JP3776483B2 - 集光性フィルタ−およびその製造法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明電極間に液晶を夾持してなる液晶表示素子を構成する場合のフィルタ−およびその製造法に関し、更に詳しくは、液晶表示素子の光利用効率を向上させた集光性フィルタ−およびその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の感度を改善するために、オンチップ方式においては、固体撮像素子の全面にレンズを直接形成して取り付け、その受光部の集光性を上げてその効率の改善を図っている。
すなわち、固体撮像素子の受光部に対応して、樹脂による凸状レンズを形成するもので、空気（屈折率約１．０）とこれら樹脂層（屈折率１．５ないし１．６）との間に比較的に大きい屈折率が得られるため、空気層からレンズ層へ入光した場合、大きい集光効果が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、モノクロ液晶表示素子、またはカラ−フィルタ−層を有するカラ−液晶表示素子においては、液晶が接する基板面、あるいはカラ−フィルタ−層面にレンズを設けた場合、液晶の屈折率が１．５ないし１．６であるため、液晶中にレンズを形成すると、レンズとの屈折率の差が小さすぎ、また、液晶表示素子の外側にレンズを設ける場合は、レンズと各液晶の画素間の距離が基板を介することとなるので、非常に大きな曲率のレンズが必要になり、かかるレンズの作成が困難になるという問題点を生じて好ましくないものである。
そこで本発明は、上記の従来の問題点を解決し、集光性に優れ、液晶表示素子に適用し得る集光性フィルタ−およびその製造法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような問題点を解決すべく種々研究の結果、モノクロ液晶表示素子またはカラ−液晶表示素子において、基板上に相互に接する屈折率の異なる少なくとも二つの樹脂層を有し、これら樹脂層の相互に接する界面が対向基板の各開口部に入射光を集光するように曲面に構成されている集光性素子を見出し、これを集光性フィルタ−とすることによって、上記の問題点を解決することができたものである。
【０００５】
その場合、モノクロ液晶表示素子、またはカラ−液晶表示素子において、前記集光性素子が、基板の上の各画素間の境界部、または基板上のカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状になるように凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を設け、更に該凹凸状の樹脂層表面に平坦状の比較的高屈折率の、ポリイミド系樹脂からなる樹脂層を設けたものであり、且つ、前記集光性素子のポリイミド系樹脂からなる樹脂層を、液晶層のカラーフィルター層側の配向膜として兼用し、液晶層を介してＴＦＴ基板と貼り併せたことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
上記の本発明について以下に更に詳しく説明する。
まず、本発明にかかる集光性フィルタ−の製造法について説明すると、その製造法としては、第１に、基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する基板の該カラ−フィルタ−層の上に、比較的低屈折率であって、かつ感光性を有する樹脂を主体とする感光性樹脂組成物による塗布膜を形成し、次いで各画素間の境界部またはカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状になるように、上記の感光性樹脂組成物による塗布膜をパタ−ン露光、現像して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成し、次に該凹凸状の樹脂層面に比較的高屈折率の硬化性樹脂を主体とする樹脂組成物による平坦状の比較的高屈折率の樹脂層を形成して集光性素子を構成することからなる集光性フィルタ−を製造する方法である。
上記の製造法において、凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成後、基板を加熱して該凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を構成する樹脂を軟化させて、その凸部状の形状を調整することが好ましい。
【０００７】
また、第２の製造法としては、基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する基板の該カラ−フィルタ−層の上に、感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物による塗布膜を形成し、次いで上記の感光性樹脂組成物による塗布膜をパタ−ン露光、現像して、各画素間の境界部またはカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状素子を形成し、次に該凸部状素子を含む全面に、比較的低屈折率の樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成し、しかる後上記の凹凸状の樹脂層を含む全面に比較的高屈折率の硬化性樹脂を主体とする樹脂組成物による平坦状の比較的高屈折率の樹脂層を形成して集光性素子を構成することからなる集光性フィルタ−を製造する方法である。
【０００８】
更に、第３の製造法としては、予め遮光層を形成した基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する予め遮光層を形成した基板の該カラ−フィルタ−層の上に、ポジ型感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物による塗布膜を形成し、次いで上記の感光性樹脂組成物による塗布膜に上記の遮光層を有する側から全面露光、現像して、各画素間の境界部またはカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状素子を形成し、次に該凸部状素子を含む全面に、比較的低屈折率の樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成し、しかる後上記の凹凸状の樹脂層を含む全面に比較的高屈折率の硬化性樹脂を主体とする樹脂組成物による平坦状の比較的高屈折率の樹脂層を形成して集光性素子を構成することからなる集光性フィルタ−を製造する方法である。
【０００９】
上記のような製造法で得られる集光性フィルタ−は、基板上に相互に接する屈折率の異なる少なくとも二つの樹脂層の相互に接する界面が、対向基板、例えば、ＴＦＴ基板の各開口部に入射光を集光するように曲面になっているので、液晶表示素子において、集光効果が得られ、その光利用効率を向上させることができる。
また、上記の第１の製造法においては、感光性を有する樹脂の選択露光、硬化によりその表面に所要の曲面を形成しているものである。
また、上記の第２および第３の製造法においては、まず、凸部状素子を形成し、その上に樹脂組成物を塗布して、その塗布条件等を選択することにより、その表面が上記の凸部状素子により凹凸状となり所要の凸面状を形成しているものである。
而して、本発明においては、上記で得られる集光性フィルタ−は、モノクロ液晶表示素子およびカラ−液晶表示素子に用いられるものであり、２種以上の屈折率の異なる材質を用いて、基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する基板の該カラ−フィルタ−層の上に屈折率の異なる材質の界面をレンズ形状に形成し、集光効果を得ようとするものである。
【００１０】
次に、本発明にかかる集光性フィルタ−について液晶表示素子に用いる例について説明すると、まず、図９は、従来の液晶表示素子の概略の構成を示す断面図であり、而して、図９に示すように、カラ−フィルタ−層５８を有する基板５９と、対向基板であるＴＦＴ基板５７よりなる液晶表示素子を構成し、入射光５５は、カラ−フィルタ−層５８の各画素５３を透過して液晶６１を介してＴＦＴ基板５７の開口部５１を通過する。
その際に、光の利用率は、ＴＦＴ基板５７の開口部５１の開口面積率により制限を受け、従来、代表的なＴＦＴ基板では、この開口面積率は、約３０％位であり、光の利用率が劣るものである。
【００１１】
これに対し、図１は、本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の概略の構成を示す断面図であり、而して、図１に示すように、本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子は、開口部２を有するＴＦＴ基板１と、カラ−フィルタ−層４を有するガラス等の基板３とが対向して配置され、その間に液晶層６を夾持し、更に該カラ−フィルタ−層４を有する基板３の該カラ−フィルタ−層４の上に樹脂層Ａ、および樹脂層Ｂが積層された集光性素子から構成されるものである。
上記において、樹脂層Ａは、カラ−フィルタ−層４の上であって、該カラ−フィルタ−層４を構成する各色の境界部５に相当する位置の上部（図では下であるが製造過程では上になる。）に凸部状になるように、凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層からなるものであり、更に該樹脂層Ａは、凹凸形状のものであってカラ−フィルタ−層４を構成する各色の中央部に向かって所定の傾きを持つレンズ状部Ｃを形成するものである。
すなわち、樹脂層Ａは、カラ−フィルタ−層４の各色の境界部５に整列して厚みが最大になっており、カラ−フィルタ−層４の中央部では最小の厚みになっている（図面では零の厚みで表示している）。
従って、各色の境界部５上に、樹脂層Ａの凸形状のものであって各色の中央部に向かって所定の傾きを持つレンズ状部Ｃが形成され凹凸形状を形成していることになる。
而して、樹脂層Ａは、比較的低屈折率のものであって、かつ感光性を有する樹脂を主体とする感光性樹脂組成物を塗布、乾燥して該組成物による塗布膜を形成し、該塗布膜にパタ−ン露光、現像等を行うことにより形成することができる。本発明では、上記の樹脂層Ａの上に、該樹脂層Ａの凹凸形状を埋めるように、上記の樹脂層Ａを構成する樹脂と比較して、これよりも高屈折率を有する硬化性樹脂を主体として含む組成物を塗布、乾燥して平坦状の比較的高屈折率の樹脂層Ｂを形成する。
【００１２】
次に上記で製造した本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の集光性効果について説明すると、次のようになる。
ガラス等の基板３から入射した光７は、樹脂層Ａと樹脂層Ｂの界面の法線に対する入射角をθ1 とすると、屈折率の差より、屈折角θ2 は、
より、θ2 となる。
上記の（１）式より明らかであるが、樹脂層Ａ、樹脂層Ｂの屈折率差がｎA ＜ｎB の場合、θ2 ＜θ1 となり、入射光は開口部２の方向へ集光する。
この時、樹脂層Ｂを通過する光路長ｄ1 と樹脂層Ｂと液晶層６の界面への入射角θ2 （θ2 ＝θ1 −θ2 ）とにより集光領域が決定される。
次に、樹脂層Ｂと液晶層６との界面において上記と同様な原理で、次の（２）式より、入射角θ3 は、液晶層６（屈折率をｎC とする）では、θ4 となる。
上記の（２）式より、樹脂層Ｂ、液晶層６の屈折率差は、ｎC ＜ｎB の場合、θ4 ＞θ3 となる。
この場合の集光領域は、液晶層６の厚さｄ2 と屈折角θ4 により決定される。
従って、ト−タルの集光領域は、一辺に対して、
Δａ＝ｄ1 ・ｔａｎθ3 ＋ｄ2 ・ｔａｎθ4 ・・・（３）
となり、２次元エリアでの集光効率は、図２の平面図から明らかなように、
となる（図２の点線で囲まれた領域に入射する光が開口部２に集光することになる。なお、ｙ1 −ｙ2 断面の集光領域は、ｘ1 −ｘ2 断面での原理と同様にして、一辺に対しΔｂ領域分の増加となる。）。
以上の原理より、集光領域を拡大するための条件として、以下の事項をあげることができる。
・樹脂層Ａの屈折率に対して、樹脂層Ｂの屈折率がより大きいこと。
・樹脂層Ａと樹脂層Ｂの界面の角度が、対向基板１の開口部２へより効率的に集光される適性角度を有すること（この適性角度は、樹脂層Ａと樹脂層Ｂの屈折率差、樹脂層Ｂの膜厚（光路長）、樹脂層Ｂと液晶層６の屈折率差、液晶層６の厚さ、開口部２の受光エリアによって決定される）。
・樹脂層Ｂと液晶層６の界面は、屈折角の点でより平滑化すること。
以上の原理は、ガラス等の基板３の上に設けたカラ−フィルタ−層４の上に、樹脂層Ａおよび樹脂層Ｂを設けた例で説明したが、ガラス等の基板３の上に樹脂層Ａおよび樹脂層Ｂを設けても同様に集光効果を得ることができる。
なお、本発明においては、上記の例は、カラ−液晶表示素子の例について述べたが、モノクロ液晶表示素子にも適用することができ、同様な原理で集光効果を得ることができる。
【００１３】
ところで、上記の集光性フィルタ−の製造法について説明すると、これは、第１の製造法にかかるものであり、ガラス等の基板３の上に、常法によってカラ−フィルタ−層４を形成し、その上に、比較的低屈折率であって、感光性を有する樹脂を主成分として含む感光性樹脂組成物を塗布、乾燥して該組成物による塗布膜を形成し、次に該塗布膜面に、上記のカラ−フィルタ−層４の各色の境界部５に相当する位置が凸部状となるように、パタ−ン露光、現像して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層Ａを形成する。
すなわち、カラ−フィルタ−層４の各色の境界部５に相当する位置が凸部状となってレンズ状部Ｃを形成する。
次に、本発明においては、上記の凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層Ａの上に、比較的高屈折率を有する硬化性樹脂を主成分とする樹脂組成物を塗布、乾燥して平坦状の比較的高屈折率の樹脂層Ｂを形成して集光性素子を構成する。
上記の方法において、レンズ状部Ｃのエッジの傾きは、例えば、光硬化後に樹脂の軟化点まで加熱して調整することもできる。
また、上記の製造法において、樹脂層Ａを構成する樹脂としては、例えば、比較的低屈折率であって、感光性を有し、かつ透明性を有するもの、具体的には、ゼラチン、ガゼイン、またはポリビニルアルコ−ルと重クロム酸アンモニウム系感光材、あるいは通常のアクリル系樹脂を主体とする感光性樹脂組成物等を使用することができる。
また、上記において、樹脂層Ｂを構成する樹脂としては、例えば、ポリイミド系樹脂、シリコ−ン系樹脂等の材料を使用することができる。
特に、本発明においては、樹脂層Ｂを構成する材料としては、ポリイミド系樹脂を使用すると、液晶表示素子としての配向膜塗布工程が不要となり工程が短縮されるという利点があり、好ましい材料である。
次に、上記の第１の製造法の実施例をあげる。
【００１４】
【実施例】
実施例１
図３の（ａ）の断面図に示すように、透明なガラス基板３の上に、ゼラチン／重クロム酸アンモニウム水溶液からなる感光液を塗布し、マスク露光、現像によりパタ−ニングし、レッド染色後、固着処理を行い、レッド画素９を作成した。
同様のプロセスを繰り返し、グリ−ン染色、ブル−染色して、グリ−ン画素１０、ブル−画素１１を形成した。
その上にゼラチン感光液を塗布後、プロキシミティ−露光、現像により、５μｍ段差形状の樹脂層Ａを形成した。
レンズ状部Ｃの電子顕微鏡による観察形状によると、図３の（ａ）の領域Ｓのθ1 の角度は約６０°であった。
次に、上記の樹脂層Ａの上に、ポリイミド樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥硬化させて図３の（ｂ）の断面図に示すように、表面を平坦化した樹脂層Ｂを形成して集光性素子を構成した。
次に、上記で形成した集光性素子からなる集光性フィルタ−を切断加工後、ＴＦＴ基板１と液晶層６を介して貼り合わせて液晶表示素子を製造した。
上記において、樹脂層Ａ、樹脂層Ｂおよび液晶層６の屈折率は、アッペ屈折計にて測定した結果、それぞれ、１．５６、１．７０、１．５０であった。
上記で製造した液晶表示素子の平面図を図４の（ａ）に示し、その断面図を図４の（ｂ）に示す。
結果として、図４に数値を記入した通り、ＴＦＴ基板１の開口部２の６００μｍ2 に対し、実質入射光エリア（平面図の点線内）は、約２倍の１５７５μｍ2 となり、明るさも２倍となった。
【００１５】
参考実施例１
図５の（ａ）に示す断面図のように、厚さ０．５ｍｍの透明ガラス基板３の上に、カゼイン／重クロム酸アンモニウムからなる感光液を塗布して樹脂層Ａを形成し、該樹脂層Ａ面にプロキシミティ−露光、現像により図５の（ｂ）に示す断面図のように、ストライプ状の樹脂層Ａを形成し、その中心はレンズ状部Ｃとなるようにした。
この樹脂層Ａは、屈折率が１．５５であった。次に、図５の（ｃ）に示す断面図のように、シリコ−ン系樹脂（屈折率 １．６８）を含む組成物を塗布、乾燥硬化して表面が平坦である樹脂層Ｃを形成してモノクロフィルタ−を製造した。
次に、図５の（ｄ）に示す断面図および図５の（ｅ）に示す平面図のように、上記で製造したモノクロフィルタ−をＴＦＴ基板１と液晶層６を介して貼り合わせてモノクロ液晶表示素子を製造した。
上記で製造したモノクロ液晶表示素子について、光利用効率を測定した結果、約１．５倍の光利用効率の上昇が可能と
なった。
【００１６】
以上が、本発明の集光性フィルタ−の第１の製造法であるが、この製造法によると、レンズ状部Ｃの形成が重要である。
樹脂層Ａによりレンズ状部Ｃを形成するために、感光性を有する樹脂を使用し、露光方式、光の照射量等を制御してレンズ状部Ｃの凸部状のエッジの傾きをつけたり、または、光硬化した樹脂を軟化点まで加熱して、このエッジ部の傾きをつけるが、エッジの形状を安定的に制御して集光性フィルタ−を製造するのは容易ではない。
また、この方法でレンズ状部Ｃを形成する場合には、光硬化後のエッジ形状、および、熱軟化特性等のため、樹脂層Ａを構成する樹脂の材料に制約があり、また、適性な屈折率や、透過率等の条件を含めると、材料の選択範囲が限定されるものである。
【００１７】
上記のような第１の製造法の問題点を克服し、レンズ状部Ｃを安定的に製造することができる製造法として、本発明にかかる集光性フィルタ−の第２の製造法がある。
上記の第２の製造法につて説明すると、図６は、本発明にかかる集光性フィルタ−を使用した液晶表示素子を示す断面図であり、而して、図６に示すように、まず、ガラス等の基板３の上に、前述と同様にカラ−フィルタ−層４を形成し、次に該カラ−フィルタ−層４の上に、まず、感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物を塗布して、該組成物による塗布膜を形成し、次いで該塗布膜面にパタ−ン露光、現像して、カラ−フィルタ−層４を構成する各色の境界部５に相当する位置に凸部状素子からなる樹脂層Ｄを形成し、しかる後該樹脂層Ｄを含む面に、比較的低屈折率の樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層Ａを形成する。
而して、図６に示すように、本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子は、開口部２を有するＴＦＴ基板１と、上記で製造したカラ−フィルタ−層４を有するガラス等の基板３とが対向して配置され、その間に液晶層６を夾持し、更に該カラ−フィルタ−層４を有する基板３の該カラ−フィルタ−層４の上に樹脂層Ｄ、樹脂層Ａ、および樹脂層Ｂが積層された集光性素子から構成されるものである。
上記において、レンズ状部Ｃは、樹脂層Ｄの膜厚、および樹脂層Ａを構成する樹脂組成物の粘度、塗布条件等によって制御可能である。
また、樹脂層Ｄは、一般的にパタ−ニングに用いられる感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物を使用して構成することができ、また、樹脂層Ａは、必要な光学特性を満足する一般的な光または熱硬化性樹脂等を主体とする樹脂組成物を使用して構成することができる。
上記の製造法においてレンズ状部Ｃの形成について更に詳しく説明すると、まず、カラ−フィルタ−層４の上に、ゼラチン、カゼイン、またはポリビニルアルコ−ルに感光性を持たせた樹脂、あるいは各種市販されている感光性レジストを用いて、まず、これを塗布し、該塗布膜面にパタ−ン露光、現像して凸部状素子からなる樹脂層Ｄを形成する。
この場合、露光方式および露光条件等は、各感光性樹脂に対して通常パタ−ニングする適性条件でよく、特に、エッジ部等の傾きを制御する必要性はない。
次に、上記で形成した樹脂層Ｄの上に、比較的低屈折率の樹脂を主体とする樹脂組成物を塗布、乾燥硬化させて樹脂層Ａを形成して、目的とするレンズ状部Ｃのエッジ部の傾きを出すことになる。
この場合、樹脂層Ｄの膜厚と、樹脂層Ａを構成する樹脂組成物の粘度、塗布回転数等がレンズ状部Ｃのエッジ部の傾きを決定する重要な因子となる。
而して、樹脂層Ａを構成する樹脂としては、光または熱硬化される条件を満足すれば、屈折率および透過率特性等を主体にしてその素材を選択することができる。
具体的には、上記の樹脂としては、樹脂層Ｂを構成する樹脂との屈折率差が大きければ、より集光効果がある、例えば、屈折率１．５付近の樹脂として、アクリル系、ウレタン系、アクリル−スチレン系、エポキシ系等の各種の樹脂を幅広く挙げることができる。
なお、樹脂層Ｂを形成する方法は、前述の第１の製造法と同じである。
次に、上記の第２の製造法について具体例を挙げる。
【００１８】
実施例２
まず、図７の（ａ）の断面図に示すように、厚さ０．５ｍｍのガラス基板３野上に、常法によって、レッド９、ブル−１１、グリ−ン１０等からなるモザイク状のカラ−フィルタ−層４を染色にて形成した。
次に、上記で形成したカラ−フィルタ−層４の上で、その各色の境界部に相当する位置に、ＦＶＲ（フジ薬品株式会社製、商品名）レジストを使用して、通常のパタ−ン露光、現像により、膜厚５μｍの樹脂層Ｄを形成した。
次に、図７の（ｂ）の断面図に示すように、上記で形成した樹脂層Ｄを含む全面に、アクリル−ウレタン系樹脂（屈折率 １．５５）を主体とする樹脂組成物を３０００ｒｐｍでスピン塗布し、１５０℃、１時間の加熱硬化をすることにより、凸状のレンズ状部Ｃを含む樹脂層Ａを形成した。
上記のレンズ状部Ｃについて電子顕微鏡による観察形状によると、そのエッジ部の傾き（図７の（ｂ）の領域Ｓ）θ1 は、約６０°であった。
次に、図７の（ｃ）の断面図に示すように、上記の樹脂層Ａを含む全面に、屈折率１．７０のポリイミド樹脂を含む組成物を８００ｒｐｍでスピン塗布し、表面を平坦化して樹脂層Ｂを形成した。
上記で製造した基板３を、ＴＦＴ基板１と屈折率１．５０の液晶層６を介して貼り合わせて、本発明にかかるカラ−液晶表示素子を製造した。
上記で製造した液晶表示素子の光利用効率は、従来のものに比べて約２倍のものであった。
【００１９】
実施例３
まず、図８の（ａ）の断面図に示すように、厚さ１．５ｍｍの透明なガラス基板３の上に、ゼラチン／重クロム酸アンモニウム感光液を塗布して塗布膜Ｄ′を形成し、更に図８の（ｂ）の断面図に示すように、上記の塗布膜Ｄの面に、ステッパ−露光、現像により、凸部状４．５μｍの樹脂層Ｄを形成した。次に上記の樹脂層Ｄを含む面にウレタン系樹脂（屈折率１．５６）を含む組成物をスピンコ−ト後、１５０℃で３０分間熱硬化して、レンズ状部Ｃを有する凹凸状の樹脂層Ａを形成した。上記の樹脂層Ａの表面凹凸は、４μｍであった。
次に、図８の（ｃ）の断面図に示すように、上記の樹脂層Ａを含む全面に、ポリイミド樹脂を含む組成物をスピン塗布し、１８０℃で３時間熱硬化し、モノクロ用集光性フィルタ−を製造した次に、図８の（ｄ）の断面図に示すように、上記で製造したモノクロ用集光性フィルタ−を使用し、上記の基板３とＴＦＴ基板１とを、液晶層６を介してはりあわせて、モノクロ用液晶表示素子を製造した。上記の液晶表示素子の光利用効率は、図８の（ｅ）の平面図に示すように、従来のものと比較して約１．５倍となり集光効果を確認することができた。
【００２０】
参考実施例２
厚さ１．５ｍｍの透明なガラス基板３の裏面に、クロムによる遮光層を形成し、他方、上記の基板の表面に、ノボラック系のポジ型感光性樹脂からなる感光液を塗布して塗布膜Ｄ′を形成した。
次に、上記の基板３の裏面から全面露光し、しかる後塗布膜Ｄ′を現像して、凸部状４．５μｍの樹脂層Ｄを形成した。以下、上記の実施例４に記載した方法と同様に行って、同様なモノクロ用液晶表示素子を製造し、同様な効果を得た。
以上、本発明について、二三の実施例を挙げたが、本発明は、これらの実施例により限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明にかかる液晶表示素子の集光性素子は、ＴＦＴ基板と貼り合わせて、カラ−液晶表示素子またはモノクロ液晶表示素子等を構成することができるものである。
而して、その特徴とするところは、透明基板上に相互に接する屈折率の異なる少なくとも二つの樹脂層を設け、これら樹脂層の相互に接する界面をＴＦＴ基板の各開口部に入射光を集光するように曲面に形成しているので、相互の屈折率差を比較的大きくすること、曲面形状を制御すること、および液晶層の屈折率をフィルタ−の屈折率より小さくすることにより、集光効果を上げることができるものである。
また、その製造法においては、集光性フィルタ−を容易に製造することができ、特に、第２の製造法においては、レンズ形状を安定的に制御でき、また、使用する素材の自由度を大きくすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の概略の構成を示す断面図である。
【図２】図１で表す液晶表示素子の概略を示す平面図である。
【図３の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図３の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図４の（ａ）】図３の（ａ）および図３の（ｂ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す平面図である。
【図４の（ｂ）】図４の（ａ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図５の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図５の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図５の（ｃ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図５の（ｄ）】図５の（ａ）、図５の（ｂ）および図５の（ｃ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図５の（ｅ）】図５の（ｄ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す平面図である。
【図６】本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の概略の構成を示す断面図である。
【図７の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図７の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図７の（ｃ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ｃ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ｄ）】図８の（ａ）、図８の（ｂ）および図８の（ｃ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図８の（ｅ）】図８の（ｄ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す平面図である。
【図９】従来の液晶表示素子の概略の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ＴＦＴ基板
２ 開口部
３ ガラス等の基板
４ カラ−フィルタ−層
５ カラ−フィルタ−層の各色の境界部
６ 液晶層
Ａ 凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層
Ｂ 平坦状の比較的高屈折率の樹脂層
Ｃ レンズ状部
Ｄ 凸部状素子からなる樹脂層
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明電極間に液晶を夾持してなる液晶表示素子を構成する場合のフィルタ−およびその製造法に関し、更に詳しくは、液晶表示素子の光利用効率を向上させた集光性フィルタ−およびその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の感度を改善するために、オンチップ方式においては、固体撮像素子の全面にレンズを直接形成して取り付け、その受光部の集光性を上げてその効率の改善を図っている。
すなわち、固体撮像素子の受光部に対応して、樹脂による凸状レンズを形成するもので、空気（屈折率約１．０）とこれら樹脂層（屈折率１．５ないし１．６）との間に比較的に大きい屈折率が得られるため、空気層からレンズ層へ入光した場合、大きい集光効果が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、モノクロ液晶表示素子、またはカラ−フィルタ−層を有するカラ−液晶表示素子においては、液晶が接する基板面、あるいはカラ−フィルタ−層面にレンズを設けた場合、液晶の屈折率が１．５ないし１．６であるため、液晶中にレンズを形成すると、レンズとの屈折率の差が小さすぎ、また、液晶表示素子の外側にレンズを設ける場合は、レンズと各液晶の画素間の距離が基板を介することとなるので、非常に大きな曲率のレンズが必要になり、かかるレンズの作成が困難になるという問題点を生じて好ましくないものである。
そこで本発明は、上記の従来の問題点を解決し、集光性に優れ、液晶表示素子に適用し得る集光性フィルタ−およびその製造法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような問題点を解決すべく種々研究の結果、モノクロ液晶表示素子またはカラ−液晶表示素子において、基板上に相互に接する屈折率の異なる少なくとも二つの樹脂層を有し、これら樹脂層の相互に接する界面が対向基板の各開口部に入射光を集光するように曲面に構成されている集光性素子を見出し、これを集光性フィルタ−とすることによって、上記の問題点を解決することができたものである。
【０００５】
その場合、モノクロ液晶表示素子、またはカラ−液晶表示素子において、前記集光性素子が、基板の上の各画素間の境界部、または基板上のカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状になるように凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を設け、更に該凹凸状の樹脂層表面に平坦状の比較的高屈折率の、ポリイミド系樹脂からなる樹脂層を設けたものであり、且つ、前記集光性素子のポリイミド系樹脂からなる樹脂層を、液晶層のカラーフィルター層側の配向膜として兼用し、液晶層を介してＴＦＴ基板と貼り併せたことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
上記の本発明について以下に更に詳しく説明する。
まず、本発明にかかる集光性フィルタ−の製造法について説明すると、その製造法としては、第１に、基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する基板の該カラ−フィルタ−層の上に、比較的低屈折率であって、かつ感光性を有する樹脂を主体とする感光性樹脂組成物による塗布膜を形成し、次いで各画素間の境界部またはカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状になるように、上記の感光性樹脂組成物による塗布膜をパタ−ン露光、現像して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成し、次に該凹凸状の樹脂層面に比較的高屈折率の硬化性樹脂を主体とする樹脂組成物による平坦状の比較的高屈折率の樹脂層を形成して集光性素子を構成することからなる集光性フィルタ−を製造する方法である。
上記の製造法において、凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成後、基板を加熱して該凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を構成する樹脂を軟化させて、その凸部状の形状を調整することが好ましい。
【０００７】
また、第２の製造法としては、基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する基板の該カラ−フィルタ−層の上に、感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物による塗布膜を形成し、次いで上記の感光性樹脂組成物による塗布膜をパタ−ン露光、現像して、各画素間の境界部またはカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状素子を形成し、次に該凸部状素子を含む全面に、比較的低屈折率の樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成し、しかる後上記の凹凸状の樹脂層を含む全面に比較的高屈折率の硬化性樹脂を主体とする樹脂組成物による平坦状の比較的高屈折率の樹脂層を形成して集光性素子を構成することからなる集光性フィルタ−を製造する方法である。
【０００８】
更に、第３の製造法としては、予め遮光層を形成した基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する予め遮光層を形成した基板の該カラ−フィルタ−層の上に、ポジ型感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物による塗布膜を形成し、次いで上記の感光性樹脂組成物による塗布膜に上記の遮光層を有する側から全面露光、現像して、各画素間の境界部またはカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状素子を形成し、次に該凸部状素子を含む全面に、比較的低屈折率の樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を形成し、しかる後上記の凹凸状の樹脂層を含む全面に比較的高屈折率の硬化性樹脂を主体とする樹脂組成物による平坦状の比較的高屈折率の樹脂層を形成して集光性素子を構成することからなる集光性フィルタ−を製造する方法である。
【０００９】
上記のような製造法で得られる集光性フィルタ−は、基板上に相互に接する屈折率の異なる少なくとも二つの樹脂層の相互に接する界面が、対向基板、例えば、ＴＦＴ基板の各開口部に入射光を集光するように曲面になっているので、液晶表示素子において、集光効果が得られ、その光利用効率を向上させることができる。
また、上記の第１の製造法においては、感光性を有する樹脂の選択露光、硬化によりその表面に所要の曲面を形成しているものである。
また、上記の第２および第３の製造法においては、まず、凸部状素子を形成し、その上に樹脂組成物を塗布して、その塗布条件等を選択することにより、その表面が上記の凸部状素子により凹凸状となり所要の凸面状を形成しているものである。
而して、本発明においては、上記で得られる集光性フィルタ−は、モノクロ液晶表示素子およびカラ−液晶表示素子に用いられるものであり、２種以上の屈折率の異なる材質を用いて、基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する基板の該カラ−フィルタ−層の上に屈折率の異なる材質の界面をレンズ形状に形成し、集光効果を得ようとするものである。
【００１０】
次に、本発明にかかる集光性フィルタ−について液晶表示素子に用いる例について説明すると、まず、図９は、従来の液晶表示素子の概略の構成を示す断面図であり、而して、図９に示すように、カラ−フィルタ−層５８を有する基板５９と、対向基板であるＴＦＴ基板５７よりなる液晶表示素子を構成し、入射光５５は、カラ−フィルタ−層５８の各画素５３を透過して液晶６１を介してＴＦＴ基板５７の開口部５１を通過する。
その際に、光の利用率は、ＴＦＴ基板５７の開口部５１の開口面積率により制限を受け、従来、代表的なＴＦＴ基板では、この開口面積率は、約３０％位であり、光の利用率が劣るものである。
【００１１】
これに対し、図１は、本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の概略の構成を示す断面図であり、而して、図１に示すように、本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子は、開口部２を有するＴＦＴ基板１と、カラ−フィルタ−層４を有するガラス等の基板３とが対向して配置され、その間に液晶層６を夾持し、更に該カラ−フィルタ−層４を有する基板３の該カラ−フィルタ−層４の上に樹脂層Ａ、および樹脂層Ｂが積層された集光性素子から構成されるものである。
上記において、樹脂層Ａは、カラ−フィルタ−層４の上であって、該カラ−フィルタ−層４を構成する各色の境界部５に相当する位置の上部（図では下であるが製造過程では上になる。）に凸部状になるように、凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層からなるものであり、更に該樹脂層Ａは、凹凸形状のものであってカラ−フィルタ−層４を構成する各色の中央部に向かって所定の傾きを持つレンズ状部Ｃを形成するものである。
すなわち、樹脂層Ａは、カラ−フィルタ−層４の各色の境界部５に整列して厚みが最大になっており、カラ−フィルタ−層４の中央部では最小の厚みになっている（図面では零の厚みで表示している）。
従って、各色の境界部５上に、樹脂層Ａの凸形状のものであって各色の中央部に向かって所定の傾きを持つレンズ状部Ｃが形成され凹凸形状を形成していることになる。
而して、樹脂層Ａは、比較的低屈折率のものであって、かつ感光性を有する樹脂を主体とする感光性樹脂組成物を塗布、乾燥して該組成物による塗布膜を形成し、該塗布膜にパタ−ン露光、現像等を行うことにより形成することができる。本発明では、上記の樹脂層Ａの上に、該樹脂層Ａの凹凸形状を埋めるように、上記の樹脂層Ａを構成する樹脂と比較して、これよりも高屈折率を有する硬化性樹脂を主体として含む組成物を塗布、乾燥して平坦状の比較的高屈折率の樹脂層Ｂを形成する。
【００１２】
次に上記で製造した本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の集光性効果について説明すると、次のようになる。
ガラス等の基板３から入射した光７は、樹脂層Ａと樹脂層Ｂの界面の法線に対する入射角をθ1 とすると、屈折率の差より、屈折角θ2 は、
上記の（１）式より明らかであるが、樹脂層Ａ、樹脂層Ｂの屈折率差がｎA ＜ｎB の場合、θ2 ＜θ1 となり、入射光は開口部２の方向へ集光する。
この時、樹脂層Ｂを通過する光路長ｄ1 と樹脂層Ｂと液晶層６の界面への入射角θ2 （θ2 ＝θ1 −θ2 ）とにより集光領域が決定される。
次に、樹脂層Ｂと液晶層６との界面において上記と同様な原理で、次の（２）式より、入射角θ3 は、液晶層６（屈折率をｎC とする）では、θ4 となる。
この場合の集光領域は、液晶層６の厚さｄ2 と屈折角θ4 により決定される。
従って、ト−タルの集光領域は、一辺に対して、
Δａ＝ｄ1 ・ｔａｎθ3 ＋ｄ2 ・ｔａｎθ4 ・・・（３）
となり、２次元エリアでの集光効率は、図２の平面図から明らかなように、
以上の原理より、集光領域を拡大するための条件として、以下の事項をあげることができる。
・樹脂層Ａの屈折率に対して、樹脂層Ｂの屈折率がより大きいこと。
・樹脂層Ａと樹脂層Ｂの界面の角度が、対向基板１の開口部２へより効率的に集光される適性角度を有すること（この適性角度は、樹脂層Ａと樹脂層Ｂの屈折率差、樹脂層Ｂの膜厚（光路長）、樹脂層Ｂと液晶層６の屈折率差、液晶層６の厚さ、開口部２の受光エリアによって決定される）。
・樹脂層Ｂと液晶層６の界面は、屈折角の点でより平滑化すること。
以上の原理は、ガラス等の基板３の上に設けたカラ−フィルタ−層４の上に、樹脂層Ａおよび樹脂層Ｂを設けた例で説明したが、ガラス等の基板３の上に樹脂層Ａおよび樹脂層Ｂを設けても同様に集光効果を得ることができる。
なお、本発明においては、上記の例は、カラ−液晶表示素子の例について述べたが、モノクロ液晶表示素子にも適用することができ、同様な原理で集光効果を得ることができる。
【００１３】
ところで、上記の集光性フィルタ−の製造法について説明すると、これは、第１の製造法にかかるものであり、ガラス等の基板３の上に、常法によってカラ−フィルタ−層４を形成し、その上に、比較的低屈折率であって、感光性を有する樹脂を主成分として含む感光性樹脂組成物を塗布、乾燥して該組成物による塗布膜を形成し、次に該塗布膜面に、上記のカラ−フィルタ−層４の各色の境界部５に相当する位置が凸部状となるように、パタ−ン露光、現像して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層Ａを形成する。
すなわち、カラ−フィルタ−層４の各色の境界部５に相当する位置が凸部状となってレンズ状部Ｃを形成する。
次に、本発明においては、上記の凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層Ａの上に、比較的高屈折率を有する硬化性樹脂を主成分とする樹脂組成物を塗布、乾燥して平坦状の比較的高屈折率の樹脂層Ｂを形成して集光性素子を構成する。
上記の方法において、レンズ状部Ｃのエッジの傾きは、例えば、光硬化後に樹脂の軟化点まで加熱して調整することもできる。
また、上記の製造法において、樹脂層Ａを構成する樹脂としては、例えば、比較的低屈折率であって、感光性を有し、かつ透明性を有するもの、具体的には、ゼラチン、ガゼイン、またはポリビニルアルコ−ルと重クロム酸アンモニウム系感光材、あるいは通常のアクリル系樹脂を主体とする感光性樹脂組成物等を使用することができる。
また、上記において、樹脂層Ｂを構成する樹脂としては、例えば、ポリイミド系樹脂、シリコ−ン系樹脂等の材料を使用することができる。
特に、本発明においては、樹脂層Ｂを構成する材料としては、ポリイミド系樹脂を使用すると、液晶表示素子としての配向膜塗布工程が不要となり工程が短縮されるという利点があり、好ましい材料である。
次に、上記の第１の製造法の実施例をあげる。
【００１４】
【実施例】
実施例１
図３の（ａ）の断面図に示すように、透明なガラス基板３の上に、ゼラチン／重クロム酸アンモニウム水溶液からなる感光液を塗布し、マスク露光、現像によりパタ−ニングし、レッド染色後、固着処理を行い、レッド画素９を作成した。
同様のプロセスを繰り返し、グリ−ン染色、ブル−染色して、グリ−ン画素１０、ブル−画素１１を形成した。
その上にゼラチン感光液を塗布後、プロキシミティ−露光、現像により、５μｍ段差形状の樹脂層Ａを形成した。
レンズ状部Ｃの電子顕微鏡による観察形状によると、図３の（ａ）の領域Ｓのθ1 の角度は約６０°であった。
次に、上記の樹脂層Ａの上に、ポリイミド樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥硬化させて図３の（ｂ）の断面図に示すように、表面を平坦化した樹脂層Ｂを形成して集光性素子を構成した。
次に、上記で形成した集光性素子からなる集光性フィルタ−を切断加工後、ＴＦＴ基板１と液晶層６を介して貼り合わせて液晶表示素子を製造した。
上記において、樹脂層Ａ、樹脂層Ｂおよび液晶層６の屈折率は、アッペ屈折計にて測定した結果、それぞれ、１．５６、１．７０、１．５０であった。
上記で製造した液晶表示素子の平面図を図４の（ａ）に示し、その断面図を図４の（ｂ）に示す。
結果として、図４に数値を記入した通り、ＴＦＴ基板１の開口部２の６００μｍ2 に対し、実質入射光エリア（平面図の点線内）は、約２倍の１５７５μｍ2 となり、明るさも２倍となった。
【００１５】
参考実施例１
図５の（ａ）に示す断面図のように、厚さ０．５ｍｍの透明ガラス基板３の上に、カゼイン／重クロム酸アンモニウムからなる感光液を塗布して樹脂層Ａを形成し、該樹脂層Ａ面にプロキシミティ−露光、現像により図５の（ｂ）に示す断面図のように、ストライプ状の樹脂層Ａを形成し、その中心はレンズ状部Ｃとなるようにした。
この樹脂層Ａは、屈折率が１．５５であった。次に、図５の（ｃ）に示す断面図のように、シリコ−ン系樹脂（屈折率 １．６８）を含む組成物を塗布、乾燥硬化して表面が平坦である樹脂層Ｃを形成してモノクロフィルタ−を製造した。
次に、図５の（ｄ）に示す断面図および図５の（ｅ）に示す平面図のように、上記で製造したモノクロフィルタ−をＴＦＴ基板１と液晶層６を介して貼り合わせてモノクロ液晶表示素子を製造した。
上記で製造したモノクロ液晶表示素子について、光利用効率を測定した結果、約１．５倍の光利用効率の上昇が可能と
なった。
【００１６】
以上が、本発明の集光性フィルタ−の第１の製造法であるが、この製造法によると、レンズ状部Ｃの形成が重要である。
樹脂層Ａによりレンズ状部Ｃを形成するために、感光性を有する樹脂を使用し、露光方式、光の照射量等を制御してレンズ状部Ｃの凸部状のエッジの傾きをつけたり、または、光硬化した樹脂を軟化点まで加熱して、このエッジ部の傾きをつけるが、エッジの形状を安定的に制御して集光性フィルタ−を製造するのは容易ではない。
また、この方法でレンズ状部Ｃを形成する場合には、光硬化後のエッジ形状、および、熱軟化特性等のため、樹脂層Ａを構成する樹脂の材料に制約があり、また、適性な屈折率や、透過率等の条件を含めると、材料の選択範囲が限定されるものである。
【００１７】
上記のような第１の製造法の問題点を克服し、レンズ状部Ｃを安定的に製造することができる製造法として、本発明にかかる集光性フィルタ−の第２の製造法がある。
上記の第２の製造法につて説明すると、図６は、本発明にかかる集光性フィルタ−を使用した液晶表示素子を示す断面図であり、而して、図６に示すように、まず、ガラス等の基板３の上に、前述と同様にカラ−フィルタ−層４を形成し、次に該カラ−フィルタ−層４の上に、まず、感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物を塗布して、該組成物による塗布膜を形成し、次いで該塗布膜面にパタ−ン露光、現像して、カラ−フィルタ−層４を構成する各色の境界部５に相当する位置に凸部状素子からなる樹脂層Ｄを形成し、しかる後該樹脂層Ｄを含む面に、比較的低屈折率の樹脂を含む樹脂組成物を塗布、乾燥して凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層Ａを形成する。
而して、図６に示すように、本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子は、開口部２を有するＴＦＴ基板１と、上記で製造したカラ−フィルタ−層４を有するガラス等の基板３とが対向して配置され、その間に液晶層６を夾持し、更に該カラ−フィルタ−層４を有する基板３の該カラ−フィルタ−層４の上に樹脂層Ｄ、樹脂層Ａ、および樹脂層Ｂが積層された集光性素子から構成されるものである。
上記において、レンズ状部Ｃは、樹脂層Ｄの膜厚、および樹脂層Ａを構成する樹脂組成物の粘度、塗布条件等によって制御可能である。
また、樹脂層Ｄは、一般的にパタ−ニングに用いられる感光性樹脂を主体とする感光性樹脂組成物を使用して構成することができ、また、樹脂層Ａは、必要な光学特性を満足する一般的な光または熱硬化性樹脂等を主体とする樹脂組成物を使用して構成することができる。
上記の製造法においてレンズ状部Ｃの形成について更に詳しく説明すると、まず、カラ−フィルタ−層４の上に、ゼラチン、カゼイン、またはポリビニルアルコ−ルに感光性を持たせた樹脂、あるいは各種市販されている感光性レジストを用いて、まず、これを塗布し、該塗布膜面にパタ−ン露光、現像して凸部状素子からなる樹脂層Ｄを形成する。
この場合、露光方式および露光条件等は、各感光性樹脂に対して通常パタ−ニングする適性条件でよく、特に、エッジ部等の傾きを制御する必要性はない。
次に、上記で形成した樹脂層Ｄの上に、比較的低屈折率の樹脂を主体とする樹脂組成物を塗布、乾燥硬化させて樹脂層Ａを形成して、目的とするレンズ状部Ｃのエッジ部の傾きを出すことになる。
この場合、樹脂層Ｄの膜厚と、樹脂層Ａを構成する樹脂組成物の粘度、塗布回転数等がレンズ状部Ｃのエッジ部の傾きを決定する重要な因子となる。
而して、樹脂層Ａを構成する樹脂としては、光または熱硬化される条件を満足すれば、屈折率および透過率特性等を主体にしてその素材を選択することができる。
具体的には、上記の樹脂としては、樹脂層Ｂを構成する樹脂との屈折率差が大きければ、より集光効果がある、例えば、屈折率１．５付近の樹脂として、アクリル系、ウレタン系、アクリル−スチレン系、エポキシ系等の各種の樹脂を幅広く挙げることができる。
なお、樹脂層Ｂを形成する方法は、前述の第１の製造法と同じである。
次に、上記の第２の製造法について具体例を挙げる。
【００１８】
実施例２
まず、図７の（ａ）の断面図に示すように、厚さ０．５ｍｍのガラス基板３野上に、常法によって、レッド９、ブル−１１、グリ−ン１０等からなるモザイク状のカラ−フィルタ−層４を染色にて形成した。
次に、上記で形成したカラ−フィルタ−層４の上で、その各色の境界部に相当する位置に、ＦＶＲ（フジ薬品株式会社製、商品名）レジストを使用して、通常のパタ−ン露光、現像により、膜厚５μｍの樹脂層Ｄを形成した。
次に、図７の（ｂ）の断面図に示すように、上記で形成した樹脂層Ｄを含む全面に、アクリル−ウレタン系樹脂（屈折率 １．５５）を主体とする樹脂組成物を３０００ｒｐｍでスピン塗布し、１５０℃、１時間の加熱硬化をすることにより、凸状のレンズ状部Ｃを含む樹脂層Ａを形成した。
上記のレンズ状部Ｃについて電子顕微鏡による観察形状によると、そのエッジ部の傾き（図７の（ｂ）の領域Ｓ）θ1 は、約６０°であった。
次に、図７の（ｃ）の断面図に示すように、上記の樹脂層Ａを含む全面に、屈折率１．７０のポリイミド樹脂を含む組成物を８００ｒｐｍでスピン塗布し、表面を平坦化して樹脂層Ｂを形成した。
上記で製造した基板３を、ＴＦＴ基板１と屈折率１．５０の液晶層６を介して貼り合わせて、本発明にかかるカラ−液晶表示素子を製造した。
上記で製造した液晶表示素子の光利用効率は、従来のものに比べて約２倍のものであった。
【００１９】
実施例３
まず、図８の（ａ）の断面図に示すように、厚さ１．５ｍｍの透明なガラス基板３の上に、ゼラチン／重クロム酸アンモニウム感光液を塗布して塗布膜Ｄ′を形成し、更に図８の（ｂ）の断面図に示すように、上記の塗布膜Ｄの面に、ステッパ−露光、現像により、凸部状４．５μｍの樹脂層Ｄを形成した。次に上記の樹脂層Ｄを含む面にウレタン系樹脂（屈折率１．５６）を含む組成物をスピンコ−ト後、１５０℃で３０分間熱硬化して、レンズ状部Ｃを有する凹凸状の樹脂層Ａを形成した。上記の樹脂層Ａの表面凹凸は、４μｍであった。
次に、図８の（ｃ）の断面図に示すように、上記の樹脂層Ａを含む全面に、ポリイミド樹脂を含む組成物をスピン塗布し、１８０℃で３時間熱硬化し、モノクロ用集光性フィルタ−を製造した次に、図８の（ｄ）の断面図に示すように、上記で製造したモノクロ用集光性フィルタ−を使用し、上記の基板３とＴＦＴ基板１とを、液晶層６を介してはりあわせて、モノクロ用液晶表示素子を製造した。上記の液晶表示素子の光利用効率は、図８の（ｅ）の平面図に示すように、従来のものと比較して約１．５倍となり集光効果を確認することができた。
【００２０】
参考実施例２
厚さ１．５ｍｍの透明なガラス基板３の裏面に、クロムによる遮光層を形成し、他方、上記の基板の表面に、ノボラック系のポジ型感光性樹脂からなる感光液を塗布して塗布膜Ｄ′を形成した。
次に、上記の基板３の裏面から全面露光し、しかる後塗布膜Ｄ′を現像して、凸部状４．５μｍの樹脂層Ｄを形成した。以下、上記の実施例４に記載した方法と同様に行って、同様なモノクロ用液晶表示素子を製造し、同様な効果を得た。
以上、本発明について、二三の実施例を挙げたが、本発明は、これらの実施例により限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明にかかる液晶表示素子の集光性素子は、ＴＦＴ基板と貼り合わせて、カラ−液晶表示素子またはモノクロ液晶表示素子等を構成することができるものである。
而して、その特徴とするところは、透明基板上に相互に接する屈折率の異なる少なくとも二つの樹脂層を設け、これら樹脂層の相互に接する界面をＴＦＴ基板の各開口部に入射光を集光するように曲面に形成しているので、相互の屈折率差を比較的大きくすること、曲面形状を制御すること、および液晶層の屈折率をフィルタ−の屈折率より小さくすることにより、集光効果を上げることができるものである。
また、その製造法においては、集光性フィルタ−を容易に製造することができ、特に、第２の製造法においては、レンズ形状を安定的に制御でき、また、使用する素材の自由度を大きくすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の概略の構成を示す断面図である。
【図２】図１で表す液晶表示素子の概略を示す平面図である。
【図３の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図３の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図４の（ａ）】図３の（ａ）および図３の（ｂ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す平面図である。
【図４の（ｂ）】図４の（ａ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図５の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図５の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図５の（ｃ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図５の（ｄ）】図５の（ａ）、図５の（ｂ）および図５の（ｃ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図５の（ｅ）】図５の（ｄ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す平面図である。
【図６】本発明にかかる集光性フィルタ−を利用した液晶表示素子の概略の構成を示す断面図である。
【図７の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図７の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図７の（ｃ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ａ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ｂ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ｃ）】集光性フィルタ−を製造する工程の構成を示す断面図である。
【図８の（ｄ）】図８の（ａ）、図８の（ｂ）および図８の（ｃ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図８の（ｅ）】図８の（ｄ）で表す集光性フィルタ−を使用してなる液晶表示素子の構成を示す平面図である。
【図９】従来の液晶表示素子の概略の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ＴＦＴ基板
２ 開口部
３ ガラス等の基板
４ カラ−フィルタ−層
５ カラ−フィルタ−層の各色の境界部
６ 液晶層
Ａ 凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層
Ｂ 平坦状の比較的高屈折率の樹脂層
Ｃ レンズ状部
Ｄ 凸部状素子からなる樹脂層
Claims (1)
- 透明電極間に液晶を夾持してなる液晶表示素子において、基板の上、またはカラ−フィルタ−層を有する基板の該カラ−フィルタ−層の上に、相互に接する屈折率の異なる少なくとも二つの樹脂層を有し、かつこれらの樹脂層の相互に接する界面が対向基板の各開口部に入射光を集光するように曲面に構成されている集光性素子を設けたもので、前記集光性素子が、基板の上の各画素間の境界部、または基板上のカラ−フィルタ−層を構成する各色の境界部に相当する位置に凸部状になるように凹凸状の比較的低屈折率の樹脂層を設け、更に該凹凸状の樹脂層表面に平坦状の比較的高屈折率の、ポリイミド系樹脂からなる樹脂層を設けたものであり、且つ、前記集光性素子のポリイミド系樹脂からなる樹脂層を、液晶層のカラーフィルター層側の配向膜として兼用し、液晶層を介してＴＦＴ基板と貼り合せたことを特徴とする液晶表示素子。
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