JP4067017B2 - マイクロレンズ基板の製造方法、マイクロレンズ基板、液晶パネル用対向基板、液晶パネルおよび投射型表示装置 - Google Patents
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Description
このような投射型表示装置では、その画像形成に主として液晶パネル(液晶光シャッター)が用いられている。
この液晶パネルは、例えば、各画素を制御する薄膜トランジスタ(TFT)と画素電極とを有する液晶駆動基板(TFT基板)と、ブラックマトリックスや共通電極等を有する液晶パネル用対向基板とが、液晶層を介して接合された構成となっている。
かかる光の透過率を高めるべく、液晶パネル用対向基板には、各画素に対応する位置に多数の微小なマイクロレンズが設けられたものが知られている。これにより、液晶パネル用対向基板を透過する光は、ブラックマトリックスに形成された開口に集光され、光の透過率が高まる。
このようなマイクロレンズを形成する方法として、例えば、複数のマイクロレンズ形成用凹部を有する凹部付き基板に、未硬化の光硬化性樹脂を供給し、平滑な透明基板(カバーガラス)を接合し、押圧・密着させ、その後、樹脂を硬化させる方法、いわゆる2P法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
本発明のマイクロレンズ基板の製造方法は、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズ基板の製造方法であって、
表面に前記マイクロレンズの形状に対応した形状の複数個の凹部を有する凹部付き基板と、主として樹脂材料で構成された基材とを、加熱した状態で圧接する圧接工程を有し、
前記圧接工程において、前記凹部内に前記樹脂材料を充填しつつ、前記凹部付き基板と前記基材とを接合することを特徴とする。
これにより、品質の安定したマイクロレンズ基板を容易に製造することができる。
これにより、マイクロレンズの光学特性をより好適なものとすることができる。
本発明のマイクロレンズ基板の製造方法では、前記圧接は、減圧雰囲気下にて行うことが好ましい。
これにより、凹部内に樹脂材料を充填する際に、凹部内に充填される樹脂材料に気泡が入るのを防止することができる。
これにより、凹部付き基板と樹脂層との密着性が向上し、最終的に得られるマイクロレンズ基板の信頼性が向上する。
これにより、形成されるマイクロレンズに入射した光の光路長を最適なものとしつつ、基材を構成する樹脂材料を効率良く使用することができる。
これにより、凹部内により容易に樹脂材料を充填することができるとともに、最終的に得られるマイクロレンズ基板の耐久性(耐熱性)を向上させることができる。
本発明のマイクロレンズ基板の製造方法では、前記加熱は、前記樹脂材料のガラス転移点以上の温度で行うことが好ましい。
これにより、凹部内により確実に樹脂材料を充填することができる。
本発明のマイクロレンズ基板の製造方法では、前記樹脂材料のガラス転移点は、100℃以上であることが好ましい。
これにより、凹部内により確実に樹脂材料を充填することができるとともに、最終的に得られるマイクロレンズ基板の耐久性(耐熱性)を向上させることができる。
これにより、従来のマイクロレンズ基板の製造方法では、必要であったカバーガラスを接合する工程、研磨工程、過度の洗浄工程等を省略することができ、製造工程が煩雑となるのを防止することができる。その結果、より簡便な方法で、品質の安定したマイクロレンズ基板を製造することができる。また、熱硬化性樹脂を用いることにより、最終的に得られるマイクロレンズ基板の耐熱性、耐薬品性を特に高いものとすることができる。
これにより、基材は、平常時においては適度な定型性を有しつつ、圧接時においては、より適度な柔軟性を有するものとなる。すなわち、圧接時において、より確実に凹部内に熱硬化性樹脂を充填することができる。
これにより、凹部内に充填された熱硬化性樹脂をより確実に硬化させることができるとともに、最終的に得られるマイクロレンズ基板の耐熱性をさらに高いものとすることができる。
これにより、品質の安定したマイクロレンズ基板を提供することができる。
本発明の液晶パネル用対向基板は、本発明のマイクロレンズ基板を備えたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液晶パネル用対向基板を提供することができる。
これにより、信頼性の高い液晶パネルを提供することができる。
本発明の液晶パネルは、画素電極を備えた液晶駆動基板と、該液晶駆動基板に接合された本発明の液晶パネル用対向基板と、前記液晶駆動基板と前記液晶パネル用対向基板との空隙に封入された液晶とを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液晶パネルを提供することができる。
本発明の液晶パネルでは、前記液晶駆動基板は、マトリックス状に配設された前記画素電極と、前記画素電極に接続された薄膜トランジスタとを有するTFT基板であることが好ましい。
これにより、信頼性の高い液晶パネルを提供することができる。
本発明の投射型表示装置は、本発明の液晶パネルを備えたライトバルブを有し、該ライトバルブを少なくとも1個用いて画像を投射することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い投射型表示装置を提供することができる。
図1は、本発明の液晶パネル用対向基板を示す模式的な縦断面図、図2は、本発明のマイクロレンズ基板を構成する凹部付き基板の製造方法を示す模式的な縦断面図、図3は、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法の第1実施形態を示す模式的な縦断面図である。
まず、本発明の液晶パネル用対向基板について説明する。
マイクロレンズ基板10は、図1に示すように、凹部付き基板101と、透明な樹脂層102とで構成されている。
また、凹部付き基板101は、表面に複数の凹部(マイクロレンズ用凹部)3が形成されたガラス基板5からなっている。また、樹脂層102では、凹部付き基板101の凹部3に充填された樹脂(樹脂材料)により、マイクロレンズ8が形成されている。
この液晶パネル用対向基板1では、遮光機能を有するブラックマトリックス11は、マイクロレンズ8の位置に対応するように設けられている。具体的には、マイクロレンズ8の光軸Qがブラックマトリックス11に形成された開口111を通るように、ブラックマトリックス11は設けられている。したがって、液晶パネル用対向基板1では、ブラックマトリックス11と対向する面から入射した入射光Lは、マイクロレンズ8で集光され、ブラックマトリックス11の開口111を通過する。また、透明導電膜12は、透明性を有する電極であり、光を透過する。このため、入射光Lは、液晶パネル用対向基板1を通過する際に、光量の大幅な減衰が防止される。すなわち、液晶パネル用対向基板1は、高い光透過率を有している。
この液晶パネル用対向基板1では、1個のマイクロレンズ8と、ブラックマトリックス11の1個の開口111とが、1画素に対応している。
なお、凹部付き基板101は、例えば反射防止層等の他の構成要素を有していてもよい。
次に、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法の第1実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
本発明のマイクロレンズ基板の製造方法は、前述したような凹部付き基板と、主として樹脂材料で構成された基材とを、加熱した状態で圧接する圧接工程を有している。
まず、本発明のマイクロレンズ基板を構成する凹部付き基板の製造方法の一例を、添付図面を参照しながら説明する。
まず、ガラス基板5を用意する。
このガラス基板5は、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に用いられる。また、ガラス基板5は、洗浄等により、その表面が清浄化されているものが好ましい。
図2(a)に示すように、用意したガラス基板5の表面に、マスク形成用膜6’を形成する(マスク形成工程)。このマスク形成用膜6’は、後の工程において開口部(初期孔)が形成されることにより、マスクとして機能するものである。
マスク形成用膜6’は、レーザ光の照射等により、後述する初期孔61を形成することができるとともに、後述するエッチング工程におけるエッチングに対する耐性を有するものが好ましい。換言すれば、マスク形成用膜6’は、エッチングレートが、ガラス基板5と略等しいか、または、ガラス基板5に比べて小さくなるように構成されるのが好ましい。
次に、図2(b)に示すように、マスク形成用膜6’に、後述するエッチングの際のマスク開口となる、複数個の初期孔61を形成する(初期孔形成工程)。これにより、所定の開口パターンを有するマスク6が得られる。
初期孔61は、いかなる方法で形成されるものであってもよいが、物理的方法またはレーザ光の照射により形成されるのが好ましい。これにより、例えば、マイクロレンズ基板を生産性良く製造することができる。特に、大面積の基板にも簡単に凹部を形成することができる。
形成された初期孔61は、マスク6の全面に亘って偏りなく形成されているのが好ましい。
次に、図2(c)に示すように、初期孔61が形成されたマスク6を用いてガラス基板5にエッチングを施し、ガラス基板5上に多数の凹部3を形成する(エッチング工程)。
エッチングの方法は、特に限定されず、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング等が挙げられる。以下の説明では、ウェットエッチングを用いる場合を例に挙げて説明する。
このようにウェットエッチング法を用いると、凹部3を好適に形成することができる。そして、エッチング液として、例えば、フッ酸(フッ化水素)を含むエッチング液(フッ酸系エッチング液)を用いると、ガラス基板5をより選択的に食刻することができ、凹部3を好適に形成することができる。
次に、図2(e)に示すように、マスク6を除去する(マスク除去工程)。
マスク6の除去は、例えば、エッチング等によって除去することができる。
以上により、図2(d)に示すように、多数の凹部3を有する凹部付き基板101が得られる。
なお、必要に応じて、マスク形成用膜6’を形成する際に、凹部3を形成する面とは反対側に面(裏面)に、マスク形成用膜6’と同様の材料で構成される裏面保護膜を設けてもよい。これにより、全体がエッチングされないため、ガラス基板5の厚さを保持することができる。
また、凹部3の中央部付近での平均曲率半径は、2.5〜50μmであるのが好ましく、5〜25μmであるのがより好ましい。これにより、このような凹部3を用いて形成されるマイクロレンズ8の光学特性を特に優れたものとすることができる。
また、凹部3の中心付近での深さは、5〜100μmであるのが好ましく、10〜50μmであるのがより好ましい。これにより、このような凹部3を用いて形成されるマイクロレンズ8の光学特性を特に優れたものとすることができる。
次に、凹部付き基板101の凹部3が形成されている面に対し、樹脂材料との密着性を向上させる表面処理を施す(密着性向上処理)。これにより、凹部付き基板101と樹脂層102との密着性が向上し、最終的に得られるマイクロレンズ基板10の信頼性が向上する。
このような密着性向上処理としては、例えば、シランカップリング剤を用いた表面処理、界面活性剤を用いた表面処理等が挙げられる。上述した中でも、特に、シランカップリング剤を用いた表面処理が好ましい。これにより、より効果的に密着性向上処理を施すことができる。
なお、上記のような密着性向上処理を施さなくてもよい。密着性向上処理を施さない場合であっても、後述するように、凹部付き基板101の凹部3内に樹脂材料を充填するため、アンカー効果により、凹部付き基板101と樹脂層102との密着性は、比較的高いものとなる。
次に、前述したような凹部付き基板101と、主として樹脂材料で構成された樹脂基板(基材)102’とを、加熱した状態で圧接する(圧接工程)。圧接することにより、凹部付き基板101の凹部3内部に樹脂材料を充填しつつ、凹部付き基板101と樹脂基板102’(樹脂層102)とを接合する。
<1>
まず、図3(a)に示すように、上記のようにして得られた凹部付き基板101の上側に、主として樹脂材料で構成された樹脂基板(基材)102’を設置する。
本実施形態では、樹脂基板102’を構成する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂を用いる。熱可塑性樹脂を用いることにより、樹脂基板102’の一部を、熱によって変形可能とした状態とすることができる。そして、この状態で、樹脂基板102’と凹部付き基板101とを圧接することにより、凹部付き基板101の凹部3内により容易に樹脂材料を充填することができる。その結果、品質の安定したマイクロレンズ基板10をより容易に製造することができる。また、最終的に得られるマイクロレンズ基板の耐久性(耐熱性)を向上させることができる。
上記のような樹脂材料(熱可塑性樹脂)のガラス転移点Tgは、100℃以上であるのが好ましく、150〜220℃であるのがより好ましい。これにより、凹部付き基板101の凹部3内により確実に樹脂材料を充填することができるとともに、最終的に得られるマイクロレンズ基板の耐久性(耐熱性)を向上させることができる。
次に、凹部付き基板101を加熱する。
樹脂基板102’を構成する樹脂材料として熱可塑性樹脂を用いた場合、凹部付き基板101の加熱温度は、樹脂材料のガラス転移点Tg[℃]以上であるのが好ましく、Tg+10〜Tg+50[℃]であるのがより好ましい。加熱温度が下限値未満であると、樹脂材料の種類等によっては、凹部3内に樹脂材料を十分に充填できない場合がある。
次に、図3(b)に示すように、加熱した凹部付き基板101と、樹脂基板102’とを接触させる。これにより、樹脂基板102’の表面が、凹部付き基板101により加熱され、樹脂材料(熱可塑性樹脂)が軟化し、変形しやすい状態となる。
なお、樹脂基板102’の加熱は、樹脂基板102’の凹部付き基板101とは反対側の表面を冷却しつつ行うのが好ましい。これにより、樹脂基板102’の凹部付き基板101とは反対側の表面の平滑性を保持しつつ、凹部付き基板101の凹部3内に樹脂材料を充填することができる。
次に、凹部付き基板101と、樹脂基板102’とを、前述したように加熱した状態で圧接することにより、凹部3内に樹脂材料が充填される。その後、冷却することにより、樹脂基板102’が樹脂層102を形成する。これにより、図3(c)に示すように、凹部付き基板101と、樹脂層102とが接合されたマイクロレンズ基板10(本発明のマイクロレンズ基板)が得られる。
具体的には、圧接工程の際の雰囲気圧は、100Pa以下であるのが好ましく、10Pa以下であるのがより好ましい。これにより、凹部3内に樹脂材料を充填する際に、凹部付き基板101の凹部3にダメージを与えるのを防止しつつ、凹部3内に充填される樹脂材料に気泡が入るのを防止し、凹部3内により確実に樹脂材料を充填することができる。
なお、上記説明では、凹部付き基板101を加熱する場合について説明したが、樹脂基板102’を加熱するものであってもよいし、凹部付き基板101と樹脂基板102’の双方を加熱するものであってもよい。
次に、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法の第2実施形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した第1実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分はその説明を省略する。
図4は、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法の第2実施形態を示す模式的な縦断面図である。
なお、完全に硬化に至らない状態の熱硬化性樹脂とは、熱硬化性樹脂を構成するモノマーが全て反応しきらずに、残存している状態のもののことをいう。
樹脂基板102’中における、上記のような溶媒の含有量は、1〜30wt%であるのが好ましく、1〜15wt%であるのがより好ましい。これにより、樹脂基板102’は、平常時においては適度な定型性を有しつつ、圧接時においては、より適度な柔軟性を有するものとなる。すなわち、圧接時において、より確実に凹部3内に熱硬化性樹脂を充填することができる。
このような溶媒としては、例えば、ブタノール、ジメチルアセトアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、γ−ブチルラクトン等が挙げられる。
上述したような熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等が挙げられ、これらのうち1種また2種以上を混合して用いることができる。
<1>
まず、図4(a)に示すように、前述した第1実施形態と同様にして得られた凹部付き基板101の上側に、前述したような熱硬化性樹脂で構成された樹脂基板(基材)102’を設置する。
次に、凹部付き基板101を加熱する。
本実施形態において、圧接する際の凹部付き基板101の加熱温度は、熱硬化性樹脂が硬化する温度(残存するモノマーが反応を開始する温度)をT3[℃]としたとき、T3〜T3+30[℃]であるのが好ましく、T3+10〜T3+20[℃]であるのがより好ましい。加熱温度が前記下限値未満であると、熱硬化性樹脂の種類等によっては、熱硬化性樹脂を十分に硬化させるのが困難となる場合がある。また、加熱温度が前記上限値を超えると、熱硬化性樹脂の種類等によっては、凹部3内に樹脂材料を十分に充填できない場合がある。
次に、凹部付き基板101と、樹脂基板102’とを、前述したように加熱した状態で圧接することにより、凹部3内に樹脂材料が充填される。そして、充填された樹脂材料は、凹部付き基板101の熱により、硬化する。
その後、冷却することにより、樹脂基板102’が樹脂層102を形成する。これにより、図4(b)に示すように、凹部付き基板101と、樹脂層102とが接合されたマイクロレンズ基板10(本発明のマイクロレンズ基板)が得られる。
<1>
図5(d)に示すように、上記のようにして得られたマイクロレンズ基板10の樹脂層102上に、開口111が形成されたブラックマトリックス11を形成する。
このとき、ブラックマトリックス11は、マイクロレンズ8の位置に対応するように、具体的には、マイクロレンズ8の光軸Qがブラックマトリックス11の開口111を通るように形成する(図1参照)。
ブラックマトリックス11の厚さは、液晶パネル用対向基板1の平坦性に対する影響を抑制する観点等からは、0.03〜1.0μm程度が好ましく、0.05〜0.3μm程度がより好ましい。
なお、開口111が形成されたブラックマトリックス11は、塩素系ガス等を用いたドライエッチングによっても好適に形成することができる。
次に、樹脂層102上に、ブラックマトリックス11を覆うように透明導電膜(共通電極)12を形成する。
これにより、液晶パネル用対向基板1、または、液晶パネル用対向基板1を複数個取りできるウエハーを得ることができる。
透明導電膜12の厚さは、0.03〜1μm程度が好ましく、0.05〜0.30μm程度がより好ましい。
この透明導電膜12は、例えば、スパッタリングにより形成することができる。
最後に、必要に応じて、ダイシング装置等を用いて液晶パネル用対向基板1のウエハーを所定の形状、大きさにカットする。
これにより、図1に示すような液晶パネル用対向基板1を得ることができる。
なお、上記工程<2>で液晶パネル用対向基板1が得られた場合等、カットを行う必要がない場合には、本工程は行わなくてもよい。
なお、液晶パネル用対向基板を製造する場合には、例えば、ブラックマトリックス11を形成せずに、樹脂層102上に直接透明導電膜12を形成してもよい。
図6に示すように、本発明の液晶パネル(TFT液晶パネル)16は、TFT基板(液晶駆動基板)17と、TFT基板17に接合された液晶パネル用対向基板1と、TFT基板17と液晶パネル用対向基板1との空隙に封入された液晶よりなる液晶層18とを有している。
この液晶パネル16では、液晶パネル用対向基板1の透明導電膜(共通電極)12と、TFT基板17の画素電極172とが対向するように、TFT基板17と液晶パネル用対向基板1とが、一定距離離間して接合されている。
画素電極172は、透明導電膜(共通電極)12との間で充放電を行うことにより、液晶層18の液晶を駆動する。この画素電極172は、例えば、前述した透明導電膜12と同様の材料で構成されている。
液晶層18は液晶分子(図示せず)を含有しており、画素電極172の充放電に対応して、かかる液晶分子、すなわち液晶の配向が変化する。
この液晶パネル16では、通常、1個のマイクロレンズ8と、かかるマイクロレンズ8の光軸Qに対応したブラックマトリックス11の1個の開口111と、1個の画素電極172と、かかる画素電極172に接続された1個の薄膜トランジスタ173とが、1画素に対応している。
なお、偏光板は、例えば、ベース基板と、かかるベース基板に積層された偏光基材とで構成され、かかる偏光基材は、例えば、偏光素子(ヨウ素錯体、二色性染料等)を添加した樹脂よりなる。
なお、上記液晶パネル16では、液晶駆動基板としてTFT基板を用いたが、液晶駆動基板にTFT基板以外の他の液晶駆動基板、例えば、TFD基板、STN基板などを用いてもよい。
図7は、本発明の投射型表示装置の光学系を模式的に示す図である。
同図に示すように、投射型表示装置300は、光源301と、複数のインテグレータレンズを備えた照明光学系と、複数のダイクロイックミラー等を備えた色分離光学系(導光光学系)と、赤色に対応した(赤色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)74と、緑色に対応した(緑色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)75と、青色に対応した(青色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)76と、赤色光のみを反射するダイクロイックミラー面711および青色光のみを反射するダイクロイックミラー面712が形成されたダイクロイックプリズム(色合成光学系)71と、投射レンズ(投射光学系)72とを有している。
なお、投射型表示装置300では、ダイクロイックプリズム71と投射レンズ72とで、光学ブロック70が構成されている。また、この光学ブロック70と、ダイクロイックプリズム71に対して固定的に設置された液晶ライトバルブ74、75および76とで、表示ユニット73が構成されている。
光源301から出射された白色光(白色光束)は、インテグレータレンズ302および303を透過する。この白色光の光強度(輝度分布)は、インテグレータレンズ302および303により均一にされる。
インテグレータレンズ302および303を透過した白色光は、ミラー304で図7中左側に反射し、その反射光のうちの青色光(B)および緑色光(G)は、それぞれダイクロイックミラー305で図7中下側に反射し、赤色光(R)は、ダイクロイックミラー305を透過する。
ダイクロイックミラー305で反射した青色光および緑色光のうちの緑色光は、ダイクロイックミラー307で図7中左側に反射し、青色光は、ダイクロイックミラー307を透過する。
また、ダイクロイックミラー307を透過した青色光は、ダイクロイックミラー(またはミラー)308で図7中左側に反射し、その反射光は、ミラー309で図7中上側に反射する。前記青色光は、集光レンズ312、313および314により整形され、青色用の液晶ライトバルブ76に入射する。
この際、液晶ライトバルブ74が有する液晶パネル16の各画素(薄膜トランジスタ173とこれに接続された画素電極172)は、赤色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路(駆動手段)により、スイッチング制御(オン/オフ)、すなわち変調される。
これにより赤色光、緑色光および青色光は、それぞれ、液晶ライトバルブ74、75および76で変調され、赤色用の画像、緑色用の画像および青色用の画像がそれぞれ形成される。
また、前記液晶ライトバルブ76により形成された青色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ76からの青色光は、面715からダイクロイックプリズム71に入射し、ダイクロイックミラー面712で図7中左側に反射し、ダイクロイックミラー面711を透過して、出射面716から出射する。
このとき、液晶ライトバルブ74、75および76は、前述したような液晶パネル16を備えているので、光源301からの光が液晶ライトバルブ74、75および76を通過する際の減衰は抑制され、スクリーン320上に明るい画像を投影することができる。
例えば、本発明のマイクロレンズの製造方法では、任意の目的の工程が1または2以上追加されてもよい。
また、前述した実施形態では、マスクを施して、エッチングを行う方法について説明したが、マスクを施さずにエッチングを行うものであってもよい。
また、前述した実施形態では、本発明のマイクロレンズ基板を、投射型表示装置に適用した場合について説明したが、透過型スクリーン、リヤ型プロジェクタにも用いることができる。
以下のように、複数の凹部を備えたマイクロレンズ用凹部付き基板を製造し、このマイクロレンズ用凹部付き基板を用いてマイクロレンズ基板を製造した。
[凹部付き基板の形成工程]
まず、ガラス基板として、厚さ1.2mmの石英ガラス基板(屈折率:1.46)を用意した。
この石英ガラス基板を、85℃に加熱した洗浄液(80%硫酸+20%過酸化水素水)に浸漬して洗浄を行い、その表面を清浄化した。
次に、マスクに対してレーザ加工を行い、多数の初期孔を形成した(図2(b)参照)。
なお、レーザ加工は、YAGレーザを用いて、エネルギー強度1mW、ビーム径3μm、照射時間60×10−9秒という条件で行った。
形成された初期孔の平均径は、5μmであった。
このウェットエッチングのエッチング時間は、72分に設定し、エッチング液には、フッ酸系のエッチング液を用いた。
次に、CFガスによるドライエッチングを行い、マスクおよび裏面保護層を除去した。
これにより、石英ガラス基板上に、多数の凹部が規則的に配列した凹部付き基板を得た。なお、形成された凹部の平均径は15μm、曲率半径は7.5μmであった。また、隣接するマイクロレンズ用凹部同士の間隔(凹部同士の中心間平均距離)は15μmであった。
次に、上記のようにして得られた凹部付き基板の凹部が形成されている面に対して、シランカップリング剤として3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いて表面処理(密着性向上処理)を施した。
なお、この表面処理は、凹部付き基板を、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン:1cc程度を用いて175℃雰囲気で約3時間程度ベーパー処理を行った。その後、恒温恒湿層内で80℃、70%の雰囲気中に約1時間放置することにより行った。
一方、ポリエステル樹脂(熱可塑性樹脂、ガラス転移点;190℃、屈折率:1.60)で構成された厚さT1:0.05mmの樹脂基板を用意した。
この樹脂基板を、凹部付き基板の凹部が形成されている面と対向するように設置した(図3(a)参照)。
次に、雰囲気圧を、10Paまで減圧した後、凹部付き基板を200℃に加熱した。
その後、樹脂基板と凹部付き基板とを接触させた(図3(b)参照)。
これにより、凹部付き基板と樹脂層とが接合したマイクロレンズ基板を得た。形成されたマイクロレンズの平均径は15μm、平均曲率半径は7.5μmであった。また、樹脂層の凹部付き基板との接合面における平坦部から、接合面とは反対側の面までの厚さT2は、0.04mmであった。
凹部付き基板の製造において、初期孔の大きさ、エッチング時間等を調製することにより、表1に示したような平均径および曲率半径の凹部を有する凹部付き基板を形成し、樹脂基板として、表1に示すような樹脂材料の種類および厚さのものを用いた以外は、前記実施例1と同様にしてマイクロレンズ基板を製造した。
(実施例6)
以下のように、複数の凹部を備えたマイクロレンズ用凹部付き基板を製造し、このマイクロレンズ用凹部付き基板を用いてマイクロレンズ基板を製造した。
まず、ガラス基板として、厚さ1.2mmの石英ガラス基板(屈折率:1.46)を用意した。
この石英ガラス基板を、85℃に加熱した洗浄液(80%硫酸+20%過酸化水素水)に浸漬して洗浄を行い、その表面を清浄化した。
次に、マスクに対してレーザ加工を行い、多数の初期孔を形成した(図2(b)参照)。
なお、レーザ加工は、YAGレーザを用いて、エネルギー強度1mW、ビーム径3μm、照射時間60×10−9秒という条件で行った。
形成された初期孔の平均径は、5μmであった。
これにより、石英ガラス基板上に、多数の凹部が規則的に配列した凹部付き基板を得た。なお、形成された凹部の平均径は15μm、曲率半径は7.5μmであった。また、隣接するマイクロレンズ用凹部同士の間隔(凹部同士の中心間平均距離)は15μmであった。
次に、上記のようにして得られた凹部付き基板の凹部が形成されている面に対して、シランカップリング剤として3−アミノプロピルトリエトキシシラン(信越化学社製、製品名「シランカップリング剤KBE−903」)を用いて表面処理(密着性向上処理)を施した。
なお、この表面処理は、凹部付き基板を、3−アミノプロピルトリエトキシシラン:1cc程度を用いて175℃雰囲気で約3時間程度ベーパー処理を行った。その後、恒温恒湿層内で80℃、70%の雰囲気中に約1時間放置することにより行った。
一方、完全に硬化に至っていないフェノール系樹脂(熱硬化性樹脂、屈折率:1.60、硬化温度:180℃)で構成された厚さT1:0.05mmの樹脂基板を用意した。なお、樹脂基板中における、フェノール樹脂を構成するモノマーを溶解する溶媒の含有量は、10wt%であった。
この樹脂基板を、凹部付き基板の凹部が形成されている面と対向するように設置した(図4(a)参照)。
次に、凹部付き基板に、樹脂基板を押圧し、樹脂材料を凹部内に充填しつつ、樹脂材料を硬化させた。その後、樹脂基板の100℃付近まで冷却し圧力を開放した(図4(b)参照)。
これにより、凹部付き基板と樹脂層とが接合したマイクロレンズ基板を得た。形成されたマイクロレンズの平均径は15μm、平均曲率半径は7.5μmであった。また、樹脂層の凹部付き基板との接合面における平坦部から、接合面とは反対側の面までの厚さT2は、0.04mmであった。
凹部付き基板の製造において、初期孔の大きさ、エッチング時間等を調製することにより、表1に示したような平均径および曲率半径の凹部を有する凹部付き基板を形成し、樹脂基板として、表1に示すような樹脂材料の種類および厚さのものを用いた以外は、前記実施例6と同様にしてマイクロレンズ基板を製造した。
前記実施例1と同様にして形成された凹部付き基板の凹部が形成された面に、未重合(未硬化)の紫外線(UV)硬化型エポキシ樹脂(屈折率1.59)を付与した。
次に、石英ガラスで構成されたカバーガラスで、UV硬化型エポキシ樹脂を押圧した。この際、カバーガラスとUV硬化型エポキシ樹脂との間に、空気が侵入しないようにした。
次に、この接合したカバーガラスを、研削、研磨して、カバーガラスの厚さを50μmとした。
その後、スクラブ洗浄装置を用いたブラシ洗浄によってカバーガラスの研磨面を洗浄した。
これにより、マイクロレンズ基板を得た。形成されたマイクロレンズの平均径は15μm、平均曲率半径は7.5μmであった。
実施例1〜10では、比較例に比べ、容易にマイクロレンズ基板を製造することができた。
また、各実施例および比較例の方法を用いて、連続して、マイクロレンズ基板を製造したところ、実施例1〜10では、安定した品質のマイクロレンズ基板を生産性良く製造することができた。これに対して、比較例では、不良品を生じ極めて歩留に劣っていた。
得られた投射型表示装置を用いて、スクリーンにそれぞれ画像を投射させたところ、解像度の高い画像を表示することができた。
Claims (17)
- 複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズ基板の製造方法であって、
表面に前記マイクロレンズの形状に対応した形状の複数個の凹部を有する凹部付き基板と、主として樹脂材料で構成された基材とを、加熱した状態で圧接する圧接工程を有し、
前記圧接工程において、前記凹部内に前記樹脂材料を充填しつつ、前記凹部付き基板と前記基材とを接合することを特徴とするマイクロレンズ基板の製造方法。 - 前記凹部付き基板の屈折率と、前記樹脂材料の屈折率との差の絶対値が、0.01以上である請求項1に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記圧接は、減圧雰囲気下にて行う請求項1または2に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記圧接工程の前に、前記凹部付き基板の前記凹部が形成されている面に対して、前記樹脂材料との密着性を向上させる表面処理を施す密着性向上工程を有する請求項1ないし3のいずれかに記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記圧接工程前の前記基材の厚さをT1[mm]、前記圧接工程後の前記基材の前記凹部付き基板との接合面における平坦部から、前記接合面とは反対側の面までの厚さをT2[mm]としたとき、0.5≦T2/T1≦0.95の関係を満足する請求項1ないし4のいずれかに記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂である請求項1ないし5のいずれかに記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記加熱は、前記樹脂材料のガラス転移点以上の温度で行う請求項1ないし6のいずれかに記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記樹脂材料のガラス転移点は、100℃以上である請求項1ないし7のいずれかに記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記基材は、主として、完全に硬化に至らない状態の熱硬化性樹脂で構成されたものである請求項1ないし5のいずれかに記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記基材は、前記熱硬化性樹脂を構成するモノマーを溶解する溶媒を1〜30%含むものである請求項9に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 前記圧接工程において、前記溶媒を除去する請求項10に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
- 請求項1ないし11のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とするマイクロレンズ基板。
- 請求項12に記載のマイクロレンズ基板を備えたことを特徴とする液晶パネル用対向基板。
- 請求項13に記載の液晶パネル用対向基板を備えたことを特徴とする液晶パネル。
- 画素電極を備えた液晶駆動基板と、該液晶駆動基板に接合された請求項13に記載の液晶パネル用対向基板と、前記液晶駆動基板と前記液晶パネル用対向基板との空隙に封入された液晶とを有することを特徴とする液晶パネル。
- 前記液晶駆動基板は、マトリックス状に配設された前記画素電極と、前記画素電極に接続された薄膜トランジスタとを有するTFT基板である請求項15に記載の液晶パネル。
- 請求項14ないし16のいずれかに記載の液晶パネルを備えたライトバルブを有し、該ライトバルブを少なくとも1個用いて画像を投射することを特徴とする投射型表示装置。
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