(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に少なくとも、複数のマイクロレンズと接着剤層と透明薄板とが順次配設され、別途作成された所定の電極パターンを有する対向基板とで液晶物質を挟持する液晶表示装置用マイクロレンズ基板において、前記接着剤層と透明薄板との間に平坦に形成した溶剤を含有する透明樹脂層を配設し、前記透明樹脂層と前記接着剤層がフッ素を含有し、前記接着剤層の屈折率が前記マイクロレンズより低く、前記接着剤層は前記透明樹脂層よりフッ素の含有量を多くして、前記接着剤層の屈折率を前記透明樹脂層の屈折率より低くして前記マイクロレンズとの屈折率差を大きくし、前記接着剤層はマイクロレンズを被着し、かつ、前記透明樹脂層との界面を平坦にしていることを特徴とする液晶表示装置用マイクロレンズ基板。
【請求項２】
前記マイクロレンズがガラスからなり、前記マイクロレンズと前記接着剤層との間に、前記マイクロレンズの曲面に合わせた曲面を有する薄膜状の透明樹脂層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用マイクロレンズ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明基板上に複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ基板に係わり、中でも特に、液晶プロジェクション装置等の液晶表示装置に用いられる液晶表示装置用マイクロレンズ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、一般に、偏光膜と透明電極が各々配設された対向する一対の基板と、これら基板間に封入された液晶物質とでその主要部が構成されている。また、カラー画像を表示するカラー液晶表示装置にあっては、上記一対とした基板のいずれか一方に偏光を着色するためのカラーフィルター層を設けている。
【０００３】
画面表示を行なう際、対向する透明電極間に電圧を印加することにより電極基板間に封入された液晶物質の配向状態を変化させて、この液晶物質を透過する光の偏光面を制御すると共に、偏光フィルムによりその透過、不透過を制御している。なお、以下の記述で画素部とは、挟持した液晶へ電圧を印加し、液晶の配向状態を変化させる部位（すなわち、光の透過、不透過が制御される部位であり、通常は、対向した電極が平面視で重なる部位）を示し、非画素部は、各画素部間の領域を示す。
【０００４】
また、上記一対とした基板の少なくとも一方の基板には、ブラックマトリクスと呼称される、各画素部に対向する部位に光透過用の開口を形成した遮光層を配設することが一般的となっている。ブラックマトリクスは画素部の外周領域の不要な光を遮光することで、画面表示のコントラストを向上させるものであり、さらには、液晶表示素子への配線や液晶駆動用の電極等を遮光部にて保護する役目を持たせる場合もある。
【０００５】
液晶表示装置の種類として液晶表示画像をスクリーン上に拡大投影するプロジェクションテレビや、データプロジェクション等の液晶プロジェクション装置が知られている。液晶プロジェクション装置においては、内蔵式の光源（ライト）を配置し、内蔵式の光源より照射された光線を液晶パネル（上記液晶を挟持した一対の基板）に入射し表示画面を得る方式が広く普及している。
【０００６】
近年、画像表示装置では、表示画像を高精細化する要求が高まっており、この要求は液晶表示装置においても高まっている。周知のように、高精細な画像を得るためには、画素数を増やすことが必要である。
しかるに、高精細な画像を得るために液晶プロジェクション装置の画素数を増やした場合、表示画像が暗くなり、表示される画像の品位が低下するという問題が生じていたものである。
【０００７】
なぜならば、液晶プロジェクション装置を構成する上記一対とした基板の大きさは、内蔵式光源の出力効率上、対角０．９〜１．３インチ程度のものが一般的に用いられている。基板の大きさが決まっているため、基板に形成する画素数を増やした場合、画素間のピッチは狭まることになる。
さらに、液晶表示素子の配線や液晶駆動用電極にはある程度の領域が必要であり、そのためそれらを保護するために形成されるブラックマトリクスの遮光部領域の大きさは、たとえ画素数が増えたとしても小さくすることができず、従来と同じ程度の大きさとせざるをえない。
【０００８】
そのため、画素数が増え画素間のピッチが狭まると、ブラックマトリクスに形成する個々の開口の面積を狭くせざるをえない。すなわち、ブラックマトリクスの開口率を小さくせざるをえないといえる。
液晶プロジェクション装置の画素数を増やしブラックマトリクスの開口率が小さくなると、開口を通過する光量が減り、表示画像が暗くなり、表示される画像の品位が低下することになる。
【０００９】
この様な、ブラックマトリクスの開口率が小さくなることで生じる画像品位の低下を防止する手段として、上記液晶を挟持した一対の基板の片面にマイクロレンズを配設することが知られている。マイクロレンズを配設することで、従来ブラックマトリクスの遮光部で遮られていた光をマイクロレンズにより画素領域（ブラックマトリクスの開口領域）に集光することが可能となり、光の利用効率を上げ、明るい画像表示とすることができる。
【００１０】
なお、マイクロレンズの形成方法として、以下に記す方法等が知られている。すなわち、ガラス基板に所定の開口パターンを形成した金属マスクを被せ、このガラス基板を特定の処理液に浸漬して、金属マスクより露出したガラス基板部位の屈折率をレンズ状に変化させレンズパターンとするガラス拡散法であり、また、ガラス基板を直接エッチングしレンズパターンを得るウェットエッチング法である。また、ガラス上に所定の形状としたレジストパターンもしくは金属膜パターンを設け、ガラスを直接ドライエッチしてレンズパターンを得るガラスドライエッチング法や、ガラス上に所定の形状としたレジストパターンを形成した後に加熱を行い、溶融したレジストパターンの表面張力によりレジストパターンをレンズ化する熱フロー法、ガラス上に透明樹脂を形成した後に金型等で圧着し、さらに熱硬化させてレンズとするスタンパ法等も知られている。
【００１１】
ここで、レンズの集光性はレンズの曲率で決まる。また、図３に示すように、透明基板32上にマイクロレンズ33を形成した場合、接着剤層34を介してマイクロレンズ33上にガラス等からなる透明薄板35を貼り付け平坦化を行ない、しかる後、ブラックマトリクス37および、導電膜38を形成することが一般的となっている。すなわち、マイクロレンズの形成で生じた凹凸面を平坦化することで、対向する基板とのギャップ不良を防止し、また、ブラックマトリクスおよび、導電膜を形成する際の精度を向上させる等の目的のためである。
マイクロレンズ33上に接着剤層34を介して透明薄板35を貼り付けた場合、マイクロレンズ33と接着剤層34との屈折率差も集光性に関係することになる。しかし、マイクロレンズ33の曲率は、各マイクロレンズ33間のピッチとレンズの高さとで決まるといえ、マイクロレンズの集光性を上げるためレンズの曲率を大きくしようとしても、液晶パネル（液晶を挟持した一対の基板）の厚みの制約等、曲率の増加には限界があるといえる。一方、レンズと接着剤との屈折率差を大きくする程レンズの集光性が上がるといえる。このため、レンズの集光性を上げたいが、レンズの曲率増加に制限がある場合、マイクロレンズ33と接着剤層34との屈折率差を大きくすることが集光性向上の上で容易といえる。
【００１２】
マイクロレンズの材質として屈折率１．６５程度の樹脂が、また、接着剤層の材質として屈折率１．３５程度のものが市販され実際に用いられている。しかし、集光性を上げるためマイクロレンズと接着剤層との屈折率差を大きくすべく、より低屈折率の接着剤を用いようとすると、液晶表示装置の信頼性が低下するという問題が生じるものである。
【００１３】
すなわち、屈折率１．５以下の低屈折率の接着剤にはフッ素を多く含有しているものが多く、一般的に、屈折率の低い接着剤ほどフッ素の含有量が多くなっているが、フッ素の含有量が多くなるにつれ、接着剤の接着性（特に、ガラスからなる透明薄板との接着性）は低下していくものである。このため、フッ素の含有量が多い低屈折率の接着剤を用いると、液晶表示装置の製造工程で行われる加熱処理（例えば２００℃程度）または、液晶表示装置に組み込まれた光源から発せられる熱、光で、接着剤の接着性が低下し、接着剤界面での透明薄板の剥離等によるマイクロレンズ基板の歪みが生じ、液晶表示装置の信頼性が低下することになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような問題に鑑みなされたものであり、その課題とするところは、液晶表示装置の製造工程で加熱処理が行われても、また、光源から発せられる光や熱に晒されても、歪みや接着剤界面での剥離等が生じない信頼性の高い液晶表示装置用マイクロレンズ基板を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行い、本発明に至ったものである。すなわち、本発明は、透明基板上に少なくとも、複数のマイクロレンズと接着剤層と透明薄板とが順次配設され、別途作成された所定の電極パターンを有する対向基板とで液晶物質を挟持する液晶表示装置用マイクロレンズ基板において、前記接着剤層と透明薄板との間に平坦に形成した溶剤を含有する透明樹脂層を配設し、前記透明樹脂層と前記接着剤層がフッ素を含有し、前記接着剤層の屈折率が前記マイクロレンズより低く、前記接着剤層は前記透明樹脂層よりフッ素の含有量を多くして、前記接着剤層の屈折率を前記透明樹脂層の屈折率より低くして前記マイクロレンズとの屈折率差を大きくし、前記接着剤層はマイクロレンズを被着し、かつ、前記透明樹脂層との界面を平坦にしていることを特徴とする液晶表示装置用マイクロレンズ基板としたものである。
【００１６】
一般的に、平坦化を目的とするマイクロレンズ上への透明薄板の貼り付けに用いる接着剤（接着剤層）の屈折率は、１．５以下が望ましい。しかるに前述したように、接着剤層の屈折率が低いほどフッ素の含有率が高くなり、接着剤層と透明薄板との接着性が低下するものである。接着性の低い接着剤層を用いた場合に、ガラス等からなる透明薄板と接着剤層との密着性を向上させる手段として、接着剤層と接する透明薄板の面を粗面化することが考えられる。しかし、その場合、透明薄板が光散乱を起こすこととなり、光の利用効率を低下させるという問題が生じ好ましくない。
【００１７】
そのため本発明者らは、上述したように、透明薄板と接着剤層との間に透明樹脂層を配設することに想達したものである。
すなわち透明樹脂層は、透明薄板と接着剤層との接着性を増す、密着層（もしくは接着層）としての役割をもたせたものである。
【００１８】
ここで、マイクロレンズと透明薄板との貼り付けを透明樹脂層のみで行うことが考えられるかもしれない。しかし、透明樹脂層中には流動性を出す等の理由で溶剤が含まれており、硬化の際に透明樹脂層中の溶剤により気泡が発生してしまう。一般的に接着剤中には溶剤は含まれておらず、接着剤が硬化しても気泡が発生することはない。このため、気泡発生を防止するために、マイクロレンズと透明薄板との貼り付けにあたり、薄く形成したフッ素の含有量の少ない透明樹脂層を介して接着剤層と透明薄板との密着性を増すことが望ましいといえる。
【００１９】
なお、本発明のマイクロレンズ基板に配設形成する上記透明樹脂層の材質としては熱硬化性樹脂、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂等があげられるが、フッ素含有量が少なくガラス等の透明基板との密着性の高いものであれば、特に限定するものではなく、接着剤層の材質、液晶表示装置の製造工程での加熱温度等に応じて適宜選択して構わない。
すなわち、樹脂を主材とする透明樹脂層と接着剤層とは接着性が良好であり、また、フッ素含有量の少ない透明樹脂層はガラス等の透明基板との密着性も良いため、透明樹脂層を介することで、接着剤層と透明薄板との接着性が向上することになる。
【００２０】
また、本発明は、透明樹脂層の屈折率を、透明薄板の屈折率と同等もしくは、透明薄板の屈折率以下としたものである。これにより、透明樹脂層と透明薄板との界面に入射した光が反射し液晶パネルを透過する光が減少するという入射光のロスが低減されることになり、液晶パネルを通過する光量の低下が防止され、明るい画像表示を実現できる。
【００２１】
また、本発明は、前記マイクロレンズがガラスからなり、前記マイクロレンズと前記接着剤層との間に、前記マイクロレンズの曲面に合わせた曲面を有する薄膜状の透明樹脂層を設けたことを特徴とする上記の液晶表示装置用マイクロレンズ基板としたものである。
【００２２】
接着剤層の主材として用いられる樹脂としては、一般的に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等があげられるが、接着剤層と透明薄板との間に設ける透明樹脂層の材質を接着剤層の主材となる樹脂に近いものにすれば（例えば、接着剤層がアクリル系接着剤であった場合にはアクリル系樹脂を透明樹脂層として用い、また、接着剤層がエポキシ系接着剤であった場合にはエポキシ系樹脂を透明樹脂層として用いれば）、接着剤層と透明薄板との接着性、密着性を向上でき、また、接着剤層と透明樹脂層との物性（例えば、熱膨張率、伸縮率、化学結合等）が略同一となる。この場合、液晶表示装置の製造工程で行われる加熱処理の際に生じる両者（接着剤層および透明樹脂層）の伸縮が略同一となり、加熱処理で生じる歪みを小さく抑制できる等の効果を奏することとなる。
【００２３】
なお、本発明のマイクロレンズ基板に形成するマイクロレンズは、前述した（従来の技術）に記した方法等、従来と同様の形成方法を用いて構わない。
このため、マイクロレンズの形成方法によっては、マイクロレンズが樹脂からなる場合と、マイクロレンズがガラスからなる場合（支持体であるガラス基板にエッチング加工を行い、ガラス基板表面にマイクロレンズ状の凹凸を形成した場合）とがある。
【００２４】
マイクロレンズが樹脂からなる場合は、マイクロレンズと接着剤層とが樹脂同士のため、マイクロレンズと接着剤層とは実用上問題無い程度の接着度を有するといえ、上述したように透明薄板と接着剤層との間に透明樹脂層を設ければ良いといえる。しかし、図２に示すように、マイクロレンズ23がガラスからなる場合は、ガラスと接着剤層との接着度が不十分であることから、透明薄板（図２の例中に示す薄板ガラス25）と接着剤層24との間に加えて、ガラスからなるマイクロレンズ23と接着剤層24との接着性の低下を防止するために、マイクロレンズ23と接着剤層24との間にも透明樹脂層26を設けることであっても構わない。
【００２５】
上述したように、本発明によれば、フッ素の含有量が多い低屈折率の接着剤を使用しても、接着性の低下による歪みや接着剤界面での剥離等の無い、信頼性の高いマイクロレンズ基板が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態の例につき、説明を行う。
【００２７】
透明基板２として日本電気硝子（株）製、商品名「ネオセラムガラス」を用い、この透明基板２上にマイクロレンズ母材としてジェイエスアール（ＪＳＲ）社製ポジ型レジスト、商品名「ＭＦＲ−３５２」（粘度８０ｃｐ）を1800ｒｐｍにて60秒間の条件でスピンコートした。次いで、透明基板２に90℃、３分間のプレベークを行った後、ニコン（株）製ステッパーにてレジストにパターン露光を行った。
【００２８】
次いで、ジェイエスアール（ＪＳＲ）社製現像液、商品名「ＰＤ５２３ＡＤ」（１．２％液）を用い透明基板２をディップ現像（液温23℃、現像時間約40秒）した。現像後、透明基板２に十分な水洗洗浄を行った後、リンサー乾燥を行った。
【００２９】
次いで、透明基板２上に残ったマイクロレンズ母材に主波長を 365nmとする紫外線光を 600mJ／cm2 程度照射し、マイクロレンズ母材中の感光性レジストの感光基を消去するブリーチング処理を施した。これにより感光基による光吸収を防止した、透明なマイクロレンズとすることができる。
【００３０】
次いで、ホットプレートにて透明基板２に90℃から 190℃まで段階的に加熱を行い、図１に示すように、断面形状を凸型とした複数の樹脂からなるマイクロレンズ３を得た。
【００３１】
次いで、本実施例では透明薄板５として薄板ガラスを用いたものであり、透明薄板５のマイクロレンズ３と対向する面側にアクリル系熱硬化性透明樹脂（日本化薬（株）製、商品名「ＡＲ７４６８−４１０Ｎ」、屈折率ｎ＝１．４４）を膜厚０．４μｍとなるようスピンコートした。次いで、透明薄板５をホットプレート上で 100℃にて５分間加熱した後、 200℃にて５分間加熱を行なう２段階のベーク処理を行い、透明薄板５上に透明樹脂層６を形成した。
【００３２】
次いで、上記樹脂で形成した複数のマイクロレンズ３を配設した透明基板２と透明樹脂層６を形成した透明薄板５とを、樹脂同士（すなわち、マイクロレンズ３と透明樹脂層６）が対向するよう接着剤層４にて貼り合わせた。接着剤層４には上記透明樹脂と同じアクリル系の接着剤（アーデル社製ＵＶ硬化性接着剤、商品名「Ｌ−１０２」（屈折率ｎ＝１．４２））を用いた。なお、本実施例では、接着剤層４の硬化にあたり、主波長が 365nmの紫外線光を 15000mJ／cm2 程度照射した。
【００３３】
次いで、貼り合わせが終了した後、透明薄板５上に金属クロム膜（膜厚約1500Å）を形成した後、公知のフォトエッチング法にてブラックマトリクス７を形成した。
ブラックマトリクス７の形成後、公知のスパッタリング成膜によりＩＴＯ（酸化スズと酸化インジウムからなる混合酸化物）からなる透明導電膜８を形成し、図１に示すマイクロレンズ基板１を得た。
【００３４】
本実施例で得られたマイクロレンズ基板１に、液晶表示装置の製造工程を想定して、 200℃の温度にて３時間の加熱を行った。また、信頼性の評価として温度60℃、湿度95％の雰囲気中にマイクロレンズ基板１を1000時間放置した。
加熱後および放置後いずれの場合も、透明薄板５の剥離は認められず、また、透明薄板５の表面にうねり等の変化も生じておらず、本実施例に係わるマイクロレンズ基板１は歪みの小さなマイクロレンズ基板といえた。
【００３５】
以上、本発明の実施形態の一例につき説明したが、本発明の実施の形態は上述した説明および図面に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形を行っても構わないことは言うまでもない。例えば、上述した説明では、ブラックマトリクスをマイクロレンズ基板側に形成したが、対向する基板側に設けることであっても構わない。さらに、マイクロレンズ基板もしくは対向基板のいずれか一方にカラーフィルターを形成することであっても構わない。
また、図２に示すように、マイクロレンズはガラスで構成されていても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明のマイクロレンズ基板においては、接着剤層と透明薄板との間に、接着剤層の主材である樹脂に近い構造の透明樹脂を密着層として配設している。これにより、液晶表示装置の製造工程で行われる加熱処理（例えば２００℃程度）または、液晶表示装置に組み込まれた光源から発せられる熱、光による歪みや剥離の無い、信頼性の高いマイクロレンズ基板とすることができる。
また、本発明のマイクロレンズ基板においては、透明樹脂層の屈折率を透明薄板の屈折率より小さくすることで、マイクロレンズ基板へ光が入射した際の反射を抑えている。さらに、接着剤層と透明薄板との接着性の問題が無くなるため、フッ素含有量が多いより低屈折率の接着剤の使用が可能であり、レンズと接着剤との屈折率差を大きくとれ、マイクロレンズ基板の集光性を上げることが可能となる。すなわち、本発明のマイクロレンズ基板は、基板に入射する光を反射によるロスを生じさせることなく所定の部位（例えば、画素領域）に集光できる。このため、本発明のマイクロレンズ基板を用いることで、光の利用効率の高い液晶パネルを得ることができ、ひいては明るい画面表示を可能とした信頼性の高い液晶表示装置を提供できる。
【００３７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置用マイクロレンズ基板の一実施例の要部を示す断面説明図。
【図２】本発明の液晶表示装置用マイクロレンズ基板の他の実施例の要部を示す断面説明図。
【図３】従来の液晶表示装置用マイクロレンズ基板の一例の要部を示す断面説明図。
【符号の説明】
１、21、31          マイクロレンズ基板
２、22、32          透明基板
３、23、33          マイクロレンズ
４、24、34          接着剤層
５、25、35          透明薄板
６、26              透明樹脂層
７、27、37          ブラックマトリクス
８、28、38          導電膜
【図１】
0004269381.tif 000002
【図２】
0004269381.tif 000003
【図３】
0004269381.tif 000004