JP3027850B2 - 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 - Google Patents
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Info
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- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
- C03B11/084—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
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- C03B2215/08—Coated press-mould dies
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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、明るい画面を有した、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。
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。
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 本発明は前記目的を達成するために化学的に安定な薄
膜で被覆されたプレス形成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、液晶ディスプレイ等表示物質を保持
する表示素子において各画素に対応するように、上記製
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。
膜で被覆されたプレス形成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、液晶ディスプレイ等表示物質を保持
する表示素子において各画素に対応するように、上記製
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、開口部および開口部近傍の光が各画素の開口部に
集光される。したがって実質的に、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、開口部および開口部近傍の光が各画素の開口部に
集光される。したがって実質的に、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
（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、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。
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
（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、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.
1mm）であり、（４）は球状の低融点ガラスであり、シ
リカ（SiO2）30重量パーセント、酸化バリウム（BaO）5
0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を用
いた。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
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。
明ガラス基板（コーニング社製＃7059、40mm×30mm×1.
1mm）であり、（４）は球状の低融点ガラスであり、シ
リカ（SiO2）30重量パーセント、酸化バリウム（BaO）5
0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を用
いた。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
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、
透明ガラス基板（３）、球状の低融点ガラス（４）、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。
透明ガラス基板（３）、球状の低融点ガラス（４）、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）の上に凸レンズアレー（７）が形成された微小光
学素子を得た。
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。
（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。
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。
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は表面を研磨し透明ガラス基板
（石英ガラス、40mm×30mm×1.1mm）であり、４は球状
の低融点ガラスであり、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（Ca
O）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。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は球状
の低融点ガラスであり、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（Ca
O）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。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、
透明ガラス基板（３）、球状の低融点ガラス（４）、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68
0℃、プレス圧力10kg/cm2、プレス時間２分であった。
透明ガラス基板（３）、球状の低融点ガラス（４）、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68
0℃、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）が形成された微小光
学素子を得た。
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（11）および（３）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（11）および（３）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。
（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。
実施例３ プレス成形用金型の母材（１）としてサーメット（Ti
c−10Mo−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400μ
ｍ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−タンタル−レニウム合金（Pt−Ta
−Re）の薄膜（２）を被覆して、プレス形成用金型とし
た。
c−10Mo−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400μ
ｍ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−タンタル−レニウム合金（Pt−Ta
−Re）の薄膜（２）を被覆して、プレス形成用金型とし
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、旭ガラス製AN、40mm×30mm×1.1m
m）であり、４は球状の低融点ガラスであり、シリカ（S
iO2）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。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、旭ガラス製AN、40mm×30mm×1.1m
m）であり、４は球状の低融点ガラスであり、シリカ（S
iO2）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。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、
透明ガラス基板（３）、球状の低融点ガラス（４）、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。
透明ガラス基板（３）、球状の低融点ガラス（４）、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350℃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。
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の凸レンズアレー（７）
を成形し透明ガラス基板（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（11）および（３）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。
を成形し透明ガラス基板（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（11）および（３）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。
（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第５
図中の点線で示すように画素からずれた位置でレンズの
焦点を結び、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。
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第５
図中の点線で示すように画素からずれた位置でレンズの
焦点を結び、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、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、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。
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図は表示素子を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、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図は表示素子を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、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 (5)
- 【請求項１】高融点の透明ガラス基板の上に、低融点ガ
ラスからなる微小光学素子をアレー状に形成した光学素
子。 - 【請求項２】高融点の透明ガラス基板の上に、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
より熱間で低融点ガラスをプレス成形する光学素子の製
造方法。 - 【請求項３】プレス成形用金型が化学的に安定な薄膜で
被覆されている請求項（２）記載の光学素子の製造方
法。 - 【請求項４】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（３）記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項５】少なくとも画素を構成する表示物質とその
表示物質を保持する高融点の透明ガラス基板とを備えた
表示素子において、高融点の透明ガラス基板の上に各画
素に対応するように低融点ガラスからなる微小光学素子
アレーを形成してなる光学素子を用いた表示素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02090803A JP3027850B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 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 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP02090803A JP3027850B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03288802A JPH03288802A (ja) | 1991-12-19 |
| JP3027850B2 true JP3027850B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=14008750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02090803A Expired - Fee Related JP3027850B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3027850B2 (ja) |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP02090803A patent/JP3027850B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03288802A (ja) | 1991-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |