JPH06138454A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凹凸を有する屈折率分布型の平板マイクロレ
ンズアレイを液晶表示パネルに貼り合わせても、光の損
失を低減でき、平板マイクロレンズアレイに反りや剥が
れ等が起こり難く、しかもカラーフィルターを設けた構
成としても開口率を高く、明るいようにする。 【構成】 平滑膜４の存在により平板マイクロレンズア
レイ１の表面が平滑にされ、平板マイクロレンズアレイ
１での光の散乱が少なくなる。また、接着剤３が液晶表
示パネル２と平板マイクロレンズアレイ１との対向部の
周縁部のみに設けられているので、両者間での熱膨張差
による応力の影響を受け難い。更に、液晶表示パネル２
の周縁部のみに紫外線を照射すればよいので、液晶材料
等の紫外線に弱い部分に影響を与えることがない。更
に、平滑膜４の厚みを厚くした場合には、マイクロレン
ズを通過した光を画素に集光させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶層を挟んで一対の
基板が対向配設された液晶表示パネルの一方の基板側に
光の散乱による損失の無い平板マイクロレンズアレイが
形成された液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した液晶表示パネルとして、従来、
投影型のものが知られている。その液晶表示パネルに
は、画素と呼ばれる最小の表示単位が規則的に配列さ
れ、それらの画素に各々独立して電圧を印加し、各画素
を構成する液晶の光学特性を変化させることにより、画
像や文字が表示される。しかし、駆動電圧を供給するラ
インを画素と画素の間に配線しなければならないため、
画面中の画素の占める割合、即ち開口率が小さくなって
しまう。従って、液晶表示パネルへの照明光の入射強度
が同じ場合には、液晶表示パネルの開口率が低いほど画
素を透過する光が少なくなって画面は暗くなる。

【０００３】このように液晶表示パネルの開口率が低い
と画面が暗くなるため、液晶表示パネルへの照明光を画
素毎に集光させる手段として、例えばマイクロレンズを
各画素に対応するように形成した屈折率分布型の平板マ
イクロレンズアレイを、液晶表示パネルに配置すること
が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記屈折率
分布型の平板マイクロレンズアレイは、母体となるガラ
ス板を溶融塩に浸漬し、ガラス板上に設けたマスクを通
して、ガラス板と溶融塩との間で異種のアルカリイオン
等のイオンを交換させて、マスクパターンに対応した屈
折率分布を持つガラス板を得ることにより作製される。
このようにして作製された屈折率分布型の平板マイクロ
レンズアレイのレンズ形成面には、イオン交換されるこ
とにより、レンズ部が凸となった凹凸が発生する。ま
た、熱ダレ法、蒸着法、あるいは機械加工法等でマイク
ロレンズを形成しても同様に、レンズ形成面には凹凸が
発生する。このため、凹凸となった平板マイクロレンズ
アレイ表面で散乱が起こり光の損失が起こってしまう。

【０００５】そこで、平板マイクロレンズアレイ表面の
凹凸による光の散乱を解消するために、液晶表示パネル
の一方の基板の全面または周辺部に紫外線硬化型接着剤
を塗布し、紫外線を照射して該接着剤を硬化させ、液晶
表示パネルと平板マイクロレンズアレイとを結合する方
法が採られている。なお、この方法において、周辺部に
紫外線硬化型接着剤を塗布する貼り合わせる場合には、
平板マイクロレンズアレイ表面の散乱による光の損失を
軽減すべく、液晶表示パネルと平板マイクロレンズアレ
イとの間隙部に液体を充填する方法が提案されている
（特開平4-9923号）。

【０００６】しかしながら、上記提案の方法による場合
は、間隙部に充填した液体の熱膨張率が、液晶表示パネ
ルの基板のそれより大きいため、液晶表示パネルの完成
後の熱的環境の変化により生じる応力を緩和しきれず、
平板マイクロレンズアレイの反り、剥がれ等が起こると
いう問題点がある。

【０００７】また、液晶表示パネル側においては、硬化
の際に使用する紫外線により悪影響を受ける液晶層を有
するので、液晶表示パネルの全面に紫外線が照射される
と、例えば画素欠陥や輝度の不均一等が生じて、信頼性
が低下するという問題点もある。

【０００８】更に、液晶表示パネル上に、平板マイクロ
レンズアレイ表面に直接カラーフィルターが形成された
ものを貼り合わせた場合には、カラーフィルターの各フ
ィルター部とマイクロレンズの各レンズ部とのパターン
がずれると、そのずれ量に比例して隣接する画素の色が
混ざり、彩度が低下する。そのために、隣接する画素か
らの漏れ光を防ぐために遮光部を設けなければならず、
開口率はさらに２〜３割低下してしまうという問題点が
ある。また、カラーフィルターが形成された平板マイク
ロレンズアレイでは、カラーフィルターによって紫外線
の透過光量が相当減少するため、硬化の際に紫外線照射
時間が非常に長くかかったり、硬化が不充分になったり
するため充分な接着強度が得られないという問題点もあ
る。

【０００９】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、凹凸を有する屈折率分布
型の平板マイクロレンズアレイを液晶表示パネルに貼り
合わせても、光の損失を低減でき、平板マイクロレンズ
アレイに反りや剥がれ等が起こり難く、しかもカラーフ
ィルターを設けた構成としても開口率の高い、明るい液
晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、液晶層を挟んで一対の基板が対向配設された液晶表
示パネルと、該液晶表示パネルの一方の基板の上に、液
晶表示パネルにレンズ形成面側を向けて貼り合わされた
屈折率分布型の平板マイクロレンズアレイと、該平板マ
イクロレンズアレイのレンズ形成面上に形成され、該レ
ンズの表面を平滑化する有機高分子からなる平滑膜と、
該平滑膜を有する平板マイクロレンズアレイと該液晶表
示パネルとを貼り合わせるべく、該平板マイクロレンズ
アレイと該液晶表示パネルとの対向部の外周縁に設けた
接着剤と、を備えており、そのことにより上記目的が達
成される。

【００１１】前記平滑膜としては、ラミネート構造とし
てもよい。また、平板マイクロレンズアレイのレンズ形
成面上にさらにカラーフィルターを形成してもよい。

【００１２】また、本発明の液晶表示装置は、液晶層を
挟んで一対の基板が対向配設された液晶表示パネルと、
該液晶表示パネルの一方の基板の上に、液晶表示パネル
にレンズ形成面側を向けて貼り合わされた屈折率分布型
の平板マイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレ
イのレンズ形成面上に形成されたカラーフィルターと、
該カラーフィルターの該平板マイクロレンズアレイとの
間に形成され、有機高分子からなる平滑膜と、該平滑膜
及び該カラーフィルターを有する平板マイクロレンズア
レイと該液晶表示パネルとを貼り合わせるべく、該平板
マイクロレンズアレイと該液晶表示パネルとの対向部の
外周縁に設けた接着剤と、を備えており、そのことによ
り上記目的が達成される。

【００１３】また、カラーフィルターが形成されたマイ
クロレンズアレイの場合、マイクロレンズアレイとカラ
ーフィルターの間の平滑膜を厚くして、マイクロレンズ
を通過した光をカラーフィルター上に集光し、隣接する
マイクロレンズからの漏れ光を排除することで、カラー
フィルター上に漏れ光防止のために別途遮光部を設ける
必要がなくなる。

【００１４】

【作用】上記平滑膜の存在により、平板マイクロレンズ
アレイやカラーフィルターの表面が平滑にされる。これ
により、平板マイクロレンズアレイやカラーフィルター
での光の散乱が少なくなる。

【００１５】また、接着剤が液晶表示パネルと平板マイ
クロレンズアレイとの対向部の周縁部のみに設けられて
いるので、液晶表示パネルと平板マイクロレンズアレイ
との間での熱膨張差による応力の影響を受け難い。又、
カラーフィルターと平板マイクロレンズアレイとの貼り
合わせの際にも位置合わせのマージンも大きくとること
が可能となる。このことは、カラーフィルター付きの平
板マイクロレンズアレイを光学素子に貼合わせる際に特
に効果的である。更に、複数の画素を有する液晶表示パ
ネルと、前記複数の画素の各々に照明光を集束させる平
板マイクロレンズアレイとが対向する部分に接着剤が設
けられているので、その接着剤が紫外線硬化樹脂であっ
ても、液晶表示パネルの周縁部のみに紫外線を照射すれ
ばよいので、液晶材料等の紫外線に弱い部分に影響を与
えることがない。

【００１６】更に、平滑膜の厚みを厚くした場合には、
マイクロレンズを通過した光を画素に集光させることが
可能となり、これにより隣接する画素からの漏れ光によ
る影響を受け難くなる。また、このような構成をとるこ
とで、カラーフィルターとマイクロレンズアレイとの貼
り合わせの際に、位置合わせのマージンを大きくとるこ
とが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。

【００１８】（実施例１）図１に本実施例の液晶表示装
置の一例を示す。この液晶表示装置は、ソーダガラスを
基板とする屈折率分布型の平板マイクロレンズアレイ１
と、ホウ珪酸ガラスを基板として有する液晶表示パネル
２とが接着剤３で貼り合わされ、平板マイクロレンズア
レイ１の液晶表示パネル２側の表面には平滑膜４が形成
されて構成される。なお、平滑膜４と液晶表示パネル２
との間には、接着剤３により貼り合わされた部分を除い
て隙間が存在する。

【００１９】次に、かかる構成の液晶表示装置の各部の
詳細な構造を説明する。

【００２０】平板マイクロレンズアレイ１は、イオン交
換法を用いて形成した。平板マイクロレンズアレイ１の
レンズ形成面、即ち液晶表示パネル２側の表面は、平滑
膜４によって平滑にレベリングした。平滑膜４にはメタ
クリル酸樹脂やウレタン樹脂等が使用し得、本実施例で
はメタクリル酸樹脂をスピナーで20μmの厚さに均一塗
布した。メタクリル酸樹脂層の厚さは、メタクリル酸樹
脂の粘度およびスピンコートする条件により任意に変化
させることは可能である。本実施例では平板マイクロレ
ンズアレイ１の焦点距離を考慮して20μmとした。

【００２１】平板マイクロレンズアレイ１と液晶表示パ
ネル２とは接着剤３によって接着される。接着剤３は、
スクリーン印刷又はディスペンサーによる塗布が可能な
もので、平板マイクロレンズアレイ１を透過する波長の
光で硬化するものが用い得る。例えば、アクリル系、エ
ポキシ系、シリコンゴム系の材質のもの等が使用し得
る。本実施例では、日本ロックタイト社製350、ノーラ
ンド社製UVS-91等の粘度の高い紫外線硬化型接着剤を用
いた。更に、これらの接着剤に、一定の直径を有するス
ペーサーを混入している。本実施例では、直径30μmの
スペーサーを用いた。

【００２２】紫外線硬化型接着剤にスペーサーを混入し
た接着剤３を、図２に示すパターンで液晶表示パネル２
の周縁部にスクリーン印刷した。印刷した接着剤３の上
に予め平滑にレベリングしたマイクロレンズアレイ１を
載せ、光規制手段を用い接着剤３にのみ紫外線を照射
し、接着剤３を硬化させて接着した。このように、本実
施例では紫外線による硬化によって貼り合わせが行われ
るので、液晶表示パネル２を構成する基板の貼合わせに
比べ工程時間が短くて済む。従って、コスト面で有利と
なる。平板マイクロレンズアレイ１と液晶表示パネル２
との間の隙間の厚みは、接着剤３に混入したスペーサー
の大きさによって決まる。

【００２３】このように構成された本実施例の液晶表示
装置は、平板マイクロレンズアレイ１がメタクリル酸樹
脂からなる平滑膜４により平滑にレベリングされている
ので、平板マイクロレンズアレイ１の表面の散乱による
光の損失を軽減することができる。このため、入射光の
利用効率は約1.1倍となった。さらに、接着剤３を紫外
線照射により硬化させる際に、液晶表示パネル２の周縁
部にのみ紫外線が照射されるので、表示に寄与する画素
部の液晶材料に悪影響を与えない。なお、接着剤３の形
状は、図２に示したパターンには限定されるものではな
く、画素部以外の部分に２点以上の接着部があれば部分
的な接着でもよい。

【００２４】（実施例２）図３に本発明の他の液晶表示
装置を示す。この液晶表示装置は、ソーダガラスを基板
とする平板マイクロレンズアレイ１と、ホウ珪酸ガラス
を基板として有する液晶表示パネル２とを有する。平板
マイクロレンズアレイ１は、その液晶表示パネル２側の
表面がメタクリル酸樹脂からなる平滑膜４によって平滑
にレベリングされており、その平滑膜４の上にカラーフ
ィルター５が形成されている。このようにカラーフィル
ター５が形成された平板マイクロレンズアレイ１に対し
て、液晶表示パネル２が接着剤３で貼り合わされた構成
となっている。

【００２５】即ち、この液晶表示装置は、平板マイクロ
レンズアレイ１の液晶表示パネル２側の表面を平滑膜４
によって平滑にレベリングした後、カラーフィルター５
を形成した以外は実施例１と同様に作製した。

【００２６】この液晶表示装置でも、平板マイクロレン
ズアレイ１が平滑膜４により平滑とされているので、入
射光の利用効率は約1.1倍となった。

【００２７】（実施例３）図４に本発明の更に他の液晶
表示装置を示す。この液晶表示装置は、平板マイクロレ
ンズアレイ１にカラーフィルター５を形成した後、カラ
ーフィルター５の液晶表示パネル２側の表面をメタクリ
ル酸樹脂からなる平滑膜４によって平滑にレベリング
し、その平滑膜４に対し、ホウ珪酸ガラスを基板として
有する液晶表示素子２を接着剤３で貼り合わせた構成と
なっている。

【００２８】即ち、この液晶表示装置は、平板マイクロ
レンズアレイ１の液晶表示パネル２側にカラーフィルタ
ー５を形成した後、液晶表示パネル２側の表面を平滑膜
４によって平滑にレベリングした以外は実施例１と同様
に作製した。

【００２９】この液晶表示装置でも、平板マイクロレン
ズアレイ１の上に形成したカラーフィルター５が平滑膜
４により平滑とされているので、入射光の利用効率は約
1.1倍となった。

【００３０】なお、上記実施例１、２、３において明言
していないが、本発明においては平滑膜４は１層だけで
なく、２層以上のラミネート構造としてもよい。

【００３１】（実施例４）図５に本発明の更に他の液晶
表示装置を示す。この液晶表示装置は、平板マイクロレ
ンズアレイ１の液晶表示パネル側（図の下側）に、メタ
クリル酸樹脂からなる平滑膜４をスピンコートで100μm
塗布した後、カラーフィルター５を形成した以外は、実
施例２と同様に作製した。

【００３２】この実施例の場合、平滑膜４の厚さが100
μmであるため、平板マイクロレンズアレイ１のマイク
ロレンズを通過した光を、図示しない液晶表示パネルの
画素部に集光させることが可能となる。よって、隣接す
る画素へ光が入射しなくなるため、カラーフィルター５
の上に漏れ光防止のための遮光部を必要としないので開
口率は約68%となる。その結果、平滑膜４の厚さが20μm
の時の開口率54%と比較すると約1.3倍の明るさが得られ
た。

【００３３】なお、実施例４では平滑膜４の厚みを100
μm以上としているが、カラーフィルターを用いる場合
にこうすると、カラーフィルターに入射する光がある程
度絞られた状態となり、１つのマイクロレンズに対応す
る１つのカラーフィルターに正確に光が入る。この為
に、他の画素からの光の混入が避けられ、色の混合が起
こらない。カラーフィルターに色の混合を避けるために
ブラックマスクを形成している場合、あるいはカラーフ
ィルターを用いない場合には、平滑膜の膜厚は平滑化に
必要な厚みで良く、通常は2-1000μm程度で良く、10-50
μm程度が好ましい。また、平滑膜４をラミネート構造
とすると、１層だけで形成するよりも平滑状態を良好に
し得るという利点がある。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による場合に
は、以下のような効果がある。

【００３５】平滑膜の存在により平板マイクロレンズ
アレイやカラーフィルターの表面が平滑にされるため、
平板マイクロレンズアレイやカラーフィルターでの光の
散乱が少なくなり、散乱による光の損失を軽減すること
ができ、入射光の利用効率が高い投影型の液晶表示装置
を得ることができる。

【００３６】また、接着剤が液晶表示パネルと平板マ
イクロレンズアレイとの対向部の周縁部のみに設けられ
ているので、液晶表示パネルと平板マイクロレンズアレ
イとの間での熱膨張差による応力の影響を受け難く、よ
って液晶表示パネルと平板マイクロレンズアレイとの間
の反り、剥離等が生じないため、形状、効果に異常をき
たすことがない。

【００３７】又、カラーフィルターと平板マイクロレ
ンズアレイとの貼り合わせの際にも位置合わせのマージ
ンも大きくとることが可能となる。このことは、カラー
フィルター付きの平板マイクロレンズアレイを液晶表示
パネルに貼合わせる際に特に効果的である。

【００３８】更に、複数の絵素を有する液晶表示パネ
ルと、前記複数の絵素の各々に照明光を集束させる平板
マイクロレンズアレイとが対向する部分に接着剤が設け
られているので、その接着剤が紫外線硬化樹脂であって
も、液晶表示パネルの周縁部のみに紫外線を照射すれば
よいので、液晶材料等の紫外線に弱い部分に影響を与え
ることがなく、信頼性が高く、劣化の殆ど無い液晶表示
装置を得ることが可能となる。

【００３９】更に、平滑膜の厚みを100μm以上とした
場合には、マイクロレンズを通過した光を各々のマイク
ロレンズに対応するカラーフィルター・画素に集光させ
ることが可能となり、これにより隣接する画素からの漏
れ光による影響を受け難くなり、カラーフィルター上に
漏れ光防止のための遮光部を必要としないので、得られ
る液晶表示装置は、開口率が大きく、光の利用効率が高
く明るいものとなり、特に投影型液晶プロジェクション
に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の液晶表示装置を示す断面図である。

【図２】接着剤３の形状を示した図である。

【図３】実施例２の液晶表示装置を示す断面図である。

【図４】実施例３の液晶表示装置を示す断面図である。

【図５】実施例４の液晶表示装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 平板マイクロレンズアレイ ２ 液晶表示パネル ３ 接着剤 ４ 平滑膜 ５ カラーフィルター

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶層を挟んで一対の基板が対向配設さ
   れた液晶表示パネルと、 該液晶表示パネルの一方の基板の上に、液晶表示パネル
   にレンズ形成面側を向けて貼り合わされた屈折率分布型
   の平板マイクロレンズアレイと、 該平板マイクロレンズアレイのレンズ形成面上に形成さ
   れ、該レンズの表面を平滑化する有機高分子からなる平
   滑膜と、 該平滑膜を有する平板マイクロレンズアレイと該液晶表
   示パネルとを貼り合わせるべく、該平板マイクロレンズ
   アレイと該液晶表示パネルとの対向部の外周縁に設けた
   接着剤と、 を備えた液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記平滑膜がラミネート構造となってい
   る請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記平板マイクロレンズアレイのレンズ
   形成面上にさらにカラーフィルターが形成された請求項
   １および２に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 液晶層を挟んで一対の基板が対向配設さ
   れた液晶表示パネルと、 該液晶表示パネルの一方の基板の上に、液晶表示パネル
   にレンズ形成面側を向けて貼り合わされた屈折率分布型
   の平板マイクロレンズアレイと、 該平板マイクロレンズアレイのレンズ形成面上に形成さ
   れたカラーフィルターと、 該カラーフィルターと該平板マイクロレンズアレイとの
   間に形成され、有機高分子からなる平滑膜と、 該平滑膜及び該カラーフィルターを有する平板マイクロ
   レンズアレイと該液晶表示パネルとを貼り合わせるべ
   く、該平板マイクロレンズアレイと該液晶表示パネルと
   の対向部の外周縁に設けた接着剤と、 を備えた液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記平滑膜の厚みが100μm以上である請
   求項３および４に記載の液晶表示装置。