光重合開始剤には、例えば、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノンなどの還元剤の組み合わせなどがある。
【００７４】
次に、図１１（ｃ）に示されるように、レンズ形成層２０を形成した面の反対側に、グレイスケールマスク３０を配置して、レンズ形成層２０を露光する。ここで、グレイスケールマスク３０は、図２および図３に示されたマイクロレンズアレイ２０２およびリム２０３の形状に対応して形成されている。マイクロレンズアレイ２０２の形成領域内において、グレイスケールマスク３０側から照射された露光光は、グレイスケールマスク３０によって強度変調が加えられる。
【００７５】
詳細には、各マイクロレンズ２０２ａの形成領域のうち、各マイクロレンズ２０２ａの中央部を最大として、両端部に露光強度が減少するように、強度変調が加えられる。グレイスケールマスク３０のレンズ形成用領域によって強度変調の加えられた露光光によって、レンズ形成層２０は蒲鉾状のレンズ形状に硬化する。
【００７６】
また、このグレイスケールマスク３０を用いて、リム２０３の形成領域内も露光することによって、リム形状に硬化する。このように、複数のマイクロレンズ２０２ａおよびリム２０３を同一のグレイスケールマスク３０を用いて同時に形成することにより、マイクロレンズアレイ２０２およびリム２０３をマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１上に効率よく形成することができる。
【００７７】
次に、図１１（ｄ）に示されるように、レンズ形成層２０の露光が完了した後、レンズ形成層２０を現像することによって未硬化部分を除去する。このとき、マイクロレンズアレイ２０２およびリム２０３の形成領域以外の領域では、露光および現像の処理が行われていないので、この領域においてレンズ形成層２０は完全に除去される。このようにして、マイクロレンズ２０２およびリム２０３をマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１上に形成する。このとき、例えば蒲鉾形状のマイクロレンズ２０２の高さは約１５μｍ、リム２０３の高さは約２０μｍに形成する。
【００７８】
次に、図１１（ｅ）に示されるように、マイクロレンズアレイ形成用基板２０１のうち、マイクロレンズアレイ２０２が形成されている面の反対側の面上に、プリズム部２０５および反射部２０６を形成する。具体的には、表面に反射部２０６が形成されたプリズム部２０５を準備し、これをマイクロレンズアレイ形成用基板２０１のうち、マイクロレンズアレイ２０２が形成されている面の反対側の面上に貼り付ける。更に、反射部２０６上にハードコート層（不図示）を形成する。ハードコート層の材料には光硬化性樹脂などを用いる。このハードコート層は反射部２０６の保護、酸化防止のために設けられる。
【００７９】
なお、プリズム部２０５は、例えば、ＰＥＴなどの透明基材上に予めプリズム状に複数の溝２０５ａが施された透明な光硬化性樹脂をロール転写して硬化させた後、透明基板２０１に貼り合わせて形成されている。また、反射部２０６は、プリズム部２０５の表面上に金、銀、アルミニウム、アルミニウム合金などを蒸着することにより形成されている。
【００８０】
以上のように、マイクロレンズアレイ基板２００が完成する。
【００８１】
発明の実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置について、図に基づいて説明する。図１２は、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。図１３は、本発明の実施の形態２に係るマイクロレンズアレイ基板および光源の構成を示す模式図であって、図１３（ａ）は模式前面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＴ−Ｔ切断線における模式断面図、図１３（ｃ）は図２（ａ）のＵ−Ｕ切断線における模式断面図である。
【００８２】
図１４は、本発明の実施の形態２に係るマイクロレンズアレイ基板および光源の構成を示す模式図であって、図１４（ａ）は模式背面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＶ−Ｖ切断線における模式断面図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）のＷ−Ｗ切断線における模式断面図である。
【００８３】
本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置では、図１、図２および図３に示されるように、偏光板１０９ａ、１０９ｂは液晶表示パネル１００の透明基板１０１、１０２の外面上にそれぞれ取り付けられているのに対し、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置では、図１２、図１３および図１４に示されるように、偏光板１０９ｂがマイクロレンズアレイ基板２００ａの低屈折率層２０４とマイクロレンズアレイ２０２との間に設けられている点で相違する。このとき、マイクロレンズアレイ２０２と偏光板１０９ｂの間にはλ／４板１１２ｂが設けられている。また、液晶表示パネル１００ａの偏光板１０９ａと透明基板１０１との間にも、λ／４板１１２ａが設けられている。
【００８４】
このようにしたことにより、マイクロレンズアレイ２０２と液晶表示パネル１００ａの透明基板１０２の内面との距離を短くすることができ、マイクロレンズ２０２ａの焦点距離を短くすることができる。この結果、液晶表示パネル１００ａの視野角を更に大きくすることができる。例えば、透明基板１０２の板厚を０．２ｍｍとした場合、視野角を約±４０°程度まで大きくすることができる。
【００８５】
本発明の実施の形態２に係るマイクロレンズアレイ基板２００ａの製造方法について、説明する。まず、マイクロレンズアレイ形成用基板２０１上に、低屈折率層２０４、偏光板１０９ｂおよびλ／４板２１２ｂを順次積層して形成した後に、レンズ形成層２０をλ／４板上に形成する。それ以降は、図８で示された製造方法に準じて、マイクロレンズ２０２やリム２０３等を形成する。
【００８６】
以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
【００８７】
前記実施態様では、低屈折率層２０４をマイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１およびマイクロレンズアレイ２０１の間に形成する説明をしたが、マイクロレンズアレイ形成用透明基板２０１そのものの屈折率をマイクロレンズアレイ２０２よりも大きくできれば、低屈折率層２０４を設ける必要はない。
【００８８】
また、上述の実施態様では、ネガ型フォトレジストを用いたが、感光部分が分解し、溶剤に対する溶解性が向上する、ポジ型フォトレジストを用いてもよい。
【００８９】
また、上述の実施態様では、マイクロレンズアレイおよびリムを同一材料により形成する説明をしたが、マイクロレンズアレイおよびリムを異なる材料により形成してもよい。
【００９０】
上述の実施態様では、マイクロレンズアレイおよびリムを同一のグレイスケールマスクを用いて形成する説明をしたが、別のグレイスケールマスクを用いて形成してもよい。なお、前記実施態様では、リムをマイクロレンズアレイ形成用透明基板上に形成する説明をしたが、リムを単体で作製してもよい。前記実施態様では、マイクロレンズアレイ基板２００は、液晶表示パネルに用いる説明をしたが、これに限らず、他の用途にも用いられる。
【００９１】
上述の実施態様では、ライトガイドの両端部にＬＥＤ３０１を配置したが、いずれか一方の端部に配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るバックライトユニットの構成を示す模式図であって、図２（ａ）は模式前面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＰ−Ｐ切断線における模式断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＱ−Ｑ切断線における模式断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るバックライトユニットの構成を示す模式図であって、図３（ａ）は模式背面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＲ−Ｒ切断線における模式断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＳ−Ｓ切断線における模式断面図である。
【図４】プリズム部および反射部の一例を示す図である。
【図５】プリズム部および反射部の一例を示す図である。
【図６】ＬＥＤ及びガイドライトの拡大模式図である。
【図７】マイクロレンズアレイ基板の光源側の拡大模式図である。
【図８】低屈折率層の材料と各種光学特性との関係を示す図である。
【図９】バックライトユニットの斜視図である。
【図１０】マイクロレンズと画素の位置関係を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係るバックライトユニットの構成を示す模式図であって、図１３（ａ）は模式前面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＴ−Ｔ切断線における模式断面図、図１３（ｃ）は図２（ａ）のＵ−Ｕ切断線における模式断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係るバックライトユニットの構成を示す模式図であって、図１４（ａ）は模式背面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＶ−Ｖ切断線における模式断面図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）のＷ−Ｗ切断線における模式断面図である。
【図１５】本発明のバックライトユニットを用いた液晶表示装置の輝度シミュレーションを示すグラフである。
【符号の説明】
【００９３】
１００、１００ａ  液晶表示パネル
１０１、１０２  透明基板
１０３  液晶層
１０４  カラーフィルタ層
１０５  ブラックマトリックス
１０６  透明電極
１０７  配向膜
１０８  ＴＦＴ素子
１０９ａ、１０９ｂ  偏光板
１１０  スペーサ
１１１  シール材
１１２ａ、１１２ｂ  λ／４板
２００、２００ａ  マイクロレンズアレイ基板
２０１  マイクロレンズアレイ形成用透明基板
２０２  マイクロレンズアレイ
２０２ａ  マイクロレンズ
２０３  リム
２０４  低屈折率層
２０５  プリズム部
２０５ａ  溝
２０６  反射部
３００  光源
３０１ａ、３０１ｂ  発光ダイオード（ＬＥＤ）
３０２  ライトガイド
【図１】
2008010393.tif 000003
【図２】
2008010393.tif 000004
【図３】
2008010393.tif 000005
【図４】
2008010393.tif 000006
【図５】
2008010393.tif 000007
【図６】
2008010393.tif 000008
【図７】
2008010393.tif 000009
【図８】
2008010393.tif 000010
【図９】
2008010393.tif 000011
【図１０】
2008010393.tif 000012
【図１１】
2008010393.tif 000013
【図１２】
2008010393.tif 000014
【図１３】
2008010393.tif 000015
【図１４】
2008010393.tif 000016
【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月5日(2007.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルの背面側に設けられ、当該液晶表示パネルの各画素の透過領域に光を集光させるマイクロレンズを備えたバックライトユニットであって、
光源と、
前記光源から出射された光を側面より入射し、底面によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、
前記マイクロレンズアレイ基板は、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
前記側面より入射した光を前記マイクロレンズアレイに向けて反射させる溝が設けられた底面を有する透明基板と、
前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
前記マイクロレンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項３】
前記低屈折率層と前記マイクロレンズアレイとの間に設けられた偏光板又は偏光層を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のバックライトユニット。
【請求項４】
前記バックライトユニットは、前記マイクロレンズの主体的な曲率方向が、長方形状の前記画素の長手方向と平行になるように前記液晶表示パネルの背面側に設けられることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項５】
前記バックライトユニットは、前記バックライトユニットのマイクロレンズの長手方向が、前記画素の短手方向と平行になるように前記液晶表示パネルの背面側に設けられることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項６】
内面に電極が形成された一対の素子基板の間に液晶を挟持する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライトユニットを備えた液晶表示装置であって、
前記バックライトユニットは、
光源と、
前記光源から出射された光を側面より入射し、底面によって反射して前面に設けられた前記マイクロレンズを介して前記液晶表示パネルに出射するマイクロレンズアレイ基板とを備え、
前記マイクロレンズアレイ基板は、
複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、
前記側面より入射した光を前記マイクロレンズアレイに向けて反射させる溝が設けられた底面を有する透明基板と、  
前記マイクロレンズアレイと前記透明基板の間に形成され、当該透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を備えたことを特徴とする、液晶表示装置。
【請求項７】
前記マイクロレンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。  
【請求項８】
前記低屈折率層と前記マイクロレンズアレイとの間に設けられた偏光板又は偏光層を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶表示パネルは、それぞれが長方形からなる複数の画素を有し、それぞれの画素の長手方向が同一方向を向くように隣接して配列された画素構造を有し、
前記バックライトユニットのマイクロレンズの主体的な曲率方向が、前記画素の長手方向と平行になるように配置されていることを特徴とする請求項６〜８いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶表示パネルは、それぞれが長方形からなる複数の画素を有し、それぞれの画素の長手方向が同一方向を向くように隣接して配列された画素構造を有し、
前記バックライトユニットのマイクロレンズの長手方向が、前記画素の短手方向と平行になるように配置されていることを特徴とする請求項６〜８いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶表示装置が、半透過型液晶表示装置であることを特徴とする請求項６〜１０いずれかに記載の液晶表示装置。  
【請求項１２】
複数の光源と、
側面から入射された複数の前記光源からの光を前面に反射する複数の溝が底面に形成された板状の透明基板と、
前記透明基板の前面上に形成され、前記透明基板よりも低屈折率の低屈折率層と、
前記低屈折率層上に形成され、前記溝で反射され前記低屈折率層を通過した光を液晶パネルの各画素の透過領域に集光する複数のマイクロレンズと、
を備え、
前記マイクロレンズは、第１方向に第１曲率を有し、前記第１方向に直交する第２方向に前記第１曲率よりも小さい第２曲率を有し、
前記液晶パネルに含まれる長方形状の前記画素の長手方向と前記マイクロレンズの前記第１方向とが実質的に平行となるように、複数の前記マイクロレンズは前記低屈折率層上に形成されることを特徴とする液晶表示パネル用のバックライトユニット。
【請求項１３】
前記第２曲率は実質的に０であり、前記マイクロレンズは前記第２方向に沿って延在するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１２記載のバックライトユニット。
【請求項１４】
基板間に液晶が挟持された液晶表示パネルを備えた液晶表示装置であって、
長方形状の複数の画素が２次元状に配置された画素構造と、
複数の光源と、
側面から入射された複数の前記光源からの光を前面に反射する複数の溝が底面に形成された板状の透明基板と、
前記透明基板の前面上に形成され、前記透明基板よりも低屈折率の低屈折率層と、
前記低屈折率層上に形成され、前記溝で反射され前記低屈折率層を通過した光を前記画素の透過領域に集光する複数のマイクロレンズと、
を備え、
前記マイクロレンズは、第１方向に第１曲率を有し、前記第１方向に直交する第２方向に前記第１曲率よりも小さい第２曲率を有し、
前記画素の長手方向と前記マイクロレンズの前記第１方向とが実質的に平行となるように、複数の前記マイクロレンズは前記低屈折率層上に形成される、液晶表示装置。
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月2日(2007.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルの背面側に設けられると共に、当該液晶表示パネルの各画素の透過領域に対して光を集光する複数のマイクロレンズを備えたバックライトユニットであって、
発光素子と、
端面から入射された前記発光素子からの光を、曲面を介して、長尺な側面に案内する板状のライトガイドと、
複数の前記マイクロレンズを前面に有すると共に、側面に入射された前記ライトガイドからの光を、底面に設けられた反射溝を介して、前記マイクロレンズに案内する板状の透明基板と、
を備え、
前記ライトガイドの前記曲面の中央部における曲率は、前記曲面の端部における曲率よりも小さい、バックライトユニット。
【請求項２】
前記透明基板と複数の前記マイクロレンズとの間に形成され、前記透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項３】
前記低屈折率層と複数の前記マイクロレンズとの間に設けられた偏光板又は偏光層を更に備えることを特徴とする請求項２に記載のバックライトユニット。
【請求項４】
複数のマイクロレンズを備えたバックライトユニットであって、
発光素子と、
端面から入射された前記発光素子からの光を、曲面を介して、長尺な側面に案内する板状のライトガイドと、
複数の前記マイクロレンズを前面に有すると共に、側面に入射された前記ライトガイドからの光を、底面に設けられた反射溝を介して、前記マイクロレンズに案内する板状の透明基板と、
を備え、
前記ライトガイドの前記曲面の中央部における曲率は、前記曲面の端部における曲率よりも小さい、バックライトユニット。
【請求項５】
液晶表示パネルの背面側に設けられると共に、当該液晶表示パネルの各画素の透過領域に対して光を集光する複数のマイクロレンズを備えたバックライトユニットを備えた半透過型の液晶表示装置であって、
前記バックライトユニットは、
発光素子と、
端面から入射された前記発光素子からの光を、曲面を介して、長尺な側面に案内する板状のライトガイドと、
複数の前記マイクロレンズを前面に有すると共に、側面に入射された前記ライトガイドからの光を、底面に設けられた反射溝を介して、前記マイクロレンズに案内する板状の透明基板と、
を備え、
前記ライトガイドの前記曲面の中央部における曲率は、前記曲面の端部における曲率よりも小さい、液晶表示装置。
【請求項６】
前記バックライトユニットは、
前記透明基板と複数の前記マイクロレンズとの間に形成される、前記透明基板よりも低屈折率の低屈折率層を更に備える、ことを特徴とする請求項５に記載のバックライトユニット。
【請求項７】
前記バックライトユニットは、前記低屈折率層と複数の前記マイクロレンズとの間に設けられた偏光板又は偏光層を更に備える、ことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
複数のマイクロレンズを有するバックライトユニットを備えた半透過型の液晶表示装置であって、
前記バックライトユニットは、
発光素子と、
端面から入射された前記発光素子からの光を、曲面を介して、長尺な側面に案内する板状のライトガイドと、
複数の前記マイクロレンズを前面に有すると共に、側面に入射された前記ライトガイドからの光を、底面に設けられた反射溝を介して、前記マイクロレンズに案内する板状の透明基板と、
を備え、
前記ライトガイドの前記曲面の中央部における曲率は、前記曲面の端部における曲率よりも小さい、液晶表示装置。