CN1749829A - 微透镜阵列和该微透镜阵列的制造方法及搭载了该微透镜阵列的液晶显示装置 - Google Patents

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CN1749829A CN 200510103236 CN200510103236A CN1749829A CN 1749829 A CN1749829 A CN 1749829A CN 200510103236 CN200510103236 CN 200510103236 CN 200510103236 A CN200510103236 A CN 200510103236A CN 1749829 A CN1749829 A CN 1749829A
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梅林信弘
岸上胜博
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Abstract

本发明提供的是微透镜阵列的光轴对准容易、生产率优良的微透镜阵列及液晶显示装置。本发明的微透镜阵列的制造方法具有以下步骤:在透明基板(102)的与具有开口部(161a)的面相反一侧的面上形成感光性树脂层(210)的步骤;相对于具有与曝光用微透镜阵列(403)的形状对应的强度分布的平行光,配置曝光用基板和透明基板(102)使得平行光利用曝光用微透镜阵列(403)会聚而从开口部(161a)入射到透明基板(102)内的步骤;使平行光通过曝光用基板照射到感光性树脂层(210)上以对感光性树脂层(210)进行曝光的步骤;对已曝光的感光性树脂层(210)进行显影的步骤。

Description

微透镜阵列和该微透镜阵列的制造方法及 搭载了该微透镜阵列的液晶显示装置

技术领域

本发明涉及微透镜阵列(micro lens array)及其制造方法及搭载了该微透镜阵列的液晶显示装置。

背景技术

在液晶显示装置中,为了达到高亮度及宽视野而提出了采用微透镜阵列的技术方案。

在液晶显示装置中,液晶层夹在两块透明基板之间。并且,在透明基板的前面侧设有偏光膜。在透明基板的背面侧形成有黑色矩阵、彩色过滤层、透明电极、取向膜。在两块透明基板之间设有隔离物。在透明基板的前面侧形成有薄膜晶体管(TFT-Thin Film Transistor:)元件、透明电极、取向膜。

微透镜阵列及边框形成于透明基板的背面侧。通过将来自经过偏光膜入射的光源的光由微透镜阵列聚光来避开TFT元件和黑色矩阵而照射到透明基板上,从而可提高光的利用效率,达到高亮度化。

在专利文献1-日本特开平8-166502号公报中,虽公开了用干刻蚀的方法在石英玻璃基板上制作微透镜阵列的方法,但这种制造方法并没有公开在形成有TFT元件和透明电极的透明基板本身上形成微透镜阵列的方法。

并且,在专利文献2-日本特开2003-294912号公报及专利文献3-日本特开2004-252376号公报中公开了微透镜阵列的制造方法。这些文献中公开的制造方法并没有公开在形成有TFT元件和透明电极的透明基板本身上形成微透镜阵列的方法。

上述方法中微透镜形状的形成是利用灰度掩模(gray scale mask)那种光学掩模对曝光的光进行强度调制来进行的。这种灰度掩模是利用例如专利文献4-日本特表2002-525652号公报中公开的方法来制造的。在专利文献5-日本特表昭60-501950号公报中,公开了使用调整曝光掩模来生成具备所希望的连续可变表面凹凸的结构的方法。在该方法中,通过利用厚度连续变化的紫外线吸收材料层对光刻胶(photo resist)层进行紫外线曝光,产生厚度连续变化的形状。调整曝光掩模是用电子束直接刻写的。

此外,在专利文献2中,公开了可以使用高能束刻写掩模图案的特殊的感光性板。作为该感光板的感光性材料具有含高浓度银离子的离子交换层。该离子交换层通过高能束的曝光来进行着色,利用这种性质可刻写掩模图案。作为高能束,可采用电子束、离子束、分子束及X射线等。

另一方面,利用对玻璃干板进行激光曝光来制造线路板的技术已经公知。利用该方法,通过有选择地对表面进行激光曝光,来制作电路表面的布线图案。原来,利用曝光对玻璃干板制作电路图形一般是采用留下图案或除去图案的任何一种,而不是像灰度掩模那样使光透过率阶段地或者连续地变化。

对于微透镜阵列的形成的生产效率的提高来说,希望如上述那样利用大面积一起同时曝光来同时成型多个。为此,曝光时所用的灰度掩模也必须是大面积的。然而,如专利文献1及2那种制造工程中使用电子束时,不可能在大气中作业,而需要在真空中进行。因此,在形成大型的灰度掩模时需要使与其相当的较大的空间成为真空状态,但在较大的空间中保持真空是困难的,不能避免成本的上升。此外,电子束等高能束作为光源是昂贵的,在成本和生产效率方面都有问题。

并且,在专利文献4所公开的制造方法中,由于需要进行蒸镀、刻写、干刻蚀而工序数多。此外,在专利文献5公开的制造方法中,需要高能束敏感性玻璃之类特殊的感光板。这些因素都会导致成本的增加及生产效率的降低。

为了通过把微透镜阵列搭载在液晶显示装置上来测量高亮度化,需要使微透镜阵列的透镜光轴与黑色矩阵的开口部一致,并且避开TFT元件。因此,必须使微透镜阵列与黑色矩阵和TFT元件正确地定位,但由于微透镜阵列的透镜图形非常微小,对准光轴的作业要求的精度为±1μm量级。从而导致生产效率的降低和成本的增大。

发明内容

本发明是为了解决这种问题而提出的,其目的在于提供一种微透镜阵列及液晶显示装置,其在微透镜阵列的制造工序中的光轴对准容易进行,生产效率优良。

本发明的微透镜阵列的制造方法,是使用在具有透明性的支撑基板上形成有曝光用微透镜阵列的曝光用基板在一个面上以预定间隔形成具有多个开口部的布线图案等的透明基板的相反的面上形成微透镜阵列的方法,其特征是,具有以下步骤:在上述透明基板的与具有开口部的面相反一侧的面上形成感光性树脂层的步骤;相对于具有与上述曝光用微透镜阵列的形状对应的强度分布的平行光,配置上述曝光用基板和上述透明基板,使得上述平行光利用上述曝光用微透镜阵列会聚而从上述开口部入射到上述透明基板内的步骤;使上述平行光通过上述曝光用基板照射到上述感光性树脂层并对上述感光性树脂层进行曝光的步骤;对上述被曝光的感光性树脂层进行显影的步骤。

具有上述强度分布的平行光可以通过使平行光透过形成有多个光透过率从中心向外周倾斜的掩模图案的灰度掩模来得到。

本发明的其它的微透镜阵列的制造方法,是在一个面上以预定间隔形成具有多个开口部的布线图案等的透明基板的相反的面上形成微透镜阵列的方法,其特征是,具有以下步骤:在上述透明基板的开口部形成面一侧配置形成有多个光透过率从中心向外周倾斜的掩模图案的灰度掩模和在具有透明性的支撑基板上以与上述灰度掩模的掩模图案一一对应的关系形成有微透镜的曝光用基板,使得上述开口部和上述微透镜的光轴与上述掩模图案的中心对准,并且在从灰度掩模侧照射了光时,利用上述曝光用基板使其会聚并从上述开口部出射的步骤;在上述透明基板的另一面上形成感光性树脂层的步骤;从上述曝光用基板侧照射光来对上述感光性树脂层进行曝光并对其进行显影的步骤。

在此,优选上述曝光用基板具有上述曝光用微透镜阵列和规定上述透明基板与形成上述布线图案的面之间的间隔的定位部件;设上述透明基板的厚度为t1,上述透明基板的折射率为n1,上述定位部件的厚度为t2,上述定位部件的折射率为n2时,上述曝光用微透镜阵列的焦距大致与t2相等,并满足0.75<(t1×n1)/(t2×n2)<1.25的条件。

此外,以x及y表示与对上述感光性树脂层进行曝光的曝光用光的光轴方向垂直的面内的任意坐标位置,以Z表示通过了上述灰度掩模及上述曝光用基板的曝光用光的光强度分布,设a、b、c为任意的实数时,最好满足以下条件:

Z=ah2+bh4+ch6h=(x2+y2)1/2再有,优选上述定位部件在与形成有曝光用微透镜的面相反的面上具有遮光图案,该遮光图案的开口部与上述曝光用微透镜的透镜光轴在垂直方向基本一致。

此外,上述曝光用基板可与上述灰度掩模一体形成。

此外,可以配置成将空气层介于上述曝光用基板与上述透明基板之间。当设上述透明基板的厚度为t1,上述透明基板的折射率为n1,上述空气层的厚度为t3时,优选上述曝光用微透镜阵列的焦距大致与t3相等,并满足0.75<(t1×n1)/t3<1.25的条件。

本发明的其它的微透镜阵列的制造方法,是在一个面上形成具有多个开口部的线路元件图案的透明基板的另一面上形成微透镜阵列的方法,其特征是,具有以下步骤:在上述透明基板的另一面上形成感光性树脂层的的步骤;以与上述开口部的间距大致相同的间距把形成有多个曝光用微透镜的曝光用基板配置在上述透明基板的一个面侧的步骤;以与上述开口部的间距大致相同的间距把形成有多个透镜形成用区域的灰度掩模配置在上述透明基板的一个面侧的步骤;通过上述灰度掩模及上述曝光用基板,对上述感光性树脂层进行曝光的步骤;对上述曝过光的感光性树脂层进行显影的步骤。

本发明的带透镜的灰度掩模是在具有透明性的支撑基板的一个面上形成灰度掩模,在上述支撑基板的另一面上形成与上述灰度掩模的掩模图案对应的曝光用微透镜的掩模。本发明的带透镜的灰度掩模是在具有透明性的支撑基板的一个面上形成有灰度掩模,在该灰度掩模上形成有与上述灰度掩模的掩模图案对应的曝光用微透镜的掩模。

在此,上述掩模图案是同一透镜形成用区域的集合体,使用以上述透镜形成用区域的中心为原点的x及y来表示与上述基板平行的面内的任意坐标位置,以Z表示与通过了上述透镜形成用区域的光在与上述基板面平行的面内的光强度分布,设Cn为任意的实数,m为任意的自然数,k=0,或者k为任意的正实数时,做好满足【数学式1】的条件。

此外,可以具备在曝光时对被曝光基板和上述曝光用微透镜的间隔进行规制的定位部件。

本发明的灰度掩模的制造方法具有以下步骤:在透明基板上涂布感光乳剂并做成灰度掩模原板的步骤;把形成有浓淡样式的主图案的主灰度掩模(master gray scale mask)配置在上述灰度掩模原板上的预定位置的配置步骤;通过上述主图案对上述灰度掩模原板进行曝光的曝光步骤;把上述主灰度掩模配置于在灰度掩模原板上未曝光的位置上,反复进行上述曝光步骤直到应曝光的区域全部曝光结束的步骤;对上述灰度掩模原板进行显影的步骤。

在此,在把上述主灰度掩模配置在上述灰度掩模原板上的预定位置时,可以通过对准用基板进行配置。

此外,可在上述对准用基板上施以主灰度掩模定位用的标记,在把上述主灰度掩模配置在上述灰度掩模原板上时,利用上述标记将其配置到预定位置。

此外,优选上述对准用基板具有遮光性,设有多个与主图案大小对应的开口窗,在把上述主灰度掩模配置在上述灰度掩模原板上时,配置成上述主图案面对上述开口窗。

本发明的灰度掩模的制造方法是具有浓淡的灰度掩模的制造方法,其特征是,具备通过在透明基板上涂布感光乳剂来形成干板的步骤和把与上述浓淡对应进行了多级的强度调制的激光照射到上述干板的乳剂涂布面上的步骤。

本发明的灰度掩模是在透明基板上涂布感光乳剂、具有被显影的浓淡样式的灰度掩模,其特征是,上述浓淡样式是具有圆或多边形的形状的连续样式,一个圆或多边形的样式从中心朝向外侧光透过率逐渐增加或减少。

在此,以与一个微透镜对应的图案的中心为原点用x及y来表示上述灰度掩模中该灰度掩模的主平面上的坐标位置,用Z表示通过了上述图案的光在该灰度掩模的主平面内的光强度分布,设Cn为任意的实数,m为任意的自然数,k=0,或者k为任意的正实数时,满足【数学式2】的条件。

本发明的液晶显示装置是具有夹住液晶层、在一个面上形成具有反射部和开口部的像素电极的透明基板,和在上述透明基板的另一个面以光硬化树脂直接形成的、具有非圆形底面形状的多个微透镜的半透过型液晶显示装置,其特征是,上述开口部的开口率在5%以上50%以下,上述微透镜相对于上述液晶显示装置的显示面积的填充率在70%以上,通过上述微透镜的透镜中心的任意线段的透镜截面的曲率半径之中,设最大的曲率半径为R1、最小的曲率半径为R2时,上述R1与R2之比在0.82以上1.0以下。

在此,优选上述微透镜相对于上述液晶显示装置的显示面积的填充率在80%以上,上述开口部的开口率在5%以上20%以下,上述R1与R2之比在0.9以上1.0以下。

此外,优选设通过上述微透镜的透镜中心、连接透镜两端的任意线段的截面的曲线为r1,设对上述r1以最小平方法拟合的球面的曲线为r2时,由上述r1和上述r2包围的面积的rms值在0.005以上0.2以下;并优选由上述r1和上述r2包围的面积的rms值在0.005以上0.15以下。

并且,优选背光的配置使得上述透明基板形成有上述微透镜的面与发光面相对。

本发明的半透过型液晶显示装置具有:夹住液晶层、在一个面上形成具有反射部和开口部的像素电极的透明基板;在上述透明基板的另一个面上与上述开口部1∶1对准而形成的微透镜;设置成形成有上述微透镜的面与发光面面对的背光单元,其特征在于,在上述背光的发散成分中,把垂直成分的光强度成为20%的角度定义为上述背光单元的发散角θ,设上述背光单元侧的透明基板的厚度为t,设从上述开口部的中心到该开口部的外周的平均长度为φ/2,设上述透明基板及/或上述微透镜的折射率为n时,满足以下关系:0.85≤(φ·n)/(θ·t)在此,优选上述微透镜的底面形状是六边形或四边形,上述微透镜直接形成于上述透明基板上,并满足以下关系:(φ·n)/(θ·t)≤1.75。

发明效果根据本发明,能够提供易于进行微透镜阵列的光轴对准、生产效率优良的微透镜阵列及液晶显示装置。

附图说明

图1是本发明的液晶显示装置的剖面图。

图2是表示本发明的实施例的液晶显示装置的布线、反射电极及透明电极的结构的示意图。

图3是表示透明基板、微透镜阵列、边框的配置关系的俯视图。

图4是表示本发明的实施例的微透镜的功能的剖面图。

图5是表示本发明的实施例干板刻写时的状态的立体图。

图6是表示本发明的实施例的主灰度掩模的俯视图。

图7是表示本发明的实施例的母灰度掩模(mother gray scale mask)及灰度掩模的立体图。

图8是表示本发明的实施例的灰度掩模的制造工程的立体图。

图9是表示本发明的实施例的灰度掩模的制造工程的放大立体图。

图10是表示本发明的实施例的灰度掩模的制造工程的剖面图。

图11是表示本发明的实施例的通过单位透镜后的曝光用光强度的强度分布的曲线图。

图12是本发明的实施例的带透镜的母灰度掩模的剖面图。

图13是表示本发明的实施例的带透镜的母灰度掩模的制造工程的剖面图。

图14是表示本发明的实施例的向液晶显示面板的基板形成微透镜的工程的图。

图15是本发明的实施例的液晶显示面板的基板的母基板的俯视图。

图16是表示本发明的实施例的灰度掩模的制造工程的立体图。

图17是表示本发明的实施例的灰度掩模的制造工程的放大立体图。

图18是本发明的实施例的带透镜的母灰度掩模的剖面图。

图19是表示本发明的实施例的向液晶显示面板形成微透镜的工程的剖面图。

图20是表示本发明的实施例的曝光用基板的图。

图21是本发明的实施例的带透镜的母灰度掩模的剖面图。

图22是本发明的实施例的带透镜的母灰度掩模的剖面图。

图23是表示本发明的实施例的在透明基板上形成微透镜阵列的工程的部件配置图。

图24是表示本发明的实施例的在透明基板上形成微透镜阵列的工程的曝光用光的概要图。

图25是本发明的实施例的微透镜的剖面图。

图26是本发明的实施例的微透镜的圆球度的测定例子的曲线图。

图27是本发明的实施例的微透镜及微透镜阵列的立体图。

图28是对本发明的实施例的液晶显示装置与比较例及原有例子的液晶显示装置的各项特性的比较表。

图29是表示本发明的实施例的液晶面板及背光单元的示意剖面图。

图30是表示本发明的实施例的棱镜板的示意剖面图。

图31是表示关于本发明的实施例的微透镜的聚光效果,聚光点虽透明基板的厚度而不同的示意图。

图32是表示本发明的实施例的棱镜板引起的垂直偏光后光的强度分布的曲线图。

图33是表现本发明实施例的像素电极和利用微透镜聚光后的光到达该像素电极时的光束的光斑直径的俯视图。

图34是表示设垂直成分为时1将利用本发明实施例的微透镜聚光后的光到达像素电极时的光的强度分布标准化的曲线图。

图35是表示利用本发明实施例的微透镜聚光后的光到达像素电极时的光的强度分布的曲线图。

图36是表示本发明的实施例的光的利用效率和参数的对应的数值。

图37是表示本发明的实施例的光的利用效率和参数的关系的曲线图。

图38是表示本发明的实施例的背光单元的示意剖面图。

具体实施方式

以下,对可应用本发明的实施例进行说明。以下的说明用于对本发明的实施例进行说明,本发明并不限定于以下的实施例。此外,为了说明的明确化,以下的记载进行了适当的省略及简化。还有,假如是有关从业人员的话,可以在本发明的范围内很容易地对以下的实施例的各要素进行变更、追加、变换。

实施例1在本实施例中,发明人发现半透过型液晶显示装置中所包含的液晶面板在背光侧的透明基板的厚度和从背光入射到液晶面板的背光的辐射成分极大地影响该液晶显示装置的显示亮度。再有,明确了为了得到足够的外部光照下的发射亮度的与开口直径的关系。本发明是通过对它们进行规定来提高半透过型液晶显示装置的显示亮度。

首先,对液晶显示装置中的微透镜阵列的配置及微透镜的光学效果进行说明。图1是表示本实施例的液晶显示装置的剖面图。本发明实施例1的液晶显示装置是所谓的半透过型液晶显示装置。图1中,液晶显示装置具有液晶面板100和微透镜阵列200。在液晶面板100中,液晶层103被夹在两块透明基板101、102之间。还有,两块透明基板101、102的厚度为500μm,夹在它们之间的液晶层等的厚度为6μm左右,在本附图中则改变了比例来表示。

透明基板101、102是由例如玻璃、聚碳酸酯、丙烯树脂等制成。在配置于液晶面板100前面侧的透明基板101的背面侧、即在液晶层103侧的一面形成有彩色过滤层104。彩色过滤层104由进行例如红(R)、绿(G)、蓝(B)的颜色显示的3个区域构成。黑色矩阵105是配置于彩色过滤层104的各像素间的遮光膜,其作用是防止像素间光的泄漏及使各像素的颜色鲜艳。

在彩色过滤层104和液晶层103之间依次叠层形成有透明电极106及取向膜107。透明电极106是例如用光刻法由透明导电性薄膜氧化铟锡(ITO:Indium Tin Oxide)制成。取向膜107由例如高分子材料聚酰亚胺薄膜等有机薄膜制成,起使液晶层103的液晶分子排列在所既定方向的作用。在配置于液晶面板100背面侧的透明基板102上形成有TFT元件108,进一步叠层形成透明电极106、取向膜107。TFT元件108是液晶驱动用的开关元件。在TFT元件108侧的透明电极106上形成有像素电极161及布线162。像素电极161具有开口部161a及反射部161b。

偏光片109是具有对入射光仅使特定的偏振成分透过的功能的光学部件,并将其粘贴在两块透明基板101、102的两侧表面上。隔离物110用控制透明基板101、102之间的液晶层103的高度(单元间隔)的树脂粒子,沿透明基板101、102之间的整个范围布置多个。

如图2所示,在像素电极161上设有开口部161a和反射部161b。矩阵状的布线162具有相互正交的扫描布线和信号布线。本实施例的布线162的间距为100μm,布线162的宽度为26μm。

开口部161a成为从透明基板102侧对液晶面板进行入射的光的通道。即,通过设置开口部161a能够使背光入射到液晶层。反射部161b起到反射从透明基板101侧入射的光的反射板的作用。即,通过在透明电极106的局部形成反射部161b,剩下的部分则成为开口部161a。

开口部161a由于使从背面侧入射的背光通过,这样能够使图像显示明亮。在其一方,由于开口部161a不能使从前面侧入射的光反射,因而,若开口部161a越大,则背光的利用效率越高,但反射光的利用效率降低。即,难以使背光的利用效率和反射光的利用效率同时达到高效率。为了确保反射光的利用效率,开口部161a的面积相对于液晶面板100的显示部的整个面积的比例(以下称为开口率)较好是在50%以下,优选在20%以下。此外,为了利用背光,开口率不能为0%。在图2的例子中,开口部161a的直径为35μm,开口率为10%。在本发明的实施例中,在透明基板102的背面侧形成微透镜阵列200,提高了背光的利用效率。

在第二透明基板102的背面侧设有微透镜阵列200。微透镜阵列200具有边框201及微透镜202。图3是表示透明基板102、微透镜阵列200、边框201的配置关系的俯视图。

如图3所示,边框201设在包围多个微透镜阵列202的周围的位置。边框201以与微透镜202的顶点相同或更高的高度沿第二透明基板102背面侧的外周边缘不间断地形成。边框201的设置目的使为了保持后述的偏光片使其维持平坦性和在后述的制造工程时固定微透镜阵列200。边框201较好是用与微透镜202相同的材料制成。

微透镜202具有50×10-6m左右的直径或对角线,配置在玻璃或合成树脂的基板或薄膜上。微透镜202由UV硬化树脂、热硬化树脂或光刻胶制成。各微透镜202对应液晶面板100的一个像素而设。为了提高背光的利用效率,较好是如图3所示那样无间隙地填充微透镜202。微透镜202的底面形状为图3所示那种六边形的话,就能够在平面上无间隙地填充微透镜202。当以形成微透镜202的区域相对于透明基板102的面积的比例作为填充率的话,填充率至少在70%以上,优选为80%。填充率除基于透明基板102的面积以外,还能够基于背光的照射区域、液晶面板100中形成有像素的区域及在透明基板102的面上的边框201内侧的面积来定义。

从背面侧由未图示的背光照射液晶面板100时,各微透镜202的焦点,即交点位于黑色矩阵105的开口部附近或像素电极161的开口部161a附近。即,微透镜202的光轴定位在像素电极161的开口部161a。此外,微透镜202的光轴在TFT元件108以外的区域通过像素电极161上的开口部161a。

其次,用图4对设有微透镜202的场合(图4(a))和未设的场合(图4(b))的光学特性的不同进行说明。图4是表示一个像素大小的透明基板102附近的剖面图及通过它的光束的示意剖面图。

如图4(a)所示,背光虽通过开口部161a,但被反射部161b挡住。与此相反,在设有微透镜202的场合,如图4(b)所示,由于微透镜202的焦点位于开口部161a附近,所以背光由于微透镜202而使光会聚在开口部161a,不被布线部件挡住而通过。这样,即使在使开口部161a的开口率在10%以下时,也能够提高背光的利用效率。

微透镜202的透镜高度越高的话,焦距就越短。本实施例的微透镜202的高度为20μm,是根据透镜的最大直径及最佳焦距而适当选择的,例如能够在1μm以上100μm以下之间选择。这样,较好是微透镜202的各中心与开口部161a对准,在透明基板102上无间隙地填充。

实施例2在本实施例中,对在实施例1中说明过的微透镜阵列及具有微透镜阵列的液晶显示装置的制造方法进行说明。还有,对与实施例1标有相同符号的结构表示与实施例1相同或相当的部分,而省略其说明。

本实施例的微透镜阵列的制造工程分为以下所示的工序。即,用激光刻写在干板上刻写掩模图案,做成主灰度掩模的第一工序,通过主灰度掩模对感光乳剂底板进行曝光,做成母灰度掩模的第二工序,在母灰度掩模上形成曝光用微透镜,做成带透镜的母灰度掩模的第三工序,然后,通过带透镜的母灰度掩模对涂布在透明基板102上的感光性树脂层进行曝光,在液晶基板上形成多组微透镜阵列200的第四工序,分离形成了微透镜的液晶基板的第五工序。

所谓主灰度掩模,是用于形成母灰度掩模的光掩模,形成有一组微透镜阵列200对应的主图案。所谓母灰度掩模,是用于形成多组微透镜阵列200的光掩模。即,所谓主灰度掩模是形成微透镜阵列200的基础,对该主图案要求有很高的精度。主灰度掩模与母灰度掩模及微透镜阵列200相比不需要大量生产率能,因此采用可以形成更高精度的掩模图案的激光刻写来形成。

所谓母灰度掩模是形成有多组用于形成与一个液晶面板100对应的微透镜阵列200的灰度掩模的光掩模,在该灰度掩模上形成多组与微透镜202对应的灰色标度。通过该灰色标度对曝光用光进行强度调制,能够把感光性树脂层曝光成透镜形状。

所谓带透镜的母灰度掩模,是与形成于母灰度掩模上的灰色标度对应形成有曝光用微透镜的光掩模。通过使利用灰色标度进行了强度调制的曝光用光利用曝光用微透镜会聚到形成于透明基板102上的像素电极161的开口部161a上,从而能够高精度地使开口部161a和微透镜202的光轴一致。

其次,对上述各工序进行详细叙述。

(1)第一工序(主灰度掩模的做成)首先,说明主灰度掩模的制造方法。本实施例的主灰度掩模是通过在玻璃等透明基板上涂布感光乳剂、在干燥后的干板上用激光直接刻写与微透镜202对应的主图案,再对该干板显影、定影来制造的。在此,在本说明中将“刻写”定义为,在把激光照射到干板上使干板表面反应时,通过调制照射的激光的强度来调节包含在干板上的感光乳剂的反应程度,从而在干板表面上形成具有所希望的浓淡的图案。通过对刻写了反应程度有变化的图案的干板进行显影,从而完成本实施例的主灰度掩模。

图5是示意地表示在干板430上刻写与微透镜202对应的图案时的状态的立体图,表示的是在干板430上刻写图案的刻写装置60。在干板430上刻写与微透镜202对应的图案时,使用如图5所示的刻写装置60。刻写装置60具有:刻写装置主体61、照射激光的光源62、使该光源62移动的悬臂63。

刻写装置60由计算机构成,用于刻写与微透镜202对应的图案的刻写数据储存在储存机构中。刻写装置60根据刻写数据,一边移动悬臂63一边使从光源62照射的曝光用光的强度及/或曝光时间变化,在干板430上刻写所希望的图案。曝光强度调制的等级数为例如4级以上256级以下,优选8级以上128级以下,特别优选8级以上24级以下。

在本实施例中,从光源62照射的曝光用光的光斑直径为0.4μm。因此,最终形成的主图案具有0.4μm左右的光透过率的分辨率。根据编程的图案对干板430上的整个面曝光一结束,通过对表面的感光乳剂进行显影及定影来完成主灰度掩模。对感光乳剂的显影及定影能够使用市售的显影液及定影液。

图6表示完成的主灰度掩模600的俯视图。如图所示,主灰度掩模600具有作为与微透镜202对应的图案的主图案601。利用主图案601对曝光强度进行强度调制,通过用该调制过的曝光用光对感光乳剂底板进行曝光,就能够在感光乳剂底板上形成与微透镜202对应的灰色标度。

在本实施例中,在一个主图案601的最外周光透过率约为100%,光透过率朝向主图案601的中心同心圆状地减少,在中心光透过率大致为0%。此外,在主灰度掩模600中,形成有主图案601的部分以外的光透过率约为100%。还有,在图6中,一个主图案601以正六边形的轮廓表示。这是为了使一个主图案的边界明确,实际上由于在一个主图案601的最外周光透过率为100%,因而不存在边界线。

在此,图6虽表示对一个主灰度掩模600形成多个主图案601的例子,但也可以对一个主灰度掩模600只形成一个主图案601。这样,通过用激光刻写主图案,能够形成高精度的灰色标度,同时能够提供成本及生产率优良的光学部件形成用的灰度掩模。

其次,对主灰度掩模600的具体的形成方法及刻写装置60的动作进行说明。在光透过率高的主图案601的外周附近,降低曝光强度及/或缩短曝光时间,反过来在光透过率低的主图案601的中心附近,增加曝光强度及/或延长曝光时间。这样一来,可以用激光直接在干板上刻写与主图案601对应的图案。

在通过用激光对干板进行曝光来形成图案的技术中,现有技术中一般采用留下或除去图案两种选择。这种技术主要用于印刷线路板的领域,这是因为该用途上,在图案形成中不需要中间步骤。与其说在印刷线路板的领域,不如说是明确图案的有无。

如主图案601那样,为了形成光透过率随位置阶段地或连续地变化的图案,需要使用专用的感光性底板,或者对光刻胶进行多阶段曝光来形成图案。然而,本发明人发现,通过将对干板进行曝光的激光的强度调节到比较弱的级别范围内,就能使干板的曝光强度变化,从而在干板上形成的图案上形成浓度的浓淡、即光透过率变化的区域。

在本实施例中所用的干板是在透明基板上涂布了感光乳剂的干板。在此所用的透明基板使用的是例如玻璃、石棉等无机纤维或聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、丙烯等有机合成纤维制成的具有透明性的材料。感光乳剂是具有感光性的乳剂。对干板使用的是例如柯尼卡-美能达控股株式会社制的干板、例如高分辨干板(HE-1)等,或富士胶片图像系统株式会社制的干板、例如超微细照相底片(注册商标)(UM-G)。这样,通过不用专用的干板而是用市售的干板,就能够实现降低成本及提高生产率。

激光光源可使用HeCd(氦镉)激光器或YAG(钇铝石榴石)激光器。由于这些激光器比在现有技术中所使用的电子束等高能束作为光源更便宜,从而能够降低成本。此外,由于可以在大气中曝光,与需要在真空中作业的原有的光源相比,能够提高生产率。并且,由于对能够保持真空状态的空间存在界限,在使用原来的光源的场合难以大型化,但对于本实施例的激光光源来说由于没有这样的空间限制,从而大型化也很容易。

用这些光源对干板进行曝光时,当以原状态曝光时,由于曝光强度太强,即使对曝光强度进行强度调制,表面的乳剂也完全硬化,只能像原来那样进行剩下或除去图案的两种选择。为了形成光透过率连续或阶段地变化的图案,需要使曝光强度进一步衰减,使曝光强度弱到15mW左右的强度。曝光强度的衰减是通过组合衰减器来进行的。在本实施例中,通过将中性(ND-NeutralDensity)滤波片介于光源和曝光对象之间来使曝光强度衰减。

在本实施例中所用的ND滤波片使用例如利用真空蒸镀在透明基板上蒸镀几种金属的合金薄膜的滤波片。通过调节蒸镀在透明基板上的金属薄膜的厚度能够控制透过率。在本实施例中,通过ND滤波片后的光强度与光源的光强度之比为0.3×10-4~1.0×10-4左右。本实施例的通过ND滤波片后的光强度与光源强度之比为0.38×10-4左右。对ND滤波片使用例如メレスグリオ株式会社制的金属膜ND滤波片等。

ND滤波片对光强度的衰减可通过与光源的光强度的关系来适当调整。因此,本发明所用的ND滤波片不限定于金属膜ND滤波片,只要用ND滤波片所得到的衰减低的话,也可以使用例如薄膜型的ND滤波片。

此外,也可以不使用如上所述根据用于刻写预定图案的刻写数据进行刻写的刻写装置60,而是用手动来移动光源62或悬臂63,对于板430进行曝光。此时,根据光源62及悬臂63相对于干板430的位置,既可以由刻写装置60自动地调整曝光强度或曝光时间,也可以用手动调整曝光强度或曝光时间。

还有,形成于干板430上的图案不仅仅是光透过率从中心向外周逐渐减少或上升,还可以是例如用于形成菲涅耳透镜形状的掩模图案。详细地说,也可以是从主图案的中心向外周同心圆状地使光透过率重复地上升或下降那样的图案。此外,也可以如圆柱状透镜或三角棱镜那样,用于形成二维重复图案的图案。

(2)第二工序(母灰度掩模的做成)其次,对母灰度掩模及其制造方法进行说明。图7表示母灰度掩模4000。在母灰度掩模4000上以一定的间隔排列灰色标度400。一组灰色标度400对应于形成于液晶面板100的透明基板102上的一组微透镜阵列200。

母灰度掩模4000在透明基板上形成有多组灰色标度400。作为灰色标度401的单位构成要素的灰色标度401具有多个与最终形成的各微透镜202对应的透镜形成用区域401a。透镜形成用区域401a以与微透镜202相同的间距排列。在透镜形成用区域401以外的部分形成有光透过率极低或为零的遮光区域401b。

光透过率在透镜形成用区域401a中连续地变化。透镜形成用区域401a的外周虽具有六边形的形状,但也可以是例如六边形以外的其它多边形或圆形及椭圆形。并且,在透镜形成用区域401a中光透过率同心圆状地变化,光透过率在透镜形成用区域401a的中心最大。

在本实施例中,遮光区域401b的光透过率为0%,在透镜形成用区域401a中光透过率从透镜形成用区域401a的外周向中心同心圆状地上升,在透镜形成用区域401a的中心,光透过率达到接近100%的值。

感光乳剂底板450是在透明基板上涂布了感光乳剂(单色照相感光乳剂)的玻璃干板。通过进行了强度调制的光对感光乳剂进行曝光、显影而在透明基板上形成主图案。感光乳剂底板450的面积大的话,能够制造大面积的母灰度掩模4000,能够一次形成更多的灰色标度400。

本实施例中的感光乳剂底板450的面积为例如360mm×460mm。感光乳剂底板450使用例如柯尼卡-美能达控股株式会社制的高分辨底片(HE-1)等,或富士胶片图像系统株式会社制的超微细照相底片(注册商标)(UM-G)等。

对准用基板500用于在感光乳剂底板450上使灰色标度400形成于正确的位置。对准用基板500由于用于与感光乳剂底板450重合,恰当的是对准用基板500和感光乳剂底板450的平面尺寸相等,但即使在两者的平面尺寸不同时,只要能在感光乳剂底板450上调整灰色标度400形成的位置即可。

对准用基板500在其表面上形成有区域标记501。区域标记501以预定的间距排列在对准用基板500面上。区域标记501是四边形的框,表示形成一组灰色标度401的位置。因此,区域标记501的排列间距为最终形成于感光乳剂底板450上的灰色标度400的间距,即母灰度掩模4000上的灰色标度400的间距。

对准用基板500是具有透明性的基板。在此,区域标记501不限定于四边形,也可以根据一组灰色标度400适当地改变。此外,区域标记501不必包围一个灰色标度400的全周,只要是能与主灰度掩模600的位置对准的标记即可。通过把形成于主灰度掩模600上的主图案601转写到感光乳剂底板450上,从而形成透镜形成容量区401a。

图9表示放大了一个区域标记501和主灰度掩模600的立体图。如图9所示,在区域标记501的四个角上设有对准标记502。此外,在主图案601的四个角上设有对准标记602。区域标记501的平面形状与主图案601外周的平面形状大致一致。此外,形成于一个区域标记501的四个角上的各对准标记502的配置关系和形成于一个主图案601的四个角上的各对准标记602的配置关系一致。

由于主灰度掩模600的设有对准标记602的部分的周围具有透明性,因此,能够透过主灰度掩模600辨认设在对准用基板500上的对准标记502。

图10是表示将主图案601的反转图案转写到感光乳剂底板450上时的工序的剖面图。为了图示的简单化,图10中在一个主灰度掩模600上表示一个主图案601,但在本实施例中,如图6所示那样,在主灰度掩模600上形成有多个主图案601。使对准标记502和对准标记602一致来定位,如图10(a)所示那样,使对准用基板500与感光乳剂底板450重合。

在此,也可以不用对准标记502和对准标记602,而用区域标记501和主图案601来定位。即,即使不设置对准标记502和对准标记602,也可以对区域标记501和主图案601进行定位。

其次,如图10(b)所示那样,从主灰度掩模600上对感光乳剂底板450进行曝光。曝光是以100mJ的能量照射365nm附近波长的垂直偏振的紫外线。曝光范围是与主图案601一致的范围或比主图案601更广的范围。在本实施例中,在比主图案601长宽各大1mm的四边形的区域照射了曝光用光。图10(b)中的虚线是曝光用光的光线图。如图中的虚线所示那样,从主灰度掩模600侧所照射的曝光用光通过主图案601而施加了强度调制,通过区域标记501的框内及其附近,对感光乳剂底板450进行曝光。

对感光乳剂底板450进行曝光的曝光用光由于被主图案601施加了强度调制,因而以与主图案601的图案对应的强度对感光乳剂底板450进行曝光。即,与主图案601的中心部位对应的位置曝光强度弱,随着接近主图案601的外周曝光强度同心圆状地上升,而在最外周曝光强度达到最高。在感光乳剂底板450的曝光面上,因曝光而使涂布在表面的感光乳剂发生反应,根据曝光强度而失去透明性。

因此,如图10(b)所示那样,在感光乳剂底板450的透明基板上形成与主图案601的反转图案对应的转写图案404。转写图案404之中,利用通过了主图案601的曝光用光形成的部分的转写图案404a是利用光强度同心圆状地变化的曝光用光形成的区域。此外,在转写图案404中,利用通过了主图案601外部的曝光用光所形成的部分的转写图案404b是以最高强度曝光的区域。如上所述,在图10中,由于在一个主灰度掩模600上表示一个主图案601,因此,对一个主灰度掩模600形成一个转写图案404,但实际上与包含在一个主灰度掩模600中的主图案601的个数对应形成转写图案404。

结束了对一个区域标记501的曝光后,对下一个区域标记501也通过同样地使对准标记502和对准标记602一致来定位,如图10(c)所示那样从主灰度掩模600侧对感光乳剂底板450进行曝光,形成转写图案404。使曝光区域相互间连接或重合以使相邻的曝光区域连续。

这样,通过对全部的区域标记501反复进行曝光,在感光乳剂底板450上以与设在对准用基板500上的区域标记501的间距相同的间距形成转写图案404。对全部的区域标记501的曝光结束后,通过对感光乳剂底板450进行显影,如图10(d)所示那样,转写图案404a作为透镜形成用区域401a,转写图案404b作为遮光区域401b被定影,这样,完成具有灰色标度400的母灰度掩模4000。

这样,通过使用对准用基板500,一边对准主灰度掩模600一边分别对各区域标记501进行曝光,从而能沿着感光乳剂底板450的表面整个面高精度地形成透镜形成用区域401a及遮光区域401b。此外,通过使用对准用基板500,不必在感光乳剂底板上设置对准标记502那种对准用标记。因此,能够不使用专用的感光性底片而使用市售的感光性底片,生产率优良。通过使用这种制造方法,能够以低成本得到既定的掩模图案以预定的间距高精度地排列的大面积灰度掩模400及母灰度掩模4000。

下面,对这样所形成的透镜形成用区域401a的透过率的分布进行说明。以透镜形成用区域401a的中心为原点的x及y表示与通过了透镜形成用区域401a的光的光轴方向垂直的面的坐标,以Z表示与通过了透镜形成用区域401a的光的光轴方向垂直的面的光强度分布时,设Cn为任意的实数,m为任意的自然数,k=0,或者k为任意的正的实数时,则光强度Z满足【数学式3】的条件。

【数学式3】Z=k-Σn-1mCnh2n···(1)]]>h=(x2+y2)1/2(2)n=1、2、3、4、…在该式中,k表示通过x、y坐标面的原点,即通过透镜形成用区域401a的中心的透镜形成用区域401a后的光强度。h如式(2)所示,是离原点的距离。在此,作为式(1)的负项的第二项,是如式(1)所示那样,从以C1为系数的项到以Cm为系数的项的总和。Cn表示的是与各个n对应的项的系数。例如,Z=k-C1h2时,m=1;Z=k-(C1h2+C2h2+C3h2)时,m=3。

式(1)是直接依赖于h的公式,表示离原点的距离h与通过透镜形成用区域401a后的光强度Z的相关关系。即,由于光强度Z的值由离透镜形成用区域401a的中心的距离h决定,所以,光强度Z从原点起同心圆状地变化。在式(1)中,Cn都为正时,越离开原点负的项的绝对值越大。因此,光强度Z越离开原点,即离开透镜光轴越远就越弱。这是本实施例的曝光用光强度的状态。h的指数为2n倍、即作为偶数表示与光强度相关的值相对于原点呈对称。再有,通过取指数,离原点越远,值的变化率越大。因此,如图11(a)所示,能够使光强度Z分布成以原点为光轴的凸透镜形状。

另一方面,在最终形成的微透镜为凹形的透镜时,只要使透镜形成用区域401a的光透过率在中心最低,在最外部最高即可。例如,只要使式(1)中的Cn都为负就能成为那样的状态。这样,如图11(b)所示,能够使光强度分布成以原点为光轴的凹透镜形状。在此,图11所示的曲线图在中间被截断是因为光强度Z按每一个透镜形成用区域401a进行计算。即,x、y直到从透镜形成用区域401a的中心到达单位掩模的外周是有限的值。

通过这样定义光强度Z,利用Cn及m的值的操作可做出所希望的透镜形状。此外,上述式(1)是表示光强度依赖于离开原点,即离开透镜光轴的距离h的数学式,并不是限定为如图11所示的单纯地增加或单纯地减少。由于Cn是不依赖于n而可按各n的值设定的常数,因而通过分别独立地设定Cn,也可以将光强度Z设定在既不是透镜的确光轴也不是透镜的最外周的地方。另外,也可以将Cn作为n的函数。

(3)第三工序(带透镜的母灰度掩模的做成)下面,对带透镜的母灰度掩模及其制造方法进行说明。图12是本实施例的带透镜的母灰度掩模460的剖面图。带透镜的母灰度掩模460在支撑基板402的一个面上形成灰色标度401,在另一个面上形成曝光用微透镜403。即,在本实施例中,在与形成母灰度掩模4000的灰色标度401的面相反一侧的面上形成与灰色标度401对准并曝光用微透镜403。

使用带透镜的母灰度掩模460最终形成微透镜202时,通过利用强度调制过的曝光用光把感光性树脂层曝光成透镜状,并使之硬化来进行。此时,通过避开形成于液晶面板100的透明基板102上的TFT元件及像素电极161的反射部161b等,将曝光用光会聚在开口部161a,从而可在透明基板102上直接形成微透镜202,同时,也进行使开口部161a和微透镜202的光轴对准。带透镜的母灰度掩模460具有对曝光用光进行强度调制的功能和把曝光用光会聚到线路元件的开口部的功能。

在此,在本实施例中,在支撑基板402的各反对面上形成有灰色标度401和曝光用微透镜403,但并不限定于此。既可以在支撑基板402上形成灰色标度401,并且在灰色标度401上形成曝光用微透镜403,也可以在支撑基板402上形成曝光用微透镜403,并且在曝光用微透镜403上形成灰色标度401。

在图12所示的结构中,曝光用光从灰色标度401侧入射。支撑基板402是具有透明性的基板,可使用玻璃、聚碳酸酯、丙烯树脂等。在此,在本实施例中,对在透明基板上涂布了感光乳剂的感光乳剂底板450进行曝光做成母灰度掩模4000,该母灰度掩模4000的透明基板相当于支撑基板402。

如上所述,灰色标度401是各个六边形的透镜形成用区域401a的集合体。透镜形成用区域401a的光透过率从中心向外周同心圆状地连续地变化。在本实施例中,光透过率在透镜形成用区域401a的中心最高(例如100%),在最外部最低(例如0%)。在此,透镜形成用区域401a的最高及最低透过率不限定于0%以上100%以下,可适当调整为至少最高透过率在80%以上,优选90%以上,最低透过率在20%以下,优选在10%以下。

通过使曝光用光通过这种掩模图案来对其施加强度调制。因此,通过用该曝光用光对光硬化性树脂进行曝光,可以使光硬化性树脂硬化成透镜形状。即,透镜形成用区域401a的外周形状及透过率分布反映在最终形成的微透镜202的形状。透镜形成用区域401a的外周形状既可以是六边形,也可以是例如圆形或椭圆形及六边形以外的多边形。由于例如电视机等所使用的显示器的像素形状的主流是长宽比为3∶1的长方形,所以,微透镜的形状也最好做成与像素形状同样的长宽比为3∶1的长方形。透镜形成用区域401a的形状即使为六边形以外的形状时,光透过率也从中心同心圆状地连续变化。

曝光用微透镜403的材料是光硬化性树脂,详细地说是负性光刻胶。曝光用微透镜403可以用正性光刻胶或热硬化性树脂及热塑性树脂等形成。但是,曝光用微透镜403由于用作光学透镜,希望是没有光分解性或热塑性的材料。再有,曝光用微透镜403用热硬化性树脂形成时,在形成该曝光用微透镜403自身时需要进行热处理,有可能因其它部件被加热而导致变形或变质。因此,曝光用微透镜403较好是使用负性光刻胶。此外,作为曝光用微透镜403的材料使用负性光刻胶较好的其它理由,还有灰色标度401和曝光用微透镜403的对准精度。对此将在后面叙述。

曝光用微透镜403是六边形的单位透镜的集合体。该单位透镜的平面形状和透镜形成用区域401a的平面形状大致一致。因此,透镜形成用区域401a和单位透镜以同一间距排列。并且,透镜形成用区域401a的中心和单位透镜的光轴大致一致。即,曝光用光为垂直偏振光的话,字同样的透镜形成用区域401a进行了强度调制的曝光用光利用与该透镜形成用区域401a对准的单位透镜进行会聚。在此,包含在曝光用微透镜403的单位透镜除六边形以外的形状,虽可以是例如圆形或椭圆形,但考虑到平面的填充率,较好是多边形。并且,为了提高最终形成的微透镜的形状精度,较好是与透镜形成用区域401a相同的形状。

其次,用图13来说明本实施例的带透镜的母灰度掩模460的制造方法。首先,在母灰度掩模的一个面上涂布负性光刻胶。即,如图13(a)所示那样,在一个面上形成有灰色标度401的支撑基板402的另一面上涂布负性光刻胶层410。支撑基板402及灰色标度401是母灰度掩模4000。负性光刻胶层410是例如紫外线硬化型光刻胶,只要是具有感光性溶胶凝胶树脂等的透明性及紫外线硬化性的光刻胶即可。此外,氟、金属微粒子、络合物等也可以包含在例示的感光性溶胶凝胶树脂中。

其次,如图13(b)所示,从灰色标度401侧对负性光刻胶层410进行曝光。曝光是以3000mJ的能量照射365nm附近波长的紫外线。图中的虚线是曝光用光的光线图。如图中的虚线所示,从灰色标度401侧照射的光首先利用灰色标度401对曝光用光进行强度调制。详细地说,以透镜形成用区域401a的中心部为最大同心圆状地进行强度调制。

由透镜形成用区域401a进行了强度调制的曝光用光通过支撑基板402对负性光刻胶层410进行曝光。曝光用光由于被透镜形成用区域401a进行了强度调制,所以通过了透镜形成用区域401a中心部的曝光用光的曝光强度强,通过了透镜形成用区域401a外周部附近的曝光用光的曝光强度弱。因此,如图所示,可以把负性光刻胶层410曝光成透镜形状。

负性光刻胶层410的曝光结束后,通过对负性光刻胶层410进行显影来去除未硬化的部分。这样能够得到如图13(c)所示那种带透镜的母灰度掩模460。这样所形成的曝光用微透镜403的各单位透镜的光轴与各透镜形成用区域401a的中心在垂直方向一致。因此,通过以负性光刻胶层410那种光硬化性树脂形成曝光用微透镜403,能够容易地进行灰色标度401和曝光用微透镜403的对准。此外,由于可以一次同时曝光,从而可以利用大型基板同时形成多个,生产率也优良。

在上述说明中,为了在母灰度掩模4000上形成曝光用微透镜403,完成的带透镜的母灰度掩模460形成了多个用于形成包含在一个液晶面板100上的微透镜阵列200的灰度掩模400。若在一个灰度掩模400上形成曝光用微透镜的话,则做成用于形成包含在一个液晶面板100中的微透镜阵列200的带透镜的母灰度掩模。

(4)第四工序(在液晶基板上形成多组微透镜阵列)下面,用图14来说明使用了带透镜的母灰度掩模460的微透镜阵列200在液晶基板上的形成方法。

如图14(a)所示,在作为液晶面板100的基板的透明基板102的一个面上涂布负性光刻胶层210。负性光刻胶层210可以与图13中的负性光刻胶层410相同或不同,只要是具有透明性及紫外线硬化性即可。在透明基板102的另一面上形成有TFT元件108、像素电极161及布线162。

如图14(a)所示,配置带透镜的母灰度掩模460及透明基板102使得形成有TFT元件108等的面与曝光用微透镜403面对。此时,如图中的点划线所示,透镜形成用区域401a的中心及曝光用微透镜403的单位透镜的透镜光轴通过开口部161a。即,透镜形成用区域401a及曝光用微透镜403的单位掩模的间距和开口部161a的间距一致地配置。并且,曝光用微透镜403和TFT元件108等的形成面的距离配置成与曝光用微透镜403的焦距大致一致。即,配置带透镜的母灰度掩模460及透明基板102使得利用曝光用微透镜403会聚的曝光用光不被线路元件挡住而可以通过开口部161a。

其次,如图14(b)所示那样,以平行光从带透镜的母灰度掩模460的灰色标度401侧对负性光刻胶层210进行曝光。曝光是以3000mJ的能量照射365nm附近波长的紫外线。图中的虚线是曝光用光的光线图。如图中的虚线所示,从灰色标度401侧照射的曝光用光首先利用透镜形成用区域401a进行强度调制。详细地说,进行强度调制使得以透镜形成用区域401a的中心部为最大同心圆状地降低曝光强度。

由透镜形成用区域401a进行了强度调制的曝光用光通过支撑基板402,入射到曝光用微透镜403。如上所述,由同一透镜形成用区域401a进行了强度调制的曝光用光入射到与其对应的单位透镜。利用曝光用微透镜403会聚的曝光用光不被TFT元件108及反射部161b挡住而通过开口部161a并入射到透明基板102上。

通过了开口部161a的曝光用光通过透明基板102而对负性光刻胶层210进行曝光。曝光用光由于被透镜形成用区域401a进行了强度调制,从而通过了透镜形成用区域401a中心部的曝光用光的曝光强度强,通过了透镜形成用区域401a外周部附近的曝光用光的曝光强度弱。因此,如图所示,可以把负性光刻胶层210曝光成透镜形状。此时,可以使曝光用微透镜403在空气中的焦距与透明基板102的厚度的光学距离一致。即,可以使透明基板102内部的光路长与从曝光用微透镜403到TFT元件108的空气中的光路长一致。这样一来,在对负性光刻胶层210进行曝光时的曝光用光的扩展与曝光用微透镜403的单位透镜的平面形状相同。因此,在曝光用微透镜403无间隙地填充在支撑基板402上时,通过对负性光刻胶层210进行曝光所形成的微透镜能够无间隙地形成。

在此,即使在曝光用微透镜403中相邻的单位透镜之间有间隙地配置时,通过调整透明基板102的厚度或折射率,即透明基板102内部的光路长,可以无间隙地形成最终形成的微透镜202。

在负性光刻胶层210的曝光结束后,通过对负性光刻胶层210进行显影来去除未硬化的部分。这样一来,能够得到如图14(c)所示那种在一个面上形成有TFT元件108和像素电极161等,而在另一个面上形成有微透镜202的面板基板。这样形成的微透镜202的光轴和开口部161a在光轴方向一致。因此,在把微透镜搭载到液晶显示装置上时,能够容易实现重要的开口部和微透镜的对准。此外,由于可以一起同时曝光,从而可以利用大型基板同时形成多个,生产率也优良。

还有,在上述说明中,使用带透镜的母灰度掩模460来对曝光用光进行强度调制,把曝光用光会聚在开口部161a,但灰色标度401和曝光用微透镜403也可以用各种部件。即,只要能将与微透镜202的形状对应的平行光会聚到开口部161a即可,其方法并不限定于上述方式。

(5)第五工序(分离切断形成有微透镜的液晶基板)如上所述,在形成有微透镜202的透明基板102上,通过形成图1所示的其它部件,则可完成微透镜阵列200和像素电极161的开口部161a高精度地对准了的液晶面板100。

更具体地说,通过在连续地形成多个形成有微透镜的透明基板的大型基板上形成如图1所示的其它部件,则可完成以一定间隔排列有如图15所示的液晶显示面板100的大型母基板1000。各液晶面板100如上所述,以被透明基板101及利用本发明的制造方法形成有微透镜的透明基板102夹住的形态形成了各部件。最终可通过分离切断母基板1000得到多个液晶面板100。

如以上的第一工序到第五工序所述,利用本发明的实施例2的微透镜阵列的制造方法,能够提供微透镜阵列的光轴对准容易、生产率优良的微透镜阵列及液晶显示装置。

此外,通过使用如上所述的带透镜的母灰度掩模,能够提供使微透镜阵列的制造工序中光轴对准容易,生产率优良的微透镜阵列。

还有,在此,虽是在灰色标度401的相反一面涂布负性光刻胶410来形成曝光用微透镜403,但也可以直接在灰色标度401上形成负性光刻胶层410,从灰色标度401的相反一面曝光来形成曝光用微透镜403。即,只要是利用透镜形成用区域401a进行了强度调制的曝光用光被曝光用微透镜403会聚的结构即可。

并且,以在图8、9中说明过的本实施例的灰度掩模的制造方法能够低成本地提供以预定的间距高精度地排列预定的掩模图案的大面积的灰度掩模。

此外,以在图5中说明过的本实施例的主灰度掩模的制造方法能够形成高精度的灰色标度的同时,能够提供成本低及生产率优良的光学部件形成用的灰度掩模。

还有,在上述说明中,虽把用激光刻写做成的光掩模用作主灰度掩模600,但也可以把用激光刻写做成的光掩模用作灰度掩模400或母灰度掩模4000。

实施例3本实施例是实施例2的第一及第二工序的变形例。在实施例2中,虽说明了在透明基板102上形成凸形的微透镜202的方法,但在本实施例中,说明在透明基板102上形成凹形的微透镜202的例子。

在本实施例中,使用与在前面的实施例2中所用的灰度掩模400具有相反的透过率图案的灰度掩模。即,透过率在透镜形成用区域401a的外周最高,在透镜形成用区域401a中光透过率同心圆状地变化,光透过率在透镜形成用区域401a的中心最低。

在本实施例中,与图7的遮光区域401b对应的区域(称为透过区域401c)的光透过率约为100%,在透镜形成用区域401a中透过率从透镜形成用区域401a的外周向中心同心圆状地降低,在透镜形成用区域401a的中心光透过率为接近0%的值。

用形成有这种灰度掩模400的母灰度掩模4000来制作带透镜的母灰度掩模460,以在实施例2中说明过的方法形成微透镜阵列时,能够形成凹形的透镜。此外,不用负性光刻胶层而用正性光刻胶时,通过从与实施例2的场合相反的一侧经由该带透镜的母灰度掩模460对负性光刻胶层210进行曝光,也可以形成凸形透镜。

其次,使用图16来具体地说明本实施例的灰度掩模400及母灰度掩模4000的制造方法。将对准用基板800配置在感光乳剂底板450上,而在对准用基板800上配置主灰度掩模900。

本实施例的对准用基板800具有四边形的开口部801。开口部801以预定的间距排列在对准用基板800面上。开口部801在感光乳剂底板450上形成灰色标度时曝光用光通过。此外,开口部801的排列间距成为最终在感光乳剂底板450上形成灰度掩模400的间距。对准用基板800是具有遮光性的基板,光透过率为0%。在此,开口部801的形状并不限定于四边形,可与该要形成的一个灰度掩模400所包括的灰色标度400对应做适当变更。

主灰度掩模900是形成有可转写灰色标度的掩模图案的主图案901的掩模。主图案901是在主灰度掩模900面上光透过率连续变化的区域。本实施例的主图案901具有六边形的外周形状。并且,在主图案901的区域内光透过率同心圆状地变化,光透过率在中心部达到最高。主图案901遍及多个而形成的区域的外周具有与形成于对准用基板800上的开口部801的形状大致相同的外周形状。此外,在主灰度掩模900上形成有主图案901的部分以外具有透明性。

在本实施例中,在主图案901的最外周光透过率为0%,光透过率朝向主图案901的中心同心圆状地上升,在中心光透过率达到约为100%。此外,在主灰度掩模900上形成有主图案901的区域以外光透过率约为100%。

还有,本实施例的主灰度掩模900虽相当于灰度掩模400的一个,但并不限定于此,也可以相当于例如微透镜202的一个,即仅形成一个主图案901,或者也可以相当于多个灰度掩模400的光掩模。主灰度掩模900相当于灰度掩模400的一个时,对准用基板800的开口部801成为沿灰度掩模400的外周形状的形状。

图17表示放大一个开口部801和主灰度掩模900的立体图。如图17所示,在开口部801的四个角上设有对准标记802。此外,在主图案901的四个角上设有对准标记902。此外,形成于一个开口部801的四个角上的对准标记802的各配置关系与形成于一个主图案901的四个角上的对准标记902的各配置关系一致。

使用如上所述的对准用基板800及主灰度掩模900,如图10所说明过的那样通过对感光乳剂底板450进行曝光,能够得到具有与实施例3的灰度掩模400相反的光透过率图案的灰度掩模。即,从主灰度掩模900侧照射的曝光用光利用主图案901进行强度调制,通过开口部801,对感光乳剂底板450进行曝光。

对感光乳剂底板450进行曝光的曝光用光由于利用主图案901进行了强度调制,从而以与主图案901的反转图案对应的强度对感光乳剂底板450进行曝光。即,在与主图案901的中心部对应的位置曝光强度强,随着接近主图案901的外周附近曝光强度同心圆状地降低,在主图案901的最外周曝光强度为0。此外,在与对准用基板800的开口部801外部对应的位置由于曝光用光被对准用基板800挡住,所以曝光强度为零。

因此,在与感光乳剂底板450上的开口部801对应的位置上形成与主图案901的反转图案对应的转写图案。结束对一个开口部801的曝光后,对下一个开口部801也同样地将对准标记802和对准标记902进行对准,从主灰度掩模900侧对感光乳剂底板450进行曝光,形成转写图案。

这样,通过对全部的开口部801反复曝光,在感光乳剂底板450上以与设在对准用基板800上的开口部801的间距相同的间距形成转写图案。对全部的开口部801的曝光结束后,通过对感光乳剂底板450进行显影,转写图案定影为透镜形成用区域。此外,曝光用光被挡住的部分作为与实施例3的遮光区域401b对应的透过区域401c分别被定影,完成灰度掩模。这样,通过将主灰度掩模900的主图案901做成从中心向外周光透过率连续地减少的结构,能够制造具有从中心向外周光透过率逐渐上升的透镜形成用区域401a的灰度掩模。

如上所述,根据本发明的实施例4,通过调整主掩模的掩模图案,能够提供具有各种图案的灰度掩模。本实施例的对准用基板虽使用了具有四边形开口部801的对准用基板800,但既可以使用实施例2中所使用的施加了对准标记的对准用基板500,也可以在实施例2中使用在本实施例3中所使用了的对准用基板800。

还有,主掩模的主图案不仅是从中心向外周光透过率逐渐减少或者上升,也可以是例如用于形成菲涅耳透镜形状的掩模图案。详细地说,也可以是从掩模图案的中心向外周光透过率同心圆状地重复地上升或下降那样的图案。此外,也可以是圆柱透镜或三角棱镜那样用于形成二维重复图案的图案。

实施例4

本实施例是作为实施例2的第三工序的带透镜的母灰度掩模的变形例。本发明的实施例4的带透镜的母灰度掩模是对实施例3的带透镜的母灰度掩模附加了位置固定功能的光掩模。还有,对实施例1至4标有相同标号的结构表示相同或相当的部件,省略其说明。图18是表示本实施例的带透镜的母灰度掩模461的剖面图。如图所示,本实施例的带透镜的母灰度掩模461在形成有曝光用微透镜403的面上具有定位部件420。

定位部件420是具有透明性的基板,由例如玻璃、聚碳酸脂、丙烯树脂等形成。此外,定位部件420具有与曝光用微透镜403的透镜高度相同或比其更高的凸部421。通过该凸部421的顶部和支撑基板402的面进行粘接,定位部件420与支撑基板402被固定。定位部件420的厚度与曝光用微透镜403的焦距大致一致。

其次,用图19对使用了本实施例的带透镜的母灰度掩模461的微透镜202的制造方法进行说明。在与透明基板102的形成有TFT元件108及透明电极106(以下,称为线路元件)的面相反的面上形成有负性光刻胶层210。首先图19(a)所示,通过使带透镜的母灰度掩模461与透明基板102接触并固定,以使定位部件420与线路元件面对,从而使之重合。此时,对准灰色标度401的透镜形成用区域401a的中心及曝光用微透镜403的光轴和线路元件的开口部161a。

定位部件420的厚度与曝光用微透镜403的焦距大致一致。因此,如图19(b)所示,通过使定位部件420与TFT元件108对准并重合,曝光用微透镜403的焦点便自动地与开口部161a对准。

在本实施例中,定位部件420的厚度(以下为t2)与透明基板102的厚度(以下为t1)大致相同,进而定位部件420的折射率(以下为n2)与透明基板102的折射率(以下为n1)也相等。即,定位部件420以与透明基板102相同的厚度,用同一种材料制成。在此,线路元件的厚度相对于定位部件402及透明基板102的厚度为可以忽略程度的量级。包括在曝光用微透镜403中的单位透镜的透镜光轴与形成与透明基板102上的线路元件的开口部161a一致。并且,包括在曝光用微透镜403中的单位透镜的焦距与t2大致相同。即,曝光用微透镜403的焦点位于线路元件的开口部161a附近。

还有,在形成图1、图3所示的边框201的场合,只要在灰色标度401的最外部设置具有最大透过率的一定区域即可。若此时的透过率与圆形的掩模图案的圆的中心相同的话,形成图案的微透镜202的高度与边框201的高度相同。

如图19(b)所示,从灰色标度401侧进行负性光刻胶层210的曝光。在图19(b)中,用箭头表示曝光用光的举动。通过以3000mJ的能量照射365nm附近波长的紫外线来进行曝光。从灰色标度401侧照射的光首先利用透镜形成用区域401a进行强度调制。详细地说,使透镜形成用区域401a的中心部为最大施加放射状的强度调制。

利用透镜形成用区域401a进行了强度调制的光入射到曝光用微透镜403。如前所述,曝光用微透镜403的焦点与形成于透明基板102的线路元件的开口部161a对准。因此,曝光用光不被线路元件挡住而入射到透明基板102上。

通过了线路元件的曝光用光再通过透明基板102,对负性光刻胶层210进行曝光。在此,如上所述,定位部件420的厚度及折射率与透明基板102的厚度和折射率相同。因此,在线路元件的开口部附近会聚的曝光用光在负性光刻胶层21附近具有包括在曝光用微透镜403中的单位透镜的直径相同的直径。并且,通过利用透镜形成用区域401a进行的强度调制使直径中心的光达到高强度。即,通过了透镜形成用区域401a的曝光用光之中,圆的中心以最高的强度对负性光刻胶层210进行曝光,随着朝向圆的外周,以同心圆状的低强度进行曝光。结果,能够把负性光刻胶层曝光成具有所希望的透镜图案。

负性光刻胶层210的曝光结束后,从形成有线路元件的透明基板102上卸下带透镜的母灰度掩模461,通过对负性光刻胶层210进行显影能够得到形成有微透镜阵列200的透明基板102。通过在该透明基板102上形成如图1所示的其它部件,则完成微透镜阵列200和TFT元件108及其它开口部高精度地对准了的液晶显示装置。

还有,在图19中,透明基板102和曝光用基板300的厚度及折射率也可以不同,只要透明基板102和曝光用基板300的光路长相同即可。即,只要t1×n1=t2×n2成立即可。这是因为只要曝光用微透镜403的口径与曝光用光达到负性光刻胶层210的状态的直径相同即可,只要是光路长相同它也成立。

此外,透明基板102内部的光路长与曝光用基板300内部的光路长也可以不完全一致。这是因为,只要是曝光用光到达透明基板102和曝光用基板300的边界,即到达形成于透明基板102上的线路元件附近的状态的光斑直径至少比线路元件的开口部更小,就对曝光强度没有影响。因此,至少满足0.75<(t1×n1)/t2×n2<1.25的关系即可。

并且,若使透镜形成用区域401a的掩模图案为四边形的话,则可在负性光刻胶层210上得到四边形的透镜图案。四边形的透镜图案可用于与动画对应的透镜,例如适用于液晶电视等。

在本实施例中,虽使用负性光刻胶形成微透镜,但也可以不用负性光刻胶而用正性光刻胶。该场合,形成有透镜的面可以不在透明基板102上而在其他基板上。

如上所述,利用定位部件420,在透明基板102上形成微透镜202的工序中,可以容易地进行带透镜的母灰度掩模461的位置固定。

还有,如图20所示,能够在定位部件420的与曝光用微透镜403相反的面上设置遮光图案302。这样,能够抑制因光的扩散而导致的光强度的起伏,能够得到更高精度的透镜图案。遮光图案302具有挡住光的遮光部分和使光透过的开口部分,该开口部分在与曝光用微透镜403所包含的单位透镜的透镜光轴垂直的方向一致。

图20所示的箭头表示使用具有该遮光图案302的定位部件420与图19同样地进行曝光时的通过定位部件420的曝光用光的轨迹。如图所示,垂直入射曝光用微透镜403的光以外被遮光图案302的遮光部分挡住,不能透过到透明基板侧。因此,对负性光刻胶层进行曝光的只是垂直光,能够抑制因扩散导致的光强度的起伏,得到更高精度的透镜图案。

还有,带透镜的母灰度掩模461的定位部件420的固定方法及方式并不限定于图18所示的方式。例如,可以在支撑基板402上设置具有曝光用微透镜403的透镜高度以上的高度的边框,利用该边框粘接支撑基板402和定位部件420。该边框在支撑基板402上形成曝光用微透镜403时可以用相同的材料同时形成。

此外,定位部件420的粘接点并不限定于凸部421和上述边框,也可以粘接在曝光用微透镜403的顶点。并且,也可以通过在曝光用微透镜403和定位部件420的间隙之间填充树脂材料并使之硬化进行粘接。

并且,在定位部件420的表面,即在与线路元件重合的面上也可以设置图如21(a)所示的凹部423。通过设置该凹部423,在向透明基板102形成微透镜202的工序中,如图21(b)所示,定位部件420便不与TFT元件108接触。这样,降低了制造工序中的TFT元件108的损坏,能够提高成品率。

另一方面,不用定位部件420,而如图22(a)所示,通过设置具有曝光用微透镜403的透镜高度以上的高度的边框424,也可以固定带透镜的母灰度掩模460。该场合,通过使边框424的高度(t3)与曝光用微透镜403在空气中的焦距一致,能够得到与上述同样的效果。

如图22(b)所示,透明基板102与曝光用微透镜403仅隔开边框424的高度,即t3而配置,在透明基板102和曝光用微透镜403之间设有空气层。在此,重要的是t3与t1的关系。这是因为,需要调整t3使得空气层中的光路长与透明基板102中的光路长大致一致。即,需要t3=t1×n1的关系成立。

并且,曝光用微透镜403的焦距也与t3大致相同。即,曝光用微透镜403的焦点处于空气层和透明基板102的边界附近。此外,透镜形成用区域401a的中心,曝光用微透镜403所包含的单位透镜的透镜光轴和形成于透明基板102上的布线部件的开口部161a在垂直方向一致。

利用这种方法形成微透镜202时,不需要使其它部件与透明基板102的形成有线路元件的面接触,形成有线路元件的面面对空气层。因此,不用担心因线路元件和其他部件接触而损伤线路元件,能够提高成品率。还有,在上述说明中,虽把形成于透明基板102上的TFT元件108及透明电极106定义为线路元件,但线路元件也可以不包含这两者,或者只有任何一方。此外,也可以包括像素电极161等其它部件。

实施例5本实施例是作为实施例2的第四工序的在液晶基板上形成多组微透镜阵列的方法的变形例。在本实施例中,说明的不是利用灰度掩模进行强度调制,而是使用具有所希望的凹部的金属模具等压模来形成微透镜202的例子。

如图23所示,在透明基板102的前面侧配置曝光用基板300。在与曝光用基板300的透明基板102相反一侧的面上形成有曝光用微透镜301。在透明基板102的背面侧配置填充有光硬化性树脂211的压模220。压模220是具有可转写要形成的微透镜202的形状的凹部的模具,是例如金属Ni制成的模具。光硬化性树脂211主要是紫外线硬化树脂,是丙烯系树脂等具有透明性的树脂。

从曝光用基板300侧进行光硬化性树脂211的曝光。曝光是以3000mJ的能量照射365nm附近波长的紫外线。图24表示曝光用光的光线图。曝光用光通过开口部161a入射到透明基板102上后,对压模220内的光硬化性树脂进行曝光。

在本实施例中由于使用压模220,从而不必像实施例1那样准备灰度掩模400。此外,由于来自曝光用基板200侧的曝光用光不被TFT元件108等的布线元件挡住而可以一直达到压模220,从而不必像实施例1那样调整曝光用基板300和透明基板102的光路长。

实施例6在本实施例中,对使用实施例2至6说明过的制造方法所制造的微透镜阵列及具有微透镜阵列的液晶显示装置进行说明。

首先,与原来使用的通过回流材料形成微透镜202的方法进行比较,对在本发明的实施例中说明过的微透镜202的形状进行说明。

在微透镜202的底面具有六边形那种多变形的形状时,使用原来的回流方法(以下简称为回流法)存在难以将透镜的曲率半径做成恒定的问题。在用回流法时,透镜的曲率半径由透镜中心的顶点和透镜外周所决定。透镜底面形状为圆形时,透镜的曲率半径在任意的径向虽是相同的,但在其他场合,例如在本实施例的这种六边形的场合,连接透镜中心和透镜外周的线段的长度由于随径向不同而异,所以透镜的曲率半径不同。就把微透镜无间隙地配置在透明基板102上,进一步提高背光的利用效率的目的而言,微透镜的底面形状较好的是多边形,即从中心到外周的距离不是恒定的形状,例如是长方形。因此,在微透镜202的形成中,使用回流并不理想。

使用图25说明透镜底面形状为六边形的情况。如图25(a)所示,在透镜底面形状俯视为正六边形时,通过其中心连接相对的顶点的线段P为最大直径,通过中心连接相对的边的中心的线段Q为最小直径。线段Q的长度为线段P的长度的大约87%。采用回流法时,线段P的透镜截面如图25(b)所示那样形成,线段Q的透镜截面如图25(c)的实线所示那样形成。如图25(c)所示,在线段P和线段Q的径向产生了透镜截面的曲率半径不同。因该曲率半径的不同,在线段P和线段Q的径向的焦点不同。当焦点不确定时,不能把入射到微透镜202上的光会聚到一点,结果,不能把背光有效地会聚到开口部161a。

在本发明的实施例中,把线段Q中的透镜截面做成如图25(d)所示的结构。即,把线段Q中的透镜截面的曲率半径做成与线段P的曲率半径相同,垂直地切掉端部使该透镜宽度为线段Q的长度。只要是这种透镜形状,曲率半径就不会随径向而有所不同。如图25(b)及图25(d)所示,虽然较好是使微透镜202的最大曲率半径和最小曲率半径一致。但至少最小曲率半径应为最大曲率半径的80%以上,优选82%以上,更优选90%以上。另外,在本实施例中,如图25(b)及图25(d)所示,使最大曲率半径与最小曲率半径一致。

再有,作为评价微透镜202的透镜曲率的稳定性的另一个指标,是透镜的圆球度。评价透镜的圆球度的rms(root mean sqaure,均方根)值能够以下述【数学式4】表示。

【数学式4】rms=Σi=1n(f(i)-g(i))2/n]]>图26是测量微透镜的圆球度的曲线图。透镜的圆球度相对于通过透镜中心的各截面,从其差的面积求出的以最小平方法进行拟合的与圆球曲线的偏离量的rms值来进行评价的值。该值越小,透镜曲率就越接近圆球,曲率更稳定。微透镜的圆球度,即rms值较好是在0.005以上、0.2以下,优选0.005以上0.15以下。本实施例的微透镜的rms值为0.04。

图27表示本实施例的微透镜202的立体图。图27(a)是本实施例的微透镜202的立体图,用虚线表示代表透镜表面的圆弧。如图27(a)所示,在本实施例的微透镜202中,其形状为连接相对的顶点的弧线一直到达透镜底面,而通过透镜中心、连接相对的边的弧线到达透镜外周时弧被切断。图27(b)是将图27(a)所示的透镜无间隙地配置的立体图。

如上所述,具有如图27所示的结构的微透镜难以用回流法形成。因此,本实施例的微透镜202最好是用2P(Photo-Polymer,干膜)法或通过使用了灰度掩模的曝光的形成方法来形成。在采用2P法时,在形成了可转写所希望的曲面形状的模具的压模中填充硬化性树脂,相对透明基板102挤压该压模,通过使形成于压模的模具内的光硬化树脂曝光并硬化来形成微透镜202的形状。在使用了灰度掩模的曝光方法中,使形成于透明基板102上的负性光刻胶通过形成有所希望的掩模图案的灰度模并进行曝光来使负性光刻胶硬化成所希望的形状。

在图28中,表示对于本实施例的液晶显示装置、比较例及现有技术例子的液晶显示装置的亮度、对比度、透镜圆球度及透镜曲率恒定性进行比较的表。在此,透镜圆球度为数学式4中表示的rms值,透镜曲率恒定性为透镜的最小曲率半径与最大曲率半径的比例。此外,比较中所用的微透镜为圆形及四边形,这种微透镜可以利用使用了上述的2P法或通过使用了灰度掩模的曝光的形成方法来形成。

本实施例的液晶显示装置以采用圆形透镜的场合为实施例A,采用四边形透镜的场合为实施例B。作为比较例,以具有用回流法形成了负性光刻胶的圆形微透镜的液晶显示装置为比较例C,以具有用相同方法形成的四边形微透镜的液晶显示装置为比较例D。作为现有技术例子,以未配置微透镜、布线部件内的电极全部以透明电极形成的液晶显示装置为现有技术例子E,以同样在像素电极的中央设置直径35μm的透明电极、剩下的为反射电极的液晶显示装置为现有技术例子F。

在没有使用微透镜的现有技术例子中,现有技术例子E在太阳光下画面为白光,对比度不够。现有技术例子F在太阳光下的对比度很好,在室内使用时的亮度低,鲜艳度不够。实施例A及实施例B即使在太阳光下辨认性也优良,在室内使用也能够得到足够的亮度并鲜艳地显示。相对于此,比较例C及D由于透镜的圆球度低,聚光率降低,从而在室内使用时明显很暗,不能鲜艳地显示。

其次,对液晶面板100的背光侧的透明基板102的厚度和从背光光源入射到液晶面板100的背光的发散成分对微透镜产生的光学效果的影响进行说明。图29是表示在液晶显示装置中组合背光单元70的状态的示意剖面图。如图29所示,本实施例的背光单元70具有背光光源71、导光板72及棱镜板73。在原有的背光单元中,虽然大多还具有漫射板,但在本实施例中,利用微透镜阵列200会聚到图2所示的开口部161a的光由于通过开口部161a后发散,因而能够得到与漫射板同样的效果。因此,不需要漫射板,从而可使背光单元70的小型化并降低成本。

背光光源71是背光单元70的发光部,该发光体多使用4个或2个白色LED。背光单元70是省能源型背光单元,背光光源71配置于背光单元70的侧面。在此,用于背光光源71的发光体并不限定于白色LED,例如,也可以将发红、蓝、绿各种光的LED的光混合来做成白色光。此外,也可以用冷阴极管。通过对背光光源71使用LED,能够提高色彩的再现性。

导光板72把配置于侧面的背光光源71的光导向棱镜板73侧。本实施例中的导光板72是形成有三角槽的压花导光板。导光板72主要以丙烯系树脂制成。

棱镜板73把利用导光板72导向到液晶面板100侧的光进一步偏向大致垂直于液晶面板100的光。图30是表示利用棱镜板73产生的垂直偏向的状态的示意图。本实施例的棱镜板73如图30(a)所示,是排列着具有扇形、即凸曲面的棱镜的聚光型棱镜板。与通常的三角形棱镜不同,通过利用弧面偏光可实现更高精度地垂直偏向,可以使背光单元的光强度分布为垂直成分更强的分布。棱镜板73可使用例如日本三菱丽阳株式会社制的提高亮度用的棱镜板,ダイヤアト(注册商标)。使用该棱镜板73,进行垂直偏向时光也多少具有发散成分,但通过调整导光板72的三角槽和该棱镜板73的棱镜顶角,则可控制光具有的发散成分的发散角。

除了图30(a)所示的方式以外,还可以如图30(b)所示那样,把三角形棱镜配置成其顶点与导光板相对以实现垂直偏向。该场合,也可以通过调整导光板的三角槽和棱镜板73所包含的该棱镜的三角形顶角,以控制垂直偏向的发散角。并且,如图30(c)所示,还可以配置成两块棱镜相互以90度的角度相交。

在具有图1所示的结构的液晶显示装置中,透明基板102的厚度及从背光单元70入射到液晶面板100的光的发散成分对该液晶显示装置的显示亮度有很大的影响。图31表示透明基板102的厚度与入射到微透镜202的背光的入射角的关系。在此,发散角θ可定义为一原状入射到微透镜202的背光的入射角θ。图31(a)表示透明基板102的厚度为t1时,仅倾斜角度θ入射到微透镜202的光被反射部161b遮挡的场合。将该场合的、由微透镜202导致的聚光点偏离光轴的偏离量设为s1时,s1为s1=t1·θ/n。因此,t1值越小,s1的值也越小。

图31(b)表示使透明基板102的厚度变薄的场合的状态。图31(b)表示在透明基板102的厚度为t2的场合,仅倾斜角度θ入射到微透镜202的光通过开口部161a的情况。但是,使t2为比t1更小的值。如上所述,微透镜202的聚光点的偏离量s2为s2=t2·θ/n。由于t2为比t1更小的值,所以,如图31(b)所示,s2为比s1更小的值。这样,通过使透明基板102变薄,能够提高入射光通过开口部161a的比例。

此外,入射到微透镜202之前的角度θ相当于从背光单元70入射到液晶面板100的背光的发散成分的角度。因此,背光的发散成分的角度作为入射到微透镜202的入射角度θ对偏离光轴的偏离量有影响,该θ越小,偏离光轴的偏离量越小。

图32是表示对图29所示的本实施例的背光单元,从棱镜板73照射的光的发散角θ与亮度比的关系的曲线图。在图32中,实线与虚线在发散角θ的方向正交。实线表示背光光源71和导光板72在长度方向的发散角,虚线表示在短方向的发散角。如图32所示,背光光源71的光强度具有高斯分布。在本例中所用的棱镜板73具有图30(b)所示的结构。

如图32所示,本实施例中所用的背光单元出射的光是以垂直成分为中心左右的光强度逐渐减少的光。该背光的强度分布可大致看作是高斯分布。在该光强分布中,相对于最大强度即垂直成分的强度,若考虑直到表示20%的强度的角度的话,可以认为利用了背光的全部能量的90%以上。即,若假设透镜的聚光特性具有该20%的光强度的发散角的范围的话,能够足够规定该效果。还有,根据背光单元的结构,相对垂直成分虽有左右不对称的情况,但除了例如+5°、-30°等那种极端不对称的情况外,把具有左右的20%的光强度的发散角的平均值定义为发散角也没问题。

如图32所示,在使用了本实施例使用的棱镜板73时,光强度进一步向中心集中。因此,发散成分进一步减少,能够更加提高光的利用效率。并且,若考虑这种光的强度分布的话,不需要会聚光的发散成分的全部,只要能从垂直成分会聚一定角度范围的发散成分,就能足够地提高光的利用效率。在本实施例中,把亮度成为中心亮度的20%的角度定义为光的发散角。

在此,图32所示的曲线图是由棱镜板73及导光板72的一种状态所测定的结果,如上所述,通过调整棱镜板73的棱镜的顶角及导光板72的三角槽,就可以调整发散角。

确定了背光的发散角θ和透明基板102的厚度后,便可用图31所示的计算方法求出利用微透镜202会聚的光到达像素电极161时的光斑直径。图33是在透明基板102的厚度为300μm时的用圆表示各发散角的光斑直径的图。圆Q是发散角为8°的场合,圆R是发散角为15°的场合。在此,使微透镜202和开口部161a的中心一致。

在图33中,像素电极161的尺寸是宽50μm、长150μm。此外,开口部161a是宽30μm、长62μm。因此,像素开口率为25%左右。如图所示,因背光的发散成分,光斑直径溢出于开口部161a。但是,在该场合,光强度对圆Q或圆R不是一样的分布,而是如前所述在中心部分具有强度的峰值。假设其分布为高斯分布。

光的发散成分的分布如图32所示为高斯分布。因此,以图31所示的发散角θ和透明基板102的厚度为参数,以横轴为光斑直径,将中心部的光强度标准化为1,以y=exp(A×x2)的数学式进行高斯近似计算时,能够画出图34所示的曲线图。在此,A是把中心亮度标准化为1时的标准化常数。图34所示的曲线图表示利用一个微透镜202会聚的光到达像素电极161时的相对于离开透镜光轴的距离的光强度分布。如上所述,把光的发散成分中达到中心亮度的20%的角度定义为发散角。即,用微透镜202会聚前的光束的最外部的亮度是中心亮度的20%。利用微透镜202会聚后如图34所示,由于微透镜202的聚光效果,相当于会聚前光束的最外部的部位的光强度接近于0,或者为0。

图34的参数如所示的那样,透明基板102的厚度越厚,而背光的发散角θ越小,光强度就更向中心集中,成为光束的扩展(光斑直径)小的尖锐分布。当把图34所示的各曲线图以光斑直径=0μm为轴积分一周时,求出利用一个微透镜202会聚的光的强度(以后取为I1),但由于图34的曲线图的中心光强度标准化为1,因此,由积分一周所求得的值I1仅表示对每一个参数的光强度分布,不能将参数不同的曲线图进行比较。

另一方面,在设每单位面积的背光强度为I0时,入射到一个微透镜202的光的强度能够表示为150×50×I0。在此,为了计算简单而设I0=1。相对于I1,若解除使中心强度为1的标准化,并设为使与上述I0对应的系数为k,则可取作k×I1=150×50×I0。

以这种计算对各参数求出系数k,通过对图34的曲线图所示的各参数乘上相应的系数k,就能够画出表示相对于离开透镜光轴的距离的光强度的图35的曲线图。图35表示利用一个微透镜202会聚的光到达像素电极161时的光强分布,图31所示的发散角θ及透明基板102的厚度t为参数。此外,由于利用系数k解除了标准化,所以表示了每一个参数的相对的光强度。但是,由于光强度是以背光的每单位面积的光强度I0=1为前提,因而无量纲。如图所示,可以看到,发散角越小,而透明基板102的厚度越薄,光强度越集中在透镜光轴附近。

即,如图33所示的、利用微透镜202会聚的光到达像素电极161时的光的光斑直径不必全部包括在开口部161a中,只要作为光斑所示的圆的半径的一半左右包括在开口部161a中,就能提高光的利用效率。

这样,背光利用微透镜202会聚,因光的发散成分而具有如图35所示的强度分布。通过把图35所示的曲线图以纵轴为轴积分一周,就能够求出利用一个微透镜202会聚的背光的光强度。在此,如图33所示,像素电极161的开口部161a的宽为30μm,长为62μm。因此,发散成分通过宽度方向直到30μm,长度方向直到62μm的开口部161a,并最终用作背光。

为了求得最终通过开口部161a,用作背光的光的强度(以后,作为I2),能够通过以下方法求得:将图35的横轴以开口部161a的开口直径(以下作为φ)的一半的值,即开口半径φ/2予以划分,并对直到该划分的范围进行如上所述的积分一周。

在此,开口部161a为长方形,由于离中心的距离不是一定的,因此图35的横轴的积分范围不定。因此,为了求得通过开口部161a、用作背光的光强度,能够使用例如开口部161a的边的短边方向的长度。此外,也能够使用开口部161a的短边方向和长边方向的中间值。并且,也可以求出从开口部161a的中心部到开口部161a的外周的平均长度,并将其作为φ/2。具体地说,可以这样求得:若为长方形,以(长边+短边)/2求得;若为正五边形以上的正多边形或椭圆,以(短轴+长轴)/2求得。在本实施例中,将进入开口部161a的最大圆的半径取为φ/2。

在本实施例中,划分图35的横轴的范围取开口部161a的横向长度30μm和纵向长度62μm的中间点。即,由于横向长度30μm和纵向长度62μm的平均值为46μm,因而对直到其一半的23μm的范围以光斑直径=0μm为轴积分一周。

在此,在背光入射到微透镜202及透明基板102时,因入射前和入射后的折射率的不同而使入射角受到影响。设背光入射到微透镜202及/或透明基板102前的范围的折射率为1,设入射后的折射率为n,即,入射前和入射后的折射率之比为n。在本实施例中,入射到微透镜202及透明基板102之前是在大气中,入射后的折射率为1.52。

如上所述,通过用I1除所求得的I2能够求得光的利用效率E。使用上述各要素,入射角θ(rad)、透明基板102的厚度t(μm)、开口部161a的开口直径(μm)、微透镜202及透明基板102的折射率n,当设表示利用微透镜202会聚的光的光斑半径与开口部161a的开口直径φ之比的参数为常数P时,能够表示为P=(φ·n)/(θ·t)。

图36表示参数P所依赖的各数值得到的参数P(下排)及与之对应的光的利用效率E的值(上排)。而图37表示以横轴为参数P,以纵轴为光的利用效率E的曲线图。在此,光的利用效率E是通过了开口部161a的背光的光强度相对于背光的光强度的百分比。因此,最高值为1,这表示背光完全不被反射部161b挡住,利用微透镜202会聚并通过开口部161a的情况。此外,在不使用微透镜202的场合,像素电极161的开口率就是光的利用效率E。

从图36可知,透明基板102的厚度t的值越小,而开口直径φ的值越大,即参数P的值越大,则光的利用效率就高。为了恰当地发挥微透镜202的效果,只要规定光的利用效率E即可。由于目前的半透过型液晶显示装置的开口率为25%左右,所以,在不使用微透镜202时光的利用效率E为0.25左右。因此,在本实施例中,若规定光的利用效率在0.25以上的话,就能够得到比原有的半透过型液晶显示装置更高的亮度。若E在0.5以上的话,就能够得到具有目前的装置的大致一倍以上亮度的非常高性能的装置。在此,开口率若为50%的话,当然能够确保0.5以上的光的利用效率。

在此,在图36中,对光的利用效率E为0.5以上的单元附上阴影线。此外,对于同一基板厚度及同一发散角,在多个不同的开口率中光的利用效率表示为1的场合,仅对开口率最低的数据的单元附加阴影线。并且,对于同一基板厚度及同一开口率,在多个不同的发散角中光的利用效率表示为1的场合,仅对发散角最低的数据的单元附加阴影线。

具体地,对将光的利用效率E规定为0.5左右进行说明。在图36中,光的利用效率在0.5以上并且为0.5左右的数据用粗线框围起来。在与这些值对应的参数P之中最小的值是,透明基板厚度t为300μm、入射角θ为15°、开口率为20%中的0.852,E为0.53。因此,为了规定光的利用效率E在0.5以上,较好是规定参数P的值在0.8以上,优选在0.85以上。

光的利用效率E的最大值为1,即为无损失地利用背光的状态。如图37所示,参数P的值为1.7左右光的利用效率E达到1。即,即使设计各部件使得参数P的值高达1.7以上,也不能够提高光学效果。然而,为了提高参数P的值,需要使透明基板102的厚度t减薄,使发散角θ变小,或者使开口直径φ变大。

在本实施例中,使透明基板102的厚度t在100μm至600μm的范围来计算。透明基板102的厚度不到100μm时,难以确保液晶面板100的强度,导致成品率下降、液晶显示装置的强度降低。此外,透明基板102的厚度在600μm以上时,则违反液晶显示装置的小型化的要求。更好的是使透明基板102的厚度t在200μm以上400μm以下。这样,能够同时实现半透过型液晶显示装置的薄型化和确保透明基板强度这两者。

为了减小入射角θ,需要更高的准直性能,这在技术面上有困难。发散角θ较好是在5°以下,但若在5°以上10°以下的范围内,则能容易地实现。此外,开口直径φ变大时,反射光的利用效率下降,作为半透过型液晶显示装置的性能下降。这样,通过规定参数P的上限值,能够发挥微透镜202的光学效果的同时,通过设计半透过型液晶显示装置,能够避免不需要的设计条件的限制,导出更合适的设计条件。

具体地,对将光的利用效率E规定在1以下进行说明。图36中,光的利用效率为1之中参数P的值比较低的用双线框围起来。在与这些值对应的参数P之中最小的值是,透明基板的厚度t为300μm、入射角θ为8°、开口率为24%中的1.7818。因此,为了规定光的利用效率E在1以下,较好是规定参数P的值在2以下,更好是在1.75以下。

如图37的曲线图所示,相对于参数P的值的光的利用效率E的值直到参数P的值为1.2左右,变化很大,然后,变化趋缓并逐渐达到1。因此,直到参数P的值达到1.2左右,使透明基板102的厚度t变薄,使发散角θ变小,虽大大地提高了光学效果,但参数P的值达到1.2以上时,可以看到,相对于t及θ的值的变化的光学效果的增加变小。如上所述,由于透明基板102的厚度t变薄伴随着液晶显示装置的强度降低,发散角θ更小在技术上有困难,因此,通过从图36、图37导出可得到很大的光学效果的范围,能够更有效地进行液晶显示装置的设计及制造。

根据以上情况,若相对于参数P的值导出最佳的各数值的值时,例如,若透明基板102的厚度t为300μm、入射角θ为8°的话,即使开口直径φ为30μm,即开口率为9%,也能够得到0.8以上的光的利用效率E。在现有技术的半透过型液晶显示装置中,若开口率为9%的话,光的利用效率为0.09,由于背光的利用效率大大地降低,因而这样低的开口率是不现实的。然而,在本实施例的半透过型液晶显示装置中,即使开口率为9%,也能够实现0.8的光的利用效率E。

参照图36可知,若使透明基板的厚度t变薄(例如300μm以下)、使入射角θ变小的话(例如,5°以下),即使开口率比9%更低,也能够得到0.5以上的光的利用效率。因此,例如若使开口率为5%的话,能够使反射光的利用效率为95%的同时,由于微透镜阵列200的效果,能够确保背光高的利用效率。这样,通过定义以透明基板102的厚度t、入射角θ、折射率n、开口直径φ为要素的参数P,能够容易地导出最佳的半透过型液晶显示装置的设计条件。

如上所述,采用本发明实施例1的液晶显示装置,能够提供发挥了微透镜阵列产生的光学效果的、提高了光的利用效率的液晶显示装置及其制造方法,能够得到至少50%以上的光的利用效率。

还有,使用在本实施例中说明过的参数P,能够构建导出半透过型液晶显示装置的最佳尺寸的系统。这种系统至少具有条件输入部、计算部、结果显示部及控制部。若在条件输入部中输入发散角θ、折射率n、开口直径φ及透明基板的厚度t的话,计算部就使用参数P计算背光的利用效率E,结果显示部就显示利用效率E的计算结果,控制部对这些处理进行控制。

此外,通过输入所希望的背光的利用效率E,输入决定上述参数P的数值之中已判明的数值,也可以计算没有判明的数值的最佳值。

实施例7在本实施例中对在实施例1中说明过的背光单元的其它方式进行说明。本实施例的背光单元是具有面状光源的正下方型背光单元。另外,对标上与实施例1相同标号的结构表示与实施例1相同或相当的部分,省略其说明。

图38是表示本实施例的背光单元80的示意剖面图。本实施例的背光单元80具有透明基板81、间壁82、金属电极83、有机EL材料84、透明电极85、透明基板86及微透镜87。透明基板81、86由例如玻璃、聚碳酸酯、丙烯树脂等制成。在透明基板81上形成有间壁82,沿该间壁82形成有金属电极83。并且,从金属电极83之上向以间壁82隔开的内部注入有机EL材料84。

在透明基板86上形成有透明电极85,相对间壁82配置透明基板86使得该透明电极85与有机EL材料84接触,密封住有机EL材料84。并且,与各间壁82的间距对齐,在透明基板86的外侧形成微透镜87。微透镜87的焦点与透明基板86的厚度做成大致相等。微透镜87可以用2P法形成在与透明基板86不同的透明基板上,也可以与间壁82的间距对齐后粘接。该场合,微透镜87的焦点为形成有该微透镜87的基板的厚度与透明基板86的厚度之和。

其次,对背光单元80的动作加以说明。一旦在金属电极83和透明电极85之间施加电压的话,有机EL材料84发光。在各间壁82内部发出的光通过透明电极85及透明基板86入射到微透镜87。由于微透镜87的焦点大致等于透明基板86的厚度,因而,由于通过微透镜87,在间壁82内部发出的光变成平行光。通过将液晶面板100组合在微透镜87侧,能将背光光源光做为平行光照射到液晶面板100。

如上所述,在本发明的实施例2的液晶显示装置中,能够提供具有合适地发出垂直偏光的背光的背光单元的液晶显示装置。

另外,在图38中,作为发光元件虽使用了有机EL材料,但并不限定于此。使用例如碳纳米管作为场发射型发光面板也可以得到与本实施例同样的效果。

【数学式1、2、3】Z=k-Σn-1mCnh2n···(1)]]>h=(x2+y2)1/2(2)n=1、2、3、4、…【数学式4】rms=Σi=1n(f(i)-g(i))2/n]]>

Claims (32)

1.一种微透镜阵列的形成方法,是使用在具有透明性的支撑基板上形成有曝光用微透镜阵列的曝光用基板在一个面上以预定间隔形成具有多个开口部的布线图案等的透明基板的相反的面上形成微透镜阵列的方法,其特征在于,具有以下步骤:在上述透明基板的与具有开口部的面相反一侧的面上形成感光性树脂层的步骤;相对于具有与上述曝光用微透镜阵列的形状对应的强度分布的平行光,配置上述曝光用基板和上述透明基板,使得上述平行光利用上述曝光用微透镜阵列会聚而从上述开口部入射到上述透明基板内的步骤;使上述平行光通过上述曝光用基板照射到上述感光性树脂层并对上述感光性树脂层进行曝光的步骤;对上述被曝光的感光性树脂层进行显影的步骤。
2.根据权利要求1所述的微透镜阵列的形成方法,其特征在于,通过使平行光透过形成有多个光透过率从中心向外周倾斜的掩模图案的灰度掩模,从而得到具有上述强度分布的平行光。
3.一种微透镜阵列的形成方法,是在一个面上以预定间隔形成具有多个开口部的布线图案等的透明基板的相反的面上形成微透镜阵列的方法,其特征在于,具有以下步骤:在上述透明基板的开口部形成面一侧配置形成有多个光透过率从中心向外周倾斜的掩模图案的灰度掩模和在具有透明性的支撑基板上以与上述灰度掩模的掩模图案一一对应的关系形成有微透镜的曝光用基板,使得上述开口部和上述微透镜的光轴与上述掩模图案的中心对准,并且在从灰度掩模侧照射了光时,利用上述曝光用基板使其会聚并从上述开口部出射的步骤;在上述透明基板的另一面上形成感光性树脂层的步骤;从上述曝光用基板侧照射光来对上述感光性树脂层进行曝光并对其进行显影的步骤。
4.根据权利要求2所述的微透镜阵列的制造方法,其特征在于,上述曝光用基板具有上述曝光用微透镜阵列和规定上述透明基板与形成上述布线图案的面之间的间隔的定位部件;设上述透明基板的厚度为t1,上述透明基板的折射率为n1,上述定位部件的厚度为t2,上述定位部件的折射率为n2时,上述曝光用微透镜阵列的焦距大致与t2相等,并满足0.75<(t1×n1)/(t2×n2)<1.25的条件。
5.根据权利要求2所述的微透镜阵列的制造方法,其特征在于,以x及y表示与对上述感光性树脂层进行曝光的曝光用光的光轴方向垂直的面内的任意坐标位置,以Z表示通过了上述灰度掩模及上述曝光用基板的曝光用光的光强度分布,设a、b、c为任意的实数时,满足以下条件:Z=ah2+bh4+ch6h=(x2+y2)1/2
6.根据权利要求2所述的微透镜阵列的制造方法,其特征在于,上述定位部件在与形成有曝光用微透镜的面相反的面上具有遮光图案,该遮光图案的开口部与上述曝光用微透镜的透镜光轴在垂直方向基本一致。
7.根据权利要求2所述的微透镜阵列的制造方法,其特征在于,上述曝光用基板与上述灰度掩模一体形成。
8.根据权利要求2所述的微透镜阵列的制造方法,其特征在于,配置成将空气层介于上述曝光用基板与上述透明基板之间。
9.根据权利要求8所述的微透镜阵列的制造方法,其特征在于,设上述透明基板的厚度为t1,上述透明基板的折射率为n1,上述空气层的厚度为t3时,上述曝光用微透镜阵列的焦距大致与t3相等,并满足0.75<(t1×n1)/t3<1.25的条件。
10.一种微透镜阵列的制造方法,是在一个面上形成具有多个开口部的线路元件图案的透明基板的另一面上形成微透镜阵列的方法,其特征在于,具有以下步骤:在上述透明基板的另一面上形成感光性树脂层的步骤;以与上述开口部的间距大致相同的间距把形成有多个曝光用微透镜的曝光用基板配置在上述透明基板的一个面侧的步骤;以与上述开口部的间距大致相同的间距把形成有多个透镜形成用区域的灰度掩模配置在上述透明基板的一个面侧的步骤;通过上述灰度掩模及上述曝光用基板,对上述感光性树脂层进行曝光的步骤;对上述曝过光的感光性树脂层进行显影的步骤。
11.一种带透镜的灰度掩模,其特征在于,在具有透明性的支撑基板的一个面上形成灰度掩模,在上述支撑基板的另一面上形成与上述灰度掩模的掩模图案对应的曝光用微透镜。
12.一种带透镜的灰度掩模,其特征在于,在具有透明性的支撑基板的一个面上形成有灰度掩模,在该灰度掩模上形成有与上述灰度掩模的掩模图案对应的曝光用微透镜。
13.根据权利要求11或12所述的带透镜的灰度掩模,其特征在于,上述掩模图案是同一透镜形成用区域的集合体,使用以上述透镜形成用区域的中心为原点的x及y来表示与上述基板平行的面内的任意坐标位置,以Z表示与通过了上述透镜形成用区域的光在与上述基板面平行的面内的光强度分布,设Cn为任意的实数,m为任意的自然数,k=0,或者k为任意的正实数时,满足【数学式1】的条件。
14.根据权利要求11或12所述的带透镜的灰度掩模,其特征在于,具备在曝光时对被曝光基板和上述曝光用微透镜的间隔进行规制的定位部件。
15.一种灰度掩模的制造方法,其特征在于,具有以下步骤:在透明基板上涂布感光乳剂(photo emulsion)并做成灰度掩模原板的步骤;把形成有浓淡样式的主图案的主灰度掩模配置在上述灰度掩模原板上的预定位置的配置步骤;通过上述主图案对上述灰度掩模原板进行曝光的曝光步骤;把上述主灰度掩模配置于在灰度掩模原板上未曝光的位置上,反复进行上述曝光步骤直到应曝光的区域全部曝光结束的步骤;对上述灰度掩模原板进行显影的步骤。
16.根据权利要求15所述的灰度掩模的制造方法,其特征在于,在把上述主灰度掩模配置在上述灰度掩模原板上的预定位置时,通过对准用基板进行配置。
17.根据权利要求16所述的灰度掩模的制造方法,其特征在于,在上述对准用基板上施以主灰度掩模定位用的标记,在把上述主灰度掩模配置在上述灰度掩模原板上时,利用上述标记将其配置到预定位置。
18.根据权利要求15所述的灰度掩模的制造方法,其特征在于,上述对准用基板具有遮光性,设有多个与主图案大小对应的开口窗,在把上述主灰度掩模配置在上述灰度掩模原板上时,配置成上述主图案面对上述开口窗。
19.一种灰度掩模的制造方法,是具有浓淡的灰度掩模的制造方法,其特征在于,具备通过在透明基板上涂布感光乳剂来形成干板的步骤和把与上述浓淡对应进行了多级的强度调制的激光照射到上述干板的乳剂涂布面上的步骤。
20.一种灰度掩模,是在透明基板上涂布感光乳剂、具有被显影的浓淡样式的灰度掩模,其特征在于,上述浓淡样式是具有圆或多边形的形状的连续样式,一个圆或多边形的样式从中心朝向外侧光透过率逐渐增加或减少。
21.根据权利要求20所述的灰度掩模,其特征在于,以与一个微透镜对应的图案的中心为原点用x及y来表示上述灰度掩模中该灰度掩模的主平面上的坐标位置,用Z表示通过了上述图案的光在该灰度掩模的主平面内的光强度分布,设Cn为任意的实数,m为任意的自然数,k=0,或者k为任意的正实数时,满足【数学式2】的条件。
22.一种液晶显示装置,是具有夹住液晶层、在一个面上形成具有反射部和开口部的像素电极的透明基板,和在上述透明基板的另一个面以光硬化树脂直接形成的、具有非圆形底面形状的多个微透镜的半透过型液晶显示装置,其特征在于,上述开口部的开口率在5%以上50%以下,上述微透镜相对于上述液晶显示装置的显示面积的填充率在70%以上,通过上述微透镜的透镜中心的任意线段的透镜截面的曲率半径之中,设最大的曲率半径为R1、最小的曲率半径为R2时,上述R1与R2之比在0.82以上1.0以下。
23.根据权利要求22所述的液晶显示装置,其特征在于,上述微透镜相对于上述液晶显示装置的显示面积的填充率在80%以上。
24.根据权利要求22所述的液晶显示装置,其特征在于,上述开口部的开口率在5%以上20%以下。
25.根据权利要求22所述的液晶显示装置,其特征在于,上述R1与R2之比在0.9以上1.0以下。
26.根据权利要求22所述的液晶显示装置,其特征在于,设通过上述微透镜的透镜中心、连接透镜两端的任意线段的截面的曲线为r1,设对上述r1以最小平方法拟合的球面的曲线为r2时,由上述r1和上述r2包围的面积的rms值在0.005以上0.2以下。
27.根据权利要求26所述的液晶显示装置,其特征在于,由上述r1和上述r2包围的面积的rms值在0.005以上0.15以下。
28.根据权利要求22所述的液晶显示装置,其特征在于,背光的配置使得上述透明基板形成有上述微透镜的面与发光面相对。
29.一种半透过型液晶显示装置,具有:夹住液晶层、在一个面上形成具有反射部和开口部的像素电极的透明基板;在上述透明基板的另一个面上与上述开口部1∶1对准而形成的微透镜;设置成形成有上述微透镜的面与发光面面对的背光单元,其特征在于,在上述背光的发散成分中,把垂直成分的光强度成为20%的角度定义为上述背光单元的发散角θ,设上述背光单元侧的透明基板的厚度为t,设从上述开口部的中心到该开口部的外周的平均长度为φ/2,设上述透明基板及/或上述微透镜的折射率为n时,满足以下关系:0.85≤(φ·n)/(θ·t)
30.根据权利要求29所述的半透过型液晶显示装置,其特征在于,上述微透镜的底面形状是六边形或四边形。
31.根据权利要求29所述的半透过型液晶显示装置,其特征在于,上述微透镜直接形成于上述透明基板上。
32.根据权利要求29所述的半透过型液晶显示装置,其特征在于,满足以下关系:(φ·n)/(θ·t)≤1.75。
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