JP3018387B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレ
イ、エレクトロルミネセンスディスプレイ等の表示素子
に使用する微小光学素子のアレーよりなる光学素子およ
びその製造方法ならびにこれを用いた表示素子に関す
る。
イ、エレクトロルミネセンスディスプレイ等の表示素子
に使用する微小光学素子のアレーよりなる光学素子およ
びその製造方法ならびにこれを用いた表示素子に関す
る。
従来の技術 近年、CRT（CATHOD RAY TUBE、陰極線管）にかわる
薄型の表示素子として、種々のものが提案されており、
大表示容量でカラー表示ができる薄型の表示素子とし
て、各画素ごとに薄膜トランジスタ（TFT）を形成した
アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイがとり
わけ注目されている。
薄型の表示素子として、種々のものが提案されており、
大表示容量でカラー表示ができる薄型の表示素子とし
て、各画素ごとに薄膜トランジスタ（TFT）を形成した
アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイがとり
わけ注目されている。
このような表示素子では、光源からの光は各画素の開
口部を通して透過されるので、光の透過率は画素の開口
率に依存する。高細精度の液晶ディスプレイにおいて、
非常に小さな画素が高密度に形成される場合、TFTの大
きさを小さくするには限界があり、画素に占めるTFTの
面積は相対的に大きくなる。このことは言い換えれば、
光が透過する開口部が小さくなり（開口率の低下）、透
過光量が減少する。透過光量の減少により、画面が暗く
なり表示画質が悪くなる。
口部を通して透過されるので、光の透過率は画素の開口
率に依存する。高細精度の液晶ディスプレイにおいて、
非常に小さな画素が高密度に形成される場合、TFTの大
きさを小さくするには限界があり、画素に占めるTFTの
面積は相対的に大きくなる。このことは言い換えれば、
光が透過する開口部が小さくなり（開口率の低下）、透
過光量が減少する。透過光量の減少により、画面が暗く
なり表示画質が悪くなる。
このことを解決する方法として、TFT形成に必要な配
線や遮光体によってこれまで吸収されていた光を、レン
ズによって画素の開口部に集光して有効利用する方法が
考えられている。例えば、特開昭60−165624号公報には
ガラス基板それ自身に従来からの機械的な加工を施して
球面形状のマイクロレンズを形成するとの記載がある。
また特開平１−189685号公報には、光学研磨したガラス
基板に熱変形樹脂を圧着押圧成形法でマイクロレンズを
形成するとの記載がある。
線や遮光体によってこれまで吸収されていた光を、レン
ズによって画素の開口部に集光して有効利用する方法が
考えられている。例えば、特開昭60−165624号公報には
ガラス基板それ自身に従来からの機械的な加工を施して
球面形状のマイクロレンズを形成するとの記載がある。
また特開平１−189685号公報には、光学研磨したガラス
基板に熱変形樹脂を圧着押圧成形法でマイクロレンズを
形成するとの記載がある。
発明が解決しようとする課題 しかしながら特開昭60−165624号公報の場合、例えば
３インチサイズの超高密度の液晶ディスプレイにおいて
は、約100万個のマイクロレンズが必要であり、約100万
個にもおよぶ非常に多くのマイクロレンズをこのような
方法で、加工することは極めて難しく、またそのような
マイクロレンズを量産することは不可能に近い。一方、
特開平１−189685号公報の場合、マイクロレンズ部分の
材料が有機化合物である樹脂を用いている。一般的に有
機化合物である樹脂はガラス基板と比べて熱膨張係数が
一桁近く大きく、温度変化による膨張や収縮の程度が大
きい。したがってガラス基板上に形成したマイクロレン
ズは、長期間の使用によって、画素とマイクロレンズと
の高精度の位置がずれたり、レンズの曲率半径が変化し
たり、マイクロレンズがガラス基板から剥離するといっ
たことが起こる。
３インチサイズの超高密度の液晶ディスプレイにおいて
は、約100万個のマイクロレンズが必要であり、約100万
個にもおよぶ非常に多くのマイクロレンズをこのような
方法で、加工することは極めて難しく、またそのような
マイクロレンズを量産することは不可能に近い。一方、
特開平１−189685号公報の場合、マイクロレンズ部分の
材料が有機化合物である樹脂を用いている。一般的に有
機化合物である樹脂はガラス基板と比べて熱膨張係数が
一桁近く大きく、温度変化による膨張や収縮の程度が大
きい。したがってガラス基板上に形成したマイクロレン
ズは、長期間の使用によって、画素とマイクロレンズと
の高精度の位置がずれたり、レンズの曲率半径が変化し
たり、マイクロレンズがガラス基板から剥離するといっ
たことが起こる。
本発明は上記課題を解決するもので、明るい画面を有
する液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディ
スプレイ等の表示素子に使用する熱変形や剥離の恐れの
ない微小光学素子のアレーよりなる光学素子およびその
製造方法ならびにこれを用いた表示素子を提供すること
を目的とする。
する液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディ
スプレイ等の表示素子に使用する熱変形や剥離の恐れの
ない微小光学素子のアレーよりなる光学素子およびその
製造方法ならびにこれを用いた表示素子を提供すること
を目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、高融点の透明ガ
ラス基板に低融点ガラス層を形成し、化学的に安定な薄
膜で被覆されたプレス成形用金型により熱間でプレス成
形することにより高融点の透明ガラス基板上に低融点ガ
ラスからなる所望の微小光学素子をアレー状に形成した
光学素子を製造し、表示物質を保持する表示素子におい
て各画素に対応するように、前記製造方法によって得ら
れた光学素子を配してなるものである。
ラス基板に低融点ガラス層を形成し、化学的に安定な薄
膜で被覆されたプレス成形用金型により熱間でプレス成
形することにより高融点の透明ガラス基板上に低融点ガ
ラスからなる所望の微小光学素子をアレー状に形成した
光学素子を製造し、表示物質を保持する表示素子におい
て各画素に対応するように、前記製造方法によって得ら
れた光学素子を配してなるものである。
作用 本発明は上記した構成により、透明ガラス基板の上に
形成した低融点ガラスからなる微小光学素子アレーによ
って、開口部及び開口部近傍の光が各画素の開口部に集
光される。従って実質的に、画素の開口率が大きくなっ
て、明るい画面、高い表示画質のディスプレイにするこ
とができる。また所望の微小光学素子アレーの形状に加
工したプレス成形用金型で熱間成形されることによっ
て、高精度の微小光学素子アレーおよび表示素子を極め
て量産性よく製造することができる。
形成した低融点ガラスからなる微小光学素子アレーによ
って、開口部及び開口部近傍の光が各画素の開口部に集
光される。従って実質的に、画素の開口率が大きくなっ
て、明るい画面、高い表示画質のディスプレイにするこ
とができる。また所望の微小光学素子アレーの形状に加
工したプレス成形用金型で熱間成形されることによっ
て、高精度の微小光学素子アレーおよび表示素子を極め
て量産性よく製造することができる。
実施例 以下、本発明の実施例について第１図〜第４図を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
実施例1. 第１図に示すように、プレス成形用金型の母材１とし
て超硬合金（WC−5TiC−8Co）を50mm×40mm×10mm角の
平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッ
ピングおよびポリッシングして、表面の表面粗さ（RM
S）が約3nmの鏡面にした。鏡面となった母材１に、曲率
半径が400μｍの半球状のダイヤモンド圧子を高精度に
数値制御した押し込み装置で、凹状のマイクロレンズ型
を40μｍピッチで格子状に約80万個形成した。この上に
スパッタ法で白金−イリジウム−オスミウム合金（Pt−
Ir−Os）の薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とし
た。
て超硬合金（WC−5TiC−8Co）を50mm×40mm×10mm角の
平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッ
ピングおよびポリッシングして、表面の表面粗さ（RM
S）が約3nmの鏡面にした。鏡面となった母材１に、曲率
半径が400μｍの半球状のダイヤモンド圧子を高精度に
数値制御した押し込み装置で、凹状のマイクロレンズ型
を40μｍピッチで格子状に約80万個形成した。この上に
スパッタ法で白金−イリジウム−オスミウム合金（Pt−
Ir−Os）の薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とし
た。
第２図において、３は表面を研磨した高融点の透明ガ
ラス基板（コーニング社製＃7059、40mm×30mm×1.1m
m）であり、４は低融点ガラス層である。シリカ（Si
O2）30重量パーセント、酸化バリウム（BaO）50重量パ
ーセント、ホウ酸（B2O3）15重量パーセント、残部が微
量成分からなるホウケイ酸バリウムガラスのターゲット
をスパッタリングして、高融点の透明ガラス基板３に低
融点ガラス層４を10μｍの厚みでコーティングした。５
は平面状のプレス成形用金型の母材であり、６は母材５
の上の白金−イリジウム−オスミウム合金の薄膜であ
り、上記のプレス成形用金型と同様の方法で作製した。
ラス基板（コーニング社製＃7059、40mm×30mm×1.1m
m）であり、４は低融点ガラス層である。シリカ（Si
O2）30重量パーセント、酸化バリウム（BaO）50重量パ
ーセント、ホウ酸（B2O3）15重量パーセント、残部が微
量成分からなるホウケイ酸バリウムガラスのターゲット
をスパッタリングして、高融点の透明ガラス基板３に低
融点ガラス層４を10μｍの厚みでコーティングした。５
は平面状のプレス成形用金型の母材であり、６は母材５
の上の白金−イリジウム−オスミウム合金の薄膜であ
り、上記のプレス成形用金型と同様の方法で作製した。
第２図のように、上から平面状のプレス成形用金型、
低融点ガラス層４を形成した高融点の透明ガラス基板
３、凹状のマイクロレンズ型を形成したプレス成形用金
型の順序でセットし、窒素ガスを毎分20リッター流した
雰囲気に保持した成形機内で熱間でプレス成形した。プ
レス成形条件は金型温度560℃、プレス圧力30kg/cm2、
プレス時間２分であった。プレス成形後プレス成形用金
型とともに300℃まで徐冷することにより、第３図に示
すような透明ガラス基板３の上に低融点ガラス層４、凸
レンズアレー７が形成された微小光学素子を得た。
低融点ガラス層４を形成した高融点の透明ガラス基板
３、凹状のマイクロレンズ型を形成したプレス成形用金
型の順序でセットし、窒素ガスを毎分20リッター流した
雰囲気に保持した成形機内で熱間でプレス成形した。プ
レス成形条件は金型温度560℃、プレス圧力30kg/cm2、
プレス時間２分であった。プレス成形後プレス成形用金
型とともに300℃まで徐冷することにより、第３図に示
すような透明ガラス基板３の上に低融点ガラス層４、凸
レンズアレー７が形成された微小光学素子を得た。
第４図に示すように微小光学素子の凸レンズアレー７
を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファス
シリコンからなる薄膜トランジスタ（TFT）８および画
素を構成するITOからなる透明電極９をそれぞれ形成
し、凸レンズアレー７の方の面に偏光板10を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板11の片方の全面にITOからなる
透明な共通電極12を設け、画素を構成する透明電極９と
対応する位置にカラーフィルタ13を共通電極12の上に設
け、また他方の面には偏光板14を貼つけた。このような
構成の透明ガラス基板３および11を接着剤で固定し（不
図示）、その隙間には液晶材料15を注入充填した。この
ような表示素子において、入射光16が平行に入射したと
き、共通電極12と画素を構成する透明電極９との間に印
加される電圧がオンの場合、液晶材料15を通過する光の
偏波面は変化しないで通過し、印加される電圧がオフの
場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は90度回転して
液晶材料15を通過できない。
を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファス
シリコンからなる薄膜トランジスタ（TFT）８および画
素を構成するITOからなる透明電極９をそれぞれ形成
し、凸レンズアレー７の方の面に偏光板10を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板11の片方の全面にITOからなる
透明な共通電極12を設け、画素を構成する透明電極９と
対応する位置にカラーフィルタ13を共通電極12の上に設
け、また他方の面には偏光板14を貼つけた。このような
構成の透明ガラス基板３および11を接着剤で固定し（不
図示）、その隙間には液晶材料15を注入充填した。この
ような表示素子において、入射光16が平行に入射したと
き、共通電極12と画素を構成する透明電極９との間に印
加される電圧がオンの場合、液晶材料15を通過する光の
偏波面は変化しないで通過し、印加される電圧がオフの
場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は90度回転して
液晶材料15を通過できない。
凸レンズアレー７は画素を構成する透明電極９の位置
で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、凸レンズア
レー７を通過した入射光16は、開口部である透明電極９
に集光され、その後共通電極12、透明ガラス基板11を透
過する。第４図から明らかなように、入射光16が平行に
入射したとき、薄膜トランジスタ８で遮光されることな
くほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する
透明電極９を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示画質のディスプレイにすることができた。
で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、凸レンズア
レー７を通過した入射光16は、開口部である透明電極９
に集光され、その後共通電極12、透明ガラス基板11を透
過する。第４図から明らかなように、入射光16が平行に
入射したとき、薄膜トランジスタ８で遮光されることな
くほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する
透明電極９を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示画質のディスプレイにすることができた。
実施例2. プレス成形用金型の母材１としてオーステナイト鋼
（SUS316）を50mm×40mm×10mm角の平板に切断し、超微
細なダイヤモンド粉末を用いてラッピングおよびポリッ
シングして、表面の表面粗さ（RMS）が約3nmの鏡面にし
た。鏡面となった母材１に、曲率半径が400μｍの半球
状のダイヤモンド圧子を高精度に数値制御した押し込み
装置で、第１図のように凹状のマイクロレンズ型を40μ
ｍピッチで格子状に約80万個形成した。この上にスパッ
タ法でロジウム−金−タングステン合金（Rh−Au−Ｗ）
の薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とした。
（SUS316）を50mm×40mm×10mm角の平板に切断し、超微
細なダイヤモンド粉末を用いてラッピングおよびポリッ
シングして、表面の表面粗さ（RMS）が約3nmの鏡面にし
た。鏡面となった母材１に、曲率半径が400μｍの半球
状のダイヤモンド圧子を高精度に数値制御した押し込み
装置で、第１図のように凹状のマイクロレンズ型を40μ
ｍピッチで格子状に約80万個形成した。この上にスパッ
タ法でロジウム−金−タングステン合金（Rh−Au−Ｗ）
の薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とした。
第２図において、３は表面を研磨した透明ガラス基板
（石英ガラス、40mm×30mm×1.1mm）であり、４は低融
点ガラス層であり、ジルコニア（ZrO2）８重量パーセン
ト、酸化ランタン（La2O3）30重量パーセント、ホウ酸
（B2O3）42重量パーセント、酸化カルシウム（CaO）10
重量パーセント、残部が微量成分からなるランタン系ガ
ラスを用いた。超微粒のランタン系ガラスのスラリー液
をブレードコーターで透明ガラス基板３に約20μｍの厚
みで全面に均一に塗布した。これを乾燥後、空気中、80
0℃電気炉で焼成して、透明ガラス基板３に低融点ガラ
ス層４をコーティングした。５は平面状のプレス成形用
金型の母材であり、６は母材５の上のロジウム−金−タ
ングステン合金（Rh−Au−Ｗ）薄膜であり、上記のプレ
ス成形用金型と同様の方法で作製した。
（石英ガラス、40mm×30mm×1.1mm）であり、４は低融
点ガラス層であり、ジルコニア（ZrO2）８重量パーセン
ト、酸化ランタン（La2O3）30重量パーセント、ホウ酸
（B2O3）42重量パーセント、酸化カルシウム（CaO）10
重量パーセント、残部が微量成分からなるランタン系ガ
ラスを用いた。超微粒のランタン系ガラスのスラリー液
をブレードコーターで透明ガラス基板３に約20μｍの厚
みで全面に均一に塗布した。これを乾燥後、空気中、80
0℃電気炉で焼成して、透明ガラス基板３に低融点ガラ
ス層４をコーティングした。５は平面状のプレス成形用
金型の母材であり、６は母材５の上のロジウム−金−タ
ングステン合金（Rh−Au−Ｗ）薄膜であり、上記のプレ
ス成形用金型と同様の方法で作製した。
第２図のように、上から平面状のプレス成形用金型の
母材、低融点ガラス層４を形成した透明ガラス基板３、
凹状のマイクロレンズ型を形成したプレス成形用金型の
順序でセットし、窒素ガス20リッター／分、水素ガス１
リッター／分の割合で混合した雰囲気に保持した成形機
内で熱間でプレス成形した。プレス成形条件は金型温度
680℃、プレス圧力10kg/cm2、プレス時間２分であっ
た。プレス成形後プレス成形用金型とともに400℃まで
徐冷することにより、第３図に示すように透明ガラス基
板３の上に凸レンズアレー７が形成された光学素子を得
た。
母材、低融点ガラス層４を形成した透明ガラス基板３、
凹状のマイクロレンズ型を形成したプレス成形用金型の
順序でセットし、窒素ガス20リッター／分、水素ガス１
リッター／分の割合で混合した雰囲気に保持した成形機
内で熱間でプレス成形した。プレス成形条件は金型温度
680℃、プレス圧力10kg/cm2、プレス時間２分であっ
た。プレス成形後プレス成形用金型とともに400℃まで
徐冷することにより、第３図に示すように透明ガラス基
板３の上に凸レンズアレー７が形成された光学素子を得
た。
第４図のように微小光学素子アレーの凸レンズアレー
７を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファ
スシリコンからなる薄膜トランジスタ（TFT）８および
画素を構成するITOからなる透明電極９をそれぞれ形成
し、凸レンズアレー７の方の面に偏光板10を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板11の片方の全面にITOからなる
共通電極12を設け、画素を構成する透明電極９と対応す
る位置にカラーフィルタ13を共通電極12の上に設け、ま
た他方の面には偏光板14を貼つけた。このような構成の
透明ガラス基板３および11を接着剤で固定し（不図
示）、その隙間には液晶材料15を注入充填した。このよ
うな表示素子において、入射光16が平行に入射したと
き、共通電極12と画素を構成する透明電極９との間に印
加される電圧がオンの場合、液晶材料15を通過する光の
偏波面は変化しないで通過し、印加される電圧がオフの
場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は90度回転して
液晶材料15を通過できない。
７を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファ
スシリコンからなる薄膜トランジスタ（TFT）８および
画素を構成するITOからなる透明電極９をそれぞれ形成
し、凸レンズアレー７の方の面に偏光板10を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板11の片方の全面にITOからなる
共通電極12を設け、画素を構成する透明電極９と対応す
る位置にカラーフィルタ13を共通電極12の上に設け、ま
た他方の面には偏光板14を貼つけた。このような構成の
透明ガラス基板３および11を接着剤で固定し（不図
示）、その隙間には液晶材料15を注入充填した。このよ
うな表示素子において、入射光16が平行に入射したと
き、共通電極12と画素を構成する透明電極９との間に印
加される電圧がオンの場合、液晶材料15を通過する光の
偏波面は変化しないで通過し、印加される電圧がオフの
場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は90度回転して
液晶材料15を通過できない。
凸レンズアレー７は画素を構成する透明電極９の位置
で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、凸レンズア
レー７を通過した入射光16は、開口部である透明電極９
に集光され、その後共通電極12、透明ガラス基板11を透
過する。第４図から明らかなように、入射光16が平行に
入射したとき、薄膜トランジスタ８で遮光されることな
くほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する
透明電極９を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示画質のディスプレイにすることができた。
で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、凸レンズア
レー７を通過した入射光16は、開口部である透明電極９
に集光され、その後共通電極12、透明ガラス基板11を透
過する。第４図から明らかなように、入射光16が平行に
入射したとき、薄膜トランジスタ８で遮光されることな
くほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する
透明電極９を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示画質のディスプレイにすることができた。
実施例3. プレス成形用金型の母材１としてサーメット（Tic−1
0Mo−9Ni）を50mm×40mm×10mm角の平板に切断し、超微
細なダイヤモンド粉末を用いてラッピングおよびポリッ
シングして、表面の表面粗さ（RMS）が約2nmの鏡面にし
た。鏡面となった母材１に、曲率半径が400μｍの半球
状のダイヤモンド圧子を高精度に数値制御した押し込み
装置で、第１図のように凹状のマイクロレンズ型を40μ
ｍピッチで格子状に約80万個形成した。この上にスパッ
タ法で白金−タンタル−レニウム合金（Pt−Ta−Re）の
薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とした。
0Mo−9Ni）を50mm×40mm×10mm角の平板に切断し、超微
細なダイヤモンド粉末を用いてラッピングおよびポリッ
シングして、表面の表面粗さ（RMS）が約2nmの鏡面にし
た。鏡面となった母材１に、曲率半径が400μｍの半球
状のダイヤモンド圧子を高精度に数値制御した押し込み
装置で、第１図のように凹状のマイクロレンズ型を40μ
ｍピッチで格子状に約80万個形成した。この上にスパッ
タ法で白金−タンタル−レニウム合金（Pt−Ta−Re）の
薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とした。
プレス成形用金型に被覆する薄膜は、低融点ガラスと
反応あるいは融着しない貴金属、タングステン、タンタ
ル、レニウム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金
であることが望ましい。
反応あるいは融着しない貴金属、タングステン、タンタ
ル、レニウム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金
であることが望ましい。
また低融点ガラスとこれらの薄膜とが反応あるいは融
着しない雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活
性ガス、およびこれらの不活性ガスに水素、あるいは一
酸化炭素、二酸化炭素の炭素酸化物、メタン、エタン、
エチレン、トルエン等の炭化水素類、トリクロロエチレ
ン、トリクロルトリフルオルエタン等のハロゲン化炭化
水素類、エチレングリコール、グリセリン等のアルコー
ル類、Ｆ−113、Ｆ−11等のフルオロカーボン類を適宜
混合した非酸化性雰囲気であることが望ましい。これら
の雰囲気あるいはプレス成形条件（温度と時間と圧力）
は、低融点ガラス組成、プレス成形用金型に被覆する薄
膜組成、あるいは微小光学素子アレーの光学的形状等の
条件によって適宜選択する。
着しない雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活
性ガス、およびこれらの不活性ガスに水素、あるいは一
酸化炭素、二酸化炭素の炭素酸化物、メタン、エタン、
エチレン、トルエン等の炭化水素類、トリクロロエチレ
ン、トリクロルトリフルオルエタン等のハロゲン化炭化
水素類、エチレングリコール、グリセリン等のアルコー
ル類、Ｆ−113、Ｆ−11等のフルオロカーボン類を適宜
混合した非酸化性雰囲気であることが望ましい。これら
の雰囲気あるいはプレス成形条件（温度と時間と圧力）
は、低融点ガラス組成、プレス成形用金型に被覆する薄
膜組成、あるいは微小光学素子アレーの光学的形状等の
条件によって適宜選択する。
第２図において、３は表面を研磨した透明ガラス基板
（無アルカリガラス、旭硝子AN、40mm×30mm×1.1mm）
であり、４は低融点ガラス層であり、シリカ（SiO2）52
重量パーセント、酸化カリウム（K2O）６重量パーセン
ト、酸化鉛（PbO）35重量パーセント、酸化ナトリウム
（Na2O）５重量パーセント、残部が微量成分からなる重
フリントガラスを用いた。Si（OCH3）４、Pb（Ｏ−ｉ−
C3H7）２などの金属アルコキシドを用いたゾル−ゲル法
で透明ガラス基板３に約５μｍの厚みで全面に均一に形
成した。これを乾燥後、空気中、750℃電気炉で焼成し
て、透明ガラス基板３に低融点ガラス層をコーティング
した。５は平面状のプレス成形用金型の母材であり、６
は母材５の上の白金−タンタル−レニウム合金（Pt−Ta
−Re）薄膜であり、上記のプレス成形用金型と同様の方
法で作製した。
（無アルカリガラス、旭硝子AN、40mm×30mm×1.1mm）
であり、４は低融点ガラス層であり、シリカ（SiO2）52
重量パーセント、酸化カリウム（K2O）６重量パーセン
ト、酸化鉛（PbO）35重量パーセント、酸化ナトリウム
（Na2O）５重量パーセント、残部が微量成分からなる重
フリントガラスを用いた。Si（OCH3）４、Pb（Ｏ−ｉ−
C3H7）２などの金属アルコキシドを用いたゾル−ゲル法
で透明ガラス基板３に約５μｍの厚みで全面に均一に形
成した。これを乾燥後、空気中、750℃電気炉で焼成し
て、透明ガラス基板３に低融点ガラス層をコーティング
した。５は平面状のプレス成形用金型の母材であり、６
は母材５の上の白金−タンタル−レニウム合金（Pt−Ta
−Re）薄膜であり、上記のプレス成形用金型と同様の方
法で作製した。
第２図のように、上から平面状のプレス成形用金型の
母材、低融点ガラス層４を形成した透明ガラス基板３、
凹状のマイクロレンズ型を形成したプレス成形用金型の
順序でセットし、ヘリウムガス20リッター／分、二酸化
炭素ガス２リッター／分の割合で混合した雰囲気に保持
した成形機内で熱間でプレス成形した。プレス成形条件
は金型温度520℃、プレス圧力20kg/cm2、プレス時間１
分であった。プレス成形後プレス成形用金型とともに35
0℃まで徐冷することにより、第３図に示すように透明
ガラス基板３の上に凸レンズアレー７が形成された光学
素子を得た。
母材、低融点ガラス層４を形成した透明ガラス基板３、
凹状のマイクロレンズ型を形成したプレス成形用金型の
順序でセットし、ヘリウムガス20リッター／分、二酸化
炭素ガス２リッター／分の割合で混合した雰囲気に保持
した成形機内で熱間でプレス成形した。プレス成形条件
は金型温度520℃、プレス圧力20kg/cm2、プレス時間１
分であった。プレス成形後プレス成形用金型とともに35
0℃まで徐冷することにより、第３図に示すように透明
ガラス基板３の上に凸レンズアレー７が形成された光学
素子を得た。
第４図に示すように微小光学素子の凸レンズアレー７
を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファス
シリコンからなる薄膜トランジスタ（TFT）８および画
素を構成するITOからなる透明電極９をそれぞれ形成
し、凸レンズアレー７の方の面に偏光板10を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板11の片方の全面にITOからなる
共通電極12を設け、画素を構成する透明電極９と対応す
る位置にカラーフィルタ13を共通電極12の上に設け、ま
た他方の面には偏光板14を貼つけた。このような構成の
透明ガラス基板３および11を接着剤で固定し（不図
示）、その隙間には液晶材料15を注入充填した。このよ
うな表示素子において、入射光16が平行に入射したと
き、共通電極12と画素を構成する透明電極９との間に印
加される電圧がオンの場合、液晶材料15を通過する光の
偏波面は変化しないで通過し、印加される電圧がオフの
場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は90度回転して
液晶材料15を通過できない。
を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファス
シリコンからなる薄膜トランジスタ（TFT）８および画
素を構成するITOからなる透明電極９をそれぞれ形成
し、凸レンズアレー７の方の面に偏光板10を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板11の片方の全面にITOからなる
共通電極12を設け、画素を構成する透明電極９と対応す
る位置にカラーフィルタ13を共通電極12の上に設け、ま
た他方の面には偏光板14を貼つけた。このような構成の
透明ガラス基板３および11を接着剤で固定し（不図
示）、その隙間には液晶材料15を注入充填した。このよ
うな表示素子において、入射光16が平行に入射したと
き、共通電極12と画素を構成する透明電極９との間に印
加される電圧がオンの場合、液晶材料15を通過する光の
偏波面は変化しないで通過し、印加される電圧がオフの
場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は90度回転して
液晶材料15を通過できない。
凸レンズアレー７は画素を構成する透明電極９の位置
で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、凸レンズア
レー７を通過した入射光16は、開口部である透明電極９
に集光され、その後共通電極12、透明ガラス基板11を透
過する。第４図から明らかなように、入射光16が平行に
入射したとき、薄膜トランジスタ８で遮光されることな
くほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する
透明電極９を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示画質のディスプレイにすることができた。
で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、凸レンズア
レー７を通過した入射光16は、開口部である透明電極９
に集光され、その後共通電極12、透明ガラス基板11を透
過する。第４図から明らかなように、入射光16が平行に
入射したとき、薄膜トランジスタ８で遮光されることな
くほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する
透明電極９を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示画質のディスプレイにすることができた。
比較のために第５図に示すような従来と同様な構成の
表示素子を試作した。
表示素子を試作した。
第５図では凸レンズアレー７は樹脂材料であり、それ
以外は第４図と同じ構成であった。このような構成から
なる表示素子に入射光16が平行に入射したとき、温度変
化によってレンズの曲率半径が変化して、画素からずれ
た位置でレンズの焦点を結び、極端な場合には同図中点
線で示すように光が非開口部に到達して表示に寄与しな
かった。また約１ヶ月間使用したとき、樹脂材料からな
る凸レンズアレー７は透明ガラス基板３から剥離した。
以外は第４図と同じ構成であった。このような構成から
なる表示素子に入射光16が平行に入射したとき、温度変
化によってレンズの曲率半径が変化して、画素からずれ
た位置でレンズの焦点を結び、極端な場合には同図中点
線で示すように光が非開口部に到達して表示に寄与しな
かった。また約１ヶ月間使用したとき、樹脂材料からな
る凸レンズアレー７は透明ガラス基板３から剥離した。
なお本発明の光学素子およびその製造方法ならびにこ
れを用いた表示素子において、プレス成形条件（温度と
時間と圧力と雰囲気）、低融点ガラス材料およびその作
製方法、プレス成形用金型母材やそれに被覆する薄膜組
成、あるいは微小光学素子アレーの形状やその作製方
法、表示素子の表示原理や素子構成等は、本実施例に限
定されるものではない。
れを用いた表示素子において、プレス成形条件（温度と
時間と圧力と雰囲気）、低融点ガラス材料およびその作
製方法、プレス成形用金型母材やそれに被覆する薄膜組
成、あるいは微小光学素子アレーの形状やその作製方
法、表示素子の表示原理や素子構成等は、本実施例に限
定されるものではない。
発明の効果 以上の実施例から明らかなように、本発明の光学素子
およびその製造方法ならびにこれを用いた表示素子は、
透明ガラス基板の上に形成した低融点ガラスからなる微
小光学素子アレーによって、開口部および開口部近傍の
光が各画素の開口部に集光される。従って実質的に、画
素の開口率が大きくなって、明るい画面、高い表示品質
のディスプレイにすることができる。しかもこのような
表示素子は、熱変形や基板からの剥離を生じ難く、所望
の微小光学素子アレーの形状に加工したプレス成形用金
型で熱間成形されることによって、高精度の微小光学素
子アレーよりなる光学素子および表示素子を極めて量産
性よく製造することができる。
およびその製造方法ならびにこれを用いた表示素子は、
透明ガラス基板の上に形成した低融点ガラスからなる微
小光学素子アレーによって、開口部および開口部近傍の
光が各画素の開口部に集光される。従って実質的に、画
素の開口率が大きくなって、明るい画面、高い表示品質
のディスプレイにすることができる。しかもこのような
表示素子は、熱変形や基板からの剥離を生じ難く、所望
の微小光学素子アレーの形状に加工したプレス成形用金
型で熱間成形されることによって、高精度の微小光学素
子アレーよりなる光学素子および表示素子を極めて量産
性よく製造することができる。
第１図は本発明の一実施例におけるプレス成形用金型の
断面図、第２図は微小光学素子アレーのプレス成形状態
を示す断面図、第３図は微小光学素子アレーを示す断面
図、第４図は表示素子アレーを示す断面図、第５図は従
来の微小光学素子アレーを用いた比較例の表示素子の構
成を示す断面図である。 １……プレス成形用金型の母材、２……薄膜、３……高
融点の透明ガラス基板、４……低融点ガラス層、５……
プレス成形用金型の母材、６……薄膜、７……凸レンズ
（微小光学素子）アレー、８……薄膜トランジスタ、９
……透明電極、10……偏光板、11……透明ガラス基板、
12……共通電極、13……カラーフィルター、14……偏光
板、15……液晶材料、16……入射光。
断面図、第２図は微小光学素子アレーのプレス成形状態
を示す断面図、第３図は微小光学素子アレーを示す断面
図、第４図は表示素子アレーを示す断面図、第５図は従
来の微小光学素子アレーを用いた比較例の表示素子の構
成を示す断面図である。 １……プレス成形用金型の母材、２……薄膜、３……高
融点の透明ガラス基板、４……低融点ガラス層、５……
プレス成形用金型の母材、６……薄膜、７……凸レンズ
（微小光学素子）アレー、８……薄膜トランジスタ、９
……透明電極、10……偏光板、11……透明ガラス基板、
12……共通電極、13……カラーフィルター、14……偏光
板、15……液晶材料、16……入射光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 3/00 - 3/14 C03B 7/00 - 21/06
Claims (3)
- 【請求項１】表面に低融点ガラス層を形成した高融点の
透明ガラス基板を、所望の微小光学素子アレーの形状に
加工したプレス成形用金型により熱間でプレス成形する
光学素子の製造方法。 - 【請求項２】プレス成形用金型が化学的に安定な薄膜で
被覆された請求項１記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項３】薄膜が貴金属、タングステン、タンタル、
レニウム、ハフニウムの単体またはそれらの合金である
請求項２記載の光学素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090802A JP3018387B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 光学素子の製造方法 |
| EP19910302211 EP0450780A3 (en) | 1990-04-05 | 1991-03-14 | Optical microelement array and its production method |
| US07/678,155 US5276538A (en) | 1990-04-05 | 1991-04-02 | Display device with micro lens array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090802A JP3018387B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 光学素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03288801A JPH03288801A (ja) | 1991-12-19 |
| JP3018387B2 true JP3018387B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=14008724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2090802A Expired - Fee Related JP3018387B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018387B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6491481B1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-12-10 | Eastman Kodak Company | Method of making a precision microlens mold and a microlens mold |
| US6476971B1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-11-05 | Eastman Kodak Company | Method of manufacturing a microlens array mold and a microlens array |
| CN100456100C (zh) | 2003-06-20 | 2009-01-28 | 卡西欧计算机株式会社 | 显示装置及其制造方法 |
| JP2018035033A (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 日本電気硝子株式会社 | 光学素子の製造方法 |
| CN113696524A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-26 | 苏州易锐光电科技有限公司 | 一种光学器件的微纳加工方法 |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP2090802A patent/JP3018387B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03288801A (ja) | 1991-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |