JP2005222061A - 半透過シート、それを備えた液晶表示装置、及び半透過シートの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶画面の輝度及びコントラストを高めることで画像の鮮明度を向上させ、大量生産に有利で、その大量生産された製品間の均一度を向上し得る半透過シート、それを備えた液晶表示装置、及び半透過シートの製造方法を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、グリッド状のブラックマトリックス２１０を備えた液晶パネル１００と、内部光源と液晶パネル１００間に位置して内部光源による光を透過させ、液晶パネル１００を通して入ってきた外部光源による光の所定比率を反射させる半透過シート２００とから構成される。半透過シート２００は、マイクロマシニング技術及び半導体製造工程によって製造される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より詳しくは、液晶画面の輝度とコントラストを高めることで画像の鮮明度を向上させることができ、大量生産に有利で、その大量生産された製品間の均一度を向上し得る半透過シート、それを備えた液晶表示装置、及び半透過シートの製造方法に関する。
最近、プラットパネル表示装置の主要な応用領域として携帯情報機器の画像表示装置が注目を集めており、特に、小型の薄膜液晶表示装置の搭載が主になっている。
しかしながら、液晶表示装置(ＬＣＤ)の原理は、光源から放出される光を液晶の偏光により断続することであり、自発光方式を採用したディスプレーに比べて、輝度と視野角の側面で性能が劣るという短所がある。
現在使用されている液晶表示装置としては、高温ポリシリコン薄膜トランジスタと低温ポリシリコン薄膜トランジスタなどがある。また、光学系においても、液晶表示装置は、フロント投写型及びリア投写型などに多様化されている。
液晶表示装置は性能を表す色々な指数があり、そのうち重要な指数の１つが輝度指数である。従って、光源であるランプ、ＬＣＤなどの基本構成部品の光効率を向上させるために多様な研究開発が進行している。
携帯情報機器の場合、携帯情報機器を室外で使用する時、携帯情報機器に搭載されたＬＣＤに表示される画像の輝度より明るい外部光源のため、ＬＣＤに表示された画像情報を正確に判読することが困難であるという短所がある。
最近、このような短所を補完するために、多くの研究開発が進行中である。
本発明は、前述したような問題点を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、液晶画面の輝度を向上させることができるだけでなく、液晶画面に対する外部光源が過度な場合も、その外部光源を利用して輝度を向上させることができるだけでなく、液晶画面の単位画素の光均一性及び集光性能を向上させてコントラストを高めることによって、画像の鮮明度を向上させることができる半透過シート、それを備えた液晶表示装置、及び半透過シートの製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、大量生産に有利であり、その大量生産された製品間の均一度を向上させることができる半透過シート、それを備えた液晶表示装置、及び半透過シート製造方法を提供することである。
このような目的を達成するために、本発明による液晶表示装置は、グリッド状のブラックマトリックスを備えた液晶パネルと、内部光源と液晶パネル間に位置して内部光源による光を透過させるとともに、液晶パネルを通して入ってきた外部光源による光の所定比率を反射させる半透過シートとを有することを特徴とする。
本発明による半透過シートは、所定の厚さ及び面積を有する透明体から形成された平板部と、その平板部の一面に突出形成された複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイ部と、そのマイクロレンズアレイ部に薄い金属薄膜で塗布されて所定比率の光を反射させる半透過膜とから構成されることを特徴とする。
本発明による半透過シートの製造方法は、一面に複数の凹部が形成された金型を製造する段階と、その金型を利用してマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイシートを製造する段階と、そのマイクロレンズアレイシートのマイクロレンズの表面に所定比率の光を反射させる金属薄膜を塗布する段階とを含むことを特徴とする。
本発明は、内部光源が発生する照明光の集光性能を向上させると共に、外部光源から投写される光を所定比率で反射させ、また、液晶パネルの有効画素内の照明均一度を向上させることで、輝度とコントラストが向上するため、画像の鮮明度が向上し、よって、製品の信頼性を向上させることができるという効果がある。
また、部品の大量生産が可能になると共に、組立工程が簡単になるので、製造原価が減少し、製品と製品間の均一度が向上するため、製品の歩留まりが向上するという効果がある。
以下、本発明による半透過シート、それを備えた液晶表示装置、及び半透過シートの製造方法の望ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す斜視図で、図２は、図１の液晶表示装置を構成するマイクロレンズアレイシートを示す斜視図で、図３及び図４は、図２のマイクロレンズアレイシートの断面図である。
図示されたように、液晶表示装置は、グリッド状のブラックマトリックス１１０が備えられた液晶パネル１００と、図示しない内部光源すなわちバックライトと液晶パネル１００との間に位置して内部光源による光を透過させるとともに、液晶パネル１００を通して入ってきた外部光源による光の所定比率を反射させる半透過シート(trans-reflector sheet)２００とを備えている。
液晶パネル１００は、所定の厚さと面積を有する透明体から形成された透明シート１２０と、透明シート１２０の一面に付着されたブラックマトリックス１１０とを有している。ブラックマトリックス１１０は、メッシュ状に形成された薄膜で、透明シート１２０のサイズと対応するサイズに形成される。さらに、ブラックマトリックス１１０が透明シート１２０の一面に付着している。
半透過シート２００は、一面に複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイシート２１０と、マイクロレンズアレイシート２１０のマイクロレンズに塗布される半透過膜２２０とを備えている。
マイクロレンズアレイシート２１０は、所定の厚さと面積を有する透明体から形成された平板部２１１と、平板部２１１の一面にその面から突出させて形成させた複数のマイクロレンズＬが配列されて形成されたマイクロレンズアレイ部２１２とからなる。
マイクロレンズＬはハチの巣状に配列される。
また、マイクロレンズＬが四角形に形成され、その四角形のマイクロレンズを縦横にマトリックス状に配列させてもよい。
マイクロレンズＬは、多様な形態に形成させることができ、そのマイクロレンズを縦横方向に配列させる。
マイクロレンズＬは凸形状を有する球面または非球面に形成される。
マイクロレンズＬのサイズは数マイクロメーターから数百マイクロメーターに該当する超小型レンズである。
マイクロレンズＬ間が全充填率(full fill factor)になるようにマイクロレンズＬとマイクロレンズＬが相接する境界線(ＢＬ)が形成される。
マイクロレンズアレイシート２１０を、シリコン、ガラス、金属、または有機物ポリマーのうちいずれか１つで形成させることができる。
半透過膜２２０は、銀、アルミニウムまたはクロムから形成されることが望ましい。さらに、半透過膜２２０の厚さは、要求される透過率に応じて数ナノメートのル範囲内で適切に調整される。
半透過シート２００は、マイクロレンズアレイシート２１０の平板部２１１の平らな面が液晶パネル１００のブラックマトリックス１１０と対向するように配置させられる。さらに、半透過シート２００のマイクロレンズＬが位置する側に内部光源（バックライト）が位置する。
図５及び図６に示すように、マイクロレンズアレイシート２１０のマイクロレンズＬは、ブラックマトリックス１１０の各単位領域１１１に該当する単位画素Ｐに配置させられるマイクロレンズＬの個数が複数になるように形成される。または、ブラックマトリックス１１０は、各単位領域１１１に該当する単位画素Ｐ内にマイクロレンズアレイシート２１０のマイクロレンズＬが複数個対応するように形成される。
図７は、本発明の半透過シート製造方法を示すフローチャートである。
図７に示すように、本発明の半透過シートの製造方法は、一面に複数の凹部が形成された金型を製造する段階と、その金型を利用してマイクロレンズＬが配列されたマイクロレンズアレイシート２１０を製造する段階と、マイクロレンズアレイシート２１０のマイクロレンズＬの表面に所定比率で光を反射させる金属薄膜を塗布する段階とを含む。
また、金型を製造する段階は、所定の面積を有する基板に半導体製造工程により複数の突起を形成する段階と、リフロー工程によりその突起を球面または非球面形状に成形する段階と、その凸曲面を有する突起の上に所定厚さに金属をメッキする段階と、そのメッキして形成した金属メッキ枠を分離する段階とを含む。
以下、半透過シートの製造方法をより詳しく説明する。
図８ないし図１２は、半透過シートの製造工程を示す断面図である。図示されたように、平らな板状の基板３００の表面にフォトレジストまたは感光性樹脂などを塗布、堆積、積層することによって所定厚さの層を形成する。
次に、各マイクロレンズＬが形成される位置に対応するように円形または楕円形が形成されたパターンを、リソグラフィ工程により基板３００の上に形成する。また、基板３００上に円形または楕円形の突起となっていたフォトレジストまたは感光性樹脂が球面形状になるようにリプロー処理を施すために、パターンが形成された基板３００を所定温度で所定時間熱処理する。
次に、球面形状の突起３１０にコンフォーマル(conformal)堆積技術を適用して、球面突起３１０間の孔隙を埋めることで全充填率を有するように成形する。
次に、球面突起３１０の表面上にニッケルなどの金属を電気メッキまたは無電解メッキ方法によって所定の厚さにメッキしてメッキ層４００を形成する。次に、メッキ層４００を突起が形成された基板３００から分離すると、そのメッキ層４００からなるメッキ枠が複数の凹部４１０が形成された金型になる。
この金型を利用することで、一面に複数のマイクロレンズアレイが備えられたマイクロレンズアレイシート２１０を大量生産することができる。
マイクロレンズアレイシート２１０のマイクロレンズＬの上に反射度の高い銀、アルミニウムまたはクロムから形成された金属薄膜２２０を形成する。金属薄膜２２０は、スパッタリング、蒸着法または気相成長法などの方法によって形成され、その厚さは、数ナノメートルである。したがって金属薄膜２２０は光の一部を透過させ、他を反射させる半透過膜になる。その透過と反射の割合は適宜目的に応じて調整する。
このような過程によって半透過シート２００を製造する。
以下、本発明による半透過シート、それを備えた液晶表示装置、及び半透過シートの製造方法の作用効果を説明する。
まず、本発明の液晶表示装置の動作に対して説明する。
図１３に示すように、内部光源によって照明される場合、その内部光源から発生した光が半透過シート２００のマイクロレンズアレイ側を通過して半透過シート２００に入射する。半透過膜２２０を透過した光は、球面または非球面のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズＬにより集束されて液晶パネル１００の単位画素Ｐが照射される。
一方、強い外部光源の光が本発明の液晶表示装置に作用する場合(例えば、本発明による液晶表示装置を太陽光が明るい場所で使用する場合など、液晶表示装置に強い外部光が作用する場合)、図１４に示すように、強い外部光源の光が液晶パネル１００を通して入ってくる。液晶パネル１００を通して入った外部光は、半透過膜２２０によって反射させられ、その光の所定比率が再び液晶パネル１００の方向に戻り、それを透過するので、照明光、即ち、内部光源の光の役割をする。このとき、外部光源の光を反射させる半透過膜２２０は、球面鏡の役割をするので、液晶パネル１００の有効画素への集束機能が倍加する。
このように、内部光源による照明が作用する場合、または、内部光源による照明時に強い外部光源が作用すると、その外部からの光を液晶パネル１００の有効画素に集束させることができるので、集束性能が向上し、よって、コントラストが向上すると共に、画素間のぼけ、にじみなどが防止される。
また、本発明の液晶表示装置は、メッシュ状のブラックマトリックス１１０の各単位領域１１１内に複数のマイクロレンズＬが配列されているので、個別のマイクロレンズＬによる集束機能を有するだけでなく、ブラックマトリックス１１０の各単位領域に該当する液晶パネル１００の単位画素Ｐ内に小さな複数の照明点光源が分布することになるため、各画素Ｐ内でコントラストが向上し、光分布の均一度が向上する。さらに、本発明によるマイクロレンズアレイシート２１０のマイクロレンズアレイをハチの巣状、楕円形、または多角形に形成することができるので、マイクロレンズＬの稠密度を高くする。合わせて、ブラックマトリックス１１０の単位領域(液晶パネルの単位画素に該当する)１１１当たりに複数のマイクロレンズＬが配列されるので、半透過シート２００及びブラックマトリックス１１０が備えられた液晶パネル１００の組立工程が容易になる。これに対して、液晶パネル１００の単位画素Ｐに該当するブラックマトリックス１１０の各単位領域１１１とマイクロレンズアレイシート２１０の各マイクロレンズＬが同一のピッチに形成される場合は、ブラックマトリックス１１０の各単位領域１１１とマイクロレンズアレイシート２１０の各マイクロレンズＬを同一位置に配置するように、ブラックマトリックス１１０とマイクロレンズアレイシート２１０を精密に整列して組立てなければならないので、組立工程が非常に難しくなる。
本発明による半透過シートの製造方法は、マイクロ単位及びナノ単位大きさの形状を金型を利用して製造可能になるので、大量生産が可能になるだけでなく、金型によって製造される製品間の均一度が向上する。特に、金型は、マイクロマシニング技術及び半導体製造工程を利用して製造されるので、小型の精密な形状を簡単に得ることができ、よって、マイクロレンズＬ間の充填率を極大化することができるため、マイクロレンズＬの稠密度が高くなる。
本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 本発明の半透過シートを示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ'の断面図である。 図２のＢ−Ｂ'の断面図である。 本発明の半透過シートを示す部分平面図である。 本発明の半透過シートを示す部分断面図である。 本発明の半透過シート製造方法を示すフローチャートである。 本発明の半透過シート製造方法に対する製造工程を示す断面図である。 本発明の半透過シート製造方法に対する製造工程を示す断面図である。 本発明の半透過シート製造方法に対する製造工程を示す断面図である。 本発明の半透過シート製造方法に対する製造工程を示す断面図である。 本発明の半透過シート製造方法に対する製造工程を示す断面図である。 本発明の液晶表示装置の動作状態を示す断面図である。 本発明の液晶表示装置の動作状態を示す断面図である。
符号の説明
１００：液晶パネル、１１０：ブラックマトリックス、２００：半透過シート、２１１：平板部、２１２：マイクロレンズアレイ部、２１０：マイクロレンズアレイシート、２２０：半透過膜、Ｌ：マイクロレンズ、Ｐ：単位画素

Claims (16)

  1. グリッド状のブラックマトリックスを備えた液晶パネルと、
    内部光源と前記液晶パネル間に位置して内部光源による光を透過させ、前記液晶パネルを通して入ってきた外部光源による光の所定比率を反射させる半透過シートと
    を有することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記半透過シートは、一面に複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイシートと、前記マイクロレンズアレイシートのマイクロレンズに塗布される半透過膜とを備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記ブラックマトリックスの各単位領域である単位画素に対応する前記マイクロレンズアレイシートのマイクロレンズは複数個であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 前記マイクロレンズはハチの巣状に配列されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  5. 前記マイクロレンズは楕円形または多角形に形成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  6. 前記マイクロレンズは突起した形状を有する球面または非球面であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  7. 前記マイクロレンズ間に全充填率になるようにマイクロレンズとマイクロレンズが相接する境界線が備えられたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  8. 前記半透過膜は、銀、アルミニウム、またはクロムから形成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  9. 前記半透過膜は、球面鏡であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  10. 所定の厚さ及び面積を有する透明体から形成された平板部と、
    前記平板部の一面に突出させて形成させた複数のマイクロレンズが配列されて形成されるマイクロレンズアレイ部と、
    前記マイクロレンズアレイ部に薄い金属薄膜で塗布されて所定比率の光を反射させる半透過膜と
    を有することを特徴とする半透過シート。
  11. 前記マイクロレンズ間に全充填率になるようにマイクロレンズとマイクロレンズが相接する境界線が備えられたことを特徴とする請求項１０に記載の半透過シート。
  12. 前記半透過膜は、銀、アルミニウム、またはクロムから形成されることを特徴とする請求項１０に記載の半透過シート。
  13. 前記半透過膜は球面鏡であることを特徴とする請求項１０に記載の半透過シート。
  14. 一面に複数の凹部が形成された金型を製造する段階と、
    前記金型を利用してマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイシートを製造する段階と、
    前記マイクロレンズアレイシートのマイクロレンズの表面に所定比率の光を反射させる金属薄膜を塗布する段階と
    を含むことを特徴とする半透過シートの製造方法。
  15. 前記金型は、所定の面積を有する基板に半導体製造工程により複数の突起を形成する段階と、リフロー工程により前記突起を球面または非球面形態に成形する段階と、コンフォーマル堆積技術を利用して前記突起間の間隙を充填する段階と、前記凸曲面を有する突起の上に所定厚さに金属をメッキする段階と、前記金属のメッキ枠を分離する段階とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の半透過シートの製造方法。
  16. 前記金属薄膜は、銀、アルミニウムまたはクロムなどをスパッタリング方法、蒸着法または気相成長法により処理することによって形成されることを特徴とする請求項１４に記載の半透過シートの製造方法。
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