专利名称：微透镜基板及其制造方法、及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及微透镜基板的制造方法、微透镜基板、液晶面板用对置基板、液晶面板及投射型显示装置。
背景技术：
公知一种在屏幕上投影图像的投射型显示装置。
在这种投射型显示装置中，在其图像形成中主要使用液晶面板(液晶光闸)。
该液晶面板，例如是将液晶驱动基板(TFT基板)和液晶面板用对置基板经由液晶层接合而构成，所述液晶驱动基板具有控制各像素的薄膜晶体管(TFT)和像素电极；所述液晶面板用对置基板具有黑矩阵或公共电极等。
在具有这样结构的液晶面板(TFT液晶面板)中，由于在液晶面板用对置基板的成为图像的部分之外的地方形成有黑矩阵，所以透过液晶面板的光的区域受到限制。因此，导致光的透过率下降。
为了提高该光的透过率，公知的是在液晶面板用对置基板上与各像素对应的位置处，设置多个微小的微透镜。由此，透过液晶面板用对置基板的光会在形成于黑矩阵上的开口处进行聚光，从而提高了光的透过率。
作为形成这样的微透镜的方法，公知的有下述方法，例如，对具有多个微透镜形成用凹部的带凹部基板，供给未固化的光固化性树脂，并接合平滑的透明基板(玻璃盖片)，在按压、粘结之后，使树脂固化，即所谓的2P法(例如，参照专利文献1)。
但是，由于在该技术中使用树脂材料来形成微透镜基板，所以要得到具有足够的耐久性的微透镜基板是很困难的。特别是，由于在2P法中所使用的光固化性树脂，通过短波长的光容易产生树脂材料的劣化等，所以，有时不能得到足够的耐光性。而且，由于使用了由光固化性树脂构成的树脂层、玻璃盖片和带凹部基板这3个部件来形成微透镜基板，所以，由于热膨胀率的不同，很容易产生形变等，其结果，有产生光学特性等的特性低下的可能性。例如，需要进行玻璃盖片的对位等工序，使得制造工序繁杂。而且，当为了形成最佳光路长度而进行玻璃盖片的研磨时，会由于研磨而有污染等之虞，所以还需要过度的洗涤工序，通过进行这样的洗涤，可能会产生构成树脂层的树脂材料的劣化等。其结果，导致质量低下，有产生成品率低下的可能性。
(专利文献1)特开2001-92365号公报。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够容易地制造光学特性和耐久性优越的微透镜基板的微透镜基板制造方法、微透镜基板、液晶面板用对置基板、液晶面板和投射型显示装置。
这样的目的可以通过下述的本发明而实现。
本发明的微透镜基板的制造方法，是具有多个微透镜的微透镜基板的制造方法，其特征在于，具有在加热的状态下对带凹部基板和基体材料进行压焊的压焊工序，所述带凹部基板在表面上具有与所述微透镜的形状对应的形状的多个凹部，所述基体材料由玻化温度比构成所述带凹部基板的材料的玻化温度低的玻璃材料构成，在所述压焊工序中，将所述玻璃材料填充到所述凹部内，并接合所述带凹部基板和所述基体材料。
由此，能够容易地制造光学特性和耐久性优越的微透镜基板。
在本发明的微透镜基板的制造方法中，优选所述带凹部基板的折射率与所述玻璃材料的折射率之差的绝对值为0.01以上。
由此，能够使微透镜的光学特性更加适当。
在本发明的微透镜基板的制造方法中，所述加热优选在所述玻璃材料的玻化温度以上、构成所述带凹部基板的材料的玻化温度以下的温度下进行。
由此，在将构成基体材料的玻璃材料填充到凹部内时，能够充分防止对凹部造成损伤，并且，可以更加确切地将玻璃材料填充到凹部内。
在本发明的微透镜基板的制造方法中，当将所述玻璃材料的玻化温度设为Tg1[℃]，将构成所述带凹部基板的材料的玻化温度设为Tg2[℃]时，优选满足Tg2-Tg1≥50的关系。
由此，在将构成基体材料的玻璃材料填充到凹部内时，能够充分防止对凹部造成损伤，并且，可以更加确切地将玻璃材料填充到凹部内。
在本发明的微透镜基板的制造方法中，所述压焊优选在减压气氛下进行。
由此，在将玻璃材料填充到凹部内时，可以防止对带凹部基板的凹部造成损伤，并且，防止了在填充到凹部内的玻璃材料中进入气泡，从而能够将玻璃材料更加确切地填充到凹部内。
在本发明的微透镜基板的制造方法中，当将所述压焊工序前的所述基体材料的厚度设为T1[mm]，将所述压焊工序后的从所述基体材料与所述带凹部基板的接合面的平坦部，到与所述接合面相反一侧的面的厚度设为T2[mm]时，优选满足0.5≤T2/T1≤0.95的关系。
由此，能够防止对带凹部基板的凹部造成损伤，并且，可以更加确切地将玻璃材料填充到凹部内。
本发明的微透镜基板，其特征在于，通过本发明的方法而制造。
由此，能够提供耐久性优越的微透镜基板。
本发明的液晶面板用对置基板，其特征在于，具备本发明的微透镜基板。
由此，能够提供耐久性优越的液晶面板用对置基板。
本发明的液晶面板，其特征在于，具备本发明的液晶面板用对置基板。
由此，能够提供耐久性优越的液晶面板。
本发明的液晶面板，其特征在于，具有具备像素电极的液晶驱动基板、与该液晶驱动基板接合的本发明的液晶面板用对置基板、封入在所述液晶驱动基板和所述液晶面板用对置基板的空隙的液晶。
由此，能够提供耐久性优越的液晶面板。
在本发明的液晶面板中，所述液晶驱动基板优选是具有以矩阵状配设的所述像素电极和与所述像素电极连接的薄膜晶体管的TFT基板。
由此，能够提供耐久性优越的液晶面板。
本发明的投射型显示装置，其特征在于，包括具备本发明的液晶面板的光阀，使用至少一个该光阀来投射图像。
由此，能够提供耐久性优越的投射型显示装置。
图1是表示本发明的液晶面板用对置基板的模式纵剖视图。
图2是表示构成本发明微透镜基板的带凹部基板的制造方法的模式纵剖视图。
图3是表示本发明的微透镜基板制造方法的模式纵剖视图。
图4是表示本发明的液晶面板用对置基板的制造方法的模式纵剖视图。
图5是表示本发明的液晶面板的模式纵剖视图。
图6是模式化表示本发明的投射型显示装置的光学系统的图。
图中1一液晶面板用对置基板，101-带凹部基板，102-透镜层，102’-玻璃基板，103-平坦部，3-凹部，5-玻璃基板，6-掩模，6’-掩模形成用膜，61-初期孔，8-微透镜，10-微透镜基板，11-黑矩阵，111-开口，12-透明导电膜，16-液晶面板，17-TFT基板，171-玻璃基板，172-像素电极，173-薄膜晶体管，18-液晶层，70-光学块，71-二向棱镜，711、712-分色镜面，713～715-面，716-射出面，72-投射透镜，73-显示单元，74～76-液晶光阀，300-投射型显示装置，301-光源，302、303-积分透镜，304、306、309-反射镜，305、307、308-分色镜，310～314-聚光透镜，320-屏幕。
具体实施例方式
下面，参照附图所示的最佳实施方式来详细说明本发明。
图1是表示本发明的液晶面板用对置基板的模式纵剖视图，图2是表示构成本发明的微透镜基板的带凹部基板的制造方法的模式纵剖视图，图3是表示本发明的微透镜基板的制造方法的模式纵剖视图。
首先，对本发明的液晶面板用对置基板进行说明。
如图1所示，液晶面板用对置基板1具有微透镜基板10、形成在该微透镜基板10上并具有多个(多数个)开口111的黑矩阵11、在该微透镜基板10上以覆盖黑矩阵11的方式而形成的透明导电膜12。
如图1所示，微透镜基板10由带凹部基板101和主要由玻璃材料构成的透镜层102构成。
另外，带凹部基板101由表面上形成有多个凹部(微透镜用凹部)3的玻璃基板5构成。而且，在透镜层102中，通过在带凹部基板101的凹部3中填充的玻璃材料，形成了微透镜8。
构成带凹部基板101的玻璃的折射率与构成透镜层102的玻璃材料的折射率之差的绝对值优选为0.01以上，更优选为0.10以上。由此，能够使微透镜8的光学特性更加适当。另外，关于带凹部基板101和透镜层102的构成材料，将在后面进行详细叙述。
在该液晶面板用对置基板1中，具有遮光功能的黑矩阵11设置成与微透镜8的位置对应。具体而言，黑矩阵11被设置成微透镜8的光轴Q通过在黑矩阵11上形成的开口111。因此，在液晶面板用对置基板1中，从与黑矩阵11对置的面入射的入射光L，会在微透镜8处聚光，然后通过黑矩阵11的开口111。另外，透明导电膜12是具有透明性的电极，可以透过光。因此，在入射光L从液晶面板用对置基板1透过之际，能够防止光量的大幅度衰减。即，液晶面板用对置基板1具有高的光透过率。
在该液晶面板用对置基板1中，1个微透镜8和黑矩阵11的1个开口111对应于1个像素。
另外，带凹部基板101也可以具有例如反射防止层等其他构成要素。
接着，参照附图，对本发明的微透镜基板的制造方法的优选实施方式进行说明。
(带凹部基板的制造)首先，参照附图来说明构成本发明的微透镜基板的带凹部基板的制造方法的一个实例。
首先，准备玻璃基板5。
该玻璃基板5优选使用的是厚度均匀、且没有弯曲或损伤的基板。而且，该玻璃基板5优选通过洗涤等而其表面已被洗净的基板。
作为玻璃基板5的材料，例如可以举出钠玻璃、结晶性玻璃、石英玻璃、铅玻璃、钾玻璃、硼硅玻璃、无碱玻璃等，其中，优选使用石英玻璃。由于石英玻璃的机械强度和耐热性能高，而且线膨胀系数非常低，使得由于热而产生的形状变化少，所以，可以优选在后述的微透镜基板的制造方法中使用。而且，还具有短波长区域的透过率也高，使得基于光能的劣化几乎不存在的优点。
另外，玻璃基板5(带凹部基板101)优选使用玻化温度比构成后述的玻璃基板102’(透镜层102)的玻璃材料的玻化温度高的材料。
具体而言，构成玻璃基板5的材料的玻化温度优选为800℃以上，更优选为900～1060℃。如果构成玻璃基板5的材料的玻化温度小于所述下限值，则根据构成后述的透镜层102的材料的种类等，有时会无法充分得到最终所获得的微透镜基板的耐久性。
<1>
如图2(a)所示，在准备的玻璃基板5的表面上形成掩模形成用膜6’(掩模形成工序)。该掩模形成用膜6’通过在后面的工序中形成开口部(初期孔)，起到作为掩模的功能。
掩模形成用膜6’通过激光光的照射等，可以形成后述的初期孔61，并且，优选在后述的蚀刻工序中具有耐蚀刻的性能。换言之，掩模形成用膜6’优选其蚀刻率与玻璃基板5大致相等，或者比玻璃基板5小。
从该观点出发，作为构成该掩模形成用膜6’(掩模6)的材料，例如可以举出Cr、Au、Ni、Ti、Pt等金属或包含从这些金属中选择的2种以上的合金，所述金属的氧化物(金属氧化物)、硅、树脂等。另外，掩模6也可以形成像Cr/Au或氧化Cr/Cr这样的由不同材料构成的多层层叠构造。
对掩模形成用膜6’的形成方法没有特别的限定，但是，在由Cr、Au等金属材料(包括合金)或金属氧化物(例如氧化Cr)构成掩模形成用膜6’的情况下，掩模形成用膜6’可以优选例如通过蒸镀法或溅射法等来形成。另外，在由硅构成掩模形成用膜6’的情况下，掩模形成用膜6’可以优选例如通过溅射法或CVD法等形成。
掩模形成用膜6’(掩模6)的厚度根据构成掩模形成用膜6’的材料的不同而不同，优选其厚度为0.01～2.0μm左右，更优选为0.03～0.2μm左右。如果厚度小于所述下限值，则在后述的初期孔形成工序中所形成的初期孔61的形状，有可能出现变形。而且，当在后述的蚀刻工序中实施湿蚀刻时，有可能会无法充分保护玻璃基板5的已使用掩模的部分。另一方面，如果超过上限值，则在后述的初期孔形成工序中会很难形成贯通的初期孔61，此外，根据掩模形成用膜6’的构成材料等，掩模形成用膜6’有时会由于掩模形成用膜6’的内部应力而容易剥落。
<2>
接着，如图2(b)所示，在掩模形成用膜6’上形成多个初期孔61，该多个初期孔61在后述的蚀刻时成为掩模开口(初期孔形成工序)。由此，得到了具有规定的开口图案的掩模6。
初期孔61可以通过任意的方法来形成，但优选通过物理方法或激光光的照射来形成。由此，例如，能够以良好的生产率来制造微透镜基板。特别是也可以在大面积的基板上简单地形成凹部。
作为形成初期孔61的物理方法，例如可以举出喷丸、喷砂等喷射(blast)处理，蚀刻、冲压、点式打印、攻螺纹(タツピング)、研磨(rubbing)等方法。在通过喷射处理来形成初期孔61时，即使在面积(应该形成微透镜8的区域的面积)比较大的玻璃基板5上，也能够更加快速高效地形成初期孔61。
另外，在通过激光光的照射形成初期孔61时，所使用的激光光的种类没有特别的限定，可以列举出红宝石激光、半导体激光、YAG激光、飞秒激光、玻璃激光、YVO4激光、Ne-He激光、Ar激光、CO2激光、激元激光等。而且，也可以使用各激光的SHG、THG和FHG等的波长。在通过激光光的照射来形成初期孔61时，能够容易并精确地控制形成的初期孔61的大小，相邻的初期孔61之间的间隔等。
优选形成的初期孔61遍布掩模6的整个面，并且不会形成偏倚。
<3>
接着，如图2(c)所示，使用形成有初期孔61的掩模6对玻璃基板5实施蚀刻，从而在玻璃基板5上形成多个凹部3(蚀刻工序)。
对蚀刻的方法没有特别的限定，例如可以举出湿蚀刻、干蚀刻等。在下面的说明中，是以使用湿蚀刻的情况为例来进行说明的。
通过对玻璃基板5实施蚀刻(湿蚀刻)，如图2(c)所示，玻璃基板5从不存在掩模6的部分开始被蚀刻，如图2(d)所示，在玻璃基板5上形成了多个凹部3，所述玻璃基板5被形成有初期孔61的掩模6所覆盖。
这样，如果使用湿蚀刻，则能够恰当地形成凹部3。而且，如果蚀刻液使用例如包含氢氟酸(氟化氢)的蚀刻液(氢氟酸系蚀刻液)，则可以进一步选择性地对玻璃基板5进行蚀刻，从而能够恰当地形成凹部3。
<4>
接着，如图2(e)所示，除去掩模6(掩模除去工序)。
掩模6的除去，例如可以通过蚀刻等来除去。
通过以上的工序，如图2(e)所示，得到了具有多个凹部3的带凹部基板101。
另外，根据需要，也可以在形成掩模形成用膜6’之际，在与形成凹部3的面相反侧的面(背面)上，设置由和掩模形成用膜6’相同的材料构成的背面保护膜。由此，由于没有被整体蚀刻，所以，可以保持玻璃基板5的厚度。
通过如上所述获得的带凹部基板101的凹部3在俯视时的平均直径，优选为5～100μm，更优选为10～50μm。由此，例如，就使用这样的带凹部基板101而制造的液晶面板而言，可以使得投影在屏幕上的图像具有出色的析像度。
而且，在凹部3的中央部附近的平均曲率半径优选为2.5～50μm，更优选为5～25μm。由此，可以使得通过使用该凹部3而形成的微透镜8具有特别优越的光学特性。
另外，在凹部3的中心附近的深度优选为5～100μm，更优选为10～50μm。由此，可以使得通过使用该凹部3而形成的微透镜8具有特别优越的光学特性。
(压焊工序)本工序中，在加热的状态下，对前述的带凹部基板101和玻璃基板(基体材料)102’进行压焊(压焊工序)，所述玻璃基板102’是由玻化温度比构成带凹部基板101的玻璃材料的玻化温度低的玻璃材料构成的。通过进行压焊，会将软化了的构成玻璃基板102’的玻璃材料填充到带凹部基板101的凹部3内部，同时，使带凹部基板101和玻璃基板102’(透镜层102)接合。
可是，在以往的作为微透镜基板的制造方法而使用的2P法中，由于在微透镜基板的形成中使用了树脂材料，所以，很难得到具有足够耐久性的微透镜基板。特别是由于在2P法中所使用的光固化性树脂，基于短波长的光容易产生树脂材料的劣化等，所以，有时无法得到足够的耐光性。而且，由于使用了由光固化性树脂构成的树脂层、玻璃盖片和带凹部基板这3个部件，来形成微透镜基板，所以，由于热膨胀率的不同，很容易产生形变等，其结果，有可能会产生光学特性等的特性低下。例如，需要进行玻璃盖片的对位等工序，使得制造工序繁杂。而且，在为了形成最佳光路长度而进行玻璃盖片的研磨时，由于研磨会产生污染等，所以，还需要过度的洗涤工序，而通过进行这样的洗涤，则有可能会使构成树脂层的树脂材料出现劣化等。其结果，导致质量下降，有可能使得成品率低下。另外，可以考虑不使用树脂材料，而使用玻璃材料等耐久性高的材料来制造微透镜基板，但是，为了使这样的材料达到熔融状态需要很多的热能，而且，在将熔融状态的玻璃材料提供给带凹部基板时，会由于该热量使得带凹部基板的表面形状变形，从而很难得到足够的光学特性。
对此，本发明在压焊工序中，在通过热使主要由玻璃材料构成并具有规定形状的基体材料的一部分处于可以变形的状态下，使其与带凹部基板进行压焊，将玻璃材料填充到带凹部基板的凹部内，并接合带凹部基板和基体材料，由此可以容易地制造光学特性和耐久性优越的微透镜基板。即，在本发明的制造方法中，由于不使用树脂材料，所以能够制造耐热性、耐光性等耐久性优越的微透镜基板。而且，根据本发明，由于在加热的状态下，基体侧处于可容易变形的状态，所以，不会对带凹部基板造成损伤，从而能够容易地制造光学特性优越的微透镜基板。另外，由于不需要进行玻璃盖片的接合或对位等工序等，所以，制造工序不再繁杂。其结果，可以通过简便的方法来制造微透镜基板。而且，由于制造方法简便，所以，能够抑制质量的低下，从而可以减小所制造的各微透镜基板之间的质量偏差。而且，与以往的方法相比，由于构成微透镜基板的部件减少，而且，通过玻璃材料形成了各构成部件，所以，能够防止由于构成微透镜基板的部件的热膨胀率不同而产生的形变等，从而可以提供光学特性优越的微透镜基板。另外，由于在以往的方法中，在由带凹部基板和玻璃盖片夹持的状态下使未固化的树脂材料固化，所以基于树脂材料在固化前和固化后的体积变化，有时会在微透镜基板上产生形变等，但在本发明中，微透镜基板的各构成部件由玻璃材料形成，并且在热的作用下，在使构成基体材料的玻璃材料的一部分软化到可以变形的程度的状态下，与带凹部基板压焊，所以，玻璃材料固化后的体积变化能够足够小，从而提供光学特性特别优越的微透镜基板。而且，根据本发明的制造方法，即使在微透镜形成后进行洗涤等的情况下，也能够防止由于洗涤液等造成的透镜层劣化。进而，根据本发明，可以通过适当调整基体材料的厚度，来调整成最佳的光路长度，这样，即使在为了形成最佳的光路长度而进行研磨时，也会由于基体材料的与带凹部基板接触侧的相反面保持为平滑性，所以不需要过渡的研磨。其结果，可以省略或简化在以往的方法中进行的研磨工序。
下面，参照附图，对压焊工序进行具体的说明。
首先，准备玻璃基板(基体材料)102’。
该玻璃基板102’优选使用厚度均匀、且没有弯曲或损伤的基板。而且，该玻璃基板102’是优选通过洗涤等而其表面已被洗净的基板。
该玻璃基板102’如上所述，由玻化温度比构成带凹部基板101的材料的玻化温度低的玻璃材料构成。
在将构成玻璃基板102’的玻璃材料的玻化温度设为Tg1[℃]，将构成带凹部基板101的材料的玻化温度设为Tg2[℃]时，优选满足≥50的关系，更优选满足300≤Tg2-Tg1≤500的关系。通过满足这种关系，可以在将构成玻璃基板102’的玻璃材料填充到凹部3内时，防止对凹部3造成损伤，并且能够确切地将玻璃材料填充到凹部3内。对此，如果Tg2-Tg1小于上述下限值，则根据构成带凹部基板101和玻璃基板102’的材料种类等，可能对凹部3造成损伤，有时会无法得到足够的光学特性。
具体而言，构成玻璃基板102’的玻璃材料的玻化温度Tg优选为800℃以下，更优选为500～700℃。由此，在将构成玻璃基板102’的玻璃材料填充到凹部3内时，能够充分防止对凹部3造成损害，并能够更加确切地将玻璃材料填充到带凹部基板101的凹部3内。
作为玻璃基板102’的玻璃材料，只要是以二氧化硅为主要成分，并且玻化温度比构成带凹部基板101的材料的玻化温度低即可，没有特别的限定，例如可以举出钠玻璃、结晶性玻璃、石英玻璃、铅玻璃、无铅玻璃、钾玻璃、硼硅玻璃、无碱玻璃和作为光学用的特殊组成的玻璃等。
例如，在带凹部基板101由石英玻璃构成时，优选使用低熔点玻璃作为玻璃基板102’。由此，能够降低加热温度，即获得节能的效果。另外，从环保的角度考虑，优选尽量不使用铅玻璃或含有少量铅和砷的玻璃。
<1>
接着，如图3(a)所示，在通过上述步骤得到的带凹部基板101的上侧，设置玻璃基板(基体材料)102’。
<2>
接着，加热带凹部基板101和玻璃基板102’。由此，玻璃基板102’的表面出现软化，使其处于容易变形的状态。
而且，通过这样对带凹部基板101和玻璃基板102’双方进行加热，可以充分防止对凹部3造成损伤，并且，能够更加容易地将玻璃材料填充到凹部3内。
在将该加热温度设为T[℃]，将构成玻璃基板102’的玻璃材料的玻化温度设为Tg1[℃]，将构成带凹部基板101的材料的玻化温度设为Tg2[℃]时，优选满足Tg1≤T≤Tg2的关系，更优选满足Tg1+100≤T≤Tg2-100的关系。由此，在将构成玻璃基板102’的玻璃材料填充到凹部3内时，可以充分防止对凹部3造成损伤，并且，能够更可靠地将玻璃材料填充到凹部3内。
另外，加热可以在冷却玻璃基板102’的与带凹部基板101相反侧的表面的同时进行。由此，可以保持玻璃基板102’的与带凹部基板101相反侧的表面的平滑性，并且能够将玻璃材料填充到带凹部基板101的凹部3内。
<3>
接着，如图3(b)所示，使已加热的带凹部基板101和玻璃基板102’接触。
<4>
接着，在已如上所述进行加热的状态下，将带凹部基板101和玻璃基板102’进行压焊，使得已软化的玻璃材料被填充到凹部3内。然后，通过进行冷却，玻璃基板102’形成透镜层102。由此，如图3(c)所示，得到带凹部基板101与透镜层102接合的微透镜基板10(本发明的微透镜基板)。
所述冷却优选，不是急速降低温度，而是通过缓慢的降温来进行。由此，可以更加有效地防止在所得到的微透镜基板10上产生形变等。
上述的压焊工序优选在减压气氛下进行。由此，能够在将玻璃材料填充到凹部3内时，防止在填充到凹部3内的玻璃材料中进入气泡。
具体而言，压焊工序时的气氛气压优选为50Pa以下，更优选为5Pa以下。由此，在将玻璃材料填充到凹部3内时，可以防止对带凹部基板101的凹部3造成损伤，并且，防止了在填充到凹部3内的玻璃材料中进入气泡，从而能够将玻璃材料更加可靠地填充到凹部3内。
而且，在压焊工序中，通过适宜地调整压焊工序后从玻璃基板102’与带凹部基板101的接合面中如图3所示的平坦部103、到与接合面相反侧的面的厚度，即，通过调整所形成的透镜层102的没有形成微透镜8的部分的厚度，可以使入射到所形成的微透镜8的光的光路长度为最佳。
在将压焊工序前的玻璃基板102’的厚度设为T1[mm]，将透镜层102的没有形成微透镜8的部分的厚度为T2[mm]时，优选满足0.5≤T2/T1≤0.95的关系，更优选为满足0.6≤T2/T1≤0.8的关系。通过满足这样的关系，可以防止对带凹部基板101的凹部3造成损伤，并且能够更加可靠地将玻璃材料填充到凹部3内。而且，可以使得入射到带凹部基板101所形成的微透镜8的光的光路长度为最佳，并且，可以效率良好地将玻璃基板102’形成为透镜层102。
另外，在上述说明中，虽然对加热带凹部基板101和玻璃基板102’双方进行了说明，但是，也可以仅加热带凹部基板101，还可以仅加热玻璃基板102’。在仅加热带凹部基板101时，可以仅使玻璃基板102’的表面能够容易变形，从而，能够更加可靠地保持玻璃基板102’的不与带凹部基板101接触的面的平滑性。在仅加热玻璃基板102’时，能够更加可靠地使玻璃基板102’可以变形，从而可以容易地将玻璃材料填充到凹部3内。
另外，也可以为了形成最佳的光路长度，在压焊工序之后，有对透镜层102的表面进行研磨的研磨工序。
接着，对本发明的液晶面板用对置基板的制造方法进行说明。
<1>
如图4(d)所示，在通过上述工序获得的微透镜基板10的透镜层102上形成黑矩阵11，该黑矩阵11形成有开口111。
此时，黑矩阵11形成为与微透镜8的位置对应，具体而言，微透镜8的光轴Q通过黑矩阵11的开口111(参照图1)。
该黑矩阵11例如由Cr、Al、Al合金、Ni、Zn、Ti等的金属膜，分散有碳或钛等的树脂层等构成。在这些当中，黑矩阵11优选由Cr膜或Al合金膜构成。如果黑矩阵11由Cr膜构成，则能够得到遮光性优越的黑矩阵11。另外，如果黑矩阵11由Al合金膜构成，则可以获得具有优越散热性的液晶面板用对置基板1。
从抑制对液晶面板用对置基板1的平坦性的影响的观点等出发，优选黑矩阵11的厚度为0.03～1.0μm左右，更优选为0.05～0.3μm左右。
该形成有开口111的黑矩阵11，例如可以通过下述方式形成。首先，在透镜层102上，通过溅射法等气相成膜法来使作为黑矩阵11的薄膜成膜。接着，在该成为黑矩阵11的薄膜上形成抗蚀膜。接着，以黑矩阵11的开口111位于和微透镜8(凹部3)对应的位置的方式，来曝光前述抗蚀膜，从而在该抗蚀膜上形成开口111的图案。接着，进行湿蚀刻，仅将前述薄膜中的成为开口111的部分除去。接着，除去前述抗蚀膜。另外，作为进行湿蚀刻时的剥离液，例如当成为黑矩阵11的薄膜由Al合金等构成时，可以使用磷酸系蚀刻液。
另外，也可以通过使用氯系气体等的干蚀刻，来恰当地形成形成有开口111的黑矩阵11。
<2>
接着，以覆盖黑矩阵11的方式，在透镜层102上形成透明导电膜(公共电极)12。
由此，能够得到液晶面板用对置基板1或可以采用多枚液晶面板用对置基板1的晶片。
该透明导电膜12，例如由铟锡氧化物(ITO)、铟氧化物(IO)、氧化锡(SnO2)等构成。
优选透明导电膜12的厚度为0.03～1μm左右，更优选为0.05～0.30μm左右。
该导电透明膜12例如可以通过溅射法形成。
<3>
最后，根据需要，使用切割装置等，将液晶面板用对置基板1的晶片切割成规定的形状和大小。
由此，可以得到图1所示的液晶面板用对置基板1。
另外，在以上述工序<2>得到液晶面板用对置基板1等情况下，即在不需要进行切割的情况下，也可以不进行本工序。
另外，在制造液晶面板用对置基板时，例如也可以不形成黑矩阵11，而在透镜层102上直接形成透明导电膜12。
接着，参照图5，对使用了图1所示的液晶面板用对置基板1的液晶面板(液晶光闸)进行说明。
如图5所示，本发明的液晶面板(TFT液晶面板)16具有TFT基板(液晶驱动基板)17、与TFT基板17接合的液晶面板用对置基板1、由封入在TFT基板17和液晶面板用对置基板1的空隙中的液晶而形成的液晶层18。
TFT基板17是用于驱动液晶层18的液晶的基板，具有玻璃基板171；设置在该玻璃基板171上的多个像素电极172；和设置在该像素电极172的附近并与各个像素电极172对应的多个薄膜晶体管(TFT)173。
在该液晶面板16中，以液晶面板用对置基板1的透明导电膜(公共电极)12和TFT基板17的像素电极172对置的方式，TFT基板17和液晶面板用对置基板1隔开一定距离而接合。
玻璃基板171优选由石英玻璃构成。由此，不容易发生翘曲、弯曲等，能够具有优越的稳定性。
像素电极172通过在与透明导电膜(公共电极)12之间进行充放电，来驱动液晶层18的液晶。该像素电极172，例如由和前述的透明导电膜12相同的材料构成。
薄膜晶体管173与附近的对应的像素电极172连接。而且，薄膜晶体管173与未图示的控制电路连接，控制向像素电极172供给的电流。由此，可以控制像素电极172的充放电。
液晶层18含有液晶分子(未图示)，该液晶分子与像素电极172的充放电对应，即液晶的取向发生变化。
在该液晶面板16中，通常一个微透镜8、与该微透镜8的光轴Q对应的黑矩阵11的1个开口111、1个像素电极172、与该像素电极172连接的1个薄膜晶体管173，对应于1个像素。
从带凹部基板101侧入射的入射光L通过玻璃基板5，然后，在通过微透镜8时被聚光，并透过透镜层102、黑矩阵11的开口111、透明导电膜12、液晶层18、像素电极172、玻璃基板171。另外，此时，由于通常在带凹部基板101的入射侧配置有偏振板(未图示)，所以，在入射光L透过液晶层18时，入射光L变成直线偏振光。此时，该入射光L的偏振方向被控制成与液晶层18的液晶分子的取向状态对应。因此，通过使透过液晶面板16的入射光L透过偏振板(未图示)，可以控制射出光的亮度。
另外，偏振板例如由底部(base)基板和在该底部基板上层叠的偏振基体材料构成，该偏振基体材料例如是由添加了偏振元件(碘络合物、二色性染料等)的树脂构成。
就该该液晶面板16而言，例如是在对通过公知的方法而制造的TFT基板17与液晶面板用对置基板1进行取向处理之后，经由密封材料(未图示)将两者接合，接着，从由此形成的空隙部的封入孔(未图示)将液晶注入到空隙部内，接着，通过堵塞该封入孔而制造。然后，按照需要，还可以在液晶面板16的入射侧或射出侧粘贴偏振板。
另外，虽然在上述液晶面板16中使用了TFT基板作为液晶驱动基板，但是，也可以使用TFT基板之外的其他液晶驱动基板，例如TFD基板、STN基板等作为液晶驱动基板。
下面，对使用了上述液晶面板16的投射型显示装置进行说明。
图6是模式化表示本发明的投射型显示装置的光学系统的图。
如该图所示，透射型显示装置300具有光源301、具备多个积分透镜的照明光学系统、具备多个分色镜等的色分离光学系统(导光光学系统)、与红色对应的(红色用的)液晶光阀(液晶光闸阵列)74、与绿色对应的(绿色用的)液晶光阀(液晶光闸阵列)75、与蓝色对应的(蓝色用的)液晶光阀(液晶光闸阵列)76、形成有仅反射红色光的分色镜面711和仅反射蓝色光的分色镜面712的二色棱镜(色合成光学系统)71、和投射透镜(投射光学系统)72。
另外，照明光学系统具有积分透镜302和303。色分离光学系统具有反射镜304、306、309；反射蓝色光和绿色光(仅透过红色光)的分色镜305；仅反射绿色光的分色镜307；仅反射蓝色光的分色镜(或者反射蓝色光的反射镜)308；聚光透镜310、311、312、313和314。
液晶光阀75包括前述的液晶面板16；与液晶面板16的入射面侧(带凹部基板101位于的面侧，即与二色棱镜71相反一侧)接合的第1偏振板(未图示)；与液晶面板16的射出面侧(与带凹部基板101对置的面侧，即二色棱镜71侧)接合的第2偏振板(未图示)。液晶光阀74和76形成与液晶光阀75相同的构成。这些液晶光阀74、75和76所具备的液晶面板16分别与未图示的驱动电路连接。
另外，在投射型显示装置300中，由二色棱镜71和投射透镜72构成了光学块70。而且，该光学块70和相对二色棱镜71被固定设置的液晶光阀74、75以及76构成了显示单元73。
下面，对投射型显示装置300的作用进行说明。
从光源301射出的白色光(白色光束)透过积分透镜302和303。通过积分透镜302和303，该白色光的光强度(亮度分布)被均匀化。
透过积分透镜302和303的白色光，通过反射镜304向图6中左侧反射，其反射光中的蓝色光(B)和绿色光(G)分别通过分色镜305向图6中下侧反射，红色光(R)透过分色镜305。
透过分色镜305的红色光，通过反射镜306向图6中下侧反射，其反射光通过聚光透镜310被整形，然后入射到红色用的液晶光阀74。
由分色镜305反射的蓝色光和绿色光中的绿色光，通过分色镜307向图6中左侧反射，蓝色光透过分色镜307。
由分色镜307反射的绿色光通过聚光透镜311被整形，并入射到绿色用的液晶光阀75。
而且，透过分色镜307的蓝色光通过分色镜(或反射镜)308向图6中左侧反射，其反射光通过反射镜309向图6中上侧反射。前述蓝色光通过聚光透镜312、313和314被整形，并入射到蓝色用的液晶光阀76。
这样，从光源301射出的白色光通过色分离光学系统，被色分离成三原色，即红色、绿色和蓝色，并分别导向、入射到对应的液晶光阀。
此时，液晶光阀74具有的液晶面板16的各像素(薄膜晶体管173和与其连接的像素电极172)，通过基于红色用的图像信号而工作的驱动电路(驱动机构)，被开关控制(ON/OFF)，即被调制。
同样地，绿色光和蓝色光分别入射到液晶光阀75和76，并通过各自的液晶面板16被调制，由此，形成了绿色用的图像和蓝色用的图像。此时，液晶光阀75所具有的液晶面板16的各像素，通过基于绿色用的图像信号而工作的驱动电路被开关控制；液晶光阀76所具有的液晶面板16的各像素，通过基于蓝色用的图像信号而工作的驱动电路被开关控制。
由此，红色光、绿色光和蓝色光分别通过液晶光阀74、75和76被调制，分别形成了红色用的图像、绿色用的图像和蓝素用的图像。
由前述液晶光阀74形成的红色用的图像，即来自液晶光阀74的红色光，从面713入射到二向棱镜71，通过分色镜面711向图6中左侧反射，并透过分色镜面712，从射出面716射出。
而且，由前述液晶光阀75形成的绿色用的图像，即来自液晶光阀75的绿色光，从面714入射到二向棱镜71，并分别透过分色镜面711和712，从射出面716射出。
另外，由前述液晶光阀76形成的蓝色用的图像，即来自液晶光阀76的蓝色光，从面715入射到二向棱镜71，通过分色镜面712向图6中左侧反射，并透过分色镜面711，从射出面716射出。
这样，来自前述液晶光阀74、75和76的各色光，即由液晶光阀74、75和76形成的各图像，通过二色棱镜71被合成，由此，形成了彩色的图像。该图像通过投射透镜72，被投影(放大投射)到设置在规定位置的屏幕320上。
此时，由于液晶光阀74、75和76具备前述的液晶面板16，所以，抑制了来自光源301的光在通过液晶光阀74、75和76时的衰减，从而可以在屏幕320上投影明亮的图像。
上面，对本发明的微透镜基板的制造方法、微透镜基板、液晶面板用对置基板、液晶面板以及投射型显示装置的优选实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于此。
例如，在本发明的微透镜的制造方法中，也可以追加1道或2道以上的任意目的的工序。
而且，构成本发明的微透镜基板的带凹部基板也可以通过任意的方法来制造。例如，带凹部基板也可以使用具有凸部的模来制造。
而且，在前述的实施方式中，对实施掩模来进行蚀刻的方法进行了说明，但是，也可以不实施掩模而进行蚀刻。
并且，在前述的实施方式中，以将本发明的微透镜基板应用于具备液晶面板用对置基板、液晶面板和该液晶光阀的投射型显示装置的情况为例，进行了说明，但是，本发明并不限定于此，也可以将本发明的微透镜基板应用于例如CCD、光通信元件等各种电光学装置、有机或无机EL(电致发光)显示装置、其它的装置等。
另外，在前述的实施方式中，说明了将本发明的微透镜基板应用于投射型显示装置的情况，但是，本发明的微透镜基板也可以应用于透过型屏幕、后置型投影机。
(实施例)(实施例1)如下所述，制造了具有多个凹部的微透镜用带凹部基板，并使用该微透镜用带凹部基板制造微透镜基板。
(带凹部基板的形成工序)首先，准备厚为2mm的石英玻璃基板(玻化温度1060℃，折射率1.46)作为玻璃基板。
将该石英玻璃基板浸渍到已加热至85℃的洗涤液中(80％硫酸+20％过氧化氢水)进行洗涤，来洗净其表面。
接着，通过溅射法在该石英玻璃基板上形成0.03μm厚的Cr膜。即，在石英玻璃基板的表面上形成Cr膜的掩模和背面保护膜。
接着，对掩模进行激光加工，来形成多个初期孔(参照图2(b))。
另外，激光加工是通过使用YAG激光，在能量强度为1mW、光束直径为3μm、照射时间为60×10-9秒的条件下进行的。
所形成的初期孔的平均孔径为5μm。
接着，对石英玻璃基板实施湿蚀刻，从而在石英玻璃基板上形成多个凹部(参照图2(d))。
该湿蚀刻的蚀刻时间设定为72分钟，并使用氢氟酸系的蚀刻液作为蚀刻液。
接着，通过CF气体进行干蚀刻，来除去掩模和背面保护层。
由此，可以获得在石英玻璃基板上规则地排列多个凹部的带凹部基板。另外，所形成的凹部的平均直径为15μm，曲率半径为7.5μm。而且，相邻的微透镜用凹部之间的间隔(凹部彼此的中心间平均距离)为15μm。
(压焊工序)另一方面，准备由无铅玻璃(玻化温度660℃、折射率1.61)构成的厚度为T10.1mm的薄板玻璃基板(玻璃基板)。
将该玻璃基板设置成与带凹部基板的形成有凹部的面对置(参照图3(a)) 。
接着，在将气氛压力减压至5Pa之后，将带凹部基板和薄板玻璃基板加热至800℃。另外，对薄板玻璃基板的与设置有带凹部基板的一侧相反的面进行冷却，同时进行加热。
接着，在压焊薄板玻璃基板和带凹部基板，将已软化的薄板玻璃填充到凹部内之后，进行冷却(参照图3(c))。
由此，得到了带凹部基板与透镜层接合的微透镜基板。所形成的微透镜的平均直径为15μm，平均曲率半径为7.5μm。而且，从透镜层与带凹部基板的接合面的平坦部、到与接合面相反侧的面的厚度T2，即未形成微透镜的部分的厚度T2为0.07mm。
(实施例2)如下所述，使用与实施例1一样得到的带凹部基板，制造微透镜基板。
(压焊工序)准备玻化温度为660℃、折射率为1.61的薄板玻璃基板。此时的薄板玻璃的厚度T1为0.5mm。
将该玻璃基板设置成与带凹部基板的形成有凹部的面对置(参照图3(a)) 。
接着，在将气氛压力减压至5Pa之后，将带凹部基板和薄板玻璃基板加热至800℃。另外，对薄板玻璃基板的与设置有带凹部基板的一侧相反的面进行冷却，同时进行加热。
接着，在压焊薄板玻璃基板和带凹部基板，将已软化的薄板玻璃填充到凹部内之后，进行冷却(参照图3(c))。由此，在凹部内形成了微透镜。被接合的薄板玻璃基板(透镜层)的没有形成微透镜的部分的厚度T2为0.35mm。
接着，对已接合的薄板玻璃基板进行研削、研磨，使得没有形成微透镜的部分的厚度为0.05mm。
之后，使用刷洗洗涤装置来洗涤研磨面，从而得到了微透镜基板。
(比较例)对和前述实施例1一样形成的带凹部基板的形成有凹部的面，赋予未重合(未固化)的紫外线(UV)固化型环氧树脂(折射率1.59)。
接着，通过由石英玻璃构成的玻璃盖片，来按压UV固化型环氧树脂。此时，玻璃盖片与UV固化型环氧树脂之间没有空气侵入。
接着，通过从玻璃盖片上照射10000mJ/cm2的紫外线，来使UV固化型环氧树脂固化，从而将玻璃盖片和带凹部基板接合起来。
接着，对该已接合的玻璃盖片进行研削、研磨，使得玻璃盖片的厚度为50μm。
然后，使用刷洗洗涤装置来洗涤玻璃盖片的研磨面。
由此，得到微透镜基板。所形成的微透镜的平均直径为15μm，平均曲率半径为7.5μm。
实施例1～2和比较例中的带凹部基板的凹部的平均直径、凹部的曲率半径、凹部的深度、折射率，构成带凹部基板和玻璃基板的玻璃材料的种类和玻化温度、折射率、树脂基板的厚度T1、所制造的微透镜基板的微透镜的平均直径、微透镜的曲率半径、透镜层的厚度T2、T2/T1，如表1所示。
表1
*是研磨前的厚度
(评价)与比较例相比，在实施例1～2中能够容易地制造微透镜基板。
而且，在使用各实施例和比较例的方法连续地制造微透镜基板时，在实施例1～2中，能够生产率良好地制造质量稳定的微透镜基板。与此相对，在比较例中，则会产生次品使得成品率极其低下。
然后，使用在各实施例和比较例中得到的微透镜基板，来制作图1所示的液晶面板用对置基板，并使用该液晶面板用对置基板来制作图5所示的液晶面板，然后使用该液晶面板制作图6所示的投射型显示装置。
在使所得到的投射型显示装置连续驱动5000小时，并观察驱动后5000小时的投射型图像时，观测结果为，使用了实施例1～2的微透镜基板的投射型显示装置投射出鲜明的投射图像。与之相对，在比较例的投射型显示装置中，虽然驱动后不久的投射图像鲜明，但是，随着驱动时间的增加，投射图像的鲜明度明显降低。认为这是因为，构成微透镜基板的树脂材料由于光或驱动产生的热量而恶化，使得透过率等降低。
权利要求
1.一种微透镜基板的制造方法，是具有多个微透镜的微透镜基板的制造方法，其中，具有在加热的状态下对带凹部基板和基体材料进行压焊的压焊工序，所述带凹部基板在表面上具有与所述微透镜的形状对应的形状的多个凹部，所述基体材料由玻化温度比构成所述带凹部基板的材料的玻化温度低的玻璃材料构成，在所述压焊工序中，将所述玻璃材料填充到所述凹部内，并接合所述带凹部基板和所述基体材料。
2.根据权利要求1所述的微透镜基板的制造方法，其中，所述带凹部基板的折射率与所述玻璃材料的折射率之差的绝对值为0.01以上。
3.根据权利要求1或2所述的微透镜基板的制造方法，其中，所述加热是在所述玻璃材料的玻化温度以上、构成所述带凹部基板的材料的玻化温度以下的温度下进行。
4.根据权利要求1或2所述的微透镜基板的制造方法，其中，当将所述玻璃材料的玻化温度设为Tg1[℃]，将构成所述带凹部基板的材料的玻化温度设为Tg2[℃]时，满足Tg2-Tg1≥50的关系。
5.根据权利要求1或2所述的微透镜基板的制造方法，其中，所述压焊在减压气氛下进行。
6.根据权利要求1或2所述的微透镜基板的制造方法，其中，当将所述压焊工序前的所述基体材料的厚度设为T1[mm]，将所述压焊工序后的从所述基体材料与所述带凹部基板的接合面的平坦部、到与所述接合面相反侧的面的厚度设为T2[mm]时，满足0.5≤T2/T1≤0.95的关系。
7.一种微透镜基板，其中，通过权利要求1～6中任意一项所述的方法制造。
8.一种液晶面板用对置基板，其中，具备权利要求7所述的微透镜基板。
9.一种液晶面板，其中，具备权利要求8所述的液晶面板用对置基板。
10.一种液晶面板，其中，具有具备像素电极的液晶驱动基板、与该液晶驱动基板接合的权利要求8所述的液晶面板用对置基板、封入在所述液晶驱动基板和所述液晶面板用对置基板的空隙的液晶。
11.根据权利要求10所述的液晶面板，其中，所述液晶驱动基板是具有以矩阵状配设的所述像素电极和与所述像素电极连接的薄膜晶体管的TFT基板。
12.一种投射型显示装置，其中，包括具备权利要求9～11中任意一项所述的液晶面板的光阀，使用至少一个该光阀来投射图像。
全文摘要
本发明的微透镜基板的制造方法是具有多个微透镜的微透镜基板的制造方法，其特征在于，具有压焊工序，即在加热的状态下，对带凹部基板和基体材料进行压焊，所述带凹部基板在表面上具有与所述微透镜的形状对应的形状的多个凹部，所述基体材料由玻化温度比构成所述带凹部基板的材料的玻化温度低的玻璃材料构成，在所述压焊工序中，将所述玻璃料填充到所述凹部内，并接合所述带凹部基板和所述基体材料。所述带凹部基板的折射率与所述玻璃材料的折射率之差的绝对值为0.01以上。本发明提供能够容易地制造光学特性和耐久性优越的微透镜基板的微透镜基板的制造方法、微透镜基板、液晶面板用对置基板、液晶面板和投射型显示装置。
文档编号G02F1/136GK1862292SQ20061007949
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月9日 优先权日2005年5月9日
发明者宫尾信之, 田中光丰 申请人:精工爱普生株式会社