带微透镜阵列的显示面板的制造方法和显示装置以及曝光装置.pdf

本发明是一种带微透镜阵列的显示面板的制造方法和显示装置以及曝光装置。其中，用于将感光性树脂层进行曝光的曝光装置，其特征在于：包括射出平行光的光学系统；具有承载形成有所述感光性树脂层的被曝光物的承载面的承载台；和连续地或阶段性地改变从所述光学系统射出的所述平行光对所述承载台的所述承载面的入射角的入射角控制机构。

1.  一种用于将感光性树脂层进行曝光的曝光装置，其特征在于：包括
射出平行光的光学系统；
具有承载形成有所述感光性树脂层的被曝光物的承载面的承载台；和
连续地或阶段性地改变从所述光学系统射出的所述平行光对所述承载台的所述承载面的入射角的入射角控制机构。

2.  根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于：
所述入射角控制机构可以按指定的速度改变对所述承载面的入射角。

3.  根据权利要求2所述的曝光装置，其特征在于：
所述入射角控制机构可以改变所述速度。

4.  根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于：
所述入射角控制机构可以与所述入射角关联地阶段性地改变所述速度。

5.  根据权利要求2～4中任一项所述的曝光装置，其特征在于：
所述入射角控制机构可以与照射时间关联地改变所述入射角。

6.  根据权利要求1～5中任一项所述的曝光装置，其特征在于：
所述入射角控制机构包含以在所述承载面上配置的所述被曝光物的指定的方向延伸的某一轴为中心使所述承载埋旋转的机构。

7.  根据权利要求1～6中任一项所述的曝光装置，其特征在于：
所述光学系统包括光源部、和反射来自光源部的光的反射部，
所述入射角控制机构包含改变所述反射部中的所述光的反射角度的机构。

8.  根据权利要求1～7中任一项所述的曝光装置，其特征在于：
所述入射角控制机构包含改变所述光学系统相对所述承载台的承载面的位置的机构。

9.  一种形成微透镜阵列的方法，其特征在于：使用权利要求1～8中任一项所述的曝光装置对光硬化性树脂进行曝光，形成微透镜阵列。

带微透镜阵列的显示面板的制造方法和显示装置以及曝光装置
本申请是2004年12月8日提出的申请号为200480031655.X的同名申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及带微透镜阵列的显示面板的制造方法和显示装置以及曝光装置。
背景技术
以液晶显示装置为代表的非自发光型的显示装置，通常利用驱动信号改变显示面板的透过率(或反射率)，调制照射到显示面板上的光源发出的光的强度而显示图像或文字。这样的显示装置有直接观察显示面板上所显示的图像等的直视型显示装置、和利用投影镜头将显示面板显示的图像等放大投影到屏幕上的投影型显示装置(投影仪)等。另外，作为液晶显示面板以外的非自发光型的显示面板，已知的有电子显示面板、电泳型显示面板、调色显示面板或PLZT显示面板等。现在，液晶显示装置已广泛地应用于监视器、投影仪、便携式信息终端、移动电话等。
液晶显示装置通过将与图像信号对应的驱动电压分别加到规则地排列成矩阵状的像素上，改变各像素的液晶层的光学特性而显示图像或文字等。作为将独立的驱动电压加到上述像素上的方式，有单纯矩阵方式和有源矩阵方式。对于有源矩阵方式的液晶显示面板，必须设置开关元件和用于将驱动电压供给至像素电极的配线。作为开关元件，可以使用MIM(金属-绝缘体-金属)元件等的非线性2端子元件或TFT(薄膜晶体管)元件等的3端子元件。
强的光入射到设置于显示面板的开关元件(特别是TFT)上时，处于OFF状态的元件电阻降低，加电压时给图素电容充电的电荷放电，不能得到指定的显示状态，所以，即使在黑状态也漏光，从而对比度降低。
因此，在液晶显示面板中，例如，为了防止光入射到TFT(特别是沟道区域)上，在设置有TFT或像素电极的TFT基板或通过TFT基板和液晶层而相对的对向基板上形成遮光层(称为黑色矩阵)。在反射型液晶显示装置中，如果将反射电极作为遮光层使用，有效像素面积不会降低，但是，在利用透过光进行显示的液晶显示装置中，除了不透过光的TFT、栅极总线和源极总线外，通过设置遮光层而有效像素面积降低，从而有效像素面积相对显示区域的总面积的比率即开口率降低。
此外，随着液晶显示面板的高精细化和小型化，这样的倾向越显著。这是因为，即使减小像素的间距，TFT或总线等由于电气性能或制造技术等的制约也不能过分减小。
特别是，近年来作为手机等移动机器的显示装置而普及的半透过型的液晶显示装置，各个像素具有以反射模式显示的区域(反射区域)和以透过模式显示的区域(透过区域)，所以，通过减小像素间距，透过区域的面积相对显示区域的总面积的比率(透过区域的开口率)显著地降低。
半透过型液晶显示装置在暗的照明下利用透过液晶显示面板的后照灯的光进行显示，在明亮的照明下通过反射周围的光进行显示，所以，不论周围的亮度如何，都可以实现对比度高的显示，但是，透过区域的开口率减小时，亮度将降低。
特别是在为了进行彩色显示而利用基于滤色器的光的吸收的直视型液晶显示装置或单板式投影仪中，光的利用效率(即亮度)进而降低。
作为改善光的利用效率的1个方法，在投影型液晶显示装置中，在液晶显示面板上设置向各个像素聚集光的微透镜而提高液晶显示面板的有效的开口率的方法已实用化了。现有的微透镜几乎是在液晶显示面板的对向基板内形成的，微透镜具有夹在2个玻璃板之间的层状结构。
下面，参照图20(a)和(b)说明具有现有的微透镜的对向基板的典型的2个制造方法。将规则地正确排列的多个微透镜称为微透镜阵列。
第1制造方法利用图20(a)模式地显示的工序(a-1)～(a-4)，制造具有微透镜阵列的基板(微透镜阵列基板)。
(a-1)：将玻璃基板上的光抗蚀剂层形成图形。
(a-2)：将图形化的抗蚀剂层加热，引起热塌边，形成具有微透镜的形状的抗蚀剂层。
(a-3)：通过将微透镜形状的抗蚀剂层以及玻璃基板进行干蚀刻，在玻璃基板上形成(回蚀刻)抗蚀剂层的形状，得到微透镜阵列基板。
(a-4)：通过粘接层将玻璃罩与得到的微透镜阵列基板粘接，研磨玻璃罩的表面，得到对向基板。根据需要形成电极或取向膜等。
第2制造方法利用图20(b)模式地显示的工序(b-1)～(b-4)制造具有微透镜阵列的对向基板。
(b-1)：利用例如电子束曝光将玻璃基板上的光抗蚀剂层形成图形，从而形成具有微透镜的形状的抗蚀剂层。将其作为掩模(原版)。
(b-2)：使用掩模，利用例如电镀法制造金属模子。
(b-3)：使用金属模子(stamper)，将微透镜的形状转印到玻璃基板上，得到微透镜阵列基板。
(b-4)：通过粘接层将玻璃罩与得到的微透镜阵列基板粘接，研磨玻璃罩的表面，得到对向基板。
另外，专利文献1公开了通过利用液晶显示面板的像素将涂敷在对向基板表面的感光材料曝光而对像素自整合地形成微透镜的方法。利用该方法时，在微透镜和像素之间不会发生排列偏离，另外，可以低成本地制造微透镜。
专利文献1：特开2002-62818号公报
发明内容
但是，专利文献1所述的方法，为了使感光材料曝光，使用了紫外线，所以，可以应用于不具有滤色器的显示面板(例如，3板式投影仪用的液晶显示面板)，但是不能应用于具有滤色器的显示面板。因为滤色器吸收紫外线，所以，不能通过滤色器使紫外线照射感光材料。实际上，专利文献1涉及在具有滤色器的显示面板中形成微透镜的方法。
在制作液晶显示面板之前的阶段，即在对向基板上形成滤色器之前，可以在对向基板(或TFT基板)上用上述方法形成微透镜，但是，会受到将两基板相互粘贴工序的对准偏离的影响，从而将破坏上述方法的一部分优点。另外，为了充分发挥微透镜的效果，优选使形成微透镜的玻璃基板的厚度小于0.5mm，但是，由多面倒角所制作的液晶显示面板使用数十cm²以上的母玻璃基板制造，将该母玻璃基板加工薄时，将发生操作上的问题。此外，在TFT基板上形成微透镜时，基板将达到数百度的温度，所以，不能具有感光材料。因此，在制作液晶显示面板之后(即，将两基板相互粘贴之后)，优选在将玻璃基板蚀刻或研磨到所希望的厚度之后，形成微透镜。
以液晶显示面板为例说明了现有的带微透镜阵列显示面板的制造方法的问题，但是，上述问题不限于液晶显示装置，也是其他的非自发光型显示装置的共同的问题。另外，以上，表示了具有滤色器的结构，但是，不限于此，例如宾主型液晶显示装置那样，使用与显示媒体层(液晶层)混合的色素等进行彩色显示的显示装置也存在同样的问题。
本发明就是鉴于上述问题而完成的，目的旨在提供在彩色显示面板上自整合地制造微透镜的方法。
本发明的带微透镜阵列显示面板的制造方法是具有显示面板和设置在上述显示面板的光入射侧的多个微透镜的带微透镜阵列显示面板的制造方法，其特征在于：包括(a)准备具有配置成矩阵状的多个像素的显示面板的工序、即准备上述多个像素分别具有包含透过第1色光并对该第1色光进行显示的第1图素和透过与第1色光不同的第2色光并对该第2色光进行显示的第2图素的多个图素的显示面板的工序；(b)在上述显示面板的外侧的相互相对的一对主面的一方的主面上，形成光硬化性材料层的工序；(c)通过上述显示面板将上述光硬化性材料层曝光的工序、即利用至少透过上述第1图素的光使上述光硬化性材料层部分硬化的工序；(d)通过除去经过上述曝光的上述光硬化性材料层的未硬化部分而形成多个微透镜的工序。
在本发明的说明中，「像素(pixel)」由分别透过特定的色光的多个「图素(pel)」构成。典型的情况是透过红色光的红色图素(R图素)、透过绿色光的绿色图素(G图素)和透过蓝色光的蓝色图素(B图素)构成各像素。但是，各像素具有的图素不限于该例，也可以除了R图素、G图素、B图素外，进而具有透过其他的色光(例如白色光)的W图素，可以具有透过C(青)、M(品红)、Y(黄)的各色光的图素，也可以1个像素包含多个透过相同色光的图素。在本说明书中，将图素内的透过光的区域称为「图素的开口部」。
在某一实施方式中，上述工序(a)是准备上述第1色光的中心波长在透过上述多个图素的色光的中心波长中是最短的波长的上述显示面板的工序。
在某一实施方式中，上述工序(b)是形成对比上述第1色光的中心波长短的波长的光具有感光性的上述光硬化性材料层的工序。
这里，透过图素的色光的中心波长指规定透过各个图素的可见光(大于等于380nm小于等于800nm)的色的波长范围的中心的波长，例如，如果是红色光，则具有600nm～650nm的范围内的中心波长，如果是绿色光，则具有520nm～580nm的范围内的中心波长，如果是蓝色光，则具有430nm～490nm的范围内的中心波长。但是，即使是透过图素的可见光的波长范围内，也不考虑透过率相对值小于等于10％的波长的光。
在某一实施方式中，上述工序(c)包括利用透过上述第1图素的光使与上述多个像素分别具有的上述多个图素对应的上述光硬化性材料层一部分硬化的工序，上述工序(d)包括形成与上述显示面板的上述多个像素的排列对应地排列的多个微透镜的工序。多个微透镜阵列可以是例如分别与排列成矩阵状的多个像素的行对应地排列的多个双凸透镜，也可以是分别与多个像素分别对应的多个微透镜。此外，也可以是与排列成矩阵状的多个像素具有的各个图素对应地排列的多个微透镜。在各个图素具有透过区域和反射区域的半透过型显示装置中，也可以是与各个透过区域(图素的开口部)对应的微透镜。另外，多个微透镜可以如矩形透镜(包含正方形透镜)那样形成分别独立的透镜，也可以如双凸透镜那样一体地形成多个微透镜。
在某一实施方式中，上述工序(a)是准备在上述多个像素各自的大致中央具有上述第1图素的上述显示面板的工序。
在某一实施方式中，上述工序(a)是准备上述多个图素包含红色图素、蓝色图素和绿色图素的上述显示面板的工序，上述工序(c)是利用至少透过上述蓝色图素的光使上述光硬化性材料层一部分硬化的工序。
在某一实施方式中，上述工序(b)是形成对大于等于380nm小于等于420nm的波长范围的光具有感光性的上述光硬化性材料层的工序。
在某一实施方式中，上述工序(c)包括利用至少透过上述蓝色图素的光使与上述红色图素、上述蓝色图素和上述绿色图素对应的区域的上述光硬化性材料层部分硬化的工序。
在某一实施方式中，上述工序(c)是利用大致平行光进行曝光的工序，包括改变对上述一方的主面的大致平行光的入射角的工序。
在某一实施方式中，上述工序(c)包括扫描上述大致平行光而用以形成分别与排列成上述矩阵状的多个像素的行对应地排列的多个双凸透镜的工序。
在某一实施方式中，上述工序(c)包括扫描上述大致平行光而用以形成分别与排列成上述矩阵状的上述多个像素具有的多个图素对应地排列的多个微透镜的工序。
在某一实施方式中，上述工序(c)包括调整光的配光分布的工序。
在某一实施方式中，上述工序(c)包括使用具有指定的透过率的分布的光掩模调整上述配光分布的工序。
在某一实施方式中，上述微透镜在顶部具有无聚光效果的平坦部。
在某一实施方式中，上述微透镜是双凸透镜，上述平坦部的尺寸与上述显示面板相对上述双凸透镜的聚光方向的上述图素的开口部的尺寸大致相同或小于开口部的尺寸。
在某一实施方式中，上述微透镜与上述显示面板的多个图素的开口部分别对应，上述平坦部的尺寸与上述图素的开口部的尺寸大致相同或小于开口部的尺寸。
本发明的显示装置的制造方法包括准备利用上述某一制造方法制造的带微透镜阵列显示面板的工序和将面光源配置于上述显示面板的所述微透镜侧的工序。
本发明的显示装置具有利用上述某一制造方法制造的带微透镜阵列显示面板、和向上述显示面板的上述微透镜阵列射出光的面光源。
本发明的曝光装置是用于使感光性树脂层曝光的曝光装置，其特征在于：包括射出大致平行光的光学系统；具有承受形成有上述感光性树脂层的被曝光物的承受面的承载台；和连续地或阶段性地改变从上述光学系统射出的上述大致平行光对上述承载台的上述承受面的入射角的入射角控制机构。本发明的曝光装置可以应用于上述带微透镜阵列显示面板的制造方法。
在某一实施方式中，上述入射角控制机构可以按指定的速度改变对上述承受面的入射角。上述指定的速度由用户设定。
在某一实施方式中，上述入射角控制机构，可以改变上述速度。上述速度可以连续地或阶段性地改变。
在某一实施方式中，上述入射角控制机构可以与上述入射角关联地阶段性地改变上述速度。
在某一实施方式中，上述入射角控制机构可以与照射时间关联地改变上述入射角。
在某一实施方式中，上述入射角控制机构包含使上述承受面以在上述承受面上配置的上述被曝光物的指定方向延伸的某一轴为中心进行旋转的机构。
在某一实施方式中，上述光学系统具有光源部和反射来自光源部的光的反射镜部，上述入射角控制机构包含改变上述反射镜部的上述光的反射角的机构。
在某一实施方式中，上述入射角控制机构包含改变上述光学系统相对于上述承载台的上述承受面的位置的机构。
本发明的形成微透镜阵列的方法的特征在于：使用上述某一曝光装置对光硬化性树脂进行曝光。
发明的效果
本发明的带微透镜阵列显示面板的制造方法，使用通过特定的色光(例如第1色光：蓝色光)进行曝光而硬化的光硬化性材料(典型的有光硬化性树脂)形成微透镜，所以，利用透过特定的色图素的光可以对彩色显示面板的像素(或图素)自整合地形成微透镜。
根据本发明的制造方法，与由例如R、G和B图素构成的像素对应地使用透过B图素的光可以形成微透镜，或者，也可以形成与R图素、G图素和B图素分别对应的微透镜。
因此，可以用非常低的成本形成微透镜，同时，可以对像素或图素自整合地配置微透镜，所以，可以充分发挥微透镜的聚光功能，结果，可以制造可进行高亮度的显示的显示装置。另外，由微透镜聚光的光通过图素之后以该聚光角发散，所以，可以得到扩展视野角的效果。即，本发明的直视型的显示装置具有高亮度、宽视野角的特征。
另外，作为使光硬化性材料感光(硬化)的光，如果利用透过构成像素的多个图素中的作为透过的色光的中心波长为最短的波长的图素的光，即使有光硬化性材料(光反应开始剂)的吸收，其影响也很小，从而抑制显示的色再现性的降低。典型的优选使用透过蓝色图素的光，并且优选使用比蓝色光的中心波长(例如450nm)短的波长的光。特别是优选使用380nm～420nm的范围的波长的光。
附图说明
图1(a)～(d)是用于说明本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板100的制造方法的模式的剖面图。
图2A是表示本发明的实施方式的液晶显示面板101具有的滤色器的分光透过率特性的曲线图。
图2B是表示LED光源的发光频谱的例子的曲线图。
图3(a)～(c)是用于说明本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板100的微透镜的结构和曝光工序的模式图。
图4是用于说明本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的制造方法的曝光方法的模式图。
图5是用于说明本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的制造方法的曝光方法的模式图。
图6(a)和(b)是模式地表示本发明的实施方式的曝光装置的结构的图。
图7是模式地表示本发明的其他实施方式的曝光装置的结构的图。
图8是模式地表示本发明的其他实施方式的曝光装置的结构的图。
图9(a)和(b)是用于说明在本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的制造方法的曝光工序中使用的光的配光分布的模式图。
图10(a)和(b)是用于说明调整在本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的制造方法的曝光工序中使用的光的配光分布的方法的图，(a)是表示光学系统的模式图，(b)是表示掩模的结构的模式图。
图11是表示本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的像素排列的例子的模式图。
图12是表示本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的像素排列的其他例子的模式图。
图13(a)和(b)是用于说明本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的微透镜的其他结构和曝光工序的模式图。
图14是表示本发明的实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板具有的其他滤色器的分光透过率特性的曲线图。
图15是模式地表示本发明的实施方式的液晶显示装置的结构的图。
图16(a)和(b)是表示本发明的实施方式的半透过型液晶显示装置的图素的透过区域和反射区域的配置例的模式图。
图17是模式地表示本发明的其他实施方式的带微透镜阵列液晶显示面板的微透镜的结构的图。
图18(a)和(b)是用于说明在微透镜上设置平坦部的效果的模式图，(a)表示设置平坦部时的行进方向，(b)表示不设置平坦部时光的行进方向。
图19是模式地表示本发明的其他的带微透镜阵列液晶显示面板的微透镜的结构的图。
图20(a)和(b)是用于说明现有的微透镜的制造方法的模式图。
符号说明：100带微透镜阵列液晶显示面板；101液晶显示面板；102 TFT基板；103对向基板；104R红色图素(红滤色器)；104G绿色图素(绿滤色器)；104B蓝色图素(蓝滤色器)；105光硬化性树脂层；105’、105”光硬化性树脂层的硬化的部分；107微透镜。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式的带微透镜阵列显示面板的制造方法和具有该带微透镜阵列显示面板的液晶显示装置，但是，本发明不限定上述制造方法和上述液晶显示装置。
下面，参照图1说明本发明的实施方式的带微透镜阵列显示面板100的制造方法。图1(a)～(d)是用于说明本发明的实施方式的微透镜阵列的制造方法的模式的剖面图。
首先，如图1(a)所示，准备彩色液晶显示面板101。这里，准备与图素对应地形成了R、G和B的滤色器104R、104G、104B的液晶显示面板101。为了简单，将与滤色器104R、104B和104G分别对应的图素称为R图素104R、B图素104B和G图素104G。另外，为了简单，将与各图素的开口部(透过区域)对应的区域图示为图素104R、104G、104B。所示的例子，是图素的开口部配置在图素的大致中央，但是，本发明不限定如此。
液晶显示面板101包括TFT基板102、形成有滤色器104R、104G和104B的对向基板103。在TFT基板102与对向基板103之间形成指定的液晶层(图中未示出)。在TFT基板102的液晶层侧，形成与排列成矩阵状的图素对应地设置的像素电极、与像素电极连接的TFT、栅极总线和源极总线等电路要件(图中未示出)。另外，在对向基板103的液晶层侧，形成滤色器104R、104G和104B以及配置在它们之间的遮光层BM和对向电极(图中未示出)。另外，在TFT基板102和对向基板103与液晶层接触的面上，根据需要形成取向膜(图中未示出)。
如图1(b)所示，在液晶显示面板101的TFT基板102上，涂敷光硬化树脂，形成光硬化性树脂层105。这里，使用在380nm～420nm的波长范围内具有感光波长的光硬化性树脂。
为了提高光硬化性树脂层105与TFT基板102的粘接性，在涂敷光硬化性树脂之前，优选在TFT基板102的玻璃表面涂敷硅烷耦合剂等，将表面改性。
下面，参照图2A说明滤色器104R、104G、104B的分光透过率特性。
由于400nm附近的光几乎不透过形成有滤色器104R、104G的图素，所以，即使从液晶显示面板101的对向基板103侧入射400nm附近的曝光用照射光106，也几乎不会由透过这些图素的光使光硬化性树脂感光(硬化)。
通过使用在蓝色滤色器104B的透过波长区的短波长侧(特别是380nm～420nm)具有感光波长的感光性材料层，可以由滤色器104B的透过光使感光性材料感光，同时，可以形成可见区的透过率非常高的微透镜。即，通常，感光性材料吸收该感光波长的光，所以，使用例如对红(R)或绿(G)具有感光波长的光硬化性材料时，吸收R或B的一部分光，所以，显示的色再现性将降低。在蓝(B)的情况时也发生同样的现象，但是，对色再现性的影响小。特别是使用在例如手机或PDA、数码相机等中使用的液晶显示装置中的、作为后照灯光源的LED光源等发光光谱如图2B所示的那样位于420nm附近的长波长侧的光源时，使用380nm～420nm范围的波长的光时可以更有效地抑制色再现性的降低。
通常，几乎没有透过小于380nm的波长的光(紫外线)的滤色器(色素或颜料)，为了使用紫外线，如上所述，必须在形成滤色器之前的阶段进行光照射。
透过形成了滤色器104B的图素的光，如图2A所示，包含400nm附近的光，所以，透过该图素(蓝图素)的光入射到光硬化性树脂层105上时，光硬化性树脂根据光量感光而硬化。照射时间一定时，根据配光分布而硬化。即，形成硬化度的分布。因此，通过调整光量(配光分布和/或照射时间)的分布，可以在光硬化性树脂层上形成硬化度的分布。所谓「配光分布」，就是入射到显示面板上将感光性材料层曝光的光相对与显示面板的面法线所成的角度(入射角度)的强度分布，向蓝色图素的入射角与向感光性材料层的入射位置1∶1对应。
如果通过将曝光的光硬化性树脂层进行显影处理而除去未硬化部分，则可以得到形状与硬化度的分布对应的微透镜。配光分布可以通过例如改变曝光用照射光的入射角而进行调整。另外，可以使曝光用照射光与光硬化性树脂层105相对移动。例如，可以通过扫描曝光用照射光而调整照射时间的分布，也可以将它们组合应用。此外，也可以使用具有指定的透过率分布的光掩模调整配光分布。另外，使曝光用照射光通过蓝色图素104B倾斜地入射到光硬化性树脂层105上，可以形成与B图素104B相同的像素中包含的R图素104R和G图素104G对应的微透镜(即与像素对应的微透镜)，例如双凸透镜，也可以形成与B图素104B、R图素104R和G图素104G分别对应的微透镜(即，与各图素的开口部对应的微透镜)。如果将透过曝光用照射光的图素的开口部配置在像素的大致中央，优选可以简便地调整光量的分布。例如，对于红色图素、蓝色图素和绿色图素顺序对称地排列的像素，如果以蓝色图素为中心对称地扫描曝光用照射光，可以很容易形成对像素的中心线对称的形状的微透镜。
下面，参照图3(a)～(c)说明形成与像素对应的双凸透镜的例子。图3(a)是模式地表示与带微透镜阵列显示面板100的1个像素对应的部分的平面图和剖面图，省略了对向基板103。图(b)和(c)是用于说明制造图3(a)所示的带微透镜阵列显示面板的曝光工序(图1(c))的详细情况的图，图3(b)是沿图3(a)的A-A′线的模式的剖面图，图3(c)是沿图3(a)的B-B′线的模式的剖面图。
如图3(a)所示，该显示面板100的1个像素由R图素104R、B图素104B和G图素104G构成。在各图素的周围，设置了黑色矩阵BM(遮光区域)。像素排列成矩阵状，形成行(X方向)和列(Y方向)，这里，所示的例子是X方向的像素间距P_X和Y方向的像素间距P_Y都是150μm。对TFT型显示装置的情况，典型的是行方向(X方向)与栅极总线行平行，列方向(Y方向)与源极总线行(视频行)平行。
显示面板100具有的微透镜阵列包含与多个像素的行对应地排列的多个双凸透镜107。双凸透镜107在行方向(X方向)延伸，在列方向(Y方向)具有聚光力，但是，在行方向(X方向)不具有聚光力。
下面，参照图3(b)和(c)说明用于形成双凸透镜107的曝光工序。
如图3(b)所示，在包含A-A′线的面内，将照射光106向液晶显示面板101的入射方向从由入射角θ1规定的方向改变为由入射角θ2规定的方向，如图3(c)所示，在包含B-B′线的面内，从由入射角θ3规定的方向改变为由入射角θ4规定的方向。即，在包含A-A′线的面内，将照射光106的入射角从θ1到θ2连续地或阶段性地改变，在包含B-B′线的面内，从θ3到θ4连续地或阶段性地改变。作为曝光照射光106，优选使用平行光。曝光用照射光的平行度优选在±3°以内，为了高精度控制微透镜的形状，优选是在±1°以内。
这时，照射光106的入射角度θ1、θ2和θ3、θ4优选设定为微透镜无间隙地形成。例如，如图3(b)所示，入射角θ1和θ2根据液晶显示面板101的像素间距P _X和对向基板103的厚度适当地设定，使透过相邻的像素的B图素的光在相邻的像素间的中央部(图3(b)中的点a)一致，使与相邻的像素对应的双凸透镜间的膜厚相同。另外，如图3(c)所示，入射角θ3和θ4根据液晶显示面板101的像素间距P _Y和对向基板103的厚度适当地设定，使透过相邻的像素的B图素的光在相邻的像素间的中央部(图3(c)中的点b)一致，形成透镜间的边界(在相邻的像素间的中央部，透镜的膜厚最薄)。
这里所示的液晶显示面板101，行方向(滤色器的排列方向)的像素间距P_X为150μm、与行方向正交的列方向的像素间距P_Y为150μm、对向基板103的物理厚度为400μm(按空气换算，为400/1.52＝260μm)，所以，θ1和θ2、θ3和θ4为：
θ1＝θ2＝θ3＝θ4＝tan^-1(75/260)＝约16°
另外，光越倾斜地入射(入射角越大)，照射面的照射面积越大，所以，照射强度越弱。因此，上述入射角θ1和θ2(θ3和θ4)有时需要根据光硬化性树脂层105应形成的硬化度分布(微透镜的形状)从通过上述计算而得到的角度进行调整。
下面，说明照射光106的扫描方法。这里，所谓扫描，包含曝光用照射光106照射的区域的2维扫描和改变照射光的入射角度。另外，只要相对地改变照射光106与光硬化性树脂层105的位置关系和角度就可以实现扫描，所以，可以移动形成有光硬化性树脂层105的液晶屏101，也可以移动照射光(光源)。
在本实施方式中，在滤色器104R、104G、104B的排列方向(行方向：X方向)形成不具有聚光力的双凸透镜107，所以，对X方向(与A-A′线平行)进行扫描使光量(照度×时间)的分布均匀，对Y方向(与B-B′线平行)，照射光的入射角越大，使扫描速度越快，入射角度越小(越接近显示面板的法线方向)，使扫描速度越慢。例如，使入射角相对显示面板的法线从-30°到+30°进行扫描时，在-30°～-10°的角度范围以5°/sec的速度进行扫描，在-10°～+10°的角度范围以3°/sec的速度进行扫描，在+10°～+30°的角度范围以5°/sec的速度进行扫描。
这样，通过扫描照射光106并将光硬化性树脂层105曝光，如图4模式地所示，可以使与对X方向不具有曲率而仅对Y方向具有曲率的双凸透镜107对应的部分105′硬化。
另外，作为使照射光106在X方向和Y方向进行扫描的方法，如图5模式地所示，对X方向和Y方向的两方向进行扫描。图5表示由照射光106照射的区域106a相对光硬化性树脂层105被扫描的轨迹。另外，照明光的入射角度可以连续地改变，也可以阶段性地改变。
在曝光工序之后，在显影工序中，通过除去光硬化性树脂层105的未硬化部分，得到具有硬化部分105′的形状的双凸透镜107。在显影工序之后，通过再次将曝光用照射光照射光硬化性树脂层105的硬化部分105′(双凸透镜107)，进而进行光硬化性树脂的硬化，使之接近完全硬化状态。另外，也可以同时并用光硬化和热硬化。
下面，参照图6、图7和图8说明适合应用于上述制造方法的曝光工序的曝光装置的例子。
图6～图8所示的本发明的实施方式的曝光装置包括射出用于将在显示面板的主面形成的光硬化性树脂层曝光的大致平行光的光学系统、具有承载显示面板的承载面的承载台和连续地或阶段性地改变从光学系统射出的大致平行光对承载台的承载面的入射角的入射角控制机构。入射角控制机构优选可以按指定的速度改变对承载面的入射角，指定的速度由用户根据入射角和光量等进行设定。
此外，入射角控制机构连续地或阶段性地改变上述速度(可变)。例如，如上所述，在形成微透镜的一连串的过程中，为了调节光量，优选可以与入射角关联地阶段性地改变速度。通过调整入射角变化的速度，可以得到与所希望的形状接近的微透镜形状。
此外，入射角控制机构优选可以与照射时间关联地改变入射角。照射时间通过例如设置在光学系统与承载面之间的快门的开闭进行控制，入射角控制机构以使快门成为开状态的时刻为基准改变入射角。
图6(a)所示的曝光装置包括射出大致平行光的光学系统(光源部)310、具有承载显示面板101的承载面的承载台320、和承载台控制装置324。在显示面板101的主面上，形成光硬化性树脂层105。承载台320按照来自承载台控制装置324的信号使承载面以在承载台320的承载面上配置的显示面板101的面内指定的方向延伸的某一轴为中心旋转。但是，不必完全旋转，只要在指定的角度范围内动作而描绘出图6(a)中的6C所示的圆弧即可。
如图6(b)所示，使承载面旋转的轴是在显示面板101的排列成矩阵状的像素行方向延伸的6A-6A′轴和/或在与其正交的方向(典型的是像素列方向)延伸的6B-6B′轴。承载台320可以使承载面至少以1个轴为中心进行旋转，可以将显示面板101相对承载面配置成使之在指定的方向旋转。另外，这时，可以配置成使旋转轴位于硬化性树脂层105中。
图7所示的曝光装置包括射出大致平行光的光源部310和反射来自光源部310的光反射部。反射部包括反射镜332、改变反射镜332的反射角度θr(与反射镜的入射角度θi相等)的反射镜驱动部334、和控制反射镜驱动部334的反射镜控制部336，它们改变光对配置在承载台320的承载面上的显示面板101的入射角。即，通过改变反射镜332的表面(即反射面)的角度而改变光对显示面板101的入射角。反射镜332以描绘例如图7中所示的圆弧7C和/或在垂直于纸面的面内描绘圆弧的方式进行动作。
在该曝光装置中，仅改变反射镜332的角度时，不仅改变光对显示面板101的入射角度，而且也改变照射位置。因此，在反射镜332的全部可动角度范围内为了照射显示面板101的全面，必须使照射区域大于显示面板101，从而使光源部310大型化而提高成本。为了防止出现上述情况，通过设置与以描绘7C的圆弧的方式改变反射镜332的角度相连动、使反射镜332向图7所示的7A-7A′方向移动的机构，可以修正伴随反射镜332的角度的变化的照射区域的偏离。在与纸面垂直的面内以描绘圆弧的方式改变反射镜332的角度的情况下，设置使反射镜332向与纸面垂直的方向7B、7B′推动的机构。
图8所示的曝光装置具有改变光学系统310相对承载台320的承载面的位置的机构。光学系统310按照来自光学系统控制部312的信号，例如以描绘由图8中的8C所示的圆弧的方式进行动作，改变向承载台320的承载面的显示面板射出的大致平行光的入射角度。
该曝光装置和图7所示的曝光装置一样，仅改变光源部310的角度时，不仅改变光对显示面板101的入射角度，而且也改变照射位置。因此，优选相对图8中的8A-8A′方向或8B、8B′方向改变光源部310的角度和位置，使之在以显示面板101的显示部的中间轴(参见图6中的6A-6A′、6B-6B′)为中心的同心圆上旋转。
上述入射角控制机构优选可以与照射时间关联地改变入射角。照射时间(曝光时间)由例如设置在光学系统(光源部)310与承载台320的承载面之间的快门(图中未示出)的开闭进行控制。因此，可以使快门的开闭动作与入射角控制机构连动。
例如，将承载台设定在成为指定的入射角(例如-30°)的位置后，以使快门成为开状态的时刻为基准，在到-10°为止的角度范围内以5°/sec的速度改变。此后，在-10°～+10°的角度范围内以3°/sec的速度改变，在+10°～+30°的角度范围内以5°/sec的速度改变。在入射角到达+30°的时刻，将快门关闭。这些一连串的动作可以以使快门成为开状态的时刻为基准，根据时间进行控制。
另外，图6～图8所示的曝光装置的入射角控制机构可以适当地进行组合。进行参照图5说明的2轴扫描时，通过将图6～图8所示的曝光装置的入射角控制机构组合，可以例如使2轴中的1轴在承载台320的控制下进行(图6)，也可以将另一方的轴在反射镜332的控制下进行(图7)。通过采用这样的结构，不必具有在1个部位使2轴动作的机构，所以，曝光装置的设计容易。
曝光工序可以对各显示面板101进行，也可以对包含多个显示面板101的大片一起进行。
图6～图8表示通过显示面板101将硬化性树脂层105曝光的例子，但是，本发明不限定如此。例如，也可以相反从硬化性树脂层105侧进行曝光。但是，这时，在硬化性树脂层105的显示面板101相反侧的表面附近，在硬化性树脂层105上配置可以按所希望的图形进行曝光的掩模，由通过该掩模的光进行曝光。
上述曝光装置不限于使用光硬化性树脂形成微透镜的用途，也可以广泛地应用于将感光性树脂(不论负片型还是正片型)曝光的用途。
在上述实施方式中，通过使照射光106进行扫描，将光硬化性树脂层105曝光成为所希望的微透镜形状，但是，预先通过调整照射光106使之具有可以得到所希望的微透镜形状的配光分布，不进行扫描也可以形成微透镜。在该方法中，可以减少扫描所需要的时间，所以，可以在短时间内形成微透镜，从而可以提高生产效率。
例如，制作图9(b)所示的双凸透镜107时，可以调整照射光106使之具有图9(a)模式地所示的配光分布。即，可以使照射光具有对X方向在θ1～θ2的范围内(参见图3(b))具有一定的强度而对Y方向随着入射角度增大而强度减弱的配光分布。
例如，如图10(a)所示，通过先将来自光源701的光聚集，通过在该聚光点阶段性地(或连续地)插入具有透过率不同的区域的掩模702，可以调整配光分布。
作为掩模702，与来自光源701的光的配光分布有关，但是，例如在制作通常的圆形的透镜时，如图10(b)所示，使用透过率从中心区域702a到周边区域702b阶段性地(或连续地)变化的掩模，使透过掩模702的光的配光分布越靠近中心部越强。制作上述双凸透镜107时，可以采用仅一方向(Y方向)的光的强度分布越接近中心部越强的配光分布。
另外，也可以同时并用基于扫描的曝光还基于配光分布的控制的曝光。这时，例如可以在X方向或Y方向中的某一方向进行扫描，而调整另一方的配光分布。
如上所述，对具有条纹排列的像素的显示面板使用仅在列方向(Y方向)具有聚光效果的双凸透镜107时，如图9所示，行方向(X方向)的强度分布可以一定，所以，如果使用射出均匀的配光分布的光的光源，则几乎不必调节配光分布，所以，可以比较容易地控制微透镜(双凸透镜)的形状。
使用双凸透镜107时，由于在滤色器的排列方向(X方向)没有聚光效果，所以，由该部分微透镜提高亮度的效果将降低，但是，如图11所示，液晶显示面板列方向(源极总线行(视频行)延伸的方向)的相邻像素间的间隔(W_Y)通常比行方向(X方向)相邻像素(和图素)间的间隔W_X宽。即，使用在Y方向具有聚光效果的透镜比使用在X方向具有聚光效果的透镜提高亮度的效果高，从而在X方向不具有聚光效果所引起的亮度提高的效果的降低较小。
使用仅在一方向具有聚光效果的微透镜时，滤色器的色排列不限于图11所示的条纹排列的情况，例如，即使是图12所示的倾斜排列的情况，根据和上述相同的理由，优选使微透镜具有聚光效果的方向为显示面板的列方向(视频行方向)。
当然，按照本发明的实施方式，不限于仅在一方向具有聚光效果的双凸透镜，也可以制造具备在X方向和Y方向都具有聚光效果的微透镜的液晶显示面板。
例如如图13(a)和(b)模式地所示，使用透过蓝色图素104B的光，如上述那样通过调节曝光用照射光的扫描速度或配光分布，可分别与绿色图素104G、蓝色图素104B和红色图素104R对应地形成在X方向和Y方向具有曲率的硬化部分105″。此后，经过显影工序，可以得到对各图素形成有在X方向和Y方向具有聚光效果的微透镜(例如矩形透镜)的微透镜阵列。
曝光工序也可以在将液晶材料注入液晶显示面板之前进行。但是，这时，在注入液晶材料之后，在用于获得液晶材料的取向的热处理工序中，微透镜阵列被加热到例如百数十度，所以，作为光硬化性树脂，优选使用通过热处理不发生形状变化或剥离等从而对微透镜的聚光效果不发生影响的树脂。
另外，在上述实施方式中，如图2A所示，说明了使用红滤色器104R和绿滤色器104G几乎不透过作为曝光用照射光而使用的400nm附近的光而仅蓝滤色器104B充分透过400nm附近的光的滤色器的例子，但是，本发明不限定如此。
例如，即使使用具有图14所示的光透过率特性的滤色器，利用上述方法也可以形成指定形状的微透镜。即，蓝滤色器104B和红滤色器104R透过曝光用的400nm附近的光时，可以考虑蓝滤色器104B和红滤色器104R的透过率，调整曝光用照明光的扫描速度和/或调整照明光的配光分布。在图14中，表示了蓝和红的2色的滤色器透过曝光用光的情况，但是，即使是蓝和绿的2色的情况也一样，此外，即使是蓝、绿和红的所有的滤色器透过曝光用的光的情况也一样。
在上述实施方式中，在TFT基板102侧形成微透镜阵列，但是，也可以在对向基板103侧形成。当然，本发明不限于TFT型液晶显示装置，也可以使用应用MIM的液晶显示装置或不具有开关元件的无源型的液晶显示装置。
上述所得到的带微透镜阵列液晶显示面板100，例如图15模式地所示的那样优选与指向性高的后照灯120组合使用。通过使指向性高的光入射到微透镜上，可以得到高的聚光效果。
图15所示的液晶显示装置200包括具有微透镜107的液晶显示面板100、和配置在液晶屏100的微透镜107侧的高指向性后照灯120。后照灯120包括光源122、接受从光源122射出的光使之在其中传播并向液晶显示面板100射出的导光板124、和将从导光板124的背面射出的光向导光板124反射的反射板126。在图15中，仅标出了主要部件，省略了设置在液晶显示面板101的前后的偏振片等。
作为适合应用于液晶显示面板200的后照灯，有例如IDW′02「Viewing Angle Control using Optical Microstructures onLight-Guide Plate for Illumination System of Mobile Transmissive LCDModule」K.KALANTAR p549-552或特开2003-35824号公报、M.Shinohara、et al.：Optical Society of AmericanAnnual Meeting Conference Program、Vol.10、p.189(1998)、特表平8-511129号公报等记载的后照灯。
如上所述，在半透过型液晶显示装置中，透过光的区域(图素的开口部)比透过型的小，所以，通过减小像素间距，透过区域的面积与显示区域的全面积的比率(图素的开口部的面积比率)的降低也比透过型显著。因此，可以说对半透过型液晶显示装置使用微透镜提高有效的开口率的效果也比透过型大。上述实施方式的液晶显示装置的图素的开口部，在半透过型液晶显示装置中也与图素的开口部对应。但是，在半透过型液晶显示装置中，图素内的开口部(透过区域)的配置可以有各种各样的配置，如上所述，使用在行方向延伸的双凸透镜时，优选将开口部(透过区域)配置得使在行方向相邻的图素的开口部(位于透过区域间的遮光区域(也包含反射区域))尽可能细。
例如，如图16(a)模式地所示的图素204那样，将透过区域(图素的开口部)204t设置在图素204的中央部，将反射区域204r配置在其周边时，在邻接的图素的透过区域204t之间不仅存在源极总线行，而且存在反射区域204r，所以，相邻的透过区域204t间的间隔(遮光区域的宽度)变宽。与此相反，如图16(b)所示模式地所示的那样，采用在透过区域204t′的周边不设置反射区域204r′的配置时，优选可以将相邻的透过区域204t′间的遮光区域的宽度形成得很细。典型的情况，透过区域由在TFT基板上形成的透明像素电极规定，而反射区域由反射像素电极规定。
在上述实施方式中，使用了具有滤色器的液晶显示面板，但是，本发明不限于如此，例如，如宾主型液晶显示装置那样，使用与显示媒体层(液晶层)混合的色素等进行彩色显示的显示装置同样也可以应用。此外，不限于液晶显示面板，也可以应用其他非自发光型显示面板(例如电致彩色显示面板、电泳型显示面板、调色剂显示面板或PLZT显示面板)。
另外，通过在上述实施方式的液晶显示装置中使用的微透镜的顶点部设置平坦部，可以进一步增大微透镜的亮度提高效果。
例如，图17所示的带微透镜阵列显示面板100′具有在顶点部形成平坦部107′f的微透镜107′，所以，可以使正面亮度比图3所示的带微透镜阵列显示面板100的高。
如图17所示，微透镜为双凸透镜时，平坦部107′f的宽度优选与图素的开口部(104R、104G、104B)的透镜的聚光方向的宽度大致相同。当然，平坦部107′f的宽度也可以比图素的开口部(104R、104G、104B)的透镜的聚光方向的宽度小，但是，设置平坦部107′f所导致的效果将减小。这里，为了简单，将与各图素的开口部(透过区域)对应的区域表示为图素104R、104G、104B。
这样，使用具有平坦部107′f的微透镜107′时，如图18(a)所示，通过平坦部107′f的光在微透镜107′中不发生弯曲，而直接通过图素的开口部。因此，使用正面亮度高的高指向性的后照灯时，可以得到高的正面亮度。另一方面，入射到微透镜107′的平坦部107′f以外的区域(微透镜107′的曲面部)的光在微透镜107′中发生折射而通过图素的开口部。入射到微透镜107′的曲面部上的光是未设置微透镜107′时由BM等排除的光，所以，可以提高光的利用效率。
与此相反，使用图3所示的不具有平坦部的微透镜107时，虽然提高了光的利用效率，但是，如图18(b)所示，从高指向性后照灯射出的平行度高的光则几乎全部(除了通过光轴的光)由微透镜107引起弯曲，所以，正面亮度多少有些降低。即，使用高指向性后照灯所带来的正面亮度的提高效果将降低。
通过设置平坦部引起的正面亮度的提高效果不限于上述例子。例如，如图19所示的带微透镜阵列显示面板100″那样，也可以在与显示面板的各图素对应地排列、在纵横两方向具有聚光效果的微透镜107″上设置平坦部107″f。这时，平坦部107″f的尺寸优选纵横都与图素的开口部的纵横尺寸大致相同。通过采用这样的结构，可以在纵横两方向得到参照图18(a)和(b)说明的效果。这时，平坦部107″f的宽度可以比图素的开口部的宽度小，但是，效果将降低，这与上述相同。
产业上的可利用性
按照本发明，利用透过显示面板的图素的开口部(透过区域)的光，形成微透镜阵列，所以，可以自整合地形成微透镜。因此，不需要掩模的对准，可以简化制造程序，从而可以得到微透镜与图素的开口部高精度的位置配合。
按照本发明，可以提高物理的像素开口率低的直视型的显示装置的亮度和实现宽视野角。例如，可以提高亮度而不减小例如作为移动设备的显示装置使用的透过型和半透过型液晶显示装置的视野角。特别是，通过应用于透过区域的开口率低的半透过型液晶显示装置，可以有效地实现宽的视野角和得到高的亮度。