JP3835319B2 - Manufacturing method of substrate with recess for microlens, substrate with recess for microlens, microlens substrate, counter substrate for liquid crystal panel, liquid crystal panel, and projection display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、基板上に多数のマイクロレンズ用凹部が形成されたマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法、マイクロレンズ用凹部付き基板、マイクロレンズ基板、液晶パネル用対向基板、液晶パネルおよび投射型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
スクリーン上に、画像を投影する投射型表示装置が知られている。
【0003】
このような投射型表示装置では、その画像形成に主として液晶パネル(液晶光シャッター)が用いられている。
【0004】
この液晶パネルは、例えば、各画素を制御する薄膜トランジスタ(TFT)と画素電極とを有する液晶駆動基板(TFT基板)と、ブラックマトリックスや共通電極等を有する液晶パネル用対向基板とが、液晶層を介して接合された構成となっている。
【0005】
このような構成の液晶パネル(TFT液晶パネル)では、液晶パネル用対向基板の画素となる部分以外のところにブラックマトリックスが形成されているため、液晶パネルを透過する光の領域は制限される。このため、光の透過率が下がる。
【0006】
かかる光の透過率を高めるべく、液晶パネル用対向基板には、各画素に対応する位置に多数の微小なマイクロレンズが設けられたものが知られている。これにより、液晶パネル用対向基板を透過する光は、ブラックマトリックスに形成された開口に集光され、光の透過率が高まる。
【0007】
このようなマイクロレンズを形成するために、基板に凹部を形成する方法として、例えば、特開平9−101401号に開示の技術が知られている。
【0008】
しかし、かかる技術では、マイクロレンズを形成するための凹部が形成された基板から、優れた特性、特に高い光透過性を有する液晶パネル用対向基板、ひいては液晶パネルを適切に製造することは、困難である。
【0009】
また、等方エッチング(ウエットエッチング)による方法では、半球面レンズしか形成することができなかった。マイクロレンズのように曲率半径が小さいレンズでは、球面収差が大きくなり、投影透過率および投影コントラスト比が充分に得られなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、球面収差が抑えられる非球面のマイクロレンズを形成することが可能なマイクロレンズ用凹部付き基板を容易、迅速かつ確実に提供することができるマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法を提供すること、また、球面収差が抑えられる非球面のマイクロレンズを形成することが可能なマイクロレンズ用凹部付き基板、マイクロレンズ基板、液晶パネル用対向基板、液晶パネルおよび投射型表示装置を容易、迅速かつ確実に提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記(1)〜(22)の本発明により達成される。
【0012】
(1) 基板上に所定のパターンで開口を有するマスクを形成し、
次いで、前記マスクを用いてウエットエッチングを施し、前記基板上に多数のマイクロレンズ用凹部を形成した後、
前記マスクを除去するマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法であって、
前記ウエットエッチングの途中で前記マスクを形成することなく、前記マスクの開口の大きさを広げながら、多段階にウエットエッチングを行うことにより、非球面のマイクロレンズ用凹部を形成することを特徴とするマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0013】
(2) 前記マスクは、開口の大きさの異なる複数のマスク層が、該開口が次第に大きくなるように積層形成されたものである上記(1)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0014】
(3) 前記複数のマスク層の隣り合うマスク層の開口の一方は、他方に包含される上記(2)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0015】
(4) 前記複数のマスク層の開口は、同心的に配置されている上記(2)または(3)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0016】
(5) 前記複数のマスク層は、互いに、同一の厚さを有するものであり、かつ、同一の材料で構成されたものである上記(2)ないし(4)のいずれかに記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0017】
(6) 基板上に所定のパターンで開口を有するマスクを形成し、
次いで、前記マスクを用いてウエットエッチングを施し、前記基板上に多数のマイクロレンズ用凹部を形成した後、
前記マスクを除去するマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法であって、
前記マスクは、前記基板上に形成され、該基板に比べ、エッチング液に対するエッチングレートが大きい環状の第1のマスク層と、前記第1のマスク層の内周側に開口を有し、前記基板および前記第1のマスク層上に亘って形成された第2のマスク層とを備えるものであることを特徴とするマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0018】
(7) 前記第1のマスク層のエッチング液に対するエッチングレートをa、前記基板のエッチング液に対するエッチングレートをbとしたとき、前記エッチングレートの比a/bは、1.1以上である上記(6)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0019】
(8) 前記第2のマスク層の開口は、前記第1のマスク層の中心部に配置されている上記(6)または(7)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0020】
(9) 前記第1のマスク層は、複数設けられている上記(6)ないし(8)のいずれかに記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0021】
(10) 前記複数の第1のマスク層の隣り合う第1のマスク層の一方は、他方に包含され、かつ、他方から離間している上記(9)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0022】
(11) 前記複数の第1のマスク層は、同心的に配置されている上記(9)または(10)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0023】
(12) 前記マスクを除去した後、さらに全体にウエットエッチングを施す上記(1)ないし(11)のいずれかに記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0024】
(13) 前記基板は、石英ガラス基板である上記(1)ないし(12)のいずれかに記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。
【0025】
(14) 上記(1)ないし(13)のいずれかに記載のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法により製造されたことを特徴とするマイクロレンズ用凹部付き基板。
【0026】
(15) 上記(14)に記載のマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて製造され、複数のマイクロレンズを有することを特徴とするマイクロレンズ基板。
【0027】
(16) 前記マイクロレンズは、両凸型マイクロレンズである上記(15)に記載のマイクロレンズ基板。
【0028】
(17) 上記(14)に記載の、非球面の第1のマイクロレンズ用凹部を複数有する第1のマイクロレンズ用凹部付き基板と、非球面の第2のマイクロレンズ用凹部を複数有する第2のマイクロレンズ用凹部付き基板とが、前記第1のマイクロレンズ用凹部と前記第2のマイクロレンズ用凹部とが対向するように樹脂を介して接合されることにより、前記第1のマイクロレンズ用凹部付き基板と前記第2のマイクロレンズ用凹部付き基板との間に形成された、両凸型マイクロレンズを備えることを特徴とするマイクロレンズ基板。
【0029】
(18) 上記(15)ないし(17)のいずれかに記載のマイクロレンズ基板を備えたことを特徴とする液晶パネル用対向基板。
【0030】
(19) 上記(18)に記載の液晶パネル用対向基板を備えたことを特徴とする液晶パネル。
【0031】
(20) 画素電極を備えた液晶駆動基板と、該液晶駆動基板に接合された上記(18)に記載の液晶パネル用対向基板と、前記液晶駆動基板と前記液晶パネル用対向基板との空隙に封入された液晶とを有することを特徴とする液晶パネル。
【0032】
(21) 前記液晶駆動基板はTFT基板であることを特徴とする上記(20)に記載の液晶パネル。
【0033】
(22) 上記(19)ないし(21)のいずれかに記載の液晶パネルを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0035】
本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板およびマイクロレンズ基板は、それぞれ、個別基板とウエハーの双方を含むものとする。
【0036】
図1〜図7は、マイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法を示す模式的な縦断面図、図8は、本発明の液晶パネル用対向基板の製造方法を示す模式的な縦断面図、図9は、本発明の液晶パネル用対向基板を示す模式的な縦断面図、図10は、本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板を示す模式的な平面図である。
【0037】
図9に示すように、液晶パネル用対向基板1は、マイクロレンズ用凹部付き基板2と、かかるマイクロレンズ用凹部付き基板2に、所定の屈折率を有する透明な樹脂層14を介して接合されたカバーガラス13と、かかるカバーガラス13上に形成され、複数(多数)の開口111を有するブラックマトリックス11と、かかるカバーガラス13上にブラックマトリックス11を覆うように形成された透明導電膜12とを有している。また、マイクロレンズ用凹部付き基板2は、表面に複数(多数)の非球面の凹部(マイクロレンズ用凹部)3が形成されたガラス基板5からなっている。また、樹脂層14では、マイクロレンズ用凹部付き基板2の凹部3に充填された樹脂により、非球面のマイクロレンズ8が形成されている。
【0038】
この液晶パネル用対向基板1では、遮光機能を有するブラックマトリックス11は、マイクロレンズ8の位置に対応するように設けられている。具体的には、マイクロレンズ8の光軸Qがブラックマトリックス11に形成された開口111を通るように、ブラックマトリックス11は設けられている。したがって、液晶パネル用対向基板1では、ブラックマトリックス11と対向する面から入射した入射光Lは、マイクロレンズ8で集光され、ブラックマトリックス11の開口111を通過する。また、透明導電膜12は、透明性を有する電極であり、光を透過する。このため、入射光Lは、液晶パネル用対向基板1を通過する際に、光量の大幅な減衰が防止される。すなわち、液晶パネル用対向基板1は、高い光透過率を有している。
【0039】
この液晶パネル用対向基板1では、1個のマイクロレンズ8と、ブラックマトリックス11の1個の開口111とが、1画素に対応している。
【0040】
なお、マイクロレンズ用凹部付き基板2は、例えば反射防止層等の他の構成要素を有していてもよい。
【0041】
以下、本発明のマイクロレンズ基板や液晶パネル用対向基板の製造方法を説明するに先立って、まず、マイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法について、図1〜図4を参照しながら説明する。
【0042】
本発明では、後に詳述するようなマスクを用いたウエットエッチングを行うことで、非球面レンズ用凹部(非球面のマイクロレンズ用凹部)を形成する。なお、実際には基板上に多数のマイクロレンズ用凹部を形成するが、ここでは、説明をわかりやすくするために、1つのマイクロレンズ用凹部を形成する場合を例として挙げて説明する。
【0043】
まず、マイクロレンズ用凹部付き基板2を製造するに際し、ガラス基板5を用意する。
【0044】
このガラス基板5は、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に用いられる。また、ガラス基板5は、洗浄等により、その表面が清浄化されているものが好ましい。
【0045】
また、製造されたマイクロレンズ用凹部付き基板2が液晶パネルの製造に用いられ、かかる液晶パネルがガラス基板5以外のガラス基板を有する場合には、ガラス基板5の熱膨張係数は、かかる液晶パネルが有する他のガラス基板の熱膨張係数とほぼ等しいものであることが好ましい。このように、ガラス基板5と液晶パネルが有する他のガラス基板の熱膨張係数をほぼ等しいものとすると、得られる液晶パネルでは、温度が変化したときに二者の熱膨張係数が違うことにより生じる反り、たわみ等が防止される。
【0046】
かかる観点からは、ガラス基板5と液晶パネルが有する他のガラス基板とは、同じ材質で構成されていることが好ましい。これにより、温度変化時の熱膨張係数の相違による反り、たわみ等が効果的に防止される。
【0047】
特に、製造されたマイクロレンズ用凹部付き基板2を高温ポリシリコンのTFT液晶パネルの製造に用いる場合には、ガラス基板5は、石英ガラスで構成されていることが好ましい。TFT液晶パネルは、液晶駆動基板としてTFT基板を有している。かかるTFT基板には、製造時の環境により特性が変化しにくい石英ガラスが好ましく用いられる。このため、これに対応させて、ガラス基板5を石英ガラスで構成することにより、反り、たわみ等の生じにくい、安定性に優れたTFT液晶パネルを得ることができる。
【0048】
ガラス基板5の厚さは、ガラス基板5を構成する材料、屈折率等の種々の条件により異なるが、通常、0.3〜3mm程度が好ましく、0.5〜2mm程度がより好ましい。厚さをこの範囲内とすると、必要な光学特性を備えたコンパクトなマイクロレンズ用凹部付き基板2を得ることができる。
【0049】
<1>まず、図1(a)に示すように、ガラス基板5上に、第1のマスク層6を形成する。また、これとともに、ガラス基板5の裏面(第1のマスク層6を形成する面と反対側の面)に裏面保護層69を形成する。もちろん、これら第1のマスク層6および裏面保護層69は、例えばCVD法等を用いて同時に形成することもできる。
【0050】
この第1のマスク層6は、後述する工程<4>におけるウエットエッチングで耐性を有するものが好ましい。
【0051】
かかる観点からは、これら第1のマスク層6を構成する材料としては、例えば、多結晶シリコン(ポリシリコン)、アモルファスシリコン、Au/Cr、Au/Ti、Pt/Cr、Pt/Ti、SiC等の金属、窒化シリコンなどが挙げられる。
【0052】
その中でも特に、第1のマスク層6を構成する材料としては、多結晶シリコンが好ましい。多結晶シリコンで第1のマスク層6を構成すると、ガラス基板5の表面に緻密な層を形成することができる。このため、第1のマスク層6にピンホール等の欠陥が生じにくい。また、多結晶シリコンは、ガラスに対する密着性が高い。このため、後述する工程<4>で、ガラス基板5に対しウエットエッチングを施してマイクロレンズを形成する場合には、不必要な部分にエッチング液が侵入しにくくなり、理想的なレンズ形状を形成することが可能となる。したがって、第1のマスク層6を多結晶シリコンで構成することにより高い歩留まりで、高性能のマイクロレンズ用凹部付き基板2を得ることができる。
【0053】
第1のマスク層6の厚さは、マスク層6を構成する材料によっても異なるが、第1のマスク層6が多結晶シリコンで構成されている場合には、0.01〜10μm程度が好ましく、0.2〜1μm程度がより好ましい。厚さがこの範囲の下限値未満であると、後述する工程<4>でウエットエッチングを施す際に、ガラス基板5のマスクした部分を十分に保護できない場合があり、上限値を超えると、第1のマスク層6の内部応力によりマスク層6が剥がれ易くなる場合がある。
【0054】
第1のマスク層6を多結晶シリコンで構成する場合には、例えば、化学気相成膜法(CVD法)によると、第1のマスク層6を好適に形成することができる。これは、化学気相成膜法によると、モノシランガス(SiH4)をガラス基板5の表面で反応させて多結晶シリコン膜を成膜することが可能となるため、スパッタリング法等を用いて成膜した場合に発生しやすいピンホール等の欠陥の発生を効果的に抑制することができるうえ、緻密で密着力のある膜を形成できることによる。
【0055】
多結晶シリコンで構成された第1のマスク層6をCVD法で形成する場合、第1のマスク層6形成時の温度は、特に限定されないが、300〜800℃程度が好ましく、400〜700℃程度がより好ましい。また、第1のマスク層6形成時の圧力は、特に限定されないが、30〜160Pa程度が好ましく、50〜100Pa程度がより好ましい。また、SiH4等の多結晶シリコンを形成するための原料となる気体の供給速度は、特に限定されないが、10〜500mL/分程度が好ましく、40〜400mL/分程度がより好ましい。多結晶シリコンの層の形成条件をこのような範囲内とすると、第1のマスク層6を好適に形成することができる。
【0056】
なお、裏面保護層69は、次工程以降でガラス基板5の裏面を保護するためのものである。この裏面保護層69により、ガラス基板5の裏面の侵食、劣化等が好適に防止される。この裏面保護層69は、例えば、マスク層6と同様の材料で構成されている。このため、裏面保護層69は、マスク層6の形成と同時に、マスク層6と同様に設けることができる。
【0057】
<2>次に、図1(b)に示すように、第1のマスク層6に、第1の開口61および第2の開口62を形成する。これら第1の開口61および第2の開口62の形成は、例えば、第1のマスク層6上に、第1の開口61および第2の開口62に対応したレジスト(例えばフォトレジスト等)を塗布して第1のマスク層6上にさらに第2のマスクを施し、次いで、第2のマスクでマスクされていない部分の第1のマスク層6を除去し、次いで、前記第2のマスクを除去することにより行うことができる。
【0058】
なお、第1のマスク層6の除去は、第1のマスク層6が多結晶シリコンで構成されている場合、例えば、CFガス、塩素系ガス等によるドライエッチング、フッ酸+硝酸水溶液、アルカリ水溶液等の剥離液への浸漬(ウエットエッチング)などにより行うことができる。
【0059】
ここで、前記第1のマスク層6の第1の開口61および後述する第2のマスク層63の第3の開口631の形状は、図示例では、それぞれ、円形であるが、それに限定されないことは言うまでもない。
【0060】
<3>次に、図1(c)に示すように、アライメントマーク4を形成する部分の第1のマスク層6上に、保護層7を形成する。
【0061】
この保護層7は、アライメントマーク4の形状に対応している。この保護層7は、マスク層6上だけでなく、ガラス基板5上に直接形成することもできる。例えば、図1(c)に示すように、第2の開口62を保護層7で覆ってもよい。
【0062】
この保護層7は、後述する工程<4>におけるエッチング液、および、後述する工程<5>における第1のマスク層6の除去に、耐性を有することが好ましい。これにより、保護層7で保護された部分の第1のマスク層6の食刻が防止され、アライメントマーク4の形状を正確に形作ることができる。また、保護層7は、薄膜で構成されていることが好ましい。保護層7が薄膜で構成されていると、後述する工程<4>および工程<8>で、ガラス基板5の取り扱いが容易となり、また、後述する工程<9>で保護層7の除去が容易となる。
【0063】
かかる観点からは、保護層7は、例えば、Au/Cr、Au/Ti、Pt/Cr、Pt/Ti、SiC等の金属、窒化シリコン等のケイ素化合物、ネガ型レジスト等のレジスト、テープなどで構成されていることが好ましい。
【0064】
この保護層7は、例えば、蒸着(マスク蒸着)、スパッタリング(マスクスパッタリング)等の気相成膜法により、アライメントマーク4を形成する部分に、アライメントマーク4の形状に対応した薄膜を成膜することにより形成することができる。
【0065】
なお、保護層7は、ガラス基板5全体に、マスク層6を覆うように成膜し、次いで、アライメントマーク4を形成する部分に、アライメントマーク4の形状に対応したレジストをパターニングし、次いで、エッチング等を施すことにより、形成してもよい。
【0066】
また、保護層7は、例えば、アライメントマーク4を形成する部分に、アライメントマーク4の形状に対応したテープ等を貼着することにより形成してもよい。
【0067】
<4>そして、該第1のマスク層6を用いてガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、図2(d)に示すように第1の凹部31を形成する。このとき、ガラス基板5は、第1のマスク層6および保護層7が存在しない部分、すなわち第1の開口61より食刻される。このため、第1の開口61が設けられた部分に第1の凹部31が形成される。
【0068】
ウエットエッチング法を用いると、第1の凹部31を好適に形成できる。ウエットエッチング法によりエッチングを行う場合には、フッ酸を含むエッチング液(フッ酸系エッチング液)を用いると、ガラス基板5を選択的に食刻することができ、凹部3を好適に形成することができる。
【0069】
また、ウエットエッチングによれば、ドライエッチングに比べて簡単な装置で処理を行うことができ、さらに、一度に多くの基板に対して処理を行うことができる。これにより生産性が向上し、安価にマイクロレンズ用凹部付き基板2を提供することができる。
【0070】
<5>次に、図2(e)に示すように、第1のマスク層6を除去する。第1のマスク層6等が多結晶シリコンで構成されている場合、例えば、CFガス、塩素系ガス等によるドライエッチング、フッ酸+硝酸水溶液、アルカリ水溶液等の剥離液への浸漬(ウエットエッチング)などにより行うことができる。このとき、保護層7が形成された部分は、保護層7により保護されるので、第1のマスク層6は除去されず、ガラス基板5上に残存する。
【0071】
<6>次に、第1のマスク層6を除去した後、図2(f)に示すように、第1の凹部31上に、前記第1の開口61よりも大きな第3の開口631を有する第2のマスク層63を、該第1の開口61と同心的に形成する。
【0072】
第2のマスク層63の材料としては、上述した第1のマスク層6と同様の材料を用いることができる。また、第2のマスク層63の形成、および第2のマスク層63への第3の開口631の形成は、上述した第1のマスク層6の形成、および該第1のマスク層6への第1の開口61の形成と同様にしておこなうことができる。
【0073】
<7>そして、該第2のマスク層63を用いてガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、図3(g)、(h)に示すように凹部3を形成する。ここで、2回目のエッチングで形成されていく凹部3のうち、中央付近、すなわち、先立って第1の凹部31を形成した部分の曲率半径r1は大きくなり、周縁付近の曲率半径r2は小さくなる。しかし、初期穴が徐々に大きくなりエッチングの中心が周縁部に移動するため、周縁部に向かって徐々に曲率半径が大きくなる。そして曲率半径の小さい最周縁部は隣のレンズと重なり殆ど消滅する。この事で、この凹部3は、非球面レンズ用に適した凹部となる。
【0074】
なお、曲率の異なる曲面の境界部分には、曲率の違いから凸部が発生するが、ウエットエッチングの特性から、滑らかになる傾向がある。しかし、後述する工程<8>で第2のマスク層63を剥離した後、さらにウエットエッチングを施すことにより、曲面全体をなめらかにすることが好ましい。
【0075】
<8>次に、図3(h)に示すように、第2のマスク層63を除去する。また、この際、第2のマスク層63の除去とともに裏面保護層69も除去する。
【0076】
<9>次に、保護層7を除去する。
これは、保護層7の構成材料にもよるが、例えば、保護層7がAu/Cr等で構成されている場合、塩酸と硝酸の混合液等を剥離液としたウエットエッチングなどにより行うことができる。また、保護層7が窒化シリコン等で構成されている場合には、リン酸等を剥離液としたウエットエッチングなどにより保護層7を除去することができる。また、保護層7がテープ等により構成されている場合には、かかるテープを剥離することにより、保護層7を除去することができる。これにより、図3(i)に示すように、第1のマスク層6のうち保護層7で保護された部分がアライメントマーク4として残存する。
【0077】
以上により、図3(i)に示すように、ガラス基板5上に非球面の凹部3が形成される。なお、実際には、図10に示すように、ガラス基板5上に多数の凹部3が形成される。
【0078】
このように、開口の大きさの異なる複数のマスクを用いて多段階にウエットエッチングを行うことで、凹部3の中心部と周辺部とで曲率半径に差をつけることができ、非球面レンズ用凹部を備えたマイクロレンズ用凹部付き基板2を形成することができる。
【0079】
このマイクロレンズ用凹部付き基板2は、非球面レンズ用の凹部を備えているので、該マイクロレンズ用凹部付き基板2を用いて構成される非球面レンズは、球面収差が抑えられたものとなる。そして後述する本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板を用いた、マイクロレンズ基板や液晶パネル用対向基板は、光の利用効率が高く、光学特性に優れたものとなる。
【0080】
また、上述した説明では、開口の大きさの異なる2つのマスクを用いて2段階にエッチングを行う場合を例に挙げて説明したが、回数はこれに限らず、3回(3段階)以上であってもよい。使用するマスクの数、すなわちマスクの開口を大きくしながら行うウエットエッチングの回数が増えれば、より滑らかなレンズ用凹部を形成することができる。
【0081】
なお、上述した説明では、マイクロレンズ用凹部付き基板2の基板として、ガラス基板5を用いているが、本発明では、前記基板の構成材料は、ガラスに限定されず、例えば、金属や樹脂等であってもよい。
【0082】
また、マイクロレンズ用凹部付き基板2に形成されたアライメントマーク4(図10参照)は、前記液晶パネル用対向基板1を製造する際に、位置決めの指標とされる。
【0083】
アライメントマーク4の形成位置は特に限定されないが、例えば、図10に示すように、アライメントマーク4を凹部3の形成領域外に形成することができる。
【0084】
アライメントマーク4は、マイクロレンズ用凹部付き基板2上に複数箇所設けることが好ましい。特に、アライメントマーク4はマイクロレンズ用凹部付き基板2の角部に複数箇所設けることが好ましい。これにより、位置決めをより容易に行うことができるようになる。
【0085】
図10は、アライメントマーク4を十字型にした例を示している。アライメントマーク4の形状は、特に限定されないが、図5に示すように、角を形成する角部41を有していることが好ましい。このようにアライメントマーク4が角部41を有していると、位置決めをより正確に行うことができるようになる。
【0086】
さらには、図10に示すように、アライメントマーク4は、その中心部位を示すマーク(図10では円形の第2の開口62)を有していることが好ましい。これにより、位置決めの精度をさらに向上させることができる。
【0087】
なお、上述した方法では、ガラス基板5上に保護層7を形成して(上記工程<3>参照)から凹部3を形成した(上記工程<4>参照)が、例えば、保護層7を形成する前に凹部3を形成し、次いで、保護層7を形成してもよい。すなわち、凹部3を形成した後、保護層7を形成してもよい。
【0088】
また、上述した方法では、ガラス基板5上に層を形成することにより、アライメントマークを設けたが、アライメントマークは、ガラス基板5上に層として形成しなくともよい。例えば、ガラス基板5上に、凹部3とは異なる形状を有する窪みを、アライメントマークとして設けてもよい。このような窪みは、例えば、上記工程<2>において窪み(アライメントマーク)の形状に対応するように第2の開口62を形成し、次いで、保護層7を形成せずに(上記工程<3>を行わずに)ガラス基板5に対してエッチングを施す(上記工程<4>を行う)ことにより、設けることができる。
【0089】
ただし、前述したようにアライメントマーク4を形成すると、アライメントマーク4を構成するマスク層6、アライメントマーク4近傍のガラス基板5の侵食が防止されるので、アライメントマーク4の輪郭、特に角部41を正確に形作ることが容易となり、位置決めの際の精度を向上させることができる。
【0090】
このように、エッチングにより凹部3を形成する工程の途中で、アライメントマーク4も形成することで、工程数を大幅に増やさずにアライメントマーク4を形成することができる。
【0091】
このアライメントマーク4は、マイクロレンズ用凹部付き基板2を用いて種々のものを組み立てるとき、様々な位置決めに用いることができる。例えば、かかるマイクロレンズ用凹部付き基板2を用いてブラックマトリックス11を有する液晶パネル用対向基板1を製造する場合には、アライメントマーク4を指標として、ブラックマトリックス11を、凹部3すなわちマイクロレンズ8の対応する位置に位置決めすることができる。
【0092】
本発明におけるマスクの構成や形成方法としては、例えば、開口の大きさの異なる複数のマスクを積層形成しておく方法や、エッチングレートの異なる2種類のマスクを同心円状に交互に形成しておく方法等が挙げられる。
【0093】
以下、本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法に関し、これらの方法について説明する。なお、以下の説明では、アライメントマーク4を形成するための保護層7や、裏面保護層69についての説明は省略しているが、いずれも上述したのと同様の方法により形成することができる。
【0094】
まず、複数のマスクを積層形成して、多段階ウエットエッチングを行う方法について、図4〜図5を参照しながら説明する。なお、ここでは開口の大きさがそれぞれ異なる3つのマスクを積層形成し、3段階でウエットエッチングを行う場合を例に挙げて説明する。
【0095】
<A1>まず、図4(j)に示すように、ガラス基板5上に、大きさの異なる略円形の開口611、612、613をそれぞれ有する第1のマスク層641、第2のマスク層642、第3のマスク層643をこの順に同心的に積層形成して積層マスク64とする。
【0096】
このとき、第1のマスク層641、第2のマスク層642、第3のマスク層643は、それぞれ、厚みが同じ厚みとなるように形成する。
【0097】
また、それぞれのマスク層が有する開口の大きさは、開口611、開口612、開口613の順に大きくなっており、隣り合う開口の一方は、他方に包含される。すなわち、開口611は、開口612に包含され、開口612は、開口613に包含される。
【0098】
開口611〜613を有する第1〜第3のマスク層641〜643の材料および形成方法は、上述した材料および形成方法をはじめ、従来公知の材料および形成方法を採用することができる。具体的には例えばフォトリソグラフィ技術により各マスク層を形成すればよい。
【0099】
なお、開口611〜613の形状は、それぞれ、円形に限定されないことは言うまでもない。
【0100】
<A2>そして、図4(k)に示すように、積層マスク64を用いてガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、第1の凹部32を形成する。このとき、ガラス基板5は、積層マスク64で覆われていない部分、すなわち開口611の部分から食刻される。
【0101】
<A3>つぎに、図4(l)に示すように、第2のマスク層642の開口612から露出している第1のマスク層641を除去し、開口を、第2のマスク層642が有している開口612の大きさまで広げる。
【0102】
具体的には、第1のマスク層641の厚み分だけ、積層マスク64全体をエッチングする。これにより第2のマスク層642の開口612から露出している第1のマスク層641が除去され、これにより、積層マスク64の開口が、第2のマスク層642が有していた開口612の大きさまで広がることとなる。
【0103】
なお、第1〜第3のマスク層は同じ厚みとされているので、このとき、同時に、第3のマスク層643が除去される。また、第3のマスク層643の開口613から露出していた第2のマスク層642も除去される。これにより、第2のマスク層642の開口612が、第3のマスク層643が有していた開口613の大きさまで広がることとなる。
【0104】
<A4>そして、積層マスク64を用いてガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、図5(m)に示すように、第2の凹部33を形成する。このとき、第2の凹部33のうち、中央部付近の曲率半径は大きくなり、周縁付近の曲率半径は小さくなっている。
【0105】
<A5>つぎに、図5(n)に示すように、第2のマスク層642の開口612から露出している第1のマスク層641を除去し、開口を、第3のマスク層が有していた開口613の大きさまで広げる。
【0106】
具体的には、第1のマスク層641の厚み分だけ、積層マスク64全体をエッチングする。これにより第2のマスク層642の開口612から露出している第1のマスク層641が除去され、これにより、積層マスク64の開口が、第2のマスク層642の開口612の大きさ、すなわち、始めに第3のマスク層643が有していた開口613の大きさまで広がることとなる。なお、このとき、同時に、第2のマスク層642も除去される。
【0107】
<A6>そして、積層マスク64を用いてガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、図5(o)に示すように、凹部3を形成する。このようにして形成された凹部3のうち、中央部付近の曲率半径は大きくなり、周縁部に向かうにしたがって、曲率半径は小さくなっている。
【0108】
以上のようにして、非球面レンズ用凹部が形成される。最後に、第1のマスク層641を除去した後、さらにウエットエッチングを施すことにより、曲面全体をなめらかにすることが好ましい。
【0109】
この積層マスク64を用いる方法によれば、途中でマスク層を形成する工程がないので、ガラス基板5に凹部3をより容易かつ迅速に形成することができる。
【0110】
なお、本発明では、開口の大きさがそれぞれ異なる2つのマスクを積層形成し、2段階でウエットエッチングを行ってもよく、また、開口の大きさがそれぞれ異なる4つ以上のマスクを積層形成し、4段階以上でウエットエッチングを行ってもよい。
【0111】
つぎに、エッチング液に対するエッチングレートの異なる2種類のマスクを同心円状に交互に形成して、多段階ウエットエッチングを行う方法について、図6〜図7を参照しながら説明する。なお、ここでは、3段階でウエットエッチングを行う場合を例に挙げて説明する。
【0112】
<B1>まず、ガラス基板5上に、大きさの異なる2つの円環状の第1のマスク層651、652を、同心円状に所定の間隔をもって形成する。
【0113】
すなわち、第1のマスク層652の内径を第1のマスク層651の外径より大きくし、これら2つの第1のマスク層651、652を同心的に配置する。これにより、前記隣り合う2つの第1のマスク層651、652の一方のマスク層651は、他方のマスク層652に包含され、かつ、他方のマスク層652の内周から離間する。
【0114】
第1のマスク層651、652の形成方法は、上述した形成方法をはじめ、従来公知の形成方法を採用することができる。なお、詳しくは後述するが、第1のマスク層651、第1のマスク層652の外周の大きさは、それぞれ第2の段階、第3の段階におけるエッチングの際のマスクの開口の大きさに相当する。
【0115】
つぎに、図6(p)に示すように、ガラス基板5および第1のマスク層651、652上に亘って第2のマスク層653を形成する。次に、第2のマスク層653に略円形の開口614を形成する。この開口614は、第1のマスク層651の内周側、すなわち、第1のマスク層651、652の中心部に相当する部分に形成する。
【0116】
第2のマスク層653の形成方法は、上述した形成方法をはじめ、従来公知の形成方法を採用することができる。
【0117】
このようにして、第1のマスク層651の内周側と、第1のマスク層651上と、第1のマスク層651と第1のマスク層652との間と、第1のマスク層652上と、第1のマスク層652の外周側とに、それぞれ、第2のマスク層653が形成され、第1のマスク層651、652の厚み部分においては、第1のマスク層651、652と第2のマスク層653とが同心円状に交互に配置される。
【0118】
ここで、第1のマスク層651、652と第2のマスク層653とは、エッチング液に対するエッチングレートが大きく異なり、第1のマスク層651、652のエッチングレートは、第2のマスク層653のエッチングレートに比べて遙かに大きい。
【0119】
すなわち、第2のマスク層653は、マスク本来の働きをする部位であり、ガラス基板5に比べ、エッチング液に対するエッチングレートが小さく(好ましくは遥かに小さく)なるように構成する。
【0120】
この第2のマスク層653の材料は、上述した材料をはじめ、従来公知の材料を用いることができる。
【0121】
一方、第1のマスク層651、652は、ガラス基板5に比べ、エッチング液に対するエッチングレートが大きく(好ましくは遥かに大きく)なるように構成する。
【0122】
前記第1のマスク層651、652のエッチング液に対するエッチングレートをa、前記ガラス基板5のエッチング液に対するエッチングレートをbとしたとき、このエッチングレートの比a/bは、大きいほど好ましい。
【0123】
すなわち、前記エッチングレートの比a/bは、1.1以上であるのが好ましく、1.5以上であるのがより好ましく、2〜10程度であるのがさらに好ましい。
【0124】
これにより、後述するウエットエッチングにおいて、ガラス基板5の食刻が進み、第1のマスク層651、652にエッチング液が接触するようになると、それぞれ、第1のマスク層651、652がガラス基板5に比べて速い速度で食刻されて除去され、マスクの開口の大きさが次の段階の大きさに速く到達するので、ガラス基板5に凹部3をより精度良く形成することができる。
【0125】
前記第1のマスク層651、652を構成する材料としては、例えば、Au、Pt、Cr、Ti等の金属や、Au/Cr、Au/Ti、Pt/Cr、Pt/Ti等の金属膜積層体、SiO2等の酸化物、各種レジスト材料、ポリイミド、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、この中でも特に、SiO2スパッタ膜、SiO2CVD膜、SiO2TEOS膜等が好ましい。
【0126】
なお、前記第1のマスク層651および652の形状は、それぞれ、円環状に限定されないことは言うまでもない。
【0127】
<B2>次に、以上のように形成された同心円状マスク65を用いて、ガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、図6(q)に示すように第1の凹部34を形成する。このとき、ガラス基板5は、同心円状マスク65で覆われていない部分、すなわち開口614の部分から食刻される。また、エッチングレートの小さい第2のマスク層653は、ほとんど食刻されず、マスクとして機能する。
【0128】
<B3>そして、ガラス基板5の食刻が進み、図6(r)に示すように、第1の凹部34が、第1のマスク層651の内周よりも大きくなると、第1のマスク層651にエッチング液が接触するようになる。すると、エッチングレートの大きい第1のマスク層651が、比較的速い速度で食刻される。一方、前述したように、エッチングレートの小さい第2のマスク層653はほとんど食刻されない。このように第1のマスク層651と第2のマスク層653のエッチングレートの差により、第1のマスク層651のみが食刻されて除去される。そして、図6(r)に示すように、該第1のマスク層651が配されていた部分、すなわちガラス基板5と第2のマスク653との間に隙間651’が形成される。
【0129】
すると、この隙間651’にもエッチング液が浸入し、第1のマスク層651でマスクされていた部分のガラス基板5も食刻され始める。すなわち、第1のマスク層651が食刻されて除去されたことにより、同心円状マスク65の開口が、第1のマスク層651の外周部まで広げられたのと同じことになる。
【0130】
<B4>さらにガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、図7(s)に示すように第2の凹部35が形成される。このとき、この第2の凹部35のうち、中央部付近の曲率半径は大きくなり、周縁付近の曲率半径は小さくなる。
【0131】
<B5>そして同様に、ガラス基板5の食刻が進んで第2の凹部35が大きくなり、図7(t)に示すように、第2の凹部35が、第1のマスク層652の内周よりも大きくなると、第2のマスク層652にエッチング液が接触するようになる。すると、エッチングレートの大きい第1のマスク層652が、比較的速い速度で食刻される。一方、前述したように、エッチングレートの小さい第2のマスク層653はほとんど食刻されない。このように第1のマスク層652のみが食刻されて除去され、図7(t)に示すように、該第1のマスク層652が配されていた部分、すなわちガラス基板5と第2のマスク653との間に隙間652’が形成される。
【0132】
すると、この隙間652’にもエッチング液が浸入し、第1のマスク層652でマスクされていた部分のガラス基板5も食刻され始める。すなわち、第1のマスク層652が食刻されて除去されたことにより、同心円状マスク65の開口が、第1のマスク層652の外周部まで広げられたのと同じことになる。
【0133】
<B6>さらにガラス基板5にウエットエッチングを施すことにより、図7(u)に示すように凹部3が形成される。このようにして形成された凹部3のうち、中央部付近の曲率半径は大きくなり、周縁部に向かうにしたがって、曲率半径は小さくなっている。
【0134】
以上のようにして、非球面レンズ用凹部が形成される。最後に、第2のマスク層653を除去した後、さらにウエットエッチングを施すことにより、曲面全体をなめらかにすることが好ましい。
【0135】
この同心円状マスク65を用いる方法によれば、途中でマスク層を形成する工程およびマスク層を除去する工程がないので、ガラス基板5に凹部3をより容易かつ迅速に形成することができる。
【0136】
なお、本発明では、第1のマスク層を1つ設け、2段階でウエットエッチングを行ってもよく、また、第1のマスク層を3つ以上設け、4段階以上でウエットエッチングを行ってもよい。
【0137】
以下、マイクロレンズ用凹部付き基板2を用いて、マイクロレンズ基板および液晶パネル用対向基板1を製造する方法について、図8を参照しながら説明する。
【0138】
なお、本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板およびマイクロレンズ基板は、以下に述べる液晶パネル用対向基板および液晶パネル以外にも、例えば、CCD、光通信素子等の各種電気光学装置、その他の装置などに用いることができることは言うまでもない。
【0139】
<10>まず、図8(v)に示すように、カバーガラス13を、接着剤を介して、マイクロレンズ用凹部付き基板2の凹部3が形成された面に接合する。
【0140】
この接着剤が硬化する(固化する)ことにより、樹脂層(接着剤層)14が形成される。また、これにより、樹脂層14に、凹部3に充填された樹脂で構成され、凸レンズとして機能するマイクロレンズ8が形成される。
【0141】
なお、この接着剤には、ガラス基板5の屈折率よりも高い屈折率(例えばn=1.60程度)の光学接着剤などが好適に用いられる。
【0142】
<11>次に、図8(w)に示すように、カバーガラス13の厚さを薄くする。
【0143】
これは、カバーガラス13を、例えば、研削、研磨、エッチング等することにより行うことができる。
【0144】
カバーガラス13の厚さは、必要な光学特性を備えた液晶パネル用対向基板1を得る観点からは、10〜1000μm程度が好ましく、20〜150μm程度がより好ましい。
【0145】
なお、積層したカバーガラス13が、以降の工程を行うのに最適な厚さの場合には、本工程は行わなくてもよい。
【0146】
<12>次に、図8(x)に示すように、カバーガラス13上に、開口111が形成されたブラックマトリックス11を形成する。
【0147】
このとき、ブラックマトリックス11は、マイクロレンズ8の位置に対応するように、具体的には、マイクロレンズ8の光軸Qがブラックマトリックス11の開口111を通るように形成する(図9参照)。
【0148】
このブラックマトリックス11は、例えば、Cr、Al、Al合金、Ni、Zn、Ti等の金属膜、カーボンやチタン等を分散した樹脂層などで構成されている。その中でも、ブラックマトリックス11は、Cr膜またはAl合金膜で構成されていることが好ましい。ブラックマトリックス11がCr膜で構成されていると、遮光性に優れたブラックマトリックス11を得ることができる。また、ブラックマトリックス11がAl合金膜で構成されていると、優れた放熱性を有する液晶パネル用対向基板1が得られる。
【0149】
ブラックマトリックス11の厚さは、液晶パネル用対向基板1の平坦性に対する影響を抑制する観点等からは、0.03〜1.0μm程度が好ましく、0.05〜0.3μm程度がより好ましい。
【0150】
この開口111が形成されたブラックマトリックス11は、例えば次のように形成することができる。まず、カバーガラス13上にスパッタリング等の気相成膜法によりブラックマトリックス11となる薄膜を成膜する。次に、かかるブラックマトリックス11となる薄膜上にレジスト膜を形成する。次に、アライメントマーク4を指標として、ブラックマトリックス11の開口111がマイクロレンズ8(凹部3)に対応する位置に来るように、前記レジスト膜を露光してかかるレジスト膜に開口111のパターンを形成する。次に、ウエットエッチングを行い、前記薄膜のうちの開口111となる部分のみを除去する。次に、前記レジスト膜を除去する。なお、ウエットエッチングを行う際の剥離液としては、例えば、ブラックマトリックス11となる薄膜がAl合金等で構成されているときは、リン酸系エッチング液を用いることができる。
【0151】
なお、開口111が形成されたブラックマトリックス11は、塩素系ガス等を用いたドライエッチングによっても好適に形成することができる。
【0152】
<13>次に、カバーガラス13上に、ブラックマトリックス11を覆うように透明導電膜(共通電極)12を形成する。
【0153】
これにより、液晶パネル用対向基板1、または、液晶パネル用対向基板1を複数個取りできるウエハーを得ることができる。
【0154】
この透明導電膜12は、例えば、インジウムティンオキサイド(ITO)、インジウムオキサイド(IO)、酸化スズ(SnO2)などで構成されている。
【0155】
透明導電膜12の厚さは、0.03〜1μm程度が好ましく、0.05〜0.30μm程度がより好ましい。
【0156】
この透明導電膜12は、例えば、スパッタリングにより形成することができる。
【0157】
<14>最後に、ダイシング装置等を用いて液晶パネル用対向基板1のウエハーを所定の形状、大きさに(例えば、図10中、一点鎖線で示すように)カットする。
【0158】
これにより、図9に示すような液晶パネル用対向基板1を得ることができる。この液晶パネル用対向基板1が備えるマイクロレンズ8は、非球面レンズとされているので、球面収差が抑えられ、優れた光学特性を有するものとなる。
【0159】
なお、上記工程<13>で液晶パネル用対向基板1が得られた場合等、カットを行う必要がない場合には、本工程は行わなくてもよい。
【0160】
なお、上述した実施形態では、マイクロレンズ用凹部付き基板2の凹部3を形成する領域外にアライメントマーク4を形成したが、凹部3を形成する領域内にアライメントマーク4を形成してもよいことは言うまでもない。
【0161】
なお、液晶パネル用対向基板を製造する場合には、例えば、ブラックマトリックス11を形成せずに、カバーガラス13上に直接透明導電膜12を形成してもよい。
【0162】
なお、上述した実施形態では、アライメントマーク4をブラックマトリックス11の位置決めに用いたが、液晶パネル用対向基板1もしくはそのウエハーが他の構成要素を有する場合には、アライメントマーク4を、これらの位置決めに用いてもよい。
【0163】
また、アライメントマーク4を、液晶パネル用対向基板1の構成要素以外のもの、例えば、TFT基板(液晶駆動基板)等の他の基板の位置決めに用いてもよい。
【0164】
なお、上記液晶パネル用対向基板1の製造方法の説明においては、マイクロレンズ用凹部付き基板2の凹部3に樹脂14を充填してカバーガラス13で挟み込み、該樹脂14でマイクロレンズ8を構成した場合を例に挙げて説明したが、マイクロレンズ用凹部付き基板2を型として用いた2P法(フォトポリマゼーション)によってマイクロレンズ基板を製造することもできる。
【0165】
以下、2P法によるマイクロレンズ基板の製造方法を、図11〜図13を参照しながら説明する。
【0166】
まず、図11(a)に示すように、本発明によって製造された、マイクロレンズ用の凹部3が形成されたマイクロレンズ用凹部付き基板2を準備する。本方法では、この凹部3が形成されたマイクロレンズ用凹部付き基板2を型として用いる。これら凹部3に樹脂が充填されることにより、マイクロレンズ8が形成される。なお、凹部3の内面には、例えば離型剤などが塗布されていてもよい。そして、このマイクロレンズ用凹部付き基板2を、例えば凹部3が鉛直上方に開放するように設置する。
【0167】
<C1>次に、凹部3が形成されたマイクロレンズ用凹部付き基板2上に、マイクロレンズ8を構成することとなる未硬化の樹脂を供給する。
<C2>次に、かかる樹脂に透明基板51を接合し、押圧・密着させる。
【0168】
<C3>次に、前記樹脂を硬化させる。この硬化方法は、樹脂の種類によって適宜選択され、例えば、紫外線照射、加熱、電子線照射などが挙げられる。
【0169】
これにより、図11(b)に示すように、凹部3内に充填された樹脂141により、マイクロレンズ8が形成される。
【0170】
<C4>次に、図11(c)に示すように、型であるマイクロレンズ用凹部付き基板2をマイクロレンズ8から取り外す。
【0171】
<C5>次に、図12に示すように、例えばマイクロレンズ8が鉛直上方に向くように透明基板51を設置した後、樹脂層142を構成することとなる未硬化の樹脂を、マイクロレンズ8上に供給する。この供給方法としては、例えば、スピンコート等の塗布法、平板の型等を使った2P法などが挙げられる。
【0172】
<C6>次に、図13に示すように、ガラス基板(ガラス層)52をかかる樹脂に接合し、押圧・密着させた後、かかる樹脂を硬化させ、樹脂層142を形成する。
【0173】
<C7>その後、必要に応じ、ガラス基板52の厚さを研削、研磨等により調整してもよい。
これにより、図13に示すようなマイクロレンズ基板が得られる。
【0174】
その後、上述した方法と同様にして、ガラス基板52上にブラックマトリックス、透明導電膜等を形成することにより、液晶パネル用対向基板を得ることができる。
【0175】
また、上述した説明では、1枚のマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて構成された平凸レンズ(平凸型マイクロレンズ)を備えたマイクロレンズ基板を用いているが、本発明のマイクロレンズ基板は、これに限定されるものではない。
【0176】
以下に、2枚のマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて構成された両凸レンズ(両凸型マイクロレンズ)を備えたマイクロレンズ基板について説明する。
【0177】
図14は、このマイクロレンズ基板の実施形態を示す模式的な縦断面図である。
【0178】
同図に示すように、このマイクロレンズ基板は、本発明によって製造された、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板(第1の基板)21と、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板(第2の基板)22と、樹脂層14と、マイクロレンズ8と、スペーサー9とを有している。
【0179】
第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21は、第1のガラス基板(第1の透明基板)53上に非球面の凹曲面(レンズ曲面)を有する複数(多数)の第1の凹部(マイクロレンズ用凹部)36と第1のアライメントマーク42とが形成された構成となっている。
【0180】
第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22は、第2のガラス基板(第2の透明基板)54上に非球面の凹曲面(レンズ曲面)を有する複数(多数)の第2の凹部(マイクロレンズ用凹部)37と第2のアライメントマーク43とが形成された構成となっている。
【0181】
そして、このマイクロレンズ基板は、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21と第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22とが、第1の凹部36と第2の凹部37とが対向するように、樹脂層(接着剤層)14を介して接合された構成となっている。また、このマイクロレンズ基板では、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21と第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22との間に、第1の凹部36と第2の凹部37との間に充填された樹脂で、非球面の両凸レンズよりなるマイクロレンズ8が構成されている。
【0182】
このマイクロレンズ基板は、2つの領域、有効レンズ領域99と非有効レンズ領域100とを有している。有効レンズ領域99とは、第1の凹部36および第2の凹部37内に充填される樹脂により形成されるマイクロレンズ8が、使用時にマイクロレンズとして有効に用いられる領域をいう。一方、非有効レンズ領域100とは、有効レンズ領域99以外の領域をいう。
【0183】
このようなマイクロレンズ基板は、例えば、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21側から光Lを入射させ、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22側から光Lを出射させて、使用される。
【0184】
このマイクロレンズ基板のように、マイクロレンズ8を凸レンズで構成すると、マイクロレンズ8の収差(特に球面収差)がさらに低減する。このため、マイクロレンズ8の中心部近傍はもちろんのこと、マイクロレンズ8の縁部近傍に入射した入射光Lも、マイクロレンズ8で好適に集光されるようになる。つまり、マイクロレンズ8の光利用効率は、高い。したがって、このマイクロレンズ基板は、高い輝度を有する出射光Lを出射することができる。
【0185】
しかも、マイクロレンズ8の収差が低減されると、マイクロレンズ8の光軸から大幅にずれた方向に出射光が出射することが好適に防止されるようになる。このため、マイクロレンズ基板を液晶パネルに用いると、マイクロレンズ8を通過した出射光が隣接する画素内に入射することが、好適に防止されるようになる。すなわち、画素間でクロストークが防止されるようになる。したがって、このマイクロレンズ基板を備えた液晶パネルを用いて画像を形成すると、黒色の輝度が極めて低いものとなる。
【0186】
上述したような構成のマイクロレンズ基板は、このような利点を有しているので、マイクロレンズ基板を備えた液晶パネルを用いて画像を形成すると、黒色はより暗く、白色はより明るくなる。したがって、マイクロレンズ基板を備えた液晶パネルでは、高いコントラスト比が得られ、より美しい画像を形成することが可能となる。
【0187】
そして、このようなマイクロレンズ基板は、例えば以下のようにして製造することができる。以下、図15〜図16を参照しつつ、マイクロレンズ基板の製造方法を説明する。
【0188】
マイクロレンズ基板を製造する際には、本発明によって製造された、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21および第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22を、まず用意する。
【0189】
第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22を製造するとき、マスクに形成する開口の面積、または、エッチング条件(例えばエッチング時間、エッチング温度、エッチング液の組成等)のうちの少なくとも1つを、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21を製造する際の条件と異なるものとすることにより、第1の凹部36の非球面形状(例えば曲率半径等)と第2の凹部37の非球面形状とを異なるものとしてもよい。第1の凹部36の非球面形状と第2の凹部37の非球面形状とを異なるものとすることで、収差を効果的に低減することができる。
【0190】
<D1>まず、図15に示すように、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21の第1の凹部36が形成された面に、少なくとも有効レンズ領域99を覆うように、所定の屈折率(特に第1のガラス基板53および第2のガラス基板54の屈折率より高い屈折率)を有する未硬化の樹脂143を供給し、第1の凹部36内に樹脂143を充填する。また、この際、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21上にスペーサー9を含む未硬化の樹脂144を供給する。かかる樹脂144は、例えばスペーサー9を設置する部位に供給する。
【0191】
樹脂143と樹脂144とは、同種類の材料で構成することが好ましい。これにより、製造されるマイクロレンズ基板で、樹脂143と樹脂144との熱膨張係数が相違することにより、そり、たわみ等が生じることが好適に防止される。
【0192】
樹脂143を第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21上に供給する際、スペーサー9が樹脂144中に分散していると、スペーサー9を均一に配設することが容易となる。これにより、形成される樹脂層14の厚みムラが好適に抑制される。
【0193】
<D2>次に、図15に示すように、樹脂143および樹脂144上に第2のマイクロレンズ用凹部付き基板(相手体)22を設置する(第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22を樹脂に密着させる)。
【0194】
このとき、第1の凹部36と第2の凹部37とが対向するように、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22を、樹脂上に設置する。また、このとき、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22がスペーサー9に当接するように、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22を樹脂上に設置する。これにより、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21および第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22の互いに対向する端面間の距離は、スペーサー9で規定される。したがって、マイクロレンズ8のコバ厚および最大厚さが、高い精度で規定される。
【0195】
<D3>次に、第1のアライメントマーク42と第2のアライメントマーク43とを用いて、第1の凹部36と第2の凹部37との位置合わせを行う。これにより、第2の凹部37を第1の凹部36に対応した位置に正確に位置させることができるようになる。このため、形成されるマイクロレンズ8の形状、光学特性が、より設計値に近いものとなる。
【0196】
<D4>次に、樹脂143および樹脂144を硬化させて樹脂層14を形成する。
【0197】
これにより、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22が樹脂層14を介して第1のマイクロレンズ用凹部付き基板21に接合される。また、樹脂層14を構成する樹脂のうち、第1の凹部36と第2の凹部37との間に充填された樹脂により、マイクロレンズ8が形成される。なお、樹脂の硬化は、例えば、樹脂に紫外線、電子線を照射すること、樹脂を加熱することなどにより行うことができる。
【0198】
<D5>その後、必要に応じて、図16に示すように、研削、研磨等を行ない、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板22の厚さを調整してもよい。
【0199】
これにより、図14に示すような両凸レンズを備えたマイクロレンズ基板を得ることができる。
【0200】
その後、上述した方法と同様にして、第2のガラス基板54上にブラックマトリックス、透明導電膜等を形成することにより、液晶パネル用対向基板1を得ることができる。
【0201】
次に、図9に示した液晶パネル用対向基板1を用いた液晶パネル(液晶光シャッター)について、図17を参照しながら説明する。
【0202】
図17に示すように、本発明の液晶パネル(TFT液晶パネル)16は、TFT基板(液晶駆動基板)17と、TFT基板17に接合された液晶パネル用対向基板1と、TFT基板17と液晶パネル用対向基板1との空隙に封入された液晶よりなる液晶層18とを有している。
【0203】
TFT基板17は、液晶層18の液晶を駆動するための基板であり、ガラス基板171と、かかるガラス基板171上に設けられた多数の画素電極172と、かかる画素電極172の近傍に設けられ、各画素電極172に対応する多数の薄膜トランジスタ(TFT)173とを有している。
【0204】
この液晶パネル16では、液晶パネル用対向基板1の透明導電膜(共通電極)12と、TFT基板17の画素電極172とが対向するように、TFT基板17と液晶パネル用対向基板1とが、一定距離離間して接合されている。
【0205】
ガラス基板171は、前述したような理由から、石英ガラスで構成されていることが好ましい。
【0206】
画素電極172は、透明導電膜(共通電極)12との間で充放電を行うことにより、液晶層18の液晶を駆動する。この画素電極172は、例えば、前述した透明導電膜12と同様の材料で構成されている。
【0207】
薄膜トランジスタ173は、近傍の対応する画素電極172に接続されている。また、薄膜トランジスタ173は、図示しない制御回路に接続され、画素電極172へ供給する電流を制御する。これにより、画素電極172の充放電が制御される。
【0208】
液晶層18は液晶分子(図示せず)を含有しており、画素電極172の充放電に対応して、かかる液晶分子、すなわち液晶の配向が変化する。
【0209】
この液晶パネル16では、通常、1個のマイクロレンズ8と、かかるマイクロレンズ8の光軸Qに対応したブラックマトリックス11の1個の開口111と、1個の画素電極172と、かかる画素電極172に接続された1個の薄膜トランジスタ173とが、1画素に対応している。
【0210】
マイクロレンズ用凹部付き基板2側から入射した入射光Lは、ガラス基板5を通り、マイクロレンズ8を通過する際に集光されつつ、樹脂層14、カバーガラス13、ブラックマトリックス11の開口111、透明導電膜12、液晶層18、画素電極172、ガラス基板171を透過する。なお、このとき、マイクロレンズ用凹部付き基板2の入射側には通常偏光板(図示せず)が配置されているので、入射光Lが液晶層18を透過する際に、入射光Lは直線偏光となっている。その際、この入射光Lの偏光方向は、液晶層18の液晶分子の配向状態に対応して制御される。したがって、液晶パネル16を透過した入射光Lを、偏光板(図示せず)に透過させることにより、出射光の輝度を制御することができる。
【0211】
なお、偏光板は、例えば、ベース基板と、かかるベース基板に積層された偏光基材とで構成され、かかる偏光基材は、例えば、偏光素子(ヨウ素錯体、二色性染料等)を添加した樹脂よりなる。
【0212】
このように、液晶パネル16は、マイクロレンズ8を有しており、しかも、マイクロレンズ8を通過した入射光Lは、集光されて各ブラックマトリックス11の開口111を通過する。しかも、液晶パネル16が有する液晶パネル用対向基板1は、前述したようにマイクロレンズ用凹部付き基板2(すなわち、凹部3に形成されたマイクロレンズ8)とブラックマトリックス11との間で好適に位置合わせがなされている。したがって、液晶パネル16、特にブラックマトリックス11を通過する際の入射光Lの減衰が抑制される。すなわち、液晶パネル16は、高い光の透過率を有し、比較的小さい光量で明るい画像を形成することができる。
【0213】
この液晶パネル16は、例えば、公知の方法により製造されたTFT基板17と液晶パネル用対向基板1とを配向処理した後、シール材(図示せず)を介して両者を接合し、次いで、これにより形成された空隙部の封入孔(図示せず)より液晶を空隙部内に注入し、次いで、かかる封入孔を塞ぐことにより製造することができる。その後、必要に応じて、液晶パネル16の入射側や出射側に偏光板を貼り付けてもよい。
【0214】
なお、上記液晶パネル16では、液晶駆動基板としてTFT基板を用いたが、液晶駆動基板にTFT基板以外の他の液晶駆動基板、例えば、TFD基板、STN基板などを用いてもよい。
【0215】
なお、上述した実施形態では、最終的に得られた液晶パネル用対向基板1にアライメントマーク4を残存させなかったが、液晶パネル用対向基板1にアライメントマーク4を残存させて、これを液晶パネル16を製造する際の位置決めに用いてもよい。
【0216】
以下、上記液晶パネル16を用いた投射型表示装置について説明する。
図18は、本発明の投射型表示装置の光学系を模式的に示す図である。
【0217】
同図に示すように、投射型表示装置300は、光源301と、複数のインテグレータレンズを備えた照明光学系と、複数のダイクロイックミラー等を備えた色分離光学系(導光光学系)と、赤色に対応した(赤色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)74と、緑色に対応した(緑色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)75と、青色に対応した(青色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)76と、赤色光のみを反射するダイクロイックミラー面711および青色光のみを反射するダイクロイックミラー面712が形成されたダイクロイックプリズム(色合成光学系)71と、投射レンズ(投射光学系)72とを有している。
【0218】
また、照明光学系は、インテグレータレンズ302および303を有している。色分離光学系は、ミラー304、306、309、青色光および緑色光を反射する(赤色光のみを透過する)ダイクロイックミラー305、緑色光のみを反射するダイクロイックミラー307、青色光のみを反射するダイクロイックミラー(または青色光を反射するミラー)308、集光レンズ310、311、312、313および314とを有している。
【0219】
液晶ライトバルブ75は、前述した液晶パネル16と、液晶パネル16の入射面側(マイクロレンズ用凹部付き基板2が位置する面側、すなわちダイクロイックプリズム71と反対側)に接合された第1の偏光板(図示せず)と、液晶パネル16の出射面側(マイクロレンズ用凹部付き基板2と対向する面側、すなわちダイクロイックプリズム71側)に接合された第2の偏光板(図示せず)とを備えている。液晶ライトバルブ74および76も、液晶ライトバルブ75と同様の構成となっている。これら液晶ライトバルブ74、75および76が備えている液晶パネル16は、図示しない駆動回路にそれぞれ接続されている。
【0220】
なお、投射型表示装置300では、ダイクロイックプリズム71と投射レンズ72とで、光学ブロック70が構成されている。また、この光学ブロック70と、ダイクロイックプリズム71に対して固定的に設置された液晶ライトバルブ74、75および76とで、表示ユニット73が構成されている。
【0221】
以下、投射型表示装置300の作用を説明する。
光源301から出射された白色光(白色光束)は、インテグレータレンズ302および303を透過する。この白色光の光強度(輝度分布)は、インテグレータレンズ302および303により均一にされる。
【0222】
インテグレータレンズ302および303を透過した白色光は、ミラー304で図18中左側に反射し、その反射光のうちの青色光(B)および緑色光(G)は、それぞれダイクロイックミラー305で図18中下側に反射し、赤色光(R)は、ダイクロイックミラー305を透過する。
【0223】
ダイクロイックミラー305を透過した赤色光は、ミラー306で図18中下側に反射し、その反射光は、集光レンズ310により整形され、赤色用の液晶ライトバルブ74に入射する。
【0224】
ダイクロイックミラー305で反射した青色光および緑色光のうちの緑色光は、ダイクロイックミラー307で図18中左側に反射し、青色光は、ダイクロイックミラー307を透過する。
【0225】
ダイクロイックミラー307で反射した緑色光は、集光レンズ311により整形され、緑色用の液晶ライトバルブ75に入射する。
【0226】
また、ダイクロイックミラー307を透過した青色光は、ダイクロイックミラー(またはミラー)308で図18中左側に反射し、その反射光は、ミラー309で図18中上側に反射する。前記青色光は、集光レンズ312、313および314により整形され、青色用の液晶ライトバルブ76に入射する。
【0227】
このように、光源301から出射された白色光は、色分離光学系により、赤色、緑色および青色の三原色に色分離され、それぞれ、対応する液晶ライトバルブに導かれ、入射する。
【0228】
この際、液晶ライトバルブ74が有する液晶パネル16の各画素(薄膜トランジスタ173とこれに接続された画素電極172)は、赤色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路(駆動手段)により、スイッチング制御(オン/オフ)、すなわち変調される。
【0229】
同様に、緑色光および青色光は、それぞれ、液晶ライトバルブ75および76に入射し、それぞれの液晶パネル16で変調され、これにより緑色用の画像および青色用の画像が形成される。この際、液晶ライトバルブ75が有する液晶パネル16の各画素は、緑色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路によりスイッチング制御され、液晶ライトバルブ76が有する液晶パネル16の各画素は、青色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路によりスイッチング制御される。
【0230】
これにより赤色光、緑色光および青色光は、それぞれ、液晶ライトバルブ74、75および76で変調され、赤色用の画像、緑色用の画像および青色用の画像がそれぞれ形成される。
【0231】
前記液晶ライトバルブ74により形成された赤色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ74からの赤色光は、面713からダイクロイックプリズム71に入射し、ダイクロイックミラー面711で図18中左側に反射し、ダイクロイックミラー面712を透過して、出射面716から出射する。
【0232】
また、前記液晶ライトバルブ75により形成された緑色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ75からの緑色光は、面714からダイクロイックプリズム71に入射し、ダイクロイックミラー面711および712をそれぞれ透過して、出射面716から出射する。
【0233】
また、前記液晶ライトバルブ76により形成された青色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ76からの青色光は、面715からダイクロイックプリズム71に入射し、ダイクロイックミラー面712で図18中左側に反射し、ダイクロイックミラー面711を透過して、出射面716から出射する。
【0234】
このように、前記液晶ライトバルブ74、75および76からの各色の光、すなわち液晶ライトバルブ74、75および76により形成された各画像は、ダイクロイックプリズム71により合成され、これによりカラーの画像が形成される。この画像は、投射レンズ72により、所定の位置に設置されているスクリーン320上に投影(拡大投射)される。
【0235】
このとき、液晶ライトバルブ74、75および76は、前述したような液晶パネル16を備えているので、光源301からの光が液晶ライトバルブ74、75および76を通過する際の減衰は抑制され、スクリーン320上に明るい画像を投影することができる。
【0236】
なお、上述した説明では、本発明のマイクロレンズ基板を、液晶パネル用対向基板、液晶パネルおよび該液晶ライトバルブを備えた投射型表示装置に用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明のマイクロレンズ基板を、例えば、CCD、光通信素子等の各種電気光学装置、有機または無機EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置、その他の装置などに用いることができることは言うまでもない。
【0237】
また、表示装置もリヤプロジェクション型の表示装置に限定されず、例えば、フロントプロジェクション型の表示装置に本発明のマイクロレンズ基板を用いることができる。
【0238】
【実施例】
(参考例1)
以下のように、非球面レンズ用の凹部を備えたマイクロレンズ用凹部付き基板を製造し、このマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて液晶パネル用対向基板を製造した。
【0239】
まず、ガラス基板として、厚さ1mmの石英ガラス基板を用意した。
この石英ガラス基板を、85℃に加熱した洗浄液(80%硫酸+20%過酸化水素水)に浸漬して洗浄を行い、その表面を清浄化した。
【0240】
−1A− 次に、この石英ガラス基板を、600℃、80Paに設定したCVD炉内に入れ、SiH4を300mL/分の速度で供給し、CVD法にて、厚さ0.6μmの多結晶シリコン膜(第1のマスク層および裏面保護層)を形成した。
【0241】
−2A− 次に、形成した多結晶シリコン膜(マスク層)上に、フォトレジストによりマイクロレンズおよびアライメントマークのパターンを有するレジストを形成し、次いで、多結晶シリコン膜(第1のマスク層)に対してCFガスによるドライエッチングを行い、次いで、前記レジストを除去して、多結晶シリコン膜(マスク層)に開口(第1の開口および第2の開口)を形成した(図1(b)参照)。
【0242】
−3A− 次に、多結晶シリコン膜(第1のマスク層)および石英ガラス基板上の、アライメントマークを形成する部分に、スパッタリングおよびフォトリソグラフィー法により、アライメントマークの形状に対応したAu/Cr薄膜(保護層)を形成した。
【0243】
−4A− 次に、石英ガラス基板に第1のウエットエッチングを施し、石英ガラス基板上に多数の第1の凹部を形成した(図2(d)参照)。
なお、エッチング液には、フッ酸系のエッチング液を用いた。
【0244】
−5A− 次に、CFガスによるドライエッチングを行い、多結晶シリコン膜(第1のマスク層)を除去した。
【0245】
−6A− 次に、この石英ガラス基板上に、上記と同様のCVD法にて、厚さ0.6μmの多結晶シリコン膜(第2のマスク層)を形成した。
【0246】
−7A− 次に、形成した多結晶シリコン膜(第2のマスク層)に、上記と同様のフォトリソグラフィ技術により開口(第3の開口)を形成した(図2(f)参照)。
【0247】
−8A− 次に、石英ガラス基板に第2のウエットエッチングを施し、石英ガラス基板上に多数の凹部を形成した(図3(g)参照)。
なお、エッチング液には、フッ酸系のエッチング液を用いた。
【0248】
−9A− 次に、CFガスによるドライエッチングを行い、多結晶シリコン膜(第2のマスク層および裏面保護層)を除去した。
【0249】
−10A− 次に、石英ガラス基板を硝酸と塩酸の混合液(剥離液)に浸漬して、Au/Cr薄膜を除去した。
【0250】
これにより、石英ガラス基板上に、非球面レンズ用の多数の凹部が形成されたウエハー状のマイクロレンズ用凹部付き基板を得た。また、このとき、中心部に円形の開口を有する十字型のアライメントマークも同時に形成されている。
【0251】
−11A− 次に、マイクロレンズ用凹部付き基板の凹部が形成された面に、紫外線(UV)硬化型エポキシ系の光学接着剤(屈折率1.59)を用い、カバーガラスを接合した。
【0252】
また、これにより、マイクロレンズ用凹部付き基板の凹部に充填された光学接着剤よりなるマイクロレンズが、硬化した光学接着剤で構成された樹脂層に形成された。
【0253】
−12A− 次に、この接合したカバーガラスを、研削、研磨して、カバーガラスの厚さを50μmとした。
【0254】
−13A− 次に、このカバーガラス上に、開口が形成されたブラックマトリックスを形成した。これは、次のようにして行った。まず、カバーガラス上に、スパッタリングにより厚さ0.16μmのCr膜を成膜した。次に、かかるCr膜上にレジスト膜を形成した。次に、前記アライメントマークを指標として、露光機を用い、ブラックマトリックスパターンの各開口部が各マイクロレンズの光軸に一致するように露光し、前記レジスト膜にブラックマトリックスパターンを形成した。次に、硝酸セリウムアンモン水溶液を剥離液としてウエットエッチングを行い、Cr膜にブラックマトリックスの開口を形成した。次に、前記レジスト膜を除去した。
このとき、アライメントマークを位置決めの指標とした。
【0255】
−14A− 次に、カバーガラス上に、ブラックマトリックスを覆うように、スパッタリングにより、厚さ0.15μmのITO膜(透明導電膜)を形成した。
これにより、液晶パネル用対向基板を複数個含むウエハーを得た。
【0256】
−15A− 最後に、ダイシング装置を用いてこのウエハーをカットし、液晶パネル用対向基板を得た。なお、マイクロレンズ用凹部付き基板が個別基板として得られる場合には、液晶パネル用対向基板も個別基板として得られるので、ウエハーをカットして切り分ける必要はない。
【0257】
(参考例2)
参考例1と同様にして、第1の凹部を有する第1のマイクロレンズ用凹部付き基板と、第2の凹部を有する第2のマイクロレンズ用凹部付き基板とを得た。
【0258】
そして、この2枚のマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて、以下のようにして、両凸レンズを備えた液晶パネル用対向基板を製造した。
【0259】
−1B− まず、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板の第1の凹部が形成された面に、少なくとも有効レンズ領域を覆うように、所定の屈折率を有する未硬化の樹脂を供給し、第1の凹部内に樹脂を充填した。また、この際、第1のマイクロレンズ用凹部付き基板上にスペーサーを含む未硬化の樹脂を供給した。ここで、樹脂には紫外線(UV)硬化型エポキシ系の光学接着剤(屈折率1.59)を用いた。
【0260】
−2B− 次に、樹脂上に第2のマイクロレンズ用凹部付き基板を設置した。
このとき、第1の凹部と第2の凹部とが対向するように、また、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板がスペーサーに当接するように、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板を樹脂上に設置する。
【0261】
また、アライメントマークを用いて、第1の凹部と第2の凹部との位置合わせを行った。
【0262】
−3B− 次に、樹脂を硬化させた。これにより、第2のマイクロレンズ用凹部付き基板が樹脂層を介して第1のマイクロレンズ用凹部付き基板に接合される。また、樹脂層を構成する樹脂のうち、第1の凹部と第2の凹部との間に充填された樹脂により、両凸型のマイクロレンズが形成される。
【0263】
この後、上記−13A−〜−15A−の工程を行い、実施例1と同様にして液晶パネル用対向基板を得た。
【0264】
(実施例1)
参考例1のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造において、マスクとして、開口の大きさが順次大きくなり、厚みはすべて0.6μmの3つの多結晶シリコン膜を積層形成することで、図4(j)に示す積層マスクを設け、フッ酸系のエッチング液によるウエットエッチングでの凹部の形成と、CFガスによるドライエッチングでの多結晶シリコン膜の除去とを交互に3回ずつ行ったこと以外は、参考例1と同様にしてマイクロレンズ用凹部付き基板を得た。
【0265】
そして、得られたマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて参考例1と同様にして液晶パネル用対向基板を得た。
【0266】
(実施例2)
実施例1と同様にして、第1の凹部を有する第1のマイクロレンズ用凹部付き基板と、第2の凹部を有する第2のマイクロレンズ用凹部付き基板とを得た。
【0267】
そして、この2枚のマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて、参考例2と同様にして、両凸レンズを備えた液晶パネル用対向基板を製造した。
【0268】
(実施例3)
参考例1のマイクロレンズ用凹部付き基板の製造において、マスクとして、大きさの異なる2つの円環状の第1のマスク層を同心円状に形成し、さらに石英ガラス基板および前記2つの第1のマスク層上に亘って第2のマスク層を形成することで、図6(p)に示す同心円状マスクを設け、フッ酸系のエッチング液によるウエットエッチングでの凹部の形成と、CFガスによるドライエッチングでの第2のマスク層の除去とを行ったこと以外は、参考例1と同様にしてマイクロレンズ用凹部付き基板を得た。
【0269】
第1のマスク層としては、SiO2スパッタ膜を厚さ0.6μmに形成し、第2のマスク層としては、多結晶シリコン膜を厚さ0.6μmに形成した。
【0270】
また、第1のマスク層のエッチング液に対するエッチングレートaは、0.5μm/分、石英ガラス基板のエッチング液に対するエッチングレートbは、0.1μm/分であり、前記エッチングレートの比a/bは、5であった。
【0271】
そして、得られたマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて参考例1と同様にして液晶パネル用対向基板を得た。
【0272】
(実施例4)
実施例3と同様にして、第1の凹部を有する第1のマイクロレンズ用凹部付き基板と、第2の凹部を有する第2のマイクロレンズ用凹部付き基板とを得た。
【0273】
そして、この2枚のマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて、参考例2と同様にして、両凸レンズを備えた液晶パネル用対向基板を製造した。
【0274】
(比較例)
マイクロレンズ用凹部付き基板の製造において、ウエットエッチングを2段階に行わず、1段階で行った(上記−5A−〜−8A−の工程を行わなかった)こと以外は、参考例1と同様にして球面レンズ用の多数の凹部が形成されたマイクロレンズ用凹部付き基板を得、このマイクロレンズ用凹部付き基板を用いて参考例1と同様にして液晶パネル用対向基板を得た。
【0275】
(評価)
前記実施例1〜4で得られた液晶パネル用対向基板に、それぞれ、マイクロレンズ用凹部付き基板側から光を入射させて光を透過させたところ、光が効果的にブラックマトリックスの開口部に導かれ、明るい出射光を得ることができた。
【0276】
この光の透過率は、マイクロレンズを備えない構成の液晶パネル用対向基板と比較して、比較例(球面平凸レンズ)の液晶パネル用対向基板では1.72倍だったのに対し、実施例1(非球面平凸レンズ)の液晶パネル用対向基板では1.85倍、実施例2(非球面両凸レンズ)の液晶パネル用対向基板では1.90倍、実施例3(非球面平凸レンズ)の液晶パネル用対向基板では1.95倍、実施例4(非球面両凸レンズ)の液晶パネル用対向基板では2.0倍と、いずれも優れた透過率が得られていることが確認された。なお、参考例1(非球面平凸レンズ)の液晶パネル用対向基板では1.82倍、参考例2(非球面両凸レンズ)の液晶パネル用対向基板では1.87倍であった。
【0277】
(実施例5)
さらに、前記実施例1〜4で得られた液晶パネル用対向基板を用い、図17に示す構造のTFT液晶パネルをそれぞれ組み立てた。
【0278】
組み立てたTFT液晶パネルは、すべて、前記液晶パネル用対向基板と同様に高い光の透過率を有していた。
【0279】
したがって、かかる液晶パネルを用いた投射型表示装置は、スクリーン上に明るい画像を投射できることが容易に推察される。
【0280】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、球面収差が抑えられる非球面レンズに対応したマイクロレンズ用凹部付き基板を容易かつ確実に製造することができる。
【0281】
すなわち、ウエットエッチングにより、基板上に非球面レンズに対応したマイクロレンズ用凹部(非球面のマイクロレンズ用凹部)を形成することができ、これにより、マイクロレンズの球面収差を減少させること(または実質的に無くすこと)ができる。
【0282】
また、本発明によれば、球面収差が抑えられ、光の透過率が高く、優れた光学特性を有するマイクロレンズ基板、液晶パネル用対向基板および液晶パネルを提供することができる。
【0283】
さらに、本発明によれば、明るい画像を投射可能な投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図2】 マイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図3】 マイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図4】 本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板の第1の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図5】 本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板の第1の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図6】 本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板の第2の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図7】 本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板の第2の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図8】 本発明の液晶パネル用対向基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図9】 本発明の液晶パネル用対向基板を示す模式的な縦断面図である。
【図10】 本発明のマイクロレンズ用凹部付き基板を示す模式的な平面図である。
【図11】 本発明のマイクロレンズ基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図12】 本発明のマイクロレンズ基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図13】 本発明のマイクロレンズ基板を示す模式的な縦断面図である。
【図14】 本発明のマイクロレンズ基板を示す模式的な縦断面図である。
【図15】 本発明のマイクロレンズ基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図16】 本発明のマイクロレンズ基板の製造方法を示す模式的な縦断面図である。
【図17】 本発明の液晶パネルを示す模式的な縦断面図である。
【図18】 本発明の投射型表示装置の光学系を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1・・・液晶パネル用対向基板、2・・・マイクロレンズ用凹部付き基板、21・・・第1のマイクロレンズ用凹部付き基板、22・・・第2のマイクロレンズ用凹部付き基板、3・・・凹部、31・・・第1の凹部、32・・・第1の凹部、33・・・第2の凹部、34・・・第1の凹部、35・・・第2の凹部、36・・・第1の凹部、37・・・第2の凹部、4・・・アライメントマーク、41・・・角部、42・・・第1のアライメントマーク、43・・・第2のアライメントマーク、5・・・ガラス基板、51・・・透明基板、52・・・ガラス基板、53・・・第1のガラス基板、54・・・第2のガラス基板、6・・・第1のマスク層、61・・・第1の開口、611〜614・・・開口、62・・・第2の開口、63・・・第2のマスク層、631・・・第3の開口、64・・・積層マスク、641・・・第1のマスク層、642・・・第2のマスク層、643・・・第3のマスク層、65・・・同心円状マスク、651、652・・・第1のマスク層、651’、652’・・・隙間、653・・・第2のマスク層、69・・・裏面保護層、7・・・保護層、8・・・マイクロレンズ、9・・・スペーサー、99・・・有効レンズ領域、100・・・非有効レンズ領域、11・・・ブラックマトリックス、111・・・開口、12・・・透明導電膜、13・・・カバーガラス、14・・・樹脂層、141、142・・・樹脂層、143、144・・・樹脂、16・・・液晶パネル、17・・・TFT基板、171・・・ガラス基板、172・・・画素電極、173・・・薄膜トランジスタ、18・・・液晶層、70・・・光学ブロック、71・・・ダイクロイックプリズム、711、712・・・ダイクロイックミラー面、713〜715・・・面、716・・・出射面、72・・・投射レンズ、73・・・表示ユニット、74〜76・・・液晶ライトバルブ、300・・・投射型表示装置、301・・・光源、302、303・・・インテグレータレンズ、304、306、309・・・ミラー、305、307、308・・・ダイクロイックミラー、310〜314・・・集光レンズ、320・・・スクリーン[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses in which a large number of concave portions for microlenses are formed on the substrate, a substrate with concave portions for microlenses, a microlens substrate, a counter substrate for liquid crystal panels, a liquid crystal panel, and a projection display It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
A projection display device that projects an image on a screen is known.
[0003]
In such a projection display device, a liquid crystal panel (liquid crystal light shutter) is mainly used for image formation.
[0004]
In this liquid crystal panel, for example, a liquid crystal driving substrate (TFT substrate) having a thin film transistor (TFT) for controlling each pixel and a pixel electrode, and a counter substrate for a liquid crystal panel having a black matrix, a common electrode, etc. It is the structure joined via.
[0005]
In the liquid crystal panel having such a configuration (TFT liquid crystal panel), since the black matrix is formed in a portion other than the portion of the counter substrate for the liquid crystal panel, the region of light transmitted through the liquid crystal panel is limited. For this reason, the light transmittance decreases.
[0006]
In order to increase the light transmittance, a counter substrate for a liquid crystal panel is known in which a large number of microlenses are provided at positions corresponding to each pixel. Thereby, the light which permeate | transmits the opposing board | substrate for liquid crystal panels is condensed by the opening formed in the black matrix, and the transmittance | permeability of light increases.
[0007]
In order to form such a microlens, for example, a technique disclosed in JP-A-9-101401 is known as a method for forming a recess in a substrate.
[0008]
However, with such a technique, it is difficult to appropriately manufacture a counter substrate for a liquid crystal panel having excellent characteristics, particularly high light transmission, and thus a liquid crystal panel, from a substrate having a recess for forming a microlens. It is.
[0009]
Further, only the hemispherical lens can be formed by the method using isotropic etching (wet etching). A lens having a small radius of curvature such as a microlens has a large spherical aberration, and a projection transmittance and a projection contrast ratio cannot be sufficiently obtained.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a substrate with concave portions for microlenses capable of easily, quickly and reliably providing a substrate with concave portions for microlenses capable of forming an aspherical microlens with reduced spherical aberration. In addition, it is easy to provide a substrate with a concave portion for microlens, a microlens substrate, a counter substrate for liquid crystal panel, a liquid crystal panel, and a projection display device that can form an aspherical microlens with reduced spherical aberration It is to provide quickly and reliably.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (22) below.
[0012]
(1) forming a mask having openings in a predetermined pattern on the substrate;
Next, wet etching is performed using the mask, and after forming a large number of microlens recesses on the substrate,
A method of manufacturing a substrate with concave portions for microlenses that removes the mask,
A concave portion for an aspherical microlens is formed by performing wet etching in multiple stages while increasing the size of the opening of the mask without forming the mask during the wet etching. A method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses.
[0013]
(2) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to the above (1), wherein the mask is formed by laminating a plurality of mask layers having different opening sizes so that the openings are gradually enlarged. .
[0014]
(3) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to (2), wherein one of the openings of the adjacent mask layers of the plurality of mask layers is included in the other.
[0015]
(4) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to (2) or (3), wherein the openings of the plurality of mask layers are concentrically arranged.
[0016]
(5) The microlens according to any one of (2) to (4), wherein the plurality of mask layers have the same thickness and are made of the same material. Of manufacturing a substrate with concave portions for use.
[0017]
(6) forming a mask having openings in a predetermined pattern on the substrate;
Next, wet etching is performed using the mask, and after forming a large number of microlens recesses on the substrate,
A method of manufacturing a substrate with concave portions for microlenses that removes the mask,
The mask is formed on the substrate, has an annular first mask layer having a higher etching rate with respect to an etchant than the substrate, and an opening on the inner peripheral side of the first mask layer, and the substrate And a second mask layer formed over the first mask layer. A method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses.
[0018]
(7) When the etching rate of the first mask layer with respect to the etching solution is a and the etching rate of the substrate with respect to the etching solution is b, the etching rate ratio a / b is 1.1 or more ( The manufacturing method of the board | substrate with a recessed part for microlenses as described in 6).
[0019]
(8) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to the above (6) or (7), wherein the opening of the second mask layer is disposed at the center of the first mask layer.
[0020]
(9) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to any one of (6) to (8), wherein a plurality of the first mask layers are provided.
[0021]
(10) One of the adjacent first mask layers of the plurality of first mask layers is included in the other and separated from the other of the substrate with concave portions for microlenses according to (9). Production method.
[0022]
(11) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to (9) or (10), wherein the plurality of first mask layers are arranged concentrically.
[0023]
(12) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to any one of (1) to (11), wherein the entire surface is further subjected to wet etching after the mask is removed.
[0024]
(13) The method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to any one of (1) to (12), wherein the substrate is a quartz glass substrate.
[0025]
(14) A substrate with concave portions for microlenses, which is manufactured by the method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses according to any one of (1) to (13).
[0026]
(15) A microlens substrate manufactured using the substrate with concave portions for microlenses according to (14) and having a plurality of microlenses.
[0027]
(16) The microlens substrate according to (15), wherein the microlens is a biconvex microlens.
[0028]
(17) The substrate having the first microlens recesses having a plurality of aspherical first microlens recesses and the second having a plurality of aspherical second microlens recesses as described in (14) above. The first microlens concave substrate is joined to the first microlens concave portion via a resin so that the first microlens concave portion and the second microlens concave portion face each other. A microlens substrate comprising a biconvex microlens formed between a substrate with a recess and the second substrate with a recess for a microlens.
[0029]
(18) A counter substrate for a liquid crystal panel, comprising the microlens substrate according to any one of (15) to (17).
[0030]
(19) A liquid crystal panel comprising the counter substrate for a liquid crystal panel according to (18).
[0031]
(20) A liquid crystal driving substrate having a pixel electrode; a liquid crystal panel counter substrate according to (18) bonded to the liquid crystal driving substrate; and a gap between the liquid crystal driving substrate and the liquid crystal panel counter substrate. A liquid crystal panel comprising: a sealed liquid crystal.
[0032]
(21) The liquid crystal panel according to (20), wherein the liquid crystal driving substrate is a TFT substrate.
[0033]
(22) A projection display device comprising the liquid crystal panel according to any one of (19) to (21).
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
[0035]
The substrate with concave portions for microlenses and the microlens substrate of the present invention each include both an individual substrate and a wafer.
[0036]
1 to 7 are schematic longitudinal sectional views showing a manufacturing method of a substrate with concave portions for microlenses, and FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view showing a manufacturing method of a counter substrate for a liquid crystal panel of the present invention. 9 is a schematic longitudinal sectional view showing the counter substrate for a liquid crystal panel of the present invention, and FIG. 10 is a schematic plan view showing the substrate with concave portions for a microlens of the present invention.
[0037]
As shown in FIG. 9, the
[0038]
In the
[0039]
In the
[0040]
In addition, the board |
[0041]
Prior to describing the method for producing a microlens substrate or a counter substrate for a liquid crystal panel according to the present invention, first, a method for producing a substrate with concave portions for microlenses will be described with reference to FIGS.
[0042]
In the present invention, a concave portion for an aspherical lens (aspherical concave portion for a microlens) is formed by performing wet etching using a mask as described in detail later. In practice, a large number of microlens recesses are formed on the substrate. Here, in order to make the description easy to understand, a case where one microlens recess is formed will be described as an example.
[0043]
First, when manufacturing the board |
[0044]
The
[0045]
Further, when the manufactured
[0046]
From this viewpoint, it is preferable that the
[0047]
In particular, when the manufactured
[0048]
Although the thickness of the
[0049]
<1> First, as shown in FIG. 1A, a
[0050]
The
[0051]
From such a viewpoint, examples of the material constituting the
[0052]
Among these, polycrystalline silicon is particularly preferable as a material constituting the
[0053]
The thickness of the
[0054]
When the
[0055]
When the
[0056]
In addition, the back surface
[0057]
<2> Next, as shown in FIG. 1B, a
[0058]
The
[0059]
Here, the
[0060]
<3> Next, as shown in FIG. 1C, a
[0061]
This
[0062]
The
[0063]
From this point of view, the
[0064]
The
[0065]
The
[0066]
Moreover, you may form the
[0067]
<4> Then, wet etching is performed on the
[0068]
When the wet etching method is used, the
[0069]
In addition, wet etching can be performed with a simpler apparatus than dry etching, and more substrates can be processed at one time. Thereby, productivity improves and the board |
[0070]
<5> Next, as shown in FIG. 2E, the
[0071]
<6> Next, after removing the
[0072]
As the material of the
[0073]
<7> Then, the
[0074]
In addition, although the convex part generate | occur | produces in the boundary part of the curved surface from which a curvature differs from the difference in curvature, there exists a tendency which becomes smooth from the characteristic of wet etching. However, it is preferable to smooth the entire curved surface by further performing wet etching after the
[0075]
<8> Next, as shown in FIG. 3H, the
[0076]
<9> Next, the
Although this depends on the constituent material of the
[0077]
As a result, as shown in FIG. 3 (i), the
[0078]
In this way, by performing wet etching in multiple stages using a plurality of masks having different opening sizes, it is possible to make a difference in the curvature radius between the central portion and the peripheral portion of the
[0079]
Since the
[0080]
In the above description, the case where etching is performed in two stages using two masks having different opening sizes has been described as an example. However, the number of times is not limited to this, and the number of times is not less than three (three stages). There may be. If the number of masks to be used, that is, the number of wet etching performed while increasing the opening of the mask is increased, a smoother lens concave portion can be formed.
[0081]
In the above description, the
[0082]
The alignment mark 4 (see FIG. 10) formed on the microlens recessed
[0083]
The formation position of the
[0084]
It is preferable to provide a plurality of alignment marks 4 on the
[0085]
FIG. 10 shows an example in which the
[0086]
Furthermore, as shown in FIG. 10, it is preferable that the
[0087]
In the above-described method, the
[0088]
In the method described above, the alignment mark is provided by forming a layer on the
[0089]
However, when the
[0090]
Thus, the
[0091]
This
[0092]
As a mask configuration and formation method in the present invention, for example, a method of laminating a plurality of masks having different opening sizes, or two types of masks having different etching rates are alternately formed concentrically. Methods and the like.
[0093]
Hereafter, these methods are demonstrated regarding the manufacturing method of the board | substrate with a recessed part for microlenses of this invention. In the following description, descriptions of the
[0094]
First, a method of performing multistage wet etching by laminating a plurality of masks will be described with reference to FIGS. Here, an example will be described in which three masks having different opening sizes are stacked and wet etching is performed in three stages.
[0095]
<A1> First, as shown in FIG. 4J, a
[0096]
At this time, the
[0097]
In addition, the size of the opening of each mask layer increases in the order of the
[0098]
As materials and forming methods of the first to third mask layers 641 to 643 having the
[0099]
Needless to say, the shapes of the
[0100]
<A2> Then, as shown in FIG. 4K, the
[0101]
<A3> Next, as shown in FIG. 4L, the
[0102]
Specifically, the entire stacked
[0103]
Since the first to third mask layers have the same thickness, the
[0104]
<A4> Then, wet etching is performed on the
[0105]
<A5> Next, as shown in FIG. 5 (n), the
[0106]
Specifically, the entire stacked
[0107]
<A6> Then, the
[0108]
As described above, the concave portion for the aspheric lens is formed. Finally, after removing the
[0109]
According to the method using the
[0110]
In the present invention, two masks having different opening sizes may be formed in layers, and wet etching may be performed in two stages, or four or more masks having different opening sizes may be formed in layers. Wet etching may be performed in four or more stages.
[0111]
Next, a method of performing multistage wet etching by alternately forming two types of masks having different etching rates with respect to the etching solution in a concentric manner will be described with reference to FIGS. Here, a case where wet etching is performed in three stages will be described as an example.
[0112]
<B1> First, two annular first mask layers 651 and 652 having different sizes are formed concentrically at a predetermined interval on the
[0113]
That is, the inner diameter of the
[0114]
As a method for forming the first mask layers 651 and 652, a conventionally known forming method can be adopted, including the above-described forming method. Note that, as will be described in detail later, the sizes of the outer circumferences of the
[0115]
Next, as shown in FIG. 6P, a
[0116]
As the formation method of the
[0117]
In this manner, the inner periphery side of the
[0118]
Here, the first mask layers 651 and 652 and the
[0119]
That is, the
[0120]
As the material of the
[0121]
On the other hand, the first mask layers 651 and 652 are configured so that the etching rate with respect to the etchant is larger (preferably much larger) than that of the
[0122]
When the etching rate of the first mask layers 651 and 652 with respect to the etching solution is a and the etching rate of the
[0123]
That is, the etching rate ratio a / b is preferably 1.1 or more, more preferably 1.5 or more, and even more preferably about 2 to 10.
[0124]
Thereby, in the wet etching described later, when the etching of the
[0125]
Examples of the material constituting the first mask layers 651 and 652 include metals such as Au, Pt, Cr, and Ti, and metal film stacks such as Au / Cr, Au / Ti, Pt / Cr, and Pt / Ti. Body, SiO 2 Oxides, various resist materials, polyimides, acrylic resins, epoxy resins, etc. 2 Sputtered film, SiO 2 CVD film, SiO 2 A TEOS film or the like is preferable.
[0126]
Needless to say, the shapes of the first mask layers 651 and 652 are not limited to an annular shape.
[0127]
<B2> Next, wet etching is performed on the
[0128]
<B3> Then, when the etching of the
[0129]
Then, the etchant enters the
[0130]
<B4> Further, wet etching is performed on the
[0131]
<B5> Similarly, the etching of the
[0132]
Then, the etchant enters the
[0133]
<B6> Further, wet etching is performed on the
[0134]
As described above, the concave portion for the aspheric lens is formed. Finally, after removing the
[0135]
According to the method using the
[0136]
In the present invention, one first mask layer may be provided and wet etching may be performed in two stages, or three or more first mask layers may be provided and wet etching may be performed in four stages or more. Good.
[0137]
Hereinafter, a method of manufacturing the microlens substrate and the liquid crystal
[0138]
In addition to the counter substrate for liquid crystal panels and the liquid crystal panel described below, the substrate with concave portions for microlenses and the microlens substrate of the present invention include, for example, various electro-optical devices such as CCDs and optical communication elements, and other devices. It goes without saying that it can be used for the above.
[0139]
<10> First, as shown in FIG. 8 (v), the
[0140]
When this adhesive is cured (solidified), a resin layer (adhesive layer) 14 is formed. As a result, the
[0141]
For this adhesive, an optical adhesive having a refractive index higher than the refractive index of the glass substrate 5 (for example, about n = 1.60) is preferably used.
[0142]
<11> Next, as shown in FIG. 8 (w), the
[0143]
This can be performed by, for example, grinding, polishing, etching, or the like on the
[0144]
The thickness of the
[0145]
In addition, this process does not need to be performed when the
[0146]
<12> Next, as shown in FIG. 8 (x), the
[0147]
At this time, the
[0148]
The
[0149]
The thickness of the
[0150]
The
[0151]
Note that the
[0152]
<13> Next, a transparent conductive film (common electrode) 12 is formed on the
[0153]
As a result, it is possible to obtain a liquid crystal
[0154]
The transparent
[0155]
The thickness of the transparent
[0156]
This transparent
[0157]
<14> Finally, the wafer of the
[0158]
Thereby, the
[0159]
In addition, this process does not need to be performed, when it is not necessary to cut, such as when the
[0160]
In the embodiment described above, the
[0161]
When manufacturing the counter substrate for a liquid crystal panel, for example, the transparent
[0162]
In the above-described embodiment, the
[0163]
Further, the
[0164]
In the description of the manufacturing method of the
[0165]
Hereinafter, a method for manufacturing a microlens substrate by the 2P method will be described with reference to FIGS.
[0166]
First, as shown to Fig.11 (a), the board |
[0167]
<C1> Next, an uncured resin that constitutes the
<C2> Next, the
[0168]
<C3> Next, the resin is cured. This curing method is appropriately selected depending on the type of resin, and examples include ultraviolet irradiation, heating, and electron beam irradiation.
[0169]
Thereby, as shown in FIG. 11B, the
[0170]
<C4> Next, as shown in FIG. 11 (c), the
[0171]
<C5> Next, as shown in FIG. 12, for example, after setting the
[0172]
<C6> Next, as shown in FIG. 13, a glass substrate (glass layer) 52 is bonded to the resin and pressed and adhered, and then the resin is cured to form a
[0173]
<C7> Thereafter, the thickness of the
Thereby, a microlens substrate as shown in FIG. 13 is obtained.
[0174]
Thereafter, in the same manner as described above, a counter substrate for liquid crystal panel can be obtained by forming a black matrix, a transparent conductive film, or the like on the
[0175]
In the above description, a microlens substrate including a planoconvex lens (planoconvex microlens) configured using a single microlens concave substrate is used. However, the present invention is not limited to this.
[0176]
Hereinafter, a microlens substrate including a biconvex lens (biconvex microlens) configured using two microlens recessed substrates will be described.
[0177]
FIG. 14 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of the microlens substrate.
[0178]
As shown in the figure, the microlens substrate includes a
[0179]
The
[0180]
The
[0181]
The microlens substrate has a first microlens recessed
[0182]
This microlens substrate has two areas, an
[0183]
Such a microlens substrate is used, for example, by allowing light L to enter from the first microlens
[0184]
If the
[0185]
In addition, when the aberration of the
[0186]
Since the microlens substrate having the above-described configuration has such advantages, when an image is formed using a liquid crystal panel including the microlens substrate, black is darker and white is brighter. Therefore, in a liquid crystal panel provided with a microlens substrate, a high contrast ratio can be obtained and a more beautiful image can be formed.
[0187]
And such a microlens board | substrate can be manufactured as follows, for example. Hereinafter, a method for manufacturing a microlens substrate will be described with reference to FIGS.
[0188]
When the microlens substrate is manufactured, first, the
[0189]
When manufacturing the
[0190]
<D1> First, as shown in FIG. 15, a predetermined refractive index (1) is formed so as to cover at least the
[0191]
The
[0192]
When the
[0193]
<D2> Next, as shown in FIG. 15, the
[0194]
At this time, the
[0195]
<D3> Next, the
[0196]
<D4> Next, the
[0197]
As a result, the
[0198]
<D5> Thereafter, as shown in FIG. 16, the thickness of the
[0199]
Thereby, a microlens substrate having a biconvex lens as shown in FIG. 14 can be obtained.
[0200]
Thereafter, the liquid crystal
[0201]
Next, a liquid crystal panel (liquid crystal optical shutter) using the
[0202]
As shown in FIG. 17, the liquid crystal panel (TFT liquid crystal panel) 16 of the present invention includes a TFT substrate (liquid crystal drive substrate) 17, a
[0203]
The
[0204]
In this
[0205]
The
[0206]
The
[0207]
The
[0208]
The
[0209]
In the
[0210]
Incident light L incident from the microlens
[0211]
The polarizing plate is composed of, for example, a base substrate and a polarizing substrate laminated on the base substrate, and the polarizing substrate is added with a polarizing element (iodine complex, dichroic dye, etc.), for example. Made of resin.
[0212]
As described above, the
[0213]
The
[0214]
In the
[0215]
In the above-described embodiment, the
[0216]
Hereinafter, a projection display apparatus using the
FIG. 18 is a diagram schematically showing an optical system of the projection display device of the present invention.
[0217]
As shown in the figure, the
[0218]
The illumination optical system includes
[0219]
The liquid crystal
[0220]
In the
[0221]
Hereinafter, the operation of the
White light (white light beam) emitted from the
[0222]
The white light transmitted through the
[0223]
The red light transmitted through the
[0224]
Green light of blue light and green light reflected by the
[0225]
The green light reflected by the
[0226]
Further, the blue light transmitted through the
[0227]
As described above, the white light emitted from the
[0228]
At this time, each pixel (the
[0229]
Similarly, green light and blue light are incident on the liquid
[0230]
Thereby, the red light, the green light, and the blue light are respectively modulated by the liquid
[0231]
The red image formed by the liquid crystal
[0232]
Further, the green image formed by the liquid crystal
[0233]
Further, the blue image formed by the liquid crystal light valve 76, that is, the blue light from the liquid crystal light valve 76, is incident on the dichroic prism 71 from the
[0234]
Thus, the light of each color from the liquid
[0235]
At this time, since the liquid
[0236]
In the above description, the case where the microlens substrate of the present invention is used in a projection display device including a counter substrate for a liquid crystal panel, a liquid crystal panel, and the liquid crystal light valve has been described as an example. However, the microlens substrate of the present invention is used for various electro-optical devices such as a CCD and an optical communication element, an organic or inorganic EL (electroluminescence) display device, and other devices. Needless to say, you can.
[0237]
Further, the display device is not limited to the rear projection type display device. For example, the microlens substrate of the present invention can be used for a front projection type display device.
[0238]
【Example】
(Reference Example 1)
A substrate with concave portions for microlenses having concave portions for aspherical lenses was manufactured as follows, and a counter substrate for liquid crystal panel was manufactured using the substrate with concave portions for microlenses.
[0239]
First, a quartz glass substrate having a thickness of 1 mm was prepared as a glass substrate.
This quartz glass substrate was cleaned by immersing it in a cleaning solution (80% sulfuric acid + 20% hydrogen peroxide solution) heated to 85 ° C. to clean the surface.
[0240]
Next, this quartz glass substrate is placed in a CVD furnace set at 600 ° C. and 80 Pa, and SiH 4 Was supplied at a rate of 300 mL / min, and a 0.6 μm thick polycrystalline silicon film (first mask layer and back surface protective layer) was formed by a CVD method.
[0241]
-2A- Next, a resist having a pattern of microlenses and alignment marks is formed on the formed polycrystalline silicon film (mask layer) with a photoresist, and then the polycrystalline silicon film (first mask layer) is formed. Then, dry etching with CF gas was performed, and then the resist was removed to form openings (first opening and second opening) in the polycrystalline silicon film (mask layer) (see FIG. 1B). ).
[0242]
-3A- Next, an Au / Cr thin film corresponding to the shape of the alignment mark is formed on the polycrystalline silicon film (first mask layer) and the portion where the alignment mark is to be formed on the quartz glass substrate by sputtering and photolithography. (Protective layer) was formed.
[0243]
-4A- Next, first wet etching was performed on the quartz glass substrate to form a large number of first recesses on the quartz glass substrate (see FIG. 2D).
Note that a hydrofluoric acid-based etching solution was used as the etching solution.
[0244]
-5A- Next, dry etching with CF gas was performed to remove the polycrystalline silicon film (first mask layer).
[0245]
−6A− Next, a 0.6 μm-thick polycrystalline silicon film (second mask layer) was formed on the quartz glass substrate by the CVD method similar to the above.
[0246]
-7A- Next, an opening (third opening) was formed in the formed polycrystalline silicon film (second mask layer) by the same photolithography technique as described above (see FIG. 2F).
[0247]
-8A- Next, the quartz glass substrate was subjected to second wet etching to form a large number of recesses on the quartz glass substrate (see FIG. 3G).
Note that a hydrofluoric acid-based etching solution was used as the etching solution.
[0248]
-9A- Next, dry etching with CF gas was performed to remove the polycrystalline silicon film (second mask layer and back surface protective layer).
[0249]
-10A- Next, the quartz glass substrate was immersed in a mixed solution (stripping solution) of nitric acid and hydrochloric acid to remove the Au / Cr thin film.
[0250]
As a result, a wafer-like substrate with concave portions for microlenses in which a large number of concave portions for aspherical lenses were formed on a quartz glass substrate was obtained. At this time, a cross-shaped alignment mark having a circular opening at the center is also formed at the same time.
[0251]
-11A- Next, an ultraviolet (UV) curable epoxy optical adhesive (refractive index: 1.59) was used to bond the cover glass to the surface of the substrate with concave portions for microlenses.
[0252]
Thereby, the microlens made of the optical adhesive filled in the concave portion of the substrate with the concave portion for microlens was formed on the resin layer composed of the cured optical adhesive.
[0253]
-12A- Next, the bonded cover glass was ground and polished, so that the thickness of the cover glass was 50 μm.
[0254]
-13A- Next, a black matrix having openings was formed on the cover glass. This was done as follows. First, a Cr film having a thickness of 0.16 μm was formed on the cover glass by sputtering. Next, a resist film was formed on the Cr film. Next, using the alignment mark as an index, an exposure machine was used to expose each aperture of the black matrix pattern so as to coincide with the optical axis of each microlens, thereby forming a black matrix pattern on the resist film. Next, wet etching was performed using a cerium / ammonium nitrate aqueous solution as a peeling solution to form black matrix openings in the Cr film. Next, the resist film was removed.
At this time, the alignment mark was used as a positioning index.
[0255]
-14A- Next, an ITO film (transparent conductive film) having a thickness of 0.15 μm was formed on the cover glass by sputtering so as to cover the black matrix.
As a result, a wafer including a plurality of counter substrates for a liquid crystal panel was obtained.
[0256]
-15A- Finally, the wafer was cut using a dicing apparatus to obtain a counter substrate for a liquid crystal panel. When the substrate with concave portions for microlenses is obtained as an individual substrate, the counter substrate for liquid crystal panel is also obtained as an individual substrate, so there is no need to cut and separate the wafer.
[0257]
(Reference Example 2)
In the same manner as in Reference Example 1, a first substrate with a concave portion for a microlens having a first concave portion and a second substrate with a concave portion for a microlens having a second concave portion were obtained.
[0258]
And the counter substrate for liquid crystal panels provided with the biconvex lens was manufactured as follows using these two board | substrates with a concave part for microlenses.
[0259]
-1B- First, an uncured resin having a predetermined refractive index is supplied to the surface of the first microlens-provided substrate with the first recess so as to cover at least the effective lens region, The resin was filled into the recesses of 1. At this time, an uncured resin containing a spacer was supplied onto the first substrate with concave portions for microlenses. Here, an ultraviolet (UV) curable epoxy-based optical adhesive (refractive index: 1.59) was used as the resin.
[0260]
-2B- Next, the 2nd board | substrate with a recessed part for microlenses was installed on resin.
At this time, the second substrate with concave portions for microlenses is placed on the resin so that the first concave portion and the second concave portion are opposed to each other, and the second substrate with concave portions for microlenses is in contact with the spacer. Install in.
[0261]
In addition, the alignment between the first recess and the second recess was performed using the alignment mark.
[0262]
-3B- Next, the resin was cured. Thereby, the 2nd board | substrate with a recessed part for microlenses is joined to the 1st board | substrate with a recessed part for microlenses through a resin layer. Further, among the resins constituting the resin layer, a biconvex microlens is formed by a resin filled between the first recess and the second recess.
[0263]
Thereafter, steps -13A- to -15A- were performed, and a counter substrate for a liquid crystal panel was obtained in the same manner as in Example 1.
[0264]
Example 1
In the manufacture of the substrate with concave portions for microlenses of Reference Example 1, as the mask, the size of the opening is sequentially increased, and three polycrystalline silicon films each having a thickness of 0.6 μm are laminated to form FIG. Except that the formation of the recesses by wet etching with a hydrofluoric acid-based etching solution and the removal of the polycrystalline silicon film by dry etching with CF gas were alternately performed three times each. In the same manner as in Reference Example 1, a substrate with concave portions for microlenses was obtained.
[0265]
And the counter substrate for liquid crystal panels was obtained like Example 1 using the obtained board | substrate with a recessed part for microlenses.
[0266]
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a first substrate with a concave portion for a microlens having a first concave portion and a second substrate with a concave portion for a microlens having a second concave portion were obtained.
[0267]
And the counter substrate for liquid crystal panels provided with the biconvex lens was manufactured like Example 2 using these 2 board | substrates with a concave part for microlenses.
[0268]
Example 3
In the manufacture of the substrate with concave portions for microlenses in Reference Example 1, two annular first mask layers having different sizes are formed concentrically as a mask, and the quartz glass substrate and the two first masks are formed. By forming the second mask layer over the layer, the concentric mask shown in FIG. 6 (p) is provided, forming a recess by wet etching with a hydrofluoric acid based etchant, and dry etching with CF gas. A substrate with concave portions for microlenses was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that the removal of the second mask layer was performed.
[0269]
As the first mask layer, SiO 2 A sputtered film was formed to a thickness of 0.6 μm, and a polycrystalline silicon film was formed to a thickness of 0.6 μm as the second mask layer.
[0270]
The etching rate a for the etchant of the first mask layer is 0.5 μm / min, the etch rate b for the etchant of the quartz glass substrate is 0.1 μm / min, and the etching rate ratio a / b Was 5.
[0271]
And the counter substrate for liquid crystal panels was obtained like Example 1 using the obtained board | substrate with a recessed part for microlenses.
[0272]
Example 4
In the same manner as in Example 3, a first substrate with concave portions for microlenses having a first concave portion and a second substrate with concave portions for microlenses having a second concave portion were obtained.
[0273]
And the counter substrate for liquid crystal panels provided with the biconvex lens was manufactured like Example 2 using these 2 board | substrates with a concave part for microlenses.
[0274]
(Comparative example)
In the production of the substrate with concave portions for microlenses, the wet etching was not performed in two stages, but was performed in one stage (the above-mentioned steps -5A- to -8A- were not performed). Then, a substrate with concave portions for microlenses having a large number of concave portions for spherical lenses was obtained, and a counter substrate for liquid crystal panel was obtained in the same manner as in Reference Example 1 using this substrate with concave portions for microlenses.
[0275]
(Evaluation)
When the light was incident on the counter substrate for liquid crystal panel obtained in Examples 1 to 4 from the substrate side with the concave portion for microlens to transmit the light, the light was effectively applied to the openings of the black matrix. As a result, bright outgoing light was obtained.
[0276]
The light transmittance was 1.72 times in the counter substrate for the liquid crystal panel of the comparative example (spherical plano-convex lens) as compared with the counter substrate for the liquid crystal panel having no microlens. 1 (aspherical plano-convex lens) for the liquid crystal panel counter substrate 1.85 times, the liquid crystal panel counter substrate of Example 2 (aspherical biconvex lens) 1.90 times, Example 3 (aspherical plano-convex lens) It was confirmed that excellent transmittance was obtained for both the counter substrate for liquid crystal panel 1.95 times and the counter substrate for liquid crystal panel of Example 4 (aspherical biconvex lens) 2.0 times. The counter substrate for the liquid crystal panel of Reference Example 1 (aspherical plano-convex lens) was 1.82 times, and the counter substrate for the liquid crystal panel of Reference Example 2 (aspherical biconvex lens) was 1.87 times.
[0277]
(Example 5)
Furthermore, the TFT liquid crystal panel having the structure shown in FIG. 17 was assembled using the counter substrate for liquid crystal panels obtained in Examples 1 to 4.
[0278]
All of the assembled TFT liquid crystal panels had high light transmittance, similar to the counter substrate for liquid crystal panels.
[0279]
Therefore, it is easily guessed that a projection display device using such a liquid crystal panel can project a bright image on the screen.
[0280]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a substrate with concave portions for microlenses corresponding to an aspherical lens in which spherical aberration can be suppressed can be easily and reliably manufactured.
[0281]
That is, a microlens recess corresponding to an aspheric lens (aspheric microlens recess) corresponding to an aspheric lens can be formed on the substrate by wet etching, thereby reducing (or substantially reducing) the spherical aberration of the microlens. Can be eliminated).
[0282]
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a microlens substrate, a counter substrate for a liquid crystal panel, and a liquid crystal panel that have reduced spherical aberration, high light transmittance, and excellent optical characteristics.
[0283]
Furthermore, according to the present invention, a projection display device capable of projecting a bright image can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a first manufacturing method of a substrate with concave portions for microlenses according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing a first manufacturing method of a substrate with concave portions for microlenses according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing a second manufacturing method of the substrate with concave portions for microlenses according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view showing a second manufacturing method of the substrate with concave portions for microlenses according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a counter substrate for a liquid crystal panel according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view showing a counter substrate for a liquid crystal panel of the present invention.
FIG. 10 is a schematic plan view showing a substrate with concave portions for microlenses according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a microlens substrate of the present invention.
FIG. 12 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a microlens substrate of the present invention.
FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view showing a microlens substrate of the present invention.
FIG. 14 is a schematic longitudinal sectional view showing a microlens substrate of the present invention.
FIG. 15 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a microlens substrate of the present invention.
FIG. 16 is a schematic longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a microlens substrate of the present invention.
FIG. 17 is a schematic longitudinal sectional view showing a liquid crystal panel of the present invention.
FIG. 18 is a diagram schematically showing an optical system of a projection display device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (22)
次いで、前記マスクを用いてウエットエッチングを施し、前記基板上に多数のマイクロレンズ用凹部を形成した後、
前記マスクを除去するマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法であって、
前記ウエットエッチングの途中で前記マスクを形成することなく、前記マスクの開口の大きさを広げながら、多段階にウエットエッチングを行うことにより、非球面のマイクロレンズ用凹部を形成することを特徴とするマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。Forming a mask having openings in a predetermined pattern on the substrate;
Next, wet etching is performed using the mask, and after forming a large number of microlens recesses on the substrate,
A method of manufacturing a substrate with concave portions for microlenses that removes the mask,
A concave portion for an aspherical microlens is formed by performing wet etching in multiple stages while increasing the size of the opening of the mask without forming the mask during the wet etching. A method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses.
次いで、前記マスクを用いてウエットエッチングを施し、前記基板上に多数のマイクロレンズ用凹部を形成した後、
前記マスクを除去するマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法であって、
前記マスクは、前記基板上に形成され、該基板に比べ、エッチング液に対するエッチングレートが大きい環状の第1のマスク層と、前記第1のマスク層の内周側に開口を有し、前記基板および前記第1のマスク層上に亘って形成された第2のマスク層とを備えるものであることを特徴とするマイクロレンズ用凹部付き基板の製造方法。Forming a mask having openings in a predetermined pattern on the substrate;
Next, wet etching is performed using the mask, and after forming a large number of microlens recesses on the substrate,
A method of manufacturing a substrate with concave portions for microlenses that removes the mask,
The mask is formed on the substrate, has an annular first mask layer having a higher etching rate with respect to an etchant than the substrate, and an opening on the inner peripheral side of the first mask layer, and the substrate And a second mask layer formed over the first mask layer. A method for manufacturing a substrate with concave portions for microlenses.
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