(57)【要約】【課題】製造工程上有利で、かつ高品質なレンズアレイを備えた裸眼立体視可能な液晶表示装置を提供することにある。【解決手段】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、液晶表示装置の表示面側には、複数の画素に対応するように配された立体視のためのレンズアレイが配されている。レンズアレイは、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
2008309963.tif 000002
【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、
前記液晶表示装置の表示面側には、複数の画素に対応するように配された立体視のためのレンズアレイが配されており、
前記レンズアレイは、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】
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、
前記液晶表示装置の表示面側には、複数の画素に対応するように配された立体視のためのレンズアレイが配されており、
当該レンズアレイを構成する各レンズの間には、遮光パターンが形成されており、
前記遮光パターンは、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３】
請求項２に記載の液晶表示装置であって、
前記レンズアレイは、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４】
請求項２に記載の液晶表示装置であって、
前記遮光パターンは、カーボンブラックを含有する光硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項２に記載の液晶表示装置であって、
前記遮光パターンは、カーボンブラックを含有する熱硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズアレイは、光硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズアレイは、熱硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズアレイは、偏光板上に形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズアレイは、偏光板に所定の間隔を確保して貼り付けられた透明基板上に形成されており、内部に向かって凸型である
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズアレイは、カラーフィルタ基板に所定の間隔を確保して貼り付けられた透明基板上に形成されており、
前記透明基板の外側に、偏光板が貼り付けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズの高さは、１０〜６０μｍの範囲である
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズは、半球形状である
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズの直径は、１００〜６００μｍの範囲である
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、液晶表示装置に関し、とくに、裸眼立体視のためのマイクロレンズアレイを光線制御素子として備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼鏡等の特殊な装置を観察者が使用することなく、立体像を観察することが出来るディスプレイである。このような裸眼立体視ディスプレイの方式としては、レンチキュラ方式やホログラフィ方式等、各種存在するが、そのほとんどの方式の根本原理は、観察者の目に入射する光線情報を制御することにより、左右の目に違う光線情報を入射させ、裸眼立体視を実現するものである。上記、裸眼立体視ディスプレイの方式の一つに、非特許文献１に述べられたインテグラルフォトグラフィ方式がある。このインテグラルフォトグラフィ方式は、特許文献１にあるように多数のレンズより成るレンズアレイにより構成される。インテグラルフォトグラフィ方式とは、複数のレンズにより任意の場所に光点を生成する方式で、各レンズの下には複数の画素があり、その画素の一つが光点を表示している。このレンズアレイを、視点Ａから見た時には、各レンズを通して画素Ａが見え、視点Ｂから見た時には、各レンズを通して画素Ｂが見えるというように、左右の目で違う画素が見えるため、立体視が可能となっている。
【０００３】
このレンズアレイを画像表示装置と組み合わせれば、裸眼立体視ディスプレイの構築が可能である。液晶表示装置へのレンズアレイの形成方法としては、特許文献２にクリーン印刷法が示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３５４１５号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８９７３号公報
【非特許文献１】Ｔ．Ｋｏｉｋｅ，ｅｔａ１．，ＭｏｉｒｅＲｅｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒＩｎｔｅｇｒａｌＶｉｄｅｏｇｒａｐｈｙ，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＴｈｅ１３ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤｉｓｐｌａｙＷｏｒｋｓｈｏｐｓ（ＩＤＷ２００６），３Ｄ４−４Ｌ，２００６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スクリーン印刷ではインクはメッシュの編み目の間及び孔版を通って被印刷物に印刷されるので、印刷後、被印刷物から版を外す時、被印刷物に印刷されたインクの中からメッシュを抜き取ることになり、メッシュの交点のあった位置に気泡が残っていて、三次元画像表示用レンズアレイのレンズとしての性能が劣るという欠点がある。また、印刷後、印刷したインクが表面張力でほぼ滑らかな球面になるのを待って光を照射して硬化させるが、この待ち時間にインクがだれて、円形が崩れたり、隣のインクと繋がったりしゃすく、この場合は正確な球面にならないので高性能なレンズアレイが形成されないという欠点がある。
【０００６】
また、スクリーン印刷では、版が印刷機のスキージにより延びた状態で印刷面に対して接触するため、印刷版を高精度に設計できたとしても、版のパターンが変形した状態で印刷されるので、印刷物の形状、印刷位置は高精度に保てない。
【０００７】
また、印刷後所定時間減圧下に放置し、硬化性樹脂インク内部の気泡を除去する必要があり、製法時間が長いという欠点がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、製造工程上有利で、かつ高品質なレンズアレイを備えた裸眼立体視可能な液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明では、レンズアレイの形成に、オフセット印刷を用いる。
【００１０】
本願発明は、例えば、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、前記液晶表示装置の表示面側には、複数の画素に対応するように配された立体視のためのレンズアレイが配されている。そして、前記レンズアレイは、オフセット印刷により形成されたものである。
【００１１】
また、当該レンズアレイを構成する各レンズの間には、オフセット印刷により形成された遮光パターンが形成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の例について図面を参照して説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本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観察者側（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。
【００１４】
本実施形態の液晶表示装置１００は、立体視のためのマイクロレンスアレイ７０を備える他は、通常の液晶表示装置と同様の構成を備えている。本実施形態の液晶表示装置は、バックライトモジュール８０からのバックライトを透過して表示する透過型液晶表示装置である。ただし、外光を受け入れて反射して表示する反射表示部を備える半透過型の液晶表示装置であってもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
図２に示すように、液晶表示装置１００は、表示面側から順に、マイクロレンズアレイ７０と、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（薄膜トランジスタ）基板５０と、外付け光学フィルム（偏光板、位相差板など）６０と、バックライトモジュール８０と、を備えて構成される。
【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、マトリクス状に、透明電極である画素電極５１が配されている。各画素電極５１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５１は、走査線及び信号線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。
【００２０】
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５１の下層に絶縁膜を挟んで形成されている。かかる場合、画素電極５１は、例えば、スリット状の開口部を備えている。
【００２１】
マイクロレンズアレイ７０は、カラーフィルタ基板２０側の外付け光学フィルム（例えば、偏光板）１０に直接形成されている。マイクロレンズアレイ７０は、凸型半球状のレンズ群である。各レンズは、複数の画素に対応するように配されており、観察者の左右の目に異なる像を入射させ立体視を可能とする。
【００２２】
マイクロレンズアレイ７０の各レンズの直径Ｗは、１００〜６００μｍの範囲であり、レンズ端間ピッチｄは、１０〜４０μｍの範囲である。レンズの高さｈは、レンズ直径Ｗの約１／１０であり、１０〜６０μｍの範囲である。
【００２３】
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。
【００２４】
なお、立体視可能であればマイクロレンズアレイ７０を構成する各レンズの形状（直径Ｗ、高さｈなど）、配置（ピッチ間隔ｄなど）に制限はない。例えば、正方形をなす格子状に配置してもよいし、光線制御素子としての数を増やすために最密充填や、デルタ配置を採用してもよい。また、各レンズは、円形に限らず、六角形であってもよい。また、シリンドリカルレンズであってもよい。
【００２５】
図３〜図８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、レンズ高さｈのマイクロレンズアレイ７０を形成することができる。
【００２６】
図３及び図４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ｈを調整することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、図５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６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。
【００２９】
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。
【００３０】
そして、図７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、カラーフィルタ基板２０側の外付け光学フィルム１０を上面として固定する。さらに、図７及び図８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１０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１０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１０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、引き剥がしの力により、その表面に丸みが形成される。この丸みがレンズ作用を生じることになる。
【００３１】
最後に、外付けフィルム１０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２０３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。
【００３２】
なお、曲率半径を大きくしたい場合など、レンズの高さを所望のものとするために、オフセット印刷を複数回に分けて行ってもよい。例えば、最初の印刷で所定の高さのレンズ材料を塗布した後、さらにオフセット印刷により、レンズパターンを重ねる。こうすれば、容易に所望の高さのレンズを形成することができる。
【００３３】
マイクロレンズアレイ７０を形成した後は、バックライトモジュール８０を固定する。
【００３４】
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。
【００３５】
本実施形態によれば、オフセット印刷技術を用いるので、高品質のレンズを容易に形成することができる。したがって、抵コストで歩留まりよく、立体視可能な液晶表示装置を製造することができる。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の液晶表示装置は、基本的に上記第１の実施形態と同様の構成を備えている。したがって、同様の構成（同符号で表す）については説明を省略する。本実施形態の液晶表示装置は、マイクロレンズアレイ７０を構成する各レンズの間に遮光パターンが形成されている。
【００３７】
図９は、本実施形態が適用された液晶表示装置１０１の平面図である。図面に対して手前が表示面側となる。図１０は、液晶表示装置１０１の断面図であり、図９のＡ−Ａ’断面に相当する。
【００３８】
図示するように、液晶表示装置１００の表示面側には、外付け偏光板１０上に、遮光パターン７５と、その開口部にマイクロレンズアレイ７０が形成されている。マイクロレンズアレイ７０は、上記第１の実施形態のものと同様である。
【００３９】
遮光パターン７５は、第１の実施形態で説明したオフセット印刷技術により形成することができる。
【００４０】
遮光パターン７５の材料は、ＵＶ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にカーボンブラックを混練して黒色化した材料である。ポリマー自体は、アクリル系、エポキシ系、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。
【００４１】
まず、光学フィルム１０上に、オフセット印刷により、遮光パターン７５の材料を塗布する。遮光パターン７５は、マイクロレンズ７０を形成する部分に円形の開口部を備えている。その後、上記第１の実施形態と同様にして、遮光パターン７５の開口部にマイクロレンズアレイ７０の材料を塗布する。
【００４２】
遮光パターン７５の材料の塗布と、マイクロレンズアレイ７０の材料の塗布は、その工程間でＵＶ光照射と加熱処理などを行わずとも、連続で転写印刷が可能である。なお、遮光パターン７５は、レンズのような一定の高さを必要としないので、１回のオフセット印刷で形成することができる。
【００４３】
転写した遮光パターン７５とマイクロレンズアレイ７０のパターンに対して、その材料に応じてＵＶ光照射と加熱処理を単独、または組合せて行い、材料を硬化させる。
【００４４】
こうして、図９及び図１０に示すような、遮光パターン７５とマイクロレンズアレイ７０を備えた液晶表示装置が完成する。
【００４５】
本実施形態の液晶表示装置１０１によれば、マイクロレンズ７０の各レンズ間に遮光パターン７５が存在するので、レンズの間から透過光が漏れ出るのを防ぐことができる。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
図１１は、第３の実施形態にかかるマイクロレンズアレイ７０を備える液晶表示装置１０２の断面図である。第３の実施形態は、基本的に上記第２の実施形態と同様の構成を備えている。したがって、同様の構成（同符号で表す）については説明を省略する。
【００４７】
液晶表示装置１０２は、液晶セル１１０の表示面側の光学フィルム１０の更に外側に、透明基板９０を備えている。この透明基板９０の液晶セル１１０側の面には、遮光パターン７５と、その開口部にレンズアレイ７０が形成されている。マイクロレンズ７０の各レンズは、液晶セル１１０の方向に凸型である。この透明基板９０は、枠状に設けられたシール材料９１を介して光学フィルム１０と所定の間隔を保持して貼り付けられている。
【００４８】
遮光パターン７５及びマイクロレンズアレイ７０は、上記第２の実施形態と同様にオフセット印刷技術により形成することができる。
【００４９】
なお、ここで使用するシール材料９１は、マイクロレンズアレイ７５の高さ以上の厚みを確保するために、ギャップ材と称するガラスビーズなどを含有している。
【００５０】
本実施形態よれば、透明基板９０を最も外側に設け、その内側に、半球凸状のマイクロレンズアレイ７０を収納する。したがって、表示面側の面に凹凸がない液晶表示装置１０２となる。
【００５１】
なお、本実施形態の液晶表示装置１０２は、第１の実施形態のように、遮光パターン７５を備えていなくてもよい。
【００５２】
＜第４の実施形態＞
図１２は、第４の実施形態にかかるマイクロレンズアレイ７０を備えた液晶表示装置１０３の断面図である。第４の実施形態は、基本的に上記第３の実施形態と同様の構成を備えている。したがって、同様の構成（同符号で表す）については説明を省略する。
【００５３】
液晶表示装置１０３は、上記第３の実施形態と同様に、マイクロレンズ７０が形成された透明基板９０を備えている。ただし、透明基板９０は、カラーフィルタ基板２０の表示面側にシール材９１を介して貼り付けられており、透明基板９０のさらに外側に、光学フィルム１０が貼り付けられている。
【００５４】
言い換えれば、カラーフィルタ基板２０と、シール材３０で封止された液晶層４０と、ＴＦＴ基板５０と、ＴＦＴ基板５０側の光学フィルム６０とで構成される液晶セル１２０の、表示面側のカラーフィルタ基板２０のさらに外側に、透明基板９０を備えている。この透明基板９０の液晶セル１１０側の面に、遮光パターン７５とその開口部にレンズアレイ７０が形成されている。マイクロレンズ７０の各レンズは、液晶セル１１０の方向に凸型である。この透明基板９０は、枠状に設けられたシール材料９１を介して光学フィルム１０に貼り付けられている。そして、透明基板９０のさらに外側に、偏光板などの光学フィルム１０が貼り付けられている。
【００５５】
遮光パターン７５及びマイクロレンズアレイ７０は、上記第２の実施形態及び第３の実施形態と同様にオフセット印刷技術により形成することができる。
【００５６】
また、ここで使用されるシール材料９１は、レンズアレイの高さ以上の厚みを確保するために、ギャップ材と称するガラスビーズなどを含有しており、所望の厚みを確保している。
【００５７】
本実施形態よれば、透明基板９０の内側に、半球凸状のマイクロレンズアレイ７０を収納する。したがって、表示面側の面に凹凸がない液晶表示装置１０３となる。
【００５８】
なお、本実施形態の液晶表示装置１０３は、第１の実施形態のように、遮光パターン７５を備えていなくてもよい。
【００５９】
以上、いくつかの実施形態について説明した。上記のように、転写印刷の中でも高精度のオフセット印刷を用いることで、高精度のマイクロレンズを形成することできる。具体的には、スクリーン印刷の場合と比較して、気泡が少なく、形状の崩れの少ないマイクロレンズアレイが得られる。上記実施形態におけるマイクロレンズアレイの透明度は、可視光波長領域で８０％以上である。これにより、表示性能の高いインテグラルフォトグラフィ方式の裸眼立体視表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【図４】マイクロレンズアレイの形成工程を説明する図。
【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】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１０】液晶表示装置のＡ−Ａ’断面図。
【図１１】液晶表示装置のＡ−Ａ’断面図。
【図１２】液晶表示装置のＡ−Ａ’断面図。
【符号の説明】
【００６１】
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、５１・・・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
７５・・・遮光パターン
８０・・・バックライトモジュール
１００、１０１、１０２、１０３・・・液晶表示装置
１１０、１２０・・・液晶セル
【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】
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【図８】
2008309963.tif 000010
【図９】
2008309963.tif 000011
【図１０】
2008309963.tif 000012
【図１１】
2008309963.tif 000013
【図１２】
2008309963.tif 000014