TW523496B - Planar microlens array and method of manufacturing same - Google Patents

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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 523496 A7 _____ B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 1.發明 本發明係關於一種用於液晶顯示器元件等的平面微 透鏡陣列。 1習知技藝之描沭 結合平面微透鏡陣列及液晶層的習知技藝液晶顯示 器元件係示於附圖之第1 ( A )圖及第1 ( B )圖。第1 ( A )圖所示的液晶顯示器元件含有平面微透鏡陣列i，其包 括設於玻璃基板2表面上之外凸微透鏡3的陣列。外凸微透 鏡3的陣列係覆蓋一以黏著層5黏合於外凸微透鏡3的外層 玻璃板4。液晶層7係填充於外層玻璃板4及TFT (薄膜電 晶體）玻璃基板6之間。TFT玻璃基板6係負載透明像素電 極8於其面對液晶層7的表面。TFT玻璃基板6的表面包括 沒有透明像素電極8及負載内連通的區域9及不通過施加光 的TFT。面對透明像素電極8的電極10係設至於外層玻璃 板4面對踱液晶層7的表面上。 在第1 (B)圖所示的液晶顯示元件裡，外凸微透鏡3 的陣列係設於外層玻璃板4的表面上。 本發明之平面微透鏡陣列可以應用於第1 ( A )圖及 第1 ( B )圖所示的液晶顯示元件二者。 平面微透鏡陣列1操作如下：施加光及外凸微透鏡3 而匯集於透明電極8以使投射於螢幕上的影像明亮。 製造構造如上所述之平面微透鏡陣列1的方法如下： 如第2 (A)圖所示，在其上密集放置外凸部分之階形 本紙張 <度適罔中國國家標準規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------· 4 523496 A7 五、發明說明（2 (stepper) 11成型表面上塗覆脫模劑，並將高折射率的可 光固化或可熱化合成樹脂材料放置於階形座11的成型表面 上。接著，如第2(B)圖所示，如第2(B)圖所示，將 玻璃基板2推到合成樹脂材料上，藉以將合成樹脂材料鋪 陳開來，並以照射紫外線或加熱的方式固化合成樹脂材料 並成型為外凸微透鏡3。其後，將階形座丨丨拿走。 接著，如第2 (C)圖所示，將可光固化或可熱固化 的低折射率合成樹脂材料塗在外凸微透鏡3上，並將做成 外層玻璃板4的玻璃基板推到合成樹脂材料上，藉以將其 鋪陳開來。其後，將合成樹脂材料固化，最後藉由將玻璃 基板研磨至外層玻璃板4厚度的方式形成平面微透鏡。 外凸微透鏡可以形成於玻璃基板上。 最近的市售液晶顯示面板的像素尺寸為大約4〇微米 到60微米。預期未來像素尺寸將減小到大約2〇微米到川微 米，以符合顯示影像更清晰的需求。 較小的像素尺寸需要外凸微透鏡3減小其大小，結果 焦距縮短。為了有效利用施加光，必需將外凸微透鏡3的 焦點實質設置於透明像素電極上。為了符合此等需求，外 層玻璃板4必需減小其厚度。 外凸微透鏡3及黏著層5每個係由可熱固化或可紫外 線固化的合成樹脂做成。合成樹脂係在固化時收縮。尤其 ’做成外凸微透鏡3的高折射率合成樹脂具有高揚氏模數 及高剩餘應力。 外凸玻璃板4可以容忍合成樹脂的收縮，倘若外層玻 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
523496 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 五、發明說明（3 ) 璃板4具有實質厚度。然而，如果外層玻璃板4較薄，則容 易產生並使整個平面微透鏡陣列丨在合成樹脂一收縮時曲 麵，如附圖之第3圖所示。特別是，高折射率合成樹脂的 收縮可旎造成剩餘應力尚。結果，形成於平面微透鏡陣列 1及TFT玻璃基板6之間及敷置液晶的晶袼間隙寬度在中心 及周圍之間的範圍。最近，晶格間隙大小之最大允許誤差 範圍為1.5微米。 另一方面，做成黏著層5之低折射率合成樹脂的揚氏 模數小於做成外凸微透鏡3之高折射率合成樹脂的楊氏模 數。這主要不是因為曲翹所致，而是主要因為小空隙所造 成的。 亦即，如第4圖所示，小空隙形成於外凸微透鏡3及 黏著層5之間，因為低折射率合成樹脂的收縮百分比通常 達到6-9%，而且低折射率合成樹脂的薄膜強度值及介面 黏著強度值小。 發明概述 為了解決上述問題，本發明之發明人係測試出原因 ，入射量及關於曲翹及小空隙的的相似原因。 第5 CM ^及第5⑻圖顯示包括高折射率合成樹 脂的外凸微透鏡3之厚度及曲麵度。就第5 (a)圖所示者 而言，外凸微透鏡3的厚度小。就第5 (B)圖所示者而言 ，其厚度大。包括低折射率合成樹脂之黏著層5的厚度等 於該二者。 顯然可知’第5 ( A )圖裡的剩餘應力及曲翹程度小 裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-------—
523496 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（4 ) 於弟5 (B)所示者。 在上述使用階形座的製造方法裡，除了作為透鏡的 圓形部分3a之外，外凸微透鏡3裡需要形成間置部分儿以 避免破壞階形座。曲翹的程度係由圓形部分3a厚度u及閒 置部分3b厚度t2之總和（tl+t2)決定。 第6(A)圖及第6(B)圖顯示，包括低折射率合成 樹脂的黏著層5厚度與小空隙之間的關係。在第6圖所示的 情況裡’黏著層5的厚度薄。在第6⑻圖所示的情況裡 ’其後度厚。由高折射率合成樹脂所組成之外凸微透鏡3 的厚度等於二者。 顯然可知，黏著層5最薄部分之厚度〇相對於其最厚 部分之厚度U的比例（_3)越大，越容易產生小空隙。 除此之外，在第5(A)圖及第5(B)圖所示的情況 裡，小空隙比其厚度薄者容易產生於外⑽透鏡3厚度厚 的情況裡。 液晶顯示面板的像素大小為14_6〇微米。使用折射率 為⑷)1.59-L68的環氧樹脂作為高折射率的合成樹脂。折 射率為m.42的氣環氧樹脂或氣丙烯系樹脂係作為低折 射率的合成樹脂。 當液晶顯示面板的像素大小衫時，自動決定透鏡 的^巨。當透鏡的焦距及高折射率合成樹脂的種類決定時 ，外凸透鏡之圓形部分的厚度〇1)自動決定。 圓形部分的厚度（U)係根據像素大小^ 脂的種類等而定。然而，通常。成树 ¥其為591$3〇 (微米）。 卜紙G過财國國家標準（CNSM4規格（账 297 公 f ) Ί I J 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 523496
經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 結果，在產生曲趣及小空隙（包括外凸透鏡圓形部 分的厚度（ti)，間置部分的厚度（t2)及黏著層最薄部 分的厚度⑺）的元件之巾，圓形部分的厚度（u)係由另 -凡件決定。因此，間置部分的厚度（t2)及黏著層最薄 为的厚度t3具有調節的空間。 根據本發明，觀察在上述厚度tl，t2&t3各異，及調 節厚度t2及t3空H兄裡的光學變數，並藉以評估最適 合的條件。 平面微透鏡陣列係包括由高折射率合成樹脂做成i 形成於玻璃基板及外_板其巾之—表面上賴透鏡陣歹 ’及包括由低折射率合成樹脂做A，位於微透鏡陣列及I 它玻璃基板和外層麵板間_著層，其巾滿足方程式< 方私式1-5)，该方程式内“代表該高折射率合成樹脂的步 射率，n2代表該低折射率合成樹脂的折射率，"代表該德 透鏡之最厚部分的厚度，t2代表該微透鏡之閒置部分的月 度，而t3代表該黏著層最薄部分的厚度。 1.59^nl^ 1.68.........................(方程式 1) ^8^1^1·42.........................(方程式 2) 5^化3〇(微米）........................（方程式3) t2^6 (微米）..........................（方程式4) t3^〇.2tl (微米）.....................（方程式5) 一除此之外，較佳滿足以1〇stl+t2+t3$6〇 (微米）4 下的關係’因為必需的焦距無法在tl+t2+t3值小於1〇微ϋ 的情況裡獲得，而在大於60微米的情況裡產生曲翹。
Μ ^------------'. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^23496 A7 五、發明說明（6 ) 第1 ( a )及第丨（Β)圖係為傳統液晶顯示面板的剖 面圖； 第2 ( A )_( C)圖係說明使用階形座之傳統平面微 透鏡製法； 第3圖係為顯示傳統平面微透鏡陣列曲翹的剖面圖； 第4圖係為顯示傳統平面微透鏡陣列内產生小空隙的 剖面圖； 第5 ( A )及5 ( B )圖顯示微透鏡厚度及平面微透鏡 陣列曲翹程度之間的關係；及 第6(A)及（B)圖顯示黏著層厚度及平面微透鏡陣 列裡小空隙之間的關係。 細說明 I體實施你Μ 玻璃基板的厚度為〇·95毫米，外層玻璃板的厚度為 〇·15毫米，玻璃基板及外層玻璃板的大小為27χ 2〇亳米， 透叙壬四方及緊密排列，透鏡的間距為32微米，做成透鏡 的高折射率合成樹脂的折射率（η1)為159,做成黏著層 之低折射率合成樹脂的折射率（η2)為138，透鏡圓形部 刀的厚度（tl)為10微米，黏著層最薄部分的厚度⑼及 透鏡間置部分的厚度（t2)各異。 t2及曲翹程度（微米）的關係示於表1。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---I I I I I 訂1111111 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
523496 五、發明說明（7 A7 B7 7) ----- 表1 t2 (微米） 曲翹程ΤΤΉν— 2 ~0^62 - 3 ^0^89^^--^ 4 5 ΊΤ43 6 ~Γ50 ^ 7 ~L78~ 〜 8 ^Λ5~ ^ 9 10 ^62 ~ 11 ^81 ~~~ 12 ~- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 如上所述，最近平面微透鏡陣列採用的可允許曲翹程 度低於1.5微米。 如表1所示，t2必需低於6微米以使曲翹程度低於15 微米。 _ 、 · 具體實施例2 微透鏡之閒置部分的厚度（t2)設為3微米而其它條件 同具體實施例1。微透鏡圓形部分的厚度（tl)及黏著層閒 置部分的厚度（t3)各異。 曰 T3及曲翹程度（微米）的關係係示於表2。 11111111 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
10 523496 A7 B7 五、發明說明（8 表2
X ^ · ·上面都有小空隙 〇···僅在透鏡周圍產生小空隙 ◎…沒有產生小空隙 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 從表2顯然可知，在t3^〇.2tl (微米）時沒有產生小 空隙。 縱上所述，根據本發明，在使用階形座所製得的平面 微透鏡陣列裡，可以藉由微透鏡圓形部分最厚部分的厚度 (tl)，微透鏡閒置部分的厚度⑼及黏著層最薄部分 的厚度⑹滿足方程式5gtlg3G (微米），t2g6(微米）及U g0.2tl (微米）㈣方式，有效地避免曲麵及小空隙產生 11 523496 A7 B7 五、發明說明（9) 1…平面微透鏡陣列 2.. .玻璃基板 3…外凸微透鏡 3a...圓形部份 3b...閒置部份 4.. .外層玻璃板 5.. .黏著層 元件標號對照 6…TFT玻璃基板 7…液晶層 8.. .透明像素電極 9.. .區域 10…電極 11…階形座（stepper) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
ϋ ϋ ·ϋ ·ϋ —ϋ ϋ— n 一一口 V I ϋ >ϋ ϋ ϋ ϋ ·ϋ I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12

Claims (1)

  1. 5234. 公告本：申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 ι· -種平面微透鏡陣列，其包括由高折射率合成樹脂做 成並形成於玻璃基板及外玻璃板其中之一表面上的微 透鏡陣列，及包括由低折射率合成樹脂做成，位於微 透鏡陣列及玻璃基板和外層玻璃板之間的黏著層，其 中滿足方程式（方程式“），該方程式内以代表該高 折射率合成樹脂的折射率，„2代表該低折射率合成樹 脂的折射率’ u代表該微透鏡之最厚部分的厚度，⑽ 表該微透鏡之閒置部分的厚度，而13代表該黏著層最 薄部分的厚度： L59 = n1^·68.........................(方程幻） L38=n2^·42..........................方程式 2) 5StlS30(微米）........................（方程式3) ^6(微米）...........................方程式4) 於〇.2tl(微米）.....................（方程式5)。 2.根據申請專利範圍第丨項之平面微透鏡陣列，其中也 滿足方程式6 : 10Stl+t2+t3$60 (微米）。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 準 標 國 -國 中 用 適 度 I張 _紙 本 釐 i公 7 9 2 3 11 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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