JPH09227151A

JPH09227151A - 平板型マイクロレンズ用ガラス基板及び平板型マイクロレンズ

Info

Publication number: JPH09227151A
Application number: JP8102173A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Matsuda; 厚範松田; Satoshi Taniguchi; 敏谷口; Kenjiro Hamanaka; 賢二郎浜中; Kenji Morio; 健二森尾; Daisuke Arai; 大介新井; Takashi Kishimoto; 隆岸本; Kenichi Nakama; 健一仲間
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のガラス基板で平板型マイクロレンズを
製造すると、高屈折率樹脂を充填する凹部がきれいにエ
ッチングできず、またガラス基板表面にＴＦＴ等を形成
した場合の熱膨張係数の差が大きい。【解決手段】ガラス基板の組成が以下の条件を満たす
ようにした。ＳiＯ₂：４５重量％以上７５重量％以下Ｂ₂Ｏ₃：８．０重量％以上１９．０重量％以下（好まし
くは９．５重量％以上１２．５重量％以下）ＢaＯ：４．２重量％以上１４重量％以下（好ましくは
１０重量％以下）ＭＯ（ＭはＢa以外の２価金属）：１０重量％以上３０
重量％以下Ｒ₂Ｏ（Ｒは１価金属）：１０重量％以下（好ましくは
１重量％以下）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は液晶表示素子等に利
用する平板型マイクロレンズを構成するガラス基板に関
する。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタテレビジョン（ＰＴＶ）に
液晶表示素子が用いられている。この液晶表示素子は２
枚のガラス板間に形成した隙間に液晶を注入し、また各
ガラス板の液晶と接する面には各画素に対応して、アモ
ルファスシリコンやポリシリコンからなるＴＦＴ（薄膜
トランジスタ）を形成している。そして、透過型の液晶
表示素子を用いたＰＴＶでは、液晶表示素子にキセノン
ランプやメタルハライドランプ等から照射光を当て、液
晶表示素子の画素開口部を介して出射側に透過させ、液
晶表示素子に形成された画像を投影レンズを介してスク
リーンに投影するようにしている。

【０００３】上記の照射光を画素開口部に集光して液晶
表示素子を透過する照射光の割合を高め上記の投影画像
を明るくするために、液晶表示素子を構成する２枚のガ
ラス基板のうちの照射光が入射する側のガラス基板に平
板型マイクロレンズを接合し、照射光を画素開口部に集
光せしめるようにした技術が特開平３−２１４１０１号
公報等に提案されている。

【０００４】斯かる平板型マイクロレンズの製造方法と
して、ＨＦ（フッ化水素）系のエッチャントを用いた方
法が知られている。この方法は、ガラス基板に微小穴を
形成したマスクを重ね、この状態でガラス基板をエッチ
ャント液中に浸漬し、微小穴からエッチャントによって
等方性エッチングを行い、ガラス基板に半球状凹部を形
成し、次いで、マスクを除いて、該凹部に高屈折率樹脂
を充填する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、平板
型マイクロレンズは液晶表示素子の一部或いは液晶表示
素子と組み合わせて使用されることが多い。そして、液
晶表示素子はＴＦＴ等が構成要素として組み込まれ、こ
のＴＦＴと比較して大幅に熱膨張差があると、液晶表示
素子自体の機能に不具合が生じる。具体的な数値を示す
と、ＴＦＴにはα−ＳiＴＦＴ、低温polyＳiＴＦＴ、高
温polyＳiＴＦＴがあるが、α−ＳiＴＦＴに適するガラ
ス基板の熱膨張係数は４５×１０^-7／℃程度であり、低
温polyＳiＴＦＴに適するガラス基板の熱膨張係数は３
５×１０^-7／℃程度であり、高温polyＳiＴＦＴに適す
るガラス基板の熱膨張係数は６×１０^-7／℃程度であ
る。

【０００６】ガラス組成を開示している先行技術とし
て、特開昭５９−１０７９４１号公報にはカラー陰極線
管用パネルガラスの組成が、特公昭５９−５３２２５号
公報には光ファイバー用ガラスの組成が示されている
が、これらに示されるような組成のガラスは熱膨張率が
大きいので不適である。

【０００７】尚、特公昭５９−５３２２５号公報にはＢ
₂Ｏ₃を含ませることで熱膨張率を小さくした被覆ガラス
用のガラス組成も開示されている。しかしながら、特公
昭５９−５３２２５号公報に示される被覆ガラス用のガ
ラス組成を持ったガラス基板に前記したＨＦでエッチン
グを行うと、エッチングが不均一になり、鏡面エッチン
グが行えないという問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明にあっては、平板型マイクロレンズ用ガラス基板
として、ＳiＯ₂：４５重量％以上７５重量％以下、Ｂ₂
Ｏ₃：８．０重量％以上１９．０重量％以下（好ましく
は９．５重量％以上１２．５重量％以下）、ＢaＯ：
４．２重量％以上１４重量％以下（好ましくは１０重量
％以下）、ＭＯ（ＭはＢa以外の２価金属）：１０重量
％以上３０重量％以下、Ｒ₂Ｏ（Ｒは１価金属）：１０
重量％以下（好ましくは１重量％以下）とした。

【０００９】ＳiＯ₂を４５重量％以上７５重量％以下と
したのは、４５重量％未満では、得られるガラスの化学
的耐久性が低くなり、また熱膨張係数も前記したα−Ｓ
iＴＦＴや低温polyＳiＴＦＴに対する好ましい範囲から
外れて大きくなり過ぎ、一方７５重量％を超えると、溶
融温度が高くなり高温炉が必要となり、また熱膨張係数
も小さくなり過ぎるからである。

【００１０】Ｂ₂Ｏ₃はガラス転移温度を低くする作用を
有し、このＢ₂Ｏ₃を８．０重量％以上１９．０重量％以
下としたのは、８．０重量％未満では溶融温度が高くな
り生産性に劣り、１９．０重量％を超えると溶融温度は
低くなるが耐水性等の化学的耐久性が低くなるからであ
る。

【００１１】ＢaＯはガラスの絶縁性を向上させる作用
を有し、このＢaＯを４．２重量％以上１４重量％以下
としたのは、４．２重量％未満ではガラスの電気絶縁性
を向上させる効果が不充分で、１４重量％を超えるとエ
ッチング面に荒れが目立つからであり、等方性の鏡面エ
ッチングを行うには好ましくは１０重量％以下とする。

【００１２】ＭＯは温度に対する硬度（粘度）変化を小
さくする作用、即ちガラスの成形性を向上させる作用が
ある。このＭＯを構成する２価の金属Ｍとしては、Ｍ
g、Ｃa、Ｓr、Ｚn等があり、このＭＯを１０重量％以上
３０重量％以下としたのは、１０重量％未満では、充分
なガラス成形性が得られず、例えばガラスを板状にしに
くく、３０重量％を超えると失透現象が生じガラスが不
透明になるおそれがあるからである。

【００１３】Ｒ₂Ｏを構成する１価の金属Ｒとしては、
Ｌi、Ｎa、Ｋ等があり、このＲ₂Ｏを１０重量％以下と
したのは、１０重量％を超えるとガラスの化学的耐久性
が低下し、熱膨張係数が増加するからであり、特に液晶
と直接接するガラス基板の場合には、アルカリの液晶に
対する影響を考慮して１重量％以下とすることが好まし
い。

【００１４】また、上記のガラス基板の凹部に充填する
高屈折率樹脂としては、屈折率が１．５９以上１．６９
以下のもの、或いは炭化水素とイオウとのチオール結合
或いはスルフィド結合を有するものが適当である。

【００１５】高屈折率樹脂を構成する炭化水素としては
フェニル基、アルキレン、ポリメチレン等があり、また
高屈折率樹脂はイソシアネート基、アクリロイル基やメ
タクリロイル基を含むものが適当である。

【００１６】高屈折率樹脂の具体例としては、ポリイソ
シアネートとポリチオールとの混合物（硬化後の屈折率
＝１．６６０）の他、以下の（化１）〜（化８）で示す
構造式のモノマーを出発原料とする重合体が挙げられ
る。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】

【化３】

【００２０】

【化４】

【００２１】

【化５】

【００２２】

【化６】

【００２３】

【化７】

【００２４】

【化８】

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
ガラス基板を用いた平板型マイクロレンズを組み込んだ
液晶表示素子の断面図、図２は同平板型マイクロレンズ
の平面図、図３は同平板型マイクロレンズの要部拡大断
面図で、このうち（ａ）は基板の一面に高屈折率樹脂が
露出したタイプのものを、（ｂ）は２枚の基板の間に高
屈折率樹脂を挟み込んだものを示す図である。

【００２６】液晶表示素子１は一対のガラス基板２，３
の間に液晶４が注入・充填され、照射光が入射する側の
ガラス基板２の液晶４と接する側の表面には対向電極２
ａが、またガラス基板３の液晶４と接する側の表面には
ＴＦＴ３ａがそれぞれ形成されている。

【００２７】そして、ガラス基板２には平板型マイクロ
レンズ５が接合され、この平板型マイクロレンズ５は本
発明の組成からなるガラス基板６に、ＨＦをエッチャン
トとした湿式エッチングによって半球状の凹部７が画素
に対応して形成され、この凹部７に高屈折率樹脂８を充
填することでレンズ部を形成している。更に、ガラス基
板６の外周部には溝９を形成し、この溝９によって凹部
７に高屈折率樹脂８を充填する際の余剰分を受入れ、平
板型マイクロレンズ５の外周から高屈折率樹脂８が食み
出ないようにしている。尚、高屈折率樹脂８をガラス基
板２と平板型マイクロレンズ５との接着剤として用いて
もよい。

【００２８】尚、図示例にあってはガラス基板２に平板
型マイクロレンズ５を接合するようにしたが、ガラス基
板２を設けず、平板型マイクロレンズ５とガラス基板３
との間に液晶を注入するようにしてもよい。

【００２９】更に、平板型マイクロレンズ５の構造とし
ては、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板６の凹部７
を形成した面に多のガラス基板１０を貼り合せ、これら
ガラス基板６，１０間に高屈折率樹脂８を挟み込みこと
で高屈折率樹脂８が露出しない構造の平板型マイクロレ
ンズとすることも可能である。

【００３０】以下の（表）は平板型マイクロレンズ５を
構成するガラス基板６の組成割合と熱膨張率α及びエッ
チング性との関係を示したものである。

【００３１】

【表】

【００３２】上記の（表）から、試料９，１０について
はアルカリの含量が１０重量％を超えるため、平板型マ
イクロレンズのガラス基板としては不適であることが分
る。また、試料１〜８についてはＢ₂Ｏ₃を含んでおり、
熱膨張率αは小さい。しかしながら、試料３〜８につい
てはエッチング性がよくないことが分った。一方、試料
１，２については、熱膨張率αも所定の範囲（４０±１
５）×１０^-7／deg、好ましくは（４０±５）×１０^-7
／degに収まっており、エッチング性もよいことが分っ
た。

【００３３】ここで、試料１，２と他の試料とを比較す
る。先ず試料１，２と試料３，４，５とはＭgＯ、Ｃa
Ｏ、ＳrＯの割合が異なっており、このことからＭgＯ、
ＣaＯ、ＳrＯ等の２価の金属イオン酸化物はある程度多
い方、具体的には１０重量％以上がよいことが推定でき
る。また、試料１，２と試料６，７とを比較すると、２
価の金属イオン酸化物とＢaＯの割合で異なっており、
これらの相違から、２価の金属イオン酸化物はある程度
多い方がよく、ＢaＯはあまり多いとエッチング性を悪
くすることが推定できる。また、試料１，２と試料８，
９を比較すると、２価の金属イオン酸化物の割合は略同
じでＢaＯの割合が異なっている。このことから、ＢaＯ
は１４．０重量％以下とすべきと言える。更に試料１，
２と試料８とを比較すると、試料８のＢaＯが少なくな
っており、これがエッチング性に影響していると考えら
れる。したがって、ＢaＯは１重量％以上とすることが
好ましい。

【００３４】更に、（表）からは試料１，２が熱膨張率
とエッチング性に優れたガラス基板と言えるが、試料
１，２の組成割合を基準にして組成割合を変化させた結
果、ＳiＯ₂については４５重量％以上７５重量％以下、
Ｂ₂Ｏ₃については８．０重量％以上１９．０重量％以
下、ＢaＯについては４．２重量％以上１４重量％以
下、ＭＯ（ＭはＢa以外の２価金属）については１０重
量％以上３０重量％以下、Ｒ₂Ｏ（Ｒは１価金属）につ
いては１０重量％以下であれば、熱膨張率とエッチング
性に優れたガラス基板となることが判明した。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
平板型マイクロレンズを構成するガラス基板の組成とし
て、ＳiＯ₂を４５重量％以上７５重量％以下、Ｂ₂Ｏ₃を
８．０重量％以上１９．０重量％以下（好ましくは９．
５重量％以上１２．５重量％以下）としたので、ガラス
基板の熱膨張率を平板型マイクロレンズを液晶表示素子
に適用した場合に要求される（40±15）×10^-7／deg、
好ましくは（40±5）×10^-7／deg程度の熱膨張率にする
ことができる。

【００３６】また、ＢaＯを４．２重量％以上１４重量
％以下（好ましくは１０重量％以下）、ＭＯ（ＭはＢa
以外の２価金属）を１０重量％以上３０重量％以下、Ｒ
₂Ｏ（Ｒは１価金属）を１０重量％以下（好ましくは１
重量％以下）としたので、等方性でしかもエッチング面
の荒れが少ない鏡面エッチングが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガラス基板を用いた平板型マイク
ロレンズを組み込んだ液晶表示素子の断面図

【図２】同平板型マイクロレンズの平面図

【図３】同平板型マイクロレンズの要部拡大断面図で、
このうち（ａ）は基板の一面に高屈折率樹脂が露出した
タイプのものを、（ｂ）は２枚の基板の間に高屈折率樹
脂を挟み込んだものを示す図

【符号の説明】

１…液晶表示素子、２，３…液晶表示素子を構成するガ
ラス基板、４…液晶、５…平板型マイクロレンズ、６…
平板型マイクロレンズを構成するガラス基板、７…凹
部、８…高屈折率樹脂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森尾健二大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内 (72)発明者新井大介大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内 (72)発明者岸本隆大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内 (72)発明者仲間健一大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高屈折率の透明樹脂を充填する凹部をそ
の表面にエッチングにて形成した平板型マイクロレンズ
用ガラス基板において、このガラス基板の組成は以下の
条件を満たすことを特徴とする平板型マイクロレンズ用
ガラス基板。ＳiＯ₂：４５重量％以上７５重量％以下Ｂ₂Ｏ₃：８．０重量％以上１９．０重量％以下ＢaＯ：４．２重量％以上１４重量％以下ＭＯ（ＭはＢa以外の２価金属）：１０重量％以上３０
重量％以下Ｒ₂Ｏ（Ｒは１価金属）：１０重量％以下
【請求項２】高屈折率の透明樹脂を充填する凹部をそ
の表面にエッチングにて形成した平板型マイクロレンズ
用ガラス基板において、このガラス基板の組成は以下の
条件を満たすことを特徴とする平板型マイクロレンズ用
ガラス基板。ＳiＯ₂：４５重量％以上７５重量％以下Ｂ₂Ｏ₃：９．５重量％以上１２．５重量％以下ＢaＯ：４．２重量％以上１４重量％以下ＭＯ（ＭはＢa以外の２価金属）：１０重量％以上３０
重量％以下Ｒ₂Ｏ（Ｒは１価金属）：１０重量％以下
【請求項３】高屈折率の透明樹脂を充填する凹部をそ
の表面にエッチングにて形成した平板型マイクロレンズ
用ガラス基板において、このガラス基板の組成は以下の
条件を満たすことを特徴とする平板型マイクロレンズ用
ガラス基板。ＳiＯ₂：４５重量％以上７５重量％以下Ｂ₂Ｏ₃：８．０重量％以上１９．０重量％以下ＢaＯ：４．２重量％以上１４重量％以下ＭＯ（ＭはＢa以外の２価金属）：１０重量％以上３０
重量％以下Ｒ₂Ｏ（Ｒは１価金属）：１重量％以下
【請求項４】高屈折率の透明樹脂を充填する凹部をそ
の表面にエッチングにて形成した平板型マイクロレンズ
用ガラス基板において、このガラス基板の組成は以下の
条件を満たすことを特徴とする平板型マイクロレンズ用
ガラス基板。ＳiＯ₂：４５重量％以上７５重量％以下Ｂ₂Ｏ₃：８．０重量％以上１９．０重量％以下ＢaＯ：４．２重量％以上１０重量％以下ＭＯ（ＭはＢa以外の２価金属）：１０重量％以上３０
重量％以下Ｒ₂Ｏ（Ｒは１価金属）：１０重量％以下
【請求項５】請求項１乃至請求項４に記載のガラス基
板を用いた平板型マイクロレンズであって、前記凹部に
充填される高屈折率の透明樹脂の屈折率は１．５９以上
１．６９以下であることを特徴とする平板型マイクロレ
ンズ。
【請求項６】請求項１乃至請求項４に記載のガラス基
板を用いた平板型マイクロレンズであって、前記凹部に
充填される高屈折率の透明樹脂は炭化水素とイオウとの
チオール結合またはスルフィド結合を有することを特徴
とする平板型マイクロレンズ。
【請求項７】請求項６に記載のガラス基板を用いた平
板型マイクロレンズであって、前記炭化水素はフェニル
基、アルキレンまたはポリメチレンであることを特徴と
する平板型マイクロレンズ。
【請求項８】請求項６または請求項７に記載のガラス
基板を用いた平板型マイクロレンズであって、前記高屈
折率の透明樹脂はイソシアネート基を含むことを特徴と
する平板型マイクロレンズ。
【請求項９】請求項６または請求項７に記載のガラス
基板を用いた平板型マイクロレンズであって、前記高屈
折率の透明樹脂はアクリロイル基またはメタクリロイル
基を含むことを特徴とする平板型マイクロレンズ。
【請求項１０】請求項１乃至請求項４に記載のガラス
基板を用いた平板型マイクロレンズであって、この平板
型マイクロレンズは基板の一面に形成した凹部に基板よ
りも屈折率の高い透明樹脂材料を充填するか或いは前記
凹部に基板よりも屈折率の高い透明樹脂材料を充填した
面にカバーガラスを設けることで構成されることを特徴
とする平板型マイクロレンズ。