JP4207599B2

JP4207599B2 - 液晶パネルの製造方法

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Publication number: JP4207599B2
Application number: JP2003045297A
Authority: JP
Inventors: 喜久夫貝瀬; 和宏篠田; 守晃阿部; 正治長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP2004258052A; US7087180B2; US20060208284A1; US20040232105A1; US7879630B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のマイクロレンズが配列形成されたマイクロレンズ基板の製造方法およびマイクロレンズ基板を用いた液晶パネルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットデイスプレイの普及・市場躍進が著しい。プラズマデイスプレイ、液晶直視型大画面デイスプレイ、フィールドエミッション型デイスプレイ、有機及び無機ＥＬデイスプレイなどである。これらは、フラット大画面で、また所謂「壁掛けＴＶ」と称されるような薄型のデザインで好評を得ていることが、躍進の原因の一つと考えられる。
【０００３】
一方、ＬＣＤ（liquid clystal display）、ＤＭＤ（digital mirror display）、ＬＣＯＳ（liquid clystal on silicon）等のライトバルブを用いたプロジェクタの開発も盛んである。上述したような、完全に「壁掛け」程度まで薄くできなくとも、リアプロジェクションＴＶは、高画質・低価格化には十分対応でき、大画面デイスプレイの一翼を担っていける能力がある。更に、プロジェクタの場合は、フロントＡＶプロジェクタのように、それ自身の特性である投影画面サイズを任意に選択しうるという応用も可能であるし、小型化の進展に伴い可搬性にも富むので、野外での使用も可能といった特徴もある。今後は、それぞれ、自身の特徴に応じた市場でのすみわけが始まるものと思われる。
【０００４】
ところで、従来の液晶プロジェクタ装置用の高精細な液晶パネル（液晶ライトバルブ）には、画素毎にマイクロレンズを設けたマイクロレンズ基板が用いられている。マイクロレンズ基板の形成には、石英基板あるいは各種ガラス基板を用い、（ａ）ウエットエッチング法、（ｂ）２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｉｍａｒｉｚａｔｉｏｎ）法、（ｃ）ドライエッチング法などの適用が実用化されている。
【０００５】
このうち、（ａ）ウエットエッチング法を、図７に基づいて説明する。先ず、図７（１）に示すように、ガラスあるいは石英からなる基板１０１上にレジストパターン１０２を形成する。次に、図７（２）に示すように、レジストパターン１０２をマスクにしてＨＦ系エッチャントによる等方性エッチングを行い、基板１０１にレンズ形状の凹状曲面１０１ａを形成する。レジストパターン１０２を除去した後、図７（３）に示すように、基板１０１上に樹脂１０３を塗布し、凹状曲面１０１ａの内部に当該樹脂１０３を充填する。次いで、図７（４）に示すように、樹脂１０３を介して基板１０１上にカバーガラス１０４を貼り合わせ、凹状曲面１０１ａ内に樹脂１０３を充填してなるマイクロレンズ１０５を形成する。その後、図７（５）に示すように、カバーガラス１０４上にＩＴＯ電極１０６を形成してマイクロレンズ基板１０７を完成させる。尚、図７（２）で用いた等方性エッチングのマスクには、ＨＦ系エッチャントに対する耐性が良好な、金属（クロム等）あるいは不純物を含有するポリシリコンなどの材料を用いても良い。
【０００６】
また、以上の他にも、基板上のレジストパターンを熱加工してレンズ形状とし、これをマスクに用いて基板をエッチングすることで基板にレンズ形状の凸状曲面を転写する方法もある（下記特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−９２３６５号公報（【０００８】〜【０００９】および図６）
【００１０】
以上説明したいずれの方法においても、マイクロレンズは樹脂を用いて形成され、そのレンズパワーの源泉は、樹脂と基板の屈折率差である。特に、（ｂ）２Ｐ法においては、ＵＶ硬化型樹脂を用いることは、２Ｐ法の本質的な内容であり、ＵＶ硬化樹脂使用は、不可避である。
【００１１】
そして、このようなマイクロレンズ基板に用いられる樹脂には、次のような▲１▼〜▲６▼の性質が要求される。
▲１▼可視光領域で、高透過率であること。
▲２▼マイクロレンズ形成後の液晶表示装置の製造プロセスにおける耐熱性（具体的には２００℃程度まで）が必要であること。
▲３▼耐光性が必要なこと。
▲４▼耐薬品性、その後のプロセスでの薬剤（アルコール、ケトン類、耐水性）に対する耐性が必要であること。
▲５▼高温、高湿、低温、ヒートサイクルなどで白濁などが発生しない、屈折率変化少ない、クラックなどが入らない、等の信頼性が良好であること。
▲６▼樹脂膜厚の均一性のための最適な粘度（１００ｃｐｓ〜５００ｃｐｓ程度）、密着性、密着強度を有すること。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現実的には、上記▲１▼〜▲６▼までの性能を満たす樹脂は、非常に少ない。したがって、上記のような性能を満たす樹脂を探して、その屈折率に合わせて最適なマイクロレンズ形状設計を個々のデバイスに応じて行っているのが実態であり、材料選定が難しいと言った問題があった。また特に、マイクロレンズ用の樹脂を接着剤として用いたり、またマイクロレンズとは別に接着剤樹脂を用いた場合、現実的には、上記▲１▼の可視光透過率以外の課題は、すべて現実の液晶表示装置で問題になるといわねばならない。
【００１３】
例えば、▲３▼の耐光性向上の課題としては、下記の様である。つまり、最近の液晶プロジェクタ装置の輝度向上によって、液晶パネルを構成する樹脂（有機材料）の耐光性向上はますます重要となる。特に、プロジェクタに用いられるランプの発光領域のブルー領域（４００nm付近）の光を、わずかに吸収する程度であっても、輝度向上に伴って無視できない樹脂劣化を引き起こしやすい。通常プロジェクタでは、４２０nm以下の波長領域の光はＵＶ−ＩＲカットフィルタなどでカットされるが、ＵＶ−ＩＲカットフィルタのわずかな性能バラツキ等によって、含まれている当該波長成分の光により樹脂劣化が無視できなくなってきているのである。もっとも極端な場合は、樹脂が、黄変、茶色化したり、プロジェクタ使用時の変形のストレスなどでうねりが出る例もある。
【００１４】
また、▲４▼の耐薬品性に関しては、ＬＣＤ組み立て工程では、基板洗浄、パネル洗浄工程にアルコールケトン類などを用いているが、これらにわずかにでも溶解すると、ＬＣＤの電圧保持率に影響したり、イオン伝導に寄与し、ＬＣＤの劣化をもたらす。さらに配向膜上に、たとえ単分子層でもこのような樹脂が形成されると、液晶分子のプレチルト角のばらつき、液晶分子のアンカリング特性、動作に影響あたえてしまう。
【００１５】
さらに、▲５▼の信頼性に関しては、一般的に樹脂は、耐湿性に弱い。水分分子は、基本的に樹脂中を拡散することにより、密着性を劣化させたり、また水分そのものの屈折率（ｎ＝１．３３）は、一般的に樹脂屈折率よりも小さいので、耐湿性試験時間が経過するに従い、樹脂屈折率が変化し、しいてはマイクロレンズのパワーを劣化させ、焦点距離を変化させる。
【００１６】
また、▲６▼は、基板材料と樹脂の熱膨張の差が特に問題となる。一般に二桁以上の熱膨張率の差がある。
【００１７】
さらにまた、有機物は一般的に屈折率が低く、その分高輝度化の為にレンズを深く形成する必要があり、一般的に深いレンズを形成する方が難しい。エッチング等では、均一性、生産性にも悪影響及ぼし、低コスト化のために基板サイズを大きくしたいような場合は、レンズ形状の均一化が困難になる。
【００１８】
そこで本発明は、耐薬品性に優れると共に強力な光照射に対する耐光性に優れ、かつ形状精度の良好なマイクロレンズを形成可能なマイクロレンズ基板の製造方法、およびこのマイクロレンズ基板を用いた液晶パネルの製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明のマイクロレンズ基板の製造方法は、次の工程を行うことを特徴としている。先ず、透明基板の表面側にレンズ形状の曲面を形成する。次に、曲面を埋め込む状態で透明基板上に無機材料膜を形成する。その後、無機材料膜の表面を平坦化することで、曲面を無機材料膜で埋め込んでなるマイクロレンズを形成する。
【００２０】
また本発明の液晶パネルの製造方法は、以上のようにしてマイクロレンズ基板を形成した後、さらに無機材料膜上におけるマイクロレンズの周縁部となる位置に薄膜トランジスタを形成してマイクロレンズ基板を作製し、この薄膜トランジスタの形成面側に当該マイクロレンズ基板に対向させて対向基板を配置した状態で、これらの基板間に液晶層を封止することを特徴としている。
【００２１】
以上のようなマイクロレンズ基板の製造方法および液晶パネルの製造方法では、透明基板に形成されたレンズ形状の曲面を無機材料膜で埋め込んでマイクロレンズを形成することで、樹脂を用いることなく、無機材料のみでマイクロレンズ基板を構成することが可能になる。このため、耐薬品性および耐光性に優れたマイクロレンズ基板が得られる。また、耐熱性の向上が図られるため、平坦化された無機材料膜上に薄膜トランジスタを形成する工程等の熱処理を有する工程を施すことが可能となる。これにより、マイクロレンズに対して高精度に位置合わせを行いつつ、薄膜トランジスタの形成を行うことが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚ここでは、０．７インチＸＧＡ（extended graphics arrey：１０２４×７６８画素）表示の液晶パネル用のマイクロレンズ基板の製造方法、および液晶パネルの製造方法を、この順に説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法の第１例を説明する断面工程図であり、この図に基づいて第１実施形態を説明する。
【００２４】
先ず、図１（１）に示すように、例えば６インチ径の石英（またはネオセラム）からなる透明基板１上にレジスト膜３を形成する。ここでは、スピンコート法によって、１０μｍの膜厚にレジスト膜３を塗布形成する。
【００２５】
次に、図１（２）に示すように、リソグラフィー処理を行うことによって、レジスト膜３の表面側に、マイクロレンズの原型となるレンズ形状の凹状曲面３ａを配列形成する。ここでは、透明基板１の表面側中央の表示領域を区切る１４μｍ×１４μｍ程度の各画素領域に凹状曲面３ａを配列形成する。
【００２６】
このリソグラフィー処理においては、レジスト膜３に対して、複数枚の露光マスク（多重マスク）３を用いて順次パターン露光を行う多重露光を行う。尚、この多重露光においては、ｉ線ステッパを用いた露光が行われる。そして、この多重露光の後には、レジスト膜３に対して、コータデベロッパを用いた現像処理を行う。
【００２７】
また、上記多重露光の際には、例えば非球面のレンズ形状の凹状曲面３ａが形成されるような多重マスクを用いる。このレンズ形状は、マイクロレンズを構成する材料の屈折率差によって適宜設定される。例えば、以下で形成されるマイクロレンズが、レンズ形状の凹状曲面を構成する石英（屈折率ｎ＝１．４６）とこの凹部曲面内に充填されたＡｌ₂Ｏ₃（屈折率ｎ＝１．５８〜１．６５）とで構成される場合、非球面定数ｋ＝−０．９５〜−０．８程度、焦点距離は４０〜４５μｍ（大気中）程度のレンズ形状に設定される。このとき、レンズ深さは５〜７μｍ程度になる。この場合の多重マスクのマスク枚数は十枚程度になる。
【００２８】
尚、以上のリソグラフィー処理の後には、加熱処理によって凹状曲面３ａの段差形状をなだらかにしても良い。
【００２９】
次に、図１（３）に示すように、レジスト膜（３）上からのドライエッチングによって、レジスト膜（３）の表面側に形成されたレンズ形状の凹状曲面（３ａ）を、透明基板１に転写する。これにより、透明基板１の表面にレンズ形状の凹状曲面１ａを形成する。この凹状曲面１ａは、レンズ深さｄ＝５〜７μｍ程度になる。ここでは、例えば平行平板型ＲＩＥ装置を用い、エッチング雰囲気内の圧力を０．１Ｐａ以上、電極パワーを０．２ｋＷ以上に保ち、エッチングガスとしてＣＦ₄、ＣＦ₃Ｈ、ＣＨ₂Ｈ₂を用いたエッチングが行われる。尚、エッチングガスとしては、ＳＦ₆、Ｃ₃Ｆ₈、などのガスを用いることもできる。また、このエッチングにおいては、エッチング選択比をレジスト膜（３）：基板１＝１：１〜７：１程度の範囲で設定が可能である。
【００３０】
以上の工程は、特開平７−１９１２０９、特開平８−２１９８０８等に記載された多重露光法を適用することができる。また、上述したリソグラフィーにおいてのパターン露光は、多重露光法に換えてグレーマスク法によって行っても良い。
【００３１】
その後、図１（４）に示すように、凹状曲面１ａが形成された透明基板１上に、凹状曲面１ａを埋め込むのに十分な膜厚の無機材料膜５を形成する。無機材料膜５は、例えばＡｌ₂Ｏ₃（屈折率ｎ＝１．６２〜１．７０）、ＨｆＯ₂（屈折率ｎ＝１．９５〜２．０３）、Ｔａ₂Ｏ₅（屈折率ｎ＝２．０３〜２．１２）、Ｎｂ₂Ｏ₅（屈折率ｎ＝２．２３〜２．３２）、およびＺｒＯ₂（ｎ＝１．９８〜２．０５）のうちの少なくとも１つを用いて形成される。
【００３２】
このような無機材料膜５は、無機材料に電子線を照射して材料粒子を透明基板１上に供給して積層成膜する真空蒸着法によって形成される。尚、このようなＡｌ₂Ｏ₃からなる無機材料膜５の形成の際には、Ａｌ₂Ｏ₃のストイキオメトリーを維持するために、雰囲気ガスに酸素を加えてもよい。また、無機材料膜５の形成方法は、スパッタ法、あるいはＣＶＤ法、更にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）などを用いたＭＯＣＶＤ（有機気相成長）法などを適用してもよい。
【００３３】
ここでは、上述したように、レンズ深さ（凹状曲面１ａの深さ）ｄがｄ＝５〜７μｍ程度である場合、無機材料膜５を１５μｍ程度の膜厚で形成することにより、無機材料膜５によって凹状曲面１ａが完全に埋め込まれるようにする。
【００３４】
また、無機材料膜５は、屈折率の調整を目的として、適宜の割合で上述した各材料を混合して形成しても良い。この際、上述した真空蒸着法であれば、複数の材料にそれぞれ電子線を照射することで、透明基板１上に同時に複数の材料を蒸着させる。たとえば屈折率ｎ＝１．８０付近の無機材料膜５を形成したい場合には、Ａｌ₂Ｏ₃及びＨｆＯ₂を真空蒸着室内の別々のターゲット用のるつぼに入れ、それぞれに電子先を照射することで、Ａｌ₂Ｏ₃及びＨｆＯ₂を透明基板１の表面に同時に蒸着する。このとき各材料に照射する電子線の印加電力を調整することによって、各材料の蒸着量を調整し、屈折率を最適化することができる。
【００３５】
以上の後、図１（５）に示すように、無機材料膜５の平坦化処理を行うことにより、基板１の凹状曲面１ａを無機材料膜５で埋め込んでなるマイクロレンズ７を形成する。ここでは、例えば、平坦化処理として研磨を行うこととする。この際、無機材料膜５がＡｌ₂Ｏ₃からなる場合には、研磨材として酸化セリウム（ＣｅＯ₂）を用いる。そして、無機絶縁膜５の表面が平坦化され、さらに透明基板１の平坦部上において無機材料膜５が約３〜５μｍの膜厚になるまで研磨を行うこととする。尚、研磨終了後には、研磨面の洗浄を行うこととする。
【００３６】
次に、図１（６）に示すように、平坦化した無機材料膜５上に、カバー膜９を形成する。このカバー膜９は、透明基板１と同程度の熱膨張率を有する材料で構成することが好ましい。尚、カバー膜９の厚みは、無機絶縁膜５の厚みあと合わせた合計で、性能上必要な厚みになるよう任意に設定される。
【００３７】
ここでは、例えば、スパッタ法により、ＳｉＯ₂からなるカバー膜９を、約１９μｍの膜厚で形成する。この場合のスパッタ条件としては、成膜雰囲気内圧力：０．１〜０．６Ｐａ、基板温度：１００℃〜３５０℃：スパッタリングガス：ＡｒおよびＯ₂が用いられる。尚、ＳｉＯ₂からなる無機材料膜５の形成は、ＣＶＤ法、や真空蒸着法によって行っても良い。尚、このカバー膜９として、プラズマＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を薄く形成し、より積極的にストレス調整を行う様にしても良い。プラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜の形成は、二周波法などにより、ＳｉＯ₂膜よりも膜ストレスの調整範囲が広いのである。
【００３８】
次に、図１（７）に示すように、カバー膜９の上部に、透明電極膜１１を形成する。ここでは、スパッタ法によってＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極膜１１を約１４０ｎｍの膜厚で形成した。これにより、透明基板１の平坦部上における、無機材料膜５、カバー膜９、および透明電極膜１１の合計の光学膜厚ｔを、ｔ＝約１８μｍ（空気中換算値）とする。
【００３９】
以上のようにして、透明基板１面に複数のマイクロレンズ７を配列形成してなるマイクロレンズ基板１３を得る。
【００４０】
また、このようにして作製したマイクロレンズ基板１３を用いて液晶パネルを形成する場合、ここでの図示は省略したが、透明電極膜１１の上部に配向膜を形成する。一方、画素電極と、この画素電極を駆動するための薄膜トランジスタ（thin film transistor：以下ＴＦＴ）が設けられた表面側を、配向膜で覆ってなる通常のＴＦＴ基板を用意する。そして、マイクロレンズ基板１３とＴＦＴ基板の配向膜形成面を対向配置し、これらの間に液晶層を充填して封止することで、液晶パネルを形成する。
【００４１】
以上説明した第１実施形態の製造方法によれば、石英やガラス等の透明基板１に形成されたレンズ形状の凹状曲面１ａを無機材料膜５で埋め込んでマイクロレンズ７を形成することで、樹脂を用いることなく、無機材料のみで構成されたマイクロレンズ基板１３を得ることができる。このため、樹脂を用いることによる様々な弊害を発生させることなく、耐薬品性および耐光性に優れたマイクロレンズ基板１３が得られる。また、このようなマイクロレンズ基板１３を用いた液晶パネルにおいては、マイクロレンズ基板１３に樹脂が用いられていないことにより、プロセス上の樹脂によるクロスコンタミが防止され、また作製された液晶パネルにおいても液晶層への樹脂の回り込みが防止される。このため、液晶層への樹脂の影響を完全に排除でき、表示特性の良好な液晶パネルを得ることができる。
【００４２】
さらに、樹脂が用いられていないため、樹脂と基板との間の熱膨張係数差に起因する具合の発生を防止することができる。しかも、樹脂を用いた場合には、透明基板との屈折率差から、レンズ深さが深く設定されていたが、屈折率の大きい材料を選択できる無機材料膜を用いることで、レンズ深さを浅くすることが可能になり、レンズ形状の曲面の形成が容易になる。これにより、複数の曲面の均一性が向上する。以上のことから、マイクロレンズ基板１３の大型化を図ることも可能になる。
【００４３】
また、以上のように、マイクロレンズ基板１３の耐光性の向上が図られるため、このマイクロレンズ基板１３を用いた液晶パネルを、ライトバルブとして液晶プロジェクタ装置に設けることで、液晶プロジェクタ装置のランプ光量の増加を図り、さらなる高輝度化を達成することが可能になる。これにより、その分のスクリーンのゲインを下げることが可能になり、広視野角特性の向上を図ることが可能になる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
次に、図２の断面工程図に基づいて、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法の第２例を説明する。
【００４５】
先ず、図２（１）に示すように、第１実施形態と同様の透明基板１上に、リソグラフィー法によってレジストパターン２１を形成する。このレジストパターン２１は、マイクロレンズの原型となるレンズ形状の凹状曲面の形成位置の中央に孔２１ａを設けた形状に形成される。
【００４６】
次に、図２（２）に示すように、このレジストパターン２１をマスクに用いて透明基板１を等方性エッチングする。これにより、レジストパターン２１の孔２１ａを中心とした等方性エッチングが進み、透明基板１の表面側中央の表示領域を区切る１４μｍ×１４μｍ程度の各画素領域に凹状曲面１ａを配列形成する。ただし、ここで形成される各凹状曲面１ａは、球面形状となる。このエッチング終了後には、レジストパターン２１を除去する。
【００４７】
尚、透明基板１の等方性エッチングに用いるマスク（マスクパターン）は、レジストパターン２１限定されることはない。このマスクパターンは、レジストパターンをマスクにしたパターンエッチングで得られた金属膜や不純物を含有するポリシリコンなどの材料からなるマスクパターンであっても良く、等方性エッチングの際のエッチャントに対する耐性を備えていれば良い。
【００４８】
そして以上の工程の後には、上述した第１実施形態において図１（４）〜図１（７）を用いて説明したと同様に行うことで、マイクロレンズ基板１３を得る。また、このマイクロレンズ基板１３を用いた液晶パネルの形成は、第１実施形態で説明したと同様に行われる。
【００４９】
以上説明した第２実施形態の製造方法であっても、石英やガラス等の透明基板１に形成されたレンズ形状の凹状曲面１ａを無機材料膜５で埋め込んでマイクロレンズ７を形成するため、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
＜第３実施形態＞
次に、図３の断面工程図に基づいて、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法の第３例を説明する。尚、この断面工程図は、第１実施形態及び第２実施形態で用いた図１、図２の要部を拡大した図に相当する。
【００５１】
先ず、例えば上述した第１実施形態において図１（１）〜図１（６）を用いて説明した工程を行うことにより、図３（１）に示すように、透明基板１の凹状曲面１ａを無機材料膜５で埋め込んだマイクロレンズ７を形成し、さらにカバー膜９を形成する工程までを行う。尚、第２実施形態の手順を適用してこの工程までを行っても良い。
【００５２】
次に、図３（２）に示すように、カバー膜９上に、遮光膜パターン３１を形成する。この遮光膜パターン３１は、各マイクロレンズ７の周囲を囲む位置、すなわち各画素領域の周縁に沿って配置され、次に説明するＴＦＴのゲート線や信号線の配線位置に一致させて配置されることとする。このような遮光膜パターン３１は、ＷＳｉ、Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒのような遷移金属からなる層をスパッタ法によって形成し、これをパターニングすることによって形成する。または、特許第３２３１７５７号公報に記載されている方法を適用し、ポリサイドからなる層をパターニングすることによって形成しても良い。尚、遮光膜パターン３１の膜厚は、一例として２００ｎｍ程度であることとする。
【００５３】
次に、この遮光膜パターン３１を埋め込む状態で、カバー膜９上に層間絶縁膜３２を形成する。この際、例えばＡＰ（常圧）-ＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜３２を６００ｎｍ程度の膜厚で形成する。尚、以降に行うＴＦＴプロセスのため、層間絶縁膜３２を形成した後に、この層間絶縁膜３２の表面をＣＭＰ法によって平坦化処理する工程を行っても良い。
【００５４】
次いで、図３（３）に示すように、層間絶縁膜３２上にＴＦＴ回路３３を形成する工程を行う。この場合、例えば先ず、層間絶縁膜３２上に、ＬＰ（減圧）-ＣＶＤ法によって、ポリシリコンからなる半導体薄膜３４を約７５ｎｍの膜厚で形成する。次に、イオン注入法により、半導体薄膜３４にＳｉイオンを約２Ｅ１５ｃｍ^-2程度注入してアモルファス化した後、６００℃で２４時間程度の熱処理を行うことによって固相成長させる。
【００５５】
尚、多結晶性の半導体薄膜３４の形成には、基板温度が１０００℃程度になる高温ポリシリコンプロセス、またはエキシマレーザーアニール法を用いた低温ポリシリコンプロセス（基板温度４５０℃〜６００℃）などの一般的な方法を適用することができる。尚、低温ポリシリコンプロセスについては、例えば、Katzuhide.Yoshinaga,etal；“A０．９”XGA Lｏｗ Temperature POLY-SｉＴＦＴＬＣＬＶ with stacked Storage Capacitor，SID 02 Digest，ｐ．1013〜1015に記載の方法が適用される。
【００５６】
次に、多結晶化させた半導体薄膜３４をパターニングした後、酸化炉内にて１０００℃程度の酸化処理を施すことにより、半導体薄膜３４の表面層に約７５０ｎｍ程度の膜厚の酸化膜３５を成長させる。
【００５７】
次に、イオン注入法により、半導体薄膜３４における、ＴＦＴ部分にＢ⁺イオンを導入し、キャパシタ部分にＡｓ⁺イオンを導入する。その後、酸化膜３５を介して半導体薄膜３４上に、３００ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚のゲート電極３６、およびキャパシタの上部電極３７を形成する。このゲート電極３６および上部電極３７の形成は、例えば特許２９９３６６５に記載された方法で行う。その後、ゲート電極３６をマスクに用いたイオン注入法により、ＴＦＴのソース・ドレイン領域を形成するための不純物導入を行う。
【００５８】
次に、ゲート電極３６および上部電極３７を覆う状態で、層間絶縁膜３２上にＰＳＧ（Ｐ濃度２〜４ｗｔ％程度）からなる層間絶縁膜３８を、６００ｎｍ程度の膜厚で形成する。その後、この層間絶縁膜３８に、半導体薄膜３４に達する接続孔を形成し、この接続孔を介して半導体薄膜３４に接続される信号線３９および引出線４０を形成する。この信号線３９および引出線４０は、例えば４００〜６００ｎｍの膜厚のＡｌ−Ｓｉ（Ｓｉ０．９％）膜をパターニングすることによって形成する。以上により、透明基板１の表面側中央の表示領域に、ＴＦＴとキャパシタとを配線してなるＴＦＴ回路３３を形成する。このＴＦＴ回路３３は、表示領域を分割する複数の画素領域を囲む位置には位置される。
【００５９】
尚、以上におけるＴＦＴ回路３３の形成は、上述した手順に限定されることはなく、特許第３２３１７５７号公報、特許第２９９３６６５号公報、特開２００１−１４２０８９号公報、さらには特開２００１−３３０８５６等に記載の手順が適用される。
【００６０】
また、以上のＴＦＴ回路３３の形成工程と平行して、透明基板１の表面側の表示領域を囲む周辺領域に、ｐチャンネル型のＴＦＴを備えた駆動回路を形成し、ＣＭＯＳ構成として良い。また、ＴＦＴはＬＤＤ構造、ダブルゲート構造としても良い。
【００６１】
以上の様にしてＴＦＴ回路３３を形成した後、図３（４）に示すように、信号線３９および引出線４０を覆う状態で、層間絶縁膜３８上にＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜４１をＡＰ−ＣＶＤ法によって４００ｎｍ程度の膜厚で形成する。その後、この層間絶縁膜４１に、引出線４０に達する接続孔を形成し、この接続孔を介して引出線４０に接続される配線パターン４２および遮光膜パターン４３を形成する。これらの配線パターン４２および遮光膜パターン４３は、Ｔｉ、Ｗ，Ｔａ等の金属遮光膜をパターンエッチングすることによって形成する。
【００６２】
そしてさらに、配線パターン４２および遮光膜パターン４３を覆う状態で、層間絶縁膜４１上に上層絶縁膜４４を形成する。その後、この上層絶縁膜４４に、配線パターン４２に達する接続孔を形成し、この接続孔を介して配線パターン４２に接続される画素電極４５を形成する。この画素電極４５は、例えばＩＴＯ等の透明電極材料膜をパターンエッチングすることによって形成する。
【００６３】
以上のようにして、画素電極４５を駆動するためのＴＦＴ回路３３が設けられたマイクロレンズ基板５０を得る。このマイクロレンズ基板５０は、ＴＦＴ基板も兼ねたものとなる。
【００６４】
このような構成のマイクロレンズ基板５０を用いて液晶パネルを形成する場合、先ず、ここでの図示は省略したが、画素電極４５を覆う状態で配向膜を形成する。
【００６５】
一方、第１実施形態で図１を用いて説明した手順、または第２実施形態で図１および図２を用いて説明した手順でマイクロレンズ基板１３を作製し、さらに、このマイクロレンズ基板１３の透明電極膜１１形成面上に配向膜（図示省略）を形成する。尚、このマイクロレンズ基板１３は、従来の樹脂を用いたマイクロレンズ基板を用いても良い。
【００６６】
次に、図４に示すように、マイクロレンズ基板５０の配向膜形成面（画素電極４５形成面）と、マイクロレンズ基板１３の配向膜形成面（透明電極１１形成面）とを対向させて配置する。この際、各画素領域において、マイクロレンズ基板１３，５０のマイクロレンズ７の主点Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌが、ＴＦＴ基板を兼ねるマイクロレンズ基板５０側のマイクロレンズ７の焦点距離に略一致するように、マイクロレンズ基板１３，５０を対向配置する。
【００６７】
そして、以上のように配置されたマイクロレンズ基板１３，５０間に液晶層５１を充填して封止することで、液晶パネル５２を得る。
【００６８】
以上、図３を用いて説明した第３実施形態の製造方法によれば、第１実施形態で説明したようにマイクロレンズ７を形成することで、マイクロレンズ７の耐熱性の向上を図ることができる。このため、ＴＦＴ基板にマイクロレンズ基板を貼り合わせる工程を行うことなく、マイクロレンズ７を構成する無機材料膜５上に、熱処理工程を有するＴＦＴ回路３３の形成を行い、画素電極４５を駆動するためのＴＦＴ回路３３を備えたＴＦＴ基板を兼ねるマイクロレンズ基板５０を得ることが可能になる。
【００６９】
つまり、同一基板上にマイクロレンズ７を形成し、更に連続してＴＦＴ回路３３および画素電極４５の形成を行うことが可能になるため、先に形成されたマイクロレンズ７に対して位置合わせを行いつつ、ＴＦＴ回路３３の形成を行うことが可能になる。この位置合わせには、ステッパあるいはミラープロジェクションを用いた高精度な位置合わせが行われるため、マイクロレンズ７とＴＦＴ回路３３および画素電極４５の合わせ精度の向上を図り、高品質なＴＦＴ基板を兼ねたマイクロレンズ基板５０を得ることができる。
【００７０】
また、２枚の基板を貼り合わせることなく、このようなマイクロレンズ基板５０が得られるため、透明基板の使用枚数を減らし、基板コストを削減することが可能になる。
【００７１】
また、図４を用いて説明した、マイクロレンズ基板５０を用いた液晶パネル５２は、各画素領域において、液晶層５１を挟んで２枚のマイクロレンズ７が上述した状態で配置されているため、フィールド機能を備え、液晶パネルへの入射光発散角度を抑えることができる。
【００７２】
そして、上述したように、ＴＦＴ基板を兼ねるマイクロレンズ基板５０側のマイクロレンズ７が、ＴＦＴ回路３３および画素電極４５に対して精度良好に配置されるため、上述したフィールド機能を非常に効率的に発現することが可能になる。また、マイクロレンズとの合わせ程度に依存した出射光量のばらつきも抑えることができ、歩留まりも向上する。
【００７３】
さらに、図３を用いて説明した製造方法では、カバー膜９を形成した後に、この上部に１層の遮光膜パターン３１を形成する構成を説明した。しかし、本発明では、レンズ形状の凹状曲面１ａを埋め込む状態で無機絶縁膜５を形成し、この表面を平坦化処理することでマイクロレンズ７を得ているため、平坦化された無機絶縁膜５上に、直接、遮光膜パターンを形成することも可能になる。したがって、図５に示すように、カバー膜９を挟んだ上下に２層の遮光膜パターン３１，３１ａを設けることもできる。
【００７４】
このような、２層の遮光膜パターン３１，３１ａを設ける場合には、無機材料膜５の平坦化処理後に、第１層目の遮光膜パターン３１ａを形成する工程を行い、これを覆う状態でカバー膜９を形成し、必要に応じてカバー膜９の表面を平坦化した後に、上述した第３実施形態で説明したと同様に、遮光膜パターン３１（第２層目）を形成する工程と、それ以降の工程を行う。尚、第１層目の遮光膜パターン３１ａの形成は、上述した遮光膜パターン３１の形成と同様に行われる。
【００７５】
このように、２層の遮光膜パターン３１，３１ａを設けることが可能になるため、透明基板１の裏面側からＴＦＴ回路３３への光の入射を効率よく防止でき、光リーク電流の発生や、フリッカやコントラストの低下などの画質上の不具合を防止することが可能になる。さらに、このマイクロレンズ基板５０ａを用いて構成された液晶パネルにおける発熱を、２層の遮光膜パターン５１，５１ａから放出することが可能になり、液晶パネルの動作温度をさらに低減することができ、これによる信頼性向上を図ることが可能になる。また、遮光膜パターン３１，３１ａの両層で遮光するため、各々の層での遮光性を決めている膜厚マージンが拡大し、遮光プロセスマージンが拡大する効果もある。
【００７６】
特に、このマイクロレンズ基板５０ａを用いて構成された液晶パネルを液晶ライトバルブとした液晶プロジェクタ装置においては、マイクロレンズ基板５０ａにおける透明基板１側が表示光の射出方向となる（例えばDouglas Hansen，et al.，“The Display Applications and Physics of the ProFlux（TM） Wire Grid Polarizer”,SID Digest2002,ｐ730〜ｐ733参照）。尚、マイクロレンズ基板５０ａを用いた液晶パネルは、図４を用いて説明した液晶パネル５２のマイクロレンズ基板５０を、同様の配置状態でマイクロレンズ基板５０ａに置き換えた構成となる。
【００７７】
つまり、図６に示すように、液晶プロジェクタ装置においては、マイクロレンズ基板５０ａと、これに対向配置されたマイクロレンズ基板１３との間に液晶層５１を狭持してなる液晶パネル５２ａが、二枚の偏光板５４，５５間に配置される。そして、対向側のマイクロレンズ基板１３の偏光板５４から入射したランプ光ｈのうち、偏光板５４，液晶パネル５２ａ，および偏光板５５を通過して射出された光ｈ１が、表示光となる。しかしながら、射出側の偏光板５５が無機偏光板で構成されている場合において、黒表示を行う場合には、液晶パネル５２ａを通過した光ｈ２は、偏光板５５で液晶パネル５２ａ側に反射され、戻り光ｈ１’として液晶パネル５２ａに入射される。このため、液晶パネル５２ａの裏面側、すなわちマイクロレンズ基板５０ａの透明基板（１）側からの戻り光ｈ１’が、ＴＦＴ回路３３に入射することを防止することは、光リーク電流の発生や、フリッカやコントラストの低下などの画質上の不具合を防止する上で非常に重要となる。
【００７８】
したがって、図５を用いて説明したように、２層構造の遮光膜パターン３１，３１ａを設けたＴＦＴ基板を兼ねるマイクロレンズ基板５０ａを用いることで、このような戻り光ｈ１’のＴＦＴ回路３３への入射を確実に防止できるため、液晶プロジェクタ装置の画質の向上を図ることが可能になる。
【００７９】
尚、ＴＦＴ基板を兼ねたマイクロレンズ基板においては、図５で示した第１層目の遮光膜パターン３１ａだけを形成し、第２層目の遮光膜パターン３１を形成しない構成であっても良い。
【００８０】
そして、上述した各ＴＦＴ基板を兼ねたマイクロレンズ基板において、ＴＦＴ回路の半導体薄膜の形成を低温プロセスにて行った場合には、このマイクロレンズ基板を直視型パネルの光拡散層として用いることも可能になる。
【００８１】
また、以上の第１実施形態〜第３実施形態においては、カバー膜９上に透明電極膜１１やＴＦＴ回路３３を形成する構成を説明した。しかし、カバー膜９を形成せず、平坦化処理後に透明基板１の平坦部上に残す無機材料膜５の膜厚を厚く設定し、この平坦化された無機絶縁膜５上に、直接、透明電極膜１１を形成しても良い。その場合、カバー膜９の形成工程が省略されるため、生産性の向上が図られる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロレンズ基板の製造方法によれば、透明基板に形成されたレンズ形状の曲面を無機材料膜で埋め込んで平坦化することでマイクロレンズを形成する構成としたことで、耐薬品性および耐光性に優れ、かつ形状精度の良好なマイクロレンズを備えたマイクロレンズ基板を得ることが可能になる。また、本発明の液晶パネルの製造方法によれば、マイクロレンズ基板を用いることで、長期信頼性および表示精度に優れた液晶パネルを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるマイクロレンズ基板の製造方法の第１例を説明する断面工程図である。
【図２】第２実施形態におけるマイクロレンズ基板の製造方法の第２例を説明する断面工程図である。
【図３】第３実施形態におけるマイクロレンズ基板の製造方法の第３例を説明する断面工程図である。
【図４】第４実施形態の液晶パネルの断面構成図である。
【図５】第３実施形態の変形例を示す断面工程図である。
【図６】第３実施形態の液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置の要部構成図である。
【図７】従来のマイクロレンズ基板の製造方法を説明する断面工程図である。
【符号の説明】
１…透明基板、１ａ、３ａ…曲面、５…無機材料膜、１３，５０，５０ａ…マイクロレンズ基板、３…レジスト膜、２１…レジストパターン（マスクパターン）、９…カバー膜、３３…ＴＦＴ回路、３１，３１ａ…遮光膜パターン、５１……液晶層、５２，５２ａ…液晶パネル、Ｐ１，Ｐ２…主点

Claims

透明基板の表面側にレンズ形状の曲面を形成し、当該曲面を埋め込む状態で前記透明基板上に無機材料膜を形成した後、前記無機材料膜の表面を平坦化することで前記曲面を当該無機材料膜で埋め込んでなるマイクロレンズを設けた第１のマイクロレンズ基板と第２のマイクロレンズ基板とを作製し、
前記第１のマイクロレンズ基板の前記無機材料膜上におけるマイクロレンズの周縁部となる位置に薄膜トランジスタを形成し、
前記２枚のマイクロレンズ基板におけるマイクロレンズの主点間を所定距離に保った状態で、前記第１のマイクロレンズ基板の薄膜トランジスタの形成面と前記第２のマイクロレンズ基板の平坦化面とを対向配置し、これらのマイクロレンズ基板間に液晶層を封止する
ことを特徴とする液晶パネルの製造方法。