JPH10268305A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
液晶表示装置およびその製造方法Info
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- JPH10268305A JPH10268305A JP9075540A JP7554097A JPH10268305A JP H10268305 A JPH10268305 A JP H10268305A JP 9075540 A JP9075540 A JP 9075540A JP 7554097 A JP7554097 A JP 7554097A JP H10268305 A JPH10268305 A JP H10268305A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易的に製造でき、かつ焦点距離の調整を容
易に行え、さらにダスト付着等による歩留りの低下を誘
発しないマイクロレンズを具備することにより、高輝度
な液晶表示装置およびその製造方法を得ることを目的と
する。 【解決手段】 屈折率の異なる材料からなる集光レンズ
６と平坦下層７が形成された下部透明絶縁性基板１と、
画素電極４、５が形成された上部透明絶縁性基板２を対
向させ、この間に液晶層３を挟持してなるＩＰＳ方式液
晶表示装置において、画素電極４、５が形成されている
領域には、集光レンズ層９をテーパエッチングすること
により形成された集光レンズ６のテーパ部６ｂが対向す
るよう配置する。
易に行え、さらにダスト付着等による歩留りの低下を誘
発しないマイクロレンズを具備することにより、高輝度
な液晶表示装置およびその製造方法を得ることを目的と
する。 【解決手段】 屈折率の異なる材料からなる集光レンズ
６と平坦下層７が形成された下部透明絶縁性基板１と、
画素電極４、５が形成された上部透明絶縁性基板２を対
向させ、この間に液晶層３を挟持してなるＩＰＳ方式液
晶表示装置において、画素電極４、５が形成されている
領域には、集光レンズ層９をテーパエッチングすること
により形成された集光レンズ６のテーパ部６ｂが対向す
るよう配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示装置お
よびその製造方法に関するものである。
よびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のアクティブマトリクス型の液晶表
示装置では、ツインステッドネマティクス表示方式（以
下、ＴＮ表示方式と称する）を採用したものが良く知ら
れているが、この表示方式を採用した液晶表示装置で
は、液晶を駆動する一対の透明電極を対向する二枚の透
明絶縁性基板の相対向する面上に各々配置し、液晶に印
加する電界の方向を基板面に対してほぼ垂直方向として
液晶の配向制御を行っている。ＴＮ表示方式を採用した
液晶表示装置では、透明絶縁性基板に対して垂直方向の
縦電界で液晶分子を駆動しているため、液晶分子が斜め
方向に立ち上がった状態では、視覚方向によって光学特
性が異なる視覚依存性を有する。その結果、視覚方向を
変化させた場合のコントラスト変化が著しく、中間調表
示が困難であるという問題点を有している。
示装置では、ツインステッドネマティクス表示方式（以
下、ＴＮ表示方式と称する）を採用したものが良く知ら
れているが、この表示方式を採用した液晶表示装置で
は、液晶を駆動する一対の透明電極を対向する二枚の透
明絶縁性基板の相対向する面上に各々配置し、液晶に印
加する電界の方向を基板面に対してほぼ垂直方向として
液晶の配向制御を行っている。ＴＮ表示方式を採用した
液晶表示装置では、透明絶縁性基板に対して垂直方向の
縦電界で液晶分子を駆動しているため、液晶分子が斜め
方向に立ち上がった状態では、視覚方向によって光学特
性が異なる視覚依存性を有する。その結果、視覚方向を
変化させた場合のコントラスト変化が著しく、中間調表
示が困難であるという問題点を有している。
【０００３】このような視覚依存性を改善する方法が多
数提案されているが、液晶に印加する電界の方向を基板
面に対してほぼ平行な方向（以下、横方向と称する）に
するという表示方式（以下、この表示方式をＩＰＳ(In-
Plane Switching)方式と称する）が、視覚依存性を大幅
に改善し、かつ、ＴＮ表示方式における製造技術をほと
んどそのまま活用できる点で注目されている。例え
ば、"In-Plane Switchingof Nematic Liquid Crystal
s",R.Kiefer et al,JAPAN DISPLAYS'92, 広島,pp.547-5
50 において、ＩＰＳ方式の報告がなされ、その後、Ｉ
ＰＳ方式を実用する電極構成が多数提案されている。
数提案されているが、液晶に印加する電界の方向を基板
面に対してほぼ平行な方向（以下、横方向と称する）に
するという表示方式（以下、この表示方式をＩＰＳ(In-
Plane Switching)方式と称する）が、視覚依存性を大幅
に改善し、かつ、ＴＮ表示方式における製造技術をほと
んどそのまま活用できる点で注目されている。例え
ば、"In-Plane Switchingof Nematic Liquid Crystal
s",R.Kiefer et al,JAPAN DISPLAYS'92, 広島,pp.547-5
50 において、ＩＰＳ方式の報告がなされ、その後、Ｉ
ＰＳ方式を実用する電極構成が多数提案されている。
【０００４】図９は、例えば"Principles and Characte
ristics of Electro-Optical Behaviour with In-Plane
Switching Mode",M.Oh-e et al,ASIA DISPLAY'95 HAMA
NATSU,p.577-580 に示された、ＩＰＳ方式液晶表示装置
の液晶表示素子の概略断面図である。図において、１は
光が入射する側の下部透明絶縁性基板、２は上部透明絶
縁性基板、３は対向する下部透明絶縁性基板１と上部透
明絶縁性基板２の間に挟持された液晶層、３ａは液晶層
３を構成する液晶分子、４および５は下部透明絶縁性基
板１の上部透明絶縁性基板２と対向する面側に形成され
た第一画素電極および第二画素電極である。第一画素電
極４と第二画素電極５には、各別に所定の電圧を印加
し、第一画素電極４と第二画素電極５の間に発生した横
方向電界により液晶分子３ａのねじれ量を変化させ、液
晶層３における透過光強度を制御している。
ristics of Electro-Optical Behaviour with In-Plane
Switching Mode",M.Oh-e et al,ASIA DISPLAY'95 HAMA
NATSU,p.577-580 に示された、ＩＰＳ方式液晶表示装置
の液晶表示素子の概略断面図である。図において、１は
光が入射する側の下部透明絶縁性基板、２は上部透明絶
縁性基板、３は対向する下部透明絶縁性基板１と上部透
明絶縁性基板２の間に挟持された液晶層、３ａは液晶層
３を構成する液晶分子、４および５は下部透明絶縁性基
板１の上部透明絶縁性基板２と対向する面側に形成され
た第一画素電極および第二画素電極である。第一画素電
極４と第二画素電極５には、各別に所定の電圧を印加
し、第一画素電極４と第二画素電極５の間に発生した横
方向電界により液晶分子３ａのねじれ量を変化させ、液
晶層３における透過光強度を制御している。
【０００５】また、液晶表示装置においては、表示輝度
が液晶表示装置の性能を決定する重要なファクターであ
り、近年、液晶表示装置の低消費電力化の要求が高ま
り、バックライトの光量が制限される傾向にあるため、
液晶表示素子における光透過率の向上が、液晶表示装置
の高輝度化に不可欠の技術過大となっている。しかし、
図９に示すＩＰＳ方式液晶表示装置では、第一画素電極
４や第二画素電極５等を構成する電極材料として、通常
可視光を透過しない金属を用いているため、輝度低下が
顕著となる。液晶表示装置の光透過率は、開口部の割合
（画素の全面積に対する光が透過する部分の割合）、す
なわち開口率に比例するため、開口部の割合を増加させ
ることにより光透過率を向上させることができるが、以
下に示すような観点から開口部の割合増加において制限
を受ける。１．第一画素電極４と第二画素電極５の間隔
は、電界強度を一定値以上に保ち液晶分子３ａを良好に
制御する観点から上限値を有する。２．第一画素電極４
および第二画素電極５の電極幅は、断線防止の観点から
下限値を有する。
が液晶表示装置の性能を決定する重要なファクターであ
り、近年、液晶表示装置の低消費電力化の要求が高ま
り、バックライトの光量が制限される傾向にあるため、
液晶表示素子における光透過率の向上が、液晶表示装置
の高輝度化に不可欠の技術過大となっている。しかし、
図９に示すＩＰＳ方式液晶表示装置では、第一画素電極
４や第二画素電極５等を構成する電極材料として、通常
可視光を透過しない金属を用いているため、輝度低下が
顕著となる。液晶表示装置の光透過率は、開口部の割合
（画素の全面積に対する光が透過する部分の割合）、す
なわち開口率に比例するため、開口部の割合を増加させ
ることにより光透過率を向上させることができるが、以
下に示すような観点から開口部の割合増加において制限
を受ける。１．第一画素電極４と第二画素電極５の間隔
は、電界強度を一定値以上に保ち液晶分子３ａを良好に
制御する観点から上限値を有する。２．第一画素電極４
および第二画素電極５の電極幅は、断線防止の観点から
下限値を有する。
【０００６】以上のことを考慮すると、第一画素電極４
と第二画素電極５の間隔は２０μｍ以下で、かつ、第一
画素電極４および第二画素電極５の電極幅は１０μｍ以
上であることが望ましい。これらの条件を、画素サイズ
が縦３００ミクロン、横１００ミクロンの液晶表示装置
（最近、製品化されたパーソナルコンピュータ用液晶表
示装置）の電極に適用した場合、概算の開口率は約２５
％であり、従来のＴＮ表示方式の液晶表示装置の開口率
（５０％以上）に比べ、著しく劣っている。その結果、
液晶表示装置の光透過率が低下し表示輝度が低下すると
いう問題点がある。
と第二画素電極５の間隔は２０μｍ以下で、かつ、第一
画素電極４および第二画素電極５の電極幅は１０μｍ以
上であることが望ましい。これらの条件を、画素サイズ
が縦３００ミクロン、横１００ミクロンの液晶表示装置
（最近、製品化されたパーソナルコンピュータ用液晶表
示装置）の電極に適用した場合、概算の開口率は約２５
％であり、従来のＴＮ表示方式の液晶表示装置の開口率
（５０％以上）に比べ、著しく劣っている。その結果、
液晶表示装置の光透過率が低下し表示輝度が低下すると
いう問題点がある。
【０００７】ＩＰＳ方式液晶表示装置の表示輝度を向上
させる方法として、例えば特開平７−３０６３９９号公
報では、液晶層を挟持した一対の透明基板の外側にマイ
クロレンズアレイを配置し、バックライトから出る光を
マイクロレンズによって屈折させ開口部に集光すること
により、液晶表示装置の高輝度化を図る方法が提案され
ている。
させる方法として、例えば特開平７−３０６３９９号公
報では、液晶層を挟持した一対の透明基板の外側にマイ
クロレンズアレイを配置し、バックライトから出る光を
マイクロレンズによって屈折させ開口部に集光すること
により、液晶表示装置の高輝度化を図る方法が提案され
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＩＰＳ方式液晶
表示装置は以上のように構成されており、高輝度化を図
る方法として、マイクロレンズアレイを液晶層を挟持し
た一対の透明基板の外側に配置する方法が特開平７−３
０６３９９号公報に提案されているが、以下に示すよう
な問題点を有する。 １．マイクロレンズアレイの製造方法は複雑であり、成
形型に溶融したアクリル樹脂を注入し、徐冷することに
よりマイクロレンズアレイを形成するため、特殊な工程
を必要とし、コスト高になる問題がある。 ２．マイクロレンズアレイは液晶層を挟持した一対の透
明基板の外側に配置され空気中に晒されるため、ダスト
付着等に起因する不良が発生する問題がある。 ３．マイクロレンズアレイは、焦点距離を調整すること
が容易でなく、マイクロレンズの屈折率と空気の屈折率
（約１. ０）との屈折率差によって焦点距離を調整する
が、空気の屈折率は一定であるため、焦点距離を調整す
るためにはマイクロレンズの屈折率を変える必要があ
る。また、焦点距離はマイクロレンズの曲率半径を変え
ることにより変更できるが、曲率半径の異なるマイクロ
レンズを形成するためには、別の成形型を作る必要があ
るため、コストおよび作業性において問題がある。特
に、焦点距離をパラメータとして、輝度特性が最適とな
る設計を行おうとする場合には、特開平７−３０６３９
９号公報に示されたマイクロレンズを採用することは実
用的でない。
表示装置は以上のように構成されており、高輝度化を図
る方法として、マイクロレンズアレイを液晶層を挟持し
た一対の透明基板の外側に配置する方法が特開平７−３
０６３９９号公報に提案されているが、以下に示すよう
な問題点を有する。 １．マイクロレンズアレイの製造方法は複雑であり、成
形型に溶融したアクリル樹脂を注入し、徐冷することに
よりマイクロレンズアレイを形成するため、特殊な工程
を必要とし、コスト高になる問題がある。 ２．マイクロレンズアレイは液晶層を挟持した一対の透
明基板の外側に配置され空気中に晒されるため、ダスト
付着等に起因する不良が発生する問題がある。 ３．マイクロレンズアレイは、焦点距離を調整すること
が容易でなく、マイクロレンズの屈折率と空気の屈折率
（約１. ０）との屈折率差によって焦点距離を調整する
が、空気の屈折率は一定であるため、焦点距離を調整す
るためにはマイクロレンズの屈折率を変える必要があ
る。また、焦点距離はマイクロレンズの曲率半径を変え
ることにより変更できるが、曲率半径の異なるマイクロ
レンズを形成するためには、別の成形型を作る必要があ
るため、コストおよび作業性において問題がある。特
に、焦点距離をパラメータとして、輝度特性が最適とな
る設計を行おうとする場合には、特開平７−３０６３９
９号公報に示されたマイクロレンズを採用することは実
用的でない。
【０００９】この発明は、上記のような問題を解消する
ためになされたもので、ＩＰＳ方式液晶表示装置におい
て、簡易的に製造でき、かつ焦点距離の調整を容易に行
え、さらにダスト付着等による歩留りの低下を誘発しな
いマイクロレンズを具備することにより、高輝度な液晶
表示装置を得ることを目的とする。さらにこの装置に適
した製造方法を提供することを目的とする。
ためになされたもので、ＩＰＳ方式液晶表示装置におい
て、簡易的に製造でき、かつ焦点距離の調整を容易に行
え、さらにダスト付着等による歩留りの低下を誘発しな
いマイクロレンズを具備することにより、高輝度な液晶
表示装置を得ることを目的とする。さらにこの装置に適
した製造方法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】この発明に係わる液晶表
示装置は、対向する一対の透明絶縁性基板と、一対の透
明絶縁性基板の間に挟持された液晶層と、液晶層に対向
して配置された複数の電極と、一対の透明絶縁性基板の
いずれか一方の基板上に形成されると共に、この基板と
複数の電極との間に配置された光学部材を備えたもので
ある。また、光学部材は、光を屈折させる機能を有する
ものである。
示装置は、対向する一対の透明絶縁性基板と、一対の透
明絶縁性基板の間に挟持された液晶層と、液晶層に対向
して配置された複数の電極と、一対の透明絶縁性基板の
いずれか一方の基板上に形成されると共に、この基板と
複数の電極との間に配置された光学部材を備えたもので
ある。また、光学部材は、光を屈折させる機能を有する
ものである。
【００１１】また、透明絶縁性基板と、透明絶縁性基板
上に形成されたレンズと、レンズ上に形成された平坦化
層とを有する第一の基板と、他の透明絶縁性基板上に複
数の電極が形成された第二の基板と、第一の基板と第二
の基板の間に挟持された液晶層を備え、第一の基板は、
レンズの屈折率と平坦化層の屈折率の差により光を屈折
させる機能を有するものである。または、透明絶縁性基
板と、透明絶縁性基板上に形成されたレンズと、レンズ
上に形成された平坦化層と、平坦化層上に形成された複
数の電極を有する第一の基板と、他の透明絶縁性基板か
らなる第二の基板と、第一の基板と第二の基板の間に挟
持された液晶層を備え、第一の基板は、レンズの屈折率
と平坦化層の屈折率の差により光を屈折させる機能を有
するものである。また、レンズおよび平坦化層により屈
折され集束される光の焦点距離は、レンズが形成される
面と電極が形成される面との距離よりも大きいものであ
る。
上に形成されたレンズと、レンズ上に形成された平坦化
層とを有する第一の基板と、他の透明絶縁性基板上に複
数の電極が形成された第二の基板と、第一の基板と第二
の基板の間に挟持された液晶層を備え、第一の基板は、
レンズの屈折率と平坦化層の屈折率の差により光を屈折
させる機能を有するものである。または、透明絶縁性基
板と、透明絶縁性基板上に形成されたレンズと、レンズ
上に形成された平坦化層と、平坦化層上に形成された複
数の電極を有する第一の基板と、他の透明絶縁性基板か
らなる第二の基板と、第一の基板と第二の基板の間に挟
持された液晶層を備え、第一の基板は、レンズの屈折率
と平坦化層の屈折率の差により光を屈折させる機能を有
するものである。また、レンズおよび平坦化層により屈
折され集束される光の焦点距離は、レンズが形成される
面と電極が形成される面との距離よりも大きいものであ
る。
【００１２】また、レンズは、透明絶縁性基板から突出
した凸形の断面形状を有するものである。さらに、凸形
の断面形状を有するレンズは、テーパ部を有するもので
ある。また、レンズは、二個のテーパ部から構成される
三角形の断面形状を有するものである。さらに、三角形
の断面形状を有するレンズは、平坦化層より低い屈折率
を有すると共に、電極の形成位置と一致するよう不連続
に配置されるものである。または、レンズは、フラット
部と、このフラット部の両端に接する二個のテーパ部と
から構成される台形の断面形状を有するものである。さ
らに、台形の断面形状を有するレンズは、平坦化層より
高い屈折率を有すると共に、隣接するレンズのテーパ部
が電極の形成位置と一致するよう連続的に配置されるも
のである。また、レンズの材質は、窒化シリコンあるい
は酸化タンタルである。または、レンズの材質は、酸化
シリコンあるいは弗化マグネシウムである。また、平坦
化層の材質は、アクリル系樹脂またはポリイミド系樹脂
である。また、電極は、各別に電圧が印加される第一の
電極と第二の電極とから構成され、透明絶縁性基板面に
対して平行方向の電界を形成するものである。
した凸形の断面形状を有するものである。さらに、凸形
の断面形状を有するレンズは、テーパ部を有するもので
ある。また、レンズは、二個のテーパ部から構成される
三角形の断面形状を有するものである。さらに、三角形
の断面形状を有するレンズは、平坦化層より低い屈折率
を有すると共に、電極の形成位置と一致するよう不連続
に配置されるものである。または、レンズは、フラット
部と、このフラット部の両端に接する二個のテーパ部と
から構成される台形の断面形状を有するものである。さ
らに、台形の断面形状を有するレンズは、平坦化層より
高い屈折率を有すると共に、隣接するレンズのテーパ部
が電極の形成位置と一致するよう連続的に配置されるも
のである。また、レンズの材質は、窒化シリコンあるい
は酸化タンタルである。または、レンズの材質は、酸化
シリコンあるいは弗化マグネシウムである。また、平坦
化層の材質は、アクリル系樹脂またはポリイミド系樹脂
である。また、電極は、各別に電圧が印加される第一の
電極と第二の電極とから構成され、透明絶縁性基板面に
対して平行方向の電界を形成するものである。
【００１３】さらに、この発明に係わる液晶表示装置の
製造方法は、透明絶縁性基板上にレンズ層を形成する工
程と、レンズ層をエッチングして複数のレンズを形成す
る工程と、レンズが形成された透明絶縁性基板上に平坦
化層を形成する工程と、他の透明絶縁性基板上の所定の
位置に電極を形成する工程を含むものである。または、
透明絶縁性基板上にレンズ層を形成する工程と、レンズ
層をエッチングして複数のレンズを形成する工程と、レ
ンズが形成された透明絶縁性基板上に平坦化層を形成す
る工程と、平坦化層上の所定の位置に電極を形成する工
程を含むものである。また、レンズ層のエッチング端面
は、テーパエッチングが施されるものである。また、レ
ンズ層のエッチングには、プラズマエッチング法を用い
るものである。
製造方法は、透明絶縁性基板上にレンズ層を形成する工
程と、レンズ層をエッチングして複数のレンズを形成す
る工程と、レンズが形成された透明絶縁性基板上に平坦
化層を形成する工程と、他の透明絶縁性基板上の所定の
位置に電極を形成する工程を含むものである。または、
透明絶縁性基板上にレンズ層を形成する工程と、レンズ
層をエッチングして複数のレンズを形成する工程と、レ
ンズが形成された透明絶縁性基板上に平坦化層を形成す
る工程と、平坦化層上の所定の位置に電極を形成する工
程を含むものである。また、レンズ層のエッチング端面
は、テーパエッチングが施されるものである。また、レ
ンズ層のエッチングには、プラズマエッチング法を用い
るものである。
【００１４】
実施の形態１．以下、この発明の一実施の形態である液
晶表示装置を図について説明する。図１は本発明の実施
の形態１による液晶表示装置の液晶表示素子の斜視図、
図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図におい
て、１は光が入射する側の下部透明絶縁性基板、２は上
部透明絶縁性基板、３は対向する下部透明絶縁性基板１
と上部透明絶縁性基板２の間に挟持された液晶層、３ａ
は液晶層３を構成する液晶分子、４および５は上部透明
絶縁性基板２上に形成された第一画素電極および第二画
素電極で、第一画素電極４と第二画素電極５には、各別
に所定の電圧が印加され、第一画素電極４と第二画素電
極５の間に発生した横方向電界により液晶分子３ａのね
じれ量を変化させ、液晶層３における透過光強度を制御
する。６は下部透明絶縁性基板１上に形成された集光レ
ンズで、集光レンズ６の断面形状は、下部透明絶縁性基
板１に対して平行なフラット部６ａと、傾斜を有するテ
ーパ部６ｂとから構成される。７は集光レンズ６上に形
成された平坦化層で、集光レンズ６との屈折率差を生成
し、かつ液晶層３の配向を安定させるために形成され
る。８は下部透明絶縁性基板１上に集光レンズ６および
平坦化層７が形成された集光板である。
晶表示装置を図について説明する。図１は本発明の実施
の形態１による液晶表示装置の液晶表示素子の斜視図、
図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図におい
て、１は光が入射する側の下部透明絶縁性基板、２は上
部透明絶縁性基板、３は対向する下部透明絶縁性基板１
と上部透明絶縁性基板２の間に挟持された液晶層、３ａ
は液晶層３を構成する液晶分子、４および５は上部透明
絶縁性基板２上に形成された第一画素電極および第二画
素電極で、第一画素電極４と第二画素電極５には、各別
に所定の電圧が印加され、第一画素電極４と第二画素電
極５の間に発生した横方向電界により液晶分子３ａのね
じれ量を変化させ、液晶層３における透過光強度を制御
する。６は下部透明絶縁性基板１上に形成された集光レ
ンズで、集光レンズ６の断面形状は、下部透明絶縁性基
板１に対して平行なフラット部６ａと、傾斜を有するテ
ーパ部６ｂとから構成される。７は集光レンズ６上に形
成された平坦化層で、集光レンズ６との屈折率差を生成
し、かつ液晶層３の配向を安定させるために形成され
る。８は下部透明絶縁性基板１上に集光レンズ６および
平坦化層７が形成された集光板である。
【００１５】次に、本実施の形態の液晶表示装置の製造
方法を説明する。図３は、集光レンズ６を有する集光板
８の製造工程を示す断面図である。まず、図３−ａに示
すように、下部透明絶縁性基板１上に、例えばＣＶＤ法
により、集光レンズ層９を形成する。次に、レジストパ
ターン（図示せず）を形成し、ドライエッチ法もしくは
ウェットエッチ法によりエッチングを行いテーパ部６ｂ
を形成し、図３−ｂに示すように、フラット部６ａとテ
ーパ部６ｂを有する複数の集光レンズを形成する。
方法を説明する。図３は、集光レンズ６を有する集光板
８の製造工程を示す断面図である。まず、図３−ａに示
すように、下部透明絶縁性基板１上に、例えばＣＶＤ法
により、集光レンズ層９を形成する。次に、レジストパ
ターン（図示せず）を形成し、ドライエッチ法もしくは
ウェットエッチ法によりエッチングを行いテーパ部６ｂ
を形成し、図３−ｂに示すように、フラット部６ａとテ
ーパ部６ｂを有する複数の集光レンズを形成する。
【００１６】集光レンズ層９のエッチング方法の一例と
して、プラズマエッチング法を用いたテーパ部６ｂの形
成方法について説明する。ＣＦ4 、Ｏ2 およびＳＦ6 の
いずれかをエッチングガスとして用い、プラズマエッチ
ングを行う。なお、エッチング条件（ガス圧等）には、
特別な条件は必要とせず、従来のプラズマエッチング装
置を用いることが可能である。ただし、エッチングマス
クとして形成するレジストは、厚め（例えば、４μｍ程
度）に形成することにより、テーパ形状形成において有
利である。また、ＣＦ4 とＯ2 の混合ガスを用いてエッ
チングする場合、ＣＦ4 とＯ2 のガス濃度を調整するこ
とにより、所望するテーパ形状をえることができる。な
お、エッチングガス等の条件は、これに限るものではな
い。また、このようにして形成されたテーパ部６ｂの形
状は、ほぼ直線状のテーパとなるが、所定の集光効果を
有すれば、なだらかな曲線状のテーパ形状でもよい。
して、プラズマエッチング法を用いたテーパ部６ｂの形
成方法について説明する。ＣＦ4 、Ｏ2 およびＳＦ6 の
いずれかをエッチングガスとして用い、プラズマエッチ
ングを行う。なお、エッチング条件（ガス圧等）には、
特別な条件は必要とせず、従来のプラズマエッチング装
置を用いることが可能である。ただし、エッチングマス
クとして形成するレジストは、厚め（例えば、４μｍ程
度）に形成することにより、テーパ形状形成において有
利である。また、ＣＦ4 とＯ2 の混合ガスを用いてエッ
チングする場合、ＣＦ4 とＯ2 のガス濃度を調整するこ
とにより、所望するテーパ形状をえることができる。な
お、エッチングガス等の条件は、これに限るものではな
い。また、このようにして形成されたテーパ部６ｂの形
状は、ほぼ直線状のテーパとなるが、所定の集光効果を
有すれば、なだらかな曲線状のテーパ形状でもよい。
【００１７】次に、図３−ｃに示すように、集光レンズ
６が形成された下部透明絶縁性基板１を覆うように平坦
化層７を形成する。平坦化層７は、例えば、アクリル系
樹脂またはポリイミド系樹脂を用いることができ、その
厚さは、好ましくは、１５〜２０μｍ程度である。な
お、平坦化層７は、スピンコート法を用いて高精度かつ
容易に形成でき、さらに、平坦化層に所定の表面処理を
施すことにより、配向膜としての機能を備えることもで
きる。これは、ロール転写法を用いて形成される従来の
配向膜（ポリイミド膜）に比べて、膜精度および製造の
簡易さにおいて有利である。以上の工程により、下部透
明絶縁性基板１上に集光レンズ６および平坦化層７が形
成された集光板８が形成される。
６が形成された下部透明絶縁性基板１を覆うように平坦
化層７を形成する。平坦化層７は、例えば、アクリル系
樹脂またはポリイミド系樹脂を用いることができ、その
厚さは、好ましくは、１５〜２０μｍ程度である。な
お、平坦化層７は、スピンコート法を用いて高精度かつ
容易に形成でき、さらに、平坦化層に所定の表面処理を
施すことにより、配向膜としての機能を備えることもで
きる。これは、ロール転写法を用いて形成される従来の
配向膜（ポリイミド膜）に比べて、膜精度および製造の
簡易さにおいて有利である。以上の工程により、下部透
明絶縁性基板１上に集光レンズ６および平坦化層７が形
成された集光板８が形成される。
【００１８】また、上部透明絶縁性基板２には、スパッ
タ法等によりＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ等の低抵抗
金属による金属膜を堆積した後、ウェットエッチ法でパ
ターニングして第一画素電極４および第二画素電極５
（以下、画素電極４、５と称する）を形成する。このよ
うにして形成された下部透明絶縁性基板１と上部透明絶
縁性基板２を対向させ、この間に液晶層３を設けること
により、液晶表示素子を構成する。
タ法等によりＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ等の低抵抗
金属による金属膜を堆積した後、ウェットエッチ法でパ
ターニングして第一画素電極４および第二画素電極５
（以下、画素電極４、５と称する）を形成する。このよ
うにして形成された下部透明絶縁性基板１と上部透明絶
縁性基板２を対向させ、この間に液晶層３を設けること
により、液晶表示素子を構成する。
【００１９】液晶表示素子において、下部透明絶縁性基
板１上の集光レンズ６は、上部透明絶縁性基板２上の画
素電極４、５が形成されている領域と形成されていない
領域に対応して、異なった形状を有するよう形成され
る。すなわち、画素電極４、５が形成されていない領域
には、集光レンズ６のフラット部６ａが対向し、集光レ
ンズ６の厚さは均一となり、また、画素電極４、５が形
成されている領域には、集光レンズ６のテーパ部６ｂが
対向し、集光レンズ６の厚さはテーパ形状のため変化す
る。具体的には、画素電極４、５が形成されている領域
に対向する集光レンズ６上の領域において、画素電極
４、５のエッジ部４ｅ、５ｅから、画素電極４、５の中
心部４ｃ、５ｃの方向に、集光レンズ６の厚さが減少す
るよう集光レンズ６にはテーパカットが施される。その
結果、集光レンズ６の断面形状は、下部透明絶縁性基板
１と接する辺と平行なフラット部６ａと二個のテーパ部
６ｂに囲まれた台形形状となる。以上のことから、液晶
表示素子において、下部透明絶縁性基板１上に形成され
た複数の集光レンズ６は、台形形状が連続的に繋がった
断面形状を有すると共に、台形形状のテーパ部６ｂが形
成される周期と、画素電極４、５が形成される周期とが
一致するよう配置されている。なお、集光レンズ６のフ
ラット部６ａの厚さは、約４μｍである。
板１上の集光レンズ６は、上部透明絶縁性基板２上の画
素電極４、５が形成されている領域と形成されていない
領域に対応して、異なった形状を有するよう形成され
る。すなわち、画素電極４、５が形成されていない領域
には、集光レンズ６のフラット部６ａが対向し、集光レ
ンズ６の厚さは均一となり、また、画素電極４、５が形
成されている領域には、集光レンズ６のテーパ部６ｂが
対向し、集光レンズ６の厚さはテーパ形状のため変化す
る。具体的には、画素電極４、５が形成されている領域
に対向する集光レンズ６上の領域において、画素電極
４、５のエッジ部４ｅ、５ｅから、画素電極４、５の中
心部４ｃ、５ｃの方向に、集光レンズ６の厚さが減少す
るよう集光レンズ６にはテーパカットが施される。その
結果、集光レンズ６の断面形状は、下部透明絶縁性基板
１と接する辺と平行なフラット部６ａと二個のテーパ部
６ｂに囲まれた台形形状となる。以上のことから、液晶
表示素子において、下部透明絶縁性基板１上に形成され
た複数の集光レンズ６は、台形形状が連続的に繋がった
断面形状を有すると共に、台形形状のテーパ部６ｂが形
成される周期と、画素電極４、５が形成される周期とが
一致するよう配置されている。なお、集光レンズ６のフ
ラット部６ａの厚さは、約４μｍである。
【００２０】また、集光レンズ６を構成する材質として
は、集光レンズ６の屈折率を平坦化層７の屈折率（約
１. ５）より高くして、入射光１０に対して凸レンズを
形成するために、例えば、窒化シリコン（屈折率１.
９）、または酸化タンタル（屈折率２. ０）を用いる。
は、集光レンズ６の屈折率を平坦化層７の屈折率（約
１. ５）より高くして、入射光１０に対して凸レンズを
形成するために、例えば、窒化シリコン（屈折率１.
９）、または酸化タンタル（屈折率２. ０）を用いる。
【００２１】この発明によれば、以下に示すような効果
を有する。 １．集光レンズ６のテーパ部６ｂを通過した光を屈折さ
せることにより、平行光のままでは画素電極４、５に遮
蔽されていた光を、液晶層３へ伝搬させることができ、
光の利用効率が増加し、輝度の向上を図ることができ
る。すなわち、下部透明絶縁性基板１上に形成された集
光レンズ６のテーパ部６ｂを通過する入射光１０を、集
光レンズ６と平坦化層７を構成する材質の屈折率の差に
より、平行光から僅かに屈折させることができる。図４
に集光レンズ６のテーパ部６ｂを通過した入射光１０の
光屈折の概念図を示す。なお、テーパ部６ｂの形状や、
集光レンズ６および平坦化層７を構成する材質により、
集光レンズ６の焦点距離を変化させることができる。た
だし、光の利用率を最大にするためには、光の焦点を画
素電極４、５間の開口部の中心に結像させる方が好まし
い。
を有する。 １．集光レンズ６のテーパ部６ｂを通過した光を屈折さ
せることにより、平行光のままでは画素電極４、５に遮
蔽されていた光を、液晶層３へ伝搬させることができ、
光の利用効率が増加し、輝度の向上を図ることができ
る。すなわち、下部透明絶縁性基板１上に形成された集
光レンズ６のテーパ部６ｂを通過する入射光１０を、集
光レンズ６と平坦化層７を構成する材質の屈折率の差に
より、平行光から僅かに屈折させることができる。図４
に集光レンズ６のテーパ部６ｂを通過した入射光１０の
光屈折の概念図を示す。なお、テーパ部６ｂの形状や、
集光レンズ６および平坦化層７を構成する材質により、
集光レンズ６の焦点距離を変化させることができる。た
だし、光の利用率を最大にするためには、光の焦点を画
素電極４、５間の開口部の中心に結像させる方が好まし
い。
【００２２】２．集光レンズ６を含む集光板８は、シン
プルな構成であり、製造工程数も少ないため、コスト面
で優れている。さらに、集光板８の製造においては、ス
パッタ法、スピンコート法およびエッチング法等、従来
の液晶表示装置の量産で用いられている装置を転用で
き、特殊な装置や工程を必要としない。 ３．焦点距離の調整を容易に行える。すなわち、焦点距
離は、集光レンズ６の屈折率、平坦化層７の屈折率、テ
ーパ部６ｂの形状に依存するため、集光レンズ６の材質
の変更、平坦化層７の材質の変更、あるいは平坦化層７
の厚さの変更により容易に焦点距離の調整を行える。
プルな構成であり、製造工程数も少ないため、コスト面
で優れている。さらに、集光板８の製造においては、ス
パッタ法、スピンコート法およびエッチング法等、従来
の液晶表示装置の量産で用いられている装置を転用で
き、特殊な装置や工程を必要としない。 ３．焦点距離の調整を容易に行える。すなわち、焦点距
離は、集光レンズ６の屈折率、平坦化層７の屈折率、テ
ーパ部６ｂの形状に依存するため、集光レンズ６の材質
の変更、平坦化層７の材質の変更、あるいは平坦化層７
の厚さの変更により容易に焦点距離の調整を行える。
【００２３】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２を示す液晶表示装置の液晶表示素子の断面図であ
る。なお、図２と同一部分については同符号を付し説明
を省略する。また、集光レンズ６を有する集光板８の製
造方法は、実施の形態１に示す集光板８と同様であるの
で説明を省略する。
態２を示す液晶表示装置の液晶表示素子の断面図であ
る。なお、図２と同一部分については同符号を付し説明
を省略する。また、集光レンズ６を有する集光板８の製
造方法は、実施の形態１に示す集光板８と同様であるの
で説明を省略する。
【００２４】本実施の形態による液晶表示素子におい
て、下部透明絶縁性基板１上の集光レンズ６の断面形状
は、下部透明絶縁性基板１と接する辺である底辺と二個
のテーパ部６ｂに囲まれた三角形状に突き出た突出部を
有する形状であり、その突出部の頂点６ｃが画素電極
４、５の中心部４ｃ、５ｃに対向し、かつ突出部の両端
部が画素電極４、５のエッジ部４ｅ、５ｅに対向するよ
う配置される。すなわち、集光レンズ６が形成される周
期と、画素電極４、５が形成される周期とが一致するよ
う配置されている。なお、集光レンズ６の厚さは、中心
部である頂点６ｃで最大、両端部で最少となっており、
集光レンズ６の頂点６ｃの厚さは、約５μｍである。ま
た、テーパ部６ｂの形状は、直線状である必要はなく、
所定の集光効果を有すれば、なだらかな曲線状のテーパ
形状でもよい
て、下部透明絶縁性基板１上の集光レンズ６の断面形状
は、下部透明絶縁性基板１と接する辺である底辺と二個
のテーパ部６ｂに囲まれた三角形状に突き出た突出部を
有する形状であり、その突出部の頂点６ｃが画素電極
４、５の中心部４ｃ、５ｃに対向し、かつ突出部の両端
部が画素電極４、５のエッジ部４ｅ、５ｅに対向するよ
う配置される。すなわち、集光レンズ６が形成される周
期と、画素電極４、５が形成される周期とが一致するよ
う配置されている。なお、集光レンズ６の厚さは、中心
部である頂点６ｃで最大、両端部で最少となっており、
集光レンズ６の頂点６ｃの厚さは、約５μｍである。ま
た、テーパ部６ｂの形状は、直線状である必要はなく、
所定の集光効果を有すれば、なだらかな曲線状のテーパ
形状でもよい
【００２５】また、集光レンズ６を構成する材質として
は、集光レンズ６の屈折率を平坦化層７の屈折率（約
１. ５）より低くして、入射光１０に対して凹レンズを
形成するために、例えば、酸化シリコン（屈折率１.
４）、または弗化マグネシウム（屈折率１. ４）を用い
る。
は、集光レンズ６の屈折率を平坦化層７の屈折率（約
１. ５）より低くして、入射光１０に対して凹レンズを
形成するために、例えば、酸化シリコン（屈折率１.
４）、または弗化マグネシウム（屈折率１. ４）を用い
る。
【００２６】このようにして下部透明絶縁性基板１上に
形成された集光レンズ６のテーパ部６ｂを通過する入射
光１０は、集光レンズ６と平坦化層７を構成する材質の
屈折率の差により、平行光から僅かに屈折する。その結
果、平行光のままでは画素電極４、５に遮光されていた
光を、液晶層３へ伝搬させることができる。図６に集光
レンズ６のテーパ部６ｂを通過した入射光１０の光屈折
の概念図を示す。本実施の形態によれば、実施の形態１
に示された、光の利用効率の増加による輝度の向上、製
造面における効果、および焦点距離調整の容易さにおい
て同様の効果が得られる。
形成された集光レンズ６のテーパ部６ｂを通過する入射
光１０は、集光レンズ６と平坦化層７を構成する材質の
屈折率の差により、平行光から僅かに屈折する。その結
果、平行光のままでは画素電極４、５に遮光されていた
光を、液晶層３へ伝搬させることができる。図６に集光
レンズ６のテーパ部６ｂを通過した入射光１０の光屈折
の概念図を示す。本実施の形態によれば、実施の形態１
に示された、光の利用効率の増加による輝度の向上、製
造面における効果、および焦点距離調整の容易さにおい
て同様の効果が得られる。
【００２７】実施の形態３．図７および図８はこの発明
の実施の形態３を示す液晶表示装置の液晶表示素子の断
面図である。本実施の形態では、下部透明絶縁性基板１
上に集光レンズ６を介して形成された平坦化層７上に第
一画素電極４および第二画素電極５を形成する。なお、
図２および図４と同一部分については同符号を付し説明
を省略する。本実施の形態によれば、実施の形態１と同
様の効果が得られると共に、下部透明絶縁性基板１上に
画素電極４、５を形成するため、画素電極４、５と集光
レンズ６の配置位置精度が向上する。なお、実施の形態
１〜３では、集光板８をＩＰＳ方式液晶表示装置に適用
したが、ＴＮ表示方式およびその他の表示モードの液晶
表示装置に対しても適用が可能である。
の実施の形態３を示す液晶表示装置の液晶表示素子の断
面図である。本実施の形態では、下部透明絶縁性基板１
上に集光レンズ６を介して形成された平坦化層７上に第
一画素電極４および第二画素電極５を形成する。なお、
図２および図４と同一部分については同符号を付し説明
を省略する。本実施の形態によれば、実施の形態１と同
様の効果が得られると共に、下部透明絶縁性基板１上に
画素電極４、５を形成するため、画素電極４、５と集光
レンズ６の配置位置精度が向上する。なお、実施の形態
１〜３では、集光板８をＩＰＳ方式液晶表示装置に適用
したが、ＴＮ表示方式およびその他の表示モードの液晶
表示装置に対しても適用が可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ＩＰ
Ｓ方式液晶表示装置をはじめ、ＴＮ表示方式およびその
他の表示モードの液晶表示装置において、以下に示すよ
うな効果が得られる。 １．透明絶縁性基板上に屈折率の異なるレンズと平坦化
層を積層して光を屈折させる機能を持たせ、レンズに設
けられるテーパ部の形成領域を電極の形成領域と一致さ
せることにより、レンズのテーパ部を通過した光を屈折
させ、電極による光遮蔽を回避して、輝度の向上を図る
ことができる。 ２．電極を平坦化層上に形成することにより、電極とレ
ンズの位置精度を向上させることができる。 ３．焦点距離は、レンズの材質あるいは平坦化層の材質
を変更することにより容易に調整できる。 ４． レンズおよび平坦化層の製造工程は簡易であり、
製造コスト面において優れている。また、レンズおよび
平坦化層は、液晶表示素子形成後は空気と接しないた
め、ダスト付着等による歩留り低下は生じない。
Ｓ方式液晶表示装置をはじめ、ＴＮ表示方式およびその
他の表示モードの液晶表示装置において、以下に示すよ
うな効果が得られる。 １．透明絶縁性基板上に屈折率の異なるレンズと平坦化
層を積層して光を屈折させる機能を持たせ、レンズに設
けられるテーパ部の形成領域を電極の形成領域と一致さ
せることにより、レンズのテーパ部を通過した光を屈折
させ、電極による光遮蔽を回避して、輝度の向上を図る
ことができる。 ２．電極を平坦化層上に形成することにより、電極とレ
ンズの位置精度を向上させることができる。 ３．焦点距離は、レンズの材質あるいは平坦化層の材質
を変更することにより容易に調整できる。 ４． レンズおよび平坦化層の製造工程は簡易であり、
製造コスト面において優れている。また、レンズおよび
平坦化層は、液晶表示素子形成後は空気と接しないた
め、ダスト付着等による歩留り低下は生じない。
【図１】 この発明の実施の形態１を示す液晶表示装置
の液晶表示素子の斜視図である。
の液晶表示素子の斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１を示す液晶表示装置
の液晶表示素子の断面図である。
の液晶表示素子の断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による液晶表示素子
の製造工程を示す断面図である。
の製造工程を示す断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１における光屈折を説
明するための概念図である。
明するための概念図である。
【図５】 この発明の実施の形態２を示す液晶表示装置
の液晶表示素子の断面図である。
の液晶表示素子の断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２における光屈折を説
明するための概念図である。
明するための概念図である。
【図７】 この発明の実施の形態３を示す液晶表示装置
の液晶表示素子の断面図である。
の液晶表示素子の断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態３を示す液晶表示装置
の液晶表示素子の断面図である。
の液晶表示素子の断面図である。
【図９】 従来のこの種ＩＰＳ方式液晶表示装置の液晶
表示素子を示す断面図である。
表示素子を示す断面図である。
１ 下部透明絶縁性基板、２ 上部透明絶縁性基板、３
液晶、４ 第一画素電極、５ 第二画素電極、６ 集
光レンズ、７ 平坦下層、８ 集光板、９ 集光レンズ
層、１０ 入射光。
液晶、４ 第一画素電極、５ 第二画素電極、６ 集
光レンズ、７ 平坦下層、８ 集光板、９ 集光レンズ
層、１０ 入射光。
Claims (19)
- 【請求項１】 対向する一対の透明絶縁性基板と、 上記一対の透明絶縁性基板の間に挟持された液晶層と、 上記液晶層に対向して配置された複数の電極と、 上記一対の透明絶縁性基板のいずれか一方の基板上に形
成されると共に、この基板と上記電極との間に配置され
た光学部材を備えたことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項２】 光学部材は、光を屈折させる機能を有す
ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。 - 【請求項３】 透明絶縁性基板と、上記透明絶縁性基板
上に形成されたレンズと、上記レンズ上に形成された平
坦化層とを有する第一の基板、 他の透明絶縁性基板上に複数の電極が形成された第二の
基板、 上記第一の基板と上記第二の基板の間に挟持された液晶
層を備え、上記第一の基板は、上記レンズの屈折率と上
記平坦化層の屈折率の差により光を屈折させる機能を有
することを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項４】 透明絶縁性基板と、上記透明絶縁性基板
上に形成されたレンズと、上記レンズ上に形成された平
坦化層と、上記平坦化層上に形成された複数の電極を有
する第一の基板、 他の透明絶縁性基板からなる第二の基板、 上記第一の基板と上記第二の基板の間に挟持された液晶
層を備え、上記第一の基板は、上記レンズの屈折率と上
記平坦化層の屈折率の差により光を屈折させる機能を有
することを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項５】 レンズおよび平坦化層により屈折され集
束される光の焦点距離は、上記レンズが形成される面と
電極が形成される面との距離よりも大きいことを特徴と
する請求項３または請求項４記載の液晶表示装置。 - 【請求項６】 レンズは、透明絶縁性基板から突出する
凸形の断面形状を有することを特徴とする請求項３〜５
のいずれか一項記載の液晶表示装置。 - 【請求項７】 凸形の断面形状を有するレンズは、テー
パ部を有することを特徴とする請求項６記載の液晶表示
装置。 - 【請求項８】 レンズは、二個のテーパ部から構成され
る三角形の断面形状を有することを特徴とする請求項７
記載の液晶表示装置。 - 【請求項９】 三角形の断面形状を有するレンズは、平
坦化層より低い屈折率を有すると共に、電極の形成位置
と一致するよう不連続に配置されることを特徴とする請
求項８記載の液晶表示装置。 - 【請求項１０】 レンズは、フラット部と、このフラッ
ト部の両端に接する二個のテーパ部とから構成される台
形の断面形状を有することを特徴とする請求項７記載の
液晶表示装置。 - 【請求項１１】 台形の断面形状を有するレンズは、平
坦化層より高い屈折率を有すると共に、互いに隣接する
上記レンズのテーパ部が電極の形成位置と一致するよう
連続的に配置されることを特徴とする請求項１０記載の
液晶表示装置。 - 【請求項１２】 レンズの材質は、窒化シリコンあるい
は酸化タンタルであることを特徴とする請求項９記載の
液晶表示装置。 - 【請求項１３】 レンズの材質は、酸化シリコンあるい
は弗化マグネシウムであることを特徴とする請求項１１
記載の液晶表示装置。 - 【請求項１４】 平坦化層の材質は、アクリル系樹脂ま
たはポリイミド系樹脂であることを特徴とする請求項１
２または請求項１３記載の液晶表示装置。 - 【請求項１５】 電極は、各別に電圧が印加される第一
の電極と第二の電極とから構成され、透明絶縁性基板面
に対して平行方向の電界を形成することを特徴とする請
求項１〜１４のいずれか一項記載の液晶表示装置。 - 【請求項１６】 透明絶縁性基板上にレンズ層を形成す
る工程と、 上記レンズ層をエッチングして複数のレンズを形成する
工程と、 上記レンズが形成された上記透明絶縁性基板上に平坦化
層を形成する工程と、 他の透明絶縁性基板上の所定の位置に電極を形成する工
程を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項１７】 透明絶縁性基板上にレンズ層を形成す
る工程と、 上記レンズ層をエッチングして複数のレンズを形成する
工程と、 上記レンズが形成された上記透明絶縁性基板上に平坦化
層を形成する工程と、 上記平坦化層上の所定の位置に電極を形成する工程を含
むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項１８】 レンズ層のエッチング端面は、テーパ
エッチングが施されることを特徴とする請求項１６また
は請求項１７記載の液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項１９】 レンズ層のエッチングには、プラズマ
エッチング法を用いることを特徴とする請求項１８記載
の液晶表示装置の製造方法。
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