KR20040094860A

KR20040094860A - 마이크로 렌즈 어레이 기판 및 그 제조 방법 및 이들을이용한 투영형 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20040094860A
Application number: KR10-2004-7015195A
Authority: KR
Inventors: 오까다구니아끼; 나가사까유끼꼬; 기따무라가즈야; 세끼모또요시히로; 구라따유끼오; 나까니시히로시
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-11-10
Also published as: JP4210070B2; US20050174649A1; TW200405060A; US7338754B2; WO2003083525A1; KR100722912B1; CN1643406A; CN1303439C; JP2003294912A; TW594129B

Abstract

복수개의 렌즈를 갖는 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이(6, 7)를 구비하고 있는 마이크로 렌즈 어레이 기판(12)에 있어서, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)는 2매의 무기 유전체 기판(21, 24) 사이에 끼워져 형성되어 있고, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)는 2매의 무기 유전체 기판(21, 24) 중 어느 한 쪽의 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있다.

Description

마이크로 렌즈 어레이 기판 및 그 제조 방법 및 이들을 이용한 투영형 액정 표시 장치{MICRO-LENS ARRAY SUBSTRATE AND PRODUCTION METHOD THEREFOR, AND PROJECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIT USING THOSE}

투영형 액정 표시 장치는 투영형 브라운관 표시 장치와 비교하면, 색 재현 범위가 넓은 것, 소형 및 경량이므로 들고 운반하기 쉬운 것, 지자기에 영향받지 않으므로 컨버전스 조정이 불필요한 것 등, 우수한 특징을 갖고 있다. 또한 투영형 액정 표시 장치는 대화면화도 용이하므로, 금후 가정용 영상 표시 장치의 주류가 된다고 생각된다.

액정 표시 소자를 이용한 컬러의 투영형 화상 표시 방식에는 3원색에 따라서 액정 표시 소자를 3매 이용하는 삼판식과, 1매만을 이용하는 단판식이 있다. 전자의 삼판식은 백색광을 RㆍGㆍB의 3원색으로 각각 분할하는 광학계와, 각 색광을 제어하여 화상을 형성하는 3매의 액정 표시 소자를 각각 독립적으로 구비하고 있고, 각 색의 화상을 광학적으로 중첩하여 풀컬러 표시를 행하는 것이다.

이 삼판식 구성에서는 백색 광원으로부터 방사되는 빛을 유효하게 이용할 수 있고, 또한 색의 순도도 높다는 이점이 있다. 그러나, 삼판식 액정 표시 장치는 상술한 바와 같이 색 분할 기능과 화상 형성 기능이 필요하므로, 광학계가 번잡하고 부품 개수가 많아져 버려 저비용화 및 소형화가 곤란하다.

이에 대해 단판식 액정 표시 장치는 액정 표시 소자를 1매만 이용하는 구성이고, 모자이크형, 스트라이프형 등의 3원색 컬러 필터 패턴을 구비한 액정 표시 소자를 투영 광학계에 의해 투영하는 것이다. 또한, 단판식 화상 표시 장치는 사용하는 액정 표시 소자가 1매로 끝나고, 또한 광학계의 구성도 삼판식에 비해 단순해지므로 저비용 및 소형의 투영형 시스템에 적합하다.

그러나, 단판식 액정 표시 장치는 컬러 필터에 의한 빛의 흡수 또는 반사가 일어나므로, 입사광의 약 1/3밖에 이용할 수 없다는 결점이 있다. 이와 같은 결점을 해결하기 위해, 일본국 공개 특허 공보 특허 공개 평7-181487호(1995년 7월 21일 공개)에 있어서, 2층 구성의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 컬러 필터레스의 단판식 액정 표시 장치가 개시되어 있다.

단판식 액정 표시 장치에 대해 도1을 이용하여 설명한다. 도1에 도시한 바와 같이, 단판식 액정 표시 장치는 부채꼴형으로 배치된 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)에 의해 백색 광원(2)으로부터의 백색광을 R, G, B의 각 색으로 분할하여 액정 표시 소자(20)의 광원측에 배치되어 있는 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이(6, 7)에 각각 다른 각도로 입사시키는 것이다. 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 통과한 각 광속은 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)에 의해 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)에서분할된 R, G, B의 주광선이 대략 평행해지도록 굴절된다. 또한, R, G, B에 대응한 색 신호가 독립적으로 인가되는 신호 전극에 의해 구동되는 액정 부위에 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)에 의해 굴절된 각 광속이 분배 조사된다.

상기 단판식 액정 표시 장치에서는 흡수형의 컬러 필터를 이용하지 않으므로 빛의 이용 효율이 향상될 뿐만 아니라, 마이크로 렌즈 어레이 투과 후의 각 색의 주광선이 대략 평행해진다. 즉, 단판식 액정 표시 장치는 투영 렌즈(10)에 도달하기까지의 각 색의 주광선의 확대(넓이)를 억제하고, 투영 렌즈(10)에서의 주변 흐림에 의한 광량 저하를 방지하기 위해 매우 밝은 화상을 제공할 수 있다.

또한, 상기 공보에 기재되어 있는 2층 구성의 마이크로 렌즈 어레이는 1매의 유리 기판의 양측에 각각 마이크로 렌즈 어레이를 접합하여 형성되어 있다.

2층 구성의 마이크로 렌즈 어레이의 제작법으로서는, 일본국 공개 특허 공보특허 공개 평9-90336호(1997년 4월 4일 공개)에 개시되어 있는 방법이 있다. 이 2층 구성의 마이크로 렌즈 어레이는 제1, 제2 마이크로 렌즈 어레이를 따로따로 제작하여 제1 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형성면과 제2 마이크로 렌즈 어레이의 연마면을 접합하여 제작한 것이다.

이와 같이, 종래 기술에 있어서는, 상기한 바와 같이 유리 기판의 양면에 마이크로 렌즈 어레이를 형성하거나, 혹은 2매의 마이크로 렌즈 어레이 기판을 접합하거나 하여, 2층의 마이크로 렌즈 어레이가 제작되어 있었다. 그러나, 이하에 서술하는 이유로부터 광축 맞춤이 어렵고, 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있었다.

즉, 2층의 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 마이크로 렌즈 어레이 기판에서는 2매의 마이크로 렌즈 어레이의 광축 맞춤의 공정이 필요해진다. 즉, 렌즈의 광학 특성을 확보하기 위해서는 2매의 렌즈 어레이의 종방향, 횡방향 및 회전 방향의 각도를 모두 일치시켜야만 한다.

그러나, 렌즈 패턴이 미세하므로, 상기한 광축 맞춤은 ±1 ㎛의 정밀도로 행하는 것이 요구된다. 따라서, 2층 구조의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조를 매우 곤란한 것으로 하고 있었다.

또한, 2층의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 중간층이 들어가는 것도 광축 맞춤이 곤란해지는 요인 중 하나로 되어 있었다. 즉, 2층의 렌즈 패턴 사이에 갭이 있으므로, 2층의 위치 결정용 얼라이먼트 마크의 양방에 동시에 핀트를 맞추어 관찰할 수 없었다. 또한, 각 층마다 별개의 얼라이먼트 마크 관찰 시스템을 짜서 광축 맞춤을 행하는 것은 가능하지만, 그 경우 얼라이먼트 마크 관찰계의 광축 맞춤도 엄밀히 행할 필요가 있다. 따라서, 상기한 바와 같이 중간층을 2층의 마이크로 렌즈 사이에 넣는 것도 위치 결정 장치의 비용 상승의 원인이 되고 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 광축 맞춤이 용이하고, 간략화된 공정으로 제조할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이 기판, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법 및 투영형 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 2층 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 구비한 마이크로 렌즈 어레이 기판 및 그 제조 방법 및 그 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구비한 액정 표시 소자를 이용하여 구성된 단판식의 투영형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

도1은 투영형 액정 표시 장치의 개략의 구성을 나타내는 개략도이다.

도2는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구비한 액정 표시 소자의 단면도이다.

도3a 내지 도3f는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제1 제조 방법의 공정을 나타내는 도면이다.

도4는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서의 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝 방법의 원리에 대해 설명하는 도면이다.

도5는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서 이용하는 노광 광학계의 구성을 도시하는 도면이다.

도6은 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서 이용하는 노광 광학계의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.

도7a 내지 도7e는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제2 제조 방법의 공정을 나타내는 도면이다.

도8a 내지 도8c는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제3 제조 방법의 공정을 나타내는 도면이다.

본 발명에 관한 마이크로 렌즈 어레이 기판은 상기 목적을 달성하기 위해 복수개의 렌즈를 갖는 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이는 2매의 무기 유전체 기판 사이에 끼워져 형성되어 있고, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이는 상기 2매의 무기 유전체 기판 중 어느 한 쪽의 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 제1 마이크로 렌즈 어레이와 제2 마이크로 렌즈 어레이는 각각 열팽창이 작은 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있다. 따라서, 열에 의해 각 마이크로 렌즈 어레이에 형성된 렌즈끼리의 간격이 어긋나 버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상의 패터닝을 행할 수 있으므로, 이들 2개의 마이크로 렌즈 어레이의 광축 맞춤이 불필요해진다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 렌즈 간격의 어긋남을 방지할 수 있고, 또한 2개의 마이크로 렌즈 어레이의 광축 맞춤을 불필요하게 할 수 있으므로, 저비용으로 고정밀도의 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법은 상기 목적을 달성하기 위해 복수개의 렌즈를 갖는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 무기 유전체 기판 상에 형성하는 공정과, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 상에 감광성 수지를 도포하는 공정과, 상기 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행하는 공정과, 패터닝된 상기 감광성 수지를 기초로 하여 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정을 갖고, 상기 감광성 수지의 패터닝 공정은 상기 제1 마이크로 렌즈어레이를 투과한 빛을 이용하여 행하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법에 따르면, 제1 마이크로 렌즈 어레이는 열팽창이 작은 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있다. 따라서, 열에 의해 각 마이크로 렌즈 어레이에 형성된 렌즈끼리의 간격이 어긋나 버리는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에 나타내는 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이익은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명에서 명백해질 것이다.

본 발명의 일실시 형태에 대해 첨부하는 도면을 기초로 하여 설명한다.

도1은 본 발명의 투영형 액정 표시 장치의 전체의 구조를 도시하는 단면도, 도2는 투과형 액정 표시 장치에 이용되고 있는 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판 및 액정 표시 소자를 도시하는 단면도이다.

도1에 도시한 투영형 액정 표시 장치(1)는 백색 광원(2)의 배면에 구면경(3)이 설치되어 있다. 또한, 구면경(3)의 중심은 백색 광원(2)에 있어서의 발광부의 중심과 일치하도록 배치되어 있다. 또한, 백색 광원(2)의 전방면에는 콘덴서 렌즈(4)가 설치되어 있다. 또한, 콘덴서 렌즈(4)는 그 촛점이 백색 광원(2)의 발광부의 중심과 일치하도록 배치되어 있다.

이와 같은 배치에 의해, 콘덴서 렌즈(4)로부터 대략 평행한 백색 광속을 얻을 수 있다. 또, 백색 광원(2)으로부터 평행 광속을 얻는 방법으로서는 상기한 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 회전 방물면경을 이용하는 방법, 회전 방물면경과 인테그레이터를 사용하는 방법 등을 채용해도 좋다.

또한, 콘덴서 렌즈(4)의 전방에는 3종 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)(광속 분할 수단)가 각각 다른 각도로 배치되어 있다. 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)는 각각 녹색, 적색, 청색에 대응하는 각 파장 영역의 빛을 선택적으로 반사하여 다른 투과하는 특성을 갖고, 이 순으로 광축 상에 배치되어 있다. 또, G, R, B는 각각 녹색, 적색, 청색의 각 색을 나타내는 것으로 한다.

3매의 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B) 중에서 백색 광원(2)에 가장 가까운 위치에 설치된 다이크로익 미러(5G)는 백색 광원(2)으로부터의 광속이 예를 들어 30° 전후의 입사각으로 입사하도록 설치되어 있다.

그 밖의 다이크로익 미러(5R, 5B)는 다이크로익 미러(5G)에 대해 각각 평행한 상태로부터 도1에 있어서 지면에 수직인 방향의 축을 회전축으로 하여 각도 ø씩 반시계 방향으로 기울어져 배치되어 있다.

이 상대적인 각도 ø은 액정 표시 소자(20)의 회소 배열 피치 P 및 액정 표시 소자(20)에 설치된 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 촛점 거리(f)를 이용하여,

P ＝ f × tanø

을 만족하도록 설정된다.

이와 같은 배치에 의해, 녹색 파장 영역, 적색 파장 영역, 청색 파장 영역의 각각의 광속은 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)에 대해 각각 각도 2ø씩 어긋나 입사한다.

또한, 백색 광원(2)으로부터 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)를 향해 백색광을 조사하면, 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)가 각각 다른 파장 영역의 광속을 각각 반사시킴으로써 백색광은 3원색으로 분할된다.

각 색의 광속(G, R, B)은 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)가 배치된 각도에 따라서 상술한 바와 같이 각각 다른 각도로 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)에 입사한다. 이 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)로부터의 빛은 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)를 거쳐서 각 색에 대응하는 신호 전극(후술함)에 집광된다. 또한, 집광된 빛의 색에 대응한 영상 신호로 각 신호 전극을 구동하면, 각 색의 광속은 그 신호에 따른 강도로 변조된다.

액정 표시 소자(20)의 광출사 방향의 전방에는 투영 수단으로서의 필드 렌즈(9) 및 투영 렌즈(10)가 설치되어 있고, 또한 이 투영 렌즈(10)의 후단에는 스크린(11)이 설치되어 있다. 또한, 필드 렌즈(9)의 촛점 거리는 필드 렌즈(9)와 투영 렌즈(10)와의 거리로 설정되어 있다.

상기 구성에 의해, 액정 표시 소자(20)에 의해 변조된 각 색의 광속은 필드 렌즈(9)에 의해 투영 렌즈(10)가 설치된 위치에 수렴되고, 이 투영 렌즈(10)에 의해 스크린(11)으로 투영된다. 이에 의해, 스크린(11) 상에서 컬러 화상 표시가 행해진다. 또, 필드 렌즈(9)를 이용하지 않고, 액정 표시 소자(20)로부터 직접 투영 렌즈(10)에 빛을 입사하는 구성으로 해도 좋다.

여기서 이용하는 액정 표시 소자(20)에 대해 도2를 이용하여 상세하게 설명한다. 액정 표시 소자(20)는 유리 기판(8)과 마이크로 렌즈 어레이 기판(12)을 갖고 있고, 유리 기판(8)과 마이크로 렌즈 어레이 기판(12) 사이에는 액정층(29)이 봉입되어 있다.

또한, 광출사측에 위치하는 유리 기판(8)의 마이크로 렌즈측에는 액정층(29)을 서로 변화시키기 위한 신호 전극(27)이 형성되어 있다. 또한, 광입사측에 위치하는 마이크로 렌즈 어레이 기판(12)의 액정 소자측에는 신호 전극과 직교하는 주사 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 또, 신호 전극(27) 및 주사 전극은 ITO(Indium Tin 0xide : 인듐 주석 산화물) 등으로 이루어지는 투명 전극에 의해 형성되어 있다.

마이크로 렌즈 어레이 기판(12)에는 2층의 마이크로 렌즈 어레이로서 제1 마이크로 렌즈 어레이(6) 및 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 설치되어 있다.

여기서, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)는 석영 기판(무기 유전체 기판)(21)과 석영 박판 유리(무기 유전체 기판)(24) 사이에 끼워져 형성되어 있다. 석영 기판(21) 및 석영 박판 유리(24)는 무기 유전체로 이루어지고, 가시광 혹은 자외광에 대해 대략 투명하다. 또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)는 굴절률이 다른 저굴절률 자외선 경화 수지(22)와 고굴절률 자외선 경화 수지(23)의 경계면에 의해 렌즈 패턴형으로 형성되어 있다.

또한, 굴절률이 다른 석영 박판 유리(24)와 고굴절률 자외선 경화 수지(25)의 경계면도 렌즈 패턴형으로 새겨져 있고, 이 경계면에 의해 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 형성된다. 또, 고굴절률 자외선 경화 수지(25)에는 석영 박판 유리(24)의 굴절률보다도 높은 것을 선택한다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 패턴은 구면 렌즈형, 육각 렌즈형, 혹은 어묵형 렌즈형이라도 좋다. 특히, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 렌즈 패턴은 사다리꼴 프리즘이라도 좋다.

또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 구성하는 각 렌즈의 광축과, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)를 구성하는 각 렌즈의 광축은 서로 평행해져 있다. 즉, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 대향하는 각 렌즈의 광축은 서로 일치하도록 되어 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 기준으로 하여 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)를 제작할 때에, 포토리소 공정을 이용할 수 있다. 따라서, 정밀도가 좋은 위치 맞춤을 행할 수 있다. 보다 구체적으로는, 오차 ±1 ㎛ 이내로 위치 맞춤을 행할 수 있다.

또, 석영 기판(21)에 플라스틱 수지를 이용한 경우에는 기준이 되는 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 형상 및 평면도를 확보할 수 없는 경우가 있다. 이 경우, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 형상을 기준으로 하여 제작하는 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 형상의 정밀도를 확보할 수 없다. 따라서, 상기에 도시한 바와 같이, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 석영 기판(21)과 석영 박판 유리(24) 사이에 끼운 구성으로 할 필요가 있다.

또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 사이에 두는 기판에 무기 유전체를 이용하는 이유로서 열팽창이 작고, 강도도 높고, 또한 연마에 의해 높은 평탄성을 얻을 수 있는 것을 예로 들 수 있다. 즉, 연마된 무기 유전체 상에 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)를 형성함으로써 제2 마이크로 렌즈 어레이면의 평탄성을 높게 유지할 수 있다.

또한, 석영 기판(21)과 석영 박판 유리(24)를 동일한 부재로 하면, 열팽창에 의해 발생되는 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 각 층의 렌즈 간격 어긋남도 생기지 않게 되어 이상적인 구조가 된다.

또한, 액정 표시 소자(20)는 다이크로익 미러(5G, 5R, 5B)에 의해 백색 광속을 분광하므로, 컬러 필터는 필요없고, 광이용 효율이 높아진다.

또한, RGB의 각 색마다 대응하는 영상 신호가 신호 전극(27)에 인가된다. 또, 도2에 있어서는 액정 표시 소자(20)의 구성 요소인 주사 전극, 편광판, 배향막 등은 설명의 편의상 그 기재를 생략하고 있다.

상기 구성의 본 실시의 액정 표시 소자에 의해 얻게 되는 효과에 대해 이하에 설명한다.

액정 표시 소자(20)가 종래와 같이 하나의 마이크로 렌즈 어레이밖에 갖고 있지 않은 경우, 다이크로익 미러로부터의 광속은 액정 표시 소자(20)를 출사한 후에도 2ø의 각도를 갖고 전파되어 버린다. 따라서, 이들을 모두 포착하여 투영하기 위해, 대구경의 투영 렌즈가 필요해진다.

그러나, 본 실시 형태에서는 출사광의 넓이를 작게 하기 위해, 도2에 도시한 바와 같이 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 설치되어 있다. 또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)는 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 출사측 근방에 제1 마이크로 렌즈어레이(6)로부터 출사된 광속의 촛점이 위치하도록 설정되어 있다.

이와 같이 배치된 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)는 필드 렌즈(9)와 같은 기능을 하여 각 광속의 주광선을 서로 평행화한다. 따라서, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)는 각 광속의 출사 방향을 액정 표시 소자(20)에 대해 수직으로 하여 액정 표시 소자(20)로부터의 출사광의 확대각을 작게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 액정 표시 소자(20)를 이용하면, 소구경의 투영 렌즈(10)를 이용한 경우라도 모든 광속을 유효하게 이용할 수 있다.

이에 의해, 광이용 효율을 높게, 화이트 밸런스가 좋은 컬러 화상을 얻는 것이 가능해지는 동시에, 비용 상승의 원인이 되고 있던 고가의 대구경 렌즈를 이용하지 않아도 좋아진다. 따라서, 액정 표시 장치의 전체적인 비용 상승을 회피하는 것이 가능해진다.

다음에, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

(제1 제조 방법)

도3a 내지 도3f에 2층 마이크로 렌즈 어레이 기판의 각 제조 공정에 있어서의 각 단면도를 도시한다.

제1 마이크로 렌즈 어레이(6)는 감광성 수지로서 자외선 조사에 의해 경화하는 자외선 경화 수지를 이용하는 이른바 2P(Photo-Polymerization)법에 의해 성형한다.

우선, 도3a에 도시한 바와 같이, 무기 유전체 기판인 석영 기판(21) 상에 저굴절률 자외선 경화 수지(22)를 도포하여 그 위에 스탬퍼(41)를 강하시킨다. 이 스탬퍼(41)의 하면에는 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 패턴과 합치하는 반전 패턴이 형성되어 있다.

또한, 이 스탬퍼(41)를 석영 기판(21)에 충분히 압박하여 스탬퍼(41)와 석영 기판(21) 사이에 저굴절률 자외선 경화 수지(22)를 압박 확대하고, 그대로의 상태를 유지하면서 석영 기판(21)을 통해 저굴절률 자외선 경화 수지(22)에 자외선 램프 등에 의해 자외선을 조사한다.

이와 같이 자외선이 조사된 저굴절률 자외선 경화 수지(22)는 경화 반응을 일으켜 경화하므로, 저굴절률 자외선 경화 수지(22)에 스탬퍼(41)의 반전 패턴이 전사 성형된다. 경화 후, 스탬퍼(41)를 상승시켜 저굴절률 자외선 경화 수지(22)와 스탬퍼(41)를 분리한다.

다음에, 도3b에 도시한 바와 같이 경화된 저굴절률 자외선 경화 수지(22) 상에 고굴절률 자외선 경화 수지(23)를 도포하고, 저굴절률 자외선 경화 수지(22)의 오목부를 매립한다. 또한 고굴절률 자외선 경화 수지(23) 상에 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7) 사이에 있어서의 무기 유전체 중간층이 되는 석영 박판 유리(24)를 부착한다.

또한, 석영 박판 유리(24)를 석영 기판(21) 쪽에 충분히 압박하여 석영 박판 유리(24)를 통해 자외선을 조사하고, 고굴절률 자외선 경화 수지(23)를 경화시킨다. 또, 고굴절률 자외선 경화 수지는 석영 박판 유리(24)의 접착층의 역할도 발휘한다.

여기서, 원하는 두께보다 석영 박판 유리(24)가 두꺼운 경우에는 연마를 행함으로써 필요한 두께까지 석영 박판 유리(24)를 깎는 공정을 가해도 좋다. 2P 성형에 의한 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 두께를 장치측에서 관리할 수 있는 경우에는 상기한 연마 공정을 생략할 수도 있다.

다음에, 도3c에 도시한 바와 같이 석영 박판 유리(24) 상에 레지스트층(42)을 도포한다. 이 레지스트층(42)에 대해 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 통해 자외선을 조사하여 노광을 행한다. 이 노광 공정의 상세에 대해서는 후술한다.

이 노광 공정은 강도 분포를 갖게 한 자외광을 레지스트층(42)에 조사하여 레지스트층(42)에서 3차원적인 구조물을 형성하는 것을 목적으로 하고 있다. 즉, 자외광의 강도 분포에 따라서 각 지점에서의 레지스트층(42)의 감광량이 다르므로, 현상 후의 잔막량도 각 지점에서 서로 다르다. 이것을 이용하면, 조사광의 강도 분포를 조정함으로써 레지스트층(42)을 원하는 형상으로 형성할 수 있다.

노광 후, 현상 처리를 행하면, 도3d에 도시한 바와 같이 레지스트층(42)에 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 패턴이 새겨진다. 이 후, 포스트 베이크 처리를 행한다.

다음에, 도3e에 도시한 바와 같이 드라이 에칭을 행하여, 레지스트층(42)에 새겨진 렌즈 패턴의 형상을 석영 박판 유리(24)에 전사한다. 드라이 에칭의 방법으로서는 반응성 이온 에칭, 이온 밀링 등의 방법이 있다.

이 때, 에칭 조건에 의해 레지스트층(42)에 새겨진 렌즈 패턴의 두께를 확대할 수 있다. 예를 들어, 레지스트와 석영 유리의 에칭 선택비가 1 : 2가 되도록에칭 조건을 선택하면, 레지스트층(42)에 있어서 10 ㎛의 두께로 형성된 렌즈 패턴은 석영 박판 유리(24)에 있어서 20 ㎛ 두께의 렌즈 패턴으로 확대된다. 따라서, 레지스트층(42)에 새기는 렌즈 패턴의 형상은 에칭 선택비도 고려하여 결정될 필요가 있다.

다음에, 도3f에 도시한 바와 같이 고굴절률 자외선 경화 수지(25)를 석영 박판 유리(24)에 도포하여 석영 박판 유리(24)의 오목부를 매립한다. 그 후, 자외광을 조사하여 고굴절률 자외선 경화 수지(25)를 경화시킨다.

이 때, 고굴절률 자외선 경화 수지(25) 상면의 평탄화 처리도 행한다. 평탄화 처리의 방법은 2개 있다. 제1 방법은, 고굴절률 자외선 경화 수지(25)가 미경화인 상태에서 상면으로부터 이미 이형 처리를 실시한 석영 평면판을 압박하고, 자외선을 조사하여 고굴절률 자외선 경화 수지(25)를 경화시키는 방법이다. 제1 방법에 따르면, 자외선 경화 수지의 경화 후 석영 평면판을 분리하면, 상면이 평활한 고굴절률 자외선 경화 수지(25)를 얻을 수 있다.

제2 방법은, 고굴절률 자외선 경화 수지(25)를 경화한 후, 연마 처리를 행하여 고굴절률 자외선 경화 수지(25) 표면을 평활화하는 방법이다.

이상의 공정에 의해, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 상방에 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 형성된 마이크로 렌즈 어레이 기판(12)을 제작할 수 있다.

또한 마이크로 렌즈 어레이 기판(12) 상에 블랙 매트릭스(26) 및 투명 전극막을 형성하고, 마이크로 렌즈 어레이 기판(12)과 유리 기판(8)을 스페이서(28)를 끼워 접합하고, 그 간극에 액정층(29)을 주입하면 도2에 도시한 바와 같은 액정 표시 소자(20)가 완성된다.

다음에, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 렌즈 패턴을 형성하기 위한 레지스트층의 노광 원리에 대해 설명한다.

본 발명의 투영형 액정 표시 장치(1)에서는, 도2에 도시한 바와 같이 광이용 효율 향상을 위해 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 렌즈의 촛점은 블랙 매트릭스(26)의 면에 대략 위치하도록 설계되어 있다.

또한 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)는 가능한 한 거리를 두고 배치되고, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)는 블랙 매트릭스(26)의 근방에 형성된다.

상술한 제작 공정에 있어서, 석영 박판 유리(24)를 고굴절률 자외선 경화 수지(23)에 부착할 때, 석영 박판 유리(24)의 상면은 대략 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 촛점면에 위치한다. 따라서, 석영 박판 유리(24)의 상면에 레지스트층을 도포하면, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 통해 자외광 평행광을 조사하였을 때, 상기 평행광은 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)에 의해 레지스트층 상의 어느 일점에 집광된다. 이와 같이 자외광을 일점에 집광함으로써 레지스트층이 노광된다.

여기서, 자외광 평행광의 입사 각도를 θi, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 촛점 거리를 f, 렌즈 광축과 촛점면이 교차하는 위치로부터 집광 스폿까지의 간격을 r로 두면, 그 간격(r)은

r ＝ f × tanθi

로 표시된다. 따라서, 자외광 평행광의 입사 각도(θi)를 변화시킴으로써 집광 스폿의 위치를 바꿀 수 있다.

예를 들어, 도4에 있어서 입사 각도가 θi인 자외광의 광속(45)을 입사하면, 3개의 마이크로 렌즈(46a, 46b, 46c)에 의해 광속(45)은 각각 참조 번호 47a, 47b, 47c로 나타내는 지점에 집광된다. 따라서, 이들 지점에 있어서 레지스트층(42)은 노광된다.

또한, 입사 각도를 θj로 바꾸어 평행광 광속(48)을 입사하면, 3개의 마이크로 렌즈(46a, 46b, 46c)에 의해 평행광 광속(48)은 참조 번호 49a, 49b, 49c로 나타내는 지점에 집광된다. 따라서, 이들 지점에 있어서 레지스트층(42)은 노광된다.

이와 같이, 광속의 입사 각도를 변경함으로써, 마이크로 렌즈의 집광 위치를 변경할 수 있다.

또한, 레지스트층(42)의 재료에 네가티브 레지스트를 이용한 경우, 강하게 노광된 지점에서는 레지스트층(42)이 두꺼워지고, 약하게 노광된 지점에서는 레지스트층(42)은 얇아진다. 즉, 노광 시간이나 노광 강도를 변경함으로써 레지스트층의 형상을 조정할 수 있다.

이와 같이, 자외광의 평행광 광속의 입사 각도(θi)와 노광 시간(혹은 조사광 강도)을 제어함으로써, 원하는 지점에서 원하는 노광량의 노광을 행할 수 있다. 이에 의해, 원하는 레지스트층을 노광하여 원하는 패턴으로 형성할 수 있다.

또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6) 전체를 균일한 광강도로 조사할 수 있는 자외광 평행광을 노광광으로서 이용하면, 그 조사 영역 내에 있어서 제1 마이크로렌즈 어레이(6)에 있어서의 각각의 렌즈의 바로 아래에서 레지스트층의 노광이 행해진다. 따라서, 형상이 구비된 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)를 형성할 수 있다.

다음에, 상술한 노광 공정을 행하기 위한 노광 광학계에 대해 설명한다. 도5는 노광 광학계의 일구성예를 나타낸 도면이다. 도5에 도시한 바와 같이, 노광 광학계에서는 초고압 수은 램프(51)를 노광광의 광원으로서 이용하고 있다. 초고압 수은 램프(51)로부터 출사된 i선(파장 365 ㎚)의 자외광은 구면 미러(52)와 콜리메이트 렌즈(53)에 의해 평행광으로 변환되고, 또한 강도 보정 필터(54)를 거쳐서 액정 표시 소자(20)로 유도된다.

강도 보정 필터(54)는 투과율 분포를 갖게 한 필터이고, 상기 필터를 투과한 후의 광속이 균일한 광강도 분포를 갖는 투과율 분포가 설계되어 있다. 따라서, 자외광에 강도 보정 필터(54)를 투과시킴으로써 균일한 광강도 분포로 마이크로 렌즈 어레이 기판을 조사할 수 있다.

또한, 액정 표시 소자(20)는 2축 회전의 회전 스테이지(도시하지 않음)에 탑재되어 있다. 이 회전 스테이지의 회전각을 제어함으로써, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 법선과 자외광 평행광 광축의 기울기를 자유롭게 변경할 수 있다.

본 실시 형태에서는 자외광 평행광 광축을 고정하는 한편, 액정 표시 소자를 X축 및 Y축에 대해 회전시킴으로써, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)에 대한 자외광 평행광의 입사 각도를 변화시킬 수 있다. 또한, 노광 시간(혹은 조사광 강도)을 제어하면서 노광을 행함으로써, 레지스트층에 원하는 패턴을 형성할 수 있다.

도6은 노광 광학계의 다른 구성예를 나타낸 도면이다. 도6에 도시한 바와같이, 노광 광학계에서는 초고압 수은 램프(51)를 노광광의 광원으로서 이용하고 있다. 초고압 수은 램프(51)로부터 출사된 빛은 곡면 미러(61)에 의해 반사되어 그레이스케일 마스크(투과율 변조 마스크)(62)를 조명한다. 그레이스케일 마스크(62)는 임의의 투과율 분포를 갖게 한 마스크이고, 이 그레이스케일 마스크(62)에 의해 원하는 광강도 분포를 가진 광속을 만들어낼 수 있다.

그레이스케일 마스크(62)를 투과한 빛은 콜리메이트 렌즈(63)와 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 통과하여 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 촛점면에 결상한다. 이에 의해, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 바로 아래의 레지스트층(42)이 노광된다.

즉, 그레이스케일 마스크(62)에서 형성된 광강도 분포를 갖고, 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)의 각 렌즈의 촛점면에 노광광이 집광되므로, 그레이스케일 마스크(62)의 투과율 분포의 제어를 행함으로써 원하는 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에서는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 거쳐서 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행하므로, 제1 마이크로 렌즈 어레이와 제2 마이크로 렌즈 어레이의 각 렌즈의 위치 어긋남을 대폭으로 억제할 수 있다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이 기판면 법선과 노광광 광축의 기울기에 의해 제1 마이크로 렌즈 어레이와 제2 마이크로 렌즈 어레이의 광축 어긋남이 발생하는 경우도 있다. 그러나, 제1 마이크로 렌즈의 촛점 거리가 100 ㎛인 경우, 광축 기울기를 0.5°내로 설정하면, 렌즈간 광축 어긋남을 0.9 ㎛ 이하라는 허용 범위까지 작게 억제된다. 광축 기울기를 0.5°이하로 설정하는 것은 쉽게 실현 가능하다. 따라서, 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제작하면, 렌즈간 광축 어긋남을 작게 억제할 수 있다.

또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이와 제2 마이크로 렌즈 어레이를 따로따로 제작하는 종래의 방법에서는, 각 마이크로 렌즈 어레이가 제작 조건의 변동 등에 의해 제1 마이크로 렌즈 어레이면의 렌즈 간격과 제2 마이크로 렌즈 어레이면의 렌즈 간격이 어긋나 버리는 경우가 있다. 그러나, 본 실시 형태의 제작법에서는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 기준으로 하여 제2 마이크로 렌즈 어레이가 형성되므로, 각 층의 렌즈 간격이 어긋나는 일이 발생하지 않는 효과도 있다.

또한, 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판에서는 2매의 무기 유전체 기판을 이용하여 제1 마이크로 렌즈 어레이를 끼우는 구성을 채용하고 있다. 여기서, 무기 유전체 기판은 열팽창이 작고, 강도도 높고, 또한 연마에 의해 고정밀도로 평탄하게 형성 가능하다. 따라서, 연마된 무기 유전체 기판 상에 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성함으로써, 제2 마이크로 렌즈 어레이면의 평탄성은 높게 유지된다.

또한 유리층은 그 내부가 균질하게 형성되어 있으므로, 에칭에 의해 형성되는 오목부 형상의 변동도 작게 억제하는 것이 가능하다. 또한, 기판과 유리 중간층을 동일한 부재로 하면, 열팽창에 의해 발생되는 제1 마이크로 렌즈 어레이와 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 간격 어긋남을 방지할 수 있다.

(제2 제조 방법)

본 발명의 2층 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제2 제조 방법에 대해 도7a 내지 도7e를 이용하여 설명한다. 여기서, 도7a 내지 도7e는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 각 제조 공정에 있어서의 단면도이다. 또, 무기 유전체의 석영 박판 유리(24)를 형성하는 공정까지는 제1 제조 방법과 동일한 공정이므로 설명을 생략한다.

석영 박판 유리(24) 형성 후, 도7a에 도시한 바와 같이 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 구성 부재가 되는 고굴절률 자외선 경화 수지(71)를 석영 박판 유리(24)에 도포한다. 또한, 고굴절률 자외선 경화 수지(71)의 측으로부터 자외선을 조사함으로써 고굴절률 자외선 경화 수지(71)를 경화시킨다. 동시에, 고굴절률 자외선 경화 수지(71)의 평탄화 처리도 행한다.

다음에, 도7b에 도시한 바와 같이 고굴절률 자외선 경화 수지(71) 상에 레지스트층(72)을 도포한다. 이 레지스트층(72)에 대해, 제1 제조 방법과 마찬가지로 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 통해 자외선을 조사하고, 노광을 행한다. 또, 본 제조 방법에서는 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)에 있어서의 각 렌즈의 광축 중심의 노광량이 많아지도록 노광광의 강도 분포를 조정한다.

노광 후, 현상 처리를 행함으로써 도7c에 도시한 바와 같이 레지스트층(72)에 상기 광축 중심의 두께가 두꺼워진 형상의 렌즈 패턴이 형성된다. 이 후, 포스트베이크 처리를 행한다.

다음에, 도7d에 도시한 바와 같이 드라이 에칭을 행하여, 레지스트층(72)에 새겨진 렌즈 패턴의 형상을 고굴절률 자외선 경화 수지(71)에 전사한다. 이 때,제1 제조 방법과 마찬가지로, 수지 및 레지스트의 재료를 적절하게 선택하여 드라이 에칭의 선택비를 결정한다.

다음에, 도7e에 도시한 바와 같이 저굴절률 자외선 경화 수지(73)를 고굴절률 자외선 경화 수지(71)에 도포하고, 고굴절률 자외선 경화 수지(71)의 오목부를 매립한다. 이 후, 자외광을 조사하여 저굴절률 자외선 경화 수지(73)를 경화시키고, 또한 평탄화 처리를 행함으로써 마이크로 렌즈 어레이 기판(70)이 완성된다.

이와 같이, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제2 제조 방법에서는, 마이크로 렌즈 어레이에 있어서의 각 렌즈의 광축 중심의 노광량이 많아지도록 노광광의 강도 분포를 부여할 수 있다. 또, 일반적으로 렌즈의 광축 중심으로부터 떨어진 부위에서는 수차가 커지므로, 미리 집광 특성의 열화를 예측하여 노광광의 강도 분포를 설정할 필요가 있다.

제1 제조 방법에서는 수차가 큰 부위를 중심으로 노광을 행하므로, 특히 노광 강도 분포의 설계를 연구할 필요가 있었다. 그러나, 제2 제조 방법에서는 렌즈의 광축에 가까운 영역의 노광을 중심으로 행하므로, 집광 특성의 열화를 저감시켜 노광광의 강도 분포에 따른 렌즈 형상을 용이하게 얻을 수 있다. 이로 인해, 노광광의 강도 분포의 설계가 용이해, 원하는 렌즈 형상을 형성하기 쉽다는 이점을 갖는다.

(제3 제조 방법)

본 실시 형태의 2층 마이크로 렌즈 어레이 기판에 관한 제3 제조 방법에 대해 도8a 내지 도8c를 이용하여 설명한다. 도8a 내지 도8c는 마이크로 렌즈 어레이기판의 각 제조 공정에 있어서의 단면도이다. 또, 석영 박판 유리(24) 형성까지는 제1 실시예와 동일한 공정이므로 설명을 생략한다.

우선, 석영 박판 유리(24)를 형성한 후, 도8a에 도시한 바와 같이 제2 마이크로 렌즈 어레이의 구성 부재가 되는 고굴절률 자외선 경화 수지(81)를 도포한다.

다음에, 앞서 설명한 노광 광학계를 이용하여 제1 마이크로 렌즈 어레이(6)를 통해 자외선을 고굴절률 자외선 경화 수지(81)에 조사하고, 고굴절률 자외선 경화 수지(81)를 경화시킨다. 고굴절률 자외선 경화 수지(81)의 경화부의 두께는 자외광의 강도 분포에 따라서 변화하므로, 자외광의 강도 분포를 조정함으로써 원하는 형상으로 수지층을 형성할 수 있다.

고굴절률 자외선 경화 수지(81)를 노광한 후 마이크로 렌즈 어레이 기판을 유기 용매에 침지하면, 미경화부는 제거되어 도8b에 도시한 바와 같이 고굴절률 자외선 경화 수지(81)에 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 패턴이 형성된다. 이 후, 고굴절률 자외선 경화 수지(81)측으로부터 자외선을 조사하여 고굴절률 자외선 경화 수지(81)를 완전히 경화시킨다.

다음에 도8c에 도시한 바와 같이, 저굴절률 자외선 경화 수지(82)를 고굴절률 자외선 경화 수지(81)에 도포하여 고굴절률 자외선 경화 수지(81)의 오목부를 매립한다. 이 후, 자외광을 조사하여 저굴절률 자외선 경화 수지(82)를 경화시키고, 다시 평탄화 처리를 행함으로써 마이크로 렌즈 어레이 기판(80)이 완성된다.

본 제조 방법에서는, 레지스트층의 형상 전사를 행하기 위한 드라이 에칭의 공정이 불필요해지므로, 제조 공정을 간략화할 수 있어 생산 비용을 보다 저감시킬수 있다.

또한, 제2, 제3 제조 방법에서는 제작하는 마이크로 렌즈의 형상이나 정밀도 등에 따라서 제1 제조 방법에서 설명한 2개의 노광 광학계 중 어느 것을 사용해도 좋다.

또한, 본 실시 형태에서 제2 마이크로 렌즈 어레이는 액정층에 배치되어 있는 것으로서 설명을 행하였지만, 제2 마이크로 렌즈 어레이를 기초로 제1 렌즈 어레이를 작성하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법, 즉 제1 마이크로 렌즈 어레이를 기초로 제2 마이크로 렌즈 어레이 형상을 형성하는 제조 방법에 관하여 2개의 무기 유전체 사이에 제1 마이크로 렌즈 어레이를 끼운 형상을 기초로 설명을 행하였다. 그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 무기 유전체 기판의 양면에 마이크로 렌즈 어레이를 형성한 종래의 2층 마이크로 렌즈 어레이에도 이용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판은 제1 마이크로 렌즈 어레이가 2매의 무기 유전체 기판 사이에 끼워져 형성되어 있고, 제2 마이크로 렌즈 어레이가 2매의 무기 유전체 기판 중 어느 한 쪽의 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있는 것이다.

상기 구성에 따르면, 제1 마이크로 렌즈 어레이와 제2 마이크로 렌즈 어레이는 각각 열팽창이 작은 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있다. 따라서, 열에 의해 각 마이크로 렌즈 어레이에 형성된 렌즈끼리의 간격이 어긋나 버리는 것을 방지할수 있다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 제1 마이크로 렌즈 어레이와 제2 마이크로 렌즈 어레이는 무기 유전체 기판과 다른 굴절률을 갖는 수지층으로 이루어지는 구성이라도 좋다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 제2 마이크로 렌즈 어레이는 각각 굴절률이 다른 2층 이상의 수지층이 적층되어 있는 구성이라도 좋다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 제2 마이크로 렌즈 어레이는 자외선 경화 수지인 구성이라도 좋다.

또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법은 복수개의 렌즈를 갖는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 무기 유전체 기판 상에 형성하는 공정과, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 상에 감광성 수지를 도포하는 공정과, 상기 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행하는 공정과, 패터닝된 상기 감광성 수지를 기초로 하여 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정을 갖는 마이크로렌즈 어레이 기판의 제조 방법이며, 상기 감광성 수지의 패터닝 공정은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 이용하여 행하는 방법이다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 제1 마이크로 렌즈 어레이 기판 상에 무기 유전체로 이루어지는 중간층을 형성하고, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 중간층을 거쳐서 상기 중간층 상에 형성한 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행함으로써 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성해도 좋다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 제1 마이크로 렌즈 어레이의 촛점면을 중간층 상에 형성한 감광성 수지 부근에 설정해도 좋다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 감광성 수지로서 네가티브 레지스트층을 이용하는 동시에, 네가티브 레지스트층에 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 조사하여 패터닝을 행하고, 네가티브 레지스트층측으로부터 에칭을 행하여 무기 유전체 기판에 패터닝 후의 네가티브 레지스트층의 형상을 전사해도 좋다.

상기 방법에 따르면, 제1 마이크로 렌즈 어레이에 있어서의 각 렌즈의 광축중심에 가까운 영역의 노광을 중심으로 행하므로, 집광 특성의 열화를 저감시키고 노광광의 강도 분포에 따른 렌즈 형상을 형성할 수 있다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 무기 유전체 기판 상의 상기 감광성 수지를 제1 감광성 수지 및 제2 감광성 수지로 이루어지는 2층으로 형성하는 동시에, 상기 제1 감광성 수지로서의 가시광 경화 수지 혹은 자외선 경화 수지를 상기 무기 유전체 기판 상에 도포하는 동시에 경화시키는 공정과, 상기 제2 감광성 수지로서의 네가티브 레지스트를 도포하는 공정을 설치하여 제2 감광성 수지에 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행하는 동시에, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패턴을 에칭에 의해 상기 제1 감광성 수지에 전사하도록 해도 좋다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 무기 유전체 기판 상의 상기 감광성 수지로서 자외선 경화 수지를 이용하고, 상기 자외선 경화 수지에 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 조사함으로써 상기 자외선 경화 수지를 경화시키는 한편, 상기 자외선 경화 수지에 있어서의 미경화 부분을 유기 용제에 의해 제거하여 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하도록 해도 좋다.

상기 방법에 따르면, 레지스트층의 형상 전사를 행하기 위한 드라이 에칭 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 제조 공정을 보다 간략화하여 생산 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이에 균일한 강도 분포를 갖는 평행광을 조사하고, 상기 평행광의 광축에 대해 마이크로 렌즈 어레이 기판을 경사시키면서 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행해도 좋다.

또한, 상기 구성의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 투과율을 연속적으로 변조시킨 투과율 변조 마스크에 의해 강도 분포를 갖게 한 조사광을 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이에 조사함으로써 형성되는 조사광 상을 이용하여 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행해도 좋다.

또한, 본 발명의 투영형 액정 표시 장치는 백색 광원과, 상기 백색 광원으로부터의 백색 광속을 서로 다른 파장 영역을 갖는 복수의 광속으로 분할하는 광속 분할 수단과, 상기 광속 분할 수단에 의해 분할된 복수의 광속이 조사되는 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자에 의해 변조된 복수의 광속을 투영하는 투영 수단을 구비하고, 상기 액정 표시 소자의 상기 백색 광원측에 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 갖고 있는 동시에, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이로부터의 투과광에 의해 패터닝되어 있는 것이다.

상기 구성의 투영형 액정 표시 장치에 따르면, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판은 복수개의 렌즈를 갖는 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 무기 유전체로 이루어지는 판 상에 형성된 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 제1 마이크로 렌즈 어레이는 2개의 무기 유전체 기판에 끼워져 형성되고, 제2 마이크로 렌즈 어레이는 상기 어느 한 쪽의 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있는 구성이라도 좋다.

또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법은 복수개의 렌즈를 갖는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 무기 유전체로 이루어지는 기판 상에 형성하는 공정과, 감광성 수지를 도포하는 공정과, 상기 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행하는 공정과, 패터닝된 감광성 수지를 기초로 하여 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정을 갖고, 상기 감광성 수지의 패터닝은 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 이용하여 행하는 방법이라도 좋다.

또한, 본 발명의 투영형 액정 표시 장치는 백색 광원과, 이 백색 광원으로부터의 백색 광속을 서로 다른 파장 영역을 갖는 복수의 광속으로 분할하는 광속 분할 수단과, 이 광속 분할 수단에 의해 분할된 복수의 광속이 조사되는 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자에 의해 변조된 복수의 광속을 투영하는 투영 수단을 구비한 투영형 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정 표시 소자의 광원측에 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 갖고, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이는 성형에 의해 제작되는 동시에, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이의 투과광에 의해 렌즈 형상의 패터닝을 실시하여 형성되어 있는 구성이라도 좋다.

이상과 같이, 본 발명은 2개의 마이크로 렌즈 어레이에 있어서의 렌즈 간격의 어긋남을 방지하는 데 적합하다. 또한, 본 발명은 2개의 마이크로 렌즈 어레이의 광축 맞춤을 불필요하게 할 수 있으므로, 간단하게 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제작하는 데 적합하다.

Claims

복수개의 렌즈를 갖는 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고,

상기 제1 마이크로 렌즈 어레이는 2매의 무기 유전체 기판 사이에 끼워져 형성되어 있고,

상기 제2 마이크로 렌즈 어레이는 상기 2매의 무기 유전체 기판 중 어느 한쪽의 무기 유전체 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이와 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이는 상기 무기 유전체 기판과 다른 굴절률을 갖는 수지층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이는 각각 굴절률이 다른 2층 이상의 수지층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이는 자외선 경화 수지인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
복수개의 렌즈를 갖는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 무기 유전체 기판 상에 형성하는 공정과,

상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 상에 감광성 수지를 도포하는 공정과,

상기 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행하는 공정과,

패터닝된 상기 감광성 수지를 기초로 하여 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정을 포함하고,

상기 감광성 수지의 패터닝 공정은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 기판 상에 무기 유전체로 이루어지는 중간층을 형성하고,

상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 중간층을 거쳐서 상기 중간층 상에 형성된 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행함으로써, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이의 촛점면을 상기 중간층 상에 형성한 상기 감광성 수지 부근에 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈어레이 기판의 제조 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감광성 수지로서 네가티브 레지스트층을 이용하는 동시에,

상기 네가티브 레지스트층에 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 조사하여 패터닝을 행하고,

상기 네가티브 레지스트층측으로부터 에칭을 행하여 상기 무기 유전체 기판에 패터닝 후의 네가티브 레지스트층의 형상을 전사하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 유전체 기판 상의 상기 감광성 수지를 제1 감광성 수지 및 제2 감광성 수지로 이루어지는 2층으로 형성하는 동시에,

상기 제1 감광성 수지로서의 가시광 경화 수지 혹은 자외선 경화 수지를 상기 무기 유전체 기판 상에 도포하는 동시에 경화시키는 공정과,

상기 제2 감광성 수지로서의 네가티브 레지스트를 도포하는 공정을 갖고,

상기 제2 감광성 수지에 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행하는 동시에, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패턴을 에칭에 의해 상기 제1 감광성 수지로 전사하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 유전체 기판 상의 상기 감광성 수지로서 자외선 경화 수지를 이용하고,

상기 자외선 경화 수지에 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 조사함으로써 상기 자외선 경화 수지를 경화시키는 한편,

상기 자외선 경화 수지에 있어서의 미경화 부분을 유기 용제에 의해 제거하여 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이에 균일한 강도 분포를 갖는 평행광을 조사하고,

상기 평행광의 광축에 대해 마이크로 렌즈 어레이 기판을 경사시키면서 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 투과율을 연속적으로 변조시킨 투과율 변조 마스크에 의해 강도 분포를 갖게 한 조사광을 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이에 조사함으로써 형성되는 조사광 상을 이용하여, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
백색 광원과, 상기 백색 광원으로부터의 백색 광속을 서로 다른 파장 영역을 갖는 복수의 광속으로 분할하는 광속 분할 수단과, 상기 광속 분할 수단에 의해 분할된 복수의 광속이 조사되는 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자에 의해 변조된 복수의 광속을 투영하는 투영 수단을 구비하고,

상기 액정 표시 소자의 상기 백색 광원측에 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 갖고 있는 동시에,

상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이로부터의 투과광에 의해 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 투영형 액정 표시 장치.
백색 광원과, 상기 백색 광원으로부터의 백색 광속이 분할된 서로 다른 파장 영역을 갖는 복수의 광속이 조사되는 액정 표시 소자를 구비하고,

상기 액정 표시 소자의 상기 백색 광원측에 제1 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 갖고 있는 동시에,

상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이로부터의 투과광에 의해 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 투영형 액정 표시 장치.
복수개의 렌즈를 갖는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고,

상기 제1 마이크로 렌즈 어레이는 2매의 무기 유전체 기판 사이에 끼워져 형성되어 있고,

상기 2매의 무기 유전체 기판 중 어느 한 쪽의 무기 유전체 기판 상에 3차원 구조물이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제15항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈의 배열 피치와, 상기 3차원 구조물의 배열 피치가 동일한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 3차원 구조물이 제2 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제17항에 있어서, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이는 상기 무기 유전체 기판과, 상기 기판과 다른 굴절률을 갖는 수지층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
복수개의 렌즈를 갖는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정과,

상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 상에 감광성 수지를 도포하는 공정과,

상기 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행하는 공정과,

패터닝된 상기 감광성 수지를 기초로 하여 3차원 구조물을 형성하는 공정을갖고,

상기 감광성 수지의 패터닝 공정은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제19항에 있어서, 복수개의 렌즈를 갖는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 무기 유전체 기판 상에 형성하는 공정과, 상기 무기 유전체 기판 상에 소정의 수지를 거쳐서 중간 기판을 접합하는 공정과, 상기 중간 기판의 상기 무기 유전체 기판이 접합되어 있지 않은 면을 연마하여 상기 중간 기판을 소정의 두께로 하는 공정과, 상기 중간 기판의 연마를 행한 면측에 감광성 수지를 도포하여 3차원 구조물을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 3차원 구조물이 제2 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이의 촛점면을 상기 중간 기판 상에 형성한 상기 감광성 수지 부근에 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 중간 기판 상의 상기 감광성 수지를 제1 감광성 수지 및 제2 감광성 수지로 이루어지는 2층으로 형성하는 동시에,

상기 제1 감광성 수지로서의 가시광 경화 수지 혹은 자외선 경화 수지를 상기 중간 기판 상에 도포하는 동시에 경화시키는 공정과,

상기 제2 감광성 수지로서의 네가티브 레지스트를 도포하는 공정을 갖고,

상기 제2 감광성 수지에 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패터닝을 행하는 동시에, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이의 패턴을 에칭에 의해 상기 제1 감광성 수지에 전사하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 중간 기판 상의 상기 감광성 수지로서 자외선 경화 수지를 이용하고,

상기 자외선 경화 수지에 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이를 투과한 빛을 조사함으로써 상기 자외선 경화 수지를 경화시키는 한편,

상기 자외선 경화 수지에 있어서의 미경화 부분을 유기 용매에 의해 제거하여 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
광학 부재에 감광성 수지를 도포하는 공정과,

상기 감광성 수지에 가시광 혹은 자외광을 조사하여 패터닝을 행하는 공정과,

패터닝된 상기 감광성 수지를 기초로 하여 3차원 구조물을 형성하는 공정을 갖고,

상기 감광성 수지의 패터닝 공정은 집광 기능을 갖는 광학 소자를 투과한 빛을 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 집광 기능을 갖는 광학 소자가 상기 광학 부재 상에 형성된 혹은 고정된 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 제조 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 집광 기능을 갖는 광학 소자가 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 제조 방법.
제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집광 기능을 갖는 광학 소자에 균일한 강도 분포를 갖는 평행광을 조사하고, 상기 평행광의 광축에 대해 상기 광학 부재를 경사시키면서 상기 3차원 구조물의 패터닝을 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 광학 부재의 경사 각도와, 조사하는 평행광의 강도 혹은 조사 시간을 조정하면서 3차원 구조물의 패터닝을 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 제조 방법.
제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 투과율을 연속적으로 변조시킨 투과율 변조 마스크에 의해 강도 분포를 갖게 한 조사광을 상기 집광 기능을 갖는 광학 소자에 조사함으로써 형성되는 조사광상을 이용하고, 상기 3차원 구조물의 패터닝을 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물의 제조 방법.