JP2000206308A

JP2000206308A - 液晶表示装置用マイクロレンズ基板

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Publication number: JP2000206308A
Application number: JP11004470A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Kitamura; 智史北村; Tadashi Ishimatsu; 忠石松; Osamu Koga; 修古賀
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-07-28
Anticipated expiration: 2019-01-11
Also published as: JP4269381B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置の製造工程で加熱処理を行っても
歪みや接着剤界面での剥離等の生じない、信頼性の高い
液晶表示装置用マイクロレンズ基板を提供する。【解決手段】透明基板上に少なくとも、複数のマイクロ
レンズと接着剤層と透明薄板とが順次配設され、別途作
成された所定の電極パターンを有する対向基板とで液晶
物質を挟持する液晶表示装置用マイクロレンズ基板にお
いて、前記接着剤層と透明薄板との間に透明樹脂層を配
設したことを特徴とする液晶表示装置用マイクロレンズ
基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明基板上に複数
のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズ基板に係
わり、中でも特に、液晶プロジェクション装置等の液晶
表示装置に用いられる液晶表示装置用マイクロレンズ基
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一般に、偏光膜と透明
電極が各々配設された対向する一対の基板と、これら基
板間に封入された液晶物質とでその主要部が構成されて
いる。また、カラー画像を表示するカラー液晶表示装置
にあっては、上記一対とした基板のいずれか一方に偏光
を着色するためのカラーフィルター層を設けている。

【０００３】画面表示を行なう際、対向する透明電極間
に電圧を印加することにより電極基板間に封入された液
晶物質の配向状態を変化させて、この液晶物質を透過す
る光の偏光面を制御すると共に、偏光フィルムによりそ
の透過、不透過を制御している。なお、以下の記述で画
素部とは、挟持した液晶へ電圧を印加し、液晶の配向状
態を変化させる部位（すなわち、光の透過、不透過が制
御される部位であり、通常は、対向した電極が平面視で
重なる部位）を示し、非画素部は、各画素部間の領域を
示す。

【０００４】また、上記一対とした基板の少なくとも一
方の基板には、ブラックマトリクスと呼称される、各画
素部に対向する部位に光透過用の開口を形成した遮光層
を配設することが一般的となっている。ブラックマトリ
クスは画素部の外周領域の不要な光を遮光することで、
画面表示のコントラストを向上させるものであり、さら
には、液晶表示素子への配線や液晶駆動用の電極等を遮
光部にて保護する役目を持たせる場合もある。

【０００５】液晶表示装置の種類として液晶表示画像を
スクリーン上に拡大投影するプロジェクションテレビ
や、データプロジェクション等の液晶プロジェクション
装置が知られている。液晶プロジェクション装置におい
ては、内蔵式の光源（ライト）を配置し、内蔵式の光源
より照射された光線を液晶パネル（上記液晶を挟持した
一対の基板）に入射し表示画面を得る方式が広く普及し
ている。

【０００６】近年、画像表示装置では、表示画像を高精
細化する要求が高まっており、この要求は液晶表示装置
においても高まっている。周知のように、高精細な画像
を得るためには、画素数を増やすことが必要である。し
かるに、高精細な画像を得るために液晶プロジェクショ
ン装置の画素数を増やした場合、表示画像が暗くなり、
表示される画像の品位が低下するという問題が生じてい
たものである。

【０００７】なぜならば、液晶プロジェクション装置を
構成する上記一対とした基板の大きさは、内蔵式光源の
出力効率上、対角０．９〜１．３インチ程度のものが一
般的に用いられている。基板の大きさが決まっているた
め、基板に形成する画素数を増やした場合、画素間のピ
ッチは狭まることになる。さらに、液晶表示素子の配線
や液晶駆動用電極にはある程度の領域が必要であり、そ
のためそれらを保護するために形成されるブラックマト
リクスの遮光部領域の大きさは、たとえ画素数が増えた
としても小さくすることができず、従来と同じ程度の大
きさとせざるをえない。

【０００８】そのため、画素数が増え画素間のピッチが
狭まると、ブラックマトリクスに形成する個々の開口の
面積を狭くせざるをえない。すなわち、ブラックマトリ
クスの開口率を小さくせざるをえないといえる。液晶プ
ロジェクション装置の画素数を増やしブラックマトリク
スの開口率が小さくなると、開口を通過する光量が減
り、表示画像が暗くなり、表示される画像の品位が低下
することになる。

【０００９】この様な、ブラックマトリクスの開口率が
小さくなることで生じる画像品位の低下を防止する手段
として、上記液晶を挟持した一対の基板の片面にマイク
ロレンズを配設することが知られている。マイクロレン
ズを配設することで、従来ブラックマトリクスの遮光部
で遮られていた光をマイクロレンズにより画素領域（ブ
ラックマトリクスの開口領域）に集光することが可能と
なり、光の利用効率を上げ、明るい画像表示とすること
ができる。

【００１０】なお、マイクロレンズの形成方法として、
以下に記す方法等が知られている。すなわち、ガラス基
板に所定の開口パターンを形成した金属マスクを被せ、
このガラス基板を特定の処理液に浸漬して、金属マスク
より露出したガラス基板部位の屈折率をレンズ状に変化
させレンズパターンとするガラス拡散法であり、また、
ガラス基板を直接エッチングしレンズパターンを得るウ
ェットエッチング法である。また、ガラス上に所定の形
状としたレジストパターンもしくは金属膜パターンを設
け、ガラスを直接ドライエッチしてレンズパターンを得
るガラスドライエッチング法や、ガラス上に所定の形状
としたレジストパターンを形成した後に加熱を行い、溶
融したレジストパターンの表面張力によりレジストパタ
ーンをレンズ化する熱フロー法、ガラス上に透明樹脂を
形成した後に金型等で圧着し、さらに熱硬化させてレン
ズとするスタンパ法等も知られている。

【００１１】ここで、レンズの集光性はレンズの曲率で
決まる。また、図３に示すように、透明基板32上にマイ
クロレンズ33を形成した場合、接着剤層34を介してマイ
クロレンズ33上にガラス等からなる透明薄板35を貼り付
け平坦化を行ない、しかる後、ブラックマトリクス37お
よび、導電膜38を形成することが一般的となっている。
すなわち、マイクロレンズの形成で生じた凹凸面を平坦
化することで、対向する基板とのギャップ不良を防止
し、また、ブラックマトリクスおよび、導電膜を形成す
る際の精度を向上させる等の目的のためである。マイク
ロレンズ33上に接着剤層34を介して透明薄板35を貼り付
けた場合、マイクロレンズ33と接着剤層34との屈折率差
も集光性に関係することになる。しかし、マイクロレン
ズ33の曲率は、各マイクロレンズ33間のピッチとレンズ
の高さとで決まるといえ、マイクロレンズの集光性を上
げるためレンズの曲率を大きくしようとしても、液晶パ
ネル（液晶を挟持した一対の基板）の厚みの制約等、曲
率の増加には限界があるといえる。一方、レンズと接着
剤との屈折率差を大きくする程レンズの集光性が上がる
といえる。このため、レンズの集光性を上げたいが、レ
ンズの曲率増加に制限がある場合、マイクロレンズ33と
接着剤層34との屈折率差を大きくすることが集光性向上
の上で容易といえる。

【００１２】マイクロレンズの材質として屈折率１．６
５程度の樹脂が、また、接着剤層の材質として屈折率
１．３５程度のものが市販され実際に用いられている。
しかし、集光性を上げるためマイクロレンズと接着剤層
との屈折率差を大きくすべく、より低屈折率の接着剤を
用いようとすると、液晶表示装置の信頼性が低下すると
いう問題が生じるものである。

【００１３】すなわち、屈折率１．５以下の低屈折率の
接着剤にはフッ素を多く含有しているものが多く、一般
的に、屈折率の低い接着剤ほどフッ素の含有量が多くな
っているが、フッ素の含有量が多くなるにつれ、接着剤
の接着性（特に、ガラスからなる透明薄板との接着性）
は低下していくものである。このため、フッ素の含有量
が多い低屈折率の接着剤を用いると、液晶表示装置の製
造工程で行われる加熱処理（例えば２００℃程度）また
は、液晶表示装置に組み込まれた光源から発せられる
熱、光で、接着剤の接着性が低下し、接着剤界面での透
明薄板の剥離等によるマイクロレンズ基板の歪みが生
じ、液晶表示装置の信頼性が低下することになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題に鑑みなされたものであり、その課題とするとこ
ろは、液晶表示装置の製造工程で加熱処理が行われて
も、また、光源から発せられる光や熱に晒されても、歪
みや接着剤界面での剥離等が生じない信頼性の高い液晶
表示装置用マイクロレンズ基板を提供しようとするもの
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を行い、本発明に至ったものであ
る。すなわち、本発明の請求項１においては、透明基板
上に少なくとも、複数のマイクロレンズと接着剤層と透
明薄板とが順次配設され、別途作成された所定の電極パ
ターンを有する対向基板とで液晶物質を挟持する液晶表
示装置用マイクロレンズ基板において、前記接着剤層と
透明薄板との間に透明樹脂層を配設したことを特徴とす
る液晶表示装置用マイクロレンズ基板としたものであ
る。

【００１６】一般的に、平坦化を目的とするマイクロレ
ンズ上への透明薄板の貼り付けに用いる接着剤（接着剤
層）の屈折率は、１．５以下が望ましい。しかるに前述
したように、接着剤層の屈折率が低いほどフッ素の含有
率が高くなり、接着剤層と透明薄板との接着性が低下す
るものである。接着性の低い接着剤層を用いた場合に、
ガラス等からなる透明薄板と接着剤層との密着性を向上
させる手段として、接着剤層と接する透明薄板の面を粗
面化することが考えられる。しかし、その場合、透明薄
板が光散乱を起こすこととなり、光の利用効率を低下さ
せるという問題が生じ好ましくない。

【００１７】そのため本発明者らは、上述したように、
透明薄板と接着剤層との間に透明樹脂層を配設すること
に想達したものである。すなわち透明樹脂層は、透明薄
板と接着剤層との接着性を増す、密着層（もしくは接着
層）としての役割をもたせたものである。

【００１８】ここで、マイクロレンズと透明薄板との貼
り付けを透明樹脂層のみで行うことが考えられるかもし
れない。しかし、透明樹脂層中には流動性を出す等の理
由で溶剤が含まれており、硬化の際に透明樹脂層中の溶
剤により気泡が発生してしまう。一般的に接着剤中には
溶剤は含まれておらず、接着剤が硬化しても気泡が発生
することはない。このため、気泡発生を防止するため
に、マイクロレンズと透明薄板との貼り付けにあたり、
薄く形成したフッ素の含有量の少ない透明樹脂層を介し
て接着剤層と透明薄板との密着性を増すことが望ましい
といえる。

【００１９】なお、本発明のマイクロレンズ基板に配設
形成する上記透明樹脂層の材質としては熱硬化性樹脂、
ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂等があげられるが、フッ素含
有量が少なくガラス等の透明基板との密着性の高いもの
であれば、特に限定するものではなく、接着剤層の材
質、液晶表示装置の製造工程での加熱温度等に応じて適
宜選択して構わない。すなわち、樹脂を主材とする透明
樹脂層と接着剤層とは接着性が良好であり、また、フッ
素含有量の少ない透明樹脂層はガラス等の透明基板との
密着性も良いため、透明樹脂層を介することで、接着剤
層と透明薄板との接着性が向上することになる。

【００２０】次いで、本発明の請求項２においては、透
明樹脂層の屈折率を、透明薄板の屈折率と同等もしく
は、透明薄板の屈折率以下としたことを特徴とする請求
項１に記載の液晶表示装置用マイクロレンズ基板とした
ものである。これにより、透明樹脂層と透明薄板との界
面に入射した光が反射し液晶パネルを透過する光が減少
するという入射光のロスが低減されることになり、液晶
パネルを通過する光量の低下が防止され、明るい画像表
示を実現できる。

【００２１】次いで、本発明の請求項３においては、透
明樹脂層の材質を、接着剤層の主材となる樹脂に近い構
造のものとしたことを特徴とする請求項１または２に記
載の液晶表示装置用マイクロレンズ基板としたものであ
る。

【００２２】接着剤層の主材として用いられる樹脂とし
ては、一般的に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等があげ
られるが、接着剤層と透明薄板との間に設ける透明樹脂
層の材質を接着剤層の主材となる樹脂に近いものにすれ
ば（例えば、接着剤層がアクリル系接着剤であった場合
にはアクリル系樹脂を透明樹脂層として用い、また、接
着剤層がエポキシ系接着剤であった場合にはエポキシ系
樹脂を透明樹脂層として用いれば）、接着剤層と透明薄
板との接着性、密着性を向上でき、また、接着剤層と透
明樹脂層との物性（例えば、熱膨張率、伸縮率、化学結
合等）が略同一となる。この場合、液晶表示装置の製造
工程で行われる加熱処理の際に生じる両者（接着剤層お
よび透明樹脂層）の伸縮が略同一となり、加熱処理で生
じる歪みを小さく抑制できる等の効果を奏することとな
る。

【００２３】なお、本発明のマイクロレンズ基板に形成
するマイクロレンズは、前述した（従来の技術）に記し
た方法等、従来と同様の形成方法を用いて構わない。こ
のため、マイクロレンズの形成方法によっては、マイク
ロレンズが樹脂からなる場合と、マイクロレンズがガラ
スからなる場合（支持体であるガラス基板にエッチング
加工を行い、ガラス基板表面にマイクロレンズ状の凹凸
を形成した場合）とがある。

【００２４】マイクロレンズが樹脂からなる場合は、マ
イクロレンズと接着剤層とが樹脂同士のため、マイクロ
レンズと接着剤層とは実用上問題無い程度の接着度を有
するといえ、上述したように透明薄板と接着剤層との間
に透明樹脂層を設ければ良いといえる。しかし、図２に
示すように、マイクロレンズ23がガラスからなる場合
は、ガラスと接着剤層との接着度が不十分であることか
ら、透明薄板（図２の例中に示す薄板ガラス25）と接着
剤層24との間に加えて、ガラスからなるマイクロレンズ
23と接着剤層24との接着性の低下を防止するために、マ
イクロレンズ23と接着剤層24との間にも透明樹脂層26を
設けることであっても構わない。

【００２５】上述したように、本発明によれば、フッ素
の含有量が多い低屈折率の接着剤を使用しても、接着性
の低下による歪みや接着剤界面での剥離等の無い、信頼
性の高いマイクロレンズ基板が得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態の例に
つき、説明を行う。

【００２７】透明基板２として日本電気硝子（株）製、
商品名「ネオセラムガラス」を用い、この透明基板２上
にマイクロレンズ母材としてジェイエスアール（ＪＳ
Ｒ）社製ポジ型レジスト、商品名「ＭＦＲ−３５２」
（粘度８０ｃｐ）を1800ｒｐｍにて60秒間の条件でスピ
ンコートした。次いで、透明基板２に90℃、３分間のプ
レベークを行った後、ニコン（株）製ステッパーにてレ
ジストにパターン露光を行った。

【００２８】次いで、ジェイエスアール（ＪＳＲ）社製
現像液、商品名「ＰＤ５２３ＡＤ」（１．２％液）を用
い透明基板２をディップ現像（液温23℃、現像時間約40
秒）した。現像後、透明基板２に十分な水洗洗浄を行っ
た後、リンサー乾燥を行った。

【００２９】次いで、透明基板２上に残ったマイクロレ
ンズ母材に主波長を 365nmとする紫外線光を 600mJ／cm
²程度照射し、マイクロレンズ母材中の感光性レジスト
の感光基を消去するブリーチング処理を施した。これに
より感光基による光吸収を防止した、透明なマイクロレ
ンズとすることができる。

【００３０】次いで、ホットプレートにて透明基板２に
90℃から 190℃まで段階的に加熱を行い、図１に示すよ
うに、断面形状を凸型とした複数の樹脂からなるマイク
ロレンズ３を得た。

【００３１】次いで、本実施例では透明薄板５として薄
板ガラスを用いたものであり、透明薄板５のマイクロレ
ンズ３と対向する面側にアクリル系熱硬化性透明樹脂
（日本化薬（株）製、商品名「ＡＲ７４６８−４１０
Ｎ」、屈折率ｎ＝１．４４）を膜厚０．４μｍとなるよ
うスピンコートした。次いで、透明薄板５をホットプレ
ート上で 100℃にて５分間加熱した後、 200℃にて５分
間加熱を行なう２段階のベーク処理を行い、透明薄板５
上に透明樹脂層６を形成した。

【００３２】次いで、上記樹脂で形成した複数のマイク
ロレンズ３を配設した透明基板２と透明樹脂層６を形成
した透明薄板５とを、樹脂同士（すなわち、マイクロレ
ンズ３と透明樹脂層６）が対向するよう接着剤層４にて
貼り合わせた。接着剤層４には上記透明樹脂と同じアク
リル系の接着剤（アーデル社製ＵＶ硬化性接着剤、商品
名「Ｌ−１０２」（屈折率ｎ＝１．４２））を用いた。
なお、本実施例では、接着剤層４の硬化にあたり、主波
長が 365nmの紫外線光を 15000mJ／cm²程度照射した。

【００３３】次いで、貼り合わせが終了した後、透明薄
板５上に金属クロム膜（膜厚約1500Å）を形成した後、
公知のフォトエッチング法にてブラックマトリクス７を
形成した。ブラックマトリクス７の形成後、公知のスパ
ッタリング成膜によりＩＴＯ（酸化スズと酸化インジウ
ムからなる混合酸化物）からなる透明導電膜８を形成
し、図１に示すマイクロレンズ基板１を得た。

【００３４】本実施例で得られたマイクロレンズ基板１
に、液晶表示装置の製造工程を想定して、 200℃の温度
にて３時間の加熱を行った。また、信頼性の評価として
温度60℃、湿度95％の雰囲気中にマイクロレンズ基板１
を1000時間放置した。加熱後および放置後いずれの場合
も、透明薄板５の剥離は認められず、また、透明薄板５
の表面にうねり等の変化も生じておらず、本実施例に係
わるマイクロレンズ基板１は歪みの小さなマイクロレン
ズ基板といえた。

【００３５】以上、本発明の実施形態の一例につき説明
したが、本発明の実施の形態は上述した説明および図面
に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々
の変形を行っても構わないことは言うまでもない。例え
ば、上述した説明では、ブラックマトリクスをマイクロ
レンズ基板側に形成したが、対向する基板側に設けるこ
とであっても構わない。さらに、マイクロレンズ基板も
しくは対向基板のいずれか一方にカラーフィルターを形
成することであっても構わない。また、図２に示すよう
に、マイクロレンズはガラスで構成されていても構わな
い。

【００３６】

【発明の効果】上述したように、本発明のマイクロレン
ズ基板においては、接着剤層と透明薄板との間に、接着
剤層の主材である樹脂に近い構造の透明樹脂を密着層と
して配設している。これにより、液晶表示装置の製造工
程で行われる加熱処理（例えば２００℃程度）または、
液晶表示装置に組み込まれた光源から発せられる熱、光
による歪みや剥離の無い、信頼性の高いマイクロレンズ
基板とすることができる。また、本発明のマイクロレン
ズ基板においては、透明樹脂層の屈折率を透明薄板の屈
折率より小さくすることで、マイクロレンズ基板へ光が
入射した際の反射を抑えている。さらに、接着剤層と透
明薄板との接着性の問題が無くなるため、フッ素含有量
が多いより低屈折率の接着剤の使用が可能であり、レン
ズと接着剤との屈折率差を大きくとれ、マイクロレンズ
基板の集光性を上げることが可能となる。すなわち、本
発明のマイクロレンズ基板は、基板に入射する光を反射
によるロスを生じさせることなく所定の部位（例えば、
画素領域）に集光できる。このため、本発明のマイクロ
レンズ基板を用いることで、光の利用効率の高い液晶パ
ネルを得ることができ、ひいては明るい画面表示を可能
とした信頼性の高い液晶表示装置を提供できる。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置用マイクロレンズ基板の
一実施例の要部を示す断面説明図。

【図２】本発明の液晶表示装置用マイクロレンズ基板の
他の実施例の要部を示す断面説明図。

【図３】従来の液晶表示装置用マイクロレンズ基板の一
例の要部を示す断面説明図。

【符号の説明】

１、21、31 マイクロレンズ基板２、22、32 透明基板３、23、33 マイクロレンズ４、24、34 接着剤層５、25、35 透明薄板６、26 透明樹脂層７、27、37 ブラックマトリクス８、28、38 導電膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H091 FA29Y FA29Z FA35Y FB02 FB04 FC10 FC22 FC23 FC24 FD06 FD15 GA01 GA03 LA16 MA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に少なくとも、複数のマイクロ
レンズと接着剤層と透明薄板とが順次配設され、別途作
成された所定の電極パターンを有する対向基板とで液晶
物質を挟持する液晶表示装置用マイクロレンズ基板にお
いて、前記接着剤層と透明薄板との間に透明樹脂層を配
設したことを特徴とする液晶表示装置用マイクロレンズ
基板。
【請求項２】透明樹脂層の屈折率を透明薄板の屈折率と
同等以下としたことを特徴とする請求項１に記載の液晶
表示装置用マイクロレンズ基板。
【請求項３】透明樹脂層の材質を、接着剤層の主材であ
る樹脂に近い構造のものとしたことを特徴とする請求項
１または２に記載の液晶表示装置用マイクロレンズ基
板。