JP2009006521A - 膜積層基板および液晶パネル用対向基板および液晶パネル - Google Patents

Abstract

【課題】平板状の基板の反りの問題を有効に解決した新規な膜積層基板を実現する。
【解決手段】平板状の基板１００の少なくとも片面にＮ（≧２）層の薄膜１２１ａ、１２１ｂを積層形成してなる膜積層基板であって、片面に積層形成されるＮ層の薄膜全体として、膜面方向の応力が相殺され、基板に反りを生じさせる応力が作用しないようにＮ層の薄膜の材料と膜厚が設定されている。
【選択図】図７

Description

この発明は、膜積層基板および液晶パネル用対向基板および液晶パネルに関する。

平板状の基板の少なくとも片面に複数層の薄膜を積層した膜積層基板は、従来から、偏光板や反射防止フィルタ等として広く知られている。また、液晶パネル用対向基板として、平板状の基板の片面に「液晶画素配列に対応するマイクロレンズアレイ」を形成し、形成されたマイクロレンズアレイにより、照明光を遮光用のブラックマトリックスの各画素部分に集光させることにより、光利用効率を高めることが知られている。

これらの膜積層基板において積層される薄膜のうちには、膜形成の過程で膜面方向（膜の表面に沿う方向）に応力が発生するものも多い。

一方において、膜を積層形成される平板状の基板は「薄型化」が進んでおり、形成された薄膜に発現する応力の作用で容易に「反り」を生じてしまう。膜積層基板が反ると「膜積層基板本来の機能」が損なわれてしまう。

このような基板の反りを矯正する方策として、膜を積層される側と反対側の基板面に引っ張り応力を発現する薄膜を形成し、基板表裏の膜による引っ張り応力を相殺させて、基板面の平面性を確保する方法が提案されている（特許文献１）。

近来、膜の材料として「ゾルゲル材料」の使用が意図されている。ゾルゲル材料は無機材料であり、堅固な薄膜を形成できるので耐環境性に優れている。即ち、成膜過程でゾルゲル材料のシロキサン結合を完全にすると「シリカガラスによる３次元骨格構造体」となる。この状態が「硬化した状態（硬化層）」であり、化学的に安定した極めて強固な構造である。また、材料の組成により屈折率の調整が可能であるところから、所望の屈折率を持ち「光学的に使用できる薄膜」を容易に得られる利点もある。

しかしながら反面、ゾルゲル材料の薄膜は成膜の過程で「強い引っ張り応力」を発生させやすい。これは成膜の際、シリカガラスによる３次元骨格構造体が形成される過程で脱水反応が生じ、膜の収縮が生じるためである。この問題は、ゾルゲル材料に限らず「ＳｉＯ₂を骨格とする重縮合材料」を成膜するときの一般的な現象である。「ＳｉＯ₂を骨格とする重縮合材料」としてはゾルゲル材料の他にＨＳＱやシルセスキオキサンを挙げることができる。

このような「ＳｉＯ₂を骨格とする重縮合材料」の薄膜を平板状の基板に形成した場合に、上記の如き引っ張り応力の作用で基板が反ることが大きな問題となる。
このような「反り」を特許文献１記載の方法で矯正しようとする場合、薄膜の表面が自由表面であると、矯正に伴い「ＳｉＯ_２を骨格とする重縮合材料の薄膜」にクラック（亀裂）が生じる虞がある。また、特許文献１記載の方法は、平板状の基板の表裏に成膜する必要があり、表面側に成膜する工程と裏面側に成膜する工程とが全くの別工程であるため、片面に成膜したのち、基板を裏返して他面に成膜する工程を必要とし、成膜の工程数が多くなる。

特開平１１−１５３７８８号公報

この発明は、上述したところに鑑み、平板状の基板の「反りの問題」を有効に解決した新規な膜積層基板およびこの膜積層基板を用いる液晶パネル用対向基板・液晶パネルの実現を課題とする。

この発明の膜積層基板は「平板状の基板の少なくとも片面にＮ（≧２）層の薄膜を積層形成してなる膜積層基板」であって、以下の如き特徴を有する（請求項１）。
即ち、基板の片面に積層形成されるＮ層の薄膜全体として、膜面方向の応力が相殺され、基板に反りを生じさせる応力が作用しないように、Ｎ層の薄膜の材料と膜厚が設定されている。
「膜面方向の応力」は、膜の表面方向に沿って作用する応力であり、基板を撓ませる力を作用させる。この発明の膜積層基板では、上記の如く「基板の少なくとも片面にＮ層の薄膜が積層形成される」が、片面に積層形成されたＮ層の薄膜全体として、膜面方向の応力が相殺される。

例えば、Ｎ＝２の場合であれば、基板片面に積層形成される２層の薄膜において、膜面方向の応力が相殺される。即ち、１つの薄膜が「引っ張り応力」を生じるものとすれば、他の１つの薄膜が「伸張応力（膜面方向に伸びようとする応力）」を発生させ、引っ張り応力を伸張応力で相殺する。

この場合、例えば基板上に直接形成される第１層の薄膜が引っ張り応力を生じる場合、その上に成膜される第２層の薄膜には伸張応力を生じさせ、この伸張応力により第１層の「引っ張り応力による収縮」を引き伸ばす。そして、２層の膜全体として、膜面方向の応力を相殺して「基板に反りを生じさせる応力が作用しない」ようにするのである。

このようにすることは「第１層の膜の材料と膜厚」・「第２層の膜の材料と膜厚」を調整することにより可能である。
即ち、基板の片側に形成する膜が２層である場合に付いて説明を補足すると、２層の膜を積層形成したときに、基板表面（膜形成面）に作用する基板表面方向の応力をＦ、第１層の膜面方向の応力をＦ１、第２層の膜面方向の応力をＦ２とすると、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２の間には、
Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２ （１）
の関係がなりたつ。

一方、第１層の膜の、膜面方向の応力：Ｆ１は、第１層の厚み：Ｄ１に比例し、
Ｆ１＝ａ・Ｄ１ （２）
と表され、第２層の膜の、膜面方向の応力：Ｆ２は、第２層の厚み：Ｄ２に比例し、
Ｆ２＝ｂ・Ｄ２ （３）
と表される。比例定数：ａ、ｂは「膜の材料」により定まる。

また、応力：Ｆ１、Ｆ２による基板の反り量：Ｃ１、Ｃ２は、応力：Ｆ１、Ｆ２の大きさに比例し、基板により定まる比例定数：αを用いて、
Ｃ１＝αＦ１＝αａＤ１ （４）
Ｃ２＝αＦ２＝αｂＤ２ （５）
で与えられる。

従って、応力：Ｆ１による反り量：Ｃ１が、応力：Ｆ２による反り量：Ｃ２により相殺される条件は、
Ｃ１＋Ｃ２＝０ （６）
であり、（４）、（５）式により、
αａＤ１＋αｂＤ２＝０ （７）
が成り立てばよい。

このとき、ａＤ１＝―ｂＤ２となるから、Ｆ１＝−Ｆ２であり、基板表面（膜形成面）に作用する基板表面方向の応力は「Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＝０」となる。

条件：ａＤ１＝−ｂＤ２
から、第１層の膜厚：Ｄ１に対し、第２層の膜厚：Ｄ２を、
Ｄ２＝−（ａ／ｂ）Ｄ１ （８）
と設定すれば「基板の反り」は生じない。反り量：Ｃ１、Ｃ２は互いに逆符号であるから、ａ、ｂも逆符号であり「−（ａ／ｂ）Ｄ１」は正の量である。

反りの生じない条件（８）式において、比例定数：ａ、ｂは第１層、第２層の膜材料によりそれぞれ定まるから、第１層と第２層の膜の材料と膜厚：Ｄ１、Ｄ２を、（８）式を満足するように選択することにより基板の撓み（反り）を防止できる。

第１層の膜に作用する膜面方向の応力が引っ張り力であると、第１層の膜には、第２層の膜から「第１層の収縮を膜面方向に引き伸ばそうとする力」が作用するが、第１層の膜表面には第２層が密着しているので、第１層の膜にクラックが発生するのが有効に防止される。

上には、基板上に２層の膜を積層する場合を説明したが、膜の数を３層以上に増やす場合にも、上記の説明を敷衍することができる。
例えば、基板の片面に３層の膜を積層する場合、第１層と第３層に引っ張り応力を生じるような膜を形成し、第２層に伸張応力の生じる膜を成膜して、第２層の伸張応力により第１、第３層の引っ張り応力を相殺しても良いし、３層のうちの１層に引っ張り応力を発生させ、他の１層に伸張応力を発生させ、残りの１層は「特に応力の発生しない膜」としてもよいし、１層の引っ張り応力（または伸張応力）を他の２層の伸張応力（または引っ張り応力）で相殺させるようにしてもよい。

また、一般に偶数層の膜を形成する場合であれば、引っ張り応力の発生する層と伸張応力の発生する層を交互に積層することにより、積層された膜全体としての膜面方向の応力を相殺することができる。勿論、これに限らず、ｎ（≧１層）に発生する引っ張り応力をｍ（≧１、ｎ≠ｍ）層に発生する伸張応力で相殺するようにしても良い。

基板の片面に積層される薄膜数：Ｎの下限は２であるが上限は特に制限が無く、通常積層される層数（例えば数十ないし数百層）が可能である。

請求項１に記載されているように、Ｎ層の薄膜は「平板状の基板の少なくとも片面」に形成される。基板の他方の面は、膜形成されていても膜形成されていなくても良い。他方の面に膜形成がされている場合、形成される膜が「膜面方向に応力を発生させない」膜であれば、全体として基板に撓み（反り）を生じさせない。また、複数層の膜を形成する場合、他方の面においても上記の如く「引っ張り応力を生じる膜」と「伸張応力を生じる膜」を組合せて、全体として膜面方向の応力を相殺し、基板の両側で、基板表面方向の応力が発生しないようにすればよい。

なお、請求項１に記載されたように「基板の片面に積層形成されるＮ層の薄膜全体として、膜面方向の応力が相殺され、基板に反りを生じさせる応力が作用しない」のであるから、膜面方向の応力は「応力が相殺されて完全に０になる必要」は必ずしもなく、相殺された結果、引っ張り応力もしくは伸張応力が若干残存しても、残存応力が「基板に実質的な反りを生じさせる」ものでなければ問題ない。

請求項１記載の膜積層基板は、片面に積層形成されるＮ層の薄膜のうちに、少なくとも１層の「成膜時に膜面方向に収縮する、ＳｉＯ_２を骨格とする重縮合材料層」と、少なくとも１層の「成膜時に膜面方向に伸張するＳｉＯ_２の薄膜」とを含むことができる（請求項２）。

請求項１または２記載の膜積層基板は、平板状の基板の、Ｎ層の薄膜を形成される側の面に、マイクロ光学面が形成されていることができる（請求項３）。この場合、平板状の基板の、Ｎ層の薄膜を形成される側の面に形成されているマイクロ光学面は例えば「マイクロレンズアレイ」であることができるが、さらに「マイクロレンズアレイの配列」であることができる（請求項４）。

この発明の「液晶パネル用対向基板」は請求項４記載の膜積層基板の、平板状の基板の片面に「マイクロレンズアレイの配列」が形成され、平板状の基板上に積層形成されたＮ層の薄膜の上に、配列されたマイクロレンズアレイごとに、マイクロレンズの配列に応じた遮光用のブラックマトリックスパターンと透明電極膜が形成され、マイクロレンズアレイごとに切り離して得られる液晶パネル用対向基板である。

この発明の液晶パネルは「請求項５記載の液晶パネル用対向基板と、駆動電極基板との間に液晶層を封入してなる液晶パネル」である。

以上に説明したように、この発明によれば「基板に実質的な反りの無い膜積層基板」を実現でき、この膜積層基板を用いて「反りの無い良好な液晶パネル用対向基板・液晶パネル」を実現できる。

以下、具体的な実施の形態を説明する。
図１は、液晶パネルの実施の１形態を説明図として示している。図に示されているのは液晶パネルの厚み方向の構造であり、符号１０はマイクロレンズアレイ基板、符号１２は膜積層構造部、符号１４はブラックマトリックスパターン、符号１５は透明導電膜、符号１６は液晶、符号１８は電極膜、符号２０は基板である。

マイクロレンズアレイ基板１０は平行平板状であって、その片面（図で上方の面）にマイクロレンズＭＬがアレイ配列して形成されている。マイクロレンズＭＬのアレイ配列は液晶パネルにおける画素の配列に合同的に対応している。

マイクロレンズアレイ基板１０のマイクロレンズアレイが形成された面に、膜積層構造部１２が形成されている。後述するように、膜積層構造部１２は、２層以上の薄膜を積層形成した構造部であり、積層形成された積層構造体全体として「膜面方向の応力が相殺され、基板であるマイクロレンズ基板１０に反りを生じさせる応力が作用しない」ように、複数の薄膜の材料と膜厚が設定されている。

即ち、この実施の形態において、マイクロレンズアレイ基板１０に積層構造部１２を形成したものが「膜積層基板」であり（請求項１）、平板状の基板１０の積層構造部１２が形成される側の面にマイクロ光学面（請求項３）として、マイクロレンズアレイが形成されているのである（請求項４）。

そして、積層構造部１２の表面部分に、画素間のクロストークを防止するための遮光用のブラックマトリックスパターン１４が形成され、更にその上に透明導電膜１５が形成されている。透明電極膜１５は、ブラックマトリックスパターン１４を全体として覆うように単一構造の膜として形成されている。ブラックマトリックスパターン１４、透明導電膜１５は従来から知られたものである。

マイクロレンズアレイ基板１０と積層構造部１２とブラックマトリックスパターン１４および透明導電膜１５は「液晶パネル用対向基板」を構成する。

基板２０に形成された電極膜１８は、基板２０の片面全体に「各画素を個別に駆動するＴＦＴの２次元的な配列（ブラックマトリックスパターン１４の開口部の配列に対応している。）」として形成されている。電極膜１８とこれを形成された基板２０とは「駆動電極基板」を構成する。従って、液晶１６は、液晶パネル用対向基板と駆動電極基板との間に封入されて挟持される。このように、液晶１６が駆動電極基板と液晶パネル用対向基板との間に封止されて液晶パネルが構成されている。

電極膜１８の「各ＴＦＴに選択的に電圧を印加すると、電圧を印加されたＴＦＴと透明電極膜１５との間の部分で液晶１８に電界が作用する。上記電圧を変調することにより、液晶パネルを駆動できる。

図示されない照明光は、図１におけるマイクロレンズアレイ基板１０の外表面（図１で下方の平坦な面）から「平行光束に近い直線偏光状態の光束」として入射し、個々のマイクロレンズＭＬにより集光され、各マイクロレンズに対応する「ブラックマトリックスパターンの開口部」に集光する。この状態で、上記の如く液晶パネルを駆動することにより「液晶パネルに表示される画像情報により２次元的に変調された光束」を得ることができ、この光束を結像レンズにより結像光束として、スクリーン等の表示面上に結像投影すれば画像を表示できる。

以下、請求項５に記載の液晶パネル用対向基板を具体的な作製例に即して説明する。

実施例１の「液晶パネル用対向基板」は図２に示す如き構成を有する。繁雑を避けるため、混同の虞が無いと思われるものについては図１におけると同一の符号を付する。
即ち、実施例１の液晶パネル用対向基板は、図２に示す如く、マイクロレンズアレイ基板１０のマイクロレンズＭＬがアレイ配列形成された面に、２層の薄膜１２１、１２２を積層形成して「液層構造部（図１において符号１２で示す部分）」としたものである。

このような液晶パネル用対向基板を以下のように作製した。
図４に示すような円形状の石英基板１００を用意した。石英基板１００は平行平板状で直径：１００ｍｍ、厚さ：１ｍｍである。この石英基板１００の直径：８０ｍｍの円内に、マイクロレンズアレイＭＬＡを多数個配列した。マイクロレンズアレイＭＬＡは全て同一構造のものである。

このマイクロレンズアレイＭＬＡの配列形成された面に、図２に示す薄膜１２１と１２２とを積層形成するのであるが、これらの薄膜１２１、１２２として、以下のものを用いた。即ち、薄膜１２１として「シリカベースのゾルゲル材料を焼成したもの」、薄膜１２１として「スパッタリングによるＳＩＯ_２の薄膜」を用いた。

これらの薄膜において膜面方向の応力を相殺させる条件を調べるため、図５（ａ）に示すように、石英基板１００と同サイズの石英基板１００Ａ（マイクロレンズアレイは形成されていない。）を用意し、その片面に、粘度：１５ｃＰの「シリカベースのゾルゲル材料」をゾル状態で滴下し、１５００ｒｐｍの回転速度で３０秒間スピンコートし、液膜１２１Ａとした。この液膜１２１Ａに対して「９０度Ｃで１２０秒間のプリベーク」を行い、次いで２５０度Ｃで６００秒間加熱して「焼成」した。

図５（ｂ）は焼成後の状態を示す。符号１２１Ｂが「焼成により得られた膜」を示す。焼成後の膜１２１Ｂは厚さ：４．５μｍとなった。

焼成されたゾルゲル材料の薄膜１２１Ｂは、前述の如く「シリカガラスによる３次元骨格構造体」であるが、焼成の過程で生じる脱水反応により収縮し、膜面方向に引っ張り応力を生じ、焼成後、図５（ｂ）に示すように石英基板１００Ａの反り（ゾルゲル材料の焼結による薄膜１２１Ｂ側に凹となる反り）を発生した。

干渉測定器により図の反り量：ξを測定したところ、石英基板１００Ａの直径：８０ｍｍの円内（マイクロレンズアレイの配列を形成する領域）において、直径：８０ｍｍに対して反り量：ξ＝２．４μｍであった。

次に、図６に示すように、同じ材料・同じ形態の石英基板１００Ｂの片面にスパッタリングでＳｉＯ_２の薄膜１２２Ｂを成膜した。成膜された薄膜１２２Ｂは膜厚：０．５μｍとなった。

スパッタリングにより成膜されるＳｉＯ_２の薄膜１２２Ｂは、成膜の際「伸張応力」を発現させるので、伸張応力の作用により、石英基板１００Ｂは、図６に示すように「薄膜１２２Ｂの側に凸」となるように反りを生じる。即ち、ゾルゲル材料の焼成による薄膜１２１Ｂの「引っ張り応力の作用」による石英基板１００Ａの反りの向きと、スパッタリングで成膜されるＳｉＯ_２の薄膜１２２Ｂによる石英基板１２１Ｂの反りの向きは互いに逆である。

石英基板１２１Ｂの反り量：ηを、干渉測定器により測定したところ、直径：８０ｍｍに対して反り量：η＝１．２μｍであった。この結果を、先に説明した「膜面方向の応力が相殺する条件」に当てはめてみる。

まず、焼成されたゾルゲル材料の薄膜１２１Ｂによる反り量：
Ｃ１＝ξ＝αａＤ１＝αａ・４．５＝２．４μｍ、
スパッタリングで形成されたＳｉＯ_２の薄膜１２２Ｂによる反り量：
Ｃ２＝η＝αｂＤ２＝αｂ・０．５＝−１．２μｍ
であるから、
ａ＝２．４／４．５α、ｂ＝−１．２／０．５α
であり、
（ａ／ｂ）＝（２．４×０．５）／（４．５×−１．２）＝−（１／４．５）
となる。

応力が相殺する条件：
Ｄ２＝−（ａ／ｂ）Ｄ１ （８）
に当てはめると、ゾルゲル材料の焼結による薄膜の膜厚が４．５μｍである場合には、スパッタリングによるＳｉＯ_２の薄膜の膜厚を４．５／４．５＝１μｍの厚さにすれば、石英基板の反りは生じないことになる。
そこで、図４に示した石英基板１００の「マイクロレンズアレイＭＬＡの配列が形成された面」に、上記と同一の条件で「ゾルゲル層の焼結による薄膜」を形成した。この薄膜を図７（ａ）に符号１２１ａで示す。このときマイクロレンズアレイ配列面上の薄膜１２１ａの厚さは４μｍとなった。石英基板１００の反りを防止するために、スパッタリングによりＳｉＯ_２の薄膜１２１ｂを膜厚：０．９μｍ（≒４μｍ／４．５）に形成したところ、石英基板１００には「反り」が実質的に発生しなかった。

ＳｉＯ_２の薄膜形成後、ＳｉＯ_２の薄膜の上にＣｒ（クロム）をスパッタリングで９０ｎｍ成膜してＣｒ層とし、Ｃｒ層上にフォトリソグラフィによりブラックマトリックスパターンを形成し、ウエットエッチングにより「レジスト層のブラックマトリックスパターン」をＣｒ層に転写したのち、レジストの残渣を「硫酸／過酸化水素水混合液」で洗浄して除去した。

その後、パターニングされたＣｒ層上に透明導電膜としてＩＴＯを厚さ：１３０ｎｍに成膜後、配列されているマイクロレンズアレイを別個に切り離して、一つ一つが「マイクロレンズアレイ基板と積層構造部とブラックマトリックスと透明導電膜とを有する、図２に示す如き液晶パネル用対向基板」を得た（請求項５）。切り離された各「液晶パネル用対向基板」には実質的な反りが無かった。

ここで、マイクロレンズアレイ基板に膜形成を行う点について若干付言すると、マイクロレンズアレイ基板において、マイクロレンズアレイを設ける意義は、前述の如く、光源側からの光をマイクロレンズによりブラックマトリックスパターンの開口部へ集光させることによりブラックマトリックスパターンによる遮光を軽減し、光源から放射される光の利用効率を高めることにある。

液晶パネルは薄型であることが好ましく、液晶パネルを薄くする観点からすると、マイクロレンズアレイ基板とブラックマトリクスパターンとの間隔は小さいほうがよい。この間隔を短くするにはマイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズの焦点距離を短くすればよいが、焦点距離が短いとマイクロレンズによる集光性が強まり、液晶パネルにおける画素を通過した光の発散性が大きくなり、投射レンズへ全ての光を有効に入射させることが難しくなる。

このような問題を避けるためにマイクロレンズの焦点距離を大きくすると、液晶パネルを薄型化することが困難になる。そこで、マイクロレンズによる集光性を緩和しつつ、液晶パネルの薄型化を担保する方法として、マイクロレンズの「空気中における焦点距離」を小さく設定し、マイクロレンズアレイとブラックマトリックスとの間に「屈折率の高い材料を充填」することが考えられる。

実際、マイクロレンズアレイに平行光束が入射して、空気中においてマイクロレンズの焦点距離：ｆの位置に集光するものとし、マイクロレンズとブラックマトリックスパターンの間が空気または真空であると両者の間隔はｆになるが、両者間に屈折率：Ｎ（＞１）の材質を充填すると、両者の間隔は光学的距離として１／Ｎに圧縮されるので、両者の間隔：Ｄ、屈折率：Ｎの積：ＤＮが上記焦点距離：ｆに等しくなるように、間隔：Ｄを設定することができ、Ｎ＞１であるからＤ＜ｆとなり、マイクロレンズの空気中の焦点距離：ｆより短い間隔：Ｄで「光をブラックマトリックスパターンの開口部へ集光させる」ことが可能になる。

上記実施例１の場合だと、ゾルゲル材料の焼結による薄膜１２１ａは厚さ：４μｍ、スパッタリングによるＳｉＯ_２の薄膜１２１ｂは厚さ：０．９μｍであり、薄膜１２１ａの屈折率をｎ１、薄膜１２１ｂの屈折率をｎ２とすれば、マイクロレンズ面とブラックマトリックスとの機械的な間隔は４．９μｍであるが、光学的な間隔は「４・ｎ１＋０．９・ｎ２」となり、ｎ１＞１、ｎ２＞１であるから、光学的な間隔はこれに等価な空気中の間隔よりも大きくなる。従って、焦点距離の長いマイクロレンズを用いることによりマイクロレンズによる集光性を抑制しつつ液晶パネルの薄型化を実現できる。

因みに、実施例１において、石英基板１００の屈折率は１．４６、マイクロレンズの曲率半径は４μｍで、空気中における焦点距離：ｆ＝８μｍ、ゾルゲル材料の焼結層１２１ａの屈折率：ｎ１＝１．４１、ＳｉＯ_２の層の屈折率：ｎ２は１．４５である。

実施例２の「液晶パネル用対向基板」は、図３に示す如き構成を有する。繁雑を避けるため、混同の虞が無いと思われるものについては図１におけると同一の符号を付する。
即ち、実施例２の液晶パネル用対向基板は、図３に示す如く、マイクロレンズアレイ基板１０のマイクロレンズＭＬがアレイ配列形成された面に、４層の薄膜１２１１、１２２１、１２１２、１２２２を積層形成して「液層構造部」としたものである。

このような液晶パネル用対向基板を、以下のように作製した。
実施例１において用いたのと同一の石英基板１００を用意した。石英基板１００は平行平板状で直径：１００ｍｍ、厚さ：１ｍｍである。石英基板１００の直径：８０ｍｍの円内に、マイクロレンズアレイＭＬＡを多数個配列した。マイクロレンズアレイＭＬＡは全て同一構造のものである。

このマイクロレンズアレイＭＬＡの配列形成された面に、図３に示す４層の薄膜１２１１、１２２１、１２１２、１２２２とを積層形成する。これらの薄膜として、以下のものを用いた。即ち、薄膜１２１１、１２１２として「シリカベースのゾルゲル材料を焼成した薄膜」、薄膜１２２１、１２２２として「スパッタリングによるＳＩＯ_２の薄膜」をそれぞれ用いた。

実施例１に示したように「シリカベースのゾルゲル材料を焼成した薄膜」による反り量と、「スパッタリングによるＳＩＯ_２の薄膜」による反り量とは既に分っている。従って、薄膜１２１１と薄膜１２２１の厚みをそれぞれＤ１１、Ｄ２１とすれば、これらの薄膜：１２１１、１２２１で膜面方向の応力を相殺させる条件は、
Ｄ２１＝−（ａ／ｂ）Ｄ１１＝（１／４．５）Ｄ１１
である。

同様に、薄膜１２１２と薄膜１２２２の厚みをそれぞれＤ１２、Ｄ２２とすれば、これらの薄膜：１２１２、１２２２で膜面方向の応力を相殺させる条件は、
Ｄ２２＝−（ａ／ｂ）Ｄ１２＝（１／４．５）Ｄ１２
である。
従って、膜厚：Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２を、上記の条件を満足するように設定すれば、４層の薄膜１２１１、１２２１、１２１２、１２２２の全体として膜面方向の応力を相殺させて石英基板１００に実質的な「反り」が発生しないようにできる。

図７（ｂ）に示すように、石英基板１００上に、シリカベースのゾルゲル材料を焼成した薄膜１２１１ａを、実施例１の方法と同様の方法で、厚さ：Ｄ１１＝３３μｍに形成し、その上にＳＩＯ_２のスパッタリング膜１２２１ａを厚さ：Ｄ２１＝０．７５μｍに形成し、さらに、シリカベースのゾルゲル材料を焼成した薄膜１２１２ｂを厚さ：Ｄ１２＝３．３μｍに形成し、その上にＳＩＯ_２のスパッタリング膜１２２２ｂを厚さ：Ｄ２２＝０．７５μｍに形成した。

その結果、石英基板１００に実質的な反りは生じなかった。
ＳｉＯ_２の薄膜１２２２ｂを成膜後、ＳｉＯ_２の薄膜１２２２ｂの上にＣｒをスパッタリングで９０ｎｍ成膜してＣｒ層とし、その上に、フォトリソグラフィによりブラックマトリックスパターンを形成し、ウエットエッチングによりレジスト層のブラックマトリックスパターンをＣｒ層に転写し、レジストの残渣を「硫酸／過酸化水素水混合液」で洗浄して除去した。

その後、ブラックマトリックスパターンとしてパターニングされたＣｒ層上に、透明導電膜としてＩＴＯを１３０ｎｍの厚さに成膜後、配列されているマイクロレンズアレイを別個に切り離して、一つ一つが「マイクロレンズアレイ基板と積層構造部とブラックマトリックスと透明導電膜とを有する液晶パネル用対向基板」を得た（請求項５）。この液晶パネル用対向基板には実質的な反りが無かった。

因みに、実施例２で用いた石英基板１００に形成された各マイクロレンズの焦点距離：ｆ＝１２μｍは実施例１のもの（８μｍ）よりも大きく、従って、マイクロレンズ面とブラックマトリックスパターンの間の光学距離を大きくするために、４層の薄膜の「積層厚さ」を実施例１の場合よりも大きくする必要があり、このため、石英基板１００上に、シリカベースのゾルゲル材料を焼成した薄膜とスパッタリングによるＳＩＯ_２の薄膜とを交互に４層積層形成して「４層の薄膜全体として、膜面方向の応力を相殺」して石英基板１００に反りを生じさせる応力が作用しないようにしている。

このようにする代わりに、石英基板１００上に、シリカベースのゾルゲル材料を焼成した薄膜を１層とＳＩＯ_２のスパッタリング膜を１層、計２層に積層して応力を相殺するようにしてもよい。しかし、この場合、光学的膜厚を大きくするために各薄膜の厚さが大きくなる。前述のように、形成された薄膜の膜面方向の応力は膜厚に比例するので、形成する薄膜の膜厚が大きくなると膜に生じる膜面方向の応力も大きくなる。

このため、厚さの大きい２層で応力を相殺させると、膜間で大きな応力相殺が行われることになり、場合によっては、シリカベースのゾルゲル材料を焼成して厚い薄膜を形成する段階で石英基板に永久歪が生じてしまう虞もあり、永久歪が生じてしまうと、スパッタリングによるＳＩＯ_２の薄膜の伸張応力をもってしても石英基板の歪を除去できず、石英基板に反りが残存してしまう虞もある。

このような観点からすると、形成すべき積層膜の厚さがある程度大きい場合には、引っ張り応力を発生する薄膜と伸張応力を発生する薄膜とを３層以上に交互に積層し、全体として応力相殺を行うのが良い。

液晶パネルの構成を説明するための図である。 液晶パネル用対向基板の１例を説明するための図である。 液晶パネル用対向基板の別例を説明するための図である。 実施例を説明するための図である。 引っ張り応力による基板の反りを説明するための図である。 伸張応力による基板の反りを説明するための図である。 膜積層基板の２例を説明するための図である。

符号の説明

１０ マイクロレンズアレイ基板
ＭＬ マイクロレンズ
１２ 膜積層構造部
１４ ブラックマトリックスパターン
１６ 液晶
１８ 電極膜
２０ 基板

Claims (6)

1. 平板状の基板の少なくとも片面にＮ（≧２）層の薄膜を積層形成してなる膜積層基板であって、
   上記片面に積層形成されるＮ層の薄膜全体として、膜面方向の応力が相殺され、基板に反りを生じさせる応力が作用しないように上記Ｎ層の薄膜の材料と膜厚が設定されていることを特徴とする膜積層基板。
2. 請求項１記載の膜積層基板において、
   Ｎ層の薄膜のうちに、成膜時に膜面方向に収縮する、ＳｉＯ_２を骨格とする重縮合材料層を少なくとも１層と、成膜時に膜面方向に伸張するＳｉＯ_２の薄膜を少なくとも１層とが含まれることを特徴とする膜積層基板。
3. 請求項１または２記載の膜積層基板において、
   平板状の基板の、Ｎ層の薄膜を形成される側の面に、マイクロ光学面が形成されていることを特徴とする膜積層基板。
4. 請求項３記載の膜形成基板において、
   平板状の基板の、Ｎ層の薄膜を形成される側の面に形成されているマイクロ光学面が、マイクロレンズアレイもしくはマイクロレンズアレイの配列であることを特徴とする膜積層基板。
5. 請求項４記載の膜積層基板の、平板状の基板の片面に、マイクロレンズアレイの配列が形成され、上記平板状の基板上に積層形成されたＮ層の薄膜の上に、配列されたマイクロレンズアレイごとに、マイクロレンズの配列に応じた遮光用のブラックマトリックスパターンと透明導電膜が形成され、マイクロレンズアレイごとに切り離して得られる液晶パネル用対向基板。
6. 請求項５記載の液晶パネル用対向基板と駆動電極基板との間に液晶層を封入してなる液晶パネル。

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