JPH10319878A

JPH10319878A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10319878A
Application number: JP9131140A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Nakamura; 弘喜中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】凸レンズからなるマイクロレンズを有する液
晶表示装置の高信頼性、高歩留まりの作製と、低価格化
を図る。【解決手段】第１の基板１２と第２の基板１８間に液
晶層２０を有し、第１の基板に画素電極をマトリクス状
に配置した液晶パネル１１に、レンズアレイ部２２を形
成したマイクロレンズ基板２１を組合わせて樹脂接着層
３０で接着する。樹脂接着層はレンズアレイ部に接する
第１の樹脂層２４と液晶パネルに接する第２の樹脂層２
５からなり前記第１の樹脂層２４の屈折率が前記マイク
ロレンズ基板のレンズアレイ部２２の屈折率と異なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に係わ
り、特に投射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高密度且つ大容量でありながら高
機能更に高精細を得る液晶表示装置の実用化が図られい
ている。これらの液晶表示装置のうち、連接する画素電
極間のクロストークがなく、高コントラスト表示が得ら
れると共に、透過型表示が可能であり且つ、大画面化も
容易である等の理由から、ＴＦＴを制御装置として備え
たアクティブマトリクス型液晶表示装置が多用されてい
る。この、液晶表示装置に用いるアクティブマトリクス
基板としては従来、駆動素子として、アモルファスシリ
コン薄膜トランジスタ（以下ａ−ＳｉＴＦＴと称する）
を用いたものと、ポリシリコン薄膜トランジスタ（以下
ｐ−ＳｉＴＦＴと称する）を用いたものが開発され製品
化されている。

【０００３】このうち、ｐ−ＳｉＴＦＴは、ｐ−ＳｉＴ
ＦＴ中の電子の移動度が高く、ａ−ＳｉＴＦＴに比し、
駆動素子のサイズを小型化でき、画素電極の開口率向上
を計れると共に、その駆動回路がアクティブマトリクス
基板上に一体的に形成されるものである。従って、駆動
用のＩＣ等が不要となり、その実装工程も省力化でき、
ひいては装置の低コスト化が実現でき、その開発が促進
されている。そして、このようなＴＦＴ技術を用いて高
精細な液晶表示装置を作成し、投射レンズを用いて拡大
投影することで容易に大画面ディスブレイが達成できる
ことから、フロント型のデータプロジェクタやリア型の
プロジェクションＴＶなどが開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、投射型液
晶表示装置ではプロジェクタ装置のサイズ・重量・コス
トを低減するために、液晶表示装置の小型化が望まれて
いる。一方で、画面を明るくするために液晶表示装置の
開口率の改善に加えて、高輝度・高パワーの光源を用い
たり光学系効率を向上させることが行われている。すな
わち、アクティブマトリクス型液晶表示装置のアクティ
ブマトリクス基板は多数の走査線と信号線とを交差させ
た交点にＴＦＴ駆動素子を配置し、それぞれのＴＦＴの
ソース電極に画素電極を接続したもので、共通電極を形
成した対向基板との間に液晶層を配置して構成される。

【０００５】画素電極間の走査線、信号線の領域は液晶
層の不制御領域であるため、ここから光が漏れ、この防
止のために遮光膜を設け、また駆動素子上に入射光によ
る誤動作を避けるための遮光膜を設けている。

【０００６】遮光膜の面積が大きい程、画素電極へ入射
する光が減少し開口率が低下する。開口率は表示画面に
入射する光に対する有効利用光の割合で表される。

【０００７】液晶パネルのサイズは小さいままで高精細
化を進めようとすると、各画素の画素電極を縮小するこ
とになるが遮光膜幅をそれに比例して縮小できないので
開口率が小さくなる。このため、各画素に対応して集光
レンズを配置するようにしたマイクロレンズアレイ基板
を用いて入射光を開口部に集光させることで実効的に開
口率を改善することが進められている。

【０００８】マイクロレンズ基板としては、従来はイオ
ン交換法によるものが用いられていた。図５（ａ）に示
すように、ガラス基板５０の表面の一部をレンズパター
ン５１に他の成分に置換して屈折率に差をもたせて多数
のマイクロレンズをもつ基板とするものである。しか
し、イオン交換法のマイクロレンズはソーダガラス基板
を用いる必要があり液晶パネル５２用の非アルカリガラ
スよりも熱膨張係数が２倍以上大きいために液晶パネル
の高精細化が進むと高照度照射による温度膨張によるず
れが生じてしまうという問題が生じるようになってき
た。

【０００９】このために、マイクロレンズ基板として
は、図５（ｂ）のように液晶パネルの基板と熱膨張係数
がほぼ等しいガラス基板６０の表面に凸状のレンズ６１
を形成するものが種々開発されるようになってきた。

【００１０】このために、従来のイオン交換法のマイク
ロレンズ基板５０は図５（ａ）のようにガラス基板内に
屈折率の高い領域５１を形成しマイクロレンズ面も平坦
なものであったために、液晶パネル５２と接着する場合
もガラスの屈折率に近い紫外線硬化型接着剤５３を用い
ていた。しかし、図５（ｂ）に示すように、ガラス基板
６０の上に樹脂を用いた凸状レンズ６１を形成したり、
ガラス基板をドライエッチングで凸状のレンズ形成する
ようなものを用いる場合は、対向基板とマイクロレンズ
基板との間に空気層を介して接着するか、レンズ部分の
屈折率よりも低屈折率の接着剤で接着する方法が考えら
れている。しかし、前者の方法では空気層を介するため
に界面による反射ロスが２ケ所で生じることや基板間に
入った水分による曇りが生じやすいという問題があつ
た。

【００１１】また、接着剤で接着する構造は、接着条件
により接着剤とレンズとの界面が均質になりにくく、画
面に対して局部的に集光むらが生じるおそれがあった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の基板と
第２の基板間に液晶層を有し、前記いずれかの基板に画
素電極をマトリクス状に配置した液晶パネルと、前記い
ずれかの基板に樹脂接着層を介して接着されたレンズア
レイ部を形成したマイクロレンズ基板とを具備する液晶
表示装置において、前記樹脂接着層が前記レンズアレイ
部に接する第１の樹脂層と前記液晶パネルに接する第２
の樹脂層からなり前記第１の樹脂層の屈折率が前記マイ
クロレンズ基板のレンズアレイ部の屈折率と異なること
を特徴とする液晶表示装置を得るものである。

【００１３】また、前記マイクロレンズ基板のレンズア
レイ部は樹脂接着層側に凸状形状であることを特徴とす
る液晶表示装置を得るものである。

【００１４】また、前記樹脂接着層の少なくとも一方の
樹脂層がフッ素系樹脂を主成分とするものであることを
特徴とする液晶表示装置を得るものである。

【００１５】また、前記樹脂接着層中の少なくとも第１
の樹脂層の屈折率が前記レンズアレイ部の屈折率よりも
小さいことを特徴とする液晶表示装置を得るものであ
る。

【００１６】また、前記第１の樹脂層と第２の樹脂層の
屈折率がほぼ等しく、かつ前記レンズアレイ部の屈折率
よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置を得るもの
である。

【００１７】また、上記第１の樹脂層の屈折率よりも第
２の樹脂層の屈折率の方が大きいことを特徴とする液晶
表示装置を得るものである。

【００１８】また、前記マイクロレンズ基板のレンズア
レイ部の位置する面の背面および基板端面が前記第１の
樹脂層と同じ材料の層で覆われていることを特徴とする
液晶表示装置を得るものである。

【００１９】また、前記背面に形成された層が反射防止
層を形成していることを特徴とする液晶表示装置を得る
ものである。

【００２０】また、前記第２の樹脂層が紫外線硬化型樹
脂であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置
を得るものである。

【００２１】また、前記紫外線硬化型樹脂の第２の樹脂
層が大気雰囲気よりも酸素遮断雰囲気下でより低照射照
度で硬化する材料であることを特徴とする液晶表示装置
を得るものである。

【００２２】さらに、前記第２の樹脂層は硬化された後
の第１の樹脂層上に形成されたものであることを特徴と
する液晶表示装置を得るものである。

【００２３】本発明は上記のように特に凸形状のレンズ
部を有するマイクロレンズ基板を液晶パネルに接着固定
する場合に、レンズ部よりも低屈折率な複数層樹脂接着
剤の第１の樹脂層によりレンズ作用を信頼性よく引き出
し、かつ、高めることに加え、レンズ部を保護して傷つ
きにくくし、かつ、張り合わせ接着を容易にするもので
ある。また、他の実施の形態としてマイクロ凹面アレイ
を形成し第１の樹脂層との屈折率差を利用して凸レンズ
作用を持たせるものを用いる。

【００２４】また、低屈折率樹脂をマイクロレンズの光
入射側面にも反射防止層として形成することで界面反射
損失を低減でき高透過率の液晶表示装置を提供できるも
のである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態１を構
造および製造工程を図１および図２を用いて説明する。
図１において、アクティブマトリクス型液晶表示装置
１０は液晶パネル１１とマイクロレンズ基板２１とを有
している。

【００２６】液晶パネル１１は第１の基板すなわちアク
ティブマトリクス基板１２を形成するガラス基板１３の
一表面に多数本を平行配列した走査線１４と同じく多数
本を平行配列した信号線１４´を有し、それらを直交配
置して各交点にｐ−ＳｉＴＦＴからなる駆動素子１５を
接続している。これらの線群が格子状に取囲む各領域を
一画素Ｐとして、この画素領域にＴＦＴに接続された画
素電極１６をマトリクス状に配置する。

【００２７】一方、ＩＴＯ膜でできた共通電極１７を有
するガラスの対向基板１８を電極側がアクティブマトリ
クス基板１２に対向するように間隔を隔てて配置し、基
板周囲を封着剤で封止して得られる間隙内に液晶層２０
が充填される。

【００２８】１画素電極１６と駆動素子１５を含む一画
素領域は第２の基板である対向基板１８上の遮光層１９
によって区画されている。

【００２９】マイクロレンズ基板２１は一表面に凸レン
ズアレイ部２２を形成している。それぞれの単位マイク
ロレンズ２２ａが液晶パネル１１の一画素に１対１で対
応するように液晶パネル１１の対向基板１８側に樹脂接
着層３０によって貼付される。

【００３０】図２（ａ）に示すように、マイクロレンズ
基板２１はガラス基板２２上に紫外線硬化樹脂を塗布
し、型成形により多数の微細平凸の単位マイクロレンズ
２２ａを形成する。すなわち、軟化状態の樹脂層を型押
しにより凸レンズパターンとし、紫外線照射により硬化
させた後、凹型を取去って形成する。

【００３１】レンズはエポキシ系樹脂で屈折率１．５
９、アクリル系樹脂で屈折率１．５４程度である。

【００３２】画素数６４０×４８０、画素ピッチが９８
μｍの液晶パネルに対して、１単位マイクロレンズ２２
ａは９８μｍ×９８μｍの面積をもち、レンズ高さ４０
μｍである。

【００３３】このような樹脂による凸形状レンズは型成
形でできることから安価に形成できるが、図２（ｃ）の
ように液晶パネル１１の対向基板１８に凸レンズ部２２
を向かい合わせて張り合わせ接着するまでの工程でレン
ズ部が傷つきやすい。例えば、洗浄工程や基板搬送工程
等のハンドリング工程さらにそれらを含む工程中でのガ
ラス基板端面から発生するゴミ等によるものがある。

【００３４】そこで、本実施の形態では図２（ｂ）のよ
うに凸レンズアレイ部形成後に、レンズよりも屈折率の
低い第１の樹脂層２４で覆う。

【００３５】この第１の樹脂層２４は２つの機能をも
つ。

【００３６】第１に、マイクロレンズ基板単体に塗布な
どで被覆するので、塗布条件の制約が少なく塗布面に均
質な被膜が得られる。したがって，表面が凹凸のレンズ
部に均質な膜を形成することができ、凸レンズの界面が
画面全体にわたり光学的に均質なものとすることができ
る。

【００３７】第２に、レンズはその作製や処理工程で傷
が付きやすく、レンズ界面に異なる屈折率の媒体が被覆
されても光学的に傷の影響が残る。しかし、第１の樹脂
層を被覆した場合は、樹脂層に傷が発生しても、以下に
説明する第２の樹脂層が第１の樹脂層と屈折率が同じか
ほぼ同等である場合にこれら層の界面の凹凸は光学的に
無視できるため、傷が発生してもレンズ機能に影響を与
えることがない。すなわちレンズ保護機能をもつ。

【００３８】レンズ作用を引き出すためには、レンズの
樹脂の屈折率が１．５４〜１．５９程度であるために、
用いる膜としては十分に屈折率の小さい樹脂を用いる必
要がある。このため、第１の樹脂層２４としてはフッ素
系樹脂（商品名サイトップ、旭硝子製）をレンズ面をカ
ップリング剤処理後に１〜１０μｍ塗布して加熱乾燥
（１００℃、３０分程度）し硬化させることで形成し
た。第１の樹脂層の屈折率は１．３４と小さいために、
レンズ部にレンズ作用が発生させることができる。

【００３９】この時、第１の樹脂層２４はレンズ面のみ
ならず、マイクロレンズ基板端面部２３ａも保護するよ
うに形成することで基板端面からのゴミ発生や搬送系等
でレンズ面が傷つけられることを防ぐことができる。

【００４０】次に、図２（ｃ）に示すように、液晶パネ
ル１１の対向基板１８の上に第２の樹脂層２５としてフ
ッ素系紫外線硬化型接着剤（７７０２、協立化学製、屈
折率：１．３８）を塗布し、マイクロレンズ基板２１と
液晶パネル１１とを加圧、張り合わせレンズと画素を光
学的に位置合わせし、位置合わせが終了した時点で紫外
線を照射して固定した。

【００４１】第２の樹脂層２５は第１の樹脂層２４に近
い屈折率のものを用いているので、もし第１の樹脂層２
４にわずかな傷が生じた場合でも、屈折率が近いことに
より、第１の樹脂層の傷が第２の樹脂層２５で埋め込ま
れるために表示不良となりにくい。

【００４２】また、同じフッ素系を用いることで接着性
がよいという利点がある。その他に、第２の樹脂層２５
に用いたフッ素系紫外線硬化樹脂は、液晶パネル１１と
マイクロレンズ基板２１でサンドイッチされている領域
のように酸素が遮断されている状態のほうが大気雰囲気
下よりも硬化に必要な紫外線照射量が低いという特性を
持っている。この特性は、液晶パネルの上に塗布した際
に周辺にある程度は流出してしまうので、位置合わせを
するためにマイクロレンズ基板を位置合わせする治工具
に接触するため、その部分で接着剤が硬化しにくいこと
は作業性向上の点から重要である。

【００４３】また、周辺に流出した接着剤も硬化してい
ないため後工程で簡単に除去できるという利点がある。

【００４４】また、基板端面で盛り上がったりしないこ
とから接着剤の粘度は低い方がよく、通常３０００ｃｐ
ｓ以下、更に望ましくは３００ｃｐｓ以下がよい。

【００４５】図３は本発明の実施の形態２を示す。

【００４６】すなわち、液晶パネルの透過率を向上させ
る目的で、図２に示す実施の形態１と同じフッ素系樹脂
を用いてマイクロレンズ基板２１の液晶パネルとの接着
側とは反対側の光入射側すなわち背面２３ｂに反射防止
層２６を形成すると、基板界面での反射損失が低減でき
る。反射防止層として形成する場合は、樹脂接着層側の
第１の樹脂層の場合と異なり０．５μｍ程度と薄くなる
ようにシランカップリング剤処理後に塗布して加熱乾燥
（１５０℃、３０分程度）して形成してもよいことはい
うまでもない。図には示さなかったが、液晶パネルの第
１の基板１２の上にも反射防止膜を同様に形成したり、
第２の基板すなわち対向基板１８に偏光板を張り合わせ
偏光板板上に反射防止膜を形成する方がさらに界面反射
損失を軽減して透過率を改善する上では望ましいことは
いうまでもない。

【００４７】さらに、硬化したフッ素系樹脂とフッ素系
接着層の相性はよいが、さらに接着強度を高めるための
カップリング剤処理、表面アッシング処理、アミノシラ
ン処理、さらにマイクロレンズ基板接着後、外周部位置
で別途接着固定を併用してもよいことはいうまでもな
い。

【００４８】上記の実施の形態では、樹脂レンズのもの
を用いたが、もちろん凸形状のガラスマイクロレンズに
も適用できることはいうまでもない。特に、ガラスマイ
クロレンズではガラスの屈折率が低くく（ｎ＝１．４６
または１．５４）、かつ、材質を変えることが難しいこ
とから有効である。

【００４９】図４は本発明の実施の形態３を示すもの
で、ガラス基板４１上に微細凹面アレイパターンを形成
した低屈折率樹脂層４２を成膜したものをマイクロレン
ズ基板４０として使用する。

【００５０】低屈折率樹脂層４２としてフッ素系樹脂を
使用すると、屈折率は１．３４程度である。この凹面ア
レイの面にエポキシ系樹脂のような屈折率１．５９の高
屈折率の第１の樹脂層４３を例えば減圧下で塗布する
と、凹面内に空気層が残らずに樹脂層が埋まるため凸レ
ンズアレイが樹脂層により形成される。このマイクロレ
ンズ基板４０を液晶パネルのガラス基板４５に接着する
第２の樹脂層４４は第１の樹脂層４３と液晶パネルのガ
ラス基板の屈折率に近い屈折率の樹脂材料を選ぶことに
より、入射光に対する反射を低減することができる。こ
の場合、ガラス基板４５の屈折率が通常１．５程度であ
るので、第１の樹脂層の屈折率とガラス基板の屈折率の
中間のものを選ぶのが望ましい。

【００５１】上記実施の形態１乃至３では１画素に１個
のマイクロレンズが相対するものであるが、赤、青、緑
の３画素一組に１個のマイクロレンズが相対する構造に
おいても、本発明が適用されるものであることはいうま
でもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、樹
脂凸形状レンズやガラス凸形状レンズからなるマイクロ
レンズを有する液晶表示装置を高信頼性、高歩留まりで
作製でき、低価格化も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を説明する一部断面図、

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の一実施の形
態の製造工程を示す略断面図、

【図３】本発明の他の実施の形態を説明する略断面図、

【図４】本発明の他の実施の形態を説明する略断面図。

【図５】（ａ）、（ｂ）は従来のマイクロレンズを説明
する略断面図。

【符号の説明】

１０：液晶表示装置１１：液晶パネル１２：アクティブマトリクス基板（第１の基板）１４、１４´：走査線、信号線１５：ＴＦＴ駆動素子１６：画素電極１７：共通電極１８：対向基板（第２の基板）１９：遮光膜２０：液晶層２１：マイクロレンズ基板２２：凸レンズアレイ部２２ａ：単位マイクロレンズ２３ａ：基板端面２４：第１の樹脂層２５：第２の樹脂層２６：反射防止膜３０：樹脂接着層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と第２の基板間に液晶層を有
し、前記いずれかの基板に画素電極をマトリクス状に配
置した液晶パネルと、前記いずれかの基板に樹脂接着層
を介して接着されたレンズアレイ部を形成したマイクロ
レンズ基板とを具備する液晶表示装置において、前記樹
脂接着層が前記レンズアレイ部に接する第１の樹脂層と
前記液晶パネルに接する第２の樹脂層からなり前記第１
の樹脂層の屈折率が前記マイクロレンズ基板のレンズア
レイ部の屈折率と異なることを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項２】前記マイクロレンズ基板のレンズアレイ
部は樹脂接着層側に凸状形状であ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】前記樹脂接着層の少なくとも一方の樹脂
層がフッ素系樹脂を主成分とするものであることを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記樹脂接着層中の少なくとも第１の樹
脂層の屈折率が前記レンズアレイ部の屈折率よりも小さ
いことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記第１の樹脂層と第２の樹脂層の屈折
率がほぼ等しく、かつ前記レンズアレイ部の屈折率より
も小さいことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
置。
【請求項６】上記第１の樹脂層の屈折率よりも第２の
樹脂層の屈折率の方が大きいことを特徴とする請求項２
記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記マイクロレンズ基板のレンズアレイ
部の位置する面の背面および基板端面が前記第１の樹脂
層と同じ材料の層で覆われてい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８】前記背面に形成された層が反射防止層を
形成してい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】前記第２の樹脂層が紫外線硬化型樹脂で
あ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１０】前記紫外線硬化型樹脂の第２の樹脂層
が大気雰囲気よりも酸素遮断雰囲気下でより低照射照度
で硬化する材料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１１】前記第２の樹脂層は硬化された後の第
１の樹脂層上に形成されたものであることを特徴とする
請求項９記載の液晶表示装置。