JP2008241847A

JP2008241847A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008241847A
Application number: JP2007078930A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Kanzaki; 庸輔神崎; Hirohiko Nishiki; 博彦錦; Yoshimasa Chikama; 義雅近間
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】高精細な画像を表示可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明による液晶表示装置（１００）は、アクティブマトリクス基板（１３０）、対向基板（１４０）、および、アクティブマトリクス基板（１３０）と対向基板（１４０）との間に設けられた液晶層（１５０）を有する液晶パネル（１２０）と、バックライト（１１０）とを備える。アクティブマトリクス基板（１３０）は、バックライト（１１０）に面する第１主面（１３２ａ）と液晶層（１５０）に面する第２主面（１３２ｂ）とを有する透明基板（１３２）と、透明基板（１３２）の第１主面（１３２ａ）側に設けられた複数の第１マイクロレンズ（１６０）と、透明基板（１３２）の第２主面（１３２ｂ）側に設けられた複数の第２マイクロレンズ（１７０）とを有している。第２マイクロレンズ（１７０）は色材を含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点を有しており、テレビ、コンピュータ、携帯端末等のディスプレイに利用されている。液晶表示装置の液晶パネルは、ブラウン管（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ：ＣＲＴ）やプラズマディスプレイパネル（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ：ＰＤＰ）などの自発光型パネルとは異なり、液晶パネル自体は発光しない。このため、液晶表示装置は、液晶パネルの裏面に配置されたバックライトの光や液晶パネルの表示画面から入射した外光を利用して表示を行っている。

暗い場所でも所定の輝度を得るためには、バックライトの光が利用される。このとき、バックライトからの光の利用効率を向上させるために、マイクロレンズを設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５に、特許文献１に開示されている液晶表示装置７００の模式的な断面図を示す。液晶表示装置７００は、バックライト７１０と、液晶パネル７２０とを備えている。また、液晶パネル７２０は、アクティブマトリクス基板７３０と、対向基板７４０と、液晶層７５０とを有している。図５に示すように、液晶表示装置７００が透過反射両用型であると、アクティブマトリクス基板７３０に反射部７３６が設けられているため、バックライト７１０から出射された光は反射部７３６を通過できない。しかしながら、液晶表示装置７００では、アクティブマトリクス基板７３０のバックライト７１０側にマイクロレンズ７６０を有するマイクロレンズアレイ７６２が設けられており、マイクロレンズ７６０はバックライト７１０からの光を画素の透過開口部に集める。マイクロレンズ７６０によって集められた光は液晶層７５０を通過した後、対向基板７４０に設けられたカラーフィルタ７８０を通過し、これにより、画素は、赤、緑および青といった特定の色を表示する。このように、液晶表示装置７００では、マイクロレンズ７６０によって光の利用効率を向上させることができ、バックライト７１０の消費電力を増加することなく適切な輝度を得ることができる。

しかしながら、マイクロレンズ７６０によって集められた光は、図６に示すように、隣接する画素にも入射する。このため、あるマイクロレンズ７６０を通過した光は、隣接する異なる色のカラーフィルタも通過する。例えば、緑のカラーフィルタに対応するマイクロレンズ７６０を通過した光は、緑のカラーフィルタだけでなくこれに隣接する赤および青のカラーフィルタも通過する。このため、液晶表示装置７００は単色表示を行うことができない。

このような問題を解決するために、色材を含有するマイクロレンズを形成することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

図７に、特許文献２に開示されている液晶表示装置８００の模式図を示す。液晶表示装置８００は、バックライト８１０と、液晶パネル８２０とを備えている。液晶パネル８２０のアクティブマトリクス基板８３０は、透明基板８３２と、バックライト８１０と透明基板８３２との間に位置するマイクロレンズ８６０とを有している。マイクロレンズ８６０は着色材料から形成されており、例えば、赤のマイクロレンズ８６０は赤色の波長の光のみを透過する。このように、マイクロレンズ８６０はカラーフィルタとして機能する。このため、液晶表示装置８００では、ある色のマイクロレンズを通過した光が他の色のマイクロレンズを通過することがなく、これにより、単色表示を行うことができる。また、マイクロレンズとは別にカラーフィルタを形成する工程を省略することができる。
特開２００５−２０８５５３号公報特開２０００−２９８２６７号公報

液晶表示装置８００でも、液晶表示装置７００と同様に、マイクロレンズ８６０によって集められた光は透過開口部を通過した後、そのスポット径は大きくなり、隣接する透過領域を通過した光のスポット径と重なる。例えば、図８に示すように、緑のマイクロレンズ８６０を通過した光の一部は、隣接する画素において赤または青のマイクロレンズ８６０を通過した光と重なる。この場合、液晶表示装置８００は高精細な画像を表示できない。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高精細な画像を表示可能な液晶表示装置を提供することにある。

本発明による液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板、対向基板、および、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層を有する液晶パネルと、バックライトとを備える液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、前記バックライトに面する第１主面と、前記液晶層に面する第２主面とを有する透明基板と、前記透明基板の第１主面側に設けられた複数の第１マイクロレンズと、前記透明基板の第２主面側に設けられた複数の第２マイクロレンズとを有しており、前記第２マイクロレンズは色材を含有する。

ある実施形態において、前記アクティブマトリクス基板は、前記透明基板の前記第２主面上に設けられた反射部をさらに有しており、前記第２マイクロレンズの少なくとも一部は前記反射部を覆う。

ある実施形態において、前記複数の第２マイクロレンズは、前記複数の第１マイクロレンズに対応して設けられている。

ある実施形態において、前記第１マイクロレンズは円形状または楕円形状であり、前記第２マイクロレンズは円形状または楕円形状である。

ある実施形態において、前記第２マイクロレンズはフォトレジスト材料から形成されている。

本発明による液晶表示装置の製造方法は、上記に記載の液晶表示装置の製造方法であって、前記透明基板を用意する工程と、前記透明基板の前記第１主面上に複数の第１マイクロレンズを形成する工程と、前記透明基板の前記第２主面上に複数の第２マイクロレンズを形成する工程とを包含する。

ある実施形態において、前記第２マイクロレンズを形成する工程は、フォトレジスト材料から形成された着色層を形成する工程と、前記着色層に熱処理を行うことにより、前記着色層を変形させる工程とを包含する。

ある実施形態において、前記第２マイクロレンズを形成する工程は、着色層を形成する工程と、前記着色層にレンズ状の型を押し付ける工程とを包含する。

ある実施形態において、前記第２マイクロレンズを形成する工程は、マイクロレンズの形状となるように粘度の調整された着色材料をインクジェット法で付与する工程を包含する。

本発明によれば、高精細な画像を表示可能な液晶表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照して，本発明による液晶表示装置の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１に、本実施形態の液晶表示装置１００の模式的な断面図を示す。液晶表示装置１００は、バックライト１１０と、液晶パネル１２０とを備えている。

図２に、液晶パネル１２０の拡大図を示す。液晶パネル１２０は、アクティブマトリクス基板１３０と、対向基板１４０と、これらの基板１３０、１４０の間に設けられた液晶層１５０とを有している。アクティブマトリクス基板１３０は、バックライト１１０（図１参照）に面する第１主面１３２ａおよび液晶層１５０に面する第２主面１３２ｂを有する透明基板１３２と、透明基板１３２の第１主面１３２ａ側に設けられた複数の第１マイクロレンズ１６０と、透明基板１３２の第２主面１３２ｂ側に設けられた複数の第２マイクロレンズ１７０とを有している。透明基板１３２の第２主面１３２ｂ上には各画素に対応して薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）１３４が設けられている。

また、液晶表示装置１００は透過反射両用型であり、表示画面の法線方向からみて、ＴＦＴ１３４を覆うように反射部１３６が設けられている。反射部１３６は隣接する画素の間に設けられている。反射部１３６は、液晶層１５０の液晶分子に電圧を印加するための電極であってもよい。

第１マイクロレンズ１６０はバックライト１１０（図１参照）の方に突出した凸面を有しており、第２マイクロレンズ１７０は液晶層１５０の方に突出した凸面を有している。第２マイクロレンズ１７０は、画素ごとに第１マイクロレンズ１６０と１対１で対応するように配置されており、また、第１マイクロレンズ１６０および第２マイクロレンズ１７０の中心は、画素の中心と対応するように設けられている。なお、複数の第１マイクロレンズ１６０が設けられたシートをマイクロレンズアレイとして用いてもよい。

対向基板１４０は透明基板１４２を有しており、透明基板１４２上に対向電極（図示せず）やブラックマトリクス１４４が設けられている。透明基板１３２および透明基板１４２として、例えば、厚さ０．１ｍｍのガラス基板が用いられている。また、透明基板１３２と透明基板１４２との間にはスペーサ１５２が設けられている。

第１マイクロレンズ１６０は透明である。一方、第２マイクロレンズ１７０は、色材を含有しており、カラーフィルタとして機能する。具体的には、第１マイクロレンズ１６０および第２マイクロレンズ１７０はいずれも、光硬化性のアクリル系樹脂から形成されている。また、第２マイクロレンズ１７０のアクリル系樹脂には、必要となる色の顔料が分散されている。光硬化性樹脂は、紫外線や可視光線等の照射によって硬化するものであればよく、例えば、（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、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である。このように、第２マイクロレンズ１７０が色材を含有していることにより、単色表示が可能になる。

バックライト１１０（図１参照）から出射された光は、第１マイクロレンズ１６０によって集められ、第２マイクロレンズ１７０は、第１マイクロレンズ１６０によって集められた光の進行方向を透明基板１３２の第２主面１３２ｂの法線方向と平行に変化させ、スポット径が大きくなることを抑制する。これにより、液晶表示装置１００は、高精細な画像を表示することができる。また、表示画面を正面方向から観察する観察者に対するコントラスト比を向上させることができる。なお、バックライト１１０（図１参照）として、指向性の高い光を出射するバックライトを用いることにより、コントラスト比をさらに増加させることができる。

上述したように、第２マイクロレンズ１７０はマイクロレンズとしてだけでなくカラーフィルタとしても機能するため、カラーフィルタの形成工程を省略することができる。また、第２マイクロレンズ１７０の少なくとも一部は反射部１３６を覆うように設けられており、第２マイクロレンズ１７０は、透過領域だけでなく反射領域にも設けられている。これにより、第２マイクロレンズ１７０は、バックライト１１０からの光（透過光）だけでなく、表示画面から入射して反射部１３６によって反射される光（反射光）に対してもカラーフィルタとして機能する。

また、図５に示した液晶表示装置７００のように、対向基板７４０にカラーフィルタ７８０を設ける場合、アクティブマトリクス基板７３０側に設けられたマイクロレンズ７６０と対向基板７４０のカラーフィルタ７８０との間の距離が長いため、マイクロレンズ７６０とカラーフィルタ７８０とを精度よくアライメントしなければ、表示品位が大きく低下してしまう。これに対して、液晶表示装置１００では、アクティブマトリクス基板１３０の透明基板１３２に、第１マイクロレンズ１６０だけでなく、カラーフィルタとして機能する第２マイクロレンズ１７０が設けられており、第１マイクロレンズ１６０と第２マイクロレンズ１７０との間の距離が短いため、第１マイクロレンズ１６０と第２マイクロレンズ１７０とのアライメント精度が多少低くても表示品位にそれほど影響しない。また、対向基板１４０にカラーフィルタが設けられていないため、アクティブマトリクス基板１３０と対向基板１４０とのアライメント精度も低くてもよい。

上述した説明では、透明基板はガラス基板であったが、本発明はこれに限定されない。透明基板は透明なプラスチック基板であってもよい。プラスチック基板は、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂のような熱硬化性樹脂やポリエーテルサルフォン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂を用いて形成されており、その線膨張係数は３０〜１００ｐｐｍ／℃である。透明基板１３２として、線膨張係数の高い樹脂から形成されたプラスチック基板を用いる場合、プラスチック基板の主面に平行な方向に関する寸法変化率（以下、「基板伸縮率」と称する。）は、製造プロセス中の処理温度やプラスチック基板の吸収する水分の量に応じて変化する。例えば、温度による基板の伸縮についてみると、ガラス基板の線膨張係数は３〜５ｐｐｍ／℃であるのに対して、プラスチック基板の線膨張係数は３０〜１００ｐｐｍ／℃である。このため、周囲温度に応じて、プラスチック基板は大きく伸縮し、特に基板サイズが大きいほど大きく伸縮する。また、プラスチック基板のサイズは、水の吸収によって変化しやすい。したがって、図５に示した液晶表示装置７００において、アクティブマトリクス基板７３０の透明基板としてプラスチック基板を用いると、プラスチック基板の伸縮に応じてマイクロレンズ７６０とカラーフィルタ７８０との位置関係がずれて表示品位が低下することになる。一方、液晶表示装置１００の透明基板１３２としてプラスチック基板を使用し、伸縮が生じたとしても、第１マイクロレンズ１６０とカラーフィルタとして機能する第２マイクロレンズ１７０との位置関係のずれが小さいので表示品位の低下が抑制される。

なお、例えば、第１マイクロレンズ１６０は直径５０μｍの円形状であり、その焦点距離は１００μｍである。なお、第１マイクロレンズ１６０の焦点距離は、透明基板１３２の第２主面側１３２ｂにおけるスポット径が画素開口部よりも小さくなるように設定されていることが好ましい。これにより、収束された光の利用効率を向上させることができる。

また、例えば、第２マイクロレンズ１７０は、矩形状の画素に対応して楕円形状であり、第２マイクロレンズ１７０の短径、長径は、それぞれ、６０μｍ、１５０μｍである。第２マイクロレンズ１７０の短径方向の焦点距離は１００μｍである。

また、アクティブマトリクス基板１３０および対向基板１４０を個別に作製した後に、アクティブマトリクス基板１３０および対向基板１４０を貼り合わせて、その間に液晶を注入して液晶層１５０を形成することにより、液晶表示装置１００の作製が行われる。ただし、本発明はこれに限定されない。第１マイクロレンズ１６０を設ける前のアクティブマトリクス基板１３０と対向基板１４０とを貼り合わせたものの間に液晶を注入して、注入口を封止した後で、透明基板１３２の第１主面側１３２ａ側に第１マイクロレンズ１６０を設けてもよい。

なお、カラーフィルタとして機能する第２マイクロレンズ１７０は様々な方法で形成することができる。例えば、図３（ａ）に示すように、着色材料として、顔料分散型の光硬化性アクリル系樹脂を用意し、この材料をスピンコート法で透明基板１３２の第２主面１３２ｂ上に塗布することにより、着色層２１０を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、フォトマスクを通して着色層２１０を露光し、現像することにより、着色層２１０をパターニングする。次に、図３（ｃ）に示すように、着色層２１０に対して例えば２５０℃において熱処理を行うことにより、着色層は軟化してマイクロレンズの形状へと変形する。このようにして、第２マイクロレンズ１７０を形成してもよい。

あるいは、図４（ａ）に示すように、マイクロレンズ形成用の型３１０を用意する。この型３１０は、サンドブラストによってガラス基板の表面に凹状のくぼみを規則的に形成することにより、作製される。次に、図４（ｂ）に示すように、型３１０を、パターニングされた着色層２１０に押し付けて着色層を変形させる。このようにして、図４（ｃ）に示す第２マイクロレンズ１７０を形成してもよい。

あるいは、インクジェット法で、透明基板１３２の第２主面１３２ｂに着色材料を付与する。その際に、着色材料の粘度を調整することにより、着色層の表面形状がレンズ状になるようにする。着色材料の粘度は、各種溶媒で希釈することによって調整可能であり、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどの溶媒を用いた粘度調整が一般的によく知られている。このようにして第２マイクロレンズ１７０を形成してもよい。

なお、上述した説明では、第２マイクロレンズ１７０は、赤、緑および青の３色のカラーフィルタとして機能したが、第２マイクロレンズ１７０の機能するカラーフィルタの色の数や種類はこれに限定されない。

また、上述した説明では、１つの矩形状の画素に対して楕円形状の１つの第２マイクロレンズ１７０を設けていたが、本発明はこれに限定されない。円形状の複数の第２マイクロレンズ１７０を対応して設けてもよい。あるいは、この画素に対して円形状の複数の第１マイクロレンズ１６０および第２マイクロレンズ１７０を設けてもよく、また、楕円形状の１つの第１マイクロレンズ１６０および第２マイクロレンズ１７０を設けてもよい。また、正方形状の画素に対して円形状の１つの第１マイクロレンズ１６０および第２マイクロレンズ１７０を設けてもよい。

本発明による液晶表示装置は、高精細な画像を表示することができる。

本発明による液晶表示装置の実施形態を示す模式的な断面図である。本実施形態の液晶表示装置における液晶パネルの模式的な断面図である。（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、第２マイクロレンズの形成工程を示す模式図である。（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、第２マイクロレンズの別の形成工程を示す模式図である。従来の液晶表示装置の模式的な断面図である。図５に示した液晶表示装置において１つのマイクロレンズを通過した光の進行方向を示す液晶パネルの模式的な断面図である。別の従来の液晶表示装置の模式的な断面図である。図７に示した液晶表示装置において１つのマイクロレンズを通過した光の進行方向を示す液晶パネルの模式的な断面図である。

符号の説明

１００液晶表示装置
１１０バックライト
１２０液晶パネル
１３０アクティブマトリクス基板
１３２透明基板
１３４ＴＦＴ
１３６反射部
１４０対向基板
１４２透明基板
１４４ブラックマトリクス
１５０液晶層
１５２スペーサ
１６０第１マイクロレンズ
１７０第２マイクロレンズ

Claims

アクティブマトリクス基板、対向基板、および、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層を有する液晶パネルと、
バックライトと
を備える液晶表示装置であって、
前記アクティブマトリクス基板は、
前記バックライトに面する第１主面と、前記液晶層に面する第２主面とを有する透明基板と、
前記透明基板の第１主面側に設けられた複数の第１マイクロレンズと、
前記透明基板の第２主面側に設けられた複数の第２マイクロレンズと
を有しており、
前記第２マイクロレンズは色材を含有する、液晶表示装置。
前記アクティブマトリクス基板は、前記透明基板の前記第２主面上に設けられた反射部をさらに有しており、前記第２マイクロレンズの少なくとも一部は前記反射部を覆う、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記複数の第２マイクロレンズは、前記複数の第１マイクロレンズに対応して設けられている、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記第１マイクロレンズは円形状または楕円形状であり、
前記第２マイクロレンズは円形状または楕円形状である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第２マイクロレンズはフォトレジスト材料から形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法であって、
前記透明基板を用意する工程と、
前記透明基板の前記第１主面上に複数の第１マイクロレンズを形成する工程と、
前記透明基板の前記第２主面上に複数の第２マイクロレンズを形成する工程と
を包含する、液晶表示装置の製造方法。
前記第２マイクロレンズを形成する工程は、
フォトレジスト材料から形成された着色層を形成する工程と、
前記着色層に熱処理を行うことにより、前記着色層を変形させる工程と
を包含する、請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記第２マイクロレンズを形成する工程は、
着色層を形成する工程と、
前記着色層にレンズ状の型を押し付ける工程と
を包含する、請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記第２マイクロレンズを形成する工程は、マイクロレンズの形状となるように粘度の調整された着色材料をインクジェット法で付与する工程を包含する、請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。