マイクロレンズアレイ及び当該マイクロレンズを有する液晶表示装置
【課題】
焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイを提供すること。
【解決手段】
本発明にかかるマイクロレンズアレイは、第１の紫外線硬化樹脂層２０３１と、紫外線硬化樹脂層２０３１の一方の面に易接着層２０３０を介して設けられた第１のフィルム層２０３３と、紫外線硬化樹脂層２０３１の他方の面に易接着層２０３０を介して設けられた第２のフィルム層２０３２と、第１のフィルム層２０３３の紫外線硬化樹脂層２０３１が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズ２０２とを有するものである。
焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイを提供すること。
【解決手段】
本発明にかかるマイクロレンズアレイは、第１の紫外線硬化樹脂層２０３１と、紫外線硬化樹脂層２０３１の一方の面に易接着層２０３０を介して設けられた第１のフィルム層２０３３と、紫外線硬化樹脂層２０３１の他方の面に易接着層２０３０を介して設けられた第２のフィルム層２０３２と、第１のフィルム層２０３３の紫外線硬化樹脂層２０３１が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズ２０２とを有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロレンズアレイ及び当該マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置の課題として高輝度化及び高視野角化がある。この課題を解決するものとしてマイクロレンズアレイを用いた液晶表示装置の発明が提案されている。
【０００３】
マイクロレンズアレイを用いた液晶表示装置の例の模式図を図７に表す。液晶表示装置は２枚の透明基板２、１２の間に液晶層７が挟持されている。そして、透明基板２の前面側には偏光フィルム１が設けられている。透明基板２の背面側にはブラックマトリクス３、カラーフィルタ層４、透明電極５、配向膜６が形成されている。透明基板２と透明基板１２の間にはスペーサ８が設けられている。透明基板１２の前面側には、ＴＦＴ素子１１、透明電極１０、配向膜９が形成されている。ここまでが通常、液晶表示パネルと呼ばれる。
【０００４】
マイクロレンズアレイ１２２及びリム１２１は透明基板１２の背面側に形成されている。偏光フィルム１３を通って入射してくる光源からの光を、マイクロレンズアレイ１２２が集光しＴＦＴ素子１１やブラックマトリクス３を避けて透明基板２へ照射することによって光の利用効率を高め高輝度化を図っている。
【０００５】
ここで紹介した例の他にもマイクロレンズアレイを透明基板２側（観察者側）に配置することによって高視野角化を図る技術もある。このような技術は例えば特許文献１に記載されている。
【０００６】
従来のマイクロレンズの製造方法には、あらかじめガラス基板表面に形成されたＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ ｒａｙ：紫外線）樹脂層にＮｉ電鋳原盤（スタンパ）を押圧してマイクロレンズ面を転写した後、ガラス基板裏側からＵＶ光を照射しＵＶ樹脂を硬化させてマイクロレンズ面の凹凸を形成し、この凹凸形成後のＵＶ樹脂層に所定の屈折率を有する光学樹脂で埋めて硬化させることでマイクロレンズ面を形成する２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ）法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
マイクロレンズとブラックマトリクスとの間隔を調整することによってマイクロレンズの焦点距離を調整する技術が特許文献３に記載されている。マイクロレンズの果たす役割は入射光をブラックマトリクス３やＴＦＴ素子１１を避けて照射し、光の高効率化を図ることによって高輝度化を実現するものである。そのため、マイクロレンズの焦点はブラックマトリクス３やＴＦＴ素子１１の開口部付近でなければならない。マイクロレンズの焦点が開口部付近から外れると光の高効率化が図られず高輝度化が図られない場合があるばかりか、液晶画面に輝度ムラが発生する場合もあり得る。
【０００８】
特許文献３に開示されている内容はこのような問題を解決するためのものであり、マイクロレンズとブラックマトリクスとの間隔を決定する樹脂層に突起を設け、この突起の高さに沿って樹脂層を形成しマイクロレンズとブラックマトリクスとの間隔を固定するものである。
【０００９】
他方、フィルム上に光学部品を形成する場合やフィルム状の光学部品を光学機器に接着する場合に、易接着層を設けることにより接着の信頼性を上げる技術が特許文献４及び特許文献５に開示されている。
【００１０】
特許文献４に開示されている内容は、液晶表示装置（ＬＣＤ）やカソードレイテューブ（ＣＲＴ）の表示画面に反射防止膜を貼り付ける際の問題を回避するものである。反射防止膜は主にプラスティックフィルムであり、表示画面は主にガラスである。両者の素材や形状による接着不良の問題を回避する手段として、片面に反射防止膜を設け他面には易接着層を設けたプラスティックフィルムを提供するものである。
【００１１】
また、特許文献５に開示されている内容は電離放射硬化樹脂で成形される樹脂硬化物からなる光学部品をプラスティックフィルム又はシート上に形成する場合に、その密着力が充分ではなく、製造工程及び２次加工工程で剥離する問題を回避するものである。プラスティックフィルム層に易接着層を形成し、その上に光学部品を形成することによって密着性を充分なものとしている。この従来技術は、あくまでもプラスティックフィルムと光学部品との接着性にのみ関する課題を解決するものである。
【特許文献１】特開平８−１６６５０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４８６２５号公報
【特許文献３】特開２０００−３２９９０６号公報
【特許文献４】特開平９−１９３３２７号公報
【特許文献５】特開平１０−３０７２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
マイクロレンズアレイについて解決すべき課題の一つとして、上記特許文献３にも記述されている焦点距離の問題がある。特許文献３に開示された方法では、装着する液晶表示パネルによってブラックマトリクスの開口部の位置に差異があった場合、液晶表示パネルごとに突起を形成する必要があり量産性に課題がある。また、レジスト形成及びエッチングには時間がかかるのでこの面からも量産性に課題が残る。
【００１３】
マイクロレンズアレイの製造方法については上記した２Ｐ法以外にも各種の方法が開発されているが、現状最も高品質のマイクロレンズアレイの製造が可能なのは２Ｐ法である。従ってマイクロレンズアレイの製造には２Ｐ法を用いるのが好ましいが、製造工程において解決すべき問題がある。
【００１４】
１つ目は生産性の問題である。生産性が悪いとマイクロレンズアレイ１つ当たりのコストが高くなり、採算の合わないものとなってしまう。この問題についてはスタンパを大型化して１度に多数のマイクロレンズアレイを成形することで解決できる。
【００１５】
２つ目はスタンパ剥離時の問題である。２Ｐ法において、ＵＶ樹脂層が硬化した後に押圧していたスタンパを剥離する工程が必要である。ここで、マイクロレンズアレイ基板と形成されたマイクロレンズとの接着力が充分でないと、スタンパを剥離する際にマイクロレンズの一部又は全部がスタンパから分離せずに残る製造不良が発生し、歩留まりに影響する。
【００１６】
また、ガラス基板は厚く、液晶表示装置のパネル薄型化の面で更に改良の余地がある。しかし、上記のような大型化による同時多数個成形とした場合は強度の関係でガラス基板に十分な厚みが必要であり、薄型化とは矛盾してしまう。充分な厚みが無い場合、割れやすく取り扱いが難しくなってしまい、歩留まりも悪くなる。特に注意すべきはマイクロレンズアレイ形成時であるので、マイクロレンズアレイ形成後にエッチングもしくは研磨等で薄くすることも可能であるが、工程数の増加となり低コスト化には適さない。また、マイクロレンズアレイ形成後も割れやすいことには変わりはないので、歩留まりの悪さを完全に解決するには至らない。
【００１７】
それに対して、ガラス基板ではなくフィルムを用いれば低コスト化及び薄型化が可能となり更にはガラスのように割れてしまうこともなくなるため、フィルム上にマイクロレンズを形成することも行なわれている。この場合、ガラスではなくフィルムとしたことによる問題として熱膨張及び熱収縮がある。
【００１８】
マイクロレンズアレイによる高輝度化や高視野角化を実現するため、液晶パネル側の画素と各マイクロレンズとは、位置が合わせられている。マイクロレンズアレイの基板にガラスを用いた場合は、液晶表示パネルとマイクロレンズアレイとの熱膨張係数がほぼ等しくなるため、温度による液晶画素とマイクロレンズとのズレを考慮する必要が無い。しかし、マイクロレンズアレイの基板にフィルムを用いた場合には、液晶表示パネルとマイクロレンズアレイとの熱膨張係数が違うため、温度変化による液晶画素とマイクロレンズとのズレが生じてしまう。また、接着面が熱膨張又は熱収縮することにより、マイクロレンズアレイと液晶表示パネルとが剥離する虞もある。
【００１９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイ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】
【００２０】
本発明にかかるマイクロレンズアレイは、第１の紫外線硬化樹脂層と、前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズとを有するものである。これにより、フィルム部材の積層によってマイクロレンズアレイの基板を構成することができるようになり、マイクロレンズの焦点距離の調整が容易になる。また、マイクロレンズと基板との接着を強固にできる。
【００２１】
ここで、前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されていることが好ましい。これにより、より容易にマイクロレンズの焦点距離の調整を行なうことができる。
【００２２】
また、前記第２のフィルム層の前記第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により液晶表示パネルと接着されることが好ましい。これにより、マイクロレンズアレイと液晶表示パネルとの接着をより強固にできる。
【００２３】
詳細には、前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。これにより、液晶表示装置の薄型と、接着硬化のバランスの取れた寸法とすることができる。
【００２４】
ＵＶ硬化樹脂との接着力強化のため、例えばＵＶ硬化樹脂がアクリル系樹脂を主体とするものであれば、前記易接着層はアクリル系材料とすることができる。ポリエステル系、ウレタン系樹脂等でも同様に易接着層にはＵＶ硬化樹脂を構成する樹脂と同様の樹脂を含むことが好ましい。中でもアクリル系樹脂が好ましい。
【００２５】
更に、当該マイクロレンズアレイは３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上、より好ましくは５０%以上、更には６０％以上であることが好ましい。これにより、UV硬化樹脂を露光する際に当該マイクロレンズを通して露光することができる。
【００２６】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚を選択する好適な範囲としては２０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。
【００２７】
また、前記第１の紫外線硬化樹脂層の厚さを１００μｍ以下とすることができる。これを以って液晶表示装置の薄型化と焦点距離の調整のバランスのとれた厚さとすることができる。
【００２８】
他方、本発明にかかる液晶表示装置は、マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置であって、当該マイクロレンズアレイは、第１の紫外線硬化樹脂層と、前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズとを有するものである。これにより、フィルム部材の積層によってマイクロレンズアレイの基板を構成することができるようになり、マイクロレンズの焦点距離の調整が容易になる。また、マイクロレンズと基板との接着を強固にできる。
【００２９】
ここで、前記マイクロレンズアレイは前記第２のフィルム層の前期第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に、易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により前記液晶表示パネルに接着されることが好ましい。これにより、マイクロレンズアレイと液晶表示パネルとの接着をより強固にできる。
【００３０】
また、前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されることが好ましい。これにより、より容易にマイクロレンズの焦点距離の調整を行なうことができる。
【００３１】
詳細には、前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。これにより、液晶表示装置の薄型と、接着硬化のバランスの取れた寸法とすることができる。
【００３２】
ＵＶ硬化樹脂との接着力強化のため、前記易接着層はアクリル系又はポリエステル系又はウレタン系等の材料とすることができる。
【００３３】
更に、３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上であることが好ましい。これにより、UV硬化樹脂を露光する際に当該マイクロレンズを通して露光することができる。
【００３４】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚を選択する好適な範囲としては、２０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。
【００３５】
また、前記第１の紫外線硬化樹脂層の厚さを１００μｍ以下とすることができる。これを以って液晶表示装置の薄型化と焦点距離の調整のバランスのとれた厚さとすることができる。
【００３６】
他方、本発明にかかるマイクロレンズアレイの焦点距離の調整方法は、複数の層が積層された基板上に複数のマイクロレンズが形成された液晶表示装置に装着されるマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法であって、装着される液晶表示装置に最適な焦点距離を決定するステップと、前記焦点距離に基づいて、予め階層的な厚さごとに用意されたフィルム及び樹脂基板の中から前記基板を構成する前記複数の層のそれぞれの層を選択するステップと、前記複数の層を積層し前記基板を形成するステップと、前記基板上にマイクロレンズを形成するステップとを有するものである。これにより、焦点距離の調整を容易に行なうことができる。
【００３７】
詳細には、前記基板は剛性の高い樹脂材料からなる高剛性樹脂層の両面にフィルム層が設けられていることが好ましい。これにより、フィルム層の厚さを選択することで所望の焦点距離に近付け、高剛性樹脂層で微調整をすることができる。
【００３８】
また、前記基板を構成する複数の層はそれぞれ易接着層を介して接着されていることが好ましい。これにより、各層の接着をより強固にすることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明により、焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。
【００４１】
まず、本実施形態にかかるマイクロレンズアレイが装着される液晶表示装置について説明する。図１は液晶表示装置の断面図を示す図である。図１において液晶表示装置は複数の画素により画面表示を実現する液晶表示パネルを基本的な構成とし、この液晶表示パネルは２枚の透明基板１０１、１０２で液晶層１０３を挟持して構成される。
【００４２】
透明基板１０１、１０２は例えばガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等により形成される。液晶表示装置の前面側に配置されている第一の透明基板１０１の裏面側である液晶層１０３と接する面には、カラーフィルタ層１０４が形成される。カラーフィルタ層１０４は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色表示を行なう３領域により構成される。ブラックマトリクス１０５はカラーフィルタ層１０４の各画素間に配置される遮光膜であり、画素間の光漏れを防止する。
【００４３】
カラーフィルタ層１０４の裏側には、透明電極１０６、配向膜１０７が順次積層形成されている。透明電極１０６は、例えばフォトリソグラフィ法により透明導電性薄膜（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成される。配向膜１０７は例えば高分子材料であるポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）薄膜等の有機薄膜で形成され、液晶層１０３の液晶分子を所定の方向に揃える役割を果たす。液晶表示装置の背面側に配置されている第２の透明基板１０２にはＴＦＴ素子１０８が形成され、更に透明電極１０６、配向膜１０７が積層形成される。ＴＦＴ素子１０８は液晶駆動用のスイッチング素子である。
【００４４】
第２の透明基板１０２の裏面側にはマイクロレンズアレイ２００が設けられており、ＵＶ硬化樹脂層２０４によって接着されている。マイクロレンズアレイ２００はリム２０１、マイクロレンズ２０２及び積層基板２０３を有する。図２はマイクロレンズアレイ２００におけるリム２０１、マイクロレンズ２０２の配置関係を示す平面図である。
【００４５】
図１及び図２において、マイクロレンズアレイ２００にはマイクロレンズ２０２が外周縁に設けられたリム２０１に周囲を囲まれるように設けられている。ここで、マイクロレンズアレイ２００とは光利用効率向上のために用いられるものである。マイクロレンズアレイ２００はガラスや紫外線硬化樹脂等の積層からなる積層基板２０３上に、例えば直径５０μｍ程度のマイクロレンズ２０２を多数配置したものである。本実施形態では積層基板２０３上に後述する易接着層２０３０を介してマイクロレンズ２０２及びリム２０１が配置されている。マイクロレンズ２０２及びリム２０１の材料はＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂及びフォトレジストからなり、製造方法によって適宜選択される。本実施形態ではＵＶ硬化樹脂を用いる。
【００４６】
画素とは、液晶表示パネル画面全体を格子状に細分化して、色や明るさの情報を蓄える微小単位をいい、画素ごとに蓄えられる情報量（Ｂｉｔ：ビット）で明暗を含む色彩の表現能力が決められる。マイクロレンズ２０２は一般に直径数ｍｍ以下の微小なレンズのことをいう。リム２０１はマイクロレンズ２０２の頂点と同一またはそれよりも高い高さで第２の透明基板１０２の裏面側の外周縁に沿って途切れることなく形成されている。リム２０１は後述の偏光板１０９を平坦性を維持して保持する目的で設けられる。リム２０１は好ましくはマイクロレンズ２０２と同一材料で構成される。
【００４７】
偏光板１０９は、入射光に対して特定の偏光成分のみを透過させる機能を有する光学部材であって、２枚の透明基板１０１、１０２の両側表面に貼り付けられる。スペーサ１１０は、透明基板１０１、１０２間の液晶層１０３の高さ（セルギャップ）を制御する樹脂粒子で、透明基板１０１、１０２間の全範囲に亘り、複数個散在される。
【００４８】
透明基板１０１、１０２は大型のマザー基板により多数個取りされる。図３は液晶表示パネル１００のマザー基板の平面図である。マザー基板１０００には液晶表示パネル１００が一定の間隔をもって配列されている。液晶表示パネル１００は上記のように各部材が透明基板１０１及び透明基板１０２によって挟持される形で形成されており、複数の第１の基板１０１のそれぞれの領域内には、裏面側にカラーフィルタ層１０４、透明電極１０６および配向膜１０７が積層形成される。複数の第２の透明基板１０２のそれぞれの領域内には、表面側にＴＦＴ素子１０８、透明電極１０６、および配向膜１０７が積層形成される。そして各透明基板１０１または１０２はマザー基板１０００から分離切断可能に形成される。
【００４９】
すなわち本実施形態における液晶表示装置は液晶層１０３、カラーフィルタ層１０４、ブラックマトリクス１０５、透明電極１０６、配向膜１０７、ＴＦＴ素子１０８及びスペーサ１１０を透明基板１０１と透明基板１０２とで挟持する形で形成される液晶表示パネル１００と、マイクロレンズアレイ２００と、両面に設けられる偏光板１０９とで形成される。
【００５０】
次に本実施形態にかかるマイクロレンズアレイ２００について、図４を用いて説明する。図４は本実施形態にかかるマイクロレンズアレイ２００の断面図である。マイクロレンズアレイ２００は積層基板２０３上にリム２０１及びマイクロレンズ２０２が設けられている。積層基板２０３はフィルム又は合成樹脂層の積層からなる基板であり、本実施形態ではＵＶ硬化樹脂層２０３１をフィルム層２０３２、２０３３で挟み込んだ形になっている。
【００５１】
このように、マイクロレンズ２０２を形成する基板を積層構造とすることにより、既存の部材から所望の層厚の部材を適宜選択して積層すればよいので、所望の焦点距離に合わせてマイクロレンズアレイ２００を形成することが容易となる。すなわち本実施形態では、フィルム層２０３２、２０３３を既存の流通しているフィルム部材の中から厚さによって選択し、ＵＶ硬化樹脂層２０３１を形成する厚さでマイクロレンズアレイ２００全体の厚さの微調整をすることによって所望の焦点距離を得ることができる。フィルム層２０３２、２０３３の層厚は例えば２０μｍ以上２００μｍ以下である。ＵＶ硬化樹脂層２０３１の材料は例えばアクリル系材料であり、層厚は１００μｍ以下である。
【００５２】
また、マイクロレンズ２０２及びリム２０１と積層基板２０３との間には、マイクロレンズ２０２及びリム２０１と一体に成形された平坦部２０５が設けられている。平坦部２０５が設けられることによりマイクロレンズ２０２と積層基板２０３との接着面が平坦に確保される。
【００５３】
また、図に示されるようにそれぞれの層の接着は易接着層２０３０を介してなされており、その接着強度を高めている。易接着層２０３０はＵＶ硬化樹脂層２０３１とフィルム層２０３２、２０３３との接着面だけでなく、マイクロレンズ２０２と一体に成形された平坦層２０５との接着面にも設けられており、その接着強度を高めている。更に、液晶表示パネル１００との接着面すなわちＵＶ硬化樹脂層２０４との接着面にも設けられている。このように、易接着層２０３０を各部材同士の接着面に設けることにより接着強度を高めることができ、以って熱膨張係数の違いによる各部材同士のズレや剥離の発生を抑制することができる。
【００５４】
上記の通り易接着層２０３０はＵＶ硬化樹脂とフィルム部材との接着力向上のために設けられる層である。本発明の実施の形態にかかる易接着層２０３０はＵＶ硬化樹脂層２０３１及びＵＶ硬化樹脂層２０４と同様にアクリル系材料からなり、層厚は０．０５μｍ以上３μｍ以下である。易接着層２０３０を設けＵＶ硬化樹脂層２０４を介すことにより液晶表示パネル１００とマイクロレンズアレイ２００は強固に接着される。これにより、上記の通り熱膨張又は熱収縮による画素とマイクロレンズとのズレ並びに剥離を回避できる。また、後述するマイクロレンズ形成工程における製造不良を低減することもできる。
【００５５】
本実施形態ではリム２０１とマイクロレンズ２０２とは平坦層２０５と共に一体に成形され生産効率の向上を図っているが、別々に成形されてもよい。
【００５６】
本実施形態では、マイクロレンズアレイ２００は全体で３００μｍ程度の厚さである。このように非常に薄く作ることによって液晶装置全体の薄型化を実現している。また、可視光の波長領域の透過性に加えて３３０ｎｍから３８０ｎｍの波長領域に対しても３０％以上の透過率を有する。
【００５７】
次に本実施形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法について、図を用いて説明する。図５は本実施形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。まず貼り合わせる液晶表示パネル１００のブラックマトリクス１０５の開口部に応じて、作成されるマイクロレンズの焦点距離を決定する。そして図５（ａ）に示すように、所望の焦点距離を実現するためのＵＶ硬化樹脂層２０３１、フィルム層２０３２及びフィルム層２０３３を流通する既存のフィルム部材及び樹脂基板から選択し、易接着層２０３０を介して積層することによって積層基板２０３を形成する。ここで、フィルム部材２０３２及び２０３３を既存の部材から選択し、ＵＶ硬化樹脂層２０３１で厚さの微調整をするようにしてもよい。
【００５８】
次に図５（ｂ）に示すように積層基板２０３上にＵＶ硬化樹脂層２０６を形成し、スタンパ２０７を押圧することによってリム２０１及びマイクロレンズ２０２の形状を転写し、更に平坦層２０５を形成する。スタンパ２０７はマイクロレンズ２０２やリム２０１などを形成するための型である。
【００５９】
次に図５（ｃ）に示すように、積層基板２０３側からＵＶ光を照射しＵＶ硬化樹脂層２０６を硬化させる。これでリム２０１及びマイクロレンズ２０２が形成される。ＵＶ光の照射は３６５ｎｍ付近の波長のＵＶ光を３０００ｍＪのエネルギーで照射する。スタンパ２０７はＮｉ電鋳原盤であるため、スタンパ２０７側からＵＶ光を露光することは不可能であり積層基板２０３を通しての露光となる。そのため、積層基板２０３にはＵＶ硬化樹脂層２０８の硬化に十分な透過率が必要である。
【００６０】
図６に示すグラフはＰＥＴフィルム上にＵＶ硬化樹脂層を形成し、光透過率の測定を行なった測定結果である。ＰＥＴフィルムは両面にアクリル系材料からなる易接着層が形成されており、その上にＵＶ硬化樹脂が形成されている。ＵＶ硬化樹脂の厚みは１００μｍ程度で、ＰＥＴフィルムの厚みは１５０μｍ程度である。図に示されるように波長３５０ｎｍ以上で７０％の透過率が得られている。これはＵＶ硬化樹脂層２０６を硬化させるのに十分な透過率といえる。
【００６１】
そして図５（ｃ）に示すようにスタンパ２０７を剥離することにより、マイクロレンズアレイ２００が完成する。スタンパ２０７とマイクロレンズアレイ２００を剥離する際に両者の間に応力が加わる場合がある。この応力によってマイクロレンズアレイの基板がガラス素材の場合は割れる虞があり、フィルム素材の場合は伸びてしまう虞があった。割れてしまえば当然のごとく歩留まりに影響するが、フィルムが伸びてしまった場合も、パネルと接着する際にマイクロレンズ２０２と画素とのアラインメントが取れなくなり、やはり歩留まりに影響する。また、ＵＶ硬化樹脂層２０８と積層基板２０３との接着力が十分でないと、ＵＶ硬化樹脂層２０８の一部又は全部がスタンパから分離せずに残ってしまい、製造不良となることもあった。
【００６２】
本実施形態では、積層基板２０３の層にフィルム層２０３２、２０３３を用いることによって割れる問題を解決し、平坦層２０５及びＵＶ硬化樹脂層２０３１を設けることによって基板が伸びてしまう問題を解決し、更に易接着層２０３０を設けることによってスタンパからＵＶ硬化樹脂層２０８の一部又は全部が分離せずに残ってしまう問題を解決している。
【００６３】
このようにして、積層基板２０３上にリム２０１、マイクロレンズ２０２及び平坦層２０５を備えるマイクロレンズアレイ２００が形成された。このマイクロレンズアレイ２００は図１に示すようにＵＶ硬化樹脂層２０４を介して液晶表示パネル１００へ接着される。この際、今度はマイクロレンズ２０２側からＵＶ光を照射する。ここでも同様に易接着層２０３０があることによってＵＶ硬化樹脂層２０４との接着力が強固になる。従って液晶表示パネル１００とマイクロレンズアレイ２００との熱膨張係数が異なる場合でも、強固に接着されていることにより温度変化による画素とマイクロレンズとのズレや剥離等の発生を低減することができる。
【００６４】
尚、リム２０１、マイクロレンズ２０２を形成する素材やマイクロレンズアレイ２００と液晶表示パネル１００とを接着する層はＵＶ樹脂に限定されず、例えば熱硬化性樹脂であってもよいが、上記のような熱膨張に関する問題を考慮すると製造工程は常温状態であることが好ましい。従ってＵＶ硬化樹脂層２０６を用いることは有効であり、積層基板２０３及びＵＶ硬化樹脂層２０６が十分な光透過率を有することは重要である。
【００６５】
以上本発明にかかるマイクロレンズアレイ及び当該マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置について説明したが、再度本発明の要旨及び伴う効果を言い換えると、まず焦点距離の調整を容易に行なうためにマイクロレンズ２０２を形成する基板を積層基板２０３とした。それに伴いフィルム部材と合成樹脂又はガラス部材との積層となるため、熱膨張係数の違いによる各層のズレ及び剥離を抑制するために各層を強固に接着した。強固な接着を実現するために各層の接着はUV硬化樹脂層によってなされるように構成し（本実施形態では平坦層２０５、UV硬化樹脂層２０３１及びUV硬化樹脂層２０４）、更にアクリル系材料からなる易接着層２０３０を介在させる構成とした。各層の接着をUV硬貨樹脂によって行なうことを可能とするため、マイクロレンズアレイ２００の所定波長領域（本実施形態では３３０ｎｍから３８０ｎｍ）の透過率を規定した。各層の接着をUV硬化樹脂層によって行なうことにより、例えば熱硬化樹脂層のように温度変化を伴う製造工程が不要となるので、先述の熱膨張係数の違いによる不具合を回避することができ、より好適である。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態にかかるマイクロレンズアレイでは、焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明にかかる液晶表示装置の断面図である。
【図２】透明基板、マイクロレンズアレイ、リムの配置関係を示す平面図である。
【図３】透明基板のマザー基板の平面図である。
【図４】本発明にかかるマイクロレンズアレイの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかるマイクロレンズアレイの製造工程を表す図である。
【図６】本発明にかかるマイクロレンズアレイの光透過率の実験データである。
【図７】従来技術にかかる液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ マイクロレンズアレイ、２ 透明基板、３ ブラックマトリクス、
４ カラーフィルタ層、５ 透明電極、６ 配向膜、７ 液晶層、
８ スペーサ、９ 配向膜、１０ 透明電極、１１ 素子、１２ 透明基板、
１３ 偏光フィルム、１００ 液晶表示パネル、１０１ 透明基板、
１０２ 透明基板、１０３ 液晶層、１０４ カラーフィルタ層、
１０５ ブラックマトリクス、１０６ 透明電極、１０７ 配向膜、
１０８ 素子、１０９ 偏光板、１１０ スペーサ、１２１ リム、
１２２ マイクロレンズアレイ、２００ マイクロレンズアレイ、
２０１ リム、２０２ マイクロレンズ、２０３ 積層基板、
２０４ ＵＶ硬化樹脂層、２０５ 平坦部、２０６ 硬化樹脂層、
２０７ スタンパ、２０８ 硬化樹脂層、１０００ マザー基板、
２０３０ 易接着層、２０３１ ＵＶ硬化樹脂層、２０３２ フィルム層、
２０３３ フィルム層
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロレンズアレイ及び当該マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置の課題として高輝度化及び高視野角化がある。この課題を解決するものとしてマイクロレンズアレイを用いた液晶表示装置の発明が提案されている。
【０００３】
マイクロレンズアレイを用いた液晶表示装置の例の模式図を図７に表す。液晶表示装置は２枚の透明基板２、１２の間に液晶層７が挟持されている。そして、透明基板２の前面側には偏光フィルム１が設けられている。透明基板２の背面側にはブラックマトリクス３、カラーフィルタ層４、透明電極５、配向膜６が形成されている。透明基板２と透明基板１２の間にはスペーサ８が設けられている。透明基板１２の前面側には、ＴＦＴ素子１１、透明電極１０、配向膜９が形成されている。ここまでが通常、液晶表示パネルと呼ばれる。
【０００４】
マイクロレンズアレイ１２２及びリム１２１は透明基板１２の背面側に形成されている。偏光フィルム１３を通って入射してくる光源からの光を、マイクロレンズアレイ１２２が集光しＴＦＴ素子１１やブラックマトリクス３を避けて透明基板２へ照射することによって光の利用効率を高め高輝度化を図っている。
【０００５】
ここで紹介した例の他にもマイクロレンズアレイを透明基板２側（観察者側）に配置することによって高視野角化を図る技術もある。このような技術は例えば特許文献１に記載されている。
【０００６】
従来のマイクロレンズの製造方法には、あらかじめガラス基板表面に形成されたＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ ｒａｙ：紫外線）樹脂層にＮｉ電鋳原盤（スタンパ）を押圧してマイクロレンズ面を転写した後、ガラス基板裏側からＵＶ光を照射しＵＶ樹脂を硬化させてマイクロレンズ面の凹凸を形成し、この凹凸形成後のＵＶ樹脂層に所定の屈折率を有する光学樹脂で埋めて硬化させることでマイクロレンズ面を形成する２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ）法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
マイクロレンズとブラックマトリクスとの間隔を調整することによってマイクロレンズの焦点距離を調整する技術が特許文献３に記載されている。マイクロレンズの果たす役割は入射光をブラックマトリクス３やＴＦＴ素子１１を避けて照射し、光の高効率化を図ることによって高輝度化を実現するものである。そのため、マイクロレンズの焦点はブラックマトリクス３やＴＦＴ素子１１の開口部付近でなければならない。マイクロレンズの焦点が開口部付近から外れると光の高効率化が図られず高輝度化が図られない場合があるばかりか、液晶画面に輝度ムラが発生する場合もあり得る。
【０００８】
特許文献３に開示されている内容はこのような問題を解決するためのものであり、マイクロレンズとブラックマトリクスとの間隔を決定する樹脂層に突起を設け、この突起の高さに沿って樹脂層を形成しマイクロレンズとブラックマトリクスとの間隔を固定するものである。
【０００９】
他方、フィルム上に光学部品を形成する場合やフィルム状の光学部品を光学機器に接着する場合に、易接着層を設けることにより接着の信頼性を上げる技術が特許文献４及び特許文献５に開示されている。
【００１０】
特許文献４に開示されている内容は、液晶表示装置（ＬＣＤ）やカソードレイテューブ（ＣＲＴ）の表示画面に反射防止膜を貼り付ける際の問題を回避するものである。反射防止膜は主にプラスティックフィルムであり、表示画面は主にガラスである。両者の素材や形状による接着不良の問題を回避する手段として、片面に反射防止膜を設け他面には易接着層を設けたプラスティックフィルムを提供するものである。
【００１１】
また、特許文献５に開示されている内容は電離放射硬化樹脂で成形される樹脂硬化物からなる光学部品をプラスティックフィルム又はシート上に形成する場合に、その密着力が充分ではなく、製造工程及び２次加工工程で剥離する問題を回避するものである。プラスティックフィルム層に易接着層を形成し、その上に光学部品を形成することによって密着性を充分なものとしている。この従来技術は、あくまでもプラスティックフィルムと光学部品との接着性にのみ関する課題を解決するものである。
【特許文献１】特開平８−１６６５０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４８６２５号公報
【特許文献３】特開２０００−３２９９０６号公報
【特許文献４】特開平９−１９３３２７号公報
【特許文献５】特開平１０−３０７２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
マイクロレンズアレイについて解決すべき課題の一つとして、上記特許文献３にも記述されている焦点距離の問題がある。特許文献３に開示された方法では、装着する液晶表示パネルによってブラックマトリクスの開口部の位置に差異があった場合、液晶表示パネルごとに突起を形成する必要があり量産性に課題がある。また、レジスト形成及びエッチングには時間がかかるのでこの面からも量産性に課題が残る。
【００１３】
マイクロレンズアレイの製造方法については上記した２Ｐ法以外にも各種の方法が開発されているが、現状最も高品質のマイクロレンズアレイの製造が可能なのは２Ｐ法である。従ってマイクロレンズアレイの製造には２Ｐ法を用いるのが好ましいが、製造工程において解決すべき問題がある。
【００１４】
１つ目は生産性の問題である。生産性が悪いとマイクロレンズアレイ１つ当たりのコストが高くなり、採算の合わないものとなってしまう。この問題についてはスタンパを大型化して１度に多数のマイクロレンズアレイを成形することで解決できる。
【００１５】
２つ目はスタンパ剥離時の問題である。２Ｐ法において、ＵＶ樹脂層が硬化した後に押圧していたスタンパを剥離する工程が必要である。ここで、マイクロレンズアレイ基板と形成されたマイクロレンズとの接着力が充分でないと、スタンパを剥離する際にマイクロレンズの一部又は全部がスタンパから分離せずに残る製造不良が発生し、歩留まりに影響する。
【００１６】
また、ガラス基板は厚く、液晶表示装置のパネル薄型化の面で更に改良の余地がある。しかし、上記のような大型化による同時多数個成形とした場合は強度の関係でガラス基板に十分な厚みが必要であり、薄型化とは矛盾してしまう。充分な厚みが無い場合、割れやすく取り扱いが難しくなってしまい、歩留まりも悪くなる。特に注意すべきはマイクロレンズアレイ形成時であるので、マイクロレンズアレイ形成後にエッチングもしくは研磨等で薄くすることも可能であるが、工程数の増加となり低コスト化には適さない。また、マイクロレンズアレイ形成後も割れやすいことには変わりはないので、歩留まりの悪さを完全に解決するには至らない。
【００１７】
それに対して、ガラス基板ではなくフィルムを用いれば低コスト化及び薄型化が可能となり更にはガラスのように割れてしまうこともなくなるため、フィルム上にマイクロレンズを形成することも行なわれている。この場合、ガラスではなくフィルムとしたことによる問題として熱膨張及び熱収縮がある。
【００１８】
マイクロレンズアレイによる高輝度化や高視野角化を実現するため、液晶パネル側の画素と各マイクロレンズとは、位置が合わせられている。マイクロレンズアレイの基板にガラスを用いた場合は、液晶表示パネルとマイクロレンズアレイとの熱膨張係数がほぼ等しくなるため、温度による液晶画素とマイクロレンズとのズレを考慮する必要が無い。しかし、マイクロレンズアレイの基板にフィルムを用いた場合には、液晶表示パネルとマイクロレンズアレイとの熱膨張係数が違うため、温度変化による液晶画素とマイクロレンズとのズレが生じてしまう。また、接着面が熱膨張又は熱収縮することにより、マイクロレンズアレイと液晶表示パネルとが剥離する虞もある。
【００１９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイ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】
【００２０】
本発明にかかるマイクロレンズアレイは、第１の紫外線硬化樹脂層と、前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズとを有するものである。これにより、フィルム部材の積層によってマイクロレンズアレイの基板を構成することができるようになり、マイクロレンズの焦点距離の調整が容易になる。また、マイクロレンズと基板との接着を強固にできる。
【００２１】
ここで、前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されていることが好ましい。これにより、より容易にマイクロレンズの焦点距離の調整を行なうことができる。
【００２２】
また、前記第２のフィルム層の前記第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により液晶表示パネルと接着されることが好ましい。これにより、マイクロレンズアレイと液晶表示パネルとの接着をより強固にできる。
【００２３】
詳細には、前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。これにより、液晶表示装置の薄型と、接着硬化のバランスの取れた寸法とすることができる。
【００２４】
ＵＶ硬化樹脂との接着力強化のため、例えばＵＶ硬化樹脂がアクリル系樹脂を主体とするものであれば、前記易接着層はアクリル系材料とすることができる。ポリエステル系、ウレタン系樹脂等でも同様に易接着層にはＵＶ硬化樹脂を構成する樹脂と同様の樹脂を含むことが好ましい。中でもアクリル系樹脂が好ましい。
【００２５】
更に、当該マイクロレンズアレイは３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上、より好ましくは５０%以上、更には６０％以上であることが好ましい。これにより、UV硬化樹脂を露光する際に当該マイクロレンズを通して露光することができる。
【００２６】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚を選択する好適な範囲としては２０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。
【００２７】
また、前記第１の紫外線硬化樹脂層の厚さを１００μｍ以下とすることができる。これを以って液晶表示装置の薄型化と焦点距離の調整のバランスのとれた厚さとすることができる。
【００２８】
他方、本発明にかかる液晶表示装置は、マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置であって、当該マイクロレンズアレイは、第１の紫外線硬化樹脂層と、前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズとを有するものである。これにより、フィルム部材の積層によってマイクロレンズアレイの基板を構成することができるようになり、マイクロレンズの焦点距離の調整が容易になる。また、マイクロレンズと基板との接着を強固にできる。
【００２９】
ここで、前記マイクロレンズアレイは前記第２のフィルム層の前期第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に、易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により前記液晶表示パネルに接着されることが好ましい。これにより、マイクロレンズアレイと液晶表示パネルとの接着をより強固にできる。
【００３０】
また、前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されることが好ましい。これにより、より容易にマイクロレンズの焦点距離の調整を行なうことができる。
【００３１】
詳細には、前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。これにより、液晶表示装置の薄型と、接着硬化のバランスの取れた寸法とすることができる。
【００３２】
ＵＶ硬化樹脂との接着力強化のため、前記易接着層はアクリル系又はポリエステル系又はウレタン系等の材料とすることができる。
【００３３】
更に、３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上であることが好ましい。これにより、UV硬化樹脂を露光する際に当該マイクロレンズを通して露光することができる。
【００３４】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚を選択する好適な範囲としては、２０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。
【００３５】
また、前記第１の紫外線硬化樹脂層の厚さを１００μｍ以下とすることができる。これを以って液晶表示装置の薄型化と焦点距離の調整のバランスのとれた厚さとすることができる。
【００３６】
他方、本発明にかかるマイクロレンズアレイの焦点距離の調整方法は、複数の層が積層された基板上に複数のマイクロレンズが形成された液晶表示装置に装着されるマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法であって、装着される液晶表示装置に最適な焦点距離を決定するステップと、前記焦点距離に基づいて、予め階層的な厚さごとに用意されたフィルム及び樹脂基板の中から前記基板を構成する前記複数の層のそれぞれの層を選択するステップと、前記複数の層を積層し前記基板を形成するステップと、前記基板上にマイクロレンズを形成するステップとを有するものである。これにより、焦点距離の調整を容易に行なうことができる。
【００３７】
詳細には、前記基板は剛性の高い樹脂材料からなる高剛性樹脂層の両面にフィルム層が設けられていることが好ましい。これにより、フィルム層の厚さを選択することで所望の焦点距離に近付け、高剛性樹脂層で微調整をすることができる。
【００３８】
また、前記基板を構成する複数の層はそれぞれ易接着層を介して接着されていることが好ましい。これにより、各層の接着をより強固にすることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明により、焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。
【００４１】
まず、本実施形態にかかるマイクロレンズアレイが装着される液晶表示装置について説明する。図１は液晶表示装置の断面図を示す図である。図１において液晶表示装置は複数の画素により画面表示を実現する液晶表示パネルを基本的な構成とし、この液晶表示パネルは２枚の透明基板１０１、１０２で液晶層１０３を挟持して構成される。
【００４２】
透明基板１０１、１０２は例えばガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等により形成される。液晶表示装置の前面側に配置されている第一の透明基板１０１の裏面側である液晶層１０３と接する面には、カラーフィルタ層１０４が形成される。カラーフィルタ層１０４は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色表示を行なう３領域により構成される。ブラックマトリクス１０５はカラーフィルタ層１０４の各画素間に配置される遮光膜であり、画素間の光漏れを防止する。
【００４３】
カラーフィルタ層１０４の裏側には、透明電極１０６、配向膜１０７が順次積層形成されている。透明電極１０６は、例えばフォトリソグラフィ法により透明導電性薄膜（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成される。配向膜１０７は例えば高分子材料であるポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）薄膜等の有機薄膜で形成され、液晶層１０３の液晶分子を所定の方向に揃える役割を果たす。液晶表示装置の背面側に配置されている第２の透明基板１０２にはＴＦＴ素子１０８が形成され、更に透明電極１０６、配向膜１０７が積層形成される。ＴＦＴ素子１０８は液晶駆動用のスイッチング素子である。
【００４４】
第２の透明基板１０２の裏面側にはマイクロレンズアレイ２００が設けられており、ＵＶ硬化樹脂層２０４によって接着されている。マイクロレンズアレイ２００はリム２０１、マイクロレンズ２０２及び積層基板２０３を有する。図２はマイクロレンズアレイ２００におけるリム２０１、マイクロレンズ２０２の配置関係を示す平面図である。
【００４５】
図１及び図２において、マイクロレンズアレイ２００にはマイクロレンズ２０２が外周縁に設けられたリム２０１に周囲を囲まれるように設けられている。ここで、マイクロレンズアレイ２００とは光利用効率向上のために用いられるものである。マイクロレンズアレイ２００はガラスや紫外線硬化樹脂等の積層からなる積層基板２０３上に、例えば直径５０μｍ程度のマイクロレンズ２０２を多数配置したものである。本実施形態では積層基板２０３上に後述する易接着層２０３０を介してマイクロレンズ２０２及びリム２０１が配置されている。マイクロレンズ２０２及びリム２０１の材料はＵＶ硬化樹脂や熱硬化樹脂及びフォトレジストからなり、製造方法によって適宜選択される。本実施形態ではＵＶ硬化樹脂を用いる。
【００４６】
画素とは、液晶表示パネル画面全体を格子状に細分化して、色や明るさの情報を蓄える微小単位をいい、画素ごとに蓄えられる情報量（Ｂｉｔ：ビット）で明暗を含む色彩の表現能力が決められる。マイクロレンズ２０２は一般に直径数ｍｍ以下の微小なレンズのことをいう。リム２０１はマイクロレンズ２０２の頂点と同一またはそれよりも高い高さで第２の透明基板１０２の裏面側の外周縁に沿って途切れることなく形成されている。リム２０１は後述の偏光板１０９を平坦性を維持して保持する目的で設けられる。リム２０１は好ましくはマイクロレンズ２０２と同一材料で構成される。
【００４７】
偏光板１０９は、入射光に対して特定の偏光成分のみを透過させる機能を有する光学部材であって、２枚の透明基板１０１、１０２の両側表面に貼り付けられる。スペーサ１１０は、透明基板１０１、１０２間の液晶層１０３の高さ（セルギャップ）を制御する樹脂粒子で、透明基板１０１、１０２間の全範囲に亘り、複数個散在される。
【００４８】
透明基板１０１、１０２は大型のマザー基板により多数個取りされる。図３は液晶表示パネル１００のマザー基板の平面図である。マザー基板１０００には液晶表示パネル１００が一定の間隔をもって配列されている。液晶表示パネル１００は上記のように各部材が透明基板１０１及び透明基板１０２によって挟持される形で形成されており、複数の第１の基板１０１のそれぞれの領域内には、裏面側にカラーフィルタ層１０４、透明電極１０６および配向膜１０７が積層形成される。複数の第２の透明基板１０２のそれぞれの領域内には、表面側にＴＦＴ素子１０８、透明電極１０６、および配向膜１０７が積層形成される。そして各透明基板１０１または１０２はマザー基板１０００から分離切断可能に形成される。
【００４９】
すなわち本実施形態における液晶表示装置は液晶層１０３、カラーフィルタ層１０４、ブラックマトリクス１０５、透明電極１０６、配向膜１０７、ＴＦＴ素子１０８及びスペーサ１１０を透明基板１０１と透明基板１０２とで挟持する形で形成される液晶表示パネル１００と、マイクロレンズアレイ２００と、両面に設けられる偏光板１０９とで形成される。
【００５０】
次に本実施形態にかかるマイクロレンズアレイ２００について、図４を用いて説明する。図４は本実施形態にかかるマイクロレンズアレイ２００の断面図である。マイクロレンズアレイ２００は積層基板２０３上にリム２０１及びマイクロレンズ２０２が設けられている。積層基板２０３はフィルム又は合成樹脂層の積層からなる基板であり、本実施形態ではＵＶ硬化樹脂層２０３１をフィルム層２０３２、２０３３で挟み込んだ形になっている。
【００５１】
このように、マイクロレンズ２０２を形成する基板を積層構造とすることにより、既存の部材から所望の層厚の部材を適宜選択して積層すればよいので、所望の焦点距離に合わせてマイクロレンズアレイ２００を形成することが容易となる。すなわち本実施形態では、フィルム層２０３２、２０３３を既存の流通しているフィルム部材の中から厚さによって選択し、ＵＶ硬化樹脂層２０３１を形成する厚さでマイクロレンズアレイ２００全体の厚さの微調整をすることによって所望の焦点距離を得ることができる。フィルム層２０３２、２０３３の層厚は例えば２０μｍ以上２００μｍ以下である。ＵＶ硬化樹脂層２０３１の材料は例えばアクリル系材料であり、層厚は１００μｍ以下である。
【００５２】
また、マイクロレンズ２０２及びリム２０１と積層基板２０３との間には、マイクロレンズ２０２及びリム２０１と一体に成形された平坦部２０５が設けられている。平坦部２０５が設けられることによりマイクロレンズ２０２と積層基板２０３との接着面が平坦に確保される。
【００５３】
また、図に示されるようにそれぞれの層の接着は易接着層２０３０を介してなされており、その接着強度を高めている。易接着層２０３０はＵＶ硬化樹脂層２０３１とフィルム層２０３２、２０３３との接着面だけでなく、マイクロレンズ２０２と一体に成形された平坦層２０５との接着面にも設けられており、その接着強度を高めている。更に、液晶表示パネル１００との接着面すなわちＵＶ硬化樹脂層２０４との接着面にも設けられている。このように、易接着層２０３０を各部材同士の接着面に設けることにより接着強度を高めることができ、以って熱膨張係数の違いによる各部材同士のズレや剥離の発生を抑制することができる。
【００５４】
上記の通り易接着層２０３０はＵＶ硬化樹脂とフィルム部材との接着力向上のために設けられる層である。本発明の実施の形態にかかる易接着層２０３０はＵＶ硬化樹脂層２０３１及びＵＶ硬化樹脂層２０４と同様にアクリル系材料からなり、層厚は０．０５μｍ以上３μｍ以下である。易接着層２０３０を設けＵＶ硬化樹脂層２０４を介すことにより液晶表示パネル１００とマイクロレンズアレイ２００は強固に接着される。これにより、上記の通り熱膨張又は熱収縮による画素とマイクロレンズとのズレ並びに剥離を回避できる。また、後述するマイクロレンズ形成工程における製造不良を低減することもできる。
【００５５】
本実施形態ではリム２０１とマイクロレンズ２０２とは平坦層２０５と共に一体に成形され生産効率の向上を図っているが、別々に成形されてもよい。
【００５６】
本実施形態では、マイクロレンズアレイ２００は全体で３００μｍ程度の厚さである。このように非常に薄く作ることによって液晶装置全体の薄型化を実現している。また、可視光の波長領域の透過性に加えて３３０ｎｍから３８０ｎｍの波長領域に対しても３０％以上の透過率を有する。
【００５７】
次に本実施形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法について、図を用いて説明する。図５は本実施形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。まず貼り合わせる液晶表示パネル１００のブラックマトリクス１０５の開口部に応じて、作成されるマイクロレンズの焦点距離を決定する。そして図５（ａ）に示すように、所望の焦点距離を実現するためのＵＶ硬化樹脂層２０３１、フィルム層２０３２及びフィルム層２０３３を流通する既存のフィルム部材及び樹脂基板から選択し、易接着層２０３０を介して積層することによって積層基板２０３を形成する。ここで、フィルム部材２０３２及び２０３３を既存の部材から選択し、ＵＶ硬化樹脂層２０３１で厚さの微調整をするようにしてもよい。
【００５８】
次に図５（ｂ）に示すように積層基板２０３上にＵＶ硬化樹脂層２０６を形成し、スタンパ２０７を押圧することによってリム２０１及びマイクロレンズ２０２の形状を転写し、更に平坦層２０５を形成する。スタンパ２０７はマイクロレンズ２０２やリム２０１などを形成するための型である。
【００５９】
次に図５（ｃ）に示すように、積層基板２０３側からＵＶ光を照射しＵＶ硬化樹脂層２０６を硬化させる。これでリム２０１及びマイクロレンズ２０２が形成される。ＵＶ光の照射は３６５ｎｍ付近の波長のＵＶ光を３０００ｍＪのエネルギーで照射する。スタンパ２０７はＮｉ電鋳原盤であるため、スタンパ２０７側からＵＶ光を露光することは不可能であり積層基板２０３を通しての露光となる。そのため、積層基板２０３にはＵＶ硬化樹脂層２０８の硬化に十分な透過率が必要である。
【００６０】
図６に示すグラフはＰＥＴフィルム上にＵＶ硬化樹脂層を形成し、光透過率の測定を行なった測定結果である。ＰＥＴフィルムは両面にアクリル系材料からなる易接着層が形成されており、その上にＵＶ硬化樹脂が形成されている。ＵＶ硬化樹脂の厚みは１００μｍ程度で、ＰＥＴフィルムの厚みは１５０μｍ程度である。図に示されるように波長３５０ｎｍ以上で７０％の透過率が得られている。これはＵＶ硬化樹脂層２０６を硬化させるのに十分な透過率といえる。
【００６１】
そして図５（ｃ）に示すようにスタンパ２０７を剥離することにより、マイクロレンズアレイ２００が完成する。スタンパ２０７とマイクロレンズアレイ２００を剥離する際に両者の間に応力が加わる場合がある。この応力によってマイクロレンズアレイの基板がガラス素材の場合は割れる虞があり、フィルム素材の場合は伸びてしまう虞があった。割れてしまえば当然のごとく歩留まりに影響するが、フィルムが伸びてしまった場合も、パネルと接着する際にマイクロレンズ２０２と画素とのアラインメントが取れなくなり、やはり歩留まりに影響する。また、ＵＶ硬化樹脂層２０８と積層基板２０３との接着力が十分でないと、ＵＶ硬化樹脂層２０８の一部又は全部がスタンパから分離せずに残ってしまい、製造不良となることもあった。
【００６２】
本実施形態では、積層基板２０３の層にフィルム層２０３２、２０３３を用いることによって割れる問題を解決し、平坦層２０５及びＵＶ硬化樹脂層２０３１を設けることによって基板が伸びてしまう問題を解決し、更に易接着層２０３０を設けることによってスタンパからＵＶ硬化樹脂層２０８の一部又は全部が分離せずに残ってしまう問題を解決している。
【００６３】
このようにして、積層基板２０３上にリム２０１、マイクロレンズ２０２及び平坦層２０５を備えるマイクロレンズアレイ２００が形成された。このマイクロレンズアレイ２００は図１に示すようにＵＶ硬化樹脂層２０４を介して液晶表示パネル１００へ接着される。この際、今度はマイクロレンズ２０２側からＵＶ光を照射する。ここでも同様に易接着層２０３０があることによってＵＶ硬化樹脂層２０４との接着力が強固になる。従って液晶表示パネル１００とマイクロレンズアレイ２００との熱膨張係数が異なる場合でも、強固に接着されていることにより温度変化による画素とマイクロレンズとのズレや剥離等の発生を低減することができる。
【００６４】
尚、リム２０１、マイクロレンズ２０２を形成する素材やマイクロレンズアレイ２００と液晶表示パネル１００とを接着する層はＵＶ樹脂に限定されず、例えば熱硬化性樹脂であってもよいが、上記のような熱膨張に関する問題を考慮すると製造工程は常温状態であることが好ましい。従ってＵＶ硬化樹脂層２０６を用いることは有効であり、積層基板２０３及びＵＶ硬化樹脂層２０６が十分な光透過率を有することは重要である。
【００６５】
以上本発明にかかるマイクロレンズアレイ及び当該マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置について説明したが、再度本発明の要旨及び伴う効果を言い換えると、まず焦点距離の調整を容易に行なうためにマイクロレンズ２０２を形成する基板を積層基板２０３とした。それに伴いフィルム部材と合成樹脂又はガラス部材との積層となるため、熱膨張係数の違いによる各層のズレ及び剥離を抑制するために各層を強固に接着した。強固な接着を実現するために各層の接着はUV硬化樹脂層によってなされるように構成し（本実施形態では平坦層２０５、UV硬化樹脂層２０３１及びUV硬化樹脂層２０４）、更にアクリル系材料からなる易接着層２０３０を介在させる構成とした。各層の接着をUV硬貨樹脂によって行なうことを可能とするため、マイクロレンズアレイ２００の所定波長領域（本実施形態では３３０ｎｍから３８０ｎｍ）の透過率を規定した。各層の接着をUV硬化樹脂層によって行なうことにより、例えば熱硬化樹脂層のように温度変化を伴う製造工程が不要となるので、先述の熱膨張係数の違いによる不具合を回避することができ、より好適である。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態にかかるマイクロレンズアレイでは、焦点距離の調整が容易で温度変化による画素とマイクロレンズとのズレ及び剥離を低減したマイクロレンズアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明にかかる液晶表示装置の断面図である。
【図２】透明基板、マイクロレンズアレイ、リムの配置関係を示す平面図である。
【図３】透明基板のマザー基板の平面図である。
【図４】本発明にかかるマイクロレンズアレイの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかるマイクロレンズアレイの製造工程を表す図である。
【図６】本発明にかかるマイクロレンズアレイの光透過率の実験データである。
【図７】従来技術にかかる液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ マイクロレンズアレイ、２ 透明基板、３ ブラックマトリクス、
４ カラーフィルタ層、５ 透明電極、６ 配向膜、７ 液晶層、
８ スペーサ、９ 配向膜、１０ 透明電極、１１ 素子、１２ 透明基板、
１３ 偏光フィルム、１００ 液晶表示パネル、１０１ 透明基板、
１０２ 透明基板、１０３ 液晶層、１０４ カラーフィルタ層、
１０５ ブラックマトリクス、１０６ 透明電極、１０７ 配向膜、
１０８ 素子、１０９ 偏光板、１１０ スペーサ、１２１ リム、
１２２ マイクロレンズアレイ、２００ マイクロレンズアレイ、
２０１ リム、２０２ マイクロレンズ、２０３ 積層基板、
２０４ ＵＶ硬化樹脂層、２０５ 平坦部、２０６ 硬化樹脂層、
２０７ スタンパ、２０８ 硬化樹脂層、１０００ マザー基板、
２０３０ 易接着層、２０３１ ＵＶ硬化樹脂層、２０３２ フィルム層、
２０３３ フィルム層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の紫外線硬化樹脂層と、
前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、
前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、
前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズと、
を有するマイクロレンズアレイ。
【請求項２】
前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項３】
前記第２のフィルム層の前記第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により液晶表示パネルと接着されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項４】
前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項５】
３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項６】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚が２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項７】
前記第１の紫外線硬化樹脂層の層厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項８】
マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置であって、
当該マイクロレンズアレイは、
第１の紫外線硬化樹脂層と、
前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、
前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、
前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズとを有する液晶表示装置。
【請求項９】
前記マイクロレンズアレイは前記第２のフィルム層の前記第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に、易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により前記液晶表示パネルに接着されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上であることを特徴とするマイクロレンズアレイを備えた請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚が２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第１の紫外線硬化樹脂層の層厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
複数の層が積層された基板上に複数のマイクロレンズが形成された液晶表示装置に装着されるマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法であって、
装着される液晶表示装置に最適な焦点距離を決定するステップと、
前記焦点距離に基づいて、予め階層的な厚さごとに用意されたフィルム及び樹脂基板の中から前記基板を構成する前記複数の層のそれぞれの層を選択するステップと、
前記複数の層を積層し前記基板を形成するステップと、
前記基板上にマイクロレンズを形成するステップと、
を有するマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法。
【請求項１６】
前記基板は剛性の高い樹脂材料からなる高剛性樹脂層の両面にフィルム層が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法。
【請求項１７】
前記基板を構成する複数の層はそれぞれ易接着層を介して接着されていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法。
【請求項１】
第１の紫外線硬化樹脂層と、
前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、
前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、
前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズと、
を有するマイクロレンズアレイ。
【請求項２】
前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項３】
前記第２のフィルム層の前記第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により液晶表示パネルと接着されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項４】
前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項５】
３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項６】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚が２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項７】
前記第１の紫外線硬化樹脂層の層厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項８】
マイクロレンズアレイを有する液晶表示装置であって、
当該マイクロレンズアレイは、
第１の紫外線硬化樹脂層と、
前記紫外線硬化樹脂層の一方の面に易接着層を介して設けられた第１のフィルム層と、
前記紫外線硬化樹脂層の他方の面に易接着層を介して設けられた第２のフィルム層と、
前記第１のフィルム層の前記紫外線硬化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に易接着層を介して設けられた複数のマイクロレンズとを有する液晶表示装置。
【請求項９】
前記マイクロレンズアレイは前記第２のフィルム層の前記第１の紫外線硬化樹脂層と接着されている面とは反対の面に、易接着層を介して第２の紫外線硬化樹脂層により前記液晶表示パネルに接着されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２のフィルム層には既存の流通しているフィルム部材が使用されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記易接着層の層厚が０．０５μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
３３０ｎｍから３８０ｎｍまでの領域の光学波長に対して透過率が３０％以上であることを特徴とするマイクロレンズアレイを備えた請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２のフィルム層の層厚が２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第１の紫外線硬化樹脂層の層厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
複数の層が積層された基板上に複数のマイクロレンズが形成された液晶表示装置に装着されるマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法であって、
装着される液晶表示装置に最適な焦点距離を決定するステップと、
前記焦点距離に基づいて、予め階層的な厚さごとに用意されたフィルム及び樹脂基板の中から前記基板を構成する前記複数の層のそれぞれの層を選択するステップと、
前記複数の層を積層し前記基板を形成するステップと、
前記基板上にマイクロレンズを形成するステップと、
を有するマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法。
【請求項１６】
前記基板は剛性の高い樹脂材料からなる高剛性樹脂層の両面にフィルム層が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法。
【請求項１７】
前記基板を構成する複数の層はそれぞれ易接着層を介して接着されていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロレンズアレイの製造工程における焦点距離の調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−４７７０８（Ｐ２００６−４７７０８Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２８８７８（Ｐ２００４−２２８８７８）
【出願日】平成１６年８月５日（２００４．８．５）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月５日（２００４．８．５）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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