JP3349331B2 - 液晶表示素子の製造方法、液晶表示素子および画像投影型液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示素子の製造方法、液晶表示素子および画像投影型液晶表示装置

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JP3349331B2
JP3349331B2 JP06354196A JP6354196A JP3349331B2 JP 3349331 B2 JP3349331 B2 JP 3349331B2 JP 06354196 A JP06354196 A JP 06354196A JP 6354196 A JP6354196 A JP 6354196A JP 3349331 B2 JP3349331 B2 JP 3349331B2
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133526Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses

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  • Liquid Crystal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、開口率を向上させ
た高精細な液晶表示素子の製造方法、および、その製造
方法によって製造される液晶表示素子、並びに、その液
晶表示素子を使用した画像投影型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶パネルは、直視型だけではな
く、プロジェクションテレビ等の画像投影型の表示素子
に対しても需要が高まってきている。液晶パネルには、
絵素と呼ばれる最小の表示単位が規則的に配列されてお
り、それらの絵素に各々独立した電圧を印加して、各絵
素を構成する液晶の光学特性を変化させることにより、
画像や文字が表示される。
【0003】上記液晶パネルを投影型の表示素子に使用
する場合、従来の絵素数で拡大率を高めると画面の粗さ
が目立つようになるので、高い拡大率で精細な画像を得
るためには絵素数を増やす事が必要となる。
【0004】ところが、液晶パネルの絵素数を増やす
と、特にアクティブマトリクス型の液晶表示素子の場合
には、画面中、絵素以外の占める面積の割合が相対的に
大きくなり、これらの部分を覆うブラックマトリクスの
面積が増大する。その結果、表示に寄与する絵素の面積
が減少して表示素子の開口率が低下してしまう。液晶パ
ネルへの入射光強度が同じ場合には、開口率が低下する
ことにより絵素を透過する光が少なくなるので、画面が
暗くなって画像品位が低下することになる。
【0005】このような絵素数の増大による開口率の低
下を防止するために、例えば特開昭60−165621
号公報には、液晶パネルの一方の面にマイクロレンズア
レイを形成することが提案されている。この公報に記載
されているマイクロレンズアレイは、各絵素に対応した
マイクロレンズを有し、従来ブラックマトリクスにより
遮光されていた光を絵素内に集光するものである。
【0006】このようなマイクロレンズとしては、凸型
および凹型のレンズ形状のものがある。凸型マイクロレ
ンズの製造方法としては、膨潤法(鈴木他、”プラスチ
ックマイクロレンズの新しい作製法”第24回微小光学
研究会)、熱ダレ法(Zoran D.Popovic
et al.,Appl.Optics,27 p.
1281(1988))および機械加工法等が挙げられ
る。膨潤法では、感光性モノマーを紫外線で重合させ、
露光部分と非露光部分との間に生じる浸透圧の差により
露光部分を膨潤させて、凸型のレンズ形状を得る。熱ダ
レ法では、感光性樹脂の膜を円形にパターニングした
後、その樹脂の融点以上に加熱熔融して表面張力により
レンズ形状を得る。機械加工法では、基材を削ることに
よりレンズ形状を得る。
【0007】また、凹型マイクロレンズの製造方法とし
ては、ガラスエッチング法等が挙げられる。このガラス
エッチング法では、ガラス基板上にマスクを形成し、マ
スク開口部から基板表面をエッチングすることにより、
半球状の凹部を形成する。
【0008】さらに、他の方法で凸型形状または凹型形
状の原板を作製し、凹凸反転転写することによりレンズ
を作製する2P法も知られている。この2P法によれ
ば、凸型の原板からは凹型レンズ、凹型の原板からは凸
型レンズが得られる。
【0009】これらのマイクロレンズアレイを液晶パネ
ルに貼り合わせることにより、実効開口率を向上させる
事ができると考えられる。
【0010】ところで、絵素のピッチが数十μmの高精
細な表示を行うプロジェクションテレビ等に用いられる
投影型液晶パネルでは、絵素のピッチが数百μmの直視
型液晶パネルに比べると、表示素子の開口部面積が非常
に小さい。一方、液晶表示素子の実効開口率は、マイク
ロレンズの集光スポットの大きさと絵素の開口部の面積
との関係により決定される。マイクロレンズの集光スポ
ットの大きさが絵素の開口部の面積よりも大きくなる
と、開口部に入射せずに表示に寄与できない光が増える
ため、マイクロレンズによる実効開口率向上の効果が低
下するからである。従って、絵素のピッチが数十μmの
液晶パネルでは、絵素のピッチが数百μmの液晶パネル
に比べて、マイクロレンズの集光スポットの大きさを小
さくする必要がある。
【0011】集光スポットの直径をD、入射する光の発
散度(半頂角)をθ、マイクロレンズの焦点距離をfと
すると、 D=2・f・tanθ ・・・(1) の関係が成立する。マイクロレンズの集光スポットの面
積を小さくして集光効果を高めるためには、上記式
(1)より、入射光の発散度θを小さくすること、また
は、マイクロレンズの焦点距離を短くすることが考えら
れる。
【0012】入射光の発散度θを小さくするためには、
使用する光源の発光領域を小さくし、光源から液晶パネ
ルまでの距離を大きくすればよい。しかし、現状の技術
レベルでは、長寿命性と表示に必要な明るさとを確保す
るためには、発散度を数度以下にすることが困難であ
る。従って、マイクロレンズの集光スポットの大きさを
小さくするためには、マイクロレンズの焦点距離を短く
して、その焦点を液晶パネルの絵素開口部近傍に位置さ
せるという、短焦点化技術が必要とされる。
【0013】現状の製造技術では、絵素ピッチP=50
μm、絵素開口部の一辺約30μmの液晶パネルが作製
されている。照明光の発散度を5゜とすると、集光スポ
ットの直径Dを30μmφにするためには、上記式
(1)より焦点距離fを170μm以下にする必要があ
る。一方、マイクロレンズの集光量は、その面積に比例
するので、マイクロレンズの径を絵素ピッチと等しくし
て、マイクロレンズを絵素ピッチと同じピッチで隙間無
く敷き詰めた状態にした時に、マイクロレンズの集光が
最大になる。この時のマイクロレンズの開口数(Num
erical Aperture=N.A.)は、N.
A.=P/2・f=0.147となる。従って、絵素ピ
ッチが数十μm程度の高精細な液晶パネルでは、マイク
ロレンズの集光スポットを小さくするために、開口数の
値を少なくとも0.1以上にすることが好ましい。
【0014】上述の条件を満足させるためには、絵素開
口部とマイクロレンズとの間に、空気中の焦点距離17
0μmにガラスの屈折率を掛けた値である250μmの
ガラス基板を挟んで、マイクロレンズの焦点を絵素開口
部に位置させる必要がある。このような構成を実現する
ためには、厚さ250μmのガラス基板を一方の基板と
して液晶パネルを作製し、これをマイクロレンズと貼り
合わせる方法が考えられる。しかし、この方法では、必
要とされるガラス基板の厚さが通常の液晶パネルに用い
られるガラス基板の厚さ0.7mm〜1.1mmに比べ
て非常に薄いので、取扱いが難しく、量産には不向きで
ある。
【0015】これに代わるマイクロレンズの短焦点化技
術として、例えば特開平3−248125号公報には、
マイクロレンズが形成された基板(以下、マイクロレン
ズ形成側基板と称する)のマイクロレンズ形成側表面に
焦点距離に対応した厚みを有するカバーガラスまたはフ
ィルム基板を接着して、マイクロレンズを液晶表示素子
の一方の基板の中に作り込む方法が開示されている。ま
た、特開平3−233417号公報には、基板上にレン
ズ形状部分を感光性樹脂で形成し、その樹脂と異なる屈
折率を有する接着剤により、マイクロレンズ形成側基板
と同じ熱膨張率を有するカバーガラスを接着して、量産
性と密着性を向上させる方法も開示されている。
【0016】このように高精細表示用液晶パネルでは、
マイクロレンズを基板内部に作り込むことにより、実効
開口率の向上を図っている。このマイクロレンズが基板
内部に作り込まれた基板(以下、マイクロレンズ基板と
称する)を液晶パネルの対向基板とするためには、カバ
ーガラスまたはフィルム基板側表面に透明電極および配
向膜を形成し、さらに、必要に応じてブラックマトリク
スを形成する。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によりマイクロレンズが内部に作り込まれたマイ
クロレンズ基板を作製しようとすると、以下のような問
題が生じる。
【0018】一般に、液晶表示素子の製造においては、
量産性を向上させるために、1枚の大きなガラス基板上
に多数枚の素子を作製し、これを分断して多数枚取りす
ることが行われている。従って、マイクロレンズも、1
枚のガラス基板上に液晶表示素子に対応した複数の領域
が配置される。例えば、ガラス基板上に多数枚分のマイ
クロレンズを形成し、その表面に低屈折率の透明樹脂を
用いてカバーガラスを接着してマイクロレンズ基板を作
製する。この基板を対向基板として、アクティブマトリ
クス基板と貼り合わせることにより、液晶表示素子の多
数枚取り用基板が完成する。
【0019】マイクロレンズ基板を対向基板とするため
には、カバーガラスまたはフィルム基板側表面にブラッ
クマトリクスおよび透明電極を形成し、さらに配向膜を
塗布・焼成しなければならず、特に、配向膜の焼成工程
では、基板が180℃前後の高温に加熱される。しか
し、カバーガラスの線膨張係数は10-6-1〜10-5
-1のオーダーであるのに対し、接着剤の線膨張係数は1
-5-1〜10-4-1のオーダーであるので、加熱によ
ってカバーガラスと接着剤の熱膨張差が大きくなって、
カバーガラスと接着剤とが剥がれるという問題がある。
この剥がれは、基板のサイズが大きいほど顕著に現れ
る。また、接着剤の耐熱温度が低い場合には、接着剤自
身の分解によっても、剥がれが進行する。このような製
造上の理由から、カバーガラスまたはフィルム基板とマ
イクロレンズ形成側基板とを接着するための接着剤に
は、接着性と耐熱性とが要求される。
【0020】それと同時に、凸型のマイクロレンズを短
焦点化するためには、上記接着剤に低屈折率性も要求さ
れる。これは、マイクロレンズの焦点距離が、レンズと
接着剤との屈折率差に反比例するという光学特性上の理
由によるものである。一般に、樹脂を低屈折率化するた
めには、その樹脂をフッ素化すればよいことが知られて
いるが、接着剤をフッ素化すると、その發水性のために
接着力が極度に低下する。特に、樹脂からなるフィルム
に対しては全く接着性を示さないものとなる。
【0021】このように、カバーガラスまたはフィルム
基板とマイクロレンズ形成側基板とを接着するための接
着剤は、接着性、耐熱性および低屈折率性を同時に満足
させなければならないが、1つの樹脂にこれらの特性を
兼備させるのは極めて困難である。
【0022】また、マイクロレンズ基板の製造上、以下
のような問題もある。
【0023】カバーガラスとマイクロレンズ形成側基板
との接着方法としては、まず、平坦な定盤の上に置かれ
たマイクロレンズ形成側基板(またはカバーガラス)表
面に接着剤を適下して、その上にカバーガラス(または
マイクロレンズ形成側基板)を乗せ、基板全面に荷重を
かけて接着剤を押し広げた後、接着剤を硬化させるとい
うのが最も単純な方法である。しかし、この方法には、
カバーガラスを接着剤に乗せる際に接着剤内部に気泡が
発生し易い。また、基板に荷重をかけて接着剤を押し広
げる際に基板周辺に余分な接着剤がはみ出し、さらに、
はみ出した接着剤が毛管現象によって基板と定盤の間に
侵入・硬化して基板や定盤に付着してしまう。
【0024】この問題に対しては、例えば特開平4−9
923号公報に開示されているように、基板の外周部に
沿って形成されたシール樹脂によって液晶表示素子とマ
イクロレンズとを接着し、シール部に設けられた注入口
から液晶表示素子とマイクロレンズとの間に低屈折率の
液体を真空注入して注入口を封止するという方法が有効
である。この方法によれば、気泡の発生や樹脂のはみ出
しが生じず、凸型マイクロレンズの短焦点化も図れる。
【0025】しかし、この方法を、大型の基板上にマイ
クロレンズを多数枚分形成する場合に適用すると、以下
のような問題が生じる。
【0026】上記方法でマイクロレンズ形成側基板とカ
バーガラスとを貼り合わせ、これを対向基板に加工した
後、アクティブマトリクス基板と貼り合わせて、各液晶
表示素子毎に1枚ずつ分断する。対向基板に加工する工
程では、150℃以上の高温に加熱されるが、この際、
基板間に封止された液体が沸騰してカバーガラスが破損
する危険性がある。また、カバーガラスとマイクロレン
ズとの間には周辺のシール樹脂部を除いて接着部が存在
しないので、液晶表示素子毎に基板を分断する際に、液
体が流出し、マイクロレンズが剥離することになる。
【0027】凹型のマイクロレンズの場合には、半球状
の穴にガラスやマイクロレンズを構成する樹脂よりも高
い屈折率を有する樹脂を埋めるため、凸型レンズの場合
のような樹脂を低屈折率化する必要はない。しかし、熱
膨張による剥がれや樹脂のはみ出し、分断時のマイクロ
レンズの剥がれ等の問題は凸型レンズの場合と同様に生
じる。
【0028】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、量産性に優れ、マイクロ
レンズの剥がれや樹脂のはみ出しが生じず、焦点距離を
短くして集光効果を高めたマイクロレンズ基板を使用し
、実効開口率が高く、高精細で高品位な表示が得られ
る液晶表示素子の製造方法、その製造方法によって得ら
れる液晶表示素子、並びに画像投影型表示装置を提供す
ることを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子の
製造方法は、表面に複数のマイクロレンズが形成された
第1の透明基板と、該第1の透明基板のマイクロレンズ
形成側表面と対向するように配置された第2の透明基板
とを有し、該第2の透明基板の表面に少なくとも透明電
極および配向膜が設けられた対向基板と、透明基板の表
面にマトリクス状に複数の絵素電極およびスイッチング
素子が形成されるとともに、該絵素電極およびスイッチ
ング素子の近傍を通ってバス配線が形成されて、前記対
向基板とは、透明電極同士が相互に対向するように配置
されたアクティブマトリクス基板と、前記対向基板とア
クティブマトリクス基板との間に封入された液晶とを有
する液晶表示素子の製造方法において、該1の透明基
板と該第2の透明基板とを、シール樹脂を両基板の周縁
部に塗布して貼り合わせ、該シール樹脂に設けられた注
入口から該マイクロレンズとは異なる屈折率を有する透
明樹脂を両基板間に注入した後に、該透明樹脂を硬化さ
せ、その後に、該第2の透明基板の表面に、少なくとも
透明電極および配向膜を形成することにより対向基板を
製造し、該対向基板と、アクティブマトリクス基板との
間に液晶を封止することを特徴とする液晶表示素子の製
造方法であり、そのことにより、上記目的が達成され
る。
【0030】前記マイクロレンズが凸レンズ形状であ
り、前記透明樹脂が該マイクロレンズよりも低い屈折率
を有していてもよい。
【0031】前記マイクロレンズが凹レンズ形状であ
り、前記透明樹脂が該マイクロレンズよりも高い屈折率
を有していてもよい。
【0032】前記マイクロレンズが複数のブロックに分
かれて形成され、前記シール樹脂が各ブロックの周縁部
にも設けられ、前記第1の透明基板のブロック周縁部と
第2の透明基板の対向する部分とが貼り合わせられてい
てもよい。
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】前記第1の透明基板と第2の透明との間を
真空状態にして、シール部に設けられた注入口を透明樹
脂の中に浸した後、基板外部を大気圧にすることによ
り、前記透明樹脂が両基板間に注入されていてもよい。
【0039】前記シール樹脂として熱硬化型樹脂または
耐熱温度150℃以上の紫外線硬化型樹脂が用いられ、
前記透明樹脂として耐熱温度150℃以上の紫外線硬化
型樹脂が用いられていてもよい。
【0040】本発明の液晶表示素子は、このような製造
方法によって製造されていることを特徴とする。
【0041】本発明の画像投影型表示装置は、前記液晶
表示素子と、液晶表示素子に光を供給する光源と、液晶
表示素子からの出射光を投影する投影レンズとを少なく
とも備えており、そのことにより上記目的が達成され
る。
【0042】以下、本発明の作用について説明する。
【0043】本発明のマイクロレンズ基板にあっては、
複数のマイクロレンズが形成された第1の透明基板と、
カバーガラスやフィルム基板等の第2の透明基板との周
縁部をシール樹脂により貼り合わせ、両基板間にマイク
ロレンズとは異なる屈折率を有する透明樹脂をシール樹
脂に設けられた注入口から注入して硬化している。シー
ル樹脂が接着性と耐熱性とを担い、透明樹脂が耐熱性と
所望の屈折率特性とを担うことができるので、耐熱性向
上、マイクロレンズとカバーガラスとの剥がれ防止およ
びマイクロレンズの短焦点化が同時に実現できる。ま
た、基板周縁部のシール樹脂が透明樹脂を封止するの
で、基板外に樹脂がはみ出して基板や製造装置に付着す
ることがない。さらに、透明樹脂が硬化して基板に接着
するので、マイクロレンズ基板を分断してもマイクロレ
ンズが剥がれることはない。また、マイクロレンズ表面
をレベリングして、マイクロレンズ表面での光の散乱を
防ぐこともできる。
【0044】マイクロレンズが凸レンズ形状の場合に
は、マイクロレンズよりも低い屈折率を有する透明樹脂
を用い、凹レンズ形状の場合には、マイクロレンズより
も高い屈折率を有する透明樹脂を用いると、レンズ焦点
を短くして集光効果が高いマイクロレンズが得られる。
【0045】多数枚取り用の大型基板の場合には、シー
ル樹脂をマイクロレンズの各ブロックの周縁部に設ける
ことにより、カバーガラスとマイクロレンズとの剥がれ
を防止できる。
【0046】凸レンズ形状のマイクロレンズは、第1の
透明基板上に設けられたフォトポリマーをパターン化し
て加熱することにより、容易に大型基板上に形成され
る。
【0047】また、第1の透明基板上に凸状型を作製
し、エッチングにより第1の透明基板表面に凸状型を形
状転写して、凸レンズ形状のマイクロレンズを作製して
もよい。この場合、透明度が高いマイクロレンズが大型
基板上に容易に作製される。
【0048】さらに、第1の透明基板上に設けられた紫
外線硬化型樹脂に凹状型を押し当て、紫外線照射するこ
とにより凸レンズ形状のマイクロレンズを作製しても良
い。この場合、透明性の高い樹脂からなるマイクロレン
ズが簡略化されたプロセスで得られる。
【0049】凹レンズ形状のマイクロレンズは、第1の
透明基板表面を半球の凹型状にエッチングすることによ
り作製される。この場合、透過率が高いマイクロレンズ
が簡略化されたプロセスで得られる。
【0050】また、第1の透明基板上に設けられた紫外
線硬化型樹脂に凸状型を押し当て、紫外線照射すること
により凹レンズ形状のマイクロレンズを作製しても良
い。この場合、透明性の高い樹脂からなるマイクロレン
ズが簡略化されたプロセスで得られる。
【0051】上記第1の透明基板と第2の透明との間を
真空状態にして、シール部に設けられた注入口を透明樹
脂の中に浸した後、基板外部を大気圧にすると両基板間
に透明樹脂が注入される。この真空注入法によれば、樹
脂内部に気泡が生じず、基板表面に樹脂が付着して液晶
表示素子や製造装置が汚染されることはない。
【0052】耐熱性および接着性に優れた熱硬化性樹脂
または耐熱温度150℃以上の紫外線硬化型樹脂を接着
のためのシール樹脂として用い、また、優れた透明性を
有し、耐熱性にも優れた耐熱温度150℃以上の紫外線
硬化型樹脂をマイクロレンズのレベリングのための透明
樹脂として用いると、耐熱性と熱膨張とに起因するカバ
ーガラスとマイクロレンズとの剥がれに対して抵抗力が
増して、高温条件下でマイクロレンズ基板を加工するこ
とができる。
【0053】本発明の液晶表示素子にあっては、前記マ
イクロレンズ基板の表面に、透明電極および配向膜、必
要に応じてブラックマトリクスを形成して対向基板を構
成し、これをアクティブマトリクス基板と対向配設して
いる。液晶表示素子の内部に焦点距離の短いマイクロレ
ンズが形成されているので、液晶表示素子の実効開口率
が向上される。
【0054】本発明の画像投影型表示装置は、前記液晶
表示素子と光源と投影レンズとを備えている。実効開口
率の高い液晶表示素子が組み込まれているので、表示画
面が明るい高品質な表示画像が得られる。
【0055】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
【0056】(実施形態1)図1に、本発明の一実施形
態であるマイクロレンズ基板を用いたアクティブマトリ
クス型液晶表示素子の断面図を示す。この液晶表示素子
は、無アルカリガラスからなる透明基板116上に、絵
素電極、スイッチング素子およびバス配線(図示せず)
等が形成され、この基板に対向するマイクロレンズ基板
との間には、液晶層115がシール材114によって封
止されている。マイクロレンズ基板は、第1の透明基板
101、マイクロレンズアレイ102、透明樹脂層10
7、シール樹脂103および第2の透明基板であるカバ
ーガラス105からなる。
【0057】マイクロレンズ102は凸レンズ形状を有
しており、本実施形態では熱ダレ法を用いて作製した。
また、マイクロレンズ基板の液晶層115側表面には、
ブラックマトリクス111、透明電極112および配向
膜113が形成されて、透明基板101〜配向膜113
までが対向基板117となっている。尚、ブラックマト
リクス111は、必要に応じて形成される物である。
【0058】次に、本実施形態のマイクロレンズ基板の
製造方法について、図2(a)〜(e)に従って説明す
る。尚、この図2(a)〜(e)において、図1と同様
の機能を有する部分については、同一の符号を記す。
【0059】まず、図2(a)に示すように、第1の透
明基板101の一方の面上に、熱ダレ法を用いて凸型の
マイクロレンズアレイ102を作製する。
【0060】線膨張係数の差による剥離を防ぐために
は、第1の透明基板101は、透明基板116と同程度
の熱膨張率を有する材料を用いるのが好ましい。本実施
形態では、透明基板116と同じ無アルカリガラスを用
いた。また、熱ダレ法では、基板上に感光性樹脂をパタ
ーン形成し、融点以上に加熱することにより凸レンズ形
状とするが、この感光性樹脂としては、たとえばフォト
レジスト等を用いる事ができる。本実施形態では屈折率
1.65のフォトレジスト(シップレイTF−20)を
用いて絵素ピッチ100μm×100μmのマイクロレ
ンズ102を作製した。このフォトレジストは、150
℃以上に加熱すると流動性を持つようになって、表面張
力により凸形状に変形する。凸レンズ状に変形後も加熱
を続けると、熱重合反応により硬化して流動性が無くな
って、それ自身が耐熱性を有するようになる。また、そ
の表面に後述の屈折率1.38の透明樹脂を形成するこ
とによりマイクロレンズ102の焦点距離が短くなっ
て、空気中の焦点距離は0.33mmとなり、屈折率が
1.52の無アルカリガラス中での焦点距離は0.50
mmとなる。このマイクロレンズ102は、生産効率の
観点から、大面積基板上に多数枚分の液晶表示素子に対
応した複数のブロックに分かれて形成される。
【0061】次に、図2(b)に示すように、第1の透
明基板101の周囲に、熱硬化型樹脂と一定の直径を有
するスペーサーとの混合物からなるシール樹脂103
を、後述の透明樹脂を注入するための注入口を設けた状
態で、シール樹脂を印刷またはディスペンサーで塗布す
る。この熱硬化型樹脂としては、例えば三井東圧化学社
製XN21S等を用いる事ができる。このとき、各マイ
クロレンズ102のブロックの外周部にもシール樹脂を
塗布することで、より密着性を向上させることができ
る。尚、シール樹脂中にスペーサーを混合させるのは、
カバーガラス等の第2の透明基板105の貼り合わせ時
に、第2の透明基板105と第1の透明基板101との
間隔を均一にして、反りやうねりを無くするためであ
る。このスペーサーの直径は、マイクロレンズ102の
厚さと同じかまたはそれ以上にする。本実施形態では、
スペーサーの直径を20μmとしたが、数μmの範囲で
調整しても良い。
【0062】続いて、図2(c)に示すように、焦点距
離に応じた厚みの第2の透明基板105をマイクロレン
ズ102表面に接触させる。線膨張係数の差による剥離
を防ぐためには、第2の透明基板105であるカバーガ
ラスは、透明基板116と同程度の熱膨張率を有する材
料を用いるのが好ましい。本実施形態では厚み0.5m
mの無アルカリガラスからなるカバーガラスを用いた。
その後、基板全面に均一に加重をかけながら加熱してシ
ール樹脂103を硬化させる。本実施形態では、オーブ
ンで170℃に加熱することにより、シール樹脂103
を硬化させた。
【0063】その後、図2(d)に示すように、第1の
透明基板101と第2の透明基板105との間に、シー
ル樹脂103に設けられた注入口104から、マイクロ
レンズよりも屈折率性が低い透明樹脂107を真空注入
法により注入する。この真空注入法では、まず、貼り合
わせ基板106および透明樹脂107を空槽108内に
セットして真空ポンプで排気する。十分真空引きした後
で、基板106の周端部に形成されている注入口104
を透明樹脂107に浸す。その後、真空槽108内を窒
素雰囲気下において、大気圧に戻す事で、透明樹脂10
7が両基板101、105間に注入される。耐熱性およ
び透明性が高い透明樹脂107としては、耐熱温度15
0℃以上の紫外線硬化樹脂を用いる事ができ、フッ素化
合物にすることにより樹脂を低屈折率化することができ
る。本実施形態では熱分解温度300℃以上で屈折率
1.38のフッ素化合物を用いた。
【0064】さらに、図2(e)に示すように、貼り合
わせ基板106の全面に紫外線を照射して透明樹脂10
7を硬化させることで、マイクロレンズアレイ102が
内部に形成されたマイクロレンズ基板109が得られ
る。
【0065】このマイクロレンズ基板109は、カバー
ガラス105側表面にブラックマトリクス111、透明
電極112および配向膜113を形成して、図1に示す
ような対向基板117とする。この工程は高温条件下で
行われ、特に、配向膜113はポリイミドからなるので
イミド化を促進するために180℃前後の温度で焼成が
行われる。
【0066】本実施形態において、カバーガラス105
の線膨張係数は3.65×10-6-1であるのに対し
て、紫外線硬化樹脂107の線膨張係数は1.2×10
-4-1と大きな開きがある。このため、180℃の高温
下ではカバーガラス105が接着層としての透明樹脂1
10から剥がれ易くなる。しかし、熱硬化型樹脂からな
るシール樹脂103によって、カバーガラス105と
の透明基板101とが強く密着しているため、剥がれ
が生じなかった。また、シール樹脂103および透明樹
脂107の耐熱性が高いので、配向膜形成工程において
焼成温度を高くしても剥がれが生じず、配向膜113の
品質を向上させることができた。シール樹脂をマイクロ
レンズの各ブロックの周縁部に設けて、多数枚取り用基
板を作製しているので、基板を分断しても剥がれが生じ
ず、生産性を向上させることができた。さらに、透明基
板116、第1の透明基板101および第2の透明基板
105として、同じ材質のものを用いているので、線膨
張係数の差を原因とする剥がれが生じにくかった。
【0067】透明樹脂307は、紫外線硬化型樹脂から
なるので透明性が高く、凸型形状のマイクロレンズ10
2よりも屈折率が低いので、焦点距離を短くして液晶表
示素子の実効開口率を高めることができた。また、耐熱
性が高いので、それ自身の分解によるマイクロレンズ基
板の剥がれが生じなかった。さらに、真空注入により基
板間に注入しているので樹脂の気泡が生じず、基板表面
に透明樹脂の付着による汚染も生じないため、付着物を
取り除く作業が不要であった。
【0068】尚、本実施形態では、マイクロレンズを熱
ダレ法で作製しているが、これに限られず、イオン交換
法や膨潤法または機械加工法等、他の方法で作製しても
良い。熱ダレ法を用いた場合には、マイクロレンズを容
易に大型基板上に作製できる。
【0069】また、第1の透明基板上に熱ダレ法等で凸
状型を作製し、エッチングにより基板表面に凸状型を形
状転写してもよく、第1の透明基板上に設けられた紫外
線硬化型樹脂に凹状型を押し当て、紫外線照射すること
により凸レンズ形状のマイクロレンズを作製しても良
い。これらの場合、透明度の高いマイクロレンズが大型
基板上に容易に作製でき、さらに高品質な液晶表示素子
を得ることができる。
【0070】本実施形態において、シール樹脂103に
は熱硬化型樹脂を用いたが、これに限られず、それと同
等かまたはそれ以上の接着力を有するものであれば、耐
熱温度150℃以上の紫外線硬化型樹脂を用いてもよ
く、例えば、スリーボンド社製の紫外線硬化性樹脂(3
161)等が挙げられる。この場合、熱硬化型樹脂を用
いた場合よりも硬化時間が短縮化されるので、さらに生
産性を向上することができる。
【0071】第2の透明基板としてはカバーガラスを用
いたが、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、フ
ェノキシエーテル樹脂、一軸性ポリエステル樹脂等から
なり、焦点距離に対応した厚みのフィルム基板を用いて
も良い。
【0072】(実施形態2)図3に、本発明の他の実施
形態であるマイクロレンズ基板を用いたアクティブマト
リクス型液晶表示素子の断面図を示す。この液晶表示素
子は、無アルカリガラスからなる透明基板316上に、
絵素電極、スイッチング素子およびバス配線(図示せ
ず)等が形成され、この基板に対向するマイクロレンズ
基板との間には、液晶層315がシール材314によっ
て封止されている。マイクロレンズ基板は、第1の透明
基板301、マイクロレンズアレイ302、透明樹脂層
307、シール樹脂303および第2の透明基板である
カバーガラス305からなる。
【0073】マイクロレンズ302は凹レンズ形状を有
しており、本実施形態ではガラスエッチング法を用いて
作製した。また、マイクロレンズ基板の液晶層315側
表面には、ブラックマトリクス311、透明電極312
および配向膜313が形成されて、透明基板301〜配
向膜313までが対向基板317となっている。尚、ブ
ラックマトリクス311は、必要に応じて形成される物
である。
【0074】次に、本実施形態のマイクロレンズ基板の
製造方法について、図4(a)〜(e)に従って説明す
る。尚、この図4(a)〜(e)において、図3と同様
の機能を有する部分については、同一の符号を記す。
【0075】まず、図4(a)に示すように、第1の透
明基板301の一方の面上に、ガラスエッチング法を用
いて凹型のマイクロレンズアレイ302を作製する。線
膨張係数の差による剥離を防ぐためには、第1の透明基
板301は、透明基板316と同程度の熱膨張率を有す
る材料を用いるのが好ましい。本実施形態では、透明基
板316と同じ無アルカリガラスを用いた。
【0076】以下に、本実施形態で用いたガラスエッチ
ング法による凹型レンズ作製方法について、図5を用い
て説明する。図5(a)は平面図、図5(b)はその断
面図である。
【0077】まず、透明性の無アルカリガラスからなる
基板401の表面に、フォトレジストを塗布して、周知
のフォトリソグラフィー技術により所望のレンズパター
ン403に対応した形状402を作製する。本実施形態
では、レンズパターン403を凹型とした。この基板を
弗酸を主成分とするエッチャントに浸漬し、開口部40
4を通して基板表面を所定の深さまでエッチングする。
これにより、開口部404直下に半球状の凹型部405
が形成される。その後、レジスト剥離液によりフォトレ
ジスト402を除去して、凹型レンズ形状のマイクロレ
ンズアレイが作製される。その表面に後述の屈折率1.
67の透明樹脂を形成することによりマイクロレンズ3
02の焦点距離が短くなって、空気中の焦点距離は0.
33mmとなり、屈折率が1.52の無アルカリガラス
中での焦点距離は0.50mmとなる。このマイクロレ
ンズ302は、生産効率の観点から、大面積基板上に多
数枚分の液晶表示素子に対応した複数のブロックに分か
れて形成される。
【0078】次に、図4(b)に示すように、第1の透
明基板301の周囲に、熱硬化型樹脂と一定の直径を有
するスペーサーとの混合物からなるシール樹脂303
を、後述の透明樹脂を注入するための注入口を設けた状
態で、シール樹脂を印刷またはディスペンサーで塗布す
る。この熱硬化型樹脂としては、実施形態1に記載した
ものと同様のものを用いる事ができる。このとき、各マ
イクロレンズ302のブロックの外周部にもシール樹脂
を塗布することで、より密着性を向上させることができ
る。尚、シール樹脂中にスペーサーを混合させるのは、
カバーガラス等の第2の透明基板305の貼り合わせ時
に、第2の透明基板305と第1の透明基板301との
間隔を均一にして、反りやうねりを無くするためであ
る。このスペーサーの直径は、マイクロレンズ302の
厚さと同じかまたはそれ以上にする。本実施形態では、
スペーサーの直径を5μmとしたが、数μmの範囲で調
整しても良い。
【0079】続いて、図4(c)に示すように、焦点距
離に応じた厚みの第2の透明基板305をマイクロレン
ズ302表面に接触させる。線膨張係数の差による剥離
を防ぐためには、第2の透明基板305であるカバーガ
ラスは、透明基板316と同程度の熱膨張率を有する材
料を用いるのが好ましい。本実施形態では厚み0.5m
mの無アルカリガラスからなるカバーガラスを用いた。
その後、基板全面に均一に加重をかけながら加熱してシ
ール樹脂303を硬化させる。本実施形態では、オーブ
ンで170℃に加熱することにより、シール樹脂303
を硬化させた。
【0080】その後、図4(d)に示すように、第1の
透明基板301と第2の透明基板305との間に、シー
ル樹脂303に設けられた注入口104から、マイクロ
レンズよりも屈折率性が高い透明樹脂307を真空注入
法により注入する。この真空注入法では、まず、貼り合
わせ基板306および透明樹脂307を空槽308内に
セットして真空ポンプで排気する。十分真空引きした後
で、基板306の周端部に形成されている注入口304
を透明樹脂307に浸す。その後、真空槽308内を窒
素雰囲気下において、大気圧に戻す事で、透明樹脂30
7が両基板301、305間に注入される。耐熱性およ
び透明性が高い透明樹脂307としては、耐熱温度15
0℃以上の紫外線硬化樹脂を用いる事ができる。本実施
形態では熱分解温度が150℃、屈折率が1.67の紫
外線硬化型樹脂を用いた。
【0081】さらに、図4(e)に示すように、貼り合
わせ基板306の全面に紫外線を照射して透明樹脂30
7を硬化させることで、マイクロレンズアレイ302が
内部に形成されたマイクロレンズ基板309が得られ
る。
【0082】このマイクロレンズ基板309は、カバー
ガラス305側表面にブラックマトリクス311、透明
電極312および配向膜313を形成して、図5に示す
ような対向基板317とする。この工程は高温条件下で
行われ、特に、配向膜313はポリイミドからなるので
イミド化を促進するために180℃前後の温度で焼成が
行われる。
【0083】本実施形態においても、実施形態1と同様
に、熱硬化型樹脂からなるシール樹脂303によって、
カバーガラス305と第1の透明基板301とが強く密
着しているため、剥がれが生じなかった。また、シール
樹脂303および透明樹脂307の耐熱性が高いので、
配向膜形成工程において焼成温度を高くしても剥がれが
生じず、配向膜313の品質を向上させることができ
た。シール樹脂をマイクロレンズの各ブロックの周縁部
に設けて、多数枚取り用基板を作製しているので、基板
を分断しても剥がれが生じず、生産性を向上させること
ができた。さらに、透明基板316、第1の透明基板3
01および第2の透明基板305として、同じ材質のも
のを用いているので、線膨張係数の差を原因とする剥が
れが生じにくかった。
【0084】透明樹脂307は、紫外線硬化型樹脂から
なるので透明性が高く、凹型形状のマイクロレンズ30
よりも屈折率が高いので、焦点距離を短くして液晶表
示素子の実効開口率を高めることができた。また、耐熱
性が高いので、それ自身の分解によるマイクロレンズ基
板の剥がれが生じなかった。さらに、真空注入により基
板間に注入しているので樹脂の気泡が生じず、基板表面
に透明樹脂の付着による汚染も生じないため、付着物を
取り除く作業が不要であった。
【0085】尚、本実施形態では、マイクロレンズをガ
ラスエッチング法で作製しているが、これに限られず、
第1の透明基板上に設けられた紫外線硬化型樹脂に凸状
型を押し当て、紫外線照射することにより凹レンズ形状
のマイクロレンズを作製しても良い。いずれの場合に
も、大型基板上に透明度の高いマイクロレンズが容易に
作製でき、高品質な液晶表示素子を得ることができる。
【0086】本実施形態において、シール樹脂303に
は熱硬化型樹脂を用いたが、これに限られず、それと同
等かまたはそれ以上の接着力を有するものであれば、耐
熱温度150℃以上の紫外線硬化型樹脂を用いてもよ
く、実施形態1に記載したものと同様のものが挙げられ
る。この場合、熱硬化型樹脂を用いた場合よりも硬化時
間が短縮化されるので、さらに生産性を向上することが
できる。
【0087】第2の透明基板としてはカバーガラスを用
いたが、フィルム基板を用いても良く、実施形態1に記
載した物と同様のものが挙げられる。
【0088】(実施形態3)図6に、本発明の一実施形
態である液晶表示素子を用いた液晶プロジェクターの光
学系を示す。この液晶プロジェクターの光学系609
は、メタルハライドランプ等の白色光源601、UV−
IRフィルター602、光源601からの光を赤、緑、
青の三原色に分解するためのダイクロイックミラー群6
03、反射鏡604、マイクロレンズ基板を備え、映像
信号に基づいて各原色画像を表示するための液晶表示素
子605、液晶表示素子からの出射光を投影レンズ60
8へ集光するためのフィールドレンズ606、各液晶表
示素子605を透過した原色光を合成するためのダイク
ロイックミラー群607、映像をスクリーン(図示せ
ず)上に拡大投影するための投影レンズ608から構成
されている。
【0089】この液晶プロジェクターは、実施形態1ま
たは2のマイクロレンズ基板が液晶表示素子の対向基板
として用いられ、絵素サイズを縮小して高精細化した液
晶表示素子において、それに応じた焦点距離の短いマイ
クロレンズが絵素毎に設けられている。その結果、従来
の高精細な液晶表示素子においてはブラックマトリクス
で遮られていた光が、マイクロレンズによって無駄無く
絵素開口部に集光され、明るい表示を得る事ができた。
【0090】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のマイクロレンズ基板によれば、シール樹脂が接着性と
耐熱性とを担い、透明樹脂が耐熱性と所望の屈折率特性
とを担うことができるので、1つの樹脂では困難であっ
た接着性、耐熱性および屈折率特性を兼ね備えることが
できる。これにより、耐熱性向上、マイクロレンズとカ
バーガラスとの剥がれ防止およびマイクロレンズの短焦
点化が同時に実現できる。よって、製造面では歩留まり
を向上させる事ができ、光学特性面では液晶表示素子の
実効開口率を向上させることができる。
【0091】また、基板外に樹脂がはみ出して基板や製
造装置に付着することがないので工程中の汚染を防止で
き、付着物を取り除く工程が不要であるので工程を簡略
化できる。
【0092】さらに、単に透明液体を注入する方法とは
異なり、透明樹脂が硬化して基板に接着するので、マイ
クロレンズが剥がれることなくマイクロレンズ基板を分
断できる。大面積基板を用いて多数枚取り用基板を作製
しても、分断時にマイクロレンズが剥がれないので、生
産性を高めることができる。
【0093】シール樹脂をマイクロレンズの各ブロック
の周縁部に設けることにより、さらに耐熱性を向上し、
熱膨張に起因するカバーガラスとマイクロレンズとの剥
がれも防ぐことができる。
【0094】凸レンズ形状のマイクロレンズは、第1の
透明基板上に設けられたフォトポリマーをパターン化し
て加熱することにより、容易に大型基板上に作製するこ
とができる。よって、生産性に優れた低価格のマイクロ
レンズ基板を供給することができる。
【0095】また、第1の透明基板上に凸状型を作製
し、エッチングにより第1の透明基板表面に凸状型を形
状転写することにより、透明度が高い凸レンズ形状のマ
イクロレンズが大型基板上に容易に作製することができ
る。よって、高品質で生産性の高いマイクロレンズ基板
を供給することができる。
【0096】さらに、第1の透明基板上に設けられた紫
外線硬化型樹脂に凹状型を押し当て、紫外線照射するこ
とにより透明性の高い樹脂からなる凸レンズ形状のマイ
クロレンズを簡略化されたプロセスで作製することがで
きる。よって、高品質で生産性の高いマイクロレンズ基
板を供給することができる。
【0097】凹レンズ形状のマイクロレンズは、第1の
透明基板表面を半球の凹型状にエッチングすることによ
り作製される。ガラス基板を加工することにより、透過
率が高いマイクロレンズを簡略化されたプロセスで作製
することができるので、高品質で生産性の高いマイクロ
レンズ基板を供給することができる。
【0098】また、第1の透明基板上に設けられた紫外
線硬化型樹脂に凸状型を押し当て、紫外線照射すること
により透明性の高い樹脂からなる凹レンズ形状のマイク
ロレンズを簡略化されたプロセスで作製することができ
る。よって、高品質で生産性の高いマイクロレンズ基板
を供給することができる。
【0099】真空注入法により透明樹脂を注入すると、
樹脂内部に気泡が生じないので、マイクロレンズ基板の
歩留まりを向上させることができる。また、基板表面に
樹脂が付着しないので、液晶表示素子や製造装置の汚染
が生じず、量産性を大幅に向上させることができる。
【0100】耐熱性および接着性に優れた熱硬化性樹脂
または耐熱温度150℃以上の紫外線硬化型樹脂を接着
のためのシール樹脂として用い、また、優れた透明性を
有し、耐熱性にも優れた耐熱温度150℃(好ましくは
180℃)以上の紫外線硬化型樹脂をマイクロレンズの
レベリングのための透明樹脂として用いると、耐熱性が
向上し、熱膨張に起因するカバーガラスとマイクロレン
ズとの剥がれに対しても抵抗力が増す。よって、高温条
件でマイクロレンズ基板を加工することができ、高品質
および高信頼性を有するマイクロレンズ基板を作製する
ことができる。
【0101】また、本発明の液晶表示素子によれば、高
精細な液晶表示素子の内部に焦点距離の短いマイクロレ
ンズを形成することができ、液晶表示素子の実効開口率
を向上することができる。よって、表示画面が明るく、
表示画像が高品質な液晶表示素子を供給することができ
る。
【0102】さらに、本発明の画像投影型表示装置によ
れば、実効開口率が高く、高精細な液晶表示素子を画像
表示装置に組み込むことができ、表示画面が明るく、表
示画像が高品質な画像投影型表示装置を供給することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の液晶表示素子を示す断面図であ
る。
【図2】(a)〜(e)は、実施形態1のマイクロレン
ズ基板の製造工程を示す図である。
【図3】実施形態2の液晶表示素子を示す断面図であ
る。
【図4】(a)〜(e)は、実施形態2のマイクロレン
ズ基板の製造工程を示す図である。
【図5】実施形態2のマイクロレンズ基板におけるマイ
クロレンズアレイの製造工程を示す図である。
【図6】実施形態3の画像投影型表示装置における光学
系を示す図である。
【符号の説明】
101、301 第1の透明基板 102、302 マイクロレンズアレイ 103、303 シール樹脂 104、304 注入口 105、305 第2の透明基板 106、306 貼り合わせ基板 107、307 透明樹脂 108、308 空槽 109、309 マイクロレンズ基板 111、311 ブラックマトリクス 112、312 透明電極 113、313 配向膜 114、314 シール材 115、315 液晶層 116、316 透明基板 401 透明性基板 402 フォトレジスト 403 レンズパターン 404 開口部 405 半球状の凹型部 601 白色光源 602 UV−IRフィルター 603、607 ダイクロイックミラー群 604 反射鏡 605 液晶表示素子 606 フィールドレンズ 608 投影レンズ 609 液晶プロジェクターの光学系
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−137617(JP,A) 特開 平4−240616(JP,A) 特開 平7−181506(JP,A) 特開 平4−116619(JP,A) 特開 昭61−132927(JP,A) 特開 平7−225303(JP,A)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に複数のマイクロレンズが形成され
    た第1の透明基板と、該第1の透明基板のマイクロレン
    ズ形成側表面と対向するように配置された第2の透明基
    板とを有し、該第2の透明基板の表面に少なくとも透明
    電極および配向膜が設けられた対向基板と、 透明基板の表面にマトリクス状に複数の絵素電極および
    スイッチング素子が形成されるとともに、該絵素電極お
    よびスイッチング素子の近傍を通ってバス配線が形成さ
    れて、前記対向基板とは、透明電極同士が相互に対向す
    るように配置されたアクティブマトリクス基板と、 前記対向基板とアクティブマトリクス基板との間に封入
    された液晶とを有する液晶表示素子の製造方法におい
    て、 該1の透明基板と該第2の透明基板とを、シール樹脂
    を両基板の周縁部に塗布して貼り合わせ、該シール樹脂
    に設けられた注入口から該マイクロレンズとは異なる屈
    折率を有する透明樹脂を両基板間に注入した後に、該透
    明樹脂を硬化させ、その後に、該第2の透明基板の表面
    に、少なくとも透明電極および配向膜を形成することに
    より対向基板を製造し、該対向基板と、アクティブマト
    リクス基板との間に液晶を封止することを特徴とする液
    晶表示素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記マイクロレンズが凸レンズ形状であ
    り、前記透明樹脂が該マイクロレンズよりも低い屈折率
    を有する請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記マイクロレンズが凹レンズ形状であ
    り、前記透明樹脂が該マイクロレンズよりも高い屈折率
    を有する請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記マイクロレンズが複数のブロックに
    分かれて形成され、前記シール樹脂が各ブロックの周縁
    部にも設けられ、前記第1の透明基板のブロック周縁部
    と第2の透明基板の対向する部分とが貼り合わせられて
    いる請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1の透明基板と第2の透明基板
    の間を真空状態にして、シール部に設けられた注入口を
    透明樹脂の中に浸した後、基板外部を大気圧にすること
    により、前記透明樹脂が両基板間に注入されている請求
    項1に記載の液晶表示素子の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記シール樹脂として熱硬化型樹脂また
    は耐熱温度150℃以上の紫外線硬化型樹脂が用いら
    れ、前記透明樹脂として耐熱温度150℃以上の紫外線
    硬化型樹脂が用いられている請求項1に記載の液晶表示
    素子の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の製造方
    法によって製造されていることを特徴とする液晶表示素
    子。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の液晶表示素子と、液晶
    表示素子に光を供給する光源と、液晶表示素子からの出
    射光を投影する投影レンズとを少なくとも備えた画像投
    影型表示装置。
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