KR20080040051A - 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법,표시 장치 및 노광장치 - Google Patents

마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법,표시 장치 및 노광장치 Download PDF

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KR20080040051A
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히로시 나카니시
쿠니아키 오카다
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 표시패널의 제조방법은 : 표시패널(101)과 표시패널의 광 입사측에 제공된 복수의 마이크로 렌즈(107)를 구비한 표시패널(100)의 제조 방법으로서, (a) 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소를 갖는 표시 패널을 준비하는 공정으로서, 상기 복수의 화소 각각이, 제1의 색의 광을 투과하는 제1 화소(104B), 제1 색광과 다른 제2의 색의 광을 투과하는 제2 화소 (104R(104G))를 포함하여 복수의 화소를 구비하는 표시 패널을 준비하는 공정, (b) 상기 표시 패널의 서로 대향하는 한 쌍의 주면 중 한편의 주면에 광경화성 재료층(105)을 형성하는 공정, (c) 상기 표시 패널을 통해 상기 광경화성 재료층을 노광하는 공정으로서, 적어도 상기 제1 화소를 투과한 광에 의해 상기 광경화성 재료층을 적어도 부분적으로 경화시키는 공정, 및 (d) 상기 노광된 광경화성 재료층(105')의 미경화 부분을 제거함에 의해 복수의 마이크로 렌즈(107)를 형성하는 공정을 포함한다.

Description

마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법, 표시 장치 및 노광장치{METHOD OF PRODUCING MICRO-LENS-CARRYING DISPLAY PANEL AND DISPLAY UNIT AND EXPOSURE SYSTEM}
본 발명은, 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법, 표시 장치 및 노광장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치로 대표되는 비자발광형 표시 장치는, 일반적으로, 표시 패널의 투과율(또는 반사율)을 구동 신호에 의해 변화시키고, 표시 패널에 조사되는 광원에서의 광의 강도를 변조하여 화상이나 문자를 표시한다. 이와 같은 표시 장치에는, 표시패널에 표시된 화상 등을 직접 관찰하는 직시형 표시 장치와, 표시 패널에 표시된 화상 등을 투영 렌즈에 의해 스크린상에 확대 투영하는 투영형 표시 장치(프로젝터)가 있다. 또한, 액정 표시 패널 이외의 비자발광형 표시 패널로서는, 일렉트로크로믹 표시 패널, 전기 영동형 표시 패널, 토너 표시 패널이나 PLZT패널 등이 알려져 있다. 현재, 액정 표시 장치는, 모니터, 프로젝터, 휴대 정보 단말, 휴대 전화 등에 폭넓게 이용되고 있다.
액정 표시 장치는, 매트릭스 형태로 규칙적으로 배열된 화소에 화상 신호에 대응하는 구동 전압을 각각 인가함에 따라, 각 화소의 액정층의 광학 특성을 변화시키고, 화상이나 문자 등을 표시한다. 상기한 화소에 독립의 구동 전압을 인가하는 방식으로는, 단순 매트릭스 방식과, 액티브매트릭스 방식이 있다. 액티브 매트릭스 방식의 액정 표시 패널에는, 스위칭 소자와 화소 전극에 구동 전압을 공급하기 위한 배선을 제공할 필요가 있다. 스위칭 소자로서는, MIM(금속-절연체-금속) 소자 등의 비선형 2단자 소자나 TFT(박막 트랜지스터)소자 등의 3단자 소자가 사용되고 있다.
표시 패널에 설치된 스위칭 소자(특히, TFT)에 강한 광이 입사되면, OFF 상태에서의 소자 저항이 감소되고, 전압 인가시에 화소 용량에 충전된 전하가 방전되어, 소정의 표시 상태가 얻어지지 않기 때문에, 흑 상태에서도 광이 누설되어 콘트라스트비가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 액정 표시 패널에서는, 예컨대, TFT(특히, 채널 영역)로 광이 입사 됨을 방지하기 위해, TFT나 화소 전극이 제공된 TFT기판이나 TFT기판과 액정층을 통해 대향하는 대향 기판에 차광층(블랙 매트릭스라 한다)이 제공된다. 반사형 액정 표시 장치에 있어서는, 반사 전극을 차광층으로서 사용하면, 유효 화소 면적이 저하되지 않지만, 투과광을 이용하여 표시를 행하는 액정 표시 장치에 있어서는, 광을 투과하지 않는 TFT, 게이트 버스 라인 및 소스 버스 라인에 덧붙여 차광층을 설치함에 의해 유효 화소 면적이 감소하고, 표시 영역의 전 면적에 대한 유효 화소 면적의 비율, 즉 개구율이 감소한다.
또한, 액정 표시 패널의 고세밀화, 소형화가 진행되는 경향이 현저하게 되고 있다. 이것은, 화소의 피치를 작게 하여도 TFT나 버스 라인 등은, 전기적 성능이나제조 기술 등의 제약으로부터 어느 정도의 크기보다 적게 할 수 없기 때문이다.
특히, 근년, 휴대 전화 등 모바일 기기의 표시 장치로서 보급되고 있는 반투과형의 액정 표시 장치는, 각각의 화소에 반사 모드로 표시하는 영역(반사 영역)과 투과 모드로 표시하는 영역(투과 영역)을 가진 것으로서, 화소 피치를 작게 하는 것에 의해, 표시 영역의 전 면적에 대한 투과 영역의 면적의 비율(투과 영역의 개구율)이 감소한다.
반투과형 액정 표시 장치는, 어두운 조명하에는 액정 표시 패널을 투과하는 백라이트의 광을 이용하여 표시를 행하고, 밝은 조명하에는 주위에서의 광을 반사함에 의해 표시를 행하기 때문에, 주위의 밝기와 상관없이, 콘트라스트비가 높은 표시를 실현할 수 있는 것이지만, 투과 영역의 개구율이 적어지면, 휘도가 감소하는 문제가 있다.
특히, 컬러 표시를 행하기 위해 컬러필터에 의한 광의 흡수를 이용하는 직시형 액정표시 장치나 단판식 프로젝터에 있어서는, 더욱 더 광의 이용 효율(즉 밝기
)이 감소한다.
광의 이용 효율을 개선하기 위한 하나의 방법으로서, 투영형 액정 표시 장치에서는, 액정표시 패널에, 각각의 화소에 광을 집광하는 마이크로 렌즈를 제공하고, 액정 표시 패널의 실효적인 개구율을 향상시키는 방법이 실용화되어 있다. 종래의 마이크로 렌즈에서는, 액정 표시 패널의 대향 기판 내에 형성된 것이 대부분이고, 마이크로 렌즈가 2매의 유리판 사이에 샌드위치된 구조를 가지고 있다.
도20(a) 및 (b)를 참조하여, 종래의 마이크로 렌즈를 구비한 대향 기판의 전
형적인 2개의 제조 방법을 설명한다. 또한, 규칙적으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈를 마이크로 렌즈 어레이라 총칭한다.
제1의 제조 방법은, 도20(a)에 개략적으로 나타낸 공정(a-1)-(a-4)에 의해 마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 기판(마이크로 렌즈 어레이 기판)을 제조한다.
(a-1):글라스 기판 상에 포토레지스트 층을 패터닝한다.
(a-2):패터닝된 레지스트 층을 가열함에 의해, 큰 열을 가하여, 마이크로 렌즈의 형상을 가지는 레지스트 층을 형성한다.
(a-3):마이크로 렌즈 형상의 레지스트 층과 함께 글라스 기판을 드라이에칭함에 의해 레지스트 층의 형상을 글라스 기판으로 형성(에치백)하여, 마이크로 렌즈 어레이 기판을 얻는다.
(a-4):얻어진 마이크로 렌즈 어레이 기판에 접착층을 통해 커버 글라스를 접착하고, 커버 글라스의 표면을 연마하여, 대향 기판이 얻어진다. 또한, 필요에 따라, 전극이나 배향막 등이 형성된다.
제2의 제조 방법은, 도20(b)에 개략적으로 나타낸 공정(b-1)-(b-4)에 의해 마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 대향 기판을 제조한다.
(b-1):글라스 기판에 대한 포토레지스트 층을 예컨대 전자 빔 노광에 의해 패터닝하고, 마이크로 렌즈의 형상을 가지는 레지스트 층을 형성한다. 이것을 마스터(원판)로 한다.
(b-2):마스터를 사용하여, 예컨대 도금법에 의해 금속 스탬퍼를 제조한다.
(b-3):금속 스탬퍼를 사용하여, 마이크로 렌즈의 형상을 글라스 기판에 전사하여, 마이크로 렌즈 어레이 기판을 얻는다.
(b-4):얻어진 마이크로 렌즈 어레이 기판에 접착층을 통해 커버 글라스를 접착하고, 커버 글라스의 표면을 연마하여, 대향 기판이 얻어진다.
또한, 특허 문헌 1은, 액정 표시 패널의 화소를 이용하여, 대향 기판 표면에 도포한 감광성 재료를 노광함에 의해 화소에 대해 자기 정합적으로 마이크로 렌즈를 형성하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에 따르면, 마이크로 렌즈와 화소 사이에 얼라인먼트 어긋남이 발생하지 않고, 또한 저코스트로 마이크로 렌즈를 제조할 수 있는 이점이 있다.
특허 문헌1:일본 공개 특허 공보 2002-62818호
그렇지만, 특허 문헌1에 기재되어 있는 방법은, 감광성 재료를 노광하기 위해 자외선을 사용하기 때문에, 컬러필터를 갖지 않는 표시 패널(예컨대, 3 판식 프로젝트용의 액정 표시 패널)에는 적용할 수 있지만, 컬러필터를 갖는 표시 패널에는 적용할 수 없다. 왜냐하면, 컬러필터가 자외선을 흡수하기 때문에, 컬러필터를 통해 자외선을 감광성 재료에 조사할 수 없기 때문이다. 실제, 특허 문헌1은, 컬러필터를 갖는 표시 패널에 마이크로 렌즈를 형성하는 방법에 대해서는 언급조차 하고 있지 않다.
또한, 액정 표시 패널을 제조하기 전의 단계, 즉, 대향 기판에 컬러필터를 형성하기 전에, 대향 기판(또는 TFT기판)에 상기한 방법으로, 마이크로 렌즈를 형성할 수 있지만, 양 기판을 접합하여 배합하는 공정의 얼라인먼트 어긋남의 영향을 받는 것으로 되고, 상기 방법의 이점의 일부가 손상된다. 또한, 마이크로 렌즈의 효과를 충분히 발휘하기 위해서는, 마이크로 렌즈가 형성된 글라스 기판의 두께를 0.5mm보다 얇게 하는 것이 바람직하지만, 다면으로 제조되는 액정 표시 패널은, 수십cm2 이상의 마더 글라스 기판을 사용하여 제조되고, 이 마더 글라스 기판을 얇게 하면, 핸들링 상의 문제가 발생한다. 또한, TFT기판에 마이크로 렌즈를 작성하는 경우는, 기판에 수백 도에 이르는 온도가 걸리기 때문에, 감광성 재료 자체가 견디지 못한다. 따라서, 액정표시패널이 제조된 후(즉, 양 기판을 접합하여 배합한 후), 글라스 기판을 소망하는 두께로 에칭 또는 연마한 후, 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다.
액정 표시 장치를 예로 종래의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법의 문제점을 설명했지만, 상기 문제는, 액정 표시 장치로 한정되지 않고,다른 비자발광형 표시장치에 공통의 문제이다. 또한, 컬러필터를 구비하는 구성을 예시했지만, 이것으로 제한되지 않고 예컨대 게스트 호스트 액정 표시 장치와 같이, 표시 매체층(액정층)에 혼합되는 색소 등을 사용하여 컬러 표시를 행하는 표시 장치도 같은 문제를 갖고 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주요 목적은, 컬러 표시패널 상에 자기 정합적으로 마이크로 렌즈를 제조하는 방법을 제공하는 것 이다.
본 발명의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법은, 표시 패널과 상기 표시패널의 광입사 측에 설치된 복수의 마이크로 렌즈를 구비하는 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법으로서, (a) 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소를 갖는 표시 패널을 준비하는 공정으로서, 상기 복수의 화소 각각이, 제1의 색의 광을 투과하는 제1 화소, 제1 색광과 다른 제2의 색의 광을 투과하는 제2 화소를 포함하여 복수의 화소를 구비하는 표시 패널을 준비하는 공정, (b) 상기 표시 패널의 서로 대향하는 한 쌍의 주면 중 한편의 주면에 광경화성 재료층을 형성하는 공정, (c) 상기 표시 패널을 통해 상기 광경화성 재료층을 노광하는 공정으로서, 적어도 상기 제1 화소를 투과한 광에 의해 상기 광경화성 재료층을 적어도 부분적으로 경화시키는 공정, 및 (d) 상기 노광된 광경화성 재료층의 미경화 부분을 제거함에 의해 복수의 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 포함한다.
또한, 본 발명의 설명에 있어서,「화소」는, 각각 특정의 색광을 투과하는 복수의「화소」로 구성되는 것으로 한다. 전형적으로는, 적색광을 투과하는 적색화 소(R화소), 녹색광을 투과하는 녹색화소(G화소) 및 청색광을 투과하는 청색화소(B화소)가 각 화소를 구성한다. 단, 각 화소가 갖는 화소는, 이 예로 제한되지 않고, R화소, G화소 및 B화소에 덧붙여, 다른 색광(예컨대, 백색광)을 투과하는 W화소를 더 가져도 되고, C(시안), M(마젠다), Y(옐로우)의 각 색광을 투과하는 화소를 가져도 되고, 하나의 화소가 같은 색광을 투과하는 화소를 복수 포함해도 된다. 또 한, 본 명세서에서는, 화소 중의 광을 투과하는 영역을 「화소의 개구부」라 한다. 다른 실시예에서, 상기 공정 (a)는, 상기 제1의 색광의 중심 파장이 상기 복수의 화소가 투과하는 색광의 중심 파장 중에서 가장 짧은 파장인 표시 패널을 준비하는 공정이다.
다른 실시예에서, 상기 공정(b)는, 상기 제1의 색광의 중심 파장보다 짧은 파장의 광에 대해 감광성을 가지는 상기 광경화성 재료층을 형성하는 공정이다.
여기에서, 화소를 투과하는 색광의 중심 파장이란, 각각의 화소를 투과한 가시광(380nm 이상 800nm 이하)의 색을 규정하는 파장 범위의 중심의 파장을 가리키고, 예컨대, 적색광이면 600nm-650nm, 녹색광이면 520nm-580nm, 청색광이면 430nm-490nm의 범위 내에 중심 파장을 가진다. 단, 화소를 투과하는 가시광의 파장 범위내 이더라도, 투과율이 상대치로 10% 이하의 파장의 광은 고려하지 않는다
다른 실시예에서, 상기 공정(c)는, 상기 제1 화소를 투과한 광에 의해, 상기 복수의 화소의 각각이 갖는 상기 복수의 화소에 대응하는 광경화성 재료층을 적어도 부분적으로 경화시키는 공정을 포함하고, 상기 공정 (d)는, 상기 표시 패널의 복수의 화소의 배열에 따라 배열된 복수의 마이크로 렌즈를 형성하는 공정을 포함한다. 복수의 마이크로 렌즈 어레이는, 예컨대, 각각 매트릭스 형태로에 배열된 복수의 화소의 행에 대응하여 배열된 복수의 렌티큘라 렌즈라도 좋고, 각각 복수의 화소의 각각에 대응하는 복수의 마이크로 렌즈이더라도 좋다. 또한, 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소가 갖는 화소의 각각에 대응하여 배열된 복수의 마이크로 렌즈라도 된다. 각각의 화소가 투과영역과 반사 영역을 가지는 반투과형 표시 장치에 있어서는, 각각의 투과 영역(화소의 개구부)에 대응하는 마이크로 렌즈라도 된다.또한, 복수의 마이크로 렌즈는, 직사각형 렌즈(정방형 렌즈를 포함한다)와 같이 각각 독립의 렌즈로 형성되어도 좋고, 렌티큘라 렌즈와 같이 복수의 마이크로 렌즈가 일체로 형성되어도 된다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (a)는, 복수의 화소의 각각의 대략 중앙에 제1 화소를 가지는 표시 패널을 준비하는 공정이다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (a)는, 복수의 화소가, 적색화소와, 청색화소와, 녹색화소를 포함하는 표시 패널을 준비하는 공정이고, 상기 공정(c)는 적어도 청색화소를 투과한 광에 의해 광경화성 재료층을 적어도 부분적으로 경화시키는 공정이다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (b)는, 380nm 이상 420nm 이하의 파장 범위의 광에 대해 감광성을 가지는 광경화성 재료층을 형성하는 공정이다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (c)는, 적어도 청색화소를 투과한 광에 의해 적색화소, 청색화소 및 녹색화소에 대응하는 영역의 광경화성 재료층을 적어도 부분적으로 경화시키는 공정을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (c)는, 대략 평행 광으로 노광하는 공정이고, 상기 한편의 주면에 대한 대략 평행 광의 입사각을 변화시키는 공정을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (c)는, 각각 상기 매트릭스 형태로 배열된 상기 복수의 화소의 행에 대응하여 배열된 복수의 렌티큘라 렌즈가 형성되도록, 상기 대략 평행 광을 주사하는 공정을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (c)는, 각각 상기 매트릭스 형태로 배열된 상기 복수의 화소가 가진 복수의 화소의 각각에 대응하여 배열된 복수의 마이크로 렌즈가 형성되도록, 상기 대략 평행 광을 주사하는 공정을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (c)는, 광의 배광 분포를 조정하는 공정을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 공정 (c)는, 소정의 투과율의 분포를 갖는 포토마스크를 이용하여 상기 배광분포를 조정하는 공정을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈는, 정상부에서 광의 집광효과를 갖지 않는 평탄부를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈가 렌티큘라 렌즈이고, 상기 평탄부의 사이즈는, 렌티큘라 렌즈의 집광 방향에 대한 상기 표시 패널의 화소의 개구부의 사이즈와 대략 동일하거나 또는 작다.
다른 실시예에서, 상기 마이크로 렌즈가 상기 표시 패널의 복수의 화소의 개구부의 각각에 대응하고 있고, 상기 평탄부의 사이즈는, 상기 화소의 개구부의 사이즈와 대략 동일하거나 또는 작다.
본 발명의 표시장치의 제조방법은 이상의 어느 하나의 제조방법에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널을 준비하는 공정, 및 상기 표시 패널의 마이크로 렌즈 측에 면 광원을 배치하는 공정을 포함한다.
본 발명의 표시장치는, 상기한 어느 한 항에 기재한 제조 방법에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널, 및 상기 표시 패널의 마이크로 렌즈 어레이를 향해 광을 출사하는 면 광원을 포함한다.
본 발명의 노광장치는, 감광성 수지층을 노광하기 위한 노광 장치로서, 대략 평행 광을 출사하는 광학계, 상기 감광성 수지층이 형성된 피노광물을 수용하는 수용 면을 가지는 스테이지, 상기 광학계로부터 출사된 상기 대략 평행 광의 상기 스테이지의 수용 면에 대한 입사각을 연속적 또는 단계적으로 변화시키는 입사각 제어 기구를 포함한다. 본 발명의 노광장치는, 상기 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조방법에 적용될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 수용 면에 대한 입사각을 소정의 속도로 변화시키는 것이 가능하다. 상기 소정의 속도는 사용자가 설정한다.
다른 실시예에서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 속도를 변화시킬 수 있다. 상기 속도는 연속적 또는 단계적으로 변화된다.
다른 실시예에서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 속도를 입사각과 관련하여 단계적으로 변화시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 입사각 제어 기구는, 조사 시간과 관련하여 입사각을 변화시키는 것이 가능하다.
다른 실시예에서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 수용 면에 배치된 피노광물의 소정의 방향으로 연장되는 축을 중심으로 상기 수용 면을 회전시키는 기구를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 광학계는, 광원부와, 광원부 로부터의 광을 반사하는 미러부를 가지며, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 미러부에서의 상기 광의 반사 각 도를 변화시키는 기구를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 스테이지의 수용 면에 대한 광학계의 위치를 변화시키는 기구를 포함한다.
본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 방법은, 상기 어느 하나의 노광장치를 이용하여, 광경화성 수지를 노광하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법은, 특정 색광(예컨대, 제1의 색광:청색광)에 노광되는 것에 의해 경화되는 광경화성 재료(전형적으로는 광경화성 수지)를 사용하여 마이크로 렌즈를 형성하기 때문에, 특정의 색화소를 투과한 광을 이용하여 컬러 표시 패널의 화소(또는 회소)에 대해 자기 정합적으로 마이크로 헨즈를 형성할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 예컨대, R,G 및 B화소로 이루어지는 화소에 대응하여, B화소를 투과한 광을 사용하여 마이크로 렌즈를 형성할 수 있고, 또는, R화소, G화소 및 B화소의 각각에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성할 수도 있다.
따라서, 대단히 저코스트로 마이크로 렌즈의 형성이 가능한 동시에, 화소 또는 회소에 대해 자기 정합적으로 마이크로 렌즈가 배치되기 때문에, 마이크로 렌즈의 집광기능이 충분히 발휘되는 결과, 고휘도의 표시가 가능한 표시 장치를 제조할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈에 의해 집광된 광은 화소를 통과 후, 그 집광각 까지 발산하기 때문에, 시야각을 확장하는 효과가 얻어진다. 즉, 본 발명에 따른 직시형의 표시장치는, 고휘도로 광시야각이라고 하는 특징을 가진다.
또한, 광경화성 재료를 감광시키는(경화시킬) 광으로서, 화소를 구성하는 복수의 화소 중에서, 투과하는 색광의 중심 파장이 가장 짧은 파장인 화소를 투과한 광을 이용하면, 광경화성 재료(광반응 개시제)에 의한 흡수가 있어도 그 영향은 얼마 안되고, 표시에서의 색 재현성의 저하가 억제된다. 전형적으로는 청색화소를 투과한 광을 사용하는 것이 바람직하고, 청색 광의 중심 파장(예컨대, 450nm)보다 짧은 파장의 광을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 특히, 380nm-420nm의 범위의 파장의 광을 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법 및 그것을 구비한 액정 표시 장치를 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
도1을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널(100)의 제조 방법을 설명한다. 도1(a) 내지 (d)는, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
먼저, 도1(a)에 나타낸 바와 같이, 컬러 액정 표시 패널(101)을 준비한다. 여기에서는, 화소에 대응하여 R,G 및 B의 컬러 필터(104R,104G,104B)가 형성된 액정 표시 패널(101)을 준비한다. 또한, 여기에서는, 간단화를 위해, 컬러 필터(104R,104B,104G)에 각각 대응하는 화소를 R화소 104R, B화소 104B 및 G화소 104G라 하기도 한다. 또한, 여기에서는 간단화를 위해, 각 화소의 개구부(투과 영역)에 대응하는 영역을 화소 104R,104G,104B로서 도시하고 있다. 또한, 화소의 개 구부는 화소의 거의 중앙에 배치된 예를 나타내고 있는데, 이것으로 제한되지 않는다.
액정 표시 패널(101)은, TFT기판(102), 및 컬러필터 104R,104G, 104B가 형성된 대향 기판(103)을 가지고 있다. TFT기판(102)과 대향 기판(103) 사이에는 소정의 액정층(도시 안됨)이 형성되어 있다. TFT기판(102)의 액정층 측에는, 매트릭스 형태로 배열된 화소에 대응하여 설치된 화소 전극, 화소 전극에 접속된 TFT, 게이트 버스 라인 및 소스 버스 라인 등의 회로 요소(어느 것도 도시 안됨)가 형성되어 있다. 또한, 대향 기판(103)의 액정층 측에는 컬러 필터 104R,104G,104B와, 이들의 사이에 배치된 차광층 BM 및 대향 전극(도시 안됨)이 형성되어 있다. 또한, TFT 기판(102) 및 대향 기판(103)의 액정층에 접하는 면에, 필요에 따라 배향막(도시 안됨)이 형성되어 있다.
도1(b)에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 패널(101)의 TFT 기판(102)위에, 광경화 수지를 도포하고, 광경화성 수지층(105)을 형성한다. 여기에서는 380nm 내지 420nm의 파장 범위 내에 감광 파장을 갖는 광경화성 수지를 사용한다.
또한, 광경화성 수지층(105)과 TFT 기판(1020의 접착성을 높이기 위해, 광경화성 수지를 도포하기 전에, TFT 기판(102)의 글라스 표면에 시란커플링제를 도포하는 등, 표면 개질 하는 것이 바람직하다.
여기에서, 도2a를 참조하여, 컬러 필터 104R,104G,104B의 분광 투과율 특성을 설명한다.
컬러 필터 104R,104G가 형성된 화소에서는, 400nm 근방의 광은 거의 투과하 지 않기 때문에, 400nm 근방의 노광용 조사광(106)을 액정 표시 패널(101)의 대향 기판(103) 측에서 입사시켜도 이러한 화소를 투과한 광으로 광경화성 수지는 거의 감광(경화)되지 않는다.
청색 컬러 필터 104B의 투과 파장역의 단파장 측(특히, 380nm 내지 420nm)에 감광 파장을 가지는 감광성 재료층을 사용하는 것에 의해 컬러 필터 104B로부터의 투과광에 감광성 재료를 감광시키는 동시에, 가시역의 투과율이 대단히 높은 마이크로렌즈를 형성할 수 있다. 즉, 통상, 감광성 재료는 그 감광 파장의 광을 흡수하기 때문에, 예컨대, 적(R) 또는 녹(G)에 감광 파장을 갖는 광경화성 재료를 이용하면, R 또는 B의 광의 일부를 흡수하기 때문에, 표시에서의 색 재현성이 저하한다.청(B)의 경우도 같은 현상이 일어나지만, 색 재현성에 주는 영향은 작다. 특히, 예컨대, 휴대 전화나 PDA, 디지털 스틸 카메라 등의 액정 표시 장치에 사용되는 백라이트용 광원인 LED 광원 등, 발광 스펙트랄이 도2b에 나타낸 바와 같이 420nm 부근보다 장파장 측에 존재하는 광원을 사용하는 경우, 380nm-420nm 범위의 파장의 광을 사용하면 색 재현성의 저하를 더욱 더 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 일반적으로, 380nm 미만의 파장의 광(자외선)을 투과하는 컬러 필터(색소나 안료)는 거의 없고, 자외선을 사용하기 위해서는, 상기한 바와 같이, 컬러 필터를 형성하기 전의 단계에서, 광조사할 필요가 있다.
컬러 필터(104B)가 형성된 화소를 투과한 광은, 도2a에 나타낸 바와 같이 400nm 근방의 광을 포함하기 때문에, 이 화소(청색 화소)를 투과한 광이 광경화성 수지층(105)에 입사하면, 광 분량에 따라 광경화성 수지가 감광되어, 경화한다. 조 사 시간이 일정한 경우에는 배광 분포에 따라 경화한다. 즉, 경화도의 분포가 형성된다. 따라서, 광량(배광 분포 및/또는 조사 시간)의 분포를 조정하는 것에 따라, 광경화성 수지층에 경화도의 분포를 형성할 수 있다. 또한,「배광 분포」란, 표시 패널에 입사시키는 감광성 재료층을 노광하기 위한 광의, 표시 패널의 면 법선에 대해 이루는 각도(입사 각도)에 대한 강도 분포의 것이고, 청색 화소로의 입사각과 감광성 재료층으로의 입사 위치가 1:1로 대응한다.
노광된 광경화성 수지층을 현상함에 따라 미경화 부분을 제거하면, 경화도의 분포에 대응하는 형상의 마이크로 렌즈가 얻어진다. 배광 분포는, 예컨대, 노광용 조사 광의 입사각을 변화시키는 것에 의해 조정할 수 있다. 또한, 노광용 조사광과 광경화성 수지층(105)을 상대적으로 이동시킨, 예컨대, 노광용 조사광을 주사하는 것에 의해, 조사 시간의 분포를 조정해도 되고, 이들을 조합해도 된다. 또한, 소정의 투과율의 분포를 가지는 포토마스크를 사용하여 배광 분포를 조정해도 된다. 또한, 노광용 조사광을 청색 화소 104B를 통해 광경화성 수지층(105)에 비스듬히 입사시킴에 의해 B 화소 104B와 같은 화소에 포함되는 R 화소104R 및 G 화소104G에 대응하는 마이크로 렌즈(즉, 화소에 대응하는 마이크로 렌즈), 예컨대 렌티큘라 렌즈를 형성할 수도 있고, B 화소104B, R 화소 104R 및 G 화소 104G의 각각에 대응하는 마이크로 렌즈(즉, 각 화소의 개구부에 대응하는 마이크로레즈)를 형성할 수도 있다. 노광용 조사광을 투과하는 화소의 개구부를 화소의 중앙에 배치하면, 광량의 분포를 간편하게 조정할 수 있기 때문에 바람직하다. 예컨대, 적색 화소, 청색 화소 및 녹색 화소가 이 순서대로 대칭으로 배열된 화소의 경우, 청색 화소를 중심으 로 노광용 조사광을 대칭으로 주사하면, 화소의 중심선에 대해 대칭인 형상의 마이크로렌즈를 용이하게 형성할 수 있다.
도3(a) 내지 (c)를 참조하여, 화소에 대응하는 렌티큘라 렌즈를 형성하는 예를 설명한다. 도3(a)는, 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널(100)의 하나의 화소에 대응하는 부분을 개략적으로 나타낸 평면도 및 단면도이고, 대향 기판(103)은 생략하고 있다. 도3(b) 및 도3(c)는, 도3(a)에 나타낸 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널을 제조하기 위한 노광 공정(도1(c))을 상세하게 설명하기 위한 도면이고, 도3(b)는 도3(a)의 A-A'선에 따른 개략적인 단면도이고, 도3(c)는 도3(a)의 B-B선에 따른 개략적인 단면도이다.
도3(a)에 나타낸 바와 같이, 이 표시 패널(100)의 하나의 화소는, R 화소 104R, B 화소 104B 및 G 화소 104G로 구성되어 있다. 각 화소의 주위에는 블랙 매트릭스 BM(차광 영역)이 제공되어 있다. 화소는, 행(Ⅹ 방향) 및 열(Y 방향)을 형성하도록 매트릭스 형태로 배열되어 있고, 여기에서는, Ⅹ방향의 화소 피치 PX 및 Y방향의 화소 피치 PY가 어느 것이나 150μm의 경우를 예시하고 있다. TFT형 표시 장치의 경우, 전형적으로는, 행 방향(Ⅹ 방향)은 게이트 버스 라인에 평행하고, 열 방향(Y 방향)은 소스 라인(비디오 라인)에 평행하다.
표시 패널(100)이 가지는 마이크로 렌즈 어레이는, 복수의 화소의 행에 대응하여 배열된 복수의 렌티큘라 렌즈(107)를 포함한다. 렌티큘라 렌즈(107)는, 행 방향(Ⅹ 방향)으로 연장하고, 열 방향(Y 방향)으로는 집광력을 갖지만, 행 방향(Ⅹ 방향)으로는 집광력을 갖지 않는다.
도3(b) 및 (c)를 참조하여, 렌티큘라 렌즈(107)를 형성하기 위한 노광 공정을 설명한다.
도3(b)에 나타낸 바와 같이, 조사광(106)이 액정 표시 패널(101)에 대한 입사 방향을, A-A'선을 포함하는 면 내에서 입사각 θ1로 규정되는 방향에서 입사각 θ2로 규정된 방향으로 변화시키고, 도3(c)에 나타낸 바와 같이 B-B'선을 포함하는 면내에 있어서는, 입사각 θ3로 규정되는 방향에서 입사각 θ4로 규정되는 방향으로 변화시킨다. 즉, 조명광(106)의 입사각을 A-A'선을 포함하는 면내에서 θ1로부터 θ2까지 연속적으로 또는 단계적으로 변화시키고, B-B'선을 포함하는 면내에서 θ3으로부터 θ4까지 연속적으로 또는 단계적으로 변화시킨다. 노광 조사광(106)으로서는 평행 광을 사용하는 것이 바람직하다. 노광용 조사광의 평행도는, ±3°이내인 것이 바람직하고, 마이크로 렌즈의 형상을 정도 양호하게 제어하기 위해서는, ±1°이내인 것이 더욱 바람직하다.
이 때, 조사광(106)의 입사 각도 θ1과 θ2, 및 θ3과 θ4는, 마이크로 렌즈가 간격없이 형성되도록, 설정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 입사각 θ1과 θ2는, 도3(b)에 나타낸 바와 같이, 인접한 화소의 B화소를 투과한 광이, 인접한 화소 사이의 중앙부(도3(b)의 포인트 a)에 일치하고, 인접한 화소에 대응하는 렌티큘라 렌즈 사이의 막 두께가 같게 되도록, 액정 표시 패널(101)의 화소 피치 Px 및 대향 기판(103)의 두께에 따라, 적당하게 설정한다. 또한, 입사각 θ3과 θ4는, 도3(c)에 나타낸 바와 같이, 인접한 화소의 B화소를 투과한 광이, 인접한 화소 사이의 중앙부(도3(c)의 포인트 b)에 일치하고, 렌즈 간의 경계가 가능하도록(인접한 화소 사이의 중앙부에서 렌즈의 막 두께가 가장 얇은 상태로 되도록), 액정 표시 패널(101)의 화소 피치 PY 및 대향 기판(103)의 두께에 따라, 적절하게 설정한다.
여기에서 예시한 액정 표시 패널(101)은, 행 방향(컬러 필터의 배열 방향)의 화소 피치 Px가 150μm, 행 방향으로 직교하는 열 방향의 화소 피치 PY가 150μm, 대향 기판(103)의 물리적인 두께는 400μm(공기 환산으로 400/1.52=260μm)로 되므로, θ1과 θ2, θ3과 θ4는,
θ1=θ2=θ3=θ4=tan-1(75/260)=약16°
로 된다.
또한, 광은 비스듬히 입사할수록(입사각이 크게 될수록) 조사면에서의 조사 면적이 커지기 때문에, 조사 강도가 약해진다. 따라서, 상기 입사각 θ1과 θ2(θ3과 θ4)는, 광경화성 수지층(105)에 형성해야 하는 경화도 분포(마이크로 렌즈의 형상)에 따라, 상기 계산으로 얻어진 각도에서 조정이 필요한 경우가 있다.
다음, 조사광(106)의 스캔 방법에 대해서 설명한다. 여기에서「스캔」이란, 노광용 조사광(106)이 조사되는 영역의 2차원적으로 주사하는 것, 및 조사광의 입사각도를 변화시키는 것을 포함한다. 또한, 스캔은, 조사광(106)과 광경화 성 수지층(1050의 위치 관계 및 각도가 상대적으로 변화되면 좋기 때문에, 광경화 성 수지층(105)이 형성된 액정 패널(101)을 움직여도 되고, 조사광(광원)을 움직여도 된 다.
본 실시예에서는, 컬러 필터 104R,104G,104B의 배열 방향(행 방향:Ⅹ방향)에는, 집광력을 갖지 않는 렌티큘라 렌즈(107)를 형성하기 때문에, Ⅹ방향(A-A'선에 평행)에 대해서는, 광량(조도×시간)의 분포가 균일하게 되도록 스캔을 행하고, Y방향(B-B'선에 평행)에 대해서는, 조사광의 입사각도가 클수록 스캔 스피드를 빠르게 하고, 입사각도가 작을수록(표시 패널의 법선 방향으로 접근할수록), 스캔 스피드를 느리게 한다. 예컨대, 입사각을 표시 패널의 법선에 대해 -30° 내지 +30°까지 주사하는 경우, -30° 내지 -10°까지의 각도 범위를 5°/sec의 속도로 주사하고, -10° 내지 +10°의 각도 범위를 3°/sec의 속도로 주사하고, 또한 +10° 내지 +30°까지의 각도 범위를 5°/sec의 속도로 주사한다.
이와 같이, 조사광(106)을 스캔하면서, 광경화성 수지층(105)을 노광함에 의해 도4에 개략적으로 나타낸 바와 같이, Ⅹ방향에 대해서는 곡률을 갖지 않고 Y방향으로만 곡률을 가지는 렌티큘라 렌즈(107)에 대응하는 부분(105')을 경화시킬 수 있다.
또한, 조사광(106)을 Ⅹ방향 및 Y방향으로 스캔하는 방법으로서는, 도5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, Ⅹ방향 및 Y방향의 양방향에 대해, 스캔을 행한다. 도5는, 조사광(106)에 의해 조사되는 영역(106a)이 광경화성 수지층(105)에 대해 주사되는 궤적을 나타내고 있다. 또한, 조명광의 입사각도는, 연속적으로 변화시켜도 좋고, 단계적으로 변화시켜도 좋다.
노광 공정 후, 현상 공정에 있어서, 광경화성 수지층(105)의 미경화 부분을 제거함에 의해 경화 부분(105')의 형상을 가지는 렌티큘라 렌즈(107)가 얻어진다. 또한, 현상 공정 후에, 광경화성 수지층(105)의 경화 부분(105)(렌티큘라 렌즈(107))에 다시 한번, 노광용 조사광을 조사함에 따라, 광경화성 수지의 경화를 더욱 진행시키고, 완전 경화 상태에 접근할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 광경화와 함께 열경화를 병용해도 된다.
다음에, 상기한 제조 방법의 노광 공정에 적절하게 이용되는 노광장치의 예를 도6, 7 및 8을 참조하여 설명한다.
도6-8에 나타낸 본 발명에 따른 실시예의 노광장치는, 표시 패널의 주면에 형성된 광경화성 수지층을 노광하기 위해 대략 평행 광을 출사하는 광학계와, 표시 패널을 수용하는 수용면을 가지는 스테이지와, 광학계로부터 출사된 대략 평행 광의 스테이지의 수용면에 대한 입사각을 연속적 또는 단계적으로 변화시키는 입사각 제어 기구를 구비한다. 입사각 제어 기구는, 수용면에 대한 입사각을 소정의 속도로 변화시킬 수 있는 것이 바람직하고, 소정의 속도는, 입사각 및 광량 등에 따라, 사용자가 설정한다.
* 또한, 입사각 제어 기구는, 상기 속도를 연속적 또는 단계적으로 변화시키는(가변으로 하는)것이 바람직하다. 예컨대, 상기한 바와 같이, 마이크로 렌즈를 형성하는 일련의 과정에 있어서 광량을 조절하기 위해, 속도를 입사각과 관련하여 단계적으로 변화시키는 것이 바람직하다. 입사각이 변화하는 속도를 조정함에 의해, 소망하는 형상에 보다 가까운 마이크로 렌즈 형상을 얻을 수 있다.
또한, 입사각 제어 기구는, 조사 시간과 관련하여 입사각을 변화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 조사 시간은, 예컨대, 광학계와 수용면 사이에 설치된 셔터의 개폐에 의해 제어되고, 입사각 제어 기구는, 셔터를 개방 상태로 한 시각을 기준으로 입사각을 변화시킨다.
도6(a)에 나타낸 노광장치는, 대략 평행 광을 출사하는 광학계(광원부)(310)와, 표시 패널(101)을 수용하는 수용면을 가지는 스테이지(320)와, 스테이지 제어장치(324)를 구비하고 있다. 표시 패널(101)의 주면에는 광경화성 수지층(105)이 형성되어 있다. 스테이지(320)는, 스테이지 제어장치(324)로부터의 신호에 따라서,스테이지(320)의 수용면에 배치된 표시 패널(101)의 면내의 소정의 방향으로 연장되는 축을 중심으로 수용면을 회전시킨다. 단, 완전히 회전할 필요는 없고, 도6(a)의 6C로 나타낸 원호를 그리도록 소정의 각도 범위에서 동작하면 된다.
수용면을 회전시키는 축은, 도6(b)에 나타낸 바와 같이, 표시 패널(101)의 매트릭스 형태로 배열되어 있는 화소 행 방향으로 연장되는 6A-6A'축 및/또는 이것에 직교하는 방향(전형적으로는 화소 열 방향)으로 연장되는 6B-6B'축이다. 스테이지(320)는, 적어도 하나의 축을 중심으로 수용면을 회전시킬 수 있으면 좋고, 수용면에 대해 표시 패널(101)을 소정의 방향으로 회전하도록 배치하면 된다. 또한, 이 때, 경화성 수지층(105) 내로 회전축이 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다.
도7에 나타낸 노광장치는, 대략 평행 광을 출사하는 광원부(310)와, 광원부(310)로부터의 광을 반사하는 미러부를 가지고 있다. 미러부는, 미러(332)와 미러(332)에서의 반사 각도 θr(미러에 대한 입사각도 θi와 같다)을 변화시키는 미 러 구동부(334)와, 미러 구동부(334)를 제어하는 미러 제어부(336)를 가지며, 이들이 스테이지(320)의 수용면에 배치된 표시 패널(101)에 대한 광의 입사각을 변화시킨다. 즉, 미러(332)의 표면(즉, 반사면)의 각도를 변화시키는 것에 따라, 표시 패널(101)에 대한 광의 입사각을 변화시킨다. 미러(332)는, 예컨대, 도7에 나타낸 원호7C를 그리도록, 및/또는 지면에 수직인 면내에 원호를 그리도록 동작된다.
이 노광장치에 있어서, 미러(332)의 각도만을 변화시키면, 표시 패널(101)에 대한 광의 입사각도가 변화하는 것 뿐만 아니라, 조사 위치도 변화한다. 따라서, 미러(332)의 가동 각도 범위의 전부에 있어서 표시 패널(101)의 전면을 조사하기 위해서는, 조사영역을 표시 패널(101)보다 크게 할 필요가 있고, 광원부(310)를 대형화하기 위해 코스트가 높아진다. 이것을 방지하기 위해서는, 미러(332)의 각도를 7C의 원호를 그리도록 변화시키는 것과 연동하여, 미러(332)를 도7에 나타낸 7A-7A' 방향으로 이동시키는 기구를 설치함에 의해, 미러(332)의 각도의 변화에 동반하는 조사 영역의 어긋남을 보정하는 것이 가능하다. 미러(332)의 각도를 지면에 수직인 면내에서 원호를 그리도록 변화시키는 경우에는, 지면에 수직인 방향 7B,7B'로 미러(332)를 이동시키는 기구를 설치하면 된다.
도8에 나타낸 노광장치는, 스테이지(320)의 수용면에 대한 광학계(310)의 위치를 변화시키는 기구를 갖고 있다. 광학계(310)는, 광학계 제어부(312)로부터의 신호에 따라, 예컨대, 도8의 8C로 나타낸 원호를 그리도록 동작하고, 스테이지(320)의 수용면의 표시 패널을 향하여 출사하는 대략 평행 광의 입사각도가 변화한다.
이 노광장치도 도7에 나타낸 노광장치와 같이, 광원부(310)의 각도만을 바꾸면, 표시 패널(101)에 대한 광의 입사각도가 변화하는 것 뿐만 아니라, 조사 위치도 변화한다. 따라서, 도8중의 8A-8A' 방향이나 8B 또는 8B'의 방향에 대해, 표시 패널(101)의 표시부의 중심축(도6의 6A-6A', 6B-6B' 참조)을 중심으로 하는 동심원 상에서 회전하도록, 광원부(310)의 각도와 위치를 변화시키는 것이 바람직하다.
상기한 입사각도 제어 기구는, 조사 시간과 관련하여 입사각을 변화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 조사 시간(노광 시간)은, 예컨대, 광학계(광원부)(310)와 스테이지(320)의 수용면 사이에 제공된 셔터(도시 안됨)의 개폐에 의해 제어된다. 따라서, 셔터의 개폐 동작과 입사각도 제어 기구를 연동시키면 좋다.
예컨대, 스테이지를 소정의 입사각(예컨대 -30°)이 되는 위치로 설정한 후, 셔터를 개방 상태로 한 시각을 기준으로, -10°까지의 각도 범위를 5°/sec의 속도로 변화시킨다. 그 후, -10°로부터 +10°의 각도 범위를 3°/sec의 속도로 변화시키고, 또한, +10°로부터 +30°까지의 각도 범위를 5°/sec의 속도로 변화시킨다.입사각이 +30°에 도달한 시점에서, 셔터를 폐쇄한다. 이러한 일련의 동작은 셔터를 개방 상태로 한 시각을 기준으로, 시간에 기초하여 제어할 수 있다.
또한, 도6 내지 도8에 나타낸 노광장치의 입사각도 제어 기구는, 적절하게 조합시킬 수 있다. 도5를 참조하여 설명했던 바와 같이 2축 스캔을 행하는 경우에는, 도6 내지 도8에 나타낸 노광장치의 입사각도 제어 기구를 조합하는 것에 따라, 예컨대, 2축 중의 1축을 스테이지(320)의 제어로 행하고(도6), 다른 한쪽의 축을 미러(332)의 제어를 행하는(도7) 것이 가능하다. 이와 같은 구성으로 함에 따라, 하나의 부위에서 2축을 움직이는 기구를 구비할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 설계가 용이하게 된다.
또한, 노광 공정은, 표시 패널(101)마다 행해도 되고, 복수 매의 표시 패널(101)을 포함하는 넓은 지면에 대해, 일시에 행해도 된다.
도6-도8에는, 표시 패널(101)을 통해 경화성 수지층(105)을 노광하는 예를 나타내었지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 반대로, 경화성 수지층(105) 측으로부터 노광해도 된다. 단, 이 경우, 경화성 수지층(105)의 표시 패널(101)과 반대쪽의 표면 부근에, 경화성 수지층(105)을 소망의 패턴으로 노광 가능한 마스크를 배치하고, 이 마스크를 통과한 광으로 노광하는 것으로 된다.
상기한 노광장치는, 광경화성 수지를 사용하여 마이크로 렌즈를 형성하는 용도로 제한되지 않고, 감광성 수지(네가티브형형, 포지티브형을 문제삼지 않는다)를 노광하는 용도로 널리 이용하는 것이 가능하다.
상기한 실시예에서는, 조사광(106)을 스캔하는 것에 따라, 광경화성 수지층(105)을 소망하는 마이크로 렌즈 형상이 되도록 노광했지만, 사전에, 조사광(106)을 소정의 마이크로 렌즈 형상이 얻어지는 배광분포를 가지도록 조정함에 의해 스캔을 행하지 않고 마이크로 렌즈를 형성할 수도 있다. 이 방법에서는, 스캔에 요구되는 시간을 절감할 수 있기 때문에, 단시간에 마이크로 렌즈를 형성할 수 있고, 생산성이 향상된다.
예컨대, 도9(b)에 나타낸 렌티큘라 렌즈(107)를 제조하는 경우, 도9(a)에 개략적으로 나타낸 배광분포를 가지도록 조사광(106)을 조정하면 좋다. 즉, Ⅹ방향에 대해서는, θ1로부터 θ2의 범위(도3(b) 참조)내에서, 일정 강도를 갖고, Y방향에 대해서는, 입사각도가 커지는 것에 따라서, 강도가 약해지도록 하는 배광분포를 갖는 조사광으로 하면 된다.
예컨대, 도10(a)에 나타낸 바와 같이, 광원(701)으로부터의 광을 일단 집광 하고, 그 집광 포인트에 단계적(또는 연속적)으로 투과율이 다른 영역을 갖는 마스크(702)를 삽입함에 의해, 배광분포를 조정할 수 있다.
마스크(702)로서는, 광원(701)으로부터의 광의 배광분포에 의존하지만, 예컨대, 통상의 원형의 렌즈를 제조하는 경우, 도10(b)에 나타낸 바와 같이, 마스크(702)를 투과한 광의 배광분포가 중심부에 가까울수록 강해지게 되는 분포가 되도록, 투과율이 중심 영역(702a)에서 주변 영역(702b)에 걸쳐 단계적(또는 연속적)으로 변화하는 것을 이용한다. 상기한 렌티큘라 렌즈(107)를 제조하는 경우에는, 일방향(Y방향)에 있어서만 광의 강도 분포가 중심부에 갈수록 강해지도록 하는 배광분포로 하면 된다.
또한, 스캔에 의한 노광과 배광분포 제어에 의한 노광의 양방을 병용해도 된다. 이 경우, 예컨대 Ⅹ방향 또는 Y방향의 어느 쪽의 한 방향을 스캔하고, 다른 쪽의 배광분포를 조정하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 스트라이프 배열 화소를 가지는 표시 패널에 대해, 열방향(Y방향)으로 집광 효과를 가지는 렌티큘라 렌즈(107)를 사용하면, 도9에 나타낸 바와 같이, 행 방향(Ⅹ방향)의 강도 분포는 일정으로 되기 때문에, 균일한 배광분포의 광을 출사하는 광원을 사용하면, 배광분포를 대부분 조절할 필요가 없기 때문 에, 마이크로 렌즈(렌티큘라 렌즈)의 형상의 제어가 비교적 용이하다.
또한, 렌티큘라 렌즈(107)를 사용하면, 컬러 필터의 배열 방향(Ⅹ방향)에서는 집광효과가 없기 때문에, 그 민큼 마이크로 렌즈에 의해 밝기를 향상시키는 효과가 저하하지만, 액정 표시 패널은, 통상, 도11에 나타낸 바와 같이, 행 방향(Ⅹ방향)에서의 인접 화소(및 회소) 사이의 간격 WX보다, 열 방향(소스 버스 라인(비디오 라인)이 연장되는 방향)에서의 인접 화소간의 간격(WY)의 쪽이 넓다. 즉, Y방향으로 집광효과를 갖는 렌즈를 사용하는 쪽이, Ⅹ방향으로 집광효과를 갖는 렌즈를 사용하는 것보다 밝기를 향상시키는 효과가 높고, Ⅹ방향으로 집광효과를 갖지 않는 것에 의한 밝기 향상 효과의 저하는 적다.
일 방향으로만 집광 효과를 갖는 마이크로 렌즈를 사용하는 경우에는, 컬러 필터의 색 배열이 도11에 나타낸 스트라이프 배열의 경우로 제한되지 않고 예컨대,도12에 나타낸 비스듬한 배열의 경우에 있어서도, 상기와 같은 이유로 마이크로 렌즈가 집광 효과를 갖는 방향을 표시 패널의 열 방향(비디오 라인 방향)으로 하는 것이 바람직하다.
물론, 본 발명의 실시예에 따르면, 일 방향으로 집광 효과를 갖는 렌티큘라 렌즈로 제한되지 않고 Ⅹ 방향과 Y 방향에 집광효과를 갖는 마이크로 렌즈를 가진 액정 표시 패널을 제조할 수도 있다.
예컨대, 도13(a) 및 (b)에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 청색 화소 104B를 투과한 광을 사용하여, 상기한 바와 같이 노광용 조사광의 스캔 스피드나 배광분포 를 조절하는 오더에 의해 녹색 화소 104G, 청색 화소 104B 및 적색 화소 104R의 각각에 대응하고, Ⅹ방향 및 Y방향으로 곡률을 가지는 경화 부분(105'')을 형성할 수 있다. 그 후, 현상 공정을 거쳐, Ⅹ방향 및 Y방향으로 집광효과를 갖는 마이크로 렌즈(예컨대, 직사각형 렌즈)가 화소마다 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 얻을 수 있다.
또한, 노광 공정은, 액정 표시 패널에 액정 재료를 주입하기 전에 행해도 된다. 단, 이 경우에는, 액정 재료를 주입한 후 액정 재료의 배향을 위한 열처리 공정에서, 마이크로 렌즈 어레이가 예컨대 백수십℃로 가열되기 때문에, 광경화성 수지로서는, 열처리에 의해 형상 변화나 박리 등 마이크로 렌즈의 집광효과에 영향을 미치게 하는 변화가 발생하지 않는 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 실시예에서는, 도2a에 나타낸 바와 같이, 적 컬러 필터 104R 및 녹색 컬러 필터 104G는 노광용 조사광으로서 사용한 400nm 근방의 광을 대부분 투과하지 않고, 청 컬러 필터 104B만이 400nm 근방의 광을 충분히 투과하는 컬러 필터를 사용한 예를 설명했지만, 이것으로 제한되지 않는다.
예컨대, 도14에 나타낸 분광 투과율 특성을 갖는 컬러 필터를 사용해도, 상기한 방법에 의해, 소정의 형상의 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다. 즉, 청 컬러 필터 104B와 적 컬러 필터 104R은 노광용의 400nm 부근의 광을 투과하는 경우에는, 청 컬러필터 104B 및 적 컬러필터 104R의 투과율을 고려하여, 노광용 조명광의 스캔 스피드를 조정하고, 및/또는, 조명광의 배광분포를 조정하면 된다. 도14에서는, 청과 적의 2색의 컬러필터가 노광용 광을 투과하는 경우를 나타내지만, 청과 녹의 2색의 경우에도 마찬가지이고, 또한, 청, 녹 및 적의 모든 컬러필터가 노광용의 광을 투과하는 경우에도 동일하다.
상기한 실시예에서는, TFT 기판(102) 측으로 마이크로 렌즈 어레이를 형성했지만, 대향 기판(103) 측으로 형성해도 된다. 물론, TFT형 액정 표시 장치로 제한되지 않고 MIM을 사용한 액정 표시 장치나, 스위칭 소자를 갖지 않는 패시브형의 액정 표시 장치를 사용할 수도 있다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널(100)은, 예컨대, 도15에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 지향성이 높은 백라이트(120)와 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 지향성이 높은 광을 마이크로 렌즈에 입사시킴에 따라 높은 집광 효율이 얻어진다.
도15에 나타낸 액정 표시 장치(200)는, 마이크로 렌즈(107)를 구비하는 액정 표시 패널(100)과, 액정 패널(100)의 마이크로 렌즈(107) 측에 배치된 고지향성 백 라이트(120)를 구비하고 있다. 백 라이트(120)는, 광원(122)과, 광원(122)에서 출사된 광을 수광하여 전파시키면서 액정 표시 패널(100)을 향해 출사하는 도광판(124)과, 도광판(124)의 이면에서 출사된 광을 도광판(124)을 향해 반사하는 반사판(126)을 가진다. 또한, 도15에서는 주요 부품만 기재하고, 액정 표시 패널(101)의 전후에 설치된 편광판 등은 생략하고 있다.
액정 표시 장치(２００)에 적절하게 이용되는 백라이트로서, 예컨대, ＩＤＷ’０２ "이동 전송 LCD 모듈의 조사 시스템용 광 안내판 상의 광학 마이크로구조를 이용한 시야각 제어" 케이. 카란타르 페이지549-552, 일본 공개 특허 공보 제2003- 35824호, 엠. 시노하라 등의 미국 광학 소셔티 애뉴얼 미팅 컨퍼런스 프로그램, 볼륨10, 페이지189(1998), 또는 일본 공개 특허 공보 제1996-511129호에 기재되어 있는 백라이트를 들 수 있다.
상기한 바와 같이, 반투과형 액정 표시 장치에서는, 광을 투과하는 영역(화소의 개구부)이 투과형에 비해 작기 때문에, 화소 피치를 작게 함에 따라, 표시 영역의 전 면적에 대한 투과 영역의 면적의 비율(화소의 개구부의 면적 비율)의 저하가 투과형보다 현저하다. 따라서, 반투과형 액정 표시 장치에 마이크로 렌즈를 사용하여 실효적인 개구율을 향상시키는 것에 의한 효과는 투과형보다 크다고 할 수 있다. 상기 실시에에서의 액정 표시 장치의 화소의 개구부는, 반투과형 액정 표시 장치에 있어서도 화소의 개구부에 대응한다. 단, 반투과형 액정 표시 장치에 있어서는, 화소 중에서의 개구부(투과 영역)의 배치는 여러 가지 있을 수 있지만, 상기한 바와 같이 행 방향으로 연장되는 렌티큘라 렌즈를 사용하는 경우에는, 행 방향으로 인접한 화소의 개구부(투과 영역의 사이에 위치하는 차광 영역(반사 영역도 포함한다))이 가능한 한 가늘어지도록 개구부(투과 영역)을 배치하는 것이 바람직하다.
예컨대, 도16(a)에 개략적으로 나타낸 화소(204)와 같이, 화소(204)의 중앙부에 투과 영역(화소의 개구부)(204t)을 설치하고, 그 주변에 반사 영역(204r)을 배치하면, 인접한 화소의 투과 영역(204t) 사이에는, 소스 버스 라인뿐만 아니라,반사 영역(204r)이 존재하게 되기 때문에, 인접한 투과 영역(204t) 사이의 간격(차광 영역의 폭)이 넓어진다. 이에 대해, 도16(b)에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 투과 영역(204t')의 주변에 반사 영역(204r')을 설치하지 않는 배치라고 하면, 인접한 투과 영역(204t')간의 차광 영역의 폭을 가늘게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 투과 영역은, 전형적으로는, TFT 기판에 형성되는 투명 화소 전극에 의해 규정되고, 반사 영역은, 반사 화소 전극에 의해 규정된다.
상기한 실시예에서는, 컬러필터를 갖는 액정 표시 패널을 사용했지만, 이것으로 제한되지 않고 예컨대 게스트 호스트 액정 표시 장치와 같이, 표시 매체층(액정층)에 혼합된 색소 등을 사용하여 컬러 표시를 행하는 표시 장치도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 액정 표시 패널로 제한되지 않고, 다른 비자발광형 표시 패널(예컨대, 일렉트로크로믹 표시 패널, 전기 영동형 표시 패널, 토너 표시 패널이나 PLZT패널)에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예의 액정 표시 장치에 사용한 마이크로 렌즈의 정점부에 평탄부를 제공함에 따라, 마이크로 렌즈에 의한 휘도 향상 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
예컨대, 도17에 나타낸 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널(1OO')은, 정점부에 평탄부(107'f)를 가지는 마이크로 렌즈(107')를 구비한 것으로서, 도3에 나타낸 마이크로렌즈 어레이가 제공된 표시 패널(100)보다 정면 휘도를 높게 할 수 있다.
도17에 나타낸 바와 같이, 마이크로 렌즈가 렌티큘라 렌즈의 경우는, 평탄부(107'f)의 폭이, 화소의 개구부(104R,104G,104B)의 렌즈의 집광방향의 폭과 대략 같게하는 것이 바람직하다. 물론, 평탄부(107'f)의 폭은 화소의 개구 부(104R,104G,104B)의 렌즈의 집광방향의 폭보다 적어도 좋지만, 평탄부(107'f)를 제공하는 것에 의한 효과가 적어진다. 또한, 여기에서도 간단화를 위해, 각 화소의 개구부(투과 영역)에 대응하는 영역을 화소 104R,104G,104B로서 도시하고 있다.
이와 같이 평탄부(107'f)를 가지는 마이크로 렌즈(107')를 사용하면, 평탄부(107'f)를 통과한 광은, 도18(a)에 나타낸 바와 같이, 마이크로 렌즈(107')에서 구부려지지 않고, 그대로 화소의 개구부를 통과한다. 따라서, 정면 휘도가 높은 고지향성의 백 라이트를 사용하면, 높은 정면 휘도를 얻을 수 있다. 한편, 마이크로 렌즈(107')의 평탄부(107'f) 이외의 영역(마이크로 렌즈(107)'의 곡면부)으로 입사 한 광은, 마이크로 렌즈(107')에서 굴절되어 화소의 개구부를 통과한다. 마이크로 렌즈(107')의 곡면부로 입사한 광은, 마이크로 렌즈(107')를 제공하지 않은 경우에는 BM 등으로 반사되는 광이기 때문에, 광의 이용효율이 향상된다.
이것에 대해, 도3에 나타낸 평탄부를 갖지 않는 마이크로 렌즈(107)를 사용하면, 광의 이용 효율은 향상되지만, 도18(b)에 나타낸 바와 같이, 고지향성 백 라이트에서 출사된 평행도 높은 광의 거의 전부(광축을 통하는 광 이외)가 마이크로 렌즈(107)에 의해 구부려지기 때문에, 정면 휘도가 다소 저하하게 된다. 즉, 고지향성 백라이트를 사용하는 것에 의한, 정면 휘도의 향상 효과가 감소한다.
평탄부를 제공하는 것에 의한 정면 휘도의 향상 효과는, 상기한 예로 제한되지 않는다. 예컨대, 도19에 나타낸 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널(100'')과 같이, 표시 패널의 각 화소에 대응하여 배열되고, 세로·가로의 양방향으로 집광효과를 갖는 마이크로 렌즈(107'')에 평탄부(107''f)를 제공해도 된다. 이 경우, 평탄부(107''f)의 사이즈는, 종횡 모두 화소의 개구부의 종·횡 사이즈와 대략 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 채용하는 것에 의해 도18(a) 및 (b)를 참조하여 설명한 효과가, 종·횡의 양방향에 대해 얻어질 수 있다. 이 경우도 평탄부(107''f)의 폭은, 화소의 개구부의 폭 보다 작게 해도 되지만, 효과가 저하하는 것은 상기한 바와 같다.
본 발명에 따르면, 표시 패널의 화소의 개구부(투과 영역)를 투과한 광을 이용하여 마이크로 렌즈 어레이를 형성하기 때문에, 자기 정합적으로 마이크로 렌즈가 형성된다. 따라서, 마스크의 얼라인먼트가 불필요하고, 제조 프로세스를 간단화할 수 있는 이점과 함께, 마이크로 렌즈와 화소의 개구부의 위치 정합의 정밀도가 높아지는 이점이 얻어진다
본 발명에 따르면, 물리적인 화소 개구율이 낮은 직시형의 표시 장치의 휘도 향상 및 광 시야각화가 가능하다. 예컨대, 모바일 기기의 표시 장치로서 사용되고 있는 투과형 및 반투과형 액정 표시 장치의 시야각을 좁히지 않고, 휘도를 향상시키는 것이 가능하다. 특히, 투과 영역의 개구율이 낮은 반투과형 액정 표시 장치에 적용하는 것에 의해 넓은 시야각을 효과적으로 실현하면서, 높은 휘도를 얻을 수 있다.
도1(a) 내지 (d)는, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널(100)의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도2a는 본 발명에 따른 실시예의 액정 표시 패널(101)이 가지는 컬러필터의 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.
도2b는 LED광원의 발광 스펙트럴의 예를 나타낸 그래프이다.
도3(a) 내지 (c)는, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널(100)의 마이크로 렌즈의 구성 및 노광 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도4는 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 제조 방법에서의 노광방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도5는 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 제조 방법에서의 노광방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도6(a) 및 (b)는, 본 발명에 따른 실시예의 노광장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도7은 본 발명에 따른 다른 실시예의 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 노광장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도9(a) 및 (b)는, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 제조 방법에서의 노광공정에서 사용되는 광의 배광분포를 설명 하기 위한 개략도이다.
도10(a) 및 (b)는, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 제조 방법에서의 노광공정에서 사용되는 광의 배광분포를 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, (a)는 광학계를 나타내는 개략도이고, (b)는 마스크의 구성을 나타내는 개략도이다.
도11은 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 화소배열의 예를 나타낸 개략도이다.
도12는 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 화소배열의 다른 예를 나타낸 개략도이다.
도13(a) 및 (b)는, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 마이크로 렌즈의 다른 구성 및 노광공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도14는 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널이 갖는 다른 컬러필터의 분광투과율 특성을 나타낸 그래프이다.
도15는 본 발명에 따른 실시예의 액정 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도16(a) 및 (b)는, 본 발명에 따른 실시예의 반투과형 액정 표시 장치의 화소에 사용되는 투과 영역 및 반사 영역의 배치예를 나타낸 개략도이다.
도17은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액 정 표시 패널의 마이크로 렌즈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도18(a) 및 (b)는, 마이크로 렌즈에 평탄부를 형성함에 의한 효과를 설명하기 위한 개략도로서 (a)는 평탄부를 설치한 경우, (b)는 평탄부를 설치하지 않은 경우의 광의 진행 방향을 나타낸 도면이다.
도19는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널의 마이크로 렌즈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도20(a) 및 (b)는, 종래의 마이크로 렌즈의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
부호의 설명
100 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 액정 표시 패널
101 액정 표시 패널
102 TFT기판
103 대향 기판
104R 적색 화소(적컬러필터)
104G 녹색화소(녹컬러필터)
104B 청색화소(청컬러필터)
105 광경화성 수지층
105',105'' 광경화성 수지층의 경화된 부분
107 마이크로 렌즈

Claims (9)

  1. 광경화성 수지를 노광함으로써 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 방법에 이용되는, 감광성 수지층을 노광하기 위한 노광 장치로서,
    평행광을 출사하는 광학계,
    상기 감광성 수지층이 형성된 피노광물을 수용하는 수용면을 가지는 스테이지,
    상기 광학계로부터 출사되는 상기 평행광의 상기 스테이지의 상기 수용면에 대한 입사각을 연속적 또는 단계적으로 변화시키는 입사각 제어 기구를 포함하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 수용면에 대한 입사각을 소정의 속도로 변화시킬 수 있는 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 속도를 변화시킬 수 있는 노광 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 속도를 상기 입사각과 관련하여 단계적으로 변화시킬 수 있는 노광 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사각 제어 기구는, 조사 시간과 관련하여 상기 입사각을 변화시킬 수 있는 노광 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 수용면에 배치된 상기 피노광물의 소정의 방향으로 연장되는 축을 중심으로 상기 수용면을 회전시키는 기구를 포함하는 노광 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학계는, 광원부와, 광원부에서의 빛을 반사하는 미러부를 가지며,
    상기 입사각 제어 기구는, 상기 미러부에서의 상기 빛의 반사 각도를 변화시키는 기구를 포함하는 노광 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사각 제어 기구는, 상기 스테이지의 상기 수용면에 대한 상기 광학계의 위치를 변화시키는 기구를 포함하는 노광 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 노광 장치를 사용하여, 광경화성 수지를 노광함으로써 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 방법.
KR1020087007825A 2003-12-09 2004-12-08 마이크로 렌즈 어레이가 제공된 표시 패널의 제조 방법,표시 장치 및 노광장치 KR20080040051A (ko)

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