JP3888223B2

JP3888223B2 - Manufacturing method of liquid crystal display element

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Inventors: 英雄山中; 喜久夫貝瀬
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロジェクタなどのライトバルブとして用いられる液晶表示素子の製造方法に関する。より詳しくは、高密度で且つ高精細な液晶表示素子の基板に画素と対応したマイクロレンズを一体的に形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は、従来の投射型表示装置の光学系（主として照明光学系）の概略構成を示している。この投射型表示装置は、光軸１００に沿って、光源１０１と、第一のマイクロレンズアレイ１０２と、第二のマイクロレンズアレイ１０３と、ＰＳ合成素子１０４と、コンデンサレンズ１０５と、フィールドレンズ１０６と、液晶パネル１０７と、投射レンズ１０８とを順に配列した構造となっている。マイクロレンズアレイ１０２，１０３には、それぞれ複数の微小なレンズ（マイクロレンズ）１０２Ｍ，１０３Ｍが二次元的に配列されている。ＰＳ合成素子１０４には、第二マイクロレンズアレイ１０３における隣り合うマイクロレンズ間に対応する位置に、複数の１／２波長板１０４Ａが設けてある。
【０００３】
この投射型表示装置では、光源１０１から発せられた照明用の光が、マイクロレンズアレイ１０２，１０３を透過することにより、複数の小光束に分割される。マイクロレンズアレイ１０２，１０３を通過した光は、次にＰＳ合成素子１０４に入射する。ＰＳ合成素子１０４に入射する光Ｌ１０には、光軸１００に垂直な面内において互いに直交するＰ偏光成分及びＳ偏光成分が含まれている。ＰＳ合成素子１０４は、入射した光Ｌ１０を２種類（Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分）の偏光光Ｌ１１，Ｌ１２に分離する。分離された偏光光Ｌ１１，Ｌ１２の内、一方の偏光光Ｌ１１は、その偏光方向（例えばＰ偏光）を保ったままＰＳ合成素子１０４から出射される。他方の偏光光Ｌ１２（例えばＳ偏光成分）は、１／２波長板１０４Ａの作用により、他の偏光成分（例えばＰ偏光成分）に変換して出射される。これにより、分離された２つの偏光光Ｌ１１，Ｌ１２の偏光方向が特定の方向に揃えられる。
【０００４】
ＰＳ合成素子１０４を出射した光は、コンデンサレンズ１０５及びフィールドレンズ１０６を経て、液晶パネル１０７に照射される。マイクロレンズアレイ１０２，１０３によって分割された各小光束は、コンデンサレンズ１０５の焦点距離ｆｃと第二マイクロレンズアレイ１０３に設けたマイクロレンズ１０３Ｍの焦点距離ｆとで決まる拡大率で拡大され、液晶パネル１０７の入射面全体を照射する。これにより、液晶パネル１０７の入射面には、複数の拡大された光束が重畳され、全体的に均一な照明が成される。液晶パネル１０７は、入射した光を画像信号に応じて空間的に変調して出射する。液晶パネル１０７を出射した光は、投射レンズ１０８によって図示しないスクリーンに投射され、スクリーン上に画像を形成する。
【０００５】
図２５は、液晶パネルの一例を示す模式的な斜視図である。図示する様に、この液晶パネル（液晶表示素子）は、一対の基板２０１，２０２と両者の間に保持された液晶２０３とを備えたフラットパネル構造を有する。下側の基板２０１には画素アレイ部２０４と駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は垂直駆動回路２０５と水平駆動回路２０６とに分かれている。又、基板の周辺部上端には外部接続用の端子２０７が形成されている。各端子２０７は配線２０８を介して垂直駆動回路２０５及び水平駆動回路２０６に接続している。画素アレイ部２０４にはゲート線Ｇと信号線Ｓが形成されている。両者の交差部には画素電極２０９とこれを駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２１０が形成されている。画素電極２０９と薄膜トランジスタ２１０の組み合わせで画素Ｐを構成する。薄膜トランジスタ２１０のゲート電極は対応するゲート線Ｇに接続され、ドレイン領域は対応する画素電極２０９に接続され、ソース領域は対応する信号線Ｓに接続している。ゲート線Ｇは垂直駆動回路２０５に接続する一方、信号線Ｓは水平駆動回路２０６に接続している。垂直駆動回路２０５は、ゲート線Ｇを介して各画素Ｐを順次選択する。水平駆動回路２０６は、選択された画素Ｐに対し信号線Ｓを介して画像信号を書き込む。この様に、画素電極や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が集積形成された下側の基板２０１は、ＴＦＴ基板と呼ばれている。これに対し、上側の基板２０２には、図示しないが対向電極やカラーフィルタが形成されている。この為、上側の基板２０２は対向基板と呼ばれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアクティブマトリクス型の液晶表示素子を投射型表示装置（プロジェクタ）のライトバルブに用いる場合、一層の高精細化及び高輝度化が望まれている。この観点から、各画素を駆動するスイッチング素子として、高精細化が可能な高温ポリシリコン薄膜トランジスタが用いられている。又、スイッチング素子の微細化に伴い、マイクロレンズアレイの微細化も必要とされている。その一環として、マイクロレンズアレイをアクティブマトリクス型液晶表示素子の基板に一体化形成する技術が開発されている。この様なマイクロレンズ内蔵基板の製造方法は、例えば特開平５−３４１２８３号公報、特開平１０−１６１０９７号公報、特開２０００−１４７５００号公報などに開示されている。
【０００７】
構造上最も高輝度化が達成可能な方式として、光入射側の対向基板に集光レンズとして機能するマイクロレンズアレイを組み込み、さらにＴＦＴ基板側にフィールドレンズとして機能するマイクロレンズアレイを組み込んだ、いわゆるデュアルマイクロレンズ構造が理想である。この様なデュアルマイクロレンズ構造は画素の実効開口率を最高度まで高めることが可能である。しかしながら、加工性の難易度は最も高く、現時点では実用的な製造方法が確立されていない。尚、このデュアルマイクロレンズ構造のＬＣＤは、Microlens Substrate−TFT Substrate−Microlens Substrateの頭文字を取って、ＭＴＭＬＣＤとも言う。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はデュアルマイクロレンズ構造を備えた液晶表示素子の合理的且つ実際的な製造方法を提供することを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された表面及びこれと反対側の裏面を有する基板と、少くとも対向電極が形成された表面及びこれと反対側の裏面を有する基板と、所定の間隙を介して該画素電極と該対向電極とが互いに対向する様に接合した両基板の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有し、一方の基板には各画素電極に光を集光するマイクロレンズが二次元的に配列したマイクロレンズアレイが一体的に形成され、他方の基板には各画素電極毎に好ましくはフィールドレンズとして機能するマイクロレンズが二次元的に配列したマイクロレンズアレイが一体的に形成されている液晶表示素子の製造方法において、少くとも、該画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された方の基板の該画素電極及びスイッチング素子が形成された表面に台板を接着する接着工程と、該台板に保持された状態で該基板の該画素電極及びスイッチング素子が形成されていない裏面を研磨して肉厚を薄くする研磨工程と、該研磨された裏面に光学樹脂を介してマイクロレンズアレイを貼合する貼合工程と、該基板の該画素電極及びスイッチング素子が形成された表面から台板を剥離する剥離工程とにより、基板の裏面にマイクロレンズアレイを一体化することを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、あらかじめ複数個分のパネルに対応する面積を有する面基板に対して該接着工程、研磨工程、貼合工程及び剥離工程を行なって該面基板に複数個分のマイクロレンズアレイを一体化した後、適当な段階で個々のパネルに対応した単基板に切り離す分割工程を行なう。例えば、片方の面基板に複数個分のマイクロレンズアレイを形成した後、すぐに該分割工程を行なって個々のパネルに対応した片方の単基板に切り離し、あらかじめマイクロレンズアレイを一体化したもう片方の単基板と一対一に所定ギャップで重ね合わせしてパネルに組み立てる。或いは、片方の面基板に複数個分のマイクロレンズアレイを形成した後、あらかじめマイクロレンズアレイを一体化したもう片方の単基板を個々に該面基板に所定ギャップで重ね合わせ、しかる後該分割工程を行なって個々のパネルに切り離しても良い。或いは、複数個分のマイクロレンズアレイを一体化した片方の面基板と、同じく複数個分のマイクロレンズアレイを一体化したもう片方の面基板とを所定ギャップで重ね合わせして複数個分のパネルを組み立てた後、該分割工程を行なって個々のパネルに切り離しても良い。これらの場合、前記分割工程は、該面基板を個々のパネルに区分する境界に沿って第一のダイシングを行ない断面Ｖ字形の溝を形成し、さらに第二のダイシングを行なって該溝を完全に切断し、もって端面がテーパ加工された単基板を作成すると良い。又、該剥離工程により基板の表面から台板を剥離洗浄した後、露出した基板の表面に対して、先に一体化したマイクロレンズアレイの耐熱性を損わない温度範囲で液晶層を配向する為の配向層を形成する配向工程を行なう。或いは、該接着工程、研磨工程、貼合工程及び剥離工程を行なって基板の裏面にマイクロレンズアレイを一体化する前に、あらかじめ基板の表面に対して液晶層を配向する為の配向層を形成する配向工程を行なっても良い。
【００１０】
好ましくは、前記研磨工程は、バフ光学研磨加工、粉粒噴射加工、化学機械研磨加工及び化学エッチング加工を単独又は組み合わせて行なう。又、前記研磨工程は、パネルに組み立てた段階でフィールドレンズとして機能するマイクロレンズの焦点が集光レンズとして機能するマイクロレンズの主点と略一致する様に、基板の研磨を行なって肉厚を削る。又、前記貼合工程は、比較的低屈折率の樹脂材料を加工して各マイクロレンズ面を二次元的に配列したマイクロレンズアレイを作成する工程と、該研磨された基板の裏面と該マイクロレンズアレイを重ね両者の間に比較的高屈折率の光学樹脂を充填硬化する工程とからなる。この場合、前記貼合工程は、該研磨された基板の裏面と該マイクロレンズアレイをシール材により接着して閉じた空隙を形成し、この空隙に光学樹脂を充填封入する。又、前記マイクロレンズ面は、球面、非球面又はフレネル面に加工されている。場合により、使用済みとなって該剥離工程により剥離された台板を洗浄して再利用に供する洗浄工程を含む。
【００１１】
一の実施態様によると、あらかじめ対向電極が形成された第一の基板にマイクロレンズアレイを一体化する前工程と、あらかじめ画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された第二の基板の表面に、該マイクロレンズアレイを一体化した第一の基板を所定ギャップで重ね合わせしてパネルを組み立てる組立工程とを含み、前記接着工程は該第一の基板を介して該第二の基板の該画素電極及びスイッチング素子が形成された表面側に台板を接着し、前記研磨工程は該台板にパネルごと保持された状態で該第二の基板の該画素電極及びスイッチング素子が形成されていない裏面を研磨し、前記貼合工程は該研磨された第二の基板の裏面にマイクロレンズアレイを貼合する。この場合、前記研磨工程は、該第二の基板に形成された複数の外部接続用の端子を互いに同電位に保持した状態で、該第二の基板の裏面を研磨すると良い。場合により、前記接着工程は、あらかじめ研磨工程で用いる研磨盤に固着した台板に対して該パネルの第一基板側を取り付ける。
【００１２】
本発明によれば、例えばＴＦＴ基板の表面に接着剤などで台板を貼合し、ＴＦＴ基板の裏面から片面光学研磨して、所定厚さのＴＦＴ薄基板を形成する。これにマイクロレンズ基板を例えば高屈折率の透明樹脂接着剤などで貼合し、マイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板を作成する。同様なプロセスで、マイクロレンズを一体化したマイクロレンズ内蔵対向基板を作成する。これらのマイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板とマイクロレンズ内蔵対向基板を所定ギャップで重ね合わせし、両者の間に液晶を注入封止して、デュアルマイクロレンズ構造の液晶表示素子を作成する。この様にして製造されたデュアルマイクロレンズ型液晶表示素子は、例えばプロジェクタのライトバルブに好適である。液晶層に対して集光レンズとして機能する一方のマイクロレンズアレイとフィールドレンズとして機能する他方のマイクロレンズを極めて近接配置することが可能となり、マイクロレンズの機能を最大限に引き出して画素の実効開口率を大幅に改善可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法を示す基本的な製造工程図である。まず（Ａ）に示す様に、接着工程を行ない、ＴＦＴ基板１の表面１ｆに接着剤３を介して台ガラス２などの台板を接着する。ＴＦＴ基板１に台ガラス２を貼り合わせる時、水又は有機溶剤で溶解する接着剤３を使うことができる。この種の接着剤としては、ホットメルト系水溶性固形ワックス｛例えば日化精工（株）のアクアワックス２０／５０／８０（主成分は脂肪酸グリセリド）、アクアワックス５５３／５３１／４４２／ＳＥ（主成分はポリエチレングリコール、ビニルピロリドン共重合物、グリセリンポリエーテル）、ＰＥＧワックス２０（主成分はポリエチレングリコール）など｝、又は水溶性液状ワックス｛例えば日化精工（株）の合成樹脂系液状接着剤のアクアリキッドWA−３０２（主成分はポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン誘導体、メタノール）、WA−２０５１１／QA−２０５６６（主成分はポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン誘導体、IＰＡ、水）など｝、又は熱可塑性ポリマーのクリスタルボンドあるいはシアノアクリレート系接着剤あるいはエポキシ系接着剤等を用いることができる。場合によっては、紫外線硬化型接着剤の両面テープや加熱硬化型接着剤の両面テープで、ＴＦＴ基板１と台ガラス２を貼り合わせてもよい。尚、必要に応じて、表面保護及びハロゲンイオン汚染防止の為、レジスト膜をＴＦＴ基板１の表面１ｆにコーティングしてもよい。尚、台ガラス材はほうけい酸ガラス、青板ガラス等の透明ガラスのいずれでもよい。
【００１４】
例えば、アセトンなどの有機溶剤で溶解する接着剤３として熱可塑性ポリマーの「クリスタルボンド」を用いる時は、クリスタルボンドをアセトンに溶解した液を台ガラス２に塗布し、ＴＦＴ基板１を重ね合わせて、１５０〜１６０℃／１３．３３２２Ｐａ（０．１ｔｏｒｒ）の条件で真空加熱し、両者の間に介在する気泡を脱泡して密着させる。この後、真空ブレイクして大気圧に戻す時の圧力でさらに脱泡を促進させるとともに、接着剤３の厚みを均一化し、例えば１μｍ〜３μｍとする。又、ホットメルト系水溶性固形ワックス（例えば日化精工（株）のアクアワックス８０／５５３、ＰＥＧワックス２０など）の場合は、メタノールに３０〜４０重量％溶融させろ過して異物除去した液を台ガラスにスピン塗布し、ＴＦＴ基板１を重ね合わせて、８０〜１００℃／１３．３３２２Ｐａ（０．１ｔｏｒｒ）の条件で真空加熱し、両者の間に介在する気泡を脱泡して密着させる。この後、真空ブレイクして大気圧に戻す時の圧力でさらに脱泡を促進させるとともに、接着剤３の厚みを均一化し、例えば１μｍ〜３μｍとする。更に、水溶性液状ワックス（例えば日化精工（株）のアクアリキッドＷＡ−３０２など）の場合は、例えば４〜５ｃＰの粘度のその液を台ガラスにスピン塗布し、ＴＦＴ基板１を重ね合わせて、７０〜８０℃／１３．３３２２Ｐａ（０．１ｔｏｒｒ）の条件で真空加熱し、両者の間に介在する気泡を脱泡して密着させる。この後、真空ブレイクして大気圧に戻す時の圧力でさらに脱泡を促進させるとともに、接着剤３の厚みを均一化し、例えば１μｍ〜３μｍとする。
【００１５】
これに代えて、紫外線硬化型接着剤（厚み１０±１μｍ）を両面に形成したポリオレフィンテープ（厚み１００±２μｍ）又は加熱硬化型接着剤を両面に形成したポリオレフィンテープ（厚み１００±２μｍ）で、台ガラス２とＴＦＴ基板１を接着してもよい。この時、両者の間に気泡が発生しない様に真空脱泡処理を施してもよい。
【００１６】
続いて（Ｂ）に示すように研磨工程を行ない、台ガラス２に保持された状態でＴＦＴ基板１の裏面１ｂを研磨して肉厚を薄くする。例えば、台ガラス２を基準にＴＦＴ基板１を裏面１ｂより片面光学研磨加工して、所定厚み（例えば２０±３μｍ）のＴＦＴ薄基板１を作成する。この時、台ガラス２の寸法精度は平行度が１〜３μｍで２ｍｍの厚みとする。研磨方法としては、片面バフ光学研磨を採用できる。この場合、粗研磨、中研磨、仕上げ研磨の順に行ない、アルミナ、酸化セリウムなどの研磨剤の粒径をそれに応じて小さくして面精度を上げていく。片面粉粒噴射加工と片面バフ光学研磨を組み合わせてもよい。噴射加工では、高圧空気中に炭化珪素、炭化ボロン、ダイヤモンドなどの研磨剤からなる粉粒体を分散させた相流を、ノズルの先端側のスリット状噴流口から一定量噴流させ、ＴＦＴ基板１の裏面１ｂに亘って往復走査しながら照射し、研磨する。その後さらに面精度を上げる為と粉粒噴射による残留ストレス除去の為、バフ光学研磨で仕上げを行なう。あるいはＣＭＰ（化学機械研磨）で片面光学研磨を行なってもよい。この場合は片面バフ光学研磨と同様に、粗研磨、中研磨、仕上げ研磨の順に行なうことが好ましい。あるいは、片面ガラスエッチングと片面バフ光学研磨を組み合わせてもよい。この時はフッ酸系エッチング液で所定厚さまでガラスエッチングし、ＴＦＴ基板１をある程度薄くする。ガラスエッチングで生じた表面うねりを、バフ光学研磨の仕上げ研磨で除去する。フッ酸系エッチング液に耐える保護用接着剤又はテープを使用する必要がある。あるいは、片面ガラスエッチングとＣＭＰでの片面光学エッチングを組み合わせてもよい。まず石英ガラスなどからなるＴＦＴ基板１の裏面１ｂをフッ酸系エッチング液で所定厚さまでガラスエッチングし、残った表面うねりをＣＭＰによる片面光学研磨で除去する。この場合も、フッ酸系エッチング液に耐える保護用接着剤又はテープを使用する必要がある。
【００１７】
次に（Ｃ）に示す様に貼合工程を行ない、ＴＦＴ基板１の研磨された裏面１ｂに、光学樹脂５を介してマイクロレンズアレイを貼合する。具体的には、石英ガラス、ネオセラム等の光学ガラスを加工して各マイクロレンズ面４ｒを二次元的に配列したマイクロレンズ基板（ＭＬ基板）４を作成する工程と、研磨されたＴＦＴ基板１の裏面１ｂとこのＭＬ基板４を位置合わせして重ね合わせ、両者の間に基板よりも高屈折率の透明光学樹脂５を充填硬化する工程とを行なう。この場合、シール材６を介して、ＴＦＴ基板１の裏面１ｂとＭＬ基板４を接着して閉じた空隙を形成し、この空隙に高屈折率の透明光学樹脂５を充填封入する。
【００１８】
具体的には、ＭＬ基板４の周囲に注入口を設けたシール材６の枠を形成する。研磨により薄くなったＴＦＴ基板１とＭＬ基板（マイクロレンズ基板）４を所定ギャップで重ね合わせ、シール材６を固着させる。シール材が熱硬化型の接着剤からなる時は、所定温度で硬化させる。紫外線照射硬化型の接着剤を用いる時は、所定の紫外線照射で硬化させる。紫外線照射と熱硬化を併用する接着剤では、所定の紫外線照射及び加熱を施す。この後、高屈折率の透明光学樹脂５を注入口より注入封止し、加熱硬化させる。この時、液状の高屈折率透明樹脂５を注入口より注入して、注入口を紫外線硬化型接着剤で封止する。例えば、アクリル系又はアクリルエポキシ系の高屈折率透明樹脂は、粘度が２０〜１００ＣＰＳであり、真空中でディスペンス塗布又はディッピングし、大気圧に戻す時の圧力で注入する。この時必要に応じて適当に加圧してもよい。この高屈折率透明光学樹脂は７０〜８０℃で１２０分キュアすることで、屈折率が１．５９〜１．６７の高屈折率の透明光学樹脂５が得られる。比較的低屈折率のマイクロレンズ基板４に形成されたレンズ面４ｒに高屈折率の光学樹脂５を充填硬化することで、マイクロレンズを自動的に作成することが可能である。尚、ＴＦＴ基板１に形成された画素電極とマイクロレンズ基板４側に形成されたレンズ面４ｒを一対一で整合させる為、ＴＦＴ基板とＭＬ基板の両方に形成されたアライメントマークを重ね合わせた上で、両者をシール材６により固着する。
【００１９】
続いて（Ｄ）に示す様に、剥離工程を行ない、ＴＦＴ基板１の表面１ｆから使用済みとなった台ガラスを剥離する。これにより、ＴＦＴ基板１の裏面１ｂにマイクロレンズアレイを一体化することができる。具体的には、加熱又は紫外線照射することで台ガラスをＴＦＴ基板１から剥離することができる。接着剤が熱可塑性ポリマーのクリスタルボンドあるいはシアノアクリレート系接着剤の場合は台ガラスを加熱剥離した後、全体をアセトン、アセトン＋エタノール、メタノール、ＩＰＡなどの有機溶剤で超音波洗浄する。接着剤がホットメルト系水溶性ワックス（例えば日化精工（株）のアクアワックス８０／５５３、ＰＥＧワックス２０など）の場合は、純水又は５０〜６０℃の温純水で超音波洗浄する。尚、使用済みとなった高精度の台ガラスは、洗浄後に再使用することが望ましい。
【００２０】
最後に（Ｅ）に示す様に、片面研磨したＴＦＴ基板１とマイクロレンズ基板４とを一体化して作成されたマイクロレンズＴＦＴ基板（ＭＬＴＦＴ基板）７と、同じくマイクロレンズ基板と対向基板を一体化して得られたマイクロレンズ対向基板（ＭＬ対向基板）１７とをシール材８で互いに所定ギャップで重ね合わせし、両者の間に液晶９を注入封止して、デュアルマイクロレンズ構造のアクティブマトリクス型液晶表示素子が完成する。マイクロレンズ対向基板１７は、マイクロレンズＴＦＴ基板７と同様の工程により作成することができる。すなわち、対向基板１１の表面側は研磨されており、これに対してシール材１６を介しマイクロレンズ基板１４が貼合している。マイクロレンズ基板１４にはあらかじめマイクロレンズ面１４ｒが形成されている。片面研磨された対向基板１１とマイクロレンズ基板１４との間に高屈折率の光学透明樹脂１５を充填硬化することで、ＭＬ対向基板１７が完成する。尚、対向基板１１の表面側で液晶９と接する面には、あらかじめ対向電極が形成されている。
【００２１】
本液晶表示素子は、ＭＬＴＦＴ基板７側に形成された画素電極とＭＬ対向基板１７側に形成された対向電極との間に液晶９が保持されたパネル構造を有する。ＭＬ対向基板１７側には各画素電極に光を集光するマイクロレンズが二次元的に配列したマイクロレンズアレイが一体的に形成されている。ＭＬＴＦＴ基板７側には、各画素電極毎にフィールドレンズとして機能するマイクロレンズが同じく二次元的に配列したマイクロレンズアレイが一体的に形成されている。尚前述した研磨工程では、パネルに組み立てた段階でフィールドレンズとして機能するマイクロレンズの焦点が集光レンズとして機能するマイクロレンズの主点とほぼ一致する様に、ＴＦＴ基板１や対向基板１１の研磨を行なって肉厚を削る。例えば、ＴＦＴ基板１は２０μｍ程度まで薄肉化されており、上述した条件を満たすことができる。この様にフィールドレンズの焦点が集光レンズの主点とほぼ一致する様に配置することで、画素の実効開口率を最大限まで拡大することが可能になる。画素が微細化するに連れ、マイクロレンズの焦点も短かくなり、その分各基板の肉厚を相当程度薄くする必要がある。その際、本発明を適用することで、合理的且つ効率的に、ＴＦＴ基板や対向基板の薄肉化を達成できる。尚、マイクロレンズのレンズ面４ｒ，１４ｒは、球面、非球面又はフレネル面に加工することができる。球面レンズは加工の面で有利であるが、焦点距離が最短となる曲率半径が画素寸法に規制されるので、レンズ界面での屈折率差が十分に確保できなければ、短焦点化は難しい。非球面及びフレネル面はレンズ短焦点化及びレンズ主面の平面性の点で優れており、光源光の発散角を抑える効果の高いレンズ形状ができる。
【００２２】
図２は本発明に係る液晶表示素子の製造方法の実施例を示す工程図である。本実施例では、多面取りの可能な大面積ＴＦＴ基板（ＴＦＴ大基板）を用いて、プロセスの合理化を図っている。所定のプロセスまで大面積基板を使い、後の工程で個々のパネルに対応した単基板に切り離す。図では（面）が多面プロセスを表わし、（単）が単面プロセスを表わしている。まずステップＳ１でＴＦＴ大基板を用意する。その寸法は例えば直径が８インチである。ステップＳ２で８インチの台ガラスをＴＦＴ大基板に貼り合わせる。ステップＳ３で片面光学研磨を行ない、ＴＦＴ大基板の厚みを２０μｍまで薄くする。ステップＳ４で、あらかじめ用意した８インチのＭＬ基板を、高屈折率樹脂により、片面研磨されたＴＦＴ大基板に貼合する。続いてステップＳ５で、使用済みとなった台ガラスを剥離洗浄する。
【００２３】
その後ステップＳ６で、露出したＴＦＴ大基板の表面側に配向処理を施す。例えばＴＦＴ大基板の表面にポリイミド配向膜を成膜した後ラビング処理を行なう。その際、前工程で比較的耐熱性の低い高屈折率樹脂が組み込まれているので、ステップＳ６の配向処理では低温用のポリイミド配向膜を用いることが好ましい。但し、最近のポリイミド樹脂は比較的低い温度で硬化するものも多く、必ずしも低温用のポリイミド配向膜を使う必要はない。場合によってはポリイミド配向膜に代えて、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜を形成し、指向性を有するイオン照射処理で配向処理を行なっても良い。あるいは、ＳｉＯ_ｘの斜方蒸着で配向処理を行なってもよい。尚、具体的な配向処理では、ロールコーティング、スピンコーティングなどでポリイミドなどの配向膜を形成し、バフ材によるラビング配向処理を行なう。あるいは、ＤＬＣ膜を５ｎｍ程度形成し、指向性のイオン照射で配向処理する。あるいはＳｉＯ膜を５０ｎｍの膜厚で斜方蒸着し配向処理を行なう。この後ステップＳ７で８インチのＴＦＴ大基板を、０．９インチ角の個々の単基板に分割する。例えばダイシング又は炭酸ガスレーザーなどでＴＦＴ大基板を分割できる。これにより、マイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板が得られる。
【００２４】
最後に、良品のマイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板と、同じく良品のマイクロレンズ内蔵対向基板を所定ギャップで重ね合わせ、そのギャップ内にネマティック液晶などの液晶材料を注入し、注入口を封止する。具体的には、マイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板又はマイクロレンズ内蔵対向基板のいずれか一方の周辺に、注入口を設けたシール材の枠を形成する。マイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板とマイクロレンズ内蔵対向基板とを両者に設けたアライメントマークで重ね合わせ、シール材を固着する。注入口より液晶を注入した後、注入口は紫外線照射型接着剤で封止する。その後液晶を加熱及び急冷却して配向処理する。
【００２５】
以上の様に本実施例では、あらかじめ複数個分のパネルに対応する面積を有する面基板に対して接着工程、研磨工程、貼合工程及び剥離工程を行なって、当該面基板に複数個分
のマイクロレンズアレイを一体化した後、適当な段階で個々のパネルに対応した単基板に切り離す分割工程（ステップＳ７）を行なっている。これにより、製造プロセスの合理化を図ることができる。本実施例では、片方の面基板に複数個分のマイクロレンズを形成した後、すぐに分割工程を行なって個々のパネルに対応した片方の単基板に切り離し、あらかじめマイクロレンズアレイを一体化したもう片方の単基板と一対一に所定ギャップで重ね合わせして、パネルに組み立てている（ステップＳ８）。又、本実施例では、剥離工程（ステップＳ５）により基板の表面から台ガラスを剥離洗浄した後、露出した表面に対して、先にステップＳ４で一体化したマイクロレンズアレイの耐熱性を損わない温度範囲で、液晶層を配向する為の配向層を形成している（ステップＳ６）。
【００２６】
図３は、図２に示した分割工程（ステップＳ７）の具体的な手法を示す模式図である。この分割工程は、ダイシングや炭酸ガスレーザーなどにより大基板を分割して、所定サイズの単品のマイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板を作成するものであり、図示の様に二段階方式を採用している。（Ａ）に示す第一段階では、面基板７を個々のパネルに区分する境界に沿って第一のダイシングを行ない、断面Ｖ字型の溝を形成する。この為、Ｖカットダイシングブレード２１を用いる。更に（Ｂ）に示す第二段階では、通常のダイシングブレード２２を用いて第二のダイシングを行ない、溝を完全に切断し、各パネル毎に切り離す。これにより、端面がテーパ加工された単基板を作成することができる。この様にＶカット溝の面取りをした後フルカットダイシングをすることにより、面取りが可能となる。この様に面取りをした単基板はパネルに組み立てる際、ＴＦＴ薄基板の端面クラックやひび割れを防止することが可能である。尚、第一及び第二のダイシングは、デュアルダイサーを用いて連続作業とすることが望ましい。
【００２７】
図４は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法の他の実施例を示す工程図である。図２に示した先の実施例と異なる点は、ステップＳ７とステップＳ８を逆にしたことである。すなわち本実施例では配向処理したＭＬ内蔵ＴＦＴ大基板内の良品に、配向処理したＭＬ対向基板の良品を単個で重ね合わせ組み立てする（ステップＳ７）。液晶注入封止後に、ステップＳ８でＭＬ内蔵ＴＦＴ大基板を分割し、個々のパネルを得ている。図２に示した先の実施例に比較し、最終段階の直前まで多面プロセスを採用できるので、より合理的である。以上の様に本実施例は、片方の面基板に複数個分のマイクロレンズアレイを形成した後、あらかじめマイクロレンズアレイを一体化したもう片方の単基板を個々に面基板に組み付け（ステップＳ７）、しかる後分割工程（ステップＳ８）を行なって個々のパネルに切り離している。
【００２８】
図５は、図４に示した組立ステップＳ７の具体的な方法を示す模式図である。図示する様に、マイクロレンズ内蔵ＴＦＴ大基板７の良品部分に、良品のマイクロレンズ内蔵単基板１７を所定ギャップで重ね合わせ、シール材８で固着し、両基板７，１７の間隙内に液晶９を封入封止する。具体的には、ＭＬＴＦＴ大基板７に紫外線照射型もしくは加熱硬化型のシール材８を塗布し、ＭＬ対向基板１７とＭＬＴＦＴ基板７の双方に設けたアライメントマークで両者を位置合わせし所定ギャップで重ね合わせて、紫外線照射もしくは加熱硬化で固着する。この後、液晶９を注入し、注入口を紫外線照射型の接着剤で封止する。この様にして組立ステップＳ７を完了した後、ステップＳ８でダイシングもしくはレーザーにより分割工程を行なう。一点鎖線で示す様に、各パネルの境界に沿ってダイシングを行ない、パネル毎に切り離す。その際、ＴＦＴ薄基板１の端面クラックやひび割れを防止する為、Ｖカットで面取りした後フルカットダイシングをすることが好ましい。
【００２９】
図６は、図５に示したＭＬ対向基板１７の製造方法の一例を示す工程図である。（Ａ）に示す様に、まず個々のマイクロレンズ面１４ｒをあらかじめ形成したＭＬ基板１４の周囲にシール材１６で枠を形成する。カバーガラス基板１１とＭＬ基板１４を所定ギャップで重ね合わせ、シール材１６を固着させる。その後（Ｂ）に示す様に、高屈折率透明光学樹脂１５をカバーガラス基板１１とＭＬ基板１４の間隙に注入して加熱硬化する。続いて紫外線照射硬化型の接着剤で封止する。更にカバーガラス基板１１の裏面から片面光学研磨で薄肉化し、ＭＬ対向基板１７を作成する。片面光学研磨したカバーガラス基板１１の全面にＩＴＯなどの透明導電膜を成膜し、対向電極１８とする。その上にポリイミド配向膜１９を形成し、ラビングなどで配向処理する。この時に、ＭＬ対向基板１７よりカバーガラス基板の厚みを薄くして、両面光学研磨（ＭＬ対向基板とカバーガラス基板の両面を同時に光学研磨）することで、所定膜厚のカバーガラス基板を形成してもよい。尚、マイクロレンズ面１４ｒに高屈折率の透明樹脂を充填してＭＬ基板１４を形成し、その表面に透明樹脂膜を形成し、更にＳｉＯ_２のスパッタ又は蒸着膜を積層形成することでカバーガラス基板の代わりにしてコストダウンしてもよい。この様にして完成した単個型のＭＬ対向基板１７を、図５に示した多面タイプのＭＬＴＦＴ大基板７に組み付ける。
【００３０】
図７は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法の別の実施例を表わしており、図２に示した先の実施例の改良版となっている。図２の実施例では、ステップＳ４でマイクロレンズアレイを一体化した後、ステップＳ６で配向処理を行なっていた。この場合、マイクロレンズアレイを構成する高屈折率樹脂の耐熱性に鑑み、配向処理では低温成膜のポリイミドフィルムを使わざるを得なかった。これに対し、本実施例ではステップＳ２で先に配向処理を行なった後、ステップＳ５でマイクロレンズアレイを一体化している。この為、配向処理では特に低温成膜のポリイミドを使う必要はなく、性能や安定性に優れた高温成膜のポリイミドフィルムを使うことができる。以上の様に本実施例では、接着工程、研磨工程、貼合工程及び剥離工程を行なって基板の裏面にマイクロレンズアレイを一体化する前に、あらかじめ基板の表面に対して液晶層を配向する為の配向層を形成する配向工程（ステップＳ２）を行なっている。一般のポリイミド膜は１８０℃前後でキュアし、一般の高屈折率透明樹脂は６０〜１２０℃の低温でキュアする。従って、高屈折率透明樹脂のマイクロレンズを搭載したＴＦＴ大基板に、一般のポリイミド膜を形成することは不適当であり、先の図２の実施例では低温用ポリイミド膜又はＤＬＣ膜を配向膜としていた。これに対し本実施例では、高屈折率樹脂を用いたマイクロレンズアレイの一体化に先立って配向処理を行なっている為、１８０℃前後でキュアする高温成膜タイプのポリイミド膜を通常通り使用することが可能である。
【００３１】
図８は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法の別の実施例を示す工程図である。基本的には、図４に示した先の実施例と同様で、ＭＬＴＦＴ大基板にＭＬ対向基板を組み付けた後、個々のパネルに分割している。異なる点は、先に配向処理（ステップＳ２）を行なった後、ステップＳ５で高屈折率の透明光学樹脂を用いたマイクロレンズアレイの一体化を行なっていることである。配向処理を先行させることで、図７の実施例と同様に、高温タイプのポリイミド膜を使うことができる。
【００３２】
図９は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法のさらに別の実施例を示す工程図である。本実施例では、ステップＳ７において、ＭＬＴＦＴ大基板とＭＬ対向大基板とを組み立て、その後ステップＳ８で個々のパネルに分割している。最終段階に至る直前まで、両方共大基板を用いている為、製造工程は一層合理化される。但し、良品と不良品の選別は、最終段階の後単品検査で行なうことになる。以上の様に本実施例では、複数個分のマイクロレンズアレイを一体化した片方の面基板と、同じく複数個分のマイクロレンズアレイを一体化したもう片方の面基板とを所定ギャップで重ね合わせして複数個分のパネルを組み立てた後（ステップＳ７）、ステップＳ８で分割工程を行なって個々のパネルに切り離している。尚、本実施例では、ステップＳ４で先に高屈折率の透明光学樹脂を用いたマイクロレンズアレイの一体化を行なった後、ステップＳ６で低温用ポリイミド膜もしくはＤＬＣを用いて配向処理を行なっている。
【００３３】
図１０は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法のさらに別の実施例を示す工程図である。基本的には、図９に示した実施例と同様であり、大基板同士を貼り合わせた後、個々のパネルに分割している。異なる点は、ステップＳ２で配向処理を先行させた後、ステップＳ５で高屈折率の透明光学樹脂を用いたマイクロレンズアレイの一体化を行なっていることである。配向処理を先行させることで、通常の高温成膜ポリイミドフィルムを使うことが可能になる。
【００３４】
図１１は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法のさらに別の実施例を示す工程図である。先の実施例と異なり、本実施例は基本的に多面プロセスを採用することなく、単面プロセスでパネルを組み立てている。まずステップＳ１で８インチ径のＴＦＴ大基板を作成した後、ステップＳ２でダイシングもしくは炭酸ガスレーザーを用いた分割を行ない、例えば０．９インチのＴＦＴ単基板を作成する。尚、必要に応じて表面保護及びハロゲン汚染防止用のレジスト膜をＴＦＴ基板の表面にコーティングしてもよい。続いてステップＳ３で、ＴＦＴ基板に同じく０．９インチの台ガラスを貼り合わせる。台ガラスは例えばホウケイ酸ガラスからなる一方、ＴＦＴ基板は例えば合成石英ガラスからなる。台ガラスの平行度は１〜２μｍと高精度仕上げしておく。
台ガラスとＴＦＴ基板は熱可塑性透明ポリマー接着剤又は紫外線照射硬化型接着剤の両面透明テープあるいは熱硬化型接着剤の両面透明テープで互いに接着される。その後ステップＳ４でＴＦＴ基板裏面を片面光学研磨し、厚みを２０μｍまで薄くする。ＴＦＴ基板の厚みのばらつきは好ましくは±３μｍ以内に抑える。ステップＳ５に進み、薄肉化したＴＦＴ基板とあらかじめマイクロレンズ面を形成したマイクロレンズ基板（ＭＬ基板）を重ね合わせ、高屈折率の透明光学樹脂を注入封止する。ＭＬ基板は同じく０．９インチのサイズである。この後ステップＳ６で台ガラスを剥離し洗浄する。台ガラスは高精度仕上げが成されているので、再使用に供する。台ガラスは加熱剥離することができる。この後有機溶剤で洗浄する。あるいは紫外線照射硬化後に剥離洗浄してもよい。さらにステップＳ７で配向処理を行なう。例えば低温用のポリイミド配向膜を形成し、バフ材によるラビング処理を行なう。あるいはＤＬＣ膜を形成し、指向性のイオン照射を行なって配向膜としてもよい。最後にステップＳ８で、同じく単個型のＭＬ対向基板を用意し、これとＭＬＴＦＴ基板を所定ギャップで重ね合わせ、液晶を注入した後封止する。例えば紫外線照射型のシール材で一方の基板に枠を塗布し、他方の基板を所定ギャップで重ね合わせ、両方に設けたアライメントマークで位置合わせし、紫外線を照射してシール材を硬化し、両基板を固着する。これにより空のパネルが得られる。シール材の一部に形成された開口を介して空のパネルに液晶を注入封止すると、デュアルマイクロレンズ構成の液晶表示素子が完成する。
【００３５】
図１２は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法のさらに別の実施例を示す工程図である。基本的には、図１１に示した先の実施例と同様に、全体を通じて単面プロセスを採用している。異なる点は、ステップＳ３の配向処理を、ステップＳ６の高屈折率の透明光学樹脂を用いた貼合プロセスに先行させていることである。
【００３６】
図１３は、本発明に係る液晶表示素子の製造方法の他の実施例を示す模式図である。本実施例では前工程で、あらかじめ対向電極が形成された第一の基板にマイクロレンズアレイを一体化して、ＭＬ対向基板１７を作成しておく。この後組立工程を行ない、あらかじめ画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成されたＴＦＴ基板１の表面１ｆに、マイクロレンズを一体化した対向基板（ＭＬ対向基板）１７を所定ギャップで重ね合わせし液晶を注入封止してパネルを組み立てる。この後、接着工程を行ない、ＭＬ対向基板１７を介してＴＦＴ基板１の表面１ｆ側に台ガラス２を接着する。その際、接着剤３として、ホットメルト系水溶性ワックス、蜜蝋、シアノアクリレート系接着剤などを用いることができる。あるいは、アクリレートを非塩素系有機溶剤（アセトン、アセトン及びエタノール、ＩＰＡなど）で希釈した接着剤で、ＭＬ内蔵対向基板１７側に台ガラス２を貼り合わせる。この後研磨工程を行ない、台ガラス２にパネルごと保持された状態でＴＦＴ基板１の裏面１ｂを研磨する。さらに続いて貼合工程を行ない、研磨されたＴＦＴ基板１の裏面１ｂにマイクロレンズアレイを貼合する。先の実施例と異なり、本実施例は先にパネルを組み立てた後でＴＦＴ基板裏面の研磨及びマイクロレンズアレイ一体化を行なうことに特徴がある。
【００３７】
図１３に示した製造方法では、既に画素電極や薄膜トランジスタが集積形成されたＴＦＴ基板１に対して研磨処理を施す為、あらかじめ静電気ダメージ対策を施すことが好ましい。図１４の例では、静電気ダメージ対策として糊残りのない導電材２４が用いられている。図示する様に、マイクロレンズ内蔵対向基板１７とほぼ同じ厚みのテープ、特に糊残りのない導電性糊テープでＴＦＴ基板１に形成された取り出し端子をショートさせ、台ガラス２を接着剤３で固着している。
【００３８】
図１５に示した静電気ダメージ対策では、外部接続用のフレキシブルプリント基板などからなるコネクタ２６を熱圧着でＴＦＴ基板１の接続端子に取り付けた後、台ガラス２を接着剤３又は両面テープで固着させている。更に、台ガラス２とＴＦＴ基板１の間に生じた隙間に前記接着剤を埋め込むか、又はマイクロレンズ内蔵対向基板１７とほぼ同じ厚みのテープ部材２５を挿入し、コネクタ２６の安定化を図っている。コネクタ２６の長さは後工程で行なうＴＦＴ基板１の片面光学研磨に支障を及ぼさない程度に短かくすると同時に、その端子は研磨剤などで汚れない様にショート及びカバーしておく。この様に本実施例の研磨工程では、ＴＦＴ基板１に形成された複数の外部接続用の端子を互いに同電位に保持した状態で、ＴＦＴ基板１の裏面を研磨する様にし、もって静電気ダメージ対策を取っている。
【００３９】
図１６は、図１４に示したパネルの研磨処理を示す模式図である。図示する様に、パネルの台ガラス２側を研磨用ワークホルダー２９に貼り合わせ、台ガラス２基準でＴＦＴ基板１の裏面１ｂを研磨する。この時、パネルに封入された液晶９が転移温度以上とならない様に、冷却しながら片面研磨を行なうことが好ましい。これにより、液晶９の配向状態を維持することができる。図示の例は片面バフ光学研磨を行なっており、研磨盤２７に対して一定荷重でＴＦＴ基板１の裏面１ｂを押し付け、研磨剤を常時一定量研磨盤２７に供給する。
【００４０】
具体的には、錫盤、ビニール盤、クロス盤などの研磨盤２７をその中心軸を中心として回転させ、この研磨盤２７上に炭化珪素、アルミナ、ダイヤなどの研磨剤を含んだ水、オイル、有機溶剤などの液体を常時一定量滴下し、ワークホルダー２９に固着したワークを研磨盤２７におしつけて荷重を掛け、その表面を研磨加工する。この時、粗研磨、中研磨、仕上げ研磨を順に行ない、研磨剤の粒径をそれに応じて小さくして面精度を上げていく。加工量が多い時は、粗研磨で目標に近い厚さにワークを研磨した後、中研磨及び仕上げ研磨をする。例えばＴＦＴ基板１の厚みが８００μｍとすると、粗研磨で７００μｍ削り、中研磨で７５０μｍまで削り、最後の仕上げ研磨でＴＦＴ基板１の厚みを２０μｍとする。この時ＴＦＴ基板厚みの目標が２０±３μｍなので、仕上げ研磨は１０μｍの研磨量毎に、ＴＦＴ基板表面のアライメントマーク基準に光学式又はレーザー式段差深さ測定器で残り厚みを確認しながら行なう。その際、ＴＦＴ基板と対向基板は２〜３μｍギャップで重ね合わされ、且つシール材で互いに固着し、しかも１画素毎にスペーサが当たって支えており、十分な強度を保持しており、パネルが剥離する様なことはない。
【００４１】
図１７は、粉粒噴射加工を用いた研磨処理を示す模式図である。図示する様に、高圧空気中に炭化珪素、炭化ボロン、ダイヤモンドなどの研磨剤からなる粉粒体を分散させた相流をスリット状ノズル３０の先端側の噴射口から一定量噴射させ、ＴＦＴ基板１の裏面１ｂに沿って往復走査して、研磨していく。この時粗研磨、中研磨、仕上げ研磨を順に行ない、研磨剤の粒径をそれに応じて小さくして面精度を上げていく。加工量が多い時は、粗研磨で目標に近い厚さにワークを研磨した後に中研磨及び仕上げ研磨する。例えばＴＦＴ基板１の厚みが８００μｍとすると、粗研磨で５００μｍ削り、中研磨で７００μｍ削り、最後の仕上げ研磨で７５０μｍ研磨除去し、５０μｍを残す。
【００４２】
ＴＦＴ基板の粉粒噴射加工仕上げが５０μｍとすると、ＴＦＴ基板厚の目標が２０±３μｍなので、仕上げ研磨は例えば図１６に示したバフ光学研磨を採用することができる。この光学研磨は１０μｍの研磨量毎にＴＦＴ基板表面のアライメントマーク基準に光学式又はレーザー式段差深さ測定器で残り厚みを確認しながら行なう。
【００４３】
図１８は、図１６に示した研磨工程の後で、ＴＦＴ薄基板１の裏面にマイクロレンズ基板４を貼り合わせる工程を示している。図示する様に、台ガラス２、ＭＬ内蔵対向基板１７及びＴＦＴ薄基板１が一体となった状態で、ＴＦＴ薄基板１の裏面に、紫外線照射硬化型又は紫外線照射＋熱硬化型のシール材６をディスペンス塗布して枠を形成し、マイクロレンズ基板４をアライメントマーク基準で所定ギャップで重ね合わせ、紫外線照射してシール材６を硬化させる。この時、シール材６の厚みでマイクロレンズの焦点距離を微調整するが、このシール材６中にシール性を悪化させない範囲で所定サイズのスペーサ（金属、ガラス、セラミックスその他の材質からなり、単独又は適当比率で混合して用い、好ましくは球状又はファイバー状のもの）を混入しておくと微調整がし易い場合がある。
【００４４】
この後図１９に示す様に、枠状シール材６に設けた注入口から高屈折率の透明光学樹脂５を真空及び加圧で注入し、注入口を紫外線照射硬化型接着剤で封止する。この後図示しないが、加熱してシアノアクリレート系接着剤３を溶融させて台ガラス２を剥離し、パネル全体をＩＰＡ、アセトン、アセトン＋エタノール、メタノールなどの有機溶剤で洗浄する。尚、ホットメルト系水溶性ワックスの場合は加熱して台ガラス２を剥離し、パネル全体を純水又は５０〜６０℃の温純水で超音波洗浄する。
【００４５】
図２０の（a）は、パネルを保持する台ガラスに代え、治具２ａを用いた例を表わしている。台ガラスを兼ねる治具２ａは研磨盤のワークホルダー２９に固定されている。治具２ａ及びホルダー２９内には真空吸着用の通路２ｂが形成されている。ＴＦＴ基板１とマイクロレンズ内蔵対向基板１７を組み立てたパネルは真空吸着により治具２ａに固定された状態で、研磨加工される。この時に、治具２ａに設けた導電性パッド２ｐでＴＦＴ基板１の外部接続端子１ｔをショートさせることで研磨時の静電気ダメージを防止するのが望ましい。
図２０の（b），（ｃ）に示す例は、台ガラスを兼ねる治具２ａを複数個設けた大研磨盤のワークホルダー２９にＬＣＤパネルが固定される。ＴＦＴ基板１側を上にして、ＭＬ対向基板１７側を治具２ａの凹部にセットして真空吸着で固定させ、ＴＦＴ基板裏面を片面研磨する。この時も、治具２ａに設けた導電性パッドでＴＦＴ基板の外部接続端子をショートさせることで研磨時の静電気ダメージを防止するのが望ましい。
一般にプロジェクタ用の高温ポリシリコンＴＦＴＬＣＤに用いられるＴＦＴ基板及び対向基板の合成石英ガラスは高精度の表面及び寸法仕上げの仕様となっている。そこで、図１３〜２０に示した各実施例において研磨作業途中での膜厚チェックを十分にすることで、対向基板を台ガラスの代用とすることが可能であり、台ガラスを廃止してコストダウンを図ってもよい。
【００４６】
図２１は、本発明に従って製造された液晶表示素子の別の例を示す模式的な断面図である。マイクロレンズ内蔵対向基板１７とマイクロレンズ内蔵ＴＦＴ基板７はシール剤８により所定ギャップで重ね合わせて固着しており、両者の間に液晶９が保持されている。ここで、研磨により薄肉化されたＴＦＴ基板１の裏面に一体化されたマイクロレンズアレイは、レンズ面ｒが二重構造となっている。すなわち、屈折率ｎｇ１−２の透明樹脂層４に形成された凸レンズ面と、同じく屈折率がｎｇ２−２の透明樹脂層４'に形成された凸レンズ面は、シール材６により互いに対向配置しており、両者の間に屈折率ｎ１の透明光学樹脂５が封入され、マイクロレンズを構成している。この時、透明光学樹脂５の屈折率ｎ１は、透明樹脂層４，４'の屈折率ｎｇ１−２，ｎｇ２−２よりも低い。マイクロレンズ内蔵対向基板１７側も同様の構成となっており、屈折率がｎｇ１−１の透明樹脂層と屈折率がｎｇ２−１の透明樹脂層との間に、屈折率がｎ１の透明光学樹脂１５が挿入されている。
【００４７】
図２２は、本発明に従って製造された液晶表示素子の具体的な形状寸法例を表わしている。ＭＬＴＦＴ基板７とＭＬ対向基板１７は所定ギャップで重ね合わせて固着しており、両者の間に液晶９が保持されている。ＭＬ対向基板１７側のマイクロレンズの焦点距離は空気中換算でＦ１＝３０．６９μｍである。マイクロレンズはレンズ面１４ｒを境にして屈折率が１．４５の透明樹脂層と屈折率が１．６６の透明光学樹脂１５が互いに接した構造となっている。対向基板１１は屈折率が１．５４のネオセラムガラスからなり、研磨により薄肉化されている。レンズ面１４ｒの深さは１０．３μｍであり、対向基板１１の厚みは２０μｍに薄肉化されている。一方ＭＬＴＦＴ基板７に形成されたマイクロレンズの焦点距離は空気中換算でＦ２＝４１．４μｍ（実寸６４．６μｍ）である。レンズ面４ｒを境にして屈折率１．４４の透明樹脂層と屈折率が１．５９６の透明光学樹脂５が境を接し、マイクロレンズを構成している。屈折率が１．４６の石英基板１は２０μｍに薄肉化されている。この様にして、ＭＬ対向基板１７側に形成された集光レンズと、ＭＬＴＦＴ基板７側に形成されたフィールドレンズとの間の主点間距離は６４．６μｍとなっている。尚、ＴＦＴ画素ピッチは１８μｍである。以上の寸法は、焦点距離を除いて全て実寸の値である。
【００４８】
図２３は、本発明に従って製造されたデュアルマイクロレンズ構成の液晶表示素子の光学特性を示す模式図である。集光用のレンズ面を対向基板側に配置するとともに、フィールド機能を有するレンズ面をＴＦＴ基板側に配置した構成となっている。この例に係る液晶パネルは、ＴＦＴ基板５０Ｂと、このＴＦＴ基板５０Ｂの光の入射面側に液晶層４５を介して対向配置された対向基板５０Ａとを備えている。
【００４９】
対向基板５０Ａは、光の入射側から順に、ガラス基板４１と、透明樹脂層４３Ａと、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａと、薄肉化された対向基板４４Ａとを有している。一方、ＴＦＴ基板５０Ｂは、光の入射側から順に、画素電極４６及びブラックマトリクス４７と、薄肉化されたＴＦＴ基板４４Ｂと、第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂと、透明樹脂層４３Ｂと、ガラス基板４８とを有している。
【００５０】
第一のマイクロレンズアレイ４２Ａは透明光学樹脂により構成され、各画素電極４６に対応して二次元的に設けられた複数の第一のマイクロレンズ４２Ｍ−１を有している。各マイクロレンズ４２Ｍ−１は、正のパワーの第一のレンズ面Ｒ１を有し、集光用のレンズとして機能する。本例では、透明樹脂層４３Ａの屈折率ｎ１、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａの屈折率ｎ２とが、ｎ２＞ｎ１の関係を満たし、第一のレンズ面Ｒ１が、光の入射側（光源側）に凸形状となっている。
【００５１】
第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂも、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａと同様に、透明光学樹脂により構成され、各画素電極４６に対応して二次元的に設けられた複数の第二のマイクロレンズ４２Ｍ−２を有している。各マイクロレンズ４２Ｍ−２は、正のパワーの第二のレンズ面Ｒ２を有し、フィールドレンズとして機能する。すなわち、第二のレンズ面Ｒ２についての焦点位置は、第一のレンズ面Ｒ１（第一のマイクロレンズ４２Ｍ−１）についての主点位置にほぼ一致している（点線光路）。本例では、透明樹脂層４３Ｂの屈折率ｎ４が第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂの屈折率ｎ３に比べ大きくなっており、第二のレンズ面Ｒ２が、光の出射側に凸形状となっている。
【００５２】
本例では、画素開口が２つのマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２の間（２つのレンズ面Ｒ１，Ｒ２の間）に位置するデュアルマイクロレンズ構造となっている。光軸６０上で２つのマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２の合成の焦点位置が、画素開口の付近に位置している（実線光路）。合成の焦点位置と画素開口との位置合わせは、例えばマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２と画素開口との間の厚みを調整することにより制御可能である。本構成は実効開口率が最もよくなるが、従来加工性の難易度は最も高いものとされていた。本発明は、この加工性の難易度を克服して、図示のデュアルマイクロレンズ構造を実現したものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、対向基板とＴＦＴ基板の両方にマイクロレンズを内蔵したデュアルマイクロレンズ構成の液晶表示素子が実現できる。これにより、実効開口率の向上や光源光の利用効率向上が可能となり、高輝度化が達成できる。更に、投射型表示装置に適用した場合、セットのダウンサイジング、投射レンズのコストダウンなどが可能になる。又、Ｖカットダイシングで面取りし、その後にフルカットダイシングを採用することで、ＴＦＴ基板のクラックひび割れ防止が可能となり、歩留り及び品質が改善する。片面光学加工時の静電気ダメージ及びＴＦＴ薄基板のクラックが防止できるので、歩留り及び品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明に係る液晶表示素子の製造方法の実施例を示す工程図である。
【図３】分割工程を示す模式図である。
【図４】他の実施例を示す工程図である。
【図５】組立工程を示す模式図である。
【図６】マイクロレンズ内蔵対向基板の製造方法を示す模式図である。
【図７】他の実施例を示す工程図である。
【図８】別の実施例を示す工程図である。
【図９】さらに別の実施例を示す工程図である。
【図１０】さらに別の実施例を示す工程図である。
【図１１】さらに別の実施例を示す工程図である。
【図１２】さらに別の実施例を示す工程図である。
【図１３】他の実施例を示す模式図である。
【図１４】静電気対策を施したパネルを示す模式図である。
【図１５】静電気対策を施したパネルを示す模式図である。
【図１６】研磨工程を示す模式図である。
【図１７】研磨工程を示す模式図である。
【図１８】光学樹脂を用いた貼合工程を示す断面図である。
【図１９】光学樹脂を用いた貼合工程を示す平面図である。
【図２０】研磨工程の別例を示す模式的な断面図である。
【図２１】本発明に従って製造された液晶表示素子の一例を示す断面図である。
【図２２】本発明に従って製造された液晶表示素子の一例を示す模式図である。
【図２３】本発明に従って製造された液晶表示素子の光学的な機能を示す模式的な部分断面図である。
【図２４】投射表示装置の一例を示す模式図である。
【図２５】図２４に示した投射表示装置に組み込まれる液晶表示素子の一例を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１・・・ＴＦＴ基板、２・・・台ガラス、３・・・接着剤、４・・・マイクロレンズ基板、５・・・光学樹脂、６・・・シール材、８・・・シール材、９・・・液晶、１１・・・対向基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display element used as a light valve of a projector or the like. More specifically, the present invention relates to a method of integrally forming microlenses corresponding to pixels on a substrate of a high-density and high-definition liquid crystal display element.
[0002]
[Prior art]
FIG. 24 shows a schematic configuration of an optical system (mainly illumination optical system) of a conventional projection display apparatus. The projection display device includes a light source 101, a first microlens array 102, a second microlens array 103, a PS combining element 104, a condenser lens 105, and a field lens 106 along the optical axis 100. The liquid crystal panel 107 and the projection lens 108 are arranged in order. In the microlens arrays 102 and 103, a plurality of minute lenses (microlenses) 102M and 103M are two-dimensionally arranged. The PS combining element 104 is provided with a plurality of half-wave plates 104 </ b> A at positions corresponding to adjacent microlenses in the second microlens array 103.
[0003]
In this projection display device, the illumination light emitted from the light source 101 passes through the microlens arrays 102 and 103 and is divided into a plurality of small light beams. The light that has passed through the microlens arrays 102 and 103 then enters the PS combining element 104. The light L10 incident on the PS combining element 104 includes a P-polarized component and an S-polarized component that are orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis 100. The PS combining element 104 separates the incident light L10 into two types of polarized light L11 and L12 (P-polarized component and S-polarized component). Of the separated polarized lights L11 and L12, one polarized light L11 is emitted from the PS combining element 104 while maintaining its polarization direction (for example, P-polarized light). The other polarized light L12 (for example, S-polarized component) is converted into another polarized component (for example, P-polarized component) and emitted by the action of the half-wave plate 104A. Accordingly, the polarization directions of the two separated polarized lights L11 and L12 are aligned in a specific direction.
[0004]
The light emitted from the PS combining element 104 is irradiated to the liquid crystal panel 107 through the condenser lens 105 and the field lens 106. Each small light beam divided by the microlens arrays 102 and 103 is expanded at an enlargement ratio determined by the focal length fc of the condenser lens 105 and the focal length f of the microlens 103M provided in the second microlens array 103. The entire incident surface 107 is irradiated. As a result, a plurality of enlarged light beams are superimposed on the incident surface of the liquid crystal panel 107, and uniform illumination is achieved as a whole. The liquid crystal panel 107 spatially modulates the incident light according to the image signal and emits it. The light emitted from the liquid crystal panel 107 is projected onto a screen (not shown) by the projection lens 108 to form an image on the screen.
[0005]
FIG. 25 is a schematic perspective view showing an example of a liquid crystal panel. As shown in the figure, this liquid crystal panel (liquid crystal display element) has a flat panel structure including a pair of substrates 201 and 202 and a liquid crystal 203 held therebetween. A pixel array unit 204 and a drive circuit unit are integrated on the lower substrate 201. The drive circuit section is divided into a vertical drive circuit 205 and a horizontal drive circuit 206. Further, a terminal 207 for external connection is formed at the upper end of the peripheral portion of the substrate. Each terminal 207 is connected to the vertical drive circuit 205 and the horizontal drive circuit 206 via a wiring 208. A gate line G and a signal line S are formed in the pixel array unit 204. A pixel electrode 209 and a thin film transistor (TFT) 210 for driving the pixel electrode 209 are formed at the intersection between the two. A pixel P is composed of a combination of the pixel electrode 209 and the thin film transistor 210. The thin film transistor 210 has a gate electrode connected to the corresponding gate line G, a drain region connected to the corresponding pixel electrode 209, and a source region connected to the corresponding signal line S. The gate line G is connected to the vertical drive circuit 205, while the signal line S is connected to the horizontal drive circuit 206. The vertical drive circuit 205 sequentially selects each pixel P via the gate line G. The horizontal drive circuit 206 writes an image signal to the selected pixel P via the signal line S. In this way, the lower substrate 201 on which pixel electrodes and thin film transistors (TFTs) are integrated is called a TFT substrate. On the other hand, on the upper substrate 202, although not shown, a counter electrode and a color filter are formed. For this reason, the upper substrate 202 is called a counter substrate.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the above-described active matrix type liquid crystal display element is used for a light valve of a projection display device (projector), higher definition and higher brightness are desired. From this point of view, a high-temperature polysilicon thin film transistor capable of high definition is used as a switching element for driving each pixel. In addition, with the miniaturization of switching elements, it is also necessary to miniaturize microlens arrays. As part of this, a technique for integrally forming a microlens array on a substrate of an active matrix liquid crystal display element has been developed. Such a method for manufacturing a microlens built-in substrate is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-341283, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-161097, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-147500.
[0007]
As a method that can achieve the highest brightness in terms of structure, a so-called microlens array that functions as a condensing lens is incorporated in the counter substrate on the light incident side, and a microlens array that functions as a field lens is incorporated on the TFT substrate side. A dual microlens structure is ideal. Such a dual microlens structure can increase the effective aperture ratio of the pixel to the maximum. However, the difficulty of workability is the highest, and no practical manufacturing method has been established at present. This dual microlens LCD is also referred to as MTMLCD, taking the initial of Microlens Substrate-TFT Substrate-Microlens Substrate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above-described problems of the conventional technology, an object of the present invention is to provide a rational and practical manufacturing method of a liquid crystal display element having a dual microlens structure. In order to achieve this purpose, the following measures were taken. That is, a substrate having at least a surface on which a pixel electrode and a switching element for driving the pixel electrode are formed and a back surface on the opposite side, and a substrate having at least a surface on which a counter electrode is formed and a back surface on the opposite side. A panel structure comprising a liquid crystal layer disposed between the two substrates bonded so that the pixel electrode and the counter electrode face each other with a predetermined gap between each pixel electrode A microlens array in which microlenses that condense light are two-dimensionally arranged is integrally formed, and microlenses that preferably function as field lenses are arranged two-dimensionally on the other substrate for each pixel electrode. In the manufacturing method of the liquid crystal display element in which the microlens array is integrally formed, At least the pixel electrode and the switching element that drives the pixel electrode are formed. Substrate The pixel electrode and the switching element are formed A bonding step of bonding the base plate to the surface, and the substrate in a state of being held on the base plate The pixel electrode and the switching element are not formed A polishing step of polishing the back surface to reduce the thickness, a bonding step of bonding a microlens array to the polished back surface via an optical resin, and The pixel electrode and the switching element are formed A microlens array is integrated with the back surface of the substrate by a peeling step of peeling the base plate from the front surface.
[0009]
Preferably, the bonding step, the polishing step, the bonding step, and the peeling step are performed on a surface substrate having an area corresponding to a plurality of panels in advance to integrate a plurality of microlens arrays on the surface substrate. After that, a dividing process of separating into single substrates corresponding to individual panels is performed at an appropriate stage. For example, after a plurality of microlens arrays are formed on one surface substrate, the dividing process is performed immediately and separated into one single substrate corresponding to each panel, and the other one in which the microlens array is integrated in advance. A single substrate and a single substrate are overlapped with a predetermined gap and assembled into a panel. Alternatively, after forming a plurality of microlens arrays on one surface substrate, the other single substrate integrated with the microlens array in advance is individually overlaid on the surface substrate with a predetermined gap, and then the dividing step. May be separated into individual panels. Alternatively, one surface substrate in which a plurality of microlens arrays are integrated and the other surface substrate in which a plurality of microlens arrays are integrated are overlapped with a predetermined gap to form a plurality of panels. After assembling, the dividing step may be performed and separated into individual panels. In these cases, in the dividing step, first dicing is performed along the boundary dividing the surface substrate into individual panels to form a V-shaped groove, and further, the second dicing is performed to complete the groove. A single substrate having a tapered end surface is preferably formed. In addition, after the base plate is peeled and washed from the surface of the substrate by the peeling step, the liquid crystal layer is aligned with respect to the exposed surface of the substrate in a temperature range that does not impair the heat resistance of the previously integrated microlens array. An alignment process for forming an alignment layer is performed. Alternatively, an alignment layer is formed in advance to align the liquid crystal layer with respect to the surface of the substrate before the microlens array is integrated on the back surface of the substrate by performing the bonding process, the polishing process, the bonding process, and the peeling process. An alignment step may be performed.
[0010]
Preferably, in the polishing step, buff optical polishing, powder particle injection, chemical mechanical polishing, and chemical etching are performed alone or in combination. Further, the polishing process is performed by polishing the substrate so that the focal point of the microlens functioning as a field lens at the stage of assembling the panel substantially coincides with the main point of the microlens functioning as a condenser lens. Sharpen. In addition, the bonding step includes a step of processing a resin material having a relatively low refractive index to create a microlens array in which each microlens surface is two-dimensionally arranged, a back surface of the polished substrate, and the microlens And a step of filling and curing an optical resin having a relatively high refractive index between the lens arrays. In this case, the bonding step forms a closed gap by bonding the back surface of the polished substrate and the microlens array with a sealing material, and the gap is filled and filled with an optical resin. The microlens surface is processed into a spherical surface, an aspherical surface, or a Fresnel surface. In some cases, a cleaning step is included in which the base plate that has been used and has been peeled off by the peeling step is washed and reused.
[0011]
According to one embodiment, a pre-process for integrating the microlens array on a first substrate on which a counter electrode is formed in advance, and a surface of a second substrate on which a pixel electrode and a switching element for driving the pixel electrode are formed in advance And an assembly step of assembling a panel by superimposing the first substrate integrated with the microlens array at a predetermined gap, and the bonding step is performed on the second substrate via the first substrate. The pixel electrode and the switching element are formed A base plate is bonded to the front surface side, and the polishing process is performed with the panel held on the base plate together with the panel. The pixel electrode and the switching element are not formed A back surface is grind | polished and the said bonding process bonds a microlens array to the back surface of this grind | polished 2nd board | substrate. In this case, in the polishing step, the back surface of the second substrate may be polished in a state where a plurality of external connection terminals formed on the second substrate are held at the same potential. In some cases, in the bonding step, the first substrate side of the panel is attached to a base plate fixed in advance to a polishing board used in the polishing step.
[0012]
According to the present invention, for example, a base plate is bonded to the surface of the TFT substrate with an adhesive or the like, and single-sided optical polishing is performed from the back surface of the TFT substrate to form a TFT thin substrate having a predetermined thickness. A microlens substrate is bonded to this with a transparent resin adhesive having a high refractive index, for example, to produce a TFT substrate with a built-in microlens. Built-in microlens with integrated microlens in the same process Opposite Create a board. The TFT substrate with a built-in microlens and the counter substrate with a built-in microlens are overlapped with a predetermined gap, and liquid crystal is injected and sealed therebetween to form a liquid crystal display element having a dual microlens structure. The dual microlens type liquid crystal display element manufactured in this way is suitable for a light valve of a projector, for example. One microlens array that functions as a condensing lens and the other microlens that functions as a field lens can be placed in close proximity to the liquid crystal layer. The rate can be greatly improved.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a basic manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention. First, as shown in (A), a bonding process is performed, and a base plate such as a base glass 2 is bonded to the surface 1 f of the TFT substrate 1 via an adhesive 3. When the base glass 2 is bonded to the TFT substrate 1, an adhesive 3 that dissolves with water or an organic solvent can be used. Examples of this type of adhesive include hot melt water-soluble solid waxes such as Aqua Wax 20/50/80 (mainly fatty acid glyceride) of Nikka Seiko Co., Ltd., Aqua Wax 553/531/442 / SE (mainly Ingredients include polyethylene glycol, vinyl pyrrolidone copolymer, glycerin polyether), PEG wax 20 (main component is polyethylene glycol), etc.} or water-soluble liquid wax {for example, synthetic resin liquid adhesive of Nikka Seiko Co., Ltd. Aqualyid WA-302 (main component is polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone derivative, methanol), WA-20511 / QA-20666 (main component is polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone derivative, IPA, water, etc.), or thermoplastic polymer crystal Bond or cyano accelerator G-type adhesives or epoxy-type adhesives can be used. In some cases, the TFT substrate 1 and the base glass 2 may be bonded together with a double-sided tape of an ultraviolet curable adhesive or a double-sided tape of a heat-curable adhesive. If necessary, a resist film may be coated on the surface 1f of the TFT substrate 1 to protect the surface and prevent halogen ion contamination. The base glass material may be any of transparent glass such as borosilicate glass and blue plate glass.
[0014]
For example, when a thermoplastic polymer “crystal bond” is used as the adhesive 3 that dissolves in an organic solvent such as acetone, a solution in which the crystal bond is dissolved in acetone is applied to the table glass 2 and the TFT substrate 1 is overlapped. , 150 to 160 ° C./13.3332 Pa (0.1 torr) under vacuum, and the bubbles intervening between the two are degassed and adhered. Thereafter, the defoaming is further promoted by the pressure when the vacuum break is performed to return to the atmospheric pressure, and the thickness of the adhesive 3 is made uniform, for example, 1 μm to 3 μm. In the case of a hot-melt water-soluble solid wax (for example, Aqua Wax 80/553 from Nikka Seiko Co., Ltd., PEG Wax 20, etc.) It spin-coats on a base glass, TFT substrate 1 is piled up, and it heats in vacuum on 80-100 degreeC / 13.3322Pa (0.1torr) conditions, The bubble intervening between both is defoamed and it adheres. Thereafter, the defoaming is further promoted by the pressure when the vacuum break is performed to return to the atmospheric pressure, and the thickness of the adhesive 3 is made uniform, for example, 1 μm to 3 μm. Further, in the case of a water-soluble liquid wax (for example, AQUALIQUID WA-302 from Nikka Seiko Co., Ltd.), for example, the liquid having a viscosity of 4 to 5 cP is spin-coated on a glass plate, and the TFT substrate 1 is overlaid. , 70-80 ° C./13.3332 Pa (0.1 torr) under vacuum, and the bubbles intervening between them are degassed and brought into close contact. Thereafter, the defoaming is further promoted by the pressure when the vacuum break is performed to return to the atmospheric pressure, and the thickness of the adhesive 3 is made uniform, for example, 1 μm to 3 μm.
[0015]
Instead, a polyolefin tape (thickness 100 ± 2 μm) formed on both sides with an ultraviolet curable adhesive (thickness 10 ± 1 μm) or a polyolefin tape (thickness 100 ± 2 μm) formed on both sides with a thermosetting adhesive, The base glass 2 and the TFT substrate 1 may be bonded. At this time, a vacuum defoaming process may be performed so that bubbles do not occur between the two.
[0016]
Subsequently, a polishing step is performed as shown in (B), and the back surface 1b of the TFT substrate 1 is polished while being held on the table glass 2 to reduce the thickness. For example, the TFT substrate 1 is single-sided optically polished from the back surface 1b with the base glass 2 as a reference, and the TFT thin substrate 1 having a predetermined thickness (for example, 20 ± 3 μm) is formed. At this time, the dimensional accuracy of the table glass 2 is a parallelism of 1 to 3 μm and a thickness of 2 mm. As a polishing method, single-sided buff optical polishing can be employed. In this case, rough polishing, intermediate polishing, and finish polishing are performed in this order, and the particle size of an abrasive such as alumina or cerium oxide is reduced accordingly to improve surface accuracy. You may combine single-sided powder grain injection processing and single-sided buff optical polishing. In the injection processing, a certain amount of a phase flow in which powder particles made of an abrasive such as silicon carbide, boron carbide, and diamond are dispersed in high-pressure air is jetted from a slit-like jet port on the tip end side of the nozzle, and the TFT substrate 1 Irradiation is performed while reciprocating over the back surface 1b of the substrate. Then, in order to further improve the surface accuracy and to remove residual stress by powder injection, finishing is performed by buff optical polishing. Alternatively, single-sided optical polishing may be performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing). In this case, like the single-sided buff optical polishing, it is preferable to perform rough polishing, intermediate polishing, and finish polishing in this order. Alternatively, single-sided glass etching and single-sided buff optical polishing may be combined. At this time, the glass substrate is etched to a predetermined thickness with a hydrofluoric acid-based etching solution, and the TFT substrate 1 is thinned to some extent. Surface waviness caused by glass etching is removed by final polishing of buff optical polishing. It is necessary to use a protective adhesive or tape that can withstand hydrofluoric acid-based etchants. Alternatively, single-sided glass etching and single-sided optical etching by CMP may be combined. First, the back surface 1b of the TFT substrate 1 made of quartz glass or the like is glass etched to a predetermined thickness with a hydrofluoric acid-based etching solution, and the remaining surface waviness is removed by single-sided optical polishing by CMP. In this case also, it is necessary to use a protective adhesive or tape that can withstand the hydrofluoric acid-based etching solution.
[0017]
Next, a bonding process is performed as shown in (C), and the microlens array is bonded to the polished back surface 1 b of the TFT substrate 1 via the optical resin 5. Specifically, optical glass such as quartz glass and neo-serum is processed to form a microlens substrate (ML substrate) 4 in which each microlens surface 4r is two-dimensionally arranged, and the polished TFT substrate 1 The back surface 1b and the ML substrate 4 are aligned and overlapped, and a step of filling and curing the transparent optical resin 5 having a refractive index higher than that of the substrate therebetween is performed. In this case, the back surface 1b of the TFT substrate 1 and the ML substrate 4 are bonded via the sealing material 6 to form a closed space, and the space is filled with a transparent optical resin 5 having a high refractive index.
[0018]
Specifically, a frame of the sealing material 6 provided with an injection port around the ML substrate 4 is formed. The TFT substrate 1 and the ML substrate (microlens substrate) 4 thinned by polishing are overlapped with a predetermined gap, and the sealing material 6 is fixed. When the sealing material is made of a thermosetting adhesive, it is cured at a predetermined temperature. When using an ultraviolet irradiation curable adhesive, it is cured by predetermined ultraviolet irradiation. In an adhesive that uses both ultraviolet irradiation and heat curing, predetermined ultraviolet irradiation and heating are performed. Thereafter, the transparent optical resin 5 having a high refractive index is injected and sealed from the injection port, and is cured by heating. At this time, liquid high refractive index transparent resin 5 is injected from the injection port, and the injection port is sealed with an ultraviolet curable adhesive. For example, an acrylic or acrylic epoxy high refractive index transparent resin has a viscosity of 20 to 100 CPS, and is dispensed or dipped in a vacuum and injected at a pressure when returning to atmospheric pressure. At this time, pressure may be appropriately applied as necessary. This high refractive index transparent optical resin is cured at 70 to 80 ° C. for 120 minutes to obtain a high refractive index transparent optical resin 5 having a refractive index of 1.59 to 1.67. A microlens can be automatically created by filling and curing a high refractive index optical resin 5 on a lens surface 4r formed on a microlens substrate 4 having a relatively low refractive index. In addition, in order to align the pixel electrode formed on the TFT substrate 1 and the lens surface 4r formed on the microlens substrate 4 side on a one-to-one basis, alignment marks formed on both the TFT substrate and the ML substrate are overlaid. Then, both are fixed by the sealing material 6.
[0019]
Then, as shown to (D), a peeling process is performed and the used base glass is peeled from the surface 1f of the TFT substrate 1. Thereby, the microlens array can be integrated with the back surface 1 b of the TFT substrate 1. Specifically, the glass plate can be peeled from the TFT substrate 1 by heating or irradiating with ultraviolet rays. When the adhesive is a thermoplastic polymer crystal bond or a cyanoacrylate adhesive, the base glass is peeled off by heating, and then the whole is ultrasonically cleaned with an organic solvent such as acetone, acetone + ethanol, methanol, or IPA. When the adhesive is a hot-melt water-soluble wax (for example, Aqua Wax 80/553, PEG Wax 20 from Nikka Seiko Co., Ltd.), it is ultrasonically cleaned with pure water or warm pure water at 50 to 60 ° C. In addition, it is desirable to reuse the used high precision glass plate after cleaning.
[0020]
Finally, as shown in (E), a microlens TFT substrate (MLTFT substrate) 7 formed by integrating the TFT substrate 1 and the microlens substrate 4 polished on one side, and the microlens substrate and the counter substrate are also integrated. The microlens counter substrate (ML counter substrate) 17 obtained in this manner is overlapped with a sealant 8 at a predetermined gap, and a liquid crystal 9 is injected and sealed between the two to provide an active matrix liquid crystal having a dual microlens structure. A display element is completed. The microlens counter substrate 17 can be formed by the same process as the microlens TFT substrate 7. In other words, the surface side of the counter substrate 11 is polished, and the microlens substrate 14 is bonded to the counter substrate 11 via the sealing material 16. A microlens surface 14r is formed on the microlens substrate 14 in advance. The ML counter substrate 17 is completed by filling and curing the optically transparent resin 15 having a high refractive index between the counter substrate 11 and the microlens substrate 14 polished on one side. A counter electrode is formed in advance on the surface of the counter substrate 11 in contact with the liquid crystal 9.
[0021]
The present liquid crystal display element has a panel structure in which liquid crystal 9 is held between a pixel electrode formed on the MLTFT substrate 7 side and a counter electrode formed on the ML counter substrate 17 side. On the ML counter substrate 17 side, a microlens array in which microlenses for condensing light on each pixel electrode are two-dimensionally arranged is integrally formed. On the MLTFT substrate 7 side, a microlens array in which microlenses that function as field lenses for each pixel electrode are similarly two-dimensionally arranged is integrally formed. In the polishing process described above, the TFT substrate 1 and the counter substrate 11 are polished so that the focal point of the microlens that functions as a field lens at the stage of assembling the panel substantially coincides with the main point of the microlens that functions as a condenser lens. To reduce the wall thickness. For example, the TFT substrate 1 is thinned to about 20 μm and can satisfy the above-described conditions. By arranging the field lens so that the focal point of the field lens substantially coincides with the principal point of the condenser lens, the effective aperture ratio of the pixel can be expanded to the maximum. As the pixels become finer, the focal point of the microlens becomes shorter, and accordingly, the thickness of each substrate needs to be considerably reduced. At that time, by applying the present invention, the thinning of the TFT substrate and the counter substrate can be achieved reasonably and efficiently. The lens surfaces 4r and 14r of the microlens can be processed into spherical surfaces, aspheric surfaces, or Fresnel surfaces. Although the spherical lens is advantageous in terms of processing, since the radius of curvature at which the focal length is the shortest is restricted by the pixel size, it is difficult to shorten the focal length unless a sufficient difference in refractive index at the lens interface can be secured. The aspherical surface and the Fresnel surface are excellent in terms of shortening the focal length of the lens and the flatness of the main surface of the lens, and a lens shape having a high effect of suppressing the divergence angle of the light source light can be formed.
[0022]
FIG. 2 is a process diagram showing an embodiment of a method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention. In this embodiment, the rationalization of the process is achieved by using a large area TFT substrate (TFT large substrate) capable of multi-cavity. A large-area substrate is used until a predetermined process, and is separated into a single substrate corresponding to each panel in a later process. In the figure, (surface) represents a multi-surface process, and (single) represents a single-surface process. First, in step S1, a TFT large substrate is prepared. Its dimensions are, for example, 8 inches in diameter. In step S2, an 8-inch glass plate is bonded to the TFT large substrate. In step S3, single-sided optical polishing is performed to reduce the thickness of the TFT large substrate to 20 μm. In step S4, an 8-inch ML substrate prepared in advance is bonded to a large TFT substrate that has been polished on one side with a high refractive index resin. Subsequently, in step S5, the used table glass is peeled and washed.
[0023]
Thereafter, in step S6, an alignment process is performed on the surface side of the exposed large TFT substrate. For example, after a polyimide alignment film is formed on the surface of the TFT large substrate, a rubbing process is performed. At that time, since a high refractive index resin having relatively low heat resistance is incorporated in the previous step, it is preferable to use a low-temperature polyimide alignment film in the alignment treatment in step S6. However, many recent polyimide resins are cured at a relatively low temperature, and it is not always necessary to use a polyimide alignment film for low temperatures. In some cases, a DLC (diamond-like carbon) film may be formed in place of the polyimide alignment film, and the alignment process may be performed by a direct ion irradiation process. Alternatively, SiO _x The orientation treatment may be performed by oblique deposition. In a specific alignment process, an alignment film such as polyimide is formed by roll coating, spin coating, or the like, and a rubbing alignment process is performed using a buff material. Alternatively, a DLC film is formed with a thickness of about 5 nm, and the alignment treatment is performed by directional ion irradiation. Alternatively, the SiO film is obliquely vapor-deposited with a thickness of 50 nm to perform the alignment process. Thereafter, in step S7, the 8-inch TFT large substrate is divided into individual 0.9-inch square single substrates. For example, the TFT large substrate can be divided by dicing or carbon dioxide laser. Thereby, a TFT substrate with a built-in microlens is obtained.
[0024]
Finally, a non-defective microlens built-in TFT substrate and a non-defective microlens built-in counter substrate are overlapped with a predetermined gap, and a liquid crystal material such as nematic liquid crystal is injected into the gap to seal the injection port. Specifically, a frame of a sealing material provided with an inlet is formed around either the TFT substrate with built-in microlens or the counter substrate with built-in microlens. The TFT substrate with a built-in microlens and the counter substrate with a built-in microlens are overlapped with alignment marks provided on both, and a sealing material is fixed. After injecting liquid crystal from the inlet, the inlet is sealed with an ultraviolet irradiation adhesive. Thereafter, the liquid crystal is heated and rapidly cooled for alignment treatment.
[0025]
As described above, in this embodiment, a bonding process, a polishing process, a bonding process, and a peeling process are performed on a surface substrate having an area corresponding to a plurality of panels in advance, and a plurality of the surface substrates are divided.
After the microlens array is integrated, a dividing step (step S7) is performed in which the microlens array is separated into a single substrate corresponding to each panel at an appropriate stage. As a result, the manufacturing process can be rationalized. In this embodiment, after a plurality of microlenses are formed on one surface substrate, a dividing process is immediately performed to separate the single lens substrate corresponding to each panel, and the microlens array is integrated in advance. One panel is overlapped with one single substrate at a predetermined gap and assembled into a panel (step S8). Further, in this embodiment, after the base glass is peeled and cleaned from the surface of the substrate in the peeling step (step S5), the heat resistance of the microlens array integrated in step S4 is impaired with respect to the exposed surface. An alignment layer for aligning the liquid crystal layer is formed in a non-temperature range (step S6).
[0026]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a specific method of the dividing step (step S7) shown in FIG. In this dividing step, a large substrate is divided by dicing, a carbon dioxide gas laser or the like to produce a single-sized TFT substrate with a built-in microlens of a predetermined size, and a two-stage method is adopted as shown. In the first stage shown in FIG. 5A, first dicing is performed along the boundaries dividing the surface substrate 7 into individual panels to form a V-shaped groove. For this reason, a V-cut dicing blade 21 is used. Further, in the second stage shown in (B), the second dicing is performed using a normal dicing blade 22, the grooves are completely cut, and each panel is cut. Thereby, it is possible to create a single substrate whose end face is tapered. By chamfering the V-cut groove in this way and then performing full-cut dicing, the chamfering can be performed. When the single substrate thus chamfered is assembled into a panel, it is possible to prevent cracks and cracks on the TFT thin substrate. The first and second dicing are preferably continuous operations using a dual dicer.
[0027]
FIG. 4 is a process diagram showing another embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention. The difference from the previous embodiment shown in FIG. 2 is that steps S7 and S8 are reversed. That is, in this embodiment, the non-defective product of the ML counter substrate that has been subjected to the alignment process is assembled on the non-defective product in the large TFT built-in TFT substrate that has been subjected to the alignment process (step S7). After liquid crystal injection sealing, the ML built-in TFT large substrate is divided in step S8 to obtain individual panels. Compared to the previous embodiment shown in FIG. 2, it is more rational because a multi-face process can be adopted until just before the final stage. As described above, in this embodiment, after a plurality of microlens arrays are formed on one surface substrate, the other single substrate in which the microlens array is integrated in advance is individually assembled to the surface substrate (step S7). Thereafter, the division process (step S8) is performed to separate the individual panels.
[0028]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a specific method of the assembly step S7 shown in FIG. As shown in the figure, a non-defective microlens built-in single substrate 17 is superimposed on a non-defective portion of the microlens built-in TFT substrate 7 with a predetermined gap and fixed with a sealing material 8. Is sealed. Specifically, an ultraviolet irradiation type or heat-curing type sealing material 8 is applied to the MLTFT large substrate 7, the two are aligned with alignment marks provided on both the ML counter substrate 17 and the MLTFT substrate 7, and overlapped with a predetermined gap. In addition, it is fixed by ultraviolet irradiation or heat curing. Thereafter, liquid crystal 9 is injected, and the injection port is sealed with an ultraviolet irradiation type adhesive. After completing the assembling step S7 in this way, a dividing step is performed by dicing or laser in step S8. As indicated by the alternate long and short dash line, dicing is performed along the boundaries of each panel, and the panels are separated. At that time, in order to prevent end face cracks and cracks of the TFT thin substrate 1, it is preferable to perform full cut dicing after chamfering with V cut.
[0029]
FIG. 6 is a process diagram showing an example of a manufacturing method of the ML counter substrate 17 shown in FIG. As shown in FIG. 2A, first, a frame is formed with a sealing material 16 around the ML substrate 14 on which individual microlens surfaces 14r are previously formed. The cover glass substrate 11 and the ML substrate 14 are overlapped with a predetermined gap, and the sealing material 16 is fixed. Thereafter, as shown in (B), the high refractive index transparent optical resin 15 is injected into the gap between the cover glass substrate 11 and the ML substrate 14 and cured by heating. Subsequently, sealing is performed with an ultraviolet irradiation curable adhesive. Further, the ML counter substrate 17 is formed by thinning from the back surface of the cover glass substrate 11 by single-sided optical polishing. A transparent conductive film such as ITO is formed on the entire surface of the cover glass substrate 11 that has been optically polished on one side to form the counter electrode 18. A polyimide alignment film 19 is formed thereon, and alignment processing is performed by rubbing or the like. At this time, the cover glass substrate having a predetermined thickness is formed by reducing the thickness of the cover glass substrate from the ML counter substrate 17 and performing double-sided optical polishing (both the ML counter substrate and the cover glass substrate are optically polished simultaneously). May be. Note that the microlens surface 14r is filled with a transparent resin having a high refractive index to form the ML substrate 14, a transparent resin film is formed on the surface, and SiO 2 is further formed. ₂ Alternatively, the cost may be reduced in place of the cover glass substrate by stacking the sputtered or vapor deposited films. The single ML counter substrate 17 completed in this way is assembled to the multi-surface type MLTFT large substrate 7 shown in FIG.
[0030]
FIG. 7 shows another embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display element according to the present invention, which is an improved version of the previous embodiment shown in FIG. In the embodiment of FIG. 2, after the microlens array is integrated in step S4, the alignment process is performed in step S6. In this case, in view of the heat resistance of the high refractive index resin constituting the microlens array, a polyimide film formed at a low temperature must be used in the alignment treatment. On the other hand, in this embodiment, after the alignment process is first performed in step S2, the microlens array is integrated in step S5. For this reason, it is not necessary to use a low-temperature-deposited polyimide in the alignment treatment, and a high-temperature-deposited polyimide film excellent in performance and stability can be used. As described above, in this embodiment, before the microlens array is integrated on the back surface of the substrate by performing the bonding process, the polishing process, the bonding process, and the peeling process, the liquid crystal layer is aligned with respect to the surface of the substrate in advance. An alignment step (step S2) for forming an alignment layer is performed. A general polyimide film is cured at around 180 ° C., and a general high refractive index transparent resin is cured at a low temperature of 60 to 120 ° C. Accordingly, it is inappropriate to form a general polyimide film on a TFT large substrate on which a microlens of a high refractive index transparent resin is mounted. In the embodiment of FIG. 2, the polyimide film for low temperature or the DLC film is used as an alignment film. I was trying. On the other hand, in this embodiment, since the alignment treatment is performed prior to the integration of the microlens array using the high refractive index resin, a high-temperature film-forming type polyimide film that is cured at about 180 ° C. is used as usual. It is possible.
[0031]
FIG. 8 is a process diagram showing another embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention. Basically, in the same manner as the previous embodiment shown in FIG. 4, after the ML counter substrate is assembled to the MLTFT large substrate, it is divided into individual panels. The difference is that after the alignment process (step S2) is performed first, the microlens array using a high refractive index transparent optical resin is integrated in step S5. By preceding the alignment treatment, a high temperature type polyimide film can be used as in the embodiment of FIG.
[0032]
FIG. 9 is a process diagram showing still another embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display element according to the present invention. In this embodiment, the MLTFT large substrate and the ML counter large substrate are assembled in step S7, and then divided into individual panels in step S8. The manufacturing process is further streamlined because both use large substrates until just before the final stage. However, selection of non-defective products and defective products is performed by single item inspection after the final stage. As described above, in this embodiment, one surface substrate in which a plurality of microlens arrays are integrated and the other surface substrate in which a plurality of microlens arrays are integrated are overlapped with a predetermined gap. After assembling a plurality of panels (step S7), a dividing process is performed in step S8 to separate the panels. In this embodiment, the microlens array using the high refractive index transparent optical resin is first integrated in step S4, and then the alignment process is performed using the low temperature polyimide film or DLC in step S6. Yes.
[0033]
FIG. 10 is a process diagram showing still another embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention. Basically, it is the same as that of the embodiment shown in FIG. 9, and the large substrates are bonded together and then divided into individual panels. The difference is that after the alignment process is preceded in step S2, the microlens array using the transparent optical resin having a high refractive index is integrated in step S5. It is possible to use a normal high-temperature film-forming polyimide film by preceding the alignment treatment.
[0034]
FIG. 11 is a process diagram showing still another embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display element according to the present invention. Unlike the previous embodiment, this embodiment basically assembles the panel by a single-sided process without adopting a multi-sided process. First, in step S1, an 8-inch diameter TFT large substrate is formed, and in step S2, dicing or division using a carbon dioxide gas laser is performed to form, for example, a 0.9-inch TFT single substrate. If necessary, a resist film for surface protection and halogen contamination prevention may be coated on the surface of the TFT substrate. Subsequently, in step S3, a 0.9-inch glass plate is similarly bonded to the TFT substrate. The table glass is made of, for example, borosilicate glass, while the TFT substrate is made of, for example, synthetic quartz glass. The parallelism of the table glass is finished with a high accuracy of 1 to 2 μm.
The glass substrate and the TFT substrate are bonded to each other with a thermoplastic transparent polymer adhesive, a double-sided transparent tape of ultraviolet irradiation curable adhesive, or a double-sided transparent tape of thermosetting adhesive. Thereafter, in step S4, the back surface of the TFT substrate is optically polished on one side to reduce the thickness to 20 μm. The variation in the thickness of the TFT substrate is preferably suppressed to within ± 3 μm. In step S5, the thinned TFT substrate and the microlens substrate (ML substrate) on which the microlens surface has been formed are overlapped, and a high refractive index transparent optical resin is injected and sealed. The ML substrate is also 0.9 inch in size. Thereafter, the base glass is peeled off and washed in step S6. Since the glass plate has a high precision finish, it can be reused. The base glass can be peeled off by heating. Thereafter, it is washed with an organic solvent. Or you may peel and wash after ultraviolet irradiation hardening. Further, an alignment process is performed in step S7. For example, a low-temperature polyimide alignment film is formed, and a rubbing process using a buff material is performed. Alternatively, a DLC film may be formed and directional ion irradiation may be performed to form an alignment film. Finally, in step S8, a single ML counter substrate is also prepared, and this and the MLTFT substrate are overlapped with a predetermined gap, and liquid crystal is injected and sealed. For example, a frame is applied to one substrate with an ultraviolet irradiation type sealing material, the other substrate is overlapped with a predetermined gap, aligned with alignment marks provided on both, and irradiated with ultraviolet rays to cure the sealing material. Secure the substrate. This gives an empty panel. When liquid crystal is injected and sealed into an empty panel through an opening formed in a part of the sealing material, a liquid crystal display element having a dual microlens configuration is completed.
[0035]
FIG. 12 is a process diagram showing still another embodiment of the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention. Basically, a single-sided process is adopted throughout, as in the previous embodiment shown in FIG. The difference is that the alignment process in step S3 is preceded by the bonding process using the transparent optical resin having a high refractive index in step S6.
[0036]
FIG. 13 is a schematic view showing another embodiment of the method for producing a liquid crystal display element according to the present invention. In the present embodiment, the ML counter substrate 17 is prepared by integrating the microlens array with the first substrate on which the counter electrode is formed in advance in the previous step. Thereafter, an assembly process is performed, and a counter substrate (ML counter substrate) 17 integrated with a microlens is overlapped with a predetermined gap on the surface 1f of the TFT substrate 1 on which a pixel electrode and a switching element for driving the pixel electrode are formed in advance. A liquid crystal is injected and sealed to assemble the panel. Thereafter, an adhesion process is performed, and the glass substrate 2 is adhered to the surface 1 f side of the TFT substrate 1 through the ML counter substrate 17. At that time, hot-melt water-soluble wax, beeswax, cyanoacrylate adhesive, or the like can be used as the adhesive 3. Alternatively, the base glass 2 is bonded to the ML built-in counter substrate 17 side with an adhesive obtained by diluting acrylate with a non-chlorine organic solvent (acetone, acetone and ethanol, IPA or the like). Thereafter, a polishing process is performed, and the back surface 1b of the TFT substrate 1 is polished in a state where the panel is held on the base glass 2. Further, a bonding process is then performed, and the microlens array is bonded to the polished back surface 1b of the TFT substrate 1. Unlike the previous embodiment, this embodiment is characterized in that after the panel is assembled first, the back surface of the TFT substrate is polished and the microlens array is integrated.
[0037]
In the manufacturing method shown in FIG. 13, since the TFT substrate 1 on which the pixel electrodes and thin film transistors are already integrated is polished, it is preferable to take measures against electrostatic damage in advance. In the example of FIG. 14, the conductive material 24 having no adhesive residue is used as a countermeasure against electrostatic damage. As shown in the figure, the take-out terminal formed on the TFT substrate 1 is short-circuited with a tape having substantially the same thickness as the counter substrate 17 with a built-in microlens, in particular, a conductive adhesive tape having no adhesive residue, and the base glass 2 is fixed with the adhesive 3. is doing.
[0038]
In the countermeasure against electrostatic damage shown in FIG. 15, a connector 26 made of a flexible printed circuit board for external connection or the like is attached to the connection terminal of the TFT substrate 1 by thermocompression bonding, and then the base glass 2 is fixed with an adhesive 3 or a double-sided tape. ing. Further, the adhesive is embedded in a gap formed between the base glass 2 and the TFT substrate 1, or a tape member 25 having the same thickness as that of the counter substrate 17 with a built-in microlens is inserted to stabilize the connector 26. Yes. The length of the connector 26 is shortened so as not to hinder single-sided optical polishing of the TFT substrate 1 performed in a later process, and at the same time, the terminal is short-circuited and covered so as not to be contaminated with an abrasive or the like. As described above, in the polishing process of the present embodiment, the back surface of the TFT substrate 1 is polished in a state where a plurality of external connection terminals formed on the TFT substrate 1 are held at the same potential, thereby preventing electrostatic damage. Is taking.
[0039]
FIG. 16 is a schematic diagram showing a polishing process for the panel shown in FIG. As shown in the figure, the base glass 2 side of the panel is bonded to a polishing work holder 29, and the back surface 1b of the TFT substrate 1 is polished based on the base glass 2. At this time, it is preferable to perform single-side polishing while cooling so that the liquid crystal 9 sealed in the panel does not exceed the transition temperature. Thereby, the alignment state of the liquid crystal 9 can be maintained. In the illustrated example, single-sided buff optical polishing is performed. The back surface 1b of the TFT substrate 1 is pressed against the polishing board 27 with a constant load, and a constant amount of abrasive is constantly supplied to the polishing board 27.
[0040]
Specifically, a polishing board 27 such as a tin board, a vinyl board, or a cross board is rotated around its central axis, and water or oil containing an abrasive such as silicon carbide, alumina, or diamond is provided on the polishing board 27. Then, a certain amount of liquid such as an organic solvent is always dropped, and the work fixed to the work holder 29 is applied to the polishing board 27 and a load is applied to polish the surface. At this time, rough polishing, intermediate polishing, and finish polishing are performed in order, and the particle size of the abrasive is reduced accordingly to improve the surface accuracy. When the amount of processing is large, the workpiece is polished to a thickness close to the target by rough polishing, and then intermediate polishing and final polishing are performed. For example, when the thickness of the TFT substrate 1 is 800 μm, the rough polishing is 700 μm, the intermediate polishing is 750 μm, and the final finish polishing is 20 μm. At this time, since the target of the TFT substrate thickness is 20 ± 3 μm, the final polishing is performed for each polishing amount of 10 μm while checking the remaining thickness with an optical or laser type step depth measuring instrument with reference to the alignment mark on the surface of the TFT substrate. At that time, the TFT substrate and the counter substrate are overlapped with a gap of 2 to 3 μm, fixed to each other with a sealing material, and supported by a spacer for each pixel, maintaining sufficient strength, and the panel is peeled off. There is nothing to do.
[0041]
FIG. 17 is a schematic diagram showing a polishing process using a powder injection process. As shown in the figure, a fixed amount of a phase flow in which powder particles made of an abrasive such as silicon carbide, boron carbide, and diamond are dispersed in high-pressure air is ejected from an ejection port on the tip side of the slit-like nozzle 30 to obtain a TFT substrate. Polishing is carried out by reciprocating scanning along the back surface 1b of 1. At this time, rough polishing, intermediate polishing, and finish polishing are sequentially performed, and the particle size of the abrasive is reduced accordingly to improve the surface accuracy. When the amount of processing is large, intermediate polishing and final polishing are performed after the workpiece is polished to a thickness close to the target by rough polishing. For example, if the thickness of the TFT substrate 1 is 800 μm, it is scraped by 500 μm by rough polishing, by 700 μm by medium polishing, and by 750 μm by final polishing, leaving 50 μm.
[0042]
If the TFT substrate powder injection processing finish is 50 μm, the TFT substrate thickness target is 20 ± 3 μm. Therefore, for example, the buff optical polishing shown in FIG. This optical polishing is performed while checking the remaining thickness with an optical or laser type step depth measuring instrument with respect to the alignment mark on the surface of the TFT substrate for each polishing amount of 10 μm.
[0043]
FIG. 18 shows a step of bonding the microlens substrate 4 to the back surface of the TFT thin substrate 1 after the polishing step shown in FIG. As shown in the drawing, in a state where the base glass 2, the ML built-in counter substrate 17 and the TFT thin substrate 1 are integrated, an ultraviolet irradiation curing type or ultraviolet irradiation + thermosetting type sealing material 6 is formed on the back surface of the TFT thin substrate 1. Then, the frame is formed by applying the film, and the microlens substrate 4 is overlapped with a predetermined gap on the basis of the alignment mark, and the sealing material 6 is cured by irradiation with ultraviolet rays. At this time, the focal length of the microlens is finely adjusted by the thickness of the sealing material 6, but the sealing material 6 is made of a spacer of a predetermined size (metal, glass, ceramics or other materials within a range not deteriorating the sealing performance, Alternatively, it may be easy to make fine adjustments by mixing in an appropriate ratio, preferably in a spherical or fiber form.
[0044]
Thereafter, as shown in FIG. 19, the transparent optical resin 5 having a high refractive index is injected by vacuum and pressure from an injection port provided in the frame-shaped sealing material 6, and the injection port is sealed with an ultraviolet irradiation curable adhesive. . Thereafter, although not shown, the cyanoacrylate adhesive 3 is heated to melt the base glass 2, and the entire panel is washed with an organic solvent such as IPA, acetone, acetone + ethanol, methanol, and the like. In the case of a hot-melt water-soluble wax, the glass substrate 2 is peeled off by heating, and the entire panel is ultrasonically cleaned with pure water or hot pure water at 50 to 60 ° C.
[0045]
FIG. 20A shows an example in which a jig 2a is used in place of the base glass holding the panel. A jig 2a that also serves as a table glass is fixed to a work holder 29 of a polishing machine. A passage 2b for vacuum suction is formed in the jig 2a and the holder 29. The panel in which the TFT substrate 1 and the counter substrate 17 with built-in microlenses are assembled is polished while being fixed to the jig 2a by vacuum suction. At this time, it is desirable to prevent electrostatic damage during polishing by short-circuiting the external connection terminal 1t of the TFT substrate 1 with the conductive pad 2p provided on the jig 2a.
In the example shown in FIGS. 20B and 20C, the LCD panel is fixed to a work holder 29 of a large polishing board provided with a plurality of jigs 2a which also serve as a base glass. With the TFT substrate 1 side up, the ML counter substrate 17 side is set in the concave portion of the jig 2a and fixed by vacuum suction, and the back surface of the TFT substrate is polished on one side. Also at this time, it is desirable to prevent electrostatic damage during polishing by short-circuiting the external connection terminals of the TFT substrate with the conductive pads provided on the jig 2a.
In general, a synthetic quartz glass of a TFT substrate and a counter substrate used in a high-temperature polysilicon TFT LCD for a projector has a high-precision surface and dimensional finish specification. Therefore, in each of the embodiments shown in FIGS. 13 to 20, the counter substrate can be substituted for the base glass by sufficiently checking the film thickness during the polishing operation. You may try to go down.
[0046]
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing another example of a liquid crystal display device manufactured according to the present invention. The counter substrate 17 with a built-in microlens and the TFT substrate 7 with a built-in microlens are fixedly overlapped with a sealant 8 at a predetermined gap, and a liquid crystal 9 is held between them. Here, the lens surface r of the microlens array integrated on the back surface of the TFT substrate 1 thinned by polishing has a double structure. That is, the convex lens surface formed on the transparent resin layer 4 having the refractive index ng1-2 and the convex lens surface similarly formed on the transparent resin layer 4 ′ having the refractive index ng2-2 are arranged opposite to each other by the sealing material 6. In addition, a transparent optical resin 5 having a refractive index n1 is enclosed between the two to constitute a microlens. At this time, the refractive index n1 of the transparent optical resin 5 is lower than the refractive indexes ng1-2 and ng2-2 of the transparent resin layers 4 and 4 ′. The microlens built-in counter substrate 17 has the same configuration, and a transparent optical resin having a refractive index of n1 between a transparent resin layer having a refractive index of ng1-1 and a transparent resin layer having a refractive index of ng2-1. 15 is inserted.
[0047]
FIG. 22 shows an example of a specific shape and dimension of a liquid crystal display device manufactured according to the present invention. The MLTFT substrate 7 and the ML counter substrate 17 are overlapped and fixed with a predetermined gap, and the liquid crystal 9 is held between them. The focal length of the microlens on the ML counter substrate 17 side is F1 = 30.69 μm in the air. The microlens has a structure in which a transparent resin layer having a refractive index of 1.45 and a transparent optical resin 15 having a refractive index of 1.66 are in contact with each other with the lens surface 14r as a boundary. The counter substrate 11 is made of neoceram glass having a refractive index of 1.54, and is thinned by polishing. The depth of the lens surface 14r is 10.3 μm, and the thickness of the counter substrate 11 is reduced to 20 μm. On the other hand, the focal length of the microlens formed on the MLTFT substrate 7 is F2 = 41.4 μm (actual size 64.6 μm) in terms of air. A transparent resin layer having a refractive index of 1.44 and a transparent optical resin 5 having a refractive index of 1.596 are in contact with each other with the lens surface 4r as a boundary to constitute a microlens. The quartz substrate 1 having a refractive index of 1.46 is thinned to 20 μm. In this way, the distance between the principal points between the condenser lens formed on the ML counter substrate 17 side and the field lens formed on the MLTFT substrate 7 side is 64.6 μm. The TFT pixel pitch is 18 μm. The above dimensions are all actual values except for the focal length.
[0048]
FIG. 23 is a schematic diagram showing optical characteristics of a liquid crystal display element having a dual microlens structure manufactured according to the present invention. A condensing lens surface is arranged on the counter substrate side, and a lens surface having a field function is arranged on the TFT substrate side. The liquid crystal panel according to this example includes a TFT substrate 50B, and a counter substrate 50A disposed opposite to the light incident surface side of the TFT substrate 50B with a liquid crystal layer 45 interposed therebetween.
[0049]
The counter substrate 50A includes a glass substrate 41, a transparent resin layer 43A, a first microlens array 42A, and a thinned counter substrate 44A in order from the light incident side. On the other hand, the TFT substrate 50B has a pixel electrode 46 and a black matrix 47, a thinned TFT substrate 44B, a second microlens array 42B, a transparent resin layer 43B, and a glass substrate 48 in order from the light incident side. And have.
[0050]
The first microlens array 42 </ b> A is made of a transparent optical resin, and has a plurality of first microlenses 42 </ b> M- 1 provided two-dimensionally corresponding to the pixel electrodes 46. Each micro lens 42M-1 has a first lens surface R1 having a positive power and functions as a condensing lens. In this example, the refractive index n1 of the transparent resin layer 43A and the refractive index n2 of the first microlens array 42A satisfy the relationship n2> n1, and the first lens surface R1 is on the light incident side (light source side). ) Has a convex shape.
[0051]
Similarly to the first microlens array 42A, the second microlens array 42B is made of a transparent optical resin, and a plurality of second microlenses 42M provided two-dimensionally corresponding to the pixel electrodes 46. -2. Each micro lens 42M-2 has a second lens surface R2 having a positive power and functions as a field lens. That is, the focal position for the second lens surface R2 substantially coincides with the principal point position for the first lens surface R1 (first microlens 42M-1) (dotted line optical path). In this example, the refractive index n4 of the transparent resin layer 43B is larger than the refractive index n3 of the second microlens array 42B, and the second lens surface R2 has a convex shape on the light emission side. .
[0052]
In this example, a dual microlens structure is employed in which the pixel aperture is located between the two microlenses 42M-1 and 42M-2 (between the two lens surfaces R1 and R2). The focal position of the combination of the two microlenses 42M-1 and 42M-2 on the optical axis 60 is located near the pixel aperture (solid line optical path). The alignment between the synthesized focal position and the pixel aperture can be controlled by adjusting the thickness between the microlenses 42M-1 and 42M-2 and the pixel aperture, for example. Although this configuration has the best effective aperture ratio, the difficulty of workability has been considered to be the highest. The present invention overcomes the difficulty of workability and realizes the illustrated dual microlens structure.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a liquid crystal display element having a dual microlens configuration in which microlenses are incorporated in both the counter substrate and the TFT substrate. As a result, the effective aperture ratio can be improved and the light source light utilization efficiency can be improved, and high brightness can be achieved. Furthermore, when applied to a projection display device, it is possible to downsize the set, reduce the cost of the projection lens, and the like. Further, by chamfering with V-cut dicing and then adopting full-cut dicing, crack cracking of the TFT substrate can be prevented, and yield and quality are improved. Since electrostatic damage and cracking of the TFT thin substrate during single-sided optical processing can be prevented, yield and quality are improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing a method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a dividing step.
FIG. 4 is a process diagram showing another embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an assembly process.
FIG. 6 is a schematic view showing a method for manufacturing a counter substrate with a built-in microlens.
FIG. 7 is a process diagram showing another embodiment.
FIG. 8 is a process diagram showing another embodiment.
FIG. 9 is a process diagram showing still another embodiment.
FIG. 10 is a process diagram showing still another embodiment.
FIG. 11 is a process diagram showing still another embodiment.
FIG. 12 is a process diagram showing still another embodiment.
FIG. 13 is a schematic view showing another embodiment.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a panel with countermeasures against static electricity.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a panel that has taken measures against static electricity.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a polishing process.
FIG. 17 is a schematic diagram showing a polishing process.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a bonding process using an optical resin.
FIG. 19 is a plan view showing a bonding process using an optical resin.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing another example of the polishing step.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing an example of a liquid crystal display device manufactured according to the present invention.
FIG. 22 is a schematic view showing an example of a liquid crystal display device manufactured according to the present invention.
FIG. 23 is a schematic partial sectional view showing an optical function of a liquid crystal display device manufactured according to the present invention.
FIG. 24 is a schematic diagram showing an example of a projection display device.
25 is a schematic perspective view showing an example of a liquid crystal display element incorporated in the projection display device shown in FIG. 24. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... TFT substrate, 2 ... Base glass, 3 ... Adhesive, 4 ... Microlens substrate, 5 ... Optical resin, 6 ... Sealing material, 8 ... Sealing material, 9 ... Liquid crystal, 11 ... Counter substrate

Claims

A substrate having at least a surface on which a pixel electrode and a switching element for driving the pixel electrode and a back surface on the opposite side are formed;
A substrate having at least a surface on which a counter electrode is formed and a back surface opposite to the surface;
Having a panel structure composed of a liquid crystal layer disposed between both substrates in which the pixel electrode and the counter electrode are bonded to each other with a predetermined gap therebetween,
One substrate is integrally formed with a microlens array in which microlenses for condensing light are two-dimensionally arranged on each pixel electrode,
In the method of manufacturing a liquid crystal display element, the other substrate is integrally formed with a microlens array in which microlenses through which light collected for each pixel electrode passes are two-dimensionally arranged.
At least an adhesion step of adhering a base plate to the surface of the substrate on which the pixel electrode and the switching element for driving the pixel electrode and the switching element are formed ;
A polishing step of polishing the back surface of the substrate where the pixel electrodes and switching elements are not formed in a state of being held on the base plate to reduce the thickness;
A bonding step of bonding a microlens array to the polished back surface through a transparent optical resin having a higher refractive index or lower refractive index than the substrate;
A peeling step of peeling and cleaning the base plate from the surface of the substrate on which the pixel electrodes and switching elements are formed ,
A method of manufacturing a liquid crystal display element, wherein a microlens array is integrated with a back surface of a substrate.

After performing the adhesion process, the polishing process, the bonding process, and the peeling process on the surface substrate having an area corresponding to a plurality of panels in advance to integrate the plurality of microlens arrays on the surface substrate, 2. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 1, wherein a dividing step of separating the substrate into single substrates corresponding to individual panels is performed at an appropriate stage.

After forming a plurality of microlens arrays on one surface substrate, the dividing process is immediately performed to separate the single lens substrate corresponding to each panel, and the other single lens with the microlens array integrated in advance. 3. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 2, wherein the panel is assembled and fixed to the substrate in a one-to-one relationship with a predetermined gap.

After forming a plurality of microlens arrays on one surface substrate, the other single substrate on which the microlens array is integrated in advance is individually assembled to the surface substrate, and then the dividing step is performed for each panel. The method for manufacturing a liquid crystal display element according to claim 2, wherein the liquid crystal display element is separated.

A plurality of microlens arrays are integrated into one surface substrate and the other surface substrate is integrated into a plurality of microlens arrays. 3. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 2, wherein after the assembly, the dividing step is performed to separate each panel.

In the dividing step, first dicing is performed along a boundary dividing the surface substrate into individual panels to form a V-shaped groove, and further, second dicing is performed to completely cut the groove. 3. A method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 2, wherein a single substrate having a tapered end face is prepared.

After the base plate is peeled off from the surface of the substrate by the peeling step, the liquid crystal layer is aligned with respect to the exposed substrate surface in a temperature range that does not impair the heat resistance of the previously integrated microlens array. The method for producing a liquid crystal display element according to claim 1, further comprising an alignment step of forming an alignment layer.

Alignment that forms an alignment layer for aligning the liquid crystal layer with respect to the surface of the substrate in advance before performing the bonding step, the polishing step, the bonding step, and the peeling step to integrate the microlens array on the back surface of the substrate. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 1, wherein a process is performed.

2. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 1, wherein the polishing step is performed by buffing optical polishing, powder injection, chemical mechanical polishing and chemical etching alone or in combination.

In the polishing process, the back surface of the substrate is polished and the thickness is reduced so that the focal point of the microlens functioning as a field lens when the panel is assembled substantially coincides with the principal point of the microlens functioning as a condenser lens. The method for producing a liquid crystal display element according to claim 1.

The bonding step includes a step of processing a relatively low refractive index optical glass material to create a microlens array in which each microlens surface is two-dimensionally arranged, a back surface of the polished substrate, and the microlens 2. The liquid crystal display element according to claim 1, further comprising a step of aligning the arrays, overlapping them with a predetermined gap, and filling and curing a transparent optical resin having a higher or lower refractive index than the substrate between them. Manufacturing method.

The bonding step forms a gap with a predetermined gap closed by fixing the back surface of the polished substrate and the microlens array with a sealing material, and transparent with a higher refractive index or lower refractive index than the substrate. The method for producing a liquid crystal display element according to claim 11, wherein an optical resin is filled and sealed.

12. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 11, wherein the microlens surface is processed into a spherical surface, an aspherical surface, or a Fresnel surface.

2. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 1, further comprising a cleaning step of cleaning the base plate that has been used and has been peeled off by the peeling step to be reused.

The microlens array is formed on the surface of a second substrate on which a pixel electrode and a switching element for driving the pixel electrode are formed in advance, and a preprocess for integrating the microlens array on the first substrate on which the counter electrode is formed An assembly step of assembling a panel by superimposing the integrated first substrate at a predetermined gap ,
In the bonding step, a base plate is bonded to the surface side of the second substrate on which the pixel electrode and the switching element are formed via the first substrate,
The polishing step polishes the back surface of the second substrate where the pixel electrodes and switching elements are not formed in a state where the panel is held with the panel.
The method for manufacturing a liquid crystal display element according to claim 1, wherein in the bonding step, a microlens array is bonded to the back surface of the polished second substrate.

16. The polishing step of polishing the back surface of the second substrate in a state where a plurality of terminals for external connection formed on the second substrate are held at the same potential. Liquid crystal display element manufacturing method.

16. The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 15, wherein in the bonding step, the first substrate side of the panel is attached to a base plate fixed in advance to a polishing board used in the polishing step.