JP5040389B2 - 透明基板およびそれを用いた電気光学装置、透明基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、投射型表示装置などに使用される防塵機能を有した透明基板およびそれを用いた電気光学装置、透明基板の製造方法に関する。

投射型表示装置などには、透過型液晶パネルを備えた電気光学装置が使用されている。投射型表示装置では、光源から光が出射され、透過型液晶パネルを透過した光が投射レンズによってスクリーン等に投射される。ここで、透過型液晶パネルの光入射面の傷や光入射面に付着した塵等は、スクリーンに映し出される画像に悪影響を及ぼし画像の品質を低下させる。このような傷や塵等の画像への影響を抑制するために、透過型液晶パネルの光入射面に透明基板を貼り、透過型液晶パネルと塵等との距離を離すことで常にデフォーカス状態として、スクリーン等に投射された画像において傷や塵等に起因した影が映し出されないようにしている。また、透過型液晶パネルの画像表示領域外に入射する光を防止し、所謂、迷光を減少させて画質を向上させるために、透明基板は外周縁に遮光膜を備えている。

図９（ａ）は、透明基板１と透過型液晶パネルである液晶ライトバルブ３とを備えた電気光学装置を示す部分断面図であって、透明基板１と液晶ライトバルブ３とはアクリル系紫外線硬化型接着剤５を用いて接着されている。図中矢印は、入射光２００、出射光３００および液晶ライトバルブ３からの戻り光４００を示している。
図９（ａ）に示すように、透明基板１の遮光膜２が、基板であるガラス基板１１の液晶ライトバルブ３側の面に設けられた構造配置と、遮光膜２の構造として、外部からの入射光２００を反射する反射膜２ａと液晶ライトバルブ３側からの戻り光４００を吸収する吸収層２ｂとを積層してなる２層の遮光膜２の構造が知られている。尚、反射膜２ａには、光源に向かって光を反射し、光を再利用する役目もある。

特許第３７９９８２９号公報（２２頁、図１４）

従来、２層構造による遮光膜２は、反射膜２ａとしてのクロム膜と、吸収層２ｂとしての酸化クロム膜との積層により構成されている。ここで、遮光膜２の光学作用について説明する。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した電気光学装置において円Ｃで囲んだ領域の拡大図である。ガラス基板１１とクロム膜２ａとの界面２ｃでは入射光２００を反射し、アクリル系紫外線硬化型接着剤５と酸化クロム膜２ｂとの界面２ｄでは液晶ライトバルブ３からの戻り光４００の反射を抑えて酸化クロム膜２ｂは戻り光４００を吸収する。このように遮光膜２は、入射光２００を効率良く反射して透過率を低く抑え、かつ液晶ライトバルブ３からの戻り光４００の反射を抑制する機能が求められている。
しかしながら、クロム膜は光を吸収し易いので反射率が低くなる問題があった（クロム膜の反射率：４０〜５０％程度）。

また、図１０（ａ）に示すように、クロム膜を蒸着装置等の成膜手段を用いて成膜する場合、成膜されたクロム膜はピンホール７ａが形成されやすいので、入射光２００がクロム膜２ａに入射すると、入射光２００はピンホール７ａを通過してしまうことによって、基板１１とクロム膜２ａとの界面２ｃで光の漏れが発生してしまう。したがって、遮光膜２の透明基板１側からの入射光の反射特性が低下するという問題があった。そこで、本願発明者等は、図１０（ｂ）に示すように、光の漏れを防止するためにクロム膜２ａを多層構造とすることによって、クロム膜２ａ１，２ａ２，２ａ３の各層で形成されるピンホール７ａ’を分断することで遮光膜２ａを貫通したピンホールが生じることを防止する構造も検討したが、この構造では複数回、クロム膜を成膜する必要があり製造工程が増加してしまうという問題があった。
さらに、図９（ｂ）において、アクリル系紫外線硬化型接着剤５と酸化クロム膜２ｂとの界面２ｄでは、反射光４００ａの反射を抑えて酸化クロム膜２ｂで戻り光４００を吸収するよう構成しているが、戻り光４００の波長帯域によっては、戻り光４００を吸収しきれず界面２ｄで反射光４００ａを反射してしまい迷光となってしまうという問題があった。
さらに、前述の如き透明基板１の遮光膜２を構成する反射膜２ａでの反射率の低下と吸収層２ｂで生じる迷光とに起因した透明基板１での透過光量の損失を補うため、投射型表示装置の光源（ランプ）のパワーを上げることによって生じる当該光源の過剰な温度上昇、並びに投射型表示装置内の温度上昇によって当該投射型表示装置に搭載された多数の光学部品の過剰な温度上昇により、各光学部品の寿命の短命化という問題があった。
本発明は、前述の如き様々な問題に鑑みてなされたものであって、光の漏れが少なく反射率の高い遮光膜を備え、かつ電気光学装置内の過剰な温度上昇を抑制することが可能な透明基板およびそれを備えた画質のよい電気光学装置、製造工程の少ない透明基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の透明基板は、基板と、前記基板の外周縁に設けた遮光膜とを備え、前記遮光膜は、前記基板上からアルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む層と、当該層上に形成した炭素粒子を含む樹脂層とを順次積層し形成していることを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む層は層として形成してもピンホールが少なく、反射率が可視光領域で８０％以上と高いことに加えて、透過型液晶パネルへ入射する光のピンホールからの漏れに対しても樹脂層に含まれた炭素粒子によって光が吸収される。したがって、光の漏れが少なく反射率の高い遮光膜を備えた透明基板が得られる。

本発明では、前記層は、厚みが４０ｎｍ以上のアルミニウムであるのが好ましい。
この発明では、層の反射率が８５％以上、透過率が１％未満になり、より光の漏れが少なく反射率の高い遮光膜を備えた透明基板が得られる。

本発明では、前記樹脂層の厚みは５００ｎｍ以上であるのが好ましい。
この発明では、樹脂層の反射率が１％未満になり、より光の漏れが少なく反射率の高い遮光膜を備えた透明基板が得られる。

本発明の電気光学装置は、表示パネルと、当該表示パネルに固定した透明基板とを備え、前記透明基板は基板と遮光膜とを有し、前記遮光膜は、前記基板上からアルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む層と、当該層上に形成した炭素粒子を含む樹脂層とを順次積層し形成していることを特徴とする。

本発明によれば、表示パネルに入射する光が、可視光領域で反射率が８０％以上と高いアルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む反射層によって反射されるので、反射された光の再利用が可能になる。また、表示パネルへ入射する光のピンホールからの漏れに対しても樹脂層に含まれた炭素粒子によって光が吸収されるので、表示パネルの画像表示領域外への光の入射が防げる。さらに、表示パネル内部からの戻り光が樹脂層で吸収されるので、再度の反射により表示パネルへと戻るいわゆる迷光が減少し、電気光学装置による画質が向上する。
さらに、電気光学装置内の過剰な温度上昇を防ぎ、発光管やその他の光学部品の黒化や失透、或いは破壊することを抑制した長寿命化を可能とする環境配慮型の光源装置を得ることができる。

本発明では、前記透明基板と前記表示パネルとは固定手段によって固定し、前記樹脂層の屈折率Ｎｒと前記固定手段の屈折率Ｎａとの関係が、０≦｜Ｎｒ−Ｎａ｜／Ｎｒ≦０．０５を満足するのが好ましい。
この発明では、樹脂層の屈折率Ｎｒと接着剤の屈折率Ｎａとの差が少ないので、樹脂層と固定手段との界面での反射が抑えられ、いわゆる迷光が減少する。

本発明の透明基板の製造方法は、基板の上に、アルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む層を形成する工程と、前記層の表面に、炭素粒子を含む樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層を加熱硬化する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、前述の効果を有する透明基板が得られる。

本発明では、前記樹脂層を形成する工程は、未反応モノマーおよび炭素粒子を含む液体を前記層上に塗布する塗布工程と、前記液体を加熱する工程と、前記液体を露光する工程と、前記液体を現像する工程とを含むのが好ましい。
この発明では、前述の効果に加え、レジストとして炭素粒子を含む樹脂層を利用しているので、よく知られたフォトリソ工程と比較してレジスト剥離工程が必要なくなり、工程が簡略化される。
更に、本発明は、前記レジストを剥離することなく当該レジストを遮光膜として用いるので、レジストを廃液等の廃棄物として処理する必要がなくなるため、環境負荷の低減に優れた効果を奏するものである。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態にかかる電気光学装置１００の平面図である。図２（ａ）は、図１に示した電気光学装置１００におけるＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、（ａ）の電気光学装置１００の一部を円Ｂで囲んだ部分の拡大図である。図３は、電気光学装置１００の分解斜視図である。

図１および図２において、電気光学装置１００は、液晶装置６０とケース１１０とフック１３０とフレキシブルプリント配線基板１２０とを備えている。
図２（ａ）に示すように、液晶装置６０の外周部は、ケース１１０とフック１３０とによって挟持されている。そして、液晶装置６０とケース１１０との間には、充填材１９が充填されている。
また、液晶装置６０には、フレキシブルプリント配線基板１２０が接続され、ケース１１０から引き出されている。
図２（ａ）において、入射光２００は、紙面に対して上方向から電気光学装置１００に入射し、下方向に出射光３００となって出射する。図３では、入射光２００は、紙面に対して下方向から液晶装置６０に入射し、上方向に出射光３００となって出射するように描かれている。
図２（ａ）および図３では、入射角が０°のように描かれているが、実際には少し斜めから入射する。例えば、入射角は０°〜１５°の間である。

図２（ａ）および図３において、液晶装置６０は、表示パネルとしての透過型液晶パネル１５０と透過型液晶パネル１５０の光入射側に設けられた防塵機能を有した透明基板１０と透過型液晶パネル１５０の光出射面に設けられた防塵機能を有した透明基板７０とを備えている。
透過型液晶パネル１５０は、パネル基板９０と対向基板８０とを備えている。対向基板８０はパネル基板９０よりも小さく、パネル基板９０の周辺部分は、対向基板８０の外周縁よりはみ出た状態で貼り合わされている。

図２（ｂ）において、透明基板１０は、ガラス基板１１と遮光膜２０とを備えている。遮光膜２０は、ガラス基板１１の外周縁に形成され、層である反射層１２と樹脂層１３とを備えている。透明基板１０と対向基板８０とは、固定手段としての接着剤８１によって貼り合わされている。
なお、接着剤８１の屈折率を、ガラス基板１１の屈折率及び透過型液晶パネル１５０の対向基板８０の屈折率に近づけることにより、接着剤８１との界面での反射を抑えることができる。接着剤８１は、シリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いればよい。
また、接着剤８１の屈折率Ｎａを、樹脂層１３の屈折率Ｎｒに近づけることにより、樹脂層１３と接着剤８１との界面での反射を抑えることができる。具体的には、樹脂層１３の屈折率Ｎｒと接着剤８１の屈折率Ｎａとの関係が、
０≦｜Ｎｒ−Ｎａ｜／Ｎｒ≦０．０５
を満足するのが好ましい。

ガラス基板１１としては、例えば、石英、無アルカリガラス、水晶、サファイア、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃：ＬＴ）等を用いることができる。

図４に、透明基板１０を示した。図４（ａ）は、透明基板１０の平面図、同図（ｂ）は、そのＢ−Ｂにおける断面図である。同図（ｃ）は、透明基板１０の外周縁に形成した遮光膜領域をより詳しく説明した図である。
反射層１２は、ガラス基板１１の光出射面６の外周縁に設けられている。光出射面６は、図２（ａ）および図３に示したように、透過型液晶パネル１５０に対向する面である。 図４（ａ）に示すように、反射層１２を光入射側から見た形状は、画像表示領域８を囲む矩形環状である。入射光２００の多くは、光入射面７に入射し、ガラス基板１１の画像表示領域８を透過して、光出射面６から出射し、図２（ａ）および図３に示したごとく透過型液晶パネル１５０の内部に入射する。入射光２００の一部は反射層１２で反射する。

反射層１２は、銀、アルミニウムまたはこれらを含んだ合金を用いて形成することができる。樹脂層１３は、反射層１２と同じ平面視形状で積層されている。
まず、図４（ｃ）において、ガラス基板１１と反射層１２との界面１４での入射光２００の反射特性について検討する。図７は、反射層１２の材料をアルミニウムとした場合、反射層１２の膜厚ｔａと透過特性（透過率及び反射率）との関係についてシミュレーションした結果の図である。反射層１２の材料をアルミニウムとした場合、ｔａを４０ｎｍ以上とすると透過率を１％未満とすることできるのがわかる。さらに、ｔａを７０ｎｍ以上とすれば透過率をほぼ０％とすることができ、反射効率が極めて良好になることがわかる。ゆえに、透過率を０％としたい場合、スパッタ装置や蒸着装置等の成膜手段の成膜バラツキを考慮して、反射層１２の膜厚ｔａは１００ｎｍ程度とすることが好ましい。

次に、図４（ｃ）において、透過型液晶パネル１５０からの戻り光４００の樹脂層１３での反射特性について検討する。樹脂層１３は、炭素粒子を含んだ樹脂から構成されており、例えば、富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ（株）製ＣＫ−７８００Ｌ等を用いることができる。透過型液晶パネル１５０から反射した戻り光４００が樹脂層１３へ入射すると、樹脂層１３内の分散された炭素粒子によって吸収される。
図８は、樹脂層１３へ入射した戻り光４００が樹脂層１３と反射層１２との界面１５で反射し樹脂層１３の表面１６から出射する反射特性（戻り光４００の樹脂層１３での反射率）と樹脂層１３の厚みｔｂとの関係ついてシミュレーションした結果の図である。
ｔｂを５００ｎｍ以上とすると、戻り光４００の反射率を１％未満とすることができるのがわかる。さらに、戻り光４００の反射率を０．０５％程度（戻り光４００を樹脂層１３でほぼすべて吸収させる）とするためには、ｔｂを１０００ｎｍ以上にするのが好ましく、製造バラツキを考慮して１０００ｎｍ〜１５００ｎｍとするのが好ましい。

以下に、本実施形態の透明基板１０の製造方法について説明する。
図５に透明基板１０の製造のフロー図を示した。
透明基板１０の製造方法は、反射層コーティング工程Ｓ１と樹脂層１３を形成する工程とポストベーク工程Ｓ６と反射層エッチング工程Ｓ７とを含んでいる。
樹脂層１３を形成する工程は、塗布工程Ｓ２とプレベーク工程Ｓ３と露光工程Ｓ４と現像工程Ｓ５とを含んでいる。

図６（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態の透明基板１０の製造工程を表す断面図を示している。
図６（ａ）において、反射層コーティング工程（Ｓ１）では、ガラス基板１１の図１〜図３に示した透過型液晶パネル１５０に対向する面の全面に、アルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む反射層１０２を形成する。反射層１０２の形成には、真空蒸着法、スパッタ法などの成膜手段を用いることができる。
ガラス基板１１は、複数の透明基板１０が得られる大型の基板であってもよい。この場合、全工程終了後、大型の基板に形成された個々の透明基板１０を切り離す。

図６（ｂ）において、塗布工程（Ｓ２）では、ネガレジストとしてのモノマーおよび炭素粒子を含む液体１０３を用いて液体１０３を反射層１０２上に塗布する。塗布にはスピンコート法を用いることができる。

図６（ｃ）において、プレベーク工程（Ｓ３）では、熱処理を行い液体に含まれる溶媒を揮発させ、液体の流動性を抑え、可溶性半硬化膜１１３を形成する。熱処理は、例えば、ガラス基板１１を１３０℃の環境下に３０分放置して行うが、この条件に限られるものではない。

図６（ｄ）において、露光工程（Ｓ４）では、マスク１６０を施して、光を照射し、ガラス基板１１の外周縁のプレベークした可溶性半硬化膜１１３をさらに硬化させた未硬化樹脂層１２３を形成する。照射光には、高圧水銀ランプによる紫外線を用いることができる。光の照射されていない領域は、可溶性半硬化膜１１３のままで残存する。

図６（ｅ）において、現像工程（Ｓ５）では、露光工程で可溶性半硬化膜１１３を有機溶剤で洗浄し、除去する。

図６（ｆ）において、ポストベーク工程（Ｓ６）では、熱処理によって未硬化樹脂層１２３の硬化を進め、樹脂層１３を形成する。熱処理は、１５０℃程度の環境下にて行うがこの条件に限られるものではない。

図６（ｇ）において、反射層エッチング工程（Ｓ７）では、樹脂層１３をマスクとして反射層１０２をエッチングして反射層１２とする。樹脂層１３をマスクとして用いるために反射層１２と樹脂層１３とは、平面視した場合、同じ形状に形成される。
以上の工程によって、透明基板１０が得られる。

以下、実施形態の効果を記載する。
（１）アルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む反射層１２は単層で形成してもピンホールが少なく、反射率が可視光領域で８０％以上と高いことに加えて、透過型液晶パネル１５０へ入射する光のピンホールからの漏れに対しても樹脂層１３に含まれた炭素粒子によって光を吸収できる。したがって、光の漏れが少なく反射率の高い遮光膜２０を備えた透明基板１０を得ることができる。

（２）透過型液晶パネル１５０に入射する光が、可視光領域で反射率が８０％以上と高いアルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む反射層１２によって反射されるので、反射された光を再利用できる。また、透過型液晶パネル１５０へ入射する光のピンホールからの漏れに対しても樹脂層１３に含まれた炭素粒子によって光を吸収できるので、透過型液晶パネル１５０の画像表示領域８外への光の入射を防ぐことができる。さらに、透過型液晶パネル１５０内部からの戻り光が樹脂層１３で吸収できるので、再度の反射により透過型液晶パネル１５０へと戻るいわゆる迷光を減少でき、電気光学装置１００の画質を向上できる。
さらに、電気光学装置内の過剰な温度上昇を防ぎ、発光管やその他の光学部品の黒化や失透、或いは破壊することを抑制した長寿命化を可能とする環境配慮型の光源装置を得ることができる。

（３）樹脂層１３の屈折率Ｎｒと接着剤８１の屈折率Ｎａとの差が少ないので、樹脂層１３と接着剤８１との界面での反射を抑えることができ、いわゆる迷光を減少できる。

（４）前述の効果を有する透明基板１０を得ることができる。

（５）前述の効果に加え、レジストと炭素粒子を含む樹脂層１３とが同じであるので、よく知られたフォトリソ工程と比較してレジスト剥離工程が必要でなくなり、工程を簡略化できる。
さらに、本発明は、前記レジストを剥離することなく当該レジストを遮光膜として用いるので、レジストを廃液等の廃棄物として処理する必要がなくなるため、環境負荷の低減に優れた効果を奏するものである。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、塗布工程の塗布手段は、スピンコート法でなくスクリーン印刷法を用いてもよい。この場合、プレベーク工程と露光工程と現像工程とを省略することが可能である。
また、図６の露光工程ではネガタイプのレジストを用いたが、レジストはネガタイプに限定されず、ポジタイプの樹脂を用いてもよい。この場合、マスクはガラス基板１１の遮光膜２０に相当する位置の外周縁に施す。

また、本発明を実施するための最良の方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、使用する材料、形状、数量その他の詳細な事項において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。したがって、上記に開示した材料、形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの材料、形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の実施形態にかかる電気光学装置の平面図。 （ａ）は電気光学装置の図１におけるＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）はその部分拡大図。 電気光学装置の分解斜視図。 （ａ）は透明基板の平面図、同図（ｂ）はそのＢ−Ｂにおける断面図、同図（ｃ）は遮光膜領域をより詳しく説明した図。 透明基板の製造のフロー図。 透明基板の製造工程を表す断面図。 反射層の反射および透過特性図。 樹脂層の反射特性図。 従来の電気光学装置の部分断面図。 従来の電気光学装置の遮光膜領域の拡大図。

符号の説明

１０…透明基板、１１…基板としてのガラス基板、１２…層としての反射層、１３…樹脂層、２０…遮光膜、８１…固定手段としての接着剤、１００…電気光学装置、１０３…液体、１２３…未硬化樹脂層、１５０…表示パネルとしての透過型液晶パネル。

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の外周縁に設けた反射層と、当該反射層上に形成した樹脂層とが形成されている
   透明基板の製造方法であって、
   前記基板の全面に、アルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む反射
   層を形成する工程と、
   ネガレジストとしてのモノマーおよび炭素粒子を含む液体を前記反射層上に塗布する工程
   と、
   前記液体に含まれる溶媒を熱処理により、揮発させ、可溶性半硬化膜を形成する工程と、
   前記可溶性半硬化膜に光を照射し、さらに硬化させた未硬化樹脂層を形成する工程と、
   前記可溶性半硬化膜を有機溶剤で洗浄し、除去する工程と、
   前記未硬化樹脂層を熱処理により、硬化を進め、樹脂層を形成する工程と、
   前記樹脂層をマスクとして前記反射層をエッチングする工程と、
   を含むことを特徴とする透明基板の製造方法。
2. 前記反射層は、厚みが４０ｎｍ以上のアルミニウムである
   ことを特徴とする請求項１に記載された製造方法により製造された透明基板。
3. 前記樹脂層の厚みは５００ｎｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載された製造方法により製造された透明基板。
4. 表示パネルと、
   当該表示パネルに固定した透明基板と、
   を備える電気光学装置であって、
   前記透明基板は、基板と、
   前記基板の外周縁に設けたアルミニウム、銀または銀を含む合金のうちいずれか１つを含む反射層と、
   当該反射層上に形成した炭素粒子を含む樹脂層とからなり、
   請求項１に記載された製造方法により製造されたものであることを特徴とする電気光学装置。
   
5. 前記透明基板と
   前記表示パネルとは固定手段によって固定されており、
   前記樹脂層の屈折率Ｎｒと前記固定手段の屈折率Ｎａとの関係が、
   ０≦｜Ｎｒ−Ｎａ｜／Ｎｒ≦０．０５
   を満足することを特徴とする請求項４に記載の電気光学装置。

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