JPH0475024A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐光性に優れた高ｙｔｍの投影型のカラー液
晶表示素子に関する。

（従来の技術） 液晶パネルは直視型だけではなく、プロジェクンヨンテ
レビ等の投影型表示素子としても需要が高まってきてい
る。液晶パネルを投影型として使用する場合、従来の絵
素数で拡大率を高めると、画面の粗さが目立ってくる。

高い拡大率でも精細な画像を得るためには、絵素数を増
やすことが必要となる。

ところが、液晶パネルの絵素数を増すと、特にアクティ
ブマトソクス型の液晶パネルでは、絵素以外の部分が古
める面積が相対的に大きくなり、これらの部分を覆うブ
ラックマスクの面積が増大する。ブラックマスクの面積
が増大すると、表示に寄与する絵素の面積が減少し、表
示素子の開口率が低下してしまう。開口率の低下が生じ
ると、画面が暗くなり、画像品位を低下させることにな
る。

このような絵素数の増大による開口率の低下を防止する
ために、液晶パネルの一方の面にマイクロレンズアレイ
を形成することが提案されている（特開昭６０−１６５
６２１〜１６５６２４号）。

マイクロレンズアレイは各絵素に対応したマイクロレン
ズを有し、従来ではブランクマスクによって遮光されて
いた光を絵素内に集光することが可能となる。

マイクロレンズの製造方法として、イオン交換法（Ａｐ
ｐｌ、０ｐｔｉｃｓ　２１（６）、　ｐ、１Ｑ５２（１
９８４）、又はε１ｅｅｔｒｏｎ　Ｌｅｔｔ、　１７．
　ｐ、　４５２（１９８１））　、膨潤法（鉛末他、“
プラスチックマイクロレンズの新しい作製法“第２４回
微小光学研究会）、熱ブレ法（Ｚｏｒａｎ　Ｄ。

Ｐｏｐｏｖｉｃ　ｅｔ　ａｌ、−Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　
ｆｏｒ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｆａｂｒ＋ｃａｔ１ｏ
ｎ　ｏｆ　ｍ１ｃｒｏｌｅｎｚ　ａｒｒａｙｓ　、　Ａ
ｐｐｌ、０ｐｔｉｃｓ　２７ｐ、　１２８１（１９８ｇ
））、蒸着法（特開昭５５−１３５８０８号）、熱転写
法（特開昭６１−６４１５８号）、機械加工法等が挙げ
られる。

イオン交換法では、イオンを含む基板を別のイオン源と
接触させて電圧を印加し、イオン交換により生じた屈折
率の分布によって、レンズの効果を生じさせている。膨
潤法では、感光性モノマーを紫外線で重合させ、露光部
分と非露光部分との間に生じる浸透圧力の差により、露
光部分を膨潤させて凸型のレンズ形状が得られる。熱ダ
レ法では、感光性樹脂の膜が円形にパターニングされた
後、該樹脂の融点以上に加熱溶融され、表面張力により
レンズ形状が得られる。蒸着法では、ガラス基板上に作
られた回転体形状の凹部が満たされるまで、ガラス質の
物質を蒸着によって沈着させ、その後このガラス基板を
元の厚さまで減少させてレンズが形成される。機械加工
法では、基材を削ることによりレンズが形成される。

イオン交換法及び蒸着法では、屈折率分布型のマイクロ
レンズを有する平板マイクロレンズアレイが得られ、そ
の他の方法では、単球状のマイクロレンズを有するマイ
クロレンズアレイが得られる。半球状のマイクロレンズ
を有するマイクロレンズアレイの場合には、これをもと
に金型を作製し、この金型を用いて成形することにより
、マイクロレンズアレイの量産が可能となる。これらの
マイクロレンズアレイを液晶パネルの外面に貼り合わせ
ることにより、実効開口率が同上し、明るい表示画面が
得られる。

しかしながら、現在用いられている液晶パネルの外面に
マイクロレンズアレイを貼り付けても、実効開口率の向
上には限界がある。光には回折限界があり、集光スポッ
トの大きさはおのずと決ってくるからである。集光スポ
ットの大きさは、マイクロレンズの直径が小さいほど、
そして焦点距離が長いほど大きくなる。光スポットの大
きさが絵素の面積よりも大きくなると、全ての光が表示
に寄与し得なくなり、実効開口率の向上が図れな（なる
。

集光効果を高めるためには、マイクロレンズの直径を大
きくすること、及び焦点距離を小さくすること等が考え
られる。ところが、マイクロレンズの直径は絵素の面積
よりも太き（することができないという制約がある。ま
た、マイクロレンズの焦点はマイクロレンズが貼り付け
られている基板の液晶層側の面の近傍に位置するように
設定されているので、マイクロレンズの焦点距離はこの
基板の厚さ以下にすることはできない。液晶パネルに用
いられているガラス基板の厚さは、概ね１ｔｉｎ＋であ
り、ガラス基板を薄くしても、実用上は０゜５！１ＩＩ
ｌが限界であろう。従って、マイクロレンズの焦点距離
もそれ以下とすることはできない。絵素のピッチが数十
μｍ程度の高精細な表示を行う液晶パネルでは、回折限
界によって集光スポットをある程度以下にすることがで
きず、絵素の面積よりも大きくなってしまう。

（発明が解決しようとする課Ｈ） このような問題点を解決するために、液晶パネルを構成
する透明基板の一方の内部にマイクロレンズアレイを設
けた液晶表示素子が開発されている（特願平２−４６８
６８号）。第２図にこのような構成を有する液晶表示素
子の断面図を示す。

この液晶表示素子はアクティブマトリクス型のものであ
る。透明基板１上に、図示していないが、絵素電極、ス
イッチング素子、バス配線等が形成されている。基板１
と該基板１に対句する対問基［８ト（’）　＆’Ｔには
、液晶層６がシール材５によって封入されている。

対向基板８はマイクロレンズアレイ２、接着層４、及び
プラスチックフィルム３からなる。マイクロレンズアレ
イ２には、基板１上の各絵素電極に対応して、凸レンズ
の形状を有するマイクロレンズ９が形成されている。マ
イクロレンズアレイ２にはプラスチックフィルム３が透
明樹脂からなる接着層４によって貼り付けられている。

このような構成では、マイクロレンズ９が液晶層６の近
傍に設けられるので、マイクロレンズ９の焦点距離を小
さくすることができ、集光スポットを小さくすることが
可能となる。

このような液晶表示素子は、カラーフィルタと組み合わ
せてカラー液晶表示素子として用いることができる。と
ころが、このカラー液晶表示素子を投影型の液晶表示素
子として用いると、カラーフィルタにはかなりの強度の
光が照射されるので、カラーフィルタの耐光性が問題と
なる。従来より直視型の液晶表示パネルにしばしば用い
られている染料型カラーフィルタは、耐光性が低いので
用いることはできない。

そこで、カラー画像の投影を行うために、耐光性に優れ
る干渉型カラーフィルタ、若しくは顔料分散型カラーフ
ィルタを用いることが考えられる。

また、カラーフィルタを用いずに３原色に対応した３枚
の液晶表示パネルを用いる方式も用いられている。しか
し、干渉型カラーフィルタを用いたカラー液晶表示素子
や、３枚の液晶表示パネルを用いたカラー液晶表示素子
はコストが高いという問題点がある。また、分散型カラ
ーフィルタを用いたカラー液晶表示素子では、視差（パ
ララックス）を避けるためにカラーフィルタを液晶パネ
ルの基板の液晶層側に設ける必要があるため、分散型カ
ラーフィルタから不純物が液晶層に溶出して、表示に悪
影響を与えるという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するものであり、本発
明の目的は、実効開口率の大きいカラー液晶表示素子で
あって、カラーフィルタが液晶層に悪影響を与えること
のないカラー液晶表示素子を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明のカラー液晶表示素子は、一対の透明基板間に液
晶層を有し多数の絵素が形成される液晶パネルと、該絵
素のそれぞれに光を集束させるマイクロレンズを有する
マイクロレンズアレイと、該絵素のそれぞれに対応した
カラーフィルタと、を備えたカラー液晶表示素子であっ
て、該一対の透明基板の何れか一方の基板が、その内部
に該マイクロレンズアレイと該カラーフィルタとを有し
、該マイクロレンズの焦点が、該一方の基板の該液晶層
側の面の近傍に位置しており、そのことによって上記目
的が達成される。

（作用） 本発明のカラー液晶表示素子は、基板の内部にカラーフ
ィルタを有しているので、カラーフィルタと液晶層とが
接することはない。従って、カラーフィルタから液晶層
へ不純物が溶出して、表示に悪影響を与えることもない
。

また、本発明のカラー液晶表示素子は、基板の内部にマ
イクロレンズアレイ有しているので、マイクロレンズの
焦点距離を小さくすることができる。従って、集光スポ
ットを絵素の大きさより小さくすることができ、実効開
口率を向上させることができる。

（実施例） 本発明の実施例について以下に説明する。第１図に本発
明のカラー液晶表示素子の一実施例の断面図を示す。本
実施例はアクティブマトリクス型のカラー液晶表示素子
である。本実施例のカラー液晶表示素子は、透明基板１
と、内部にマイクロレンズアレイ２とカラーフィルタ１
ｏとを有する基板８との開に液晶層６を有する。基板１
及び８と液晶層６とによって構成される液晶パネルには
、多数の絵素が形成される。マイクロレンズアレイ２は
絵素のそれぞれに光を集束させるマイクロレンズ９を有
する。本実施例ではマイクロレンズ９は凸レンズの形状
を有している。カラーフィルタ１０は絵素のそれぞれに
対応して設けられている。

各マイクロレンズ９の焦点は、基板８の液晶層６側の面
の近傍に位置している＠ 透明基板１ははう珪酸ガラスからなり、その上には、図
示していないが、絵素電極、スイノチング素子、バス配
線等が形成されている。基板１と該基板１に対向する対
向基板８との間には、液晶層６がソール材５によって封
入されている。基板８のマイクロレンズアレイ２とカラ
ーフィルタ１０との間には、透明樹脂層１１が設けられ
ている。

また、基板８は、カラーフィルタ１０上の接着層４と、
接着層４上に貼り付けられたプラスチックフィルム３と
を有する。

マイクロレンズアレイ２は前述の膨潤法、熱ダレ法、熱
転写法、機械加工法等によって作製することができる。

本実施例では熱ダレ法を用いた。

マイクロレンズアレイ２上に設けられた透明樹脂層１１
は、マイクロレンズアレイ２上の凹凸部を平坦化するた
めに設けられている。

透明樹脂層１１上に形成されたカラーフィルタ１０は、
レジンに顔料と感光剤とを混合したネガタイプの感光性
樹脂を用いて作製される。この感光性樹脂は透明樹脂層
ｌｌ上に塗布され、露光によってパターニングされる。

このパターニングは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）
の３色について繰り返される。カラーフィルタ１０の各
色の間隙には、必要に応じてブラックマスク（図示せず
）が形成される。

カラーフィルタ１０とプラスチックフィルム３とを接着
する接着層４には、透明樹脂からなる接着剤を用いるこ
とができる。尚、本実施例では接着層４を設けたが、接
着層４を設けずに他の方法でマイクロレンズアレイ２と
プラスチックフィルム３とを貼り合わせてもよい。本実
施例では接着層４に紫外線硬化樹脂を用いた。接着層４
に熱硬化樹脂を用いることは、マイクロレンズアレイ２
とプラスチックフィルム３との熱膨張率の差が大きいの
で好ましくない。

透明基板ｌはマイクロレンズアレイ２を形成する基板と
同じ程度の熱膨張率を有する材料が好ましい。基板１と
マイクロレンズアレイ２の基板との熱膨張率の差が大き
いと、得られるカラー液晶表示素子の温度に対する信頼
性が劣る可能性が生じるからである。

プラスチックフィルム３には光学的に透明性が高いこと
、等方性若しくは一軸配向性を有すること、耐薬品性に
優れていること、低吸水性及び低透気性等の特性が要求
される。プラスチックフィルム３に適切な材料として、
ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、フェノ牛ジ
エーテル樹脂、−軸性ポリエステル樹脂等を挙げること
ができる。

プラスチックフィルムに代えて、薄板ガラスを用いるこ
ともできる。本実施例では厚さ０１３ｍのポリエーテル
スルホン酸樹脂のフィルムを用いた。

プラスチックフィルム３の厚さは、マイクロレンズ９の
後側焦点がプラスチックフィルム３の液晶層６り１１の
面の近傍に位置するように決められ、好ましくは、該焦
点が液晶層６の中央に位置するように決められる。この
ようなプラスチックフィルム３の厚さは、接着層４を設
けない場合には、マイクロレンズ９の後側焦点距離ｆｂ
と、プラスチックフィルム３の屈折率ｎとの積、ｆｂ−
ｎによって求められる。本実施例では接着層４が設けら
れているので、その屈折率も考慮してプラスチックフィ
ルム３の厚さを決定した。

プラスチックフィルム３の液晶層６側の面には、透明電
極（図示せず）が形成されている。この透明電極はマイ
クロレンズアレイ２とプラスチックフィルム３とを貼り
合わせる前、又は貼り合わせた後の何れに於て形成して
もよい。プラスチ１．クフィルム３は耐熱温度が低いた
め、透明電極は低温蒸着によって形成した。更に、この
対向電極上に形成される配向膜、及びシール材５は、低
温硬化タイプでプラスチックフィルム３に対する密着性
に優れたものを用いた。

本実施例では凸レンズ状のマイクロレンズ９を有するマ
イクロレンズアレイ２を用いたが、イオン交換法、蒸着
法等によって作製される平板マイクロレンズアレイを用
いることもできる。平板マイクロレンズアレイを用いる
と透明樹脂層９を設ける必要がなくなり、カラーフィル
タ１０を形成し易いという利点がある。しかし、イオン
交換法により作製される平板マイクロレンズアレイを用
いる場合には、平板マイクロレンズを形成するための基
板が多くのイオン成分を含むため、絵素電極、スイッチ
ング素子等を形成する透明基板１との間に熱膨張率の差
が生しる。従って、得られる液晶表示素子の温度に対す
る信頼性が劣る可能性がある。このような信頼性の低下
を防止するため、シール材５及び基板１及び８間の厚さ
を一定に保つスペーサに伸縮性の高いものを用いること
が好ましい。

本実施例のカラー液晶表示素子は、基板８内に各絵素に
対応するカラーフィルタ１０を有し、カラーフィルタ１
０上にはプラスチックフィルム３が設けられているので
、液晶層６にカラーフィルタ１０から不純物が溶出する
ことはない。従って、カラーフィルタ１０に安価で耐光
性に優れた分散型のものを用いることが可能となる。

また、基板８がその内部にマイクロレンズアレイ２を有
しているので、マイクロレンズ９の焦点距離を小さくす
ることができ、カラー液晶表示素子の実効開口率を向上
させるこ七ができる。

尚、本実施例では頷料分散型カラーフィルタを用いたが
、他の例えば干渉型カラーフィルタを用いることもでき
る。

（発明の効果） 本発明のカラー液晶表示素子は、一対の透明基板の一方
がその内部にカラーフィルタを備えており、カラーフィ
ルタの不純物の溶出がないので、安価で耐光性に優れた
顔料分散型カラーフィルタを用いることができる。従っ
て、本発明によれば耐光性に優れた液晶表示素子を低コ
ストで提供することができる。また、本発明のカラー液
晶表示素子は、焦点距離の小さいマイクロレンズを有し
ているので、明るい表示画面を有するカラー液晶表示素
子を得ることができる。

４、　　　の、　な！日 第１図は本発明のカラー液晶表示素子の一実施例の断面
図、第２図は液晶表示素子の改良例の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の透明基板間に液晶層を有し多数の絵素が形成
   される液晶パネルと、該絵素のそれぞれに光を集束させ
   るマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、該
   絵素のそれぞれに対応したカラーフィルタと、を備えた
   カラー液晶表示素子であって、 該一対の透明基板の何れか一方の基板が、その内部に該
   マイクロレンズアレイと該カラーフィルタとを有し、該
   マイクロレンズの焦点が、該一方の基板の該液晶層側の
   面の近傍に位置しているカラー液晶表示素子。