WO2007010764A1

WO2007010764A1 - マイクロレンズ付き液晶表示パネルおよびその製造方法

Info

Publication number: WO2007010764A1
Application number: PCT/JP2006/313585
Authority: WO
Inventors: Kazuya Ikuta; Kuniaki Okada
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-01-25
Also published as: TW200706921A; EP1918766A1; JP2007025458A; US20090115939A1; EP1918766A4; JP4011591B2; CN101223472A; TWI300493B

Abstract

　マイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法は、液晶表示パネルを用意する工程と、この液晶表示パネルの第１の透明基板２の表面に、未硬化の光硬化性樹脂からなる樹脂層（９）を形成する工程と、複数の画素に向けて、上記樹脂層（９）を硬化させる性質の光を、入射角を変化させるように照射し、第１絵素（６Ｂ）を透過した光によって、樹脂層（９）を部分的に硬化させる露光工程と、上記露光工程の後に上記樹脂層（９）の未硬化部分を除去する現像工程とを含み、上記露光工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが上記樹脂層の厚みに等しくなるように行なわれるものである。

Description

明細書

マイクロレンズ付き液晶表示パネルおよびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、マイクロレンズ付き液晶表示パネルおよびその製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 液晶表示装置に代表される非自発光型の表示装置は、一般に、表示パネルの透過率または反射率を駆動信号によって変化させ、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。このような表示装置には、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と、表示パネルに表示された画像など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）とがある。

[0003] 液晶表示装置に用いられて!/ヽる表示パネルは液晶表示パネルと呼ばれる。液晶表示パネル以外の非自発光型の表示パネルとしては、エレクト口クロミック表示パネル、電気泳動型表示パネル、トナー表示パネルや PLZTパネルなどが知られて!/、る。

[0004] 現在、液晶表示装置は、モニタ、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話などに幅広く利用されている。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に画像信号に対応した駆動電圧をそれぞれ印加することによって、各画素の領域内の液晶層の光学特性を変化させ、画像や文字などを表示するものである。上述した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、アクティブマトリタス方式とがある。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)素子などの 3端子素子が用いられている。

[0005] 液晶表示パネルに設けたスイッチング素子 (特に TFT素子）に強、光が入射すると、 OFF状態における素子抵抗が下がってしまう。そうなると、電圧印加時に絵素容量に充電された電荷が OFF状態で不所望に放電されてしま、、所定の表示状態が得られなくなるため、本来その画素を「黒」として表示すべき状態でも光が漏れて完全な「黒」にはならず、結果的にコントラスト比が低下するという問題がある。

[0006] そこで、液晶表示パネルでは、たとえば、 TFT素子（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」とも称される）が設けられる。反射型液晶表示装置においては、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が、透過光を利用して表示を行なう透過型液晶表示装置においては、光を透過しない TFT素子、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。

[0007] さらに、液晶表示パネルの高精細化、小型化が進むに連れてこの傾向は顕著になる。これは、画素のピッチを小さくしても、 TFT素子やバスラインなどは、電気的性能や製造技術等の制約力ある程度のサイズよりも小さくすることができないからである。特に、近年、携帯電話などモパイル機器の表示装置として普及している半透過型液晶表示装置の一方式では、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、表示領域の全面積に対する透過領域の面積の比率 (透過領域の開口率)が著しく低下する。半透過型液晶表示装置は、暗い照明下では液晶表示パネルを透過するバックライトの光を利用して表示を行ない、明るい照明下では周囲からの光を反射することによって表示を行なうので、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。

[0008] 光の利用効率を改善するための一つの方法として、投影型液晶表示装置では、液晶表示パネルの個々の画素に光を集光するためのマイクロレンズを設けて、液晶表示パネルの実効的な開口率を向上する方法が実用化されている。従来のマイクロレンズは、液晶表示パネルの対向基板に形成されるものがほとんどであり、マイクロレンズがニ枚のガラス板の間で挟まれたサンドイッチ構造を有している。なお、規則正しく配列された複数のマイクロレンズの全体のことを指して「マイクロレンズアレイ」とも!/、う [0009] 特開 2002— 62818号公報 (特許文献 1)は、液晶表示パネルの画素を利用して、対向基板の表面に塗布した感光性材料を露光することにより、画素に対して自己整合的にマイクロレンズを形成する方法を開示している。この方法〖こよると、マイクロレンズと画素との間にァライメントずれが発生することなぐまた、低コストでマイクロレンズを製造できるという利点がある。

特許文献 1 :特開 2002— 62818号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 上記特許文献 1に記載されて、る方法は、感光性材料を露光するために紫外線を用いるので、カラーフィルタを有しな、表示パネル (たとえば 3板式プロジェクタ用の液晶表示パネル）には適用できるものの、カラーフィルタを有する表示パネルでは力ラーフィルタが紫外線を吸収するので適用できな、。

[0011] そこで、本発明では、カラーフィルタを有する液晶表示パネルにおいても適用可能なマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法および、そのような製造方法によつて容易に作製することができるようなマイクロレンズ付き液晶表示パネルを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] 上記目的を達成するため、本発明に基づくマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法は、液晶層を介して互いに貼り合せられた第 1,第 2の透明基板を含み、光が透過可能な複数の画素が遮光部に隔てられることで規定されており、上記複数の画素の各々は、第 1色光を透過させる第 1絵素と、上記第 1色光とは異なる第 2色光を透過させる第 2絵素とを含む複数の絵素を含み、上記第 1絵素は上記複数の絵素の中で光硬化性榭脂を硬化させる性質の光の透過率が最も高、絵素となって、る、液晶表示パネルを用意する工程と、上記第 1の透明基板の表面に、未硬化の上記光硬化性榭脂からなる榭脂層を形成する工程と、上記複数の画素に向けて、上記榭脂層を硬化させる性質の光を、入射角を変化させるように照射し、上記第 1絵素を透過した光によって、上記榭脂層を部分的に硬化させる露光工程と、上記露光工程の後に上記榭脂層の未硬化部分を除去する現像工程とを含み、上記露光工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが上記榭脂層の厚みに等しくなるように行なわれるものである。発明の効果

[0013] 本発明によれば、カラーフィルタを有する液晶表示パネルが適用対象であってもマイク口レンズ付き液晶表示パネルを容易に製造することができる。図面の簡単な説明

[0014] [図 1]ガラス基板の厚みと露光照射光が光硬化性榭脂層を露光する範囲の広さとの関係の説明図である。

[図 2] (a)は透明基板が薄い場合に下方力露光されて榭脂層が部分的に硬化する様子の説明図であり、 (b)は透明基板が薄い場合の積算露光量の説明図である。

[図 3] (a)は透明基板が厚い場合に下方力露光されて榭脂層が部分的に硬化する様子の説明図であり、 (b)は透明基板が厚い場合の積算露光量の説明図である。

[図 4]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルを備える液晶表示装置の概念図である。

[図 5]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルが備えるマイクロレンズアレイの部分拡大図である。

[図 6]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第 1の工程の説明図である。

[図 7]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの 1 つの画素の拡大平面図である。

[図 8]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの 9 つの画素の拡大平面図である。

[図 9]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第 2の工程の説明図である。

[図 10]図 8における X—X線に関する矢視断面図である。

[図 11]図 8における XI— XI線に関する矢視断面図である。

[図 12]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の中で行なわれるスキャンの様子の説明図である。

[図 13] (a)は下方力も露光されて榭脂層が部分的に硬化して凹凸のない稜線が形成される様子の説明図であり、 (b)は積算露光量の説明図である。

[図 14] (a)は下方力も露光されて凹凸のない稜線が榭脂層の厚み全体を使って形成される様子の説明図であり、 (b)は積算露光量の説明図である。

[図 15] (a)は下方力も露光されて凸部のある稜線が形成されようとするが凸部が樹脂層の厚みを超えているので結果的に凸部がカットされた形状となる様子の説明図であり、（b)は積算露光量の説明図である。

[図 16]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第 3の工程の説明図である。

[図 17]本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法の第 4の工程の説明図である。

符号の説明

[0015] 1 マイクロレンズ、 la 平坦面、 2 TFT基板、 3 対向基板、 4 液晶層、 5 遮光層、 8 シール材、 9 榭脂層、 10 液晶表示パネル、 11 マイクロレンズ付き液晶表示パネル、 12 光源、 13 導光板、 14 反射板、 15 ノックライト装置、 20 液晶表示装置、 81, 82, 83, 84 (光の照射の）方向。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 発明者らは、カラーフィルタを透過する露光照射光を用い、塗布した感光性材料をカラーフィルタ越しに露光して、シリンドリカル形状のマイクロレンズ（「シリンドリカルマイク口レンズ」とも、う。 )を形成するマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法をまず発明した (この発明を以下「先行発明」という。 ) o先行発明では、シリンドリカルマイク口レンズは、少なくとも一つのカラーフィルタを透過する露光照射光を用いて、光硬化性榭脂層に硬化度の適切な分布が形成されるように露光を行なった後に未露光部を除去することで形成することができる。このとき、硬化度の分布は、光量 (配向分布及び Zまたは照射時間）の分布を調整することで形成できる。

[0017] し力しながら、先行発明に基づくマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法では、ガラス基板の厚みが精度良く一定値となって、る透過型液晶表示パネルでは、理想のレンズ形状を形成できるが、実際のガラス基板ではレンズ形状を高度に制御することは困難となる。なぜなら、実際のガラス基板には、面内（1枚の基板の内部でのばらつきのことを「面内」のばらつきと!/、うものとする。）もしくはガラス基板毎に厚みばらつきが存在するため、同一の露光条件を用いた場合、ガラス基板の厚みに応じてマイクロレンズ稜線方向のレンズ形状に凹凸が生じる力もである。凹凸が生じる理由を以下に説明する。

[0018] 図 1に模式的に示すように、ガラス基板の厚みが Tと厚くなつている場合、高透過

1

率のフィルタを透過した露光照射光が、光硬化性榭脂層を露光する範囲が Eと広く

1 なり、逆に Tと薄くなつている場合には、露光範囲が狭く Eとなる。このため、図 2 (a)

2 2

, (b)、図 3 (a) , (b)に模式的に示すように、互いに隣接する 2つの画素にそれぞれ設けられた高透過率のフィルタをそれぞれ透過した露光照射光によって露光される部分の露光量の合計量 (以下「積算露光量」という。）が、目的とする露光量からずれたものとなり、ガラス基板が厚いときには凸部を生じ、薄いときには凹部を生じる。特に、シリンドリカルマイクロレンズを形成する場合においては、稜線に沿って延在するいわゆるレンズトップの平坦面となるべき面に、このような理由から凸部または凹部が形成されてしまう。このようにシリンドリカルマイクロレンズの稜線方向に生じる凹凸は、透過型液晶表示装置の色度に影響を与える。

[0019] なお、マイクロレンズに生じる凹凸を制御する方法として、それぞれのガラス基板の厚みに対して、露光条件を適宜最適化することで滑らかな平坦面を得ることが考えられる。しかし、 1枚のガラス基板の内部（いわゆる「面内」）においても、数十/ z mの厚みばらつきが存在するため、透過型液晶表示装置パネルの 1枚毎に対して露光条件を変更しなければならない。ましてや、大判の液晶表示装置においてはさらに厚みばらつきは拡大するので、逐一、露光条件を最適化してマイクロレンズを製造することは手間が掛かり、困難である。また、露光条件の最適化を行なう際に基準とする基板の厚みによっては、他の基板において凸部のみならず凹部も生じてしまう。

[0020] 本発明は、上記諸点に鑑みて先行発明を改良するためになされたものであり、本発明は、正面輝度を高くする効果をもつレンズトップの中央に滑らかな平坦面を有するマイクロレンズを容易に形成することをより特定的な目的としている。 [0021] (実施の形態 1)

図 4、図 5を参照して、本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルにつ!、て説明する。

[0022] 図 4に示すように、液晶表示装置 20は、マイクロレンズ 1を備えるマイクロレンズ付き液晶表示パネル 11と、マイクロレンズ付き液晶表示パネル 11のマイクロレンズ 1側に配置された高指向性のバックライト装置 15とを備えている。ノックライト装置 15は光源 12と、光源 12から出射された光を受けて内部を伝搬させながら液晶表示パネル 1 1に向けて出射するための導光板 13と、導光板 13の裏面から出射された光を導光板 13に向けて反射するための反射板 14とを備えている。なお、図 1では主要部品のみ記載し、液晶表示パネル 11の前後に設けられる偏光板などの図示を省略している

[0023] 液晶表示装置に好適に用いられるバックライト装置 15としては、たとえば IDW'02 〃 Viewing Angle Control using Optical Microstructures on Light-uuiae Platefo r Illumination System of Mobile Transmissive LCD Module", K.KALANTAR, .549-552ゃ、特開2003— 35824号公報、\1 11 01^& et al: Optical Society of American Annual Meeting Conference Program, Vol.10, p.189(1998)、特表平 8 - 511129号公報などに記載されて、るバックライト装置を挙げることができる

[0024] この液晶表示装置 20に含まれるマイクロレンズ付き液晶表示パネル 11は、液晶層 4と、液晶層 4を介して互いに貼り合せられた第 1,第 2の透明基板としての TFT基板 2および対向基板 3と、 TFT基板 2の表面において光硬化性榭脂からなる榭脂層をー且形成して力部分的に露光させて硬化させることで形成されたシリンドリカルマイクロレンズとしてのマイクロレンズ 1とを備える。マイクロレンズ 1は多数配列されることでマイクロレンズアレイを構成している。このマイクロレンズアレイは、全体でレンチキユラ一レンズとして働く。図 5にこのマイクロレンズアレイの部分拡大図を示す。図 5に示すように、マイクロレンズ 1は稜線部分に 2次元的広がりを有する平坦面 laを有する。この平坦面 laは、榭脂層の露光時に榭脂層の厚みの全体に至るまで硬化させたことによって榭脂層の表面がそのまま残ったものである。 [0025] 本実施の形態におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネル 11によれば、用いる基板に厚みのばらつきがある場合であっても、後述する製造方法によって、凹凸のない正しヽ平坦面を有するマイクロレンズを容易に正確に形成することができる。

[0026] 図 6〜図 9を参照して、本発明に基づく実施の形態 1におけるマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法にっ、て説明する。

[0027] まず、「液晶表示パネルを用意する工程」として、図 6に示すように、液晶表示パネル 10を用意する。液晶表示パネル 10は、カラー液晶表示パネルであり、 TFT基板 2 と、カラーフィルタ 6が形成された対向基板 3とを備えている。カラーフィルタ 6としては、実際には R, G, B (赤、緑、青）の 3色に対応した各色のカラーフィルタが存在する力図 6では説明の便宜上、区別して表示することはせずに単にカラーフィルタ 6として表示している。

[0028] TFT基板 2と対向基板 3との間にはシール材 8に囲まれるようにして所定の液晶層 4 が形成されている。 TFT基板 2の液晶層 4側には、マトリクス状に配列された絵素に対応して設けられた絵素電極（図示せず)、絵素電極に接続された TFT素子（図示せず)、ゲートバスラインおよびソースバスラインなどの回路要素（図示せず)、遮光層 5が形成されている。対向基板 3の液晶層 4側にはカラーフィルタ 6と対向電極（図示せず）が形成されている。さらに、 TFT基板 2および対向基板 3の液晶層 4に接する面には、必要に応じて配向膜 (図示せず)が形成されている。

[0029] 液晶表示パネル 10は多数の画素を有する。その多数の画素のうちの 3 X 3の合計 9個の画素力なる領域だけを取り出したところを図 7に示す。複数の画素は、 X方向を「行」、 Y方向を「列」とするようにマトリクス状に配列されている。このマトリクスは、 X 方向が P、Y方向が Pという等ピッチとなっている。 TFT素子を備えるアクティブマト

X Υ

リクス方式の表示パネルの場合、典型的には、行方向（X方向）はゲートバスラインに平行であり、列方向（Υ方向）はソースバスライン (ビデオライン）に平行である。

[0030] 各画素（pixel)は、 R, G, B (赤、緑、青）の 3色にそれぞれ対応した 3つの絵素（sub pixel)すなわち R絵素、 G絵素および B絵素で構成されて、る。

[0031] 図 7において太線で囲んだ部分を取り出して拡大したところを図 8に示す。図 7における太線の枠は 1画素に対応する領域からは 1絵素分だけずれているが 3つの絵素を含むので面積は 1画素分に等しぐ露光時のスキャンを考える上では 1画素分になぞらえることができる。このように正規の画素同士の境界を超えて G, B, Rの並びで規定されるひとまとまりの領域を「露光画素」というものとする。この液晶表示パネル 1 0の画面は多数の画素のマトリクスであると同時に多数の露光画素のマトリクスとしても捉えることができる。画面全体を露光画素のマトリクスと考えた場合、画面の左右の端にいずれの擬似絵素にも属さず余る絵素が生じるが、周縁部の 1画素未満の絵素の影響は画面全体から見て微々たるものであるので無視できる。

[0032] 図 8に示すように、 1つの露光画素には G絵素、 B絵素、 R絵素の 3つの絵素が含まれており、各絵素において、カラーフィルタ 6は担当する色のカラーフィルタとなっている。各絵素の周囲には遮光層（「ブラックマトリクス」、「遮光領域」ともいう。） 5が設けられている。また各絵素は反射部と透過部とに区分けされている。 G絵素は反射部 7Gおよび透過部 6G、 B絵素は反射部 7Bおよび透過部 6B、 R絵素は反射部 7Rおよび透過部 6R力構成されている。図 8に示すように、露光画素も正規の画素と同じく 3絵素の並びからなるので、露光画素の X方向のピッチは P、 Y方向のピッチは Pと

X Y

なる。本実施の形態では、 P , Pのいずれもが 200 /z mとなっている。この寸法はあく

X Y

まで一例であって他の長さであってもよ、。

[0033] この液晶表示パネル 10は、液晶層 4を介して互いに貼り合せられた第 1,第 2の透明基板としての TFT基板 2および対向基板 3を含み、光が透過可能な複数の画素が遮光部 5に隔てられることで規定されており、複数の画素の各々は、第 1色光を透過させる第 1絵素と、前記第 1色光とは異なる第 2色光を透過させる第 2絵素とを含む複数の絵素を含み、第 1絵素はこれらの複数の絵素の中で光硬化性榭脂を硬化させる性質の光の透過率が最も高い絵素となっている。ここでは、「複数の絵素」とは、 R, G , Bの 3つの絵素を指し、第 1絵素は B絵素に対応する。第 2絵素は G絵素または R絵素に対応する。

[0034] 第 1絵素は「複数の絵素」の中で透過光の中心波長が最も短い絵素であることが好ましい。光硬化性榭脂を硬化させる性質の光の波長は短いので、そのような光の透過率が最も高、絵素とするためには、第 1絵素を「複数の絵素」の中で透過光の中心波長が最も短い絵素とすることが好都合だ力である。 [0035] 本実施の形態では、 1画素の中の絵素の並びが R, G, Bであったので露光画素という概念を想定することで B絵素が中央にくる G, B, Rという並びを 1単位として露光が行なわれたが、 1画素の中の絵素の並びが R, B, Gまたは G, B, Rとなっていれば、露光画素という概念を想定するまでもなぐ画素ごとに露光のスキャンが行なえ、画面の端に絵素が余ることもな、ので、より好まし、。

[0036] 次に榭脂層を形成する工程として、図 9に示すように、液晶表示パネルの TFT基板 2上に、未硬化の光硬化性榭脂を塗布することで厚み Tの榭脂層 9を形成する。ここ

R

では、 380nm力も 420nmの波長範囲内に感光波長を有する光硬化性榭脂を用いる。なお、榭脂層 9と TFT基板 2との密着性を高めるために、光硬化性榭脂を塗布する前に、 TFT基板 2のガラス表面にシランカップリング剤を塗布するなどして、表面改質を行なうことが好ましい。ここで用いられる光硬化性榭脂としては、ウレタンアタリレート、エポキシアタリレート、ポリエステルアタリレート、ポリエーテルアタリレートなどのアクリル系モノマーや、エポキシ系モノマーに光開始剤を混合した混合組成物などが挙げられる。

[0037] 次に榭脂層を部分的に硬化させる露光工程を行なう。以下、露光工程の内容について説明する。ここでは、 B絵素を透過した光で、光硬化性榭脂を硬化させる例を示す。榭脂層 9に露光用照射光を入射すると、光量に応じて榭脂層 9の光硬化性榭脂が感光し、硬化する。「露光用照射光」とは、榭脂層 9を硬化させる性質の光であって、たとえば紫外線であってよい。

[0038] 照射時間が一定の場合、榭脂層 9の光硬化性榭脂は配光分布に応じて硬化する。

すなわち、硬化度の分布が形成される。したがって、光量 (配光分布および Zまたは照射時間）の分布を調整することによって、榭脂層 9内に硬化度の分布を形成することができる。なお、「配光分布」とは、表示パネルに入射させる露光光の、表示パネルの面法線に対してなす角度 (入射角度）に関する強度分布のことであり、 B絵素への入射角と感光性材料層すなわち榭脂層 9への入射位置とは 1対 1で対応する。

[0039] この工程では、複数の画素に向けて、露光用照射光を、入射角を変化させながらスキャンするように照射し、第 1絵素すなわち B絵素を透過した光によって、榭脂層 9を部分的に硬化させる。 [0040] このスキャンについて図 10〜図 12を参照して説明する。図 10は図 8における X—X 線に関する矢視断面図、図 11は図 8における XI— XI線に関する矢視断面図である。榭脂層 9を硬化させる性質の光は、図 11に示す Y方向に関しては入射角 Θ の方

3 向 81に固定された状態で、図 10に示すように X方向に関しては入射角 Θ の方向 83

1 から入射角 Θ の方向 84まで連続的にまたは段階的に変化させながら照射する。こ

2

のようにして片道のスキャンが終わると、今度は、図 11における Y方向の入射角を Θ

3 力もわずかにずらした新たな角度とし、 X方向に関して方向 84から方向 83まで同様に変化させながら照射する。こうして 1往復分のスキャンが終了する。さらに引き続いて、 Y方向の入射角をわずかにずらした角度とし、 X方向に関して再び方向 83から方向 84まで同様に変化させながら照射する。この繰返しによって、図 8に示す 1画素内の 3つの絵素の並ぶ全領域を 2次元的にカバーするようにスキャンする。このスキャンの様子は図 12のように模式的に示すことができる。

[0041] 硬化させる工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが上述の厚み Tに等しくなるように行なわれる。カラーフィルタの特性

R

によっては、 R絵素、 G絵素からも露光用照射光が漏れ、光硬化性榭脂を感光させることがあるが、その漏れ光量も考慮して露光を行なうことにより所望の形状のマイクロレンズを形成することができる。

[0042] このようなスキャンにおいて直線的に連なるマイクロレンズの稜線形状を形成する原理について、好ましい露光状態が実現されている図 13 (a) , (b)を参照して説明する。露光用照射光として平行光を用い、等角速度で照明光の入射角を図 13 (a)に示す方向 83から方向 84まで変化させたときを考える。 TFT基板 2の透明基板厚みは T とする。図 13 (a)には 2つの画素に相当する領域が表示されているが照射光は平

G2

行光であるので各画素において同じように照射光の入射角度が変化する。このとき、透過率が高い B絵素を透過した照射光が向きを変えながら透過率の低い G絵素、 R 絵素の上方にある榭脂層 9をも露光することとなる。照明光が照射された榭脂層 9上の各点における露光量の分布は図 13 (b)に示したものになる。

[0043] ある 1つの画素に注目した場合、その画素の B絵素を透過した照射光による露光だけを見れば、露光量分布は図 13 (b)に示すように最大露光量が Dとなる 1つの台形となる力その画素の両隣に隣接する画素の B絵素を透過した照射光によって生じる露光量分布の台形の裾部分同士が互いに重なる。この重なる部分の積算露光量が重ならない部分の最大露光量 Dと一致するようにすることで、合計露光量はどの点においても Dとなる。その結果、平坦面が形成される。

[0044] このような分布をもつ露光によって、図 13 (a)においては、一定厚み Tで形成され

R

ている榭脂層 9の各点は厚み方向に下から一定厚みだけ硬化する。すなわち、図 13 (a)の榭脂層 9の中に示す破線より下の部分が硬化する。こうしてマイクロレンズの稜線の直線的な形状が得られる。

[0045] しカゝしながら、図 2 (a)に示すように透明基板が厚み T より薄い厚み T である場合

G2 G1

、図 1を参照して説明した原理により透明基板上面での露光範囲が狭くなるので、露光量分布の台形は図 2 (b)に示すように裾の横方向への広がりが短い形状になる。したがって、台形の裾同士が重なる部分での積算露光量 Dが不足し台形頂上での露光量より小さなものとなってしまう。こうして図 2 (b)に一点鎖線で示すように画素同士の境目でそれぞれ露光量不足が生じるのでマイクロレンズの稜線方向で見たとき D は一定とならず繰返し増減するような分布となる。その結果、硬化した榭脂によって形成される稜線には、図 2 (a)に破線で示すように凹凸が生じてしまう。

[0046] 逆に、図 3 (a)に示すように透明基板が厚み T より厚い厚み T である場合、図 1を

G2 G3

参照して説明した原理により透明基板上面での露光範囲が広くなるので、露光量分布の台形は図 3 (b)に示すように裾の横方向への広がりが長い形状になる。したがつて、台形の裾同士が重なる部分での積算露光量 Dが過大なものとなり、台形頂上部分にまで重なるようになる。その結果、図 3 (b)に一点鎖線で示すように画素同士の境目でそれぞれ露光量が過大となるのでマイクロレンズの稜線方向で見たとき Dは一定とならず繰返し増減するような分布となる。その結果、硬化した榭脂によって形成される稜線には図 3 (a)に破線で示すように凹凸が生じてしまう。

[0047] ここで、透明基板としてのガラス基板の厚みと露光範囲の関係を図 10を参照して数式を用いながら説明する。ガラス基板の厚みを Tとし、露光時の図 10における入射

G

角度を Θ とし、屈折率を nとし、便宜上、露光範囲の幅を E とすると、次の関係が成

1 area

り立つ。 E =T /n X tan Q 式 1

area G 1

このことから、照射光が同一角度 Θ で入射される場合において、ガラス基板が厚い

1

場合、露光範囲 E は拡がり、逆に薄い場合には露光範囲 E は狭くなる。このため area area

、照射光の透過率が低いカラーフィルタの上方では、透過率が高いカラーフィルタを透過した照射光の重なり量に違いが生じてくる。すなわち、積算露光量が異なってくる。したがって、形成されるマイクロレンズ 1の平坦面 laは少なくとも稜線方向に見て凹凸を有するものとなってしまう。

[0048] ここで、上述のガラス基板の厚み Tと露光範囲 E との関係において、露光範囲 E

G area a が画素ピッチ Pの 1Z2倍になるとき、図 13 (b)に破線で示すように積算露光量が rea X

一定になり、その結果、図 13 (a)に破線で示すように稜線に凹凸のない平坦面 laが形成される。そこで式 1に

E = (1/2) P 式 2

area X

を代入すると

(1/2) P =T /n X tan Q 式 3

X G 1

となる。

[0049] 図 13 (a) , (b)では好ましいことに稜線方向に凹凸のない平坦面が形成されていた力厚み Tで形成された榭脂層 9のうち硬化するのは下力一定厚みの部分だけで

R

上の方の部分は未硬化のまま捨てられることとなる。また、実際にはガラス基板の厚みにはばらつきがある。

[0050] そこで次に、図 14 (a) , (b)を参照して、厚みにばらつきのある多数のガラス基板に対して一定の露光スキャン条件を適用してマイクロレンズを量産する場合について検討する。

[0051] 上述した式 3の関係を満足する露光条件を用い、かつ、マイクロレンズの稜線方向の平坦面を形成する積算露光量が厚み Tの光硬化性榭脂を露光するのに必要な

R

露光量 Dと一致するような露光条件を「最適露光条件」とする。図 14 (a) , (b)では露

T

光によって榭脂層 9が硬化する部分の厚みが榭脂層 9の厚み Tと一致している様子

R

を示している。最適露光条件においては、このように無駄のない硬化が行なわれる。

[0052] 露光照射光が入射角度 Θ のときの露光量を D 、また、露光照射光が入射角度 Θ のときの露光量を D とした場合、最適露光条件とは、

2 theta2

D =D +D 式 4

T thetal theta2

ということになる。この最適露光条件を決める際に用いるガラス基板の厚み Tにはガ

G

ラス基板の面内の最薄値またはガラス基板毎の厚みばらつきのうちの最小値を用い

、これを「基準ガラス基板厚」とする。図 13 (a) , (b)、図 14 (a) , (b)では T =T であ

G G2 つた。図 7で例示した液晶表示パネルの例では、行方向（1画素に属する R, Β, Gのカラーフィルタが並ぶ方向）の画素ピッチ Ρ力 200 /ζ πι、行方向に直行する列方向の

X

画素ピッチ Ρ力 ^OO /z n^ TFT基板 2の透明基板部分の屈折率は 1. 52であるが、

Y

ここで基準ガラス基板厚が 400 mであるとすると、最適露光条件を満たす入射角度は

θ = θ =tan^_1{ (l/2) P / (T /η) }

1 2 X G

=tan^_1{ (1/2) X 200/ (400/1. 52) }

= tan"¹ (100/260) =約 21。

となる。

[0053] 基準ガラス基板厚に対応するこの最適露光条件を用いて光硬化性榭脂からなる榭脂層 9の感光を行なうとき、他のガラス基板または同一ガラス基板内の他の部位の厚みは基準ガラス基板厚より常に厚いものになるので、マイクロレンズの稜線方向には図 15 (a) , (b)に示すような凸部のみが生じ、凹部は生じない。また、生じるはずの凸部は榭脂層 9の厚みを超えてしまうため、結果的にこの凸部をカットしたような状態にすることができる。これにより、ガラス基板の厚みが異なる場合においても、同一の露光スキャン条件によって滑らかな平坦面を有するマイクロレンズアレイを製造することができる。

[0054] なお、配光分布は、ここで例示したように露光用照射光の入射角を変化させることによって調整することもできる力そのほかの方法として、露光用照射光のビームを榭脂層 9に対して相対的に平行移動させることによって、照射時間の分布を調整してもよいし、これらを組み合わせてもよい。さらにほかの方法として、所定の透過率の分布を有するフォトマスクを用いて配光分布を調整してもよ、。

[0055] 次に図 16に示すように、榭脂層 9 (図 9参照）の未硬化部分を除去する現像工程を行なう。未硬化部分を除去した結果、硬化した部分のみが残るので、硬化度の分布に対応した形状のマイクロレンズ 1が得られる。こうしてマイクロレンズ付き液晶表示パネル 11が得られる。このマイクロレンズ付き液晶表示パネル 11が備えるマイクロレンズアレイは、複数の画素の列に対応して配列されたレンチキュラーレンズである。このマイクロレンズアレイは、稜線が行方向（X方向）になるように配列されており、列方向 (Y方向）には集光力を有するが、行方向 (X方向）には集光力を有しない。

[0056] なお、現像工程の後で、光硬化性榭脂が硬化してできたマイクロレンズ 1に再度、露光用照射光を照射することによって、光硬化性榭脂の硬化をさらに進行させ、完全硬化状態に近づけることが好ましい。また、光硬化とともに熱硬化を併用してもよい。

[0057] この後、図 17に示すように、マイクロレンズ付き液晶表示パネル 11をバックライト装置 15と組み合わせて液晶表示装置 20が完成する。ノックライト装置 15は、予め、光源 12、ノックライト 13、反射板 14を組み立てて作製しておいたものであってよい。

[0058] 上述の実施の形態では、カラーフィルタを有する液晶表示パネルを用いた力本発明の適用対象はこれに限られず、たとえばゲスト'ホスト液晶表示装置のように、表示媒体層 (液晶層）に混合した色素などを用いてカラー表示を行なう表示装置にも同様に適用できる。さらに、液晶表示パネルに限られず、他の非自発光型表示パネル (たとえば、エレクト口クロミック表示パネル、電気泳動型表示パネル、トナー表示パネル、 PLZTパネル）にも適用できる。

[0059] なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

Claims

請求の範囲

[1] 液晶層 (4)を介して互いに貼り合せられた第 1,第 2の透明基板 (2, 3)を含み、光が透過可能な複数の画素が遮光部（5)に隔てられることで規定されており、前記複数の画素の各々は、第 1色光を透過させる第 1絵素と、前記第 1色光とは異なる第 2 色光を透過させる第 2絵素とを含む複数の絵素を含み、前記第 1絵素は前記複数の絵素の中で光硬化性榭脂を硬化させる性質の光の透過率が最も高、絵素となっている、液晶表示パネル（10)を用意する工程と、

前記第 1の透明基板の表面に、未硬化の前記光硬化性榭脂からなる榭脂層（9)を形成する工程と、

前記複数の画素に向けて、前記榭脂層（9)を硬化させる性質の光を、入射角を変ィ匕させるように照射し、前記第 1絵素を透過した光によって、前記榭脂層（9)を部分的に硬化させる露光工程と、

前記露光工程の後に前記榭脂層（9)の未硬化部分を除去する現像工程とを含み前記露光工程は、硬化部分がシリンドリカルマイクロレンズの形状になり、硬化部分の最大厚みが前記榭脂層の厚みに等しくなるように行なわれるものである、マイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。

[2] 前記第 1絵素は前記複数の絵素の中で透過光の中心波長が最も短い絵素である、請求の範囲第 1項に記載のマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。

[3] 前記シリンドリカルマイクロレンズの稜線方向の露光のためのスキャンを行なう際の光照射条件であるマイクロレンズ稜線方向露光スキャン条件を、前記第 1の透明基板の面内厚みばらつきまたは個体間ばらつきにおける最薄厚みを基準に決定するェ程を含む、請求の範囲第 1項に記載のマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。

[4] 前記マイクロレンズ稜線方向露光スキャン条件は、前記最薄厚みが T、画素ピッチ

G

力、屈折率が n、露光照射光の最大入射角度が Θ のとき、

1

1/2 -P =T /nX tan Q

x G 1

を満足し、かつ、前記シリンドリカルマイクロレンズの稜線に相当する部分の積算露光量が前記榭脂層の厚み分の前記光硬化性榭脂を露光するのに必要な露光量に一致するように決定される、請求の範囲第 3項に記載のマイクロレンズ付き液晶表示パネルの製造方法。

[5] 液晶層（4)と、

前記液晶層（4)を介して互いに貼り合せられた第 1,第 2の透明基板 (2, 3)と、前記第 1の透明基板 (2)の表面において光硬化性榭脂からなる榭脂層を一旦形成して力も部分的に露光させて硬化させることで形成されたシリンドリカルマイクロレンズ

(1)とを備え、

前記シリンドリカルマイクロレンズ (1)は稜線部分に 2次元的広力 Sりを有する平坦面（ la)を有し、前記平坦面（la)は、前記榭脂層の露光時に前記榭脂層の厚みの全体に至るまで硬化させたことによって前記榭脂層の表面がそのまま残ったものである、マイクロレンズ付き液晶表示パネル。