CN1704773A

CN1704773A - 微透镜阵列片

Info

Publication number: CN1704773A
Application number: CNA2005100733037A
Authority: CN
Inventors: 权赫; 吴昌勋; 李泳柱; 郑志赫; 林泰宣
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2005-12-07
Also published as: JP2005346065A; KR20050114114A; US20050264863A1; EP1602945A1; KR100589225B1; US7259915B2

Abstract

本发明公开了一种微透镜阵列片，能够通过保持填充因子同时减小微透镜阵列片的微透镜曲率半径来改善视角。因此，该微透镜阵列片包括：基片；被排列在基片上的透镜；和形成在基片和透镜的暴露表面的缝隙填充层，其中透镜被排列在等于或高于在基片上排列的透镜之间的缝隙中形成的缝隙填充层的高度的位置。

Description

微透镜阵列片

技术领域

本发明涉及微透镜，尤其是，微透镜阵列片。

背景技术

一般地，广泛用于精细光学系统的微透镜被应用于光学读取头、影像传感器、多种显示设备等。应用例子之一是具有以规则的间隔或特定间隔的二维排列的几毫米到几十毫米的微透镜的微透镜阵列片。

微透镜阵列片被用于影像传感器、LCD(液晶显示)板、投影显示系统等，并且被逐渐扩大应用于多种显示系统。例如，微透镜阵列片可以被应用于背投屏幕以放大和投射由光源投射的影像到屏幕上，可以被应用于影像传感器如CCD(电荷耦合组件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)影像设备，相当于影像传感器的象素从而提高灵敏度并减少象素间的干扰，或者可以被应用于LCD显示板来提高象素对比度性能。

以下，被应用于背投屏幕的微透镜阵列片将被描述。

首先，投影显示系统是放大和投影由光源投射的影像到屏幕上来提供影像给观众的系统。应用于投影显示系统的背投屏幕的性能决定于多种因素，例如增益、视角、对比度、分辨率等。然而，这些性能之中，当多个观众同时观看投影显示系统时，需要大的光学视角。如果光学视角小，位于投影显示系统侧面的观众不能观看到准确的图像。

图1为根据现有技术应用于背投屏幕的微透镜阵列片的截面图。

如图所示，根据现有技术的微透镜阵列片包括透明基片1；排列在透明基片1上的微透镜2；和形成于基片1和微透镜2上的缝隙填充层3。

形成在透镜2之间的缝隙是引起微透镜阵列片透光度退化的主要因素。因此，为了阻止这样的退化，缝隙填充层3被形成在微透镜2之间的缝隙处。

通过缝隙填充层3微透镜阵列片的填充因子被最大化。然而，因为缝隙填充层3不仅被形成在微透镜2的表面上，在缝隙填充层3形成过程中也沿垂直方向被形成在微透镜2之间被暴露的透明基片1的表面上，各个透镜2(包括缝隙填充层的透镜)的曲率半径变得大于初始设定值。另外，各个透镜2的下陷高度(sag height)降低在暴露的透明基片1的表面上垂直形成的缝隙填充层3的高度(H)。

因此，由于垂直形成于被暴露透明基片1的表面上的缝隙填充层3，微透镜阵列片的视角被减小。

图2为根据现有技术说明关于图1微透镜阵列片的光学路径的截面图。

如图所示，在穿过光学系统例如菲涅尔透镜等后垂直地入射到微透镜阵列片5上的准直光束6被各个设置在微透镜阵列片5上的微透镜2以某一角度折射并射出。

因为微透镜2的曲率半径被缝隙填充层3增大(微透镜2的曲率半径表示包括缝隙填充层的微透镜的曲率半径，并且缝隙填充层也是微透镜的一部分)，在微透镜2的低端部分折射的出射光的角度变得小于初始设定值。因此，观众从侧面观看投影显示系统很困难。

尽管描述是针对应用于背投屏幕的微透镜阵列片的，视角的减小也是应用于不同种类的影像传感器或显示系统的微透镜阵列片的问题

如上所述，根据现有技术的微透镜阵列片通过用缝隙填充层以填充微透镜之间的缝隙来提高透光度。然而，因为缝隙填充层甚至形成于暴露在微透镜之间的透明基片上，微透镜的曲率半径被不利地提高。

同时，由于微透镜的曲率半径被提高，光折射和出射到微透镜低端部分的角度变得小于初始设定值。因此，根据现有技术采用微透镜阵列片的显示系统的视角被减小。

根据另一现有技术微透镜阵列片被公开在2004年9月10日的美国专利5555476号中。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种微透镜阵列片，可以通过保持填充因子同时减小微透镜阵列片的微透镜的曲率半径而改善视角。

为达到这些和其他的优点并根据本发明的目的，在下文中具体广泛地叙述，这里被提供的透镜阵列片包括：一个基片，被排列在基片上的透镜；形成在基片和透镜的暴露表面上的缝隙填充层，其中透镜被排列在等于或高于形成在基片上排列的透镜之间的缝隙处的缝隙填充层的高度的位置。

为达到这些和其他的优点并根据本发明的目的，在下文中具体广泛地叙述，这里被提供的微透镜阵列片包括：一个基片；排列在基片上的底座；形成在底座上的微透镜；形成在基片、底座和微透镜暴露表面上的缝隙填充层。

为达到这些和其他的优点并根据本发明的目的，在下文中具体广泛地叙述，这里被提供的用于投影显示系统的微透镜阵列片包括：透明基片；形成于透明基片的底座并且形成于微透镜被排列的位置的底座；形成在底座上的微透镜；和形成在透明基片、底座和微透镜的暴露表面上的缝隙填充层，其中缝隙填充层被形成在形成于底座上的微透镜之间的空隙处，并且形成在缝隙处的缝隙填充层的最小高度低于或等于底座的高度。

为达到这些和其他的优点并根据本发明的目的，在下文中具体广泛地叙述，这里被提供的微透镜阵列片包括：具有凹槽的透明基片；排列在透明基地上的微透镜；和形成在凹槽和微透镜暴露表面上的缝隙填充层，其中凹槽位于排列在透明基片上的微透镜之间。

参考附图，本发明的上述和其他的目的、特征、方案和优点将从下面对本发明的具体叙述中变得更加明显。

附图说明

附图，提供本发明的进一步理解并且被包括和组成本说明书的一个部分，说明本发明的实施例并与说明书共同解释本发明的原理。

在图中：

图2为根据现有技术说明关于图1的微透镜阵列片光学路径的截面图。

图3为说明根据本发明第一实施例的微透镜阵列片结构的截面图。

图4为说明关于根据本发明第一实施例的图1的微透镜阵列片光学路径的视图。

图5A到图5D为说明根据本发明第二实施例微透镜阵列片结构及其制造方法的截面图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的优选实施方式，其实施例将在附图中说明。

现在参考图3到5D描述可以通过将微透镜排列在等于或高于形成在微透镜阵列片基片上排列的微透镜之间的缝隙处的缝隙填充层高度的位置来减小微透镜曲率半径和提高视角的微透镜阵列片的优选实施例。

图3为根据本发明第一实施例说明微透镜阵列片结构的截面图。

如图所示，微透镜阵列片包括透明基片10，排列在透明基片10上并具有预定高度的底座20；形成在底座20上的微透镜30；形成在透明基片10、底座20和微透镜30的暴露表面上的缝隙填充层40。因为微透镜30可能通过多种已知的方法被形成，关于微透镜30的详细描述将被省略。

缝隙填充层40被形成在各个微透镜30表面上和微透镜30之间的缝隙中。

底座20被形成在与微透镜30相同的位置上，对应于微透镜阵列。这里，底座20的高度等于或高于形成在缝隙中的缝隙填充层40的最小高度(H)。

因为微透镜30和透明基片40之间的高度高于现有技术中的值，包括缝隙填充层40的微透镜30的曲率半径将大大减少。由于底座20的高度等于或高于形成于透明基片10的暴露表面上的缝隙填充层40的最小高度，均匀厚度的缝隙填充层40形成在微透镜40的表面上。因此，通过缝隙填充层40，微透镜30的曲率半径变得小于现有技术中微透镜的曲率半径。

相反，如果底座20的高度低于形成在透明基片10的暴露表面上的缝隙填充层的最小高度，包括缝隙填充层40的微透镜30的曲率半径被增大，因此减小光学视角。

因而，通过调整底座20的高度，微透镜阵列片的光学视角可以被调整。因此，底座30的高度可以根据设计者需要的光学视角决定。

优选地，底座30由硅、玻璃、透明金属和有机聚合物中至少之一形成。底座30的平面结构与微透镜30的底面的结构相同。微透镜的底面可以具有圆形、椭圆形、多边形或某一形状。

微透镜30可以由有机化合物或无机化合物制成。为提高微透镜30的效率，微透镜30可以进一步包括从金属薄膜、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和有机聚合物中选择的至少一种。

缝隙填充层40通过普通薄膜形成方法被形成。例如，缝隙填充层40可以通过薄膜形成方法如电镀、非电镀、溅蚀、蒸镀、化学汽相沉积(CVD)、旋镀和喷涂形成。

图4为根据本发明第一实施例说明关于微透镜阵列片光学路径的视图。

如图所示，在穿过光学系统例如菲涅尔透镜后，垂直地入射到微透镜阵列片50上的准直光束6被各个排列在微透镜阵列片50上的微透镜30以某一角度折射并射出。也就是，因为包括缝隙填充层40的微透镜30的曲率半径小，各个微透镜30保持半圆形。因此，在微透镜30的低端被折射的出射光的角度要比相关技术中宽。

如果根据本发明的微透镜阵列片50被应用于投影显示设备的背投屏幕，图像可以通过宽视角提供给宽半径内的观众。

图5A到图5D为根据本发明第二实施例说明微透镜阵列片结构及其制造方法的截面图。也就是，根据本发明第二实施例的微透镜阵列片具有微透镜22形成在透明基片11上形成的凹槽44所限定的凸起上而不形成底座20的结构。

根据本发明第二实施例的微透镜阵列片包括：具有凹槽44的透明基片11；被邻近凹槽44排列在透明基片11上的微透镜22；和形成在凹槽44和微透镜22暴露表面的缝隙填充层33。

形成在透明基片11上的凹槽44被形成在微透镜22之间的缝隙(空间)中，并且缝隙填充层33填充到凹槽44与凹槽44的深度一样高或低于凹槽44的深度。

另外，微透镜22被形成在凹槽44之间的透明基片11表面，并且微透镜的曲率半径22由凹槽44的深度决定。

如图5A和图5B所示，形成在透明基片11上的凹槽44通过采用光刻法过程蚀刻透明基片的一部分形成。对于蚀刻过程，干蚀刻或湿蚀刻可以根据透明基片11的材料有选择地被应用。蚀刻过程后形成在透明基片11表面上的凸起的表面结构具有与微透镜22底面的结构相同的平面结构。

如图5C和5D所示，微透镜22被安装在被凹槽44形成的凸起上，缝隙填充层33被形成在凸起44和微透镜22的暴露表面上。形成在凹槽44中的缝隙填充层33的最小高度(H)等于或低于凹槽44的深度，并且透明基片11的被凹槽44限定的凸起的表面结构与微透镜22的底部表面结构相同。

由于形成在微透镜22之间的缝隙(空间)的凹槽44中的缝隙填充层33的高度等于或低于凹槽44的深度，微透镜22的曲率半径被减小，并且微透镜阵列片的光学视角被提高。

因此，本发明形成的微透镜阵列片可以在保持与相关技术中微透镜阵列片相似的填充因子的同时极大地提高视角，并且视角可以容易地根据设计者的意图被调整。

微透镜阵列片是用来形成大规模生产的原始板(original plate)。通过前述制造方法制造的微透镜阵列片-原始板的精细结构可以被用作制造原版的模子。通过应用例如模子复制或注入的技术，具有相同结构的微透镜阵列片复制品可以被大规模生产。

优选地，根据本发明的微透镜阵列片被应用于背投屏幕，并且可以被应用于需要高亮度和大视角的多种显示系统。由于根据本发明的微透镜阵列片被添加到各种影像传感器例如CCD或CMOS成像设备，光接受敏感度和分辨率可以被提高。同时，它可以用于LCD板，因此提高了对比度性能。

如上所述，在根据本发明的微透镜阵列片中，微透镜被排列在与形成在微透镜之间的缝隙处的缝隙填充层400的最小高度(H)相等或更高的位置。因此，微透镜的曲率半径可以被缝隙填充层减小。也就是，通过以缝隙填充层来减小微透镜的范围，应用根据本发明的微透镜阵列片的多种显示系统的光学视角可以被提高。因此，根据本发明的微透镜阵列片可以被用于需要高亮度和大视角的多种显示系统的屏幕中，也可以被用作多种影像传感器的光学膜片，因此极大地提高光接受灵敏度和分辨率。

同时，根据本发明的微透镜阵列片可以通过被应用于LCD板来提高对比度性能。

因为本发明可以在不脱离其实质和基本特征的前提下以多种形式被实现，可以理解上述实施例并不限制于前面具体描述的任何细节，因此除非特别说明，本发明应在所附权利要求限定的实质和范围内被广义地理解，并且因此落入权利要求的限定和范围内，或等同于被所附权利要求的限定和范围的全部变换和修改包含在权利要求中。

Claims

1、透镜阵列片，包括：

基片；

被排列在基片上的透镜；和

形成在基片和透镜的暴露表面的缝隙填充层，

其特征在于透镜被排列得与在被排列于基片上的透镜之间的缝隙上形成的缝隙填充层高度相等或在更高的位置。

2、权利要求1的透镜阵列片，进一步包括：

形成在基片上的底座，

其特征在于透镜被形成在底座上。

3、权利要求2的透镜阵列片，其特征在于底座的高度等于或高于形成在缝隙处的缝隙填充层的最小高度。

4、权利要求2的透镜阵列片，其特征在于底座的平面结构与透镜底面的结构相同。

5、权利要求2的透镜阵列片，其特征在于透镜曲率半径根据底座的高度决定。

6、权利要求1的透镜阵列片，进一步包括：

位于透镜之间的缝隙处并形成于基片上的凹槽，

其特征在于形成在凹槽处的缝隙填充层的高度低于或等于凹槽的深度。

7、权利要求6的透镜阵列片，其特征在于凹槽限定的基片凸起的表面结构与透镜底面的结构相同。

8、权利要求6的透镜阵列片，其特征在于透镜的曲率半径根据凹槽深度决定。

9、权利要求6的透镜阵列片，其特征在于透镜的曲率半径根据凹槽深度减小或增加。

10、微透镜阵列片，包括：

基片；

排列在基片上的底座；

形成在底座上的微透镜；和

形成在基片、底座和微透镜的暴露表面上的缝隙填充层。

11、权利要求10的微透镜阵列片，其特征在于，在形成于底座上的微透镜之间的缝隙中形成的缝隙填充层的高度低于或等于底座的高度。

12、权利要求10的微透镜阵列片，其特征在于底座的平面结构与微透镜底面的结构相同。

13、权利要求10的微透镜阵列片，其特征在于微透镜的曲率半径由底座的高度决定。

14、用于投影显示系统的微透镜阵列片，包括：

透明基片；

形成在透明基片上的底座；

形成在底座上的微透镜；和

形成在透明基片、底座和微透镜的暴露表面上的缝隙填充层，

其特征在于缝隙填充层在形成于透明基片的底座上的微透镜之间的缝隙处形成，并且形成在缝隙处的缝隙填充层的最小高度低于或等于底座的高度。

15、权利要求14的微透镜阵列片，其特征在于底座由硅、玻璃、透明金属和有机聚合物的至少一种形成。

16、权利要求14的微透镜阵列片，其特征在于底座的平面结构与微透镜底面的结构相同。

17、权利要求16的微透镜阵列片，其特征在于底座的平面结构为圆形、椭圆形和多边形之一。

18、微透镜阵列片，包括：

具有凹槽的透明基片；

被排列在透明基片上的微透镜；和

形成在凹槽和微透镜暴露表面上的缝隙填充层，

其特征在于凹槽位于排列在透明基片上的微透镜之间。

19、权利要求18的微透镜阵列片，其特征在于形成在凹槽处的缝隙填充层的高度低于或等于凹槽的深度。

20、权利要求18的微透镜阵列片，其特征在于被凹槽限定的透明基片凸起的表面结构与微透镜底面的结构相同。

21、权利要求18的微透镜阵列片，其特征在于微透镜的曲率半径按照凹槽的深度决定。