專(zhuān)利名稱(chēng)：顯示板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非自發(fā)光型顯示板及其制造方法，尤其涉及具有使光利用效率提高用的微透鏡陣列的顯示板及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為監(jiān)視器、投影機(jī)、便攜信息終端、便攜電話(huà)等中使用的顯示裝置，廣泛利用作為非自發(fā)光型顯示裝置的液晶顯示裝置。液晶顯示裝置所代表的非自發(fā)光型顯示裝置，一般由驅(qū)動(dòng)信號(hào)使顯示板的透射率(或反射率)變化，對(duì)照射到顯示板的來(lái)自光源的光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，以顯示圖像和字符。這種顯示裝置有直接觀(guān)察顯示板顯示的圖像等的直視型顯示裝置、以及由投影透鏡將顯示板顯示的圖像等放大并投影到屏幕上的投影型顯示裝置(投影機(jī))。作為液晶顯示裝置以外的非自發(fā)光型顯示裝置，已知道電致色變顯示裝置、電泳型顯示裝置、調(diào)色劑顯示裝置、PLZT顯示裝置等。
液晶顯示裝置通過(guò)對(duì)規(guī)則排列成矩陣狀的各像素分別施加與圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓，使各像素的液晶層光學(xué)特性變化，從而顯示圖像和字符等。作為對(duì)各像素施加獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電壓的制式，存在純矩陣制式、有源矩陣制式。其中，有源矩陣制式的液晶顯示裝置，需要設(shè)置對(duì)開(kāi)關(guān)元件和像素電極供給驅(qū)動(dòng)電壓用的布線(xiàn)。作為開(kāi)關(guān)元件，使用MIM(金屬-絕緣體-金屬)元件等非線(xiàn)性2端子元件和TFT(薄膜晶體管)元件等3端子元件。
可是，在有源矩陣制式的液晶顯示裝置中，設(shè)置在顯示板的開(kāi)關(guān)元件(具體為T(mén)FT)上入射強(qiáng)光時(shí)，阻斷狀態(tài)的元件電阻減小，使施加電壓時(shí)子像素(pictureelement)電容中充電的電荷放電，得不到規(guī)定的顯示狀態(tài)，所以即使在黑狀態(tài)下也漏光，存在對(duì)比度降低的問(wèn)題。
因此，有源矩陣制式的液晶顯示板中，例如為了防止光入射到TFT(具體為溝道區(qū))，在設(shè)置有TFT和像素電極的TFT襯底、以液晶層為中介與TFT襯底對(duì)置的對(duì)置襯底上，設(shè)置遮光層(稱(chēng)為黑矩陣)。
這里，液晶顯示裝置為反射型液晶顯示裝置的情況下，如果將反射電極用作遮光層，則有效像素面積不減小。然而，利用透射光進(jìn)行顯示的液晶顯示裝置中，由于設(shè)置不透射光的TFT、柵極總線(xiàn)、源極總線(xiàn)外，還設(shè)置遮光層，有效像素面積減小，有效像素面積對(duì)顯示區(qū)總面積的比率(即開(kāi)口率)降低。
而且，隨著液晶顯示板的高清晰化、小型化取得進(jìn)展，此趨勢(shì)變得顯著。這是因?yàn)殡m然減小像素的間距，TFT和總線(xiàn)等由于電性能和制造技術(shù)等的制約，卻不能小于某種程度的規(guī)模。
尤其是近年，作為便攜電話(huà)等移動(dòng)設(shè)備的顯示裝置，普及半透射型液晶顯示裝置，這種普及半透射型液晶顯示裝置在暗的照明下利用穿透液晶顯示板的背光的光進(jìn)行顯示，在亮的照明下利用反射從液晶顯示板周?chē)肷涞斤@示面的光進(jìn)行顯示。半透射型液晶顯示裝置中，由于各像素具有以反射模式進(jìn)行顯示的區(qū)域(反射區(qū))和以透射模式進(jìn)行顯示的區(qū)域(透射區(qū))，因此減小像素間距使透射區(qū)的面積對(duì)顯示區(qū)的總面積的比率(透射區(qū)開(kāi)口率)顯著降低。因此，半透射型液晶顯示裝置雖然具有能實(shí)現(xiàn)對(duì)比度高而不拘周?chē)炼鹊娘@示的優(yōu)點(diǎn)，但透射區(qū)的開(kāi)口率小，存在亮度降低的問(wèn)題。
于是，作為半透射型顯示裝置中改善光利用效率的一種方法，日本國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)的特開(kāi)平11-109417號(hào)(
公開(kāi)日期1999年4月23日)揭示的方法在液晶顯示板中設(shè)置對(duì)各像素聚光的微透鏡，使液晶顯示板的有效開(kāi)口率提高。
又，日本國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)的特開(kāi)平9-49925號(hào)公報(bào)(
公開(kāi)日期1997年2月18日)中記載用于液晶顯示器中擴(kuò)大視場(chǎng)角而不使正面亮度降低的技術(shù)。圖13(b)是示出特開(kāi)平9-49925號(hào)公報(bào)中揭示的液晶顯示器的組成的剖視圖。如該圖所示，特開(kāi)平9-49925號(hào)公報(bào)的液晶顯示器在TN液晶單元42的觀(guān)看者側(cè)依次配置視場(chǎng)擴(kuò)大膜41、偏振片43，在TN液晶單元42的后方配置偏振片43、背光44。
圖13(a)是示出特開(kāi)平9-49925號(hào)公報(bào)的液晶顯示器具有的視場(chǎng)擴(kuò)大膜41的截面形狀的剖視圖。如該圖所示，視場(chǎng)擴(kuò)大膜41以平面部a為中介，排列包含上表面平坦部b和斜面曲線(xiàn)部c的凸?fàn)畈縟。
特開(kāi)平9-49925號(hào)公報(bào)的的組成中，通過(guò)平面部a和上表面平坦部b的光線(xiàn)透射到正面，但通過(guò)斜面曲線(xiàn)部c的光線(xiàn)被彎曲出射，因而得到視場(chǎng)擴(kuò)大的效果。也就是說(shuō)，視場(chǎng)擴(kuò)大膜41由于在基體材料上交替形成凸?fàn)畈縟和平面部a，光線(xiàn)在平面部a透射到正面而不彎曲，在凸?fàn)畈縟則光線(xiàn)被彎曲出射，所以具有視場(chǎng)擴(kuò)大效果。因此，液晶顯示器屏幕正面的圖像不發(fā)暗，屏幕上下方向的視場(chǎng)擴(kuò)大，能防止從斜方向看時(shí)的灰度翻轉(zhuǎn)。
可是，投影型裝置中用的液晶板為了增多能投影的數(shù)量，板規(guī)模在對(duì)角減小1英寸左右，開(kāi)口率減小50％左右。然而，占有一部分像素的布線(xiàn)部的面積恒定，不取決于像素規(guī)模，所以投影型裝置用的液晶顯示板需要提高光利用效率，很久以前就導(dǎo)入設(shè)置微透鏡陣列以提高效率的技術(shù)。例如日本國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)的特開(kāi)2003-294912號(hào)公報(bào)(
公開(kāi)日期2003年10月15日)已記載通過(guò)設(shè)置2層微透鏡陣列謀求提高光利用效率的投影型顯示裝置。
然而，上述特開(kāi)平11-109417號(hào)公報(bào)的技術(shù)，存在液晶顯示裝置的顯示變暗、可見(jiàn)性降低的問(wèn)題。即，特開(kāi)平11-109417號(hào)公報(bào)的技術(shù)使用透鏡形狀為球面狀的微透鏡。此情況下，從背光出射并入射到微透鏡后，往對(duì)液晶板的顯示面垂直的方向出射的光僅為入射到微透鏡頂點(diǎn)附近(傾斜角0度)的光，所以液晶板正面亮度降低。因此，液晶顯示裝置的顯示變暗，可視性降低。通過(guò)使用方向性較高的背光，能提高正面亮度，但這樣做則視場(chǎng)角變小。
上述特開(kāi)平9-49925號(hào)公報(bào)記載的技術(shù)，存在因視場(chǎng)擴(kuò)大膜41內(nèi)殘留的雙折射而引起圖像對(duì)比度降低的問(wèn)題。即，特開(kāi)平9-49925號(hào)公報(bào)記載的視場(chǎng)擴(kuò)大膜41在凸?fàn)畈縟與凸?fàn)畈縟之間設(shè)置平面部a。這時(shí)，通過(guò)平面部a的光線(xiàn)與通過(guò)凸?fàn)畈縟的上表面平坦部b的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度不同，因而視場(chǎng)擴(kuò)大膜41內(nèi)殘留的雙折射導(dǎo)致圖像對(duì)比度降低。
而且，將視場(chǎng)擴(kuò)大膜41裝定在TN液晶單元42的觀(guān)看者側(cè)，但由于TN液晶單元42至42之間的間距與視場(chǎng)擴(kuò)大膜41的凸?fàn)畈縟的間距的偏差，產(chǎn)生顯著的干擾條紋。存在問(wèn)題。
為了減少干擾條紋，可采取使視場(chǎng)擴(kuò)大膜41的凸?fàn)畈縟的間距小于TN液晶單元42的1個(gè)像素或使其為液晶單元的2個(gè)～3個(gè)像素的規(guī)模的方法。凸?fàn)畈縟的間距小于TN液晶單元42的1個(gè)像素時(shí)，可采取做成使1個(gè)像素的規(guī)模不為凸?fàn)畈縟的間距的整數(shù)倍或成整數(shù)倍時(shí)為大于等于5倍等措施。
然而，即使實(shí)施這些措施，作為干擾條紋的對(duì)策也不充分，有時(shí)還需要在視場(chǎng)擴(kuò)大膜41與TN液晶單元42之間設(shè)置間隙等措施。此情況下，存在顯示板厚度增大的問(wèn)題。
上述特開(kāi)2003-194912號(hào)公報(bào)的技術(shù)中，用第1層微透鏡陣列制作第2層微透鏡陣列，第2層微透鏡陣列的形狀均勻性對(duì)第1層微透鏡陣列的依賴(lài)大。因此，難以實(shí)現(xiàn)2層微透鏡的形狀均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種正面亮度高且視場(chǎng)角大的顯示裝置及其制造方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明的顯示板，具有供給顯示用的光的背光；包含配置成矩陣狀的多個(gè)像素和遮蔽所述背光出射的光的遮光部和透射所述背光出射的光的開(kāi)口部的像素形成板；以及由將所述背光出射的光匯聚到所述開(kāi)口部的多個(gè)微透鏡組成的微透鏡陣列，所述微透鏡，其對(duì)該顯示板的顯示面平行的一方向的寬度與和該方向同方向的像素間距相等，而且以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向，將入射到鏡頂部的來(lái)自所述背光的光進(jìn)行透射。
根據(jù)上述組成，所述微透鏡將入射到鏡頂部的來(lái)自所述背光的光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向加以透射。因此，入射到鏡頂部的光線(xiàn)不彎曲地透射到正面，從顯示板出射。所以，往正面行進(jìn)的光線(xiàn)多，能保持正面亮度高。而且，入射到上述微透鏡的鏡頂部以外的區(qū)域的光線(xiàn)受到折射，往對(duì)顯示板傾斜的方向行進(jìn)，因而能擴(kuò)大視場(chǎng)角。
又，根據(jù)上述組成，形成微透鏡的對(duì)顯示板的顯示面平行的一方向的寬度等同于與該方向同方向的像素間距。因此，由微透鏡對(duì)所述一方向匯聚全部從背光入射到微透鏡陣列的光。所以，能提高光利用效率。
為了解決上述課題，本發(fā)明的顯示板的制造方法，該顯示板具有供給顯示用的光的背光；包含配置成矩陣狀的多個(gè)像素和遮蔽所述背光出射的光的遮光部和透射所述背光出射的光的開(kāi)口部的像素形成板；以及由將所述背光出射的光匯聚到所述開(kāi)口部的多個(gè)微透鏡組成的微透鏡陣列，所述制造方法包含以下工序在所述像素形成板的一面形成光硬化樹(shù)脂層的工序；由穿透所述開(kāi)口部的光使所述光硬化樹(shù)脂層局部硬化的曝光工序；以及所述曝光工序后去除所述光硬化材料層的未硬化部分從而形成微透鏡的顯像工序。
根據(jù)上述方法，可通過(guò)用穿透所述開(kāi)口部的光使光硬化樹(shù)脂硬化，進(jìn)行微透鏡的圖案制作。因此，能以對(duì)所述開(kāi)口部自調(diào)整的方式形成微透鏡，從而沒(méi)有微透鏡與像素或子像素的位置偏差，也沒(méi)有像素間距和微透鏡間距的偏差。所以，不發(fā)生像素與微透鏡之間的干擾條紋。由于無(wú)干擾條紋，充分發(fā)揮微透鏡的聚光功能，能制造可高亮度顯示的顯示板。


圖1是以圖解方式示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置的組成的剖視圖。
圖2(a)是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有的微透鏡的形狀和入射到該微透鏡的光的光路的剖視圖。
圖2(b)是示出球面狀微透鏡和入射到該微透鏡的光的光路的剖視圖。
圖3是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有的微透鏡和由球面狀組成的微透鏡的出射光的亮度分布的曲線(xiàn)圖。
圖4是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有的微透鏡的形狀與子像素開(kāi)口部的形狀的關(guān)系的剖視圖。
圖5是示出背光出射光的擴(kuò)展角與微透鏡接收角的角度比和光利用效率η的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖6是示出背光出射光的擴(kuò)展角與微透鏡接收角的角度比和正面亮度的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖7(a)是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置的制造工序的剖視圖。
圖7(b)是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置的制造工序的剖視圖。
圖7(c)是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置的制造工序的剖視圖。
圖7(d)是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置的制造工序的剖視圖。
圖8(a)是液晶顯示裝置20的正視圖。
圖8(b)是圖8(a)的A-A’截面的剖視圖。
圖8(c)是圖8(a)的B-B’截面的剖視圖。
圖9(a)是說(shuō)明一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有的微透鏡的制造工序的第1例曝光工序用的剖視圖。
圖9(b)是示出圖9(a)所示的曝光工序中對(duì)光硬化樹(shù)脂層各位置的曝光量的曲線(xiàn)圖。
圖10(a)是說(shuō)明一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有的微透鏡的制造工序的第2例曝光工序用的剖視圖。
圖10(b)是示出圖10(a)所示的曝光工序中對(duì)光硬化樹(shù)脂層各位置的曝光量的曲線(xiàn)圖。
圖11(a)是說(shuō)明一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有的微透鏡的制造工序的第3例曝光工序用的剖視圖。
圖11(b)是示出圖11(a)所示的曝光工序中對(duì)光硬化樹(shù)脂層各位置的曝光量的曲線(xiàn)圖。
圖12是示出一本發(fā)明實(shí)施方式的液晶顯示裝置中具有的微透鏡上已粘合偏振片時(shí)的組成的剖視圖。
圖13(a)是已有液晶顯示裝置中具有的視場(chǎng)擴(kuò)大膜的剖視圖。
圖13(b)是示出已有液晶顯示裝置的組成的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
用

一本發(fā)明實(shí)施方式。圖1是以圖解方式示出本實(shí)施方式的液晶顯示板(顯示板)11和具有該顯示板的液晶顯示裝置20的組成的剖視圖。液晶顯示裝置20是半透射型液晶顯示裝置，在暗的照明下利用穿透液晶顯示板11的背光光進(jìn)行顯示，在亮的照明下通過(guò)反射從周?chē)肷涞揭壕э@示板11的顯示面的光進(jìn)行顯示。因此，液晶顯示裝置20是非自發(fā)光型顯示裝置。
如圖1所示，液晶顯示裝置20具有液晶顯示板11、以及方向性高的背光15。
液晶顯示板11的組成部分，包含具有設(shè)置TFT和像素電極的TFT襯底2、液晶層4和以液晶層4為中介與TFT襯底2對(duì)置的含濾色片R、G、B的對(duì)置襯底3的彩色液晶板(像素形成板)10、以及相對(duì)于TFT襯底2設(shè)置在與液晶層4的相反側(cè)(背光15側(cè))的微透鏡陣列1’。微透鏡陣列1’由多個(gè)微透鏡1構(gòu)成。在液晶顯示板11的微透鏡陣列1’側(cè)設(shè)置背光15。
背光15具有光源12、接收光源12出射的光并使其一面在片中傳播一面朝液晶顯示板11出射的導(dǎo)光片13、以及將從導(dǎo)光片13的背面出射的光或從液晶顯示裝置20的外部入射后穿透液晶顯示板11和導(dǎo)光片13的光往導(dǎo)光片13反射的反射片14。
圖1中僅記述主要部件，省略例如設(shè)置在液晶顯示板11前后的偏振片等。
作為適合用于液晶顯示裝置20的背光15，可列舉例如日本國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)的特開(kāi)2003-35824號(hào)公報(bào)(
公開(kāi)日期2003年2月7日)、日本國(guó)公開(kāi)發(fā)表專(zhuān)利公報(bào)的特表平8-511129號(hào)公報(bào)(
公開(kāi)日期1996年11月19日)、《IDW’02，“Viewing Angle Control using Optical Microstructure on Light-Guide Plate forIllumination System of Mobile Transmission LCD Module”，K.KALANTAR，p549-552》、M.Shinohara等著《Optical Society of American Annual MeetingConference Program》，Vol.10，p.189，1998等記載的背光。
接著，參照?qǐng)D2(a)、圖2(b)、圖3說(shuō)明微透鏡陣列1’的形狀及其作用。圖2(a)是示出液晶顯示裝置20的微透鏡1的形狀和入射到微透鏡1的光的光路的剖視圖。如該圖所示，微透鏡1的鏡頂部形成平坦?fàn)?。圖2(b)是示出入射到已有液晶顯示裝置的球面狀微透鏡的光的光路的剖視圖。圖3是示出微透鏡1和球面狀微透鏡的出射光的配光分布(亮度分布)的曲線(xiàn)圖。
如圖2(a)所示，微透鏡1為凸透鏡狀，包含設(shè)置在凸透鏡頂部的平坦部1a、以及設(shè)置在平坦部1a的周?chē)那娌?外周部)1b和1c。曲面部1b、1c具有透鏡效應(yīng)(聚光效應(yīng))。如該圖所示，在TFT襯底2的與形成微透鏡陣列1’的面的相反側(cè)的面上形成遮光膜(照光部、黑矩陣)5。在該遮光膜5的微透鏡1的光軸上設(shè)置具有某程度寬度的子像素開(kāi)口部(開(kāi)口部)22。
將從背光15的出射面往實(shí)質(zhì)上垂直方向出射的方向性尖銳的光21a、21b、21c引導(dǎo)到微透鏡1。于是，入射到微透鏡1的平坦部1a的光21a以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向穿透微透鏡1。即，入射到微透鏡1的平坦部1a的光21a往微透鏡1的光軸方向行進(jìn)，通過(guò)子像素開(kāi)口部22，從液晶顯示板11往實(shí)質(zhì)上垂直于顯示面的方向出射。入射到微透鏡1的曲面部1b、1c的光21b、21c受到折射后，匯聚到子像素開(kāi)口部22，從液晶顯示板11以對(duì)顯示面具有角度的方式出射。
不設(shè)置微透鏡1時(shí)，照明子像素開(kāi)口部22以外的區(qū)域的光被遮光膜5吸收、散射，因而未有效利用，但通過(guò)設(shè)置微透鏡1，照明子像素開(kāi)口部22以外的區(qū)域的光(即從背光15朝遮光膜5出射的光)被微透鏡1引導(dǎo)到子像素開(kāi)口部22，從液晶顯示板11出射。因此，背光15的光利用效率提高。又，入射到微透鏡1的平坦部1a的光仍然保持原樣不變的強(qiáng)度和方向，從液晶顯示板11出射。因此，利用微透鏡1的透鏡結(jié)構(gòu)，能又保持正面亮度高又使光利用效率提高。液晶顯示裝置20中，使用方向性高的背光15，但利用微透鏡1能擴(kuò)大視場(chǎng)角。
另一方面，如圖2(b)所示，在使用球面微透鏡31代替液晶顯示裝置20的微透鏡1的液晶顯示裝置33中，通過(guò)透鏡中央部(頂部附近)的光21a也受到匯聚，穿通子像素開(kāi)口部22，從液晶顯示板以具有某擴(kuò)展角的方式出射。結(jié)果，與沒(méi)有微透鏡時(shí)相比，往垂直于液晶顯示板的顯示面的方向行進(jìn)的光分量減少，因而正面亮度降低?？紤]作為液晶顯示板的特性時(shí)，需要正面亮度高，所以球面狀透鏡存在此正面亮度降低的課題。
接著，參照?qǐng)D3說(shuō)明有無(wú)微透鏡和微透鏡結(jié)構(gòu)不同帶來(lái)的亮度分布差以及液晶顯示板的出射光的強(qiáng)度分布。圖中的虛線(xiàn)表示將方向性高的背光15與沒(méi)有微透鏡的液晶顯示板組合時(shí)的液晶顯示板的出射光強(qiáng)度分布。圖中點(diǎn)劃線(xiàn)表示使用方向性高的背光15和球面狀微透鏡時(shí)的液晶顯示板的出射光強(qiáng)度分布。圖中的實(shí)線(xiàn)表示將方向性高的背光15與微透鏡1組合時(shí)的本實(shí)施方式的液晶顯示裝置20的液晶顯示板11的出射光強(qiáng)度分布。該圖中，示出微透鏡1的接收角度θA與背光15的出射光的擴(kuò)展角度θB之比的Rθ(Rθ＝θB/θA)為2、液晶顯示板11的垂直于顯示面的方向的開(kāi)口率RY為0.4的情況。這里，將子像素開(kāi)口部的相對(duì)于微透鏡1的聚光方向?qū)挾热锳Y、將微透鏡1的相對(duì)于聚光方向的寬度取為WL時(shí)，以RY＝AY/WL表示開(kāi)口率RY。
如圖3所示，使用球面狀微透鏡時(shí)(圖中的點(diǎn)劃線(xiàn))與無(wú)微透鏡時(shí)(圖中的虛線(xiàn))相比，雖然光利用效率提高，視場(chǎng)角擴(kuò)大，但正面亮度降低。
另一方面，使用本發(fā)明的微透鏡1時(shí)，出射光強(qiáng)度分布在圖3中用實(shí)線(xiàn)表示。即，些許偏離垂直方向的角度的方向的亮度降低，但能保持正面亮度高。
這里，參照?qǐng)D4～圖6，說(shuō)明背光15的配光分布、微透鏡1的形狀、子像素開(kāi)口部22的開(kāi)口率的具體組合以及光利用效率與正面亮度的關(guān)系。
圖4是示出微透鏡1的形狀與子像素開(kāi)口部22的形狀的關(guān)系的剖視圖。這里，用sinθL表示微透鏡1的數(shù)值孔徑NA時(shí)，液晶顯示板11的視場(chǎng)角θO(液晶顯示板11的出射光的出射角-光強(qiáng)度分布中形成光強(qiáng)度峰值之半的角度)實(shí)質(zhì)上等于θL。θL與形成微透鏡1的TFT襯底2的折射率n、TFT襯底2的厚度T、微透鏡1相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度WL具有下式所示的關(guān)系。
SinθL＝nWL/2T本實(shí)施方式中，預(yù)先使微透鏡1相對(duì)于聚光方向的寬度WL與像素間距相等。此情況下，判明像素間距固定，而希望擴(kuò)大液晶顯示板1的視場(chǎng)角時(shí)，減小襯底的厚度即可。例如像素間距200微米而需要22度的視場(chǎng)角時(shí)，如果TFT襯底2的折射率為1.5，則TFT襯底2的厚度為400微米。
接著，說(shuō)明背光15出射的光的光利用效率。這里，將光利用效率η定義為穿透子像素開(kāi)口部22的光與背光15的出射光的比率。即，將背光15的出射光量設(shè)為PI、穿透子像素開(kāi)口部22的光的光量設(shè)為PO時(shí)，把η定義為下式。
η＝PO/PI液晶顯示板11那樣帶有微透鏡的顯示板中，要得到大的光利用效率時(shí)，以背光15的方向性高為佳。即，背光出射光的擴(kuò)展角θB(背光的配光分布中形成光強(qiáng)度分布峰值之半的角度)小為佳。另一方面，對(duì)像素中的子像素開(kāi)口部(透射開(kāi)口部)22而言，開(kāi)口寬度大的開(kāi)口部能提高光利用效率。然而，半透射型液晶顯示板中，作為反射型的特性也重要，所以限制像素中的透射開(kāi)口部22的開(kāi)口率。多數(shù)情況下，半透射型液晶顯示板的開(kāi)口率為20％～30％。
說(shuō)明此限制下得到大的光利用效率用的條件。將子像素開(kāi)口部22(像素透射開(kāi)口部)相對(duì)于微透鏡1的聚光方向的總寬度取為AY時(shí)，用下式表示入射到微透鏡1的光的接收角度θA。而且，設(shè)相對(duì)于微透鏡1的光軸以小于等于θA的角度入射的平行光能通過(guò)子像素開(kāi)口部22，并將該θA定義為微透鏡1的接收角度。
SinθA＝nAY/2T圖5是示出背光出射光的擴(kuò)展角度θB與微透鏡的接收角度θA之比Rθ和光利用效率η的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。圖5中，將Rθ定義為θB與θA之比(Rθ＝θB/θA)，示出背光配光分布遵照cos4θ的情況。由該圖判明Rθ＝0.5時(shí)，光利用效率η為約100％；Rθ＝1時(shí)，光利用效率η為約80％；Rθ＝1.5時(shí)，光利用效率η為約60％；Rθ＝2時(shí)，光利用效率η為約50％。即，背光出射光的擴(kuò)展角度θB小于微透鏡的接收角度θA，則能達(dá)到極高的光利用效率η。
另一方面，沒(méi)有微透鏡時(shí)，光利用效率η實(shí)質(zhì)上等于Y方向的開(kāi)口率RY(RY＝AY/WL)。例如，RY＝0.4，則η為40％。因此，設(shè)置微透鏡并希望使光利用效率η提高時(shí)，由圖5判明需要滿(mǎn)足光利用效率η為約40％的Rθ小于2.5的條件。即，通過(guò)將背光出射光擴(kuò)展角度θB設(shè)定成小于等于2倍微透鏡接收角度θA，與不設(shè)置微透鏡的組成相比，能使光利用效率提高。
再者，Rθ≈2.5時(shí)，設(shè)置微透鏡的效果不怎么大。設(shè)置微透鏡時(shí)的光利用效率相對(duì)于不設(shè)置微透鏡時(shí)為大于等于1.2倍在實(shí)用上有效，較佳。因此，可將背光的配光分布與微透鏡的形狀組合，以滿(mǎn)足至少Rθ小于等于2。即，通過(guò)將背光出射光擴(kuò)展角度θB設(shè)定成小于等于2倍微透鏡接收角度θA，能使光利用效率η大于等于約50％，大于等于不設(shè)置微透鏡時(shí)的1.2倍。
例如，在利用擴(kuò)展角度θB為15度的背光并設(shè)置微透鏡，以希望達(dá)到大于等于1.2倍的光利用效率η的情況下，可設(shè)置接收角度θB大于等于7.5度的微透鏡。開(kāi)口率RY越小且背光出射光的擴(kuò)展角度越小，設(shè)置此微透鏡帶來(lái)的光利用效率η的提高越有效。例如選擇RY為0.3且Rθ為1的組成時(shí)，通過(guò)設(shè)置微透鏡，光利用效率η為2.7倍。
可是，設(shè)置微透鏡時(shí)，液晶顯示板的正面亮度降低。圖6是示出具有球面狀微透鏡的液晶顯示裝置中的Rθ與正面亮度I(Rθ)的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。圖6中，將Rθ＝0時(shí)(即不設(shè)置微透鏡時(shí))的正面亮度I(0)取為1。在Rθ為1.5～2.0的條件下，與無(wú)微透鏡時(shí)相比，正面亮度I(Rθ)降低約1成。為了抑制該正面亮度I(Rθ)的降低，可在微透鏡頂部設(shè)置平坦面。
選擇此微透鏡頂部平坦面相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度WP，使其與子像素開(kāi)口部(像素透射開(kāi)口部)22的微透鏡聚光方向?qū)挾華Y相同時(shí)，最有效。WP與AY相等，則垂直入射到透鏡頂部平坦面的光原樣不變地通過(guò)子像素開(kāi)口部(像素透射開(kāi)口部)22，因而不存在有無(wú)透鏡造成的正面亮度差。另一方面，WP大于A(yíng)Y時(shí)，雖然保持正面亮度高，但垂直入射到透鏡頂部平坦面的一部分光被子像素開(kāi)口部22拒絕，因而光利用效率降低。而且，WP越大于A(yíng)Y，光利用效率越低。
此外，WP小于A(yíng)Y時(shí)，雖然光利用效率不降低，但正面亮度降低。微透鏡頂部平坦面的區(qū)域越小，越失去正面亮度提高的效果。這時(shí)的正面亮度IP與WP和AY的關(guān)系在背光配光分布遵照cos4θ的情況下，實(shí)質(zhì)上遵從下式的關(guān)系。
IP＝I(Rθ)+WP/AY(1-I(Rθ))希望將正面亮度的降低抑制到小于等于8％時(shí)，可至少將WP設(shè)置成大于等于1/5倍(0.2倍)且小于等于1倍AY。由此，能將正面亮度降低抑制到小于等于8％而不使光利用效率降低。這是背光配光分布遵照cos4θ時(shí)的例子，許多背光配光分布遵照cos4θ分布，因而對(duì)實(shí)質(zhì)上全部背光都能用此條件。
圖8(a)～圖8(c)是示出液晶顯示裝置20的子像素配置的正視圖和剖視圖。即，圖8(a)是液晶顯示裝置的正視圖，圖8(b)是圖8(a)的A-A’截面的剖視圖，圖8(c)是圖8(a)的B-B’截面的剖視圖。本實(shí)施方式的微透鏡陣列1’由微透鏡組成。
如圖8(a)所示，液晶顯示裝置20的一個(gè)像素6包含R子像素、B子像素、G子像素。各子像素的周?chē)O(shè)置遮光膜(黑矩陣)5(遮光區(qū))。各子像素具有反射部和透射部。即，R子像素包含反射部7R和透射部6R，B子像素包含反射部7B和透射部6B，G子像素包含反射部7G和透射部6G。透射部6R、6B、6G的的平行于顯示面的各方向的規(guī)模等于與其對(duì)應(yīng)的子像素開(kāi)口部22的平行于顯示面的各方向的規(guī)模。將各像素6排列成矩陣狀，形成行(X方向)和列(Y方向)。這里，示出X方向的像素間距PX和Y方向的像素間距PY均為200微米時(shí)的例子。TFT型顯示裝置的情況下，通常行方向(X方向)平行于柵極總線(xiàn)，列方向(Y方向)平行于源極總線(xiàn)(視像線(xiàn))。
如圖8(b)和圖8(c)所示，液晶顯示板11具有的微透鏡陣列1’包含多個(gè)由與像素的行對(duì)應(yīng)排列的的多個(gè)微透鏡組成的微透鏡1。即，微透鏡1包含往行方向(X方向)延伸的帶狀透鏡(微透鏡)，在列方向(Y方向)具有聚光能力，但行方向(X方向)上沒(méi)有聚光能力。
如圖8(c)所示，對(duì)各像素各配置1個(gè)微透鏡1，使列方向(Y方向)相鄰的像素間的中央部上形成相鄰的微透鏡1的邊界(相鄰像素間的中央部成為透鏡的厚膜最薄的狀態(tài))。即，各微透鏡1的列方向的寬度等于各像素的列方向的像素間距，相鄰的微透鏡1在相鄰的像素之間的區(qū)域(即像素區(qū))的中央部相連。
接著，參照?qǐng)D7(a)～圖7(d)說(shuō)明液晶顯示裝置20的制造方法。圖7(a)～圖7(d)是說(shuō)明微透鏡陣列1’的制造工序用的模式剖視圖。
首先，如圖7(a)所示，準(zhǔn)備彩色液晶板(像素形成板)10。此彩色液晶板10具有TFT襯底2、以及形成濾色片R、G和B的對(duì)置襯底3。在TFT襯底2與對(duì)置襯底3之間由密封樹(shù)脂8密封的區(qū)域形成規(guī)定的液晶層4。
在TFT襯底2的液晶層4側(cè)，形成與子像素對(duì)應(yīng)地排列成矩陣狀的像素電極、連接像素電極的TFT、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和源極總線(xiàn)等電路單元(均未圖示)、以及遮光膜(遮光層)5。在對(duì)置襯底3的液晶層4側(cè)，形成具有R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))各色的濾色片的透射部6R、6G和6B、以及對(duì)置電極。在TFT襯底2和對(duì)置襯底3的與液晶層4銜接的面上，根據(jù)需要形成取向膜(未圖示)。
接著，如圖7(b)所示，在圖7(a)中準(zhǔn)備的彩色液晶板10的TFT襯底2上涂敷光硬化樹(shù)脂，形成光硬化樹(shù)脂層9。這里，使用在380納米至420納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有感光波長(zhǎng)的光硬化樹(shù)脂。為了提高光硬化樹(shù)脂層9與TFT襯底2的粘合性，最好在涂敷光硬化樹(shù)脂前，對(duì)TFT襯底2的玻璃表面進(jìn)行涂敷硅烷耦合劑等，以改良表面。
作為光硬化樹(shù)脂，可用例如在聚氨丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯等丙稀類(lèi)單基物或環(huán)氧類(lèi)單基物中混合光觸媒劑的混合組成物。
接著，用對(duì)形成藍(lán)濾色片的子像素透射的光使光硬化樹(shù)脂層9曝光并硬化。光入射到光硬化樹(shù)脂層9時(shí)，光硬化樹(shù)脂根據(jù)光量進(jìn)行感光并硬化。照射時(shí)間恒定時(shí)，根據(jù)配光分布進(jìn)行硬化。即，形成硬化度的分布。因此，通過(guò)調(diào)整光量(配光分布和/或照射時(shí)間)，能在光硬化樹(shù)脂層9形成硬化度分布。這里的配光分布在是指入射到彩色液晶顯示板以對(duì)感光材料曝光的光相對(duì)于對(duì)彩色液晶顯示板的面法線(xiàn)形成的角度(入射角度)的強(qiáng)度分布，對(duì)藍(lán)色子像素的入射角度與對(duì)感光材料層的入射位置一一對(duì)應(yīng)。
可通過(guò)例如改變曝光用照射光的入射角度調(diào)整配光分布。即，可通過(guò)使曝光用照射光源與光硬化樹(shù)脂層9相對(duì)移動(dòng)，進(jìn)行此調(diào)整。例如，可通過(guò)使曝光用照射光進(jìn)行掃描，調(diào)整照射時(shí)間的分布，也可組合這兩種調(diào)整。還可用具有規(guī)定透射率分布的光掩模調(diào)整配光分布。利用使曝光用照射光經(jīng)藍(lán)色子像素B對(duì)光硬化樹(shù)脂層5傾斜入射，能形成圖8(b)、圖8(c)所示的與B子像素相同的像素中包含的R子像素和G子像素所對(duì)應(yīng)的微透鏡(即與像素對(duì)應(yīng)的微透鏡)(例如微透鏡)。根據(jù)濾色片的特性，有時(shí)從R子像素、G子像素泄漏曝光用照射光，使光硬化樹(shù)脂感光，但可通過(guò)考慮該泄漏光量進(jìn)行曝光，形成微透鏡。
接著，通過(guò)對(duì)曝光后的光硬化樹(shù)脂層9進(jìn)行顯像，去除未硬化部分。也可用例如丙酮等有機(jī)溶媒使未硬化部分溶解。由此，如圖7(c)所示，得到由與硬化部分的形狀(即硬化度分布)對(duì)應(yīng)的形狀的微透鏡組成的微透鏡1。顯像工序后，最好再次對(duì)光硬化樹(shù)脂層9的硬化部分(微透鏡等)照射曝光用照射光，使光硬化樹(shù)脂的硬化進(jìn)一步進(jìn)行，以接近完全硬化狀態(tài)。也可與光硬化一起并用熱硬化。
然后，如圖7(d)所示，將組合光源12、導(dǎo)光片13、反射片14的背光15與形成微透鏡陣列1’的液晶顯示板11加以組合，從而完成液晶顯示裝置20。
進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明形成微透鏡1的透鏡形狀用的曝光工序。圖9(a)是說(shuō)明曝光工序用的剖視圖，圖9(b)是示出對(duì)此曝光工序中的光硬化樹(shù)脂層9的各位置的曝光量的曲線(xiàn)圖。
如圖9(a)所示，在包含圖8(a)的B-B’線(xiàn)的面內(nèi)，使入射光的入射角度從θ1規(guī)定的方向變化到θ2規(guī)定的方向。即，使照明光的入射角度在包含B-B’線(xiàn)的面內(nèi)從θ1連續(xù)或分級(jí)變化到θ2。
這里，考慮曝光照射光使用平行光，并且使照明光的入射角度以等角速度變化的情況。通過(guò)將平行光用作曝光用照射光，使光硬化樹(shù)脂層9上各點(diǎn)的曝光量分布控制容易，便于控制微透鏡1的形狀。即，能使各點(diǎn)的曝光量分布相同，使微透鏡1的形狀一致。這時(shí)，照射照明光的光硬化樹(shù)脂層9上的各點(diǎn)的曝光量分布為圖9(b)所示的分布曲線(xiàn)。該曲線(xiàn)疊加光硬化樹(shù)脂的靈敏度曲線(xiàn)(曝光量-硬化膜厚)，則可得圖9(a)中虛線(xiàn)所示形狀的微透鏡。此曝光工序中，在中心部產(chǎn)生曝光量恒定的區(qū)域，在微透鏡1的中心部得到平坦面(平坦部1a)。如果子像素開(kāi)口部(透射開(kāi)口部)22的透鏡聚光方向的寬度AY小于等于45％的透鏡寬度，則利用此曝光工序的控制可得具有大于等于1/5AY的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度WP的平坦面。然而，子像素開(kāi)口部22的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度AY變大時(shí)，微透鏡1的中心部平坦面(平坦部1a)的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度變小。
圖10(a)是說(shuō)明加大子像素開(kāi)口部22的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度AY時(shí)的曝光工序用的剖視圖，圖10(b)是示出此曝光工序中對(duì)光硬化樹(shù)脂層9的各位置的曝光量的曲線(xiàn)圖。
如圖10(a)所示，加大子像素開(kāi)口部22的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度AY，則以一定的入射角度入射照明光時(shí)，光硬化樹(shù)脂被曝光的部分的面積增加。因此，曝光量分布形成圖10(b)所示的分布曲線(xiàn)，曝光量分布傾斜的區(qū)域加大，曝光量恒定的區(qū)域減小。因此，透鏡中心平坦面(平坦部1a)的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度WP遠(yuǎn)小于子像素開(kāi)口部22的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度AY，結(jié)果使正面亮度降低。
然而，如果能在曝光前的階段控制光硬化樹(shù)脂層的膜厚(層厚)，即使透鏡開(kāi)口部的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度AY變大，也能形成設(shè)置具有希望的寬度WP的平坦部1a的微透鏡1。即，可通過(guò)涂敷與希望的透鏡厚度一致的厚度的光硬化樹(shù)脂，并且在透鏡中心部供給形成過(guò)曝光的曝光量分布，形成設(shè)置具有希望的寬度WP的平坦部1a的微透鏡1。
圖11(a)是說(shuō)明使涂敷的光硬化樹(shù)脂的膜厚T與希望的透鏡厚度一致時(shí)的曝光工序用的剖視圖，圖11(b)是示出此曝光工序中對(duì)光硬化樹(shù)脂層9的各位置的曝光量的曲線(xiàn)圖。
圖11(b)中，DT表示使膜厚T的光硬化樹(shù)脂層9曝光并硬化所需的曝光量。虛線(xiàn)表示子像素開(kāi)口部22上的光硬化樹(shù)脂層9的累積曝光量。通過(guò)在希望形成平坦面(平坦部1a)的區(qū)域?qū)⑵毓饬糠植荚O(shè)定成累積曝光量大于DT，即使透射開(kāi)口部寬度AY變大，也能構(gòu)成具有希望的平坦部寬度WP的形狀的平坦部1a。
通常在液晶板的兩側(cè)粘合并固定一對(duì)偏振片。液晶板與偏振片之間夾有異物，則該異物使偏振混亂，該部位變成黑點(diǎn)而顯眼，所以通常將液晶板與偏振片粘合得不夾入異物。這里，也可利用此粘接層的厚度控制微透鏡1的平坦部1a的透鏡聚光方向的寬度。用圖12說(shuō)明這種控制方法。
圖12是示出微透鏡1上已粘合偏振片時(shí)的組成的剖視圖。如該圖所示，在TFT襯底2的液晶層側(cè)的面上形成子像素開(kāi)口部22和遮光膜5，在TFT襯底2的與液晶層相反側(cè)的面上形成微透鏡陣列1’。進(jìn)而，以粘接層36為中介，在該微透鏡陣列1’上粘合偏振片35。
由粘接層36將偏振片35粘合在微透鏡陣列1’上時(shí)，在粘接層36中壓入微透鏡1的頂部。由于空氣與微透鏡構(gòu)件的折射率差大于等于0.5，通過(guò)其邊界的光線(xiàn)給出強(qiáng)透鏡能力。然而，微透鏡1與粘接層36連接的區(qū)域的折射率差為0.1左右，小于空氣與微透鏡1的折射率差。因此，微透鏡1與粘接層36銜接的區(qū)域中透鏡功能非常小。所以，從背光15入射到該區(qū)域的光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向穿透微透鏡1后，通過(guò)子像素開(kāi)口部22。即，該區(qū)域起的作用與例如圖9(a)或圖11(a)那樣設(shè)置平坦部1a時(shí)相同。
因此，可通過(guò)控制微透鏡1與粘接層36的接觸面積，控制液晶顯示裝置20的正面亮度。即，在具有小于子像素開(kāi)口部(透射開(kāi)口部)的寬度AY的寬度WP的平坦部1a的微透鏡1組成的微透鏡陣列1’上粘接偏振片35時(shí)，可通過(guò)控制粘接層36的厚度，控制微透鏡1與粘接層36的相對(duì)于微透鏡1的聚光方向的接觸寬度WP’。于是，此微透鏡1與偏振片35的組合結(jié)構(gòu)具有與微透鏡1的頂部上的平坦部1a的相對(duì)于透鏡聚光方向的寬度為WP’的微透鏡1相同的光學(xué)特性，從而使正面亮度提高。
上述說(shuō)明中，雖然在微透鏡這里1’上利用粘接層36粘合偏振片35，但不限于此。例如，也可由粘接層36粘合保護(hù)膜等其它構(gòu)件，以代替偏振片35?；蛘咭部刹徽澈掀渌鼧?gòu)件，而在微透鏡陣列1’上僅形成粘接層36。即，可做成僅形成與微透鏡1銜接的區(qū)域的折射率小的層。
粘接層36的材料無(wú)專(zhuān)門(mén)限定，具有光透射性且與微透鏡1銜接的區(qū)域的折射率小的即可。設(shè)置這種粘接層36時(shí)，微透鏡與粘接層36的接觸區(qū)域的入射光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向穿透微透鏡1，因而可與未必在微透鏡1設(shè)置平坦部1a。即，例如通過(guò)使用球面狀組成的微透鏡，并將粘接層35設(shè)置成接觸此微透鏡中頂部的規(guī)定區(qū)域，能取得與使用具有平坦部1a的微透鏡1時(shí)實(shí)質(zhì)上相同的效果。
曝光工序中，最好將照射光的入射角度θ1和θ2設(shè)定得微透鏡1不形成間隙。因此，最好根據(jù)液晶顯示板11的像素間距以及TFT襯底2、對(duì)置襯底3、液晶層4的各層的厚度和折射率，適當(dāng)設(shè)定入射角度θ1和θ2，使例如圖9(a)所示，穿透某像素的B子像素的光在光硬化樹(shù)脂層9上照射的范圍的外緣與穿透相鄰像素的B子像素的光在光硬化樹(shù)脂層9上的照射的范圍的外緣在兩像素間的中央部一致。由此，在兩像素間的中間部形成微透鏡1與1之間的邊界(相鄰像素間的中央部上透鏡的厚度最薄的狀態(tài))，能無(wú)間隙地形成微透鏡1。
接著，說(shuō)明照射光的掃描方法。本說(shuō)明書(shū)中，“掃描”包括對(duì)照射曝光用照射光的區(qū)域作2維掃描以及使照射光的入射角度變化。掃描由于照射光與光硬化樹(shù)脂層9的位置關(guān)系和角度相對(duì)變化即可，所以可移動(dòng)涂敷光硬化樹(shù)脂的液晶顯示板11，也可移動(dòng)照射光的光源。
本實(shí)施方式中，在濾色片排列方向形成沒(méi)有聚光能力的微透鏡。因此，可對(duì)X方向(圖8(a)中平行于A(yíng)-A’截面的方向)進(jìn)行掃描成曝光量(曝光光照度×曝光時(shí)間)分布均勻，并對(duì)Y方向(圖8(a)中平行于B-B’截面的方向)提供掃描，使其形成圖9(b)所示的曝光量分布。通過(guò)控制照射光強(qiáng)度和掃描速度，給出此曝光量分布。
綜上所述，本實(shí)施方式的液晶顯示裝置20，具有在鏡頂部設(shè)置平坦部1a的多個(gè)微透鏡1組成的微透鏡陣列1’。因此，從背光13引導(dǎo)到微透鏡陣列1’且在透鏡中央的平坦部1a入射的光線(xiàn)不彎曲地在正面透射后，被引導(dǎo)到子像素開(kāi)口部22，從液晶顯示板11出射。所以，行進(jìn)到正面的光線(xiàn)多，因而能保持液晶顯示裝置20的正面亮度高。
另一方面，入射到透鏡的曲面部1b和1c的光線(xiàn)被折射，往對(duì)液晶顯示板1傾斜的方向行進(jìn)，因而視場(chǎng)角變大。
又，形成微透鏡1的透鏡寬度與像素間距相同。因此，對(duì)透鏡寬度方向而言，入射到微透鏡陣列1’的光被微透鏡1全部匯聚，并引導(dǎo)到子像素開(kāi)口部22。所以，得到大的光利用效率。而且，由于穿透微透鏡部的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度在遍及微透鏡陣列1’面的全部區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上相等，可不介意透鏡材料殘留的雙折射。
微透鏡陣列1’通過(guò)用穿透子像素開(kāi)口部22的光使光硬化樹(shù)脂硬化，制作圖案，因而能自調(diào)整地對(duì)微透鏡制作圖案。由于容易保持子像素開(kāi)口部的形狀均勻性高，能成本非常低地形成具有高形狀均勻性的微透鏡陣列1’。由于對(duì)像素或子像素自調(diào)整地形成微透鏡1，沒(méi)有微透鏡1與像素或子像素的位置偏差，也沒(méi)有像素間距和微透鏡間距的偏差，不發(fā)生像素與微透鏡之間的干擾條紋。因此，由于無(wú)干擾條紋且充分發(fā)揮微透鏡的聚光功能，能制造可高亮度顯示的顯示裝置。
使用由微透鏡組成的微透鏡1時(shí)，在濾色片的排列方向(X方向)無(wú)聚光效應(yīng)，因而微透鏡1提高亮度的效果相應(yīng)減小。然而，液晶顯示板通常如圖8(a)所示，在列方向(延伸源極總線(xiàn)(視像線(xiàn))的方向)相鄰的像素的透射部之間的間隔(DY)大于行方向(X方向)上相鄰的像素(和子像素)的透射部之間的間隔Dx。即，使用Y方向具有聚光效應(yīng)的透鏡比使用X方向具有聚光效應(yīng)的透鏡時(shí)，提高亮度的效果大，而且X方向沒(méi)有聚光效應(yīng)造成的亮度提高效果降低小。
本實(shí)施方式使用僅在一方向具有聚光效應(yīng)的微透鏡，但本發(fā)明不限于此，當(dāng)然也可用于X方向和Y方向具有聚光效應(yīng)的微透鏡。即，可做成具有包含分別與各子像素對(duì)應(yīng)設(shè)置且多個(gè)方向具有聚光能力(聚光效應(yīng))的多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列。所述曝光工序中，控制成X方向的曝光量分布恒定，但如果將曝光量分布控制得該方向也形成透鏡，則可得每一子像素形成X方向和Y方向具有聚光效應(yīng)的微透鏡的微透鏡陣列。
再者，曝光工序也可在對(duì)液晶顯示板11的液晶層4注入液晶材料前進(jìn)行。但是，此情況下，注入液晶材料后，在液晶材料取向用的工序中將微透鏡陣列1’加熱到一百幾十?dāng)z氏度。因此，作為光硬化樹(shù)脂，最好使用不因熱處理而發(fā)生形狀變化或剝落等影響微透鏡1的聚光效應(yīng)的變化的樹(shù)脂。
本實(shí)施方式在TFT襯底2側(cè)形成微透鏡陣列1’，但不限于此，也可在對(duì)置襯底3側(cè)形成。此情況下，在對(duì)置襯底3側(cè)形成背光15。
本實(shí)施方式使用具有濾色片的液晶顯示板11，但不限于此，本發(fā)明對(duì)例如賓主液晶顯示裝置那樣使用混合在顯示媒體層(液晶層)中的色素等進(jìn)行彩色顯示的顯示裝置也同樣能用。
本發(fā)明不限于TFT型液晶顯示裝置，也能用于使用MIM的液晶顯示裝置、沒(méi)有開(kāi)關(guān)元件的無(wú)源型液晶顯示裝置。
本發(fā)明不限于液晶顯示板，也能用于其它非自發(fā)光型顯示板(例如電致色變顯示板、電泳型顯示板、調(diào)色劑顯示板、PLZT板等)。
為了解決上述課題，本發(fā)明的顯示板，具有供給顯示用的光的背光；包含配置成矩陣狀的多個(gè)像素和遮蔽所述背光出射的光的遮光部和透射所述背光出射的光的開(kāi)口部的像素形成板；以及由將所述背光出射的光匯聚到所述開(kāi)口部的多個(gè)微透鏡組成的微透鏡陣列，所述微透鏡，其對(duì)該顯示板的顯示面平行的一方向的寬度與和該方向同方向的像素間距相等，而且以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向?qū)⑷肷涞界R頂部的來(lái)自所述背光的光進(jìn)行透射。
根據(jù)上述組成，所述微透鏡將入射到鏡頂部的來(lái)自所述背光的光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向加以透射。因此，入射到鏡頂部的光線(xiàn)不彎曲地透射到正面，從顯示板出射。所以，往正面行進(jìn)的光線(xiàn)多，能保持正面亮度高。而且，入射到上述微透鏡的鏡頂部以外的區(qū)域的光線(xiàn)受到折射，往對(duì)顯示板傾斜的方向行進(jìn)，因而能擴(kuò)大視場(chǎng)角。
又，根據(jù)上述組成，形成微透鏡的對(duì)顯示板的顯示面平行的一方向的寬度等同于與該方向同方向的像素間距。因此，由微透鏡對(duì)所述一方向匯聚全部從背光入射到微透鏡陣列的光。所以，能提高光利用效率。
可使所述微透鏡在頂部具有對(duì)該顯示板的顯示面實(shí)質(zhì)上平行的平坦部。由此，能以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向透射在鏡頂部入射的來(lái)自所述背光的光。因此，能保持正面亮度高。而且，入射到所述微透鏡的所述平坦部以外的區(qū)域的光線(xiàn)受到折射，往對(duì)顯示板傾斜的方向行進(jìn)，所以能擴(kuò)大視場(chǎng)角。
可使在所述微晶陣列的所述背光側(cè)的面上設(shè)置與所述微透鏡陣列的折射率差小于空氣與所述微透鏡的折射率差的物質(zhì)組成的粘接層，使其就所述一方向以規(guī)定的寬度接觸所述微透鏡陣列的頂部。根據(jù)所述組成，能以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向透射在鏡頂部入射的來(lái)自所述背光的光。因此，能保持正面亮度高。而且，入射到所述微透鏡的所述平坦部以外的區(qū)域的光線(xiàn)受到折射，往對(duì)顯示板傾斜的方向行進(jìn)，所以能擴(kuò)大視場(chǎng)角。
又，所述顯示板，其特征為所述各像素包括含有對(duì)從該顯示板周?chē)肷涞墓膺M(jìn)行反射的反射部、以及對(duì)從所述背光出射并通過(guò)所述開(kāi)口部的光進(jìn)行透射的透射部的排列在對(duì)所述一方向垂直的大于等于1個(gè)的子像素。根據(jù)所述組成，能實(shí)現(xiàn)正面亮度高且視場(chǎng)角大的半透射型顯示板。
最好所述背光的出射光的擴(kuò)展角小于等于2.5倍所述微透鏡陣列的接收角。根據(jù)所述組成，與不設(shè)置微透鏡的組成相比，能提高該顯示板的光利用效率。
最好所述微透鏡陣列中對(duì)入射到鏡頂部的來(lái)自所述背光的光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向進(jìn)行透射的部分相對(duì)于所述一方向的寬度，大于等于0.2倍且小于等于1倍所述像素的透射部相對(duì)于所述一方向的寬度。根據(jù)所述組成，能使光利用效率不降低且將正面亮度降低抑制到小于等于8％。
可使所述微透鏡在頂部具有對(duì)該顯示板的顯示面實(shí)質(zhì)上平行的平坦部，而且所述各子像素的透射部的所述一方向的寬度，小于等于45％的與該方向同方向的子像素寬度。根據(jù)所述組成，容易將所述微透鏡的平坦部的相對(duì)于所述一方向的寬度形成大于等于0.2倍所述透射部的所述一方向的寬度。因此，能容易實(shí)現(xiàn)不使光利用效率降低且將正面亮度降低抑制到小于等于8％的顯示板。
又，所述一方向是指排列成所述矩陣狀的所述多個(gè)像素的列方向和行方向中相鄰像素的所述透射部間的間隔長(zhǎng)的方向，結(jié)構(gòu)上可做成所述微透鏡陣列包含排列在垂直于所述一方向的方向上的在所述一方向具有聚光能力的多個(gè)微透鏡。
根據(jù)所述組成，由于具有對(duì)相鄰像素的所述透射部之間的間隔長(zhǎng)的方向有聚光能力的微透鏡，使光利用效率提高，從而提高亮度的效果加大。
又，可使所述微透鏡陣列包含分別與所述各子像素對(duì)應(yīng)設(shè)置并且在多個(gè)方向具有聚光能力的多個(gè)微透鏡。根據(jù)所述組成，能將往與所述各子像素的透射部對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)口部和在該開(kāi)口部的多個(gè)方向相鄰的遮光部上出射的來(lái)自所述背光的光匯聚到該各子像素的透射部。因此，能進(jìn)一步提高光利用效率。
為了解決上述課題，本發(fā)明的顯示板的制造方法，該顯示板具有供給顯示用的光的背光；包含配置成矩陣狀的多個(gè)像素和遮蔽所述背光出射的光的遮光部和透射所述背光出射的光的開(kāi)口部的像素形成板；以及由將所述背光出射的光匯聚到所述開(kāi)口部的多個(gè)微透鏡組成的微透鏡陣列，所述制造方法包含以下工序在所述像素形成板的一面形成光硬化樹(shù)脂層的工序；由穿透所述開(kāi)口部的光使所述光硬化樹(shù)脂層局部硬化的曝光工序；以及所述曝光工序后去除所述光硬化材料層的未硬化部分從而形成微透鏡的顯像工序。
根據(jù)上述方法，可通過(guò)用穿透所述開(kāi)口部的光使光硬化樹(shù)脂硬化，進(jìn)行微透鏡的圖案制作。因此，能以對(duì)所述開(kāi)口部自調(diào)整的方式形成微透鏡，從而沒(méi)有微透鏡與像素或子像素的位置偏差，也沒(méi)有像素間距和微透鏡間距的偏差。所以，不發(fā)生像素與微透鏡之間的干擾條紋。由于無(wú)干擾條紋，充分發(fā)揮微透鏡的聚光功能，能制造可高亮度顯示的顯示板。
又，可通過(guò)在所述形成光硬化材料層的工序中控制所述光硬化材料層的厚度，將所述所述微透鏡的對(duì)所述顯示板的顯示面平行的一方向的寬度形成為等于與該方向同方向的像素間距。
根據(jù)所述方法，能將所述所述微透鏡的對(duì)所述顯示板的顯示面平行的一方向的寬度形成為等于與該方向同方向的像素間距。因此，從背光入射到微透鏡陣列的光，對(duì)所述一方向而言，全部被微透鏡匯聚到所述開(kāi)口部。所以，能實(shí)現(xiàn)光利用效率高的顯示板。
又，可通過(guò)在所述形成光硬化材料層的工序中控制所述光硬化材料層的厚度，在所述曝光工序使所述光硬化樹(shù)脂層的部分區(qū)域的曝光量恒定，從而形成鏡頂部具有平坦部的微透鏡。
根據(jù)所述方法，能容易形成鏡頂部具有平坦部的微透鏡。此情況下，所述微透鏡能將入射到鏡頂部的來(lái)自所述背光的光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向透射。因此，能實(shí)現(xiàn)正面亮度高的顯示板。而且，入射到所述微透鏡的鏡頂部以外的區(qū)域的光線(xiàn)受到折射，往對(duì)顯示板傾斜的方向行進(jìn)，所以能擴(kuò)大視場(chǎng)角。
最好控制所述光硬化材料層的厚度，使所述平坦部相對(duì)于對(duì)所述顯示板的顯示面平行的一方向的寬度大于等于0.2倍且小于等于1倍與該方向同方向的所述開(kāi)口部的寬度。由此，能實(shí)現(xiàn)可將正面亮度的降低抑制到小于等于8％的顯示板。
又，可將所述開(kāi)口部的所述一方向的寬度取為小于等于45％的與該方向同方向的所述開(kāi)口部的排列間距。此情況下，能將所述微透鏡的平坦部的相對(duì)于所述一方向的寬度形成為大于等于2.5倍所述開(kāi)口部的所述一方向的寬度。因此，能實(shí)現(xiàn)不使光利用效率降低且將正面亮度的降低抑制到小于等于8％的顯示板。
可以還包含粘接層形成工序，該工序在所述微透鏡陣列的所述背光側(cè)設(shè)置與所述微透鏡的折射率差小于空氣與所述微透鏡的折射率差的物質(zhì)組成的粘接層，使與所述微透鏡的鏡頂部的接觸區(qū)域在對(duì)所述顯示板的顯示面平行的一方向的寬度大于等于0.2倍且小于等于1倍與該方向同方向的所述開(kāi)口部的寬度。此情況下，能將入射到鏡頂部的來(lái)自所述背光的光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向透射。因此，能實(shí)現(xiàn)正面亮度高的顯示板。而且，入射到所述微透鏡的鏡頂部以外的區(qū)域的光線(xiàn)受到折射，往對(duì)顯示板傾斜的方向行進(jìn)，所以能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大視場(chǎng)角的顯示板。
又，可使在所述曝光工序中用平行光進(jìn)行曝光。通過(guò)將平行光用作曝光用照射光，使光硬化樹(shù)脂層上各點(diǎn)的曝光量分布控制變得容易，便于控制微透鏡的形狀。
本發(fā)明不受上述實(shí)施方式限定，在權(quán)利要求書(shū)所示的范圍可作各種變更。即，本發(fā)明的技術(shù)范圍也包含組合在權(quán)利要求書(shū)所示范圍作適當(dāng)變更的技術(shù)手段而得的實(shí)施方式。
工業(yè)上的實(shí)用性本發(fā)明能用于液晶顯示板、電致色變顯示板、電泳型顯示板、調(diào)色劑顯示板、PLZT板等非自發(fā)光型顯示板。
權(quán)利要求
1.一種顯示板，其特征在于，具有供給顯示用的光的背光；包含配置成矩陣狀的多個(gè)像素和遮蔽所述背光出射的光的遮光部和透射所述背光出射的光的開(kāi)口部的像素形成板；以及由將所述背光出射的光匯聚到所述開(kāi)口部的多個(gè)微透鏡組成的微透鏡陣列，所述微透鏡，其對(duì)該顯示板的顯示面平行的一方向的寬度與和該方向同方向的像素間距相等，而且以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向，將入射到透鏡頂部的來(lái)自所述背光的光進(jìn)行透射。
2.如權(quán)利要求1中所述的顯示板，其特征在于，所述微透鏡在頂部具有對(duì)該顯示板的顯示面實(shí)質(zhì)上平行的平坦部。
3.如權(quán)利要求1中所述的顯示板，其特征在于，在所述微晶陣列的所述背光側(cè)的面上設(shè)置與所述微透鏡陣列的折射率差小于空氣與所述微透鏡的折射率差的物質(zhì)組成的粘接層，使其就所述一方向以規(guī)定的寬度接觸所述微透鏡陣列的頂部。
4.如權(quán)利要求1中所述的顯示板，其特征在于，所述各像素包括含有對(duì)從該顯示板周?chē)肷涞墓膺M(jìn)行反射的反射部以及對(duì)從所述背光出射并通過(guò)所述開(kāi)口部的光進(jìn)行透射的透射部的、排列在與所述一方向垂直的大于等于1個(gè)的子像素。
5.如權(quán)利要求1中所述的顯示板，其特征在于，所述背光的出射光的擴(kuò)展角小于等于所述微透鏡陣列的接收角的2.5倍。
6.如權(quán)利要求4中所述的顯示板，其特征在于，所述微透鏡陣列中對(duì)入射到鏡頂部的來(lái)自所述背光的光以實(shí)質(zhì)上原樣不變的強(qiáng)度和方向進(jìn)行透射的部分相對(duì)于所述一方向的寬度，在所述子像素的透射部相對(duì)于所述一方向的寬度的0.2倍以上1倍以下。
7.如權(quán)利要求6中所述的顯示板，其特征在于，所述微透鏡在透鏡頂部具有對(duì)該顯示板的顯示面實(shí)質(zhì)上平行的平坦部，而且所述各子像素的透射部的所述一方向的寬度，在與該方向同方向的子像素寬度的45％以下。
8.如權(quán)利要求4中所述的顯示板，其特征在于，所述一方向是指排列成所述矩陣狀的所述多個(gè)像素的列方向和行方向中相鄰像素的所述透射部間的間隔比較長(zhǎng)的方向，所述微透鏡陣列包含排列在垂直于所述一方向的、方向上的在所述一方向具有聚光能力的多個(gè)凸透鏡。
9.如權(quán)利要求4中所述的顯示板，其特征在于，所述微透鏡陣列包含分別與所述各子像素對(duì)應(yīng)設(shè)置、并且在多個(gè)方向具有聚光能力的多個(gè)微透鏡。
10.一種顯示板的制造方法，該顯示板具有供給顯示用的光的背光；包含遮蔽像素以及所述背光出射的光的遮光部和透射所述背光出射的光的開(kāi)口部的像素形成板；以及由將所述背光出射的光匯聚到所述開(kāi)口部的多個(gè)微透鏡組成的微透鏡陣列，其特征在于，所述制造方法包含以下工序在所述像素形成板的一面形成光硬化樹(shù)脂層的工序；由穿透所述開(kāi)口部的光使所述光硬化樹(shù)脂層局部硬化的曝光工序；以及所述曝光工序后去除所述光硬化材料層的未硬化部分，從而形成微透鏡的顯像工序。
11.如權(quán)利要求10中所述的顯示板的制造方法，其特征在于，通過(guò)在所述形成光硬化材料層的工序中控制所述光硬化材料層的厚度，將所述微透鏡形成為對(duì)所述顯示板的顯示面平行的一方向的寬度等于與該方向同方向的像素間距。
12.如權(quán)利要求10中所述的顯示板的制造方法，其特征在于，通過(guò)在所述形成光硬化材料層的工序中控制所述光硬化材料層的厚度，在所述曝光工序使所述光硬化樹(shù)脂層的部分區(qū)域的曝光量恒定，從而形成透鏡頂部具有平坦部的微透鏡。
13.如權(quán)利要求12中所述的顯示板的制造方法，其特征在于，控制所述光硬化材料層的厚度，使所述平坦部相對(duì)于與所述顯示板的顯示面平行的一方向的寬度，在與該方向同方向的所述開(kāi)口部的寬度的0.2倍以上1倍以下。
14.如權(quán)利要求13中所述的顯示板的制造方法，其特征在于，將所述開(kāi)口部的所述一方向的寬度取為與該方向同方向的所述開(kāi)口部的排列間距的45％以下。
15.如權(quán)利要求10中所述的顯示板的制造方法，其特征在于，還包含粘接層形成工序，該工序在所述微透鏡陣列的所述背光側(cè)設(shè)置與所述微透鏡的折射率差小于空氣與所述微透鏡的折射率差的物質(zhì)組成的粘接層，使與所述微透鏡的鏡頂部的接觸區(qū)在對(duì)所述顯示板的顯示面平行的一方向的寬度取為與該方向同方向的所述開(kāi)口部的寬度的0.2倍以上1倍以下。
16.如權(quán)利要求10中所述的顯示板的制造方法，其特征在于，在所述曝光工序中用平行光進(jìn)行曝光。
全文摘要
將鏡頂部具有平坦部(1a)的多個(gè)微透鏡(1)組成的微透鏡陣列(1’)，配置在液晶顯示板(11)的入射來(lái)自背光的光的一側(cè)。形成各微透鏡(1)，使其寬度等于像素間距。由此，能擴(kuò)大視場(chǎng)角，而不使正面亮度降低。
文檔編號(hào)G02B3/00GK1938641SQ20058000966
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者岡田訓(xùn)明, 中西浩 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社