JP5429615B2 - レンズシートおよび表示パネル - Google Patents
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Description
薄膜トランジスタ基板(以下、TFT基板という)301とカラーフィルタ基板(以下、CF基板という)305はシール材309を介して貼り合わされ、両基板301,305間には液晶308が封止されている。
TFT基板301は、CF基板305と対向する一平面上にTFT画素スイッチアレイ,信号線,走査線,画素電極,TFT駆動回路等が形成された薄膜素子領域302と、ラビング処理された配向膜304とを有し、また、この一平面と反対する側の一平面上には偏光板303を有する。
一方、CF基板305は、TFT基板301と対向する一平面上に対向電極,メタル遮光膜等が形成された対向電極等形成層306と、色層,ブラックマトリクス,オーバーコート層等からなるカラーフィルタ層(以下、CF層という)307、および、ラビング処理された配向膜304を有し、また、この一平面と反対する側の一平面上には偏光板303とレンチキュラレンズシート310を有する。
更に、バックライトモジュール,駆動用IC,フレキシブルプリントケーブル(以下、FPCという)等を組み付けて、液晶表示装置が完成する。
レンチキュラレンズシートにおける個々のレンズの長軸方向(伸長方向)の長さは、表示装置の画面サイズの縦長さと同等となる。従って、画面サイズが大型化すれば樹脂の収縮による影響が無視できなくなる。特に、液晶表示装置は年々拡大の一途をたどり、今や最大で100インチ型以上の液晶表示装置も開発されている。
一方、レンズの短軸方向(ピッチ方向)の長さは、液晶表示装置では画素のサイズに合わせるため、画面のサイズにはさほど依存しない。
前記シリンドリカルレンズの各々のピッチ方向の端部に各シリンドカルレンズにおけるピッチ方向の前記端部からピッチ方向の他端部に向かう方向に形成された切欠部が、シリンドカルレンズにおけるピッチ方向の他端部にまで到達していないことを特徴とする構成を有する。
前記シリンドリカルレンズの前記切欠部は、少なくとも、前記シリンドリカルレンズにおいて、鏡面対象の位置を避けて形成されていること、更には、前記シリンドリカルレンズの伸長方向を除き、その位置が、基板の一平面上において、少なくとも、連続的に同一直線上に並ばないように形成されていることが望ましい。
また、前記シリンドリカルレンズ間の離間部および前記切欠部には突条、もしくは、シリンドリカルレンズ間の離間部および前記切欠部を上方の開口部とする溝が基板上に形成されていることが望ましい。
更に、前記突条は撥液性を有していてもよく、前記突条の側壁は、隣接する突条において対向する2つの側壁間の離間距離が、少なくとも、その上縁部において、前記一平面から離間するにつれて徐々に増大するように傾斜して形成されていることが望ましい。
同様に、前記溝は撥液性を有していても良く、また、前記基板が少なくとも、前記シリンドリカルレンズと接触する層と、該レンズ接触層と接する下地層とを有する複層構造であり、前記溝は該レンズ接触層を貫き、該下地層の少なくとも内部にまで到達し、前記溝部の幅は、該下地層における幅が該レンズ接触層における幅よりも広くなっており、前記溝の断面形状においては、前記下地層よりも前記レンズ接触層が突出したひさし形状となっていても良い。
更に、前記一平面と反対する側の基板の一平面上にカラーフィルタを備えた構成としてもよい。
前記レンズシートとの関係においては、特に、レンズシートにおける前記シリンドリカルレンズの前記切欠部が、前記基板の一平面の法線方向から見て表示パネルにおける画素トランジスタと重合する位置に設けられた遮光領域の投影面内に位置するように配置することが望ましい。
また、表示パネルにおける画素開口部は2つ1組で市松模様状に配置されていることが望ましく、更には、2つずつの画素開口部が、画素トランジスタと重合する位置に設けられた遮光領域を挟んで画素開口部の短辺を対向させて、前記シリンドリカルレンズの伸長方向に一定の間隔をおいて、2つを1組として連続的に配置されている構成としてもよい。
特に、レンズシートにおけるシリンドリカルレンズの切欠部が、前記基板の一平面の法線方向から見て表示パネルにおける画素トランジスタと重合する位置に設けられた遮光領域の投影面内に位置するように配置することにより、シリンドリカルレンズを擬似的に分割するための切欠部の周辺領域におけるレンズ形状の僅かな乱れが画素トランジスタのための遮光領域によって隠されるので、開口率を犠牲にすることなく、視覚特性および表示品質の優れた表示パネルを低コストで得ることができる。
図1〜図10を参照して本発明を適用した第1の実施形態について説明する。図1〜図3は第1の実施形態に関わるレンズシートの製造工程について示した図で、各図において分図(a)は断面図、また、分図(b)は平面図である。
基板101はガラスまたはポリエチレンナフタラート(PEN),ポリエーテルサルフォン(PES)等の樹脂で形成され、板厚は1mm以下、望ましくは0.1mm〜0.4mmとする。
遮光膜102はCr,Ti等の金属または黒色樹脂等によって形成される。遮光膜102は、後述するレンズ形成用の突条の形成に伴う光学的な散乱による表示の乱れを抑制するために用いられ、レンズ形成用の突条の外形に合わせ、レンズ形成用の突条の外径よりも一回り大きくパターニングされる。通常の液晶用露光プロセスであれば、レンズ形成用の突条から外側へのオフセット量、すなわち、レンズ形成用の突条の外径を基準とする遮光膜102の外径輪郭は、レンズ形成用の突条の外径よりも1μm程度の範囲で大きく形成することが可能である。なお、レンズ形成用の突条の形成による表示の乱れが見られない場合には、遮光膜102を形成しなくてもよい。
突条103は、基板101上に並列的に配設される複数の単位シリンドリカルレンズの各々を形成するためのシリンドリカルレンズ形成領域を基板101上に分離して画成するために必要とされる突条本体部103aと、各々のシリンドリカルレンズ形成領域上に形成される単位シリンドリカルレンズの各々を長軸方向(伸長方向)で擬似的に分離するための切欠部を形成するのに必要とされる突出部103bによって構成される。突出部103bは、突条本体部103aと同等の高さを有し、各突条本体部103aの側壁から隣接する突条本体部103aの側壁に向けて、図2(a)および図2(b)中で左右方向に突出する。
突条本体部103aと突出部103bからなる突条103は樹脂によって一体に形成され、本実施形態では、その素材として、撥液性を有するレジストを用いている。突条本体部103aの寸法としては、幅1μm〜5μm,高さ1μm〜10μm程度が通常の露光プロセスで形成可能な範囲である。本実施形態では突条本体部103aの断面形状は矩形状である。
ここで、紫外線硬化樹脂は、基板101のシリンドリカルレンズ形成領域に対して高い親液性を示し、また、突条103に対しては撥液性を示す。この結果、紫外線硬化樹脂は突条103,103間のシリンドリカルレンズ形成領域に押し留められ、当該樹脂の表面張力によって良好な曲率を有するレンズ104が、互いに重合することが無いようにして各々離間した形で形成される。
f×tanα = L/2 ・・・(式2)
n×sinα = sinβ・・・(式3)
r×sinθ = L/2 ・・・(式5)
sinθ=n×tan{arcsin(sinβ/n)}/(n−1)
となり、接触角θは、出射角βおよび屈折率nの関数、即ち、レンズから観察者までの距離Dと投影幅eおよび屈折率nの関数となる。
これによれば接触角θは7度〜46度の範囲となる。
次に、本発明を適用した第2の実施形態について図11を参照して説明する。第1の実施例との違いは撥液性を有する突条110の形成方法にある。
次に、本発明を適用した第3の実施形態について図12〜図16を参照して説明する。第1,第2の実施形態と異なる点は突条の断面形状である。
次に、本発明を適用した第4の実施形態について図17および図18を参照して説明する。
次に、本発明を適用した第5の実施形態について図19〜図21を参照して説明する。
ここで、紫外線硬化樹脂は、基板101表面を流れ伝わるが、溝122に臨む表面端部では、紫外線硬化樹脂の表面張力の働きにより、流れが停止する。従って、紫外線硬化樹脂は溝122,122間のシリンドリカルレンズ形成領域に押し留められ、当該樹脂の表面張力によって良好な曲率を有するレンズ104が形成される。
また、溝突出部122bによりレンズ104に切欠部が形成され、長軸方向(伸長方向)に擬似的に分割される結果、形状不良の無い良好なレンズ104が形成される。
以上の工程により、この実施形態のレンズシート105が完成する。
溝122の断面形状に関しては、図21に示すように、溝122の側壁と基板101の表面とのなす角度δが緩やかな場合、樹脂が基板101の表面の端部で停止せず、溝122の中へ流れてしまい、結果的に形状不良のレンズ104’が形成されることになる(図21(a)参照)。樹脂を基板101の表面の端部で停止させるための角度δの条件としては、基板表面の親液性や樹脂の粘度等にも依存するが、概ね80度以上が望ましく、90度以上の逆テーパー状となっていても良い(図21(b,c)参照)。また、δの制御さえ出来ていれば、溝122底部と側壁とがなす断面形状は特に矩形状になっていなくても構わない。一般にウェットエッチング法で溝122を形成した場合、ウェットエッチングの等方性により、溝122底部と側壁との断面形状は円弧を示すが、マスク122の使用によってδを80度以上とすることは容易に可能である。
次に、本発明を適用した第6の実施形態について図22を参照して説明する。第5の実施形態と異なる点は溝が撥液性を有する点にある。
この実施形態では溝122の表面が撥液コート層112により撥液性を有しているため、レンズ104の形状の制御性が向上し、その結果として、レンズシートの歩留まりが向上する。また、溝122側壁と基板101の表面とのなす角度δの条件は若干緩和され、角度δを80度以上とすることが望ましいとした前述した第5の実施形態とは相違し、角度δを77度以上とすることで、樹脂を基板101の表面の端部で停止させることができるようになった。
溝122に撥液性を与えるか否かは、レンズ用樹脂の物性、材料費や歩留まりを含めた製造コスト等を勘案して選択すればよい。
なお、溝122の形成およびマスク121の除去後に撥液コート層112のコーティングを行うことにより、溝122を含む基板101の表面全面を撥液性としても良いが、このとき図28に示したような比較的小さなレンズ接触角θは得られ難い。特に、図28の一般的な条件に当てはまらない特殊な条件下で大きなレンズ接触角θを得たい場合は、基板101の表面全面を撥液性としても良い。
次に、本発明を適用した第7の実施形態について図23を参照して説明する。第6の実施形態と異なる点は溝の形成方法にある。
次に、本発明を適用した第8の実施形態について図24を参照して説明する。第7の実施形態と異なる点は溝の形成方法にある。
従って、本実施形態の変形例として、図25に示すように、基板101とレンズ接触層123との間に、エッチングレートがレンズ接触層123よりも大きな犠牲層124を挿んだ構造も可能である。例えばレンズ接触層123,犠牲層124およびエッチング薬品の組み合わせとしては、SiN膜,SiO2膜およびフッ酸溶液、あるいは、SiO2膜,ZnO膜および有機アルカリ溶液、等が挙げられる。
基板101上のシリンドリカルレンズ形成領域に形成されるシリンドカルレンズ104に切欠部を形成してシリンドカルレンズ104を其の長軸方向(伸長方向)で擬似的に分離することによってシリンドカルレンズ104の両側の長辺に生じる弓なりの収縮変形を軽減するとした技術思想に関しては、第1〜第4実施形態も第5〜第8の実施形態も、本質的に同様である。
このうち第1〜第4の実施形態においては、完成されたレンズシート105上で隣接するシリンドリカルレンズ104とシリンドリカルレンズ104の間、つまり、シリンドリカルレンズ104間の離間部に、突条103の主要部を構成する突条本体部103aが位置し、また、シリンドリカルレンズ105の切欠部には突条103の一部を構成する突出部103bが位置することになる。
同様に、第5〜第8の実施形態においては、完成されたレンズシート105上で隣接するシリンドリカルレンズ104とシリンドリカルレンズ104の間、つまり、シリンドリカルレンズ104間の離間部に、この離間部を上方の開口部とする溝122の主要部である溝本体部122aが位置し、また、シリンドリカルレンズ105の切欠部には、この切欠部を上方の開口部とする溝122の一部である突出部122bが位置することになる。
102 遮光膜
103 レンズ形成用の突条
103a 突条本体部
103b 突出部
104 シリンドリカルレンズ
104’ 形状不良レンズ
105 レンズシート
106 レンズを形成する樹脂
107 LCDパネル(表示パネル)
108 画素開口部
109 TFT遮光領域
110 突条
111 SiO2膜
112 撥液コート層
113 突条
113a 突条本体部
113b 突出部
114 LCDパネル
115 画素開口部
116 TFT遮光領域
117 基板
118 カラーフィルタ層
119 カラーフィルタ基板
120 薄膜トランジスタ基板
121 マスク
122 溝
122a 溝本体部
122b 突出部
123 レンズ接触層
124 犠牲層
201 観察者の右目
202 観察者の左目
203 右目用画素
204 左目用画素
209 紫外線硬化型あるいは熱硬化型の樹脂
210 変形したシリンドリカルレンズ
301 薄膜トランジスタ基板(TFT基板)
302 薄膜素子領域
303 偏光板
304 配向膜
305 カラーフィルタ基板(CF基板)
306 対向電極等形成層
307 カラーフィルタ層(CF層)
308 液晶
309 シール材
310 レンチキュラレンズシート
311 基板
312 レンズ形成用の突条
313 レンズ
f 焦点距離
L レンズピッチ
α 入射角
β 出射角
D レンズから観察者までの距離
e 画素の投影幅
n レンズの屈折率
r レンズの曲率半径
θ 基板に対するレンズの接触角
δ 溝側壁と基板表面とのなす角
Claims (14)
- 基板と、前記基板の一平面上で伸長方向を平行にして一定のピッチで並列的に配置された複数のシリンドリカルレンズを備えたレンズシートであって、
相互に隣接する前記シリンドリカルレンズが、互いに重合することが無いように離間しており、
前記シリンドリカルレンズの各々のピッチ方向の端部に各シリンドカルレンズにおけるピッチ方向の前記端部からピッチ方向の他端部に向かう方向に形成された切欠部が、シリンドカルレンズにおけるピッチ方向の他端部にまで到達していないことを特徴とするレンズシート。 - 前記シリンドリカルレンズの前記切欠部は、少なくとも、前記シリンドリカルレンズにおいて、鏡面対象の位置を避けて形成されていることを特徴とする請求項1記載のレンズシート。
- 前記シリンドリカルレンズの前記切欠部は、その位置が、前記シリンドリカルレンズの伸長方向を除き、前記基板の一平面上において、少なくとも、連続的に同一直線上に並ばないように形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2のうち何れか一項に記載のレンズシート。
- 前記シリンドリカルレンズ間の離間部および前記切欠部に突条が形成されていることを特徴とする請求項1,請求項2または請求項3のいずれか一項に記載のレンズシート。
- 前記突条は、撥液性を有することを特徴とする請求項4記載のレンズシート。
- 前記突条の側壁は、隣接する突条において対向する2つの側壁間の離間距離が、少なくとも、その上縁部において、前記一平面から離間するにつれて徐々に増大するように傾斜して形成されていることを特徴とする請求項4記載のレンズシート。
- 前記シリンドリカルレンズ間の離間部および前記切欠部を上方の開口部とする溝が前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項1,請求項2または請求項3のいずれか一項に記載のレンズシート。
- 前記溝は、撥液性を有することを特徴とする請求項7記載のレンズシート。
- 前記基板が少なくとも、前記シリンドリカルレンズと接触する層と、該シリンドカルレンズ接触層と接する下地層とを有する複層構造であり、
前記溝は該レンズ接触層を貫き、前記下地層の少なくとも内部にまで到達し、
前記溝の幅は、前記下地層における幅が前記レンズ接触層における幅よりも広くなっており、
前記溝の断面形状においては、前記下地層よりも前記レンズ接触層が突出したひさし形状となっていることを特徴とする請求項7記載のレンズシート。 - 前記一平面と反対する側の基板の一平面上にカラーフィルタを備えたことを特徴とする請求項1記載のレンズシート。
- 請求項1,請求項2,請求項3,請求項4,請求項5,請求項6,請求項7,請求項8,請求項9または請求項10のうち何れか一項に記載のレンズシートを備えたことを特徴とする表示パネル。
- 前記シリンドリカルレンズの前記切欠部は、前記基板の一平面の法線方向から見て前記表示パネルにおける画素トランジスタと重合する位置に設けられた遮光領域の投影面内に位置することを特徴とする請求項11記載の表示パネル。
- 前記表示パネルにおける画素開口部が2つ1組で市松模様状に配置されていることを特徴とする請求項11または請求項12のうち何れか一項に記載の表示パネル。
- 前記表示パネルにおける各画素開口部が台形状に形成されると共に、2つずつの画素開口部が、画素トランジスタと重合する位置に設けられた遮光領域を挟んで画素開口部の短辺を対向させて、前記シリンドリカルレンズの伸長方向に一定の間隔をおいて、2つを1組として連続的に配置されていることを特徴とする請求項11,請求項12または請求項13のうち何れか一項に記載の表示パネル。
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