JPH04163524A - 光学素子及び光学素子の製造方法及び表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、明るい画面を有した、液晶デイスプレィ、プ
ラズマデイスフライ、エレクトロルミネセンスデイスプ
レィ等の表示素子に使用する光学素子及びその製造方法
並びに光学素子を用いた表示素子に関する。

従来の技術 近年、ＣＲＴ　（ＣＡＴＨＯＤ　ＲＡＹ　ＴＵＢＥ。

陰極線管）にかわる薄型の表示素子として、種々のもの
が提案されており、大表示容量でカラー表示ができる薄
型の表示素子として、各画素ごとに薄膜トランジスター
（ＴＰＴ）を形成したアクティブマトリックス方式の液
晶デイスフライがとりわけ注目されている。

このような表示素子では、光源からの光は各画素の開口
部を通して透過されるので、光の透過率は画素の開口率
に依存する。高細精度の液晶ディスプレィにおいて、ひ
しように小さな画素が高密度に形成した場合、ＴＰＴの
大きさを小さくするには限界があり、画素に占めるＴＰ
Ｔの面積は相対的に大きくなる。このことは言い換えれ
ば、光が透過する開口部が小さくなり（開口率の低下）
、透過光量が減少する。透過光量の減少により、画面が
暗くなり表示品質が悪くなる。

このことを解決する方法として、ＴＰＴ形成に必要な配
線や遮光体によってこれまで吸収されていた光を、レン
ズによって画素の開口部に集光して有効利用する方法が
考えられている。例えば、特開昭６０−１６５６２４号
公報にはガラス基板それ自身に従来からの機械的な加工
を施して球面形状のマイクロレンズを形成するとの記載
がある。また、特開平１−１８９６８５号公報には、光
学研磨したガラス基板に熱変形樹脂を圧着押圧成形法で
マイクロレンズを形成するとの記載がある。

糖素＃ 従来例を第８図に示した。第８図ではレンチキュラレン
ズアレー７は樹脂材料であり、それ以外は第６図と同じ
構成であった。このような構成からなる表示素子に入射
光１７が平行に入射したとき、温度変化によってレンチ
キュラレンズアレー７の曲率半径が変化して、画素から
ずれた位置でレンズの焦点を結び、光が非開口部に到達
して表示に寄与しなかった。また約１ケ月間使用したと
き、樹脂材料からなるレンチキュラレンズアレー７は透
明ガラス基板３から剥離した。

発明が解決しようとする課題 しかしながら特開昭６０−１６５６２４号公報の場合、
例えば３インチサイズの超高密度の液晶デイスプレィに
おいては約１００万個のマイクロレンズが必要であり、
約１００万個にもおよぶ非常に多くのマイクロレンズを
このような方法で、加工することは極めて難しく、また
そのようなマイクロレンズを量産することは不可能であ
る。一方、特開平１−１８９６８５号公報の場合、マイ
クロレンズ部分の材料が有機化合物である樹脂を用いて
いる。−船釣に有機化合物である樹脂はガラス基板と比
べて熱膨張係数が一桁近く大きく、温度変化による膨張
や収縮の程度が大きい。従ってガラス基板上に形成した
マイクロレンズは、長期間の使用によって、画素とマイ
クロレンズとの高精度の位置がずれたり、レンズの曲率
半径が変化したり、マイクロレンズがガラス基板から剥
離するといったことが起こる。

課題を解決するための手段 本発明は前記課題を解決するために、高融点の透明ガラ
ス基板の上に、低融点ガラスからなるレンチキュラレン
ズをアレー状に形成した光学素子、所望のレンチキュラ
レンズアレーの形状に加工したプレス成形用金型により
、高融点の透明ガラス基板と低融点ガラスとを熱間でプ
レス成形した光学素子の製造方法、少なくとも、画素を
構成する表示物質と、表示物質を保持する高融点の透明
ガラス基板とを備えた表示素子において、高融点の透明
ガラス基板の上に、各画素に対応するように、低融点ガ
ラスからなるレンチキュラレンズアレーを形成した表示
素子を提供するものである。

作用 本発明の光学素子及び光学素子の製造方法並びに表示素
子は、透明ガラス基板の上に形成した低融点ガラスから
なるレンチキュラレンズアレーによって、開口部及び開
口部近傍の光が各画素の開口部に集光される。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示品質のデイスプレーにすることができる。このよ
うな表示素子は、所望のレンチキュラレンズアレーの形
状に加工したプレス成形用金型で熱間成形されることに
よって、高精度のレンチキュラレンズアレー及び表示素
子を極めて量産性よく製造することができる。

実施例 以下に本発明の一実施例を詳細に説明する。

実施例１゜ 第１図は本発明に用いたプレス成形用金型の斜視図であ
る。プレス成形用金型の母材ｌとして超硬合金（ＷＣ−
５７ｉＣ−８Ｃｏ）を５０ｍｍ＊４０ｍｍ＊ｌＱｗ角の
平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッ
ピング及びポリッシングして、表面の表面粗さ（ＲＭＳ
）が約２ｎｍの鏡面にした。

曲率半径が４００μｍのダイヤモンドハイドを高精度に
数値制御した切削加工装置で、サグ量０．５μｍの凹状
のレンチキュラレンズを４０μｍピンチで鏡面となった
母材１に形成した。この上にスパッタ法で白金−イリジ
ウム−オスミウム合金（ｐｔ−Ｉｒ−Ｏｓ）の薄膜２を
被覆して、プレス成形用金型とした。

第３図は本発明に用いたレンチキュラレンズアレーのプ
レス成形方法を示す断面図である。第３図において、３
は表面を研磨した透明ガラス基板（コーニング７０５９
．４０ａｏ　＊　３０ｍｍ　＊　１．１　ｍｍ）であり
、４Ａは低融点ガラス層であり、シリカ（ＳｉＯ□）３
０重量パーセント、酸化バリウム（Ｂａｄ）５０重量パ
ーセント、ホウ酸（Ｂ、Ｏ，）１５重１パーセント、残
部が微量成分からなるホウケイ酸バリウムガラスであり
、スパッタ法で膜厚３μｍを形成した。５は平面状の、
プレス成形用金型の母材であり、８は母材５の上の白金
−イリジウム−オスミウム合金薄膜であり、上記のプレ
ス成形用金型と同様の方法で作製した。

第３図のように、上から平面状のプレス成形用金型、透
明ガラス基板６、低融点ガラス層４Ａ、凹状のレンチキ
ュラレンズを形成したプレス成形用金型の順序でセット
し、窒素ガスを毎分２０リツター流した雰囲気に保持し
た成形機内で熱間でプレス成形した。プレス成形条件は
金型温度５６０°Ｃ、プレス圧力３０ｋｇ／ｃｉｌｌ、
プレス時間１分であった。

第５図は本発明の光学素子を示す断面図である。

プレス成形後プレス成形用金型とともに３００°Ｃまで
徐冷することにより、第５図に示した透明ガラス基板３
の上にレンチキュラレンズアレー７Ａが形成された光学
素子を得た。

第７図は本発明の表示素子を示す断面図である。

第７図のように光学素子のレンチキュラレンズアレー７
Ａを形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファ
スシリコンからなる薄膜トランジスター　（ＴＰＴ）８
及び画素を構成するＩＴＯからなる透明電極９をそれぞ
れ形成し、レンチキュラレンズアレー７Ａの方の面に偏
光板１０を貼つけた。

平板状の透明ガラス基板１１の片方の全面にＩＴＯから
なる共通電極１２、及び画素を構成する透明電極９と対
応する位置にカラーフィルタ１３を共通電極１２のトに
設け、また他方の面には偏光板１４を貼つけた。このよ
うな構成の透明ガラス基板３及び１１を接着剤で固定し
く不図示）、その隙間には液晶材料１５を注入充填した
。このような表示素子において、入射光１６が平行に入
射したとき、共通電極１２と画素を構成する透明電極９
との間に印加される電圧がオンの場合、液晶材料１５を
通過する光の偏波面は変化しないで通過し、印加される
電圧がオフの場合、液晶材料１５を通過する光の偏波面
は９０度回転して液晶材料１５を通過できない。

レンチキュラレンズアレー７Ａは画素を構成する透明電
極９の位置で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、
レンチキュラレンズアレー７Ａを通過した入射光１６は
、開口部である透明電極９に集光され、その後共通電極
１２、透明ガラス基板１１を透過する。第７図から明ら
かなように、入射光１６が平行に入射したとき、薄膜ト
ランジスター８で遮光されることなくほとんどすべての
光が、開口部である画素を構成する透明電極９を透過し
、表示に有効に寄与した。従って実質的Ｇこ、画素の開
口率が大きくなって、明るい画面、高い表示品質のデイ
スプレーにすることができた。

実施例２゜ プレス成形用金型の母材１としてサーメット（Ｔｉｃ−
１０Ｍｏ−９Ｎｉ）を５０ｎｗｎ＊４０髄＊１０飾角の
平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッ
ピング及びポリッシングして、表面の表面粗さ（ＲＭＳ
）が約２ｎｍの鏡面にした。母材１の鏡面加工した面に
無電解Ｎｉメツキを７μｍコーティングした。曲率半径
が１００μｍのダイヤモンドバイトを高精度に数値制御
した切削加工装置で、サグ量５μｍの凹状のレンチキュ
ラレンズを４０μｍピッチで無電解Ｎｉメツキをコーテ
ィングした面に形成した。これをさらにＥＣＲイオンシ
ャワーエツチング装置で均一にエツチングして無電解Ｎ
ｉメツキ層を除去した。この上にスパッタ法でロジウム
−金−タングステン合金（Ｒｈ−Ａｕ−Ｗ）の薄膜２を
被覆して、プレス成形用金型とした。

第２図において、３は表面を研磨した透明ガラス基板（
石英ガラス、４０ｍｍ＊３０ｍｍ＊１．１　ｍｍ）であ
り、４は直径２０μｍのファイバー状の低融点ガラスで
あり、ジルコニア（Ｚ　ｒ　Ｏｚ　）　８重１ｔパーセ
ント、酸化ランタン（ＬａｚＯｔ）３０重量パーセント
、ホウ酸（Ｂ２０：１）４２重量パーセント、酸化カル
シウム（Ｃａｂ）１０重量パーセント、残部が微量成分
からなるランタン系ガラスを用いた。５は平面状のプレ
ス成形用金型の母材であり、６は母材５の上のロジウム
−金−タングステン合金（Ｒｈ−Ａ　ｕ　−Ｗ）　！膜
であり、上記のプレス成形用金型と同様の方法で作製し
た。

第２図のように、上から平面状のプレス成形用金型、透
明ガラス基板３、ファイバー状の低融点ガラス４、レン
チキュラレンズを形成したプレス成形用金型の順序でセ
ットし、窒素ガス２０リツタ一／分、水素ガスｌリッタ
ー７分の割合で混合した雰囲気に保持した成形機内で熱
間でプレス成形した。プレス成形条件は金型温度６８０
°Ｃ、プレス圧力１０ｋｇ／ＣＴＡ、プレス時間２分で
あった。第４図は本発明の光学素子を示す断面図である
。プレス成形後プレス成形用金型とともに４００°Ｃま
で徐冷することにより、第４図に示した透明ガラス基板
３の上にレンチキュラレンズアレー７が形成された光学
素子を得た。

第６図は本発明の表示素子を示す断面図である。

第６図のように光学素子のレンチキュラレンズアレー７
を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファス
シリコンからなる薄膜トランジスター　（ＴＰＴ）８及
び画素を構成するＩＴＯからなる透明電極９をそれぞれ
形成し、レンチキュラレンズアレー７の方の面に偏光板
１０を貼つけた。平板状の透明ガラス基板１１の片方の
全面にＩＴＯからなる共通電極１２、及び画素を構成す
る透明電極９と対応する位置にカラーフィルタ１３を共
通電極１２の上に設け、また他方の面には偏光板１４を
貼つけた。このような構成の透明ガラス基板３及び１１
を接着剤で固定しく不図示）、その隙間には液晶材料１
５を注入充填した。

レンチキュラレンズアレー７は画素を構成する透明電極
９の位置で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、レ
ンチキュラレンズアレー７を通過した入射光１６は、開
口部である透明電極９に集光され、その後共通電極１２
、透明ガラス基板１１を透過する。第６図から明らかな
ように、入射光１６が平行に入射したとき、薄膜トラン
ジスター８で遮光されることな（はとんどすべての光が
、開口部である画素を構成する透明電極９を透過し、表
示に有効に寄与した。従って実質的に、画素の開口率が
太き（なって、明るい画面、高い表示品質のデイスプレ
ーにすることができた。

実施例３゜ プレス成形用金型の母材１としてオーステナイト鋼（Ｓ
ＵＳ３１６）を５０ｍｍ　＊　４０＋ｎｍ　＊　１０ｍ
ｍ角の平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用い
てラッピング及びポリ・ツシングして、表面の表面粗さ
（ＲＭＳ）が約２ｎｍの鏡面にした。母材１の鏡面加工
した面に無電解Ｎｉメツキを５μｍコーティングした。

曲率半径が１００μｍのダイヤモンドハイドを高精度に
数値制御した切削加工装置で、サグ量４μｍの凹状のレ
ンチキュラレンズを７９μｍピッチで無電解Ｎｉメシキ
をコーティングした面に形成した。さらにこの上にスパ
ッタ法で白金−タンタルーレニウム合金（Ｐｔ−Ｔａ−
Ｒｅ）の薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とした。

第２図において、３は表面を研磨した透明ガラス基板（
無アルカリガラス、旭硝子ＡＮ、４０柵＊３０ｍｍ　＊
　１．１　ｍｍ）であり、４は直径２０　ｐ　ｍのファ
イバー状の低融点ガラスであり、シリカ（Ｓ　ｉ　０２
）５２重量パーセント、酸化カリウム（Ｋ、Ｏ）６重量
パーセント、酸化鉛（ＰｂＯ）３５重量パーセント、酸
化ナトリウム（Ｎａア０）５重量パーセント、残部が微
量成分からなる重フリントガラスを用いた。

５は平面状のプレス成形用金型の母材であり、６は母材
５の上の白金−クンタル−レニウム合金（Ｐｔ−Ｔａ−
Ｒｅ）薄膜であり、上記のプレス成形用金型と同様の方
法で作製した。

第２図のように、上から平面状のプレス成形用金型、透
明ガラス基板３、ファイバー状の低融点、　ガラス４、
レンチキュラレンスを形成したプレス成形用金型の１序
でセットし、ヘリウムガス２０リツター／分、二酸化炭
素ガス２リツタ一／分の割合で混合した雰囲気に保持し
た成形機内で熱間でプレス成形した。プレス成形条件は
金型温度５２０°Ｃ、プレス圧力２０ｋｇ／ｃｄ、プレ
ス時間１分であった。第４図は本発明の光学素子を示す
断面図である。プレス成形後プレス成形用金型とともに
３５０°Ｃまで徐冷することにより、第４図に示した透
明ガラス基板３の上にレンチキュラレンズアレー７が形
成された光学素子を得た。

第６図は本発明の表示素子を示す断面図である。

第６図のように光学素子のレンチキュラレンズアレー７
を形成した透明ガラス基板３の反対面に、アモルファス
シリコンからなる薄膜トランジスター　（ＴＰＴ）８及
び画素を構成するＩＴＯからなる透明電極９をそれぞれ
形成し、レンチキュラレンズアレー７の方の面に偏光板
１０を貼つけた。平板状の透明ガラス基板１１の片方の
全面にＴＴＯからなる共通電極１２、及び画素を構成す
る透明電極９と対応する位置にカラーフィルタ１３を共
通電極１２の上に設け、また他方の面には偏光板１４を
貼つけた。このような構成の透明カラス基板３及び１１
を接着剤で固定しく不図示）、その隙間には液晶材料１
５を注入充填した。

レンチキュラレンズアレー７は画素を構成する透明電極
９の位置で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、レ
ンチキュラレンズアレー７を通過した入射光１６は、開
口部である透明電極９に集光され、その後共通電極１２
、透明ガラス基板１１を透過する。第６図から明らかな
ように、入射光１６が平行に入射したとき、薄膜トラン
ジスター８で遮光されることなくほとんどすべての光が
、開口部である画素を構成する透明電極９を透過し、表
示に有効に寄与した。従って実質的に、画素の開口率が
大きくなって、明るい画面、高い表示品質のデイスプレ
ーにすることができた。

本発明の光学素子及び光学素子の製造方法並びに表示素
子において、プレス成形条件（温度と時間と圧力と雰囲
気）、低融点ガラス材料、プレス成形用金型母材やそれ
に被覆する薄膜組成、あるいはレンチキュラレンズアレ
ーの形状やその作製方法、表示素子の表示原理や素子構
成等は、本実施例に限定されるものではない。

なおプレス成形用金型に被覆する薄膜は、低融点ガラス
と反応あるいは融着しない貴金属、タングステン、タン
タル、レニウム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合
金であることが望ましい。

また低融点ガラスとこれらの薄膜とが反応あるいは融着
しない雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性
ガス、およびこれらの不活性ガスに水素、あるいは−酸
化炭素、二酸化炭素の炭素酸　　１化物、メタン、エタ
ン、エチレン、トルエン等の炭化水素類、トリクロロエ
チレン、トリクロルトリフルオルエタン等のハロゲン化
炭化水素類、エチレングリコール、グリセリン等のアル
コール類、Ｆ　−１１３、Ｆ−１１等のフルオロカーボ
ン類を適宜混合した非酸化性雰囲気であることが望まし
い。

発明の詳細 な説明したように、本発明の光学素子及び光学素子の製
造方法並びに表示素子は、透明カラス基板の一トに形成
した低融点ガラスからなるレンチキュラレンズアレーに
よって、開口部及び開口部近傍の光が各画素の開口部に
集光される。従って実質的に、画素の開口率か大きくな
って、明るい画面、高い表示品質のデイスプレーにする
ことができる。このような表示素子は、所望のレンチキ
ュラレンズアレーの形状に加工したプレス成形用金型で
熱間成形されることによって、高精度のレンチキュラレ
ンズアレー及び表示素子を極めて量産性よく製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプレス成形用金型の斜視図、第２図及び第３図
はレンチキュラレンズアレーのプレス成形方法を示す断
面図、第４図及び第５図は光学素子を示す断面図、第６
図及び第７図は表示素子を示す断面図、第８図は従来の
表示素子を示す断面図である。 ■・・・・・・母材、２・・・・・・薄膜、３・・・・
・・高融点透明ガラス基板、４・・・・・・低融点ガラ
スファイバ、４Ａ・・・・−・低融点ガラス層、訃・・
・・・母材、６・・・−・・薄膜、７゜７Ａ・・・・・
・レンチキュラレンズ、８・・・−・・薄膜トランジス
ター、９・・・・・・透明電極、１０．１４・・−・・
・偏光板、１１・・・・・−高融点透明ガラス基板、１
２・・・・・・共通電極、１３・・・・・・カラーフィ
ルタ、１５・・・・・・液晶材料、１６．１７・・・・
・・入射光。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名／　　−
−−ｆｌ）　　　　灯 第１図 騙−ｔｅ！、Ｒ＆点ゴラス層 第３図 第　４　図　　　　　　　　　７−−−　Ｌン子キ・ラ
レンズｔｏ１４−−−　　Ａ’ｔ　　蓼 ／Ｑ 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高融点の透明ガラス基板の上に、低融点ガラスか
   らなるレンチキュラレンズをアレー状に形成した光学素
   子。
2. （２）所望のレンチキュラレンズアレーの形状に加工し
   たプレス成形用金型により、高融点の透明ガラス基板と
   低融点ガラスとを熱間でプレス成形した光学素子の製造
   方法。
3. （３）プレス成形用金型が化学的に安定な薄膜で被覆さ
   れた請求項（２）記載の光学素子の製造方法。
4. （４）薄膜が貴金属、タングステン、タンタル、レニウ
   ム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金である請求
   項（３）に記載の光学素子の製造方法。
5. （５）少なくとも、画素を構成する表示物質と、表示物
   質を保持する高融点の透明ガラス基板とを備えた表示素
   子において、高融点の透明ガラス基板の上に、各画素に
   対応するように、低融点ガラスからなるレンチキュラレ
   ンズアレーを形成した表示素子。