CN1752775A - 微透镜阵列片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微透镜阵列片及其制造方法。该微透镜阵列片包括：透明衬底，其被排列有微透镜；基部，其被在该透明衬底上形成至由用户所定的高度，该基部被形成在与后来要形成微透镜的相同的位置上；微透镜，其被形成在基部上；以及填隙薄膜，其被加在产生的微结构上，其中作为对该基部的上部进行平坦化的结果，该基部具有相同的高度。该方法包括步骤：(a)在透明支承衬底或薄膜上淀积具有用户所需的形状和厚度的基部成形模，并在该基部成形模间装入要用作基部的材料；(b)对要用作基部的材料的上部进行抛光，使得形成具有相同水平面的基部，并去除该基部成形模；(c)在形成的基部上淀积微透镜；以及(d)在产生的结构上淀积填隙薄膜。

Description

微透镜阵列片及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有改进的可视角度的微透镜阵列片及其制造方法。更特别地，本发明涉及通过在透明衬底或薄膜上形成微结构、使该微结构经过化学机械抛光(CMP)工艺、在抛光后的微结构上排列微透镜以及在产生的结构上形成填隙(gap-filling)薄膜而制造的微透镜阵列片及其制造方法。
背景技术
目前，在微光学系统中广泛使用的微透镜被应用于光学拾波器头、图像传感器等，并且最近正积极开展将微透镜应用于各种显示系统的研究。在更特别的微透镜被应用于显示系统的实例中，该微透镜被应用在背投屏幕中，以将从光源投射的图像放大并将其投射至屏幕上，并且被应用于LCD面板来提高象素的对比度性能。
现将详细说明在以上的实例中应用于该背投屏幕的微透镜阵列片。投影显示系统被用于将从光源投射的图像放大并投影在屏幕上，以便提供图像给观众，其中背投屏幕的性能是由多种特性决定的，如增益、可视角度、对比度、分辨率及均匀性。作为观看高品质图像的基本要素的屏幕均匀性可由制造过程来控制。
图1是应用在背投屏幕中的现有微透镜阵列片的横截面图。如图1中所示，在透明的支承衬底或薄膜1上形成实现光散射(diffusion)的基部(base)3，而在该基部3上形成微透镜4。在微透镜的上表面，形成填隙(gap-filling)薄膜5。
基部高度和表面粗糙度的不均匀成为使微透镜阵列片光学品质退化的因素。基部高度的不均匀导致单个的微透镜的光学特性的改变。当具有这种不均匀高度的基部的微透镜阵列被用在背投屏幕中时，其将影响黑色矩阵(black matrices)的形状和密度，并且当其被用于图像传感器的光学片时，其将使该传感器的精确性退化。同样地，基部表面粗糙度的不均匀性影响在基部上形成的微透镜，从而使得难以制造高品质的屏幕或图像传感器。
如上所述，在微透镜阵列片的制造过程中出现的基部的高度或表面粗糙度的不均匀，成为使微透镜阵列片光学性能退化的要素。特别是在背投屏幕的情况，当基部的高度变得不均匀时，各个微透镜的焦距将改变，并且将影响通过自对准在微透镜上形成的黑矩阵的形状和密度。
发明内容
因此，本发明已经解决了在现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供具有均匀的光学性能的微透镜阵列片及其制造方法，该均匀的光学性能是由对在该微透镜阵列片的制造过程中出现的基部的高度和表面粗糙度的不均匀性的改进而产生的。
本发明的另一目的是提供具有优选的散射角度、可控的可视角度特性以及改进的均匀性的微透镜阵列片及其制造方法。
为实现上述目的，一方面，本发明提供微透镜阵列片，其包括：透明衬底，其被排列有微透镜；基部，在该透明衬底上形成到由用户确定的高度，该基部被形成在后来微透镜要形成的同一位置上；在该基部上形成的微透镜；以及填隙薄膜，其被加在产生的结构上，其中作为对该基部的上部进行平坦化处理的结果，基部具有相同的高度。
另一方面，本发明提供制造微透镜阵列片的方法，其包括以下步骤：(a)在透明的支承衬底或薄膜上淀积具有用户所需的形状和高度的基部成形模，并且在基部成形模间填充被用作基部的材料；(b)对该用作基部的材料的上部进行抛光，以便形成有同样水平面的基部，并将该基部成形模去除；(c)在形成的基部上淀积微透镜；以及(d)在产生的结构上淀积填隙薄膜。
在本发明中，该基部优选地由至少一种从硅、玻璃、透明金属以及有机聚合物构成的组中选择的材料制成。
在本发明中，根据微透镜阵列，基部的平面结构具有圆形形状、椭圆形状或多边形形状等，其优选地类似于要在每一基部上形成的微透镜的上部的形状。
在本发明中，填隙薄膜优选地通过至少一个从下列构成的组中选择的工艺而形成：电镀、非电解电镀、溅射、升华淀积、化学气相淀积以及旋转或喷射涂覆过程。
附图说明
图1是根据现有技术的微透镜阵列片的横截面图；
图2a是说明填充基部步骤的横截面图；
图2b是说明平坦化步骤的横截面图；
图2c是说明去除基部成形模的横截面图；
图2d是说明淀积微透镜步骤的横截面图；
图2e是说明淀积填隙薄膜的横截面图。
具体实施方式
下面，将参考附图说明本发明的优选实施例。在附图中，相同附图标记表示相同的部分，并且将忽略那些被认为是非必须的使得本发明主题不清晰的已知的功能和结构。
图2a至2e是说明根据本发明的一个实施例的制造微透镜阵列片的过程。
现将参考图2a至2e说明制造微透镜阵列片的过程。
图2a说明填充基部30的步骤。如图2a中所示，在透明支承衬底或薄膜10上形成具有用户所需的形状和厚度的基部成形模20，并且将用作基部的材料装入进模20之间的缝隙。该基部30优选地由从硅、玻璃、透明金属和有机聚合物中选择的至少一种物质来形成，其被对于基部成形模20选择性地刻蚀。基于该基部成形模20的形状，每一基部的平面结构可以具有圆形形状、椭圆形形状、多边形形状或其他形状。
图2b说明平坦化基部30的步骤。如图2b中所示，要被用作基部的材料经过化学机械抛光(CMP)来形成具有所需厚度的基部30。
图2c说明去除基部成形模20的步骤，其中有选择地去除该基部成形模20。
图2d说明淀积微透镜40的步骤，其中在该基部30上形成微透镜40。
图2e说明淀积填隙薄膜50的步骤，其中在微透镜40上形成该填隙薄膜50，从而制造微透镜阵列片。如图2e中所示，在由CMP工艺使得该基部30具有同样的高度之后，在各个基部上形成微透镜40，从而制造均匀的微透镜阵列。同样地，通过CMP工艺可以控制该微透镜片的光学性能。
当基部30具有低于图2e中所示的高度时，填隙薄膜50上表面的曲率半径将增加，使得产生的阵列片的光可视角度将比基于微透镜40的曲率半径而设计的情况窄。即，由于可以基于基部30的高度来调节要形成的微透镜阵列片的光可视角度，所以可以根据设计者所设计的光可视角度，通过进行CMP过程来确定该基部30的高度。
同时，本发明所加的该填隙薄膜50可以通过任何常规的薄膜形成过程来形成根据，如电镀、非电解电镀、溅射、升华淀积、化学气相淀积以及旋转或喷射涂覆过程。
而且，上述制造微透镜阵列片的方法可以被用于大规模生产，也可以被用来形成在大规模生产中使用的母版(master)。使用上述方法制造的微透镜阵列片的微结构能被用作制造母版的模具(mold)。因此，使用该微透镜阵列片作为母版，结合诸如母版再现和注入技术的使用，允许该微透镜阵列片的大规模再生产。
通过上述方法制造的微透镜阵列片可以被应用于背投屏幕、LCD面板以及图像传感器如CCD或CMOS成像器件。而且，其可以提供均匀的光学品质，并且其光学性能能够易于控制，使得在该微透镜阵列片的光学性能方面有很大的改进。
根据本发明的微透镜阵列片可以被应用作光学片，其被放置来对应于背投屏幕、电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)成像器件的像素，使得增强该器件的灵敏度，并减少该器件的像素间干扰。而且，该独创的微透镜阵列片被应用作光学片，以改进LCD(液晶显示器)面板像素的对比度性能，调节发射光的扩散角度或调节光增益。
如上所述，根据本发明，通过在基部成形后又附加地进行CMP处理，可以制造均匀的微透镜阵列。该独创的微透镜阵列片可以被用作要求高品质的显示系统的屏幕，并且也可以被应用于各种图像传感器的光学片，使得在该传感器的精确性方面有很大的改进。
此外，本发明提供能够调节基部高度技术，以允许微透镜阵列片的光学性能易于控制。
尽管出于解释性的目的描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将理解，在不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，本发明的各种修改、增补和替换都是可能的。

Claims (18)

1.一种微透镜阵列片，其包括：
衬底；
基部，其具有相同的高度，被淀积在该衬底上；
微透镜，其被淀积在该基部上；以及
填隙薄膜，其被淀积在产生的结构上。
2.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中该基部通过改变其高度来调节光可视角度。
3.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中该基部包含至少一种由硅、玻璃、透明金属和有机聚合物中选择的材料。
4.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中该基部的平面结构具有至少一种由圆形、椭圆形和多边形形状中选择的形状。
5.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中该微透镜由有机材料制成。
6.如权利要求5所述的微透镜阵列片，其中该微透镜还包含至少一种从金属、氧化物、氮化物和有机聚合物中选择的材料。
7.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中该微透镜由无机材料制成。
8.如权利要求7所述的微透镜阵列片，其中该微透镜还包含至少一种从金属、氧化物、氮化物和有机聚合物中选择的材料。
9.如权利要求7所述的微透镜阵列片，其中每一微透镜具有小于1-10mm的尺寸。
10.一种制造微透镜阵列片的方法，包括以下步骤：
(a)在透明支承衬底或薄膜上淀积基部成形模，并在该基部成形模间装入要用作基部的材料；
(b)对要用作基部的材料的上部进行抛光，使得形成具有同样水平面的基部，并去除基部成形模；
(c)在形成的基部上淀积微透镜；以及
(d)在产生的结构上淀积填隙薄膜。
11.如权利要求10所述的方法，其中该基部包含至少一种从硅、玻璃、透明金属和有机聚合物中选择的材料。
12.如权利要求10所述的方法，其中该基部的平面结构具有至少一种从圆形、椭圆形和多边形形状中选择的形状。
13.如权利要求10所述的方法，其中该微透镜由有机材料制成。
14.如权利要求13所述的方法，其中该微透镜还包含至少一种从金属、氧化物、氮化物和有机聚合物中选择的材料。
15.如权利要求10所述的方法，其中该微透镜由无机材料制成。
16.如权利要求15所述的方法，其中该微透镜还包含至少一种从金属、氧化物、氮化物和有机聚合物中选择的材料。
17.如权利要求10所述的方法，其中每一微透镜具有小于1-10mm的尺寸。
18.如权利要求10所述的方法，其中该填隙薄膜通过至少一种从电镀、非电解电镀、溅射、升华淀积、化学气相淀积和旋转或喷射涂覆工艺中选择的工艺来形成。
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