JPH04298583A - 貼り合わせ構造及び貼り合わせ方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つの相互に異なる熱
膨張率を有する部材を、接着剤によって貼り合わせた貼
り合わせ構造及び貼り合わせ方法に関し、もっと詳しく
は、たとえば熱膨張率の異なる光学部品同志、特にたと
えば投影型画像表示装置に用いられる透過型液晶表示素
子と、マイクロレンズアレイとを接着して貼り合わせる
場合等に好適な貼り合わせ構造及び貼り合わせ方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】２枚以上の基板を貼り合わせる技術は、
光学部品や液晶表示素子部品の貼り合わせに利用されて
いる。

【０００３】光学部品の貼り合わせとして、アクロマー
ト等の複合レンズ、各種プリズム、偏光ビームスプリッ
ター等の光学部品を接着するには、接着剤用にＵＶ（紫
外線）硬化樹脂が用いられることが多い。常温硬化樹脂
を用いる場合もあるが、硬化時間が長いので量産には向
かない。これらの光学部品には異種のガラスを貼り合わ
せるものもあるが、熱膨張率の差は僅かであり、またこ
れらの接着においては、接着層の厚さは薄い方が良く、
厳密にコントロールする必要はなかった。

【０００４】これに対して、液晶表示素子においては、
電気光学特性の均一性が要求されるため、その素子の厚
さを一定にする必要がある。つまり、液晶表示素子を構
成する２枚の基板を貼り合わせる際に、予め基板相互間
にスペーサを散布し、且つ基板の周辺にシール樹脂を施
こし、貼り合わせた後に液晶を注入する。シール樹脂中
にもスペーサを混入するが、シール樹脂の部分は光を透
過する必要がない。シール樹脂としては、液晶の特性、
信頼性に与える影響を考慮して、一般には熱硬化性エポ
キシ系接着剤が使われている。液晶表示素子では、材質
の異なる基板を貼り合わせることは希で、熱膨張係数の
差は考慮する必要がなかった。

【０００５】このような従来の方法は、熱膨張率の異な
る基板を貼り合わせる場合に、そのまま適用すると次の
問題が生ずる。

【０００６】貼り合わせの際とその後の通常の使用の際
との熱的環境の変化により基板の熱膨張率の差から基板
、接着剤間等に応力がかかり、基板の反り、基板と接着
剤の剥がれ等が生ずる。このため、熱的環境の変化によ
り生ずる応力の緩和、反り、剥がれ対策が不可欠である
。

【０００７】後述の透過型液晶表示素子とマイクロレン
ズアレイとを接着剤によって貼り合わせるような場合に
は、更に接着剤による光学特性変化の問題や、接着剤の
厚みの不均一による焦点距離からのずれや、反射、散乱
ロスによる効果の減少が生じる。

【０００８】たとえばほうけい酸ガラスを基板とする液
晶表示素子と、ソーダガラスを基板とする平板マイクロ
レンズとを接着する場合に生じる問題を述べる。マイク
ロレンズアレイは、液晶表示素子のブラックマトリック
ス部分に当たる光を絵素内に集めることによって表示の
明るさを高め、等価的な開口率を上げるものであって（
特開昭６０ー２６２１３１に開示）、最大級の効果を得
るために、レンズの焦点が絵素付近にくるように接着剤
の厚さを調節して均一に貼り合わせる必要がある。この
マイクロレンズの製法は各種あるが、イオン交換法によ
り屈折率分布をもたせる平板マイクロレンズの場合、基
板はＮａイオンを多く含むソーダガラスが用いられてい
る。液晶表示素子の基板としては、液晶にイオンが溶出
すると特性の劣化等を引き起こすのでソーダガラスのよ
うなものは好ましくなく、イオン成分の少ないほうけい
酸ガラスが使われている。ソーダガラスの熱膨張率は８
〜１０×１０−６／ｄｅｇほうけい酸ガラスは４〜５×
１０−６／ｄｅｇで、仮に１０ｃｍの大きさのものを１
枚ずつ貼り合わせたとすると、５０℃の温度変化に対し
約２５μｍの伸縮差が起こることになり、熱に対する信
頼性が問題となり、更に上記最大級の効果を得る上で悪
影響を及ぼす。

【０００９】そこで、熱膨張率が相互に異なる部材を接
着剤によって貼り合わせた貼り合わせ構造において、接
着剤に伸縮性の有するスペーサを混入する方法について
本件出願人によって提案している（特願平１ー１８７７
１５）。これは、スペーサを用いることで接着層をある
均一な厚さにすることにより、熱膨張率の差によって生
じる応力を緩和し、反り、剥がれ等を生じ難くするもの
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記方法では、接着剤
層に混入するスペーサの選定に当たっては次の制約があ
った。

【００１１】■熱膨張率が接着剤層と等しいこと、■接
着剤層の厚さ出しのための圧力に耐え得る強度を持つこ
と、■屈折率が接着剤層と等しいこと、等である。その
うえ、スペーサの周囲の接着剤層の剥がれによる表示不
良も起こり易い。即ち、アクリル系やスチレン系のスペ
ーサを用いる場合、貼り合わせ時に接着剤の硬化収縮に
よって変形したスペーサは、貼り合わせ後の部材の加熱
などで接着剤層が熱膨張した際に復元する。ところが温
度が下がった後も元の形に戻らないので、収縮した接着
剤と基板との間で、スペーサを中心とする剥離が起こる
。この部分が表示品位の低下の原因となる。特に、液晶
表示素子とマイクロレンズアレイの貼り合わせたものは
投影型画像表示装置に用いられており、上記のようなス
ペーサを中心とする剥離があると、この部分が光って見
え、表示不良を起こす可能性がある。

【００１２】本発明の目的は、熱膨張率が相互に異なる
部材を接着剤によって貼り合わせたときにおける反り、
剥がれが生じがたく、高い熱信頼性を持った貼り合わせ
構造及び貼り合わせ方法を提供することである。

【００１３】

【問題を解決するための手段】本発明は、熱膨張率が相
互に異なる部材を接着剤によって貼り合わせた構造にお
いて、部材間にあって部材の４隅の近傍部分に配置され
た所望の厚さを持つ伸縮性のあるスペーサ部材と上記近
傍部分以外に全面的に配置された接着剤層とを有するこ
とにより特徴があり、そのことによって上記目的を達成
する。

【００１４】又、本発明は熱膨張率が相互に異なる部材
を接着剤によって貼り合わせる方法において、一方の部
材の少なくとも４隅の近傍に予め所望の厚さを持つスペ
ーサ部材を配置した後、接着剤を全面的に塗布し、その
後他方の部材をスペーサ部材を介在して一方の部材に対
し配置することにより両部材をスペーサ部材の厚みの間
隔で配置した後、接着剤を硬化させることを特徴とする
ものであって、そのことにより上記目的を達成する。

【００１５】更に、上記の方法において、一方の部材の
４隅の近傍に予め所望の厚さで樹脂材料を塗布し、その
後樹脂材料を硬化してスペーサ部材とすることができる
。

【００１６】

【作用】本発明に従えば、貼り合わせ部材間で所定の位
置、例えば４隅の近傍にスペーサ部材が配置されている
。従って、このスペーサ部材によって、２つの部材間の
間隔が所望の値に正確に設定されて調節される。この結
果、この間隔に配設される接着剤はほぼ均一な所望の厚
みになる。

【００１７】また、本発明では、スペーサ部材は弾力性
に富む材質でできているため、接着剤層と部材との間の
剥離を生じ難く、しかも部材の４隅の近傍のみに配置さ
れると、特に部材が光学部品であるときに、光学特性に
悪影響を及ぼす事なく、２つの部材を貼り合わせること
ができる。

【００１８】こうして貼り合わせられた２つの部材は、
一定の厚さの接着剤層が異種の部材の熱膨張の差を緩和
するので、反り、剥がれが生じ難く、熱信頼性が向上す
る。本発明の方法によれば一方の部材の４隅の近傍に所
望の厚みのスペーサ部材を配置した後接着剤を全面に塗
布し、その後他方の部材を一方の部材にスペーサ部材に
当接するよう配置させることにより、両部材間の間隔が
スペーサ部材により規定され、両部材間で全面的に間隔
がほぼ均一にされる。こうして、両部材間にほぼ均一な
接着剤の層を容易に形成することができる。

【００１９】又、部材の４隅の近傍に樹脂を塗布し、そ
の後に硬化することにより、硬化した樹脂をそのままス
ペーサ部材として用いるため、部材とは別に予めスペー
サ部材を準備し、このスペーサ部材をわざわざ一方の部
材に配置する場合に比べて製造工程上簡素化に寄与しう
る。

【００２０】

【実施例】図は本発明の貼り合わせ構造の一実施例の断
面図を示す。この実施例では、投影型画像表示装置に用
いる液晶表示素子とマイクロレンズとの貼り合わせ構造
を挙げている。

【００２１】投影型画像表示装置では、光源からの平行
光が平板状マイクロレンズアレイ１から、平板状の液晶
表示素子２を透過し、投影レンズを介してスクリーンに
投影される。マイクロレンズアレイ１の多数の集光レン
ズは液晶表示素子２の絵素領域に光を集めて、表示の明
るさを高める。このマイクロレンズアレイ１は、イオン
交換法によって屈折率分布を持ったＮａイオンを多く含
む平板状の透明性ソーダガラスから成る。液晶表示素子
２の基板２ａ，２ｂは、平板状の透明性ほうけい酸ガラ
スから成り、マイクロレンズアレイ１と基板２ａとは接
着剤層３によって接着されて貼り合わせられる。

【００２２】接着剤層３の接着剤としては、屈折率がガ
ラスに近く（１．４〜１．６）、適度の粘度で（２００
〜５００ｃｐｓ）、接着力の強いものが好ましい。この
ような接着剤としては、アクリル系またはエポキシ系合
成樹脂が挙げられる。例としては、ＴＨＲＥＥＢＯＮＤ
社製ＡＶＲー１００、ＳＯＮＹＣＨＥＭＩＣＡＬ社製Ｕ
Ｖー１００３、ＮＯＲＬＡＮＤ社製ＮＯＲー６１、日本
ロックタイト社製３６３、ダイキン工業ＵＶー３０００
、ＵＶー４０００等がある。これらは、ＵＶ照射により
硬化する樹脂であるが、熱硬化性樹脂を用いても構わな
い。これらの接着層３は、１０μｍ以下では剥がれ易く
、１００μｍ以上では硬化させるのに時間がかかるので
、この範囲内におさめることが好ましい。１００μｍ程
度の厚みであれば、２００Ｗの高圧水銀ランプで３０ｓ
ｅｃ照射すれば、実用上問題ない程度に硬化する。

【００２３】また、接着剤層３が基板の４隅で１０μｍ
以下の薄さになると、剥離が起こり易くなるため、接着
剤層３の厚さを１０μｍ以上確保することが重要である
。そこでスペーサ４が基板２ａとマイクロレンズアレイ
１の間の４隅に配置されるが、そのために接着剤層３の
形成の前に予め一方の基板の４隅にスペーサ４を設けて
おく。

【００２４】スペーサ４は、高粘度の紫外線硬化型若し
くは熱硬化型の樹脂を、所定の厚さに印刷する方法やデ
ィスペンサーによりスポット状に塗布する方法（ポッテ
ィング）等の方法を用いて作製する。樹脂としては、貼
り合わせられる両基板及び接着剤の熱膨張率の差から生
じる熱応力によって剥離等が起こらないよう、十分な柔
軟性をもったものが好ましく、シリコン系の樹脂等が使
用可能である。これらの樹脂はまた、アクリル系、スチ
レン系の球状スペーサの場合のような、スペーサの周囲
の剥がれをも生じ難いので、耐熱性が高く、光学特性に
影響のない貼り合わせを実現することができる。

【００２５】尚、液晶表示素子２は、基板２ａ，２ｂ間
に液晶６が充填され、シール部材７によってシールされ
ている。

【００２６】図２は、本発明の貼り合わせ構造を実現す
るための貼り合わせ方法の一工程を説明する平面図であ
る。

【００２７】液晶表示素子２にマイクロレンズアレイ１
を貼り合わせるにあたっては、まず液晶表示素子２の基
板２ａの上面を水平な状態で静置する。図２に斜線領域
で示すようにマイクロレンズアレイ１の４隅かつ液晶表
示素子の画面外の場所にシリコン樹脂を所望の厚さに印
刷し、硬化させ、スペーサ４とする。

【００２８】上記例示の接着剤を基板２上に全面的に塗
布し、その上から、マイクロレンズアレイ１を乗せ、適
当な圧力を加えて厚みを調節した後紫外線を照射するこ
とによって接着剤層３が硬化し、基板２ａとマイクロレ
ンズアレイ１とが接着して貼り合わせられ、図１に示す
貼り合わせ構造が得られる。

【００２９】貼り合わせに際しては、ガラス基板２ａと
接着剤層３間の反射、散乱ロスを防ぐため、接着剤とし
てガラスと屈折率の差が小さいもの（望ましくは屈折率
の差が０．１以下のもの）を用いる。

【００３０】またスペーサ４は、その弾性定数が接着剤
より大きいと剥離の原因となるため、弾性定数が接着剤
以下の樹脂を選ぶ。例えば、上記接着剤として、エポキ
シ系、アクリル系、スチレン系等の樹脂を用いた場合、
当該樹脂の弾性定数以下のエポキシ系、アクリル系、ス
チレン系等の樹脂をスペーサとして用いることも可能で
ある。なお、スペーサ４は液晶表示素子の画面外に設け
られているので、屈折率、光透過率の制約はない。

【００３１】ここで、スペーサ４は、接着剤層３の厚み
が均一に形成されるように設けられるものであって、貼
り合わせ段階でマイクロレンズアレイ１と液晶表示素子
２との間に介在するだけでも足り、スペーサ４がマイク
ロレンズアレイ１，液晶表示素子と接着的な関係にある
ことは必ずしも必要がなく、非接着性であっても良い。 このことから、スペーサ４は上記製法に限らず、予め所
望の厚みに成型されたものを用いて、マイクロレンズア
レイ１に配置しても良い。

【００３２】本発明者は、上記特願平１ー１８７７１５
のような接着剤の厚みを均一化するためには接着剤にス
ペーサを均一に介在することが必要であるという考え方
について検討を行ない、敢えてスペーサを中央部分にお
いて削除した場合に接着剤層を所望の厚みで形成できる
かについて実験を行ったところ、４隅にスペーサを介在
し、その後接着剤を塗布、硬化することにより接着剤層
の所望の厚みを実用上に耐えうる程度の均一性で制御で
きることが判った。この知見に基づいて、接着剤を塗布
する前にあらかじめスペーサ４をマイクロレンズアレイ
１と液晶表示素子の間に介在させるものであり、接着剤
層４として実用に耐える厚みの均一性のあるものを得る
ことができる。具体的には、例えば上記実施例に於いて
マイクロレンズアレイ１の長辺、短辺の長さ及び厚みを
夫々６０ｍｍ，４５ｍｍ及び２ｍｍとし、接着剤層３と
スペーサ４の厚み１０〜５０μｍ、スペーサ４の断面を
辺の長さ０．１ｍｍの正方形とし、基板２ａの長辺及び
短辺の長さをマイクロレンズアレイ１と同様でその厚み
を１ｍｍとし、基板２ｂを基板２ａに比べて長辺の両側
において７ｍｍづつ長い点を除けば同様とし、液晶層５
の厚みを４〜６μｍとすることにより実施できる。

【００３３】図３は、マイクロレンズアレイ１と液晶表
示素子２とを貼り合わせた後に、加熱して、マイクロレ
ンズアレイ１と液晶表示素子２が反った状態を示す。こ
のときスペーサ４および接着剤層３がマイクロレンズア
レイと液晶表示素子の熱膨張率の差により歪むので、基
板２ａとマイクロレンズアレイ１とが剥離することが防
がれる。

【００３４】本発明は光学部品を貼り合わせる為に実施
されるだけでなく、その他、熱膨張率が相互に異なる部
材を接着して貼り合わせるために、広範囲に実施するこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接着剤に
よって、熱膨張率が相互に異なる部材を貼り合わせた構
造において、貼り合わせられた２つの部材の間には、４
隅に伸縮性のあるスペーサが配置されているので、この
スペーサによって２つの部材間の間隔が正確に設定して
調節されることができ、再現性よく光学特性に悪影響が
生じることなく、しかも２つの接着された部材の熱膨張
の差は、この接着剤層によって緩和されるので、反り、
剥がれが生じ難く、高い熱信頼性が達成される。又、本
発明の貼り合わせ方法によれば、接着剤層の厚みが所望
にしかも実用上に耐える均一性で容易に実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の貼り合わせ構造の一実施例の断面図で
ある。

【図２】本発明の貼り合わせ方法の一実施例の一工程を
説明する平面図である。

【図３】本発明の貼り合わせ構造の一実施例の反った状
態の断面図である。

【符号の説明】

１　　マイクロレンズアレイ ２　　液晶表示素子 ４　　スペーサ ５　　液晶層 ６　　シール材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　熱膨張率が相互に異なる部材を接着剤
   によって貼り合わせた構造において、部材間にあって部
   材の４隅の近傍部分に配置された所望の厚さを持つ伸縮
   性のあるスペーサ部材と上記近傍部分以外に全面的に配
   置された接着剤層とを有する貼り合わせ構造。
2. 【請求項２】　　熱膨張率が相互に異なる部材を接着剤
   によって貼り合わせる方法において、一方の部材の少な
   くとも４隅の近傍に予め所望の厚さを持つスペーサ部材
   を配置した後接着剤を全面的に塗布し、その後他方の部
   材をスペーサ部材を介在して一方の部材に対し配置する
   ことにより両部材をスペーサ部材の厚みの間隔で配置し
   た後、接着剤を硬化させることを特徴とする貼り合わせ
   方法。
3. 【請求項３】　　請求項２記載の方法において、一方の
   部材の４隅の近傍に予め所望の厚さで樹脂材を塗布し、
   その後樹脂材を硬化してスペーサ部材とすることを特徴
   とする貼り合わせ方法。