JPH09218400A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各画素上に形成されるマイクロレンズを微細化
して、その上に平坦化層を設けることにより、マイクロ
レンズ自体の配光角を減少させずに、画素上のマイクロ
レンズによる表面凹凸差を少なく抑えるとともに、マイ
クロレンズと平坦化層との屈折率差を適正に設定するこ
とにより、観察側への全ての射出光を視野角の範囲内に
配光させ表示画面の明るさを向上させる。 【解決手段】少なくとも一方が透明基板ａ1 である対向
配置した一対の基板と、これら基板間に封入された液晶
物質ａ9 と、該透明基板の液晶物質に近い面側の各画素
ａ3 に対応する部位に複数に区分するように配設せしめ
た高屈折率材料で構成されたマイクロレンズａ8 と、該
マイクロレンズ上に低屈折率樹脂にて形成された平坦化
層ａ4 と、該平坦化層上に形成された透明電極ａ5 とを
備える。

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
り、液晶表示装置に入射した光線が有効に利得できるよ
うに改良した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置は、画素毎に電圧の
印加を行える電極が配設され、且つ少なくとも一方が透
明である互いに対向する一対の基板と、これらの基板間
に封入された液晶物質とでその主要部が構成されてい
る。

【０００３】上記電極間に電圧を印加することにより液
晶物質の配向状態を画素毎に変化させて、この液晶物質
を透過する光の偏光面を制御するとともに、偏光フィル
ムによりその透過・不透過を制御して画面表示を行うも
ので、家庭用又は業務用のディスプレイ、ビデオカメ
ラ、あるいは入出力装置などに広く利用されている。

【０００４】また、透明基板上にカラーフィルタ層を備
えるカラーフィルタ基板を、上記液晶表示装置のいずれ
か一方の基板に適用することにより画面表示のカラー化
が図れる。

【０００５】図２は、従来の液晶表示装置における一方
の基板であるカラーフィルタ基板を示す部分側断面図で
あり、カラーフィルタ基板Ａは、ガラス板、プラスチッ
ク板などの透明基板ａ1 と、各画素部に対応する部位に
各々設けられ、且つ各画素部を透過する透過光をそれぞ
れ対応する色に着色させる複数のカラーフィルタ層ａ3R
（赤色フィルタ）、ａ3G（緑色フィルタ）、ａ3B（青色
フィルタ）と、これらのカラーフィルタ層の間隙部位に
設けられた遮光層ａ2 と、上記カラーフィルタ層上に設
けられた平坦化層ａ4 とで主要部が構成され、この平坦
化層ａ4 の表面に、透明電極ａ5 と配向膜（液晶物質と
接触してその界面の液晶物質を配向させる膜、図示せ
ず）をそれぞれ配設して、上記液晶表示装置のカラーフ
ィルタ基板として適用されている。

【０００６】また、図２に示すように、上記カラーフィ
ルタ基板Ａに対して平行に他方の基板Ｂが離間対向し
て、その周辺を互いに接合シール材ａ7 によってシール
されて接合され、該基板Ａ、Ｂ間には液晶物質ａ9 が封
入されている。

【０００７】前記基板Ｂは、液晶表示装置が透過型の場
合はガラス板、プラスチック板などの透明基板が使用さ
れ、液晶表示装置が反射型の場合は必ずしも透明基板で
なくてもよいが少なくとも前記一方の基板Ａ側より入射
する光をその入射方向に反射させるための反射層（金属
蒸着などによる光反射性薄膜層、図示せず）を備えてい
る。

【０００８】そして、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍＴｒ
ａｎｓｉｓｔｅｒ）を利用したアクティブマトリクス駆
動方式による液晶表示装置の場合は、図２に示すよう
に、一方の前記基板Ａに形成された上記平坦化層ａ4 上
の透明電極ａ5 は全面ベタ状に形成され、これと対向す
る他方の基板Ｂ（基板ｂ1 ）の表面には、各画素毎に対
応するマトリクス状にパターン形成されたＴＦＴ（Ｔｈ
ｉｎ ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｅｒ）による電極ｂ2
を備えている。

【０００９】また、単純マトリクス駆動方式による液晶
表示装置の場合は、図２に示すように、一方の前記基板
Ａに形成された上記平坦化層ａ4 上の透明電極ａ5 はス
トライプパターン状に形成され、これと対向する他方の
基板Ｂ（基板ｂ1 ）の表面には、ストライプパターン状
に形成された透明電極ｂ2 を備えており、前記一方の基
板Ａの透明電極ａ5 と他方の基板Ｂの透明電極ｂ2 とは
互いに直交する方向に配設されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、画面表示の
ために対向する一対の電極ａ5 、ｂ2 間に電圧を印加し
た場合、隣接する画素と画素との間の画素間の部位にお
ける電圧印加状態は不安定になり易いため、その画素間
に対応する部位の液晶物質も、その電圧による配向が乱
れ易くなる。

【００１１】また、図２に示す従来の液晶表示装置のよ
うに、１画素上に１個のマイクロレンズを形成する方法
ではレンズが厚くなるため、その上に被覆形成される平
坦化層ａ4 及び透明電極ａ5 の凹凸差が大きく、液晶セ
ルのギャップにも大きな差が生じて、液晶の応答も不均
一になり、表示品位の低下が生じ易い。

【００１２】そして、これに起因して画素間の部位を透
過する透過光の透過率も安定しなくなるため、画素間の
コントラストや色純度を劣化させる原因になり易かっ
た。

【００１３】そこで、上述したように上記透明基板ａ1
の画素間の部位に、遮光膜ａ2 を設けて、この部位の光
透過を防止して表示画面のコントラストや色純度を向上
させる方法が採られていた。

【００１４】しかし、この遮光膜ａ2 の存在により必然
的に入射光線の有効利得が減少するため、液晶表示画面
の明るさを低下させる問題があった。

【００１５】例えば、画面表示領域中の上記遮光膜ａ2
が存在しない部位（画面の全画素における光透過可能な
部位）の全面積Ｘ’と、上記画面表示領域の全面積Ｘと
の比（Ｘ’／Ｘ）×１００を開口率（％）としたとき、
ＴＦＴ方式を利用したアクティブマトリクス駆動方式の
液晶表示装置においては、４０〜５０％程度の極めて低
い開口率であり、また、液晶物質としてＳＴＮ（Ｓｕｐ
ｅｒ ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶を利用した
単純マトリクス駆動方式の液晶表示装置においても、せ
いぜい７０〜８０％程度の開口率に過ぎない。

【００１６】従って、入射光線の約５０〜８０％が画面
表示に利用されるに過ぎず、入射光線の約２０〜５０％
が損失することによる画面表示の明るさの低下が発生し
ていた。

【００１７】この画面の明るさを改善する方法として
は、例えば、図２に示すように、一方の透明基板上に複
数のカラーフィルタ層ａ3R（赤色フィルタ）、ａ3G（緑
色フィルタ）、ａ3B（青色フィルタ）による各画素部を
形成し、同基板の背面側の前記各カラーフィルタ層に対
応する位置にマイクロレンズａ6 を形成した液晶表示装
置用の基板を用いることにより、カラーフィルタ層を透
過した光を視野角（観察視野内）の範囲に集光させて、
表示画面の明るさを向上させる方法が採られている。

【００１８】また、各カラーフィルタ層ａ3R（赤色フィ
ルタ）、ａ3G（緑色フィルタ）、ａ3B（青色フィルタ）
上に直接マイクロレンズａ6 を一体形成する構成では、
各カラーフィルタ層上にマイクロレンズが各フィルタ層
のピッチ間隔を以て突出し、そのためカラーフィルタ層
上にかなりの凹凸が発生し、液晶の配向の安定化、表示
画面のコントラスト、色純度の向上のためには、カラー
フィルタ層上への平坦化層の形成が不可欠であった。

【００１９】また、これに伴い、マイクロレンズａ6 と
平坦化層ａ4 のそれぞれ形成に用いられる透明材料（透
明樹脂）の屈折率差によって集光効果を得る際に、より
十分な集光効果を得るためにマイクロレンズの曲率を半
円（又は半球）に近い大きな曲率にする必要があり、現
状のカラーフィルタの画素寸法ではマイクロレンズの肉
厚（レンズの光軸中心が通る部分のレンズの最大厚さ）
が数十μｍのオーダーとなって液晶表示装置が全体的に
厚くなり、液晶表示装置用の基板としては、実装上にお
いて不適な構成となっていた。

【００２０】また、十分な集光効果を得るためにはマイ
クロレンズによる大きな屈折角（配光角）が必要であ
り、１画素サイズが１００〜３００μｍ程度の大きさで
は、マイクロレンズを肉厚１０〜２０μｍ以上に厚くせ
ざるを得ず、このため、このマイクロレンズによる凹凸
を解消するためには平坦化層を１０〜３０μｍ以上に厚
く形成しなければならなかった。

【００２１】そのため、平坦化層を厚く形成した際に、
平坦化層に皺やクラックが発生したり、平坦化層の加熱
乾燥時における加熱により透明電極にクラックや断線が
発生したり、平坦化層からガスが発生したり、また平坦
化層を厚く形成するときに、原材料（平坦化樹脂液）の
粘度が高いことから塗布むらが発生し易く、収率低下の
原因となっており、また、厚膜にすることにより製造コ
ストが高くなることも大きな問題であった。

【００２２】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、その課題とするところは、各画素上に形
成されるマイクロレンズを微細化して、その上に平坦化
層を設けることにより、マイクロレンズ自体の配光角を
減少させずに、画素上のマイクロレンズによる表面凹凸
差をコンマ数μｍ以下に少なく抑えるとともに、マイク
ロレンズと平坦化層との屈折率差を適正に設定すること
により、観察側への全ての射出光を視野角の範囲内に配
光させて、表示画面の明るさを向上させることにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
方が透明基板である対向配置した一対の基板と、これら
基板間に封入された液晶物質と、前記透明基板の液晶物
質に近い面側の各画素に対応する部位上に複数に区分す
るように配設せしめた高屈折率材料で構成されたマイク
ロレンズと、該マイクロレンズ上に低屈折率樹脂にて形
成された平坦化層と、該平坦化層上に形成された透明電
極とを備えることを特徴とする液晶表示装置である。

【００２４】また本発明は、上記発明の液晶表示装置に
おいて、前記マイクロレンズは、１画素上に少なくとも
一次元方向又は二次元方向に複数に区分され、一次元方
向当たり５〜３０個に区分されている液晶表示装置であ
る。

【００２５】また本発明は、上記発明の液晶表示装置に
おいて、前記マイクロレンズを構成する高屈折率材料の
屈折率が１．５以上であり、且つ前記平坦化層の樹脂の
屈折率が１．４８以下である液晶表示装置である。

【００２６】また本発明は、上記発明の液晶表示装置に
おいて、前記平坦化層の樹脂が有機シリケートである液
晶表示装置である。

【００２７】また本発明は、上記発明の液晶表示装置に
おいて、前記平坦化層の樹脂がフッ素系樹脂である液晶
表示装置である。

【００２８】また本発明は、上記発明の液晶表示装置に
おいて、前記一対の基板の液晶物質に近い面の片側に、
カラーフィルタ層が形成されている液晶表示装置であ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の液晶表示装置を、実施の
形態に従って以下に詳細に説明する。

【００３０】〔本発明の液晶表示装置の構造の概要〕図
１は、本発明の液晶表示装置における一方の基板である
カラーフィルタ基板Ａを示す部分側断面図であり、カラ
ーフィルタ基板Ａは、ガラス板、プラスチック板などの
透明基板１と、各画素部に対応する部位に各々設けら
れ、且つ各画素部を透過する透過光をそれぞれ対応する
色に着色させる複数のカラーフィルタ層ａ3R（赤色フィ
ルタ）、ａ3G（緑色フィルタ）、ａ3B（青色フィルタ）
と、これらのカラーフィルタ層の間隙部位に設けられた
遮光層ａ2 と、上記カラーフィルタ層上に設けられた平
坦化層ａ4 とで主要部が構成され、この平坦化層ａ4 の
表面に、透明電極ａ5 と配向膜（液晶物質と接触してそ
の界面の液晶物質を配向させる膜、図示せず）をそれぞ
れ配設して、上記液晶表示装置のカラーフィルタ基板と
して適用されている。

【００３１】また、図１に示すように、上記カラーフィ
ルタ基板Ａに対して平行に他方の基板Ｂが離間対向し
て、その周辺を互いに接合シール材ａ7 によってシール
されて接合され、該基板Ａ、Ｂ間には液晶物質ａ9 が封
入されている。

【００３２】前記基板Ｂは、液晶表示装置が透過型の場
合はガラス板、プラスチック板などの透明基板が使用さ
れ、液晶表示装置が反射型の場合は必ずしも透明基板で
なくてもよいが少なくとも前記一方の基板Ａ側より入射
する光をその入射方向に反射させるための反射層（金属
蒸着などによる光反射性薄膜層、図示せず）を備えてい
る。

【００３３】そして、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍＴｒ
ａｎｓｉｓｔｅｒ）を利用したアクティブマトリクス駆
動方式による液晶表示装置の場合は、図１に示すよう
に、一方の前記基板Ａに形成された上記平坦化層ａ4 上
の透明電極ａ5 は全面ベタ状に形成され、これと対向す
る他方の基板Ｂ（基板ｂ1 ）の表面には、各画素毎に対
応するマトリクス状にパターン形成されたＴＦＴ（Ｔｈ
ｉｎ ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｅｒ）による電極ｂ2
を備えている。

【００３４】また、単純マトリクス駆動方式による液晶
表示装置の場合は、図１に示すように、一方の前記基板
Ａに形成された上記平坦化層ａ4 上の透明電極ａ5 はス
トライプパターン状に形成され、これと対向する他方の
基板Ｂ（基板ｂ1 ）の表面には、ストライプパターン状
に形成された透明電極ｂ2 を備えており、前記一方の基
板Ａの透明電極ａ5 と他方の基板Ｂの透明電極ｂ2 とは
互いに直交する方向に配設されている。

【００３５】〔本発明の液晶表示装置の構造の特徴〕本
発明の液晶表示装置は、図１に示すように、片側の基板
Ａのカラーフィルタ層ａ3R（赤色フィルタ）、ａ3G（緑
色フィルタ）、ａ3B（青色フィルタ）としての各画素上
に、それぞれ各画素を複数区画に微細に区分するように
配設せしめた高屈折率材料で構成されたマイクロレンズ
ａ8 を備えている。

【００３６】そして、図１に示すように、該マイクロレ
ンズａ8 上には、その高屈折率材料の屈折率より低屈折
率の樹脂にて形成された平坦化層ａ4 と、該平坦化層ａ
4 上に形成された透明電極ａ5 とを備えている。

【００３７】〔マイクロレンズ及びそのレンズ厚さ及び
レンズ径について〕上記マイクロレンズａ8 の１つずつ
の形状としては、その表面ができる限り球面の一部を構
成する形状が望ましいが、なるべく画面中央部方向への
集光効果を高めるためには、球面両側の曲率をより小さ
くする方向に設定することが望ましい。

【００３８】本発明におけるマイクロレンズａ8 は、１
画素上に複数のマイクロレンズを備えており、そのレン
ズの厚さ及びレンズ径は、１画素のサイズによって適宜
に設定されるが、例えば、１画素のサイズが１００μｍ
四方であれば、レンズの厚さは１〜６μｍ、レンズ径は
１００μｍ未満の範囲において４〜５０μｍ程度が適当
である。

【００３９】また、本発明におけるマイクロレンズａ8
は、１画素上に少なくとも一次元方向にストライプ状、
ドット状に、又は二次元方向にドット状、ストライプ状
に複数に区分された（又は配列された）形状であり、マ
イクロレンズａ8 は、例えば１画素上に一次元方向当た
り５〜３０個程度が配列されていることが望ましい。

【００４０】そして、平坦性を考慮して、なるべくレン
ズａ8 の凹凸差を少なくして、且つ配光角３５〜４０°
以下の集光性の良いレンスａ8 とするために、例えばレ
ンズの厚さは２〜４μｍ、レンズ径は４〜１０μｍ程度
が好ましい。

【００４１】この場合、上記マイクロレンズａ8 の１つ
ずつが球面レンズ（凸レンズ）の機能を有し、各画素ａ
3R（赤色フィルタ）、ａ3G（緑色フィルタ）、ａ3B（青
色フィルタ）に向けて入射した入射光線を、観察視野角
の範囲に配光させ、その入射光線の光利得の効率を増大
させ、より明るい画面表示を可能にさせる。

【００４２】なお、上記マイクロレンズａ8 の１つずつ
の形状としては、製造収率を良好にし且つ生産性を増大
させるために、球面以外に、円柱側面の一部を構成する
形状（かまぼこ形状）にすることも可能である。

【００４３】この場合は、各画素に向けて入射した光線
と、画素間の部位に向けて入射した光線の全体を、上記
円柱形状のマイクロレンズａ8 の円柱中心軸方向に収束
する方向へ屈折させることができる。

【００４４】〔各画素上への微細区分されたマイクロレ
ンズの形成について〕上記発明の液晶表示装置における
微細区分されたマイクロレンズａ8 の形成には、透明な
高屈折率材料が使用される。

【００４５】高屈折率材料としては、例えば、ポリカー
ボネート、ポリスチレン、アクリルエポキシ、フローレ
ン系アクリル、ポリイミド、脂肪族縮合多環化物（必要
に応じて化学構造中にブロム原子、イオウ原子を含む）
のうちのいずれか１種、若しくはそれらのうちのいずれ
か２種以上を複合した有機系樹脂による材料が使用され
る。

【００４６】また本発明においては、前記高屈折率材料
として、シリコーンアルコキシド樹脂のアルコール溶液
をベースとして、チタン、ジルコニウム、タンタルなど
の金属を混合した有機系樹脂溶液が使用でき、アルコー
ルの混合重量％を適宜に調整することによって粘度を調
整したものであって、これを基板に塗布して焼成してシ
リコンアルコキシドと前記金属とを反応させることによ
って高屈折率化したものが使用できる。

【００４７】〔マイクロレンズの形成方法その１〕上記
高屈折率の有機系樹脂を使用して、マイクロレンズａ8
を形成する方法としては、例えば、透明基板ａ1 上に各
画素ａ3R（赤色フィルタ）、ａ3G（緑色フィルタ）、ａ
3B（青色フィルタ）をパターン形成した後、該各画素上
に凹版印刷方式などの印刷によって高屈折率の有機系樹
脂により構成する透明インキを微細に区分して点状若し
くはストライプ状に印刷し乾燥固化して、若しくは乾燥
固化後に加熱溶融させてその表面張力によりマイクロレ
ンズ形状に変形させて乾燥固化して、マイクロレンズａ
8 を形成する方法がある。

【００４８】〔マイクロレンズの形成方法その２〕ま
た、上記高屈折率の有機系樹脂を透明な感光性樹脂で構
成し、この感光性樹脂を透明基板ａ1 上にパターン形成
した各画素ａ3R（赤色フィルタ）、ａ3G（緑色フィル
タ）、ａ3B（青色フィルタ）上に塗布して皮膜を形成
し、各画素毎に、微細に区分した点状若しくはストライ
プ状にパターン露光・現像処理して、上記各画素に対応
する部位に、微細に区分された点状若しくはストライプ
状に感光性樹脂を残存させ、その後に加熱溶融させて、
その表面張力によりマイクロレンズ形状に変形させて形
成する方法の適用も可能である。

【００４９】〔マイクロレンズの形成方法その３〕ま
た、上記高屈折率の有機系樹脂を透明基板ａ1 上に塗布
して被膜を形成し、さらに、この有機系樹脂被膜上に感
光性樹脂を塗布して感光性被膜を形成し、各画素毎に、
この感光性被膜を微細に区分した点状若しくはストライ
プ状にパターン露光・現像処理（ウエット現像）して、
上記各画素に対応する部位に微細に区分された点状若し
くはストライプ状に感光性樹脂を残存させるとともに、
この現像処理にて使用される現像液による感光性被膜に
対するサイドエッチング現象を利用して、該感光性被膜
の断面をマイクロレンズ形状に加工し、次に、感光性被
膜の除去された部分の有機系樹脂被膜を、その膜厚に応
じてエッチング量を制御しながらドライエッチングし
て、有機系樹脂被膜をマイクロレンズ形状に成形する方
法も適用できる。

【００５０】〔平坦化層について〕次に、本発明に係る
上記平坦化層ａ4 を構成する材料としては、屈折率が低
いもの程好ましく、例えば、屈折率１．４６〜１．４８
の有機系シリケート、あるいは屈折率１．３４〜１．４
５のフッ素系樹脂などが使用できる。

【００５１】有機系シリケートとしては、例えば、東京
応化工業（株）製のＭＯＦ、ＰＣＦシリーズ（屈折率
１．４６〜１．４８）などが使用できる。

【００５２】フッ素系樹脂としては、例えば、テトラフ
ルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体
（屈折率約１．３４）や、フッ素系アクリル樹脂（屈折
率１．３４〜１．４０）などが適用できる。

【００５３】また、上記平坦化層ａ4 は、各画素毎の複
数の各マイクロレンズａ8 間の凹凸差（段差）を埋め
て、この平坦化層ａ4 上に設けられた透明電極ａ5 や、
配向膜（接する液晶物質ａ9 を配向させる薄膜）を、平
坦に形成し、これにより表示むらや、応答むらを防止す
るものであるが、この平坦化層ａ4 は単層構成であって
もよいし、又は複層構成であってもよく、あるいは、こ
の平坦化層ａ4 の材料とは異なる別の透明樹脂を介在さ
せた複層構成であってもよく、このようにすることによ
り平坦化層ａ4 の表面の平坦性を良好にするようにして
もよい。

【００５４】そして、例えば、カラーフィルタ層ａ3 が
予め透明基板ａ1 に一体的に積層状態でパターン形成さ
れている場合は、カラーフィルタ層ａ3 上に、まず平坦
化層ａ4 とは別の透明樹脂層を設け、カラーフィルタ層
ａ3 に起因する凹凸を埋めることにより、上記平坦化層
ａ3 の表面の平坦性を一層向上させる。

【００５５】このようにして良好な平坦性を持たせて平
坦化層ａ4 を設けた液晶表示装置の一方の基板Ａは、透
明電極ａ5 の形成面に高度の平坦性が要求される液晶表
示装置（例えばＳＴＮ型液晶、ＯＣＢ、ＥＣＢや、ＢＴ
Ｎ型液晶、強誘電液晶などを適用した表示装置）として
適している。

【００５６】〔透明基板について〕次に、本発明に係る
上記透明基板ａ1 としては、ガラス板の他に、プラスチ
ックフィルム、プラスチックボードなどが使用できる。

【００５７】〔カラーフィルタ層について〕また、この
透明基板ａ1 が上記各画素の部位を透過する透過光を対
応する色に着色するカラーフィルタ層ａ3 を具備する場
合は、液晶表示装置のカラー表示が可能となる。なお、
モノクロ表示を行うもの、あるいはＥＣＢ型（液晶複屈
折によるカラー着色方式）やゲストホスト（液晶着色方
式）など液晶自体でカラー表示を行うものについては、
上記カラーフィルタ層ａ3 を省略することができる。

【００５８】上記カラーフィルタ層ａ3 としては、透明
樹脂バインダーと、この透明樹脂バインダー中に混合し
た着色剤（顔料、染料）を主成分とするものが使用でき
る。

【００５９】〔カラーフィルタ層の樹脂バインダーにつ
いて〕このような透明樹脂バインダーとしては、透明基
板ａ1 との界面における光反射を防止して、入射光を効
率適に利得するために、上記透明基板ａ1 とおよそ同一
の屈折率を有する樹脂が適当である。

【００６０】上記カラーフィルタ層ａ3 の透明樹脂バイ
ンダーとしては、例えば、アクリル樹脂、アクリルエポ
キシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、あるいはこれ
らの共重合体による樹脂が使用でき、また、エポキシ樹
脂にメラミン樹脂を添加したものを使用することが可能
であり、また、これらの樹脂は、熱硬化型樹脂（硬化剤
を含むもの）、紫外線硬化型樹脂（硬化剤を含むも
の）、電子線硬化型樹脂（硬化剤を含まないもの）な
ど、あるいはこれら硬化方式の併用による硬化型樹脂で
あってもよい。

【００６１】〔カラーフィルタ層の着色剤について〕次
に、上記着色剤としては、染料又は顔料が適用でき、顔
料を適用する場合には、透明性の高い微粒子状の有機系
顔料が適当である。

【００６２】このような顔料としては、光の三原色の下
記赤色顔料、緑色顔料、青色顔料が使用できる。なお、
いずれも、Ｃ．Ｉ．（Ｃｏｌｏｒ Ｉｎｄｅｘ Ｎｕｍ
ｂｅｒ）により表示する。

【００６３】赤色顔料；Ｎｏ．９７、１２２、１４９、
１６８、１７７、１８０、１９２、２１５ 緑色顔料；Ｎｏ．７、３６ 青色顔料；Ｎｏ．１５、１５と１の混合物、１５と４の
混合物、１５と６の混合物、２２、６０、６４

【００６４】また、上記着色顔料としては、上述した赤
色顔料、緑色顔料、青色顔料に限らず、その補色の藍色
（シアン）、紅色（マゼンタ）、黄色（イエロー）の三
色の顔料を使用してそれらの配合率の調整により着色す
るようにしてもよい。

【００６５】例えば、紅色（マゼンタ）と黄色（イエロ
ー）の顔料を主体として配合率を調整して混合すること
により赤色に、また、藍色（シアン）と黄色（イエロ
ー）の顔料を主体として配合率を調整して混合すること
により緑色に、また、藍色（シアン）と紅色（マゼン
タ）の顔料を主体として配合率を調整して混合すること
により青色にそれぞれ着色する。

【００６６】また、上記着色顔料は、高屈折率の有機系
樹脂による被覆処理されたものや、カップリング剤、ア
ルコール、アミン、有機酸などの表面処理剤による表面
処理が施されたものであってもよい。

【００６７】また、上記カラーフィルタ層ａ3 は、透明
樹脂バインダーと着色剤の他に、この着色剤を微粒子状
に均一にバインダー中に分散させる分散助剤や界面活性
剤などを含有するものであってもよい。

【００６８】〔カラーフィルタ層の形成方法〕そして、
上記カラーフィルタ層ａ3 を形成する方法としては、例
えば、グラビアオフセット印刷方式（若しくは凹版オフ
セット印刷方式）などの印刷方式が適用できる。

【００６９】また、フォトリソグラフィ方式を使用する
ことも可能である。すなわち、透明な感光性樹脂に着色
剤を混合して、着色感光性樹脂塑性物を調製し、この着
色感光性樹脂塑性物を透明基板上に塗布した後、各画素
パターン状にパターン露光・現像処理して、透明基板上
の各画素に対応する部位に、それぞれ着色感光性樹脂塑
性物層を選択的に形成する方法である。

【００７０】あるいは、透明樹脂に着色剤を混合した着
色樹脂を調製して、これを電着方式にて透明基板ａ1 上
に電着する方法によって形成することも可能である。

【００７１】〔カラーフィルタ層の膜厚について〕カラ
ーフィルタ層ａ3 の膜厚は、各色（赤色、緑色、青色）
ともに、ほぼ同一膜厚になるように形成するものである
が、後において各画素のカラーフィルタ層ａ3 上に形成
されるマイクロレンズａ8 が、例えば波長分散の大きい
材料（入射光の色や波長の相違による屈折率の変動の大
きい材料）から構成される場合は、カラーフィルタ層の
各画素の色の透過波長に対応して、カラーフィルタ層の
膜厚を適宜に設定することにより、各色の画素を透過す
る透過光の光路長さを一定に揃えるなどの調製を行うも
のである。

【００７２】〔遮光層について〕本発明に係る液晶表示
装置において使用する一方の透明基板Ａにおいて、表示
画面のコントラストを一層向上させるために、画素間
（赤色、緑色、青色の各画素間）の部位に、光透過を防
止する遮光層ａ2 を設けることも可能である。

【００７３】この遮光層ａ2 は、透明基板ａ1 に直接接
する位置に設けることができる他に微細に細分された複
数個のマイクロレンズａ8 を１単位として、各画素毎に
１単位ずつ形成されている各単位のマイクロレンズａ8
間の隙間に存在する凹部を埋めるように設けてもよい。

【００７４】〔透明電極について〕次に、本発明の液晶
表示装置において使用する一方の透明基板Ａは、上記平
坦化層ａ4 の上に透明電極ａ5 と配向膜（図示せず）を
設けるものであるが、上記透明電極ａ5 が、ＩＴＯ薄膜
で構成される場合は、このＩＴＯ薄膜はかなり高い屈折
率（１．９〜２．１程度）を有することから、上記平坦
化層ａ4 とＩＴＯ薄膜による透明電極ａ5 との界面で光
の反射（全反射）現象が発生し易くなる。

【００７５】そこで、上記平坦化層ａ4 とＩＴＯ薄膜に
よる透明電極ａ5 との間、又は該透明電極ａ5 上に、両
者の中間の屈折率を有する透明樹脂層（反射防止層）を
介在させて、反射を防止するようにしてもよい。

【００７６】この反射防止層としては、例えば、二酸化
珪素などの酸化物の薄膜、あるいは屈折率１．４〜１．
５程度の有機系樹脂が挙げられる。

【００７７】〔本発明の作用について〕本発明の液晶表
示装置は、透明基板（一方の基板Ａ）上の各画素（カラ
ーフィルタ層ａ3 に相当する部分）上に、それぞれ各画
素毎に微細に細分化した複数個のマイクロレンズａ8 を
１単位としてその１単位ずつのマイクロレンズａ8 を積
層形成したので、各画素上のマイクロレンズａ8 を微細
に細分化したことによる画素上の表面凹凸差がコンマ数
μｍ以下に抑えられ、液晶表示装置用の一方の基板Ａの
全体の膜厚を薄くすることができる。

【００７８】また、上記マイクロレンズａ8 の材料とし
て、高屈折率材料を使用するとともに、平坦化層ａ4 の
材料として、これよりも低屈折材料を使用するようにし
て、その屈折率差を増大させることにより、各画素を透
過する透過光を、それぞれ観察視野角の範囲に配光させ
ることができ、表示画面の明るさを従来よりも向上させ
ることができ、最大１．５倍程度まで明るくすることが
できる。

【００７９】また、液晶表示装置に使用する照明光源
（バックライト、サイドライト）が、拡散光の場合は、
マイクロレンズ無しの場合に比較して、広角入射した光
成分まで表示用光線として活用可能となるので、表示画
面の明るさを向上させることができる。

【００８０】

【実施例】以下に、本発明の液晶表示装置の具体的実施
例を説明する。

【００８１】＜実施例１＞図１に示すように、厚さ０．
７ｍｍのガラス製の透明基板ａ1 上の各画素間に対応す
る部位に、それぞれ遮光層ａ2 を形成した。

【００８２】次に、この透明基板ａ1 上に、透明なアク
リル系感光性樹脂と赤色顔料との混合物からなる赤色感
光性樹脂を塗布して赤色感光性被膜を形成し、該被膜を
パターン露光・現像処理して、各赤色画素に対応する部
位に、平面矩形状の赤色フィルタ層ａ3Rを形成した。

【００８３】続いて、上記同様の方法により、上記透明
基板ａ1 上のそれぞれ各緑色画素と各青色画素に対応す
る部位に、平面矩形状の緑色フィルタ層ａ3G、青色フィ
ルタ層ａ3Bを順次形成して、赤色フィルタ層ａ3R、緑色
フィルタ層ａ3G、青色フィルタ層ａ3Bを１単位とする多
数単位のカラーフィルタ層ａ3 をマトリクスパターン状
に形成した。

【００８４】次に、上記カラーフィルタ層ａ3 上に、メ
ラミン系樹脂からなる透明な感光性樹脂を塗布して感光
性樹脂被膜を形成し、該感光性樹脂被膜をフォトリソク
ラフィ方式にてパターンニングし、続いてパターンニン
グされた感光性樹脂被膜を加熱溶融して、その溶融樹脂
の表面張力により、上記マイクロレンズ形状に変形さ
せ、上記カラーフィルタ層ａ3 の各色の画素（画素サイ
ズ；１００μｍ）上に、マイクロレンズレンズ中央部の
厚み及びレンズ径が、下記表１に示すような数値になる
ように半球状のマイクロレンズａ8 をドット状に形成
し、それぞれサンプルＮｏ．１〜４２の基板サンプルを
作成した。

【００８５】

【表１】

【００８６】続いて、作成された上記基板サンプルＮ
ｏ．１〜２０のそれぞれマイクロレンズａ8 上に、フッ
素系化合物で変性したアクリレート系モノマーに光重合
開始剤を３重量％程度混合した透明樹脂液を、これらマ
イクロレンズａ8 による凹凸表面が平坦になるように塗
布し、酸素による重合阻害を防ぐために不活性ガス（窒
素）雰囲気中にて、その塗布面に紫外線を照射し、光硬
化させて平坦化層ａ4 を形成した。

【００８７】このようにして透明基板ａ1 上での遮光層
ａ2 とカラーフィルタ層ａ3 とマイクロレンズａ8 と平
坦化層ａ4 とによる総厚が約５μｍになるように形成し
た。

【００８８】次に、上記平坦化層ａ4 の表面を真空槽内
でプラズマ処理した後、同真空槽内から取り出すことな
く、同真空槽内で上記平坦化層ａ4 の表面にスパッタリ
ング方式により厚さ０．２μｍのＩＴＯ薄膜からなる透
明電極ａ5 を形成した。

【００８９】なお、上記マイクロレンズａ8 は、波長４
５０ｎｍの光線に対する屈折率が１．５８である高屈折
率のメラミン樹脂にて形成し、上記平坦化層ａ4 は、屈
折率が１．４０である紫外線硬化型のフッ素化合物変性
アクリル樹脂にて形成した。

【００９０】このようにしてサンプルＮｏ．１〜２０ま
での各基板サンプルの透明基板ａ1上に、遮光層ａ2 と
カラーフィルタ層ａ3 とマイクロレンズａ8 と平坦化層
ａ4と透明電極ａ5 とを積層形成して、本発明の液晶表
示装置における一方の基板Ａをサンプル１〜２０まで作
成した。

【００９１】そして、上記作成された各一方の基板Ａに
他方の基板Ｂを離間対向させ、両基板Ａ、Ｂをその周囲
にて接合シールａ7 により接合するとともに、両基板
Ａ、Ｂの対向隙間内に液晶物質ａ9 を封入して、サンプ
ルＮｏ．１〜２０までの基板サンプルによる本発明の液
晶表示装置を作成した。

【００９２】＜比較結果＞１画素上に複数マイクロレン
ズ搭載による本発明の液晶表示装置と、１画素上に１マ
イクロレンズ搭載による従来の液晶表示装置とを比較す
るため、本発明の液晶表示装置に使用する実施例１によ
り作成した上記表１に示す１画素上に複数マイクロレン
ズ搭載によるそれぞれ基板サンプル（サンプルＮｏ．１
〜４２）の輝度Ｌと、従来の液晶表示装置に使用する１
画素上に１マイクロレンズ搭載による基板の輝度Ｌ_O と
を測定し、輝度比（％）＝Ｌ／Ｌ_O ×１００に基づいて
輝度比を算出した。その結果を表２に示す。

【００９３】

【表２】

【００９４】表２に示すように、本発明液晶表示装置に
使用するサンプルＮｏ．１〜４２までの基板の輝度比は
全て１００％以上であり、良好な輝度比が得られ、従来
装置に使用する基板よりも輝度は高く、表示画面の明る
さが改良された。

【００９５】また、本発明の液晶表示装置（パネル）の
全体の厚さは、従来装置（パネル）の厚さと比較してほ
ぼ同じ厚さ、又はマイクロレンズ材料に高屈折率材料を
使用し、そのレンズ形状を微細に区分して薄く形成でき
た分だけ装置の厚さを薄く改良することができた。

【００９６】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、各画素上に形
成されるマイクロレンズを高屈折率材料により形成する
とともに、より微細化し、その上に低屈折率材料による
平坦化層を設けることによって、マイクロレンズ自体の
配光角を減少させずに、寧ろ、より増大させて、各画素
上に形成されるマイクロレンズによる表面凹凸差をコン
マ数μｍ以下に少なく抑えることができ、少なくとも、
液晶表示装置用の一方の基板に積層された層構成体を含
めて全体の総厚を従来よりも薄くできる効果がある。

【００９７】また、高屈折率材料によるマイクロレンズ
と平坦化層との屈折率差を適正に設定することにより、
観察側への全ての射出光を視野角の範囲内に配光させ
て、液晶表示画面の明るさを一層向上させる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の部分側断面図である。

【図２】従来の液晶表示装置の部分側断面図である。

【符号の説明】

Ａ…一方の基板 Ｂ…他方の基板 ａ1 …透明基板 ａ2 …遮光層 ａ3 …カラーフィルタ
層 ａ3R…赤色フィルタ層 ａ3G…緑色フィルタ層 ａ3B…
青色フィルタ層 ａ4 …平坦化層 ａ5 …透明電極 ａ6 …マイクロレン
ズ ａ7 …接合シール ａ8 …複数に区分されたマイクロレンズ ａ9 …液晶物
質 ｂ1 …透明基板 ｂ2 …透明電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透明基板である対向配置
   した一対の基板と、これら基板間に封入された液晶物質
   と、前記透明基板の液晶物質に近い面側の各画素に対応
   する部位上に複数に区分するように配設せしめた高屈折
   率材料で構成されたマイクロレンズと、該マイクロレン
   ズ上に低屈折率樹脂にて形成された平坦化層と、該平坦
   化層上に形成された透明電極とを備えることを特徴とす
   る液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記マイクロレンズは、１画素上に少なく
   とも一次元方向に１０〜３０個に区分されている請求項
   １記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】前記マイクロレンズを構成する高屈折率材
   料の屈折率が１．５以上であり、且つ前記平坦化層の樹
   脂の屈折率が１．４８以下である請求項１又は請求項２
   記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】前記平坦化層の樹脂が有機シリケートであ
   る請求項１乃至請求項３記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】前記平坦化層の樹脂がフッ素系樹脂である
   請求項１乃至請求項３記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】前記一対の基板の液晶物質に近い面の片側
   に、カラーフィルタ層が形成されている請求項１乃至請
   求項５記載の液晶表示装置。