(57)【要約】      （修正有）【課題】  正面輝度を低下させることなく、視野角を拡大することができる非自発光型表示装置を提供する。【解決手段】  レンズの頂上部に平坦部１ａを備えた複数のマイクロレンズ１からなるマイクロレンズアレイ１’を液晶表示パネル１１のバックライトからの光が入射される側に配置する。また、各マイクロレンズ１は、その幅が画素ピッチと等しくなるように形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示のための光を供給するバックライトと、マトリクス状に配置された複数の画素、および、上記バックライトから出射された光を遮光する遮光部、および、上記バックライトから出射された光を透過する開口部を含む画素形成パネルと、上記バックライトから出射された光を上記開口部に集光する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を備えた表示パネルであって、
上記マイクロレンズは、
当該表示パネルの表示面に対して平行な一方向の幅が、それと同方向の画素ピッチと等しく、かつ、
レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過することを特徴とする表示パネル。
【請求項２】
上記マイクロレンズは、レンズ頂上部に、当該表示パネルにおける表示面に対して略平行な平坦部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項３】
上記マイクロレンズアレイにおける上記バックライト側の面に、上記マイクロレンズアレイとの屈折率差が空気と上記マイクロレンズとの屈折率差よりも小さい物質からなる接着層が、上記マイクロレンズのレンズ頂上部に対して、上記一方向について所定の幅で接触するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項４】
上記各画素は、当該表示パネルの周囲から入射された光を反射する反射部と、上記バックライトから出射され、上記開口部を通過した光を透過する透過部とを含む、上記一方向に対して垂直方向に配列された１つ以上の絵素を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示パネル。
【請求項５】
上記バックライトの出射光の広がり角度が、上記マイクロレンズの受容角度の２．５倍以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示パネル。
【請求項６】
上記マイクロレンズにおける、レンズ頂上部に入射した上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過する部分の上記一方向に対する幅は、上記絵素における透過部の上記一方向に対する幅の０．２倍以上１倍以下であることを特徴とする請求項４に記載の表示パネル。
【請求項７】
上記マイクロレンズは、レンズ頂上部に、当該表示パネルにおける表示面に対して略平行な平坦部を備えるとともに、
上記各絵素の透過部における上記一方向の幅が、それと同方向の絵素幅の４５％以下であることを特徴とする請求項６に記載の表示パネル。
【請求項８】
上記一方向とは、上記マトリクス状に配列された上記複数の画素の列方向または行方向のうち、隣接する画素における上記透過部間の間隔が長い方向であり、
上記マイクロレンズアレイは、上記一方向に垂直な方向に配列された、上記一方向に集光力を有する複数のレンチキュラーレンズからなることを特徴とする請求項４に記載の表示パネル。
【請求項９】
上記マイクロレンズアレイは、上記各絵素のそれぞれに対応して設けられ、複数方向に集光力を有する複数のマイクロレンズからなることを特徴とする請求項４に記載の表示パネル。
【請求項１０】
表示のための光を供給するバックライトと、画素および上記バックライトから出射された光を遮光する遮光部および上記バックライトから出射された光を透過する開口部を含む画素形成パネルと、上記バックライトから出射された光を上記開口部に集光する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を備えた表示パネルの製造方法であって、
上記画素形成パネルの一方の面に光硬化性樹脂層を形成する工程と、
上記開口部を透過した光によって上記光硬化性樹脂層を部分的に硬化させる露光工程と、
上記露光工程後に、上記光硬化性材料層の未硬化部分を除去することによってマイクロレンズを形成する現像工程とを含むことを特徴とする表示パネルの製造方法。
【請求項１１】
上記光硬化性材料層を形成する工程において、上記光硬化性材料層の層厚を制御することにより、
上記マイクロレンズを、上記表示パネルの表示面に対して平行な一方向の幅が、それと同方向の画素ピッチと等しくなるように形成することを特徴とする請求項１０に記載の表示パネルの製造方法。
【請求項１２】
上記光硬化性材料層を形成する工程において、上記光硬化性材料層の層厚を制御することにより、
上記露光工程において、上記光硬化性樹脂層の一部の領域における露光量を一定にし、
レンズ頂上部に平坦部を有するマイクロレンズを形成することを特徴とする請求項１０または１１に記載の表示パネルの製造方法。
【請求項１３】
上記平坦部における上記表示パネルの表示面に対して平行な一方向に対する幅が、それと同方向の上記開口部の幅の０．２倍以上１倍以下となるように、上記光硬化性材料層の層厚を制御することを特徴とする請求項１２に記載の表示パネルの製造方法。
【請求項１４】
上記開口部における、上記一方向の幅を、それと同方向の上記開口部の配列ピッチの４５％以下とすることを特徴とする請求項１３に記載の表示パネルの製造方法。
【請求項１５】
上記マイクロレンズアレイにおける上記バックライト側に、上記マイクロレンズとの屈折率差が空気と上記マイクロレンズとの屈折率差よりも小さい物質からなる接着層を、上記マイクロレンズにおけるレンズ頂上部との接触領域の上記表示パネルの表示面に対して平行な一方向の幅が、それと同方向の上記開口部の幅の０．２倍以上１倍以下となるように設ける、接着層形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の表示パネルの製造方法。
【請求項１６】
上記露光工程では、平行光を用いて露光を行うことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の表示パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非自発光型の表示パネルおよびその製造方法に関するものであり、特に、光利用効率を向上させるためのマイクロレンズアレイを備えた表示パネルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モニター、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話などにおける表示装置として、非自発光型の表示装置である液晶表示装置が広く利用されている。液晶表示装置に代表される非自発光型の表示装置は、一般に、表示パネルの透過率（又は反射率）を駆動信号によって変化させ、表示パネルに照射される光源からの光の強度を変調して画像や文字を表示する。このような表示装置には、表示パネルに表示された画像などを直接観察する直視型表示装置や、表示パネルに表示された画像等を投影レンズによってスクリーン上に拡大投影する投影型表示装置（プロジェクタ）などがある。なお、液晶表示装置以外の非自発光型の表示装置としては、エレクトロクロミック表示装置、電気泳動型表示装置、トナー表示装置、ＰＬＺＴ表示装置などが知られている。
【０００３】
液晶表示装置は、マトリクス状に規則的に配列された画素に画像信号に対応した駆動電圧をそれぞれ印加することによって、各画素における液晶層の光学特性を変化させ、画像や文字などを表示する。各画素に独立した駆動電圧を印加する方式としては、単純マトリクス方式と、アクティブマトリクス方式とがある。このうち、アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルには、スイッチング素子と画素電極に駆動電圧を供給するための配線とを設ける必要がある。スイッチング素子としては、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子などの非線形２端子素子やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子等の３端子素子が用いられている。
【０００４】
ところで、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置では、表示パネルに設けたスイッチング素子（特にＴＦＴ）に強い光が入射すると、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がり、電圧印加時に絵素容量に充電された電荷が放電され、所定の表示状態が得られないため、黒状態でも光が漏れてコントラスト比が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルでは、例えば、ＴＦＴ（特にチャネル領域）に光が入射するのを防止するために、ＴＦＴや画素電極が設けられたＴＦＴ基板や、ＴＦＴ基板に対して液晶層を介して対向する対向基板に、遮光層（ブラックマトリクスと称される）が設けられる。
【０００６】
ここで、液晶表示装置が反射型液晶表示装置である場合には、反射電極を遮光層として用いれば、有効画素面積が低下することがない。しかしながら、透過光を利用して表示を行う液晶表示装置においては、光を透過しないＴＦＴ、ゲートバスラインおよびソースバスラインに加えて遮光層を設けることによって有効画素面積が低下し、表示領域の全面積に対する有効画素面積の比率、すなわち開口率が低下する。
【０００７】
なお、液晶表示パネルの高精細化、小型化が進むに連れてこの傾向は顕著になる。これは、画素のピッチを小さくしても、ＴＦＴやバスラインなどは、電気的性能や製造技術等の制約からある程度の大きさよりも小さくすることができないからである。
【０００８】
特に、近年、携帯電話などモバイル機器の表示装置として、暗い照明下では液晶表示パネルを透過するバックライトの光を利用して表示を行い、明るい照明下では液晶表示パネルの周囲から表示面に入射された光を反射することによって表示を行う、半透過型の液晶表示装置が普及している。半透過型液晶表示装置では、個々の画素に反射モードで表示する領域（反射領域）と透過モードで表示する領域（透過領域）とを有しているので、画素ピッチを小さくすることによって、表示領域の全面積に対する透過領域の面積の比率（透過領域の開口率）が著しく低下する。このため、半透過型液晶表示装置は、周囲の明るさに拘らず、コントラスト比の高い表示を実現できるという利点があるが、透過領域の開口率が小さくなると、輝度が低下するという問題があった。
【０００９】
そこで、半透過型液晶表示装置において、光利用効率を改善するための一つの方法として、液晶表示パネルに、個々の画素に光を集光するマイクロレンズを設け、液晶表示パネルの実効的な開口率を向上させる方法が、特許文献１に開示されている。
【００１０】
また、特許文献２には、液晶ディスプレイにおいて、正面輝度を低下させることなく、視野角を拡大するための技術が記載されている。図１３（ｂ）は、特許文献２に開示されている液晶ディスプレイの構成を示す断面図である。この図に示すように、特許文献２の液晶ディスプレイは、ＴＮ液晶セル４２の観察者側に視野拡大フィルム４１、偏光板４３が順次配置され、ＴＮ液晶セル４２の後面に偏光板４３、バックライト４４が順次配設されている。
【００１１】
図１３（ａ）は、特許文献２の液晶ディスプレイに備えられる視野拡大フィルム４１の断面形状を示す断面図である。この図に示すように、視野拡大フィルム４１は、上面平坦部ｂと斜面曲線部ｃとからなる複数の凸状部ｄが、平面部ａを介して配列されてなる。
【００１２】
特許文献２の構成では、平面部ａおよび上面平坦部ｂを通過する光線は正面に透過するが、斜面曲線部ｃを通過する光線は曲げられて出射されるため、視野拡大の効果が得られる。つまり、視野拡大フィルム４１では、基材上に凸状部ｄと平面部ａとが交互に形成されているので、平面部ａでは光線が曲がることなく正面に透過し、凸状部ｄでは光線が曲げられて出射されるので、視野拡大効果を有する。このため、液晶ディスプレイにおける画面正面の画像が薄暗くなることなく、画面上下方向の視野が拡大し、画面を斜め方向から見たときの階調反転を防止することができる。
【００１３】
ところで、投影型装置に用いられる液晶パネルは、取れ数を多くするためにパネルサイズが対角１インチ程度と小さく、開口率も５０％程度と小さい。しかしながら、画素の一部を占める配線部の面積は、画素サイズによらず一定であるため、投影型装置用の液晶パネルでは、光利用効率を高めることが必要であり、マイクロレンズアレイを設けて効率を向上させる技術が古くから導入されている。例えば、特許文献３には、２層のマイクロレンズアレイを設けることによって、光利用効率向上を図った投影型液晶表示装置が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１０９４１７号公報（公開日：１９９９年４月２３日）
【特許文献２】特開平９−４９９２５号公報（公開日：１９９７年２月１８日）
【特許文献３】特開２００３−２９４９１２号公報（公開日：２００３年１０月１５日）
【特許文献４】特開２００３−３５８２４号公報（公開日：２００３年２月７日）
【特許文献５】特表平８−５１１１２９号公報（公開日：１９９６年１１月１９日）
【非特許文献１】IDW’02 「Viewing Angle Control using Optical Microstructures on Light-Guide Platefor Illumination System of Mobile Transmissive LCD Module 」,K.KALANTAR,p549-552
【非特許文献２】M.Shinohara et al. ,Optical Society of American Annual Meeting Conference Program,Vol.10,p.189,1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１の技術では、液晶表示装置の表示は暗くなり、視認性が低下するという問題がある。つまり、特許文献１の技術では、レンズ形状が球面状のマイクロレンズを用いている。この場合、バックライトから出射されてマイクロレンズに入射され、液晶パネルの表示面に対して垂直方向に出射される光は、マイクロレンズの頂点付近（傾斜角０°）に入射した光だけになるので、液晶パネルの正面輝度が低下する。したがって、液晶表示装置の表示は暗くなり、視認性が低下する。また、より指向性の高いバックライトを用いることにより、正面輝度を高くすることができるが、そうすると視野角が狭くなってしまう。
【００１５】
また、特許文献２に記載されている技術では、視野拡大フィルム４１内の残存複屈折によって画像のコントラスト低下が引き起こされるという問題がある。つまり、特許文献２に記載されている視野拡大フィルム４１は、凸状部ｄと凸状部ｄとの間に平面部ａが備えられている。この場合、平面部ａを通る光線と凸状部ｄにおける上面平坦部ｂを通る光線の光路長が異なるので、視野拡大フィルム４１内の残存複屈折によって画像のコントラスト低下が引き起こされる。
【００１６】
また、視野拡大フィルム４１は、ＴＮ液晶セル４２の観察者側に装着されるが、ＴＮ液晶セル４２・４２間のピッチと、視野拡大フィルム４１における凸状部ｄのピッチとのずれにより、顕著なモアレが発生するという問題がある。
【００１７】
モアレを軽減するためには、視野拡大フィルム４１の凸状部ｄのピッチをＴＮ液晶セル４２の１画素より小さくするか、液晶セルの２〜３画素程度の大きさにするなどの方法がとられる。また、凸状部ｄのピッチがＴＮ液晶セル４２の１画素より小さい場合には、１画素の大きさが凸状部ｄのピッチの整数倍にならないようにするか、整数倍になる場合には５倍以上とするなどの対策がとられる。
【００１８】
しかしながら、これらの対策を施しても、モアレ対策としては不十分であり、視野拡大フィルム４１とＴＮ液晶セル４２間に間隙を設けるなどの対策がさらに必要になる場合がある。この場合、表示パネルの厚みが増してしまうという問題がある。
【００１９】
また、特許文献３の技術では、１層目のマイクロレンズアレイを用いて２層目のマイクロレンズアレイを作製しており、２層目のマイクロレンズの形状均一性が１層目のマイクロレンズの形状均一性に大きく依存する。このため、２層のマイクロレンズにおける形状均一性を実現することが難しい。
【００２０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、正面輝度が高く、視野角が広い非自発光型の表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の表示パネルは、上記の課題を解決するために、表示のための光を供給するバックライトと、マトリクス状に配置された複数の画素、および、上記バックライトから出射された光を遮光する遮光部、および、上記バックライトから出射された光を透過する開口部を含む画素形成パネルと、上記バックライトから出射された光を上記開口部に集光する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を備えた表示であって、上記マイクロレンズは、当該表示パネルの表示面に対して平行な一方向の幅が、それと同方向の画素ピッチと等しく、かつ、レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過することを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、上記マイクロレンズは、レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過する。このため、レンズ頂上部に入射する光線は、曲がることなく正面に透過し、表示パネルから出射される。したがって、正面に進行する光線が多くなり、正面輝度を高く保つことができる。また、上記マイクロレンズにおけるレンズ頂上部以外の領域に入射する光線は屈折され、表示パネルに対して斜め方向に進行するので、視野角を広くできる。
【００２３】
また、上記の構成によれば、マイクロレンズの表示パネルの表示面に対して平行な一方向のレンズ幅は、それと同方向の画素ピッチと同じになるように形成される。このため、バックライトからマイクロレンズアレイに入射した光は、上記一方向については全てマイクロレンズによって集光される。したがって、光利用効率を高めることができる。
【００２４】
また、上記マイクロレンズは、レンズ頂上部に、当該表示パネルにおける表示面に対して略平行な平坦部を備えていてもよい。これにより、レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過することができる。このため、正面輝度を高く保つことができる。また、上記マイクロレンズにおける上記平坦部以外の領域に入射する光線は屈折され、表示パネルに対して斜め方向に進行するので、視野角を広くできる。
【００２５】
また、上記マイクロレンズアレイにおける上記バックライト側の面に、上記マイクロレンズアレイとの屈折率差が空気と上記マイクロレンズとの屈折率差よりも小さい物質からなる接着層が、上記マイクロレンズのレンズ頂上部に対して、上記一方向について所定の幅で接触するように設けられていてもよい。上記の構成によれば、レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過することができる。したがって、正面輝度を高く保つことができる。また、上記マイクロレンズにおけるレンズ頂上部以外の領域に入射する光線は屈折され、表示パネルに対して斜め方向に進行するので、視野角を広くできる。
【００２６】
また、上記各画素は、当該表示パネルの周囲から入射された光を反射する反射部と、上記バックライトから出射され、上記開口部を通過した光を透過する透過部とを含む、上記一方向に対して垂直方向に配列された１つ以上の絵素を含むことを特徴としている。上記の構成によれば、正面輝度が高く、視野角が広い、半透過型の表示パネルを実現できる。
【００２７】
また、上記バックライトの出射光の広がり角度が、上記マイクロレンズの受容角度の２．５倍以下であることが好ましい。上記の構成によれば、マイクロレンズを備えない構成よりも、当該表示パネルにおける光利用効率を高めることができる。
【００２８】
また、上記マイクロレンズにおける、レンズ頂上部に入射した上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過する部分の上記一方向に対する幅は、上記絵素における透過部の上記一方向に対する幅の０．２倍以上１倍以下であることが好ましい。上記の構成によれば、光利用効率を低下させることなく、正面輝度の低下を８％以下に抑制することができる。
【００２９】
また、上記マイクロレンズは、レンズ頂上部に、当該表示パネルにおける表示面に対して略平行な平坦部を備えるとともに、上記各絵素の透過部における上記一方向の幅が、それと同方向の絵素幅の４５％以下であってもよい。上記の構成によれば、上記マイクロレンズの平坦部における上記一方向に対する幅を、上記透過部における上記一方向の幅の０．２倍以上となるように形成することが容易である。したがって、光利用効率を低下させることなく、正面輝度の低下を８％以下に抑制した表示パネルを容易に実現できる。
【００３０】
また、上記一方向とは、上記マトリクス状に配列された上記複数の画素の列方向または行方向のうち、隣接する画素における上記透過部間の間隔が長い方向であり、上記マイクロレンズアレイは、上記一方向に垂直な方向に配列された、上記一方向に集光力を有する複数のレンチキュラーレンズからなる構成であってもよい。
【００３１】
上記の構成によれば、隣接する画素における上記透過部間の間隔が長い方向に対して集光力を有するレンチキュラーレンズを有するので、光利用効率を高め、明るさを向上させる効果が高くなる。
【００３２】
また、上記マイクロレンズアレイは、上記各絵素のそれぞれに対応して設けられ、複数方向に集光力を有する複数のマイクロレンズからなる構成であってもよい。上記の構成によれば、上記各絵素の透過部に対応する上記開口部とこの開口部の複数方向に隣接する遮光部上に向けて出射された上記バックライトからの光を、当該各絵素における透過部に集光できる。したがって、光利用効率をさらに高めることができる。
【００３３】
本発明の表示パネルの製造方法は、上記の課題を解決するために、表示のための光を供給するバックライトと、画素および上記バックライトから出射された光を遮光する遮光部および上記バックライトから出射された光を透過する開口部を含む画素形成パネルと、上記バックライトから出射された光を上記開口部に集光する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を備えた表示パネルの製造方法であって、上記画素形成パネルの一方の面に光硬化性樹脂層を形成する工程と、上記開口部を透過した光によって上記光硬化性樹脂層を部分的に硬化させる露光工程と、上記露光工程後に、上記光硬化性材料層の未硬化部分を除去することによってマイクロレンズを形成する現像工程とを含むことを特徴としている。
【００３４】
上記の方法によれば、上記開口部を透過した光を用いて光硬化性樹脂を硬化させることにより、マイクロレンズのパターニングを行うことができる。このため、上記開口部に対して自己整合的にマイクロレンズを形成できるので、マイクロレンズと画素または絵素との位置ずれがなく、また画素間ピッチとマイクロレンズ間ピッチの狂いもなくなる。したがって、画素とマイクロレンズとの間でのモアレが発生しない。また、モアレもなく、マイクロレンズの集光機能が十分に発揮されるので、高輝度な表示が可能な表示パネルを製造できる。
【００３５】
また、上記光硬化性材料層を形成する工程において、上記光硬化性材料層の層厚を制御することにより、上記マイクロレンズにおける、上記表示パネルの表示面に対して平行な一方向の幅が、それと同方向の画素ピッチと等しくなるように形成してもよい。
【００３６】
上記の方法によれば、マイクロレンズにおける表示パネルの表示面に対して平行な一方向のレンズ幅を、それと同方向の画素ピッチと同じになるように形成することができる。このため、バックライトからマイクロレンズアレイに入射した光は、上記一方向については全てマイクロレンズによって上記開口部に集光される。したがって、光利用効率が高い表示パネルを実現できる。
【００３７】
また、上記光硬化性材料層を形成する工程において、上記光硬化性材料層の層厚を制御することにより、上記露光工程において、上記光硬化性樹脂層の一部の領域における露光量を一定にし、レンズ頂上部に平坦部を有するマイクロレンズを形成するようにしてもよい。
【００３８】
上記の方法によれば、レンズ頂上部に平坦部を有するマイクロレンズを容易に形成できる。この場合、上記マイクロレンズは、レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過できる。したがって、正面輝度が高い表示パネルを実現できる。また、上記マイクロレンズにおけるレンズ頂上部以外の領域に入射する光線は屈折され、表示パネルに対して斜め方向に進行するので、視野角を広くできる。
【００３９】
また、上記平坦部における上記表示パネルの表示面に対して平行な一方向に対する幅が、それと同方向の上記開口部の幅の０．２倍以上１倍以下となるように、上記光硬化性材料層の層厚を制御する好ましい。これにより、光利用効率を低下させることなく、正面輝度の低下を８％以下に抑制することができる表示パネルを実現できる。
【００４０】
また、上記開口部における、上記一方向の幅を、それと同方向の上記開口部の配列ピッチの４５％以下としてもよい。この場合、上記マイクロレンズの平坦部における上記一方向に対する幅を、上記開口部における上記一方向の幅の２．５倍以上となるように形成できる。したがって、光利用効率を低下させることなく、正面輝度の低下を８％以下に抑制した表示パネルを実現できる。
【００４１】
また、上記マイクロレンズアレイにおける上記バックライト側に、上記マイクロレンズとの屈折率差が空気と上記マイクロレンズとの屈折率差よりも小さい物質からなる接着層を、上記マイクロレンズにおけるレンズ頂上部との接触領域の上記表示パネルの表示面に対して平行な一方向の幅が、それと同方向の上記開口部の幅の０．２倍以上１倍以下となるように設ける、接着層形成工程をさらに含んでもよい。この場合、レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過することができる。したがって、正面輝度の高い表示パネルを実現できる。また、上記マイクロレンズにおけるレンズ頂上部以外の領域に入射する光線は屈折され、表示パネルに対して斜め方向に進行するので、視野角が広い表示パネルを実現できる。
【００４２】
また、上記露光工程では、平行光を用いて露光を行ってもよい。露光用照射光として平行光を用いることにより、光硬化性樹脂層上の各ポイントにおける露光量の分布の制御が容易となり、マイクロレンズの形状を制御することが容易になる。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明の表示パネルでは、上記マイクロレンズは、当該表示パネルの表示面に対して平行な一方向の幅が、それと同方向の画素ピッチと等しく、かつ、レンズ頂上部に入射された上記バックライトからの光を、略そのままの強度及び方向で透過する。
【００４４】
それゆえ、レンズ頂上部に入射する光線は、曲がることなく正面に透過し、表示パネルから出射される。したがって、正面に進行する光線が多いので、正面輝度を高く保つことができる。また、上記マイクロレンズにおけるレンズ頂上部以外の領域に入射する光線は屈折され、表示パネルに対して斜め方向に進行するので、視野角を広くできる。
【００４５】
また、マイクロレンズの表示パネルの表示面に対して平行な一方向のレンズ幅は、それと同方向の画素ピッチと同じになるように形成される。このため、バックライトからマイクロレンズアレイに入射した光は、上記一方向については全てマイクロレンズによって集光される。したがって、光利用効率を高めることができる。
【００４６】
本発明の表示パネルの製造方法は、上記画素形成パネルの一方の面に光硬化性樹脂層を形成する工程と、上記透過部を透過した光によって上記光硬化性樹脂層を部分的に硬化させる露光工程と、上記露光工程後に、上記光硬化性材料層の未硬化部分を除去することによってマイクロレンズを形成する現像工程とを含む。
【００４７】
それゆえ、上記開口部に対して自己整合的にマイクロレンズを形成できるので、マイクロレンズと画素または絵素との位置ずれがなく、また画素間ピッチとマイクロレンズ間ピッチの狂いもなくなる。したがって、画素とマイクロレンズとの間でのモアレが発生しない。また、モアレもなく、マイクロレンズの集光機能が十分に発揮されるので、高輝度な表示が可能な表示パネルを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の一実施の形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる液晶表示パネル（表示パネル）１１およびそれを備えてなる液晶表示装置２０の主要部の構成を模式的に示した断面図である。なお、液晶表示装置２０は、暗い照明下では液晶表示パネル１１を透過するバックライトの光を利用して表示を行い、明るい照明下では周囲から液晶表示パネル１１の表示面に入射された光を反射することによって表示を行う、半透過型液晶表示装置である。したがって、液晶表示装置２０は、非自発光型の表示装置である。
【００４９】
図１に示すように、液晶表示装置２０は、液晶表示パネル１１と、高指向性のバックライト１５とを備えている。
【００５０】
液晶表示パネル１１は、ＴＦＴや画素電極が設けられたＴＦＴ基板２、液晶層４、ＴＦＴ基板２に対して液晶層４を介して対向する、カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂを備えた対向基板３、からなるカラー液晶パネル（画素形成パネル）１０と、ＴＦＴ基板２に対して液晶層４とは反対側（バックライト１５側）に設けられたマイクロレンズアレイ１’とからなる。マイクロレンズアレイ１’は、複数のマイクロレンズ１によって構成されている。また、液晶表示パネル１１のマイクロレンズアレイ１’側には、バックライト１５が設けられている。
【００５１】
バックライト１５は、光源１２、光源１２から出射された光を受けてその中を伝搬させながら液晶表示パネル１１に向けて出射する導光板１３、導光板１３の裏面から出射された光あるいは液晶表示装置２０の外部から入射され液晶表示パネル１１や導光板１３を透過した光を導光板１３に向けて反射する反射板１４、を有している。
【００５２】
なお、図１では主要部品のみ記載しており、例えば液晶表示パネル１１の前後に設けられる偏光板などを省略している。
【００５３】
液晶表示装置２０に好適に用いられるバックライト１５としては、例えば非特許文献１、特許文献４、非特許文献２、特許文献５などに記載されているバックライトを挙げることができる。
【００５４】
次に、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３を参照しながら、マイクロレンズアレイ１’の形状およびその働きについて説明する。図２（ａ）は、液晶表示装置２０における、マイクロレンズ１の形状およびマイクロレンズ１に入射された光の光路を示す断面図である。この図に示すように、マイクロレンズ１は、レンズの頂部が平坦形状となっている。図２（ｂ）は、従来の液晶表示装置における、球面形状のマイクロレンズに入射された光の光路を示す断面図である。図３は、マイクロレンズ１および球面形状のマイクロレンズにおける、出射光の配光分布（輝度分布）を示すグラフである。
【００５５】
図２（ａ）に示すように、マイクロレンズ１は凸レンズ状であり、凸レンズの頂上部に設けられた平坦部１ａと、平坦部１ａの周囲に設けられた曲面部（外周部）１ｂ、１ｃからなる。曲面部１ｂ、１ｃは、レンズ効果（集光効果）を有する。また、この図に示すように、ＴＦＴ基板２における、マイクロレンズアレイ１’が形成された面とは反対側の面には、遮光膜（遮光部、ブラックマトリクス）５が形成されている。この遮光膜５におけるマイクロレンズ１の光軸上には、ある程度の幅を有する絵素開口部（開口部）２２が設けられている。
【００５６】
バックライト１５の出射面からほぼ垂直方向に出射された指向性の鋭い光２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、マイクロレンズ１に導かれる。そして、マイクロレンズ１の平坦部１ａに入射した光２１ａは、略そのままの強度および方向でマイクロレンズ１を透過する。すなわち、マイクロレンズ１の平坦部１ａに入射した光２１ａは、マイクロレンズ１の光軸方向に進行して絵素開口部２２を通過し、液晶表示パネル１１から表示面に対してほぼ垂直方向に出射される。マイクロレンズ１の曲面部１ｂ、１ｃに入射した光２１ｂ、２１ｃは、屈折されて絵素開口部２２に集光され、液晶表示パネル１１から表示面に対して角度をもって出射される。
【００５７】
マイクロレンズ１を備えない場合、絵素開口部２２以外のエリアを照明する光は遮光膜５によって吸収、散乱されるため有効利用されないが、マイクロレンズ１を設けることにより、絵素開口部２２以外のエリアを照明する光、すなわちバックライト１５から遮光膜５に向かって出射された光が、マイクロレンズ１によって絵素開口部２２に導かれ、液晶表示パネル１１から出射される。このため、バックライト１５の光利用効率が向上する。また、マイクロレンズ１における平坦部１ａに入射した光は、そのままの強度および方向を保ったまま、液晶表示パネル１１から出射される。このため、マイクロレンズ１のレンズ構造により、正面輝度を高く保ちつつ、光利用効率が向上させることができる。また、液晶表示装置２０では高指向性のバックライト１５を用いているが、マイクロレンズ１により、視野角を拡大できる。
【００５８】
一方、図２（ｂ）に示すように、液晶表示装置２０におけるマイクロレンズ１に代えて、球面のマイクロレンズ３１を用いた液晶表示パネル３３では、レンズ中央部（頂上部付近）を通過する光２１ａも集光され、絵素開口部２２を通過し、液晶表示パネルからある広がり角をもって出射される。その結果、マイクロレンズなしの場合と比較して、液晶表示パネルの表示面に対して垂直方向に進行する光の成分が減少することになり、正面輝度が低下する。液晶表示パネルとしての特性を考えた場合、高い正面輝度が必要であり、球面形状のレンズではこの正面輝度の低下が課題であった。
【００５９】
次に、図３を参照しながら、マイクロレンズの有無およびマイクロレンズ構造の違いによる輝度分布の差、および液晶表示パネルからの出射光の強度分布について説明する。図中における破線は、高指向性のバックライト１５とマイクロレンズ無しの液晶表示パネルとを組み合わせた場合の液晶表示パネルからの出射光強度分布を示すものである。また、図中における一点鎖線は、高指向性のバックライト１５と球面形状のマイクロレンズとを用いた場合の液晶表示パネルからの出射光強度分布を示すものである。また、図中における実線は、高指向性のバックライト１５とマイクロレンズ１とを組み合わせた、本実施の形態に係る液晶表示装置２０における液晶表示パネル１１からの出射光強度分布を示すものである。なお、この図では、マイクロレンズ１の受容角度θAとバックライト１５からの出射光の広がり角度θＢとの比であるＲθ（Ｒθ＝θＢ／θＡ）が２、液晶表示パネル１１における表示面に垂直な方向の開口率ＲＹが０．４の場合を示している。ここで、開口率ＲＹは、絵素開口部のマイクロレンズ１の集光方向に対する幅をＡＹ、マイクロレンズ１のレンズ集光方向に対する幅をＷＬとしたときに、ＲＹ＝ＡＹ／ＷＬで表される。
【００６０】
図３に示すように、球面形状のマイクロレンズを用いた場合（図中、一点鎖線）、マイクロレンズ無しの場合（図中、破線）に比べて、光利用効率が向上し、視野角が拡大するものの、正面輝度が低下してしまう。
【００６１】
一方、本発明のマイクロレンズ１を用いた場合、出射光強度分布は図３に実線で示されたものとなる。すなわち、垂直方向からわずかにずれた角度の方向の輝度は低下するものの、正面輝度は高く保つことができる。
【００６２】
ここで、バックライト１５の配光分布、マイクロレンズ１の形状、絵素開口部２２の開口率の具体的な組合せ、及び光利用効率、正面輝度との関係について図４〜６を参照しながら説明する。
【００６３】
図４は、マイクロレンズ１の形状と絵素開口部２２の形状との関係を示す断面図である。ここで、液晶表示パネル１１の視野角θＯ（液晶表示パネル１１からの出射光の出射角度−光強度分布において光強度のピークの半値となる角度）は、マイクロレンズ１の開口数ＮＡをｓｉｎθＬで表したとき、θＬにほぼ等しくなる。また、θＬは、マイクロレンズ１が形成されるＴＦＴ基板２の屈折率ｎ、ＴＦＴ基板２の厚みＴ、マイクロレンズ１のレンズ集光方向に対する幅ＷＬと、
ｓｉｎθＬ＝ｎＷＬ／２Ｔ
の関係にある。
【００６４】
なお、本実施形態では、マイクロレンズ１のレンズ集光方向に対する幅ＷＬは、画素ピッチと等しくおかれる。この場合、画素ピッチが定まっており、液晶表示パネル１の視野角を広げたい場合は、基板の厚みを薄くすればよいことがわかる。例えば、画素ピッチ２００μｍで視野角２２°が必要な場合、ＴＦＴ基板２の屈折率が１．５であれば、ＴＦＴ基板２の厚みは４００μｍとなる。
【００６５】
次に、バックライト１５から出射される光の光利用効率について説明する。ここで、光利用効率ηは、絵素開口部２２を透過する光とバックライト１５の出射光の割合と定義する。すなわち、バックライト１５の出射光量をＰＩ、絵素開口部２２を透過する光の光量をＰＯとおいたとき、ηを、
η＝ＰＯ／ＰＩ
と定義する。
【００６６】
液晶表示パネル１１のようなマイクロレンズ付表示パネルにおいて高い光利用効率を得ようとする場合、バックライト１５の指向性は高い方が好ましい。すなわち、バックライト出射光の広がり角θＢ（バックライト出射光の配光分布において光強度分布のピークの半値となる角度）が小さい方が好ましい。一方、画素中の絵素開口部（透過開口部）２２については、開口幅が大きいほうが光利用効率を高くすることができる。しかし、半透過型液晶パネルでは、反射型としての特性も重要なので、画素中の透過開口部２２の開口率が制限される。半透過型液晶パネルでは、多くの場合、開口率は２０〜３０％となる。
【００６７】
この制限の下で、高い光利用効率を得るための条件について説明する。絵素開口部２２（画素透過開口部）のマイクロレンズ１の集光方向に対する全幅をＡＹとしたとき、マイクロレンズ１に入射する光の受容角度θAは、
ｓｉｎθA＝ｎＡＹ／２Ｔ
で表される。なお、マイクロレンズ１の光軸に対してθA以下の角度で入射した平行光は、絵素開口部２２を通過することができるものとし、このθAをマイクロレンズ１の受容角度と定義する。
【００６８】
図５は、バックライト出射光の広がり角度θＢとマイクロレンズの受容角度θＡとの角度比Ｒθと、光利用効率ηとの関係を示したグラフである。なお、図５では、ＲθをθＡとθＢとの比（Ｒθ＝θＢ／θＡ）と定義し、バックライトの配光分布がｃｏｓ４θ分布に従う場合を示している。この図より、Ｒθ＝０．５のとき光利用効率ηは約１００％、Ｒθ＝１のときηは約８０％、Ｒθ＝１．５のときηは約６０％、Ｒθ＝２のときηは約５０％であることがわかる。すなわち、バックライト出射光の広がり角度θＢがマイクロレンズの受容角度θAよりも小さければ、極めて高い光利用効率ηを達成することができる。
【００６９】
一方、マイクロレンズがない場合は、光利用効率ηはＹ方向の開口率ＲＹ（ＲＹ＝ＡＹ／ＷＬ）にほぼ等しい。例えば、ＲＹ＝０．４であればηは４０％である。したがって、マイクロレンズを設けて光利用効率ηを向上させたい場合、図５より、光利用効率ηが約４０％となるＲθ＜２．５の条件を満たす必要があることがわかる。すなわち、バックライト出射光の広がり角度θＢを、マイクロレンズの受容角度θＡの２倍以下となるよう設定することにより、マイクロレンズを備えない構成よりも、光利用効率を向上させることができる。
【００７０】
なお、Ｒθ≒２．５では、マイクロレンズを設ける効果があまり大きくない。マイクロレンズを設けた場合の光利用効率は、マイクロレンズを設けない場合に対して１．２倍以上であることが、実用上有効であり、より好ましい。そのためには、少なくともＲθ≦２を満足するようにバックライトの配光分布とマイクロレンズの形状とを組み合わせればよい。すなわち、バックライト出射光の広がり角度θＢを、マイクロレンズの受容角度θＡの２倍以下となるよう設定することにより、光利用効率ηは約５０％以上となり、マイクロレンズを設けない場合の１．２倍以上とすることができる。
【００７１】
例えば、広がり角度θＢが１５°のバックライトを利用し、マイクロレンズを設けて１．２倍以上の光利用効率ηを達成したい場合、受容角度θAが７．５°以上のマイクロレンズを設けるとよい。このマイクロレンズを設けることによる光利用効率ηの向上は、開口率ＲＹが小さく、バックライト出射光の広がり角度θＢが小さいほど効果的である。例えば、ＲＹが０．３で、Ｒθが１となる構成を選択すると、マイクロレンズを設けることにより、光利用効率ηは２．７倍にもなる。
【００７２】
ところで、マイクロレンズを設けると、液晶表示パネルの正面輝度は低下する。図６は、球面形状のマイクロレンズを備えた液晶表示装置における、Ｒθと正面輝度Ｉ（Ｒθ）との関係を示したグラフである。なお、図６では、Ｒθ＝０の場合、すなわちマイクロレンズを設けない場合の正面輝度Ｉ（０）を１としている。Ｒθが１．５〜２．０となる条件では、正面輝度Ｉ（Ｒθ）はマイクロレンズ無しの場合と比較して約１割低下する。この正面輝度Ｉ（Ｒθ）の低下を抑制するためには、マイクロレンズ頂上部に平坦面を設けるとよい。
【００７３】
このマイクロレンズ頂上部の平坦面のレンズ集光方向に対する幅ＷＰは、絵素開口部（絵素透過開口部）２２のマイクロレンズの集光方向幅ＡＹと同じとなるよう選択すると最も効果的である。ＷＰとＡＹが等しければ、マイクロレンズ頂上平坦面に垂直に入射した光は、そのまま絵素開口部（画素透過開口部）２２を通過するので、レンズの有無による正面輝度の差がなくなる。一方、ＷＰがＡＹより大きいと、正面輝度は高く保たれるものの、レンズ頂上平坦面に垂直に入射した光の一部が絵素開口部２２でけられるため、光利用効率が低下してしまう。そして、ＷＰがＡＹより大きくなればなるほど、光利用効率は低下する。
【００７４】
また、ＷＰがＡＹより小さい場合は、光利用効率は低下しないものの、正面輝度が低下する。マイクロレンズ頂上平坦面の領域が狭くなればなるほど、正面輝度の向上効果が失われる。この時の正面輝度ＩＰと、ＷＰ、ＡＹとの関係は、バックライトの配光分布がｃｏｓ４θ分布に従う場合、ほぼ次式の関係に従う。
【００７５】
ＩＰ＝Ｉ（Ｒθ）＋ＷＰ／ＡＹ（１−Ｉ（Ｒθ））
正面輝度の低下を８％以下に抑えたい場合は、少なくともＷＰをＡＹの１／５倍（０．２倍）以上１倍以下に設定するとよい。これにより、光利用効率を低下させることなく、正面輝度の低下を８％以下に抑制することができる。なお、これはバックライトの配光分布がｃｏｓ４θ分布に従った場合の例であるが、多くのバックライトの配光分布はｃｏｓ４θ分布にほぼ従うので、ほぼ全てのバックライトについてこの条件を適用できる。
【００７６】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、液晶表示装置２０における絵素配置を示す正面図および断面図である。すなわち、図８（ａ）は液晶表示装置２０の正面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ’断面における断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ’断面における断面図である。なお、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ１’は、レンチキュラーレンズからなる。
【００７７】
図８（ａ）に示すように、液晶表示装置２０における一つの画素６は、Ｒ絵素、Ｂ絵素、Ｇ絵素で構成されている。各絵素の周囲には遮光膜（ブラックマトリクス）５（遮光領域）が設けられている。また、各絵素は反射部と透過部とを備えている。すなわち、Ｒ絵素は反射部７Ｒと透過部６Ｒ、Ｂ絵素は反射部７Ｂと透過部６Ｂ、Ｇ絵素は反射部７Ｇと透過部６Ｇから構成される。なお、透過部６Ｒ，６Ｂ，６Ｇにおける表示面に平行な各方向の大きさは、それに対応する絵素開口部２２における表示面に平行な各方向の大きさと等しくなっている。また、各画素６は、行（Ｘ方向）および列（Ｙ方向）を形成するようにマトリクス状に配列されており、ここではＸ方向の画素ピッチＰＸおよびＹ方向の画素ピッチＰＹがいずれも２００μｍの場合を例示している。ＴＦＴ型表示装置の場合、典型的には、行方向（Ｘ方向）はゲートバスラインに平行であり、列方向（Ｙ方向）はソースバスライン（ビデオライン）に平行である。
【００７８】
また、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、液晶表示パネル１１が有するマイクロレンズアレイ１’は、複数の画素の行に対応して配列された複数のレンチキュラーレンズからなるマイクロレンズ１によって構成されている。すなわち、マイクロレンズ１は、行方向（Ｘ方向）に延びる帯状のレンズ（レンチキュラーレンズ）からなり、列方向（Ｙ方向）には集光力を有するが、行方向（Ｘ方向）には集光力を有しない。
【００７９】
また、図８（ｃ）に示すように、マイクロレンズ１は、列方向（Ｙ方向）に隣接する画素間の中央部で、隣接するマイクロレンズ１同士の境界ができるように（隣接する画素間の中央部でレンズの膜厚が一番薄い状態になるように）、各画素について１つずつ配置されている。すなわち、各マイクロレンズ１の列方向の幅は、各画素の列方向の画素ピッチと等しく、隣接するマイクロレンズ１同士が、隣接する画素同士の間の領域である画素間領域の中央部で接するようになっている。
【００８０】
次に、図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照しながら、液晶表示装置２０の製造方法を説明する。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、マイクロレンズアレイ１’の製造工程を説明するための模式的な断面図である。
【００８１】
まず、図７（ａ）に示すように、カラー液晶パネル（画素形成パネル）１０を用意する。このカラー液晶パネル１０は、ＴＦＴ基板２と、カラーフィルタＲ、ＧおよびＢが形成された対向基板３とを有している。ＴＦＴ基板２と対向基板３との間における封止樹脂８によって封止された領域には、所定の液晶層４が形成されている。
ＴＦＴ基板２の液晶層４側には、絵素に対応するようにマトリクス状に配列された画素電極、画素電極に接続されたＴＦＴ、ゲートバスラインおよびソースバスラインなどの回路要素（いずれも図示せず）および遮光膜（遮光層）５が形成されている。また、対向基板３の液晶層４側にはＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色のカラーフィルタを備えた透過部６Ｒ、６Ｇおよび６Ｂと対向電極とが形成されている。また、ＴＦＴ基板２および対向基板３の液晶層４に接する面には、必要に応じて配向膜（図示せず）が形成されている。
【００８２】
次に、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）で用意したカラー液晶パネル１０のＴＦＴ基板２上に、光硬化性樹脂を塗布し、光硬化性樹脂層９を形成する。ここでは、３８０ｎｍから４２０ｎｍの、波長範囲内に感光波長を有する光硬化性樹脂を用いる。なお、光硬化性樹脂層９とＴＦＴ基板２との密着性を高めるために、光硬化性樹脂を塗布する前に、ＴＦＴ基板２のガラス表面にシランカップリング剤を塗布するなどして、表面改質することが好ましい。
【００８３】
なお、光硬化性樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート等のアクリル系モノマーや、エポキシ系モノマーに光開始剤を混合した混合組成物などを用いることができる。
【００８４】
次に、青のカラーフィルタが形成された絵素を透過した光で、光硬化性樹脂層９を露光して硬化させる。光硬化性樹脂層９に光を入射すると、光量に応じて光硬化性樹脂が感光し、硬化する。照射時間が一定の場合には配光分布に応じて硬化する。すなわち、硬化度の分布が形成される。従って、光量（配光分布および／または照射時間）の分布を調整することによって、光硬化性樹脂層９に硬化度の分布を形成することができる。なお、ここでの配光分布とは、感光性材料を露光するためにカラー液晶表示パネルに入射させる光の、カラー液晶表示パネルの面法線に対して成す角度（入射角度）に対する強度分布のことであり、青色絵素への入射角度と感光性材料層への入射位置が１対１に対応する。
【００８５】
配光分布は、例えば、露光用照射光の入射角度を変化することによって調整できる。すなわち、露光用照射光源と光硬化性樹脂層９とを相対的に移動させることによって行うことができる。例えば、露光用照射光を走査することによって、照射時間の分布を調整しても良いし、これらを組み合わせてもよい。また、所定の透過率の分布を有するフォトマスクを用いて配光分布を調整してもよい。また、露光用照射光を、青色絵素Ｂを介して光硬化性樹脂層９に対して斜めに入射させることによって、図８（ｂ）、（ｃ）に示すようなＢ絵素と同じ画素に含まれるＲ絵素およびＧ絵素に対応するマイクロレンズ（すなわち画素に対応するマイクロレンズ）、例えばレンチキュラーレンズを形成することができる。カラーフィルタの特性によっては、Ｒ絵素、Ｇ絵素からも露光用照射光が漏れ、光硬化性樹脂を感光させることがあるが、その漏れ光量も考慮して露光を行うことによりレンチキュラーレンズを形成できる。
【００８６】
次に、露光した光硬化性樹脂層９を現像することによって未硬化部分を除去する。なお、未硬化部分は、例えば、アセトン等の有機溶媒を用いて溶解させることによって除去すればよい。これにより、図７（ｃ）に示すように、硬化部分の形状、すなわち硬化度の分布に対応した形状のレンチキュラーレンズからなるマイクロレンズ１が得られる。なお、現像工程の後で、光硬化性樹脂層９の硬化部分（レンチキュラーレンズとなる部分）に再度、露光用照射光を照射することによって、光硬化性樹脂の硬化を更に進行させ、完全硬化状態に近づけることが好ましい。また、光硬化とともに熱硬化を併用してもよい。
【００８７】
その後、図７（ｄ）に示すように、光源１２、導光板１３、反射板１４を組み合わせたバックライト１５と、マイクロレンズアレイ１’を形成した液晶表示パネル１１とを組み合わせることにより、液晶表示装置２０が完成する。
【００８８】
マイクロレンズ１のレンズ形状を形成するための露光工程について、さらに詳しく説明する。図９（ａ）は、露光工程を説明するための断面図であり、図９（ｂ）は、光硬化性樹脂層９の各位置における露光量を示すグラフである。
【００８９】
図９（ａ）に示すように、図８（ａ）におけるＢ−Ｂ’線を含む面内において、照明光の入射角度をθ１で規定される方向からθ２で規定される方向に変化させる。すなわち、照明光の入射角度を、Ｂ−Ｂ’線を含む面内においてθ１からθ２まで連続的にまたは段階的に変化させる。
【００９０】
ここで、露光照射光には平行光を用い、等角速度で照明光の入射角度を変化させる場合を考える。なお、露光用照射光として平行光を用いることにより、光硬化性樹脂層９上の各ポイントにおける露光量の分布の制御が容易となり、マイクロレンズ１の形状を制御することが容易になる。すなわち、各ポイントの露光量分布を同じにすることができ、マイクロレンズ１の形状を揃えることができる。この場合、照明光が照射された光硬化性樹脂層９上の各ポイントにおける露光量の分布は図９（ｂ）に示したものになる。これに光硬化性樹脂の感度曲線（露光量−硬化膜厚）を重ね合わせると、図９（ａ）において破線で示す形状のマイクロレンズが得られる。この露光工程では、中心部で露光量が一定となる領域が生じ、マイクロレンズ１の中心部で平坦面（平坦部１ａ）が得られる。絵素開口部（透過開口部）２２のレンズ集光方向の幅ＡＹがレンズ幅の４５％以下であれば、この露光工程の制御により、ＡＹの１／５以上となるレンズ集光方向に対する幅ＷＰをもった平坦面が得られる。しかし、絵素開口部２２のレンズ集光方向に対する幅ＡＹが大きくなるとマイクロレンズ１における中心部の平坦面（平坦部１ａ）のレンズ集光方向に対する幅が狭くなる。
【００９１】
図１０（ａ）は、絵素開口部２２のレンズ集光方向に対する幅ＡＹを大きくした場合の露光工程を説明するための断面図であり、図１０（ｂ）は、光硬化性樹脂層９の各位置における露光量を示すグラフである。
【００９２】
図１０（ａ）に示されるように、絵素開口部２２部のレンズ集光方向に対する幅ＡＹが大きくなると、照明光を一定の入射角度で入射したときに光硬化性樹脂が露光される部分の面積が増える。そのため、露光量分布は図１０（ｂ）に示されるようなものとなり、露光量分布が傾斜している領域が広くなり、露光量が一定になる領域が狭くなる。このため、レンズ中心平坦面（平坦部１ａ）のレンズ集光方向に対する幅ＷＰは、絵素開口部２２のレンズ集光方向に対する幅ＡＹよりもはるかに小さくなり、結果として正面輝度が低下する。
【００９３】
しかし、露光前の段階で、光硬化性樹脂層９の膜厚（層厚）を制御することができれば、透過開口部のレンズ集光方向に対する幅ＡＹが大きくなっても、所望の幅ＷＰを有する平坦部１ａを備えたマイクロレンズ１を形成できる。すなわち、所望のレンズ厚みと一致するような厚みの光硬化性樹脂を塗布しておき、レンズ中心部では露光オーバとなるような露光量分布を与えることにより、所望の幅ＷＰを有する平坦部１ａを備えたマイクロレンズ１を形成できる。
【００９４】
図１１（ａ）は、塗布する光硬化性樹脂の膜厚Ｔを所望のレンズ厚さと一致させた場合の、露光工程を説明するための断面図であり、図１０（ｂ）は、光硬化性樹脂層９の各位置における露光量を示すグラフである。
【００９５】
図１１（ｂ）において、ＤＴは膜厚Ｔの光硬化性樹脂層９を露光して硬化させるために必要な露光量を示している。また、点線は、絵素開口部２２上の光硬化性樹脂層９における積算露光量を示している。平坦面（平坦部１ａ）を形成したい領域において、積算露光量がＤＴを超えるよう露光量分布を設定することにより、透過開口部幅ＡＹが大きくなっても、所望の平坦部幅ＷＰを備えた形状の平坦部１ａを構成できる。
【００９６】
また通常、液晶パネルの両側には一対の偏光板が接着固定される。液晶パネルと偏光板との間に異物が挟まると、その異物によって偏光が乱され、その箇所が黒点となって目立つため、通常は異物を挟み込まないよう液晶パネルと偏光板とは貼り合わせられる。ここで、この接着層の厚みによってマイクロレンズ１における平坦部１ａのレンズ集光方向の幅を制御することもできる。このような制御方法について、図１２を用いて説明する。
【００９７】
図１２は、マイクロレンズ１に偏光板を貼り合せたときの構成を示す断面図である。この図に示すように、ＴＦＴ基板２の液晶層側の面には、絵素開口部２２および遮光膜５が形成されており、ＴＦＴ基板２の液晶層と反対側の面には、マイクロレンズアレイ１’が形成されている。さらに、このマイクロレンズアレイ１’上に接着層３６を介して偏光板３５が貼り合わされている。
【００９８】
接着層３６によって偏光板３５をマイクロレンズアレイ１’上に貼り合せると、接着層３６にマイクロレンズ１の頂上部がめりこむ。空気とマイクロレンズ部材の屈折率差は０．５以上あるため、その境界を通過する光線は強いレンズパワーを与えられる。しかしながら、マイクロレンズ１と接着層３６とが接している領域は屈折率差が０．１程度となり、空気とマイクロレンズ１との屈折率差よりも小さくなる。このため、マイクロレンズ１と接着層３６とが接している領域では、レンズ機能が非常に小さくなる。このため、バックライト１５からこの領域に入射した光は、略そのままの強度及び方向でマイクロレンズ１を透過し、絵素開口部２２を通過する。すなわち、この領域は、例えば図９（ａ）や図１１（ａ）のように平坦部１ａを設けた場合と同等に機能する。
【００９９】
したがって、マイクロレンズ１と接着層３６との接触面積を制御することにより、液晶表示装置２０の正面輝度を制御することができる。すなわち、絵素開口部（透過開口部）の幅Ａｙよりも小さい幅ＷＰの平坦部１ａを有するマイクロレンズ１からなるマイクロレンズアレイ１’上に、偏光板３５を接着する場合、接着層３６の厚みを制御することにより、マイクロレンズ１と接着層３６との、マイクロレンズ１の集光方向に対する接触幅ＷＰ’を制御することができる。そして、このマイクロレンズ１と偏光板３５との組合せ構造は、マイクロレンズ１の頂上部における平坦部１ａのレンズ集光方向に対する幅がＷＰ’のマイクロレンズ１と同じ光学特性を有し、これによって正面輝度を向上させられる。
【０１００】
なお、上記の説明では、マイクロレンズアレイ１’上に、接着層３６によって偏光板３５を貼り合わせるものとしたが、これに限るものではない。例えば、偏光板３５に代えて、保護膜などの他の部材を接着層３６によって貼り合わせてもよい。あるいは、他の構成部材を貼り合せず、接着層３６のみをマイクロレンズアレイ１’上に形成してもよい。すなわち、マイクロレンズ１と接する領域の屈折率が小さくするような層のみを形成するようにしてもよい。
【０１０１】
また、接着層３６の材質は、特に限定されるものではなく、光透過性を有し、マイクロレンズ１と接する領域の屈折率が小さくなるものであればよい。また、このような接着層３６を設ける場合、マイクロレンズと接着層３６との接触領域における入射光は略そのままの強度及び方向でマイクロレンズ１を透過するので、必ずしもマイクロレンズ１に平坦部１ａを設けなくてもよい。すなわち、例えば球面形状からなるマイクロレンズを用い、このマイクロレンズにおける頂上部の所定の領域に接触するように接着層３６を設けることにより、平坦部１ａを有するマイクロレンズ１を用いる場合と略同様の効果を奏することができる。
【０１０２】
また、露光工程において、照射光の入射角度θ１とθ２は、マイクロレンズ１が隙間なく形成されるように、設定することが好ましい。このため、入射角度θ１とθ２は、例えば図９（ａ）に示すように、ある画素におけるＢ絵素を透過した光の光硬化性樹脂層９に照射される範囲の外縁が、隣接する画素におけるＢ画素を透過した光の光硬化性樹脂層９に照射される範囲の外縁と、両画素間の中央部で一致するように、液晶表示パネル１１の画素ピッチおよびＴＦＴ基板２、対向基板３、液晶層４の各層の厚さおよび屈折率に応じて、適宜設定することが好ましい。これにより、両画素間の中間部にマイクロレンズ１・１間の境界ができ（隣接する画素間の中央部でレンズの膜厚が一番薄い状態になり）、マイクロレンズ１を隙間なく形成できる。
【０１０３】
次に、照射光のスキャン方法について説明する。なお、本明細書において、「スキャン」とは、露光用照射光が照射される領域を２次元的に走査すること、および照射光の入射角度を変化させることを含む。また、スキャンは、照射光と光硬化性樹脂層９との位置関係および角度が相対的に変化すれば良いので、光硬化性樹脂が塗布された液晶表示パネル１１を動かしても良いし、照射光の光源を動かしてもよい。
【０１０４】
本実施形態では、カラーフィルタの配列方向には、集光力を有しないレンチキュラーレンズを形成する。このため、Ｘ方向（図８（ａ）におけるＡ−Ａ’断面に平行な方向）に対しては、露光量（露光光照度×露光時間）の分布が均一になるようにスキャンを行い、Ｙ方向（図８（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面に平行な方向）に対しては、図９（ｂ）に示す露光量分布となるようにスキャンを与えればよい。この露光量分布は、照射光強度、走査速度を制御することによって与えられる。
【０１０５】
以上のように、本実施形態にかかる液晶表示装置２０は、レンズ頂上部に平坦部１ａを備えた複数のマイクロレンズ１からなるマイクロレンズアレイ１’を備えている。このため、バックライト１５からマイクロレンズアレイ１’に導かれ、レンズ中央の平坦部１ａに入射する光線は、曲がることなく正面に透過し、絵素開口部２２に導かれ、液晶表示パネル１１から出射される。したがって、正面に進行する光線が多いので、液晶表示装置２０の正面輝度を高く保つことができる。
【０１０６】
一方、レンズの曲面部１ｂおよび１ｃに入射する光線は屈折され、液晶表示パネル１１に対して斜め方向に進行するため、視野角が広くなる。
【０１０７】
また、マイクロレンズ１のレンズ幅は、画素ピッチと同じになるように形成される。このため、マイクロレンズアレイ１’面に入射する光は、レンズ幅方向については全てマイクロレンズ１によって集光され、絵素開口部２２に導かれる。したがって、高い光利用効率が得られる。さらに、マイクロレンズ部を透過する光線の光路長はマイクロレンズアレイ１’面全域にわたってほぼ等しいので、レンズ材料の残存複屈折を気にしなくてよい。
【０１０８】
また、マイクロレンズアレイ１’は、絵素開口部２２を透過した光を用いて光硬化性樹脂を硬化させることによってパターニングされるので、自己整合的にマイクロレンズをパターニングすることができる。絵素開口部２２の形状均一性を高く保つことは容易なので、非常に低コストに、高い形状均一性を有するマイクロレンズアレイ１’を形成できる。また、画素または絵素に対して自己整合的にマイクロレンズ１が形成されるので、マイクロレンズ１と画素または絵素との位置ずれがなく、また画素間ピッチとマイクロレンズ間ピッチの狂いもなくなるため、画素とマイクロレンズアレイ１’との間でのモアレが発生しない。したがって、モアレもなく、マイクロレンズ１の集光機能が十分に発揮されるので、高輝度な表示が可能な表示装置を製造することができる。
【０１０９】
なお、レンチキュラーレンズからなるマイクロレンズ１を用いると、カラーフィルタの配列方向（Ｘ方向）には集光効果がないため、その分マイクロレンズ１によって明るさを向上する効果が低下する。しかしながら、液晶表示パネルは、通常、図８（ａ）に示すように、行方向（Ｘ方向）に隣接する画素（および絵素）における透過部間の間隔ＤＸよりも、列方向（ソースバスライン（ビデオライン）が延設される方向）に隣接する画素における透過部間の間隔（ＤＹ）の方が広い。すなわち、Ｙ方向に集光効果を有するレンズを用いる方が、Ｘ方向に集光効果を有するレンズを用いる場合よりも、明るさを向上する効果が高く、また、Ｘ方向に集光効果を有しないことによる明るさ向上効果の低下は小さい。
【０１１０】
もちろん、本実施形態では、一方向にのみ集光効果を有するレンチキュラーレンズを用いているが、本発明はこれに限らず、Ｘ方向とＹ方向とに集光効果を有するマイクロレンズに適用してもよい。すなわち、各絵素のそれぞれに対応して設けられ、複数方向に集光力（集光効果）を有する複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えるようにしてもよい。なお、前述した露光工程では、Ｘ方向の露光量分布が一定となるよう制御を行ったが、この方向にもレンズを形成するように露光量分布を制御すれば、Ｘ方向およびＹ方向に集光効果を有するマイクロレンズを、絵素毎に形成したマイクロレンズアレイを得られる。
【０１１１】
なお、露光工程は、液晶表示パネル１１の液晶層４に液晶材料を注入する前に行っても良い。ただし、この場合には、液晶材料を注入した後で液晶材料の配向のための熱処理工程で、マイクロレンズアレイ１’が例えば百数十℃に加熱されることになる。このため、光硬化性樹脂としては、熱処理によって、形状変化や剥がれなどマイクロレンズ１の集光効果に影響を及ぼす変化が発生しないような樹脂を用いることが好ましい。
【０１１２】
また、本実施形態では、ＴＦＴ基板２側にマイクロレンズアレイ１’を形成したが、これに限らず、対向基板３側に形成してもよい。この場合、対向基板３側にバックライト１５を形成することになる。
【０１１３】
また、本実施形態では、カラーフィルタを有する液晶表示パネル１１を用いたが、これに限らず、本発明は、例えばゲストホスト液晶表示装置のように、表示媒体層（液晶層）に混合した色素等を用いてカラー表示を行う表示装置に対しても同様に適用できる。
【０１１４】
また、本発明は、ＴＦＴ型液晶表示装置に限らず、ＭＩＭを用いた液晶表示装置や、スイッチング素子を有しないパッシブ型の液晶表示装置に適用することもできる。
【０１１５】
また、本発明は、液晶表示パネルに限らず、他の非自発光型表示パネル（例えば、エレクトロクロミック表示パネル、電気泳動型表示パネル、トナー表示パネル、ＰＬＺＴパネルなど）にも適用できる。
【０１１６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、液晶表示パネル、エレクトロクロミック表示パネル、電気泳動型表示パネル、トナー表示パネル、ＰＬＺＴパネルなどの非自発光型表示パネルに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の一実施形態にかか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】（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置に備えられるマイクロレンズの形状およびこのマイクロレンズに入射された光の光路を示す断面図である。（ｂ）は、球面形状のマイクロレンズおよびこのマイクロレンズに入射された光の光路を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置に備えられるマイクロレンズおよび球面形状からなるマイクロレンズにおける、出射光の輝度分布を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置に備えられるマイクロレンズの形状と絵素開口部の形状との関係を示す断面図である。
【図５】バックライト出射光の広がり角度とマイクロレンズの受容角度との角度比と、光利用効率ηとの関係を示したグラフである。
【図６】バックライト出射光の広がり角度とマイクロレンズの受容角度との角度比と、正面輝度との関係を示したグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程示す断面図である。
【図８】（ａ）は液晶表示装置２０の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面における断面図である。
【図９】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置に備えられるマイクロレンズの製造工程における、露光工程の第１の例を説明するための断面図である。（ｂ）は、光硬化性樹脂層の各位置における露光量を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置に備えられるマイクロレンズの製造工程における、露光工程の第２の例を説明するための断面図である。（ｂ）は、光硬化性樹脂層の各位置における露光量を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置に備えられるマイクロレンズの製造工程における、露光工程の第３の例を説明するための断面図である。（ｂ）は、光硬化性樹脂層の各位置における露光量を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置に備えられるマイクロレンズに偏光板を貼り合せた場合の構成を示す断面図である。
【図１３】（ａ）は、従来の液晶ディスプレイに備えられる視野拡大フィルムの断面図である。（ｂ）は、従来の液晶ディスプレイの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１    マイクロレンズ
１’  マイクロレンズアレイ
２    ＴＦＴ基板
３    対向基板
４    液晶層
５    遮光膜（ブラックマトリクス）
１１  液晶表示パネル
１２  光源
１３  導光板
１４  反射板
１５  バックライト
２０  液晶表示装置
【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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