(57)【要約】【課題】透過光における色収差等の発生を回避しつつ光の有効利用を図ることのできる集光基板及びこれを利用した表示装置を提供する。【解決手段】一方の主面２１側から入射した光Ｌｉを他方の主面２２の外側に形成される光利用領域２０１のアレイに向けて各所において局部的に集光させる構造を有する光透過性材料からなる集光基板２０とこれを用いた表示装置。一方の主面２１に、光利用領域２０１に対応づけられた少なくとも１つの傾斜平面を持つ外形を有する溝２ｖが形成され、この溝２ｖの中に所定屈折率の光透過材２ｍが充填され、この充填された溝部２Ｖに基づいて一方の主面２１側からの入射光Ｌｉを光利用領域２０１のそれぞれに向けて集光させる。【選択図】  図２
2004199006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面側から入射した光を他方の主面の外側に形成される光利用領域のアレイに向けて各所において局部的に集光させる構造を有する光透過性材料からなる集光基板であって、
前記一方の主面に、前記光利用領域に対応づけられた少なくとも１つの傾斜平面を持つ外形を有する溝が形成され、この溝の中に所定屈折率の光透過材が充填され、この充填された溝部に基づいて前記一方の主面側からの入射光を前記光利用領域のそれぞれに向けて集光させる、
集光基板。
【請求項２】
請求項１に記載の集光基板であって、前記溝は、前記光利用領域の縁の少なくとも一部に沿って延在する、ことを特徴とする集光基板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の集光基板であって、前記一方の主面は、前記溝以外の領域において略同等な高さを有して延在する平面を有する、ことを特徴とする集光基板。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載の集光基板であって、前記光透過材は、前記一方の主面に付加的な膜を付着させるための機能を有する、ことを特徴とする集光基板。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちいずれか１つに記載の集光基板を用いた表示装置であって、前記他方の主面側に配されかつ前記集光基板により担持される画像を形成するための表示媒体を有し、前記光利用領域に対応する画素又は所定表示単位を有する、表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の表示装置であって、前記光透過材により前記一方の主面に付加的な膜が付着させられている、ことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の表示装置であって、前記表示媒体は、液晶媒体である、ことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
一方の主面側から入射した光を他方の主面の外側に形成される光利用領域のアレイに向けて各所において局部的に集光させる構造を有する光透過性材料からなる集光基板の製造方法であって、
前記一方の主面に前記光利用領域に対応づけられた少なくとも１つの傾斜平面を持つ外形を有する溝を形成する第１ステップと、
この溝の中に所定屈折率の光透過材を充填する第２ステップと、
を有する集光基板の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法であって、前記光透過材は、接着性を有し、この光透過材の接着性を利用して前記一方の主面に付加的な膜を貼付する第３ステップをさらに有する、ことを特徴とする集光基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の製造方法であって、前記第２ステップは、前記集光基板の一方の主面に全面的に前記光透過材を塗布する工程を含む、ことを特徴とする集光基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項８，９又は１０に記載の製造方法であって、前記第１ステップは、形成すべき溝の領域を露出させこれ以外は遮蔽するパターンを有するマスクを前記一方の主面に被せるマスキング工程と、このマスクの付された集光基板の当該一方の主面に当該集光基板の材料を食刻可能な物質を吹き付ける吹付工程とを有する、ことを特徴とする集光基板の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造方法であって、前記吹付工程は、前記食刻可能な物質を発射する吹付ノズルを用い、この吹付ノズルを前記マスクから露出される当該溝の領域に対向させ、当該溝の領域の延在パターンに沿って移動させ、かつその移動方向に横断する方向における当該溝の領域の中心に位置決めした状態で前記食刻可能な物質の吹き付けを行う、ことを特徴とする集光基板の製造方法。
【請求項１３】
一方の主面側から入射した光を他方の主面の外側に形成される光利用領域のアレイに向けて各所において局部的に集光させる構造を有する光透過性材料からなる集光基板を用いた表示装置の製造方法であって、
前記集光基板は、前記一方の主面に、前記光利用領域に対応づけられた少なくとも１つの傾斜平面を持つ外形を有する溝が形成され、この溝の中に所定屈折率の光透過材が充填されており、当該充填された溝部に基づいて前記一方の主面側から入射した光を前記光利用領域のそれぞれに向けて集光させるように形成され、
前記光利用領域に対応する画素又は所定表示単位を有するよう、前記集光基板の前記他方の主面側に画像を形成するための表示媒体を含む表示機構体を形成するステップを有する、
表示装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の製造方法であって、前記集光基板の前記一方の主面に付加的な膜を付着させるステップをさらに有し、前記光透過材の接着性によって当該付加的な膜の付着をなす、ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置などに用いられる集光基板及びその製造方法に関する。本発明はまた、かかる集光基板を用いた表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バックライトと表示電極との間に、画素単位でバックライトからの光をそれぞれの表示電極に集光させるレンズ群を配置する構成の液晶パネルが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−８９０２５号公報（第２ないし第３頁、第１ないし第３図）
【０００４】
この文献に記述されている液晶パネルにおいては、当該レンズ群として、液晶パネル基板とは別個の透明板に、高屈折率部分、凸球面等で多数のレンズをマトリクス状に形成したレンズアレイ板を使用したり、液晶パネル基板自体に同様のレンズアレイを形成したりしている。かかるレンズアレイによって、当該表示電極の周辺不透明部分で遮断されていたバックライト光の大部分を表示電極に集光させ、光の有効利用を図り、バックライトの駆動電力を増大させることなく画素の輝度を高めるようにしている。
【０００５】
しかしながら、かかる従来技術においては、表示電極すなわち画素電極に集光させるレンズに凸面が球面とされた平凸レンズを用いている。したがって、透過光に色収差等を生じやすく、好ましくない。特にカラー画像を表示する表示装置にとっては無視できない問題ともなりうる。
【０００６】
また、レンズの凸面を適正な球面に加工するのに製造上過大な負担を掛けてしまう傾向がある。特に、画像の高解像度化に伴う画素の微小化が進むにつれ、１つのレンズの大きさを益々小さくしなければならず不利である。
【０００７】
さらに、液晶表示装置などにおいては、これらレンズのための部材又は構造の他にも、種々の光学素子その他の構成要素を用いるのが普通であり、当該レンズ部材と構成要素との組み合わせにおけるいわゆる工作性の高さも考慮しなければならないのが実情である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、透過光における色収差等の発生を回避しつつ光の有効利用を図ることのできる集光基板及びこれを利用した表示装置を提供することを目的としている。
【０００９】
本発明の他の目的は、光の有効利用を図りかつ簡単に製造することのできる集光基板及びこれを利用した表示装置を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、他の構成要素との組み合わせにおいて高い工作性を奏することのできる集光基板及びこれを利用した表示装置を提供することである。
【００１１】
本発明はまた、このような集光基板及び表示装置の製造方法を提供することも目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による一態様の集光基板は、一方の主面側から入射した光を他方の主面の外側に形成される光利用領域のアレイに向けて各所において局部的に集光させる構造を有する光透過性材料からなる集光基板であって、前記一方の主面に、前記光利用領域に対応づけられた少なくとも１つの傾斜平面を持つ外形を有する溝が形成され、この溝の中に所定屈折率の光透過材が充填され、この充填された溝部に基づいて前記一方の主面側からの入射光を前記光利用領域のそれぞれに向けて集光させる、集光基板としている。
【００１３】
この態様によれば、球面レンズではなく、当該光透過材の充填された溝部によって入射光を当該光利用領域のそれぞれに向けて集光させるので、集光した光に球面レンズに起因する色収差等が生じ難く、簡単にして適正な光を高効率にてカラー表示に使用することができる。また、かかる溝を当該集光基板の一方の主面に形成するだけでよいので、従来のような球面レンズを形成するための複雑な工程を必要とせず、簡単である。特に、微細な画素を扱う表示装置に有利となる。さらに、この溝は、光が入射する側（集光基板の一方の主面）に形成され、当該光利用領域が配列される側（他方の主面）に形成されないので、集光基板を例えば典型的液晶表示装置の背面基板として用いたときに当該他方の主面を平坦又は未加工のまま使用することができ、当該他方の主面において画素駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）など表示装置にとって他に必要な構成要素を形成しやすい、という利点がある。これに加え、当該溝に充填される光透過材を当該主面のうちの当該溝以外の部分と同じ高さにすることも簡単であり、集光基板の一方の主面においても高度な平坦性を保つことができ、他の構成要素例えば偏光板などを貼り合わせし易い。このように高い工作性を発揮するのである。
【００１４】
この態様において、前記溝は、前記光利用領域の縁の少なくとも一部に沿って延在するものとすることができる。これにより、当該溝を簡単なパターンで形成することが可能となる。
【００１５】
また、前記一方の主面は、前記溝以外の領域において略同等な高さを有して延在する平面を有するものとして好ましい形態が得られる。これによれば、当該平面のそれぞれが同じ高さになるので集光基板の一方の主面においても上述したような他の構成要素の効果的な貼り合わせを達成することができる。
【００１６】
さらに本態様においては、前記光透過材は、前記一方の主面に付加的な膜を付着させるための機能を有するものとしうる。こうすることによって、当該光透過材が集光基板の一方の主面に付加的な膜すなわち他の構成要素を形成する際の接着剤も兼ねるので、製造上極めて好都合となる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本発明による他の態様の表示装置は、上述した集光基板を用いた表示装置であって、前記他方の主面側に配されかつ前記集光基板により担持される画像を形成するための表示媒体を有し、前記光利用領域に対応する画素又は所定表示単位を有するものとしている。
【００１８】
この態様によれば、当該表示装置において画像を形成する媒体の画素又は所定表示単位に対して光が集められるので、画素又は表示単位各々が明るくもって全体で鮮明な画像を表示することができる。しかも、上述したような色収差等の問題も軽減されて好ましい。また、集光基板の他方の主面側は平坦又は未加工の状態なので、当該表示装置に必要な他の構成要素を形成しやすく好都合である。さらに前記光透過材により前記一方の主面に付加的な膜が付着させられているものとすれば、従来、そうした光学膜などの付加的な膜を基板に付着させるのに別途用意していた接着剤を省くことができるので、工程の簡素化にも寄与することになる。かかる表示装置の構成は、その表示画像を形成するための媒体に液晶媒体を用いる液晶表示装置に適用可能であり、大抵の液晶表示装置において用いられる偏光板などで余儀なくされていた光のロスをカバーするのに極めて効果的となる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明によるさらに他の態様の集光基板の製造方法は、一方の主面側から入射した光を他方の主面の外側に形成される光利用領域のアレイに向けて各所において局部的に集光させる構造を有する光透過性材料からなる集光基板の製造方法であって、前記一方の主面に前記光利用領域に対応づけられた少なくとも１つの傾斜平面を持つ外形を有する溝を形成する第１ステップと、この溝の中に所定屈折率の光透過材を充填する第２ステップと、を有する集光基板の製造方法とし、さらには前記光透過材は、接着性を有し、この光透過材の接着性を利用して前記一方の主面に付加的な膜を貼付する第３ステップをさらに有する、という形態や、前記第２ステップは、前記集光基板の一方の主面に全面的に前記光透過材を塗布する工程を含む、という形態にすることができる。
【００２０】
この態様によれば、上述した利点を有する集光基板を簡単に製造することができる。ここで、特に光利用領域の縁の少なくとも一部に沿って当該溝をパターン形成するようにすれば、従来の球面レンズの形成に比べ、製造上の負担は相当に軽減される。また、前記第１ステップは、形成すべき溝の領域を露出させこれ以外は遮蔽するパターンを有するマスクを前記一方の主面に被せるマスキング工程と、このマスクの付された集光基板の当該一方の主面に当該集光基板の材料を食刻可能な物質を吹き付ける吹付工程とを有するもの、としたり、さらに進んで前記吹付工程は、前記食刻可能な物質を発射する吹付ノズルを用い、この吹付ノズルを前記マスクから露出される当該溝の領域に対向させ、当該溝の領域の延在パターンに沿って移動させ、かつその移動方向に横断する方向における当該溝の領域の中心に位置決めした状態で前記食刻可能な物質の吹き付けを行うもの、とすることにより、当該溝を良好に形成することができる。
【００２１】
さらに、上記目的を達成するために、本発明によるまたさらに他の態様の表示装置の製造方法は、一方の主面側から入射した光を他方の主面の外側に形成される光利用領域のアレイに向けて各所において局部的に集光させる構造を有する光透過性材料からなる集光基板を用いた表示装置の製造方法であって、前記集光基板は、前記一方の主面に、前記光利用領域に対応づけられた少なくとも１つの傾斜平面を持つ外形を有する溝が形成され、この溝の中に所定屈折率の光透過材が充填されており、当該充填された溝部に基づいて前記一方の主面側から入射した光を前記光利用領域のそれぞれに向けて集光させるように形成され、前記光利用領域に対応する画素又は所定表示単位を有するよう、前記集光基板の前記他方の主面側に画像を形成するための表示媒体を含む表示機構体を形成するステップを有するものとし、さらには前記集光基板の前記一方の主面に付加的な膜を付着させるステップをさらに有し、前記光透過材の接着性によって当該付加的な膜の付着をなすものとすることができる。これにより、上述した効果を遺憾なく発揮することの可能な表示装置を製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、上記各態様その他の本発明の実施の形態を、実施例に基づき添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明による一実施例の集光基板の一方の主面を正面から見た図を示しており、図２は、この図のＩＩ−ＩＩ線に沿って破断したときに得られる集光基板の断面構造を示している。また、図３は、当該集光基板の一部を斜めから見た図である。
【００２４】
集光基板２０は、ガラス等の光透過性材料からなり、所定の表示領域をカバーする領域を持つ一方の主面２１とこの反対側の他方の主面２２とを有した平板状に形成される。従来技術と同様に、集光基板２０は、一方の主面２１側から入射した光Ｌｉを他方の主面２２の外側に形成される光利用領域２０１のアレイ（後述する）に向けて各所において局部的に集光させる機能を有する。しかし本例における集光基板２０は、球面構造体ではなく、その一方の主面２１に、光利用領域２０１に対応づけられてＶ状溝２ｖが形成される。より詳しくは、この溝２Ｖは、１の光利用領域２０１寄りに傾く斜面２ｖ０と他の（隣接する）光利用領域２０１寄りに傾く斜面２ｖ１とからなる。さらに、このＶ状溝２ｖ中には、基板本体とは異なる所定屈折率（好ましくは基板本体よりも小なる屈折率）の光透過材２ｍが充填され、この充填されたＶ状溝部２Ｖに基づいて、一方の主面２１側からの入射光Ｌｉを、図示の透過光Ｌｏのように光利用領域２０１のそれぞれに向けて集光させるようにしている。
【００２５】
ここでの光利用領域２０１のアレイは、他方主面２２側に配され適用される表示装置において集光の必要な領域を指す。より具体的な例は後述される。Ｖ溝２ｖは、Ｖ溝部２Ｖが光利用領域２０１に光を集めるよう光利用領域２０１に対応づけられて形成されるが、実際には、逆に光を利用しない領域２０２に対向した位置に形成することができる。図１の平面図においては、概略的に、光利用領域２０１が一点鎖線にて重ねて示されている。
【００２６】
また、Ｖ状溝２ｖは、光利用領域２０１の縁の少なくとも一部に沿って、本例では取り囲むように延在する形態を採っている。したがって、当該Ｖ状溝２ｖを複雑な光学的配慮を伴うことなく簡単にパターン形成することができる。Ｖ状溝２ｖはまた、断面図上略Ｖ字の輪郭を形成する一対の斜面を有し、集光基板２０の一方の主面２１は、当該斜面以外すなわちＶ状溝部２Ｖ以外の領域において略同等な高さを有して延在する複数の平坦面２ｐ（図１のクロスハッチングの領域に対応する。他の平坦面も同じ）を有している。
【００２７】
充填材たる光透過材２ｍは、アクリル酸エステル共重合物とポリウレタン樹脂との混合物の如き粘性及び接着剤など、接着性のあるものとすることができる。かかる接着性によって、集光基板２０の一方の主面２１に他の光学膜などの付加的な膜を密着させるのに都合が良い。他にも、光硬化性樹脂を光透過材２ｍの材料とすることができる。
【００２８】
このような集光基板２０は、球面レンズではなく、当該光透過材２ｍの充填された、平斜面を光屈折の界面とするＶ状溝部２Ｖによって入射光を当該光利用領域２０１のそれぞれに向けて集光させている。故に、集光した光Ｌｏに、当該球面レンズにおけるが如き球面を光屈折の界面としたときに生じるような色収差等が生じ難く、簡単にして適正な光を高効率にてカラー表示に使用することができる。また、２つの平斜面からなるＶ状溝２ｖを集光基板２０の一方の主面２１に形成するだけでよいので、加工精度の面でも有利であり、しかも簡単な工程で済む。特に、微細な画素を扱う表示装置に有利となる。
【００２９】
図４は、上記集光基板２０を用いて透過型液晶表示装置を構成した例を示している。
【００３０】
図４において、集光基板２０は、前面基板６０とともに液晶媒体４０を挟持する背面基板として用いられている。集光基板２０の一方の主面２１は当該表示装置の外側に、他方の主面２２は内側に配される。
【００３１】
集光基板２０には、その外側に偏光板１０が設けられ、内側にＴＦＴ複合層３０が設けられる。前面基板６０には、その外側にもう１つの偏光板７０が設けられ、内側にカラーフィルタ５０が設けられる。
【００３２】
なお、この他にも液晶表示装置特有の種々の膜や層などが形成されるが、説明を簡明とするためここでは特に注記しない限り省略するものとする。
【００３３】
図４に示されるように、カラーフィルタ５０には、画素を形成しない領域を表示面側に対して隠すためのブラックマトリクス５ｂが形成されている。ブラックマトリクス５ｂの層が形成されていない非遮蔽領域５ｄは、着色層５ｃが占めており、当該非遮蔽領域５ｄを上述した光利用領域２０１とした集光基板２０が適用され組み込まれている。
【００３４】
かかるブラックマトリクス５ｂの非遮蔽領域５ｄにつき図５を用いて詳しく説明する。
【００３５】
図５は、１画素分のブラックマトリクス５ｂ並びにＴＦＴ複合層３０における１画素分の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３１及び画素電極３Ｐを、互いに重畳させた平面視図を示している。
【００３６】
ＴＦＴ３１は、基本的に、ゲートバスライン３Ｇから引き出されたゲート電極３ｇと、これに図示せぬゲート絶縁膜を介して堆積する半導体層３ｃと、半導体層３ｃに側方から接触するドレイン電極３ｄと、半導体層３ｃに反対側の側方から接触する、ソースバスライン３Ｓから引き出されたソース電極３ｓとを有する。ドレイン電極３ｄは、ソース電極３ｓとは反対側へ延び、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電体からなる画素電極３Ｐと接続する。このようなＴＦＴ３１によって、ドレイン電極３ｄを介し画素情報に応じた電圧が画素電極３Ｐに供給され、画素電極３Ｐは、この電圧を、対向する液晶媒体４０の部分にその領域において局部的に印加することとなる。
【００３７】
ブラックマトリクス５ｂは、図５に太線で示されるように、バスライン３Ｓ，３Ｇ及びＴＦＴ３１全体並びに画素電極３Ｐの外縁部を隠すような形で形成される。従って、上記光利用領域２０１としては、図５に斜線で示した領域（非遮蔽領域）５ｄを設定することによって、上述したような集光基板２０に特有の効果を発揮させることができる。なお、図５からも分かるように、かかる非遮蔽領域５ｄは、ＴＦＴ３１が存在するために完全な四角ではないが、概ね四角形状とみなしＶ状溝部２Ｖのパターンを規定することができる。図５中の一点鎖線は、集光基板２０のＶ溝２ｖの中心又は奥端部すなわち最も奥の部分の位置を示している。本例では、ブラックマトリクス５ｂのパターンの横断方向における中央部にその位置が設定されている。
【００３８】
本例では、光利用領域２０１をブラックマスク層の非遮蔽領域５ｄとしたが、ＴＦＴ複合層３０において形成される画素電極３Ｐの領域とすることすることもできる。また、本例のようないわゆるボトムゲート型ＴＦＴの構成ではなく、トップゲート型ＴＦＴの構成においては、通常、当該ＴＦＴの半導体層にバックライトからの光が入り込まないようにＴＦＴ複合層の下層部分に遮光膜を設けているが、この遮光膜によって遮光されない領域を光利用領域とすることも可能である。いずれにせよ、光利用領域２０１に対応（関連）づけられた画素構造が形成されるように液晶表示装置が構成される。なお、本例では、１つの画素領域（実質的に画素領域とみなされる領域を含む）を１つの光利用領域とした形態を採っているが、所定表示単位すなわち２つ以上の画素領域又は１つの画素領域の小分けされたサブ領域を１つの光利用領域としてもよい。
【００３９】
Ｖ状溝２ｖは、光が入射する側２１に形成され、当該光利用領域２０１が配列される側２２に形成されないので、集光基板２０を背面基板として用いた液晶表示装置では、当該他方の主面２２を平坦又は未加工のまま使用することができる。したがって、かかる主面２２においてはＴＦＴ３１や画素電極３ｐなどの構成要素を形成しやすい、という利点がある。
【００４０】
また、図２にも示されるように、Ｖ状溝２ｖに充填される光透過材２ｍを当該主面２１のうちの当該Ｖ状溝２ｖ以外の部分と同じ高さにし、全体で平坦な表面を形成することも簡単である。かかる平坦な主面２１によって、他の構成要素例えば偏光板１０などとの密着性を高くすることができる。しかも、集光基板２０の主面２１において、Ｖ溝部２Ｖ以外はそれぞれ同じ高さの平面２ｐとなっているので、さらに緊密な貼り合わせに有利である。付言すると、Ｖ状溝２ｖは空気ではない光透過材２ｍで充填されているので、当該主面２１に貼付される膜は剥がれ難い、という側面もある。
【００４１】
かくして、この液晶表示装置においては、バックライトからの光が、元々光の遮蔽される領域から外されるとともに光利用領域としての画素又は所定表示単位に対して集められる。よって画素又は表示単位各々が明るく、もって表示画面全域で鮮明な画像を表示することが可能となる。しかも、上述したような色収差等の問題も軽減されて良好なカラー表示を実現することができる。
【００４２】
また、光透過材２ｍを付着性のあるものとすれば、偏光板１０を基板に付着させるのに便利となる。
【００４３】
ここで、簡単な試算として、液晶表示装置の背面基板に集光作用のない普通の透明基板を用いた場合と本実施例の集光基板２０を用いた場合との比較をしてみる。
【００４４】
液晶層４０を所定の光学変調状態に固定したとき、偏光板１０，７０の透過率をＴｐ、カラーフィルタ５０の透過率をＴｃ、液晶セルの開口率（全表示領域の実効面積に対する上記非遮蔽領域全部の実効面積の比）をＡＲとすると、前者の場合における装置の透過率Ｔは、
Ｔ≒Ｔｐ×Ｔｃ×ＡＲ≒５０％×３３％×０．６≒１０％
と概算される。
【００４５】
これに対し、同条件で後者の場合における装置の透過率Ｔは、集光基板２０の集光作用によってＡＲ＝１．０とみなし、
Ｔ≒Ｔｐ×Ｔｃ×ＡＲ≒５０％×３３％×１．０≒１７％
と概算することができる。
【００４６】
してみると、後者すなわち本実施例は、概ね１．７倍の輝度の向上が図られることになる。
【００４７】
このように、偏光板１０，７０などで光の損失があったとしても、表示装置全体における輝度を上げることができる。かかる偏光板は、大抵の液晶表示装置にとっては使用する必要があるので、本構成は極めて有益となる。
【００４８】
集光基板２０の溝部２Ｖは、適用される表示装置によって適宜最適な仕様とするのが望ましい。例えば、光利用領域２０１の縦及び横のサイズをａ，ｂとし（図１参照）、光透過材２ｍの屈折率をｎ１、集光基板２０の本体の屈折率をｎ２、遮蔽領域５ｂの幅を２ｘ、溝部２Ｖから基板２０までの距離をｙ、溝２ｖの高さをｚとすると（図４参照）、ａ＝３００μｍ、ｂ＝１００μｍ、ｎ１＝１．３、ｎ２＝１．５、２ｘ＝２０μｍ、ｙ＝４００μｍ、ｚ＝２μｍとすることで良好な結果を得ている。なお、光透過材２ｍの代わりに空気とすることも可能ではあるが、空気の場合には良好な集光作用が得られなかった。これは、Ｖ溝部を液晶パネルの外側に配した構成では、空気からなるＶ溝部では光が拡がり過ぎる傾向にあるからであると考えられる。またさらに注記するに、溝部２Ｖから基板２０までの距離をｙとしたのは、実際は遮蔽体５ｂの下方には光の利用されないバスライン及び／又は遮光膜などの構造部３ｂ（図４参照）が存在しこの構造部を避けて光が集光することを考慮に入れているからである。ここで層３０，４０，５０は、基板２０と比較して極めて薄く形成されるのが普通であるので、かかる構造部が存在したとしても溝部２Ｖから遮蔽体５ｂまでの距離をｙとして最適化のための設計を行っても良い場合もある。
【００４９】
集光基板２０は、次のようにして製造することができる。
【００５０】
すなわち、基本的には、
（１）一方の主面２１に光利用領域２０１に対応づけてＶ状溝２ｖを形成する第１ステップ、
（２）Ｖ状溝２ｖの中に所定屈折率の光透過材２ｍを充填する第２ステップ、
を実行する。
【００５１】
上記第１ステップでは、形成すべきＶ状溝２ｖの領域を露出させこれ以外は遮蔽するパターンを有するマトリクス状のマスクを、一方の主面２１に被せるマスキング工程が行われる。次に、このマスクの付された集光基板２０の当該主面２１に、集光基板２０の材料を食刻可能な物質を吹き付ける吹付工程が行われる。本例においては、集光基板２０の材料はガラス（ＳｉＯ２）であり、これの食刻可能物質すなわちエッチャントとしての弗酸溶液を霧状にして吹き付ける。
【００５２】
より詳しくは、当該吹付工程において、当該弗酸溶液を発射する吹付ノズルが用いられる。この吹付ノズルは、上記マトリクス状のマスクから露出される当該Ｖ状溝用の領域にその実際の出口面が対向させられ、当該Ｖ状溝用の領域の延在パターンに沿って移動させられる。この際、ノズルから発射される溶液は、ビーム状に吹き付けるものとし、ノズルの移動方向に横断する方向における当該Ｖ状溝２ｖの幅の中心に位置決めした状態で当該エッチャントの吹き付けを行うようにするのが好ましい。これによれば、当該溝パターンの幅の中心にその最下点を精確に位置づけることができるとともに、当該Ｖ字断面を正しく形成することが可能となる。
【００５３】
光透過材２ｍを、例えばアクリル酸エステル共重合物とポリウレタン樹脂との混合物の如きペースト材とすれば、第３ステップとして、この光透過材２ｍの接着性を利用して一方の主面２１に偏光板１０を貼り合わせることができる。なお、偏光板以外にも、適用されるシステムによって、保護膜や、４分の１波長板など、色々な膜や層を貼付するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記第２ステップにおいては、集光基板２０の一方の主面２１に例えばスピンコーテング処理によって全面的に光透過材２ｍを塗布することで、その充填処理を行うことができる。したがって、実際には、図６に示したように、ｖ溝２ｖの中だけでなく、平面２ｐ上にも光透過材２ｍが成層する形となる。
【００５５】
なお、光透過材２ｍとして上述のペースト材を用いる代わりに、光硬化性樹脂を用いてもよい。この場合、最初はペースト状の当該樹脂をＶ溝及び当該主面に塗布し当該付加的な膜を重ねた後に、反対側の主面から光を照射することにより当該樹脂を固め溝部２Ｖの形成と当該付加的な膜の付着を行うことができる。
【００５６】
かかる集光基板を用いて液晶表示装置を製造するには、基本的に、当該集光基板２０に規定された光利用領域２０１（上記例では、ブラックマトリクス５ｂの層における非遮蔽領域５ｄ）に対応する画素又は所定表示単位を有するよう、集光基板２０の他方の主面２２側に画像を形成するための液晶媒体を含む構造体を形成するステップを実行すればよい。上述した第３ステップをここで実行してもよい。
【００５７】
なお、上述した第１ステップの具体例は、いわゆるエッチング処理によるものであるが、これ以外にも、スクライバによってＶ溝２ｖを罫書いて形成することも可能であるし、グラインダによって当該主面を削り当該溝を形成する研削工程とすることも可能である。
【００５８】
図７は、集光基板を用いて構成される反射型液晶表示装置の例を示しており、図４と同等の部分には同一の符号が付されている。
【００５９】
図７において、集光基板２０′は、前面基板として用いられ、その一方の主面が表示面側に向けられている。背面基板８０は、主にＴＦＴ複合層３０′その他の層を担持するために用意された通常の基板とされている。ＴＦＴ複合層３０′においては、光反射性の画素電極３Ｐ′が形成されており、この画素電極３Ｐ′が液晶層４０への局部的な電圧印加の他に前面からの入射光を反射する機能を担っている。
【００６０】
集光基板２０′も、ブラックマトリクス５ｂの層における非遮蔽領域５ｄを光利用領域２０１として形成されるが、図４の場合に比しＶ溝部２Ｖ′から当該光利用領域までの距離が短く集光させる条件が異なっている。したがって集光基板２０′は、このような条件に適合して構成される。すなわちＶ状溝２ｖ′の斜面の傾きや光透過材２ｍ′の屈折率などが当該条件に合わせて最適化される。図４の場合と比較して、光の絞り込みの程度は高くなるので、基本的には、Ｖ状溝２ｖ′の斜面をより急峻なものとしたり、光透過材２ｍ′の屈折率をより小さくすることによって適合化が図られる。
【００６１】
なお、他の構成要素についても反射型液晶表示装置に適合した特性や構造の変更がなされるが、ここでは簡明とするためその説明を省略する。
【００６２】
図８は、集光基板を用いて構成される半透過反射型液晶表示装置の例を示しており、図４と同等の部分には同一の符号が付されている。
【００６３】
図８においては、２つの集光基板が用いられている。一方の集光基板２０″は背面基板として、他方の集光基板２０″′は、前面基板として用いられる。集光基板２０″のＶ溝の形成された主面は装置の背面側に、集光基板２０″′のＶ溝の形成された主面は表示面側に向けられている。ＴＦＴ複合層３０″においては、光反射性の反射電極部３Ｐｒと光透過性の透過電極部３Ｐｔとからなる画素電極３Ｐ″が形成されている。
【００６４】
このタイプの液晶表示装置は、基本的に、正面側から入射する外光に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを反射させて当該正面側に導くとともに、裏面側からのバックライトによる入射光に同様に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを透過させて同じ正面側へと導くものである。そして、使用環境が明るいときには主として外光（周囲光）により（反射モード）、暗いときには主としてバックライトの自発光光により（透過モード）、効果的な画像表示をなすものである。
【００６５】
画素電極３Ｐ″は、このタイプに適合する構造に形成される。例えば図９に示されるような平面構造とすることができ、１つの画素電極３Ｐ″は、中央に配された透過電極部３Ｐｔとこの周りの反射電極部３Ｐｒとによって構成される。したがって、画素電極３Ｐ″は、液晶層４０へのその領域の局部的な電圧印加を行うとともに、透過電極部３Ｐｔは、画素領域の中央部においてバックライトからの入射光を液晶層４０へと透過させ、反射電極部３Ｐｒは、当該中央部の外周の環状領域において前面からの入射光を反射する（図８参照）。
【００６６】
したがって、背面側集光基板２０″はバックライトからの光を透過電極部３Ｐｔに集める役割を、前面側集光基板２０″′は前面側からの光を反射電極部３Ｐｒに集める役割を担う。故に、本例では、集光基板２０″に規定される光利用領域は、中央の透過電極部３Ｐｔの領域とされ、集光基板２０″′に規定される光利用領域は、外周の反射電極部３Ｐｒの領域とされる。
【００６７】
但し、ここでも図４の場合に比しＶ溝部２Ｖ″，２Ｖ″′からそれぞれの光利用領域までの距離が異なりそれぞれ集光させる条件が異なっている。したがって集光基板２０″，２０″′は、これら条件にそれぞれ適合して構成される。
【００６８】
既述の内容から示唆されるように、集光基板２０″では、光の絞り込みの程度を相当高くしなければならないので、Ｖ状溝２ｖ″の斜面をかなり急峻にするか光透過材２ｍ″の屈折率をより小さく設定される。集光基板２０″′では、外周領域を占める反射電極部３Ｐｒに光を集めなければならないので、これに応じたＶ状溝２ｖ″′の斜面及び光透過材２ｍ″′の屈折率とされる。
【００６９】
なお、本例においても、他の構成要素は半透過反射型液晶表示装置に適合した特性や構造の変更がなされるが、ここでは簡明とするためその説明を省略する。
【００７０】
これまでの実施例では、集光基板に形成される溝を断面図上線対称なＶ字の外形輪郭を有するものとしているが、これ以外にも種々改変することも可能である。
【００７１】
図１０は、かかる改変例の１つを示しており、集光基板２０Ａは、上述したようなＶ状溝部に代わり、１対の変形Ｖ状溝部２ＡＶ０，２ＡＶ１の形態を採用している。この形態においては、変形Ｖ状溝部２ＡＶ０，２ＡＶ１は、集光基板２０Ａの一方の主面２１Ａに光利用領域に対応づけられて形成された傾斜平面２Ａｑ０，２Ａｑ１及び当該主面に鉛直に切り立って形成された垂直面２Ａｐ０，２Ａｐ１の各対からなる変形Ｖ溝２Ａｖ０，２Ａｖ１と、これら変形Ｖ溝の中に埋め込まれた所定屈折率の光透過材２Ａｍ０，２Ａｍ１とによって構成される。
【００７２】
このような溝部によっても、主に光の屈折する界面が平坦なので、一方の主面２１Ａ側からの入射光を当該光利用領域に向けて色収差等を生じることなく集光させることができる。なお、第１の傾斜平面２Ａｑ０がある１つの光利用領域に向けて光を屈折させる一方で、第２の傾斜平面２Ａｑ１は、その隣の光利用領域に向けて光を屈折させることになる。
【００７３】
また、図２のようなＶ溝の形態とこの変形Ｖ溝の形態を適宜組み合わせて構成することもできる。
【００７４】
図１１は、他の改変例を示しており、集光基板２０Ｂは、上述したような溝部に代わり、台形状溝部２ＢＶの形態を採用している。この形態においては、台形溝部２ＢＶは、集光基板２０Ｂの一方の主面２１Ｂに光利用領域に対応づけられて形成された傾斜平面２Ｂｑ０，２Ｂｑ１及び当該主面に略平行にかつ当該傾斜平面間にわたって延在する底面２Ｂｂからなる台形溝２Ｂｖと、これら台形溝の中に埋め込まれた所定屈折率の光透過材２Ｂｍとによって構成される。
【００７５】
このような溝部によっても、主に光の屈折する界面が平坦なので、一方の主面２１Ｂ側からの入射光を当該光利用領域に向けて色収差等を生じることなく集光させることができる。なお、第１の傾斜平面２Ｂｑ０がある１つの光利用領域に向けて光を屈折させる一方で、第２の傾斜平面２Ｂｑ１は、その隣の光利用領域に向けて光を屈折させることになる。
【００７６】
また、図２のようなＶ溝の形態とこの台形溝の形態を適宜組み合わせることはもちろん、図１０のような変形Ｖ溝の形態も適宜取り入れて構成することもできる。
【００７７】
こうした改変例についても、基本的には上述したような製造方法が適用可能である。
【００７８】
以上、幾つか実施例を説明したが、これらに限定されることなく種々の変形は可能である。例えば、本発明による集光基板は、液晶表示装置に適用することに必ずしも限定されない。集光されるべき上述したような光利用領域のアレイが規定されるいずれの表示装置にも基本的には適用可能である。
【００７９】
また、上記実施例においては、カラーフィルタにブラックマトリクスを備える構成につき説明したが、本発明は、これに限らず、他の構成要素においてブラックマトリクス又はこれに等価な手段を備える構成にも、或いはブラックマトリクス自体存在しないような構成にも適用可能であることは明らかである。
【００８０】
このように、ここに記述された好適実施例は例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲は添付の請求項により示されており、かかる請求項の意味の中に入る全ての変形例は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の集光基板の一部概略平面図。
【図２】図２のＩＩ−ＩＩ線に沿って破断した集光基板の一部概略断面図。
【図３】図１及び図２の集光基板の一部斜視図。
【図４】図１ないし図３の集光基板を用いた透過型液晶表示装置の概略的構成を示す一部断面図。
【図５】図４の液晶表示装置におけるＴＦＴ複合層とブラックマトリクスとの組み合わせ態様を示す概略平面図。
【図６】本発明における集光基板に対する実際の膜付着態様を示す概略断面図。
【図７】本発明による集光基板を用いた反射型液晶表示装置の概略的構成を示す一部断面図。
【図８】本発明による集光基板を用いた半透過反射型液晶表示装置の概略的構成を示す一部断面図。
【図９】図８の液晶表示装置に用いられる画素電極の構成を示す概略的平面図。
【図１０】本発明による他の実施例の集光基板の一部概略断面図。
【図１１】本発明によるさらに他の実施例の集光基板の一部概略断面図。
【符号の説明】
１０…偏光板
２０，２０′，２０″，２０″′，２０Ａ，２０Ｂ…集光基板
２１，２１Ａ，２１Ｂ…一方の主面
２２，２２Ａ，２２Ｂ…他方の主面
２ｖ，２ｖ′，２ｖ″，２ｖ″′…Ｖ状溝
２Ａｖ１，２Ａｖ０…変形Ｖ状溝
２Ｂｖ…台形溝
２ｍ，２ｍ′，２ｍ″，２ｍ″′，２Ａｍ０，２Ａｍ１，２Ｂｍ…光透過材
２Ｖ，２Ｖ′，２Ｖ″，２Ｖ″′…Ｖ状溝部
２ＡＶ０，２ＡＶ１…変形Ｖ状溝部
２ＢＶ…台形溝部
２Ａｐ０，２Ａｐ１…垂直面
２Ａｑ０，２Ａｑ１，２Ｂｑ０，２Ｂｑ１…平斜面
２Ｂｂ…底面
２ｐ…平坦面
２ｖ０，２ｖ１…斜面
２０１…光利用領域
２０２…光未使用領域
３０，３０′，３０″…ＴＦＴ複合層
３１…ＴＦＴ
３Ｓ…ソースバスライン
３Ｇ…ゲートバスライン
３Ｐ，３Ｐ′，３Ｐ″…画素電極
３Ｐｒ…反射電極部
３Ｐｔ…透過電極部
４０…液晶層
５０…カラーフィルタ
５ｃ…着色層
５ｂ…ブラックマトリクス（遮蔽領域）
５ｄ…非遮蔽領域
６０…透明基板
７０…偏光板
【図１】
2004199006.tif 000003
【図２】
2004199006.tif 000004
【図３】
2004199006.tif 000005
【図４】
2004199006.tif 000006
【図５】
2004199006.tif 000007
【図６】
2004199006.tif 000008
【図７】
2004199006.tif 000009
【図８】
2004199006.tif 000010
【図９】
2004199006.tif 000011
【図１０】
2004199006.tif 000012
【図１１】
2004199006.tif 000013