JPH049901A - 微小光学素子及びその製造方法並びに表示素子 - Google Patents

微小光学素子及びその製造方法並びに表示素子

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JPH049901A
JPH049901A JP2113309A JP11330990A JPH049901A JP H049901 A JPH049901 A JP H049901A JP 2113309 A JP2113309 A JP 2113309A JP 11330990 A JP11330990 A JP 11330990A JP H049901 A JPH049901 A JP H049901A
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glass substrate
transparent glass
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alkali elution
alkali
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JP2113309A
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Hideto Monju
秀人 文字
Kiyoshi Kuribayashi
清 栗林
Makoto Umetani
誠 梅谷
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は、明るい画面を有した、液晶デイスプレィ、プ
ラズマデイスプレィ、エレクトロルミネセンスデイスプ
レィ等の表示素子に使用する微小光学素子及びその製造
方法並びに微小光学素子を用いた表示素子に関する。
従来の技術 近年、CRT (CATHOD RAY TUBE、陰
極線管)にかわる薄型の表示素子として、種々のものが
捕集されており、大表示容量でカラー表示ができる薄型
の表示素子として、各画素ごとに薄膜トランジスター(
TPT)を形成したアクティブマトリックス方式の液晶
デイスプレィがとりわけ注目されている。
このような表示素子では、光源からの光は各画素の開口
部を通して透過されるので、光の透過率は画素の開口率
に依存する。高細精度の液晶デイスプレィにおいて、ひ
じょうに小さな画素が高密度に形成した場合、TPTの
大きさを小さくするには限界があり、画素に占めるTP
Tの面積は相対的に大きくなる。このことは言い換えれ
ば、光が透過する開口部が小さ(なり(開口率の低下)
、透過光量が減少する。透過光量の減少により、画面が
暗くなり表示品質が悪くなる。
このことを解決する方法として、TPT形成に必要な配
線や遮光体によってこれまで吸収されていた光を、レン
ズによって画素の開口部に集光して有効利用する方法が
考えられている。例えば、特開昭60−165624号
公報にはガラス基板それ自身に従来からの機械的な加工
を施して球面形状のマイクロレンズを形成するとの記載
がある。また、特開平1−189685号公報には、光
学研磨したガラス基板に熱変形樹脂を圧着押圧成形法で
マイクロレンズを形成するとの記載がある。
発明が解決しようとする課題 しかしながら特開昭60−165624号公報の場合、
例えば、3インチサイズの超高密度の液晶デイスプレィ
において約は100万個のマイクロレンズが必要であり
、約100万個にもおよぶ非常に多くのマイクロレンズ
をこのような方法で、加工することは極めて難しく、ま
たそのようなマイクロレンズを量産することは不可能で
ある。一方、特開平1−189685号公報の場合、マ
イクロレンズ部分の材料が有機化合物である樹脂を用い
ている。−船釣に有機化合物である樹脂はガラス基板と
比べて熱膨張係数が一桁近く大きく、温度変化による膨
張や収縮の程度が大きい。従ってガラス基板上に形成し
たマイクロレンズは、長期間の使用によって、画素とマ
イクロレンズとの高精度の位置がずれたり、レンズの曲
率半径が変化したり、マイクロレンズがガラス基板から
剥離するといったことが起こる。
一方、透明ガラス基板としてのガラスは、高耐久性で安
価であることが求められているが、溶融温度を低くする
ためにガラスにアルカリ成分が含まれていることが多い
。アルカリ成分が含まれた透明ガラス基板を用いた液晶
表示素子の場合、液晶セル中にアルカリ成分が溶出して
比抵抗が低下して表示特性が劣化したり、アクティブマ
トリックス系の液晶デイスプレィでは薄膜トランジスタ
ー (TPT)が誤動作するという問題があった。
課題を解決するための手段 本発明は前記課題を解決するために、透明ガラス基板の
一方の面にアレー状の微小光学素子を形成し、他方の面
に前記透明ガラス基板からのアルカリ溶出を防止するア
ルカリ溶出防止層を形成した微小光学素子、及びその製
造方法並びに少なくとも、画素を構成する表示物質と、
表示物質を保持する透明ガラス基板とを備えた表示素子
において、透明ガラス基板の一方の面に各画素に対応す
るようにアレー状の微小光学素子を形成し、他方の面に
前記透明ガラス基板からのアルカリ溶出を防止するアル
カリ溶出防止層を形成した表示素子を提供するものであ
る。
作用 本発明の微小光学素子及び表示素子は、透明ガラス基板
の一方の面に形成した微小光学素子アレーによって、開
口部及び開口部近傍の光が各画素の開口部に集光される
。従って実質的に、画素の開口率が大きくなって、明る
い画面、高い表示品質のデイスプレィにすることができ
る。このような表示素子は、所望の微小光学素子アレー
の形状に加工したプレス成形用金型で熱間成形されるこ
とによって、高精度の微小光学素子アレー及び表示素子
を極めて量産性よく製造することができる。また透明ガ
ラス基板の他方の面に形成したアルカリ溶出防止層によ
って、通常透明ガラス基板に含まれるアルカリ成分の溶
出を防くことができる。
実施例 以下に本発明の一実施例について、詳細に説明する。
実施例1゜ 第1図は本発明に用いたプレス成形用金型の断面図であ
る。プレス成形用金型の母材1として超硬合金(WC−
5TiC−8Co)を50mm*40mm* 10mm
角の平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用いて
ラッピング及びポリッシングして、表面の表面粗さ(R
MS)が約3nmの鏡面にした。鏡面となった母材1に
、曲率半径が400μmの半球状のダイヤモンド圧子を
高精度に数値制御した押し込み装置で、凹状のマイクロ
レンズを40μmピッチで格子状に約80万個形成した
。この上にスバンタ法で白金−イリジウム−オスミウム
合金(Pt−Ir−Os)の薄膜2を被覆して、プレス
成形用金型とした。
第2図は本発明に用いた微小光学素子アレーのプレス成
形方法を示す断面図である。第2図において、6は表面
を研磨した透明ガラス基板(40mm* 30w * 
1.1m+ )であり、シリカ(SiO□)30重量パ
ーセント、酸化バリウム(Bad)50重量パーセント
、ホウ酸(BZOff)15重量パーセント、酸化ナト
リウム(N a z O) 3重量パーセント、残部が
微量成分からなるホウケイ酸バリウムガラスであった。
4は平面状のプレス成形用金型の母材であり、5は母材
4の上の白金−イリジウム−オスミウム合金薄膜であり
、上記のプレス成形用金型と同様の方法で作製した。
第2図のように、上から平面状のプレス成形用金型、透
明ガラス基板6、凹状のマイクロレンズを形成したプレ
ス成形用金型の順序でセットし、窒素ガスを毎分20リ
ツター流した雰囲気に保持した成形機内で熱間でプレス
成形した。プレス成形条件は金型温度560°C、プレ
ス圧力30kg/cli、プレス時間2分であった。プ
レス成形後プレス成形用金型とともに300°Cまで徐
冷して成形機から取す出した。マイクロレンズ19を形
成した透明ガラス基板6の反対面に、イソプロピルアル
コールにSingを少量混入した溶液を塗布し、これを
約40゛Cで焼成して厚みが約0.1μmのアルカリ溶
出防止層7を形成した。第3図は本発明の微小光学素子
を示す断面図である。第3図に示したように透明ガラス
基板6の上にアルカリ溶出防止層7、マイクロレンズア
レー19が形成された微小光学素子を得た。
第4図は本発明の表示素子を示す断面図である。第4図
のように微小光学素子のマイクロレンズアレー19を形
成した透明ガラス基板11の反対面に、アモルファスシ
リコンからなる薄膜トランジスター(TPT)13及び
画素を構成するITOからなる透明電極14をそれぞれ
形成し、マイクロレンズアレー19の方の面に偏向板1
日を貼つけた。
透明ガラス基板6と同じ組成の平板状の透明ガラス基板
12の全面に、イソプロピルアルコールに5in2を少
量混入した溶液を塗布し、これを約400°Cで焼成し
て厚みが約0.1μmのアルカリ溶出防止層7を形成し
た(不図示)。平板状の透明ガラス基板12の片方の全
面にITOからなる共通電極16、及び画素を構成する
透明電極14と対応する位置にカラーフィルタ21を共
通電極16の上に設け、また他方の面には偏向板17を
貼つけた。このような構成の透明ガラス基板11及び1
2を接着剤で固定しく不図示)、その隙間には液晶材料
15を注入充填した。このような表示素子において、入
射光20が平行に入射したとき、共通電極16と画素を
構成する透明電極14との間に印加される電圧がオンの
場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は変化しない
で通過し、印加される電圧がオフの場合、液晶材料15
を通過する光の偏波面は90度回転して液晶材料15を
通過できない。
マイクロレンズアレー19は画素を構成する透明電極1
4の位置で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、マ
イクロレンズアレー19を通過した入射光20は、開口
部である透明電極14に集光され、その後共通電極16
、透明ガラス基板12を透過する。
第4図から明らかなように、入射光20が平行に入射し
たとき、薄膜トランジスター13で遮光されることなく
ほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する透
明電極14を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示品質のデイスプレィにすることができた。
またアルカリ溶出防止層7を形成した透明ガラス基板6
のアルカリ溶出量は、アルカリ溶出防止層7を形成した
透明ガラス基板6上に、5nOzを0.3μmコーティ
ングし、550°C1時間加熱した後、SnO□を剥離
し、このSnO,中に含まれるアルカリを原子吸光法で
測定した。その結果アルカリ溶出量は0.01μg/c
iであり、透明ガラ大基板6からのアルカリ溶出を大幅
に抑制することができた。
実施例2゜ プレス成形用金型の母材1としてオーステナイト鋼(S
US316)を50m*40閣*10■角の平板に切断
し、超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッピング及び
ポリッシングして、表面の表面粗さ(RMS)が約3n
mの鏡面にした。鏡面となった母材1に、曲率半径が4
00μmの半球状のダイヤモンド圧子を高精度に数値制
御した押し込み装置で、第1図のように凹状のマイクロ
レンズを40μmピッチで格子状に約80万個形成した
。この上にスパッタ法でロジウム−金−タングステン合
金(Rh−Au−W)の薄膜2を被覆して、プレス成形
用金型とした。
第2図において、6は表面を研磨した透明ガラス基板(
40m*30■* 1.1m)であり、ジルコニア(Z
rO2)8重量パーセント、酸化ランタン(La2O2
)30重量パーセント、ホウ酸(BzC)+)42重量
パーセント、酸化カルシウム(Cab)5重量パーセン
ト、酸化ナトリウム(Na□0)4重量パーセント、残
部が微量成分からなるランタン系ガラスを用いた。4は
平面状のプレス成形用金型の母材であり、5は母材4の
上のロジウム−金−タングステン合金(Rh−Au−W
)薄膜であり、上記のプレス成形用金型と同様の方法で
作製した。
第2図のように、上から平面状のプレス成形用金型、透
明ガラス基板6、凹状のマイクロレンズを形成したプレ
ス成形用金型の順序でセットし、窒素ガス20リンタ一
/分、水素ガス1リツタ一/分の割合で混合した雰囲気
に保持した成形機内で熱間でプレス成形した。プレス成
形条件は金型温度680°C、プレス圧力10kg/d
、プレス時間2分であった。第3図は本発明の微小光学
素子を示す断面図である。プレス成形後プレス成形用金
型とともに400°Cまで徐冷して成形機から取り出し
た。凸状のマイクロレンズ19を形成した透明ガラス基
板の反対面にシリカ(S i Ox ) 60重量パー
セント、酸化バリウム(Bad)23重量パーセント、
ホウ酸(8,02)5重量パーセント、アルミナ(A 
l zos) 10重量パーセント、残部が微量成分か
らなるホウケイ酸バリウムガラスをターゲットとして高
周波スパッタリング法でRFt力500W、基板温度3
00°C、アルゴンガス圧lXl0−”の製膜条件で、
厚みが約0.2μmのアルカリ溶出防止層7を形成した
。このような方法で第3図に示したように透明ガラス基
板6の上に凸状のマイクロレンズアレー19、その反対
面にアルカリ溶出防止層7が形成された微小光学素子を
得た。
第4図は本発明の表示素子を示す断面図である。第4図
のように微小光学素子の凸状のマイクロレンズアレー1
9を形成した透明ガラス基板11の反対面であるアルカ
リ溶出防止層7の上に、アモルファスシリコンからなる
薄膜トランジスター(TPT)13及び画素を構成する
ITOからなる透明電極14をそれぞれ形成し、マイク
ロレンズアレー19の方の面に偏向板1日を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板12(無アルカリガラス、旭硝
子AN、40m * 30m * 1.1m+a)の片
方の全面にITOからなる共通電極16、及び画素を構
成する透明電極14と対応する位置にカラーフィルタ2
1を共通電極16の上に設け、また他方の面には偏向板
17を貼つけた。このような構成の透明ガラス基板11
及び12を接着剤で固定しく不図示)、その隙間には液
晶材料15を注入充填した。このような表示素子におい
て、入射光20が平行に入射したとき、共通電極16と
画素を構成する透明電極I4との間に印加される電圧が
オンの場合、液晶材料15を通過する光の偏波面は変化
しないで通過し、印加される電圧がオフの場合、液晶材
料15を通過する光の偏波面は90度回転して液晶材料
15を通過できない。
マイクロレンズアレー19は画素を構成する透明電極1
4の位置で焦点を結ぶように曲率半径を決めてアリ、マ
イクロレンズアレー19を通過した入射光20は、開口
部である透明電極14に集光され、その後共通電極16
、透明ガラス基板12を透過する。
第4図から明らかなように、入射光20が平行に入射し
たとき、薄膜トランジスター13で遮光されることなく
ほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する透
明型8i14を透過し、表示に有効に寄与した。従って
実質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、
高い表示品質のデイスプレィにすることができた。
またアルカリ溶出防止層7を形成した透明ガラス基板6
のアルカリ溶出量は、アルカリ溶出防止層7を形成した
透明ガラス基板6上に、5notを0.3μmコーティ
ングし、550°C1時間加熱した後、Snowを剥離
し、このSn0w中に含まれるアルカリを原子吸光法で
測定した。その結果アルカリ溶出量は0.02μg/d
であり、透明ガラス基板6からのアルカリ溶出を大幅に
抑制することができた。
実施例3゜ プレス成形用金型の母材1としてサーメット(Tic−
10Mo−9Ni)を50mm+ 140m * 10
m角の平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用い
てラッピング及びポリッシングして、表面の表面粗さ(
RMS)が約2nmの鏡面にした。鏡面となった母材1
に、曲率半径が400μmの半球状のダイヤモンド圧子
を高精度に数値制御した押し込み装置で、第1図のよう
に凹状のマイクロレンズを40μmピッチで格子状に約
80万個形成した。この上にスパッタ法で白金−タンタ
ル−レニウム合金(Pt−Ta−Re)の薄膜2を被覆
して、プレス成形用金型とした。
第2図において、6は表面を研磨した透明ガラス基板(
40mm*30舗* 1.1M)であり、シリカ(Si
O□)52重量パーセント、酸化カリウム(KzO)6
重量パーセント、酸化鉛(PbO)35重量パーセント
、酸化ナトリウム(Nazo)5重量パーセント、残部
が微量成分からなる鉛ガラスを用いた。4は平゛面状の
プレス成形用金型の母材であり、5は母材4の上の白金
−タンタル−レニウム合金(Pt−’Ta−Re)薄膜
であり、上記のプレス成形用金型と同様の方法で作製し
た。
第2図のように、上から平面状のプレス成形用金型、透
明ガラス基板6、凹状のマイクロレンズを形成したプレ
ス成形用金型の順序でセットし、ヘリウムガス20リツ
ター/分、二酸化炭素ガス2リツタ一/分の割合で混合
した雰囲気に保持した成形機内で熱間でプレス成形した
。プレス成形条件は金型温度520″C、プレス圧力2
0kg/C1i、プレス時間1分であった。第3図は本
発明の微小光学素子を示す断面図である。プレス成形後
プレス成形用金型とともに350°Cまで徐冷して成形
機から取り出した。凸状のマイクロレンズ19を形成し
た透明ガラス基板の反対面に、プラズマCVD法で反応
ガスSiH,−N、、基板温度3550°C、ガス圧力
I TORR,RFパワー100Wの製膜条件で、厚み
が約0.5μmのアルカリ溶出防止層7を形成した。こ
のような方法で第3図に示したように透明ガラス基板6
の上に凸状のマイクロレンズアレー19、その反対面に
アルカリ溶出防止層7が形成された微小光学素子を得た
第4図は本発明の表示素子を示す断面図である。第4図
のように微小光学素子の凸状のマイクロレンズアレー1
9を形成した透明ガラス基板11の反対面であるアルカ
リ溶出防止層7の上に、アモルファスシリコンからなる
薄膜トランジスター(TPT)13及び画素を構成する
ITOからなる透明電極14をそれぞれ形成し、マイク
ロレンズアレー19の方の面に偏向板18を貼つけた。
平板状の透明ガラス基板12(コーニング7059.4
0mm*30薗* 1.1um)の片方の全面にITO
からなる共通電極16、及び画素を構成する透明電極1
4と対応する位置にカラーフィルタ21を共通電極16
の上に設け、また他方の面には偏向vi17を貼つけた
。このような構成の透明ガラス基板11及び12を接着
側で固定しく不図示)、その隙間には液晶材料15を注
入充填した。このような表示素子において、入射光20
が平行に入射したとき、共通電極16と画素を構成する
透明電極14との間に印加される電圧がオンの場合、液
晶材料15を通過する光の偏波面は変化しないで通過し
、印加される電圧がオフの場合、液晶材料15を通過す
る光の偏波面は90度回転して液晶材料15を通過でき
ない。
マイクロレンズアレー19は画素を構成する透明電極1
4の位置で焦点を結ぶように曲率半径を決めてあり、マ
イクロレンズアレー19を通過した入射光20は、開口
部である透明電極14に集光され、その後共通電極16
、透明ガラス基板12を透過する。
第4図から明らかなように、入射光20が平行に入射し
たとき、薄膜トランジスター13で遮光されることなく
ほとんどすべての光が、開口部である画素を構成する透
明電極14を透過し、表示に有効に寄与した。従って実
質的に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高
い表示品質のデイスプレィにすることができた。
またアルカリ溶出防止層7を形成した透明ガラス基板6
のアルカリ溶出量は、アルカリ溶出防止層7を形成した
透明ガラス基板6上に、Sn○2を0.3μmコーティ
ングし、550°C1時間加熱した後、SnO□を剥離
し、このSnO□中に含まれるアルカリを原子吸光法で
測定した。その結果アルカリ溶出量は0.005μg/
ctAであり、透明ガラス基板6からのアルカリ溶出を
大幅に抑制することができた。
比較例 比較例を第5図に示した。第5図では凸レンズアレー1
9は樹脂材料であり、それ以外は第4図と同じ構成であ
った。このような構成からなる表示素子に入射光20が
平行に入射したとき、温度変化によってレンズの曲率半
径が変化して、画素からずれた位置でレンズの焦点を結
び、光が非開口部に到達して表示に寄与しなかった。ま
た約1ケ月間使用したとき、樹脂材料からなる凸レンズ
アレー19は透明ガラス基板12から剥離した。
また実施例1で用いたホウケイ酸バリウムガラスからな
る透明ガラス基板6のアルカリ溶出量は、透明ガラス基
板6上に、5nOzを0.3μmコーティングし、55
0°C1時間加熱した後、SnO□を剥離し、このSn
O□中に含まれるアルカリを原子吸光法で測定した。そ
の結果アルカリ溶出量は3μg/aaであり、透明ガラ
ス基板6からの多量のアルカリ成分が溶出し、薄膜トラ
ンジスター(TPT)が誤動作した。
なお本発明の微小光学素子及びその製造方法並びに表示
素子において、プレス成形条件(温度と時間と圧力と雰
囲気)、アルカリ溶出防止層及びその作製方法、プレス
成形用金型母材やそれに被覆する薄膜組成、透明ガラス
基板あるいは微小光学素子アレーの形状やその作製方法
、表示素子の表示原理や素子構成等は、本実施例に限定
されるものではない。
しかしながらプレス成形用金型に被覆する薄膜は、透明
ガラス基板と反応あるいは融着しない貴金属、タングス
テン、タンタル、レニウム、ハフニウムの単体あるいは
それらの合金であることが望ましい。
また透明ガラス基板とこれらの薄膜とが反応あるいは融
着しない雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活
性ガス、およびこれらの不活性ガスに水素、あるいは−
酸化炭素、二酸化炭素の炭素酸化Th、メタン、エタン
、エチレン、トルエン等の炭化水素類、トリクロロエチ
レン、トリクロルトリフルオルエタン等のハロゲン化炭
化水素類、エチレングリコール、グリセリン等のアルコ
ール類、F−13、F−11等のフルオロカーボン類を
適宜混合した非酸化性雰囲気であることが望ましい。こ
れらの雰囲気あるいはプレス成形条件(温度と時間と圧
力)は、透明ガラス基板の組成、プレス成形用金型に被
覆する薄膜組成、あるいは微小光学素子アレー光学の形
状等の条件によって適宜選択する。
発明の詳細 な説明したように、本発明の微小光学素子及びその製造
方法並びに表示素子は、透明ガラス基板の一方の面に形
成した微小光学素子アレーによって、開口部及び開口部
近傍の光が各画素の開口部に集光される。従って実質的
に、画素の開口率が大きくなって、明るい画面、高い表
示品質のデイスプレィにすることができる。このような
表示素子は、所望の微小光学素子アレーの形状に加工し
たプレス成形用金型で熱間成形されることによって、高
精度の微小光学素子アレー及び表示素子を極めて量産性
よく製造することができる。また透明ガラス基板の他方
の面に形成したアルカリ溶出防止層によって、通常透明
ガラス基板に含まれるアルカリ成分の溶出を防ぐことが
できる。
【図面の簡単な説明】 第1図はプレス成形用金型の断面図、第2図は微小光学
素子アレーのプレス成形方法を示す断面図、第3図は微
小光学素子を示す断面図、第4図は表示素子を示す断面
図、第5図は従来の微小光学素子を示す断面図である。 1・・・・・・母材、2・・・・・・薄膜、4・・・・
・・母材、5・・・・・・薄膜、6・・・・・・透明ガ
ラス基板、7・・・・・・アルカリ溶出防止層、11・
・・・・・透明ガラス基板、12・・・・・・透明ガラ
ス基板、13・・・・・・薄膜トランジスター、14・
・・・・・透明電極、15・・・・・・液晶材料、16
・・・・・・共通電極、17・・・・・・偏向板、18
・・・・・・偏向板、19・・・・・・マイクロレンズ
アレー、20・・・・・・入射光、21・・・・・・カ
ラーフィルタ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透明ガラス基板の一方の面にアレー状の微小光学
    素子を形成し、他方の面に前記透明ガラス基板からのア
    ルカリ溶出を防止するアルカリ溶出防止層を形成した微
    小光学素子。
  2. (2)透明ガラス基板を、所望の微小光学素子アレーの
    形状に加工したプレス成形用金型により熱間でプレス成
    形後、透明ガラス基板の他方の面にアルカリ溶出防止層
    を形成した微小光学素子の製造方法。
  3. (3)少なくとも、画素を構成する表示物質と、表示物
    質を保持する透明ガラス基板とを備えた表示素子におい
    て、透明ガラス基板の一方の面に各画素に対応するよう
    にアレー状の微小光学素子を形成し、他方の面に前記透
    明ガラス基板からのアルカリ溶出を防止するアルカリ溶
    出防止層を形成した表示素子。
JP2113309A 1990-04-05 1990-04-27 微小光学素子及びその製造方法並びに表示素子 Pending JPH049901A (ja)

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