JP4880692B2 - マイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル、その製造方法、および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示パネルおよび液晶表示装置に関するものであり、特に、マイクロレンズアレイを備えた液晶表示パネルおよび液晶表示装置に関する。

近年、モニター、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話などにおける表示装置として液晶表示装置が広く利用されている。液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルの透過率（又は反射率）を駆動信号によって変化させ、液晶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。液晶表示装置には、液晶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や、表示パネルに表示された画像等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）などがある。

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のそれぞれに画像信号に対応した駆動電圧を印加することによって、各画素における液晶層の光学特性を変化させ、その前後に配置された偏光素子（典型的には偏光板）により、液晶層の光学特性に合わせて、透過する光を調光することで、画像や文字などを表示する。この偏光板は、直視型液晶表示装置では、通常、液晶表示パネルの光入射側基板（背面基板）及び光出射側基板（前面基板または観察者側基板）のそれぞれに直接貼り合わされる。

各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。このうち、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）素子等の３端子素子が用いられている。

ところで、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置では、表示パネルに設けたスイッチング素子（特にＴＦＴ）に強い光が入射すると、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がり、電圧印加時に画素容量に充電された電荷が放電され、所定の表示状態が得られないため、黒状態でも光が漏れてコントラスト比が低下するという問題がある。

そこで、アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルでは、例えば、ＴＦＴ（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基板に対して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称される。）が設けられる。

ここで、液晶表示装置が反射型液晶表示装置である場合には、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。しかしながら、透過光を利用して表示を行う液晶表示装置においては、光を透過しないＴＦＴ、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。

液晶表示装置は軽量かつ薄型であり、消費電力が低いという特徴を有しているので、携帯電話や携帯情報端末等のモバイル機器の表示装置として広く用いられているが、表示情報量の増大、画質向上等の目的から、表示装置に対する高精細化の要望はますます強くなってきている。従来、例えば、２〜３インチクラスの液晶表示装置に対しては、２４０×３２０画素によるＱＶＧＡ表示が標準的であったが、近年は４８０×６４０画素によるＶＧＡ表示を行う装置も製造されている。

液晶表示パネルの高精細化、小型化が進むに連れて、上述した開口率の低下はより大きな問題となる。画素ピッチを小さくしようとしても、電気的性能や製造技術等の制約から、ＴＦＴやバスライン等をある程度のサイズより小さくすることができないからである。透過率の低下を補うためにはバックライトの輝度を向上させることも考えられるが、これは消費電力の増大を招くため、特にモバイル機器にとって問題となる。

また、近年、モバイル機器の表示装置として、暗い照明下ではバックライトによる光を利用して表示を行い、明るい照明下では液晶表示パネルの表示面に入射された光を反射することによって表示を行う、半透過型の液晶表示装置が普及している。半透過型液晶表示装置では、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、表示領域全面積に対する透過領域面積の比率（透過領域の開口率）が著しく低下する。このため、半透過型液晶表示装置は、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という利点があるが、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。

このような透過領域を有する液晶表示装置の光利用効率を改善する方法として、液晶表示パネルに、個々の画素に光を集光するマイクロレンズアレイを設け、液晶表示パネルの実効的な開口率を向上させる方法が特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に開示されている。さらに、本出願人は、透過型または半透過型の液晶表示装置などに好適に用いられるマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの製造方法を特許文献４に開示している。特許文献４に記載された製造方法によれば、画素に対して自己整合的に高い位置精度でマイクロレンズを形成することができる。
特開２０００−３２９９０６号公報 特開２００５−１９５７３３号公報 特開２００５−２０８５５３号公報 特開２００５−１９６１３９号公報

マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置では、マイクロレンズの凸面側に偏光板等の光学フィルムが貼り付けられる。光学フィルムをマイクロレンズのみを介して貼り付けた場合、光学フィルムが凸面の頂点付近にしか接しないため、光学フィルムとマイクロレンズとの接触面積が小さくなり、光学フィルムが剥がれ易いという問題があった。また、光学フィルムの端部がマイクロレンズと接することなくフリーとなるため、光学フィルムがさらに剥がれ易くなるという問題もあった。

この問題を解決するための一案として、特許文献１に記載されているように、マイクロレンズアレイと光学フィルムとの間の間隙を、全て接着剤で埋めてしまうことが考えられる。この場合、マイクロレンズによって大きな集光特性を得るためには、接着剤としてマイクロレンズの材料よりも低い屈折率を有した材料を用いることが求められる。しかし、そのような低屈折率材料としては、現実には屈折率が１．４０程度の材料しか存在しないことがわかった。

マイクロレンズの材料には、通常、屈折率が１．６０程度の樹脂が用いられる。よって、マイクロレンズとカバーガラスとの間に屈折率が１．４０程度の材料を配置した場合、両者の屈折率差は０．２０程度しかなく、あまり大きな集光特性を得ることはできない。したがって、屈折率が１．４０程度の材料は、投影型液晶表示装置のように比較的長い焦点距離のマイクロレンズが使用可能な液晶表示装置に適用することはできても、短い焦点距離のマイクロレンズが必要とされる薄型の直視型液晶表示装置に対しては、十分な集光能力が得られないため、適用することが困難であった。

一方、特許文献２及び３に記載された液晶表示装置では、マイクロレンズアレイの周辺にマイクロレンズと同じ高さか、それよりも高い突出部（土手）を設け、この突出部に接着剤を用いて光学フィルムを貼り付けている。各マイクロレンズの周辺部（頂上部以外の領域）と光学フィルムとの間の間隙は空気で満たされている。この構成により、各マイクロレンズの周辺部において比較的大きな集光効果が得られると共に、光学フィルムの貼り付け強度が上がり、光学フィルムを剥がれ難くすることができる。

しかしながら、この構成を採用した場合、次のような問題が発生することがわかった。

通常、光学フィルムの貼り付けは、加圧装置を用いたオートクレーブによって行われる。オートクレーブによれば、高温高圧の下で光学フィルムが貼り付けられるので、短時間で強固な接着が可能となる。また、オートクレーブを行うことにより、接着剤等に含まれる気泡が除去されるので、これによってより強固な接着が可能となる。

しかし、本願発明者が検討した結果、上述の構成による液晶表示装置は、マイクロレンズと光学フィルムと突出部とによって密閉された間隙（密閉空気層）を有するため、オートクレーブ実施時にこの間隙と装置外部との間に温度差および圧力差が生じ、光学フィルムの変形や剥がれを引き起こすことがわかった。この変形や剥がれは、光学フィルムの接着強度を低下させるばかりか、表示ムラの発生原因にもなり得る。また、温度と圧力が装置内部まで伝わり難いため、接着剤に含まれる気泡が十分に除去されず、接着強度が上がらないという問題も発生することがわかった。

この問題を解決するためには、液晶表示装置に、間隙と外部空間とを繋ぐ空気孔を設けることが考えられるが、本願発明者の検討により、空気孔を、単に突出部の内面に垂直に延びるように設けただけでは、空気孔付近において光学フィルムと突出部との間の接着強度が低下し、変形や剥がれの問題が完全には解決できないことがわかった。また、そのような空気孔では、液晶表示装置の使用時に外気の温度や湿度が表示領域に容易に伝わり、表示領域に結露が生じて表示ムラを発生させることがわかった。さらに、空気孔の形状によっては、空気孔を介して表示領域に異物が混入し、これによっても表示ムラが発生し得ることもわかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学フィルムの変形、剥がれ等が発生しにくく、表示品質が良好なマイクロレンズ付き液晶表示パネル、及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。

本願発明によるマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルは、複数の画素を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの光入射側に設けられたマイクロレンズアレイと、前記液晶表示パネルの光入射側に、前記マイクロレンズアレイを囲むように設けられた支持体と、前記支持体を介して前記液晶表示パネルに貼り付けられた光学フィルムと、を備え、前記マイクロレンズアレイと前記光学フィルムとの間には間隙が形成されており、前記支持体には、前記支持体の外側の空間と前記間隙とを繋ぐ少なくとも１つの通気孔が形成されており、前記通気孔は、曲折して延びるか、あるいは前記支持体の内面または外面に対して斜め方向に延びている。

ある実施形態では、前記液晶表示パネルの面に垂直な方向から見た場合の前記通気孔の形状が、クランク形状またはＳ字形である。

ある実施形態では、前記通気孔が延びる方向に垂直な面における前記通気孔の断面の幅が２５μｍ以上５００μｍ以下である。

ある実施形態において、前記支持体は、前記マイクロレンズアレイを囲むように形成された第１の部分と、前記第１の部分を囲むように設けられた第２の部分を含み、前記第１の部分と前記第２の部分との間には前記通気孔に通じる間隙が形成されている。

ある実施形態では、前記通気孔が前記支持体の異なる場所に複数形成されている。

ある実施形態では、前記通気孔が前記支持体の異なる場所に等間隔で複数形成されている。

ある実施形態では、前記通気孔が前記支持体の異なる場所に１ｍｍ以上の間隔を空けて複数形成されている。

ある実施形態では、前記支持体が前記マイクロレンズアレイの端部から所定の距離だけ離れて形成されており、ある実施形態では、前記所定の距離が２００μｍ以下である。また、ある実施形態では、前記所定の距離が５０μｍ以上１００μｍ以下である。

本願発明による液晶表示装置は、上述のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルを備えた液晶表示装置である。

本願発明によるマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの製造方法は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの光入射側に設けられたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの光入射側に設けられた光学フィルムとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光学フィルムとの間に間隙を有するマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの製造方法であって、（ａ）液晶表示パネルの面に樹脂層を形成する工程と、（ｂ）前記樹脂層を加工してマイクロレンズアレイを形成する工程と、（ｃ）前記樹脂層を加工して、前記マイクロレンズアレイを囲むように支持体を形成する工程と、（ｄ）前記支持体に光学フィルムを貼り付ける工程と、を含み、前記工程（ｃ）において、前記支持体には、前記支持体の内側の空間と外側の空間とを繋ぐ少なくとも１つの通気孔が、曲折して延びるように、あるいは前記支持体の内側の面に対して斜め方向に延びるように形成される。

ある実施形態において、前記通気孔は、前記液晶表示パネルの面に垂直な方向から見たとき、クランク形状またはＳ字形となるように形成される。

ある実施形態において、前記工程（ｃ）は、前記マイクロレンズアレイを囲むように前記支持体の第１の部分を形成する工程と、前記第１の部分を囲むように前記支持体の第２の部分を形成する工程とを含み、前記第１の部分と前記第２の部分との間には前記通気孔に通じる間隙が形成される。

ある実施形態では、前記工程（ｃ）において、前記通気孔が前記支持体の異なる部分に複数形成される。また、ある実施形態では、前記工程（ｃ）において、前記通気孔が前記支持体の異なる部分に等間隔で複数形成される。

本発明によれば、マイクロレンズアレイと光学フィルムとの間に間隙が形成された液晶表示装置において、支持体に通気孔が形成されているので、液晶表示装置の製造過程で発生し得る光学フィルムの歪み、反り、変形、剥がれ等が防止される。さらに、通気孔が曲折して延びるか、あるいは支持体の内面または外面に対して斜め方向に延びているので、貼り付け強度の弱い部分が支持体の一部に集中することがなく、光学フィルムの歪み、反り、変形、剥がれ等の発生をより効果的に防止することができるとともに、通気孔を介して空気が急激に流入することがなく、液晶表示装置の製造時あるいは使用時に発生し得る結露や異物の混入も防ぐことができ、表示ムラの発生を防止することができる。

これにより、強度が高く、光の利用効率に優れ、表示面全体に渡って表示品質の高いマイクロレンズ付き液晶表示パネル及び液晶表示装置が提供される。また、本発明によれば、そのような液晶表示パネルおよび液晶表示装置を効率良く製造することができる。

（ａ）は本発明の実施形態によるマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの構成を模式的に示す平面図、（ｂ）はその断面図である。 本実施形態における周辺領域の適切な大きさを説明するために参考として用いる図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における通気孔の変形例を表した図である。 本実施形態のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの変形例を示した図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本実施形態の製造方法の前半部分を模式的に示した断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の製造方法の後半部分を模式的に示した断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本実施形態の製造方法によって形成され得るマイクロレンズの形状を例示的に示した図である。 本発明によるマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルを備えた液晶表示装置を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０ 表示領域
１２ 液晶表示パネル
１４ マイクロレンズアレイ
１４ａ マイクロレンズ
１４ａ’ マイクロレンズ１４ａの潜像
１５ 間隙
１５’ 間隙
１６ 通気孔
１６’ 通気孔１６の潜像
１７ 画素開口部
２０ 補助孔
２２ 前面側光学フィルム
２３ 背面側光学フィルム
２４ 接着層
２６ 支持体
２６’ 支持体２６の潜像
３０ 電気素子基板
３２ 対向基板
３４ 液晶層
３５ 周辺領域
３６ シール材
３７ 接着層
３９ 樹脂層
４０ フォトマスク
４１ バックライト
４２ 光源
４３ 導光板
４４ 反射板
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ マイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル
２００ 液晶表示装置

以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの構造を説明する。

図１は、本実施形態のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル１００Ａ（以下、単に液晶表示パネル１００Ａと呼ぶこともある。）の構成を模式的に示した図である。図１（ａ）は液晶表示パネル１００Ａの平面図を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面における液晶表示パネル１００Ａの構成を示している。

図に示すように、本実施形態の液晶表示パネル１００Ａは、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示パネル（「液晶セル」とも呼ぶ。）１２と、液晶表示パネル１２の光入射側（図１（ｂ）の下側）に設けられた複数のマイクロレンズ１４ａを含むマイクロレンズアレイ１４と、マイクロレンズアレイ１４の周辺領域に設けられた支持体２６と、液晶表示パネル１２の観察者側（図１（ｂ）の上側）に設けられた前面側光学フィルム２２と、マイクロレンズアレイ１４の光入射側に設けられた背面側光学フィルム２３とを備えている。前面側光学フィルム２２および背面側光学フィルム２３は、それぞれ少なくとも直線偏光を透過する偏光フィルムを備えている。

マイクロレンズアレイ１４は、画素が形成された領域である表示領域１０に設けられており、表示領域１０と支持体２６との間の周辺領域３５には形成されていない。なお、本実施形態では、マイクロレンズアレイ１４のマイクロレンズ１４ａは各画素に対応するように設けられているが、マイクロレンズアレイ１４を複数の画素を覆うレンチキュラーレンズによって構成してもよい。また、後述するように、支持体２６は、マイクロレンズ１４ａと同じ材料で形成することが好ましく、これにより製造工程を簡略化することができる。

液晶表示パネル１２は、画素毎にスイッチング素子（例えばＴＦＴ、ＭＩＭ素子など）が形成された電気素子基板３０、例えばカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）である対向基板３２、及び液晶層３４を含んでいる。液晶層３４は、電気素子基板３０と対向基板３２との間に封入された液晶材料を含み、外周部に設けられたシール材３６によって密閉されている。

前面側光学フィルム２２は接着層２４を介して液晶表示パネル１２に貼り付けられており、背面側光学フィルム２３は接着層３７を介して支持体２６及び各マイクロレンズ１４ａの頂点部分に貼り付けられている。接着層３７とマイクロレンズアレイ１４とは、接着層３７が各マイクロレンズ１４ａの頂点付近にのみ接するように形成されており、マイクロレンズ１４ａの周辺部（頂点部以外の部分）と接着層３７との間、及び周辺領域３５には、空気で満たされた間隙１５が形成されている。

図１（ａ）に示すように、支持体２６には、間隙１５を液晶表示パネル１２の外の空間に繋ぐ、クランク形状の通気孔１６が形成されている。通気孔１６は、後述するように、支持体２６をフォトリソグラフィ工程によって形成するときに、フォトマスクの開口形状に応じて形成される。

通気孔１６の幅（通気孔１６が延びる方向に垂直な面における通気孔１６の断面の幅）は２５０μｍである。通気孔１６の幅は２５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。この幅が２５μｍより小さい場合、外部の温度や湿度の変化が通気孔１６を介して間隙１５及びその周辺の構成部材に伝わりにくくなるため、液晶表示パネル１００Ａの内部で結露が生じやすくなり、表示ムラ等の不具合を発生させ易くなる。また、この結露や外部から侵入する異物によって通気孔１６が塞がり、これによって通気孔１６の機能が果たせなくなるという不具合も発生しやすくなる。また、この幅が５００μｍより大きい場合、背面側光学フィルム２３と支持体２６との接触面積が小さくなり、背面側光学フィルム２３に歪みやたわみが生じやすくなる。また、接着層３７の接着部材により通気孔１６が塞がりやすくなるという問題も生じる。

通気孔１６の配置については、図１（ａ）では簡略化のため、通気孔１６が、液晶表示パネル１２の２つの長辺のそれぞれに沿って２つ、２つの短辺のそれぞれに沿って１つ形成されるように示した。しかし、実際の実施形態では、通気孔１６は支持体２６の延びる方向に沿って１０ｍｍの間隔をおいて均等に配置される。なお、通気孔１６を液晶表示パネルに１つずつ配置したとしても、また、通気孔１６を液晶表示パネル１２の各辺に１つずつ配置したとしても、通気孔１６を配置することによる効果を得ることができる。しかし、通気孔１６の数が多すぎると、背面側光学フィルム２３と支持体２６との接着面積が小さくなるため、背面側光学フィルム２３の変形や剥がれ等の不具合が発生しやすくなる。従って、通気孔１６の配置間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましい。

マイクロレンズアレイ１４の端部と支持体２６との間の周辺領域３５の幅（支持体２６が延びる方向に垂直な方向の幅）は、本実施形態では、８０μｍに設定されている。周辺領域３５の幅を２００μｍより大きくすると、図２に示すように、周辺領域３５において背面側光学フィルム２３にたわみが生じやすくなり、たわみが生じると表示領域１０の周辺部分付近で表示ムラが発生してしまう。したがって、周辺領域３５の幅は２００μｍ以下とすることが好ましい。また、この幅を５０μｍより小さくすると、マイクロレンズアレイ１４や支持体２６を形成するときの位置ずれマージンが不足する。よって、周辺領域３５の幅は５０μｍ以上とすることが好ましい。最も好ましい周辺領域３５の幅は、５０μｍ以上１００μｍ以下である。

本実施形態によれば、液晶表示パネル１００Ａの製造時（特に、オートクレーブによる背面側光学フィルム２３の貼り付け工程）あるいは製造後における装置内外の温度差や湿度差を、通気孔１６によって緩和させることができ、構成部材の膨張・収縮、及び間隙１５内の空気の膨張・収縮による構成部材への影響を抑えることができる。これにより、光学フィルムの歪み、反り、変形、剥がれ等の発生が効果的に防止される。

また、本実施形態のような通気孔１６の形状及び配置を採用すれば、貼り付け強度の弱い部分が支持体の一部に集中することがないので、光学フィルムの歪み、反り、変形、剥がれ等の発生がより効果的に防止される。また、表示領域１０への異物の混入や表示領域１０内部での結露が防止されるので、表示ムラが発生しにくい高品質の液晶表示パネルを提供することが可能となる。

特に、通気孔１６がクランク形状に形成されるため、通気孔を単純に支持体２６の延びる方向に対して垂直に形成した場合に比べて通気孔１６の距離が長くなり、さらに通気孔１６内部を流れる空気流に対する抵抗も高めることができる。これにより、間隙１５と外部空間との間での空気の急激な流出・流入を防ぐことができ、表示領域１０への異物の混入や、表示領域１０内部での結露が効果的に防止される。また、通気孔１６が支持体２６の内面に垂直な方向に一直線に延びていないので、支持体２６の存在しない領域が一部に集中することがないので、支持体２６と背面側光学フィルム２３との接着強度を高く維持することができる。

次に、図３を用いて、通気孔１６の変形例について説明する。なお、ここでは、２つの通気孔１６とその周辺の支持体２６のみを図示するものとし、液晶表示パネル１２の他の部分は図示を省略している。

図３（ａ）は、通気孔１６の第１変形例を示している。図に示すように、第１変形例の通気孔１６は、Ｓ字型に延びており、この点で上述した実施形態の通気孔１６と異なる。しかし、そのサイズや配置方法、及びそれによって得られる効果等は、上述の実施形態のものとほぼ同じである。

図３（ｂ）は、通気孔１６の第２変形例を示している。図に示すように、第２変形例の通気孔１６は、支持体２６の内面及び外面（液晶表示パネル１００Ａの側面）に対して斜め方向に直線状に延びている。通気孔１６のサイズや配置方法、及び得られる効果等も、上述の実施形態とほぼ同じである。

図３（ｃ）は、通気孔１６の第３変形例を示している。図に示すように、第３変形例の通気孔１６は、上述のクランク形状の通気孔に加えて、支持体２６と平行に延びるように形成された補助孔２０を有している（クランク形状に内堀形状を加えた通気孔である。）。この補助孔２０は、マイクロレンズアレイ１４を囲むように形成された支持体２６の内側部分（第１部分）と、この内側部分を囲むように設けられた支持体２６の外側部分（第２部分）との間に形成された間隙である。第３変形例の通気孔１６によれば、補助孔２０によって、急激な空気の流出入をさらに抑制することができるので、表示領域１０への異物の混入や表示領域１０内部での結露が、より効果的に防止される。

次に、図４を用いて、本実施形態のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル１００Ｂの変形例について説明する。この変形例の構成要素のうち、図１に示した実施形態の構成要素と同じものには同じ参照番号を付し、その説明を省略する。

図１に示した液晶表示パネル１００Ａでは、背面側光学フィルム２３は、マイクロレンズ１４ａの頂点付近と支持体２６とを介して液晶表示パネル１２に貼り付けられていたが、変形例のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル１００Ｂ（以下、単に液晶表示パネル１００Ｂとも呼ぶ。）では、図４に示すように、背面側光学フィルム２３は支持体２６のみを介して液晶表示パネル１２に貼り付けられる。よって、マイクロレンズアレイ１４と背面側光学フィルム２３との間には、支持体２６の内側全体に渡って間隙１５’が形成される。なお、この場合、接着層３７は背面側光学フィルム２３の周辺のみ（支持体２６と対面する部分のみ）に形成される。その他の構成は液晶表示パネル１００Ａと同じである。

図４に示す液晶表示パネル１００Ｂは、図１に示した液晶表示パネル１００Ａよりも押圧強度は若干落ちるものの、背面側光学フィルム２３あるいは接着層３７がマイクロレンズ１４ａに接しないので、たとえ液晶表示パネル１２が押圧を受けたとしても、マイクロレンズ１４ａに変形が発生しない。よって、マイクロレンズ１４ａの変形に起因して発生し得る輝度ムラを防止することができる。通気孔１６の存在に応じて得られる効果は液晶表示パネル１００Ａにおいて得られるものと同じである。

本発明によるマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル１００Ａは、画素ピッチが５０μｍ〜２５０μｍの液晶表示パネルに好適に適用され、特に、画素ピッチが２００μｍ以下の液晶表示パネルに好適に適用される。マイクロレンズの直径（レンズ機能を発現する方向の幅）は、画素ピッチとほぼ等しく設定される。マイクロレンズの高さは、約１０μｍ〜３５μｍであり、マイクロレンズの直径および画素ピッチに応じて決定される。

次に、図５（ａ）〜（ｅ）と図６（ａ）及び（ｂ）を用いて、本発明によるマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの好ましい製造方法を説明する。ここで、図５（ａ）〜（ｅ）と図６（ａ）は、図１に示した液晶表示パネル１００Ａが１枚の大板基板上に同時に複数形成される工程を表しており、図６（ｂ）は、大板基板上に形成された複数の液晶表示パネル１００Ａを分断して互いに独立した複数の液晶表示パネル１００Ａとする工程を表している。したがって、図５（ａ）〜（ｅ）及び図６(ａ)では、複数の液晶表示パネル１００Ａの構成要素である電気素子基板３０、対向基板３２、光学フィルム２２及び２３等は、それぞれが連続する一枚の層として表される。

まず、図５（ａ）に示すようにマトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示パネル１２を用意する。液晶表示パネル１２は、ＴＦＴ基板等の電気素子基板３０と、カラーフィルタ基板等の対向基板３２と、液晶材料を含む液晶層３４とを有している。液晶層３４は液晶滴下方式を用いて形成され、シール材３６によって電気素子基板３０と対向基板３２との間に密閉されている。

液晶層３４の形成には液晶注入方式を採用することも可能ではあるが、液晶滴下方式を用いることにより、大板基板上に複数の液晶表示パネルを同時に短時間で容易に形成することが可能となる。

次に、図５（ｂ）に示すように、液晶表示パネル１２の一方の主面にドライフィルム（ドライフィルムレジスト）を貼り付けることにより、樹脂層３９を形成する。樹脂層３９の材料には、光硬化性樹脂が用いられる。ドライフィルム（樹脂層３９）には、透過率の高いＵＶ硬化型樹脂を使用することが好ましいが、他の光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、あるいは光硬化性熱硬化性併用型の樹脂を用いることもできる。後の工程において、樹脂層３９を加工してマイクロレンズ１４ａが形成される。樹脂層３９の厚みは、液晶表示装置の薄型化のため、マイクロレンズによる集光効果を得ることができる範囲内で、できる限り薄くすることが望ましい。

続いて、図５（ｃ）〜（ｅ）に示すように、樹脂層３９を加工することによって、複数のマイクロレンズ１４ａを備えるマイクロレンズアレイ１４と支持体２６とを形成する。マイクロレンズ１４ａの形成は、特許文献３に記載された自己整合型（セルフアライメント方式）による方法で行うことが好ましい。この方法によれば、画素に対応した光軸ずれのないマイクロレンズ１４ａを容易に形成することができ、高い集光効果を得ることができる。

この方法に基づいて、図５（ｃ）に示す工程では、ＵＶ硬化性樹脂による樹脂層３９に液晶表示パネル１２を介してＵＶ光が照射される。ＵＶ光照射の際に、基板もしくはＵＶ光源を動かすことで、照射光の液晶表示パネル１２への入射角度を段階的あるいは連続的に変化させる。これにより、照射光の樹脂層３９への照射強度が部分的に変化し、各画素に対応したマイクロレンズ１４ａの潜像１４ａ’が形成される。

その後、図５（ｄ）に示すように、樹脂層３９を液晶表示パネル１２とは反対の側からフォトマスク４０を介して露光することにより、マイクロレンズアレイ１４の周辺領域に支持体２６の潜像２６’及び通気孔１６の潜像１６’が形成される。

この露光工程に続いて現像工程を行うことにより、図５（ｅ）に示すように、複数のマイクロレンズ１４ａを備えるマイクロレンズアレイ１４が形成されると共に、マイクロレンズアレイ１４の周辺領域に通気孔１６を有する支持体２６が形成される。支持体２６およびマイクロレンズ１４ａの高さは、樹脂層３９の厚さによって規定され得るので、樹脂層３９にドライフィルムを用いることにより、厚さの均一性の高い樹脂層３９が得られ、支持体２６およびマイクロレンズ１４ａの高さ（最高高さ）を精密に同じ高さに制御することができる。

その後、図６（ａ）に示すように、背面側光学フィルム２３を接着層３７によって支持体２６およびマイクロレンズアレイ１４の頂点部分に貼り付けるとともに、前面側光学フィルム２２を接着層２４を介して液晶表示パネル１２に貼り合わせる。なお、前面側光学フィルム２２は、上記の工程における任意の時点で、液晶表示パネル１２に貼り付けることができる。

最後に、図６（ｂ）に示すように、例えば特開２００４−４６３６号公報に示された方法を用いて、図６（ａ）に示した積層基板が分断され、複数のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル１００Ａが完成する。

上述の図５（ｃ）〜（ｅ）の工程では、例えば、転写法などの方法によってマイクロレズアレイ１４等を形成することもできる。転写法を用いる場合、樹脂層３９にスタンパーを押し当ててスタンパーの型を転写することにより、マイクロレンズアレイ１４、支持体２６、及び通気孔１６が形成される。これによって、図５（ｅ）に示したものと同等の構造を有する液晶表示パネルが得られる。

なお、図４に示した変形例の液晶表示パネル１００Ｂを製造する場合は、上述の図５（ｃ）の露光工程において照射光を調節し、マイクロレンズの潜像１４ａ’の頂点部の厚さが樹脂層３９の厚さよりも薄くなるように樹脂層３９を露光すればよい。

次に、上述の工程で形成されるマイクロレンズ１４ａの形状について説明する。

図７は、図５（ｃ）〜（ｅ）に示した工程で形成されるマイクロレンズ１４ａの形状を模式的に例示した図である。この工程では、樹脂層３９への照射光量分布を調整することにより、図７（ａ）及び（ｂ）に示すような、複数の画素開口部１７に渡るレンチキュラーレンズあるいは、図７（ｃ）〜（ｅ）に示すような、画素開口部１７毎に設けられたマイクロレンズを形成することができる。図７（ａ）に示すレンズは、半円柱状のレンチキュラーレンズであり、図７（ｂ）に示すレンズは、頂点付近に平坦部を有するレンチキュラーレンズである。また、図７（ｃ）に示すレンズは画素毎に半円柱状に形成されたマイクロレンズ、図７（ｄ）に示すレンズは画素毎に形成された半球状のマイクロレンズ、図７（ｅ）に示すレンズは頂点部が平坦化された半球状のマイクロレンズである。

なお、上述の製造方法では、マイクロレンズアレイ１４は樹脂層３９を露光することにより形成されたが、例えば米国特許６９８９８７４号に記載されるように、マイクロレンズアレイ１４及び支持体２６を液晶表示パネルのガラス基板の面に一体形成してもよい。このような方法で形成されたマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルも本願発明の範囲に含まれる。

図８に本発明による実施形態の液晶表示パネル１００Ｃを備える液晶表示装置２００の構成を模式的に示す。液晶表示パネル１００Ｃは、本実施形態のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル１００Ａ及び１００Ｂに相当するものである。

液晶表示装置２００は、液晶表示パネル１００Ｃと、高指向性のバックライト４１とを備えている。バックライト４１は、光源４２、光源４２から出射された光を受けてその中を伝搬させながら液晶表示パネル１００Ｃに向けて出射する導光板４３、導光板４３の裏面から出射された光あるいは液晶表示装置２００の外部から入射され液晶表示パネル１００Ｃや導光板４３を透過した光を導光板４３に向けて反射する反射板４４を有している。

バックライト４１は、光源４２として用いたＬＥＤの配列方向の指向性が低く、それに直交する方向の指向性が高い光を出射する。なお、指向性とはバックライト４１からの光の発散の程度（平行度）を示す指標であり、通常正面方向の輝度の半分の輝度になる角度を指向性半値角として定義する。従って、この指向性半値角が小さいほど、正面方向にピーク（指向性が高い）をもったバックライトとなる。

液晶表示装置２００に好適に用いられるバックライト４１としては、例えば、ＩＤＷ’０２「Ｖｉｅｗｉｎｇ Ａｎｇｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｓｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｎ Ｌｉｇｈｔ−Ｇｕｉｄｅ Ｐｌａｔｅ ｆｏｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ＬＣＤ Ｍｏｄｕｌｅ 」，Ｋ．ＫＡＬＡＮＴＡＲ，ｐ５４９−５５２、ＩＤＷ’０２「Ｐｒｉｓｍ−ｓｈｅｅｔｌｅｓｓ Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ 」Ａ．Ｆｕｎａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．ｐ．６８７−６９０、特開２００３−３５８２４号公報、特表平８−５１１１２９号公報などに記載されているバックライトを挙げることができる。

マイクロレンズアレイ１４を設けることにより、画素（開口部）以外のエリアを照明する光、すなわちバックライト４１から画素周辺に形成された遮光膜ＢＭに向かって出射された光が、マイクロレンズ１４ａによって画素に導かれ、液晶表示パネル１００Ｃから出射される。このため、バックライト４１の光利用効率が向上する。

液晶表示パネル１００Ｃのようなマイクロレンズ付表示パネルにおいて高い光利用効率を得ようとする場合、バックライト４１の指向性は高い方が好ましい。すなわち、バックライト４１からの出射光の指向性半値角が小さい方が好ましい。

一方、画素については、開口が大きいほうが光利用効率を高くすることができる。しかし、半透過型液晶表示パネルでは、反射型としての特性も重要であり、画素のうちの一部（透過領域）だけが透過表示に用いられるので、開口率（透過領域の面積比率）が制限される。半透過型液晶表示パネルでは、多くの場合、開口率は２０〜６０％である。このように、半透過型液晶表示パネルなどの開口率が低い液晶表示パネルに、本発明は好適に用いられる。

上述の実施形態および変形例における通気孔１６は、図１（ａ）及び図３（ａ）〜（ｃ）に示した形態を有しているが、通気孔１６の形態はこれらに限られることはなく、例えば、通気孔の途中が細く（あるいは太く）なる形状、屈曲部の長さ（支持体が延びる方向の長さ）がさらに長い形状、クランク形状の一部が斜めに延びる形状などを有していてもよい。その他、それを配置することによって上述したような効果が得られる通気孔は、本発明による通気孔に含まれる。

本発明によれば、マイクロレンズアレイと光学フィルムとの間に空気層が形成された液晶表示装置において、通気孔が屈曲するか、斜め方向に延びるので、液晶表示装置の製造過程における光学フィルムの歪み、反り、変形、剥がれ等の発生が防止される。また、貼り付け強度の弱い部分が支持体の一部に集中することがないので、光学フィルムの歪み、反り、変形、剥がれ等の発生がさらに防止される。また、液晶表示装置の製造時あるいは使用時に発生し得る結露や異物の混入も防止され、表示ムラの発生が防がれる。

したがって、本発明によれば、強度が高く、光の利用効率に優れ、表示面全体に渡って表示品質の高いマイクロレンズ付き液晶表示パネル及び液晶表示装置が提供される。また、本発明によれば、そのような液晶表示パネルおよび液晶表示装置を効率良く製造することができる

本発明は、液晶表示パネル及び液晶表示装置の強度及び表示品質を向上させ、特に半透過型液晶表示パネルなど開口率の比較的小さな液晶表示パネル及び液晶表示装置の品質を向上させる。

Claims (16)

1. 複数の画素を有する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの光入射側に設けられたマイクロレンズアレイと、
   前記液晶表示パネルの光入射側に、前記マイクロレンズアレイを囲むように設けられた支持体と、
   前記支持体を介して前記液晶表示パネルに貼り付けられた光学フィルムと、
   を備え、
   前記マイクロレンズアレイと前記光学フィルムとの間には間隙が形成されており、
   前記支持体には、前記支持体の外側の空間と前記間隙とを繋ぐ少なくとも１つの通気孔が形成されており、
   前記通気孔は、曲折して延びるか、あるいは前記支持体の内面に対して斜め方向に延びている、マイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
2. 前記液晶表示パネルの面に垂直な方向から見た場合の前記通気孔の形状が、クランク形状またはＳ字形である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
3. 前記通気孔が延びる方向に垂直な面における前記通気孔の断面の幅が２５μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１または２に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
4. 前記支持体は、前記マイクロレンズアレイを囲むように形成された第１の部分と、前記第１の部分を囲むように設けられた第２の部分を含み、前記第１の部分と前記第２の部分との間には前記通気孔に通じる間隙が形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
5. 前記通気孔が前記支持体の異なる場所に複数形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
6. 前記通気孔が前記支持体の異なる場所に等間隔で複数形成されている、請求項５に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
7. 前記通気孔が前記支持体の異なる場所に１ｍｍ以上の間隔を空けて複数形成されている、請求項５に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
8. 前記支持体が前記マイクロレンズアレイの端部から所定の距離だけ離れて形成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
9. 前記所定の距離が２００μｍ以下である、請求項８に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
10. 前記所定の距離が５０μｍ以上１００μｍ以下である、請求項８に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネル。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルを備えた液晶表示装置。
12. 液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの光入射側に設けられたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの光入射側に設けられた光学フィルムとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光学フィルムとの間に間隙を有するマイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの製造方法であって、
    （ａ）液晶表示パネルの面に樹脂層を形成する工程と、
    （ｂ）前記樹脂層を加工してマイクロレンズアレイを形成する工程と、
    （ｃ）前記樹脂層を加工して、前記マイクロレンズアレイを囲むように支持体を形成する工程と、
    （ｄ）前記支持体に光学フィルムを貼り付ける工程と、を含み、
    前記工程（ｃ）において、前記支持体には、前記支持体の内側の空間と外側の空間とを繋ぐ少なくとも１つの通気孔が、曲折して延びるように、あるいは前記支持体の内側の面に対して斜め方向に延びるように形成される、マイクロレンズアレイ付き液晶表示パネルの製造方法。
13. 前記通気孔は、前記液晶表示パネルの面に垂直な方向から見たとき、クランク形状またはＳ字形となるように形成される、請求項１２に記載の製造方法。
14. 前記工程（ｃ）は、前記マイクロレンズアレイを囲むように前記支持体の第１の部分を形成する工程と、前記第１の部分を囲むように前記支持体の第２の部分を形成する工程とを含み、前記第１の部分と前記第２の部分との間には前記通気孔に通じる間隙が形成される、請求項１２または１３に記載の製造方法。
15. 前記工程（ｃ）において、前記通気孔が前記支持体の異なる部分に複数形成される、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の製造方法。
16. 前記工程（ｃ）において、前記通気孔が前記支持体の異なる部分に等間隔で複数形成される、請求項１５に記載の製造方法。

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