CN1692300A

CN1692300A - 利用微透镜阵列的薄膜晶体管液晶显示面板及其制造方法

Info

Publication number: CN1692300A
Application number: CNA2003801004194A
Authority: CN
Inventors: 全泓彬
Original assignee: Iljin Diamond Co Ltd
Current assignee: Iljin Diamond Co Ltd
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-11-02
Also published as: TWI281561B; AU2003269709A1; KR20040034145A; WO2004036296A1; KR100555414B1; JP2006504121A; US20050162587A1; TW200424608A

Abstract

本发明涉及一种利用微透镜阵列的液晶显示面板及其制造方法，本发明包括：用于在第一透明基片上以规则间隔形成图片寄存器的第一步骤；用于形成一定尺寸凹槽以蚀刻规则间隔的第二步骤；用于除去第一透明基片上杂质和图片寄存器的第三步骤；以及用于结合第一透明基片和第二透明基片以使用直接粘合方法的第四步骤。

Description

利用微透镜阵列的薄膜晶体管液晶显示面板及其制造方法

技术领域

本发明一般地涉及一种用于液晶投影仪的薄膜晶体管液晶显示面板及其制造方法，更具体地涉及一种利用微透镜阵列的薄膜晶体管液晶显示面板，其是通过在两片透明基片之间形成透镜并通过直接粘合方法连接两片透明基片而形成，以及其制造方法。

背景技术

通常，液晶显示面板通过透射或截止光来显示图像，并且当有许多透射光时可以鲜明地显示图像。

透射光的程度被称作开口率，其表示在照射光中穿过液晶显示面板的光的比率。当开口率更高时，则显示更明亮的图像。因而，液晶显示面板可显示与天然色更协调的图像。

为了改善开口率，已建议使用微透镜阵列的方法，其使得在光截止区域上的入射光能够利用微透镜阵列被折射并且被照射到光透射区域。从而，当使用同样明亮的光源时，则可以显示更明亮的图像，因为大量光在光透射区域被透射。

图1是示意图，说明根据现有技术的微透镜阵列制造过程的剖视图。参照图1，在透明基片10上图像化图片寄存器(photo registers)11(a)，然后通过回流图片寄存器11在透明基片10上形成为多个连续的凸曲面。当对透明基片的上部进行干蚀刻时，多个凸透镜形状的弯曲部分形成在透明基片10的上部(c)。然后，合成树脂12被光滑地涂布在透明基片10的上部，在此处形成凸透镜形状的弯曲部分。

因为通过合成树脂12和透明基片10之间的折射率差异，合成树脂和透明基片的弯曲部分分别成为微透镜，因而由微透镜组成的微透镜阵列形成在透明基片的上部。

并且，将防尘基片20置于透明基片的上部，在此处形成微透镜阵列(e)。

防尘基片连接于这类微透镜阵列的原因如下：当液晶显示面板在投影透镜上扩展显示的图像并在屏幕上显示扩展的图像时投影透镜聚焦在液晶显示面板上；此时，如果异物如灰尘附着于液晶显示面板的表面，由于较薄的液晶显示面板异物则被投影透镜所扩展并像图像一样显示于屏幕。为了解决上述问题，将防尘基片置于液晶显示面板的两侧，以使液晶显示面板较厚。相应地，即使异物如灰尘附着于液晶显示面板的表面，由于异物与投影透镜的焦点分开大于一定的距离，从而防止异物如灰尘显示于屏幕上。

此外，当光照射在液晶显示面板上时，它导致液晶显示面板发热。在这种情况下，如果在其上发生过热，则在液晶显示面板上产生显示问题。因此，液晶显示面板必须耐热，方法是将防尘基片附着在其上并散发在液晶显示面板上产生的热。

然而，现有微透镜阵列是利用合成树脂进行制备，而其耐热性较差。薄膜晶体管(TFT)液晶装置具有透明电极且使用ITO(氧化铟锡)。为了获得高质量透明电极，它应在高于大约230℃下进行加工。另一方面，因为合成树脂并不耐像230℃以上的高温，所以必需在约180-200℃通过使用LT(低温)ITO加工方法在包括合成树脂的微透镜阵列中形成透明电极。因而，不可能形成高质量的透明电极，这导致透明电极的透射比恶化和电阻的增加。

此外，现有的使用合成树脂的微透镜阵列在切割方面也存在困难。

通常，划线折断法用来切割微透镜阵列。也就是说，在通过在要切割的位置划痕使玻璃(或石英)的上侧出现裂纹以后，在该上侧的垂直方向用垂直力切割出现裂纹侧的上部。该垂直力在垂直方向被传递到玻璃(或石英)的上侧，但垂直力的方向在合成树脂12区域会发生变化，这防止了垂直地形成切割面。因此，根据现有的微透镜阵列，在将微透镜阵列连接于具有薄膜晶体管元件的液晶面板以后的后加工中，不能使用切割微透镜阵列的制造方法。

并且，由于防尘基片是利用合成树脂连接于透明基片，因而当加热时由于合成树脂、防尘基片、以及透明基片具有不同的热膨胀系数，则可能会改变液晶显示面板的单元间隙。此外，需要另外的操作如连接防尘基片的步骤，这使制造液晶显示面板的过程复杂化并提高成本。

此外，由于粘合剂液晶显示面板的光透射比可能会恶化，并在将防尘基片置于液晶显示面板时有可能附着异物。相应地，它引起各种问题如为防止上述缺点会增加成本和管理困难、以及除去气泡和折叠部(folds)。

此外，因为用于形成微透镜阵列的合成树脂具有温度限制，因而不可能在一般透明电极应用的温度采用应用透明电极的方法。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于，提供一种微透镜阵列，其可以自由地进行单元切割操作且不限制透明电极在低温的成形工艺，没有使用另一种光学粘合剂；利用该微透镜阵列的液晶面板；及其制造方法。本发明的另一个目的在于，提供一种使用微透镜阵列的薄膜晶体管液晶显示面板，其是当使用较厚的透明基片来形成微透镜阵列时无需将另一个防尘基片置于其上而形成；及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明包括：在第一透明基片上连续地形成图片寄存器的第一步骤，每个图片寄存器以预定间隔分开；通过蚀刻在图片寄存器之间形成的预定间隔在第一透明基片的上部形成具有预定尺寸的凹槽的第二步骤；除去残留在第一透明基片上部的杂质和图片寄存器的第三步骤；以及通过直接粘合方法结合第二透明基片和第一透明基片上部的第四步骤；其中第一透明基片和第二透明基片是用相同材料制成。

此时，最好是进行湿蚀刻工艺以便蚀刻工艺以上述制造方法进行，以及最好在直接粘合工艺以后增加图像化透明导电膜的过程或打磨(grinding)透明基片的过程。

并且，为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：在第一透明基片上连续地形成图片寄存器以后，回流图片寄存器以使它们成球形的第一步骤，其中图片寄存器以预定间隔分开；通过蚀刻在回流的图片寄存器之间形成的预定间隔在第一透明基片的上部形成具有预定尺寸的凹槽的第二步骤；除去残留在第一透明基片上部的杂质和图片寄存器的第三步骤；以及通过直接粘合方法结合第二透明基片和第一透明基片上部的第四步骤。第一透明基片和第二透明基片是用相同材料制成。

在这个时候，可以使用湿蚀刻或干蚀刻工艺，以便用上述制造方法进行蚀刻工艺，并且最好在进行直接粘合工艺以后增加图像化透明导电膜的过程或打磨透明基片的过程。

为了实现另一个目的，在将在光截止区域的入射光折射到光透射区域的微透镜阵列中，本发明包括：第一透明基片；以没有使用另一种粘合剂的直接粘合方法与第一透明基片结合的第二透明基片；以及凹槽，其是在第一透明基片和第二透明基片结合在一起的区域设置在第一透明基片和第二透明基片的至少一侧，并以一定尺寸连续地形成。第一透明基片和第二透明基片是用相同材料制成。

上述微透镜阵列通过连接于液晶面板可改善开口率，从而能够制造具有更好图像质量的液晶显示器。

附图说明

图1示出了根据现有技术的微透镜阵列制造过程的剖视图。

图2是根据本发明的一个具体实施例的微透镜阵列制造过程的工艺流程图。

图3示出了根据本发明的一个具体实施例的微透镜阵列制造过程的剖视图。

图4是根据本发明的另一个具体实施例的微透镜阵列制造过程的工艺流程图。

图5示出了说明根据本发明的另一个具体实施例的微透镜阵列制造过程的剖视图。

具体实施方式

本发明将参照附图并通过优选具体实施例进行详细描述，并与

现有技术进行比较。

作为根据本发明的微透镜阵列的一个具体实施例，图2是说明制造过程的流程图，而图3是示意图，其说明根据微透镜阵列制造过程的剖视图。本发明现将参照图2和图3描述如下。

第一步骤(ST 100)：在较厚透明基片100上施加和图像化图片寄存器110以后通过回流，在透明基片100上连续地形成图片寄存器110，其中在像素上部具有诸如圆形凸透镜形状的凸曲面的图案(附图3a)。此时，形成的图片寄存器110尺寸约为10-20um，并且图片寄存器110之间的间隙约为0.8um。只是为了方便起见将它们示于附图。

当透明基片100变得更厚时，首先它可以通过在透明基片100上分散自光源照射的光产生的热而耐热。其次，通过将附着于透明基片100的异物如灰尘与透镜的焦距分开大于一定的距离则无需使用防尘基片，因为在投影仪上扩展图像用于使用液晶显示面板显示图像的透镜的焦距被调节到液晶层。

应控制透明基片100的厚度以便由现有液晶显示面板的制造装置进行组装和使用。

如果透明基片较薄，则不能防止异物被显示，因为异物接近投影透镜的焦点。另一方面，如果太厚，则通过使用现有制造装置难以组装透明基片，即使屏幕几乎不受异物的影响，并且有可能减少透射光。因而，透明基片的厚度最好为约1.3mm和2.5mm。

第二步骤(ST 110)：部分地蚀刻透明基片100的上部，在此处施加有具有凸曲面的图片寄存器110。当应用干蚀刻工艺时，在以凸透镜形状本身形成图片寄存器110以后通过回流图片寄存器进行蚀刻过程。在湿蚀刻工艺的情况下，通过湿蚀刻一般图像在所希望的角度形成透镜形状。对于干蚀刻工艺，经蚀刻区域是图片寄存器110的高度最低的部分，并且是每个凸曲面的外部。

因此，具有一定曲面的凹槽是形成在透明基片100的凸曲面外部所位于的区域。因为每个凹槽是形成在凸曲面的外部，所以每个凹槽在相邻部分通过凸曲面连接在一起(附图3b)。图片寄存器110留在未进行干蚀刻工艺的区域。

第三步骤(ST 120)：当残留在透明基片100上的图片寄存器和杂质通过抛光/剥离步骤被除去后，则在扁平透明基片100的上部形成多个具有一定曲面的凹槽。作为抛光/剥离步骤的典型实例，通过使用O₂等离子体除去图片寄存器，以及用硫酸剥离仍然残留的图片寄存器、杂质、以及聚合物。

第四步骤(ST 130)：结合盖玻片150和透明基片100的上部，此处形成有凹槽(附图3c)。此时，结合的盖玻片150应该由与透明基片100相同的材料制成，因为使用了直接粘合方法。也就是说，如果透明基片100由石英制成，那么盖玻片150应由相同材料制成，以及如果透明基片100由含有紫外线阻滞剂(UV blocker)的玻璃制成，那么盖玻片150应由含有紫外线阻滞剂的相同玻璃制成。

直接粘合方法用于将盖玻片150置于根据本发明的透明基片100的上部。虽然取决于粘合材料条件有差异，但盖玻片100通常连接于形成有凹槽的透明基片150，没有使用粘合剂，并通过连接盖玻片的表面控制方法(通过控制粘合的表面状态)。本发明并不使用任何粘合剂，而是通过将盖玻片150直接置于透明基片100。从而，它可以解决应用粘合剂时引起的气泡产生问题。

填充于凹槽内部的气体是有差异的，取决于进行直接粘合过程的周围环境。假如在空气中进行直接粘合过程，则填充空气。如果在真空状态进行该过程，则保持真空状态。因而，填充在凹槽内部的气体具有与透明基片100和盖玻片150不同的折射率。

然后，形成在透明基片100上部的凹槽被连接在一起，而透明基片100平行连接于盖玻片150，从而使形成在透明基片100上的凹槽变成空气在其中穿过的孔。这些孔容易发射自液晶显示面板产生的热。

此外，透明基片100的大多数区域是扁平的。因而，通过紧密平行地将透明基片100粘合于盖玻片150，垂直入射光的路径没有变化，因为光穿过而没有被折射。然而，因为形成在透明基片100上的凹槽与盖玻片150分开一定间隔，所以入射光被折射，这是由于在设置在盖玻片150和透明基片100以及已形成凹槽的曲面之间的孔内空气之间存在差异。所以，依照示于数学公式1中的斯涅耳定律，光被凹槽的曲面以及由于光折射而致的空气和透明基片的折射率差所折射。相应地，形成有凹槽的区域起凸透镜的作用，从而折射照射到这些区域的光并使折射光入射到具有平坦表面的区域。

对于垂直入射到透明基片100上部的通过光的路径，大多数入射光没有被折射并垂直通过透明基片100和盖玻片150，因为在透明基片100和盖玻片150被平行连接在一起的同时透镜的大多数上部被平坦化。然而，经过球形边缘部分通过剩余曲面的光的路径起透镜的作用，这是由于在空气和透明基片以及曲面的弯曲部分之间存在折射率差，从而依照示于数学公式1中的斯涅耳定律对光进行折射。所以，通过将液晶显示面板的光透射区域设置在透明基片紧密粘合于盖玻片的区域以及将液晶显示面板的光截止区域设置在形成凹槽的部分，则可以增加液晶显示面板的开口率。

[数学公式1]

Sinθ₁/Sinθ₂＝n₂/n₁

第五步骤(ST 140)：打磨选自结合的透明基片100和盖玻片150的至少一个表面(附图3d)。因为由于其微弱的强度难以处理太薄的玻璃或薄石英基片，所以在利用相对较厚的玻璃或较厚的石英基片进行结合过程以后，不必要的厚度被打磨掉。在这个时候，在打磨步骤以后基片厚度最好保持在50至100um。

第六步骤(ST 150)：在高于200℃温度下将透明电极160施加于透明基片100或盖玻片150上的经打磨基片的外表面(附图3e)。透明电极在高于200℃温度下被应用的原因是：因为没有热限制，包括合成树脂被热熔化的问题；以及因为与现有技术不同没有使用合成树脂作为粘合剂。

根据现有技术，透明电极是在低温应用，这是因为在高温合成树脂可能会发生热变形。然而，在本发明的情况下，盖玻片150是直接置于透明基片100，没有使用诸如由于温度而致变形的合成树脂这样的材料。因而，可以在高温下使用透明电极，使得透明电极可以在230℃下使用。

对于根据本发明的微透镜阵列的另一个具体实施例，图4是说明制造过程的流程图，而图5是示意图，其说明根据微透镜阵列制造过程的剖视图。本发明将参照图4和图5描述如下。

第一步骤(ST 200)：在较厚透明基片100上施加图片寄存器110，然后对它们进行图像化(pattern)(附图5a)。形成的图片寄存器110厚度(dl)约为10-20um，图片寄存器110之间的间隙厚度(d2)约为0.8um，并且只是为了方便起见将它们示于附图。

第二步骤(ST 210)：部分地蚀刻透明基片100的上部，在此处施加有图片寄存器110。在本具体实施例中，进行湿蚀刻工艺，因为没有图片寄存器110。该湿蚀刻工艺使用缓冲氧化蚀刻剂。

因此，在透明基片100上形成具有一定曲面的凹槽(附图5b)。此外，图片寄存器110留在未进行蚀刻工艺的区域。如示于图5中圆的内部的放大图，最好在透明基片100上以约15-20°形成凹槽以便改善开口率。

第三步骤(ST 220)：当残留在透明基片100上的图片寄存器和杂质通过抛光/剥离步骤被除去后，则在透明基片100的上部形成多个具有一定曲面的凹槽。作为抛光/剥离步骤的典型实例，通过使用O₂等离子体除去图片寄存器，以及用硫酸剥离仍然残留的图片寄存器、杂质、以及聚合物。

第四步骤(ST 230)：结合盖玻片150和透明基片100的上部，此处形成有凹槽(附图5c)。此时，结合的盖玻片150应该由和透明基片100相同的材料制成，因为使用了直接粘合方法。也就是说，如果透明基片100由石英制成，那么盖玻片150应由相同材料制成，以及如果透明基片100由含有紫外线阻滞剂的玻璃制成，那么盖玻片150应由含有紫外线阻滞剂的相同玻璃制成。

第五步骤(ST 240)：打磨选自结合的透明基片100和盖玻片150的至少一个表面(附图5d)。因为由于其微弱的强度难以处理太薄的玻璃或薄石英基片，所以在利用相对较厚的玻璃或较厚的石英基片进行结合过程以后，不必要的厚度被打磨掉。

第六步骤(ST 250)：在高于200℃温度下将透明电极160施加于透明基片100或盖玻片150上的经打磨基片的外表面(附图5e)。工业适用性

根据利用依据本发明制成的微透镜阵列的薄膜晶体管液晶显示面板及其制造方法，可以在高温下进行其他工序，因为在制造微透镜阵列的同时没有使用粘合剂如一种合成树脂。因而，它可以通过利用需要约230℃的ITO应用形成透明电极的方法，从而形成具有良好透射比和电导率的高质量透明电极。

此外，容易切割微透镜阵列，这是因为没有使用合成树脂。相应地，在将微透镜阵列置于具有薄膜晶体管元件的液晶面板以后的后加工中，可以使用切割微透镜阵列的制造方法。

而且，如果用于制造微透镜阵列的任何一个透明基片较厚，则无需连接防尘基片。因此，通过省略连接防尘基片的过程它可以简化微透镜阵列的制造过程，以及防止透射比由于粘合剂而恶化。

此外，因为孔形成在透明基片的内部，在此处形成有微透镜阵列，所以外部空气通过这些孔与微透镜阵列的内部直接接触，从而通过空气容易发射自液晶显示面板产生的热。从而，使用液晶显示面板(根据本发明微透镜阵列与其连接)的液晶投影仪可以容易发射热。因此，与现有液晶投影仪比较，可以使用较小的冷却装置，减少液晶投影仪的重量和尺寸。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种制造微透镜阵列的方法，所述方法包括：

在第一透明基片上连续地形成图片寄存器的第一步骤，每个所述图片寄存器以预定间隔分开；

通过蚀刻在所述图片寄存器之间形成的所述预定间隔在所述第一透明基片的上部形成具有预定尺寸的凹槽的第二步骤；

除去残留在所述第一透明基片上部的杂质和所述图片寄存器的第三步骤；以及

通过直接粘合方法结合第二透明基片和所述第一透明基片上部的第四步骤；

其中所述第一透明基片和所述第二透明基片是用相同材料制成。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在所述第四步骤以后打磨至少所述第一透明基片和所述第二透明基片之一的第五步骤。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述第二步骤进行的所述蚀刻过程是通过湿蚀刻工艺进行。

4.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括在选自所述第一透明基片或所述第二透明基片的至少一个外表面上对透明电极进行图像化的第六步骤。

5.一种制造微透镜阵列的方法，包括：

通过在第一透明基片上连续地形成图片寄存器以后对它们进行回流从而制备球形图片寄存器的第一步骤，所述图片寄存器以预定间隔分开；

通过蚀刻所述预定间隔在所述第一透明基片的上部形成具有预定尺寸的凹槽的第二步骤，所述间隔形成在所述回流的图片寄存器之间；

通过直接粘合方法结合第二透明基片和所述第一透明基片上部的第四步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法进一步包括在所述第四步骤以后打磨至少所述第一透明基片和所述第二透明基片之一的第五步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，所述方法进一步包括在选自所述第一透明基片或所述第二透明基片的至少一个外表面上对透明电极进行图像化的第六步骤。

8.一种将光截止区域中的入射光折射到光透射区域的微透镜阵列，包括：

第一透明基片；

第二透明基片，通过没有使用另一种粘合剂的直接粘合方法与所述第一透明基片结合；以及

凹槽，设置在所述第一透明基片和所述第二透明基片结合在一起的区域并以一定尺寸连续地形成，所述凹槽形成在结合的所述第一透明基片和所述第二透明基片的至少一侧。

9.根据权利要求8所述的微透镜阵列，其中所述凹槽具有斜面，并且所述斜面和所述透明基片的上表面之间的角度保持在15至20度。

10.根据权利要求8所述的微透镜阵列，其中所述第一透明基片和所述第二透明基片是由含有紫外线阻滞剂的石英或玻璃制成。

11.根据权利要求8所述的微透镜阵列，其中图像化透明电极被进一步包括在所述第一透明基片或所述第二透明基片的外侧。

12.一种液晶面板，具有根据权利8至权利要求11之一所述的微透镜阵列。

13.一种液晶显示器，具有根据权利8至权利要求11之一所述的微透镜阵列。