KR100525870B1 - 마이크로 렌즈의 제조 방법, 마이크로 렌즈, 마이크로렌즈 어레이판, 전기 광학 장치 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 투명 기판상에, 에칭 레이트가 투명 기판보다 높은 제 1 막을 형성하는 공정과, 형성할 마이크로 렌즈의 중심에 대응하는 개소에 구멍이 개구된 마스크를 제 1 막상에 형성하는 공정과, 제 1 막 및 투명 기판을, 마스크를 개재하여 습식 에칭하는 것에 의해 마이크로 렌즈의 곡면을 규정하는 비구면의 오목부를 투명 기판에 형성하는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은, 액정 장치 등의 전기 광학 장치에 바람직하게 이용되는 마이크로 렌즈 어레이판 등을 구성하는 마이크로 렌즈의 제조 방법의 기술 분야에 속하는 것이다. 본 발명은 또한, 해당 제조 방법에 의해 제조되는 마이크로 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이판, 해당 마이크로 렌즈를 구비한 전기 광학 장치, 및 해당 전기 광학 장치를 구비하여 이루어지는 전자 기기의 기술 분야에도 속한다.
액정 장치 등의 전기 광학 장치 등에서는, 그 화상 표시 영역내에, 데이터선, 주사선, 용량선 등의 각종 배선이나, 박막 트랜지스터(이하 적절히 TFT(Thin Film Transistor)라 함), 박막 다이오드(이하 적절히 TFD(Thin Film Diode)라 함) 등의 각종 전자 소자가 내장된다. 이 때문에, 각 화소에 있어서, 실제로 표시에 기여할 수 있는 광이 투과되거나 반사되는 영역은, 각종 배선이나 전자 소자 등의 존재에 의해서 본질적으로 한정되어 있다. 보다 구체적으로는, 각 화소에 대하여, 모든 영역에 대한, 실제로 표시에 기여하는 광이 투과 또는 반사되는 영역(즉, 각 화소의 개구 영역)의 비율인 각 화소의 개구율은, 예컨대 70% 정도이다. 여기서 전기 광학 장치에 입사되는 광원광이나 외광은, 적어도 당해 전기 광학 장치 내에 있어서의, 액정층 등의 전기 광학 물질층을 통과할 때에는 대체로 평행광이다. 그런데, 전기 광학 장치에 평행광을 입사시킨 경우, 그 상태 그대로는, 모든 광량 중 각 화소의 개구율에 따른 광량밖에 이용할 수 없다.
그래서 종래에는, 각 화소에 대응하는 마이크로 렌즈를 포함하여 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이를 대향 기판에 내장시키거나, 마이크로 렌즈 어레이판을 대향 기판에 붙이거나 하였다. 이러한 마이크로 렌즈에 의해서, 그 상태 그대로는 각 화소에 있어서의 개구 영역을 제외한 비개구 영역을 향하여 진행하게 될 광을, 화소 단위로 집광하여, 전기 광학 물질층을 투과할 때는 각 화소의 개구 영역내에 유도되도록 하고 있다. 이 결과, 전기 광학 장치에 있어서는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용함으로써 밝은 표시가 가능해지게 된다.
그리고, 이러한 종류의 마이크로 렌즈의 제조는 다음과 같이 행하여진다. 즉, 우선, 예컨대 투명 기판 상에 형성할 마이크로 렌즈의 중심에 대응하는 개소에 구멍이 개구된 마스크를 형성한다. 다음에, 이 마스크를 개재하여 투명 기판을 습식 에칭하는 것에 의해, 마이크로 렌즈의 곡면을 규정하는 구면의 오목부를 뚫는다. 그 후, 마스크를 제거하고 나서, 오목부 내에 고굴절의 투명 매질을 충전한다. 이것에 의해, 당초 마스크에 개구된 구멍을 중심으로 하는 반구면의 오목부를 렌즈 구면으로서 구비한 마이크로 렌즈가 형성된다. 이러한 마이크로 렌즈를 어레이 형상으로 다수 형성하는 것에 의해, 마이크로 렌즈 어레이를 제조할 수 있다.
이러한 종류의 마이크로 렌즈의 경우, 기본적인 요청으로서, 렌즈 효율을 향상시키는 것이 중요하고, 또한 구면 수차를 작게 하는 것도 중요하다.
그러나, 상술한 종래의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 의하면, 비교적 용이하게 구면 렌즈를 제조할 수 있지만, 비구면 렌즈를 제조할 수 없다.
이에 반해, 비구면 렌즈를 제조하기 위해서는, 비구면의 오목부를 기판상에 다른 재료로 형성한 후에 이것을 기판측에 전사하거나, 기판에 대하여 복수의 서로 다른 에칭 공정을 단계적으로 실시하는 등, 복잡하고 고도의 제조 방법이 고려된다. 그러나, 이러한 제조 방법은, 기본적으로 곤란하며 또한 제조 비용의 상승이나 제품 비율의 저하를 가져오고, 또한 제조 공정의 복잡 고도화에 따라, 비구면 렌즈에 있어서의 비구면 정도를 제어하는 것이 기술적으로 대단히 곤란하게 된다고 하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 비교적 용이하게 비구면의 마이크로 렌즈를 제조할 수 있는 마이크로 렌즈의 제조 방법, 해당 제조 방법에 의해 제조되는 마이크로 렌즈, 해당 마이크로 렌즈를 구비한 전기 광학 장치, 및 해당 전기 광학 장치를 구비하여 이루어지는 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 상기 과제를 해결하기 위해서, 기판상에 소정 종류의 에칭액에 대한 에칭 레이트가 상기 기판과 상이한 제 1 막을 형성하는 공정과, 형성할 마이크로 렌즈의 중심에 대응하는 개소에 구멍이 개구된 마스크를 상기 제 1 막 상에 형성하는 공정과, 상기 마스크를 개재하여 습식 에칭하는 것에 의해, 상기 마이크로 렌즈의 곡면을 규정하는 비구면의 오목부를 상기 기판에 뚫는 공정을 포함한다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 의하면, 우선, 예컨대 석영 기판, 유리 기판 등의 기판 상에, 예컨대 불산계 등의 소정 종류의 에칭액에 대한 에칭 레이트가 기판과 상이한 제 1 막을 형성한다. 이러한 제 1 막은, 예컨대, CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링 등에 의해 형성한다. 계속해서, 형성할 마이크로 렌즈의 중심에 대응하는 개소에 구멍이 개구된 마스크를 제 1 막 상에 형성한다. 이러한 마스크는, 예컨대, 제 1 막상의 일면에, CVD, 스퍼터링 등에 의해 제 2 막을 성막한 후에, 포토리소그래피 및 에칭에 의해 구멍이 개구되도록 패터닝하여 형성하여도 좋다. 또는, 제 1 막 상에 있어서의 구멍을 제외한 영역에 마스크를 직접 형성하여도 좋다. 그 후, 이러한 마스크를 개재하여, 제 1 막 및 기판을 습식 에칭한다. 여기서 이용되는 에칭액에 대한 에칭 레이트는, 제 1 막과 기판에 있어서 서로 다르다. 이 때문에, 제 1 막을 에칭이 관통할 때까지의 사이에는, 구멍의 주위에 있어서의 제 1 막에, 지향성이 없는 습식 에칭에 의해서 구면의 오목 부가 뚫리지만, 그 관통 후에는, 제 1 막이 에칭되는 정도와 기판이 에칭되는 정도는 서로 다르기 때문에, 비구면의 오목부가 파여진다.
그 후는, 이와 같이 파여진 비구면의 오목부가 규정하는 곡면을 이용하여, 비교적 용이하게 비구면의 마이크로 렌즈를 내장할 수 있다. 예컨대, 기판을 투명 기판으로 하여, 오목부내에 투명 매질을 충전하는 것에 의해, 비구면의 마이크로 렌즈를 제조 가능하다. 또는, 오목부를 그 틀로서 이용하여 비구면의 마이크로 렌즈를 제조 가능하다. 또한, 이러한 마이크로 렌즈가 형성된 기판을 2장 마련하여 서로 접합하는 것에 의해, 양 볼록 렌즈의 마이크로 렌즈를 제조 가능하다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 일형태에서는, 상기 제 1 막은, 상기 기판에 비해 상기 에칭 레이트가 높다.
이 형태에 의하면, 기판에 비해 에칭 레이트가 높은 제 1 막에 대하여 에칭하는 것에 의해, 기판에는 반구에 비해 바닥이 얕은 남비 형상의 오목부가 뚫린다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 다른 형태에서는, 상기 기판은 투명 기판으로 이루어지고, 상기 오목부 내에 상기 투명 기판보다도 굴절율이 큰 투명 매질을 넣는 공정을 더 구비한다.
이 형태에 의하면, 투명 기판으로 이루어지는 기판에 파여진 오목부 내에, 이것보다 굴절율이 큰 투명 매질을 넣기 때문에, 투명 기판 상에, 비구면의 볼록 렌즈로서 마이크로 렌즈를 제조 가능하다. 이 때, 투명 매질은, 투명 수지 등으로 이루어지고, 접착제를 겸하여도 좋다. 예컨대, 커버 유리를 투명 기판에 접합할 때의 접착제를 겸하여도 좋다.
또한, 투명 기판으로서는, 예컨대 석영이 있다. 이 경우, 제 1 막을 형성할 때에, 고온에 노출되더라도 파괴되지 않기 때문에 유리하다. 단, 제 1 막을 저온에서 형성하는 경우에는, 투명 기판에 내열성은 요구되지 않는다. 예컨대, 유리판, 플라스틱 또는 수지판 등이어도 좋다. 어쨌든, 투명 기판은, 제 1 막과 함께 소정 종류의 에칭액에 의해서 에칭 가능한 재질로 이루어지면 문제는 발생하지 않는다.
또한, 기판에 파여진 오목부를 마이크로 렌즈의 틀로서 이용하는 경우에는, 기판은 투명할 필요는 없다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 다른 형태에서는, 상기 제 1 막은, 투명막 또는 불투명막으로 이루어진다.
이 형태에 의하면, 에칭에 의해 오목부를 판 후에, 제 1 막을 오목부의 주위에 그대로 남겨 두더라도, 제 1 막을 투명막으로 구성하면, 마이크로 렌즈에 대한 광학 성능에 악영향을 미치는 일은 거의 또는 전혀 없다. 또한, 제 1 막으로 이루어지는 오목부의 가장자리 부근을, 비구면 렌즈의 가장자리 부근으로서 이용하는 것도 가능하다.
단, 오목부의 주위에 남겨진 제 1 막 부분은, 당해 마이크로 렌즈로 집광하는 광의 광로의 가장자리에 위치하고 있기 때문에, 제 1 막을 반투명막 또는 불투명막으로 형성하더라도 마이크로 렌즈에 대한 광학 성능에 미치는 악영향은 한정적이다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 다른 형태에서는, 상기 제 1 막은, 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막으로 이루어진다.
이 형태에 의하면, 비교적 간단히, 기판과 에칭 레이트가 다른 제 1 막을 형성할 수 있다. 예컨대, 석영 기판 상에, CVD 또는 스퍼터링에 의해, 막두께 및 막질이 안정된 산화 실리콘막을 비교적 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 산화 실리콘막으로부터, 상술한 형태와 같은 투명한 제 1 막을 형성할 수 있다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 다른 형태에서는, 상기 에칭 레이트의 제어를, 상기 제 1 막의 종류, 상기 제 1 막의 형성 방법, 상기 제 1 막의 형성 조건 및 상기 제 1 막의 형성 후에 있어서의 열처리 온도 중 적어도 하나에 관련된 조건 설정에 의해 실행한다.
이 형태에 의하면, 예컨대 재질, 밀도, 공극율 등의 제 1 막의 종류, 예컨대 CVD, 스퍼터링 등의 제 1 막의 형성 방법, 예컨대 400℃ 이하 정도 또는 400 ∼ 1000℃ 정도 등의 제 1 막의 형성 온도, 및 제 1 막의 형성 후에 있어서의 열처리에 있어서의 온도 중, 적어도 하나에 관련된 조건 설정에 의해, 에칭 레이트의 제어를 행한다. 그리고, 이러한 에칭 레이트의 제어에 의해서, 최종적으로 얻어지는 오목부가 규정하는 비구면에 있어서의 곡율 또는 곡율 분포를 비교적 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 제 1 막의 막두께에 의해서도, 최종적으로 얻어지는 오목부가 규정하는 비구면에 있어서의 곡율 또는 곡율 분포를 제어할 수 있다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 다른 형태에서는, 상기 마스크는, 폴리 실리콘막, 비정질 실리콘막 또는 내불산막으로 이루어진다.
이 형태에 의하면, 비교적 간단히, 소정 개소에 구멍이 개구된 마스크를, 예컨대 산화 실리콘막으로 이루어지는 제 1 막 상에, 예컨대 CVD, 스퍼터링 등에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 다른 형태에서는, 상기 기판 상에 상기 마이크로 렌즈가 어레이 형상으로 복수 형성된다.
이 형태에 의하면, 상술한 바와 같은 비구면의 마이크로 렌즈가 어레이 형상으로 복수 형성되어 이루어지는, 마이크로 렌즈 어레이가 제조된다. 따라서, 예컨대 어레이 형상 또는 매트릭스 형상으로 화소가 배열된 전기 광학 장치에 바람직하게 이용되는 마이크로 렌즈 어레이를 비교적 간단하게 제조할 수 있다.
본 발명의 마이크로 렌즈는 상기 과제를 해결하기 위해서, 상술한 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법(단, 그 각종 형태를 포함함)에 의해 제조된다.
본 발명의 마이크로 렌즈에 의하면, 상술한 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 의해 제조되기 때문에, 광원광, 외광 등을 작은 구면 수차로 효율적으로 집광할 수 있고, 더구나 제조가 용이하고 비교적 저렴하게 품질이 안정된 마이크로 렌즈, 또한 마이크로 렌즈 어레이 또는 마이크로 렌즈 어레이판을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈는, 기판 상에 직접 형성되는 경우에는, 비구면의 렌즈 곡면의 가장자리 부근에 제 1 막과 기판과의 경계선이 존재하고 이 경계선에서 렌즈 곡면의 곡율이 현저하게 변화된다고 하는 본 발명의 독자적인 구조상의 특징을 갖는다. 또는, 본 발명의 마이크로 렌즈는, 2P법 등에 의해 틀을 거쳐서 형성되는 경우에는, 비구면의 렌즈 곡면의 가장자리 부근에 있어서의 제 1 막과 기판과의 경계선에 대응하는 개소에서 렌즈 곡면의 곡율이 현저하게 변화된다고 하는 본 발명 자체의 구조상의 특징을 갖는다.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이판은, 다수의 마이크로 렌즈와, 상기 마이크로 렌즈의 바닥부를 규정하는 오목 형상의 홈을 갖는 투명 부재와, 상기 투명 부재 상에 형성되고, 상기 오목 형상의 홈에 대응하여 형성되어 상기 마이크로 렌즈의 가장자리부를 규정하는 개구를 갖는 막과, 상기 막 상에 형성된 커버 부재를 구비한다. 그리고, 상기 마이크로 렌즈의 단면 형상은 반타원 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이판은, 상기 투명 부재로 규정되는 렌즈면의 가장자리에 있어서의 접선에 대하여, 상기 막에 있어서의 렌즈면의 접선은, 50 ∼ 60°인 것을 특징으로 하는 부근의 단면 형상은 반타원 형상이어도 좋다.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이판은, 상기 막에 있어서의 렌즈면의 단면 형상은 직선 형상이어도 좋다.
본 발명의 전기 광학 장치는 상기 과제를 해결하기 위해서, 상술한 본 발명의 마이크로 렌즈와, 해당 마이크로 렌즈에 대향하는 표시용 전극과, 해당 표시용 전극에 접속된 배선 또는 전자 소자를 구비한다.
본 발명의 전기 광학 장치에 의하면, 상술한 본 발명의 마이크로 렌즈를 구비하기 때문에, 비구면의 마이크로 렌즈에 의해 광원광, 외광 등을 작은 구면 수차로 효율적으로 집광할 수 있어, 밝고 선명한 화상 표시가 가능한 전기 광학 장치를 실현할 수 있다. 또한, 이러한 전기 광학 장치는, 섬형상의 화소 전극 또는 스트라이프 형상 전극 등의 표시용 전극에, 주사선, 데이터선 등의 배선이나 TFT, TFD 등의 전자 소자가 접속되어 이루어지는 액티브 매트릭스 구동형 액정 장치 등의 전기 광학 장치로서 구축된다.
본 발명의 전자 기기는 상기 과제를 해결하기 위해서, 상술한 본 발명의 전기 광학 장치를 구비한다.
본 발명의 전자 기기에 의하면, 상술한 본 발명의 전기 광학 장치를 구비하여 구성되어 있기 때문에, 밝고 표시 품질이 우수한 프로젝터, 액정 텔레비젼, 휴대 전화, 전자 수첩, 워드 프로세서, 뷰 파인터형 또는 모니터 직시형의 비디오 테이프 레코더, 워크 스테이션, 화상 전화, POS 단말, 터치 패널 등의 각종 전자 기기를 실현할 수 있다.
본 발명의 이러한 작용 및 기타 이득은 다음에 설명하는 실시예로부터 명백해 질 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 기초로 하여 설명한다.
(마이크로 렌즈 어레이판)
우선, 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 의해서 제조 가능한 마이크로 렌즈 어레이판에 대하여, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 여기에, 도 1은 마이크로 렌즈 어레이판의 개략 사시도이며, 도 2는 본 실시예의 마이크로 렌즈 어레이판 중 4개의 마이크로 렌즈에 관련된 부분을 확대하여 나타내는 부분 확대 평면도이며, 도 3은 본 실시예의 마이크로 렌즈 어레이판의 부분 확대 단면도이며, 도 4는 또 다른 하나의 마이크로 렌즈에 관련된 부분을 확대하여 나타내는 부분확대 단면도이다. 도 5는 그 변형예에 있어서의 마이크로 렌즈 어레이판의 부분 확대 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이 본 실시예의 마이크로 렌즈 어레이판(20)은, 커버 유리(200)로 덮여진, 예컨대 석영판 등으로 이루어지는 투명판 부재(210)를 구비한다. 투명판 부재(210)에는, 매트릭스 형상으로 다수의 오목 형상의 홈이 뚫려 있다. 그리고, 이 오목 형상의 홈 중에, 커버 유리(200)와 투명판 부재(210)를 서로 접착하는, 예컨대 감광성 수지 재료로 이루어지는 접착제가 경화되게 된다. 투명판 부재(210)보다도 고굴절율의 투명한 접착층(230)이 충전되어 있다. 이들에 의해, 매트릭스 형상으로 평면 배열된 다수의 마이크로 렌즈(500)가 구축되어 있다.
이와 같이 본 실시예에서는, 투명판 부재(210)로부터, 본 발명에 따른 「기판」의 일례가 구성되어 있고, 접착층(230)으로부터, 본 발명에 따른 「투명 매질」의 일례가 구성되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 각 마이크로 렌즈(500)의 곡면은, 서로 굴절율이 다른 투명판 부재(210)와 접착층(230)에 의해 대략 규정되어 있다. 그리고, 각 마이크로 렌즈(500)는, 도 3 중에서 하측으로 볼록하게 돌출한 볼록 렌즈로서 구축되어 있다.
본 실시예에서는 특히, 후술하는 바와 같이 본 발명의 독자적 제조 방법에 의해 제조되기 때문에, 제 1 막(220)이, 각 마이크로 렌즈(500)의 가장자리 부근 및 마이크로 렌즈(500)가 형성되어 있지 않은 영역에 있어서의 투명판 부재(210)의 상면에 남겨져 있다. 제 1 막(220)은, 예컨대 투명한 산화 실리콘막으로 이루어지고, 접착제층(230)을 거쳐서 커버 유리(200)에 밀착되어 있다.
마이크로 렌즈 어레이판(20)은, 그 사용시에는 각 마이크로 렌즈(500)가, 예컨대 후술하는 액정 장치 등의 전기 광학 장치의 각 화소에 대응하도록 배치된다. 따라서, 각 마이크로 렌즈(500)에 있어서의 중앙부에 입사되는 입사광은, 각 마이크로 렌즈(500)의 굴절 작용에 의해 전기 광학 장치에 있어서의 각 화소의 중앙을 향해서 집광된다.
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 각 마이크로 렌즈(500)의 가장자리부에서는, 그 곡면이 커버 유리(200)의 면 또는 투명판 부재(210)의 면에 대하여 상대적으로 가파르게 형성되어 있다. 여기서 특히, 각 마이크로 렌즈(500)의 가장자리부는, 투명판 부재(210)와 에칭 레이트가 상이한 제 1 막(220)으로 형성되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 마이크로 렌즈(500)는 전체로서 단면이 반타원 형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 투명판 부재(210)에 있어서의 렌즈 곡면은, 구면과 비교하여 바닥이 얕은 남비 형상의 비구면, 즉 단면이 반타원 형상으로 되어 있다. 더구나, 제 1 막(220)에 있어서의 렌즈 곡면은, 이러한 남비 형상의 비구면에 비해 가파르게 형성되어 있다. 즉, 단면이 직선 형상으로 되어 있다. 따라서 각 마이크로 렌즈(500)에서는, 구면 렌즈의 경우에 비해, 중앙 부근에 있어서의 곡율 반경이 커진다. 그리고, 이러한 비구면의 정도에 따라 렌즈 효율이 향상되어 있다. 또한, 구면 수차도 작아지게 되어, 구면 렌즈의 경우에 비해 초점이 일정하게 된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 투명판 부재(210)에 있어서의 가장 경사진 부분, 즉 투명판 부재(210)로 이루어지는 렌즈 곡면 부분의 상부 가장자리에 있어서의 접선 Lt1에 대하여, 제 1 막(220)에 있어서의 가장 경사진 부분, 즉, 제 1 막(220)으로 이루어지는 렌즈 곡면 부분의 상부 가장자리에 있어서의 접선 Lt2가, 예컨대 50 ∼ 60°로 되도록 렌즈 곡면은 규정되어 있다. 따라서, 렌즈 효율은, 이 각도를 예컨대 30 ∼ 40°정도로 되도록 렌즈 곡면을 느슨하게 규정한 경우나, 이 각도를 예컨대 70 ∼ 80°정도로 되도록 렌즈 곡면을 가파르게 규정한 경우와 비교하여, 대단히 양호한 렌즈 효율이 얻어지고, 또한 난(亂) 반사광 등의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 이 접선 Lt1과 접선 Lt2가 이루는 각도를, 전기 광학 장치의 수단에 따라 적절히 설정함으로써, 각 마이크로 렌즈(500)의 중앙 부근 뿐만 아니라 가장자리 부근을 통해서 집광되는 입사광이, 이 전기 광학 장치 내부의 액정층 등을 투과할 때에, 대응하는 화소의 개구 영역을 통과하도록 할 수 있다.
이상의 결과, 도 3 및 도 4에 있어서, 그 상측으로부터 입사되는 투사광 등의 입사광을, 비구면 렌즈인 각 마이크로 렌즈(500)에 의한 집광 작용에 의해서 효율적으로 표시에 기여하는 광으로서 이용할 수 있다. 동시에, 비구면 렌즈인 각 마이크로 렌즈(500)에 의해, 그 출사광에 있어서의 구면 수차를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 최종적으로는, 밝고 선명한 화상 표시가 가능해진다.
또한, 이와 같이 우수한 렌즈 특성을 갖는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이판(500)은, 후술하는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되기 때문에, 제조가 용 이하고, 또한 비교적 저렴하고 안정된 품질이 얻어진다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 일 변형예로서, 마이크로 렌즈 어레이판(20)에, 마이크로 렌즈 어레이판(20)이 장착되는 전기 광학 장치에 있어서의 비개구 영역을 적어도 부분적으로 규정하는 차광막(240)을 마련하여도 좋다. 보다 구체적으로는, 격자 형상의 비개구 영역을 단독으로 규정하도록, 격자 형상의 평면 패턴을 갖는 차광막(240)을 구성하여도 좋다. 또는, 격자 형상의 비개구 영역을, 다른 차광막과 협동으로 규정하도록, 스트라이프 형상의 평면 패턴을 갖는 차광막(240)을 구성하여도 좋다.
도 5와 같이 구성하면, 보다 확실히 각 화소의 비개구 영역을 규정할 수 있어, 각 화소간에 있어서의 광누설 등을 방지할 수 있다. 또한, 전기 광학 장치의 비개구 영역에 내장되는, 광이 입사하면 광전 효과에 의한 광 누설 전류가 발생하여 특성이 변화해 버리는 TFT, TFD 등의 전자 소자에, 광이 입사하는 것을 확실하게 막는 것도 가능해진다.
또한, 도 5에 있어서 차광막(240) 상에는, 보호막(241)이 형성되어 있고, 또한, 이 보호막(241)을 대신하여 또는 추가로, 후술하는 바와 같은 대향 전극이나 배향막이 형성되어도 좋다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같은 마이크로 렌즈 어레이판에 대하여, 차광막(240)에 의해 구분된 각 화소의 개구 영역에 R(적), G(녹) 또는 B(청)의 컬러 필터를 제조하는 것도 가능하다.
(전기 광학 장치)
다음에, 본 발명의 전기 광학 장치에 관한 실시예의 전체 구성에 대하여, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 여기서는, 전기 광학 장치의 일례인 구동 회로 내장형의 TFT 액티브 매트릭스 구동 방식의 액정 장치를 예로 든다.
도 6은, TFT 어레이 기판을 그 위에 형성된 각 구성 요소와 함께, 대향 기판으로서 이용되는 상술한 마이크로 렌즈 어레이판 측에서 본 평면도이며, 도 7은 도 6의 H-H' 단면도이다.
도 6 및 도 7에 있어서, 본 실시예에 따른 전기 광학 장치에서는, TFT 어레이 기판(10)과, 대향 기판으로서 이용되는 마이크로 렌즈 어레이판(20)이 대향 배치되어 있다. TFT 어레이 기판(10)과 마이크로 렌즈 어레이판(20)과의 사이에 액정층(50)이 봉입되어 있고, TFT 어레이 기판(10)과 마이크로 렌즈 어레이판(20)은, 화상 표시 영역(10a)의 주위에 위치하는 밀봉 영역에 마련된 밀봉재(52)에 의해 서로 접착되어 있다.
밀봉재(52)는, 양 기판을 접합하기 위한, 예컨대 자외선 경화 수지, 열경화 수지 등으로 이루어지고, 제조 프로세스에 있어서 TFT 어레이 기판(10)상에 도포된 후, 자외선 조사, 가열 등에 의해 경화시킨 것이다. 또한, 밀봉재(52) 중에는, TFT 어레이 기판(10)과 마이크로 렌즈 어레이판(20)과의 간격(기판간 갭)을 소정값으로 하기 위한 유리 파이버 또는 유리 버즈(beading) 등의 갭재가 살포되어 있다. 즉, 본 실시예의 전기 광학 장치는, 프로젝터의 라이트 밸브용으로서 소형으로 확대 표시를 하는 데 적합하다. 단, 당해 전기 광학 장치가 액정 모니터나 액정 텔레비젼과 같이 대형으로 등배(等倍) 표시를 행하는 액정 장치이면, 이러한 갭재는 액정층(50) 중에 포함되어도 좋다.
밀봉재(52)가 배치된 밀봉 영역의 내측에 병행되어, 화상 표시 영역(10a)의 프레임 영역을 규정하는 차광성의 프레임 차광막(53)이 마이크로 렌즈 어레이판(20)측에 마련되어 있다. 단, 이러한 프레임 차광막의 일부 또는 전부는, TFT 어레이 기판(10)측에 내장 차광막으로서 마련되어도 좋다.
화상 표시 영역의 주변으로 넓어지는 영역 중, 밀봉재(52)가 배치된 밀봉 영역의 외측에 위치하는 주변 영역에는, 데이터선 구동 회로(101) 및 외부 회로 접속 단자(102)가 TFT 어레이 기판(10)의 한변을 따라 마련되어 있고, 주사선 구동 회로(104)가, 이 한변에 인접하는 2변을 따라 마련되어 있다. 또한 TFT 어레이 기판(10)의 나머지 한변에는, 화상 표시 영역(10a)의 양측에 마련된 주사선 구동 회로(104) 사이를 잇기 위한 복수의 배선(105)이 마련되어 있다. 또한 도 6에 도시하는 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이판(20)의 4개의 코너부에는, 양 기판간의 상하 도통 단자로서 기능하는 상하 도통재(106)가 배치되어 있다. 한편, TFT 어레이 기판(10)에는 이들의 코너에 대향하는 영역에 있어서 상하 도통 단자가 마련되어 있다. 이들에 의해, TFT 어레이 기판(10)과 마이크로 렌즈 어레이판(20)과의 사이에 전기적인 도통을 만들 수 있다.
도 7에 있어서, TFT 어레이 기판(10)상에는, 화소 스위칭용의 TFT나 주사선, 데이터선 등의 배선이 형성된 후의 화소 전극(9a)상에, 배향막이 형성되어 있다. 한편, 마이크로 렌즈 어레이판(20)상에는, 전술한 커버 유리(200), 투명판 부재(210) 및 마이크로 렌즈(500) 외에, 대향 전극(21)이 형성되고, 또한 최상층 부분(도 7에서, 마이크로 렌즈 어레이판(20)의 하측 표면)에 배향막이 형성되어 있다. 또한, 액정층(50)은, 예컨대 일종 또는 수종류의 네마틱 액정을 혼합한 액정으로 이루어지고, 이들 한 쌍의 배향막 사이에서, 소정의 배향 상태를 취한다.
또한, 도 6 및 도 7에 나타낸 TFT 어레이 기판(10)상에는, 이들의 데이터선 구동 회로(101), 주사선 구동 회로(104) 등에 추가하여, 화상 신호선 상의 화상 신호를 샘플링하여 데이터선에 공급하는 샘플링 회로, 복수의 데이터선에 소정 전압 레벨의 프리 차지 신호를 화상 신호에 선행하여 각각 공급하는 프리 차지 회로, 제조 도중이나 출시때의 당해 전기 광학 장치의 품질, 결함 등을 검사하기 위한 검사 회로 등을 형성하여도 좋다.
다음에 이상와 같이 구성된 전기 광학 장치에 있어서의 회로 구성 및 동작에 대하여 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 전기 광학 장치의 화상 표시 영역을 구성하는 매트릭스 형상으로 형성된 복수의 화소에 있어서의 각종 소자, 배선 등의 등가 회로를 나타내는 블럭도이다.
도 10에 있어서, 본 실시예에 있어서의 전기 광학 장치의 화상 표시 영역을 구성하는 매트릭스 형상으로 형성된 복수의 화소에는 각각, 화소 전극(9a)과 당해 화소 전극(9a)을 스위칭 제어하기 위한 TFT(30)가 형성되어 있고, 화상 신호가 공급되는 데이터선(6a)이 당해 TFT(30)의 소스에 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 화상 신호(S1, S2,..., Sn)가 각 데이터선(6a)에 공급되도록 구성되어 있다. 이와 같이 데이터선(6a)에 기입하는 화상 신호(S1, S2,..., Sn)는 이 순서대로 선순차적으로 공급하여도 상관없고, 서로 인접하는 복수의 데이터선(6a) 끼리에 대하여 그룹마다 공급하도록 하여도 좋다.
또한, 화소 스위칭용의 TFT(30)의 게이트에 주사선(3a)이 전기적으로 접속되어 있고, 소정의 타이밍으로, 주사선(3a)에 펄스적으로 주사 신호(G1, G2,..., Gm)를 이 순서대로 선순차적으로 인가하도록 구성되어 있다. 화소 전극(9a)은, TFT(30)의 드레인에 전기적으로 접속되어 있고, 스위칭 소자인 TFT(30)를 일정 기간만 그 스위치를 닫는 것에 의해, 데이터선(6a)으로부터 공급되는 화상 신호(S1, S2,..., Sn)를 소정의 타이밍으로 기입한다. 화소 전극(9a)을 거쳐서 전기 광학 물질의 일례로서의 액정에 기입된 소정 레벨의 화상 신호(S1, S2,..., Sn)는, 대향 기판에 형성된 대향 전극과의 사이에서 일정 기간 유지된다. 액정은, 인가되는 전위 레벨에 의해 분자 집합의 배향이나 질서가 변화되는 것에 의해, 광을 변조하여, 계조 표시를 가능하게 한다. 노멀리 화이트(normally white) 모드이면, 각 화소의 단위로 인가된 전압에 따라 입사광에 대한 투과율이 감소하며, 노멀리 블랙 모드이면, 각 화소의 단위로 인가된 전압에 따라 입사광에 대한 투과율이 증가되어, 전체적으로 전기 광학 장치로부터는 화상 신호에 따른 콘트라스트를 가지는 광이 출사된다. 여기서, 유지된 화상 신호가 누설되는 것을 막기 위해서, 화소 전극(9a)과 대향 전극과의 사이에 형성되는 액정 용량과 병렬로 축적 용량(70)을 부가한다. 주사선(3a)과 병행하여, 축적 용량(70)의 고정 전위측 용량 전극을 포함하고, 또한 정전위에 고정된 용량선(300)이 마련되어 있다.
다음에, 본 발명의 실시예의 전기 광학 장치의 화상 표시 영역에 있어서의 구성에 대하여, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9는, 데이터선, 주사선, 화소 전극 등이 형성된 TFT 어레이 기판의 서로 인접하는 복수의 화소군의 평면도이다. 도 10은 도 9의 A-A' 단면도이다. 또한, 도 10에 있어서는, 각 층이나 각부재를 도면 상에서 인식 가능한 정도의 크기로 하기 때문에, 각 층이나 각 부재마다 축척을 다르게 하고 있다.
도 9에 있어서, 전기 광학 장치의 TFT 어레이 기판 상에는, 매트릭스 형상으로 복수의 투명한 화소 전극(9a)(점선부(9a')에 의해 윤곽이 나타나 있다)이 마련되어 있고, 화소 전극(9a)의 종횡의 경계를 따라 각각 데이터선(6a) 및 주사선(3a)이 마련되어 있다.
또한, 반도체층(1a) 중 도면의 우측 상향의 사선 영역으로 표시된 채널 영역(1a')에 대향하도록 주사선(3a)이 배치되어 있고, 주사선(3a)은 게이트 전극으로서 기능한다. 이와 같이, 주사선(3a)과 데이터선(6a)과의 교차하는 개소에는 각각, 채널 영역(1a')에 주사선(3a)이 게이트 전극으로서 대향 배치된 화소 스위칭용의 TFT(30)가 마련되어 있다.
도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 축적 용량(70)은, TFT(30)의 고농도 드레인 영역(1e) 및 화소 전극(9a)에 접속된 화소 전위측 용량 전극으로서의 중계층(71)과, 고정 전위측 용량 전극으로서의 용량선(300)의 일부가, 유전체막(75)을 거쳐서 대향 배치되는 것에 의해 형성되어 있다.
용량선(300)은 평면적으로 보아, 주사선(3a)을 따라 스트라이프 형상으로 신장되어 있고, TFT(30)에 겹치는 개소가 도 9의 상하로 돌출되어 있다. 이러한 용량선(300)은 바람직하게는, 예컨대 금속을 포함하는 차광성의 도전막으로 이루어진다. 이와 같이 구성하면, 용량선(300)은, 축적 용량(70)의 고정 전위측 용량 전극으로서의 기능 외에, TFT30의 상측에 있어서 입사광으로부터 TFT(30)를 차광하는 차광층으로서의 기능을 가진다.
한편, TFT 어레이 기판(10)상에 있어서의 TFT(30)의 하측에는, 하측 차광막(11a)이 격자 형상으로 마련되어 있다. 하측 차광막(11a)은, 예컨대, Ti(티탄), Cr(크롬), W(텅스텐), Ta(탄탈), Mo(몰리브덴) 등의 고융점 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 금속 단체, 합금, 금속 실리사이드, 폴리실리사이드, 이들을 적층한 것 등으로 이루어진다.
그리고, 도 9의 세로 방향으로 각각 신장되는 데이터선(6a)과 도 9의 가로 방향으로 각각 신장되는 용량선(300)이 서로 교차하여 형성되는 것 및 격자 형상으로 형성된 하측 차광막(11a)에 의해 각 화소의 비개구 영역을 규정하고 있다.
도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 데이터선(6a)은 콘택트 홀(81)을 거쳐서, 예컨대 폴리 실리콘막으로 이루어지는 반도체층(1a) 중 고농도 소스 영역(1d)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 상술한 중계층(71)과 동일막으로 이루어지는 중계층을 형성하여, 당해 중계층 및 2개의 콘택트 홀을 거쳐서 데이터선(6a)과 고농도 소스 영역(1d)을 전기적으로 접속하여도 좋다.
또한, 용량선(300)은 바람직하게는, 화소 전극(9a)이 배치된 화상 표시 영역(10a)(도 6 참조)으로부터 그 주위로 연장되어 마련되고, 정전위원과 전기적으로 접속되어 고정 전위로 된다. 이와 같은 정전위원으로서는, 데이터선 구동 회로나 주사선 구동 회로에 공급되는 정(正)전원이나 부(負)전원의 정전위원으로도 좋고, 마이크로 렌즈 어레이판(20)의 대향 전극(21)에 공급된 정전위라도 상관없다. 또한, TFT(30)의 하측에 마련되는 하측 차광막(11a)에 대해서도, 그 전위 변동이 TFT(30)에 대하여 악영향을 미치게 하는 것을 피하기 위해서, 용량선(300)과 마찬가지로, 화상 표시 영역(10a)으로부터 그 주위를 연장하여 정전위원에 접속하면 좋다.
화소 전극(9a)은 중계층(71)을 중계하는 것에 의해 콘택트 홀(83, 85)을 거쳐서 반도체층(1a) 중 고농도 드레인 영역(1e)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 9 및 도 10에 있어서, 전기 광학 장치는, 투명한 TFT 어레이 기판(10)과, 이것에 대향 배치되는 마이크로 렌즈 어레이판(20)(도 1 내지 도 4 참조)을 구비하고 있다. TFT 어레이 기판(10)은, 예컨대 석영 기판, 유리 기판, 실리콘 기판으로 이루어진다.
도 10에 도시하는 바와 같이, TFT 어레이 기판(10)에는, 화소 전극(9a)이 마련되어 있고, 그 상부측에는, 연마 처리 등의 소정의 배향 처리가 실시된 배향막(16)이 마련되어 있다. 화소 전극(9a)은 예컨대, ITO 막 등의 투명 도전성막으로 이루어진다. 또한 배향막(16)은 예컨대, 폴리이미드막 등의 투명한 유기막으로 이루어진다.
한편, 마이크로 렌즈 어레이판(20)에는, 그 전면에 걸쳐서 대향 전극(21)이 마련되어 있고, 그 하측에는, 연마 처리 등의 소정의 배향 처리가 실시된 배향막(22)이 마련되어 있다. 대향 전극(21)은 예컨대, ITO 막 등의 투명 도전성막으로 이루어진다. 또한 배향막(22)은 폴리이미드막 등의 투명한 유기막으로 이루어진다.
마이크로 렌즈 어레이판(20)에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 각 화소의 비개구 영역에 대응하여 격자 형상 또는 스트라이프 형상의 차광막(240)을 마련하도록 하여도 좋다. 이러한 구성을 채용함으로써, 전술한 바와 같이 비개구 영역을 규정하는 용량선(300)이나 데이터선(6a)과 함께 당해 마이크로 렌즈 어레이판(20)상의 차광막(240)에 의해, 마이크로 렌즈 어레이판(20)측으로부터의 입사광이 채널 영역(1a')이나 저농도 소스 영역(1b) 및 저농도 드레인 영역(1c)에 침입하는 것을, 보다 확실히 저지할 수 있다.
이와 같이 구성된, 화소 전극(9a)과 대향 전극(21)이 대면하도록 배치된 TFT 어레이 기판(10)과 마이크로 렌즈 어레이판(20)과의 사이에는, 밀봉재(52)(도 6 및 도 7 참조)에 의해 둘러싸인 공간에 전기 광학 물질의 일례인 액정이 봉입되고, 액정층(50)이 형성된다.
또한, 화소 스위칭용의 TFT(30) 아래에는, 하지 절연막(12)이 마련되어 있다. 하지 절연막(12)은, 하측 차광막(11a)으로부터 TFT(30)를 층간 절연하는 기능 외에, TFT 어레이 기판(10)의 전면에 형성되는 것에 의해, TFT 어레이 기판(10)의 표면 연마시에 있어서의 거칠거칠함이나, 세정후에 남는 오염 등으로 인한 화소 스위칭용의 TFT(30)의 특성 변화를 방지하는 기능을 갖는다.
도 10에 있어서, 화소 스위칭용의 TFT(30)는 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖고 있고, 주사선(3a), 당해 주사선(3a)으로부터의 전계에 의해 채널이 형성되는 반도체층(1a)의 채널 영역(1a'), 주사선(3a)과 반도체층(1a)을 절연하는 게이트 절연막을 포함하는 절연막(2), 반도체층(1a)의 저농도 소스 영역(1b) 및 저농도 드레인 영역(1c), 반도체층(1a)의 고농도 소스 영역(1d) 및 고농도 드레인 영역(1e)을 구비하고 있다.
주사선(3a) 상에는, 고농도 소스 영역(1d)으로 통하는 콘택트 홀(81) 및 고농도 드레인 영역(1e)으로 통하는 콘택트 홀(83)이 각각 개구된 제 1 층간 절연막(41)이 형성되어 있다.
제 1 층간 절연막(41) 상에는 중계층(71) 및 용량선(300)이 형성되어 있고, 이들 위에는, 고농도 소스 영역(1d)으로 통하는 콘택트 홀(81) 및 중계층(71)으로 통하는 콘택트 홀(85)이 각각 개구된 제 2 층간 절연막(42)이 형성되어 있다.
제 2 층간 절연막(42) 상에는 데이터선(6a)이 형성되어 있고, 이들 위에는, 중계층(71)으로 통하는 콘택트 홀(85)이 형성된 평탄화된 제 3 층간 절연막(43)이 형성되어 있다. 화소 전극(9a)은 이와 같이 구성된 제 3 층간 절연막(43)의 상면에 마련되어 있다.
본 실시예에서는, 제 3 층간 절연막(43)의 표면은 CMP(Chemical Mechanical Polishing : 화학적 기계 연마) 처리 등에 의해 평탄화되어 있고, 그 아래쪽에 존재하는 각종 배선이나 소자에 의한 단차에 기인하는 액정층(50)에 있어서의 액정의 배향 불량을 저감한다.
여기서 도 11을 참조하여, 전기 광학 장치에 있어서의 마이크로 렌즈 어레이판(20)의 집광 기능에 대하여 설명한다. 도 11은, 대향 기판으로서 이용되는 마이크로 렌즈 어레이판(20)의 각 마이크로 렌즈(500)에 의해 입사광이 집광되는 모양을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 11에서는, 각 마이크로 렌즈(500)는 그 렌즈 중심이 각 화소 중심으로 일치하도록 배치되어 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이판(20)은 도면의 상부쪽으로부터 입사되는 입사광을 복수의 화소 전극(9a)에 각각 집광한다. 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 마이크로 렌즈(500)와, 그 렌즈 가장자리부에 형성된 반사막(220)을 구비한다. 그리고, 투명판 부재(210) 상에(도면의 하측에) 대향 전극(21) 및 배향막(22)이 형성되어 있다.
이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 본 실시예의 전기 광학 장치에 의하면, 복수의 마이크로 렌즈(500)에 의해, 마이크로 렌즈 어레이판(20) 측으로부터의 입사광은, 복수의 화소 전극(9a) 상에 각각 집광된다. 따라서, 마이크로 렌즈(500)가 없는 경우나 마이크로 렌즈(500)의 가장자리부에 반사막(220)이 없는 경우와 비교하여, 각 화소에 있어서의 실효 개구율이 높아져 있다.
본 실시예에서는 특히, 마이크로 렌즈(500)는 비구면이며, 렌즈 효율이 우수하고 또한 구면 수차도 작다. 이 때문에, 입사광의 이용 효율이 대단히 높다.
이상 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 각 실시예에서는, 데이터선 구동 회로(101)나 주사선 구동 회로(104)를 TFT 어레이 기판(10) 상에 마련하는 대신에, 예컨대 TAB(Tape Automated bonding) 기판 상에 실장된 구동용 LSI에, TFT 어레이 기판(10)의 주변부에 마련된 이방성 도전 필름을 거쳐서 전기적 및 기계적으로 접속하도록 하여도 좋다. 또한, 마이크로 렌즈 어레이판(20)의 투사광이 입사하는 측과 TFT 어레이 기판(10)의 출사광이 출사하는 측에는 각각, 예컨대, TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertically Aligned) 모드, PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 모드 등의 동작 모드나, 노멀리 화이트 모드/노멀리 블랙 모드에 따라서, 편광 필름, 위상차 필름, 편광판 등이 소정의 방향으로 배치된다.
또한, 도 6 내지 도 11에 나타낸 실시예에서는, 대향 기판으로서 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 마이크로 렌즈 어레이판(20)을 이용하고 있지만, 이러한 마이크로 렌즈 어레이판(20)을, TFT 어레이 기판(10)으로서 이용하는 것도 가능하다. 또는 대향 기판으로서(마이크로 렌즈 어레이판(20)이 아니라) 단순히 유리 기판 등에 대향 전극이나 배향막이 형성된 것을 사용하여, TFT 어레이 기판(10) 측에 마이크로 렌즈 어레이판(20)을 장착하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 마이크로 렌즈 및 그 렌즈 가장자리부에 있어서의 반사막이나 차광막을 포함하는 구조(도 1 내지 도 4 참조)는 TFT 어레이 기판(10) 측에 내장 또는 부착하는 것이 가능하다.
또한, 다른 전기 광학 장치로서는 전자 발광 장치, 전기 영동 장치 등에도 적용할 수 있다.
(마이크로 렌즈 어레이판의 제조 방법)
다음에, 본 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이판(20)의 제조 방법에 대하여, 도 12를 참조하여 설명한다.
우선 도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 석영 등으로 이루어지는 투명판 부재(210a) 상에, 예컨대 불산계 등의 소정 종류의 에칭액에 대한 에칭 레이트가 투명판 부재(210a)보다 높은 제 1 막(220')을 형성한다. 이러한 제 1 막(220')은, 예컨대, CVD, 스퍼터링 등에 의해, 투명한 산화 실리콘막으로 형성한다. 그 후, 이 제 1 막(220')에 대하여, 예컨대 800 ∼ 900℃ 정도의 소정 온도에 의한 열처리또는 어닐링 처리를 실시하여, 제 1 막(220')을 태워 굳히는 것에 의해, 그 에칭 레이트의 제어를 행한다. 이 때, 투명판 부재(210)는, 예컨대 석영으로 이루어지기 때문에, 이러한 비교적 고온의 열처리를 실시하더라도, 투명판 부재(210a)가 파괴되는 등의 문제는 특별히 발생하지 않는다.
계속해서, 제 1 막(220') 위에, 예컨대 CVD, 스퍼터링 등에 의해 폴리 실리콘막으로 마스크층(612)을 형성한다.
다음에 도 12(b)에 도시하는 바와 같이, 마스크(612)에 대한 포토리소그래피 및 에칭을 이용한 패터닝에 의해, 형성할 마이크로 렌즈의 중심에 대응하는 개소에 구멍(612a)을 개구한다. 이 때, 구멍(612a)의 직경은, 형성할 마이크로 렌즈(500)의 직경에 비해 작게 되도록 개구시켜 둔다.
다음에 도 12(c)에 도시하는 바와 같이, 이러한 구멍(612a)이 열린 마스크(612)를 거쳐서, 제 1 막(220') 및 투명판 부재(210a)를, 불산계 등의 에칭액에 의해 습식 에칭한다. 그렇게 하면, 제 1 막(220')의 에칭액에 대한 에칭 레이트는, 투명판 부재(210a)보다 높기 때문에, 제 1 막(220')은 보다 빨리 에칭된다. 즉, 제 1 막(220')을 에칭이 관통할 때까지의 동안에는, 구멍(612a)의 주위에서의 제 1 막(220')에, 지향성이 없는 습식 에칭에 의해서 구면의 오목부가 파이지만, 그 관통 후에는 제 1 막(220')이 보다 빨리 에칭된다. 이 때문에, 에칭은, 구멍(612a)의 깊이 방향보다도 주위로 빨리 넓어지기 때문에, 즉 사이드 에칭이 상대적으로 크게 들어 가기 때문에, 주위에 바닥이 얕은 남비 형상의 오목부(220a)가 파이게 된다.
그 후 도 12(d)에 도시하는 바와 같이, 시간 관리 등에 의해 마이크로 렌즈(500)에 대응하는 크기의 오목부가 패이는 단계에서 에칭을 종료한다. 즉, 마이크로 렌즈마다 바닥이 얕은 남비 형상의 오목부가 뚫린 투명판 부재(210)가 완성된다. 그리고, 제 1 막(220)이, 이 오목부의 가장자리 부근 및 투명판 부재(210)의 상면에 남겨진 본 발명의 독자적인 구조가 얻어진다.
본 실시예에서는 특히, 예컨대 재질, 밀도, 공극율 등의 제 1 막(220')의 종류, 예컨대 CVD, 스퍼터링 등의 제 1 막(220')의 형성 방법, 예컨대 400℃ 이하 정도 또는 400 ∼ 1000℃ 정도 등의 제 1 막(220')의 형성 온도, 및 제 1 막(220')의 형성 후에 있어서의 열처리 또는 어닐링 처리에 있어서의 온도 중, 적어도 하나에 관련된 조건 설정에 의해, 에칭 레이트의 제어를 행한다. 예컨대, CVD와 스퍼터링에서는, 후자쪽이, 제 1 막(220')이 보다 치밀해져서, 그 에칭 레이트를 높게 할 수 있다. 또한, 예컨대, 제 1 막(220') 형성 후의 열처리에 대해서는, 온도를 높게 하면 제 1 막(220')이 보다 치밀해져서, 그 에칭 레이트를 낮게 할 수 있고, 반대로 온도를 낮게 하면 그 에칭 레이트를 높게 할 수 있다. 그리고, 이러한 에칭 레이트의 제어에 의해서, 최종적으로 얻어지는 오목부가 규정하는 비구면에 있어서의 곡율 또는 곡율 분포를 비교적 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 제 1 막(220')의 막두께에 의해서도, 최종적으로 얻어지는 오목부가 규정하는 비구면에 있어서의 곡율 또는 곡율 분포를 제어할 수 있다.
이러한 에칭 레이트 제어용의 각종 조건 설정이나 제 1 막(220')의 막두께 설정은, 실험적, 경험적, 이론적 등에 의해, 또는 시뮬레이션에 의해서, 실제로 이용되는 마이크로 렌즈(500)의 사이즈 및 마이크로 렌즈(500)로서 요구되는 성능이나 장치 수단 등에 따라서 각기 구체적으로 설정하면 좋다.
다음에, 도 12(e)에 도시하는 바와 같이 마스크층(612)을 에칭 처리에 의해서 제거한다. 또한, 도 12(d)의 공정에 있어서의 에칭에 의해서, 마스크층(612)이 완전히 제거되도록, 마스크(612)의 막두께를 설정하면, 도 12(e)의 공정은, 생략 가능하다.
다음에, 도 12(f)에 도시하는 바와 같이, 마이크로 렌즈(500)의 표면에 열경화성의 투명한 접착제를 도포하여 네오세람(neoceram)·석영 등으로 이루어지는 커버 유리(200)를 가압 밀착하여 경화시킨다. 이것에 의해, 투명판 부재(210)에 형성된 각 오목부 내에, 접착층(230)이 충전되어 이루어지는 마이크로 렌즈(500)가 완성된다. 이 때, 투명판 부재(210)보다도 고굴절율의 접착층(230)을 형성하는 것에 의해, 각각이 볼록 렌즈로 이루어지는 비구면의 마이크로 렌즈(500)를 비교적 간단하게 작성할 수 있다.
또한, 이 도 12(f)에 나타낸 공정에서는, 커버 유리(200)를 연마하여 소망하는 두께를 갖는 커버 유리(200)로 하여도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예의 제조 방법에 의하면, 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 비구면의 마이크로 렌즈(500)가 어레이 형상으로 형성된 마이크로 렌즈 어레이판(20)을 비교적 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 도 12(e)에 나타낸 오목부가 완성된 단계에 있는 투명판 부재(210)를 2장 마련하여, 이들을 서로 접합하는 것에 의해 양 볼록 렌즈의 마이크로 렌즈를 제조하는 것도 가능하다. 또는, 도 12(e)에 나타낸 오목부를, 2P 법 등에 있어서의 틀로서 이용하는 것에 의해, 비구면의 마이크로 렌즈를 제조하는 것도 가능하다.
또한, 도 5에 나타낸 변형 형태에 있어서의 마이크로 렌즈 어레이판을 제조하는 경우에는, 상술한 도 12(f)에 나타낸 공정에 이어서, 차광막(240) 및 보호막(241) 등을 스퍼터링, 코팅 등에 의해 이 순서로 성막하면 좋다.
(전자 기기의 실시예)
다음에, 이상 상세히 설명한 전기 광학 장치를 라이트 밸브로서 이용한 전자 기기의 구체예로서, 복판식 컬러 프로젝터의 실시예에 대하여, 그 전체 구성, 특히 광학적인 구성에 대하여 설명한다. 여기에 도 13은, 복판식 컬러 프로젝터의 도식적 단면도이다.
도 13에 있어서, 본 실시예에 있어서의 복판식 컬러 프로젝터의 일례인, 액정 프로젝터(1100)는, 구동 회로가 TFT 어레이 기판 상에 탑재된 전기 광학 장치를 포함하는 액정 모듈을 3개 마련하여, 각기 RGB 용의 라이트 밸브(100R, 100G 및 100B)로서 이용한 프로젝터로서 구성되어 있다.
액정 프로젝터(1100)에서는, 메탈 할로겐(metal halide) 램프 등의 백색 광원의 램프 유닛(1102)으로부터 투사광이 발생하면, 3장의 미러(1106) 및 2장의 다이클로익 미러(1108)에 의해서, RGB의 3원색에 대응하는 광성분(R, G, B)으로 나뉘어져, 각 색에 대응하는 라이트 밸브(100R, 100G 및 100B)에 각각 유도된다. 이 때 특히 B 광은, 긴 광로에 의한 광손실을 막기 위해서, 입사 렌즈(1122), 릴레이 렌즈(1123) 및 출사 렌즈(1124)로 이루어지는 릴레이 렌즈계(1121)를 거쳐서 유도된다. 그리고, 라이트 밸브(100R, 100G 및 100B)에 의해 각각 변조된 3원색에 대응하는 광성분은, 다이클로익 프리즘(1112)에 의해 재합성된 후, 투사 렌즈(1114)를 거쳐서 스크린(1120)에 컬러 화상으로서 투사된다.
본 발명은, 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 청구의 범위 및 명세서 전체로부터 얻어지는 발명의 요지 또는 사상에 반하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하고, 그와 같은 변경을 수반하는 마이크로 렌즈의 제조 방법, 마이크로 렌즈, 전기 광학 장치 및 전자 기기도 또한 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
본 발명에 따르면, 광원광, 외광 등을 작은 구면 수차로 또한 효율적으로 집광할 수 있고, 또한 제조가 용이하고 비교적 저렴하면서 품질이 안정된 마이크로 렌즈, 또한 마이크로 렌즈 어레이 또는 마이크로 렌즈 어레이판을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이판에 대한 실시예의 개략 사시도,
도 2는 마이크로 렌즈 어레이판에 대한 실시예 중, 4개의 마이크로 렌즈에 관한 부분을 확대하여 나타내는 부분 확대 평면도,
도 3은 마이크로 렌즈 어레이판에 대한 실시예의 부분 확대 단면도,
도 4는 마이크로 렌즈 어레이판에 대한 실시예의 또다른 하나의 마이크로 렌즈에 관한 부분을 확대하여 나타내는 부분 확대 단면도,
도 5는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이판의 변형 형태에 있어서의 부분 확대 단면도,
도 6은 본 발명의 전기 광학 장치에 대한 실시예에 있어서의 TFT 어레이 기판을 그 위에 형성된 각 구성 요소와 함께 대향 기판측에서 본 평면도,
도 7은 도 6의 H-H' 단면도,
도 8은 전기 광학 장치에 대한 실시예에 있어서의 화상 표시 영역을 구성하는 매트릭스 형상의 복수의 화소에 마련된 각종 소자, 배선 등의 등가 회로를 나타내는 블럭도,
도 9는 전기 광학 장치에 대한 실시예에 있어서의 데이터선, 주사선, 화소 전극 등이 형성된 TFT 어레이 기판의 서로 인접하는 복수의 화소군의 평면도,
도 10는 도 9의 A-A' 단면도,
도 11은 전기 광학 장치에 따른 실시예에 있어서, 대향 기판으로서 이용되는 마이크로 렌즈 어레이판의 각 마이크로 렌즈에 의해 입사광이 집광되는 모양을 개략적으로 나타내는 단면도,
도 12는 마이크로 렌즈 어레이판의 제조 방법을 나타내는 공정도,
도 13은 본 발명의 전자 기기의 실시예인 복판식(複板式) 컬러 프로젝터의 일례인 컬러 액정 프로젝터를 나타내는 도식적 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : TFT 어레이 기판 20 : 마이크로 렌즈 어레이판
50 : 액정층 200 : 커버 유리
210 : 투명판 부재 220 : 제 1 막
230 : 접착층 240 : 차광막
500 : 마이크로 렌즈
Claims (17)
- 마이크로 렌즈의 제조 방법에 있어서,기판 상에 소정 종류의 에칭액(etchant)에 대한 에칭 레이트(etching rate)가 상기 기판과 상이한 제 1 막을 형성하는 공정과,형성할 마이크로 렌즈의 중심에 대응하는 개소에 구멍이 개구된 마스크를 상기 제 1 막 상에 형성하는 공정과,상기 마스크를 통해 습식 에칭하는 것에 의해, 상기 마이크로 렌즈의 곡면을 규정하는 비구면의 오목부를 상기 기판에 형성하는 공정을 포함하되,상기 기판에 규정되는 렌즈면의 가장자리에 있어서의 접선에 대하여 상기 제 1 막에 있어서의 렌즈면의 접선이 50~60도로 되도록, 렌즈 곡면이 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 마이크로 렌즈의 제조 방법에 있어서,기판 상에 소정 종류의 에칭액에 대한 에칭 레이트가 상기 기판과 상이한 제 1 막을 형성하는 공정과,형성할 마이크로 렌즈의 중심에 대응하는 개소에 구멍이 개구된 마스크를 상기 제 1 막 상에 형성하는 공정과,상기 마스크를 통해 습식 에칭하는 것에 의해, 상기 마이크로 렌즈의 곡면을 규정하는 비구면의 오목부를 상기 기판에 형성하는 공정을 포함하되,상기 제 1 막에 있어서의 렌즈면의 단면 형상은 직선 형상인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 막은 상기 기판과 비교해서 상기 에칭 레이트가 높은 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 기판은 투명 기판으로 이루어지고,상기 오목부 내에 상기 투명 기판보다 굴절율이 큰 투명 매질을 넣는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 막은 투명막 또는 불투명막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 막은 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 에칭 레이트의 제어를, 상기 제 1 막의 종류, 상기 제 1 막의 형성 방법, 상기 제 1 막의 형성 조건 및 상기 제 1 막의 형성 후에 있어서의 열처리의 온도 중 적어도 하나에 관련된 조건 설정에 의해서 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 마스크는 폴리실리콘막, 비정질 실리콘막 또는 내불산막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
- 청구항 1 또는 2에 기재된 마이크로 렌즈의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
- 전기 광학 장치에 있어서,청구항 9에 기재된 마이크로 렌즈와,해당 마이크로 렌즈에 대향하는 표시용 전극과,해당 표시용 전극에 접속된 배선 또는 전자 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 전자 기기에 있어서,청구항 10에 기재된 전기 광학 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
- 마이크로 렌즈 어레이판에 있어서,다수의 마이크로 렌즈와,상기 마이크로 렌즈의 저부(底部)를 규정하는 오목 형상의 홈을 갖는 투명 부재와,상기 투명 부재 상에 형성되고, 상기 오목 형상의 홈에 대응하여 형성되어 상기 마이크로 렌즈의 가장자리부를 규정하는 개구를 갖는 막과,상기 막 상에 형성된 커버 부재를 구비하되,상기 투명 부재에 규정되는 렌즈면의 가장자리에 있어서의 접선에 대하여 상기 막에 있어서의 렌즈면의 접선이 50~60도로 되도록, 렌즈 곡면이 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이판.
- 마이크로 렌즈 어레이판에 있어서,다수의 마이크로 렌즈와,상기 마이크로 렌즈의 저부(底部)를 규정하는 오목 형상의 홈을 갖는 투명 부재와,상기 투명 부재 상에 형성되고, 상기 오목 형상의 홈에 대응하여 형성되어 상기 마이크로 렌즈의 가장자리부를 규정하는 개구를 갖는 막과,상기 막 상에 형성된 커버 부재를 구비하되,상기 막에 있어서의 렌즈면의 단면 형상은 직선 형상인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이판.
- 삭제
- 전기 광학 장치에 있어서,청구항 12 또는 13에 기재된 마이크로 렌즈 어레이판과,해당 마이크로 렌즈에 대향하는 표시용 전극과,해당 표시용 전극에 접속된 배선 또는 전자 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
- 전자 기기에 있어서,청구항 15에 기재된 전기 광학 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 기판 상에 상기 마이크로 렌즈가 어레이 형상으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
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