JP3060551B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子、特に表示
品位改善策としてのレンズアレイを備えた液晶表示素子
に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子の解決すべき課題に表示面
における明るさ及びコントラストの改善があげられる。
上記課題に対し、液晶表示素子にレンズアレイ体を形成
し、入射光を液晶表示素子の開口部に集めることによ
り、明るさ及びコントラストの改善を図るという機構
(例えば、特開昭57−157215)、及びそれを実
現するためのレンズアレイの製造方法が幾つか提案され
てきた。なかでも、レンズアレイの製造方法として、フ
ォトレジストに代表される感光性樹脂材料を用いフォト
リソグラフィーの手法を応用した製法(例えば、Appl
ied Optics誌,Vol.27,No.7,p1281(1988)、IEDM8
3,p497(1983))は、微小なレンズから成るレンズアレ
イを高精度で、生産性良くつくることが出来るため、近
年非常に注目されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記製造方法
は技術的には優れた方法ではあるが、樹脂材料を用いる
ため耐候性に問題がある。例えば、液晶プロジェクター
用液晶表示素子として用いる場合には、絶えず非常に強
い光にさらされることになり、光と熱の作用により樹脂
が化学変化を生じる。この化学変化の結果は一般に着
色、つまり、光透過率の減少となって現れる。透明樹脂
材料をレンズ材として用いる場合、透明性の確保は必須
事項である。
【0004】そこで、本発明は以上のような問題点を解
決するもので、その目的とするところは、経時変化の少
ない耐候性に優れた液晶表示素子を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光入射面側、光出射面側のうち一方また
は両方にレンズアレイを具備してなる液晶表示素子にお
いて、前記レンズアレイは透明樹脂材料によって形成さ
れ、前記レンズアレイと対向させて基板が設けられ、前
記レンズアレイと前記基板との間に閉空間が形成され、
前記閉空間は不活性液体状物質で満たされてなることを
特徴とする。すなわち、本発明は、不活性液体状物質に
より、透明樹脂材料で形成されるレンズアレイを包含す
ることを特徴とする。この場合の「液体状物質によるレ
ンズアレイの包含」とは、レンズアレイの周辺に透明ガ
ラス基板等を用いて閉空間を作り、その閉空間内を特定
の液体状物質で満たすことを意味する。透明ガラス基板
としては、例えばレンズアレイを形成するレンズアレイ
基板が相当する。
【0006】液晶表示素子に具備されるレンズは、その
集光特性から凸レンズ系と凹レンズ系の2種に大別され
る。凸レンズあるいは凹レンズにより構成されるレンズ
アレイを包含する液体状物質の屈折率は、レンズアレイ
自体の屈折率と同じでないことが条件となる。しかし、
レンズ(レンズアレイ)の集光特性(集光あるいは発
散)及びレンズアレイ自体の作製の容易さを考慮する
と、レンズアレイとしては凸レンズ系を採用する方が合
理的である。従って、上記の不活性液体状物質の屈折率
はレンズアレイを形成する樹脂材料の屈折率よりも低い
ことを特徴とする。また、上記の不活性液体状物質はフ
ッ素系不活性液体であることを特徴とする。
【0007】更に、液体状物質は無着色であることが要
求されるが、液晶表示素子の用途によっては着色してい
ても構わない。
【0008】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ない。
【0009】(実施例1)第1の実施例として、図1に
本発明の液晶表示素子の構成断面図を示す。ここでは、
液晶駆動素子としてTFT素子を用いたアクティブマト
リックス型の液晶表示素子の場合を示す。
【0010】透明ガラス基板11上には配線部及びTFT
素子からなる液晶駆動部15と、ITO(Indium
Tin Oxide)膜からなる透明画素開口部14が平
面的に形成されている。また、共通電極基板12上にはI
TO膜からなる共通電極24とニッケル膜からなる遮光部
16(遮光部が形成されていないところは画素開口部17と
なる)が、上記透明画素開口部14、配線部及び液晶駆動
部15と位置的に対応関係をなすように形成されている。
上記二種の基板を、大きさが5μmである液晶部スペー
サーを介して一体化させ、真空封入法により基板間に生
じた間隙に液晶19を封入した。
【0011】一方、透明ガラス基板上に感光性の透明樹
脂材料(フェノールノボラック系樹脂)をスピンコート
法により形成(厚さ1.9μm)し、フォトリソグラフ
ィーの手法を用いて断面形状が矩形である樹脂パターン
を成形した後、更に、加熱処理(140℃、30分)を
施して樹脂製レンズアレイを形成した。つまり、加熱処
理により樹脂表面に物質移動を生じさせ、樹脂パターン
の断面形状を矩形から円形に変形させることにより、レ
ンズ幅50μm、レンズ高2.3μmのレンズ20(レン
チキュラー状レンズ)を基本構成単位とするレンズアレ
イ(レンズピッチ52μm、レンズの屈折率n=1.5
4)を透明ガラス基板上に形成した(以下、レンズアレ
イ基板13)。このレンズアレイ基板13を大きさが10μ
mであるレンズ部スペーサーを介して、各レンズ20の光
軸が画素開口部17の中央に位置するように、共通電極基
板12の裏面側(光の入射側)に取り付けた。その後、液
晶の封入時と同じ真空封入法により、レンズアレイ基板
13と共通電極基板12の間隙にエチレングリコール液(屈
折率n=1.43)を封入し、レンズアレイ表面をエチ
レングリコール液で被った本発明の液晶表示素子を完成
させた。
【0012】上記液晶表示素子をメタルハライドランプ
によりつくられる強力な可視光(光強度:50mW/cm2、波
長域:400nm〜780nm)下に長時間(1000時間)さらし、
耐候性試験(耐光性試験)を行い、樹脂製レンズアレイ
を備えた液晶表示素子の光及び熱による透過率の変化を
調べた。同時に、先に記した液晶表示素子と同様の機能
及び構造を有し、但し、レンズアレイ部分を不活性液体
状物質で包含するという機構を有しない(つまり空気が
封入されている)従来の液晶表示素子を比較例として同
様の試験にかけた。それらの結果を図2に示す。図中、
a)は本発明の液晶表示素子の試験後の光透過率スペクト
ル、b)は従来の液晶表示素子の試験後の光透過率スペク
トル、c)は本発明の液晶表示素子の試験前の光透過率ス
ペクトルを示す。図2から、不活性液体状物質であるエ
チレングリコール駅を充填した液晶表示素子では透過率
の経時変化が少ないのに対して、従来通り空気を充填し
た液晶表示素子では透過率の経時変化が大きいことがわ
かる。先に述べたように、樹脂製レンズは空気中の酸素
により化学変化を生じやすく、この変化は光透過率の低
下(外観的には着色)や変化(着色レンズの場合には変
色)となって現れる。レンズ自体をエチレングリコール
液等の不活性液体状物質で包含することにより、光や熱
による化学変化は抑制され、耐候性(耐光性)に優れた
レンズアレイを備えた液晶表示素子となる。
【0013】(実施例2)実施例1で示したものと同様
な構造を有する液晶表示素子を作製し、同様な耐候性試
験(耐光性試験)を実施した。但し、本実施例ではレン
ズアレイ基板13と共通電極基板12の間隙には、フッ素系
不活性液体の一種であるであるフッ化炭素化合物(Cx
Fy、x,yは不定、屈折率n=1.28、例えばフロリナー
トFC-77、フロリナートは米国3M社の登録商標)を充填した。
フッ化炭素化合物は化学的安定及び耐熱性に優れ、高透
明性と低屈折率性及び低い表面張力を有するため、本発
明の不活性液体状物質として用いるには最適である。そ
の結果、フッ素系不活性液体を充填した場合にも、透過
率の経時変化は非常に少ないことが確認された。
【0014】以上の実施例では、アクティブマトリック
ス型の且つ透過型の液晶表示素子を用いた場合を示した
が、本発明の構成は上記液晶表示素子に限定されるもの
ではなく、例えば、単純マトリックス型液晶表示素子や
あるいは反射型の液晶表示素子にも十分応用が可能であ
る。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように本発明の液晶表示素子
は、素子上に具備されているレンズアレイ部を不活性液
体状物質で包含することにより、光あるいは熱及びその
両者によって誘起される、樹脂材料の酸化反応及び分解
反応を主とする化学変化を抑制することができ、結果と
して、経時変化の少ない、耐候性に優れた液晶表示素子
を得ることが可能となる。また、熱容量の大きな液体状
物質を用いることから、液晶表示素子の温度上昇を抑え
るという副次的な効果も有する。以上のような優れた特
徴を有することから、本発明の液晶表示素子は強い光や
熱にさらされる液晶プロジェクターや自動車搭載用の液
晶表示素子として最適である。
【0016】尚、本発明のレンズアレイ部を不活性液体
状物質で包含するという構成は、レンズアレイを取り付
ける対象物をCCD(電荷結合素子)などに代表される
各種固体センサーや光センサー等に置き換えた場合に
も、レンズアレイの経時変化を防止するという観点で十
分有効である。特に、カラーフィルターを備えた光セン
サーの場合には、カラーフィルターの変色防止という点
でも有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で作製した本発明の液晶表示素子の構
成断面図。
【図2】実施例1で行なった耐候性試験の結果(透過率
の経時変化)を示す図。
【符号の説明】
11 透明ガラス基板 12 共通電極基板 13 レンズアレイ基板 14 透明画素開口部 15 液晶駆動部及び配線部 16 遮光部 17 画素開口部 18 液晶部スペーサー 19 液晶 20 レンズ 21 不活性液体状物質の充填部 22 レンズ部スペーサー 23 入射光線 24 共通電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335 G02B 3/00 G02B 5/00 G02B 27/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光入射面側、光出射面側のうち一方または
    両方にレンズアレイを具備してなる液晶表示素子におい
    て、前記レンズアレイは透明樹脂材料によって形成さ
    れ、前記レンズアレイと対向させて基板が設けられ、前
    記レンズアレイと前記基板との間に閉空間が形成され、
    前記閉空間は不活性液体状物質で満たされてなることを
    特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記不活性液体状物質
    の屈折率は前記レンズアレイを形成する材料の屈折率よ
    りも低いことを特徴とする液晶表示素子。
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