JP2009216832A

JP2009216832A - 液晶パネル用の対向基板・マイクロレンズアレイ基板

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Publication number: JP2009216832A
Application number: JP2008058600A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Fujimura; 康浩藤村; Akihiko Kamata; 秋彦鎌田
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: JP5469309B2

Abstract

【課題】マイクロレンズアレイ基板と塗布層とを有する液晶パネル用の対向基板における塗布層の表面を単一の平坦な面となし、且つ、この平坦な面に形成されるアライメントパターンを位置合わせ時に容易且つ確実に目視観察可能とする。
【解決手段】マイクロレンズアレイ基板１Ａに塗布層３を有し、マイクロレンズアレイ基板１Ａは光学機能領域と位置合わせ領域とを有し、塗布層３はブラックマトリクスパターンＢＭとアライメントパターンＡＬが形成され、光学機能領域におけるマイクロレンズのレンズ高さと、位置合わせ領域におけるマイクロレンズのレンズ高さを同じにし、光学機能領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積と、位置合わせ領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積とを略等しくすることにより、塗布形成される塗布層３の自由表面を実質的な単一平面とし、位置合わせ領域のマイクロレンズアレイにより分散された光がアライメントパターンを均一に照射するようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は液晶パネル用の対向基板・マイクロレンズアレイ基板に関する。

液晶パネルはプロジェクタ等の画像表示装置に関連して広く知られている。
液晶パネルは「１対の電極で液晶層を挟持し、表示画像を構成する画素単位で電圧印加を制御できる構成」となっているが、液晶自体は発光しないため、液晶パネルを照明光で照射し、液晶パネルの画素ごとに光スイッチングを行うようになっている。

そして、照明光の光損失を低減するとともに「画素間のクロストークを防止する」ために、画素配列に対応した開口部の配列を持つ「ブラックマトリックスパターン」を形成し、ブラックマトリックスパターンにおける「開口部の配列パターン」に対応してマイクロレンズをアレイ配列した「マイクロレンズアレイ」により、照明光束をマイクロレンズごとに集束させ「光束径を絞って、ブラックマトリックスの開口部を、光損失が極めて小さい状態で通過させる」ようにしている。

液晶パネル用の対向基板は、液晶パネルにおいて「マイクロレンズアレイとブラックマトリックスを有する部分」あるいは「ブラックマトリックス上にさらに透明電極を形成した部分」を言う。

従来、液晶パネル用の対向基板は、透明な基板の少なくとも片面（液晶層側に向く面）にマイクロレンズアレイを形成した「マイクロレンズアレイ基板」の、上記片面側に平行平板状の透明ガラスを接着により貼り合わせ、透明ガラスの非接着側面（マイクロレンズアレイ基板と逆の側の面）を研磨することにより薄肉化して所望の厚さにするとともに、研磨により平坦化された面にブラックマトリックスを形成した構成、あるいは、ブラックマトリックスの形成された面にさらに透明電極を形成した構成となっている。

そして上記透明電極を形成した対向基板と「液晶駆動用のＴＦＴ配列を形成された駆動側基板」とで液晶層を挟持し、全体を一体化されて液晶パネルが構成される。

しかし、この方法では、研磨により「透明ガラスの厚さ方向の大部分」が削り落とされるためガラス材料の無駄が多く、また研磨に時間がかかり作業効率がよくない。材料コストや作業効率、環境の面から改善が望まれる。

また、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズの焦点距離は、上記透明ガラスの屈折率や厚さ、接着剤の屈折率を考慮して「照明光束が画素ごとにブラックマトリックスの開口部を、光束径を有効に絞られた状態で通過する」ように設定されなければならない。

上記透明ガラスの接着と研磨によりブラックマトリックス形成面を創成する代わりに、適当な透明コーティング材料を液状態でマイクロレンズアレイ基板に塗布して、表面が平坦な面となる塗布層を形成し、塗布層の平坦な表面にブラックマトリックスを形成するようにすれば、透明ガラスの接着・研磨を行う従来の製造工程に比して、対向基板の材料コストが軽減され、製造工程が大幅に簡略化されることは明らかであるし、マイクロレンズの焦点距離設定も、塗布層の材質の屈折率のみを考慮すればよいので容易である。

発明者らは、マイクロレンズアレイ基板の基板面に直接「透明コーティング材料を液状態で塗布して、表面が単一の平坦な面となる塗布層を形成する」ことにつき試作・研究を行ったところ、以下の如き「解決すべき新たな課題」を見出した。

即ち、コーティング材料による塗布層の表面が「単一の平坦な面」となるためには、コーティング材料を塗布される面の「表面形状が一様」であることが必要である。コーティング材料が塗布される面には「マイクロレンズアレイ」が形成されているが、コーティング材料を塗布すべき全領域にわたって一様なマイクロレンズアレイが形成されていれば、塗布形成される塗布層の表面は単一の平坦な面になることが確認された。

しかしながら、この場合に、以下の如き問題が生じるのである。
即ち、塗布形成された塗布層の単一な平面には前述のブラックマトリックスが形成されるのであるが、このブラックマトリックスとともに「アライメントパターン」も形成される。アライメントパターンは、対向基板と「ＴＦＴ構造を形成された駆動側基板」とで液晶層を挟持して一体化する際に、対向基板と駆動側基板とを位置合わせするために用いられるパターンである。

位置合わせのためのアライメントパターンは駆動側基板にも形成されており、位置合わせを行うときには、対向基板の側から「位置合わせ用の光」を照射し、重ね合わせた駆動側基板の側から顕微鏡による目視観察を行い、対向基板と駆動側基板のアライメントパターン同士を合致させた状態をもって「位置合わせされた状態」とするのである。

図１を参照して上記問題を説明する。
図１において、符号１はマイクロレンズアレイ基板、符号３は塗布層を示す。
マイクロレンズアレイ基板１の「塗布層３が形成される側の面」にはマイクロレンズＭＬがアレイ配列されて「マイクロレンズアレイ」となっている。マイクロレンズアレイは「塗布層３が形成される面の全域」にわたって、同一形状のマイクロレンズＭＬをアレイ配列して構成されている。

このようにマイクロレンズＭＬの配列が一様であるので、塗布層３の表面は単一の平坦な面となっている。図１において、符号ＢＭは開口部を有する遮光膜による「ブラックマトリックスパターン」を示し、符号ＡＬは「アライメントパターン」を示す。

ブラックマトリックスパターンＢＭは、その開口部の配列が「表示される画像の画素配列」に対応するように形成されており、ブラックマトリックスパターンの開口部配列に対応するマイクロレンズアレイ領域を「光学機能領域」と称する。即ち、光学機能領域に形成されたマイクロレンズＭＬの個々が、ブラックマトリックスパターンＢＭの開口の個々と対応している。

対向基板１の表面において「光学機能領域の外側の領域」を位置合わせ領域と呼ぶ。位置合わせ領域にも、光学機能領域におけると同じマイクロレンズＭＬが、光学機能領域におけるアレイ配列と同一でアレイ配列されている。
「位置合わせ領域に対応する塗布層３の表面」にはアライメントパターンＡＬが形成されている。
図１は「図示されない駆動側基板」と対向基板との位置合わせが行われている状態を示しており、図１における対向基板の上方には、図示されない液晶層を介して駆動側基板が載置され、図において対向基板の下側から「位置合わせ用の光」が照射されている。照射された光はマイクロレンズＭＬの屈折作用を受けて集束光束となる。

光学機能領域では、マイクロレンズＭＬによる集束光束は、光束径を有効に絞られつつブラックマトリックスパターンＢＭの開口を「実質的に遮光されず」に通過する。即ち、マイクロレンズＭＬは、焦点位置が塗布層１の表面近傍となるように光学機能を設定されている。

また、位置合わせ領域でも、マイクロレンズＭＬによる集光光束は集束しつつ塗布層３の表面側へ抜けるが、この部分にはアライメントパターンＡＬが形成されており、このパターンＡＬに当たる光束はアライメントパターンＡＬにより遮光される。

問題は、位置合わせ領域においてアライメントパターンＡＬを照射する光束が、マイクロレンズＭＬの個々により「独立した集光光束」となっているため、位置合わせ状態を顕微鏡で目視観察すると、集光光束が集光する明るい部分と、光束が集光しない暗い部分とが同時に観察され、暗い部分には「アライメントパターンにより遮光された暗い部分と、光束が集光しないことによる暗い部分とが混在する」ため、アライメントパターンＡＬ自体の目視観察が困難になり位置合わせ作業の支障となることである。

このような問題を回避するため、マイクロレンズアレイ基板における光学機能領域にはマイクロレンズアレイを形成し、位置合わせ領域にはマイクロレンズアレイに代えて「極微小な凹凸による光拡散面」を形成し、位置合わせ領域に照射される光を光拡散面により拡散させて、アライメントパターンＡＬの形成されている部分を均一に照射できるようにしたところ、アライメントパターンの目視観察は可能になったが、コーティング材料の塗布により形成された塗布層の表面は、マイクロレンズアレイによる光学機能領域と「光拡散面による位置合わせ領域」との境界部に「段差」を生じ、塗布層の表面が「単一の平坦な面」とならず、対向基板としては用いることができないものになった。
従来「マイクロレンズアレイ基板と塗布層とによる構成をもった対向基板」は知られていない。

この発明は、マイクロレンズアレイ基板と塗布層とを有する液晶パネル用の対向基板における塗布層の表面を単一の平坦な面となし、且つ、この平坦な面に形成されるアライメントパターンを位置合わせ時に容易且つ確実に目視観察可能とすることを課題とする。また、かかる対向基板を実現するのに用いられるマイクロレンズアレイ基板の提供を課題とする。

この発明の「液晶パネル用の対向基板」は、液晶パネルにおける遮光用のブラックマトリックスパターンの開口部に照明光を集光させるための画像表示用のマイクロレンズアレイを有する対向基板であって、マイクロレンズアレイ基板と、塗布層とを有する。
「マイクロレンズアレイ基板」は、画像表示用のマイクロレンズアレイを形成されている。「画像表示用のマイクロレンズアレイ」は、画像表示が行われるとき、ブラックマトリックスパターンの個々の開口部へ、照明光束を絞り込むためのマイクロレンズのアレイ配列であり、各マイクロレンズは同一形状である。

マイクロレンズアレイ基板は、上記「画像表示用のマイクロレンズアレイ」を形成された第１のアレイ形成領域と、この第１のアレイ形成領域に隣接して光を分散させる「光分散用のマイクロレンズアレイ」を形成された第２のアレイ形成領域とを有する。光分散用のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズも同一形状である。
「塗布層」は、マイクロレンズアレイ基板の、第１及び第２のアレイ形成領域の各マイクロレンズアレイが形成された面に、透明なコーティング材料の塗布により形成される。コーティング材料は液状でコーティングされ、固化されて塗布層となる。

この塗布層は、その自由表面（マイクロレンズアレイ基板に接していない側の面）側の「第１のアレイ形成領域に対応する領域」に、画像表示用のマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのアレイ配列に対応する開口部の配列を有するブラックマトリクスパターンを形成されるとともに、「第２のアレイ形成領域に対応する領域」内には、液晶パネル本体側との位置合わせのためのアライメントパターンが形成される。
「液晶パネル本体側」は前述の駆動側基板である。

第１のアレイ形成領域におけるマイクロレンズ（画像表示用のマイクロレンズアレイを構成する個々のマイクロレンズ）の焦点距離：ｆ１は、照明光が「マイクロレンズに対応するブラックマトリックスの開口部近傍で集束して開口部を効率よく通過する大きさ」に設定されており、第２のアレイ形成領域におけるマイクロレンズ（光分散用のマイクロレンズアレイを構成する個々のマイクロレンズ）の焦点距離：ｆ２（≠ｆ１）は、第２のアレイ形成領域の各マイクロレンズを通過した照明光が、塗布層の自由表面において互いに重なり合い「アライメントパターンを目視により認識可能に照明するような大きさ」に設定されている。なお、この発明の対向基板における第１、第２のアレイ形成領域に形成されるマイクロレンズの焦点距離は、マイクロレンズ面の形状と、マイクロレンズアレイ基板の材料の屈折率および「塗布層の屈折率」とにより定まり、マイクロレンズアレイ基板に形成されるマイクロレンズのレンズ面形状は「凸面」でも「平面」でもよく、球面とすることも非球面とすることもできる。

第１のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイの「個々のマイクロレンズのレンズ高さ」と、第２のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイの「個々のマイクロレンズのレンズ高さ」は同じであり、第１のアレイ形成領域の「単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積」と、第２のアレイ形成領域の「単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積」とが略等しく、塗布形成される塗布層の自由表面は「実質的な単一平面」である。実質的な単一平面は先に「単一な平坦な面」と呼んだものであり、実質的な平面であって「段差」がない。「実質的な単一平面」は厳密な一平面ではなく、光学素子として支障なく使用できるような単一の平面性を持った段差のない面である。

上記の如く、マイクロレンズアレイ基板の「塗布層を形成される側の面」には、２種のマイクロレンズアレイが相互に領域を隣接させて形成される。一方の種類のマイクロレンズアレイは「画像表示用」で液晶パネルによる画像表示を行うためのものである。他方の種類のマイクロレンズアレイは位置合わせの際に「アライメントパターンを位置合わせ用の光で一様に照射する」ために用いられる。

第１のアレイ形成領域に形成されるマイクロレンズの焦点距離：ｆ１は、第２のアレイ形成領域に形成されるマイクロレンズの焦点距離：ｆ２と異なるので、位置合わせ用の光が照射されるとき、第１、第２のアレイ形成領域のマイクロレンズによる集束光束が集光する位置は互いに異なる。

第１のアレイ形成領域のマイクロレンズによる集束光束は、塗布層の自由表面の近傍に集束する。ブラックマトリックスパターンは塗布層の自由表面に形成されるから、第１のアレイ形成領域のマイクロレンズによる集光光束はブラックマトリックスパターンの近傍では光束径が絞られており、ブラックマトリックスパターンの開口部を「殆んど遮光されずに通過」できる。

第２のアレイ形成領域のマイクロレンズによる収束光束は、例えば、塗布層内部の「自由表面から離れた位置」で集束したのち、発散しつつ自由表面に向かう。このとき、隣接する複数のマイクロレンズによる光束（集束した後、発散しつつ自由表面に向かう）が自由表面位置で相互に重なり合うようにすれば、アライメントパターンは「相互に重なり合った複数の発散光束」により均一に照射され、アライメントパターンの目視観察を容易かつ確実に実現できる。このように、自由表面において複数の光束がオーバラップして、均一な光強度になることを上では「光分散」と表現し、これを行うために第２のアレイ形成領域に形成されるマイクロレンズアレイを「光分散用のマイクロレンズアレイ」と呼んでいる。

上記の如く、マイクロレンズの焦点距離：ｆ１、ｆ２は互いに異なるから、第１のアレイ形成領域に形成されるマイクロレンズの形状と、第２のアレイ形成領域に形成されるマイクロレンズの形状とは互いに異なる。

この発明の対向基板においては、上記のように、第１のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイの「個々のマイクロレンズのレンズ高さ」と、第２のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイの「個々のマイクロレンズのレンズ高さ」は同じであり、第１のアレイ形成領域の「単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積」と、第２のアレイ形成領域の「単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積」とが略等しい。
これは、塗布層における第１、第２のアレイ形成領域の境界部に「段差」を発生させることなく「実質的な単一平面」を形成するための条件である。
仮に、第１のアレイ形成領域における面積：Ｓ（例えば１ｍｍ×１ｍｍ）あたりにＮ１個のマイクロレンズ（説明の具体性のため凸マイクロレンズであるとする。）がアレイ配列されているものとし、各マイクロレンズの体積をＶ１とする。一方、第２のアレイ形成領域における面積：ＳあたりにＮ２個のマイクロレンズ（凸マイクロレンズ）がアレイ配列されているものとし、各マイクロレンズの体積をＶ２とする。

上記第１、第２のアレイ形成領域に形成される２種のマイクロレンズは「高さが同一」であるので、これらマイクロレンズの頂部は同一平面内にある。そこで、これらマイクロレンズの高さを「ｈ」とし、第１、第２のアレイ形成領域に対し「マイクロレンズ基部から高さ：ｈの面までの部分」にコーティング材料を塗布したものとすると、第１のアレイ形成領域において、面積：Ｓあたりに塗布されたコーティング材料の量は、
（Ｓ×ｈ）−（Ｎ１×Ｖ１）
となる。

また、第２のアレイ形成領域において、面積：Ｓあたりに塗布されたコーティング材料の量は、
（Ｓ×ｈ）−（Ｎ２×Ｖ２）
となる。そこで、
（Ｓ×ｈ）−（Ｎ１×Ｖ１）＝（Ｓ×ｈ）−（Ｎ２×Ｖ２）
が成り立つように、即ち、
Ｎ１×Ｖ１＝Ｎ２×Ｖ２
となるように、第１、第２のアレイ配列におけるマイクロレンズアレイの形成条件を定めれば、第１のアレイ形成領域の単位面積あたりに塗布されるコーティング材料と、第２のアレイ形成領域に塗布されるコーティング材料とは「等量」となり、形成される塗布層の自由表面は「第１、第２のアレイ形成領域の境界部」に段差のない単一平面となる。
Ｎ１×Ｖ１≒Ｎ２×Ｖ２
としても、塗布層の自由表面を「実質的な単一平面」にできる。塗布層の厚さが「ｈより大きく」なっても、塗布層の自由表面が実質的な単一平面となることは明らかである。

液晶パネル用の対向基板における「画像表示用のマイクロレンズアレイ」は、画像表示上の条件により光学機能が定まるので、第２のアレイ形成領域に形成する光分散用のマイクロレンズアレイに対して「アライメントパターンに対する照明光が均一化されるような条件」を満足させつつ、Ｎ２、Ｖ２を上記の如くに調整することにより、塗布層の自由表面を実質的な単一平面としつつ、アライメントパターンの均一照射を実現できる。

上の説明を、若干簡単化したモデルで説明する。
第１のアレイ形成領域において凸のマイクロレンズを考え、その形状を「円錐（底面積：π・Ｌ１^２、高さ：ｈ、体積：ｈ・π・Ｌ１^２／３）」として単純化し、このような円錐が密接して正方行列状にアレイ配列しているものとする。
同様に、第２のアレイ形成領域において凸のマイクロレンズを考え、その形状を「円錐（底面積：π・Ｌ２^２、高さ：ｈ、体積：ｈ・π・Ｌ２^２／３）」として単純化し、このような円錐が密接して正方行列状にアレイ配列しているものとする。
第１、第２のアレイ形成領域に面積：Ｓの領域を考える。
第１のアレイ形成領域では、この面積領域にＳ／４Ｌ１^２個のマイクロレンズ（円錐）がアレイ配列し、これらのマイクロレンズの占める体積は、
Ｓ・ｈ・π・Ｌ１^２／（３・４Ｌ１^２）＝Ｓ・ｈ・π／１２
となる。

第２のアレイ形成領域では、この面積領域にＳ／４Ｌ２^２個のマイクロレンズ（円錐）がアレイ配列し、これらのマイクロレンズの閉める体積は、
Ｓ・ｈ・π・Ｌ２^２／（３・４Ｌ２^２）＝Ｓ・ｈ・π／１２
となる。

即ち、第１、第２のアレイ形成領域における単位面積あたりに「密接してアレイ配列したマイクロレンズ」の占める体積は、レンズの高さ：ｈが等しければ、底面積の大きさによらない。従って、第２のアレイ形成領域の形成する光分散用のマイクロレンズの大きさ（上の例では底面積）は「アライメントパターンの均一な照射」の条件を満足するように任意に設定できるのである。

上の説明は、簡単化のために、マイクロレンズ形状を円錐形状で近似した結果であるが、マイクロレンズのレンズ面形状が球面形状や楕円面形状であっても、上の説明の結果は成り立つ。

上に説明した請求項１記載の液晶パネル用の対向基板においては、塗布層の自由表面にブラックマトリックスパターンとアライメントパターンが形成されているが、塗布層の自由表面側に「液晶に接する透明電極」を形成した構成としてもよい（請求項２）。

塗布層は、透明なコーティング材料を液状態で塗布してコーティングした層であり、塗布層の材料としては、各種の光硬化製樹脂を用いうるが、無機材料のコーティング材料を好適に用いることができる。無機のコーティング材料でコート層を構成すると、接着剤を用いることなくコート層を堅固に光学機能素子と一体化でき、耐久性が向上し、有機材料を用いる場合に特有のリタデーション発生等の問題を回避できる。特に「無機のゾルゲル材料」を用いることができ、このゾルゲル材料を液状態、即ち、ゾル状態で塗布し、これを光及び／または熱により固化させて塗布層とすることができる。

コーティング材料は「液状態でスピンコータ、バーコータ、スリットコータ、フローコータの何れかを用いて塗布」することができるが、これに限らず、他のコータを用いて塗布しても良い。

上の説明においては、マイクロレンズアレイ基板が「第１の配列領域と第２の配列領域とを１組」有し、このマイクロレンズアレイ基板に形成された塗布層に、上記１組に対応するアライメントパターンが形成された構成の対向基板を想定した。即ち、対向基板が、単一の「第１の配列領域」と単一の「第２の配列領域」を有するマイクロレンズアレイ基板と、塗布層とにより構成される場合を想定した。

この発明の対向基板は勿論、このような構成のものを含むのであるが、これに限らず、「マイクロレンズアレイ基板に、第１のアレイ形成領域が複数個、配置形成され、各第１のアレイ形成領域を囲繞する領域が第２のアレイ形成領域とされ、アライメントパターンは、複数の第１のアレイ形成領域に共通化された所定の数のものが、所定位置に形成されている」液晶パネル用の対向基板であることができる(請求項３)。

液晶パネルを製造する際には上述の如く、対向基板と駆動側基板とで液晶層を挟持し、相互をアライメントパターンにより位置合わせした状態で一体化するのであるが、画像表示用のマイクロレンズアレイが形成される第１の配列領域は「１０ｍｍ×８ｍｍ程度の大きさ」であるため、実際の製造においては、同一構成の第１の配列領域を複数（例えば１００個）、大きい基板に配列して形成し、これらを同じく複数の駆動機構を形成した駆動側基板と位置合わせして液晶を挟持して一体化し、液晶パネルを複数個配列状態で作製したのち、液晶パネルごとに切り離して複数個のパネルを「多数個取り」することが行われる。

このような場合、アライメントパターンは、個々の「第１の配列領域」ごとに設ける必要は必ずしもなく、「複数（例えば１００個）のマイクロレンズアレイを共通に形成された基板（マイクロレンズアレイ基板）と駆動側基板との位置合わせに必要な個数(例えば２個)を所定の位置（例えば配置の対角位置）に形成しておけば良い。この場合には、最終的に切り離された液晶パネル用の対向基板において塗布層の表面にはアライメントパターンは必ずしも存在しない。

即ち、請求項１におけるマイクロレンズアレイ基板は、請求項３記載のように「複数の第１のアレイ形成領域を配置形成し、各第１のアレイ形成領域を囲繞する領域を第２のアレイ形成領域とする」ことができる。この場合、アライメントパターンは必ずしも「第１の配列領域」ごとに設ける必要はなく、複数の「第１のアレイ形成領域」に共通化された所定の数のものを所定位置に形成すればよいのである。

従って、この場合の液晶パネル用の対向基板は「切り離しによって複数の液晶パネルを多数個取りできる複数の第１の配列領域と、これらを囲繞する第２の配列領域と、これらに共通に形成された塗布層と、塗布層の表面に、第１の配列領域ごとに形成されたブラックマトリクスパターンと、形成された複数の第１の配列領域を駆動側基板の複数の駆動機構部と位置合わせするために、複数の第１の配列領域に共通化された所定数のアライメントパターンが所定位置に形成されたもの」もしくは更に透明電極を共通に形成されたものである。

この発明のマイクロレンズアレイ基板は、上記請求項１または２または３記載の液晶パネル用の対向基板に用いられるマイクロレンズアレイ基板である（請求項４）。

即ち、このマイクロレンズアレイ基板は、画像表示用のマイクロレンズアレイを形成されたマイクロレンズアレイ基板であって、画像表示用のマイクロレンズアレイを形成された第１のアレイ形成領域（複数であることができる。）と、この第１のアレイ形成領域に隣接して光を分散させる光分散用のマイクロレンズアレイを形成された第２のアレイ形成領域とを有し、第１のアレイ形成領域におけるマイクロレンズの焦点距離：ｆ１は、照明光がマイクロレンズに対応するブラックマトリックスの開口部近傍で集束して上記開口部を効率よく通過する大きさに設定され、第２のアレイ形成領域におけるマイクロレンズの焦点距離：ｆ２（≠ｆ１）は、第２のアレイ形成領域の各マイクロレンズを通過した照明光が、塗布層の自由表面において互いに重なり合い、アライメントパターンを目視観察により認識可能に照明するような大きさに設定され、第１のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイのマイクロレンズのレンズ高さと、第２のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイのマイクロレンズのレンズ高さを同じにし、且つ、第１のアレイ形成領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積と、第２のアレイ形成領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積とを略等しくすることにより、塗布層の自由表面が実質的な単一平面となるように構成されている。

以上に説明したように、この発明によれば液晶パネル用の新規な対向基板とこの対向基板に用いるマイクロレンズアレイ基板を実現できる。この発明の対向基板は「自由表面が単一平面をなす塗布層」がマイクロレンズアレイ基板上に直接に塗布形成され、塗布層の平坦な面にブラックマトリックスパターンやアライメントパターンが形成されるので、従来の透明ガラスの接着・研磨で製造されるものに比して、材料的にも生産工程的にも低コスト化が可能である。

以下、発明の実施の形態を説明する。
図２は、この発明の対向基板の実施の１形態を説明図として示している。

図２において、対向基板は、画像表示用のマイクロレンズアレイを形成されたマイクロレンズアレイ基板１Ａ上に塗布層３が形成され、塗布層３の自由表面上にブラックマトリックスパターンＢＭとアライメントパターンＡＬが形成されている。液晶パネルの駆動側基板と一体化されるときには更に透明電極が形成されるので、ブラックマトリックスパターンＢＭとアライメントパターンＡＬの上に「図示されない透明電極」を更に形成したものを対向基板としてもよい。

マイクロレンズアレイ基板１Ａは、画像表示用のマイクロレンズアレイを形成された第１のアレイ形成領域として「光学機能領域」が形成され、この光学機能領域に隣接して、光を分散させる光分散用のマイクロレンズアレイを形成された第２のアレイ形成領域として「位置合わせ領域」が形成されている。光学機能領域に形成されたマイクロレンズＭＬ１によるマイクロレンズアレイは「画像表示用のマイクロレンズアレイ」であり、位置合わせ領域に形成されたマイクロレンズＭＬ２によるマイクロレンズアレイは「光分散用のマイクロレンズアレイ」である。

塗布層３は、マイクロレンズアレイ基板１のマイクロレンズアレイが形成された面に、透明なコーティング材料の塗布により形成され、その自由表面側の「光学機能領域に対応する領域」に、マイクロレンズＭＬ１のアレイ配列に対応する「開口部の配列」を有するブラックマトリクスパターンＢＭを形成されるとともに、「位置合わせ領域に対応する領域」内に、液晶パネル本体側との位置合わせのためのアライメントパターンＡＬが形成されている。

光学機能領域におけるマイクロレンズＭＬ１の焦点距離：ｆ１は、照明光がマイクロレンズに対応するブラックマトリックスＢＭの開口部近傍で集束して開口部を効率よく通過する大きさに設定され、位置合わせ領域におけるマイクロレンズＭＬ２の焦点距離：ｆ２（≠ｆ１）は、個々のマイクロレンズＭＬ２を通過した照明光が、塗布層３の自由表面において互いに重なり合い、アライメントパターンＡＬを目視により認識可能に照明するような大きさに設定されている。

光学機能部におけるマイクロレンズＭＬ１のレンズ高さは、位置合わせ領域におけるマイクロレンズＭＬ２のレンズ高さに等しく、光学機能領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズＭＬ１の体積と、位置合わせ領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズＭＬ２の体積とが略等しく設定され、塗布形成される塗布層３の自由表面は実質的な単一平面となっている。

従って、マイクロレンズアレイ基板１Ａは、請求項４記載のマイクロレンズアレイ基板の実施の１形態となっている。

マイクロレンズアレイ基板を「多数個取り」で形成するため、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ：１ｍｍのＢＫ７による透明ガラス平板に、複数個の光学機能領域を互いに離して配列形成し、これらの光学機能領域を囲繞するように位置合わせ領域を形成した。
図３は説明図であり、符号Ｄ１で示す光学機能領域が４個示されており、これら光学機能領域Ｄ１を囲繞する部分は位置合わせ領域Ｄ２となっている。このような領域配置に対して均一に紫外線硬化型樹脂をスピンコートして硬化し、厚さ：３０μｍの塗布層とした。塗布層の自由表面に形成されたアライメントパターンを符号ＡＬ０で示す。アライメントパターンＡＬ０は長さ：２０μｍ、幅：３μｍの直線を「十字型に組合せ」たパターンでありクロム層により形成した。

光学機能領域Ｄ１にはレンズ径：１０μｍ、高さ：２μｍの球面形状のマイクロレンズを１０μｍピッチで正方行列状配置で１０２４×７６８個形成してマイクロレンズアレイとした。位置合わせ領域Ｄ２には、レンズ径：２μｍ、高さ：２μｍの楕円面形状のマイクロレンズＭＬ２を２．５μｍピッチで正方行列状の配置で形成してマイクロレンズアレイとした。

マイクロレンズアレイ基板をなすＢＫ７の屈折率は１．５１８、塗布層をなす紫外線硬化型樹脂の硬化後の屈折率は１．６５２であり、この条件において、光学機能領域Ｄ１に形成されたマイクロレンズＭＬ１の焦点距離は３５μｍで、焦点位置は塗布層の自由表面の位置と略合致する。

マイクロレンズＭＬ２の焦点距離は８μｍで、焦点位置は塗布層内部で、マイクロレンズＭＬ２の頂部の近傍に位置する。このため「位置合わせ用の光」を照射すると、マイクロレンズＭＬ２による集光光束は、塗布層の自由表面位置で「多数のマイクロレンズＭＬ２による発散光が互いにオーバラップする」ように分散される。従って、アライメントパターンＡＬ０は均一な光で照射され、液晶パネルの駆動側基板との位置合わせの際に、顕微鏡により明瞭に目視観察することができた。

また、形成された塗布層の表面を「触針式の３次元形状測定器」により評価したところ図４の如くになった。縦軸は層厚方向、横軸は自由表面の表面に沿う方向である。「光学機能部」とあるのは上の説明における「光学機能領域」であり、「位置再生部」とあるのは上の説明における「位置合わせ領域」である。

図４の評価結果は「光学機能部と位置再生部との境界部から、光学機能部側の５００μｍ（０．５ｍｍ）の位置から、上記境界部を挟んで位置再生部内の１０００μｍ（１ｍｍ）までの範囲を測定した結果」であり、１５００μｍの測定範囲内における表面の凹凸は±０．５μｍ以内で「塗布層の自由表面は実質的な単一平面」であり、光学機能部と位置合わせ部との境界部に「段差」の発生がないことが分る。

発明の解決課題を説明するための図である。発明の実施の１形態を説明するための図である。実施例を説明するための図である。実施例を説明するための図である。

符号の説明

１Ａマイクロレンズアレイ基板
３塗布層
ＢＭブラックマトリックスパターン
ＡＬアライメントパターン
ＭＬ１、ＭＬ２マイクロレンズ

Claims

液晶パネルにおける遮光用のブラックマトリックスパターンの開口部に照明光を集光させるための画像表示用のマイクロレンズアレイを有する対向基板であって、
画像表示用のマイクロレンズアレイを形成されたマイクロレンズアレイ基板と、
このマイクロレンズアレイ基板のマイクロレンズアレイが形成された面に、透明なコーティング材料の塗布により形成された塗布層とを有し、
上記マイクロレンズアレイ基板は、画像表示用のマイクロレンズアレイを形成された第１のアレイ形成領域と、この第１のアレイ形成領域に隣接して光を分散させる光分散用のマイクロレンズアレイを形成された第２のアレイ形成領域とを有し、
上記塗布層は、その自由表面側の上記第１のアレイ形成領域に対応する領域に、画像表示用のマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのアレイ配列に対応する開口部の配列を有するブラックマトリクスパターンを形成されるとともに、上記第２のアレイ形成領域に対応する領域内に、液晶パネル本体側との位置合わせのためのアライメントパターンが形成され、
上記第１のアレイ形成領域におけるマイクロレンズの焦点距離：ｆ１は、照明光が上記マイクロレンズに対応するブラックマトリックスの開口部近傍で集束して上記開口部を効率よく通過する大きさに設定され、上記第２のアレイ形成領域におけるマイクロレンズの焦点距離：ｆ２（≠ｆ１）は、第２のアレイ形成領域の各マイクロレンズを通過した照明光が、上記塗布層の自由表面において互いに重なり合い、上記アライメントパターンを目視により認識可能に照明するような大きさに設定され、
上記第１のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイのマイクロレンズのレンズ高さと、第２のアレイ形成領域におけるマイクロレンズアレイのマイクロレンズのレンズ高さを同じにし、且つ、第１のアレイ形成領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積と、第２のアレイ形成領域の単位面積あたりに占めるマイクロレンズの体積とを略等しくすることにより、塗布形成される塗布層の自由表面を実質的な単一平面としたことを特徴とする液晶パネル用の対向基板。
請求項１記載の液晶パネル用の対向基板において、
塗布層の自由表面側に、液晶に接する透明電極が形成されたことを特徴とする液晶パネル用の対向基板。
請求項１または２記載の液晶パネル用の対向基板において、
マイクロレンズアレイ基板に、第１のアレイ形成領域が複数個、配置形成され、各第１のアレイ形成領域を囲繞する領域が第２のアレイ形成領域とされ、アライメントパターンは、複数の第１のアレイ形成領域に共通化された所定の数のものが、所定位置に形成されていることを特徴とする液晶パネル用の対向基板。
請求項１または２または３記載の液晶パネル用の対向基板に用いられるマイクロレンズアレイ基板。