(57)【要約】【課題】  バックライト光源の光を透過領域に効率よく集光できる均一な厚さのマイクロレンズアレイを液晶パネル裏面に形成することができ、かつ、マイクロレンズアレイ形成後の液晶パネル強度を高めて取り扱いを容易にすることができる液晶表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】  バックライト光源の光を透過領域から透過させる構造を有し、バックライト光源と透過領域との間にマイクロレンズアレイが形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、液晶パネル裏面にマイクロレンズアレイ形成領域として凹状の窪みを形成し、光硬化性樹脂等からなるマイクロレンズ形成材料を凹状の窪みに充填して均一な層を形成する工程と、マイクロレンズ形成材料層を硬化させて、凹状の窪みの深さを超えない厚みでマイクロレンズアレイを形成する工程とを含んでなる液晶表示装置の製造方法。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライト光源の光を透過領域から透過させる構造を有し、バックライト光源と透過領域との間にマイクロレンズアレイが形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
該マイクロレンズアレイの形成工程は、光源側の基板のマイクロレンズアレイ形成領域にマイクロレンズ形成材料層を形成する工程と、マイクロレンズアレイ形成領域の厚みが基板の最大厚みを超えないようにマイクロレンズアレイを形成する工程とを含んでなる
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
前記マイクロレンズアレイが形成される基板は、エッチングされたものである
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】
前記マイクロレンズアレイ形成領域の基板の厚さは、マイクロレンズアレイの焦点距離に相当する
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】
前記マイクロレンズアレイの形成工程は、透過領域に対応する開口部を有するフォトマスクを用いて光を照射して、光硬化性樹脂を必須とするマイクロレンズ形成材料層を硬化させ、未硬化部を除去することにより、マイクロレンズアレイを形成してなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記マイクロレンズアレイの形成工程は、形成するマイクロレンズの直径に対して２５〜６０％である開口径のフォトマスクを用いる
ことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記マイクロレンズアレイの形成工程は、フォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔が、１００μｍ以上である
ことを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記マイクロレンズアレイの形成工程は、マイクロレンズ形成材料層を押圧した状態で硬化させることにより、マイクロレンズアレイを形成してなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
バックライト光源の光を透過領域から透過させる構造を有し、バックライト光源と透過領域との間にマイクロレンズアレイが形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
該マイクロレンズアレイの形成工程は、マイクロレンズアレイが形成される基板をエッチングする工程を含んでなる
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置の製造方法に関する。より詳しくは、フラットパネルディスプレイ等の液晶表示装置における光学部材の製造方法に関し、特に光学部材としてのマイクロレンズアレイを樹脂成形により作製する工程を含む製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、プロジェクター、携帯電話等における表示手段として幅広く用いられているが、より表示品位を高めるために、表示輝度を向上させることが求められている。
このような技術で注目されるものとしては、液晶プロジェクターの光利用効率を高める技術があり、例えば、マイクロレンズアレイを光源と液晶パネルとの間に配置する技術が知られている。これは、マイクロレンズを各画素の透過領域に１対１で対応させて配置させることにより、光源の光を各マイクロレンズによって各画素の透過領域に集光して、選択的に入射させることができるものである。
【０００３】
このような液晶表示装置においては、偏光を用いて表示を行うため、マイクロレンズアレイと光源との間、又は、マイクロレンズアレイと液晶パネルとの間に光学部材である偏光板を配置する必要がある。そのために、それぞれの光学部材を平行に、たわみや反り等が起こらないように配置することが重要である。
【０００４】
従来のマイクロレンズアレイを備えた液晶表示装置に関して、シート状マイクロレンズアレイ等のシート状光学素子を液晶パネル等の光学素子貼付面に貼着して固定することができる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、シート状光学素子に保護フィルムを設け、光学素子貼付面へ貼着後に保護フィルムを除去すると、光学的機能部の周囲にスペーサーとして機能する残存部が残るような保護フィルムを用いることで、新たにスペーサーを挿入することなく、偏光板等の光学素子を簡単に貼着して固定することが可能となる。
また周辺部に突起部又は段差部等が形成されたマイクロレンズアレイ等の光学フィルターの構成が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。これによれば、マイクロレンズアレイとディスプレイパネルとを貼り合わせる際に、間隔を均一かつ最適にすることが可能となる。
【０００５】
ところで、近年、透過反射両用液晶表示装置（以下、「半透過型ＬＣＤ」ともいう）が注目され、携帯電話等に用いられている。この半透過型ＬＣＤは、一つの画素に外光を反射させる反射電極と、バックライト光が透過する透明電極とを有しているため、通常の透過型ＬＣＤのように明るい外光下で表示が見にくくなるということがなく、更に、バックライトを消して反射型ＬＣＤとして用いることが可能という優れた特徴を有している。このような構造の代表的な例としては、反射領域と透過領域での液晶層における光の特性の変化を揃えたものを挙げることができる（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
しかしながら、このような半透過型ＬＣＤにおいては、反射電極が形成された領域をバックライト光源の光が透過することができないため、明るい外光の無い場所では、表示輝度が透過型ＬＣＤと比較して暗くなってしまうことから、この点において工夫の余地があった。更に、市場要求として表示容量は増加する傾向にあるが、高解像度化に伴い開口率が低下していくためにバックライトの透過率が低下し、表示輝度が低下することから、これらの基本性能の向上が求められていた。
【０００７】
これに対して、バックライトと液晶パネルの間にマイクロレンズを設置することにより、
光反射層により遮られるバックライト光源の光をマイクロレンズによって開口部近傍に集光させ、周囲光が乏しい環境でも明るい表示を実現する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。この中で、バックライト光源の光の平行度を高める手段として、バックライト上にプリズムシート又はＢＥＦ板を配置することもできると記載されているが、プリズムシートの構成や、マイクロレンズアレイの具体的な仕様については開示されていない。
【０００８】
またマイクロレンズの焦点距離に合わせた厚さに基板を研磨するマイクロレンズ基板の製造方法が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。この方法による液晶パネルの製造においては、マイクロレンズのレンズ面にカバーガラスを貼り付けてマイクロレンズ基板を製造した後、マイクロレンズ基板を対向基板としてアクティブマトリックス基板と貼り合わせて液晶パネルを製造することとなる。しかしながら、マイクロレンズの作製方法等を更に好適なものとし、マイクロレンズによるバックライト光源の光利用効率を高める技術について更に工夫する余地があった。
【０００９】
【特許文献１】特許第３３８０９４５号明細書（第１−３、５頁、第１図）
【特許文献２】特許第３２２０８８４号明細書（第１−３頁、第１−２図）
【特許文献３】特許第２９５５２７７号明細書（第１０頁、第９図）
【特許文献４】特許第３２９３５８９号明細書（第３−４、７頁、第３図）
【特許文献５】特開平７−１８１３０５号公報（第１−４、６頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、バックライト光源の光を透過領域に効率よく集光できるマイクロレンズアレイを形成することができ、表示輝度等の基本性能に優れた液晶表示装置を効果的に製造する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、バックライト光源と透過領域との間にマイクロレンズアレイが形成されてなる液晶表示装置の製造方法について検討したところ、マイクロレンズアレイの集光効果は、バックライト光源の光の平行度によって決まり、現在一般的に用いられているバックライト光源の光は輝度半値角が±２５〜３０°の拡散光であるため、単にバックライト光源と液晶パネルとの間にマイクロレンズアレイを設置するだけでは、ほとんど集光効果が得られないことに着目した。そして、（１）バックライト光源の光が高い指向性を持っていること、（２）レンズの焦点距離が短いこと、（３）液晶パネルが薄いこと、という特徴を有するものが効果的であることを見いだした。本発明は、特に（２）及び（３）において有利な液晶表示装置の製造方法を提供するものである。なお、マイクロレンズアレイを用いて効率よく光を集光するためには、レンズに入射する光の平行度を好ましくは±１５°以下、より好ましくは±５°以下と高くすればよい。
一方、このような焦点距離の短いマイクロレンズアレイと薄い液晶パネルとから液晶表示装置を製造する場合、例えば、マイクロレンズアレイの焦点距離の２５０μｍに合わせた薄い基板厚の液晶パネルを作製する過程では、パネル強度が低下するため、基板が割れやすくなり、また、液晶パネル上の駆動電極取り出し部にプリント基板を実装する際に行う熱圧着の工程等においても基板が割れやすくなるが、マイクロレンズアレイの形成工程において、マイクロレンズ形成材料層を形成する工程と、マイクロレンズアレイ形成領域の厚みが基板の最大厚みを超えないようにマイクロレンズアレイを形成する工程とを行うことにより、バックライト光源の光を透過領域に効率よく集光できるマイクロレンズアレイを形成することができ、しかも該マイクロレンズアレイを形成した基板等の製造工程における破損を防止して、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
【００１２】
すなわち本発明は、バックライト光源の光を透過領域から透過させる構造を有し、バックライト光源と透過領域との間にマイクロレンズアレイが形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、上記マイクロレンズアレイの形成工程は、光源側の基板のマイクロレンズアレイ形成領域にマイクロレンズ形成材料層を形成する工程と、マイクロレンズアレイ形成領域の厚みが基板の最大厚みを超えないようにマイクロレンズアレイを形成する工程とを含んでなる液晶表示装置の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
【００１３】
本発明により製造される液晶表示装置は、バックライト光源の光を透過領域から透過させる構造を有し、バックライト光源と透過領域との間にマイクロレンズアレイが形成されてなる構成を必須とするものである。このような液晶表示装置において、バックライト光源の光を、マイクロレンズアレイにより透過領域に理想的に集光するためには、上述したように下記の特徴を有するものが有効である。
（１）バックライト光源の光が高い指向性を持っていること。
発散角の大きな発散光は、レンズを用いても効果的に集光することはできない。レンズに入射する光の発散角θと、レンズの焦点距離ｆと、集光スポットの大きさφは、φ＝２ｆ・ｔａｎθの関係にあり、θが小さい、すなわち平行光に近い指向性を持った光の方が小さなスポットに集光することが可能であり、レンズ効果も大きい。
（２）レンズの焦点距離が短いこと。
レンズの集光効果は、焦点距離の短いレンズの方が高い。焦点距離の短いレンズは、入射した光をより小さなスポットに集光することができる。レンズの焦点距離ｆと、レンズの有効径Ｄと、スポット径ｗと、入射波長λは、ｗ＝（２λ／π）・（ｆ／Ｄ）の関係があ
り、焦点距離ｆが小さいほど、得られる集光効果も高い。
（３）液晶パネルが薄いこと。
焦点距離の短いマイクロレンズアレイを液晶パネル裏面に配置し、透過領域に集光スポットを結像させるためには、液晶パネルの基板厚をマイクロレンズアレイの焦点距離程度に薄くすることが好ましい。
【００１４】
本発明においては、光源側の基板のマイクロレンズアレイ形成領域にマイクロレンズ形成材料層を形成する工程と、マイクロレンズアレイ形成領域の厚みが基板の最大厚みを超えないようにマイクロレンズアレイを形成する工程とを行うことにより、上記（１）〜（３）のうち、特に（２）及び（３）の特徴を満たすことが可能であり、しかも該マイクロレンズアレイを形成した基板等の製造工程における破損を防止して、表示輝度等の基本性能に優れた液晶表示装置を効率的に製造することが可能である。
【００１５】
本発明のマイクロレンズアレイの形成工程においては、マイクロレンズアレイが形成される基板である液晶表示装置を構成する光源側の基板の表示領域に、マイクロレンズアレイ形成領域としての窪みを形成する工程を含んでなることが好ましい。この場合、基板の端部よりも表示領域における基板の厚みを薄くして、例えば、基板の断面形状が凹状となるように窪みを形成することが好ましい。本発明の好ましい形態としては、マイクロレンズアレイが形成される基板が、エッチングされたものである形態が挙げられ、これにより該基板の厚みを効果的に薄くすることができる。また、マイクロレンズアレイが形成される基板としては、基板上に枠形状等のスペーサーを有するものを用いてもよい。マイクロレンズアレイ形成領域においては、基板の厚みは、均一であることが好ましい。
なお、マイクロレンズアレイ形成領域は、通常では表示領域に相当し、基板の強度を確保することができれば表示領域に相当する範囲よりも広くしてもよい。
【００１６】
上記マイクロレンズ形成材料層の形成工程において、マイクロレンズ形成材料層は、均一な厚さであることが好ましい。これにより、後の工程において、均一な大きさや形状のマ
イクロレンズにより構成されるマイクロレンズアレイを形成するのに有利となる。またマイクロレンズ形成材料層の厚さは、マイクロレンズアレイ形成領域の窪みの深さよりも小さいことが好ましい。
上記マイクロレンズアレイ形成領域の基板の厚さは、マイクロレンズアレイの焦点距離に相当することが好ましく、例えば、１５０〜４５０μｍとすることが好適である。これにより、マイクロレンズアレイ形成領域の基板の厚みをマイクロレンズアレイの焦点距離に近付けることができ、透過領域への集光効果を高めることができる。上記マイクロレンズアレイ形成領域以外の領域の基板の厚さは、例えば、５００〜７００μｍとすることが好適である。
【００１７】
上記マイクロレンズ形成材料としては、レンズの材料として使用可能なものであれば特に限定されず、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を必須とするもの等が挙げられる。中でも、光硬化性樹脂を必須とするものが好適に用いられる。光硬化性樹脂としては、紫外線や可視光線等が照射されることにより硬化する材料であればよく、（メタ）アクリレートモノマー、アクリレートオリゴマー等の光硬化性モノマー及び／又は光硬化性オリゴマーと、光重合開始剤とを含有するもの等が挙げられる。アクリレートオリゴマーとしては、例えば、エポキシ系アクリレート、ウレタン系アクリレート等が挙げられる。中でも、硬化後の可視光域での透明性に優れ、４００〜７００ｎｍの波長領域全域での透過率が９０％以上のものがより好ましく、例えば、ウレタン系アクリレートに光重合開始剤を添加したもの等が好適である。
【００１８】
上記マイクロレンズ形成材料層を形成する方法としては特に限定されず、シリンジからの注入、塗布等の方法が挙げられる。本発明においては、例えば、基板の凹部分にマイクロレンズアレイの形成材料を注入する方法を用いれば、平坦な基板上に樹脂等を成膜させる方法と比べて、マイクロレンズアレイの形成材料として幅広い材料を選択することが可能であり、例えば、透明性は高いものの、粘度を高くすることができないため、平坦面上では必要な厚さで成膜させることができない材料を用いることも可能である。
【００１９】
本発明におけるマイクロレンズアレイの形成工程において、マイクロレンズアレイ形成領域の厚みが基板の最大厚みを超えないようにマイクロレンズアレイを形成することになるが、マイクロレンズアレイ形成領域の厚みが基板の最大厚みを超えないとは、マイクロレンズアレイの厚みと、マイクロレンズアレイ形成領域における基板の厚みとの合計が、マイクロレンズアレイ形成領域以外の領域における基板の最大厚みを超えないことを意味する。基板の断面形状が凹状の窪みを有する形態である場合においては、凹状の窪みの深さを超えない厚みでマイクロレンズアレイを形成することになる。
なお、基板上に枠形状等のスペーサー等を有する形態の場合には、スペーサー等の厚みも基板の厚みに含めて、マイクロレンズアレイ形成領域の厚みが基板の最大厚みを超えないようにすることが好ましい。このようにマイクロレンズアレイ形成領域以外の領域を厚くすることにより、フレキシブルプリント基板の熱圧着等が可能な基板強度を確保することができ、また、偏光板等の光学部材を貼り付ける際に、マイクロレンズアレイ形成領域に形成されたマイクロレンズアレイが傷つくことを防止することができる。
【００２０】
上記マイクロレンズアレイの形成工程としては、透過領域に対応する開口部を有するフォトマスクを用いて光を照射して、光硬化性樹脂を必須とするマイクロレンズ形成材料層を硬化させ、未硬化部を除去することにより、マイクロレンズアレイを形成してなることが好ましい。この場合、フォトマスクの開口部のパターンとしては、形成するマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列パターン、すなわち透過領域の配列パターンに応じて、好ましくは開口部が透過領域と１対１で対応するように適宜設定され、例えば、円形の開口部が等間隔で設けられたもの等を用いることができる。また、フォトマスクの開口部の開口径は、各マイクロレンズの大きさ、各マイクロレンズの配置、照射する光の平
行度、光照射時のフォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔等に応じて適宜設定される。例えば、２．４インチのＱＶＧＡパネルにマイクロレンズアレイを埋設する場合
、透過領域の透過開口部の開口径は通常、４０〜４５μｍに設定され、対応するマイクロレンズの大きさは直径５０〜１００μｍに設定されることが好ましく、マイクロレンズ形成に用いるフォトマスクの開口径は２０〜６０μｍに設定されることが好ましい。フォトマスクの開口径は、所望のマイクロレンズの大きさによって適宜決定することが出来るが、形成するマイクロレンズの直径に対して２５〜６０％である開口径のフォトマスクを用いることが好ましい。すなわち、フォトマスクの開口径をマイクロレンズの直径よりも小さくすることが好ましく、形成するマイクロレンズの直径を１００％とすると、フォトマスクの開口径を２５〜６０％とするのが好適である。この理由は、光照射によってマイクロレンズ形状を形成する際に、フォトマスクとマイクロレンズ形成材料との間に間隔を設けて、照射した光を拡散させるために、フォトマスクの開口径よりも大きな径のマイクロレンズが形成されるためである。
【００２１】
上記マイクロレンズ形成材料層に照射する光としては特に限定されず、紫外線、可視光等が好適に用いられる。フォトマスク越しに照射された光は、その平行度に応じて拡散しながら進行するため、露光は開口部よりも広い領域に行われることとなる。マイクロレンズ形成材料層に到達した光の強度は、フォトマスクの開口部直下から遠くなるに従って弱くなるため、硬化部の膜厚は、フォトマスクの開口部直下から同心円状かつ連続的に小さくなり、硬化部の形状は、照射する光の平行度、及び、フォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔により調整することが可能である。照射する光の輝度半値角の好ましい下限は、１°であり、好ましい上限は、５°である。１°未満であると、マイクロレンズ形成材料層に到達するまでに充分に拡散されず、得られるマイクロレンズの形状がバックライト光源の光を透過領域に充分に効率よく集光させることができる形状とならないおそれがある。逆に、５°を超えると、マイクロレンズ形成材料層に到達するまでに拡散され過ぎて、得られるマイクロレンズの形状がバックライト光源の光を透過領域に充分に効率よく集光させることができる形状とならないおそれがある。
【００２２】
上記フォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔の好ましい下限は、１００μｍであり、好ましい上限は、１０００μｍである。より好ましい上限は、６００μｍであり、更に好ましい上限は、５００μｍである。この間隔は、以下の方法で概算することが出来る。形成するマイクロレンズの直径をＲ１、フォトマスクの開口径をＲ２とすると、（Ｒ１−Ｒ２）/２の幅のリング状の領域は、フォトマスクに照射した光が直接当たらない領域であり、フォトマスクで回折された光が拡散することによって照射される部分となる。輝度半値角１．５°の光を照射する場合、フォトマスクで回折した光の広がり角は、およそ±５°となる。フォトマスクで回折した光が、フォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔ｄだけ離れた場所ではｄ×ｔａｎ５°だけ広がるため、（Ｒ１−Ｒ２）/２＝ｄ×ｔａｎ５°により、ｄの値を概算することができる。携帯電話用の液晶パネルにおける、透過領域の透過開口部の開口径は通常、４０〜４５μｍに設定され、対応するマイクロレンズの大きさは直径５０〜１００μｍに設定されることが好ましく、マイクロレンズ形成に用いるフォトマスクの開口径は、マイクロレンズの直径に対して２５〜６０％に設定されることが好ましいため、上式からマイクロレンズアレイの形成工程においては、フォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔は、１００μｍ以上、５００μｍ以下であることが特に好ましい。なお、フォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔の上限値は、形成するマイクロレンズの直径に従って大きくすることができ、マイクロレンズの直径が１５０μｍ程度のときは、フォトマスクとマイクロレンズ形成材料層との間隔は７５０μｍ程度であることが好ましい。間隔が１００μｍ未満であると、マイクロレンズ形成材料層に到達する光が充分に拡散されておらず、得られるマイクロレンズの直径が設計値よりも小さくなり、バックライト光源の光を透過領域に充分に効率よく集光させることができる形状とならないおそれがある。逆に、１０００μｍを超えると、マイクロレンズ形成材料層に到達する光が拡散され過ぎており、得られるマイクロレンズの形状がバックライト光源の光を透過領域に充分に効率よく集光させることができる形状とならないおそれがある。
【００２３】
上記マイクロレンズ形成材料層の未硬化部を除去する方法としては特に限定されず、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、トルエン等の有機溶剤で、硬化部を残して未硬化部を溶解除去する現像処理等が挙げられる。また、光硬化性樹脂としてエポキシ系アクリレート等を用いる場合には、アルカリ現像も可能である。
【００２４】
上記マイクロレンズアレイの形成工程としてはまた、マイクロレンズ形成材料層を押圧した状態で硬化させることにより、マイクロレンズアレイを形成してなることが好ましい。この場合、型を押しつけることによりマイクロレンズ形成材料層を押圧することが好ましく、マイクロレンズアレイの形状をマイクロレンズ形成材料層に転写させた状態で、マイクロレンズ形成材料層を硬化させることになる。このような方法における型としては、マイクロレンズアレイの反転形状を有するものであれば特に限定されず、表面に離型処理が施されたものであることが好ましい。表面に離型処理が施されていると、マイクロレンズ形成材料層を硬化させた後、型を容易に取り外すことができる。
【００２５】
上記マイクロレンズ形成材料層を硬化させる方法としては、マイクロレンズ形成材料層の材質に応じて適宜選択され、透明な型越しに紫外線又は可視光等の光を照射する方法、型を加熱する方法等が挙げられる。中でも、取り扱い性よく硬化させることが可能なことから、透明な型越しに光を照射する方法が好適に用いられる。なお、透明な型越しに光を照射する方法を用いる場合には、マイクロレンズ形成材料層として光硬化性樹脂を必須とするものを用いることになる。
【００２６】
なお、本発明では、フォトマスクや型等を用いてマイクロレンズアレイ形成材料層を硬化させることにより、各マイクロレンズの凸面方向をバックライト側にして形成する形態が好ましいが、凸面方向を透過領域側にする場合には、光源側の基板のマイクロレンズアレイ形成領域にマイクロレンズアレイの反転形状を形成させることとなる。このような方法では、基板のマイクロレンズアレイ形成領域を薄くするエッチングを行った後、更に、薄くなったマイクロレンズアレイ形成領域にマイクロレンズアレイの反転形状に合わせた窪みを形成するエッチングを行い、基板よりも屈折率の高い透明材料で窪みを埋める方法等が用いられる。
【００２７】
上記液晶表示装置において、バックライト光源としては特に限定されず、例えば、マイクロレンズアレイの集光効果を高めることができるように、輝度半値角±３〜１５°の光を照射することができるものを用いることが好ましい。また、上記透過領域としては、バックライト光源の光を透過させることができる領域であればよく、通常、液晶パネルの画素毎に設けられる。なお、光源側の基板としては、例えば、ガラス基板等が好適に用いられる。
【００２８】
本発明はまた、バックライト光源の光を透過領域から透過させる構造を有し、バックライト光源と透過領域との間にマイクロレンズアレイが形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、上記マイクロレンズアレイの形成工程は、マイクロレンズアレイが形成される基板をエッチングする工程を含んでなる液晶表示装置の製造方法でもある。マイクロレンズアレイが形成される基板をエッチングすることにより、効果的に基板の厚みをマイクロレンズアレイの焦点距離にまで薄くすることができることから、マイクロレンズによるバックライト光源の光利用効率を高める技術にとって有用な方法である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、光源側の基板のマイクロレンズアレイ形成領域を薄くすることにより、マイクロレンズアレイの焦点距離を短くして高い集光効果を得て、バックライト光源の光利用効率を向上させることが可能であり、かつ、液晶表示装置を薄型化することが可能である。一方、マイクロレンズアレイ形成領域以外の領域を厚く確保することにより、フレキシブルプリント基板等を熱圧着する際に、割れ等が発生しないように液晶パネルの基板強度を確保することが可能であり、かつ、マイクロレンズアレイを傷つけることなく偏光板等の光学部材を貼り付けることが可能である。
また、光源側の基板上にマイクロレンズアレイを直接形成することから、液晶パネルとマイクロレンズアレイとを貼り合わせる必要がなく、そのため、貼り合わせ時に、位置ずれが生じたり、マイクロレンズアレイの寸法、形状等が変化してしまったりすることを防止することができる。
更に、マイクロレンズ形成材料層を成膜させる際に、マイクロレンズアレイ形成領域に流し込む方法等を用いることが可能となることから、マイクロレンズアレイの形成材料として、粘度、成膜性等の特性による制約が少なく、より幅広い材料を選択することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
バックライト光源の光を効果的に透過領域に集光させるために、下記方法により、焦点距離が２５０μｍのマイクロレンズアレイを液晶パネルの表示領域裏面に形成した。
【００３２】
まず、図１〜３を参照して実施例で製造した液晶表示装置の構成について簡単に説明する。
図１は、実施例で製造した半透過型ＬＣＤを模式的に示した平面図である。図２は、図１の破線部Ｂで囲まれた領域の拡大平面図であり、１５個の画素を図示してある。図３は、図１、２のＡ−Ａ’線断面を模式的に示した断面図である。なお、図３では、分かりやすくするために、画素の繰り返しを一部省略して図示してあり、また、基板の厚さ、各部材の大きさ等は、実際の比率と異なっている。
【００３３】
図１〜３に示した半透過型ＬＣＤにおける液晶パネル１は、多数の画素３からなる表示領域１ａの周囲に、非表示領域１ｂを有しており、その構造は、液晶材料からなる液晶層１１が、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向するカラーフィルタ９を備えたカラーフィルタ基板８との間に挟持され、その外周部がシール材１２及び封止材により気密封着されたセル構造となっている。表示領域１ａを構成する各画素３は、透過領域４の周囲に反射領域５が形成された構成となっており、透過領域４は、ＴＦＴアレイ基板１０上に透明電極が形成されてなり、反射領域５は、ＴＦＴアレイ基板１０上にバスライン１３、Ａｌ等からなる金属反射板等が形成されてなる。ＴＦＴアレイ基板１０とカラーフィルタ基板８とのギャップは、液晶層１１内に配置されたスペーサー（図示せず）により均一に調整されているが、反射領域５におけるセルギャップは、透過領域４におけるセルギャップの半分に設定されている。ＴＦＴアレイ基板１０及びカラーフィルタ基板８の外側には、偏光板７が設けられており、更に、液晶パネル１の裏面側となるＴＦＴアレイ基板１０側の偏光板７の外側には、バックライト光源１４が設けられている。また、液晶パネル１の端部には、駆動回路を接続するためのフレキシブルプリント基板２が接続されている。
【００３４】
ＴＦＴアレイ基板１０の外側の面には、表示領域１ａに対応する部分にマイクロレンズ形成領域として断面凹状の窪みが形成されており、該窪み内に、マイクロレンズアレイ６が設けられている。図２において、その外形を破線で示しているように、マイクロレンズアレイ６は、各画素３に対応して多数のマイクロレンズが配列されたものであり、バックライト光源１４の光は、偏光板７を透過した後、マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズに入射し、液晶パネル１の透過領域４に集光されることとなる。
【００３５】
次に、図４〜１１を参照して実施例１の液晶表示装置の製造方法について説明する。
図４〜９は、実施例１の各製造工程における液晶表示装置の状態を模式的に示した断面図である。図１０は、実施例１において、マイクロレンズ形成材料層に光を照射して硬化させる際に用いたフォトマスクを模式的に示した平面図である。図１１は、実施例１で製造した液晶表示装置において、バックライト光源の光が液晶パネルを透過する様子を示した断面図である。
【００３６】
（１）光源側の基板（ＴＦＴアレイ基板）１０として５００μｍ厚のガラス基板を用いた液晶パネルを準備した（図４参照）。このガラス基板１０の非表示領域１ｂの表面に、ガラスエッチング用のレジストをスクリーン印刷により塗布し、湿式エッチングにより、表示領域１ａに深さ２３０μｍの断面凹状の窪みを形成した後、レジストを除去した（図５参照）。エッチングによりガラス基板１０の厚さは、断面凹状の窪みを形成した表示領域１ａ（マイクロレンズ形成領域）では、２３０μｍとなり、表示領域１ａの周囲の非表示
領域１ｂでは、５００μｍとなった。
なお、レジストを非表示領域１ｂに成膜させるためにスクリーン印刷を用いる代りに、フォトリソグラフィ等の他の手法を用いてもよい。
【００３７】
ガラス基板１０の断面凹状の窪みにマイクロレンズアレイ６の形成材料をマイクロレンズ形成材料層１５が厚さ３０μｍとなるように充填した（図６参照）。マイクロレンズ形成材料層１５としては、光重合性モノマーであるウレタン系アクリレート材料（新中村化学工業社製、ウレタンメタクリレート）９０重量部に、粘度調整用モノマー（新中村化学工業社製、ポリエチレングリコールジアクリレート）１０重量部添加し、重合開始剤（チバガイギー社製、商品名：イルガキュア３６９）を１重量部添加したものを用いた。
【００３８】
（２）ガラス基板１０の断面凹状の窪みに充填したマイクロレンズ形成材料層１５の表面と、フォトマスク１６の対向面との間隔を３００μｍに保ち、フォトマスク１６の開口部２０と液晶パネル１の透過領域４とが一致するように位置合わせをした状態で、フォトマスク１６を固定した。フォトマスク１６としては、透過領域の配列パターン及び形成する各マイクロレンズの中心の位置に１対１で対応するように、３５μｍ径の円形開口部２０が５０μｍ間隔でマトリクス状に設けてあるものを用いた。
【００３９】
次に、水銀灯を用いて、固定したフォトマスク１６越しにマイクロレンズ形成材料層１５に対して輝度半値角±１．５°のＧＨＩ混合線を３００ｍＪ／ｃｍ２の照射量で照射した（図７参照）。紫外線を露光したことで、マイクロレンズ形成材料層１５には、マイクロレンズアレイ６の形状に対応した硬化部１８と未硬化部１９とが形成された（図８参照）。なお、ＧＨＩ混合線とは、主にｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）及びｉ線（波長３６５ｎｍ）からなる光である。
【００４０】
次いで、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）で、マイクロレンズ形成材料層１５の未硬化部１９を溶解除去する現像処理を行い、液晶パネル１の表示領域１ａ裏面側に、マイクロレンズアレイ６を形成した（図９参照）。得られたマイクロレンズアレイ６は、シート状の基材部上に直径５０μｍのマイクロレンズが連続して多数配列されたものであり、各マイクロレンズは、中心部から同心円状に連続的に厚みが変化したレンズ形状で、中心の厚みが２０μｍ、曲率半径が８０μｍ、焦点距離が２５０μｍであり、基材部の厚みは２．５μｍであった。
【００４１】
（３）マイクロレンズアレイ６を形成した後、ガラス基板１０の非表示領域１ｂに偏光板７を貼り付け、駆動回路が設けられたフレキシブルプリント基板２を熱圧着により実装し、バックライト光源１４を配設して液晶表示装置とした（図３参照）。なお、マイクロレンズアレイ６と偏光板７との間の空間には、樹脂等を充填してもよい。また、マイクロレンズアレイ６と偏光板７との間の空間が充填されることなく、密封される場合には、熱による空気の膨張を防ぐために空気穴を設ける手法、湿気を防ぐために窒素を充填する手法等を用いることができる。これらの手法は、単独で用いてもよいし、必要に応じて複数組み合わせて用いてもよい。
【００４２】
実施例１により得られた液晶表示装置では、マイクロレンズ形成領域におけるガラス基板１０の厚さが２３０μｍ、その表面に形成されたマイクロレンズアレイ６の厚さの最大値が２０μｍ、焦点距離が２５０μｍである。このため、マイクロレンズアレイの焦点距離を短くして高い集光効果を得て、バックライト光源の光をマイクロレンズアレイによって画素の透過領域に効率よく集光することができ、光利用効率を向上させることができ、かつ、液晶表示装置を薄型化することができた（図１１参照）。
また、実施例１では、基板強度の強い非表示領域において、フレキシブルプリント基板等を取り付けたので、ガラス基板１０が破損することはなく、マイクロレンズ形成領域における、ガラス基板１０とマイクロレンズアレイ６との厚さの合計を、マイクロレンズ形成
領域の周囲の非表示領域におけるガラス基板１０の厚さ５００μｍよりも薄くすることができたため、偏光板７等の光学部材をマイクロレンズアレイ６に対して均一なギャップを保って取り付けることができ、マイクロレンズアレイ６が傷つくこともなく、モアレが発生することもなかった。
【００４３】
（実施例２）
図１２〜１４を参照して実施例２の液晶表示装置の製造方法について説明する。
図１２〜１４は、実施例２の各製造工程における液晶表示装置の状態を模式的に示した断面図である。
【００４４】
実施例１の（１）と同様にして、ガラス基板１０の断面凹状の窪みにマイクロレンズ形成材料層１５を厚さ３０μｍとなるように充填した。
また、ガラス基板１０の断面凹状の窪みに挿嵌可能な大きさの突出部を有し、全体が凸形状の透明な型２１を準備した。なお、型２１の突出部は、マイクロレンズアレイ６の反転形状を有し、表面に離型処理が施されたものとした（図１２参照）。
【００４５】
マイクロレンズ形成材料層１５に、型２１を押し当て、マイクロレンズアレイ６の形状を転写し、そのまま押圧しながら紫外線を照射することにより（図１３参照）、マイクロレンズ形成材料層１５を硬化させ、型２１を取り外した。これにより、液晶パネル１の表示領域１ａ裏面側に、マイクロレンズアレイ６を形成した（図１４参照）。得られたマイクロレンズアレイ６は、シート状の基材部上に直径５０μｍのマイクロレンズが連続して多数配列されたものであり、各マイクロレンズは、中心部から同心円状に連続的に厚みが変化したレンズ形状で、中心の厚みが２０μｍ、曲率半径が８０μｍ、焦点距離が２５０μｍであり、基材部の厚みは２．５μｍであった。
【００４６】
実施例１の（３）と同様にして、組み立てを行い、液晶表示装置を作製した。実施例２により得られた液晶表示装置は、実施例１により得られた液晶表示装置と同様の機能を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例で製造した半透過型ＬＣＤを模式的に示した平面図である。
【図２】図１の破線部Ｂで囲まれた領域の拡大平面図である。
【図３】図１、２のＡ−Ａ’線断面を模式的に示した断面図である。
【図４】実施例に使用した液晶パネルを模式的に示した断面図である。
【図５】実施例において、液晶パネルのマイクロレンズアレイ形成領域に凹部分が形成された状態を模式的に示した断面図である。
【図６】実施例において、液晶パネルの凹部分にマイクロレンズ形成材料層が形成された状態を模式的に示した断面図である。
【図７】実施例１において、マイクロレンズ形成材料層にフォトマスク越しに光を照射している状態を模式的に示した断面図である。
【図８】実施例１において、マイクロレンズ形成材料層にフォトマスク越しに光が照射され、硬化部と非硬化部とが形成された状態を模式的に示した断面図である。
【図９】実施例１において、液晶パネルの凹部分にマイクロレンズアレイが形成された状態を模式的に示した断面図である。
【図１０】実施例１において、マイクロレンズ形成材料層に光を照射して硬化させる際に用いたフォトマスクを模式的に示した平面図である。
【図１１】実施例１で製造した液晶表示装置において、バックライト光源の光が液晶パネルを透過する様子を示した断面図である。
【図１２】実施例２において、マイクロレンズ形成材料層に型を押しつける前に位置合わせをした状態を模式的に示した断面図である。
【図１３】実施例２において、マイクロレンズ形成材料層に型を押しつけている状態を模式的に示した断面図である。
【図１４】実施例２において、液晶パネルの凹部分にマイクロレンズアレイが形成された状態を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：液晶パネル
１ａ：表示領域
１ｂ：非表示領域
２：フレキシブルプリント基板
３：画素
４：透過領域
５：反射領域
６：マイクロレンズアレイ
７：偏光板
８：カラーフィルタ基板
９：カラーフィルタ
１０：光源側の基板（ＴＦＴアレイ基板）
１１：液晶層
１２：シール材
１３：バスライン
１４：バックライト光源
１５：マイクロレンズ形成材料層
１６：フォトマスク
１７：光
１８：硬化部
１９：未硬化部
２０：開口部
２１：型
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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