JP2007025458A - マイクロレンズ付き液晶表示パネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーフィルタを有する液晶表示パネルにおいてもマイクロレンズ付き液晶表示パネルを容易に作製することができるようにする。
【解決手段】 マイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法は、液晶表示パネルを用意する工程と、この液晶表示パネルの第１の透明基板２の表面に、未硬化の光硬化性樹脂からなる樹脂層９を形成する工程と、複数の画素に向けて、上記樹脂層９を硬化させる性質の光を、入射角を変化させるように照射し、第１絵素６Ｂを透過した光によって、樹脂層９を部分的に硬化させる露光工程と、上記露光工程の後に上記樹脂層９の未硬化部分を除去する現像工程とを含み、上記露光工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが上記樹脂層の厚みに等しくなるように行なわれるものである。
【選択図】 図１４

Description

本発明は、マイクロレンズ付き液晶表示パネルおよびその製造方法に関するものである。

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また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と、表示パネルに表示された画像など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）とがある。

液晶表示装置に用いられている表示パネルは液晶表示パネルと呼ばれる。液晶表示パネル以外の非自発光型の表示パネルとしては、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、トナー表示パネルやＰＬＺＴパネルなどが知られている。

現在、液晶表示装置は、モニタ、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話などに幅広く利用されている。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、各画素の領域内の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ものである。上述した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。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）素子などの３端子素子が用いられている。

液晶表示パネルに設けたスイッチング素子（特にＴＦＴ素子）に強い光が入射すると、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がってしまう。そうなると、電圧印加時に絵素容量に充電された電荷がＯＦＦ状態で不所望に放電されてしまい、所定の表示状態が得られなくなるため、本来その画素を「黒」として表示すべき状態でも光が漏れて完全な「黒」にはならず、結果的にコントラスト比が低下するという問題がある。

そこで、液晶表示パネルでは、たとえば、ＴＦＴ素子（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」とも称される）が設けられる。反射型液晶表示装置においては、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が、透過光を利用して表示を行なう透過型液晶表示装置においては、光を透過しないＴＦＴ素子、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。

さらに、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素子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サイズよりも小さくすることができないからである。特に、近年、携帯電話などモバイル機器の表示装置として普及している半透過型液晶表示装置の一方式では、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。半透過型液晶表示装置は、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ない、明るい照明下では周囲からの光を反射することによって表示を行なうので、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。

光の利用効率を改善するための一つの方法として、投影型液晶表示装置では、液晶表示パネルの個々の画素に光を集光するためのマイクロレンズを設けて、液晶表示パネルの実効的な開口率を向上する方法が実用化されている。従来のマイクロレンズは、液晶表示パネルの対向基板に形成されるものがほとんどであり、マイクロレンズが二枚のガラス板の間で挟まれたサンドイッチ構造を有している。なお、規則正しく配列された複数のマイクロレンズの全体のことを指して「マイクロレンズアレイ」ともいう。

特開２００２−６２８１８号公報（特許文献１）は、液晶表示パネルの画素を利用して、対向基板の表面に塗布した感光性材料を露光することにより、画素に対して自己整合的にマイクロレンズを形成する方法を開示している。この方法によると、マイクロレンズと画素との間にアライメントずれが発生することなく、また、低コストでマイクロレンズを製造できる利点がある。
特開２００２−６２８１８号公報

上記特許文献１に記載されている方法は、感光性材料を露光するために紫外線を用いるので、カラーフィルタを有しない表示パネル（たとえば３板式プロジェクタ用の液晶表示パネル）には適用できるものの、カラーフィルタを有する表示パネルではカラーフィルタが紫外線を吸収するので適用できない。

そこで、本発明では、カラーフィルタを有する液晶表示パネルにおいても適用可能なマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法および、そのような製造方法によって容易に作製することができるようなマイクロレンズ付き液晶表示パネルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づくマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法は、液晶層を介して互いに貼り合せられた第１，第２の透明基板を含み、光が透過可能な複数の画素が遮光部に隔てられることで規定されており、上記複数の画素の各々は、第１色光を透過させる第１絵素と、上記第１色光とは異なる第２色光を透過させる第２絵素とを含む複数の絵素を含み、上記第１絵素は上記複数の絵素の中で光硬化性樹脂を硬化させる性質の光の透過率が最も高い絵素となっている、液晶表示パネルを用意する工程と、上記第１の透明基板の表面に、未硬化の上記光硬化性樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、上記複数の画素に向けて、上記樹脂層を硬化させる性質の光を、入射角を変化させるように照射し、上記第１絵素を透過した光によって、上記樹脂層を部分的に硬化させる露光工程と、上記露光工程の後に上記樹脂層の未硬化部分を除去する現像工程とを含み、上記露光工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが上記樹脂層の厚みに等しくなるように行なわれるものである。

本発明によれば、カラーフィルタを有する液晶表示パネルが適用対象であってもマイクロレンズ付き液晶表示パネルを容易に製造することができる。

発明者らは、カラーフィルタを透過する露光照射光を用い、塗布した感光性材料をカラーフィルタ越しに露光して、シリンドリカル形状のマイクロレンズ（「シリンドリカルマイクロレンズ」ともいう。）を形成するマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法をまず発明した（この発明を以下「先行発明」という。）。先行発明では、シリンドリカルマイクロレンズは、少なくとも一つのカラーフィルタを透過する露光照射光を用いて、光硬化性樹脂層に硬化度の適切な分布が形成されるように露光を行なった後に未露光部を除去することで形成することができる。このとき、硬化度の分布は、光量（配向分布及び／または照射時間）の分布を調整することで形成できる。

しかしながら、先行発明に基づくマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法では、ガラス基板の厚みが精度良く一定値となっている透過型液晶表示パネルでは、理想のレンズ形状を形成できるが、実際のガラス基板ではレンズ形状を高度に制御することは困難となる。なぜなら、実際のガラス基板には、面内（１枚の基板の内部でのばらつきのことを「面内」のばらつきというものとする。）もしくはガラス基板毎に厚みばらつきが存在するため、同一の露光条件を用いた場合、ガラス基板の厚みに応じてマイクロレンズ稜線方向のレンズ形状に凹凸が生じるからである。凹凸が生じる理由を以下に説明する。

図１に模式的に示すように、ガラス基板の厚みがＴ₁と厚くなっている場合、高透過率のフィルタを透過した露光照射光が、光硬化性樹脂層を露光する範囲がＥ₁と広くなり、逆にＴ₂と薄くなっている場合には、露光範囲が狭くＥ₂となる。このため、図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）に模式的に示すように、互いに隣接する２つの画素にそれぞれ設けられた高透過率のフィルタをそれぞれ透過した露光照射光によって露光される部分の露光量の合計量（以下「積算露光量」という。）が、目的とする露光量からずれたものとなり、ガラス基板が厚いときには凸部を生じ、薄いときには凹部を生じる。特に、シリンドリカルマイクロレンズを形成する場合においては、稜線に沿って延在するいわゆるレンズトップの平坦面となるべき面に、このような理由から凸部または凹部が形成されてしまう。このようにシリンドリカルマイクロレンズの稜線方向に生じる凹凸は、透過型液晶表示装置の色度に影響を与える。

なお、マイクロレンズに生じる凹凸を制御する方法として、それぞれのガラス基板の厚みに対して、露光条件を適宜最適化することで滑らかな平坦面を得ることが考えられる。しかし、１枚のガラス基板の内部（いわゆる「面内」）においても、数十μｍの厚みばらつきが存在するため、透過型液晶表示装置パネルの１枚毎に対して露光条件を変更しなければならない。ましてや、大判の液晶表示装置においてはさらに厚みばらつきは拡大するので、逐一、露光条件を最適化してマイクロレンズを製造することは手間が掛かり、困難である。また、露光条件の最適化を行なう際に基準とする基板の厚みによっては、他の基板において凸部のみならず凹部も生じてしまう。

本発明は、上記諸点に鑑みて先行発明を改良するためになされたものであり、本発明は、正面輝度を高くする効果をもつレンズトップの中央に滑らかな平坦面を有するマイクロレンズを容易に形成することをより特定的な目的としている。

（実施の形態１）
（構成）
図４、図５を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルについて説明する。

図４に示すように、液晶表示装置２０は、マイクロレンズ１を備えるマイクロレンズ付き液晶表示パネル１１と、マイクロレンズ付き液晶表示パネル１１のマイクロレンズ１側に配置された高指向性のバックライト装置１５とを備えている。バックライト装置１５は光源１２と、光源１２から出射された光を受けて内部を伝搬させながら液晶表示パネル１１に向けて出射するための導光板１３と、導光板１３の裏面から出射された光を導光板１３に向けて反射するための反射板１４とを備えている。なお、図１では主要部品のみ記載し、液晶表示パネル１１の前後に設けられる偏光板などの図示を省略している。

液晶表示装置に好適に用いられるバックライト装置１５としては、たとえばIDW'02 "Viewing Angle Control using Optical Microstructures on Light-Guide Platefor Illumination System of Mobile Transmissive LCD Module", K.KALANTAR, pp.549-552や、特開２００３−３５８２４号公報、M.Shinohara et al.:Optical Society of American Annual Meeting Conference Program, Vol.10, p.189(1998)、特表平８−５１１１２９号公報などに記載されているバックライト装置を挙げることができる。

この液晶表示装置２０に含まれるマイクロレンズ付き液晶表示パネル１１は、液晶層４と、液晶層４を介して互いに貼り合せられた第１，第２の透明基板としてのＴＦＴ基板２および対向基板３と、ＴＦＴ基板２の表面において光硬化性樹脂からなる樹脂層を一旦形成してから部分的に露光させて硬化させることで形成されたシリンドリカルマイクロレンズとしてのマイクロレンズ１とを備える。マイクロレンズ１は多数配列されることでマイクロレンズアレイを構成している。このマイクロレンズアレイは、全体でレンチキュラーレンズとして働く。図５にこのマイクロレンズアレイの部分拡大図を示す。図５に示すように、マイクロレンズ１は稜線部分に２次元的広がりを有する平坦面１ａを有する。この平坦面１ａは、樹脂層の露光時に樹脂層の厚みの全体に至るまで硬化させたことによって樹脂層の表面がそのまま残ったものである。

（作用・効果）
本実施の形態におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネル１１によれば、用いる基板に厚みのばらつきがある場合であっても、後述する製造方法によって、凹凸のない正しい平坦面を有するマイクロレンズを容易に正確に形成することができる。

（製造方法）
図６〜図９を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法について説明する。

（１．液晶表示パネルを用意する工程）
まず、「液晶表示パネルを用意する工程」として、図６に示すように、液晶表示パネル１０を用意する。液晶表示パネル１０は、カラー液晶表示パネルであり、ＴＦＴ基板２と、カラーフィルタ６が形成された対向基板３とを備えている。カラーフィルタ６としては、実際にはＲ，Ｇ，Ｂ（赤、緑、青）の３色に対応した各色のカラーフィルタが存在するが、図６では説明の便宜上、区別して表示することはせずに単にカラーフィルタ６として表示している。

ＴＦＴ基板２と対向基板３との間にはシール材８に囲まれるようにして所定の液晶層４が形成されている。ＴＦＴ基板２の液晶層４側には、マトリクス状に配列された絵素に対応して設けられた絵素電極（図示せず）、絵素電極に接続されたＴＦＴ素子（図示せず）、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（図示せず）、遮光層５が形成されている。対向基板３の液晶層４側にはカラーフィルタ６と対向電極（図示せず）が形成されている。さらに、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。

液晶表示パネル１０は多数の画素を有する。その多数の画素のうちの３×３の合計９個の画素からなる領域だけを取り出したところを図７に示す。複数の画素は、Ｘ方向を「行」、Ｙ方向を「列」とするようにマトリクス状に配列されている。このマトリクスは、Ｘ方向がＰ_X、Ｙ方向がＰ_Yという等ピッチとなっている。ＴＦＴ素子を備えるアクティブマトリクス方式の表示パネルの場合、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。

各画素（pixel）は、Ｒ，Ｇ，Ｂ（赤、緑、青）の３色にそれぞれ対応した３つの絵素（subpixel）すなわちＲ絵素、Ｇ絵素およびＢ絵素で構成されている。

図７において太線で囲んだ部分を取り出して拡大したところを図８に示す。図７における太線の枠は１画素に対応する領域からは１絵素分だけずれているが３つの絵素を含むので面積は１画素分に等しく、露光時のスキャンを考える上では１画素分になぞらえることができる。このように正規の画素同士の境界を超えてＧ，Ｂ，Ｒの並びで規定されるひとまとまりの領域を「露光画素」というものとする。この液晶表示パネル１０の画面は多数の画素のマトリクスであると同時に多数の露光画素のマトリクスとしても捉えることができる。画面全体を露光画素のマトリクスと考えた場合、画面の左右の端にいずれの擬似絵素にも属さず余る絵素が生じるが、周縁部の１画素未満の絵素の影響は画面全体から見て微々たるものであるので無視できる。

図８に示すように、１つの露光画素にはＧ絵素、Ｂ絵素、Ｒ絵素の３つの絵素が含まれており、各絵素において、カラーフィルタ６は担当する色のカラーフィルタとなっている。各絵素の周囲には遮光層（「ブラックマトリクス」、「遮光領域」ともいう。）５が設けられている。また各絵素は反射部と透過部とに区分けされている。Ｇ絵素は反射部７Ｇおよび透過部６Ｇ、Ｂ絵素は反射部７Ｂおよび透過部６Ｂ、Ｒ絵素は反射部７Ｒおよび透過部６Ｒから構成されている。図８に示すように、露光画素も正規の画素と同じく３絵素の並びからなるので、露光画素のＸ方向のピッチはＰ_X、Ｙ方向のピッチはＰ_Yとなる。本実施の形態では、Ｐ_X，Ｐ_Yのいずれもが２００μｍとなっている。この寸法はあくまで一例であって他の長さであってもよい。

この液晶表示パネル１０は、液晶層４を介して互いに貼り合せられた第１，第２の透明基板としてのＴＦＴ基板２および対向基板３を含み、光が透過可能な複数の画素が遮光部５に隔てられることで規定されており、複数の画素の各々は、第１色光を透過させる第１絵素と、前記第１色光とは異なる第２色光を透過させる第２絵素とを含む複数の絵素を含み、第１絵素はこれらの複数の絵素の中で光硬化性樹脂を硬化させる性質の光の透過率が最も高い絵素となっている。ここでは、「複数の絵素」とは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの絵素を指し、第１絵素はＢ絵素に対応する。第２絵素はＧ絵素またはＲ絵素に対応する。

第１絵素は「複数の絵素」の中で透過光の中心波長が最も短い絵素であることが好ましい。光硬化性樹脂を硬化させる性質の光の波長は短いので、そのような光の透過率が最も高い絵素とするためには、第１絵素を「複数の絵素」の中で透過光の中心波長が最も短い絵素とすることが好都合だからである。

本実施の形態では、１画素の中の絵素の並びがＲ，Ｇ，Ｂであったので露光画素という概念を想定することでＢ絵素が中央にくるＧ，Ｂ，Ｒという並びを１単位として露光が行なわれたが、１画素の中の絵素の並びがＲ，Ｂ，ＧまたはＧ，Ｂ，Ｒとなっていれば、露光画素という概念を想定するまでもなく、画素ごとに露光のスキャンが行なえ、画面の端に絵素が余ることもないので、より好ましい。

（２．樹脂層を形成する工程）
次に樹脂層を形成する工程として、図９に示すように、液晶表示パネルのＴＦＴ基板２上に、未硬化の光硬化性樹脂を塗布することで厚みＴ_Rの樹脂層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、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、表面改質を行なうことが好ましい。ここで用いられる光硬化性樹脂としては、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など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が挙げられる。

（３．露光工程）
次に樹脂層を部分的に硬化させる露光工程を行なう。以下、露光工程の内容について説明する。ここでは、Ｂ絵素を透過した光で、光硬化性樹脂を硬化させる例を示す。樹脂層９に露光用照射光を入射すると、光量に応じて樹脂層９の光硬化性樹脂が感光し、硬化する。「露光用照射光」とは、樹脂層９を硬化させる性質の光であって、たとえば紫外線であってよい。

照射時間が一定の場合、樹脂層９の光硬化性樹脂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。したがって、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、樹脂層９内に硬化度の分布を形成することができる。なお、「配光分布」とは、表示パネルに入射させる露光光の、表示パネルの面法線に対してなす角度（入射角度）に関する強度分布のことであり、Ｂ絵素への入射角と感光性材料層すなわち樹脂層９への入射位置とは１対１で対応する。

この工程では、複数の画素に向けて、露光用照射光を、入射角を変化させながらスキャンするように照射し、第１絵素すなわちＢ絵素を透過した光によって、樹脂層９を部分的に硬化させる。

（３．１ スキャン）
このスキャンについて図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は図８におけるＸ−Ｘ線に関する矢視断面図、図１１は図８におけるＸＩ−ＸＩ線に関する矢視断面図である。樹脂層９を硬化させる性質の光は、図１１に示すＹ方向に関しては入射角θ₃の方向８１に固定された状態で、図１０に示すようにＸ方向に関しては入射角θ₁の方向８３から入射角θ₂の方向８４まで連続的にまたは段階的に変化させながら照射する。このようにして片道のスキャンが終わると、今度は、図１１におけるＹ方向の入射角をθ₃からわずかにずらした新たな角度とし、Ｘ方向に関して方向８４から方向８３まで同様に変化させながら照射する。こうして１往復分のスキャンが終了する。さらに引き続いて、Ｙ方向の入射角をわずかにずらした角度とし、Ｘ方向に関して再び方向８３から方向８４まで同様に変化させながら照射する。この繰返しによって、図８に示す１画素内の３つの絵素の並ぶ全領域を２次元的にカバーするようにスキャンする。このスキャンの様子は図１２のように模式的に示すことができる。

硬化させる工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが上述の厚みＴ_Rに等しくなるように行なわれる。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なうことにより所望の形状のマイクロレンズを形成することができる。

（３．２ 稜線方向に延在する平坦面の形成）
このようなスキャンにおいて直線的に連なるマイクロレンズの稜線形状を形成する原理について、好ましい露光状態が実現されている図１３（ａ），（ｂ）を参照して説明する。露光用照射光として平行光を用い、等角速度で照明光の入射角を図１３（ａ）に示す方向８３から方向８４まで変化させたときを考える。ＴＦＴ基板２の透明基板厚みはＴ_G2とする。図１３（ａ）には２つの画素に相当する領域が表示されているが照射光は平行光であるので各画素において同じように照射光の入射角度が変化する。このとき、透過率が高いＢ絵素を透過した照射光が向きを変えながら透過率の低いＧ絵素、Ｒ絵素の上方にある樹脂層９をも露光することとなる。照明光が照射された樹脂層９上の各点における露光量の分布は図１３（ｂ）に示したものになる。

ある１つの画素に注目した場合、その画素のＢ絵素を透過した照射光による露光だけを見れば、露光量分布は図１３（ｂ）に示すように最大露光量がＤとなる１つの台形となるが、その画素の両隣に隣接する画素のＢ絵素を透過した照射光によって生じる露光量分布の台形の裾部分同士が互いに重なる。この重なる部分の積算露光量が重ならない部分の最大露光量Ｄと一致するようにすることで、合計露光量はどの点においてもＤとなる。その結果、平坦面が形成される。

このような分布をもつ露光によって、図１３（ａ）においては、一定厚みＴ_Rで形成されている樹脂層９の各点は厚み方向に下から一定厚みだけ硬化する。すなわち、図１３（ａ）の樹脂層９の中に示す破線より下の部分が硬化する。こうしてマイクロレンズの稜線の直線的な形状が得られる。

しかしながら、図２（ａ）に示すように透明基板が厚みＴ_G2より薄い厚みＴ_G1である場合、図１を参照して説明した原理により透明基板上面での露光範囲が狭くなるので、露光量分布の台形は図２（ｂ）に示すように裾の横方向への広がりが短い形状になる。したがって、台形の裾同士が重なる部分での積算露光量Ｄが不足し台形頂上での露光量より小さなものとなってしまう。こうして図２（ｂ）に一点鎖線で示すように画素同士の境目でそれぞれ露光量不足が生じるのでマイクロレンズの稜線方向で見たときＤは一定とならず繰返し増減するような分布となる。その結果、硬化した樹脂によって形成される稜線には、図２（ａ）に破線で示すように凹凸が生じてしまう。

逆に、図３（ａ）に示すように透明基板が厚みＴ_G2より厚い厚みＴ_G3である場合、図１を参照して説明した原理により透明基板上面での露光範囲が広くなるので、露光量分布の台形は図３（ｂ）に示すように裾の横方向への広がりが長い形状になる。したがって、台形の裾同士が重なる部分での積算露光量Ｄが過大なものとなり、台形頂上部分にまで重なるようになる。その結果、図３（ｂ）に一点鎖線で示すように画素同士の境目でそれぞれ露光量が過大となるのでマイクロレンズの稜線方向で見たときＤは一定とならず繰返し増減するような分布となる。その結果、硬化した樹脂によって形成される稜線には図３（ａ）に破線で示すように凹凸が生じてしまう。

ここで、透明基板としてのガラス基板の厚みと露光範囲の関係を図１０を参照して数式を用いながら説明する。ガラス基板の厚みをＴ_Gとし、露光時の図１０における入射角度をθ₁とし、屈折率をｎとし、便宜上、露光範囲の幅をＥ_areaとすると、次の関係が成り立つ。
Ｅ_area＝Ｔ_G／ｎ×ｔａｎθ₁ ‥‥‥‥式１
このことから、照射光が同一角度θ₁で入射される場合において、ガラス基板が厚い場合、露光範囲Ｅ_areaは拡がり、逆に薄い場合には露光範囲Ｅ_areaは狭くなる。このため、照射光の透過率が低いカラーフィルタの上方では、透過率が高いカラーフィルタを透過した照射光の重なり量に違いが生じてくる。すなわち、積算露光量が異なってくる。したがって、形成されるマイクロレンズ１の平坦面１ａは少なくとも稜線方向に見て凹凸を有するものとなってしまう。

ここで、上述のガラス基板の厚みＴ_Gと露光範囲Ｅ_areaとの関係において、露光範囲Ｅ_areaが画素ピッチＰ_Xの１／２倍になるとき、図１３（ｂ）に破線で示すように積算露光量が一定になり、その結果、図１３（ａ）に破線で示すように稜線に凹凸のない平坦面１ａが形成される。そこで式１に
Ｅ_area＝（１／２）Ｐ_X ‥‥‥‥式２
を代入すると
（１／２）Ｐ_X＝Ｔ_G／ｎ×ｔａｎθ₁ ‥‥‥‥式３
となる。

図１３（ａ），（ｂ）では好ましいことに稜線方向に凹凸のない平坦面が形成されていたが、厚みＴ_Rで形成された樹脂層９のうち硬化するのは下から一定厚みの部分だけで上の方の部分は未硬化のまま捨てられることとなる。また、実際にはガラス基板の厚みにはばらつきがある。

そこで次に、図１４（ａ），（ｂ）を参照して、厚みにばらつきのある多数のガラス基板に対して一定の露光スキャン条件を適用してマイクロレンズを量産する場合について検討する。

上述した式３の関係を満足する露光条件を用い、かつ、マイクロレンズの稜線方向の平坦面を形成する積算露光量が厚みＴ_Rの光硬化性樹脂を露光するのに必要な露光量Ｄ_Tと一致するような露光条件を「最適露光条件」とする。図１４（ａ），（ｂ）では露光によって樹脂層９が硬化する部分の厚みが樹脂層９の厚みＴ_Rと一致している様子を示している。最適露光条件においては、このように無駄のない硬化が行なわれる。

露光照射光が入射角度θ₁のときの露光量をＤ_theta1、また、露光照射光が入射角度θ₂のときの露光量をＤ_theta2とした場合、最適露光条件とは、
Ｄ_T＝Ｄ_theta1＋Ｄ_theta2 ‥‥‥‥式４
ということになる。この最適露光条件を決める際に用いるガラス基板の厚みＴ_Gにはガラス基板の面内の最薄値またはガラス基板毎の厚みばらつきのうちの最小値を用い、これを「基準ガラス基板厚」とする。図１３（ａ），（ｂ）、図１４（ａ），（ｂ）ではＴ_G＝Ｔ_G2であった。図７で例示した液晶表示パネルの例では、行方向（１画素に属するＲ，Ｂ，Ｇのカラーフィルタが並ぶ方向）の画素ピッチＰ_Xが２００μｍ、行方向に直行する列方向の画素ピッチＰ_Yが２００μｍ、ＴＦＴ基板２の透明基板部分の屈折率は１．５２であるが、ここで基準ガラス基板厚が４００μｍであるとすると、最適露光条件を満たす入射角度は
θ₁＝θ₂＝ｔａｎ^-1｛（１／２）Ｐ_X／（Ｔ_G／ｎ）｝
＝ｔａｎ^-1｛（１／２）×２００／（４００／１．５２）｝
＝ｔａｎ^-1（１００／２６０）＝約２１°
となる。

基準ガラス基板厚に対応するこの最適露光条件を用いて光硬化性樹脂からなる樹脂層９の感光を行なうとき、他のガラス基板または同一ガラス基板内の他の部位の厚みは基準ガラス基板厚より常に厚いものになるので、マイクロレンズの稜線方向には図１５（ａ），（ｂ）に示すような凸部のみが生じ、凹部は生じない。また、生じるはずの凸部は樹脂層９の厚みを超えてしまうため、結果的にこの凸部をカットしたような状態にすることができる。これにより、ガラス基板の厚みが異なる場合においても、同一の露光スキャン条件によって滑らかな平坦面を有するマイクロレンズアレイを製造することができる。

なお、配光分布は、ここで例示したように露光用照射光の入射角を変化させることによって調整することもできるが、そのほかの方法として、露光用照射光のビームを樹脂層９に対して相対的に平行移動させることによって、照射時間の分布を調整してもよいし、これらを組み合わせてもよい。さらにほかの方法として、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。

（４．現像工程）
次に図１６に示すように、樹脂層９（図９参照）の未硬化部分を除去する現像工程を行なう。未硬化部分を除去した結果、硬化した部分のみが残るので、硬化度の分布に対応した形状のマイクロレンズ１が得られる。こうしてマイクロレンズ付き液晶表示パネル１１が得られる。このマイクロレンズ付き液晶表示パネル１１が備えるマイクロレンズアレイは、複数の画素の列に対応して配列されたレンチキュラーレンズである。このマイクロレンズアレイは、稜線が行方向（Ｘ方向）になるように配列されており、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。

なお、現像工程の後で、光硬化性樹脂が硬化してできたマイクロレンズ１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さらに進行させ、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。

この後、図１７に示すように、マイクロレンズ付き液晶表示パネル１１をバックライト装置１５と組み合わせて液晶表示装置２０が完成する。バックライト装置１５は、予め、光源１２、バックライト１３、反射板１４を組み立てて作製しておいたものであってよい。

上述の実施の形態では、カラーフィルタを有する液晶表示パネルを用いたが、本発明の適用対象はこれに限られず、たとえばゲスト・ホスト液晶表示装置のように、表示媒体層（液晶層）に混合した色素などを用いてカラー表示を行なう表示装置にも同様に適用できる。さらに、液晶表示パネルに限られず、他の非自発光型表示パネル（たとえば、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）にも適用できる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

ガラス基板の厚みと露光照射光が光硬化性樹脂層を露光する範囲の広さとの関係の説明図である。 （ａ）は透明基板が薄い場合に下方から露光されて樹脂層が部分的に硬化する様子の説明図であり、（ｂ）は透明基板が薄い場合の積算露光量の説明図である。 （ａ）は透明基板が厚い場合に下方から露光されて樹脂層が部分的に硬化する様子の説明図であり、（ｂ）は透明基板が厚い場合の積算露光量の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルを備える液晶表示装置の概念図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルが備えるマイクロレンズアレイの部分拡大図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第１の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの１つの画素の拡大平面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの９つの画素の拡大平面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第２の工程の説明図である。 図７におけるＸ−Ｘ線に関する矢視断面図である。 図７におけるＸＩ−ＸＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の中で行なわれるスキャンの様子の説明図である。 （ａ）は下方から露光されて樹脂層が部分的に硬化して凹凸のない稜線が形成される様子の説明図であり、（ｂ）は積算露光量の説明図である。 （ａ）は下方から露光されて凹凸のない稜線が樹脂層の厚み全体を使って形成される様子の説明図であり、（ｂ）は積算露光量の説明図である。 （ａ）は下方から露光されて凸部のある稜線が形成されようとするが凸部が樹脂層の厚みを超えているので結果的に凸部がカットされた形状となる様子の説明図であり、（ｂ）は積算露光量の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第３の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第４の工程の説明図である。

符号の説明

１ マイクロレンズ、１ａ 平坦面、２ ＴＦＴ基板、３ 対向基板、４ 液晶層、５ 遮光層、８ シール材、９ 樹脂層、１０ 液晶表示パネル、１１ マイクロレンズ付き液晶表示パネル、１２ 光源、１３ 導光板、１４ 反射板、１５ バックライト装置、２０ 液晶表示装置、８１，８２，８３，８４ （光の照射の）方向。

Claims (5)

1. 液晶層を介して互いに貼り合せられた第１，第２の透明基板を含み、光が透過可能な複数の画素が遮光部に隔てられることで規定されており、前記複数の画素の各々は、第１色光を透過させる第１絵素と、前記第１色光とは異なる第２色光を透過させる第２絵素とを含む複数の絵素を含み、前記第１絵素は前記複数の絵素の中で光硬化性樹脂を硬化させる性質の光の透過率が最も高い絵素となっている、液晶表示パネルを用意する工程と、
   前記第１の透明基板の表面に、未硬化の前記光硬化性樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、
   前記複数の画素に向けて、前記樹脂層を硬化させる性質の光を、入射角を変化させるように照射し、前記第１絵素を透過した光によって、前記樹脂層を部分的に硬化させる露光工程と、
   前記露光工程の後に前記樹脂層の未硬化部分を除去する現像工程とを含み、
   前記露光工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが前記樹脂層の厚みに等しくなるように行なわれるものである、マイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。
2. 前記第１絵素は前記複数の絵素の中で透過光の中心波長が最も短い絵素である、請求項１に記載のマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。
3. 前記シリンドリカルマイクロレンズの稜線方向の露光のためのスキャンを行なう際の光照射条件であるマイクロレンズ稜線方向露光スキャン条件を、前記第１の透明基板の面内厚みばらつきまたは個体間ばらつきにおける最薄厚みを基準に決定する工程を含む、請求項１または２に記載のマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。
4. 前記マイクロレンズ稜線方向露光スキャン条件は、前記最薄厚みがＴ_G、画素ピッチがＰ_x、屈折率がｎ、露光照射光の最大入射角度がθ₁のとき、
   １／２・Ｐ_x＝Ｔ_G／ｎ×ｔａｎθ₁
   を満足し、かつ、前記シリンドリカルマイクロレンズの稜線に相当する部分の積算露光量が前記樹脂層の厚み分の前記光硬化性樹脂を露光するのに必要な露光量に一致するように決定される、請求項３に記載のマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。
5. 液晶層と、
   前記液晶層を介して互いに貼り合せられた第１，第２の透明基板と、
   前記第１の透明基板の表面において光硬化性樹脂からなる樹脂層を一旦形成してから部分的に露光させて硬化させることで形成されたシリンドリカルマイクロレンズとを備え、
   前記シリンドリカルマイクロレンズは稜線部分に２次元的広がりを有する平坦面を有し、前記平坦面は、前記樹脂層の露光時に前記樹脂層の厚みの全体に至るまで硬化させたことによって前記樹脂層の表面がそのまま残ったものである、マイクロレンズ付き液晶表示パネル。

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